JPS606661B2 - 体液濾過装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 １ 発明の背景 技術分野 本発明は、賢不全患者等の治療を効率よくおこなうため
の炉過型人工腎臓等の体液炉過装置に関する。

先行技術 近時、透析困難な賢不全患者等に対して血液炉週による
治療が普及しつつあり、そのための涙過型人工腎臓の開
発が強く要望されている。

血液炉過治療では、体外に排出される炉液量が２０〜２
５そ／６時間必要といわれ「それゆえ人工腎臓は５６〜
７０の‘／ｍｉｎの炉過特性が必要とされる。従釆の炉
過型人工腎臓には、複数のファイバーを配設したホロー
フアィバ型のものと、複数の平膜状炉過膜を設けて炉過
をおこなう積層型のものとがあるが、装置の炉過特性、
大きさ、製造コスト等に問題がある。すなわち、この種
の人工腎臓の炉過特性は、炉過膜の材質、血液流量等と
もに血液の流路厚に大きく依存し、これを薄くすること
によって炉過量を大きくとることができる。

しかしホロ−ファイバー型のものでは、製造上ファイバ
ー内径を小さくすることには限界があり、せいぜい２０
０仏程度である。この結果所望の炉過量を得がたいのみ
ならず、壁せん断速度が小さくなり懐面に付着した蛋白
等で炉過量が経時的に減少し「又分画分子量も経時的に
変化するおそれがある。これに対し、従来の積層型のも
のは、スベーサも用いて炉過膜間の間隔（流路厚）を規
制しているため、流路厚を均一に設定することが難かし
く「 しかも腰間厚を薄く調節することは困難であり、
このものにおいて裾過特性を高めることは難かしい。

このようなことから従来は「 この種の体液炉過装置を
２連接続し、あるいは装置の簾面積を大きくするなどの
手段を講じて炉過量を得るようにしているが、この場合
装置が大型になり〜 コストも高くなるなどの欠点があ
る。

このような事情に鑑み、本出願人は第１図に示す如く、
人工腎臓として網目状芯材１の両面に炉過膜２を設けて
膜ユニット３を形成し、複数の膜ユニット３をュニット
ケ−ス４内に積層したものを先に提案した。この人工腎
臓は、膜ユニット３を重ねたとき各炉過膜２の表面が芯
材１の凹凸面に沿う波形状となっており、膜ユニット３
間に血液流藤５を形成して、ここに通る血液の炉週をお
こなうものである。このものによればし腰ユニット３を
重ねることにより、装置が組立てられ、装置の小型化を
図れるとともに膜間厚を薄くして炉過特性を高めること
ができる。しかし、このものにおいても必ずしも十分な
炉過特性を有しておらず、また炉過量のばらつきが多い
問題があった。このことから本発明者は、鋭意研究をお
こなった結果、炉過特性は膜ユニットの芯材のオープニ
ングに依存し、オープニングが７００〜１３００払のも
のにおいて最大の炉過量が得られることが判明した。

更に研究を重ねた結果、炉過量が十分でなく〜そのばら
つきが多い原因は、膿ユニット３の芯材１及び炉過膜２
の材質、形状、寸法等が同一であるために、隣酸する波
形状の凹部又は凸部のどンチが同じとなりこれらが向か
い合って血液流路高が増大するためであることが判った
。

０ 発明の目的 本発明は、これらの知見にもとづいてなされたもので〜
その目的とするところは、炉過特性の優れた膜ユニット
（芯材のオープニング７００〜１３００仏）を用いると
ともにこの膜ユニット間に凹部又は凸部のピッチが異な
る膜ユニット（芯材のオープニング３００Ａ以下）をは
さむことにより炉過特性を高め〜しかもそのばらつきを
少なくすることができる体液炉過装置を得んとするもの
である。

ここで、ばらつきとは平均炉適量に対して、上下何パー
セントの炉過曇のばらつきがあったかを意味する。すな
わち本発明は体液流入口と炉過出口と炉過残液流出口と
を設けたユニットケース内に、網目状芯材の全面に海過
膜を被覆して該網目状芯材同志の間隙を炉過流路とし該
海過膜に少なくとも１個所の炉過流出口を設けた膿ユニ
ットで前記網目状芯材のオープニングを７００〜１３０
０Ａとした第１の膜ユニットと芯材のオープニングを３
００仏以下となした外は上記第１の膜ユニットと同様な
第２の膜ユニットとをユニットケースの炉過出口に各際
ユニットの炉液流出口が蓮適するようにして交互に重ね
合わせて配設し、ユニットケースの体液流出口から注入
される体液が第１，第２の勝ユニットの間隙に入り、該
間隙を流れる間に第１，第２の膜ユニットの炉過膜で炉
過されたのち網目状芯材の間隙を通過しさらに膜ユニッ
トの炉液流出口からユニットケースの炉液出口に到り、
一方炉過残液は第１，第３の膜ユニットの炉過膜の間隙
を経てユニットケースの炉過残液流出口に到るようにし
てなる体液炉過装置である。

また本発明は、第１の膜ユニットの芯材を糸蓬３００〜
３５０りの素線を１伽当りの糸数７〜９本の割合で編み
、第２の膜ユニットの芯材を糸径８０〜１５０仏の素線
を１伽当りの糸数２２〜６１本の割合で編んだものであ
る。また本発明は、炉過膜を芳香族ポリァミドを主成分
とする分画分子量２００００〜６５０００で膜厚３０〜
３００仏の膜で形成し、これにポリエチレン，ポリプロ
ピレンの不織布からなる膜支持体を裏打ちしたものであ
る。

更に本発明は、膜ユニットをユニットケース内を気密に
摺接するピストンを介して弾性部材で押圧したものであ
る。皿 発明の具体的説明 以下本発明を図示する人工腎臓にもとづいて説明する。

第２図は人工腎臓の断面図で、この人工腎臓はユニット
ケース１１内に２種類の膜ユニット１２，，１２２ を
交互に重ね合せて収容している。上記ユニットケース１
１は、スチロール樹脂等の合成樹脂で円筒状に形成され
、その底部中央に血液等の体液流入口１１ａ、底部周緑
に炉液出口１１ｂを設け、さらに側面に血液等の炉過残
液流出ローｌｃを設けている。またユニットケース１１
の上部開□端には、ピストン１３が設けられ、その外周
面にシリコン樹脂からなる○リング１４，１４を装着し
て、ユニットケース１１内周面を気密に摺接している。
またピストン１３の上部にはこれを押圧する圧縮コイル
ばねの弾性部材１５が設けられている。更にユニットケ
ース１１の上端外周面には調節リング１６が装着され、
ピストン１３の上方への移動を規制している。しかして
上記ユニットケース１１内に収容する第１の膜ユニット
１２，は、第３図及び第６図に示すように網目状芯材１
７，の両面に炉過膜１８，１８を設け、又第２の膜ユニ
ット１２２も同機に第３図及び第７図に示すように網目
状芯材１７２の両面に炉過膜１８，１′８を設けている
。

各芯材１７，，１７２は、それぞれポリエステル，ポリ
エチレン等からなる素線を編んで全体を円板状としたも
ので、このうち第６図の芯村１７，は炉過膜によって炉
過さらた炉液が通る通路として芯材１７，ａ， １７，
ｂにより間隙が形成され、また芯村１７，は７００〜１
３００仏のオープニングとしている。芯材のオープニン
グが７００仏未満であると、炉過量を十分とれず、また
１３００仏を越えると、重ね合わせた際に、体液流路厚
が増大し、体液の流路を形成し難いため所定の炉過量が
得られず、かつ炉適量のばらつきも大きくなる。この範
囲のオープニングを得るには、糸径３００〜３５０＃の
秦線を用いて１肌当りの素線が７〜９本となるように編
むのが、製造上好適である。１肌当りの糸数が９本を越
えると、炉適量を十分とれず、また７本末満であると、
体液流路厚が増大し、所定の炉過量が得られず、かっぱ
らつきも大きくなる。

一方第７図の芯材１７２は炉過膜によって炉適された炉
液が通る通路として芯材１７２ａ，１７２ ｂにより間
隙が形成され、また芯材１７２は３００山以下のオープ
ニングとしている。オープニングが３００山を越えると
、重ね合わせたとき体液流路高が増大し所定の炉過量が
得がたくなる。この場合芯村１７２は、製造上の理由及
び炉過量を得るためにとくに１００〜３００一の範囲が
好適である。この範囲のオープニングを得るには、糸径
８０〜１５０ｋの素線を用いて１の当りの素線が２２〜
６１本となるように編むのが好適である。１ｃの当りの
秦線の数が６１本を越えると炉液が流れにくくなり、２
Ｚ本未満であると、所定の炉過量を得がたくなる。

なお、ここでオープニングとは、以下に定義されたもの
をいう。ｏ＝ノａｂ Ｃ：オープニング ａ：素線で区画された矩形状又は正方形状の空間の縦の
長さｂ：同空間の横の長さ 更に上記炉過膜１８，１８は、それぞれ芳香族ポリアミ
ドを主成分とする分画分子量２００００〜６５０００で
厚さ３０〜３００仏のものからなり、相分離法、抽出法
等で製膜されている。

膜厚が３０仏未満であれば膜強度が低下し、３００仏を
越えると炉過性能が落ちる。各炉過膜１８，１８は、第
５図に示すようにポリエチレン，ポリプロピレン等の不
織布からなる膜支持体１９を裏打ちして膜の強度を高め
ている。このように構成された各膜ユニット１２，，１
２２は、第２図及び第４図に示すように中央部に体液流
入口１２ａを、又周緑部に炉液流出口１２ｂをそれぞれ
設け、炉過膜１８，１８の周縁及び体液流入口１２ａの
周縁において濃支持体’９，１９相互をそれぞれ熱融着
、超音波融着、．接着剤等により接合している。

ここで熱融着の場合は１４０〜１４５℃の温度で、３〜
４ｋ９ノ地の圧力を加えて接合する。更に炉液流出〇１
２ｂの周緑には、リング状シール材２０が接着されてい
る。このシール材２０は、例えば基材両面にアクリル樹
脂を塗布したアクリル系両面テープあるいは基材両面に
合成ゴム系ホットメルトを塗布したホットメルト系両面
テープなどで、その厚さは通常１５０〜２００山程度で
ある。このシール材２０を炉液流出口１２ｂ周縁に接着
することにより、．隣接する膜ユニット１２１，１２２
の炉液流出口１２ｂ間を血液流路２１から閉塞し、各膜
ユニットで炉適された炉液が連続して炉液出口１１ｂに
排出されるようにしている。この構造の人工腎臓は、例
えば第８図に示すように血液炉過回路に組込まれる。

この回路は、体液流入ローｌａに血液ポンプ２２、動脈
チャンバ−２３を備えた血液流入管２４を取付け、体液
流出口１１ｃに動脈チャンバ−２５を備えた血液流出管
２６を取付け、又上記動脈チャンバ−２５に補液ポンプ
２７を備えた補液供給管２８を取付け、更に炉液出口１
１ｂに陰圧ポンプ２９を備えた炉液排出管３０を取付け
て構成されている。なおユニットケースの体液流入口は
、底部に設けるものに限らず、例えば第２図に破線で示
すようにユニットケースの側面に体液流入口１１ａ′を
設けてもよい。Ｗ 発明の具体的作用 第８図に示す血液炉過回路において、人体からの体液た
とえば血液Ａ，が血液流入管２４、体液流入口１１ａを
通ってユニットケース１１内に入ると、第２図に示すよ
うに膜ユニット１２，，１２２間の血液流路２１を通っ
て炉過膜１８により炉液分離される。

炉液である血液成分を分離した後の血球成分を含む血液
んは「炉過残液流出ローｌｃ、血液流出管２６を経て、
補液とともに人体に戻される。また炉過膜１８で分離さ
れた炉液Ｂは、芯材１７，，１７２内の間隙（炉液流路
）を通り各膜ユニットで炉過された炉液が含流し、炉液
出口１１ｂに集められ、炉液排出管３０から外部に排出
される。Ｖ 発明の具体的効果 （ｉ）この構成の体液炉過装置は、オープニング７００
〜１３００〃の芯材１７，を備えた第１の膜ユニット１
２，とオープニング３００仏以下の芯材１７２を備えた
第２の腹ユニット１２２とを交互に配設することにより
、所定の血液流路２１を確保して、所望する炉過量をば
らつきを生ずることなく得ることができる。

このことは理論的には次のように説明される。

すなわち１種類の膜ユニットを複数枚重ね合せて「ケー
ス内に収容し、この場合における病過量を測定すると、
第９図に示すように膜ユニットの芯材のオープニングが
７００〜１３００リで最大炉適量を得ることができる。
しかし、この膜ユニットに対応する第１の膜ユニット１
２，のみを積み重ねた場合凹部又は凸部同志が向かい合
うことによる血液流路厚の増大が生じる。一方第２の膜
ユニット１２２は、オープニングが３００仏以下である
ため、炉過膜１８の表面に形成される波形状凹凸部のピ
ッチが第１の膜ユニット１２１のピッチと全く異なるも
のとなる。この結果第１の膜ユニット１２，と第２の膜
ユニット１２２とを重ねると、凹部又は凸部同志が向か
い合う個所を少なくし、血液流路厚の増大する個所を極
力少なくして血液流路２１を確保し、もって所定の炉過
量を得ることができるとともに炉過量のばらつきを少な
くすることができる。

このことは実験的にも認められた。

実験例 １ ＜実験に係る体液涙過装置の構成＞ 炉 過 膜：材質、ポリヱチレン不織布を裏打ちした芳
香族ポリァミド膜外径１０仇励◇、内蓬１比吻◇、表面 積１４６の９５％分画分子量５００００ （血液を使用した場合）、膜厚 ２１０仏 第１の膜ュニ ットの芯材：材質ポリエチレン、糸径３００〜３５０仏
、糸数７〜９本／伽、オープニング７００〜１３００山 第２の膿ュニ ットの芯材：材質ポリエチレン、糸径８０〜１５０仏、
糸数２２〜６６本／弧、オープニング１５０〜２８０仏 炉過膜の接合：ヒートシール 膜ユニットの総面積：０．２５〜０．４Ｍ２＜実験方法
＞新鮮牛血をプラズマ希釈してへマトクリット値（Ｈｔ
）２０％、総タンパク量（Ｔ．Ｐ）７．０夕／ｄそに調
整する。

この血液を検液として芯材のオープニング膜面積、流量
等の実験条件を変えて炉適量を測定した。その結果を第
１表に示す。またこれと比較するために２種の膜ユニッ
トを粗合せたが、そのオープニングの範囲が本発明の範
囲から外れるものにつきそれぞれ同機の実験条件を変え
て炉過量を測定し、その結果を第１表に併記する。第１
表 上表によれば、本発明範囲のオープニングを有する芯材
を用いることにより、炉過量が多くしかもそのばらつき
を小さくすることができることが認められた。

（ｉｉ） 又本発明では炉過膜として芳香族ポリアミド
膜を用いることにより、炉過特性が優れている。

このことは以下の実験例で認められた。実験例 ２実験
例１における第１の膜ユニットを用いて、その分画分子
量を測定した。

その結果生理食塩溶液では、各指標物質の阻止率は、牛
血清−アルブーミン（濃度３．０夕／ｄ夕）で９６〜９
７％、チトクロ，ームＣで１５〜１８％、イヌリンで５
〜７％、ビタミンＢ２で０〜２％、ＢＵＮで０％であり
、分画分子量はＭＷ５００００〜６００００であった。
またＨｔ２５％、Ｔ．Ｐ３．５夕／ｄその新鮮牛血では
、各指標物質の阻止率は、牛血のアルブミンで９８〜１
００％、チトクロームＣで６０〜６５％、イヌリンで３
０〜３５％、ビタミンＢ，２で２〜５％、ＢＵＮで０％
であり、分画分子量はＭＷ４００００〜５００００であ
った。この結果から芳香族ポリァミド膜は、アルブミン
ＭＷ６９０００がほとんど通過せず、それ以下の分子量
の物質は多く通過するので、血液炉週に好適であること
がわかる。

（ｉｉｉ） また本発明は、炉過膜をポリエチレン、ポ
リプロピレンの不織布からなる膜支持体を裏打ちしてい
るので、炉過膜相互のシールをこの際支持体でおこなう
ことができ、シールを容易かつ確実におこなえるととも
に炉過膜の加工性が優れている。

『Ｗ また本発明は、０リングを備えたピストンで炉過
膜への押圧力を任意に調整して、血液流路厚を可能な限
り小さくして、その炉過量を多くすることができる。

更にピストンの押圧力は、圧縮コイルばねである弾性部
材で弾性的に押圧されているので、装置内に流入する血
液の脈動に応じて血液流路厚も変化し、使用時の安全性
に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は先に提示した人工腎臓の要部断面図、第２図な
いし第９図は本発明の一実施例を示し、第２図は人工腎
臓の断面図、第３図は膜ユニットの断面図、第４図は膜
ユニットの平面図、第５図は第３図の一部拡大図、第６
図及び第７図は本発明に係る２種類の膜ユニットを示す
一部切欠平面図、第８図は第２図の人工腎臓を組込んだ
血液炉過回路の説明図、第９図はオープニングと血液流
量との関係を示す特性図である。 １１…ユニットケース、１２，，ｊ２２…膜ユニット、
１１ａ…体液流入口、１１ｂ・・・炉液出口、１１ｃ・
・・炉過残液流出口、１３・・・ピストン、１４・・・
０リング、１５…弾性部材、１６…調節リング、１７，
，１７２・・・芯材、１８・・・炉過膜、１９・・・膜
支持体、１２ａ・・・体液流入口、１２ｂ…炉液流出口
、２０・・・リング状シール材、２１・・・血液流路、
２２・・・血液ポンプ、２３・・・動脈チャンバ−、２
４・・・血液流入管し ２５・・・静脈チャンバー、２
６・・・血液流出管、２７・・・補液ポンプ、２８・・
・補液供給管、２９…陰圧ポンプ、３０・・・炉液排出
管。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 体液流入口と濾液出口と濾過残液流出口とを設けた
   ユニツトケース内に、網目状芯材の全面に濾過膜を被覆
   して該網目状芯材同志の間隙を濾過流路とし該濾過膜に
   少なくとも１個所の濾液流出口を設けた膜ユニツトで前
   記網目状芯材のオープニングを７００〜１３００μとし
   た第１の膜ユニツトと芯材のオープニングを３００μ以
   下となした外は上記第１の腹ユニツトと同様な第２の膜
   ユニツトとをユニツトケースの濾液出口に各膜ユニツト
   の濾液流出口が連通するようにして交互に重ね合わせて
   配設し、ユニツトケースの体液流出口から注入される体
   液が第１，第２の膜ユニツトの間隙に入り、該間隙を流
   れる間に第１，第２の膜ユニツトの濾過膜で濾過された
   のち網目状芯材の間隙を通過しさらに膜ユニツトの濾過
   流出口からユニツトケースの濾液出口に到り、一方濾過
   残液は第１，第２の膜ユニツトの濾過膜の間隙を経てユ
   ニツトケースの濾過残液流出口に到るようにしてなる体
   液濾過装置。 ２ 第１の膜ユニツトの芯材は、糸径３００〜３５−μ
   の素線を１ｃｍ当りの糸数７〜９本の割合で編み、かつ
   第２の膜ユニツトの芯材は、糸径８０〜１５０μの素線
   を１ｃｍ当りの糸数２２〜６１本の割合で編んだ特許請
   求の範囲第１項記載の体液濾過装置。 ３ 濾過膜は、芳香族ポリアミドを主成分とする分画分
   子量２００００〜６５０００で膜厚３０〜３００μの膜
   からなり、ポリエチレン，ポリプロピレンの不織布から
   なる膜支持体を裏打ちしてなる特許請求の範囲第１項記
   載の体液濾過装置。 ４ 膜ユニツトは、ユニツトケース内を気密に摺接する
   ピストンを介して弾性部材で押圧されてなる特許請求の
   範囲第１項記載の体液濾過装置。