DE2608758A1

DE2608758A1 - Flachplattendialysator und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2608758A1
Application number: DE19762608758
Authority: DE
Inventors: Livingston Boyd Morris
Original assignee: Extracorporeal Medical Specialties Inc
Current assignee: Extracorporeal Medical Specialties Inc
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1976-03-03
Publication date: 1976-12-16
Also published as: BE842380A; GB1534008A; AR206073A1; JPS51147482A; BR7601228A; US4028252A; IT1065868B; FR2313104B1; FR2313104A1; CA1056314A; SE7602273L; NL7601237A

Description

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2608758

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

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Extracorporeal Medical Specialties, Inc. King of Prussia, Pennsylvania, USA

Plachplattendialysator und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft einen Flachplattendialysator gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Insbesondere bezieht sie sich auf eine kompakte Einheit mit verbesserter Verteilung der Flüssigkeiten, die sich in besonderer Weise für die Massenfertigung eignet.

Die meisten bekannten Flachplattendialysatoren sind aus starrem Trägermaterial aufgebaut, zwischen das eine durchlässige Membran gelegt ist, wobei diese Teile aufeinandergestapelt und zusammengeklemmt sind. Typisch für diese Art von D.'.alysator sind die in den US-PSen 3 585 I5I und 'y 738 495 dargestellten

München: Kramer · Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden: BI-.Tibach · Dr. Bergen · Zwirner

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Geräte. Diese Geräte haben einen großen Raumbedarf, sind schwierig zusammenzubauen und da bei ihnen eine Menge an Plastikmaterial verwendet ist, ist ihre Beseitigung nach dem Gebrauch lästig.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, um das starre Trägermaterial der in den genannten Patentschriften beschriebenen Dialysegeräte durch ein flexibles Trägermaterial aus einem weitmaschigen Gewebe zu ersetzen (vgl. ÜS-PSen J5 757 955, 3 78O 870 und 3 788 482). Ein bei all diesen Dialysegeräten vorhandenes Problem ist jedoch in der ungleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeiten innerhalb des Dialysegerätes, insbesondere in der Verteilung der Flüssigkeit bis sur vollen Tiefe des Gerätes zu sehen, damit die Flüssigkeit nicht neben der Massenübertragungsfläche vorbeigeleitet wird bzw. diese kurzschließt und unmittelbar vom Flüssigkeitseinlaß zum Flüssigkeitsauslaß fließt. Die US-PS 3 78O 87O offenbart einen Vorschlag zur Lösung dieses Problems, nämlich einen komplizierten Zusammenbau des Trägermaterials, welches variierende Breiten auf v/eist (vgl. Bezugsze Lehen 14, 15 und l6 in Fig. 2 dieser Patentschrift). Ein weiterer Vorschlag ist der US-PS 3 757 zu entnehmen, wonach eine steife Unterlage mit planmäßig angeordneten Schlitzen vorgesehen wird, um die Verteilung der Flüssigkeiten zu fördern (vgl. FIg. 22, Spalte 9 dieser Patentschrift). All diese Vorschläge zur Lösung des Problems weisen jedoch den wesentlichen Nachteil auf, daß sie die Herstellungskosten beträchtlich erhöhen und sich nicht für einen automatisierten Zusammenbau eignen.

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Andere mit der Verwendung eines flexiblen Trägermaterials verbundene Probleme sind die Schwierigkeit beim Abdichten der durchlässigen Membran innerhalb des Gehäuses, damit zwischen den Flüssigkeiten (wie dem Blut und dem Dialysat bzw. der Spülflüssigkeit) an den einander gegenüberliegenden Seiten der Membran keine durch ein Leck bedingte Vermischung auftritt und ferner der außerordentlich große Raumbedarf, der entsteht, wenn das Trägermaterial gefaltet wird. Gemäß der US-PS 3 788 wird dem erstgenannten Problem dadurch begegnet, daß der vordere und der hintere Rand der Membran in ein inneres Gehäuse aus Epoxydharz (Bezugszeichen Ik in Fig. 2 dieser Patentschrift) eingebettet wird, doch weist diese Lösung den Nachteil auf, daß sie im Hinblick auf die Herstellung des Gerätes unpraktisch ist. Keines der bekannten Geräte behandelt das Problem des zu großen Raumbedarfes und trägt in der Tat zu diesem Problem bei, indem mehrere Schichten an Trägermaterial in jeder Falte verwendet werden (US-PS J> 780 870) bzw. besondere Schichten aus Auskleidungsmaterial zusammen mit dem Trägermaterial (US-PS 3 757 955).

Die Erfindung überwindet die beschriebenen Schwierigkeiten bei den bekannten Dialysegeräten und offenbart einen attraktiven Flachplattendialysator niedriger Herstellungskosten und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Der erfindungsgemäße Dialysator ist durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale, das erfindungsgemäSe Vorfahren durch die im Patentanspruch I3 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Diese Anmeldung offenbart eine einfache aber erfinderische Maßnahme zur Bildung des Kerns eines Flachplattendialy sators aus einer einzigen Schicht Trägermaterials ohne jegliches Auskleidungsmaterial, das mit Riefen versehen wird, um eine akkordeonförmige Faltung zu bilden., und zwischen das dann eine durchlässige Membran gelegt wird, um einen gefalteten Stapel zu bilden, der einfach in ein Gehäuse dicht eingesetzt werden kann. Die Erfindung umfaßt auch eine einzigartige Maßnahme zur Förderung der Verteilung der Flüssigkeit innerhalb des Dialisators unter Verwendung von im Trägermaterial gebildeten Kanälen. Das Einbringen der Riefen und die Bildung der Kanäle kann kontinuierlich durch Zuführen eines unbehandelten weitmaschigen Träger-materials zwischen erhitzten Formwalzen bzw. -platten hindurch erfolgen. Die Walzen bzw. Platten verdünnen das Material selektiv in einem begrenzten Bereich und bilden so für die Flüssigkeitsströmung einen Kanal verringerten Widerstandes, der innerhalb des anmeldungsgemäßen Dial .sators wesentlich die Verteilung der Flüssigkeiten unterstützt.

Das den gefalteten Stapel aus Membran und Trägermaterial umgebende Gehäuse umfaßt zwei aneinander angepaßte Teile mit einer Dichtung längs wenigstens zweier Ränder des einen der beiden Teile. Die vorderen und hinteren Ränder der. durchlässigen Membran sind über dieser Dichtung angeordnet und im Gehäuse abgedichtet, wenn die aneinander angepaßten Teile des Gehäuses zusammengefügt sind.

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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von sieben Figuren näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung,durch die dem für die Erfindung bestimmten Trägermaterial eine akkordeonförmige Faltung erteilt wird;

Fig. 2 eine Teilquerschnittsansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1 zur Darstellung der Bildung eines Kanals im Trägermaterial der Erfindung;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht des Trägermaterials mit einem in dieses eingeformten Kanal;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Länge des Trägermaterials und die in diesem gebildeten Riefenlinien und Kanäle darstellen;

Fig. 5 eine Seitenquerschnittsansicht durch den Flachplattendial sator zur Darstellung des akkordeonförmig gefalteten Trägermaterials und der durchlässigen Membran;

Fig. 6 eine stirnseitige Querschnittsansicht des Flachplattendialisators nach Fig. 5, und

Fig. 7 eine Querschnittsansicht längs der Linie 7-7 von Fig. β zur Darstellung des mit Kanälen versehenen Trägermaterials und der Membran, wie sie verwendet werden, um den Blutstrom und das Dialysat zu leiten.

Der Flachplattendialysator 10 gemäß dieser Erfindung enthält Trägermaterial 12, das akkordeonartig gefaltet ist und zwischen das ein durchlässiges Mernbranblatt I^ eingefügt ist, um einen gefalteten Stapel zu bilden, der in ein Gehäuse 16 dicht ein-

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geschlossen wird, und dann eine schnell zusammengefügte billige Wegwerfdialyseeinheit bildet. Das durchlässige Membranmaterial 14 kann aus Cuprophran PT-IO5 (Warenzeichen der Firma Enka Glanzstoff, Deutschland, für regeneriertes Zellulose-Dialysematerial) oder einem ähnlichen Material bestehen. Das Trägermaterial 12 kann irgendein flexibles weitmaschiges Material sein, das durch Einwirkung von Hitze und Druck verformbar ist.

Vorzugsweise weist das Trägermaterial ein Maschenmuster ähnlich dem nach Fig. 3 auf, d.h., mit in Längsrichtung (in Maschinenrichtung) verlaufenden Strängen, die durch weitere Stränge unter einem Winkel von J>0 bis 45 gekreuzt werden. Trägermaterial mit dieser Ausrichtung der Stränge wird von der- Firma DuPont Co., Wilmington, Delaware, USA, unter dem Handelsnamen VEXAR vertrieben. Dieser Typ von Trägermaterial hat den einzigartigen Verteil, daß es beim Falten ineinander paßt, wodurch die Gesamtdicke verringert und die Zusammendrückbarkeit des gefalteten Stapels vermindert wird.

In Fig. 1 ist der erste Verfahrensschritt bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt. Trägermaterial 12 durchläuft einen ersten Satz von Walzen 20 und 21, die in der Nähe ihrer Ränder erhitzte erhabene Leisten 22 aufweisen. Diese Leisten werden"auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um, wie in Fig. 2 dargestellt, das Trägermaterial 20 plastisch zu verformen, so daß parallel zu und in der Nähe der Ränder des Trägermaterials ein ausgewalzter Kanal 24 gebildet wird (Fig. 4). Nach dem Durchlauf zwischen den Walzen 20 und 21 gelangt das

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Trägermaterial zu einem weiteren Satz von aneinander angepaßten Walzen 26 und. 27* die erhitzte Spitzen 28 aufweisen. Das Trägermaterial 12 läuft zwischen den Walzen 26 und 27 hindurch und hierbei werden ihm durch die erhitzten Spitzen 28 dieser Walzen Riefen bzw. Kerblinien 29 verliehen, wodurch, wie Fig. 1 zeigt, eine akkordeonartige. Faltung entsteht. Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Flaehplattendialy.sators besteht darin, zwischen das gefaltete Trägermaterial 12, ein Membranmaterial 14 zu schichten bzw. dieses einzuschießen, um einen gefalteten Stapel J>0 zu bilden.

Der gefaltete Stapel J>Q wird dann in ein Gehäuse 16 gebracht, das zwei Teile umfaßt, nämlich ein U-förmiges Unterteil YJ und einen darauf passenden Deckel 18. Wenigstens zwei obere Ränder des Unterteils 17 enthalten eine Nut, in die eine geeignete Dichtung bzw. Dichtmasse 19 eingesetzt ist. Der Deckel 18 wird dann durch einen Klemmsitz oder anderweitig am Unterteil 17 befestigt, um die Dichtung 19 zusammenzupressen und damit die Zwischenfläche zwischen dem Unterteil 17 und dem Deckel ΐδ flüssigkeitsdicht zu machen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der vorde;re und der hintere Rand der durchlässigen Membran 14 über die Dichtung 19 gelegt, bevor der Deckel 18 auf das Unterteil 17 gesetzt wird, wodurch die beiden Ränder der durchlässigen Membran 14 abgedichtet wer-ien.

Der Rest des gefalteten Stapels JO wird im Gehäuse 16 unter Verwendung einer für das Leben verträglichen geeigneten Dichtungs-

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masse ~$2., wie einem Epoxyd bzw. Harz an den offenen Rändern des gefalteten Stapels abgedichtet. Die Dichtungsmasse ^2 wird vorzugsweise durch ein Schleudergu3verfahren in das Gehäuse 16 gebracht.

Die Strömungskanäle des Blutes und des Dialysats (Spülflüssigkeit) durch den Dialysator 10 sind in einem Zustand nach dem Zusammenbau sämtlicher Teile in den Fig. 5 und β dargestellt. Wie diese Figuren zeigen, trennt die durchlässige Membran 14 den Dialysator 10 in zwei Abschnitte, nämlich jeweils einen auf jeder Seite der Membran. Da der vordere und der hintere Rand der Membran 14 ebenso wie die Seiten der Membran 14 innerhalb des Gehäuses dicht verschlossen sind, ist mit Ausnahme durch die Membran 14 kein Übergang von Blut zum Dialysat und umgekehrt möglich.

Das Blut fließt in den Dialysator 10 durch den Bluteinlaß ^4, der mit den im Trägermaterial 12 gebildeten Kanälen 24 fluchtet (Fig. 6). Wie in Fig. 7 dargestellt, folgt das Blut durch die elliptischen Röhren, welche durch die Ausdehnung der durchlässigen Membran gegen die Kanäle 24 gebildet werden, die wiederum im Trägermaterial 12 vorgesehen sind, dem Weg des geringsten Widerstandes und wird so bis zur vollen Tiefe des Gehäuses 16 von oben bis unten verteilt, bevor es quer durch das Gehäuse zum Blutauslaß 36 fließt. Da das Blut einen höheren Druck als das Dialysat aufweist, dehnt sich die durchlässige Membran 14 ballonförmig in die Kanäle 24 aus, die im Trägermaterial gebildet sind und erleichtert so das erwähnte Fliegen

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des Blutes bis zur vollen Tiefe des Gehäuses 16 (Fig. 7). Wie in Fig. 6 dargestellt beginnt, wenn das Blut in den gefalteten Stapel 30 fließt, ein Teil davon längs der geneigten Rippen des Trägermaterials 12 nach unten zu fließen, bis es den Boden des Gehäuses erreicht und dann wieder zurück: nach oben, wobei es dem Muster des Trägermaterials folgt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung des Blutes durch den gesamten gefalteten Stapel. Die Kanäle 24 untersttteen auch wesentlich den Fluß des Dialysats durch das Gehäuse ΐβ,da der Dialysateinlaß 38 und der Dialysatauslaß 40 in ähnlicher V/eise mit den Kanälen 24 fluchten, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Membran 14.

Der gefaltete Stapel 30 sollte so ausgebildet sein, daß er leicht zusammengepreßt ist, wenn er im Gehäuse l6 angeordnet ist, um eine Umgehung des Stapels durch das Blut bzw. des Dialysats längs der Wand des Gehäuses ΐβ zwischen den Einlassen und Auslässen minimal zu halten. Andererseits kann auch ein geeignetes für das Leben verträgliches Harz oder Epoxydmaterial 42 zwischen das Gehäuse 16 und den gefalteten Stapel JO in dem Bereich zwischen den betreffenden Einlassen und Auslässen eingesetzt werden, um eine derartige Umgehung zu verhindern und die betreffenden Flüssigkeiten durch den gefalteten Stapel J50 zu drücken. Um zu verhindern, da.i sich das Harz bzw. das Epoxydmaterial 42 in den Bereich des Einlasses oder Auslasses ausbreitet, können im Unterteil 17 und/oder Deckel l8 geeignete Dämme 44 vorgesehen v/erden.

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Claims

BLUMBACH . WESER . BERGEN · KRAMERqq η r ο ZWIRNER - HIRSCH PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Postadresse München: Patenlconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 76/83OI Patentansprüche

1. Flachplattendialysator mit einem getrennte Ein- und Auslässe für Blut und Dialysat aufweisenden Gehäuse, gekennzeichnet durch eine einzige Schicht eines akkordeonartig gefalteten flexiblen und paösen Trägermaterials (12), die mit einer dazwischengelegten durchlässigen Membran (l4) einen gefalteten Stapel (30) bildet, wobei die durchlässige Membran auf einer Seite des Trägermaterials angeordnet und im Gehäuse (l6) abgedichtet ist, so daß auf beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Membran getrennte Strömungswege für das Blut und das Dialysat (Spülflüssigkeit) gebildet sind.

2. Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Trägermaterial Längskanäle (24) eingeformt sind.

3. Dialysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanäle mit den Einlassen (34, 38) und Auslassen {36, 40) in dem Gehäuse (l6) fluchten, um die Verteilung der Flüssigkeiten innerhalb des Gehäuses zu fördern.

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4. Dialysator nach Anspruch 2 oder 3.» dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (24) im Trägermaterial (12) dünner als das Trägermaterial ausgebildet sind.

5. Dialysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (12) so innerhalb des Gehäuses (l6) ausgerichtet ist, daß Stränge im Trägermaterial unter Winkeln von 30 bis 45° und 90° gegenüber der Längsachse des Dialysatorgehäuses (ΐβ) ausgerichtet sind, wodurch die Kompaktheit des gefalteten Stapels beim Einsetzen in das Gehäuse verbessert wird.

6. Dialysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (l6) ein Unterteil (17) und einen an dieses angepaßten Deckel (l8) umfaßt.

7. Dialysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseunterteil (17) längs wenigstens zweier seiner oberen Ränder einen Kanal zur Aufnahme einer zusammendrückbaren Dichtung (19) enthält.

8. Dialysator nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß zvjei Ränder der durchlässigen Membran (l4) zwischen der im oberen Rand des Gehäuseunterteils (17) vorgesehenen zusammendrückbaren Dichtung (19) und dem angepaßten Deckel (l8) abgedichtet sind.

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9. Diaüy.sator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden anderen Ränder der durchlässigen Membran (14) in einem an den Enden des Gehäuses (ΐβ) angebrachten für Lebewesen verträglichen Dichtungsmaterial (32) abgedichtet sind.

10. Dialysator nach einem der Ansprüche β bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (l6) und dem gefalteten Stapel (30) in dem Bereich zwischen wenigstens einem der Einlasse (34, 38) und Auslässe (36, ¹I-O), ein für Lebewesen verträgliches Material (42) eingebracht ist,, um einen Nebenschluß der Flüssigkeiten zwischen dem Einlaß und dem Auslaß zu verhindern«

11. Dialysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse innere Dämme (44) enthält, um das für Lebewesen verträgliche Material (42) daran zu hindern, die Einlasse (34, 38) oder Auslässe (36, 40) zu blockieren.

12. Dialysator nach einem der Ansprüche 6 bis H₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (l8) auf dem Gehäuseunterteil (17) aufgeklemmt ist.

13. Verfahren 2um Herstellen eines Lialysators nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei ineinander eingreifende Elemente (26, 27) ein flexibles poröses Trägermaterial (12) hindurchgefuhrt wird, um querverlaufende Kerblinien bzw. Riefen (29) zu bilden, daß an einer Seite des Trägermaterials eine durchlässige Membran

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(l4) angebracht wird, daß das Trägermaterial längs der Riefen zusammen mit der angebrachten durchlässigen Membran gefaltet wird, so daß ein gefalteter Stapel (j50) entsteht, und daß dieser in ein Gehäuse (ΐβ) gebracht wird und sämtliche Ränder der durchlässigen Membran innerhalb des Gehäuses dicht abgeschlossen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergreifenden Elemente erhitzte Walzen (2β, 27) sind.

15· Verfahren nach Anspruch IJ>, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergreifenden Elemente Platten sind.

l6. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergreifenden Elemente im Trägermaterial Längskanäle (24) formen.

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