本发明专利技术涉及一种用于容纳在物质传输装置中的中空纤维束(1)，所述中空纤维束包括用于热传输和/或物质传输的多个中空纤维股(10a、10b、10c)，所述多个中空纤维股(10a、10b、10c)至少局部地基本沿着优先方向排列并且相对于彼此关于它们的局部优先方向布置，使得至少一个第一组中空纤维股基本沿第一优先方向(V1)指向、至少一个第二组中空纤维股基本沿第二优先方向(V2)指向、以及至少一个第三组中空纤维股基本沿第三优先方向(V3)指向，所述三个优先方向彼此独立。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1和4的前序中所述的用于容纳在物质传输装置中的中空纤维束，并且涉及用于容纳至少一个该中空纤维束的物质传输装置以及根据权利要求17 的前序中所述的用于制造用于容纳在物质传输装置中的中空纤维束的方法。
技术介绍
使用物质传输装置的领域存在于从化学或物理中的一般工业应用到医学技术中的应用的范围中。根据本专利技术所述的物质传输装置涉及在第一相与第二相之间的物质传输，该物质可以呈现为气相或甚至液相，所述第二相通过可透膜与所述第一相隔离。在该情形下，由于第一相与第二相之间的浓度梯度或压力梯度而确保物质传输。取决于所交换的物质以及相应地这些物质所呈现的相，膜的构型需要基本的技术条件以能够确保期望的物质传输。尽管本专利技术不仅仅限于医学工程应用，但是在下面将主要设想于医学工程应用， 将基于该应用解释本专利技术的主要原理。在用于物质传输的医学工程应用中，主要的焦点通常是消除有害的物质，相应地从病人体中传输健康促进或生命维持的物质或将传输健康促进或生命维持的物质传输到病人体内。例如，血液透析所考虑之处涉及净化病人的血液去除有害的劣化产物或有毒物质。在充氧器(Oxygenator)的情形下，一方面向病人的血液供应充足的氧气是最主要的考虑，而另一方面也需要净化血液去除所产生的二氧化碳。其他典型的医学技术的物质传输装置可以例如用于实现血浆分离(血液分离)或混合器官比如人造肝脏。如果在病人血液与另外的传输相(比如与氧气混合的气体)之间将发生物质传输，则必须确保病人的血液被充分治疗；即，确保物质传输充分进行。由此，对充氧器必须小心，使得来自传输相的足够氧气经由膜引入病人的血液内。类似地，必须考虑从病人的血液中移除所聚集的足够量的二氧化碳。取决于物质传输的体积，充氧器能够例如仅用于支承正常的肺功能，或相应地用于其完全的替代。在该情形下，例如能够将充氧器外部地以及内部地设置于病人的血液循环中，以在手术操作期间替代病人的肺功能。取决于需求，必要的膜具有特定的材料特性和几何形状以允许期望的物质传输。 医学技术中的很多现代的物质传输装置使用中空纤维的膜，该膜的纤维壁具有用于待传输物质的预定的透过性。这种膜能够由合适的聚合物塑料以及聚合物聚丙烯或聚合物聚甲基戊烯(polymethylpentene)制成或者另外地由聚硅酮制成。根据现有技术，多根平行定向的中空纤维在该情形下通常组合成毡(mat)以获得更大的总传输表面。这种毡可以分别以单层或者也可以以多层使用。在由多个毡制成的层的情形下，不同毡的中空纤维的纵向延伸轴线遵守相对于彼此的限定的发散角，以防止单根中空纤维彼此嵌套。在充氧器中，这些毡层随后主要布置为中空圆筒的形式，以使沿该圆筒的径向方向流动的血液在穿过单独的中空纤维时经受物质传输。作为医学技术中该广泛使用的技术的代表，参考文献EP 0 621 047 Bi，其中指定的中空纤维设置为双层的、交叉缠绕的中空纤维毡，每个毡具有平行布置的多根中空纤维。一个中空纤维毡的中空纤维在该情形下与平行的经线(其垂直于一个中空纤维毡的单独的中空纤维的纵向延伸轴线)缝合到一起，以限制单独的中空纤维相对于彼此的运动。第一中空纤维毡的中空纤维相对于第二中空纤维毡的中空纤维的布置例如成 22°的角度。另外，单独的中空纤维毡在可应用为且卷起成束时层叠在彼此的上面，其中中空纤维的端部借助于树脂嵌入到管中以由此锚定它们。除了几何形状的限制以外，物质传输装置通常必须满足源自于与病人护理以及医学考虑相关的安全方面的一系列性能需求。例如，血液填充容积在此必须被考虑，同样需考虑在传输相这侧(例如，在充氧器中的具有氧气的气体)以及血液这侧的相的压力的下降、 血液细胞的剪应力和膜表面的特性以及与血液相互作用时的表面效应。医学技术中不断提出解决方案，这些解决方案考虑多个影响，但是在改进了对特定需求的满足的同时降低了对其他需求的满足。衡量在物质传输装置中传输物质的传输效率及传输量的一个重要参数是局部的温度以及在血液相与传输相之间的局部温度的差异。由此，现代的充氧器例如还包括一体的热交换器，该热交换器意为在物质传输期间通过例如使用呈板状构造的热传导材料使物质传输装置内的温度差异基本平衡。为了能够改进物质传输装置中的物质传输，特别是在充氧器中的氧气传输，以下的等式1能够视为对在充氧器中的气体传输速率的数学描述。dV/dt = K · A · Δ pln (1)其中，dV/dt指代在中空纤维内的气体传输相与在中空纤维外侧的血液相之间的气体传输速率。由此，气体传输速率dV/dt计算为总物质传输系数(K)、膜表面的尺寸(A)、 以及气体分压的对数平均值(ΔΡ η)的乘积，其代表物质传输的驱动能。物质传输系数K可以描述为对于在气相、膜和血液相(本文没有更详细地描述)中相应的气体的单独的物质传输系数的函数。从以上等式可见，理论上能够采用多个措施用于改进物质传输装置中的物质传输。但是，技术实践表明，用于改进一个参数的很多措施伴随有另一参数的劣化。具体地，当在物质传输装置中使用中空纤维时，技术力量主要关注优化物质传输装置的壳体的形状、 定位单独的中空纤维以及影响在物质传输装置内流动的血液相。但是，尽管有这些技术力量，在从现有技术已知的许多物质传输装置仍具有很多严重的缺点，这导致物质传输的减小。这些例如包括在内壳体壁与外中空纤维之间的血液相的壁效应、沟槽形成、短路流动和不工作区，所有这些均涉及在血液相与中空纤维中的传输相之间的显著减小的物质传输。具体地，通过在中空纤维毡中的多根中空纤维的布置(或在中空纤维束中的多个这种毡)，以上描述的现象随后能够在中空纤维毡(相应地中空纤维束绕中央地布置)在物质传输装置内的圆筒缠绕时被具体地确认。在该情形下，不但存在径向流动血液的短路流动，该径向流动血液能够从圆筒的内部直接流动到其内壁而基本不进入具有中空纤维的相互作用的物质传输；此外，在该构型中有时也能够发生在中空纤维毡与圆筒的内壁之间的显著的壁效应，由此大大减小期望的物质传输。
技术实现思路
根据以上展示的缺点，由此认为有必要提出一种中空纤维的布置(相应地，中空纤维束)，该中空纤维束设置为容纳在物质传输装置中，并且其减小以上描述的缺点，这些缺点引起物质传输装置中的减小的物质传输。具体地，本专利技术的任务是提出一种中空纤维束，其在容纳在物质传输装置中时允许改进的物质传输。此外，本专利技术的任务是提出用于容纳至少一个中空纤维束的对应的物质传输装置，以及用于制造这种中空纤维束的方法。根据本专利技术，该任务由如权利要求1和权利要求4所述的用于容纳在物质传输装置中的中空纤维束解决。此外，所述任务由如权利要求16所述的物质传输装置以及如权利要求17所述的用于制造用于容纳在物质传输装置中的中空纤维束的方法解决。具体地，所述任务由一种用于容纳在物质传输装置中的中空纤维束解决，其特征在于，所述中空纤维束包括用于物质传输和/或热传输的多个中空纤维股，所述多个中空纤维股至少局部地基本沿着优先方向排列，相对于彼此沿其局部优先方向布置，使得至少一个第一组中空纤维股基本沿第一优先方向指向，至少一个第二组中空纤维股基本沿第二优先方向指向，以及至少一个第三组中空纤维股基本沿第三优先方向，其中，所述三个优先方向彼此独立。此外，所述任务通过一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·卡舍菲，
申请(专利权)人：第三专利投资有限两合公司，
类型：发明
国别省市：
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