Dialysatoren- und Wasserfilterherstellung mit Polyurethan-Vergussmassen

Dialysatoren- und Wasserfilterherstellung mit Polyurethan-Vergussmassen


Ein spezieller Filter ist der in der medizintechnischen Industrie hergestellte  Dialysator, den  man umgangssprachlich  häufig  auch  als künstliche Niere bezeichnet. Dieser wird aus einem Bündel von 10 000 bis 12 000 feinen Hohlfasern hergestellt, das man in ein Kunststoffgehäuse einbettet und mit einer Polyurethan(PUR)-Vergussmasse abdichtet. Das Gehäuse besteht aus Polycarbonat, die Hohlfasern heute meist aus Polysulfon, aber auch aus Zelluloseacetat. Die Hohlfaserwände haben eine Porenstruktur. Wird nun die Porengröße so eingestellt, dass Ausscheidungsprodukte des Stoffwechsels wie Harnstoff und Kreatinin durch die Faserwände diffundieren können und die höhermolekularen Blutzellen und Eiweiße zurückgehalten werden, dann erfolgt in dem Dialysator eine Blutreinigung, die sog. Hämodialyse. Die Dialyseflüssigkeit, die die Hohlfasern umspült, nimmt dann die Ausscheidungsproprodukte auf. Diese Flüssigkeit ist eine Elektrolytlösung aus verschiedenen Salzen.

Die Dialyse ist umso effektiver, je größer der aus dem Konzentrationsunterschied an Ausscheidungsprodukten zwischen Blut und Dialyseflüssigkeit resultierende osmotische Druck ist. Man leitet deshalb diese zwei Flüssigkeiten gegenläufig durch den Dialysator.

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Dialysator (Die Vergussmasse ist als schmaler beiger Streifen vor den Endkappen zu erkennen.)

Der Verguss der Dialysatoren erfolgt in Zentrifugen. Über den Zuführungs- und den Abführungsstutzen der Dialyseflüssigkeit wird eine definierte Menge Zweikomponenten-Polyurethanvergussmasse (2-K-PUR) in den Dialysator gefüllt und durch die Zent- rifugalkraft nach außen geschleudert. Auf die Enden aufgeschraubte Kappen ohne Stutzen verhindern das Austreten der flüssigen PUR-Masse.

Nach Härten der Vergussmasse und Entfernen der Endkappen werden die Endstücke der Vergüsse abgeschnitten und damit die Hohlfaserenden freigelegt. Nach diesen Schnitten dürfen keinerlei kleinste Teilchen von den Hohlfaser- oder dem Vergussmassenmaterial an der Schnittfläche haften, die später in die Blutbahn gelangen könnten. Mit zwei Dichtringen und zwei Endkappen mit Anschlussstutzen werden die Dialysatoren dann komplettiert. Nach Sterilisation und Verpackung in dichten Folienhüllen sind die Dialysatoren einsatzbereit.

Die angewendeten PUR-Vergussmassen haben niedrige Viskositäten, um in die Hohlräume zwischen den einzelnen Fasern des Bündels eindringen zu können und enthalten keine Feststoffe. Sie sind so zu formulieren, dass der Volumenschwund durch die Härtung und die Abkühlung nach Freisetzung der Reaktionswärme nicht zu Haftungsversagen am Gehäuse und Einschnürungen der Fasen führen. Nach einer vorgegebenen Zeit ist eine Härte zu erreichen, die den beschriebenen Schnitt ohne Faserdeformation erlaubt.

Diese Vergussmassen müssen blutverträglich sein. Sie dürfen also keine Veränderungen des Blutes bewirken, und Blut darf keine Bestandteile aus den Massen herauslösen. Es sind die Auflagen der DIN ISO 10993 für biologische Beurteilung von Medizinprodukten zu erfüllen.

 Wasserfilter

Ähnliche Filterzellen wie zur Hämodialyse werden neben anderen Filtertypen auch zur Wasserreinigung eingesetzt. Nur ist das angewendete Prinzip zur Stofftrennung ein anderes, nämlich die Umkehrosmose. Bei diesem Verfahren wird mit Memb- ranen gearbeitet, die nur den Durchtritt von sehr kleinen Molekülen gestatten, z. B. von Wassermolekülen.  Mit   einem  aufzuwendenden  Druck  lassen  sich  diese   klei- nen Moleküle durch die  Membran pressen, und Verunreinigungen wie Salze und Viren bleiben zurück. Dieser Druck muss größer als der um einen Konzentrationsausgleich bemühte osmotische Druck sein. Bei der Umkehrosmose erfolgt demnach die Konzentrierung einer Lösung unter gleichzeitiger Eliminierung von gereinigtem Wasser.

Diese Filterzellen nennt man Permeatoren oder Umkehrosmosemodule. Ihre Gehäuse bestehen ebenfalls aus Polycarbonat, aber auch aus Polyvinylchlorid oder Poly- phenylenoxid. Die Hohlfasern werden meist aus Polysulfon hergestellt, seltener aus Polypropylen.

In dem gezeigten Umkehrosmosemodul sind im Unterschied zu den Dialysatoren  die Hohlfasern  schlaufenförmig eingelegt und nur an einer Seite vergossen. Das zu reinigende Wasser wird von oben in die Hohlfasern gedrückt, durchdringt dann die Membran und läuft nach unten weg.  

Wasserfilter

Umkehrosmosemodul vor dem Gehäuse eines Wasserfilters

Die PUR-Vergussmassen für diesen Einsatz weisen hinsichtlich der physiko-mechanischen Eigenschaften und der Verarbeitungskriterien ein vergleichbares Anforderungsprofil wie die für Dialysatoren eingesetzten Produkte auf. Mit ihnen müssen Wasserfilter herstellbar sein, die die Prüfungen auf Trinkwassertauglichkeit bestehen.

Dr. Lothar Thiele