JP2000070680A - 中空糸モジュール - Google Patents

中空糸モジュール

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JP2000070680A
JP2000070680A JP24174698A JP24174698A JP2000070680A JP 2000070680 A JP2000070680 A JP 2000070680A JP 24174698 A JP24174698 A JP 24174698A JP 24174698 A JP24174698 A JP 24174698A JP 2000070680 A JP2000070680 A JP 2000070680A
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JP
Japan
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fiber module
partition wall
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JP24174698A
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English (en)
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Hiroshi Matsumoto
宏 松本
Hidekazu Nakajima
秀和 中島
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/062Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】抗凝固性に優れた中空糸モジュールを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】中空糸束と、該中空糸束を収納した本体ケ
ースと、該中空糸束の少なくとも一方を開孔せしめた状
態で固定した隔壁と、該本体ケースの両端部にそれぞれ
装着された一対のヘッダーとからなる中空糸モジュール
において、ヘッダー内表面粗さが0.8μmRmax以
下であることを特徴とする中空糸モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は中空糸モジュールに
関し、特に血液浄化、透析あるいは限外濾過等に好適に
使用される中空糸モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より中空糸モジュールは人工腎臓、
人工肝臓、人工肺、血漿分離、限外濾過、浄水器等に広
く利用されており、幾多の実施形態と多種多様の用途に
関して公知である。これら従来の中空糸モジュールにお
いては、そのモジュール内で血液が凝固しやすいため、
抗血液凝固性を付与する研究が進められている。例え
ば、特公平4−3983号公報では、ヘッダー内面の血
液との接触部分にヘパリン化された高分子塗膜を形成す
ることにより、ヘッダーの素材を変えることなくその機
械的強度を保ったまま抗血液凝固性を与えることが提案
されている。
【0003】しかしながら上記手段はモジュール製造上
の工程が増えるばかりか、抗血液凝固高分子が必要であ
り、製造コストが上昇する傾向がある。
【0004】さらに抗血液凝固高分子は、一時的に透析
患者の血液凝固機能を低下させるものであるから、使用
は最小必要限度に止めることが好ましい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術における課題を解決することを目的とし、高分子塗膜
を用いることなく、良好な抗血液凝固性を有する中空糸
モジュールを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、下記の構成を有する。
【0007】「中空糸束と、該中空糸束を収納した本体
ケースと、該中空糸束の少なくとも一方を開孔せしめた
状態で固定した隔壁と、該本体ケースの両端部にそれぞ
れ装着された一対のヘッダーとからなる中空糸モジュー
ルにおいて、ヘッダー内表面粗さが0.8μmRmax
以下であることを特徴とする中空糸モジュール。」
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、上記の通り、
ヘッダー内表面粗さを0.8μmRmax以下とするこ
とにより、優れた抗血液凝固性を付与することができ
る。さらに、かかるヘッダー内表面粗さを0.3μmR
max以下とした場合に、特に優れた抗血液凝固性を奏
することができ好ましい。また、該ヘッダーを熱可塑性
樹脂による射出成型法を用いて製作することを考慮する
と、精密金型の製作費用ならびに金型からの該ヘッダー
の離型性の点で、必ずしも0.1μmRmax以下とす
る必要はない。
【0009】本発明においては、上記ヘッダー内部天井
面と上記隔壁とが成す角をθとすると、4゜≦θ≦10
゜であることが好ましい。θ<4゜の場合、該ヘッダー
内に入り込んだ気泡が抜けにくく、臨床操作性に難を生
じる。逆に10゜<θの場合はヘッダー内容量を不必要
に増加させ、流体滞留部を生じる恐れがあるためであ
る。
【0010】更に、上記ヘッダー内面の外周端部を通り
上記隔壁と直交する仮想線と上記ヘッダー内部天井面の
仮想延長線との交点をP、上記隔壁と上記交点Pとの距
離をh、上記ヘッダー内面外周端部の直径をDとしたと
き、0.09Dmm≦h≦0.11Dmmであることが好ま
しい。直径に応じて外周部容積を増加させ、流れを行き
届かせるためである。
【0011】ヘッダー内部天井面に接し、上記ヘッダー
内部天井面と上記ヘッダー内面の端部とを結ぶ円弧の半
径をrとしたとき、h≦rであることが好ましい。h≦
rとすることで、上記ヘッダー内部天井面外周部に隅部
が形成されないので、流体の滞留部を生じることがない
ためである。
【0012】更に、上記中空糸束の包絡線の長径をd
a、上記中空糸束の包絡線の短径をdbとしたとき、d
b/da>0.95であることが好ましい。
【0013】上記ヘッダーの血液導入路と上記ヘッダー
内部天井面との交線に設けたフィレット半径Rが4mm未
満であることが好ましい。
【0014】フィレット半径が大きくなると血液導入路
内における血液の直線整流区間が短くなり、ヘッダー内
にて血液が不規則な偏りを持った流れを示し、局地的な
滞留を起こすからである。
【0015】更に上記ヘッダーの血液導入路のテーパ角
ψ≦5゜であることが好ましい。ψ>5゜では血液導入
路が大きくなりすぎることで血液の直線整流効果が低減
する結果、ヘッダー内にて血液が不規則な偏りを持った
流れを示し、局地的な滞留を起こすからである。
【0016】図1は中空糸モジュール1の一例を示す断
面図である。
【0017】ここで筒状本体ケース5ならびにヘッダー
2の材質は特に限定される物ではないが、例えば、はポ
リカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチレン等の硬
質樹脂がコスト、操作性、強度等の面から好ましく用い
られる。
【0018】上記筒状本体ケース5内に装填される中空
糸4の素材は、特に限定される物ではないが、例えば、
ポリサルホン、ポリアクリロニトリル、エチレンビニル
アルコール共重合体、ポリメチルメタクリレート、再生
セルロース等が用いられる。さらに上記筒状本体ケース
5内に上記中空糸4を支持するための隔壁3としても、
特に限定されることなく、種々の樹脂が用いられるが、
ウレタン、エポキシ、フェノールに代表される熱硬化性
樹脂を用いるのが製造上ならびに操作上容易であり、好
ましい。
【0019】図2は本発明のヘッダー2の内部空間断面
図であり、ヘッダー2内部天井面と隔壁3とが成す角を
θ、ヘッダー2内面の外周端部を通り上記隔壁3と直交
する仮想線と上記ヘッダー2内面の天井面の仮想延長線
との交点をP、上記隔壁3と上記交点Pとの距離をh、
ヘッダー2内部天井面と上記ヘッダー2内面の端部とを
結ぶ円弧の半径をr、上記ヘッダー2の血液導入路と上
記ヘッダー2内部天井面との交線に設けたフィレット半
径をR、上記ヘッダー2の血液導入路のテーパ角をψと
する。
【0020】上記中空糸モジュール1を流体循環回路1
0に接続した場合を図3に示す。11は流体循環チュー
ブ、12はポンプ、13は疑似ヒト血液貯留槽である。
【0021】以上のとおり、本発明においては中空糸モ
ジュールのヘッダー内表面を滑らかにすることにより、
流体として血液を用いたときも血液の凝固活性を抑制で
きる。さらにヘッダー内面形状を規定することにより滞
留および偏流がないヘッダーを得ることができ、流体と
して血液を用いたときも血液の凝固活性を抑制できる。
【0022】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
【0023】実施例1 ヘッダー内表面粗さRmax=0.3μmRmax、d
=40mmとした上でθ=0゜〜10゜の5種類とh=
0.02dmm〜0.13dmmの7種類との組み合わせで
35通りの流動可視化実験を行った。
【0024】なおヘッダー内表面粗さは、株式会社キー
エンス製共焦点顕微鏡(測定部VF−7510、コント
ローラVF−7500)を用いて血液と接触するヘッダ
ー内天井面の5カ所を測定し、100μm間における凹
凸の最大差をヘッダー内表面粗さRmaxとして採用し
た。
【0025】可視化実験にあたっては、中空糸モジュー
ル1の膜面積が1.6m2 となるように中空糸4の本数
を調整した。また、中空糸内部を貫流する流体として疑
似ヒト血液を使用した。上記疑似ヒト血液は、透析患者
の平均的なヘマトクリット(Ht)=28%、総蛋白量
(Tp)=7.0g/dlの時の粘度−せん断速度の関
係が得られるよう、新鮮牛血を用いて調整したものであ
る。牛血漿および生理食塩水で原血を希釈することによ
りHt、Tpを変えて粘度を測定したところ、Ht=2
0%、Tp=7.0g/dlのとき、最も上記粘度−せ
ん断速度の関係に近い特性が得られた。上記疑似ヒト血
液と人血との粘度−せん断応力曲線を図4に示す。
【0026】上記疑似血液の流動性評価として、脈動流
が外周まで到達すること、および、流体循環回路が屈曲
して上記ヘッダーに取り付けられても偏流が発生しない
ことを指標とした。R=3、ψ=5゜の場合の結果を表
1に示す。
【0027】
【表1】 このテスト結果が示すとおり、表面粗さRmax=0.
3μmRmax、4゜≦θ≦10゜、0.09Dmm≦h
≦0.11Dmmの範囲で良好な結果を得た。
【0028】比較例1 実施例1においてR=4とした以外は、同一の条件で実
験を行ったが、いずれの場合も偏流の発生が見られた。
【0029】実施例2 実施例1において、ヘッダーの内面形状をθ=6゜、h
=0.1Dmm、R=3mm、ψ=2゜とした以外は、同様
にし、上記中空糸モジュールを人工腎臓として11名の
透析患者に対して各々3回ずつを施行した。臨床試験時
のそれぞれの流量は200〜250ml/分、ヘパリン
投与量は約4000単位である。結果を以下に示す。
【0030】(1)上記ヘッダーの内表面粗さRmax
を0.8μmRmaxとしたところ、全患者につき上記
ヘッダー内表面にフィブリンによる白色堆積物を認めな
かった。
【0031】(2)上記ヘッダーの内表面粗さRmax
を0.3μmRmaxとしたところ、上記中空糸モジュ
ールの残血糸数が低減した。
【0032】比較例2 実施例2と同一の形状を有し、かつ上記ヘッダーの内表
面粗さRmaxが1.3μmRmaxである中空糸モジ
ュールを人工腎臓として11名の透析患者に対して各々
3回ずつを施行したところ、全患者につき上記ヘッダー
内表面にフィブリンによる白色堆積物が認められた。
【0033】実施例3 実施例1において、ヘッダーのrを、r=hからr=
2.5hとした以外は、同様にして実験を行ったとこ
ろ、(1)、(2)の効果を失うことがなかった。さら
に数値シミュレーションにより、図5、図6に示すとお
り、ヘッダー内部における0.5mm/s以下の低流速域
の削減が認められた。図5はr=hの場合、図6はr≧
hの場合である。
【0034】実施例4 上記ヘッダーの内表面粗さを0.3μmRmaxとした
上で上記中空糸束の包絡線の長径daと上記中空糸束の
包絡線の短径dbとの関係をdb/da>0.95とし
たとき、上記中空糸モジュールの残血糸数がさらに低減
した。
【0035】上記結果が示すとおり、ヘッダー内面形状
を改善することで流動状態は改善できるが、内表面粗さ
を滑らかに保たないと抗血液凝固性に劣り、結果として
残血には効果を発揮しないことを確認した。さらに中空
糸束を真円に近づけることにより流動の均一性ならびに
液体の置換高率が向上して、残血が低減することを確認
した。
【0036】
【発明の効果】以上より本発明によれば、中空糸モジュ
ールにおいて、ヘッダー内表面が滑らかにすることによ
り、抗血液凝固性を高めるという効果を奏する。
【0037】さらにヘッダー内面形状を、流体が外周に
まで到達し、かつ、偏流がないように規定することによ
り、流動状態を改善する効果がある。さらにまた、中空
糸束を真円に近づけることにより流動の均一性ならびに
液体の置換高率が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明中空糸モジュールの概略断面図である。
【図2】本発明へッダー内面形状の概略断面図である。
【図3】本発明における実施例で用いた流体循環回路で
ある。
【図4】本発明における実施例で用いた疑似血液の粘度
特性である。
【図5】本発明におけるヘッダー内流速の比較を有限要
素法を用いて数値シミュレーションにて行った結果であ
り、r=hの場合の結果を示す。
【図6】本発明におけるヘッダー内流速の比較を有限要
素法を用いて数値シミュレーションにて行った結果であ
り、r≧hの場合の結果を示す。
【符号の説明】
1…中空糸モジュール 2…ヘッダー 3…隔壁 4…中空糸 5…本体ケース 10…流体循環回路 11…流体循環チューブ 12…ポンプ 13…疑似ヒト血液貯留槽
フロントページの続き Fターム(参考) 4C077 AA03 AA05 AA07 AA12 AA13 BB01 BB02 BB06 CC04 FF06 KK06 KK07 LL05 4D006 GA06 HA02 JA16A JA16B JA16Z KE30P MB20 MC12 MC34 MC37 MC39 MC62 PB09 PC47

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中空糸束と、該中空糸束を収納した本体ケ
    ースと、該中空糸束の少なくとも一方を開孔せしめた状
    態で固定した隔壁と、該本体ケースの両端部にそれぞれ
    装着された一対のヘッダーとからなる中空糸モジュール
    において、少なくとも一方のヘッダー内表面粗さが0.
    8μmRmax以下であることを特徴とする中空糸モジ
    ュール。
  2. 【請求項2】該表面粗さRmaxが0.3μmRmax
    以下であることを特徴とする請求項1記載の中空糸モジ
    ュール。
  3. 【請求項3】該ヘッダー内部天井面と該隔壁とが成す角
    θが、4゜≦θ≦10゜であることを特徴とする請求項
    1または2に記載の中空糸モジュール。
  4. 【請求項4】該ヘッダー内面の外周端部を通り該隔壁と
    直交する仮想線と該ヘッダー内部天井面の仮想延長線と
    の交点をP、該隔壁と該交点Pとの距離をh、該ヘッダ
    ー内面外周端部の直径をDとしたとき、0.09Dmm≦
    h≦0.11Dmmであることを特徴とする該請求項1〜
    3のいずれかに記載の中空糸モジュール。
  5. 【請求項5】該ヘッダー内部天井面に接し、該ヘッダー
    内部天井面と該ヘッダー内面の端部とを結ぶ円弧の半径
    をrとしたとき、h≦rであることを特徴とする該請求
    項1〜4のいずれかに記載の中空糸モジュール。
  6. 【請求項6】該中空糸束の包絡線の長径をda、該中空
    糸束の包絡線の短径をdbとしたとき、db/da>
    0.95であることを特徴とする該請求項1〜5のいず
    れかに記載の中空糸モジュール。
  7. 【請求項7】該ヘッダーの血液導入路と該ヘッダー内部
    天井面とを結ぶ円弧の半径Rが4mm未満であることを特
    徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の中空糸モジュ
    ール。
  8. 【請求項8】該ヘッダーの血液導入路のテーパ角をψと
    したとき、ψ≦5゜であることを特徴とする請求項1〜
    7のいずれかに記載の中空糸モジュール。
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Cited By (4)

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