专利名称:用于人工肺的中空纤维膜、中空纤维膜的制造方法和使用中空纤维膜的人工肺的制作方法
本发明涉及一种用于人工肺的中空纤维膜、一种制造纤维膜的方法和使用中空纤维膜的人工肺。特别是，本发明涉及一种具有高空气交换能力的多孔中空纤维膜、一种制造这种膜的方法和使用这种膜的人工肺。更主要的是本发明涉及一种既具有高空气交换能力又能在长期使用时不会引起血浆的任何漏泄的、适合于在人工肺上使用的多孔中空纤维膜，一种制造这种膜的方法和使用这种中空纤维膜的人工肺。
通常，在心脏外科手术中可使用内部装有中空纤维膜並且接在体外循环通路中的人工肺，将病人的血液从病人的循环系统中引出，把氧加到血液中並将二氧化碳气从血液中除去。这种性质的人工肺所使用的中空纤维膜大致分为两种类型均质膜和多孔膜。均质膜通过让气体分子溶解和扩散进膜中的方式使渗透气体保持运动。这种性质的膜的典型实例是用硅树脂橡胶做成的膜。这种特殊的均质膜，如Mela Silox(由Senko Ika Kogyo K.K.制造)，都已商品化。但是，从气体渗透能力的观点来看，只有硅树脂橡胶这种完全合用的膜直到现在仍被采用。即使出于强度方面的考虑，硅树脂橡胶均质膜的厚度不得小于100微米，目前还在使用这种均质膜。这种膜对一些气体具有有限的渗透性，但对二氧化碳气的渗透性极差。另外，硅树脂橡胶还有价格昂贵和加工性能不好的缺点。
因为多孔膜的气孔与气体分子相比大得多，所以多孔膜能让渗透气体穿过它们的气孔大量流动。已经研制出多种使用多孔膜的人工肺，如使用微孔聚丙烯的多孔膜人工肺。已经研制出的制造聚丙烯多孔中空纤维的方法是，例如，在抽丝温度为210°到270℃、拉伸比为180到600的情况下用多孔纤维生成喷咀来溶化抽丝的聚丙烯，然后在温度不高于155℃的情况下对被挤压的纤维做第一次热处理，並在温度低于110℃及比率为30-200%的情况下将纤维拉伸，之后再在温度高于第一次热处理的温度但低于155℃的情况下对拉伸过的纤维进行第二次热处理(日本专利公告SHO56(1981)-52，123)。但在按上述方法获得的多孔中空纤维中，其气孔实际上是通过拉伸聚丙烯多孔纤维而形成的。所以这些形成的气孔是长条线形的孔，这些孔在膜的厚度方向大致是水平的。另外，由于这些气孔的形状是在中空纤维的轴向方向产生了与拉伸度成比例的裂纹时确定的，故其横截面类似于狭缝。气孔实质上成线状地、连续不断地穿过中空纤维壁，因此气孔率很高。多孔的中空纤维对水份显示出有很强的渗透性，其缺点是在血液体外循环长时间使用后要产生血浆漏泄。
作为不会引起血浆漏泄的多孔膜，已经提出了一种多孔聚烯烃中空纤维膜，这种膜的制造过程如下首先将聚烯烃、一种能均匀地扩散到融合状态的聚烯烃内並且易于溶解在所用提取剂中的有机填充剂和一种晶种形成剂混合起来，而后通过环状抽丝喷嘴将处于熔化状态的最终混合物排出，与此同时将惰性气体引入到最终混合物的中空纤维的里面，使中空纤维膜与不溶解聚烯烃的冷却固化液相接触，最后通过提取法将中空纤维中的有机填充剂除掉(日本专利申请SHO59(1984)-210，466)。聚丙烯多孔纤维膜是多孔纤维膜中的一种，是用被认为是合乎要求的冷却固化液得到的，並且由于这种纤维膜能溶解所用的有机填充剂而被采用。由于这种纤维膜气孔小而且气孔通路复杂，所以不会渗透血浆。但是对于这种在人工肺中使用的中空纤维膜而言，由于这种膜在每单位面积上的气孔密度小，所以存在气体交换能力不够大的可能性。另一种可能性是，聚烯烃中的低分子组分可能混入能溶解有机填充剂的冷却固化液，粘附在冷却管的内壁上使中空纤维在冷却时发生变形。
本发明的目的是提供一种用于人工肺的改进的中空纤维膜，一种制造该膜的方法和使用中空纤维膜的人工肺。
本发明的另一目的是提供一种具有高气体交换能力的多孔中空纤维膜，一种制造该膜的方法和使用这种多孔中空纤维膜的人工肺。
本发明的第三个目的是提供一种由聚丙烯制造的多孔中空纤维膜，一种制造该膜的方法和使用这种中空纤维膜的人工肺。上述由聚丙烯制造的多孔纤维膜长时间使用后不能保持高的空气交换能力並且不会引起血浆的漏泄，所以适宜于在人工肺中使用。
对发明的总结上面所叙述的目的已由在人工肺中使用的横截面为圆形、内径为150到300微米，壁厚为10到150微米的多孔聚烯烃中空纤维膜实现，多孔纤维膜的特征是，内表面孔隙率的范围是10%到30%;气孔率范围为10%到60%;氧气通量范围为100到1000升/分·米2·大气压;在血液体外循环使用20小时期间不会引起血浆的漏泄。
本发明还揭示出如下的一种用于人工肺的中空纤维膜，其中，当中空纤维的内表面上的固相部分地暴露于该内表面时，上述表面上的固相在连续相阶段之后使颗粒状聚丙烯紧密融合在一起，而在中空纤维膜内部的固相却使颗粒状聚丙烯在纤维的轴向方向相互连在一起因而即形成了多种多样的与聚丙烯丝相互连在一起的聚丙烯块，在中空纤维膜外表面上的固相使包含颗粒状聚丙烯的聚丙烯纤维相互交错地、松散地连在一起，这些固相之间的间隙在一个三维网络阶段之后相互沟通形成了连续孔，颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径范围为0.1至1.0微米，在内表面上的平均气孔直径范围为0.1至1.0微米，整个膜的气孔直径分布曲线的最大值在0.02至0.2微米之间，单位表面积在10至40米2/克之间。本发明还公开了一种在人工肺中使用的中空纤维膜，其氧的渗透系数在140到1400升/分·米2·大气压之间，氧渗透的极限值在200至2000升/分·米2·大气压之间。
本发明还公开了一种氧气通量不小于150升/分·米2·大气压的中空纤维膜。本发明也公开了一种氧气通量与内表面孔隙率之比为7∶1至30∶1之间的中空纤维膜。进一步还公开了一种氧气通量与内表面孔隙率之比为2∶1到13∶1范围内的中空纤维膜。再者，本发明还公开了一种用孔隙率和气孔率去除氧通量值所得的商不大于0.7的中空纤维膜。本发明还公开了一种横截面基本上是真正圆形、内径为180至250微米、壁厚为40到50微米的中空纤维膜。本发明还公开了一种在人工肺中使用的中空纤维膜，它的颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径范围为0.3至0.5微米，内表面的平均气孔直径的范围为0.3至0.6微米，整个膜的气孔直径分布曲线的最大值范围为0.02至0.2微米，单位表面积范围为10至40米2/克。本发明还公开了一种在人工肺中使用的中空纤维膜，它的氧气渗透系数的范围在400到900升/分·米2·大气压之间，氧气渗透极限值在600至1，200升/分·米2·大气压。
上述的发明目的还要通过制造一种中空纤维膜的方法来实现，这种方法的特点是采用了如下的步骤将聚丙烯、能均匀地扩散到成融合状态並能很容易地溶解在所用提取剂中的有机填充剂和晶种形成剂混合在一起，使处于熔解状态的最终混合物以中空纤维形状通过一个环形抽丝喷嘴被排送出去，让中孔纤维前行与由有机填充剂或类似于有机填充剂的一种化合物形成的液体相接触从而将中空纤维冷却並固化，再将被冷却和固化的中空纤维丝与一种不溶解聚丙烯的提取剂接触由此即将中空纤维中的有机填充剂除掉。
本发明进一步还公开了一种制造中空纤维膜的方法，其中有机填充剂是液体石腊。本发明还公开了一种制造中空纤维膜的方法，其中被加入的有机填充剂的数量按重量计的范围为35-150份(以聚丙烯的重量是100份为基准)。进而，本发明还公开了一种制造中空纤维膜的方法，其中所用的晶种形成剂是一种有机耐热物质，它的熔点不低于150℃，它的凝胶点要大于聚丙烯开始结晶时的温度。本发明还公开了一种制造中空纤维膜的方法，其中加入的晶种形成剂的数量按重量计为0.1到5份(以聚丙烯的重量是100份为基准)。
上面所述的本发明的目的还要通过中空纤维膜类型的人工肺来实现，这种类型的人工肺的特征是，使用一种横截面为圆形、其内径为150-300微米、壁厚为10-150微米的多孔聚丙烯中空纤维膜作为气体交换膜，这种膜的内表面孔隙率的范围为10-30%，气孔率的范围在10%至60%之间，氧气流量范围在100-1000升/分·米2·大气压之间，在整个体外血液循环20小时的使用时间内没有产生任何血浆漏泄。
本发明还公开了一种使用中空纤维膜的中空纤维型人工肺，其中，当中空纤维的内表面上的固相部分地暴露于该内表面时，此表面上的固相在连续相阶段之后使特殊的聚丙烯紧紧地完全融合在一起，而在中空纤维膜内部的固相却使颗粒状聚丙烯在纤维的轴向方向相互连在一起因而即形成了与聚丙烯纤维相互连在一起的多种多样的聚丙烯块，而在中空纤维膜外表面上的固相使包含颗粒状聚丙烯的聚丙烯纤维相互交错地、松散地连在一起，所有这些固相之间的间隙在一个三维网络阶段之后相互沟通形成了连续孔，颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径范围为0.1至1.0微米，在内表面上的平均气孔直径范围为0.1至1.0微米，整个膜的气孔直径分布曲线的最大值在0.02至0.2微米之间，单位表面积在10至40米2/克之间。本发明还公开了一种中空纤维膜型的人工肺，其氧的渗透系数在140到1400升/分·米2·大气压之间，氧气渗透极限值在200至2000升/分·米2·大气压之间。
对附图的简单说明图1是本发明的中空纤维膜的典型精细结构横截面图;
图2是使用本发明的方法制造中空纤维膜的设备的断面示意图;
图3-13是电子扫描显微镜照片，表示按本发明的方法制造的中空纤维膜的结构;
图14-22是电子扫描显微镜照片，表示普通的中空纤维膜的结构;
图23是本发明的一个实施例的典型中空纤维膜型人工肺的半剖视图。
本发明的最佳实施例下面参照附图具体地介绍本发明。图1是本发明的中空纤维膜的模型的截面图。由图1可知，这是一个由聚丙烯构成的中空纤维膜1，它的横截面是圆形的，最好是一个基本上是理想的圆形截面;它有一个内层D，D的范围在150到300微米之间，最好在180到250微米之间;它的壁厚为T，T的数值在10到150微米之间，理想的数值在20到100微米之间，数值为40到60微米之间则更好些。这种聚丙烯的中空纤维膜的精细结构随施加在中空纤维膜制造过程的条件而变。一般而言，当使用一种与被加到中空纤维膜的原材料中的有机填充剂相同或相似的化合物作为下面将要详细讨论的冷却固化剂时，这种中空纤维膜即具有如图3-13的电子扫描显微镜照片所示的精细结构。具体来说，在中空纤维膜的内表面2处，当固相部分地暴露于该内表面时並经过连续相之后该固相使颗粒状聚丙烯完全並紧密地融合在一起(即在融合、通过冷却而固化后)(参见附图4、附图8和附图9);而在膜的外表面3处，固相使包含颗粒状聚丙烯的聚丙烯纤维松散地交错在一起(参见附图3，附图6和附图7)。在膜的内部，固相由多个聚丙烯颗粒组成。这些聚丙烯颗粒无规则地聚在一起，在圆周方向无任何方向性(参见附图5)。在纤维的轴向，这些颗粒相互连接起来形成为聚丙烯块，这些聚丙烯块还和一些聚丙烯丝相互连在一起(参见附图10，附图11，附图12和附图13)。因此最好的情况是在膜的内部固相能使颗粒状聚丙烯在纤维的轴向相互连在一起，这样一来就能产生多种多样的聚丙烯块，这些聚丙烯块又能和聚丙烯丝相互连在一起。
这些固相之间的间隙形成了不在一条直线上的相互沟通的小孔，这些小孔相互复杂交错地连接並且在一个三维网络阶段之后互相散开，其路经从内表面2开始在中空纤维膜1的厚壁部分4中延伸到外表面3(内表面2和外表面3也包括在内)。
内表面2中气孔的平均气孔直径约为0.1至1.0微米，最好为约0.3至0.6微米。内表面的孔隙率在10%到30%之间，最好在12%至20%之间。整个中空纤维膜的气孔率在10%至60%之间，最好在30%至55%之间。氧气通量在100至1000升/分·米2·大气压之间，最好在300至600升/分·米2·大气压之间。使用本发明的中空纤维制成的中空纤维膜进行体外血液循环时，在20小时的体外血液循环期间内不会引起任何一点的血浆漏泄。构成中空纤维膜的聚丙烯颗粒的大小和分布以及将这些微小的颗粒分隔开的沟通孔的大小和分布都可以按期望的条件通过适当选择制造中空纤维膜的条件以及选择为此所需要使用的原材料的组成来调整。调整适当，就可以获得期望得到的中空纤维膜聚丙烯颗粒的平均颗粒直径在0.1至1.0微米之间，最好在0.3至0.5微米之间;内表面的平均气孔直径在0.1到1.0微米之间，最好在0.3至0.6微米之间，整个膜的气孔直径分布曲线的最大值在0.02至0.2微米之间;单位表面积在10至40米2/克之间，最好为25-35米2/克。在上述的中空纤维膜中，氧的渗透系数在140-1400升/分·米2·大气压之间，最好在400至900升/分·米2·大气压之间;氧气渗透极限值在200至2000升/分·米2·大气压之间，最好在600至1200升/分·米2·大气压之间。
上面描述过的中空纤维膜例如可以按下述步骤生产。如图2所示，由聚丙烯、有机填充剂和晶种形成剂组成的混合物11经过漏斗12进入搅拌机，例如进入一台单向螺旋挤压机13，在挤压机中对它们进行熔解、混合及挤压，将挤压出来的熔解了的混合物送入抽丝机14中，並通过人造纤维喷丝头15的环状抽丝喷嘴(未画出)将混合物排送到气态环境中，例如排送到空气中。从喷丝头15流出的中空纤维16被引入到装有冷却固化液17的冷凝箱18内，在那里通过与冷却固化液17相接触而被冷却和固化。在这种情况下期望通过下述方式产生中空丝16和冷却固化液17之间的接触(参见附图2)让冷却固化液17向下流入冷却固化液排放流管19的内部並且还让中空丝16也沿着冷却固化液17的流动方向下落从而产生平行流动接触，上述的排放流管19穿过冷凝箱18的底部並且继续向下延伸。不断向下流动的冷凝固化液17被收集並贮存在固化箱20内。中空纤维16也被引入到固化箱20内，然后由一个偏转杆21改变移动方向，並且通过与冷却固化液17的充分接触而被固化。当冷却固化液17积累的过多时，其多余的部分就要经循环线23从固化箱20中排送出去並经过循环泵24循环到冷凝箱18。固化了的中空丝16被引入装有提取剂25的提取箱27，提取剂25是一种能够溶解有机填充剂而不能溶解聚丙烯的液体。如果使用的提取剂是一种具有高挥发性而且对水的亲合力很小的卤化烃类物质，为防止提取剂的气化可以在提取剂25的上面设置水层26。用驱动轮22从提取箱27中引出的中空纤维在必要时还要经过二次提取过程和为了进行干燥的热处理过程继续前行，然后才能结束这一过程。
在本发明中，用作原材料之一的聚丙烯並不仅限于丙烯均聚物，也可以使用以丙烯为主要成分並混有其它单体的块状聚合物。期望所使用的聚丙烯的熔解指数(M.I.)在5到70之间，最好是在10到40之间。在上述的可使用的聚丙烯类型的物质中，丙烯均聚物被证明是更为适用的，而在各种级别的丙烯均聚物中，具有高结晶度的丙烯均聚物是最为适用的。
要求有机填充剂具有如下的性质它能均匀地扩散到处于融合状态的聚丙烯中，並且能很容易地溶解在下面将要详细讨论的提取剂中。满足这种要求的有机填充剂是液态石腊(数均分子量100-2，000)，α-烯烃低聚物〔例如，乙烯低聚物(数均分子量100-2，000)，丙烯低聚物(数均分子量100-2，000)，乙烯-丙烯低聚物(数均分子量100-2，000)〕，粗石腊(数均分子量200-2，500)，以及其它各种烃类化合物。在上述的各种填充剂中以液态石腊最为适用。
若以聚丙烯的重量为100份作为基准，则上述的有机填充剂的重量为35至170份，最好为80到150份，由此来构成有机填充剂相对于聚丙烯的混合比。如果有机填充剂的重量少于35份，所制成的中空纤维膜将不能获得使气体充分渗透的性能，其原因在于制成的膜有一部分是聚丙烯的连续相。如果有机填充剂的重量超过了170份，为制造中空纤维膜而配制的混合物粘度太低，不能保证生产过程中中空纤维膜的加工。采用预混合法来制备(配制)原材料混合物的组分，所谓预混合法包括下述步骤使用一台挤压机(例如一台双螺旋挤压机)熔解和搅拌按预定组分配制的原材料混合物，挤压最终的混合物，将被挤压的混合物制成小球状。
在本发明原材料中包括的晶种形成剂是一种熔点不低于150℃(最好在200°到250℃之间)、凝胶点温度高于所用聚丙烯开始结晶的温度的有机耐热材料。在原材料中加入晶种形成剂的原因在于，晶种形成剂会使聚丙烯颗料收缩，从而缩小了各颗粒之间。或各沟通的气孔之间的间隙，增加了气孔的密度。现将能起这种作用的晶种生成剂列举如下1.3，2.4-二亚苄基山梨糖醇，1.3，2.4-二对甲基亚苄基山梨糖醇，1.3-2.4二对己基亚苄基山梨糖醇，1.3，2.4-二对乙基亚苄基山梨糖醇，对四叔丁基苯基磷酸钠，苯甲酸钠，己二酸，滑石，高岭土。
在以上列举的晶种形成剂中由于亚苄基山梨糖醇，特别是1.3，2.4-二对甲基亚苄基山梨糖醇，1.3，2.4-二对乙基亚苄基山梨糖醇较其它材料更难溶于血液，因此用它们做晶种形成剂就更为适合。
若取聚丙烯的重量为100份作为基准，则晶种形成剂的重量为0.1至5份之间，最好为0.2至1.0份之间，由此即可得到期望的晶种形成剂相对于聚丙烯的混合比。
获得中空纤维的步骤如下在温度范围为160°至250℃范围内，最好在180°至220℃范围内将按上述要求配置的原材料的混合物熔化並用一台挤压机(例如用一台单向螺旋挤压机)搅拌，通过抽丝器的环状喷咀(必要时还要使用具有高计量能力的齿轮泵)将上述之最终熔化了的混合物排送出去。将一种惰性气体(如氮气、二氧化碳气、氦气、氩气或空气)自发地吸入到或强迫地引入到该环状喷咀内部的中心部位。然后让通过环形喷嘴排送出来的中空纤维下落並使之与装在冷凝箱中的冷却固化剂相接触。希望中空纤维这一下落的距离在5到1，000毫米之间，最好在10到500毫米之间。如果下落的距离小于5毫米，中空纤维在进入冷却固化液时可能会产生抖动並受到挤压。在冷凝箱里，中空纤维还没有得到充分的固化，在纤维的内部还有气体，因此在外力作用下易使纤维变形。穿过冷凝箱18装配有一个冷却固化液的流管19，流管19向下延伸，参见图2;让固化液17向下流到流管19的内部，並且还让中空纤维沿着固化液17的流动方向下落，因此在二者之间即产生了平行流动接触;通过上述方式迫使中空纤维移动，同时还能防止在外力(如流体的压力)作用下产生的变形。为了使冷却固化液得到这种流动，自然下流的速度要足够大。期望这时的冷却温度在10°至90℃之间，最好在20°至75℃之间。如果这一温度低于10℃，则冷却和固化的速度过大，並且中空纤维膜壁厚度的较大一部分将要不可避免地变成一个致密的堆积层，因此这种中空纤维膜的气体交换能力不够大。如果这一温度超过了90℃，则这种中空纤维得到的冷却和固化都不充分，中空纤维将失去其冷却和固化层的连续性。
在本发明中，使用一种和有机填充剂相同或相类似的化合物作为冷却固化液。术语“类似的化合物”的意思是这种化合物的化学性质和物理性质大体上和有机填剂的化学性质和物理性质相同。例如当使用数均分子量为324的液态石腊作为有机填充剂时，则下述材料都可以被用作冷却固化液数均分子量为324的液态石腊，数均分子量为420的液态石腊，α-烯烃低聚物〔如数均分子量为100至2，000的乙烯低聚物，数均分子量为100至2，000的丙烯低聚物〕，或数均分子量为100至2，000的乙烯-丙烯低聚物，或数均分子量为200至2，500的粗石腊。正是出于下边要叙述的原因才要采用和有机填充剂相同或相类似的化合物作冷却固化液。当用一种溶解有机填充剂的液体作冷却固化液时，例如用卤化的碳氢化合物作冷却固化液而用液态石腊作有机填充剂时，在冷却固化液中进行有机填充剂与聚丙烯的物相分离的过程中，这种有机填充剂就被完全溶解和分离出来，其结果可能是，靠近中空纤维内表面的有机填充剂的比例降低了，在更彻底地溶解並分离了有机填充剂之后内表面中的孔隙比也降低了，到有机填充剂完全从中空纤维的内部移至外部而且中空纤维彻底被冷却和固化时中空纤维膜的气体交换能力也降低了。但是在这种情况下还存在另一种可能性，即这时甚至于还分离出中空纤维中的聚丙烯的低分子组分，它们沉积在如图2所示的冷却固化液流管19的内壁上並且因此减小了冷却固化液流管的内径、改变了中空纤维的形状。当使用与有机填充剂性质不同的惰性液体作冷却固化液时，例如当使用水作冷却固化液而用液态石腊作有机填充剂时，则可能出现的情况是中空纤维的外表面呈低结晶度状态，这是因为水的比热大而且冷却效果好，足以使聚丙烯突然冷却。因此，聚丙烯就没能形成微小的颗粒。因此在用水作冷却固化液时就可能使生产出来的中空纤维的外表面上的气孔过小，因此中空纤维的气体交换能力不够大。附带提一下，中空纤维的形状主要是由在将中空纤维引入到冷却固化液时的冷却固化液的流动决定的。在用水作冷却固化液的这种情况下，还要产生另一个缺点，即由于这种冷却固化液的粘度不可能被高水准地调节从而使中空纤维的形状不易固定，並且因此使中空纤维抖动。
当使用一种和有机填充剂相同或相类似的化合物作冷却固化液时，例如当使用液态石腊作有机填充剂並且使用数均分子量与其相近的另一种液态石腊作冷却固化液，则中空纤维中的有机填充剂(液态石腊)就不会大量移入中空纤维，从而确保中空纤维获得一个预期的气孔密度，同时比热不像水那么大的有机填充剂以适当的速度有效地将聚丙烯冷却，因此就促进了聚丙烯的结晶化，使中空纤维获得了一个稳定的形状而不存在偶然分离出聚丙烯的低分子组分的可能性。不仅如此，当采用的液态石腊具有合适的分子量时，能够获得某一期望温度下的合适的粘度，並且因此也能使中空纤维很容易地获得所需要的形状。
在冷凝固化箱内经过彻底冷却並固化了的中空纤维经偏转杆被送到分离提取箱，在这里通过溶解和分离将有机填充剂除掉。溶解和分离有机填充剂的方法不仅限于依靠图2所示的分离箱，此外还可以使用如下一些方法喷淋法，即让中空纤维在一个传送带上向前运动，用一种提取剂喷淋处在运动状态中的中空纤维;卷取法，即将中空纤维在一个卷盘上拉紧，当中空纤维卷绕在分离卷盘上时把此分离卷盘浸入提取剂中;任何能使中空纤维和提取剂之间建立紧密接触的其它方法。还可以将上述两种或多种方法联合在一起使用。
只要是不能溶解作为中空纤维膜主要组分的聚丙烯而能溶解有机填充剂的任何物质都可用作提取剂。可以采用的典型材料有醇类物质，如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、辛醇和月桂醇，还有卤化烃类物质，如1，1，2-三氯-1，2，2-三氟烷、三氯氟代甲烷、二氯氟代甲烷、1，1，2，2-四氯-1，2二氟乙烷。在上面列举的各种提取剂中，从分离有机填充剂能力的观点出发则卤化烃类物质是非常合用的。特别是，当从对人类身体安全角度出发考虑时，则氯氟烃类物质是更为合用的。
对用上述方法获得的中空纤维膜在必要时还要进行热处理。这种热处理是在诸如空气、氮气或二氧化碳气的气体中进行的，温度范围为50°至160℃，最好为70°至120℃;热处理周期为5秒至120分，最好为11秒至60分。这种热处理的作用是稳定中空纤维膜的结构和提高中空纤维膜几何尺寸的稳定性。在热处理之前或者在热处理期间还可以将中空纤维膜拉伸。
按上面描述过的方法得到的中空纤维膜最好用在中空纤维膜型的人工肺。
用传统的拉伸方法得到的用于人工肺的中空纤维膜具有过高的气体渗透率。当血液在这种中空纤维膜内循环时，中空纤维膜为血液提供氧气的能力受到一个强大阻力的阻碍，这个强大的阻力是由血液一侧的中空纤维膜边缘产生的，並且中空纤维膜的这一阻力的大小並不固定。另一方面，中空纤维膜从血液中除去二氧化碳气的能力还依赖于上述之阻力，因此中空纤维膜对二氧化碳气的渗透性过大。当血液在这种中空纤维的外面循环时，中空纤维膜的气体交换能力同样也依赖于中空纤维膜产生的这一阻力，所以中空纤维膜对于二氧化碳气的渗透性还是过大。
本发明的中空纤维膜在用于人工肺时即展现出足够好的性能，而且这种中空纤维膜本身和用传统拉伸方法生产出来的中空纤维膜相比，它对气体的渗透性较低。因为本发明的中空纤维膜是用分离法生产出来的，因而能防止小型针孔的出现，这种针孔和血液漏泄有直接关系，因此也和气体交换能力变坏有直接关系。
图23是本发明一个实施例的典型的中空纤维膜型人工肺的总装图。如图所示，中空纤维膜型人工肺51有一个外壳56。在外壳56的圆柱形主体56的相对的两端处有环状固定盖58，59，58和59都包含有外螺纹。在外壳56的内部，用上述方法生产的大量的中空纤维膜1(具体地说有10，000至60，000个)平行地且彼此分开地沿外壳56的纵向方向排列着。中空纤维膜1的上下两个相对端由壁60，61进行不透水的支持定位，並且使这两个相对端的各开口都敞开。上述之壁60，61同中空纤维膜1的外围和外壳56的内表面一起确定了一个氧气室62，氧气室62是第一物质交换室。壁60，61的作用是封闭第一物质交换室，同时还将一个用于血液流动的空间(图中未示出)与氧气室62隔离开，这里所说的血液流动空间是一个在中空纤维膜1中形成的第二物质交换流体的空间。
在固定盖58上(前面提到的两个固定盖之一)有一个引入氧气的入口63，氧气是第一物质交换流体。另一个固定盖上有一排放氧气的出口64。
期望在外壳的圆柱状主体57的内部、在其轴向的中心提供一个凸埋式颈缩管65。具体地说，颈缩管65是和圆柱状主体57在其内部是整体式地做成的，颈缩管65的组成方式必须是能收缩进入圆柱状主体57里边的由各种各样的中空纤维膜1组成的中空纤维束66的整个外围。根据这种安排，前述的中空纤维束66在轴向的中部受到了压缩，形成了如图23所示的收缩部分67。因此，中空纤维膜1的压缩比在轴向不同位置均不相同，在中心处达最大值。根据下面将要详细讨论的原因，期望得到的不同部位的压缩比如下在中心处的颈缩管67处的压缩比为约60%至80%，在圆柱状主体57内部其它部位压缩比为约30%至60%;在中空纤维束66的相对两端处，即在壁60，61的外表面处，压缩比大约为20%至下面说明壁60，61的构成方式。如前所述，壁60，61要有一个重要的功能，即将中空纤维膜的内部和外部隔离开。一般来说，壁60、61的制造方法是，用离心喷注法让高度极化的高分子封装材料(如聚氨基甲酸乙酯树脂，硅酮树脂，或环氧树脂)流入内壁表面的相对两端，然后让沉积的封装材料固化。更具体说，制备出长度比外壳56长的多个中空纤维膜1，膜的相对的开口端充以高粘性的树脂，並将这些膜平行地排列在外壳56的圆柱状主体57内。然后用两个直径较固定盖58，59的直径大的压模盖把中空纤维膜1的相对端全部盖住。外壳56围绕其轴线旋转，因此即通过其相对端将高分子封装材料引入。在树脂已经充满了这些空间並且树脂已被固化以后，将压模盖拿掉，因此具有尖锐外刃的固化树脂圆盘的外表面即暴露出位于此表面上的中空纤维膜1的相对开口。于是就形成了壁60、61。
壁60、61的外表面分别用流动通路形成件68和69复盖，68和69都有一个环形突起部。流动通路形成件68、69分别由液体配给部件70、71和螺纹环72、73组成。在靠近液体配给部件70、71的周围还有形状为环形突起物的突起带74、75，让74、75和上述的壁挨紧並将螺纹环72、73拧紧到固定盖58、59，这样就形成了血液流入室76和流出室77，血液是第二物质交换流体。在流动通路形成件68、69内，形成了第二物质交换流体血液入口78和出口79。
沿着壁60、61由壁60、61和流体通路形成件68、69共同形成了一些内空的空间;至少存在两个与这些空间相互沟通的孔82、83;这些内空的空间都是密封的，当经过孔82、83中的任何一个孔引入的填充剂84、85充满了这些空间时，这些空间好像和壁60、61在直接接触似的。另外，这些内空的空间还可以用“O”形环密封(未画出)。
在中空纤维膜型人工肺中，第一物质交换流体是一种含氧的气体，如氧或血液;第二物质交换流体就是血液或含氧气体。第一种物质交换流体是一种气体，第二种物质交换流体就是血液。第一种物质交换流体是血液，第二种物质交换流体就是一种气体。
下面，结合不同的操作实例更具体地描述本发明。
操作实例1-10和对比例1-8取重量为100份、熔解指数(M.I.)为23的丙烯低聚物与重量不同的、数均分子量为324的液态石腊(相应的重量混合比已在表1中给出)和重量为0.5份的1.3，2.4-二对乙基亚苄基山梨糖醇相混合，混合物在一台双螺旋挤压机(由Ikegai Iron Works，Ltd制造，销售时的注册商标是“PCM-30-25”)里被熔解、搅拌和挤压。将挤压出来的混合物制成球形颗粒。在一台如图2所示的装置中，即在一台单螺旋挤压机(由Kasamatsu Seisakusho制造，销售时的注册商标是“WO-30”)中将这些球状颗粒熔解，熔解时采用的不同温度值也在表1中给出。通过环状抽丝喷咀15将已经熔解的混合物按表1给出的不同数量排进空气里;喷咀15的芯部直径为4毫米、内径6毫米、外径7毫米、下伸长度15毫米。让由抽丝喷咀15流出的中空纤维16下落，下落的距离由表1给出。然后使中空纤维16与装在冷凝箱18中的如表1所示的各种不同的冷却固化液17相接触，接着再与自然下流至冷却固化液流管19内部的冷却固化液进行平行流动接触。冷却固化液在这一点的温度也示于表1内。接着再将中空纤维16引入装在固化箱20内的冷却固化液内，用偏转杆21改变16的前进方向並将16引入到装在提取箱27中的1，1，2-三氯-1，2，2-三氟烷(以下简称氟利昂113)中。然后再由装在提取箱27中的偏转杆21将中空纤维导引至驱动轮22，驱动轮22以表1中所列的不同速度旋转，然后在喷淋传送带型分离机29中将中空纤维中带有氟利昂113的液态石腊完全去除。通过另一个驱动轮22使中空纤维继续前进，穿过一个保持在如表1所示的、不同温度和时间的条件下的热处理器32，並且通过使用卷绕机33缠绕在绕线管34上。缠绕在绕线管34上的中空纤维再通过一个重绕器被重新绕在一个卷轴上，于是就能提供出大约30厘米长的中空纤维束。还要对这样得到的中空纤维进行检验，检验的项目包括形状(壁厚)、聚丙烯的平均颗粒直径、内表面的平均气孔直径，气孔率，气孔直径分布曲线、内表面的孔隙率、氧气通量、提供氧气的能力、排出二氧化碳的能力、氧气渗透系数、氧气渗透的极限值、单位表面积、血浆漏泄率。检测的结果示于表1中。
为了检验中空纤维膜的精细结构，用电子扫描显微镜(由JEOL生产，销售时的注册商标是“JSM-840”)对中空纤维膜的不同部位进行观测。图3是电子扫描显微镜拍摄的、按操作实例7生产出来的中空纤维膜外表面的照片(X10，000)。图4是该中空纤维膜内表面的照片(X10，000)。图5是该中空纤维膜的横断面的照片(X10，000)。图6是观察方向相对于纤维轴线成一定倾斜角时拍摄的该中空纤维膜的外表面的照片(X10，000)。图7是观察方向相对于中空纤维膜的周边成一定倾角时拍摄的该中空纤维膜的外表面的照片(X10，000)。图8是观察方向相对于纤维轴线方向成一定倾角时拍摄的该中空纤维膜的内表面的照片(X10，000)。图9是观察方向相对于中空纤维膜的周边成一定倾角时拍摄的该中空纤维膜的内表面的照片(X10，000)。图10-13拍摄的是图7所示中空纤维膜的横断面照片(放大倍数分别为图10，X1，000;图11，X3，000;图12、13，X10，000)。图14拍摄的是按比较例7生产的中空纤维膜的内表面的照片(X10，000)。图15拍摄的是按比较例7生产的中空纤维膜的外表面的照片(X10，000)。
比较例9为了进行比较，对用传统拉伸方法制造的、市场上可以买到的人工肺级别的中空纤维膜进行了检验，检验的项目也包括形状(内径/壁厚)、气孔率、气孔直径分布曲线、内表面孔隙率、氧气通量，提供氧气的能力、排出二氧化碳气的能力、氧气渗透系数、氧气渗透的极限值、单位表面积、血浆漏泄率，和操作实例1-10及比较例1-7相似。检验的结果示于表1。为了检验这种中空纤维膜的精细结构，也用一台电子扫描显微镜(由JEOL制造，销售时的注册商标为“JSM-840”)对这种中空纤维膜的各个不同部位进行了观测。图16给出的是用这种电子扫描显微镜拍摄的该中空纤维膜外表面的照片(X10，000)。图17是该中空纤维膜的内表面的照片(X10，000)。图18是该中空纤维膜的横断面的照片(X10，000)。图19是观察方向相对于纤维轴线方向成一定倾角时拍摄的该中空纤维膜的外表面的照片(X10，000)。图20是观察方向相对于中空纤维膜的周边成一定倾角时拍摄的该中空纤维膜的外表面的照片(X10，000)。图21是观察方向相对于纤维轴线方向成一定倾角时拍摄的该中空纤维膜的内表面的照片(X10，000)。图22是观察方向相对于中空纤维膜周边成一定倾角时拍摄的该中空纤维膜的内表面的照片(X10，000)。
操作实例11和比较例10对按操作实例7和比较例9生产出来的中空纤维膜还要进行气孔的毛细作用检验。用在明火上烘烤的方法将中空纤维膜样品的一端封闭。在一个装有2毫米高的墨水乙烯醇溶液的陪替氏盘内，将样品大体上直立的浸入，让封闭的那一端没入溶液2毫米深，保持直立静止状态5分钟，拿住中空纤维的上端，垂直地向上拉起，测量由于毛细作用使墨水在膜的气孔中上升的距离。检验的结果示于表2中。表2中的每一个数值都是由10根中空纤维膜测量得到的数值的平均值。
在各个操作实例和比较例中使用的技术术语的定义如下，並且下面还要介绍为测得这些数值而使用的方法。
形状(内径/壁厚)由一束中空纤维中随机地取出十个样品，用一把锋利的刀具沿横向切下大约0.5毫米的一段。用一台通用的投影仪(由Nippon Kogaku K.K.生产，销售时的注册商标为“Nikon Profile Projector V-12”)对切下的纤维管投影。再用一台测量仪器(由Nippon Kogaku K.K.生产，销售时的注册商标为“Nikon Digital Counter CM-6S”)测量被投影的横断面的外径d1和内径d2，算出壁厚t，t＝d1-d2。将每一组获得的10个数值平均。
聚丙烯的平均颗粒直径取一生产出的中空纤维作样品，用液氮将它充分冷却，并在快速冲击下将它破碎。用一台电子扫描显微镜拍摄暴露在外的纤维横断面或纵断面的照片(X10，000)。随机取出现在照片上颗粒的30个样品，对它们进行测量並取平均。
内表面的平均气孔直径取一中空纤维作样品，用与上述相同的方法拍摄此中空纤维内表面的照片。随机地取显现在照片上30个颗粒对它们进行测量並取平均。
气孔直径分布曲线/气孔率(%)用一把锋利的刀具将已生产出的中孔纤维横向斩断下一截，形成重量约2克，长度不大于5毫米的一些纤维管。用一台水银孔率计(由Calro Elva Corp生产，销售时的型号为“65A”)将上述样品逐步加压到1，000公斤/厘米2。由不同压力情况下的水银压入量即可获得气孔直径分布曲线，並且由气孔的总体积即可获得气孔率(每单位重量的中空纤维气孔体积)。
氧气通量取一小段中空纤维，制成有效长度14厘米、膜面积为0.025米2的样品。将样品的一端封闭，在中空纤维的内部加一个大气压的氧气。当样品达到其平衡状态时，在一台流量计(由Kusano Rikagakukiki Seisakusho生产，销售时的注册商标为“Floatometer”)上读出氧气的流量，取此值为氧气通量。
氧气渗透系数/氧气渗透的极限值在一个多孔膜中，认为在气体渗透量Q和膜之间的压力差之间存在下述关系
1/Q＝a+b·1/ΔP虽然不太严格，但总是存在着一个与渗透系数的一种形式相对应的值，这个值就是1/b。而且还总存在着如下关系Lim 1/Q＝a，即存在着渗透极限值Qmax。这个极限值就ΔP→∞是1/a。所以，将氧气的压力从0.2公斤/厘米2开始逐渐增加到1.0公斤/厘米2，其增量为0.1公斤/厘米2，这样就可决定氧气通量。根据这一测量结果通过1/Q和1/P的比较来计算1/b和1/a的数值。
单位表面积用一把锋利的刀具将一中空纤维切成长度不超过约5毫米的纤维管。这些纤维管经乙醇清洗、真空干燥后我们再用B.ET方法(Brunauer-Emmett-Teller方法)並使用液氮作单位表面积的检验。
一般来说，气化物吸附到大多数吸附剂中的任何一种吸附剂上的吸附量满足BET公式U＝ (UmCX)/((1-x)(1-x+cx)) (1)其中，U代表被吸附的气化物的量，Um代表在单分子层内吸附的气化物的量，C为常数並且X＝P/Po(其中P代表吸附温度时的气化物压力，Po代表吸附温度时的饱和气压)。故可以通过一条真空度曲线(过三点)来测量某一气化物压力下的被吸附的气化物的量。
BTE公式可以被改为如下形式(X)/(U(1-X)) ＝ 1/(UmC) + (C-1)/(UmC) X (2)或 (X)/(U(1-X)) ＝ 1/(UmC) + 1/(UmC) · 1/(X) (3)通过绘制 (X)/(U(1-X)) 相对于X或者 1/(U(1-X)) 相对于1/X的曲线並且求出曲线的斜率和截矩，即可以计算出单分子层内被吸附的气化物量和常数。1/Um＝斜率+截矩，Um这一项的物理意义是在单分子层内吸附的气化物的量，从一个分子占据的截面积(对氮而言为15埃2)来计算这个表面积(三点测量法的误差约为±1米2/克)。
内表面的孔隙率(%)用一台电子扫描显微镜(由JEOL生产，销售时的注册商标为“JSM-840”)拍摄一个中空纤维内表面的照片(X3，000)。将这个照片在一个四分之一的晒印纸上放大(在晒印纸上的放大倍数约为7，500)。在晒印纸的照片上画出四条直线，每一条直线的方向或沿纤维的轴向或垂直于纤维的轴。这四条直线截取的气孔长度的总和与这四条直线总长度的和之比就被认为是该纤维内表面的孔隙率。对于操作实例7和比较例9的中空纤维，用同一台电子扫描显微镜拍摄3厘米×3厘米的照片(X10，000)，再用一台图形分析器(由Showa Denko K.K.制造，销售时的注册商标为“Shonic GA”)来分析孔隙密度的变化，由此来求得气孔的表面比。
提供氧气的能力和排出二氧化碳气的能力用生产出来的中空纤维制备一个有效长度为130毫米、膜面积为1.6米2的人工肺模型。在同一个通路内，将流量为1.6升/分的牛血(标准的静脉血)供到中空膜的内部並将流量为1.6升/分的纯氧供到中空膜的外侧。用一台血气测量装置(由Radiometer Corp生产，销售时的型号为“BGA3”)来测量人工肺入口和出口处的牛血PH值，二氧化碳气的分压(Pco2)和氧气的分压(Po2)，从而即可计算出人工肺入口和出口处的分压差。
血浆的漏泄制备一个类似于决定提供氧气的能力和排出二氧化碳气能力时使用的人工肺模型。用一条体重约20公斤的杂种狗，通过颈静脉或颈动脉插管法形成一个部分的V-A旁通管，将上述之人工肺模型放到这个旁通管内並进行30个小时的体外循环。测量从中空纤维内部泄漏出来的血浆的数量。在没有任何可觉察到的血浆漏泄的情况下，再检查由中空纤维外侧的蒸汽冷凝形成的小滴与蛋白质发生的反应以便努力探寻血浆的微小漏泄。
对由表1所示的结果进行分析研究，则可揭示出如下的结论在由操作实例1-8得到的中空纤维膜中，氧气通量与内表面的孔隙率之比在7∶1至30∶1之间。如果这一比例小于7∶1，尤其是如果小于6∶1，则排出二氧化碳气的能力不够要求，和比较例7所示情况相似。如果这一比例超过30∶1，则在长时间血液循环情况下就可能引起血浆漏泄。从排出二氧化碳气的角度出发，期望这一比值超过13∶1。对由操作实例1-8得到的中空纤维膜，氧气通量与气孔率之比在2∶1至13∶1之间。如果这一比值小于2∶1，则排出二氧化碳气的能力不够要求，和比较例7所示情况相似。再者，将氧气通量的数值分别除以气孔率和孔隙率所得的商一定超过了0.7。而在比较例9中，这商有1.33那么大。因此不妨用这个商作为判断血浆漏泄的一个标准。在这个商不大于0.7的地方就没有血浆漏泄，这种判断被认为是可靠的。
表2墨水升高的距离(毫米)操作实例11 约4.0比较例10 最大值约4.0操作实例12-13遵照操作实例1-9的步骤制备中空纤维膜，唯一的差别在于抽丝的条件，操作实例12-13的抽丝条件由表3给出。由生产出的中空纤维膜制备出有效长度为140毫米、膜面积约为2.7×10-2米2的一些小型模型，每一个小型模型包括312个中空纤维。检验这些模型的氧气通量、渗水量、泡点和血浆渗透量。检验结果示于表3中。氧气通量是用已经介绍过的方法决定的，其它物理性质由下述方法决定渗水量将测量使用的小型模型浸入浓度量级分别为100%、90%、70%和50%的含水乙醇溶液中各2个小时，然后再将其浸入水中2小时以便使其获得亲水性。通过一个压力G为0.45公斤/厘米2的压力罐将高压水倾注到未被干燥的中空纤维内，通过一个量筒来测量通过该中空纤维渗透出的水量。
泡点将类似于测量渗水量时使用的已经亲水性化了的小型模型置于水内，将高压水倾注到中空纤维内並且测量通过中空纤维膜而发生起泡时的压力。
血浆渗透系数使用类似于测量渗水性时使用的亲水性化了的小型模型，用压力为0.45公斤/厘米2的泵将通过对牛血进行的离心分离而获得的血浆送出去，用一个量筒测量送出的血浆量。通过测量渗透前后血浆中白蛋白的含量来决定白蛋白的渗透率。
进一步根据渗水量和血浆渗透系数计算中空纤维膜的平均气孔半径，将这个平均气孔半径与先前提到过的用电子扫描显微镜获得的平均气孔半径以及用水银压力灌注法获得的平均气孔半径进行比较，比较的结果示于表4中。
比较例11-12为了进行比较，遵照操作实例12-13的步骤使用按传统的拉伸方法制造的、在市场上可以买到的、人工肺级别的中空纤维膜(由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd生产，销售时的商品型号为“KPM-200M”)制备成小型的模型。检验这些模型的氧气通量、渗水量、泡点和血浆渗透量。检验的结果示于表3。在表4中给出了使用上边提到的各种方法获得的中空纤维膜的平均气孔半径的数值。
表4平均气孔半径(埃)电子扫描 渗水法 水银 血浆显微镜方法 灌注法 渗透法操作实例 12 492 347 454 178〃 13 514 318 398 188比较例 11 220 382 496 207〃 12 285 381 538 212对由表3和表4给出的结果进行分析和研究，从中可以得出结论尽管用本发明的方法得到的中空纤维膜的平均颗粒半径和用市场上可以买到的用拉伸方法得到的中空纤维膜的平均颗粒半径相差不大，但本发明产品的渗水量数值和血浆渗透量的数值却比市场上产品低得多(大约为1/3至1/5)，这可能说明，在本发明的产品的膜结构中大直径沟通孔部分与小直径的沟通孔部分相互交织重叠在一起了。这样一种膜结构从血浆漏泄角度看有很大的好处。泡点是一个其数值取决于小型模型中最大气孔直径的物理性质。因此由前述之泡点检验结果可以得出结论，本发明产品中的最大气孔直径比用拉伸法得到的销售产品中的最大气孔直径小。
由不同方法得到的平均气孔直径的差别被认为是由下述原因产生的。首先，由于用电子扫描显微镜得到的平均气孔半径是一个内表面的表面气孔半径，所以用本发明产品获得的这一物理性质的数值要比销售产品的这个数值大。由于根据渗水量得到的平均气孔半径是一个其数值取决于气孔率、气孔密度和整个模型的平均气孔半径的量，所以由本发明产品获得的数值要比销售的产品的数值小。再有，由水银灌注法获得的平均气孔半径是一个由外加气压决定的数值，因此要受最小气孔半径的影响。由血浆渗透法得到的平均气孔半径是一个从白蛋白的渗透系数计算出来的值，因此可以作为判断血浆漏泄的一个标准。
综上所述，本发明提供了一个用于人工肺的截面为圆形，内径为150-300微米、壁厚为10-150微米的多孔聚丙烯中空纤维膜，该中空纤维膜的特征是，内表面孔隙率在10%-30%之间，气孔率在10%-60%之间，氧气通量在100-1，000升/分·米2，大气压之间，並且在20小时体外循环使用中没有产生任何一点血浆漏泄。由于这种中空纤维膜在长时间体外血液循环使用中能保持很高的气体交换能力同时又不会引起任何一点血浆漏泄，所以用在人工肺中是非常合适的。在下述情况下这种中空纤维膜的特征表现得更加突出(a)这种中空纤维内表面的固相在部分暴露于该表面时並在一个连续相阶段之后使颗粒状聚丙烯紧密地融合在一起，在中空纤维膜内部的固相使颗粒状聚丙烯在纤维的轴线方向相互连在一起从而形成了多种多样的、与聚丙烯丝相互连在一起的聚丙烯块，中空纤维膜的外表面上的固相使包含颗粒状聚丙烯的聚丙烯丝相互交叉地松散地连在一起，这些固相之间的间隙在经过一个三维网络阶段之后相互沟通即产生了连续的孔，颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径在0.1-1.0微米之间，在内表面上的平均气孔直径在在0.1-1.0微米之间，整个膜的气孔直径分布曲线最大值在0.02-0.2微米之间，单位表面积在10-40米2/克之间;(b)氧气渗透系数在140-1，400升/分·米2·大气压，且氧气渗透极限值在200-2，000升/分·米2·大气压之间;更理想的情况是(c)氧气通量不小于150升/分·米2·大气压並且氧气通量与内表面孔隙率之比在7∶1至30∶1之间以及氧气通量与内表面气孔率之比在2∶1至13∶1之间;(d)氧气通量值除以上述之孔隙率和气孔率之商不大于0.7，颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径在0.3-0.5微米之间，内表面平均气孔直径在0.3-0.6微米之间，整个膜的气孔直径分布曲线的最大值在0.02-0.2微米之间，单位表面积在10-40米2/克之间，氧气渗透系数在400-900升/分·米2·大气压之间，並且氧气渗透极限值在600-1200升/分·米2·大气压之间。
本发明进而还包括一个制造中空纤维膜的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(a)将聚丙烯和一种能均匀地扩散到融合状态的聚丙烯中並能很容易地溶解到所用提取剂中的有机填充剂以及一种晶种形成剂混合起来;(b)使处于熔化状态的最终混合物通过一个环形抽丝喷咀按中空纤维的形状被排送出来;(c)继续让中空丝前行使其与一种由有机填充剂组成的液体或与其类似的化合物相接触由此使中空纤维冷却並固化;(d)让被冷却和固化了的中空纤维继续前行，使其与一种不能溶解聚丙烯的提取剂相接触，从而即除去了中空纤维中的有机填充剂。在处于熔化状态並在均匀扩散的抽丝液被冷却和固化的过程中，通过下述过程在聚丙烯颗粒之间即形成了许许多多的微小气孔首先，通过使用不能提取有机填充剂而且具有合适粘度的冷却固化液让抽丝液中的有机填充剂和聚丙烯进行物相分离，然后，再将有机填充剂提取出来。可以稳定而均匀地制造出具有上述杰出特性的中空纤维膜而不致引起像在用能溶解有机填充剂的一种物质作冷却固化液时可能出现的部分低分子组分聚丙烯混入冷却固化液中，並在老化时粘着在中空纤维膜上的现象(如用卤化烃类物质作冷却固化液而用液态石腊作有机填充剂时的情况)。可以根据需要调节这种物相分离，调节的办法例如可以是适当选择准备加入的有机填充剂量、冷却温度、冷却固化液、提取剂和抽丝牵引比。当用液态石腊作有机填充剂时上述的效果则更加突出。
本发明进一步还提供一个中空纤维膜型的人工肺，其特征在于使用一个横截面为圆形、内径为150-300微米、壁厚为10-150微米的多孔聚丙烯中空纤维膜作气体交换膜，这种中空纤维膜的内表面孔隙率在10%-30%之间，气孔率在10%-60%之间，氧气通量在100-1，000升/分·米2·大气压之间，並且在整个20个小时体外血液循环使用期间不发生血浆漏泄。这种人工肺的突出特点是在长期的体外心液循环使用期间能够保持给血液提供氧气的能力和保持从血液中排出二氧化碳气的能力而不产生任何一点血液和血浆的漏泄。这种中空纤维膜型人工肺在下述情况下其特性表现得更为突出(a)中空纤维膜的利用方式这种中空纤维膜内表面的固相在部分暴露于该表面时並在一个连续相阶段之后使颗粒状聚丙烯紧密地融合在一起，在中空纤维膜内部的固相使颗粒状聚丙烯在纤维的轴线方向相互连在一起从而形成了多种多样的、与聚丙烯丝相互连在一起的聚丙烯块，中空纤维膜外表面上的固相使包含颗粒状聚丙烯的聚丙烯丝相互交叉地松散地连在一起，这些固相之间的间隙在经过了一个三维网络阶段之后相互沟通即产生了连续的孔，颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径在0.1-1.0微米之间，内表面平均气孔直径在0.1-1.0微米之间，整个膜的气孔直径分布曲线最大值在0.02-0.2微米之间，单位表面积在10-40米2/克之间;尤其是(b)中空纤维膜的氧气渗透系数在140-1400升/分·米2·大气压之间，氧气渗透极限值在200-2，000升/分·米2·大气压之间。
权利要求
1.一种用于人工肺的、截面为圆形、内径为150-300微米、壁厚为10-150微米的多孔聚丙烯中空纤维膜，其特征在于其内表面孔隙率在10%-30%之间，气孔率在10%-60%之间，氧气通量在100-1，000升/分·米2·大气压之间，在整个20小时体外循环使用期间无任何血浆漏泄。
2.一种如权利要求
1所述的中空纤维膜，其中，中空纤维内表面的固相在部分暴露于该表面时並在一个连续相阶段之后使颗粒状聚丙烯紧密地融合在一起，在中空纤维内部的固相使颗粒状聚丙烯在纤维的轴线方向相互连在一起从而形成了多种多样的、与聚丙烯丝相互连在一起的聚丙烯块，中空纤维膜外表面的固相使包含颗粒状聚丙烯的聚丙烯丝相互交叉地松散地连在一起，这些固相之间的间隙在经过一个三维网络阶段之后相互沟通即产生了连续的孔，颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径在0.1-1.0微米之间，在内表面上的平均气孔直径在0.1-1.0微米之间，整个膜的气孔直径分布曲线的最大值在0.02-0.2微米之间，单位表面积在10-40米2/克之间。
3.一种如权利要求
2所述的中空纤维膜，其中氧气渗透系数在140-1，400升/分·米2·大气压之间，氧气渗透极限值在200-2，000升/分·米2·大气压之间。
4.一种如权利要求
1所述的中空纤维膜，其中所述的氧气通量不小于150升/分·米2·大气压。
5.一种如权利要求
1所述的中空纤维膜，其中所述的氧气通量与所述的内表面的孔隙率之比在7∶1-30∶1之间。
6.一种如权利要求
1所说的中空纤维膜，其中所说的氧气通量与所说的气孔率之比在2∶1-13∶1之间。
7.一种如权利要求
1所说的中空纤维膜，其中所说氧气通量的数值除以所说孔隙率和所说气孔率所得的商不大于0.7。
8.一种如权利要求
1所说的中空纤维膜，它有一个基本上是真正环形的横截面，其内径在180-250微米之间，壁厚在40-50微米之间。
9.一种如权利要求
2所说的中空纤维膜，其中颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径在0.1-0.5微米之间，内表面的平均气孔直径在0.3-0.6微米之间，整个膜的气孔直径分布曲线的最大值在0.02-0.2微米之间，单位表面积在10-40米2/克之间。
10.一种如权利要求
3所说的中空纤维膜，其氧气渗透系数在400-900升/分·米2·大气压之间，氧气渗透极限值在600-1，200升/分·米2·大气压之间。
11.一种制造中空纤维膜的方法，其特征在于它包括如下步骤将聚丙烯和一种能均匀地扩散到融合状态的聚丙烯中並能很容易地溶解到所用提取剂中的有机填充剂以及一种晶种形成剂混合起来;使处于熔化状态的最终混合物通过一个环形抽丝喷咀按中空纤维的形状被排送出来;继续使所说中空纤维前行使其与一种由所说有机填充剂组成的液体或与其类似的化合物相接触从而使所说中空纤维冷却並固化;让被冷却並固化了的中空纤维继续前行，使其与一种不能溶解聚丙烯的提取剂相接触从而即除去了所说中空纤维中的所说有机填充剂。
12.一种如权利要求
11所说的方法，其中所说的有机填充剂是液态石腊。
13.一种如权利要求
11所说的方法，其中，如果以所说聚丙烯的重量为100份作为基准，则被加进去的所说有机填充剂的重量为35-150份。
14.一种如权利要求
11所说的中空纤维膜，其中所说的晶种形成剂是一种有机耐热物质，其熔点不低于150℃，凝胶点不低于所用聚丙烯开始结晶时的温度。
15.一种如权利要求
11所说的中空纤维膜，其中如果以聚丙烯的重量为100份作为基准，则加入的所说晶种形成剂的重量在0.5-1份之间。
16.一种中空纤维膜型人工肺，其特征在于使用一种横截面为圆形、内径为150-300微米、壁厚为10-150微米的多孔聚丙烯中空纤维膜作为气体交换膜，这种中空纤维膜的内表面孔隙率在10%-30%之间，气孔率在10%-60%，氧气通量在100-1，000升/分·米2·大气压之间，在整个20小时体外血液循环使用期间不引起任何漏泄。
17.一种如权利要求
16所说的中空纤维膜型人工肺，其中该中空纤维膜的内表面的固相在部分暴露于该表面时並在一个连续相阶段之后使颗粒状聚丙烯紧密地融合在一起，在中空纤维膜内部的固相使颗粒状聚丙烯在纤维的轴向方向相互连在一起从而形成了多种多样的、与聚丙烯丝相互连在一起的聚丙烯块，中空纤维膜外表面上的固相使包含颗粒状聚丙烯的聚丙烯丝相互交叉地松散地连在一起，这些固相之间的间隙在经过了一个三维网络阶段之后相互沟通即产生了连续的孔，颗粒状聚丙烯的平均颗粒直径在0.1-1.0微米之间，内表面的平均气孔直径在0.1-1.0微米之间，整个膜的气孔直径分布曲线最大值在0.02-0.2微米之间，单位表面积在10-40米2/克之间。
18.一种如权利要求
16所说的中空纤维膜型人工肺，其中所说中空纤维膜的氧气渗透系数在140-1，400升/分·米2·大气压之间，氧气渗透的极限值在200-2，000升/分·米2·大气压之间。
专利摘要
一种用于人工肺、横截面为圆形、内径为150-300微米、壁厚为10-150微米的多孔聚丙烯中空纤维膜，其特征在于其内表面的孔隙率在10％-30％之间，气孔率在10％-60％之间，氧气通量在100-1,000升/分·米
文档编号D01D5/24GK86105092SQ86105092
公开日1987年5月27日 申请日期1986年7月15日
发明者高原和明, 下田一弘, 建部建, 山崎学 申请人:泰尔茂株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan