PL173020B1

PL173020B1 - Membrana półprzepuszczalna i sposób wytwarzania membrany półprzepuszczalnej

Info

Publication number: PL173020B1
Application number: PL93308999A
Authority: PL
Inventors: Anders Althin; Ben Fernandez; Raymond Elsen; Kees Ruzius; Lalith Silva; George Washington
Original assignee: Althin Medical Inc
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1993-11-10
Publication date: 1998-01-30
Also published as: CN1093018A; WO1994011095A1; US5643452A; SG47875A1; DK0598690T3; CA2149418A1; ES2121980T3; PL308999A1; AU5597894A; CN1041173C; DE69320000T2; UA29462C2; BR9307461A; AU672856B2; EP0598690A2; DE69320000D1; ATE168902T1; RU95107703A; RU2108144C1; KR950704026A

Abstract

1. Membrana pólprzepuszczalna z octanu celulozy w postaci wlókien rurkowych majaca wspólczynnik przenikania masy dla m oczu Kov (m ocz) wynoszacy co najmniej 6,33x10- 6 m/s, oraz wskaznik [Kov (m ocz)]/K uF wynoszacy co najmniej 0,2, zn am ien na tym , ze wykazuje wspólczynnik ultrafiltracji (K uF) wynoszacy od okolo 3,125x10- 5 do okolo 11,459x10- 5 cm3/s/Pa/ m2 . 6. Sposób wytwarzania membrany pólprzepuszczalnej z octanu celulozy z wlókien rurkowych do oczyszczania w od- nych plynów biologicznych, w którym dostarcza sie stopiona m ase zaw ierajaca octan celulozy, gliceryne i glikol p o lie- tylenow y, w ytlacza sie stopiona m ase z wytw orzeniem gora- cej m embrany, chlodzi sie goraca m em brane oraz zanurza sie ochlodzona membrane w w odzie i wyplukuje sie z niej gliceryne i glikol polietylenow y, zn am ien n y tym, ze dla uksztaltowania membrany dostarcza sie stopiona m ase zawie- rajaca od 32 do 40% wagowych octanu celulozy, 5 do 10% wagowych gliceryny i 50 do 63% wagowych glikolu polietyle- nowego. P L 173020 B 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest membrana półprzepuszczalna i sposób wytwarzania membrany półprzepuszczalnej, zwłaszcza do oczyszczania wodnych roztworów płynów biologicznych.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 276 173 znane są membrany z octanu celulozy w postaci włókien rurkowych utworzone poprzez wytłaczanie roztopionego materiału zawierającego 41-50% wagowych octanu celulozy, 30-57% wagowych glikolu polietylenowego i 2-20% wagowych gliceryny. Po wytłoczeniu, membrany w postaci włókien rurkowych są chłodzone w powietrzu i rozciągane na zimno o 2-20%. Membrany z włókien rurkowych są ługowane w wodzie, plastyfikowane i suszone. Zakres składu 41-50% octanu celulozy w materiale roztopionym jest reprezentowany jako ściśle ograniczony zakres. Membrany rurkowe wykazują współczynnik ultrafiltracji Kuf wynoszący 4,167 x 10'⁶ do 1,250 x 10'⁵ cm³/s/Pa/m², przy czym stężenie octanu celulozy w przeciwstawnym opisie jest ograniczone do ściśle określonego zakresu i ten opis patentowy nie zawiera żadnej informacji, czy sugestii, że użyteczne membrany mogłyby być również wykonywane przy niższym stężeniu octanu celulozy czy też jakie byłyby własności takiej membrany jeśliby była wykonana. Znane dotychczas półprzepuszczalne membrany do oczyszczania wodnych roztworów płynów biologicznych mają zarówno własności pozytywne z punktu widzenia pewnych zastosowań, ale też mają pewne ograniczenia. Niniejszy wynalazek ma na celu eliminację pewnych wad znanych dotychczas membran oraz uzyskanie nowych cech, dotychczas niedostępnych.

Membrana półprzepuszczalna z octanu celulozy w postaci włókien rurkowych mająca współczynnik przenikania masy dla moczu Kov (mocz) wynoszący co najmniej 6,33 x 10- m/s, oraz wskaźnik [Kov (mocz)]KuF wynoszący co najmniej 0,2, charakteryzuje się według wynalazku tym, że wykazuje współczynnik ultrafiltracji (K_uf) wynoszący od około 3,125 x 10’⁵ do około 11,459 x 10'⁵ cm³/s/Pa/m².

Korzystnie membrana ma własności filtrujące dla maltodekstryny o masie molekularnej od około 15 000 do około 20 000 daltonów, co najmniej 0,1.

Korzystnie mebrana ma własności filtrujące, dla maltodekstryny o masie molekularnej powyżej 20 000 daltonów, poniżej 0,1.

Korzystnie mebrana ma wskaźnik:

[Kpg (mocz)] [S (irw) ]

K,_jF >_z 1,36 x 10'²

Dla substancji rozpuszczonych o masie molekularnej od 10 000 do 60 000 daltonów, gdzie S(mwj jest współczynnikiem nitrowania membrany w funkcji masy molekularnej rozpuszczonej substancji.

Korzystnie w stanie równowagi z atmosferą membrana zawiera od około 45 do około 50% wagowych gliceryny i od około 15 do około 18% wagowych wody.

Sposób wytwarzania membrany półprzepuszczalnej z octanu celulozy z włókien rurkowych do oczyszczania wodnych płynów biologicznych, w którym dostarcza się stopioną masę zawierającą octan celulozy, glicerynę i glikol polietylenowy, wytłacza się stopioną masę z wytworzeniem gorącej membrany, chłodzi się gorącą membranę oraz

173 020 zanurza się ochłodzoną membranę w wodzie i wypłukuje się z ¹ niej glicerynę i glikol polietylenowy, odznacza się tym, że dla ukształtowania membrany dostarcza się stopioną masę zawierajacą od 32 do 40% wagowych octanu celulozy, 5 do 10% wagowych gliceryny i 50 do 63% wagowych glikolu polietylenowego.

Korzystnie rozciąga się membranę po jej wytłoczeniu ze stopionej masy w kierunku podłużnym do zwiększenia jej długości o nie więcej niż 20 procent.

Korzystnie po zanurzeniu ukształtowanej ze stopionej masy membrany w w wodzie replastyfikuje się ją.

Korzystnie podczas replastyfikacji membrany kontaktuje się ją z wodnym roztworem gliceryny.

Korzystnie podczas replastyfikacji stosuje się wodny roztwór gliceryny zawierający od 30 do 40% wagowych gliceryny.

Korzystnie po replastyfikowaniu membrany usuwa się z niej wodę.

Korzystnie usuwa się wodę z membrany susząc ją za pomocą powietrza w temperaturze od około 70 do około 80°C.

Korzystnie stopioną masę wytłacza się przez pierścieniową dyszę i ukształtowuje się włókna rurkowe membrany.

Niniejszy wynalazek dostarcza półprzepuszczalne membrany z włókien rurkowych o nowej kombinacji, przepuszczalności hydraulicznej (tj. wody) i przepuszczalności dyfuzyjnej (tj. substancji rozpuszczonych). O ile chodzi o przepuszczalność dyfuzyjną, membrany według mniejszego wynalazku przepuszczają substancje rozpuszczone, znajdujące się zazwyczaj w wodnych płynach biologicznych (takich jak krew) o masach molekularnych do 30 000 daltonów i powyżej. Jak z tego wynika, w zastosowaniu w procesach separowania lub oczyszczania krwi, membrany te zapewniają optymalne własności robocze.

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobów wytwarzania membran z włókien z octanu celulozy o wspomnianych powyżej własnościach.

Membrany z włókien rurkowych według niniejszego wynalazku zawierają, korzystnie, hydrofitowy materiał polimerowy o własnościach termoplastycznych, a najbardziej korzystnie, octan celulozy. W zastosowaniu do przetwarzania płynów biologicznych, korzystnie, hydrofitowy materiał polimerowy jest również odporny na krzepniecie, a także nie jest toksyczny. Stwierdzono, że do zastosowań tego typu nadają się zwłaszcza polimery celulozy.

Proces wytwarzania membran o pożądanej przepuszczalności hydraulicznej i dyfuzyjnej polega na doprowadzeniu hydrofilowego materiału polimerowego do stanu płynnego (to jest stapianiu go) i łączeniu z mieszającym się z wodą rozpuszczalnikiem hydrofitowym materiałów polimerowych i mieszającym się z wodą składnikiem nie będącym rozpuszczalnikiem hydrofitowych materiałów polimerowych. Oczywiście, zarówno rozpuszczalnik jak i składnik nie będący rozpuszczalnikiem muszą być w temperaturze topnienia hydrofilowego materiału polimerowego płynne. Również korzystnie, zarówno rozpuszczalnik jak i składnik nie będący rozpuszczalnikiem powinny być nietoksyczne i odporne na krzepniecie. Powstałą w ten sposób mieszaninę doprowadza się do stanu jednorodnego i 'przędzie z materiału stopionego (to jest wytłacza w stanie stopionym) przez pierścieniową dyszę wytłaczającą.

Jak omówiono dalej, mieszaninę można dwukrotnie poddawać procesowi przędzenia z materiału stopionego, raz stosując dyszę do wytwarzania włókien stałych, a następnie ponownie stosując dyszę do produkcji włókien rurkowych. Dwukrotne przędzenie umożliwia znakomitą regulację składu i własności włókien rurkowych.

Powstałe po wytłaczaniu włókna rurkowe szybko chłodzi się do utwardzenia znajdujących się w nich składników, a następnie mye w ogrzanej wodzie w celu wyługowania z nich zarówno rozpuszczalnika jak i składnika nie będącego rozpuszczalnikiem.

W materiale stopionym, cząsteczki zarówno rozpuszczalnika, jak i składnika nie będącego rozpuszczalnikiem, są równomiernie wymieszane z hydrofitowym materiałem

173 020 polimerowym. Podczas wytłaczania, a następnie chłodzenia, cząsteczki hydrofitowego materiału polimerowego układają się w pewnym porządku termodynamicznym względem rozpuszczalnika i substancji nie będących rozpuszczalnikami. (Proces ten określa się terminem termicznej separacji faz, oznaczanej skrótowo TIPS). W rezultacie, podczas przędzenia, cząsteczki hydrofilowego materiału polimerowego wiążą się ze sobą tworząc sieć labiryntową, która, po usunięciu rozpuszczalników i substancji nie będących rozpuszczalnikami podczas ługowania wodą, cechuje się rozległą i gęstą siecią połączonych ze sobą komórek o bardzo drobnych przeciętnych wymiarach porów. Komórki te przechodzą przez ścianki włókien rurkowych tworząc kanaliki, którymi przepływają woda i rozpuszczone w niej składniki. W procesie ługowania, woda wypłukuje z tych komórek cząsteczki rozpuszczalników i składników nie będących rozpuszczalnikami, ponieważ mieszają się one z nią, natomiast nie wiążą się kowalencyjnie z cząsteczkami hydrofilowego materiału polimerowego.

Przykładowo, ale nie z zamiarem ograniczenia się tylko do tego przypadku, membrana z rurkowych włókien z octanu celulozy według niniejszego wynalazku, jest wykonana z mieszaniny trzech składników. Pierwszym z nich jest polime.r oktanu celulozy, stanowiący element konstrukcyjny membrany. Drugim składnikiem jest gliceryna, nie rozpuszczającą celulozy w temperaturze otoczenia. Trzecim składnikiem jest glikol polietylenowy, będący rozpuszczalnikiem celulozy w temperaturze otoczenia. Zalecaną mieszanka do wyrobu membran z octanu celulozy składa się z w zasadzie od około 32 do około 40 procent (wagowo) octanu celulozy, około 5 do około 10 procent (wagowo) gliceryny, a resztę stanowi glikol polietylenowy o masie molekularnej w zakresie od około 150 do około 600 daltonów.

Sposób wytwarzania membran z octanu celulozy według niniejszego wynalazku składa się zazwyczaj z etapu sporządzania mieszanki, podczas którego miesza się wspomniane powyżej trzy składniki do stanu jednorodnej mieszanki w temperaturze, w której topnieje octan celulozy (około 165° do około 180°C). Powstały w ten sposób pierwszy materiał stopiony wytłacza się następnie przez dyszę, uzyskując nitki o konsystencji stałej. Następnie nitki te chłodzi się i wyrabia z nich konwencjonalnymi sposobami tabletki. Skład tabletek jest w zasadzie taki sam jak skład pierwszego materiału stopionego. Przedstawione powyżej etapy proceduralne stosuje się również generalnie przy wytwarzaniu pierwszego materiału stopionego złożonego z innych hydrofitowych materiałów polimerowych zgodnie z niniejszym wynalazkiem oraz przy wytłaczaniu pierwszego materiału stopionego.

Proces wytwarzania z tabletek membran z włókien rurkowych polega na ogrzewaniu najpierw tabletek do temperatury wystarczającej do powstania drugiego materiału stopionego, wytłaczanego następnie przez pierścieniową dyszę przędzalniczą. Powstające włókna rurkowe są natychmiast chłodzone powietrzem i ługowane w wodzie w temperaturze od około 80°C do około 95°C.

Temperatura drugiego materiału stopionego podczas wytłaczania go przez pierścieniową dyszę przędzalniczą jest kluczowym parametrem decydującym o przepuszczalności hydraulicznej gotowej membrany. Przykładowo, w odniesieniu do octanu celulozy, każdy wzrost temperatury przędzenia o jeden stopień Celsjusza powoduje odpowiedni spadek przepuszczalności hydraulicznej włókna rurkowego o około 4,167 x W⁶ cm³/s/Pa/m². Jak z tego wynika, istnieje możliwość regulacji przepuszczalności hydraulicznej włókien rurkowych na zamówienie poprzez po prostu regulację temperatury podczas przędzenia.

Istotne znaczenie dla równomiernych własności włókien membrany, produkowanych za pomocą dyszy do przędzenia, wzdłuż ich długości ma również utrzymywanie na możliwie stałym poziomie warunków ich chłodzenia na wylocie z dyszy. Do warunków tych należą, ale nie muszą to być tylko te, temperatura powietrza stosowanego do chłodzenia włókien, prędkość strumienia powietrza opływającego włókno na wylocie z dyszy do przędzenia, podłużne naprężenie rozciągające, działające na włókno na jego

173 020 wylocie z dyszy, szybkość chłodzenia włókna w odniesieniu do jego prędkości podłużnej na wyście z dyszy, oraz wilgotność powietrza stosowanego do chłodzenia włókna. Podłużne naprężenie rozciągające powinno wystarczyć do podłużnego rozciągania włókna o nie więcej niż dwadzieścia procent.

W kąpieli wodnej, ze składnika polimerowego woda ługuje z włókien rurkowych glicerynę i glikol polietylenowy. Po ługowaniu, włókna są w stanie mokrym nawijane na rolki. Mokre włókna mają znakomite przepuszczalności hydrauliczne i dyfuzyjne z wyraźnie określonym rozdziałem dla substancji rozpuszczonych o średniej i wysokiej masie molekularnej, a jednocześnie nadal wykazują odpowiedni wskaźnik ultrafiltracji z punktu widzenia· ich zastosowania w postaci membrany w sztucznych nerkach i podobnych urządzeniach.

W porach mokrych włókien, cząsteczki wody w zasadzie zastępują cząsteczki rozpuszczalnika i substancji nie będącej rozpuszczalnikiem, wyługowane przez wodę.

Zatem cząsteczki wody nadają pewien stopień zwartości strukturalnej włóknom, które w przeciwnym razie mogłyby ulegać zgnieceniu, a tym sam traciłyby swoje pożądane wbcnnęri rtr^PTYncTY^znlnnępi bvHranhV”7npi i ΗνΛισνίηΡί r^x4-~r—-----—a —-j - --Jednakże trzymanie włókien w takim mokrym stanie przez dłuższy okres czasu, albo instalowanie membran z mokrych włókien w takich urządzeniach jak sztuczne nerki, jest niepraktyczne. W związku z tym należy wyłącznie zastąpić większą część wody substancją stabilizującą odporną na parowanie w warunkach otoczenia, ale nie zakłócającą następnych etapów procesu instalowania włókien w użytecznych urządzeniach. Tego typu etap zastępowania wody określa się terminem replastyfikacja.

Przykładowo, korzystnie, włókna z octanu celulozy replastyfikuje się roztworem gliceryny i wody. Wilgotne włókna odwija się ze zwoju i zanurza w wodnym rozbvorze gliceryny o wagowym stężeniu gliceryny d d kocoo 4 0 oo kocTo 4%¾ i temperaturze, 25°C. Następnie suszy się je gorącym powietrzem o temperaturze od około 74 do około 84°C. Po suszeniu, włókna z octanu celulozy zachowują swoją stabilność przez dłuższy okres czasu, ponieważ plastyfikator (to jest gliceryna i pewna ilość wody) pozostaje w stanie równowagi z atmosferą w temperaturze i wilgotności otoczenia. W warunkach równowagi, stężenie wagowe gliceryny w membranie z octanu celulozy wynosi od około 45 dlo około 54% a stężenie wagowe wody od około 15 dlo około 18%.

Membrany z rurkowych włókien z octanu celulozy według niniejszego wynalazku można zastosować w sztucznych nerkach w sposób znany w technice. Stwierdzono, że membrany z włókien tego typu przeznaczone do sztucznych nerek powinny mieć następujące parametry techniczne:

Średnica wewnętrzna włókien:	od około 175 do około 214 mm
GruboSC ścianki włókien:	od około 14 do około 35 mm
Współczynnik ultrafiltracji (Kuf):	około 3,125x14‘⁵ do około 11,459x14’⁵ cm³/s/Pa/m²
Współczynnik przenikania masy dla moczu (Kov) (mocz)	około 6,33x14-6 m/s lub powyżej
Wskaźnik [Kov (mocz^/KuF	co najmniej 4,2

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w poniższych przykładach, oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wyniki filtrowania i usuwania maltodekstryny przez znaną dotychczas nisko przepływową membranę z octanu celulozy, jak omówiono w przykładzie 4, fig. 2 przedstawia wyniki filtrowania maltodokstryny dla dwóch znanych membran do hemodializy, jak omówiono w przykładzie 4, fig. 3 przedstawia wykres porównawczy filtrowania dla znanej dotychczas membrany Polyflux 134 i dla membrany według niniejszego wynalazku, jak omówiono w przykładzie 4, fig. 4 przedstawia dane filtrowania dla znanej membrany Polyflux 134 na tle wykresu wartości odpowiednich danych statystycznych o usuwaniu dla znanej membrany, jak omówiono w przykładzie 4, fig. 5 przedstawia wykresy danych statystycznych dotyczące filtrowania i usuwania (maltodekstryny) dla znanej membrany F80, jak omówiono w przykładzie 4, i fig. 6A/6E przedstawiają fotografie membrany według wynalazku oglądanej pod mikroskopem elektronowym skaningowym w powiększeniu odpowiednio 500x(fig.6a), 3000x(fig.6B), 10000x(fig.6C) i 20000x(fig.6Di 6E).

Przykład I.

Przykład ten dotyczy badania wpływu stężenia octanu celulozy i temperatury gorącej wody ługującej na przepuszczalność dyfuzyjną (współczynnik przenikania masy - Kov) i hydrauliczną (współczynnik ultrafiltracji - Kuf) membran z włókien rurkowych według niniejszego wynalazku.

Uzyskane wyniki przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1

octan ) celulozy (udział wagowy w %)	Kąpiel ługująca Kov (mocz) (m/s)	o temp. \| 65°C K_uF*	Kąpiel ługująca Kov (mocz) (m/s)	o temp 75°C K_uF*
42,8	5, SSmIO'⁶	l, 583x10*⁵	6,2 8x10’	2,125x10*⁵
40, 3	5, 65xl0⁶	l, 875x10*⁵	*	*
38,3	6,22x10’	2,771x10*5	6, 93x10 ’	4, 125x10*5
38,3	6,13x10'⁶	2,771x10*5	7,23x10*’	3, 834x10⁵
36, 7	6,37x10*6	3, 792x10*5	7, 50x10*6	5, 334x10*5
34, 6	6, 83x10*’	5, 084x10*5	7, 82xl0*^s	o, 480x10*5
32, 9	7, 12xl0⁶	5, 709x10*5	7, 98xl0⁵ 1	7, 521x10*⁵

2 * jednostki: cm^/s/Pa/m

Przykład II. Przykład ten ilustruje wpływ temperatury kąpieli ługującej na przepuszczalność dyfuzyjną (Kov) i hydrauliczną (Kuf) włókien rurkowych z octanu celulozy o zalecanej zawartości octanu celulozy 34,5% wagowych. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2

Temperatura	Kov (mocz)	Kuf
kąpieli °C	m/s	(cm³/s/Pa/m²)
75	8, 68x10*6	5,792x10*5
80	8, 33x10*6	6,125x10*5
85	8,27x10*’	7, 584x10*5 _

173 020

Przykład III. Przykład ten ilustruje wpływ temperatury mieszania i temperatury przędzenia włókien rurkowych ze stopionej masy na wartości przenikalności dyfuzyjnej i hydraulicznej włókien rurkowych zawierających wagowo 34,5% octanu celulozy po przepuszczemu przez kąpiel ługującą o temperaturze 85°C. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 3. '

Tabela 3

Temperatura mieszania (°C)	Temperatura przędzenia z włókien (°C)	K_eV (Na) (m/s)	, K_uF (cmV s/Pa/m*
165, 6	172,2	7, 62xl0'^e	11, 688x10-
168,3	175	7,62x10'^e	10, 876x00-5
171,1	175	8,50x10 6	6, 750x10-⁵
173, 8	175	8,27x10^_6	7, 605x10-5
176, 7	177,2	7, 42xl0’⁶	6,084x10-

i

Przykład IV. Przykład ten ilustruje badania filtrującego zachowania się membran z włókien rurkowych według niniejszego wynalazku w porównaniu ze stosowanymi dotychczas membranami z włókiennego typu. Dane dotyczące filtrowania wyznaczono badając roztwory maltodekstryny.

Włókna rurkowe z octanu celulozy wykonane sposobem według niniejszego wynalazku łączono w związki i instalowano w sztucznych nerkach w konwencjonalny sposób.

Po wlotowej stronie włókien rurkowych (to jest po tej stronie półprzepuszczalnej membrany złożonej z włókien, która styka się z krwią) doprowadzono albo plazmę ludzką zawierającą maltodekstrynę albo też roztwór soli w wodzie. Używana w tych badaniach maltodekstryna miała równomierny rozkład mas molekularnych w przedziale od około 350 daltonów (maltoza) do powyżej 120 000 daltonów. Po stronie 'dializatu stosowano zwykły dializat o temperaturze 37°C używany do hemodializy.

Trzy litry plazmy ludzkiej ogrzewano do temperatury 60°C przez 30 minut w celu rozłożenia w niej dekstrynaz. Wszystkie krioprecypitaty i białka skoagulowane, powstałe w wyniku ogrzewania plazmy w taki sposób, usuwano wirując plazmę z przyspieszeniem 10 000 x g przez 30 minut. Następnie dodawano do niej maltodekstrynę do uzyskania stężenia wagowego 6%. Roztwór plazma-maltodekstryna utrzymywano w temperaturze 37°C przy powolnym mieszaniu, stosując łaźnię wodną.

Do płukania włókien przygotowano jeden dm³ normalnego roztworu soli i podobnie utrzymywano go w temperaturze 37°C.

Zarówno plazmę lub normalny roztwór soli, jak i dializat, doprowadzono za pomocą konwencjonalnych pomp perystaltycznych, przy czym długość przewodów z odpowiednich zbiorników do dializatora i z powrotem była w każdą stronę mniejsza niż jeden metr. Pompę doprowadzającą plazmę wyregulowano w taki sposób, że plazma lub roztwór solanki dopływała do otworu dla' krwi tętniczej z wydajnością 3,33 cm3/s, przy czym w otworze dla krwi żylnej wytwarzano niewielkie przeciwciśnienie. Pompę do dializatu podłączono do otworu dializatora przeznaczonego do dializatu, przy czym wylotowy otwór do dializatu zatkano. Wydajność pompy do dializatu wyregulowano na 0,5 cm3/s. '

Do wlotu dla krwi tętniczej, wlotu dla krwi żylnej i wlotu dializatu podłączono za pomocą trójników przetworniki ciśnienia. W celu eliminacji różnicy ciśnień, wszystkie

173 020 elementy układu monbitorowania ciśnienia umieszczono na tym samym poziomie hydrostatycznym.

Przed podłączeniem układu w opisany powyżej sposób, przepłukano dializatory przepuszczając przez membranę jeden litr normalnego roztworu soli pod ciśnieniem hydrostatycznym jednego metra w celu wypłukania z włókien rurkowych gliceryny i innych rozpuszczonych składników. Po podłączeniu w opisany powyżej sposób, przepłukano dializatory 0,5 dm° normalnego roztworu soli ze zbiornika o temperaturze 37°C. Po przepuszczeniu przez włókna, używane do tego celu 0,5 dm³ roztworu soli odprowadzono do kanalizacji. Następnie dializator płukano przez 1200 sekund 0,5 dm3 normalnego roztworu soli znajdującego się w zbiorniku o temperaturze 37°C, przy czym solankę po przepływie przez włókna odprowadzono z powrotem do zbiornika. Następnie usunięto z dializatora resztę roztworu soli po stronie dializatu w celu eliminacji nadmiernego rozcieńczenia roztworu plazmy i maltodekstryny.

Następnie uruchomiono przepływ roztworu plazma/maltodekstryna przez włókna, przy czym całą pojawiającą się po stronie wlotu krwi żylnej ciecz usuwano z układu do chwili pojawienia się w otworze roztworu plazmy. Roztwór plazmy pompowano przez włókna do zbiornika o temperaturze 37°C. Układ działał w ten sposób przez 60 minut. Po upływie 20 minut i 60 minut pobrano próbki plazmy i filtratu po przejściu plazmy przez membranę z włókien i poddano je analizie techniką wysokociśnieniowej chromatografii cieczowej (HPLC) wyznaczając stężenia zawartych w nich frakcji maltodekstryny o różnych masach molekularnych.

Po 60 minutach zatrzymano eksperyment i usunięto z dializatora cały roztwór plazmy. Dializator po stronie dializatu opróżniono do zbiornika w celu eliminacji ewentualnych strat cząsteczek maltodekstryny o małej masie molekularnej.

Wybrane wyniki tych badań przedstawiono na fig. 1-5.

Na fig. 1 przedstawiono wykres ilustrujący filtrujące i oczyszczające własności dializatora CDAK 4000 wyposażonego w znaną membranę z octanu celulozy o małej wydajności, produkowanego przez Althin CD Medical, Inc., Miami Lakes, Floryda. Prostokąty na fig. 1 ilustrują zdolność membrany do usuwania (to jest zapobiegania przepływowi przez nią) cząstek maltodekstryny o danych masach molekularnych. Romby ilustrują zdolność membrany do filtrowania (to jest przepuszczania przez siebie) cząstek maltodekstrymy.

Jak wiadomo z tej dziedziny, parametry membran hemofiltracyjnych opisuje się zazwyczaj za pomocą ich wskaźników ultrafiltracji i własności filtrujących. Dane dotyczące własności filtrujących wyznacza się mierząc stężenie substancji rozpuszczonych (w tym przypadku maltodekstryny) w cieczy po stronie krwi i po stronie dializatu. Dane statystyczne dotyczące własności filtrujących, przedstawione w postaci wykresu na fig. 1, zdefiniowano zależnością Cd (Cb + Cd), gdzie Cd = stężenie substancji rozpuszczonych po stronie dializatu, a Cb = stężenie substancji rozpuszczonych po stronie krwi. Dane dotyczące własności usuwania, przedstawione w postaci wykresu na fig. 1, zdefiniowano zależnością Cb/ (Cb + Cd).

Na.fig. 2 przedstawiono wykres filtrowania maltodekstryny dla znanych dotychczas membran stosowanych w hemodializie. Na osi współczynnika filtrowania (rzędna) przedstawiono wartości omówionego powyżej współczynnika filtrowania. Przedstawione na fig. 2 wykresy odnoszą się do membrany Polyflux 130 będącej hydrofilową membraną poliamidową o wysokiej wydajności produkowaną przez firmę Gambro, Lund, Szwecja; i membrany F80 będącej membraną polisulfonową firmy Fresenius.

Na fig. 3 przedstawiono wykres porównawczy własności filtrujących dla maltodekstryny dla znanej membrany Polyflux 130 oraz membrany Altrex B według niniejszego wynalazku.

Na fig. 4 przedstawiono dane dotyczące filtrowania dla znanej membrany Polyflux 130 przedstawione na fig. 2 i 3.

173 020

Na fig. 4 pokazano również wykres wartości dla odpowiednich danych dotyczących usuwania składników membrany Polyflux 130.

Na fig. 5 przedstawiono wykres danych dla filtrowania i usuwania (dla maltodekstryny) dla znanej membrany F80.

Przykład V. Przykład ten dotyczy badania w naturze membrany z octanu celulozy według niniejszego wynalazku. Dane te, przedstawione w Tabeli 4, uzyskano metodami konwencjonalnymi za pomocą hemodiabzatora z membraną z włókien z octanu celulozy.

Tabela 4

K_uF*	Oczyszcza- nie	(m/s)	X r-* Kuf
	Mocz	Kreatyni- na	Kwas moczowy	Fosforan
1C, 417x10-2	3, 03x10-²	2, 50x10-2	2,58x10-2	2,45x10-²	3, 521x10'⁵
	3, 88x10-²	3, 03x10*2	3,25x10-2	3, O7xio~²
	4,82x10-2 _	3, 67x10-2	3, 72x10-2	3,25x10*	-—1

* Jednostki. cm3/s/Pa/m2

Przyk ł ad VI. Membrana półprzepuszczalna z włkkirn rurkowych wedUug wynalazku była wytwarzana w następujących warunkach:

Stopiona masa:
stężenie octanu celulozy: stężenie gliceryny·, stężenie glikolu polietylenowego: Temperatura wytłaczania stopionej masy: Kąpiel ługująca: Kąpiel płucząca: Kąpiel reólastyfikująyb: Temperatura kąpieli reólastyflkująyrj: Temperatura suszenia powietrzem:	34,6% wagowych 8,1% wagowych 57,3% wagowych 178,3°C, woda w temperaturze 85,5°C, 2-3 sekundy woda w temperaturze otoczenia, 30 sekund 37 g gliceryny w 100 cm³ roztworu wodnego, 36 sekund temperatura otoczenia 80°C, 3 minuty.

Uzyskana membrana z octanu celulozy w postaci włókien rurkowych miała następujące własności:

Średnią średnicę wewnętrzną 190 μ m

Średnia grubość ścianki: 29 μm

K«f· 6,959 x 10‘⁵ cm³/s/Pa/m², jak zbadano stosując roztwór wodny NaCl, zawierający 0,899±0,001g NaCl w 100 cm³ roztworu, w temperaturze 37±0,5°C w warunkach przepływu statycznego przy ciśnieniu śródmembranowego wynoszącym

36.664 ± 0,133 kPa.

Oczyszczanie NaCl: 2,92 cm3/s, jak zbadano stosując roztwór wodny NaCl zawierający 0,899 ±0,001g NaCl w 100 cm3 roztworu, w temperaturze 37 ± 0,5°C, w warunkach przepływu statycznego przy ciśnieniu śródmembranowym wynoszącym

36.664 ±0,133 kPa.

173 020

Oczyszczanie NaCl: 2,92 cm³/s, jak zbadano stosując roztwór wodny NaCl zawierający 0,899 ±0,001g NaCl w 100 cm3 roztworu, w temperaturze 37 ± 0,5°C, przy szybkości przepływu przez otwory wynoszącej 3,33 ± 0,08 cm3/s, szybkości przepływu na zewnątrz włókien rurkowych 8,33 ± 0,08 cm3/s i ciśnieniu środmembranowym wyapozączm 0 Pa. '

Współczynnik filtrowania albumin: 0,12 jak zbadano stosując roztwór 5 ± 0,5% wagowych albuminy serum wołu w wodnym roztworze NaCl zawierającym 0,899 ± 0,003 g NaCl w 100 cm, roztworu, przy szybkości przepływu przez otwory 3,33 ± 0,08 ^/s, szybkości przepływu na zewnątrz włókien rurkowych wznoszącej 8,33 ± 0,08 cm3/s i ciśnieniu śródmembranowym 13,332 ± 0,133 kPa.

Końcowe stężenie wody w membranie: 17% wagowych.

Zdjęcia tej membrany uzyskane za pomocą elektronowego cyfrowego mikroskopu okaaiaupueup są przedstawione na fig. 6A-6E, w powiększeniach peepuieeaip: 500x(Fig.6A), 3000x(Fig.6B), 10000x(Fig.6C), 20()00x(Fig.6D) i 20000x(Fig.6E).

Na fig.6B, rozległy obszar chropowaty rozciągający się ku górze nieco ponad połowę grubości membrany bvł wynikiem przygotowania membrany do oglądania pod

U Uż J J J X J V x mikroskopem elektronowym i nie stanowi części membrany jako takiej.

173 020

WSPÓŁCZYNNIK FILTROWANIA WSPÓŁCZYNNIK FILTROWANIA

MASA MOLEKULARNA

FIG. 2

TYSIĄCE

MASA MOLEKULARNA

FIG. 3

173 020

USUWANIE

MASA MOLEKULARNA

FIG. 4

173 020

TYSIĄCE

MASA MOLEKULARNA

FIG. 5

173 020

Fig.6Ε

173 020

TYSIĄCIi

MASA MOLEKULARNA

FIG. I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Membrana półprzepuszczalna z octanu celulozy w postaci włókien rurkowych mająca współczynnik przenikania masy dla moczu Kov (mocz) wynoszący co najmniej 6,33x10'⁶ m/s, oraz wskaźnik [K« (mocz)]KuF wynoszący co najmniej 0,2, znamienna tym, że wykazuje współczynnik ultrafiltracji (Kuf) wynoszący od około 3,125x10’⁵ do około 11,459x10- cm’/s/Pa/m².
2. Membrana według zastrz. 1, znamienna tym, że ma własności filtrujące dla maltodekstryny o masie molekularnej od około 15 000 do około 20 000 daltonów, co najmniej 0,1.
3. Membrana według zastrz. 2, znamienna tym, że ma własności filtrujące, dla maltodekstryny o masie molekularnej powyżej 20 000 daltonów, poniżej 0,1.
4. Membrana według zastrz. 1, znamienna tym, że ma wskaźnik:

[K„_v (mocz)] [S (m.w) 1

K_uF > 1,36 x 10'² dla substancji rozpuszczonych o masie molekularnej od 10 000 do 60 000 daltonów, gdzie S(mw) jest współczynnikiem filtrowania membrany w funkcji masy molekularnej rozpuszczonej substancji.
5. Membrana według zastrz. 1, znamienna tym, że w stanie równowagi z atmosferą zawiera od około 45 do około 50% wagowych gliceryny i od około 15 do około 18% wagowych wody.
6. Sposób wydarzania membaany półprzeuusccaalnej z ocaanu celulozy z włókien rurkowych do oczyszczania wodnych płyaów biologicznych, w którym dostarcza się stopioną masę zawierającą octan celulozy, glicerynę i glikol polietylenowy, wytłacza się stopioną masę z wytworzeniem gorącej membrany, chłodzi się gorącą membranę oraz zanurza się ochłodzoną membranę w wodzie i wypłukuje się z niej glicerynę i glikol eohetnleaown, znamienny tym, że dla ukształtowania membrany dostarcza się stopioną masę zawierającą od 32 do 40% wagowych octanu celulozy, 5 do 10% wagowych gliceryny i 50 do 63% wagowych glikolu polietylenowego.
7. poo^h według zaszrz. 6, znamienyy tym, że mzcigga si ę membaimę p o jej wytłoczeniu ze stopionej masy w kierunku podłużnym do zwiększenia jej długości o nie więcej niż 20 procent.
8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że po zanurzeniu ukształtowanej ze stopionej masy membrany w wodzie, replzotzfikuje się ją.
9. Społób wdó^g ζ^^^ζ. 8, enamienny źym, ee odc^ss cepklstyfiZacji membrany kontaktuje się ją z wodnym roztworem glicerzan.
10. pos^ta wdó^g aastrz. 9, namo^nn^ tym, ee oddzas s ceplaztyfiZacji ists^sjeje się wodny roztwór glicerynn zawierający od 30 do 40% wagowych glicernay.
11. Sposób wedhig zatfrz. 8 albo 9 albo 10, znamienny tym, że po zepiosZyiikυwanlu membrany usuwa się z niej wodę.
12. epołób wdółg g asstrz. 11, eaymieeny tym, ee suuwa sę ę wdó ę z membaany susząc ją za pomocą powietrza w temperaturze od około 70 do około 80°C.

173 020
13. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stopioną masę wytłacza się przez pierścieniową dyszę i kształtuje się włókna rurkowe membrany.