JP2975000B2 - 人工肺用複合中空糸膜 - Google Patents
人工肺用複合中空糸膜Info
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- JP2975000B2 JP2975000B2 JP10099061A JP9906198A JP2975000B2 JP 2975000 B2 JP2975000 B2 JP 2975000B2 JP 10099061 A JP10099061 A JP 10099061A JP 9906198 A JP9906198 A JP 9906198A JP 2975000 B2 JP2975000 B2 JP 2975000B2
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- fiber membrane
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Multicomponent Fibers (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、膜型人工肺に適し
た複合中空糸膜に関するものである。
た複合中空糸膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】被処理液中からの気体の脱気や気体の給
気、ガス交換等に膜を用いる検討が種々なされている。
この様な用途の一例として、中空糸膜を用いた中空糸膜
型人工肺がある。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。
気、ガス交換等に膜を用いる検討が種々なされている。
この様な用途の一例として、中空糸膜を用いた中空糸膜
型人工肺がある。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。
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。
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、更に安定性に優れた人工肺用複合中空糸膜
を提供することにある。即ち、本発明の要旨は、ポリウ
レタン系ポリマーからなる均質膜層(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
膜において、少なくとも一方の多孔質膜層(B)の厚み
が1〜5μmであることを特徴とする人工肺用複合中空
糸膜にある。好ましくは、均質膜層(A)を構成する素
材の酸素ガス透過係数P(cm3(STP)・cm/c
m2・sec・cmHg)と均質膜層(A)の厚みL
(cm)とが、 P/L≧8.0×10−6(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg) なる関係を有していると、交換効率が向上する。
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、更に安定性に優れた人工肺用複合中空糸膜
を提供することにある。即ち、本発明の要旨は、ポリウ
レタン系ポリマーからなる均質膜層(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
膜において、少なくとも一方の多孔質膜層(B)の厚み
が1〜5μmであることを特徴とする人工肺用複合中空
糸膜にある。好ましくは、均質膜層(A)を構成する素
材の酸素ガス透過係数P(cm3(STP)・cm/c
m2・sec・cmHg)と均質膜層(A)の厚みL
(cm)とが、 P/L≧8.0×10−6(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg) なる関係を有していると、交換効率が向上する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の複合中空糸膜において均
質膜層(A)はガスのみを透過させるガス透過層として
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。
質膜層(A)はガスのみを透過させるガス透過層として
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】前述したように三層構造の複合中空糸膜を
人工肺に使用すると、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
外なことに性能の低下が起こらない。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1〜5μm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。
人工肺に使用すると、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
外なことに性能の低下が起こらない。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1〜5μm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10μm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100μm以上であるこ
とが好ましく、機械的強度及びガス透過性能の点から5
00μm以下であることが好ましい。
定されないが、機械的強度の点から10μm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100μm以上であるこ
とが好ましく、機械的強度及びガス透過性能の点から5
00μm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、ガス透過性に優れるウレタン系ポリマーを用い
る。本発明の複合中空糸膜を、人工肺等のガス交換に用
いる際には、均質膜層(A)を構成する素材の酸素ガス
透過係数P(cm3(STP)cm/cm2・sec・
cmHg)と均質膜層(A)の厚みL(cm)との比P
/Lが8.0×10−6以上とするのが好ましい。従っ
て、例えば酸素ガス透過係数Pが8.0×10−10c
m3(STP)cm/cm2・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。
しては、ガス透過性に優れるウレタン系ポリマーを用い
る。本発明の複合中空糸膜を、人工肺等のガス交換に用
いる際には、均質膜層(A)を構成する素材の酸素ガス
透過係数P(cm3(STP)cm/cm2・sec・
cmHg)と均質膜層(A)の厚みL(cm)との比P
/Lが8.0×10−6以上とするのが好ましい。従っ
て、例えば酸素ガス透過係数Pが8.0×10−10c
m3(STP)cm/cm2・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。
【0010】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。本願発明の複合中空糸膜は、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。
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。本願発明の複合中空糸膜は、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。
【0011】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
形成するポリウレタン系ポリマーと、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
発明の複合中空糸膜は公知の構造の人工肺の中に組み込
んで使用することができる。
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
形成するポリウレタン系ポリマーと、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
発明の複合中空糸膜は公知の構造の人工肺の中に組み込
んで使用することができる。
【0012】
【実施例】以下、実施例により本願発明の複合中空糸膜
を中空糸膜型人工肺に用いた場合を説明する。 (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。
を中空糸膜型人工肺に用いた場合を説明する。 (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。
【0013】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。
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。
【0014】(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。
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。
【0015】
【表1】
【0016】(実施例2) 実施例1の複合中空糸膜を用いて膜面積が1.0m2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6
5%、炭酸ガス分圧45mmHg、pH7.40)に調
整されたヘパリン加牛血(Hb濃度12.0g/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。
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6
5%、炭酸ガス分圧45mmHg、pH7.40)に調
整されたヘパリン加牛血(Hb濃度12.0g/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。
【0017】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2の結果を第2
図に示した。
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2の結果を第2
図に示した。
【0018】(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2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。
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。
【0019】(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。
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。
【0020】
【発明の効果】本発明の複合中空糸膜は、膜型人工肺に
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ため、長時間の開心術やECMO
の分野に適している。
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ため、長時間の開心術やECMO
の分野に適している。
【図1】第1図は本発明の複合中空糸膜を用いた膜型人
工肺の一例を示す膜式断面図である。
工肺の一例を示す膜式断面図である。
【図2】第2図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。
酸素加能の経時変化を示すグラフである。
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 (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 昭63−274433(JP,A) 特開 昭58−223411(JP,A) 特開 昭62−97980(JP,A) 特開 平2−164425(JP,A) 特開 平1−127023(JP,A) 特開 平2−17927(JP,A) (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
Claims (2)
- 【請求項1】 ポリウレタン系ポリマーからなる均質膜
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において、少なくとも一方の多
孔質膜層(B)の厚みが1〜5μmであることを特徴と
する人工肺用複合中空糸膜。 - 【請求項2】 均質膜層(A)を構成する素材の酸素ガ
ス透過係数P(cm3(STP)・cm/cm2・se
c・cmHg)と均質膜層(A)の厚みL(cm)と
が、 P/L≧8.0×10−6(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg) なる関係を有することを特徴とする請求項1記載の人工
肺用複合中空糸膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10099061A JP2975000B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | 人工肺用複合中空糸膜 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10099061A JP2975000B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | 人工肺用複合中空糸膜 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63319966A Division JP2855332B2 (ja) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | 複合中空糸膜 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1133373A JPH1133373A (ja) | 1999-02-09 |
JP2975000B2 true JP2975000B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=14237228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10099061A Expired - Fee Related JP2975000B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | 人工肺用複合中空糸膜 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2975000B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7393388B2 (en) | 2005-05-13 | 2008-07-01 | United Technologies Corporation | Spiral wound fuel stabilization unit for fuel de-oxygenation |
US7435283B2 (en) | 2005-05-18 | 2008-10-14 | United Technologies Corporation | Modular fuel stabilization system |
US7465336B2 (en) | 2005-06-09 | 2008-12-16 | United Technologies Corporation | Fuel deoxygenation system with non-planar plate members |
US7377112B2 (en) | 2005-06-22 | 2008-05-27 | United Technologies Corporation | Fuel deoxygenation for improved combustion performance |
US7615104B2 (en) | 2005-11-03 | 2009-11-10 | United Technologies Corporation | Fuel deoxygenation system with multi-layer oxygen permeable membrane |
US7582137B2 (en) | 2006-01-18 | 2009-09-01 | United Technologies Corporation | Fuel deoxygenator with non-planar fuel channel and oxygen permeable membrane |
US7569099B2 (en) | 2006-01-18 | 2009-08-04 | United Technologies Corporation | Fuel deoxygenation system with non-metallic fuel plate assembly |
US7824470B2 (en) | 2006-01-18 | 2010-11-02 | United Technologies Corporation | Method for enhancing mass transport in fuel deoxygenation systems |
KR20140134684A (ko) * | 2012-03-30 | 2014-11-24 | 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤 | 복합 중공사막 및 중공사막 모듈 |
-
1998
- 1998-04-10 JP JP10099061A patent/JP2975000B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1133373A (ja) | 1999-02-09 |
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