DE2116536A1 - Gelochtes Gebilde zur gegenseitigen Abstützung und Halterung von Membran^ teilen einer Diffusionsvorrichtung, insbesondere für oder in Verbindung mit einer künstlichen Niere - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dan ν en be rg

DR.V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEINHOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAII-4

OR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

2. April 1971 Serial No. 26.546

PV-; /lc s

Baxter Laboratories, Inc., Morton Grove, 111. 60053, USA

Gelochtes Gebilde zur gegenseitigen Abstützung und Halterung von Membranteilen einer Diffusionsvorrichtimg, insbesondere für oder in Verbindung mit einer künstlichen Niere

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gebilde zur Halterung und gegenseitigen Abstützung und insbesondere ein gelochtes oder durchbrochenes Gebilde in Form eines Netzes, das sowohl bei einer künstlichen Niere als auch bei anderen·Vorrichtungen, bei denen eine Diffusionsmembran Verwendung findet, zu deren Halterung bzw. Stützung'dienen kann. Ein Beispiel einer anderen Vorrichtung, die auf dem Gebiet der Medizin bekannt ist, und bei der die Erfindung anwendbar ist, ist ein Oxygenator für Blut. Für die Zwecke der nachstehenden Erläuterung wird jedoch das Stützgebilde in Verbindung mit einer als künstliche Niere dienenden Vorrichtung im einzelnen behandelt, wobei Jedoch zu beachten ist, daß die Erfindung nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt ist.

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Eine als künstliche Niere dienende Vorrichtung ist, allgemein gesprochen, eine Vorrichtung, mittels derer man durch Diffusion bestimmte organische und anorganische Stoffe aus dem Blut entfernen kann, die der Körper nicht auf andere Weise ausscheiden kann, v/eil er daran durch eine Beeinträchtigung gewisser Körperfunktionen oder Ausfall dieser Funktionen gehindert ist. Die Entfernung des unerwünschten Stoffes wird durch 'Zuhilfenahme einer halbdur'chlässigen dialytischen filmartigen Membran durchgeführt, die das auf ihrer einen Seite befindliche Blut von einer Wasch- oder Dialyselösung trennt, welches sich auf ihrer anderen Seite befindet. Der Übergang der unerwünschten, im Blut befindlichen und aus diesem abzuscheidenden Substanz zu der Dialyselösung wird entweder in einem mit einem einzigen Durchgang arbeitenden Dialysator oder in einem mit Rückführung bzw. wiederholten Durchlauf arbeitenden Dialysator unter Verwendung einer. Lösung bewerkstelligt, deren Konzentration geringer als die Konsentration des Stoffes ist, der vom Blut in die Lösung überführt werden soll.

Wie es zu erwarten ist, wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung mindestens zum Teil durch die Größe der Oberfläche der Membran bestimmt, die sowohl dem Blut als auch der Dialyselösung ausgesetzt ist und an der sowohl das eine Medium als auch das andere entlangströmt. Einerseits sind Dialysatoren bekannt, bei denen Dialysemembranen angewendet sind, die nicht gegenseitig abgestützt und/oder nach außen hin gehalten sind. Andererseits gehören zum bekannten Stand der Technik Dialysatoren, bei denen gegenseitig abgestützte oder in Abstand voneinander gehaltene Membranen angewendet sind. Im allgemeinen wird die Membran bei der letztgenannten Gruppe von Dialysatoren über ihre gesamte Länge abgestützt. Dazu ist ein Abstützorgan bzw. eine Halterung für die Membran in Form einer Spule, z.B. bei einem in Form ei--, ner Spule gewickelten Dialysator, vorgesehen, oder in flachliegender Form, wie z.B. bei einem mit einem Film gebildeten Dialysator, wobei das Abstützungsorgan, z.B. in Form eines spiralförmigen Wickels bzw. in Form einer flachen Lage, in Richtung dieses Wickels bzw. der Lage ein Trennorgan für die in gleicher

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Weise spiralig bzw. flach verlaufende Membran zwischen deren aufeinanderfolgenden Windungen bzw. Schichten darstellt. Eine abgestützte Membran hat eine geringere, den beiden strömenden Medien ausgesetzte Oberfläche, durch die hindurch die Diffusion der Viaεch- oder Dialyseflüssigkeit erfolgt. Nichtsdestoweniger hat jedoch die Entwicklung sich mit denjenigen Merabranvorrichtungen befaßt, bei denen die Membranen abgestützt bzw. gehaltert sind; in diesem Sinne bezweckt die vorliegende Erfindung, ein netsartiges Gebilde zur Abstützung einer solchen Membran in solcher Weise zu schaffen, daß der durch ein solches Gebilde abgedeckte Bereich der Membranoberfläche stark gegenüber den bekannten Vorrichtungen dieser Art verringert wird. Ferner bezweckt die Erfindung, in Verbindung mit einer Diffusionsmembran ein Netz oder netzartiges Gebilde zu schaffen, das eine bessere Abstützung der Membran dadurch gewährleistet, daß der Abstand der Stränge des Netzes oder netzartigen Gebildes geringer ist als bei derartigen bekannten Gebilden und auch sonstige Eigenschaften bei Verwendung für oder in einer als künstliche Niere dienenden Vorrichtung verbessert werden.

Bei einer Ausführungsform einer solchen, nachstehend kurz als künstliche Niere bezeichneten Vorrichtung, bei der ein gelochtes, netzartiges Gebilde als Abstützung der Membran und zur Trennung von Membranschichten oder Membrenwincungen dient, ν/ie es in der deutschen Offenlegungsschrift 14 91 741 und der entsprechenden, bekanntgemschten deutschen Patentanmeldung P 14 31 741.0 vom 14.6.1966, Anmelder Dr. med. J. Hoeltzenbein, Erwerber Fe. Baxter-Laboratories, Inc. und in dem im wesentlichen hierauf f"ußenden USA-Patent 3 510 004, angemeldet auf den Erfinder, Dr. J. Hoeltzenbein, Erwerber Fa. Baxter Laboratories, Inc., offenbart ist. Gegenstand der vorgenannten deutschen Patentanmeldung ist im wesentlichen eine künstliche Niere, bei der der Kapillardialysator in Form eines oder meh rerer Schläuche eus Kunststoff oder Zellglasfolie als Spirale aufgewickelt ist und zwischen die Windungen des bzw. jedes Schlauches ein poröses Band aus einem Netz eingebettet ist", -

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das aus zwei Lagen von sich kreuzenden Drähten besteht, die vor dem Aufwickeln in jeder lage parallel zueinander sind und planebene Netzoberflächen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in je zwei aufeinanderfolgenden Bandwindungen die Drähte derjenigen Lagen, die der einen bzw. der anderen Seite der zwischen diesen Bandwindungen flachgedrückten ,Schlauchwindung unmittelbar benachbart sind, sich in einem spitzen oder rechten Winkel kreuzen und an ihren Kreuzungepunkten die Schlauchwandungen • punktförmig zusammendrücken, während diese im Gebrauch in den

Netzmasehen statistisch homogen verteilte Aussackungen und . Strömungskanäle für das Blut und die Waschlösung bilden. Vor-) · zugsweise ist die künstliche Niere mit einem Kapillardialysator aus mehreren Schläuchen versehen, bei dem die Schläuche zwischen zugehörigen Wickelbändern als mehrgängige ebene Spirale gewiekelt sind, wobei die Anfänge und die Enden der Schläuche über den Umfang der Spirale unter sich gegeneinander versetzt sind.

Einer der Hauptansprüche des USA-Patents 3 510 004 bezieht sich auf eine künstliche Niere, bei der als Dialysator ein abge-* flachter Schlauch aus Kunststoffilmmaterial verwendet wird, der spiralförmig aufgewickelt ist und zwischen gelochten Bändern eines netzförmigen Gebildes liegt, dadurch gekennzeichk net, daß die künstliche Niere ein spiralförmiges Gebilde aus Dialysatorschlauch aufweist, das zwischen den Netzbändern eingelegtund um einen Kern gewickelt ist, daß ferner das netzförmige Band aus einem Netz besteht, das aus sich kreuzenden Strängen hergestellt ist und eine obere Lage sowie eine untere Lage von innerhalb der Lage zueinander parallelen 'Strängen aufweist, die vor dem Aufwickeln in je einer Ebene liegen, daß jede Lage der sich lageweife kreuzenden '. tränge an einer der zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Dialysatorschlaucher anliegt und diesen gegen die als .Windung nächstfolgende Schlauchseite abstützt und die auf der einen Seite des Schlauchet- anliegenden Stränge einen Winkel mit denen auf der anderen Seite des Schlauches anliegenden Strängen bilden, so daß die Schlauchwandungen des Dialysatorschlauches bei der Dialyse in Verbindung

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mit" dem Stütznetz statistisch homogen verteilte Aussackungen bilden, die entlang dem Dialysatorschlauch miteinander in Verbindung stehen und Strömungskanäle bilden.

Der vorstehende Erfindungsgedanke, dessen Hauptmerkmal in der Anordnung eines Stütznetzes auf jeder Seite eines schlauchförmigen abgeflachten Membranabschnittes besteht, das aus zwei sich kreuzenden Lagen von in jeder Lage zueinander parallelen Strängen gebildet ist, die in jeder Lage eine ebene Oberfläche bilden und die so beiderseits des Schlauches angebracht sind,' daß die unmittelbar an die eine Schlauchseite anliegenden Stränge des Netzes sich mit den an der anderen Seite des Schlauches bzw. Schlauchabschnittes anliegenden Strängen unter einem rechten oder spitzen Winkel kreuzen, ist in der USA-Patentschrift 3 510 004 auch für eine nicht gewickelte Anordnung des Dialysatorschlauches offenbart. In diesem Falle treten anstelle der im vorgenannten Hauptanspruch genannten ΐ/indungen eines spiralig aufgewickelten DialysatorSchlauches einzelne parallel zueinander angeordnete und parallel zueinander durchströmte Schlauchabschnitte und treten anstelle der im vorgenannten Anspruch ■ gekennzeichneten Windungen eines spiralig zwischen der Schlauchwandung gewickelten parallelen Stütznetzes einzelne Bandabschnitte des Netzes jnit sich kreuzenden Strängen . , die zwischen je zwei benachbarten parallelen Schlauchabschnitten des Dialysatorschlauches wiederum so angeordnet sind, daß die an der einen Seite des Schlauches anliegenden Stränge zu denjeni--. gen Strängen in einem spitzen oder rechten VJinkel verlaufen, die an der anderen Seite des Schlauches anliegen, so daß insgesamt ein Satz von parallelen Dialysekammern gebildet wird, in denen die Durchflußkanäle der Dialyseflüssigkeit (oder des Blutes, wenn dieses nicht im Schlauch strömt, sondern der Schlauch die Dialyseflüssigkeit aufnimmt) zwischen den Strängen und den statistisch verteilten Auswölbungen der benachbarten Echlauchwandungen gebildet werden.

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Diese Art der Abstützung benachbarter paralleler Dialysatorabschnitte oder benachbarter Wendungen zweier Windungen einer aufgewickelten Schlauches durch Netzabschnitte bzv. !,-.'indungen eines entsprechenden spiralig gewickelten Netzbandee hat sich als sehr wesentlich und vorteilhaft erwiesen.

Diese Bauart einer künstlichen Niere, die in der Literatur als "Hoeltzenbein-Spulenniere" bekannt und nachstehend besser kurz so zu bezeichnen ist, hat in der medizinischen Praxis in weitem Umfang Aufnahme gefunden und wird mit großen Vorteilen verwen- * ·det. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bestimmte physikalische Eigenschaften des netzartigen itütz- oder Wickelbandes, das bei der Hoeltzenbein-Vorrichtung verwendet wird, zu dem Zwecke verbessert werden kann, einen besseren Wirkungsgrad der Niere zu erhalten. Nachstehend werden diese zu verbessernden Eigenschaften und Merkmale und deren erfinderische Verbesserungen, dargelegt.

Ein volles und deutliches Verständnis dieser bzv/. der erfindungsgemäßen Ausführungsform einer künstlichen Niere und ihrer Wi r.-kungsweise kann durch Rückgriff auf die oben genannte Patentanmeldung bzv/. das oben genannte UTA-Pat ent gewonnen v/erden. Dabei ergibt sich als ein wesentlicher Gesichtspunkt der Hoeltzen-" bein-Erfindung die Anwendung eines durchbrochenen bzw. netzartigen Stützbandes oder Wickelnetzes zur Abstützung einer schlauchförmigen Dialysemembran.über die ganze Länge, in der diese spiralig aufgewickelt ist. Das Stützband soll nachstehend kurz als Stütznetz oder Wickelnetz bezeichnet werden und hat die Form eines Netzes, bei dem sowohl-ein oberer Satz bzw. eine obere Lage von.¹, einer .Vielzahl von Strängen oder Drähten als auch ein unterer f.atz bzw. eine untere Lage von einer Vielzahl von Strängen oder Drähten vorgesehen ist, die parallel zueinander verlaufen, wobei die Stränge des einen Satzes oder der einen Lage jeweils in einem Winkel zu den Strängen des εη-deren Satzes bzw. der anderen Lage von Strängen oder Drähten verlaufen.

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Beim Aufwickeln des "Wickelnetzee in spiraliger Form und zugleich mit dem Auf v/iekeln der Dialy reschlauch.es liegt die obere Lage von parallelen fträngen derjenigen ^T.v^rindung der- "VJickelbsw. Etütznetces, die einer konzentrischen und nächstfolgenden "V,⁷indun£ des Schlauche? am nächsten bzw. benachbart ist, z.B. an der einen äußeren Flachseite dieter l·chlauchwindung, und liegt cie untere Lage von parallelen iträngen der nächstfolgenden bindung des Stütznetzes· an der anderen, gegenüberliegenden äußeren Flachseite der vorgenannten £chlauchwindung des mehr oder Keniger flachgedrückten Dialyse-Kembranschlauches. an, und die Stränge beider Lagen drücken in den Schlauch eine Vielzahl von parallelen Kanälen ein, die das Blut auf der einen feite der Γchlauchwandung bzw. z.B. im Innern dee Schlauches strömen lassen, und andere Kanäle, die die Dialyselösung auf der anderen Seite der Membran, z.B. auf der 'ußenseite des Schlauches, strömen lareen. Biese Art des Zusammenwirkens svzischen dem irtütznets und dem Schlauch ii-t in den nachf.tehend im einzelnen erläuterten Zeichnungen dargestellt.

In der hier beschriebenen künstlichen Niere wird das Blut fü die Dialyse in vitro durch ein langes Ltück einer schlauchförmigen Dialyseniembran geleitet, die spiralförmig zusammen mit einem "tützgiitter bzw. Stütznetz um einen Kern gewickelt ist. Eine für diesen Zweck brauchbare schlauchfcrniige Membran ist in der Die.ly"setechnik gut bekannt. Eine solche Membran ist halbdurchlässig und besteht beispielsweise aus Cellulosehydrat, Celluloseacetat oder Cuprophan, einen von der deutschen Firma J.P. Bemberg AG vertriebenen Kunststoff auf Cellulosebasis. Das Blut strömt durch die verschiedenen durch das Stütznetz in die Membran eingedrückten Kanäle. Diese Kanäle sind eigenartigerweise eine Vielzahl voneinander getrennter Kanäle, die untereinander alle kommunizieren, wobei die in die untere Hälfte der Membran gedrückten Kanäle in einem Vinkel zu den in die obere Hälfte der Membran eingedrückten Kanälen verlaufen.

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V.'ie oben bereits erwähnt, kann die "Membran auch flach statt spiralig angeordnet sein; jedoch soll zur leichteren Illustrierung und Erläuterung der vorliegenden Erfindung hier ein in Form einer Spule gewickelter Dialysator beschrieben werden. Gewöhnlich strömt eine Dialyselösung durch die verschiedenen, durch das Stütznetz gebildeten Durchgänge und über die äußere Membranoberfläche. Die im Blut vorhandenen organischen und anorganischen Substanzen werden vermöge eines an der Membran vorliegenden Konzentrationsgefälles durch die Membran hindurch vom Blut abdiffundiert.

Die vorliegende Erfindung iet zunächst dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine Dialysevorrichtung ein gitter- oder netzartiges Gebilde rchafft, in dem die /bdeckung der Dialysemembran durch die Stränge des sog. Netzes geringer ist als bei den bekannten Netzen. Demzufolge bringt das Netz einen größeren Wirkungsgrad der Vorrichtung mit sich.~Dies ist das Ergebnis der besonderen, neuen Ausbildung des Stütznetzes, insbesondere seiner einzelnen Stränge. Die einzelnen Stränge, die sowohl die obere als auch untere aus einer Vielzahl von Strängen bestehenden Lagenbilden, sind.so gestaltet, daß sie im Querschnitt nicht kreisförmig sind und jeder eine zu der an ihn anliegenden Membran hin firstartig verjüngte Rippe bildet. Theoretisch würde das eine Berührung der Membran .längs einer Linie bedeuten. Praktisch ergibt sich eine Berührung über eine gewisse, größere Oberfläche .infolge des Gewichts der - wenn auch nur dünnen - Membran und weil die Membran nicht straff mit dem Netz um den inneren Kern gespannt ist und der Membranwerkstoff sich dehnt, wenn sie der Strömung des inneren Mediums ausgesetzt ist. Dies ist eine Folge der Erscheinung, daß die Membran sich in die verschiedenen Notζzwischenräume bzw. Netzkanäle hinein ausdehnt. Der abgedeckte, ungenutzte Bereich der Membran ist jedoch wesentlich geringer als in dem bekannten Fall, daß die Membran durch kreisförmige bzw. halbkreisförmige Oberflächen der Stränge abgestützt ist.

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Erfindungsgemäß sind bei einer Ausführungsform Abstände zwischen • den firstartig sich verjüngenden Rippen benachbarter- Stränge in sowohl der oberen als auch der unteren Lage der .Stränge vorgesehen. Dieser Abstand ist verglichen mit dem Abstand bei Stütznetzen der bekannten Stütznetze wesentlich verringert. Dies ist hinsichtlich der Frage der Abdeckung der Dialysemembran und anderer, weiter unten erläuterter Fragen von Bedeutung. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß alle bekannten Stütznetze für Stützmembranen der hier beschriebenen Art gewöhnlich aus Strängen mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt bestehen. Bei Verringerung des Abstandes zwischen den Strängen würde demnach die Abdeckung der Dialysemembran größer werden. Daraus würde sich ein Verlust an Wirkungsgrad der Vorrichtung ergeben,, Eine Vergrößerung des Abctandes würde andererseits die Abdeckung pro Flächeneinheit der Dialysemembran stark vermindern. Schwierigkeiten ergeben sich aus zu großen Abständen. Daher wurde bei den bekannten Vorrichtungen, zu denen das netzartige Gebilde nach den oben genannten Patentanmeldungen bzw. Patenten gehört, nur ein Kompromiß erreicht zwischen der Abstützungsfunktion und Trennfunktion einerseits und der Abdeckung der Dialysemembran durch die Stützstränge andererseits.

Aufgrund der besonderen Querschnittsfora der Netzstränge nach der vorliegenden Erfindung ist die Abdeckung der Membranoberfläche geringer, obwohl die Stränge dichter beieinander liegen. Das hinsichtlich engerer Abstände der Stränge, verbesserte Netz bietet eine bessere Abstützung für die Lialyseraembran entlang ihrer gesamten Länge und verhindert auch eine übermäßige Meinbrandehnung sowie großvolumige Blutansammlung bzw. gewissen Blutstau und verringert wesentlich eine zu permanenter Verzerrung der Membran führende Membranverformung.

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Der geringere Abstand zwischen den Strängen vermindert auch die Möglichkeit einer kissenartigen /'uswölbung oder Berührung zwischen der Membran benachbarter bzw. aufeinanderfolgender gewickelter Schichten bzw. Windungen. Ferner ergibt sich eine geringere Veränderung des durch ö.en Dialysator strömenden gesamten Blutvolumens wegen der verminderten Membranverformung, die mit Änderungen des Durchströmdruckes (Perfusionsdruckes) verbunden ist, wenn der durch die Membran fließende Strom sich ändert.

Ein weiterer Yorteil dieser Erfindung ist die Wirkung des verbesserten Stütznetzes auf das dynamische Füllvolumen. Kurz ge-•sagt, hält das Netz das Füllvolumen innerhalb enger Grenzen, indem die Membranverformung auf eh Minimum beschränkt wird, verglichen mit anderen Membranstützvorrichtungen. Das Füllvolumen hängt von vielen Faktoren ab, von denen viele im Rahmen der Erfindung keine Rolle\ spielen; v;esentlich ist jedoch, daß das Füllvolumen, nämlich das Volumen, das zur Füllung des Dialysators nötig ist, niedrig gehalten wird, so daß dem Patienten keine große Entnahme von Blut in das extrakorporale System hinein zugemutet v/erden muß. Dies wird durch das Stütznetz nach der' vorliegenden Erfindung erreicht.

Wenn Blut aus dem Körper in den Dialysator fließt, gelangt gewöhnlich eine gleiche Menge einer salzhaltigen oder anderen Füllflüssigkeit -aus dem Dial,,~sator in den Körper. Die Füllflüssigkeit wandert gewöhnlich rasch aus dem Bluts-trom in die Körperflüssigkeiten. Ferner gelangt in einem als Ultrafiltrierung bekannten Verfahren während der Diffusion Wasser aus dem Blut durch die Membran hindurch. Folglich wird das Ualaufvolumen des Blutes des Patienten verringert. Ist die dem Patienten entnommene Blutmenge groß infolge eines großen Füllvolumenr, ist die gesamte Flüssigkeitsentnahme größer als bei kleinerem Füllvolumen.

Gemäß einem v/eiteren Aspekt der Erfindung bewirkt das stütznetz in Zusammenarbeit mit der Dialysemembran eine "Reinigung " (scrubbing)^s. der Innen- und Außenfläche der Membran, wodurch

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jegliche ruhende Grenzschicht von Dialyselösung und Blut an der Membran aufgerissen wird.

Die dynamischen Bedingungen des strömenden Mediums sind derart, daß in der Mitte des Stromes die Strömungsgeschwindigkeit größer irt clr an den Grenz ε chi chten des Stromes. Die Strömungsgeschwindigkeit zwischen Membran und .: trömungr.medium int in der Tat praktisch Null,, Kalt dieser Zustand an, &o wird der Wirkungsgrad des Dialysators beeinträchtigt, denn die Diffusion der Bestandteile muß nicht nur an der Membran, sondern auch an der im wesentlichen ruhenden Schicht bzw. Grenzschicht von Blut und Dialyselösung auftreten. Da die Diffusion notwendigerweise durch die Dialysesperre hindurch erzwungen werden muß, die durch die Membran und ruhende Grenzschicht gebildet wird, ist es wünschenswert, diese Fronten oder ruhenden Hchichteh in Umlauf su bringen und mit frischer Dialyselösung und in aen Dialysator gelangendem Blut zu mischen.

Das Stütznetz nach der vorliegenden Erfindung gewährleistet eine bessere "Reinigung" (Vermischung) der Membranoberflachen innerhalb der Blut- und Dialysekanäle und bewirkt daher einen höheren V,^rirkungsgrsd. Es ist anzunehmen, daß'diese verbesserte Yvirkung auf eine Vermischung von 5trömungswirbeln der Flüssigkeit nahe der Grenzschicht mit der benachbarten Flüssigkeit zurückzuführen i.^ct.

Gemäß der Erfindung wird entweder eine einzige, schlauchförmig Membran, oder gewünschtenfalls ein Peer wie bei einer Zwillin^s-.pule vertikal im Abstand angeordneter schlauchföriaiger Membra-. ne oder eine Vielzahl von langgestreckten Schlauchstücken, deren Anfänge im Abstand voneinander versetzt am inneren Kern liegen, zusammen mit dem Stütznetz um dieeen Kern aufgewickelt, wie bereits beschrieben wurde. Ein Verbindungsglied für den Einlaß verbindet ein Ende der schlauchförmiren Membran mit einer Blutzut'uhrleitung. Ein Verbindungsglied für den Autiaa verbindet aas andere Ende der schlauchförmigen Membran mit dem Patient, wodurch ein getchlossener Dialyseweg gebildet wird.

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Die schlauchförmige Membran hat die" Form eines abgeflachten

# Zylinders und wird zusammen mit einem gestreckten Stück längs eines Gebildes bzw. Netzes um den Kern aufgewickelt; hierbei besitzt das Netz an gegenüberliegenden Seiten eine -erste Lage bzw. eine zweite Lage erhabener paralleler und im Abstand angeordneter Stränge bzw. Drähte auf, wobei die Stränge der ersten Lage die Stränge cer zweiten Lage kreuzen. Das Stütznetz dient also dazu, in die schlauchförmige Membran eine Vielzahl von ■ Kanälen zu drücken, deren .Anzahl einerseits von der Breite der abgeflachten schlauchförmigen Membran abhängt und andererseits ^ durch die gesamte Anzahl im Abstand angeordneter firstartigen 'Rippen und dazwischenliegenden Nuten im Stütznetz selbst bestimmt wird. In jedem Flächenelement der schlauchförmigen Membran weist daher die obere Hälfte eine erste Anzahl von Kanälen auf und die untere Hälfte eine zweite Anzahl von Kanälen. Die Kanäle kommunizieren miteinander, und die Kanäle jeder Lage kreuzen sich miteinander.

bzw. Stutzgebilde
Das Stütznetz/nach der Erfindung hat sich als eine bedeutende Verbesserung verglichen mit den bisher bekannten Stütznetzen erwiesen. Der Querschnitt der Stränge des .^r tut zn et 3 es ist so bemessen, daß die schlauchförmige Membran längs einer Linie gestützt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nu- W ten sowohl in der ersten als auch der zweiten Nutenschicht zwischen den firstartigen Rippen einer ersten Lage im v/esentlichen dreieckiger Rippen gebildet, deren Grundflächen die Lagerfläche für die zweite Lage dreieckiger Rippen bilden.. Ec ist jedoch zu bemerken, daß die Rippen auf jeder Flachseite der Membran durch sich an den zwei Flachheiten kreuzende rechteckige, rautenförmige, pyramidenförmige oder¹ vieleckige Stränge bestimmt sein können, während Stränge gleichen Querschnitts die Rippen auf der anderen Seite bestimmen. Zwar hat sich die■Verwendung von Netzen mit dreieckigen Strängen air vorteilhaft .erwiesen, es ist jedoch als bedeutsam hu erachten, CaB nicht die Querschnitts-form allein dar- Wesen der Erfinc-unp; ausmacht, ronSern

- /der die Tatsache, daß die Membran durch cie und entlang jeder/Rippe¹¹ jedes Stranges abgestützt wird, wodurch theoretisch eine lin.ien-

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förmige Abstützung entsteht.

■Weitere Ausführungen der Erfindung, die auch Gegenstand der Ansprüche sind, werden im folgenden behandelt. Es ist außerdem leicht ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens abweichende Konstruktionen zu dessen Ausführung und für den Zweck der Erfindung möglich sind.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben, die in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist, und zwar zeigen·: *

Fig. 1 schematisch, eine perspektivische Ansicht des um einen Kern gewickelten Stütznetzes und Dialyseschlauches;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf das Stütznetz;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den an beiden Seiten durch das Stütznetz gehaltenen Dialyseschlauch, wobei einige Teile zur besseren Illustration v/eggelassen sind;

Fig. 4, 5 und 6 je einen Schnitt der Netzstränge nach den Linien 4-4 bzw. 5-5 bzw. 6-6 der Fig. 2 zur Darstellung eines oberen Stranges bzw. eines unteren Stranges bzw, der Verbindung der rtränge;

Fig. 4a, 5a und 6a je einen Schnitt ähnlich den Figuren 4-6 zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Stränge;

Fig. 4b, 5b, 6b je einen Lchnitt ähnlich den Figuren 4-6 zur Darstellung einer zusätzlichen Ausführungsform der Stränge;

Fig. 7 ein Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 3 zur Darstellung der durch das Stütznetz in ceia Dialyse schlauch gebildeten Kanäle;

Fig. 8 ein Schnitt nach eier Linie 8-8 oer Fig. 3 zur

besseren Darstellung der Kanäle in dem Dialyseschlauch;

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Fig. geim Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 5 zur

zusätzlichen Darstellung einer weiteren Ausbildungsform der Kanäle in dem Dialyseschlauch;

Fig. 10 in vergrößertem Maßstab, eine perspektivische Ansicht der in dem Dialyseschlauch gebildeten Kanäle und des diese bildenden Netzes, und

Fig. 11 in vergrößertem Maßstab, eine Draufsicht auf den Dialyseschlauch und die Kanäle, wobei der obere Bereich des Schlauches zur besseren Illustrierung der unteren sich kreuzenden Kanäle v/eggelassen ist.

Fig. 1 zeigt an einem ,Spulendialysator 10 ein langgestrecktes Stütznetz 12, welches zusammen mit einer langgestreckten hüllenartigen schlauchförmigen Membran 14 um einen inneren Kern gewickelt ist-, der einen Teil des Dialysators bildet. Die als Blutströmungsweg des Dialysators dienende hüllenartige schlauchförmige Kembran kann von verschiedener le.n^e sein, und zwar je nach Bauart des Dialj^sators und der γ on der Dielysekainner dargebotenen Fläche im Verhältnis zur Dicke des Netzes und der Membran selbst. Im allgemeinen beträgt die Länge etwa 200 bir. 500 cm. Da beide Membranseiten abgestützt sind und im Abstand; ^ΰ sowohl von der jeweils benachbarten bindung als auch Cez inne- ^ ren Kerns 16 als auch öler äußeren (nicht dargestellten) Begrenzungsfläche verlaufen, ist das Netz also noch langer als der Schlauch. In diesem Zusammenhang bestimmt diese größere Länge das Uiftfangsraaß der äußersten Yinclung.

Der in der Figur im Querschnitt kreisförmig dargestellte Kern ist vorzugsweise kreisförmig. Er kann aus Kunststoff, Ketall oder jedem anderen geeigneten Material hergestellt sein, das für die Herstellung eines Trägerί günstig ist, um welche das Netz una die hüllenartige schlauchförmig I-iembran gewickelt werden.

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Vorzugsweise weist der Kern an seiner VJandfläche eine Aussparung zur Aufnahme einer Verbindungsgliedes 18 auf. Dieses Verbindungsglied scha3?ft eine f.trcBiungsverbincung zwischen der lnü.1 eiiärtigon schlauchförmif.;en Membran un-v. einem Rohr 20 von geringerer Gro.Bc. Ein ε eiche ε Verbindungsglied, dessen Form ungefähr der Breite der Flachseite der Membran angepaßt ist, gewährleistet, daß die Ilembran ohne Umbiegen der Membranschicht verbunden werden kann. Ein zweiter.¹., ira wesentlichen identisches Verbindungsglied 22 stellt die itrömungsverbindung zwischen dem anderen Ende der hüllenartigen tchlauchförmigen Membran und einem zweiten Rohr 24 her. Der Blutstrom fließt in die aufgewickelte Kembran am Kern in Cen Bialysator ein und stoppt somit die Blutströmung?bahn an der äußeren " indung. Ec ist jedoch Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich, die Anordnung von Eingang und Ausgang ces Blutstromec umzukehren.

Die aufgewickelten Teile werden zwischen c'en nicht gezeigten Raiment eilen (wie Kern und Gehäuse) aufgenommen. ". ;.-mit v/irc die ganze eufgev/iclcelte Henbran in ihrer Form gehalten, und zwar

es

nicht nur jede '/inöui-ic; ier Kecibran, und/ tüt:-inetse£, sondern .auch uer innere Kern, und der äußere Träger. Die Dialjseflüsrigkeit strömt durch die Bereiche, in denen die aufgev/iekelten Bestencteile angeordnet ,^ciiiu und strömt daher über die äußere I-Iei-'branf3 äche. Hierdurch wird die Diffusion der organischen lind anorganischen *toffe dec Bluter erreicht, vorausgesetzt, daß ein Konr.entrrtion; gefälle besteht, wie oben bereits erläutert wurde.

Das rtütanet:·; 12 und insbesondere die verschiedenen itränge 26 und 28 sind am besten aus den Figuren 2 urr.-. 4-6 zu ersehen. Hierin, ist c'n; Hetz in einer bevorzugten Aufführungsform au: einer ersten Yielsrd:! bsv;, La^e von Strängen 26 und einer zv:eiten Vielaahl hz\:. La? g von Strängen 28 von gleichem Querschnitt gebildet. Der Cuerr-chnitt ist in Cen Figuren dreieck?förrai;;, obwohl auch andere polygonale Ausbildungen möglich sind. Er sind polygonale Formen mit wenigen Leitenflächen bevorzugt, durch

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die ein ftrangquernchnitt gebildet vd.ro, der Eich nicht einer Kreisform 'nähert. Jeder :;trang bildet daher eine · firstartige Rippe , wie noch beschrieben werden wird.

Die Stränge sind jeweils in einer oberen und einer unteren lage angeordnet. Eine Lage liegt unter der anderen, und die Lagen stützen sich gegenseitig. Die Stränge sind in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet, der in Fig.-2 mit dem Symbol*^ bezeichnet und im wesentlichen kleiner als 90° ist.

' Jeder, strang der Lagen 26 und 28 ist vom nächsten um einen Abstand D entfernt angeordnet, der im wesentlichen von der an die 'Membran anliegenden Kante eines dreieckigen Stranges bemessen ist. Der Abstand kann zwischen etwa 0,76 mm und 2,29 mm betragen, die Höhe h jedes Stranges beträgt etwa 0,63 mm. Die gesamte Dicke des Netzes 12 beträgt also etwa 1,27 mm.

Ein Stütznetz mit Strängen, deren Abmessungen und Querschnitt sowie deren Abstand und Winkel'anordnung innerhalb der oben beschriebenen Parameter liegen, liefert eine ganz wesentlich verbesserte Abstützung für eine Dialysemembran, wie sie beispielsweise in einen Spulendialysator verwendet wird. Der besondere Querschnitt des Stranges, insbesondere die Höhe und firstartige Verjüngung des Stranges sowie der Abstand der Stränge bedingen die Größe der Membranabdeckung und die Ausbildungs faktor en, die hinsichtlich der Membranausdehnung in die Nuten 30 hinein zu wählen sind, die zwischen der lage vom Strängen 26 und 28 gebildet werden. ■ .

Figuren 4a-b, 5a~b bzw. 6a-b zeigen andere Ausbildungsformen der Stränge. Hierbei sind die Stränge 26a und 28a als im ganzen dreieckig ausgebildet, jedoch ist die nach oben ragende Seite etwas hinterschnitten. Bei jeder Ausbildungsform bewegt sich die Gestaltung der Stränge innerhalb ("er obigen Parameter, und jeder Strang wei;-:t nach außen gerichtet (d.h. in Richtung zu · der hüllenförmigen Membran) eine firstartige Rippe auf, deren Kante in Liriienberührung mit der Membran steht.

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Bei 'Verwendung eines Stutznetzes mit sich im Rahmen der obigen Parameter bewegenden Strängen werden gute Ergebnisse erzielt. Es wurde jedoch festgestellt, daß mit einem Netz von im Querschnitt dreiecksförmigen Strängen, die etwa 0,64 mm hoch sind, an der Rippe einen Winkel von etwa 30° bis 60° bilden, einen Strangab-' stand von etwa 0,.19 mm aufweisen und wobei die Stränge "cter Iiagen einander in einem Winkel von etwa 60° kreuzen, hervorra-r" gende Ergebnisse erzielt werden können. Der Ausführungsform eines solchen Stütznetzes wird daher der Vorzug gegeben.

Das Stütznetz besteht entweder aus Kunststoff, wie Polypropylen, Polyäthylen, Polystyrol, Nylon oder einem anderen im wesentlichen nicht verformbaren, aber doch nachgiebigem Elastomer oder' auch aus.Metall, Das verwendete Material soll ein solches sein, das seine Äbstützungsfunktion ohne Verformung ausübt, leicht herzustellen sein und durch Berührung mit der Dialyseflüssigkeit nicht ungünstig beeinflußt werden. Vorzugsweise wird ein Netz aus Polypropylen verv/endet*

Figuren 3 und 7-11 veranschaulichen, wie die Membran durch das Stütznetz nach der Erfindung abgestützt wird. Die Figuren zeigen ferner, wie die Stränge eine Vielzahl von Kanälen in den Membranschlauch eindrücken. Die Stränge bilden auch eine Vielzahl von Kanälen auf der anderen E.eite der Membran, um die Dialyse flüssigkeit über die Oberfläche zu verteilen, was ein wesentliches Erfordernis für die Diffusion von Substanzen durch die Membran ist.

Die Kanäle sind in Fig. 10 am besten zu erkennen. Die Membran 14 ißt zwischen Netzschichten 12 angeordnet und zeigt den Zustand nach aqm Aufwickeln. Die Stränge 26 drücken dann in den unteren Bereich der Membran 14a eine Reihe von Kanälen 30 ein, während die Stränge 28 eine weitere Reihe von Kanälen 30 in den oberen Bereich eindrücken. Die verschiedenen Kanäle 30 stehen untereinander in Strömungsverbindung und dienen insgesamt dazu, das Blut durch den.Dialysator zu leiten. Dank der verschiedenen Kanäle wird eine größere Blutmenge mil; der Membranoberfläche

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in Berührung gebracht, als es sonst der Fall wäre.

Das Stütznetz bildet neben den verschiedenen Blutströmungskanälen 30 innerhalb der Membran außerhalb der Membran eine Vielzahl von Kanälen 32 in den Nuten-zwischen den Netzsträngen. Diese Kanäle 32 bringen die Dialyseflüssigice it in Berührung mit der Membran, wodurch die Substanzen aus dein Blut diffundiert v/erden. In gleicher Ivelse kommt eine größere Menge Dialyse-. flüssigkeit mit der anderen Fläche der Membran in Berührung, wodurch eine gute Diffusionsleistimg erzielt wird.

" Fig. 3 zeigt einen Membranabschnitt 14, der von oberhalb und unterhalb der Membran angeordneten Stütznetzteilen 12 abgestützt wird. Ein typischer Membranabschnitt ist auch in Fig. 11 dargestellt, in dem sowohl die oberen als auch unteren Kanäle 30 abgebildet sind. ■ * .

Fig. 7-9 zeigen Schnittansichten, der Membran 14 und des Stütznetzes 12, wodurch eine weitere Darstellung der verschiedenen in der schlauchförmigen Membran gebildeten Blutströmungskanäle entsteht. Die Figuren zeigen ferner die außerhalb der schlauchförmigen Membran gebildeteri verschiedenen Bialyseflüssiigkeitskanäle. - :

Aus den obigen Ausführungen wird ersichtlich^ daß geraäß^üer Erfindung ein verbessertes Stütznetz geschaffen ytira z# Verwendung in einer Membrantrennvorrichtung, wodurch eine Sessere ' Membranabstützuiig und geringere Äbdeelmng der Membrano^rflache bewirkt wird. Das Netz ^Lst also i^esentiiehes yorteilhadfltes Merkmal der Erfindung und wurde in ähnlichen bekannten Vorrichtungen bisher nicht verwirklichti - ^v ?;>' . .

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Claims (14)

1. Patent- bsw. Schutzansprüche

   1 .Gelochtef.. Gebilde in Gitter- oder Netzform, insbesondere ftütsneta für eine-künstliche Kiere, dadurch gekennzeichnet, daß das" Stützgebilde bsw* Stütznets (12) rus einer ersten Lage mit einer Vielzahl von parallelen Strängen (28) und eiv ner zweiten Lage mit einer Vielzahl von parallelen !tränken (26) besteht, die der ersten Lage überlagert ist und durch die Stränge der ersten Lage getragen wird, daß ferner die Stränge der einen Lage mit den Strängen der anderen Lage.,sich unter einem rechten oder spitzen Viinkel (^ ) kreuzen und daß jeder der Stränge so geformt ist, daß er firstartig verjüngte Rippen bildet, deren Firstkante in Bezug auf die Lage nach außen und im v/eßentlichen senkrecht zur Ebene bsw. den Ebenen des Stützgebilde ε- ragt.
2. 2. Stützgebilde bzw, Stütznetz np.ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stränge (28) der ersten Lage jeweils einen Abstand voneinander haben, der im wesentlichen den Abständen gleich ist, den die Stränge (26) der zweiten Lage voneinander haben.
3. 3. Stützgebilde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von -den Strängen (28) der einen Lage mit den Strängen (26) der anderen Lage gebildete Winkel im wesentlichen kleiner al;: SO⁰ ist.
4. 4. Stützgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch . gekennzeichnet , daß der l'inliel zwischen den Strängen der einen Lage und den Strängen der anderen Lage etwa 60° ist.

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   iö
5. 5. Stützgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k ennzeichnet , daß jeder der : tränge (28,26) einen im wesentlichen polygonalen Querschnitt hat.
6. o. Stützgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen 6en Strängen der Lagen im Bereich von ungefähr 0,76 mm bis 2,29 mm liegt.
7. 7. Stützgebilde nach Anspruch 6, dadurch * g e k -e η η ζ e i c h η e t , daß die Abstände der Ltränge (28,26)

   P · der lagen ungefähr 1,27 mm betreten.
8. 8. Stützgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Strange durchlaufene
9. 9. Stützgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet ,· daß das Gebilde bzw. das Stütznetz aus Kunststoff besteht.
10. 10. Stützgebilde nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet , daß jeder der Stränge einen dreieckigen Querschnitt hat.
11. 11. Stützgcbil~e nach einem der Ansprüche 2 bis 10, in Verbindung mit einer künstlichen Niere, de'durch ge-. k e η η ζ e i ch.net , daß das Stütz gebilde tew. jed.es Stütznetz aur Abstützung einer langgestreckten Stückes eines Dialyse?chlauches dient, der die Form einer, hüllenförmigen Kunststoffilmr hat, daß ferner zwischen jedem Paer von einander benachbarten firr bärtigen Rippen _O(28 bzw,26) je einer Lage je eine Hut bzw. je ein FA.-i.schenraum ('.0,3?) vorgesehen irt und dpß die Rippen ;'er ersten bzw. jeweils der ernten , trrnjlrgc (28) einen Trägeχ· für den I-ii:lT;e™ schlauch (1^i) bilden und in eine "■ eitcnwanv-i des Pialyre-

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    sohlauchs sine Vielzahl von Ztrömungskanälen (~·0,32) für das Medium einpressen, die im wesentlichen innerhalb der Nuten verlaufen,
12. 12. Stützgebilde "bzw. künstliche Niere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Kern (16) .vorgesehen ist und der Dialyseschlauch (14) sowie das gelochte Ctützgebilöe bzw. i.tütznetz (12) zusammen um den Kern derart aufgewickelt sind, daß die der vorgenannten Seitenwand gegenüberliegende Seitenwand des Dialyseschlauches durch die sv/ei te lage (26) von Γ tränken retragen wird, die in gleicher Veice wie die erste Lage (28) eine 'Vielzahl von Kanälen (y<i) in diese "and einpressen, und zwar Kanäle, die in einen Vinkel (^) zu den Kanülen (;,0) verlaufen und mit den erstgenannten Kanälen kommunizieren.
13. 13. Etütagebilde nach.einem der 'nsprüche 11 oder 12,* dadurch gekennzeichnet , caß Anschluß glieder (18,22) vorgesehen sind, die die Etrömungsverbin-;ung des hüllenartigen Dialj^seschlauches mit den An-Echlußleitungen eines e; trekorporalen Strömungssystems herstelDen, wobei eines der Anschluß-öder Verbindungsglieder

    ( 1R*)

    abnelimbar am inneren Kern (1?) angebracht ist.
14. 14. ftützgobilde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jeder· der fL'trähge (2"o,28) im wesentlichon einen rechteckigen Querschnitt hat.

    1p« Ttützgebilce nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichne t , önß je: er der ; trange (26,28) im v/er:erxtliehen einen rc.utenfci-r-ji-'.Gri Cuersei,nitt hat.

    her Patentanwalt

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