JPS60249970A - 中空繊維膜型人工肺の製造方法 - Google Patents

中空繊維膜型人工肺の製造方法

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JPS60249970A
JPS60249970A JP10717984A JP10717984A JPS60249970A JP S60249970 A JPS60249970 A JP S60249970A JP 10717984 A JP10717984 A JP 10717984A JP 10717984 A JP10717984 A JP 10717984A JP S60249970 A JPS60249970 A JP S60249970A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■1発明の背景 技術分野 本発明は、中空繊維膜型人工肺の製造方法に関する。
先行技術 一般に心臓手術等において、患者の加液を体外に導き、
これに酸素を添加するために、体外循環回路内に中空m
離脱型人工肺が用いられている。
このような人工肺において使用される中空繊羅膜として
は、均質膜と多孔質膜の2種類がある。
均質膜はシリコーン膜を用いるので1強度的に膜厚をL
oop以下にすることができず、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。 また数万本末
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、また、加工性が悪くコストが高いという欠点がある
一方、多孔質膜は、膜の有する微細孔が透過すべき基体
分子に比べて著しく大きいため、体積流として細孔を通
過する。 そして、例えば、マイクロポーラスポリプロ
ピレン膜等の多孔質膜を使用した人工肺が種々提案され
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
露水によって性能が低下するだけなく、長期間血液を循
環させて使用すると、血漿が漏出する場合があった。
このような多孔質膜の諸欠点を解消するために、直径1
0ミクロン以下の貫通した微細孔を有する側壁をもつ中
空繊維基体の側壁に、メチルハイドロジエンポリシロキ
サンの非通気性の薄膜を形成させてなる中空繊維が提案
されている(特公昭54−17052号)。
しかしながら、このような中空繊維は、中空繊維基体の
微細孔内だけでなく、該中空繊維基体の内外両表面にも
メチルハイドロジエンポリシロキサンの被膜が形成され
るために、その分だけ中空繊維基体の中空内径が小さく
なるので交換能力が低下するだけでなく、またその分だ
け微細孔内に充填されるメチルハイドロジエンポリシロ
キサンの量(充填厚み)が増大するので、酸素、炭酸ガ
ス等のガス透過率が低いという欠点があった。
また、前記中空繊維はアクアラング等には使用し得ても
、人工肺として長時間使用すると、血漿が漏出し始める
という欠点があった。
このような欠点をさらに改良するために、本出願人は中
空#i維離脱微細孔を有する側壁にはシリコーンオイル
層を形成させることなく、微細孔内のみをシリコーンオ
イルで閉塞してなる中空繊維−シリコーン膜複合人工肺
を提案している(特願昭58−92325号)。
この提案の場合は、人工肺のモジュールを組立てたのち
シリコーンオイルの溶液を中空繊維に含浸させ、ついで
このシリコーンオイルを除去し、シリコーンオイルの溶
媒と非溶媒との混ジ 合物を流して中空繊維基体壁面に刺着したシリコーンオ
イルを除去し、微細孔内のみをシリコーンオイルで閉塞
しようとするものである。
これによれば、血紫漏出は改善されるが、シリコーンオ
イルが崩液中に流出することがあった。
これに対し、本出願人は、先にシリコーンオイルにかえ
、微細孔を室温硬化型のシリコーンゴム、あるいは室温
硬化型のシリコーンゴムとシリコーンオイルとの混合物
で閉塞する旨の提案を行っている。
この場合には、前記のような欠点はない。
そして、前記のとおり、モジュール組立後、シリコーン
ゴム、あるいはシリコーンゴムとシリコーンオイルとの
混合物を含浸させたのち、溶媒と非溶媒との混合液で除
去すれば、モジュール組立前に含浸させるときと比較し
て、コーティング装置が小型化し、中空繊維どうしの接
着がなくなり、ボッティング材とシリコーンとの接着不
良により、隔壁と中空fIh維膜離脱はがれがなくなる
また、側壁からのシリコーン除去操作により、微細孔内
のシリコーンが均一化する。 また、ファイバーの閉塞
もなくなる。
しかしながら 含浸工程において、シリコーンがファイ
バー外壁に浸出してまわりこみ、微細孔内のシリコーン
が不均一化し、性能が安定化しないという欠、Qがある
II 発明の目的 本発明の目的は以上のような欠点を改良し、多孔質中空
#!l!維でモジュールを組立てた後にシリコーンゴム
、ないしこれとシリコーンオイルとの混合物をコーティ
ングあるいは含浸する方法において効果的にシリコーン
ゴム、ないしこれとシリコーンオイルとの混合物を多孔
質中空m維に含浸させ、高いガス交換能を安定に発揮す
る人工肺の製造方法を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明によって達成される。
すなわち本発明は、ハウジングと、該/\ウジング内に
挿入された多数のガス交換用多孔性中空H&離脱基体か
らなる中空繊維束と、該中空繊維の外表面と前記ハウジ
ング内面とにより形成される第1の流体室と、該第1の
流体室に連通と、前記中空繊維膜基体の内部空間および
該内部空間に連通ずる第2の流体流入口および流出口と
からなる第2の流体室とを有する人工肺のモジュールを
組立てたのち、 前記第1の流体室内または第2の流体室内のいずれかに
、シリコーンゴム、シリコーンオイルおよびその溶媒が
不溶な液体で、前記中空繊維基体の臨界表面張力よりも
大きな表面張力をもつ充填液を充填し、 前記充填液を充填した状態で、前記充填液を充填しなか
った流体室に、シリコーンゴムまたはシリコーンゴムと
シリコーンオイルとを含むシリコーン混合物の原料シリ
コーン溶液を導入して含浸したのち、 該シリコーン溶液を排出し、次いで、前記シリコーン溶
液の溶媒および溶質が不溶な液体を含むl洗浄液を液通
させる工程ならびに前記充填液を排出する工程を有する
ことを特徴とする中空繊維膜型人工肺の製造方法である
またその実施態様は以下のとおりである。
工)本発明において、充填液を第1の流体室内に充填す
ること。
II )本発明または、上記工)において充填液が、水
、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコ
ール、エタノール水溶液および・イソプロピルアルコー
ル水溶液の少なくとも1種であること。
■)前記シリコーンゴムが常温硬化型シリコーンゴムで
あること。
■)本発明または、上記工)ないし■)のいずれかにお
いてシリコーンゴムとシリコーンオイルとの比が、重量
比で、2二8〜8:2であること。
■9発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
第1図は、本発明の中空繊維膜を人工肺の全体図を示す
すなわち、第1図に示すように、本発明による人工肺は
、人工肺10を構成する筒状ハウジング11の内部空間
には、中空繊維膜12の繊維束13が収納されている。
中空繊維膜12の両端部は、隔壁14.15を介してハ
ウジング11に液密に保持されている。
ハウジング11の両端部には、・\ンダー16.17が
ハウジング11に螺合される力/< −18によって固
着されている。
ヘッダー16の内面と隔壁14とは、中空繊維膜12の
内部空間に連通ずる第2の流体流入室としての血液流入
室19を画成し、ヘッダー16には、第2の流体流入口
としての血液流入口20が形成されている。
ヘッダー17の内面と隔壁15とは、中空繊維膜12の
内部空間に連通ずる第2の流体流出室としての血液流出
室21を画成し、ヘッダー17には、第2の流体流出口
としての血液流出口22が形成されている。
また、隔壁14,15、ハウジング11の内壁および中
空繊維膜12の外壁とは、第1の流体室としてのガス室
23が形成され、ハウジング11の両端側には、それぞ
れガス室23に連通する第1の流体流入口としてのガス
流入口24および第1の流体流出口としてのガス流出口
25が形成されている。
なお、ハウジング11の内壁中央部には、繊維束13の
外形を縮径する絞り用拘束部26を設けることが好まし
い。 その結果、第2図に示すように軸方向の中央にお
いて絞り込まれ、絞り部が形成される。
したがって中空繊維膜12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ってい
る。
隔壁14.15は、中空繊維膜12の内部と外部とを隔
離するという重要な機能をはだすものである。
通常、この隔壁14.15は、極性の高い高分子ポツテ
ィング剤、例えばポリウレタン、シリコーン、エポキシ
樹脂等をハウジング11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11の長さより長い
多数の中空繊維膜12を用意し、この両開口端を粘度の
高い樹脂によって目止めした後、ハウジング11内に並
べて位置せしめる。
この後、カバーで各両端を完全に覆って、ハウジング1
1の中心軸を中心にそのハウジング11を回転させなが
ら両端部から高分子ポツティング剤を流入したのち硬化
し、さらにカバーを外したのち硬化したポツティング剤
の外側面部を鋭利な刃物で切断して、中空繊維膜12の
両開口端を表面に露出させることにより形成される。
しかして、前記人工肺に使用される中空#!維離脱、第
2図に示すように、貫通した微細孔31を有する側壁3
2をもつ多孔性中空繊維基体33の壁面34に、実質的
にシリコーン層を形成させることなく、側壁32の微細
孔31内をシリコーンゴム、あるいはシリコーンゴムと
シリコーンオイルとを含むシリコーン混合物35で閉塞
してなる中空繊維膜型ガス交換膜である。
この中空繊維膜に使用される多孔性中空繊維基体として
は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフロロ
エチレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリブチレンチレフタレ−I
・、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロン−6,
6、ナイロン−6、セルロースアセテート等があり、好
ましくはポリオレフィンであり、特に好ましくはポリプ
ロピレンである。
この中空繊維基体を用いて製造されたガス交換膜を使用
する人工肺としての実用可能な性能を得るためには、膜
厚および空孔率に自ずと制限を生じる。 一般に膜を介
しての気体の透過量qは、次式で表わされる。
q=PXΔpXA/文 (ただし、式中、Pはガス透過係数、Δpは透過気体の
圧力差、Aは膜面積、見は膜厚である。) 本発明の中空繊維膜は、気体の透過する部分がシリコー
ン混合物で閉塞された微細孔であるため、実質膜面積は
多孔質膜と比較して非常に小さくなる。
これを補うためには前記式から明らかなように膜厚を薄
くする必要がある。
このため本発明において中空am膜の膜厚又の範囲は5
〜200−1好ましくはlO〜50μsである。
中空繊維膜の内径は100−10001m、好ましくは
100〜300−であり、空孔率の範囲は20〜80%
、好ましくは40〜80%である。 微細孔の平均孔径
はo、oi〜5−1好ましくは0.01〜1−である。
本発明による人工肺の製造方法は、以下のとおりである
すなわち、前記中空繊維膜基体33を人工肺モジュール
に組み込んだのち、まず、第1の流体室内または第2の
流体室内のいずれかに充填液Aを充填する。
この状態で、充填液Aを充填していない流体室内に、原
料シリコーン溶液を導入する。
なお、充填液を流入する流体室としては、第3図(a)
(b)に示すように第1の流体室内であることが好まし
い。 よって、原料シリコーン溶液を導入するのは第4
図(a)(b)に示すように第2の流体室、すなわち中
空繊維膜基体33内が好ましいことになる。
その理由は、中空繊維膜の外側、すなわち第1の流体室
内に原料シリコーン溶液を導入した場合、その外壁から
のシリコーン混合物の除去が困難な場合があるためであ
る。
以下、第1の流体室内に充填液、第2の液体室内に原料
シリコーン溶液を導入する場合を例にとって説明する。
まず、原料シリコーン溶液を、第1の流体室内に充填液
Aを充填した状態で、中空繊維膜基体33内に充分含浸
させた後排出し、さらに第5図(a)(b)に示された
ように、非溶媒を含む洗浄液を中空繊維内と基体33の
少なくとも内面に流通させる。
そして、上記充填液を排出するものである。
必要に応じ、中空繊維膜基体33内から原料シリコーン
溶液を排出させた後、基体33内にガスを流通させるこ
とが好ましい。 中空繊維膜基体33内におけるシリコ
−′ンによる閉塞、また内壁に付着して過剰のシリコー
ンは流し出されるため、後の洗浄効率を高めることがで
きる。
また、洗浄液流入後、第1の流体室内の充填液を排出さ
せる前に人工腫全体を加温するか。
あるいは中空繊維膜基体内に加温したガスを流入するこ
とが好ましい。 これによりシリコーンゴムの架橋が進
み充填液排出後、中空繊維膜基体の外側にシリコーンが
流れることがないからである。
このような場合、使用される充填液は、中空繊維膜基体
33の臨界表面張力より大きな表面張力をもつ。
ここに、臨界表面張力とは、固体表面のぬれ性を表す良
度であり、その固体は固体の臨界表面張力により小さい
表面張力の液体でぬれる。
そして、固体表面上で表面張力の異なる数種の液体の接
触角を測定し、液体の表面張力とそれぞれの液体での接
触角の余弦(cosθ)をプロットしこの直線がCos
 θ=1を交わる点の表面張力をめることによって測定
すればよい。
このような充填液としては、水、グリセリン、エチレン
グリコール、ジエチレングリコール、エタノール水溶液
、イソプロピルアルコール水溶液等の1種以上が好適で
ある。
なお、充填液の充填に際しては、0.5kg/ of〜
3.0kg10f程度の圧力で加圧を行うと好ましい結
果を得る。
原料シリコーン溶液に使用されるシリコーンゴムは室温
硬化型(RTV)であり、■液型、2液型のいずれであ
ってもよい。
2液型のものとしては、原料上ツマ−ないしオイルにビ
ニル基および/または水素を含み。
混合後C−H間で架橋してなる2次元ポリマーの固形状
のゴムである。
2液型のRTVシリコーンゴムとしては、ビニルメチル
シロキサンとメチルハイドロジエンシロキサンの重合体
が好ましい。
なお、これらの硬化架橋に際しては、白金族金属の単体
、酸化物、化合物等、例えば塩化白金酸などが一般的に
用いられている。
また、その硬化温度20℃〜30°C以」−である。
本発明において用いられるシリコーンオイルは、シロキ
サン結合を持っている液状物質であり、例えば、ジメチ
ルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル
、メチルクロロフェニルシリコーンオイル、分岐状ジメ
チルシリコーンオイル、メチルハイドロジエンシリコー
ンオイル等があり、好ましくはジメチルシリコーンオイ
ルおよびメチルフェニルシリコーンオイル、最も好まし
くはジメチルシリコーンオイルである。
シリコーン」ムは単独で用いることができる。
ただ、シリコーン混合物を用いると、シリコーン混合物
の粘度が低下して、中空繊維基体壁面に何着したシリコ
ーンの除去が容易になる等の利点を生じるので有利であ
る。
シリコーン混合物中でのシリコーンゴムとシリコーンオ
イル(液成分)の比は、重量比で、2:8〜8:2が好
ましく、より好ましくは4:6程度である。
シリコーンゴムが8より大であると溶液の粘度が上昇し
て中空繊維基体壁面に付着したシリコーンの除去が困難
であり、シリコーンゴムが2未満であると混合されたシ
リコーンオイルが血液中に流出子る可能性がある。
このシリコーンゴムあるいはシリコーン混合物は、通常
20〜80重量%、好ましくは30〜60重量%の溶液
として使用される。
また、その溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ヘキサン、ジクロルメタン、メチルエチルケトン、
ジクロルエタン、酢酸エチル、トリフロルトリクロルエ
タン(フレオン)等がある。
中空繊維基体壁面に付着したシリコーンゴムまたはシリ
コーン混合物を実質的に除去する液体(洗浄液)は、前
記溶媒では含浸させたシリコーンが溶出してしまうため
、シリコーンが溶解しない液体(アルコール系等)を用
いる。
この場合、シリコーンが溶解しない液体と前記溶媒の混
合溶媒を用いると、より好適である。
たとえば、トルエンとプロピレングリコール、トルエン
とジプロピレングリコール、ジクロルメタンとジエチレ
ングリコール、ジクロルエタンとエチレングリコール、
メチルエチルケトンとエチレングリコール等の混合液が
用いられる。
また、前記溶媒と非溶媒との混合物中の溶媒の濃度は0
.5〜10vo1%である。 0.5%以下では、中空
内壁に付着したシリコーンゴムとシリコーンオイルを完
全に除去できない場合があり、また10%以上では、微
細孔を閉塞しているシリコーンゴムとシリコーンオイル
が流出し、閉塞を維持できない場合がある。
特に好ましい範囲は、用いられる溶媒の組み合せによっ
ても相違するが、2〜6%が好適といえる。
なお、洗浄液粘度は、室温にてlOセンチポイズ以上、
特に30〜80センチポイズ以上であることが好ましい
なお、シリコーンゴムないしこれとシリコーンオイルを
実質的に除去するとは、中空繊維膜内壁に付着したシリ
コーンゴム、ないしこれとシリコーンオイルの層を50
0Å以下の厚みとするという意味であり。
500Å以下にすれば気体透過には実質的に影響を与え
ないし、後に述べるようにco2の十分な透過が確保さ
れるからである。
■1発明の具体的効果 本発明によれば微細孔を有する多孔質中空繊維で人工肺
を組立てた後にシリコーンの含浸を行うため、含浸に要
する装置が簡単で製造価格が低減できる。 シリコーン
を含浸させた後に人工肺を組立てる場合に比して、シリ
コーンの接着性が悪いことによるポツティング部の接着
不良が全くない人工肺が得られる。
シリコーン膜が実質的に微細孔内部に、均一に形成され
るので中空繊維の閉塞がなくなって良好な血液循環を行
うことが可能である。
ガス交換性能が非常によく、しかも安定している人工肺
の製造ができる。
しかも、所定の充填液を充填して、含浸および洗浄を行
うので、中空繊維膜外壁または内壁へのシリコーン−の
付着が減少し、かつシリコーン量の制御が厳密にでき、
性能が安定化する。
■1発明の具体的実施例 以下、本発明の実施例を示し、本発明をさらに詳細に説
明する。
実施例1 延伸法により軸方向に延伸されて形成された内径200
−1肉厚25μsで、平均孔径700人の貫通、微細孔
を有するポリプロピレン酸の中空繊維(空孔率50%)
を用いて第1図に示すような人工肺(モジュールC)(
膜面積1m’ )を作製した。
この後、第3図(a)(b)に示されるように、第1の
流体室に水を2.Okg/rrfの圧力で充填した。
次いで、第4図(&)、(、b)に示されるように、ビ
ニルメチルシロキサンとメチル/\イドロジエンシロキ
サン2液型で塩化白金酸を触媒添加したシリコーンゴム
と、ジメチルシリコーンオイルとの60%フレオン溶液
に3分間流通させた。
こののち、空気を流通させ、さらに第5図(L)、(b
)に示されるように、3%トルエン/ジプロピレングリ
コール溶液(洗浄液)を内外面に流通させ、充填液を排
出することにより、実質的に微細孔内にのみシリコーン
ゴムとシリコーンオイルとのシリコーン混合物を充填し
た中空繊維膜を得た。
なお、水の表面張力は72dyn/c■、また中空繊維
の臨界表面張力は30 dyn/ cmであった。
なお、シリコーン混合物中のシリコーンゴム量は40w
t%であった。
また、洗浄液の粘度は、lOOセンチボイズであった・ この人工肺について新鮮ヘパリン加生血を用い、酸素飽
和度65%、炭酸ガス分圧45 +*mHgとなる静脈
血を作製し、これを被検人工肺(モジュールA)に流通
させて性能評価を行なった。 ヘモグロビン含量は12
 g / d l、温度は37℃であった。
酸素流量IJlj/+sin/m″のときの血液流量と
酸素添加能との関係を示すと、第6図の曲線Aのとおり
である。
また血液流量1000m/sin /rrfのときの酸
素流量と炭酸ガス除去能との関係を示すと、第7図の曲
線Aのとおりである。
さらに、雑犬を用いて静脈−動脈の部分体外循環試験を
行った。
循環時間と血漿漏出量との関係は、それぞれ第8図にお
ける曲線Aのとおりであった。
他方、比較のため、充填液を充填しないで同様の実験を
行った。(モジュールB)。
これらの結果を第6図、第7図、および第8図にBとし
て示す。
なお、第6図、第7図、および第8図における曲線Cは
シリコーンを含浸しないものである。
これらの結果から、本発明によれば、性能が向上するこ
とがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による人工肺の一例を示す部分縦断面図
であり、 第2図は本発明による人工肺に使用される中空繊維膜の
拡大模式図である。 第3図は、本発明の充填工程を説明するための図であり
、このうち(a’)が全体図、(b)が拡大断面図であ
る。 第4図は本発明の含浸工程を説明するための図であり、
このうち(a)が全体図、(b)が拡大断面図である。 第5図は本発明の洗浄工程を説明するための図であり、
このうち(a)が全体図、(b)が拡大断面図である。 第6図は人工肺の血液流量に対する酸素添加能との関係
を示すグラフである。 第7図は同じく酸素流量とCO2除去能との関係を示す
グラフであり、また 第8図は静脈−動脈の部分、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。 符号の説明 10・・・人工肺、 11・・・/Xウジング。 12・・・中空1Ii1維膜、14.15・・・隔壁。 21.22・・・血液ポート、 24.25・・・ガスポート 31・・・微細孔、 33・・・中空lli維膜基膜基
体・・・充填液、 B・・・原料シリコーン溶液、C・
・・洗浄液 窮1図 ↑ 第2図 第3図 第4図 B 第5図 第6図 ? 血 流 量(ml/M’min) 第7図 r 酵素流量(ml/M2.m1n) ¥8図 ) 砺壌晴間(h「)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ハウジングと、該ハウジング内に挿入された多数
    のガス交換用多孔性中空#li離脱基体からなる中空繊
    維束と、該中空繊維の外表面と前記ハウジング内面とに
    より形成される第1の流体室と、該第1の流体室に連通
    ずる第1の流体流入口および流出口と、前記中空繊維膜
    基体の壁 各端部をそれぞれ支持する陽春と、前記中空繊維膜基体
    の内部空間および該内部空間に連通する第2の流体流入
    口および流出口とからなる第2の流体室とを有する人工
    肺のモジュールを組立てたのち・ 前記第1の流体室内または第2の流体室内のいずれかに
    、シリコーンゴム、シリコーンオイルおよびその溶媒が
    不溶な液体で、前記中空繊維基体の臨界表面張力よりも
    大きな表面張力をもつ充填液を充填し、 前記充填液を充填した状態で、前記充填液を充填しなか
    った流体室に、シリコーンゴムまたはシリコーンゴムと
    シリコーンオイルとを含むシリコーン混合物の原料シリ
    コーン溶液を導入して含浸したのち、 該シリコーン溶液を排出し、次いで、前記シリコーン溶
    液の溶媒および溶質が不溶な液体を含む、洗浄液を流通
    させる工程ならびに前記充填液を排出する工程を有する
    ことを特徴とする中空繊維膜型人工肺の製造方法。
  2. (2)充填液を第1の流体室内に充填する特許請求の範
    囲第1項に記載の中空繊維膜型人工肺の製造方法。
  3. (3)充填液が、水、グリセリン、エチレングリコール
    、ジエチレングリコール、エタノール水溶液およびイソ
    プロピルアルコール水溶液の少なくとも1種である特許
    請求の範囲第1項または第2項に記載の中空繊維膜型人
    工肺の製造方法。
  4. (4)前記シリコーンゴムが常温硬化型シリコーンゴム
    である特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに
    記載の中空m離脱型人工肺の製造方法。
  5. (5)シリコーンゴムとシリコーンオイルとの比が、重
    量比で、2:8〜8:2である特許請求の範囲第1項な
    いし第4項に記載の中空繊維膜を人工肺の製造方法。
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