JPH0663141A - 熱および水分交換フィルター - Google Patents

熱および水分交換フィルター

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JPH0663141A
JPH0663141A JP5140876A JP14087693A JPH0663141A JP H0663141 A JPH0663141 A JP H0663141A JP 5140876 A JP5140876 A JP 5140876A JP 14087693 A JP14087693 A JP 14087693A JP H0663141 A JPH0663141 A JP H0663141A
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sheet
hydrophobic
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グラハム・デスモンド・ロウ
Keith Stuart Morris
キース・スチュアート・モリス
Roger Edward Page
ロジャー・エドワード・ペイジ
Richard Guy Gutman
リチャード・ガイ・ガトマン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い微生物除去効率および低い水分損失を示
す熱および水分交換フィルターを提供する。 【構成】 熱および水分交換フィルターは疎水性基材の
層および親水性基材の層を含む。このフィルターは医療
用として解放式呼吸システムの患者側において、呼気通
路内で患者の下流に親水性材料を備えた状態で使用しう
る。疎水性材料は水滴および小球の通過を既知の様式で
阻止し、微生物をトラップするのに十分なほど高いバブ
ルポイントを有する。親水性材料は疎水性材料を通過す
る水蒸気を捕捉し、従ってフィルターによってより多量
の水分が保持されるのを可能にする。この水分は吸入さ
れる気体により取り込まれ、吸入される気体に付加的な
湿度を付与する作用をする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、熱および水分保持フィルターに
関するものである。
【０００２】ヒトにおいて、吸入された空気は鼻腔およ
び上気道により濾過される。さらに大部分の気候におい
て、吸入される空気はある割合の水蒸気を含み、吸入さ
れた空気はそれが肺を通過する間に気道に存在する粘膜
の杯状細胞により分泌される粘液から取り込んだ水分で
完全に飽和状態となる。ある種の医療処置およびたとえ
ば航空機の機室などの密閉空間に供給される空気におい
て、吸入された空気中の水分は十分な呼吸にとって最適
なものより低い可能性がある。
【０００３】たとえば挿管法または気管切開術はこれら
の上気道をバイパスし、従ってこれらの処置に用いられ
る換気装置から吸入される気体については濾過または飽
和の機能は果たされない。濾過されていない、および飽
和されていない気体の吸入による臨床結果については十
分に立証されている。たとえば報文″濾過および加
湿″，ロイドおよびロウ（Ｌｌｏｙｄ，Ｒｏｅ），刊行
物″Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ
Ｃａｒｅ″，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．４，１９９１年１０
／１２月を参照されたい。″換気処置患者のための加
湿″と題する報文，バラード，チーズマン、リピナーお
よびウェルズ（Ｂａｌｌａｒｄ，Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，
Ｒｉｐｉｎｅｒ，Ｗｅｌｌｓ），刊行物″Ｉｎｔｅｎｓ
ｉｖｅ ａｎｄＣｒｉｎｉｃａｌ Ｃａｒｅ Ｎｕｒｓ
ｉｎｇ″，Ｖｏｌ．８（１９９２）ｐ．２−９をも参照
されたい。
【０００４】この問題を克服するために、呼気を濾過
し、かつ吸入される気体を加熱および加湿するデバイス
を換気装置に含めることが一般に行われる。このような
デバイスは、前記の２刊行物、ならびに報文″熱および
水分交換器の濾過性の比較″，ハドレイおよびアルト−
グラハム（Ｈａｄｌｅｙ，Ａｌｌｔ−Ｇｒａｈａｍ），
Ａｎａｅｓｔｈｅｓｉａ １９９２，Ｖｏｌ．４７，
ｐ．４１４−４２０、ならびに報文″麻酔呼吸回路の感
染制御のための別法″：ポールＨＭＥフィルターの実験
室評価″，ベリーおよびノルテ（Ｂｅｒｒｙ，Ｎｏｌｔ
ｅ），刊行物″Ａｎｅｓｔｈ．Ａｎａｌｇ．″１９９
１；７２，ｐ．６５１−６５５に述べられている。
【０００５】ロイドおよびロウの刊行物において、３カ
テゴリーの熱および水分交換フィルターが確認されてい
る。第１カテゴリーは″吸湿性（第１世代）″の熱およ
び水分交換フィルターと呼ばれる。これらには、呼気中
に存在する水蒸気分子を化学的に吸収するための吸湿性
化学物質、たとえば塩化リチウムまたは塩化カルシウム
を一般に含浸させたウール、フォームまたは紙様材料が
含まれる。第２カテゴリーは″吸湿性（第２世代）″の
熱および水分交換フィルターと呼ばれる。これらはエレ
クトレットフェルト濾材を付加する以外は第１世代のも
のと同じである。エレクトレットは、外部電界なしに永
久的に電気極性を保持し、それらの周りに電界を形成す
る材料である。これらの材料は静電的相互作用により微
生物を除去する。この例は欧州特許出願公開Ａ１−００
１１８４７号明細書に示されている。
【０００６】欧州特許出願公開Ａ２−０２６５１６３号
明細書には、ハウジング内に疎水性濾材の層および親水
性フォームの層を用いることが示されている。これらの
層は互いに接触した接着されていないフラットシートに
より形成される。疎水性の層はウイルスおよび細菌の濾
過を行うために静電的に帯電したポリプロピレン繊維製
であり、従って上記第２カテゴリーのフィルターのエレ
クトレットとして作用する。フォーム層は水分を吸収す
べく処理される。それは欧州特許出願公開Ａ１−００１
１８４７号明細書の様式と同様な材料として作用し、そ
れに伴う欠点を含む。
【０００７】第３カテゴリーは、純粋な濾過により微生
物を除去し、かつ疎水性の結果としてメンブレン表面に
水分を保有する疎水性メンブレンの使用を伴うものであ
る。
【０００８】３カテゴリーすべてのフィルターが、おお
まかには同じ方法で作用する。呼息に際して排出される
水蒸気がフィルター上に凝縮し、吸息に際して吸入され
る気体がデバイスから蒸発により水蒸気（および熱）を
採取する。微生物、たとえば細菌およびウイルスは、排
出および吸入される空気からそれぞれの途中でフィルタ
ーにより除去される。
【０００９】第１カテゴリーのフィルターは、電流の付
与をほとんど行わない。それらは殺菌薬を含浸させた場
合ですら空気伝染性細菌の除去効率が低い。さらにそれ
らの作用様式のため、それらは最大の熱および水分交換
効率を即座には達成せず、定常状態の水準に達するまで
に比較的長い順応期間がある。さらにそれらは液体をポ
アー内へ浸透させ、材料全体に導通するために、比較的
大きなポアーおよび比較的大きな厚さを有し、このため
水分過剰（吸水しすぎた、ｗａｔｅｒ−ｌｏｇｇｉｎ
ｇ）状態となり、結果的に抵抗が増大する。
【００１０】第２カテゴリーのフィルターは、第１カテ
ゴリーの吸湿性フィルターと比較して改善された微生物
濾過水準を提供する。しかしポアーサイズが比較的大き
いため、汚染した液体が層を通過するという問題が依然
としてある。さらに、前記のロイドおよびロウの参考文
献につき述べたように、フィルター効率はフィルターを
臨床用として適したものにする最小除去率として示唆さ
れている９９．９９７７％を達成し得ない。
【００１１】疎水性メンブレンを用いる第３カテゴリー
のフィルターは、一般にアルコール湿潤バブルポイント
７１０ｍｍ（２８インチ）Ｈ2Ｏ以上の極めて小さいポ
アーを有する。バブルポイントは米国材料試験学会（Ａ
ｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎ
ｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の方法により測定される。こ
れらは汚染した液体の通過を通常の換気圧力において阻
止する。これらのフィルターは水伝染性微生物に対する
バリヤーとしても作用し、９９．９９７７％以上の効率
を達成しうる。多くの場合、疎水性メンブレンフィルタ
ーは正常な鼻呼吸に匹敵する熱および水分交換をもたら
すことが証明されている。最適加湿効率はほとんど即座
に起こる。
【００１２】呼気は水滴および小球の形の水のみでな
く、水蒸気の形の水をも含有する。その水蒸気がフィル
ターを通過し、システム内へ失われる可能性もある。こ
れは、排出された水が必ずしもすべて吸息に際して加湿
のために利用されるわけではないことを意味する。一般
にはこれは問題ではない。しかし″低温加湿を伴うポー
ルの熱および水分交換フィルター（ＨＭＥＦ）の利用″
と題するテクニカルレポート，ベルコフスキーおよびブ
ランドワイン（Ｂｅｌｋｏｗｓｋｉ，Ｂｒａｎｄｗｅｉ
ｎ），ポール・コーポレーション，１９９２年，Ｐａｌ
ｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐ
ＣＣ１９２１０Ｍとして発行，に述べられるように、少
数の長期換気療法患者は第３カテゴリーの熱および水分
交換フィルターが提供しうるより大きな加湿を必要とす
る可能性がある。このテクニカルレポートは、呼吸回路
に加湿器を組み込むことによりこの問題を克服しうるこ
とを示唆する。この問題を克服するための他の試みは、
疎水性材料を水分吸収のために第１および第２カテゴリ
ーで用いた種類の吸湿性材料と組み合わせることであ
る。
【００１３】英国特許出願公開Ａ−２１６７３０７号明
細書には、ハウジング内に取り付けられた交互の疎水性
および親水性洗浄器からなる熱および水分交換フィルタ
ーが示され、親水性洗浄器には吸湿性材料が含浸されて
いる。これらは水分過剰になる可能性があると思われ
る。
【００１４】本発明の第１観点によれば、呼吸用気体の
供給源および呼気ライン（ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙ ｌｉ
ｎｅ）に接続するための第１部分、ならびにこの気体を
吸息および呼息する者に接続するための第２部分を有す
るハウジングからなり、このハウジングが第１部分と第
２部分の間の流路内に連続配置された親水性基材のシー
トおよび疎水性基材のシートを収容し、親水性基材の方
が流路内において第１部分に近接し、疎水性基材は微生
物を除去するためにアルコールバブルポイント７１０ｍ
ｍ（２８インチ）Ｈ2Ｏ以上を有する、熱および水分交
換フィルターが提供される。
【００１５】３カテゴリーすべてのフィルターにおい
て、フィルター基材が空気の吸息および呼息を困難にす
るほどの実質的な圧力低下を生じないことが必須であ
る。これは通常は第１および第２カテゴリーのフィルタ
ーについては問題ではない。問題となりうる圧力低下を
もたらさないほどフィルター基材のポアーサイズが大き
いからである。しかし第３カテゴリーのフィルターはこ
の問題を生じる可能性がある。
【００１６】フィルター基材のシートはひだ付けされて
いることが好ましい。これはより大きな基材面積を与
え、従って圧力低下を減少させる。
【００１７】本発明の第２観点によれば、アルコールバ
ブルポイント７１０ｍｍ（２８インチ）Ｈ2Ｏ以上を有
し、かつ対向する２面を備えた疎水性基材のシートを用
意し、対向する２面を備えた親水性基材のシートを用意
し、そして疎水性基材の一方の面を親水性基材の一方の
面に結合させることを含む、熱および水分交換フィルタ
ーの製造方法が提供される。
【００１８】以下は、たとえば図面を参照した本発明の
若干の形態についてのより詳細な記述である。
【００１９】図１を参照すると、フィルターは親水性材
料のシート１１と共にひだ付けされた疎水性基材のシー
ト１０からなる。これら２層は分離していてもよく、ま
たは互いに積層されることにより互いに結合するか、も
しくはいずれか好都合な方法により互いに接着されてい
てもよい。この基材はそれぞれ基材の反対側へ導く２ポ
ート１３、１４を備えたハウジング１２内に収容されて
いる。図１および６に見られるように、ひだ付けされた
基材は、基材の一方側のひだが一方側のポート１３に近
接し、基材の他方側のひだが他方側のポート１４に近接
した状態で、ハウジング１２を充填する。
【００２０】疎水性基材１０は、好ましくは樹脂接着さ
れたセラミック繊維であり、直接的な機械的遮断により
微生物を除去し、従ってアルコール湿潤バブルポイント
７１０ｍｍ（２８インチ）Ｈ2Ｏ以上を有する。これは
この種の試験に関する米国材料試験学会の方法により測
定される。親水性基材は好ましくはセルロース材料であ
る。この材料は非−粒子脱落性（ｎｏｎ−ｐａｒｔｉｃ
ｌｅ ｓｈｅｄｄｉｎｇ）でなければならない。
【００２１】好ましくはこのフィルターは、空気流量６
０ ｌ／分において３．０ｃｍ Ｈ2Ｏを越えない圧力
低下、および後記のエーロゾル攻撃試験により測定して
＞９９．９９９％の細菌除去効率を示す。
【００２２】親水性基材は図２に示すように連続シート
状の材料であってもよい。しかし図３に示すように、そ
れは間隔を置いた一連の平行なスリットの列が基材を貫
通して設けられた不連続的なものであってもよい。スリ
ットを設ける場合、これはデバイスにおける最大圧力低
下が疎水性基材により制御されることを保証する。スリ
ットは、親水性基材が′完全に湿潤した（ｗｅｔ ｏｕ
ｔ）′（すなわち水で飽和された）場合に、親水性基材
の貫流を可能にする。
【００２３】このデバイスは、主として集中治療ユニッ
トに用いる種類の解放式呼吸システムの″患者側″にお
いて使用される。この種のシステムは長期換気処置を受
けている患者、および彼らの臨床状態の性質によって換
気に際して余分な加湿を必要とする患者によって使用さ
れる。
【００２４】この種のシステムは、換気装置、この換気
装置をデバイスの親水性基材１１の側にある一方のポー
トに接続するチューブ、および疎水性基材１０の側にあ
る他方のポートを、換気装置から気体を吸息および呼息
する患者に接続するチューブを含む。呼息がデバイスを
通過したのち呼気ラインを介して換気しうる弁システム
が備えられる。
【００２５】使用に際して、疎水性基材１０は患者の体
液で完全に湿潤することはなく、低い空気流抵抗を示
し、かつ機械的遮断による高い微生物除去効率をも提供
する。
【００２６】親水性基材１１は下記の様式で作用する。
ほとんどすべてが水蒸気の形で疎水性基材を貫流する水
は、親水性基材によりその親水性によって捕獲される。
次いでこの水分は親水性基材１１の全領域に拡散する。
こうして、吸入される気体はまず親水性基材１１を通過
し、普通に疎水性基材から追加水分を取り込む前にここ
でこの水分を取り込む。従ってこれは、加湿水準を高
め、このため追加の加湿器を用いる必要性が避けられる
という利点をもつ。
【００２７】さらにそれは疎水性基材がもつ他の問題を
克服する。それは、水は疎水性基材上には均一に展延し
ないので、水で覆われない基材領域の生じる可能性があ
るという事実である。このため、疎水性基材を通って吸
入される気体の優先的通過が生じ、その通過に際して加
湿がほとんど起こらないという可能性がある。水分は親
水性基材全体に均一に展延するので、この問題は補償さ
れる。
【００２８】親水性基材の完全な湿潤により−すなわち
親水性基材が水で飽和された状態になることにより−フ
ィルターが閉塞する可能性は、気体の流通に際して過剰
の水を排除するのに十分なほど低いバブルポイント圧力
をもつように適宜なポアーサイズおよび厚さのセルロー
ス材料を選ぶことにより避けられる。たとえばアルコー
ルバブルポイント６４−１１４ｍｍ（２．５−４．５イ
ンチ）Ｈ2Ｏを有するセルロース材料がポール・コーポ
レーションから入手される。これは米国材料試験学会の
方法により測定される。
【００２９】層が用意された場合、これらを互いに結合
させると、層間に水を集める間隙を形成することなくこ
れらの層をひだ付けするのが容易になる。さらに、接着
は親水性層１１の完全湿潤を軽減または防止するのに有
益である。
【００３０】基材１０、１１がハウジング１２を充填す
るという事実により、ハウジング１２内のデッドスペー
スが最小限に抑えられる。これにより、もどし呼吸され
る気体（ｒｅｂｒｅａｔｈｅｄ ｇａｓ）の容量が最小
限に抑えられる。
【００３１】以下は、図面を参照して上記に述べた種類
のデバイスを、本明細書の冒頭に述べた第２カテゴリー
の市販フィルター２種類（それぞれ２Ａおよび２Ｂと表
示する）、本明細書の冒頭に述べた第３カテゴリーのフ
ィルター２種類（それぞれ３Ａおよび３Ｂと表示す
る）、および水分を保持するために吸湿性材料を付加し
た第３カテゴリーのフィルター２種類（それぞれＭ３Ａ
およびＭ３Ｂと表示する）と比較した試験に関する記載
である。
【００３２】本発明による例示フィルターは前記に従っ
て、面積約６４０−６５０ｃｍ2をもつものとして作成
された。
【００３３】本発明による例示フィルターの疎水性基材
は、脱安定化した（ｄｅ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ）適切
な樹脂で結合させた、前記により測定したアルコール湿
潤バブルポイント７１０ｍｍ（２８インチ）Ｈ2Ｏ以上
を有するプレブレンドセラミック繊維であった。樹脂の
量は繊維に対して１０％（重量／重量）であった。次い
で、結合した繊維を当技術分野で既知のいずれかの方法
により疎水性となした。
【００３４】本発明による例示フィルターの親水性フィ
ルター基材は、結合剤で結合された下記の組成および特
性を有するセルロース繊維である： 繊維：１００％大麻 結合剤：ビスコース 圧力低下：７４（ｍｍ水柱）（２．９インチ水柱） 引張り強さ：９２−１１５（ｋｇ／ｍｍ）（８−１０
ｌｂ／ｉｎ） 厚さ：０．０８１ｍｍ（３．２インチ×１０-3） 引張り強さ 油でぬれたもの：１０３ｋｇ／ｍｍ（８．９ ｌｂ／ｉ
ｎ） 引張り強さ 水でぬれたもの：４４ｋｇ／ｍｍ（３．８ ｌｂ／ｉ
ｎ） 破裂強さ （ミュラー試験）：３５２０−４４００ｋｇ／ｍｍ
2（１２−１５ ｌｂ／ｉｎ2）。
【００３５】これらのフィルターすべてを水分損失、細
菌除去効率およびウイルス除去効率につき、以下に記載
する試験法により試験した。
【００３６】水分損失試験 この試験については図４−６を参照して説明する。
【００３７】図４に示した人工患者は、予め定められた
水分および温度の呼気を供給しうる加湿器２０を含む。
加湿器の第１出口２１は、出口２１からコネクターチュ
ーブ２３への流れを阻止し、反対方向への流れを可能に
する逆止め弁２４を介して、２リットル容のゴム製肺２
２およびコネクターチューブ２３に接続している。
【００３８】加湿器２０の第２出口２５は、逆止め弁２
７を介してＴ−コネクター２６に接続し、第２出口２５
からＴ−コネクター２６への流れを可能にし、反対方向
への流れを阻止する。Ｔ−コネクター２６は、Ｔ−コネ
クター２６からコネクターチューブ２３への流れを可能
にし、反対方向への流れを阻止する逆止め弁２８を介し
て、コネクターチューブ２３の他端に接続している。
【００３９】加湿器２０は、加湿器２０により排出され
る空気の温度を制御する温度制御装置２９を含む。
【００４０】使用に際しては、加湿器２０に蒸留水を充
填する。次いで図５に示すように、Ｔ−コネクター２６
への出口３０をＹ−コネクター３２の幹３１に接続す
る。Ｙ−コネクターの第１枝３３はチューブ３４により
換気装置３５への入口に接続され、Ｙ−コネクターの第
２枝３６はチューブ３７により換気装置３５への出口に
接続される。
【００４１】換気装置は呼吸用気体をパルス状に供給
し、その容量および頻度は制御可能である。各パルスに
より供給される容量は″１回換気量（ｔｉｄａｌ ｖｏ
ｌｕｍｅ）″と呼ばれ、頻度は″呼吸数／分″で測定さ
れる。
【００４２】熱および水分の交換効率を試験する際に
は、換気装置３５の１回換気量を既知の値、たとえば６
６０ｍｌに設定し、頻度を既知の値、たとえば呼吸数１
５／分に設定する。換気装置３５により排出される各容
量はチューブ３７に沿ってＴ−コネクター２６へ通過す
る。逆止め弁２４、２７、２８の結果として、この気体
はコネクターチューブ２３に沿って通過し、ゴム製肺２
２へ流入し、これは空気を受容して膨張する。空気のこ
のパルスが終了すると、ゴム製肺２２は空気を呼息し、
これは逆止め弁の結果として加湿器２０を貫通し、第２
出口２５およびＴ−コネクター２６を介して排出され、
チューブ３４を介して換気装置３５の入口へ戻る。
【００４３】Ｔ−コネクター２６は凝縮が生じるのを防
止するために断熱される。
【００４４】このシステムを３０℃または３４℃に設定
された人工患者の体温において３０分間作動させ、ウォ
ーミングアップする。３０分間後に換気装置３５および
人工患者の温度制御装置２９のスイッチを切る。
【００４５】次いでＹ−コネクター３２の第１枝３３か
らのチューブ３４を取り外し、１００ｇの乾燥剤を入れ
たハウジング３８がライン内に備えられたチューブと交
換する。こうしてハウジング３８はＹ−コネクター３２
の第１枝３３および換気装置３５に接続される。
【００４６】さらに、試験すべき熱および水分交換フィ
ルター３９を、出口３０とＹ−コネクター３２の幹３１
の間において、配管内に挿入する。
【００４７】次いで人工患者を秤量し、Ｔ−コネクター
２６と換気装置の間の部品を秤量する。これにはハウジ
ング３８およびその内容物、ならびにフィルター３９が
含まれる。重量を小数点以下第１位まで記録する。
【００４８】次いで換気装置３５および人工患者を始動
させ、１時間操作する。この期間中、周囲空気が温度制
御されていない場合は呼息ライン温度（すなわちチュー
ブ３７内の温度）を規則的な間隔で記録する。それは約
２０℃とすべきであり、２３℃を越えるべきでない。温
度が約２３℃を越えた場合、配管の周りに氷または冷水
を充填して温度を低下させるべきである。
【００４９】１時間後に、換気装置３５および温度制御
装置２９のスイッチを切る。上記において秤量した部品
を再秤量し、それらの重量を小数点以下第１位まで記録
する。
【００５０】次いで水分損失を次式により計算する：− 式中 Ｇ ＝ 気体流量 ｌ／分 ＴＶ＝ １回換気量 ｍｌ ｆ ＝ 頻度 呼吸数／分 ｔ ＝ 試験期間 分。
【００５１】さらに回路の％エリアも次式により計算さ
れる：− 式中 Ｅ ＝ 効率 Ｗi ＝ 試験前の試験回路重量 ｇ Ｗf ＝ 試験後の試験回路重量 ｇ Ｗl ＝ 人工患者の重量損失 ｇ。
【００５２】この数値は１０％を越えるべきでない。実
際にそれが１０％を越えた場合、実験は無効であり、再
試験すべきである。
【００５３】最後に患者の水分損失を次式により計算す
る：− 式中 ＰＬ ＝ 患者からの水分損失 水ｇ／空気ｌ ＷlおよびＧは上記の意味を有する。
【００５４】エーロゾル攻撃試験 装置はデビルビスによりモデル４０として市販される種
類の噴霧器５０からなる。噴霧器への入口は、フィルタ
ー５１および制御弁５２により周囲空気へ接続される。
噴霧器５０の出口は、被験フィルター５３の入口にチュ
ーブ５４を介して接続される。このチューブは、空気流
量計５５、制御弁５６および保護フィルター５７を介し
て、第２入口からの空気をも受容する。
【００５５】被験フィルター５３の出口は、保護フィル
ター５８および真空計５９を介して真空源（図示されて
いない）に接続される。この出口は、弁制御された出口
６１を備えた液体インピンジメントサンプラー６０へも
接続している。
【００５６】使用に際して、第１段階は細菌懸濁液の調
製である。これは、トリプトン大豆寒天斜面からの単一
コロニーのトリプトン寒天ブロス１００ｍｌをインキュ
ベートすることにより達成される。最適増殖を補償する
ために、この培養物を３０±２℃の振盪式水浴中で一夜
インキュベートする。
【００５７】次いで一夜培養物５ｍｌの２アリコートを
遠心分離する（約２３００ｇで１０分間）。上澄み液を
廃棄し、細胞ペレットを３ｍｌの無菌水に再懸濁する。
次いで洗浄した細胞を約２３００ｇで１０分間、再遠心
分離することにより採取する。次いで洗浄済み細胞ペレ
ットを、細菌１×１０8個／ｍｌの細胞懸濁液が得られ
るのに十分な無菌水に再懸濁する。
【００５８】次いでグラム染色標本を調製する。この標
本を、較正された接眼マイクロメーターおよび油浸対物
レンズ（×１００）を備えた複合顕微鏡で検査する。微
生物の大きさおよび細胞の配列様式につき、数個の顕微
鏡視野を観察する。プソイドモナス・ディミニュータ
（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｄｉｍｉｎｕｔａ）は主と
して単一細胞として出現する約０．３−０．４μｍ×
０．６−１．０μｍの大きさのグラム陰性の小棒状微生
物である。
【００５９】次いで装置を流量につき実証する。この実
証に際しては、被験フィルター５３を取り外し、流量計
（図示されていない）と交換する。噴霧器５０に５ｍｌ
の無菌水を装填し、インピンジメントサンプラー６０に
２０ｍｌの無菌水を装填する。噴霧器５０への制御弁５
２を閉じ、空気流量計５５への制御弁５６を開き、真空
を付与し、空気を装置内へ３０秒間引き込む。０．５バ
ール以上の真空において、インピンジャー６０の臨界オ
リフィスにより調節して空気流量を２８ ｌ／分とすべ
きである。
【００６０】次いで付随する制御弁５２を完全に開くこ
とにより噴霧器５０を作動させる。同時に空気流量計５
５への制御弁５６を部分的に閉じて、装置への空気流量
２８ｌ／分を維持する。空気流量計５５において付随す
る制御弁５６を通る流量を記録する。空気流量２８ ｌ
／分を確実に維持した状態で装置を２０分間操作する。
【００６１】次いで装置をプソイドモナス・ディミニュ
ータの回収に関して実証する。これを実施するために、
図７の被験フィルター５３を取り外し、６段階式アンダ
ーソン・サンプラーに交換する。サンプラーに挿入した
ガラス製シャーレに各段階でトリプトン大豆寒天を満た
す。サンプリングすべき空気はサンプラーへの入口に進
入し、段階１から段階６へと順次高い方のオリフィス速
度を有する連続したオリフィス段階を順次通過する。各
段階の採取用寒天表面に順次小さな粒子が最初に衝突す
る。
【００６２】次いで約１×１０8／ｍｌのプソイドモナ
ス・ディミニュータ懸濁液１ｍｌを無菌水で１×１０4
／ｍｌに希釈する。噴霧器５０にこの懸濁液５ｍｌを装
填する。
【００６３】制御弁５６を開き、制御弁５２を閉じた状
態で、装置に真空を付与し、空気を装置内へ３０秒間引
き込む。０．５バール以上の真空において、インピンジ
ャーの臨界オリフィスにより調節して空気流量は２８
ｌ／分とされるであろう。
【００６４】次いで付随する制御弁５２を完全に開くこ
とにより噴霧器５０を作動させる。同時に制御弁５６を
部分的に閉じて、流量実証試験により確認された予め定
められた水準となす。これにより追加空気が供給され、
装置への空気流量２８ ｌ／分が維持される。試験期間
１５分後に弁５２を閉じ、弁５６を完全に開く。システ
ムからエーロゾルを排除するためにさらに３０秒後に、
真空源のスイッチを切る。
【００６５】次いで採取用寒天平板をアンダーソン・サ
ンプラーから取り出し、３０±２℃でインキュベートす
る。２４および４８時間後にコロニー形成単位（ＣＦ
Ｕ）を計数する。
【００６６】アンダーソン・サンプラーの段階６または
５においてプソイドモナス・ディミニュータが採取され
た場合は、装置の有効性が実証される。これによりこの
装置によって単分散微生物が調製されることが確認され
る。
【００６７】これらの実証試験後に、この装置を用いて
下記の方法でフィルターの効率を試験する。
【００６８】被験フィルター５３を図７に示すように装
置に挿入する。２０ｍｌの無菌水を液体サンプラー６０
に装入し、噴霧器に約１×１０8／ｍｌのプソイドモナ
ス・ディミニュータ懸濁液５ｍｌを装填する。
【００６９】次いで制御弁５６を開き、制御弁５２を閉
じる。装置に真空を付与し、空気を装置内へ３０秒間引
き込む。０．５バール以上の真空において、液体サンプ
ラーの臨界オリフィスにより調節して空気流量は２８
ｌ／分とされるであろう。次いで付随する制御弁５２を
完全に開くことにより噴霧器５０を作動させ、空気流量
２８ ｌ／分を維持するために、制御弁５６を流量実証
試験により確認された予め定められた水準に部分的に閉
じる。
【００７０】試験期間１５分後に弁５２を閉じ、弁５６
を完全に開く。システムからエーロゾルを排除するため
に、さらに３０秒後に真空を断つ。
【００７１】次いで噴霧器５０内に残留する液体を５ｍ
ｌの注射器および注射針で取り出す。この残留容量を１
０ｍｌのガラス製メスシリンダーにより計量し、この容
量を水で１０倍に７回、系列希釈する。次いで約１０2
／ｍｌの細菌を含有する希釈液をステリフィル（ｓｔｅ
ｒｉｆｉｌ）を用いて０．２μｍ分析用メンブレンによ
り濾過する。次いでこの分析用メンブレンをトリプトン
大豆寒天平板に乗せ、これを３０±２℃でインキュベー
トする。２４および４８時間後にＣＦＵを計数し、２０
−２００コロニーを示すメンブレンにつきコロニー数を
記録する。次いで噴霧器攻撃力価を計算する。
【００７２】次いでインピンジメントサンプラー中の液
体をも取り出す。この容量を２０ｍｌのガラス製メスシ
リンダーにより計量し、この容量を無菌水で１０倍に３
回、系列希釈する。残りの原液および得られた希釈液を
ステリフィルを用いて０．２μｍ分析用メンブレンによ
り濾過する。この分析用メンブレンをトリプトン大豆寒
天平板に乗せ、インピンジメントサンプラーのオリフィ
スを検査し、それが閉塞されていないことを確認する。
【００７３】次いで寒天平板を３０±２℃でインキュベ
ートする。２４および４８時間後にＣＦＵを計数し、２
０−２００コロニーを示すメンブレンにつきコロニー数
を記録し、フィルターの下流で記録された細菌数を計算
する。装置の効率は次式により計算される：− 式中 Ｒe ＝ 装置（ｒｉｇ）効率 ％ Ｂt ＝ 回収された細菌の総数 Ｔf ＝ 最終噴霧力価 ＣＦＵ／ｍｌ Ｖn ＝ 噴霧された容量。
【００７４】次いでフィルターに対する細菌攻撃数を次
式により計算する：− Ｃ ＝ Ｖn・Ｒe・Ｎt 式中 Ｃ ＝ 攻撃総数 ＶnおよびＲeは上記の意味を有する Ｎt ＝ 噴霧器攻撃力価 ＣＦＵ／ｍｌ。
【００７５】次いで濾過による力価の低下を次式により
計算する：− 式中 ＴＲ ＝ 濾過による力価の低下 ＣおよびＢtは上記の意味を有する。
【００７６】これからフィルター効率（％）を次式によ
り計算することができる：− 水分損失は前記により測定された。１回換気量は６６０
ｍｌ、頻度は呼吸数１５／分、および人工患者呼気温度
は３２℃であった。
【００７７】細菌除去効率は、前記エーロゾル攻撃試験
によりプソイドモナス・ディミニュータを用いて試験さ
れた。ウイルス除去効率は前記エーロゾル攻撃試験によ
りＭ５２バクテリオファージを用いて試験された。
【００７８】試験結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】 フィルター 水分損失 除去効率 の種類 ｍｇ／ｌ 細菌(%) ウイルス(%) ２Ａ 10.1 99.9976 99.999 ２Ｂ 5.3 99.91 データ無し ３Ａ 8.9 99.9992 (クレーム) 99.999 ３Ｂ 10.4 99.999 99.999 Ｍ３Ａ 4.2 99.95 99.1 Ｍ３Ｂ 7.0 99.981 データ無し 本発明 8.4±0.4 99.999 99.999 (n＝18) 第２カテゴリーのフィルターは比較的高い除去効率と共
に高い水分損失を示す（２Ａ）か、またはこれよりはる
かに低い水分損失を示すが、これに対応して除去効率が
低下する（２Ｂ）ことが分かるであろう（ロイドおよび
ロウにより臨床用の最低として示唆されている９９．９
９７７％の効率と対比されたい）。第３カテゴリーのフ
ィルターは、はるかに高い除去効率を示したが、相対的
に高い水分損失を生じた。改良された第３カテゴリーの
フィルターは、吸湿性材料の存在によりはるかに低い水
分損失を示したが、相対的に除去効率が低かった。これ
に対し、図面を参照して前記に述べたフィルターは、高
い除去効率および相対的に低い水分損失（８．５ｍｇ／
ｌ以下）を示した。
【００８０】図１を参照して前記に述べた、表１に挙げ
た試験結果を示すフィルターを臨床用換気装置に組み込
み、表２の市販フィルター３Ａと比較した。これらのフ
ィルターを２種類の条件下で（ＡおよびＢ）試験し、２
４時間使用に基づく水分損失を表２に示す。条件Ａにお
いては、呼吸数１５／分および呼気温度３２±１．０℃
で１回換気量は４８０ｍｌであった。条件Ｂにおいて
は、呼吸数１５／分および呼気温度３３．２±１．０℃
で１回換気量は７８０ｍｌであった。
【００８１】
【表２】 フィルターの種類 水分損失（ｍｇ（Ｈ2Ｏ）／ｌ空気） 条件Ａ Ｂ ３Ａ 7.2±1.1(n=12) 12.1±1.1(n=12) 本発明 5.3±1.0(n=12) 8.8±1.2(n=12) 両方の操作条件において、図面を参照して前記に述べた
フィルターははるかに低い水分損失を示すことが分かる
であろう。
【００８２】この水分損失の低下は広範な操作条件にわ
たって維持される。後記の表３は、明記した異なる換気
装置操作条件下で見られた水分損失を示す。一定の温度
（３２℃）において７．２−１２ ｌ／分の広範な分時
量（１回換気量×頻度）にわたって水分損失が有意には
変動しない（７−１０ｍｇ／ｌ）ことが分かるであろ
う。
【００８３】以上は特定の基材を用いた例であるが、上
記種類のフィルターに他の適切な親水性基材および疎水
性基材を採用しうることは自明であろう。
【００８４】上記の例は医療用に関するものであるが、
親水性基材と疎水性基材の組み合わせは、呼気および吸
気が濾過され、熱および水分保持フィルターの使用を必
要とする問題が生じる他のシステムに利用しうる。たと
えば航空機の機室の空気はフィルターを通して供給され
るが、適切な温度および湿度ではない可能性がある。上
記種類のフィルターを用いることにより、必要な温度お
よび湿度の空気を機室へ供給することができる。
【００８５】
【表３】 1回換気量(ml) 480 660 800 1000 660 660 頻度(bpm) 15 15 15 10 15 15 温度 ℃ 32 32 32 32 30 34 分時量(l/分) 7.2 9.9 12.0 10.0 9.9 9.9 水分損失 8.1±0.2 8.4±0.4 8.6±0.8 9.4±0.5 7.3±0.5 1 0.05 (mg(H2O)/l空気) (n=5) (n=18) (n=3) (n=4) (n=3) (n=2)
【図面の簡単な説明】
【図１】ひだ付きフィルター基材から形成された熱およ
び水分交換フィルターの模式的最終図である。
【図２】図１のフィルターの第１形態の親水性基材の模
式図である。
【図３】図１のフィルターの第２形態の親水性基材の模
式図である。
【図４】フィルターの熱および水分交換効率を試験する
ために用いられる人工患者の模式図である。
【図５】試験前に調整するために第１形態の換気装置に
接続された図４の人工患者を示す。
【図６】熱および水分交換効率を試験するために第２形
態の換気装置に接続された図４の人工患者を示す。
【図７】エーロゾル攻撃によりフィルターの効率を測定
するために用いられる装置の模式図である。
【符号の説明】
１０ 疎水性基材のシート １１ 親水性材料のシート ２０ 加湿器 ２１ 加湿器の第１出口 ２２ ゴム製肺 ２３ コネクターチューブ ２４，２７，２８ 逆止め弁 ２５ 加湿器の第２出口 ２６ Ｔ−コネクター ２９ 温度制御装置 ３０ Ｔ−コネクターからの出口 ３１ Ｙ−コネクターの幹 ３２ Ｙ−コネクター ３３ Ｙ−コネクターの第１枝 ３４，３７ チューブ ３５ 換気装置 ３６ Ｙ−コネクターの第２枝 ３８ 乾燥剤のハウジング ３９ 熱および水分交換フィルター ５０ 噴霧器 ５１，５７，５８ フィルター ５２，５６ 制御弁 ５３ 被験フィルター ５４ チューブ ５５ 空気流量計 ５９ 真空計 ６０ インピンジメントサンプラー ６１ 出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キース・スチュアート・モリス イギリス国ハンプシャー ピーオー18・８ ビービー，エムズワース，サウスボーン・ アベニュー 21，ブルックサイド・コテッ ジ (72)発明者 ロジャー・エドワード・ペイジ イギリス国ハンプシャー ピーオー11・０ ビービー，ヘイリング・アイランド，シー フロント 392 (72)発明者 リチャード・ガイ・ガトマン イギリス国サセックス ピーオー19・４キ ュージェイ，チチェスター，ファーンデー ル・ロード 29

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 呼吸用気体の供給源および呼気ラインに
    接続するための第１部分、ならびにこの気体を吸息およ
    び呼息する者に接続するための第２部分を有するハウジ
    ングからなり、このハウジングが第１部分と第２部分の
    間の流路内に連続配置された親水性基材のシートおよび
    疎水性基材のシートを収容し、親水性基材の方が流路内
    の第１部分に近接し、疎水性基材は微生物を除去するた
    めにアルコールバブルポイント７１０ｍｍ（２８イン
    チ）Ｈ2Ｏ以上を有する、熱および水分交換フィルタ
    ー。
  2. 【請求項２】 親水性基材のシートが疎水性基材のシー
    トと接触している、請求項１に記載のフィルター。
  3. 【請求項３】 シートが互いに接着されている、請求項
    ２に記載のフィルター。
  4. 【請求項４】 シートが互いに積層されている、請求項
    ２に記載のフィルター。
  5. 【請求項５】 疎水性基材が樹脂接着セラミック繊維で
    ある、請求項１−４のいずれかに記載のフィルター。
  6. 【請求項６】 親水性基材がセルロース材料である、請
    求項１−５のいずれかに記載のフィルター。
  7. 【請求項７】 フィルター基材のシートがひだ付けされ
    ている、請求項１−６のいずれかに記載のフィルター。
  8. 【請求項８】 ハウジングが周囲壁面およびハウジング
    の反対側の端それぞれにある２個のクロージャーにより
    囲まれたチャンバーからなり、一方のクロージャーは呼
    吸用気体の供給源および呼気ラインに接続するための部
    分を提供し、他方のクロージャーはこの気体を吸息およ
    び呼息する者に接続するための第２部分を構成し、ひだ
    付けされたシートはシートの一方側のひだが一方の部分
    に隣接し、シートの他方側のひだが他方の部分に隣接す
    る状態で該チャンバーを充填した、請求項７に記載のフ
    ィルター。
  9. 【請求項９】 親水性基材のシートが連続的である、請
    求項１−８のいずれかに記載のフィルター。
  10. 【請求項１０】 親水性基材のシートが、それを貫通し
    て伸びる間隔を置いた複数の平行なスリットを備えてい
    る、請求項１−８のいずれかに記載のフィルター。
  11. 【請求項１１】 フィルターが空気流量６０ ｌ／分に
    おいて３．０ｃｍＨ2Ｏを越えない圧力低下を示す、請
    求項１−１０のいずれかに記載のフィルター。
  12. 【請求項１２】 フィルターがエーロゾル攻撃試験によ
    り測定した場合に＞９９．９９９％のエーロゾル細菌除
    去効率を有する、請求項１−１１のいずれかに記載のフ
    ィルター。
  13. 【請求項１３】 フィルターが３２℃の温度で分時量７
    −１２ ｌ／分にわたって、水分損失（本明細書に定め
    るもの）７−１０ｍｇ／ｌを示す、請求項１−１２のい
    ずれかに記載のフィルター。
  14. 【請求項１４】 換気装置、この換気装置を請求項１−
    １３のいずれかに記載のフィルターの第１部分に接続す
    るチューブ、この第１部分から導出される呼気ライン、
    およびフィルターの第２部分から導出されるチューブか
    らなる、換気装置から気体を吸息および呼息する者が使
    用するための呼吸回路。
  15. 【請求項１５】 アルコールバブルポイント７１０ｍｍ
    （２８インチ）Ｈ2Ｏ以上を有し、かつ対向する２面を
    備えた疎水性基材のシートを用意し、対向する２面を備
    えた親水性基材のシートを用意し、そして疎水性基材の
    一方の面を親水性基材の一方の面に結合させることを含
    む、熱および水分交換フィルターの製造方法。
  16. 【請求項１６】 結合が接着よりなる、請求項１５に記
    載の方法。
  17. 【請求項１７】 結合が積層よりなる、請求項１５に記
    載の方法。
  18. 【請求項１８】 疎水性基材が樹脂接着セラミック繊維
    であり、親水性基材がセルロース材料である、請求項１
    ５−１７のいずれかに記載の方法。
  19. 【請求項１９】 フィルターが空気流６０ ｌ／分にお
    いて３．０ｃｍ Ｈ2Ｏを越えない圧力低下を示す、請
    求項１５−１８のいずれかに記載の方法。
  20. 【請求項２０】 さらに、結合されたシートをひだ付け
    することを含む、請求項１５−１９のいずれかに記載の
    方法。
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