JPH0312170A - 中空糸型液体処理装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、たとえば人工腎臓、人工肺、プラスマセバレ
ータ等の人工臓器やドナーフェレーシスとして用いられ
る中空糸型液体処理装置およびその製造方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、人工腎臓、人工肺等の血液処理装置として使用
されている物の多（は中空糸束を利用したものである。

これらの装置においては、血液回路より導かれた血液を
多くの中空繊維へと分配するために、中空糸束の前後の
血液出入口部に、中空糸束を液密に固定させるための隔
壁と樹脂製の流路形成部材（ヘッダー）とよりなる血液
流出入部（血液ボート）が設置されている。

従来、この血液処理装置の血液流出入部は、血液回路と
中空繊維とを密閉系において連結でき、かつ内容積の小
さいものであれば良いと考えられており、重要視されて
いなかった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、最近、血液処理装置の血液に対する適合
性が注目されるようになり、これまであまり重要視され
なかった血液流出入部が見直されつつある。すなわち、
血液流入部の血液適合性を向上させるために、血液流入
部を形成する素材と血液との適合性を向上させること、
たとえば表面に抗血液凝固活性を有するヘパリンを固定
化する（特開昭５８−１７３５５７）などの方法が試み
られているが、この方法は十分な効果を発現していない
。これは、血液流入部においては、血液回路より導かれ
た血液が急激に拡散して流速の変化をきたし、また隔壁
表面に衝突して著しい乱流を発生するからであり、この
ため血液はすみやかに中空糸内へ導入されず、−時的な
停滞がおこり、その結果血栓が形成されることになる。

同様な現象は血液流出部においても発生していた。

このような血液の局所的な停滞を防止する方法としては
、血液流入部の血液導入口を流路形成部材の上端におけ
る円周外部より、内部の接線方向に向けて開口させると
ともに、流路形成部材の内面に沿った螺旋状の血液誘導
路を設けることにより血液の停滞を防止するもの（特開
昭５７−８６３６１号）があった。

しかしながら、この方法では血液流入部の容積が増加し
、さらに中空糸膜の束中６部に滞留が生じるなどの問題
があり、いまだ十分な方法ではなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
液体流出入部を小型化し、液体流速の変化を最小とする
ことができるとともに、隔壁部の端面の空孔率を最大限
にしてプライミング量を少なくでき、かつ隔壁部の端面
における液体の停滞や乱流の発生を防止でき、これによ
り液体流出入部において発生する弊害を防止することが
できる中空糸型液体処理装置及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本発明による中空糸型液体処
理装置は、それぞれ液体流出入口を有する一対の液体流
出入部が設けられるとともにこれらの流出入部間に流体
流出口および／または流体流入口が設けられたハウジン
グと、多数の中空糸膜からなるとともに前記ハウジング
に収容された中空糸束と、前記中空糸膜の端部を開口さ
せた状態で当該中空糸束の端部を前記ハウジングの両端
部に液密に固定する隔壁とを備えた液体処理装置におい
て、前記中空糸束の少な（とも一方の隔壁内の部分を、
当該隔壁の前記液体流出入部側の端面に向けて収束させ
るとともに、当該端面に対応する前記液体流出入部の空
間部の径を、前記端面における中空糸束の径と実質的に
ほぼ同一としたことを特徴とするものである。

ここで、前記液体流出入部の空間部は、その径が前記液
体流出入口から前記隔壁の端面近傍に向けて滑らかに拡
大するように形成することが好ましく、また前記中空糸
束の収束率は１０〜５５％とし、さらに前記隔壁の開口
部側の端面における中空糸束の充填密度は３０〜８５％
とすることが好ましい。

また、本発明による中空糸型液体処理装置の製造方法は
、所定の収束手段により前記中空糸束の少なくとも一方
の端部近傍を当該端部に向けて収束させる工程と、前記
中空糸束の端部を収束させた後、当該中空糸束を前記ハ
ウジング内に前記収束部が隔壁形成予定位置になるよう
に収容する工程と、前記収束部に隔壁形成用樹脂を注入
し硬化させて隔壁を形成するとともに、前記中空糸束を
前記ハウジングに固定させる工程とを含むことを特徴と
するものである。

［作　用］ 上記構成の中空糸型液体処理装置においては、中空糸束
の端部が隔壁部において端面方向に向けて収束するとも
に、前記液体流出入部に対応する空間部の径が、隔壁部
の開口部における中空糸束の径と実質的に同一であるの
で、液体流出入部を小型化でき、よって液体流出入部に
おける液体流速の変化を最小とすることができる。また
、隔壁の端面における空孔率を最大限にすることができ
るので、液体流出入部での液体の停滞や乱流の発生を防
止でき、これにより液体としてたとえば血液を用いた場
合には血栓等の形成が抑制される。また、本発明による
中空糸型液体処理装置の製造方法によれば、上記液体処
理装置を容易に製造することができる。

［実施例１ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を具体的に説
明する。

第１図は本発明の一実施例に係る中空糸型血液処理装置
（人工腎臓）の断面構成を示すものである。この装置は
、透析膜としての中空糸膜の内側に血液を循環させると
ともに、中空糸膜の外側に透析液を循環させることによ
り血液を浄化するものである。図中、ｌは円筒状のハウ
ジングであり、このハウジングｌ内には全体に広がって
多数の中空糸膜２が当該ハウジングｌの長手方向に沿っ
て並列的に相互に離間配置されている。そして、これら
の中空糸膜２より中空糸束３が形成され、この中空糸束
３の両端部は、それぞれの中空糸膜２の端部を開口させ
た状態で隔壁４により液密に固定されている。また、こ
の隔壁４は中空糸膜２の外周面と上記ハウジング１の内
面とともに透析液室５を構成している。また、ハウジン
グｌの側面部には、この透析液室５に連通ずる流体流出
入口としての透析液流出入口６が設けられている。

上記隔壁４の端面は流路形成部材７により覆われており
、この部材７とともに血液流出入部７ａを構成している
。また、流路形成部材７には隔壁４の端面に対向して血
液導入口８が設けられている。

また、上記中空糸束３の隔壁４内に支持された端部近傍
部分は、血液流出入部７ａに対向する端面に向けて収束
されている。一方、血液流出入部７ａは、中空糸束３の
開口部３ａに対応する部分の径が当該開口部３ａの径と
実質的に同一となっており、またその内壁面の径は血液
導入口８から隔壁４の端面に向けて滑らかに曲面状をな
して拡大するように形成されている。なお、この構造は
、血液流入側および血液流出側の両方に採用してもよ（
、あるいは血液流入側のみ採用するようにしてもよい。

本実施例の血液処理装置においては、血液回路から血液
流出入口８を介して流入した血液は、血液流出入部７ａ
の曲面状の壁面に沿って中空糸束３の開口部３ａに円−
滑に流れ込む。このため、停留したり乱流が発生したり
することがな（、したがって血栓が形成されるようなこ
とがなくなる。

また、中空糸束３の端部を収束させるとともに、血液流
出入部７ａの径を中空糸束３の端部の径と実質的に同一
としたので、血液流出入部７ａの小型化、ひいては装置
全体の小型化を図ることができるともに、血液の流速の
変化を最小とすることができる。

上記中空糸膜２の素材としては、再生セルロース、セル
ロース誘導体、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、ポリサルホン、ポリアクリロ
ニトリル、ポリアミド、ポリプロピレン等が挙げられる
。また、隔壁形成用樹脂としては、ウレタン系樹脂、エ
ポキシ系樹脂およびシリコン系樹脂が好ましい。さらに
、ハウジング１の素材としては、ポリカーボネイト、ア
クロニトリル−エチレン共重合体が好ましい。

上記構造の血液処理装置は、中空糸束３の端部近傍を収
束させた後、この中空糸束３をハウジングｌ内に収容し
、その後透析液流出入口６から隔壁形成用ＦＭ詣を注入
し、硬化させて隔壁４を形成するとともに、中空糸束３
をハウジングｌに固定することにより作製することがで
きる。なお、隔壁形成用樹脂の注入は、透析液流出入口
６がらでな（とも本出願人と同一出願人による他の方法
（特願平１−３７０４９号）、すなわち樹脂注入用突起
を有する容器を用いてハウジングｌの端部側から行うよ
うにしてもよい。

また、中空糸束３の両端部を収束させる際には、中空糸
束３の端部から好ましくは１〜２０ｍｍ、さらに好まし
くは３〜１０ｍｍを収束させる。この中空糸束３の収束
率は１０〜５５％とすることが好ましい。収束率が１０
％より小さいとプライミングポリ１−ムが大きくなり、
５５％より大きいと、中空糸束の端面側を絞った場合に
は隔壁形成用樹脂が中空糸束の内部まで入っていかない
ことがあり、逆に中空糸束の透析液の流入部側を広げた
場合には、当該部分の中空糸膜間の隙間が広くあきすぎ
て透析液がチャネリングを起すおそれがある。

ここに、収束率は次式によって示される。

収束率＝（［中空糸束の最大部所面積（Ａ）−中空糸束
の開口部断面積（Ｂ）］／中空糸束の最大部所面積（Ａ
）） Ｘ１００（％）・・・（２） また、中空糸束３の隔壁４中における充填密度は３０〜
８５％、好ましくは４５〜７５％である。３０％未満で
は特に血液流入側では血液が円滑に流入しなくなり、ま
た８５％より大きいと隔壁形成用樹脂による中空糸膜相
互のシール性が不確実となる。

なお、上記充填密度は次式により示される。

充填密度＝［中空糸束の開口部断面積（Ｂ）／血液流出
（入）部内の有効断面積（Ｃ）］ｘ１００（％）・・・
（１） なお、中空糸束３を収束させる手段としては、ひも、テ
ープ等を用いるのが好ましく、特に好ましくは収縮チュ
ーブである。収縮チューブの素材としては、シリコン系
樹脂、熱可塑性樹脂等が好ましい。また、隔壁を形成す
る際、隔壁形成用樹脂が中空糸膜２間に入りやす（する
ために、中空糸束３の外周部から芯部にかけ間隙を設け
ることが好ましい。この間隙を作製する方法としては、
たとえば幅１．５〜３．５ｍｍのステンレスバイブ等の
棒状部材を中空糸膜２間に貫通させる方法がある。

この場合、棒状部材の貫通は中空糸束３の端部を収束さ
せる前でも後でもよい。

次に、本発明者は本発明の効果を確認するために以下の
ような実験を行った。

（実施例１） 内径２００μｍ、膜厚１２ＬＬｍの再生セルロース製中
空糸膜７１００本の両端部に、幅１ｍｍのシリコン系樹
脂からなる熱収縮チューブ（ダウコーニング社製）を被
せ、このチューブの先端を加熱することにより収縮させ
て、直径２２．０ｍｍの中空糸束とした。次に、この中
空糸束をハウジング内に収容し、同時に中空糸束の端部
かも３．４ｃｍの位置において、中空糸束の側面部から
直径２．０ｍｍのステンレスバイブを貫通させた。

続いて、透析液流出入口から隔壁形成用樹脂を注入し、
全体を７０　Ｏｒｐｍにおいて回転させながら硬化させ
た後、切断して隔壁を形成した。そして、被覆すべき中
空糸束の切断面側の縁部に、厚さ０．２０ｍ＋ｎのスペ
ーサのシールを貼った。さらに、ゴムシートにポリウレ
タン系隔壁形成用樹脂を付着させ、これをスペーサシー
ル上で滑らすことによって上記スペーサ部分を除く中空
糸束の切断面全体にポリウレタン系隔壁形成樹脂を塗布
した。その後、直ちに中空糸束の他方の端より空気を流
速１００　、ｇ／ｍｉｎで吹き込んだ。さらに、ポリプ
ロピレンのシートをスペーサ上部に滑らすことにより、
余分なポリウレタン糸樹脂を取り除き、膜表面積０．８
ｍ”の中空糸型液体処理装置を作製した。

その結果、内径２４ｎ＋ｍの血液流出入部を形成するこ
とができた。この血液流出入部の隔壁端面における中空
糸束の充填密度は６１．９％であった。また中空糸束３
の最大部の直径は３０ｍｍ、開口部の直径は２２ｍｍで
あり、収束率は４６．３％であった。

（比較例１） 従来の方法に基づいて内径２００μｍ、膜厚１２μｍの
再生セルロース製中空糸膜７１００本からなる中空糸束
を用い、両端をポリウレタン系樹脂によりハウジングに
固定し切断することにより隔壁を形成して血液処理装置
を製造し、これを比較例１とした。この血液処理装置の
血液流出入部の内径は３４ｍｍであった。また、血液流
出入部の隔壁端面における中空糸束の充填密度は３０．
８％であり、さらに中空糸束３の径は全体にわたって３
０ｍｍであり、収束率は０であった。

（実験例１） 上記実施例１および比較例１で作製した血液処理装置に
つき、血液流出入部７ａの総容量を比較した結果を表１
に示す。

表　　１ このように実施例１では、ブライミング量を比較例１に
対して４６．６％まで減少させることができた。さらに
実施例１および比較例１で作製した血液処理装置につい
て、水を用いた５　００　ｍｍＨｇの耐圧試験を行った
ところ、ともに水の漏れは認められなかった。

（実験例２） 上記実施例１および比較例１で作製した血液処理装置の
泡抜き時間についての測定を行った。

すなわち、第２図に示すように、循環ポンプ２０、貯２
血槽２１ａ、２１ｂおよび恒温槽２２をそれぞれ接続し
、水で充填された血液回路２３の静脈側を血液処理装置
２４の血液流出部２４ａ、また動脈側を血液流出入部２
４ｂにそれぞれ接続した。このとき血液処理装置２４は
静脈側血液流出入部２４ａが上になるように配置した。

そして、この回路において、流量２００　ｍβ／ｍｉｎ
で水を循環させるとともに動脈側のサンプリングボート
部２５より空気２ｍｌを注入し、静脈側血液流出入部２
４ａがら空気が完全に抜けきるまでの時間を測定した。

その結果、比較例１は５０秒要したのに対し、実施例１
は１５秒であった。このことから、実施例１ではブライ
ミング操作性が向上し、さらに流れが円滑になっている
ことが確認された。

尚、上記実施例においては、本発明を血液処理装置（人
工腎臓）について適用した例について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、その他人工肺、プ
ラズマセパレータ等の人工臓器や、ドナーフェレーシス
、浄水器などの液体処理器等にも適用できることは勿論
である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明による中空糸型液体処理装置
によれば、中空糸束を隔壁部において液体流出入部側の
端面方向に向けて収束させるとともに、液体流出入部に
対応する空間部の径を隔壁部の開口部における中空糸束
の径と実質的にほぼ同一としたので、液体流出入部を小
型化できるとともに、当該液体流出入部における液体流
速の変化を最小とすることができる。また、隔壁の端面
における空孔率を最大限にすることができるので、液体
の停滞や乱流の発生を防止することができる。さらに、
液体流出入部のプライミングボリュームが少なくなり、
かつ循環開始前のブライミング洗浄の際、泡抜けが容易
となり、取り扱いが容易になるという効果を奏する。ま
た、本発明による中空糸型液体処理装置の製造方法にょ
れば、上記液体処理装置を容易に製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る中空糸膜型血液体処理
装置の一部断面図、第２図は実験例２に用いた血液回路
の構成を示す図である。 ■・・・ハウジング、　　　２・・・中空糸膜３・・・
中空糸束、　　　　４・・・隔壁７・・・流路形成部材
、　　７ａ・・・血液流出入部８・・・血液導入口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ液体流出入口を有する一対の液体流出入
   部が設けられるとともにこれらの流出入部間に流体流出
   口および／または流体流入口が設けられたハウジングと
   、多数の中空糸膜からなるとともに前記ハウジングに収
   容された中空糸束と、前記中空糸膜の端部を開口させた
   状態で当該中空糸束の端部を前記ハウジングの両端部に
   液密に固定する隔壁とを備えた液体処理装置において、
   前記中空糸束の少なくとも一方の隔壁内の部分を、当該
   隔壁の前記液体流出入部側の端面に向けて収束させると
   ともに、当該端面に対応する前記液体流出入部の空間部
   の径を、前記端面における中空糸束の径と実質的にほぼ
   同一としたことを特徴とする中空糸型液体処理装置。
2. （２）前記液体流出入部の空間部を、その径が前記液体
   流出入口から前記隔壁の端面近傍に向けて滑らかに拡大
   するように形成してなる請求項１記載の中空糸型液体処
   理装置。
3. （３）前記中空糸束の収束率が１０〜５５％である請求
   項１または２記載の中空糸型液体処理装置。
4. （４）前記隔壁の開口部側の端面における中空糸束の充
   填密度が３０〜８５％である請求項１ないし３のいずれ
   か１つに記載の中空糸型液体処理装置。
5. （５）請求項１ないし４のいずれかに記載の中空糸型液
   体処理装置を製造する方法であって、所定の収束手段に
   より前記中空糸束の少なくとも一方の端部近傍を当該端
   部に向けて収束させる工程と、前記中空糸束の端部を収
   束させた後、当該中空糸束を前記ハウジング内に前記収
   束部が隔壁形成予定位置になるように収容する工程と、
   前記収束部に隔壁形成用樹脂を注入し硬化させて隔壁を
   形成するとともに、前記中空糸束を前記ハウジングに固
   定させる工程とを含むことを特徴とする中空糸型液体処
   理装置の製造方法。