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CN100393501C - 用于形成空心纤维的方法 - Google Patents

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CN100393501C
CN100393501C CNB038141434A CN03814143A CN100393501C CN 100393501 C CN100393501 C CN 100393501C CN B038141434 A CNB038141434 A CN B038141434A CN 03814143 A CN03814143 A CN 03814143A CN 100393501 C CN100393501 C CN 100393501C
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Abstract

一种薄壁式构件通过提供一种具有一外表面的连续的细长构件(32)形成。构件(32)至少部分地用一种水溶性材料制成。提供一种涂敷材料(75)。涂敷材料(75)可以是一种硅酮化合物，所述硅酮化合物可固化，以便形成一种基本上无孔的硅酮。细长的构件(32)的外表面用一种涂敷材料(75)涂敷，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的涂敷材料层。涂敷材料层如此固化，以便在外表面上形成一种基本上是均匀而连续的基本上无孔的硅酮层。细长的构件(32)部分地用水溶解，并从硅酮层中清洗，因此形成一种细长的基本上无孔的硅酮管。

Description

用于形成空心纤维的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2002.4.18申请的美国专利申请系列号No.60/373,393的优先权，其整个内容包括在本文中作为参考文献。
有关联邦政府赞助的研究或发展的说明
本发明是在由公共卫生署(PHS)签订的SBIR Grant No.R43-HL68375-01部分由政府支持进行的。政府可以具有本发明的某些权利。
技术领域
本发明一般涉及一种用于形成空心纤维的方法。
背景技术
在临床环境中以及在进行研究的实验室中，对生物液体进行人工气体交换已广泛实施。在临床环境中，在体外生命维持(ECLS)期间使用血液充氧器，通常是用来在心脏治疗、或长期心脏呼吸维持期间代替或帮助肺脏起作用。气体交换是通过跨过一气体可渗透膜产生一个扩散电势完成，上述扩散电势驱动气体从一侧上的高分压转移到膜另一侧上的低分压，如由Fick氏扩散定律所提供的：
m · g = K A t ( P g 1 - P g 2 )
式中是跨过膜的气体质量率，K是一个与气体在膜中的溶解度及与膜扩散系数成正比的因子，A是膜的表面积，t是膜的厚度，及Pg是气体在膜的任一侧上的分压。这个方程显示，对于跨过膜的一个规定的分压差，通过增加膜的表面积或通过减小膜的厚度完成更多的气体传输。
利用跨过膜的气体传递血液充氧的装置具有各种型式。一种设计是利用微孔膜空心纤维(MMHF)。微孔膜空心纤维是很小的空心管，具有一典型外径是在250和380微米(μm)之间，及一典型壁厚为约50微米(μm)。多个微孔膜空心纤维通常是用纤维中一种所希望的编织图案卷绕成一个纤维束。由微孔膜空心纤维构造的一种典型纤维束在图1中用标号10示出。形成纤维束10的各单个纤维12用大大放大的直径和壁厚示出。
利用微孔腔空心纤维的血液充氧装置常用于手术短期心脏呼吸的维持，如常规旁路手术期间使用已变得很普通。在这种装置中，纤维束10的末端14和16各牢牢地封装到一种封装材料中，上述封装材料互连并密封到各纤维12的末端上。然后将其中一部分封装材料切去，以便暴露每个纤维12的空心腔体18。封装材料用来互连和密封每个纤维的外表面，以便它们一起在两端处形成歧管。然后将封装的纤维束设置在充氧器外壳中，以便可以将气体加入腔体18中，而同时血液在纤维的外表面上通过。然后，随着氧在空心纤维的内部流动和血液在各纤维的外部上流动，血液吸收氧，并通过扩散跨过微孔膜释放二氧化碳。
在纤维束中，每个纤维的壁都起到气体交换膜的作用。因此，可以将一个大的膜表面积压缩成一种比较紧凑的体积。此外，随着血液在纤维外部流动，得到一种增加的对流混合物，因为下游的纤维是在上游纤维的尾流或“涡流”之内。在本说明书中，“膜空心纤维”涉及空心纤维，空心纤维的壁起到膜的作用，并且通常很薄以便有助于质量和能量跨过壁传递。
微孔膜空心纤维当它们使用延长一段时间时经受到捕禽(fowling)式泄漏和血浆泄漏是众所周知的：血浆万一通过各孔漏泄，则因此危及气体交换，或者使它变得完全无效。
微孔膜空心纤维的制造不断地寻找血浆漏泄问题的解决方案，如研制更小孔径的膜，上述更小孔径的膜可能具有较低的血浆漏泄影响。然而，还未见表明改进的报告发表。三菱人造丝公司(东京，日本)介绍了一种多层式复合空心纤维膜(MHF)，所述MHF含有一种聚氨酯夹层，上述聚氨酯夹层夹在两个微孔聚乙烯支承层之间。然而，聚氨酯具有不良的气体传递性能，并且在暴露血浆中的微孔侧上仍有可能发生捕禽式泄漏。人们作出了许多其它的努力以在微孔空心纤维上施加致密涂层，然而还没有市售产品。尽管经过涂敷的微孔膜空心纤维已有市售产品，但与单用微孔膜相比，穿过涂敷有硅酮的微孔膜的气体传递减少；除了微孔膜之外，气体还必需穿过实心膜扩散。因此，折衷方案是减少气体传递。
与微孔膜空心纤维充氧器有关的还有另一个可能存在的问题是，如果气体侧压力变得高于血液侧压力，则空气很容易穿过微孔传送到血液中。如果气泡泵送到患者体内，则气体栓塞可能具有致命的后果。如果指定气体通往大气的口变堵塞，或者如果冷凝水聚集在纤维腔体内部，因此阻塞氧排放，则上述这种情况可能发生。因此，气体侧压力必需总是低于血压，以便防止气体栓塞。
由于用微孔膜空心纤维充氧器存在的血浆漏泄问题，所以在长期应用中都使用螺旋线圈硅酮膜肺(Medtronic Perfursion System，Brooklyn Park，MN)，上述硅酮膜肺也通称为Kolobow充氧器，因为它们没有血浆漏泄的倾向。然而，这些实心膜充氧器需要几乎大一倍的表面积，以便达到与微孔空心纤维相同的气体交换。这不是由于膜不是微孔，而是由于与一束成千上万的空心纤维上可达到的混合相比，在比较“平”的膜上可达到的对流混合不足。应该注意，经过充氧的血液边界层，而不是膜本身存在氧扩散到血液中的主要障碍。
对于用多孔膜空心纤维产生漏泄问题的一种可能的解决方案是代之以用一种不是微孔的材料如硅酮制成空心纤维。气体扩散仍可以跨过一种硅酮膜产生，同时没有气体栓塞和血浆漏泄的危险。然而，用硅酮空心纤维制造血液充氧器商业上还未使用。
小硅酮纤维可以用聚合物挤塑机挤塑成与微孔聚丙烯纤维相似的尺寸。然而，在先有技术情况下，对研制实用的气体交换装置有两个主要的障碍。首先，挤塑实心硅酮纤维比挤塑微孔聚丙烯空心纤维要更困难和慢得多。聚丙烯是一种热塑性聚合物，而硅酮是一种交联热固性聚合物。这意味着聚丙烯可以加热、熔化、并且当挤出物挤出模具时可以通过拉制挤出物而使其减小直径，与用熔化的玻璃管制造微量吸移管类似。这可用来显著地减小一种易控制尺寸的模具的纤维直径。而且，一旦纤维已被制成合适的尺寸，则聚合物可以通过水急冷进行快速冷却。应用其它的拉伸法来使纤维变成微孔。
另一方面，开始时硅酮象粘土状材料一样，上述粘土状材料在冷的状态通过模具(仍象粘土一样)进行挤塑，然后加热以便使聚合物固化或交联，同时与热塑性塑料相比减小有限得多。而且，粘土状材料具有很小的强度，并且不象熔化的塑料那样。结果，挤出物必需快速交联或硫化，以便控制微小的纤维。因此，硅酮挤塑比聚丙烯挤塑大大变慢，以便可用于聚合物固化和随后的处理如绕成卷筒和纤维束。另外使微小的硅酮纤维变复杂的是当纤维通过炉子固化时有相当大的静态聚集。静电性使它难以处理，并且难以卷绕硅酮纤维，尤其是同时挤塑多个纤维时更是如此。
生产微小硅酮纤维的困难性和耗时间的过程在产品价格中反映出来。在2002年挤塑1米硅酮纤维(350μm外径(O.D)，250μm内径(I.D))的价格是33美分，或者每千米333美无(SpecialtyManufacture，Midland，MI)。这可与微孔聚丙烯空心纤维每公里16美元(Celgard X 30240，Hoechst Celanese，Charlotte，NC)相比。因此对一种具有2.5m2表面积的装置所需的单独硅酮纤维的成本可能成本高达750美元。
其次，用硅酮纤维制造充氧器比用微孔膜空心纤维制造也更困难，因为硅酮有弹性并且易碎。卷绕纤维束变得更复杂，并因此更慢。而且，封装纤维束不容易，因为当纤维束在离心作用期间经受大的力时，弹性硅酮纤维往往会变形。制造硅酮纤维充氧器不是不可能的，但是很困难，并因此价格过高。
由于现有技术的上述限制和不足，以及上面未具体说明的其它缺点，所以很显然，在该技术中需要有一种改良的气体可渗透的空心纤维。
发明内容
本发明通过提供一种用于生产膜空心纤维的方法克服了现有技术的许多缺点，上述膜空心纤维不容易产生血浆泄漏和气体栓塞。按照本发明，一种薄壁微管通过提供一连续的细长构件制成，上述连续的细长构件具有一个外表面。细长的构件至少部分地用一种水溶性材料制成。然后提供一种涂敷材料，同时涂敷材料是一种硅酮化合物。硅酮结构可固化，以便形成一种基本上是无孔的硅酮。细长构件的外表面涂有涂敷材料，以便在细长构件的外表面上形成一种基本上均匀而连续的层。然后将涂敷材料层固化，并将细长的构件溶解，且从涂敷材料层中得以清洗。这样留下由硅酮形成的一种微管。按照本发明的另一方面，按照本发明所述形成的微管可以组装成一束，并在溶解和清洗其中所含的细长构件之前，在它的两端处封装成一种封装材料。在纤维束形成和封装之后，在每个微管中的细长构件都可以溶解和清洗。
本发明的技术方案如下。
根据本发明，提供一种用于形成薄壁微管的方法，包括以下步骤：提供一种具有一外表面的连续细长构件，所述构件至少部分地由一种水溶性材料制成；提供一种涂敷材料，所述涂敷材料包括一种硅酮化合物，所述化合物可以这样固化，以使涂敷材料固化成基本上是无孔的硅酮；用涂敷材料涂敷细长构件的外表面，以便在外表面上形成一种基本上是均匀而连续的涂敷材料层；将涂敷材料层固化，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的基本上是无孔的硅酮层；用水至少部分地溶解细长的构件；及从硅酮层中清洗至少部分被溶解的构件；因而形成一种基本上是无孔硅酮的细长微管。
优选地，连续的细长构件包括一种连续的薄壁管。
优选地，上述薄壁管具有一在50-400微米范围内的直径和在5-100微米范围内的壁厚。
优选地，经过固化的硅酮层具有一在5-100微米范围内的厚度。
优选地，薄壁管具有一个贯穿其中的中心通道，并且溶解步骤包括使热水通过所述中心通道。
优选地，溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
优选地，细长的构件具有一个中心轴线，细长构件的外表面是圆柱形，因此外表面的所有部分都与中心轴线等距离。
优选地，连续的细长构件基本上完全由水溶性聚乙烯醇形成。
优选地，固化步骤包括使经过涂敷的细长构件通过一个加热装置，以便加热固化涂敷材料。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，上述方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，上述方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之后，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件，以便在外表面上形成一种第二基本上均匀而连续的涂敷材料层。
优选地，涂敷步骤包括提供一种涂敷模具，并且使细长构件连续地通过上述涂敷模具。
优选地，还包括：在固化步骤之后和溶解步骤之前，收集多个经过涂敷的细长构件；将收集的经过涂敷的构件集中成一束，所述一束具有一第一端和一第二端，同时束体在上述第一端和第二端之间；用一种封装材料封装纤维束的第一端，以便形成一第一封闭端；用一种封装材料封装纤维束的第二端，以便形成第二封闭端；及穿过第一和第二封闭端切割，以便将经过涂敷的细长构件切开，并至少部分地露出细长的构件。
根据本发明，提供一种用于形成一种薄壁微管的方法，包括以下步骤：用一种水溶性的聚乙烯醇形成一种连续的细长构件，所述细长构件具有一个中心轴线和一个圆柱形外表面，上述外表面不中断，同时外表面的所有部分都基本上与中心轴线等距离；提供一种涂敷材料，所述涂敷材料包括一种硅酮化合物，上述硅酮化合物可固化，以便涂敷材料固化成一种基本上无孔的硅酮；提供一种涂敷模具，所述涂敷模具具有一个小孔和一个涂敷储存器；用涂敷材料装满涂敷储存器，并使细长的材料连续地通过小孔和涂敷储存器，以便在细长构件的外表面上沉积一基本上均匀的涂敷材料层，上述涂敷材料层形成封包细长构件的外管；提供一种固化装置；使经过涂敷的构件连续通过固化装置，以便使该层固化，并形成一种基本上均匀而连续的封包所述构件的基本上无孔的硅酮管；将细长的构件暴露于水中，以便至少部分地溶解细长的构件；从外管清洗至少部分被溶解的构件；因而形成一种细长的基本上无孔的硅酮微管。
优选地，连续细长的构件包括一种连续的薄壁管。
优选地，薄壁管具有一在50-400微米范围内的直径和在5-100微米范围内的壁厚。
优选地，经过固化的硅酮层具有一在5-100微米范围内的厚度。
优选地，薄壁管具有一穿过该管的中心通道，并且溶解步骤包括使热水通过上述中心通道。
优选地，溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
优选地，固化装置包括一种加热器。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之后，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件，以便在外表面上形成一种第二基本上均匀而连续的涂敷材料层。
根据本发明，提供一种形成一部分气体交换装置的方法，上述气体交换装置具有多个薄壁微管，上述方法包括以下步骤：形成多个经过涂敷的构件，每个经过涂敷的构件都由下列步骤形成：提供一种具有一外表面的连续的细长构件，所述构件至少部分地由一种水溶性材料制成；提供一种涂敷材料，所述涂敷材料包括一种硅酮化合物，该硅酮化合物可固化，以便涂敷材料固化成一种基本上无孔的硅酮；用涂敷材料涂敷细长构件的外表面，以便在外表面上形成一个基本上均匀而连续的涂敷材料层；固化涂敷材料层，以便在外表面上形成一个基本上是均匀而连续的基本上无孔的硅酮层；将多个经过涂敷的构件集合成一束，所述一束具有一个第一端和一个第二端，束体在上述第一端和第二端之间延伸；用一种封装材料封装构件束的第一端，以便形成一个第一经过封装的末端，所述第一经过封装的末端使经过涂敷的构件彼此相互连接和密封；用一种封装材料封装构件束的第二端，以便形成一个第二经过封装的末端，所述第二经过封装的末端使经过涂敷的构件彼此相互连接和密封；将第一和第二经过封装的末端中的每个都切去一部分，以便切开经过涂敷的构件，并至少部分地露出细长的构件；用水至少部分溶解细长的构件；及从硅酮层清洗至少部分溶解的构件。
优选地，连续的细长构件包括一种连续的薄壁管。
优选地，各薄壁管具有一在50-400微米范围内的直径、和在5-100微米范围内的壁厚。
优选地，在每一个构件上经过固化的硅酮层都具有一在5-100微米范围内的厚度。
优选地，各薄壁管都具有一个贯穿该管的中心通道，并且溶解步骤包括使热水穿过上述中心通道。
优选地，溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
优选地，各细长的构件每个都具有一个中心轴线，各细长构件每个的外表面都是圆柱形的，以使外表面的所有部分与中心轴线都是等距离的。
优选地，连续的细长构件基本上是完全用水溶性聚乙烯醇制成的。
优选地，固化步骤包括使每个经过涂敷的细长构件通过一个加热装置，以便加热固化涂敷材料。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一材料涂敷连续的细长构件之后，用第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件，以便在外表面上形成一个第二基本上均匀而连续的涂敷材料层。
优选地，涂敷步骤包括提供一种涂敷模具，并使细长的构件连续通过上述涂敷模具。
根据本发明，提供一种用于形成薄壁微管的方法，包括以下步骤：提供一种具有一外表面的连续的细长构件，所述构件至少部分地用一种水溶性材料制成；提供一种涂敷材料，所述涂敷材料可固化，以便使所述涂敷材料变成固体；用涂敷材料涂敷细长构件的外表面，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的涂敷材料层；固化涂敷材料层，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的固体层；用水至少部分地溶解细长的构件；及从固体层清洗至少部分溶解的构件；因而形成一种细长的固体材料管。
优选地，连续的细长构件包括一种连续的薄壁管。
优选地，薄壁管具有在50-400微米范围内的直径、和在5-100微米范围内的壁厚。
优选地，经过固化的硅酮层具有一在5-100微米范围内的厚度。
优选地，薄壁管具有一穿过该管的中心通道，并且溶解步骤包括使热水通过中心通道。
优选地，溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
优选地，细长的构件具有一个中心轴线，细长的构件外表面是圆柱形，以使外表面的所有部分都与中心轴线等距离。
优选地，连续的细长构件基本上完全用水溶性聚乙烯醇制成。
优选地，固化步骤包括将经过涂敷的细长构件通过一个加热装置，以便加热固化的涂敷材料。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一材料涂敷连续的细长构件之后，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
优选地，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件的步骤，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的第二涂敷材料层。
优选地，涂敷步骤包括提供一种涂敷模具，并使细长的构件连续通过上述涂敷模具。
附图说明
图1是一种现有技术微孔膜空心纤维束的放大透视图，上述空心纤维束具有若干以平行方式取向的纤维。
图2a是按照本发明所述的一种待涂敷第一纤维中一部分的透视图；
图2b是图2a的纤维具有一种在其上形成的涂层的透视图；
图2c是在图2a的纤维首先溶解和从图2b的涂层中清洗之后所形成的一种微管中一部分的透视图；
图3a是通过封装经过涂敷的各纤维的末端所形成的一种气体交换装置中一部分的透视图；
图3b是图3a气体交换装置中一部分的透视图，同时首先将纤维溶解和清洗，以便留下多个微管。
图4是用于涂敷按照本发明所述的一种细长纤维的涂敷模具第一实施例的剖视图；
图5是供与本发明一起用的一种涂敷模具第二实施例的剖视图；及
图6是供与本发明一起用的一种涂敷模具第三实施例的剖视图。
具体实施方式
参见图2a-2c，将论述应用本发明的原理构造一种硅酮膜空心纤维的方法。
应该注意，在不脱离本发明原理的情况下，可以采用另一些方法，用具有不同质量传递性能、热传递性能、及任何膜材料中所希望性能的不同材料来构造各种空心纤维。
在构造一种硅酮膜空心纤维或微管时的第一步包括形成一种第一纤维或构件的第一种材料，优选的是一种水溶性聚合物如聚乙烯醇(PVA)。PVA是一种无毒和环境上安全的聚合物，它很象聚丙烯那样容易挤塑，并能设计成在任何所希望的温度下溶于水中。其它的材料也可以使用。优选的是它们是水溶性的，用此当它们暴露于水中时溶解或部分溶解。优选的是，使用热水或蒸汽来溶解各种材料。各种材料只能部分溶解，同时其余部分材料保持是固体或成一种凝胶形式。对于本发明的场合，“水溶性的”定义为可从它的固态充分转变，以使它能在本发明中得以使用的材料。在某些实施例中，材料可以具有一些增强纤维或不溶性部分，以便调节第一构件32的物理特性。参见图2a，PVA纤维32优选的是具有外径为约25-400μm(微米)的挤塑空心体。空心纤维或构件32优选的是具有一壁厚在5和100微米之间。可供选择地，构件32可以是实心的。它还可以具有不是圆形的横截面。例如，它可以具有椭圆形或方形横截面。如图所示，优选的是，当其外表面不被任何由其延伸的侧面分支或部分中断时，构件32是一种连续的细长构件。在其中外表面一般是圆柱形的实施例中，可以说纤维具有一中心轴线，并且所有外表面部分都与中心轴线等距离。PVA纤维32可以用任何已知的方法制造，上述已知方法包括但不限于模塑法和挤塑法。
接着，如图2b中所示，将PVA纤维32均匀地涂敷一薄层约5-10μm厚的第二种材料，在这种情况下是涂敷硅酮弹性体化合物，以便形成经过涂敷的纤维32′，所述经过涂敷的纤维32′在底层纤维32的表面上具有一个涂层21。一旦PVA纤维涂敷有硅酮，则视硅酮化合物而定，经过涂敷的纤维32′可以加热，以使PVA纤维32上的硅酮涂层21固化。另一些涂层材料可能需要不同的处理，以便使它们如最终的膜所希望的。在每种情况下，为把硅酮涂层转变成一种硅酮化合物所必需的处理本文称之为固化。在固化之后，经过固化的硅酮层优选的是具有一厚度是在5和100微米之间，更优选的是具有厚度为5-50微米。在一个优选的实施例中，涂层材料是一种两部分铂，热固化的硅酮树脂，所述树脂具有一未固化的粘度，低于60,000Cp，而经过固化的硬度(肖氏硬度A)为大于15，优选的是大于80。在纤维32上可以涂布一种以上涂敷材料，以便得到一种复合或多层式膜，同时在涂敷之间进行固化或不进行固化。另外，可以涂布多层同一材料的涂层，同时在涂敷之间进行固化或不进行固化。优选的是，用来形成微管的硅酮具有该领域的技术人员通称为一种实心膜的类型。也就是说，它基本上是无孔或无微孔的。
一旦涂层21固化，就通过将PVA暴露于水或蒸汽中，使PVA溶解或熔化来除去水溶性PVA纤维，然后可以清洗留下的所希望的硅酮空心纤维30，如图2c中所示。在一个优选实施例中，将热水通过空心的第一构件32，同时使所述第一构件溶解并从微管30中得以清洗。在内管或构件是实心的一些实施例中，构件或纤维可以通过将组件暴露于蒸汽和/或热水中溶解。例如，可以用蒸汽来附加地软化和/或溶解内部构件，随后用水进一步溶解构件并冲洗脱开硅酮管的所述构件。
由于纯硅酮空心纤维30很脆弱并且难以处理，所以即使在完全固化之后，优选的是象在32′中那样将PVA纤维支承件留在硅酮涂层内，直至制造出了气体交换装置之后为止。经过固化的涂敷纤维32′可以用与目前聚丙烯微孔空心纤维采用的相同技术进行处理和卷绕成束，因为PVA更象聚丙烯那样是半刚性的。用内部纤维或构件作为支承件的微管优选的是用一种封装离心机和一种硅酮树脂作为封装材料进行封装。
参见图3a-3b，一旦经过涂敷的纤维32′用封装材料35牢固地封装(如在一个气体交换装置内)，就很容易溶解和除去PVA纤维32。这可以通过使水在PVA纤维32的腔体20内流动，因此从内部将PVA纤维32溶出。注意当纤维封装时，穿过封装端36和37得到PVA纤维的腔体20，在封装端36和37处所有纤维都是歧管。因此温水或热水可以穿过一个封装端36注入和穿过另一封装端37清洗。如图3b中所示，一旦PVA纤维32溶解和清洗，留下的硅酮膜空心纤维30将保持封装，因此气体可以流过空心纤维30的腔体33，并且血液可以在空心纤维30的外部流动，或者反之亦然。
第一材料纤维32可以成形为一种空心纤维(如在上述例子中)，或者成形为具有任何所希望横截面的一种实心纤维。注意第一材料纤维的形状将决定最终空心纤维内腔的形状。在上述说明中的第一材料是PVA，但可以是任何随后能用化学、热、电、或机械方式除去或改变的材料；或者是可以通过任何方法制成多孔，以便能通过最终空心纤维的腔体的液体流动(或抽真空)的材料。
第二材料或涂敷材料21可以是任何能以这种方式处理，以便能用于将一层第二材料沉积在第一材料纤维32上的材料。涂层可以用任何合适的方法获得，如，不限于挤塑法和浸渍法。第二材料可以这样选定，以使质量和热传递性能适合于应用，此处使用最终的空心纤维。例如，对热传递应用来说，所用的涂敷材料可以具有一高导热系数。作为一个例子，可以使用含氟聚合物类。
用一种第二材料的涂层21连续涂敷第一材料纤维32的一种方法在图4中示出。参见图4，纤维32用通常用来涂敷电线的一种涂敷模具(也叫做中心十字模具)40进行涂敷。纤维32穿过涂敷模具40的纤维导向件42，和将第二材料注入模具中，如箭头43所表示的，并流向涂敷头44，如箭头43′所表示的，及在标号45处涂敷纤维32。然后用通常已知的挤压输出设备拉出经过涂敷的纤维32′，如箭头46所表示的。必要时经过涂敷的纤维可以在涂敷模具40和输出设备之间于标号47处加热、冷却或处理，以便需要时使涂敷材料硬化、固化或打底。
用第二材料涂层21连续涂敷第一材料纤维32的另一种方法在图5中示出。参见图5，第一材料纤维32用一种管式模具50涂敷，所述管式模具50与通常用于挤压管材的那种类似。第一材料32的纤维穿过针状体52，和将涂敷材料注入管式模具50，如箭头54所表示的，并流向针状体52，如箭头54′所表示的，这里它在标号56处挤压成管材，然后向下拉到移动的纤维32上，并在标号58处涂敷移动的纤维32。经过涂敷的纤维32′用通常已知的输出设备拉出，如箭头60所表示的。必要时经过涂敷的纤维可以在管式模具和输出设备之间于标号62处进行加热、冷却或处理，以便需要时使涂敷材料硬化、固化或打底。注意这种方法可用来在涂敷材料作为管材接触纤维32之前向下拉，因此可用于一种具有横截面比最终纤维30横截面大的管式模具。另外，注意纤维32不需要穿过针状体52紧密配合，以便能使挤压的管材腔体通风，并可用于纤维直径32的小变化。
上述两种方法可用于在经过涂敷的纤维32′已完成涂敷之后但在需要时将涂敷材料硬化、固化或打底之前另外将经过涂敷的材料32′拉伸或向下拉。
还有，用一种第二材料涂层21连续涂敷第一材料纤维32的另一种方法在图6中示出。这种方法十分适合于用低稠度液体涂敷材料涂敷纤维32，并且用于本发明的某些实施例是优选的。参见图6，第一材料纤维32用一涂敷模具70涂敷。第一材料的纤维32穿过模具入口孔72和模具嘴孔74，并将涂敷材料连续地计量并注入模具70中，如箭头76所示。当纤维32被沿箭头78所指的方向拉过模具70时，由于由在模具70内移动的纤维32所产生的粘性拖动的结果，涂敷材料75如箭头80所指示的朝喷嘴19的方向流动。
模具70可以通过小孔72通向大气，这样使涂敷材料75上的压力最小化，同时产生一种基本上是粘性的涂敷材料75穿过喷嘴74的驱动流(库爱特流)。注意涂敷材料的注入速率必需等于涂敷材料在喷嘴74处涂布到纤维32上的速率。
然后用通常已知的挤压输出设备拉动经过涂敷的纤维32′，如箭头82所表示的。必要时经过涂敷的纤维可以在涂敷模具17和输出设备之间于标号84处加热、冷却或处理，以便需要时硬化、固化或打底涂敷材料。
喷嘴74中的环形库爱特流型可用于将喷嘴孔尺寸定得比纤维32′的最终涂层的外径大。在一个优选实施例中，涂敷模具70通向大气，所述涂敷模具70具有一个模具孔直径，上述模具孔直径利用对牛顿流动的那维尔-斯托克斯方程的解析解估计，上述牛顿流动由通过模具孔和移动纤维之间的环形空间的粘性力驱动。在一个示例性实施例中，25微米的涂层厚度是在具有一外径250微米的一种第一纤维或构件上形成的，并且模具孔具有的直径约为354微米。
应该注意，正气压或真空也可以通过小孔72加到模具70上，以便在喷嘴74处得到一种库爱特和泊肃叶流动的组合，因此可供在喷嘴74处不同的孔径用，上述喷嘴74产生相同的经过涂敷的纤维32′的涂敷外径。另外应该注意，涂敷材料75可以分散或溶解在一种适合的溶剂中，以便随后在标号84的处理方法蒸发或闪蒸排出溶剂，同时在经过涂敷的纤维32上产生比未溶解涂层材料减小的外径的涂敷。当希望很薄的涂层时，这是一个有用的特点。
如果希望得到更小直径的经过涂敷的纤维，则纤维32′在固化之前可以拉伸或向下拉。另外，在前面的涂层固化之前或之后，可以依次涂布多个涂层。
尽管上述说明构成了本发明的优选实施例，但应该理解，在不脱离本发明的原理的情况下，本发明可以很容易修改、变动和改变。
尽管上述说明构成本发明在跨过质量可渗透膜空心纤维的质量传递范围内的一个实施例，但应该理解，本发明的方法将在许多应用中找到实用性，上述应用包括但不限于跨过膜空心纤维的能量传递，及利用空心纤维的任何其它范围。

Claims (50)

1.一种用于形成薄壁微管的方法，包括以下步骤：
提供一种具有一外表面的连续细长构件，所述构件至少部分地由一种水溶性材料制成；
提供一种涂敷材料，所述涂敷材料包括一种硅酮化合物，所述化合物可以这样固化，以使涂敷材料固化成基本上是无孔的硅酮；
用涂敷材料涂敷细长构件的外表面，以便在外表面上形成一种基本上是均匀而连续的涂敷材料层；
将涂敷材料层固化，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的基本上是无孔的硅酮层；
用水至少部分地溶解细长的构件；及
从硅酮层中清洗至少部分被溶解的构件；
因而形成一种基本上是无孔硅酮的细长微管。
2.按照权利要求1所述的方法，其中连续的细长构件包括一种连续的薄壁管。
3.按照权利要求2所述的方法，其中上述薄壁管具有一在50-400微米范围内的直径和在5-100微米范围内的壁厚。
4.按照权利要求3所述的方法，其中经过固化的硅酮层具有一在5-100微米范围内的厚度。
5.按照权利要求2所述的方法，其中薄壁管具有一个贯穿其中的中心通道，并且溶解步骤包括使热水通过所述中心通道。
6.按照权利要求1所述的方法，其中溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
7.按照权利要求1所述的方法，其中细长的构件具有一个中心轴线，细长构件的外表面是圆柱形，因此外表面的所有部分都与中心轴线等距离。
8.按照权利要求1所述的方法，其中连续的细长构件基本上完全由水溶性聚乙烯醇形成。
9.按照权利要求1所述的方法，其中固化步骤包括使经过涂敷的细长构件通过一个加热装置，以便加热固化涂敷材料。
10.按照权利要求1所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，上述方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
11.按照权利要求1所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，上述方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之后，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
12.按照权利要求1所述的方法，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件，以便在外表面上形成一种第二基本上均匀而连续的涂敷材料层。
13.按照权利要求1所述的方法，其中涂敷步骤包括提供一种涂敷模具，并且使细长构件连续地通过上述涂敷模具。
14.按照权利要求1所述的方法，还包括：
在固化步骤之后和溶解步骤之前，收集多个经过涂敷的细长构件；
将收集的经过涂敷的构件集中成一束，所述一束具有一第一端和一第二端，同时束体在上述第一端和第二端之间；
用一种封装材料封装纤维束的第一端，以便形成一第一封闭端；
用一种封装材料封装纤维束的第二端，以便形成第二封闭端；及
穿过第一和第二封闭端切割，以便将经过涂敷的细长构件切开，并至少部分地露出细长的构件。
15.用于形成一种薄壁微管的方法，包括以下步骤：
用一种水溶性的聚乙烯醇形成一种连续的细长构件，所述细长构件具有一个中心轴线和一个圆柱形外表面，上述外表面不中断，同时外表面的所有部分都基本上与中心轴线等距离；
提供一种涂敷材料，所述涂敷材料包括一种硅酮化合物，上述硅酮化合物可固化，以便涂敷材料固化成一种基本上无孔的硅酮；
提供一种涂敷模具，所述涂敷模具具有一个小孔和一个涂敷储存器；
用涂敷材料装满涂敷储存器，并使细长的材料连续地通过小孔和涂敷储存器，以便在细长构件的外表面上沉积一基本上均匀的涂敷材料层，上述涂敷材料层形成封包细长构件的外管；
提供一种固化装置；
使经过涂敷的构件连续通过固化装置，以便使该层固化，并形成一种基本上均匀而连续的封包所述构件的基本上无孔的硅酮管；
将细长的构件暴露于水中，以便至少部分地溶解细长的构件；
从外管清洗至少部分被溶解的构件；
因而形成一种细长的基本上无孔的硅酮微管。
16.按照权利要求15所述的方法，其中连续细长的构件包括一种连续的薄壁管。
17.按照权利要求16所述的方法，其中薄壁管具有一在50-400微米范围内的直径和在5-100微米范围内的壁厚。
18.按照权利要求17所述的方法，其中经过固化的硅酮层具有一在5-100微米范围内的厚度。
19.按照权利要求16所述的方法，其中薄壁管具有一穿过该管的中心通道，并且溶解步骤包括使热水通过上述中心通道。
20.按照权利要求15所述的方法，其中溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
21.如权利要求15所述的方法，其中固化装置包括一种加热器。
22.按照权利要求15所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
23.按照权利要求15所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之后，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
24.按照权利要求15所述的方法，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件，以便在外表面上形成一种第二基本上均匀而连续的涂敷材料层。
25.一种形成一部分气体交换装置的方法，上述气体交换装置具有多个薄壁微管，上述方法包括以下步骤：
形成多个经过涂敷的构件，每个经过涂敷的构件都由下列步骤形成：
提供一种具有一外表面的连续的细长构件，所述构件至少部分地由一种水溶性材料制成；
提供一种涂敷材料，所述涂敷材料包括一种硅酮化合物，该硅酮化合物可固化，以便涂敷材料固化成一种基本上无孔的硅酮；
用涂敷材料涂敷细长构件的外表面，以便在外表面上形成一个基本上均匀而连续的涂敷材料层；
固化涂敷材料层，以便在外表面上形成一个基本上是均匀而连续的基本上无孔的硅酮层；
将多个经过涂敷的构件集合成一束，所述一束具有一个第一端和一个第二端，束体在上述第一端和第二端之间延伸；
用一种封装材料封装构件束的第一端，以便形成一个第一经过封装的末端，所述第一经过封装的末端使经过涂敷的构件彼此相互连接和密封；
用一种封装材料封装构件束的第二端，以便形成一个第二经过封装的末端，所述第二经过封装的末端使经过涂敷的构件彼此相互连接和密封；
将第一和第二经过封装的末端中的每个都切去一部分，以便切开经过涂敷的构件，并至少部分地露出细长的构件；
用水至少部分溶解细长的构件；及
从硅酮层清洗至少部分溶解的构件。
26.按照权利要求25所述的方法，其中连续的细长构件包括一种连续的薄壁管。
27.按照权利要求26所述的方法，其中各薄壁管具有一在50-400微米范围内的直径、和在5-100微米范围内的壁厚。
28.按照权利要求27所述的方法，其中在每一个构件上经过固化的硅酮层都具有一在5-100微米范围内的厚度。
29.按照权利要求26所述的方法，其中各薄壁管都具有一个贯穿该管的中心通道，并且溶解步骤包括使热水穿过上述中心通道。
30.按照权利要求25所述的方法，其中溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
31.按照权利要求25所述的方法，其中各细长的构件每个都具有一个中心轴线，各细长构件每个的外表面都是圆柱形的，以使外表面的所有部分与中心轴线都是等距离的。
32.按照权利要求25所述的方法，其中连续的细长构件基本上是完全用水溶性聚乙烯醇制成的。
33.按照权利要求25所述的方法，其中固化步骤包括使每个经过涂敷的细长构件通过一个加热装置，以便加热固化涂敷材料。
34.按照权利要求25所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
35.按照权利要求25所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一材料涂敷连续的细长构件之后，用第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
36.按照权利要求25所述的方法，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件，以便在外表面上形成一个第二基本上均匀而连续的涂敷材料层。
37.按照权利要求25所述的方法，其中涂敷步骤包括提供一种涂敷模具，并使细长的构件连续通过上述涂敷模具。
38.一种用于形成薄壁微管的方法，包括以下步骤：
提供一种具有一外表面的连续的细长构件，所述构件至少部分地用一种水溶性材料制成；
提供一种涂敷材料，所述涂敷材料可固化，以便使所述涂敷材料变成固体；
用涂敷材料涂敷细长构件的外表面，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的涂敷材料层；
固化涂敷材料层，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的固体层；
用水至少部分地溶解细长的构件；及
从固体层清洗至少部分溶解的构件；
因而形成一种细长的固体材料管。
39.按照权利要求38所述的方法，其中连续的细长构件包括一种连续的薄壁管。
40.按照权利要求39所述的方法，其中薄壁管具有在50-400微米范围内的直径、和在5-100微米范围内的壁厚。
41.按照权利要求40所述的方法，其中经过固化的硅酮层具有一在5-100微米范围内的厚度。
42.按照权利要求39所述的方法，其中薄壁管具有一穿过该管的中心通道，并且溶解步骤包括使热水通过中心通道。
43.按照权利要求38所述的方法，其中溶解步骤包括将经过涂敷的构件暴露于蒸汽中。
44.按照权利要求38所述的方法，其中细长的构件具有一个中心轴线，细长的构件外表面是圆柱形，以使外表面的所有部分都与中心轴线等距离。
45.按照权利要求38所述的方法，其中连续的细长构件基本上完全用水溶性聚乙烯醇制成。
46.按照权利要求38所述的方法，其中固化步骤包括将经过涂敷的细长构件通过一个加热装置，以便加热固化的涂敷材料。
47.按照权利要求38所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法包括在用第一涂敷材料涂敷连续的细长构件之前，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
48.按照权利要求38所述的方法，其中涂敷材料是一种第一涂敷材料，该方法还包括在用第一材料涂敷连续的细长构件之后，用一种第二涂敷材料涂敷连续的细长构件的步骤。
49.按照权利要求38所述的方法，还包括用涂敷材料再涂敷连续的细长构件的步骤，以便在外表面上形成一种基本上均匀而连续的第二涂敷材料层。
50.按照权利要求38所述的方法，其中涂敷步骤包括提供一种涂敷模具，并使细长的构件连续通过上述涂敷模具。
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