Мембраны для оксигенации

придается гидрофобным пористым мембранам - плоским или в виде полых

61

волокон. Коэффициенты газопроницаемости (перенос из газа в газ) для микропористых мембран существенно выше, чем для сплошных материалов, и составляют величину порядка 7-10'6 см3-см/(см2-с-см рт. ст.). Предложены плоские пористые мембраны из сополимера винилхлорида с акрилонитрилом, отлитые на полиэфирную ткань и гидрофобизированные силоксановыми жидкостями, и микропористые мембраны на основе полых волокон из полипропилена. Идет поиск новых материалов с улучшенной гемосовместимостью, обеспечивающих малую поверхность контакта с кровью за счет высоких параметров газопсреноса.

Характеристики некоторых полимерных пленок, используемых в искусственных легких

Таблица 1.9

Полимер

Структура пленки

Толщина,

мкм

Г азопроницасмост ь, мл/(мин-м'-атом)

о.

со2

Силиконовый каучук

С полиэфирным наполнителем

190(160)

140

770

Полисилоксанполи- карбонат (МЕМ-213)

Г омогенная

50 (50)

170

730

Сверхтонкий

полиалкилсульфон

Нанесен на губчатую

полипропиленовую

пленку

25 (2,5)

1100

4600

Сверхтонкая пленка этилцеллюлозы с перфторбутилатом

Нанесена на полиолефиновое нетканое полотно

175(2,5)

880

4700

Пористая полипропиленовая пленка (Celgard)

Пористая

25 (25)

Вполне

хорошее

Вполне

хорошее

Пористая тефлоновая пленка

Пористая

500 (500)

Вполне

хорошее

Вполне

хорошее

Таблица 1.10

Скорость переноса газа в кровь при использовании искусственных легких

Состав и структура пленки

Скорость подачи газов, мл/(мин-м2)

02

С02

Силиконовый каучук с полиэфирным наполнителем

40(130)**

58

Сверхтонкая пленка этилцеллюлозы с перфторбутилатом, нанесенная на истканное полотно из полсолсфина

44 (800)**

86

Сверхтонкая пленка из полиалкилсульфона, нанесенная на пористый полипропилен

52***(1 ЮО)*

190

Губчатый полипропилен (Cclgard)

52*** (вполне хорошая)**

270

Тефлон

52*** (вполне хорошая)**

250

Gore-Tex

52*** (вполне хорошая)**

260

В процессе газообмена, протекающего в пленочных субстанциях живого организма, движение эритроцитов по капиллярам в оболочках альвеол происходит в один ряд. В искусственных легких эритроциты образуют при движении целые слои. Это ведет к резкому снижению эффективности всего газообменного процесса. Скорость газообмена в современных искусственных легких лимитирует сопротивление, оказываемое пограничной пленкой крови. Снизить это сопротивление можно либо создав на поверхности пленки турбулентный поток, либо добившись монослойного перемещения эритроцитов.

При использовании селективно проницаемых мембран разработана адсорбционная технология получения чистого кислорода и мембранный способ получения обогащенного кислородом воздуха для оксигснотсрапии.

Благоприятный эффект оксигенотерапии с применением мембранных аппаратов обогащения воздуха кислородом выражается в снижении артериального давления, снижении частоты пульса и дыхания, повышении парциального давления кислорода в артериальной крови, улучшении показателей кислотно-щелочного равновесия и гематокрита, уменьшении гипоксических изменений на электрокардиограмме.

Перенос газов может быть обусловлен разностью парциальных давлений, концентрации и температуры пенетранта. В табл. 1.11 представлены коэффициенты проницаемости Р и коэффициенты разделения кислорода и азота для ряда полимеров, находящихся в высокоэластическом и стеклообразном состояниях.

Среди полимеров различной химической природы, физического и фазового состояния, у которых отсутствует специфическое взаимодействие с проникающим газом, наибольший интерес для мембранных способов обогащения воздуха кислородом представляют следующие полимеры: полифениленоксид, поли-4-метилпентен-1, кремнийорганические поливинилтриметилсилан, полидиметилсилоксан, полисилоксануретановые, иолисилоксаикарбонатпые, нолисилоксаиакрилатные,

полисилоксансульфоновые и полисилоксансилановые блок-сополимеры.

Т аблица 1.11

Проницаемость полимеров по кислороду и азоту (при 298 К)

Полимер

Р-1015, мол-м/м2- с-Па

Полиакрилонитрил

0,000094

0.000054

1,8

Поливинилидснхлорид

0.0017

0.00034

5,0

11олиамид

0.0087

0.0034

2,6

Полиформальдегид

0,01

0,0018

5,5

Полиэтилснтсрсфталат (крист.)

0.012

0.022

5,4

I (оливинилхлорид

0,015

0,004

3,8

Полиэтилснтсрсфталат (аморфн .)

0.02

0,0044

4.5

Полиэтилен (р = 964 кг/м3)

0.135

0.048

2,8

Ацетат целлюлозы

0,26

0,094

2,8

Сополимер бутадиснакрилонитрил (61/39)

0.32

0,078

4,1

Полиэтилмегакрилат

0,39

0,074

5,2

Полисульфон

0,44

0,08

5.4

Поликарбонат

0.5

0.084

5,9

11олидиметилбутадиен

0,7

0,16

4,4

Полистирол

0,88

0,27

3,3

Полиэтилен (р = 910 кг/м3)

0.98

0,33

3,0

Полихлоропрен

1,34

0,4

3,4

Политетрафторэтилен

1,41

0,47

3,0

Полифениленоксид

5,3

1,3

4,2

Поли-1,3-бутадисн

6,4

2.2

2,9

Полизопрен

7,8

3,2

2,5

Поли-4-метилпентен-1

10,8

2,6

4,1

Поливин илтримстилсилан

14,8

3.7

4,0

1 [олисилоксаикарбоиат

16,8

7,6

2,2

Полисилоксансилан (22/78)

23,5

6,7

3,5

Полисилоксансульфон

31,2

15,6

2,0

Полисилоксансилан (40/60)

43,7

16,8

2,6

Полисилоксанарилат (54/46)

66,0

34,0

1.9

Полидиметилсилоксан

165.0

78,0

2,1

Болес высокие коэффициенты диффузии кислорода по сравнению с азотом можно объяснить меньшими размерами молекул кислорода (d, = 0,32 нм, (/о2=0,30 нм) и его более высокой степенью несферичности. Большая растворимость кислорода связана с его более высокой критической температурой (126,2 К для N2 и 154,9 К для 02).

Другое направление - создание синтетических переносчиков кислорода - металлополимерных комплексов. Задача состоит в разработке систем, аналогичных по действию, например, гемоглобину, обеспечивающих быструю и обратимую биологическую подачу кислорода. Полимерсодержащие комплексы металлов, в которых атом металла окружен лигандами (порфирины, фталоцианины, гексазоцикланы и др.), а координационная или ковалентная связь с полимерной цепью осуществляется через атом металла, обратимо связывают молекулы кислорода. На рис. 1.18 представлены кривые сорбции и десорбции молекулярного кислорода полимерным комплексом Со(П)- бис(салициловый альдегид) этилендиимина с сополимером стирола с 4- винилпиридином. Равновесная константа связывания молекулярного кислорода этим комплексом составляет Кда = 410'3 мм рг. ст. при 20 °С. Отдача кислорода достигается дегазацией или вводом, например, KCN, который координирован сильнее, чем кислород.

Обратимое связывание молекулярною кислорода полимерным комплексом кобальта

Рис. 1.18. Обратимое связывание молекулярною кислорода полимерным комплексом кобальта

Листовая асимметричная мембрана из поливинилтриметилсилана аппарата для получения обогащенного кислородом воздуха состоит из двух слоев: тонкого плотного диффузионного слоя толщиной порядка 0,2 мкм, ответственного за селективность и производительность мембраны, и пористого слоя толщиной 50-150 мкм с открытыми порами размером от долей микрометра до нескольких микрометров, который является подложкой для тонкого слоя и обеспечивает прочность мембраны.

Атмосферный воздух, содержащий 21 % кислорода, обдувает наружную поверхность пакета из листовых полимерных мембран, закрепленных на коллекторе (перфорированная труба для выхода прошедшего через мембрану газового потока). Движущей силой процесса является перепад парциальных давлений кислорода по обе стороны мембраны; этот перепад достигается двумя способами: 1) внутри коллектора поддерживается разрежение при атмосферном давлении воздуха снаружи мембран; 2) внутри коллектора поддерживается атмосферное давление при избыточном давлении воздуха над мембранами.

Вследствие большей скорости прохождения кислорода через селективнопроницаемую асимметричную мембрану из поливинилтриметилсилана по сравнению с азотом (в 3,5 раза) на внутренней стороне мембраны (и внутри коллектора) воздушная смесь содержит повышенную концентрацию кислорода (до 45 %) по сравнению с атмосферным воздухом.

Испытания мембранных аппаратов в помещениях с высокой бактериальной загрязненностью показали, что прошедшая через полимерную мембрану обогащенная кислородом воздушная смесь является стерильной.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >