DE3850344T2

DE3850344T2 - Oxygenator mit porösen Hohlfasernmembranen.

Info

Publication number: DE3850344T2
Application number: DE3850344T
Authority: DE
Inventors: Kousuke Kido; Ken Tatebe; Manabu Yamazaki
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1987-10-29
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2008-10-29
Also published as: EP0314581A2; EP0314581A3; US5489382A; DE3850344D1; AU2455688A; KR890006262A; EP0314581B1; ES2054849T3; KR900008010B1; AU614098B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine poröse Hohlfasermembran, ein Verfahren zur Herstellung derselben und einen Oxygenator, der sich der Hohlfasermembran bedient. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine poröse Hohlfasermembran mit einer hohen Gasaustauschfähigkeit und gleichzeitig einer großen verfügbaren Membranfläche zum Gasaustausch, ein Verfahren zur Herstellung derselben sowie einen Oxygenator, der sich der Hohlfasermembran bedient. Im speziellen betrifft diese Erfindung eine poröse Hohlfasermembran, die unabhängig von der Tatsache, ob der zu verwendende Oxygenator möglicherweise dazu ausgerichtet ist, daß das Blut auf der Innenseite oder auf der Außenseite der Hohlfasermembran durchgeleitet wird, zu keiner Beschädigung der Blutzellenbestandteile führt oder den Druckverlust verschärft, eine hohe Wirksamkeit bei der Ausbildung eines Gas/Flüssigkeitskontakts aufweist, nicht an einem Blutplasmaaustritt während eines längeren Betriebs krankt und eine hohe Gasaustauschfähigkeit zeigt, ein Verfahren zur Herstellung derselben sowie einen Oxygenator, der sich der Hohlfasermembran bedient.
Im allgemeinen wird beispielsweise bei der Operation des Herzens im extrakorporalen Zirkulationssystem zur Herausleitung des Bluts eines Patienten aus seinem Körper und zur Zufuhr von Sauerstoff zum Blut sowie zur Entfernung von Kohlendioxidgas aus dem Blut ein Hohlfasermembran-Oxygenator verwendet. Die für einen derartigen Oxygenator verfügbaren Hohlfasermembranen fallen unter zwei Typen: Homogene Membranen und poröse Membranen. Die homogenen Membranen erreichen eine Gasbewegung durch die in der Membran gelösten und dispergierten Moleküle des permeierenden Gases. Diese homogenen Membranen bestehen aus Silikonkautschuk (im Handel beispielsweise unter dem Warenzeichen "Mella-Silox" von Senkouika Kogyo erhältlich). Bei den homogenen Membranen ist die Silikonkautschukmembran das einzige Produkt, das unter dem Gesichtspunkt einer Gaspermeabilität bisher praktische Einsatzfähigkeit erreicht hat. Die Silikonkautschukmembran darf aufgrund einer begrenzten Festigkeit keine geringere Wanddicke als 100 um aufweisen. Somit weist sie eine begrenzte Fähigkeit zur Gaspermeation auf und ist insbesondere bei der Permeation von Kohlendioxidgas unzulänglich. Darüber hinaus ist der Silikonkautschuk mit dem Nachteil behaftet, daß er teuer ist und eine geringe Be- bzw. Verarbeitbarkeit aufweist.
Im Gegensatz dazu durchtritt bei den porösen Membranen das Gas die Mikroporen in Form eines Volumenstroms, da die in der Membran befindlichen Mikroporen, verglichen mit den Gasmolekülen, die durchtreten, merklich groß sind. Verschiedene, sich derartiger mikroporöser Membranen, wie einer mikroporösen Polypropylenmembran, bedienende Oxygenatoren wurden vorgeschlagen. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, poröse Polypropylenhohlfasern durch Schmelzspinnen von Polypropylen durch Hohlfasern bildende Düsen bei einer Spinntemperatur im Bereich von 210-270ºC bei einem Pfropfverhältnis im Bereich von 180-600, anschließendes erstes Wärmebehandeln der erhaltenen Hohlfäden von Polypropylen bei einer Temperatur nicht über 155ºC, Verstrecken der erwärmten Hohlfäden um ein Verhältnis im Bereich von 30-200% bei einer Temperatur nicht über 110ºC und anschließendes zweites Wärmebehandeln der gestreckten Hohlfäden bei einer Temperatur oberhalb der bei der ersten Wärmebehandlung und nicht über 155ºC herzustellen (JP-A-56(1981)-52 123). Diese nach dem gerade erwähnten Verfahren erhaltenen porösen Hohlfasern werden physikalisch zur Bildung von Mikroporen darin veranlaßt, indem die Hohlfäden von Polypropylen verstreckt werden. Bei diesen Mikroporen handelt es sich folglich um lineare Mikroporen, die sich im wesentlichen senkrecht horizontal relativ zur Wanddicke proportional zum Grad des Verstreckens erstrecken, während in der Axialrichtung der Hohlfaser Risse gebildet werden. Somit weisen sie einen Querschnitt in Form eines Schlitzes auf. Darüber hinaus verlaufen die Mikroporen im wesentlichen linear und kontinuierlich durch die Wanddicke, und sie machen einen hohen Hohlraumanteil aus. Die porösen Hohlfasern sind folglich mit dem Nachteil behaftet, daß sie eine hohe Dampfpermeabilität aufweisen und nach einer längeren Verwendung bei der extrakorporalen Zirkulation von Blut an einem Blutplasmaaustritt kranken.
Als eine poröse Membran, bei der kein Blutplasmaaustritt erfolgt, wurde beispielsweise eine poröse Polyolefinhohlfasermembran vorgeschlagen. Diese wird durch Vermischen eines Polyolefins, eines gleichmäßig in dem Polyolefin im aufgeschmolzenen Zustand dispergierbaren und ohne Schwierigkeiten in einer zu verwendenden Extraktionsflüssigkeit löslichen organischen Füllstoffs sowie eines Kristallkeime bildenden Mittels, Aufschmelzen des erhaltenen Gemisches, Austragen des aufgeschmolzenen Gemisches durch ringförmige Spinndüsen und gleichzeitig Einführen eines Inertgases in die Innenhöhlungen der durch Spinnen gebildeten Schläuche des aufgeschmolzenen Gemisches, Inberührungbringen der erhaltenen Hohlfäden mit einer kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit, die das Polyolefin nicht zu lösen vermag, zur Kühlung und Verfestigung der Hohlfäden, anschließendes Inberührungbringen der gekühlten und verfestigten Hohlfäden mit einer Extraktionsflüssigkeit, die das Polyolefin nicht zu lösen vermag, zur Extraktion des organischen Füllstoffs aus den Hohlfäden hergestellt (JP-A-59(1984)-210 466). Die Polypropylenhohlfasermembran, die als eine Spezies der Hohlfasermembranen unter Verwendung einer spezifischen kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit, die bisher aufgrund ihrer Fähigkeit zur Auflösung des organischen Füllstoffs in günstiger Weise verwendet wurde, als eine kühlende und verfestigende Flüssigkeit hergestellt wird, krankt nicht an einem Blutplasmaaustritt, da die darin gebildeten Poren einen geringen Durchmesser und ein kompliziertes Kanalmuster aufweisen. Da diese Membran eine hohe Porendichte pro Flächeneinheit aufweist, kann sie eine Gasaustauschfähigkeit aufweisen, die nicht ausreicht, um sie als wirksam in einem Oxygenator zu verwendende Membran einzusetzen. Des weiteren ist es möglich, daß der niedermolekulare Bestandteil des Polyolefins sich in die kühlende und verfestigende Flüssigkeit mit der Fähigkeit zur Auflösung des organischen Füllstoffs einmischt und schließlich an der Innenwand des Kühlbadrohrs haftet und eine Verformung der Hohlfaserform im Verlaufe der Zeit herbeiführt.
Um den Einfluß eines derartigen oben erwähnten Nachteils zu überwinden, wurde eine poröse Polyolefinhohlfasermembran vorgeschlagen. Diese wird durch Vermischen von Polypropylen, eines in dem Polypropylen im aufgeschmolzenen Zustand gleichmäßig dispergierbaren und ohne Schwierigkeiten in einer zu verwendenden Extraktionsflüssigkeit löslichen organischen Füllstoffs sowie eines Kristallkeime bildenden Mittels, Aufschmelzen des erhaltenen Gemisches und Austragen des aufgeschmolzenen Gemisches durch ringförmige Spinndüsen zu Hohlfäden, Inberührungkommenlassen der Hohlfäden mit einer Flüssigkeit aus dem organischen Füllstoff oder einer ähnlichen Verbindung zum Kühlen und Verfestigen der Hohlfäden und anschließendes Inberührungbringen der gekühlten und verfestigten Hohlfäden mit einer Extraktionsflüssigkeit, die das Propylen nicht zu schmelzen vermag, zur Extraktion des organischen Füllstoffs aus den Hohlfäden hergestellt (JP-A- 61(1986)-155 159 und EP-A-0 209 465). Die nach diesem Verfahren gebildete Hohlfasermembran weist die oben beschriebenen Nachteile nicht auf. Während des Kühlens verbleibt der organische Füllstoff oder die kühlende und verfestigende Flüssigkeit jedoch lokal auf der Außenfläche der Hohlfasern, bevor diese Hohlfasern vollständig gekühlt und verfestigt sind, wodurch der Polypropylenanteil in der Zusammensetzung in der Außenfläche niedriger ist als in der restlichen gesamten Wanddicke. Im Ergebnis sind die Poren in der Außenfläche der Hohlfaser groß und die Propylenteilchen im Muster eines Netzwerks verbunden und in einem stark ansteigenden und abfallenden Zustand verteilt. Die Hohlfasern dieser Art werfen keinerlei Probleme auf, wenn sie in einem Oxygenator des Typs, der für eine Zugabe von Sauerstoff zum Blut und eine Entfernung von Kohlendioxidgas daraus durch Fließenlassen des Blutes im Inneren der Hohlfasern und Durchblasen eines sauerstoffhaltigen Gases auf der Außenseite der Hohlröhren ausgestattet ist, verwendet werden. Wenn die Hohlfasern in einem Oxygenator des Typs, der für dieselben Funktionen durch Fließenlassen des Blutes außerhalb der Hohlfasern und Durchblasen des sauerstoffhaltigen Gases im Inneren der Hohlfasern ausgestaltet ist, verwendet werden, sind sie jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß das oben erwähnte Verhalten der Außenfläche zu einer Beschädigung der Blutzellenbestandteile und Verstärkung des Druckabfalls führt. Die Hohlfasermembran ist ohne Bezugnahme auf den Oxygenatortyp mit dem Nachteil behaftet, daß das Einbauen der Hohlfasern in den Oxygenator weder wirksam verläuft noch ein Vergießen zuläßt, da die benachbarten Hohlfasern sich vereinigen. Im Falle des Oxygenators, der aus den wie oben beschrieben erhaltenen porösen Hohlfasermembranen gebildet wird und durch Zirkulieren des Blutes auf der Außenseite der Hohlfasermembranen und Durchblasen eines sauerstoffhaltigen Gases im Inneren der Hohlfasermembranen betrieben wird, kann es aufgrund der Hydrophobizität der Hohlfasermembranen leicht zu einer Stockung der Luft oder des sauerstoffhaltigen Gases in den Lücken kommen, wenn die Lücken zwischen den benachbarten Hohlfasermembranen klein und über die gesamte Länge der Hohlfasern im wesentlichen gleichmäßig breit sind. Wenn die Stockung der Luft oder des sauerstoffhaltigen Gases oder das sogen. Phänomen der "Luftfalle" in den Lücken zwischen den benachbarten Hohlfasern auftritt, beeinträchtigt sie (es) den Blutstrom und wirft die Schwierigkeit auf, daß die Anhäufungen von eingeschlossener Luft oder sauerstoffhaltigem Gas das Blut daran hindern, mit der Luft oder dem sauerstoffhaltigen Gas durch die Hohlfasermembranen zusammenzukommen, selbst zu einer Verringerung der verfügbaren Membranfläche führen und die Gasaustauschfähigkeit des Oxygenators vermindern.
Die GB-A-2 009 034 betrifft ferner gekräuselte Hohlfasern, die sich besonders zur Verwendung in einer Flüssigkeitstrennvorrichtung eignen, bei der die Flüssigkeitstrennung durch selektive Permeation durch die Hohlfasern unter Gewährleistung einer erhöhten Trennwirkung erfolgt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, eine verbesserte poröse Hohlfasermembran, ein Verfahren zur Herstellung derselben und einen Oxygenator, der sich der Hohlfasermembran bedient, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine poröse Hohlfasermembran mit einer hohen Gasaustauschfähigkeit und gleichzeitig einer großen verfügbaren Membranfläche zum Gasaustausch, ein Verfahren zur Herstellung derselben und einen Oxygenator, der sich der Hohlfasermembran bedient, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine poröse Hohlfasermembran aus Polypropylen bereitzustellen, die unabhängig vom Typ des Oxygenators zu keiner Schädigung der Blutzellenbestandteile und Erhöhung des Druckverlustes führt, keinen Blutplasmaaustritt während eines längeren Betriebs bewirkt, keine Verminderung der Gasaustauschfähigkeit infolge eines Lufteinschlusses erfährt, eine hohe Gasaustauschfähigkeit aufweist und eine günstige Verwendung in einem sich der Hohlfasermembran bedienenden Oxygenator gewährleistet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine poröse Hohlfasermembran mit einer glatten Außenfläche, die sich einem Vereinigen der benachbarten Hohlfasern während des Zusammenbaus eines Oxygenators widersetzt, ein Verfahren zur Herstellung derselben und einen sich der Hohlfasermembran bedienenden Oxygenator bereitzustellen.
Die oben erwähnten Aufgaben werden durch eine hydrophobe poröse Hohlfasermembran mit einem Innendurchmesser im Bereich von 150-300 um, einer Wanddicke im Bereich von 10-150 um und einem praktisch kreisförmigen Querschnitt, die eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei der maximalen Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,01-0,1 und ein Kräuselungsverhältnis im Bereich von 1,0-3,0% aufweist, gelöst.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner eine poröse Hohlfasermembran, bei der das Porenverhältnis im Bereich von 5-60% liegt. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner eine poröse Hohlfasermembran mit einem Sauerstoffgasfluß im Bereich von 10&supmin;&sup6; bis 1,97 · 10&supmin;² l/min·m²·Pa (0,1-2 000 l/min·m²·atm). Die vorliegende Erfindung beschreibt eine poröse Hohlfasermembran mit einem Innendurchmesser im Bereich von 180-250 um und einer Wanddicke im Bereich von 20-100 um. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner eine poröse Hohlfasermembran aus Polypropylen. Die vorliegende Erfindung beschreibt des weiteren eine poröse Hohlfasermembran, bei der das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei der maximalen Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,02-0,05 und das Kräuselungsverhältnis im Bereich von 2,0-3,0% liegen. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine hydrophobe poröse Hohlfasermembran, bei der es sich um eine poröse Hohlfasermembran aus einem Polyolefins handelt. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner eine poröse Hohlfasermembran, bei der die winzigen Polyolefinteilchen eng (aneinander) gebunden sind und auf der Innenfläche der Hohlfasermembran eine eng gepackte Schicht zu bilden vermögen, sehr kleine Polyolefinteilchen in einem kettenartigen Muster gebunden sind und auf der Außenfläche der Hohlfasermembran eine poröse Schicht auszubilden vermögen und sehr kleine Durchtrittslöcher in der Hohlfasermembran ausgebildet sind, die sich von der Innenfläche zur Außenfläche erstrecken. Die vorliegende Erfindung beschreibt des weiteren eine poröse Hohlfasermembran, bei der die durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei der maximalen Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,02-0,05 und das Kräuselungsverhältnis im Bereich von 2,0-3,0% liegen. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine poröse Hohlfasermembran, bei der die feste Phase in der Innenfläche der Hohlfasermembran Polypropylenteilchen, die auf der Oberfläche teilweise freiliegen und überwiegend eng unter Bildung einer kontinuierlichen Phase verschmolzen und gebunden sind, aufweist, die feste Schicht im Inneren der äußeren Oberfläche der Membran Polypropylenteilchen, die in axialer Richtung der Faser unter Ausbildung einer Mehrzahl von Polypropylenclustern angeordnet sind, aufweist und die Lücken zwischen den festen Phasen in Form eines dreidimensionalen Netzwerks unter Bildung von Durchtrittslöchern verbunden sind. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner eine poröse Hohlfasermembran, bei der die Polypropylenteilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1-2,0 um und einen durchschnittlichen Porendurchmesser in der Innenfläche im Bereich von 0,1-1,0 um aufweisen. Die vorliegende Erfindung beschreibt des weiteren eine poröse Hohlfasermembran, die bei Verwendung in einem Oxygenator zu keinem Blutplasmaaustritt und keiner Abnahme der Gasaustauschfähigkeit bei 30-stündigem Betrieb führt. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine poröse Hohlfasermembran, die bei Verwendung in einem Oxygenator kaum zu einer Beschädigung von Blutzellenbestandteilen führt. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine poröse Hohlfasermembran, bei der die durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,02-0,05 und das Kräuselungsverhältnis im Bereich von 2,0-3,0% liegen.
Die oben erwähnten Aufgaben werden ferner durch ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran gelöst, das durch ein Vermischen eines Polyolefins, eines in dem Polyolefin in aufgeschmolzenem Zustand gleichmäßig dispergierbaren und ohne Schwierigkeiten in einer zu verwendenden Extraktionsflüssigkeit löslichen organischen Füllstoffs sowie eines Kristallkeime bildenden Mittels, Aufschmelzen des erhaltenen Gemisches und Austragen des erschmolzenen Gemisches durch ringförmige Spinndüsen zu Hohlfäden, Inberührungkommenlassen der Hohlfäden mit einer kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit, die das Polyolefin nicht zu lösen vermag, zum Kühlen und Verfestigen der Hohlfäden, anschließendes Inberührungbringen der erhaltenen gekühlten und verfestigten Hohlfäden mit der Extraktionsflüssigkeit, die das Polyolefin nicht zu lösen vermag, zum Extrahieren des organischen Füllstoffs aus den Hohlfäden und thermisches Kräuseln der Hohlfäden unter Bildung von porösen Hohlfasermembranen mit einer durchschnittlichen Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, einem Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,01-0,1 und einem Kräuselungsverhältnis im Bereich von 1,0-3,0% gekennzeichnet ist.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem die Kräuselung durch Kreuzwickeln der gebildeten Hohlfasermembran auf einer Spule und anschließendes Wärmeverfestigen gebildet wird. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem die Wärmeverfestigung bei einer Temperatur im Bereich von 50-100ºC während einer Zeit im Bereich von 2-48 h erfolgt. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem das Polyolefin aus Polypropylen besteht. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem der organische Füllstoffaus einem Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt über dem Schmelzpunkt des Polyolefins besteht. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem der Kohlenwasserstoff aus einem flüssigen Paraffin oder einem α-Olefinoligomeren besteht. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem die Menge an einzuverleibendem organischen Füllstoff im Bereich von 35-170 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Polyolefins, liegt. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem das Kristallkeime bildende Mittel aus einer organischen wärmebeständigen Substanz mit einem Schmelzpunkt über 150ºC und einem Gelpunkt über dem Kristallisationsbeginnpunkt des zu verwendenden Polyolefins besteht. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, wobei die einzuverleibende Menge an dem Kristallkeime bildenden Mittel im Bereich von 0,1-5 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Polyolefins, liegt. Die vorliegende Erfindung beschreibt des weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem die kühlende und verfestigende Flüssigkeit eine spezifische Wärmekapazität im Bereich von 1,26-2,93 Joule/g (0,3-0,7 Kalorien/g) aufweist. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem die kühlende und verfestigende Flüssigkeit aus einem Silikonöl oder Polyethylenglykol besteht. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem das Polydimethylsiloxan eine Viskosität im Bereich von 2 · 10&supmin;&sup4; bis 5 · 10&supmin;³ m²·s&supmin;¹ (2-50 cSt) bei 20ºC aufweist. Die vorliegende Erfindung beschreibt des weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem das Polyethylenglykol ein durchschnittliches Molekulargewicht im Bereich von 100-400 aufweist. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem der organische Füllstoff aus einem flüssigen Paraffin besteht. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem die einzuverleibende Menge an dem organischen Füllstoff im Bereich von 35-170 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Polypropylens, liegt. Die vorliegende Erfindung beschreibt des weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem das Kristallkeime bildende Mittel aus einer organischen wärmebeständigen Substanz mit einem Schmelzpunkt über 150ºC und einem Gelpunkt über dem Kristallisationsbeginnpunkt des zu verwendenden Polypropylens liegt. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran, bei dem die einzuverleibende Menge an dem Kristallkeime bildenden Mittel im Bereich von 0,1-5 Gew.- Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des zu verwendenden Polypropylens, liegt.
Die oben erwähnten Aufgaben werden des weiteren durch einen mit Hohlfasermembranen als Gausaustauschmembranen versehenen Oxygenator, der durch die Verwendung von hydrophoben porösen Hohlfasermembranen als Gasaustauschmembran gekennzeichnet ist, gelöst.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer beim Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen porösen Hohlfasermembran zu verwendenden Vorrichtung,
Fig. 2 einen Halbquerschnitt eines eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellenden typischen Oxygenators vom Hohlfasermembrantyp,
Fig. 3 einen Querschnitt, der verschiedene Teile der Ausführungsform von Fig. 2 bezüglich des Packungsverhältnisses der Hohlfasermembranen darstellt,
Fig. 4 einen Halbquerschnitt eines eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellenden weiteren typischen Oxygenators vom Hohlfasermembrantyp,
Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Position angibt, bei der das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude (A'/B') bestimmt wird.
Die erfindungsgemäße poröse Hohlfasermembran besteht aus einer hydrophoben porösen Hohlfasermembran mit einem Innendurchmesser im Bereich von 150-300 um, vorzugsweise 180-250 um, einer Wanddicke im Bereich von 10-150 um, vorzugsweise 20-100 um, und einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die durch eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,01-0,1, vorzugsweise 0,02-0,05, und ein Kräuselungsverhältnis im Bereich von 1,0-3,0%, vorzugsweise 2,0-3,0%, gekennzeichnet ist. Bei der erfindungsgemäßen porösen Hohlfasermembran ist die durchschnittliche Kräuselungsamplitude aus dem folgenden Grund durch den Bereich von 50-100% des Außendurchmessers festgelegt. Wenn die durchschnittliche Kräuselungsamplitude unter 50% des Außendurchmessers liegt, kann es dazu kommen, daß, wenn die porösen Hohlfasermembranen in einen Oxygenator eingebracht werden, die zwischen den benachbarten Hohlfasern liegenden Lücken nicht ausreichend groß sind und leicht zu einer Stockung von Luft oder eines sauerstoffhaltigen Gases darin führen können. Wenn im Gegensatz dazu die durchschnittliche Kräuselungsamplitude 100% des Außendurchmessers übersteigt, tritt der Nachteil zu Tage, daß die zwischen den einzelnen Hohlfasern während des Einbringens der porösen Hohlfasermembranen in den Oxygenator befindlichen Lücken nicht ohne weiteres in einer in den angegebenen Bereich fallenden Größe gehalten werden können. Das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude ist aus dem folgenden Grund auf den Bereich von 0,01-0,1 festgelegt. Liegt das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude unter 0,01, kann es in ähnlicher Weise dazu kommen, daß, wenn die porösen Hohlfasermembranen in den Oxygenator eingebracht werden, die zwischen den benachbarten Hohlfasern befindlichen Lücken nicht ausreichend groß sind und leicht zu einer Stockung von Luft oder eines sauerstoffhaltigen Gases darin führen können. Wenn im Gegensatz dazu das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude 0,1 übersteigt, ergibt sich die Schwierigkeit, daß die zwischen den einzelnen Hohlfasern während des Einbringens der Hohlfasermembranen in den Oyxgenator befindlichen Lücken in stärkerem Maße bezüglich der Größe variieren, als dies tolerierbar ist, und der durch die Lücken durchtretende Blutfluß an einem starken Druckabfall krankt. Das Kräuselungsverhältnis ist ferner aus dem folgenden Grund auf einen Bereich von 1,0-3,0% festgelegt. Liegt das Kräuselungsverhältnis unter 1,0%, werden die zwischen den einzelnen Hohlfasern während des Einbringens der Hohlfasermembranen in den Oxygenator befindlichen Lücken nicht durch Kräuseln in vollständig wirksamer Weise vergrößert. Wenn im Gegensatz dazu das Kräuselungsverhältnis 3,0% übersteigt, besteht die Möglichkeit, daß der unter Verwendung der porösen Hohlfasermembranen als ein Modul gebildete Oxygenator eine größere Größe, als tolerierbar ist, annimmt.
Solange die poröse Hohlfasermembran der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen Attribute aufweist, besitzen die Herstellungsverfahren, insbesondere zum Kräuseln und zur Verleihung einer Porosität, keine Bedeutung. Eine derartige, der Anforderung genügende poröse Hohlfasermembran kann beispielsweise durch Herstellen einer ausgesponnenen und nach dem Streckverfahren oder Extraktionsverfahren mit einem porösen Gefüge versehenen Hohlfasermembran, Kreuzwickeln derselben auf eine geeignete Spule und Wärmebehandeln der erhaltenen Rolle der Hohlfasermembran etwa während 18 h und bei 60ºC unter Verfestigen der Hohlfasermembran im gekräuselten Zustand erhalten werden. Wenn das auf das Verleihen einer Kräuselung gerichtete Wärmeverfestigen länger als notwendig erfolgt und das Gefüge der Membran folglich verändert wird und insbesondere das vor dem Kräuseln bestehende Porenverhältnis in einem Verhältnis von mehr als 60% unter dem Einfluß der Wärmebehandlung verringert wird, vermag das Wärmeverfestigen seine Wirkung nicht in ausreichendem Maße zu erreichen. Wenn das Wärmeverfestigen unzureichend ist und die den gekräuselten Zustand wünschenswerterweise im Verlauf des Modulzusammenbaus beibehaltende Hohlfasermembran folglich daran krankt, daß die Kräuselung unter der Spannung, die nachfolgend durch die Restbeanspruchung darauf ausgeübt wird, verlorengeht, zeigt die Wärmeverfestigung nicht ihre erwartete Wirkung.
Die erfindungsgemäße poröse Hohlfasermembran zeigt bei Verwendung in einem Oxygenator erwartungsgemäß ihre Wirkung in vorteilhafterer Weise, wenn sie ein Porenverhältnis im Bereich von 5-60% und einen Sauerstoffgasfluß im Bereich von 10&supmin;&sup6; bis 1,97 · 10&supmin;² l/min·m²·Pa (0,1-2 000 l/min·m²·atm), vorzugsweise 9,87 · 10&supmin;&sup4; bis 1,48 · 10&supmin;² l/min·m²·Pa (100-1 500 l/min·m²·atm) aufweist. Wenn das Porenverhältnis geringer als 10% ist, kann es dazu kommen, daß die Gasaustauschfähigkeit der porösen Hohlfasermembran unzureichend ist. Wenn im Gegensatz dazu das Porenverhältnis 60% übersteigt, kann es zu einem Blutplasmaaustritt bei der porösen Hohlfasermembran kommen. Liegt das Öffnungsverhältnis unter 10%, kann es zu einer nicht ausreichenden Bildung von Durchtrittslöchern in den Porenteilen der Hohlfasermembran und einer Unzulänglichkeit der Gasaustauschfähigkeit der porösen Hohlfasermembran kommen. Wenn im Gegensatz dazu das Öffnungsverhältnis 30% übersteigt, fehlt den Durchtrittslöchern die nötige Komplexität des Musters, und die poröse Hohlfasermembran ist für einen Blutplasmaaustritt anfällig. Wenn der Sauerstoffgasfluß außerhalb des Bereichs von 9,87 · 10&supmin;&sup4; bis 1,48 · 10&supmin;² l/min·m²·Pa (100-1 500 l/min·m²·atm) liegt, kann es dazu kommen, daß die poröse Hohlfasermembran die Funktion als Gasaustauschmembran nicht erfüllt. Die Polypropylenteilchen und die Durchtrittslöcher oder die Lücken zwischen den Teilchen, die gemeinsam die erfindungsgemäße poröse Hohlfasermembran darstellen, können hinsichtlich Größe und Verteilungsgrad unter zweckmäßigen Bedingungen gesteuert werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Polypropylenteilchen soll in einem Bereich von 0,1-2,0 um, vorzugsweise 0,2-1,5 um, und der durchschnittliche Durchmesser der Poren in der Innenfläche soll im Bereich von 0,1-1,0 um, vorzugsweise 0,3-0,6 um, liegen.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen porösen Hohlfasermembran verwendbaren Materialien umfassen hydrophobe synthetische Harze, beispielsweise Polyolefine, wie Polypropylen und Polyethylen sowie Polytetrafluorethylen. Unter den anderen oben erwähnten hydrophoben synthetischen Harzen ist Polypropylen besonders günstig, da es sich bezüglich verschiedener Eigenschaften, wie mechanische Festigkeit, thermische Stabilität und Be- bzw. Verarbeitbarkeit sowie dadurch, daß ihm in einfacher Weise eine Porosität verliehen werden kann, auszeichnet.
Die Querschnittskonfiguration der Hohlfasermembran ist zu einem gewissen Maß mit den für die Hohlfasermembran verwendeten Herstellungsbedingungen variabel. Im allgemeinen sind sehr kleine Polyolefinteilchen eng unter Bildung einer enggepackten Schicht auf der Innenfläche gebunden. Ferner sind in ähnlicher Weise kleine Polyolefinteilchen in einem kettenartigen Muster unter Bildung einer porösen Schicht auf der Außenfläche gebunden. Ferner sind sehr dünne Durchtrittslöcher, die sich von der Innenfläche zur Außenfläche erstrecken, ausgebildet. Obwohl die Mikrostruktur der Hohlfasermembran aus Polypropylen in Abhängigkeit von den für die Hohlfasermembran verwendeten Herstellungsbedingungen variabel ist, nimmt sie im allgemeinen die folgende Struktur an, bei der als eine kühlende und verfestigende Flüssigkeit eine Lösung verwendet wird, die keine Verträglichkeit mit dem anorganischen Füllstoff aufweist und eine spezifische Wärmekapazität im Bereich von 1,26-2,93 J/g (0,3-0,7 cal/g) aufweist. Insbesondere auf der Innenfläche weist die feste Phase Polypropylenteilchen auf, die teilweise auf der Fläche freiliegen und überwiegend eng verschmolzen und gebunden, d. h. verschmolzen, anschließend gekühlt und verfestigt sind, wobei eine kontinuierliche Phase entsteht. Im Inneren der Membran ist die feste Phase aus zahlreichen Polypropylenteilchen gebildet, die ohne irgendeine Vorzugsrichtung in der Umfangsrichtung zufallsmäßig verteilt und unter Bildung von Clustern in axialer Richtung der Faser wechselseitig aneinander gebunden sind. Diese Polypropylencluster sind durch das Medium von Polypropylenfibrillen verbunden. Es wird folglich angenommen, daß im Inneren der Membran die feste Phase aus einem "Wirt" von Polypropylenclustern, die jeweils aus in axialer Richtung der Faser verbundenen Polypropylenteilchen bestehen, gebildet wird. In der Außenfläche wird in ähnlicher Weise wie bei der Innenfläche der Membran die feste Phase von der Anhäufung einer Vielzahl von Polypropylenclustern gebildet, die jeweils in ähnlicher Weise aus in axialer Richtung der Faser verbundenen Polypropylenteilchen bestehen. Die zwischen derartigen festen Phasen befindlichen Lücken in der Wanddicke der Hohlfaser einschließlich der Innenfläche und der Außenfläche bilden lange Durchtrittswege, die sich von der Innenfläche zur Außenfläche erstrecken. Diese Poren erstrecken sich nicht linear, sondern setzen sich netzartig in einem komplizierten Muster unter Bildung eines dreidimensionalen Netzwerks von Durchtrittslöchern fort. Diese Komplexität der Durchtrittslöcher hinsichtlich der Verteilung wird durch die Tatsache bestätigt, daß die erfindungsgemäße poröse Hohlfasermembran ein extrem niedriges Doppelbrechungsverhältnis im Bereich von 0,001-0,01 in axialer Richtung der Faser und eine geringe Orientierung der Polypropylenkristalle aufweist.
In der erfindungsgemäßen porösen Hohlfasermembran erreicht die Innenfläche eine gewünschte Qualität einschließlich Glattheit, da sie Polypropylenteilchen umfaßt, die teilweise auf der Oberfläche freiliegen und überwiegend eng unter Bildung einer kontinuierlichen Phase und von Porenteilen, die die restliche Matrix wie oben beschrieben besetzen, verschmolzen und gebunden sind. Wenn diese poröse Hohlfasermembran in einem Oxygenator derart verwendet wird, daß Blut durch ihre Innenhöhlung durchtritt, führt sie weder zu einer Beschädigung der Blutzellenbestandteile noch verstärkt sie den Druckabfall. Ihre Außenfläche erreicht in ähnlicher Weise eine gewünschte Oberflächenqualität einschließlich einer Glattheit, da sie eine feste Phase einer Vielzahl von Polypropylenclustern umfaßt, die jeweils aus in der axialen Richtung der Faser geordnet angeordneten Polypropylenteilchen und den die restliche Matrix bildenden Porenteilen bestehen. Wenn die poröse Hohlfasermembran in einem Oxygenator derart verwendet wird, daß Blut auf der Außenseite der Hohlfaser durchgeleitet wird, kommt es weder zu einer Schädigung der Blutzellenbestandteile noch zu einer Zunahme des Druckabfalls. Des weiteren werden die Poren der porösen Hohlfasermembran, die als Wege zum Gasdurchtritt bei Verwendung der Membran in dem Oxygenator dienen, von einem dreidimensionalen Netzwerk von netzförmig in einem komplizierten Muster verbundenen Durchtrittslöchern gebildet. Unabhängig davon, ob das Blut zur extrakorporalen Zirkulation auf der Innenseite oder der Außenseite der Hohlfasermembran durchgeleitet wird, kommt es zu keinem Durchtritt der Blutplasmakomponente durch die von den Poren gebildeten langen komplizierten groben Wege. Beispielsweise wird im Falle einer 30- stündigen extrakorporalen Zirkulation weder ein Blutplasmaaustritt noch eine merkliche Abnahme der Gasaustauschfähigkeit beobachtet.
Darüber hinaus erfährt die erfindungsgemäße poröse Hohlfasermembran, wie im folgenden beschrieben, ein thermisches Kräuseln, nachdem ihr durch Extrahieren eine Porosität verliehen worden ist, um eine gekräuselte poröse Hohlfasermembran zu erhalten, die für ein Kräuseln behandelt worden ist, ohne irgendein oben beschriebenes Merkmal zu verändern. Diese Membran weist eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,01-0,1, vorzugsweise 0,02-0,05, und ein Kräuselungsverhältnis im Bereich von 1,0-3,0%, vorzugsweise 2,0-3,0%, auf.
Die oben beschriebene Kräuselungsbehandlung weist den folgenden Vorteil auf. Wenn beispielsweise ein aus einer derartigen porösen Hohlfaser, wie oben behandelt, gebildeter Oxygenator im Rahmen einer Blutzirkulation außerhalb der Hohlfasermembran betrieben wird, während ein sauerstoffhaltiges Gas durch das Innere der Hohlfaser im Oxygenator geblasen wird, kommt es kaum zu einem Stocken der Luft oder des sauerstoffhaltigen Gases in den Lücken, da die Lücken zwischen den Hohlfasern relativ groß sind und innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs von ihrer Vorderseite zu ihrer Rückseite trotz Hydrophobizität der Hohlfaser variieren. Somit gewährleistet die Hohlfasermembran einen zufriedenstellenden Blutfluß und ein gleichmäßiges Inberührunggelangen des Blutes mit dem sauerstoffhaltigen Gas über die gesamte Oberfläche der Hohlfasermembran hinweg. Die Hohlfasermembran weist folglich eine sehr effiziente Gasaustauschfähigkeit auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran ist durch ein Vermischen eines Polyolefins, eines in dem Polyolefin in seinem aufgeschmolzenen Zustand gleichmäßig dispergierbaren und in einem zu verwendenden flüssigen Extraktionsmittel ohne Schwierigkeiten löslichen organischen Füllstoffs und eines Kristallkeime bildenden Mittels, Aufschmelzen des erhaltenen Gemisches und Austragen des erschmolzenen Gemisches durch eine ringförmige Spinndüse, Inberührungkommenlassen des ausgetragenen Hohlfadens mit einer kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit zur Kühlung und Verfestigung des Hohlfadens, Inberührungbringen des gekühlen und verfestigten Hohlfadens mit der Extraktionsflüssigkeit, die das Polyolefin nicht zu lösen vermag, zum Extrahieren des organischen Füllstoffs aus der Hohlfaser und thermisches Kräuseln der erhaltenen Hohlfasermembran zur Ausbildung einer porösen Hohlfasermembran mit einer durchschnittlichen Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, einem Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,01-0,1 und einem Kräuselungsverhältnis im Bereich von 1,0-3,0% gekennzeichnet. Die poröse Polyolefinhohlfasermembran, die durch Einarbeiten des organischen Füllstoffs in die erschmolzene Spinnlösung als dem zu kühlenden und zu verfestigenden Rohmaterial und nachfolgendes Extrahieren mit dem oben beschriebenen flüssigen Extraktionsmittel erhalten wird, nimmt ein derartiges Gefüge an, daß, wie in der JP-A- 61(1986)-90 705 offenbart, ihre Innenfläche sehr kleine, eng unter Bildung einer dicht gepackten Schicht gebundene Polyolefinteilchen aufweist und ihre Außenfläche sehr kleine, in einem kettenartigen Muster unter Bildung einer porösen Schicht verbundene Polyolefinteilchen aufweist, wobei sehr kleine Durchtrittslöcher, die sich von der Innenfläche zur Außenfläche erstrecken, ausgebildet sind. Aufgrund der winzigen und kompliziert verteilten Poren weist die poröse Hohlfasermembran eine hohe Gaspermeabilität auf und bedingt gleichzeitig kein Problem eines Blutplasmaaustritts. Wenn die poröse Hohlfasermembran dieses Gefüges mit Kräuselungen eines oben beschriebenen vorgegebenen Verhältnisses versehen ist und der durch Einbringen der porösen Hohlfasermembran gebildete Oxygenator arbeitet, indem Blut auf der Außenseite der Hohlfasermembran zirkulieren gelassen wird und ein sauerstoffhaltiges Gas durch die Innenseite der Hohlfasermembran geblasen wird, kommt es kaum zu einer Stockung des sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft, in den Lücken, und das Blut wird sehr sanft hindurchgeleitet. Ferner werden das Blut und das sauerstoffhaltige Gas auf der gesamten Oberfläche der Hohlfasermembran gleichmäßig in Berührung gebracht, da die oben beschriebenen Kräuselungen dazu dienen, relativ große Lücken zwischen den benachbarten Hohlfasern auszubilden und die Hohlfasern entlang ihrer gesamten Länge innerhalb des angegebenen Bereichs einander abwechseln zu lasen. Somit zeigt die poröse Hohlfasermembran eine sehr zufriedenstellende Gasaustauschfähigkeit.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung spezieller unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die ein eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens einer porösen Hohlfasermembran darstellendes Herstellungsverfahren veranschaulicht. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird ein ein Polyolefin, einen anorganischen Füllstoff und ein Kristallkeime bildendes Mittel umfassendes Gemisch 11 durch einen Trichter 12 in eine Knetvorrichtung, beispielsweise einen Einzelschneckenextruder 13, eingebracht, um aufgeschmolzen, verknetet und extrudiert zu werden. Das extrudierte Gemisch wird zu einer Spinnvorrichtung 14 geleitet und durch eine nicht dargestellte ringförmige Spinndüse einer Mehrlochdüse 15 in eine gasförmige Atmosphäre, beispielsweise Luft, ausgetragen. Ein aus der ringförmigen Spinndüse austretender Hohlfaden 16 wird in einen Kühlbehälter 18 mit einer kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit 17 eingeleitet und durch Inberührungbringen mit der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit 17 gekühlt und verfestigt. In diesem Fall soll die Berührung zwischen dem Hohlfaden 16 und der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit 17 durch Herunterfließenlassen der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit 17 im Inneren eines Durchtrittsrohrs 19 für eine kühlende und verfestigende Flüssigkeit, das nach unten durch den Boden des Kühlbehälters 18 hindurchgeführt ist und ein paralleles Inberührunggelangen des Hohlfadens 16 mit dem Strom der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit gewährleistet, erfolgen (vgl. Fig. 1). Die herabströmende kühlende und verfestigende Flüssigkeit 17 wird von einem Verfestigungsbehälter 20 aufgenommen und darin aufbewahrt. Im Inneren des Verfestigungsbehälters 20 erfährt der darin eingeleitete Hohlfaden 16 durch eine Richtungsänderungsstange 21 eine Änderung seiner Bewegungsrichtung, um der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit 17 ausreichend ausgesetzt zu sein und folglich verfestigt zu werden. Die kühlende und verfestigende Flüssigkeit 17, die sich im Verfestigungsbehälter 20 ansammelt, wird durch eine Umlaufleitung 23 ausgetragen und durch eine Umlaufpumpe 24 zum Kühlungsbehälter 18 zurückgeführt. Anschließend wird der verfestigte Hohlfaden 16 durch Führungsrollen 22a zu einer Extrudiervorrichtung 27 vom Berieselungsförderertyp, die dazu ausgerichtet ist, das flüssige Extraktionsmittel mit der Fähigkeit zur Auflösung des organischen Lösungsmittels, jedoch nicht zur Auflösung des Polypropylens in Form einer Berieselungsdusche herabfallen zu lassen, geleitet. Während der Hohlfaden 16 auf dem Förderband 26 in der Extrudiervorrichtung 27 befördert wird, wird er ausgiebig mit dem flüssigen Extraktionsmittel 25 in Berührung gebracht und von dem restlichen organischen Füllstoff durch Extraktion befreit, wodurch er in eine Hohlfasermembran 16 umgewandelt wird. Die aus der Extrudiervorrichtung 27 mit Hilfe von Führungsrollen 22b herausgeführte Hohlfasermembran 16' wird wahlweise durch die Stufen einer Reextraktion und eines Trocknens (nicht dargestellt) hindurchgeleitet. Anschließend wird sie mit Hilfe von Führungsrollen 22c zu einer Aufwicklungsvorrichtung 28 gefördert und in dieser Aufwicklungsvorrichtung 28 auf eine Spule 29 kreuzgewickelt. Des weiteren wird die auf der Spule 29 befindliche Hohlfasermembran 16' unter geeigneten Bedingungen zur Verfestigung in einem gekräuselten Zustand einer Wärmebehandlung unterworfen.
Die erfindungsgemäß als Rohmaterial einsetzbaren Polypropylenarten umfaßen beispielsweise Propylenhomopolymer, Ethylenhomopolymer und Blockpolymere unter Verwendung von Propylen als Hauptbestandteil unter Einarbeitung von weiteren Monomeren. Das zu verwendende Polyolefin soll einen Schmelzindex (M.I.) im Bereich von 5-70, vorzugsweise 10-40, aufweisen. Unter den anderen oben erwähnten Polyolefinen wird vorzugsweise Propylenhomopolymer verwendet. Das Propylenhomopolymer soll eine größtmögliche Kristallinität aufweisen.
Der organische Füllstoff soll in dem Polyolefin gleichmäßig dispergierbar sein, während sich das Polyolefin in seinem aufgeschmolzenen Zustand befindet, und in dem flüssigen Extraktionsmittel, das später speziell beschrieben wird, leicht löslich sein. Die der Beschreibung entsprechenden organischen Füllstoffe umfassen flüssige Paraffine (Zahlenmittelmolekulargewicht 100-2 000), α-Olefinoligomere [beispielsweise Ethylenoligomere (Zahlenmittelmolekulargewicht 100-2 000), Propylenoligomere (Zahlenmittelmolekulargewicht 100-2 000) und Ethylen/Propylen-Oligomere (Zahlenmittelmolekulargewicht 100-2 000)], Paraffinwachse (Zahlenmittelmolekulargewicht 200-2 500) und verschiedene Kohlenwasserstoffe. Gegenüber den anderen oben erwähnten organischen Füllstoffen haben sich flüssige Paraffine als günstig erwiesen.
Das Mischungsverhältnis Polypropylen/organischer Füllstoff sollte vorzugsweise derart sein, daß die Menge an dem organischen Füllstoffin einem Bereich von 35-170 Gew.-Teilen, vorzugsweise 80-150 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.- Teile des Polypropylens, liegt. Bei einer Menge an dem organischen Füllstoff von weniger als 35 Gew.-Teilen weist die gebildete poröse Hohlfasermembran keine ausreichende Gaspermeabilität auf. Wenn im Gegensatz dazu die Menge 170 Gew.- Teile übersteigt, weist das gebildete Gemisch eine zu geringe Viskosität auf, um in wirksamer Weise zu einem Hohlfaden ausgeformt zu werden.
Das Rohmaterial wird nach dem Vormischverfahren zubereitet (ausgebildet), das ein Aufschmelzen und Verkneten des Gemisches der vorgegebenen prozentualen Zusammensetzung mit Hilfe eines Extruders, beispielsweise eines Doppelschneckenextruders, unter Extrudieren des erhaltenen aufgeschmolzenen Gemisches und anschließendem Pelletieren des extrudierten Gemisches umfaßt.
Das Kristallkeime bildende Mittel, das in dem erfindungsgemäßen Rohmaterial vorhanden sein muß, besteht aus einer organischen wärmebeständigen Substanz mit einem Schmelzpunkt über 150ºC (vorzugsweise im Bereich von 200-250ºC) und einem Gelpunkt über dem Kristallisationsbeginnpunkt des zu verwendenden Polyolefins. Das Kristallkeime bildende Mittel wird zugesetzt, um die Größe der Polyolefinteilchen zu vermindern, die Lücken zwischen den benachbarten Teilchen zu verringern (d. h. die Dicke der Durchtrittslöcher zu verringern) und die Porendichte zu erhöhen. Hier verwendbare Kristallkeime bildende Mittel sind beispielsweise 1,3,2,4-Dibenzylidensorbit, 1,3,2,4-Bis-(p-methylbenzyliden)-sorbit, 1,3,2,4-Bis-(p-ethylbenzyliden)-sorbit, Bis-(4-tert.-butylphenyl)-natriumbenzoat, Adipinsäure, Talkum und Kaolin.
Unter den anderen oben erwähnten Kristallkeime bildenden Mitteln werden Benzylidensorbit und insbesondere 1,3,2,4- Bis-(p-ethylbenzyliden)-sorbit und 1,3,2,4-Bis-(p-methylbenziliden)-sorbit in vorteilhafter Weise verwendet, da sie (nur) gering ins Blut herausgelöst werden.
Das Mischungsverhältnis Polypropylen/Kristallkeime bildendes Mittel ist zweckmäßigerweise derart, daß die Menge an dem Kristallkeime bildenden Mittel im Bereich von 0,1-5 Gew.- Teil(en), vorzugsweise 0,2-1,0 Gew.-Teil(en), bezogen auf 100 Gew.-Teile des Polypropylens, liegt.
Das als das oben beschriebene Rohmaterial hergestellte Gemisch wird des weiteren mit Hilfe eines Extruders, beispielsweise eines Einzelschneckenextruders, bei einer Temperatur im Bereich von 160-250ºC, vorzugsweise 180-220ºC, aufgeschmolzen und verknetet und wahlweise mit Hilfe einer Zahnradpumpe hoher Dosiergenauigkeit durch die ringförmige Düse der Spinnvorrichtung unter Bildung eines Hohlfadens in die Gasatmosphäre ausgetragen. Der zentrale Teil im Inneren der ringförmigen Düse kann dazu gebracht werden, spontan ein Gas, wie Stickstoff, Kohlendioxidgas, Helium, Argon oder Luft, anzusaugen, oder das Gas kann unter Zwang eingeführt werden. Anschließend wird der durch die ringförmige Düse ausgetragene Hohlfaden fallengelassen und nachfolgend mit der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit in dem Kühlbehälter in Berührung gebracht. Diese Fallhöhe des Hohlfadens beträgt zweckmäßigerweise 5-1 000 mm, vorzugsweise 10-500 mm. Dieser Abstand ist kritisch. Beträgt die Länge des Herabfallens weniger als 5 mm, unterliegt der herabfallende Hohlfaden zum Zeitpunkt seines Eintretens in die kühlende und verfestigende Flüssigkeit einem Pulsieren und möglicherweise einem Zerdrücken. Im Inneren des Kühlbehälters hat sich der Hohlfaden noch nicht vollständig verfestigt und ist gegenüber einer Verformung durch eine externe Kraft empfänglich, da er ein Gas in seiner Höhlung enthält. Der Hohlfaden 16 kann unter Zwang bewegt und gleichzeitig daran gehindert werden, daß er sich unter der Einwirkung einer externen Kraft (beispielsweise des Druckes der Flüssigkeit) verformt, indem die kühlende und verfestigende Flüssigkeit 17 durch das Innere des Durchtrittsrohrs 19 für die kühlende und verfestigende Flüssigkeit, das nach unten durch den Boden des Kühlbehälters 18 hindurchgeführt ist und ein paralleles Inberührunggelangen des Hohlfadens 16 mit dem nach unten gerichteten Strom der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit gewährleistet, herunterfließen gelassen wird (vgl. Fig. l). Was die Strömungsgeschwindigkeit der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit in diesem Fall angeht, ist die Geschwindigkeit ausreichend, die durch spontanes Fließen erreicht wird. Zu dieser Zeit sollte die Kühltemperatur in einem Bereich von 10-90ºC, vorzugsweise 20-75ºC, liegen. Liegt die Kühltemperatur unter 10ºC, verläuft das Kühlen und Verfestigen so schnell, daß der größere Teil der Wand der Hohlfaser eine dicht gepackte Schicht bildet und die poröse Hohlfaser an einer Unzulänglichkeit der Gasaustauschfähigkeit krankt. Wenn im Gegensatz dazu, diese Temperatur 90ºC übersteigt, ist die Kristallisationsgeschwindigkeit des Polyolefins so gering, daß sehr dünne Durchtrittslöcher vom Durchmesser her und eine sehr dünne dicht gepackte Schicht wachsen. Diese dicht gepackte Schicht wird überhaupt nicht gebildet, wenn die Temperatur höher ist. Wird eine poröse Hohlfasermembran dieser Qualität in dem Oxygenator verwendet, kann es entweder zu einem Verstopfen oder zu einem Blutplasmaaustritt kommen.
Damit die kühlende und verfestigende Flüssigkeit ihren Zweck erfüllt, ist es nur notwendig, daß sie das Polyolefin nicht zu lösen vermag und einen relativ hohen Siedepunkt aufweist. Die diese Vorschrift erfüllenden Substanzen umfassen beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanole, Butanole, Hexanole, Octanole und Laurylalkohol, flüssige Fettsäuren, wie Ölsäure, Palmitinsäure, Myristinsäure und Stearinsäure und ihre Alkylester (beispielsweise den Methyl-, Ethyl-, Isopropyl- oder Butylester), flüssige Kohlenwasserstoffe, wie Octan, Nonan, Decan, Kerosin, Gasöl, Toluol, Xylol und Methylnaphthalin, sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan, Trichlorfluormethan, Dichlorfluormethan und 1,1,2,2-Tetrachlor-1,2-difluorethan. Selbstverständlich sind diese nicht die einzigen für diesen Zweck verwendbaren Materialien.
Die erfindungsgemäß zu verwendende kühlende und verfestigende Flüssigkeit führt zu besonders günstigen Ergebnissen, wenn sie keine Verträglichkeiten mit dem zu verwendenden organischen Füllstoff aufweist und eine spezifische Wärmekapazität im Bereich von 1,26-2,93 J/g (0,3-0,6 cal/g), vorzugsweise 1,26-2,51 J/g (0,3-0,6 cal/g) aufweist. Typische Beispiele für die diese Vorschrift erfüllende kühlende und verfestigende Flüssigkeit sind Silikonöle, beispielsweise Dimethylsilikonöl und Methylphenylsilikonöl, die eine dynamische Viskosität im Bereich von 2 · 10&supmin;&sup4; bis 5 · 10&supmin;³ m²·s&supmin;¹ (2-50 cSt), vorzugsweise 8 · 10&supmin;&sup4; bis 4 · 10&supmin;³ m²·s&supmin;¹ (8-40 cSt) bei 20ºC aufweisen, sowie Polyethylenglykole eines durchschnittlichen Molekulargewichts im Bereich von 100-400, vorzugsweise 180-330. Die kühlende und verfestigende Flüssigkeit muß mit dem zu verwendenden organischen Füllstoff unverträglich sein und eine spezifische Wärmekapazität im Bereich von 1,26-2,93 J/g (0,3-0,7 cal/g) aus dem folgenden Grund aufweisen.
Wenn es sich bei der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit um eine Flüssigkeit mit der Fähigkeit zur Auflösung des organischen Füllstoffs handelt, beispielsweise wenn ein halogenierter Kohlenwasserstoff als die kühlende und verfestigende Flüssigkeit verwendet wird, wobei flüssiges Paraffin als der organische Füllstoff ausgewählt wird, wird der organische Füllstoff herausgelöst und extrahiert, während die Phasentrennung zwischen dem Polypropylen und dem organischen Füllstoff in der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit fortschreitet. Dies führt dazu, daß der organische Füllstoff dazu gebracht wird, von innen nach außen durch den Hohlfaden hindurchzutreten. Wenn der Hohlfaden in diesem Zustand vollständig abgekühlt und verfestigt ist, ist der Gehalt an dem organischen Füllstoff in dem Hohlfaden nahe der Innenfläche gering. Nach dem vollständigen Herauslösen und Extrahieren des organischen Füllstoffs ist das Öffnungsverhältnis auf der Innenfläche unzulässig gering. Somit krankt die schließlich hergestellte poröse Hohlfasermembran möglicherweise an einer unzureichenden Gasaustauschfähigkeit. In diesem besonderen Fall kann es möglicherweise zu der Schwierigkeit kommen, daß selbst der niedermolekulare Bestandteil des Polypropylens aus dem Hohlfaden extrahiert und auf der Innenwand dem Durchtrittsrohr 19 für die kühlende und verfestigende Flüssigkeit in einem derartigen Ausmaß angereichert wird, daß das Durchtrittsrohr 19 für die kühlende und verfestigende Flüssigkeit keinen ausreichend großen Innendurchmesser aufweist und der Hohlfaden verunstaltet wird. Wenn es sich bei der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit um eine Verbindung handelt, die mit dem organischen Füllstoff identisch oder diesem ähnelt, beispielsweise wenn als die kühlende und verfestigende Flüssigkeit ein flüssiges Paraffin verwendet wird, wobei ein flüssiges Paraffin mit einem zu dem des als die kühlende und verfestigende Flüssigkeit verwendeten flüssigen Paraffins ähnlichen Zahlenmittelmolekulargewicht als der organische Füllstoff verwendet wird, erfährt der Hohlfaden aufgrund der Tatsache, daß der organische Füllstoff (flüssiges Paraffin) nicht merklich in dem Hohlfaden wandert, eine vorgeschriebene Porendichte und keine übermäßig große spezifische Wärme und beschleunigt folglich die Kristallisation von Polypropylen bei einer geeigneten Kühlgeschwindigkeit und erreicht eine stabile Form. Im Verlauf des Kühlens wird der organische Füllstoff oder die kühlende und verfestigende Flüssigkeit jedoch in der Außenfläche des Hohlfadens vor gänzlichem Kühlen und Verfestigen des Hohlfadens lokal verteilt, was dazu führt, daß der Polypropylengehalt des Hohlfadens in der Außenfläche gering ist und die Poren in der Außenfläche des Hohlfadens groß sind. Ferner weist die feste Phase in Form eines Netzwerks dispergierte Polypropylenteilchen auf, wodurch eine Oberfläche, die reichlich scharfe Erhebungen und Absenkungen aufweist, gebildet wird. Wenn es sich bei der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit um eine Flüssigkeit handelt, die mit dem organischen Füllstoff unverträglich und ihm gegenüber inaktiv ist und die noch dazu eine ausreichende spezifische Wärmekapazität aufweist, beispielsweise wenn Wasser, eine Substanz mit einer derartigen großen spezifischen Wärmekapazität von etwa 4,18 J/g (1,0 cal/g), verwendet wird, wobei ein flüssiges Paraffin als der organische Füllstoff verwendet wird, kann es aufgrund der folglich sich ergebenden hohen Kühlwirkung dazu kommen, daß das Polypropylen schnell abgekühlt wird und die Außenfläche daran krankt, daß ein Zustand einer besonders niedrigen Kristallinität erreicht wird. Es besteht folglich die Möglichkeit, daß das Propylen keine sehr kleinen Teilchen bildet und der Hohlfaden zu einer Hohlfasermembran mit übermäßig kleinen Poren in der Außenfläche und folglich einer geringen Gasaustauschfähigkeit führt. Wenn im Gegensatz dazu die kühlende und verfestigende Flüssigkeit eine geringe spezifische Wärmekapazität aufweist, ist die Kühlwirkung nicht ausreichend, um den Hohlfaden in Form eines Hohlgarns zu vervollständigen.
Wenn eine Lösung ohne Kompatibilität mit dem organischen Füllstoff, die eine spezifische Wärmekapazität im Bereich von 1,26-2,93 J/g (0,3-0,7 cal/g) aufweist, als die kühlende und verfestigende Flüssigkeit verwendet wird, wird die ansonsten mögliche Anordnung der Verteilung des organischen Füllstoffs in der Außenfläche des Hohlfadens ausgeschlossen, das Fortschreiten des Kühlens des Polypropylens mit einer geeigneten Geschwindigkeit gewährleistet und die Kristallisation des Polypropylens beschleunigt, ohne das geeignete Polypropylenverteilungsverhältnis in der Außenfläche in widriger Weise zu beeinträchtigen. Als Ergebnis wird die Außenfläche der so gebildeten Hohlfasermembran ähnlich wie ihr Inneres aus einem Aggregat einer Vielzahl von Polypropylenclustern, die durch in axialer Richtung der Faser gebundene sehr kleine Polypropylenteilchen gebildet sind, geformt. Ferner wird ihr eine weiche Oberfläche verliehen.
Der in dem Kühl- und Verfestigungsbehälter gekühlte und verfestigte Hohlfaden wird zur Entfernung des organischen Füllstoffs durch Auflösung und Extraktion beispielsweise über richtungsändernde Stäbe zur Extrahiervorrichtung weitergeleitet. Zur Auflösung und Extraktion des organischen Füllstoffs ist das Berieselungsverfahren, das ein berieseltes Herabfallen eines flüssigen Extraktionsmittels auf den Hohlfaden auf einem Förderband, wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt, nicht die einzige mögliche bzw. verfügbare Maßnahme. Die Auflösung und Extraktion kann andererseits nach einem Verfahren, das auf einen Extraktionsbehälter zurückgreift, oder einem Umspulverfahren, das auf ein Eintauchen eines Gebindes in das flüssige Extraktionsmittel, worauf der bereits auf eine Wicklungsrolle aufgewickelte Hohlfaden umgewickelt wird, zurückgreift oder nach einigen anderen Verfahren, die eine Berührung des Hohlfadens mit dem flüssigen Extraktionsmittel zu bewerkstelligen vermögen, erfolgen. Gegebenenfalls können zwei oder mehr derartige Verfahren als geeignete Kombination zur Gewährleistung eines vollständigen Kontakts verwendet werden.
Einzig von Bedeutung dafür, daß das flüssige Extraktionsmittel seinen Zweck erfüllt, ist, daß es das die Hohlfasermembran bildende Polypropylen nicht zu lösen und den organischen Füllstoff zu lösen und zu extrahieren vermag. Beispiele für das dieser Vorschrift genügende flüssige Extraktionsmittel sind Alkohole, beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanole, Butanole, Pentanole, Hexanole, Octanole und Laurylalkohol, sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan, Trichlorfluormethan, Dichlorfluormethan und 1,1,2,2-Tetrachlor-1,2-difluorethan. Von anderen oben erwähnten flüssigen Extraktionsmitteln sind die hydrierten Kohlenwasserstoffe aufgrund der Fähigkeit zur Extraktion des organischen Füllstoffs besonders günstig und die Chlorfluorkohlenwasserstoffe bezüglich der Sicherheit für den menschlichen Körper in speziellem Maße günstig.
Die wie oben beschrieben erhaltene poröse Hohlfasermembran wird einer thermischen Kräuselungsbehandlung unterworfen. Die thermische Kräuselungsbehandlung zielt einzig darauf ab, der porösen Hohlfasermembran in dem zuvor erwähnten vorgeschriebenen Verhältnis Kräuselungen zu verleihen. Das Verfahren, das ein Kreuzwickeln der porösen Hohlfasermembran beispielsweise auf eine Spule und ein thermisches Verfestigen derselben in aufgewickeltem Zustand auf der Spule umfaßt (vgl. Fig. 1), ist nicht die einzige mögliche bzw. verfügbare thermische Kräuselungsbehandlung. Alternativ kann diese Behandlung in wirksamer Weise beispielsweise nach einem Verfahren, das ein Erwärmen der porösen Hohlfasermembran und ein Durchleiten der heißen Membran zwischen einem Paar von gerillten Walzen, die in einem zahnradartigen Muster in wechselseitigem Eingriff stehen, umfaßt, oder einem Verfahren, das ein Erwärmen der porösen Hohlfasermembran, Einführen der heißen Membran in einem gefalteten Zustand in Form eines Zick-Zack-Musters in ein trichterförmiges Loch unter Zwang und Herausdrücken aus dem Loch umfaßt, erfolgen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der porösen Hohlfasermembran können die Kräuselungen durch vorbereitendes Erwärmens der porösen Hohlfasermembran in einem gekräuselten Zustand und Abkühlenlassen, wodurch sie im gekräuselten Zustand verfestigt wird, in dem vorgegebenen Verhältnis verliehen werden, da die poröse Hohlfasermembran aus einem thermoplastischen Harz besteht. Wenn die Wärmebehandlung zur Verleihung derartiger Kräuselungen in einem übermäßigen Ausmaß erfolgt, bedingt die überschüssige Wärme eine Verformung des Membrangefüges. Wenn diese Verformung das Porenverhältnis der porösen Hohlfasermembran auch um mehr als 50% gegenüber dem vor der Verleihung der Kräuselungen bestehenden ursprünglichen Wert verringert, vermag die poröse Hohlfasermembran ihre Wirkung nicht mehr vollständig zu zeigen. Ist die Wärmebehandlung nicht ausreichend, wird die poröse Hohlfasermembran, die einen gewünschten gekräuselten Zustand während des Modulzusammenbaus beibehält, schließlich unter der Spannung, die durch die Restbeanspruchung ausgeübt wird, der Kräuselungen beraubt. Auch in diesem Fall vermag die poröse Hohlfasermembran nicht mehr die Wirkung vollständig zu zeigen. Bei dem Verfahren, das ein Kreuzwickeln der porösen Hohlfasermembran auf einer Spule und ein Wärmeverfestigen derselben in aufgewickeltem Zustand um die Spule umfaßt (vgl. Fig. 1), erfolgt folglich das Wärmeverfestigen zweckmäßigerweise während einer Zeitspanne von 2-48 h, vorzugsweise 6-36 h, bei einer Temperatur im Bereich von 50-100ºC, vorzugsweise 60-80ºC.
Die wie oben beschrieben erhaltene poröse Hohlfasermembran wird in optimaler Weise im Oxygenator vom Hohlfasertyp verwendet.
Die nach dem herkömmlichen Streckverfahren erhaltene Hohlfasermembran weist eine zu große Permeabilität auf, um im Oxygenator wirksam zu sein. Wenn das Blut im Inneren der Hohlfaser zirkulieren gelassen wird, wird die Fähigkeit zur Zuführung von Sauerstoff zum Blut durch die Tatsache beeinträchtigt, daß der von der Membran auf der dem Blut zugewandten Seite gelieferte Widerstand übermäßig groß ist und der von der Hohlfasermembran gelieferte Widerstand keine Beständigkeit aufweist, wobei die Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas aus dem Blut von der Größe des Widerstands, der von der Hohlfasermembran, die eine übermäßig hohe Gaspermeabilität aufweist, geliefert wird, abhängt. Wenn das Blut auf der Außenseite der Hohlfaser zirkulieren gelassen wird, hängt die Fähigkeit zum Gasaustausch von der Größe des Widerstands ab, der von der Hohlfasermembran geliefert wird. Diese zeigt abermals eine übermäßig hohe Gaspermeabilität.
Die erfindungsgemäße Hohlfasermembran selbst weist eine geringere Gaspermeabilität auf als das nach dem herkömmlichen Streckverfahren erhaltene Gegenstück. Sie erfüllt die Leistung vollständig, wenn sie in einer in dem Oxygenator eingebauten Form verwendet wird. Da sie nach dem Extraktionsverfahren hergestellt wird, kann sie keine Feinlöcher bilden, die für einen Blutaustritt empfänglich sind, so daß eine Beeinträchtigung der Gasaustauschfähigkeit verhindert werden kann.
Des weiteren weist die Hohlfasermembran, die unter Verwendung einer mit dem organischen Füllstoff identischen oder dazu ähnlichen Flüssigkeit als der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit erhalten wird, sehr kleine, im Muster eines Netzwerks verbundene Polypropylenteilchen auf, wodurch eine Oberfläche entsteht, die - wie oben erwähnt - reichlich sehr scharfe Erhebungen und Senkungen aufweist. Wird diese Hohlfasermembran einem Oxygenator einverleibt, kann es dazu kommen, daß sich die benachbarten Hohlfasern schnell in einem derartigen Ausmaß vereinen, daß die Arbeit eines Zusammenbauens kompliziert wird und das Klebmittel daran gehindert wird, die einzelnen Hohlfasern ausreichend zu umhüllen und zu einem gewünschten Vergießen zu führen.
Im Falle der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Hohlfasermembran können derartige Nachteile, wie sie mit dem Zusammenbau des Oxygenators verbunden sind, nicht auftreten, da ihre äußere Oberfläche, ähnlich wie ihre innere Oberfläche, aus einem Aggregat einer Vielzahl von Polypropylenclustern aus in axialer Richtung der Faser verbundenen Polypropylenteilchen gebildet ist und folglich eine zufriedenstellende Oberflächenqualität, einschließlich Glattheit, aufzuweisen vermag. Unabhängig davon, ob das Blut auf der Außenfläche oder der Innenfläche der Hohlfasermembran fließt, führt diese Hohlfasermembran zu keiner Schädigung der Blutzellenbestandteile und bedingt keinen Druckabfall.
Da des weiteren die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Hohlfasermembran Kräuselungen in einem vorher erwähnten vorgegebenen Verhältnis enthält, sind die Lücken zwischen den benachbarten Hohlfasern relativ groß und schwanken innerhalb eines begrenzten Bereichs entlang der gesamten Faser. Selbst wenn das Blut auf der Außenseite der Hohlfasermembran zirkulieren gelassen und das sauerstoffhaltige Gas durch das Innere der Hohlfasermembran geblasen wird, tritt in diesen Lücken kaum eine Stagnation des sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft, auf. Die Hohlfasermembran gewährleistet folglich einen reibungslosen bzw. glatten Blutfluß und einen gleichmäßigen Kontakt zwischen dem Blut und dem sauerstoffhaltigen Gas entlang der gesamten Oberfläche der Hohlfasermembran und zeigt in vollständigem Maß eine zufriedenstellende Gasaustauschfähigkeit.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen einen typischen, eine Ausführungsform (erste Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung darstellenden Oxygenator vom Hohlfasermembrantyp, der speziell zum Zirkulierenlassen von Blut im Inneren der Hohlfasermembran und zum Durchblasen des sauerstoffhaltigen Gases auf der Außenseite der Hohlfasermembran zusammengebaut ist. Der Oxygenator vom Hohlfasermembrantyp 51 ist mit einem Gehäuse 52 versehen. Dieses Gehäuse 52 ist an den gegenüberliegenden Enden eines röhrenförmigen Hauptkörpers 53 jeweils mit ringförmigen Außengewinde-Paßabdeckungen 54, 55 versehen. Im Inneren des Gehäuses 52 sind in Längsrichtung des Gehäuses 52 in voneinander getrennter Form eine Vielzahl (beispielsweise im Bereich von 10 000-60 000) von in dem oben angegebenen vorgegebenen Verhältnis gekräuselten Hohlfasermembranen 16' parallel angeordnet. Die gegenüberliegenden Endteile der porösen Hohlfasermembranen 16' sind im Inneren der Paßabdeckungen 54, 55 durch Diaphragmen 57, 58 derart getragen, daß ihre Öffnungen nicht verschlossen sind. Die Diaphragmen 57, 58 definieren gemeinsam mit den Außenflächen der porösen Hohlfasermembranen 16' und der Innenfläche des Gehäuses 52 eine Gaskammer 59 und umschließen diese und trennen gleichzeitig die Gaskammer 59 von den nicht dargestellten Blutdurchtrittshöhlungen, die im Inneren der porösen Hohlfasermembranen 16' ausgebildet sind. Die Paßabdeckung 54 ist mit einem Einlaß für ein sauerstoffhaltiges Gas 60 zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases versehen. Die andere Paßabdeckung 55 ist mit einem Auslaß für ein sauerstoffhaltiges Gas 61 zum Herausführen des sauerstoffhaltigen Gases versehen.
Der röhrenförmige Hauptkörper 53 des Gehäuses 52 kann auf seiner Innenfläche im Mittelbereich in der axialen Richtung mit einem nach innen gerichteten einengenden Teil 62 versehen sein. Das am Mittelbereich bzw. zentralen Teil angeordnete einengende Teil 62 verbessert erwartungsgemäß die Gasaustauscheffizienz. Diese hohe Gasaustauscheffizienz kann jedoch ohne Vorsehen dieses einengenden Teils 62 erreicht werden, da die in dem erfindungsgemäßen Oxygenator verwendeten porösen Hohlfasermembranen 16' in dem bereits angegebenen vorgenannten Verhältnis gekräuselt sind. Der einengende Teil 62 ist auf der Innenfläche des röhrenförmigen Hauptkörpers 53 einstückig mit dem röhrenförmigen Hauptkörper 53 ausgebildet und darauf ausgerichtet, den Gesamtumfang eines Hohlfaserbündels 63 aus einer Vielzahl von in das Innere des röhrenförmigen Hauptkörpers 53 eingefügten porösen Hohlfasermembranen 16' einzuengen. Somit ist das Hohlfaserbündel 63 im Mittelbereich seiner axialen Richtung unter Ausbildung eines eingeengten Teils 64 eingeengt. Das Packungsverhältnis der Hohlfasermembranen schwankt folglich entlang der axialen Richtung des eingeengten Teils 64 und erreicht im Mittelbereich das Maximum. Die Packungsverhältnisse an verschiedenen Teilen werden zweckmäßigerweise wie folgt ausgewählt. Das Packungsverhältnis A im eingeengten Teil 64 im Mittelbereich liegt etwa im Bereich von 60-80%, das Packungsverhältnis B im Inneren des röhrenförmigen Hauptkörpers 53 liegt etwa im Bereich von 30-60%, und das Packungsverhältnis C an den gegenüberliegenden Enden des Hohlfaserbündels 63, nämlich den Außenflächen der Diaphragmen 57, 58, liegt etwa im Bereich von 20-40%.
Im folgenden wird die Bildung der Diaphragmen 57, 58 beschrieben. Wie oben ausgeführt erfüllen die Diaphragmen 57, 58 eine wichtige Funktion hinsichtlich der Trennung der Innenhöhlungen der porösen Hohlfasermembranen 16' von außen her. Im allgemeinen werden die Diaphragmen 57 durch Gießen eines makromolekularen Vergußmaterials hoher Polarität, beispielsweise Polyurethan, Silikon oder Epoxyharz, auf die gegenüberliegenden Wände des Gehäuses 52 nach dem Schleudergießverfahren und Verfestigenlassen der abgeschiedenen Schichten des Einsiegelungsmaterials hergestellt. Genauer gesagt, wird eine Vielzahl von porösen Hohlfasermembranen 16' einer Länge, die über der Länge des Gehäuses liegt, hergestellt und im Inneren des röhrenförmigen Hauptkörpers 53 des Gehäuses 52 angeordnet, wobei ihre gegenüberliegenden Enden mit einem hochviskosen Harz gefüllt sind. Anschließend wird das Gehäuse 52 um die Mittelachse des Gehäuses 52 rotieren gelassen, wobei die gegenüberliegenden Enden der porösen Hohlfasermembranen 16' vollständig jeweils mit einer Musterbdeckung, die größer als der Durchmesser der Paßabdeckungen 54, 55 ist, abgedeckt sind, und gleichzeitig das makromolekulare Gußmaterial von den gegenüberliegenden Endseiten her eingegossen. Wenn sich das eingegossene Harz verfestigt hat, werden die Musterabdeckungen entfernt und die äußeren Seitenteile der verfestigten Harzschichten mit einem scharfen Messer abgeschnitten, wobei die gegenüberliegenden offenen Enden der porösen Hohlfasermembranen 16' freigelegt werden. Als Ergebnis sind die Diaphragmen 57, 58 ausgebildet.
Auf die Außenfläche der Diaphragmen 57, 58 werden jeweils den Strömungsweg bildende Elemente 65, 66, die jeweils mit einem ringförmigen Vorsprung versehen sind, aufgebracht. Diese einen Strömungsweg bildenden Elemente 65, 66 umfassen jeweils eine Flüssigkeit verteilende Elemente 67, 68 und Gewinderinge 69, 70. Nahe der Umfangskanten der die Flüssigkeit verteilenden Elemente 67, 68 sind jeweils ringförmige Stege 71, 72 ausgebildet. Durch Inberührungbringen der Endflächen der ringförmigen Stege 71, 72 mit den Diaphragmen 57, 58 und Aufschrauben der Gewinderinge 69, 70 jeweils auf die Paßabdeckungen 54, 55 werden Bluteinlaßkammern 73, 74 gebildet. Diese einen Strömungsweg bildenden Elemente 65, 66 sind jeweils mit einem Bluteinlaß 75 und einem Blutauslaß 76 versehen. Zwei Löcher 77, 78 und 79, 80 sind so gebildet, daß sie jeweils mit den um die Umfangskanten der Diaphragmen 57, 58 durch die Diaphragmen 57, 58 und die den Strömungsweg bildenden Elemente 65, 66 gebildeten Leerräumen in Verbindung stehen. Die den Strömungsweg bildenden Elemente 65, 66 sind dafür vorgesehen. Das Gehäuse derart abzudichten, daß ein Zugang zu den Diaphragmen 57, 58 jeweils durch eines der beiden Löcher erfolgt. Die Versiegelung kann andererseits mittels eines O-Rings (nicht dargestellt) erfolgen.
Fig. 4 veranschaulicht einen eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform (zweite Ausführungsform) darstellenden typischen Oxygenator vom Hohlfasermembrantyp, der speziell so zusammengebaut ist, daß das Blut auf der Außenseite der Hohlfasermembran zirkuliert und das sauerstoffhaltige Gas durch das Innere der Hohlfasermembran geblasen wird. Der Oxygenator vom Hohlfasermembrantyp 81 ist mit einem Gehäuse 82 versehen. Dieses Gehäuse 82 ist an den gegenüberliegenden Endteilen eines röhrenförmigen Hauptkörpers 83 davon jeweils mit ringförmigen Paßabdeckungen 84, 85 versehen. Im Inneren des Gehäuses 82 ist eine Vielzahl (beispielsweise im Bereich von 10 000-70 000) von porösen Hohlfasermembranen 16', die die oben erwähnten Eigenschaften aufweisen, parallel in Längsrichtung des Gehäuses in einer voneinander getrennten Form angeordnet. Die gegenüberliegenden Endteile der porösen Hohlfasermembranen 16' sind jeweils im Inneren der Paßabdeckungen 84, 85 durch Diaphragmen 87, 88 derart wasserdicht gehaltert, daß ihre Öffnungen nicht verschlossen sind. Die Diaphragmen 87, 88 bilden zusammen mit der Umfangsoberfläche der porösen Hohlfasermembranen 16' und der Innenfläche des Gehäuses 82 eine Blutkammer 89 und schließen diese ein. Ferner trennen sie die den Strömungsweg für das sauerstoffhaltige Gas darstellenden Höhlungen (nicht dargestellt), die im Inneren der porösen Hohlfasermembranen 16' gebildet sind, von der Blutkammer 89. Das Gehäuse 82 ist an seinem einen Teil mit einem Bluteinlaß 95 zur Zufuhr von Blut und an seinem anderen Teil mit einem Blutauslaß 96 zum Austragen von Blut versehen.
Der röhrenförmige Hauptkörper 83 des Gehäuses 82 kann auf seiner Innenfläche in der Mitte in der axialen Richtung mit einem vorspringenden einschnürenden Teil 92 versehen sein. Das einschnürende Teil 92 ist einstückig mit dem röhrenförmigen Hauptkörper 83 verbunden und dafür ausgelegt, den Gesamtumfang eines Hohlfaserbündels 93 aus einer Vielzahl von porösen Hohlfasermembranen 16', die ins Innere des röhrenförmigen Hauptkörpers 83 eingefügt sind, einzuengen. Somit ist das Hohlfaserbündel 93 in der Mitte seiner axialen Richtung unter Bildung eines eingeschnürten Teils 94 eingeengt. Das Packungsverhältnis der Hohlfasermembranen schwankt folglich in der axialen Richtung der Faser und erreicht in der Mitte das Maximum. In den Paßabdeckungen 84, 85 sind ein Einlaß für ein sauerstoffhaltiges Gas 90 bzw. ein Auslaß für ein sauerstoffhaltiges Gas 91 ausgebildet. Die weiteren Bestandteile und deren Herstellungsverfahren sind innerhalb angemessener Modifikationen äquivalent zu denjenigen des Oxygenators vom Hohlfasermembrantyp der ersten Ausführungsform. Somit wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Fig. 5 veranschaulicht das Verhältnis (A'/B') der maximalen Kräuselungsamplitude (A') zum Abstand (B') zwischen dem Maximum und dem Minimum der Amplitude.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung spezieller unter Bezugnahme auf Arbeitsbeispiele beschrieben.

Beispiele 1 bis 3

Eine poröse Hohlfasermembran aus Polypropylen, die durch Strecken in axialer Richtung nach dem Streckverfahren gebildet worden ist, mit einem Innendurchmesser von 200 um und einer Wanddicke von 24 um und sehr kleinen Poren eines durchschnittlichen Radius von 700 Å wurde auf eine Spule eines Durchmessers von 95 mm kreuzgewickelt und anschließend durch 18-stündiges Wärmebehandeln bei 60ºC gekräuselt. Die folglich erhaltene poröse Hohlfasermembran wies eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude von 70% des Außendurchmessers der Hohlfasermembran, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude von 0,03 und ein Kräuselungsverhältnis von 2,5% auf. Aus dieser gekräuselten porösen Hohlfasermembran wurden ein Oxygenator der ersten Ausführungsform, ein Oxygenator der zweiten Ausführungsform und ein mit der ersten Ausführungsform im Einklang stehender Oxygenator, mit der Ausnahme, daß das Hohlfaserbündel in der Mitte in axialer Richtung nicht eingeschnürt war (dritte Ausführungsform), als ihr jeweiliges Modul in der im folgenden beschriebenen Weise hergestellt. Ihr Sauerstoffgasfluß, ihre Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas und ihre Fähigkeit zur Entfernung von Kohlenstoffdioxidgas wurden bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.

Vergleichsbeispiele 1 und 2

Zum Vergleich wurden dem Beispiel 1 entsprechende Oxygenatormodule unter Verwendung einer porösen Hohlfasermembran aus Polypropylen, die durch Strecken in axialer Richtung nach dem Streckverfahren gebildet ist, einen Innendurchmesser von 200 um und eine Wanddicke von 24 um aufweist und sehr kleine Poren eines durchschnittlichen Radius von 70 nm enthält, ohne jegliche Modifizierung hergestellt. Dabei diente das Modul der ersten Ausführungsform für Vergleichsbeispiel 1 und das der zweiten Ausführungsform für Vergleichsbeispiel 2. Diese Oxygenatormodule wurden auf Sauerstoffgasfluß, Fähigkeit zur Zusetzung von Sauerstoffgas und Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Die Definitionen der der Beschreibung verwendeten verschiedenen Ausdrücke und deren Bestimmungsverfahren sind im folgenden dargestellt.

Innendurchmesser und Wanddicke

Die Bestimmung der Eigenschaften erfolgte durch willkürliches Herausziehen von 10 der Hohlfasermembranen eines gegebenen Oxygenators, Schneiden derselben zu Röhren einer Länge von etwa 0,5 mm mit einer scharfen Rasierklinge, Projizieren der Bereiche der Röhren auf einen Schirm mit einem Universalprojektor (Nikon Profile Projector V-12), Bestimmen der Außendurchmesser d&sub1; und der Innendurchmesser d&sub2; der projizierten Schnitte mit einer Zählvorrichtung (Nikon Digital counter CM-6S) und Berechnen der Wanddicke t nach der Formel t = d&sub1;-d&sub2;. Die jeweiligen Durchschnittswerte von jeweils 10 gemessenen Werten wurden angegeben.

Porenverhältnis (%)

Die Bestimmung dieser Eigenschaft erfolgte durch Verwendung von etwa 2 g der Hohlfasermembranen eines gegebenen Oxygenators, Schneiden derselben zu Röhren einer Länge von nicht mehr als 5 mm mit einem scharfen Rasiermesser, Ausüben eines Drucks von 1 000 kg/cm² auf den erhaltenen Testprüfling mit Hilfe eines Quecksilberporosimeters (Carlo Erba Corp.; Motem 65A), Bestimmen des Gesamtvolumens der Poren (Volumen der Poren in der Hohlfaser pro Gewichtseinheit) und Berechnen des Porenverhältnisses.

Durchschnittliche Kräuselungsamplitude und Verhältnis maximaler Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude

Die Bestimmung des Kräuselungszustands einer gegebenen Hohlfasermembran erfolgte durch Bestimmung der Erhöhungen und Vertiefungen auf der Membranoberfläche über eine Länge von 35 mm mit Hilfe einer Universaloberflächenform-Untersuchungsvorrichtung (hergestellt von Kosaka Kenkyusho K.K. und unter der Produktbezeichnung "SE-3S" vertrieben), um die größte in einer Meßrunde festgestellte Amplitude (A') und das Verhältnis (A'/B') maximale Amplitude (A')/Abstand (B') zwischen dem Maximum und dem Minimum der Amplitude zu bestimmen. Zehn Meßrunden wurden pro Los durchgeführt, wobei der Durchschnitt aus zehn gefundenen Werten als Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbwertperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude angegeben wurde. Der Durchschnitt der in einer Meßrunde gefundenen zehn größten Amplituden wurde als durchschnittliche Kräuselungsamplitude angegeben.

Kräuselungsverhältnis

Die Bestimmung dieser Eigenschaft erfolgte durch Unterwerfen einer gegebenen Hohlfasermembran mit einer anfänglichen Länge von 25 mm einer Zuguntersuchung mit Hilfe einer Zuguntersuchungsvorrichtung (hergestellt von Toyo Seiki K.K. und unter der Produktbezeichnung "Strograph T" vertrieben). Dabei wurden die unter zwei Belastungen (1 mg und 50 mg pro Denier) angenommenen Längen des Prüflings bestimmt und die Differenz der beiden Längen durch die anfängliche Länge dividiert. Der sich ergebende Quotient in Prozent wurde als die Größe dieser Eigenschaft angegeben.

Sauerstoffgasfluß

Die Bestimmung dieser Eigenschaft erfolgte durch Herstellung eines Miniaturmoduls einer verfügbaren Länge von 14 cm und einer verfügbaren Membranfläche von 0,025 m² mit einer gegebenen porösen Hohlfasermembran, Verschließen des einen Endes des Miniaturmoduls, Ausüben eines Sauerstoffdrucks von 1 atm (101,325 kPa) auf das Innere der Hohlfasermembran, bis ein Gleichgewichtszustand erhalten wurde, und Bestimmen des Strömungsvolumens eines Sauerstoffgases mit Hilfe eines Strömungsmeßgeräts (hergestellt von Kusano Rikagakukiki Seisakusho und unter dem Warenzeichen "Flotomer" vertrieben). Die Skalenanzeige wurde als Größe dieser Eigenschaft angegeben.

Fähigkeit zur Zugabe von Sauerstoffgas und Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas

(Erste Ausführungsform)

Die Bestimmung dieser Eigenschaften erfolgte durch Herstellung eines Oxygenatormoduls einer verfügbaren Länge von 130 mm und einer verfügbaren Membranfläche von 5,4 m² unter Verwendung einer gegebenen Hohlfasermembran, Durchleiten von Rinderblut (standardisiertes venöses Blut) in einem einzelnen Strömungsweg im Inneren der Hohlfasermembran mit einem Strömungsvolumen von 6,0 l/min, Durchleiten gereinigten Sauerstoffs auf der Außenseite der Hohlfasermembran mit einem Strömungsvolumen von 6 l/min, Bestimmen des pH-Werts, des Partialdrucks von Kohlendioxidgas (PCO&sub2;) und des Partialdrucks von Sauerstoffgas (PO&sub2;) der Rinderblutproben am Einlaß und Auslaß des Oxygenators mit Hilfe einer Blutgasbestimmungsvorrichtung (hergestellt von Radiometer Corp. und unter der Produktbezeichnung "BGA 3" vertrieben) und Berechnen der Differenzen des Partialdrucks am Einlaß und Auslaß des Oxygenators. Die detaillierte Beschreibung des Oxygenatormoduls ist in Tabelle 1 angegeben. Die Qualität des standardisierten venösen Blutes ist in Tabelle 2 angegeben.

(Zweite Ausführungsform)

Die Bestimmung der Eigenschaften erfolgte durch Herstellen eines Oxygenatormoduls einer verfügbaren Länge von 90 mm und einer verfügbaren Membranfläche von 2,1 m² unter Verwendung einer gegebenen Hohlfasermembran, Durchleiten von Rinderblut (standardisiertes venöses Blut) in einem einzelnen Strömungspfad außerhalb der Hohlfasermembran mit einem Strömungsvolumen von 6,0 l/min, Durchleiten von gereinigtem Sauerstoff im Inneren der Hohlfasermembran mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 6,0 l/min, Bestimmen des pH-Werts, des Partialdrucks des Sauerstoffs im Inneren der Hohlfasermembran bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 6,0 l/min, Bestimmen des pH-Werts, des Partialdrucks von Kohlendioxidgas (PCO&sub2;) und des Partialdrucks von Sauerstoffgas (PO&sub2;) der Rinderblutproben am Einlaß und Auslaß des Oxygenators mit Hilfe einer Blutgasbestimmungsvorrichtung (hergestellt von Radiometer Corp. und unter der Produktbezeichnung "BGA3" vertrieben) und Berechnen des Unterschiedes der Partialdrücke am Einlaß und Auslaß des Oxygenators. Die detaillierte Beschreibung des Oxygenatormoduls ist in Tabelle 1 angegeben.

(Dritte Ausführungsform)

Die Bestimmung der Eigenschaften erfolgte durch Herstellung eines mit dem Oxygenator der ersten Ausführungsform identischen Oxygenators, mit der Ausnahme, daß das Hohlfaserbündel in der Mitte in der axialen Richtung nicht eingeschnürt war. Die Bestimmungen wurden wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. TABELLE 1 Erste Ausführungsform Erste Vergleichsausführungsform Membranfläche (m²) Zahl der Membranen Verfügbare Länge/Gesamtlänge (cm) Packungsverhältnis (%) A-Teil

TABELLE 2

Blut Frisches mit Heparin versetztes Rinderblut
Hämatocritwert 35% (zubereitet aus physiologischer Kochsalzlösung)
Hämaglobinkonzentration 12 ± 1 g/dl
Überschußbase 0 ± 2 mÄq/l (zubereitet aus Natriumbicarbonat)
Sauerstoffsättigungsgrad 65 ± 5%
Partialdruck des Kohlenstoffdioxidgases 45 ± 5 mg
Temperatur 37 ± 2ºC TABELLE 3 Erste Ausführungsform Zweite Ausführungsform Erste Vergleichsausführungsform Sauerstoffstrom Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoff Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas (ml/min)

Beispiel 4

Unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders (hergestellt von Ikegai Iron Works, Ltd. und unter der Produktbezeichnung "PCM-30-25" vertrieben) wurden 100 Gew.-Teile eines Propylenhomopolymeren eines Schmelzindex (M.I.) von 23, 130 Gew.- Teile eines flüssigen Paraffins (Zahlenmittelmolekulargewicht 324) und 0,5 Gew.-Teile 1,3,2,4-Bis-(ethylbenzol)sorbit als Kristallkeime bildendes Mittel aufgeschmolzen, verknetet, extrudiert und anschließend pelletiert. Unter Verwendung einer in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, d. h. eines Einzelschneckenextruders (hergestellt von Kasamatsu Seisakusho und unter der Produktbezeichnung "WO-30" vertrieben) wurden die Pellets bei 180ºC aufgeschmolzen und in die Umgebungsluft mit einer Geschwindigkeit von 3,6-5,0 g/min durch eine ringförmige Spinndüse eines Kerndurchmessers von 4 mm, eines Innendurchmessers von 6 mm, eines Außendurchmessers von 7 mm und einer Steglänge von 15 mm ausgetragen, um einen Hohlfaden 16 herabfallen zu lassen. Die Fallhöhe betrug 20-30 mm. Anschließend wurde der Hohlfaden 16 mit Freon 113 (1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan), das als eine kühlende und verfestigende Flüssigkeit 17 in einem Kühlbehälter 18 aufbewahrt wurde, in Berührung gebracht und anschließend durch paralleles Inberührungbringen mit einer kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit 17, die von selbst im Inneren eines Rohres 19 zur Durchleitung einer kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit herabströmt, gekühlt. In diesem Fall betrug die Temperatur der kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit 17 20ºC. Anschließend wurde der Hohlfaden 16 in die in einem Verfestigungsbehälter 20 befindliche kühlende und verfestigende Flüssigkeit 17 eingetragen, zu einer Änderung der Richtung seiner Bewegungsrichtung mit Hilfe einer Richtungsänderungsstange 21 veranlaßt, zu einer mit einer Wicklungsgeschwindigkeit von 80 m/min arbeitenden Führungsrolle 22a befördert und unmittelbar in einen Extruder vom Berieselungsförderertyp 27 mit einem Flüssigextraktionsmittel 25, das sich Freon 113 zur vollständigen Extraktion des oben erwähnten Flüssigparaffins bediente, berieselt. Die Hohlfasermembran 16', die mit der oben beschriebenen Porosität versehen worden war, wurde mit Hilfe von Führungswalzen 22b aus dem Extruder 27 herausgeführt, über Führungswalzen 22c zu einer Wicklungsvorrichtung 28 befördert und durch Kreuzwickeln auf eine Spule 29 eines Durchmessers von 95 mm mit Hilfe der Wicklungsvorrichtung 28 aufgewickelt. Die so in Kreuzwicklungen auf der Spule 29 befindliche Hohlfasermembran 16' wurde durch 18-stündiges Wärmebehandeln in einem Ofen bei 60ºC gekräuselt.
Es wurde festgestellt, daß die dabei erhaltene poröse Hohlfasermembran eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude von 72% des Außendurchmessers, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude von 0,03 und ein Kräuselungsverhältnis von 1,7% aufwies. Aus der gekräuselten porösen Hohlfasermembran wurden ein Oxygenator der ersten Ausführungsform, ein Oxygenator der zweiten Ausführungsform und ein mit dem der ersten Ausführungsform identisches Oxygenatormodul, mit der Ausnahme, daß das Hohlfaserbündel in der Mitte in der axialen Richtung nicht eingeschnürt war (dritte Ausführungsform), hergestellt. Der Sauerstoffgasfluß, die Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas, die Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas und der Blutplasmaaustritt der Oxygenatormodule wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 4 zeigt die Bedingungen für die oben erwähnten Ausführungsformen.

Vergleichsbeispiel 3

Entsprechend dem Vorgehen von Beispiel 4, mit der Ausnahme, daß auf die Kräuselungsbehandlung verzichtet wurde, wurde eine poröse Hohlfasermembran hergestellt. Aus dieser porösen Hohlfasermembran wurden Module eines Oxygenators der ersten Ausführungsform und eines Oxygenators der zweiten Ausführungsform hergestellt. Diese Module wurden hinsichtlich Sauerstoffgasfluß, Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas, Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas und Blutplasmaaustritt untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 4

Eine durch Strecken in axialer Richtung nach dem Streckverfahren gebildete poröse Hohlfasermembran aus Polypropylen eines Innendurchmessers von 200 um und einer Wanddicke von 25 um, die sehr kleine Poren eines durchschnittlichen Radius von 70 nm enthielt, wurde in Kreuzwicklungen auf einer Spule eines Durchmessers von 95 mm aufgewickelt und durch 18-stündiges Wärmebehandeln in einem Ofen bei 60ºC gekräuselt. Es wurde festgestellt, daß die so erhaltene poröse Hohlfasermembran eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude von 70% des Außendurchmessers der Hohlfasermembran, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude von 0,03 und ein Kräuselungsverhältnis von 2,5% aufwies. Aus dieser porösen Hohlfasermembran wurden ein Oxygenator der ersten Ausführungsform, ein Oxygenator der zweiten Ausführungsform und ein Oxygenator der dritten Ausführungsform hergestellt. Diese Oxygenatormodule wurden hinsichtlich Sauerstoffgasfluß, Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas, Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas und Blutplasmaaustritt untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. TABELLE 4 Beispiel 4 Vergleichsbeispiel 3 Erste Ausführungsform Zweite Ausführungsform Dritte Ausführungsform Membranfläche (m²) Zahl der Membranen Verfügbare Länge/Gesamtlänge (cm) Packungsverhältnis (%) A-Teil TABELLE 5 Beispiel 4 Vergleichsbeispiel 3 Form (Innendurchmesser/Wanddicke) (um) Porenverhältnis (%) Sauerstoffgasfluß Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas (ml/min) Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxid Blutplasmaaustritt Kein Austritt nach 30 h

Beispiel 5

Entsprechend dem Vorgehen von Beispiel 4, mit der Ausnahme, daß Polyethylenglykol (Mn = 200) anstelle von Freon 113 (1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan) als kühlende und verfestigende Flüssigkeit verwendet wurde, wurde eine poröse Hohlfasermembran erhalten.
Es wurde festgestellt, daß diese poröse Hohlfasermembran eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude von 72% des Außendurchmessers der Hohlfasermembran, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude von 0,03 und ein Kräuselungsverhältnis von 1,7% aufwies. Die gekräuselte poröse Hohlfasermembran wurde bezüglich Form (Innendurchmesser/Wanddicke), Porenverhältnis, Gasfluß und Doppelbrechungsverhältnis als ein Index der Kristallorientierung untersucht. Die Ergebnisse sind 'in Tabelle 6 dargestellt. Aus dieser gekräuselten porösen Hohlfasermembran wurden ein Oxygenator der ersten Ausführungsform, ein Oxygenator der zweiten Ausführungsform und ein dem Oxygenator der ersten Ausführungsform entsprechendes Oxygenatormodul, mit der Ausnahme, daß das Hohlfaserbündel in der Mitte in axialer Richtung nicht eingeschnürt war (dritte Ausführungsform), hergestellt. Diese Oxygenatormodule wurden hinsichtlich der Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas, der Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas und des Blutplasmaaustritts untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt.
Die Daten der Vergleichsversuche 3 und 4 sind ebenfalls in der Tabelle dargestellt.
In dem gesamten Text dieser Beschreibung entsprechen die Zahlenwerte des Blutplasmaaustritts und des Doppelbrechungsverhältnisses denjenigen, die nach dem folgenden Verfahren bestimmt wurden.

Blutplasmaaustritt

Die Bestimmung dieser Eigenschaften erfolgte durch Herstellung eines dem bei der Untersuchung bezüglich der Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas und der Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxidgas verwendeten Oxygenatormodul entsprechenden Oxygenatormoduls, Einfügen dieses Oxygenatormoduls in einen teilweisen V-A-Bypasskreislauf für die Jugularvene/Arteria carotis-Kanülierung unter Verwendung eines Bastards (etwa 20 kg Gewicht), 30-stündiges Fortsetzen der extrakorporalen Zirkulation und Bestimmung der Menge an aus dem Inneren der Hohlfaser austretendem Blutplasma. In den Fällen, in denen kein sichtbarer Austritt nachgewiesen wurde, wurde der kondensierte Dampftropfen auf der Außenseite der Hohlfaser bezüglich einer Proteinreaktion untersucht, um sogar eine Spur von Blutplasmaaustritt nachzuweisen.

Doppelbrechungsverhältnis (Δ n) (Verzögerungsverfahren)

Aus einer Charge von Hohlfasermembranen wurden willkürlich 10 Membranen herausgenommen. Aus den Mittelteilen dieser Prüflinge wurden 3 cm lange Stücke herausgeschnitten. Durch schräges Einschneiden an einem Ende dieser Teile wurden die Teststücke erhalten.
Diese Teststücke wurden auf einen Glasträger aufgebracht, mit einer Einweichflüssigkeit (flüssiges Paräffin) imprägniert und auf einen drehbaren Objektträger eines polarisierten Mikroskops aufgebracht. Mit Hilfe einer monochromatischen Lichtquelle oder eines Filters, wobei der Kompensator entfernt wurde, wurden die Teststücke auf dem Tisch unter einem Nicol-Kreuzprisma umlaufen gelassen und anschließend in der Stellung fixiert, in der die Sehleistung am hellsten war (die durch 45º-Drehung von der dunkelsten Position aus erreichte Position). Anschließend wurde der Kompensator wieder eingesetzt und der Analysator sich drehen gelassen, um den zur Erreichung der dunkelsten Stellung erforderlichen Rotationswinkel ( aufzufinden. Die Gangdifferenz (R) und das Doppelbrechungsverhältnis der Hohlfasermembran wurden nach den folgenden Formeln errechnet. Der Durchschnitt des Werts von 10 Messungen wurde als Größe des Doppelbrechungsfaktors angegeben.
Gangdifferenz R = 180 R/180·λ
worin bedeuten:
λ die in der Untersuchung verwendete Wellenlänge.
Doppelbrechungsverhältnis Δ n = R/d
worin bedeuten:
d die Dicke des Teststücks (korrigiert hinsichtlich des Porenverhältnisses).
Meßbedingungen:
Polarisierendes Mikroskop Nikon OPTIPHOTO-POL
Wellenlänge der Lichtquelle 546 nm
Kompensator Kompensator vom Senarmont-Typ
In diesem Zusammenhang zeigt ein perfekt orientiertes Polypropylen ein Doppelbrechungsverhältnis Δ n von 0,035 (Literaturwert). TABELLE 6 Beispiel 5 Vergleichsbeispiel 3 Form (Innendurchmesser/Wanddicke) (um) Porenverhältnis (%) Sauerstoffgasfluß Doppelbrechungsverhältnis Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas (ml/min) Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxid Blutplasmaaustritt Kein Austritt nach 30 h

Beispiele 6 bis 8

Ahnliche Tests wie in Beispiel 4 wurden mit Hilfe von Hohlfasermembranen durchgeführt, die durch Wiederholen des Vorgehens von Beispiel 4, mit der Ausnahme, daß die Verhältnisse maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer und die Kräuselungsamplituden der Außendurchmesser entsprechend Tabelle 7 verändert wurden, erhalten wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt.

Beispiele 9 bis 11

Ähnliche Tests wie in Beispiel 5 wurden unter Verwendung von Hohlfasermembranen durchgeführt, die durch Wiederholen des Vorgehens von Beispiel 5, mit der Ausnahme, daß die Verhältnisse maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer und die Kräuselungsamplituden der Außendurchmesser entsprechend Tabelle 8 verändert wurden, erhalten wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 dargestellt. TABELLE 7 Beispiel 6 Form (Innendurchmesser/Wanddicke) (um) Porenverhältnis (%) Sauerstoffgasfluß Verhältnis max. Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer Kräuselungsverhältnis (%) Doppelbrechungsverhältnis Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas (ml/min) Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxid Blutplasmaaustritt Kein Austritt nach 30 h TABELLE 8 Beispiel 9 Form (Innendurchmesser/Wanddicke) (um) Porenverhältnis (%) Sauerstoffgasfluß Verhältnis max. Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer Kräuselungsverhältnis (%) Doppelbrechungsverhältnis Fähigkeit zum Zusatz von Sauerstoffgas (ml/min) Fähigkeit zur Entfernung von Kohlendioxid Blutplasmaaustritt Kein Austritt nach 30 h
Wie oben ausgeführt, ist die vorliegende Erfindung auf eine poröse Hohlfasermembran aus Polyolefin mit einem Innendurchmesser im Bereich von 150-300 um und einer Wanddicke im Bereich von 10-150 um und einem im wesentlichen kreisrunden Querschnitt gerichtet, die durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß ihre Innenfläche sehr kleine Polyolefinteilchen, die unter Bildung einer dicht gepackten Schicht eng gebunden sind, aufweist, ihre Innenfläche sehr kleine Polyolefinteilchen, die unter Bildung einer porösen Schicht in einem kettenartigen Muster gebunden sind, aufweist, sich von der Innenfläche zur Außenfläche erstreckende sehr dünne Durchtrittslöcher gebildet sind und die Hohlfasermembran eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 35-120% des Außendurchmessers, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,01-0,1 und ein Kräuselungsverhältnis im Bereich von 1,0-3,0% aufweist. Wenn ein Oxygenator unter Verwendung der porösen Hohlfasermembran hergestellt wird und dieser Oxygenator zur extrakorporalen Zirkulation durch Zirkulierenlassen von Blut auf der Außenseite der Hohlfasermembran und Durchblasen eines sauerstoffhaltigen Gases im Inneren der Hohlfasermembran betrieben wird, kommt es kaum zu einer Stockung des sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft, in den Lücken, da die Kräuselungen zu relativ großen Lücken zwischen den benachbarten Hohlfasern führen und die Lücken innerhalb eines vorgegebenen Bereichs entlang der gesamten Länge der Hohlfaser variieren. Als Ergebnis zeigt der Oxygenator eine hohe Gasaustauschkapazität, da das Blut reibungsfrei hindurchgeleitet wird und das Blut und das sauerstoffhaltige Gas entlang der gesamten Oberfläche der Hohlfasermembran in gleichmäßigen wechselseitigen Kontakt kommen. Der Oxygenator ist aufgrund des Gefüges der Membran beispielsweise nicht mit dem Problem eines Blutplasmaaustritts behaftet. Die Wirkungen der oben beschriebenen erfindungsgemäßen porösen Hohlfasermembran zeigen sich deutlicher, wenn die poröse Hohlfasermembran ein Porenverhältnis im Bereich von 5-60% und einen Gasfluß im Bereich von 9,87 · 10&supmin;&sup4; bis 1,48 · 10&supmin;² l/min·m²·Pa (100-1 500 l/min·m²·atm) aufweist, das Polyolefin aus Polypropylen besteht und die poröse Hohlfasermembran eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,02-0,05 und ein Kräuselungsverhältnis im Bereich von 2,0-3,0% aufweist. Somit wird diese poröse Hohlfasermembran in vorteilhafterer Weise in dem Oxygenator eingesetzt.
Während des Zusammenbaus eines Oxygenators unter Verwendung der porösen Hohlfasermembran treten derartige Nachteile, wie ein sich Vereinigen von benachbarten Hohlfasermembranen und fehlerhaftes Vergießen mit einer Vergußmasse, nicht auf, da diese poröse Hohlfasermembran eine zufriedenstellende Oberflächenqualität, einschließlich Glattheit, aufweist. Wird der sich der porösen Hohlfasermembran einer derartig hoch wünschenswerten Qualität bedienende Oxygenator zur extrakorporalen Blutzirkulation durch Zirkulierenlassen des Blutes auf der Außenseite der Hohlfasermembran im Oxygenator und Durchblasen des sauerstoffhaltigen Gases durch das Innere der Hohlfasermembran verwendet, kommt es kaum zu einer Stockung des sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft, in den Lücken, da die Kräuselungen relativ große Lücken zwischen den benachbarten Hohlfasern bilden und die Lücken entlang der gesamten Länge der Hohlfaser innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, wie oben beschrieben, variieren. Als Ergebnis weist der Oxygenator eine hohe Gasaustauschfähigkeit auf, da das Blut reibungsfrei durchgeleitet wird und das Blut und das sauerstoffhaltige Gas entlang der gesamten Oberfläche der Hohlfasermembran in gleichmäßigen wechselseitigen Kontakt gebracht werden. Diese Merkmale zeigen sich in günstigerer Weise, wenn das Doppelbrechungsverhältnis der porösen Hohlfasermembran in axialer Richtung der Faser im Bereich von 0,001-0,01 liegt.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran gerichtet, das durch ein Vermischen eines Polyolefins, eines in dem Polyolefin in seinem erschmolzenen Zustand gleichmäßig dispergierbaren und in einem zu verwendenden flüssigen Extraktionsmittel leicht löslichen organischen Füllstoffs und eines Kristallkeime bildenden Mittels, Aufschmelzen des erhaltenen Gemisches und Austragen des erschmolzenen Gemisches durch ringförmige Spinndüsen zu Hohlfäden, Inberührungkommenlassen der Hohlfäden mit einer kühlenden und verfestigenden Flüssigkeit, die das Polyolefin nicht zu lösen vermag, zum Kühlen und Verfestigen der Hohlfäden, anschließendes Inberührungbringen der erhaltenen gekühlten und verfestigten Hohlfäden mit dem flüssigen Extraktionsmittel, das das Polyolefin nicht zu lösen vermag, zum Extrahieren des organischen Füllstoffs aus den Hohlfäden und thermisches Kräuseln der Hohlfäden zur Ausbildung von porösen Hohlfasermembranen mit einer durchschnittlichen Kräuselungsamplitude im Bereich von 35-120% des Außendurchmessers, einem Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer im Bereich von 0,01-0,1 und einem Kräuselungsverhältnis im Bereich von 1,0-3,0% gekennzeichnet ist. Nach diesem Verfahren kann eine poröse Hohlfasermembran hergestellt werden, die die oben erwähnten ausgezeichneten Eigenschaften aufweist, einschließlich einer erhöhten Gas/Flüssigkeitskontakteffizienz beim Gasaustausch und weder das gewünschte mikroporöse Gefüge noch die Gasaustauscheffizienz der nach dem Extraktionsverfahren gebildeten porösen Hohlfasermembran opfert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer porösen Hohlfasermembran weist die gebildete poröse Hohlfaser eine bezüglich Gas/Flüssigkeitskontakteffizienz günstige Form, ein bezüglich weiterer Eigenschaften besonders ausgezeichnetes Gefüge und ein stabiles Verhalten auf, wenn der Hohlfasermembran durch Kreuzwickeln auf eine Spule und Wärmeverfestigen derselben in aufgewundenem Zustand auf der Spule, wobei dieses Wärmeverfestigen in einem Zeitraum von 2-48 h bei einer Temperatur im Bereich von 50-100ºC erfolgt, Kräuselungen verliehen werden. Des weiteren weist die gebildete Hohlfasermembran eine noch bessere Qualität auf, wenn das Polyolefin aus Polypropylen besteht, der organische Füllstoff aus einem Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt über dem Schmelzpunkt des Polyolefins besteht, der Kohlenwasserstoff aus einem flüssigen Paraffin oder einem α- Olefinoligomer besteht, die einzuverleibende Menge an dem organischen Füllstoff im Bereich von 35-170 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Polyolefins, liegt, das Kristallkeime bildende Mittel aus einer organischen wärmebeständigen Substanz mit einem Schmelzpunkt über 150ºC und einem Gelpunkt über dem Kristallisationsbeginnpunkt des zu verwendenden Polyolefins liegt und die einzuverleibende Menge der Kristallkeime bildenden Substanz im Bereich von 0,1-5 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Polyolefins, liegt.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf einen mit einer Hohlfasermembran als Gasaustauschmembran versehenen Oxygenator gerichtet, der durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß die Gasaustauschmembran aus einer porösen Hohlfasermembran eines Polyolefins mit einem Innendurchmesser im Bereich von 150-300 um und einer Wanddicke im Bereich von 10-150 um und einem im wesentlichen kreisrunden Querschnitt besteht, ihre Innenfläche sehr kleine Polyolefinteilchen aufweist, die eng unter Bildung einer dichtgepackten Schicht gebunden sind, ihre Außenfläche sehr kleine Polyolefinteilchen aufweist, die in einem kettenartigen Muster unter Bildung einer porösen Schicht verbunden sind, sehr dünne Durchtrittslöcher, die sich von der Innenfläche zur Außenfläche erstrecken, gebildet sind und die poröse Hohlfasermembran eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 35-120% des Außendurchmessers und ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 1,0% bis 3,0% aufweist. Dieser Oxygenator krankt folglich nicht an Nachteilen, wie einem Blutplasmaaustritt. Wenn dieser Oxygenator zur extrakorporalen Zirkulation von Blut durch Zirkulierenlassen des Blutes auf der Außenseite der Hohlfasermembran und eines sauerstoffhaltigen Gases im Inneren der Hohlfasermembran verwendet wird, ist die Möglichkeit eines Stockens des sauerstoffhaltigen Gases in den zwischen den benachbarten Hohlfasern vorhandenen Lücken ausgeschlossen, und der Gasaustausch erfolgt in wirksamer Weise. Wenn der Oxygenator zur extrakorporalen Blutzirkulation durch Zirkulierenlassen des Blutes im Inneren der Hohlfasermembran und Durchblasen des sauerstoffhaltigen Gases außerhalb der Hohlfasermembran verwendet wird, läßt sich der Gasaustausch mit hoher Effizienz durchführen. In diesem Fall kann ein hochwirksamer Gasaustausch durchgeführt werden, ohne daß eine Einschnürung des Hohlfaserbündels in der Mitte in der axialen Richtung erforderlich ist. In einem zum Durchleiten des Bluts im Inneren der Hohlfasermembran vorgesehenen Lungenoxygenator besteht aufgrund der Tatsache, daß der in dem sauerstoffhaltigen Gas im Inneren des Oxygenators enthaltene Dampf unter Bildung von Tau auf der Innenfläche des Gehäuses des Oxygenators kondensiert, die Möglichkeit, daß Wassertropfen die Oberfläche der Hohlfaser benetzen und die benetzte Hohlfaser fest an der Innenfläche des Gehäuses haftet. Somit sind zwischen dem Hohlfaserbündel und der Innenfläche des Gehäuses liegende Lücken vorgegebener dimensionaler Eigenschaften bzw. Abmessungen (nötig), um ein festes Haften des Hohlfaserbündels an der Innenfläche des Gehäuses zu verhindern. Wenn entlang der gesamten Länge des Hohlfaserbündels eine kontinuierliche Lücke gebildet wird, findet die Gaspassage ausschließlich in der kontinuierlichen Lücke statt. Somit ist der Oxygenator in der Mitte in der axialen Richtung mit einem Einengungsteil versehen, welches das Auftreten der Kanalbildungserscheinung erschweren soll. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen gekräuselten Hohlfasermembran kann der möglicherweise auf der Innenfläche des Gehäuses gebildete Tau zu keiner festen Haftung der Hohlfasermembran an der Innenfläche des Gehäuses, selbst wenn kein großer Raum zwischen der Hohlfasermembran und der Innenfläche des Gehäuses vorhanden ist, führen, da die Hohlfaser selbst gekräuselt ist. Somit kann der Oxygenator seine Gasaustauscheffizienz beibehalten, selbst wenn das Einschnürungsteil fehlt. Der erfindungsgemäße Oxygenator vermag die Qualität in vorteilhafterer Weise zu zeigen und sogar eine Größenverringerung zuzulassen, wenn die Hohlfasermembran ein Porenverhältnis im Bereich von 5-60%, ein Gasfluß im Bereich von 9,87 · 10&supmin;&sup4; bis 1,48 · 10&supmin;² l/min·m²·Pa (100-1 500 l/min·m²·atm) aufweist, das Polyolefin aus Polypropylen besteht und die Hohlfasermembran eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude im Bereich von 50-100% des Außendurchmessers, ein Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei maximaler Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,02-0,05 und ein Kräuselungsverhältnis im Bereich von 2,0-3,0% aufweist.

Claims

1. Oxygenator umfassend:

einen Behälter (52) mit einem Bluteinlaß (75),

einem Blutauslaß (76), einem Einlaß (60) für ein sauerstoffhaltiges Gas und einem Auslaß (61) für ein sauerstoffhaltiges Gas und

eine Mehrzahl von in dem Behälter untergebrachten hydrophoben porösen Hohlfasermembranen (16') zur Festlegung (zwischen ihnen) von Duchtrittswegen für ein sauerstoffhaltiges Gas zwischen dem Einlaß für das sauerstoffhaltige Gas und dem Auslaß für das sauerstoffhaltige Gas und zur Festlegung einer Blutpassage außerhalb der Fasermembranen zwischen dem Bluteinlaß und dem Blutauslaß, wobei die Fasermembranen einen Innendurchmesser von 150 bis 300 um, eine Wanddicke von 10 bis 150 um und einen praktisch kreisförmigen Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen eine durchschnittliche Kräuselungsamplitude von 50 bis 100% ihres Außendurchmessers aufweisen, das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei der maximalen Kräuselungsamplitude im Bereich von 0,01 bis 0,1 liegt und das Kräuselungsverhältnis 1,0 bis 3,0% beträgt.

2. Oxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen ein Porenverhältnis von 5 bis 60% aufweisen.

3. Oxygenator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen einen Sauerstoffgasfluß 10&supmin;&sup6; bis 1,97·10&supmin;² l/min·m²·Pa (0,1 bis 2.000 l/min·m²·atm) aufweisen.

4. Oxygenator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser im Bereich von 180 bis 250 um und die Wanddicke im Bereich von 20 bis 100 um liegen.

5. Oxygenator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen aus Polypropylen bestehen.

6. Oxygenator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen aus einem Polyolefin bestehen.

7. Oxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen auf ihrer Innenwandseite eine eng gepackte Schicht mit darin eng (aneinander) gebundenen sehr kleinen Polyolefinteilchen und auf der Außenwandseite eine poröse Schicht mit darin in einem kettenartigen Muster gebundenen sehr kleinen Polyolefinteilchen aufweisen, so daß in den Fasermembranen zwischen ihren Innen- und Außenflächen feine durchgehende Poren gebildet sind.

8. Oxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen auf ihrer Innenwandseite eine fortlaufende Schicht aus dicht verschmolzenem Polypropylen mit teilweise freiliegenden Polypropylenteilchen und auf ihrer Außenwandseite und zwischen den Innen- und Außenwandseiten eine Kettenschicht einer Mehrzahl von sich in axialer Richtung der Fasermembranen erstreckenden Polypropylenketten aufweisen, wobei die Fasermembranen feine Poren enthalten, die eine Verbindung zwischen den Innen- und Außenseiten in Form eines dreidimensionalen Netzwerks herstellen.

9. Oxygenator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermembranen ein Doppelbrechungsverhältnis in axialer Richtung ihrer Fasern im Bereich von 0,001 bis 0,01 aufweisen.

10. Oxygenator nach Ansprüchen 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis maximale Kräuselungsamplitude/Kräuselungshalbperiodendauer bei der maximalen Kräuselungamplitude im Bereich von 0,02 bis 0,05 und das Kräuselungsverhältnis im Bereich von 2,0 bis 3,0% liegen.