DE2824898C2

DE2824898C2 - Verfahren zur Herstellung einer künstlichen Niere

Info

Publication number: DE2824898C2
Application number: DE2824898A
Authority: DE
Inventors: Bennie Joseph Walnut Creek Calif. Lipps; Frank Watkins Lafayette Calif. Mather III; William Parry Miami Fla. Murphy jun.
Original assignee: Cordis Dow Corp
Current assignee: Althin Medical Inc
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1978-06-07
Publication date: 1986-03-13
Also published as: NL179453C; CA1116096A; IT1105134B; IT7849796A0; FR2393585A1; DE2824898A1; JPS546398A; CH627369A5; BE868005A; GB1602060A; AU520681B2; NO147094B; NO782025L; US4211597A; AT379083B; NO147094C; NL179453B; NL7806277A; NZ187456A; ATA422078A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Ein derartiges Verfahren ist aus der FR-OS 22 31 421 bekannt. Bei dem aus dieser Veröffentlichung bekannten Verfahren (siehe dort Figur 24) wird ein Strang von parallel zueinander angeordneten semipermeablen Hohlfasern gebildet und in ein kanalförmiges Formelement eingeführt. Das Formelement wird dann mit einer geeigneten klebfahigen Masse vergossen, so daß sowohl die einzelnen Hohlfasern aneinander als auch am Formelement haften. Durch das Vergießen werden sogenannte Rohrboden ausgebildet, die eine Verbindung zwisehen den Fasern und dem Formelement herstellen. Nach dem Erstarren der Rohrboden wird der Faserstrang an den beiden Enden des Formelementes durchtrennt, so daß sich ein Faserbündel ergibt, das in das Formelement eingeformt ist. Das mit dem Formelement

ίο versehene Faserbündel wird dann entfernt, und es kann ein neues Faserbünde! hergestellt werden. Das Faserbündel wird dann mit entsprechenden Mantelhälften verklebt bzw. verschweißt Zur Ausbildung der Bluteinlaß- und Blutauslaßkammer werden getrennte Endele- :nente vorgesehen, die dann wiederum mit den Mantelhälften verklebt bzw. verschweißt werden.

Dieses bekannte Verfahren hat eine Reihe von Nachteilen. Zum einen läuft es diskontinuierlich ab und zum anderen ist zur Ausbildung der Faserbündel immer ein zusätzliches Formelement erforderlich, das als Halterungs- bzw. Lagerungseiement für die Fasern dient. Des weiteren wird zur Umhüllung der einzelnen Faserbündel eine relativ hohe Anzahl von Teilen benötigt, was das Verfahren relativ unwirtschaftlich macht. Soll aus dem umhüllten Faserbündel eine fertige künstliche Niere hergestellt werden, so muß eine Vielzahl von weiteren Einrichtungen an den Mantelhälften bzw. den vorgesehenen Endelementen angeordnet werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter reduziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art zu schaffen, mittels dem eine künstliche Niere in besonders wirtschaftlicher Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Im Gegensatz zu dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik läuft das erfinduiigsgernäSe Verfahren im großen und ganzen kontinuierlich ab. Auf dem Strang der semipermeablen Hohlfasern werden in Abständen fortlaufend Rohrboden ausgebildet, die mindestens doppelt so lang sind wie die Rohrboden der fertigen Faserbündel. Diese Rohrböden werden danach durchtrennt, so daß von dem mit den Rohrboden versehenen Strang jeweils ein fertiges Faserbündel abgetrennt wird. Dies geschieht im wesentlichen kontinuierlich, wobei der Strang intermittierend vorrückt. Die einzelnen Faserbündel werden dann mit speziell ausgebildeten Mantelhäiften umhüllt und schließlich mit diesen verklebt bzw. verschweißt, wobei die Verbindung mit den Mantelhälften über die Rohrböden hergestellt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik kommen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Umhüllung der Faserbündel nur zwei Teile, nämlich die beiden Mantelhälften, zur Anwendung. Diese Mantelhälften sind so ausgebildet, daß in sie die zur Dialyse benötigten Einrichtungen soweit wie möglich integriert sind. Mit anderen Worten, die Mantelhälften weisen Endabschnitte auf, welche die Bluteinlaß- und Blutauslaßkammer bilden, sowie seitlich axial verlaufende Abschnitte zur Ausbildung bzw. Lagerung einer Vielzahl von Hilfseinrichtungen zur Dialyse, beispielsweise einer Blutpumpe, einer BlutdruckmcB-einrichtung, einer Blutdrucksteuereinrichtun«. einem

b5 Blutfilter, einer Bluttemperatur- und/oder -Strömungsmeßeinrichtung, einer Blasenanzeige-, Sammcl- und/ oder Abführeinrichtting, einer Probenzieh-, Analysier- und pH-Meßeinrichtung, Infusionsstellen, Dialysatlei-

tungen und/oder Blutleitungen.

Die beiden Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich daher wie folgt zusammenfassen: das Verfahren läuft weitgehend kontinuierlich ab, und es kommt eine reduzierte Anzahl von Teilen zur Anwendung. Hierdurch lassen sich künstliche Nieren in besonders wirtschaftlicher Weise herstellen.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die DE-OS 23 25 035 verwiesen. Aus dieser Veröffentlichung ist eine künstliche Niere bekannt, die aus Schichten transparenten und flexiblen Materials besieht, welche entsprechend einem vorbestimmten Muster miteinander verbunden sind. Das Muster, mit dem diese Schichten miteinander verbunden sind, erzeugt Flüssigkeitskanäle und Behälter, die innerhalb der Vorrichtung für die zu verarbeitende oder bearbeitende Flüssigkeit vorgesehen sind und auch die erforderlichen Reagenzien oder aktiven Elemente für das jeweilige Verfahren enthalten können. Unter anderem kann die bekannte Vorrichtung auch einen Dialysator enthalten, bei dem es sich um eine Standardvorrichtung handeln kann, die zwischen den einzelnen Kunststoffschichten der Vorrichtung angeordnet ist Derartige Standardvorrichtunge.i haben jedoch nichts mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemeinsam.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte künstliche Niere, Fig.2 eine Seitenansicht der künstlichen Niere nach

Hg. 1,

F i g. 3 einen Schnitt durch die Niere entlang der Linie 3-3der Fig. 1,

F i g. 4 einen Schnitt durch die Niere entlang der Linie 4-4 der Fig. 1,

F i g. 5 eHe auseinandergezogene Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten künstlichen Niere,

Fig.6 einen Schnitt wie in Fig.4 durch eine abgewandelte Querschnittsform der Dialysatkammer,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Endabschnitt einer Niere ähnlich der ir. F i g. 5 gezeigter

F i g. 8 einen Schnitt durch die Niere entlang der Linie 8-8 der Fig. 5 nach dem Verbinden des Faserbündels und der Mantelhälften zu einer einstückigen Einheit,

Fig.9 einen Schnitt durch die Niere nach der Linie 9-9 der F i g. 7,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten künstlichen Niere,

Fig. Il eine D.aufsicht auf noch eine weitere Ausführungsform,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung der Niere in der Ausführungsform nach Fig. 11 an einem Dialysatzufuhr- und Kontrollgerät,

Fig. 13 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung der künstlichen Niere,

Fig. 14 eine perspektivische bildhafte Darstellung des kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung der Faserbündeleinheiten, und

Fig. 15 eine Draufsicht auf die in Fig. 11 gezeigte künstliche Niere, weiter abgewandelt, um die einzelnen Durchlässe für Blut und Dialysat sowie Einrichtungen zum Heniusspülen des Blutes aus der Niere zu veranschaulichen.

Zur Erläuterung der ersten Ausführungsform der einstückigen Niere, die nur unter Zerstörung des Gefüges auseinanderbaubar ist, dient die Ausführungsform der F i g. 1 bis 4, sowie die bevorzugte Ausführungsform der Fig. 5, in der die Bestandteile vor dem Zusammenbau gezeigt sind. Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Niere weist Endabschnitte 12, 14 mit jeweils einer Bluteinlaßkammer 16 mit einem Bluteinlaßkanal 17 oder einer Blutauslaßkammer 18 mit einem Blutauslaßkanal 19 auf.

to Die Blutkammern 16 und 18 sind durch eine Dialysatkammer 20 voneinander auf Absland gehalten und miteinander verbunden, welche aus gekrümmten Abschnitten 22 und 24 gebildet ist. Die Blutkammern 16 und 18 sind blutdichte Kammern, weiche an den Rohrbodenbereichen 28 und 30 gegenüber der Dialysatkammer 20 abgedichtet sind; wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Blutkammer 18 von der Dialysatkarnmer 20 durch den Rohrboden 31 getrennt, welcher eine Vielzahl von Hohlfasern 26 lagert und einkapselt, deren offene Enden mit dem Inneren der Blutkammer l^v- in Verbindung stehen. Der Rohrboden 31 ist flüssigkeit sdicht mit den Mantelwänden 32, 34 verbunden, welche den Rohrboden 31 vollständig einschließen und sich in voller Oberflächenberührung mit ihm befinden. Die Wand 32 ist mit der W.-nd 34 entlang den Außenkanten des Endabschnitts 14 durch eine Keilnutverbindung verbunden, die von einer einstückig mit der Wand 34 ausgebildeten Nut 36 und einer einstückig mit der Wand 32 ausgebildeten Zunge 38 gebildet wird. Eine gleiche Konstruktion ist zur Trennung der Blutkammer 16 und der Dialysatkammer 20 und zum dichten Verbinden der zueinander passenden Abschnitte der Mantelwände miteinander im Endabschnitt 12 vorgesehen (nicht gezeigt).
Die Dialysatkammer 20 ist mit einer Dialysateinlaßöffnung 40 und einer Dialysatauslaßöffnung 42 versehen, die von ähnlicher Ausführung sind wie die Biutauslaßöffnung 19, die in Fig.3 und Fig.8 gezeigt ist. Die Dialysatein- und -auslaßöffnungen 40, 42 sind in den Dialysatkanälen 44 bzw. 46 angeordnet. Diese sind einstückig mit dem gekrümmten Wandabschnitt 22 ausgebildet, enden in einem Paar voneinander auf Abstand gehaltener, sich nach unten erstreckender Zungen 48,50 und werden von einem Paar voneinander a:f Abstand gehaltener. Nutenabschnitte 52 bzw. 54 aufgenommen, die einstückig mit dem gekrümmten Wandabschnitt 24 ausgebildet sind. Die Verbindung der Abschnitte 22 und 24 befindet sich bei 49 entlang dem Wandabschnitt 56, welcher den Dialysatkanal 44 von dem gekrümmten Abschnitt 22 trennt. Der Abschnitt 56 ist mit der Oberfläehe verbunden, welche den Innenteil der Nut 54 über die volle Länge der Berührung bildet, einschließlich des nut 58 bezeichneten Abschnitts, welcher zwischen den mittleren Endabschnitten der Dialysalkanäle 44, 46 liegt. Die Dialysateinlaß- und -auslaßöffnungen ⁴O, 42 sind in Fig. 1 an Punkten angrenzend an den Miticlabschnitt der Dialysatkammer 20 gezeigt, jedoch ist ihre Lage nicht kritisch. Sie können in befriedigender Weise an jedem beliebigen Punkt auf der ganzen Länge der Dialysatkanäle 44,46 oder der Oberfläche der Dialysatsammelleitungen 60, 62 angeordnet sein, beispielsweise an Punkten auf gegenüberliegenden Seiten der Dialysatkammer, wie bei 64, 66 angedeutet gezeigt, oder sie können zu einem einzigen Durchlaß, wie in Fig. 17 gezeigt, zusammengefi ßt sein.

f-5 Die Verbindung der gekrümmten Abschnitte 22 und 24 auf der Seite der Niere 10 gegenüber den Dialysatkanälen 44, 46 wird durch dichtes Verbinden der mit dem Abschnitt 22 einstückiaen Zunee 68 in einer mit dem

Abschnitt 24 einstückigen Aufnahmenut 70 über die gesamte Länge ihre* Berührung durchgeführt.

Die Anordnung des Hohlfaserbündels 26 in der einstückigen Niere !0 relativ zu den umgebenden miteinander verbunden langen Mantelhälften ist am besten aus Fig. 5 ersichtlich. In F i g. 5 ist das Faserbündel 70 von den zusammenpassenden langen Mantelhälften 72 und 74 getrenni gezeigt, die so ausgebildet sind, daß sie die angrenzenden Abschnitte des Faserbündels 70 aufzunehmen und sich mit ihnen zu verbinden vermögen. Das Faserbündel 70 besteht aus einem Paar voneinander auf Abstand gehaltener Rohrboden 76, 78 und einer Vielzahl von Hohlfasern 80. Die Hohlfasern 80 sind Kapülarkunstfasern kleinen Durchmessers und geringer Wanddicke, die semipermeabel oder porös und in der Lage sind, von dem durch sie fließenden Blut Harnstoff oder andere Stoffwechselabbauprodukte zu trennen und diese durch die Wand in die Dialysatflüssigkeit. die außerhalb der Fasern in der Diaiysatkammer strömt, hindurchzulassen. Die Fasern 80 enden mit offenen Kapillaren in den äußeren Endflächen der Rohrboden 76, 78 und bilden die Verbindung zwischen dem Innern der Blutkammern 82, 84. nachdem die Mantelhälften 72, 74 mit den Rohrböden 76, 78 und miteinander entlang ihres gesamten Umfangsendes und den zusammenpassenden .Seitenabschnitten verbunden worden sind. Es ist offensichtlich, daß die Bereiche 86, 88 in der Mantelhälfte 74 im wesentlichen die gleiche Form und Größe haben wie die untere Hälfte der Rohrboden 76, 78. Es ist ebenso ersichtlich, daß die Mantelhälfte 72 mit ähnlich geformten Vertiefungen 90, 92 zur Aufnahme der Rohrboden 76, 78 ausgebildet ist. so daß es lediglich erforderlich ist, das Faserbünje! 70 in Kontakt mit den Mantelhälften 72, 74 zu bringen und alle angrenzenden Oberflächen miteinander zu verbinden, um eine aus einem Stück bestehende integrierte Niere der bevorzugten Gestalt und

Das Faserbündel 70 ist eine wesentliche Komponente der einsiückigen Niere. Die Fasern 80 sind linear angeordnet, um die linsenartige Querschnittsfläche der bevorzugten Ausführungsform der Niere nach F i g. 8 oder die äquivalenten Querschnittsflächen der in den Fig. 4 und 6 gezeigten Ausführungsformen im wesentlichen zu füllen. Es ist daraui hinzuweisen, daß die gekrümmten Abschnitte 22 und 24. welche die Diaiysatkammer 20 in der Ausführungsform der Fig.! bis 4 bilden, wegen der leichteren Herstellung bevorzugt werden, jedoch funküonell mit den in F ι s. 6 gezeigten geraden Wandabschnitten 94, 96 oder weniger linsenförmigen bis zu kreisförmigen Querschnittsflächen äquivalent sind. Ähnliche Verbindungs- und Abdichtungselemente sowie -verfahren, wie vorstehend in Verbindung mit F i g. 4 beschrieben, können bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform verwendet werden. Ein vorteilhaftes Merkmal, welches aus der dargestellten Form der Rohrboden 76, 78 erwächst, besteht darin, daß eine solche Form die Anwendung von Verbindungstechniken und -einrichtungen kontinuierlicher Herstellungsverfahren ermöglicht, was im Anschluß hieran in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren ausführlicher beschrieben wird. Ein weiterer Voneil des Faserbündels 70 besteht darin, daß kontinuierliche Stränge aus einer Vielzahl von Fasern, in Abständen mit Rohrboden versehen und die Rohrböden dann senkrecht zur Fascriängsachse durchtrenni werden können, um die Faserbündel 70 zu bilden. Dieses Verfahren macht ein Schleudergießen gemäß US-PS 34 42 002 überflüssig und wird weiter unten noch ausführlicher beschrieben.

Es kann irgendeine der bekannten semipermeablen Hohlfasern, die als Dialysemembran zu wirken vermögen, verwendet werden, z. B. Zelluloseester. Zellulose. Polyamide, Polyester. Styrolpolymere usw.

Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Rohrboden 76 und der darüberliegende Abschnitt 90 der Mantelhälfte 72 in Flächenberührung fest miteinander verbunden sind, wie an der Linie 100, an der ein Teil des Mantels 90 weggebrochen ist, zu erkennen ist. Wie in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren ausführlicher beschrieben werden wird, werden der Rohrboden 76 und die Mantelhiilften 90 und 86, die z. B. aus einem Thermoplast hergestellt sind, mit ihren zusammenpassenden Flächen durch Wärme und Druck zu einer einstückigen, nicht auseinanderbaubaren Form miteinander verbunden. Wahlweise kann jedoch die dichte Verbindung von Rohrboden und den Mantelabhälften 86, 90 durch den Einschluß eines elastischen Dichtungsringes oder O-Ringes oder irgendeines anderen Dichtungshilfsmittels ergänzt werden.

Die Mantelhälfte 90 erstreckt sich über die äußere Endfläche 102 des Rohrbodens 76 hinaus, um mit der dazu passenden Innenseite 104 der Mantelhälfte 74 die Blutkammer 84 zu bilden. Die Biutauslaßöffnung 105 ist im Bereiche der Außenwand der Blutkammer 84 angeordnet und kann ein herkömmliches Fitting an der Blutrückfühi leitung zum Patienten aufnehmen. Die Fasern 80 erstrecken sich in und durch den Rohrboden 76. und

jo ihre offenen Kapillaren enden in der Ebene der Fläche 102 innerhalb der Biutkammer 84.

Während der Dialyse werden die Außenflächen der Fasern 80 in dem ständig fließenden Dialysai gebadet, welches durch die Dialysateinlaßöffnung 106 (Fig. 5)

J5 eintritt, durch den Dialysatkanal 108 in Richtung dos Pfeiies in Fig. 7 und in das Dialysatsammelrohr 110 siTörni. Das Diälysatsämmciröiir ■ iu ist so uenicsscn, daß es einen gleichmäßigen Dialysatstrom über alle Fasern 80 in der Kammer 72 von Seite zu Seite und über ihre gesamte Länge gestattet. Obwohl die optimale Größe des Dialysatsammelrohrs 110 variiert werden kann, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, es so /u bemessen, daß der Druckabfall über dem Sammelrohr 110 einen kleinen Bruchteil des Druckabfalls über die Länge der Fasern beträgt, d. h. von dem Dialysateinlaßsammelrohr 110 zum Dialysatauslaßsammelrohr 112; z. B. ist der Druckabfall am Einlaßsammeirohr 110 kleiner als etwa 10% des Gesamtdruckabfalls über die Länge der Fasern.

Beim Dialysieren ist es üblich, den Druck au^f dem Dialysat zu verändern, um die Druckdifferenz über die semipermeable Hohlfaserwand zu erhalten, die zur Steuerung der Geschwindigkeit der Wasserentfernung aus dem Blut während der Dialyse erforderlich ist. Unter periodisch auftretenden Bedingungen erreicht der Diaiysat-Unterdruck einen Wert von bis zu etwa —0,7 bar, bezogen auf den atmosphärischen Druck, obwohl die Drücke bei Routinedialysen im allgemeinen wesentlich niedriger sind und im Bereich von etwa — 14 bis etwa — 42 bar liegen. Bei einer länglichen, linsenförmig ausgebildeten Konstruktion, wie in den F i g. 5 und 7—9 gezeigt, kann die Diaiysatkammer gegenüber Zusammenfallen infolge hoher Unterdrücke durch eine Anzahl quer verlaufender Rippen 114 in der Mantelhälfie 72 und eine weitere Reihe quer verlaufender Rippen 116 in der Mantelhälfte 74 verstärkt werden. Wie gezeigt, erstrecken sich die Rippen 114, 116 über die gesamte Länge der Diaiysatkammer 118. Die Anzahl der

Kippen, ihre Tiefe und Form ist der Länge und Gestalt der gekrümmten Dialysatkammcr und der Dicke und l'estigkeil des Mantelmaleriiils anzupassen.

Die !-"ig. 10. Il und 17 zeigen abgewandelte Formen der in der bevorzugten Ausführungsform der F i g. 5 und 7 — 9 gezeigten Konstruktion. Diese abgewandelten Formen veranschaulichen die Vielseitigkeit der fertigen Ni >-e, welche aus der Verwendung des Faserbündels und der damit verbundenen Mantelhälften resultiert. Grundsätzlich können durch Vergrößerung der Mantelabschnitte angrenzend an die Dialysatkammer und Abwandlung ihrer Form, nach Wunsch ausgewählte zusätzliche Teile des Kreislaufs außerhalb des Körpers einfach eingearbeitet werden: sie werden zu integralen Bestandteilen der einstückigen Konstruktionen. Ihr Einbau in die Einheit erfordert lediglich eine zusätzliche Stufe bei dem sonst unveränderten Herstellungsverfahren.

ι ig. IU ZCigi Cine vvciici'c ixici'c, IiV₁UiC cmc Diuieill-

laßkammer 122 aufweist, welche durch den Bluteinlaß 115 gespeist wird, und eine Blutauslaßkammer 124; beide Kammern 122,124 sind durch eine dazwischenliegende Dialysatkammer 126 voneinander getrennt und durch sie miteinander verbunden. Die Rohrboden 128 und 130 lagern Hohlfasern (nicht gezeigt), die sich durch die Dialysatkammer 126, wie oben beschrieben, erstrekken. Das Dialysat tritt durch die Dialysateinlaßöffnung I 32 ein, strömt nach oben durch den angeformten Dialysatkanal 134 hindurch und in das Dialysatsammelrohr 136 hinein, von dort über die Fasern zum Auslaßsamme./ohr 138, den angeformten Dialysatauslaßkanal 140 und die Auslaßöffnung 142.

Da die Blutkammern 122, 124 beim dichten Verbinden der Mantelhälften gebildet werden, ist es möglich, eine mit der Blutkammer verbundene Blutleitung in derselben Weise herzustellen und dieser Blutleitung Elemente hinzuzufügen, die benutzt werden können. Funktionen auszuführen die bisher von separaten Teilen ausgeführt wurden oder nicht in einem Blutdialysekreislauf aufgenommen werden konntei. Ein gutes Beispiel ist die Tropfkammer, die verwendet wird, um verschiedene Funktionen während der Dialyse auszuführen. Diese Funktionen sind in der Nierenkonstruktion als Blasensammelkammer 158 eingebaut gezeigt, die mit der Blutauslaßkammer 124 und einer Serumkapselöffnung 156 verbunden ist. Die Öffnung 156 ist an einer Stelle für Injektionen und Probeentnahmen vorgesehen. Zur Bildung der Oberseite der Kammer 158 ist eine hydrophobe Membran 157 angeordnet, die. wenn erforderlich als Auslaß für die im Blut gesammelten Luftblasen in die Atmosphäre dient, ohne den Durchgang von Blut oder einer anderen Flüssigkeit zuzulassen; die Membran 157 kann mikroporös oder in äquivalenter Weise ausgebildet sein. Diese Konstruktion schaltet die Luft/Blutgrenzfläche aus, die normalerweise bei bekannten Blutdialysetropfkammern vorhanden ist. und schafft einen Blutkreislauf außerhalb des Körpers, der frei von jeglichen Blut/Gasgrenzflächen ist. Ein angeformtes Blutfilter 162 ist in der Blasensammelkammer 158 vorgesehen.

Der Kanal 164 für das venöse Blut unterhalb der Blasensammelkammer 158 ist zur Unterbringung der folgenden Bestandteile gezeigt: Blasenzähler 166, Blutdruckmesser 168, Blutdruckkomrollgerät 170 und Analysator 172 für die Bestimmung der Konzentration gelöster Stoffe, wie Harnstoff, Kreatinin, Harnsäure, sowie wenn gewünscht des pH-Werts. Der Bluteinlaßkanal 173 schließt auch einen Platz für Elektroden 174 ein, welche sich in den Blutkanal 150 erstrecken, um den pH-Wert und die Konzentrationen der Stofiwechselprodukte zu messen. Im Bluteinlaßkanal 173 isi außerdem eine Heparin und/oder Kochsalzlösungs-Infusionsstelle 175 vorgesehen.

) Am Dialysatauslaßkanal 140 angeformt ist ein Analysator 176, um analytische Bestimmungen zu ermöglichen, die am Dialysat zur Ermittlung der Werte für gelöste Stoffe und die Nierenleistung des Patienten vorgenommen werden können. Außerdem ist in dem Dialysatauslaßkanal 140 ein Blutdetektor 178 untergebracht. Durch Einführung von Komponenten in den wegwerfbaren Dialysator können die Blutleitungen 180, 181 über die Bluteinlässe 145 und 179 hinaus bis zu einem Maße vereinfacht und verkürzt werden, daß sie in die einstükkige Konstruktion integriert werden. An der vereinfachten Blutleitung 181 sind Stellen für eine Blutpumpeinrichtung 182 sowie einen Blutdurchflußmesser 184 vorgesehen.

Fig. ii zeigt eine weitere einstückige Nierenkonstruktion 17/, bei der zusätzlich zu den Teilen der Fig. 10 weitere Teile des Kreislaufs außerhalb des Körpers in die Niere integriert sind. Tatsächlich sieht die in Fig. Il gezeigte Ausführungsform 177 praktisch alle wichtigen Zusatzteile des Kreislaufs außerhalb des Körpers vor. die außer dem Blutentnahmegerät und der Dialysatzuführ- und Überwachungseinrichtung erforderlich sind. Außer den Zusatzteilen, die funktionell die gleichen sind wie die der Niere 120 der Fig. 10 und die die gleichen Bezugszeichen haben, obwohl sie an anderen Stellen angeordnet sind, weist die Niere 177 nach F i g. 11 am Bluteinlaß 145 eine angeformten Pumpe 186, beispielsweise eine Rollen-, Druckdosen- oder Zentrifugalpumpe auf, sowie eine Dialysatreinigungs- oder Absorptionspackung 188. Der Bluteinlaß 145 leitet arterielles Blut von der Blutpumpe 186 zum oberen Teil der Niere 177, von wo es nach unten fließt und im Bereich des Bluteinlasses austritt, wo es hü Beginn in die Niere 177 eintrat. Die Absorptionspackung 188 ist angeformt, um das verbrauchte Dialysat von dem Dialysatsammelrohr 138 aufzunehmen, den Harnstoff und andere Stoff wechselabbauprodukte aus dem Dialysat zu absorbieren oder auf andere Weise zu entfernen und es für die Umwälzung zum Dialysateinlaßkanal 132 vorzubereiten. Eine Druckübertragungsverbindung 160 steht mit dem Inneren der Blasensammelkammer 158 angrenzend an den Teil 156 zum Messen des Blutdrucks an dem Auslaßende der Niere 177 in Verbindung.

Die Stellung der Niere nach der in F i g. 11 gezeigten Ausführungsform bei Anwendung zur Blutdialyse ist in Fig. 12 dargestellt. Die Niere 177 ist an geeigneten Lagern (nicht gezeigt) an der Vorderseite des Dialysatabgabegeräts 183 angebracht und durch relative kurze, am Bluteinlaß 145 bzw. dem Blutauslaß 179 angebrachte Blutleitungen 185, 187 für arterielles und venöses Blut an den Patienten angeschlossen. Dialysatleitungen sind aufgrund der direkten Verbindung des Dialysateinlasses 132 und des Auslasses 142 mit den im Dialysatabgabegerät 183 angeordneten Dialysatzuführ- und -Umwälzungskanälen oder-leitungen eliminiert.

Die Niere 177 der F i g. 11 ist in F i g. 5 weiter abgewandelt dargestellt, um die einzelnen Führungen für den Eintritt und Austritt von Blut und Dialysat zu erläutern. Die Niere weist auch angeformte Teile zum Herausspülen von Blut aus der Niere zum Patienten und zur Behandlung der Niere für mögliche Wiederverwendung in steriler Form auf. Wie aus Fig. 15 ersichtlich ist. ist anstelle der getrennten Blutein- und -auslasse 145, 179 in der Ausführungsform nach Fig. 11 ein einziger

Durchlaß 255 für den Bluteintritt und -austritt vorgesehen. Der Blutdurchlaß 255 ist an der Verbindung des Bluteinlaßkanals 173 und des Blutauslaßkanals 164 angeordnet und weist einen Innenwandvorsprung 257 und einen Außenwandvorsprung 258 auf. Ein Verbindungsstück 256 ist kegelstumpfförmig ausgebildet, um gegen den Außenwandvorsprung 258 zu stoßen und die Blutzuführleitung 181 und die Blutrückführleitung 180 in dem gemeinsamen Durchlaß 255 zu verbinden. Das Verbindungsstück 256 ist innen durch einen Scheidewandkörper 259 in zwei Abteile 261, 263 unterteilt. Der Körper 259 steht genügend über die innere Dichtungsfläche des Verbindungsstücks 256 vor, um gegen den Vorsprung 257 abzudichten, wenn das Verbindungsstück 256 in den Durchlaß 255 eingesetzt wird, wodurch der Bluteinlaß 181 mit dem Kanal 173 und der Blutauslaß

180 mit dem Kanal 164 verbunden wird.

Das Dialysat wird durch das Dialysateinlaßsammel-

ΓΟιιΓ J3u cingciüiifi lind düS dci' AuSüi'puOnSpackung 188 über einen einzigen Dialysatauslaß 265 entfernt, die ähnliche Elemente und Abdichtungsmittel wie der Blutdurchlaß 255 aufweist, deren Einzelheiten in Fig. 15 nicht gezeigt sind.

Zusätzlich zu der Vereinfachung der Herstellung, die aus der Konstruktion mit einem einzigen Durchlaß resultiert, ist die Niere der Fig. 15 bei der Vorbereitung der Dialyse auch leichter anzuschließen. Bei der üblichen Reihenfolge muß bei der Vorbereitung einer Hohlfaserniere die Niere nach dem Durchspülen mit Blut beschickt werden, und zwar nachdem sie vorher aus der Stellung, die sie normalerweise während der Dialyse einnimmt, umgekehrt (auf den Kopf gestellt) wurde, damit etwa eingeschlossenes Gas in die Atmosphäre entweichen kann. Der gemeinsame Blutdurchlaß 255 macht dieses Umkehren der Niere zum Beschicken mit Blut in Aufwärtsrichtung überflüssig, da die Blutleitungen 180,

181 durch Zurückziehen des Verbindungsstücks 256. Drehen desselben um 180° und erneutes Verbinden mit dem Blutdurchlaß 255 umgekehrt werden. Eine ähnliche Umkehr ist beim Dialysatauslaß 265 gegeben, wenn dies zum Rückspülen oder dergleichen erforderlich wird.

Am Ende der Blutdialy^ebehandlung ist es üblich, das in der künstlichen Niere befindliche Blut des Patienten durch die Niere und die Blutleitungen in den Patienten zurückzuspulen. Dieser Schritt erfordert normalerweise die Hilfe eines Fachmanns, um die arterielle Blutleitung zu unterbrechen, einen Vorrat steriler Kochsalzlösung anzuschließen und das Blut sorgfältig zu verdrängen, ohne dem Patienten die Kochsalzlösung zu injizieren. Die Konstruktion nach Fig. 15 schließt zur Vereinfachung des Vorgangs Einrichtungen zum automatischen Rückspülen des Blutes aus der Niere und den zugeordneten Teilen mit etwa der vorgegebenen erforderlichen Menge steriler Kochsalzlösung zur Verdrängung des Blutes aus dem Kreislauf außerhalb des Körpers ein, während gleichzeitig die Niere zur Wiederverwendung, insbesondere bei demselben Patienten, vorbereitet wird. Der Beutel 267 für die sterile Kochsalzlösung 267, der eine flexible, nach oben gewölbte Deckenschicht hat, wird anfangs mit der vorberechneten Menge steriler Kochsalzlösung, im wesentlichen gleich dem Volumen des Blutes in den der künstlichen Niere zugeordneten Teilen und den Blutleitungen zur Stelle der arteriellen Blutabnahme, gefüllt. Diese Lösung wird von dem Bluteinlaßkanal 173 durch das Ventil 169 isoliert, bis eine Rückspülung erwünscht ist; zu diesem Zeitprnkt wird bei abgeschalteter Blutpumpe das Ventil 269 geöffnet und eine Druckkraft, beispielsweise durch mit dem Dialysatabgabegerä* 183 verbundenen Vorrichtungen, ausgeübt, um die sterile Kochsalzlösung aus dem Beutel 267 herauszutreiben.

Es wird nun das Verfahren zur Herstellung der künstliehen Niere beschrieben. Hierbei werden kontinuierlich Hohlfaserbündel mit Rohrboden als Endkörper erzeugt und zwischen zwei Mantelhälften angeordnet, die separat geformt worden sind, um das Faserbündel zu umgehen und in dichtenden Eingriff mit ihm zu treten. Die

ίο Mantelhälften sind so gestaltet, daß sie ein Paar strömungsmitteldichter Endkammern bilden, die durch eine dazwischen angeordnete strömungsmitieldichte Kammer auf Abstand gehalten sind; die dazwischenliegende Kammer enthält in ihrem Inneren das Faserbündel. Diese drei Kammern werden gleichzeitig durch Zusammenfügen der Mantelhälften mit den Rohrkörperabschnu ten des Faserbündels und miteinander an allen ineinan dergreifenden Berührungsflächen gebildet. Die entstehende Vorrichtung ist die aus einem Teil bestehende, nicht auseinanderbaubare künstliche Niere.

Wie schematisch in F i g. 13 gezeigt, schließt das Verfahren folgende Schritte ein: Zuführen von Hohlfasersträngen entlang einer Geraden und Zusammenfassen einer Anzahl von Strängen zu einem Bündel. An einer ersten Stelle des Bündels werden die Fasern vergossen oder mit einem geeigneten Harz eingekapselt, um einen Rohrboden zu bilden. Das Bündel wird um eine Strecke gleich der gewünschten Länge des fertigen Faserbündels vorgerückt, und es wird ein zweiter Rohrboden gebildet. Nach einem weiteren Vorrücken des Bündels werden die Rohrboden bearbeitet (geglättet und dgl.) und in Querrichtung durchtrennt, so daß eine Hohlfaserbündeleinheit 190 entsteht. Die Mantelhälften 191, jeweils zwei, werden separat in der erforderlichen Größe und Gestalt hergestellt, so daß sie dichtend an die Rohrboden des Faserbündels anpaßbar sind, wie in den Fi".! bis 12 ^eze^t. Dann wird eine Faserbündeleinheit 190 zwischen die Mantelhälften 191 in Stellung gebracht, und es werden ggfl. Zusatzteile, wie beispielsweise eines oder mehrerer der in den F i g. 10, Il und 17 gezeigten Teile, zugefügt. Die zusammengefegten Teile werden dann an allen Berührungsflächen dichtend miteinander verbunden.

Das Verfahren ist auch hinsichtlich des Einbaus des Faserbündels variabel. Das Bündel kann beispielsweise Hohlfasern verschiedener Arten einschließen, die aus verschiedenen Polymeren hergestellt sind und unterschiedliche Permeabilitäten für gelöste Stoffe niedrigen, mittleren und hohen Molekulargewichts und/oder unterschiedliches Vermögen zur Abtrennung von Wasser aus Blut oder anderen in den Fasern strömenden wäßrigen Flüssigkeiten aufweisen. In ähnlicher Weise läßt sich die Rohrbodengröße und -gestalt leicht verändern, und zwar durch Anpassung des Formhohlraums an die verschiedenen Bündeldicken; es können Faserbündel jeder beliebigen gewünschten Länge hergestellt werden durch Veränderung des Abstandes zwischen den Rohrboden auf dem Bündel. Somit läßt sich die Gesamtmenge semipermeabler Oberflächenbereiche, die zur Benutzung verfügbar sind, wenn gewünscht, leicht verändern. Die Rohrboden werden durch Ausfüllen der Räume zwischen den linear angeordneten Hohlfasern im Bündel, während es in der Form festgelegt ist, sowie Füllen der Form selbst mit einem flüssigen Harz, das sich in der

fc5 rorm verfestigt, gebildet. Der fertige Rohrboden hat eine dem Formhohlraum entsprechende Außenkontur. Die als Heißschmelzkleber allgemein bekannten Harze, die in der Verpackungsindustrie in großem Umfang ein-

gesetzt werden, sind zur Herstellung der Rohrboden geeignet. Als besonders geeignet haben sich die PoIyäthylenhar;;e niedrigen Molekulargewichts nach der. US-PS 34 28 591 und 34 40 194 erwiesen. Die Rohrboden werden in einer solchen Länge in Richtung der Fascrachse auf dem Bündel hergestellt, daß ein anschließendes Durchschneiden des Rohrbodens mit den Fasern darin in der Mitte unter Bildung von zwei Rohrboden möglich ist. Der geformte Rohrboden ist also (in Richtung der Faserlängsachsen gesehen) mindestens zweimal so lang wie die Länge des Rohrbodens auf der in der Herstellung befindlichen Faserbündeleinheit sein soll.

Die Art und Weise der Ausbildung von Faserbündeln gemäß deir Verfahren ist in der Fig. 14 gezeigt. Hohlfasern werden in einer Anzahl kontinuierlicher Stränge 192, von denen jeder eine Vielzahl von Fasern enthält, /um Beispiel 30 bis 600, insbesondere etwa 200 bis 600, durch umlaufende Trommeln 194, 196, 198 unter Bildung eines Bürdeis 2öö zusammengeführt. Das Bündel 200 kann im allgemeinen zwischen etwa 3000 und 30 000 llohlfasern enthalten; für eine Verwendung in einer künstlichen Niere hat jede Hohlfaser allgemein einen Innendurchmesser im Bereich von etwa 150 bis etwa 300 μηι bei einer Wanddicke im Bereich von etwa 20 bis 50μΐη.

Nachdem das Bündel 200 geformt ist, wird es zu einer Station 202 zur Rohrbodenausbildung geführt. An der Station 202 wird das Bündel 2G0 in eine zweiteilige Form eingelegt. Der untere Te:' der Form besteht aus irnem beheizten Abschnitt 204, der zwischen angrenzenden Bündelkühl- und Einspannteilen 20b, 208 angeordnet ist. Der obere Teil besteht entsprechend aus einem beheizten Abschnitt 210 und angrenzenden Bündelkühl- und Einspannteilen 212, 214. Das Bündel 200 wird durch die Einspannflächen 209, 211 der Teile 214 bzw. 212 zwischen den beheizten Formabschnitten 204 und 210 festgehalten. Diese Flächen 209 und 211 drük ken gegen das Bündel, wenn der obere Formteil durch bekannte Einrichtungen (nicht gezeigt) mit dem unteren Formteil in Druckberührung gebracht wird. ' "hdem die Form geschlossen worden ist, wird das i. .vählte flüssige Polymere durch die Harzzuführleitung 213 in die Form und durch die Zwischenräume zwischen den llohlfasern innerhalb der erwärmten Formabschnitte 204, 210 einströmen gelassen. Das überschüssige Harz strömt durch die Harzauslaßleitung 215 wieder aus. Im allgemeinen ist das Rohrbodenharz ein Heißschmelzkleber, der bei Raumtemperatur fest und bei Temperaturen von 65°C bis 110°C flüssig ist und bei der Vergießtemperatur von etwa 100°C bis 17O⁰C eine niedrigere Viskosität im Bereich von etwa 500 bis 5000 mPa aufweist. Harze von solcher Viskosität neigen dazu, die Hohlfasern in kürzerer Zeit vollständig zu benetzen und einzukapseln und werden daher bevorzugt. Nach Einführung des Harzes zum Füllen der Faserzwischenräume und der Form, was etwa 30 Sekunden bis etwa 20 Min. bei Strömungsgeschwindigkeiten von 10 bis 100 g je Min. bei 100° bis 170°C, je nach Harzviskosität, erfordert, wird der Harzzustrom gestoppt und die Form gekühlt, um das Harz zu verfestigen und den Rohrboden 216 umzubilden. Nach dem Abkühlen wird die Form geöffnet und der Rohrboden herausgenommen. Obwohl für die Herstellung der Rohrboden thermoplastische Harze bevorzugt werden, können auch duroplastische Harze mit befriedigendem Ergebnis verwendet werden, wie beispielsweise Phenolharze, Polyurethane, Epoxidharze usw. Bei Verwendung von duroplastischen Harzen müssen natürlich entsprechende Veränderungen in der Form 202 vorgenommen werden, um sie dem jeweils gewählten spezifischen Harz anzupassen.

Nachdem der Rohrboden 216 aus der Form 202 entfernt worden ist, wird das Bündel 200 um die für die

ι Faserbündeleinheit gewünschten Länge w:te^rge5choben, im allgemeinen um etwa 15 bis 40 cm, für die künstlichen Nieren z. B. um etwa 20 bis 05 cm. Als Richtlinie sei gesagt, daß ein Bündel von 33 cm Länge mit etwa 7200 Fasern einer Wanddicke von etwa 20 bis 40 um und einem Innendurchmesser von etwa 200 μm eine künstliche Niere mit einem Oberflächendurchlässigkeitsbereich von etwa 1,5 ml ergibt. Das Teilen oder Zerschneiden des Rohrbodens 216 wird nach bekannten Verfahren durchgeführt, bei denen es sich im allgemei-

r, iien um ein Schneiden und anschließendes Bearbeiten handelt, um die glatte, von Partikeln und Hohlräumen freie Rohrbodenoberfläche, die für den Kontakt mit dem Blut innerhalb der Blutkammer erforderlich ist, zu schaffen. Wie in Fig. Ί4 gezeigt, wird ein Rohrboden 216 bis zum Schneidgerät 218 und der Bearbeitungsvorrichtung 220, die durch geeignete Einrichtungen, wie beispielsweise die Walze 222 betätigt wird, zum abschließenden Bearbeiten vorgeschoben. Das Durchschneiden des Rohrbodens 216 in der Mitte auf der Linie 224 eiv.eugt ein Paar Rohrböden 226, 228, von denen jeder einen Endkörper einer Faserbündeleinheit 190 bildet. Es kann auch eine Vielzahl von Formen 202, über eine vorbestimmte Länge des Faserbündels 200 verteilt, vorgesehen sein, um gleichzeitig eine Vielzahl von

jo Rohrboden zu bilden und dadurch die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Fig. 14 dient lediglich zur Veranschaulichung des Verfahrens.

Der Mantel 191, der Formen entsprechend den in den F i g. I bis 5 gezeigten haben kann, kann aus einer großen Anzahl geeigneter Kunststoffe hergestellt werden. Der Kunststoff ist z. B. weitgehend transparent und soil· te schlagfest und in den dünnen Abschnitten genügend stark sein, um einem Zusar. menfallen unter den Innendrücken, wie sie üblicherweise in der Dialysatkammer zur Anwendung kommen, standzuhalten. Der Kunststoff muß nach den herkömmlichen Verfahren, wie Spritzgießen oder Warmformverfahren, in ^^;e gewünschte Form verformbar sein und sollte mit sich selbst verbindbar sein, z. B. durch Heißschmclzklebung bei angemessen niedrigen Temperaturen und Anwendung von Druck. Zu den geeigneten Materialien gehören Polypropylen, schlagfestes Polystyrol und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harze. Eine Verbesserung in bezug auf ein leichtes Verbinden oder Verkleben läßt sich durch Vorsehen einer Schicht aus einem Kunststoff niedrigeren Schmelzpunktes auf den Eingriffsflächen des Mantels aus Polypropylen, ABS usw., wie zum Beispiel einer Schicht aus Polyäthylen, erreichen. Derartige Laminate können nach den herkömmlichen Kaschierverfahren mit oder ohne Anwendung zusätzlicher Klebstoffe hergestellt werden.

Es werden Mantelhälften verwendet, die so ausgebildet sind, daß sie die voneinander auf Abstand gehalte-

bo nen Blutkammern und die verbindende Dialysatkammer der in den F i g. 5 und 7 bis 9 gezeigten Art einschließen. Es ist jedoch zu bemerken, daß die grundlegende Aufgabe der Schaffung einer einstückig ausgebildeten, nicht auseinanderbaubaren künstlichen Niere auch mit nicht identisch geformten Mantelhälften erfüllt werden kann.

Hierzu 8 Blaf Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer künstlichen Niere mit einem eine Dialysatkammer einschließenden Mantelkörper, einem Bündel semipermeabler Hohlfasern in der Dialysatkammer mit je einem Rohrboden an seinen beiden Enden, in deren nach außen weisenden Stirnflächen die Hohlfasern mit offenen Enden münden und die fiüssigkeitsdicht am Mantelkörper angebracht sind, so daß die Dialysatkammer gegen eine Bluteinlaßkammer und eine Blutauslaßkammer abgedichtet ist, welche über die Hohlfasern miteinander in Verbindung stehen, bei dem ein Strang von semipermeablen Hohlfasern in Parallellage zugeführt, mit Rohrboden versehen und in Abständen durchtrennt wird und bei dem die einzelnen, mit Rohrboden an beiden Enden versehenen Faserbündel mit zwei Häiften des Mantelkörpers in dichter Ansage mit den Rohrböden umhüllt werden, wonach die fvianteihäiften miteinander und den Rohrböden verschweißt bzw. verklebt werden, d a durch gekennzeichnet, daß Rohrboden,die mindestens doppelt so lang sind wie die Rohrboden der Faserbündel, nacheinander in Abständen an dem Hohlfaserstrang ausgebildet werden, daß die Rohrboden danach zur Ausbildung der Faserbündel durchtrennt werden und daß die einzelnen Faserbündel mit zwei Mantelhälften umhüllt werden, die jeweils einstückig mit Endabschnitten, welche die Bluteinlaß- u: d Blutauslaßkammer bilden, sowie mit seitlich axial verlaufenden Abschnitten zur Ausbildung bzw. Lagerung mindestens einer Hilfseinrichtung zur Dialyse versehen sind.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlfaserstrang zur Ausbildung der Rohrboden intermittierend durch eine Form geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Rohrboden versehene Hohlfaserstrang aus der Form herausgeführt und dann durchtrennt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel mit zwei Mantelhälftcn umhüllt werden, die einstückig mit der Hilfseinrichtung zur Dialyse ausgebildet sind.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel mit Mantelhälften umhüllt werden, in die Blutzuführ/Rückführ- und Dialysatzuführ/Rückführkanäle an- bzw. eingeformt sind.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel mit Mantelhälften umhüllt werden, deren Endabschnitte und seitlich verlaufende Abschnitte zumindest teilweise flach ausgebildet sind.