JPH0564663A - 多孔質中空糸膜および人工肺 - Google Patents

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
あり、内径Ｄが１５０〜３００μm 、肉厚Ｔが１０〜１
５０μm である。また、内表面２の開口率が１０％未
満、空孔率が１〜３５％、酸素ガスフラックスが１０〜
１０００ml/min・m²・mmHg（室温) 、透水率が０．０１〜
１．０ml/min・m²・mmHg（室温) 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い。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、血液中の成分により細孔が親水化さ
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となる。

【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】

【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、耐久性に優れる多孔質中空糸
膜および人工肺を提供することにある。

【００１３】

【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。

【００１４】（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、内径
が１５０〜３００μm 、肉厚が１０〜１５０μm 、内表
面開口率が１０％未満、空孔率が１〜３５％、 酸素ガス
フラックスが１０〜１０００ml/min・m²・mmHg（室温）、
透水率が０．０１〜１．０ml/min・m²・mmHg（室温）であ
ることを特徴とする多孔質中空糸膜。

【００１５】（２） 多孔質中空糸膜の内表面において
は、固相は粒子状ポリプロピレンが一部露出しつつ密に
融和結合して形成された連続相を呈し、また、多孔質中
空糸膜の内部および外表面においては、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、これらの固相間の間隙
は、３次元ネットワーク状に連通して連通孔を形成して
なる上記（１）に記載の多孔質中空糸膜。

【００１６】（３） ガス交換膜として、上記（１）ま
たは（２）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】

【発明の構成】以下、本発明の多孔質中空糸膜および人
工肺を図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】このようなポリプロピレン製中空糸膜の微
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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】本発明の多孔質中空糸膜１の特性は、次の
通りである。内表面２における開口率（内表面開口率）
は、１０％未満であり、好ましくは０．１〜８．０％で
ある。内表面開口率が１０％以上であると、過剰な開孔
となるため、血漿の漏出のおそれが生じる。

【００３０】中空糸膜全体にわたる空孔率は、１〜３５
％であり、好ましくは１０〜２５％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３５％
を超えると血漿の漏出のおそれが生じる。

【００３１】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・m ²・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が生じるからである。

【００３２】中空糸膜の透水率は０．０１〜１．０ml/m
in・m²・mmHg（室温）であり、好ましくは０．０５〜０．
５ml/min・m²・mmHg（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）とも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】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０．１〜２．０
μm 、特に、０．２〜１．５μmであるのが好ましく、
また、内表面２の平均空孔径が０．１〜１．０μm 、特
に、０．３〜０．６μm であるのが好ましい。

【００３５】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２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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】熱処理装置３０を経た中空状物１６（中空
糸膜１）は、巻取装置３１のボビン３２に巻き取られ、
保持される。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】このようにして得られる中空糸膜は、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５０〜１
６０℃、好ましくは７０〜１２０℃の温度で５秒〜１２
０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。

【００６１】こ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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】図３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。

【００６７】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。

【００６８】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
移動流体室である血液室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
用空間である酸素含有ガス流通用空間（図示しない）と
血液室６２を隔離するものである。

【００６９】一方の取付カバー５８には、第１の物質移
動流体である血液を供給する導入口６３が設けられてお
り、他方の取付カバー５９には、血液を排出する導出口
６４が設けられている。

【００７０】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３
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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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
である突条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酸素含有ガスの流入室
７６および流出室７７がそれぞれ形成される。

【００７５】これらの流路形成部材６８，６９の頂部に
は、それぞれ第２の物質移動流体である酸素含有ガス導
入口７８および導出口７９が形成されている。

【００７６】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。

【００７７】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血液を、また第２の物質移動流
体として空気等の酸素含有ガスを適用するもの、すなわ
ち中空糸膜１の内側に酸素含有ガスを吹送し、中空糸膜
１の外側に血液を循環させ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の内側に血液を循環させ、中空糸膜の外側に酸素
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ればよい。

【００７８】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００７９】（実施例１〜３、比較例１〜３）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−３０−２
５）により溶融混練し、押出した後ペレット化した。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】ボビン３２に巻き取られた中空糸は、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。

【００８５】このようにして得られた中空糸膜につい
て、寸法（内径／膜厚）、空孔率、酸素ガスフラック
ス、透水率、平均孔径、内表面開孔率および内表面平均
孔径を測定した。その結果を表１に示す。

【００８６】なお、比較例３は、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、ＫＰＦ−１９０Ｍ）である。

【００８７】

【表１】

【００８８】なお、各特性の測定方法は、次の通りであ
る。

【００８９】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。

【００９０】空孔率（％）、平均孔径（μm ） 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
糸膜の空孔体積）より空孔率および平均孔径を得る。

【００９１】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。

【００９２】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。ミニ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。

【００９３】内表面開孔率（％）、内表面平均孔径（μ
m ） 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、各孔の面積から計算
される円相当径の平均値を内表面平均孔径とした。

【００９４】＜実験１＞実施例１〜３、比較例１〜３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１３５００本であり、それらの有効膜面積
は、０．８m²であった。

【００９５】これらの人工肺について、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。

【００９６】この状態で、人工肺の血液導入口（図３中
７８）および導出口（図３中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、ＡＢＬ−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２に示す。

【００９７】

【表２】

【００９８】＜実験２＞細菌の繁殖を抑制するためのゲ
ンタミンを投与した５U/mlヘパリン加牛血漿を調製し
た。

【００９９】前記実験１と同様の人工肺を用意し、各人
工肺の中空糸内部に前記牛血漿（３７℃）を流量４００
ml/minで流し、人工肺の血液導出口（図３中７９）側の
圧力をスクリュークランプで３００mmHgに調節しつつ、
循環した。一方、人工肺の中空糸外部へは、純酸素を流
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。

【０１００】人工肺のガス導出口（図３中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３に示す。

【０１０１】

【表３】

【０１０２】表２および表３より明らかなように、実施
例１〜３による本発明の中空糸膜および人工肺は、ガス
交換能が高く、かつ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。

【０１０３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の多孔質中空
糸膜および人工肺によれば、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１００〜１５０時
間程度連続して行なっても血漿の漏出がほとんどない。

【０１０４】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。

【０１０５】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】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３】本発明の人工肺の構成例を示す一部断面側面図
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 血液室 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼頭 均 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 (72)発明者 印南 奏子 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 内径が１５０〜３００μm 、肉厚が１０〜１５０μm 、
   内表面開口率が１０％未満、空孔率が１〜３５％、 酸素
   ガスフラックスが１０〜１０００ml/min・m²・mmHg（室
   温）、透水率が０．０１〜１．０ml/min・m²・mmHg（室
   温）であることを特徴とする多孔質中空糸膜。
2. 【請求項２】 多孔質中空糸膜の内表面においては、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
   合して形成された連続相を呈し、 また、多孔質中空糸膜の内部および外表面においては、
   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、 これらの固相間の間隙は、３次元ネットワーク状に連通
   して連通孔を形成してなる請求項１に記載の多孔質中空
   糸膜。
3. 【請求項３】 ガス交換膜として、請求項１または２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。