一种层叠板式血液透析器的制作方法

本发明涉及血液透析技术领域，特别是涉及层叠板式血液透析器。通过采用层叠式设计，实现更大面积的透析，以缩小透析装备的尺寸，设计出能够高效清除小分子量到中分子量毒素的新型缩微化实用型透析装备。

背景技术：

近年来，肾功能衰竭疾病已经成为一种世界性疾病，每年都有数以百万计的患者遭受这一疾病所带来的不利影响，在全球肾功能衰竭疾病的发病率及死亡率都呈现出快速增长的趋势。肾功能衰竭会导致人体代谢废物的浓度增加，从而严重威胁人类身体健康。根据现有文献报道，由于肾功能衰竭而在人体产生和积累的能引发各种临床疾病的尿毒症毒素有2000种以上。这些物质包括以β2蛋白为首的炎症免疫介质、同型半胱氨酸、瘦素、补体因子等多种中等分子量的尿毒症毒素。

肾脏移植手段是有效的治疗肾功能衰竭疾病的方法，但由于供体器官严重不足而受到极大限制。因此，随着人类现代医学、生物材料的发展，基于高分子聚合物膜的血液透析已成为临床治疗肾功能疾病最实用的维持性治疗方法。血液透析是通过扩散原理和对流运输作用将体内的有毒的代谢产物和多余的水清除，并且基于膜的孔径排斥原理将必要的蛋白质等有益物质保留。

目前，国内外在临床上广泛使用的血液透析器是由外壳及在壳内的数百至上千根中空纤维构成，在外壳上设有血液进、出口及透析液进、出口。在血液透析过程中，人体血液从静脉引出后通过血泵在一定流速、压力下进入中空纤维的内部，另一方面透析液在透析器壳体内，在中空纤维膜的外部从中空纤维之间流过，基于扩散与对流的原理通过中空纤维膜与血液进行物质交换，患者血液中尿素、肌酐等尿毒症毒素通过中空纤维进入透析液，而蛋白质等有益物质保留下来，血液最终经透析器净化之后回到患者体内，达到清除患者体内有毒代谢物的目的。

虽然血液透析改善了肾衰竭疾病患者的预后，但还存在如下问题：

(1)血液透析器的透析膜固有的孔径分布不均特性使得在透析过程中在保留蛋白质等有益物质的同时不能足够清除中等分子量的毒素，使得患者的死亡率仍然达到20％的较高的水平，透析患者的死亡率仍然约为普通人群的100倍。

(2)在中空纤维内部的血液与外部的透析液间由于具有一定的跨膜压差，加上现有技术制备的透析膜力学性能的限制，会使中空纤维破裂从而造成透析器的破坏。

(3)由于中空纤维的固有物理属性，中空纤维内部直径为数微米，容易造成血液中血细胞的破损，且各中空纤维间的间隙较小，使得对透析液的利用率及物质的扩散能力的改进有限。

(4)由于操作技术的要求及整体透析装置的体积较大，透析患者一般要接受每次3～4小时，每周三次的费用高昂的间歇式的透析治疗，严重影响了患者的生活。

因此，随着信息技术、材料技术的发展交融，探索研究结构小巧、高效稳定的新型血液透析装备是必然趋势，亟需设计出体积小、便于携带和对从小分子量到中分子量毒素高效清除的长期稳定透析使用的血液透析器。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、便于携带和高效清除小分子量到中分子量毒素的性能，有利于长期稳定透析使用的血液透析器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种层叠板式血液透析器，其特征在于：包括层叠设置的上透析板、至少一层中间透析板和下透析板；上透析板下侧和中间透析板下侧设有下表面开放的用于流通透析液的液腔，中间透析板上侧和下透析板上侧设有上表面开放的用于流通血液的液腔；层叠设置的相邻透析板上的液腔之间分别夹有一透析膜片；

相邻透析板上的流通血液的液腔依次串联，并与下透析板上的血液总入口和上透析板上的血液总出口连接；相邻透析板上的流通透析液的液腔依次串联，并与上透析板上的透析液总入口和下透析板上的透析液总出口连接。

优选地，所述透析膜片外围上、下两侧均设有防止在透析过程中血液和透析液渗漏的密封垫片。

优选地，所述下透析板包括下透析板基体，下透析板基体上侧设有上表面开放的下透析板液腔，下透析板液腔中具有引流道，引流道两端设有下透析板血液进口和下透析板血液出口；下透析板液腔外围设有下透析板血液入口分流口、下透析板血液出口分流口和透析液汇总口；下透析板基体外缘设有下透析板血液入口和下透析板透析液出口，下透析板血液入口与下透析板血液入口分流口、下透析板血液进口连接，下透析板血液出口与下透析板血液出口分流口连接，透析液汇总口与下透析板透析液出口连接。

优选地，所述中间透析板包括层叠设置的中间透析板上基体和中间透析板下基体；

中间透析板上基体的上侧设有上表面开放的中间透析板上液腔，中间透析板上液腔中具有引流道，引流道两端设有中间透析板血液进口和中间透析板血液出口；中间透析板上液腔外围设有中间透析板血液入口分流口和中间透析板血液出口分流口，中间透析板血液入口分流口连接中间透析板血液进口，中间透析板血液出口分流口连接中间透析板血液出口；

中间透析板下基体的下侧设有下表面开放的中间透析板下液腔，中间透析板下液腔中具有引流道，引流道两端设有中间透析板透析液进口和中间透析板透析液出口；中间透析板下液腔外围设有中间透析板透析液入口分流口和中间透析板透析液出口分流口，中间透析板透析液入口分流口连接中间透析板透析液进口，中间透析板透析液出口分流口连接中间透析板透析液出口。

更优选地，所述上透析板包括上透析板基体，上透析板基体下侧设有下表面开放的上透析板液腔；上透析板液腔中具有引流道，引流道两端设有上透析板透析液进口和上透析板透析液出口；上透析板液腔外围设有上透析板透析液入口分流口、上透析板透析液出口分流口和血液汇总口，上透析板基体外缘设有上透析板透析液入口和上透析板血液出口；上透析板透析液入口与上透析板透析液入口分流口、上透析板透析液进口连接，上透析板透析液出口与上透析板透析液出口分流口连接，血液汇总口与上透析板血液出口连接。

更优选地，所述引流道为往复平行折叠状。

优选地，所述上透析板、中间透析板和下透析板的四个角通过螺栓锁紧。

优选地，所述透析膜片为纳米纤维复合透析膜、聚醚砜透析膜、聚砜透析膜、聚甲基丙烯酸甲酯透析膜、聚偏氟乙烯透析膜或聚乳酸透析膜。

优选地，所述透析板基体材料为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或硅橡胶材料。

优选地，各透析板的厚度为10～25mm；

各透析板上的液腔与透析板基体边缘的距离为15mm～25mm，液腔厚度为2mm～5mm；

密封垫片的宽度为3mm～8mm，厚度为1mm～3mm；

引流道的宽度为10mm～20mm；

血液的进口和出口的直径为2mm～8mm；

透析液的进口和出口的直径为4mm～12mm。

使用时，血液由下透析板血液入口进入，部分通过下透析板血液进口进入下透析板液腔，剩余部分通过中间透析板血液入口分流口再经中间透析板血液进口进入中间透析板上液腔；血液流经下透析板上的引流道后由下透析板血液出口通过血液出口分流口流出；流经中间透析板的血液由中间透析板血液出口通过中间透析板血液出口分流口流出至上一层中间透析板上液腔，依此类推，血液最后通过上透析板上的血液汇总口经上透析板血液出口流出透析器；

透析液由上透析板透析液入口进入，部分通过上透析板透析液进口进入上透析板液腔，剩余部分通过上透析板透析液入口分流口进入中间透析板下液腔；透析液流经上透析板上的引流道后由上透析板透析液出口通过上透析板透析液出口分流口流出至下一层中间透析板下液腔，依此类推，透析液最后通过下透析板上的透析液汇总口经下透析板透析液出口流出透析器；

相邻液腔中的透析液与血液通过透析膜片进行透析。

本发明提供的装置克服了现有技术的不足，采用层叠式设计，使有效透析面积最大化，缩小了平板透析装备的尺寸，具有体积小、便于携带和高效清除小分子量到中分子量毒素的性能，有利于长期稳定的透析使用。

附图说明

图1为实施例1中，安装两张透析膜片的层叠板式血液透析器示意图；

图2为实施例1中，下透析板示意图；

图3为实施例1中，中间透析板上层示意图；

图4为实施例1中，中间透析板下层示意图；

图5为实施例1中，上透析板示意图；

图6为实施例1中，透析膜片、密封垫片及下透析板装配示意图；

图7为实施例3中，安装六张透析膜片的层叠板式血液透析器示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，层叠板式血液透析器由上透析板1、透析膜片2、密封垫片7、中间透析板3和下透析板4构成。中间透析板3位于上透析板1与下透析板4之间，上透析板1与中间透析板3之间、中间透析板3与下透析板4之间分别夹有一透析膜片2，透析膜片2外围上、下两侧均设有防止在透析过程中血液和透析液渗漏的密封垫片7。

如图2所示，下透析板4包括下透析板基体，下透析板基体上侧设有上表面开放的下透析板液腔。下透析板液腔中具有引流道8，引流道8为往复平行折叠状，引流道8两端设有下透析板血液进口12和下透析板血液出口14。下透析板基体上的下透析板液腔外围设有下透析板血液入口分流口11、下透析板血液出口分流口13和透析液汇总口16，下透析板基体外缘设有下透析板血液入口5和下透析板透析液出口15。下透析板血液入口5与下透析板血液入口分流口11、下透析板血液进口12连接，下透析板血液出口14与下透析板血液出口分流口13连接，透析液汇总口16与下透析板透析液出口15连接。

结合图3和图4，中间透析板3包括层叠设置的中间透析板上基体31和中间透析板下基体32。

如图3所示，中间透析板上基体31的上侧设有上表面开放的中间透析板上液腔，中间透析板上液腔中具有引流道8，引流道8为往复平行折叠状，引流道8两端设有中间透析板血液进口17和中间透析板血液出口18。中间透析板上基体上的中间透析板上液腔外围设有中间透析板血液入口分流口9和中间透析板血液出口分流口19，中间透析板血液入口分流口9连接中间透析板血液进口17，中间透析板血液出口分流口19连接中间透析板血液出口18。

如图4所示，中间透析板下基体32的下侧设有下表面开放的中间透析板下液腔，中间透析板下液腔中具有引流道8，引流道8为往复平行折叠状，引流道8两端设有中间透析板透析液进口25和中间透析板透析液出口26。中间透析板下基体上的中间透析板下液腔外围设有中间透析板透析液入口分流口27和中间透析板透析液出口分流口28，中间透析板透析液入口分流口27连接中间透析板透析液进口25，中间透析板透析液出口分流口28连接中间透析板透析液出口26。

如图5所示，上透析板1包括上透析板基体，上透析板基体下侧设有下表面开放的上透析板液腔。上透析板液腔中具有引流道8，引流道8为往复平行折叠状，引流道8两端设有上透析板透析液进口24和上透析板透析液出口23。上透析板基体上的上透析板液腔外围设有上透析板透析液入口分流口29、上透析板透析液出口分流口20和血液汇总口22，上透析板基体外缘设有上透析板透析液入口6和上透析板血液出口21。上透析板透析液入口6与上透析板透析液入口分流口29、上透析板透析液进口24连接，上透析板透析液出口23与上透析板透析液出口分流口20连接，血液汇总口22与上透析板血液出口21连接。

下透析板4上的下透析板血液入口分流口11通过管道与中间透析板上基体31上的中间透析板血液入口分流口9连接，中间透析板血液出口分流口19通过管道与上透析板1上的血液汇总口22连接。

上透析板1上的上透析板透析液入口分流口9通过管道与中间透析板下基体32上的中间透析板透析液入口分流口27连接，中间透析板透析液出口分流口28通过管道与下透析板4上的透析液汇总口16连接。

结合图6，上透析板1、密封垫片7、透析膜片2、密封垫片7、中间透析板上基体31、中间透析板下基体32、密封垫片7、透析膜片2、密封垫片7、下透析板4依次叠置，密封垫片7和透析膜片2的尺寸不小于各透析板上的液腔尺寸。各透析板的四角设有固定孔，m8螺栓穿过各透析板的固定孔将整个装置固定，组成一个完整的透析装置。

使用时，上表面开放的液腔走血液，下表面开放的液腔走透析液。即血液由下透析板血液入口5进入，部分通过下透析板血液进口12进入下透析板液腔，剩余部分通过中间透析板血液入口分流口9再经中间透析板血液进口17进入中间透析板上液腔；血液流经下透析板上的引流道8后由下透析板血液出口14通过血液出口分流口13流出；流经中间透析板的血液由中间透析板血液出口18通过中间透析板血液出口分流口19流出至上透析板1上的血液汇总口22，最后通过上透析板血液出口21流出透析器。透析液与血液流向相反，透析液由上透析板透析液入口6进入，部分通过上透析板透析液进口24进入上透析板液腔，剩余部分通过上透析板透析液入口分流口29进入中间透析板下液腔；透析液流经上透析板上的引流道8后由上透析板透析液出口23通过上透析板透析液出口分流口20流出至下透析板4上的透析液汇总口16，最后通过下透析板透析液出口15流出透析器。

上透析板液腔中透析液与中间透析板上液腔中血液通过一透析膜片2进行透析，下透析板液腔中血液与中间透析板下液腔中透析液通过另一透析膜片2进行透析，密封垫片7用于防止在透析过程中血液和透析液渗漏。

各透析板的厚度d1为15mm；各透析板上开设的液腔与透析板基体边缘的距离a1为20mm，液腔厚度d2为3mm。

密封垫片7的宽度a2为4mm，厚度d3为2mm。

引流道8的宽度a3为10mm。

血液进口和出口直径a4为3mm，透析液进口和出口的直径a5为6mm。

液腔的大小为200×200mm。

两张透析膜片采用溶液相转化法制备的聚砜透析膜，通量为105l/m²h，聚砜膜结构为典型的相转化法制备的膜结构即由表面皮层、中间的指状孔结构及海绵状孔底层构成。

将安装两张透析膜片的层叠板式血液透析器对4l含有尿素、溶菌酶及牛血清蛋白的混合模拟血液进行模拟透析测试，检测三种物质的去除及保留率。这些性能指标的测试方法参见文献：gaoa.,liuf.,xuel.,2014,j.membr.sci.,

452:390-399。经过4小时的模拟透析测试，76.2％的尿素、12.8％的溶菌酶清除，且对牛血清蛋白的截留率为91.2％。

实施例2

本实施例提供的层叠板式血液透析器结构与实施例1基本相同，其区别在于：

各透析板的厚度d1为10mm；各透析板上开设的液腔与透析板基体边缘的距离a1为15mm，液腔厚度d2为2mm。

密封垫片7的宽度a2为3mm，厚度d3为1mm。

引流道8的宽度a3为10mm。

血液进口和出口直径a4为2mm，透析液进口和出口的直径a5为4mm。

两张透析膜片采用双层结构的纳米纤维复合膜，表层为交联的聚乙烯醇皮层，支撑层为聚丙烯腈纳米纤维膜，通量为290l/m²h。纳米纤维复合膜皮层超薄，支撑层纳米纤维具有互相连通的孔隙结构。

将安装两张透析膜片的层叠板式血液透析器对4l含有尿素、溶菌酶及牛血清蛋白的混合模拟血液进行模拟透析测试，检测三种物质的去除及保留率。这些性能指标的测试方法参见文献：gaoa.,liuf.,xuel.,2014,j.membr.sci.,452:390-399。经过4小时的模拟透析测试，82.6％的尿素、45.8％的溶菌酶清除，且对牛血清蛋白的截留率为98.8％。

实施例3

如图7所示，本实施例提供的层叠板式血液透析器结构与实施例1的区别在于：中间透析板3有五层，透析膜片有六张。相邻中间透析板的上层血液通道通过管道连接，相邻中间透析板的下层透析液通道通过管道连接。

六张透析膜片采用溶液相转化法制备的聚砜透析膜，通量为105l/m²h，聚砜膜结构为典型的相转化法制备的膜结构即由表面皮层、中间的指状孔结构及海绵状孔底层构成。

将安装六张透析膜片的层叠板式血液透析器对12l含有尿素、溶菌酶及牛血清蛋白的混合模拟血液进行模拟透析测试，检测三种物质的去除及保留率。这些性能指标的测试方法参见文献：gaoa.,liuf.,xuel.,2014,j.membr.sci.,452:390-399。经过4小时的模拟透析测试，78.6％的尿素、15.2％的溶菌酶清除，且对牛血清蛋白的截留率为94.6％。

实施例4

本实施例提供的层叠板式血液透析器结构与实施例3基本相同，其区别在于：

各透析板的厚度d1为25mm；各透析板上开设的液腔与透析板基体边缘的距离a1为25mm，液腔厚度d2为5mm。

密封垫片7的宽度a2为8mm，厚度d3为3mm。

引流道8的宽度a3为20mm。

血液进口和出口直径a4为8mm，透析液进口和出口的直径a5为12mm。

六张透析膜片采用双层结构的纳米纤维复合膜，表层为交联的聚乙烯醇皮层，支撑层为聚丙烯腈纳米纤维膜，通量为290l/m²h，纳米纤维复合膜皮层超薄，支撑层纳米纤维具有互相连通的孔隙结构。

将安装六张透析膜片的层叠板式血液透析器对12l含有尿素、溶菌酶及牛血清蛋白的混合模拟血液进行模拟透析测试，检测三种物质的去除及保留率。这些性能指标的测试方法参见文献：gaoa.,liuf.,xuel.,2014,j.membr.sci.,452:390-399。经过4小时的模拟透析测试，88.6％的尿素、49.8％的溶菌酶清除，且对牛血清蛋白的截留率为98.2％。