DK142526B - Masseoverføringsapparat med semipermeabel membran. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆ6G ELS ESSKRIFT 1^2526 DANMARK (51) ^n*· ^·3 ^ ^ 1/03 //boid 13/00 «(21) Antegning nr. 6404/72 (22) Indleveret den 2]. deC. 1972 (24) Lebedag 21· deC · 1972 (44) Ansegningen fremlagt og _ fremlaggelaesskriftet offentliggjort den 17· HOV · 1 980

Dl REKTORATET FOR .

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begær* fra den

23. dec. 1971a 211412, US

(71) BAXTER TRAVENOL LABORATORIES INC., One Baxter Parkway, Deerfield, 11= Tinois 60015, US.

(72) Opfinder: Felix Jesus Martinez, 1258 East Sanborn Drive, Palatine, Illinois 60067, US. ~ (74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Th. Ostenfeld Patentbureau A/s.

(64) Mas s eo verf ør Inge app ar at med semipermeabel membran.

Den foreliggende opfindelse angår et masseoverføringsapparat, især en bloddialysator, af den i den indledende del af krav 1 angivne art.

Spiralformede dialyseringsapparater, hvortil der anvendes flade rør og skærme, der er viklet sammen omkring en kerne, udgør for tiden den foretrukne udformning af kunstige nyrer til dialysering af blod til fjernelse af urinstof, kreatinin og andre legemsaffaldsprodukter hos patienter med forringet nyrefunktion.

Mange erfarne læger indenfor dialyseområdet kræver, at deres patienter ved dialyse til enhver tid begrænser deres indtagelse af væsker. Tilsvarende kræver disse læger, at dialysatorerne, som bruges af patienterne, kun tilvejebringer ultrafiltrering i begrænset omfang forat undgå for højt vandtab hos patienten.

Betegnelsen "ultrafiltrering" henfører til den mængde vand, som 2 142526 passerer fra blodet til dialyseopløsningen igennem den semipermeable membran. Ultrafiltreringshastigheden afhænger en del af trykforskellen mellem blodsiden og dialyseopløsningssiden i dialysatoren.

Som følge heraf er der et behov for dialysatorer, hvori trykfaldet i blod, som strømmer langs membranen, er relativt lille for at holde ultrafiltreringshastigheden nede. For at opnå reducerede tryk kan som anvist i U.S.A. patentskrift nr. 3,508,662 (såvel som i et tidligere offentliggjort arbejde af Louis W. Bluemle, Jr. i Progress Report, 1. november 1960 til 31. oktober 1961, Development of Blood Dialyser Ultrafiltrator, støttet af Research and Development Division, Office of the Surgeon General, Contract No. DA-49-007-MD-707), et sæt strenge eller afstandsstykker orienteres i et krydsende, ikke-vævet parallelt strengnetværk i det spiralviklede membranrørs længderetning.

Det er imidlertid et problem med dette arrangement, at volumenet af blodet i den spiralformede dialysators dialyserør ved den skærm, der normalt bruges, er større end ønskeligt, hvis skærmstrengene sidder anbragt langt nok fra hinanden til at kunne mindske trykket til de ønskede niveauer. Det er ønskeligt, at dialysatorens blodvolumen er så lille som muligt.

I forbindelse med et masseoverføringsapparat af den aktuelle art med et netlignende afstandselement indeholdende to strengesæt har det nu overraskende vist sig, at afstanden mellem strengene i det første sæt, der forløber parallelt med rørmembranens akse, har en særlig kraftig indflydelse på den strømningsmodstand eller det trykfald, som blod eller andre gennem rørmembranen strømmende væsker udsættes for, idet en forøgelse af strengafstanden resulterer i en formindskelse af trykfaldet. Samtidigt har det vist sig, at afstanden mellem strengene i det andet strengesæt, der krydser strengene i det første sæt har en særlig kraftig indflydelse på væskevolumenet i rørmembranen uden at have en særlig stor indflydelse på trykfaldet. Væskevolumenet i rør-membranen bliver således des mindre, jo tættere strengene i det andet sæt anbringes.

Det er den foreliggende opfindelses formål at drage fordel af denne ovenfor omtalte erkendelse og herved tilvejebringe et masseoverføringsapparat af den aktuelle art med et optimalt forhold mellem strømningsmodstand og væskevolumen for rørmembranen.

Dette opnås ved de i den kendetegnende del af krav 1 angivne ejendommeligheder for apparatet ifølge opfindelsen. Med de angivne intervaller for de respektive strengafstandes størrelse og når strengafstanden i det første sæt samtidig er større end i det andet sæt, opnås så- 3 142526 ledes på enkel måde en lav strømningsmodstand og et lille væskevolumen i membranrøret samtidig med en god afstøtning af dette.

Når blod eller en anden væske med tilsvarende viskositet skal føres gennem membranrøret, foretrækkes det, at centerlinieafstanden i det første strengesæt er fra 2 - ca. 3 gange større end i det andet strengesæt. Andre forhold mellem centerlinieafstandene kan dog også benyttes, eksempelvis de i krav 2 angivne der er specielt hensigtsmæssige og velegnede i forbindelse med strenge med trekantet tværsnit.

En sådan særlig effektiv udførelsesform med trekantede strenge præciseres i krav 3. Denne udførelsesform foretrækkes, idet dén resulterer i, at en meget lille del af membranens overfladeateal tildækkes af støttestrengene, hvorfor membranens effektivitet og udnyttelsesgrad vil være høj. Det foretrækkes i særlig grad, at strengene har et tværsnit praktisk taget af form som en ligesidet trekant, og endvidere bringes de to strengesæt fortrinsvis til at krydse hinanden under en vinkel på 40 - 60°.

I det følgende vil opfindelsen blive beskrevet nærmere under henvisning til tegningen og i forbindelse med en bloddialysator, hvori der gøres brug af en cellulosemembran. Apparatet ifølge opfindelsen kan imidlertid også være indrettet som en blodoxygenator, hvori der anvendes kendte membranmaterialer, såsom siiikonekautsjuk eller porøs polytetrafluorethylen eller polypropylen. Endelig kan dialysatorer eller apparater indrettet til at udføre omvendte osmose også være indrettet ifølge opfindelsens principper.

På tegningen viser fig. 1 et lodret billede af en delvis gennemskåret spiralformet bloddialysator ifølge opfindelsen visende dialysatoren i dens anvendelsesomgivelser, fig. 2 et stærkt forstørret billede af en foretrukket udformning af den i dialysatoren anvendte skærm, fig. 3 et forstørret detailleret billede, der viser, hvorledes skærmen er anbragt med hensyn til det i det foreliggende benyttede, semipermeable membranrør, fig. 4 et detailleret snitbillede taget langs linien 4-4 i fig. 3, og fig. 5 et skematisk billede af en udrullet spiraldialysator ifølge opfindelsen og visende skærmens arrangement i forhold til den rørformede semipermeable membran.

4 142526

Idet der henvises til fig. 1, vises i sin normale brugsstilling her generelt en bloddialysator ifølge opfindelsen. Dialysatoren 10 hviler i en beholder 12, der rummer dialyseopløsningen. Dialysatoren 10 omfatter en indre kerne 14 og et hus 16, der omslutter den spiral-opviklede anordning 17 bestående af dialyserøret 18 og skærmen 20, idet viklingsmetoden og anordningens 17 indretning nærmere vises i fig. 3 og 5. Huset 16 og kernen 14 kan om ønsket fremstilles som én enkelt sammenhængende konstruktion. Kernen 14 kan om ønsket danne en bundvæg 22 til spærring for en opadgående strøm af dialysevæske.

Blodtilledningen 24 forsyner det indre af det semipermeable rør 18 med blod ved den ene ende af røret 18 ved hjælp af en elastisk overgangsindretning 26, mens blodfraledningen 28 er forbundet til det indre af røret 18 ved dettes anden ende ved hjælp af en anden overgangsindretning 30 af lignende konstruktion. Blodet passerer således gennem hele det semipermeable rør i spiral omkring kernen 14 til dialyse mod opløsningen, som perkolerer gennen skærmen 20 på ydersiden af røret 18 på følgende vis:

Dialyseopløsningen ledes ind i apparatet via tilledningen 30 og fremdrives normalt af en pumpe 32 af en hvilken som helst kendt type, idet den, som her vist, f.eks. kan være en tandhjulspumpe. Dialyseopløsningen ledes ind i det korte rør 34. Røret 34 holdes på plads i røret 30 ved hjælp af en friktionspasning. Dialyseopløsningen ledes herpå gennem en porøs ring 38, der tjener til at holde den spiralop-viklede anordning 17 bestående af dialyserøret 18 og skærmen 20 i stilling. Derfra perkolerer dialyseopløsningen opad inden for skærmens 20 viklinger gennem den spiralopviklede anordning 17 og løber fra den spiralformede dialysator 10 ved dennes ringformede udledning 40 ud i beholderen 12. En udledning 42 fører derpå dialyseopløsningen bort til recirkulation eller fjernelse, som det måtte være ønsket.

I overensstemmelse med den foreliggende opfindelse består den i det foreliggende anvendte skærm 20 af et ekstruderet formstofnet med to sæt parallelle strenge, som ligger an mod hinanden og indbyrdes afgrænser en vinkel. Som det er velkendt, tilvejebringer denne type skærm en række strømnirigskanaler, der kraftigt mindsker strømningsmodstanden for blod- og dialyseopløsning gennem spoledialysatoren uden brug af separate afstandsstykker.

De individuelle formstofstrenge har fortrinsvis trekantet tværsnit, hvilket tilvejebringer væsentlige fordele, specielt at en mindre del af dialysemembranens overfladeareal dækkes af strengen, da strengenes ryg.44, 46 i hvert sæt (fig. 2 og 4) tilvejebringer en

Claims (2)

142526 5 spids kant, der er rettet udad til støtte for dialysemembranen med mindre dækning af membranen til følge. Som vist i fig. 2-5 indeholder det i apparatet ifølge opfindelsen anvendte skærmarrangement et første sæt strenge 48, som løber parallelt med dialyserørets spiralviklede længdeakse 50 (fig. 5). Strengene 48 er vist med en afstand mellem centerlinierne (som falder sammen med ryggene 44 i fig. 2) på ca. 3,2 mm. Det andet sæt strenge 52 ligger an mod strengene 48 og danner en vinkel på ca. 45° dermed, skønt andre indenfor et bredt interval beliggende skæringsvinkler mellem strengene 48 og 52 på effektiv måde kan udnyttes i apparatet ifølge opfindelsen. Afstanden mellem ryggene og centerlinierne 46 i nabostrengene 52 ses at være ca. 1,5 mm. Både strengene 48 og 52 ses at have en grundfladebredde 54 på ca. 0,8 mm og en højde på ca. 0,6 mm (fig. 4), målt ved nedfældning af den vinkelrette fra de respektive rygge 44. 46 på hver grundflade 56. Den i apparatet ifølge opfindelsen indgående specielle skærm tilvejebringer en optimal balance mellem et lavt blodstrømsmodtryk i dialysatoren og et lille blodvolumen i dialysatorens blodkredsløb. Ved indstilling af afstanden mellem strengene i det første og andet sæt og ved afpasning af strengenes form og størrelse kan apparatet i-følge opfindelsen efter ønske tildeles forskellige blodvolumen- og modtrykkarakteristika. Idet der specielt henvises til fig. 4, vises her den almindelige tværsnitsform, som skærmen ifølge opfindelsen påtrykker den rørformede dialysemembran. Den tilsyneladende forskel i størrelsen mellem strengene 48 og 52 afspejler kendsgerningen, at billedet i fig. 4 er taget som et snit vinkelret på strengene 48 og under en vinkel i forhold til strengene 52. Den rørformede membrans 18 to vægge mellem to skærmvindinger (strengene 48 og 52) og yderligere en enkelt væg af den rørformede membrans nabovindinger vises af forståelsesmæssige hensyn. Hele figuren er forstørret i vertikal retning af hensyn til klarheden.

1. Masseoverføringsapparat, især en bloddialysator, omfattende et gitterformet afstandselement (20), som støtter og ligger an mod en semipermeabel membran (18) med flad rørform, idet afstandselementet og membranen er anbragt i spiral om en kerne (14) , hvilket afstandselement omfatter et første sæt med mellemrum anbragte og parallelle strenge (48) og et andet sæt i et andet plan med mellemrum anbragte