JPS60249967A - 中空繊維膜型人工肺およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １０発明の背景 技術分野 本発明は、中空繊維膜型人工肺およびその製造方法に関
する。

先行技術 一般に心臓手術等において、患者の血液を体外に導き、
これに酸素を添加するために、体外循環回路内に中空繊
維膜型人工肺が用いられている。

このような人工肺において使用される中空繊維膜として
は、均質膜と多孔質膜の２種類がある。

均質膜はシリコーン膜を用いるので、強度的に膜圧を１
００μｓ以下にすることができず、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。　また飲方本
束ねたときに装置が大型化しブライミング量の増大をき
たし、また、加工性が悪くコストが高いという欠点があ
る。

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、体積流として細孔を通
過する。　そして、例えば、マ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。

しかしながら、多孔質膜は水蒸気の透過性が高いので結
露水によって性能が低下するだけなく、長期間血液を循
環させて使用すると、血漿が漏出する場合があった。

このような多孔質膜の諸欠点を解消するために、直径１
０ミクロン以下の貫通した微細孔を有する側壁をもつ中
空繊維基体の側壁に、メチルハイドロジエンポリシロキ
サンの非通気性の薄膜を形成させてなる中空＃ｌｉ＃膜
が提案されている（特公昭５４−１７０５２号）。

しかしながら、このような中空繊維膜は、中空繊維基体
の微細孔内だけでなく、中空繊維基体の内外両表面にも
メチルハイドロジエンポリシロキサンの被膜が形成され
るために、その分だけ中空繊維基体の中空内径が小さく
なるので交換能力が低下する。　また、その小さくなる
分だけ微細孔内に充填されるメチルハイドロジエンポリ
シロキサンの量（充填厚み）が増大するので、酸素、炭
酸ガス等のガス透過率が低いという欠点があった。

また、前記中空ｍ維はアクアラング等には使用し得ても
、人工肺として長時間使用すると、血漿が漏出し始める
という欠点があった。

このような欠点をさらに改良するために、本出願人は、
中空繊維膜の微細孔を有する側壁にはシリコーンオイル
層を形成させることなく、微細孔内のみをシリコーンオ
イルで閉塞してなる中空繊維−シリコーン膜複合人工肺
を提案している（特願昭５８−９２３２５号）。

この提案の場合は、人工肺のモジュールを組立てたのち
シリコーンオイルの溶液を中空繊維に含浸させ、ついで
このシリコーンオイルを除去し、シリコーンオイルの溶
媒と非溶媒との混合物を流して中空繊維基体壁面に伺着
したシリコーンオイルを除去し、微細孔内のみをシリコ
ーンオイルで閉塞しようとするものである。

これによれば、血漿漏出量は改善されるが、シリコーン
オイルが血液中に流出することがあった。

ＩＩ　、発明の目的 本発明の目的は、前述のような欠点を改良して長時間体
外循環を行っても血漿の漏出がなく、コンパクトで炭酸
ガスの除去性能が良く、さらに血液適合性に優れる中空
繊維膜型人工肺と、その製造方法を提供することにある
。

このような目的は下記の本発明によって達成される。

すなわち第１の発明は、 ハウジングと、該ハウジング内に挿入された多数のガス
交換用中空繊維膜からなる中空繊維膜と、該中空繊維膜
の外表面と前記ハウジング内面とにより形成される第１
の流体室と、該第１の流体室に連通ずる第１の流体流入
口および流出口と、前記中空ｍ離脱の各端部をそれぞれ
支持し、かつ前記第ｌの流体室から隔離する隔壁と、前
記ハウジングの端部に取付けられたヘラターにより形成
される前記中空繊維膜の内部空間に連通ずる第２の流体
流入口および流出口とよりなる人工肺において、 前記中空繊維膜が貫通した微細孔を有し、該微細孔はシ
リコーンオイルとシリコーンゴムとを含むシリコーン混
合物によって閉塞されており、中空繊維膜の側壁には、
実質的に前記シリコーン混合物からなる層が形成されて
いないことを特徴とする中空ｍｅｎ膜型大型人工肺る。

またその実施態様は下記のとおりである。

Ｉ）第１の発明において、 前記シリコーンゴムがシリカを含まない室温硬化性シリ
コーンゴムであること。

ｉ）＋）において、 前記シリカを含まない室温硬化性シリコーンゴムがビニ
ルメチルシコキサンとメチルハイドロジエンシロキサン
の重合物であり前記シリコーンオイルがジメチルまたは
メチルフェニルシリコーンオイルであること。

ｍ）第１の発明またはｉ）もしくはｔ’ｔ）において、 前記シリコーンゴムが、前記シリコーン混合物中に、重
量比で２０％〜８０％混合されていること。

また、第２の発明は、 ハウジングと、該ハウジング内に挿入された多数のガス
交換用多孔性中空繊維膜基体からなる中空＃ｌ！維束と
、該中空繊維の外表面と前記ハウジング内面とにより形
成される第１の流体室と、該第１の流体室に連通ずる第
１の流体流入口および流出口と、前記中空＃ｋｍ膜基体
の各端部をそれぞれ支持しかつ前記第１の流体室から隔
離する隔室と、前記中空繊維膜基体の内部空間に連通ず
る第２の流体流入口および流出口とよりなる人工肺のモ
ジュールを組立てたのち、 前記中空繊維膜基体の内部にシリコーンゴム、またはシ
リコーンゴムとシリコーンオイルとを含むシリコーン混
合物の原料シリコーン溶液を導入して含浸し勢寺寺。

く二卆 前記シリコーン溶液の溶媒および溶質が不溶な液体を含
む、洗浄液を流通させ、 前記中空繊維膜基体の微細孔にシリコーンゴムまたはシ
リコーン混合物を充填することを特徴とする中空繊維膜
型人工肺の製造方法である。

そしてその実施態様は、第２の発明において、洗浄液が
ｌＯセンチポイズ以上の粘度を有することである。

■１発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

第１図は、本発明の中空ｍ離脱型人工肺の全体図を示す
。

すなわち、第１図に示すように、本発明による人工肺１
０は、人工肺１０を構成する筒状ハウシング１１の内部
空間には、中空繊維膜１２の繊維束１３が収納されてい
る。

中空繊維膜１２の両端部は、隔壁１４．１５を介してハ
ウジング１１に液密に保持されている。

ハウシング１１の両端部には、ヘッダー１６．１７がハ
ウジング１１に螺合ｙれるカバー１８によって固着され
ている。

ヘッダー１６の内面と隔壁１４とは、中空繊維膜１２の
内部空間に連通ずる第２の流体流入室としての血液流入
室１９を画成し、ヘッダー１６には、第２の流体流入口
としての血液流入口２０が形成されている。

−・ラダー１７の内面と隔壁１５とは、中空繊維膜１２
の内部空間に連通ずる第２の流体流出室としての血液流
出室２１を画成し、ヘッダー１７には、第２の流体流出
口としての血液流出口２２が形成されている。

また、隔壁１４，１５、ハウジング１１の内壁および中
゛学識離脱１２の外壁とは、第１の流体室としてのカス
室２３が形成され、ハウジング１１の両端側には、それ
ぞれカス室２３に連通ずる第１の流体流入口としてのガ
ス流入口２４および第１の流体流出口としてのガス流出
口２５が形成されている。

なお、ハウシング１１の内壁中央部には、繊維束１３の
外形を縮径する絞り用拘束部２６を設けられることが好
ましい。　その結果、第１図に示すように軸方向の中央
において絞り込まれ、絞り部が形成される。

したがって中空繊維膜１２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。

隔壁１４．１５は、中空繊維膜１２の内部と外部とを隔
離するという重要な機能をはだすものである。

通常、この隔壁１４．１５は、極性の高い高分子ポツテ
ィング剤、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１１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１１の長さより長い
多数の中空＃！維離脱２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した後、ハウジング１１内に
並べて位置せしめる。

この後、カバーで各両端を完全に覆って、ハウシング１
１の中心軸を中心にそのハウジング１１を回転させなが
ら両端部から高分子ポツティング剤を流入したのち硬化
し、ξらにカバーを外したのち硬化したボッティング剤
の外側面部を鋭利な刃物で切断して、中空繊維膜１２の
両開口端を表面に露出させることにより形成される。

しかして、前記人工肺に使用される中空繊維膜は、第２
図に示すように、貫通した微細孔３１を有する側壁３２
をもつ多孔性中空繊維基体３３の壁面３４に、実質的に
シリコーン層を形成させることなく、側壁３２の微細孔
３１内をシリコーンゴム、またはシリコーンゴムとシリ
コーンオイル°とを含むシリコーン混合物３５で閉塞し
てなる中空繊維膜型ガス交換膜である。

この中空繊維膜に使用される多孔性中空Ｈ＆維基体とし
ては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフロ
ロエチレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロン−６，
６、ナイロン−６、セルロースアセテート等があり、好
ましくはポリオレフィンであり、特に好ましくはポリプ
ロピレンである。

この中空ｍ維基体を用いて製造されたガス交換膜を使用
する人工肺としての実用可能な性能を得るためには、膜
厚および空孔率に自ずと制限を生じる。　一般に膜を介
しての基体の透過量ｑは、次式で表わされる。

ｑ＝ＰＸ△ｐＸＡ／文 （ただし、式中、Ｐはガス透過係数、△ｐは透通気体の
圧力差、Ａは膜面積、文は膜厚である。） 本発明の中空ｍ離脱は、気体の透過する部分がシリコー
ンゴム、またはシリコーン混合物で閉塞された微細孔で
あるため、実質膜面積は多孔質膜と比較して非常に小さ
くなる。

これを補うためには、前記式から明らかなように膜厚を
薄くする必要がある。

このため本発明において中空繊維膜の膜厚文の範囲は５
〜２００−１好ましくは１０〜５０−である。

中空＃！維の内径は１００〜ｌ０００μｓ、好ましくは
１００〜３００μｓであり、空孔率の範囲は２０〜８０
％、好ましくは４０〜８０％である。　微細孔の直径は
０．Ｏ１〜５−１好ましくは０．０１〜１声である。

本発明による人工肺を製造するには、まず、第３図（ａ
）、（ｂ）に示されるように、中空繊維膜を人工肺のモ
ジュールに組み込んでから賑 シリコーンゴム、またはシリコーンゴムとシリコーンオ
イルの混合物の溶液（シリコーン溶液）を流通ｙせて充
分含浸させる。

ついでガスを流通させ、第４図（ａ）。

（ｂ）に示されるように、所定の洗浄液を中空繊維の少
なくとも内面に流通させ、さらに必要に応じ加熱架橋さ
せる。

使用されるシリコーンゴムは室温硬化型（ＲＴＶ）であ
り、１液型、２液型、いずれのものを用いてもよい。

２腋型のものとしては、原料モノマーないしオイルにビ
ニル基および／または水素を含み、混合後（、−Ｈ間で
架橋してなる２次元ポリマーの固形状のゴムが一般的で
ある。

例えば、２液型のＲＴＶシリコーンゴムとしては、ビニ
ルメチルシロキサンとメチルハイドロジエンシロキサン
の重合体が好ましい。

なお、これらの硬化架橋に際しては、白金族金属の単体
、酸化物、化合物等、例えば塩化白金酸などが用いられ
ている。

また、その硬化温度は２０°Ｃ〜３０℃以上とする。

また、ここで用いるシリコーンゴムは抗血栓性の点から
シリカを含まないＲＴＶゴムが好ましい。

本発明においては、シリコーンゴムのみを用いてもよい
。゛ しかし、シリコーンゴムのみでは、液状態での粘度が高
く、中空繊維膜内部への流入が困難になるなどの問題が
ある。

このため、シリコーンゴムにシリコーンオイルを併用す
ることが好ましい。

本発明において用いられるシリコーンオイルは、シロキ
サン結合を持っている液状物質であり、例えば、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
、メチルクロロフェニルシリコーンオイル、分岐状ジメ
チルシリコーンオイル、メチルハイドロジエンシリコー
ンオイル等があり、好ましくはジメチルシリコーンオイ
ルおよびメチルフェニルシリコ−ンオイル、最も好まし
くはジメチルシリコーンオイルである。

シリコーンゴムとシリコーンオイルとからなるシリコー
ン混合物中でのシリコーンゴム（固形分）：シリコーン
オイル（液成分）の比は、重量比で２二８〜８：２が好
ましく、より好ましくは４：６程度である。

シリコーンゴムが８より大となると、溶液の粘度が上昇
して、中空ｍ離脱基体壁面に刺着するシリコーンの゛除
去が困難となる。　また、シリコーンゴムが２未満とな
ると、混合されたシリコーンオイルが血液中に流出する
可能性がある。

このシリコーンゴム、またはシリコーン混合物は、通常
２０〜８０重量％、好ましくは３０〜６０重量％の溶液
として使用される。

また、その溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ヘキサン、ジクロルメタン、メチルエチルケトン、
ジクロルメタン、酢酸エチル、トリフロルトリクロルエ
タン（フレオン）等がある。

中空＃Ｍａ基体壁面に付着したシリコーンゴムまたはシ
リコーン混合物を実質的に除去する液体（洗浄液）は、
前記溶媒では含浸させたシリコーンが溶出してしまうた
め、シリコーンが溶解しない溶媒（アルコール系）を用
いる。

そして、その粘度は、室温にてｌＯセンチポイズ以上、
特に３０〜８０センチポイズ以上とすることが好ましい
。

これにより、余剰のシリコーンゴムまたはシリコーン混
合物の除去が良好に行われ、これらが均質化し、性能が
安定化する。

また、洗浄液には、このような粘度を保持した」二で、
１０ｖｏ１％以下、特に０．５〜１０ｖｏ１％の前記シ
リコーン溶媒を混合することが好ましい。

これにより、余剰のシリコーンが排出しやすくなり、性
能の向上がはかれる。　ただ、１０ｖｏ１％をこえると
、シリコーンが溶出してしまうので好ましくない。

特に好ましい範囲は２〜６マＯ１％である。

このような洗浄液組成としては、 トルエンとプロピレングリコール トルエンとジプロピレングリコール ジクロルメタンとジエチレングリコールジクロルエタン
とエチレングリコール メチルエチルケトンとエチレングリコール等がある。

なお本発明で、シリコーンゴムやシリコーン混合物を実
質的に除去するとは、中空繊維膜内壁に付着したシリコ
ーンゴムまたはシリコーン混合物の層を５００Å以下の
厚みとするという意味である。

５００Å以下にすれば気体透過には実質的に影響を与え
ず、後に述べるように００２の充分な透過が確保される
からである。

■６発明の具体的実施例 以下、本発明の実施例を示し、本発明をさらに詳細に説
明する。

実施例１ 延伸法により軸方向に延伸されて形成された内径２００
−１肉厚２５μｓで、平均孔径７００人の貫通した微細
孔を有するポリプロピレン製の中空線ｍ（空孔率５０％
）を用いて、第１図に示されるような人工肺（モジュー
ルＡ）を作製した。

このモジュールＡの血液の流路に、第３図（ａ）、（ｂ
）に示すように、ビニルメチルシロキサンとメチルハイ
ドロジエンシロキサンとの２液型で、塩化白金酸触媒を
添加したシリコーンゴム（シリカは含有せず）と、ジメ
チルシリコーンオイルとのシリコーン混合物（シリコー
ンゴム４０ｗｔ％）の６０％フレオン溶液（シリコーン
溶液）を流入させ、３分間浸漬した。

こののち、空気を流通させ、さらに３％トルエン／ジプ
ロピレングリコール溶液（洗浄液）を内外面に流通させ
た。

洗浄液の粘度は１００センチボイズである。

これにより、実質的に微細孔内にのみシリコーンゴムと
シリコーンオイルとのシリコーン混合物を充填した中空
＃＃！維膜型膜型人工肺ジュールＣ）を得た。

この人工肺モジュールＣについて新鮮ヘパリン加牛血を
用い、酸素飽和度６５％、炭酸ガス分圧４５　ｍｍＨｇ
となる静脈血を作製し、これを被検人工肺に流通させて
性能評価を行なった。

ヘモグロビン含量は１２ｇ／ｄＪＪ、温度は３７０Ｃで
あった。

酸素流量１文／ｍｉｎ／ｒｎ’のときの血液流量と酸素
添加能との関係を示すと、第５図の曲線Ｃのとおりであ
る。

また血液流量１０００ｍＲ／ｗｉｎ　／ｍ’（７）とき
の酸素流量と炭酸ガス除去能との関係を示すと、第６図
の曲線Ｃのとおりである。

さらに、雑犬を用いて静脈−動脈の部分体外循環試験を
行った。

循環時間と血漿漏出量との関係は、それぞれ第７図にお
ける曲線Ｃのとおりであった。

Ｌヒ較例１ 実施例１のモジュールＡの中空繊維の微細孔は貫通した
ままで、シリコーン膜等を形成させない人工肺を用い、
実施例１と同様な測定を行い、第５図、第６図、第７図
における曲線Ａを得た。

比較例２ シリコーン中空繊維膜を用いて、実施例１と同様な人工
肺（モジュールＢ）を製作した。

このモジュールＢについて実施例１と同様な測定を行い
、第５図、第６図、第７図において曲線Ｂを得た。

第５図に示すように、０２添加能は多孔質膜（モジュー
ルＡＡ曲線）、シリコーン膜Ａ（モジュールＢＢ曲！り
、本発明（モジュールＣＣ曲線）間に有意差はなかった
。

Ｃ０２除去能は、第６図に示すように、シリコーン膜（
モジュールＢＢ曲線）が非常に低値を示した。

長時間動物実験による第７図では、多孔質膜（モジュー
ルＡＡ曲線）は、経時的に血漿の漏出量が増加したのに
対し、シリコーン混合物で閉塞した本発明（曲線Ｃ）で
は血漿が漏出しなかった。

実施例２ 実施例１と同様なザイズのモジュールを用い、シリコー
ン混合物として、シリカ含有シリコーンゴム（５ｉ０２
３０　ｖｏ１％）とシリコーンオイルの混合物を用い実
施例１と同様にして人工肺（モジュールＤ）を得た。

このモジュールＤと、実施例１のモジュールＣとを用い
て、ウサギを使った体外循環実験を行った。

その結果、第８図のようにシリカなしのものＣは、６時
間後でも血小板数９０％を維、持していたが、゛シリカ
含有シリコーン混合物は７０％まで低下した。

■１発明の具体的効果 本発明は多孔質膜使用の人工肺に比して長時間使用して
も血漿の漏出がなく、シリコーン膜使用の人工肺に比し
て加工性がよく、装置が小型化でき、コストを低くする
ことができるばかりでなく、中空繊維膜の壁面に実質的
にシリコーン層を形成させることがないので、ガス交換
率が良い。

特にシリコーンゴムをシリコーンオイルに添加すること
によって、Ｃ０２除去能がシリコーンオイル単独のもの
に比べて非常に向上する。

またシリコーンゴムにシリカを含まない室温硬化型シリ
コーンゴムな用いることにより、抗血栓性に優れた中空
繊維膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中空繊維膜型人工肺の一例を示す縦断
面図、 第２図は本発明の人工肺に使用される中空繊維膜の拡大
模式図。 第３図（ａ）、（ｂ）および第４図（ａ）。 （ｂ）は、本発明の人工肺の製造方法を説明するための
図であり、このうち第３図（ａ）および第４図（ａ）は
正面図、第３図（ｂ）および第４図（ｂ）は、第３図（
’ａ　）および第４図（ａ）の拡大断面図、 第５図は人工肺の血液流量に対する酸素添加能との関係
を示すグラフ、 第６図は同じく酸素流量とｃｏ２除去能との関係を示す
グラフ、 第７図は静脈−動脈の部分体外循環時間と血漿漏出量と
の関係を示すグラフ、 第８図は血小板数の変化と体外循環時間との関係を示す
グラフである。 １０・・・人工肺、　１１・・・ハウジング１２・・・
中空繊維膜、１３・・・中空繊維束、１４．１５・・・
隔壁、２０・・・血液流入口、２１・・・血液流出口、
２３・・・ガス室、３１・・・微細孔、　３３・・・中
空繊維基体第１図 を 第２図 第３図 第４図 ↓ 小 （ｂ’） 第５図 血流量（ｍｌ／Ｍｊｍｉｎ） 翼６図 酸素流　量（ｌ／Ｍ２ｍｉｎ） 第７図 第８図 ？

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウシングと、該ハウジング内に挿入された多数
   のガス交換用中空繊維膜からなる中空繊維束と、該中空
   繊維膜の外表面と前記ハウジング内面とにより形成され
   る第１の流体室と、該第１の流体室に連通ずる第１の流
   体流入口および流出口と、前記中空繊維膜の各端部をそ
   れぞれ支持し、かつ前記第１の流体室から隔離する隔壁
   と、前記ハウジングの端部に取付けられたヘラグーによ
   り形成される前記中空繊維膜の内部空間に連通ずる第２
   の流体流入口および流出口とよりなる人工肺において、 前記中空＃！ｌ１ｒａ膜が貫通した微細孔を有し、該微
   細孔はシリコーンゴム、またはシリコーンオイルとシリ
   コーンゴムとを含むシリコーン混合物によって閉塞され
   ており、中空繊維膜の側壁には、実質的に前記シリコー
   ンゴム、またはシリコーン混合物からなる層が形成され
   ていないことを特徴とする中空繊維膜型人工肺。
2. （２）前記シリコーンゴムが、シリカを含まない室温硬
   化性シリコーンゴムである特許請求の範囲第１項に記載
   の中空繊維膜を人工肺。
3. （３）前記シリカを含まない室温硬化性シリコーンゴム
   が、ビニルメチルシロキサンとメチルハイドロジエンシ
   ロキサンの重合物であり前記シリコーンオイルがジメチ
   ルまたはメチルフェニルシリコーンオイルである特許請
   求の範囲第２項に記載の中空繊維膜型人工肺。
4. （４）前記シリコーンゴムが、前記シリコーン混合物中
   に、重量比で２０％〜８０％混合されている特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の中空繊維膜
   型人工肺。
5. （５）ハウジングと、該ハウジング内に挿入された多数
   のガス交換用多孔性中空繊維膜基体からなる中空Ｍ＆維
   束と、該中空繊維の外表面と前記ハウジング内面とによ
   り形成される第１の流体室と、該第１の流体室に連通す
   る第１の流体流入口および流出口と、前記中空繊維膜基
   体の各端部をそれぞれ支持しかつ前記第１の流体室から
   隔離する隔室と、前記中空繊維膜基体の内部空間に連通
   ずる第２の流体流入口および流出口とよりなる人工肺の
   モジュールを組立てたのち、 前記中空＃ｊ維脱膜基体内部にシリコーンゴム、または
   シリコーンオイルとシリコーンゴムとを含むシリコーン
   混合物の原料シリコーン溶な液体を含む洗浄液を流通さ
   せ、 前記中空ｍｔａ膜基体の微細孔にシリコーンゴムまたは
   シリコーン混合物を充填することを特徴とする中空＃ｌ
   １ｍ膜型人工肺の製造方法。
6. （６）洗浄液が１０センチボイズ以上の粘度を有する特
   許請求の範囲第５項に記載の中空繊維膜型人工肺の製造
   方法。