JPH0422107B2 - - Google Patents

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JPH0422107B2
JPH0422107B2 JP62117245A JP11724587A JPH0422107B2 JP H0422107 B2 JPH0422107 B2 JP H0422107B2 JP 62117245 A JP62117245 A JP 62117245A JP 11724587 A JP11724587 A JP 11724587A JP H0422107 B2 JPH0422107 B2 JP H0422107B2
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blood
gas
oxygenator
manifold
central
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Sutepanobitsuchi Ridorenko Nikorai
Chimofuiibitsuchi Gorun Bikutoru
Furoimobitsuchi Mukuniku Gurigorii
Ramizobitsuchi Karichefu Ja
Naimobitsuchi Shiteinberugu Arekusandoru
Borisobitsuchi Refu Mikairu
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/70—Polymers having silicon in the main chain, with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/108—Inorganic support material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31652—Of asbestos
    • Y10T428/31663—As siloxane, silicone or silane

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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、医療器械の分野、詳述すれば、２相
媒体分離用、特に血液の流れとガスの流れを分離
するためのガス透過性膜を使用した血中酸素供給
器に関する。
〔従来の技術と問題点〕
高能率のガス交換装置を提供するため、２つの
要件を満すことが必要である。第一に、高い特異
性を有するガス透過性膜が必要である。次に、こ
の膜をベースとして、すべての媒体を均一に分配
させ、その有効な相互混合を行ない、膜の全作用
表面積にわたつて適切なガス交換を行なう設計を
工夫すべきである。
血中酸素供給器に使用するガス膜は、O2に関
しての高い透過性、CO2に関しての一層高い透過
性、血液との生物学的適合性及び操作中に生ずる
圧力に充分耐える機械的強度を有すべきである。
ポリマー物質：ポリエチレン、ポリテトラフル
オロエチレン（米国デユポン社から商品名テフロ
ンとして入手可能）、ポリ塩化ビニル、天然ゴム、
ジメチルシリコーンゴムから作られたガス透過性
膜が文献に知られている。。
ポリマー物質から作られた膜のガス透過性は膜
中へのガス溶解及びガスの拡散のプロセスと関連
する。従つて、ガス透過性Ｐは溶解度Ｓと拡散係
数Ｄとの積である： Ｐ＝Ｓ・Ｄ ポリマー物質の膜はすべて血液との生物学的適
合性を有するが、互いに透過性を著しく異にす
る。即ち、下記の物質に関する酸素の透過係数
Po2×10-9は次のとおりである： ポリエチレン 0.0002 ポリテトラフルオロエチレン 0.0004 ポリ塩化ビニル 0.014 天然ゴム 2.4 ジメチルシリコールゴム 50.0 ジメチルシリコールゴムに関して、そのCO2透
過性はO2透過性より５倍高いけれども、他の物
質から作られた膜に関してはこの比が一層大であ
る。
ガス透過性膜により血液流動室とガス流動室と
に区分されたハウジングから成る血中酸素供給器
の第一の形態では、ガス透過性膜としてポリエチ
レンフイルムが使用された〔メジズ・パブリツシ
ング・ハウス（Medgi.z Publishing House）
1960年発行アレン（J.Allen）編集、論文集「ア
ーテイフイシヤル・ブラツト・サーキユレイシヨ
ン（Artificial Blood Circulation）」、クローズ
（J.Close）、ネビル（Nevill）著「メンブラン・
オキシゲイター（Membrane Oxygenator）」78
〜96頁参照）。この血中酸素供給器は、充分な能
力の人工血液循環を確実にするために、32m2のガ
ス交換面を有し、供血者の血液5.75を満すこと
を必要とする。この装置のガス透過性膜は、その
使用中に沈着物で被覆され、非湿潤性を失ない、
従つてガス室への液体の浸入が起り、酸素供給器
の有効使用時間は２〜３時間に制限されることが
判つた。
上記の事実から、血中酸素供給器にガス透過性
の低いガス透過性膜を使用する場合にはガス交換
面を数十m2にすること、従つて供血者の血液の充
填量を多量（６まで）にする必要があることが
判る。更に、このような膜は血液に有害な作用を
及ぼし、このことはその使用時間を制限する。
この理由で、ガス透過性膜の材料として、良好
なガス透過性及び高い生体適合性を有するジメチ
ルシリコーンゴムを使用する試みがなされた。し
かしながら、純粋なジメチルシリコールゴムは低
い機械的強度を有し、この理由から100μｍ以上
の厚さのフイルムしか得られず、このようなフイ
ルムには屡々マクロの欠陥（孔）が形成する。
ポリマーの機械的強度を増加するため、有機珪
素ゴムポリマー、特にシリコーンゴムをナイロン
布（強化基材）上に施して厚さ125μｍの強化フ
イルムを得ることが示唆された〔Trans.Amer.
Soc.Artif.Int.Organs，1968年巻328〜334員、
コロボー（T.Kolobow）、ザポール（W.Zapol）、
ピーアス（J.E.Pierce）、キーリイ（A.F.
Keeley）、リプログル（R.L.Replogle）及びハラ
ー（A.Haller）著「パーシヤル・エキストラコ
ーポレアル・ガス・エクスチエンジ・イン・アラ
ート・ニユウ・ボーン・ラムズ・ヴイズ・ア・メ
ンブラン・アーテイフイシヤル・ラング・パーフ
ユーズド・ヴアイア・アン・エイ−ヴイ・シヤン
ト・フオー・ピーリオズ・アプ・トウ96アワーズ
（Partial extracorporealgas exchange in alert
new born lambs with ａ membrane
artificial lung perfused via an Ａ−Ｖ shunt
for periods up to 96 hours）」。
このようなガス透過性膜の公知製造方法は、強
化基材上にシリコーンゴムを流延法によつて施し
引き続いて、施したゴムを基材と一緒にロールの
間で圧延して均一な厚さの膜を作ることにある
（1967年６月13日発行の米国特許第3325330号明細
書参照）。このような膜におけるゴム層は補強網
状組織を充分に充填する。
シリコーンゴムを主体とするガス透過性膜を使
用することにより、約６m2の作用面及び約１の
供血者の血液充填容量を有する、全人工血液循環
用の血中酸素供給器を製造することが可能になつ
た。しかし、これらの血中酸素供給器の膜はかな
りの厚さ（125μｍ）を有し、また、この厚さは
強化スクリーンの厚さによつて決定される。
一定の透過係数では膜を通過するガスの量がそ
の厚さに反比例することは知られている。従つ
て、膜を通過するガスの量に制限がある。更に、
ゴムと強化スクリーン繊維との結合部位で不充分
な粘着が起り、これにより貫通マクロ孔が形成
し、血中酸素供給器の運転停止を起す。
ガス流動室と血液流動室を交互に分離する中心
オリフイスを有するガス透過性膜の複数層を含ん
でなる血中酸素供給器の形態が現在最も便利であ
る。すべての室への血液の流動を確実にするため
に、酸素供給器に中央入口マニホールド及び周縁
出口マニホールドを設ける。また、ガスのため、
入口及び出口ガスマニホールドを設ける。膜はす
べて全人工血液循環を提供するのに充分な総作用
面積を有する。血中酸素供給器に使用される現在
知られているガス透過性膜はすべて可撓性である
から、このような配列を実現するには、膜の間に
配置され、原則として硬質格子構造を有するスペ
ーサ部材を使用することが必要である。これらの
部材も血流の横断面の恒常性を確実にする作用を
する。しかしながら、血液と接触している付加的
部材の使用は血液に有害な影響を及ぼすことが明
らかである。
したがつて、上記したような問題点をもたない
血中酸素供給器を提供することが今望まれてい
る。換言すると、本発明は、単位表面積に関して
みた場合に、同様なタイプの公知なガス透過性膜
のどれよりも実質的に多量のガスを通過させるこ
とができかつ加えられた荷重に耐え、しかも製造
の間に付与された形状を変えることない剛性をも
つた２相媒体分離用ガス透過性膜を使用した血中
酸素供給器を提供することを目的としている。こ
の血中酸素供給器では、膜のガス交換表面積が比
較的に小さく、したがつて、供血者の血液で満た
されるべき容量が比較的に小さく、また、膜の血
液に対する作用は生体の再生能力のレベルの如く
最小であり、従つて、患者の術後期間の回復を促
進し、血中酸素供給器を人工血液循環ばかりでな
く、肺動脈弁閉鎖不全の場合の呼吸の維持等、広
範囲の用途に使用するのを可能にするであろう。
〔問題点を解決するための手段〕
上記した目的は、本発明によれば、ガス透過性
膜によつて血液流動室及びガス流動室に区分され
たハウジングから成る血中酸素供給器において、 前記血中酸素供給器が多数のガス透過性膜を有
すること、 前記血中酸素供給器が、血液流動室とガス流動
室とを交互に分離形成する複数の中央開口付きガ
ス透過性膜、中央の入口マニホールド及び周縁出
口血液マニホールドならびに入口及び出口ガス流
動マニホールドを有すること、及び 前記ガス透過性膜が互いにそれらの同じ表面で
対面しかつそれらの膜の周縁及び中央開口の周囲
にそつて対をなして接続されていて、外表面にポ
リマー層を有するガス流動室を形成し、その外表
面は、互いに対面する表面ごとに一方の表面の突
出部が他方の表面の突出部の間にはさまれるよう
に配置された突出部を有し、その際、突出部の側
面の間に隙間を形成し、突出部の間の隙間に血液
流動室が形成され、そして膜の中央開口の内側に
入口中央血流マニホールドが形成されているこ
と、を特徴とする血中酸素供給器によつて達成さ
れる。
なお、本願明細書では、この血中酸素供給器の
各構成手段を参照するに当つて、それを簡略化し
たり別の用語で用いることがあることを理解され
たい。例えば、ガス透過性膜は、それを単に膜と
記したり中央開口付きガス透過性膜と記したりす
ることがある。また、入口中央マニホールドと入
口マニホールド、周縁出口血液マニホールドと環
状周縁マニホールド、血中酸素供給器と酸素供給
器なども同様な例である。
本発明において用いられるガス透過性膜は、強
化基材及び有機珪酸ゴムを主体とするポリマー層
から成るガス透過性膜であつて、強化基材が開放
孔を有する固体材料からできており、基材上に沈
着せしめられたポリマー層は２〜5μｍの厚さで
あり、前記孔を部分的に、基材の表面へポリマー
の固体層を確かに粘着するのに充分な深さまで充
填している。
本発明による血中酸素供給器において、ガス透
過性膜の強化基材は、焼結金属粉末から形成する
のが好ましい。
ガス透過性膜は、好ましくは、強化基材上に有
機珪素ゴムを主体とするポリマー層を施すことか
ら成る方法であつて、基材として固体開放孔材料
を使用し、基材に不活性で、これを湿潤しうる溶
媒中に１〜20％の濃度でポリマーを溶解し、基材
を溶媒の沸騰温度より0.5〜20℃だけ高い温度に
加熱し、有機珪素ゴムを主体とするポリマー溶液
を基材表面上に0.5〜５mg／cm2の量で噴霧するこ
とによつてポリマー層を施すことによつて調製す
ることができる。
本発明の血中酸素供給器は、その好ましい１態
様によれば、血液流動室とガス流動室とを交互に
分離形成する複数の中央開口付きガス透過性膜、
中央の入口マニホールド及び周縁出口血流マニホ
ールドならびに入口及び出口ガス流動マニホール
ドを有していて、前記ガス透過性膜が互いにそれ
らの同じ表面で対面しかつそれらの膜の周縁及び
中央開口の周囲にそつて対をなして接続されてい
て、外表面にポリマー層を有するガス流動室を形
成し、その外表面は、互いに対面する表面ごとに
一方の表面の突出部が他方の表面の突出部の間に
はさまれるように配置された突出部を有し、その
際、突出部の側面の間に隙間を形成し、突出部の
間の隙間に血液流動室が形成され、そして膜の中
央開口の内側に入口中央血流マニホールドが形成
されていることを特徴とする。
中央マニホールドには、その約半分の長さのと
ころに密な隔壁を置いて、隔壁の両側に位置する
中央マニホールドの部分が環状の周縁マニホール
ドによつて連通しているようにするのが望まし
い。
中央マニホールドには、隔壁の両側に変位部材
を設けて、酸素供給器における血液流を減少さ
せ、血液流動室中に血液を均一に分配させるのも
好ましい。
本発明の血中酸素供給器において配列されるガ
ス透過性膜は、このタイプの膜のガス交換効率を
規定する主な拡散抵抗係数の１つであるポリマー
層の厚さの減少により同様のすべての公知な膜よ
り高いガス透過性を有する。同時に、この薄い連
続ポリマー層は、生ずる力を支える丈夫な高多孔
性強化基材に強固に固定されているので、作動中
に生ずる任意の機械的負荷を受けない。そのた
め、基材及び従つて膜の機械的形状が全体として
保持される。
本発明の血中酸素供給器において用いられるガ
ス透過性膜の製造方法は、簡単であつて、新規で
精巧な処理装置を必要としない。所定の一定温度
を有する加熱装置及びポリマー溶液用の噴霧装置
を使用すれば充分である。このような加熱装置及
び噴霧装置は世界のすべての先進国の種々の製造
業者から容易に入手可能である。
ガス透過性膜は、種々のガス交換装置に、例え
ばダイバー用の呼吸装置に使用することができ
る。しかし、かかるガス透過性膜の最も好ましい
用途は、人工血液循環装置の主機能部を構成する
ところの血中酸素供給器にある。
本発明による血中酸素供給器の配列は、与えら
れた血流に酸素を供給するのに必要なガス交換面
積が比較的小さく、従つて、使用する供血者の血
液量が比較的少ないことを特徴とする。更に、硬
質強化基材を使用しているので、血液流動室及び
ガス流動室を交互に形成するために必要な形を膜
に与えることが可能になる。ガス透過性膜のポリ
マー層は、血液流動室に対面している。従つて、
血液は最も良好な生物学的適合性を有するポリマ
ーと接触している。これにより、患者の血液に対
する酸素供給器の作用は最小になり、その作用は
生体の再生能力の水準にあり、従つて術後の回復
期間が促進され、酸素供給器は人工血液循環ばか
りでなく、肺動脈弁閉鎖不全等の場合に呼吸の維
持にも広範囲に適用可能になる。
本発明において用いられるガス透過性膜は、良
好な加工性を有し、よつて、膜に任意の所望の硬
質構造を与え、特に膜を対にして接続し、その上
に突出部を設けることが可能にある。膜上の突出
部は血液流動室の寸法の恒常性、個々の室の間の
血流の分布の均一性を保証する。更に、血液は突
出部の間を移動しながら、層流の間に連続的に混
合される。また、これがため、かかるガス交換装
置の作動効率が改良される。
膜上の突出部は、血液流動室にスペーサ部材
（スクリーン）の使用を回避するのを可能にし、
従つて血液流動室の液圧抵抗を低下する。これに
より、血中酸素供給器を例えばポンプなしに呼吸
の保持に使用することが可能になる。従つて、血
液循環路から可動部材が排除され、血液の構成成
分の損傷を最低にすることができる。
〔実施例〕
次いで、本発明による血中酸素供給器を添付の
図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
先ず最初に、本発明の血中酸素供給器において
用いられるガス透過性膜について説明する。本発
明において用いられるガス透過性膜の主たる構成
要素は、第１図に示されるように、有機珪素ゴム
を主体とするポリマーの連続層１である。厚さ２
〜5μｍのこの層１を開放孔３を有する強化基材
２上に施し、開放孔３を、連続層１の側面につい
て、有機珪素ゴムを主体とするポリマーで部分的
に充填する。孔３の内面は複雑な構造の粗面を有
し、従つてポリマーによる孔３の部分的充填物４
が連続ポリマー層１と多孔質基材２との間の強固
な結合を保証する。基材２の孔３上にあるポリマ
ー（充填物４）及び連続層１を形成するポリマー
は同じ性質及び大きな接触面積を有する。これに
より、基材２の表面への連続的ポリマー層１の確
実な粘着が保証される。
強化基材２は、充分な機械的強度を有し、基材
上に施されるポリマー層１の100倍以上高いガス
透過性を有する。開放孔含有率20％以上の任意の
固体材料から作ることができる。
例えば焼結ニツケル粉末から、下記の特性を有
する強化基材を調製することができる。
開放孔含有率 60％ 厚さ 150μｍ 最大孔径 3μｍ 平均孔径 1μｍ 酸素に対する透過性 （2.5−3.5）×10-3cm3／sec.mmH2O.cm2 同様に、エチルセルロースから、下記の特性を
有する多孔質強化基材を調製することもできる： 開放孔含有率 10％ 厚さ 160μｍ 最大孔径 3.5μｍ 平均孔径 1.5μｍ 酸素に対する透過性 （1.5−3.0）×10-3cm3／sec.mmH2O.cm2 ガス透過性膜は、強化基材２上に有機珪素ゴム
を主体とするポリマーの層１を施すことによつて
製造される。ポリマー層１は、基材の材料に対し
て不活性で、それを湿潤させうる溶媒中に１〜20
％の濃度でポリマーを溶かすことによつて施す。
次に、基材２を溶媒の沸点より0.5〜20℃高い温
度に加熱し、基材２の表面上に有機珪素ゴムポリ
マー溶液を0.5〜５mg／cm2の量でスプレーする。
溶液エーロゾルが親水性強化基材２上に落下す
ると、溶液は毛管力によつて加熱された基材２の
孔３中に引張られる。溶媒は沸騰し、完全に蒸発
し、ポリマーは８〜12μｍの深さで強化基材２の
孔３の側壁に残る。溶液のその後のスプレー工程
で、これらの孔３を前記の深さから基材２の表面
までポリマーで充填し、その後更にスプレーして
強化基材２の表面上に孔３内にあるポリマーと結
合した２〜5μｍの厚さのポリマーの連続層１を
作る。
孔３の断面は多様であり、内面は粗いので、ポ
リマー（充填物４）は基材２との強力な機械的結
合を有し、基材２の表面への連続層１の確実な付
着を保証する。
上記したガス透過性膜の製造方法をさらに詳し
く説明するため、次に若干の製造例を記載する。
製造例 １ ガソリン中のジメチルシリコーンゴムの20％溶
液を調製した。使用したガソリンは、無色透明
で、四エチル鉛、機械的不純物及び水を含まない
ものであつた。調製した溶液を焼結ニツケル粉末
から成る加熱した強化基材上に150μｍの厚さに
スプレーした。基材の温度を一定に140℃に保持
した。溶液エーロゾルは、親水性多孔質基材に接
触すると、毛管力の作用下に基材の孔の内部に吸
引された。ガソリンが沸騰し、充分に蒸発し、ゴ
ムが８〜10μｍの深さに残留した。その後のスプ
レーにより、孔は上記の深さまでゴムで充分に充
填され、次に溶液を更にスプレーすると、強化基
材上に４〜5μｍの厚さのゴムの連続層が形成さ
れた。
製造例 ２ ガソリン中のジメチルシリコーンゴムの１％溶
液を調製した。使用したガソリンは、無色透明
で、四エチル鉛、機械的不純物及び水を含まない
ものであつた。得られた溶液を焼結ニツケル粉末
から成る厚さ150μｍの加熱した強化基材上にス
プレーした。基材の温度を一定に120.5℃に保持
した。溶液エーロゾルは、親水性強化基材に接触
すると、毛管力によつて基材の孔内に吸引され
た。ガソリンが沸騰し、充分に蒸発し、ゴムが10
〜12μｍの深さに残留した。更にスプレーする
と、孔は上記の深さまでゴムで充分に充填され、
その後溶液を更にスプレーすると、強化基材上に
２〜3μｍの厚さのゴムの連続層が形成された。
製造例 ３ ガソリン中のジメチルシリコーンゴムの５％溶
液を調製した。使用したガソリンは、無色透明
で、四エチル鉛、機械的不純物及び水を含まない
ものであつた。こうして調製した溶液を焼結ニツ
ケル粉末から成る厚さ150μｍの加熱した強化基
材上にスプレーした。基材の温度を一定に125℃
に保持した。溶液エーロゾルは、親水性多孔質基
材に接触すると、毛管力によつて孔の内部に吸引
された。ガソリンが沸騰し、充分に蒸発し、ゴム
が９〜10μｍの深さに残留した。その後のスプレ
ーで、孔は上記の深さまで充填され、次に溶液を
更にスプレーすると、強化基材上に厚さ３〜4μ
ｍのゴムの連続層が形成された。
製造例 ４ ジエチルエーテル中のジメチルシリコーンゴム
の10％溶液を調製した。得られた溶液を厚さ
150μｍの焼結ニツケル粉末の加熱した強化基材
上にスプレーした。基材の温度を一定に50℃に保
持した。溶液エーロゾルは、親水性多孔質基材と
接触すると、毛管力によつて孔の内部に吸引され
た。エーテルが沸騰し、充分に蒸発し、ゴムが８
〜10μｍの深さで残留した。その後のスプレー
で、孔は充分にゴムで充填され、次に溶液を更に
スプレーすると、強化基材上に厚さ４〜5μｍの
ゴムの連続層が形成された。
製造例 ５ クロロホルム中のシランの８％溶液を調製し
た。得られた溶液を厚さ160μｍのエチルセルロ
ースの加熱した多孔質強化基材上にスプレーし
た。基材の温度も一定に80℃に保持した。エーロ
ゾル溶液は、親水性多孔質基材と接触すると、毛
管力によつて基材の孔の内部に吸引された。クロ
ロホルムが沸騰し、充分に蒸発し、シランが８〜
10μｍの深さで残留した。その後のスプレーで、
孔はシランで上記の深さまで充分に充填され、次
に溶液を更にスプレーすると、強化基材上に厚さ
４〜5μｍのシランの連続層が形成された。
第２図には、第１図に示したようなガス透過性
膜６によつて血液流動室７及びガス流動室８に区
分されたハウジング５から成る単純構造の血中酸
素供給器を示す。ハウジング５には、静脈血用の
流入パイプ９及び動脈血用の流出パイプ１０、並
びにガスの入口及び出口用にそれぞれパイプ１１
及び１２がある。ガス透過性膜６は、強化基材２
上のポリマーの連続層１が血液流動室７に対面す
るように配置する。
第３図には、第１図に示した構造を有するガス
透過性膜１３の複数個を相互に平行に配置してな
る血中酸素供給器の配列を示す。
膜１３は中央開口を有する円板として作られ、
血液流動室１４とガス流動室１５を交互に形成し
かつ分離する。膜１３は対になつて膜の周縁及び
中央流入血液マニホールド１６を形成する中央開
口の周に沿つて接続されている。膜１３の外縁と
マニホールドのハウジング１７との間には環状周
縁出口血流マニホールド１８がある。膜１３の外
側面上には、相互に対面する表面ごとに一方の表
面の突出部１９が他方の表面の突出部１９の間に
挿入されるように突出部１９が設けられ、突出部
１９の側面の間に隙間が形成される。接続された
膜の内部にはガス流動室１５が形成され、突出部
１９の間の隙間には血液流動室１４が形成される
それぞれの膜１３上のポリマー層は常に血液流動
室１４と対面している。室１４及び１５の封隙は
封隙部材２０によつて行なわれる。静脈血用の流
入パイプ及び入口ガスパイプ１１及び出口ガスパ
イプ１２は血中酸素供給器の底２１に設けられて
いる。
第４図には、第３図に示した血中酸素供給器の
−切断線に沿う図を示す。膜１３の突出部１
９の一部の横断面が示されている。血液の流動方
向を実線の矢印２２（膜の一部の上）で示し、ガ
スの流動方向を点線２３で示す（通常行われてい
るように、ガス流動室の半分について）。
第５図には、第３図に示した血中酸素供給器の
側面図を示す。図面から、中央マニホールド１６
にはその長さの約半分のところに膜（突出部なし
に示した）の外径に等しい外径を有する密な隔壁
２４が設けられている。隔壁２４の両側に配置さ
れた中央マニホールドの部分は環状周縁マニホー
ルド１８によつて連通しており、出口血流マニホ
ールドの機能は血流の方向で隔壁２４の後方に配
置された中央マニホールドの部分２５によつて行
なわれる。隔壁２４の両側に、酸素供給器中の血
液量を減少し、血液流動室中に血液を均一に分布
させるため変位部材２６が設けられている。
第２図に示した酸素供給器は次のような方法で
使用する。
酸素供給器を運転する際には、膜の一方の側
（連続ポリマー層の側）に血液を流し、他方の側
にガスを供給する。流入パイプ９により酸素供給
器の室７中に通る静脈血「Ｖ」は、50〜65mmＨｇ
の二酸化炭素の分圧を有し、65〜75％の酸素で飽
和されている。流入パイプ１１より純粋な酸素を
酸素供給器中の室８中に導入する。この方法で、
ガス透過性膜６上に50〜65mmＨｇに等しい二酸化
炭素の分圧の勾配が得られ、これは血液流動室７
からガス流動室８へ向う。反対側に向つて約700
mmＨｇに等しい酸素分圧のの勾配が支配する。分
圧のこれらの勾配により、膜６を通過するところ
の二酸化炭素（血液からガスへ）及び酸素（ガス
から血液へ）の向流の流れが移動する。第１図及
び第２図において、これららの流れは一点鎖線で
示す。酸素供給器中に導入された静脈血「Ｖ」は
膜６の連続層１と接触している。血液流動室７中
の静脈血とガス流動室８中の純酸素との間の二酸
化炭素分圧の支配している勾配により、二酸化炭
素は薄い連続ポリマー層（第１図及び第２図）、
次に基材２の孔３を部分的に充填するポリマー
（充填物４）を通つて基材２の開放孔３中に浸透
する。二酸化炭素は開放孔３からガス流動室８中
に通り、酸素の流れによつて流出パイプにより環
境媒体中に引き抜かれる。
反対側に向う酸素分圧の勾配は同じ通路に関し
て反対方向の酸素の流動を保証し、この酸素は連
続ポリマー層１と直接接触する血液の薄いフイル
ムを動脈血に変える。
膜６の薄いポリマー層１は、単位ガス交換表面
積を通つてかなりの流速のガスの通過を可能に
し、従つてガス交換面積及び充填量を減少させ
る。ガス透過性膜に沿つての血液が移動すると、
二酸化炭素の一部がそこから35〜40mmＨｇの分圧
まで除去され、酸素での血液の飽和は92〜98％に
増加する。この動脈血となつた血液「Ａ」は血中
酸素供給器か流出パイプ１０を通つて取り出さ
れ、患者に供給することができる。
精製基本血液流（strain elemental Blood
jets）と血液を層流で流すと、その後のガス交換
過程は遅くなる。なぜなら、血液のガス輸送機能
を行なう赤血球がガス交換を妨害する高い拡散抵
抗を有する血漿中に懸垂状態にあるからである。
従つて、動脈血化する間の二酸化炭素及び酸素の
流れはガス透過性膜ばかりでなく、、常に濃度の
増す、動脈血になつた血液をも通過しなければな
らない。
血液は血液流動室７内を移動するときに、血液
との良好な生物学的適合性を有する有機珪素ゴム
を主体とする連続ポリマー層とだけ接触すること
に注意すべきである。このことにより、このよう
な酸素供給器の血中蛋白質及び血液の構成成分に
対する有害な作用は最小になる。
膜６の強化基材２は固体物質から成るので、ガ
ス透過性膜は充分に高い剛性を有し、従つて700
mmＨｇまでの圧力下で血液流動室７の寸法が変化
しないで保持される。
第１図に示した膜の機能を一層充分に証明する
ため、単純なタイプの血中酸素供給器の操作を記
載した。第３図、第４図及び第５図は、一層操作
の便利な血中酸素供給器の配列を示す。これらの
血中酸素供給器でも前述のガス透過性膜をベース
として使用する。
第３図、第４図及び第５図に示した血中酸素供
給器は次のような方法で操作する。静脈血「Ｖ」
を流入パイプ９よりり血中酸素供給器に供給し、
血流の中央入口マニホールド１６中を通す。この
マニホールド１６には変位部材２６が設けられて
いる。入口マニホールドからは、血液が血液流動
室１４の間に均一に分配される。静脈血はガス透
過性膜１３の連続ポリマー層と接触している。膜
１３のすぐ近くの血液層から二酸化炭素はガス流
動室１５中に浸透し、血液フイルムを動脈血にす
る酸素は反対方向に移動する。血液流動室１４中
の血液が更に移動する間に、血液は突出部１９の
まわりに流れ、従つて動脈血化された血液フイル
ムは血流の内部に通り、静脈血がそれに取つて代
わり、この方法でその静脈血も動脈血になる。従
つて、血液が層流で流れる間に、血液は図面に矢
印２２で示したように連続的に混合され、これに
よりガス交換過程が増強される。血液流動室１４
における血液分布の均一性は、突出部１９の高さ
を等しくすること、従つて血液流動室１４の寸法
を同一にすることによつて保証される。
血液は、血液流動室１４の一部を通過した後、
周縁マニホールド１８中に浸入し、そこから残り
の血液流動室１４の間に均一に分配され、そこで
更に血液の動脈血化が行なわれ、次に出口血流マ
ニホールド２５から取り出される。出口血流マニ
ホールドとしては、血液の流路に沿つて隔壁２４
の後にある中央マニホールドの一部が作用する。
動脈血となつた血液は酸素供給器から流出パイプ
１０を介して取り出される。
酸素は流入パイプ１１を介して血中酸素供給器
中に入、すべてのガス流動室１５中に均一に分配
される。これらの室を通つて移動する間に、二酸
化炭素は静脈血からガス透過性膜１３を通つて酸
素流中に浸透し、酸素の一部は逆方向に血液中に
入る。残りの酸素は二酸化炭素と一緒に流出パイ
プ１２を介して環境媒体中に排出される。
第３図、第４図及び第５図において具体的に表
現された血中酸素供給器は、約４m2のガス交換表
面積及び約0.5の供血者の血液の充填量で血液
に６／分の酸素供給を保証する。用いたガス透
過性膜が固体物質からなる強化基材を有し、従つ
て膜の剛性が保証されているので、血液流動室内
の圧力を安全に700mmＨｇまで増加することがで
きる。
ちなみに、現在使用されている公知の最良タイ
プの酸素供給器は、６m2以上のガス交換表面積及
び1.2の血液充填量を有するが、圧力を300mmＨ
ｇにしか増加できない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の血中酸素供給器において用
いられるガス透過性膜の断面図、第２図は、第１
図に示したガス透過性膜を有する血中酸素供給器
の最も簡単な態様を示した略示図、第３図は、第
１図に示した膜の複数個を有する血中酸素供給器
を示した略示図、第４図は、第３図の線分−
にそつた断面図、そして第５図は、第３図に示し
た血中酸素供給器の側面図である。 図中、１はポリマー層、２は強化基材、３は開
放孔、６はガス透過性膜、７は血液流動室、そし
て８はガス流動室である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガス透過性膜によつて血液流動室及びガス流
    動室に区分されたハウジングから成る血中酸素供
    給器において、 前記血中酸素供給器が多数のガス透過性膜を有
    すること、 前記血中酸素供給器が、血液流動室とガス流動
    室とを交互に分離形成する複数の中央開口付きガ
    ス透過性膜、中央の入口マニホールド及び周縁出
    口血流マニホールドならびに入口及び出口ガス流
    動マニホールドを有すること、及び 前記ガス透過性膜が互いにそれらの同じ表面で
    対面しかつそれらの膜の周縁及び中央開口の周囲
    にそつて対をなして接続されていて、外表面にポ
    リマー層１を有するガス流動室１５を形成し、そ
    の外表面は、互いに対面する表面ごとに一方の表
    面の突出部１９が他方の表面の突出部１９の間に
    はさまれるように配置された突出部１９に有し、
    その際、突出部１９の側面の間に隙間を形成し、
    突出部１９の間の隙間に血液流動室が形成され、
    そして膜１３の中央開口の内側に入口中央血流マ
    ニホールド１６が形成されていること、を特徴と
    する血中酸素供給器。 ２ 中央マニホールド１６において、その長さの
    約半分のところに密な隔壁２４が配置され、そし
    て隔壁２４の異なる側にある中央マニホールド１
    ６の部分が環状周縁マニホールド１８によつて連
    通していることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載の血中酸素供給器。 ３ 中央マニホールド１６において、隔壁２４の
    両側に変位部材２６を設けて、酸素供給器中の血
    液の量を減少させかつ血液流動室中に血液を均一
    に分配することを特徴とする特許請求の範囲第２
    項記載の血中酸素供給器。
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