JP2974999B2 - 膜型人工肺 - Google Patents

膜型人工肺

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JP2974999B2 JP10099060A JP9906098A JP2974999B2 JP 2974999 B2 JP2974999 B2 JP 2974999B2 JP 10099060 A JP10099060 A JP 10099060A JP 9906098 A JP9906098 A JP 9906098A JP 2974999 B2 JP2974999 B2 JP 2974999B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は膜型人工肺に関す
る。
【0002】
【従来の技術】中空糸膜型人工肺としては、ポリプロピ
レン、ポリエチレン等の疎水性高分子で形成された微多
孔質中空糸膜を用いた人工肺あるいはシリコンゴム等で
形成された均質膜状中空糸を用いた人工肺が知られてい
る。しかしながら、微多孔質中空糸膜を用いた人工肺
(例えば特開昭54−160090号公報等)では、長
時間使用すると、細孔に水蒸気が凝縮したり血漿が細孔
を透過して中空糸膜の中空部を塞いだりすることによっ
て、ガス交換性能が低下し、以後の使用が不可能となる
ことがあるという問題がある。
【0003】一方、均質膜状中空糸を用いた人工肺で
は、中空糸膜の機械的強度を実用レベルに保つためには
ある程度の膜厚が必要であって、使用できるポリマー素
材としてはガス透過性の優れたシリコンゴム系に限られ
てしまいコスト高であった。また、人工肺として実用的
なガス交換性能を持たせるためには膜面積をかなり大き
くとる必要があった。更に、均質膜状中空糸には膜表面
に凹凸が無いことから、中空糸の端部をポッティング剤
で固定する際に予め表面処理しておくことが必要であ
り、製造工程が複雑化するとともにポッティング剤と中
空糸との接着部にリークが生じる危険性もあった。この
ような微多孔質膜及び均質膜のそれぞれの欠点を補完す
ることを目的として、均質膜層と多孔質膜層とを交互に
積層した複合中空糸膜が特開昭62−1404号公報や
特開昭63−230173号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記公開
特許公報には多孔質膜層の厚みとして8μm以上のもの
しか記載されていない。又、このような三層構造の複合
中空糸膜を人工肺用の膜として使用する場合、血漿が界
面活性能を有するタンパク質溶液であるため多孔質膜層
の膜素材が疎水性であっても血漿成分が多孔質膜層を濡
らしてその細孔内部に浸透し、使用時間が約30時間を
過ぎる頃からガス交換性能が著しく低下するという問題
がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、長時間
使用しても血漿成分の漏洩がなくかつガス交換性能が安
定しており、更に安全性に優れた膜型人工肺を提供する
ことにある。即ち、本発明の要旨は、均質膜層(A)を
その両側から多孔質膜層(B)で挟み込んだ三層構造の
複合中空糸膜であって、少なくとも一方の多孔質膜層
(B)の厚みが1〜5μmであり、かつ均質膜層(A)
を構成する素材の酸素ガス透過係数P(cm(ST
P)・cm/cm・sec・cmHg)と均質膜層
(A)の厚みL(cm)とが、 P/L≧8.0×10−6(cm(STP)/cm・sec・cmHg) なる関係を有する複合中空糸膜が配設されてなることを
特徴とする膜型人工肺にある。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の膜型人工肺に用いる複合
中空糸膜において、均質膜層(A)は主にガス交換用と
して機能するものである。又、多孔質膜層(B)は主に
均質膜層(A)を補強し保護する役割を有すると共に、
膜モジュール製作時に中空糸膜端部とポッティング剤と
の接着性を高める役割を有するものであるが、少なくと
も一方の多孔質膜層の厚みが1〜5μmの範囲にあるこ
とが必要である。
【0007】前述のように三層構造の複合中空糸膜を膜
型人工肺に使用する場合は、多孔質膜層に浸透してそこ
に滞留する血漿成分がガス交換能の低下をもたらすが、
血液と接触する側の多孔質膜層の厚みを5μm以下とす
ると意外なことにガス交換能の低下が起こらないことが
判明したのである。従って血液と接する側の多孔質膜層
の厚みは薄い方が好ましいと考えられるが、一方、この
多孔質膜層の厚みが1μm未満であると均質膜層(A)
に対する補強、保護機能が低下するので厚みは1〜5μ
mの範囲にあることが要求されるのである。尚、多孔質
膜層(B)の厚みが1〜5μmであることが要求される
血液と接触する側とは、内部灌流方式の場合は中空糸の
内表面側であり、外部灌流方式の場合は中空糸の外表面
側である。
【0008】本発明の人工肺に用いる複合中空糸膜全体
の厚みは特に限定されないが、機械的強度の点から10
μm以上であることが好ましく、又ガスの透過抵抗の点
から100μm以下であることが好ましい。又、複合中
空糸膜の内径は圧力損失及び血栓防止の点から100μ
m以上であることが好ましく、機械的強度及びガス交換
性能の点から500μm以下であることが好ましい。
【0009】均質膜層(A)を構成するポリマー素材と
しては、ガス透過性の優れたシリコンゴム系ポリマーを
始めとして、ポリジメチルシロキサン、シリコンとポリ
カーボネートの共重合体等のシリコンゴム系ポリマー、
ポリ−4−メチルペンテン−1、線状低密度ポリエチレ
ン等のポリオレフィン系ポリマー、パーフルオロアルキ
ル系ポリマー等のフッ素含有ポリマー、エチルセルロー
ス等のセルロース系ポリマー、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリ−4−ビニルピリジン、ウレタン系ポリマーお
よびこれらポリマー素材の共重合体あるいはブレンド体
等の各種ポリマーを挙げることができる。
【0010】人工肺としてのガス交換性能を充分に発現
させ、かつ血漿が滞留した場合にもガス交換性能を低下
させないためには、複合中空糸膜の均質膜層(A)を構
成する素材の酸素ガス透過係数P(cm(STP)c
m/cm・sec・cmHg)と均質膜層(A)の厚
みL(cm)との比P/Lが所定以上であることが必要
であり、本発明の人工肺に用いる複合中空糸膜において
はP/Lは8.0×10−6以上である。従って、例え
ば酸素ガス透過係数Pが8.0×10−10(cm
(STP)cm/cm・sec・cmHg)の素材
を用いた場合には均質膜層(A)の膜厚は1.0μm以
下に設定する必要がある。
【0011】多孔質膜層(B)を構成するポリマー素材
としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−3−
メチルブデン−1、ポリ−4−メチルペンテン−1等の
ポリオレフィン系ポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポ
リテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー、ポリ
スチレン、ポリエーテルエーテルケトン等の疎水性ポリ
マーが挙げられる。
【0012】均質膜層(A)を構成するポリマー素材
と、多孔質膜層(B)を構成するポリマー素材との組合
せについては特に限定されず、異種のポリマーはもちろ
ん同種のポリマーであってもよい。均質膜層(A)が多
孔質膜層(B)で物理的に挟まれたサンドイッチ構造を
有しているので、両膜間の接着性が悪くとも、実用上の
弊害は生じない。
【0013】多孔質膜層(B)は、均質膜層(A)を補
強し保護する機能を主としているので、複合中空糸膜全
体としてのガス透過能に大きな制約を加えない程度の細
孔を有するものであれば、その細孔の大きさ等について
は特に制限されない。このような複合中空糸膜は、例え
ば多重円筒型の紡糸ノズルを用いて、均質膜層(A)を
形成するポリマーと、多孔質膜層(B)を形成するポリ
マーとを交互にかつ均質膜層(A)を形成するポリマー
がサンドイッチされるよう配置して溶融紡糸し、次いで
均質膜層(A)の部分を多孔質化することなく、多孔質
膜層(B)の部分だけが多孔質化される条件で延伸する
方法によって製造することができる。本発明の膜型人工
肺は、前述した複合中空糸膜を組み込んで使用する。
【0014】図1は、本発明の膜型人工肺の一例を示す
模式図である。 容器1内に、複数本の複合中空糸膜2が
その両端が開口してポッティング材3により固定され
る。気体交換に供される血液は、中空糸膜の内部と連通
した血液導入口4から導入され、複合中空糸膜の中空内
部を通過した後、血液導出口5より外部に導出される。
また、ガス導入口6より空気が容器内に導入され、ガス
導出口7より容器外へ排出される。 血液は、複合中空糸
膜の中空部を通過中に、膜を介して酸素と二酸化炭素と
の気体交換が行われる。
【0015】
【実施例】以下、実施例により説明する。 (実施例1) 三層構造を形成可能な同心円状に配置された吐出口を有
する中空糸製造用ノズルを用い、内層と外層の部分に第
1表のポリマーb、中間層の部分に第1表のポリマーa
を用い、吐出温度170℃、吐出線速度7.5cm/m
in、巻取速度230m/minで紡糸した。得られた
未延伸中空糸は内径230μmであり、内側から各々5
μm、1μm、22μmの厚さを有する層が同心円状に
配されていた。
【0016】該未延伸中空糸を100℃で8時間アニー
ル処理をした。更に該アニール糸を室温下で80%延伸
し、引き続き110℃の加熱炉中で総延伸量が120%
になるまで熱延伸を行い、複合中空糸膜を得た。この多
層複合中空糸膜は、内径が200μmで内側から4μ
m、0.7μm、25μmの厚さを有する層が同心円状
に配されており、非多孔質層が二つの多孔質層で挟まれ
た三層構造であった。
【0017】(実施例2、3) ポリマーa及びポリマーbとして第1表のものを用い、
各ポリマーの吐出量を適宜変更し、その他の条件は実施
例1と同様にして紡糸、アニール処理、延伸して第1表
に示す三層構造の複合中空糸膜を得た。
【0018】(比較例1、2) 実施例1と同様のポリマー素材を用い、各ポリマーの吐
出量を適宜変更し、その他の条件は実施例1と同様にし
て紡糸、アニール処理、延伸して第1表に示す三層構造
の複合中空糸を得た。
【0019】
【表1】
【0020】(実施例4〜6) 実施例1,2及び3の複合中空糸膜を用いて膜面積が
1.0mとなるようにそれぞれ第1図に示すような中
空糸膜型人工肺を製作した。これらの膜型人工肺の中空
糸膜の中空部と連通した血液導入口4から静脈血条件
(酸素飽和度65%、炭酸ガス分圧45mmHg、pH
7.40)に調整されたヘパリン加牛血(Hb濃度1
2.0g/dL)を1.0L/minの割合で導入し、
又、ガス導入口6から酸素を1.0L/minの割合で
導入した。
【0021】所定時間毎に膜型人工肺の血液導入口と導
出口で血液を各々サンプリングし、血液ガス分析計(コ
ーニング社製、158型)を用いて血液を分析し、ガス
交換性能(酸素加能)を求めた。実施例4の結果を第2
図に示したが、実施例5及び実施例6の場合も殆ど同様
の結果が得られた。
【0022】(比較例3、4) 比較例1又は比較例2の複合中空糸を用い実施例4と同
様の構造の中空糸膜型人工肺を製作して性能を評価し、
その結果を第2図に示した。比較例1の複合中空糸膜を
用いた場合(比較例3)は酸素加能は24時間後までは
ほぼ安定していたが、30時間経過後から顕著に低下し
た。比較例2の複合中空糸を用いた場合(比較例4)は
酸素加能は初めから実用に供しえない水準であり、しか
も経時的に低下する傾向を示した。
【0023】(比較例5) 内径200μm、膜厚25μmの多孔質ポリプロピレン
中空糸膜を用いて実施例4と同様の構造の膜型人工肺を
製作し性能を評価した。血液灌流開始後14時間で血漿
成分が漏洩し始め酸素加能は著しく低下した。
【0024】
【発明の効果】本発明の膜型人工肺は、長時間使用して
も血漿成分の漏れがなくかつガス交換性能が安定したも
のである。従って長時間の開心術やECMOの分野に
適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の膜型人工肺の一例を示す膜式断
面図である。
【図2】図2は膜型人工肺に牛血液を灌流させた時の酸
素加能の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1…容器 2…複合中空糸膜 3…ポッティング剤(隔壁) 4…血液導入口 5…血液導出口 6…ガス導入口 7…ガス導出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B01D 71/26 B01D 71/26 71/54 71/54 71/70 500 71/70 500 (72)発明者 廣田 暢宏 広島県大竹市御幸町20番1号 三菱レイ ヨン株式会社内 審査官 杉江 渉 (56)参考文献 特開 平2−164425(JP,A) 特許2855332(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 69/08 D01D 5/24 D01F 8/06 D01F 8/16 A61M 1/18 B01D 71/26 B01D 71/54 B01D 71/70

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 均質膜層(A)をその両側から多孔質膜
    層(B)で挟み込んだ三層構造の複合中空糸膜であっ
    、少なくとも一方の多孔質膜層(B)の厚みが1〜5
    μmであり、かつ均質膜層(A)を構成する素材の酸素
    ガス透過係数P(cm(STP)・cm/cm・s
    ec・cmHg)と均質膜層(A)の厚みL(cm)と
    が、 P/L≧8.0×10−6(cm(STP)/cm
    ・sec・cmHg)なる関係を有する複合中空糸膜が
    配設されてなることを特徴とする膜型人工肺。
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WO2013147187A1 (ja) 2012-03-30 2013-10-03 三菱レイヨン株式会社 複合中空糸膜及び中空糸膜モジュール
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