DE2954519C2

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Info

Publication number: DE2954519C2
Application number: DE2954519A
Authority: DE
Inventors: Nikolaj Stepanovic Lidorenko; Viktor Timofeevic Gorun; Grigorij Froimovic Mucnik; Zija Ramizovic Karicev; Aleksandr Naumovic Moskau/Moskva Su Stejnberg; Michail Borisovic Chimci Moskovskaja Oblast' Su Lev; Viktor Ivanovic Moiseev; Igor' Stepanovic Scegolev; Vladimir Michajlovic Il'in; Igor' Ivanovic Moskau/Moskva Su Smirnov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-21
Filing date: 1979-08-21
Publication date: 1988-09-29

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Blutoxygenator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Blutoxygenator ist aus Transactions of the American Society for Artificial Internal Organs XIV (1968) S. 328-334 bekannt.The present invention is based on a blood oxygenator according to the preamble of claim 1. A such blood oxygenator is from Transactions of the American Society for Artificial Internal Organs XIV (1968) pp. 328-334.

Für einen hocheffektiven Gasaustausch mit Hilfe eines Blutoxygenators sind einerseits gasdurchlässige Membranen mit den erforderlichen Kenndaten Voraussetzung, zum anderen eine Gerätekonstruktion, die eine gleichmäßige Verteilung sämtlicher Medien, ihre Vermischung und einen adäquaten Gasaustausch an der gesamten Arbeitsfläche der Membran gewährleistet.For a highly effective gas exchange using a On the one hand, blood oxygenators are gas-permeable membranes with the required key data prerequisite to others a device design that is uniform Distribution of all media, their mixing and an adequate gas exchange on the entire work surface the membrane ensures.

Gasdurchlässige Membranen, die in Blutoxygenatoren zum Einsatz kommen, müssen eine hohe Permeabilität gegenüber O₂ und eine noch höhere gegenüber CO₂, eine biologische Verträglichkeit mit Blut sowie eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, um den Druckwerten widerstehen zu können, die während der Arbeit entstehen.Gas permeable membranes used in blood oxygenators used must have a high permeability towards O₂ and an even higher one than CO₂, a biological one Compatibility with blood as well as adequate have mechanical strength to withstand the pressure values to be able to create that during work.

Bekannt sind gasdurchlässige Membranen aus Polymerstoffen: Polyäthylen, Teflon, Polyvinylchlorid, Naturkautschuk und Dimethylsilikonkautschuk.Gas-permeable membranes made of polymer materials are known: Polyethylene, Teflon, polyvinyl chloride, natural rubber and dimethyl silicone rubber.

Die Gasdurchlässigkeit der Membranen aus Polymerstoffen hängt mit dem Prozeß der Auflösung eines Gases in der jeweiligen Membran und seiner Diffusion zusammen. Hierdurch stellt die Gasdurchlässigkeit P das Produkt der Löslichkeit S mit dem Diffusionskoeffizienten D, d. h. P = S · D dar.The gas permeability of the membranes made of polymer materials is related to the process of dissolving a gas in the respective membrane and its diffusion. As a result, the gas permeability P represents the product of the solubility S with the diffusion coefficient D , ie P = S · D.

Alle aufgezählten Membranen aus Polymerstoffen sind mit Blut biologisch kompatibel, unterscheiden sich jedoch voneinander in ihrer Permeabilität. So beträgt der Permeabilitätskoeffizient von Sauerstoff P _O₂ · 10^-9 für die nachstehenden Stoffe:All of the membranes made of polymer materials are biologically compatible with blood, but differ from one another in their permeability. So the permeability coefficient of oxygen P _O₂ · 10 ^-9 for the following substances is:

Polyäthylen0,0002 Teflon0,0004 Polyvinylchlorid0,014 Naturkautschuk2,4 Dimethylsilikonkautschuk50,0Polyethylene0.0002 Teflon0.0004 Polyvinyl chloride 0.014 Natural rubber2.4 Dimethyl silicone rubber 50.0

Die Permeabilität von CO₂ für Dimethylsilikonkautschuk ist um das 5fache größer als die Permeabilität von O₂, und für Membranen aus anderen Polymerstoffen liegt dieses Verhältnis sogar höher.The permeability of CO₂ to dimethyl silicone rubber is 5 times larger than the permeability of O₂, and for membranes made of other polymer materials this ratio is even higher.

In ersten Modellen von Blutoxygenatoren, die ein Gehäuse bilden, das mit einer gasdurchlässigen Membran in eine Kammer für Blutfluß und eine Kammer für Gasfluß geteilt ist, wurden als gasdurchlässige Membranen Folien aus Polyäthylen verwendet (Jd. Klous, Neville, "Membranenoxygenator" in einem Sammelband "Künstliche Blutzirkulation" zusammengestellt von J. Allan, Medgis- Verlag, 1960, S. 78-96). Ein derartiger Oxygenator für eine vollständige künstliche Blutzirkulation wies eine Gasaustauschfläche von 32 m² auf und brauchte für seine Füllung 5,75 l Spenderblut. Dabei wurde festgestellt, daß sich die Membranen während ihrer Betätigung mit Ablagerungen bedecken und die Fähigkeit zur Unbenetzbarkeit verlieren, was das Durchdringen von Flüssigkeit in die Gaskammern verursacht und die Einsatzdauer des Oxygenators auf 2-3 Stunden beschränkt.In the first models of blood oxygenators, the one Form the housing with a gas-permeable membrane into a blood flow chamber and a gas flow chamber has been divided as gas permeable membranes Polyethylene films used (Jd. Klous, Neville, "Membrane Oxygenator" in an anthology "Artificial Blood Circulation "compiled by J. Allan, Medgis- Verlag, 1960, pp. 78-96). Such an oxygenator for a complete artificial blood circulation showed one Gas exchange area of 32 m² and needed for his Filling 5.75 l donor blood. It was found that the membranes with deposits during their operation cover and the ability to non-wettability lose what the penetration of liquid into the Gas chambers caused and the period of use of the oxygenator limited to 2-3 hours.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Verwendung von gasdurchlässigen Membranen mit niedriger Permeabilität in Oxygenatoren die Entwicklung einer Gasaustauschfläche bis auf einige Dutzende von Quadratmetern und demzufolge ein großes (bis 6 l) Füllungsvolumen mit Spenderblut erfordert. Derartige Membranen wirken außerdem negativ auf Blut ein, wodurch auch die Zeit ihrer Anwendung begrenzt wird.From what has been said it appears that the use of gas permeable membranes with low permeability the development of a gas exchange surface in oxygenators up to a few dozen square meters and consequently a large (up to 6 l) filling volume with donor blood required. Such membranes also have a negative effect blood, which also limits the time of their use becomes.

Deshalb wurden Versuche unternommen, als Stoff für gasdurchlässige Membranen Dimethylsilikonkautschuk zu verwenden, der eine höhere Permeabilität gegenüber Gasen und eine gute biologische Verträglichkeit aufweist. Der reine Dimethylsilikonkautschuk ist jedoch mechanisch instabil und man kann auf seiner Grundlage lediglich Folien dicker als 100 µm herstellen, dabei entstehen oft Makroöffnungen (Löcher) in der Folie.Therefore attempts have been made as a substance for gas permeable Membranes to use dimethyl silicone rubber which has a higher permeability to gases and has good biological compatibility. The pure one However, dimethyl silicone rubber is mechanically unstable and you can only use it to make films thicker than Produce 100 µm, this often creates macro openings (Holes) in the film.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit begann man, ein Polymer auf der Grundlage des Silikonkautschuks auf ein Nylongewebe (Armierungsunterlage) aufzutragen und armierte Folien mit einer Stärke von 125 µm herzustellen (T. Kolobow, W. Zapol, J. E. Pierce, A. F. Keeley, R. L. Replogle and A. Haller "Partial extracorporeal gas exchange in alert new born lambs with a membrane artificial lung perfused via an A-V shunt for periods up to 96 hours", vol. XIV Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs, 1968, p. 328-334).To increase the mechanical strength, a polymer based on the silicone rubber apply a nylon fabric (reinforcement underlay) and to produce armored foils with a thickness of 125 µm (T. Kolobow, W. Zapol, J.E. Pierce, A.F. Keeley, R.L. Replogle and A. Haller "Partial extracorporeal gas exchange in alert new born lambs with a membrane artificial lung perfused via an A-V shunt for periods up to 96 hours ", vol. XIV Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs, 1968, p. 328-334).

Ein bekanntes Verfahren gemäß US-PS 33 25 330 zur Herstellung einer solchen gasdurchlässigen Membran besteht in der Auftragung des Silikonkautschuks auf eine Armierungsunterlage im Gießverfahren mit anschließender Walzung des aufgetragenen Kautschuks zusammen mit der Unterlage zwischen Walzen zwecks Schaffung einer dickengleichmäßigen Membran. Die Kautschukschicht in einer derartigen Membran füllt das Armierungsgitter vollständig aus.A known method according to US-PS 33 25 330 for the production of such gas permeable membrane consists in the application of the Silicone rubber on a reinforcement underlay in the casting process with subsequent rolling of the applied Rubber together with the pad between rollers to create a uniform membrane. The rubber layer in such a The membrane completely fills the reinforcement grid.

Die Verwendung von gasdurchlässigen Membranen auf der Grundlage von Silikonkautschuken ermöglichte es, Blutoxygenatoren für die vollständige künstliche Blutzirkulation mit einer Arbeitsoberfläche von ∼6 m² und einem Volumen der Spenderblutfüllung von etwa 1 l zu entwickeln. Die Membranen in diesen Oxygenatoren weisen jedoch eine große Dicke (125 µm) auf, die auf die Stärke des Armierungsgitters zurückzuführen ist.The use of gas permeable membranes the basis of silicone rubbers made it possible Blood oxygenators for complete artificial blood circulation with a working surface of ∼6 m² and a Develop volume of donor blood filling of about 1 l. However, the membranes in these oxygenators face a large thickness (125 µm), which corresponds to the thickness of the Reinforcement grid is due.

Bekannt ist, daß bei einem konstanten Permeabilitätskoeffizienten die Menge des durch die jeweilige Membran fließenden Gases umgekehrt proportional ihrer Stärke ist. Hierdurch besteht eine Beschränkung in bezug auf die Gasmenge, die durch die Membran durchfließt. Es ist außerdem an den Stellen der Verbindung des Kautschuks mit den Fasern des Armierungsgitters eine unzureichende Verbindung möglich, was die Entstehung von durchgehenden Makroöffnungen und demzufolge Betriebsausfall des Blutoxygenators verursacht.It is known that at a constant permeability coefficient the amount of through the respective membrane flowing gas inversely proportional to its strength is. This places a limitation on the amount of gas that flows through the membrane. It is also at the points of connection of the rubber with the fibers of the reinforcement grid insufficient connection possible, resulting in the emergence of continuous Macro openings and consequent downtime of the blood oxygenator.

Am meisten verwendungsfähig ist zur Zeit die Konstruktion eines Blutoxygenators, der eine Mehrzahl von gasdurchlässigen Membranen aufweist, die eine zentrale Bohrung beinhalten und einander abwechselnde Blutfluß- und Gaskammern voneinander trennen. Zur Absicherung des Blutflusses durch sämtliche Kammern wird der Oxygenator mit zentralen Eintritts- und periphärischen Aus trittssammelbehältern versehen, zum Durchströmen von Gas sind Eintritts- und Austrittsgassammelbehälter vorgesehen. Alle Membranen haben eine Gesamtarbeitsfläche, die für die Gewährleistung der vollständigen künstlichen Blutzirkulation ausreichend ist. Da sämtliche zur Zeit bekannten gasdurchlässigen Membranen, die in Blutoxygenatoren zum Einsatz kommen, elastisch sind, ist für die Ausführung solcher Konstruktionen die Anwendung von Abstandselementen erforderlich, die zwischen Membranen angeordnet werden und in der Regel steife Gitterkonstruktionen darstellen. Diese Elemente dienen auch für die Gewährleistung der Unveränderlichkeit des Querschnittes des Blutflusses. Das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen, die sich in Berührung mit Blut befinden, ruft jedoch eine schädliche Auswirkung auf Blut hervor.
The most useful currently is the construction of a blood oxygenator that has a plurality of gas permeable membranes that include a central bore and separate alternating blood flow and gas chambers. To secure the blood flow through all chambers, the oxygenator is provided with central inlet and peripheral outlet collection containers, and through-flow gas inlet and outlet gas collection containers are provided. All membranes have a total work surface that is sufficient to ensure complete artificial blood circulation. Since all currently permeable gas-permeable membranes which are used in blood oxygenators are elastic, the use of spacer elements which are arranged between membranes and which generally represent rigid lattice structures is necessary for the implementation of such constructions. These elements also serve to ensure the invariability of the cross-section of the blood flow. However, the presence of additional elements in contact with blood has a deleterious effect on blood.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Blutoxygenator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzu entwickeln, daß er hohe mechanische Stabilität, und hohe Gasdurchlässigkeit bei geringer Gasaustauschfläche und demzufolge ein geringes Füllvolumen für das Spenderblut aufweist und gleichzeitig auf das Blut nur so minimal schädigend einwirkt, daß die Regenerierungsmöglichkeiten des lebenden Organismus ausreichen.The invention has for its object a Blood oxygenator according to the preamble of claim 1 further develop that he has high mechanical stability, and high gas permeability with a small gas exchange surface and consequently has a low filling volume for the donor blood and at the same time has only minimal damage to the blood that the Regeneration possibilities of the living organism are sufficient.

Diese Aufgabe wird durch einen Blutoxygenator mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This task is performed by a blood oxygenator with the im Features specified claim 1 solved.

Besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltungen eines solchen Blutoxygenators sind den Ansprüchen 2 bis 4 zu entnehmen.Particularly preferred constructive designs of a such blood oxygenators are claims 2 to 4 refer to.

Die bei dem erfindungsgemäßen Blutoxygenator verwendete gasdurchlässige Membran besitzt eine höhere Gaspermeabilität als alle bekannten ähnlichen Membranen, und zwar infolge der Verringerung der Stärke der Polymerschicht, die einen der wichtigsten Diffusionswiderstandsfaktoren darstellt, die die Effektivität des Gastausches der Membran solchen Typs bestimmen. Gleichzeitig verspürt diese dünnere durchgehende Polymerschicht praktisch keine mechanischen Beanspruchungen, die beim Betrieb entstehen, da sie mit einer steifen hochporösen Armierungsunterlage fest verbunden ist, die die auftretenden Beanspruchungen aufnimmt. Dabei wird die geometrische Form der Unterlage und demzufolge auch der ganzen Membran beibehalten.The used in the blood oxygenator according to the invention gas permeable membrane has a higher gas permeability than all known similar membranes, as a result of the reduction the thickness of the polymer layer, which is one of the most important Diffusion resistance factors represents the Effectiveness of gas exchange of the membrane such Determine type. At the same time she feels thinner continuous polymer layer practically no mechanical Stresses that arise during operation because they are associated with a rigid, highly porous reinforcement underlay which absorbs the stresses that occur. The geometric shape of the underlay and consequently also the entire membrane.

Das Verfahren zur Herstellung einer solchen einer gasdurchlässigen Membran zeichnet sich durch Einfachheit aus und bedarf keiner Entwicklung neuer komplizierter technologischer Ausrüstungen. Für seine Ausführung genügen eine Erwärmungseinrichtung mit vorgegebener konstanter Temperatur sowie eine Sprühvorrichtung für die Polymerlösung. Derartige Erwärmungseinrichtungen und Zerstäuber werden von der Industrie in allen entwickelten Ländern der Welt breit produziert.The process of making one is characterized by a gas-permeable membrane Simplicity and does not require the development of new ones complicated technological equipment. For his One heating device is sufficient with a given constant temperature and a Spray device for the polymer solution. Such heating devices and atomizers are made by industry Widely produced in all developed countries around the world.

Auf der Grundlage einer solchen Membran wird gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine Konstruktion eines solchen Blutoxygenators mit einer geringeren Größe der Gasaustauschfläche, die zum Oxygenieren eines vorgegebenen Blutflusses erforderlich ist, und dadurch auch mit einem geringeren erforderlichen Volumen der Spenderblutfüllung vorgeschlagen. Eine steife Armierungsunterlage ermöglicht es außerdem, der Membran die erforderliche Form zu verleihen, die es erlaubt, sich miteinander abwechselnde Blutfluß- und Gasflußkammern zu bilden. Dabei ist die Polymerschicht an der Membran den Blutflußkammern zugekehrt. Hierdurch befindet sich das Blut in Berührung mit einem Polymer, das mit ihm die beste biologische Verträglichkeit aufweist. Das bedingt eine minimale Einwirkung des Oxygenators auf das Blut des Spenders, die dem Grad der Regenerierungsmöglichkeiten des lebenden Organismus entspricht, was den Verlauf der postoperativen Periode erleichtert und es gestattet, den Einsatzbereich des Oxygenators nicht nur für die Durchführung der künstlichen Blutzirkulation, sondern auch für die Unterstützung der Atmung bei Lungeninsuffizienz zu erweitern.On the basis of such a membrane is according to the present invention also a construction of such Blood oxygenator with a smaller size of the gas exchange surface, those for oxygenating a given one Blood flow is required, and therefore with a lower volume of donor blood required suggested. A stiff reinforcement underlay enables it also, the membrane has the required shape to give, which allows it to alternate with each other To form blood flow and gas flow chambers. The polymer layer on the membrane is the blood flow chamber turned towards. This is where the blood is in contact with a polymer that is the best with it has biological compatibility. That requires one minimal exposure of the oxygenator to the blood of the Donors, the degree of regeneration opportunities of the living organism corresponds to what the course of the postoperative period and allows the Area of application of the oxygenator not only for the implementation artificial blood circulation, but also for the support of breathing in case of lung insufficiency to expand.

Die erfindungsgemäßen Membranen besitzen gute technologische Eigenschaften, die es ermöglichen, ihnen eine beliebige gewünschte steife Form zu verleihen, insbesondere sie paarweise zusammenzukoppeln und Vorsprünge an ihnen auszuführen. Die Vorsprünge an den Membranen ermöglichen die Konstanz der Abmessungen der Blutflußkammern, eine gleichmäßige Verteilung des Blutflusses auf die einzelnen Kammern. Außerdem wird das Blut bei seiner Fortbewegung zwischen den Vorsprüngen beim laminaren Strömen kontinuierlich vermischt. Das erhöht seinerseits die Effektivität des Betriebes einer derartigen möglichen Gasaustauschanlage.The membranes according to the invention have good technological Properties that allow them to be any to give desired rigid shape, in particular couple them together in pairs and protrusions to execute them. The projections on the membranes allow the constancy of the dimensions of the blood flow chambers, an even distribution of blood flow to the individual chambers. In addition, the blood on his Movement between the projections in the laminar Streams mixed continuously. That in turn increases the effectiveness of operating such a possible Gas exchange system.

Die Vorsprünge an den Membranen gestatten es, auf Distanzeinrichtungen (Gitter) in den Blutzuflußkammern zu verzichten, was den hydraulischen Widerstand der Blutflußkammern herabsetzt. Das erlaubt, den Blutoxygenator beispielsweise für die Unterstützung der Atmung ohne Pumpe zu verwenden. Hierdurch werden im Kreis der Blutzirkulation sich bewegende Einzelteile ausgeschlossen, was noch dazu die Verletzung von Formelementen des Blutes verringert.The projections on the membranes allow on distance devices (grids) in the blood inflow chambers to waive what the hydraulic resistance of the blood flow chambers. That allows the blood oxygenator for example to support breathing without using a pump. As a result, Circle of blood moving moving parts excluded what was the violation of Form elements of the blood reduced.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung ihrer konkreten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigtIn the following the invention is described by the description their concrete embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine gasdurchlässige Membran im Querschnitt, wie sie in einem Blutoxygenator verwendet wird; Figure 1 is a gas permeable membrane in cross section, as used in a blood oxygenator.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines einfachsten Blutoxygenators mit der in Fig. 1 abgebildeten gasdurchlässigen Membran; FIG. 2 shows a schematic illustration of a simplest blood oxygenator with the gas-permeable membrane shown in FIG. 1;

Fig. 3 einen Blutoxygenator, der eine Mehrzahl von Membranen aufweist, die in Fig. 1 abgebildet sind; Figure 3 shows a blood oxygenator having a plurality of membranes depicted in Figure 1;

Fig. 4 einen Schnitt nach IV-IV in Fig. 3; Fig. 4 is a section along IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Seitenansicht des in Fig. 3 abgebildeten Blutoxygenators. Fig. 5 is a side view of the blood oxygenator shown in Fig. 3.

Grundelement der im Blutoxygenator verwendeten Membran ist eine geschlossene Schicht 1 (Fig. 1) eines Polymers auf der Grundlage des Silikonkautschuks. Diese Schicht 1 mit einer Stärke von 2-5 µm ist auf eine Ar mierungsunterlage 2 aufgetragen, die offene Poren 3 aufweist, die seitens der geschlossenen Schicht 1 teilweise mit dem Polymer auf der Grundlage des Silikonkautschuks ausgefüllt sind. Die innere Oberfläche der Poren 3 hat eine rauhe Oberfläche komplizierter Form, wodurch bei einer teilweisen Füllung 4 der Poren 3 mit Polymer eine feste Verbindung der geschlossenen Schicht 1 des Polymers mit der porösen Unterlage 2 geschaffen wird. Das Polymer (Füllung 4), das sich in den Poren 3 der Unterlage 2 befindet, und das Polymer, das die durchgehende Schicht 1 bildet, weisen die gleiche Natur und eine große Berührungsfläche auf. Das gewährleistet eine zuverlässige Adhäsion der durchgehenden Schicht 1 des Polymers mit der Oberfläche der Unterlage 2.The basic element of the membrane used in the blood oxygenator is a closed layer 1 ( FIG. 1) of a polymer based on the silicone rubber. This layer 1 with a thickness of 2-5 microns is applied to an Ar mierungsunterlage 2 , which has open pores 3 , which are partially filled by the closed layer 1 with the polymer based on the silicone rubber. The inner surface of the pores 3 has a rough surface of complicated shape, whereby at a partial filling of the pores 4 3 with a solid polymer compound of the closed layer of the polymer 1 is provided with the porous pad. 2 The polymer (filling 4 ), which is located in the pores 3 of the base 2 , and the polymer, which forms the continuous layer 1 , have the same nature and a large contact area. This ensures reliable adhesion of the continuous layer 1 of the polymer to the surface of the base 2 .

Die Armierungsunterlage 2 kann aus beliebigem festem Stoff mit offener Porosität über 20% hergestellt werden, der eine ausreichende mechanische Festigkeit hat und eine Gaspermeabilität besitzt, die um mehr als um das 100fache die Gaspermeabilität der auf die Unterlage aufgetragenen Schicht 1 des Polymers übersteigt.The reinforcement underlay 2 can be made from any solid material with an open porosity of over 20%, which has sufficient mechanical strength and a gas permeability which more than 100 times exceeds the gas permeability of the layer 1 of the polymer applied to the underlay.

Die poröse Armierungsunterlage 2 kann beispielsweise aus gesinterten Nickelpulver hergestellt werden und folgende Parameter aufweisen:The porous reinforcement base 2 can be produced, for example, from sintered nickel powder and have the following parameters:

offene Porosität60% Stärke150 µm maximale Porengröße2 µm durchschnittliche Porengröße1 µm Permeabilität gegenüber Sauerstoff (2,5+3,5) · 10^-3 cm³/sek. mm WS cm²
open porosity60% starch150 µm maximum pore size2 µm average pore size1 µm permeability to oxygen (2.5 + 3.5) · 10 ^-3 cm³ / sec. mm WS cm²

Die poröse Armierungsunterlage 2 kann auch aus Äthylzellulose hergestellt werden und folgende Parameter aufweisen:The porous reinforcement underlay 2 can also be produced from ethyl cellulose and have the following parameters:

offene Porosität40% Stärke160 µm maximale Porengröße3,5 µm durchschnittliche Porengröße1,5 µm Permeabilität gegenüber Sauerstoff (1,5+3,0) · 10^-3 cm³ sek. mm WS cm²
open porosity 40% thickness 160 µm maximum pore size 3.5 µm average pore size 1.5 µm permeability to oxygen (1.5 + 3.0) · 10 ^-3 cm³ sec. mm WS cm²

Eine solche gasdurchlässige Membran wird mittels Auftragens einer Schicht 1 eines Polymers auf der Grundlage 2 hergestellt. Das Auftragen der Schicht 1 des Polymers erfolgt durch das Auflösen des letzteren mit einer Konzentration von 1-20% in einem Lösungsmittel, das gegenüber dem Material der Unterlage 2 inert und fähig ist, dieselbe zu benetzen. Dann wird die Unterlage 2 auf eine Temperatur erwärmt, die um 0,5-20°C höher als der Siedepunkt des Lösungsmittels liegt, und die Lösung des Polymers auf der Grundlage des Silikonkautschuks wird auf die Oberfläche der Unterlage 2 in einer Menge von 0,5+5 mg/cm² aufgesprüht.Such a gas-permeable membrane is produced by applying a layer 1 of a polymer based on 2 . The layer 1 of the polymer is applied by dissolving the latter at a concentration of 1-20% in a solvent which is inert to the material of the base 2 and capable of wetting it. Then, the pad 2 is heated to a temperature which is 0.5-20 ° C higher than the boiling point of the solvent, and the solution of the polymer based on the silicone rubber is applied to the surface of the pad 2 in an amount of 0, 5 + 5 mg / cm² sprayed on.

Beim Auftreffen des Lösungsaerosols auf die hydrophile Armierungsunterlage 2 erfolgt ein Einsaugen der Lösung durch Kapillarkräfte in die Poren 3 der erhitzten Unterlage 2. Dabei siedet das Lösungsmittel und verdunstet vollständig, und das Polymer bleibt innerhalb der Poren 3 der Armierungsunterlage 2 in einer Tiefe von 8+12 µm. Bei den nächsten Aufsprühungen werden diese Poren 3 beginnend mit der genannten Tiefe bis zur Oberfläche der Unterlage 2 vollständig mit dem Polymer ausgefüllt, wonach das weitere Aufsprühen an der Oberfläche der Armierungsunterlage 2 eine durchgehende Schicht 1 des Polymers mit einer Stärke von 2+5 µm bildet, die mit dem innerhalb der Poren 3 befindlichen Polymer verbunden ist.When the solution aerosol strikes the hydrophilic reinforcement base 2 , the solution is sucked into the pores 3 of the heated base 2 by capillary forces. The solvent boils and evaporates completely, and the polymer remains within the pores 3 of the reinforcement base 2 at a depth of 8 + 12 microns. During the next spraying, these pores 3 are completely filled with the polymer, starting from the stated depth up to the surface of the base 2 , after which the further spraying on the surface of the reinforcement base 2 forms a continuous layer 1 of the polymer with a thickness of 2 + 5 μm , which is connected to the polymer located within the pores 3 .

Da der Querschnitt der Poren 3 veränderlich ist und ihre innere Oberfläche rauh ist, weist das sich innerhalb der Poren 3 befindliche Polymer (Füllung 4) eine feste mechanische Verbindung mit der Unterlage 2 auf und sichert eine zuverlässige Adhäsion der durchgehenden Schicht 1 mit der Oberfläche der Unterlage 2.Since the cross section of the pores 3 is variable and their inner surface is rough, the polymer (filling 4) located within the pores 3 has a firm mechanical connection with the base 2 and ensures reliable adhesion of the continuous layer 1 to the surface of the Document 2 .

Nachfolgend wird die Herstellung der gasdurchlässigen Membran anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The following is the production of the gas permeable Membrane explained in more detail using exemplary embodiments.

example 1

Man bereitet 20%ige Lösung von Dimethylsilikonkautschuk in Benzin. Das Benzin ist transparent, farblos, enthält kein Tetraäthylblei, keine Beimengungen und kein Wasser. Die zubereitete Lösung wird auf eine erhitzte Armierungsunterlage aus gesintertem Nickelpulver mit einert Stärke von 150 µm aufgesprüht. Die Temperatur der Unterlage wird konstant gehalten und ist gleich 140°C. Beim Auftreffen des Aerosols der Lösung auf die hydrophile poröse Unterlage wird es von den Kapillarkräften in die Poren der Unterlage eingesaugt, dabei siedet das Benzin und verdunstet vollständig, der Kautschuk aber bleibt in einer Tiefe von 8+10 µm. Bei den nächsten Aufsprühungen werden die Poren auf diese Tiefe vollständig mit Kautschuk ausgefüllt, wonach das weitere Aufsprühen der Lösung eine geschlossene Schicht des Kautschuks mit einer Stärke von 4-5 µm auf der Armierungsunterlage bildet.A 20% solution of dimethyl silicone rubber is prepared in gasoline. The gasoline is transparent, colorless, contains no tetraethyl lead, no additives and none Water. The prepared solution is heated to a Reinforcement underlay made of sintered nickel powder with sprayed with a thickness of 150 µm. The temperature of the The pad is kept constant and is 140 ° C. When the aerosol of the solution hits the hydrophilic it becomes porous underlay by the capillary forces sucked into the pores of the base, thereby boiling the gasoline and completely evaporates, the rubber but remains at a depth of 8 + 10 µm. The next Spraying the pores to this depth is complete filled with rubber, after which the further spraying the solution a closed layer of rubber with a thickness of 4-5 µm on the reinforcement underlay forms.

Example 2

Man bereitet eine 1%ige Lösung von Dimethylsilikonkautschuk in Benzin. Das Benzin ist transparent, farblos, enthält kein Tetraäthylblei, keine mechanische Beimengungen und kein Wasser. Die zubereitete Lösung wird auf eine erhitzte Armierungsunterlage aus gesintertem Nickelpulver mit einer Stärke von 150 µm aufgesprüht. Die Temperatur der Unterlage wird konstant gehalten und ist gleich 120,5°C. Beim Auftreffen des Aerosols der Lösung auf die erhitzte poröse Unterlage wird es von den Kapillarkräften in die Poren der Unterlage eingesaugt, dabei siedet das Benzin und verdampft vollständig, der Kautschuk aber bleibt in der Tiefe von 10+12 µm. Bei den nächsten Aufsprühungen werden die Poren bis auf diese Tiefe vollständig mit Kautschuk ausgefüllt, wonach das weitere Aufsprühen der Lösung eine geschlossene Kautschukschicht mit einer Stärke von 2+3 µm auf der Armierungsunterlage bildet.A 1% solution of dimethyl silicone rubber is prepared in gasoline. The gasoline is transparent, colorless, contains no tetraethyl lead, no mechanical additives and no water. The prepared solution will open up a heated reinforcement underlay made of sintered nickel powder sprayed with a thickness of 150 µm. The temperature the pad is kept constant and is equal to 120.5 ° C. When the aerosol of the solution hits on the heated porous surface it gets from the capillary forces sucked into the pores of the pad, the gasoline boils and evaporates completely But rubber remains at a depth of 10 + 12 µm. At In the next spraying, the pores will be up to this Depth completely filled with rubber, after which spraying the solution further closed Rubber layer with a thickness of 2 + 3 µm on the Reinforcement underlay forms.

Example 3

Man bereitet eine 5%ige Lösung von Dimethylsilikonkautschuk in Benzin. Das Benzin ist transparent, farblos, enthält keine Tetraäthylblei, keine mechanische Beimengungen und kein Wasser. Die zubereitete Lösung wird auf die erhitzte Armierungsunterlage aus gesintertem Nickelpulver mit einer Stärke von 150 µm aufgesprüht. Die Temperatur der Unterlage wird konstant gehalten und ist gleich 125°C. Beim Auftreffen des Aerosols der Lösung auf die hydrophile poröse Unterlage wird es von den Kapillarkräften in die Poren der Unterlage eingesaugt, dabei siedet das Benzin und verdampft vollständig, der Kautschuk aber bleibt in der Tiefe von 9+10 µm. Bei den nächsten Aufsprühungen werden die Poren bis auf diese Tiefe vollständig mit Kautschuk ausgefüllt, wonach das weitere Aufsprühen der Lösung eine geschlossene Kautschukschicht mit einer Stärke von 3-4 µm auf der Armierungsunterlage bildet.A 5% solution of dimethyl silicone rubber is prepared in gasoline. The gasoline is transparent, colorless, contains no tetraethyl lead, no mechanical additives and no water. The prepared solution will open up the heated reinforcement underlay made of sintered nickel powder sprayed with a thickness of 150 µm. The The temperature of the pad is kept constant and is equal to 125 ° C. When the aerosol of the solution hits on the hydrophilic porous base it gets from the capillary forces sucked into the pores of the pad, the gasoline boils and the rubber evaporates completely but remains in the depth of 9 + 10 µm. The next Spraying will completely fill the pores to this depth filled with rubber, after which the further spraying the solution with a closed rubber layer with a thickness of 3-4 µm on the reinforcement base.

Example 4

Man bereitet eine 10%ige Lösung von Dimethylsilikonkautschuk in Diäthyläther. Die zubereitete Lösung wird auf eine erhitzte Armierungsunterlage aus gesintertem Nickelpulver mit einer Stärke von 150 µm aufgesprüht. Die Temperatur der Unterlage wird konstant gehalten und ist gleich 50°C. Beim Auftreffen des Aerosols der Lösung auf die hydrophile poröse Unterlage wird es von den Kapillarkräften in die Poren der Unterlage eingesaugt, dabei siedet der Äther und verdunstet vollständig, der Kautschuk aber bleibt in der Tiefe von 8+10 µm. Bei den nächsten Aufsprühungen werden die Poren bis auf diese Tiefe vollständig mit Kautschuk ausgefüllt, wonach das weitere Aufsprühen eine durchgehende Kautschukschicht mit einer Stärke von 4-5 µm auf der Armierungsunterlage bildet.A 10% solution of dimethyl silicone rubber is prepared in diethyl ether. The prepared solution will on a heated reinforcement base made of sintered Nickel powder sprayed with a thickness of 150 microns. The temperature of the pad is kept constant and is equal to 50 ° C. When the aerosol of the solution hits on the hydrophilic porous base it gets from the capillary forces sucked into the pores of the pad, the ether boils and evaporates completely, the But rubber remains at a depth of 8 + 10 µm. At In the next spraying, the pores will be up to this Depth completely filled with rubber, after which the further spraying a continuous rubber layer with a thickness of 4-5 µm on the reinforcement underlay forms.

Example 5

Man bereitet eine 8%ige Lösung eines Blockcopolymeren aus Polyarylat- und Polydimethylsiloxanblöcken (Silar) in Chloroform. Diese Lösung wird auf eine erhitzte Armierungsunterlage aus Äthylcellulose mit einer Stärke von 160 µm aufgesprüht. Die Temperatur der Unterlage wird konstant gehalten und beträgt 80°C. Beim Auftreffen des Aerosols der Lösung auf die hydrophile poröse Unterlage wird es von den Kapillarkräften in die Poren der Unterlage eingesaugt. Dabei siedet das Chloroform und verdunstet vollständig, und das Dimethylsilikonkautschuk-Blockcopolymere bleibt in einer Tiefe von 8-10 µm zurück. Durch mehrere nachfolgende Aufsprühvorgänge werden die Poren bis auf diese Tiefe vollständig mit dem Blockcopolymeren ausgefüllt, wonach durch weiteres Aufsprühen der Lösung eine durchgehende Blockcopolymerschicht mit einer Dicke von 4-5 µm auf der Armierungsunterlage ausgebildet wird. An 8% solution of a block copolymer is prepared Polyarylate and polydimethylsiloxane blocks (Silar) in chloroform. This solution is placed on a heated reinforcement underlay sprayed from ethyl cellulose with a thickness of 160 microns. The temperature of the pad is kept constant and is 80 ° C. When the aerosol of the solution hits the hydrophilic porous backing it gets into the pores by the capillary forces sucked the pad. The chloroform boils and evaporates completely, and the dimethyl silicone rubber block copolymer remains at a depth of 8-10 µm. By Several subsequent spraying operations will open up the pores this depth completely filled with the block copolymer, after which a continuous spraying of the solution Block copolymer layer with a thickness of 4-5 µm on the Reinforcement underlay is formed.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele eines Blutoxygenators unter Verwendung derartiger Membranen näher erläutert.Exemplary embodiments of a Using blood oxygenator such membranes explained in more detail.

In Fig. 2 ist eine einfachste Ausführungsform eines Blutoxygenators mit einer solchen Membran schematisch dargestellt, der ein Gehäuse 5 aufweist, das durch eine gasdurchlässige Membran 6 gemäß Fig. 1 in eine Kammer 7 für den Blutfluß und eine Kammer 8 für den Gasfluß getrennt wird. Das Gehäuse 5 weist einen Rohrstutzen 5 für den Eintritt des venösen Bluts auf sowie einen Rohrstutzen 10 für den Austritt des arterialisierten Blutes sowie Rohrstutzen 11 und 12 für den Ein- und Austritt von Gas. Die gasdurchlässige Membran 6 wird so angeordnet, daß die durchgehende Schicht 1 des Polymers auf der Armierungsunterlage 2 der Kammer 7 für den Blutfluß zugekehrt ist.In Fig. 2 a simplest embodiment of a blood oxygenator with such a membrane is shown schematically, which has a housing 5 , which is separated by a gas permeable membrane 6 according to FIG. 1 into a chamber 7 for blood flow and a chamber 8 for gas flow. The housing 5 has a pipe socket 5 for the entry of the venous blood and a pipe socket 10 for the outlet of the arterialized blood as well as pipe sockets 11 and 12 for the entry and exit of gas. The gas-permeable membrane 6 is arranged so that the continuous layer 1 of the polymer on the reinforcement base 2 faces the chamber 7 for the blood flow.

In Fig. 3 ist eine Konstruktion des Blutoxygenators abgebildet, der eine Mehrzahl von gasdurchlässigen Membranen 13 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und von denen jede die in Fig. 1 abgebildete Konstruktion hat. FIG. 3 shows a construction of the blood oxygenator which has a plurality of gas-permeable membranes 13 which are arranged parallel to one another and each of which has the construction shown in FIG. 1.

Die Membranen 13 sind in Form von Scheiben mit zentralen Bohrungen ausgeführt und sie trennen sich miteinander abwechselnde Kammern 14 für den Blutfluß und Kammern 15 für den Gasfluß voneinander. Die Membranen 13 sind miteinander paarweise am Umfang und an der Kreislinie der zentralen Bohrungen verbunden, die einen zentralen Eintrittssammler 16 für den Blutfluß bilden. Zwischen den Außenkanten der Membranen 13 und dem Gehäuse 17 des Sammlers gibt es einen ringförmigen periphärischen Austrittssammler 18 für den Blutfluß. An den Außenseitenflächen der Membranen 13 sind Vorsprünge (buckelartige Erhebungen, "Beulen") 19 ausgeführt, die so angebracht sind, daß für jede der einander zugekehrten Oberflächen die Vorsprünge 19 einer davon sich zwischen den Vorsprüngen 19 der anderen Oberfläche befinden, so daß zwischen den Vorsprüngen 19 Spalten gebildet werden. Dadurch werden ferner innerhalb der verbundenen Membranen 13 Kammern 15 für den Gasfluß und in den Spalten zwischen den Vorsprüngen 19 Kammern 14 für den Blutfluß gebildet. Die Polymerschicht auf jeder Membran 13 ist stets den Kammern 14 für den Blutfluß zugekehrt. Das Hermetisieren der Kammern 14 und 15 erfolgt mittels eines Dichtungselementes 20. Der Eintrittsrohrstutzen 9 für venöses Blut sowie der Eintrittsrohrstutzen 11 für Gas und der Aus trittsrohrstutzen 12 für Gas sind am Fuß 21 des Blutoxygenators angeordnet.The membranes 13 are designed in the form of disks with central bores and they separate chambers 14 for the blood flow and chambers 15 for the gas flow, which alternate with one another. The membranes 13 are connected to one another in pairs on the circumference and on the circular line of the central bores, which form a central inlet collector 16 for the blood flow. Between the outer edges of the membranes 13 and the housing 17 of the collector there is an annular peripheral outlet collector 18 for blood flow. On the outer side surfaces of the membranes 13 are projections (hump-like elevations, "bumps") 19 which are mounted so that for each of the facing surfaces, the projections 19 one of which are between the projections 19 of the other surface, so that between the Projections 19 columns are formed. As a result, 13 chambers 15 for the gas flow are formed within the connected membranes and 19 chambers 14 for the blood flow in the gaps between the projections. The polymer layer on each membrane 13 is always facing the chambers 14 for blood flow. The chambers 14 and 15 are hermetically sealed by means of a sealing element 20 . The inlet pipe socket 9 for venous blood and the inlet pipe socket 11 for gas and the outlet pipe socket 12 for gas are arranged on the foot 21 of the blood oxygenator.

In Fig. 4 ist Draufsicht des Blutoxygenators nach Schnitt IV-IV in Fig. 3 abgebildet. Dabei ist zur Vereinfachung der Schnitt nur eines Teils der Vorsprünge 19 der Membranen 13 gezeigt. Die Richtung des Blutflusses ist mit ununterbrochenen Pfeilen 22 (nur für einen Teil der Membran) und die Richtung des Gasflusses mit punktierten Linien 23 gezeigt (auch nur für die Hälfte der Kammer für den Gasfluß eingezeichnet). FIG. 4 shows a top view of the blood oxygenator according to section IV-IV in FIG. 3. To simplify the section of only a portion of the projections 19 of the membranes 13 is shown. The direction of the blood flow is shown with continuous arrows 22 (only for part of the membrane) and the direction of the gas flow with dotted lines 23 (also shown for only half of the chamber for the gas flow).

In Fig. 5 ist die Seitenansicht des Blutoxygenators gezeigt, der in Fig. 3 abgebildet ist. Aus der Zeichnung geht hervor, daß im zentralen Sammelbehälter 16 etwa in der Mitte seiner Länge eine hermetische Trennwand 24 aufgestellt wird, deren Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Membranen 13 gleich ist (vereinfacht ohne Vorsprünge gezeigt). Die Teile des zentralen Sammelbehälters, die an verschiedenen Seiten der Trennwand 24 liegen, kommunizieren mittels eines periphärischen ringförmigen Sammelbehälters 18, und die Funktion eines Aus trittssammelbehälter für den Blutfluß erfüllt der Teil 25 des zentralen Sammelbehälters, der hinter der Trennwand 24 in der Bewegungsrichtung des Blutflusses angeordnet ist. An beiden Seiten von der Trennwand 24 liegen Verdränger 26 für die Verringerung des Blutvolumens im Oxygenator und für die gleichmäßige Verteilung von Blut in den Kammern für den Blutfluß. FIG. 5 shows the side view of the blood oxygenator shown in FIG. 3. From the drawing it can be seen that in the central collecting container 16 a hermetic partition 24 is set up approximately in the middle of its length, the outer diameter of which is equal to the outer diameter of the membranes 13 (shown in simplified form without projections). The parts of the central collecting container, which are on different sides of the partition 24 , communicate by means of a peripheral annular collecting container 18 , and the function of an outlet collecting container for blood flow is performed by the part 25 of the central collecting container, which is behind the partition wall 24 in the direction of movement of the blood flow is arranged. On both sides of the partition 24 are displacers 26 for reducing the blood volume in the oxygenator and for the uniform distribution of blood in the blood flow chambers.

Der in Fig. 2 abgebildete Oxygenator hat folgende Funktionsweise.The oxygenator shown in FIG. 2 has the following mode of operation.

Bei der Betätigung des Oxygenators strömt an einer Seite der Membran 6 (seitens der durchgehenden Schicht 1 des Polymers) das Blut und an der anderen Seite strömt das Gas. Das venöse Blut "V", das in die Kammer 7 des Oxygenators durch den Rohrstutzen 9 eintritt, weist einen Partialdruck des Kohlendioxids gleich 50+65 mm Hg und eine Sättigung mit Sauerstoff von 65+70% auf. In die Kammer 8 wird durch den Rohrstutzen 11 reiner Sauerstoff zugeführt. Hierdurch entsteht an der gasdurchlässigen Membran 6 ein Partialdruckgefälle des Kohlendioxids, das gleich 50+65 mm Hg ist und aus der Kammer 7 für den Blutfluß in die Kammer 8 für den Gasfluß gerichtet ist. Entgegengesetzt ist das Partialdruckgefälle des Sauerstoffs von etwa 700 mm Hg gerichtet. Infolge des Vorhandenseins der Partialdruckgefälle an der Membrane 6 entstehen die entgegengesetzt gerichteten Ströme des Kohlendioxids (aus dem Blut ins Gas) und des Sauerstoffs (aus Gas ins Blut). In Fig. 1 und Fig. 2 sind diese Ströme mit schraffiertpunktierten Linien angegeben. Das venöse Blut "V", das in den Oxygenator eintritt, kommt mit der durchgehenden Polymerschicht 1 der Membrane 6 in Berührung. Durch das Vorhandensein des Partialgefälles des Kohlendioxids zwischen dem venösen Blut in der Kammer 7 für den Blutfluß und dem reinen Sauerstoff in der Kammer 8 für den Gasfluß dringt das Kohlendioxid durch die dünne durchgehende Polymerschicht 1 (Fig. 1 und Fig. 2) und dann durch das Polymer (Füllung 4), das teilweise die Poren 3 der Unterlage 2 ausfüllt, in die offenen Poren 3 der Unterlage 2 ein. Aus den offenen Poren 3 tritt das Kohlendioxid in die Kammer 8 für den Gasfluß ein und wird mit dem Sauerstoffstrom durch den Rohrstutzen 12 an die Umgebung abgeführt.When the oxygenator is actuated, the blood flows on one side of the membrane 6 (on the side of the continuous layer 1 of the polymer) and the gas flows on the other side. The venous blood "V", which enters the chamber 7 of the oxygenator through the pipe socket 9 , has a partial pressure of the carbon dioxide equal to 50 + 65 mm Hg and a saturation with oxygen of 65 + 70%. Pure oxygen is fed into the chamber 8 through the pipe socket 11 . This creates a partial pressure drop of the carbon dioxide on the gas-permeable membrane 6 , which is equal to 50 + 65 mm Hg and is directed from the chamber 7 for the blood flow into the chamber 8 for the gas flow. The partial pressure drop of oxygen of about 700 mm Hg is directed in the opposite direction. As a result of the presence of the partial pressure drops on the membrane 6 , the oppositely directed flows of carbon dioxide (from the blood into the gas) and oxygen (from gas into the blood) arise. In Fig. 1 and Fig. 2 these currents are indicated by hatched dotted lines. The venous blood "V" that enters the oxygenator comes into contact with the continuous polymer layer 1 of the membrane 6 . Due to the presence of the partial gradient of carbon dioxide between the venous blood in the chamber 7 for blood flow and the pure oxygen in the chamber 8 for gas flow, the carbon dioxide penetrates through the thin continuous polymer layer 1 ( Fig. 1 and Fig. 2) and then through the polymer (filling 4 ), which partially fills the pores 3 of the base 2 , into the open pores 3 of the base 2 . From the open pores 3 , the carbon dioxide enters the chamber 8 for the gas flow and is discharged to the environment with the oxygen flow through the pipe socket 12 .

Das Partialdruckgefälle des Sauerstoffs, das entgegengesetzt gerichtet ist, sichert in der umgekehrten Richtung auf dem gleichen Wege die Bewegung des Sauer stoffstromes, der dünnen Film des Blutes arterialisiert der mit der geschlossenen Polymerschicht 1 unmittelbar in Berührung kommt.The partial pressure drop of the oxygen, which is directed in the opposite direction, ensures in the opposite direction in the same way the movement of the oxygen flow, the thin film of the blood arterialized which comes into direct contact with the closed polymer layer 1 .

Die dünne Polymerschicht 1 der Membrane 6 erlaubt, einen großen Gasfluß je Einheit der Gasaustauschfläche durchzulassen und dadurch die Gasaustauschfläche und das Füllungsvolumen zu verringern. Bei der Bewegung des Blutes längs der gasdurchlässigen Membran wird aus ihm ein Teil des Kohlendioxids bis auf einen Partialdruck von 35+40 mm Hg entfernt, wodurch die Vergrößerung der Sättigung des Blutes mit Sauerstoff bis auf 92+98% erfolgt. Dieses arterialisierte Blut "A" tritt aus dem Blutoxygenator durch den Rohrstutzen 10 aus und kann dem jeweiligen Patienten zugeführt werden.The thin polymer layer 1 of the membrane 6 allows a large gas flow to pass through per unit of the gas exchange surface and thereby reduce the gas exchange surface and the filling volume. When the blood moves along the gas-permeable membrane, part of the carbon dioxide is removed from it up to a partial pressure of 35 + 40 mm Hg, which increases the blood saturation with oxygen to 92 + 98%. This arterialized blood "A" emerges from the blood oxygenator through the pipe socket 10 and can be supplied to the respective patient.

Bei einer laminaren Strömung des Blutes in geradlinigen Strömungsblutfaden wird der weitere Prozeß des Gasaustausches verlangsamt. Das ist darauf zurückzuführen, daß Erythrozyten, die die Gastransportfunktion des Blutes ausführen, sich in suspendiertem Zustand im Blutplasma befinden, das einen großen Diffusionswiderstand besitzt, der den Gasaustausch verhindert. Hierdurch müssen die Kohlendioxid- und Sauerstoffströme im Maße der Arterialisierung des Blutes nicht nur durch die gasdurchlässige Membran 6, sondern auch durch die sich immer vergrößernde Dicke des arterialisierten Blutes durchdringen.With a laminar flow of blood in rectilinear flow blood filaments, the further process of gas exchange is slowed down. This is due to the fact that erythrocytes, which carry out the gas transport function of the blood, are in a suspended state in the blood plasma, which has a large diffusion resistance that prevents gas exchange. As a result, the carbon dioxide and oxygen flows in the degree of arterialization of the blood must penetrate not only through the gas-permeable membrane 6 but also through the increasing thickness of the arterialized blood.

Zu bemerken ist, daß das Blut bei seiner Fortbewegung in der Kammer 7 für den Blutzufluß nur mit der durchgehenden Polymerschicht auf der Grundlage des Silikonkautschuks in Berührung kommt, der eine gute biologische Verträglichkeit mit Blut aufweist. Das verursacht eine minimale Einwirkung eines derartigen Oxygenators auf das Eiweiß des Blutes und auf seine Formelemente.It should be noted that the blood, as it moves in the chamber 7 for the blood inflow, only comes into contact with the continuous polymer layer based on the silicone rubber, which has good biological compatibility with blood. This causes a minimal impact of such an oxygenator on the protein of the blood and on its form elements.

Insofern die Armierungsunterlage 2 der Membrane 6 aus einem festen Material ausgeführt ist, weist die gasdurchlässige Membran eine ausreichend hohe Steifigkeit auf, was die Beständigkeit der Abmessungen der Kammer 7 für den Blutzufluß bei den Druckwerten bis 700 mm Hg gewährleistet.Insofar as the reinforcement base 2 of the membrane 6 is made of a solid material, the gas-permeable membrane has a sufficiently high rigidity, which ensures the stability of the dimensions of the chamber 7 for the blood flow at the pressure values up to 700 mm Hg.

Obenstehend betrachteten wir die Funktionsweise des einfachsten Blutoxygenators, um besonders vollständig die Betriebsweise der in Fig. 1 abgebildeten Membran zu veranschaulichen. Die Fig. 3, 4 und 5 enthält die Konstruktion eines Blutoxygenators, der handlicher im Betrieb ist und unter Verwendung einer erfindungsgemäßen gasdurchlässigen Membran ausgeführt wird.Above we considered the operation of the simplest blood oxygenator in order to particularly fully illustrate the operation of the membrane shown in FIG. 1. FIGS. 3, 4 and 5 includes the construction of a blood oxygenator, the handy in operation, and is performed using a gas-permeable membrane of the invention.

Der in Fig. 3 und Fig. 4 und Fig. 5 abgebildete Blutoxygenator hat folgende Funktionsweise. Das venöse Blut "V" wird dem Blutoxygenator durch den Rohrstutzen 9 zugeführt und tritt in den zentralen Eintrittssammel behälter 16 für den Blutfluß ein, in dem ein Verdränger 26 angeordnet ist. Aus dem Eintrittssammelbehälter 26 wird das Blut gleichmäßig auf die Kammern 14 für den Blutfluß aufgeteilt. Dabei kommt das venöse Blut mit der Polymerschicht der gasdurchlässigen Membran 13 in Berührung. Aus der Blutschicht, die unmittelbar mit den Membranen 13 in Berührung kommt, dringt das Kohlendioxid in die Kammer 15 für den Gasfluß ein, und in der entgegengesetzten Richtung bewegt sich der Sauerstoff und arterialisiert dabei den Film des Blutes. Bei der weiteren Bewegung des Blutes in den Kammern 14 für den Blutfluß umströmt das Blut die Vorsprünge 19, wodurch der arterialinierte Blutfilm in das Innere des Blutflusses übergeht und an seine Stelle tritt anderes venöses Blut, das ebenfalls arterialisiert wird. Dadurch erfolgt bei der laminaren Strömung des Blutes sein kontinuierliches Vermischen, was mit Pfeilen 22 angegeben ist, wodurch der Prozeß des Gasaustausches intensiviert wird. Die Gleichmäßigkeit der Aufteilung des Blutes auf die Kammern 14 für den Blutfluß wird durch die gleiche Höhe der Vorsprünge 19 und demzufolge durch die gleichen Abmessungen der Kammer 14 für den Blutfluß gesichert.The blood oxygenator shown in Fig. 3 and Fig. 4 and Fig. 5 has the following operation. The venous blood "V" is supplied to the blood oxygenator through the pipe socket 9 and enters the central inlet collection container 16 for the blood flow, in which a displacer 26 is arranged. From the inlet collecting container 26 , the blood is evenly divided into the chambers 14 for blood flow. The venous blood comes into contact with the polymer layer of the gas-permeable membrane 13 . From the blood layer, which comes into direct contact with the membranes 13 , the carbon dioxide penetrates into the chamber 15 for the gas flow, and the oxygen moves in the opposite direction, thereby arterializing the film of the blood. As the blood continues to move in the blood flow chambers 14, the blood flows around the projections 19 , whereby the arterialized blood film passes into the interior of the blood flow and is replaced by other venous blood, which is also arterialized. As a result, the laminar flow of the blood is continuously mixed, which is indicated by arrows 22 , whereby the process of gas exchange is intensified. The uniformity of the distribution of the blood between the chambers 14 for blood flow is ensured by the same height of the projections 19 and consequently by the same dimensions of the chamber 14 for blood flow.

Nach dem Passieren eines Teils der Kammern 14 für den Blutfluß bis zur Trennwand 24 tritt das Blut in den periphärischen Sammelbehälter 18 ein, woher es gleichmäßig auf die übrigen Kammern 14 für den Blutfluß aufgeteilt wird, in denen die weitere Arterialisierung des Blutes erfolgt, und dann tritt es aus dem Austrittssammelbehälter 25 für den Blutfluß aus, dessen Funktion ein Teil des zentralen Sammelbehälters erfüllt, der hinter der Trennwand 24 in der Bewegungsrichtung des Blutflusses liegt. Aus dem Oxygenator tritt das arterialisierte Blut durch den Rohrstutzen 10 aus.After passing through a portion of the blood flow chambers 14 to the partition 24 , the blood enters the peripheral collection container 18 , from where it is evenly distributed to the other blood flow chambers 14 in which further arterialization of the blood occurs, and then it emerges from the outlet collecting container 25 for the blood flow, the function of which is performed by a part of the central collecting container which lies behind the partition 24 in the direction of movement of the blood flow. The arterialized blood emerges from the oxygenator through the pipe socket 10 .

Der Sauerstoff wird in den Blutoxygenator durch den Rohrstutzen 11 zugeführt und gleichmäßig auf alle Kammern 15 für den Gasfluß aufgeteilt. Bei der Fortbewegung durch diese Kammern tritt Kohlendioxid aus dem venösen Blut durch die gasdurchlässigen Membranen in den Sauerstoffluß ein, und ein Teil des Sauerstoffes verläßt in der entgegengesetzten Richtung das Blut. Die Sauerstoffreste zusammen mit dem Kohlendioxid werden durch den Rohrstutzen 12 an die Umgebung abgeführt.The oxygen is fed into the blood oxygenator through the pipe socket 11 and divided evenly into all chambers 15 for the gas flow. As it travels through these chambers, carbon dioxide from the venous blood enters the oxygen flow through the gas permeable membranes, and some of the oxygen leaves the blood in the opposite direction. The oxygen residues together with the carbon dioxide are discharged to the environment through the pipe socket 12 .

Der in Übereinstimmung mit Fig. 3, 4 und 5 ausgeführte Blutoxygenator auf der Grundlage einer gasdurchlässigen Membran hat eine Oxygenierung von 6 l Blutes pro Minute bei einer Gasaustauschfläche von etwa 4 m² und bei einem Füllungsvolumen des Spenderblutes von etwa 0,5 l gewährleistet. Dabei kann der Druck in den Kammern für den Blutfluß bis auf 700 mm Hg gefahrlos erhöht werden, da die gasdurchlässige Membran eine Armierungsunterlage aus einem festen Material aufweist, was die Steifigkeit der Membrane sichert.The blood oxygenator designed in accordance with FIGS. 3, 4 and 5, based on a gas-permeable membrane, ensured an oxygenation of 6 liters of blood per minute with a gas exchange surface of approximately 4 m² and with a filling volume of the donor blood of approximately 0.5 liters. The pressure in the blood flow chambers can be safely increased up to 700 mm Hg, since the gas-permeable membrane has a reinforcing base made of a solid material, which ensures the rigidity of the membrane.

Währenddessen weisen die besten modernen Blutoxygenatoren eine Gasaustauschfläche über 6 m² bei einem Füllungsvolumen von 1,2 l auf und lassen eine Erhöhung des Druckes lediglich bis auf 300 mm Hg zu.Meanwhile, the best modern blood oxygenators exhibit a gas exchange area over 6 m² at one Filling volume of 1.2 l and leave an increase the pressure only up to 300 mm Hg.

Ein beschriebener Blutoxygenator bildet vorzugsweise das Hauptfunktionselement eines Apparates für die künstliche Blutzirkulation.A blood oxygenator as described preferably forms the main functional element of an apparatus for artificial Blood circulation.

Claims

1. blood oxygenator, consisting of a housing which is divided by at least one gas-permeable membrane into one or more chambers for blood flow and one or more chambers for gas flow, characterized in that the membrane is a reinforcing pad made of a solid material with open porosity and has a layer of a polymer based on a silicone rubber applied to this layer, which forms a closed layer with a thickness of 2 to 5 μm and fills the pores of the reinforcement underlay to a depth of 8 to 12 μm while ensuring reliable adhesion.

2. Blood oxygenator according to claim 1, characterized by a plurality of gas-permeable membranes which have a central bore and which separate chambers for blood flow and chambers for gas flow from one another, by a central inlet and a peripheral outlet collecting container for the blood flow and through an inlet and outlet collecting container for the gas flow, and in that the gas-permeable membranes with similar surfaces face each other and are connected in pairs on the outer edge and on the circular line of the central bores and thus form chambers ( 15 ) for the gas flow which form the layer ( 1 ) of the polymer on the outer surfaces, that on these the polymer layer surfaces projections ( 19 ) are executed, which are arranged so that for each facing surface, the projections ( 19 ) one of the surfaces between the projections ( 19 ) of the other surface are arranged so that gaps are formed between the lateral surfaces of the projections ( 19 ), and that in the gaps between the projections ( 19 ) chambers for blood flow and within the central bores of the membrane ( 13 ) a central inlet collecting container ( 16 ) for blood flow is formed will.

3. blood oxygenator according to claim 2, characterized in that in the central collecting container ( 16 ) approximately in the middle of its length a hermetic partition ( 24 ) is arranged and the parts of the central collecting container ( 16 ) which on different sides of the partition ( 24 ) are arranged, communicate by means of an annular peripheral collecting container ( 18 ).

4. Blood oxygenator according to claim 3, characterized in that in the central collecting container ( 16 ) on both sides of the partition ( 24 ) displacers ( 26 ) for reducing the blood volume in the oxygenator and for uniform distribution of the blood on the chambers of the blood flow are arranged.