JPH0548136B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 （技術分野） 本発明は、人工肺に関するものである。詳しく
述べると本発明は、体外血液循環において、血液
中の炭酸ガスを除去し、かつ血液中に酸素を添加
する人工肺において、炭酸ガス除去能が高くかつ
長期間使用しても血漿漏出の虞れのない膜型人工
肺に関するものである。 （先行技術） 従来、関心術の補助手段等として、良好なガス
透過性を有するガス交換膜を介して、血液と酸素
含有ガスとを接触させてガス交換を行なう膜型人
工肺が用いられている。またこのような膜型人工
肺に用いられるガス交換膜としては、均質膜と多
孔質膜の２種類がある。 均質膜としては、現在主としてシリコーン膜が
用いられている。しかしながら、均質膜は、シリ
コーン膜を用いるために、強度的に充分ではなく
膜厚を100μｍ以下にすることはできず、このた
めガス透過に限界があり、特に炭酸ガスの透過が
悪い。また、所望のガス交換能を達するために、
例えば中空糸膜として数万本束ねたときに装置が
大型化しプライミング量の増大をきたし、さらに
コスト的にも高いものである。 一方、多孔質膜としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
スルホン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタ
ン、ポリアミド等の種々の材質のものが知られて
いる。この多孔質膜は膜厚方向に連通する多数の
微細孔を有するものであるが、前記膜が疎水性で
あることから、血漿が細孔を通過することなく、
すなわち該膜の血液流路側から他方のガス流路側
への血漿洩れを生ずることなく、ガス中の酸素を
血液中に添加し、かつ血液中の二酸化炭素をガス
中に除去することを可能としている。しかしなが
ら多孔質膜は、水蒸気の透過性が高いので結露水
によつて性能が低下するだけでなく、長時間血液
を循環使用すると、実際には、血漿の漏出が生じ
ることがあつた。このような現象は、人工肺の製
造段階において水洩れ試験を行ない、異常のない
ことを確認したものについても認められるもので
あり、使用時に生じる現象である。 このような多孔質膜の諸欠点を解消するため
に、先に本発明者らは、多孔質膜の微細孔をシリ
コーンオイルで閉塞してなる人工肺（特願昭58−
92325号）を、さらに改良を加え多孔質膜の微細
孔をシリコーンゴムで閉塞してなる人工肺（特願
昭59−105384号）を提唱した。このように多孔質
の微細孔をシリコーンゴムで閉塞してなる人工肺
は、従来の多孔質膜を用いた人工肺において見ら
れるような血漿漏出の問題は解消されたが、その
炭酸ガス除去能は充分なものとは言えず、例えば
ECCO₂R（Extra Corporeal Co₂ Removal；体外
炭酸ガス除去）のように、少ない体外循環血流量
で生体の炭酸ガス産生量を除去することは困難で
あつた。 発明の目的 従つて本発明は、新規な膜型人工肺を提供する
ことを目的とする。本発明はまた、体外血液循環
において血液中の炭酸ガスを除去し、かつ血液中
に酸素を添加する人工肺において、炭酸ガス除去
能が高くかつ長期間使用しても血漿漏出の虞れの
ない膜型人工肺を提供することを目的とする。本
発明はさらにECCO₂Rに最適な膜型人工肺を提供
することを目的とする。 上記諸目的は、ガス交換膜として、肉厚５〜
80μｍ、空孔率20〜80％および細孔率0.01〜5μｍ
の多孔質疎水性膜を用いた人工肺において、その
細孔をパーフルオロアルキル側鎖を有するビニル
モノマーを１成分とするビニル系共重合体で閉塞
したことを特徴とする膜型人工肺により達成され
る。 本発明はまた、該ビニル系共重合体はパーフル
オロアルキル側鎖を有する（メタ）アクリレート
モノマーを１成分とする（メタ）アクリレート系
共重合体である膜型人工肺を示すものである。本
発明はまた前記ビニル系共重合体がブロツク共重
合体である膜型人工肺を示すものである。本発明
はさらに該ビニル系ブロツク共重合体におけるパ
ーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマー
からなるポリマー分と共重合体を構成する他のモ
ノマーからなるポリマー分との重量比が0.25〜
1.5である膜型人工肺を示すものである。本発明
はさらに、パーフルオロアルキル側鎖が−
CH₂CH₂（CF₂）₇CF₃である膜型人工肺を示すもの
である。本発明はまた、ガス交換膜が、オレフイ
ン系樹脂製のものである膜型人工肺を示すもので
ある。本発明はさらに、ガス交換膜が、ポリプロ
ピレン製のものである膜型人工肺を示すものであ
る。本発明はまたガス交換膜が中空糸膜である膜
型人工肺を示すものである。本発明はさらに、中
空糸膜は、内径100〜1000μｍのものである膜型
人工肺を示すものである。 発明の具体的構成 以下、本発明を図面に基づきより詳細に説明す
る。 第１図は、本発明の型膜人工肺の一実施態様に
おけるガス交換膜の細部構造を示す拡大断面図で
ある。 第１図に示すように膜型人工肺１のガス交換膜
２は、疎水性の多孔質膜であつて、その肉厚は５
〜80μｍ、好ましくは10〜60μｍ、空孔率は20〜
80％、好ましくは30〜60％、また細孔径は0.01〜
5μｍ、好ましくは0.01〜1.0程度のものである。
なお本実施態様においては、ガス交換膜は、内径
100〜1000μｍ、好ましくは100〜300μｍの中空糸
状のものとされている。しかして該ガス交換膜２
の各細孔３は、パーフルオロアルキル側鎖を有す
るビニルモノマーを１成分とするビニル系ブロツ
ク共重合体４で閉塞されている。閉塞は、細孔全
ての閉塞でなく大部分の細孔が閉塞していればよ
い。好ましくは全ての細孔が閉塞されていること
である。各細孔３は、本実施態様においては、細
孔３内部に該ビニル系共重合体４が充填された形
態で閉塞されているが、この他、第２図に示すよ
うに、該ガス交換膜２の内表面側（あるいは外表
面側）において該細孔の表面部位のみに付着され
た形態で閉塞されているもの、第３図に示すよう
に、該ガス交換膜２の内表面（あるいは外表面）
上に製膜された形態で閉塞しているもの等のいず
れであつてもよい。特に下記に詳述する該共重合
体は、ガス透過性に優れるのみならず、その生体
適合性の非常に高いものであるので、血液接触面
である内面を該共重合体の被膜で覆うことは好ま
しいことである。 該ガス交換膜２の材質としては、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、セル
ロースアセテート等の疎水性高分子が用いられ得
るが、好ましくは、オレフイン系樹脂であり、特
に好ましくは、ポリプロピレンであり、延伸法ま
たは固液層分離法により微細孔を形成されたポリ
プロピレンが望ましい。 また、パーフルオロアルキル側鎖を有するビニ
ルモノマーを１成分とするビニル系ブロツク共重
合体とは、任意のビニル系モノマーとパーフルオ
ロアルキル側鎖を有するビニルモノマーよりなる
共重合体であり、好ましくは任意のビニル系ポリ
マー（すなわちホモポリマー、ブロツクコポリマ
ー、ランダムコポリマー等のいずれであつてもよ
い。）よりなる母体ブロツクに、パーフルオロア
ルキル側鎖を有するビニルモノマーのホモポリマ
ーよりなるブロツクが結合したいわゆるＡ−Ｂ型
ブロツク共重合体である。パーフルオロアルキル
側鎖を有するビニルモノマーとしては、−CH₂
（CF₂）₂H、−CH₂（CF₂）₄H、−CH₂CF₃、−CH₂CH₂
（CF₂）₇CF₃等のパーフルオロアルキル基、好まし
くは−CH₂CH₂（CF₂）₇CF₃を側鎖として有するパ
ーフルオロアクリレート、パーフルオロメタクリ
レート等がある。一方、母体ブロツクを構成する
ビニルモノマーとしては、例えばメチルメタクリ
レート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリ
レート、２−エチルヘキシルメタクリレート等の
アルキルメタクリレート、メチルアクリレート、
エチルアクリレート、ブチルアクリレート等のア
ルキルアクリレートなどがある。また、パーフル
オロアルキル側鎖を有するビニルモノマーを１成
分とするビニル系ブロツク共重合体において、パ
ーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマー
からなるポリマー分と、共重合体を構成するその
他のビニルモノマーからなるポリマー分との重量
比は、0.25〜1.5、好ましくは0.3〜1.2とされる。
すなわち、重量比が0.25以下であると、高ガス透
過性および血小板の粘着抑制に必要なミクロ相分
離構造があらわれない虞れがあり、一方、重量比
が1.5を超えると、溶媒での溶解が困難となり加
工性が低下する虞れがあるためである。該ブロツ
ク共重合体は、主鎖内にペルオキシ結合を有する
母体ブロツクとなるビニル系ポリマーを得、次い
でこのポリマーを重合開始剤として、分散重合に
よりパーフルオロアクリレートを重合させること
によつて得られ得る。 このパーフルオロアルキル側鎖を有するビニル
モノマーを１成分とするビニル系ブロツク共重合
体は、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン
類、メタノール、エタノール、ｎ−ブタノール、
sec−ブタノール等のアルコール類、酢酸エチル、
酢酸ブチル等のエステル類、ジメチルホルムアミ
ド、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、メ
チルセルソルブ、エチルセルソルブ等のエーテル
類、クロロホルムなどの有機溶媒に可溶である。 上記ガス交換膜２の細孔３を、パーフルオロア
ルキル側鎖を有するビニルモノマーを１成分とす
るビニル系共重合体により閉塞するには、例えば
以下のようにして簡単に行なうことができる。す
なわち、中空糸状のガス交換膜２に、該ビニル系
共重合体の例えば1.0〜2.0重量％、好ましくは３
〜10重量％の溶解溶液を流入あるいは浸漬等によ
り十分接触させ、さらに必要に応じて細孔３以外
の部位に付着した該溶液を該ビニル系共重合体を
溶解しない洗浄液で除去した後、溶媒を蒸発させ
ることにより形成される。用いられる溶媒として
は、上記溶媒のいずれを使用することも可能であ
るが、好ましくは、ケトン類の単独あるいは混合
溶媒、およびこれらのケトン類とアルコール類と
の混合溶媒である。しかしながら、溶媒の蒸発の
コントロールは必要であり、例えば４／６（容量
比）のメチルエチルケトン／メチルイソブチルケ
トン、（４／６）／10（容量比）の（メチルエチル
ケトン／メチルイソブチルケトン）／エタノール
等の混合溶媒が適当である。なおこのようなガス
交換膜２の細孔３の該ビニル系共重合体による閉
塞は、膜型人工肺の組立前にも実施可能である
が、モジユール組立後に行なうことがより好まし
い。 第４図は、本発明の膜型人工肺の一実施態様で
ある中空糸膜型人工肺の組立状態を示すものであ
る。すなわち、該中空糸膜型人工肺１は、ハウジ
ング５を具備してなり、このハウジング５は筒状
本体６の両端部にそれぞれ環状の雄ネジ付き取付
カバー７，８が設けられ、ハウジング５内には、
全体が広がつて多数の、例えば10000〜60000本の
上記したような細孔３がパーフルオロアルキル側
鎖を有するビニルモノマーを１成分とするビニル
系共重合体により閉塞された中空糸状のガス交換
膜２がハウジング５の長手方向に沿つて並列的に
相互に離間配置されている。そして、このガス交
換膜２の両端部は、取付カバー７，８内において
それぞれの開口が閉塞されない状態で隔壁９，１
０により液密に支持されている。また、上記各隔
室９，１０は、ガス交換膜２外周面と上記ハウジ
ング５の内面とともに第１の物質移動室である酸
素室１１を構成し、これを閉塞し、かつ上記ガス
交換膜２の内部に形成される第２の物質移動流体
用空間である血液流通用空間（図示しない）と酸
素室１１を隔離するものである。 一方の取付カバー７には、第１の物質移動流体
である酸素を供給する導入口１２が設けられてい
る。他方の取付カバー８には酸素を排出する導出
口１３が設けられている。 上記ハウジング５の筒状本体６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１４
を設けることが好ましい。すなわち、拘束部１４
は上記筒状本体６の内面に筒状本体と一体に形成
されていて、筒状本体６内に挿通される多数のガ
ス交換膜２からなる中空糸束１５の外周を締め付
けるようになつている。こうして、上記中空糸束
１５は、第４図で示すように軸方向の中央におい
て絞り込まれ、絞り部１６を形成している。した
がつて、ガス交換膜２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
つている。なお、後述する理由により望ましい各
部の充填率は次の通りである。まず、中央の絞り
部１６における充填率は、約60〜80％、その他筒
状本体６内では約30〜60％であり、中空糸束１５
の両端、つまり隔壁９，１０の外面における充填
率では、約20〜40％である。 次に、上記隔壁９，１０の形成について述べ
る。前述したように隔壁９，１０は、ガス交換膜
２の内部と外部を隔離するという重要な機能を果
たすものである。通常、この隔壁９，１０は、極
性の高い高分子ポツテイング材、たとえばポリウ
レタン、シリコーン、エポキシ樹脂等をハウジン
グ５の両端内壁面に遠心注入法を利用して流し込
み、硬化させることにより作られる。さらに詳述
すれば、まず、ハウジング５の長さより長い多数
の中空糸膜２を用意し、この両開口端を粘度の高
い樹脂によつて目止めをした後、ハウジング５の
筒状本体６内に並べて位置せしめる。この後、取
付けカバー７，８の径以上の大きさの型カバー
で、ガス交換膜２の各両端を完全に覆つて、ハウ
ジング５の中心軸を中心にそのハウジング５を回
転させながら両端部側から高分子ポツテイング材
を流入する。流し終つて樹脂が硬化すれば、上記
型カバーを外して樹脂の外側面部を鋭利な刃物で
切断してガス交換膜２の両開口端を表面に露出さ
せる。かくして隔壁９，１０は形成されることに
なる。 上記隔壁９，１０の外面は、環状凸部を有する
流路形成部材１７，１８でそれぞれ覆われてい
る。この流路形成部材１７，１８はそれぞれ液分
配部材１９，２０およびネジリング２１，２２よ
りなり、この液分配部材１９，２０の周縁部付近
に設けられた環状凸部として突条２３，２４の端
面を前記隔壁９，１０にそれぞれ当接させ、ネジ
リング２１，２２を取付けカバー７，８にそれぞ
れ螺合することにより固定することにより第２の
物質移動流体である血液の流入室２５および流出
室２６がそれぞれ形成されている。この流路形成
部材１７，１８にはそれぞれ第２の物質移動流体
である血液入口２７および出口２８が形成されて
いる。 この隔壁９，１０と、流路形成部材１７，１８
とにより形成される隔壁９，１０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
３１，３２の一方より充填材３３，３４を充填す
ることにより前記隔壁９，１０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。 なお、前記中空糸膜型人工肺において、第１の
物質移動流体としては空気等の酸素含有ガスまた
は血液であり、第２の物質移動流体としては血液
または酸素含有ガスである。したがつて、第１の
物質移動流体がガスの場合には第２の物質移動流
体は血液であり、一方、第１の物質移動流体が血
液の場合には第２の物質移動流体はガスである。 以上は、中空糸膜型人工肺の場合について説明
したが、積層式、１枚の膜をコイル状に巻いたも
の、ジグザグ状に折込んだもの等の平膜型人工肺
についても、用いられるガス交換膜の細孔がパー
フルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマーを
１成分とするビニル系共重合体により同様に閉塞
されたものであれば、ガス交換能、特にCO₂除去
能が高くかつ長時間使用してもに血漿の漏出が実
質的に起こらない膜型人工肺が得られる。 以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説
明する。 実施例１および比較例１ 内径200μｍ、肉厚25μｍ、空孔率45％、平均孔
径700Åのポリプロピレン製中空糸膜を用いて、
膜面積1.6m²の第４図に示すような中空糸膜型人
工肺を組立てた。 一方（メチルメタクリレート／ブチルメタクリ
レート）−パーフルオロプロピルアクリレート共
重合体（重量比（25：25）：50）をメチルエチル
ケトン／メチルイソブチルケトンの４／６混合溶
媒に溶解して30容量％溶液を調製した後、エタノ
ールで６重量％にまで希釈した。この（メチルメ
タクリレート／ブチルメタクリレート）−パーフ
ルオロプロピルアクリレート共重合体溶液を上記
中空糸膜型人工肺の中空糸膜内に３分間充填した
後、液を排出し溶媒を除去乾燥して、細孔を閉塞
する被膜を形成した。被膜を形成した膜型人工肺
（実施例１）および該（メチルメタクリレート／
ブチルメタクリレート）−パーフルオロプロピル
アクリレート共重合体による処理を行なわなかつ
た膜型人工肺（比較例１）についてガス交換能を
評価するために、新鮮ヘパリン加牛血を用い、酸
素ガス分圧35mmHg、炭酸ガス分圧45mmHgとなる
静脈血を作製し、これを人工肺の血液流路に流通
させた。なお用いられた牛血のヘモグロビン含量
は12ｇ／dlで、温度は37℃であつた。 酸素流量と血液流量との比が１のときの血液流
量と酸素ガス添加能および炭酸ガス除去能との関
係は、第１表に示すとおりである。第１表から明
らかなように実施例１の膜型人工肺と比較例１の
膜型人工肺において、ガス交換能の実質的相違は
認められなかつた。 さらに、これらの膜型人工肺を、雑犬を用いた
30時間の静脈−動脈部分体外循環にかけたとこ
ろ、実施例１の膜型人工肺においては、全く血漿
漏出がなかつたが、比較例１のものにおいては８
時間後から血漿が漏出してきた。 実施例２および比較例２ 実施例１で用いたものと同様ののポリプロピレ
ン製中空糸膜を用いて膜面積3.3m²の第４図に示
すような中空糸膜型人工肺を組立てた。 この中空糸膜型人工肺の中空糸膜内に、実施例
１で用いた（メチルメタクリレート／ブチルメタ
クリレート）−パーフルオロプロピルアクリレー
ト共重合体の（メチルエチルケトン／メチルイソ
ブチルケトン）／エタノール溶液を３分間充填
し、液を排出した後、乾燥を行なつて、中空糸膜
の細孔に（メチルメタクリレート／ブチルメタク
リレート）−パーフルオロプロピルアクリレート
共重合体を充填した（実施例２）。 また、この中空糸膜型人工肺の中空糸膜内に、
シリコーンゴムの60重量％トリフルオロクロルエ
タン溶液を１分間充填し液を排出した後、トルエ
ン／ジプロピレングリコール溶液を中空糸膜内に
流して中空糸膜内面に付着残留するシリコーンゴ
ム溶液を洗浄した後、乾燥を行なつて中空糸膜の
細孔にシリコーンゴムを充填した（比較例２）。
双方の人工肺について、血液流量1500ml／min、
酸素ガス流量15／minで炭酸ガス交換能を調べ
たところ実施例１では250ml／min、比較例２で
は160ml／minであり、実施例１の（メチルメタ
クリレート／ブチルメタクリレート）−パーフル
オロアルキルアクリレート共重合体充填人工肺
は、LFPPV−ECCO₂Rに適応可能であるが、シ
リコーンゴム充填人工肺は、LFPPV−ECCO₂R
に適応するには炭酸ガス交換能が不十分であつ
た。

【表】 比較例１
CO_２ ０ 33 64 89 11
4
O_２ ０ 32 58 76
84
発明の具体的効果 以上述べたように、本発明は、ガス交換膜とし
て、肉厚５〜80μｍ、空孔率20〜80％および細孔
径0.01〜5μｍの多孔室疎水性膜を用いた人工肺に
おいて、その細孔をパーフルオロアルキル側鎖を
有するビニルモノマーを１成分とするビニル系共
重合体で閉塞したことを特徴とする膜型人工肺で
あり、該ビニル系共重合体は、非常にガス透過性
の高いものであるために本膜型人工肺のガス交換
能、特に炭酸ガス除去能は、非常に高いにもかか
わらず、細孔は閉塞されており長期間使用しても
血漿漏出の虞れはない。このためECCO₂Rのよう
に少ない体外循環量で生体の炭酸ガス産生量を除
去することが可能となる。 また、該ビニル系共重合体が、パーフルオロア
ルキル側鎖を有する（メタ）アクリレートモノマ
ーを１成分とする（メタ）アクリレート系共重合
体である場合、前記ビニル共重合体がブロツク共
重合体である場合、さらには該ビニル系ブロツク
共重合体におけるパーフルオロアルキル側鎖を有
するビニルモノマーからなるポリマー分と共重合
体を構成する他のモノマーからなるポリマー分と
の分子量比が0.25〜1.5である場合、さらにパー
フルオロアルキル側鎖が−CH₂CH₂（CF₂）₇CF₃で
ある場合には、よりガス交換能に優れた膜型人工
肺となり、さらにこのようなビニル系ブロツク共
重合体により膜型人工肺の血液接触面をも被覆し
ている場合には、より生体適合性の高いものとな
る。またガス交換膜がオレフイン系樹脂、より好
ましくはポリプロピレン製のものである場合に
は、ガス交換膜の機械的強度も十分なものとな
り、膜型人工肺はよりコンパクトなものとするこ
とができ、さらに中空糸状のものとすると極めて
優れた性能を示す膜型人工肺を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の膜型人工肺の一実施態様に
おけるガス交換膜の拡大断面図、第２図および第
３図は、別の実施態様におけるガス交換膜の拡大
断面図であり、また第４図は本発明の一実施態様
である中空糸膜型人工肺の部分断面図である。 １……膜型人工肺、２……ガス交換膜、３……
細孔、４……パーフルオロアルキル側鎖を有する
ビニルモノマーを１成分とするビニル系共重合
体、５……ハウジング、６……筒状本体、９，１
０……隔壁、１１……第１の物質移動室、１２，
１３……第１の物質移動流体導入出口、１５……
中空糸束、２７，２８……第２の物質移動流体導
入出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス交換膜として、肉厚５〜80μｍ、空孔率
   20〜80％および細孔径0.01〜5μｍの多孔質疎水性
   膜を用いた人工肺において、その細孔をパーフル
   オロアルキル側鎖を有するビニルモノマーを１成
   分とするビニル系共重合体で閉塞したことを特徴
   とする膜型人工肺。 ２ 該ビニル系共重合体はパーフルオロアルキル
   側鎖を有する（メタ）アクリレートモノマーを１
   成分とする（メタ）アクリレート系共重合体であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の膜型人工肺。 ３ 前記ビニル系共重合体がブロツク共重合体で
   ある特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   膜型人工肺。 ４ 該ビニル系ブロツク共重合体におけるパーフ
   ルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマーから
   なるポリマー分と共重合体を構成する他のモノマ
   ーからなるポリマー分との重量比が0.25〜1.5で
   ある特許請求の範囲第３項に記載の膜型人工肺。 ５ パーフルオロアルキル側鎖が−CH₂CH₂
   （CF₂）₇CF₃である特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれかに記載の膜型人工肺。 ６ ガス交換膜が、オレフイン系樹脂製のもので
   ある特許請求の範囲第１項〜第５項に記載の膜型
   人工肺。 ７ ガス交換膜が、ポリプロピレン製のものであ
   る特許請求の範囲第６項に記載の膜型人工肺。 ８ ガス交換膜が中空糸膜である特許請求の範囲
   第１項〜第７項のいずれかに記載の膜型人工肺。 ９ 中空糸膜は、内径100〜1000μｍのものであ
   る特許請求の範囲第８項に記載の膜型人工肺。