JPH0119902B2 - - Google Patents
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- JPH0119902B2 JPH0119902B2 JP60201789A JP20178985A JPH0119902B2 JP H0119902 B2 JPH0119902 B2 JP H0119902B2 JP 60201789 A JP60201789 A JP 60201789A JP 20178985 A JP20178985 A JP 20178985A JP H0119902 B2 JPH0119902 B2 JP H0119902B2
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- Japan
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- membrane
- gas exchange
- exchange membrane
- hollow fiber
- oxygenator
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
(技術分野)
本発明は、人工肺に関するものである。詳しく
述べると本発明は、体外血液循環において、血液
中の炭酸ガスを除去し、かつ血液中に酸素を添加
する人工肺において、炭酸ガス除去能が高くかつ
長期間使用しても血漿漏出の虞れのない膜型人工
肺に関するものである。
(先行技術)
従来、開心術の補助手段等として、良好なガス
透過性を有するガス交換膜を介して、血液と酸素
含有ガスとを接触させてガス交換を行なう膜型人
工肺が用いられている。またこのような膜型人工
肺に用いられるガス交換膜としては、均質膜と多
孔質膜の2種類がある。
均質膜としては、現在主としてシリコーン膜が
用いられている。しかしながら、均質膜は、シリ
コーン膜を用いるために、強度的に充分ではなく
膜厚を100μm以下にすることはできず、このため
ガス透過に限界があり、特に炭酸ガスの透過が悪
い。また、所望のガス交換能を達するために、例
えば中空糸膜として数万本束ねたときに装置が大
型化しプライミング量の増大をきたし、さらにコ
スト的にも高いものである。
一方、多孔質膜としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
スルホン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタ
ン、ポリアミド等の種々の材質のものが知られて
いる。この多孔質膜は膜厚方向に連通する多数の
微細孔を有するものであるが、前記膜が疎水性で
あることから、血漿が細孔を通過することなく、
すなわち該膜の血液流路側から他方のガス流路側
への血漿洩れを生ずることなく、ガス中の酸素を
血液中に添加し、かつ血液中の二酸化炭素をガス
中に除去することを可能としている。しかしなが
ら多孔質膜は、水蒸気の透過性が高いので結露水
によつて性能が低下するだけでなく、長時間血液
を循環使用すると、実際には、血漿の漏出が生じ
ることがあつた。このような現象は、人工肺の製
造段階において水洩れ試験を行ない、以上のない
ことを確認したものについても認められるもので
あり、使用時に生じる現象である。
このような多孔質膜の諸欠点を解消するため
に、先に本発明者らは、多孔質膜の微細孔をシリ
コーンオイルで閉塞してなる人工肺(特願昭58―
92325号)を、さらに改良を加え多孔質膜の微細
孔をシリコーンゴムで閉塞してなる人工肺(特願
昭59―105384号)を提唱した。このように多孔質
の微細孔をシリコーンゴムで閉塞してなる人工肺
は、従来の多孔質膜を用いた人工肺において見ら
れるような血漿漏出の問題は解消されたが、その
炭酸ガス除去能は充分なものとは言えず、例えば
ECCO2R(Extra Corporea l CO2 Removal;
体外炭酸ガス除去)のように、少ない体外循環血
流量で生体の炭酸ガス産生量を除去することは困
難であつた。
発明の目的
従つて本発明は、新規な膜型人工肺を提供する
ことを目的とする。本発明はまた、体外血液循環
において血液中の炭酸ガスを除去し、かつ血液中
に酸素を添加する人工肺において、炭酸ガス除去
能が高くかつ長期間使用しても血漿漏出の虞れの
ない膜型人工肺を提供することを目的とする。本
発明はさらにECCO2Rに最適な膜型人工肺を提供
することを目的とする。
上記諸目的は、ガス交換膜として、肉厚5〜
80μm、空孔率20〜80%および細孔径0.01〜5μm
の多孔質疎水性膜を用いた膜型人工肺において、
前記ガス交換膜の表面に付着することなく、前記
細孔内に充填された該細孔よりも小さな微粒子に
より、該細孔内が超微細孔構造となつており、さ
らに前記微粒子の少なくとも血液と接触する表面
が疎水性表面となつていることを特徴とする膜型
人工肺により達成される。
本発明は、ガス交換膜が中空糸膜である膜型人
工肺を示すものである。本発明はまた中空糸膜
は、内径100〜1000μmのものである膜型人工肺を
示すものである。本発明は、微粒子が、疎水性物
質製のものである膜型人工肺を示すものである。
本発明はさらに、ガス交換膜が、オレフイン系樹
脂製のものである膜型人工肺を示すものである。
本発明はさらにまたガス交換膜が、ポリプロピレ
ン製のものである膜型人工肺を示すものである。
本発明はまた、微粒子は粒径約0.003〜1.0μmのも
のである膜型人工肺を示すものである。
発明の具体的構成
以下、本発明を図面に基づきより詳細に説明す
る。
第1図は、本発明の膜型人工肺の一実施態様に
おけるガス交換膜の細部構造を示す拡大断面図で
ある。
第1図に示すように膜型人工肺1のガス交換膜
2は、疎水性の多孔質膜であつて、その肉厚は5
〜80μm、好ましくは10〜60μm、空孔率は20〜80
%、好ましくは30〜60%、また細孔径は0.01〜
5μm、好ましくは0.01〜1μm程度のものである。
なお本実施態様においては、ガス交換膜は、内径
100〜1000μm、好ましくは100〜300μmの中空糸
状のものとされている。しかして該ガス交換膜2
の各細孔3は、該細孔径よりも小さくかつ少なく
とも血液と接触する面が疎水性である微粒子4で
閉塞されている。従つて、細孔3を微粒子4によ
り閉塞されたガス交換膜2の少なくとも血液と接
触する面は、疎水性に保たれている。各細孔3
は、本実施態様においては、細孔3内部に微粒子
4が充填された形態で閉塞されている。そして、
第1図に示すように、ガス交換膜2の表面には微
粒子は存在しておらず、ガス交換膜2の表面は平
滑な表面となつている。このように各細孔3が微
粒子4で閉塞された結果、該ガス交換膜2は、電
子顕微鏡レベルでは確認できない程度の超微細孔
を有するものとなる。
該ガス交換膜2の材質としては、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、セル
ロースアセテート等の疎水性高分子が用いられ得
るが、好ましくは、ポリオレフイン系樹脂であ
り、特に好ましくは、ポリプロピレンであり、延
伸法または固液層分離法により微細孔を形成され
たポリプロピレンが最も望ましい。
一方、該ガス交換膜2の細孔3を閉塞する微粒
子4の材質としては、シリカ、アルミナ、ジルコ
ニア、マグネシア、硫酸バリウム、炭酸カルシウ
ム、ケイ酸塩、酸化チタン、シリコンカーバイ
ト、カーボンブラツク、ホワイトカーボン等の無
機物質、あるいは、ポリスチレンラテツクス、ス
チレンゴム(SBR)ラテツクス、ニトリルゴム
(NBR)ラテツクス等の高分子ラテツクスが用い
られ得る。しかしてこれらの微粒子4の材質が疎
水性である場合には、細孔3を閉塞する際そのま
ま用いることができるが、微粒子の材質が親水性
である場合には、細孔3を閉塞前あるいは閉塞後
に、該微粒子4の少なくとも血液と接触する面
を、疎水性材質、例えばシリコーン等で被覆処理
する必要がある。また、該微粒子4の直径は
0.003〜1.0μm、好ましくは0.003〜0.5μmである。
ガス交換膜2の細孔3を微粒子4で閉塞するに
は、例えば、次のようにして行なうことができ
る。すなわち、中空糸状のガス交換膜2の細孔3
に微粒子を充填して閉塞するには、ガス交換膜2
をまずアルコール等で親水化する。次にこのガス
交換膜2の中空糸内部に、上記のごとき微粒子の
水性分散液を流し濾過させる。すると水性分散液
中に含まれていた微粒子4が、ガス交換膜2の細
孔3内に引つかかり、ちようど目づまりを起すよ
うにして細孔3内に微粒子4が充填され、細孔3
が閉塞される。次に、中空糸内部を空気、水等の
適当な流体で洗浄し中空糸内部に残留する分散液
を除去し、ガス交換膜2の表面の微粒子を除去す
る。さらに、微粒子4が親水性である場合には、
例えばジメチルポリシロキサン、メチルフエニル
ポリシロキサン、メチルビニルポリシロキサン―
メチルフエニルビニルポリシロキサン、アミノア
ルキルシロキサン、ジメチルシロキサン共重合体
等のシリコーンの例えば、1,1,2―トリクロ
ロ―1,2,2―トリフルオロエタン、トリクロ
ロフルオロメタン、1,1,2,2―テトラクロ
ロ―1,2―ジフルオロエタン等のハロゲン化炭
化水素の溶液を中空糸内部に流して、中空糸内部
に充填された微粒子4の表面にシリコーン溶液を
付着させ、その後、中空糸内部に残留するシリコ
ーン溶液を除去した後乾燥し微粒子4の表面をシ
リコーンの疎水性薄膜で被覆する。さらに乾燥前
に該中空糸内部を該シリコーンを溶解しない流体
で洗浄することが好ましい。
なお、このようにガス交換膜2の細孔3の微粒
子による閉塞操作は、人工肺の組立前にも実施可
能であるが、モジユール組立後に行なうことがよ
り好ましい。
第2図は、本発明の膜型人工肺の一実施態様で
ある中空糸膜型人工肺の組立状態を示すものであ
る。すなわち、該中空糸膜型人工肺1は、ハウジ
ング5を具備してなり、このハウジング5は筒状
本体6の両端部にそれぞれ環状の雄ネジ付き取付
カバー7,8が設けられ、ハウジング5内には、
全体が広がつて多数の、例えば10000〜60000本の
上記したような細孔3が微粒子4により閉塞され
た中空糸状のガス交換膜2がハウジング5の長手
方向に沿つて並列的に相互に離間配置されてい
る。そして、このガス交換膜2の両端部は、取付
カバー7,8内においてそれぞれの開口が閉塞さ
れない状態で隔壁9,10により液密に支持され
ている。また、上記各隔室9,10は、ガス交換
膜2外周面と上記ハウジング5の内面とともに第
1の物質移動室である酸素室11を構成し、これ
を閉塞し、かつ上記ガス交換膜2の内部に形成さ
れる第2の物質移動流体用空間である血液流通用
空間(図示しない)と酸素室11を隔離するもの
である。
一方の取付カバー7には、第1の物質移動流体
である酸素を供給する導入口12が設けられてい
る。他方の取付カバー8には酸素を排出する導出
口13が設けられている。
上記ハウジング5の筒状本体6の内面には、軸
方向の中央に位置して突出する絞り用拘束部14
を設けることが好ましい。すなわち、拘束部14
は上記筒状本体6の内面に筒状本体と一体に形成
されていて、筒状本体6内に挿通される多数のガ
ス交換膜2からなる中空糸束15の外周を締め付
けるようになつている。こうして、上記中空糸束
15は、第1図で示すように軸方向の中央におい
て絞り込まれ、絞り部16を形成している。した
がつて、ガス交換膜2の充填率は、軸方向に沿う
各部において異なり、中央部分において最も高く
なつている。なお、後述する理由により望ましい
各部の充填率は次の通りである。まず、中央の絞
り部16における充填率は、約60〜80%、その他
筒状本体6内では約30〜60%であり、中空糸束1
5の両端、つまり隔壁9,10の外面における充
填率では、約20〜40%である。
次に、上記隔壁9,10の形成について述べ
る。前述したように隔壁9,10は、ガス交換膜
2の内部と外部を隔離するという重要な機能を果
たすものである。通常、この隔壁9,10は、極
性の高い高分子ポツテイング材、たとえばポリウ
レタン、シリコーン、エポキシ樹脂等をハウジン
グ5の両端内壁面に遠心注入法を利用して流し込
み、硬化させることにより作られる。さらに詳述
すれば、まず、ハウジング5の長さより長い多数
の中空糸膜2を用意し、この両開口端を粘度の高
い樹脂によつて目止めをした後、ハウジング5の
筒状本体6内に並べて位置せしめる。この後、取
付けカバー7,8の径以上の大きさの型カバー
で、ガス交換膜2の各両端を完全に覆つて、ハウ
ジング5の中心軸を中心にそのハウジング5を回
転させながら両端部側から高分子ポツテイング材
を流入する。流し終つて樹脂が硬化すれば、上記
型カバーを外して樹脂の外側面部を鋭利な刃物で
切断してガス交換膜2の両開口端を表面に露出さ
せる。かくして隔壁9,10は形成されることに
なる。
上記隔壁9,10の外面は、環状凸部を有する
流路形成部材17,18でそれぞれ覆われてい
る。この流路形成部材17,18はそれぞれ液分
配部材19,20およびネジリング21,22よ
りなり、この液分配部材19,20の周縁部付近
に設けられた環状凸部として突条23,24の端
面を前記隔壁9,10にそれぞれ当接させ、ネジ
リング21,22を取付けカバー7,8にそれぞ
れ螺合することにより固定することにより第2の
物質移動流体である血液の流入室25および流出
室26がそれぞれ形成されている。この流路形成
部材17,18にはそれぞれ第2の物質移動流体
である血液入口27および出口28が形成されて
いる。
この隔壁9,10と、流路形成部材17,18
とにより形成される隔壁9,10の周縁部の空隙
部には、該空隙部に連通する少なくとも2個の孔
31,32の一方より充填剤33,34を充填す
ることにより前記隔壁9,10と接触するように
シールされる。あるいはまた、Oリング(図示せ
ず)を介してシールされる。
なお、前記中空糸膜型人工肺において、第1の
物質移動流体としては空気等の酸素含有ガスまた
は血液であり、第2の物質移動流体としては血液
または酸素含有ガスである。したがつて、第1の
物質移動流体がガスの場合には第2の物質移動流
体は血液であり、一方、第1の物質移動流体が血
液の場合には第2の物質移動流体はガスである。
以上は、中空糸膜型人工肺の場合について説明
したが、積層式、1枚の膜をコイル状に巻いたも
の、ジグザグ状に折込んだもの等の平膜型人工肺
についても、用いられるガス交換膜の細孔が該細
孔径よりも小さくかつ少なくとも血液と接触する
面が疎水性である微粒子により同様に閉塞される
ものであれば、ガス交換能、特にCO2除去能が高
くかつ長時間使用しても血漿の漏出が実質的に起
こらない膜型人工肺が得られる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説
明する。
実施例1および比較例1
内径200μm、肉厚25μm、空孔率45%、平均孔
径700Åのポリプロピレン製中空糸膜を用いて、
膜面積1.6m2の第4図に示すような中空糸膜型人
工肺1を組立てた。この中空糸膜型人工肺1の血
液入口25よりエタノールを流入させ、中空糸状
ガス交換膜2を親水化処理した後、血液入口25
よりシリカ(コロイダルシリカ、平均直径100
Å)/水分散液を流入させ、ガス交換膜3に濾過
させ、シリカをガス交換膜の細孔に充填した。次
に蒸溜水を流入して中空糸状ガス交換膜内部に残
留するシリカ/水分散液を充分排除した後、乾燥
を行なつた。乾燥の後、さらに2重量%のメチル
ハイドロジエンポリシロキサン/フレオン溶液を
中空糸ガス交換膜内部に流す。乾燥を行なつてガ
ス交換膜の細孔に充填されたシリカ微粒子にシリ
コーンをコーテイングした。
得られた膜型人工肺のガス交換膜を、電子顕微
鏡(倍率10000倍)で観察したところ空孔は殆ど
消失していた。しかし、後述する通り、この人工
肺は、空気を通過するためこのことからガス交換
膜の細孔は完全に閉塞しているのではなく超微細
孔膜になつているであろうことが推測された。
得られた膜型人工肺(実施例1)の空気透過流
量を測定したところ1000ml/min・m2・mmHgで
あり、シリカ微粒子の充填処理前の膜型人工肺
(比較例1)の空気透過流量が1900ml/min・
m2・mmHgであるのと比較して低下していた。
さらにこれら人工肺のガス交換能を評価するた
めに、生体外(in vitro)試験および動物試験を
行なつた。
1 生体外(in vitro)評価
新鮮ヘパリン加牛血を用い、酸素ガス分圧35mm
Hg、炭酸ガス分圧45mmHgとなる静脈血を作製
し、これを人工肺の血液流路に流通させて性能評
価を行なつた。なお用いられた牛血のヘモグロビ
ン含量は12g/dlで、温度は37℃であつた。
酸素流量と血液流量の比が1のときの血液流量
と酸素ガス添加能および炭酸ガス除去能との関係
は、第1表および第3図に示すとおりである。
また血液流量が1500ml/minのときの酸素流量
と炭酸ガス除去能との関係は、第2表および第4
図に示すとおりであつた。
2 動物試験
雑犬を用いて30時間の静脈―動脈の部分体外循
環試験を行なつた。循環試験と血漿漏出量との関
係は第3表および第5図に示すとおりであつた。
比較例 2
内径200μ、肉厚25μ、空孔率45%、平均孔径
700Åのポリプロピレン製中空糸にシリコーンゴ
ムを塗布したポリプロピレン―シリコーン複合膜
を用いて、有効膜面積1.6m2の人工肺モジユール
を作製した。この人工肺モジユールについて実施
例1および比較例1と同様に、生体外試験および
動物試験を行なつた。結果をそれぞれ第1〜3表
および第3〜5図に示す。BACKGROUND OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to an artificial lung. Specifically, the present invention provides an artificial lung that removes carbon dioxide from the blood and adds oxygen to the blood during extracorporeal blood circulation, which has a high carbon dioxide removal ability and is free from the risk of plasma leakage even after long-term use. This article concerns a membrane oxygenator that has no leakage. (Prior Art) Membrane oxygenators, which perform gas exchange by bringing blood into contact with oxygen-containing gas through a gas exchange membrane with good gas permeability, have been used as an auxiliary means for open heart surgery. There is. There are two types of gas exchange membranes used in such membrane oxygenators: homogeneous membranes and porous membranes. Currently, silicone membranes are mainly used as homogeneous membranes. However, since the homogeneous membrane uses a silicone membrane, it is not strong enough and cannot have a membrane thickness of 100 μm or less, which limits gas permeation, particularly poor carbon dioxide gas permeation. Furthermore, in order to achieve the desired gas exchange performance, for example, when tens of thousands of hollow fiber membranes are bundled, the size of the device increases, the amount of priming increases, and the cost is also high. On the other hand, porous membranes made of various materials such as polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyacrylonitrile, polyurethane, and polyamide are known. This porous membrane has many fine pores that communicate in the membrane thickness direction, but since the membrane is hydrophobic, plasma does not pass through the pores.
In other words, oxygen in the gas can be added to the blood and carbon dioxide in the blood can be removed into the gas without causing plasma leakage from the blood flow path side of the membrane to the other gas flow path side. . However, since porous membranes have high water vapor permeability, not only do they degrade in performance due to condensation, but when blood is circulated for long periods of time, plasma may actually leak out. Such a phenomenon is also observed in artificial lungs that have been tested for water leakage during the manufacturing stage and confirmed to be free of water leakage, and is a phenomenon that occurs during use. In order to eliminate these various drawbacks of porous membranes, the present inventors first developed an artificial lung (patent application filed in 1983-1983), which is made by plugging the micropores of a porous membrane with silicone oil.
92325), he proposed an artificial lung (Japanese Patent Application No. 105384-1984), which was made by further improving the pores of a porous membrane and blocking them with silicone rubber. Although this artificial lung, which is made by blocking the microscopic pores of a porous membrane with silicone rubber, has solved the problem of plasma leakage seen in conventional oxygenators using porous membranes, its ability to remove carbon dioxide has cannot be said to be sufficient; for example,
ECCO 2 R (Extra Corporeal CO 2 Removal;
It has been difficult to remove the amount of carbon dioxide produced by a living body with a small amount of extracorporeal circulating blood flow, as in the case of extracorporeal carbon dioxide removal. OBJECTS OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a novel membrane oxygenator. The present invention also provides an oxygenator that removes carbon dioxide from the blood and adds oxygen to the blood during extracorporeal blood circulation, which has a high carbon dioxide removal ability and is free from the risk of plasma leakage even when used for a long period of time. The purpose is to provide a membrane oxygenator. A further object of the present invention is to provide a membrane oxygenator most suitable for ECCO 2 R. The above purposes are as a gas exchange membrane with a wall thickness of 5 to 5.
80μm, porosity 20~80% and pore size 0.01~5μm
In a membrane oxygenator using a porous hydrophobic membrane,
The pores have an ultra-microporous structure due to particles smaller than the pores filled in the pores without adhering to the surface of the gas exchange membrane. This is achieved by a membrane oxygenator whose contact surfaces are hydrophobic. The present invention provides a membrane oxygenator in which the gas exchange membrane is a hollow fiber membrane. The present invention also provides a membrane oxygenator in which the hollow fiber membrane has an inner diameter of 100 to 1000 μm. The present invention provides a membrane oxygenator in which the fine particles are made of a hydrophobic substance.
The present invention further provides a membrane oxygenator in which the gas exchange membrane is made of olefin resin.
The present invention further provides a membrane oxygenator in which the gas exchange membrane is made of polypropylene.
The present invention also provides a membrane oxygenator in which the microparticles have a particle size of about 0.003 to 1.0 μm. Specific Structure of the Invention The present invention will be explained in more detail below based on the drawings. FIG. 1 is an enlarged sectional view showing the detailed structure of a gas exchange membrane in an embodiment of the membrane oxygenator of the present invention. As shown in FIG. 1, the gas exchange membrane 2 of the membrane oxygenator 1 is a hydrophobic porous membrane with a wall thickness of 5.
~80μm, preferably 10-60μm, porosity 20-80
%, preferably 30-60%, and the pore size is 0.01-
It is about 5 μm, preferably about 0.01 to 1 μm.
In this embodiment, the gas exchange membrane has an inner diameter of
It has a hollow fiber shape of 100 to 1000 μm, preferably 100 to 300 μm. However, the gas exchange membrane 2
Each of the pores 3 is blocked by microparticles 4 that are smaller than the pore diameter and whose surfaces that come into contact with blood are hydrophobic. Therefore, at least the surface of the gas exchange membrane 2 whose pores 3 are blocked by the fine particles 4 that come into contact with blood is kept hydrophobic. Each pore 3
In this embodiment, the pores 3 are filled with fine particles 4 and are closed. and,
As shown in FIG. 1, there are no particles on the surface of the gas exchange membrane 2, and the surface of the gas exchange membrane 2 is smooth. As a result of each of the pores 3 being blocked by the fine particles 4 in this manner, the gas exchange membrane 2 has ultra-fine pores that cannot be confirmed under an electron microscope. As the material of the gas exchange membrane 2, hydrophobic polymers such as polypropylene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyacrylonitrile, and cellulose acetate may be used, but polyolefin resins are preferably used, and polyolefin resins are particularly preferred. , polypropylene, and polypropylene in which micropores are formed by a stretching method or a solid-liquid phase separation method is most desirable. On the other hand, the materials of the fine particles 4 that block the pores 3 of the gas exchange membrane 2 include silica, alumina, zirconia, magnesia, barium sulfate, calcium carbonate, silicate, titanium oxide, silicon carbide, carbon black, and white. Inorganic substances such as carbon, or polymer latexes such as polystyrene latex, styrene rubber (SBR) latex, and nitrile rubber (NBR) latex may be used. However, if the material of these particles 4 is hydrophobic, they can be used as is to close the pores 3, but if the material of the particles is hydrophilic, the pores 3 may be closed before or after being blocked. After occlusion, at least the surface of the microparticles 4 that comes into contact with blood must be coated with a hydrophobic material, such as silicone. Moreover, the diameter of the fine particles 4 is
It is 0.003 to 1.0 μm, preferably 0.003 to 0.5 μm. The pores 3 of the gas exchange membrane 2 can be blocked with fine particles 4, for example, as follows. That is, the pores 3 of the hollow fiber gas exchange membrane 2
The gas exchange membrane 2 is filled with fine particles to block it.
First, make it hydrophilic with alcohol or the like. Next, an aqueous dispersion of the fine particles as described above is poured into the hollow fibers of the gas exchange membrane 2 and filtered. Then, the fine particles 4 contained in the aqueous dispersion get caught in the pores 3 of the gas exchange membrane 2, and the pores 3 are filled with the fine particles 4, causing clogging. 3
is occluded. Next, the inside of the hollow fiber is washed with a suitable fluid such as air or water to remove the dispersion liquid remaining inside the hollow fiber, and the fine particles on the surface of the gas exchange membrane 2 are removed. Furthermore, when the fine particles 4 are hydrophilic,
For example, dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, methylvinylpolysiloxane.
Examples of silicones such as methylphenyl vinyl polysiloxane, aminoalkyl siloxane, and dimethyl siloxane copolymers include 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane, trichlorofluoromethane, 1,1,2, A solution of halogenated hydrocarbon such as 2-tetrachloro-1,2-difluoroethane is poured into the inside of the hollow fiber to make the silicone solution adhere to the surface of the fine particles 4 filled inside the hollow fiber. After removing the remaining silicone solution, it is dried, and the surface of the fine particles 4 is coated with a hydrophobic thin film of silicone. Furthermore, before drying, it is preferable to wash the inside of the hollow fiber with a fluid that does not dissolve the silicone. Although the pores 3 of the gas exchange membrane 2 can be clogged with particulates before the oxygenator is assembled, it is more preferable to perform the operation after the module is assembled. FIG. 2 shows an assembled state of a hollow fiber membrane oxygenator, which is an embodiment of the membrane oxygenator of the present invention. That is, the hollow fiber membrane oxygenator 1 includes a housing 5, and the housing 5 is provided with annular male-threaded mounting covers 7 and 8 at both ends of a cylindrical main body 6. for,
Hollow fiber-shaped gas exchange membranes 2, which are expanded as a whole and have a large number of pores 3 as described above, for example, 10,000 to 60,000, blocked by fine particles 4, are spaced apart from each other in parallel along the longitudinal direction of the housing 5. It is located. Both ends of the gas exchange membrane 2 are fluid-tightly supported by partition walls 9 and 10 in mounting covers 7 and 8 with their respective openings not being closed. Further, each of the compartments 9 and 10 together with the outer peripheral surface of the gas exchange membrane 2 and the inner surface of the housing 5 constitute an oxygen chamber 11 which is a first mass transfer chamber, and closes this, and The oxygen chamber 11 is isolated from a blood circulation space (not shown), which is a second mass transfer fluid space formed inside the oxygen chamber 11 . One mounting cover 7 is provided with an inlet 12 for supplying oxygen, which is the first mass transfer fluid. The other mounting cover 8 is provided with an outlet 13 for discharging oxygen. On the inner surface of the cylindrical main body 6 of the housing 5, a restricting portion 14 for aperture is located at the center in the axial direction and protrudes.
It is preferable to provide That is, the restraint part 14
is formed integrally with the inner surface of the cylindrical body 6, and is adapted to tighten the outer periphery of a hollow fiber bundle 15 consisting of a large number of gas exchange membranes 2 inserted into the cylindrical body 6. . In this way, the hollow fiber bundle 15 is narrowed at the center in the axial direction to form a narrowed portion 16, as shown in FIG. Therefore, the filling rate of the gas exchange membrane 2 differs in each part along the axial direction, and is highest in the central part. Note that, for reasons to be described later, the desirable filling rate of each part is as follows. First, the filling rate in the central constricted portion 16 is approximately 60 to 80%, and in the other cylindrical body 6 is approximately 30 to 60%, and the filling rate in the hollow fiber bundle 1 is approximately 60 to 80%.
The filling rate at both ends of the partition wall 5, that is, on the outer surfaces of the partition walls 9 and 10, is about 20 to 40%. Next, the formation of the partition walls 9 and 10 will be described. As mentioned above, the partition walls 9 and 10 perform the important function of isolating the inside and outside of the gas exchange membrane 2. Usually, the partition walls 9 and 10 are made by pouring a highly polar polymeric potting material such as polyurethane, silicone, epoxy resin, etc. onto the inner wall surfaces of both ends of the housing 5 using a centrifugal injection method, and then hardening the material. More specifically, first, a large number of hollow fiber membranes 2 longer than the length of the housing 5 are prepared, both open ends of which are sealed with a high viscosity resin, and then inside the cylindrical body 6 of the housing 5. Place them side by side. After that, completely cover both ends of the gas exchange membrane 2 with a mold cover having a diameter larger than that of the mounting covers 7 and 8, and while rotating the housing 5 about the central axis of the housing 5, The polymer potting material is introduced from the inside. When the resin has hardened after pouring, the mold cover is removed and the outer surface of the resin is cut with a sharp knife to expose both open ends of the gas exchange membrane 2 to the surface. The partition walls 9 and 10 are thus formed. The outer surfaces of the partition walls 9 and 10 are respectively covered with flow path forming members 17 and 18 having annular convex portions. The flow path forming members 17, 18 are respectively composed of liquid distribution members 19, 20 and screw rings 21, 22, and the end surfaces of protrusions 23, 24 are formed as annular convex portions provided near the peripheral edges of the liquid distribution members 19, 20. are brought into contact with the partition walls 9 and 10, respectively, and fixed by screwing the screw rings 21 and 22 onto the mounting covers 7 and 8, respectively, thereby creating an inflow chamber 25 and an outflow chamber 26 for blood, which is the second mass transfer fluid. are formed respectively. A blood inlet 27 and an outlet 28, which are a second mass transfer fluid, are formed in the flow path forming members 17 and 18, respectively. These partition walls 9, 10 and flow path forming members 17, 18
The gaps at the peripheral edges of the partitions 9, 10 formed by the above-mentioned partitions 9, 10 are filled with fillers 33, 34 from one of at least two holes 31, 32 communicating with the gaps. sealed in contact with. Alternatively, it is sealed via an O-ring (not shown). In the hollow fiber membrane oxygenator, the first mass transfer fluid is an oxygen-containing gas such as air or blood, and the second mass transfer fluid is blood or an oxygen-containing gas. Thus, if the first mass transfer fluid is a gas, the second mass transfer fluid is blood, whereas if the first mass transfer fluid is blood, the second mass transfer fluid is a gas. be. The above explanation has been about hollow fiber membrane oxygenators, but flat membrane oxygenators such as stacked membranes, single membranes wound into a coil, and folded in a zigzag pattern can also be used. If the pores of the gas exchange membrane are smaller than the pore diameter and at least the surface in contact with blood is similarly blocked by hydrophobic fine particles, the gas exchange capacity, especially the CO 2 removal capacity, will be high and long. A membrane oxygenator can be obtained in which substantially no plasma leakage occurs even after use for a long time. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Example 1 and Comparative Example 1 Using a polypropylene hollow fiber membrane with an inner diameter of 200 μm, a wall thickness of 25 μm, a porosity of 45%, and an average pore diameter of 700 Å,
A hollow fiber membrane oxygenator 1 as shown in FIG. 4 with a membrane area of 1.6 m 2 was assembled. Ethanol is introduced through the blood inlet 25 of the hollow fiber membrane oxygenator 1 to make the hollow fiber gas exchange membrane 2 hydrophilic.
Silica (colloidal silica, average diameter 100
Å)/aqueous dispersion was flowed in and filtered through the gas exchange membrane 3, and the pores of the gas exchange membrane were filled with silica. Next, distilled water was introduced to thoroughly remove the silica/water dispersion remaining inside the hollow fiber gas exchange membrane, and then drying was performed. After drying, an additional 2% by weight methylhydrodiene polysiloxane/Freon solution is flowed inside the hollow fiber gas exchange membrane. After drying, the silica particles filled in the pores of the gas exchange membrane were coated with silicone. When the gas exchange membrane of the obtained membrane oxygenator was observed under an electron microscope (magnification: 10,000 times), the pores had almost disappeared. However, as will be explained later, this artificial lung allows air to pass through it, so it can be inferred that the pores of the gas exchange membrane are not completely obstructed, but instead become an ultra-microporous membrane. Ta. When the air permeation flow rate of the obtained membrane oxygenator (Example 1) was measured, it was 1000 ml/min・m 2・mmHg, which was the same as that of the membrane oxygenator (Comparative Example 1) before filling with silica particles. Flow rate is 1900ml/min・
It was lower than that of m2・mmHg. Furthermore, in vitro and animal tests were conducted to evaluate the gas exchange ability of these artificial lungs. 1 In vitro evaluation Using fresh heparinized bovine blood, oxygen gas partial pressure 35mm
Venous blood with a partial pressure of Hg and carbon dioxide gas of 45 mmHg was prepared and was passed through the blood flow path of the oxygenator to evaluate its performance. The hemoglobin content of the bovine blood used was 12 g/dl, and the temperature was 37°C. The relationship between blood flow rate and oxygen gas addition ability and carbon dioxide removal ability when the ratio of oxygen flow rate to blood flow rate is 1 is as shown in Table 1 and FIG. 3. The relationship between oxygen flow rate and carbon dioxide removal ability when blood flow rate is 1500ml/min is shown in Tables 2 and 4.
It was as shown in the figure. 2 Animal Test A 30-hour venous-arterial partial extracorporeal circulation test was conducted using mongrel dogs. The relationship between the circulation test and the amount of plasma leakage was as shown in Table 3 and Figure 5. Comparative example 2 Inner diameter 200μ, wall thickness 25μ, porosity 45%, average pore diameter
An oxygenator module with an effective membrane area of 1.6 m 2 was fabricated using a polypropylene-silicone composite membrane consisting of 700 Å polypropylene hollow fibers coated with silicone rubber. Similar to Example 1 and Comparative Example 1, in vitro tests and animal tests were conducted on this artificial lung module. The results are shown in Tables 1 to 3 and Figures 3 to 5, respectively.
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】
発明の具体的効果
以上述べたように、本発明はガス交換膜として
肉厚5〜80μm、空孔率20〜80%および細孔径
0.01〜5μmの多孔質疎水性膜を用いた膜型人工肺
において、前記細孔内に充填された該細孔よりも
小さな微粒子により、該細孔内が超微細孔構造と
なつており、さらに前記微粒子の少なくとも血液
と接触する表面が疎水性表面となつていることを
特徴とする膜型人工肺であり、そのガス交換膜
は、超微細孔構造を有するものであると推測さ
れ、ガス交換能、特に炭酸ガス除去能は、非常に
高いにもかかわらず、長期間使用しても血漿漏出
の虞れはない。このため、ECCO2Rのように少な
い体外循環量で生体の炭酸ガス産生量を除去する
ことが可能となる。
また、ガス交換膜が中空糸膜、好ましくは内径
100〜1000μmの中空糸膜であり、さらにポリオレ
フイン製、好ましくはポリプロピレン製のもので
あるとガス交換能はより優れたものとなり、また
一方、細孔はその内部に微粒子、好ましくは粒径
約0.003〜0.5μmの微粒子を充填されたものである
場合には、血漿漏出の虞れはより小さなものとな
る。[Table] Specific Effects of the Invention As described above, the present invention provides a gas exchange membrane with a wall thickness of 5 to 80 μm, a porosity of 20 to 80%, and a pore diameter.
In a membrane oxygenator using a porous hydrophobic membrane of 0.01 to 5 μm, the inside of the pore has an ultra-microporous structure due to particles smaller than the pore filled with the pore, and The membrane oxygenator is characterized in that at least the surface of the fine particles that comes into contact with blood is a hydrophobic surface, and the gas exchange membrane is presumed to have an ultra-microporous structure, and the gas exchange membrane is presumed to have an ultra-microporous structure. Despite its very high ability to remove carbon dioxide, there is no risk of plasma leakage even after long-term use. For this reason, it becomes possible to remove the amount of carbon dioxide produced by the living body with a small amount of extracorporeal circulation like ECCO 2 R. In addition, the gas exchange membrane is a hollow fiber membrane, preferably an inner diameter
A hollow fiber membrane of 100 to 1000 μm and made of polyolefin, preferably polypropylene, has better gas exchange ability, and on the other hand, the pores have fine particles inside, preferably about 0.003 mm in diameter. If the device is filled with particles of ~0.5 μm, the risk of plasma leakage is smaller.
第1図は、本発明の膜型人工肺の一実施態様に
おけるガス交換膜の拡大断面図、第2図は、本発
明の膜型人工肺の一実施態様である中空糸膜型人
工肺の部分断面図、第3図は、人工肺の血液流量
に対する酸素ガス添加能および炭酸ガス除去能の
関係を示すグラフ、第4図は、人工肺の酸素流量
に対する炭酸ガス除去能の関係を示すグラフであ
り、また第5図は、体外循環時間と血漿漏出量と
の関係を示すグラフである。
1……膜型人工肺、2……ガス交換膜、3……
細孔、4……微粒子、5……ハウジング、6……
筒状本体、9,10……隔壁、11……第1の物
質移動室、12,13……第1の物質移動流体導
入出口、15……中空糸束、27,28……第2
の物質移動流体導入出口。
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a gas exchange membrane in an embodiment of the membrane oxygenator of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a hollow fiber membrane oxygenator that is an embodiment of the membrane oxygenator of the present invention. Partial cross-sectional view, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the oxygen gas addition ability and carbon dioxide removal ability with respect to the blood flow rate of the artificial lung, and FIG. 4 is a graph showing the relationship between the oxygen gas removal ability and the oxygen flow rate of the artificial lung. FIG. 5 is a graph showing the relationship between extracorporeal circulation time and plasma leakage amount. 1... Membrane oxygenator, 2... Gas exchange membrane, 3...
Pore, 4... Particulate, 5... Housing, 6...
Cylindrical body, 9, 10... Partition wall, 11... First mass transfer chamber, 12, 13... First mass transfer fluid introduction outlet, 15... Hollow fiber bundle, 27, 28... Second
mass transfer fluid inlet outlet.
Claims (1)
20〜80%および細孔径0.01〜5μmの多孔質疎水性
膜を用いた膜型人工肺において、前記ガス交換膜
の表面に付着することなく、前記細孔内に充填さ
れた該細孔よりも小さな微粒子により、該細孔内
が超微細孔構造となつており、さらに前記微粒子
の少なくとも血液と接触する表面が疎水性表面と
なつていることを特徴とする膜型人工肺。 2 前記ガス交換膜が、中空糸膜である特許請求
の範囲第1項に記載の膜型人工肺。 3 前記中空糸膜は、内径100〜1000μmのもので
ある特許請求の範囲第2項に記載の膜型人工肺。 4 前記微粒子は、疎水性物質製のものである特
許請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の
膜型人工肺。 5 前記ガス交換膜が、オレフイン系樹脂のもの
である特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれか
に記載の膜型人工肺。 6 前記ガス交換膜が、ポリプロピレン製のもの
である特許請求の範囲第5項に記載の膜型人工
肺。 7 前記微粒子は粒径約0.003〜1.0μmのものであ
る特許請求の範囲第1項〜第6項のいずれかに記
載の膜型人工肺。[Claims] 1. As a gas exchange membrane, the wall thickness is 5 to 80 μm, the porosity is
In a membrane oxygenator using a porous hydrophobic membrane with a pore size of 20 to 80% and a pore size of 0.01 to 5 μm, the pores filled in the gas exchange membrane do not adhere to the surface of the gas exchange membrane. A membrane oxygenator characterized in that the pores have an ultra-fine pore structure made of small particles, and further, at least the surface of the particles that comes into contact with blood is a hydrophobic surface. 2. The membrane oxygenator according to claim 1, wherein the gas exchange membrane is a hollow fiber membrane. 3. The membrane oxygenator according to claim 2, wherein the hollow fiber membrane has an inner diameter of 100 to 1000 μm. 4. The membrane oxygenator according to any one of claims 1 to 3, wherein the fine particles are made of a hydrophobic substance. 5. The membrane oxygenator according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas exchange membrane is made of olefin resin. 6. The membrane oxygenator according to claim 5, wherein the gas exchange membrane is made of polypropylene. 7. The membrane oxygenator according to any one of claims 1 to 6, wherein the fine particles have a particle size of about 0.003 to 1.0 μm.
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