JPH0999064A

JPH0999064A - 中空糸型血液浄化器

Info

Publication number: JPH0999064A
Application number: JP28452095A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sakamoto; 和也坂本; Sumio Ohara; 澄夫大原
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 1997-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】透析性能の安定化をもたらすとともに、ハウ
ジング内への中空糸束の装填を容易にして生産性の向上
に寄与し、また血中の老廃物の除去性能の向上にも寄与
する中空糸型血液浄化器を提供する。【解決手段】筒状のハウジング２内に中空糸の束３を
装填してなる中空糸型血液浄化器１において、ハウジン
グ２の内面に水膨潤性素材８を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空糸型血液浄化
器、特にハウジング内への中空糸束の装填が容易で、透
析性能の安定化にも寄与する中空糸型血液浄化器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図８は、血液を透析濾過して浄化させる
血液浄化器（透析器、ダイアライザー）の説明図であ
り、血液浄化器１０は、筒状のハウジング２内に中空糸
の束３を装填し、中空糸束３の両端部をハウジング２の
両端部に接着剤等により固定４し、ハウジング２の両端
部をキャップ５ａ，５ｂにより被覆してなる。そして、
ハウジング２の側部で一方の端部近傍には、ハウジング
２内に透析液を導入する透析液導入口６ａを、他方の端
部近傍には、透析液を排出する透析液排出口６ｂをそれ
ぞれ突出形成してある。また、一方のキャップ５ａには
ハウジング２内に血液を導入する血液導入口７ａを、他
方のキャップ５ｂには血液を排出する血液排出口７ｂを
それぞれ突出形成してある。

【０００３】そして、血液は、矢印Ａに示すように、血
液導入口７ａからキャップ５ａと中空糸束３の一方の端
面とにより形成される空間内に入り、中空糸束３の中空
糸の中を通り、中空糸束３の他方の端面とキャップ５ｂ
とにより形成される空間内に入り、血液排出口７ｂから
矢印Ｂに示すように排出される。一方、透析液は、矢印
Ｃに示すように、透析液導入口６ａからハウジング２内
に入り、中空糸束３の中空糸の外側を流れ、矢印Ｄに示
すように、透析液排出口６ｂから排出される。このと
き、透析される血液の流れと透析液の流れとは逆方向の
所謂対向流とする。この間に、中空糸内を流れる血液中
の老廃物が中空糸の壁（膜）を通して外側の透析液中に
透析される。

【０００４】かかる血液浄化器における各中空糸は内径
１００〜５００μｍ程度、膜厚数〜数十μｍ程度であ
り、その機械的強度は低い。また、中空糸は血液浄化器
を用いて血液を浄化する際、溶質等の物質移動を行う非
常に重要な部分である。従って、ハウジング内に中空糸
の束を装填するに際しては、中空糸を傷つけないよう非
常に慎重性を要するところである。

【０００５】ところで、中空糸束をハウジング内に装填
し易くするには、ハウジング内径に対して中空糸の本数
を減らし中空糸の束径を小さくする、即ち、ハウジング
の糸束収容部の断面積に対する糸束の断面積の割合を小
さくすることが効果的であるが、そうすると、中空糸束
をハウジング内に収容し、中空糸束の両端をハウジング
両端部に固定し、各中空糸をハウジング内に分散させた
とき、ハウジング内に中空糸の疎の部分と密の部分を生
じ易く、疎の部分で透析液がショートパスし、透析性能
のばらつきの原因となる。

【０００６】ハウジング内に収容した中空糸に疎密のば
らつきを少なくし、透析性能を安定化させるためには、
中空糸の本数を増せばよいが、そうすると、中空糸の束
径が増し、中空糸束の外面とハウジングの内面との隙間
が小さくなり、中空糸束のハウジング内への装填が困難
となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
とするところは、透析性能の安定化をもたらすととも
に、ハウジング内への中空糸束の装填を容易にして生産
性の向上に寄与し、また血中の老廃物の除去性能の向上
にも寄与する中空糸型血液浄化器を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の中空糸型血液浄化器は、筒状のハウジング
内に中空糸の束を装填してなる中空糸型血液浄化器にお
いて、ハウジングの内面に水膨潤性素材を設けてなるこ
と、を特徴としている。前記水膨潤性素材が膨潤した際
の、ハウジングの糸束収容部の断面積に対する糸束の断
面積の比率を３０〜９０％の範囲とすることが好まし
い。また、ハウジングの内面の軸方向の中間部に前記水
膨潤性素材を設けるのが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の血液浄化器の実施の
形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の中空
糸型血液浄化器の一例であって水膨潤性素材の膨潤前の
状態の断面図、図２は図１における水膨潤性素材の膨潤
後の状態の断面図、図３は図２におけるハウジング中央
部の拡大した横断面図、図４はハウジングと中空糸の拡
大した横断面図、図５は水膨潤性素材の膨潤前後の様子
を示す横断面図、図６はハウジングの内面の中央部に水
膨潤性素材を設けた血液浄化器とその血液浄化器内の圧
力勾配を示す模式図、図７は水膨潤性素材の配置の他の
例を示す横断面図である。

【００１０】本発明の血液浄化器１は、筒状のハウジン
グ２内に中空糸の束３を装填してなる中空糸型血液浄化
器において、ハウジング２の内面に水膨潤性素材８を設
けてなるものである。水膨潤性素材８を除く他の構造
は、上述の従来の中空糸型血液浄化器と同様である。こ
こで、ハウジング２の材質としては、ポリカーボネイ
ト、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等の各種プラスチックが
用いられる。また、ハウジング２は筒状であれば、円筒
状、角筒状など適宜の形状のものを用いることができる
が、通常は円筒状である。中空糸としては、再生セルロ
ース、ポリエステル系ポリマーアロイ（ＰＥＰＡ）、エ
チレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＡＬ）その他各
種の合成高分子中空繊維が挙げられる。中空糸の内径は
１００〜５００μｍ程度、膜厚は数〜数十μｍ程度であ
る。

【００１１】ハウジング２の内面に設ける水膨潤性素材
８は、ハウジング２の内面の略全面に亘って設けてもよ
く、軸方向の一部又は複数箇所に設けてもよく、或いは
図７の横断面図に示すように周方向に複数箇所に分割し
て設けてもよい。軸方向の中間部（中央部）に設けた場
合には、後述するように、濾過による溶質除去効率をよ
り高めることができる。

【００１２】ここで、水膨潤性素材としては、水に膨潤
後の体積が膨潤前の体積より大きくなるものであれば特
に制限はないが、非水溶性、低透水性、耐滅菌性である
ことを要する。水に溶解したのでは、膨潤後その体積を
維持できず、また透析液を汚染するおそれもある。透水
性のものでは、透析液の有効利用が図れない。血液浄化
器を組立て後、γ線、蒸気、エチレンオキサイドガス等
による滅菌を行うが、かかる滅菌処理に対して安定性を
有するものでなければならない。このような材料とし
て、例えば吸水性ウレタン等が挙げられる。

【００１３】上記水膨潤性素材８が膨潤した際の、ハウ
ジング２の糸束収容部の断面積に対する糸束３の断面積
の比率（以下、中空糸充填率という）を３０〜９０％の
範囲とするのが好ましく、さらに好ましくは５０〜７０
％の範囲とする。中空糸充填率が３０％未満では、中空
糸をハウジング２内に均一に分散させるのが困難とな
り、透析液のショートパス（偏流）を起こしやすく、透
析性能のばらつきの原因となる。一方９０％を越えると
尿素や尿酸等の低分子量物質の拡散による除去効率を低
下させるおそれがある。５０〜７０％の範囲が、透析性
能にばらつきがより少なく拡散による除去効率も高く良
好な範囲である。

【００１４】次に中空糸充填率Ｘをさらに詳しく説明す
る。ハウジングの糸束収容部の断面積をＳ、糸束の断面
積をｓとすれば、中空糸充填率Ｘは下記式１で示され
る。

【００１５】

【数１】Ｘ＝（ｓ／Ｓ）×１００（％）

【００１６】ここで、ハウジング２の糸束収容部の断面
積Ｓは、円筒状のハウジングであって、水膨潤性素材８
をハウジング２内に周方向の全面に亘って設けた場合、
膨潤後の水膨潤性素材８の内径を２Ｒとすれば、Ｓ＝π
Ｒ²で示される。なお、水膨潤性素材をハウジング２内
に設けない従来の円筒状ハウジングにあっては、ハウジ
ング内径を２Ｒ´とすれば、Ｓ＝πＲ´²で示される。
また、糸束３の断面積ｓは、各中空糸９の内径を２ｒ、
膜厚をｔ、中空糸９の本数をｎとすれば、ｓ＝π（ｒ＋
ｔ）²×ｎで示される。従って、中空糸充填率Ｘは下記
式２で示される。

【００１７】

【数２】Ｘ＝〔｛π（ｒ＋ｔ）²×ｎ｝／πＲ²〕×１
００（％）又は、Ｘ＝〔｛π（ｒ＋ｔ）²×ｎ｝／πＲ´²〕×１
００（％）

【００１８】本発明の血液浄化器１を組立てるには、筒
状のハウジング２の内面に水膨潤性素材８を貼付けた
後、中空糸の束３をハウジング２内に装填し、以後の工
程は従来と同様に、中空糸束３の両端をハウジング両端
部に接着剤等で固定４し、ハウジング２の両端部にキャ
ップ５ａ，５ｂを取付けて組立てる。ところで、ハウジ
ング２内に中空糸束３を装填する際、ハウジング２の内
径と中空糸束径とが近く、中空糸束３の外面とハウジン
グ２の内面との隙間が小さいと、装填作業性が著しく低
下する。本発明によれば、中空糸束３をハウジング２内
に装填した後で水膨潤性素材８を膨潤させることによ
り、膨潤前の中空糸充填率に対して膨潤後の中空糸充填
率を実質的に高めることができる。従って、ハウジング
２内に中空糸束３を装填する際、ハウジング２の内径に
対して中空糸束径を小さくし、中空糸束３の外面とハウ
ジング２の糸束収容部の内面との隙間を大きくとること
ができるから、装填作業性が著しく向上し、自動化も容
易となる。なお、中空糸充填率を高める理由は、透析液
のショートパスによる透析性能のばらつきを防止するた
めである。

【００１９】中空糸のタイプ、主に材質と膜の孔との関
係により、最適の中空糸充填率が一般に異なる。限られ
たハウジングで、市場のニーズに応じた多種の血液浄化
器を、最適の中空糸充填率で製造するのは困難である。
本発明によれば、水膨潤性素材の厚さと膨張率を適宜選
択することにより、限られたハウジングで、最適の中空
糸充填率を有する血液浄化器を製造することが可能とな
る。

【００２０】本発明によれば、中空糸充填率を高めるこ
とができるので、ハウジング内での中空糸の揺れを全体
的に少なくでき、また水膨潤性素材を軸方向の中間部に
設ければ、該部分で中空糸の保持機能をもつので、中空
糸の揺れを少なくできる。従って、中空糸の機械的強度
の低下を予防でき、中空糸の膜の破損によるリークを防
止でき、血液浄化器の品質の安定化にも寄与する。

【００２１】次に、血液浄化器の溶質除去機序について
説明する。血液浄化器内では圧力損失が生じる。血液側
は、血液導入口から血液排出口に至る間に流路面積に変
化がないため、圧力損失は一定の割合で起こる、即ち図
６（ｂ）のｃで示すように、圧力は直線状に変化する。
一方、透析液側も同様に、流路面積に変化がなければ、
破線ａに示すような直線状の圧力勾配を示すものと予想
される。

【００２２】図６（ｂ）中ｘ部、ｙ部について、ｘ部は
血液側圧力が透析液側圧力よりも高いため、血液→透析
液への濾過が起こる。この部分では、血液は血液浄化器
内に導入されたばかりで、血中の老廃物濃度の最も高い
ところである。一方、ｙ部は透析液側圧力が血液側圧力
よりも高いため、透析液→血液への濾過がおこる。この
部分では、透析液は血液浄化器内に導入されたばかり
で、最も清浄な液である。このように、血液側と透析液
側の圧力差を利用して血中の老廃物を除去するには、血
液浄化器中での血液と透析液の流れを逆方向（対向流）
にすることが重要である。

【００２３】ここで、水膨潤性素材８をハウジング２の
内面の軸方向の中間部、例えば図６（ａ）に示すように
軸方向の中央部に設けた場合には、該水膨潤性素材部８
で透析液の流路が狭められ、該部分での圧力損失が大き
くなり、図６（ｂ）のｂで示すような圧力勾配を示すも
のと予想される。従って、該水膨潤性素材部８を挟ん
で、透析液導入口側の圧力のより高い部分と透析液排出
口側の圧力のより低い部分を形成させることが可能とな
る。このように、ハウジング２の内面の軸方向の中間部
に水膨潤性素材８を設けることにより、血液側と透析液
側との圧力差をより大きくすることができ、上記濾過効
率をより高めることができる。即ち、ｘ部において、水
膨潤性素材を設けない場合に比べ、血液側と透析液側と
の圧力差がより大きいため、血液→透析液への濾過がよ
り円滑に行われ、しかもｘ部は血中の老廃物濃度の最も
高いところであるので、血中の老廃物を効率よく除去す
ることができる。一方ｙ部においても、水膨潤性素材を
設けない場合に比べ、血液側と透析液側との圧力差がよ
り大きいため、透析液→血液への濾過がより円滑に行わ
れ、清浄な透析液を血中により効率よく移動させること
ができる。なお、圧力差が大きすぎると、中空糸の機械
的強度が大きくなく破損し易いので、適度な圧力差とな
るよう水膨潤性素材の厚さ、膨張率、設置幅（ｗ）、設
置位置を適宜調整する。

【００２４】

【実施例】内半径が１９mm〜２１mmの円筒状のハウジン
グ２の内面に、膨張率（体積膨張率）が２００〜４００
％で厚さ１〜２mmのシート状の水膨潤性素材８（エーテ
ル型ポリウレタンエラストマー三洋化成工業株式会社
製商品名アクアプレンＣシリーズ）を貼りつけ、水
で膨潤させたところ、膨張後のハウジング（糸束収容
部）の内半径は、表１のようになった。

【００２５】

【表１】表１ハウジング水膨潤性素材膨張後の内半径（mm）膨張率（％）厚さ（mm）内半径（mm）実施例１２１３００１１７．８実施例２２１２００１１８．９実施例３２０３００２１３．１実施例４２０２００２１５．７実施例５２０３００１１６．８実施例６２０２００１１７．９実施例７１９３００２１２．０実施例８１９３００１１５．８実施例９１９２００１１６．９実施例１０２１４００１１６．６実施例１１２１４００２１１実施例１２２０４００１１５．６

【００２６】実施例１において、中空糸束半径１８mmの
中空糸束をハウジング内（糸束収容部の内半径２０mm）
に装填するのは、十分な隙間があるので容易であった
が、膨張後の内半径（１７．８mm）が略同じである水膨
潤性素材を設けていない内半径１８mmのハウジング内に
装填するのは、隙間がないため困難であった。

【００２７】また、実施例１において、中空糸内径２０
０μｍ、膜厚８μｍ、糸本数１０５００本の中空糸の束
をハウジングの糸束収容部に装填し、水膨潤性素材の膨
潤前後の中空糸充填率を求めたところ、膨潤前の中空糸
充填率は３０．６％であったが、膨潤後の中空糸充填率
は３８．７％になった。

【００２８】次に、透析液の流動状態を着色した透析液
を流して目視により確認した。中空糸内径２００μｍ、
膜厚８μｍ、糸本数１０５００本の中空糸の束をハウジ
ング内半径２０mmの水膨潤性素材を設けていないハウジ
ング２内に装填した中空糸充填率が３０．６％のモジュ
ールでは、透析液の流れのショートパスが確認された。
一方、実施例１における膨潤後の中空糸充填率が３８．
７％のモジュールでは、ショートパスは確認されなかっ
た。

【００２９】高膨張率の水膨潤性素材を用いた実施例１
０〜１２の内、実施例１１について、中空糸内径２００
μｍ、膜厚８μｍ、糸本数７０００本の中空糸の束をハ
ウジング２内の糸束収容部に装填した。このモジュール
は、水膨潤性素材８の膨潤前の中空糸充填率は２２．６
％であったが、膨潤後の中空糸充填率は６７．５％にな
った。このモジュールにおいては、中空糸有効長ｌが２
３０mmであったので、有効膜面積は１．０ｍ²となる。

【００３０】同じ有効膜面積をもつが、中空糸充填率の
異なるモジュール（各３本）について、溶質除去性能の
指標であるクリアランスを、クレアチニン（分子量１１
３）について測定した。その結果を表２に示す。

【００３１】

【表２】表２ハウジング中空糸充填率クリアランス内半径（mm）（％）平均値標準偏差実施例１１２１６７．５１５７．３ ± 1.5 比較例１１９２２．６１４４．７ ±10.6

【００３２】なお、クリアランスはダイアライザー性能
評価基準により、比較例１は水膨潤性素材を設けていな
いモジュールである。上記表２から分かるように、実施
例１１においては、クリアランスの平均値が高く溶質除
去性能がより良好で、また、個々のデータのばらつきを
示す標準偏差は非常に小さく溶質除去性能も略一定して
いる。

【００３３】表１から分かるように、例えば実施例３〜
６について、水膨潤性素材を設ける前の状態では、ハウ
ジング内半径が２０mmと全て同じであるが、水膨潤性素
材の厚さ、膨張率を変えることにより、同じハウジング
から実質的に異なる内半径のハウジングを製作すること
が可能となる。従って、種々の内径をもつハウジングを
用意する必要がある場合であっても、少ない種類の内径
をもつハウジングを用意すれば足り、ハウジング作製に
際して必要な金型や治具類の設備投資を削減できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の中空糸型
血液浄化器によれば、ハウジングの内面に水膨潤性素材
を設けるので、ハウジング内に中空糸の束を装填する
際、ハウジング内径に対して中空糸束径を小さくして装
填でき、装填作業性を著しく向上させることができる。
また、膨潤前の中空糸充填率に対して膨潤後の中空糸充
填率を実質的に高めることができるから、透析液のショ
ートパスによる透析性能のばらつきを防止できる。さら
に、水膨潤性素材の厚さと膨張率を適宜選択することに
より、最適の中空糸充填率をもつ血液浄化器を容易に製
造でき、また実質的に異なる内半径のハウジングを製作
することも容易で、製造コストの削減にも寄与する。ま
た、水膨潤性素材膨潤後の中空糸充填率を所定の範囲に
設定することにより、透析性能のばらつきを少なくし、
拡散による老廃物の除去効率も良好に維持できる。さら
に、ハウジングの内面の軸方向の中間部に水膨潤性素材
を設けるようにすれば、血液側と透析液側との圧力差を
より大きくすることができ、血中の老廃物の濾過による
除去効率をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸型血液浄化器の一例であって水
膨潤性素材の膨潤前の状態の断面図。

【図２】図１における水膨潤性素材の膨潤後の状態の断
面図。

【図３】図２におけるハウジング中央部の拡大した横断
面図。

【図４】ハウジングと中空糸の拡大した横断面図。

【図５】水膨潤性素材の膨潤前後の様子を示す横断面
図。

【図６】ハウジングの内面の中央部に水膨潤性素材を設
けた血液浄化器とその血液浄化器内の圧力勾配を示す模
式図。

【図７】水膨潤性素材の配置の他の例を示す横断面図

【図８】従来の中空糸型血液浄化器の断面図。

【符号の説明】

１血液浄化器２ハウジング３中空糸の束８水膨潤性素材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状のハウジング内に中空糸の束を装填し
てなる中空糸型血液浄化器において、ハウジングの内面
に水膨潤性素材を設けてなることを特徴とする中空糸型
血液浄化器。
【請求項２】前記水膨潤性素材が膨潤した際の、ハウジ
ングの糸束収容部の断面積に対する糸束の断面積の比率
が３０〜９０％である、請求項１に記載の中空糸型血液
浄化器。
【請求項３】ハウジングの内面の軸方向の中間部に前記
水膨潤性素材を設けてなる請求項１に記載の中空糸型血
液浄化器。