JPH0286817A - 中空糸型流体処理装置 - 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） 本発明は中空糸を利用した流体処理装置、特に血液を処
理するために好適な装置に関するものである。この種の
装置は一般に血液透析器、人工肺、血漿分離器、加湿器
などに用いられる。ここでは説明の便宜上、人工肺に適
用した場合について説明する。

（従来の技術） 人工肺は生体肺のもつ機能のなかで血液に酸素を添加し
、二酸化炭素を除去するガス交換機能を代行するもので
あって、現在気泡型人工肺と模型人工肺が使用されてい
る。

気泡型人工肺は臨床に広く用いられているが、酸素を血
液中に直接吹き込むために、溶血、蛋白変性、血液凝固
、微小血栓の発生、白血球や補体の活性化が生じ易く、
また長時間使用すると消泡効果が弱くなり、微小気泡が
血液中へ混入する恐れが指摘されている。

模型人工肺は膜を隔てて静脈血とガスを接触・させて、
静脈血中へ酸素を吸収させると同時に、ガス中へ炭酸ガ
スを放出させるもので、気泡型人工肺に比べて血液損傷
が少なく、かつプライミングボリュームが小さいなどの
利点を育し、近年、気泡型人工肺に代って次第に用いら
れるようになった。

現在開発されている模型人工肺は、ポリオレフィンなど
の疎水性高分子からなる多孔性中空糸や、シリコンなど
の気体透過性の均質中空糸を用いて、中空糸壁膜を介し
て気体と血液間でガス交換を行わせるものであり、中空
糸の内部に血液を流し、中空糸の外部にガスを流す内部
層流型（特開昭６２−１０６７７０号、同５９−５７６
８１号など）と、中空糸の内部にガスを流し、外部に血
液を流す外部１流型（特開昭５９−５７９６３号、同６
Ｇ−２８８０６号など）の二つの方式がある。

内部潅流型人工肺では多数の中空糸の内部に血液を均等
に分配すれば血液のチャンネリング（偏流）はないもの
の、中空糸の内部を流れる血液は完全な層流である。そ
のためガス交換能（単位膜面積あたりのガス移動速度）
を上げるために中空糸の内径を小さ（することが必要で
あり、現在１５０〜３００μの内径を有する中空糸が開
発されている。

しかしながら、内径を小さくしても血液が層流状態で流
動する限りガス交換能が飛躍的に向上するものではない
。そのため内部潅流型人工肺では成人の関心術の際に要
求される２００〜３００ｃａ／ｓｉｎのガス交換能を達
成するために約６１！の膜面積電必要としている。かか
る人工肺は大型で重いため取り扱い難い。またプライミ
ングボリュームが大きいため患者の負担が大きいものに
なっている。人工肺を小型化して、取り扱い性を向上さ
せるために中空糸の内径をさらに細くするとクロッティ
ング（凝血による中空部の閉塞現象）が多発する。

しかもこの型の人工肺は血液流路側の抵抗が大きいため
落差潅流が適用できない。また、拍動流型の血液ポンプ
の適用も困難である。人工肺ではガスの分散供給が不充
分である場合に、炭酸ガス除去能（単位膜面積当りの炭
酸ガス移動速度）が低下する。しかし内部１流型人工肺
では、数千〜敗万本の中空糸に充分にガスを分散して供
給することが困難であり、多数の中空糸に血液を分散供
給するためには特別の設計が必要である。

一方、外ｆ！ｉ５Ｓ流型人工腋ではガスの分配は良好で
あり、かっ血液の流れに乱れが発生することが期待され
る。しかしかかる人工肺は血液のチャンネリングによる
酸素化不足、あるいは血液の滞留による凝血が生じ易い
ことが指摘されてい、る。また現在市販されている外部
潅流型人工肺では、血液のチャンネリングによる酸素化
不足を補うために大きな膜面積を必要とするためプライ
ミングボリュームが大きいという問題がある。プライミ
ングボリュームの大きな人工肺を血液量の少ない患者に
使用する場合には、輸血が必要でそれに伴って肝炎、Ａ
ＩＤＳ等の感染が心配される。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者らは圧力損失が小さく、かつ単位面積当りめガ
ス交換能の向上が期待される外部１流型人工肺に看目し
、その欠点である血液のチャンネリングと血液の滞留を
中空糸を縦糸で譲状に連結した中空糸シートを用いて解
消しようと試みた。

しかしながら、ハウジング内に譲状に連結、された中空
糸シートの積層体を収容しただけでは逆に血液のチャン
ネリングが増大し、単位膜面積当りのガス交換能が低下
するという問題が生じた。

したがって本発明の目的は血液の滞留やチャンネリング
が防止でき、しかも圧力損失の少ない小型の人工肺を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは血液のチャンネリングの原因について検討
しに結果、中空糸シートに設けられた中空糸と縦糸で形
成される開孔が血流で変化することをつきとめ、かかろ
開孔が変化しない中空糸ン−トの積層条件について検討
し本発明に到達した。

本発明は１本の中空糸、または複数本の中空糸の束を縦
糸で連結した中空糸シートの積層体を第１の流体の入口
と出口、第２の流体の入口と出口を有するハウジング内
に収容して、該中空糸シートの積層体の両端部を樹脂隔
壁に埋め込んでハウジングに液密に保持し、かつ該第１
の流体の入口と出口を中空糸で形成される空間と連通さ
せ、該第２の流体の入口と出口を中空糸の内部と連通さ
せた中空糸型流体処理装置において、 上記１本の中空糸、または複数本の中空糸の束の外径を
Ｄ（μ）、１本の中空糸または複数本の中空糸の束を連
結する縦糸の密度をＷ（本／ｃｍ）、中空糸シートの単
位長さ当りの１本の中空糸または複数本の中空糸の束の
密度をＦ（本／ｃｍ）、中空糸シートの単位長さ当りの
積層枚数を［（枚／ｃｍ）、中空糸シートの積層厚みを
Ｔ（ａｍ）としたとき、 ０．２≦Ｗ≦４．０ ０．５≦Ｔ≦１２．０ ｔｏ’／（３，ＯＸ　Ｄ　）”≦Ｆ　Ｘ　Ｉ　＜　ｔｏ
’／（０，９３Ｘ　Ｄ　）”なる関係をもつ中空糸型流
体処理装置である。

次に本発明の中空糸型流体処理装置の一実施例について
図面にて説明する。

第１図には本発明の中空糸型流体処理装置の一例である
外部潅流型人工肺の斜視図が示されている。第１図に示
すように人工肺は筒状のハウジング１（第１図では角筒
状のハウジングを示している）をもち、このハウジング
内に中央部に大きな開口を有する２枚の形状保持板２．
２“で挟持された多数の中空糸３を縦糸４で譲状に形成
した中空糸シートの積層体Ａが収容されている。

譲状に形成された中空糸シートの積層体Ａの両端部はハ
ウジング１内において、樹脂隔壁５によって、液密に支
持固定されている。また中空糸３は樹脂隔壁５からその
開口を露出している。同時にこの樹脂隔壁５は、ハウジ
ングｌ内において、閉塞した血液室を形成している。そ
してハウジングの土壁と下壁にはそれぞれ血液出口６お
よび入ロアが設けられている。またハウジングの土壁と
積層体の上面との間に血液出口６に連通ずる血液出口室
８およびハウジングの下壁と積層体の下面との間に血液
人ロアに連通する血液入口室９が形成される。

７０゜ ｔＪｔＭ旨隔壁５の端部はへッドカパ・辷η１′によっ
てそれぞれ覆われている。

このヘッドカバコＯ′にはガス入口１１およびガス合に
はガスは樹脂隔壁５に埋め込まれた中空糸の端部開口か
ら直接大気に放出される。１３は血液中に含まれる気泡
を除去するガス抜き口であり、１８は温度センサ挿入口
である。

このような外部１流型の人工肺において、筒状のハウジ
ングｌ内に収容される、譲状に形成された中空糸シート
の積層体Ａは、例えば第２図に示すように平行に配列さ
れた１本の中空糸または複数本の中空糸の束２０（第２
図では１本の中空糸を示している）を縦糸４で連結して
譲状に形成した中空糸シートを交互に折り畳んでも、あ
るいは予じめ所定の形状に切断された中空糸シートを一
枚づつ積層して形成してもよい。中空糸シートを一枚づ
つ積層する場合には、第４図に示すように隣接する中空
糸シートを交互に角度をもたせて積層すると、さらに血
液のチャンネリングが改善される。１本の中空糸または
複数本の中空糸の束を縦糸でシート状に形成するには縦
糸で中空糸または中空糸束を編組しても、あるいは縦糸
を中空糸または中空糸束に接着してもよいが、中空糸ま
たは中空糸束を縦糸で編組する方法は中空糸シートの製
作が容易で好ましい。

第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は譲状に編組された中空
糸シートの断面図であり、第３図（ａ）、（ｂ）では１
本の中空糸３を用いたもの、第３図（ｂ）では３本の中
空糸３の束２０を用いたものを示している。中空糸を縦
糸で譲状に編組するにはどのような方法を用いても構わ
ないが、例えば第３図（ａ）、（ｃ）に示すように中空
糸３を一本づつまたは複数本の中空糸の束２０を一つの
束づつ縦糸４で固定する方法（例えばくさり曙みなど）
、第３図（ｂ）に示すように２本の縦糸４．４°で中空
糸３を１本づつ固定する方法（例えば絡み織りなど）な
どがある。第３図（ａ）、（ｃ）に示すように中空糸ま
たは中空糸束を固定すると中空糸のずれがなく常に隣接
する中空糸間の間隙を一定に保持することができ好まし
い。

第５図にはハウジングｌ内に収容される中空糸シートの
積層体Ａを示している。この積層体は上下面に中央部に
大きな開口を有する形状保持板２．２゜で挟持され、両
端は樹脂１４で中空糸の開口が閉塞され、かつ中空糸・
と形状保持板ｌ、２°か一体化されている。積層体は形
状保持板２．２°で挟持した状態でハウジング内に収容
される。積層体の長さと巾の比か小さいときにはハウジ
ングに収容する際に、形状保持ＶｉＬ２．２’を取り外
してもよい。この場合中空糸シートの積層体は両端がＩ
！脂で接着されているため形状は充分＠持される。

縦糸でシート状に形成される中空糸はガス透過性があれ
ばよく、例えばポリエチレン、ポリ−４−メチルペンテ
ン−！、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂や
、ポリテトラフロオロエチレン、ポリスルフォンなどの
樹脂を素材とした多孔質膜、あるいはシリコンゴムなど
の均質膜か用いられる。

ポリオレフィン系樹脂からなる中空糸は膜厚が薄（ても
譲状に形成した際の中空糸の圧潰や変形が少なく好適で
ある。中でもポリ−４−メチルペンテン−１からなる中
空糸は気体透過係数が大きく、しかも補体活性価が低く
て、血液との親和性にも優れているので好ましい。

譲状に形成される一本の中空ｌ簀径（Ｄ）は５０〜２０
００μ、膜厚は３〜５０９μである。外径や膜厚がこれ
より小さいと譲状に形成するときに折れたり割れたりす
ることがあり、反対にこれより大きいと人工肺としての
コンパクト性が実現し難い。通常外径（Ｄ　’）　ｔｏ
ｏ　−５００μ、膜厚ｓ〜ｌｏＧμ（７）中空糸が好ま
しく用いられる。

中空糸の有効長は通常３〜３０ｃｍである。有効長がこ
れより小さいと人工肺の組立工程での中空糸切断ロスが
大きく、反対にこれより大きいと人工肺としてのコンパ
クト性が実現し難い。

中空糸は１本または複数本の中空糸の束を一単位の部系
として譲状に形成される。複数本の中空糸の束を譲状に
形成する場合には３５本以下、好ましくは２４本以下の
中空糸の束が用いられる。３５本以上の中空糸の束では
各中空糸が血液と十分に接触できなくなり、ガス交換効
率が低下する恐れがあって好ましくない。通常は１本の
中空糸を横糸として譲状のシートが形成される。この場
合には各中空糸の表面積がほぼ１００％ガス交換に活用
されるだけでなく、縦横の糸によって形成されるほぼ四
角の小さい均一なスリットによって微少な単位で血液の
分割、混合が極めて効率よく行われるためか、小さい膜
面積で予想外に高いガス交換能が達成でき、圧力損失ら
小さい。

中空糸を譲状のシートに形成する縦糸は特に限定されな
いが、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、
ポリアクリルニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン
ボリアリレート、ポリビニルアルコールなどのように細
くても強変の強い糸ｈ＜用いられろ。なかでもマルチフ
ィラメントよりなるｌＯ〜１５０デニール、好ましくは
２５〜７５デニールのポリエステルやポリアミドのヤー
ンは適度な柔らかさと機械的強度を兼ね備えているため
、譲状に加工する際に中空糸を傷つけることがなく好ま
しく用いられる。

人工肺などの医療用途に用いる際には、人体への悪影響
を考慮して、縦糸への油剤の使用はできるだけ避けるべ
きであるが、譲状に形成する際などにやむを得ず使用す
る場合には、安全性が確認されているもの、もしくは洗
浄除去が可能な油剤を用いる必要がある。

中空糸シートの積層体を収容したハウジングは中空糸の
両開口端が予じめ粘度の高い樹脂で目詰めされているた
め、直ちに遠心接着機に装着される。そしてハウジング
の両端部にポリウレタン、シリコーン、エポキシ樹脂等
を注入して所定の硬化を行った後、樹脂の外端部を切断
して中空糸の両端を開口させる。

本発明においては、中空糸シートの形状と中空糸シート
の積層条件を規定することにより高いガス交換能が達成
される。その条件の一つの譲状に形成された中空糸シー
トの縦糸の密度Ｗ（本／ａｍ）は、高い物質交換能を有
し、かつ滞留やチャンネリングを生じる事がなく、しか
も低圧力損失、低プライミングボリュームの人工肺を再
現性良く与えるために ０．２≦Ｗ≦４，０ である必要がある。

縦糸の密度Ｗが０．２よりも小さいときには、縦糸間に
納まる中空糸の長さが長いために、その間で中空糸のた
るみが起る。その結果、横糸である中空糸を実質上一定
の間隔で平行に配列するよう規制することが困難となる
。中空糸の分布密度が不均一になると、流体が中空糸の
たるみの多い疎なところを多く流れて、高いガス交換能
が達成できない。

密度Ｗが４．０よりも大きいときには、中空糸は極めて
均一な間隔で平行に規制され、その結果として中空糸間
の間隙を流れる流量が均一化される。

しかしながら縦糸の密度が大きくなるにつれて、縦糸と
中空糸の接触面積が増加し、中空糸と血液との接触面積
（有効膜面積）が減少するほか、縦糸と中空糸の接触部
分（織り目）は流体が流れにくいため、物質交換能の低
下と圧力損失の上昇が起こる。

さらに横糸である中空糸の長芋方向の単位長さあたりの
糸密度Ｆ（本／ｃｍ）、積層された中空糸シートの単位
厚さあたりの積層枚数ｉ（枚／ａｍ）はＦおよび／また
は■が増加するにつれて、ガス交換能は明らかに向上す
るが、同時に血液側の圧力損失も増加する。したがって
低圧力損失で高いガス交換率の人工肺を実現するために
は、ｔｏ”／（３，ＯＸ　Ｄ　＞”≦Ｆ　Ｘ　［＜　１
０＠／（０，９３Ｘ　Ｄ　）”の関係が存在する必要が
ある。

ＦＸＩがこの範囲より小さいと物質交換能が低く、また
ＦＸＩがこれ以上だと圧力損失が大きい。

なおこの式でＤは、譲状に形成された中空糸シートの部
系として中空糸を一本づつ用いるときは、使用される中
空糸の外径（μ）、複数本の中空糸の束を用いろ場合に
は、所定の本数の中空糸が圧潰しないように細密に充填
した円筒の外径（μ）を表す。

本発明におけるもう一つの要件は積層された中空糸シー
トの厚みＴ（ｃ＋ｓ）が ０５≦Ｔ≦１２．０ の範囲にあることである。シート層の厚みは特に圧力損
失と関係するが、これ以上の厚みでは圧力損失が大きく
なりすぎて、拍動流型ポンプの使用が困難になる。また
これ以下では積層体か薄くなりすぎて、プライミング時
のエアー抜き、人工心肺装置との配置、接続性などの面
で取扱が面倒になる。

上記譲状に形成された中空糸シートを所定の枚数に積層
してハウジング内に収容する。ハウジング内で、積層体
の形状が保持されればそのままで、積層体の形状保持が
困難であれば血液圧によって中空糸が揺動してチャンネ
リングが発生して、ガス交換能が低下するため、積層体
の上下面のどちらか一面に、積層体の形状保持板を設け
なければならない。

ハウジング内で中空糸の積層体の形状が閑持されている
かは、容易に判定することができる。すなわち中空糸シ
ートの積層厚みＴ（ａｍ）、単位厚さ当りの積層枚数Ｉ
（枚／ｃｍ）、中空糸シートを形成する中空糸または中
空糸束中を形成する中空糸の本数ｎ（本）、膜面積１ｃ
＋６″当りの血液流量が５０ａ＋１２／ｓ＋ｉｎの時の
圧力損失ΔＰ　ｓｏ　（ａ＋ｍＨｇ）との間には密接な
関係があり、Ｔおよび／または■が増加するにつれて人
工肺のガス交換能は明らかに向上するが、同時に血液側
の圧力損失が増加して、中空糸の揺動が起こり、ガス交
換能が低下する。

したがって中空糸の積層体の形状を保持してガス交換能
の高い人工肺を実現するためには、ΔＰ、。／Ｔ−Ｉ−
ｎがこの範囲より大きいと、中空糸にかかる抵抗が大き
すぎて、中空糸の伸びによるチャンネリングや血流によ
る揺動が起る。そのためΔＰ、。／Ｔ−Ｉ−ｎが１゜０
より大きい場合に噂−噛士一一一一〇 さらに、第５図に示すような四角体状の積層体の場合に
はハウジング内に収容された中空糸シートの積層体とハ
ウジングの側壁に間隙が形成されると、血液がこの間隙
をショートパスし、ガス交換能が低下する恐れがある。

このため、第１図に示すように上記間隙に封止手段１５
、例えばポリウレタン、シリコーン、エポキシ樹脂等を
充填してこの間隙を封止するか、あるいは中空糸シート
の積層体の両側に熱可塑性樹脂フィルム等を貼着し、こ
のフィルムをハウジング側壁に固定して間隙を封止する
。このように積層体とハウジングの側壁に形成された間
隙を封止手段１５で閉塞し、しかも中空糸の積層体の長
幼長（Ｌ）と幅（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が、例えば２．０
以下であれば通常、形状保持手段を設けなくても中空糸
の積層体Ａの形状が保持される。

第６図は中空糸の積層体の上下面と複数の開口を有する
形状保持板２．２゛を設けた人工俸の例である。形状保
持１２．２°としては多孔板が使用できるが、血液の滞
溜を防止するために第７図に示すようξこ中空糸の積層
体の両端部を接着固定した樹脂隔壁５に接して大きな開
口３０を有し、該２つの開口間に多数の開孔３１を設け
た板状体神を使用することが好ましい。また血液の滞溜
を防止する形状上記形状保持板２．２°に設けられた開
口は、血液接触部に対する総開口面積の割合（開孔率）
が１０％以上、通常３０％以上が好ましい。開孔率が１
０％以下であるとハウジングと開口の間や、隣接する開
口間に血液の滞溜が生じ、血栓発生の原因となり、単位
膜面積当りの高いガス交換能が得られなくなる。

第９図は第６図に示す人工肺の断面図であり、血液は形
状保持板２，２°に設けられた開口３旧こより矢印に示
すように全く滞溜することなくスムースに血液出口方向
へ流れる。

上記形状保持板２．２°は血流で変形しない程度の剛性
を有する板状体（ポリエチレン、ポリプロピレンなどの
オレフィン系樹脂１．ポリスチレン、ポリアクリレート
系樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート樹脂、金属薄板
など）が使用される。通常厚み０．５〜５ｍｍのポリカ
ーボネート、ポリアミド、ポリオレフィン系樹脂からな
る尉脂板が好ましく用いられる。

本発明装置を人工肺として使用する場合にはハウジング
内に形成された血液入口室または血液出口室に熱交換手
段例えばステンレスやアルミニウムなどの金属等のパイ
プを組み込んで人工肺と熱交換器を一体化してもよい。

第１Ｏ図は血液室に熱交換手段を組み込んだ入部を樹脂
隔壁５内に埋め込ん−で開口し、両端部に熱交換用流体
の入口１７と出口１８を有するヘッドカバー１９．１９
°を設けている。

第１．１図悼円筒状ハウジング４Ｇ内に中空糸の積層体
Ａを収容した例を示している。

上記中空糸シートの積層体Ａは第１２図に示すように、
多孔性の内筒４２に線状に形成された中空糸シートを巻
回し、これに２つ割りの多孔性の外筒４３を被せて、こ
の外筒の接合部を超音波接着により接着一体化すること
により積層体の形状が保持されている。また多孔性の内
筒４２に原状に形成された中空糸シートを巻回して、テ
ーパ付の多孔性の外筒内に収容してもよい。

多孔性の内筒と外筒の間に収納された中空糸の積層体Ａ
はその両端が開口するようにハウジングの両端を閉塞す
る隔壁４４．４４°で支持固定されている。ハウジング
の上端は、中空糸の内部空間と連通ずるガスの入口４５
と多孔性の内筒４２の内部と連Ｏ 通する血液の入口４６を有する上部へラドカバー−で覆
われている。またハウジングの下端は中空糸の内部空間
と連通ずるガスの出口４７を有する下部へラドカバ−４
８に覆われている。

また円筒状ハウジング４Ｇの上部側壁に血液の出口４９
が設けられている。血液の入口４６の先端は上部隅！４
４°を挿通して多孔性の内筒４２の内部に開口している
。

血液の入口４６から多孔性の内筒４２の内部に導入１； された血液は多孔性の内筒−穿設された開口からガス交
換室に流入し、該ガス交換室を外周方向に向って流れて
円筒状ハウジング４０の上部側壁に設けられた血液の出
口４９から流出する。一方ガスの入口４５から中空糸の
内部に導入されたガスは円筒状ハウジングの下部に向っ
て流れる。

本発明の中空糸型の流体処理装置は上述の人工肺にとど
まらず池の多くの流体の処理に用いられる。例えば、そ
の一つとして中空糸を介して異なる２種類の液体間で物
質移動を行わせる透析等に使用される。この場合には２
種類の液体を中空糸の内部または外部のどちらに流して
も構わない。

通常彼透析物質を含む液体を中空糸内部に流すことが好
ましい。また本発明装置は中空糸を介して気体と液体間
で物質移動を行わ仕て、液体内へ気体を溶解させたり、
気体を放出さけるガス交換などに使用される。この場合
には、上記人工肺と同様に気体を中空糸の内部に流し、
液体を中空糸の外部に流すことが好ましい。さらに中空
糸を介して異なる２種類の気体間で物質移動を行わせる
場合、あるいは気体または液体に含まれる特定の物質を
分離する気体または液体のが過、濃縮などにも使用され
る。この場合には２種類の気体、あるいは気体または液
体を中空糸の内部または外部のどちらに流しても構わな
い。

（作　用） 本発明の流体処理装置は、中空糸シートの積層条件を規
定することにより、中空糸と縦糸で規制された流路が形
成されて、血液のチャンネリングが防止でき流体が完全
なりロスフローで均一に流れる。その結果単位膜面積当
りのガス交換能を向上させることができ、しかも圧力損
失を小さくすることかできろ。

（実施例） 本発明者らは、本発明装置の効果を確認するため以下に
示す種々の実験を行った。

実験例！ 中空糸として、外径３６０μ、内径２８０μ、空孔率約
５０％のポリプロピレン等の多孔性中空糸を用いた。該
中空糸を１本づつ長さ方向の密Ｉｆ　（Ｆ）が１７本／
Ｃｍとなるように配列し、３０デニール（１２フイラメ
ント）のポリエステル糸を縦糸として用（１て縦糸の密
度（Ｗ）が１本／ｃｔａとなるように中空糸を譲状に偏
組した。この中空糸シートを第２図に示すように単位厚
さ、当りの積層枚数（１）ｈ（３（１１（／ａｍ、幅が
８ｃｍとなるように折り畳んで厚さ（Ｔ）が４ｃ＠の中
空糸シートの積層体を形成した。

この積層体のＦＸｔは５１ｆｌであり、有効膜面積は′
、、５８ｍ”であった。この積層体を第７図に示す８ａ
ｍ間隔で直径３＋ｓｍの多数の開孔を穿設した厚さ３．
５ｍｍの２枚のポリプロピレン製の多孔板（両端部に２
゜ｌ中の開口を設ける）で挟持して、角筒状の７−ウジ
ング内に収容した。そして中空糸の両端をポリウレタン
樹脂の隔壁でハウジングに液密に接着しかつ、積層体の
両側端とノ＼ウノングの側壁に形成された空隙に樹脂を
充填して第６図に示す人工肺を作製した。

上記人工肺を３７℃に加温された牛血を用いて、酸素と
血液の流量比が１．０になるように血液と純酸素を流し
、人工肺性能評価基準案（日本人工臓器協会）に従って
試験した結果、最大血液流量７３（ＩＱ　（ｍＱ１分／
Ｉ１１″）、圧力損失１１０５ｍ１Ｈ，ΔＰ、。

／Ｔ”ｒ・ｎ　　Ｏ，３６５であった。

実験例２〜５ 実験例１と同一の中空糸シートを用いて２枚の多孔板に
挟持される中空糸の積層体の積層厚さ（Ｔ）を変えた４
種類の人工肺を作製し、実験例１と同一の試験を行った
結果を表−１に示す。

なお、以下の評価において最大血液流量が２０００（ｒ
ｍＱ１分／１１″）以下、または血液流量が１１２／分
のときの圧力損失が３００　（ｍｍＨｇ）以上は実用上
問題があり、本発明の範囲外とし右端にＢｌを記した。

以下余白 実験例６〜９ 縦糸の密度（Ｗ）を変えた４種類の中空糸シートを作製
して、実験例１と同様に積層厚みＴが４ｃｍ、膜面積１
．５８ｍ”の積層体を形成し、実験例１と同様の人工肺
を作成して、実験例１と同一の試験を行った結果を表−
２に示す。

６　　　　　　Ｇ、１　　　　　１９００　　　　　　
８０　　　１．０７　　※７　　　　　　Ｇ、２　　　
　　２２００　　　　　　７５　　　０．８５７８　　
　　　４７３００　　　　　１８０　　　０．６２６実
験例１０−１４ 実験例１と同一の中空糸を用い、該中空糸の長さ方向の
密度（Ｆ）を変えて配列して実験例１と同様に縦糸密度
（Ｗ）が１本／ｃｍとなるように画状に編組した中空糸
シートを形成し、そして該中空糸シートの単位厚さ当り
の積層枚数■を変えて積層厚みＴが４ｃ＋ｓの積層体を
形成して、実験例１と同様の人工肺を作製した。そして
実験例１と同一の試験を行った結果を表−３に示す。

以下余白 実験例１５〜Ｉ８ 実験例１に示された中空糸を複数本束ね、かつ中空糸束
の配列を変えて、実験例１と同様に縦糸で編組して中空
糸シートを形成した。そして積層厚み当たりの積層枚数
■を変えて厚さ４ｃｍの積層体を得た。この積層体を用
いて実験例１と同様の人工肺を作製し、同様の試験を行
った結果を表−４に示す。

以下余白 実験例１９〜２２ 中空糸として外径２５０μ、内径２１０μ、空孔率的５
０％のポリプロピレン多孔性中空糸を１本づつ縦糸で編
組した中空糸シートの積層体を用い、表−５に示すよう
に各パラメータを変えた実験例！と同様な４種類の人工
肺を作製し、実施例１と同様な試験を行った結果を表−
５に示す、。

以下余白 実験例２３ 外径５１０μ、内径３２０μ、空孔率約５０％のポリビ
ニルアルコールからなる多孔性中空糸を１本づつ長さ方
向の密度（Ｐ）が１４本／ｃｒａとなるように配列し、
縦糸として３０デニール（１２フイラメント）のポリエ
ステル糸を用いて密度（Ｗ）が１本／ｃｍとなるように
中空糸を譲状に編組して中空糸シートを形成した。この
中空糸シートを積層枚数（１）が２２枚／Ｃｔａ、幅が
６ｍとなるように折り畳んで厚さ（Ｔ）４ｃｍの中空糸
シートの積層体を作成を作製しｈｏそのときの有効長は
７ｃｍであった。

この積層体のＦＸＩは３０８であり、育肋膜面積は０．
５２ｍ”であった。

上記装置に３７℃に加温された牛血液を血液流量がｌｏ
ｏｍｌ！／ｓｉｎになるように中空糸の外部に流し、中
空糸の内部のが液を段階的に増加させ、３０分間に膜間
圧力差が急激に上昇する直前の最大濾過流量（ＱＦ−＝
）は４２．１５　（ｍｅ／５ｉｎ）でΔＰ　ｓｏ／　Ｔ
−１・ｎは０．７１６であった。

実験例２４ 外径１２２５μ、内径１７５μのエチレンビニルアルコ
ール共重合体からなる中空糸を１本づつ長さ方向の密度
（Ｆ）が２４本／ｃ＠となるように配列し、縦糸・とじ
て３０デニール（１２フイラメント）のポリエステル糸
を用いて密度（Ｗ）が１本／ｃｍとなるように中空糸を
譲状に編組して中空糸シートを形成した。この中空糸シ
ートを単位厚さ当たりの積層枚数（１）が４５枚／ｃ＠
、幅が６鴨となるように折り畳んで厚さ４ｃ論の中空糸
シートの積層体を作成した。この積層体を実施例２３と
同様に多孔板で挟持して、第６図に示す装置を作製した
。この積層体のＦＸＩは１０８０．有効面積１．１４ｍ
”、中空糸の有効長は８ｃｍであった。

３７℃に加温された牛血液を中空糸内部、透析液を中空
糸外部に流し、人工腎臓性能評価基準（日本人工臓器協
会）に従って試験した結果、尿素のクリアランスは１５
７　（ｒａＱ／　ｍ１ｎ）　、ΔＰ、０／Ｔ−１−ｎは
０．５３３であった。

実験例２５ 外径２６０μ、内径２１０μのポリ−４メチルペンテン
−１からなる中空糸を１本づつ長さ方向の密度（Ｆ）が
２２本／ｃＩＩとなるように配列して、縦糸として３０
デニール（１２フイラメント）のポリエステル糸を用い
て密度（Ｗ）が１本／Ｃ−となるように中空糸を譲状に
偏組した中空糸シートを形成した。

この中空糸シートを単位厚さ当りの積層枚数ｅｌ）が３
６枚／ｃｍ、幅が４−となるように折り畳んで厚さ（Ｔ
　）　３ｃｍに積層した。この積層体のＦＸＩは７９２
であり、中空糸の長幼長は４ｃ１ｍ、有効面積はｏ、２
２ｅであった。この積層体を角筒状のハウジング内に収
容し、中空糸の両端をポリウレタン樹脂の隔壁でハウジ
ングに液密に接着し、かつ、中空糸シートの積層体の両
側とハウジングの側壁に形成された間隙ネに樹脂を充填
して第１図に示す人工肺を作製し実験例１と同一の試験
を行ったところ、最大血液流量は５５０Ｇ　（ｔａ（１
／　ｓｉｎ／　ｔａ”　）であった。

またこの人工肺の圧力損失は４５　（ｍｓＨｇ）で、Δ
Ｐ、。／Ｔ−Ｉ−ｎは０．２７８であった。

実験例２６〜２９ 実験例２５と同一の中空糸シートを用いて積層厚さ（Ｔ
）を変えた４種類の人工肺を作製し、実験例！と同一の
試験を行った結果を表−６に示す。

その時の中空糸の有効長は１Ｏｃｔ、積層体の幅は５Ｃ
１１であった。

以下余白 実験例３０ 中空糸として、外径３６０μ、内径２８０μ、空孔率約
５０％のポリプロピレン多孔性中空糸を１本づつ長さ方
向の密度（Ｐ）が１７本／ｃｔｓとなるように配列して
、経糸として３０デニール（１２フイラメント）のポリ
エステル糸を用いて密度（Ｗ）が１本／Ｃｌ１１となる
ように中空糸を環状に編組して一―枠呻キ申中空糸シー
トを形成した。この中空糸シートを８偏部間隔で直径３
ｍｍの多数の開孔を穿設した厚さ２．５１１１１のポリ
プロピレン製の多孔性内筒（直径２ｃｍ）に単位厚さ当
りの積層枚数（１）が３０枚／ｃｔａ、厚さ（Ｔ）が３
ｃｍとなるように巻回し、その周囲を３ｍ微間隔で直径
３也１の多数の開孔を穿設した厚さ２，５ａｍのポリプ
ロピレン製の２つ割りの多孔性外筒（直径８．５ｃ＋ａ
）で挟持して、該外筒の後台部を超音波接着により接着
して中空糸ノートの積層体を形成した。この積層体のＦ
ＸＩは５［０であり、有効膜面積は１．４８ｍ”であっ
た。この積層体を直径１ｆ１ｃｍ［さ２．５ｓｍの円筒
状のハウジング内に収納した。

そして中空糸の両端をハウジングの両端に形成されたポ
リウレタン樹脂の隔壁で支持させて第１１図に示す装置
を作製し、実験例１と同一の試験を行ったところ最大血
液流量６５００　（ｍ（１／　ｗｉｎ／　ｍ”）であり
、圧力損失は８５　（ＩＩｌｍＨｇ）　、ΔＰ５Ｑ／Ｔ
−１−ｎは０２３２であった。

（発明の効果） 以上のように本発明の中空糸型液体処理装置は、中空糸
を介しての単位面積当りの酸素及び炭酸ガスの交換量が
大きく、血液のチャンネリングや滞留部の発生は殆どな
く、優れた性能が発揮できる。

また、容易に製作できるため安価で、かつコンパクトな
ため体外への血液搬出量が小さくなり、患者の負担を軽
減するという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中空糸型流体処理装置の斜視図である
。 第２図は中空糸シートの積層方法を示す斜視図である。 第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は中空糸シートの断面図
である。 第４図は中空糸ノートの積層方法の他の例を示す平面図
である。 第５図は中空糸シートの積層体の斜視図である。 第６図は中空糸型流体処理装置の他の例を示す斜視図で
ある。 第７図及び第８図は中空糸ノートの積層体を挟持する形
状保持板の斜視図である。 第９図は第６図に示す装置の断面図である。 第１Ｏ図は中空糸とハウジングで形成される空間に熱交
換手段を収容した装置の斜視図である。 第１！図は円筒状に形成された中空糸シートのである。 ・・・・・ハウジング ・・・・・形状保持板 ・・・・・中　空　糸 ・・・・・縦　　糸 ・・・・・隔　　壁 血液出口 血液入口 血液出口室 血液入口室 へラドカバー ガス入口 ガス出口 樹　　　　脂 封止手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１本の中空糸、または複数本の中空糸の束を縦糸で
   連結した中空糸シートの積層体を第１の流体の入口と出
   口、第２の流体の入口と出口を有するハウジング内に収
   容して、該中空糸シートの積層体の両端部を樹脂隔壁に
   埋め込んでハウジングに液密に保持し、かつ該第１の流
   体の入口と出口を中空糸とハウジングで形成される空間
   と連通させ、該第２の流体の入口と出口を中空糸の内部
   と連通させた中空糸型流体処理装置において、 上記１本の中空糸、または複数本の中空糸の束の外径を
   Ｄ（μ）、１本の中空糸、または複数本の中空糸の束を
   連結する縦糸の密度をＷ（本／ｃｍ）、中空糸シートの
   単位長さ当りの１本の中空糸、または複数本の中空糸の
   束の密度をＦ（本／ｃｍ）、中空糸シートの単位長さ当
   りの積層枚数をＩ（枚／ｃｍ）、中空糸シートの積層厚
   みをＴ（ｃｍ）としたとき、 ０．２≦Ｗ≦４．０ ０．５≦Ｔ≦１２．０ １０＾３／（３．０×Ｄ）＾２≦Ｆ×Ｉ＜１０＾３／（
   ０．９３×Ｄ）＾２なる関係をもつ中空糸型流体処理装
   置。