JPS5814803B2 - 中空糸膜型物質移動器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半透膜あるいは多孔膜を使用した人工腎臓、人
工肺といった物質移動器、特に該膜が中空糸状をなした
ものを使用する、いわゆる中空糸膜型物質移動器の改良
に関するものである。

現在、特に人工腎臓として市販されている中空糸膜型透
析器は円筒状の外筒内に約１０，０００本程度の中空糸
膜が密に配置されており、さらに外筒に設けられた透析
液の入口ポートは外筒の中心軸に向かう方向に外筒内に
開口しているため、ポートから遠い位置にある膜部分迄
透析液が達することが困難であり、かつ中心部の中空糸
膜まで透析液が浸み入ることも抵抗の問題から之また困
難であった。

つまるところ従来技術において透析液入口ポート近傍に
おいてはポート開口部に近い個所である外周部の中空糸
膜だけしか実際には働いておらず、また出口ポート近傍
においては透析液が出口ポートに向かう最短距離を経路
として選択して流れてしまう為、開口部に近い個所の中
空糸だけしか働いていないというのが現状である。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであってその目
的とするところは流体入口ポート及び出口ポート近傍の
中空糸膜全体に流体を分散させることにある。

すなわち、本発明は、外筒と、該外筒内を通ってのびる
多数の中空糸膜と、該外筒内において該中空糸膜の内部
空間と該中空糸膜の外部空間を隔離する中空糸膜の両端
部に設けられた隔壁と、該中空糸膜の内部空間に連通す
る第１流体のための入口並びに出口通路と、該中空糸膜
の両端部近傍であって、該外筒に設けられかつ該中空糸
膜の外側に連通する第２流体のための入口並びに出口通
路を形成する入口ポート並びに出口ポートとから成る中
空糸膜型物質移動器において、該第２流体のための入口
ポート側の隔壁から少なくとも該入口ポートを越える外
筒端部部分の内壁横断面は略円形を呈し、該外筒端部部
分の中空糸膜が全体として呈する横断面も略円形であり
、かつ該外筒端部部分の内壁横断面は該中空糸膜横断面
よりも大きくなって環状空間を与えており、さらに該入
口ポートは該外筒端部部分の内壁横断面の接線方向に外
筒から突出しているとともに、該第２流体のための出口
ポート側の隔壁から少なくとも該出口ポートを越える外
筒端部部分の内壁横断面は該中空糸膜横断面よりも大き
くなって環状空間を与えており、さらに該環状空間の内
側には該中空糸膜の束の外側と接し、該外筒入口から少
なくとも該出口ポートを越える位置まで延びた環状リブ
を設けたことを特徴とする中空糸膜型物質移動器である
。

以下、本発明を図面に沿って詳述する。

図面中、同一部分については同一符号を付す。

第１図中、全体数字１で示されたものが、本発明の実施
例の中空糸膜型物質移動器である。

本器具は膜を介して第１流体と第２流体が接触すること
により物質移動を行なわせしめるものであって、人工腎
臓等の透析器、人工肺等のガス交換器として使用できる
ものである。

外筒２は好ましくは円筒形であり、その内部を目視でき
るように透明で硬質の合成樹脂、例えばアクリロニトリ
ルースチレン共重合樹脂で作られており、その内部には
人工腎臓透析器の場合、内径およそ２００乃至３００μ
程度の中空糸膜３・・・がおよそ１０，０００本程度通
ってのびている。

中空糸膜３・・・の両端部４，４には隔壁５，５が設け
られており、この隔壁によって外筒２内は中空糸膜の内
部空間と外部空間に仕切られることになる。

隔壁５，５は最も血液適合性の良好なポリウレタン樹脂
にて形成されることが望ましく、遠心成型法にて之を行
なうのが現在最も一般的である。

中空糸膜３・・・の内部空間に連通する第１流体のため
の入口、出口通路６，７は漏斗状の入口、出口ポート８
，９を固定キャップ１０，１１によって螺嵌緊締して隔
壁外表面に固定することで外部に対し集束的に形成され
ている。

外筒２には中空糸膜３・・・の外部空間に連通する第２
流体のための入口、出口通路を形成する入口ポート１２
、出口ポート１３が設けられる。

この入口、出口ポートは中空糸膜の両端部近傍である隔
壁の近くに設置され、入口ポート１２の内径は出口ポー
ト１３の内径より小さく、約３φに対し約６φ乃至８φ
程度とするのが、特に本器具を人工腎臓透析器に使用す
る際に望ましいものである。

これは、一定流量で環流する透析液において、流速をは
やめる結果となって、勢いよく飛散し、中空糸のすみず
みによく透析液がゆきとどくことになるからである。

外筒２の内壁横断面は、全域にわたって円形であること
が好ましく、本発明においては入口ポート１２側の隔壁
５から少なくとも該入口ポート１２を越える外筒端部部
分１４の内壁横断面は略円形を呈する必要がある。

さらに該部分１４の中空糸膜３・・・が全体として呈す
る横断面も略円形であり、かつ該部分１４の内壁横断面
は該中空糸膜横断面よりも大きくなって第２流体のため
の環状空間１５を与えている。

以上のことは第２図を参照すれば容易に理解できるとこ
ろである。

同様にエアートラップ空間のために出口ポート１３側の
外筒端部部分１６内にも該第２流体のための出口ポート
側の隔壁から少なくとも該出口ポートを越える外筒端部
部分の内壁横断面は該中空糸膜横断面よりも大きくなっ
て環状空間１７を与えており、さらに該環状空間の内側
には該中空糸膜の束の外側と接し、該外筒入口から少な
くとも該出口ポートを越える位置まで延びた環状リブ１
８を設け、血液入口ポート８側を真上に向くようにして
本器具を使用すれば、下から上がってくる透析液が出口
ポート１３に向かう最短距離を経路として選択すること
ができずに均一に上に吸い上げられリブの先端からあふ
れでてから出口ポート１３より排出される結果となって
、環状リブ１８の内壁面で密着支持された中空糸膜部分
を有効に利用できリブを設けないものに比較して実質的
に透析面積を増大させる効果がある。

外筒中央部分１９内の中空糸膜の充填密度は透析液の偏
流（チャネリング）を防止するために、許容できる抵抗
を考慮し、比較的密にするのが好ましく、通常、中空糸
膜の湿潤時において５０％前後がよい。

入口ポート１２は外筒端部部分１４の内壁横断面の接線
方向に外筒から突出するように設けられており、流入し
た透析液は外筒内壁に沿って回転するエネルギーが付与
されることになり第２図乃至第４図に示すように環状空
間１５内を矢印の如く回りながら中空糸膜束の中心部分
へ容易に浸み込んでゆくものである。

さらに第３図に端的に示されたように透析液の回転エネ
ルギーを有効に、透析液の中空糸膜束中心部分への浸み
込み力に換えるため、外筒端部部分１４の内壁に複数個
の突条２０・・・を設けることが望ましい。

該突条２０・・・は透析液が中空糸膜の中心部へ向かう
ような透析液の流れに沿った滑らかな斜面２１を有する
。

又、突条２０・・・を設けた理由と同様な理由で、第４
図に示したように環状空間の幅（ある個所における外筒
内壁と中空糸膜束の外周部までの最短距離）る透析液の
流入箇所から除々に小さくすることもよい。

以上、本発明の構成を一実施例を掲げて説明したが、そ
の作用について人工腎臓透析器を例にとって次に述べる
。

使用にあたって器具は入口ポート８が真上に向くように
固定される。

入口ポート８、出口ポート９には血液回路が接続されて
、ポンプ等の付属器具によって患者の血液は器具内を通
常２００ｍｌ／ｍｉｎで環流する。

一方、入口ポート１２、出口ポート１３には透析液（電
解質溶液）が通常５００ｍｌ／ｍｉｎの割合で流入、流
出するようにセットされる。

なお人工肺の場合であれば酸素ガスが環流する。

このように血液は中空糸膜の内部空間を、透析液は外部
空間を流れ、膜を介して透析が行なわれその両者の流れ
は向流である。

これは透析の場合、膜を介する物質移動は、純粋に濃度
勾配であり、血液から除去されるべき物質（尿素，クレ
アチニン）の透析液との濃度勾配を高くする必要がある
からである。

入口ポート１２から流入した透析液は外筒内壁に沿って
回転するエネルギーが付与され中空糸膜束の中心部分へ
浸み込んでゆき、全体にゆきわたったところで外筒内を
昇ってゆく。

さらに環状リブの先端からあふれだして出口ポートより
透析液は排出される。

次に実際に実験を行ない透析効率を測定したので、その
結果を次の通り表１に示す。

この実験は再生セルロース製の中空糸を７，０００本使
用し、内径３００μ（膨潤時：３３０μ）、外径３３２
μ（膨潤時：４０６μ）で有効透析面積約１．５ｍ、か
つ外筒中央部分１９の中空糸膜の膜膨潤時における充填
密度が５５％である透析器を使って行なったものであり
、次の表１で示す実施例は外筒内壁横断面に対して接線
方向に入口ポート１２が突出しており、比較例は通常の
直角方向のものである。

さらに両例とも入口・出口ポートの内径を各各３φ，８
φとし、環状リブを２２ｍｍ突出させたものを使用した
。

血液流量２００Ｔｔｌ／ｍｉｎ，透析液流量５００ｍｌ
／ｍｉｎと設定して行なった。

なお数値は各々１０例の平均を示す。

表１の結果より、実施例においては透析性能が安定し、
高くなっていることが判かる。

以上詳述した通り、本発明においては、中空糸膜の外部
空間を還流する第２流体の分散性がよく、特に中空糸膜
束の中心部まで透析液が浸み入りやすく、有効に中空糸
膜を利用できるという種々の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の一部破断側面図、第２図乃
至第４図は第１図のＡ−Ａ’線断面図である。 １・・・中空糸膜型物質移動器、２・・・外筒、３・・
・中空糸膜、４，４・・・中空糸膜の両端部、５，５・
・・隔壁、６・・・第１流体のための入口通路、７・・
・第１流体のための出口通路、１２・・・第２流体のた
めの入口ポート、１３・・・第２流体のための出口ポー
ト、１４，１６・・・外筒端部部分、１５．１７・・・
環状空間、２０・・・突条、２１・・・斜面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外筒と、該外筒内を通ってのびる多数の中空糸膜と
   、該外筒内において該中空糸膜の内部空間と該中空糸膜
   の外部空間を隔離する中空糸膜の両端部に設けられた隔
   壁と、該中空糸膜の内部空間に連通する第１流体のため
   の入口並びに出口通路と、該中空糸膜の両端部近傍であ
   って、該外筒に設けられかつ該中空糸膜の外側に連通す
   る第２流体のための入口並びに出口通路を形成する入口
   ポート並びに出口ポートとから成る中空糸膜型物質移動
   器において、該第２流体のための入口ポート側の隔壁か
   ら少なくとも該入口ポートを越える外筒端部部分の内壁
   横断面は略円形を呈し、該外筒端部部分の中空糸膜が全
   体として呈する横断面も略円形であり、かつ該外筒端部
   部分の内壁横断面は該中空糸膜横断面よりも大きくなっ
   て環状空間を与えており、さらに該入口ポートは該外筒
   端部部分の内壁横断面の接線方向に外筒から突出してい
   るとともに、該第２流体のための出口ポート側の隔壁か
   ら少なくとも該出口ポートを越える外筒端部部分の内壁
   横断面は該中空糸膜横断面よりも大きくなって環状空間
   を与えており、さらに該環状空間の内側には該中空糸膜
   の束の外側と接し、該外筒入口から少なくとも該出口ポ
   ートを越える位置まで延びた環状リブを設けたことを特
   徴とする中空糸膜型物質移動器。 ２ 第２流体のための入口ポートを越える外筒端部部分
   の内壁に複数個の突条を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の中空糸膜型物質移動器。 ３ 突条が、透析液が中空糸膜の中心部へ向かうような
   透析液の流れに沿った滑らかな斜面を有するものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の中空糸膜
   型物質移動器。 ４ 環状空間の幅が入口ポート開口から徐々に小さくな
   っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２
   項又は第３項記載の中空糸膜型物質移動器。