JPS6244961B2 - - Google Patents

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JPS6244961B2
JPS6244961B2 JP54501559A JP50155979A JPS6244961B2 JP S6244961 B2 JPS6244961 B2 JP S6244961B2 JP 54501559 A JP54501559 A JP 54501559A JP 50155979 A JP50155979 A JP 50155979A JP S6244961 B2 JPS6244961 B2 JP S6244961B2
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JP
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blood
gas
membrane
substrate
oxygenator
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JP54501559A
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JPS56501037A (ja
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Nikorai Sutepanobitsuchi Ridorenko
Bikutoru Chimofuiibitsuchi Gorun
Gurigorii Furoimobitsuchi Mukuniku
Ja Ramizobitsuchi Karichefu
Arekusandoru Naimobitsuchi Shiteinberugu
Mikairu Borisobitsuchi Refu
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Publication of JPS6244961B2 publication Critical patent/JPS6244961B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/70—Polymers having silicon in the main chain, with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/108—Inorganic support material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31652—Of asbestos
    • Y10T428/31663—As siloxane, silicone or silane

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

請求の範囲 １ 気相及び液相の２相媒体においてガス交換を
行うための、強化基材と、有機珪素ゴムを主体と
するポリマー層とからなる２相媒体分離用ガス透
過性膜であつて、 前記強化基材２が、その材料自体にガス透過性
がない親水性の焼結金属粉から成り、そして20％
以上の開放孔含有率及び該基材上に施されるポリ
マー層１のガス透過性をその100倍以上まで上廻
るガス透過性を有し、そして 前記強化基材２上に施された連続したポリマー
層１が、２〜５μｍの厚さを有し、そして前記基
材の開放孔３を８〜12μｍの深さまで充填してい
ることを特徴とする２相媒体分離用ガス透過性
膜。
２ 気相及び液相の２相媒体においてガス交換を
行うための、強化基材と、有機珪素ゴムを主体と
するポリマー層とからなる２相媒体分離用ガス透
過性膜を製造するに当つて、 材料自体にガス透過性がない親水性の焼結金属
粉から成り、そして20％以上の開放孔含有率及び
該基材上に施されるポリマー層のガス透過性をそ
の100倍以上まで上廻るガス透過性を有する基材
を下記溶媒の沸点より0.5〜20℃高い温度まで加
熱し、そして 前記基材に対して不活性で、その基材を湿潤さ
せ得る溶媒中に１〜20％の濃度で有機珪素ゴムを
溶解することによつて得たポリマー溶液を前記加
熱基材の表面上に0.5〜５mg／cm2の量で噴霧する
ことによつてポリマー層を施すことを特徴とする
２相媒体分離用ガス透過性膜の製造方法。
発明の分野 本発明は、医療器械の分野、詳述すれば、２相
媒体分離用、特に血液の流れとガスの流れを分離
するためのガス透過性膜及びそのような膜の製造
方法に関する。このような膜は、特に血中酸素供
給器において有利に使用することができる。
発明の背景 高能率ガス交換装置を準備する際には、２つの
要件を満すべきである。第一に、高い特異性を有
するガス透過性膜が必要である。次に、この膜に
基づいて、すべての媒体を均一に分配させ、その
有効な相互混合を行ない、膜の全作用表面積にわ
たつて適切なガス交換を行なう設計を工夫すべき
である。
血中酸素供給器に使用するガス膜はO2に関し
て高い透過性、CO2に関して一層高い透過性、血
液との生物学的適合性及び操作中に生ずる圧力に
充分耐える機械的強度を有すべきである。
ポリマー物質；ポリエチレン、ポリテトラフル
オロエチレン（米国デユポン社から商品名テフロ
ンとして入手可能）、ポリ塩化ビニル、天然ゴ
ム、ジメチルシリコーンゴムから作られたガス透
過性膜が文献に知られている。
ポリマー物質から作られた膜のガス透過性は膜
中へのガス溶解及びガスの拡散のプロセスと関連
する。従つて、ガス透過性Ｐは溶解度Ｓと拡散係
数Ｄとの積である： Ｐ＝Ｓ・Ｄ ポリマー物質の前記膜はすべて血液と生物学的
に適合性であるが、透過性において相互に著しく
異なる。即ち、下記の物質に関する酸素の透過係
数Po2×10-9は次のとおりである： ポリエチレン 0.0002 ポリテトラフルオロエチレン 0.0004 ポリ塩化ビニル 0.014 天然ゴム 2.4 ジメチルシリコーンゴム 50.0 ジメチルシリコーンゴムに関してはCO2透過性
はO2透過性より５倍高いが、他の物質から作ら
れた膜に関してはこの比は一層高い。
ガス透過性膜により血液流動室とガス流動室と
に区分されたハウジングから成る血中酸素供給器
の第一の形態では、ガス透過性膜としてポリエチ
レンフイルムが使用された〔メジズ・パブリツシ
ング・ハウス（Medgiz Publishing House）1960
年発行アレン（Ｊ・Allen）編集、論文集「アー
テイフイシヤル・ブラツド・サーキユレイシヨン
（Artificial Blood Circulation）」クローズ（Ｊ・
Close）、ネビル（Nevill）著「メンブラン・オキ
シゲネイター（Membrane Oxygenator）」78〜
96頁参照〕。このような酸素供給器は、充分な能
力の人工血液循環を確実にするために、32m2のガ
ス交換面を有し、供血者の血液5.75を満すこと
を必要とする。作動の間に膜は沈着物で被覆さ
れ、非湿潤性を失ない、従つてガス室への液体の
浸入が起り、酸素供給器の有効使用時間は２〜３
時間に制限されることが判つた。
前記の事実から、血中酸素供給器にガス透過性
の低いガス透過性膜を使用するにはガス交換面を
数十m2にする、従つて供血者の血液の充填量を多
量（６まで）にする必要があることが判る。更
に、このような膜は血液に有害な作用を及ぼし、
このことはその使用時間を制限する。
この理由で、ガス透過性膜用の材料として、良
好なガス透過性及び高い生体適合性を有するジメ
チルシリコーンゴムを使用する試みがなされた。
しかしながら純粋なジメチルシリコーンゴムは低
い機械的強度を有し、これから100μｍ以上の厚
さのフイルムしか得られず、このようなフイルム
には屡々マクロの欠陥（孔）が形成する。
ポリマーの機械的強度を増加するため、有機珪
素ゴムポリマー、特にシリコーンゴムをナイロン
布（強化基材）上に施して厚さ125μｍの強化フ
イルムを得ることが示唆された〔Trans・
Amer・Soc・Artif・Int・Organs，1968年
巻328〜334員、コロボー（Ｔ・Kolobow）、ザポ
ール（Ｗ・Zapol）、ピーアス（Ｊ・Ｅ・
Pierce）、キーリイ（Ａ・Ｆ・Keeley）、リプログ
ル（Ｒ・Ｌ・Replogle）及びハラー（Ａ・
Haller）著「パーシヤル・エキストラコーポレア
ル・ガス・エクスチエンジ・イン・アラート・ニ
ユウ・ボーン・ラムズ・ヴイズ・ア・メンブラ
ン・アーテイフイシヤル・ラング・パーフユーズ
ド・ヴアイア・アン・エイ―ヴイ・シヤント・フ
オー・ピーリオズ・アプ・トウ96アワーズ
（Partial extracorporeal gasexchange in alert
new born lambs with ａ membrane artificial
lung perfused via an Ａ―Vshunt for periods
up to 96hours）」。
このようなガス透過性膜の公知製造方法は、強
化基材上にシリコーンゴムを流延法によつて施
し、続いて施したゴムを基材と一緒にロールの間
で圧延して均一な厚さの膜を作ることにある
（1967年６月13日発行の米国特許第3325330号明細
書参照）。このような膜におけるゴム層は補強網
状組織を充分に充填する。
シリコーンゴムを主体とするガス透過性膜を使
用することにより、約６m2の作用面及び約１の
供血者の血液充填容量を有する。全人工血液循環
用の血中酸素供給器を製造することが可能になつ
た。しかしながらこれらの酸素供給器中の膜はか
なりの厚さ（125μｍ）を有し、この厚さは強化
スクリーンの厚さによつて決定される。
一定の透過係数では膜を通過するガスの量がそ
の厚さに反比例することは知られている。従つ
て、膜を通過するガスの量に制限がある。更にゴ
ムと強化スクリーン繊維との結合部位で不充分な
粘着が起り、これにより貫通マクロ孔が形成し、
血中酸素供給器の運転停止を起す。
ガス流動室から交互の血液流動室を分離する中
心オリフイスを有する複数のガス透過性膜を含ん
でなる血中酸素供給器の形態は現在最も便利であ
る。すべての室への血液の流動を確実にするため
に、酸素供給器に中央入口マニホールド及び周縁
出口マニホールドを設ける。ガスのためにも、入
口及び出口ガスマニホールドを設ける。膜はすべ
て全人工血液循環を提供するのに充分な総作用面
積を有する。血中酸素供給器に使用される現在知
られているガス透過性膜はすべて可撓性であるか
ら、このような配列を実現するには、膜の間に配
置され、原則として硬質格子構造を有するスペー
サ部材を使用することが必要である。これらの部
材も血流の横断面の恒常性を確実にする作用をす
る。しかしながら血液と接触している付加的部材
の使用は血液に有害な影響を及ぼす。
発明の開示 本発明は、単位表面積に関してみた場合に、同
様なタイプの公知なガス透過性膜のどれよりも実
質的に多量のガスを通過させることができかつ加
えられた荷重に耐え、しかも製造の間に付与され
た形状を変えることのない剛性をもつた２相媒体
分離用ガス透過性膜、及びそのような膜の製造方
法を提供することを目的としている。このガス透
過性膜は、ガス交換表面積が比較的に小さく、し
たがつて、供血者の血液で満たされるべき容量が
比較的に小さく、また、血液に対する作用は生体
の再生能力のレベルの如く最小であり、従つて、
患者の術後期間の回復を促進し、血中酸素供給器
を人工血液循環ばかりでなく、肺動脈弁閉鎖不全
の場合の呼吸の維持等、広範囲の用途に使用する
のを可能にする。
上記した目的は、本発明によれば、気相及び液
相の２相媒体においてガス交換を行うための、強
化基材と、有機珪素ゴムを主体とするポリマー層
とからなる２相媒体分離用ガス透過性膜におい
て、材料自体にガス透過性がない親水性の焼結金
属粉から成り、そして20％以上の開放孔含有率及
び上に施されるポリマー層のガス透過性のその
100倍以上まで上廻るガス透過性を有する強化基
材を用意し、この基材上に施す連続したポリマー
層の厚さを２〜５μｍとし、そしてこの基材の開
放孔を８〜12μｍの深さまでポリマーで充填する
ことによつて達成することができる。
本発明の目的は、さらに、強化基材及び有機珪
素ゴムを主体とするポリマー層から成る２相媒体
分離用ガス透過性膜を製造する方法において、材
料自体にガス透過性がない親水性の焼結金属粉か
ら成り、そして20％以上の開放孔含有率及び該基
材上に施されるポリマー層のガス透過性をその
100倍以上まで上廻るガス透過性を有する基材を
下記溶媒の沸点より0.5〜20℃高い温度まで加熱
し、そして前記基材に対して不活性で、その基材
を湿潤させ得る溶媒中に１〜20％の濃度で有機珪
素ゴムを溶解することによつて得たポリマー溶液
を前記加熱基材の表面上に0.5〜５mg／cm2の量で
噴霧することによつてポリマー層を施すことによ
つて達成することができる。
本発明によるガス透過性膜は、ガス透過性膜に
よつて血液流動室及びガス流動室に区分されたタ
イプのハウジングから成る血中酸素供給器におい
て有利に使用することができる。
この場合に、中央開口を有し、ガス流動室から
交互の血液流動室を分離する複数のこのような
膜、中央入口及び周縁出口血液流動マニホールド
並びに入口及び出口ガスマニホールドを含む血中
酸素供給器において、膜を相互に同一の表面と対
面し、周縁及び中央開口の周に沿つて対になつて
接続されるように配置して、接続した膜の内側
に、ガス流動室を形成し、その外表面上のポリマ
ー層が、相互に対面する表面ごとにそれらの１方
の表面の突出部が他の表面の突出部の間にあるよ
うに配置された突出部を有し、突出部の側面の間
に隙間を形成するのが好ましい。突出部の間の隙
間には血液流動室が形成され、膜の中央開口の内
側には入口中央血流マニホールドが形成される。
中央マニホールドにその約半分の長さのところ
に密封隔壁を置いて、隔壁の両側に位置する中央
マニホールドの部分が環状の周縁マニホールドに
よつて連通しているようにするのが望ましい。
中央マニホールドには隔壁の両側に変位部材を
設けて、酸素供給器における血液量を減少させ、
血液流動室中に血液を均一に分配させるのも好ま
しい。
本発明により配列されるガス透過性膜は、この
型の膜のガス交換効率を規定する主な拡散抵抗係
数の１つであるポリマー層の厚さの減少により同
様のすべての公知膜より高いガス透過性を有す
る。同時に、この薄い連続ポリマー層は、生ずる
力を支える丈夫な高多孔性強化基材に強固に固定
されているので、作動中に生ずる任意の機械的負
荷を受けない。そのため、基材及び従つて膜の機
械的形は全体として保持される。
本発明によるガス透過性膜の製造方法は、簡単
であつて、新規な精巧な処理装置を必要としな
い。所定の一定温度を有する加熱装置及びポリマ
ー溶液用の噴霧装置を使用すれば充分である。こ
のような加熱装置及び噴霧装置は世界のすべての
先進国の種々の製造業者から容易に入手しうる。
本発明によるガス透過性膜は種々のガス交換装
置に使用できるが、血中酸素供給器に使用するの
が最も有利である。
本発明による膜を使用する血中酸素供給器の配
列は、与えられた血流に酸素を供給するのに必要
なガス交換面積が比較的小さく、従つて使用する
供血者の血液量が比較的少ないことを特徴とす
る。更に硬質強化基材により交互の血液流動室及
びガス流動室を形成するために必要な形を膜に与
えることが可能になる。膜上のポリマー層は血液
流動室に対面している。従つて、血液は最も良好
な生物学的適合性を有するポリマーと接触してい
る。これにより患者の血液に対する酸素供給器の
作用は最小になり、その作用は生体の再生能力の
水準にあり、従つて手術後の期間の経過は促進さ
れ、酸素供給器は人工血液循環ばかりでなく、肺
動脈弁閉鎖不全等の場合に呼吸の維持にも広範囲
に適用可能になる。
本発明によるガス透過性膜は良好な加工性を有
し、これにより膜に任意の所望の硬質構造を与
え、特に膜を対にして接続し、その上に突出部を
設けることが可能になる。膜上の突出部は血液流
動室の寸法の恒常性、個々の室の間の血流の分布
の均一性を保証する。更に、血液は突出部の間を
移動しながら、層流の間に連続的に混合される。
このことは、次にこのようなガス交換装置の作動
効率を改良する。
膜上の突出部は血液流動室にスペーサ部材（ス
クリーン）の使用を回避するのを可能にし、従つ
て血液流動室の液圧抵抗を低下する。これにより
血中酸素供給器を例えばポンプなしに呼吸の保持
に使用することが可能になる。従つて、血液循環
路から可動部材が排除され、血液の構成成分の損
傷を最低にする。
【図面の簡単な説明】
次に、添付図面を参照して、本発明の特別の態
様を記載することによつて本発明を説明する。図
面において、第１図は本発明方法によつて製造さ
れたガス透過性膜の断面図、第２図は第１図に示
したガス透過性膜を有する血中酸素供給器の最も
簡単な態様を示した略示図、第３図は第１図に示
した膜を複数個有する血中酸素供給器、 第４図は第３図の線分―にそつた断面図、
第５図は第３図に示した血中酸素供給器の側面図
である。
発明を実施するための最良の形態 本発明によるガス透過性膜の主たる構成要素は
有機珪素ゴムを主体とするポリマーの連続層１
（第１図）である。厚さ２〜５μｍのこの層１を
開放孔３を有する強化基材２上に施し、開放孔３
を、連続層１の側面について、有機珪素ゴムを主
体とするポリマーで部分的に充填する。孔３の内
面は複雑な構造の粗面を有し、従つてポリマーに
よる孔３の部分的充填物４が連続ポリマー層１と
多孔質基材２との間の強固な結合を保証する。基
材２の孔３上にあるポリマー（充填物４）及び連
続層１を形成するポリマーは同じ性質及び大きな
接触面積を有する。これにより基材２の表面への
連続的ポリマー層１の確実な粘着が保証される。
強化基材２は、充分な機械的強度を有し、基材
上に施されるポリマー層１の100倍以上高いガス
透過性を有する、開放孔含有率20％以上の任意の
固体材料から作ることができる。
例えば焼結ニツケル粉末から、下記の特性を有
する強化基材を作ることができる： 開放孔含有率 60％ 厚さ 150μｍ 最大孔径 ３μｍ 平均孔径 １μｍ 酸素に対する透過性 （2.5−3.5）×10-3cm3／ｓｅｃ・mmＨ２Ｏ・c
m2 本発明によるガス透過性膜は、強化基材２上に
有機珪素ゴムを主体とするポリマーの層１を施す
ことによつて製造される。ポリマー層１は、基材
体料に不活性で、それを湿潤させうる溶媒中に１
〜20％の濃度でポリマーを溶かすことによつて適
用する。次に、基材２を溶媒の沸点より0.5〜20
℃高い温度に加熱し、基材２の表面上に有機珪素
ゴムポリマー溶液を0.5〜５mg／cm2の量でスプレ
ーする。
溶液エーロゾルが親水性強化基材２上に落下す
ると、溶液は毛管力によつて加熱された基材２の
孔３中に引張られる。溶媒は沸騰し、完全に蒸発
し、ポリマーは８〜12μｍの深さで強化基材２の
孔３の側壁に残る。溶液のその後のスプレー工程
で、これらの孔３を前記の深さから基材２の表面
までポリマーで充填し、その後更にスプレーして
強化基材２の表面上に孔３内にあるポリマーと結
合した２〜５μｍの厚さのポリマーの連続層１を
作る。
孔３の断面は多様であり、内面は粗いので、ポ
リマー（充填物４）は基材２との強力な機械的結
合を有し、基材２の表面への連続層１の確実な粘
着を保証する。
本発明によるガス透過性膜の製造方法を一層良
く理解するため、次に若干の実施例を説明のため
記載する。
例 １ ガソリン中のジメチルシリコーンゴムの20％溶
液を製造する。使用するガソリンは無色、透明
で、四エチル鉛、機械的不純物及び水を含まない
ものであるべきである。こうして製造した溶液を
焼結ニツケル粉末から成る加熱した強化基材上に
150μｍの厚さにスプレーする。基材の温度を一
定に140℃に保持する。溶液エーロゾルは、親水
性多孔質基材に接触すると、毛管力の作用下に基
材の孔の内部に吸引される。ガソリンは沸騰し、
充分に蒸発し、ゴムは８〜10μｍの深さに残る。
その後のスプレーにより、孔はこの深さまでゴム
で充分に充填され、次に溶液を更にスプレーする
と、強化基材上に４〜５μｍの厚さのゴムの連続
層が形成される。
例 ２ ガソリン中のジメチルシリコーンゴムの１％溶
液を調製する。使用するガソリンは無色透明で、
四エチル鉛、機械的不純物及び含まないものであ
るべきである。得られた溶液を焼結ニツケル粉末
から成る厚さ150μｍの加熱した強化基材上にス
プレーする。基材の温度を一定に120.5℃に保持
する。溶液エーロゾルは親水性強化基材に接触す
ると、毛管力によつて基材の孔内に吸引される。
ガソリンは沸騰し、充分に蒸発し、ゴムは10〜12
μｍの深さに残る。更にスプレーすると、孔はこ
の深さまでゴムで充分に充填され、その後溶液を
更にスプレーすると、強化基材上に２〜３μｍの
厚さのゴムの連続層が形成される。
例 ３ ガソリン中のジメチルシリコーンゴムの５％溶
液を製造する。使用するガソリンは無色透明で、
四エチル鉛、機械的不純物及び水を含まないもの
であるべきである。こうして製造した溶液を焼結
ニツケル粉末から成る厚さ150μｍの加熱した強
化基材上にスプレーする。基材の温度を一定に
125℃に保持する。溶液エーロゾルは、親水性多
孔質基材に接触すると、毛管力によつて孔の内部
に吸引される。ガソリンは沸騰し、充分に蒸発
し、ゴムは９〜10μｍの深さに残る。その後のス
プレーで孔はこの深さまで充填され、次に溶液を
更にスプレーすると、強化基材上に厚さ３〜４μ
ｍのゴムの連続層が形成される。
例 ４ ジエチルエーテル中のジメチルシリコーンゴム
の10％溶液を製造する。得られた溶液を厚さ150
μｍの焼結ニツケル粉末の加熱した強化基材上に
スプレーする。基材の温度を一定に50℃に保持す
る。溶液エーロゾルは、親水性多孔質基材と接触
すると、毛管力によつて孔の内部に吸引される。
エーテルは沸騰し、充分に蒸発し、ゴムは８〜10
μｍの深さで残る。その後のスプレーで孔は充分
にゴムで充填され、次に溶液を更にスプレーする
と、強化基材上に厚さ４〜５μｍのゴムの連続層
が形成される。
第２図には、第１図に示したような本発明によ
るガス透過性膜６によつて血液流動室７及びガス
流動室８に区分されたハウジング５から成る単純
な血中酸素供給器を示す。ハウジング５には、静
脈血用の流入パイプ９及び動脈血用の流出パイプ
１０、並びにガスの入口及び出口用にそれぞれパ
イプ１１及び１２がある。ガス透過性膜６は、強
化基材２上のポリマーの連続層１が血液流動室７
に対面するように配置する。
第３図には、第１図に示した構造を有するガス
透過性膜１３の複数個を相互に平行に配置してな
る血中酸素供給器の配列を示す。
膜１３は中央開口を有する円板として作られ、
交互の血液流動室１４をガス流動室１５から分離
する。膜１３は対になつて膜の周縁及び中央流入
血液マニホールド１６を形成する中央開口の周に
沿つて接続されている。膜１３の外縁とマニホー
ルドのハウジング１７との間には環状周縁出口血
流マニホールド１８がある。膜１３の外側面上に
は、相互に対面する表面ごとに一方の表面の突出
部１９が他方の表面の突出部１９の間に挿入され
るように突出部１９が設けられ、突出部１９の側
面の間に隙間が形成される。接続された膜の内部
にはガス流動室１５が形成され、突出部１９の間
の隙間には血液流動室１４が形成される。それぞ
れの膜１３上のポリマー層は常に血液流動室１４
と対面している。室１４及び１５の封隙は封隙部
材２０によつて行なわれる。静脈血用の流入パイ
プ及び入口ガスパイプ１１及び出口ガスパイプ１
２は血中酸素供給器の底２１に設けられている。
第４図には、第３図に示した―切断線に沿
う血中酸素供給器の上から見た図を示す。膜１３
の突出部１９の一部の横断面が示されている。血
液の流動方向を実線の矢印２２（膜の一部の上）
で示し、ガスの流動方向を点線２３で示す（慣例
によりガス流動室の半分について）。
第５図には、第３図に示した血中酸素供給器の
側面図を示す。図面から、中央マニホールド１６
にはその長さの約半分のところに膜（突出部なし
に示した）の外径に等しい外径を有する緊密な隔
壁２４が設けられている。隔壁２４の両側に配置
された中央マニホールドの部分は環状周縁マニホ
ールド１８によつて連通しており、出口血流マニ
ホールドの機能は血流の方向で隔壁２４の後方に
配置された中央マニホールドの部分２５によつて
行なわれる。隔壁２４の両側に、酸素供給器中の
血液量を減少し、血液流動室中に血液を均一に分
布させるため変位部材２６が設けられている。
第２図に示した酸素供給器は下記の方法で作動
する。
酸素供給器を作動する際には、膜の一方の側
（連続ポリマー層の側）に血液を流し、他方の側
にガスを供給する。流入パイプ９より酸素供給器
の室７中に通る静脈血「Ｖ」は、50〜65mmHgの
二酸化炭素の分圧を有し、65〜75％の酸素で飽和
されている。流入パイプ１１より純粋な酸素を酸
素供給器中の室８中に導入する。この方法でガス
透過性膜６上に50〜65mmHgに等しい二酸化炭素
の分圧の勾配が得られ、これは血液流動室７から
ガス流動室８へ向う。反対側に向つて約700mmHg
に等しい酸素分圧の勾配が支配する。分圧のこれ
らの勾配により膜６を通つて二酸化炭素（血液か
らガスへ）及び酸素（ガスから血液へ）の向流の
流れが動く。第１図及び第２図において、これら
の流れは一点鎖線で示す。酸素供給器中に導入さ
れた静脈血「Ｖ」は膜６の連続層１と接触してい
る。血液流動室７中の静脈血とガス流動室８中の
純酸素との間の二酸化炭素分圧の支配している勾
配により、二酸化炭素は薄い連続ポリマー層（第
１図及び第２図）、次に基材２の孔３を部分的に
充填するポリマー（充填４）を通つて基材２の開
放孔３中に浸透する。二酸化炭素は開放孔３から
ガス流動室８中に通り、酸素の流れによつて流出
パイプにより環境媒体中に引き抜かれる。
反対側に向う酸素分圧の勾配は同じ通路に関し
て反対方向の酸素の流動を保証し、この酸素は連
続的ポリマー層１と直接接触する血液の薄いフイ
ルムを動脈血に変える。
膜６の薄いポリマー層１は単位ガス交換表面積
を通つてかなりの流速のガスの通過を可能にし、
従つてガス交換面積及び充填量を減少させる。ガ
ス透過性膜に沿つての血液が移動すると、二酸化
炭素の一部がそこから35〜40mmHgの分圧まで除
去され、酸素での血液の飽和は92〜98％に増加す
る。この動脈血となつた血液「Ａ」は血中酸素供
給器から流出パイプ１０を通つて取り出され、患
者に供給することができる。
精製基本血液流（strain elemental Blood
jets）と血液を層流で流すと、その後のガス交換
過程は遅くなる。なぜなら、血液のガス輸送機能
を行なう赤血球がガス交換を妨害する高い拡散抵
抗を有する血漿中に懸垂状態にあるからである。
従つて、動脈血化する間の二酸化炭素及び酸素の
流れはガス透過性膜ばかりでなく、常に濃度の増
す、動脈血になつた血液をも通過しなければなら
ない。
血液は血液流動室７内を移動するときに、血液
との良好な生物学的適合性を有する有機珪素ゴム
を主体とする連続ポリマー層とだけ接触すること
に注意すべきである。このことにより血中蛋白質
及び血液の構成成分に対するこのような酸素供給
器の有害な作用は最小になる。
膜６の強化基材２は固体物質から成るので、ガ
ス透過性膜は充分に高い剛性を有し、従つて700
mmHgまでの圧力下で血液流動室７の寸法が変化
しないで保持される。
第１図に示した膜の機能を一層充分に証明する
ため単純な型の血中酸素供給器の操作を記載し
た。第３図、第４図及び第５図は一層操作の便利
な血中酸素供給器の配列を示す。この酸素供給器
は本発明によるガス透過性膜をベースとする。
第３図、第４図及び第５図に示した血中酸素供
給器は下記の方法で操作する。静脈血「Ｖ」を流
入パイプ９より血中酸素供給器に供給し、血流の
中央入口マニホールド１６中に通り、このマニホ
ールドには変位部材２６が設けられている。入口
マニホールドからは、血液が血液流動室１４の間
に均一に分配される。静脈血はガス透過性膜１３
の連続ポリマー層と接触している。膜１３のすぐ
近くの血液層から二酸化炭素はガス流動室１５中
に浸透し、血液フイルムを動脈血にする酸素は反
対方向に移動する。血液流動室１４中の血液が更
に移動する間に、血液は突出部１９のまわりに流
れ、従つて動脈血化された血液フイルムは血流の
内部に通り、静脈血がそれに取つて代わり、この
方法でその静脈血も動脈血になる。従つて、血液
が層流で流れる間に、血液は図面に矢印２２で示
したように連続的に混合され、これによりガス交
換過程が増強される。血液流動室１４における血
液分布の均一性は、突出部１９の高さを等しくす
ること、従つて血液流動室１４の寸法を同一にす
ることによつて保証される。
血液は、血液流動室１４の一部を通過した後、
周縁マニホールド１８中に浸入し、そこから残り
の血液流動室１４の間に均一に分配され、そこで
更に血液の動脈血化が行なわれ、次に出口血流マ
ニホールド２５から取り出される。出口血流マニ
ホールドとしては、血液の流路に沿つて隔壁２４
の後にある中央マニホールドの一部が作用する。
動脈血となつた血液は酸素供給器から流出パイプ
１０を介して取り出される。
酸素は流入パイプ１１を介して血中酸素供給器
中に入り、すべてのガス流動室１５中に均一に分
配される。これらの室を通つて移動する間に二酸
化炭素は静脈血からガス透過性膜１３を通つて酸
素流中に浸透し、酸素の一部は逆方向に血液中に
入る。残りの酸素は二酸化炭素と一緒に流出パイ
プ１２を介して環境媒体中に排出される。
本発明によるガス透過性膜をベースとする第３
図、第４図及び第５図により具体的に表現された
血中酸素供給器は、約４m2のガス交換表面積及び
約0.5の供血者の血液の充填量で血液に６／
分の酸素供給を保証する。ガス透過性膜が固体物
質の強化基材を有し、従つて膜の剛性が保証され
ているので、血液流動室内の圧力を安全に700mm
Hgまで増加することができる。
また、現在使用されている公知の最良の酸素供
給器は６m2以上のガス交換表面積及び1.2の血
液充填量を有するが、圧力を300mmHgにしか増加
できない。
産業上の利用可能性 本発明によるガス透過性膜は種々のガス交換装
置に、例えばダイバー用の呼吸装置に使用するこ
とができる。しかし本発明によるガス透過性膜の
最も好ましい用途は、人工血液循環装置の主機能
部を構成する血中酸素供給器にある。
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