JPS6210663B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は熱滅菌可能な人工臓器に関する。さら
に詳しくは所望の熱滅菌に供し得る人工臓器、た
とえば熱滅菌中空糸型人工腎臓を提供するもので
ある。 近年、人体の臓器の機能を代行または補助する
人工臓器の発達が著しく、とりわけ人工腎臓、人
工肺臓等が広く普及してきた。人工腎臓は透析に
よる血液中老廃物の処理液への除去と、過剰水の
限外過をもつて生体腎臓能を代行するものであ
る。有効膜面積の割に小型で使い易い中空糸型人
工腎臓が今後の主流機種と見做されている。 中空糸型人工腎臓に代表される人工臓器は、体
外血液循環回路を通じて生体と接続する為に以下
の条件を満足しなければならない。 すなわち、 第１に毒物および発熱物質を含まないこと。 第２に無菌であること。 第３に血液流路中および処理液流路中に漏れ、
閉鎖および滞流が生じないこと。 第４に所期の性能、たとえば老廃物および水の
除去性能を持つこと。 第５に血液流路に血液を置換するに際して洗浄
準備が容易であること。 等である。 従来の人工腎臓はホルマリン、エチレンオキサ
イドガス、または放射線にて滅菌されている。ホ
ルマリン滅菌は１〜５％ホルムアルデヒド水溶液
を人工腎臓に充填して行なうが、滅菌力が強い反
面、その残留毒性が問題とされ、洗浄準備に要す
る生理的食塩水が多く時間がかかるという欠点を
有する。エチレンオキサイドガス滅菌は10〜27％
エチレンオキサイドガス雰囲気下に人工腎臓を置
いて行なうが、エチレンオキサイドおよびその誘
導体の残留毒性、乾燥状態からの洗浄時における
気泡抜および性能の再現性に問題がある。放射線
滅菌は人工腎臓へ0.5〜5Mradのガンマ線を照射
して行ない残留毒性の心配がないが、人工腎臓部
材とりわけ膜の劣化およびガス滅菌に類した洗浄
時の問題がある。 滅菌法としては、他に熱滅菌があり、第９改正
日本薬局方には、高圧蒸気滅菌法として115℃、
30分間：121℃、20分間および126℃、15分間の飽
和水蒸気中での加熱により微生物を殺滅する方法
を規定している。 さらに80〜100℃の水中または流通水蒸気下で
24時間毎に１回30〜60分間ずつ３〜５回の加熱を
行なう間歇滅菌法も規定されている。 熱滅菌は残留毒性がなく、洗浄容易という利点
を有する。 しかしながら、熱滅菌人工腎臓および人工臓器
は現在まで開発されていなかつた。開発が困難な
最大の理由は、人工臓器部材自体が熱滅菌に耐え
得ないことであり、部材の変形、破壊およびシー
ル不良により、血液流路および処理液流路の保全
ができないことである。 第２の理由は性能の熱劣化である。 本発明者は熱滅菌使用の人工臓器を開発すべく
鋭意研究の結果、熱滅菌するに際して、滅菌時に
おける加熱により部材の変形、破壊がなく血液流
路等を保全できる人工臓器を下記する如き手順で
開発し、本発明に到達したものである。 すなわち、第１に人工臓器に用いる各部材とし
て40〜130℃の範囲内で実質的に耐熱性を有する
素材の選択を行なつた。本発明における耐熱性は
実質的なものであり、後述するように文献上の耐
熱性、とくに熱変形温度より高いものである。 第２に実質的に、耐熱性を高めるように静水圧
下で熱滅菌加熱処理を行ない、たとえ部材が軟化
し始めても局部応力がかからないようにし、 第３に各部材間の加熱時の熱膨張による相互作
用を検討し、加熱後の状態で血液流路および処理
液流路のシールが完全に保全される構成を考案し
た。 すなわち、本発明は中空糸、隔壁および容器か
ら構成される中空糸型人工臓器において、該中空
糸、該隔壁および該容器が40〜130℃の範囲で実
質的に耐熱性を有し、該隔壁部材の線膨張係数ａ
〔１／℃〕が40〜130℃の範囲で、該容器部材の該
係数ｂ〔１／℃〕および温度ｔ〔℃〕の間に次式
の関係を有すること、 （4.13×10^-5）ｅ⁰.^00769t≦ａ≦2b および該隔壁部材が50〜120℃の範囲で二次転移
しないことを特徴とする熱滅菌使用の人工臓器で
ある。 本発明の人工臓器は第１図に示すように中空糸
１容器２および隔壁３から構成される。なお容器
のうち、血液分配部位４および集合部位５は血液
との適合性により該容器部材と異なる部材を用い
てもよい。第２図の例で、分配および集合部位に
おいて、他部材間の加熱時の熱膨張による相互作
用を著しく受けない場合は、該分配および集合部
材は上記構成条件の適用外である。 本発明の人工臓器において、中空糸はセルロー
ス、セルロースエステル、ポリアクリルニトリ
ル、ポリビニルアルコールおよびポリ芳香族酸ア
ミド、ポリカーボネート、ポリエーテル等を用い
ることができる。いずれの場合も中空糸製膜過程
において剛直な網目構造を形成し、加熱時の膜の
緻密化に対する耐性を強めることが必要である。
換言すれば、膜性能の熱劣化を最小限におさえる
耐熱性を付与することである。セルロース中空糸
に関しては、本発明者等は特開昭50―46921号お
よび特開昭50―70611号においてセルロースエス
テルの熱水処理および高温鹸化再生による真円性
および透過性能の優れた中空糸膜を得る方法を開
示している。この中空糸は製膜過程にて65〜98℃
の熱履歴を受けていて、耐熱性が優れている。他
の高分子中空糸は湿式紡糸により製膜するが、凝
固浴および／または洗浄精練浴を高温にすること
により耐熱性を付与できる。130℃近傍で中空糸
を加熱すると膜性能劣化がみられるが、人工臓器
として所定の性能に組立て得る場合は実質的に耐
熱性を有しているものを使う。耐熱セルロース中
空糸の130℃における性能維持率は90〜98％であ
つた。特に、中空糸素材としてはセルロース、ポ
リアクリルニトリルおよびポリ芳香族酸アミド、
たとえばポリアミドベンツヒドラジドイソフタル
アミド等が耐熱性が優れ、中空糸膜としても好ま
しい。 本発明の人工臓器において、容器部材としては
第１表に示すポリカーボネート、ポリ―４―メチ
ルペンテン―１、ポリビニリデンフルオライドお
よびポリアセタールが40〜130℃の範囲で実質的
に耐熱性を有するものである。他にポリスルホ
ン、ポリアリレート等も挙げることができる。比
較として、スチレン・アクリロニトリルコポリマ
ー、ポリメチルメタアクリレート等が実質的に耐
熱性を有しないものである。特に、透明度の高い
ポリカーボネート、ポリ―４―メチルペンテン―
１が血液を処理する人工臓器の部材として好まし
い。 また、ポリカーボネートおよびポリ―４―メチ
ルペンテン―１の40〜130℃における比容を測定
し、これから求めた線膨張係数を第２表に示し
た。これらの測定はASTM D864に準じて高分子
実験学講座７「高分子材料試験法」共立出版
（1961）によつた。 第１図に示す人工臓器装置において、中空糸と
隔壁とのシール、すなわち血液流路のシールは両
者の可撓性と、中空糸の湿潤膨張傾向により加熱
中および加熱後においても保持される。一方、容
器と隔壁とのシールすなわち処理液流路のシール
は加熱時の両者の熱膨張による相互作用により、
大きく影響される。理想的には容器部材と隔壁部
材が同一の熱膨張挙動を示せばよい訳であるが、
第２表に示すように容器の熱膨張係数は温度に依
存し、高温の方が大きい。これと全く同一熱膨張
挙動を示す隔壁部材を見出すことは至難なことで
ある。そこで本発明者らは鋭意研究の結果、下記
の事実を見出し、冒頭の課題を解決するに至つ
た。 第１に40〜130℃の範囲で該隔壁部材の熱膨張
が該容器部材の熱膨張に対し高々２倍で、ほぼ同
程度かむしろ小さいことである。この事実は意外
で、「内側の隔壁の方がより大きく熱膨張して外
側の容器に密着していつた方が両者間のシールが
保てるであろう。」と言う我々の常識に反してい
た。事実は、隔壁部材の熱膨張が容器の熱膨張よ
り大きい場合、加熱時に該隔壁部材が容器から膨
張をおさえるように応力を受け、クリープしてし
まい、降温後クリープした分だけ間隙が空きシー
ルが保たれないという結果を呈した。または容器
が隔壁の膨張により応力を受け破壊するに至つ
た。一方、隔壁部材の熱膨張が容器の熱膨張より
小さい場合は昇温により加熱時に微妙な間隙が空
くとしても、両者とも自由に熱膨張し、そして降
温後再び嵌合してシールを復活し、結果として血
液流路等を保全することができる。 第２には該隔壁部材が25〜130℃で５×10^-5〜
1.1×10^-4〔１／℃〕程度の線膨張係数以上を有
することで、これ以下だと、容器との係合を維持
し難い。 第３に該隔壁部材が50〜120℃の範囲で二次転
移しないことである。二次転移に際して熱膨張係
数が不連続に変化し、先の２条件を満足できない
場合があり、さらに昇温および降温時に２回の転
移を受けることは、隔壁の寸法再現性に大きな支
障を与える。 しかしながら、二次転移が40〜49℃および121
〜130℃で起るならば、その影響は少なく許容で
き得る。 実施例で隔壁に用いたウレタン樹脂およびエポ
キシ樹脂の比容を測定した。後者は124℃で二次
転移した。これらの樹脂はポリカーボネートおよ
びポリ―４―メチルペンテン―１の容器に対して
上記の３条件を満足する。第２表にこれらの樹脂
の耐熱性および線膨張係数を示すが、これらは40
〜130℃の範囲で実質的に耐熱性を有する。 隔壁部材として用いることのできる素材は高分
子重合体が好ましい。高分子重合体の中では２種
以上の成分、すなわちプレポリマー１種以上およ
び硬化剤等から付加重合により重合および架橋
し、全質量が実質的に変化しない重合体が好まし
い。これは組立において、隔壁をプレポリマー等
を注入して鋳型するに際して副産物が生成しない
こと、および希釈剤ないし溶剤が含有せず、加熱
時に蒸発消失して体積収縮するおそれがないこと
である。 このような重合体としては、ウレタン樹脂およ
びエポキシ樹脂を挙げることができる。ウレタン
樹脂の中では末端がイソシアネートで終るプレポ
リマーと水酸基をもつ脂肪酸とグリセリンのエス
テル等からなるポリオールとを付加重合するポリ
（エステル型ウレタン）が好ましい。 ポリ（エステル型ウレタン）については機械的
強度、硬度および耐熱性が優れている。一方エポ
キシ樹脂は末端がエポキシ基で終るプレポリマー
と末端がアミノ基で終るアミン硬化剤、または酸
無水物硬化剤とを付加重合するものが機械的強
度、硬度および耐熱性の点で優れている。低膨張
の隔壁部材、たとえば無機充填剤入ポリエステル
樹脂（ａ＝３×10^-5／℃）を用いたポリカーボネ
ート容器を加熱処理したところ、容器との係合を
維持できず、シール不良となつた。 本発明の如く構成した人工臓器を公知の方法に
より組立て、熱滅菌処理を行ない、熱滅菌人工臓
器を製造することができる。即ち、水または生理
食塩水を充填したタイプおよび充填しないタイプ
について高圧蒸気滅菌を施すことである。本発明
の効果は、熱滅菌加熱により部材の変形、破壊お
よびシール不良等が生ぜず、血液流路および処理
液流路保全ができることである。その結果、中空
糸の耐熱性と相まつて、優れた性能を発現でき
る。総体として、熱滅菌人工臓器は無菌であり、
残留毒性の危険はなく、洗浄準備が容易であり、
人工透折等の治療に寄与すること大である。 本発明の人工臓器とは人工腎臓に限らず、人工
肺臓（酸素供給）、人工肝臓（毒物除去）、および
人工膵臓（血中糖濃度に応じてインシユリンの供
給）等を挙げることができる。また中空糸を用い
ない、たとえば平膜型および吸着型等の人工臓器
においても容器と隔壁がある構成において、本発
明と同様な熱滅菌人工臓器としての改良がなしう
ることは言うまでもない。

【表】

【表】 （注１） 桜内雄二郎著「プラスチツク材料読
本」工業調査会（1973），ASTM D696 （注２） 実測値 ASTM D864 （注３） 耐熱性 88―121℃ （注４） 耐熱性 121―149℃ 以下実施例および比較例を挙げ本発明をより詳
細に説明する。 実施例 １ 第２図右半に示すような構成の中空糸型人工臓
器を、耐熱セルロース中空糸（内径250μ、膜厚
30μ）を10000本集束し、ポリカーボネート〔パ
ンライト（登録商標）Ｌ―1250〕製容器内に収納
し、両端をポリ（エステル型ウレタン）樹脂〔ハ
イゾル（Hysol）（登録商標）ES4003〕に埋め込
み隔壁を鋳型し、血液分配、集合板を取付け、除
菌気流下で組立た。 血液室および透析処理液室に蒸留水を充填し水
の熱膨張を緩衝する手段を講じて静水圧下で所定
の熱滅菌処理を行なつた。 第３表に示すごとく、本発明の人工臓器は外観
およびシール性が良好で、中空糸のリークもな
く、性能が優れたものであつた。無菌試験の結果
はすべてマイナスであり、生物学試験も合格し、
人工腎臓として臨床に供し得るものであつた。 さらに、50個の製品につき同様な熱滅菌を行な
い、中空糸のリークの発生の有無をみたがリーク
発生品は皆無であつた。

【表】 実施例 ２ 第２図右半に示すような構成の中空糸型人工臓
器を、耐熱ポリアクリルニトリル中空糸（内径
450μ、膜厚75μ）を5000本集束し、ポリカーボ
ネート製容器内に収納し、実施例１と同様にエポ
キシ樹脂〔主剤：三井鐘紡エポキシＲ―130、硬
化剤：UCC ZZL―0803；混合比6C：40〕にて隔
壁を鋳型し組立た。 実施例１と同様な充填、熱滅菌処理を行い、外
観、シール性、中空糸リーク、性能および無菌試
験においてすべて合格であつた。 比較例 １ 第１図に示すような人工臓器試作品を、耐熱セ
ルロース中空糸を8000本集束し、不錆鋼線膨張係
数１×10^-5／℃）製の容器およびパイレツク硝子
（線膨張係数0.3×10^-5／℃）製の容器内に収納
し、実施例１、２に用いた樹脂にて隔壁を鋳型し
４組合せ各３個試作した。実施例１と同様な充
填、熱滅菌処理を行なつたところ、全部の試作品
の内７個がシール不良であつた。 実施例 ３ ポリ―４―メチルペンテン―１〔TPX（登録
商標）〕製容器内に実施例１と容器以外、すべて
同じ条件で製品を20個組立た。熱滅菌後の外観、
シール性、性能および無菌試験においてすべて合
格であつた。中空糸のリークの発生は20個中皆無
であつた。 実施例 ４ 第１図に示すような構成の人工臓器試作品をポ
リ―４―メチルペンテン―１製容器内にエポキシ
樹脂隔壁を鋳型して組立た。熱滅菌処理を行ない
シールを確認したが漏れはなかつた。 実施例 ５ 実施例１と同様に中空糸型人工腎臓を組立てる
に際し、ポリエステル型ウレタンとして、プレポ
リマーにボライト689（Vorite：登録商標）及び
ポリオールにポリシン（Polycin）936を使用し
て、隔壁を鋳型した。このポリウレタンの線熱膨
張係数は2.5×10^-4／℃であつた。人工臓器に生
理食塩液を充填したタイプ及びこの液を充填しな
いタイプの両者について高圧蒸気による熱滅菌処
理を施した。両者の人工臓器とも中空糸と隔壁、
隔壁と容器とのシール性は良好であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施態様の縦断
面図である。第２図において右半分と左半分とは
異なつた態様を示してある。各図中の１〜９は
各々次のものを表わす。 １……中空糸、２……容器、３……隔壁、４…
…血液分配（または集合）部位、５……血液集合
（または分配）部位、６……血液導管、７……処
理液（または処理流体）導管、８……血液室、９
……処理液（または処理流体）室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空糸、隔壁および容器から構成される中空
   糸型人工臓器において、該中空糸、該隔壁および
   該容器が40〜130℃の範囲で実質的に耐熱性を有
   し、該隔壁部材の線膨張係数ａ〔１／℃〕が40〜
   130℃の範囲で該容器部材の該係数ｂ〔１／℃〕
   および温度ｔ〔℃〕との間に次式の関係を有する
   こと、 （4.13×10^-5）ｅ⁰.^00769t≦ａ≦2b および該隔壁部材が50〜120℃の範囲で二次転移
   しないことを特徴とする熱滅菌使用の人工臓器。 ２ 中空糸がセルロースである特許請求の範囲第
   １項記載の人工臓器。 ３ 中空糸がポリアクリルニトリルである特許請
   求の範囲第１項記載の人工臓器。 ４ 容器部材がポリカーボネートである特許請求
   の範囲第１項記載の人工臓器。 ５ 容器部材がポリ―４―メチルペンテン―１で
   ある特許請求の範囲第１項記載の人工臓器。 ６ 隔壁部材が高分子重合体である特許請求の範
   囲第１項記載の人工臓器。 ７ 高分子重合体が２種以上の成分から付加重合
   により重合および架橋し全質量が実質的に変化し
   ない重合体である特許請求の範囲第６項記載の人
   工臓器。 ８ 高分子重合体がウレタン樹脂である特許請求
   の範囲第７項記載の人工臓器。 ９ ウレタン樹脂がポリ（エステル型ウレタン）
   である特許請求の範囲第８項記載の人工臓器。 １０ 高分子重合体がエポキシ樹脂である特許請
   求の範囲第７項記載の人工臓器。