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Dokumentenidentifikation DE69131288T2 23.09.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0489403
Titel Filter für Infusionssysteme
Anmelder Pall Corp., Glen Cove, N.Y., US
Erfinder Matkovich, Vlado I., Glen Cove, New York 11542, US;
Gsell, Thomas C., Glen Cove, New York 11542, US;
Bormann, Thomas J., Melville, New York 11747, US
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, Isenbruck, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69131288
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 03.12.1991
EP-Aktenzeichen 911207652
EP-Offenlegungsdatum 10.06.1992
EP date of grant 02.06.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.09.1999
IPC-Hauptklasse B01D 61/18
IPC-Nebenklasse A61M 5/165   B01D 39/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von parenteralen Fluiden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Filtervorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von parenteralen Nährgemischen.

Personen, bei denen die Gefahr einer Fehlernährung besteht oder die nicht dazu befähigt sind, auf enteralem Wege ausreichend Nährstoffe aufzunehmen, müssen intravenös ernährt werden. Die Anwendung einer vollständigen parenteralen Ernährung (total parenteral nutrition = TPN), d. h. die Verabreichung von Nährstoffen über eine periphere oder zentrale Vene, hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Ungünstigerweise stellen Infektionen eine mögliche schwere Komplikation von TPN dar. Diese Besorgnis besteht insbesondere bei unterernährten und geschwächten Patienten mit gestörten Immunsystemen.

Eine mikrobiologische Verunreinigung von TPN-Gemischen kann während der Herstellung des Gemisches, während der Verabreichung oder bei der Handhabung des Katheters erfolgen. Demgemäß ist ein Vollernährungsgemisch (total nutrient admixture = TNA)), das den Tagesbedarf von sämtlichen Nährstoffen in einem einzigen Behälter umfaßt, stark erwünscht, da dabei aufgrund der verringerten Anzahl an Handhabungsschritten, die am intravenösen Abgabesystem durchgeführt werden, eine verringerte Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung besteht. Die verringerte Arbeitsbelastung des Pflegepersonals stellt ebenfalls ein positives Ergebnis der Verwendung von TNA-Systemen in einem einzigen Behälter gegenüber herkömmlichen TPN-Systemen, bei denen mehrere Nährstoffbehälter benötigt werden, dar. Typischerweise enthält ein TNA-Gemisch drei primäre Komponenten: Lipide in Form einer Emulsion, Glucose und Aminosäuren. Zu weiteren Komponenten können Elektrolyten, Spurenelemente und Vitamine gehören. Die Lipidemulsion wird typischerweise durch ein Emulgiermittel, z. B. ein Phospholipid, das vom Filtermedium nicht absorbiert werden sollte, stabilisiert.

Während TNA-Systeme die vorstehend erwähnten Vorteile bieten, besteht ein möglicher Nachteil darin, daß das TNA-System ein günstigeres Wachstumsmedium für potentiell pathogene Mikroorganismen darstellt. Beispielsweise stellt das Wachstum von Pilzorganismen, wie Candida albicans, in parenteralen Nährstoffzubereitungen eine infektiöse Bedrohung dar, da diese Organismen in verschiedenen Nährstoffsystemen gedeihen können. Während bekannt war, daß Candida albicans sich sowohl in herkömmlichen TPN-Zubereitungen als auch in TNA-Gemischen vermehren kann, wurde in zumindest einer Untersuchung festgestellt, daß das Wachstum dieses Pilzes in TNA-Gemischen stimuliert wird. In ähnlicher Weise haben Untersuchungen gezeigt, daß TNA-Systeme das bakterielle Wachstum erheblich besser unterstützen als herkömmliche TPN-Lösungen.

Zusätzlich zu den vorerwähnten Problemen führt die Lipidemulsionskomponente dazu, daß das TNA-Gemisch undurchsichtig wird, was eine einwandfreie Sichtprüfung des Gemisches unmöglich macht. Dies kann zu einer Reihe von Problemen führen, zu denen nicht nachgewiesene Fetteilchen mit einer Größe von einigen um bis etwa 20 um Durchmesser gehören, was die Gefahr von Fettembolien hervorruft.

Obgleich die Probleme mit TNA-Systemen seit einiger Zeit erkannt worden sind, hat man festgestellt, daß die Vorteile eines derartigen Systems die damit einhergehenden Schwierigkeiten aufwiegen. Daher hat ihre Anwendung rasch zugenommen. Derzeit erfolgen etwa 80% sämtlicher TPN-Gaben in Westeuropa in Form von TNA. Die Verwendung von TNA-Systemen nimmt auch in den Vereinigten Staaten und Japan ständig zu. Demgemäß besteht ein anhaltendes und wachsendes Bedürfnis nach Maßnahmen zur Abmilderung der mit der Verwendung von TNA-Systemen verbundenen Schwierigkeiten.

Versuche zur Abmilderung der mit TNA-Systemen verbundenen Probleme haben sich auf die Verwendung von Membranfiltern mit Porengrößen von 1,2 um konzentriert. Obgleich derartige Filter derzeit Verwendung finden, unterliegen sie einigen Beschränkungen. Speziell weisen derartige Filter eine be grenzte Strömungskapazität auf, so daß es zu einem übermäßigen Druckaufbau und Verstopfungen kommt, was gleichzeitig zu einer begrenzten Betriebsdauer des Filters führt. Ein übermäßiger Druckaufbau stellt ein ernsthaftes Problem bei parenteralen Ernährungssystemen dar, da die flüssige Nahrung typischerweise unter Verwendung einer Pumpe verabreicht wird, die nur zu einem Betrieb bei relativ niedrigen Drücken vorgesehen ist, z. B. weniger als 1,76 · 10&sup4; kg/m² (25 psi), typischerweise weniger als 1,05 · 10&sup4; kg/m² (15 psi) und bei zahlreichen Anwendungen weniger als 0,70 · 104 kg/m² (10 psi). Da diese Pumpen nicht für einen Betrieb bei höheren Drücken konstruiert sind, umfaßt das Verabreichungssystem für das parenterale Fluid typischerweise einen Schließalarm, der die Pumpe bei einem relativ niedrigen Druck abstellt. Demgemäß stellt ein übermäßiger Druckaufbau und ein Verstopfen einer Filtervorrichtung ein potentiell ernsthaftes Problem dar. Ferner gewährleisten Membranfilter mit Porengrößen von 1,2 um nur eine begrenzte Möglichkeit zur Entfernung von feinen teilchenförmigen und mikrobiologischen Verunreinigungen.

DE-A-23 17 750 beschreibt eine Filtervorrichtung zur Trennung und Filtration von Gasen und Flüssigkeiten, bei der ein mikroporöses Filtermaterial mit einer Porengröße von weniger als 100 um verwendet wird. Diese Filtervorrichtung kann für medizinische Zwecke verwendet werden, beispielsweise um die Einleitung von Luft bei einem Patienten zu verhindern, der eine Injektion eines fließfähigen Medikaments, z. B. eines parenteralen Mediums, erhalten hat.

Somit besteht ein Bedürfnis nach einer Filtervorrichtung mit einer verstärkten Fähigkeit zur Filtration von feinen teilchenförmigen Bestandteilen und Mikroorganismen und mit der Fähigkeit zur Entfernung von erheblichen Anteilen an Bakterien, die zudem die Fähigkeit zur Entfernung von pyrogenen Bestandteilen, wie bakteriellen Endotoxinen und eine relativ hohe volumetrische Kapazität, typischerweise bis zu 3 Liter TNA bei einer Fließgeschwindigkeit bis zu etwa 300 ml/Stunde, aufweist, wobei gleichzeitig ein geringer Druckabfall und somit eine lange Betriebsdauer gewährleistet werden. Idealerweise sollte eine derartige Vorrichtung auch ein relativ ge ringes Rückhaltevolumen bis zu etwa 5 cm³ oder weniger aufweisen.

Erfindungsgemäß wird eine Filtervorrichtung zur Behandlung von lipidhaltigen parenteralen Nährfluiden gemäß der Definition in Anspruch 1 bereitgestellt. Die Filtervorrichtung umfaßt ein Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß aufweist und einen Fluidströmungsweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß definiert, und ein Flüssigkeitsfiltrationselement, das eine synthetische, polymere, mikroporöse Struktur umfaßt und innerhalb des Gehäuses quer zum Strömungsweg angeordnet ist, wobei das Flüssigkeitsfiltrationselement in Serie ein erstes und zweites Filtermedium umfaßt, wobei das erste Medium eine höhere Porengröße als das zweite Medium aufweist und das zweite Medium eine Porengröße von weniger als 1,2 um besitzt.

Beide Medien sind vorzugsweise durch das parenterale Nährfluid benetzbar. Zusätzlich umfaßt eine bevorzugte Vorrichtung auch eine oder mehrere nicht-benetzende oder flüssigkeitsabstoßende mikroporöse Strukturen, um über eine Gasentlüftung eine Gas/Flüssigkeit-Trennung zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Behandlung eines parenteralen Nährfluids gemäß der Definition in Anspruch 15 bereitgestellt. Bei diesem Verfahren werden lipidhaltige, parenterale Nährfluide, wie TNA-Gemische behandelt, indem man sie durch die Filtervorrichtung leitet. Die Filtervorrichtung umfaßt unter anderem ein Flüssigkeitsfiltrationselement, das eine synthetische, polymere, mikroporöse Struktur umfaßt, wobei das Element in Serie ein erstes und zweites Filtermedium umfaßt, wobei das zweite oder stromabwärtige Filtermedium eine Porengröße von weniger als 1,2 um und vorzugsweise eine Porengröße, die geringer als die des stromaufwärtigen Mediums ist, aufweist.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung, bei der zwei flüssigkeitsabstoßende Strukturen und zwar jeweils eine auf jeder Seite des Flüssigkeitsfiltrationselements vorgesehen sind;

Fig. 2 eine Ansicht der Filtervorrichtung von Fig. 1 von unten;

Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie III-III der Vorrichtung von Fig. 1; und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Vorrichtung von Fig. 1.

Die vorliegende Erfindung stellt eine unter den Anspruch 1 fallende Filtervorrichtung zur Behandlung eines parenteralen Nährfluids, das ein Lipid enthält, bereit, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: (1) ein Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß aufweist und einen Fluidströmungsweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß definiert; und (2) ein Flüssigkeitsfiltrationselement, das im Innern des Gehäuses quer zum Strömungsweg angeordnet ist und eine synthetische, polymere, mikroporöse Struktur umfaßt, die zur Entfernung von feinen teilchenförmigen und biologischen Verunreinigungen aus dem parenteralen Nährfluid geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine unter den Anspruch 1 fallende Filtervorrichtung zur Behandlung eines parenteralen Nährfluids, das ein Lipid enthält, bereit, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: (1) ein Gehäuse, das einen Fluideinlaß und einen Flüssigkeitsauslaß umfaßt und einen Flüssigkeitsströmungsweg zwischen dem Fluideinlaß und dem Flüssigkeitsauslaß definiert, wobei das Gehäuse ferner einen Gasentlüftungsauslaß umfaßt und einen Gasströmungsweg zwischen dem Einlaß und dem Gasentlüftungsauslaß definiert; (2) ein Flüssigkeitsfiltrationselement, das im Innern des Gehäuses quer zum Flüssigkeitsströmungsweg angeordnet ist, wobei das Flüssigkeitsfiltrationselement eine synthetische, polymere, mikroporöse Struktur umfaßt, die zur Entfernung von feinen teilchenförmigen und biologischen Verunreinigungen aus dem parenteralen Nährfluid bei einem Druckabfall von etwa 1,05 · 10&sup4; kg/m² (15 psi) oder weniger befähigt ist, wobei das parenterale Nährfluid mit einer Strömungsgeschwindigkeit bis zu etwa 300 ml pro Minute hindurchläuft; und (3) eine nicht-benetzende, flüssigkeitsabstoßende, mikroporöse Struktur, die im Innern des Gehäuses quer zum Gasströmungsweg angeordnet ist und zur Entlüftung von Gas aus dem parenteralen Nährfluid befähigt ist.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Behandlung eines parenteralen Nährfluids, das ein Lipid enthält, gemäß der Definition in Anspruch 20 bereit, wobei das Verfahren das Durchleiten des parenteralen Fluids durch eine Filtervorrichtung umfaßt, die ein Flüssigkeitsfiltrationselement aufweist, die eine synthetische, polymere, mikrofaserige Matrix mit einer Porengröße von weniger als 1,2 um umfaßt.

Eine die Erfindung verkörpernde Filtervorrichtung zur Behandlung von parenteralen Fluiden umfaßt im allgemeinen ein Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß aufweist und einen Fluidströmungsweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß definiert, und ein Flüssigkeitsfiltrationselement, das eine synthetische, polymere, mikroporöse Struktur umfaßt, die innerhalb des Gehäuses quer zum Strömungsweg angeordnet ist, wobei diese Struktur aus einem ersten und einem zweiten Medium besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Filtervorrichtung ist das Flüssigkeitsfiltrationsmedium durch das parenterale Fluid benetzbar und die Filtervorrichtung umfaßt ferner eine mikroporöse, nicht-benetzende oder flüssigkeitsabstoßende Komponente zur Gewährleistung einer Gas/Flüssigkeits-Trennung.

Das Flüssigkeitsfiltrationselement der Filtervorrichtung von Anspruch 1 umfaßt in Serie zwei Medien. Das erste oder stromaufwärtige Medium ist durch eine Porengröße gekennzeichnet, die über der des zweiten oder stromabwärtigen Mediums liegt. Vorzugsweise umfaßt das erste Medium eine synthetische, polymere, mikrofaserige Matrix. Das erste Medium ist vorzugsweise durch das parenterale Fluid benetzbar. Eine bevorzugte Möglichkeit, das erste Medium benetzbar zu machen, besteht darin, die Oberflächen des Mediums mit einem gepfropften Überschicht-Polymeren (d. h. eine Polymerschicht, die an den Oberflächen des Mediums gebildet ist und diese bedeckt) zu bedecken, um das Medium mit der Flüssigkeit, mit der es bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kontakt kommt, benetzbar zu machen.

Das zweite oder stromabwärtige Medium ist durch eine Porengröße von weniger als 1,2 um gekennzeichnet. In einer be vorzugten Ausführungsform umfaßt das zweite Medium eine mikroporöse Struktur mit einer Porengröße von weniger als etwa 1,0 um und vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 0,8 um. Wie beim ersten Medium, ist es bevorzugt, daß das zweite Medium durch die parenteralen Fluide, mit denen es in Kontakt kommt, benetzbar ist. Es können verschiedene synthetische, polymere, mikroporöse Strukturen als zweites oder stromabwärtiges Medium verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie das parenterale Fluid bei der Filtration nicht nachteilig beeinflussen, beispielsweise durch Freisetzung von schädlichen Komponenten in das Fluid, und daß sie die erforderlichen physikalischen Eigenschaften aufweisen, um die gewünschten Filtrationseigenschaften zu erzielen. Zu bevorzugten Materialien gehören hautlose, hydrophile, mikroporöse Polyamidmembranen des in US-4 340 479 beschriebenen Typs. Besonders bevorzugt sind hautlose, hydrophile, mikroporöse Nylon 66-Membranen dieses Typs, die von der Fa. Pall Corporation unter der Warenbezeichnung ULTIPORR vertrieben werden. Mikroporöse Polyvinylidendifluorid-Membranen des in den US-Patenten 4 203 848 und 4 618 533 beschriebenen Typs können ebenfalls als mikroporöse Medien mit einer geringen nicht-spezifischen Proteinadsorption verwendet werden, sowie die in den US-Patenten 4 886 836, 4 906 374 und 4 964 989 beschriebenen Medien. Ladungsmodifizierte Polyamidmembranen mit einem positiven zeta- Potential in alkalischen Medien, wie die im US-Patent 4 702 840 beschriebenen und von der Fa. Pall Corporation unter der Warenbezeichnung BIODYNE BR vertriebenen Produkte, können ebenfalls verwendet werden. Polyamid-Membranen mit kontrollierten Oberflächeneigenschaften, z. B. die im US-Patent 4 707 266 beschriebenen Produkte, sowie andere mikroporöse, synthetische, polymere Strukturen mit der erforderlichen Porengröße, einschließlich mikrofaserige Matrices, können ebenfalls verwendet werden.

Wie vorstehend erwähnt, ist es bevorzugt, daß das Flüssigkeitsfiltrationselement durch das parenterale Nährfluid benetzbar ist. In den Fällen, bei denen das Medium nicht durch das parenterale Nährfluid benetzbar ist, kann es durch ein beliebiges Verfahren benetzbar gemacht werden, das das Filtrationsverfahren nicht nachteilig beeinflußt. Neben einer Strahlungspfropfung können geeignete oberflächenaktive Mittel, wie Polyetherpolyhydroxyblockcopolymere, verwendet werden.

Das Flüssigkeitsfiltrationselement der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung liegt vorzugsweise in Form einer flachen Bahn oder Lage vor, obgleich auch andere, zum Einbau in einen Filter geeignete Formen verwendet werden können, wozu gefaltete, zylindrische oder geometrisch anderweitig gestaltete Formen gehören. Wenn das Flüssigkeitsfiltrationselement ein erstes und zweites Medium umfaßt, kann eine Verbundfilterlage gebildet und als eine flache, planare Lage verwendet werden. Alternativ kann die Verbundlage zu einer gefalteten oder Ackordeonform ausgebildet und in dieser Form verwendet werden. Als weitere, weniger bevorzugte Alternative können das erste und zweite Filtermedium als getrennte Lagen ausgebildet werden, die unabhängig voneinander in einer seriellen Anordnung eingesetzt werden können. Das Flüssigkeitsfiltrationselement weist eine Porengröße von weniger als 1,2 um, vorzugsweise von weniger als etwa 1,0 um und insbesondere von 0,5 bis 0,8 um auf. Besonders bevorzugt als zweites oder stromabwärtiges Medium sind hydrophile, mikroporöse Nylon 66-Membranen mit einer Porengröße von etwa 0,65 um.

Gemäß der hier verwendeten Terminologie bedeutet eine mikrofaserige Matrix ein dreidimensionales Netzwerk von miteinander verbundenen Fasern (unabhängig davon ob es sich um schmelzgeblasene Fasern, Stapelfasern oder Endlosfasern handelt), die zusammen eine kohärente Struktur bilden, die sich zur Verwendung als Filtermedium eignet. Bevorzugte mikrofaserige Matrices werden aus schmelzgeblasenen, thermoplastischen, polymeren Fasern, wie Polyolefinen, insbesondere Polypropylen, Polyestern, insbesondere Polybutylenterephthalat, und Polyamiden, wie Nylon 66, gebildet, wobei der Faserdurchmesser typischerweise im Bereich von 1 bis 4 um liegt, die Hohlraumvolumina typischerweise 60 bis 90% betragen und die Dicken im Bereich von 0,13 bis 2,54 mm (0,005 bis 0,10 Zoll) liegen.

Während in der Filtervorrichtung nach Anspruch 1 und im Verfahren nach Anspruch 15 ein Flüssigkeitsfiltrationselement mit zwei Medien verwendet wird, besteht das im Verfahren gemäß Anspruch 20 verwendete Element aus einem einzigen Medium. Wenn ein einziges Medium verwendet wird, wird eine mikrofaserige Matrix eingesetzt, was auf die erhöhte Schmutzaufnahmekapazität einer derartigen Struktur zurückzuführen ist, verglichen mit einer aus einem Kunststoffmaterial hergestellten mikroporösen Membran, die eine kontinuierliche Matrixstruktur aufweist und die verglichen mit einer mikrofaserigen Matrix relativ gleichmäßige Porengrößen und ein begrenztes Schmutzaufnahmevermögen besitzt, was sie gegenüber Druckaufbau und Verstopfungen empfindlicher macht.

Die Porengrößen gemäß der hier verwendeten Terminologie lassen sich durch den Test mit Latexkügelchen bestimmen. Bei diesem Test wird die Entfernungsrate eines Filtrationsmediums bestimmt, indem man den Wirkungsgrad des Mediums in bezug auf die Entfernung von Polystyrol-Mikrokügelchen mit einem gleichmäßigen Durchmesser in einem flüssigen Medium ermittelt. Typischerweise wird eine verdünnte Suspension von Kügelchen (0,01 bis 0,1 Gew.-%) in Wasser, das 0,1 Gew.-% Triton X-100, ein Octylphenoxypolyethoxyethanol mit etwa 9 1/2 Ethylenoxideinheiten pro Molekül der Fa. Rohm & Haas Company, enthält, hergestellt. Die Größe der Kügelchen kann von 0,038 bis 5 um variieren. Sie werden von der Fa. Dow Chemical Company vertrieben. Ein Volumen von etwa 10 cm³ der Suspension pro 6,45 cm² (pro 1 Zoll²) (des Filtrationsmediums) wird durch das Medium geleitet. Das Filtrat wird in einem Reagenzglas gewonnen. Die Konzentration an Mikrokügelchen im Filtrat kann durch beliebige Maßnahmen gemessen werden, beispielsweise visuell oder unter Verwendung einer Nephelometrievorrichtung (d. h. ein Trübungsmeßgerät). Der geringste Durchmesser der Mikrokügelchen, die mit einem Wirkungsgrad von 99,9% zurückgehalten werden, d. h. 999 Teilchen von 1000, bestimmt die Porengröße.

Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung umfaßt vorzugsweise ferner eine flüssigkeitsabstoßende oder nichtbenetzende Komponente oder Struktur, die mit dem Flüssigkeitsfil trationselement, das, wie vorstehend erwähnt, vorzugsweise durch die parenterale Nährflüssigkeit benetzt wird, zusammenwirkt.

Beliebige flüssigkeitsabstoßende oder nicht-benetzende poröse Materialien können verwendet werden, die eine abstoßende Wirkung aufweisen und daher unter den Bedingungen, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten, eine Flüssigkeit nicht passieren lassen und dadurch eine Entlüftung von Gas, das im zu filtrierenden parenteralen Nährfluid vorhanden sein kann, gewährleisten. Im allgemeinen soll die Porengröße eines derartigen Materials weniger als etwa 15 um betragen. Um den Zutritt von Bakterien in die Struktur über die flüssigkeitsabstoßende Struktur der Filtervorrichtung (die bei der Anwendung gegenüber der Atmosphäre offen sein muß, um das Gas entlüften zu können) auszuschließen, soll die Porengröße weniger als etwa 0,3 um und vorzugsweise 0,2 um oder weniger betragen. Bevorzugte Materialien sind die im US-Patent 4 954 256 beschriebenen flüssigkeitsabstoßenden Membranen. Diese Membranen weisen eine kritische Benetzungsoberflächenspannung (CWST) von weniger als etwa 28 dyn/cm auf, was sie gegenüber Flüssigkeiten mit Oberflächenspannungen, die deutlich unterhalb der Oberflächenspannung des Wassers von 72 dyn/cm liegen, wasserabstoßend oder nicht- benetzend macht. Der CWST-Wert ist im US-Patent 4 954 256 und noch ausführlicher im US-Patent 4 925 572 definiert. Unter diesen Membranen ist eine mikroporöse, polymere Membran besonders bevorzugt, die eine Porengröße von etwa 0,2 um aufweist und ein Nylon 66-Membransubstrat umfaßt, auf dessen Oberfläche ein Überschicht-Fluorpolymeres, das aus einem Monomeren mit einem Gehalt an einer ethylenisch ungesättigten Gruppe und einer Fluoralkylgruppe gebildet ist, gebunden ist.

Die Gehäuse für das poröse Medium können aus beliebigen geeigneten undurchlässigen Materialien gefertigt sein, wozu beliebige undurchlässige thermoplastische Materialien gehören. Zum Beispiel kann das Gehäuse vorzugsweise durch Spritzgießen aus einem durchsichtigen oder durchscheinenden Polymeren, wie einem Acryl-, Polystyrol- oder Polycarbonatharz, gefertigt sein. Derartige Gehäuse sind nicht nur leicht und wirtschaftlich herzustellen, sie ermöglichen auch die Beobachtung des Durchgangs von Fluiden durch das Gehäuse.

Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung kann in verschiedenen Konfigurationen bereitgestellt werden, wozu die im US- Patent 3 803 810 beschriebenen Konfigurationen gehören. Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein Rückhaltevolumen von 20 cm³ oder weniger auf. Eine bevorzugte Konfiguration, die in den Fig. 1-4 dargestellt ist, läßt sich mit einem Rückhaltevolumen von weniger als 5 cm³ bauen. Tatsächlich wies die im nachstehenden Beispiel 1 verwendete und in den Fig. 1-4 dargestellte Vorrichtung ein Rückhaltevolumen von nur etwa 1,5 cm³ auf.

Nachstehend wird auf die Zeichnung Bezug genommen. In den Figg. 1-4 ist eine bevorzugte allgemeine Konfiguration dargestellt, die in schematischer Form die Komponenten einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung zeigt und die Strömungswege der Flüssigkeit und eines Gases, das von der Flüssigkeit abgetrennt und unter Freisetzung in die Atmosphäre entlüftet wird, erläutert.

In den Figg. 1-4 umfaßt eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung 10 allgemein ein durchsichtiges Gehäuse 11 und ein Flüssigkeitsfiltrationselement 12, das innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet ist. Das in der Zeichnung dargestellte Flüssigkeitsfiltrationselement 12 umfaßt ein erstes Filtermedium 13 und ein zweites Filtermedium 14 in einer flachen, planaren, verbundartigen Filterlagenform.

Das Gehäuse kann verschiedene Konfigurationen aufweisen. Vorzugsweise ist das Flüssigkeitsrückhaltevolumen auf ein Minimum beschränkt. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung steht in einer bevorzugten Vorrichtung ein Einlaß 15 in Verbindung mit einer ersten Kammer 16, die in Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitsfiltrationselement 12 sowie mit zwei nicht-benetzenden oder flüssigkeitsabstoßenden mikroporösen Strukturen 17 und 18, die das Entlüften von Gas aus der Vorrichtung ermöglichen, steht.

Das Gehäuse 11 umfaßt einen Einlaß 15 und einen Auslaß 19 und definiert einen Fluidströmungsweg zwischen dem Einlaß 15 und dem Flüssigkeitsauslaß 19, wobei das Flüssigkeitsfil trationselement 12 quer zum Flüssigkeitsströmungsweg angeordnet ist. Der Einlaß und der Auslaß können verschieden gestaltet sein. Beispielsweise kann der Einlaß 15 in Form eines Dorns ausgebildet sein, der in einen Behälter mit einem parenteralen Fluid eingeführt werden kann. Alternativ können gemäß der Darstellung in der Zeichnung sowohl der Einlaß als auch der Auslaß in Form von Schlauchverbindungsstücken ausgestaltet sein. Zusätzlich zu der in den Figg. 3 und 4 dargestellten Kammer 16 weist das Gehäuse 11 Innenwände 20 und 21 auf, die in Kombination mit den Außenwänden für das Gehäuse 11, den flüssigkeitsabstoßenden, mikroporösen Strukturen 17 und 18 und dem Flüssigkeitsfiltrationselement 12 drei zusätzliche Kammern 22, 23 und 24 definieren. Die Kammern 22 und 24 umfassen Entlüftungsöffnungen oder Auslässe 25 zum Entlüften von Gas, das aus dem eintretenden parenteralen Nährfluid abgetrennt worden ist, an die Atmosphäre.

Der Strom der parenteralen Nährflüssigkeit in der Filtervorrichtung 10 nach Eintritt des parenteralen Nährfluids über den Einlaß 15 ist in Fig. 3 durch Pfeile in den Kammern 16 und 23 dargestellt. Wie in Fig. 3 dargestellt, gelangt die flüssige Komponente, die in den Einlaß 15 eintritt, in die Kammer 16 und dann durch das Flüssigkeitsfiltrationselement 12 in die Kammer 23 und fließt anschließend durch den Auslaß 19 aus der Filtervorrichtung.

Der Strömungsweg des Gases, das im eintretenden parenteralen Nährfluid enthalten sein kann, ist in Fig. 4 durch Pfeile in den Kammern 16, 22 und 24 dargestellt. Gemäß der Darstellung tritt das Gas in die Kammer 16 ein und gelangt unter freiem Durchtritt durch die nicht-benetzenden oder flüssigkeitsabstoßenden Strukturen 17 und 18 in die Kammern 22 und 24 und tritt sodann durch die Gasauslaßöffnungen oder Entlüftungsöffnungen 25 aus.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus den folgenden Beispielen, die lediglich der Erläuterung dienen und keine Beschränkung darstellen.

Beispiele Beispiel 1

Eine mikrofaserige Matrix aus Polypropylenfasern mit einem Durchmesser von etwa 1,6 um und einer flächenbezogenen Masse von 4,5 mg/cm² wurde durch Schmelzblas-Faserextrusion hergestellt. Eine endgültige Bahndicke von etwa 0,08 mm (0,003 Zoll) wurde durch Heißkalandrieren unter Verwendung einer handelsüblichen Kalandriereinrichtung erreicht. Die Mikrofaserbahn wurde sodann einer Oberflächenmodifikation unterworfen, um sie hydrophil auszurüsten. Eine gamma-Bestrahlung (Cobalt 60) wurde dazu verwendet, Hydroxypropylacrylat und Methacrylsäure in einem Monomerverhältnis von 9 : 1 mit der Polypropylen-Faseroberfläche einer Pfropfcopolymerisation zu unterziehen und um die Matrix durch ein parenterales TNA-Gemisch benetzbar zu machen. Ein Flüssigkeitsfiltrationselement in Form einer flachen Lage, die zwei Schichten dieser gepfropften Bahn umfaßte und eine Porengröße von 0,8 um aufwies, wurde in die beschriebene Vorrichtung (Fig. 1), die ein Rückhaltevolumen von etwa 1,5 cm³ und eine effektive Flüssigkeitsfiltrationsoberfläche von etwa 10,97 cm² (1,7 Zoll²) aufwies, eingebaut. Bei den beiden nicht-benetzenden oder flüssigkeitsabstoßenden Strukturen handelte es sich um Polytetrafluorethylen-Membranen mit einer nominalen Porengröße von 0,1 um von jeweils etwa 0,97 cm² (0,15 Zoll²). Diese Vorrichtung wurde sodann einem Filtrationstest unter Verwendung von 2,7 Liter eines typischen TNA-Gemisches ("central formula TNA admixture"), das Aminosäuren, Dextrose, eine Lipidemulsion, eine Multivitaminlösung und Elektrolyte enthielt, unterworfen. Die Strömung wurde mittels einer Schlauchpumpe mit einer Geschwindigkeit von 300 ml/Stunde gewährleistet. Der stromaufwärts ausgeübte Druck (effektiv der Druckabfall durch das Flüssigkeitsfiltrationselement) wurde mittels eines stromaufwärts von der Filtervorrichtung angeordneten Meßgeräts gemessen. Während der gesamten Testdauer (2,7 Liter Gesamtvolumen) stieg der Druck nicht signifikant an und blieb zwischen 5,6 · 10³ kg/m² und 6,3 · 10³ kg/m² (8 und 9 psi).

Beispiel 2 (Vergleich)

Eine mikroporöse Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Membran wurde durch Lösungsgießen unter Bedingungen hergestellt, die eine Porengröße von 0,65 um in trockenem, unmodifiziertem Zustand ergaben. Ein Flüssigkeitsfiltrationselement in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 2,86 cm (1,125 Zoll) wurde aus dieser Membran ausgeschnitten und in eine wiederverwendbare Kunststoffgehäuse-Einspannvorrichtung mit einer effektiven Strömungsfläche von 4,97 cm² (0,77 Zoll²) eingebaut.

Die Membran wurde vor der Verwendung in Isopropylalkohol vorbenetzt, da sie durch die DNA-Lösung nicht spontan benetzt wurde. Anschließend wurde die Membran in bezug auf die Filtration einer TNA-Zubereitung der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 getestet, mit der Ausnahme, daß die Strömung mittels einer volumetrischen Infusionspumpe (Modell IMED 960 der Fa. IMED Corporation) erzeugt wurde und die Strömung auf 150 ml/Stunde eingestellt wurde. Während dieses Tests wurde ein ständiger Druckanstieg beobachtet. Bei einem gesamten Volumendurchsatz von 170 ml überstieg der stromaufwärtige Druck den Wert von 1,05 · 10&sup4; kg/m² (15 psi), wobei der Pumpenalarm ertönte und die Pumpe abschaltete, was das Testende bedeutete.

Beispiel 3

Der Filtrationstest von Beispiel 2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß ein Vorfilter, der aus einem mikroporösen Medium aus einer oberflächenmodifizierten Polybutylenterephthalat-Polyester-Mikrofasermatrix bestand, im Gehäuse stromaufwärts zum stromabwärtigen oder zweiten Filtermedium (PVDF-Membran) angeordnet wurde. Die Mikrofasermatrix wurde unter Verwendung eines Gemisches aus Hydroxyethylmethacrylat und Methacrylsäure in einem Monomerverhältnis von 0,35 : 1 unter Anwendung von gamma-Strahlung aus einer Cobalt 60-Quelle modifiziert. Der Vorfilter wies einen prozentualen Hohlraumanteil von etwa 72%, einen CWST-Wert von 94 dyn/cm (was eine leichte Benetzbarkeit durch die TNA-Zubereitung bedeutete), einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 2,4 um und eine Porengröße von etwa 2 um auf. Nach Vorbenetzung der PVDF-Mem bran wie in Beispiel 2 wurde ein Filtrationstest unter Verwendung einer Portion der gleichen TNA-Zubereitung wie in Beispiel 2 durchgeführt. Es wurde auch die gleiche Strömungsgeschwindigkeit wie in Beispiel 2, nämlich 150 ml/Stunde, angewandt. Im Gegensatz zu Beispiel 2 wurden 620 ml TNA-Lösung filtriert, ohne daß der Druck einen Wert von etwa 4,9 · 10³ kg/m² (7 psi) überstieg. Dabei pendelte sich der Druck nach Filtration von 170 ml TNA auf etwa 4,2 · 10³ kg/m² (6 psi) ein und blieb während der Filtration des gesamten Restvolumens des filtrierten TNA-Gemisches relativ konstant. Die Ergebnisse zeigen klar die günstige Wirkung des Vorfilterabschnittes, der zu einer erheblich niedrigeren Druckausübung und somit zu einem größeren Filtrationsvolumen führte.

Beispiel 4 (Vergleich)

Eine Nylon 66-Membran mit einer Porengröße von 0,65 um wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 getestet, mit der Ausnahme, daß das TNA-Gemisch keine Multivitamine enthielt und kein Vorfilterabschnitt verwendet wurde. Es ergab sich, daß der Druckabfall während der Filtration der TNA- Zubereitung ständig anstieg. Nach einem Durchsatzvolumen von 270 ml überstieg der Druck den Wert von 1,05 · 10&sup4; kg/m² (15 psi) und die Pumpe kam zum Stillstand.

Beispiel 5

Es wurde das gleiche TNA-Gemisch wie in Beispiel 4 zum Testen der nachstehend beschriebenen Kombination aus Membran und Vorfilter verwendet. Ferner wurde auch das gleiche Testverfahren herangezogen. Beim Vorfilter handelte es sich um das gleiche Produkt wie in Beispiel 3. Ferner wurde die gleiche Nylon 66-Membran wie in Beispiel 4 verwendet. Der Druckabfall pendelte sich auf etwa 3,16 · 10³ kg/m² (4,5 psi) ein und stieg während der Testdauer, bei der insgesamt 1,5 Liter filtriert wurden, nicht signifikant an (nur etwa 0,70 · 10³ kg/m² (1 psi)). Ein Vergleich der Beispiele 4 und 5 zeigt den Vorteil des Vorfilters beim letztgenannten Beispiel, der das Volumen des TNA-Gemisches, das ohne übermäßigen Druckaufbau filtriert werden kann, stark vergrößert.

Die Beispiele 4 und 5 zeigen die Vorteile, die sich aus der Verwendung eines Vorfilters ergeben.

Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Filtervorrichtung weist die in den Figg. 1-4 dargestellte Konfiguration auf und bedient sich einer Nylon-Membran mit einer Porengröße von etwa 0,65 um in Kombination mit einem Vorfilter gemäß der Beschreibung im vorstehenden Beispiel 3 sowie zweier nicht-benetzender oder flüssigkeitsabstoßender Strukturen aus einer Nylon 66-Membran mit einem CWST-Wert von weniger als 28 und einer Porengröße von etwa 0,2 um. Die Herstellung einer derartigen flüssigkeitsabstoßenden Membran wird im US-Patent 4 954 256 beschrieben.


Anspruch[de]

1. Filtervorrichtung (10) zur Behandlung eines parenteralen Nährfluids, das ein Lipid enthält, umfassend:

ein Gehäuse (11), das einen Einlaß (15) und einen Auslaß (19) einschließt und einen Flüssigkeitsströmungsweg zwischen dem Einlaß (15) und dem Auslaßt (19) definiert; und

ein Flüssigkeitsfiltrationselement (12), das eine synthetische, polymere, mikroporöse Struktur umfaßt und innerhalb des Gehäuses (11) quer zum Strömungsweg angeordnet ist,

wobei das Flüssigkeitsfiltrationselement (12) in Serie ein erstes Filtermedium (13) und ein zweites Filtermedium (14) umfaßt, wobei das erste Medium (13) eine Porengröße aufweist, die über der Porengröße des zweiten Mediums (14) liegt und wobei das zweite Medium (14) eine Porengröße von weniger als 1,2 um aufweist.

2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (11) ferner mindestens einen Gasentlüftungsauslaß (25) umfaßt und einen Gasströmungsweg zwischen dem Einlaß (15) und dem mindestens einen Gasentlüftungsauslaß (25) definiert; und

das Flüssigkeitsfiltrationselement (12) im Innern des Gehäuses (11) quer zum Fluidströmungsweg angeordnet ist; und

wobei die Filtervorrichtung (10) ferner eine nichtbenetzende, flüssigkeitsabstoßende, mikroporöse Struktur (17) und/oder (18) aufweist, die im Innern des Gehäuses (11) quer zum Gasströmungsweg angeordnet ist und zur Entlüftung von Gas aus dem parenteralen Nährfluid befähigt ist.

3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Filtermedium (13) eine mikrofaserige Matrix umfaßt.

4. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Medium (14) eine mikroporöse Membran umfaßt.

5. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Filtermedium (13) und das zweite Filtermedium (14) jeweils ein mikroporöses Medium umfassen.

6. Filtervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die nicht- benetzende, flüssigkeitsabstoßende, mikroporöse Struktur (17) und/oder (18) eine Porengröße von weniger als etwa 15 um aufweisen.

7. Filtervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die nicht- benetzende, flüssigkeitsabstoßende, mikroporöse Struktur (17) und/oder (18) eine Porengröße von weniger als etwa 0,3 um aufweist.

8. Filtervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die nicht- benetzende, flüssigkeitsabstoßende, mikroporöse Struktur (17) und/oder (18) eine Porengröße von etwa 0,2 um aufweist.

9. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die nicht-benetzende, flüssigkeitsabstoßende, mikroporöse Struktur (17) und/oder (18) ein Nylon 66-Substrat umfaßt.

10. Filtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Medium (13) eine mikrofaserige Matrix aus thermoplastischen, polymeren Fasern umfaßt, die aus der Gruppe Polyolefine, Polyester und Polyamide ausgewählt sind, und das zweite Medium (14) eine mikroporöse Membran umfaßt, wobei sowohl das erste als auch das zweite Medium durch das parenterale Nährfluid benetzbar sind.

11. Filtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Medium (14) eine Porengröße von weniger als etwa 1,0 um aufweist.

12. Filtervorrichtung nach Anspruch 11, wobei das zweite Medium (14) eine Porengröße im Bereich von 0,5 bis 0,8 um aufweist.

13. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die mikrofaserige Matrix oberflächenmodifizierte Polybutylenterephthalat-Mikrofasern umfaßt und die mikroporöse Membran Nylon 66 umfaßt.

14. Filtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das flüssige Filtrationselement durch ein parenterales Nährfluid benetzbar ist.

15. Verfahren zur Behandlung eines parenteralen, lipidhaltigen Nährfluids, das das Durchleiten des parenteralen Fluids durch eine Filtervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das parenterale Nährfluid ein Gesamtnährgemisch mit einem Gehalt an Lipiden, Glucose und Aminosäuren umfaßt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, ferner umfassend das Durchleiten des parenteralen Nährfluids durch das Flüssigkeitsfiltrationselement (12) mit einer Strömungsgeschwindigkeit bis zu etwa 300 ml pro Stunde.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, ferner umfassend das Durchleiten des parenteralen Nährfluids durch das Flüssigkeitsfiltrationselement (12) bei einem Druckabfall von etwa 1,05 · 10&sup4; kg/m² oder weniger.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner umfassend das Abtrennen von Gas aus dem parenteralen Nährfluid durch Bereitstellen mindestens eines Gasentlüftungsauslasses (25).

20. Verfahren zur Behandlung eines parenteralen, lipidhaltigen Nährfluids, umfassend das Durchleiten des parenteralen Fluids durch eine Filtervorrichtung (10), die ein Gehäuse (11), das einen Einlaß (15) und einen Auslaß (19) aufweist und einen Fluidströmungsweg zwischen dem Einlaß (15) und dem Auslaß (19) definiert, und ein Flüssigkeitsfiltrationselement (12), das im Innern des Gehäuses (11) quer zum Strömungsweg angeordnet ist, umfaßt, wobei das Flüssigkeitsfiltrationselement (12) eine synthetische, polymere, mikrofaserige Matrix mit einer Porengröße von weniger als 1,2 um umfaßt.







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