DE2821055A1

DE2821055A1 - Zentrifugenanordnung

Info

Publication number: DE2821055A1
Application number: DE19782821055
Authority: DE
Inventors: Robert Melroy Kellogg; Alfred Paul Mulzet
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1977-10-03
Filing date: 1978-05-13
Publication date: 1979-04-12
Also published as: SU1058490A3; US4387848A; CH630540A5; IT7827916A0; ES473847A1; IT1110162B; JPS5731467B2; FR2404470B1; GB1572337A; FR2404470A1; DE2821055C2; ZA783523B; JPS5454375A; JPS5727156A

Description

JAnmelderin: International Business Machines

. Corporation, Arnionk, N. Y. 10504

[ ker-bd

i-Z entr if ugenanordnung

Γ I

JDie Erfindung betrifft eine Zentrifugenanordnung entsprechend 'dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

,Zahlreiche Zentrifugen nach dem Stande der Technik zur Auf-Itrennung von z.B. Blut in seine einzelnen Bestandteile sehen

wiederverwendungsfähige Zentrifugengefäße vor und weisen relativ komplizierte Kanäle und Plüssigkeitsverbindungen auf, die die Gesamteinrichtungen aufwendig machen und nur schwer das Reinigen und Sterilisieren nach tjeder einzelnen Benützung zulassen,.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Zentrifugengefäß und eine Behälteranordnung zur Verwendung in einem Blutzellseparator der Art, wie er ζ,Β. in der US-PS 3 489 145 beschrieben ist. In dieser Anordnung nach dem Stande der Technik wird ein kompaktes Zentrifugenteil mit entsprechenden eingearbeiten Kanälen ohne Vorkehrung von wiederverwendbaren Taschen benützt. Taschenstrukturen ohne kanalisierte Träger sind andererseits z.B. in den deutschen Patentanmeldungen P 22 62 856.4 und P 26 24 154,3 beschrieben. Die darin genannten Anordnungen sind jedoch nicht so wirksam und ebenfalls nicht so wirtschaftlich herzustellen, wie dies der Gegenstand der vorliegenden Erfindung erlaubt. Keine der vorgenannten Literaturstellen und auch kein anderer bekannter Technikstand sieht eine Zentrifugenanordnung vor mit einem festen, wiederverwendbaren, starren Mittelteil, welches

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i einen Kanal zum Einlegen eines nur einmal verwendbaren ¹Röhrengefässes aus halbsteifem Material und an dessen ;"beiden Enden Flüssigkeits-Einlaß- und -Auslaßansehlüsse (aufweist. In der deutschen Patentanmeldung P 26 24 154.3 'wurde ein Zentrifugengefäß beschrieben, das sich für eine

,zweistufige Blutzellentrennung verwenden läßt? dieser dort offenbarten Ausführung gegenüber gewährleistet der vorliegende Erfindungsgegenstand jedoch eine höhere Ausbeute.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber dem vorgenannten Stande der Technik verbesserten Zentrifugen-Rotoranordnung, in die nur einmal verwendbare Behälter für die Auftrennung von Blut in dessen verschiedene Bestandteile einlegbar sind; die Gesamtkonstruktion soll einfach und wirtschaftlich sein und eine hohe Ausbeute bei der Blutauftrennung ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die verbesserte Zentrifugenanordnung nach der vorliegenden Erfindung enthält eine Rotoranordnung, welche nach einer ersten Ausführung ein Zentrifugengefäß und ein darin einsetzbares Mittelstück aufweist, welches andererseits auch aus dem Gefäß herausgenommen werden kann.

Ein oben offener Kanal mit rechteckigem Querschnitt ist in das verwendete Mittelstück eingearbeitet. Der Kanal weist dabei einen ersten, kreisförmigen Teil auf, der das Zentrum des Mittelstücks in einem konstanten Radiusabstand umgibt und dabei koaxial mit der Zentrifugenwelle angeordnet ist. Dieser erste Teil des Kanals erstreckt sich über einen Winkel von z.B. 180 ° , vom innersten Ende des Kanals aus betrachtet.

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Ein kleiner Obergangsteil verbindet das Ende dieses kreis- !förmigen Kanalteils mit dem Beginn des zweiten Kanalteils, 'wobei dessen Anfang bei einem etwas geringeren Radiusabstand von der Mitte betrachtet angeordnet ist/ als der Gesamtradius des ersten Kanalteils.

Dieser zweite, spiralige Kanalteil umfaßt mehrere gewölbte [Abschnitte mit zunehmendem Radius, wobei deren Mitten gegen-I über der eigentlichen Mitte der Gesamtanordnung der Zentrifuge 'versetzt sind. Der spiralige Teil nimmt nach außen radial zu i und endet winkelmäßig in der Nähe des Beginns des kreisförmiger !Kanalteils.

In den vorbeschriebenen Kanal hinein paßt ein röhrenförmiger !Flüssigkeitsbehälter mit einem rechteckigen oder im wesent- \liehen rechteckigen Querschnitt, der an beiden Enden verischlossen ist und eine Vielzahl von Flüssigkeits-Einlaß- und j-Auslaßröhren aufweist. Diese Röhren ermöglichen in Verbindung jmit einer passenden Drehdichtung die Einführung von ursprünglichem Blut in den Behälter und die Abnahme von Blutfraktionen im Anschluß an eine zentrifugierende Trennung. Die Schnittfläche des spiraligen Teils des Behälters beträgt im wesentlichen ein Viertel der Schnittfläche des kreisförmigen Behälterteils, womit im spiraligen Teil eine höhere Durchflußgeschwindigkeit erzielt wird. Der Flüssigkeitsbehälter und (die Anschlußröhren können aus medizinisch geeignetem Polyvinylchlorid hergestellt werden*

Ein zweites Ausführungsbeispiel verwendet eine Rotoranordnung, die aus einem Stück hergestellt ist, wiederum mit einem Kanal der vorbeschriebenen Art.

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,Die beiden vorab kurz angerissenen Ausführungsbeispiele sind .in den Zeichnungen dargestellt und werden anhand derer näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt perspektivisch ein Zentrifugengefäß

mit einem darin angeordneten Mittelstück ι

und herausgezogen dargestellt einen passenden

i Flüssigkeitsbehälter nach der vorliegenden

' Erfindung.

IFig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Mittelstück

! . gemäß Fig. 1.

IFig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Mittelstück

gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie 3-3.

Fign. 4 und 5 zeigen Teil-Schnittansichten der Zentrifugenanordnung mit einem aus einem Teil bestehenden Rotor entsprechend der zweiten genannten Ausführung.

In Fig. 1 ist das Zentrifugengefäß 1 zu erkennen, welches um eine Achse mittels geeigneter Antriebsteile drehbar angeordnet ist, wobei diese Antriebsteile nicht gezeigt sind, da sie nicht zum eigentlichen Erfindungsgegenstand gehören. Das Zentrifugengefäß kann aus einem geeignetem Material wie Metall oder Plastik oder einer Kombination solcher Materialien hergestellt sein.

Im Zentrifugengefäß 1 befindet sich das Mittelstück 3, welches aus passendem Material spanlos oder mittels spanender Verarbeitung herstellbar ist. Das Mittelstück 3 ist so

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ι ; _ 9 - I

: ι

dimensioniert, daß es in in das Zentrifugengefäß 1 einge- j ,setztem Zustand mit dem Gefäß konzentrisch ausgerichtet ist. I Das Mittelstück kann mittels einer zentralen Buchse oder mittels Außenrandfassung oder mittels einer Vielzahl verteilter Warzen oder Stifte zentriert gehalten werden. Der jKanal 5, der im Detail noch beschrieben wird, ist oben in ^!das Mittelstück 3 eingearbeitet. Das Mittelstück 3 weist leine mittlere öffnung 7 auf, welche die Flüssigkeitsverbindungen zum Flüssigkeitsbehälter und eine Drehdichtung 'aufnehmen kann. Diese mittlere öffnung kann ebenfalls so !dimensioniert sein, daß sie auf eine Mittelbuchse im Zentri-,fugengefäß paßt, welche ihrerseits das Mittelstück in seiner !Lage festhält. Die Drehdichtung 9 kann derart sein, wie sie ;z.B. in der US-PS 3 489 145 beschrieben ist. Das Mittelstück

;3 weist des weiteren mehrere radiale Schlitze 11 in seiner

!Oberfläche auf, die für die Aufnahme der Flüssigkeitsver-

jbindungen zum Behälter vorgesehen sind. Zusätzliche Löcher ;12 dienen nicht nur zur dynamischen Auswuchtung des Mittel-

istücks 3, sondern auch als Fingerlöcher beim Einsetzen jund Herausnehmen des Mittelteils 3 in das bzw. aus dem ι Zentrifugengefäß 1.

jüer Flüssigkeitsbehälter 13 besteht aus einer Länge eines ,halbsteifen Plastikrohrmaterials, vorzugsweise aus medizinisch geeignetem Polyvinylchlorid, und weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Zwei verschiedene Querschnittsiflachen sind vorgesehen, wie noch erläutert wird. Das iRöhrenmaterial ist wie dargestellt spiralig ausgeformt, wobei beide Enden verschlossen sind und der Behälter im ganzen ,so ausgebildet ist, daß er in den Kanal 5 hineinpaßt. Flüssigkeitsanschlüsse für den Behälter sind in Form einer Vielzahl von Röhrenanschlüssen 17, 18, 19 und 20 gegeben, wobei 17 als Einlaß dient. Der Anschluß 18 dient zur Entnahme der

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I ;

iroten Blutzellen, der Anschluß 19 als Ausgang für Plasma \ 'und der Anschluß 20 als Auslaß für Blutzellenkonzentrat in

IForm weißer Blutzellen. Wenn der Behälter 13 wie beab- ^; Isichtigt in den Kanal 5 eingelegt ist, befinden sich die

j I

Flüssigkeitsanschlüsse 17 bis 20 in den entsprechenden Schlitzen ,11 des Mittelstücks 3.

i ι

'Fig. 2 ist eine Aufsicht auf das Mittelstück 3 gemäß Fig. 1
lund zeigt die Anordnung der Einzelheiten, insbesondere die ' geometrische Anordnung der einzelnen Teile des Kanals für ;

t ;

!den Behälter. j

Es soll wiederum darauf hingewiesen werden, daß der Kanal j und ebenfalls der Behälter zwei verschiedene geometrische j Grundformen aufweisen. Der innere, erste Teil, der sich im j wesentlichen über 180° erstreckt, ist kreisförmig mit einem j konstanten Radius R, bezogen auf den Mittelpunkt TC des j Mittelstücks 3. Der äußere, zweite Teil des Behälters besteht aus drei bogenförmigen Stücken, die jedes einen unterschiedlichen Radius R1, R2 bzw. R3 zunehmender Größe aufweisen; und die auf die von TC abweichenden Mittelpunkte C1, C2 bzw. ! C3 bezogen sind. Die einzelnen Abschnitte des äußeren Kanal- ; teils erstrecken sich über die Bögen A1, A2 bzw. A3 und ι wiederum im wesentlichen über 180 . Diese Bogenabschnitte ' formen insgesamt einen spiraligen Teil für die Ansammlung
von Blutzellenkonzentrat, wie noch beschrieben wird. Ein
kleiner übergangsteil TP verbindet den ersten und den zweiten Teil des Flüssigkeitsbehälters. Wie dargestellt, führt
dieser Übergangsteil vom Ende des ersten, kreisförmigen
Teils zum Beginn des zweiten, spiraligen Teils ein kleinwenig
radial nach innen. Der Einlaßanschluß 17 für das ursprüngliche Blut ist mit dem Beginn des ersten Teils des Behälters verbunden. Am Ende des ersten Teils ist der Aus-

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^!laßanschluß 18 für die Abnahme der roten Blutzellen vorgesehen, die gegen die äußere Wand des ersten Behälterteils zentrifugiert werden. Das Ende des Anschlusses 18 ragt in den Behälter von außen bis eben zur äußeren Wand hinein, so daß zusammengepreßte rote Blutzellen ohne Störung der Schichtung zu den übrigen Blutbestandteilen und zum Plasma abgezogen werden können.

unter Verwendung stroboskopischer Mittel kann der Bediener !der Zentrifuge die Schichtung am Übergangsteil TP erkennen und die Durchflußmengen so einstellen, daß die Grenzschicht ■nahe der inneren Wand des ersten, kreisförmigen Behälter- ^!teils zu liegen kommt. Abgesonderte weiße Blutzellen gejlangen dann mit relativ hoher Geschwindigkeit durch den j Obergangsteil in den engeren spiraligen Teil des Behälters. ;Es hat sich gezeigt, daß eine relativ hohe Durchflußge-■schwindigkeit aufrechterhalten werden muß, so daß die weißen IBlutzellen nicht zu Klumpen zusammenpacken, was wiederum !eine Wiedersuspendierung erfordern würde. Aus diesem Grunde 'ist der zweite Teil des Behälters etwa viermal enger gehalten, als der Querschnitt des ersten, kreisförmigen Teils. Diese !verringerung des Querschnittes ergibt eine höhere Flußge-₍schwindigkeit im engeren spiraligen Teil.

Um die weißen Blutzellen im Kanal nach außen zu treiben und die Beobachtung durch den Bediener zu erleichtern, ist für den spiraligen Teil des Kanals und somit auch des Behälters eine Auswärtsneigung von etwa 8 in den Bogenabschnitten A1 und A2 vorgesehen. Im Abschnitt A3 nimmt die Auswärtsneigung ab, so daß am übergangsteil der Kanal und der Behälter senkrecht stehen. Die Neigungsanordnung kann im Querschnitt ■des Mitteistücks 3 in Fig. 3 deutlich erkannt werden.

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Am Ende des spiraligen Teils des Behälters ist eine Sammelkammer 23 vorgesehen. Dabei handelt es sich um ein Gefäß, in welches auf der einen Seite der engere Teil des Behälters einmündet, und zwar dicht über der Außenfläche der Sammelkammer. Eine kleine Röhre erstreckt sich von innen in die Sammelkammer, ohne jedoch deren äußeren Boden zu berühren. Diese Röhre ist der Auslaßanschluß 20 für das weiße Zellenkonzentrat. Wie bereits ausgeführt wurde, muß der Querschnitt im äußeren Behälterteil relativ klein gehalten werden, um eine große Durchflußgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Der Blutzellen-Konzentratanschluß 20 ist etwa sechsmal enger gehalten als die anderen Anschlüsse. Der PlasmaausgangsanjSchluß 19 mündet ebenfalls in das Innere der Sammelkammer 23, !jedoch weniger weit nach außen, als der Anschluß 20.

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Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch das Mittelteil 3 entlang tder Schnittlinie 3-3 in Fig. 2 und zeigt die Neigung des j spiraligen Teils des Kanals 5 und des Behälters sowie die 'senkrechte Anordnung beider im kreisförmigen Teil.

Es ist für den Fachmann wohl einzusehen, daß das vorbeschriebene Beispiel eine Anordnung darstellt, bei der verschiedene auswechselbare Mittelteile im gleichen Zentrifugengefäß verwendet werden könnten. Wenn eine solche Auswechselbarkeit nicht erwünscht oder unnötig ist, kann auch ein aus einem Stück bestehender Rotor verwendet werden, der dem zweiten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung entspricht. Solch ein Aufbau ist in der Schnittansicht gemäß Fig. 4 zu erkennen, welche zeigt, wie das Zentrifugengefäß und das Mittelstück aus einem Werkstück herstellbar sind.

In manchen Fällen mag die Auswärtsneigung des spiraligen Teils des Kanals und des Behälters nicht erforderlich oder erwünscht sein? dann kann auch der spiralige Teil ohne Neigung,

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senkrecht, wie in Fig. 5 gezeigt, ausgeführt werden.

Es ist wohl zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung eine neuartige Zentrifugenanordnung anbietet, welche wirtschaftlich herstellbar ist und andererseits die Verwendung eines einfachen, jeweils einmal verwendbaren Flüssigkeitsbehälters ermöglicht, der nach Benützung weggeworfen werden kann; dabei wird Aufwand zum Reinigen und Sterilisieren vermieden, wie er bei wiederverwendungsfähigen Zentrifugenbehältern !erforderlich ist.

Zusammenfassung

■Es wurde eine verbesserte Zentrifugenanordnung beschrieben mit einem einen Kanal aufweisenden Rotor und einem in diesen Kanal einlegbaren Flüssigkeitsbehälter. Die zentrifugierende iSeparatorwirkung innerhalb des Flüssigkeitsbehälters wird !durch die Geometrie des Kanals im Rotor bestimmt. Diese Anordnung ist insbesondere nützlich für eine zweistufige Blutzellentrennung. Der Flüssigkeitsbehälter ist vorzugsweise aus halbsteifem Kunststoff herstellbar und für nur einmalige Verwendung gedacht. Der Rotor enthält vorzugsweise ein herausnehmbares Mittelstück, welches seinerseits aus steifem !Kunststoff herstellbar ist; im Mittelstück ist ein oben pffener Kanal vorgesehen, in welchen der halbsteife Flüssigjkeitsbehälter eingelegt werden kann. Flüssigkeitsanschlüsse sind am Anfang und Ende des Behälters und ebenfalls in der Behältermitte vorgesehen und verbinden mit einer axial angeordneten, mehrkanaligen Drehdichtung. Die Anschlüsse liegen jin einzelnen radialen Schlitzen des Mittelstücks. Der Kanal selbst ist in zwei deutlich unterschiedene Teile unterteilt, wobei der erste Teil des Kanals kreisförmig mit konstantem Radius vorgesehen ist und der zweite Teil spiralig mit ver-

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Zentrifugenanordnung mit einem einen aus zwei Teilen bestehenden Kanal aufweisenden Rotor, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Teil des Rotorkanals (5) kreisbogenförmig mit einem von der exakten Rotormitte (TC) ausgehenden konstanten Radius (R) ausgebildet ist und daß der zweite Teil des Rotorkanals spiralig in Form mehrerer Abschnitte (A3, A2, A1) mit zunehmend größer werdenden Radien (R3, R2, R1), die von gegenüber der exakten Rotormitte versetzten eigenen Mittelpunkten (C3, C2, C1) ausgehen, ausgebildet ist, daß ferner ein in den Rotorkanal einlegbarer Behälter

^; (13) vorgesehen ist und

, daß dieser Behälter mindestens an seinem Anfang und Ende Flüssigkeitsanschlüsse (17, 19, 20) aufweist.

;2. Zentrifugenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die vorgesehenen Flüssigkeitsanschlüsse einen Einlaßanschluß (17) am Anfang des kreisbogenförmigen Teils des Behälters (13) und mindestens zwei Auslaß-

' anschlüsse (19, 20) am entgegengesetzten Ende des spiraligen zweiten Teils umfassen.

3. Zentrifugenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ein weiterer Auslaßanschluß (18) am Ende des kreisbogenförmigen ersten Teils vorgesehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

. Zentrifugenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Rotorkanal (5) einlegbare Behälter (13) aus für medizinische Zwecke verwendbarem Polyvinylchlorid besteht.

. Zentrifugenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Rotorkanal (5) einlegbare Behälter (13) aus einem halbsteifen Röhrenmaterial mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt besteht.

6. Zentrifugenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Höhe und Breite des Rotorkanals (5) mit Höhe und Breite des in ihn einlegbaren Behälters (13) übereinstimmen.

Zentrifugenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des spiraligen zweiten Teils des einlegbaren Behälters (13) ungefähr dem vierten Teijl des Querschnitts des kreisförmigen ersten Teils entspricht.

Zentrifugenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Rotorkanal (5) einlegbare Behälter (13) an seinem Ende eine Sammelkammer (23) aufweist, in welche ein Teil der Anschlüsse (19, 20) als Auslässe hineinmündet.

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9. Zentrifugenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,

daß die vorgesehenen End-Auslaßanschlüsse (19, 20) verschieden tief von der Mitte der Zentrifugenanordnung nach außen gerichtet in die Sammelkammer (23) hineinragen.

, 10. Zentrifugenanordnung nach einem der vorangehenden f Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ; daß der vorgesehene Rotorkanal (5) in seinem spiralige^

zweiten Teil zumindest über einen Teil der Spiral- '■ teillänge eine Neigung zur Rotorachse aufweist (Fig. 3]

! 11. Zentrifugenanordnung nach einem der vorangehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrifugenrotorgefäß (1) ein Mittelstück (3) ■ vorgesehen ist,

welches hintereinander angeordnet den kreisbogenförmigen ersten Teil und den spiraligen zweiten Teil des Rotorkanals (5) aufweist.

' 12. Zentrifugenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß im Mittelstück (3) radiale Schlitze (11) für die Aufnahme der Flüssigkeitsanschlüsse (17 bis 20) vorgesehen sind.

13. Zentrifugenanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Mittelstück (3) aus dem Rotorgefäß (1) herausnehmbar und austauschbar ist.

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ι14. Zentrifugenanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder

j 12,

• dadurch gekennzeichnet,

ι daß das Mittelstück (3) fest im Rotorgefäß (1) ange-

i ordnet oder mit ihm als ein gemeinsames Werkstück

' ausgebildet ist.

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