DE2627858C2 - Dialysemembran, insbesondere für die Hämodialyse - Google Patents
Dialysemembran, insbesondere für die HämodialyseInfo
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Description
40
Als Dialysemembranen, insbesondere im Einsatz als künstliche Nieren, haben sich Hohlfäden in der letzten
Zeit immer mehr durchgesetzt Von besonderer Bedeutung sind Membranen aus regenerierter Cellulose,
die durch Verspinnen von Cuprammonium-Celluloselösungen hergestellt werden, weil bei diesen die
hydrodynamische und diffusive Permeabilität für Metabolite des menschlichen Organismus im richtigen
Verhältnis stehen.
Da das künstliche Organ noch immer Mangel gegenüber dem natürlichen aufweist, fehlt es nicht an
Versuchen zur Entwicklung neuer Membranen und Dialysetechniken. Diese wurden insbesondere angezeigt
durch die Arbeiten der Scribnerschen Schule über die Bedeutung der Moleküle mittleren Gewichts (MG
zwischen 500 bis ca. 3000), im allgemeinen »Mittelmoleküle« genannt. w
Die Versuche mit neuen Membranen haben teilweise zwar zu höheren Mittelmolekül-Permeabilitäten geführt,
dabei aber gleichzeitig die hydrodynamische Permeabilität (Ultrafiltration) erhöht, teilweise so stark,
daß völlig neue Dialysetechniken entwickelt werden *>
mußten, um solche Membranen ohne Nachteile zu verwenden.
daß man die Dialysegeräte so gestaltet, daß das Dialysat
durch ein Adsorbens strömt Als Beispiel für eine solche Einrichtung sei auf die DT-OS 24 44 540 verwiesen. Die
durch eine semipermeable Membran von dem blutdurchflossenen
Raum getrennte Dialysatkammer ist hier mit einem adsorbierenden Material, vorzugsweise
Aktivkohle gefüllt Durch besondere Auswahl der Art und Form der Aktivkohleteilchen muß dafür Sorge
getragen werden, daß die Teilchen eine genügende Festigkeit besitzen, um nicht während des Betriebes zu
zerbrechen oder zu einer Beschädigung der sehr feinen Membran zu führen.
Für Dialysatoren, die mit Hohlfadenmembranen arbeiten, ist diese Anordnung nicht geeignet, obwohl das
gezeigte Prinzip, die Hämodialyse mit einer Adsorption zu verbinden, unbestreitbar vorteilhaft ist
Die vorliegende Erfindung verwirklicht dieses Prinzip bei Hohlfadenmembranen, die darüber .iinaus eine
Anzahl weiterer Vorteile mit sich bringen.
Erfindungsgemäß besteht die Dialysemembran aus Bikomponenten-Hohlfäden aus regenerierter Cellulose
und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaden aus
zwei fest aneinanderheftenden Schichten gebildet sind, deren eine aus regenerierter Celluiose und ggf. einem
Cellulosederivat besteht, während die andere Schicht aus regenerierter Cellulose mit 1 bis 95 Gew.-%,
vorzugsweise 30—70 Gew.-%, darin eingebetteten gleichmäßig verteilten Adsorbentienpartikeln einer
mittleren Teilchengröße von bis zu 40 μπι gebildet ist
Im Dialysiergerät wird die Membran stets so eingesetzt, daß die aus reiner regenerierter Cellulose
und gegebenenfalls einem Cellulosederivat bestehende Schicht den von Blut durchflossenen Raum des
Dialysators umgibt Das bedeutet daß diese Schicht in der Innenseite des Hohlfadens liegt, wenn das Blut den
Hohlkanal durchströmt und umgekehrt, wenn das Dialysat durch den Hohlkanal geleitet wird.
Die erfindungsgemäßen Hohlfadenmembranen haben bei einem Durchmesser von 50—1000 μπι, vorzugsweise
100—300 μπι, eine Gesamtwandstärke von
20—100 μπι, vorzugsweise von 30—50 μπι. Die Schicht
aus reiner regenerierter Cellulose und gegebenenfalls einem Cellulosederivat ist im allgemeinen dünner als die
Adsorbens enthaltende Schicht d. h. sie weist eine Dicke von I bis 30 μπι, vorzugsweise 5 bis 15 μπι, auf.
Die Dicke der Adsorbens enthaltenden Schicht ist an die Größe der Teilchen anzupassen und sollte in etwa
dem größten Teilchendurchmesser entsprechen.
Als Adsorbentien werden vorzugsweise Aktivkohle, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Zirkonphosphat verwendet,
die in feinteiliger Form zum Einsatz kommen. Sie haoen eine mittlere Teilchengröße von bis zu 40 μπι.
Dies bedeutet, daß mindestens 80% der Partikeln einen Durchmesser von 40 μπι oder weniger haben. Das
Vorhandensein einiger weniger Teilchen mit größerem Durchmesser ist unschädlich.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlkanal der Membranfäden mit
Isopropylmyristat gefüllt. Dieses Mittel, das bei der
Herstellung der Fäden als hohlraumbildende Flüssigkeit in das Fadeninnere geleitet wird, verbleibt vorzugsweise
im Faden bis zu seiner Verwendung. Es hat gegenüber anderen Flüssigkeiten, wie Halogenkohlenwasserstoffe,
Toluol, Phenole usw., die nach bekannten Verfahren angewandt werden, den Vorteil vollständiger Wasserunlöslichkeit
und einer Viskosität, (3 — 4 cP), die höher als die von Wasser ist. Es ist mit Äthanol leicht zu
entfernen, weil gut löslich und außerdem nicht toxisch
und sehr gut blutverträglich.
Die an der Blutseite der Membran liegende Schicht besteht im allgemeinen aus regenerierter Cellulose, Sie
kann aber auch teilweise, d.h. bis zu etwa 70% aus einem Cellulosederivat gebildet sein, das die Permeabilitat
von gelösten Stoffen erhöht Geeignet sind beispielsweise Carboxymethylcellulose, Alkyl- oder
Aminocellulose.
Die Hohlfadenmembranen werden erfindungsgemäß hergestellt durch Verspinnen zweier Cuprammonium- ίο
Celluloselösungen mittels einer an sich bekannten Bicomponenten-Hohlfadendfise, derart, daß eine der
beiden Spinnlösungen 0,1 bis 90 Gew.-% eines feinteiligen Adsorbens mit einer mittleren Teilchengröße von bis zu 40 um, bezogen auf den Celluloseanteil der
Spinnlösung enthält, während die zweite Spinnlösung aus reiner Cuprammonium-Celluloselösung oder einer
Mischung von Cuprammoniumlösung mit der Lösung eines Cclluloscdcrivates besteht, und gleichzeitig in den
Hohlraum des sich bildenden Fadens Isopropylmyristat
geleitet wird.
Im übrigen werden die bei der Herstellung von Cupro-Fäden üblichen allgemein bekannten Verfahrensbedingungen
angewandt
1. Zur Herstellung einer doppelwandigen Hohlfaser mit einem Innendurchmesser von 30ύ μπι, einer inneren
Wand von 10 μπι Dicke und einer äußeren Wand von
50 μπι Dicke wurde wie folgt vorgegangen:
Aktivkohle wurde in Wasser, dem etwas wäßriges Ammoniak und Tvlose zugesetzt worden war, aufgeschlämmt
und zwei Tage lang in einer Kugelmühle auf eine mittlere Teilchengröße von etwa 25 μπι gemahlen.
Die Dispersion wurde in einon Behälter eingebracht dessen Inhalt in einer Umpumpk tung ständig in
Bewegung gehalten wurde. Die Dispersion hatte folgende Zusammensetzung:
40
Die Dispersion wurde aus der Umpumpleitung abgezweigt und vor einem Schneckenmischer mit einem
Strom von Cellulose-Cuoxam-Lösung im Verhältnis 5,5 Teile Α-Kohle zu 4,5 Teile Cellulose vereinigt. Die den
Mischer verlassende Sorbentlösung wurde über eine Dosierpumpe dem äußeren Ringschlitz einer Doppelschlitz-Hohlfadendüse
zugeführt Dem inneren Ringschlitz wurde gleichzeitig eine 9%ige Cellulose-Cuoxam-Lösung
zudosiert, während der zentralen Bohrung als Füllflüssigkeit Isopropylmyristat zugeleitet wurde.
Die Dosierung der drei Flüssigkeiten wurde so aufeinander abgestimmt, daß nach Passieren eines
Laugenbades, eines Schwefelsäurebades und einer Wasserstrecke, sowie nach Trocknen des Fadens die
Wanddicken und der Innendurchmesser dem gewünschten Fadenaufbau entsprachen. Bei einem Fadenabzug
von 20 m/min wurde dies erreicht durch folgende Dosiermengen:
sehr dünnen Cellulosewand im angestrebt niedrigen Bereich von 3,0 ml/h m2 mm Hg (37PC).
Die Clearance-Werte (C) für Kreatinin und Vitamin B 12 wurden im single-pass-Verfahren, berechnet auf
eine wirksame Oberfläche von 1 m2 unter den Standardfließbedingungen
Qb=200 ml/min, Qo-500 ml/min wie
folgt gefunden:
Aktivkohle | 24,0 g |
NHj cone. | 03 g |
Tylose | 0,4 g |
Wasser | 75,1g |
1,42 ml/min
1,98 ml/min
10,8 ml/min
1,98 ml/min
10,8 ml/min
Anmerkung:
Die überraschend hohe Vitamin-Clearance bei einer mäßigen UF bestätigt die die Dialyse unterstützende
Adsorption, wodurch auch der zeitliche Abfall infolge eintretender Sättigung erklärt wird.
2. Zur Erzielung einer doppelwandigen Hohlfaser mit hohem A-Kohleanteil in der Außenwand (90%) wurde
wie folgt verfahren:
In einem Behälter mit Intensivrührer wurden 44 kg einer 9%igen Cellulose-Cuoxam-Lösung mit 100 kg
einer A-Kohledispersion (40% Feststoffgehalt) gemischt Das Gewicfc «verhältnis von A-Kohle zu
Cellulose betrug 10:1.
Um einen Faden mit einem Innendurchmesser von 250 μπι, einer inneren Cellulosewand von 15 μίτι Dicke
und einer äußeren Sorbentwand von 30 μπι Dicke zu erzeugen, wurde die oben beschriebene entlüftete
Sorbentlösung dem äußeren Schlitz der Düse, eine 9%ige Cellulose-Cuoxam-Lösung dem inneren Ringschlitz
und als Innenflüssigkeit Isopropylmyristat der Kernbohrung der Düse zugeführt Die Dosiermenge der
drei Medien wurde so aufeinander abgestimmt, daß der fertige Faden hinsichtlich Wanddicken und Innendurchmesser
der gewünschten Struktur entsprach. Bei einem Fadenabzug von 20 m/min wurde dies erreicht durch
folgende Dosiermengen:
038 ml/min
2$ ml/min
3,0 ml/min
2$ ml/min
3,0 ml/min
Der Faden wurde in einen Testdialysator für Hohlfaden eingebaut und auf seine Clearance-Werte in
vitro, sowie seine Ultrafiltrationsleistung (UF) geprüft. Die ermittelte UF (Wasserpermeabilität) lag trotz der
Der Faden wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, auf Clearance- und UF-Werte geprüft Die UF erwies sich
mit einem Wert von 2,8 ml/h m2 mm Hg (37°) als nur wenig niedriger als im Beispiel 1. Die Clearance-Werte
waren im Bereich der Meßwertstreuungen die gleichen wie im Beispiel 1 angegeben.
3. Zur Herstellung eines Hohlfadens mit einem Innendurchmesser von 2 μπι, einer inneren Cellulosewand
mit einer Dicke von 5 μπι und einer äußeren Sorbentwand mit einer Dicke von 40 μπι, die etwa 50%
AI2O3 enthielt wurde wie folgt verfahren:
In einem Behälter mit Umpumpsystem wurde eine Alurniniumdispersion in Wasser mit 40% Feststoff
angesetzt. Von dieser wurden 1,3 ml/min mit 5,2 ml/min einer 9%'igen Cellulose-Cuoxam-Lösung vor einem
Schneckenmischer vereinigt und die Sorbentlösung in einer Menge von 6,5 ml/min dem äußeren Ringschlitz
einer Hohlfaserdüse zugeführt. Dem inneren Ringschlitz wurde gleichzeitig eine reine 9%ige Cellulose-Cuoxam-Lösung
und eier Kernbohrung die Füllflüssigkeit Isopropylmyristat zugeführt. Es wurden folgende
Dosiermengen angewandt:
Der Bikomponentenhohlfaden zeigt unveränderte Clearance-Werte für Kreatinin und 1,5- bis 2fache
Clearance-Werte für Phosphate.
Claims (5)
1. Dialysemembran, insbesondere für die Hämodialyse,
in Form von Bikomponenten-Hohlfäden aus regenerierter Cellulose, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlfaden aus zwei fest aneinander haftenden Schichten gebildet sind, deren
eine aus regenerierter Cellulose und gegebenenfalls einem Cellulosederivat besteht, während die andere
Schicht aus regenerierter Cellulose mit 1 bis 95 Gew.-% darin eingebetteten gleichmäßig verteilten
Adsorbentienpartikeln einer mittleren Teilchengröße von bis zu 40 μπι gebildet ist
2. Dialysemembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus reiner
regenerierter Cellulose und gegebenenfalls einem Cellulosederivat auf der Blutseite der Hohlfaden-Membran
angeordnet ist
3. Dialysemembran nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfadenmembran
als Adsorbens Aktivkohle, Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Zirkonphosphat enthält
4. Verfahren zur Herstellung von Membranhohlfäden aus regenerierter Cellulose durch Verspinnen
zweier Cuprammonium-Celluloselösungen mittels einer Bikomponenten-Hohlfadendüse, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der beiden Spinnlösungen 0,1 bis 90 Gew.-% eines feinteiligen Adsorbens mit einer
Teilchengröße von bis zu 40 μπι, bezogen auf den Cellulose-Anteil der Spinnlösung enthält, während
die andere aus reiner Cuprammonium-Cellulose und gegebenenfalls einem Cellulosederivat besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Hohlraumes
Isopropylmyristat in das Fadeninnere geleitet wird.
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