DE3600527A1 - Filter zur gewinnung von plasma bzw. plasmawasser, sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter zur Gewinnung von Plasma bzw. Plasmawasser, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Bekannte Plasmafilter weisen ein Gehäuse auf, das einen Blutzu- und einen Blutablauf enthält und einen Innenraum aufweist. Im Innenraum des Filtergehäuses ist eine Fil­ termembran in Form einer Mehrzahl von Hohlfasern angeord­ net, die sich in Längsrichtung des Gehäuses erstrecken. Die Hohlfasern weisen einen inneren Strömungsquerschnitt auf, durch den Blut fließt und lassen in ihren Außen­ bereichen einen freien Strömungsquerschnitt offen, durch den das Filtrat strömt. Die Filtrierung wird hierbei durch Poren in den Wänden der Hohlfasern und durch ein Druckgefälle zwischen dem Hohlfaserinnenraum und dem freien Strömungsraum bewirkt, was beispielsweise durch Anlegen einer Pumpe an den freien Strömungsraum bewerk­ stelligt werden kann, so daß ein sogen. Transmembran­ druckgefälle entsteht.

Die bekannten Filter weisen ferner einen Plasmaablauf auf, der mit dem freien Strömungsquerschnitt in Strö­ mungsverbindung steht. Die Stirnseiten der Hohlfasern sind mit Verschlußteilen versehen, die üblicherweise als Vergußbereiche ausgebildet sind und den Blutzu- und -ablauf vom Plasmaablauf trennen, wobei die Vergußberei­ che sowohl die Zwischenräume zwischen den Fasern als auch den Raum um die Fasern herum zwischen diesen und dem Gehäuse dicht abschließen.

Hierbei ist vor allem nachteilig, daß dem Blutfluß im Inneren der Kapillaren ein hoher Durchflußwiderstand entgegensteht, der den Blutfluß stark begrenzt und damit bei größeren Blutflüssen ein Bypass notwendig wird. Die­ ser Bypass wiederum bedingt eine Aufteilung des Blut­ stroms in zwei Bahnen, wobei die Mengen durch die Druck­ differenzen bestimmt werden. Außerdem ist das Filtrat­ raumvolumen bzw. der freie Strömungsquerschnitt außerhalb der Kapillaren relativ groß, so daß Messungen große Tot­ zeiten erhalten.

Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filter zur Gewinnung von Plasma bzw. Plasmawasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine Probennahme ermöglicht, ohne daß der Blutfluß wesentlich in seiner Geschwindigkeit und seinem Verhal­ ten beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch wird erreicht, daß die Blutströmung nicht mehr durch die Kapillaren, sondern durch die diesen umgebenden freien Strömungsraum erfolgt, der allein schon einen wesentlich geringeren Durchflußwiderstand aufweist als der durch die Summe der Kapillarquerschnitte gebildete Innenquerschnitt der Hohlfasern. Wird die Größe des Querschnittes des freien Strömungsraumes darüber hinaus dem Strömungsquerschnitt der Blutzuführleitung, in die das Filter eingesetzt ist, angepaßt, wird es möglich, einen Probennahme praktisch ohne jegliche Beeinflussung der Blutströmung durchzuführen, da - wenn überhaupt - lediglich ein sehr geringer Druckabfall im Bereich des Filters in der Blutströmung entsteht.

Das erfindungsgemäße Filter wird also von außen nach innen betrieben, d.h. daß die Hohlfasern von Blut um­ strömt werden und das gewonnene Plasma bzw. Plasmawasser sich im Innenraum der Hohlfasern sammelt und von dort abgeführt wird. Hierbei wird das Filtrat von dem Außen­ raum der Hohlfasern in deren Innenraum durch eine Pumpe gesaugt.

Hierbei ist besonders vorteilhaft, daß im Vergleich zum Innenvolumen der Hohlfasern der Öffnungsquerschnitt des freien Strömungsraumes so groß gewählt werden kann, daß Blutflüsse von 20 bis über 400 ml/min problemlos reali­ siert werden können.

Daher eignet sich das erfindungsgemäße Filter besonders für die kontinuierliche Plasmagewinnung zur Monitori­ sierung bzw. Überwachung von Elektrolyten, Glucose und Medikamenten. Er ermöglicht darüber hinaus eine sogen. Closed-Loop-Regelung von Elektrolytkonzentrationen in der Dialyse ebenso wie die präzise Einstellung eines Diabe­ tikers.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Sind jeweils zwei Zu- und Abläufe für Blut bzw. Plasma vorgesehen, ergibt sich der Vorteil, daß das erfindungs­ gemäße Filter wahlweise von innen nach außen und von außen nach innen betrieben werden kann. Hierbei bietet sich eine Betriebsweise von innen nach außen, also eine Blutzufuhr in den Hohlraum der Filterkapillaren dann an, wenn nur sehr kleine Blutflüsse gegeben sind, da dann der relativ hohe Durchflußwiderstand der Kapillaren nicht in dem Maße zum Tragen kommt.

Durch die Anordnung des Blutzu- und -ablaufes in einem spitzen Winkel von unter 90° am Gehäuse wird erreicht, daß die Blutströmung in ihrem Geschwindigkeitsverhalten noch weiter verbessert werden kann, da die Anströmung der Hohlfasern von außen noch günstiger ist.

Als besonders günstiger Anströmungswinkel ist bei im Rahmen der Erfindung durchgeführten Untersuchungen ein Winkel von ungefähr 30° ermittelt worden.

Eine weitere Verbesserung der Blutströme ergibt sich, wenn die Verschlußteile an ihren dem Gehäuseinnenraum zugewandten Seiten eine schräg verlaufende Fläche auf­ weisen, deren Winkel vorzugsweise im wesentlichen dem Winkel der Blutzu- und -abläufe bezüglich des Gehäuses entspricht. Dadurch wird neben der Verbesserung der Blutströmung auch erreicht, daß Toträume vermieden wer­ den, so daß sich keine Blutrückstände bilden können, die beim Freispülen des Filters nicht beseitigt werden könn­ ten.

Gemäß Anspruch 6 ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Plasmafilters angegeben, dessen beson­ derer Vorteil darin besteht, daß es die Ausbildung der zuvor beschriebenen vorteilhaften Abschrägung der vergos­ senen Verschlußteile auf besonders einfache Art und Weise ermöglicht. Hierzu werden die Zuführleitungen für die Vergußmasse an den Stirnseiten des Filtergehäuses ange­ bracht, wobei ein oder auch zwei bzw. mehrere Filter­ gehäuse in einer Ebene auf einer entsprechenden Trag­ fläche angeordnet werden. Hierbei weisen z.B. bei zwei Filtergehäusen die schräg am Gehäuse angebrachten Zulauf- bzw. Ablaufstutzen aufeinander zu, wobei der Abstand der beiden Gehäuse zueinander so eingestellt wird, daß sich im Zuge des Drehens der Filtergehäuse während der Verguß­ massenzufuhr die gewünschte Schrägstellung der Verguß­ teile einstellt. Da die Schräglage der aufeinander zuwei­ senden Stirnseiten der Vergußteile im wesentlichen der Schrägstellung der Stutzen entsprechen soll, stellt dies die Bemessungsgröße für den Abstand der beiden Gehäuse­ teile während des Vergießens dar, wobei die Drehachse zwischen den Längsachsen der Gehäuse liegt, also keine der beiden Längsachsen schneidet. Die Schrägen der Ver­ gußteile sind dabei Teile eines Kreises um die Dreh­ achse.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 einen leicht vereinfachten Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fil­ ters und

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung zweier Filter in ihrer Lage zueinander während der Her­ stellung von Verschlußteilen.

Gemäß Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Filters 1 dargestellt, das ein Gehäuse 2 mit einem zylindrischen Mitteilteil 3 aufweist, an das sich zu beiden Seiten zwei ebenfalls zylindrische, jedoch verdickte Endbereiche 4 und 5 anschließen. Auf den End­ bereichen 4 und 5 ist jeweils eine Kappe 6 bzw. 7 mit einem durchbohrten Anschlußstutzen 8 bzw. 9 befestigt, an die in Fig. 1 nicht näher dargestellte Zu- bzw. Ableitun­ gen angeschlossen werden können.

Das Gehäuse 2 weist ferner einen Innenraum 10 auf, der sich über die gesamte Länge des Mittelteiles 3 und der Endbereiche 4 und 5 erstreckt und mit den Anschluß­ stutzen 8 und 9 in Strömungsverbindung steht.

Im Innenraum 10 ist eine Filtermembran in Form einer Mehrzahl von Hohlfasern angeordnet, die sich in Längs­ richtung des Gehäuses 2 bis in die Endbereiche 4 und 5 hinein erstrecken. Die Hohlfasern sind in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet und aus Gründen einer verein­ fachten Darstellung lediglich als Längslinien darge­ stellt, so daß darauf hinzuweisen ist, daß die Hohlfasern natürlich ein Innenlumen aufweisen, dessen Durchmesser vorzugsweise 200 µm beträgt. Bei der in Fig. 1 darge­ stellten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Filters 1 sind 85 derartige Hohlfasern 11 im In­ nenraum 10 angeordnet, die eine Gesamtoberfläche von un­ gefähr 100 cm² aufweisen. Die Hohlfasern 11 können mit besonderem Vorteil als Polypropylenkapillaren ausge­ bildet sein, die hydrophilisiert sind. Es können jedoch auch andere geeignete Membranen verwendet werden.

Zwischen den Hohlfasern 11 verbleibt im Innenraum 10 des Gehäuses 2 ein Strömungsraum 18, dessen Querschnitt sich aus der Differenz des Innenquerschnittes des Innenraumes 10 minus dem Gesamtquerschnitt sämtlicher Hohlfasern 11 berechnet.

Ferner ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß in den Endberei­ chen 4 und 5 des Gehäuses 2 Vergußteile 12 und 13 angeordnet sind, die eine jeweils nach außen weisende Stirnfläche 14 bzw. 15 haben, die im wesentlichen senk­ recht zur Längsachse des Gehäuses 2 angeordnet ist. Die diesen Stirnseiten 14 bzw. 15 gegenüberliegenden und in Richtung auf den Innenraum 10 zuweisenden Stirnseiten 16 bzw. 17 hingegen sind schräg angeordnet, also in einem Winkel von weniger als 90° zur Längsachse des Gehäuses 2. Die Vergußteile 12 und 13 umgeben die Endbereiche der Hohlfasern 11 und schließen auch die Zwischenräume zwischen den Hohlfasern in deren Endbereichen ab, so daß das zylindrische Mittelteil 3 des Gehäuses 2 durch die Vergußteile 12 und 13 dicht von den Anschlußstutzen 8 und 9 der Kappen 6 bzw. 7 getrennt sind, m.a.W., wird der Mittelteil 3 und der in diesen befindliche Innenraum 10 durch die Vergußteile 12 und 13 begrenzt.

Die Stirnseiten der Hohlfasern 11 in der Ebene der Stirnseiten 14 und 15 der Vergußteile 12 bzw. 13 sind jedoch offen, so daß ein Strömungsdurchgang von den Stutzen 8 bzw. 9 in die Hohlfasern 11, wobei sich der Eintritt je nach Anschluß des Filters 1 richtet, durch das gesamte Filter hindurch zum jeweils gegenüberlie­ genden Anschlußstutzen 9 bzw. 8 möglich ist.

Da die Hohlfasern als Filtermembranen mit entsprechenden Filteröffnungen ausgebildet sind, ist ferner ein Flüs­ sigkeitsübertritt vom Innenraum der Hohlfasern 11 in den Strömungsraum 18 zwischen den Hohlfasern bzw. vom Strö­ mungsraum 18 in das Innere der Hohlfasern möglich. Dieser Flüssigkeitsübertritt kann in seiner Richtung und Größe durch die angelegte Druckdifferenz beeinflußt werden.

Das Gehäuse 2 weist bei der in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsform ferner einen weiteren Zulaufstutzen 19 und einen Ablaufstutzen 20 auf, wobei es ebenfalls möglich ist, Zulauf- und Ablaufrichtung frei festzulegen, so daß auch der Stutzen 20 als Zulauf und der Stutzen 19 als Ablauf aufgefaßt werden kann. Die Stutzen 19 und 20 mün­ den in den Innenraum 10 im Bereich der Vergußteile 12 bzw. 13 und sind in einem Winkel α bzw. β zur Längs­ achse des Gehäuses 2 angeordnet. Wie aus Fig. 1 ersicht­ lich ist, entspricht die Schrägstellung der Stutzen 19 und 20 zumindest in etwa der Schrägstellung der Stirn­ seiten 16 und 17 der Vergußteile 12 und 13, was das Strömungsverhalten der durch die Stutzen 19 und 20 ein­ bzw. ausgeleiteten Flüssigkeit vorteilhaft beeinflußt. Darüber hinaus ist aus der Darstellung in Fig. 1 er­ sichtlich, daß sich die Vergußteile 12 und 13 mit ihren Stirnseiten 16 und 17 so weit in die Endbereiche 12 und 13 des Gehäuses 2 erstrecken, daß keinerlei Toträume entstehen, in denen sich Flüssigkeitsrückstände ansammeln könnten, die bei einer Spülung des Filters 1 nicht wieder aus dem Innenraum 10 entfernt werden könnten. Hierzu schließen die Stirnseiten 16 und 17 bündig an die Stutzen 19 bzw. 20 an und enden in ihrer gemäß der in Fig. 1 ge­ wählten Darstellung oberen Hälfte ungefähr im Bereich des Überganges von den verdickten Endbereichen 4 bzw. 5 in den zylindrischen Mitteilteil 3, was im wesentlichen einer Verlängerung der Stutzen 19 und 20 in das Gehäuse entspräche.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es mit besonderem Vorteil möglich, an die Stutzen 19 und 20 die Blutzufuhr- bzw. -abführleitungen anzuschließen, so daß die Blutströmung in den Strömungsraum 18, also im Außenbereich der Hohlfasern 11, erfolgt. Dies ergibt den Vorteil, daß die Blutströmung nur einem äußerst geringen Durchflußwiderstand gegenübersteht, der noch dadurch he­ rabgesetzt wird, daß der Querschnitt des freien Strö­ mungsraumes 18 demjenigen der in Fig. 1 nicht näher dar­ gestellten Blutzuführ- bzw. -abführleitung angepaßt ist.

Darüber hinaus wird die störungsfreie Blutströmung noch durch die schräge Anordnung der Zapfen 19 und 20, die einen äußerst günstigen Strömungsübergang in den Innen­ raum 10 des Gehäuses 2 ermöglicht, unterstützt.

Bei dieser Art des Anschlusses des Filters 1 an eine Blutleitung ergibt sich also eine Filtration vom Strö­ mungsraum 18 in die Hohlfasern 11 hinein, so daß die gewonnene Plasmaprobe entweder durch den Anschlußstutzen 8 oder 9 oder auch durch beide hindurch abgenommen werden kann. Wird lediglich ein Stutzen 8 bzw. 9 zur Ableitung des Plasmas bzw. Plasmawassers benötigt, kann der andere durch einen entsprechenden Stopfen verschlossen werden.

Andererseits ermöglicht die in Fig. 1 dargestellte Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Filters jedoch auf­ grund der Tatsache, daß jeweils zwei Zuführleitungen und zwei Abführleitungen vorgesehen sind, auch einen Anschluß der Blutleitungen an die Anschlußstutzen 8 und 9, so daß auch eine Filtration vom Innenraum der Hohlfasern 11 in den äußeren Strömungsraum 18 möglich ist, also eine Fil­ tration von innen nach außen, bei der dann das anfallende Plasma bzw. Plasmawasser durch einen oder beide Stutzen 19 bzw. 20 abgenommen wird. Diese Art des Anschlusses bietet sich insbesondere bei sehr geringen Blutflüssen an, da hierbei der erhöhte Durchflußwiderstand der Kapillaren 11 nicht sehr ins Gewicht fällt.

Unabhängig von der Art des Anschlusses des Filters 1 wird die jeweils erforderliche Druckdifferenz zur Aus­ führung der Filtration vorteilhafterweise durch Anlegen einer Druckdifferenz mittels einer Pumpe bewerkstelligt, die auch das gewonnene Filtrat abführt.

Vorteilhafterweise kann beim Anschluß der Blutleitung an den freien Strömungsraum 18 ein Blutfluß zwischen 20 bis über 400 ml/min realisiert werden.

Gemäß Fig. 2 ist eine Anordnung von zwei erfindungs­ gemäßen Filtern 21 und 22 veranschaulicht, deren Aufbau und Funktion exakt derjenigen des Filters 1 gemäß Fig. 1 entspricht, so daß diesbezüglich auf die Beschreibung zu Fig. 1 Bezug genommen werden kann.

Die Darstellung in Fig. 2 soll die Anordnung der Filter 21 und 22 bei der Herstellung der Endbereiche 12 und 13 verdeutlichen. Die Filter 21 und 22 werden hierbei auf einer geeigneten Tragfläche in einer Ebene parallel zueinander angeordnet, so daß die Stutzen 19 und 20 auf­ einander zuweisen, wie dies im einzelnen aus Fig. 2 er­ sichtlich ist. Würde man die Stutzen 19 und 20 mit Linien senkrecht zur Längsachse der beiden Filter 21 und 22 verbinden, entstünde also ein Sechseck, wobei der Abstand der Filter 21 und 22 voneinander davon abhängt, in wel­ chem Winkel die Stutzen 19 und 20 bezüglich der Gehäuse der Filter 21 und 22 angeordnet sind, da davon wiederum die Schrägstellung der Stirnseiten 16 und 17 der Endbe­ reiche 12 und 13 abhängt.

Zur Herstellung mittels einer Zentrifuge und einer vor­ zugsweise aus Polyurethan bestehenden Vergußmasse werden die Anschlußstutzen 8 und 9 mit Zuleitungen für die Ver­ gußmasse versehen, die in Fig. 2 nicht näher dargestellt sind. Des weiteren ist die Fläche, auf der die Filter angeordnet sind, drehbar gelagert, wobei sich der Dreh­ punkt, der in Fig. 2 mit dem Kreuz 23 bezeichnet ist, zwischen den Filtern 21 und 22 befindet, also die durch den Punkt 23 verlaufende senkrecht auf der Zeichnungs­ ebene stehende Drehachse weder die Längsachse des Filters 21 noch die Längsachse des Filters 22 schneidet. Werden nun die Filter 21 und 22 während des Zuführens der Ver­ gußmasse durch die Stutzen 8 bzw. 9 um den Drehpunkt 23 herumgedreht, stellen sich aufgrund der einwirkenden Kräfte die Stirnseiten 16 und 17 in der gewünschten Schrägstellung während des Vergießens automatisch ein, so daß letztendlich die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schrägstellung entsteht. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, das die Stirnseiten 16 und 17 Teile eines Kreises 24 um die Drehachse 23 sind, während die Stutzen 19 und 20 Sekanten dieses Kreises 24 bilden.

Nach dem Vergießen werden die nach außen weisenden Stirnseiten der Vergußteile 12 und 13, die die Öffnungen der Hohlfasern 11 verschlossen haben, abgeschnitten, so daß die Hohlfasern wieder geöffnet werden, wonach die Kappen 6 und 7 auf die Endbereiche der vergossenen Hohlfasern aufgesteckt und mit dem Gehäuse 2 verbunden werden.

Claims (8)

1. Filter zur Gewinnung von Plasma bzw. Plasmawasser mit einem Gehäuse, das einen Blutzulauf und einen Blut­ ablauf und einen Innenraum aufweist, mit einer Filter­ membran in Form einer Mehrzahl von Hohlfasern, die sich in Längsrichtung des Gehäuses erstrecken und zwischen denen im Innenraum des Gehäuses ein freier Strömungsraum verbleibt, mit wenigstens einem Plasma­ ablauf, und mit zwei Vergußteilen, die an den Stirnseiten der Hohlfasern im Innenraum des Gehäuses angeordnet sind und den Blutzulauf bzw. -ablauf vom Plasmaablauf trennen, wobei der Blutstromungsquer­ schnitt durch die Filtermembran vom Plasmaströmungs­ querschnitt getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Blutzu- und -ablauf (19 bzw. 20) an den freien Strömungsraum (18) angeschlossen ist, und daß der Querschnitt des freien Strömungsraums (18) ungefähr dem Strömungsquerschnitt der Blutzuführleitung entspricht.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je zwei Zuläufe und Abläufe (8 und 9 bzw. 19 und 20) für Blut bzw. Plasma vorgesehen sind.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blutzulauf und der Blutablauf (19, 20) in einem spitzen Winkel (a, β) von unter 90° am Gehäuse angeordnet ist.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α , β) ungefähr 30° beträgt.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußteile (12, 13) an ihren dem Gehäuseinnenraum (10) zugewandten Seiten (16, 17) eine schräg verlau­ fende Fläche aufweisen, deren Winkel im wesentlichen dem Winkel (α, β) des Blutzulaufs und des Blutablaufs (19 bzw. 20) entspricht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Plasmafilters mit schräg am Gehäuse angeordneten Zulauf- und Ablauf­ stutzen, bei welchem nach Einbringung von Hohlfasern in den Innenraum eines Gehäuses die Enden der Hohl­ fasern mit einer Vergußmasse mittels einer Zentrifuge vergossen werden, wonach die Stirnseiten der vergos­ senen Endbereiche der Hohlfasern zur Öffnung der Strömungsquerschnitte abgetrennt werden und über diese geöffneten Enden jeweils eine Kappe gestülpt wird, die am Gehäuse befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Fil­ tergehäuse auf einer Fläche angeordnet wird, daß das Filtergehäuse an seinen Stirnseiten mit den Zuführ­ leitungen für die Vergußmasse verbunden wird und daß das Filtergehäuse während des Zuführens der Verguß­ masse um eine Drehachse gedreht wird, die senkrecht auf der Auflagefläche des Filtergehäuses steht, jedoch die Längachse des Gehäuses nicht schneidet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Gehäuse voneinander in Abhängigkeit von dem Winkel der Schrägstellung der Endbereiche gewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Stirnseiten Teile eines Kreises um den Drehpunkt der Auflagefläche sind.