使用跨膜压力确定正向渗透膜的透水性状态

技术领域

本公开涉及透析领域并且涉及正向渗透膜的透水性，并且特别地涉及确定布置在透析溶液生成设备中的正向渗透膜的透水性状态。

背景技术

透析通常用于治疗患有肾衰竭的患者。存在若干类型的透析治疗，诸如血液透析(HD)、腹膜透析(PD)和连续性肾脏替代疗法(CRRT)。通常，透析流体用于治疗中，并且在袋中现成地输送或在使用时通过混合浓缩物和水来产生。

正向渗透(forward osmosis，FO)已经作为用于产生透析流体的选项出现，这是因为它具有减少水消耗的潜力。FO膜通常被设计为或多或少地专门对水分子具有选择性，这使得FO膜能够将水与所有其它污染物分离。然而，未检测到的透水性问题会通过允许水以外的组分横跨FO膜输送而改变所产生的透析流体的组成。

因此，需要检测这样的透水性问题以不损害所产生的透析流体。

发明内容

本公开的FO膜用于制备透析流体。在一个实施例中，FO膜或多或少地专门对水分子具有选择性，这使得FO膜能够将水与所有其它污染物分离。由FO膜分离的供给流体(例如水或来自透析治疗的排出物)与抽取流体(透析浓缩物)之间的渗透压力差被用于将纯水从供给流体提取到透析浓缩物，从而稀释透析浓缩物。此后，稀释透析浓缩物用于产生透析流体。本公开的系统和方法检测透水性问题，使得能够防止允许除水之外的组分横跨FO膜输送而改变所产生的透析流体的组成。

因此，本公开的目的是提供一种容易执行且可靠的方法来确定正向渗透膜的透水性状态。另一目的是提供一种用于当正向渗透膜被被布置成在用于透析流体生成设备中使用时确定正向渗透膜的透水性状态的方法。

这些目的和其它目的至少部分地通过根据独立权利要求的方法、控制装置和透析流体生成设备以及通过根据从属权利要求的实施例来实现。

根据可以与任何其它方面及其实施例组合的一个方面，本公开涉及一种用于确定透析流体生成设备中的FO装置的正向渗透(FO)膜的透水性状态的方法。FO膜将FO装置的供给侧与抽取侧分离。FO装置包括与供给侧流体连通的供给入口端口和供给出口端口，以及与抽取侧流体连通的抽取入口端口和抽取出口端口。该方法包括在供给侧提供纯水的流和在抽取侧提供纯水的流。该方法还包括监测指示供给侧与抽取侧之间的跨膜压力(TMP)的一个或多个压力。该方法还包括停止经由端口中的一个端口的流，并且基于所监测的一个或多个压力来控制流向供给侧和抽取侧中具有停止的流的一侧的流或者来自供给侧和抽取侧中具有停止的流的一侧的流，使得TMP维持恒定并且处于非零量值。该方法还包括基于指示受控流的特性来确定FO膜的透水性状态。

该方法提供了一种直接且可靠的方式来评估FO膜的透水性状态。通过例如控制泵来维持TMP，泵提供的流将反映在侧之间输送的流体的流，并且可以揭示膜的透水性状态。可替代地，由此来自另一侧的流将反映在侧之间输送的流体的流。该方法易于实施，这是因为它利用透析溶液生成设备中已经存在的机械特征，并且可以自动地执行，而无需人为干预。

根据一些实施例，该方法包括监测指示受控流的特性。在此，可以连续观察该特性，例如，连续测量。

根据一些实施例，控制流包括利用泵控制流。在此，可以提供变化的流。

根据一些实施例，特性是泵的速度或提供给泵的功率。因此，可以基于不同的特性来评估透水性状态。

根据一些实施例，特性是流向供给侧和抽取侧中具有停止的流的一侧的受控流的流速；或者，特性是从供给侧和抽取侧中的另一侧流出的流的流速。因此，可以基于不同的特性来评估透水性状态。

根据一些实施例，确定FO膜的透水性状态包括确定特性是否满足具有能够接受的透水性状态的FO膜的一个或多个标准。在此，可以基于具有能够接受的透水性状态的FO膜的特性来确定透水性状态。

根据一些实施例，确定包括当确定该特性在限定具有能够接受的透水性状态的FO膜的预定间隔内或预定间隔处时，确定FO膜具有能够接受的透水性状态，否则确定FO膜具有透水性误差。因此，可以基于将特性与FO膜的特性的预定间隔与能够接受的透水性状态的比较来评估透水性状态。

根据一些实施例，该方法包括执行用于控制流使得TMP维持为正且使得TMP维持为负两者的方法，并且其中，确定还包括基于指示对于每一种情况的受控流的特性来确定FO膜的透水性状态。在此，确保了将发现仅引起沿一个方向的流动的泄漏。

根据可以与任何其它方面及其实施例组合的第二方面，本公开涉及一种用于确定透析流体生成设备中的FO装置的正向渗透(FO)膜的透水性状态的控制装置。FO膜将FO装置的供给侧与抽取侧分离。FO装置包括与供给侧流体连通的供给入口端口和供给出口端口，以及与抽取侧流体连通的抽取入口端口和抽取出口端口。控制装置包括被配置为在供给侧提供纯水的流的供给泵和被配置为在抽取侧提供纯水的流的抽取泵。控制装置还包括一个或多个阀和一个或多个压力传感器，所述一个或多个阀被配置为控制从供给侧和抽取侧流出的流，所述一个或多个压力传感器被配置为感测指示供给侧与抽取侧之间的跨膜压力(TMP)的压力。控制装置被配置为监测指示TMP的一个或多个压力。控制装置被进一步配置为停止经由端口中的一个端口的流，并被配置为基于所述一个或多个压力来控制流向供给侧和抽取侧中具有停止的流的一侧的流，使得TMP维持恒定并且处于非零量值。控制装置被进一步配置为基于指示受控流的特性来评估FO膜的透水性状态。

根据一些实施例，控制装置被配置为单独地或组合地执行根据本文描述的实施例中的任一方法。

根据可以与任何其它方面及其实施例组合的第三方面，本公开涉及一种用于生成透析溶液的溶液生成设备。设备包括正向渗透装置，该正向渗透装置包括FO膜，该FO膜将FO装置的供给侧与抽取侧分离。设备还包括根据第二方面以及可选地其任何实施例的控制装置。

根据第四方面，本公开涉及一种计算机程序，其包括指令以使根据第二方面的控制装置执行根据第一方面的方法。

根据第五方面，本公开涉及一种计算机可读介质，其上存储有第四方面的计算机程序。

附图说明

图1是根据本公开的一些实施例的FO装置的示意图。

图2示出了根据本公开的一些实施例的示例透析流体生成设备。

图3示出了图2中的透析流体生成设备的简化部分。

图4A至4D是当经由不同端口的流停止并且流向具有停止端口的一侧的流被控制时，图1中FO装置的示意图。

图5示出了根据本公开一些实施例的用于确定FO装置的FO膜的透水性状态的方法。

具体实施例

在以下描述中，将描述用于确定FO膜的透水性状态的方法。FO膜用在透析流体生成设备中的FO装置中，用于生成透析溶液，该透析溶液随后用于产生透析流体。透析流体可以用于PD、HD、CRRT或使用透析流体作为治疗流体或替代流体的任何其它透析治疗(例如，用于稀释血液后过滤)。

详细地，FO膜用于将水从患者排出物、自来水或其它水供给源中提取到透析浓缩物中以生成透析溶液。FO膜可能由于例如制造误差、污染或磨损而具有受损的渗透性。受损的渗透性可以是泄漏(对流输送)或透水性恶化。未检测到的完整性问题可以通过允许水以外的组分横跨FO膜输送而改变所产生的透析流体的组成。例如，泄漏可能允许微生物从供给侧(排出物或自来水)输送到抽取侧(混合侧)，并提高例如PD情况下的腹膜炎的风险。此外，泄漏可能允许溶质(电解质、葡萄糖、尿素等)从供给侧(排出物或自来水)输送到抽取侧(混合侧)，并且从而改变所产生的透析流体的组成。透水性恶化可能引起较少的水分子通过FO膜中的预期水通道进行输送，并且引起不能完全执行的浓缩物的稀释。

如本公开所述，已经发现，基于以维持FO膜上的跨膜压力(TMP)恒定的方式选择性地停止和控制到和/或来自FO装置的流，可以在FO膜安装在透析流体生成设备中之后检测泄漏和/或透水性恶化。研究了指示维持TMP恒定而所得的流的特性以用于确定FO膜的透水性状态。在供给侧和抽取侧流动的流体是纯水，因此具有相同的渗透压力并且将不会在侧之间引起任何渗透压力差。因此，仅研究了透水性。可以对从供给侧到抽取侧和从抽取侧到供给侧的泄漏两者进行测试，以检测仅允许沿一个方向的对流的泄漏。确定透水性状态在此是指确定FO膜是否具有能够接受的透水性状态或透水性误差，其中透水性误差由泄漏和/或透水性恶化引起。

通常，水通过预期水通道的输送由溶质浓度差驱动，例如供给侧和抽取侧之间的浓度差。对流流动(由泄漏引起)由TMP驱动，例如，供给侧与抽取侧之间的压力差。然而，通过预期的水通道的水输送也由TMP驱动。

在一些实施例中，该评价依赖于使用设备中已经存在的硬件和通常用于产生透析流体的浓缩物。例如，已经存在用于感测供给侧的压力的压力传感器。在该方法中使用的纯水已经存在以用于产生透析溶液。

纯水通常具有注射用水(WFI)或透析用水(WFD)的质量。WFI具有最大500ppg的总有机碳(Total Organic Carbon，TOC)、在25℃下小于1.3S/cm的电导率和在小于0.25EU/ml的细菌内毒素(bacterial endotoxins)。WFD具有小于100CFU/mL的集落形成单位(ColonyForming Unit，CFU)和小于0.25EU/mL的内毒素单位。

现在将参照图1至4描述本公开的实施例。图1是根据一些实施例的孤立的FO装置2的示意图。FO装置2包括由FO膜2c分离的供给侧2a和抽取侧2b。侧也可以称为隔室或腔室。在使用期间，FO膜2c将供给侧2a的溶液(称为供给溶液)和抽取侧2b的溶液(称为抽取溶液)分离。在产生透析溶液的情况下，在流体之间存在渗透压力差，并且在抽取侧的抽取溶液从在供给侧的供给溶液“抽取”纯水。因此，水从供给侧2a的供给溶液中被提取到抽取侧2b的抽取溶液。其结果是，在FO过程中，供给溶液变得被脱水，并且抽取溶液在FO装置2中变得被稀释。FO膜2c被设计成或多或少地专门对渗透水分子具有选择性，这使得FO膜2c能够将水与所有其它污染物分离。因此，FO膜2c是水渗透膜。FO膜2c通常具有纳米(nm)范围内的孔尺寸，例如，从0.5到5nm或更小，这取决于旨在阻挡的溶质。FO装置2通常包括封闭供给侧2a、抽取侧2b和FO膜2c的盒。FO膜2c的几何形状可以是平坦片材，或者管状或中空纤维。供给侧2a具有供给溶液进入到供给侧2a中的入口端口E

为了产生透析溶液，供给溶液例如为来自先前或当前透析治疗的排出物或水。抽取溶液例如是透析浓缩物，并且从供给溶液中提取的水将透析浓缩物稀释成透析溶液，该透析溶液也可以被称为“稀释的透析浓缩物”、“中间透析溶液”或简称为“透析溶液”。透析浓缩物例如是包括以下中的至少一种的浓缩物，例如NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、HAc、葡萄糖、乳酸盐和碳酸氢盐中的多种。例如，透析浓缩物可以包括NaCl、CaCl2、MgCl2和乳酸钠。为了确定FO膜2c的透水性状态，供给溶液和抽取溶液是纯水。

图2示出了根据本公开的一些实施例的透析流体生成设备1(在下文中称为“设备1”)。设备1包括如参照图1所解释的FO装置2。设备1还包括流动路径20，该流动路径20包括多个流体管路20a至20n，在下文中被称为“管路”。设备1还包括控制装置30。控制装置30包括供给泵3、抽取泵5和稀释浓缩物泵6。泵是例如体积泵(诸如活塞泵)或非体积泵(例如齿轮泵)，具有来自流量传感器(未示出)的流速反馈。供给泵3被配置为将来自连接到入口连接器P

然而，首先将更详细地描述图2中的设备1。在图2中，第一排出物入口管路20a被布置在入口连接器P

排出物出口管路20d被布置在第一侧2a的供给出口端口E

此外，透析浓缩物管路20e被布置在透析浓缩物容器31与抽取侧2b的抽取入口端口L

流体管路20i被布置在流体容器34与混合单元9之间，以连接流体容器34和混合单元9。第二主阀10k在稀释浓缩物泵6与混合单元9之间连接到主管路20f。第一水管路20n被布置在纯水容器33(包含纯水)与混合单元9之间，以连接纯水容器33和混合单元9。第一水阀10n连接到第一水管路20n。出口管路20m被布置在混合单元9与出口连接器P

为了混合透析流体，通过利用稀释浓缩物泵6泵送、打开稀释透析浓缩物阀10g、第二主阀10k和出口阀10m，将稀释透析浓缩物容器32中的稀释透析浓缩物溶液泵送到混合单元9。同时，通过利用流体泵(未示出)泵送，渗透剂或缓冲剂从流体容器34经由流体管路20i被传递到混合单元9。纯水经由第一水管路20n流到混合单元9。主泵(未示出)提供了在混合单元9下游的管路20m中的所得透析流体的期望流速。混合单元9的电导率传感器(未示出)测量来自混合单元9的所得透析流体的电导率。基于所产生的流体的电导率、稀释透析浓缩物溶液的电导率和所产生的流体的流速，控制稀释浓缩物泵6和流体泵以获得特定速度，从而获得所得透析流体的期望的预定浓度。在混合单元9中，稀释透析浓缩物溶液、渗透剂/缓冲剂和纯水在混合腔室中混合以形成透析流体，并且可选地被加热。此后，透析流体在出口连接器P

第二水管路20p被布置在第一水管路20n与第三排出物管路20c之间。因此，第二水管路20p连接第一水管路20n和第三排出物管路20c。第二水管路20p在纯水容器33与第一水阀10n之间连接到第一水管路20n。第二水管路20p还在第三排出物入口阀10c与第二排出物管路20b之间连接到第三排出物管路20c。第二水阀10p连接到第二水管路20p。第三水管路20j被布置在第一水管路20n与主流体管路20f之间。因此，第三水管路20j连接第一水管路20n和主流体管路20f。第三水阀10j连接到第三水管路20j。

第三水管路20j在纯水容器33与第一水阀10n之间连接到第一水管路20n。

第三水管路20j还在稀释浓缩物泵6与第一主阀10i之间连接到主管路20f。因此，通过利用供给泵3泵送纯水，打开第二水阀10p和第四排出进水阀10d，并关闭第二排出物入口阀10b、第一排出物入口阀10a和排出物入口阀10c，纯水可以从纯水容器33传递到供给侧2a，并且从供给侧2a经由第二流体管道20p、第三排出管道20c、第二排出管道20b和第一排出管道20a传递到排放部(未示出)。同时，纯水可以从纯水容器33传递到抽取侧2b，并从抽取侧2b经由第三水管路20j、主流体管路20f、透析浓缩物管路20e、连接管路20h和稀释透析浓缩物管路20g传递到稀释透析浓缩物容器32。随后，打开第三水阀10j、第一主阀10i、第一连接阀10h，并且关闭浓缩物阀10e和稀释透析浓缩物阀10g。此后，纯水可以经由排放连接部(未示出)泵送到排放部。

图3示出了图2中的透析流体生成设备的简化部分，其中一些相关部分用于执行以下方法(除了控制单元50以外)。

现在将参照图4A至4D中的FO装置的示意图和图5中的流程图来解释用于确定FO膜的透水性状态的方法。图4A至4D示出了当经由不同端口的流被停止并且经由端口将流控制到具有的停止的流的一侧时图1中的FO装置。具有停止流的端口利用黑色填充的端口指示。该示意图示出了在下文将解释的方法的不同实施例中停止哪个流。该方法例如由图2中的控制单元50来实施。FO膜例如是图2或3中的设备1中的FO装置2的FO膜2c。然而，该方法可以用在包括FO膜的其它设备中，用于确定其透水性状态。该方法包括在供给侧2a提供S1纯水的流。换句话说，该方法包括使纯水在供给侧2a通过。因此，在供给入口端口E

在提供了供给侧2a和抽取侧2b两者的流之后，可以重复执行方法步骤以确定从供给侧2a到抽取侧2b或者从抽取侧2b到供给侧2a的透水性状态。例如，可以检测沿任一方向的泄漏。通常，通过停止从一侧(供给侧2a或抽取侧2b)通过端口的流，并且控制经由另一端口流到具有停止的流的同一侧的流或者来自具有停止的流的同一侧的流以维持恒定的TMP，受控的流入或流出反映了通过FO膜2c的流。因此，在所有实施例中，该方法可以包括监测S3一个或多个压力，所述一个或多个压力指示供给侧2a与抽取侧2b之间的跨膜压力(TMP)。TMP可以被确定为ΔP＝P

现在将参照图4A、4B和图5解释通过停止和控制流到供给侧2a或来自供给侧2a的流进行的透水性测试。为了执行这种测试，在第一实施例中，该方法包括停止S4经由供给出口端口E

在一个实施例中，同时执行停止S4经由供给出口端口E

此后，FO膜的透水性可以基于一个或多个特性来确定。因此，该方法还包括基于指示受控流的特性来确定S7 FO膜的透水性状态。可以基于特性满足具有能够接受的透水性状态的FO膜的透水性标准的程度来确定透水性状态。因此，在一些实施例中，确定S7包括确定特性是否满足具有能够接受的透水性状态的FO膜的一个或多个标准。例如，该方法可以包括评估特性的特征，例如梯度或量值。对于具有能够接受的透水性状态的FO膜，可以确定流入供给入口端口E

接下来，解释通过停止和控制到供给侧2a的流/来自供给侧2a的流来测试透水性的第二实施例。除了下面解释的特征之外，第一和第二实施例大部分是相同的。根据第二实施例，为了通过停止和控制到供给侧2a的流/来自供给侧2a的流来执行透水性测试，该方法包括停止S4经由供给入口端口E

第二，现在解释通过停止和控制到抽取侧2b的流/来自抽取侧2b的流来测试透水性。除了下面指示的变化之外，通过停止和控制到供给侧2a的流/来自供给侧2a的流来测试透水性的所有描述也适用于通过停止和控制到抽取侧2b的流来测试透水性。为了通过停止和控制到抽取侧2b的流/来自抽取侧2b的流来执行透水性的测试，在第三实施例中，该方法包括停止S4经由抽取出口端口L

在一个实施例中，停止S4经由抽取出口端口L

接下来，解释通过停止和控制到抽取侧2b的流/来自抽取侧2b的流来测试透水性的第四实施例。除了下面解释的特征之外，第三和第四实施例大部分是相同的。在第四实施例中，为了通过停止和控制到抽取侧2b的流/来自抽取侧2b的流来执行透水性的测试，该方法包括停止S4经由抽取入口端口L

在一个实施例中，停止S4经由抽取入口端口L

根据一些实施例，该方法包括通过测试从供给侧2a到抽取侧2b的透水性和通过测试从抽取侧2b至供给侧2a的透水性来确定透水性状态。这种方法可以包括对正TMP和负TMP两者执行该方法。由此，执行更彻底的泄漏测试。因此，在一些实施例中，该方法包括执行用于控制流的方法S5，使得TMP维持为正并且使得TMP维持为负，并且其中，确定S7还包括基于指示对于每种情况的受控流的特性来确定FO膜的透水性状态。该方法可以使用本文中具有正TMP和负TMP的任何解释的实施例来分别执行。

确定的结果可以经由控制装置10的用户接口(未示出)传输给用户，和/或如果检测到透水性误差，则可以启动警报。随后，用户可以采取适当的行动，诸如替换FO装置以校正透水性误差。

本公开还涉及一种用于确定透析流体生成设备1中的FO装置2的正向渗透FO膜2c的透水性状态的控制装置10。控制装置10包括被配置为在供给侧2a提供纯水的流的供给泵3。控制装置10包括被配置为在抽取侧2b提供纯水的流的抽取泵5。控制装置10还包括被配置为控制经由一个或多个端口的流的一个或多个阀10，以及被配置为感测指示供给侧2a与抽取侧2b之间的跨膜压力(TMP)的一个或多个压力的一个或多个压力传感器8a、8b。控制装置10还被配置为监测指示跨膜压力(TMP)的一个或多个压力。控制装置10还被配置为基于所述一个或多个压力停止经由端口中的一个端口的流并且被配置为控制到供给侧2a和抽取侧2b中流已经被停止的一侧的流或来自该侧的流，使得TMP维持恒定并且处于非零量值。控制装置10被进一步配置为基于指示受控流的特性来确定FO膜的透水性状态。根据一些实施例，控制装置10被配置为单独地或与其它实施例或其部分组合地执行根据本文描述的实施例中的任一方法。

尽管已经通过目前认为最实用和优选的实施例对本发明进行了说明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，其意在覆盖所附权利要求的精神和范围内包括的各种变型和等效布置。