JPH0433660A

JPH0433660A - 人工肺用複合膜、その製造方法およびそれを用いた複合膜型人工肺

Info

Publication number: JPH0433660A
Application number: JP2140869A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yokoyama; 研司横山
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1992-02-05

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−［−の利用分野）本発明は、人Ｔ、　１ＩＨｉ用複合膜、その製造方法お
よびそれを用いた複合膜を人工肺に関するものである。

詳しく述へると、長期間使用に際して血漿漏出かなくか
つ充分なガス交換能を保持しており、しかも抗血栓性に
優れた人工肺用複合膜、その製造法およびそれを用いて
複合膜型人工肺に関するものである。

（従来の技術）従来、開心術の補助手段等として、良好なガス透過性を
有するガス交換膜を介して、血液と酸素含有カスとを接
触させてガス交換を行なう脱型人工肺が用いられている
。このガス交換膜には、良好なガス透過性を有すること
以外に、機械的強麿が大きいこと、長期間血液を循環し
ても血漿の漏洩が起こ、らないこと、さらに血液に触れ
ても血液に対する損傷、すなわち血液凝固、微小血栓生
成、血小板損失、血漿タンパクの変性、溶血などを起こ
さないこと等の性能か要求される。現在成型人工肺に用
いられるガス交換膜としては、均質膜と多孔質膜の２種
類があり、均質膜としては、主にシリコーン膜が用いら
れており、一方多孔質膜としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホ
ン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリアミド
等の種々の材質が用いられている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、シリコーン均質膜は、強度的に充分では
なく膜厚を１００μｍ以下にすることができずこのため
ガス透過に限界があり、特に炭酸ガスの透過が悪いもの
であり、また所望のガス交換能を達するために−１例え
ば中空糸膜として数万本束ねたときに装置か大型化しプ
ライミング量の増大をきたし、さらにコスト的にも高い
ものである。

一方、多孔質膜は膜厚方向に連通ずる多数の微細孔を有
するものであるが、前記膜が疎水性であることから、血
漿か細孔を通過することなく、すなわち該膜の血液流路
側から他方のガス流路側への血漿洩れを生ずることなく
、ガス中の酸素を血液中に添加し、かつ血液中の二酸化
炭素をガス中に除去することを可能としている。しかし
ながら、多孔質膜は、水蒸気の透過性か高いので結露水
によって性能か低下するだけでなく長時間血液を循環使
用すると、実際には、血漿の漏出が生じることかあった
。このような現象は、人工肺の製造段階において水洩れ
試験を行ない、異常のないことを確認したものについて
も認められるものであり、使用時に生じる現象である。

したがって、本発明の目的は、新規な人工肺用複合膜、
その製造方法およびそれを用いた複合膜型人工肺を提供
することにある。本発明の他の目的は、長期間使用に際
して血漿漏出がなくかつ充分なガス交換能を保持してい
る人工肺用複合膜、その製造方法およびそれを用いた複
合膜型人工肺を提供することにある。

（課題を解決するための手段）これらの諸口的は、肉厚５〜８０μｍ、空孔率２０〜８
０％および平均細孔径０．０１〜５μｍを有する疎水性
多孔質膜において、該疎水性多孔質膜よりも該平均細孔
径が小さい粒径を有する微粒子を該細孔内に充填して閉
塞し、該閉塞微粒子が少なくとも部分的に溶解して薄膜
を形成していることを特徴とする人工肺用複合膜により
達成される。

本発明はまた、疎水性多孔質膜がポリオレフィン多孔質
膜であり、かつ微粒子がアクリル系重合体である人工肺
用複合膜である。本発明はさらに、アクリル系重合体が
ポリメチルメタクリレートである人工肺用複合膜である
。

これらの諸口的は、肉厚５〜８０μｍ、空孔率２０〜８
０％および平均細孔径０．０１〜５μｍを有する疎水性
多孔質膜に、該疎水性多孔質膜よりも該平均細孔径が小
さい粒径を有する微粒子の分散液を濾過させて該疎水性
多孔質膜の細孔内を該微粒子により閉塞し、該微粒子に
対する溶媒と接触させて少なくとも部分的に溶解させる
ことにより固定することを特徴とする人工肺用複合膜の
製造方法によっても達成される。

本発明はまた、疎水性多孔質膜かポリオレフィン多孔質
膜であり、かつ微粒子がアクリル系重合体である人工肺
用複合膜の製造方法である。本発明はさらに、アクリル
系重合体がポリメチルメタクリレートである人工肺用複
合膜の製造方法である。

これらの諸口的は、肉厚５〜８０μｍ１空孔率２０〜８
０％および平均細孔径０．０１〜５μｍを有する疎水性
多孔質膜において、該疎水性多孔質膜よりも該平均細孔
径が小さい粒径を有する微粒子を該細孔内に充填して閉
塞し、該閉塞微粒子が少なくとも部分的に溶解して薄膜
を形成してなる複合膜をガス交換膜として使用し、酸素
流入口、酸素流出口、血液流入口および血液流出口を備
えたハウジング内に収納して該複合膜を介して血液流路
および酸素流路を形成してなる複合膜型人工肺によって
も達成される。

（作用）本発明で使用される疎水性多孔質膜は、種々の疎水性樹
脂の多孔質膜であるが、−例を挙げると、例えばポリプ
ロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン製膜であり
、その肉厚は５〜８０μｍ、好ましくは１０〜６０μｍ
１空孔率は、２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％お
よび平均細孔径は０．０１〜５μｍ１好ましくは０．０
１〜１μｍであり、中空糸膜でも平幕でもよい。中空糸
膜の場合は、内径は１００〜１，０００μｍ１好ましく
は１００〜３００μｍである。

このような疎水性多孔質膜は、延伸法により製造するこ
ともできるが、例えば特開昭６１−９０゜７０４号、特
開昭６１−９０，７０５号、特開昭６１−９０，７０７
号、特開昭６２−１０６．’７７０号等に開示されてい
るように、ポリオレフィン、該ポリオレフィンの溶融下
で該ポリオレフィンに均一に分散しかつ使用する抽出液
に対して８容性である有機充填剤および結晶核形成剤を
混練し、このようにして得られた混線物を溶融状態でノ
ズルより吐出させ、吐出させた溶融膜を冷却用流体と接
触させて冷却固化し、ついで冷却固化した平膜を前記ポ
リオレフィンを溶融しない抽出液と接触させて前記６機
充填剤を抽出除去することにより製造することもできる
。

微粒子としては、−例を挙げると、例えばポリメチルメ
タクリレート、ポリアミド、ポリ酢酸ビニル、ポリヒド
ロヘキシエチルメタクリレート等である。これらの微粒
子の平均粒径は、前記疎水性多孔質膜の平均細孔径より
も小さいものであることが必要であるが、通常０．０５
〜１．２μｍ１好ましくは０．０５〜０．１５μｍであ
る。

本発明による人工肺用複合膜、その製造方法および得ら
れる人工肺を、中空糸膜を例にとって説明すると、つぎ
のとおりである。すなわち、第１図は、本発明の中空糸
型の複合膜型人工肺の一実施態様である中空糸膜型人工
肺の組立状態を示すものである。すなわち該中空糸膜型
人工肺１は、ハウジング６を具備してなり、このハウジ
ング６は筒状本体７の両端部にそれぞれ環状の雄ネジ付
き取付カバー８，９が設けられ、ハウジング６内には、
全体か広がって多数の、例えば１０．０００〜６０．０
００本の上記したように細孔を有する中空糸状の疎水性
多孔質膜（ガス交換膜）２がハウジング６の長手方向に
沿って並列的な相互に離間配置されている。そして、こ
のガス交換膜２の両端部は、取付カバー８，９内におい
てそれぞれの開口が閉塞されない状態で隔壁１０．１１
により液密に支持されている。また、上記各隔室１０．
１１は、ガス交換膜２外周と上記ハウジング６の内面と
ともに第１の物質移動室である酸素室１２を構成し、こ
れを閉塞し、かつ上記ガス交換膜２の内部に形成される
第２の物質移動流体用空間である血液流通用空間（図示
しない）と酸素室１２を隔離するものである。

一方の取付カバー８には、第１の物質移動流体である酸
素を供給する導入口１３が設けられている。他方の取付
カバー９には酸素を排出する導出口１４が設けられてい
る。

上記ハウジング６の筒状本体７の内面には、軸方向の中
央に位置して突出する絞り用拘束部１５を設けることが
好ましい。すなわち、拘束部１５は上記筒状本体７の内
面に筒状本体と一体に形成されていて、筒状本体７内に
挿通される多数のガス交換膜２からなる中空糸束１６の
外周を締め付けるようになっている。こうして、上記中
空糸束１６は、第１図で示すように軸方向の中央におい
て絞り込まれ、絞り部１７を形成している。したがって
、ガス交換膜２の充填率は、軸方向に沿う各部において
異なり、中央部分において最も高くなっている。なお、
後述する理由により望ましい各部の充填率は次の通りで
ある。まず、中央の絞り部１７における充填率は、約６
０〜８０％、その他部状本体７内では約３０〜６０％で
あり、中空糸束１６の両端、つまり隔壁１０．１１の外
面における充填率では、約２０〜４０％である。

次に、上記隔壁１０．１１の形成について述べる。前述
したように隔壁１０．１１は、ガス交換膜２の内部と外
部を隔離するという重要な機能を果たすものである。通
常、この隔壁１０．１１は、極性の高い高分子ポツティ
ング材、たとえばポリウレタン、シリコーン、エポキシ
樹脂等を７１ウシング６の両端内壁面に遠心江人法を利
用して流し込み、硬化させることにより作られる。さら
に詳述すれば、まず、ハウジング６の長さより長い多数
の中空糸膜２を用意し、この両開口端を粘度の高い樹脂
によって目止めをした後、／Ｓウジング６の筒状本体７
内に並べて位置せしめる。この後、取付はカバー８，９
の径以上の大きさの型カバーで、ガス交換膜２の各両端
を完全に田って、ノ＼ウシング６の中心軸を中心にその
ノ１ウジング６を回転させながら両端部側から高分子ポ
ツティング材を流入する。流し終って樹脂が硬化すれば
、上記型カバーを外して樹脂の外側面部を鋭利な刃物で
切断してガス交換膜２の両開口端を表面に露出させる。

かくして隔壁１０．１１は形成されることになる。

上記隔壁１０．１１の外面は、環状凸部を有する流路形
成部材１８，１９でそれぞれ覆われている。この流路形
成部材１８．１９はそれぞれ液分配部材２．０．２１お
よびネジリング２２．２３よりなり、この液分配部１’
２０．２１の周縁部付近に設けられた環状凸部として突
条２４，２５の端面を前記隔壁１０．１１にそれぞれ当
接させ、ネジリング２２．２３を取付はカバー８．９に
それぞれ螺合することにより固定することにより第２の
物質移動流体である血液の流入室２６および流出室２７
がそれぞれ形成されている。この流路形成部材１８．１
９にはそれぞれ第２の物質移動流体である血液人口２８
および出口２９が形成されている。

この隔壁１０．１１と、流路形成部材１８．１９とによ
り形成される隔壁１０．１１の周縁部の空隙部には、該
空隙部に連通ずる少なくとも２個の孔３２．３３の一方
より充填剤３４．３５を充填することにより前記隔壁１
０．１１と接触するようにシールされる。あるいはまた
、Ｏリング（図示せず）を介してシールされる。

このようにして形成された人工肺のモジュールの第１の
物質移動流体の導入口１３または導出口１４または第２
の物質移動流体の人口２８または出口２９より、前記微
粒子の分散液を流入させ、前記ガス交換膜２で分散媒を
濾過させることにより該微粒子をガス交換膜である疎水
性多孔質膜の細孔内に充填する。この場合、前記入日１
３，２８または出口１４．２９のうちのいずれかからエ
タノール等のアルコール類を流入させて前記疎水性多孔
質膜にある程度親水性を付′すしたのち、蒸留水等で置
換してから分散液を流入させると、微粒子の細孔への充
填がより容易となる。なお、微粒子を分散させるための
分散媒としては水、エタノール等のアルコール類、これ
らの混合物かあるが、好ましくは水である。分散液中に
おける疎水性微粒子の濃度は、通常０．１〜１０重世％
、好ましくは０゜２〜１．０重量％である。つぎに、分
散媒が濾別されたら、該多孔質膜の表面に残留する分散
媒を洗浄流体にて除去し、溶解性の低い溶媒に置換して
微粒子表面を溶かし、粘着結合させる。（凝集）溶媒と
してエタノール、メタノール等がある。微粒子に対する
良溶媒を流入させて接触させることにより該微粒子の少
なくとも血液と接触する面を溶解ないし膨潤して微粒子
同士が結合するかあるいは薄膜化して細孔内を閉塞する
ことになる。

このような溶媒としては、例えばポリメチルメタクリレ
ートのようなアクリル系重合体に対しては、アセトン、
アセトアルデヒド、アリルアルコール、キシレン、セパ
チン酸ジオクチル、テトラヒドロフラン、トルエン、ナ
フサ、ｎ−ブタノール、メチルエチルケトン等があり、
またポリアミドに対してはメタノール、ブタノール、エ
チレングリコール等があり、ポリ酢酸ビニルに対しては
アセトン、メチルエチルケトン、ミクロヘキサノン、酢
酸、ベンゼン、トルエン等がある。

本発明による人工肺において、血液は第１の物質移動流
体側でもあるいは第２の物質移動流体側のいずれに流通
させてもよいが、前記分散液は少なくとも血液流通側に
流通させて薄膜化することが望ましい。

なお、前記中空糸膜型人工肺において、第１の物質移動
流体としては空気等の酸素含有ガスまたは血液であり、
第２の物質移動流体としては血液または酸素含有ガスで
ある。したがって、第１の物質移動流体がガスの場合に
は第２の物質移動流体は血液であり、一方、第１の物質
移動流体が血液の場合には第２の物質移動流体はガスで
ある。

以上は、中空糸膜型人工肺の場合について説明したが、
積層式、１枚の膜をコイル状に巻いたもの、ジグザグ状
に折込んだもの等の平膜型人工肺についても、用いられ
るガス交換膜の細孔が該細孔系よりも小さな微粒子によ
り閉塞され、また少なくとも血液接触面が生体適合性疎
水性樹脂によりコーティングされたものであれば、生体
適合性が高く接触する血液の血小板等の損傷が極めて少
なく、またガス交換能に優れ、さらに長期間使用しても
血漿漏出の虞れない模型人工肺が得られる。

以下、実施例を上げて本発明をさらに詳細に説明する。

比較例１内径２００μｍ、肉厚５０μｍ１空孔率４０％、平均孔
径７００Ａのポリプロピレン製中空糸膜を用いて、膜面
積０．８ｍ２の第１図に示すような中空糸膜型人工肺１
を組立てた。

実施例１比較例１の中空糸膜型人工肺の血液入口２８よリエタノ
ールを流入させ、中空糸状ガス交換膜２を親水化処理し
た後、蒸留水を流通させてエタノール置換した。ついで
血液人口２８よりポリメチルメタクリレート微粉末（Ｇ
ＬＥ−１２、綜研化学株式会社製）（平均粒径０．１μ
ｍ）の水分散液（固形分１．０重量％）を流入させ、前
記ガス交換膜２により水分を濾別することによりポリメ
チルメタクリレート微粉末をガス交換膜の細′ｆＬ内に
充填した。この際、分散液の流入側端と反対側、すなわ
ち流出端における流体流通抵抗を、例えば流出側端開口
を絞る等により高くして中空糸状ガス交換膜内部に圧力
１〜３　ｋｇ／　ｃＪ程度の圧力をかけることで、ガス
交換膜の細孔側へ微粒子の分散液かより良好に通過した
。つぎに、蒸留水を流入させて中空糸状ガス交換膜内部
に残留するポリメチルメタクリレート微粉末の水分散液
を充分排出させた。

細孔内に充填された微粒子が洗昂時に流出しないように
該微粒子をメタノールにより処理して粘着結合させたの
ち、乾燥した。ついで、アセトンを中空糸状ガス交換膜
内に流通させて該微粒子を溶解させ固定し、アセトンを
除去することにより薄膜化した。

実施例２実施例１および比較例１で得られた人工肺について、雑
犬を用いてヘパリンを添加しながら３０時間にわたって
静−動脈の部分体外循環試験を行なって血漿の漏出ｆｆ
ｉ　（ｃｎｌ／ｈｒ）を測定した。このときの血液流量
は４００　ｍｌ／ｌｌ１ｉｎであった。その結果を第１
表に示す。

第　　１　　表比較例１　　０　　０　　０　　１０　　４０　１２０
実施例１．　　０　　０　　０　　０　　０　　０実施
例１で得られた人工肺のガス交換膜を電子顕微鏡（倍率
１ｏ、ｏｏ倍）（第２図参照）で観察したところ、空孔
はほとんど消失していた。

実施例１で得られた人工肺の空気フラックスを測定した
ところ、２００ｍｌ／ｍｉｎ−〜２・ｍｍ１１ｇであっ
た。これにに対して比較例１で得られた人工肺の空気フ
ラックスは１．８００ｍ１／ａ＋ｉｎ　−〜２・ｍｔａ
　ＩＪｇであった。このことから、本発明による人工肺
の複合膜は超微細孔膜になっていることが推測された。

これらの人工肺のガス交換能を評価するために、つぎの
方法により生体外（ｉｎｖｉｔｒｏ）試験を行なった。

新鮮ヘパリン加牛血を用い、酸素飽和度（ＳＶ０２）６
５％、炭酸ガス分圧４５〜４８　ｍｍ１ｇで、ベース（
Ｂ　Ｅ）±１となる静脈血を作製し、これを人工肺の血
液流路に流通させて性能評価を行なった。なお、用いら
れた生血のヘモグロビン含量は１１．５ｇ／ｄρで、温
度は３７℃であった。

酸素流量と血液流量との比が１で血液流量６００ｍ１／
ｍｉｎのときの酸素ガス添加能および炭酸ガス除去能の
関係を第２表に示す。

比較例Ｉ　　ＣＯ２０３３２５２２２２０゜　　０．３
４　　３２　　３１　　３３実施例Ｉ　　Ｃ０２０２ｇ
　　　２８　　２７　　２６（発明の効果）以上述べたように、本発明は、肉厚５〜８０μｍ、空孔
率２０〜８０％および平均細孔径０．０１〜５μｍを有
する疎水性多孔質膜において、該疎水性多孔質膜よりも
該平均細孔径が小さい粒径を有する微粒子を該細孔内に
充填して閉塞し、該閉塞微粒子が少なくとも部分的に溶
解して薄膜を形成していることを特徴とする人工肺用複
合膜およびそれを用いた複合膜型人工肺であるから、疎
水性多孔質膜の細孔か微粉末により少なくとも部分的に
閉塞され、前記細孔が大部分閉塞されることになるので
、長時間体外循環使用しても被覆が剥離せず、かつ血漿
の漏出のない人工肺が得られるものである。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明による人工肺の一実施例を示す部分断面
図である。１・・・模型人工肺、２・・・ガス交換膜、３・・・細
孔、４・・・微粒子、５・・・被膜、６・・・ハウシン
グ、７・・・筒状本体、１０．１１・・・隔壁、１２・
・・第１の物質移動室、１３．１４・・・第１の物質移動流体導入出口、１６・
・・中空糸束、２８．２９・・・第２の物質移動流体導入出口。特許出願人　　　　　　　テルモ株式会社代理人　弁理
士　八ｌ’ＬＩ　　幹雄２つ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）肉厚５〜８０μｍ、空孔率２０〜８０％および平
均細孔径０．０１〜５μｍを有する疎水性多孔質膜にお
いて、該疎水性多孔質膜よりも該平均細孔径が小さい粒
径を有する微粒子を該細孔内に充填して閉塞し、該閉塞
微粒子が少なくとも部分的に溶解して薄膜を形成してい
ることを特徴とする人工肺用複合膜。
（２）疎水性多孔質膜がポリオレフィン多孔質膜であり
、かつ微粒子がアクリル系重合体である請求項１に記載
の人工肺用複合膜。
（３）アクリル系重合体がポリメチルメタクリレートで
ある請求項２に記載の人工肺用複合膜。
（４）肉厚５〜８０μｍ、空孔率２０〜８０％および平
均細孔径０．０１〜５μｍを有する疎水性多孔質膜に、
該疎水性多孔質膜よりも該平均細孔径が小さい粒径を有
する微粒子の分散液を濾過させて該多孔質膜の細孔内を
該微粒子により閉塞し、該微粒子を該微粒子に対する溶
媒と接触させて少なくとも部分的に溶解させることによ
り固定することを特徴とする人工肺用複合膜の製造方法
。
（５）疎水性多孔質膜がポリオレフィン多孔質膜であり
、かつ微粒子がアクリル系重合体である請求項４に記載
の人工肺用複合膜の製造方法。
（６）アクリル系重合体がポリメチルメタクリレートで
ある請求項６に記載の人工肺用複合膜の製造方法。
（７）肉厚５〜８０μｍ、空孔率２０〜８０％および平
均細孔径０．０１〜５μｍを有する疎水性多孔質膜にお
いて、該疎水性多孔質膜よりも該平均細孔径が小さい粒
径を有する微粒子を該細孔内に充填して閉塞し、該閉塞
微粒子が少なくとも部分的に溶解して薄膜を形成してな
る複合膜をガス交換膜として使用し、酸素流入口、酸素
流出口、血液流入口および血液流出口を備えたハウジン
グ内に収納して該複合膜を介して血液流路および酸素流
路を形成してなる複合膜型人工肺。