JPS6026546B2 - 体液濾過装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 １１発明の背景 技術分野 本発明は、腎不全患者等の治療を効率よくおこなうため
の炉過型人工腎臓等の体液炉過装置に関する。

先行技術 近時、透析困難な腎不全患者等に対して血液炉過による
治療が普及しつつあり、そのための炉過型人工腎臓の開
発が強く要望されている。

血液炉過治療では、体外に排出される炉液量が、２０〜
２５そ／６時間必要といわれ、それゆえ人工腎臓は５６
〜７０の‘／ｍｉｎの炉過特性が必要とされる。従来の
涙過型人工腎臓には、複数のフアィバーを配設したホロ
ーフアィバ型のものと、複数の平膜状炉過膜を設けて炉
週をおこなう積層型のものとがあるが、装置の炉過特性
、大きさ、製造コスト等に問題がある。すなわちこの種
人工腎臓の炉過特性は、炉過膜の材質、血液流量等とも
に血液の流路厚に大きく依存し、これを薄くすることに
よって炉過量を大きくとることができる。

しかしホローフアイバー型のものでは、製造上ファィバ
ー内径を小さくすることには限界があり、せいせい２０
０ｒ程度である。この結果所望の炉適量を得がたいのみ
ならず、壁せん断速度が小さくなり隈面に付着した蛋白
等で炉適量が経時的に減少し、又分画分子量も経時的に
変化するおそれがある。これに対し、従来の積層型のも
のは、スベーサを用いて炉過膜間の間隙（流路厚）を規
制しているため、流路厚を均一に設定することが難かし
く、しかも膿間厚を薄く調節することは困難であり、こ
のものにおいて炉過特性を高めることは驚かしい。

このようなことから従釆は、この種の体液炉過装置を２
連接続し、あるいは装置の膜面積を大きくするなどの手
段を講じて炉適量を得るようにしているが、この場合装
置が大型になり、コストも高くなるなどの欠点がある。

このような事情に鑑み、本出願人は、第１図に示す如く
、人工腎臓として網目状芯材１の両面に炉過膜２を設け
て膜ユニット３を形成し、複数の腰ユニット３をケース
４内に積層したものを先に提案した。この人工腎臓は、
各炉過膜２が芯材１の凹凸面に沿う波形状となっており
、膿ユニット３間に体液（例えば血液）流路５を形成し
て、ここを通る血液の炉過をおこなうものである。しか
し上記人工腎臓では、同一の材質、形状、寸法のものを
作製して、血液の通路条件を同じとしても所定の炉過量
を得られないものが多く、そのばらつきが多い問題があ
った。このことから本発明者はこの原因を調べた結果、
芯材が網目状に編まれているために血液の流通しやすい
方向と流通しにくい方向とがあり、この結果所定の炉過
量を得ることができないことが判明した。

すなわち芯材を構成する素線に沿う方向では血液流路が
直線的で短かくここに多くの血液が流通しやすいのに対
し、例えば素線４５ｏをなす皿流の方向では血液流路が
ジグザグ状で長くなり、ここに血液が流通し難く、この
結果所定の炉過量を得ることができない。

０ 発明の目的 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、隣接する芯材の素線の方向を変えること
により、各周方向への血液流路の流通条件を均一化しも
って所定の炉過量をばらつきなく得ることができる体液
炉過装置を得んとするものである。

ここで、ばらつきとは平均炉過量に対して上下何パーセ
ントの炉過量のぱらつきがあったかを意味する。

すなわち本発明は、炉液が芯材内の間隙を通過出釆るよ
うにした網目状芯村の全面を炉過膜で被覆し該炉過膿の
少なくとも１ケ所に炉液流出口を設けた膿ユニットの複
数個を重ね合わせ、体液流入口と炉液出口と体液流出口
とを設けたケース内に配設した体液炉過装置において、
各膜ユニットの炉液流出口をケースの炉液流出口に連通
させ、かつ一方の膜ユニットの芯村を構成する任意の素
線とこれに隣接する他方の膿ユニットの芯材を構成する
任意の素線とのなす角度を３０〜６０ｏとなすように膿
ユニットを配設し、上記ケースの体液流入口から注入さ
れる体液が膿ユニット間の体液流略を通り炉過膜で炉過
され、炉過膜を介して膿ユニット内に流入した炉液は網
目状芯〆オの間隙を通過し、さらに膿ユニットの炉液流
出口を経てケースの炉液出口から流出し、一方体液流路
を通った炉過残液はケースの体液流出口から流出するよ
うにしたことを特徴とする体液炉過装置である。

又本発明は、芯材のオープニングを７００〜１３００仏
としたものである。又本発明は、芯材を糸径３００〜３
５０ｒの素線で１奴当りの糸数７〜９本の割合で編んだ
ものである。

又本発明は、炉過膜が芳香族ポリアミドを主成分とする
分画分子量２００００〜６５０００で膜厚３０〜３００
ムの膜からなり、ポリエチレン、ポリプロピレンの不織
布からなる膿支持体を裏打ちしたものである。

更に本発明は、ケース内の膜ユニットが気密に摺接する
ピストンを介して弾性部材で押圧されたものである。

なおここでオープニングは以下に定義されたものをいう
。

ｏ＝ノａｂ ｏ：オープニング ａ：素線で区画された矩形状又は正方形状の空間の縦の
長さｂ：同空間の横の長さ ｍ 発明の具体的説明 以下本発明を図示する人工腎臓にもとづいて説明する。

第２図は人工腎臓の断面図で、この人工腎臓はケース１
１内に複数の膜ユニット１２…を積層して収容している
。上記ケース１１はスチロール樹脂等の合成樹脂で円筒
状に形成され、その底部中央に血液等の体液流入口１１
ａ，底部周緑に炉液出口１１ｂを設け、さらに側面に血
液等の体液流出口１１ｃを設けている。またケース１１
の上部関口端には、積層した膜ユニット１２・・・を押
圧するピストン１３が設けられている。このピストン１
３は外周面にシリコーン樹脂からなる○リング１４，１
４を設けており、ケース１１内周面を気密に溶接するよ
うになっている。またピストン１３の上部にはこれを押
圧する圧縮コイル‘まねの弾性部材１５が設けられてい
る。更にケース１１の上端外周面には調節リング１６が
装着され、ピストン１３の上方への移動を規制している
。しかして上記ケース１１内に収容する各勝ユニット１
２は、第３図及び第４図に示すように、網目状芯材１７
の両面に炉過膜１８，１８を設けている。

上記芯材１７は、ポリエステル、ポリエチレン等からな
る素線を編んだ円板状のものである。この芯材１７は炉
過膜によって炉過された炉液が通る通路として芯材１７
，．１７２ により間隙が形成されまた芯材１７の網目
のオープニングは、小さすぎると炉過量を十分とれず、
又大きすぎると柔軟となって変形しやすくかつ又体液流
路厚が厚くなり重ね合せた際に体液の流離を形成し難く
、所定の炉適量も得られないため通常７００〜１３００
ムとするのが好適である。上記範囲のオープニングを得
るためには、糸径３００〜３５０ムの素線を用い、１の
当りの糸数を７〜９本として編むのが、製造上適当であ
る。１仇当りの糸数が９本を越えると、炉過量を十分と
れず、また７本末満であると体液流路厚が厚くなり、体
液流路を形成し驚いため炉過重を十分とれない。

上記炉過膜１８は、芳香族ポリアミドを主成分とする分
画分子量２００００〜６５０００で膜厚３０〜３００山
のもので、相分離法、抽出法等で製膜されたものである
。

膜厚が３０山未満であると、膜強度が低下し、３００仏
を越えると炉過性能が落ちる。この炉過膜１８には、第
５図に示すようにポリエチレン、ポリプロピレンの不織
布からなる膿支持体１９を裏うちしている。この腹支持
体１９は、膜の強度を高めるものである。上記芯村オー
７と炉過膜１８，１８とを粗合せてた膜ユニット１２は
、第２図に示すように中央部に体液流入口１２ａを、周
縁部に炉液流出口１２ｂをそれぞれ設けたもので、炉過
膜１８，１８の周緑及び体液流入口１２ａの周縁にある
膿支持体１９，１９相互をそれぞれ熱葛虫着、超音波融
着、接着剤等により接合している。

ここで熱融着の場合は１４０〜１４ぴＣの温度で３〜４
ｋ９／地の圧力でおこなっている。更に炉液流出口１２
ｂの周縁にはリング状シール材２０が接着されている。
このシ−ル材２０は、例えば基材両面にアクリル樹脂を
塗布したアクリル系両面テープあるいは基材両面に合成
ゴム系ホットメルトを塗布したホットメルト系両面テー
プなどである。このシール材２０は、隣接する膜ユニッ
ト１２の炉液流出口１２ｂ間を血液流路２１から閉塞す
るものでその厚さは通常１５０〜２００ムである。更に
上記膜ユニット１２の芯村１７を構成する素線と、隣接
する膜ユニット１２の芯材１７を構成する素線とのなす
角度を３０〜６ぴとしている。

例えば図示する実施例では、一方の膜ユニット１２，は
、第６図に示すように体液流入口１２ａと炉液流出口１
２ｂとを結ぶ直線が素線の方向に沿う（又は秦線と直角
方向）ように炉液流出口１２ｂが形成される。これに対
し、隣接する膜ユニット１２２は、第７図に示すように
体液流入口１２ａと炉液流出口１２ｂとを結ぶ直線が黍
線の方向と４５ｏで交わるように形成され、両膜ユニッ
ト１２，，１２２ の芯材１７の素線がなす角度８を４
５ｏとしている。角度ａが３００未満又は６００を越え
ると、所望の炉過重を得がたく、しかも炉過量のぱらつ
きが大きくなる。このように構成された人工腎臓は、例
えば第８図に示すように組込まれて血液炉過回路を形成
する。

すなわちこの回路は体液流入口１１ａに血液ポンプ２、
動脈チャンバー２３を備えた血液流入管２４を取付け、
体液流出口１１ｃに静脈チャンバー２５を備えた血液流
出管２６を取付け、又上記静脈チャンバー２５に補液ポ
ンプ２７を備えた補液供Ｖ給管２８を取付け、更に炉液
出口１ １ｂに陰圧ポンプ２９を備えた炉液排出管３０
を取付けている。Ｗ 発明の具体的作用 第８図に示す血液炉過回路において、人体からの体液、
たとえば血液Ａ，が血液流入管２４、体液流入口１１ａ
を通ってケース１１内に入ると、膿ユニット１２間の体
液（例えば血液）稀路２１を通り、炉過膿１８により炉
液分離される。

炉液である血※成分を分離した後の血球成分を含む血液
Ａ２は、体液流出口１１ｃ、血液流出管２６を経て補液
とともに人体に戻される。また膜ユニットの炉過膜１８
で分離ごた血数成分は芯材１７，，１７２内の間隔を通
り膿ユニットの炉液流出口１２ｂに到り、各膜ユニット
内で炉過された炉液Ｂが合流し、炉液出口１１６、炉液
排出管３０を通って排出される。Ｖ 発明の具体的効果 （ｉー この構成の体液炉過装置は、隣接する芯材の素
線のなす角度を３０〜６０ｏとくに４ｙとすることによ
り、各周方向に対して均一な体液（例えば血液）流路２
１を確保して、所望する涙過量をばらつきを生ずること
なく得ることができる。

すなわち隣接する芯材の黍線が重なり合っていると、先
に述べたように秦線に沿う方向に対して血液が流れやす
く、これと４５０なす方向に対して血液が流れにくい。

従って一方の膜ユニットの血液が流れやすい方向（秦線
に沿う方向）に対して他方の膜ユニットの血液が流れに
くい方向（素線と４５ｏの方向）が重なるようにすれば
、血液の流れやすさが各方向で均一となるものである。
このことは以下の実験例で確認された。実験例 １ ＜体液炉過装置の構成＞ 炉過膜：材質 ポリエチレン不織布を裏打ちした芳香族
ポリアミド膜、外径１０仇駁で、内径１仇奴ぐ 面積１４６ｃ濯、接合法ヒートシール血 液においてのデータ‐９５％分画分子 量５０，０００、膜厚２１０山 芯 材：材質 ポリエチレン 糸径２４５山、糸数８本／仇 オープニング９２５ム、 隣接する秦線のなす角度３０〜６ぴ 膜ユニットの総面積：０．２５〜０４Ｍ２＜実験方法＞ 新鮮牛血をプラズマ希釈してへマクリット値（Ｈｔ）２
０％、総タンパク量（Ｔ・Ｐ）７．０夕／ｄそに調整し
、この血液を検液として隣接する芯材の秦線のなす角度
を変えて炉過量を測定した。

その結果を第１表に示す。また、これと比較するために
、隣接する芯材オの素線のなす角度が本発明の範囲から
外れたものを比較例とし、素線が全く重なり合って、素
線と黍線のなす角度が００のものを参考例として、それ
らの結果を第１表に併記する。第１表 ＜実験結果＞ 上表によれば、本発明に係るものは膜ユニットの周方向
に流れる血液の流路条件が、各方向に対して略均一とな
るため、所定の炉過量が得られ、かつ炉過量のばらつき
を少なくすることが認められた。

（ｉｉ）また本発明では、芯村の網目のオープニングを
７００〜１３００ムとすることにより、最適の炉過量を
得ることができる。

このことは以下の実験例で認められた。実験例 ２ 実験例１で用いた炉過膜において、芯材のオープニング
を１５７２〜６６０″範囲で変えたものを用いて、体液
炉過装置を構成した。

この体液炉過装置に、Ｈｔ２０、Ｔ・Ｐ３．０タノその
新鮮牛血を流量６〜７の【／ｍｉｎで流通せしめて炉過
量を測定した。

オープニングと炉過量との関係を第９図に示す。第９図
に示す測定結果によれば７００〜１３００Ａで最適の炉
過量を得ることがわかる。

（ｉｉｉ） 又本発明では炉過膜として芳香族ポリアミ
ド膜を用いたものが炉過特性が優れている。

このことは以下の実験例で認められた。実験例 ３ 実験例１で用いた材質の膜ユニットを用いてその分画分
子量を測定した。

その結果生理食塩溶液では、各指標物質の阻止率は牛血
清−アルブミンで９６〜９７％、チトクロームＣで１５
〜１８％、イヌリンで５〜７％、ビタミンＢ２で０〜２
％、ＢＵＮで０％であり、分画分子量はＭＷ５０，００
０〜６０，０００であった。また、Ｈｔ２５％、Ｔ・Ｐ
３．５タノｄその新鮮牛血では各指標物質の阻止率は、
牛血清−アルブミンで聡〜１００％、チトクロームＣで
６０〜６５％、イヌリンで３０〜３５％、ビタミンＢ８
で２〜５％、ＢＵＮで０％であり、分画分子量はＭＷ４
００００〜５００００であった。この結果から芳香族ポ
リアミド膜は、アルブミン（ＭＷ６９０００）がほとん
ど通過せず、それ以下の分子量の物質は多く通過するの
で血液の炉過に好適であることがわかる。

また本発明によれば、炉過膜ごをポリエチレン、ポリプ
ロピレンの不織布からなる膜支持体で裏打ちしているの
で、炉過膜相互のシールをこの膿支持体でおこなうこと
ができ、炉過膜相互のシールが容易かつ確実であるとと
もに加工性に優れている。

また本発明は、０リングを備えたピストンで炉過膜への
押圧力を任意に調整できるので、この押圧力を調整する
ことにより血液流離厚を可能な限り小さくして、炉過量
を多くとることができる。

さらにまたピストンは圧縮コイルばねである弾性部材１
５で弾性的に押圧されているので、装置内に流入する血
液の脈動に応じて血液流路厚も変化し、安全性に優れて
いる。図面の簡単な説明 一 第１図は先に提示した人工腎臓の要部断面図、第２図は
人工腎臓の断面図、第３図は膜ユニットの断面図、第４
図は膜ユニットの平面図、第５図は第３図の一部拡大図
、第６図及び第７図は本発明に係る２種類の膜ユニット
を示す一部切欠平面図、第８図は第２図の人工腎臓を組
込んだ炉過回路の説明図、第９図はオープニングと炉過
量との関係を示す特性図である。

１１……ケース、１２……腰ユニット、１２ａ・・・…
体液流入口、１２ｂ・・・・・・炉液流出口、１１ａ・
・・・・・体液流入口、１１ｂ・・・・・・炉液出口、
１１ｃ・・・・・・体液流出口、１３・・・・・・ピス
トン、１４・・・・・・○リング、１５…・・・弾性部
材、１６・・・・・・調節リング、１７・・・・・・芯
材、１８・・・・・・炉過膜、１９・・・・・・膜支持
体、２０・・・・・・シール材、２１・・・・・・血液
流路、２２…・・・血液ポンプ、２３・…・・動脈チャ
ンバー、２４・・…・血液流入管、２５・・・・・・静
脈チャンバー、２６・・・・・・血液流出管、２７・・
・・・・補液ポンプ、２８・・・・・・補液供給管、２
９・・・・・・陰圧ポンプ、３０・・・・・・炉液排出
管。

第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 図 〇 船，

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ろ液が芯材内の間隙を通過出来るようにした網目状
   芯材の全面をろ過膜で被覆し該ろ過膜の少なくとも１ケ
   所にろ液流出口を設けた膜ユニツトの複数個を重ね合せ
   、体液流入口とろ液出口と体液流出口とを設けたケース
   内に配設した体液ろ過装置において、各膜ユニツトのろ
   液流出口をケースのろ液流出口に連通させ、かつ一方の
   膜ユニツトの芯材を構成する任意の素線とこれに隣接す
   る他方の膜ユニツトの芯材を構成する任意の素線とのな
   す角度を３０〜６０°となすように膜ユニツトを配設し
   、上記ケースの体液流入口から流入される体液が膜ユニ
   ツト間の体液流路を通り、ろ過膜でろ過され、ろ過膜を
   介して膜ユニツト内に流入したろ液は網目状芯材の間隙
   を通過し、さらに膜ユニツトのろ液流出口を経てケース
   のろ液出口から流出し、一方体液流路を通つたろ過残液
   はケースの体液流出口から流出するようにしたことを特
   徴とする体液ろ過装置。 ２ 芯材のオープニングは、７００〜１３００μである
   特許請求の範囲第１項記載の体液ろ過装置。 ３ 芯材は、糸径３００〜３５０μの素線を１ｃｍ当り
   の糸数７〜９本の割合で編んでなる特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の体液ろ過装置。 ４ ろ過膜は、芳香族ポリアミドを主成分とする分画分
   子量２００００〜６５０００で膜厚３０〜３００μの膜
   からなり、ポリエチレン、ポリプロピレンの不織布から
   なる膜支持体を裏打ちしてなる特許請求の範囲第１項記
   載の体液ろ過装置。 ５ ケース内の膜ユニツトは、気密に摺接するピストン
   を介して弾性部材で押圧されてなる特許請求の範囲第１
   項記載の体液ろ過装置。