KR102590194B1 - 여과 장치 - Google Patents

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Abstract

본원은 복수 개의 중공사막을 포함하는 여과 장치, 여과 장치의 제조를 위한 프로세스, 및 주입 액체의 데드-엔드 여과에의 여과 장치의 사용에 관한 것이다.

Description

여과 장치
본원은 복수 개의 중공사막을 포함하는 여과 장치, 여과 장치의 제조를 위한 프로세스, 및 주입 액체의 데드-엔드(dead-end) 여과에의 여과 장치의 사용에 관한 것이다.
환자의 신체에, 특히 환자의 혈류에 주입될 액체에는, 발열 물질과 미립자 물질이 없어야 한다. 따라서, 환자를 보호하기 위해, 주입액은 통상적으로, 환자의 신체에 들어가기 전에, 주입 라인에 설치된 필터 장치를 통과하게 된다. 시판되고 있는 장치는 일반적으로 미소다공성 플랫 시트 멤브레인을 포함한다. 플랫 시트 멤브레인 대신에 중공사막을 포함하는 여과 장치도 또한 제안되어 있다.
US 4 267 053 A호에는, 일단부에 입구 캡을 갖고 타단부에 출구 캡을 갖는 케이싱을 포함하는 인라인 정맥내 최종 필터 유닛이 개시되어 있다. 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛의 다공성 등급을 갖는 적어도 하나의 다공성 중공사가 케이싱 내에 그 길이방향에 평행하게 배치된다. 중공사는 상기 입구 캡의 반대편에 있는 그 일단부에서 폐쇄되어 있고, 상기 출구 캡의 반대편에 있는 그 타단부에서 개방되어 있다. 중공사는 그 개방 단부의 외주부에서 케이싱의 내벽에 고정 부재에 의해 단단히 고정되고; 중공사의 총 유효 여과 면적 대 케이싱의 용량의 비는 적어도 약 4:1이다. 중공사막은 최대 3 ㎜의 외경과 적어도 0.5 ㎜의 내경을 갖는다.
US 4 267 053 A호의 작업 예에서는, 0.5 ㎜의 내경, 1.4 ㎜의 외경, 60 ㎜의 길이 및 0.32 ㎛의 다공성 등급을 갖는 16개의 다공성 중공사를 포함하는 필터 장치가 개시되어 있다. 상기 중공사들은 내경 8 ㎜, 외경 10 ㎜ 및 길이 80 ㎜의 중공 원통형 케이싱에 수용되고, 실리콘형 접착성 물질로 제조된 고정 부재에 의해 케이싱의 내벽에 단단히 고정된다. 다공성 중공사는 셀룰로오스 디아세테이트로 제조되고, 케이싱, 입구 캡 및 출구 캡은 폴리에틸렌으로 제조된다. 필터 유닛은 35 ㎠의 여과 면적(A)과 5.61의 A/V 비를 갖는다. 사용된 중공사막은 0.5 ㎜/0.45 ㎜ = 1.1의 내경/벽 두께 비를 갖는다. 여과될 액체는 중공사의 외부로부터 내강(內腔) 내로 투과해 들어간다. 35 ㎖/㎠*hr 미만의 유량이 기록된다.
US 4 267 053 A호의 장치는 시간당 500 ㎖ 정도의 속도로 주입액을 여과하기에 적합하다. 여과 면적을 확장함으로써, 상기 값은 어느 정도 증가될 수 있다. 그러나, 단시간에 다량의 액체를 여과하기 위해서는, 다른 종류의 여과 장치가 요구된다.
본원의 목적은 단시간에 다량의 액체를 여과할 수 있는 여과 장치를 제공하는 것이다.
본 출원은 큰 내경과 얇은 벽을 갖는 복수 개의 미소다공성 중공사막을 포함하는 여과 장치를 제공한다. 여과 장치는 환자에게 주입될 액체의 멸균 데드-엔드 여과에 사용될 수 있다.
도 1은 본원의 여과 장치(10)의 일 실시형태의 측면도와 단면도이고;
도 2는 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 유지하는 디스크(12)의 일 실시형태의 사시도이며;
도 3은 본원의 여과 장치(10)의 일 실시형태의 분해도이고;
도 4는 도 1에 도시된 여과 장치(10)의 단면도의 상세도이며;
도 5는 본원의 여과 장치(10)의 다른 실시형태의 분해도이고;
도 6은 본원의 여과 장치(10)의 또 다른 실시형태의 측면도와 단면도이며;
도 7은 도 6에 도시된 여과 장치(10)의 단면도의 상세도이다.
본 발명은 복수 개의 반투과성 중공사막을 포함하는 여과 장치를 제공한다.
본원의 여과 장치(10)는 액체용 입구(15)를 구비하는 헤더 섹션(11)을 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 헤더 섹션(11)은 원통형 대칭을 나타내고 있으며, 축은 상기 입구(15)를 통과해 뻗어 있다. 상기 헤더 섹션(11)은, 복수 개의 보어(16)를 구비하며 복수 개의 중공사막(14)을 유지하는 디스크(12)의 제1 면을 덮고 있는데, 상기 복수 개의 중공사막은 상기 헤더 섹션(11)에 의해 덮여 있는 상기 제1 면의 반대편에 있는 상기 디스크(12)의 제2 면으로부터 돌출되어 있다. 일 실시형태에서, 상기 헤더 섹션(11)의 내벽에는 둘레방향 렛지(21)가 존재하고; 상기 렛지(21) 상에 디스크(12)가 놓인다. 다른 실시형태에서, 헤더 섹션(11)의 입구부에 플랜지(23)가 마련된다.
본원의 여과 장치(10)는 복수 개의 보어(16)를 구비하는 디스크(12)를 포함한다. 보어(16)의 수는 특별히 제한되지 않는다. 상기 디스크(12)는 일반적으로 3개 이상의 보어(16), 예를 들어 4개 내지 36개의 보어, 예컨대 6개 내지 19개의 보어, 또는 5개 내지 8개의 보어를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 디스크(12)는 5개의 보어를 특징으로 한다. 다른 실시형태에서, 상기 디스크(12)는 6개의 보어를 특징으로 한다. 또 다른 실시형태에서, 상기 디스크(12)는 7개의 보어를 특징으로 한다. 일 실시형태에서, 상기 디스크의 두께는 1 ㎜ 내지 10 ㎜의 범위이고, 예를 들어 2 ㎜ 내지 5 ㎜의 범위이다.
일 실시형태에서, 상기 디스크(12)의 보어들(16)은 규칙적인 패턴을 형성한다. 이는, US 4 267 053 A에 기술된 바와 같이 중공사막(14)의 단부를 반응성 폴리머로 포팅(potting)함으로써 얻어지는 임의의 배치 구성을 갖는 경우보다, 개개의 보어(16)와 대응 반투과성 중공사막(14) 사이에 여과 대상 액체가 좀더 고르게 분배된다는 이점을 제공한다. 액체의 흐름이 보다 균일해짐으로써, 여과 장치(10)의 성능이 향상된다. 일 실시형태에서, 보어들(16)은 원형 패턴으로 배치되며, 즉 보어들의 중심이 원의 둘레 상에 위치해 있다. 다른 실시형태에서, 보어들(16)의 중심은 2개의 동축 원의 둘레 상에 위치해 있다. 또 다른 실시형태에서, 보어들(16)의 중심은 3개의 동축 원의 둘레 상에 위치해 있다. 추가적인 실시형태에서, 하나의 보어(16)가 디스크(12)의 중앙에 위치해 있고, 나머지 보어들(16)의 중심이 하나 이상의 동축 원의 둘레(들) 상에 위치해 있다. 다른 실시형태에서, 상기 보어들(16)은 삼각형 또는 육각형 메쉬를 형성하거나; 직사각형 또는 정사각형 메쉬를 형성한다.
각 보어(16)는 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)를 유지한다. 중공사막의 제1 단부(17)를 보어(16)에 끼워 넣는 것을 용이하게 하기 위하여, 상기 보어(16)의 직경은 상기 반투과성 중공사막(14)의 외경보다 약간 더 크다. 일 실시형태에서, 그 차이는 0.05 ㎜ 내지 0.3 ㎜의 범위이다. 반투과성 중공사막(14)은 디스크(12)로부터 돌출되고, 그 제2 단부(18)에서 밀봉된다. 일 실시형태에서, 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)의 립은 디스크(12)의 일면과 나란히 있고; 반투과성 중공사막(14)은 디스크(12)의 타면으로부터 돌출된다.
반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)는 보어(16)의 벽에 고정된다. 일 실시형태에서, 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)는 보어(16)의 벽에 용접 또는 융합된다. 다른 실시형태에서, 반투과성 중공사막의 제1 단부(17)는 적절한 접작체를, 예를 들어 에폭시 수지 또는 폴리우레탄 접착제 등을 사용하여, 보어(16)의 벽에 접착된다.
반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)는 밀봉되어 있어, 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)에 들어가는 임의의 액체는 중공사막의 벽을 통해서만 중공사막을 떠날 수 있고, 그 과정에서 여과된다. 일 실시형태에서는, 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)를 용융시킴으로써, 밀봉부가 생성된다. 다른 실시형태에서는, 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)를 크림핑 또는 클램핑함으로써, 밀봉부가 생성된다. 또 다른 실시형태에서는, 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)를 밀봉 재료로, 예를 들어 접착제 또는 반응성 수지로 밀봉함으로써, 밀봉부가 생성된다.
일 실시형태에서는, 디스크(12)의 둘레면 상에 둘레방향 릿지(26)가 존재한다. 상기 릿지(26)의 높이는 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 벽 두께보다 작거나 같다. 상기 릿지를 포함하는 디스크(12)의 외경은 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 외경과 대등하고, 상기 릿지(26)에 인접한 곳에서의 디스크(12)의 외경은 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 내경과 각각 대등하다. 여과 장치(10)가 조립된 경우, 상기 릿지(26)는 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 립들 사이에 각각 유지된다. 릿지(26)는 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 립들에 각각 연결되어, 여과 장치(10)를 밀봉한다.
다른 실시형태에서, 디스크(12)는 그 둘레면 상의 칼라(24)를 특징으로 한다. 칼라(24)의 외경은 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11) 상에 마련된 대응 플랜지들(23 및 25)의 외경과 각각 대등하다. 칼라(24)에 인접한 곳에서의 디스크(12)의 외경은 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 내경과 각각 대등하다. 여과 장치(10)가 조립된 경우, 칼라(24)는 플랜지들(23 및 25) 사이에 유지된다. 플랜지(23)는 칼라(24)의 일면에 연결되고; 플랜지(25)는 칼라(24)의 타면에 연결되어, 여과 장치(10)를 밀봉한다.
일 실시형태에서, 디스크(12)의 외경은 그 최대 확장치가 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 외경과 대등하다. 다른 실시형태에서, 디스크(12)의 외경은 그 최대 확장치가 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 내경과 대등하다. 일 실시형태에서, 디스크(12)는 여과 장치(10)의 내벽에 있는 둘레방향 리세스에 놓인다. 일 실시형태에서, 상기 둘레방향 리세스는 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 계면에 걸쳐 이어져 있다. 다른 실시형태에서, 상기 둘레방향 리세스는 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11) 양자 모두의 입구부에 걸쳐 이어져 있다.
본원의 여과 장치(10)는 액체용 출구(19)를 구비하는 관형 섹션(13)을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 관형 섹션(13)은 원통형 대칭을 나타내고 있으며, 축은 상기 출구(19)를 통과해 뻗어 있다. 상기 관형 섹션(13)은 상기 디스크(12)로부터 돌출되는 상기 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 둘러싸고, 즉 중공사막을 위한 하우징을 제공한다. 따라서, 상기 관형 섹션(13)의 길이는 상기 디스크(12)로부터 돌출되는 상기 반투과성 중공사막(14)의 길이보다 클 필요가 있고, 이에 따라 상기 반투과성 중공사막(14)은 상기 관형 섹션(13)에 끼워 넣어진다. 일반적으로, 상기 관형 섹션(13)의 길이는 상기 디스크(12)로부터 돌출되는 상기 반투과성 중공사막(14)의 길이를 초과할 것이고, 이에 따라 상기 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)와 상기 출구(19) 사이에는 갭이 존재하게 된다. 일 실시형태에서, 상기 갭의 폭은 0.1 ㎜ 내지 10 ㎜의 범위이다.
일 실시형태에서, 상기 관형 섹션(13)의 내벽 상에 둘레방향 렛지(20)가 존재한다. 렛지(20) 상에 디스크(12)가 놓인다. 일 실시형태에서는, 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 내벽 상에 각각 둘레방향 렛지(20 및 21)가 존재한다. 디스크(12)는 상기 둘레방향 렛지들(20 및 21)에 의해 유지되는데, 상기 둘레방향 렛지들은 함께 여과 장치(10)의 내벽에 둘레방향 리세스를 형성한다.
필터 장치의 일 실시형태에서, 헤더 섹션(11), 디스크(12) 및 관형 섹션(13)은 각각 열가소성 폴리머를 포함한다.
헤더 섹션(11) 및 관형 섹션(13)에 적합한 재료로는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머(ABS), 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머(SAN), 스티렌-메틸 메타크릴레이트 코폴리머(SMMA), 스티렌-부타디엔-코폴리머(SBC), 폴리염화비닐(PVC), 폴리올레핀, 및 이들의 코폴리머와 블렌드 등이 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 헤더 섹션(11) 및 상기 관형 섹션(13)의 재료는 폴리에스테르, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 글리콜-개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG)를 포함한다. 본 발명의 특정 실시형태에서, 상기 폴리에스테르는 글리콜-개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG)이다.
일 실시형태에서, 상기 헤더 섹션(11) 및 상기 관형 섹션(13)은 IR 광을 실질적으로 투과시키는, 즉 700 ㎚ 내지 1,500 ㎚의 파장 범위에서 낮은 흡수성을 나타내는 재료를 포함한다.
상기 디스크(12)에 적합한 재료로는 폴리올레핀; 폴리카보네이트와 같은 폴리에스테르; MMA 또는 SMMA와 같은 아크릴 폴리머; 나일론과 같은 폴리아미드; SAN; SBA; 및 ABS 등이 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 디스크(12)는 글리콜-개질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG)를 포함한다. 상기 디스크(12)는 IR 광에 대해 투과성일 필요는 없다. 본원의 여과 장치(10)의 몇몇 실시형태의 경우, 상기 디스크(12)가 IR 광선을 흡수하는 것도 필수적이다.
일 실시형태에서, 상기 디스크(12)는 IR 흡수재, 즉 적외선을 흡수하는 재료를 포함한다. 상기 IR 흡수재는 디스크(12)의 폴리머 매트릭스에 분산된다. 적절한 IR 흡수재로는 카본 블랙; Lazerflair® 안료, 구리 포스페이트 또는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 무기 안료; 및 700 ㎚ 내지 1,500 ㎚의 파장 범위에서 높은 흡수성을 갖는 유기 안료, 예를 들어 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 아조 염료의 금속 착물, 안트라퀴논, 스쿠아르산 유도체, 임모늄 염료, 페릴렌, 쿼터릴렌 및 폴리메틴 등이 있다. 이들 중에서, 프탈로시아닌과 나프탈로시아닌이 특히 적합하다. 벌키 측기(bulky side group)를 갖는 프탈로시아닌과 나프탈로시아닌은, 열가소성 폴리머에서의 그 용해성이 향상되기 때문에 바람직하다. 특정 실시형태에서, IR-흡수성 물질은 프탈로시아닌을 포함한다. 다른 특정 실시형태에서, IR-흡수성 물질은 카본 블랙을 포함한다.
디스크(12)의 열가소성 폴리머에 함유된 IR 흡수재의 양은, 레이저 광선의 소기의 흡수성이 보장되는 한, 특별히 제한되지 않는다. 일 실시형태에서, 열가소성 폴리머는 열가소성 폴리머의 총 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 1 내지 5 중량%로 IR 흡수재를 함유한다. 서로 다른 IR 흡수재의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 서로 다른 파장에서 최대 흡수성을 갖는 IR 흡수재들을 혼합함으로써, 당업자는 용접 단계에 사용되는 레이저의 파장 영역에서의 흡수성을 최적화할 수 있다. IR 흡수재는 당업계에서 통상적인 프로세스에 의해 디스크(12)의 열가소성 폴리머에 섞인다. 특정 실시형태에서, 디스크(12)는 3 내지 5 중량%의 카본 블랙을 포함하는 PETG를 포함한다.
일 실시형태에서, 디스크(12)는 소기의 두께를 갖는 IR 흡수재-함유 열가소성 폴리머의 시트로부터 잘라내어지거나 도려내어진다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 디스크(12)는 사출 성형에 의해 IR 흡수재-함유 열가소성 폴리머로부터 만들어진다.
여과 장치(10)의 일 실시형태에서, 반투과성 중공사막(14)은 2.8 ㎜ 내지 4.0 ㎜, 예를 들어 3.0 ㎜ 내지 3.7 ㎜ 또는 3.1 ㎜ 내지 3.5 ㎜의 내경; 및 100 ㎛ 내지 500 ㎛, 예를 들어 180 ㎛ 내지 320 ㎛의 벽 두께를 갖는다. 반투과성 중공사막(14)의 외경은 3 ㎜보다 크다. 반투과성 중공사막의 내경 대 벽 두께의 비는 10보다 크거나, 심지어 15보다 크다. 내경 대 벽 두께의 비가 큰 막, 즉 얇은 막은, 더 유연하고 쉽게 변형될 수 있다. 상기한 막은 두꺼운 막보다 굽힘시 비뚤어짐을 초래하는 경향이 더 적다. 얇은 중공사의 단부는 또한 데드-엔드 필터 요소를 생성하도록 크림핑함으로써 쉽게 폐쇄될 수 있다.
여과 장치(10)의 일 실시형태에서, 반투과성 중공사막(14)은 모세관 유동 기공도 측정에 의해 결정된 평균 유동 기공 크기가 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛의 범위이다.
모세관 유동 기공도 측정은, 가스 압력에 차등을 두고서 습한 막과 건조한 막의 통과 유량을 측정하는 액체 압출 기술이다. 측정 전에, 작은 기공들을 포함하여 모든 기공들에 습윤액이 채워지는 것을 보장하기 위해, 막은 표면 장력이 낮은 액체(예를 들어 Porofil®이라는 상표명으로 시판되고 있는 퍼플루오로에테르)에 침지된다. 액체가 기공 밖으로 빠져 나오는 압력을 측정함으로써, 기공들의 대응 직경은 라플라스 방정식을 이용하여 산출될 수 있다. 이러한 방법으로, 질량 수송에 있어서 유효한 기공들의 기공 크기 분포가 결정된다. 데드-엔드 기공과 고립 기공은 제외된다. 중공사막은 안에서 밖으로 측정된다.
라플라스 방정식:
Dp = 기공들의 직경 [m]
= 표면 장력 [N/m]; Porofil® 0.016 [N/m]의 경우
ΔP = 압력 [Pa]
Cos = 접촉각; 완전 습윤의 경우 cos = 1
일 실시형태에서, 반투과성 중공사막(14)은 폴리에테르술폰(PESU) 및 폴리비닐피롤리돈(PVP)을 포함한다. 일 실시형태에서, 반투과성 중공사막(14)은 추가적으로 양전하를 갖는 폴리머를 포함한다. 양전하를 갖는 적절한 폴리머의 예로는 폴리에틸렌이민, 개질 폴리에틸렌이민 및 개질 폴리페닐렌 옥사이드 등이 있다. 양전하를 갖는 폴리머를 포함하는 반투과성 중공사막(14)은 내독소의 보유가 증대됨을 나타낸다.
복수 개의 반투과성 중공사막(14)의 전체 유효 표면적은 일반적으로 5 ㎠보다 크다. 상기 유효 표면적은, 반투과성 중공사막(14)의 표면적 중에서 액체의 여과에 이용 가능한 부분이며; 즉, 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)와 같이 밀봉되거나 또는 보어들(16)의 벽에 의해 덮이지 않은 부분이다. 일 실시형태에서, 복수 개의 반투과성 중공사막(14)의 전체 유효 표면적은 10 ㎠ 내지 250 ㎠, 예를 들어 20 ㎠ 내지 100 ㎠, 또는 30 ㎠ 내지 60 ㎠의 범위이다.
본원은 또한 본원의 여과 장치(10)를 작동하기 위한 프로세스를 제공한다. 상기 프로세스는, 액체를 여과 장치(10)의 입구(15)를 통해 디스크(12)의 보어(16)를 거쳐 복수 개의 반투과성 중공사막(14)의 내강에 유입시키는 단계; 상기 복수 개의 반투과성 중공사막(14)의 벽을 통하여 상기 액체를 여과하는 단계; 및 여과된 액체를 출구(19)를 통해 여과 장치(10)로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본원의 여과 장치(10)는 안에서 밖으로 여과하도록 설계 및 구성되어 있는데, 즉 여과 대상 액체는 입구(15)를 통해 반투과성 중공사막(14)의 내강에 유입되고, 중공사막의 벽을 투과해 관형 섹션(13)의 내부 공간에 들어가며, 출구(19)를 통해 여과 장치(10)로부터 나간다. 이로써, 대기압을 초과하는 압력에서 여과 장치(10)를 작동시키는 것이 허용된다. 일 실시형태에서, 여과 장치(10)는 0.5 내지 4 bar(g), 예를 들어 1.0 내지 3.5 bar(g), 또는 1.5 내지 2.5 bar(g)의 범위의 압력에서 작동된다. 본원의 여과 장치(10)는, 20℃에서 1.5 bar(g)의 물로 측정된, 10 내지 25 ㎖/㎠*min, 즉 600 내지 1,500 ㎖/㎠*hr의 최대 유량을 달성한다.
이에 비해, US 4 267 053 A호의 장치는 33.5 ㎖/㎠*hr 또는 0.56 ㎖/㎠*min의 최대 유량을 달성한다. 30 ㎠의 유효 표면적을 갖는 본 발명의 장치를 이용하면, 500 ㎖의 액체가 약 1분에 여과될 수 있고; 반면에 US 4 267 053 A호의 장치로 이를 실시하는 데에는 약 1시간이 소요될 것이다.
본원의 여과 장치(10)의 일 실시형태에서, 헤더 섹션(11)과 관형 섹션(13)은 디스크(12)에 접합된다. 일 실시형태에서, 접합은 적절한 접착제, 예를 들어 에폭시 수지 또는 폴리우레탄 접착제를 사용하여 달성된다. 특정 실시형태에서, 접합은 UV-경화성 접착제를 사용하여 달성된다. 다른 실시형태에서, 접합은 열경화성 접착제를 사용하여 달성된다.
여과 장치(10)의 일 실시형태에서, 헤더 섹션(11)과 관형 섹션(13)은 디스크(12)에 용접 또는 융합된다. 여과 장치(10)의 다른 실시형태에서, 헤더 섹션(11)은 관형 섹션(13)에 용접 또는 융합된다. 용접은 통상의 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 용접의 예로는 마찰 용접, 스핀 용접, 초음파 용접, 고주파 용접, 복사열 용접, 미러 용접 및 레이저 용접 등이 있다. 미립자를 생성하지 않는 용접 프로세스가 바람직하다. 특정 실시형태에서는, 여과 장치(10)의 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)을 디스크(12)에 용접하는 데 레이저 용접이 사용된다.
본원은 또한 여과 장치(10)의 제조를 위한 프로세스를 제공한다. IR-흡수성 물질을 포함하는 열가소성 폴리머의 디스크(12)가 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 사이에 제공된다. 디스크(12)는 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)을 디스크(12)에 레이저 용접하는 것을 허용하여, 제조 프로세스에서 레이저-용접된 조인트가 형성된다.
일 실시형태에서, 본원은, 헤더 섹션(11)과 관형 섹션(13)을 제공하는 단계를 포함하는, 필터 장치(10)를 제조하기 위한 프로세스를 제공한다. 상기한 두 섹션 모두 열가소성 폴리머를 포함한다.
상기 프로세스는 또한, IR-흡수성 물질을 포함하는 열가소성 폴리머의 디스크(12)를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 디스크(12)는 복수 개의 보어(16)를 특징으로 한다. 각 보어(16)는 디스크(12)로부터 돌출되는 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)를 유지한다. 반투과성 중공사막(14)은 그 제2 단부(18)에서 밀봉된다.
상기 프로세스의 일 실시형태에서, 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 유지하는 디스크(12)는 선행 절차에서 조립된다. 소기의 길이를 갖는 반투과성 중공사막들(14)이 제공되고, 각 중공사막(14)의 일단부(18)가, 예를 들어 가열 밀봉 또는 가열 크림핑에 의해 밀봉된다. 반투과성 중공사막(14)의 개방 단부(17)는 복수 개의 보어(16)를 구비하는 디스크(12)의 보어(16)에 도입되고; 상기 중공사막의 개방 단부(17)는 보어(16)의 벽에 고정된다. 상기 프로세스의 일 실시형태에서, 반투과성 중공사막의 단부(17)는 보어(16)의 벽에 용접 또는 융합된다. 다른 실시형태에서, 반투과성 중공사막의 단부(17)는 적절한 접작체를, 예를 들어 에폭시 수지 또는 폴리우레탄 접착제 등을 사용하여, 보어(16)의 벽에 접착된다. 이러한 방식으로, 디스크(12)의 모든 보어(16)에 중공사막들이 차후에 또는 동시에 장착된다.
상기 프로세스는, 상기 헤더 섹션(11), 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 유지하는 상기 디스크(12), 및 상기 관형 섹션(13)을 조립하는 단계를 더 포함한다. 상기 3개의 부품은, 헤더 섹션(11)의 립과 관형 섹션(13)의 립이 디스크(12)와 접촉하는 방식으로 결합된다. 헤더 섹션(11)은 디스크(12)의 보어들(16)을 덮고; 관형 섹션(13)은 디스크(12)로부터 돌출되는 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 둘러싼다.
상기 프로세스의 일 실시형태에서, 헤더 섹션(11)의 립과 관형 섹션(13)의 립은 디스크(12)의 양면에서, 또는 디스크(12)의 둘레면 상에 위치해 있는 릿지(26) 또는 칼라(24)의 양면에서, 디스크(12)와 접촉한다.
다른 실시형태에서, 관형 섹션(13)의 립과 헤더 섹션(11)의 립의 내부는 디스크(12)의 둘레면과 접촉하고, 관형 섹션(13)의 립과 헤더 섹션(11)의 립은 서로 접촉한다. 디스크(12)의 둘레면이 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11) 양자 모두의 내부에 닿도록, 디스크(12)의 외경은 관형 섹션(13) 및 헤더 섹션(11)의 내경과 대등하다.
상기 부품들의 조립에 뒤이어, 완성된 여과 장치(10)를 생성하도록, 헤더 섹션(11)은 디스크(12)에 연결되고; 디스크(12)는 관형 섹션(13)에 연결된다. 일 실시형태에서, 헤더 섹션(11)은 추가적으로 관형 섹션(13)에 연결된다. 일 실시형태에서, 연결은, 800 ㎚ 내지 1090 ㎚ 범위의 파장을 갖는 레이저 광으로 조사함으로써 달성된다.
연결 프로세스의 일 실시형태에서, 레이저 광으로 조사하는 것은, 각각 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 립의 둘레를 따라 이동하는 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 수행된다. 상기 프로세스의 다른 실시형태에서, 헤더 섹션(11)과 관형 섹션(13)의 립의 전체 둘레 각각에는, 링 광학계를 사용하여 레이저 광이 동시에 조사된다. 또 다른 실시형태에서, 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 립의 둘레에 레이저 광이 동시에 조사된다. 레이저 빔은 IR-흡수성 물질을 포함하는 열가소성 폴리머의 디스크(12)에 의해 흡수된다. 레이저에 의해 발생된 열은 열가소성 폴리머를 용융시키고, 영구적 용접부, 즉 레이저-용접된 조인트를 형성한다.
레이저-용접 단계에 적합한 레이저의 예로는, 800 ㎚ 내지 980 ㎚ 범위의 파장을 갖는 반도체 다이오드 레이저; 및 1060 ㎚ 내지 1090 ㎚ 범위의 파장을 갖는 고체 레이저(예를 들어, 광섬유 레이저 또는 Nd:YAG 레이저) 등이 있다. 재료 및 소기의 용접 속도에 따라, 레이저의 광학 파워 레벨은 1 W 내지 200 W, 예컨대 20 W 내지 100 W, 예를 들어 30 W 내지 80 W의 범위이다.
상기 프로세스의 일 실시형태에서, 상기 레이저 빔의 초점의 직경은 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜, 예를 들어 0.8 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 범위이다.
상기 프로세스의 일 실시형태에서, 연결 단계 중에, 레이저가 용접 시임을 생성하는 동안, 상기 부품들은 함께 가압된다. 일반적으로, 100 N 내지 1,500 N 범위의 힘이 개개의 부품들을 함께 가압하는 데 사용된다. 여과 장치(10)의 직경과 상기 힘이 가해지는 면적에 따라, 상기 힘은 1 N/㎟ 내지 5 N/㎟ 범위의 압력으로 바뀐다.
본원의 여과 장치(10)는 임상 환경에서 사용되기 전에 통상적으로 살균 처리될 것이다. 한 가지 적합한 방법은 에틸렌 옥사이드(ETO)를 이용한 살균 처리이다. 다른 실시형태에서, 여과 장치(10)는 감마선으로 살균 처리된다. 특정 실시형태에서, 사용되는 방사선량은 25 kGy 내지 50 kGy의 범위이고, 예를 들어 25 kGy이다. 또 다른 실시형태에서, 여과 장치(10)는 적어도 121℃의 온도의 증기로 적어도 21분 동안 살균 처리된다.
본원은 또한, 액체의 데드-엔드 여과에 여과 장치(10)를 사용하는 것에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 여과 장치(10)는 물 또는 수용액의, 예를 들어 약물, 투석액, 또는 양액, 또는 환자에게 주입될 그 밖의 액체 등의, 멸균 여과에 사용된다. 필터 장치(10)는 액체에 존재할 수 있는 미립자, 박테리아 및 내독소를 보유한다. 여과된 액체는 발열성 물질이 없고, 환자에게 직접 주입될 수 있다.
본원의 여과 장치(10)의 예시적인 실시형태들은 첨부 도면들에 도시되고 이하에 기술된다. 전술한 특징들과 이하에 기술되는 특징들은 명시된 조합으로 사용될 수 있을뿐만 아니라, 본 발명의 범위를 벗어나는 일 없이, 다른 조합으로 또는 독자적으로 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
도 1은 본원의 여과 장치(10)의 일 실시형태의 측면도와 단면도를 보여준다. 여과 장치(10)의 측면도는, 여과 장치(10)의 외부 쉘을 함께 형성하는, 입구(15)를 갖는 헤더 섹션(11)과 출구(19)를 갖는 관형 섹션(13)을 도시한다. 단면도는 여과 장치(10) 내에 배치된 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 유지하는 디스크(12)를 보여준다. 디스크(12)는 복수 개의 보어(16)를 포함한다. 각 보어(16)는 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)를 유지한다. 반투과성 중공사막(14)의 벽은 제1 단부(17)에서 보어(16)의 벽에 부착된다. 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)는 밀봉된다.
도 2는 복수 개의 보어(16)를 포함하는 디스크(12)의 사시도를 보여준다. 각 보어(16)는 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)를 유지한다. 반투과성 중공사막(14)의 벽은 제1 단부(17)에서 보어(16)의 벽에 부착된다. 상기 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)는 밀봉된다. 상기 도면은, 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부들(18)이 크림핑에 의해 밀봉되어 있는 실시형태를 보여준다.
도 3은 여과 장치(10)의 일 실시형태의 분해도를 보여준다. 복수 개의 반투과성 중공사막(14)이 부착되어 있는 디스크(12)는 관형 섹션(13) 내에 배치되고, 관형 섹션(13)은 반투과성 중공사막(14)을 위한 하우징을 제공한다. 헤더 섹션(11)은 디스크(12)를 덮고 관형 섹션(13)의 입구부를 밀봉한다.
도 4는 도 1의 단면도의 상세도를 보여준다. 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 내벽 상에 각각 둘레방향 렛지(20 및 21)가 존재한다. 디스크(12)는 상기 둘레방향 렛지들(20 및 21)에 의해 유지되는데, 상기 둘레방향 렛지들은 함께 여과 장치(10)의 내벽에 둘레방향 리세스를 형성한다. 관형 섹션(13)의 외면 상에 칼라(22)가 존재한다. 칼라(22)는 장치의 선택적인 피처이다. 칼라는 여과 장치(10)를 홀더에 체결하기 위한 앵커로서 제공된다.
도 5는 여과 장치(10)의 다른 실시형태의 분해도를 보여준다. 복수 개의 반투과성 중공사막(14)이 부착되어 있는 디스크(12)는 관형 섹션(13) 내에 배치되고, 관형 섹션(13)은 반투과성 중공사막(14)을 위한 하우징을 제공한다. 디스크(12)는 그 둘레 상의 칼라(24)를 특징으로 한다. 플랜지(23)가 헤더 섹션(11)의 입구부에 마련되어 있고; 다른 플랜지(25)가 관형 섹션(13)의 입구부에 마련되어 있다. 칼라(24)의 외경은 플랜지들(23 및 25)의 외경과 대등하다. 여과 장치(10)가 조립될 때, 칼라(24)는 플랜지들(23 및 25)의 사이에 유지된다. 플랜지(23)는 칼라(24)의 일면에 연결되고; 플랜지(25)는 칼라(24)의 타면에 연결되어, 여과 장치(10)를 밀봉한다. 연결은 접착제를 사용하여 상기 부품들을 접합함으로써; 또는 상기 부품들을 용접 또는 융합함으로써 달성될 수 있다. 일 실시형태에서, 칼라(24)를 포함하는 디스크(12)는 IR-흡수성 물질을 포함하고, 플랜지들(23 및 25)은 레이저 용접에 의해 칼라(24)에 연결된다.
도 6은 본원의 여과 장치(10)의 또 다른 실시형태의 측면도와 단면도를 보여준다. 여과 장치(10)의 측면도는, 여과 장치(10)의 외부 쉘을 함께 형성하는, 입구(15)를 갖는 헤더 섹션(11); 출구(19)를 갖는 관형 섹션(13); 및 릿지(26)를 갖는 디스크(12)를 도시한다. 단면도는 여과 장치(10) 내에 배치된 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 유지하는 디스크(12)를 보여준다. 디스크(12)는 복수 개의 보어(16)를 포함한다. 각 보어(16)는 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)를 유지한다. 반투과성 중공사막(14)의 벽은 제1 단부(17)에서 보어(16)의 벽에 부착된다. 반투과성 중공사막(14)의 제2 단부(18)는 밀봉된다.
도 7은 도 6의 단면도의 상세도를 보여준다. 디스크(12)의 둘레면 상에 둘레방향 릿지(26)가 존재한다. 여과 장치(10)가 조립될 때, 릿지(26)는 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)의 립들의 사이에 각각 유지된다. 헤더 섹션(11), 관형 섹션(13) 및 디스크(12)는 릿지(26)에서 연결되어, 여과 장치(10)를 밀봉한다. 연결은 접착제를 사용하여 상기 부품들을 접합함으로써; 또는 상기 부품들을 용접 또는 융합함으로써 달성될 수 있다. 일 실시형태에서, 릿지(26)를 포함하는 디스크(12)는 IR-흡수성 물질을 포함하고, 관형 섹션(13)과 헤더 섹션(11)은 레이저 용접에 의해 릿지(26)에 연결된다.
10 : 여과 장치 11 : 헤더 섹션
12 : 디스크 13 : 관형 섹션
14 : 반투과성 중공사막 15 : 액체 입구
16 : 보어 17 : 중공사막의 제1 단부
18 : 중공사막의 제2 단부 19 : 액체 출구
20 : 렛지 21 : 렛지
22 : 칼라 23 : 플랜지
24 : 칼라 25 : 플랜지
26 : 릿지

Claims (12)

  1. 주입 액체의 데드-엔드 여과를 위한 여과 장치(10)로서,
    ⅰ. 액체용 입구(15)를 구비하는 헤더 섹션(11);
    ⅱ. 복수 개의 보어(16)를 구비하는 디스크(12)로서, 각 보어(16)는 상기 디스크(12)로부터 돌출되는 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)를 유지하고, 상기 반투과성 중공사막(14)은 그 제2 단부(18)에서 밀봉되어 있어 중공사막(14)의 제1 단부(17)에 들어가는 임의의 액체는 중공사막의 벽을 통해서만 중공사막을 떠날 수 있고, 그 과정에서 여과되는 것인, 디스크(12); 및
    ⅲ. 액체용 출구(19)를 구비하는 관형 섹션(13);
    을 포함하며, 상기 헤더 섹션(11)은 상기 디스크(12)의 제1 면을 덮고 있고; 상기 관형 섹션(13)은 상기 제1 면의 반대편에 있는 상기 디스크(12)의 제2 면을 덮고 있으며, 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 둘러싸고 있고; 상기 헤더 섹션(11)의 립(lip) 및 상기 관형 섹션(13)의 립은 상기 디스크(12)와 접촉하고; 상기 헤더 섹션(11), 상기 디스크(12) 및 상기 관형 섹션(13) 각각은 열가소성 폴리머를 포함하며 상기 헤더 섹션(11) 및 상기 관형 섹션(13)의 재료는 IR 광 투과성이고; 상기 디스크(12)는 카본 블랙; 구리 포스페이트 및 인듐 주석 산화물(ITO)로부터 선택된 IR-흡수성 무기 안료; 및 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 아조 염료의 금속 착물, 안트라퀴논, 스쿠아르산 유도체, 임모늄 염료, 페릴렌, 쿼터릴렌 및 폴리메틴으로부터 선택된 IR-흡수성 유기 안료로 구성된 그룹으로부터 선택된 IR-흡수성 안료를 상기 열가소성 폴리머의 총 중량에 대해 0.1 내지 10 중량% 포함하고, 상기 헤더 섹션(11) 및 상기 관형 섹션(13) 양자 모두가 800 ㎚ 내지 1090 ㎚ 범위의 파장을 갖는 레이저 광으로 조사함으로써 상기 디스크(12)에 용접되는 것인 여과 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 IR-흡수성 물질은 프탈로시아닌을 포함하는 것인 여과 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 IR-흡수성 물질은 카본 블랙을 포함하는 것인 여과 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리머는 PETG인 것인 여과 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투과성 중공사막(14)은 2.8 ㎜ 내지 4.0 ㎜의 내경과 100 ㎛ 내지 500 ㎛의 벽 두께를 갖고, 상기 내경 대 상기 벽 두께의 비는 10보다 큰 것인 여과 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투과성 중공사막(14)은 모세관 유동 기공도 측정에 의해 결정된 평균 유동 기공 크기가 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛의 범위인 것인 여과 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 여과 장치(10)를 작동시키기 위한 프로세스로서, 액체를 상기 액체용 입구(15)를 통해 상기 복수 개의 반투과성 중공사막(14)의 내강(內腔)에 유입시키는 단계; 상기 복수 개의 반투과성 중공사막(14)의 벽들을 통하여 상기 액체를 여과하는 단계; 및 여과된 액체를 상기 액체용 출구(19)를 통해 상기 여과 장치(10)로부터 제거하는 단계를 포함하는 프로세스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액체는 0.5 내지 4 bar(g)의 압력으로 유입되고; 20℃에서 1.5 bar(g)의 물로 측정된, 상기 여과 장치(10)를 통과하는 액체의 유량은 10 내지 25 ㎖/㎠*min의 범위인 것인 프로세스.
  11. 주입 액체의 데드-엔드 여과를 위한 여과 장치(10)를 제조하기 위한 프로세스로서:
    a) IR 광 투과성인 열가소성 폴리머를 각각 포함하는 헤더 섹션(11)과 관형 섹션(13)을 제공하는 단계;
    b) 열가소성 폴리머의 디스크(12)를 제공하는 단계로서, 상기 열가소성 폴리머는 카본 블랙; 구리 포스페이트 및 인듐 주석 산화물(ITO)로부터 선택된 IR-흡수성 무기 안료; 및 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 아조 염료의 금속 착물, 안트라퀴논, 스쿠아르산 유도체, 임모늄 염료, 페릴렌, 쿼터릴렌 및 폴리메틴으로부터 선택된 IR-흡수성 유기 안료로 구성된 그룹으로부터 선택된 IR-흡수성 안료를 0.1 내지 10 중량% 포함하고, 상기 디스크(12)는 복수 개의 보어(16)를 구비하고, 각 보어(16)는 상기 디스크(12)로부터 돌출되는 반투과성 중공사막(14)의 제1 단부(17)를 유지하며, 상기 반투과성 중공사막(14)은 그 제2 단부(18)에서 밀봉되어 있어 중공사막(14)의 제1 단부(17)에 들어가는 임의의 액체는 중공사막의 벽을 통해서만 중공사막을 떠날 수 있고, 그 과정에서 여과되는 것인 디스크(12) 제공 단계; 및
    c) 상기 헤더 섹션(11)의 립과 상기 관형 섹션(13)의 립이 상기 디스크(12)와 접촉하도록, 상기 헤더 섹션(11), 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 유지하는 상기 디스크(12), 및 상기 관형 섹션(13)을 조립하는 단계로서, 상기 헤더 섹션(11)은 상기 디스크(12)의 보어(16)를 덮고, 상기 관형 섹션(13)은 상기 복수 개의 반투과성 중공사막(14)을 둘러싸는 것인 조립 단계;
    d) 800 ㎚ 내지 1090 ㎚ 범위의 파장을 갖는 레이저 광으로 조사(照射)함으로써, 상기 헤더 섹션(11)을 상기 디스크(12)에; 그리고 상기 디스크(12)를 상기 관형 섹션(13)에 용접하는 단계
    를 포함하는 프로세스.
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