DE2245200A1

DE2245200A1 - Dialysator

Info

Publication number: DE2245200A1
Application number: DE2245200A
Authority: DE
Inventors: Finley Warren Markley
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1971-09-14
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1973-03-22
Also published as: FR2152929A1; IT967429B; CA966783A; BE788759A; CH556678A; US3746175A; SE398710B; JPS5038638B2; JPS4837376A; GB1363794A; FR2152929B1; AU465220B2; AU4626472A

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, DC, U. S. A.

DIALYSATOR

Die Erfindung bezieht sich auf einen kompakten Dialysator, und zwar insbesondere auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Substanzen in einem ersten Strömungsmittel in ein zweites Strömungsmittel, bzw. zur Zurückhaltung von Substanzen im ersten Strömungsmittel, unter Verwendung eines Rohres oder einer Membranwandung mit einer Vielzahl von Rohren, die aus einem semipermeablen entsprechend den zu übertragenden oder zurückzuhaltenden Substanzen im ersten Strömungsmittel ausgewählten Werkstoff bestehen, wobei eines der Strömungsmittel durch die erwähnten· Rohre läuft, während das andere über und zwischen diesen Rohren hindurchgeht, und wobei schließlich zur Verhinderung des Vermischens der beiden Strömungsmittel die Durchlässe für das eine Strömungsmittel von den Durchlässen für das andere Strömungsmittel an den.Rohrenden abgedichtet sind.

Der Begriff Dialyse wird hier in seinem breiten Sinne als ein Verfahren verstanden, bei welchem in einem ersten Strömungsmittel vorhandene Substanzen in ein zweites Strömungsmittel übertragen werden, oder aber von einer solchen Übertragung zurückgehalten werden, während das erste Strömungsmittel durch eine semipermeable Membran hindurchdringt, welche die beiden Strömungsmittel voneinander trennt.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, die bei einer Anzahl der von der obigen Definition der Dialyse umfaßten Verfahren anwendbar ist, wo

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ein hohen Verhältnis von aktiver Oberfläche zu Volumen erwünscht ist; dies ist beispielsweise der Fall bei einer Lungenvorrichtung oder einem Oxygenator (Sauerstoffvorrichtung) zum Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxyd über eine Membran, eine umgekehrte Osmosevorrichtung zur Reinigung oder Entsalzung von Wasser oder eine Hämodialysevorrichtung zur Blutreinigung. Mehr ins einzelne gehend bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Entfernung von Unreinheiten und Überschlußwasser aus Blut durch extrakorporale Hämodialyse, wo eine sehr große Oberfläche für die Dialyse in einer kompakten Einheit vorgesehen ist, die ein geringes Blutanfüllvolumen besitzt und zu Hause verwendet werden kann, wobei die Einheit nach dem Gebrauch weggeworfen wird.

Die Anwendung des wohlbekannten und untersuchten Konzepts der Dialyse bei der Reinigung von Blut durch Hämodialyse in einer künstlichen Niere ist längst erwiesen und wird seit vielen Jahren praktiziert. Die Reinigung des Blutes ist die Folge eines an einer semipermeablen Membran aufgebauten Konzentrationsgradienten, der mit höherer Konzentration im Blut befindliche Verunreinigungen zwingt durch die Membran vom Blut in das Dialyseströmungsmittel (im folgenden als das Dialysat bezeichnet) hindurchzudringen, und zwar mit einer höheren Geschwindigkeit als das Hindurchdringen in entgegengesetzter Richtung erfolgt; auf diese Weise ergibt sich eine Netto-Übertragung von Verunreinigungen aus dem Blut. Die Poren der semipermeablen Membran haben eine solche Größe, daß die kleineren Moleküle der Verunreinigungen ohne weiteres durch die Poren hindurch gelangen, während die Blutzellen und Proteine im Blut viel zu groß sind, um ebenso hindurchzugehen. Da einige Komponenten und Substanzen, wie beispielsweise Zucker und verschiedene Salze, lebenswichtige Teile des Blutes sind, dabei jedoch klein genug sind, um durch die Poren zu gelangen, enthält das Dialysat diese Substanzen in einer Konzentration gleich derjenigen im Blut, so daß diese Substanzen dem Blut durch die Dialyse nicht verloren gehen. In ähnlicher Weise wird auch Uberschußwasser aus dem Blut durch das Verfahren der Ultrafiltration entfernt, wo an der Membran ein Druckdifferential aufgebaut wird, wobei sich das Blut auf einem etwas höheren Druck befindet als das Dialysat; diese Druckdifferenz treibt das Wasser aus dem Blut durch die Poren der semipermeablen

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Membran. Darüber hinaus verhindert diese Druckdifferenz eine Verunreinigung des Blutes durch das Dialysat für den Fall, daß in der Membran oder in der damit verbundenen Vorrichtung eine Leckstelle auftreten sollte.

Die Anwendung der Prinzipien der Hämodialyse beim Menschen wurde •erste mit der Entdeckung möglich, daß als semipermeable Membrane Rohre aus regenerierter Zellulose verwendbar sind» Ältere, noch heute verwendete, Hamodialysatoren bestanden aus-einer Spule von Zelluloserohr großer Länge, welches in einem Dialysatbad untergetaucht war. Verbesserungen und Abwandlungen der Hamodialysatoren sahen ein Abflachen der Rohre vor, um das Blutvolumen zu vermindern, welches zum Füllen des Rohres und Anfüllen der Einheit erforderlich war; ferner wurden viele kurze parallele Rohrlängen an Stelle weniger großer Längen verwendet, und Parallelrohre wurden dadurch ausgebildet, daß man zwei Bogen regenerierter Zellulose zwischen zwei mit Rillen versehene Platten .quetschte. Alle diese Hamodialysatoren haben jedoch einen oder mehrere der folgenden Nachteile: Sie benötigen einen großen Blutvorrat, um das große Rohrvolumen anzufüllen? sie benötigen eine externe Blutpumpe, um das Blut durch die Rohre zu drücken; sie machen den Wiederaufbau und die Sterilisation der Vorrichtung nach jeder Benutzung erforderlich; sie setzen die Anwesenheit geschulter Techniker und medizinischen Personals voraus, um die Hämodialysebehandlung zu überwachen. Infolge des großen Volumens dieser Dialysatoren ist oftmals eine Bluttransfusion erforderlich und das hohe Anfüllvplumen hat eine teure und etwas verschwenderische Blutverwendung zur Folge Da geeignete Ausrüstungen und medizinisches Personal nicht überall verfügbar sind, wird die Dialyse in den meisten Fällen in einem Krankenhaus ausgeführt.

Obwohl allein in den Vereinigten Staaten die Anzahl von an einer chronischen Nierenkrankheit oder einem Nierenausfall leidenden Menschen recht hoch ist, bleibt die Anzahl der Leute, die die richtige medizinische Behandlung erhalten, tragischerweise sehr niedrig. Dies liegt sowohl an der beschränkten und bei weitem nicht ausreichenden Anzahl tatsächlich verfügbarer künstlicher

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Nieren, als auch an den enormen bei einer derartigen Behandlung auftretenden Kosten, die sich in der Größenordnung von 2o.ooo bis 25.OOO Dollar pro Jahr (für eine Behandlung im Krankenhaus) belaufen; selbst wenn die Behandlungen im Hause des Patienten ausgeführt werden, treten Kosten von mindestens ungefähr S.ooo Dollar auf, wobei dabei die vom Patienten oder dessen Familie geleistete Arbeit nicht berücksichtigt ist. Demzufolge richteten sich die neueren Entwicklungsanstrengungen bei künstlichen Nieren auf die Verminderung des für den Betrieb der Einheit erforderlichen Blutvolumens, ohne dabei den Wirkungsgrad zu verringern; weiterhin richteten sich die Entwicklungsanstrengungen auf das Vermeiden einer äußeren Blutpumpe und auf eine Erhöhung der Verfügbarkeit ordnungsgemäßer medizinischer Fürsorge für Nierenpatienten, und zwar sowohl durch Vergrößerung der tatsächlichen Zahl künstlicher Nieren, als auch durch Absenken der erforderlichen Kosten bei fortgesetzten Hämodialysebehandlungen. Zu den Neuentwicklungen auf diesem Gebiet gehört der "Argonne-Dialysator", der vom Erfinder der vorliegenden Erfindung (Finley W. Markley) zusammen mit Ardis R. Lavender entwickelt wurde und Gegenstand der U.S. Patente 3,522,885 und 3,565,258 ist. Der Argonne-Dialysator ist ein kleiner Hämodialysator, der viele Parallelrohre aus regenerierter Zellulose aufweist, die mit einem Epoxy-Kunstharz verbunden und in einem Kunststoffgehäuse enthalten sind. Träger sind zwischen oder in den abgeflachten Parallelrohren vorgesehen. Dieser Dialysator ist hinreichend klein, so daß keine Transfusion oder zusätzliches Blut zum Auffüllen der Einheit erforderlich ist; ferner ist keine Blutpumpe mehr nötig.

Die gegenwärtig verfügbaren Hämodialysatoren lösen jedoch nicht voll ständig alle für einen Nierenpatienten auftretenden Probleme. Es ist noch immer äußerst wünschenswert, die Verfügbarkeit der Hämodialysebehandlung zu verbessern, und zwar durch die Erhöhrung der Verfügbarkeit von Hämodialysatoren sowohl zahlenmäßig als auch wirtschaftlich. Zu diesem Zweck ist es erwünscht, eine Hämodialysatoreinheit vorzusehen, die leichter in großen Stückzahlen mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden kann, und die ohne zugehörige ausgeklügelte Sicherheitseinrichtungen und Pumpen und ohne Krankenhausaufenthalt oder Überwachung durch geschulte

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Techniker oder medizinisches Personal verwendbar ist.

Es ist daher noch immer erforderlich, das Blutanfüllvolumen weiter durch Verkleinerung der Größe der Dialyseeinheit zu vermindern, wobei gleichzeitig die Wirksamkeit der Dialyseeinheit erhöht wird, und zwar durch Vergrößerung der Oberfläche der Membranzwischenschicht zwischen dem Blut und dem Dialysat. Die für die Dialyse in einem gegebenen Volumen verfügbare Oberfläche kann durch die Verwendung von zahlreichen Rohren von kleinem Durchmesser stark vergrößert werden, wobei natürlich die Verwendung von Rohren mit Kapillargröße die größte Oberfläche in einem relativ kleinen Volumen ergibt. Die Verwendung von Kapillarrohren hat jedoch zwei Grundprobleme zur Folge, die bislang nur mit großen Schwierigkeiten oder gar nicht überwunden werden konnten. Als erstes stellt sich das schwierige Problem der Verbindung der Enden sämtlicher Rohre derart, daß keine Leckstellen auftreten; das zweite Problem bestand darin, daß kein Weg bekannt war, wie man die Kapillarrohre in einer ordentlichen geometrischen Anordnung vorsehen muß, um das von den Kapillarrohren eingenommene Volumen merklich zu vermindern, da durch eine Zufallsanordnung der ein solches verhältnismäßig großes Volumen einnehmenden Rohre wenig hinsichtlich des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen durch die Verwendung von Kapillarrohren zu gewinnen ist.

Eines der Zukunftsziele in der Dialyseforschung ist ein (am Körper) tragbarer ständig arbeitender Dialysator, der lediglich periodisch ersetzt werden muß. Ein Patient würde diese Vorrichtung tragen, während er seinen normalen Geschäften nachgeht, wobei er die Dialysepatrone lediglich jede Woche oder vielleicht jeden Monat ersetzen würde« Es würde dann für einen Patienten nicht mehr erforderlich sein, sich periodisch für einige Zeit relativ untätig zu verhalten, während er sich der Dialysebehandlung unterzieht; sehr wahrscheinlich würde der Patient auch gesünder sein, da der kontinuierlich arbeitende Dialysator einen Giftaufbau im Blut verhindern würde. Ein solcher tragbarer ständig arbeitender Dialysator wird erst möglich sein bei weiteren Entwicklungen auf drei Gebieten. Als erstes muß ein Verfahren zur Verhinderung des Gerinnens von Blut im Dialysator vervollkommnet werden. Die gegen-

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wärtig verwendeten Membrane beeinflussen das Fibrinogen des Blutes, so daß es vom Blut auf den Membranoberflächen abgeschieden wird, wobei ein Aufbau von Fibrinogen auf der Membran das Blut im Dialysator zum Gerinnen bringen kann. Gegenwärtig wird dem Patienten, bevor er sich der Dialysebehandlung unterzieht, ein anti-thrombogenes Arzneimittel injiziert, um Gerinnen im Dialysator zu verhindern. Die Verwendung eines injizierten anti-thrombogenen Arzneimittels ist natürlich bei Benutzung eines tragbaren ständig arbeitenden Dialysators nicht zufriedenstellend, da das Vorhandensein des Arzneimittels im Patienten das Gerinnen des Blutes auch dann verhindern würde, wenn sich der Patient zufällig schneidet. Gegenwärtig wird eine anti-thrombogene Oberflächenbehandlung für die Membrane untersucht, so daß die Oberflächen nicht mit dem Blut reagieren und kein Gerinnen im Dialysator auftritt, wobei gleichzeitig kein anti-thrombogenes Arzneimittel im Blutkreislauf vorhanden sein braucht. Als zweites muß ein Verfahren zur Reinigung des Dialysats gefunden werden, so daß nur eine kleine Menge des Dialysatströmungsmittels erforderlich ist und kontinuierlich gereinigt und wieder durch den Dialysator zirkuliert wird. Gegen wärtig gibt es keinen praktisch gangbaren Weg, das Dialysat zu reinigen; dies hat zur Folge, da0 ein großes Volumen von Dialysat erforderlich ist und einmal durch den Dialysator hindurch geht. Da es nicht möglich ist, einen tragbaren Dialysator vorzusehen, wenn ein großes Dlalysatvolumen benötigt wird, braucht man ein solches Mittel zur Reinigung des Dialysats, so daß nur ein kleines Volumen« welches rezirkuliert wird, verwendet werden kann. Drittens 8chlleftlich mufl eine Dialysatoreinheit entwickelt werden, die eine Oberfläche aufweist, die groß genug ist, um eine wirkungsvolle Dialyse in einem Volumen auszuführen, welches klein genug ist, daß die Einheit vom Patienten getragen werden kann, während er im wesentlichen normalen Tätigkeiten nachgeht. Wenn die Forschung weitergeht, um Lösungen für die ersten beiden Probleme zu finden, sieht die vorliegende Erfindung eine ausreichende Oberfläche in einem Volumen vor, welches klein genug ist, um zur Verwendung bei einem tragbaren kontinuierlich arbeitenden Dialysator angewandt zu werden.

Demgemäß hat sich die vorliegende Erfindung die Schaffung einer

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Vorrichtung für die Dialyse eines Strömungsmittels zum Ziele gesetzt, in welcher eine sehr große semipermeable Membranoberfläche in einer kompakten Einheit mit relativ kleinem Innenvolumen enthalten ist. Insbesondere ist ein solcher Dialysator vorgesehen, der bei der Hämodialysebehandlung von an chronischer Nierenerkrankung oder Nierenausfall leidenden Patienten verwendbar ist, wobei nur ein sehr kleines Blutvolumen zum Auffüllen der Einheit erforderlich ist. Der Dialysator soll ferner gemäß der Erfindung eine sehr große Oberfläche in einem so kleinen Gesamtvolumen aufweisen, daß der Dialysator zur Verwendung als tragbarer kontinuierlich arbeitender Hämodialysator benutzbar ist, wenn die weiteren damit zusammenhängenden Probleme einer solchen Vorrichtung gelöst sind. Die Dialyseeinheit soll ferner im Hause des Patienten ohne ausgebildete Techniker oder medizinisches Personal verwendbar sein. Auch soll der Hämodialysator relativ billig und in großen Stückzahlen herstellbar sein. Der erfindungsgemäße Hämodialysator soll schließlich in hinreichend hohen Stückzahlen und mit hinreichend niedrigen Kosten herstellbar sein, so daß jede Einheit nach Verwendung weggeworfen werden kann.

Zur Erreichung insbesondere der obengenannten Ziele sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, daß die Rohre in Schichten angeordnet sind, wobei jede derartige Schicht aus einer einzigen Reihe von parallelen Rohren besteht, wobei die Achsen der parallelen Rohre einer Schicht mit einem Winkel gegenüber den Achsen der Rohre in jeder benachbarten Schicht angeordnet sind, und wobei die Achsen der Rohre in einander abwechselnden Schichten parallel verlaufen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere auch aus den Unteransprüchen.

Zusammengefaßt sieht die Erfindung also einen kompakten Dialysator vor, der ein kleines Blutanfüllvolumen besitzt, aber gleichzeitig eine sehr große Fläche für die Dialyse aufweist. Eine große für die Dialyse verfügbare Fläche in einem kleinen Gesamtvolumen wird durch Verwendung semipermeabler Membrane in Form von ordentlich angeordneten Kapillarrohren ermöglicht, wobei die Rohre in Schich-

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ten oder Lagen angeordnet sind, wobei jede Lage eine einzige Reihe paralleler Rohre ist. Wie erwähnt, sind die Rohre und Lagen weiterhin so angeordnet, daß die Rohrachsen jeder gegebenen Lage mit einem Winkel gegenüber den Achsen der Rohre in jeder der beiden benachbarten Lagen verlaufen, so daß die Rohrachsen in einander abwechselnden Schichten parallel verlaufen. Da die Achsen der Rohre in sämtlichen ungeraden Lagen parallel verlaufen und die Achsen der Rohre in allen geraden Lagen parallel verlaufen, während die Achsen der Rohre in den ungeraden Lagen mit einem Winkel gegenüber den Achsen der Rohre in den geraden Lagen angeordnet sind, können die Enden der Kapillarrohre derart zusammengeleitet werden, daß ein Strömungsmittel durch die Kapillarrohre fließt, während ein zweites Strömungsmittel über den Rohren zwischen den Lagen strömt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, daß Kanäle die durch die Spitzen eines oberen gefalteten Bogens der semipermeablen Membran und eines unteren glatten Bogens der semipermeablen Membran, mit der der gefaltete Bogen verbunden wurde, als Kapillarrohre dienen. Andere Formen von Rohren einschließlich runder Kapillarfasern können ebenfalls verwendet werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Dialysators, wobei die Abdeckung großenteils weggebrochen ist;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1; Fig. 3 einen Horizontalschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2, und zwar auf zwei unterschiedlichen Höhen; Fig. 4 einen Vertikalschnitt längs der winkelförmigen Linie 4-4 der Fig. 1, wobei die Rohrlagen gezeigt" sind und veranschaulicht ist, wie die Rohrenden der verschiedenen Lagen miteinander verbunden sind;

Fig. 5 eine auseinandergezogene Ansicht der Kapillarrohre im Detail;

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt der gemäß der Erfindung ausgebildeten Kapillarrohrkanäle;

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Fig. 7 eine Skizze, welche die winkelmäßige Beziehung der parallelen Rohre einer Lage bezüglich der parallelen Rohre einer benachbarten Lage darstellt;

Fig. 8 einen vertikalen Querschnitt einer alternativen Ausbildung der Kapillarrohre, die in diesem Falle runde Kapillarfasern sind; Fig. 9 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel, wobei die Abdeckung weggebrochen ist.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben; es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern daß sich die Erfindung auch auf sämtliche alternativen Ausbildungen und Abwandlungen sowie Äquivalente bezieht.

Gemäß der Erfindung sind semipermeable Membranrohre in übereinanderliegend angeordneten (gestapelten) Lagen (oder Schichten) vorgesehen, die aus einer einzigen Reihe paralleler Rohre bestehen.Für eine allgemeine Beschreibung der Anordnung der Rohre sei auf Fig. Bezug genommen. Eine Vielzahl von Lagen 2o paralleler Rohre 3o sind mit einem Winkel gegenüber einer Vielzahl von Lagen 21 aus identischen parallelen Rohren 3o angeordnet. In Fig. 3 ist eine einzige Lage 21 sowie zwei Lagen 2o, eine oberhalb und eine unterhalb der Lage 21, dargestellt. Um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern, seien die Lagen 2o als gerade Lagen und dementsprechend die Lagen 21 als ungerade Lagen bezeichnet (der Bezeichnung irgend einer speziellen Lage als einer geraden oder ungeraden Lage kommt keinerlei Bedeutung zu). Die Lagen sind übereinandergestapelt, wobei die Achsen der Rohre 3o aller geraden Lagen 2o parallel verlaufen und die Achsen der Rohre 3ö aller ungeraden Lagen 21 parallel sind, wobei die Achsen der Rohre 3o in jeder Lage in einer einzigen Reihe liegen. Betrachtet man die eine gezeigte Lage 21 einzeln als ein Beispiel sämtlicher Lagen, so erkennt man ohne weiteres, daß bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Rohre 3o der Lagen 21 ein Parallelogramm ABCD definieren, wobei benachbarte Seiten ungleiche Länge besitzen und die Achsen der Rohre 3o parallel zu den längeren Seiten AB und CD des

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ParallelogrammsABCD verlaufen. Die Lagen 2o und 21 sind in der Weise ubereinandergestapelt, daß die Ebenen sämtlicher Parallelogramme parallel verlaufen. Die Parallelogramme von abwechselnd angeordneten Schichten, wie beispielsweise der beiden gezeigten Schichten 2o, sind identisch in Größe und Form und die Rohre in diesen abwechselnden Schichten verlaufen parallel; die Parallelogramme der ungeraden Schichten 21 sind hingegen Spiegelbilder der Parallelogramme der geraden Schichten 2o und die Rohre in den ungeraden Schichten 21 sind mit einem Winkel gegenüber den Rohren in den benachbarten geraden oder geradzahligen Schichten (oder Lagen) 2o angeordnet. Daß das Parallelogramm einer geraden Lage das Spiegelbild des Parallelogramms einer ungeraden (ungeradzahligen) Lage ist, kann man sehr gut in Fig. 7 erkennen, wo eine gerade Lage 2o und die benachbarte ungerade Lage 21 getrennt von anderen Bauteilen dargestellt sind. In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die geraden Lagen 2o die ungeraden Lagen 21 überlappen, wobei die Lagen in der Weise ubereinandergestapelt sind, daß sämtliche Lagen in der gleichen Zone überlappen; diese Überlappzone fällt - wie man deutlicher in der auseinandergezogenen Ansicht der Fig. 5 erkennt - durch den ganzen Stapel von Lagen zusammen. In dieser Zone erstreckt/durch den Stapel eine Dialysekammer 19. Da sich die Dialysekammer 19 mit der Überlappzone durch den Stapel der Lagen erstreckt, müssen notwendigerweise sämtliche Rohre 3o durch die Dialysekammer verlaufen. Es sei darauf hingewiesen daß der Dialysevorgang nicht auf die Dialysekammer 19 beschränkt ist, sondern daß dieser Vorgang auch - wie im folgenden erläutert werden wird - in Zonen zusätzlich zu der Zone auftritt, wo sich sämtliche Rohre überlappen.

Nachdem nunmehr die stapeiförmige aus Lagen (Schichten) bestehende Rohranordnung beschrieben wurde, soll nunmehr auf die gesamte Erfindung eingegangen werden.

Der Dialysator weist - vergleiche dazu Fig. 1 - ein Gehäuse Io auf, welches die in Lagen 2o und 21 - wie oben beschrieben - angeordneten Kapillarrohre 3o umschließt. Die Rohre der geraden Lagen sind miteinander an jedem der Enden verbunden und bilden so am einen Ende einen ersten Rohrbogen 12 und am entgegengesetzten Ende

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einen zweiten Rohrbogen 14 jeweils aus den geraden Lagen; die Rohre der ungeraden Schichten sind in gleicher Weise an ihren · Enden verbunden und bilden so einen ersten Rohrbogen 11 und einen zweiten Rohrbogen 13, jeweils aus den ungeraden Lagen. Die Art und Weise wie die Rohre miteinander zur Bildung der Rohrbogen verbunden sind, ist am besten in Fig. 4 zu erkennen, wo die Rohre der ungeraden Lagen 21 miteinander verbunden (versiegelt) sind, um den Rohrbogen 13 zu bilden, während die Rohre 3o der geraden Lagen 2o zur Bildung des Rohrbogens 14 verbunden (versiegelt) sind. Eine Kante des ersten Rohrbogens 12 ist unter einem stumpfen Winkel mit einer Kante des ersten Rohrbogens 11 verbunden, wobei die entgegengesetzt liegenden Kanten dieser beiden Rohrbogen mit dem Gehäuse Io verbunden sind. In gleicher Weise ist der zweite Rohrbogen 14 mit dem zweiten Rohrbogen 13 unter einem stumpfen Winkel verbunden, wobei entgegengesetzt liegende Kanten jeder dieser Rohrbogen in gleicher Weise mit dein Gehäuse Io verbunden oder versiegelt sind, wobei die Rohrbogen auf diese Weise Wandungen mit Öffnungen für die Rohre bilden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Am einen Ende des Gehäuses ist - wie insbesondere in Fig. dargestellt ist - ein Einlass 41 für ein erstes Strömungsmittel angeordnet, während am entgegengesetzt liegenden Ende des Gehäuses ein Auslass 44 vorgesehen ist. Der Einlass 41 führt zu einer Verteiler-Sammelleitung 42, die durch die Innenfläche des Rohrbogens 14, das Gehäuse Io und die Innenfläche des Rohrbogens 11 gebildet wird, und die an die Dialysekammer 19 anstößt. Der Auslass 44 steht mit einer Sammelleitung 43 in Verbindung, die zwischen der Innenfläche des Rohrbogens 13, dem Gehäuse Io und der Innenfläche des Rohrbogens 12 liegt, und die entgegengesetzt zu der Verteiler-Sammelleitung 42 an die Dialysekammer 19 anstößt; die Sammelleitungen 42 und 43 stehen nur durch die Dialysekammer 19 in Verbindung. Ein Einlass 31 für ein zweites Strömungsmittel ist am entgegengesetzten Ende des Gehäuses gegenüber einem Auslass 34 für ein zweites Strömungsmittel angeordnet. Der Einlass führt zu einer Verteilt·»--Sammelleitung 32, die zwischen den Aussenflächen der Rohrbogen 11 und 12 und zwei benachbarten Seiten des Gehäuses Io liegt. Der Aut,j.ass 34 steht mit einer Sammlungsleitung für das zweite Strömungsmittel 33 In Verbindung und liegt

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zwischen den Aussenflachen der Rohrbogen 13 und 14 und den anderen beiden benachbarten Seiten des Gehäuses Io. Die Sammelleitungen 32 und 33 für das zweite Strömungsmittel stehen - wie man auf besten in Fig. 2 und 3 erkennt - nur über die Rohre 3o in Verbindung und sind gegenüber den Sammelleitungen 42 und 43 für das erste Strömungsmittel und auch gegenüber der Dialysekammer 19 abgedichtet.

Ferner bestehen die semipermeablen Membranrohre gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus Kanälen zwischen den Spitzen eines oberen gefalteten Bogens und eines unteren ebenen Membranbogens, mit welchem der obere gefaltete Bogen verbunden ist. Zur Veranschaulichung der auf diese Weise ausgebildeten Kapillarrohre sei auf die Fig. 5 und 6 verwiesen. In Fig. ist eine Lage 2o aus Kapillarrohren 3o dargestellt, die durch einen oberen gefalteten Bogen 51 und einen unteren flachen Bogen 52 aus semipermeabler Membran gebildet sind. Der obere gefaltete Bogen 51 wurde mit dem unteren ebenen Bogen 52 durch ein Epoxy-Harzklebemittel 53 verbunden. Die Art der auf diese Weise gebildeten Rohre ist besser in Fig. 6 zu erkennen, wo die vergrößerte Querschnittsansicht der Rohre zeigt, daß der obere gefaltete Bogen 51 durch Epoxy-Harz 53 mit dem unteren ebenen Bogen 52 verbunden ist. Die Kanäle der Rohre 3o kann man deutlich zwischen den Spitzen 55 der Falten und dem ebenen Bogen 52 erkennen. In den Figuren sind dreieckige Falten dargestellt; derartige dreieckige Faltungen werden bevorzugt, jedoch ist die Erfindung nicht auf solche Faltungen beschränkt, die Falten können vielmehr auch quadratisch sein, Halbkreise bilden usw. Auch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung eines ebenen unteren Bogens beschränkt; tatsächlich können auch zwei Bogen mit gefalteten Halbkreisen an geeigneten Punkten miteinander verbunden werden, um einen Bogen mit kreisförmigen Rohren zu ergeben. Aus den unten angegebenen Gründen werden jedoch dreieckige Faltungen bevorzugt. Auch ist die Erfindung nicht auf Rohre beschränkt, die durch das Verbinden von zwei Membranbogen entstehen, da - wie dies in Fig. gezeigt - ebensogut übliche runde Kapillarfasern 58 verwendbar sind.

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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das den Stapel der Rohrlagen umgebende Gehäuse längs der Stapelhöhe rechteckig ausgebildet, und ist im Querschnitt quadratisch. Diese Gehäuseform, d.h. ein rechteckiges Parallelepiped mit quadratischem Querschnitt ist vorzuziehen, weil ein Gehäuse dieser Form leicht zusammenbaubar ist, und weil die erwünschten keilförmigen Sammelleitungen leicht in einem Gehäuse dieser Form unterbringbar sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige spezielle Gehäuseform beschränkt, da auch andere Gehäuseformen an die erfindungsgemäße Vorrichtung anpaßbar sind.

Die Arbeitsweise des bevorzugten Ausführungsbeispiels ergibt sich am besten aus Fig. 3, wo man erkennt, daß ein Strömungsmittel durch den Einlass kommend die Verteiler-Sammelleitung 32 füllt. Da dieses Strömungsmittel Zugang zu den offenen Enden der Rohre hat, die sich durch die Rohrbogen 11 und 12 erstrecken, geht das Strömungsmittel in den Rohren 3o in Richtung der Pfeile in Fig. 3 durch die Dialysekammer; durch die Öffnungen an den entgegengesetzten Enden der sich durch die Rohrbogen 13 und 14 in die Sammlungsleitung 33 erstreckenden Rohre tritt das Strömungsmittel wieder aus, um schließlich durch den Auslass abgeführt zu werden.

Ein weiteres Strömungsmittel tritt durch den Einlass in die Verteiler-Sammelleitung 42 ein und fließt in dieser seitlich vom Eintrittspunkt über die Rohrlagen in dem zwischen den abwechselnden Lagen verbliebenen Raum, wie dies durch die Pfeile dargestellt ist. Sodann fließt das Strömungsmittel durch die Dialysekammer 19 über und um die Rohre 3o herum sowie zwischen den Schichten, um so zur Sammlungsleitung 43 zu gelangen. Das Strömungsmittel gelangt sodann seitlich über die Rohrlagen in dem zwischen abwechselnden Lagen verbleibenden Raum zum Austrittspunkt;, wo es die Sammlungsleitung 43 durch den Auslass verläßt.

Da beide Strömungsmittel durch die Dialysekammer hindurchgehen, dan ο ine innerhalb der Rohre, das andere über und um die Rohre herum, tritt aktive Dialyse auf, wenn die Strömungsmittel in dieser Weine hindurchgehen. Tn dem bevorzugten Ausführungsbei-

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spiel wird Dialyse auch in demjenigen Teil der Sammelleitungen und 43 auftreten, durch welche sich die Rohre erstrecken, wenn das in den Sammelleitungen fließende Strömungsmittel über die Rohre zwischen den abwechselnden Lagen fließt.

Der' Wirkungsgrad der Dialysiereinheit hängt von vielen Variablen ab. Eine dieser Variablen ist die relative Strömungsrichtung der beiden Strömungsmittel, d.h. es spielt eine Rolle, ob die Strömungsmittel parallel zueinander strömen, quer zueinander strömen oder im Gegenstrom fließen; der Gegenstromfluß zwischen Blut und Dialysat ergibt die am meisten erwünschte Beziehung. Betrachtet man beispielsweise einen Dialysator zur Blutreinigung, der mit Parallelstrom betrieben wird, so kommen Blut und Dialysat zuerst an der Membran in Berührung, und zwar an einer Stelle, wo weder das Blut noch das Dialysat in irgendeiner aktiven Dialyse verwickelt waren. An diesem Punkt ist die Konzentration der Verunreinigungen im Blut hoch, während im Dialysat die Konzentration im wesentlichen Null ist. Daher ist an dieser Stelle das Konzentrationsdifferential hoch und infolgedessen ist auch die Nettoübertragung von Verunreinigungen aus dem Blut hoch. Wenn die Strömungsmittel parallel zueinander längs der Membran fließen, erfolgt eine Netto-übertragung von Blutverunreinigungen in das Dialysat. Da jedoch die Konzentration der Blutverunreinigungen mit einem entsprechenden Konzentrationsanstieg im Dialysat abnimmt, nimmt auch das Konzentrationsdifferential ab und die Rate (Geschwindigkeit) der Netto-übertragung von Verunreinigungen verschwindet, wenn die Konzentration im Blut sich der Konzentration im Dialysat annähert, wobei die Netto-übertragung von Verunreinigungen auf Null vermindert wird. Obwohl die Übertragung durch die Membran hindurch sich fortsetzt, ist diese jedoch in beiden Richtungen gleich, so daß die Netto-übertragung Null ist und die aktive Dialyse aufhört. Es tritt dann keine zusätzliche Reinigung des Blutes mehr ein, und zwar unabhängig davon,um wieviel langer und an was für einer Oberflächengröße die beiden Strömungsmittel in Kontakt bleiben. Die E¹OIge davon ist, daß bei Parallelströmung ein großer Teil der Membranoberflache verschwendet werden kann. Im Gegensatz dazu bildet der Gecjenstrum die erwünschte Strömungs-

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beziehung. Beim Gegenstromfluß kommt das Blut zuerst mit dem Dialysat über die Membran an demjenigen Punkt in Berührung, wo sich Dialysat befindet, welches bereits entlang der Länge der Membran in Berührung mit dem Blut strömte. Das Dialysat hat daher nur eine bescheidene Konzentration von Verunreinigungen« Die Konzentration der Verunreinigungen im Blut ist jedoch hoch und notwendigerweise höher als die Konzentration im Dialysat, da das Dialysat niemals eine höhere Konzentration als das Blut, mit dem es sich in Berührung befand, erreichen kann. Da das Dialysat mit dem Blut in Berührung war, welches längs eines Teils des Rohres strömte und einer gewissen Netto-übertragung ausgesetzt war, ist die Konzentration der Verunreinigungen im Dialysat etwas geringer als die des als erstes mit der Membran in Berührung tretenden Blutes* Wenn das Blut längs der Membran fließt, tritt eine Netto-übertragung von Verunreinigungen zum Dialysat auf, wodurch die Konzentration im Blut abgesenkt wird. Da jedoch die Strömung nach dem Gegenstromprinzip erfolgt, befindet sich das Blut beim Strömen längs der Membran in Berührung mit Dialysat, welches eine immer geringer werdende Konzentration von Verunreinigungen aufweist. Daher wird die Konzentration im Blut stets größer sein als die Konzentration im Dialysat; dieses Konzentrationsdifferential bewirkt eine konstante Netto-übertragung von Verunreinigungen aus dem Blut in das Dialysat. Die Konzentration im Blut ist an dem Punkt gering, wo es ausser Berührung mit dem Dialysat kommt; es ist jedoch auch an diesem Punkt, wo das Dialysat zuerst mit dem Blut in Berührung kommt, wobei die Konzentration von Verunreinigungen im Dialysat an diesem Punkt im wesentlichen Null ist. Es ist ersichtlich, daß die Strömung nach dem Gegenstromprinzip eine Netto-übertragung von Verunreinigungen entlang der Gesamtlänge der Membran ergibt und daher wesentlich wirkungsvoller als der Parallelstrom ist. Bei einer Querströmung liegen die Ergebnisse zwischen denjenigen der Parallel- und Gegenströmung. Ein Teil des Blutes wird mit dem Dialysat mit im wesentlichen Null-Konzentration von Verunreinigungen in Berührung stehen, während ein anderer Teil mit Dialysat von geringer Konzentration an Verunreinigungen in Berührung stehen wird.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist Gegenströmung über einen Teil der Meinbranoberflache vorgesehen. Bei der Beschreibung der Strömung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden aus einer dreieckig gefalteten Membran gebildete Rohre betrachtet, so daß auf deren drei "Seiten" Bezug genommen werden kann. Wie man aus den Figuren 2 und 3 erkennt, liegen die Achsen der Rohre benachbarter Lage in einem Winkel zueinander; deshalb berührt das durch die dreieckigen Rohre fließende Strömungsmittel das andere zwischen den Lagen und längs der Rohre der unmittelbar darunter liegenden Schicht fließende Strömungsmittel über die Basis des dreieckigen Rohres bei einem Querstrom-Flußverhalten. Da dies für sämtliche Lagen und Rohre gilt, liefert ein Drittel der Membranoberfläche Querstromfluß. Es ist ferner zu erkennen, daß das erste Strömungsmittel von der Verteiler-Sammelleitung 42 aus über die Rohre der ungeraden Lage 21 in einer Richtung vom Rohrbogen zum Rohrbogen 13 fließt, während das zweite Strömungsmittel von der Verteiler-Sammelleitung 32 über die Rohre der ungeraden Lage in der gleichen Richtung vom Rohrbogen 11 zum Rohrbogen 13 strömt. Da diese Parallelströmung auf zwei Seiten sämtlicher Dreiecksrohre der ungeraden Lagen auftritt, liefert ein Drittel der Membranoberfläche Parallelstrombedingungen. Das erste Strömungsmittel fließt jedoch auch von der Verteiler-Sammelleitung 42 über die Rohre der geraden Lagen ·2ο, und zwar in einer Richtung vom Rohrbogen 14 zum Rohrbogen 12, d.h. also entgegengesetzt zu der Richtung, in welcher das zweite Strömungsmittel von der Verteiler-Sammelleitung 32 aus durch die geraden Rohrlagen läuft. Da dieser Gegenstromfluß auf zwei Seiten sämtlicher Dreiecksrohreder geraden Lagen auftritt, liefert das verbleibende Drittel der Membranoberfläche Gegenstromfluß. Es ergibt sich somit, daß das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Relativströmung von Blut und Dialysat erzeugt, bei welcher ein Drittel Parallelströmung, ein Drittel Querströmung und ein Drittel die erwünschte Gegenströmung ist.

Durch kleine Abänderungen bei den Sammelleitungen kann die zweckmäßige Gegenströmung für über zwei Drittel der Membranoberfläche vorgesehen werden, wobei die weniger erwünschenswerte Parallel-

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Strömung eliminiert wird. Dieses alternative Ausführungsbeispiel ist in Fig. 9 dargestellt, wo ein Gehäuse Ho Kapillarrohre 13o umschließt, die in der gleichen Weise in Lagen angeordnet sind, wie dies bei der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert wurde. Die Enden der Rohre der geraden Lagen sind miteinander zur Bildung von Rohrbogen 112 und 114 verbunden, während die Enden der Rohre der ungeraden Lagen 121 zur Bildung von Rohrbogen 111 und 113 verbunden sind. Eine Kante des ersten Rohrbogens 112 der geraden Lagen ist unter einem stumpfen Winkel mit einer Kante des ersten Rohrbogens 113 für ungerade Lagen verbunden, wobei entgegengesetzt liegende Kanten dieser beiden Rohrbogen mit dem Gehäuse Ho verbunden (versiegelt) sind. In gleicher Weise ist der zweite Rohrbogen 114 für gerade Lagen unter einem stumpfen Winkel mit dem zweiten Rohrbogen 111 für ungerade Lagen verbunden, während die entgegengesetzt liegenden Kanten jeder dieser beiden Rohrbogen in gleicher Weise mit dem Gehäuse Ho verbunden sind. Ein Einlass 141 für ein erstes Strömungsmittel führt zu einer Verteiler-Sammelleitung 142, die durch die Innenfläche des Rohrbogens 114 und die Innenfläche des Rohrbogens 112 gebildet wird, und die an die Dialysekammer 119 anstößt. Der Auslass 144 für das erste Strömungsmittel steht mit der Sammlungsleitung in Verbindung, diedurch die Innenfläche des Rohrbogens 113 und die Innenfläche des Rohrbogens 112 gebildet wird, und die in ähnlicher Weise an entgegengesetzt zur Verteilungs-Sammelleitung 142 liegende Seiten der Dialysekammer 119 angrenzt. Die Sammelleitungen 142 und 143 stehen nur durch die Dialysekammer in Verbindung. Ein Einlass 131 für ein zweites Strömungsmittel führt zu einer Verteiler-Sammelleitung 132, die zwischen den Aussenflächen der Rohrbogen 112 und 113 und zwei benachbarten Seiten des Gehäuses Ho liegt. Ein Auslass 134 für das zweite Strömungsmittel steht mit einer Sammlungsleitung 133 in Verbindung, die zwischen den Aussenflachen der Rohrbogen 111 und 114 sowie den beiden anderen benachbarten Seiten des Gehäuses Ho liegt. Die Sammelleitungen 132 und 133 für das zweite Strömungsmittel stehen nur über die Rohre 13o miteinander in Verbindung und sind gegenüber den Sammelleitungen 142 und 143 und auch gegenüber der Dialysekammer 119 abgedichtet. Wie man aus Fig. 9 erkennt, wo Pfeile die

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Strömungsrichtung andeuten, liefert die Basis der dreieckigen Rohre sämtlicher Lagen Querstromverhalten, wie beim bevorzugten Ausführungsbeispiel. In dies' m alternativen Ausführungsbeispiel liefern jedoch beide Seiten der dreieckigen Rohre in sämtlichen Lagen den Gegenstromfluß. Das erste Strömungsmittel fließt von der Verteiler-Sammelleitung 142 über die Rohre der geraden Lagen"! 2o< und zwar in einer Richtung vom Rohrbogen 114 zum Rohrbogen 112. Das zweite Strömungsmittel fließt in den Rohren 13o der geraden Lagen 12o in entgegengesetzter Richtung, und zwar vom Rohrbogen zum Rohrbogen 114; gleichzeitig fließt das erste Strömungsmittel über die Rohre der ungeraden Lagen 121 in einer Richtung vom Rohrbogen 111 zum Rohrbogen 113, während das zweite Strömungsmittel innerhalb der Rohre der ungeraden Lagen 121 in entgegengesetzter Richtung vom Rohrbogen 113 zum Rohrbogen 111 strömt. Es wird daher ein Gegenströmungsfluß an zwei Seiten der Dreiecksrohre in sämtlichen Lagen oder an zwei Dritteln der Membranoberfläche erzeugt, wobei der Parallelstrom eliminiert wurde. Obwohl dieses alternative Ausführungsbeispiel mehr Gegenstromfluß erzeugt als das erste Ausführungsbeispiel, bleibt letzteres doch das bevorzugte Ausführungsbeispiel, da das alternative Ausführungsbeispiel in seinem Aufbau komplizierter und schwieriger herzustellen ist.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß ein Gegenströmungsfluß erzeugt wird, haben das bevorzugte und das alternative Ausführungsbeispiel zahlreiche Vorteile gegenüber dem bekannten Stand der Technik Einer dieser Vorteile besteht darin, daß die Parallelogrammform der Rohrlagen und die Keilform der Sammelleitungen einen gleichmäßigen Blutfluß über die Querschnittsfläche des Dialysators zur Folge haben. Ein solcher gleichmäßiger Blutfluß erhöht natürlich den Wirkungsgrad des Dialysators. Die keilförmigen Sammelleitungen haben noch einen weiteren außerordentlich wichtigen Vorteil zur Folge. Bei der Dialyse des Blutes eines (menschlichen) Patienten muß die außerordentlich empfindliche Natur des Blutes berücksichtigt werden, und es müssen soviel als möglich Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um eine Schädigung der Blutzellen und das Gerinnen des Blutes zu verhindern. Das Blut kann dann geschädigt werden oder zur Gerinnung neigen, wenn die Durchlässe nicht glatt

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sind, und zwar insbesondere dann,wenn das Blut um scharfe Ecken oder Vorsprünge herumfließen muß, oder wenn es schnellen Beschleunigungen oder Verzögerungen oder anderen Turbulenzen beim Durchgang durch den Dialysator unterworfen wird. Jegliche Beschleunigung oder Verzögerung des Blutes ist auch deshalb unerwünscht, weil es notwendigerweise einen Druckabfall an der Einheit zur Folge hat. Es ist vorgesehen, den Dialysator ohne eine externe Blutpumpe zu verwenden, wobei.das Herz des Patienten als die einzige Pumpe dient, um das Blut durch den Dialysator zu drücken. Da die Beschleunigung eines Strömungsmittels Energie erfordert und der Druckabfall am Dialysator dem Herz des Patienten eine größere Belastung aufbürdet, ist die Beseitigung oder Verminderung jeglicher Beschleunigung oder Verzögerung des Blutes im Dialysator ein wichtiger Gesichtspunkt. Die Keilform der Sammelleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist bemerkenswert vorteilhaft im Hinblick auf diese Betrachtungen. Wenn ein gegebenes Blutvolumen vom Einlass zum Zwecke des Durchgangs durch die Dialysekammer zu der vom Einlass am weitesten weg liegenden Öffnung fließt, wird ein Teil dieses Blutvolumens in einen jeden der anderen Durchlässe durch die Dialysekammer, in denen Blut fließt, eintreten, was eine entsprechende Verminderung des zur letzten Öffnung fließenden Volumens zur Folge hat. Wenn die Sammelleitung eine gleichförmige Größe über ihre Gesamtlänge hinweg aufweist, so bleibt die von Blut durchströmte Querschnittsfläche konstant. Das Volumen, welches" durch diese Fläche während einer Zeiteinheit fließt, wird jedoch ständig abnehmen und das Blut wird in entsprechender Weise verzögert. Dies ist im wesentlichen das gleiche, wie wenn ein Strömungsmittel aus einem Rohr in eine Reihe von Rohren mit größer und größer werdendem Durchmesser fließt. Jedesmal wenn das Strömungsmittel in das nächstgrößere Rohr gelangt, liegt eine größere zu durchströmende Querschnittsfläche vor, was eine Verzögerung des Strömungsmittels bewirkt. Wo das Blut aus der Dialysekammer austritt und zum Auslass hinströmt, treten ähnliche Verhältnisse auf, da ein größeres Volumen durch die identische Querscausitfcsfläche hindurch.muß, was eine Beschleunigung des Blutes zur Folge hat. /das Blut beschleunigt .oder verzögert wird, so tritt die Möglichkeit 70η Turbulenzen

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auf, was insbesondere an den öffnungen für die Durchgänge durch die Dialysekammer der Fall ist. Die Keilform der erfindungsgemäßen Sammelleitungen vermeidet diese Probleme. Ebenso wie das zur letzten öffnung hin fließende Blutvolumen dauernd abnimmt, so tut dies die für die Strömung in der Sammelleitung verfügbare Querschnittsfläche, was zur Folge hat, daß das Blut nicht verzögert wird. Die glatte Keilform vermeidet auch jegliche Turbulenz und bietet eine glatte Oberfläche für den Blutdurchgang. Durch die Vermeidung einer Verzögerung des Blutes wird auch der Druckabfall am Dialysator vermindert, was die Dialysebehandlung für das Herz des Patienten erleichtert. Die keilförmige Sammlungsleitung besitzt in analoger Weise eine sich vergrößernde Querschnittsfläche, wenn das Blutvolumen beim Fließen zum Auslass hin ansteigt; auf diese Weise wird eine Beschleunigung des Blutes vermieden.

Es sei darauf hingewiesen, daß für die Blutströmung eine Änderung in der Querschnittsfläche vorhai.den ist, wo das Blut von dem Einlassrohr zur Verteiler-Sammelleitung läuft und wo das Blut von der Sammlungsleitung zum Auslassrohr strömt. Diese für die Blutströmung vorhandene Änderung der Querschnittsfläche verursacht eine Beschleunigung oder Verzögerung des Blutes. Da die Größe des Dialysators durch die Verwendung kleinerer Rohre reduziert wird, wird auch in gleicher Weise die Querschnittsfläche der Sammelleitung vermindert, was eine Verkleinerung des Ausmaßes der Querschnittsänderung bedeutet, die für die Blutströmung vorhanden ist; infolgedessen wird auch die Größe der Beschleunigung reduziert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Aufbau einer Dialyseeinheit von so geringer Größe, daß die Sammelleitungen eine solche Querschnittsfläche für die Blutströmung aufweisen, die besser mit der Querschnittsfläche für den Einlass übereinstimmt, so daß Beschleunigungs- und Verzögerungs-Effekte minimiert werden. Die Größe des Einlasses ist mehr identisch mit der Sammelleitung, als sich dies aus der Zeichnung ergibt,wo aus Gründen der Klarheit eine kleine Einlassöffnung dargestellt wurde.

Die Verwendung von Rohren, die gemäß der Erfindung aus einem ge-

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falteten Bogen und einem ebenen Bogen aus semipermeabler Membran hergestellt wurden, hat ebenfalls Vorteile gegenüber dem Stand der Technik zur Folge. Die Falten des gefalteten Bogens wirken als Träger für die Strömungsmitteldurchgänge und eliminieren jede Notwendigkeit für Träger in den Rohren, zwischen verschiedenen Rohren oder zwischen den Lagen- Die Folge davon ist, daß der gesamte tragende Werkstoff innerhalb des Dialysators als Dialysemembrane wirkt. Dies hat auch den zusätzlichen Vorteil der erleichterten Herstellung der Kapillarrohre bei niedrigen Kosten. Ein großer Bogen der Membran ist gefaltet, wobei die Spitzen der Falten des gefalteten Bogens mit einem Klebemittel überzogen sind, wobei der gefaltete Bogen mit einem großen ebenen Bogen während des Aushärtens des Klebemittels in Berührung gebracht wird, wodurch sich die beiden großen Bogen miteinander verbinden. Dieser große Bogen von Rohren kann dann in die gewünschten Formen zerschnitten und in Lagen zusammengebaut werden. Zur Bildung der Rohre auf diese Weise werden dreieckige Falten bevorzugt, obwohl die Erfindung sich nicht darauf beschränkt, da mit solchen Falten leichter zu arbeiten ist als mit Falten anderer Formen. Die dreieckigen Falten werden durch Falten der Bogen der Membran hergestellt, -wobei das Dicht- oder Verbindungsmittel leicht auf den Spitzen der Dreiecke angebracht wird; die Dreiecksform läßt den größten Teil der Fläche für die Dialyse verfügbar, wobei die Verbindungen nur einen kleinen Teil verbrauchen. Es wurde festgestellt, daß Dreiecksrohre den Innendruck recht gut aufnehmen können, während sie sich bezüglich einem Aussendruck nicht ganz so gut verhalten. Da sich das Blut stets auf einem etwas höheren Druck als das Dialysat befindet, wird daher bei Verwendung dreieckiger Rohre der Blutfluß gemäß der Erfindung vorzugsweise innerhalb der Rohre vorgesehen. Im Gegensatz dazu wird jedoch der J3lutfluß über die Rohre hinweg bei Verwendung runder Kapillare bevorzugt, da das Blut dann keinen scharfen Ecken, wie beispielsweise Rohrenden, ausgesetzt ist, was eine geringere Turbulenz und eine geringere Neigung zu Gerinnungen zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil der in dieser Weise ausgebildeten Rohre besteht darin, daß die Klebebindung zwischen benachbarten Rohren in jeder

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Lage nicht leckdicht zu sein braucht, da sämtliche Rohre irgendeiner Lage das gleiche Strömungsmittel enthalten. Eine leckdichte Abdichtung ist nur an den ί nten jeder Lage erforderlich, wobei diese Abdichtung jedoch in einfacher Weise durch einen zweiten überzug aus einem Dichtungsmittel verstärkt werden kann. Der Hauptvorteil der Verwendung von auf diese Weise gebildeten Kapillarrohren ist jedoch die kompakte und ordentliche Anordnung. Aus dem Stand der Technik bekannte Kapillarrohre wiesen keine geometrische Anordnung der Kapillarrohre auf, so daß die Rohre ein beträchtlich größeres Volumen einnahmen und in entsprechender Weise Raum verschwendeten. Bei den gefalteten Bogen sind die parallelen Rohre ordentlich Seite an Seite angeordnet und die Lagen können in einem kompakten Stapel vorgesehen sein, wobei die sich ergebende dichte geometrische Packung der Kapillarrohre einen sehr kleinen Dialysator ermöglicht. Die Wirkung der so hergestellten Rohre ist gut zu veranschaulichen durch eine Betrachtung der Oberfläche der semipermeablen Membran, die in einem kleinen Volumen enthalten sein kann. Verwandet man Bogen aus regenerierter Zellulose von ungefähr l/looo Zoll Dicke (dies ist in vielen Fällen die Stärke der für die Hämodialyse verwendeten Membrane), so ergab sich, daß Falten von o,o3o Zoll sehr bequem in den Bogen aus regenerierter Zellulose ausgebildet werden können; auch können Falten bis hinab zu o,oo5 Zoll hergestellt und erfolgreich zur Erzeugung der Rohre verklebt werden.

Gemäß der Erfindung in Lagen zusammengebaute gefaltete Schichten können einen kompakten Dialysator mit einem Volumen von 85 cm und einer Membranoberfläche von l,o H' ergeben. Ein derartiger Dialysator hätte äußere Abmessungen von 4,4 cm auf einer Seite und würde über 4ooo dreieckige Rohre enthalten, wobei sein Blutanfüllvolumen ungefähr 45 cm wäre.

über die genannten Vorteile hinaus hätte dieser Dialysator noch den äußerst wichtigen Vorteil, daß er leicht in großen Stückzahlen mit verhältnismäßig niedrigen Kosten aus preiswerten Werkstoffen aufgebaut werden kann. Die Rohre können im Gegensatz zu vorgeformten Rohren sowohl billig als auch aus preiswerten

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Bogen - wie oben beschrieben - durch gefaltete Bogen erzeugt werden. Die Tatsache, daß die Rohre in großen Bogen ausgebildet werden, erleichtert die Handhabung. Die Abdichtung (Verbindung) kann durch ein billiges Epoxy-Harz erfolgen und das Gehäuse kann aus Kunststoff bestehen. Die Verwendung solcher Werkstoffe für den Dialysator hat auch zur Folge, daß die Einheit nach Gebrauch weggeworfen werden kann; im Hinblick auf die billigen Werkstoffe und den einfachen Aufbau können große Mengen dieser Einheiten erzeugt werden, um die Dialysebehandlung mehr Menschen als bisher zu ermöglichen. Da die Einheit nicht nur kompakt ist, sondern auch mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet, kann die Dialyse.ohne eine äußere Blutpumpe durchgeführt werden, da dasHerz des Patienten ausreicht, um das Blut durch den Dialysator zu zirkulieren. Dies wiederum bedeutet, daß die Behandlung zu Hause vorgenommen werden kann. Da die Einheit preiswert ist, können Dialysebehandlungen kürzer und öfter vorgenommen werden, so daß der Patient sich nicht in einem Zustand der Schwäche befindet, wie dies allgemein der Fall ist, auf welche Weise auch kein ausgebildetes medizinisches Personal mehr erforderlich ist.

Obwohl die vorangegangene Darstellung in erster Linie auf einen Dialysator zur Dialyse menschlichen Blutes gerichtet war, ist die Erfindung jedoch nicht auf eine derartige Verwendung beschränkt. Die Erfindung ist vielmehr auch dort anwendbar, wo ein Dialyseverfahren mit zwei unterschiedlichen Strömungsmitteln ausgeführt wird. Ferner ist die Erfindung bei anderen Verfahren benutzbar, wo eine Übertragung einer Substanz von einem Strömungsmittel zu einem zweiten Strömungsmittel durch eine semipermeable Membran erfolgt, und wo eine große Oberfläche in einem kleinen Volumen den Wirkungsgrad dieser Übertragung erhöht. Insbesondere kann die Erfindung zur Verwendung als Oxygenator (Sauerstoffgerät) ausgebildet sein, wo der Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxyd über eine Membran hinweg erfolgt, und zwar durch Verwendung einer Silikoi.gummimembran und Silikongummklebemitteln. Die Erfindung kann auch bei der Wasserreinigung durch ein umgekehrtes Osmoseverfahren benutzt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Übertragung von Substanzen in einem ersten Strömungsmittel in ein zweites Strömungsmittel, bzw. zur Zurückhaltung von Substanzen im ersten Strömungsmittel, unter Verwendung eines Rohres oder einer Membranwandung mit einer Vielzahl von Rohren, die aus einem semipermeablen entsprechend den zu übertragenden oder zurückzuhaltenden Substanzen im ersten Strömungsmittel ausgewählten Werkstoff bestehen, wobei eines der Strömungsmittel durch die erwähnten Rohre läuft, während das andere über und zwischen diesen Rohren hindurch läuft, und wobei schließlich zur Verhinderung des Vermischens der beiden Strömungsmittel die Durchlässe für das eine Strömungsmittel von den Durchlässen für das andere Strömungsmittel an den Rohrenden abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

die Rohre in Lagen (2o) (21) angeordnet sind, von denen jede aus einer einzigen Reihe paralleler Rohre besteht, daß die Achsen der parallelen Rohre einer Lage mit einem Winkel gegenüber den Achsen der Rohre in jeder benachbarten Lage angeordnet sind, und daß die Achsen der Rohre in einander abwechselnden Lagen parallel verlaufen.

2. Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Parallelrohre einer Lage senkrecht zu den Achsen det Rohre in jeder der beiden benachbarten Lagen verlaufen.

3. Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre Kanäle aufweisen, die zwischen den Spitzen eines oberen gefalteten Bogens aus einer semipermeablen Membran und einem unteren ebenen Bogen aus semipermeabler Membran gebildet sind, wobei letztere mit dem oberen gefalteten Bogen verbunden bzw. verklebt ist.

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4. Dialysator nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse, einem Einlass für ein erstes Strömungsmittel, welcher zu einer Verteiler-Sammelleitung führt, einem Auslass für das erste Strömungsmittel, der mit einer Sammlungsleitung in Verbindung steht, eine Dialysekammer, welche zwischen Verteiler-Sammelleitung und Sammlungsleitung angeordnet ist und diese verbindet, einem Einlass für ein zweites Strömungsmittel, der mit einer Verteiler-Sammelleitung für ein zweites Strömungsmittel in Verbindung steht, einem Auslass für ein zweites Strömungsmittel,der mit einer Sammlungsleitung für das zweite Strömungsmittel verbun-

en den ist, und wobei die Sammelleitung für das zweite Strömungs-

en
mittel von den Sammelleitung für das erste Strömungsmittel und der Dialysekammer getrennt und abgedichtet sind, während aber eine Vielzahl semipermeabler Membrane in der Form von Kapillarrohren durch die Dialysekammer verlaufen und abgedichtet die Verteiler-Sammelleitung für das zweite Strömungsmittel mit der Sammlungsleitung für das zweite Strömungsmittel verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kapillarrohre runde Kapillarfasern sind, wobei das erste Strömungsmittel Blut ist und das zweite durch die Dialysekammer strömende Strömungsmittel innerhalb der Rohre ein Dialysat ist.

5. Dialysator nach Anspruch 3 mit einem Gehäuse, einem Einlass für ein erstes Strömungsmittel, der zu einer Verteiler-Sammelleitung für dieses Strömungsmittel führt, einem Auslass für das erste Strömungsmittel, der mit einer Sammlungsleitung für das erste Strömungsmittel verbunden ist, einer zwischen der Sammelleitung und Sammlungsleitung angeordneten und diese verbindenden Dialysekammer, einem Einlass für ein zweites Strömungsmittel, der zu einer Verteiler-Sammelleitung für dieses Strömungsmittel führt, einem Auslass für das zweite Strömungsmittel, der mit einer Sammelleitung für dieses Strömungsmittel verbunden ist, wobei die Sammelleitungen (d.h. Sammelleitung und Sammlungsleitung) für das zweite Strömungsmittel von den Sammelleitungen für das erste Strömungsmittel und der Dialyse-

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kammer getrennt und abgedichtet sind, und wobei eine Vielzahl semipermeabler Membrane in der Form von Kapillarrohren durch die Dialysekammer verla on und die Verteiler-Sammelleitung für das zweite Strömungsmittel mit der Sammlungsleitung für das zweite Strömungsmittel abdichtend verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Falten des oberen gefalteten Bogens der semipermeablen Membran dreieckig sind, daß das erste Strömungsmittel das Dialysat ist, während das zweite durch die Dialysekammer innernalb der Rohre strömende Strömungsmittel Blut ist.

6. Dialysator nach Anspruch 5 mit einer semipermeablen Membran aus regenerierter Zellulose, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogen mit einem Epoxy-Harzklebemittel verbunden sind.

7. Dialysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Bogen aus regenerierter Zellulose ungefähr ο,οοΐ Zoll dick und die Falten im oberen gefalteten Bogen zwischen o,o3o Zoll und o,oo5 Zoll hoch sind.

8. Dialysator nach Anspruch 1 mit Rohren in der Form von Kapillarrohren, die von einem Gehäuse umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß

jede Lage aus einer einzigen Reihe paralleler Rohre besteht, die in der Form eines seitenungleicher Länge aufweisenden Parallelogramms angeordnet sind, wobei die Achsen der Rohre parallel zu den längeren Parallelogrammseiten verlaufen; daß die Lagen derart übereinander gestapelt sind, daß die Ebenen sämtlicher Parallelogramme parallel verlaufen, wobei einander abwechselnde Parallelogramme identische Größe und Form aufweisen, während die Parallelogramme geraden Lagen das Spiegelbild der Parallelogramme ungerader Lagen sind, wobei die Achsen der parallelen Rohre einer Lage mit einem Winkel gegenüber den Achsen der Rohre in jeder benachbarten Lage angeordnet sind, während die Achsen der Rohre in einander abwechselnden Lagen parallel verlaufen; daß die Lagen ferner derart übereinandergestapelt sind, so daß gerade Linien die Spitzen ein-

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ander abwechselnder Parallelogramme verbinden; daß die Rohre gerader Lagen miteinander an ihren Enden versiegelt sind und wirksame Rohrbogen für diese Kapillarohre bilden, wobei die Rohre ungerader Lagen in gleicherweise an ihren Enden versiegelt sind und wirksame Rohrbogen für diese Kapillarrohre bilden; daß "eine Kante eines ersten Rohrbogens der geraden Lagen unter einem stumpfen Winkel mit einer Kante eines ersten Rohrbogens für ungerade Lagen versiegelt (abdichtend verbunden) sind, während entgegengesetzt liegende Kanten der beiden Rohrbogen mit dem Gehäuse in abdichtender Weise verbunden sind; daß in gleicher Weise der zweite Rohrbogen für gerade Lagen unter einem Winkel mit dem zweiten Rohrbogen für ungerade Lagen verbunden ist, während entgegengesetzt liegende Kanten dieser Rohrbogen in gleicher Weise mit dem Gehäuse verbunden sind; daß eine Dialysekammer im Gehäuse vorgesehen ist, wobei die Rohre benachbarter Lagen einander überlappen und sämtliche Rohre durch diese Dialysekammer hindurch verlaufen; daß ein Einlass für ein erstes Strömungsmittel zu einer Verteiler-Sammelleitung für dieses Strömungsmittel führt, die zwischen dem Gehäuse, der Innenfläche des ersten Rohrbogens der geraden Lagen und der Innenfläche des zweiten Rohrbogens der ungeraden Lagen liegt und an zwei Seiten an die Dialysekammer anstößt; daß ein Auslass für das erste Strömungsmittel zu einer Sammlungsleitung für dieses Strömungsmittel führt, die zwischen dem Gehäuse, der Innenfläche des zweiten Rohrbogens für die geraden Lagen und der Innenfläche des ersten Rohrbogens für die ungeraden Lagen ausgebildet ist und an die beiden Seiten der Dialysekammer angrenzt, die entgegengesetzt zu der Verteiler-Sammelleitung des ersten Strömungsmittels liegen; daß die Verteiler- und Sammlungs-Sammelleitungen für das erste Strömungsmittel voneinander getrennt und abgedichtet sind mit Ausnahme der durch die Dialysekammer vorgesehenen Verbindung; daß ein Einlass für ein zweites Strömungsmittel zu einer Verteiler-Sammelleitung für dieses Strömungsmittel führt, wobei diese Sammelleiturg zwischen dem Gehäuse und den Aussenflachen der ersten Rohrbogen für ungerade bzw. gerade Lagen ausgebildet ist; daß ein Auslass für das zweite Strömungsmittel

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mit einer Sammlungsleitung für dieses Strömungsmittel führt, welche zwischen dem Gehäuse und den Aussenflachen der zweiten Rohrbogen für die ungeraden bzw. geraden Lagen ausgebildet ist, und daß schließlich die Sammelleitungen für das zweite Strömungsmittel von den Sammelleitungen für das erste Strömungsmittel und von der Dialysekammer abgedichtet sind und miteinander nur über die erwähnten Rohre in Verbindung stehen.

9. Dialysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lagen derart ubereinandergestapelt sind, daß eine erste gerade Linie eine der Spitzen sämtlicher Parallelogramme verbindet, während eine zweite gerade Linie die entgegengesetzt liegenden Spitzen sämtlicher Parallelogramme verbindet, wobei der
Einlassrohrbogen durch diejenigen Seiten der Parallelogramme gebildet wird, die mit der ersten geraden Linie zusammentreffen, während der Auslassrohrbogen durch diejenigen Parallelogrammseiten gebildet wird, die mit der zweiten geraden Linie zusammentreffen.

10. Dialysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
sämtliche Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen
mit einem Epoxy-Harz bewirkt sind.

11. Dialysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse ein rechteckiges Parallelepiped ist, welches einen
quadratischen Querschnitt aufweist; daß sich der Einlass für das erste Strömungsmittel an der einen Ecke eines quadratischen Endes des Gehäuses befindet; daß die Verteiler-Sammelleitung für das erste Strömungsmittel längs der Rechteckkante des Gehäuses angeordnet ist und an der Einlassecke für das erste
Strömungsmittel beginnt; daß der Auslass für das erste Strömungsmittel an der zum Einlass für das erste Strömungsmittel entgegengesetzt liegenden Ecke und dem entgegengesetzt liegenden Ende des Gehäuses vorgesehen ist; daß die Sammlungsleitung für das erste Strömungsmittel längs derjenigen Rechteckkante des Gehäuses angeordnet ist, die entgegengesetzt zur Verteiler-Sammelleitung für das erste Strömungsmittel liegt; daß der

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Einlass für das zweite Strömungsmittel am quadratischen Ende des Gehäuses an einer Ecke benachbart zum Einlass für das erste Strömungsmittel vorgesehen ist; daß die Verteiler-Sammelleitung für das zweite Strömungsmittel längs zwei benachbarten sich an der Einlassecke für das zweite Strömungsmittel treffenden Rechteckseiten des Gehäuses und zwischen Verteiler- und Sammlungs-Sammelleitung für das erste Strömungsmittel vorgesehen ist; daß die Sammlungsleitung für das zweite Strömungsmittel längs der entgegengesetzt liegenden beiden benachbarten Seiten des Gehäuses und zwischen der Verteiler- und Sammlungs-Sammelleitung für das erste Strömungsmittel vorgesehen ist; und daß schließlich der Auslass für das zweite Strömungsmittel an der entgegengesetzt zum Einlass für das zweite Strömungsmittel liegenden Ecke und am entgegengesetzten Endes des Gehäuses angeordnet ist.

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