JPH09290020A - 気体交換装置 - Google Patents
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- JPH09290020A JPH09290020A JP8107524A JP10752496A JPH09290020A JP H09290020 A JPH09290020 A JP H09290020A JP 8107524 A JP8107524 A JP 8107524A JP 10752496 A JP10752496 A JP 10752496A JP H09290020 A JPH09290020 A JP H09290020A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型で、気体交換率が大きく、かつプライミ
ングボリュームの小さい、高性能の気体交換装置を得る
こと。 【解決手段】 複数本のシリコーン膜中空糸１を綾巻き
状に集束してなる中空糸モジュールＭ1 を、ハウジング
Ｈ1 の中に収納し、その中に、中空糸モジュールＭ1 の
内部灌流路と外部灌流路を形成するとともに、前記ハウ
ジングＨ1 に、前記内部灌流路に通ずる気体または液体
の第１入口Ａと第１出口Ｂを、前記外部灌流路に通ずる
液体または気体の第２入口Ｃと第２出口Ｄを、それぞれ
設けたことを特徴とする気体交換装置。
ングボリュームの小さい、高性能の気体交換装置を得る
こと。 【解決手段】 複数本のシリコーン膜中空糸１を綾巻き
状に集束してなる中空糸モジュールＭ1 を、ハウジング
Ｈ1 の中に収納し、その中に、中空糸モジュールＭ1 の
内部灌流路と外部灌流路を形成するとともに、前記ハウ
ジングＨ1 に、前記内部灌流路に通ずる気体または液体
の第１入口Ａと第１出口Ｂを、前記外部灌流路に通ずる
液体または気体の第２入口Ｃと第２出口Ｄを、それぞれ
設けたことを特徴とする気体交換装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、体外血液循環回
路に接続して人工肺としての使用をはじめ、液相−気相
間ガス交換器としての人工えら、液体、気体への酸素富
化器及び脱酸素器などに使用できる、シリコーン膜中空
糸を用いた気体交換装置に関すものである。
路に接続して人工肺としての使用をはじめ、液相−気相
間ガス交換器としての人工えら、液体、気体への酸素富
化器及び脱酸素器などに使用できる、シリコーン膜中空
糸を用いた気体交換装置に関すものである。
【０００２】
（従来例１）従来の気体交換装置としては、例えば膜型
人工肺（特公平３−６０５０８号）が知られている。
人工肺（特公平３−６０５０８号）が知られている。
【０００３】この膜型人工肺は、ガス流路を形成する貫
通した微細孔を有する多孔質ガス交換膜を介してガス交
換を行う膜型人工肺であって、その多孔質ガス交換膜の
微細孔に微粒子を保持させてガス流路の横断面積を低減
し、さらに微粒子または微粒子間に血液抗凝固剤を保有
させたものである。
通した微細孔を有する多孔質ガス交換膜を介してガス交
換を行う膜型人工肺であって、その多孔質ガス交換膜の
微細孔に微粒子を保持させてガス流路の横断面積を低減
し、さらに微粒子または微粒子間に血液抗凝固剤を保有
させたものである。
【０００４】この人工肺によれば、微細孔内に微粒子ま
たは微粒子間に血液抗凝固剤を保持することにより、長
期循環時における血液成分（例えば、水分、血漿）の漏
出を防止でき、かつガス交換膜表面部での血栓の発生を
防止できるので、少ないへパリン投与量で体外循環を行
うことができる。
たは微粒子間に血液抗凝固剤を保持することにより、長
期循環時における血液成分（例えば、水分、血漿）の漏
出を防止でき、かつガス交換膜表面部での血栓の発生を
防止できるので、少ないへパリン投与量で体外循環を行
うことができる。
【０００５】（従来例２）このほか、「シリコーン膜中
空糸（膜厚５０〜１５０μｍ）」を使用した気体交換装
置、例えば、抗血栓繊維型人工肺（特開昭６３−９７１
７２号）も知られている。
空糸（膜厚５０〜１５０μｍ）」を使用した気体交換装
置、例えば、抗血栓繊維型人工肺（特開昭６３−９７１
７２号）も知られている。
【０００６】この人工肺は、中空繊維膜の外表面に親水
性単量体をグラフト重合し、これをハウジング内に収納
して中空繊維膜の外側に血液を流すとともに、内側に酸
素含有気体を流すようにした中空繊維型のものである。
性単量体をグラフト重合し、これをハウジング内に収納
して中空繊維膜の外側に血液を流すとともに、内側に酸
素含有気体を流すようにした中空繊維型のものである。
【０００７】この人工肺によれば、親水性単量体をグラ
フト重合して抗血栓性処理をした中空繊維膜外表面と血
液とが接触するので、血栓が生成しにくい。
フト重合して抗血栓性処理をした中空繊維膜外表面と血
液とが接触するので、血栓が生成しにくい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例１の気
体交換装置にあっては、「多孔質中空糸」を使用し、血
漿流出（シーラムリーケージ）を防止するために、微細
孔内に微粒子等を保有させており、実施例２の気体交換
装置にあっては、膜厚の厚い「シリコーン膜中空糸」を
使用しているので、単位膜面積当たりの気体交換率が悪
い。
体交換装置にあっては、「多孔質中空糸」を使用し、血
漿流出（シーラムリーケージ）を防止するために、微細
孔内に微粒子等を保有させており、実施例２の気体交換
装置にあっては、膜厚の厚い「シリコーン膜中空糸」を
使用しているので、単位膜面積当たりの気体交換率が悪
い。
【０００９】このため、気体交換量を多くすると、装置
（人工肺）が大型になり、その結果、装置（人工肺）に
満たされる血液の量、つまり、プライミングボリューム
が大きくなる。逆に、プライミングボリュームを小さく
すると、装置は小型になるが、気体交換量が減少し、し
たがって、気体交換率が下がる、という問題があった。
（人工肺）が大型になり、その結果、装置（人工肺）に
満たされる血液の量、つまり、プライミングボリューム
が大きくなる。逆に、プライミングボリュームを小さく
すると、装置は小型になるが、気体交換量が減少し、し
たがって、気体交換率が下がる、という問題があった。
【００１０】この発明は、このような従来の問題点を解
決するためになされたもので、小型で、気体交換率が大
きく、かつプライミングボリュームの小さい、高性能の
気体交換装置を提供することを目的とする。
決するためになされたもので、小型で、気体交換率が大
きく、かつプライミングボリュームの小さい、高性能の
気体交換装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明が提供する気体
交換装置は、基本的には、図１に示す形状、構造になっ
ている。
交換装置は、基本的には、図１に示す形状、構造になっ
ている。
【００１２】すなわち、複数本のシリコーン膜中空糸１
を綾巻き状に集束してなる中空糸モジュールＭ1 を、ハ
ウジングＨ1 の中に収納し、その中に、中空糸モジュー
ルＭ1 の内部灌流路と外部灌流路を形成するとともに、
前記ハウジングＨ1 に、前記内部灌流路に通ずる気体ま
たは液体の第１入口Ａと第１出口Ｂを、前記外部灌流路
に通ずる液体または気体の第２入口Ｃと第２出口Ｄを、
それぞれ設けた構造になっている。
を綾巻き状に集束してなる中空糸モジュールＭ1 を、ハ
ウジングＨ1 の中に収納し、その中に、中空糸モジュー
ルＭ1 の内部灌流路と外部灌流路を形成するとともに、
前記ハウジングＨ1 に、前記内部灌流路に通ずる気体ま
たは液体の第１入口Ａと第１出口Ｂを、前記外部灌流路
に通ずる液体または気体の第２入口Ｃと第２出口Ｄを、
それぞれ設けた構造になっている。
【００１３】上記シリコーン膜中空糸１としては、例え
ば、本件出願人の先の出願（特願平７−１５９８９９
号）において提案した、下記（ａ）〜（ｅ）の組成分か
らなるシリコーンゴム組成物を用いた、外径が４００μ
ｍ以下、膜厚が５０μｍ以下、引張り荷重（Ｍ100 ）
（１００％モジュラス、すなわち、１００％延伸荷重）
が５ｇ以上の中空糸が使用される。
ば、本件出願人の先の出願（特願平７−１５９８９９
号）において提案した、下記（ａ）〜（ｅ）の組成分か
らなるシリコーンゴム組成物を用いた、外径が４００μ
ｍ以下、膜厚が５０μｍ以下、引張り荷重（Ｍ100 ）
（１００％モジュラス、すなわち、１００％延伸荷重）
が５ｇ以上の中空糸が使用される。
【００１４】（ａ）２５℃で１０，０００〜１０，００
０，０００ポイズの粘度を有する少なくとも２個のアル
ケニル基を含有するオルガノポリシロキサンを１００重
量部 （ｂ）下記式 Ｒ3 ＳｉＯ1/2 （式中、Ｒは炭素数１〜１０の非置換ま
たは置換一価炭化水素基を示す。） で示されるトリオルガノシロキシ単位及びＳｉＯ2 単位
とから本質的に構成され、ＳｉＯ2 単位に対するトリオ
ルガノシロキシ単位のモル比が０．６〜１．２の範囲で
あるオルガノポリシロキシサン共重合体を５〜５０重量
部 （ｃ）１分子当たり少なくとも２個のケイ素原子直結水
素原子を含有するオルガノ水素シロキサンを、（ａ），
（ｂ）成分のビニル基に対し０．５〜１０倍モルになる
ケイ素原子直結水素原子を供給する量 （ｄ）触媒量の白金または白金化合物 （ｅ）比表面積５０ｍ2 ／ｇ以上の微粉末シリカを１０
〜１５０重量部 上記シリコーン膜中空糸１の製造は、押し出し機のダイ
スとニップルの間から前記シリコーンゴム組成物を押し
出して加硫炉で加熱、加硫しながら延伸加工する際に、
ダイスとニップルの間から押し出されるチューブの断面
積Ｓ1 と延伸加工したチューブの断面積Ｓ2 の比であら
わされる延伸断面積Ｓ1 ：Ｓ2 を１：０．５を１：０．
０１とすることによって行われる。
０，０００ポイズの粘度を有する少なくとも２個のアル
ケニル基を含有するオルガノポリシロキサンを１００重
量部 （ｂ）下記式 Ｒ3 ＳｉＯ1/2 （式中、Ｒは炭素数１〜１０の非置換ま
たは置換一価炭化水素基を示す。） で示されるトリオルガノシロキシ単位及びＳｉＯ2 単位
とから本質的に構成され、ＳｉＯ2 単位に対するトリオ
ルガノシロキシ単位のモル比が０．６〜１．２の範囲で
あるオルガノポリシロキシサン共重合体を５〜５０重量
部 （ｃ）１分子当たり少なくとも２個のケイ素原子直結水
素原子を含有するオルガノ水素シロキサンを、（ａ），
（ｂ）成分のビニル基に対し０．５〜１０倍モルになる
ケイ素原子直結水素原子を供給する量 （ｄ）触媒量の白金または白金化合物 （ｅ）比表面積５０ｍ2 ／ｇ以上の微粉末シリカを１０
〜１５０重量部 上記シリコーン膜中空糸１の製造は、押し出し機のダイ
スとニップルの間から前記シリコーンゴム組成物を押し
出して加硫炉で加熱、加硫しながら延伸加工する際に、
ダイスとニップルの間から押し出されるチューブの断面
積Ｓ1 と延伸加工したチューブの断面積Ｓ2 の比であら
わされる延伸断面積Ｓ1 ：Ｓ2 を１：０．５を１：０．
０１とすることによって行われる。
【００１５】中空糸モジュールＭ1 は、例えば、図１に
示すように、シリコーン膜中空糸１を巻き芯２に、交差
角（θ）３０〜１６０度で綾巻きして両端部の中空糸相
互間をシリコーン樹脂で密封シールし、しかるのち、そ
の両端シール部を径方向に切断してシリコーン膜中空糸
１の両端末を開口させることによって作られる。したが
って、中空糸モジュールＭ1 は、一定の長さのシリコー
ン膜中空糸１が巻き芯２を中心に綾巻き状に集束された
形状なっている。中空糸モジュールＭ1 の断面形状は円
形である。
示すように、シリコーン膜中空糸１を巻き芯２に、交差
角（θ）３０〜１６０度で綾巻きして両端部の中空糸相
互間をシリコーン樹脂で密封シールし、しかるのち、そ
の両端シール部を径方向に切断してシリコーン膜中空糸
１の両端末を開口させることによって作られる。したが
って、中空糸モジュールＭ1 は、一定の長さのシリコー
ン膜中空糸１が巻き芯２を中心に綾巻き状に集束された
形状なっている。中空糸モジュールＭ1 の断面形状は円
形である。
【００１６】シリコーン膜中空糸１は、外径４００μｍ
以下、膜厚５０μｍ以下の範囲において、内径と外径が
それぞれ同一のものを１種類使用してもよいし、内径が
同一で、外径が異なるものを複数種類使用してもよい。
以下、膜厚５０μｍ以下の範囲において、内径と外径が
それぞれ同一のものを１種類使用してもよいし、内径が
同一で、外径が異なるものを複数種類使用してもよい。
【００１７】シリコーン膜中空糸１の集束密度は、均一
であってもよいし、不均一であってもよい。シリコーン
膜中空糸１のハウジングＨ1 の内容積に対する容積比率
（中空糸膜充填量）は１０〜７０％が好ましい。
であってもよいし、不均一であってもよい。シリコーン
膜中空糸１のハウジングＨ1 の内容積に対する容積比率
（中空糸膜充填量）は１０〜７０％が好ましい。
【００１８】ハウジングＨ1 は、図１に示すように、円
筒の両端開口部を閉塞した断面形状が円形の円筒体で、
第１入口Ａと第１出口ＢはハウジングＨ1 の両端壁にそ
れぞれ設けられている。第２入口Ｃと第２出口Ｄはハウ
ジングＨ1 の側壁に長さ方向に一定の間隔をおいて径方
向に１８０度間隔で設けられている。ハウジングＨ
1は、断面形状が楕円形であってもよい。この場合、中
空糸モジュールＭ1 の断面形状も、ハウジングＨ1 に合
わせて楕円形にする。
筒の両端開口部を閉塞した断面形状が円形の円筒体で、
第１入口Ａと第１出口ＢはハウジングＨ1 の両端壁にそ
れぞれ設けられている。第２入口Ｃと第２出口Ｄはハウ
ジングＨ1 の側壁に長さ方向に一定の間隔をおいて径方
向に１８０度間隔で設けられている。ハウジングＨ
1は、断面形状が楕円形であってもよい。この場合、中
空糸モジュールＭ1 の断面形状も、ハウジングＨ1 に合
わせて楕円形にする。
【００１９】中空糸モジュールＭ1 は、ハウジングＨ1
の中に収納され、その両端部のシール部３とハウジング
Ｈ1 の間がシリコーン樹脂でシールされている。そし
て、巻き芯２の両端はシリコーン樹脂で閉塞されてい
る。
の中に収納され、その両端部のシール部３とハウジング
Ｈ1 の間がシリコーン樹脂でシールされている。そし
て、巻き芯２の両端はシリコーン樹脂で閉塞されてい
る。
【００２０】収納状態においては、上述のように、ハウ
ジングＨ1 の中に中空糸モジュールＭ1 の内部灌流路と
外部灌流路が形成されている。内部灌流路は、シリコー
ン膜中空糸１の中に形成される流路で、第１入口Ａと第
２出口Ｂに通じている。外部灌流路は、シリコーン膜中
空糸の外に形成される流路で、第２入口Ｃと第２出口Ｄ
に通じている。
ジングＨ1 の中に中空糸モジュールＭ1 の内部灌流路と
外部灌流路が形成されている。内部灌流路は、シリコー
ン膜中空糸１の中に形成される流路で、第１入口Ａと第
２出口Ｂに通じている。外部灌流路は、シリコーン膜中
空糸の外に形成される流路で、第２入口Ｃと第２出口Ｄ
に通じている。
【００２１】図２〜図９に示す気体交換装置は、図１の
変形例を例示したものである。この発明は、これらの構
成も包含する。
変形例を例示したものである。この発明は、これらの構
成も包含する。
【００２２】図２と図３の気体交換装置は、それらのハ
ウジングＨ2 とＨ3 の形状が図１と異なる。すなわち、
図１のハウジングＨ1 を湾曲させてへの字形とＵ字形に
した例である。
ウジングＨ2 とＨ3 の形状が図１と異なる。すなわち、
図１のハウジングＨ1 を湾曲させてへの字形とＵ字形に
した例である。
【００２３】図４，図５及び図６の気体交換装置は、そ
れらのハウジングＨ4 、Ｈ5 及びＨ6 を、長さ方向の径
が一端から他端にかけて漸減する形状にした例である。
れらのハウジングＨ4 、Ｈ5 及びＨ6 を、長さ方向の径
が一端から他端にかけて漸減する形状にした例である。
【００２４】図２〜図６の気体交換装置に使用する中空
糸モジュールＭ2 、Ｍ3 、Ｍ5 、Ｍ6 は、その巻き芯を
抜き取ってからハウジングＨ2 、Ｈ3 、Ｈ5 とＨ6 に収
納される。また、図４〜図６の中空糸モジュールＭ4 〜
Ｍ6 を綾巻きする場合には、径の小さい方の集束密度を
相対的に大きくする。
糸モジュールＭ2 、Ｍ3 、Ｍ5 、Ｍ6 は、その巻き芯を
抜き取ってからハウジングＨ2 、Ｈ3 、Ｈ5 とＨ6 に収
納される。また、図４〜図６の中空糸モジュールＭ4 〜
Ｍ6 を綾巻きする場合には、径の小さい方の集束密度を
相対的に大きくする。
【００２５】図７は、図１の気体交換装置を、隔壁６を
介して、２個連結した直列構造のものである。図中、
Ａ，Ｅは第１入口、Ｂ，Ｆは第１出口、Ｃ，Ｇは第２入
口、Ｄ，Ｈは第２出口である。
介して、２個連結した直列構造のものである。図中、
Ａ，Ｅは第１入口、Ｂ，Ｆは第１出口、Ｃ，Ｇは第２入
口、Ｄ，Ｈは第２出口である。
【００２６】直列構造の気体交換装置は、例えば、次の
ように利用できる。すなわち、一方の装置の第１入口Ｅ
を閉じて第１出口Ｆにおいて減圧することにより、第２
入口Ｇから導入して第２出口Ｈから排出する静脈血の中
のＣＯ2 ，Ｎ2 ，Ｏ2 の各ガスを抜き取る。そして、こ
れを他方の装置の第２入口Ｃに導いて第１入口Ａから導
入したＮ2 ，Ｏ2 ガスと微量のＣＯ2 を供給して動脈血
とし、これを第２出口Ｄから取り出すことができる。
ように利用できる。すなわち、一方の装置の第１入口Ｅ
を閉じて第１出口Ｆにおいて減圧することにより、第２
入口Ｇから導入して第２出口Ｈから排出する静脈血の中
のＣＯ2 ，Ｎ2 ，Ｏ2 の各ガスを抜き取る。そして、こ
れを他方の装置の第２入口Ｃに導いて第１入口Ａから導
入したＮ2 ，Ｏ2 ガスと微量のＣＯ2 を供給して動脈血
とし、これを第２出口Ｄから取り出すことができる。
【００２７】図８の気体交換装置は、中空糸モジュール
Ｍ7 の巻き芯４を延長してハウジングＨ7 の外に出し、
これを外部灌流路に通ずる第２入口Ｃとし、ここから巻
き芯４に設けた穴５を通して液体または気体を外部灌流
路に導入して第２出口Ｄから排出するように構成したも
のである。
Ｍ7 の巻き芯４を延長してハウジングＨ7 の外に出し、
これを外部灌流路に通ずる第２入口Ｃとし、ここから巻
き芯４に設けた穴５を通して液体または気体を外部灌流
路に導入して第２出口Ｄから排出するように構成したも
のである。
【００２８】図９の気体交換装置は、図７の直列構造の
気体交換装置における左側の装置を、図８の気体交換装
置に置き換えた構造のものである。
気体交換装置における左側の装置を、図８の気体交換装
置に置き換えた構造のものである。
【００２９】図２〜図９に示す気体交換装置の上記以外
の構成は、図１に示すそれと本質的に異なるところはな
い。
の構成は、図１に示すそれと本質的に異なるところはな
い。
【００３０】
（１）この発明においては、外径が４００μｍ以下、膜
厚が５０μｍ以下、引張り荷重（Ｍ100 ）が５ｇ以上の
細くて膜厚が薄く、かつ充分な強度を有するシリコーン
膜中空糸を使用するので、同中空糸１を綾巻きする場合
に、テンションをかけても、伸びや巻き締めが生じなく
なる。
厚が５０μｍ以下、引張り荷重（Ｍ100 ）が５ｇ以上の
細くて膜厚が薄く、かつ充分な強度を有するシリコーン
膜中空糸を使用するので、同中空糸１を綾巻きする場合
に、テンションをかけても、伸びや巻き締めが生じなく
なる。
【００３１】このため、中空糸モジュールを任意の密度
で形成することができる。また、ハウジングの内容積に
対するシリコーン膜中空糸の容積比率を任意に設定でき
る。このとき、異なるサイズの中空糸を用いれば、集束
密度を変えたのと同じ効果が得られる。
で形成することができる。また、ハウジングの内容積に
対するシリコーン膜中空糸の容積比率を任意に設定でき
る。このとき、異なるサイズの中空糸を用いれば、集束
密度を変えたのと同じ効果が得られる。
【００３２】また、この発明においては、中空糸モジュ
ールにおけるシリコーン膜中空糸の集束密度と交差角と
ハウジングの内容積に対する容積比率（中空糸膜充填
量）を任意に設定できるとともに、ハウジングの形状を
任意に設定できる。
ールにおけるシリコーン膜中空糸の集束密度と交差角と
ハウジングの内容積に対する容積比率（中空糸膜充填
量）を任意に設定できるとともに、ハウジングの形状を
任意に設定できる。
【００３３】このため、内部、外部灌流路における気体
または液体の流れ、特に、外部灌流路における気体また
は液体の乱流を任意に制御して気体交換率を上げること
ができる。
または液体の流れ、特に、外部灌流路における気体また
は液体の乱流を任意に制御して気体交換率を上げること
ができる。
【００３４】したがって、この発明によれば、ハウジン
グの単位容積当たりの気体交換率を上げることができ
る。また、気体交換率を上げることができるので、装置
を小型にすることができるとともに、プライミングボリ
ュームを小さくすることができる。
グの単位容積当たりの気体交換率を上げることができ
る。また、気体交換率を上げることができるので、装置
を小型にすることができるとともに、プライミングボリ
ュームを小さくすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例によって説明する。
施例によって説明する。
【００３６】実施例では、気体交換装置として、図１に
示す構成の人工肺を、下記の要領で製作して、ｉｎ−ｖ
ｉｔｒｏ評価を行ったところ、下記の結果を得た。
示す構成の人工肺を、下記の要領で製作して、ｉｎ−ｖ
ｉｔｒｏ評価を行ったところ、下記の結果を得た。
【００３７】Ａ．人工肺の製作 上述した（ａ）〜（ｅ）の組成からなるシリコーンゴム
組成物を用いた、外径が４００μｍ、膜厚が５０μｍ、
引張り荷重（Ｍ100 ）が５ｇのシリコーン膜中空糸１を
綾巻き状に集束して下記のＩ型とII型の中空糸モジュー
ルＭ1 を作り、これらを下記のＩ型とII型のハウジング
Ｈ1 の中にそれぞれ収納し、それぞれのハウジングＨ1
の中に、第１入口Ａと第１出口Ｂに通ずる内部灌流路と
第２入口Ｃと第２出口Ｄに通ずる外部灌流路を形成し
た。
組成物を用いた、外径が４００μｍ、膜厚が５０μｍ、
引張り荷重（Ｍ100 ）が５ｇのシリコーン膜中空糸１を
綾巻き状に集束して下記のＩ型とII型の中空糸モジュー
ルＭ1 を作り、これらを下記のＩ型とII型のハウジング
Ｈ1 の中にそれぞれ収納し、それぞれのハウジングＨ1
の中に、第１入口Ａと第１出口Ｂに通ずる内部灌流路と
第２入口Ｃと第２出口Ｄに通ずる外部灌流路を形成し
た。
【００３８】Ｉ型の中空糸モジュール：外径８mmの巻き
芯２を中心にシリコーン膜中空糸１を、４０００本、交
差角（θ）１２０度で綾巻き状に均一に集束した、外径
５０mm、長さ２００mm、両端のシール部３の長さ５mmの
円筒型のモジュール II型の中空糸モジュール：外径８mmの巻き芯２を中心に
シリコーン膜中空糸１を、４６００本、交差角θ１２０
度で綾巻き状に均一に集束した、外径５７mm、長さ２０
０mm、両端のシール部３の長さ８mmの円筒型の中空糸モ
ジュール Ｉ型のハウジング：内径４８mmφ、長さ２００mmのポリ
カーボネイト製の両端閉塞の円筒容器で、第１入口Ａと
第１出口Ｂ及び第２入口Ｃと第２出口Ｄを設けたハウジ
ング II型のハウジング：内径５５mmφ、長さ２００mmのポリ
カーボネイト製の両端閉塞の円筒容器で、第１入口Ａと
第１出口Ｂ及び第２入口Ｃと第２出口Ｄを設けたハウジ
ング Ｉ型，II型の各中空糸モジュールＭ1 は、外形８mmの巻
き芯２に交差角（θ）１２０度でシリコーン膜中空糸１
を綾巻きし、両端部の中空糸相互間をシリコーン樹脂で
密封シールしてから、その両端シール部を径方向に切断
することによって形成した。
芯２を中心にシリコーン膜中空糸１を、４０００本、交
差角（θ）１２０度で綾巻き状に均一に集束した、外径
５０mm、長さ２００mm、両端のシール部３の長さ５mmの
円筒型のモジュール II型の中空糸モジュール：外径８mmの巻き芯２を中心に
シリコーン膜中空糸１を、４６００本、交差角θ１２０
度で綾巻き状に均一に集束した、外径５７mm、長さ２０
０mm、両端のシール部３の長さ８mmの円筒型の中空糸モ
ジュール Ｉ型のハウジング：内径４８mmφ、長さ２００mmのポリ
カーボネイト製の両端閉塞の円筒容器で、第１入口Ａと
第１出口Ｂ及び第２入口Ｃと第２出口Ｄを設けたハウジ
ング II型のハウジング：内径５５mmφ、長さ２００mmのポリ
カーボネイト製の両端閉塞の円筒容器で、第１入口Ａと
第１出口Ｂ及び第２入口Ｃと第２出口Ｄを設けたハウジ
ング Ｉ型，II型の各中空糸モジュールＭ1 は、外形８mmの巻
き芯２に交差角（θ）１２０度でシリコーン膜中空糸１
を綾巻きし、両端部の中空糸相互間をシリコーン樹脂で
密封シールしてから、その両端シール部を径方向に切断
することによって形成した。
【００３９】Ｉ型、II型の中空糸モジュールＭ1 を構成
するシリコーン膜中空糸１のハウジングＨ1 に対する容
積比率（中空糸膜充填量）は約３５％である。また、有
効膜面積はＩ型の中空糸モジュールで１．６ｍ2 、II型
の中空糸モジュールで２ｍ2であった。
するシリコーン膜中空糸１のハウジングＨ1 に対する容
積比率（中空糸膜充填量）は約３５％である。また、有
効膜面積はＩ型の中空糸モジュールで１．６ｍ2 、II型
の中空糸モジュールで２ｍ2であった。
【００４０】上記シリコーン膜中空糸１の膜の破断強度
は、９５０〜１２００ｇ／mm2 であり、従来のシリコー
ン膜中空糸のそれに比べ、約２倍であった。
は、９５０〜１２００ｇ／mm2 であり、従来のシリコー
ン膜中空糸のそれに比べ、約２倍であった。
【００４１】Ｉ型とII型の中空糸モジュールＭ1 の内部
灌流路と外部灌流路は、ハウジングＨ1 と中空糸モジュ
ールＭ1 のシール部３との間をシリコーン樹脂でシール
するとともに、巻き芯２の両端部をシリコーン樹脂で閉
塞することによって形成した。
灌流路と外部灌流路は、ハウジングＨ1 と中空糸モジュ
ールＭ1 のシール部３との間をシリコーン樹脂でシール
するとともに、巻き芯２の両端部をシリコーン樹脂で閉
塞することによって形成した。
【００４２】中空糸モジュールＭ1 のハウジングＨ1 へ
の収納状態においては、Ｉ型、II型いずれの場合も、ハ
ウジングＨ1 の中に中空糸モジュールＭ1 の内部灌流路
と外部灌流路が形成される。そして、第１入口Ａと第１
出口Ｂは内部灌流路の出入口となり、第２入口Ｃと第２
出口Ｄは外部灌流路の出入口となる。
の収納状態においては、Ｉ型、II型いずれの場合も、ハ
ウジングＨ1 の中に中空糸モジュールＭ1 の内部灌流路
と外部灌流路が形成される。そして、第１入口Ａと第１
出口Ｂは内部灌流路の出入口となり、第２入口Ｃと第２
出口Ｄは外部灌流路の出入口となる。
【００４３】実施例においては、上述のようにして構成
したＩ型の中空糸モジュールとＩ型のハウジングからな
るＩ型の人工肺を３本、II型の中空糸モジュールとII型
のハウジングからなるII型の人工肺を３本、それぞれ製
作し、次のｉｎ−ｖｉｔｒｏ評価に供した。
したＩ型の中空糸モジュールとＩ型のハウジングからな
るＩ型の人工肺を３本、II型の中空糸モジュールとII型
のハウジングからなるII型の人工肺を３本、それぞれ製
作し、次のｉｎ−ｖｉｔｒｏ評価に供した。
【００４４】Ｂ．人工肺のｉｎ−ｖｉｔｒｏ評価 製作したＩ型の人工肺とII型の人工肺のｉｎ−ｖｉｔｒ
ｏ評価を行った。ｉｎ−ｖｉｔｒｏ評価は、新鮮な牛の
血液を用いて行った。すなわち、採取時に抗凝固剤とし
てＡＣＤ−Ａ液を加えた牛の血液を２０リットル用意
し、これを市販の人工肺で標準静脈血として、ｉｎ−ｖ
ｉｔｒｏ評価に供した。
ｏ評価を行った。ｉｎ−ｖｉｔｒｏ評価は、新鮮な牛の
血液を用いて行った。すなわち、採取時に抗凝固剤とし
てＡＣＤ−Ａ液を加えた牛の血液を２０リットル用意
し、これを市販の人工肺で標準静脈血として、ｉｎ−ｖ
ｉｔｒｏ評価に供した。
【００４５】血液は、外部灌流路に通し、酸素（ガス）
は内部灌流路に供給した。
は内部灌流路に供給した。
【００４６】血液回路は、内径３／８インチのチューブ
を第２入口Ｃと第２出口Ｄに連結して構成し、その入口
Ｃと出口Ｄの近傍に採血及び圧力測定用のポートを設け
た。血液の循環はチューブに設けたローラーポンプにて
行った。
を第２入口Ｃと第２出口Ｄに連結して構成し、その入口
Ｃと出口Ｄの近傍に採血及び圧力測定用のポートを設け
た。血液の循環はチューブに設けたローラーポンプにて
行った。
【００４７】血液流量は、１，２，３ l/minにて灌流
し、酸素流量は、Ｉ型の人工肺では、血液流量（Ｑ）に
対する酸素流量（Ｖ）の比（Ｖ／Ｑ）で１及び２にて灌
流し、II型の人工肺では、１にて灌流した。
し、酸素流量は、Ｉ型の人工肺では、血液流量（Ｑ）に
対する酸素流量（Ｖ）の比（Ｖ／Ｑ）で１及び２にて灌
流し、II型の人工肺では、１にて灌流した。
【００４８】評価は１回灌流法にて行った。人工肺の血
液の循環で採血した血液は、コーニング社製の血液ガス
分析器で分析して血液ガス性状を求めた。
液の循環で採血した血液は、コーニング社製の血液ガス
分析器で分析して血液ガス性状を求めた。
【００４９】酸素移動量と炭酸ガス移動量は、血液ガス
分析器の分析によって得られた酸素分圧、炭酸ガス分
圧、ｐＨ等の値をもとに算出した。
分析器の分析によって得られた酸素分圧、炭酸ガス分
圧、ｐＨ等の値をもとに算出した。
【００５０】参考のために、Ｉ型，II型の人工肺の各１
本について、第２入口Ｃと第２出口Ｄにより圧力の測定
を行い、圧力損失を求めた。
本について、第２入口Ｃと第２出口Ｄにより圧力の測定
を行い、圧力損失を求めた。
【００５１】シリコーン膜中空糸の機械的強度の参考と
するために、血液側とガス側に水を充填し、血液側に５
００mmHgの圧力を付加することにより、ガス側の体積変
化を充填した水のオーバーフローの量より求めた。ま
た、同様に、ガス側へも圧力を付加し、血液側の体積変
化を求めた。
するために、血液側とガス側に水を充填し、血液側に５
００mmHgの圧力を付加することにより、ガス側の体積変
化を充填した水のオーバーフローの量より求めた。ま
た、同様に、ガス側へも圧力を付加し、血液側の体積変
化を求めた。
【００５２】Ｃ．評価結果 図１０及び図１１は気体交換能を示す。酸素移動量に関
しては、Ｉ型，II型のいずれの人工肺も、各流量の第２
出口Ｄ側の酸素飽和度は９９〜１００％を示した。炭酸
ガス移動量は、Ｉ型の人工肺では、血液流量３ l/minの
とき、Ｖ／Ｑ＝１にて、１１０±２ml/min、Ｖ／Ｑ＝２
にて、１４３±３ml/minであり、気体流量を増加させる
ことで、移動量が３０％上昇した。
しては、Ｉ型，II型のいずれの人工肺も、各流量の第２
出口Ｄ側の酸素飽和度は９９〜１００％を示した。炭酸
ガス移動量は、Ｉ型の人工肺では、血液流量３ l/minの
とき、Ｖ／Ｑ＝１にて、１１０±２ml/min、Ｖ／Ｑ＝２
にて、１４３±３ml/minであり、気体流量を増加させる
ことで、移動量が３０％上昇した。
【００５３】一方、II型の人工肺では、同様の血液流量
にて、１６１±９ml/minの炭酸ガス移動量を示した。
にて、１６１±９ml/minの炭酸ガス移動量を示した。
【００５４】圧力損失は、Ｉ型、II型の人工肺とも、血
液流量に比例して上昇し、各々３ l/minの血液流量で
は、１９６．６４mmHgを示した。
液流量に比例して上昇し、各々３ l/minの血液流量で
は、１９６．６４mmHgを示した。
【００５５】血液充填量（プライミングボリューム）
は、Ｉ型の人工肺で１５０ml、II型の人工肺で２４０ml
であった。圧力付加による血液充填量の変化の計測で
は、５００mmHgの付加圧における気体側、血液側の体積
変化量は、Ｉ型、II型いずれも、０．２〜０．３ml程度
であり、血液充填量の０．１％程度の量であった。
は、Ｉ型の人工肺で１５０ml、II型の人工肺で２４０ml
であった。圧力付加による血液充填量の変化の計測で
は、５００mmHgの付加圧における気体側、血液側の体積
変化量は、Ｉ型、II型いずれも、０．２〜０．３ml程度
であり、血液充填量の０．１％程度の量であった。
【００５６】予備的に行った気体による耐圧試験では、
５ｋｇ／ｃｍ2 （約３，７６０mmHg）の圧力まで人工肺
の気体側へ付加したが、膜の破裂等は確認されなかっ
た。
５ｋｇ／ｃｍ2 （約３，７６０mmHg）の圧力まで人工肺
の気体側へ付加したが、膜の破裂等は確認されなかっ
た。
【００５７】Ｉ型、II型の人工肺による評価では、気体
交換能に関し、評価を行った血流領域において市販の多
孔質ポリプロピレン膜中空糸の人工肺との差は見られ
ず、良好な性能を示した。また、従来の膜面積５〜７ｍ
2 を有するシリコーン膜中空糸の人工肺と比較しても、
約１／３の膜面積にて同等以上の気体交換能を示した。
交換能に関し、評価を行った血流領域において市販の多
孔質ポリプロピレン膜中空糸の人工肺との差は見られ
ず、良好な性能を示した。また、従来の膜面積５〜７ｍ
2 を有するシリコーン膜中空糸の人工肺と比較しても、
約１／３の膜面積にて同等以上の気体交換能を示した。
【００５８】Ｄ：結論 上述のｉｎ−ｖｉｔｒｏ評価とその結果から以下の結論
を得た。
を得た。
【００５９】（１）シリコーン膜中空糸１を用いた人工
肺は、ポリプロピレン多孔質中空糸を用いた人工肺と同
等の気体交換能を示し人工肺として十分な性能を有する
ことが確認された。
肺は、ポリプロピレン多孔質中空糸を用いた人工肺と同
等の気体交換能を示し人工肺として十分な性能を有する
ことが確認された。
【００６０】（２）シリコーン膜中空糸１は、従来のシ
リコーン膜中空糸に比較して約１／２のサイズであるた
め、従来のシリコーン膜中空糸を用いた人工肺に比較し
て、同体積のハウジングであれば、その中に、２倍近い
膜面積を得ることが可能になった。
リコーン膜中空糸に比較して約１／２のサイズであるた
め、従来のシリコーン膜中空糸を用いた人工肺に比較し
て、同体積のハウジングであれば、その中に、２倍近い
膜面積を得ることが可能になった。
【００６１】このため、Ｉ型、II型いずれの人工におい
ても、ハウジングの単位容積当たりの気体交換率を上げ
ることができるともに、プライミングボリュームを小さ
くすることができた。したがって、小型化も可能になっ
た。
ても、ハウジングの単位容積当たりの気体交換率を上げ
ることができるともに、プライミングボリュームを小さ
くすることができた。したがって、小型化も可能になっ
た。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、上述のような構成としたので、小型で、気体交換率
が大きく、かつプライミングボリュームの小さい、高性
能の気体交換装置を得ることができる。
ば、上述のような構成としたので、小型で、気体交換率
が大きく、かつプライミングボリュームの小さい、高性
能の気体交換装置を得ることができる。
【図１】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図２】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図３】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図４】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図５】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図６】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図７】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図８】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図９】 この発明に係る気体交換装置の構成を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図１０】 実施例の気体交換装置の気体交換能を示す
グラフ
グラフ
【図１１】 実施例の気体交換装置の気体交換能を示す
グラフ
グラフ
Ｈ1 〜Ｈ6 ハウジング Ｍ1 〜Ｍ6 中空糸モジュール Ａ，Ｅ 第１入口 Ｂ，Ｆ 第１出口 Ｃ，Ｇ 第２入口 Ｄ，Ｈ 第２出口 Ｓ 閉塞部 １ シリコーン膜中空糸 ２，４ 巻き芯 ３ シール部 ５ 穴 ６ 隔壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 正徳 神奈川県横浜市戸塚区秋葉町472番地 富 士システムズ株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 複数本のシリコーン膜中空糸を綾巻き状
に集束してなる中空糸モジュールを、ハウジングの中に
収納し、その中に、中空糸モジュールの内部灌流路と外
部灌流路を形成するとともに、前記ハウジングに、前記
内部灌流路に通ずる気体または液体の第１入口と第１出
口を、前記外部灌流路に通ずる液体または気体の第２入
口と第２出口を、それぞれ設けたことを特徴とする気体
交換装置。 - 【請求項２】 前記シリコーン膜中空糸は、（ａ）２５
℃で１０，０００〜１０，０００，０００ポイズの粘度
を有する少なくとも２個のアルケニル基を含有するオル
ガノポリシロキサンを１００重量部、（ｂ）下記式 Ｒ3 ＳｉＯ1/2 （式中、Ｒは炭素数１〜１０の非置換ま
たは置換一価炭化水素基を示す。） で示されるトリオルガノシロキシ単位及びＳｉＯ2 単位
とから本質的に構成され、ＳｉＯ2 単位に対するトリオ
ルガノシロキシ単位のモル比が０．６〜１．２の範囲で
あるオルガノポリシロキシサン共重合体を５〜５０重量
部、（ｃ）１分子当たり少なくとも２個のケイ素原子直
結水素原子を含有するオルガノ水素シロキサンを、
（ａ），（ｂ）成分のビニル基に対し０．５〜１０倍モ
ルになるケイ素原子直結水素原子を供給する量、（ｄ）
触媒量の白金または白金化合物、（ｅ）比表面積５０ｍ
2 ／ｇ以上の微粉末シリカを１０〜１５０重量部、含有
するシリコーン膜組成物を用いた、外径が４００μｍ以
下、膜厚が５０μｍ以下、１００％延伸荷重が５ｇ以上
である請求項１記載の気体交換装置。 - 【請求項３】 前記中空糸モジュールを形成するシリコ
ーン膜中空糸の寸法と集束密度が均一または不均一であ
り、ハウジングの内容積に対するシリコーン膜中空糸の
容積比率が１０〜７０％であり、前記中空糸モジュール
を形成する綾巻き状に集束されたシリコーン膜中空糸の
交差角が３０〜１６０度であり、前記ハウジングが両端
を閉塞した真直ぐな筒状体または湾曲ないし屈曲した筒
状体である請求項１または２記載の気体交換装置。
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