人工腎單位裝置的製作方法
2023-11-04 22:31:27 2
專利名稱：人工腎單位裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及人工腎單位裝置。
背景技術：
隨著人ロ的高齡化趨勢加快，50歲以上的診療患者的比例超過80%的慢性腎衰竭症患者也增多，隨之相關市場規模也每年高漲10%以上。觀察用於這種慢性腎衰竭症患者的國內外的相關技術現況，首先有血液透析裝置(人工腎臟)。當前這被使用於治療慢性腎衰竭症患者，每周3次及I次消耗4飛小吋。為了用血液透析裝置進行治療，需要先進行動靜脈瘻手木。這是為了在血管插入用於血液透析的粗的注射針，由於不能利用患者具有的普通的血管，所以連接鄰接的動脈和靜脈而加粗血管的手木。動靜脈瘻手術後，將血液透析裝置連接到被擴張為厚且粗的靜脈而進行血液透析。另外，也正在開發可以在患者的身體外部佩戴的可攜式人工腎臟。不同於上述的血液透析裝置，具有可以進行居家治療的優點，由於必竟是可攜式，所以其治療效率降低，關於開發高效率裝置的研究仍在國內外進行當中。最近，為了克服這種過去的人工腎臟的極限，湧現出需要以新的方式接近人工腎臟的氣氛。
發明內容
本發明是為了解決如上所述的問題而提出的，本發明所要解決的課題是提供ー種人工腎單位裝置，可以進行裝置的小型化及最優化，可以通過裝置的串聯及並聯組合而構成高效率的人工腎臟，從而可以改善慢 性腎衰竭症患者的生活質量。為了實現上述課題，根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置包括多重微流路，當包含有廢物的血液和水通過時，上述廢物從上述血液被分離，上述血液被淨化，上述被分離的廢物濃縮於上述水而排出；上述多重微流路包括模仿腎小球的腎小球微流路、模仿腎小管的腎小管微流路及模仿亨利氏襻的亨利氏襻微流路。根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置，還包括:血液浄化路徑，該血液淨化路徑具備註入上述血液的血液注入部、上述血液經過上述多重微流路浄化後排出的血液排出部、以及血液通道，該血液通道依次連接上述血液注入部、上述腎小球微流路、上述腎小管微流路、上述亨利氏襻微流路和上述血液排出部；水注入部，向上述腎小球微流路、上述腎小管微流路和上述亨利氏襻微流路注入水；及廢物濃縮路徑，具備廢物排出部以及廢物通道，上述廢物排出部使上述廢物經過上述多重微流路而相對於上述水被濃縮之後排出，上述廢物通道依次連接上述腎小球微流路、上述腎小管微流路、上述亨利氏襻微流路和上述廢物排出部。上述腎小球微流路可以從上述血液分離小分子而匯合到上述水，大分子留在上述血液；上述大分子包括紅血球；上述小分子包括葡萄糖和尿素。
上述腎小球微流路為了上述大分子和上述小分子之間的粒子分離，可以注入上述水而利用擴散。上述腎小管微流路可以將包含述小分子的水分離為包含上述葡萄糖的水和包含上述尿素的水。上述腎小管微流路為了上述小分子之間的粒子分離，可以注入與包含上述小分子的水有別的水，並利用擴散及電滲流。上述亨利氏襻微流路可以根據滲透壓調節包含上述葡萄糖的水、包含上述尿素的水、及與包含上述葡萄糖的水及上述尿素的水有別的水的各水量之後，包含上述葡萄糖的水匯合到留下上述紅血球的血液，作為淨化的血液排出，將包含上述尿素的水作為包含上述廢物的水排出。根據本發明，可以進行裝置的小型化及最優化，通過裝置的串聯及並聯組合，可以構成高效率的人工腎臟，可以引發可攜式人工腎臟及居家血液透析系統的需求增加，可以改善慢性腎衰竭症患者的生活質量。
圖1是根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置的框圖。圖2是腎小球微流路的概念圖。圖3是腎小管微流路的概念圖。圖4是亨利氏襻微流路的概念圖。
圖5是通過血液分析儀觀察利用根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置進行的腎小球微通道粒子分離流動實驗結果的表示濃度變化的圖表。圖6是利用根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置在腎小球微通道粒子分離流動實驗結果中表示腎小球微通道的各地點上的各粒子的血液分析儀結果的變化趨勢的圖表。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明本發明的實施例。根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置100涉及利用擴散、電滲流及滲透壓的原理的由多重微流路構成的模仿人體的腎單位(腎小球、腎小管、亨利氏襻)的裝置，參照圖1，其包括多重微流路1，當包含有廢物300的血液200和水400通過時，廢物300從血液300被分離，血液200被淨化，被分離的廢物300相對於水被濃縮而排出。即，通過多重微流路I，血液200被淨化(Blood Purification),廢物300相對於水400濃縮為尿(UrineConcentration)。參照圖1至圖4，這種多重微流路I包括模仿腎小球(Glomerulus)的腎小球微流路G11、模仿腎小管(Tubule)的腎小管微流路T12及模仿亨利氏襻(Henle』 s Loop)的亨利氏襻微流路L13。作為例示，腎小球微流路11具有將包含廢物300的血液200所包含的紅血球(Hemoglobin) 221、葡萄糖(Glucose) 211及尿素(Urea)212中的紅血球221仍然留在血液200而將葡萄糖211和尿素212從血液200分離的功能。另外，腎小管微流路12具有將這樣分離的葡萄糖211和尿素212単獨分離的功能。並且，亨利氏襻微流路13根據滲透壓均衡地調準分別包含被分離的葡萄糖211和尿素212的水量之後，包含葡萄糖211的水400重新匯合到血液200而排出到被淨化的血液200，包含尿素212的水400排出到包含廢物300的水400。對於這種多重微流路I的作用，在觀察該人工腎單位裝置100的作用及效果時更詳細地說明。另外，參照圖1，根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置100還可以包括血液淨化路徑2、水注入部3、及廢物濃縮路徑4。參照圖1,血液淨化路徑2可以具備註入血液200的血液注入部21、血液200經過多重微流路I淨化後排出的血液排出部22、以及依次連接血液注入部21、腎小球微流路11、腎小管微流路12、亨利氏襻微流路13和血液排出部22的血液通道23。並且，水注入部3可以向腎小球微流路11、腎小管微流路12、亨利氏襻微流路13注入水400。作為例示，參照圖1至圖4，水注入部3可以設置在每個微流路11、12、13，以便可以利用擴散、電滲流、滲透壓等。即，在腎小球微流路11可以具備腎小球微流路水注入部31，在腎小管微流路12可以具備腎小管微流路水注入部32，並且在亨利氏襻微流路13可以具備亨利氏襻微流路水注入部33。根據這種各水注入部31、32、33，可以注入不包含其它成分的水400。另外，廢物濃縮路徑4可以具備使廢物300經過多重微流路I而濃縮於水400之後排出的廢物排出部41、以及依次連接腎小球微流路11、腎小管微流路12、亨利氏襻微流路13和廢物排出部41的廢物通道42。在此，前面說明的血液排出部22或血液通道23可以與廢物排出部41或廢物通道42連接。但是，也可以構成為沒有這種連接而在各微流路
11、12、13內進行血液200和水400分別包含的成分的交換。以下，重點放在前面說明的多重微流路I的具體結構來說明該人工腎單位裝置100的作用及效果。首先，說明腎小球微流路11的結構的作用及效果。參照圖1及圖2，腎小球微流路11可以從血液200分離小分子210匯合到水400，而大分子220留在血液200。在此，大分子220可以包括紅血球221，小分子210可以包括葡萄糖211和尿212。並且，腎小球微流路11為了這種大分子220和小分子210之間的粒子分離，可以注入水並利用擴散。在此，擴散(diffusion)是指因為密度差或濃度差，構成物質的粒子自發運動，分子從濃度(密度)高的一方向濃度(密度)低的一方的液體或氣體中擴散開的現象。根據格雷阿姆的擴散速度的定理，在相同溫度和壓カ下，氣體的擴散速度與分子量(或密度)平方根成反比，所以可知分子量小且密度越小，擴散速度越快。作為例示，參照圖1及圖2，向血液注入部21注入包含紅血球221、葡萄糖211、尿素212等的血液200，向腎小球微流路水注入部31注入水400，則引起擴散，與葡萄糖211或尿素212相比很大且重的屬於大分子220的紅血球221大部分仍留在血液200而從血液通道23排出，作為小分子210的葡萄糖211和尿素212向濃度或密度低的被注入的水400側移動，從而與水400 —起從廢物通道42排出。接著，觀察腎小管微流路12的結構的作用及效果。參照圖1及圖3，腎小管微流路12可以將包含小分子210的水400分離為包含葡萄糖211的水400和包含尿素212的水400。若前面觀察的腎小球微流路11執行大分子220和小分子210之間的粒子分離功能，腎小管微流路12可以執行小分子210之間的粒子分離功能。另外，腎小管微流路12為了小分子210之間的粒子分離，可以與包含小分子210的水400有別地注入水400並利用擴散及電滲流。在此，電滲流(Electro osmotic flow)表示在雙電層(electrical double layer)使溶液中的帶電粒子通過靜電引力宛如傳送帶運動那樣受力運動的流動。在圖中，省略了對用於利用電滲流的裝置的附圖。作為例示，參照圖1及圖3，在前面觀察的腎小球微流路11從廢物通道42與水400一起排出的葡萄糖211和尿素212重新注入到腎小管微流路12，水400注入到腎小管微流路水注入部32，則在注入沒有粒子的水400的腎小管微流路水注入部32產生電滲流。另夕卜，在注入到廢物通道42的包含葡萄糖211和尿素212的水400和注入到水注入部32的沒有粒子的水400相遇的腎小管微流路12的部分，與前面觀察的腎小管微流路11同樣產讓擴散。這樣，如圖3所示，由於電滲流和擴散，作為低分子210的葡萄糖211和尿素212中的尿素212大部分仍然留下來而朝相連的廢物通道42側排出，葡萄糖211向新注入的水400移動而向血液通道23側排出。這時，在血液通道23，可能正在流動前面說明的在腎小球微流路11中大部分仍留在血液200的包含紅血球221的血液200。相對於此，包含葡萄糖211的水400可以向與此區別的單獨的血液通道23移動，或者可以匯合到包含紅血球211的血液200。另外，包含葡萄糖211的新注入的水400不同於圖3所示，不朝血液通道23側排出，也可能向與廢物通道42中包含尿素212的水400排出的通道不同的通道移動。S卩，廢物通道42可能具備雙重通道。接著，觀察亨利氏襻微流路13的結構的作用及效果。參照圖1及圖4，亨利氏襻微流路13根據滲透壓調節包含葡萄糖211的水400、包含尿素212的水400、及與包 含葡萄糖211的水400和包含尿素212的水400有別地注入的水400的水量，包含葡萄糖211的水400匯合到留有紅血球221的血液200而作為被淨化的血液200排出，包含尿素212的水400可以作為包含廢物300的水400排出。在此，滲透壓可以是當用半透膜阻隔濃度不同的兩液體時，由溶媒從溶質的濃度低的一方向高的一方移動的現象而出現的壓力。作為例示，參照圖1及圖4，通過這種滲透壓，通過前面觀察的血液通道23注入的包含葡萄糖211的水400和前面觀察的通過廢物通道42注入的包含尿素212的水400、及注入到亨利氏襻微流路水注入部33的沒有粒子的水400之間的水400的濃度達到均衡，這時可能同時引起擴散。然後，水分的量被調節的包含葡萄糖211的水400可以向血液排出部22與包含紅血球221的血液200匯合排出，水分的量被調節的包含尿素212的水400通過包含廢物400水即作為尿液經由廢物排出部41流出。但是，包含葡萄糖211的水400如前所述可以在進入亨利氏襻微流路13之前與包含紅血球221的血液200匯合。另外，如上所述，包含葡萄糖211的水400可以利用不是血液通道23的廢物通道42中的與包含尿素212的水400移動的廢物通道42不同的通道進入亨利氏襻微流路13。作為參考,該人工腎單位裝置100通過微機械(micro machining)工序可以做成橫2cm，縱1.0cm，高0.1cm大小的裝置。另外，通過該人工腎單位裝置100，不是完全去除血液200內的尿素212，而是將血液200內的尿素212的濃度降到300mm以下，從而模仿實際人體的腎單位。可以模仿實際人體的腎單位，以便腎功能檢查時血液淨化效率(清掃率)實現大致54ml/min以上。並且，通過該人工腎單位裝置100的多個集成化，可以具備超高效率的人工腎臟。圖5是通過血液分析儀觀察利用根據本發明的一實施例的人工腎單位裝置的腎小球微通道粒子分離流動實驗結果的表示濃度變化的圖表，圖6是利用根據本發明的ー實施例的人工腎單位裝置在腎小球微通道粒子分離流動實驗結果中表示在腎小球微流路通道的各地點上的各粒子的血液分析儀結果的變化趨勢的圖表。參照圖5及圖6,構成為流動從入口(inlet)注入,在相反方提供水(water),流動朝出口 I及2排出。參照圖5及圖6的圖表，通過腎小球微通道的粒子表示相互不同的擴散移動距離，根據出口 I (outletl)可以確認白蛋白ー個也未進行，在出口 2 (outlet2)可以看到白蛋白的濃度小幅度上升。分析這種結果，可知設計時所考慮的腎小球微通道功能即白蛋白從葡萄糖和尿素的分離作用按照預期順利進行。在以上，說明了本發明的實 施例，但是本發明的權利範圍不限於此，包括本發明所屬技術領域的普通技術人員根據本發明的實施例容易變更而被認為等同的範圍內的所有變更及修改。
權利要求
1.一種人工腎單位裝置，其特徵在於，包括多重微流路，當包含有廢物的血液和水通過時，上述廢物從上述血液被分離，上述血液被淨化，上述被分離的廢物相對於上述水被濃縮而排出； 上述多重微流路包括模仿腎小球的腎小球微流路、模仿腎小管的腎小管微流路及模仿亨利氏襻的亨利氏襻微流路。
2.按權利要求1所述的人工腎單位裝置，其特徵在於，還包括: 血液淨化路徑，該血液淨化路徑具備註入上述血液的血液注入部、上述血液經過上述多重微流路被淨化後排出的血液排出部、以及血液通道，該血液通道依次連接上述血液注入部、上述腎小球微流路、上述腎小管微流路、上述亨利氏襻微流路和上述血液排出部； 水注入部，向上述腎小球微流路、上述腎小管微流路和上述亨利氏襻微流路注入水；以及 廢物濃縮路徑，具備廢物排出部以及廢物通道，上述廢物排出部使上述廢物經過上述多重微流路而相對於上述水被濃縮之後排出，上述廢物通道依次連接上述腎小球微流路、上述腎小管微流路、上述亨利氏襻微流路和上述廢物排出部。
3.按權利要求1或2所述的人工腎單位裝置，其特徵在於， 上述腎小球微流路從上述血液中分離小分子而匯合到上述水，大分子留在上述血液； 上述大分子包括紅血球； 上述小分子包括葡萄糖和尿素。
4.按權利要求3所述的人工腎單位裝置，其特徵在於， 上述腎小球微流路為了上述大分子和上述小分子之間的粒子分離，注入上述水而利用擴散。
5.按權利要求3所述的人工腎單位裝置，其特徵在於， 上述腎小管微流路將包含述小分子的水分離為包含上述葡萄糖的水和包含上述尿素的水。
6.按權利要求5所述的人工腎單位裝置，其特徵在於， 上述腎小管微流路為了上述小分子之間的粒子分離，與包含上述小分子的水有別地注入水，並利用擴散及電滲流。
7.按權利要求5所述的人工腎單位裝置，其特徵在於， 上述亨利氏襻微流路根據滲透壓調節包含上述葡萄糖的水、包含上述尿素的水、及與包含上述葡萄糖的水及上述尿素的水有別地注入的水的各水量之後，將包含上述葡萄糖的水匯合到留下上述紅血球的血液，作為被淨化的血液排出，包含上述尿素的水作為包含上述廢物的水排出。
全文摘要
本發明涉及人工腎單位裝置。該人工腎單位裝置包括多重微流路，當過包含廢物的血液和水通過時，上述廢物從上述血液被分離，上述血液被淨化，上述被分離的廢物濃縮於上述水而排出；上述多重微流路包括模仿腎小球的腎小球微流路、模仿腎小管的腎小管微流路及模仿亨利氏襻的亨利氏襻微流路。根據本發明，可以進行裝置的小型化及最優化，通過裝置的串聯及並聯組合，可以構成高效率的人工腎臟，可以引發可攜式人工腎臟及居家血液透析系統的需求增加，可以改善慢性腎衰竭症患者的生活質量。
文檔編號A61M1/34GK103096948SQ201080068292
公開日2013年5月8日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年7月29日
發明者崔範圭, 李承俊 申請人:西江大學校產學協力團