(57)【要約】本発明の好適な態様は濾過膜（１８）の少なくとも一側にテイラー渦を発生するように構成された少なくとも１個のロータ（１４）を具え、膜（１８）を横切る物質移動、又は熱移動を十分に強化する濾過装置（１０）に関する。
2006520640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング壁を有する円筒ハウジングと、
透析膜を具える第１壁を有する第１円筒ロータであって、前記透析膜と前記ハウジング壁との間に第１同軸間隙が存在するように、前記ハウジング内で回転するよう、前記ハウジング内に同軸に配置された第１円筒ロータと、
第２壁を有する第２円筒ロータであって、前記第１壁と前記第２壁との間に第２同軸間隙が存在するように、前記第１円筒ロータ内で回転するよう、前記第１円筒ロータ内に同軸に配置された第２円筒ロータと、
前記第１同軸間隙内に血液を導くための前記ハウジング壁の第１入口ポートと、透析された血液を前記第１同軸間隙の外に導くための前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
透析流体を前記第２同軸間隙内に導くための前記ハウジングの第２入口ポートと、血液透析液を前記第２同軸間隙の外に導くための前記ハウジングの第２出口ポートと、
前記ハウジング内で、前記第１円筒ロータを回転させる第１回転駆動手段と、
前記ハウジング内で、前記第２円筒ロータを回転させる第２回転駆動手段とを具えることを特徴とする血液透析装置。
【請求項２】
前記第１回転駆動手段は前記第１円筒ロータに取り付けられたスピナ磁石と、外部回転磁界とを具える請求項１の装置。
【請求項３】
前記第２回転駆動手段は前記第２円筒ロータに取り付けられたスピナ磁石と、外部回転磁界とを具える請求項１の装置。
【請求項４】
前記第１円筒ロータは前記第１同軸間隙内の血液にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で回転するものである請求項１の装置。
【請求項５】
前記第２円筒ロータは前記第２同軸間隙内の血液透析液にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で回転するものである請求項１の装置。
【請求項６】
ハウジング壁を有するハウジングと、
透析膜を具える第１壁を有し、第１内部を画成する第１ロータであって、前記透析膜と前記ハウジング壁との間に、第１間隙が存在するように、前記ハウジング内に回転するよう、前記ハウジング内に配置された第１ロータと、
前記第１間隙内に、テイラー渦度を発生するのに十分な速度で、前記ハウジング内に、前記第１ロータを回転する第１回転駆動手段とを具えることを特徴とする血液透析装置。
【請求項７】
前記第１回転駆動手段は前記第１ロータに取り付けられたスピナ磁石と、外部回転磁界とを具えている請求項６の装置。
【請求項８】
前記第１間隙は可変幅を有する横断面を有する請求項６の装置。
【請求項９】
前記第１壁はほぼ円形の横断面を有する請求項６の装置。
【請求項１０】
前記第１ロータは前記ハウジング内に同軸に配置されている請求項９の装置。
【請求項１１】
前記第１ロータは前記ハウジング内に同軸でなく配置されている請求項９の装置。
【請求項１２】
前記第１間隙内に血液を導く前記ハウジング壁の第１入口ポートと、透析された血液を前記第１間隙の外に導くための前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
透析流体を前記第１内部内に導くための前記ハウジングの第２入口ポートと、血液透析流体を前記第１内部の外に導くための前記ハウジングの第２出口ポートとを更に具える請求項６の装置。
【請求項１３】
第２壁を有し、第２内部を画成する第２ロータであって、前記第１壁と前記第２壁との間に第２間隙が存在するように、前記第１内部内で回転するよう、前記第１内部内に配置された第２ロータと、
前記第２間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、前記第２ロータを前記第１ロータ内で回転させる第２回転駆動手段とを更に具える請求項１２の装置。
【請求項１４】
前記第２入口ポートは透析流体を前記第２間隙内に導き、前記第２出口ポートは血液透析液を前記第２間隙の外に導くもにである請求項１３の装置。
【請求項１５】
前記第２壁が透析流体に対して不透過性である請求項１３の装置。
【請求項１６】
前記第２回転駆動手段は前記第２ロータに取り付けられたスピナ磁石と、外部回転磁界とを具える請求項１３の装置。
【請求項１７】
前記第２間隙は可変幅を有する横断面を有する請求項１３の装置。
【請求項１８】
前記第２壁はほぼ円形の横断面を有する請求項１３の装置。
【請求項１９】
前記第２ロータは前記第１ロータ内に同軸に配置されている請求項１８の装置。
【請求項２０】
前記第２ロータは前記第１ロータ内に同軸でなく配置されている請求項１８の装置。
【請求項２１】
患者から血液を引き出す抽出管と、
血液を患者に復帰させる復帰管と、
血液から副産老廃物を抽出する血液透析装置とを具え、
前記血液透析装置は
ハウジング壁を有するハウジングと、
透析膜を具える第１壁を有し、第１内部を画成する第１ロータであって、前記透析膜と前記ハウジング壁との間に第１間隙が存在するように、前記ハウジング内で回転するよう、前記ハウジング内に配置された第１ロータと、
血液を前記第１間隙内に導くための前記ハウジング壁の第１入口ポートと、透析された血液を前記第１間隙の外に導くための前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
透析流体を前記第１内部内に導くための前記ハウジングの第２入口ポートと、血液透析液を前記第１内部の外に導くための前記ハウジングの第２出口ポートと、
前記第１間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、前記第１ロータを前記ハウジング内で回転させる第１回転駆動手段とを具え、
更に、プラズマ水を抽出する分離器と、
前記プラズマ水を前記血液に一体化する接合部とを具えることを特徴とする血液透析システム。
【請求項２２】
前記接合部は前記抽出管に連結している請求項２１のシステム。
【請求項２３】
前記接合部は前記復帰管に連結している請求項２１のシステム。
【請求項２４】
前記分離器は、
分離器ハウジング壁を有する分離器ハウジングと、
分離膜を具える第１分離器壁を有し、第１分離器内部を画成する第１分離器ロータであって、前記分離膜と前記分離器ハウジング壁との間に、第１分離器間隙が存在するように、前記分離器ハウジング内で回転するよう、前記分離器ハウジング内に配置された第１分離器ロータと、
第１流体を前記第１分離器間隙内に導くための前記分離器ハウジング壁の第１分離器入口ポートと、前記第１流体を前記第１分離器間隙の外に導くための前記分離器ハウジング壁の第１分離器出口ポートと、
プラズマ水を前記第１分離器内部の外に導くための前記分離器ハウジングの第２分離器出口ポートと、
前記第１分離器間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、前記第１分離器ロータを前記分離器ハウジング内で回転させる第１分離器回転駆動手段とを具える請求項２１のシステム。
【請求項２５】
前記第１流体が血液透析液である請求項２４のシステム。
【請求項２６】
ハウジング壁を有するハウジングと、
濾過膜を具える壁を有し、内部を画成するロータであって、前記ハウジング内で回転するように、前記ハウジング内に配置されたロータと、
前記濾過膜と前記ハウジング壁との間にあって、可変幅を有する横断面を有する間隙と、
前記間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、前記ハウジング内で、前記ロータを回転するための回転駆動手段とを具えることを特徴とし、第１流体からの物質移動を容易にする装置。
【請求項２７】
ハウジング壁を有するハウジングと、
膜を具える壁を有し、内部を画成するロータであって、前記ハウジング内で回転するように、前記ハウジング内に配置されたロータと、
前記膜と前記ハウジング壁との間にあって、可変幅を有する横断面を有する間隙と、
前記間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、前記ハウジング内で、前記ロータを回転するための回転駆動手段とを具えることを特徴とし、第１流体からの熱移動を容易にする装置。
【請求項２８】
ハウジング壁を有するハウジングと、
透析膜を具える壁を有し、内部を画成するロータであって、前記ハウジング内で回転するように、前記ハウジング内に配置されたロータと、
前記透析膜と前記ハウジング壁との間にあって、可変幅を有する横断面を有する間隙と、
前記間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、前記ロータを前記ハウジング内で回転するための回転駆動手段とを具えることを特徴とする血液透析装置。
【請求項２９】
ハウジング壁を有するハウジングと、
濾過膜を具える第１壁を有する第１ロータであって、前記濾過膜と前記ハウジング壁との間に第１間隙が存在するように、前記ハウジング内で回転するよう、前記ハウジング内に配置された第１ロータと、
第２壁を有する第２ロータであって、前記第１壁と前記第２壁との間に第２間隙が存在するように、前記第１ロータ内で回転するよう、前記第１ロータ内に配置された第２ロータと、
第１流体を前記第１間隙に導くための前記ハウジング壁の第１入口ポートと、濾過された第１流体を前記第１間隙の外に導くための前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
前記第１ロータを前記ハウジング内で回転させるための第１回転駆動手段と、
前記第２ロータを前記ハウジング内で回転させるための第２回転駆動手段とを具えることを特徴とする第１流体からの物質移動を容易にする装置。
【請求項３０】
前記第１流体から移動する物質を受理するための第２流体と、
前記第２流体を前記第２間隙内に導くための前記ハウジングの第２入口ポートと、前記第２流体を前記第２間隙の外に導くための第２出口ポートとを更に具える請求項２９の装置。
【請求項３１】
前記第１ロータは前記第１間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で回転する請求項２９の装置。
【請求項３２】
前記第２ロータは前記第２間隙内に、テイラー渦度を発生するのに十分な速度で回転する請求項２９の装置。
【請求項３３】
前記第２壁は第２濾過膜を具える請求項２９の装置。
【請求項３４】
前記第２壁は流体に対して不透過性である請求項２９の装置。
【請求項３５】
前記第１間隙は可変幅を有する横断面を有する請求項２９の装置。
【請求項３６】
前記第２間隙は可変幅を有する横断面を有する請求項２９の装置。
【請求項３７】
前記第１壁、及び前記第２壁はほぼ円形の横断面を有する請求項２９の装置。
【請求項３８】
前記第１ロータ、及び前記第２ロータは前記外部ハウジング内に同軸に配置されている請求項３７の装置。
【請求項３９】
前記第１ロータ、及び前記第２ロータは前記外部ハウジング内に同軸でなく配置されている請求項３７の装置。
【請求項４０】
ハウジング壁を有するハウジングと、
膜を具える第１壁を有する第１ロータであって、前記膜と前記ハウジング壁との間に第１間隙が存在するように、前記ハウジング内で回転するよう、前記ハウジング内に配置された第１ロータと、
第２壁を有する第２ロータであって、前記第１壁と前記第２壁との間に第２間隙が存在するように、前記第１ロータ内で回転するよう、前記第１ロータ内に配置された第２ロータと、
第１流体を前記第１間隙に導くための前記ハウジング壁の第１入口ポートと、熱交換された第１流体を前記第１間隙の外に導くための前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
前記第１ロータを前記ハウジング内で回転させるための第１回転駆動手段と、
前記第２ロータを前記ハウジング内で回転させるための第２回転駆動手段とを具えることを特徴とする第１流体からの熱移動を容易にする装置。
【請求項４１】
前記第１流体から移動する熱を受理するための第２流体と、
前記第２流体を前記第２間隙内に導くための前記ハウジングの第２入口ポートと、前記第２流体を前記第２間隙の外に導くための前記ハウジングの第２出口ポートとを更に具える請求項４０の装置。
【請求項４２】
前記第１ロータは前記第１間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で回転する請求項４０の装置。
【請求項４３】
前記第２ロータは前記第２間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で回転する請求項４０の装置。
【請求項４４】
前記第１間隙は可変幅を有する横断面を有する請求項４０の装置。
【請求項４５】
前記第２間隙は可変幅を有する横断面を有する請求項４０の装置。
【請求項４６】
前記第１壁、及び前記第２壁はほぼ円形の横断面を有する請求項４０の装置。
【請求項４７】
前記第１ロータ、及び前記第２ロータは前記外部ハウジング内に同軸に配置されている請求項４６の装置。
【請求項４８】
前記第１ロータ、及び前記第２ロータは前記外部ハウジング内に同軸でなく配置されている請求項４６の装置。
【請求項４９】
テイラー渦度を発生するよう構成した血液透析装置を設け、
患者からの血液を前記血液透析装置に導入し、
前記血液内にテイラー渦度を発生するよう、前記血液透析装置内で第１ロータを回転し、
患者に戻すため、透析された血液を前記血液透析装置から捕集することを特徴とする患者に血液透析を行う方法。
【請求項５０】
透析流体を前記血液透析装置内に導入する工程を更に具える請求項４９の方法。
【請求項５１】
前記透析流体内にテイラー渦度を発生するように、前記血液透析装置内で第２ロータを回転する工程を更に具える請求項５０の方法。
【請求項５２】
前記血液透析装置から流れる老廃物から、プラズマ水を分離する工程を更に具える請求項４９の方法。
【請求項５３】
透析された血液を捕集する前記工程はこの血液を患者に復帰させるため、前記透析された血液に組み合わせるための前記プラズマ水を捕集する工程を更に具える請求項５２の方法。
【請求項５４】
患者から血液を導入する前記工程は患者からの血液に組み合わせて、前記プラズマ水を導入する工程を更に具える請求項５２の方法。
【請求項５５】
分離する前記工程は前記プラズマ水、及び老廃物にテイラー渦度を発生させる工程を更に具える請求項５２の方法。
【請求項５６】
ハウジング壁を有するハウジングと、
透析膜を具える第１壁を有する第１円筒ロータであって、前記透析膜と前記ハウジング壁との間に、第１同軸間隙が存在するように、前記ハウジング内に回転するよう、前記ハウジング内に同軸に配置された第１円筒ロータと、
第２壁を有する第２円筒ロータであって、前記第１壁と前記第２壁との間に第２同軸間隙が存在するように、前記第１円筒ロータ内に回転するよう、前記第１円筒ロータ内に同軸に配置された第２円筒ロータと、
前記ハウジング壁の第１入口ポートと、前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
前記ハウジングの第２入口ポートと、前記ハウジングの第２出口ポートと、
前記第１円筒ロータを前記ハウジング内で回転させるための第１回転駆動手段と、
前記第２円筒ロータを前記ハウジング内で回転させるための第２回転駆動手段とを有する血液透析装置を設け、
前記第１入口ポートを通じて、患者からの血液を前記第１同軸間隙内に導入し、
前記第１回転駆動手段を使用して、前記第１円筒ロータを回転することによって、前記血液内にテイラー渦度を発生させ、
前記第２入口ポートを通じて、透析流体を前記第２同軸間隙内に導入し、
前記第２回転駆動手段を使用して、前記第２円筒ロータを回転することによって、前記透析流体内に、テイラー渦度を発生させ、
前記第１出口ポートを通じて、透析された血液を前記血液透析装置から捕集し、
前記第２出口ポートを通じて、透析流体を前記血液透析装置から捕集することを特徴とする患者に血液透析を行う方法。
【請求項５７】
ハウジング壁を有するハウジングと、
濾過膜を具える第１壁を有する第１ロータであって、前記濾過膜と前記ハウジング壁との間に第１間隙が存在するように、前記ハウジング内で回転するよう、前記ハウジング内に配置された第１ロータと、
第２壁を有する第２ロータであって、前記第１壁と前記第２壁との間に第２間隙が存在するように、前記第１ロータ内で回転するよう、前記第１ロータ内に配置された第２ロータと、
前記ハウジング壁の第１入口ポートと、前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
前記ハウジング内で、前記第１ロータを回転させる第１回転駆動手段と、
前記ハウジング内で、前記第２ロータを回転させる第２回転駆動手段とを有する濾過装置を設け、
前記第１入口ポートを通じて、第１流体を前記第１間隙に導入し、
前記第１回転駆動手段を使用して、前記第１ロータを回転することによって、前記第１流体内にテイラー渦度を発生させ、
前記第２回転駆動手段を使用して、前記第２ロータを回転することによって、テイラー渦度を発生させ、
前記第１出口ポートを通じて、濾過された第１流体を前記濾過装置から捕集することを特徴とする第１流体から物質移動を行う方法。
【請求項５８】
ハウジング壁を有するハウジングと、
膜を具える第１壁を有する第１ロータであって、前記膜と前記ハウジング壁との間に第１間隙が存在するように、前記ハウジング内で回転するよう、前記ハウジング内に配置された第１ロータと、
第２壁を有する第２ロータであって、前記第１壁と前記第２壁との間に第２間隙が存在するように、前記第１ロータ内で回転するよう、前記第１ロータ内に配置された第２ロータと、
前記ハウジング壁の第１入口ポートと、前記ハウジング壁の第１出口ポートと、
前記ハウジング内で、前記第１ロータを回転させる第１回転駆動手段と、
前記ハウジング内で、前記第２ロータを回転させる第２回転駆動手段とを有する濾過装置を設け、
前記第１入口ポートを通じて、第１流体を前記第１間隙内に導入し、
前記第１回転駆動手段を使用して、前記第１ロータを回転することによって、前記第１流体内にテイラー渦度を発生させ、
前記第２回転駆動手段を使用して、前記第２ロータを回転することによって、テイラー渦度を発生させ、
前記第１出口ポートを通じて、熱交換された第１流体を前記濾過装置から捕集することを特徴とする第１流体から熱移動を行う方法。
【請求項５９】
遮壁の両側に、渦を発生させることから成ることを特徴とする半透過性遮壁を横切る物質移動を増大する方法。
【請求項６０】
渦を発生させる工程は前記遮壁の両側にテイラー渦度を発生させる工程から成る請求項５９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の好適な態様は物質移動を改善し、濃度分極を最少にするよう、フィルタの少なくとも一側に、テイラー渦を発生する装置に関するものである。本発明の好適な実施例は腎臓疾患の患者からの血液の透析に特に有用である。他の実施例では、熱移動、及び物質移動の分野で、本発明を使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
昔から、透析は腎臓疾患を治療するために、使用される維持療法である。それには２つの一般的方法がある。一つは腹膜透析法であり、患者の腹膜内で、患者の身体内で、治療が行われる。腹膜透析には血液フィルタとして、患者の腹腔膜を使用する。腹腔を血液透析液で満たし、血流と血液透析液との間の濃度勾配を発生させる。毒素は患者の血流から、血液透析液内に拡散し、この毒素が拡散した血液透析液は新鮮な血液透析液と周期的に交換しなければならない。
【０００３】
第２の方法は濾過透析によって行われる。この方法は最初は平坦なシートの透析膜を使用して行われ、数平方メートルの膜を必要とした。装置は大きく、患者に負担を掛けた。１９６０年代になって、中空繊維透析濾過ユニットが一般化した。大きなフィルタ膜の面積を小さな容積に圧縮し、このユニットに充填するために必要な血液の量は著しく減少し、改善された。
【０００４】
中空繊維技術は透析のための比較的安全で、安価な手段を提供したが、なお問題が残されている。中空繊維カートリッジの製作は困難である。患者は依然として、人体とは異質の材料から成る広い表面積に露出されており、しかも、製造に必要な多くの化学物質は患者にとって有害である。キュプラファンは中空繊維製作のための最も普通の膜材料であるが、生体適合性に問題があり、透過性能が比較的低い。平坦なシート状であれば、優れた膜材料であるが、これ等の材料は中空繊維に形成するのが困難である。
【０００５】
透析を含む濾過処理のいずれの形式においても最も限定的な問題の一つはフィルタの詰まりであり、科学的に言えば「濃度分極」である。膜の選択的な透過性の結果、膜を通過できない濾過された材料は膜の表面に集中する。この現象はコーヒーフィルタなどでの「デッドエンド」フィルタの場合に明らかに見られる。濾過処理の間、フィルタに積み重なる濾過された材料（コーヒーの出しがら）は濾過液、即ちフィルタを濾過し得る流体（コーヒー）に対する流れの抵抗となる。従って、濾過液の流量は減少し、濾過性能は減少する。
【０００６】
濃度分極の問題に対する種々の解決策が提案されている。それ等の中には、流体速度及び／又は圧力の増大（例えば、Merin 等の(1980)J.Food Proc. Pres. 4(3):183-198 参照）、供給流路内の乱流の発生（Blatt 等、Membrane Science and Technology, Plenum Press, New York, 1970, pp. 47-97）、フィルタを越える供給流れを脈動させること（Kennedy 等、(1974) Chem. Eng. Sci, 29:1927-1931 ）、接線流及び／又はDean渦を発生する流路の設計（Chung 等、(1993)J. Memb. Sci, 81:151-162）、及びテイラー渦を発生させる回転濾過の使用（例えばLee,及びLueptow(2001) J. Memb. Sci, 192:129-143 、及び米国特許第5194145 号、第4675106 号、第4753729 号、第4816151 号、第5034135 号、第4740331 号、第4670176 号、及び第5738792 号参照、これ等を全て、ここに援用する）がある。米国特許第5034135 号において、Fischel は血液分別を容易にするテイラー渦度の発生を開示している。また、Fischel は回転スピナと円筒ハウジングとの間の間隙の幅を変化させることを開示しているが、円周横断面の周りに幅を変化させることを教示していない。
【０００７】
外部部材に対し、内部部材を回転することによって、同軸に配置された円筒部材間の間隙に、テイラー渦が導入される。テイラークェット濾過装置は遠心流の不安定性（「テイラー不安定性」）の結果として、強力な渦度を発生し、この渦度はフィルタの裏側に沿って凝縮された濾過された材料を、処理すべき流体内に混合するように作用する。通常は、静止している外側ハウジング内で、円筒フィルタを回転する。濃度分極に起因する膜の目詰まりはデッドエンド、又は接線濾過に比較し、非常に遅いことが観察された。実際、濾過性能は約１００倍、改善される。
【０００８】
回転する濾過装置内のテイラー渦の使用は全体の血液から、プラズマを分離するのに適用されている（例えば、米国特許第5034135 号参照）。この用途のためには、分離器は安価で、１回の患者の使用で、使い捨て可能でなければならなかった。更に、これ等の分離器は比較的短時間（例えば、約４５分）作動しなければならなかった。更に、この分離器はドナー、即ち提供者から確実に集められる血液の流速（例えば、約１００ミリリットル／分）を受け入れられるような寸法にされていた。この技術は血液処理産業に著しい進歩をもたらした。回転濾過システム（テイラー渦）について見られた利点、及び改良された濾過性能は腎臓透析を含む市販されている流体分離の他の分野では探求されたことが無かった。
【０００９】
しかし、テイラー渦の使用は濾過についての全ての問題を解決していない。このような回転濾過装置の使用に際しての他の共通の問題は濾過膜の内側での濃度分極である。遠心流れの不安定性は内部部材と外部部材との間の流体を循環させるが、回転する内部部材はその内側の壁の付近の濃度分極を防止しない。従って、内部濃度分極の問題を解決することによって、濾過装置の濾過性能は一層改善される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は上述の従来技術の問題点、特に、濃度分極の問題を解決するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
好適な実施例では、本発明は血液透析装置に関する。この装置はハウジング壁を有する円筒ハウジングを具え、第１円筒ロータは透析膜を具える第１壁を有し、透析膜とハウジング壁との間に第１同軸間隙が存在するように、ハウジング内で、回転するよう、このハウジング内に同軸に第１円筒ロータを配置する。また、第２壁を有する第２円筒ロータを有し、第１壁と第２壁との間に第２同軸間隙が存在するよう、第１円筒ロータ内で回転するように、第１円筒ロータ内に第２円筒ロータを配置する。また、この装置は第１同軸間隙内に血液を導くためのハウジング壁の第１入口ポートと、透析された血液を第１同軸間隙の外に導くためのハウジング壁の第１出口ポートとを有する。透析流体を第２同軸間隙内に導くため、第２入口ポートをハウジングに設け、血液透析液を第２同軸間隙の外に導くため、第２出口ポートを設ける。また、この装置は円筒ハウジング内で、それぞれ第１円筒ロータ、及び第２円筒ロータを回転させるため、第１回転駆動手段と、第２回転駆動手段とを具える。従って、第１ロータ、及び第２ロータを回転する時、第１同軸間隙、及び第２同軸間隙にテイラー渦を発生し、透析膜を横切る物質移動が増大し、膜の両側での濃度分極を防止する。
【００１２】
他の好適な実施例では、血液透析用の装置はハウジング壁を有する外部ハウジングと、透析膜を具える第１壁を有し、第１内部を画成する第１ロータとを具える。第１ロータを外部ハウジング内に配置し、外部ハウジング内で回転するようにして、透析膜と、ハウジング壁との間に第１間隙が存在するようにする。この装置は更に、第１間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で外部ハウジング内で、第１ロータを回転させる第１回転駆動手段を具える。
【００１３】
他の好適な実施例では、血液透析のための装置を設ける。このシステムは患者から血液を引き出す抽出管と、患者に血液を復帰させる復帰管とを具える。更に、このシステムは血液から副産老廃物を抽出する血液透析装置を具える。この血液透析装置はハウジング壁を有する外部ハウジングと、透析膜を具える第１壁を有する第１ロータとを有する。また、第１ロータは第１内部を画成していて、この第１ロータは上記外部ハウジング内に配置され、この外部ハウジング内で回転するように構成され、透析膜とハウジング壁との間に第１間隙が存在するようにされている。この血液透析装置は更に、血液を第１間隙に導くためのハウジング壁の第一入口ポートと、透析された血液を第１間隙の外に導くためのハウジング壁の第１出口ポートとを有する。更にこの血液透析装置は透析流体を第１内部に導くための外部ハウジングの第２入口ポートと、血液透析液を第１内部の外に導くための第２出口ポートとを有する。更に、この血液透析装置は第１間隙内でテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、第１ロータを上記外部ハウジング内で回転させるための第１回転駆動手段を有する。更に、このシステムはプラズマ水を抽出するための分離器と、プラズマ水を血液と一体化する接合部とを具える。
【００１４】
他の好適な実施例では、本発明は物質移動を容易にする装置に関する。この装置はハウジング壁を有するハウジングを具え、濾過膜を具える第１壁を有する第１ロータをハウジング内に、回転するように配置して、濾過膜とハウジング壁との間に第１間隙が存在するようにする。また、第２壁を有する第２ロータを有し、この第２ロータを第１ロータ内に回転するように設置し、第１壁と第２壁との間に第２間隙が存在するようにする。また、この装置は第１流体を第１間隙内に導くためのハウジング壁の第１入口ポートと、濾過された第１流体を第１間隙の外に導くためのハウジング壁の第１出口ポートとを有する。また、この装置はハウジング内で第１ロータと第２ロータとを回転させるための第１回転駆動手段、及び第２回転駆動手段とを具える。従って、第１ロータ、及び第２ロータを回転する時、第１間隙、及び第２間隙にテイラー渦を発生し、これにより、濾過膜に通る物質移動を増大し、膜の両側での濃度分極を防止する。
【００１５】
他の好適な実施例では、本発明は熱移動を容易にする装置に関する。この装置はハウジング壁を有するハウジングを具え、濾過膜を具える第１壁を有する第１ロータをハウジング内で回転するように、ハウジング内に配置し、濾過膜とハウジング壁との間に第１間隙が存在するようにする。また、第２壁を有する第２ロータを有し、この第２ロータを第１ロータ内で回転するように、第１ロータ内に配置し、第１壁と第２壁との間に第２間隙が存在するようにする。また、この装置は第１流体を第１間隙内に導くためのハウジング壁の第１入口ポートと、濾過された第１流体を第１間隙の外に導くためのハウジング壁の第１出口ポートとを有する。また、この装置は第１ロータ、及び第２ロータをそれぞれ、ハウジング内で回転するための第１回転駆動手段と、第２回転駆動手段とを具える。従って、第１ロータ、及び第２ロータを回転する時、第１間隙、及び第２間隙内にテイラー渦を発生し、それにより、濾過膜に通る物質移動を増大し、膜の両側での濃度分極を防止する。
【００１６】
他の好適な実施例では、本発明は第１流体からの物質移動を容易にする装置に関する。この装置はハウジング壁を有するハウジングと、濾過膜を具える壁を有し、内部を画成するロータとを具え、ハウジング内で回転するように、ハウジング内に上記ロータを配置する。更に、この装置は濾過膜とハウジング壁との間に間隙を具え、この間隙は円周の周りに幅が変化する横断面を有しており、間隙内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度でロータを上記ハウジング内で回転させる回転駆動手段を具える。
【００１７】
本発明を組み入れている方法の一実施例では、テイラー渦度を発生するように構成された血液透析装置を設けることによって、患者に血液透析を実施する。血液を患者から、血液透析装置内に導入し、血液透析装置内の第１ロータを回転して、血液内にテイラー渦度を発生させる。透析流体をこの血液透析装置内に導入し、透析された血液を血液透析装置から捕集し、患者に復帰させる。
【００１８】
患者に血液透析を行う方法の他の実施例では、血液透析装置をまず設ける。この装置はハウジング壁を有するハウジングと、透析膜を具える第１壁を有する第１円筒ロータとを具え、第１円筒ロータをハウジング内で回転するように、このハウジング内に同軸に配置し、透析膜と、ハウジング壁との間に、第１同軸間隙が存在するようにする。また、第２壁を有する第２円筒ロータを設け、この第２円筒ロータを第１円筒ロータ内で回転するように、この第１円筒ロータ内に同軸に配置し、第１壁と第２壁との間に第２同軸間隙が存在するようにする。また、この装置は血液を第１同軸間隙内に導くためのハウジング壁の第１入口ポートと、透析された血液を第１同軸間隙の外に導くためのハウジング壁の第１出口ポートとを有する。透析流体を第２同軸間隙内に導くため、第２入口ポートをハウジングに設け、血液透析液を第２同軸間隙の外に導くため、第２出口ポートを設ける。また、この装置はハウジング内に第１円筒ロータ、及び第２円筒ロータをそれぞれ回転させるための第１回転駆動手段、及び第２回転駆動手段を具える。第１入口ポートを通じて、血液を患者から、第１同軸間隙内に導入する。第１回転駆動手段を使用して、第１円筒ロータを回転することによって、血液中にテイラー渦度を発生する。第２入口ポートを通じて、透析流体を第２同軸間隙内に導入し、第２回転駆動手段を使用して、第２円筒ロータを回転することによって、透析流体内にテイラー渦度を発生させる。第１出口ポートを通じて、透析された血液を血液透析装置から捕集し、第２出口ポートを通じて、血液透析装置から透析流体を捕集する。
【００１９】
第１流体から物質移動を行う方法の一実施例では、まず濾過装置を設ける。この濾過装置はハウジング壁を有するハウジングと、濾過膜を具える第１壁を有する第１円筒ロータとを具えている。また、第１円筒ロータは上記ハウジング内で回転するように、このハウジング内に同軸に配置され、濾過膜とハウジング壁との間に第１同軸間隙が存在する。また、この濾過装置は第２壁を有する第２円筒ロータを有し、上記第２円筒ロータを上記第１円筒ロータ内で回転するように、この第１円筒ロータ内に同軸に配置し、第１壁と、第２壁との間に第２同軸間隙が存在するようにする。更に、この濾過装置はハウジング壁の第１入口ポートと、ハウジング壁の第１出口ポートとを有する。また、この濾過装置は上記ハウジング内で、第１円筒ロータ、及び第２円筒ロータを回転させるための第１回転駆動手段、及び第２回転駆動手段を有する。第１入口ポートを通じて、第１流体を第１同軸間隙内に導入する。第１回転駆動手段を使用して、第１円筒ロータを回転することによって、第１流体内にテイラー渦度を発生させる。また、第２回転駆動手段を使用して、第２円筒ロータを回転することによって、テイラー渦度を発生させる。第１出口ポートを通じて、濾過された第１流体を濾過装置から、捕集する。
【００２０】
第１流体からの熱移動を行う方法の一実施例では、まず、濾過装置を設ける。この濾過装置はハウジング壁を有するハウジングと、膜を具える第１壁を有する第１円筒ロータとを有する。また、第１円筒ロータを上記ハウジング内で回転するように、ハウジング内に同軸に配置し、膜と、ハウジング壁との間に、第１同軸間隙が存在するようにする。また、この濾過装置は第２壁を有する第２円筒ロータを有し、この第２円筒ロータを上記第１円筒ロータ内で回転するよう、この第１円筒ロータ内に同軸に配置し、第１壁と第２壁との間に第２同軸間隙が存在するようにする。更に、この濾過装置はハウジング壁に第１入口ポートと、ハウジング壁に第１出口ポートとを有する。また、この濾過装置は上記ハウジング内で、第１円筒ロータ、及び第２円筒ロータを回転させる第１回転駆動手段、及び第２回転駆動手段を有する。第１入口ポートを通じて、第１流体を第１同軸間隙内に導入する。第１回転駆動手段を使用して、第１円筒ロータを回転することによって、第１流体内にテイラー渦度を発生する。また、第２回転駆動手段を使用して、第２円筒ロータを回転することによって、テイラー渦度を発生する。第１出口ポートを通じて、熱交換された第１流体をこの濾過装置から捕集する。
【００２１】
半透過性遮壁を通ずる、物質移動を増大する方法の他の好適な実施例では、この遮壁の両側に過度を発生させる。
【実施例】
【００２２】
ここで、テイラー渦度と称しているテイラー渦はフィルタに通る物質移動を一次、又は二次の大きさで増大させ得ることは良く知られている。このことは供給流体から寸法による分離によって、流体の成分を除去するのが望ましい場合に有用である。例えば、血液からプラズマを除去する際に、テイラー渦度は有用である。ここでの分離機構はフィルタの孔の寸法によって成し遂げられる。
【００２３】
他の分離のプロセスでは、濃度勾配を追求することによって、供給流体の成分を除去する。この例は透析にあり、特に、血液の透析にある。この場合は、血液を膜の一側に置き、低濃度の尿素、及びその他の副産老廃物を有する流体を膜の反対側に置くことによって、尿素、及びその他の低分子量の副産老廃物を血液から除去する。尿素、及びその他の副産老廃物は濃度勾配に従って動き、膜を通じて、血液から、透析流体に移動する。代案として、フィルタの孔の寸法と、濃度勾配とを組み合わせて透析に使用してもよい。プラズマ水はその分子寸法が小さい結果、膜を横切って、一層自由に動き、また、血液中の副産老廃物はその寸法、及び生じている濃度勾配の結果として、膜を横切って拡散する。
【００２４】
濃度分極を減少させるとともに、濾過膜を通ずる低分子量の副産老廃物の物質移動を増大させるテイラー渦度を発生するシステムを使用することによって、このような血液透析装置の性能を向上させる。本発明の一実施例では、このようなテイラー渦度を発生する血液透析装置を提供する。
【００２５】
上述したように、濃度分極は膜の血液透析液側、及び血液側において、問題になり得る。本発明の好適な実施例では、膜の両側にテイラー渦を発生させることによって、濾過膜の両側における濃度分極の問題を解決する。第１ロータを具える濾過膜の両側にテイラー渦度を発生させることは、本発明の好適な実施例に従って、第１ロータの内側に、第２回転ローラを設けることによって、成し遂げられる。第１流体から膜への移送、及び膜から、第１ロータ、及び第２ロータ間の間隙内への移送の両方の移送を向上させるのに、このことを使用することができる。
【００２６】
図１はこの発明の可能性ある一実施例の横断面を示し、単一のロータ装置がテイラー渦度を発生している。図示の実施例では、血液から、好ましくない副産老廃物を濾過する血液透析を遂行するため、この濾過装置１０を使用する。他の実施例では、更に一般的に、一つ流体から他の流体に、物質を移送するのに、装置１０を使用する。なお他の実施例では、一つ流体から他の流体に、熱を移送するのに、装置１０を使用する。当業者には良く知られているように、本発明は医療への適用に限定すべきでない。
【００２７】
一実施例では、濾過装置１０は円筒ロータ１４を収容する円筒ケース１２を具える。ケース１２とロータ１４との間には間隙１６があり、好適な実施例では、ロータ１４は円筒ケース１２内に同軸に配置されている。他の実施例では、ケース、及びロータのために、異なる幾何学形状、及び形態を採用し、テイラー渦度を発生する他の流体、及び他の手段にも対応し得るようにする。
【００２８】
図示の実施例では、ロータ１４の円筒形の円周壁は少なくとも一部、濾過膜１８から成り、一部はロータの内部２０を画成している。更に、ロータの内部２０はロータ１４の頂壁と、底壁とによって画成されており、濾過膜を具えていても、具えていなくとも良い。図１に示すように、濾過膜１８は透析膜であり、血液中に存在する副産老廃物を現す小さい分子から、中間の大きさの分子までに対する多孔性の、即ち浸透性の膜である。代表的な用途では、この透析膜１８は約１００００（１万）ダルトンの質量まで対応できる多孔性、即ち浸透性である。他の実施例では、濾過、及び／又は熱伝達の程度を変化させるのを異なる濾過膜の使用によって容易にすることができる。例えば、熱伝達、即ち熱移動の用途では、この濾過膜を不透過性構造にし、しかも熱の有効熱伝達体にすることもできる。
【００２９】
図示の実施例では、円筒ケース１２は３個の流体のアクセスポート２２、２４、２６を有しており、そのうちのポート２２、２４はケース２２とロータ１４との間の間隙１６に達しており、ポート２６はロータの内部２０から延びている。他の実施例では、異なる流体アクセス形態を設けることができる。例えば、一実施例では、唯１個の流体アクセスポートをケースとロータとの間の間隙まで達せしめ、２個のポートはロータ内部に達せしめる。
【００３０】
一実施例では、円筒ケース１２の軸線Ａに、２個の枢着ピン３０、３２を両端に１個宛、取り付ける。これ等の枢着ピン３０、３２はロータ１４の回転軸線Ａを画成しており、このロータ１４の自由な回転を容易にしている。図示されているように、底部枢着ピン３２は中空であり、ケース１２、及びロータ１４に通る流体移送路を生ぜしめている。もちろん、他の実施例では、頂部枢着ピン３０も中空にし、他方の流体アクセスポートを収容する。例えば、当業者に良く知られている玉軸受アセンブリ、及びその他の手段を含む回転を容易にする他の手段を設けることができる。
【００３１】
本発明の一実施例では、ロータ１４は円筒ケース１２内で自由に回転することができる。この回転を制御するため、ロータ１４の内部にスピナ磁石３４を取り付けてもよく、このスピナ磁石３４と相互作用をするように、外部回転磁界（図示せず）を構成させる。外部磁界を変調することによって、磁石３４、ひいてはロータ１４を変化する速度で異なる方向に回転させることができる。本発明の好適な実施例ではロータ１４とケース１２との間の間隙１６内の流体内にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で、ロータ１４を回転させる。この間隙１６内にテイラー渦度を生ぜしめることによって、濾過性能を劇的に向上させることができる。テイラー渦度を発生させるため、ロータ１４を回転させる他の手段であって、当業者に既知の手段も本発明の範囲内で使用することができる。例えば、一実施例では、枢着ピンの少なくとも一方に、例えばロータ１４に取り付けられた頂部枢着ピン３０にモータを取り付けてもよい。
【００３２】
一実施例では、濾過装置１０の頂部を包囲する一連の磁気コイルによって、ロータ１４を制御する回転磁界を生ぜしめる。これ等の電気コイルアセンブリを装置１０の周りに閉じている半アーチ（「Ｃ」形断面）の形状に形成することができる。しかし、他の形態も可能である。
【００３３】
装置１０に図示された大きさは血液透析には十分であると考えられるが、他の用途においては、処理される特定の流体に適合するよう、一層大きな、又は一層小さな濾過装置を利用する。
【００３４】
血液透析の用途では、ロータ１４とケース１２の内壁との間の間隙１６は血液中に十分なテイラー渦度を発生するように選択される。この間隙１６はロータ１４の直径と毎分の回転数とによるが、これ等のパラメータは当業者によって変更することができる。毎分の回転数が約１０００〜５０００で、ロータの直径が約2.54ｍｍ〜２５４ｍｍ（０．１〜１０インチ）の範囲の遠心速度の場合、テイラー渦を発生するのに十分な幅は約0.076 ｍｍ〜7.6 ｍｍ（0.003〜0.3インチ)の範囲内にある。毎分約２４００の回転数で回転する直径約25.4ｍｍ（１インチ）のロータ１４に対しては、約0.762 ｍｍ（0.03インチ) の幅を有する間隙１６であれば十分なテイラー渦度を生ずるはずであり、一層好適である。
【００３５】
図２〜図４は上述の血液透析装置の種々の実施例の若干の他の構造要旨を示している。特に、種々の利点が得られるように実施されたハウジング、及びロータの種々の幾何学形状、及び形態を示している。図２は上述の実施例を示している。この図面に一層明らかなように、ロータ１４は円筒形で、円筒ケース１２内に同軸に設置されている。従って、間隙１６は装置１０の円周の周りに一定幅である。この比較的単純な実施例では、ロータ１４の適切な速度の調整を一層容易に行うことができ、テイラー渦は全体の濾過膜１８の周りに、かなり一定の強度である。
【００３６】
図３はケース１２、及びロータ１４の他の形態を示している。この実施例では、ケース１２、及びロータ１４の個々の横断面は図２のものに類似しているが、同軸に配置されていない。従って、図３に示すように、間隙１６の幅はケース１２の円周の周りに変化している。生ずるテイラー渦の強さを反映するテイラー数は間隙の幅に正比例するから、ケース１２の壁から一層離れているロータ１４の部分はケース１２の壁に一層近いロータ１４の部分より一層大きなテイラー渦度を生ずる。ロータ１４がこれ等の一層広い間隙位置を通過する際、残留濃度分極、及びフィルタ隔膜１８の目詰まりは一層強力なテイラー渦によって「吹き飛ばされ」、膜１８の目詰まり帯域は開放される。その結果、一回転毎に、膜１８の縦方向に延びている部分は間隙１６の広くなった部分を通過することによって「清掃」され、装置１０の効率は改善される。更に、間隙１６の幅が減少する場所では、間隙内の剪断力が増大し、この変化する剪断力は膜１８を横切る質量移動を増大させる。従って、一回転毎に、ロータ１４上の膜１８上のいかなる点においても、剪断作用を増大し、渦度を減少させることができる。
【００３７】
図４では、同様に、一定でない間隙幅を生ずるケース１２、及びロータ１４の他の形態を示している。この形態では、ケース１２、及びロータ１４は図２のものと同様に構成されているが、ケース１２はその壁に組み込んだ膨大部４２を有する。従って、間隙１６の幅はケース１２の円周の周りに変化し、膨大部４２の位置で広くなり、図３についての上述の利点を生ずる。この実施例における広い幅と、狭い幅との間の急激な変化は透析を容易にする更なる渦特性を生ずる。他の実施例では、可変幅の間隙１６を生ずるよう、ケース１２、及びロータ１４の横断面形状を他の形状にすることができる。
【００３８】
図１に戻り、この図面を参照して、血液透析装置１０を実施する一方法を説明する。矢印３６、３８、及び４０は装置１０に流入し、流出する流れの入力、及び出力を示している。図示の実施例では、患者からの血液はロータ１４とケース１２との間の間隙１６に流れ、プラズマ水、及び副産老廃物はロータの内部２０内に濾過される。血液と、最初に膜１８を横切るプラズマ水との間の濃度勾配に起因し、或る量の副産老廃物が透析膜１８を通って、プラズマ水内に、優先的に流れ、血液を透析する。ロータ１４は血液内にテイラー渦を発生するのに十分な速度で回転し、透析膜１８に近い血液内の濃度分極を防止する。このようにして、本発明の一実施例は一層小さな一層生体適合性がある血液透析装置１０を使用するのを可能にする。
【００３９】
一層詳細に説明すれば、血液入口ポート２２を円筒ケース１２の頂部に設置し、血液出口ポート２４を底部に設置する。これにより、重力のエネルギー、及び血液の流入からの圧力とを単に使用して、血液を頂部から底部に流す。或る量の血液を血液透析装置１０の頂部から底部まで移動させるのに要する時間内に、希望する量の副産老廃物が抽出し終わっているように、装置１０を設計するのが好適である。プラズマ水、及び副産老廃物の出口ポート２６はロータ１４の底部に設置する。好適な実施例では、以下に一層詳細に説明するように、この溶液は装置１０から流出する。
【００４０】
他の実施例では、血液透析を容易にするため、透析流体を使用する。他の流体用アクセスポートを装置１０の頂部に加えて、透析流体を装置に入れることができるようにする。図６を参照して詳細に説明するように、副産老廃物は透析流体内に拡散し、血液透析液の流れによって、装置から運び出される。他の変形も本発明内で実施することができる。
【００４１】
図５は二重ロータ装置がテイラー渦度を発生する本発明の他の可能な実施例の横断面を示す。図示の実施例では、濾過装置１１０を使用して、望ましくない副産老廃物を血液から、透析流体内に濾過する血液透析を遂行する。他の実施例では、装置１１０を使用して、一層、一般的に、一方の流体から、他方の流体に、物質を移送する。また、他の実施例では、装置１１０を使用して、熱を一方の流体から、他の流体に移送する。当業者には明らかであるが、本発明は医療の用途に限定されない。
【００４２】
一実施例では、濾過装置１１０は円筒外部ロータ１１４を収容する円筒ケース１１２を具える。円筒ケース１１２と、外部ロータ１１４との間に第１間隙１１６が存在し、この第１間隙を通じて、血液を流すが、好適な実施例では外部ロータ１１４を円筒ケース１１２内に同軸に配置する。他の実施例では、図２〜図４を参照して、上に説明したように、円筒ケース、及びロータに対しては種々の幾何学形状、及び形態を選択することができる。
【００４３】
図示の実施例では、外部ロータ１１４の円筒形の円筒壁は少なくとも一部、濾過膜１１８から成り、外部ロータの内部１２０を一部画成している。この外部ロータの内部１２０は更に、外部ロータ１１４の頂壁と底壁とによって、画成されており、これ等の頂壁、及び底壁は濾過膜を具えていても、具えていなくともよい。図５に示すように、この濾過膜１１８は透析膜である。他の実施例では、濾過作用、及び／又は熱移送の程度を変化させるのを、異なる濾過膜の使用によって、容易にすることができる。例えば、熱移送、即ち熱移動の用途では、不透過性でありながら、有効な熱伝達体である構造に濾過膜を構成する。
【００４４】
一実施例では、円筒ケース１１２の軸線Ａに２個の枢着ピン１３０、１３２をそれぞれの端部に１個宛取り付ける。これ等の枢着ピン１３０、１３２は外部ロータ１１４の回転軸線Ａを画成しており、この外部ロータ１１４の自由な回転を容易にしている。図面に示すように、枢着ピン１３０、１３２も中空であり、円筒ケース１１２、及び外部ロータ１１４に貫通する流体移送通路を提供している。他の実施例では、この分野で当業者に良く知られた、例えば玉軸受装置、及びその他の手段を含む回転を一層容易にする他の手段を設けることができる。
【００４５】
本発明の一実施例では、外部ロータ１１４を円筒ケース１１２内で自由に回転することができる。この回転を制御するため、外部ロータ１１４の内部にスピナ磁石１３４を取り付け、このスピナ磁石１３４に交差する外部回転磁界（図示せず）を構成する。この外部磁界を変調することによって、スピナ磁石１３４、従って外部ロータ１１４を異なる方向に、変化する速度で回転させることができる。本発明の好適な実施例では、外部ロータ１１４と円筒ケース１１２との間の第１間隙１１６内の流体にテイラー渦度を発生するのに十分な速度で外部ロータ１１４を回転させることができる。この第１間隙１１６内にテイラー渦度を発生させることによって、濾過性能を劇的に改善することができる。テイラー渦度を発生するため外部ロータ１１４を回転させる他の手段を本発明の実施に使用し得ることは当業者には明らかである。例えば、一実施例では、外部ロータ１１４に取り付けた枢着ピンの少なくとも一方、例えば上部枢着ピン１３０にモータを取り付けてもよい。
【００４６】
外部ロータ１１４の内部には、また、内部ロータ１４４を上下の枢着ピン１３０、１３２によって支持するが、同軸に取り付けてもよく、２個のロータ１１４、１４４の間に、第２間隙１４６を生じさせる。内部ロータ１４４は一部、他の濾過膜を具えることができるが、好適な実施例では、内部ロータは比較的不透過性で、２個のロータ１１４、１４４の間に、単に第２間隙を画成している。外部ロータ、及びケースに関して、上に一層詳細に説明したように、内部ロータ１４４は異なる横断面の幾何学形状を有していてもよく、軸線を合致させないで、他の流体を受け入れてもよく、テイラー渦度を発生する他の手段を受け入れてもよい。これ等の代案の実施例では、外部ロータ１１４を支持する構造以外の構造によって、内部ロータ１４４を支持し、内部ロータを異なる軸線の周りに回転してもよい。
【００４７】
好適な実施例では、外部ロータ１１４、及び円筒ケース１１２内で、内部ロータ１４４が自由に回転する。この回転を制御するため、内部ロータ１４４の内部に第２スピナ磁石１４８を取り付け、この第２スピナ磁石１４８に相互作用をするように、第２外部回転磁界（図示せず）を構成する。図示の実施例では、内部ロータ１４４のための第２スピナ磁石１４８を装置１１０の頂部に設置し、外部ロータ１１４のためのスピナ磁石１３４を装置１１０の底部に設置する。このようにして、２個の別個の独立した磁界により、２個のロータ１１４、１４４の回転を制御することができる。上に更に詳細に述べたように、内部ロータ１４４に取り付けた第２スピナ磁石１４８は外部ロータ１１４に取り付けられたスピナ磁石と同様に制御される。好適な実施例では、内部ロータと外部ロータとの間の第２間隙１４６内に、テイラー渦度を発生するのに十分な速度で内部ロータ１４４を回転する。他の好適な実施例では、内部ロータ１４４を外部ロータ１１４の回転方向の反対方向に回転し、一層強力なテイラー渦度を発生させる。この第２間隙１４６内にテイラー渦度を発生させることによって、内部ロータ１４４に向いている濾過膜１１８の側での濃度分極を防止するので、濾過性能を一層、改善することができる。テイラー渦度を発生させるため、内部ロータ１４４を回転させる当業者には既知の他の手段を使用することもできる。例えば、一実施例では、枢着ピンの少なくとも一方に、例えば内部ロータ１４４に取り付けた下部枢着ピン１３２にモータを取り付けてもよい。
【００４８】
一実施例では、２個のロータを制御する回転磁界を一連の磁気コイルによって作ることができ、これ等の磁気コイルは濾過装置１１０の頂部、及び底部を包囲している。予め連結している管（図示せず）を図示の実施例の軸線Ａ上で、装置１１０に入れて、この装置内に存在させることにより、これ等の電気コイルアセンブリを半アーチ形（「Ｃ」形）に形成することができ、装置１０の周りに閉じることができる。
【００４９】
装置１１０の図示の寸法は血液透析には十分であると考えられるが、他の用途では、特殊な流体を処理するのに適するよう、一層大きな、又は一層小さな濾過装置を利用することができる。
【００５０】
血液透析の用途では、外部ロータ１１４とケース１１２の内壁との間の第１間隙１１６は血液中に十分なテイラー渦度を生ずるように選択する。この第１間隙１１６は外部ロータ１１４の直径と毎分の回転数とによって定まり、このパラメータは一当業者によって変更することができる。外部ロータの直径が2.54ｍｍ〜２５４ｍｍ（0.1 〜１０インチ）で、毎分の回転数が１０００〜５０００の範囲内での遠心速度の場合、テイラー渦度を発生する十分な幅は約0.076 ｍｍ〜7.62ｍｍ（0.003 〜0.3 インチ）の範囲内にある。一層好適な場合には、約0.76ｍｍ（0.03インチ）の幅を有する第１間隙１１６は毎分約２４００回転で回転する直径約25.4ｍｍ（１インチ）の外部ロータ１１４に対して、十分なテイラー渦度を生ずる。
【００５１】
図示の実施例では、内部ロータと外部ロータとの間の第２間隙１４６は透析に十分なテイラー渦度を発生するように選択する。この第２間隙１４６は内部ロータと外部ロータとの直径、及び毎分回転数の差によって定まる。内部ロータの直径が約2.5 ｍｍ〜254 ｍｍ（0.1〜１０ インチ）で、毎分回転数が１０００〜５０００の範囲内の遠心速度の場合、内部ロータ１４４と外部ロータ１１４との間に、テイラー渦度を発生するのに十分な幅は約0.076 ｍｍ〜7.62ｍｍ（0.003 〜0.3 インチ）の範囲内にある。好適には、約0.76ｍｍ（0.03インチ）の幅を有する第２間隙１４６は毎分約３６００回転で回転する直径約20.32 ｍｍ（0.8 インチ）の内部ロータに対して十分なテイラー渦度を発生するはずである。この好適なパラメータの組は毎分回転数が約１２００回転の外部ロータ１１４に対して相対的な内部ロータ１４４の回転速度を与える。代案として、外部ロータ１１４の回転方向の反対方向に内部ロータ１４４を回転することによって、透析において、強力なテイラー渦度を発生することができる。
【００５２】
種々の潜在的な用途に対しては、内部ロータ、外部ロータ、及びケースの寸法、及び速度は劇的に相違している。例えば、或る産業的な用途では、一層大きな流れ、及び粘性が相違する流体を受け入れるため、濾過装置１１０を著しく大きな規模に設計する。間隙、ロータの寸法、遠心速度、及びロータの回転方向を最適なものにすることは、ここに教示したところに基づいて、当業者であれば行うことができる。
【００５３】
図示の実施例では、円筒ケースは４個の流体アクセスポート１２２、１２４、１２６、１２８を有する。第１入口ポート１２２は円筒ケース１１２の頂部に設置され、第１出口ポート１２４は底部に設置されている。血液透析の用途では、これにより、重力のエネルギーと、血液の流入からの圧力とを使用して、簡単に、第１間隙１１６を通じて、血液を頂部から底部に流す。或る量の血液を血液透析装置１１０の頂部から底部に移送するのに要する時間内に、希望する量の副産老廃物を抽出してしまうように、装置１１０を設計するのが好適である。第２入口ポート１２６は外部ロータ１１４の底部に設置され、第２出口ポート１２８は外部ロータ１１４の頂部に設置されている。この血液透析の用途では、透析流体は内部ロータと外部ロータとの間の第２間隙１４６を通じて、装置１１０の底部のポートから頂部のポートまで流れる。この好適な実施例では、血液の流路と血液透析液の流路とが反対方向であることを意味する向流物質移動を利用するように、流体路を設計する。透析膜１１８を介して、新鮮な血液透析液は濃度勾配が最低の最も透析された血液に露出される。しかし、当業者には良く知られているように、本発明を実施するのに、他の数、及び形態の流体アクセスポートを使用することができる。
【００５４】
第１入口ポート１２２、及び第１出口ポート１２４はケース１１２の外径上にあるから、この流路には高圧は必要でない。このような状況であれば、図示の実施例では、血液は外部ロータ１１４の回転中心に向け、強制的に押圧されることはなく、従って、内部ロータ１４４に血液が入るのを防止する流体シ−ルは必要でない。血液透析、又はその他の用途で、一層高い流体圧力を採用する場合か、又は何らかの理由で、濾過のための流体を内部ロータ１４４に入れる場合には流体シ−ルを加えることができる。
【００５５】
好適な実施例では、血液透析液が下部枢着ピン１３２を通り、次に、内部ロータと外部ロータとの間の第２間隙１４６内に指向するが、外部ロータ１１４とケース１１２との間の第１間隙１１６内に下降することがないように、血液透析液用の第２入口ポート１２６の形態を定めることができる。図示の実施例では、外部ロータ１１４とケース１１２との間の第１間隙１１６内に血液透析液が移動するのを防止するため、頂部の枢着ピン１３０の流体シ−ル１５０を設けている。このシ−ル１５０は任意の通常のポリマーリップシ−ルにすることができる。当業者には良く知られているように、他のシ−ルでも使用することができる。代案としての実施例では底部の枢着ピン１３２に、他の流体シ−ルを設けている。
【００５６】
本発明を実施する一方法はテイラー渦度を生じている透析膜１１８に血液を露出し、外部ロータ１１４とケース１１２との間の第１間隙１１６内での濃度分極を最小にし、患者の血液から、低分子量の副産老廃物を除去する能力を最大にすることである。濾過装置１１０に通すプロセスにおいて、血液透析液もテイラー渦度に露出し、透析膜１１８の内部に近い濃度分極層を最小にし、低分子量の副産老廃物を血液透析液流に混合する能力を最大にする。
【００５７】
図６に関連して、図５において説明した装置を使用して、血液透析を遂行する例示の方法を説明する。装置１１０内において、外部ロータ１１４とケース１１２との間、及び内部ロータ１４４と外部ロータ１１４との間の流体に、テイラー渦を発生するのに十分な速度で、内部ロータ、及び外部ロータを反対方向に回転させる。血液は患者から、特定の流速（矢印１３６で示す）で集められ、装置１１０の頂部にある血液入口ポート１２２を経て、血液透析装置１１０に入る。また、透析流体は底部から、第２血液透析液入口ポート１２６を経て、矢印１４０にて示すように血液透析装置に入る。２つの流体はロータから力を受け、これ等の流体内にテイラー渦を形成する。従って、濃度分極は外部ロータ１１４の透析膜１１８において、著しく和らげられ、膜１１８を通じて、副産老廃物の一層、一定な流れが、血液透析装置内に移動する。血液透析液は血液透析装置１１０を通じて、外部ロータと内部ロータとの間の第２間隙１４６内を移動し、透析出口ポート１２８を通じて、頂部から出るが、一方、透析を受けた血液は装置１１０の底部の血液出口ポート１２４を通じて出て、患者に復帰する。
【００５８】
血液透析の上述の両方の方法の一つの問題は図示の透析膜は水、及び副産老廃物に対し、多孔性、即ち浸透性であることである。従って、透析膜を通じて、大量のプラズマ水が副産老廃物を随伴し、血液出口ポートを通じて出る透析を受けた血液の流れはこの血液透析装置に入る血液より、大きく減少する。一実施例では、透析を受けた血液が患者に復帰する前に、接合部において、この透析を受けた血液には滅菌置換流体が加えられるかも知れない。しかし、この実施例は汚染置換流体に患者を露出する危険にさらし、置換流体の費用により血液透析の費用を増大させる。
【００５９】
他の、一層好適な実施例では、患者を置換流体の一供給源として使用する。このことは血液透析液、又は第２分離器を通じて、血液透析装置から出るプラズマ水を指向させることによって達成される。この第２分離器は水と塩分を通過させ、好ましくは副産老廃物を残すように選択された一層小さい孔寸法の膜を有する。水と塩分は生物適合性の置換流体を構成しており、最初の血液透析において、大量に失われた分に置き替えるため、透析を受けた血液に加えることができる。一実施例では、第２分離器は上述の血液透析装置１０、又は１１０と同様に機能する第２濾過装置から成る。この第２濾過装置は濾過膜の多孔性、即ち浸透性のみが相違しており、これは装置から流れる流体の残りから、水と塩分とを分離するのに、その膜を使用するからである。
【００６０】
図５に従って構成された装置を使用する一実施例ではでは、血液を患者から集めて、血液濾過装置１１０に流す。血液濾過液も血液透析装置１１０に流し、流入するプラズマ水、及び血液透析膜１１８に通る副産老廃物を受け取る。血液透析液は血液透析装置１１０から流出して、上述の第２濾過装置に入る。この第２濾過装置は抽出された副産老廃物から、プラズマ水を分離するための第２分離器として作用する。この第２濾過装置において、抽出されたプラズマ水は濾過された血液と、接合部において結合し、患者に復帰する。若干の実施例では、プラズマ水の全部がこのシステムにおいて、回収される訳ではなく、そこで、患者に復帰する前に、透析された血液に、付加的置換流体を加えなければならない。しかし、ドナー、即ち提供者として患者自身を使用することによって、人工的な置換流体の容積は減少する。
【００６１】
血液透析装置１１０から流れる血液透析液を濾過し、透析を受けた血液にプラズマ水を復帰させるように、第２濾過装置を記述したが、他の位置において、このシステムからのプラズマ水を濾過し、他の位置において、このシステムに戻すようにしてもよいことは明らかである。例えば、一実施例において、プラズマ水を血液透析液から濾過し、次に、透析を行う前に、このプラズマ水を血液に復帰させる。患者を置換流体のドナーとして、即ち提供者として患者を使用する他の実施例は当業者に良く知られているように、具体化することができる。
【００６２】
図７において、逆浸透膜（ＲＯ膜）を通る増大する物質移送に関し、テイラー渦度の利点が明らかである。この要旨は本明細書に援用したLee とLueptow の文献に由来する。その結果はプラズマフェーレーシス（血漿交換）におけるテイラー渦度の利点を本発明者が観察したところと合致する。通常の接線流において、観察する間、プラズマフラックス（物質移動）は１００倍増大した。本発明の渦強化装置に適用した時、約１００倍の物質移送の速度の増加は有効な濾過のために必要な膜の面積を約１００分の１に減少させるはずである。更に、通常の中空繊維形状に適合しない（例えば膜材料を中空管に成形するのが困難な）多くの材料をこの設計は血液透析膜として使用できるようにしている。
【００６３】
本発明の好適な実施例に多くの変更を加えることができ、また、そのような変更は開示された本発明の範囲内にあることは当業者には明らかである。従って、特許請求の範囲はそのような変更を全て包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の渦強化透析装置の一実施例の縦断面を示す。
【図２】図１の装置の一実施例の横断平面図である。
【図３】渦強化透析装置の第２実施例の横断平面図である。
【図４】渦強化透析装置の第３実施例の横断平面図である。
【図５】本発明の二重ロータ渦強化透析装置の一実施例の縦断面図である。
【図６】血液（外側間隙）、及び血液透析液（内側間隙）の流路を明示した図５の縦断面図である。
【図７】回転する逆浸透膜の物質移動の相互関係を示し、塗り潰した記号は実験データを示しており、誤差を示す棒はその棒が示されている場合を除き、記号より小さく示されており、太い線は最小自乗法適合を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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