JP2747588B2 - 混合繊維濾過装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、中空繊維濾過装置の製造方法およびその特
定のタイプに関する。さらに詳しくは、本発明は少なく
とも２種の異なる繊維部材を含む血液液透析器の製造方
法に関する。

シリンダー形ハウジング内に縦に支持された中空膜フ
ィルターエレメントを使用することによって血液透析器
を製造することは一般に知られている。そのようなハウ
ジングは一般に流体入力ポートおよび出力ポートを持っ
ている。入力ポート中へ注入された流体は中空膜フィル
ターエレメントを通って流れる。ハウジングはまた透析
液入力および出力ポートを含んでいる。透析液は中空膜
フィルターエレメントの外表面のまわりを流れる。

フィルターエレメントは種々の天然および合成材料で
つくることができる。例えば中空膜繊維はポリスルホ
ン、ポリエチレン、セルロースアセテートまたは銅安繊
維でつくることができる。銅安繊維の普通の形はエンカ
社からキュプロファンの商標名で市販されている。これ
らの異なる材料の使用は実質上異なる特性を有する透析
器を与えることが知られている。ポリスルホンおよびポ
リエチレン透析器は銅安系の透析器よりも生体適合性で
あることが知られている。他方、ポリスルホン透析器は
銅安透析器よりも高価である。また、銅安透析器はポリ
スルホン透析器よりも良好な限外濾過性能を持ってい
る。

選んだ中空繊維材料および寸法がどのようであって
も、適切な本数の繊維をハウジング中に収容することが
必要である。過去においては、透析器は一定のタイプお
よび寸法の繊維の特定の本数によってつくられて来た。
加えて、透析液が繊維による濾過を実現するため自由に
流れることができるように、繊維のまわりに空間を設け
なければならない。

このため、限外濾過繊維の本数、タイプまたは寸法は
限外濾過パラメーターもしくは透析器の任意の特性を変
更する要求に応じて変更しなければならず、これは新し
いハウジングを製造するための金型を製作することが必
要である。これは非常に費用のかかるプロセスである。

該存のハウジングを使用しつつ、透析器パラメータを
変えるため血液透析器の中味を変更できることが望まし
いであろう。例えば、ポリスルホンと銅安繊維の混用は
完全にポリスルホンからなる透析器より低コスト透析器
をもたらすであろう。そのような透析器はなお生体適合
性であるが、しかしポリスルホン繊維だけの透析器より
大きい限外濾過性能を持っているであろう。銅安系はセ
ルロースアセテートまたはポリエチレンと混用し得るで
あろう。同様い異なる半径を有する同じタイプの繊維を
ブレンドすることが望ましいであろう。しかしながら、
先行技術は該存のハウジングを使用してそのようなブレ
ンドをどのようにして実施するかを開示していない。こ
のため既知方法より、実質的にもっと融通性でそして費
用のかからない血液透析器の製造方法について需要があ
る。

本発明の概要 本発明によれば、変動するフィルター特性を有する中
空繊維流体濾過装置を製造する方法が提供される。該方
法は最初の制約としてあらかじめ定めた断面積を有する
既存のハウジングを採用する。この断面は円形でも正方
形でもよい。ハウジングは少なくとも濾過すべき流体の
ための入力ポートおよび出力ポートを有する。

この方法は使用すべき所望の中空繊維寸法を特定する
ステップを含む。所望の濾過係数の範囲の範囲も特定さ
れる。

好ましくは、二つの異なる好ましい寸法の中空繊維
（以後「繊維」という。）を含む透析器の特性が決定さ
れる。既知ハウジング中へフィットする各サイズの繊維
の本数も決定される。これら二つの繊維本数のうち多い
方、通常小さい直径の繊維の本数が選択される。この多
数本数に対する少数本数のパーセントが決定される。

最初のトライアルにおいて、繊維の大きい方の本数の
あらかじめ定めた混合量N1が選択される。例えばこの方
法の好ましい具体例においては、混合量N1は、ハウジン
グに使用できる小直径繊維の総本数の半分に等しく設定
することができる。あらかじめ定めた多数本数に対する
少数本数のパーセントを用い、大直径繊維である繊維の
少ない方の本数N2の対応する量を決定することができ
る。

異なる寸法の繊維の二つの決定した本数N1、N2は次
に、繊維の二つの総本数N1＋N2がハウジング内にフィッ
トするかどうかを決定するためにハウジングの利用でき
る断面積と比較することができる。この決定は充填係数
を考慮に入れる。この充填係数は透析液のための流れス
ペースを提供するため繊維の本数を制限する。繊維がハ
ウジング内にフィットすると仮定すれば、この中空繊維
フィルターエレメントのこの特定の組合せを使用する濾
過装置の濾過係数を決定することができる。

次に決定された濾過係数は特定した濾過係数の範囲と
比較することができる。決定された濾過係数が特定した
濾過係数の範囲内であると仮定すれば、前に決定した二
つの繊維本数N1およびN2を用いてフィルターをアセンブ
リすることができる。

二つの繊維サイズの決定した本数N1＋N2がハウジング
の利用し得る断面積内にフィットしない場合には、小直
径繊維の本数N1をあらかじめ定めた量だけ、例えば２％
減少または増加し、そしてこの方法をくり返すことがで
きる。前記パーセント係数もあらかじめ定めた量だけ、
例えば２％減らすことができる。

決定した濾過係数が特定した濾過係数の範囲を上廻る
値を持つ場合には、高い限外濾過パラメーターを有する
繊維の本数N1をあらかじめ定めた量だけ、例えば２％減
らし、プロセスをくり返すことができる。決定した濾過
係数が特定した濾過係数の範囲を下廻る値を持っている
場合には高い限外濾過特性を持っている繊維の本数N1を
あらかじめ定めた量、例えば２％増加し、そしてプロセ
スをくり返すことができる。

また本発明によれば、二つの異なる繊維寸法に、また
は各自あらかじめ定めた寸法を持っている二つの異なる
繊維材料に使用することができる。

本発明の多数の利益および特徴は、本発明およびその
具体例の以下の詳細な説明から、そして本発明の詳細が
明細書の一部として完全に開示されている添付図面から
明らかになるであろう。

図面の詳細な説明 第１図は、内部構造を図示するため一部を破断した本
発明の血液透析器の例面図である。

第２図は、本発明による血液透析器の製造方法の全体
ブロックである。

第３図は、本発明による血液透析器の製造システムの
ブロック図である。

好ましい具体例の詳細な説明 本発明は種々の異なる具体例を取ることができるけれ
ども、この開示は本発明の原理の例証と考えるべきであ
り、本発明を図示した特定具体例に限定することを意図
しない理解のもとに特定の具体を図面に示し、そしてこ
こに詳細に説明する。

第１図を参照すれば、内部空間14を形成する一般に円
筒形のハウジング12を有する血液透析器10が図示されて
いる。ハウジング12へは入力流体ポート16と、出力流体
ポート18とが取付けられる。血液のような濾過すべき流
体はポート16および18間を透析器10を通過する。

透析器10は透析液入力ポート20ト、透析液出力ポート
22を含む。

入力流体ポート16および出力液体ポート18は、複数の
中空膜フィルターエレメントである繊維26によって流体
連通にある。繊維26は一般に中空で、そして形状が円筒
形であり、そして入力流体ポート16と出力流体ポート18
間を軸方向に延びる。繊維26はあらかじめ定めた充填密
度をもってハウジング12内に充填される。この充填密度
は透析液が繊維26の外表面のまわりを通って流れること
を許容するように繊維の本数を制限する。

既知の血液透析器は単一内径とを有する一種類の繊維
でつくられていた。例えば一つの既知の血液透析器は1.
125インチのオーダーの内径を有する既存の円筒形ハウ
ジングを使用している。一つの既知の繊維タイプの内径
は８ミクロンのオーダーである。この８ミクロン繊維の
6500本が1.125インチ直径のハウジング中へ収容できる
ことが判明している。この透析器の濾過係数は4.2であ
る。

11ミクロン中空繊維をこの同じハウジングに使用でき
ることが知られている。この場合には11ミクロン繊維61
00本を1.125インチ直径ハウジング中に収容することが
できる。この透析器の濾過係数は3.0である。

第２図は、濾過係数3.0ないし4.2を与えるように８ミ
クロンおよび11ミクロン繊維のブレンドを使用して新し
い血液透析器を製造する方法をブロック形式で図示す
る。本発明は多数の重要な利益を提供する。ブレンドし
た透析器は８ミクロン繊維だけでつくった透析器より低
コストであることが期待できる。さらに、種々の繊維サ
イズをブレンドすることが可能なため、同じハウジング
寸法を新しいまたは異なる繊維サイズに使用することが
可能である。このため透析器の同族群を製造することが
できる。８ミクロンおよび11ミクロン繊維をブレンドす
ることにより、患者の体外血液容積を減らすことが可能
である。加えて、11ミクロン繊維を使用する透析器は、
８ミクロン繊維だけを使用する透析器よりももっと多く
再使用できることが知られている。このためブレンドし
た透析器は８ミクロン繊維だけを使用した透析器よりも
改良された再使用性を持つことが期待される。最後に、
合成材料からつくった繊維にセルロース繊維をブレンド
することにより、単一タイプの繊維よりも補体反応率を
減らすことができるものと期待される。

第２図の方法によれば、利用し得る透析器ハウジング
の内径が特定される。例えば前記1.125インチ直径ハウ
ジングが利用できる。さらに、二つの既知繊維透析器の
濾過係数および所望の濾過係数範囲も特定することがで
きる。

例えば、既知の透析器から、８ミクロン繊維6500本が
所望のハウジング中へフィットするであろう。しかしな
がら11ミクロン繊維は6100本でそのハウジングにフィッ
トするであろう。

第２図の方法によれば、小直径繊維の本数に対する大
直径繊維の本数パーセントが決定される。このパーセン
トは透析器中のブレンドした繊維の関係を確立するため
に利用できる。

最初のトライアルとして、小直径繊維の既知フィット
本数の半分N1を混合量として選択することができる。前
記パーセント係数により、大直径透析器繊維の本数N2も
決定できる。これは小直径繊維のフィット本数とN1との
差に前記パーセント係数を乗じて得られる。

二つのサイズの透析器繊維の総本数N1＋N2が次にハウ
ジング寸法と比較され、それらが既存のハウジング内に
適切にフィットするかどうか決定される。この比較は以
下の数式を利用する。

係数0.3714はハウジング内径に対して許容された繊維
の密度を表す充填係数である。係数2.54はハウジング内
径をインチへ換算する換算係数である。

もし実験的に誘導された充填密度を含む上記数式に基
にして、繊維の総本数が所望のハウジング内にフィット
するならば、ブレンドした透析器の濾過係数をその時決
定することができる。濾過係数の決定は、第１に上の二
つの透析器の個々の繊維当たりの濾過係数を誘導するこ
とに依存する。８ミクロン透析器の場合には、この濾過
係数は0.000631/繊維である。11ミクロン繊維の濾過係
数は0.000492/繊維である。

次にブレンドした透析器繊維についての濾過係数を決
定することができる。この決定した濾過係数は特定した
範囲と比較することができる。

例えば、もし濾過係数3.5±７％を有するブレンドし
た繊維の透析器を製造することを望むならば、この方法
は８および11ミクロン繊維の必要本数を決定するために
使用することができる。最初のステップにおいて、既知
製品中の11ミクロン繊維の本数6100を既知製品中の８ミ
クロン繊維の本数6500で割り、相対的パーセントを決定
する。これは93.85％に相当する。

最初のトライアルにおいて、８ミクロン繊維の本数の
半分が選ばれる。N1は８ミクロン繊維3250本に等しい。
11ミクロン繊維の本数N2は最初パーセント93.85をN1で
乗じて決定することができ、N2は11ミクロン繊維3050本
に等しい。８ミクロン繊維の本数と11ミクロン繊維の本
数を次に上記数式を使用してハウジングギャパシティー
と比較することができる。

次に透析器の濾過係数は、各繊維寸法についての濾過
係数を取り、それへ繊維の対応する本数を乗ずることに
よって決定することができる。８ミクロン繊維について
はこれは2.05濾過係数に相当するであろう。11ミクロン
繊維についてはこれは1.50の濾過係数に相当するであろ
う。全体の濾過係数はこれら二つの和で、新しい透析器
について3.55に相当する。

このように新しいブレンド繊維透析器は特定した濾過
係数の範囲に入る。ブレンドした繊維は次にハウジング
中に入れ、シールし、そして透析器を滅菌することがで
きる。

上の例では所望の濾過係数が3.5であったからN1とし
てフィット本数の半分を選んだが、所望の濾過係数が変
ればそれに応じてN1を例えばフィット本数の70％あるい
は30％に選定し、フィット本数から選んだN1を引いた値
に上のパーセント値を乗じてN2を決定する。

パラメータを決定し、ブレンドした繊維透析器をアセ
ンブリするためのシステム30が第３図にブロック図の形
で示されている。入力で操作し得るディスプレー端末32
は性能特性および拘束条件をキーボードを通じて入力す
るために使用することができる。ディスプレイー端末
は、ヒューレットパッカードモデル9836のようなプログ
ラム可能な制御ユニット34へ連結される。制御ユニット
34へ連結されたディスク記憶ユニット36は、前記した寸
法に従って各繊維寸法の本数を決定するための制御プロ
グラムを記憶するために使用することができる。

制御プログラムは前記ステップの各種を実行するため
にベーシック中に書き込むことができる。この制御プロ
グラムはディスク記憶ユニット36上に記憶することがで
きる。

制御ユニット34によって算出した各繊維寸法のN1およ
びN2の値はハウジング形成システム38および繊維形成シ
ステム40へ移すことができる。ハウジング形成システム
38は射出成形システムとすることができる。あらかじめ
定めた長さおよび内径のハウジング12は成形したプラス
チック部材として形成することができる。ハウジングは
ブロー成形によっても形成することができる。代わり
に、円形または平行四辺形の断面を有する押出し成形し
たロッドを所望の長さに切断することができる。

繊維形成システム40は、第１および第２のあらかじめ
定めた直径を有する中空膜繊維の複数42を提供すること
ができる。流体成分の分離のために使用し得る選択され
た内径Ｄを持った中空繊維の製作方法は良く知られてい
る。繊維形成システムは繊維を正確な長さに切断し、そ
してそのような繊維の所望本数N1およびN2を集めること
ができる。例えば21cmの有効長さを同族群中のすべての
透析器に使用することができる。

透析器アセンブリシステム44はハウジング12内に繊維
42をアセンブリすることができる。好ましい本発明の実
施方法においては、繊維は円筒形ハウジング内に軸方向
にアセンブリされる。アセンブリシステムはまた、繊維
42をハウジング12内にシールし、それによって組立てた
透析器10を形成するためキャップ48のような端部キャッ
プを提供する。

２種の異なる寸法の繊維をブレンドすることに加え、
上記方法に従って２種の異なるタイプの繊維をブレンド
することも可能である。例えば、上記方法を使用し、銅
安繊維をポリスルホン繊維またはポリエチレン繊維とブ
レンドすることが可能である。これはポリスルホン繊維
だけの使用により実現できたよりも低コストて同じまた
は改良された限外濾過性能を有する透析器を生む。銅安
繊維の増加した限外濾過特性に鑑み、同じ濾過係数を達
成するのにより少ない表面積ですむ。これは患者の血液
のより少ない量が装置へ接触することになる。さらに、
低い表面積は低いプライミング体積を生ずる。そのよう
なブレンド繊維透析器は完全合成材料を使った透析器よ
りも低コストである。

以上から本発明の新規な着想の真の精神および範囲を
逸脱することなく多数の変更および修飾が可能であるこ
とが観察されるであろう。ここに記載した特定の装置に
関して限定を意図しないし、推定してはならないことを
理解すべきである。勿論、特許請求の範囲はそのような
修飾のすべてを請求の範囲に属するものとしてカバーす
ることを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による血液透析器の一部を破断した側面
図、第２図は本発明による血液透析器の製造方法のフロ
ーチャート、第３図は該方法を実施するシステムのブロ
ック図である。 10は血液透析器、12はハウジング、16は流体入口ポー
ト、18は流体出口ポート、20は透析液入口ポート、22は
透析液出口ポート、26は中空膜濾過エレメントである繊
維である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断面積が既知のハウジングを有する混合繊
   維濾過装置の製造方法であって、 （ａ）第１および第２の濾過係数を有する混合すべき少
   なくとも第１および第２の繊維部材を特定すること、 （ｂ）所望の濾過係数の範囲を特定すること、 （ｃ）第１および第２の繊維部材のそれぞれについて前
   記ハウジングにフィットする本数を決定すること、 （ｄ）ステップ（ｃ）において決定した本数を用いて、
   少ない方のフィット本数を多い方のフィット本数で割っ
   た商（パーセントで表わす）を決定すること、 （ｅ）所望の濾過係数に応じてフィット本数の多い繊維
   部材のあらかじめ決定した混合量（N1）を選定するこ
   と、 （ｆ）多い方のフィット本数とステップ（ｅ）において
   決定した混合量（N1）との差にステップ（ｄ）において
   決定したパーセント値を乗じることにより、フィット本
   数の少ない繊維部材の対応混合量（N2）を決定するこ
   と、 （ｇ）二つの決定した繊維部材の混合量（N1＋N2）をハ
   ウジングの利用し得る断面積と比較し、この二つの繊維
   部材の混合量がハウジング中にフィットするかどうかを
   決定すること、 （ｈ）もし二つの決定した繊維部材の混合量がハウジン
   グ中にフィットするならば、この特定の組合せを使用す
   る濾過装置の濾過係数を決定すること、 （ｉ）ステップ（ｈ）において決定された濾過係数をス
   テップ（ｂ）において特定した濾過係数の範囲と比較
   し、その範囲内であるかどうかを決定すること、 （ｊ）もし決定した濾過係数が特定した範囲内であるな
   らば、繊維部材の二つの混合量をハウジング内にアセン
   ブリすること、 （ｋ）もしステップ（ｇ）において二つの繊維部材の混
   合量がハウジング中にフィットしなければ、フィット本
   数の多い繊維部材の量をあらかじめ定めた量だけ減らす
   かまたは増やし、そしてステップ（ｇ）へ戻ること （ｌ）もしステップ（ｉ）において決定した濾過係数が
   特定した濾過係数の範囲を上廻れば大きい濾過係数を有
   する繊維部材の本数をあらかじめ定めた量だけ減らし、
   反対にもし決定した濾過係数が特定した濾過係数の範囲
   を下廻れば大きい濾過係数を有する繊維の本数をあらか
   じめ定めた量だけ増やし、そしてステップ（ｇ）へ戻る
   こと を特徴とする前記方法。
2. 【請求項２】濾過係数の範囲は所望の中心値の±７％で
   ある請求項１の方法。