JPH054125B2 - - Google Patents

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JPH054125B2
JPH054125B2 JP59088189A JP8818984A JPH054125B2 JP H054125 B2 JPH054125 B2 JP H054125B2 JP 59088189 A JP59088189 A JP 59088189A JP 8818984 A JP8818984 A JP 8818984A JP H054125 B2 JPH054125 B2 JP H054125B2
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hollow fiber
membrane
porous
selective separation
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Shuzo Ooyabu
Shuji Kawai
Takehiko Okamoto
Takao Migaki
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Kuraray Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(技術分野) 本発明は血液体外循環において、血液に酸素を
添加し、二酸化炭素を除去するための人工肺、特
に長時間血液を循環させても血液中の血漿が酸素
側に浸出することがなく、しかもガス交換能の高
い人工肺に関するものである。 (従来技術およびその問題点) 近年、人工肺に用いるための選択的分離性と高
流量透過性にすぐれた分離膜を作成する目的で、
多孔質体表面に特定の対象物質に対して高選択分
離透過性を有する高分子を均一な薄膜状に形成さ
せた複合分離膜およびその製造法が数多く提案さ
れている 従来の複合膜は、選択分離層成分が多孔性支持
体表面の微細孔内へ浸透しているために、かなり
厚い浸透層を有している。その様に厚い浸透層の
ゆえに透過流量が極めて小さいものであつた。 例えば、特開昭53−86684(英国特許公開
7707583号)に於いて芳香族ポリスルホンの多孔
性中空糸を、ポリジメチルシロキサンとその1/10
量の硬化剤をn−ペンタンに溶解した溶液に浸漬
し、その後加熱乾燥する事により、ポリジメチル
シロキサンを硬化重合させてシリコーンゴムと成
し、それにより芳香族ポリスルホン多孔性中空糸
の外表面にシリコーンゴム薄膜をコーテイングし
た気体分離用複合分離膜を得ている。しかしなが
ら、この複合分離膜にあつてはコーテイングされ
たシリコーンゴムが多孔性基材表面の細孔中に極
めて厚く侵入しており、従つて、例えば酸素富化
膜として使用した場合の透過性能は約105ml/
24HRS・m2・Kg/cm2と極めて小さく、実用に供する 為には約100倍ほど透過速度を向上させなければ
ならないものである。 或いはまた、選択分離層形成性分が微細孔内へ
容易に侵入する為に微細孔を有する表面を完全に
被覆することが困難にならざるを得ず、この様に
被覆の不完全な箇所はつまりピンホールとなり、
この様にピンホールを有する複合分離膜において
は選択分離層の本来の分離性能を得ることは不可
能になる。 この点の改良に関し、特公昭56−25451におい
ては、多孔性支持体の微多孔部分に、液体を含浸
させて、多孔性支持体の表面を暫時、非多孔性平
滑面になした後、その表面に、選択分離層を形成
し、しかる後、微多孔に含浸させた液体を除去す
ることにより得られる、多孔性支持体の微多孔内
部に浸透層のない複合膜構造を開示しているが、
しかしながら、含浸液により、選択分離層を形成
すべき支持体の表面がかならず一度は濡れてしま
う為、従つて、得られた複合膜の多孔性膜状基材
と、選択分離層の間の密着度は、まだ充分に完全
ではあり得ず、従つて、取り扱い中に、選択分離
層が基材からハクリするという危険性、及びその
結果として選択分離層の破損が起き得る危険性
を、根本的に解決し得るものではない。 また、特公昭48−17589は微粉状細孔形成剤を
使用することによる均質な多孔質基体と、その表
面に、侵透層なく形成された、選択透過性の、薄
い重合体フイルムより成る、2層構造の複合選択
透過膜構造を開示している。しかしながら、この
選択透過膜においては均質な多孔質基体の微細孔
の大きさは、特公昭48−17589のモデル図より明
らかなように表面においても、内部においても、
等しく、約100Åと極めて小さい為、多孔質基体
それ自体の流体透過抵抗が極めて大きく、いくら
選択透過性重合体フイルムが多孔質基体表面へ侵
透層なく、薄く形成されていて、その選択透過性
重合体フイルム自体の流体透過性は、充分大きく
とも、全体としての2層構造複合膜全体では流体
透過性は小さくならざるを得ず、まだ透過速度の
点で実用的には不満足なものである。 このような複合分離膜の形態に関しては、大別
して2種類ある。その1つは、平膜状多孔性支持
体の上に選択分離層を形成させた平膜状複合分離
膜であるが、平膜状複合分離膜の場合にはモジユ
ール化の際単位体積当りの有効膜面積を大きくは
取り得ず、従つて分離システムが大型化せざるを
得ないという本質的な問題を有している。この解
決策として考えられたのが、中空糸膜状多孔質支
持体の表面に選択分離層を形成させた複合中空糸
分離膜であるが、この場合には前記の平膜状複合
分離膜に比較して、モジユール化の際単位体積当
りの有効膜面積を10倍〜100倍大きく取り得ると
されており、従つてそれに相当して小型でコンパ
クトな分離システムの開発が可能になるという極
めて優れた利点を有しているのは明らかである。 (発明の目的) したがつて、本発明の目的は非常に薄い選択分
離層を有し、しかも選択分離層にはピンホールの
ような欠点がなくて、長時間血液を循環させても
血液中の血漿が酸素側に浸出することがなく、し
かも高透過性の複合中空糸膜からなる人工肺を提
供することである。 (発明の構成および効果) かかる本発明の目的は、膜の一方の側に血液を
流し、膜の他方の側に気体を流すことにより、膜
を介して血液と気体間でガス交換を行う人工肺で
あつて、該膜は内面側より順に選択分離層、極微
細多孔層および多孔層が形成された、上記3層を
有する複合中空糸であり、該選択分離層は平均厚
さが0.01〜5μで、かつ血液中の血漿の気体側への
浸出を阻止する非多孔性ちみつ層であり、該極微
細多孔層は24000倍の走査型電子顕微鏡写真では
孔の存在を確認できない表面を有するが、該選択
分離層よりも少なくとも10倍の流体透過性を有
し、かつ厚さが0.08μ以下であり、そして該多孔
層は巨大空胞を除いて孔径0.1〜1μの孔から構成
された、50%以上の空孔率を有するスポンジ構造
であり、かつ厚さが10〜500μである複合中空糸
分離膜であることを特徴とする人工肺によつて達
成される。 本発明の人工肺に使用する複合中空糸分離膜の
特徴とするところは、選択分離層、極微細多孔層
および多孔層の3層から構成され、中空糸の内面
側から順に選択分離層、極微細多孔層および多孔
層が配列され、かつそれぞれの層が以下述べるよ
うな構造を有することである。 まず、本発明の人工肺に用いる複合中空糸分離
膜においては選択分離層が内面に形成されている
ことである。従来の複合中空糸分離膜では一般的
に選択分離層が該中空糸の外表面に形成されてい
た。その様な複合中空糸分離膜を実際に使用する
に際し相互の複合中空糸が外表面において接触す
る等により選択分離層がハクリする、或いは破損
する等種々の損傷を受け易いとか、極めて取扱い
性が困難であるとかの不利益を生ずるのは明らか
である。 本発明では、多孔性中空糸膜基材内面に選択分
離層を有するので、上述のような欠点を有してい
ないのである。 以下、本発明の人工肺に用いる複合中空糸分離
膜を構成する3層について順を追つて説明する。 (i) 選択分離層 本発明においては、選択分離層は、非多孔性
のちみつ構造を有し、選択分離層構成ポリマが
極微細多孔層、さらには多孔層に、実質的に侵
入しないように形成されていることが重要であ
り、この侵透層の有無は、走査型電顕の観察に
て確認し得る。また、その平均厚みは、0.1〜
2μの範囲にあることが必要であり、かつまた
厚みの変動率が25%以下でなければならない。
この平均厚み及びその変動率は少くとも25箇所
を、走査型電顕にする観察することにより求め
られる。厚さが2μを超える場合には透過量が
小さいものになり不適切である。一方、0.01μ
より薄い場合には選択分離層自体の強度が小さ
くなりすぎ取り扱い中に容易に破損してピンホ
ールを生ずる危険性が大であり、好ましくな
い。操作性に優れた高流量透過性の複合中空糸
分離膜である為には厚みが0.05〜0.8μの範囲に
あることがより望ましい。 更にまた、従来の複合中空糸分離膜にあつて
は、選択分離層は極めて厚みむらの多い構造で
あるのが普通である。 例えば、本発明者が先に出願した特願昭56−
137282の実施例(1)に依つて得られる多孔性中空
糸膜状基材の外表面に形成されたシリコンゴム
薄膜の厚みむらについてみると、後述の比較例
における第2表に示すように 変動率=σ/x=0.266 と極めて大きい。 この様に、厚みむらが大きいと例えば酸素富
化膜として実際に使用する際には、通常加圧操
作あるいは減圧操作を行う必要があるが、その
際より膜厚の薄い部分が集中的に応力を受けて
容易に破損し、所定の濃縮性能を発揮し得な
い。従つて、厚みむらは小さくなければならな
い。 本発明の人工肺に用いる複合中空糸分離膜の
構造上の特徴の1つは、内表面に形成された高
分子薄膜の厚みむらが極めて少いという点であ
り、この為いかなる加圧操作、あるいは減圧操
作を受けようとも応力が特定箇所へ集中すると
いうことがなく、従つて操作時に高分子薄膜が
破損するという前記の様な欠点を完全に解決し
得る優れた形態である。 この厚みむらに関しては、走査電顕で内表面
の少くとも25箇所の厚みを詳細に観察すること
により容易に測定できるが、本発明にあつては
その25箇所の厚みの平均値()に対する標準
偏差(σ)の比(変動率)が 変動率=σ/x≦0.25 より好ましくは 変動率=σ/x≦0.20 であり、極めて厚みむらの少いものである。 かかる選択分離層を形成するポリマーとして
は、複合中空糸の分離目的に従い、ポリジメチ
ルシロキサン、ポリジフエニルシロキサン、ポ
リメチルフエニルシロキサン等のポリオルガノ
シロキサン類、及びポリ−4−メチルペンテン
−1、ポリテトラフルオロエチレン、フルフリ
ルアルコール樹脂、セルロースアセテート、セ
ルローストリアセテート、ポリ−4−ビニルピ
リジン等々種々の高選択分離透過性を有する高
分子を用い得るが、ポリシロキサン系ポリマー
が酸素透過速度定数があらゆるポリマーの中で
最も大であるという意味で適したポリマーであ
る。 更に、この様な鎖状ポリオルガノシロキサン
を架橋触媒にて3次元架橋して強度物性及び耐
溶剤性を向上させたシリコンゴムは、鎖状ポリ
オルガノシロキサンより成る選択分離層より
も、その強度物性が更に向上している為により
薄膜化し得るという大きな長所を有している。 (ii) 極微細多孔層および多孔層 次に、選択分離層に隣接する極微細多孔層に
関しては、その表面には、24000倍の走査型電
顕写真でも、孔の存在は確認できない程の極め
て超微細の多孔構造層であることが必要であ
る。そして、極微細多孔層自体の流体透過性は
選択分離層の流体透過性の少くとも10倍であ
り、かつその厚みは0.08μ以下でなければなら
ぬ。極微細多孔層の表面の孔サイズが、24000
倍の走査型電顕写真で、確認できる程度以上の
大きさの場合には、実用時に例えば加圧操作を
受けた場合極めて薄く形成された選択分離層が
破損してピンホールを生じる可能性が増大し、
望ましくない。従つて、極微細多孔層の表面の
孔サイズは小さければ小さい程、望ましい訳で
あるが、しかしながら、あまりにち密になりす
ぎてはかえつて流体透過の際の抵抗になり望ま
しくない。またその意味で、極微細多孔層自体
の流体透過性は選択分離層のそれの少なくとも
10倍が必要であり、またその厚みも0.08μ以下
と、薄くなくてはならぬ。 更に、極微細多孔層に隣接する多孔層に関し
ては、特別な巨大空胞を除いて、主として0.1
〜1μの大きさの孔の集積より成るスポンジ構
造より成り、空孔率が50%以上でその厚みは
10μ〜500μでなければならない。そしてこの様
な構造的特徴は、走査型電顕にて容易に確認出
来る。スポンジ構造の孔サイズが0.1μより小さ
い場合には、多孔層自体の流体透過抵抗が大き
くなりすぎ望ましくない。逆にスポンジ構造の
孔サイズが1μより大きい場合には、実用時の
耐圧性が低下し、複合膜の支持体としての役割
を果たさなくなる。空孔率に関しても例えば含
水率の測定により求められるが、この値が50%
より小さい場合は、流体透過抵抗が大きくなり
望ましくない。厚みに関しては、10μより薄い
場合は、複合膜全体としての強度が小さくなり
実用性に劣る。500μより大きい場合は、かな
り太い複合中空糸になり、従つて、コンパクト
な分離膜モジユールを作成し難くなり好ましく
ない。 選択分離層の支持体としての、これら極微細
多孔層、及び多孔層を形成すべき素材として
は、支持体としての力学的強度物性を有すれば
充分であるので、この意味で、例えばポリビニ
ルアルコール、芳香族ポリスルホン、ポリイミ
ド、ポリエーテルエーテルケトン等広汎な高分
子物質が使用可能であるし、それらの中、相溶
性の有るものを種々混合して使用することも又
可能である。とりわけ、中空糸成型性に優れた
また耐熱性も良好である等種々の利点を有する
芳香族ポリスルホンが特に望ましいものであ
る。 以上述べたような3層構造を有する本発明の
人工肺に用いる複合中空糸分離膜にあつては、
前述の特公昭48−17589号に開示された2層構
造の複合膜とは異なり、選択分離層が、24000
倍の走査電顕写真でも、孔の存在が確認できな
い程の極微細多孔層の上に、形成されている
為、使用時に加圧操作等を行なつても選択分離
層が破損して、ピンホールを生ずるということ
も全くない。そして、極微細多孔層の厚みは
0.08μ以下と極めて薄く、従つて極微細多孔層
自体の流体透過抵抗は充分小さいものである。
さらに、支持多孔層の孔サイズが、0.1〜1μの
かなり大きいスポンジ構造でありかつ空孔率も
50%以上と大きく従つて、支持多孔層自体の流
体透過性も充分大きいという利点を有する。従
つて、3層構造複合中空糸膜全体としても、流
体透過速度は優れて大きく、かつ耐圧性等の実
用性にも優れている。 次に本発明の人工肺に用いる複合中空糸分離膜
の製造法について述べる。本発明で用いる中空糸
分離膜の製造法の特徴とするところは、微細孔を
形成し得る細孔形成用ポリマーを、最初から多孔
性中空糸膜状基材を形成すべきマトリツクスポリ
マーと相互に相溶させた形で特に内面が非多孔性
の中空糸膜状物に成形し、この非多孔性中空糸膜
状物の非多孔性内表面に特定の物質に対して高選
択分離透過性を有する高分子成分を、例えば溶液
状態にて塗布することにある。かくすることによ
り、内表面が細孔の存在しない平滑面である為細
孔内への侵入ということも当然あり得ずその結
果、従来の中空糸複合膜を作成する方法において
は到底到達し得なかつた程の極めて超薄膜の選択
分離層を、ピンホールを全く生ずることなく形成
する事が可能である。そして、その後細孔形成用
ポリマーを排出除去することにより、中空糸基材
を多孔化させ、複合中空糸分離膜が得られる。以
下、本発明の人工肺に用いる複合中空糸分離膜の
製法を順に追つて述べる。 (i) 非多孔性中空糸基材の製造 本発明の人工肺に用いる複合中空糸分離膜を
得るためにはマトリツクスポリマーと細孔形成
用ポリマーとを両者に対して相溶性の高い共通
溶媒を用いて均一に混合した後、中空糸膜状物
に成形し、しかる後この共通溶媒を取り去り、
結果としてマトリツクスポリマーと細孔形成用
ポリマーとが極めて均一に混合された非多孔性
中空糸膜状基材を得ることである。 微細孔を形成すべきポリマーについては、多
孔性中空糸膜状基材を形成すべきマトリツクス
ポリマーと相容性が充分に高く、混合成形可能
なポリマーであれば特に制限を受けることなく
使用し得る。とりわけ芳香族ポリスルホンとポ
リビニルピロリドンの組合せの場合が相容性が
極めて良好であり、従つてポリビニルピロリド
ンの抽出により形成される細孔の大きさが極め
て微細なものであり、選択分離層の支持体とし
て実に好適なものである。 また細孔形成用ポリマーとして、上記以外に
ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポ
リアクリルアミドも使用可能なものである。 上記中空糸分離膜の製造法において重要なこ
とは、微細孔を形成するべき細孔形成用ポリマ
ーと多孔質中空糸膜状基材を形成すべきマトリ
ツクスポリマーとの相容性が極めて優れている
ことであり、このことにより後で細孔形成用ポ
リマーを抽出除去したときに、中空糸基材が微
細な孔からなる多孔体とすることができる。 もし、相溶性のよくない場合には多孔性支持
体の後から形成される細孔がかなり大きくな
る。この場合には、せつかく形成した高分子薄
膜状選択分離層をその内表面に有する複合分離
膜を実用に供した場合、せつかく形成した選択
分り層が破損し、本来期待されるべき分離性能
を発揮し得なくなるという事態を招来し易い。
従つて、せつかく多孔質基材内表面の微細孔に
侵入することがない様に、極めて薄く形成され
たピンホールのない選択分り層を有する複合中
空糸分離膜が実用に供され、期待される本来の
分離性能を発揮する為には、例えば抽出により
後から形成される微細孔はその大きさにおいて
充分に対さいものである事が必須であり、従つ
てこの為には多孔質中空糸膜状基材を形成すべ
きマトリツクスポリマーと充分に相容性の良好
な細孔形成用ポリマーを微細孔形成剤として選
択するのが肝要である。 マトリツクスポリマーと細孔形成用ポリマー
の比率に関しては、重量比で100:25から100:
200が望ましく、更に100:50から100:100の範
囲にあるのが好適である。マトリツクスポリマ
ーに対する細孔形成用ポリマーの比率が100:
25より小さい時には、細孔形成用ポリマーを除
去して得られる微細孔の数が少く、従つてこれ
を用いて得られる複合中空糸分離膜の透過量が
小さいものになり実用性に劣る。一方、マトリ
ツクスポリマーに対する細孔形成用ポリマーの
比率が100:200より大きい時には、細孔形成用
ポリマーを除去して得られる微細孔の数が極め
て多くなりすぎ、従つてこれを用いて得られる
複合中空糸分離膜の透過量においては充分、大
きくて実用性の高いものであるが、しかしなが
ら多孔性部分の割合が極めて大きくなりすぎ
て、マトリツクスポリマーが形成する多孔性中
空糸膜状基材の相対的な強度が低下し、選択分
離層の強度支持体としての役割を充分にはたし
得なくなり、不適切である。 前述のようにマトリツクスポリマーと細孔形
成用ポリマーを選択し、所定割合に混合し、両
者の共通溶媒に溶解して紡糸原液を作成する。
この紡糸原液を環状ノズルより凝固浴中へ吐出
成形して非多孔性の中空糸を得ることができ
る。 一例として、ポリビニルピロリドン、或いは
ポリエチレングリコールを細孔形成用ポリマー
として選んだ場合、これらは例えばジメチルホ
ルムアミド等を溶媒に選ぶことにより、容易に
芳香族ポリスルホンと極めて良好に均一に相容
し、この均一相容紡糸原液を内面に、常温の水
を注入しながら環状ノズルより水凝固浴中へ吐
出し中空糸膜状物に成形後、共通溶媒であるジ
メチルホルムアミド等を取り去つてやると、結
果としつ微細孔形成用ポリマーとしてのポリビ
ニルピロリドン、或いはポリエチレングリコー
ルと多孔性中空糸膜状基材を形成すべきマトリ
ツクスポリマーとしての芳香族ポリスルホンと
が極めて均一に混合された非多孔性中空糸幕状
膜材が得られる。 この紡糸原液を環状構造ノズルより凝固浴中
へ吐出成形するに際し、内面を早く凝固させる
のが重要で、このため中空糸内面に内面凝固剤
として、特に水または水を主成分とする凝固剤
を注入しながら吐出成形するのが好ましい。内
面凝固剤として例えば、ジメチルホルムアミド
水溶液(ジメチルホルムアミドが50重量%以
上)をとくに50℃以上の高温で用いる場合に
は、内面の凝固がおそく、得られた中空糸基材
から細孔形成用ポリマーを抽出後において、内
面の孔が大きくなり、極微細多孔層が得にくく
なり、適切でない。 (ii) 選択分離層の形成 この様にして得られた非多孔性中空糸膜状基
材の非多孔性内表面に、特定の物質に対して、
高選択分離透過性を有する高分子成分を薄膜状
に作成する。 高分子薄膜成分としては、既に述べた様に複
合中空糸の分離目的に従い、ポリオルガノシロ
キサン類、ポリ−4−メチルペンテン−1、ポ
リテトラフルオロエチレン、フルフリルアルコ
ール樹脂、セルロースアセテート、セルロース
トリアセテート、ポリ−4−ビニルピリジン
等々、種々の高選択分離透過性を有する高分子
を用い得るが、酸素透過速度定数が最も大きい
という意味で、ポリオルガノシロキサンが適し
ているし、更にまた強度物性が一層向上してい
るという点において、この様な鎖状ポリオルガ
ノシロキサンを架橋触媒にて、3次元架橋した
シコンゴムが最も望ましいものである。これら
のポリマーは通常適当な溶媒に溶解して用いら
れるが用いる混合溶液の濃度に関しては1〜50
重量%、好ましくは3〜30重量%である。あま
り低濃度になりすぎると、ピンホールの発生を
招来し易く好ましくない。逆にあまりに高濃度
の場合には、形成される薄膜の厚みが概して大
になり勝ちであり透過流量の低下を招き望まし
くない。 本発明の人工肺に用いる複合分離膜において
は、多孔性中空糸の内表面に形成された選択分
離層が極めて薄くかつその厚みむらが極めて少
く、均一な厚みを有するという点が重要であ
る。 本発明者は、この点について種々検討した結
果、全く意外にも、例えば架橋触媒を含むポリ
シロキサン系プレポリマー溶液を該中空糸基材
の内表面に供給し、自然滴下させて液抜きを行
い、その後該中空糸の内表面に気体を通過さ
せ、しかる後架橋処理を施して中空糸内表面に
3次元架橋シリコンゴム薄膜を形成させること
により、該薄膜の厚みむらの変動率が 変動率=σ/x≦0.25 更に望ましくは、 変動率=σ/x≦0.20 と極めて少く、均一に形成されていることが判
明した。 この中空糸内表面に気体を通過させた時に起
こる現象については、その機構は明確ではない
が、選択分離層を形成すべきコート原液の通液
後、気体を通過させると、コート原液中の揮発
性溶剤が気体通過に伴い蒸発することによるコ
ート原液の濃縮勝作用と、一方、コート原液が
気体の通過に伴い、ぬぐい取られる作用とが複
雑に関連し合つたものと思われる。 しかしながら、この様な、極めて厚みムラの
少い均一な薄膜の形成は、従来の技術では、と
うてい達し得なかつたものであり、上記の本発
明により、そしてとりわけ、コート原液の中空
糸内面への通液後、気体を通過させる、という
工程の発見により、始めて可能になつたもので
ある。そして、中空糸内表面へのコート原液の
通液と、それに引続いての気体の通過という工
程を2回以上、何回も繰り返すのが、特に、厚
みムラの少い選択分離層を得るに際し有効であ
る。また、コート原液をその内面に通液するに
際し、中空糸のコート原液の入口端面に近接し
て、例えば100メツシユ程度の金アミを設置す
ると、コート原液通液後に、その金アミの細か
い目の中に、コート原液が、大量に保持され、
しかる後、気体を通過させると、中空糸の入口
端面に近接した金アミの目の中に保持されたコ
ート原液が、非常に効率よく濃縮されながら中
空糸内表面へ供給される為か、上記の、コート
原液の通液と、それに引続いての気体の通過と
いう工程を、何回も、繰り返す際に、その繰り
返し回数を効率よく低減し得る。もちろん上記
の100メツシユ程度の金アミの設置は1例であ
り、中空糸の入口端面近くにて、コート原液を
保持し得る、液溜め機構であれば、その種類に
何ら制限はない。 そして、この用いるべき気体としては、種々
の観点より空気を用いるのが有利であり、0.1
〜50m/secの線速度で1sec以上通過させれば
良い。 0.1m/sec以下の微速の場合には厚みむらを
低減する効果が少い。逆に50m/sec以上の極
めて高速の場合には、内表面に供給された混合
溶液が吹き飛ばされてしまい、逆にまた厚みむ
らを招来するので望ましくない。時間に関して
は、1回あたり1sec以上行えば充分である。 なお、上述のような選択分離層形成のための
コーテイング操作は中空糸をたばねてモジユー
ルを形成してから行なつてもよく、モジユール
形成前の中空糸に対して行なつてもよい。 (iii) 細孔形成用ポリマーの抽出 上述のように選択分離層を形成した後、中空
糸の外表面を例えば水或いはエタノール、メタ
ノールと接触させることにより、容易に細孔形
成用ポリマーであるポリビニルピロリドン或い
はポリエチレシグリコールを抽出除去すること
ができる。 抽出除去方法に関しては、水抽出が最も簡易
であり、その意味でポリビニルピロリドン、或
いはポリエチレングリコール等の水溶性高分子
を細孔形成用ポリマーとして使用すると、水に
よる抽出が可能であり便利である。しかしなが
ら短時間に抽出しようとする場合には、通常沸
騰水の如き熱水にて抽出しなければならず、そ
の抽出時にせつかく形成した選択分り層が抽出
水の対流等により破損したり、あるいははくり
したりする危険性がある。この危険性を回避す
る為には、例えば60℃ぐらいの割と低温でも、
充分な抽出速度を有するエタノールとかメタノ
ールを抽出溶媒として使用するのが望ましい。
もちろん、抽出溶媒を選択する場合、マトリツ
クスポリマー、及び内表面の選択分り層部分を
溶解しない抽出溶媒を用いねばならぬ事は言う
までもない。その結果として、流体透過性は、
選択分離層よりも少くとも10倍大きいが、その
表面には、24000倍の走査型電顕写真でも、孔
の存在が確認できない程、ちみつなかつ厚みが
0.08μ以下と極めて薄い。極微細多孔層と、そ
れに隣接する、巨大空胞を除いて、0.1〜1μの
スポンジ構造よりなり、空孔率が50%以上で、
その厚みが10〜500μである多孔層とより成る、
多孔性中空糸基材が形成される。 膜型人工肺としては、内面側より、酸素ガス
透過性能、および炭酸ガス透過性能に優れた選
択分離層、極微細多孔層、多孔層の順に、3層
より構成される複合中空糸であることが肝要で
あり、とりわけ、その表面には24000倍の走査
型電顕写真でも、孔の存在は確認できないが、
流体透過性は選択分離層より少くとも10倍であ
り、かつその厚みが0.08μ以下であるような、
極微細多孔層の存在が、実用的に優れた膜型人
工肺を得る為の必須不可欠の要件であることが
認められた。すなわち、極微細多孔層がその表
面には24000倍の走査型電顕写真でも、孔の存
在は確認できない程の、微細多孔性ではありな
がらも、なおかつ、ち密な層である為、微視的
に見た場合、凹凸のない極めて平滑な面である
為、従つてその上に形成される選択分離層も、
その厚みにおいて充分に薄く、なおかつ厚みム
ラも少いものとなるのである。 上記の、極微細多孔層の存在を欠いた、つまり
選択分離層と、多孔層の2層より構成される従来
の複合中空糸膜型人工肺にあつては(特開昭52−
15483号、特開昭54−160098号参照)、選択分離層
を形成すべき多孔層の表面が、微視的に見た場合
どうしても、凹凸のある、極めて平滑とは言い難
い面である為その上に形成される選択分離層が、
どうしても、その厚みにおいて、厚い層になりが
ちであり、また、厚みむらも生じ易い。 人工肺に用いられる複合中空糸分離膜において
は、選択分離層は平均厚さが0.01〜5μの非多孔ち
みつ層であればよく、酸素富化膜として用いられ
る場合ほどの厳密さは要求されない。しかし、厚
さが0.01μ以下の場合には、選択分離層が余りに
薄くなりすぎて、破損し易く、実用性に乏しい。
5μより厚い場合には、ガス交換速度に劣り、こ
れも又、実用的でない。また選択分離層に厚みム
ラのある場合は、より薄い部分に応力が集中し易
く、選択分離層の破損を生じ易い。したがつて、
厚さ斑の少ない方が望ましく、前述の変動率が25
%以下であることが望ましい。そして、特にガス
交換速度の大きい膜型人工肺が必要な場合には、
選択分離層を構成するポリマー成分が極微細多孔
層に侵入していないように選択分離層が形成され
ることが望ましい。かくすることによつて、選択
分離層の厚みが、一層薄いものになり、従つて、
一層、ガス交換速度の大きい、極めて優れた膜型
人工肺を得ることが出来る。 本発明の、3層構造よりなる複合中空糸膜を用
いて成る複合中空糸膜型人工肺の、極微細多孔
層、及び多孔層の素材に関しては、これまでに述
べて来たのと同じ理由により、芳香族ポリスルホ
ンが、特に望ましいし、また選択分離層の素材に
関しても、血液適合性に優れ、かつ酸素透過速
度、及び炭酸ガス透過速度の極めて優れたポリオ
ルガノシロキサン系ポリマーが望ましいし、とり
わけ、3次元架橋されたポリオルガノシロキサン
系ポリマーが、強度がより強いという意味で特に
望ましいものである。また3層構造よりなる複合
中空糸膜を多数束状にして用いて、例えば円筒状
の膜型人工肺モジユールを常法により容易に作製
し得るし、この円筒状膜型人工肺モジユールを組
込んだ膜型人工肺システムを形成し得る。 かかる人工肺は次のようにして用いられる。ま
ず患者の静脈より脱血された静脈血を貯溜する静
脈リザーバーから、例えば血液ローラーポンプに
て、多管式熱交換器を経由させて、温度を一定に
調整した血液を、膜型人工肺モジユールの中空糸
内面側に送入し、中空糸外表面側に接触循環され
ている酸素ガスとの間で(酸素ガス/炭酸ガス)
の交換を行つて、所定の酸素ガスを移行増加せし
めた血液を送血ラインにて患者の動脈へ返すこと
によつて人工肺としての機能が達成される。人工
肺の他、上記のような機器が具備されて人工肺シ
ステムが形成される。また、円筒状膜型人工肺モ
ジユールの、静脈血入口に、多管式熱交換器を
も、一体取付けした複合型モジユールが、更に簡
便であり実用的である。また上記以外の例えば再
循環ラインの様な付帯設備を必要に応じ設置する
ことは何ら差しつかえない。 以下、本発明を実施例を以つて具体的に説明す
るが、実施例は本発明の一態様にすぎず、本発明
は実施例のみに限定されるものではない。 〔実施例〕 実施例 1 芳香族ポリスルホン(商品名:ユーデルポリス
ルホン:P−1700:ユニオン・カーバイド社製)
100重量部と、ポリビニルピロリドン100重量部
を、それらの共通溶媒であるジメチルホルムアミ
ド500重量部に混合溶解して紡糸原液を作成した。
この原液を環状ノズルより吐出し、中空部に水を
供給することによつて中空糸状に成形し、紡糸後
の中空糸を水浴中を通過させながらジメチルホル
ムアミドを取り除き、その後、乾燥する事により
最終的に芳香族ポリスルホン100重量部と、ポリ
ビニルピロリドン100重量部が極めて均一に混合
された、外径800μ、内径500μ、膜厚150μの非多
孔性中空糸状膜基材を得た。 一方、常温硬化型のシリコーンゴム(商品名:
シルポツト184w/c:ダウコーニング社製)と、
その1/10量の硬化触媒をn−ペンタンに溶解して
10重量%のシリコーン溶液を調整した。この様に
作成したシリコーン溶液を、前述の非多孔性中空
糸膜状基材200本を、束状にしたものの、各個の
中空糸の内表面側に、約30ml/minの供給速度で
約3分間供給した。その後自然滴下にて、シリコ
ーン溶液の液抜きをした後空気を15m/secの線
速で約1分間通過させた。この工程を10回繰り返
した。この後、100℃×1HRの架橋処理を行い、
この後、60℃のエタノールに16時間浸漬して、ポ
リビニルピロリドンの抽出除去を行つた。この様
な方法により、最終的に、芳香族ポリスルホンか
ら形成された極微細多孔層と、それに隣接する多
孔層より成る多孔性中空糸膜状基材と、その内表
面に、内表面の極微細多孔層に実質的に浸透する
ことがない様に、かつ該中空糸内表面の円周方
向、及び繊維軸方向のいずれにおいても、極めて
厚みむらがなく形成されたシリコーンゴム薄膜の
選択分り層とより成る複合中空糸分離膜を得た。 得られた複合中空糸分離膜の構造に関し、まず
選択分離層部分に関し、内表面の25箇所を走査型
電顕により詳細観察した所、内表面上に形成され
たシリコーンゴム薄膜の厚みは、第1表に示す通
りであつた。 得られた複合膜において、薄膜状選択分り層の
平均厚みは=3300Åであり、標準偏差は であり、従つて標準偏差(σ)の平均厚み()
に対する比(変動率)は、 変動率=σ/x=0.175 と極めて厚みむらの少い構造であり、かつシリコ
ーンゴム薄膜の選択分り層が中空糸基材の内表面
の極微細多孔層に実質的に侵入していない、全く
新規な形態であることが明瞭に観察された。
(Technical field) The present invention relates to an artificial lung for adding oxygen to blood and removing carbon dioxide in extracorporeal circulation of blood. In particular, even if blood is circulated for a long time, plasma in the blood does not leak to the oxygen side. It concerns an oxygenator with a high gas exchange capacity. (Prior art and its problems) In recent years, for the purpose of creating separation membranes with excellent selective separation and high flow rate permeability for use in oxygenators,
Many composite separation membranes and their manufacturing methods have been proposed, in which a polymer having high selective permeability for specific target substances is formed on the surface of a porous body in the form of a uniform thin film. Since the separation layer components permeate into the micropores on the surface of the porous support, it has a fairly thick permeation layer. Because of such a thick permeation layer, the permeation flow rate was extremely small. For example, JP-A-53-86684 (British patent publication
7707583), porous hollow fibers of aromatic polysulfone were mixed with polydimethylsiloxane and 1/10
Polydimethylsiloxane is cured and polymerized to form a silicone rubber by dipping an amount of curing agent into a solution dissolved in n-pentane and then heating and drying it, thereby forming a silicone rubber on the outer surface of the aromatic polysulfone porous hollow fiber. A composite separation membrane for gas separation coated with a silicone rubber thin film is obtained. However, in this composite separation membrane, the coated silicone rubber penetrates extremely thickly into the pores on the surface of the porous substrate, and therefore, when used as an oxygen enrichment membrane, for example, the permeation performance is approximately 10 5 ml/
It is extremely small at 24HRS・m 2・Kg/cm 2 , and in order to put it into practical use, the permeation rate must be improved about 100 times. Alternatively, since the selective separation layer-forming component easily penetrates into the micropores, it becomes difficult to completely cover the surface with micropores, and in this way, incomplete coverage may occur. In other words, it becomes a pinhole,
In this way, in a composite separation membrane having pinholes, it becomes impossible to obtain the original separation performance of the selective separation layer. Regarding the improvement in this point, Japanese Patent Publication No. 56-25451 discloses that after impregnating the microporous portion of a porous support with a liquid to temporarily make the surface of the porous support a non-porous smooth surface, It discloses a composite membrane structure without a permeation layer inside the micropores of a porous support, which is obtained by forming a selective separation layer on the surface and then removing the liquid impregnated into the micropores of the porous support. ,
However, since the surface of the support on which the selective separation layer is to be formed is always wetted by the impregnating liquid at least once, the adhesion between the porous membranous base material of the obtained composite membrane and the selective separation layer is reduced. The degree of separation cannot yet be completely perfect and therefore fundamentally eliminates the risk that the selective separation layer will peel off from the substrate during handling and that damage to the selective separation layer may occur as a result. It is not something that can be solved. In addition, Japanese Patent Publication No. 17589/1989 discloses a method consisting of a homogeneous porous substrate made by using a fine powder pore-forming agent, and a selectively permeable thin polymer film formed on the surface thereof without a permeable layer. A two-layer composite permselective membrane structure is disclosed. However, in this permselective membrane, the size of the micropores in the homogeneous porous substrate is as large as possible on the surface and inside, as is clear from the model diagram of Japanese Patent Publication No. 48-17589.
Equally, since it is extremely small at approximately 100 Å, the fluid permeation resistance of the porous substrate itself is extremely large, and no matter how thin the permselective polymer film is formed on the surface of the porous substrate without a penetrating layer, its permselectivity is Even if the fluid permeability of the polymer film itself is sufficiently high, the fluid permeability of the two-layer composite membrane as a whole is unavoidably small, and is still unsatisfactory for practical use in terms of permeation rate. . There are roughly two types of forms of such composite separation membranes. One of them is a flat membrane composite separation membrane in which a selective separation layer is formed on a flat membrane porous support. The essential problem is that the effective membrane area cannot be increased, and the separation system must therefore be larger. A solution to this problem was considered to be a composite hollow fiber separation membrane in which a selective separation layer was formed on the surface of a hollow fiber membrane porous support. In comparison, it is said that the effective membrane area per unit volume can be increased by 10 to 100 times when modularized, making it possible to develop a correspondingly smaller and more compact separation system. It is clear that it has some advantages. (Object of the Invention) Therefore, the object of the present invention is to have a very thin selective separation layer, and the selective separation layer does not have defects such as pinholes, so that even if blood is circulated for a long time, it will not be difficult to maintain blood flow. An object of the present invention is to provide an artificial lung made of a highly permeable composite hollow fiber membrane that prevents blood plasma from leaking into the oxygen side. (Structure and Effects of the Invention) The object of the present invention is to provide an artificial device that performs gas exchange between blood and gas through a membrane by allowing blood to flow through one side of the membrane and gas flowing through the other side of the membrane. The membrane is a composite hollow fiber having the three layers described above, in which a selective separation layer, an ultrafine porous layer, and a porous layer are formed in order from the inner surface, and the selective separation layer has an average thickness of 0.01 to It is a non-porous honey layer with a thickness of 5μ and which prevents plasma in blood from leaching into the gas side, and this ultra-fine porous layer has a surface where the presence of pores cannot be confirmed in a scanning electron micrograph at 24,000x magnification. , has a fluid permeability at least 10 times greater than that of the selective separation layer, and has a thickness of 0.08 μ or less, and the porous layer is composed of pores with a pore size of 0.1 to 1 μ, excluding giant vacuoles. This is achieved by an artificial lung characterized by a composite hollow fiber separation membrane having a sponge structure with a porosity of 50% or more and a thickness of 10 to 500 microns. The composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention is characterized by being composed of three layers: a selective separation layer, an ultrafine porous layer, and a porous layer, in order from the inner surface of the hollow fiber. The microporous layer and the porous layer are arranged, and each layer has a structure as described below. First, in the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention, a selective separation layer is formed on the inner surface. In conventional composite hollow fiber separation membranes, a selective separation layer is generally formed on the outer surface of the hollow fibers. When such composite hollow fiber separation membranes are actually used, they tend to be susceptible to various types of damage such as peeling or damage of the selective separation layer due to mutual contact between the composite hollow fibers on their outer surfaces, or they are extremely difficult to handle. It is clear that it is difficult and disadvantageous. The present invention does not have the above-mentioned drawbacks because it has a selective separation layer on the inner surface of the porous hollow fiber membrane substrate. Hereinafter, the three layers constituting the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention will be explained in order. (i) Selective Separation Layer In the present invention, the selective separation layer has a non-porous honey structure so that the polymer constituting the selective separation layer does not substantially penetrate into the ultrafine porous layer or even into the porous layer. It is important that this permeable layer is formed, and the presence or absence of this permeable layer can be confirmed by observation with a scanning electron microscope. In addition, its average thickness is 0.1~
The thickness must be within the range of 2μ, and the thickness variation rate must be 25% or less.
This average thickness and its rate of variation can be determined by observing at least 25 locations using a scanning electron microscope. If the thickness exceeds 2μ, the amount of transmission will be small and it is inappropriate. On the other hand, 0.01μ
If it is thinner, the strength of the selective separation layer itself becomes too low, and there is a high risk that it will easily break during handling and cause pinholes, which is not preferable. In order to provide a composite hollow fiber separation membrane with excellent operability and high flow rate permeability, it is more desirable that the thickness be in the range of 0.05 to 0.8μ. Furthermore, in conventional composite hollow fiber separation membranes, the selective separation layer usually has a structure with extremely uneven thickness. For example, the patent application filed earlier by the inventor in 1986-
Looking at the thickness unevenness of the silicone rubber thin film formed on the outer surface of the porous hollow fiber membrane-like base material obtained according to Example (1) of 137282, there are variations as shown in Table 2 in the comparative example described below. The rate = σ/x = 0.266, which is extremely large. In this way, when there is large thickness unevenness, for example, when actually used as an oxygen enrichment membrane, it is usually necessary to perform pressurization or depressurization, but in this case, the thinner part of the membrane is subjected to stress intensively. It is easily damaged by exposure to water and cannot exhibit the desired concentration performance. Therefore, the thickness unevenness must be small. One of the structural features of the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention is that the thickness unevenness of the thin polymer film formed on the inner surface is extremely small. In addition, even when subjected to decompression operation, stress is not concentrated in a specific location, and therefore, it is an excellent form that can completely solve the above-mentioned drawback that the polymer thin film is damaged during operation. This thickness unevenness can be easily measured by observing the thickness of at least 25 locations on the inner surface in detail using a scanning electron microscope, but in the present invention, the average value ( ) of the thickness of the 25 locations is used as a standard. The ratio (variation rate) of the deviation (σ) is: variation rate = σ/x≦0.25, more preferably variation rate = σ/x≦0.20, and there is extremely little thickness unevenness. Polymers forming such a selective separation layer include polyorganosiloxanes such as polydimethylsiloxane, polydiphenylsiloxane, and polymethylphenylsiloxane, and poly-4-methylpentene-1, depending on the purpose of separation of the composite hollow fiber. Various polymers with high selective separation permeability can be used, such as polytetrafluoroethylene, furfuryl alcohol resin, cellulose acetate, cellulose triacetate, and poly-4-vinylpyridine. It is a suitable polymer in the sense that it is the largest of all polymers. Furthermore, silicone rubber, which has improved strength and solvent resistance by three-dimensionally crosslinking such chain polyorganosiloxane with a crosslinking catalyst, has better strength and physical properties than a selective separation layer made of chain polyorganosiloxane. It has the great advantage of being able to be made into a thinner film because of its improved properties. (ii) Ultra-fine porous layer and porous layer Next, regarding the ultra-fine porous layer adjacent to the selective separation layer, the surface is so extremely fine that the presence of pores cannot be confirmed even in a scanning electron micrograph at 24,000x magnification. It is necessary that the layer has an ultra-fine porous structure. The fluid permeability of the ultrafine porous layer itself must be at least 10 times that of the selective separation layer, and its thickness must be 0.08 μm or less. The pore size on the surface of the ultra-fine porous layer is 24,000
If the size is larger than that which can be confirmed in a scanning electron micrograph at 200% magnification, there is a possibility that the extremely thin selective separation layer will be damaged and pinholes will occur if it is subjected to pressurization during practical use. increase,
Undesirable. Therefore, the smaller the pore size on the surface of the ultrafine porous layer is, the more desirable it is, but if it becomes too dense, it becomes undesirable as it becomes a resistance to fluid permeation. In that sense, the fluid permeability of the ultrafine porous layer itself is at least as high as that of the selective separation layer.
It needs to be 10 times larger, and its thickness must be as thin as 0.08μ or less. Furthermore, regarding the porous layer adjacent to the ultrafine porous layer, except for special giant vacuoles, mainly 0.1
It consists of a sponge structure consisting of an accumulation of pores of ~1 μ in size, and the porosity is over 50% and the thickness is
Must be between 10μ and 500μ. Such structural features can be easily confirmed using a scanning electron microscope. If the pore size of the sponge structure is smaller than 0.1μ, the fluid permeation resistance of the porous layer itself becomes too large, which is not desirable. On the other hand, if the pore size of the sponge structure is larger than 1 μm, the pressure resistance during practical use will decrease and the sponge structure will no longer function as a support for the composite membrane. The porosity can also be determined by measuring the moisture content, but this value is 50%.
If it is smaller, fluid permeation resistance increases, which is undesirable. Regarding the thickness, if it is thinner than 10μ, the strength of the composite membrane as a whole will be low and it will be less practical. If it is larger than 500 μm, the composite hollow fiber becomes quite thick, which makes it difficult to create a compact separation membrane module, which is not preferable. As a support for the selective separation layer, it is sufficient for the ultrafine porous layer and the material for forming the porous layer to have mechanical strength and physical properties as a support, so in this sense, for example, polyvinyl alcohol A wide variety of polymeric materials such as , aromatic polysulfone, polyimide, and polyetheretherketone can be used, and among them, it is also possible to use a mixture of various compatible materials. Particularly desirable are aromatic polysulfones, which have various advantages such as excellent hollow fiber moldability and good heat resistance. Regarding the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention having a three-layer structure as described above,
Unlike the two-layer structure composite membrane disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 17589/1989, the selective separation layer is
Because it is formed on an extremely fine porous layer that cannot be confirmed to have pores even in a scanning electron microscope photograph taken at double magnification, the selective separation layer may be damaged even if pressure is applied during use. There are no holes at all. And the thickness of the ultrafine porous layer is
It is extremely thin, less than 0.08μ, so the fluid permeation resistance of the ultrafine porous layer itself is sufficiently small.
Furthermore, the supporting porous layer has a fairly large pore size of 0.1 to 1μ, a sponge structure, and has a low porosity.
It has the advantage that the fluid permeability of the support porous layer itself is also sufficiently high, which is as high as 50% or more. Therefore, the three-layer composite hollow fiber membrane as a whole has an excellently high fluid permeation rate and is also excellent in practicality such as pressure resistance. Next, a method for manufacturing the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention will be described. A feature of the method for producing the hollow fiber separation membrane used in the present invention is that the pore-forming polymer capable of forming micropores is mixed with the matrix polymer that is to form the porous hollow fiber membrane substrate from the beginning. The non-porous hollow fiber membrane is formed into a hollow fiber membrane with a non-porous inner surface, and the non-porous inner surface of the non-porous hollow fiber membrane has high selective separation permeability for specific substances. The purpose of this method is to apply a polymeric component having, for example, a solution state. By doing this, since the inner surface is a smooth surface with no pores, it is naturally impossible for it to penetrate into the pores, and as a result, it is impossible to achieve this with conventional methods for creating hollow fiber composite membranes. It is possible to form an extremely ultra-thin selective separation layer that has never been seen before without producing any pinholes. Then, by discharging and removing the pore-forming polymer, the hollow fiber base material is made porous and a composite hollow fiber separation membrane is obtained. Hereinafter, the method for manufacturing the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention will be described in order. (i) Production of non-porous hollow fiber substrate In order to obtain the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention, the matrix polymer and the pore-forming polymer are mixed in a common solvent that is highly compatible with both. After uniformly mixing using
As a result, a non-porous hollow fiber membrane substrate in which the matrix polymer and the pore-forming polymer are mixed extremely uniformly is obtained. Regarding the polymer that should form micropores, it can be used without any particular restrictions as long as it is sufficiently compatible with the matrix polymer that is to form the porous hollow fiber membrane substrate and can be mixed and molded. obtain. In particular, the combination of aromatic polysulfone and polyvinylpyrrolidone has extremely good compatibility, and the pores formed by extraction of polyvinylpyrrolidone are extremely fine, making it suitable for use as a support for the selective separation layer. It is truly suitable for this purpose. In addition to the above, polyethylene glycol, polyacrylic acid, and polyacrylamide can also be used as the pore-forming polymer. What is important in the method for producing the hollow fiber separation membrane described above is that the pore-forming polymer that will form micropores and the matrix polymer that will form the porous hollow fiber membrane substrate have extremely excellent compatibility. As a result, when the pore-forming polymer is extracted and removed later, the hollow fiber base material can be made into a porous body consisting of fine pores. If the compatibility is poor, the pores formed later in the porous support will be considerably larger. In this case, when a composite separation membrane having a selective separation layer in the form of a thin polymer film on its inner surface is put into practical use, the selective separation layer formed with great effort may be damaged, resulting in the separation performance that should not be expected. This can easily lead to a situation where the person is unable to fully demonstrate his/her abilities.
Therefore, a composite hollow fiber separation membrane having a pinhole-free selective layer that is formed extremely thin so as not to penetrate into the fine pores on the inner surface of a porous substrate has been put into practical use and is expected. In order to exhibit the original separation performance, for example, it is essential that the micropores that are formed later during extraction be sufficiently small in size. It is important to select as the pore-forming agent a pore-forming polymer that is sufficiently compatible with the matrix polymer to form the membranous substrate. Regarding the ratio of matrix polymer to pore-forming polymer, the weight ratio is 100:25 to 100:
The ratio is preferably 200, and more preferably in the range of 100:50 to 100:100. The ratio of pore-forming polymer to matrix polymer is 100:
When it is smaller than 25, the number of micropores obtained by removing the pore-forming polymer is small, and therefore the amount of permeation through the composite hollow fiber separation membrane obtained using the same is small, which is poor in practicality. On the other hand, when the ratio of the pore-forming polymer to the matrix polymer is greater than 100:200, the number of micropores obtained by removing the pore-forming polymer becomes too large; Although the permeation rate of the composite hollow fiber separation membrane is large enough and highly practical, the proportion of the porous portion is extremely large, and the porous hollow fiber membrane-like substrate formed by the matrix polymer is The relative strength of the selective separation layer decreases, and the selective separation layer cannot sufficiently function as a strong support, making it unsuitable. As described above, a matrix polymer and a pore-forming polymer are selected, mixed in a predetermined ratio, and dissolved in a common solvent to prepare a spinning dope.
Non-porous hollow fibers can be obtained by discharging this spinning stock solution into a coagulation bath through an annular nozzle. For example, when polyvinylpyrrolidone or polyethylene glycol is selected as a pore-forming polymer, by selecting dimethylformamide as a solvent, they are easily and uniformly compatible with aromatic polysulfone, and this uniform When the compatible spinning dope is discharged into the water coagulation bath from an annular nozzle while injecting room temperature water into the inner surface and formed into a hollow fiber membrane, the common solvent dimethylformamide etc. is removed and the result is A non-porous hollow fiber curtain in which polyvinylpyrrolidone or polyethylene glycol as a polymer for forming micropores and aromatic polysulfone as a matrix polymer to form a porous hollow fiber membrane substrate are extremely uniformly mixed. A membrane material is obtained. When this spinning stock solution is discharged into a coagulation bath from a ring-shaped nozzle, it is important to solidify the inner surface quickly.For this purpose, water or a coagulant mainly composed of water is applied to the inner surface of the hollow fiber as an inner coagulant. It is preferable to perform injection molding while pouring. For example, when an aqueous dimethylformamide solution (dimethylformamide is 50% by weight or more) is used as an inner coagulant, especially at a high temperature of 50°C or higher, coagulation on the inner surface is slow, and the resulting hollow fiber base material can be used as a pore-forming polymer. After extraction, the pores on the inner surface become larger, making it difficult to obtain an extremely fine porous layer, which is not suitable. (ii) Formation of a selective separation layer The non-porous inner surface of the thus obtained non-porous hollow fiber membrane base material is coated with
A polymer component with high selective separation permeability is prepared in the form of a thin film. As mentioned above, the polymer thin film components include polyorganosiloxanes, poly-4-methylpentene-1, polytetrafluoroethylene, furfuryl alcohol resin, cellulose acetate, cellulose triacetate, Various polymers with high selective separation permeability can be used, such as poly-4-vinylpyridine, but polyorganosiloxane is suitable because it has the largest oxygen permeation rate constant, and it also has stronger physical properties. In terms of improved performance, silicone rubber obtained by three-dimensionally crosslinking such a chain polyorganosiloxane using a crosslinking catalyst is most desirable. These polymers are usually used after being dissolved in a suitable solvent, but the concentration of the mixed solution used is 1 to 50.
% by weight, preferably 3-30% by weight. Too low a concentration is undesirable because it tends to cause pinholes. On the other hand, if the concentration is too high, the thickness of the thin film formed tends to be large, which is undesirable as it leads to a decrease in the permeation flow rate. In the composite separation membrane used in the oxygenator of the present invention, it is important that the selective separation layer formed on the inner surface of the porous hollow fiber is extremely thin, has very little unevenness in thickness, and has a uniform thickness. As a result of various studies on this point, the inventor of the present invention unexpectedly found that, for example, a polysiloxane prepolymer solution containing a crosslinking catalyst was supplied to the inner surface of the hollow fiber base material and allowed to drip naturally to remove the liquid. Then, by passing gas through the inner surface of the hollow fiber and then crosslinking it to form a three-dimensionally crosslinked silicone rubber thin film on the inner surface of the hollow fiber, the rate of variation in the thickness unevenness of the thin film is as follows: Rate of variation = σ/x≦0.25, more preferably, the variation rate=σ/x≦0.20, which is extremely small and uniformly formed. The mechanism of the phenomenon that occurs when gas is passed through the inner surface of the hollow fibers is not clear, but when gas is passed through the coating solution to form a selective separation layer, the vaporization of the coating solution It seems that there is a complex interaction between the concentration effect of the coating stock solution due to the evaporation of the solvent as the gas passes through, and the effect of wiping off the coating stock solution as the gas passes. However, the formation of such a uniform thin film with very little thickness unevenness has never been possible with conventional techniques.The present invention described above has made it possible to form a uniform thin film with very little thickness unevenness. This became possible for the first time with the discovery of a process in which gas is passed through after passing liquid. It is especially important to repeat the process of passing the coating stock solution through the inner surface of the hollow fibers and then passing the gas through it two or more times, especially when obtaining a selective separation layer with less uneven thickness. It is valid. In addition, when passing the coating stock solution through the inner surface of the hollow fiber, if a gold thread of, for example, about 100 mesh is placed close to the inlet end face of the coating stock solution, the fine mesh of the gold thread will be removed after the coating stock solution has passed through the hollow fiber. A large amount of coating stock solution is held inside,
After that, when the gas is passed through, the coating stock solution held in the mesh of the gold wire near the inlet end face of the hollow fiber is very efficiently concentrated and supplied to the inner surface of the hollow fiber. When repeating the process of passing the coating stock solution and subsequently passing the gas many times, the number of repetitions can be efficiently reduced. Of course, the above-mentioned installation of about 100 meshes of gold wire is just one example, and there is no restriction on the type of the liquid reservoir mechanism as long as it can hold the coating stock solution near the inlet end of the hollow fiber. As the gas to be used, it is advantageous to use air from various viewpoints, and 0.1
It is sufficient to pass it for 1 sec or more at a linear velocity of ~50 m/sec. In the case of a slow speed of 0.1 m/sec or less, the effect of reducing thickness unevenness is small. On the other hand, in the case of extremely high speeds of 50 m/sec or more, the mixed solution supplied to the inner surface is blown away, which is undesirable because it also causes uneven thickness. As for the time, it is sufficient if it is performed for 1 second or more each time. The coating operation for forming the selective separation layer as described above may be performed after the hollow fibers are tied together to form a module, or may be performed on the hollow fibers before the module is formed. (iii) Extraction of pore-forming polymer After forming the selective separation layer as described above, the polyvinyl pore-forming polymer can be easily extracted by contacting the outer surface of the hollow fiber with water, ethanol, or methanol, for example. Pyrrolidone or polyethylene glycol can be extracted and removed. Regarding the extraction and removal method, water extraction is the simplest, and in that sense, it is convenient to use a water-soluble polymer such as polyvinylpyrrolidone or polyethylene glycol as the pore-forming polymer because water extraction is possible. However, when attempting to extract in a short time, it is usually necessary to extract with hot water such as boiling water, and the selective layer formed during the extraction may be damaged due to convection of the extracted water, or There is a risk of it peeling off. In order to avoid this danger, even at a relatively low temperature of, for example, 60℃,
It is desirable to use ethanol or methanol as an extraction solvent, which has a sufficient extraction rate.
Of course, when selecting an extraction solvent, it goes without saying that an extraction solvent must be used that does not dissolve the matrix polymer and the selective layer portion on the inner surface. As a result, the fluid permeability is
Although it is at least 10 times larger than the selective separation layer, its surface is so honeyed and thick that the presence of pores cannot be seen even in a scanning electron micrograph at 24,000x magnification.
Extremely thin, less than 0.08μ. Except for the extremely fine porous layer and the giant vacuoles adjacent to it, it has a sponge structure of 0.1 to 1μ, with a porosity of 50% or more.
It consists of a porous layer whose thickness is 10 to 500μ.
A porous hollow fiber substrate is formed. The membrane oxygenator should be a composite hollow fiber consisting of three layers, in order from the inner side: a selective separation layer with excellent oxygen gas permeation performance and carbon dioxide gas permeation performance, an ultrafine porous layer, and a porous layer. is important, and in particular, although the presence of pores cannot be confirmed on the surface even in a scanning electron micrograph at 24,000x magnification,
The fluid permeability is at least 10 times that of the selective separation layer, and the thickness is 0.08μ or less.
It has been recognized that the presence of an extremely fine porous layer is an essential requirement for obtaining a practically excellent membrane oxygenator. In other words, although the ultra-fine porous layer is so microporous that the presence of pores cannot be confirmed even in a scanning electron microscope photograph taken at 24,000x magnification, it is still a dense layer, so it is microscopic. When viewed from above, it is an extremely smooth surface with no irregularities, so the selective separation layer formed on it is also
The thickness is sufficiently thin, and there is little unevenness in thickness. Regarding the above-mentioned conventional composite hollow fiber membrane oxygenator that lacks the presence of the ultrafine porous layer, that is, it is composed of two layers: a selective separation layer and a porous layer (Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-117)
15483, Japanese Patent Application Laid-open No. 1548-160098), the surface of the porous layer on which the selective separation layer is to be formed is inevitably uneven and cannot be called extremely smooth when viewed microscopically. The selective separation layer formed on top is
Inevitably, the layer tends to be thick, and also tends to have uneven thickness. In a composite hollow fiber separation membrane used in an oxygenator, the selective separation layer may be a non-porous honey layer with an average thickness of 0.01 to 5μ, and is not required to be as strict as when used as an oxygen enrichment membrane. However, when the thickness is less than 0.01 μm, the selective separation layer becomes too thin and easily damaged, making it impractical.
If it is thicker than 5μ, the gas exchange rate will be poor and this is also not practical. Furthermore, if the selective separation layer has uneven thickness, stress tends to concentrate on the thinner portions, which tends to cause damage to the selective separation layer. Therefore,
It is desirable to have less thickness unevenness, and the above-mentioned variation rate is 25
% or less. In particular, when a membrane oxygenator with a high gas exchange rate is required,
It is desirable that the selective separation layer is formed such that the polymer component constituting the selective separation layer does not penetrate into the ultrafine porous layer. By doing this, the thickness of the selective separation layer becomes even thinner, and therefore,
Furthermore, an extremely excellent membrane oxygenator with a high gas exchange rate can be obtained. Regarding the ultrafine porous layer and the material of the porous layer of the composite hollow fiber membrane oxygenator using the composite hollow fiber membrane having a three-layer structure of the present invention, the reasons are the same as those described above. Therefore, aromatic polysulfone is particularly desirable.As for the material for the selective separation layer, polyorganosiloxane-based polymers that have excellent blood compatibility and extremely high oxygen permeation rates and carbon dioxide gas permeation rates are particularly desirable. , three-dimensionally crosslinked polyorganosiloxane polymers are particularly desirable in the sense that they have higher strength. Furthermore, by using a large number of bundles of composite hollow fiber membranes having a three-layer structure, for example, a cylindrical membrane oxygenator module can be easily produced by a conventional method, and this cylindrical membrane oxygenator module can be incorporated. A membrane oxygenator system can be formed. Such an artificial lung is used as follows. First, from a venous reservoir that stores venous blood removed from the patient's veins, the blood is heated to a constant temperature by using a blood roller pump, for example, and passed through a multi-tubular heat exchanger, and then pumped into the membrane oxygenator module. (Oxygen gas/carbon dioxide gas)
The function as an artificial lung is achieved by exchanging the blood and returning the blood, which has been enriched with a predetermined amount of oxygen gas, to the patient's artery via the blood supply line. In addition to the oxygenator, the above-mentioned devices are included to form an oxygenator system. Furthermore, a composite module in which a multi-tubular heat exchanger is also integrally attached to the venous blood inlet of a cylindrical membrane oxygenator module is simpler and more practical. Furthermore, there is no problem in installing additional equipment other than the above, such as a recirculation line, if necessary. Hereinafter, the present invention will be specifically explained using Examples, but the Examples are only one aspect of the present invention, and the present invention is not limited only to the Examples. [Example] Example 1 Aromatic polysulfone (trade name: Udel polysulfone: P-1700: manufactured by Union Carbide)
A spinning stock solution was prepared by mixing and dissolving 100 parts by weight of polyvinylpyrrolidone and 100 parts by weight of polyvinylpyrrolidone in 500 parts by weight of dimethylformamide, which is a common solvent for both.
This stock solution is discharged from an annular nozzle and formed into a hollow fiber by supplying water to the hollow part. After spinning, the hollow fiber is passed through a water bath to remove dimethylformamide, and then dried to form a final product. A nonporous hollow fiber membrane substrate having an outer diameter of 800 μm, an inner diameter of 500 μm, and a membrane thickness of 150 μm was obtained, in which 100 parts by weight of aromatic polysulfone and 100 parts by weight of polyvinylpyrrolidone were mixed extremely uniformly. On the other hand, room temperature curing silicone rubber (product name:
Silpot 184w/c: manufactured by Dow Corning) and
Dissolve 1/10 of that amount of curing catalyst in n-pentane.
A 10% by weight silicone solution was prepared. The silicone solution prepared in this way was applied to the inner surface of each hollow fiber of the 200 non-porous hollow fiber membrane base materials described above in a bundle at a feeding rate of about 30 ml/min. Supplied for minutes. Thereafter, the silicone solution was drained by natural dripping, and then air was passed through the solution at a linear speed of 15 m/sec for about 1 minute. This process was repeated 10 times. After this, crosslinking treatment was performed at 100℃×1HR.
Thereafter, polyvinylpyrrolidone was extracted and removed by immersion in 60°C ethanol for 16 hours. By this method, the final result is a porous hollow fiber membrane-like base material consisting of an ultrafine porous layer formed from aromatic polysulfone and an adjacent porous layer, and a porous hollow fiber membrane-like base material with ultrafine porous layers on the inner surface. A selective layer of silicone rubber thin film formed so as not to substantially penetrate into the porous layer and having an extremely uniform thickness both in the circumferential direction of the inner surface of the hollow fiber and in the fiber axial direction. A composite hollow fiber separation membrane was obtained. Regarding the structure of the obtained composite hollow fiber separation membrane, first, regarding the selective separation layer part, 25 locations on the inner surface were observed in detail using a scanning electron microscope, and it was found that the thickness of the silicone rubber thin film formed on the inner surface was The results were as shown in Table 1. In the obtained composite film, the average thickness of the thin film-like selective layer is = 3300 Å, and the standard deviation is and therefore the average thickness () with standard deviation (σ)
The ratio (variation rate) to It was clearly observed that it was a completely new form that had not invaded the country.

【表】【table】

【表】 次に、得られた複合中空糸膜の内表面より、極
微細多孔層を破壊しない様に注意しながら、シリ
コンゴム薄膜をはくりさせ、露出した極微細多孔
層について、24000倍の走査型電顕観察を行つた。
得らえた写真を第3図に示すが、24000倍で、孔
は確認できない程、ち密な構造であり、かつその
厚みは、同写真より約0.05μである。第3図には、
同時に、多孔層の様子も合せて示すが、0.1〜1μ
の孔の集積体よりなるスポンジ構造であることが
明瞭である。この多孔層部分の空孔率は含水率よ
り76%と測定された。 次に得られた複合中空糸分離膜を、酸素富化膜
として使用した場合の透過性能について詳細に述
べる。 先に述べた内表面に平均3300Åのシリコーンゴ
ム薄膜の選択分り層を有する複合中空糸分離膜の
内表面上に、7Kg/cm2ゲージ圧に加圧した空気を
供給し、空気中の酸素とチツ素の選択分離を行わ
せた。透過ガスの組成をガスクロにて分析した
所、酸素=約35vol%、チツ素=約65vol%であつ
た。この酸素濃縮度は、全くピンホールのないシ
リコーンゴムフイルムに7Kg/cm2ゲージ圧の加圧
空気を供給した場合の酸素濃縮度と全く一致し、
この事実より、芳香族ポリスルホンより成る多孔
性中空糸膜状基材の内表面に形成されたシリコー
ンゴム薄膜は、全くピンホールの如き欠陥を有さ
ず、また加圧時においても膜破損を生ずることも
全くなく、本来の分離性能を充分に発揮している
ことが明らかである。また酸素濃度約35vol%の
酸素富化空気の透過流量も、約2×103ml/
24HRS・m2・Kg/cm2と優れて実用的である。また、 上記の内表面より、シリコンゴム薄膜をハクリさ
せたものについて、7Kg/cm2ゲージ圧に加圧した
空気を供給した時の、空気透過量は3×1011ml/
24HRS・m2・Kg/cm2であり、先述の富化空気透過量 の1500倍であつた。ちなみにこの、内表面からシ
リコンゴム薄膜をハクリさせた、極微細多孔層
と、多孔層の2層より成る中空糸基材の空気透過
性に関しては、多孔層の方は、0.1〜1μのスポン
ジ構造よりなり、かつ空孔率も76%と極めて大き
く、つまり、空気透過抵抗は極めて小さく、極微
細多孔層の空気透過抵抗に比して、無視できる。
従つて、上記の3×1011ml/24HRS・m2・Kg/cm2と いう空気透過量は、極微細多孔層によつて律せら
れる空気透過量である。 比較例 1 実施例1と同様にして、芳香族ポリスルホン
100重量部と、ポリビニルピロリドン100重量部が
均一に混合された、外径800μ、内径500μ、膜厚
150μの非多孔性中空糸膜状基材を得た。このも
のを、60℃のエタノールに16時間浸漬することに
より、先ずポリビニルピロリドンの抽出除去を行
うことにより、芳香族ポリスルホンより成る多孔
性中空糸膜状基材を得た。このものの内表面を、
24000倍の走査型電顕で観察した所、厚さ0.05μの
極微細多孔層が観察されたが、孔の存在は確認で
きなかつた。またそれに隣接する多孔層も明瞭に
観察されたが先の実施例1に記載したのと実質的
に同じ構造であつた。この様な多孔性中空糸基材
の200本を束状にしたものの、各個の中空糸の内
表面に、実施例1と同様に作成した10重量%のシ
リコーン溶液を約30ml/minの供給速度で約3分
間供給し、その後自然滴下にてシリコーン溶液の
液抜きをした後、空気を約15m/secの線速で約
1分間通過させた。この工程を10回繰り返した。
この後、100℃で1HRの架橋処理を行うことによ
り、複合中空糸分離膜を得た。 このものの内表面に7Kg/cm2ゲージ圧の加圧空
気を供給して分離を行わせた所、透過ガスの組成
に関しては、酸素=約35vol%、チツ素=約65vol
%であり、一応ピンホールのない複合中空糸分離
膜が得られたものの、透過ガスの流量が約106
ml/24HRS・m2・Kg/cm2と極めて小さく、とうてい 実用に耐え得ないものであつた。この中空糸複合
膜の断面を走査電顕で観察した所、多孔性中空糸
基材の内表面に極微細多孔層内、及び多孔層内へ
約4μの極めて厚いシリコーンゴムの侵入層が形
成されているのが明らかに観察された。この4μ
という極めて厚い、細孔内へのシリコーンゴムの
侵入層の形成の為に、上記の様に得られる透過ガ
スの流量が極めて小さくならざるを得ず、従つて
極めて実用性に乏しい複合中空糸膜にならざるを
得なかつたと思われる。 一方、透過ガス流量を高める為には、シリコー
ンゴム侵入層の厚みを軽減してやれば良いと考え
られ、その為には用いるシリコーン溶液の濃度を
下げてやれば良いと考えられたので、シリコーン
溶液の濃度を一桁下げて1重量%のシリコーン溶
液を用いて上記と全く同じ実験を行つた所、透過
ガスの流量は約103ml/24HRS・m2・Kg/cm2と極め て大きかつたにも関わらず、その組成をガスクロ
で分析した所、酸素=約21vol%、チツ素=約
79vol%と全く濃縮されておらず、つまりこの様
な作成方法における複合中空糸分離膜に関して
は、多孔性中空糸基材の内表面に形成されたシリ
コーンゴム膜は極めて多くのピンホールを有して
おり、本来の分離性能を全く発揮し得ないもので
ある。 比較例 2 芳香族ポリスルホン100重量部と、ポリビニル
ピロリドン100重量部が均一に混合された、外径
640μ、内径320μ、膜厚160μの非多孔性中空糸膜
基材を得た。 一方、常温硬化型のシリコーンゴム(商品名:
シルポツト184w/c:ダウコーニング社製)と、
その1/10量の硬化触媒をn−ペンタンに溶解して
30重量%のシリコーン溶液を調整した。 この様に作成した30重量%のシリコーン溶液
に、前述の非多孔性中空糸状膜基材をその端部を
封じて、中空糸の内側にシリコーン溶液が侵入し
ない状態で10分間浸漬した後、100℃で60分間、
熱風乾燥することにより非多孔性中空糸の外表面
においてシルポツト184w/cを硬化重合させた。
この後、再度30重量%のシリコーン溶液に浸漬
し、その後100℃で60分間、熱風乾燥することに
より非多孔性中空糸の外表面において、芳香族ポ
リスルホン基材と強固に結合したかつピンホール
の全くないシリコーンゴム超薄膜を作成した。次
にこの様にして得られた非多孔性複合中空糸の内
側に、60℃のエタノールを通して内表面よりポリ
ビニルピロリドンを抽出除去することにより、最
終的に芳香族ポリスルホンより成る多孔性中空糸
状膜基材と、その外表面に形成されたシリコーン
ゴム薄膜の選択分離層とより成る中空糸状複合分
離膜を得た。このもののシリコーンゴム薄膜の厚
みに関して、25箇所の厚みを走査型電顕で詳細観
察したところ、第2表の結果を得た。 であり、従つて標準偏差(σ)の平均厚み()
に対する比(変動率)が 変動率=σ/x=0.266 と極めて大きく、また厚みむらの大きい構造のも
のであつた。
[Table] Next, the silicone rubber thin film was peeled off from the inner surface of the obtained composite hollow fiber membrane, being careful not to destroy the ultrafine porous layer, and the exposed ultrafine porous layer was Scanning electron microscopy observation was performed.
The resulting photograph is shown in Figure 3, and the structure is so dense that no pores can be seen under 24,000x magnification, and its thickness is about 0.05 μm, as shown in the same photograph. In Figure 3,
At the same time, the state of the porous layer is also shown;
It is clear that it has a sponge structure consisting of an accumulation of pores. The porosity of this porous layer was determined to be 76% based on the water content. Next, the permeation performance of the obtained composite hollow fiber separation membrane when used as an oxygen enrichment membrane will be described in detail. Air pressurized to 7 kg/cm 2 gauge pressure is supplied onto the inner surface of the composite hollow fiber separation membrane having a selective layer of silicone rubber thin film with an average thickness of 3300 Å on the inner surface, and the oxygen in the air and Selective separation of nitrogen was carried out. When the composition of the permeated gas was analyzed by gas chromatography, it was found that oxygen was about 35 vol% and nitrogen was about 65 vol%. This oxygen concentration is exactly the same as the oxygen concentration when pressurized air at 7 kg/cm 2 gauge pressure is supplied to a silicone rubber film with no pinholes.
From this fact, the silicone rubber thin film formed on the inner surface of the porous hollow fiber membrane substrate made of aromatic polysulfone has no defects such as pinholes, and the film does not break even when pressurized. There was no problem at all, and it is clear that the original separation performance was fully demonstrated. Furthermore, the permeation flow rate of oxygen-enriched air with an oxygen concentration of approximately 35 vol% is approximately 2×10 3 ml/
It is excellent and practical at 24HRS・m 2・Kg/cm 2 . Furthermore, when air pressurized to 7 kg/cm 2 gauge pressure is supplied to the inner surface of the above-mentioned material with a thin silicone rubber film peeled off, the amount of air permeation is 3 x 10 11 ml/
It was 24HRS・m 2・Kg/cm 2 , which was 1500 times the amount of enriched air permeation mentioned above. By the way, regarding the air permeability of this hollow fiber base material, which consists of two layers: an ultra-fine porous layer and a porous layer with a silicone rubber thin film peeled off from the inner surface, the porous layer has a sponge structure of 0.1 to 1μ. In addition, the porosity is extremely high at 76%, which means that the air permeation resistance is extremely small and can be ignored compared to the air permeation resistance of the ultra-fine porous layer.
Therefore, the above-mentioned air permeation amount of 3×10 11 ml/24 HRS·m 2 ·Kg/cm 2 is the air permeation amount controlled by the ultrafine porous layer. Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1, aromatic polysulfone
100 parts by weight and 100 parts by weight of polyvinylpyrrolidone are uniformly mixed, outer diameter 800μ, inner diameter 500μ, film thickness
A 150μ non-porous hollow fiber membrane substrate was obtained. This material was immersed in ethanol at 60° C. for 16 hours to first extract and remove polyvinylpyrrolidone, thereby obtaining a porous hollow fiber membrane-like substrate made of aromatic polysulfone. The inner surface of this thing,
When observed with a scanning electron microscope at a magnification of 24,000 times, an ultrafine porous layer with a thickness of 0.05 μm was observed, but the presence of pores could not be confirmed. The porous layer adjacent thereto was also clearly observed and had substantially the same structure as described in Example 1 above. A bundle of 200 such porous hollow fibers was prepared, and a 10% by weight silicone solution prepared in the same manner as in Example 1 was supplied to the inner surface of each hollow fiber at a rate of about 30ml/min. The silicone solution was supplied for about 3 minutes, and then the silicone solution was drained by natural dripping, and then air was passed through it for about 1 minute at a linear speed of about 15 m/sec. This process was repeated 10 times.
Thereafter, a composite hollow fiber separation membrane was obtained by crosslinking for 1 hour at 100°C. When pressurized air of 7 kg/cm 2 gauge pressure was supplied to the inner surface of this material to perform separation, the composition of the permeated gas was as follows: oxygen = approximately 35 vol%, nitrogen = approximately 65 vol.
%, and although a pinhole-free composite hollow fiber separation membrane was obtained, the permeate gas flow rate was approximately 10 6
It was extremely small at ml/24HRS・m 2・Kg/cm 2 and could hardly be put to practical use. When the cross section of this hollow fiber composite membrane was observed using a scanning electron microscope, it was found that an extremely thick silicone rubber penetration layer of about 4μ was formed on the inner surface of the porous hollow fiber base material within the ultrafine porous layer and into the porous layer. It was clearly observed that This 4μ
Due to the formation of an extremely thick layer of silicone rubber that penetrates into the pores, the flow rate of the permeated gas obtained as described above must be extremely small, making the composite hollow fiber membrane extremely impractical. It seems that he had no choice but to become. On the other hand, in order to increase the permeation gas flow rate, it was thought that it would be better to reduce the thickness of the silicone rubber penetration layer, and for that purpose, it was thought that it would be better to lower the concentration of the silicone solution used. When the same experiment as above was carried out using a 1% by weight silicone solution with a concentration lowered by one order of magnitude, the permeate gas flow rate was extremely large, approximately 10 3 ml/24 HRS m 2 Kg/cm 2 . Nevertheless, when its composition was analyzed by gas chromatography, oxygen = approximately 21 vol%, nitrogen = approximately
It is not concentrated at all at 79vol%, which means that the silicone rubber membrane formed on the inner surface of the porous hollow fiber base material has an extremely large number of pinholes. Therefore, it cannot exhibit its original separation performance at all. Comparative Example 2 100 parts by weight of aromatic polysulfone and 100 parts by weight of polyvinylpyrrolidone were uniformly mixed.
A non-porous hollow fiber membrane substrate having a diameter of 640μ, an inner diameter of 320μ, and a membrane thickness of 160μ was obtained. On the other hand, room temperature curing silicone rubber (product name:
Silpot 184w/c: manufactured by Dow Corning) and
Dissolve 1/10 of that amount of curing catalyst in n-pentane.
A 30% by weight silicone solution was prepared. The aforementioned non-porous hollow fiber membrane substrate was sealed at its ends and immersed in the 30% by weight silicone solution prepared in this manner for 10 minutes without the silicone solution penetrating inside the hollow fibers. ℃ for 60 min.
Silpot 184w/c was cured and polymerized on the outer surface of the non-porous hollow fiber by hot air drying.
After this, the non-porous hollow fibers were immersed in a 30% silicone solution again and then dried with hot air at 100°C for 60 minutes to form a strong bond with the aromatic polysulfone base material and free of pinholes on the outer surface of the non-porous hollow fibers. We created an ultra-thin film completely free of silicone rubber. Next, polyvinylpyrrolidone is extracted and removed from the inner surface by passing ethanol at 60°C inside the non-porous composite hollow fibers obtained in this way, thereby forming a porous hollow fiber-like membrane group made of aromatic polysulfone. A hollow fiber-like composite separation membrane was obtained, which consisted of a material and a selective separation layer of a silicone rubber thin film formed on the outer surface of the material. Regarding the thickness of the silicone rubber thin film of this product, the thickness at 25 locations was observed in detail using a scanning electron microscope, and the results shown in Table 2 were obtained. and therefore the average thickness () with standard deviation (σ)
The ratio (variation rate) to

【表】【table】

【表】 実施例 2 実施例1で得られた、内面に平均3300Åのシリ
コンゴム薄膜を有する外径800μ、内径500μ、膜
厚150μの複合中空糸分離膜の150本を、並行に束
状に集束し、それを、酸素ガスの入り口と、出口
を有する透明円筒状のポリカーボネート製容器に
充てんし、その後、複合中空糸束の両端と、ポリ
カーボネート製円筒容器の端部を、樹脂を用い
て、気体等の漏れがない様に接着成型した後、複
合中空糸束の両端部を切断することにより、各々
の中空糸の内孔部を開口させた。この様にして有
効長=10cm、有効内表面積=240cm2の、極めて小
型の複合中空糸型人工肺を試作した。 この様な複合中空糸型人工肺の、中空糸内面側
に、新鮮な牛血を、230ml/minの流量で通過さ
せ、一方、中空糸の外表面に、ポリカーボネート
製容器の酸素ガス入り口より導入した酸素ガス
を、230ml/minの流量で通過させ、複合中空糸
膜を介して、酸素ガスの交換を行わしめた。ガス
交換時間は24時間であつた。 この時の、牛血中への酸素ガス移動量は、ガス
交換開始後15分の時点で63ml/min・m2、24時間
後で58ml/min・m2と実測され、極めて大きな酸
素ガス透過速度が、長時間安定に維持された。 また、この間に血液中の血漿成分や水分が中空
糸外表面へ浸出してくるといつた問題もなく、終
了後の返血時にも中空糸の詰りは認められなかつ
た。酸素加された血液の溶血度は低く、微小血栓
の発生も十分に低いレベルであり、本発明による
シリコンゴム薄膜を内表面に有する複合中空糸型
人工肺は、長時間の使用に耐える優れた人工肺で
あつた。
[Table] Example 2 150 composite hollow fiber separation membranes with an outer diameter of 800μ, an inner diameter of 500μ, and a membrane thickness of 150μ, each having a silicone rubber thin film with an average thickness of 3300Å on the inner surface obtained in Example 1, were bundled in parallel. It is concentrated and filled into a transparent cylindrical polycarbonate container having an oxygen gas inlet and an outlet, and then both ends of the composite hollow fiber bundle and the end of the polycarbonate cylindrical container are connected using resin. After adhesive molding to prevent leakage of gas, etc., both ends of the composite hollow fiber bundle were cut to open the inner hole of each hollow fiber. In this way, we prototyped an extremely small composite hollow fiber oxygenator with an effective length of 10 cm and an effective internal surface area of 240 cm 2 . Fresh bovine blood was passed through the inner surface of the hollow fibers of such a composite hollow fiber oxygenator at a flow rate of 230 ml/min, while oxygen gas was introduced onto the outer surface of the hollow fibers through the oxygen gas inlet of the polycarbonate container. The oxygen gas was passed through the membrane at a flow rate of 230 ml/min, and the oxygen gas was exchanged through the composite hollow fiber membrane. Gas exchange time was 24 hours. At this time, the amount of oxygen gas transferred into the cow's blood was actually measured to be 63 ml/min・m 2 at 15 minutes after the start of gas exchange, and 58 ml/min・m 2 after 24 hours, which is an extremely large amount of oxygen gas permeation. The speed remained stable for a long time. Furthermore, during this period, there was no problem of plasma components or water in the blood leaking out to the outer surface of the hollow fibers, and no clogging of the hollow fibers was observed when the blood was returned after completion of the test. The degree of hemolysis of oxygenated blood is low, and the occurrence of microthrombi is at a sufficiently low level, and the composite hollow fiber oxygenator according to the present invention, which has a silicone rubber thin film on its inner surface, is an excellent material that can withstand long-term use. He was put on an artificial lung.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の人工肺に用いる複合中空糸分
離膜のモデル図である。第1図において、1は選
択分離層、2は極微細多孔層、3は多孔層を示
す。 第2図は本発明の人工肺に用いる複合中空糸分
離膜の断面構造の一態様を示す24000倍の走査型
電顕写真である。第3図は本発明の人工肺に用い
る複合中空糸分離膜の内面より選択分離層をはく
りすることにより露出された極微細多孔層の一態
様を示す24000倍の走査型電顕写真である。第4
図は第3図に示された極微細多孔層を真横から観
察した24000倍の電顕写真である。
FIG. 1 is a model diagram of a composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention. In FIG. 1, 1 is a selective separation layer, 2 is an extremely fine porous layer, and 3 is a porous layer. FIG. 2 is a 24,000x scanning electron micrograph showing one embodiment of the cross-sectional structure of the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention. FIG. 3 is a 24,000x scanning electron micrograph showing an embodiment of the ultrafine porous layer exposed by peeling off the selective separation layer from the inner surface of the composite hollow fiber separation membrane used in the oxygenator of the present invention. . Fourth
The figure is a 24,000x electron micrograph of the ultrafine porous layer shown in Figure 3, viewed from the side.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 膜の一方の側に血液を流し、膜の他方の側に
気体を流すことにより、膜を介して血液と気体間
でガス交換を行う人工肺であつて、該膜は内面側
より順に選択分離層、極微細多孔層および多孔層
が形成された、上記3層を有する複合中空糸であ
り、該選択分離層は平均厚さが0.01〜5μで、かつ
血液中の血漿の気体側への浸出を阻止する非多孔
性ちみつ層であり、該極微細多孔層は24000倍の
走査型電子顕微鏡写真では孔の存在を確認できな
い表面を有するが、該選択分離層よりも少なくと
も10倍の流体透過性を有し、かつ厚さが0.08μ以
下であり、そして該多孔層は巨大空胞を除いて孔
径0.1〜1μの孔から構成された、50%以上の空孔
率を有するスポンジ構造であり、かつ厚さが10〜
500μである複合中空糸分離膜であることを特徴
とする人工肺。 2 該複合中空糸分離膜の選択分離層が該極微細
多孔層内に侵入することなく、該極微細多孔層上
に形成された厚さ変動率25%以下の選択分離層で
ある特許請求の範囲第1項記載の人工肺。 3 該極微細多孔層および多孔層が実質的に芳香
族ポリスルホンよりなる層である特許請求の範囲
第1項記載の人工肺。 4 該選択分離層が三次元架橋されたポリオルガ
ノシロキサン系ポリマーよりなる層である特許請
求の範囲第1項記載の人工肺。
[Scope of Claims] 1. An oxygenator that performs gas exchange between blood and gas through a membrane by flowing blood on one side of the membrane and gas on the other side of the membrane, the membrane is a composite hollow fiber having the above three layers, in which a selective separation layer, an extremely fine porous layer, and a porous layer are formed in order from the inner surface, and the selective separation layer has an average thickness of 0.01 to 5μ, and This is a non-porous honey layer that prevents blood plasma from leaching out to the gas side, and although this ultra-fine porous layer has a surface where the presence of pores cannot be confirmed in a scanning electron micrograph at 24,000x magnification, it is more sensitive than the selective separation layer. has a fluid permeability of at least 10 times, and a thickness of 0.08μ or less, and the porous layer is composed of pores with a pore diameter of 0.1 to 1μ, excluding giant vacuoles, and has a porosity of 50% or more. It has a sponge structure with a thickness of 10~
An artificial lung characterized by having a composite hollow fiber separation membrane of 500μ. 2. The selective separation layer of the composite hollow fiber separation membrane is a selective separation layer formed on the ultrafine porous layer without penetrating into the ultrafine porous layer and having a thickness variation rate of 25% or less. The artificial lung according to scope 1. 3. The artificial lung according to claim 1, wherein the ultrafine porous layer and the porous layer are layers consisting essentially of aromatic polysulfone. 4. The artificial lung according to claim 1, wherein the selective separation layer is a layer made of a three-dimensionally crosslinked polyorganosiloxane polymer.
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