JPS6264372A

JPS6264372A - 膜型人工肺

Info

Publication number: JPS6264372A
Application number: JP20179085A
Authority: JP
Inventors: 深沢　弘道; 和彦萩原
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1987-03-23
Also published as: JPH0548135B2

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】１０発明の背景（技術分野）本発明は、［人工肺に関するものでおる。詳しく）ボベ
ると本発明は、体外血液循環において、血液中の炭酸ガ
スを除去し、かつ血液中に酸素を添加する人工肺におい
て、生体適合性が高く血小板損失が少なく、かつガス交
換能の優れた膜型人工肺に関するものである。

（先行技術）従来、開心術の補助手段等として、良好なガス透過性を
有するガス交換膜を介して、血液と酸素含有ガスとを接
触させてガス交換を行なう膜型人工肺が用いられている
。またこのような膜型人工肺に用いられるガス交換膜と
しては、均質膜と多孔質膜の２種類があり、均質膜とし
ては、主にシリコーン膜が用いられており、一方、多孔
質膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリアクリロニ
１〜リル、ポリウレタン、ポリアミド等の種々の材質の
ものが知られている。このようなガス交換膜には、０２
やＣＯ２に対する透過係数が大きいこと、長期間血液を
循環させても血漿の漏洩が起こらないこと、ざらに、血
液に触れても血液に対する損傷、すなわち血液凝固、微
小血栓生成、血小板損失、血漿タンパクの変性、溶血な
どを起こさないこと等の性能が要求される。しかしなが
ら未だにこれらすべての要望を満たすガス交換膜は開発
されておらず、特に血液に対する損傷の面、すなわち生
体適合性の面は、最も優れているといわれているシリコ
ーン膜においても不充分である。

このため、人工肺等の体外循環においては、通常、薬物
による抗血栓療法が併用され、血液中にヘパリン等を添
加していた。しかしながらヘパリンは抗凝固性作用は期
待できるものの、血小板の粘着、凝集に対してはほとん
ど影響を与えないものであった。

ＴＩ　、発明の目的従って本発明は、新規な膜型人工肺を提供することを目
的とする。本発明はまた、体外血液循環において血液中
の炭酸ガスを除去し、かつ血液中に酸素を添加する人工
肺において、生体適合性が高く血小板損失が少なく、か
つガス交換能の優れた膜型人工肺を提供することを目的
とする。

これらの開目的は、膜を人工肺において、ガス交換膜の
少なくとも白液接触面に、パーフルオロアルキル側鎖を
有するビニルモノマーを１成分とするビニル系共重合体
をコーティングしたことを特徴とする膜型人工肺により
達成される。

本発明は、前記ビニル系共重合体がパーフルオロアルギ
ル側鎖を有する（メタ）アクリレートモノマーを１成分
とする（メタ）アクリレート系共重合体でおる膜型人工
肺を示すものでおる。本発明はまた、前記ビニル系共重
合体がブロック共重合体でおる膜型人工肺を示すもので
おる。本発明はざらに、ブロック共重合体におけるパー
フルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマーよりなる
ポリマー分と共重合体を構成する他のモノマーよりなる
ポリマー分との重量比が０．２５〜１．５である膜型人
工肺を示すものである。本発明はざらにパーフルオロア
ルキル側鎖が−ＣＨ２ＣＨ２（ＣＦ２　）７　ＣＦ３で
ある膜型人工肺を示すものである。本発明はまたガス交
換膜が、多孔質膜である膜型人工肺を示すものである。

本発明はさらに多孔質膜が、オレフィン系樹脂製のもの
である膜型人工肺を示すものである。本発明はさらに、
多孔質膜が、ポリプロピレン製のものである膜型人工肺
を示すものである。本発明はざらにガス交換膜が均質膜
である膜型人工肺を示すものでおる。

本発明はまた、均質膜が、シリコーンゴム製のものでめ
る膜型人工肺を示すものでめる。本発明はまた、ガス交
換膜が中空糸状でおる膜型人工肺を示すものである。本
発明はさらにパーフルオロアルキル側鎖を有するビニル
モノマーを１成分とするビニル系共重合体は、０．００
１〜１０μｍの膜厚にコーティングされているものであ
る膜型人工肺を示すものである。

ＩＨ，発明の具体的構成以下、本発明を図面に基づきより詳細に説明する。

第１図および第２図はそれぞれ本発明の脱型人工肺の一
実施態様に（＋３＆プる細部構造を示す拡大断面図でお
る。

本発明の膜を人工肺１のガス交換膜２は、第１図に示す
ように多孔質膜である、または第２図に示すように均質
膜でおる。ガス交換膜２が多孔質膜である場合、その材
質としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル
、セルロースアセデート等の疎水性高分子が用いられ得
るが、好ましくはオレフィン系樹脂であり、特に好まし
くはポリプロピレンであり、延伸法または固液層分離法
により微細孔を形成されたポリプロピレンが望ましい。

また、この多孔質膜は、例えばその肉厚は５〜８００ｍ
、好ましくは１０〜６０μｍ、空孔率２０〜８０％、好
ましくは３０〜６０％、また細孔３の径は０．０１〜５
．０μｍ、好ましくは０．０１へ−１，ＯＡ１ｍ程度の
ものである。なお本実施態様においては、ガス交換膜２
は内径１００〜１０００μｍ１好ましくは１００〜３０
０μｍの中空糸状のものとされている。一方、ガス交換
膜が均質膜である場合、その材質としてシリコーンゴム
、好ましくはシリカを含有しないシリコーンゴムが用い
られる。この均質膜は、例えばその肉厚は５０〜３００
μｍ１好ましくは８０〜１５０μｍのものである。なお
本実施態様においては、ガス交換膜２は内径１００〜１
０００μｍ、好ましくは１００〜３００μｍの中空糸状
のものとされている。

しかして、該ガス交換膜２の少なくとも血液接触面には
、パーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマーを
１成分とするビニル系共重合体の被膜が形成されている
。

パーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマーを１
成分とするビニル系ブロック共重合体とは、任意のビニ
ル糸上ツマ−とパーフルオロアルキル側鎖をイ１するビ
ニルモノマーよりなる共重合体であり、好ましくは任意
のビニル系ポリマー（すなわちホモポリマー、ブロック
コポリマー、ランダムコポリマー等のいずれであっても
よい。）よりなる母体ブロックに、パーフルオロアルキ
ル側鎖を有するビニルモノマーのホモポリマーよりなる
ブロックが結合したいわゆるＡ−Ｂ型ブロック共重合体
である。パーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノ
マーとしては、−ＣＨ２（ＣＦ２　）２　Ｈ，−ＣＨ２
（ＣＦ２　＞４　Ｈ，−ＣＨ２ＣＦ３、−ＣＨ２Ｃ）−
１２（ＣＦ２　）７　Ｃ）−３等のパーフルオロアルキ
ル基、好ましくは−ＣＨ２ＣＨ２（ＣＦ２　）７　ＣＦ
３を側鎖として有するパーフルオロアクリレート、パー
フルオロメタクリレート等がある。一方、母体ブロック
を構成するビニルモノマーとしては、例えばメチルメタ
クリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレ
ート、２−エチルへキシルメタクリレート等のアルキル
メタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレ
−１〜、ブチルアクリレート等のアルキルアクリレート
などがある。また、パーフルオロアルキル側鎖を有する
ビニルモノマーを１成分とするビニル系ブロック共重合
体において、パーフルオロアルキル側鎖を有するビニル
モノマーよりなるポリマー分と共重合体を構成するその
他のビニルモノマーよりなるポリマー分との重量比は、
０．２５〜１．５、好ましくは０．２５〜１．２とされ
る。すなわち、重量比が０．２５以下であると、血小板
の粘着抑制に必要なミクロ相分離構造があられれない虞
れがあり、一方、重量比が１゜５を超えると、溶媒での
溶解が困鼎となり加工性が低下する虞れがあるためであ
る。該ブロック共重合体は、主鎖内にペルオキシ結合を
有する母体ブロックとなるビニル系ポリマーを得、次い
でこのポリマーを重合開始剤として、分散重合によりパ
ーフルオロアクリレートを重合させることによって得ら
れ得る。

このパーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマー
を１成分とするビニル系ブロック共重合体は、アセトン
、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シク
ロヘキサノン等のケトン類、メタノール、エタノール、
ｎ−ブタノール、５ｅｃ−ブタノール等のアルコール類
、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、ジメチルホ
ルムアミド、テ１〜ラヒドロフラン、ジエチルエーテル
、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ等のエーテル類
、クロロホルムなどの有機溶媒に可溶である。

−に記カス交換膜２の少なくとも血液接触面に、パーフ
ルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマーを１成分と
するビニル系共重合体の被膜４を形成するには、例えば
以下のようにして簡単に行なうことができる。すなわち
、ガス交換膜２の少なくとも血液接触面を該ビニル系共
重合体の例えば１〜１０重量％、好ましくは３〜５重最
％の溶解溶液に浸漬等により接触させた後、溶媒を蒸発
させることにより形成される。用いられる溶媒としては
、上記溶媒のいずれを使用することも可能でおるが、好
ましくは、ケトン類の単独あるいは混合溶媒、およびこ
れらのケトン類とアルコール類との混合溶媒である。し
かしながら、製膜上の溶媒の蒸発のコントロールは必要
であり、例えば４／６（容量比）のメチルエチルケトン
／メチルイソブチルケトン、（４／６）／１０　（容量
比〉の（メチルエチルケトン／メチルイソブチルケトン
）／エタノール等の混合溶媒が適当である。なおこのよ
うなガス交換膜２の該ビニル系共重合体によるコーティ
ングは、膜型人工肺１の組立前にも実施可能であるが、
モジュール組立後に行なうことが、膜型人工肺１のガス
交換膜以外の血液接触面を同時にコーティングできるた
めにより好ましい。

また、該ビニル系共重合体の被膜４の厚さは、０゜０１
〜１０μｍ、より好ましくは０．１〜５μｍでおる。す
なわち５μｍを超えると、ガス交換膜のガス交換能を低
下させるおそれおよびガス交換膜が中空糸状である場合
には、中空糸内に血液を通した場合、血液流路が縮小さ
れてしまう虞れがあるためでおる。

このようにガス交換膜にパーフルオロアルキル側鎖を有
するビニルモノマーを１成分とするビニル系共重合体を
コーティングすることによって接触する血液の血小板成
分等の損傷は極めて低くおざえられる一方、該ビニル系
共重合体は、非常に良好なガス透過性を有しているため
、膜型人工肺の０２添加能およびＣＯ２除去能を実質的
に低下させることはない。

第３図は、本発明の膜型人工肺の一実施態様でおる中空
糸膜型人工肺の組立状態を示すものでおる。すなわち、
該中空糸膜型人工肺１は、ハウジング５を具備してなり
、このハウジング５は筒状本体６の両端部にそれぞれ環
状の雄ネジ付き取付カバー７．８が設けられ、ハウジン
グ５内には、仝休が広がって多数の、例えば１０，００
０〜６ｏ、ｏｏｏ本の上記したように少なくとも血液接
触面がパーフルオロアルギル側鎖を有するビニルモノマ
ーを１成分とするビニル系共重合体によりコーティング
された多孔質または均質の中空糸状のガス交換膜２がハ
ウジング５の長手方向に沿って並列的に相ｎにだ１間配
置されている。そして、このガス交換膜２の両端部は、
取付カバー７．８内においてそれぞれの開口が閉塞され
ない状態で隔壁９，１０により液密に支持されている。

また、上記各隔至９，１０は、ガス交換膜２外周而と上
記ハウジング５の内面とともに第１の物質移動室である
酸素室１１を構成し、これを閉塞し、かつ上記ガス交換
膜２の内部に形成される第２の物質移動流体用空間であ
る血液流通用空間（図示しない）と酸素室１１を隔離す
るものでおる。

一方の取付カバー７には、第１の物質移動流体でおる酸
素を供給する導入口１２が設けられている。他方の取付
カバー８には酸素を排出する導出口１３が設けられてい
る。

上記ハウジング５の筒状本体６の内面には、軸方向の中
央に位置して突出する絞り用拘束部１４を設けることが
好ましい。すなわち、拘束部１４は上記筒状本体６の内
面に筒状本体と一体に形成されていて、筒状本体６内に
挿通される多数のガス交換膜２からなる中空糸束１５の
外周を締め付けるようになっている。こうして、上記中
空糸束１５は、第１図で示すように軸方向の中央におい
て絞り込まれ、絞り部１６を形成している。したがって
、ガス交換膜２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。なあ、後
述する理由により望ましい各部の充填率は次の通りであ
る。まず、中央の絞り部１６における充填率は、約６０
〜８０％、その細筒状本体６内では約３０〜６０％でお
り、中空糸束１５の両端、つまり隔壁９，１０の外面に
おける充填率では、約２０〜４０％である。

次に、上記隔壁９，１０の形成について述べる。

前述したように隔壁９，１０は、ガス交換膜２の内部と
外部を隔離するという重要な機能を果たすものである。

通常、この隔壁９，１０は、極性の高い高分子ポツティ
ング材、たとえばポリウレタン、シリコーン、エポキシ
樹脂等をハウジング５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。ざらに
詳３ｘすれば、まず、ハウジング５の長さより長い多数
の中空糸膜２を用意し、この両開口端を粘度の高い樹脂
によって目止めをした後、ハウジング５の筒状本体６内
に並べて位置せしめる。この後、取付はカバー７．８の
径以上の大きさの型カバーで、ガス交換膜２の各両端を
完全に蕾って、ハウジング５の中心軸を中心にそのハウ
ジング５を回転させながら両″端部側から高分子ボッデ
ィング材を流入する。流し終って樹脂が硬化すれば、上
記型カバーを外して樹脂の外側面部を鋭利な刃物で切断
してカス交換１１！２の両開口端を表面に露出させる。

かくして隔壁９，１０は形成されることになる。

上記隔壁９，１０の外面は、環状凸部を有する流路形成
部材１７．１８でそれぞれ覆われている。

この流路形成部材１７．１８はそれぞれ液分配部材１９
．２０およびネジリング２１．２２よりなり、この液分
配部材１９．２０の周縁部付近に設けられた環状凸部と
して突条２３．２４の端面を前記隔壁９，１０にそれぞ
れ当接させ、ネジリング２１．２．２を取付はカバー７
．８にそれぞれ螺合することにより固定することにより
第２の物質移動流体である血液の流入至２５および流出
室２６がそれぞれ形成されている。この流路形成部材１
７．１８にはそれぞれ第２の物質移動流体である血液人
口２７および出口２８が形成されている。

この隔壁９，１０と、流路形成部材１７．１８とにより
形成される隔壁９，１０の周縁部の空隙部には、該空隙
部に連通する少なくとも２個の孔３１．３２の一方より
充填剤３３．３４を充填することにより前記隔壁９，１
０と接触するようにシールされる。あるいはまた、Ｏリ
ング（図示せず）を介してシールされる。

なお、前記中空糸膜型人工肺において、第１の物質移動
流体としては空気等の酸素含有ガスまたは血液であり、
第２の物質移動流体としては血液または酸素含有ガスで
おる。したがって、第１の物質移動流体がガスの場合に
は第２の物質移動流体は血液であり、一方、第１の物質
移動流体が血液の場合には第２の物質移動流体はガスで
ある。

以上は、中空糸膜型人工肺の場合について説明したが、
積層式、１枚の膜をコイル状に巻いたもの、ジグザグ状
に折込んだもの等の平膜型人工肺についても、用いられ
るガス交換膜の少なくとも血液と接触する而にパーフル
オロアルキル側鎖を有するビニルモノマーを１成分とす
るビニル系共重合体をコーティングしたものであれば、
生体適合性が高く接触する血液の血小板等の損傷が極め
て小さく、かつガス交換能の優れた膜型人工肺が得られ
る。

以下、実施例を挙げて本発明をざらに詳細に説明する。

実施例１およσ比較例１内径２００μ空、肉厚１００μｍのシリコーンゴム製中
空糸膜を用いて、膜面積１．６尻の第３図に示すような
中空糸膜型人工肺を作成した。

一方（メチルメタクリレート／ブチルメタクリレート）
−パーフルオロプロピルアクリレートブロック共重合体
く分子量比（２５：２５）：５０）をメチルエチルケト
ン／メチルインブチルケトンの４７６混合溶媒に溶解し
て３重量％溶液とした。

この（メチルメタクリレート／ブチルメタクリレート）
−パーフルオロプロピルアクリレート共重合体溶液を上
記中空糸膜型人工肺の血液流通面に１分間充填した後、
液を排出しエアーを吹通して、溶媒を除去し、被膜を形
成した。被膜を形成した膜Ｊｖｊへ］［肺（実施例１お
よびコーティング処理をｆｌ　’ｔわなかった膜型人工
肺（比較例１）について／Ｊス交換能を評価するために
、新鮮ヘパリン加生血を用い、Ｍ素ガス分圧３５　ｍｍ
ｔ＋ｇ、炭酸ガス分圧４５ｍｍｔ（ｇとなる静脈血を作
製し、これを人工肺の血液流路に流通させて性能評価を
行なった。なお用いられた生血のヘモグロビン含量は１
２ｇ／旧で、温度は３７°Ｃであった。

酸素流量と血液流♀の比が１のときの血液流量と酸素ガ
ス添加能および炭酸ガス除去能との関係は、第１表に示
すとおりである。第１表から明らかなように実施例１の
膜型人工肺と比較例１の膜型人工肺において、ガス交換
能の実質的相違は認められなかった。

さらに、これらの膜型人工肺を、犬を用いて６時間の静
脈−動脈部分体外循環にかけたところ、実施例１の膜型
人工肺においては、血小板の減少が５％でおるのに対し
比較例１の膜を人工肺においては１５％でめった。

実施例２および比較例２内径２００μｍ、肉厚２５μ７７１ｓ’ｊＥ孔率４５％
、平均孔径７００への多孔性ポリプロピレン製中空糸膜
を用−いて膜面積１．６７１ｉの第３図に示すような中
空糸膜型人工肺を作成した。

一方（メチルメタクリレート／ブチルメタクリレート）
−パーフルオロプロピルアクリレート共重合体（分子量
比（２５：２５）：５０）をメチルエチルケトン／メチ
ルイソブチルケトンの４／６混合溶媒に溶解して３０重
量％溶液を調装した後、エタノールで３重量％にまで希
釈した。この希釈溶液を用いて実施例１と同様にして中
空糸膜型人工肺の血液流通面に被膜を形成した。被膜を
形成膜型人工肺（実施例２）およびコーティング処理を
行なわなかった膜型人工肺（比較例２）について、実施
例１および比較例１と同様にしてガス交換能を評価した
。結果を第１表に示す。第１表から明らかなように実施
例２の膜型人工肺と比較例２の膜型人工肺において、ガ
ス交換能の実質的相違は認められなかった。

ざらに、これらの膜型人工肺を、雑犬を用いた３０時間
の静脈−動脈部分体外循環にかけたところ、実施例２の
膜型人工肺においては、血小板減少が１０％であるのに
対し比較例２の膜型人工肺においては２５％でおった。

（以下余白）％　　　　＝　　　　５　　　　＝ＩＶ、発明の具体的効果以上述べたように、本発明は、膜型人工肺において、ガ
ス交換膜の少なくとも血液接触面に、パーフルオロアル
キル側鎖を有するビニルモノマーを１成分とするビニル
系共重合体をコーティングしたことを特徴とする膜型人
工肺であるから、該模型人］に肺に血液を循環させても
、該膜型人工肺との接触による血液凝固、微小血栓の生
成、血小板損失、血漿タンパクの変性、溶血等の血液成
分の損傷が極めて少なく、いわゆる生体適合性の高いも
のであり、またそのガス交換能も、パーフルオロアルキ
ル側鎖を有するビニルモノマーを１成分とするビニル系
共重合体の被膜は極めてガス透過性が高く、ガス交換膜
の本来有するガス交換能を何ら阻害するものではないた
めに十分なものであり、極めて優れた膜型人工肺である
。

本発明の膜型人工肺は、ざらに前記ビニル系共重合体が
パーフルオロフルキル側鎖を有する（メタ〉アクリレー
トモノマーを１成分とする（メタ）アクリレート系共重
合体である場合、また前記ビニル系共重合体がブロック
共重合体である場合、さらに前記ブロック共重合体にお
けるパーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノマー
よりなるポリマー分と共重合体を構成する他のモノマー
よりなるポリマー分との重量比が０．２５〜１．５であ
る場合、さらにはパー”ノルオロアルキル側鎖が−ＣＨ
２ＣＨ２（ＣＦ２＞ｖ　ＣＦ３である場合にはさらに生
体適合性の高いものとなり、またガス交換膜がオレフィ
ン系樹脂、より好ましくはポリプロピレン製の多孔質膜
またはシリコーンゴム型の均質膜である場合には、その
カス交換能のより優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の膜型人工肺の一実施態
様におけるそれぞれのガス交換膜の拡大断面図であり、
また第３図は、本発明の膜型人工肺の一実施態様である
中空糸膜型人工肺の部分断面図を示す−ｂのである。１・・・膜型人工肺、２・・・ガス交換膜、３・・・細
孔、４・・・被膜、　５・・・ハウジング、　６・・・
筒状本体、９．１０・・・隔壁、　１１・・・第１の物
質移動至、１２．１３・・・第１の物質移動流体導入出
口、１５・・・中空糸束、２７．２８・・・第２の物質移動流体導入出口。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）膜型人工肺において、ガス交換膜の少なくとも血
液接触面に、パーフルオロアルキル側鎖を有するビニル
モノマーを１成分とするビニル系共重合体をコーティン
グしたことを特徴とする膜型人工肺。
（２）前記ビニル系共重合体がパーフルオロアルキル側
鎖を有する（メタ）アクリレートモノマーを１成分とす
る（メタ）アクリレート系共重合体である特許請求の範
囲第１項に記載の膜型人工肺。
（３）前記ビニル系共重合体がブロック共重合体である
特許請求の範囲第１項または第２項に記載の膜型人工肺
。
（４）前記ブロック共重合体におけるパーフルオロアル
キル側鎖を有するビニルモノマーよりなるポリマー分と
共重合体を構成する他のモノマーよりなるポリマー分と
の重量比が０．２５〜１．５である特許請求の範囲第３
項に記載の膜型人工肺。
（５）パーフルオロアルキル側鎖が−ＣＨ＿２ＣＨ＿２
（ＣＦ＿２）＿７ＣＦ＿３である特許請求の範囲第１項
〜第４項のいずれかに記載の膜型人工肺。
（６）ガス交換膜が、多孔質膜である特許請求の範囲第
１項〜第５項のいずれかに記載の膜型人工肺。
（７）多孔質膜が、オレフィン系樹脂製のものである特
許請求の範囲第６項に記載の膜型人工肺。
（８）多孔質膜が、ポリプロピレン製のものである特許
請求の範囲第７項に記載の膜型人工肺。
（９）ガス交換膜が均質膜である特許請求の範囲第１項
〜第５項のいずれかに記載の膜型人工肺。
（１０）均質膜が、シリコーンゴム製のものである特許
請求の範囲第９項に記載の膜型人工肺。
（１１）ガス交換膜が中空糸状である特許請求の範囲第
１項〜第１０項のいずれかに記載の膜型人工肺。
（１２）パーフルオロアルキル側鎖を有するビニルモノ
マーを１成分とするビニル系共重合体は、０．００１〜
１０μｍの膜厚にコーティングされているものである特
許請求の範囲第１項〜第１１項のいずれかに記載の膜型
人工肺。