DE2255795A1 - Dialysegeraet - Google Patents

Description

Dipl-Ing. Friedridi Köhne

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Hans Georg WEDER , , 8117 Fällanden (Zürich, Schweiz)

Dialysegerät

Die Erfindung betrifft ein Dialysegerät mit Führungsstangen und mit zwischen an den Führungsstangen gehaltenen Endplatten eingespannten Pressgliedern und Dialysezellen.

Dialysegeräte sind bekannt, sie werden überall dort angewendet, wo molekulardisperse Stoffe von Kolloiden abzutrennen sind, also überall dort, wo kolloidale Lösungen, deren Teilchen im allgemeinen ein grösseres Molekulargewicht als 15^f000 haben, von Substanzen befreit werden sollen, deren Molekulargewicht unter 10^f000 liegt. Die Trennung wird mit semipermeablen Membranen erreicht, deren Poren so fein sind, dass sie die kolloidalen, also makromole-

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kularen Teilchen zurückhalten und die niedermolekularen Anteile hindurchdiffundieren lassen.

Die wichtigste Anwendung der Dialyse ist die Gleichgewichtsdialyse, die erfahrungsgemäss die genauesten Bindungsdaten von Bindungen von niedermolekularen Substanzen und Ionen (Medikamente, biologische Substrate, Metallionen etc.) an Biopolymere (Proteine, Enzyme, Nukleinsäuren) liefert.

Eine Membran, die für niedermolekulare Substanzen (= Liganden) mit einem Molekulargewicht unter 10'00O durchlässig ist, trennt eine Dialysezelle in zwei Zellhälften. Eingeschlossen in einer dieser Zellhälften ist das Biopolymer, das, unter der Voraussetzung eines genügend hohen Molekulargewichts (grosser als 15'00O) die Membran nicht passieren kann. Wird nun ein Ligand-Biopolymer-Reaktionssystem, z.B. durch Einfüllen der Ligandenlösung in die eine Zellhälfte bzw. der Biopolymerenlösung in die andere, der Gleichgewichtsdialyse unterworfen, so stellt sich nach der sogenannten Dialysierzeit ein Gleichgewichtszustand ein, wobei die Konzentrationen des freien - also nicht an das Polymer gebundenen Liganden in beiden Zellhälften gleich sind. Lösungsmittelzusammensetzung (z.B. wässriger Puffer), pH-Wert und Ionenstärke müssen in beiden Zellhälften gleich sein. Mit einer analytischen Messtechnik (Spektrophotometrie, Flüssigkeitsszintillationszählung radioaktiv markierter Liganden etc.) wird in der Zellhälfte ohne Biopolymer die freie Ligandenkonzentration "C, ,«," bestimmt, womit bei bekannter Ausgangs-

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konzentration ^t?C_T , .^tr des Liganden der an die Biopolymere H ο /

gebundene Anteil "CL,, y" einfach berechnet werden kann.

Die Geschwindigkeit, mit der das Gleichgewicht erreicht wird, hängt vor allem vom Grad der Umwälzung innerhalb der Dialysezellen, Vorbehandlung und Dicke der Membran, den Dialysiervolumina in beiden Zellhälften,, der Biopolymerenkonzentration, Temperatur und Art der eingesetzten Elektrolyten ab. Im allgemeinen sollten möglichst kleine Volumina und eine grösstmögliche Trennungsflache verwendet werden. Wie erwähnt, sollten die Zellhälften gerührt oder auf andere "Reise umgewälzt werden, damit die sich auf.der Membranoberflache bildende Ligandenschicht laufend erneuert wird. Der Diffusionskoeffizient eines Liganden ist stark temperaturabhängig, für relativ kleine Liganden nimmt die Diffusionsgeschwindigkeit ca. 2 % pro Grad Celsius zu.

Bei den bekannten Dialysegeräten werden die Dialysezellen durch O-Ringe abgedichtet. Dies hat den schwerwiegenden Nachteil, dass das Material des Dichtungsringes das Dialysegut verunreinigt. Auch erlauben Dialysezellen mit O-Ring-Dichtungen wegen der grossen und veränderlichen Totvolumina kaum Dialysen mit kleinsten Mengen und ergeben daher auch keine reproduzierbaren Ergebnisse. Ferner kann die Dialysemembran bei der O-Ring-Dichtung schlecht aufgespannt werden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Dialysegerät zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile vermieden wer-

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den können und mit dem mittels der Gleichgewichtsdialyse bisher unerreichte Genauigkeiten in der Ermittlung der Bindungsdaten erreicht werden können.

Das erfindungsgemässe Dialysegerät, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pressglieder und die Dialysezellen in alternierender Folge angeordnet sind, dass jede Zelle aus zwei Zellhälften zusammengesetzt ist, dass die beiden Zellhälften jeder Dialysezelle gegeneinander gerichtete Ringflächen aufweisen, dass im gepressten Zustand durch diese Ringflächen eine Membran eingespannt ist und Dialyseräume in den beiden Zellhälften abgedichtet sind und dass die beiden Zellhälften gegeneinander gerichtete zylindrische Umfangsflachen aufweisen, durch welche die Zellhälften bezüglich einander zentriert sind.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Dialysegerätes anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Zellblock mit fünf Dialysezellen von der Seite,

Fig. 2 den gleichen Zellblock von oben,

Fig. 3 in grösserem Masstab einen Schnitt durch eine Dialysezelle, wobei die obere Zellhälfte, die Membran und die untere Zellhälfte auseinandergenommen dargestellt sind,

Fig. 4 eine Ansicht von innen auf die untere Zellhälfte aus Fig. 3,

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. Fig. 5 eine Seitenansicht auf ein Pressglied im zusammengepressten Zustand,

Fig. 6 eine Ansicht von oben auf das Pressglied aus Fig. 5 und

Fig.. 7 in einem wesentlich grösseren Masstab einen Schnitt durch einen Teil des in Fig. 5 dargestellten Pressgliedes in ungepresstem Zustand.

Im in der Fig. 1 dargestellten Zeilblock sind fünf Dialysezellen 1 aus gepresstem Teflon je zwischen zwei Pressgliedern 2 aus rostfreiem Stahl eingespannt. Die Pressglieder und die Dialysezellen sind zwischen drei fest mit einer aus "Delrin" (Polymethylenoxid)' hergestellten Endplatte 3 verbundenen Führungsstangen 4 aus rostfreiem Stahl aufgereiht. Eine zweite Endplatte 5 aus "Delrin", die mittels dreier Rändelmuttern 6 soweit angezogen werden kann, bis ß.±e Blechringscheiben 22 der Pressglieder von den Distanzhülsen 21 einen minimalen Abstand haben (siehe Fig. 7), hält das ganze Zellpaket zusammen.

In Fig. 3 ist eine Diälysezelle 1 in auseinandergenommenem Zustand dargestellt. Eine Zellhälfte 7 weist eine ebene Stirnfläche 8 und am Rand derselben, eine zylindrische Umfangsflache 9 auf. Die andere Zellhälfte 10.weist eine ringförmige Stirnfläche 11 und eine zylindrische Fläche 12 auf. Wenn die beiden Zellhälften 7 und 10 zusammengedrückt werden, was im Zellpak^et durch die Pressglieder 2 geschieht, wird eine Membran 13 zwischen den Flächen 8 und 11 eingespannt, wobei

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diese Flächen zwei gleich grosse Dialyseräume 14 und 15 absolut dicht nach aussen abdichten. Durch die beiden Flächen 9 und 12 werden die beiden Zellhälften 7 und 10 bezüglich einander zentriert. Jede Zellhälfte ist mit je zwei Bohrungen 16 versehen, die zum Einfüllen und Entnehmen der Dialyseflüssigkeit dienen. Während des Betriebes sind die Bohrungen mit Stopfen 17 verschlossen {Fig. 4). Jede Zellhälfte ist auch mit drei Löchern 18 versehen, die zur Aufnahme von Niethülsen 23 und damit zur Führung der Pressglieder 2 dienen.

Fig. 7 zeigt im Schnitt einen Teil des Pressgliedes aus Fig. 5 im ungepressten Zustand. Eine Schraubenfeder 19, die zwischen einem Nietbolzen 20 und einer Distanzhülse 21 angeordnet ist, drückt zwei Blechringscheiben 22 gegen zwei Niethülsen 23, die auf den im Durchmesser abgenommenen Enden der Nietbolzen 20 angeordnet sind.

Im gepressten Zustand nähern sich die beiden Blechringscheiben 22 jedes Pressgliedes den drei Distanzhülsen 21 bis auf einen minimalen Abstand von mindestens 1/10 mm, während die drei Niethülsen 23 in die Löcher 18 je einer Zellhälfte zweier anliegender Dialysezellen eingreifen. Die Federn 19 drücken auf die Blechringscheiben 22, die ihrerseits auf die Zellhälften wirken und sie zusammendrücken und damit die Dialyseräume abdichten.

Ein Dialysegerät umfasst z.B. vier Zellblöcke gemäss Fig. 1, die in einem Gehäuserahmen eingespannt sind und durch

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einen Elektromotor in Rotation versetzt werden. Es kann also gleichzeitig mit zwanzig Zellen gearbeitet werden. Die schonende Rotation (10 bis 20 Umdrehungen pro Minute) verhindert die Denaturierung der biologischen Moleküle und trägt zum raschen Erreichen des Gleichgewichtszustandes bei. Die dünnen Teflonwände der Zellhälften ermöglichen einen guten Wärmeaustausch zwischen einem um die Zellblöcke herum in dem Gehäuserahmen vorgesehenen Thermostatbad und dem Zellinhalt, so dass die Diffusionsgeschwindigkeit erhöht wird. Das Füllen und Entleeren der Zellen erfolgt auf einfache Weise mittels Injektionsspritzen durch die Bohrungen 16. Die Zellen sind aus Teflon gefertigt, weil dieses Material eine Adsorption des Dialysegutes verhindert. Die Dimensionen der Zellen sind so bemessen, dass die Membran eine grosse Trennfläche für relativ kleine Dialyseräume bildet.

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Claims (6)

1 4. HOV. 1972 Patentansprüche

1. Dialysegerät mit Führungsstangen und mit zwischen an den Führungsstangen gehaltenen Endplatten eingespannten Pressgliedern und Dialysezellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressglieder (2) und die Dialysezellen (1) in alternierender Folge angeordnet sind, dass jede Zelle (1) aus zwei Zellhälften (7 und 10) zusammengesetzt ist, dass die beiden Zellhälften jeder Dialysezelle (1) gegeneinander gerichtete Ringflächen (8 bzw. 11) aufweisen, dass im gepressten Zustand durch diese Ringflächen (8 und 11) eine Membran (13) eingespannt ist und Dialyseräume (14 und 15) in den beiden Zellhälften abgedichtet sind und dass die beiden Zellhälften gegeneinander gerichtete zylindrische Umfangsflachen (9 bzw. 12) aufweisen, durch welche die Zellhälften bezüglich einander zentriert sind.

2. Dialysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressglieder (2) und die Dialysezellhälften (7 und 10) mittels Nietbolzen (23), die in Löcher (18) eingreifen, geführt und verbunden sind.

3. Dialysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Dialysezellen (1) und sechs Pressglieder (2) zu einem Zellblock zusammengebaut sind.

4. Dialysegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vier Zellblöcke je um ihre Achse drehbar in einem Gehäuserahmen eingespannt sind.

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5. Dialysegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen mit den vier Zellblöcken in ein Thermostatbad einsetzbar ist.

6. Dialysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dialysezellhälften aus Polytetrafluoräthylen .hergestellt sind.

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