WO2014177697A1

WO2014177697A1 - Dialysator für die blutwäsche mit kapillarmembranen, spinnanlage für kapillaren und verfahren zur herstellung von kapillaren

Info

Publication number: WO2014177697A1
Application number: PCT/EP2014/058994
Authority: WO
Inventors: Oliver GOTTSCHALK
Original assignee: Nephro-Solutions Ag
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2014-11-06
Also published as: DE202013004189U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dialysator mit einer Vielzahl von sich jeweils in einer Längsrichtung (L) erstreckenden, nebeneinander angeordneten Kapillaren (20) mit jeweils einer semipermeablen Membran (9) mit einer Membraninnenfläche (9a) und einer Membranaußenfläche, wobei die Membraninnenfläche (9a) durch ein sie vergrößerndes Profil (37a) gekennzeichnet ist.

Description

Dialysator für die Blutwäsche mit Kapillarmembranen, Spinnanlage für Kapillaren und Verfahren zur Herstellung von Kapillaren Die Erfindung betrifft einen Dialysator für die Blutwäsche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Spinnanlage zur Herstellung von Kapillaren in einem erfindungsgemäßen Dialysator sowie ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kapillaren. Dialysatoren sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. An chronischer Niereninsuffizienz erkrankte Dialysepatienten werden in dafür spezialisierten Kliniken mit Hilfe der sogenannten Hämodialyse HD behandelt. Mit einem Anteil an den Behandlungen von weltweit über 89 % ist die HD das weitaus häufigste Verfahren in der Nierenersatztherapie. Ein weiteres Verfahren der Nierenersatztherapie ist die sogenannte Bauchfell- bzw. Peritonealdialyse PD. Die Hämodialyse erfordert den Einsatz von Hämodialysemaschinen und Dialysatoren, die als „künstliche Nieren" mit Hilfe eines extrakorporalen Blutkreislaufs an das Gerät angeschlossen . werden und auch als Verbrauchsteile, sogenannte Einmalartikel ersetzt werden müssen. Mit ihrer Hilfe gelingt die Entfernung von urämischen Retentionsprodukten sowie von Wasser (Ultrafiltration) aus dem Blut des Patienten (Blutwäsche). Die Mehrzahl der kommerziell erhältlichen Dialysatoren enthält mehr als 10.000 Hohlfasern, deren Wand als Membran ausgebildet ist und die als Kapillarmembranen bezeichnet werden.

Darüber hinaus sind Verfahren zur Herstellung von Querschnittsprofilen aufweisenden Mikrohohlfasern bekannt. So sind Verfahren zur Vergrößerung der Außenfläche von Hohlfasermembranen aus dem Artikel „High Performance micro-engineered hollow fiber membranes by smart spinneret design" in: Journal of Membrane Science, 256 (2005) 209- 215 bekannt. Die Mikrohohlfasern finden in Gasseparationsverfahren Anwendung. Dort ist insbesondere das Aufbringen eines Profils auf die Außenwandung einer Mikrohohlfaser offenbart, um den Abstand zwischen den Mikrohohlfasern zur Effizienzerhöhung nicht unter einen Mindestabstand fallenzulassen. Zwar ist in dem Artikel im Appendix auch ein Profil auf einer Innenwandung einer Mikrohohlfaser offenbart jedoch nur für deren Anwendung in Gasseparationsverfahren, wobei die Mikrohohlfasern in Spinnverfahren aus einer Lösung aus PEI/PVP/NMP in einem Verhältnis von 19/1 1/70 wt% hergestellt werden und Wasser als Koagulat verwendet wird. Diese Mikrohohlfasern sind schon auf Grund ihrer Materialbeschaffenheit für den Einsatz in Dialysatoren in keinem Fall geeignet. Es ist in einem ersten Aspekt daher Aufgabe der Erfindung, einen Dialysator für die Blutwäsche zur Verfügung zu stellen, der eine verbesserte Wirkung bei gleicher Baugröße aufweist. In einem zweiten Aspekt ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spinnanlage zur Herstellung von Kapillarmembranen für erfindungsgemäße Dialysatoren zur Verfügung zu stellen sowie in einem dritten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung der Kapillarmembranen.

In ihrem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch einen Dialysator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Dialysator für die Blutwäsche mit einer Vielzahl von sich jeweils in einer Längsrichtung erstreckenden, nebeneinander angeordneten Kapillaren zur Verfügung gestellt mit jeweils einer semipermeablen Kapillarmembran₇ die jeweils eine Membraninnenfläche und eine Membranaußenfläche aufweist. Vorzugsweise stellte eine Wand der Kapillare die semipermeable Kapillarmembran dar, wobei ein eine Membran- austauschfläche vergrößerndes Profil auf der Membraninnenfläche vorgesehen ist. Die Membraninnenfläche ist vergrößert im Vergleich mit einer im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung kreisförmigen Membraninnenfläche, die einen gleichen durchschnittlichen Innendurchmesser aufweist. Wobei unter dem mittleren Innendurchmesser ein Durchmesser zu verstehen ist, der durch vollständige Einebnung bzw. Glättung der Gipfel und Täler des Profils entsteht.

Die Membraninnenfläche ist geometrisch zur Vergrößerung der Membranaustauschfläche unterschiedlich realisierbar. Die semipermeablen Membranen bestehen günstigerweise aus Polysulfon (PSu) und/oder Polyethersulfon (PES). Dabei handelt es sich um Materialien, die klinisch getestet und für den Einsatz in Dialysatoren geeignet und zugelassen sind. Die semipermeable Membran kann vollständig aus Polysulfon und/oder Polyethersulfon bestehen. Es können aber auch andere Membranpolymere zum Aufbau der semipermeablen Membran gewählt werden. Es sind dafür alle für die Dialyse geeigneten Membranpolymere verwendbar, insbesondere auch Membranpolymere auf der Basis von modifizierten Cellulosen, wie beispielsweise Cellulose- Azetat und/oder Polyacrylnitril und/oder Polyamid.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dialysators erstreckt sich das Profil entlang der gesamten Ausdehnung in Längsrichtung der Membraninnenfläche jeder der Kapillaren. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Membraninnenfläche bei einem gleichen mittleren Innendurchmesser möglichst groß zu gestalten. Dieses wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Membraninnenfiäche ein Profil aufweist, das sich günstigerweise entlang der gesamten Kapillare in Längsrichtung erstreckt.

Jede der Kapillaren weist einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Profil eine Wellenform auf, die sich in dem Querschnitt entlang eines gesamten Umfanges der Membraninnenfläche erstreckt. Bei der Wellenform kann es sich um eine sinusförmige Welle, aber auch um andersartige Wellenformen, wie rechteckförmige Wellen, Sägezahnprofile o. Ä. handeln, die vorzugsweise jeweils abgerundete Kanten aufweisen. Besonders bevorzugt ist das Profil in Längsrichtung translationsinvariant, d. h. dass das Profil in mehreren Querschnitten entlang der Längsrichtung der Kapillare eine identische Form aufweist.

Günstigerweise weist das wellenförmige Profil entlang des Umfangs wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 30, besonders bevorzugt wenigstens 60 Wellenberge auf. Es ist jedoch auch jede andere Anzahl an Wellen mitoffenbart. Insbesondere können auch nur eine Welle oder nur zwei Wellen vorgesehen sein, die die Membraninnenfläche bereits vergrößern. Die vorgesehenen Wellenberge und Täler sind in ihrer Höhe/Tiefe so gestaltet, dass bei der Perfusion mit Blut möglichst wenige Blutzellen adsorbiert werden. In ihrem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Spinnanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erfüllt.

Die Spinnanlage umfasst eine Vielzahl an Spinndüsen mit jeweils einer Längsrichtung und jeweils einer ersten Auslassöffnung für ein temporäres Füllmedium und einer zweiten Auslassöffnung für eine Polymerlösung, wobei die zweite Auslassöffnung die erste Auslassöffnung in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung vorzugsweise vollständig umläuft und die erste und zweite Auslassöffnung in Längsrichtung geöffnet sind, vorzugsweise in der Weise, dass das temporäre Füllmedium und die Polymerlösung beide gemeinsam in Längsrichtung aus den Auslassöffnungen der Spinndüse in die gleiche Richtung austreten. Erfindungsgemäß weist eine Innenwandung der zweiten Auslassöffnung in dem Querschnitt ein die erste Auslassöffnung umlaufendes komplementäres Profil auf. Vorzugsweise umläuft das komplementäre Profil die erste Auslassöffnung vollständig.

Vorzugsweise ist zwischen den beiden Auslassöffnungen ein Auslassstutzen vorgesehen, der vorzugsweise in dem Querschnitt ringförmig ausgeformt ist. Günstigerweise weist eine Außenwandung des Auslassstutzens das komplementäre Profil auf, das dann während des Herstellungsverfahrens der Kapillare als Profil auf die Membraninnenfläche aufgebracht wird. Günstigerweise ist eine Innenwandung des vorzugsweise ringförmigen Auslassstutzens glatt und in dem Querschnitt kreisförmig, vorzugsweise exakt kreisförmig, während die Außenwandung das komplementäre Profil aufweist.

Vorzugsweise ist die erste Auslassöffnung in dem Querschnitt kreisförmig ausgebildet und die zweite Auslassöffnung ringförmig ausgebildet und umgibt die erste Auslassöffnung vorzugsweise konzentrisch, und der in dem Querschnitt ringförmige Auslassstutzen ist zwischen den beiden Auslassöffnungen angeordnet, und das komplementäre Profil ist an der Außenwandung des Auslassstutzens vorgesehen.

Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Spinnanlage, indem herkömmliche Spinnanlagen verwendet werden können, in denen die Spinndüsen ersetzt werden. Die Spinndüsen weisen jeweils einen Auslassstutzen auf, der die beiden Auslassöffnungen voneinander trennt und auf dessen Außenwandung ein komplementäres Profil aufgebracht ist. Günstigerweise ist das komplementäre Profil in dem Querschnitt wellenförmig ausgeformt und erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs der Außenwandung des Auslassstutzens. Entlang der Längsrichtung des Auslassstutzens ist das komplementäre Profil vorzugsweise zumindest an der Austrittsstelle der Spinndüse vorgesehen, d. h. an der Stelle, an der die aus der Spinndüse austretende Polymerlösung noch die Außenwandung des Auslassstutzens berührt, um dort an der embraninnenwandung das komplementäre Profil als Profil aufnehmen zu können. Günstigerweise stehen von der Auslassstelle Nasen in Längsrichtung ab. Diese Nasen sind Teil des komplementären Profils und können zur Ausbildung von beispielsweise langgezogenen Wellentälern im Profil der Membraninnenwandung verwendet werden.

Vorzugsweise ist eine Innenwandung des Auslassstutzens in dem Querschnitt glatt und streng kreisförmig ausgebildet.

Günstigerwiese weist die Spinnanlage ein erstes Behältnis auf, das mit dem temporären Füllmedium befüllt ist und ein zweites Behältnis, das mit der Polymerlösung befüllt ist. Die Polymerlösung ist vorzugsweise eine Polysulfon (PSu) und/oder Polyethersulfonlösung (PES). Auch andere Polymere können jedoch eingesetzt werden. Die bevorzugten Lösungsmittel für PSu oder PES sind N-Methyl-2-pyrrolidon und Dimethylacetamid. Es können aber auch andere Membranpolymere zum Aufbau der semipermeablen Membran gewählt werden und entsprechende Lösungen bereitgehalten werden. Es sind dafür grundsätzlich alle für die Dialyse geeigneten Membranpolymere verwendbar, insbesondere auch Membranpolymere auf der Basis von modifizierten Cellulosen, wie beispielsweise Cellulose-Azetat und/oder auf der Basis von Polyacrylnitril und/oder Polyamid.

In dem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 erfüllt.

Dabei wird zur Durchführung des Verfahrens eine Polymerlösung zur Ausbildung einer semipermeablen Membran einer ersten Auslassöffnung einer Spinndüse zugeführt, und gleichzeitig wird ein Füllmedium zur Ausbildung einer temporären Seele einer zweiten Auslassöffnung der Spinndüse zugeführt. An einer Austrittsstelle der Spinndüse verlässt ein kapillarförmiger Endlosschlauch kontinuierlich die Spinndüse, und zumindest an der Austrittsstelle überstreicht die Polymerlösung ein komplementäres Profil, das vorzugsweise an einem Auslassstutzen der Spinndüse angebracht ist, und beim Überstreichen bildet sich ein Profil an einer Membraninnenfläche aus. Das Profil an der Membraninnenfläche wird durch die temporäre Seele in seiner Form gehalten. Die temporäre Seele erzeugt vorzugsweise einen variablen Innendruck, mit dem von innen auf die Membraninnenfläche gedrückt wird, so dass die Membran zum einen nicht zusammenfällt und zum anderen ihr durch das komplementäre Profil erzieltes Profil nicht oder zumindest nur sehr langsam ändert oder verliert. Durch den Kontakt des Füllmediums mit der Polymerlösung koaguliert die Polymerlösung, wodurch das Profil bereits direkt nach der Austrittsstelle der Spinndüse stabilisiert wird und an einem Verlaufen gehindert wird. Unter Koagulieren wird in dieser Anmeldung die formstabile Verfestigung der Polymerlösung verstanden.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der kapillare Endlosschlauch nach dem Austritt durch ein Koaguiationsbad geführt und koaguliert dort zur Endloskapillare, d. h. dass sich eine formstabile semipermeable Membran ausbildet mit dem Profil an der Membraninnenfläche, die anschließend in Bündeln zusammengefasst und geschnitten werden kann, um dann die Kapillarbündel in einen Dialysator einzubauen.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird gleichfalls eine Polysulfonlösung (PSu) oder eine Polyethersulfonlösung (PES) als Polymerlösung verwendet. Es können aber auch Lösungen mit anderen Membranpolymeren in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Es sind dafür alle für die Dialyse geeigneten Membranpolymere verwendbar, insbesondere auch Membranpolymere auf der Basis von modifizierten Cellulosen, wie beispielsweise Cellulose-Azetat und/oder auf der Basis von Polyacrylnitril und/oder Polyamid. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in acht Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Flussschema einer herkömmlichen Hämodialyse,

Fig. 2a einen Prinzipaufbau eines Dialysators, Fig. 2b einen Prinzipaufbau einer semipermeablen Membran,

Fig. 3 eine Prinzipansicht einer Spinnanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung erfindungsgemäßer Kapillaren, Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Spinndüse,

Fig. 6 Schnitt entlang einer erfindungsgemäßen Kapillare,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Kapillare, in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Dialysegerätes zur Durchführung einer Hämodialyse an einem Patienten 1. Dabei wird das Blut des Patienten extrakorporal gewaschen.

Fig. 1 zeigt nur den Unterarm eines Patienten 1. Das Blut wird dem Patienten 1 über einen Zugang 2 am Unterarm des Patienten 1 mittels eines Shunts entnommen und mittels einer Blutpumpe 3 über den Zugang 2 abgepumpt und einem Dialysator 4 zugeführt. Dem Patienten 1 entnommenen Blut wird in einer Zuführeinrichtung 6 zusätzlich ein Gerinnungshemmer zugeführt, und das mit dem Gerinnungshemmer angereicherte Blut wird in den Dialysator 4 gepumpt und im Dialysator 4 gewaschen. Der Dialysator 4 dient als die eigentliche„künstliche Niere", der Abfallprodukte aus dem Blut des Patienten wäscht sowie dem Organismus Wasser entzieht. Dem Dialysator 4 wird dazu in einem von einem Blutkreislauf 7 separierten Diaiysatkreislauf 8 Dialysierflüssigkeit, auch Dialysat genannt, zugeführt. Der Blutkreislauf 7 und der Diaiysatkreislauf 8 sind im Dialysator 4 gegenläufig und durch semipermeable Membranen 9 voneinander getrennt. Die semipermeablen Membranen 9 sind in Fig. 1 nur sehr schematisch durch eine schräge Kontaktflächen zwischen den beiden Kreisläufen 7, 8 dargestellt. Ihre tatsächliche Ausformung wird weiter unten beschrieben.

Durch die semipermeablen Membranen 9 findet ein kleinmolekularer Konzentrationsausgleich zwischen Blut und Dialysat statt. Durch das Konzentrationsgefälle zwischen Blut- und Dialysatkompartiment diffundieren die betreffenden Moleküle vom Blut durch die semipermeablen Membranen 9 in das Dialysat und werden durch das Dialysat im Diaiysatkreislauf 8 aus dem Dialysator 4 abtransportiert. Das auf diese Weise gewaschene Blut wird dem Patienten wieder zugeführt. Der Dialysator 4 besteht gemäß Fig. 2a im Wesentlichen aus einer Vielzahl von parallel nebeneinander in Längsrichtung L angeordneter Kapillaren 20. Unter Kapillaren 20 sind im Durchmesser kleine, haarfeine Röhrchen zu verstehen, die einen Innendurchmesser von zwischen 150 pm und 240 pm und einen Außendurchmesser zwischen 200 pm und > 300 pm aufweisen. Die Kapillaren 20 sind parallel nebeneinander, vorzugsweise ohne direkten Kontakt zueinander, in dem Dialysator 4 angeordnet. Durch jeweils ein Lumen 21 jeder der Kapillaren 20, d. h. durch die jeweils freie Innenröhre der Kapillare 20 fließt das Blut des Blutkreislaufs 7 in Längsrichtung L jeder der Kapillaren 20. In einem Außenraum 22 jeder der Kapillaren 20 fließt in die entgegengesetzte Richtung, also entgegen der Längsrichtung L, das Dialysat im Diaiysatkreislauf 8 an den Kapillaren 20 außen vorbei. Die Membran 9 jeder Kapillarwand ist semipermeabel ausgebildet.

Die prinzipielle Wirkweise der semipermeablen Membran 9 ist in Fig. 2b dargestellt. Fig. 2b zeigt auf der linken Seite das vom Blut durchströmte Lumen 21 der Kapillare 20 und auf der rechten Seite den Außenraum 22 der Kapillare 20, der von dem Dialysat durchströmt wird. Das Blut des Patienten 1 weist eine Reihe von Stoffen unterschiedlicher Größe auf, von denen nur einige dargestellt sind. Die semipermeable Membran 9 weist eine Porengröße auf, die es großen Molekülen nicht gestattet, durch sie hindurchzutreten. In diesem Sinne große Moleküle sind rote Blutkörperchen 23 (Erythrozyten) und große Eiweißmoleküle wie Albumin 24. Wasser und auch Elektrolyte 25, Harnstoff, Kreatinin und Phosphationen sowie mittelgroße Moleküle wie beispielsweise ß2-Mikroglobulin 26 können durch die semipermeable Membran 9 hindurchtreten. Durch entsprechende Präparation des Dialysats ist für jedes Molekül separat ein Konzentrationsgefälle einstellbar. Für jedes Molekül entwickelt sich aufgrund des Konzentrationsgefälles nach dem Fick'schen Gesetz J = - D * A de

* — ein Molekülstrom durch die semipermeable Membran 9 hindurch, wenn die semipermeable Membran für die jeweiligen Moleküle durchlässig ist. Dabei meint J den Molekülstrom, D ist eine Diffusionskonstante, A die Größe der Austauschfläche der

de

semipermeablen Membran 9 und— das Konzentrationsgefälle des jeweiligen Moleküls.

Die Konzentration der Stoffe im Dialysat ist so gewählt, dass Wasser aufgrund des über die Maschine angelegten Transmembrandrucks durch die semipermeable Membran 9 aus dem Blut im Lumen 21 durch die semipermeable Membran 9 hindurch in das Dialysat diffundiert. Ebenfalls diffundieren kleinmolekulare Retentionsprodukte, wie Harnsäure, Harnstoff, Kreatinin und Phosphationen, aus dem Blutkompartiment im Lumen 21 in das Dialysatkompartiment. Umgekehrt diffundieren Elektrolyte 25 vom Dialysat in das Blut hinein, weil das Dialysat eine entsprechend höhere, auf den Patienten 1 individuell eingestellte Elektrolytkonzentration aufweist. Durch das Dialysat werden die aufgenommenen Stoffe im vom Blutkreislauf 7 separierten Dialysatkreislauf 8 abtransportiert.

Nach dem Fick'schen Gesetz ist der Molekülstrom J für jeden Molekültyp kritisch abhängig von der Größe der Austauschfläche A, d. h. von der Größe der Fläche der semipermeablen Membran 9, die durch eine Membraninnenfläche 9a ausgebildet ist. Es besteht ebenfalls eine Abhängigkeit zum Gradienten der Konzentration dieses Stoffes entlang der Wegstrecke x in radialer Richtung. Die Erfindung macht von der Idee Gebrauch, die Größe der Austauschfläche A bei sonst gleichbleibenden Außenabmessungen der Kapillaren 20 zu vergrößern und damit den Molekülstrom zu vergrößern, wodurch sich die Wirkung der Kapillaren 20, also das durch die semipermeable Membran 9 hindurchgetretene Volumen pro Längeneinheit der Kapillare 20, vergrößert. Das wird dadurch ermöglicht, dass die Einschränkung der Diffusion durch eine periodische Dickenänderung der Membran linear die gewonnene Fläche, aber quadratisch eingeht.

Die erfindungsgemäßen Kapillaren 20 werden in Form von haarfeinen Kapillarendlosschläuchen 20a in Spinnanlagen 30 hergestellt. Der prinzipielle Aufbau einer Spinnanlage 30 ist in Fig. 3a dargestellt. Die Spinnanlage 30 weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, in Längsrichtung L ausgerichteten Spinndüsen 31 auf, von denen in Fig. 3 eine im Prinzip dargestellt ist. Die Längsrichtung L entspricht der Richtung der Erdanziehungskraft. Der Spinndüse 31 werden zwei Medien zugeführt, zum einen eine polymere Lösung 32, die im weiteren Verlauf des Verfahrens zur semipermeablen Membran 9 koaguliert, sowie ein temporäres Füllmedium 33, wie beispielsweise Wasser oder Luft, das während des Herstellungsverfahrens eine Seele 38 temporär ausbildet und den kapillaren Endlosschlauch 20a geöffnet hält bis der kapillare Endlosschlauch 20a durch Koagulation eine hinreichende Stabilität gewonnen hat, um seine Form nicht mehr zu verändern oder zusammenzufallen. Der Druck, mit der das temporäre Füllmedium in die Spinndüse 31 gefördert wird, wird variabel gesteuert, um so die Ausbildung des gewünschten Querschnitts zu erleichtern. Die Spinndüse 31 weist eine erste, im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L kreisförmige Auslassöffnung 34 auf, die für das Zuführen des temporären Füllmediums 33 bestimmt ist, und eine im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L ringförmige zweite Auslassöffnung 35 auf, die die erste Auslassöffnung 34 im Wesentlichen konzentrisch umgibt und die zum Auslassen der Polymerlösung 32 bestimmt ist. An einer Austrittsstelle 36 der Spinndüse 31 treffen die Polymerlösung 32 und das Füllmedium 33 aufeinander. In diesem Moment beginnt bereits eine Koagulation der Polymerlösung 32 an der Membraninnenfläche 9a zur semipermeablen Membran 9. Fig. 4 zeigt im Prinzip den Aufbau des an der Membraninnenfläche 9a koagulierenden, aber noch nicht vollständig koagulierten kapillaren Endlosschlauches 20a direkt nach dem Austreten aus der Spinndüse 31. Der kapillare Endlosschlauch 20a weist an dieser Stelle eine äußere ringförmige teilkoagulierte Polymerlösung 32a auf, die sich durch weitere fortlaufende Koagulation zur semipermeablen Membran 9 ausbildet und danach die eigentliche Kapillare 20 bildet. Eine Innenfläche der teilkoagulierten Polymerlösung 32a, die bereits im Aufbau der Membraninnenfläche 9a entspricht, weist ein wellenförmiges Profil 37a auf, das sich im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L der Kapillare 20 entlang des gesamten Umfangs der Innenfläche der teilkoagulierten Polymerlösung 32a, die bereits im Aufbau der Membraninnenfläche 9a entspricht, erstreckt. Die temporäre Seele 38 des kapillaren Endlosschlauches 20a wird durch das temporäre Füllmedium 33 ausgebildet. Dabei kann es sich beispielsweise um Wasser handeln, das den kapillaren Endlosschlauch 20a durch einen variablen Innendruck geöffnet hält und das das durch die sich bereits beim Aufeinandertreffen von temporärem Füllmedium 33 und Polymerlösung 32 ausbildende Koagulation wellenförmige Profil 37a der Membraninnenfläche 9a in seiner Form stabilisiert. Das Füllmedium 33 ist temporärer Natur, d. h. es verlässt die Kapillare 20 im weiteren Verlauf des Verfahrens, vorzugsweise nachdem diese vollständig koaguliert ist.

Die Spinndüse 31 ist gemäß Fig. 3 um eine Fällstrecke I oberhalb eines Koagulationsbades 39 angeordnet. Der aus der Spinndüse 31 austretende kapillare Endlosschlauch 20a fällt durch Schwerkrafteinwirkung in das Koagulationsbad 39. Dort koaguliert auch eine Membranaußenfläche 9b. Der kapillare Endlosschlauch 20a wird durch Umlenkrollen 40 aus dem Koagulationsbad 39 herausgeführt und in mehreren, kontinuierlich angeordneten Bädern gewaschen. Der koagulierte kapillare Endlosschlauch 20a wird aufgewickelt, so dass parallel nebeneinander angeordnete Kapillaren 20 als Bündel ausgeformt werden. Die Kapillaren 20 werden in herkömmlicher Weise weiterbearbeitet und parallel nebeneinander in dem und zu dem Dialysator 4 angeordnet.

Fig. 5 zeigt in einer vergrößerten Ansicht die Austrittsstelle 36 der erfindungsgemäßen Spinndüse 31. Dort sind die erste Auslassöffnung 34 sowie die zweite Auslassöffnung 35 dargestellt. Die beiden Auslassöffnungen 34, 35 sind durch einen im Wesentlichen ringförmigen Stutzen 50 voneinander getrennt. Durch die erste Auslassöffnung 34 wird das temporäre Füllmedium 33 herausgelassen, durch die zweite Auslassöffnung 35 die Polymerlösung 32. Erfindungsgemäß ist auf einer Außenwandung 50b des Auslassstutzens 50 ein wellenförmiges komplementäres Profil 37b aufgebracht. Dabei handelt es sich um ein sich im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L entlang des gesamten Umfangs der Außenwandung 50b erstreckendes wellenförmiges komplementäres Profil 37b. Das wellenförmige komplementäre Profil 37b ist insbesondere direkt an der Austrittsstelle 36 vorgesehen, d. h. an der Stelle, an der die Polymerlösung 32 die Spinndüse 31 verlässt und wo sie bereits mit dem temporären Medium 33 in Kontakt kommen kann. Das wellenförmige komplementäre Profil 37b erstreckt sich ein Stück weit, vorzugsweise 0,5 mm, 1 mm oder 1 ,5 mm entgegen der Längsrichtung L entlang der Außenwandung 50b des Auslassstutzens 50. In jedem Fall ist die Länge des wellenförmigen komplementären Profils 37b so bemessen, dass die Polymerlösung 32, die an der Außenwandung 50b des Auslassstutzens 50 entlangfließt, ein wellenförmiges Profil 37a annehmen kann, das dem wellenförmigen komplementären Profil 37b gerade komplementär entgegengesetzt ist. Eine Innenwandung 50a des Auslassstutzens 50 ist im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L hingegen kreisrund ausgeformt.

Es sind auch diverse andere Ausführungsformen des wellenförmigen komplementären Profils 37b bzw. des wellenförmigen Profils 37a denkbar. Das wellenförmige Profil 37a muss nicht unbedingt eine sinusförmige Wellenform im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L aufweisen. Es können auch rechteckige Sägezahnformen oder Wellenformen, die kein Sinusprofil sind, beispielsweise Rechteckformen mit abgerundeten Ecken o. Ä, Verwendung finden.

Die Außenwandung 50b des Auslassstutzens 50 der Spinndüse 31 kann beispielsweise in lithographischem Druckverfahren mit dem wellenförmigen komplementären Profil 37b versehen werden. Verfahren zur Herstellung derartiger Mikro- oder Nanostrukturen sind beispielsweise aus der WO 02/43937 A2 bekannt. Dabei können auch an der Außenwandung 50b des Auslassstutzens 50 sich in Längsrichtung L erstreckende komplementäre Wellenformen aufgedruckt werden. Es sind natürlich auch andere Techniken zur Erzeugung der wellenförmigen komplementären Profils 37b denkbar, wie z. B. das Einfräsen von Vertiefungen in die Außenwandung 50b des Auslassstutzens 50.

Fig. 6 zeigt die Membraninnenfläche 9a der Kapillare 20 mit dem wellenförmigen Profil 37a. In Fig. 6 ist ein Wellenprofil mit 64 Sinuswellen dargestellt. Das sinuswellenförmige Profil der Fig. 6 bewirkt gegenüber einem kreisrunden Querschnitt eine Vergrößerung der Membraninnenfläche 9a von 350 %. Bei 41 Wellen wäre der Zuwachs der Größe der Membraninnenfläche 9a 285 %. Es sind natürlich auch alle anderen Wellenanzahlen denkbar; es ist sogar möglich, dass die Kapillare 20 lediglich eine Welle oder zwei Wellen umfasst sowie jede andere Anzahl an Wellen und auch eine deutlich höhere Anzahl als die oben genannten 68 Wellen.

Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße Kapillare 20 in einer perspektivischen Prinzipansicht. Aufgrund des erheblichen Zuwachses der Größe der Membraninnenfläche 9a bei gleichbleibender Länge und gleichem durchschnittlichen Innendurchmesser der Kapillare 20, wird die Wirkung der Kapillaren 20 entsprechend erhöht. Da der Molekülstrom J proportional zur Größe der Austauschfläche A gemäß dem oben genannten Fick'schen Gesetz ist, ergibt sich eine Steigerung der Wirkung der Kapillare 20 bei gleicher Länge entsprechend der Vergrößerung der Membraninnenfläche 9b bei den oben genannten Beispielen um 285 % bzw. um 350 %.

Bezugszeichenliste

1 Patient

2 Zugang

3 Biutpumpe

4 Dialysator

Zuführeinrichtung

Blutkreislauf

Dialysekreislauf

semipermeable Membran

Membraninnenfläche

Membranaußenfläche 20 Kapillaren

20a (koagulierter) Kapillarendlosschlauch

21 Lumen

22 Außenraum Kapillare

23 rote Blutkörperchen

24 Albumin

25 Elektrolyte

26 ß2-Mikroglobulin

30 Spinnanlage

31 Spinndüsen

32 Polymerlösung

32a teilkoagulierte Polymerlösung

33 temporäres Füllmedium

34 erste Auslassöffnung, kreisförmig 35 zweite Auslassöffnung, ringförmig

36 Austrittsstelle der Spinndüse

37a (wellenförmiges) Profil

37b (wellenförmiges) komplementäres Profil

38 Seele

39 Koagulationsbad 40 Umlenkrollen

50 Stutzen

50a Innenwandung des Stutzens

50b Außenwandung des Stutzens

I Fällstrecke

x Wegstrecke in radialer Richtung

A (Größe der) Austauschfläche der semipermeablen Membran D Diffusionskonstante

J Molekülstrom L Längsrichtung dc/dx Konzentrationsgefälle des jeweiligen Moleküls

Claims

Patentansprüche

Dialysator für die Blutwäsche mit

einer Vielzahl von sich jeweils in einer Längsrichtung (L) erstreckenden,

nebeneinander angeordneten Kapillaren (20) mit jeweils einer semipermeablen Membran (9) mit einer Membraninnenfläche (9a) und einer Membranaußenfläche, gekennzeichnet durch ein die Membraninnenfläche (9a) vergrößerndes Profil (37a).

Dialysator nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass sich das Profil (37a) entlang der gesamten Ausdehnung in Längsrichtung (L) der Membraninnenfläche (9a) jeder der Kapillaren (20) erstreckt.

Dialysator nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kapillaren (20) einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung (L) aufweist und dadurch, dass das Profil (37a) eine Wellenform aufweist, die sich in dem Querschnitt entlang eines gesamten Umfanges der

Membraninnenfläche (9a) erstreckt.

Dialysator nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass das wellenförmige Profil (37a) entlang des Umfanges wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 30, besonders bevorzugt wenigstens 60, besonders bevorzugt wenigstens 90 Wellenberge aufweist.

Dialysator nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeablen Membranen (9) Polysulfon (PSu) und/oder Polyethersulfon (PES) und/oder modifizierte Cellulosen, insbesondere Cellulose-Azetat, und/oder Polyacrylnitril und/oder Polyamid aufweisen oder daraus bestehen.

Spinnanlage mit

einer Vielzahl an Spinndüsen (31) mit

jeweils einer Längsrichtung (L) und mit

jeweils einer ersten Auslassöffnung (34) für ein temporäres Füllmedium (33) und einer zweiten Auslassöffnung (35) für eine Polymerlösung (32), wobei die zweite Auslassöffnung (35) die erste Auslassöffnung (34) in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung (L) umläuft und die erste und zweite Auslassöffnung (34, 35) in Längsrichtung (L) geöffnet sind und eine Innenwandung der zweiten Auslassöffnung (35) in dem Querschnitt ein die erste Auslassöffnung (34) umlaufendes

komplementäres Profil (37b) aufweist.

7. Spinnanlage nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass das komplementäre Profil (37b) die Innenwandung der zweiten Auslassöffnung (35) in dem Querschnitt vollständig umläuft.

8. Spinnanlage nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auslassöffnung (34) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist und die zweite Auslassöffnung (35) ringförmig ausgebildet ist und die erste Auslassöffnung (34) umgibt und ein im Querschnitt ringförmiger Auslassstutzen (50) zwischen den beiden Auslassöffnungen (34, 35) angeordnet ist und das komplementäre Profil (37b) an einer Außenwandung (50b) des

Auslassstutzens (50) vorgesehen ist.

9. Spinnanlage nach Anspruch 6, 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, dass das komplementäre Profil (37b) in dem Querschnitt wellenförmig ausgeformt ist und sich in dem Querschnitt entlang des gesamten Umfanges der Außenwandung (50b) des Auslassstutzens (50) erstreckt.

10. Spinnanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassstutzen (50) das komplementäre Profil (37b) wenigstens an einer Austrittsstelle (36) der Spinndüsen (31) aufweist.

11. Spinnanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung (L) Nasen von der Auslassstelle der Außenwandung (50b) des Auslassstutzens (50) abgehen. 12. Spinnanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass sich das komplementäre Profil (37b) entgegen der Längsrichtung (L) von der Austrittsstelle (36) der Spinndüse entlang der

Außenwandung (50b) des Auslassstutzens (50) erstreckt. 13. Spinnanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwandung (50a) des Auslassstutzens (50) in dem Querschnitt glatt und kreisförmig ausgebildet ist. Spinnanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 13,

gekennzeichnet durch ein erstes Behältnis, das mit dem temporären Füllmedium befüllt ist, und ein zweites Behältnis, das mit der Polymerlösung befüllt ist.

Spinnanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerlösung eine Polysulfon- (PSu) und/oder Polyethersulfonlösung (PES) und/oder eine modifizierte Celluloselösung, insbesondere eine Cellulose-Azetatlösung, und/oder eine Polyacrylnitril- und/oder Polyamidlösung ist.

Verfahren zur Herstellung von Kapillarmembranen (20) indem,

eine Polymerlösung (32) zur Ausbildung einer semipermeablen Membran (9) einer ersten Auslassöffnung (34) einer Spinndüse (31) zugeführt wird,

gleichzeitig ein Füllmedium (33) zur Ausbildung einer temporären Seele (38) unter variablem Druck einer zweiten Auslassöffnung (35) der Spinndüse (31) zugeführt wird, ein kapillarförmiger Endlosschlauch (20a) die Austrittsstelle (36) der Spinndüse (31) kontinuierlich verlässt und die Polymerlösung (32) ein komplementäres Profil (37b) an einem Auslassstutzen (50) der Spinndüse (31) überstreicht und sich beim

Überstreichen ein Profil (37a) an einer Membraninnenfläche (9a) ausbildet und das

Profil (37a) durch die temporäre Seele (38) in seiner Form gehalten wird.

Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerlösung (32) unter Beibehaltung des wellenförmigen Profils (37a) durch Kontakt mit dem Füllmedium (33) koaguliert.

Verfahren nach Anspruch 16 oder 17

dadurch gekennzeichnet, dass der kapillare Endlosschlauch (20a) durch ein

Koagulationsbad (39) geführt wird und dort vollständig unter Beibehaltung der

Geometrie des Profils koaguliert.

Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet, dass der kapillare Endlosschlauch (20a) in Kapillaren (20) geeigneter Länge für einen Einbau in einen Dialysator (4) abgelängt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Polysulfonlösung (PSu) oder eine

Polyethersulfonlösung (PES) und/oder eine auf modifizierten Cellulosen basierende Lösung, insbesondere Cellulose-Azetatlösung, und/oder Polyacrylnitril- und/oder Polyamidlösung verwendet wird.