专利名称：人工肾单位装置的制作方法随着人ロ的高龄化趋势加快，50岁以上的诊疗患者的比例超过80%的慢性肾衰竭症患者也增多，随之相关市场规模也每年高涨10%以上。观察用于这种慢性肾衰竭症患者的国内外的相关技术现况，首先有血液透析装置(人工肾脏)。当前这被使用于治疗慢性肾衰竭症患者，每周3次及I次消耗4飞小吋。为了用血液透析装置进行治疗，需要先进行动静脉瘘手木。这是为了在血管插入用于血液透析的粗的注射针，由于不能利用患者具有的普通的血管，所以连接邻接的动脉和静脉而加粗血管的手木。动静脉瘘手术后，将血液透析装置连接到被扩张为厚且粗的静脉而进行血液透析。另外，也正在开发可以在患者的身体外部佩戴的便携式人工肾脏。不同于上述的血液透析装置，具有可以进行居家治疗的优点，由于必竟是便携式，所以其治疗效率降低，关于开发高效率装置的研究仍在国内外进行当中。最近，为了克服这种过去的人工肾脏的极限，涌现出需要以新的方式接近人工肾脏的气氛。
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，本发明所要解决的课题是提供ー种人工肾单位装置，可以进行装置的小型化及最优化，可以通过装置的串联及并联组合而构成高效率的人工肾脏，从而可以改善慢 性肾衰竭症患者的生活质量。为了实现上述课题，根据本发明的一实施例的人工肾单位装置包括多重微流路，当包含有废物的血液和水通过时，上述废物从上述血液被分离，上述血液被净化，上述被分离的废物浓缩于上述水而排出；上述多重微流路包括模仿肾小球的肾小球微流路、模仿肾小管的肾小管微流路及模仿亨利氏襻的亨利氏襻微流路。根据本发明的一实施例的人工肾单位装置，还包括:血液浄化路径，该血液净化路径具备注入上述血液的血液注入部、上述血液经过上述多重微流路浄化后排出的血液排出部、以及血液通道，该血液通道依次连接上述血液注入部、上述肾小球微流路、上述肾小管微流路、上述亨利氏襻微流路和上述血液排出部；水注入部，向上述肾小球微流路、上述肾小管微流路和上述亨利氏襻微流路注入水；及废物浓缩路径，具备废物排出部以及废物通道，上述废物排出部使上述废物经过上述多重微流路而相对于上述水被浓缩之后排出，上述废物通道依次连接上述肾小球微流路、上述肾小管微流路、上述亨利氏襻微流路和上述废物排出部。上述肾小球微流路可以从上述血液分离小分子而汇合到上述水，大分子留在上述血液；上述大分子包括红血球；上述小分子包括葡萄糖和尿素。上述肾小球微流路为了上述大分子和上述小分子之间的粒子分离，可以注入上述水而利用扩散。上述肾小管微流路可以将包含述小分子的水分离为包含上述葡萄糖的水和包含上述尿素的水。上述肾小管微流路为了上述小分子之间的粒子分离，可以注入与包含上述小分子的水有别的水，并利用扩散及电渗流。上述亨利氏襻微流路可以根据渗透压调节包含上述葡萄糖的水、包含上述尿素的水、及与包含上述葡萄糖的水及上述尿素的水有别的水的各水量之后，包含上述葡萄糖的水汇合到留下上述红血球的血液，作为净化的血液排出，将包含上述尿素的水作为包含上述废物的水排出。根据本发明，可以进行装置的小型化及最优化，通过装置的串联及并联组合，可以构成高效率的人工肾脏，可以引发便携式人工肾脏及居家血液透析系统的需求增加，可以改善慢性肾衰竭症患者的生活质量。图1是根据本发明的一实施例的人工肾单位装置的框图。图2是肾小球微流路的概念图。图3是肾小管微流路的概念图。图4是亨利氏襻微流路的概念图。
图5是通过血液分析仪观察利用根据本发明的一实施例的人工肾单位装置进行的肾小球微通道粒子分离流动实验结果的表示浓度变化的图表。图6是利用根据本发明的一实施例的人工肾单位装置在肾小球微通道粒子分离流动实验结果中表示肾小球微通道的各地点上的各粒子的血液分析仪结果的变化趋势的图表。

以下参照附图详细说明本发明的实施例。根据本发明的一实施例的人工肾单位装置100涉及利用扩散、电渗流及渗透压的原理的由多重微流路构成的模仿人体的肾单位(肾小球、肾小管、亨利氏襻)的装置，参照图1，其包括多重微流路1，当包含有废物300的血液200和水400通过时，废物300从血液300被分离，血液200被净化，被分离的废物300相对于水被浓缩而排出。即，通过多重微流路I，血液200被净化(Blood Purification),废物300相对于水400浓缩为尿(UrineConcentration)。参照图1至图4，这种多重微流路I包括模仿肾小球(Glomerulus)的肾小球微流路G11、模仿肾小管(Tubule)的肾小管微流路T12及模仿亨利氏襻(Henle’ s Loop)的亨利氏襻微流路L13。作为例示，肾小球微流路11具有将包含废物300的血液200所包含的红血球(Hemoglobin) 221、葡萄糖(Glucose) 211及尿素(Urea)212中的红血球221仍然留在血液200而将葡萄糖211和尿素212从血液200分离的功能。另外，肾小管微流路12具有将这样分离的葡萄糖211和尿素212単独分离的功能。并且，亨利氏襻微流路13根据渗透压均衡地调准分别包含被分离的葡萄糖211和尿素212的水量之后，包含葡萄糖211的水400重新汇合到血液200而排出到被净化的血液200，包含尿素212的水400排出到包含废物300的水400。对于这种多重微流路I的作用，在观察该人工肾单位装置100的作用及效果时更详细地说明。另外，參照图1，根据本发明的一实施例的人工肾单位装置100还可以包括血液净化路径2、水注入部3、及废物浓缩路径4。參照图1,血液净化路径2可以具备注入血液200的血液注入部21、血液200经过多重微流路I净化后排出的血液排出部22、以及依次连接血液注入部21、肾小球微流路11、肾小管微流路12、亨利氏襻微流路13和血液排出部22的血液通道23。并且，水注入部3可以向肾小球微流路11、肾小管微流路12、亨利氏襻微流路13注入水400。作为例示，參照图1至图4，水注入部3可以设置在每个微流路11、12、13，以便可以利用扩散、电渗流、渗透压等。即，在肾小球微流路11可以具备肾小球微流路水注入部31，在肾小管微流路12可以具备肾小管微流路水注入部32，并且在亨利氏襻微流路13可以具备亨利氏襻微流路水注入部33。根据这种各水注入部31、32、33，可以注入不包含其它成分的水400。另外，废物浓缩路径4可以具备使废物300经过多重微流路I而浓缩于水400之后排出的废物排出部41、以及依次连接肾小球微流路11、肾小管微流路12、亨利氏襻微流路13和废物排出部41的废物通道42。在此，前面说明的血液排出部22或血液通道23可以与废物排出部41或废物通道42连接。但是，也可以构成为没有这种连接而在各微流路
11、12、13内进行血液200和水400分别包含的成分的交換。以下，重点放在前面说明的多重微流路I的具体结构来说明该人工肾单位装置100的作用及效果。首先，说明肾小球微流路11的结构的作用及效果。參照图1及图2，肾小球微流路11可以从血液200分离小分子210汇合到水400，而大分子220留在血液200。在此，大分子220可以包括红血球221，小分子210可以包括葡萄糖211和尿212。并且，肾小球微流路11为了这种大分子220和小分子210之间的粒子分离，可以注入水并利用扩散。在此，扩散(diffusion)是指因为密度差或浓度差，构成物质的粒子自发运动，分子从浓度(密度)高的一方向浓度(密度)低的一方的液体或气体中扩散开的现象。根据格雷阿姆的扩散速度的定理，在相同温度和压カ下，气体的扩散速度与分子量(或密度)平方根成反比，所以可知分子量小且密度越小，扩散速度越快。作为例示，參照图1及图2，向血液注入部21注入包含红血球221、葡萄糖211、尿素212等的血液200，向肾小球微流路水注入部31注入水400，则引起扩散，与葡萄糖211或尿素212相比很大且重的属于大分子220的红血球221大部分仍留在血液200而从血液通道23排出，作为小分子210的葡萄糖211和尿素212向浓度或密度低的被注入的水400侧移动，从而与水400 —起从废物通道42排出。接着，观察肾小管微流路12的结构的作用及效果。參照图1及图3，肾小管微流路12可以将包含小分子210的水400分离为包含葡萄糖211的水400和包含尿素212的水400。若前面观察的肾小球微流路11执行大分子220和小分子210之间的粒子分离功能，肾小管微流路12可以执行小分子210之间的粒子分离功能。另外，肾小管微流路12为了小分子210之间的粒子分离，可以与包含小分子210的水400有别地注入水400并利用扩散及电渗流。在此，电渗流(Electro osmotic flow)表示在双电层(electrical double layer)使溶液中的带电粒子通过静电引力宛如传送带运动那样受力运动的流动。在图中，省略了对用于利用电渗流的装置的附图。作为例示，参照图1及图3，在前面观察的肾小球微流路11从废物通道42与水400一起排出的葡萄糖211和尿素212重新注入到肾小管微流路12，水400注入到肾小管微流路水注入部32，则在注入没有粒子的水400的肾小管微流路水注入部32产生电渗流。另夕卜，在注入到废物通道42的包含葡萄糖211和尿素212的水400和注入到水注入部32的没有粒子的水400相遇的肾小管微流路12的部分，与前面观察的肾小管微流路11同样产让扩散。这样，如图3所示，由于电渗流和扩散，作为低分子210的葡萄糖211和尿素212中的尿素212大部分仍然留下来而朝相连的废物通道42侧排出，葡萄糖211向新注入的水400移动而向血液通道23侧排出。这时，在血液通道23，可能正在流动前面说明的在肾小球微流路11中大部分仍留在血液200的包含红血球221的血液200。相对于此，包含葡萄糖211的水400可以向与此区别的单独的血液通道23移动，或者可以汇合到包含红血球211的血液200。另外，包含葡萄糖211的新注入的水400不同于图3所示，不朝血液通道23侧排出，也可能向与废物通道42中包含尿素212的水400排出的通道不同的通道移动。S卩，废物通道42可能具备双重通道。接着，观察亨利氏襻微流路13的结构的作用及效果。参照图1及图4，亨利氏襻微流路13根据渗透压调节包含葡萄糖211的水400、包含尿素212的水400、及与包 含葡萄糖211的水400和包含尿素212的水400有别地注入的水400的水量，包含葡萄糖211的水400汇合到留有红血球221的血液200而作为被净化的血液200排出，包含尿素212的水400可以作为包含废物300的水400排出。在此，渗透压可以是当用半透膜阻隔浓度不同的两液体时，由溶媒从溶质的浓度低的一方向高的一方移动的现象而出现的压力。作为例示，参照图1及图4，通过这种渗透压，通过前面观察的血液通道23注入的包含葡萄糖211的水400和前面观察的通过废物通道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的没有粒子的水400之间的水400的浓度达到均衡，这时可能同时引起扩散。然后，水分的量被调节的包含葡萄糖211的水400可以向血液排出部22与包含红血球221的血液200汇合排出，水分的量被调节的包含尿素212的水400通过包含废物400水即作为尿液经由废物排出部41流出。但是，包含葡萄糖211的水400如前所述可以在进入亨利氏襻微流路13之前与包含红血球221的血液200汇合。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的废物通道42中的与包含尿素212的水400移动的废物通道42不同的通道进入亨利氏襻微流路13。作为参考,该人工肾单位装置100通过微机械(micro machining)工序可以做成横2cm，纵1.0cm，高0.1cm大小的装置。另外，通过该人工肾单位装置100，不是完全去除血液200内的尿素212，而是将血液200内的尿素212的浓度降到300mm以下，从而模仿实际人体的肾单位。可以模仿实际人体的肾单位，以便肾功能检查时血液净化效率(清扫率)实现大致54ml/min以上。并且，通过该人工肾单位装置100的多个集成化，可以具备超高效率的人工肾脏。图5是通过血液分析仪观察利用根据本发明的一实施例的人工肾单位装置的肾小球微通道粒子分离流动实验结果的表示浓度变化的图表，图6是利用根据本发明的ー实施例的人工肾单位装置在肾小球微通道粒子分离流动实验结果中表示在肾小球微流路通道的各地点上的各粒子的血液分析仪结果的变化趋势的图表。參照图5及图6,构成为流动从入口(inlet)注入,在相反方提供水(water),流动朝出口 I及2排出。參照图5及图6的图表，通过肾小球微通道的粒子表示相互不同的扩散移动距离，根据出口 I (outletl)可以确认白蛋白ー个也未进行，在出口 2 (outlet2)可以看到白蛋白的浓度小幅度上升。分析这种结果，可知设计时所考虑的肾小球微通道功能即白蛋白从葡萄糖和尿素的分离作用按照预期顺利进行。在以上，说明了本发明的实 施例，但是本发明的权利范围不限于此，包括本发明所属技术领域的普通技术人员根据本发明的实施例容易变更而被认为等同的范围内的所有变更及修改。


本发明涉及人工肾单位装置。该人工肾单位装置包括多重微流路，当过包含废物的血液和水通过时，上述废物从上述血液被分离，上述血液被净化，上述被分离的废物浓缩于上述水而排出；上述多重微流路包括模仿肾小球的肾小球微流路、模仿肾小管的肾小管微流路及模仿亨利氏襻的亨利氏襻微流路。根据本发明，可以进行装置的小型化及最优化，通过装置的串联及并联组合，可以构成高效率的人工肾脏，可以引发便携式人工肾脏及居家血液透析系统的需求增加，可以改善慢性肾衰竭症患者的生活质量。