JPS61119272A - 毛管型人工肺 - 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】 〔産業利用分野〕 本発明はｗｘｍ人工肺としてもちいる毛管型気液物質交
換器に関する。さらに詳しくは心臓外科手術時に用いる
人工肺、呼吸不全時に用いる補助人工肺、および体液な
いし培養液　　　１）等の生物学的液体Ｋｌｌ素を供給
する酸素富化器として作用するポリスル水ン膜又はポリ
スルホン系複合膜の毛管型人工肺でろる。さらに物理的
滅菌が可能な残留薬物のない安全な人工肺に関する。

〔従来技術〕

人工肺は関心手術の際に人工肺の体外循環路の一部とし
て、酸素の供給と炭酸ガスの除去という肺機能を一時的
に代行するものである。従来の人工肺では、血液と酸素
ガスを、血液を薄層流として接触させるタイプと、血液
中に気泡を導入するタイプが８多、何れも直接接触させ
ている。近年、模型人工肺が開発され、膜を介しての気
液物質交換がより生理的適合性があシ溶血が少ないとい
う利点がある。模型人工肺は急性肺不全や心不全患者の
呼吸補助装置（ＥＣＭＯ）として長時間使用できる補助
人工肺に使われている。

模型人工肺は構造にょプ、平膜積層型、筒状膜コイル型
および毛管ないし中空糸型に分類されるが、毛管ないし
中空糸型人工肺が、気液接触面積の確保、血液薄層化と
剪断速度増加による効率向上９体外血液量の減少等の利
点を有している。

シリコーンゴム膜毛管を用いた血液酸素富化器が開発さ
れている（　Ｒ，Ｐ、　ｄｅ　Ｆｉｌｉｐｐｉ、５ｔｌ
ｋＬ７Ｔｒａｎｓ、　Ａｍｅｒ、　Ｓｏｃ、　Ａｒｔｉ
ｆ、　Ｉｎｔ、　Ｏｒｇａｎａ＊　ｖｏｌ、　１６＋（
２３６）ｔ　１９６８　）。しかしシリフーンゴム膜は
機械的強度が弱く、稲々の強化策が必要である。（特開
昭５７−４３７４９号会報）またポリプロピレン中空糸
を用いた人工肺が特開昭５４−１６００９８号公報に開
示されているが、孔伍の制御および血液の触れる内表面
の凹凸の減少等の改良が望まれる。

またセルロース多孔膜を用いた毛細管型人工肺が特公昭
５６−４２３０１号公報、ポリスルホン等の非親水性微
小孔性不均質膜を用いた人工肺が特開昭５７−３６５２
号公報に開示されているが、膜構造および物質交換器と
して十分確立されたものと言いがたい。

〔発明の目的〕

かかる状況に鑑み、毛管型人工肺の特性を活かし、血液
体外循環における血液損傷、血球数減少、及び血液細胞
の機能低下が少なく、気液物質交換効率の高い毛管型人
工肺を提供することを目的として、鋭意研究し本発明を
完成する（至った。さらに高圧蒸気滅菌ないし放射線滅
菌等の物理的滅菌可能な毛管型人工肺をも完成した。

〔発明の構成〕

すなわち本発明は、筐体と、該筐体内の複数の内径１０
０〜２０００μ、膜厚ｌＯ〜４００μのポリスルホン多
孔膜毛管、および該毛管束を端部にて支持し筐体内毛管
外室と毛管内室に分画する少くとも１つの隔壁とからな
る物質交換器構造を端部にて支持し筐体内毛管外室に連
通する少くとも１つの導管および毛管内室に連通する少
（とも・２つの導管を有する毛管型人工肺である。毛管
の膜は、実質的忙ポリスルホンから成り、かつ相互に連
通した微孔を有する多孔膜であって、鉄膜の少くとも１
つの表面には孔径０．０１μ〜１μの細孔を有し、かつ
酸素の透過速度が１ｘｉｏ−”　〜１ｃｓｊ（標準状Ｍ
　）　／　ａｔ　・ｓｅｅ　・ｔｘ）１１１上−＝セ１
部の範囲である。透過係数は２５℃における測定値を標
単状態（ＱＣ，１気圧）に換算した体積−で示す。

さらに１本発明は筐体と、核筐体内の複数の内径１００
〜２０００μｓ＠厚１０〜４００μのポリスルホン系複
合膜毛管、および該毛管束を端部にで支持し筐体内毛管
外室と毛管内意に分画する少くとも１つの隔壁とから成
る物質交換器構造を端部にて支持して、咳筐体には毛管
外室に連通する少くとも１つの導管および毛管内室に連
通する少くとも２つの導管を有する毛管型人工肺で多る
。

本発明においては、毛管に中空糸を含めるものとする。

第１図に本発明の１実ｔｉｓｎ様である物質交換器構造
の具体例を示す。すなわち筐体１内に複数本のポリスル
ホン多孔膜毛管又はポリスルホン系複合膜毛管２を配置
し、該毛管束を両端にで支持し、筐体内毛管外室３と毛
管内室４に分画する隔壁５ｍ　、　５ｂが設けられた物
質交換器°構造である。該筐体には毛管外室３に連通す
る導管６ａ　＊　６ｂおよび毛管内室４忙連通する導管
７ｍ　＋　７ｂが付設されている。

筐体の断面形状は矩形、多角形または円であってもよい
。ディスポーザブル人工肺として使用するためには、筐
体に硬質合成樹脂を用いるのが一般的でら９、ポリカー
ボネート。

ポリ７セタール！ポリスルホン、ポリ−４−メチルペン
テン−１等の耐熱性のある材料が高圧蒸気滅菌できるの
で好ましい。また該筐体としてポリメチルメタアクリレ
ート、アクリルニトリルスチレンコポリマー、ポリプロ
ピレン等を用いることもでき、さらに放射線滅菌にはボ
リスチシン、スチレン；ポリマーが放射線で着色しない
ので好ましい。隔壁にはポリウレタンエラストマー、エ
ポキシレジン、シリコーンエラストマー等ヲ用い、公知
の方法で毛管を支持するように鋳型し、片端ｍに毛管が
開口した状ＩＩＩＫ仕上られる。

一般に血液は、導管７１．血流分配部８ａ　ｅ毛管内室
４．血流集合部８ｂ、そして導管７ｂへと体外循環し、
一方一素ないし酸素富化媒体は導管６ｂ、毛管外室３．
そして導管６１　　と潅流される。しかしてポリスルホ
ン多孔膜毛管壁を介し℃血液と潅流媒体間で酸素ガスと
炭駿ガスの気液交換がなされる。

毛管の膜は実質的にポリスルホンからなシ、かつ相互に
連通した微孔を有する多孔膜である。ポリスルホンは芳
香族ポリスルホンで６”　？　（１）または（ｍ式に示
す繰返単位で示される重合体、またはその化学修飾重合
体である。

本発明のポリスルホン多孔膜は製１１１Ｋより、（２）
膜の少なくとも１層の気体透過を律速する。

表面微細孔層と連通孔立体網状組織からなる支持体層と
からなる非対称膜、およびＣＢｌｊｌ［全体が実質的に
ほぼ均一な連通孔立体網状組織からなり、全体で気体透
過を律速する層である均質膜とく分類される。いずれの
＠についても、鉄膜の少なくとも１つの表面には孔径０
．０１μ（１００Ｘ）から１μまでの範囲の細孔を有す
ることが必須で娶る。０．０１μ未満の孔径の微細孔を
有する場合実質状表面緻密層を形成し、気体の透過量が
小さくなってしまう。またＩＰを越えた孔径の細孔を有
する場合、気体の流体力学的流れとして透過は大きくな
るが、叉面、血液の損傷、漏洩、および水蒸気散く等の
不利益をもたらす、λの非対称膜（以下Ａ膜と略す）で
は、支持体層の中にフィンガータイプや独立気泡的なマ
クロボイドな含んでいても、表面微細孔層まで及ばなけ
れば差支えない。Ａ膜の場合表面気体透過律速層の細孔
は０．０１μ（１００りからｏ、ｌｐＱ範囲で、好＊　
Ｌ　＜　ハｏ、ｏ　１　／１１（１００りから０．０５
μ（５００Ｘ）の範囲である。この場合、該層の表面は
血球細胞（１−１０／Ｊ）のオーダーからみると実質的
に平滑な面となシ血液適合性に優れている。一方、Ｂの
均質鵬膜（以下Ｂ膜と略す）の場合１表面細孔径はＯ，
、ＯＳμ〜１μの範囲内であるが、気体透過量が十分で
あれば小さ目の方が好ましい。

０．０５〜０．５μの範囲が、さらＫ　０．０５〜０．
２μの範囲が水蒸気散失が小さく、血液適合性の面から
好ましい。　　　　　　　　、。

毛管の内径は１００／Ｊ　〜２０００μ（２ｍ）の範囲
である。毛管内径が小さいと気体交換能が向上するが、
循環血液流の圧力損失が大きくなり、さらに各毛管への
血流分配が不均一になりこと等による凝血や使用後の器
内残雪血液増等の問題が生じる。また毛管の内径が大き
すぎると気体交換能が小さくなり、単位容積の器内充填
膜藺積が小さくなってしまう。好ましくは１５０〜１０
００μ、さらに好ましくは２００〜６００μである。膜
厚は薄い糧、気体透過抵抗が小さいが、毛管の形状を維
持し、血液流圧に耐えることが必要である。即膜厚は１
０〜４００μの範囲であり、内径の１０〜３０チ位の膜
厚が好ましい。

本発明のポリスルホン多孔膜（人膜およびＢ膜）は酸素
の透過速度がＩ　Ｘ　１０−”〜１−（標準状！Ｉ　）
　／ｄ−ｓｓｃ・ｅｓＥｇおよび炭酸ガスの透過速度が
Ｉ　Ｘ　１０−”〜１ｓｌ（標準状態）／ｄ・式・１■
ｔ　の範囲である。何れの透過速度がＩ　Ｘ　１０−ｓ
未満では実用的でなく、１以上の膜は多孔ないしマクロ
孔過ぎて透過膜の体をなさない。

第２の発明として、本発明にポリスルホン系複合膜毛管
を用いてもよい。該複合膜毛管は、実質的にポリスルホ
ンから成シかつ相互に連通した微孔を有する多孔膜およ
び該多孔膜に被覆された機能性薄膜から成っている。

さらに、該機能性薄膜が酸素選択透過性を有する材料か
ら成っている。酸素選択透過材料としては、エテルセル
ロース、ポリジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキ
サン−ポリカーボネート共重合体、ポリオルガノシロキ
サン重合体、およびポリ（４−メチルベンゾン−１）等
を挙げることができるが、とくに限定されるものではな
い。

該機能性薄膜が生体適合性材料から成っている場合も本
発明の範囲である。とく忙血液適合性および抗血栓性材
料を用いることが好ましい。ここに生体適合性とは、体
外循環中に生体の血液凝固系および免疫系に重大な影響
を与えないことである。また血液適合性および抗血栓性
とは、体外循環中に血液の血球数変化、凝血、溶血（赤
血球の破壊）等を誘起しないことである。生体適合性、
血液適合性材料としてはシリコーン系、ウレタン系材料
、ヘパリン化材料、線溶系材料、凝固因子阻害材料等を
挙げうる。また必要に応じては親水性材料等、間接的に
生体適合性等を改良するものを含めてよい。

毛管状ポリスルホン多孔膜の少なくとも１つの表面に、
好ましくは毛管の内面に機能性材料を公知の方法で被覆
する。成膜時に複合化する方法、成膜仮被覆する方法９
毛管型物質交換器組立後被覆する方法等がある。本発明
のポリスルホン系複合膜は、内面が平滑で、細孔が均一
なので、複合膜化しても欠陥がなく機能を発揮するとと
もに１体外循環時における血流がスムーズである。

本発明の人工肺の毛管厘物質交換器構造については、「
発明の構成」の冒１［Ｋ述べた範囲内で任意である。

その１９様例である第１図において、少なくとも１００
本以上のポリスルホン多孔膜毛管、またはポリスルホン
系複合膜毛管２を有し、筒状筐体ＩＫは毛管外室３に連
通する導管６ｍ　、　６ｔ）および毛管内室４に連通す
る導管７ａ　ｔ　ｆｂを付設された構造が好ましい。

第２図の態様は筐体が中間で絞シ込まれた構成で、毛管
２（本図では実線で示す）も絞られてもよい。この様な
構造は特に物質交換器の外部流体の無駄な流れや淀みが
なく効率が向上する。

第３図の態様は、１つの隔！１５を有する筐体ＩＫ複数
の毛ｅ＃２（本図では実線で示す）をＵ字ｆｆ１ＫＬで
収容したものである。血液は導管７ａ−毛管内室４−導
管７ｂと流し、酸素は吸気導管６ａ−栓９−４管６−毛
管外１ｉ１３へと導入され、含炭醸ガス戚素は毛管外室
３−導管６−栓９−呼気導管６ｂへと導出される。

間欠的に＠９を作動して呼吸を模擬できる人工肺である
。

〔本発明の効果〕

本発明のポリスルホン多孔膜毛管お゛よびポリスルホン
系複合膜毛管の毛管型人工肺は酸素および、炭酸ガスの
透過性が優れ、血液の体外循環におい℃安全かつ有効に
人工肺ないし呼吸補助装置として使用できるものである
。

高圧蒸気減菌ないし放射線滅菌等の物理的滅菌が可能と
なシ１人工肺の残留膜−剤の毒性や免疫補体系の生体へ
の悪影響を排除できる。

実施例１ ＣＤ式の構造のポリスルホン（８産化学ｔＵｄ＠Ｊ（登
録商標）　ｒ　Ｐ３５００　）　２０重量％（以下ｗｔ
チと略す）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５７ｖ＋ｒｔ
％塩化リチウム３　ｖｔ％および２−メトキシエタノー
ル２０　ｖｔチなる原液を調製し環状ノズルから芯液（
水）と共に吐出し、水凝固Ｊ沿じ７　凝固し、内径６０
０μ、膜厚１５０μの多孔膜中空糸を得た。

中空糸内表面の走査型電子顕微鏡写真（１０万倍）よ）
、細孔径は０．０１２μ（１２０１）でめった。本中空
糸の構造はＡ膜（内外表面微細孔層とフィンガータイグ
マクｐボイドを有する連通孔立体網状組織からなる中間
支持体層とからなる）であり、紡糸製膜条件により酸素
の透過速度はｉ　ｘ　ｌｏ−”　〜ｓ　ｘ　ｔ　ｏ−”
ｃｄ　（標準状態）／ｃｌＩ−素・ｃＩＬＨｇの範囲に
設定でｉ！る。炭酸ガスの透過速度は酸素と同程度であ
る。

酸素の透過速度１．５Ｘ　１０−”　ａｄｃ標準状ＩＩ
）／ｃｄ−ｓｅｅ・、ｆｉｇの中空糸６００本を束ねて
、ポリカーボネート製筒体に収容して第１図く示す構造
の人工肺を組立だ。０．２−の膜面積と４０ｓｌの血液
充填量の小型人工肺で６９、高圧蒸気減菌（１２１Ｃ，
２０分）して、犬血液の体外循環実験を行い、血液循環
と酸素交換が可能であることを認めた、 実施例２ 実施例ＩＫ用いたポリスルホン１３　ｗｔ％　、シクロ
ヘキサノール３４ｗｔチ膳塩化リチタム３ｗｔチｓ　Ｎ
　Ｍ　Ｐ　５０　ｖｔＩｓからなる原液から、芯液およ
び凝固浴に（ジメチルホルムアミド／水）混合液な用い
て中空糸を得た。紡糸条件にょシ酸素の透過速度はＩ　
Ｘ　１０−”〜５Ｘ１０弓ｄ（標準状！Ｊｌｌ）／ｃａ
ｔ−ｓｅｃ・ａａＨ９の範囲に設定できる。炭酸ガスの
透過速度は酸素より若干低い値であった。

本中空糸の構造はＢ５＆（膜全体が実質的にはぼ均一な
連通孔立体網状組織からなる）で、中２糸膜の内外表面
にＯ９ＯＳ〜ｏ、ｓ　ｐの細孔が認められた。

内径４００μ、膜厚９０μの多孔膜中空糸を１５００本
束ねて、実施例１と同様な人工肺を組立てた。０．３−
の膜面積と４０−の充填血液量の小型人工肺で動物実験
に用いることができた。

実施例３ ■式の構造のポリスルホン〔ポリエーテルサルホン、８
：友化学、　Ｖｌｅｔｒｅｘ　（登録商標）。

３００Ｐ）１Ｂ＃＋ジメチル７セトアミド７０ｇ。

ポリビニルビｇ＋ｊＪトン（Ｇ、　Ａ、　Ｆ　Ｃｏｒｐ
製、ｐｖｐ。

ａｓＨ９であった。内径３５０μ、１に厚７５μの中空
糸を２０００本束ねて第２図に示す絞り３ｊｌｌポ左　
　　　　リメチルメタクリレート製円筒体に入れて０．
３５ぜの膜面積と充填血液量４０−の人工肺を組立て、
放射線滅菌（Ｙ　ｉｌ　ｅ　２．５　Ｍｒａｄ　　）を
行った。

実施例４ 実施例の紡糸方法で内ａ　１　ｍで膜厚３０Ｇμの多孔
毛管を得た。芯剤に水を用い、凝固浴にＮ−メチル−２
−ピロリドン水溶液を用いて、内面に孔径０．０２μ（
２００Ｘ）の細孔を有し外面ＫＯ０３μの細孔を有する
Ａ膜（非対称構造）であった。次いで内面にビス（３−
７ミノプロビル）ブトラメチルジシロキサン希薄エタレ
ール溶液とビス（３−インシアナート°プロピル）ブト
ラメチルジメチルシロキサン希薄ｎ−へ卓サン溶液とで
シリコーン系の機能性薄膜を界面重合させた。賦素の透
過係数は窒素の５．７倍で酸素富化型人工肺ないしｒＩ
ｌ素富化器として用いることができた。また内面のオル
ガノシロキサンの被覆により血液適合性力を改良された
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の人工肺の一例を示す縦ｗＲ？ｉｙ図で
ある。第２図および第３図は本発明の人工肺の他の刑を
示す縦断面図である。１・・・筐体。 ２・・・ポリスルホン多孔膜毛管またはポリスルホン系
複合膜毛管、３・・・毛管外室、４・・・毛管内室。 ５・・・隔壁、６・・・外！ＩＫ連通する導管１７・・
・内室に連通する導管、８・・・血液分配、集合室、９
・・・栓（ｌ［流媒体切換用） １ｉ１困

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）筐体と、該筐体内の複数の内径１００〜２０００
   μ、膜厚１０〜４００μのポリスルホン多孔膜毛管、お
   よび該毛管束を端部にて支持し筐体内毛管外室とも管内
   室に分画する少くとも１つの隔壁とから成る物質交換器
   構造を主体として、該筐体には毛管外室に連通する少く
   とも１つの導管および毛管内室に連通する少くとも２つ
   の導管を有する毛管型人工肺。 （２）筐体が筒体であつて、少くとも１００体以上のポ
   リスルホン多孔膜毛管を有し、該筒体には毛管外室に連
   通する２つの導管および毛管内室に連通する２つの導管
   を有する特許請求の範囲第１項記載の毛管型人工肺。 （３）膜毛管が、実質的にポリスルホンから成り、かつ
   相互に連通した微孔を有する多孔膜であつて、該膜の少
   くとも１つの表面には孔径 ０．０１μ〜１μの細孔を有し、かつ酸素の透過速度が
   、１×１０＾−＾２〜１ｃｍ＾２（標準状態）／ｃｍ＾
   ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇおよび炭酸ガスの透過速度が１×
   １０＾−＾（１＿■）〜１×１０＾−＾１ｃｍ＾２（標
   準状態）／ｃｍ＾２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇの範囲である特
   許請求の範囲第１項記載の毛管型人工肺。 （４）筐体と、該筐体内の複数の内径１００〜２０００
   μ、膜厚１０〜４００μのポリスルホン系複合膜毛管、
   および該毛管束を端部にて支持し筐体内毛管外室と毛管
   内室に分画する少くとも１つの隔壁とからなる物質交換
   器構造を主体として、該筐体には毛管外室に連通する少
   くとも１つの導管および毛管内室に連通する少くとも２
   つの導管を有する人工肺。 （５）筐体が筒体であつて、少くとも１００本以上のポ
   リスルホン系複合膜毛管を有し、該筒体には毛管外室に
   連通する２つの導管および毛管内室に連通する２つの導
   管を有する特許請求の範囲第４項記載の毛管型人工肺。 （６）ポリスルホン系複合膜毛管が、実質的にポリスル
   ホンから成りかつ相互に連通した微孔を有する多孔膜、
   および該多孔膜に被覆された機能性薄膜とから成る特許
   請求の範囲第４項記載の毛管型人工肺。 （７）機能性薄膜が酸素選択透過性を有する材料から成
   る特許請求の範囲第６項記載の毛管型人工肺。 （８）機能性薄膜が生体適合性材料から成る特許請求の
   範囲第６項記載の毛管型人工肺。 （９）生体適合性材料が血液適合性および抗血栓性材料
   である特許請求の範囲第８項記載の毛管型人工肺。 （１０）筐体に耐熱性樹脂を用い、隔壁にエラストマー
   を用い、膜毛管にポリスルホン多孔膜毛管又はポリスル
   ホン系複合膜毛管を用いた毛管型物質交換器であつて、
   高圧水蒸気滅菌された毛管型人工肺。 （１１）耐熱性樹脂がポリカーボネート、ポリ−４−メ
   チルペンテン−１，ポリアセタール、ポリプロピレンか
   ら選ばれた少なくとも１つである特許請求の範囲第１０
   項記載の毛管型人工肺。 （１２）筐体に耐放射線性樹脂を用い、隔壁にエラスト
   マーを用い、膜毛管にポリスルホン多孔膜毛管又はポリ
   スルホン系複合膜毛管を用いたポリスルホン毛管型物質
   交換器であつて、放射線滅菌された毛管型人工肺。 （１３）耐放射線性樹脂がポリスチレンおよびスチレン
   コポリマーから選ばれた少なくとも１つである特許請求
   の範囲第１２項記載の毛管型人工肺。