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Vorrichtung für Stoffwechselprozesse zwischen zwei strömenden
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Medien Die vorliegende Erfindung betrifft eine aus Kunststoff gefertigte
Vorrichtung für den Stoffwechsel zwischen zwei strömenden Medien, beispielsweise
von Flüssigkeit in Flüssigkeit oder von Gas in Flüssigkeit, anwendbar als Häniodialysator
oder Hämofilter und/oder Oxygenator, gegebenenfalls als Wärmeaustauscher, die aus
einem Gehäuse, in dem eine zickzackförmig gefaltete halbdurchlässige Membrane und
Membranstützen untergebracht sind, besteht.
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Bislang sind Spulen-, Platten- und Kapillarhämodialysatoren, Hämofilter
und Hämoperfusoren bekannt. Die oben genannten Typen sind als Zwei-Kammer- oder
Drei-Kammersysteme aufgebaut.
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Der Nachteil der bisher bekannten Systeme beruht in deren verhältnismässig
grossen Masse in Bezug auf Gewicht und Volumen, in der komplizierten Fertigungstechnologie
und in den hohen Investitionskosten für die Produktion.
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Es ist auch die Ausführung eines Hämodialysators von kleinem Volumen
bekannt, der aus einer halbdurchlässigen Membrane in der Form eines flachen Schlauches
besteht, in den als Membranstütze
ein Stricknetz aus Kunststoff
eingelegt ast, Ans den so gebildeten übereinander geschichteten Membranmodulen besteht
das Dialysatorpaket, das in einem Plastikgehäuse untergebracht ist, das an seinen
Seitenteilen einen Eintritt und einen Austritt für das Blut und an seinem Oberteil
einen Eintritt und einen Austritt für das Dialysat aufweist. Das Blut durchfließt
den Dialysatormodul zwischen zwei Membranmodulen und das Dialy sat durchfließt den
Innenraum des Membranmoduls. Ein Nachteil dieser Ausführung ist, daß die verwendete
Stricknetzstütze, die in eine Membrane von der Bors eines flachen Schlauches einem
gelegt wird, die Belüftung und somit die Verminderung der wirksamen Membranflache
und dezufolge auch eine niedrigere Wirksamkeit nicht verhindern kann. Damit sich
das Blut und die Dia lysatlösung nicht miteinander vermischen, müssen bei diesem
Dialysator die einzelnen Membranmodulen mit undurchlässigem Kitt abgedichtet werden0
Bei Plattendialysatoren, , bei denen im Spritzgußverfahrea her gestellte Kunststoff-Membranstützen
Anwendung finden, werden hohe Anforderungen an die Präzision des Spritzgußwerkzeuges
und an die der technologischen Vorrichtungen gestellt. In Hinblick auf die angewendete
Technologie ist eine weitere Miniaturisierung dieser Dialysatoren aus technischen
Gründen nicht möglich.
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Diese Nachteile beseitigt die Erfindung. Es ist die Aufgabe der Erfindung,
@ne kleine einfach aufgebaute, leicht herstellbare Vorrichtung für Stoffwechselprozesse
zwischen zwei strömenden Medien zu schaffen, die sich durch kurze Verweilzeit des
Blutes im außerkörperlichen Kreislauf, ein geringes internes Blutvolumen, eine höhere
Dnrchflußrate und einen kürzeren Blutweg auszeichnet.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die halbdurchlässige Membrane
ununterbrochen kreuzweise zwischen zwei Membranstützenpaaren
gefaltet
ist, die gegen die halbdurchlässige Membrane hin mit einem vorzugsweise unterbrochenen
geformten Profil versehen sind, wobei die Nembranstützen die halbdurchlässige Membrane
höchstens um drei Millimeter und mindestens an zwei Seiten überragen und an der
Stelle der Übermaße der Membranstützen eine undurchlässige Verbindung mit dem Gehäuse
hergestellt wird.
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Die Membranstütze ist mindestens an zwei Seiten abgeschlossen und
besteht vorzugsweise aus einer undurchlässigen Plastikfolie von höchstens 1 mm Dicke.
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Das geformte Profil hat vorzugsweise die Form eines Rotationsparaboloids,
gegebenenfalls eines geschichteten Rotationsparaboloids oder eines abgeschrägten
Dreieckprismas, wobei das geformte Profil an der Membranstütze vorzugsweise in den
Eckpunkten von Vierecken angebracht ist.
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Die zickzackförmig gefaltete halbdurchlässige Membrane und die Membranstütze
sind in einem Gehäuse untergebracht, das aus einem Mantel besteht und mittels einer
ersten Kappe und einer zweiten Kappe abgeschlossen wird, wobei an der Oberfläche
des Mantels vier einen integralen Bestandteil des Mantels bildende Verteilerkanäle
ausgebildet sind. Die erste Kappe besitzt an ihrer Oberfläche mit Ansatzstücken
für Blut und Dialysat versehene herausragende Vorsprünge, wobei die Form der herausragenden
Vorsprünge in ihren Abmessungen mit der Form der Verteilerkanäle des Mantels übereinstimmt.
Die Membranstütze stirn an ihren beiden Enden in ihren Abmessungen mit den Abmessungen
der zweiten Kappe überein und ist zwischen dem Mantel und der ersten und der zweiten
Kappe des ehäuses undurchlässig befestigt.
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Der Mantel des Gehäuses ist vorzugsweise in zwei Teile geteilt, die
an ihren Kontaktstellen Anliegefaltungen aufweisen.
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Die halbdurchlässige Membrane ist vorzugsweise mit sich regelmäßig
wiederholenden Übermaßem für die Seitenabdichtung des Membranpakets versehen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß
zwischen dem dynamischen und dem statischen I3lutfülivolumen ein geringer Unterschied
besteht, daß das residuelle Blutvolumen nach beendeter Dialyse minimal ist, daß
der Druckverlust an der Blutseite und an der Dialysatseite niedrig ist, daß die
Blutkontaktflächen glatt sind und vom Blut und der Dialysatlösung in einer sehr
dünnen Schicht bespült werden und daß die Verweilzeit des Blutes im außerkörperlichen
Kreis lauf im Einblick auf das geringe interne Blutvolumen, die höhere Durchflußrate
und den kürzeren Blutweg kurz ist.
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Ein weiterer Vorteil besteht dar daß infolge der kleinen Abmessungen
der Vorrichtung die Gesamtkosten für Naterial, technologische Einrrichtungen, Transport
und Lagerraum herabgesetzt werden. Die kleinen Abmessungen der erfindungegenäßen
Vorrichtung werden durch den Einsatz einer sehr dünnen undurchlässigen Plastikfclie
ermöglicht, die die bei den bisherigen Typen üblichen Platten oder Netzmembranstützen
ersetzt. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Fertigung der undurchlässigen Plastikfolie
im Kontinuierlichen Produktionsverfahren auf Kalandern, ähnlich wie die einer Folie
für die herkömmliche Verpackungstechnik, möglich ist. Als Membranstütze eingesetzt,
ermöglicht diese undurchlässige Plastikfolie eine äußerst große flächenmässige Variabilität,
was bedeutet, daß selbst bei einer Fläche von 2 m2 das Blutvol en 50 ml nicht übersteigt.
Bei einer wirksamem Membranfläche von 1 m2 hat die erfindungsgamäße Vorrichtung
Abmessungen von 125 x 45 x 4o mm und das Blutfüllvolumen beträgt 25 ml + 5 ml und
die Gesamtmasse liegt bei Verwendung einer 1195 mm dicken halbdurchlässigen Membrane
unter 150 g. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen
Vorrichtung
ist, daß diese aus zwei Werkstoffen einschließlich der Membrane hergestellt werden
kann und daher bei Einhaltung der vorgeschriebenen Bedingungen die Wiederverarbeitung
zu in der Industrie brauchbaren Zweitrohstoffen ermöglicht. Ein großer Vorteil der
Vorrichtung ist die kleine Höhe der Folienmembranstützen und der halbdurchlässigen
Membranen, die gleichzeitig die kleine Höhe der Vorrichtung bedringt.
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Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig.
1 die axonometrische Projektion des Gehäuses der Vorrichtung, Fig. 2 die erste Kappe
des Gehäuses, Fig. 3 die zweite Kappe des Gehäuses, Fig. 4 die Vorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 5 die Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 6 den Modul der Vorrichtung im Grundrißschnitt,
Fig. 7 das Membranteil im Querschnitt, Fig. 8 das geformte Profil in der Form eines
Rotationspara boloids, Fig. 8b das geformte Profil in der Form eines geschichteten
Rotationsparaboloids, Fig. 8c das geformte Profil in der Form eines abgeschrägten
Dreieckprismas, Fig. 9 die modifizierte Ausführung einer halbdurchlässigen Membrane.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer halbdurchlässigen
Membrane 1, die ununterbrochen und zickzackförmig zwischen
zwei
Membranstützenpaaren 2 gefaltet ist, die gegen die halbdurchlässige Membrane 1 hin
mit einem vorzugsweise unterbrochenen geformten Profil 3 versehen sind, wodurch
ein System von Membranabschnitten gebildet wird, in denen die Blutk amm er 17 mittels
der halbdurchlässigen Membrane 1 von den Dialysatkammern 15 und 16 getrennt wird,
die zwischen der halbdurchlässigen Membrane 1 und der Nembranstütze 2 auf der Seite
des geformten Profils 3 vorgesehen sind. Dabei ist die halbdurchlässige Membrane
1 vorzugsweise mit sich regelmäßig wiederholenden Übermaßen 18 für die seitliche
Abdichtung der Membranabschnitte versehen und die Membranstütze 2 überdeckt auf
der kürzeren Seite des Dialysatorpakets 4 höchstens um 3 min die halbdurchlässige
Membrane 1 und an der Stelle der Übermaße 4 der Membranstützen 2 wird eine undurchlässige
Ver bindung 5 gebildet. Das solcherart gebildete Dialysatorpaket wird in das Gehäuse
6 eingebracht, das aus dem Mantel 7 be steht, der vorzugsweise in zwei Teile geteilt
ist, die an den Kontaktstellen mit Anliegefaltungen 14 versehen sind. Der Mantel
7 wird mit der ersten Kappe 8 und der zweiten Kappe 9 verschlossen, wobei an der
Oberfläche des Mantels 7 vier Verteilerkanäle lo ausgebildet sind, die einen integralen
Bestandteil des Mantels 7 bilden. Die erste Kappe 8 weist auf ihrer Oberfläche herausragende
Vorsprünge 11 auf, von denen zwei auf einer Seite mit den Ansatzstücken 12 für Bluteintritt
und Blutaustritt und zwei weitere herausragende Vorsprünge 11 auf der gegenüberliegenden
Seite mit Ansatzstücken 13 für den Eintritt und den Austritt der Dialysatlösung
versehen sind.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zuerst die Blutkammer
17 mit einer isotonischen Natriumchloridlösung gefüllt und gespült. Damit die vollständige
Entlüftung der Kammer sichergestallt wird9 läßt man diese Lösung die Vorrichtung
mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 ml/min durchfließen Dann wird an eines der
Ansatzstücke 13 die
Dialysatlösung angeschlossen und die Vorrichtung
um 1800 gedreht, damit die Dialysatkamiiiern 16 and 15 mit der Dialysatlösung gefüllt
werden und die Kammern 15 und 16 vollständig entlüftet werden. Nach Auffüllung der
Dialysatkammern 15 und 16 wird der Unterdruck auf -6,65 kPa reduziert und auf diese
Weise die Blutkammer 17 gleichmäßig geöffnet, wodurch der optimale Durchfluß durch
die Bultkammern 17 gewährleistet wird. Dabei ist der Transmembrandruck minimal bei
+ 9,33 kPa auf der Blutseite und bei -6,65 kPa auf der Dialysatseite aufrechtzuerhalten,
damit ein gleichmäßiges Strömen des dünnen Blutfilms über der ganzen Fläche der
Blutkammern 17 sichergestellt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Hämodialsysator zur Behandlung
bei Nierenversagen mittels Hämodialyse und Hämofiltration, als Oxygenator zur Oxydation
des Blutes oder auch als Wärmeaustauscher, in Abhängigkeit von den verwendeten Typen
der halbdurchlässigen Membranen, verwendet werden.
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3ezugsnummernverz ei chnis 1 halbdurchlässige Membrane 2 Membranstütze
3 geformtes Profil 4 Übermaß der Membranstützen 5 undurchlässige Verbindung 6 Gehäuse
7 Mantel 8 erste Kappe 9 zweite Kappe lo Verteilerkanäle 11 herausragende Vorsprünge
12 Ansatzstück für das Blut 13 Ansatzstücke für das Dialysat 14 Anliegefalten 15
Blutkanal 16 Dialysationskanal 17 Blutkammer 18 Übermaße der halbdurchlässigen Membranen
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