ES2619828T3

ES2619828T3 - Intercambiador de gas comprende nanotubos y pulmón artificial

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Publication number: ES2619828T3
Application number: ES12778132.6T
Authority: ES
Inventors: Yoram Palti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: CN104010674B; CA2848636A1; JP2014533973A; EP2758093B1; CN104010674A; JP6234369B2; EP2758093A1; CA2848636C; WO2013041950A1

Abstract

Una unidad de intercambio de gas para el procesamiento de sangre que incluye los glóbulos rojos y el plasma, caracterizándose la unidad de intercambio de gas por: un recinto impermeable a los fluidos que tiene una cara delantera con un puerto de entrada para la entrada de la sangre, y una cara trasera con un puerto de salida para la salida de la sangre, el recinto impermeable a los fluidos que tiene un interior y un exterior; y un haz de nanotubos (2) que se ejecutan entre la cara delantera y la cara trasera, teniendo cada uno de los nanotubos (2) un extremo delantero y un extremo trasero, con un vacío (5) en el haz que se extiende desde el puerto de entrada en la cara delantera al puerto de salida en la cara trasera, el vacío (5) configurado para formar un canal de flujo que es lo suficientemente grande para permitir que las células rojas de la sangre fluyan desde el puerto de entrada al puerto de salida, donde los nanotubos (2) en el haz están espaciados lo suficientemente cerca para retener las células rojas de la sangre dentro del canal de flujo, sin embargo, lo suficientemente separados para permitir que el plasma fluya a través de espacios entre los nanotubos adyacentes (2) en el haz, en el que los nanotubos (2) están dispuestos con respecto a la cara delantera y la cara trasera para permitir que moléculas de O2 se difundan en los nanotubos (2) desde el exterior de la caja y para permitir que moléculas de CO2 se difundan fuera de los nanotubos (2) al exterior del recinto, y en el que los nanotubos (2) en el haz tienen defectos en sus paredes que permiten que moléculas O2 y moléculas CO2 se difundan a través de las mismas, y los defectos están presentes en un número suficiente y el área total, de modo que la unidad de intercambio de gas puede administrar eficazmente O2 a la sangre y retirar CO2 de la sangre.

Description

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Intercambiador de gas comprende nanotubos y pulmon artificial Descripcion

FONDO

[0001] La funcion principal del pulmon consiste en intercambiar gases entre el aire ambiente y la sangre. Dentro de este marco O2 se transfiere desde el medio ambiente a la sangre mientras que el CO2 se elimina del cuerpo.

[0002] En un ser humano normal en reposo este proceso esta asociado con una entrada de O2 de alrededor de 200

- 250 cm3/min y una potencia de aproximadamente la misma cantidad de CO2. Este intercambio se realiza a traves de una superficie de 50 a 100 m2 de una membrana biologica de un espesor de 0,5 - 1 pm que separa el aire alveolar de la sangre pulmonar. El proceso se asocia con el flujo de volumenes similares de sangre y aire - aproximadamente 5 litros/min. Al caudal dado, la sangre esta en "contacto" con la membrana a traves de la cual tiene lugar la difusion durante un periodo de tiempo de 1/3 - 1/5 seg.

[0003] En los sistemas naturales, tal como el pulmon, el intercambio de gases se consigue mediante la difusion, la cual tiene lugar a traves de una membrana biologica delgada que separa dos compartimentos: los gases en los alveolos pulmonares y los gases contenidos en la sangre de los capilares pulmonares. Los gases en el compartimento alveolar se mantienen en una composicion cercana a la del aire ambiente o del gas moviendo el aire o los gases dentro y fuera de los pulmones por movimientos respiratorios. El intercambio de gases se consigue por difusion a lo largo de la superficie de la membrana de intercambio que es extremadamente grande - alrededor de 50

- 100 m2. La fuerza impulsora para la difusion de gases dentro y fuera de la sangre se mantiene por un flujo sangumeo muy grande a traves de los capilares pulmonares.

[0004] En los ultimos diez anos se hicieron disponibles comercialmente nanotubos de carbono, y mas recientemente se hicieron disponibles nanotubos construidos a partir de otros materiales (por ejemplo, silicio). Estas estructuras cilmdricas inertes tienen diametros de aproximadamente 1-20 nm y paredes construidas de una sola capa de malla de atomos de carbono hexagonales 35, como se observa en la FlG. 1. Su longitud puede alcanzar valores en el rango de cm. Los nanotubos han sido intensamente estudiados en la ultima decada, principalmente porque conducen tanto calor como electricidad y tienen una resistencia mecanica excepcionalmente alta.

[0005] Los nanotubos perfectos de carbono son fuertes, flexibles y resistentes, y tambien son impermeables a los lfquidos, incluidos los gases. En la practica, sin embargo, los tubos fabricados tienen defectos 30 en sus paredes 31 como se ilustra en la FIG. 2. Estos defectos actuan como poros que son permeables al gas. Estos defectos pueden ser, por ejemplo, de naturaleza cristalografica o en forma de vados atomicos, etc. Otro tipo de defecto de nanotubo es el defecto Stone Wales, que crea un par pentagono y heptagono por reordenamiento de los enlaces. Ademas, tales orificios o poros pueden introducirse a proposito, por ejemplo, mediante sistemas de microscopfa de fuerza atomica.

[0006] El documento WO-A-2011/013075 describe un dispositivo de oxigenacion de sangre que tiene una estructura sustancialmente cilmdrica conteniendo una capa de capilares hechos de una membrana microporosa.

[0007] El documento WO-A-2011/091074 describe una membrana microporosa de silicio para oxigenar sangre.

[0008] El documento DE-A-102007010112 describe un oxigenador de la sangre que comprende una pluralidad de fibras huecas permeables al gas que se extienden a traves de una camara.

[0009] El documento WO-A-2003/076702 describe un metodo para la produccion de fibras huecas que tienen un diametro interno en el nanometro al rango de micrometro.

[0010] US-A-6.667.099 describe mesotubos y nanotubos que tienen un diametro interno de 10 nm - 50 pm, y un metodo de produccion de los mismos.

RESUMEN DE LA INVENCION

[0011] Un aspecto de la invencion se dirige a una unidad de intercambio de gas para el procesamiento de sangre que incluye los globulos rojos y plasma. La unidad de intercambio de gas incluye un recinto hermetico a los fluidos que tiene una cara delantera con un puerto de entrada para introducir la sangre, una cara trasera con un puerto de salida para la salida de la sangre, un interior y un exterior. La unidad de intercambio de gases tambien incluye un haz de nanotubos que se extienden entre la cara delantera y la cara trasera, teniendo cada uno de los nanotubos un extremo delantero y un extremo trasero con un hueco en el haz que se extiende desde el puerto de entrada en la cara delantera al puerto de salida en la cara trasera. El hueco esta configurado para formar un canal de flujo que es suficientemente grande para permitir que los globulos rojos fluyan desde el puerto de entrada al puerto de salida. Los nanotubos en el haz estan espaciados lo suficientemente cerca como para retener los globulos rojos dentro del canal de flujo, pero lo suficientemente alejados como para permitir que el plasma fluya a traves de espacios entre

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nanotubos adyacentes en el haz. Los nanotubos estan dispuestos con respecto a la cara delantera y la cara trasera para permitir que moleculas de O2 se difundan en los nanotubos desde el exterior de la caja y permitan que las moleculas CO2 se difundan fuera de los nanotubos en el exterior de la carcasa. Los nanotubos en el haz tienen defectos en sus paredes que permiten que moleculas de O2 y moleculas CO2 se difundan a traves de ellas, y los defectos estan presentes en un numero suficiente y el area total, de modo que la unidad de intercambio de gas pueda suministrar eficazmente O2 a la sangre y llevarse CO2 de la sangre.

[0012] En algunas realizaciones preferidas, los nanotubos son nanotubos de carbono con un diametro de entre 5 y 20 nm, la cara delantera y la cara trasera estan entre 0,3 y 3 cm de distancia, los nanotubos en el haz, fuera del vado, se envasan a una densidad de al menos 100 nanotubos por pm2, y el canal de flujo tiene una seccion transversal de entre 250 y 2.500pM2.

[0013] En algunas realizaciones preferidas, la cara delantera tiene una pluralidad de puertos de entrada adicionales para la entrada de la sangre, la cara trasera tiene una pluralidad de puertos de salida adicionales para emitir la sangre, y el haz de nanotubos tiene una pluralidad de vados adicionales que se extienden desde los respectivos puertos de entrada adicionales a los respectivos puertos de salida adicionales. Los vados adicionales estan configurados para formar canales de flujo adicionales que son lo suficientemente grandes para permitir que los globulos rojos fluyan a traves de ellos.

[0014] Otro aspecto de la invencion se refiere a un intercambiador de gas para el procesamiento de sangre que incluye los globulos rojos y plasma. El intercambiador de gas incluye al menos ocho unidades de intercambio de gas, y cada una de las unidades de intercambio de gas incluye un recinto hermetico a los fluidos con una cara delantera con un puerto de entrada para introducir la sangre, una cara trasera con un puerto de salida para emitir la sangre, interior y exterior. Cada una de las unidades de intercambio de gas tiene tambien un haz de nanotubos que discurre entre la cara delantera y la cara trasera, teniendo cada uno de los nanotubos un extremo delantero y un extremo trasero, con un hueco en el haz que se extiende desde el puerto de entrada en el frontal hacia el puerto de salida de la cara trasera. Los huecos estan configurados para formar canales de flujo que son lo suficientemente grandes para permitir que los globulos rojos fluyan desde el puerto de entrada al puerto de salida. Los nanotubos en los haces estan espaciados lo suficientemente cerca como para retener los globulos rojos dentro de los canales de flujo, pero lo suficientemente separados como para permitir que el plasma fluya a traves de los espacios entre los nanotubos adyacentes en los haces. Los nanotubos estan dispuestos con respecto a la cara delantera y la cara trasera para permitir que moleculas de O2 se difundan en los nanotubos desde el exterior de la caja y para permitir que moleculas de CO2 se difundan fuera de los nanotubos en el exterior de la carcasa. Los nanotubos en los haces tienen defectos en sus paredes que permiten que moleculas de O2 y moleculas de CO2 se difundan a traves de ellas, y los defectos estan presentes en un numero suficiente y el area total, de modo que la unidad de intercambio de gas puede suministrar eficazmente O2 a la sangre y llevar CO2 fuera de la sangre. El intercambiador de gas incluye tambien una pluralidad de canales de flujo de gas dispuesto con respecto a las unidades de intercambio de gas para permitir que moleculas de O2 se difundan desde los canales de flujo de gas en los nanotubos en las unidades de intercambio de gas y para permitir que moleculas de CO2 se difundan fuera de los nanotubos en las unidades de intercambio de gas a los canales de flujo de gas. El intercambiador de gas tambien incluye al menos cuatro puentes de flujo, estando configurados cada uno de los puentes de flujo para dirigir la sangre desde un puerto de salida de una de la pluralidad de unidades de intercambio de gas a un puerto de entrada de otra de la pluralidad de unidades de intercambio de gas, Los puentes de flujo atraviesan los canales de flujo de gas.

[0015] En algunas realizaciones preferidas, en cada una de las unidades de intercambio de gas, los nanotubos son nanotubos de carbono con un diametro de entre 5 y 20 nm, la cara delantera y la cara trasera estan entre 0,3 y 3 cm de distancia, los nanotubos en el haz, fuera del vado, se embalan a una densidad de al menos 100 nanotubos por pm2, y el canal de flujo tiene una seccion transversal entre 250 y 2.500pM2. En algunas realizaciones preferidas, el intercambiador de gas incluye una bomba configurada para bombear al menos uno de aire, oxfgeno puro y aire oxigenado a traves de los canales de flujo de gas.

[0016] Tambien se describe un metodo de intercambio de O2 y CO2 con la sangre que incluye globulos rojos y plasma. Este metodo incluye los pasos de pasar la sangre a traves de un vado dentro de un haz de nanotubos. El hueco esta configurado para formar un canal de flujo que es lo suficientemente grande para permitir que los globulos rojos fluyan desde el puerto de entrada al puerto de salida y los nanotubos en el haz estan espaciados lo suficientemente cerca para retener los globulos rojos dentro del canal de flujo, pero lo suficientemente alejados como para permitir que el plasma fluya a traves de espacios entre nanotubos adyacentes en el haz. Los nanotubos en el haz tienen defectos en sus paredes que permiten que moleculas de O2 y moleculas de CO2 se difundan a traves de las mismas. Este metodo tambien incluye los pasos de la difusion de O2 a partir de un canal de flujo de gas en los nanotubos, la difusion de O2 de los nanotubos en la sangre a traves de los defectos, la difusion de CO2 de la sangre en los nanotubos a traves de los defectos, y la difusion de CO2 de los nanotubos en el canal de flujo de gas. Los defectos estan presentes en un numero suficiente y la superficie total para administrar efectivamente O2 a la sangre y retirar CO2.

[0017] En algunas realizaciones preferidas, los nanotubos son nanotubos de carbono con un diametro de entre 5 y 20 nm, los nanotubos en el haz, fuera del vado, se embala a una densidad de al menos 100 nanotubos por pm2, y el

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canal de flujo tiene una seccion transversal entre de 250 y 2.500 pM2

[0018] Otro aspecto de la invencion se refiere a un intercambiador de gas que incluye al menos ocho unidades de intercambio de gas. Cada una de las unidades de intercambio de gas incluye un recinto impermeable al fluido que tiene una cara delantera con un puerto de entrada para introducir un lfquido, una cara trasera con un puerto de salida para emitir el lfquido, un interior y un exterior. Cada una de las unidades de intercambio de gas incluye tambien una pluralidad de nanotubos que se extienden entre la cara delantera y la cara trasera, teniendo cada uno de los nanotubos un extremo delantero y un extremo trasero. Los nanotubos estan dispuestos con respecto a la cara delantera y la cara trasera para permitir que las moleculas de gas se difundan en los nanotubos desde el exterior del recinto y para permitir que las moleculas de gas se difundan fuera de los nanotubos hacia el exterior del recinto y los nanotubos tienen defectos en sus paredes que permiten que las moleculas de gas se difundan a traves de ellas. Los defectos estan presentes en un numero suficiente y en un area total de modo que la unidad de intercambio gaseoso pueda administrar eficazmente el gas al lfquido. El intercambiador de gas tambien incluye una pluralidad de canales de flujo de gas dispuestos con respecto a las unidades de intercambio de gas para permitir que las moleculas de gas se difundan desde los canales de flujo de gas hacia los nanotubos en las unidades de intercambio de gas y por lo menos cuatro puentes de flujo. Cada uno de los puentes de flujo esta configurado para dirigir el lfquido desde un puerto de salida de una de la pluralidad de unidades de intercambio de gas a un puerto de entrada de otra de la pluralidad de unidades de intercambio de gas y los puentes de flujo cruzan los canales de flujo de gas.

[0019] En algunas realizaciones preferidas, los nanotubos son nanotubos de carbono con un diametro de entre 5 y 20 nm, la cara delantera y la cara trasera estan entre 0,3 y 3 cm de distancia, y los nanotubos se embalan a una densidad de al menos 100 nanotubos por pM2. En algunas realizaciones preferidas, el intercambiador de gas tambien incluye una bomba configurada para bombear el gas a traves de los canales de flujo de gas.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

[0020]

FIG. 1 representa un nanotubo de carbono convencional.

FIG. 2 representa un nanotubo de carbono convencional con poros en su pared.

FIG. 3A representa un sistema de intercambio gaseoso que imita la funcion del pulmon humano.

FIGS. 3B y 3C representan una construccion preferida de una unidad basica dentro del sistema de intercambio de gas de la FIG. 3A, desde una vista lateral y una vista en perspectiva, respectivamente.

FIG. 4A es una representacion esquematica de la sangre y los flujos de gas a traves de una unidad basica del sistema de intercambio de gas.

FIG. 4B es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea de seccion B-B en la FIG. 4A.

FIG. 5A es una vista en perspectiva de un canal de flujo sangumeo en el medio de un haz de nanotubos.

FIG. 5B es una representacion esquematica de una vista lateral del canal de flujo sangumeo de la FIG. 5A.

FIG. 5C representa una realizacion en la que 120 unidades basicas estan conectadas en serie y en paralelo.

FIG. 6 es una vista mas detallada de una unidad basica del sistema de intercambio de gas.

FIGS. 7A y 7B son representaciones esquematicas de sistemas de intercambio de gas externo e interno, respectivamente.

DESCRIPCION DE LAS FORMAS DE REALIZACION PREFERIDAS

[0021] Algunas realizaciones preferidas de la invencion se refieren a un intercambiador de gas ("GE") que se utiliza para formar un pulmon artificial para el intercambio de gas eficiente (O2 y CO2) entre los compartimientos tales como sangre humana (o animal) y aire ambiente o algun otro gas. El sistema GE se basa preferentemente en una matriz de Nanotubos orientados en paralelo. El diametro ultra pequeno de los nanotubos, su permeabilidad al gas (cuando hay defectos), su gran relacion de superficie/volumen, junto con su naturaleza qmmica inerte son caractensticas deseables en este contexto.

[0022] El sistema se basa en la difusion a traves de las paredes de los nanotubos. Para que se produzca la difusion, se crean poros introduciendo defectos en las paredes de los nanotubos usando cualquier metodo adecuado, como se ha descrito anteriormente. Preferiblemente, la concentracion de defectos es de al menos 1 en 107, y en algunas realizaciones preferidas, la concentracion de defectos es del orden de 1 en 106. Un tamano de poro adecuado para

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los defectos en las paredes de nanotubos es del orden de 1 nm.

[0023] FIG. 3A representa un sistema de intercambio gaseoso que imita la funcion del pulmon humano. El intercambio de gas se lleva a cabo preferiblemente en un numero de unidades basicas que estan preferiblemente conectadas tanto en paralelo como en serie, como se muestra en la FIG. 5C, que representa un conjunto 3x4x10 de unidades basicas 3. En la configuracion ilustrada en la FIG. 5C, se conectan doce unidades basicas 3 en paralelo, y dicho bloque de doce unidades basicas paralelas 3 se repite diez veces en serie.

[0024] FIGS. 3B y 3C representan una construccion preferida de una de estas unidades basicas, desde una vista lateral y una vista en perspectiva, respectivamente. Una serie de nanotubos paralelos 2 atraviesa las dos paredes paralelas o soportes 1, de manera que cada unidad basica que contiene multiples nanotubos 2 que discurre en paralelo desde un soporte 1 al otro soporte 1. Metodos para obtener esta configuracion de nanotubos de carbono paralelos se describen en J. Li, C. Papadopoulos, and J. M. Xua, Highly-ordered carbon nanotube arrays for electronics applications, Applied Physics Letters (1999); 75, 367-369.

[0025] Los nanotubos 2, que tienen un diametro "2r" (mostrado en la FIG. 4), y sus correspondientes aberturas en los soportes 1, se distribuyen preferentemente en un patron de matriz, con distancias de centro a centro de "a", tambien mostradas en la Fig. 4B. Por ejemplo, los nanotubos con diametros de 2r = 10 nm se pueden disponer como una matriz tal que sus centros esten separados a = 20 nm. En realizaciones alternativas, pueden usarse nanotubos con otros diametros (por ejemplo, entre 5 y 20 nm), separados, por ejemplo, en dos o tres veces el diametro de los nanotubos.

[0026] Volviendose a la FIG. 3B, la distancia entre los soportes 1 en la unidad basica es preferiblemente de 0,3 a 3 cm, dependiendo de la longitud del nanotubo a medida que se extienden a traves del espacio entre los soportes 1. Nanotubos de tales longitudes estan disponibles. Este intervalo de longitudes de nanotubo se eligio para que la difusion de gas a lo largo de los nanotubos fuese lo suficientemente rapida para mantener el oxfgeno y las concentraciones de gases de CO2 en los niveles deseados. En algunas realizaciones preferidas, se utilizan nanotubos del orden de 1 cm. Preferiblemente, los nanotubos penetran en los soportes 1 a traves de aberturas correspondientes de tal manera que los extremos de los nanotubos esten abiertos, es decir, comunican con el espacio entre los soportes 1 de las unidades basicas vecinas. Aquellos espacios se denominan aqrn los canales de flujo de gas 4, con el flujo de gas F3 mostrado en la Fig. 3B.

[0027] El patron de matriz de nanotubos se interrumpe por espacios vados, a los que se refiere como canales de flujo sangumeo 5, vistos mejor en las FIGS. 4-5, que no contienen nanotubos. Los canales de flujo sangumeo 5 son preferiblemente cilmdricos, pero pueden tener otras secciones transversales en realizaciones alternativas. Una seccion transversal adecuada para los canales de flujo sangumeo 5 es de entre 250 y 2.500 |jM2. Cuando se utilizan los huecos cilmdricos, un diametro adecuado 2R es de aproximadamente 20 j. En algunas realizaciones, los huecos estan dispuestos preferiblemente como una matriz, por ejemplo, con los centros espaciados a una distancia de aproximadamente A = 40 j.

[0028] Una forma preferida para la fabricacion de una unidad basica consiste en hacer los nanotubos paralelos de matriz que se extienden a partir de un soporte delantero 1 a un soporte trasero 1 y, a continuacion la adicion a un suelo impermeable a los fluidos, el techo y las paredes laterales (no mostradas) para formar un recinto hermetico a los fluidos. Un tamano adecuado para este recinto es un cubo de un cm. En este punto, todo el espacio entre la cara delantera y trasera se rellena con nanotubos dispuestos en una matriz. Entonces, uno o mas canales de flujo sangumeo 5 pueden introducirse mediante la perforacion desde la cara delantera hasta la cara trasera para formar vados en la matriz de nanotubos. Un irnnimo de un canal de flujo sangumeo 5 esta presente en cada unidad basica, pero tambien puede hacerse mas de un canal de flujo sangumeo 5 en cada unidad basica.

[0029] Cuando se hace de esta manera, cada unidad de base tendra un puerto de entrada en la cara delantera, y un puerto de salida en la cara trasera. La sangre entra en la unidad basica a traves del puerto de entrada y viaja a traves del canal de flujo sangumeo 5 al puerto de salida. Observese que los bordes de los canales de flujo sangumeo 5 son lfmites virtuales 7 formados por los nanotubos, como se observa mejor en las FIGS. 5A, 5B y 6. A medida que los nanotubos 2 que corren en paralelo con los canales de flujo sangumeo 5 se envasan mucho mas estrechamente (por ejemplo, en centros de 20 nm) que el diametro de los globulos rojos 15 (que estan en el orden de 5jM de diametro), las celulas sangumeas rojas 15 no pueden salir de los canales de flujo sangumeo 5. Sin embargo, el plasma de la sangre (que es un lfquido) puede penetrar y fluir en el espacio entre los nanotubos 2, a los que se refiere aqrn como la region de flujo de plasma 8. En otras palabras, los nanotubos 2 en el haz estan espaciados lo suficientemente cerca como para retener los globulos rojos 15 dentro de los canales de flujo sangumeo 5, aunque suficientemente separados para permitir que el plasma fluya a traves de los espacios entre nanotubos adyacentes en el paquete. Una separacion adecuada para que los nanotubos eviten que las celulas de la sangre salga de los canales de flujo sangumeo 5 y permite el intercambio de gases adecuado es de al menos 100 nanotubos por jm2.

[0030] Opcionalmente, para ayudar al proceso de humectacion, inicialmente agua, electrolitos, o plasma pueden impulsarse por presion para ocupar estos espacios antes de que el sistema se utilice para procesar la sangre de un

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[0031] En realizaciones que tienen varias unidades basicas 3 conectadas en serie, la sangre debe transferirse de una unidad basica 3 a la siguiente unidad en la serie. Esto se puede conseguir usando puentes de flujo 6 para conectar los canales de flujo sangulneo 5 de dos unidades basicas adyacentes (como se observa mejor en las FIGS. 3B, 4A y 6) para formar un camino de flujo continuo. En particular, un puente de flujo 6 conectara el puerto de salida de una unidad basica al puerto de entrada de la siguiente unidad basica de la serie (para conexiones en serie). Preferiblemente, las unidades basicas estan alineadas de manera que se puedan usar puentes de flujo rectos 6. Los puentes de flujo 6 pueden conectarse a los puertos de entrada y salida usando un adhesivo adecuado.

[0032] En algunas realizaciones preferidas, los puentes de flujo 6 son tubos de pared delgada 12, 12’ que son compatibles por flujo sangulneo (es decir, hechos para que la sangre que fluye a traves de ellos no esta danada y no se coagula). Esta compatibilidad puede conseguirse mediante el uso de material adecuado, por ejemplo Teflon, o recubriendo el tubo por heparina o sustancias similares a heparina, etc. En cuanto al contacto de la sangre con los nanotubos en el llmite virtual 7, puesto que los nanotubos son inertes y biocompatibles, y el contacto con ellos debe ser practicamente sin friccion, no se espera dano biologico a las celulas sangulneas.

[0033] El sistema funciona basandose en los intercambios de gas mantenidos por medio de tres canales separados de flujo de fluido (F1-F3) y tres regiones en las que se producen los procesos de difusion de gas (D1 - D3), tal como se representa esquematicamente en la FIG. 4A y con mas detalle en la FIG. 6.

[0034] Los tres flujos se observan mejor en la FIG. 6: (1) flujo sangulneo F1 en los canales de flujo sangulneo 5 y puentes de flujo 6; (2) flujo de plasma F2 alrededor de los nanotubos 2 en la region de flujo de plasma 8; y (3) flujo de gas F3 en los canales de flujo de gas 4.

[0035] El intercambio de gases GE se consigue principalmente por difusion de gas, en tres procesos diferentes: (1) a lo largo de la parte interna hueca de los nanotubos 2 que estan abiertos en sus dos extremos a canales de flujo de gas relativamente grandes 4, marcados con D1; (2) a lo largo de la superficie muy grande de las paredes de los nanotubos 2 que contienen los gases requeridos (a traves de los defectos 30 mostrados en la FIG. 2), marcados con D2; y (3) a traves del llmite virtual 7 entre el plasma en la region de flujo de plasma 8 y el canal de flujo sangulneo 5, marcado con D3. La composicion de gas requerida dentro de los nanotubos se mantiene por difusion desde unos compartimentos de flujo de gas en los que estan abiertos los extremos del nanotubo.

[0036] En este ejemplo, el intercambiador de gas funciona de la siguiente manera: la sangre venosa recogida de todo el cuerpo normalmente se bombea por el ventrlculo derecho hacia los pulmones. Esta sangre, en su totalidad o en parte, se desvla a la entrada de la GE donde fluye a traves de las vlas de flujo F1 (para la porcion de globulos rojos de la sangre y una porcion del plasma) y F2 (para el resto del plasma). Ademas, se bombea aire, aire rico en oxlgeno u oxlgeno a los canales de flujo de gas 4, donde fluye a lo largo de la trayectoria F3. El bombeo se puede implementar usando cualquier bomba de aire convencional adecuada que pueda mantener un flujo adecuado (por ejemplo, 6L/min).

[0037] El primer proceso de difusion (D1, que se muestra en la FIG. 6) es a partir de los canales de flujo de gas 4 (donde la concentracion de gas se mantiene constante por el flujo de gas adecuado) a traves de los extremos abiertos de los nanotubos de 2 que se abren en el flujo de gas (4) a traves de un "agujero de alfiler" que corresponde al extremo abierto de un nanotubo. El transporte masivo M a traves del agujero es dado por:

M = 0.25 *P*(8mM*R*T)° 5 *A*t

[0038] Donde: P es la presion (atm), m es el peso molecular, R es constante de gases (ergldeg) 8.3 * 107, T es la temperatura (Kelvin) 300°, A es el area (cm2), y t es el tiempo (segundo).

[0039] Suponiendo que las condiciones de flujo de masa de 100% O2 a traves de un area de 1 cm2 M = 14,1 g/s o 0,44 Mol/s que da 9694 cm3/s, o 581 640 cm3/min.

[0040] Suponiendo ademas un ejemplo en el que el diametro de nanotubos es 10 nm; La distancia entre los centros de nanotubos es de 40 nm; el area de seccion transversal de nanotubo es n(*(0,5*10-6)2 = n*0,25*10-12= 0,79*10" 12cm2, y el numero de los nanotubos por cm2 es 6,25*1010, el resultado es una seccion transversal total de nanotubos de 4,91*10-2 cm2 por cada unidad basica 1 cm2, y la capacidad de flujo de O2 en los nanotubos en una unidad basica 1 cm2 es: 5,8*105*4,9*10-2, que llega a 2,8*104 cm3/min. Esta gran capacidad de flujo (verdadero tambien para 20% O2) asegura que la concentracion de O2 en los nanotubos se mantendra practicamente constante a pesar de la difusion (D2) de los gases a lo largo de la superficie de nanotubo. Esta conclusion es valida para una longitud relativamente pequena (aproximadamente 1 mm - 1 cm) de los nanotubos 2 que estan abiertos al canal de flujo de gas 4 en sus dos extremos.

[0041] El segundo proceso de difusion (D2) esta dentro y fuera de los nanotubos 2 en el plasma que fluye en la

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region de flujo de plasma 8. En este caso el transporte de O2 se puede estimar de la siguiente manera. Suponiendo un diametro de nanotubo de 10 nm; area de nanotubos de superficie (por longitud de 1 cm): n*10-6 cm2, la distancia entre los centros de nanotubos de 40 nm; numero de nanotubos por cm2 de 6,25*1010, el area total de nanotubos por cm3 trata de 1,96*105 cM2. Ademas si se asume que los poros de defectos inducidos ocupan 1/1.000.000 de area de superficie de nanotubos, la superficie total disponible para la difusion sera 0,196 cm2.

[0042] La difusion coef. de O2 en el aire, D = 0,243 cm2/s. El espesor de la distancia de difusion a traves de un poro L = 10-7cm (1 nm) cuando el espesor de pared de nanotubo es de 0,3 nm. Por lo que AC = 1,8*10-3 /22000 = 8,2*10-8 MolO2/cc (vease mas abajo)

[0043] El transporte de O2 por 1 cm3 unidad es, por tanto, dn/dt = D*A*dC/dX = 0,243*0,196*8,2*10-8/10-7= 3,9*10-2 Mol 02/s y multiplicando por 60, 2,34 MolO2/min.

[0044] El transporte en cm3/s es: 0,243*0,1*1,8*96 10-3/10-7= 860 cm3/s. Multiplicando por 60, esto llega a 51.600 cm3/min para una sola unidad, que es muy por encima de cualquier necesidad de un ser humano.

[0045] Los resultados anteriores son una funcion de la densidad de nanotubos de una forma lineal de modo que si, por ejemplo, la distancia entre los centros de nanotubos es 20 nm en lugar de 40 nm, los nanotubos se embalan en 4 veces mas densamente, en cuyo caso el flujo serla cuatro veces mas alto, es decir, 3440 cm3/s.

[0046] El tercer proceso de difusion (D3) es de los gases pertinentes, O2 y CO2, en el plasma (que se encuentra en la region de flujo de plasma 8) y el canal de flujo sangulneo 5 a traves del llmite virtual 7.

[0047] La capacidad de intercambio de este proceso se puede calcular para O2 de la siguiente manera: La relevante difusion de O2 se produce entre dos cuerpos de esencialmente agua (electrolitos), donde la relacion de solubilidad (agua a agua), S = 1. Consideremos el caso en que el contenido de O2 de la sangre que fluye en el canal de flujo sangulneo 5 es igual que la sangre venosa tlpica, mientras que el contenido de O2 en el plasma (que se encuentra en la region de flujo de plasma 8) que intercambia los gases en los nanotubos es el de la sangre arterial.

[0048] Suponiendo las siguientes condiciones: presion parcial venosa de oxlgeno (PvO2) = 40 mm Hg; La presion parcial arterial de oxlgeno (PaO2) = 100 mm Hg; y contenido de O2 = .003 ml 02/dl/mm Hg, obtenemos

contenido de O2 (100 mm Hg) plasma de tipo arterial = 0,3 cm3 de 02/dl = 3*10-3 ml 02/cc; y contenido de O2 (40 mm Hg) plasma de tipo venoso = 0,12 mlO2/dl = 1,2*10-3 ml 02/cc, por lo que

AC = 3*10'3- 1.2*I0'3= L8*I0'3 cm30?/cc.

[0049] Conversion a Moles, obtenemos

AC=1.8*10'3 /22000 — 8.2*10 ® Mol 02/cc.

[0050] El espesor de la membrana W virtual a traves de la cual se mantiene el gradiente de concentracion es: 10-4 cm (1m); el coeficiente de difusion de O2 en agua D = 3*10-5cm2/s; y el coeficiente de permeabilidad del O2: P = D/W = 3*10-5cm/s/10-4 = 0,3.

[0051] La difusion de O2 a lo largo de un area de 1 cm2 viene dada por:

imagen1

[0052] Para un sistema que tiene 1 cm de canales largos de flujo sangulneo 5 con un diametro de 2*10-3 (20 m), la circunferencia de canal de flujo sera 2 n*10-3 cm. Si la distancia entre centros de canal de flujo es 3*10-3 (30 m), el numero de canales/cm2 es 105. El total del canal de flujo de area superficial A sera entonces 2n*10-3*10-5 = 628 cm2.

[0053] El transporte total de O2 a lo largo de la superficie de los canales de flujo en una sola unidad basica 1 cm3 sera T = 0,6*10-3*628 = 0,38 cm3 de 02/s o 0,38*60 = 22,8 cm3/min, por lo que en una GE que consta de 120 unidades basicas dispuestas como se ilustra en las FIGS. 4 y 5, el transporte de oxlgeno total sera de 22,8*120 = 2.736 cm3/min. Esto es mucho mas alla del requisito de O2 de un ser humano en reposo, que es de 250 cm3/min.

[0054] Notese que todas las capacidades de difusion calculadas anteriormente eran para O2, a presion atmosferica, que fluye en el canal de flujo de gas 4. Estos valores se pueden multiplicar por un factor de aproximadamente 5, sustituyendo el aire que contiene aproximadamente 20% de O2 con 100% de oxlgeno. Ademas, la presion del gas puede elevarse por encima de la presion atmosferica junto con la presion de los otros elementos relevantes del

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sistema para mejorar aun mas el intercambio de gas.

[0055] En cuanto a la eficacia del intercambio de gas con respecto a CO2, los coeficientes de difusion de agua de CO2 y O2 son similares, mientras que la solubilidad del CO2 es de aproximadamente 24 veces mayor que la de O2. Al ser similares la diferencia de concentracion de O2 y CO2 entre la sangre oxigenada y reducida, la velocidad de difusion del CO2 es aproximadamente 20 veces mayor que la de O2. Por lo tanto, se espera que el transporte CO2 en todos los procesos anteriores sea superior a aquel o O2.

[0056] Como se menciono anteriormente, hay tres flujos de fluido en el GE, mejor visto en la Figura. 6: (1) flujo sangumeo F1 en los canales de flujo sangumeo 5 y puentes de flujo 6; (2) flujo de plasma F2 alrededor de los nanotubos (en la region de flujo de plasma 8); y (3) flujo de gas F3 en los canales de flujo de gas 4. Todos los flujos pueden ser medidos por medidores de flujo apropiados y controlados por cambios en la fuerza de impulsion de la presion asf como resistencia al flujo. Pueden usarse controladores analogicos o digitales que tengan acceso a los caudales medidos, a los parametros fisiologicos relevantes, a los generadores de presion y a los controladores de resistencia de flujo, para mantener los flujos deseados.

[0057] El flujo sangumeo a traves de la GE (que incluye la F1 de flujo de las celulas rojas de la sangre y la F2 de flujo del plasma, ambos mostrados en la FIG. 6) se pueden obtener a partir de la arteria pulmonar o cualquier otro recipiente que lleva una cantidad suficiente de la sangre venosa- Los flujos F1 y F2 pueden mantenerse por la presion natural generada por el ventnculo derecho u otras partes de la circulacion. Alternativamente, los flujos F1 y F2 pueden accionarse por una bomba externa o implantada disenada para generar flujo sangumeo durante largos penodos de tiempo. Las bombas similares al corazon Jarvik-7, el SynCardia Systems Artificial Heart (anteriormente conocido como Cardio West TAH) y el AbioCor Replacement Heart por AbioMed y similares son adecuados para este proposito. La sangre que sale de la GE puede introducirse de nuevo en el paciente a traves de una vena o venas pulmonares, o cualquier otro vaso sangumeo apropiado.

[0058] La velocidad de flujo es preferiblemente ajustable para adaptarse a las necesidades de la persona, organismo, etc., este ajuste puede ser dinamico de acuerdo a la necesidad de cambiar, por ejemplo, mediante el aumento de la velocidad de flujo durante el ejercicio. El ajuste puede ser controlado por sensores de un parametro fisiologico relevante tal como la presion parcial de O2 y/o CO2 en la sangre, oxfgeno Hb saturado (oximetna), pH, etc. (por ejemplo, mediante el aumento de flujo cuando se detecta una gota en O2).

[0059] Para la alimentacion de O2 (u otro gas), que asciende a aproximadamente 250 cm3/min para un hombre adulto en reposo, un flujo de alrededor de 5-6 L/min sangre oxigenada se requiere. Un factor adicional que se toma preferiblemente en consideracion es el tiempo que la sangre que fluye esta expuesta al proceso de difusion de gas, el tiempo de permanencia. En el pulmon humano en reposo normal esta duracion es de aproximadamente 1/3 - 1/5 de un seg. mientras que la velocidad de flujo es usualmente menor de 100 cm/s.

[0060] En el GE descrito la seccion transversal total de los canales de flujo sangumeo 5 es de 3,6 cm2 mientras que su longitud es de 10 cm (suponiendo que hay diez unidades basicas 1 cm conectadas en serie). Suponiendo que el flujo F1 de 6L/min = 100 cm3/s, tenemos un tiempo de permanencia de 1/10s. A medida que la capacidad de difusion de GE es al menos un orden de magnitud por encima de la necesidad, esta vez algo mas corta no debe obstaculizar el intercambio de gases adecuado.

[0061] El segundo flujo F2 es el del plasma alrededor de los nanotubos (en la region de flujo de plasma 8). La sangre que fluye en el GE se compone principalmente de celulas rojas de la sangre ("GR") y plasma. Mientras que el plasma puede fluir tanto en el canal de flujo sangumeo 5 y las areas alrededor de los nanotubos, los espacios entre los nanotubos (alrededor de 20 -50 nm) son demasiado pequenos para acomodar los globulos rojos que tienen diametros de 5-8 p. Por lo tanto, hay una separacion de la sangre en dos: el plasma y los globulos rojos con una pequena cantidad de plasma alrededor del (hematocrito alto). Ambas corrientes se retrasan, el plasma por la presencia de los numerosos nanotubos a lo largo de su camino y los globulos rojos por la alta viscosidad de la sangre concentrada.

[0062] El GE puede estar equipado con una bomba (por ejemplo, una bomba peristaltica que ocluye parcialmente el tubo mientras que se propulsa el fluido) para superar esta desaceleracion y mantener flujos adecuados. Se da preferiblemente atencion especial para mantener el equilibrio entre los dos flujos de tal manera que la sangre se reconstituye correctamente en la salida de GE. Esto puede conseguirse por medio de dispositivos de control de flujo pasivos como un limitador de flujo, o por un sistema de control activo que controla individualmente el gradiente de presion y/o la resistencia al flujo en la via de plasma F2 y/o la via de F1 RBC.

[0063] Por ejemplo, como se ve en la Figura 6, la resistencia al flujo F1 puede aumentarse usando un controlador de resistencia al flujo 9, que puede implementarse utilizando un dispositivo mecanico como una persiana, persiana, u otro mecanismo de control de orificio de diametro.

[0064] Cuando la sangre entra en la unidad de base, plasma se desvfa del canal de flujo sangumeo 5 a la region de flujo de plasma 8. En algunas realizaciones, alrededor de 50% del plasma de la sangre total debe desviarse, y la

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resistencia al flujo controlador 9 esta configurado preferiblemente para ayudar a este desvm, el proceso de separacion alternativa, o ademas puede ayudarse por potenciador de flujo 19 que aumenta el gradiente de presion y velocidad de flujo en la region de flujo de plasma 8. Ejemplos de mecanismos adecuados para el potenciador de flujo 19 incluyen bombas peristalticas.

[0065] Como se indica por las flechas en el lado derecho de la FIG. 6, el flujo de plasma F2 vuelve a unirse al flujo F1 de RBC hacia la parte trasera de la unidad de base 3. Observese que en realizaciones alternativas, la necesidad de la separacion de la sangre puede ser reducida o eliminada mediante el aumento de las distancias entre los nanotubos para reducir la restriccion de flujo, y el aumento del tamano del dispositivo para compensar la perdida de area superficial.

[0066] El gas que fluye (F3 en las FIGS. 3B, 4A, y 6) en los canales de flujo de gas 4 es preferiblemente oxfgeno, pero mezclas de aire u otros gases pueden utilizarse. Los tubos de entrada de flujo de gas se pueden conectar a cualquier fuente de gas, donde se regula la presion y la composicion. La salida correspondiente puede conducir a un compartimiento de recogida o los gases pueden descargarse al medio ambiente. El flujo de gas puede ser mantenido por un gradiente de presion apropiado que se origino a partir de un recipiente de gas comprimido o un sistema de bombeo. El flujo se controla preferentemente usando cualquiera de una variedad de enfoques convencionales. La velocidad de flujo es preferiblemente tal que la concentracion de gas en el origen de los nanotubos es practicamente constante. A modo de ejemplo, la cantidad de gas que se difunde de los nanotubos en el caso de un pulmon artificial es de aproximadamente 250 cm3/min en un sujeto en reposo y puede ser mas de 10 veces este valor durante el ejercicio. Por lo tanto, los flujos de aproximadamente 10 a 100 L/min seria suficiente en la mayoria de los casos. La presion media del gas en los canales de flujo de gas 4 es preferiblemente similar a la presion atmosferica. Sin embargo, en realizaciones alternativas, puede ser diferente, por ejemplo, elevarse con el fin de generar un mayor transporte por difusion, etc. En tales casos, la presion de la sangre en el canal de flujo sangumeo 5 puede tener que elevarse a los niveles correspondientes.

[0067] FIGS. 7A y 7B son representaciones esquematicas de como el GF se puede unir a un paciente, para GEs externos e internos respectivamente. En cualquier caso, la sangre entra en el GE 75 a traves de la tuberia 73 de la arteria pulmonar 71 y la sangre se devuelve a la vena pulmonar de la GE a traves del tubo 73. El aire o el oxfgeno se bombea en el GE 75 a traves del tubo de entrada de gas 77 por la bomba 76, y sale del tubo de escape a traves del tubo de escape 78. En estas realizaciones, la arteria pulmonar se puede utilizar como la fuente de sangre al GE y la de las venas pulmonares (antes de que alcancen la auricula izquierda) se puede utilizar como medio para drenar la sangre oxigenada. En tal caso, el gE 75 sustituye el pulmon. Sin embargo, en realizaciones alternativas, el GE 75 puede estar conectado en paralelo a un sistema respiratorio que falla. El GE 75 tambien puede introducirse en la circulacion periferica para mejorar los intercambios de gases en sangre. En tal caso, por ejemplo, el GE se puede conectar en paralelo a la vena femoral o introducir entre incisiones distal y proximal en la vena femoral. En tal caso, las velocidades de flujo seran mas pequenas que las descritas anteriormente. Tenga en cuenta que la sangre que flrna a traves del GE puede devolverse a la circulacion a traves de la vena pulmonar, como se muestra en las FlGS. 7A y 7B, o a un vaso sangumeo diferente.

[0068] La invencion se describe anteriormente en el contexto de la administracion de O2 a la sangre y la eliminacion de CO2 de la sangre. Pero la invencion no se limita a esa aplicacion, y se puede utilizar para suministrar otros gases en sangre. Por ejemplo, puede utilizarse en conexion con una parte del cuerpo que tiene una circulacion dedicada (tal como una pierna, cerebro, rinon), para administrar cualquier gas deseado para esa parte del cuerpo. Esto se puede utilizar para administrar un producto qmmico tal como un anestesico o gas terapeutico destinado a actuar a nivel local. En tal caso, el gas se introduce en la arteria y se emite (elimina) a traves de la vena, etc.

[0069] Observese que en otros tipos de GE, se pueden utilizar fluidos distintos de la sangre. En los casos donde el fluido es homogeneo, (es decir, los canales de flujo sangumeo 5 dentro del haz de nanotubos) no seria necesario el sistema de separacion, y toda la unidad basica puede llenarse con los nanotubos. La invencion tampoco se limita a usos medicos, y se puede utilizar para el intercambio de los gases en otros tipos de sistemas de flujo de fluidos, incluyendo aplicaciones industriales.

[0070] Aunque la presente invencion ha sido descrita con referencia a ciertas realizaciones, numerosas modificaciones, alteraciones y cambios a las realizaciones descritas son posibles sin apartarse del alcance de la presente invencion, como se define en las reivindicaciones adjuntas. En consecuencia, se pretende que la presente invencion no se limitara a las realizaciones descritas, sino que tiene el alcance total definido por el lenguaje de las siguientes reivindicaciones.

Claims

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Reivindicaciones

1. Una unidad de intercambio de gas para el procesamiento de s angre que incluye los globulos rojos y el plasma, caracterizandose la unidad de intercambio de gas por:

un recinto impermeable a los fluidos que tiene una cara delantera con un puerto de entrada para la entrada de la sangre, y una cara trasera con un puerto de salida para la salida de la sangre, el recinto impermeable a los fluidos que tiene un interior y un exterior; y

un haz de nanotubos (2) que se ejecutan entre la cara delantera y la cara trasera, teniendo cada uno de los nanotubos (2) un extremo delantero y un extremo trasero, con un vado (5) en el haz que se extiende desde el puerto de entrada en la cara delantera al puerto de salida en la cara trasera, el vado (5) configurado para formar un canal de flujo que es lo suficientemente grande para permitir que las celulas rojas de la sangre fluyan desde el puerto de entrada al puerto de salida,

donde los nanotubos (2) en el haz estan espaciados lo suficientemente cerca para retener las celulas rojas de la sangre dentro del canal de flujo, sin embargo, lo suficientemente separados para permitir que el plasma fluya a traves de espacios entre los nanotubos adyacentes (2) en el haz, en el que los nanotubos (2) estan dispuestos con respecto a la cara delantera y la cara trasera para permitir que moleculas de O2 se difundan en los nanotubos (2) desde el exterior de la caja y para permitir que moleculas de CO2 se difundan fuera de los nanotubos (2) al exterior del recinto, y

en el que los nanotubos (2) en el haz tienen defectos en sus paredes que permiten que moleculas O2 y moleculas CO2 se difundan a traves de las mismas, y los defectos estan presentes en un numero suficiente y el area total, de modo que la unidad de intercambio de gas puede administrar eficazmente O2 a la sangre y retirar CO2 de la sangre.
2. La unidad de intercambio de gas de la reivindicacion 1, en la que los nanotubos (2) son nanotubos de carbono.
3. La unidad de intercambio de gas de la reivindicacion 1, en la que la cara delantera y la cara trasera estan entre 0,3 y 3 cm de distancia.
4. La unidad de intercambio de gas de la reivindicacion 1, en la que los nanotubos (2) tienen un diametro entre 5 y 20 nm.
5. La unidad de intercambio de gas de la reivindicacion 1, en la que los nanotubos (2) en el haz, fuera del vado (5), se embalan a una densidad de al menos 100 nanotubos por pm2.
6. La unidad de intercambio de gas de la reivindicacion 1, en la que el canal de flujo tiene una seccion transversal entre 250 y 2.500pM2
7. La unidad de intercambio de gas de la reivindicacion 1, en la que la cara de la fuente tiene una pluralidad de puertos de entrada adicionales para la entrada de la sangre, la cara trasera tiene una pluralidad de puertos de salida adicionales para la salida de la sangre, y el haz de nanotubos (2) tiene una pluralidad de huecos adicionales (5) que se extienden desde los respectivos puertos de entrada adicionales a los respectivos puertos de salida adicionales, estando los huecos adicionales (5) configurados para formar canales de flujo adicionales que son lo suficientemente grandes para permitir que las celulas rojas de la sangre fluyan a traves de ellos.
8. La unidad de intercambio de gas de la reivindicacion 1 o 8, en la que los nanotubos (2) son nanotubos de carbono con un diametro de entre 5 y 20 nm, la cara delantera y la cara trasera estan distanciadas entre 0,3 y 3 cm, los nanotubos (2) en el paquete, fuera del vado (5), se embalan a una densidad de al menos 100 por nanotubos pm2, y el canal de flujo tiene una seccion transversal entre 250 y 2.500pM2
9. Un intercambiador de gas para el procesamiento de sangre que incluye los globulos rojos y el plasma, caracterizandose el intercambiador de gas por:

al menos ocho unidades de intercambio de gas (3), en la que cada una de las unidades de intercambio de gas (3) incluye un recinto impermeable a los fluidos que tiene una cara delantera con un puerto de entrada para la entrada de la sangre, una cara trasera con un puerto de salida para la salida de la sangre, el recinto impermeable a los fluidos que tiene un interior y un exterior, y

un haz de nanotubos (2) que se ejecutan entre la cara delantera y la cara trasera, teniendo cada uno de los nanotubos (2) un extremo delantero y un extremo trasero, con un vado (5) en el haz que se extiende desde el puerto de entrada en la cara delantera al puerto de salida en la cara trasera, configurandose el vado (5) para formar un canal de flujo que es lo suficientemente grande para permitir que las celulas rojas de la sangre fluyan desde el puerto de entrada al puerto de salida,

en el que los nanotubos (2) en el haz estan espaciados lo suficientemente cerca para retener las celulas rojas de la

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sangre dentro del canal de flujo, sin embargo, lo suficientemente separados para permitir que el plasma fluya a traves de espacios entre los nanotubos adyacentes (2) en el haz, en el que los nanotubos (2) estan dispuestos con respecto a la cara delantera y la cara trasera para permitir que moleculas O2 se difundan en los nanotubos (2) desde el exterior de la caja y para permitir que moleculas CO2 se difundan fuera de los nanotubos (2) al exterior del recinto, y

donde los nanotubos (2) en el haz tienen defectos en sus paredes que permiten que moleculas O2 y moleculas CO2 se difundan a traves de ellas, y los defectos estan presentes en un numero suficiente y el area total, de modo que la unidad de intercambio de gas (3) puede efectivamente administrar O2 a la sangre y retirar CO2 de la sangre; una pluralidad de canales de flujo de gas (4) dispuesta con respecto a las unidades de intercambio de gas (3) para permitir que moleculas O2 se difundan desde los canales de flujo de gas (4) en los nanotubos (2) en las unidades de intercambio de gases (3) y para permitir que moleculas de CO2 se difundan fuera de los nanotubos (2) en las unidades de intercambio de gas (3) a los canales de flujo de gas (4); y

al menos cuatro puentes de flujo (6), estando cada uno de los puentes de flujo (6) configurados para dirigir sangre desde un puerto de salida de una de la pluralidad de unidades de intercambio de gas (3) a un puerto de entrada de otra de la pluralidad de unidades de intercambio de gas (3), en la que los puentes de flujo (6) cruzan los canales de flujo de gas (4).
10. El intercambiador de gase de la reivindicacion 9, en el que, en cada una de las unidades de intercambio de gases (3), la cara delantera tiene un pluralidad de puertos de entreda adicionales para la entrada de la sangre, la cara trasera tiene una pluralidad de puertos de salida adicionales para la salida de la sangre, y el haz de nanotubos

(2) tiene una pluralidad de huecos adicionales (5) que se extienden desde los puertos de entrada respectivos adicionales a los puertos de salida adicionales respectivos, configurandose los huecos adicionales (5) para formar canales de flujo adicionales que son lo suficientemente grandes para permitir que las celulas rojas de la sangre fluyan a traves de ellos, comprendiendose ademas:

una pluralidad de puentes de flujo adicionales (6) que conectan respectivos puertos de salida adicionales a los respectivos puertos de entrada adicionales.
11. El intercambiador de gas de la reivindicacion 9 o 10, en el que, en cada una de las unidades de intercambio de gas (3), los nanotubos (2) son nanotubos de carbono con un diametro de entre 5 y 20 nm, la cara delantera y la cara trasera son entre 0,3 y 3 cm de distancia, los nanotubos (2) en el haz, fuera del vado (5), se embalan a una densidad de al menos 100 nanotubos por pm2, y el canal de flujo tiene una seccion transversal entre 250 y 2.500pM2
12. El intercambiador de gas de la reivindicacion 9, que comprende ademas:

una primera bomba (76) configurada para bombear al menos uno de aire, oxfgeno puro, y

aire oxigenado a traves de los canales de flujo de gas (4), que opcionalmente comprende ademas: una segunda

bomba configurada para bombear la sangre a traves de las unidades de intercambio de gas (3).
13. Un intercambiador de gas, caracterizado por:

al menos ocho unidades de intercambio de gas (3), en la que cada una de las unidades de intercambio de gas (3) incluye un recinto impermeable a los fluidos que tiene una cara delantera con un puerto de entrada para introducir un lfquido, y una cara trasera con un puerto de salida para la salida del lfquido, el recinto impermeable a los fluidos que tiene un interior y un exterior, y

una pluralidad de nanotubos (2) que discurren entre la cara delantera y la cara trasera, teniendo cada uno de los nanotubos (2) un extremo delantero y un extremo trasero,

en el que los nanotubos (2) estan dispuestos con respecto a la cara delantera y la cara trasera para permitir que las moleculas de gas se difundan en los nanotubos (2) desde el exterior de la carcasa y para permitir que las moleculas de gas se difundan fuera de los nanotubos (2) al exterior del recinto, y

en el que los nanotubos (2) tienen defectos en sus paredes que permiten que las moleculas de gas se difundan a traves de los mismos, y los defectos estan presentes en un numero suficiente y el area total, de modo que la unidad de intercambio de gas (3) puede efectivamente administrar el gas al lfquido; una pluralidad de canales de flujo de gas (4) dispuesta con respecto a las unidades de intercambio de gas (3) para permitir que las moleculas de gas se difundan desde los canales de flujo de gas (4) en los nanotubos (2) en las unidades de intercambio de gas (3); y al menos cuatro puentes de flujo (6), configurandose cada uno de los puentes de flujo (6) al lfquido de ruta desde un puerto de salida de uno de la pluralidad de unidades de intercambio de gas (3) a un puerto de entrada de otra de la pluralidad de unidades de intercambio de gas (3), en la que los puentes de flujo (6) cruzan los canales de flujo de gas (4).
14. El intercambiador de gas de la reivindicacion 13, en el que, en cada una de las unidades de intercambio de gas

(3) , los nanotubos (2) son nanotubos de carbono con un diametro de entre 5 y 20 nm, la cara delantera y la cara trasera se encuentran a una distancia entre 0,3 y 3 cm, y los nanotubos (2) se embalan a una densidad de al menos 100 por nanotubos pM2.

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15. El intercambiador de gas de la reivindicacion 13, que comprende ademas:

una primera bomba (76) configurada para bombear el gas a traves de los canales de flujo de gas (4), comprendiendo opcionalmente ademas:

una segunda bomba configurada para bombear el lfquido a traves de las unidades de intercambio de gas (3)