DE68905235T2

DE68905235T2 - Vorrichtung mit hohlfaser-membranen zum stoffaustausch.

Info

Publication number: DE68905235T2
Application number: DE8989106411T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Matsumoto; Hirotomo Morita; Masatomi Sasaki
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1993-07-22
Anticipated expiration: 2009-04-12
Also published as: CA1315701C; EP0343359B1; KR890016979A; EP0343359A1; AU615284B2; US4966699A; DE68905235D1; KR910009393B1; AU3275589A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung, wie beispielsweise künstliche Hohlfasermembrandialysegeräte, zum Einsatz bei Patienten mit Niereninsuffizienz zum Entfernen gesundheitsschädlicher Stoffe und von Wasser aus dem Blut und zum Einstellen eines Elektrolyten sowie Plasmatrennvorrichtungen.
In der Vergangenheit wurden eine Vielzahl von Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtungen eingesetzt. Unter anderem sind künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtungen wohl bekannt. Im allgemeinen besitzt eine derartige Hohlfasermembrandialysevorrichtung eine Struktur aus einem zylindrischen Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßöffnungen zur Fluidumdialyse und mit einem sich durch das Gehäuse erstreckenden Faserbündel in Form einer Mehrzahl von eng nebeneinanderliegenden Hohlfasermembranen zur Dialyse. Die gegenüberliegenden Enden des Faserbündels sind an den entsprechenden gegenüberliegenden Enden des Gehäuses durch Wandungen in einer fluidumdichten Versiegelung damit befestigt, wobei die Wandungen durch Gießen einer Vergußmasse an die rechte Stelle gebildet werden. Anschlußstücke oder Kappen werden auf die gegenüberliegenden Enden des Gehäuses außerhalb der Wandungen zur Definition von Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Blut aufgebracht. Bei den üblicherweise eingesetzten Dialysehohlfasermembranen handelt es sich um hydrophile Membranen, (das sind) typischerweise Membranen aus regenerierten Cellulosesorten, z.B. Celluloseacetat und Kupferammoniumcellulose. Eine typische konservierende Verbindung ist Polyurethan. Ferner werden Plasmatrennvorrichtungen einer ähnlichen Struktur eingesetzt.
Die Figuren 6 und 7 zeigen den vergrößerten Querschnitt eines Teils der die Hohlfasermembranen in einer typischen bekannten Hohlfasermembrandialysevorrichtung der oben erwähnten Konstruktion umgebenden Wandung. Die Figur 6 zeigt die Dialysehohlfasermembranen 22 in trockenem Zustand, d.h. vor dem tatsächlichen Einsatz der Dialysevorrichtung. In diesem Zustand behalten die Dialysemembranen 22 einschließlich ihres in der Wandung 20 eingebetteten Teils die Form bei Herstellung bei, d.h. sie weisen einen im wesentlichen gleichen Innendurchmesser über die (gesamte) Länge hinweg auf.
Zur Verwendung wird die Dialysevorrichtung durch Durchleiten einer physiologischen Kochsalzlösung durch einen durch die Borung der Hohlfasermembranen definierten und für die Passage von Blut vorgesehenen Fließweg gefüllt, um die vorhandene Luft durch die Kochsalzlösung zu ersetzen, bevor das Blut durch die Dialysevorrichtung geleitet wird. Ein Dialysierfluidum wird in einen anderen durch die Außenseite der Membranen und die Gehäuseinnenwand definierten Fließweg eingebracht. Anschließend werden die Dialysiermembranen 22 mit Wasser benetzt. Die sich in einem nassen Zustand befindenden Membranen 22 sind in dem vergrößerten Querschnitt von Figur 7 dargestellt. Wenn ein Wasser enthaltendes Fluidum mit den hydrophilen Dialysiermembranen 22 in Berührung kommt, absorbieren sie Wasser und quellen, was zu einem Anstieg ihrer Wanddicke führt. In dem Teil der Membranen 22 außerhalb der Wandung 20 erscheint die Erhöhung der Wanddicke als eine Erhöhung des Außendurchmesesrs, während der Innendurchmesser im wesentlichen unverändert bleibt. In dem Teil der Membranen 22, der in die Wandung 20 eingebettet oder mit ihr in Berührung steht, erscheint die Erhöhung der Wanddicke als eine Verringerung des Innendurchmessers, da die Wandung 20 die Membranaußenseite starr befestigt hält und jede Veränderung des Außendurchmessers verhindert. Als Ergebnis verengen oder verririgern die Membranen 22 ihren Innendurchmesser, wo sie mit der Wandung 20 in Berührung stehen. Der verengte Fließweg stört einen Blutfluß, wodurch es zum Risiko einer Blutgerinselbildung, eines Verstopfens und eines Blutstockens sowie eines erhöhten Druckverlustes durch die Dialysevorrichtung kommt. Ähnliche Probleme treten bei Plasmatrennvorrichtungen auf.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung, bei der die Hohlfasermembranen, beispielsweise Dialysierhohlfasermembranen, bei Inberührunggelangen mit einem wasserhaltigen Fluidum ihren Innendurchmesser an der Stelle, an der sie in Berührung mit der Wandung stehen, nicht verändern und somit einen weichen bzw. gleichmäßigen Blutfluß ermöglichen, so daß die Risiken einer Blutgerinselbildung, eines Verstopfens und einer Blutstockung sowie eines erhöhten Druckverlustes beseitigt wird, bereitzustellen.
Wie beansprucht liefert die vorliegende Erfindung eine Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung, die ein Gehäuse mit gegenüberliegenden offenen Enden, ein in dem Gehäuse befindliches Faserbündel mit einer Mehrzahl von Hohlfasermembranen zur Fluidumbehandlung, Wandungen, die die gegenüberliegenden Enden des Faserbündels an den entsprechenden Enden des Gehäuses fluidumdicht befestigen, wobei durch die äußere Oberfläche der Membranen, die innere Oberfläche des Gehäuses und die Wandungen ein Raum festgelegt wird, einen Einlaß und einen Auslaß für ein erstes Fluidum, die in dem Gehäuse benachbart zu dessen gegenüberliegenden Enden in einer Fluidumverbindung mit dem Raum vorgesehen sind, sowie einen Einlaß und einen Auslaß für ein zweites Fluidum, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses in Fluidumverbindung mit dem Inneren der Membran vorgesehen sind, umfaßt.
Gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung wurde der im Kontakt mit jeder der Wandungen befindliche Teil der Hohlfasermembranen mit einem Reagenz mit einer reaktiven Gruppe mit der Fähigkeit zur Reaktion mit einer polaren Gruppe, die die Hohlfasermembranen besitzen oder ein in den Hohlfasermembranen enthaltenes Material besitzt, behandelt. Das Quellen ist demzufolge bei Kontakt mit einem wasserhaltigen Fluidum verringert. Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Dialysevorrichtung, bei der die Membranen für eine Dialyse geeignet sind.
Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung besitzt der mit jeder der Wandungen in Kontakt stehende Wandteil der Hohlfasermembranen ein hydrophobes Material aufgetragen oder eingearbeitet, so daß dieser Teil der Hohlfasermembranen erheblich weniger Wasser absorbiert als der außerhalb eines Kontakt mit der Wandung stehende restliche Teil. Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Dialysevorrichtung, bei der die Membranen hydrophil sind und sich für eine Dialyse eignen.
Die obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstehen. Dabei ist in den Zeichnungen folgendes abgebildet:
Fig.1 stellt eine teilweise den Querschnitt wiedergebende Vorderansicht einer Hohlfasermembrandialysevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Fig.2 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Teils der Wandung mit darin eingelagerten Hohlfasermembranen in der Dialysevorrichtung von Fig.1.
Fig.3 stellt einen vergrößerten Querschnitt eines Blutöffnungsteils einer Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Fig.4 ist eine schematische Darstellung eines in einem Experiment der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten extrakorporalen Kreislaufs.
Fig.5 stellt ein Diagramm dar, daß die Veränderung des Druckabfalls in der Dialysevorrichtung im Verlauf des Experiments darstellt.
Fig.6 ist ein vergrößerter Querschnitt, der einen in die Wandung im Trockenzustand bei einer bekannten Dialysevorrichtung eingebetteten bzw. eingelagerten Teil von Hohlfasermembranen darstellt.
Fig.7 stellt einen vergrößerten Querschnitt ähnlich zu Fig.6 dar, der die Hohlfasermembranen in nassem Zustand zeigt.
Die erfindungsgemäße Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf verschiedene bevorzugte Ausführungsformen, wobei die Vorrrichtung als künstliche Dialysevorrichtung eingesetzt wird, beschrieben.
In Fig.1 ist in teilweise den Querschnitt darstellender Weise die Vorderansicht einer künstlichen Dialysevorrichtung als eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Fig.2 stellt einen Teil der Wandung mit darin eingebetteten Hohlfasermembranen in der Dialysevorrichtung von Fig.1 dar.
Die allgemein mit 1 bezeichnete künstliche Dialysiervorrichtung umfaßt ein Gehäuse 2 mit gegenüberliegenden offenen Enden, ein in dem Gehäuse 2 befindliches Faserbündel mit einer Mehrzahl von Hohlfasermembranen 3 zur Fluidumbehandlung, Wandungen 5 und 6, die die gegenüberliegenden Enden des Faserbündels an die entsprechenden Enden des Gehäuses fluidumdicht befestigen, wobei durch die äußere Oberfläche der Membranen 3, die innere Oberfläche des Gehäuses 2 und die Wandungen 5 und 6 ein Raum festgelegt wird, einen Einlaß 11 und einen Auslaß 12 für ein erstes Fluidum oder ein Dialysierfluidum, die in dem Gehäuse 2 benachbart zu dessen gegenüberliegenden Enden in einer Fluidumverbindung mit dem Raum vorgesehen sind, sowie einen Einlaß 7 und einen Auslaß 8 für ein zweites Fluidum oder Blut, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 2 in Fluidumverbindung mit dem Inneren der Membranen vorgesehen sind. Der in Kontakt mit der Wandung 5 oder 6 stehende Teil der Membranen 3 absorbiert erheblich weniger Wasser als der außerhalb eines Kontakt mit der Wandung stehende restliche Teil.
Die in der Dialysiervorrichtung 1 verwendeteten Dialysierhohlfasermembranen 3 sind hydrophile Hohlfasermembranen mit Eignung zur Dialyse, die aus regenerierten Cellulosearten, z.B. Cellusloseacetat und Kupferammoniumcellulose, Cellulosederivaten, Ethylen/Vinylalkohol-Mischpolymerisaten und Acrylnitrilmischpolymerisaten gebildet werden können. Zweckmäßigerweise besitzen sie eine Wanddicke von etwa 5 bis etwa 35 um, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 20 um und einen Außendurchmesser von etwa 50 bis etwa 500 um, vorzugsweise etwa 100 bis etwa 300 um, wobei sich eine Bohrung bzw. eine Höhlung über ihre gesamte Länge erstreckt.
Die künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung 1 ist in Fig.1 in vollständiger zusammengebauter Form dargestellt. Die künstliche Dialysevorrichtung 1 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 2 mit gegenüberliegenden offenen Enden und einem in dem Gehäuse 2 befindlichen Faserbündel. Das Faserbündel ist im allgemeinen aus etwa 6.000 bis etwa 50.000 Dialysierhohlfasermembranen 3, die sich in Längsrichtung durch das Gehäuse 2 erstrecken, zusammengesetzt. Das Faserbündel ist an seinen gegenüberliegenden Enden an den entsprechenden Enden des Gehäuses durch die Wandungen 5 und 6 fluidumdicht befestigt, wobei die Faseröffnungen zur Außenseite der Wandung hin offengehalten werden. Die Wandungen 5 und 6 unterteilen unter Mitwirkung der Membranen 3 die Gehäusekammer in ein Dialysierfluidumteil, das durch die äußere Oberfläche der Membranen 3, die innere Wand des Gehäuses 2 und die Innenseite der Trennwände festgelegt wird, und ein Blutteil, das durch die Bohrungen bzw. Höhlungen der Membranen 3 festgelegt wird.
Das Gehäuse 2 ist im allgemeinen aus relativ starren bzw. stabilen Harzen, z. B. Polycarbonat und Acrylnitril/Styrolmischpolymerisaten, zu einer schlauchförmigen, vorzugsweise zylindrischen Gestalt ausgeformt. Das Gehäuse 2 ist benachbart zu seinen gegenüberliegenden Enden mit den Einlaßund Auslaßöffnungen 11 und 12 für eine Dialysierflüssigkeit versehen. Diese Öffnungen stehen in Fluidumverbindung mit dem Dialysierfluidumteil.
Die Wandungen 5 und 6 werden im allgemeinen durch Gießen einer Vergußmasse, typischerweise Polyurethan und Silikonkautschukverbindungen, in die gegenüberliegenden Enden des Gehäuses mit in Position gebrachten Fasern ausgebildet. Es ist praktisch allgemein üblich, die gegossene Verbindung (mit den darin eingebetteten Fasern) senkrecht zu den Fasern zur Ausbildung der Wandung zu zerschneiden. Bei einer derartigen bevorzugten Ausführungsform liegt das offene Ende der Hohlfasermembranen im wensentlichen in gleicher Ebene mit der äußeren Oberfläche der Wandung (siehe Fig.2).
Ein oberes den Fließweg bildendes Glied 9 wird am oberen Ende des Gehäuses außerhalb der oberen Wandung 5 durch Gewindeverbindung mit einem Überwurfring 13 befestigt. Das obere den Fließweg bildende Glied 9 besitzt die Form einer allgemein konischen Kappe mit einem kreisrunden Hals und einer (einem) den Bluteinlaß 7 festlegenden, daran angesetzten Öffnung bzw. Nippel. Ein unteres den Fließweg bildendes Glied 10 ist am unteren Ende des Gehäuses außerhalb der unteren Wandung 6 durch eine Gewindeverbindung mit einem weiteren Überwurfring 14 befestigt. Das untere den Fließweg bildende Glied 10 besitzt auch die Form einer allgemein konischen Kappe mit einem kreisrunden Hals und einer (einem) den Blutauslaß 8 festlegenden, daran angesetzten Öffnung bzw. Nippel. Der kreisrunde Hals jeder der konischen Kappen 9 und 10 ist mit einer kreisrunden Rille, in die ein O-Ring 16 aus Silikonkautschuk oder dergleichen eingepaßt ist, wie am besten in Fig.2 dargestellt, versehen. Die Gewindeverbindung des Überwurfrings 13 zwingt den O-Ring 16 zu einem engen Anliegen an der Wandung 5, wodurch eine fluidumdichte Verbindung der Kappe 9 mit der Wandung 5 vervollständigt wird. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen 7 und 8 sind in Fluidumverbindung mit dem Blutteil oder den Hohlfasermembranbohrungen.
Obwohl in der dargestellten Ausführungsform der Überwurfring für die Gewindeverbindung eingesetzt wird, kann das den Fließweg bildende Glied direkt am Gehäuseende durch Schmelzschweißung, z.B. RF- oder Ultraschallschweißen, sowie durch Klebstoffverbindung gebunden sein.
Wie in Fig.2 dargestellt, liegt in dem Bereich, in dem sich die Hohlfasermembranen 3 in Berührung mit der oberen Wandung 5 befinden oder darin eingebettet sind, ein hydrophobes Harz 4 auf den inneren Oberflächen und Endoberflächen der Membranen sowie, falls gewünscht, in den Membranen selbst vor. Dann gewährleisten die inneren und Endoberflächen der Membranen in diesem Kontaktbereich hydrophobe Oberflächen, so daß der sich in Kontakt mit der Wandung befindende Teil der Membranen wenig Wasser absorbiert. Dasselbe gilt für den Teil der Membranen, wo sie sich in Kontakt mit der unteren Wandung 6 befinden.
Die Gegenwart eines hydrophoben Harzes auf und/oder in den Hohlfasermembranen im von der Wandung umgebenen Bereich hindert diesen Teil der Membranen daran, eine wesentliche Menge an Wasser zu absorbieren, wenn sich die Membranen in Kontakt mit einem wasserhaltigen Fluidum befinden, wodurch eine Expansion der Membranwand gesteuert wird. Das Vorhandensein eines hydrophoben Harzes auf den Membranen läßt sich beispielsweise durch Auftragen gewährleisten. Das hydrophobe Harz kann nur auf der Oberfläche der Membranen vorliegen, es kann jedoch auch teilweise oder vollständig in die Membranen eindringen. Ferner ist es bevorzugt, daß die Wandungen über ihre gesamten Oberflächen hinweg mit dem hydrophoben Harz 4 beschichtet sind, da eine Beschichtung die äußere Oberfläche der durch Schneiden der gegossenen Verbindung gebildeten Wandung, die demzufolge häufig rau ist, glatt macht. Die hydrophobe Harzbeschichtung 4 kann eine Dicke von etwa 0,01 bis etwa 50 um, vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 10 um aufweisen. Vorzugsweise dringt ein Teil des hydrophoben Harzes 4 in die Membranen ein. Ferner ist das hydrophobe Harz 4 vorzugsweise verfestigt. Somit ist in einem besonders bevorzugten Fall das hydrophobe Harz 4 verfestigt und dringt teilweise in die Membranen ein. Eine Verfestigung und/oder ein Eindringen des hydrophoben Harzes kann eine Expansion der Membranwand, ein Herauslösen des Harzes ins Blut während der Blutzirkulation und ein Abblättern des Harzes wirksam verhindern.
Neben der Beschichtungstechnik kann das hydrophobe Harz auf und/oder in den Membranen in dem in direkten Kontakt mit der Wandung stehenden Bereich durch Einverleiben des hydrophoben Harzes oder eines weiteren hydrophoben Materials in die Membranen in diesem Bereich vorliegen. In diesem Fall absorbiert der in direkten Kontakt mit der Wandung stehende Teil der Membranen im wesentlichen kein Wasser wenn die Membranen mit einem wasserhaltigen Fluidum in Verbindung gebracht werden.
Die in die Hohlfasermembranen einverleibten oder auf den inneren Oberflächen oder Endoberflächen der Membranen in dem radial durch die Wandung umgebenden Bereich aufgetragenen Materialien sind vorzugsweise die Materialien, die eine gute Verträglichkeit gegenüber dem lebenden Objekt aufweisen, d.h. antithrombotische und hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Beispiele dafür sind Silikon, Urethan und Fluoridharze. Die Silikone umfassen Dimethylsilikonfluidum, Methylphenylsilikonfluidum, Methylchlorphenylsilikonfluidum, verzweigtes Dimethylsilikonfluidum, 2 Teil- RTV-Silikonkautschuksorten (z.B. Mischpolymerisate von Vinylmethylsiloxan oder Methylhydrogensiloxan), 1 Teil-RTV-Silikonkautschuksorten sowie Mischungen einer derartigen Silikonflüssigkeit und eines Silikonkautschuks. Besonders bevorzugt sind reaktive modifizierte Silikonfluidumarten. Polyurethan ist ein typisches Urethanharz. Beispiele einsetzbarer Fluoridharze sind Polytetrafluorethylen, Polytrifluorethylen und Perfluoracrylat.
Die Auftragung oder Einverleibung des hydrophoben Materials auf (in) die Membranen sollte im wesentlichen nur auf den mit der Wandung in Kontakt stehenden Teil der Membranen begrenzt sein. Das heißt die Auftragung des hydrophoben Materials auf die Membranen ist nur auf den an die Wandung angrenzenden Teil der Membranen oder den an die Wandung angrenzenden und sich gering über die Wandung longitudinal erstreckenden Bereich der Membranen begrenzt. Wenn das hydrophobe Material auf die Membranen weit über den an die Wandung angrenzenden Teil aufgebracht wird, wird dieser zusätzliche Teil der Membranen auch hydrophob und verliert somit die Dialysefunktion.
In einer anderen Form liefert die vorliegende Erfindung eine Hohlfasermembranfluidumbehandlungvorrichtung, die ein Gehäuse mit gegenüberliegenden offenen Enden, ein in dem Gehäuse befindliches Faserbündel mit einer Mehrzahl von Hohlfasermembranen zur Fluidumbehandlung, Wandungen, die die gegenüberliegenden Enden des Faserbündels an den entsprechenden Enden des Gehäuses fluidumdicht befestigen, wobei durch die äußere Oberfläche der Membranen, die innere Oberfläche des Gehäuses und die Wandungen ein Raum festgelegt wird, einen Einlaß und einen Auslaß für ein erstes Fluidum, die in dem Gehäuse benachbart zu dessen gegenüberliegenden Enden in einer Fluidumverbindung mit dem Raum vorgesehen sind, und einen Einlaß und einen Auslaß für ein zweites Fluidum, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses in Fluidumverbindung mit dem Inneren der Membranen vorgesehen sind, umfaßt, wobei der mit jeder der Wandungen in Kontakt stehende Teil der Membranen bei Kontakt mit einem wasserhaltigen Fluidum gering quillt.
Um den in Kontakt mit der Wandung stehenden Teil der Hohlfasermembranen in einen Teil umzuwandeln, der bei Kontakt mit Wasser gering quillt, kann dieser Teil mit einem Reagenz mit einer reaktionsfähigen Gruppe mit der Fähigkeit zur Reaktion mit einer polaren Gruppe, die die Hohlfasermembranen oder ein in den Membranen enthaltenes Material aufweisen, behandelt werden.
Fig.3 stellt einen vergrößerten Querschnitt eines Teils der Wandung 5 mit darin eingebetteten Hohlfasermembranen 3 dar, deren an die Wandung angrenzender Teil mit einem derartigen reaktionsfähigen Reagenz behandelt ist.
Bevorzugte Membranen 3 zur Fluidumbehandlung umfassen aus regenerierten Cellulosearten, z. B. Celluloseacetat und Kupferammoniumcellulose, Cellulosederivaten, Ethylen/Vinylalkohol- Mischpolymerisaten und Acrylnitrilmischpolymerisaten, gebildete Dialysier- und Plasmatrennhohlfasermembranen. In diesem Fall kann die polare Gruppe, die die Hohlfasermembranen 3 oder ein in den Hohlfasermembranen 3 enthaltenes Material aufweisen, aus der Gruppe aus Hydroxylgruppe, Aminogruppe und Carboxylgruppe ausgewählt werden. Beispiele des in dem Hohlfasermembranen enthaltenen Materials sind Wasser und Glyzerin.
Die reaktive Gruppe, die das für die Behandlung der Hohlfasermembranen eingesetzte Reagenz aufweist, kann aus der Gruppe Isocyanatgruppe, Epoxygruppe, Thiocyanatgruppe, Säurechloridgruppe oder Aldehydgruppe ausgewählt werden. Bevorzugt sind Epoxy- und Isocyanatgruppen. Besonders bevorzugt sind die Behandlungsreagenzien, die eine hochaktive Isocyanatgruppe, z.B. Diphenylmethandiisocyanat, 2,4-Tolylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat und mit Carbodiimid modifiziertes Diphenylmethandiisocyanat, aufweisen. Einsetzbare Reagenzien mit einer Epoxygruppe sind Epichlorhydrin und 1,4-Butandioldiglycidylether
Wenn der in Kontakt mit der Wandung stehende Teil der Hohlfasermembranen mit einem Reagenz mit einer derartigen reaktiven Gruppe behandelt wird, reagiert die reaktive Gruppe des behandelnden Reagenz mit der polaren Gruppe der Membranen oder der polaren Gruppe des in den Membranen enthaltenen Materials unter Bildung einer drei-dimensionalen Matrix, wodurch die Struktur des behandelten Teils der Membranen fixiert wird. Somit absorbiert der behandelte Teil der Membranen im wesentlichen kein Wasser, wenn er in Kontakt mit einem wasserhaltigen Fluidum gebracht wird und verhindert somit eine Expansion der Membranwand.
Es ist bevorzugt, daß das behandelnde Reagenz mit einer reaktiven Gruppe in die Membranen derart eindringt, daß eine Fixierungsreaktion ins Innere der Membranen vordingt. Dazu sollte das behandelnde Reagenz ein relativ niedriges Molekulargewicht, beispielsweise ein Molekulargewicht von etwa 50 bis etwa 30.000, vorzugsweise etwa 100 bis etwa 1.000, aufweisen.
Das behandelnde Reagenz kann vorzugsweise mit einem Lösungsmittel unter Bildung einer geringer viskosen Lösung, mit der die Membranen behandelt werden, verdünnt werden. Der Einsatz einer derartigen Lösung des behandelnden Reagenz macht die Behandlung möglich und verläßlich, da die Lösungsform eine Applikation oder ein Fließen des Reagenz in die Membranbohrungen ermöglicht und ein Eindringen des Reagenz in das Membraninnere fördert. Das Lösungsmittel schwankt in Abhängigkeit von einem bestimmten eingesetzten reaktiven Reagenz. Bevorzugte Beispiele von am geringsten gegenüber dem Reagenz reaktiven Lösungsmitteln, in denen das Reagenz löslich ist, sind Aceton, Chloroform, Methylethylketon, Benzol, Ethylacetat, Dioxan, Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid. Eine geringer viskose Lösung des Reagenz in einem derartigen Lösungsmittel ist bei der Behandlung der Membranen wirksamer, in dem sie aus der Quellung der Membranen während der Behandlung einen Vorteil zieht. Die Behandlungszeit schwankt ferner in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Lösungsmittel und dem eingesetzten Reagenz. Bei Raumtemperatur liegt die Behandlungszeit im allgemeinen in einem Bereich von etwa 5 s bis etwa 30 min, vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 20 min bei einem Lösungsmittelgemisch von Benzol und Dimethylsultoxid (9:1), während die Behandlungszeit in einem Bereich von etwa 5 s bis etwa 2 h, vorzugsweise etwa 10 s bis etwa 1 h bei einem Lösungsmittelgemisch von Chloroform und Dimethylsulfoxid (9:1) liegt.
Die oben dargestellte Hohlfasermembrandialysiervorrichtung 1 wird vor einem tatsächlichen Betrieb sterilisiert. Dazu kann man sich jeder beliebigen herkömmlichen wohlbekannten Sterilisationstechnik, einschließlich einer Sterilisation mit Ethylenoxidgas und einer Autoklavensterilisation, bedienen. Eine Autoklavensterilisation kann durch Beladen des Inneren der Dialysiervorrichtung (einschließlich sowohl eines Dialysierfluidums als auch der Blutteile bzw. -sektionen) mit einem physiologisch sicheren Fluidum (z.B. physiologische Kochsalzlösung oder keimfreies Wasser), Verstopfen der Öffnungen (einschließlich Dialysierfluidumeinlaß- und Auslaßöffnungen sowie Bluteinlaß- und Auslaßöffnungen) mit elastischen Kappen und anschließend Einbringen der Dialysiervorrichtung in einen Autoklaven erfolgen. Da die Teile der in Kontakt mit den Wandungen befindlichen dialysierenden Hohlfasermembranen ein darauf aufgetragenes oder darin einverleibtes hydrophobes Material aufweisen oder mit einem Reagenz mit einer reaktiven Gruppe mit der Fähigkeit zur Reaktion mit einer polaren Gruppe, die die Membranen oder ein in den Membranen enthaltenes Material aufweisen, behandelt worden ist, absorbieren diese Membranteile (auf der inneren Oberfläche) wenig Wasser oder quellen wenig. Somit werden die beschichteten oder behandelten Membranteile nicht mit Wasser durchdrungen, wenn die Dialysiervorrichtung mit Reinigungswasser zum Schutz während einer Autoklavensterilisation beladen wird. Eine Expansion der Membranwand ist somit bei den beschichteten oder behandelten Membranteilen unterbunden, wobei jede Reduktion des Innendurchmessers dieser Membranteile über einen großen Zeitraum eines Beladens mit Wasser und einer Autoklavensterilisation hinweg verhindert wird.
Obwohl die künstliche Dialysevorrichtung als ein typisches Beispiel der Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt wird, kann die vorliegende Erfindung auf eine Vielzahl von Fluidumbehandlungsvorrichtungen, z.B. Plasmatrennvorrichtungen und Flüssigkeitstrennvorrichtungen, ohne wesentliche Modifikation angewendet werden.
Die Herstellung einer Hohlfasermembrandialysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird kurz beschrieben.
Zuerst wird ein zylindrisches Gehäuse geformt, das gegenüberliegende offene Enden und aus seiner Seitenwand hervorragende Einlaß- und Auslaßdüsen aufweist. Ein Bündel von dialysierenden Hohlfasermembranen ist in Längsrichtung in das Gehäuse eingebracht. Die Fasern sind gleichmäßig über den Querschnitt der offenen Gehäuseenden verteilt. Eine ein Auffüllmittel enthaltende Abdeckung ist an den beiden Enden des Gehäuses derart befestigt, daß das Auffüllmittel die offenen Enden der Fasern anfüllt. Anschließend wird eine Vergußmasse durch die Einlaß- und Auslaßdüsen zentrifugal in das Gehäuse gegossen, um die Fasern in der Verbindung fixiert einzubetten, wobei die Faserendteile an den Gehäuseenden gebunden werden. Die Abdeckungen werden anschließend entfernt, worauf die gehärtete Vergußmasse am jeweiligen Ende in transversaler Richtung zur Vollendung einer Wandung geschnitten wird. Der Wandungsteil wird anschließend in ein hydrophobes Material, beispielsweise ein flüssiges hydrophobes Harz oder eine Lösung eines hydrophoben Harzes (das nicht flüssig ist oder als solches zu viskos ist) in einem Lösungsmittel (in dem das Harz löslich ist, jedoch die Membranen und die Vergußmasse gering löslich oder unlöslich sind) getaucht, um die Bohrungen der Hohlfasern in dem der Wandung benachbarten Teil mit dem hydrophoben Material anzufüllen. Wenn das hydrophobe Material nicht einfach durch Tauchen in die Faserbohrungen eingeführt werden kann, kann es unter Zwang durch Verstopfen der Einlaßund Auslaßdüsen bzw. -öffnungen eingeführt werden, indem man den gegenüberliegenden (oder oberen) Wandungsteil an eine Saugvorrichtung (z.B. eine Vakuumpumpe) anschließt und die Faserbohrungen um das Material einzusaugen unter Vakuum setzt.
Wenn das Eintauchen beendet ist, wird das (untere) Wandungsteil aus der hydrophoben Harzflüssigkeit oder Lösung herausgenommen. Uberschüssige hydrophobe Harzflüssigkeit oder Lösung auf der inneren Oberfläche der Fasern im Wandungsbereich wird anschließend durch Verbinden des gegenüberliegenden Wandungsteils mit einer Blasvorrichtung und Blasen eines Gases, z.B. Luft, in die Hohlfaserbohrungen entfernt. Die Saugund Blasvorrichtung kann aus einer einzelnen Einheit vom Saug- und Drucktyp bestehen. Wenn der oben beschriebene einzelne Vorgang nicht ausreicht, um das hydrophobe Material an der Faserinnenoberfläche zu befestigen, wird ein derartiger Vorgang wiederholt. Die Ablagerung des hydrophoben Materials wird anschließend zur Bindung eines hydrophoben Überzugs auf der Faserinnenoberfläche getrocknet. Während eines Entfernens einer überschüssigen hydrophoben Harzflüssigkeit oder Lösung durch Blasen von Gas in die Faserbohrungen lagert sich ein Teil des ausgetriebenen Harzes auf der Außenwand der Wandung ab. Derartige unerwünschte Ablagerungen des Harzes können von der Wandungsaußenwand mit Hilfe einer Kratzvorrichtung in Form einer Plastik- oder Kautschukplatte entfernt werden.
Der oben beschriebene Vorgang wird auf dem gegenüberliegenden Wandungsteil wiederholt, um einen Überzug des hydrophoben Materials auf der Innenoberfläche der Hohlfasermembranen in den von den Wandungen umgegebenen Bereichen zu gewährleisten. Danach wird eine einen Fließweg bildende Kappe auf die beiden Enden des Gehäuses aufgebracht, wodurch die Dialysiervorrichtung vervollständigt wird.
Die Herstellung der Dialysiervorrichtung ist nicht auf das oben beschriebene Vorgehen begrenzt. Ein Beispiel eines Vorgehens umfaßt ein Zusammenfügen einer Vielzahl von dialysierenden Hohlfasern zu einem Bündel, Eintauchen eines Endteils des Faserbündels in ein hydrophobes Material oder eine Behandlungslösung eines eine reaktive Gruppe tragenden Reagenz, Entfernen des behandelten Endteils aus der Lösung, Blasen von Luft durch die Faserbohrungen von dem dem behandelten Ende gegenüberliegenden Ende aus zur Entfernung uberschüssiger Behandlungslösung, Waschen der Faserbohrungen mit einer Waschflüssigkeit, Behandeln des anderen Endteils des Faserbündels in der oben beschriebenen Abfolge, Trocknen des Faserbündels, Einbringen des Faserbündels in ein Gehäuse und Eingießen einer Vergußmasse (z.B. Polyurethan) zur Einbettung der Endteile des Bündels darin, um dadurch Wandungen auszubilden, durch die das Faserbündel an den Gehäuseenden befestigt ist.

Beipiel

Im folgenden werden zum Zwecke der Illustration Beipiele der vorliegenden Erfindung dargestellt, die die vorliegende Erfindung jedoch in keiner Weise begrenzen sollen.

Beispiel 1

Eine in Fig.1 dargestellte künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung wurde durch Ausformen von Polycarbonat zu einem Gehäuse einer Länge von 198 mm, eines Innendurchmesesrs von 44 mm an den gegenüberliegenden Enden und eines Innendurchmessers von 32 mm am Mittelpunkt hergestellt. In das Gehäuse wurden etwa 7.100 Dialysierhohlmembranfasern aus Kupferammoniumcellulose mit jeweils einem Innendurchmesser von etwa 200 um und einer Wanddicke von etwa 12 um eingebracht. Eine Polyurethan-Vergußmasse wurde an die gegenüberliegenden Enden zur Ausbildung von Wandungen mit den darin eingebetteten Fasern gegossen. Der dickste Teil der Wandung im engen Kontakt mit den Gehäuse besaß eine Länge von 15 mm.
Das eingesetzte hydrophobe Harz bestand aus einem reaktiven-Silikon (im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung NCT-911 von Toshiba Silicone K.K. aus Japan, eine Silikonzusammensetzung von 50% Silikon, 10% Isopropanol und 40% Toluol). Das reaktive Silikon wurde mit Trifluorethan (im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung Freon TF von Mitsui Chloro-Chemical K.K. aus Japan) zLir Ausbildung einer 5 gew.%igen Silikonlösung, die in eine Tonne gegossen wurde, aufgelöst. Ein Endteil des die Wandung und die Fasern umschließenden Gehäuses wurde in die Lösung etwa 15 mm tief bzw. in einer Länge von 15 mm von der Wandungsaußenoberfläche 15 min lang eingetaucht. Danach wurde das Gehäuse herausgehoben. Eine Blasvorrichtung wurde mit dem gegenüberliegenden Endteil des Gehäuses zur 30 minütigen Durchleitung von Preßluft durch die Faserbohrungen mit einer Fließgeschwindigkeit von 30 l/min, um überschüssige Silikonlösung aus der Innenfläche der Fasern im Endteil zu vertreiben, verbunden. Derselbe Vorgang wie oben wurde bei dem gegenüberliegenden Endteil des Gehäuses zur Beschichtung der Innenoberfläche der Fasern im gegenüberliegenden Endteil mit Silikon wiederholt. Danach wurde das Gehäuse zum Trocknen einen Tag lang bei Raumtemperatur stehengelassen.
Der Eintauch-Trockenvorgang wurde dreimal wiederholt. Anschließend wurde ein den Fließweg bildendes Glied in Form einer allgemein konischen Kappe aus Polypropylen auf das jeweilige Ende des Gehäuses außerhalb der Wandung aufgebracht, wodurch die künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung vervollständigt war.
Diese Dialysevorrichtung besaß einen effektiven Membranoberflächenbereich von etwa 0,8 Quadratmeter.

Vergleichsbeispiel 1

Eine in Fig. 1 dargestellte künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung wurde durch Ausformen von Polycarbonat zu einem Gehäuse einer Länge von 198 mm,, eines Innendurchmessers von 44 mm an den gegenüberliegenden Enden und eines Innendurchmessers von 32 mm am Mittelpunkt hergestellt. In das Gehäuse wurden etwa 7.100 Dialysierhohlmembranfasern aus Kupferammoniumcellulose mit jeweils einem Innendurchmesser von etwa 200 um und einer Wanddicke von etwa 12 um eingebracht. Eine PolyurethanVergußmasse wurde an die gegenüberliegenden Enden zur Ausbildung von Wandungen mit den darin eingebetteten Fasern gegossen. Der dickste Teil der Wandung in engen Kontakt-mit dem Gehäuse besaß eine Länge von 15 mm.
Anschließend wurde ein den Fließweg bildendes Glied in Form einer allgemeinen konischen Kappe aus Polypropylen auf das jeweilige Ende des Gehäuses außerhalb der Wandung aufgebracht, wodurch die künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung vervollständigt war.
Diese Dialysevorrichtung besaß einen effektiven Membranoberflächenbereich von etwa 0,8 Quadratmeter.

Beispiel 2

Eine in Fig.1 dargestellte künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung wurde durch Ausformen von Polycarbonat zu einem Gehäuse einer Länge von 198 mm, eines Innendurchmessers von 44 mm an den gegenüberliegenden Enden und eines Innendurchmessers von 32 mm am Mittelpunkt hergestellt.
Durch Zusammenfügen von etwa 7.100 vorbehandelten Dialysierhohlmembranfasern aus Kupferammoniumcellulose mit jeweils einem Innendurchmesser von etwa 200 um wurde ein Faserbündel hergestellt. Die Fasern wurden mit einem Reagenz mit einer reaktiven Gruppe behandelt. Dazu wurde Diphenylmethandiisocyanat (im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung TP-0001 von Nihon Polyurethane lndustry K.K. aus Japan, mit Rizinusöl) in Aceton unter Ausbildung einer Behandlungslösung mit 20 Gew.% Diphenylmethandiisocyanat aufgelöst. Das Faserbündel wurde an einem Ende in einer Länge von etwa 2 cm bzw. 2 cm tief vom Faserbündelende in die Lösung eingetaucht, während die Lösung mit Hilfe eines magnetischen Rührers gerührt wurde. Nach 20 minütigem Eintauchen bei Raumtemperatur wurde das Bündel aus der Lösung entnommen. Das gegenüberliegende Ende des Faserbündels wurde zur Durchleitung von Luft durch die Faserbohrungen bei einem Druck von 1,0 kg/cm², um überschüssige Behandlungslösung aus den Faserbohrungen herauszublasen, mit einer Blasvorrichtung verbunden. Anschließend wurden die Fasern mit Methylenchlorid-Waschflüssigkeit gewaschen. Genauer gesagt wurde der behandelte Teil der Fasern in eine Waschflüssigkeit eingetaucht. Unmittelbar nach der Beobachtung, daß die Waschflüssigkeit in die Faserbohrungen in dem behandelten Bereich eingesaugt wurde, wurde das Faserbündel aus der Waschflüssigkeit entnommen. Die mit dem anderen Ende des Faserbündels verbundene Blasvorrichtung wurde zum Einführen von Luft durch die Faserbohrungen bei einem Druck von 1,0 kg/cm², um Waschflüssigkeit aus den Faserbohrungen herauszublasen, in Betrieb genommen. Dieser Waschvorgang wurde dreimal jeweils mit frischer Waschflüssigkeit wiederholt.
Derselbe Vorgang wie oben wurde auf dem gegenüberliegenden Endteil des Faserbündels wiederholt. Danach wurde das Faserbündel in einem Ofen bei 40ºC getrocknet.
Das Faserbündel wurde in das Gehäuse eingebracht. Eine Polyurethan-Vergußmasse wurde an die gegenüberliegenden Enden zur Ausbildung von Wandungen mit den darin eingebetteten Fasern gegossen. Der dickste Teil der Wandung in engen Kontakt mit dem Gehäuse besaß eine Länge von 15 mm. Der mit dem Reagenz behandelte Teil der Hohlfasermembranen besaß eine Länge von etwa 20 mm.
Anschließend wurde ein den Fließweg bildendes Glied in Form einer allgemeinen konischen Kappe aus Polypropylen auf das jeweilige Ende des Gehäuses außerhalb der Wandung aufgebracht, wodurch die künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung vervollständigt war.
Diese Dialysevorrichtung besaß einen effektiven Membranoberflächenbereich von etwa 0,8 Quadratmeter.

Beispiel 3

Gemäß dem Vorgehen von Beispiel 2 mit der Ausnahme, daß die Behandlungslösung des Reagenz mit einer reaktiven Gruppe durch eine Lösung von 10 Gew.% von mit Carbodiimid modifiziertem Diphenylmethandiisocyanat in einem Benzol/Dimethylsulfoxid (9/1)-Gemisch ersetzt wurde, wurde eine Dialysevorrichtung hergestellt.

Beispiel 4

Gemäß dem Vorgehen von Beispiel 2 mit der Ausnahme, daß die Behandlungslösung des Reagenz mit einer reaktiven Gruppe durch eine Lösung von 10 Gew.% eines mit Carbodiimid modifiziertem Diphenylmethyldiisocyanat in einem Ghloroform/Dimethylsulfoxid (9/1)-Gemisch ersetzt wurde, wurde eine Dialysiervorrichtung hergestellt.

Beispiel 5

Eine in Fig. 1 dargestellte künstliche Hohlfasermembrandialysiervorrichtung wurde durch Ausformen von Polycarbonat zu einem Gehäuse einer Länge von 198 mm eines Innendurchmessers von 44 mm an den gegenüberliegenden Enden und eines Innendurchmessers von 32 mm am Mittelpunkt hergestellt. In das Gehäuse wurden etwa 7.100 Dialysierhohlmembranfasern aus Kupferammoniumcellulose mit jeweils einem Innendurchmesser von etwa 200 um eingebracht. Eine Polyurethan-Vergußmasse wurde an die gegenüberliegenden Enden zur Ausbildung von Wandungen mit den darin eingebetteten Fasern gegossen, wodurch ein Dialysiermodul erhalten wurde. Der dickste Teil der Wandung in engem Kontakt mit dem Gehäuse besaß eine Länge von 15 mm.
Eine Behandlungslösung eines Reagenz mit einer reaktiven Gruppe wurde durch Auflösen von 10 Gew.% Diphenylmethandiisocyanat in einem Dimethylsulfoxid/Dioxan/Freon (2/3/5)-Gemisch hergestellt. Die Lösung wurde in eine Glasschüssel bis zu einer Tiefe von etwa 5 mm eingegossen. Ein von der Wandung umgebenes Endteil der Fasern wurde mit der Lösung durch Einbringen des Moduls senkrecht mit einem Ende in die Glasschüssel, einminütiges Halten (darin), Herausnehmen aus der Lösung, Entfernen überschüssiger Behandlungslösung aus den Faserbohrungen und Abwischen überschüssiger Behandlungslösung von der Wandungsaußenfläche behandelt. Das andere von der anderen Wandung umgebene Endteil der Fasern wurde in ähnlicher Weise behandelt. Danach wurde das Modul über Nacht in einem Ofen bei 40ºC getrocknet.
Anschließend wurde ein den Fließweg bildendes Glied in Form einer allgemein konischen Kappe aus Polypropylen auf das jeweiligen Ende des Gehäuses außerhalb der Wandung aufgebracht. Die Faserbohrungen wurden mit Waschflüssigkeit durch anfängliches 30 minütiges Zirkulierenlassen eines Dioxan/Wasser (3/7)-Gemisches durch das Modul und anschließendes weiteres 10 minütiges Zirkulierenlassen von Wasser gewaschen.

Beispiel 6

Eine in Fig. 1 dargestellte künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung wurde durch Ausformen von Polycarbonat zu einem Gehäuse einer Länge von 198 mm, eines Innendurchmessers von 44 mm an den gegenüberliegenden Enden und eines Innendurchmessers von 32 mm am Mittelpunkt hergestellt.
Durch Zusammenfügen von etwa 7.100 vorbehandelten Dialysierhohlmembranfasern aus Kupferammoniumcellulose mit jeweils einem Innendurchmesser von etwa 200 um wurde ein Faserbündel hergestellt. Die Fasern wurden mit einem Reagenz mit einer reaktiven Gruppe behandelt. Dazu wurde Diphenylmethandiisocyanat in einem Dimethylsulfoxid/Benzol (1/9)- Gemisch zur Ausbildung einer Behandlungslösung mit 10 Gew.% Diphenylmethandiisocyanat aufgelöst. Das Faserbündel wurde an einem Ende in die Lösung etwa 2 cm tief von dem Faserbündelende her eingetaucht, während die Lösung durch einen magnetischen Rührer gerührt wurde. Nach 20 minütigem Eintauchen bei Raumtemperatur wurde das Bündel aus der Lösung entnommen. Eine Blasvorrichtung wurde mit dem anderen Ende des Faserbündels zum Durchleiten von Luft durch die Faserbohrungen unter einem Druck von 1,0 kg/cm², um überschüssige Behandlungslösung aus den Faserbohrungen herauszublasen, verbunden. Anschließend wurden die Fasern mit einer Methylenchlorid-Waschflüssigkeit gewaschen. Genauer gesagt wurde der behandelte Teil der Fasern in die Waschflüssigkeit eingetaucht. Unmittelbar nach der Beobachtung, daß die Waschflüssigkeit in die Faserbohrungen in dem behandelten Bereich eingesaugt wurde, wurde das Faserbündel aus der Waschflüssigkeit entnommen. Die mit dem anderen Ende des Faserbündels verbundene Blasvorrichtung wurde zum Durchleiten von Luft durch die Faserbohrungen unter einem Druck von 1,0 kg/cm², um Waschflüssigkeit aus den Faserbohrungen herauszublasen, in Betrieb gesetzt. Dieser Waschvorgang wurde dreimal jeweils mit frischer Waschflüssigkeit wiederholt.
Derselbe Vorgang wie oben wurde beim gegenüberliegenden Endteil des Faserbündels wiederholt. Danach wurde das Faserbündel über Nacht in einem Ofen bei 40ºC getrocknet.
Das Faserbündel wurde in das Gehäuse eingebracht. Eine Polyurethan-Vergußmasse wurde auf die gegenüberliegenden Enden zur Ausbildung von Wandungen mit den darin eingebetteten Fasern gegossen. Der dickste Teil der Wandung in engen Kontakt mit dem Gehäuse besaß eine Länge von 15 mm. Der mit dem Reagenz behandelte Teil der Hohlfasermembranen besaß eine Länge von etwa 20 mm.
Anschließend wurde ein den Fließweg bildendes Glied in Form einer allgemein konischen Kappe aus Polypropylen auf das jeweilige Ende des Gehäuses außerhalb der Wandung aufgebracht, wodurch die künstliche Hohlfasermembrandialysevorrichtung vervollständigt war.
Diese Dialysevorrichtung besaß einen effektiven Membranoberflächenbereich von etwa 0,8 Quadratmeter.

Beispiel 7

Gemäß dem Vorgehen von Beispiel 6 jedoch mit der Ausnahme, daß die Behandlungslösung des Reagenz mit einer reaktiven Gruppe durch eine Lösung von 10 Gew.% Diphenylmethandiisocyanat in einem Dimethylsulfoxid/Dioxan/Freon (2/4/4)-Gemisch und mit 5 Gew.% Triethanolaminzusatz ersetzt wurde, wurde eine Dialysiervorrichtung hergestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Eine in Fig. 1 dargestellte künstliche Hohlfasermembrandialysiervorrichtung wurde durch Ausformen von Polycarbonat zu einem Gehäuse einer Länge von 198 mm, eines Innendurchmessers von 44 mm an den gegenüberliegenden Enden und eines Innendurchmesers von 32 mm am Mittelpunkt hergestellt. In das Gehäuse wurden etwa 7.100 Dialysierhohlmembranfasern aus Kupferammiumcellulose mit einem jeweiligen Innendurchmesser von etwa 200 um eingebracht. Eine Polyurethan-Vergußmasse wurde auf die gegenüberliegenden Enden zur Ausbildung von Wandungen mit den darin eingebetteten Fasern gegeossen. Der dickste Teil der Wandung in engen Kontakt mit dem Gehäuse besaß eine Länge von 15 mm.
Anschließend wurde ein den Fließweg bildendes Glied in Form einer allgemein konischen Kappe aus Polypropylen auf das jeweilige Ende des Gehäuses außerhalb der Wandung aufgebracht, wodurch die künstliche Hohlfasermembrandialysiervorrichtung vervollständigt war.
Diese Dialysiervorrichtung besaß einen effektiven Membranoberflächenbereich von etwa 0,8 Quadratmeter.

Experiment 1

Aus jeder der künstlichen Hohlfasermembrandialysevorrichtungen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 wurden zwei Prüflinge hergestellt. Ein Prüfling befand sich in trockenem Zustand, während der andere Prüfling sich in nassem Zustand befand. Die Wandung des jeweiligen Dialysierprüflings im trockenen Zustand wurde bei einer Dicke von etwa 5 mm von der Außenoberfläche abgeschnitten. Auf dem abgeschnittenen Bereich wurden 40 Hohlmembranfasern in trockenem Zustand auf ihren Innendurchmesser (I.D.) und ihre Wanddicke hin untersucht.
Die Dialysierprüflinge in nassem Zustand wurden durch Füllen des Dialysierinneren mit destilliertem Wasser und anschließendes 90 minütiges Sterilisieren der Dialysiervorrichtung in einem Autoklaven bei 121ºC hergestellt. Das Füllwasser wurde aus der Dialysiervorrichtung entfernt. Die Wandung jedes Dialysierprüflings wurde bei einer Dicke von etwa 5 mm von der Außenoberfläche geschnitten, während sie in nassem Zustand verblieb. Auf dem geschnittenen Bereich wurden 40 Hohlmembranfasern in nassem Zustand auf den Innendurchmesser (I.D.) und die Wanddicke hin untersucht.
Für die Bestimmung wurde ein von Olympus K.K. aus Japan hergestelltes Universalvergrößerungsprojektionsgerät UP-350 eingesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 nasser I.D. (um) Zustand Wanddicke (um) trockener I.D. (um) Zustand Wanddicke (um)

Experiment 2

Ein Färbetest wurde durchgeführt. Untersucht wurden die künstlichen Hohlfasermembrnndialysevorrichtungen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1. Die Wandung einer jeden Dialysiervorrichtung wurde bei einer Dicke von etwa 5 mm von der Außenoberfläche abgeschnitten. Eine Farbstofflösung mit 0,04 g/v % eines basischen Farbstoffs, Toluidinblau mit einem Molekulargewicht von 305,8, wurde hergestellt. Der Wandungsschnitt wurde in die Farbstofflösung 3 Minuten lang eingetaucht, worauf mit Wasser gründlich gewaschen wurde. Anschließend wurde unter Verwendung eines von Olympus K.K. aus Japan hergestellten Universalvergrößerungsprojektionsgerät UP-350 beobachtet.
In dem Wandungsschnitt der Dialysiervorrichtung von Vergleichsbeispiel 1 waren die Hohlfasermembranen vollständig blau gefärbt. In dem Wandungsschnitt der Dialysiervorrichtung von Beispiel 1 waren keine Hohlfasermembranen über ihren gesamten Querschnitt hinweg gefärbt, was darauf hindeutet, daß Silikon die gesamte Hohlfasermembranwand durchdrungen hatte.

Experiment 3

Die Wandung einer jeden künstlichen Hohlfasermembrandialysiervorrichtung von Beispiel 1und Vergleichsbeispiel 1 wurde bei einer Dicke von etwa 5 mm von der Außenoberfläche abgeschnitten. Die abgeschnittene Oberfläche der Wandung wurde unter einem Abtastelektronenmikroskop (JSM 803, Nihon Electron K.K. aus Japan) beobachtet. Die geschnittene Wandungsoberfläche von Vergleichsbeispiel 1 war rauh bzw. durchfurcht. Die geschnittene Wandungsoberfläche von Beispiel 1 war, den Beobachtungen zufolge, flach und glatt. In Beispiel 1 wurde keine ungleichmäßige Verteilung des Silikons und Rundwerden der Hohlfaserecke beobachtet.

Experiment 4

Für jede der künstlichen Hohlfasermembrandialysevorrichtungen der Beispiele 2 bis 7 und Vergleichsbeispiel 1 wurden zwei Prüflinge hergestellt. Ein Prüfling befand sich in trockenem Zustand, während der andere Zustand sich in nassem Zustand befand. Die Wandung jedes Dialysierprüflings in trockenem Zustand wurde bei einer Dicke von etwa 5 mm von der Außenoberfläche geschnitten. Auf dem abgeschnittenen Bereich wurden 30 Hohlmembranfasern in trockenem Zustand auf den Innendurchmesser (I.D.) und die Wanddicke untersucht.
Die Dialysierprüflinge im nassen Zustand wurden durch Füllen des Dialysierinneren mit destilliertem Wasser und anschließendes 90 minütiges Sterilisieren der Dialysiervorrichtung in einem Autoklaven bei 121 ºC hergestellt. Danach wurde das Füllwasser aus der Dialysiervorrichtung entfernt. Die Wandung jedes Dialysierprüflings wurde bei einer Dicke von etwa 5 mm von der Außenoberfläche abgeschnitten, während sie naß gehalten wurde. Auf dem geschnittenen Bereich wurden 30 Hohlmembranfasern in nassem Zustand auf den Innendurchmesser (I.D.) und die Wanddicke hin untersucht.
Für die Messung wurde ein von Nikon K.K. aus Japan hergestelltes optisches Mikroskop OPTIPHOT-POL eingesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Für die Beispiele 2 bis 7 wurde festgestellt, daß ein Quellen oder eine Expansion der Hohlfasermembranen in dem Wandungsbereich bei minimiertem Drosseln bzw. Verringern des Innendurchmessers der Hohlfasermembranen unterdrückt wurde. Tabelle 2 nasser I.D. (um) Zustand Wanddicke (um) trockener I.D. (um) Zustand Wanddicke (um)

Experiment 5

Eine extracorporale Zirkulationsuntersuchung wurde unter Verwendung zweier erwachsener Hundemischlinge (Köpergewicht 11 kg und 14 kg) durchgeführt. Bei Vollanästhesie wurde die rechte oder linke Arteria carotis communis sorgfältig ohne Beschädigung der Nerven, der verzweigenden Gefäße und des umgebenden Gewebes herausgetrennt bzw. abgetrennt. Ein mit physiologischer Kochsalzlösung gefüllter Verweilkatheter wurde eingeführt und durch Anheften befestigt.
Unter Verwendung der so behandelten Hunde wurde die Untersuchung mit einer in Fig.4 dargestellten Versuchsanordnung durchgeführt. Die Untersuchung verwendete die in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2 hergestellten sterilisierten künstlichen Hohlfasermembrandialyservorrichtungen (effektiver Membranoberflächenbereich 0,8 m²). Wie in Fig.4 dargestellt, umfaßt die Versuchsanordnung eine Linie 34, die mit der Arterie des Hundes 33 und dem Einlaß der Dialysiervorrichtung 1 durch eine Pumpe 35 verbunden ist. Eine Linie 39 verbindet den Auslaß der Dialysiervorrichtung 1 und die Vene des Hundes 33. Ein Manometer 36 ist stromauf der Dialysiervorrichtung mit der Linie 38 und ein weiteres Manometer 37 ist stromab der Dialysiervorrichtung mit der Linie 39 verbunden. Die Dialysierfluidumeinlaßund auslaßöffnungen der Dialysiervorrichtung 1 sind mit einer Dialysierfluidumzuführvorrichtung 32 über die Schläuche 40 und 41 verbunden. Der Kreislauf der oben erwähnten die Dialysiervorrichtung 1 umfassenden Anordnung wurde zuerst mit einem Liter einer physiologischen Kochsalzlösung gefüllt.
Die extracorporale Zirkulationuntersuchung wurde mit einer Blutfließgeschwindigkeit von 150 ml/min und einer Dialysierfluidumfließgeschwindigkeit von 500 ml/min bei 39ºC durchgeführt. Das Blut wurde 2 h lang ohne Zugeben eines Antikoagulationsmittels, z.B. Heparin, zirkulieren gelassen, wobei der Druckabfall in der Dialysiervorrichtung mit Hilfe der Stromauf- und Stromab-Manometer gemessen wurde.
Eine Veränderung des Duckabfalls mit der Zeit ist in Fig.5 aufgetragen. In der Dialysiervorrichtung des Vergleichsbeispiels 2 stieg der Druckabfall nach etwa 45 minütiger Zirkulation abrupt an, was zu einem Zirkulationsversagen führte. Bei der Dialysiervorrichtung des Beispiels 3 erhöhte sich der Druckabfall langsam über die 2 stündige Dauer hinweg.
Die Bedienung der erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die in Fig.1 dargestellte künstliche Hohlfasermembrandialysiervorrichtung beschrieben.
Die Dialysiervorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung wird allgemein in einen extrakorporalen Zirkulationskreislauf (nicht dargestellt) eingebracht. Der die Dialysiervorrichtung 1 umfassende Kreislauf wird, bevor das Blut in die Dialysiervorrichtung 1 durch den (oberen) Bluteinlaß 7 eintritt, gefüllt bzw. in Betrieb gesetzt. Das hereinkommende Blut fließt in Berührung mit der inneren Oberfläche der Hohlfasermembranen 3, während ein Dialysierfluidum in die Dialysiervorrichtung durch den unteren Einlaß 11 eintritt und in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Hohlfasermembranen 3 fließt. Während des Gegenstromverfahrens wandert überschüssiges Wasser und durch Ausscheidungen entstandene Substanzen, z.B. Harnstoffstickstoff, Harnsäure und Kreatinin im Blut durch die Membranen in das Dialysierfluidum. Die Konzentration der Elektrolyten, z.B. K, Na, Cl und P, wird ferner während des Verfahrens eingestellt. Das Blut verläßt die Dialysiervorrichtung durch den (unteren) Blutauslaß 8. Da die hydrophobe Harzbeschichtung 4 auf der inneren Oberfläche der Membranen 3 in dem in der Wandung 5 (oder 8) eingebetteten Bereich vorliegt oder die Innenoberfläche mit einem reaktiven Reagenz behandelt ist, ist die innere Oberfläche der Membranen 3 in dem in der Wandung eingebetteten Teil hydrophob oder wasserabweisend. Bei Inkontaktbringen mit physiologischer Kochsalzlösung für ein Befüllen sowie mit Blut quillt der innere Oberflächenbereich der Membranen nicht oder absorbiert Wasser in einem nennswertem Ausmaß. Die Membranen dieses Teils behalten ihren ursprünglichen Innendurchmesser im wesentlichen unverändert ohne Ausdehung ihrer Wand bei.
Wie oben beschrieben liefert die vorliegende Erfindung eine Hohlfasermembranfluidumbehandlungsvorrichtung mit einem Gehäuse mit gegenüberliegenden offenen Enden, einem in dem Gehäuse befindlichen Faserbündel mit einer Mehrzahl von Hohlfasermembranen zur Fluidumbehandlung, Wandungen, die die gegenüberliegenden Enden des Faserbündels an den entsprechenden Enden des Gehäuses fluidumdicht befestigen, wobei durch die äußere Oberfläche der Membranen, die innere Oberfläche des Gehäuses und die Wandungen ein Raum festgelegt wird, einem Einlaß und einem Auslaß für ein erstes Fluidum, die in dem Gehäuse benachbart zu dessen gegenüberliegenden Enden in einer Fluidumverbindung mit-dem Raum vorgesehen sind, und einem Einlaß und einem Auslaß für ein zweites Fluidum, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses in Fluidumverbindung mit dem Inneren der Membranen vorgesehen sind, wobei der mit jeder der Wandung in Berührung stehende Teil der Hohlfasermembranen bei Kontakt mit einem wasserhaltigen Fluidum gering quillt. Bei Inkontaktbringen mit physiologischer Kochsalzlösung für ein Befüllen und dem zweiten zu behandelnden Fluidum, typischerweise Blut, wird der von der Wandung umgebene innere Oberflächenteil der Membranen nicht mit Wasser in einem wesentlichen Ausmaß imprägniert. Die Membranen dieses Teils behalten ihren ursprünglichen Durchmesser im wesentlichen unverändert ohne Expansion ihrer Wand bei. Auf den Fluß des zweiten Fluidums durch die Membranbohrungen in dem durch die Wandung umgebenen Bereich wird keine wesentliche Beeinträchtigung bzw. störende Beeinflussung ausgeübt, wodurch ein Erhöhen des Druckabfalls durch die Vorrichtung vermieden wird.
Bei einer anderen Form der vorliegenden Erfindung absorbiert der in Kontakt mit den jeweiligen Wandungen stehende oder darin eingebettete Teil der Hohlfasermembranen wesentlich weniger Wasser als der verbleibende freie Teil. Bei Inkontaktbringen mit physiologischer Kochsalzlösung für ein Befüllen und dem zweiten zu behandelnden Fluidum, typischerweise Blut, wird der durch die Wandung umgebene innere Oberflächenteil der Membranen nicht mit Wasser in einem wesentlichen Ausmaß imprägniert. Die Membranen dieses Teils behalten ihren ursprünglichen Innendurchmesser im wesentlichen unverändert ohne Expansion ihrer Wand bei. Auf den zweiten Fluidum (Blut)-fluß durch die Membranbohrungen in dem durch die Wandungen umgebenden Bereich wird keine wesentliche störende Beeinträchtigung ausgeübt, so daß eine Erhöhung des Druckabfalls durch die Vorrichtung sowie die Gefahren einer Trombosebildung, eines Verklumpens und einer Blutstockung bzw. eines Blutstillstands vermieden werden.
Selbstverständlich sind in Anbetracht der obigen Lehre zahlreiche Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist deshalb selbstverständlich, daß im Rahmen der beigefügten Patentanansprüche die Erfindung in einer anderen Weise als hier speziell beschrieben in der Praxis durchgeführt werden kann.

Claims

1. Hohlfasermembran-Fluidumbehandlungsvorrichtung, umfassend

ein Gehäuse mit gegenüberliegenden offenen Enden,

ein in dem Gehäuse befindliches Faserbündel mit einer Mehrzahl von Hohlfasermembranen zur Fluidumbehandlung,

Wandungen, die die gegenüberliegenden Enden des Faserbündels an den Enden des Gehäuses fluidumdicht befestigen, wobei durch die äußere Oberfläche der Hohlfasermembranen, die innere Oberfläche des Gehäuses und die Wandungen ein Raum festgelegt wird,

einen Einlaß und einen Auslaß für ein erstes Fluidum, die in dem Gehäuse benachbart zu dessen gegenüberliegenden Enden in einer Fluidumverbindung mit dem Raum vorgesehen sind und

einen Einlaß und einen Auslaß für ein zweites Fluidum, die an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses in Fluidumverbindung mit dem Inneren der Hohlfasermenbranen vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der mit jeder der Wandungen in Berührung stehende Teil der Hohlfasermembranen mit einem Reagenz mit einer reaktionsfähigen Gruppe mit der Fähigkeit zur Reaktion mit einer polaren Gruppe, die die Hohlfasermembranen oder ein in den Hohlfasermembranen enthaltenes Material aufweisen, behandelt wurde, um die Quellung bei Kontakt mit einem wasserhaltigen Fluidum zu vermindern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hohlfasermembranen für eine Dialyse ausgelegt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die polare Gruppe, die die Hohlfasermembranen oder ein in den Hohlfasermembranen enthaltenes Material aufweisen, aus einer Hydroxyl-, Amino- oder Carboxylgruppe besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die reaktionsfähige Gruppe aus einer Isocyanat-, Epoxy-, Thiocyanat-, Säurechlorid- oder Aldehydgruppe besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Reagenz aus der Gruppe Diphenylmethandiisocyanat, 2,4-Tolylendiisocyanat, carbodiimidmodifiziertes Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Epichlorhydrin und 1,4-Butandioldiglycidether ausgewählt ist.

6. Hohlfasermembran-Fluidumbehandlungvorrichtung, umfassend

ein Gehäuse mit gegenüberliegenden offenen Enden,

einen Einlaß und einen Auslaß für ein erstes Fluidum, die in dem Gehäuse benachbart zu dessen gegenüberliegenden Enden in einer Fluidumverbindung mit dem Raum vorgesehen sind, und

dadurch gekennzeichnet, daß der mit jeder der Wandungen in Kontakt stehende Teil der Hohlfasermembranen ein hydrophobes Material aufgetragen oder eingearbeitet enthält, so daß dieser Teil der Hohlfasermembranen erheblich weniger Wasser absorbiert als der außerhalb eines Kontakt mit der Wandung stehende restliche Teil der Hohlfasermembranen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Hohlfasermembranen für eine Dialyse ausgelegt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei es sich bei den Hohlfasermembranen um für eine Dialyse ausgelegte hydrophile Hohlfasermembranen handelt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das hydrophobe Material auch an dem mit der Wandungsaußenfläche in einer Ebene befindlichen Endfläche der Hohlfasermembranen vorhanden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Wandungen auf ihrer Außenfläche mit einem hydrophoben Material beschichtet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 10, wobei es sich bei dem hydrophoben Material um ein Silicon-, Urethan- oder Fluoridharz handelt.