JPH0542207A

JPH0542207A - 多孔質中空糸膜、人工肺および体外循環回路

Info

Publication number: JPH0542207A
Application number: JP3228333A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hagiwara; 和彦萩原; Kenji Yokoyama; 研司横山
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1991-08-13
Filing date: 1991-08-13
Publication date: 1993-02-23
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3152691B2

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明の中空糸膜１は、横断面形状が実質的
に円形または楕円形の多孔質ポリプロピレン中空糸膜で
あって、空孔率が１〜４０％、空孔の平均半径が１００
〜６００A 、空孔内に水を充填した際の透水率が０．０
１〜１．０ml/min・m²・mmHg（室温）である疎水性多孔質
中空糸膜基材の血液接触面（内表面２または外表面４）
およびこれに続く空孔内の一部が親水化されたものであ
り、これにより、前記血液接触面に生理食塩水を接触さ
せた際のバブルポイントを３０mmHg以上としたものであ
る。【効果】高いガス交換能を維持しつつ、長時間使用し
た場合でも血漿の漏出がなく、かつ血液流路側に負圧が
生じた場合でも気泡の混入がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に人工肺に用いられ
る多孔質中空糸膜およびこれを用いた人工肺ならびにこ
の人工肺を備える体外循環回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、心臓手術や呼吸不全の際の呼吸
補助（ＥＣＭＯ）において、患者の血液を体外に導き、
これに酸素を添加しかつ炭酸ガスを除去するために、体
外循環回路内に中空糸膜人工肺が配置されている。この
ような人工肺において使用される中空糸膜としては、緻
密膜と多孔質膜の２種類がある。

【０００３】緻密膜は、透過する気体の分子が膜に溶解
し、拡散することによってガスの移動が行なわれるもの
であり、この代表的なものにシリコーンゴムがある。し
かしながら、緻密膜は、ガス透過性の点から現在使用可
能のものとしては、シリコーンゴムのみしか知られてお
らず、また、このシリコーンゴム膜は、強度的に膜厚１
００μm 以下にすることはできない。このため、ガス透
過性に限界があり、特に炭酸ガスの透過性が悪く、Extr
acorporeal ＣＯ₂ Removal（ＥＣＣＯ₂ Ｒ）のような
炭酸ガスの除去に重点が置かれる療法では、単独で使用
することはできなかった。また、前記シリコーンゴムは
高価で、しかも加工性が悪いという欠点もあった。

【０００４】一方、多孔質膜は、膜の有する微細孔が透
過すべき気体分子に比べて著しく大きいため、気体は体
積流として細孔を通過する。例えば、マイクロポーラス
ポリプロピレン膜等の多孔質膜を使用した人工肺が種々
提案されている。

【０００５】特公昭５６−５２１２３号には、ポリプロ
ピレンを中空糸製造用ノズルを用いて、紡糸温度２１０
〜２７０℃、ドラフト比１８０〜６００で溶解紡糸し、
ついで１５５℃以下で第１段熱処理を行なったのち、１
１０℃未満で３０〜２００％延伸し、しかるのちに第１
段熱処理温度以上１５５℃以下で第２段熱処理すること
により多孔質ポリプロピレン中空糸を製造することが開
示されている。

【０００６】しかしながら、このようにして得られる多
孔質中空糸は、ポリプロピレン中空糸を延伸することに
より物理的に細孔を形成するので、該細孔は膜厚方向に
ほぼ水平な直線状細孔であり、かつ延伸度に応じて中空
糸の軸線方向に亀裂を生じて生成する細孔であるから断
面がスリット状である。また、細孔はほぼ直線的に連続
貫通し、かつ空孔率が高い。このため、この多孔質中空
糸は水蒸気の透過性が高く、また長時間血液を体外循環
させて使用すると、細孔が血液中の成分により親水化さ
れて、血漿が漏出するという欠点があった。

【０００７】また、血漿漏出が起こらない多孔質膜とし
て、例えば、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得、かつ使用する
抽出液に対して易溶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る混練物を溶融状
態で環状紡糸孔から吐出させ同時に内部中央部に不活性
ガスを導入し、該中空状物を前記ポリオレフィンを溶解
しない冷却固化液と接触させて冷却固化し、ついで冷却
固化した中空状物を前記ポリオレフィンを溶解しない抽
出液と接触させて前記有機充填剤を抽出除去することに
より製造される多孔質ポリオレフィン中空糸膜が提案さ
れている（特願昭５９−２１０４６６号）。

【０００８】しかしながら、該中空糸膜の１つであり、
冷却固化液として好ましいとされる用いられる有機充填
剤を溶解し得る冷却固化液を使用して得られたポリプロ
ピレン中空糸膜は、孔が小さく孔路も複雑であるため血
漿漏出は起こらないが、単位面積当りの孔密度が小さい
ので、人工肺用膜として用いるには、ガス交換能が不充
分となるおそれがあり、さらに、前記有機充填剤を溶解
し得る冷却固化液中にポリオレフィンの低分子成分が混
ざり、冷却浴管内壁に付着し、中空糸の形状が経時的に
変化してしまうというおそれがあった。

【０００９】さらに、これらの点を改善するために、ポ
リプロピレン、該ポリプロピレンの溶融下でポリプロピ
レンに均一に分散し得、かつ使用する抽出液に対して易
溶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る混練物を溶融状態で環状紡糸孔
から中空状に吐出させ、該中空状物を前記有機充填剤な
いしその類似化合物よりなる液体と接触させて冷却固化
し、ついで冷却固化した中空状物をポリプロピレンを溶
融しない抽出液と接触させて前記有機充填剤を抽出除去
することにより、多孔質ポリプロピレン中空糸膜を製造
する方法（特開昭６２−１０６７７０号）や、ポリプロ
ピレン、該ポリプロピレンの溶融下でポリプロピレンに
均一に分散し得、かつ使用する抽出液に対して易溶性で
ある有機充填剤、および結晶核形成剤を混練し、このよ
うにして得られる混練物を溶融状態で環状紡糸孔から中
空状に吐出させ、該中空状物を前記有機充填剤とは相溶
せずかつ比熱容量が０．３〜０．７cal/g である冷却固
化液と接触させて冷却固化し、ついで冷却固化した中空
状物を、ポリプロピレンを溶しない抽出液と接触させて
前記有機充填剤を抽出除去することにより多孔質ポリプ
ロピレン中空糸膜を製造する方法（特開昭６４−７９０
８号）が開示されている。

【００１０】これらの製造方法により得られる多孔質中
空糸膜の特性は、内径が１５０〜３００μm 、肉厚が１
０〜１５０μm 、内面開口率が１０〜３０％、空孔率が
１０〜６０％、酸素ガスフラックスが１００〜２０００
ml/min・m²・mmHgとされている。

【００１１】しかしながら、このような多孔質中空糸膜
は、内表面開口率が高く、また、膜内部の空孔の曲路率
が小さいため、透水率が高く、よって、人工肺として長
時間使用した際に血漿の漏出を防止するという効果が不
十分であり、満足できる耐久性を得るには至っていな
い。

【００１２】ところで、ポリプロピレン中空糸膜のよう
な疎水性の多孔質膜では、これを用いた人工肺をプライ
ミングする際に、プライミング液中に混入した気泡の除
去（泡抜け）が容易であるという利点があるが、逆に、
血液流路内に負圧が発生した場合、多孔質膜の空孔内が
疎水性であるために、気泡が空孔を通過して血液流路内
に混入するおそれがある。上記製造方法により製造され
た多孔質中空糸膜は、いずれもこのような欠点を有して
おり、このような多孔質中空糸膜を用いた人工肺を体外
循環回路に配置する場合、血液流路内に負圧が生じない
位置、すなわち、送血ポンプの下流側に配置しなければ
ならなかった。この場合、血液接触多孔質膜面に高い圧
力がかかるため、血漿漏出が促進されるおそれがあっ
た。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高い
ガス交換能を保持しつつ、耐久性に優れ、かつ血液流路
側に負圧が生じた場合でも気泡の混入がない多孔質中空
糸膜、人工肺および該人工肺の耐久性を向上させる体外
循環回路を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（３）の本発明により達成される。

【００１５】（１）横断面形状が実質的に円形または楕
円形の多孔質ポリプロピレン中空糸膜であって、空孔率
が１〜４０％、空孔の平均半径が１００〜６００A 、空
孔内に水を充填した際の透水率が０．０１〜１．０ml/m
in・m²・mmHg（室温）の疎水性多孔質中空糸膜を基材と
し、この基材の血液接触面およびこれに続く空孔内の一
部が親水化されており、これにより、前記血液接触面に
生理食塩水を接触させた際のバブルポイントが３０mmHg
以上となるようにしたことを特徴とする多孔質中空糸
膜。

【００１６】（２）ガス交換膜として、上記（１）に記
載の多孔質中空糸膜を備えることを特徴とする人工肺。

【００１７】（３）上記（２）に記載の人工肺と、送血
用のポンプとを少なくとも備え、前記人工肺の血液側流
路と前記ポンプとが連通するよう接続された体外循環回
路であって、前記人工肺は、前記ポンプより上流側に配
置されていることを特徴とする体外循環回路。

【００１８】

【発明の構成】以下、本発明の多孔質中空糸膜、人工肺
および体外循環回路を図面を参照しつつ詳細に説明す
る。

【００１９】図１は、本発明の多孔質中空糸膜１の横断
面を模式的に示す拡大横断面図である。本発明の多孔質
中空糸膜（以下、単に中空糸膜ともいう）１は、横断面
形状が図示のごとき実質的に円形か、または楕円形の多
孔質ポリプロピレン中空糸膜である。

【００２０】中空糸膜１の内径Ｄは１５０〜３００μm
であり、好ましくは１８０〜２５０μm である。Ｄが１
５０μm 未満では、血液を中空糸膜の内側に流すタイプ
の人工肺を作製した場合、かん流時に人工肺の圧力損失
が高くなり、血液損傷が高くなる。また、逆に酸素含有
ガスを中空糸膜の内側に流すタイプの人工肺の場合、大
流量時に内圧が高くなり、気泡が血液側に発生したり、
結露水が中空糸内を閉塞する可能性がある。また、Ｄが
３００μm を超えると、血液を中空糸膜内に流すタイプ
の人工肺の場合、ガス交換性能が著しく低下する。

【００２１】中空糸膜１の肉厚Ｔは１０〜１５０μm で
あり、好ましくは２０〜１００μm、より好ましくは４
０〜６０μm である。Ｔが１０μm 未満では膜の強度が
低下したり、中空糸膜のピンホール発生率が高くなり、
また、１５０μm を超えるとガス交換能が低下する。

【００２２】なお、本発明における中空糸膜の横断面形
状は、図示のごとき円形に限らず、楕円形であってもよ
い。この場合には、内径の平均および肉厚の平均が前記
値となればよい。

【００２３】このようなポリプロピレン製中空糸膜（基
材）の微細構造は、中空糸膜の製造条件によって変わる
が、既して後述するように、冷却固化液として、有機充
填剤とは相溶せずかつ比熱容量が０．３〜０．７cal/g
である溶液を使用することにより、次のような構造を有
する。

【００２４】すなわち、中空糸膜１の内表面２側におい
ては、固相は粒子状ポリプロピレンが一部露出しつつ密
に融和結合、つまり溶融した後、冷却固化して形成され
た連続相を呈する。

【００２５】また、膜内部３においては、固相は多数の
粒子状ポリプロピレンによって形成され、この粒子状ポ
リプロピレンは、円周方向においては方向性をもたず無
秩序に集まっているが、繊維軸方向においては連なって
ポリプロピレン塊を形成しており、このポリプロピレン
塊は、糸状ポリプロピレンによって相互に結ばれてい
る。従って、膜内部３においては、固相は粒子状ポリプ
ロピレンが繊維軸方向に連なってできたポリプロピレン
塊が多数集まって形成されているものと思われる。

【００２６】さらに、中空糸膜１の外表面４において
も、膜内部３と同様に固相は粒子状ポリプロピレンが繊
維軸方向に連なってできたポリプロピレン塊が多数集ま
って形成されている。

【００２７】これらの固相間の間隙は、中空糸膜１の内
表面２および外表面４を含む肉厚部において、内表面２
より外表面４に至る経路が長く、かつ孔同士が直線的で
なく複雑に網目状につながった３次元ネットワーク状の
連通孔を形成している。

【００２８】このように、本発明の多孔質中空糸膜にお
いては、その内表面２が、粒子状ポリプロピレンの一部
が露出しつつ密に融和結合された連続相とそれ以外の空
孔部分からなり、滑らかな表面性状を有するために、人
工肺において用いられ、中空糸膜１の内腔に血液を流し
たときでも、血球成分に損傷を与えることはなく、また
圧力損失も高くならない。一方、外表面４も、粒子状ポ
リプロピレンが整然と繊維軸方向に並んでできたポリプ
ロピレン塊が多数集まって形成された固相とそれ以外の
空孔部分とからなり、滑らかな表面性状を有するため
に、人工肺において用いられ、中空糸膜１の外側に血液
を流したときでも、血球成分に損傷を与えることはな
く、また圧力損失も高くならない。

【００２９】さらに、人工肺用中空糸膜として用いられ
た際に、ガスの通路となる空孔部分は、複雑に網目状に
つながった３次元ネットワーク状の連通孔であり、かつ
後述する特性を有するため、血液を中空糸膜の内側ある
いは外側のいずれかに体外循環させても、血漿成分はこ
のように複雑に入り組んだ長い経路を容易に通過するこ
とができず、例えば、３０時間以上の体外血液循環を行
っても、血漿の漏出およびガス交換能の低下はほとんど
認められない。

【００３０】本発明の多孔質中空糸膜１の基材の特性
は、次の通りである。中空糸膜基材の空孔の平均半径
は、１００〜６００A であり、好ましくは１００〜４０
０A である。空孔の平均半径が１００A 未満であるとガ
ス交換能が不十分となり、また６００A を超えると血漿
の漏出のおそれや血液接触面側の圧力が低下した際に気
泡の混入のおそれが生じる。

【００３１】中空糸膜基材全体にわたる空孔率は、１〜
４０％であり、好ましくは１０〜３５％である。空孔率
が１％未満であるとガス交換能が不十分となり、また４
０％を超えると血漿の漏出のおそれや血液接触面側の圧
力が低下した際に気泡の混入のおそれが生じる。

【００３２】中空糸膜基材の透水率（空孔内に水を充填
した状態での）は０．０１〜１．０ml/min・m²・mmHg（室
温）であり、好ましくは０．０５〜０．８ml/min・m²・mm
Hg（室温）である。透水率が０．０１ml/min・m²・mmHg
（室温）未満では、ガス交換能が不十分となり、また
１．０ml/min・m²・mmHg（室温）を超えると血漿の漏出の
おそれや血液接触面側の圧力が低下した際に気泡の混入
のおそれが生じる。

【００３３】なお、この透水率は、膜内部３の連通孔の
曲路率（屈曲の度合）と関連するものと考えられ、透水
率が高いということは、曲路率が低く、すなわち、膜内
部３の連通孔がより直線的であることを示す。

【００３４】中空糸膜の血液接触面（内表面２または外
表面４のいずれか一方）に生理食塩水を接触させた際の
バブルポイントは３０mmHg以上であり、好ましくは４０
mmHg以上である。バブルポイントが３０mmHg未満である
と、血液流路側が負圧となった際に、空孔を介して血液
流路内に気泡が混入するおそれがある。

【００３５】中空糸膜の内表面２における開口率（内表
面開口率）は、好ましくは０．１〜１０．０％未満であ
り、より好ましくは１．０〜８．０％である。内表面開
口率が０．１％未満では、ガス交換能が不十分となり、
内表面開口率が１０％を超えると、血漿の漏出のおそれ
が生じる。

【００３６】中空糸膜の酸素ガスフラックスは、１０〜
１０００ml/min・m²・mmHg（室温）であり、好ましくは、
５０〜５００ml/min・m²・mmHg（室温）である。１０ml/m
in・m²・mmHg（室温）未満では、ガス交換膜としての使用
には適さず、また１０００ml/min・m²・mmHg（室温）を超
えると、血漿の漏出のおそれや血液接触面側の圧力が低
下した際に気泡の混入のおそれが生じる。

【００３７】本発明の多孔質中空糸膜を構成する粒子状
ポリプロピレンおよびこれらの微粒子間の間隙である連
通孔（空孔）の大きさ、分布度は、中空糸膜の製造条件
および原料組成によっても好ましい状態に制御すること
ができるが、粒子状ポリプロピレンの平均粒径が０．１
〜２．０μm 、特に、０．２〜１．５μm であるのが好
ましく、また、内表面２の平均孔径は、０．０２〜１．
０μm 、特に０．１〜０．３μm であるのが好ましい。

【００３８】上記のような中空糸膜基材自体は、ポリプ
ロピレン製であるため疎水性であるが、本発明では、こ
の基材の血液接触面は親水化されており、さらにこの血
液接触面に続く空孔内の一部も親水化されている。ここ
で、本発明の中空糸膜１は、後述するように、内表面２
側、外表面４側のいずれにも血液を流すことができる
が、以下、内表面２側を血液流路とする場合、すなわ
ち、内表面２が血液接触面である場合について代表的に
説明する。

【００３９】図１に示すように、本発明の中空糸膜１に
おいて、親水化されている範囲は、内表面２の全面と、
空孔内であって、内表面２から肉厚方向に所定の距離
（平均）Ｓの部分である。ただし、Ｓは図２における凹
凸のある内表面の凸部の先端からの距離である。ここ
で、前記中空糸膜１の肉厚Ｔと距離Ｓとの関係は、０．
００１Ｔ≦Ｓ≦０．１Ｔであるのが好ましく、より好ま
しくは、０．００１Ｔ≦Ｓ≦０．０２Ｔである。距離Ｓ
が０．００１Ｔ未満であると、空孔内の親水化の程度が
不足し、血液流路に陰圧が生じたとき気泡の混入のおそ
れが生じ、また０．１Ｔを超えると、中空糸膜の他の条
件によっては、血漿の漏出のおそれが生じる。

【００４０】このような親水化は、例えば、ヘパリン、
タンパク質、リン脂質、ポリエチレングリコール、ヒド
ロキシエチルメタアクリレート（ＨＥＭＡ）のような親
水性物質を固定化する方法により行なわれるのが好まし
く、特に、抗血栓性の点で、ヘパリンの固定化により行
なうのが好ましい。なお、ヘパリンの固定化の方法につ
いては、後に詳述する。

【００４１】このような親水化処理を施した後でも、空
孔率、空孔半径、透水率、酸素ガスフラックス、内表面
開口率等は、ほとんど変化しない。

【００４２】このような中空糸膜１は、例えば以下のよ
うにして製造される。図３に示すように、ポリプロピレ
ンと有機充填剤と結晶核形成剤との配合物１１を、ホッ
パー１２から混練機、例えば単軸押出機１３に供給し、
該配合物１１を溶融混練して押出した後、紡糸装置１４
に送り、口金装置１５の環状紡糸孔（図示せず）からガ
ス状雰囲気、例えば空気中に吐出させ、出てきた中空状
物１６を冷却固化液１７を収納した冷却槽１８に導入
し、該冷却固化液１７と接触させて冷却固化させる。

【００４３】この場合、中空状物１６と冷却固化液１７
との接触は、例えば冷却槽１８の底部に貫通して下方に
向って設けられた冷却固化液流通管１９内に冷却固化液
１７を流下させ、その流れに沿って中空状物１６を並流
接触させることが好ましい。

【００４４】流下した冷却固化液１７は、固化槽２０で
受けて貯蔵し、その中に中空状物１６を導入し、変向棒
２１によって方向を変え、冷却固化液１７と充分接触さ
せて固化させる。固化槽２０内に蓄積してくる冷却固化
液１７は、循環ライン２３より排出し、循環ポンプ２４
により冷却槽１８へ戻す。

【００４５】次に、固化された中空状物１６は、前記有
機充填剤を溶解しかつポリプロピレンを溶解しない抽出
液２５をシャワー状に噴出するシャワーコンベア式抽出
機２７へ導かれる。この抽出機２７において中空状物１
６は、ベルトコンベア２６上を搬送される間に抽出液２
５と充分に接触し、残留する有機充填剤が抽出除去され
る。

【００４６】ドライブロール２２によって抽出機２７か
ら導き出された中空状物１６は、必要に応じてさらに再
抽出がなされ、その後、ヒータ２８および搬送用のロー
ル２９を内蔵する熱処理装置３０により、乾燥または熱
処理が施される。

【００４７】熱処理装置３０を経た中空状物１６（中空
糸膜１の基材）は、巻取装置３１のボビン３２に巻き取
られ、保持される。

【００４８】かくして得られた中空糸膜１の基材に対し
ては、その血液接触面およびこれに続く空孔内の一部に
親水化処理が施される。この親水化処理がヘパリンの固
定化による場合、まず、前処理として、親水化処理する
部分にオゾンを接触させる。このオゾン処理は、ヘパリ
ンの固定をし易くし、結合力を高めるためである。

【００４９】オゾン処理の後は、カプラーを導入、固定
し、このカプラーを介してヘパリンを固定する。

【００５０】なお、このような親水化処理は、中空糸膜
１を後述する人工肺に組み込んだ後に行なってもよい。

【００５１】本発明において、原料として使用されるポ
リプロピレンとしては、プロピレンホモポリマーに限ら
ず、プロピレンを主成分とする他のモノマーとのブロッ
クポリマーなどがあるが、そのメルトインデックス
（Ｍ．Ｉ．）が５〜７０のものが好ましく、特にＭ．
Ｉ．が１０〜４０のものが好ましい。また、前記ポリプ
ロピレンのうちプロピレンホモポリマーが特に好まし
く、そのなかでも結晶性の高いものが最も好ましい。

【００５２】有機充填剤としては、前記ポリプロピレン
の溶融下で該ポリプロピレンに均一に分散できかつ後述
するように抽出液に対して易溶性のものであることが必
要である。このような充填剤としては、流動パラフィン
（数平均分子量１００〜２，０００）、α−オレフィン
オリゴマー［例えば、エチレンオリゴマー（数平均分子
量１００〜２０００）、プロピレンオリゴマー（数平均
分子量１００〜２０００）、エチレン・プロピレンオリ
ゴマー（数平均分子量１００〜２０００）等］、パラフ
ィンワックス（数平均分子量２００〜２５００）、各種
炭化水素等があり、好ましくは流動パラフィンである。

【００５３】なお、ポリプロピレンと前記有機充填剤と
の配合割合は、上述した中空糸膜の特性が得られるよう
に適宜調整される。有機充填剤の配合量が多い（例え
ば、ポリプロピレン１００重量部に対し、有機充填剤を
１２０重量部以上）と、上述した中空糸膜の特性を得難
くなる。

【００５４】このような原料配合は、例えば二軸型押出
機等の押出機を用いて所定の組成の混合物を溶融混練
し、押出したのち、ペレット化することという前混練方
法により原料を調製（設計）する。

【００５５】原料中に配合される結晶核形成剤として
は、融点が１５０℃以上、（好ましくは２００〜２５０
℃）でかつゲル化点が使用するポリオレフィンの結晶開
始温度以上の有機耐熱性物質である。このような結晶核
形成剤を配合する理由は、ポリプロピレン粒子を縮小
し、これによって粒子間の空隙、すなわち連通孔を狭
く、かつ孔密度を高くすることにある。具体的には、例
えば、１・３，２・４−ジベンジリデンソルビトール、
１・３，２・４−ビス（ｐ−メチルベンジリデン）ソル
ビトール、１・３，２・４−ビス（ｐ−エチルベンジリ
デン）ソルビトール、ビス（４−ｔ−ブチルフェニル）
リン酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、アジピン酸、
タルク、カオリン等が結晶核形成剤として挙げられる。

【００５６】結晶核形成剤としては、ベンジリデンソル
ビトール、特に１・３，２・４−ビス（ｐ−エチルベン
ジリデン）ソルビトール、１・３，２・４−ビス（ｐ−
メチルベンジリデン）ソルビトールが血液中への溶出が
少なく好ましい。

【００５７】ポリプロピレンと前記結晶核形成剤との配
合割合は、ポリプロピレン１００重量部に対して結晶核
形成剤が０．１〜５重量部、好ましくは０．２〜１．０
重量部である。

【００５８】このようにして調製された原料配合物をさ
らに単軸押出機等の押出機を用いて、例えば１６０〜２
５０℃、好ましくは１８０〜２２０℃の温度で溶融して
混練し、必要に応じ定量性の高いギアポンプを用いて、
紡糸装置の環状孔からガス雰囲気中に吐出させて、中空
状物を形成させる。なお、前記環状孔の内部中央部に
は、窒素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴン、空気等の不
活性ガスを自吸させてもよいし、必要であればこれらの
不活性ガスを強制的に導入してもよい。

【００５９】続いて、環状孔から吐出させた中空状物１
６を落下させ、次いで、冷却槽１８内の冷却固化液１７
と接触させる。中空状物１６の落下距離は５〜１０００
mmが好ましく、特に１０〜５００mmが好ましい。すなわ
ち、落下距離が５mm未満の場合には、脈動を生じて冷却
固化液１７に中空状物１６が侵入する際に潰れることが
あるからである。

【００６０】この冷却槽１８内で中空状物１６は未だ十
分に固化しておらず、しかも、中央部は気体であるため
に外力により変形し易いので、図２に示すように、例え
ば冷却槽１８の底部に貫通して下方に向って設けられた
冷却固化液流通管１９内に冷却固化液１７を流下させ、
その流れに沿って中空状物１６を並流接触させることに
より、中空状物を強制的に移動させ、かつ外力（流体圧
等）による中空状の変形は防止できる。このときの冷却
固化液の流速は自然流下で充分である。また、このとき
の冷却温度は１０〜９０℃、好ましくは２０〜７５℃で
ある。すなわち、１０℃未満では、冷却固化速度が速す
ぎて、膜内部３の大部分が緻密層となるためにガス交換
能が低くなってしまい、一方９０℃を超えると中空状物
１６の冷却固化が十分でなく、冷却槽１８内で中空状物
１６が切れてしまうおそれがあるためである。

【００６１】本発明においては、冷却固化液として、使
用された有機充填剤とは相溶せずかつ比熱容量が０．３
〜０．７cal/g 、より好ましくは０．３〜０．６cal/g
の液体を用いるのが好ましい。このような冷却固化液の
具体例としては、２０℃における動粘度が２〜５０cSt
、より好ましくは８〜４０cSt のジメチルシリコーン
オイル、メチルフェニルシリコーンオイルなどのシリコ
ーンオイル類、および平均分子量が１００〜４００、よ
り好ましくは１８０〜３３０のポリエチレングリコール
類等が挙げられる。このように冷却固化液として、使用
された有機充填剤とは相溶せずかつ比熱容量が０．３〜
０．７cal/g の液体を用いるのが好ましい理由は、次の
通りである。

【００６２】すなわち、冷却固化液として前記有機充填
剤を溶解し得る液体、例えば有機充填剤として流動パラ
フィンを用いた場合に、ハロゲン化炭化水素類を用いる
と、冷却固化液中でポリプロピレンと前記有機充填剤と
の相分離が進行している間に、有機充填剤が溶解抽出さ
れてしまい、中空状物の内側から外側へ有機充填剤が移
行し、中空状物が完全に冷却固化されたときには、中空
状物の内表面近傍の有機充填剤の割合が低くなり、有機
充填剤をさらに完全に溶解抽出した後の内表面２におけ
る開孔率が必要以上に低くなってしまい、膜のガス交換
能が低下してしまうということが推測される。

【００６３】さらに、この例では、該中空状物中のポリ
プロピレンの低分子量成分までが抽出され、図２に示す
冷却固化液流通管１９の内壁に堆積付着し、該冷却固化
液流通管１９の内径を小さくしてしまい、中空状物の形
状が変化してしまうという欠点が生じる虞れがある。

【００６４】また、冷却固化液として有機充填剤と同一
のものあるいはその類似化合物、例えば有機充填剤とし
て流動パラフィンを用いた場合に、該流動パラフィンと
数平均分子量の近似する流動パラフィンを用いると、中
空状物の有機充填剤（流動パラフィン）が中空状物中で
大きく移行することなく所定の孔密度をもたせることが
できかつ比熱も大きすぎないので、適切な冷却速度でポ
リプロピレンの結晶化を促し安定した形状が得られる
が、その冷却過程において、有機充填剤あるいは冷却固
化液が、まだ完全に冷却固化していない中空糸の最外表
面に局在し、最外表面のポリプロピレン組成分率が低く
なり、このため、中空糸外表面４の孔が大きく、かつ固
相は粒子状ポリプロピレンがネットワーク状に広がった
凹凸の激しい表面性状となってしまう。

【００６５】さらに、冷却固化液として、有機充填剤に
対して相溶しない、不活性な液体であっても比熱容量の
大きいもの、例えば有機充填剤として流動パラフィンを
用いた場合に、比熱容量が約１．０cal/g と大きな水を
用いると、冷却効果が高いためにポリプロピレンが急冷
され、外表面４は特に結晶化度の低い状態となるおそれ
がある。このため、ポリプロピレンの微粒子が形成され
ず、外表面４の孔が小さく、ガス交換能の低い中空糸膜
となってしまうおそれがある。

【００６６】逆に、比熱容量の小さいものでは、充分な
冷却効果が得られず中空糸物を糸として得ることができ
なくなるおそれがある。

【００６７】これに対して、冷却固化液として、有機充
填剤とは相溶せず、かつ比熱容量が０．３〜０．７cal/
g である溶液を用いれば、中空糸膜１の外表面４に有機
充填剤が局在することもなく、ポリプロピレンの冷却速
度も適当であり、外表面４においても適度なポリプロピ
レン組成分率を有したまま結晶化が促進されるので、外
表面４は中空糸膜内部３と同様にポリプロピレンの微粒
子が繊維軸方向に連なってできたポリプロピレン塊が多
数集まって形成され、平滑な表面性状を呈することにな
るためである。

【００６８】固化槽２０で冷却固化された中空状物１６
は、変向棒２１を介して抽出機２７等へ送られ、有機充
填剤を溶解抽出する。有機充填剤を溶解抽出する方法と
しては、ベルトコンベア２６上の中空状物１６に抽出液
２５のシャワーを降らせるシャワー方式に限定されるも
のではなく、抽出槽方式、一度巻き取った中空状物１６
を別のカセに巻き戻す際に、抽出液にカセを浸す巻き戻
し方式など、中空状物が抽出液と接触することができれ
ばいずれの方法であってもよく、また、これらの方法を
二つ以上組合せることも可能である。

【００６９】抽出液２５としては、中空糸膜を構成する
ポリプロピレンを溶解せず、かつ有機充填剤を溶解抽出
できるものであればいずれも使用できる。抽出液２５の
具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、プ
ロパノール類、ブタノール類、ペンタノール類、ヘキサ
ノール類、オクタノール類、ラウリルアルコール等アル
コール類、１，１，２−トリクロロ−１，２，２−トリ
フルオロエタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロ
フルオロメタン、１，１，２，２−テトラクロロ−１，
２−ジフルオロエタン等のハロゲン化炭化水素類等が挙
げられ、これらのうち、有機充填剤に対する抽出能力の
点から、ハロゲン化炭化水素類が好ましく、特に人体に
対する安全性の点から塩化弗化炭化水素類が好ましい。

【００７０】このようにして得られる中空糸膜基材は、
熱処理装置３０等により、必要に応じ熱処理が施され
る。熱処理は、空気、窒素、炭素ガス等の雰囲気中で５
０〜１６０℃、好ましくは７０〜１２０℃の温度で５秒
〜１２０分間、好ましくは１０秒〜６０分間行なわれ
る。この熱処理により中空糸膜の構造安定化がなされ、
寸法安定性が高くなる。また、この場合、熱処理前また
は熱処理時に延伸を行なってもよい。

【００７１】親水化処理の前処理として行なわれるオゾ
ン処理の方法としては、処理する中空糸膜材質によって
異なるが、例えば、中空糸膜１の外表面４側を水に浸漬
した状態で、オゾンを含む空気を中空糸膜１の内表面２
側に、例えばオゾン濃度５〜８０g/m³、流量０．１〜５
リットル/min 、温度０〜５０℃、０．５〜２０分の条件
で、オゾンを含む気体を吹き込み、その後乾燥する方法
が挙げられる。

【００７２】オゾン処理の後は、親水化処理する部分
に、例えば、ポリエチレンイミン、ポリエチレングリコ
ールジアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジア
ミンのようなカプラーを導入、固定する。この方法とし
ては、例えば、pHを７〜１２に調整した前記カプラーを
含む溶液を中空糸膜１の内表面２側に充填し、例えば、
２５〜６０℃、３０分〜４８時間反応させる。

【００７３】中空糸膜１の内表面２側からカプラーを含
む溶液を排出し、洗浄した後、ヘパリンを導入、固定す
る。この方法としては、例えば、部分的にアミノ基を導
入したヘパリンの水溶液を中空糸膜１の内表面２側に充
填し、例えば、２５〜７０℃、１０〜３００分間反応さ
せる。その後、ヘパリン水溶液を排出し、中空糸膜１の
内表面２側に、例えばグルタルアルデヒドを１５〜５０
℃、３０分〜２４時間充填して、ヘパリンを固定する。

【００７４】なお、空孔内の一部、特に、前記距離Ｓの
範囲を親水化することができるのは、中空糸膜基材の各
特性が前記範囲であること、特に、透水率が０．０１〜
１．０ml/min・m²・mmHg（室温）であることによる。すな
わち、透水率が小さ過ぎると、空孔の曲路率が大きくな
り、空孔内の親水化がされないかまたは不十分となり、
逆に、透水率が大き過ぎると、空孔の曲路率が小さく空
孔が直線的になるため、空孔内の全部が親水化されてし
まうか、または直線的な空孔の一部親水化によって、血
漿の漏出が生じ易くなる。このことは、空孔率、空孔半
径等についても同様である。

【００７５】以上のようにして得られる中空糸膜は、中
空糸膜型人工肺に使用すると最適である。

【００７６】従来の延伸法によって得られた中空糸膜の
ガス透過能は、人工肺として使用するには必要以上に高
かった。すなわち、中空糸膜の内側に血液を循環する場
合、酸素添加能は血液側の境膜抵抗が大きく、中空糸膜
の抵抗は律速になっておらず、一方、炭酸ガス除去能は
中空糸膜抵抗に依存するが、その透過能は過剰であり、
また、中空糸膜の外側に血液を循環する場合、ガス交換
能も中空糸膜の抵抗に依存するが、その透過能は過剰で
あった。

【００７７】しかるに、本発明の中空糸膜は、膜単体で
のガス透過能は、従来の延伸法のものよりも低いが、人
工肺に組み込んで使用するには充分な性能が得られ、し
かも、抽出法であるために、ピンホールによる血液漏出
も起こらず、従ってガス交換能の低下を防ぐことができ
る。

【００７８】さらに、冷却固化液として用いられた有機
充填剤ないしその類似化合物よりなる液体を使用して得
られた中空糸膜は、ポリプロピレンがネットワーク状に
連なり、非常に凹凸の激しい表面をもつため、人工肺と
して組立てる際に糸同士がくっつき合って固着してしま
い、組立作業が煩雑であり、また、接着剤が糸の回りに
入り込まずポッティング不良となるおそれがあった。

【００７９】しかしながら、上記のような製造方法によ
り得られた中空糸膜は、外表面４が中空糸膜の内部と同
様に粒子状ポリプロピレンが繊維軸方向に連なってでき
たポリプロピレン塊が多数集まって形成され平滑な性状
を有することから、このような人工肺組立時における問
題は解消され、かつ上述したように、中空糸膜の外表面
４あるいは内表面２のいずれに血液を流しても、血球成
分に損傷を与えることなく、また圧力損失も低いもので
ある。

【００８０】また、血液接触面およびこれに続く空孔内
の一部が親水化されているため、プライミングをした際
に、その親水化された部分、特に、空孔内の一部に液体
が充填された状態となる。これにより、内表面２側の圧
力が外表面４側の圧力に比べ相対的に低くなった場合で
も、空孔内の液体が内表面２側に押し流され、さらに
は、気体が空孔内を通って内表面２側に流入することは
なく、また、空孔内には、外表面４側に親水化されてい
ない疎水性の部分が存在するため、内表面２側の圧力が
外表面４側の圧力に比べ相対的に高くなった場合でも、
空孔内の液体が外表面４側に流出することはない。この
ことは、血液接触面である内表面２側に緻密層が形成さ
れたのと同様の効果をもたらす。

【００８１】また、空孔内の一部に液体が充填された状
態であっても、その液体は、ガス透過性に優れているた
め、内表面２側に実際に緻密層を形成したのに比べ、ガ
ス交換能がはるかに優れた中空糸膜が得られる。

【００８２】図４は、本発明の中空糸膜型人工肺の構成
例を示す一部断面側面図である。同図に示すように、中
空糸膜型人工肺５１は、ハウジング５６を有し、このハ
ウジング５６は筒状本体５７の両端部に環状の雄ネジ付
き取付カバー５８，５９が設けられている。

【００８３】ハウジング５６内には、全体に広がって多
数（例えば１００００〜７００００本）の上記本発明の
中空糸膜１がハウジング５６の長手方向に沿って並列的
に相互に離間配置されている。そして、この中空糸膜１
の両端部は、取付カバー５８，５９内において、それぞ
れの開口が閉塞されない状態で隔壁６０，６１により液
密に支持されている。

【００８４】また、各隔壁６０，６１は、中空糸膜１の
外周面と上記ハウジング５６の内面とともに第１の物質
移動流体室である酸素含有ガスのガス室６２を構成し、
これを閉塞し、かつ中空糸膜１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側流路とガス室６２を
隔離するものである。

【００８５】一方の取付カバー５８には、第１の物質移
動流体である酸素含有ガスを供給する導入口６３が設け
られており、他方の取付カバー５９には、酸素含有ガス
を排出する導出口６４が設けられている。

【００８６】ハウジング５６の筒状本体５７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６５
を設けることが好ましい。すなわち、拘束部６５は上記
筒状本体５７の内面に筒状本体と一体的に形成されてお
り、筒状本体５７内に挿通される多数の中空糸膜１から
なる中空糸束６６の外周をその中心方向へ締め付けるよ
うになっている。こうして、上記中空糸束６６は、図４
で示すように、軸方向の中央において絞り込まれ、絞り
部６７を形成する。従って、中空糸膜１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。

【００８７】なお、好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６７における充填率は約６０
〜８０％、その他筒状本体５７内では充填率は約３０〜
６０％であり、中空糸束６６の両端部、すなわち隔壁６
０，６１の外面付近における充填率は約２０〜５０％で
ある。

【００８８】また、人工肺５１の有効膜面積は特に限定
されないが、好ましくは０．１〜８．０m²程度、より好
ましくは０．８〜５．０m²程度とするのがよい。

【００８９】次に、隔壁６０，６１の形成について述べ
る。前述したように、隔壁６０，６１は、中空糸膜１の
内部と外部を隔離するという機能を果たすものである。
通常、この隔壁６０，６１は、極性の高い高分子ポッテ
ィング材、例えばポリウレタン、シリコーン、エポキシ
樹脂等をハウジング５６の両端内壁面に遠心注入法によ
り流し込み、硬化させることにより形成される。

【００９０】さらに詳述すれば、まず、ハウジング５６
の長さより長い多数の中空糸膜１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、ハウジン
グ５６の筒状本体５７内に並べて位置せしめる。この
後、取付けカバー５８，５９の径以上の大きさの型カバ
ーで、中空糸膜１の各両端を完全に覆い、ハウジング５
６の中心軸を中心にそのハウジング５６を回転させなが
ら両端部側から高分子ポッティング材を注入する。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、中空糸膜１の両開口端
を表面に露出させる。かくして隔壁６０，６１は形成さ
れることになる。

【００９１】隔壁６０，６１の外面は、環状凸部を有す
る流路形成部材６８，６９でそれぞれ覆われている。こ
の流路形成部材６８，６９は、それぞれ液分配部材７
０，７１およびネジリング７２，７３よりなり、この液
分配部材７０，７１の周縁部付近に設けられた環状凸部
として突条７４，７５の端面を前記隔壁６０，６１にそ
れぞれ当接させ、ネジリング７２，７３を取付カバー５
８，５９にそれぞれ螺合することにより固定され、これ
により第２の物質移動流体である血液の流入室７６およ
び流出室７７がそれぞれ形成される。

【００９２】これらの流路形成部材６８，６９の頂部に
は、それぞれ血液の導入口７８および導出口７９が形成
されている。

【００９３】隔壁６０，６１と、流路形成部材６８，６
９とにより形成される隔壁６０，６１の周縁部の空隙部
には、該空隙部に連通する少なくとも２個の孔８２，８
３の一方より充填材８４，８５を充填することにより、
隔壁６０，６１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。

【００９４】なお、図示の中空糸膜型人工肺５１は、第
１の物質移動流体として空気等の酸素含有ガスを、また
第２の物質移動流体として血液を適用するもの、すなわ
ち、中空糸膜１の内表面２側に血液を循環し、中空糸膜
１の外表面４側に酸素含有ガスを吹送してガス交換を行
なうタイプのものであるが、本発明に係る中空糸膜型人
工肺は、中空糸膜１の外表面４側に血液を循環させ、中
空糸膜の内表面２側に酸素含有ガスを吹送してガス交換
を行なうタイプのものでもよく、この場合、図示の人工
肺と同様な構成において、第１の物質移動流体として血
液を、また第２の物質移動流体として酸素含有ガスを適
用すればよい。

【００９５】このような中空糸膜型人工肺５１は、従来
の体外循環回路に適用することもできるが、以下に説明
する本発明の体外循環回路を構成するとさらに人工肺の
耐久性が向上し好ましい。

【００９６】図５は、本発明の体外循環回路の構成例を
模式的に示す回路構成図である。同図に示すように、体
外循環回路９０は、貯血槽９１と、上記本発明の中空糸
膜型人工肺５１と、送血用のポンプ９２とを有し、患者
９８の脱血部（血管）と貯血槽９１の流入側、貯血槽９
１の流出側と人工肺５１の導入口７８、人工肺５１の導
出口７９とポンプ９２の吸入側、ポンプ９２の吐出側と
患者９８の送血部（血管）とを、それぞれ、チューブ９
３、９４、９５および９６で接続したものである。ま
た、チューブ９６の途中には、クレンメ（オクルーダ
ー）９７が設置されている。

【００９７】貯血槽９１は、患者９８の脱血部に対し、
３０〜１２０cm程度低い位置に設置され、この落差によ
り患者９８の脱血部から血液が貯血槽９１内に導入され
るようになっている。なお、図示の回路においては、貯
血槽９１は、熱交換器を内蔵するものであるのが好まし
い。

【００９８】ポンプ９２としては、例えばローラーポン
プ、遠心ポンプ、タービンポンプ等が使用可能である。
なお、ポンプ９２として遠心ポンプを用いた場合には、
貯血槽９１を省略し、患者９７の脱血部と人工肺５１の
導入口７８とをチューブで直接接続することもできる。

【００９９】このポンプ９２と人工肺５１との位置関係
は、図示のごとく、人工肺５１がポンプ９２の上流側に
配置されている。従来の中空糸膜を用いた人工肺では、
このような配置にすると、ポンプ９２の吸引により中空
糸膜内部に負圧が生じたとき、ガス室６２側から気体が
中空糸膜の空孔を通って中空糸膜内部に侵入し、血液中
に気泡が混入するおそれがあったため、人工肺は必ずポ
ンプ９２の下流側（吐出側）に設置しなければならなか
ったが、本発明では、人工肺５１の中空糸膜１は、前述
したように、中空糸膜１の血液接触面である内表面２側
に負圧が生じても、血液中への気泡の混入は生じないた
め、このような配置とすることが可能となる。

【０１００】このように、人工肺５１をポンプ９２の上
流側に配置することができるということは、例えば、分
離体外循環等が可能となる等、体外循環回路の設計にお
いて、許容範囲が大幅に広がるのみならず、血液が中空
糸膜に対し加圧しないため、長時間循環時の血漿漏出の
危険性がさらに低減できる。

【０１０１】クレンメ９７は、in vitro 評価実験時に
回路内に実際の循環と同様の圧を付加するためのもので
ある。

【０１０２】体外循環回路９０における血液循環量は、
患者の条件や症例にもよるが、通常、１００〜６０００
ml/min程度とされ、本発明の体外循環回路９０では、こ
のような血液循環量において、人工肺５１での血漿の漏
出や血液中への気泡の混入を生じることなく、充分な酸
素加、脱炭酸ガス能が得られる。

【０１０３】なお、本発明の体外循環回路は、人工肺５
１がポンプ９２の上流側に配置されているものであれば
いかなるものでもよく、その他の構成については特に限
定されない。

【０１０４】また、本発明の体外循環回路は、Ｖ−Ｖバ
イパス、Ｖ−Ａバイパス、Ａ−Ｖバイパスのいずれにも
適用することができるが、その中でも特に、Ｖ−Ｖバイ
パス、Ｖ−Ａバイパスが好ましい。

【０１０５】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【０１０６】［１］中空糸膜基材の製造メルトインデックス（Ｍ．Ｉ．）が２３のプロピレンホ
モポリマー１００重量部に対し、下記表１に示す割合の
流動パラフィン（数平均分子量３２４）および結晶核形
成剤としてのジベンジリデンソルビトール０．５重量部
を仕込み、二軸型押出機（池貝鉄工社製、ＰＣＭ−３０
−２５）により溶融混練し、押出した後ペレット化し
た。

【０１０７】このペレットを図２に示すような単軸型押
出機（笠松製作所社製、ＷＯ−３０）を用いて１８０〜
２２５℃で溶融し、芯径４mm、内径６mm、外径７mm、ラ
ンド長１５mmの環状紡糸孔１５より、吐出量２．６６g/
min で空気中に吐出させ、中空状物１６を落下させた。
なお、落下距離は２５〜５０mmであった。

【０１０８】続いて、中空状物１６を冷却槽１８内に入
れられた冷却固化液１７であるポリエチレングリコール
（Ｍｎ＝２００）と接触させた後、冷却固化液流通管１
９内を自然流下する冷却固化液１７と並流接触させて冷
却した。なお、このときの冷却固化液の温度は３０℃で
あった。

【０１０９】次に、中空状物１６を固化槽２０内の冷却
固化液内に導入し、変向棒２１により変更させてドライ
ブロール２２へ導き、さらに、シャワーコンベア方式の
抽出機２７において、抽出液２５であるフレオン１１３
（１，１，２−トリクロロ，１，２，２−トリフルオロ
エタン）により流動パラフィンを完全に抽出、除去し
た。

【０１１０】その後、熱処理装置３０により、１００〜
１１０℃で２０秒間熱処理を施し、巻取装置３１のボビ
ン３２に巻き取った。

【０１１１】ボビン３２に巻き取られた中空糸膜基材
は、巻戻し装置によってカセに巻き戻され、約３０cmの
バンドル状の中空糸束を得た。これらを、それぞれサン
プルNo. １Ａ、２Ａ、３Ａとした。

【０１１２】また、延伸法により製造された市販の人工
肺用ポリプロピレン中空糸膜（三菱レーヨン社製、ＫＰ
Ｆ−１９０Ｍ）を、サンプルNo. ４Ａとした。

【０１１３】次に、上記サンプルNo. １Ａ〜４Ａの中空
糸膜基材の内表面側に親水化処理を施した。まず、中空
糸膜基材の外表面側（酸素含有ガス側）を５℃の冷水に
浸漬して中空糸膜基材全体を冷却した後、オゾン発生機
（日本オゾン社製、Ｏ−１−２）を用いて、１００V 、
オゾン濃度２５g/m³、８００ml(O₂)/min、の条件で５
℃、１０分間、基材の内表面側にオゾンを含む気体を吹
き込んだ。

【０１１４】オゾン処理後、空気で１時間乾燥し、さら
に、pH１０．０に調整したポリエチレンイミン水溶液
（バスフ社製、ポリミンＳＮ）を基材の内表面側に充填
し、４５℃、２４時間反応させた。

【０１１５】その後、ポリエチレンイミン水溶液を排出
し、水洗した後、部分的にアミノ基を導入したヘパリン
をpH４．０、５０mMのコハク酸緩衝液に溶解して得られ
た０．２％ヘパリン水溶液を基材の内表面側に充填し、
４５℃、４時間反応させた。

【０１１６】この反応の後、ヘパリン水溶液を排出し、
pH４．０、５mMのコハク酸緩衝液に溶解して得られた１
％グルタルアルデヒドを基材の内表面側に充填し、３７
℃、２４時間反応させ、ヘパリンを固定した。このよう
にして得られた中空糸膜を、それぞれサンプルNo. １
Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂとした。

【０１１７】サンプルNo. ２Ｂおよび３Ｂの各中空糸膜
は、機材の内表面と空孔内の内表面に続く部位がヘパリ
ンにより親水化されていた。

【０１１８】［２］中空糸膜の特性上記サンプルNo. １Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂの中空糸膜に
ついて、寸法（内径／膜厚）、空孔率、平均空孔半径、
酸素ガスフラックス、透水率、内表面開孔率を測定し
た。その結果を表１に示す。

【０１１９】

【表１】

【０１２０】なお、各特性の測定方法は、次の通りであ
る。

【０１２１】内径／肉厚得られた中空糸膜を任意に１０本抜きとり、鋭利なカミ
ソリで０．５mm程度の長さに輪切りにする。万能投影機
（ニコンプロファイルプロジェクターＶ−１２）でそ
の断面を映し出し、計測器（ニコンデジタルカウンター
ＣＭ−６Ｓ）でその外径ｄ₁ 、内径ｄ₂ を測定し、膜
厚ｔをｔ＝（ｄ₁ −ｄ₂ ）／２により算出し、１０本の
平均値とした。

【０１２２】空孔率（％）、平均空孔半径（A ）得られた中空糸膜を約２g とり、鋭利なカミソリで５mm
以下の長さに輪切りにする。得られた試料を水銀ポロシ
メーター（カルロエルバ社製、６５Ａ型）にて１０００
kg/cm²まで圧力をかけ、全空孔量（単位重さ当りの中空
糸膜の細孔体積）より空孔率および平均空孔半径を得
る。

【０１２３】酸素ガスフラックス得られた中空糸膜で、有効長９．５cm、膜面積０．８m²
のモジュールを作製し、一方の血液導入ポートから８０
０ml／min の酸素を中空糸内に流し、反対側の導出ポー
ト端を閉じた後、定常状態になったときの導入ポートに
おける圧力を測定し算出した。

【０１２４】透水率酸素ガスフラックスで用いたモジュールを１００％、９
０％、７０％、５０％のエタノール水溶液にこの順に２
時間ずつ浸漬し、その後、蒸留水中に２時間以上浸漬し
て親水化した。モジュールを乾かさない状態で、中空糸
膜内部に加圧タンクで０．４５kg/cm²の圧力で水を圧入
し、中空糸膜を透過してガスポートから出てくる水の量
をメスシリンダーで測った。

【０１２５】内表面開孔率（％）走査電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−８４０）にて
各試料の内表面のＳＥＭ写真を１万倍で撮影し、この写
真を画像解析装置（東芝社製、ＴＯＳＰＩＸＯ）にＣＣ
Ｄカメラにて取り込み、撮影表面全体の面積に対する孔
部分の面積の割合を内表面開孔率とした。

【０１２６】＜実験１＞上記サンプルNo. １Ａ〜４Ａ、
１Ｂ〜４Ｂの各中空糸膜を用いて、図３に示す構造の中
空糸膜型人工肺を作製した。各人工肺において用いた中
空糸の本数は、それぞれ１３、５００本であり、それら
の有効膜面積は、０．８m²であった。これらの人工肺に
ついて、バブルポイントを測定した。

【０１２７】バブルポイントの測定方法は、人工肺の血
液側流路（中空糸膜の内表面側）に、プライミング液と
して生理食塩水を充填し、中空糸膜の上端にかかる静水
圧が０mmHgの状態で、酸素含有ガスの導入口６３から空
気を吹き込んでガス室６２側を加圧し、流出室７７に気
泡が発生したときの空気の圧力を測定し、これをバブル
ポイントとした。その結果を表２に示す。

【０１２８】

【表２】

【０１２９】表２に示すように、親水化処理がなされて
いるサンプルNo. １Ｂ〜４Ｂは、親水化処理がなされて
いないサンプルNo. １Ａ〜４Ａに比べ、バブルポイント
が著しく増大し、よって、中空糸膜の内表面側に負圧が
生じても、血液中に気泡の混入が生じないことが確認さ
れた。なお、サンプルNo. ４Ｂは、バブルポイントは高
いが、プライミングより数分後、中空糸膜の外表面側に
生理食塩水が漏出したため、人工肺として使用するに
は、実用性に欠けるものであった。

【０１３０】＜実験２＞上記実験１と同様の各人工肺に
ついて、ＡＡＭＩの基準により、ガス交換性能を測定し
た。すなわち、人工肺の中空糸内部に牛血（標準静脈
血）を流量８００ml/minで流し、一方、中空糸外部へ純
酵素を流量８００ml/minで流した。

【０１３１】この状態で、人工肺の血液導入口７８およ
び導出口７９における牛血中の酸素ガス分圧および炭酸
ガス分圧を血中ガス測定装置（ラジオメーター社製、Ａ
ＢＬ−３０型）により測定し、これより酸素ガス移動量
および炭酸ガス移動量を求めた。その結果を下記表３に
示す。

【０１３２】

【表３】

【０１３３】表３に示すように、サンプルNo. ２Ｂおよ
び３Ｂによる本発明の人工肺は、いずれも高いガス交換
能を有している。

【０１３４】＜実験３＞前記実験１と同様の各人工肺を
用いた図５に示す体外循環回路において、ポンプ９２を
チューブ９４の途中（人工肺５１の上流）に設置した回
路を構成した。この回路中、貯血槽は、熱交換器を内蔵
する容量３００mlの密閉型ものを用い、ポンプは、ロー
ラーポンプを用いた。また、患者９８に代り、生体にみ
たてた血液槽を用いた。

【０１３５】この体外循環回路により、下記のごとく循
環を行なって、人工肺からの血漿の漏出の度合いを調べ
た。

【０１３６】細菌の繁殖を抑制するためのゲンタシンを
投与した５U/mlのヘパリン加牛血漿（３７℃）を、前記
体外循環回路の血液流路に流量４００ml/minで流し、人
工肺の血液導出口７９側の圧力をクレンメ９７にて３０
０mmHgに調節しつつ、循環した。一方、人工肺のガス室
（中空糸外部）６２へは、５％ＣＯ₂ 入り標準空気を流
量４００ml/minで流した。なお、牛血漿は、２４時間毎
に新鮮なものに交換した。

【０１３７】人工肺のガス導出口６４をコールドトラッ
プに接続し、所定時間経過毎にトラップされた液（漏出
血漿＋結露水）を採取し、タンパク質検出試験紙にてタ
ンパク質の有無を確認し、液体流出速度を求めた。その
結果を下記表４に示す。

【０１３８】

【表４】

【０１３９】表４より明らかなように、サンプルNo. ２
Ｂおよび３Ｂの中空糸膜を備える人工肺は、長時間使用
しても血漿の漏れがほとんどなく、耐久性に優れている
ことがわかる。

【０１４０】＜実験４＞実験１のサンプルNo. １Ｂ〜４
Ｂによる人工肺を用い、図５に示す体外循環回路を構成
した。なお、患者（血液槽）９８と貯血槽９１との落差
は９０cmとした。

【０１４１】実験３と同様に循環を行ない、人工肺から
の血漿の漏出の度合いを調べた。その結果を下記表５に
示す。

【０１４２】

【表５】

【０１４３】表５に示すように、サンプルNo. １Ｂ、４
Ｂの中空糸膜を用いた人工肺においても、実験３の結果
（表４）に比較し、血漿漏出開始時間およびその量に著
しい改善効果がみられた。このことから、本発明の中空
糸膜サンプルNo. ２Ｂ、３Ｂを用いた人工肺においても
血漿漏出防止効果のさらなる向上があることが推定され
る。

【０１４４】＜実験５＞貯血槽を省略し、ポンプとして
遠心ポンプを用いた以外は前記実験４と同様の体外循環
回路を作製した。この回路は、簡便なＥＣＭＯを想定し
た回路であり、患者（血液槽）９８と貯血槽９１との落
差は１０cmとした。

【０１４５】この回路を用い、ポンプの後付加の圧力を
クレンメ９７にて２５０〜３００mmHgに調節した以外は
実験３と同様にして、生理食塩水によるプライミング操
作および循環を行ない、さらに、この循環をほとんど停
止することなく牛血漿に置換しながら循環を続けた。プ
ライミング時および血漿に置換後の循環時において、そ
れぞれ、人工肺の流出室７７における気泡発生の有無を
肉眼で観察した。その結果を下記表６に示す。

【０１４６】

【表６】

【０１４７】表６より明らかなように、サンプルNo. ２
Ｂおよび３Ｂの中空糸膜を備える人工肺は、ポンプ９２
より上流側に設置したにもかかわらず、いずれの循環時
においても気泡の混入は全くないことがわかる。

【０１４８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の多孔質中空
糸膜、人工肺および体外循環回路によれば、高いガス交
換能を維持しつつ、長時間使用した場合でも血漿の漏出
がなく、耐久性に優れている。特に、体外血液循環を１
２０〜１６０時間程度またはそれ以上連続して行なって
も血漿の漏出がほとんどない。

【０１４９】しかも、中空糸膜の血液側流路の圧力が低
下した場合でも、酸素含有ガス側から空孔を経て血液中
に気泡が混入することはない。

【０１５０】また、中空糸膜の内側、外側のいずれにも
血液を流すことができ、いずれの場合でも、血球等に損
傷を与えることはなく、しかも圧力損失も高まらない。

【０１５１】さらに、中空糸膜相互の固着や接着剤によ
るポッティング不良等の人工肺組立てに際しての問題も
生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多孔質中空糸膜の横断面を模式的に示
す拡大横断面図である。

【図２】図１に示す多孔質中空糸膜の内表面の拡大断面
図である。

【図３】本発明の多孔質中空糸膜を製造するための装置
を模式的に示す断面側面図である。

【図４】本発明の人工肺の構成例を示す一部断面側面図
である。

【図５】本発明の体外循環回路の構成例を模式的に示す
回路構成図である。

【符号の説明】

１多孔質中空糸膜２内表面３膜内部４外表面Ｄ内径Ｔ肉厚１１配合物１２ホッパー１３単軸押出機１４紡糸装置１５口金装置１６中空状物１７冷却固化液１８冷却槽１９冷却固化液流通管２０固化槽２１変向棒２２ドライブロール２３循環ライン２４循環ポンプ２５抽出液２６ベルトコンベア２７抽出機２８ヒータ２９ロール３０熱処理装置３１巻取装置３２ボビン５１中空糸膜型人工肺５６ハウジング５７筒状本体５８、５９取付カバー６０、６１隔壁６２ガス室６３導入口６４導出口６５絞り用拘束部６６中空糸束６７絞り部６８、６９流路形成部材７０、７１液分配部材７２、７３ネジリング７４、７５突条７６流入室７７流出室７８導入口７９導出口８２、８３孔８４、８５充填剤９０体外循環回路９１貯血槽９２ポンプ９３〜９６チューブ９７クレンメ９８患者

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】横断面形状が実質的に円形または楕円形
の多孔質ポリプロピレン中空糸膜であって、空孔率が１〜４０％、空孔の平均半径が１００〜６００
A 、空孔内に水を充填した際の透水率が０．０１〜１．
０ml/min・m²・mmHg（室温）の疎水性多孔質中空糸膜を基
材とし、この基材の血液接触面およびこれに続く空孔内の一部が
親水化されており、これにより、前記血液接触面に生理
食塩水を接触させた際のバブルポイントが３０mmHg以上
となるようにしたことを特徴とする多孔質中空糸膜。
【請求項２】ガス交換膜として、請求項１に記載の多
孔質中空糸膜を備えることを特徴とする人工肺。
【請求項３】請求項２に記載の人工肺と、送血用のポ
ンプとを少なくとも備え、前記人工肺の血液側流路と前
記ポンプとが連通するよう接続された体外循環回路であ
って、前記人工肺は、前記ポンプより上流側に配置されている
ことを特徴とする体外循環回路。