JPS6141467A - 人工肺用膜 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生体肺の代替あるいは補助をするために使用し
うる人工肺用膜に関する。

〔従来の技術〕

血液の体外循環により、血液中の炭酸ガスを放散し酸素
を富化する人工肺には、血液中に酸素を気泡状に吹き込
む気泡型人工肺と、炭酸ガスや酸素などの気体は透過す
るが、血液は実質的には透過しない選択透過膜を介して
気体交換を行なわしめる換型人工肺の２柿がある。気泡
型人工肺は気体交換効率がよいとか、安価であるといっ
た特長はあるが、血液と気体とが直接的に接触するため
血液の損傷が大きいという欠点がある。特に長期にわた
って使用する場合にはこの欠点は致命的である。（例え
ば、日本胸部外科学会誌、２２（１９７４）Ｐ、９０４
、人工臓器、ザ（１９８３）Ｐ９８２等） 最近、長期暑ζわたって使用可能な人工肺として模型人
工肺が注目されているが、模型人工肺は、緻密膜タイプ
と多孔膜タイプに大別される。

緻密膜タイプの人工肺は、ガス透過性の高い高分子膜を
はさんで血液とカスを間接的に接触さす、血液側とガス
側の分圧差を利用して、ガスの膜への溶解、拡散、つい
で血液への溶解、拡散（又はその逆過程）ｌζよりガス
交換を行うものであるが、かかる高分子膜にはポリジメ
チルシロキサン等の素材を均質緻密な構造としｔ：緻密
膜が用いられている。（例えば、胸部外科、３３（１９
７９）ｌ’、３３９）又、多孔質タイプの人工肺は、連
通孔を通じて気体は自由に通過しつるのに対して、血液
は膜が疎水性であるｆコめ、膜と作成との接触角が大き
く、膜孔が濡れないｔこめ膜を１ｉｆｌ過しえないこと
を利用したものであり、かかる膜としては、疎水性の５
０〜ｚ、ｏｏｏ′Ａの連通孔を有する多孔構造の膜が用
いられている。（例えば、人工１１Ｕｉｉ、１２（１９
８５）　Ｐ、９９１等） 〔発明が解決しようとする問題点〕 前述したように、多孔膜タイプの模型人工肺に用いられ
る膜は、膜と血液との接触角が大きく、膜孔が濡れｆ（
いことが必須の要件であるが、血液中には蛋白などの界
面活性能を有する成分が含有されているため、膜孔が徐
々に濡れてきて気体交換能が経時変化する。さらに長く
使用すると連通孔全体が濡れてしまう。一旦濡れると、
このような多孔膜では、血液が濾過され、血漿などが気
体側に洩れてくるため、使用に耐えなくなる。

一方、従来の緻密膜タイプの模型人工肺に用いられる膜
は、膜が緻密で液体が透過しうろ程の孔が存在しないた
め、血漿は非透過であり、目詰りもないため、気体交換
能の経時的低下もほとんどなく、この点では多孔膜に比
べて潰れているが、気体がポリマー膜に一旦溶解１７、
ポリマー中を他面側に拡散し、脱宥する所謂溶解拡散機
構で膜透過するため気体透過速度が遅く、充分満足でき
るものではない。現在市販されている緻密膜タイプの人
工肺の膜素材は、従来のポリマーの中で最も酸素透過性
に優れているといわれているポリジメチルシロキサン系
ポリマーが多いが、これとて人工肺用膜として充分な酸
素透過性を有しているとはいい難い。さらに酸素透過速
度は膜厚に反比例するので、膜厚を小さくすることが好
ましいが、ポリジメチルシロキサンは本質的に柔軟なポ
リマーであり、機械強度が小さくピンホールなしに薄膜
化することは困難である。また、強度を改良するためカ
ーボネートなどの神々の成分を共重合させたり、ポリマ
ーブレンドしたり、あるいは添加剤を加えることも試み
られているが、弛匣が大きくなると酸素透過性が低下す
る傾向にある。従って、緻密膜タイプのｐＩＩ型人工肺
に用いられる膜は、より多くの気体交換面積が必要であ
るという欠点を有している。

また人工肺は直接血液と接触するので血液適合性がよい
こともきわめて重要な要件である。接触面積が圧倒的に
大きい膜自体の血液適合性はとくに重要である。膜の血
液ス―合性がわるいと血栓を生成する。血栓が生成する
とその部分の膜が閉塞して気体交換能を失うばかりでな
く、血栓近くの血液の流れが阻害され、血液溜りができ
、凝血し易くなる。そのため血栓が一旦生成すると加速
度的に大きくなり、遂には気体交換能の大幅な低下を招
来することとなる。従って、とくに長期Ｃζわたって人
工肺を用いる場合、膜の血液適合性は重要なことである
。才だ血液適合性がわるいと体外循環時、血液中の面小
板や白血球などの有形成分が減少し、出血し易いなどの
トラブルが発生し易くなる。

本発明音らは、以上のような状況を艦みて、気体交換能
に優れしかも気体交換能の経時変化が小さくかつ血液適
合性に優れた人工肺用膜を得るため鋭意検討し、本発明
を完成した。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
式＋Ａ）で示される置換アセチレン単位を５０モル％以
上含有するポリマーまたはポリマー混合物から構成され
る膜であって、該膜は血液接触面が５０〜１．ｏ　ｏ　
ｏ　ｉの孔が存在する網目構造、血液接触面以外は膜断
面において、少なくとも１層以上の畝＠層から構成され
ていることを特徴とＢ１は水素、塩素や奥索等のハロゲ
ン、又はメチル、エチル等の炭素数１〜５のアルキル基
であり、Ｂ２はメチル、エチル、ノルマルプロピル、イ
ソプロピル、イソブチル、ターシャリ−ブチル、イソペ
ンチル、ターシャリ−ペンチル等の炭素数１〜２０（好
ましくは１〜１０）の直鎖状あるいは分岐状アルキル基
、フェニル基、さらに直換ノんとしてアルキル、アルコ
キシ、ハロゲン、フェニル等を有する置換フェニル基や
置換シリル基である。

本発明の膜素材には、式（Ａｌで示される置換アセチレ
ン単位が５０モル％以上含有されているポリマー・まｔ
こはポリマー混合物が使用されるが、このようなポリマ
ーとしては式（Ａ）を構成単位とする単独ポリマーのみ
ならず、式＋Ａ＋を＋Ａ構成単位するポリマーと、これ
以外の単位ｆことえばシロ牛サン単位を５０モル％を越
えない範囲で含有する共ｍ合ポリマーや、式ｆＡ）を構
成単位とするポリマーと、これ以外のポリマーたとえば
ポリジメチルシロキサンなどを５０モル％を越えない範
囲で含有するポリマーブレンド物が含まれる。式（Ａ）
の）ａ換アセチレン単位を有するポリマーは一般のポリ
マーより気体透過性に匿れており、かつ従来気体透過性
に鯰も優れているとされるポリジメチルシロキサンより
強靭であり、薄膜化しつるので、気体交換面積を少なく
することが可能であり、よりコンパクト化しつる。なか
でもＢ１がメチル基でＢ２がトリメチルシリル基である
ポリトリメチルシリルプロピンは、ポリジメチルシロキ
サンの１０倍で現存ポリマー中で最嶋の酸素透過性を示
しており、さら６ζポリマー鎖が剛直であるｔこめの強
パｄであり、薄膜化しうるので待に好ｌしい。本発明に
用いられるポリマーは、触媒としてＷ、　Ｍｏ、Ｎｂ、
’ｌ”ａ　　などの金属のハロゲン化Ｑ’ｆｌ　（ｆこ
とえはＷＣｅｂ、Ｎｂ（Ｍ５など）を単独便用したり、
あるいはこれらハロゲン化物とイイ機金属化合物（ｔこ
とえばテトラアルキル錫）を併用しｔコリ、あるいは第
■族遷移金−カルボニルに光照射を行なったりして重合
することによって得ることができる。

本発明の模型人工肺において、血液接朗面は５０〜１．
００ＯＡ、好ましくは１００〜５００Ａの孔が存在する
網目構造を有していることが必要である。本発明でいう
網目構造Ｉζは、＄１ζ上記の孔径を有する網目状の構
造のみではｔｒ　＜、上記の層厚さを有するラメラ状あ
るいは上記の大きさの島をもつ海島状構造などのミクロ
不均一構造も含望れる。該網目構造の断面方向の厚さは
特に限定されないが、実用的には通常１０〜１．ｏｏｏ
；のものが用いられる。

本発明でいう緻密層と１．！、２０，０００倍の走査型
電顧でも孔が見えず、実質的に無孔の組織を有する層を
いうが、血液接触面をこのような緻密＋１にすると、既
に述べたように、血液適合性が悪く、長期使用に耐えな
い。

又、緻密１−がなく、膜断面の全層に連通ずる連通孔が
あると、連通孔が血漿によって徐々に濡れて血漿が洩れ
て血漿ロスが起るとともに経時的Ｃζ気体交換能が低下
し、好Ｊしくない。特Ｉζ艮期に使用する場合は問題と
なる。

本発明Ｃζおいて、血液接触面を上述のようｔ【特定の
構造とすることにより、血栓形成や有形成分の減少等を
防ぐことかでき、血液適合性のよい人工肺用膜とするこ
とができる。

又、本発明の人工肺用膜の血液接触面以外は、膜断面に
おいて、少くとも１層以上の緻密１−から構成されてい
る必要がある。すなわち、血液接触面以外の部分におい
ては、全部が緻密ｌ―であってもよいし、少くとも１ノ
一以上のに！！密層があれば、その他の部分は上述の細
目構造であってもよい。

要するに、血液接触面を除く他の部分においては、少く
とも１ｊ−以上が緻冨層であればよく、それ以上の腺ｍ
造は問わない。又、この場合の６殻密層の厚みは特に限
定されないが、実用上は０．１μ以上あればよい。

このように、式（Ａ）で示される構成単位を５０モル％
以上含有するポリマーまたはポリマー混合物を用いて、
血液接触面、膜内部及び気体交換面が特定の構造となる
ように製膜した膜を使用することにより、酸累透過性能
、血液適合性に優れた模型人工肺とすることができる。

次に、本発明の人工肺用膜の製造法番ζついて述べる。

本発明ζζおいては、面数接触面は５０〜１．０ＯＯＡ
の孔が存在する網目構造である必要がＪ）るが、このよ
うな網目構造は、湿式製膜法又は乾湿式製膜法１ζＪり
形成することができる。すなわち、ポリマー溶液４液を
凝固液あるいは凝固剤と溶媒の混合液により凝固させて
膜表面のポリマーが相分離するのを制御ｔ、　ｒ：す、
腺の片面から凝固させ、他面は非相削性液体や不活性気
体薯ζ接触させて片面側の成膜条件を調整すること番こ
より、他面側表面のポリマーの相分離を制御することｌ
ζまり、形成することができる。従来、置換アセチレン
単位を有するポリマーはキャスト法により成膜されてき
た。しかしながら、キャスト法は、ポリマー溶液から溶
媒を蒸発させるいわゆる乾式製膜法でＪ）す、均質緻密
膜を得るのに好適な膜性であるが、この方法で作られた
膜は血Ｈ＞Ｉ６！合性が充分でない。

網目構造の孔の大きさが５０人未綿であると、孔が小さ
過きて血Ｈ＋ａ合性に対する改良が小さい。

−万、網目構造の孔の大きさが１，０００犬を屹えると
かえって血ｆ＆　ｉＨ合性がわる＜　１（る細面がｈら
れる。網目構造の孔のさらに好ましい範囲は１　Ｆｌ　
ｉ１〜５０口Ａである。この範囲の孔から７（る網目構
造が存在すると何故に血液適合性が改良されるかは不明
である。なお、このような網目構造は該表面を走査型ｖ
Ｉｔ顧で観察することによって確認しうる。すなわち１
，０００倍程度の倍率では、（」ぼ平滑な表面ζζしか
見えず、該網目構造を明確１と４ａ認できないか、２．
００００倍程度の倍率に拡大すると該構造が明確に確認
できる。該表面は、凝固剤１ｊより凝固させた場合、成
膜方向と平行なスリット状構造となり、不活性気体で成
膜させた場合には、通常の０！■状微細構造となる。

膜形状としては平膜、チューブ状、中空繊維状などがあ
る。本発明においては待に該形状は限定しないが、コン
パクト性の点より中空縁り膜が好！しい。人工肺用中空
Ｍ！維膜のプロフィルとじては血液の圧力損失、強ＩＷ
、コンパクト性のバランスより内径１００〜５０口μ、
膜＃５〜２００μが好ま【］い。血液は中空−維の内側
にも外側１ζも流しうるが、皿液損偽の少ないｌ−流と
するためには中空−維の内側に流す方がＪり好ましい。

従って、５０〜１，０００人の孔が存在する網目構造を
同表向側に、緻密１−を外面側６ζ有する中空繊維状の
膜が本発明の腺を人工肺として使用する場合の好ましい
態様である。

〔実施例」 トリメチルシリルプロピンを（ｐ５％ｉｌ）ルエン中に
１モル／ｌになるように溶解した。これに触媒として五
塩化ニオブ（ＮｂＧｅａ　）を２０ミリモルとｔ（るよ
う添加し、８０℃で２４時間更合した。得られた組合溶
液をメタノール中に投入して白色のポリトリメチルシリ
ルプロピンを慢た。このポリマーは６０℃トルエン中の
極限粘度が０．９９　ｄＢ／ｇであり、平均分子量は４
０万でｃＰｌつた。

このポリマーをトルエンに溶解したａＭを紡糸原液とし
て塊状ノズルを用いて乾湿式紡糸した。

外部凝固液にはメタノールを用い、中空糸の内部には窒
素を注入した。トルエンを充分置換後、乾燥して内径２
００μ、外径２５０μの中空糸膜を得た。この中空糸膜
の内表面を２０，０００倍の走査型電顕で観察したとこ
ろ、網目状構造が観察され、その孔径の大きさは２ｏｏ
Ｘと推定された。また外表面はｌ　Ｏ，０００倍で拡大
しても明確な構造は観察されず、緻密層を有しているこ
とがわかった。

この中空糸はエタノールで完全−ζＷｅｔ化処理全処理
った後でも純水の透水性は０．１ｍｌ〆ｄ・ｈｒ・■Ｈ
ｇ以下であり、緻密層が存在するために液体の透過性は
きわめて低かった。

この中空糸膜２０，０００をハウジングに装着して遠心
接着し、両端面を切断する事により開放端として、１．
５耐の膜面積を有する模型人工肺を得た。

この肺をレスビレ−ターで低換気状態とした体３１ｋ　
１５　ｈａの犬に用い、４８時間の潅流実験を行ｆ、１
つた。潅流前の動脈血はｐＨ７，３４・　酸素分圧（Ｐ
Ｏ＋）６５１ＭＩＨｇ、□炭酸ガス分圧（Ｐａｎｇ　）
　４７關ｕｇであったが、血流ｉｌｌ　１　、２　＃／
ｒｒｏｎ　ｓ、酸素流ｊｌｉ　１．２　＃／１ｎｉｎで
静動脈バイパスしたところ、血液ガス性状は直ちニ改善
され、ｐｆｉ７．４１、Ｐｏ２２４０　ｓｋｌｇ、ｌ’
ｃｏ２３５ｍｓｋｉｇｌζｔ（つた。血流時間の経過に
伴！（いヘマトクリットは若干減少したが、血小板数、
白血球数の変動は殆んどなく、出血などのトラブルもな
く実験は順調に進行した。ｆｆｉ流終了后、侠気状態を
同役させると元気に戻った。また、人工肺を解体して検
査したところ、血栓は全く生成してなかった。

比較例１ 実施例で使用したポリマーをトルエンに溶解した溶液を
紡糸原液として、乾式紡糸法により内径２００μ、外径
２６０μの中空糸膜を得た。この中空糸膜の内外画表面
を２０，０００倍の走食型電顧で観察したが、網目構造
は観察され得す、緻密な表向層を有していることがわか
った。エタノールＷｅｔ化後の純水の透水性は０．１　
ｍｅ／ｒｄ　−ｈｒ　−ｖｔｓｋ１ｇ以下であり、緻密
層の存在のために液体透過性はきわめて低かった。

この中空糸膜を用い、１．５ｎｌの膜面積を有する膜型
人工肺を作製し、実施例中と同様にして犬の蒲流芙験を
行なった。血液ガス性状の改善は良好であったが、１８
時ｔ＃Ｊｆｆ経過後より肺内抵抗が増大し、浴面が通み
出し、血漿遊離ヘモグロビン量が２００　ｍＶｄ１ｌを
越えたため２４時間後に潅流を中止した。人工肺を解体
して検査したところ、多数の閉塞した中を糸が認められ
ｔコ。

比較例２ 内径２００μ、外径４ＱＯμの緻密な膜構造を有するシ
リコン中空糸ｇ　２０，０００本をハウジングに装宥し
、片端ずつ順薯ζ静瀘接宥して１．５扉の膜型人工肺を
作製した。この肺を用いて実施例と同様にして静動脈バ
イパス実験を行なった。漂流後、血液ガス性状は直ちに
改善されたが、動脈簡の酸素分圧（Ｐｏｔ　）は１９０
　ｒｍｎｋｉｇ、ＣＯ□分圧（Ｐｃｏ２）は４０閣Ｈｇ
であり、実施例に比較して血中への酸素加量が少なかっ
た。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明により、気体透過性が抜群に
優れ、しかも強靭であるために線膜化しうる置換アセチ
レン単位を５０モル％以上含自するポリマーまｔこはポ
リマー混合物を用いて、血液接触面が５０〜１．ｏｏｏ
、にの孔が存在する網目構造、血液接触面以外は、膜断
面において、少ｔ（（ともＩ　１１１１以上の緻密層か
ら構成された人工肺用膜を提供することができる。

とくに本発明の膜は気体交換能の経時変イヒが小さく、
しかも血液適合性に優れているので、長期にわたって使
用する場合には極めて有用であり、生体肺の代替や肺疾
思患苔の肺の補助袋ｍｌζコンパクトに、安全に使用し
うる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）式（Ａ）で示される置換アセチレン単位を５０モ
   ル％以上含有するポリマーまたはポリマー混合物から構
   成される膜であつて、該膜は血液接触面が５０〜１，０
   ００Åの孔が存在する網目構造、血液接触面以外は膜断
   面において、少なくとも１層以上の緻密層から構成され
   ていることを特徴とする人工肺用膜。 ▲数式、化学式、表等があります▼（Ａ） （但し、式中Ｒ＿１は水素、ハロゲン又は炭素数が１〜
   ５のアルキル基、Ｒ＿２は炭素数が１〜２０の直鎖状あ
   るいは分岐状アルキル基、フェニル基、置換フェニル基
   、置換シリル基である。）
2. （２）該血液接触面は１００〜５００Åの孔が存在する
   網目構造である特許請求の範囲第（１）項記載の人工肺
   用膜。
3. （３）該ポリマーはポリトリメチルシリルプロピンであ
   る特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の人
   工肺用膜。