JPS609820B2 - 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いるため、その膜の外側を流れる透
析液は均一に中空糸膜に接触することができず、いわゆ
るチヤネリング現象を生じ、全体の中空糸膜の活用が十
分でなかった。本発明は係る事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは中空糸膜の外側を流れる第
２流体の分配が良好な中空糸膜型物質移動器を提供する
ことにある。本発明の目的を達成するものは円筒状外筒
と、該外筒内を通ってのびる多数の中空糸膜からなる中
空糸膜東と、該外筒内において該中空糸膜の内部空間の
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蓮適する第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蓮適する
第２流体のための入口並びに出口通路とから成る中空糸
膜型物質移動器において、前記外筒は第２流体の入口通
路付近の内面に前記中空糸膜東と接触しない環状空間を
有し、該第２流体の出口通路よりわずかに第２流体入口
通路寄りの物質移動器の横断面における該外筒内の該中
空糸膜の充填密度が膜湿潤時において６０乃至７０％で
あって「該第２流体の入口通路の方向に向かうに従って
その充填密度が徐々に疎になるように該外筒内径がテー
パー状に拡がっておりかつ該中空糸膜東も上記外筒に接
して拡がっており、さらに第２流体の入口通路よりわず
かに第２流体の出口通路寄りの物質移動器の横断面にお
ける該外筒内の該中空糸膜の充填密度が膜湿潤時におい
て３０乃至４０％であり、そして第１流体の入口部に面
する前記隔壁は、第１流体の出口部に面する前記隔壁よ
り小さい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Ｌ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、人工腕等のガス交換器として使用できる
ものである。外筒２は円筒状であり、その内部を目視で
きるように透明で硬質の合成樹脂、例えばポリカーボネ
ートで作られており、その内部には人工腎臓透析器の場
合内蚤およそ２００乃至３００仏程度の中空糸膜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、遠心成型ポッティング
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…・・・の内部空間に蓮適する第１流体のた
めの入口，出口通路６，７は漏斗状の入口，出口ボート
８，９を固定キャップ１０，１１によって螺鼓緊締して
隔壁外表面に固定することで集東的に形成されている。

外筒２には中空糸膜３……の外部空間に蓮適する第２流
体のための入口，出口通路１２，１３が設けられる。こ
の入口，出口通路は中空糸膜の両端部近傍である隔壁の
近くに設置され、入口通路を形成するボート１４の内径
は出口通路のボート１５の内径より小さく、約３０と約
６４乃至８◇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。又ボート１４は外筒内壁横
断面に対して接線方向に取りつけられることが望ましい
。

というのは流入した透析液に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容易に浸
み込んでゆくからである。そして、前記外筒には、第１
図に示すように第２流体の入口通路付近の内面は、拡摩
しており中空糸膜束と接触しない環状空間を有している
。第２流体のための出口通路１３よりわずかに入口通路
１２寄りの中空糸腰３・・…・の充填密度は膜湿潤時に
於いて６０乃至７０％である。

この場合、下限値は後述の効果を期待できる最小値であ
り、上限値は器具として許容できる抵抗を示す最大値で
ある。この充填密度とは全中空糸膜の横断面積を、物質
移動器の横断面における外箭内壁によって区画された断
面積で割った値である。ここで膜湿潤時の充填密度を問
題とするのは、血液または透析液といったものが膜に接
触した場合、その水分によって膜が膨潤し、その膜径が
大きくなるためである。以下「単に充填密度といった場
合腰湿潤時をさすものとする。外筒内径は、中空糸膜充
填密度６０乃至７０％の区域から第２流体のための入口
通路１２の方向に向かうに従って上記充填密度が除々に
疎になる様にも至第に大きくなっている。

いいかえればテーパー状に拡がっている。およそそのテ
ーパーは６／ｌｏｏ乃至１２ノ１０鼠星度とするのが好
ましく「 又入口通路１２の近傍における中空糸膜の充
填密度は３０乃至４０％になる様にテーパーの大きさを
選択することが望ましい。このようなテーパーを設ける
ことにより〜第１図に示されるように第１流体の入口ボ
ート８に面する隔壁５の面積は、第１の流体の出口ボー
ト９に面する隔壁５の面積より小さいものとなる。中空
糸膜３……かうなる中空糸膜東も外筒内面に接して併せ
て拡がっており、均一な形で外筒内に分散していること
がよい。

充填密度６０乃至７０％の区域から入口通路８側の隔壁
５までの該密度は、本発明の場合、特に問題とならない
。

しかしながら、充填密度６０乃至７０％の区域にて、集
東したような状態でそのまま隔壁５に達していることが
望ましい。これは環状リブ１６によって中空糸膜を支持
してやることにより容易にできる。このようにすること
で必然的に入口ボート８の内径を小さくすることができ
、又中空糸膜が集東しているため中空糸膜１本１本に第
１流体を導入することが容易である。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ボート８が真上に向くように
固定される。

入口ボート８，出口ボート９に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
２００の上／ｍｉｎで環流する。一方、入口ボート１４
，出口ボート１５には透析液（電解質溶液）が通常５０
泌／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
、純枠に濃度勾配であり、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。血液入口ボート８から流入し
た血液は、前述のように中空糸膜充填密度６０乃至７０
％の区域にて集東したような状態でそのまま隔壁５に達
しており、それに併せて入口ボート８の内径を設定した
様な場合であれば、中空糸膜が集東しているため、中空
糸膜１本１本に均一に分散される。

又、ボート内部の空間が４・さくなっているために血液
の滞溜がなく６時間程度の透析終了後、血液の残溜が少
ないという利点を有する。入口ボート１４から流入した
透析液は外筒内を下から上へと昇っていくわけであるが
、下部外筒内の中空糸膜は比較的疎に詰められているた
め、中空糸膜外部空間に均一にゆきわたることが可能で
ある。

又、入口ボート１４の内径を通常の８◇程度から３◇程
度と細くして透析液の流速を速め、さらに邪鰹板（図示
せず）にぶつけて飛散させることで、より均一に分散さ
せることができる。下部外筒内区域に均一に分散した透
析液は、出口ボート１５のわずかに下の部分における中
空糸膜充填密度が通常の５０％程度である場合、出口ボ
ート１５に向って、抵抗の少ない個所を選んでほぼ直線
的に流れてゆく。いいかえればボート１３から隔れた上
部外筒内の中空糸腰には透析液が全く接触しないという
状態が起こる。しかしながら、本発明の場合、上記充填
密度は６０乃至７０％と密であり、さらに下から上に向
かうに従って充填密度が除々に密になるため、透析液が
チャネリングを起こすだけの抵抗の小さい個所が存在し
なくなり、中空糸膜全体に均一にゆきわたるようになる
。さらに環状リブ１６がボート１５の外筒内閉口を被う
程度に突出しているので上部の中空糸膜部分も有効に之
を利用できるものである。

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３００ム（膨潤時：３３０ム），外径３３２
ｒ（膨潤時：４０６仏）で有効透析面積１．５めである
透析器を使って行なったものであり、次の表１で実施例
はこの場合、外筒内テーパーを８／１００、出口ボート
１５付近の使用時中空糸膜充填密度を約６５％、入口ボ
ート１４付近のそれを約３５％としたもので、比較例の
ものは充填密度が約５５％と均一なものを用いた。さら
に両例とも入口，出口ボートの内径を各々３◇，８０と
し、環状リブを２２側突出させたものを使用した。血液
流量２００机／ｍｉｎ，透析液流量５００泌／ｍｉｎと
設定して行なった。なお、数値は各々ｌｍ例の平均を示
すものである。表１ 表１の結果より、実施例においては透析性能が安定し、
又高く、さらに残血も安定して少な〈なつていることが
判明した。

以上詳述した通り、本発明においては中空糸膜の外部空
間を環流する第２流体の分散性がよく、有効に中空糸膜
を利用でき、又第１流体の残溜を少なくすることが可能
となった。

さらに製品毎にその性能が安定す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
入口通路、１３・・・第２流体のための出口通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状外筒と、該外筒内を通ってのびる多数の中空
   糸膜からなる中空糸膜束と、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
   に出口通路とから成る中空糸膜型物質多動器において、
   前記外筒は第２流体の入口通路付近の内面に前記中空糸
   膜束と接触しない環状空間を有し、該第２流体の出口通
   路よりわずかに第２流体入口通路寄りの物質移動器の横
   断面における該外筒内の該中空糸膜の充填密度が膜湿潤
   時において６０乃至７０％であって、該第２流体の入口
   通路の方向に向かうに従ってその充填密度が除々に疎に
   なるように該外筒内径がテーパー状に拡がっておりかつ
   該中空糸膜束も上記外筒に接して拡がっており、さらに
   第２流体の入口通路よりわずかに第２流体の出口通路寄
   りの物質移動器の横断面における該外筒内の該中空糸膜
   の充填密度が膜湿潤時において３０乃至４０％であり、
   そして第１流体の入口部に面する前記隔壁は、第１流体
   の出口部に面する前記隔壁より小さいことを特徴とする
   中空糸膜型物質移動器。