DE3710217A1 - Einrichtung fuer eine zentrifuge - Google Patents
Einrichtung fuer eine zentrifugeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere eine Einrichtung
für einen Zentrifugal-Separator.
Es sind Zentrifugen oder Zentrifugal-Separatoren zum Trennen
der Bestandteile von Blut bekannt, welche einen auswechselbaren
Kunststoff-Kanal enthalten, der in eine motorgetriebene Trommel
einsetzbar ist. Diese Kanäle haben typischerweise am Anfang
einen Einlaß zum Zuführen von Gesamtblut und am Ende getrennte
Auslaß zur Entnahme der meisten getrennten Komponenten, wobei
der Anfang und das Ende des Kanals nahe beieinander angeordnet,
voneinander jedoch durch eine Kunststoffwand getrennt sind,
die eine Mischung der zugeführten Flüssigkeit mit den Flüssigkeiten
am Ende des Kanals verhindert.
Aus der US-PS 40 94 461 (Kellogg et al.) ist beispielsweise
ein Einstufen-Bluttrennkanal bekannt, der einen im wesentlichen
konstanten Radius und am Anfang einen Gesamtblut-Einlaß hat,
während alle getrennten Komponenten von einer Sammelkammer
am Ende des Kanals abgezogen werden. Der Anfang und das Ende
des Kanals sind durch eine Wand getrennt. in der Sammelkammer
ist ein Damm hinter einem Auslaß für weiße Blutkörperchen und
Blutblättchen angeordnet, der das Weiterfließen der interessieren
den weißen Blutkörperchen und Blutplättchen verhindert, die
schwereren roten Blutkörperchen und das leichtere Plasma jedoch
weiterströmen läßt. An der anderen Seite des Dammes ist ein
Grenzschichtpositionierungsauslaß vorgesehen, um die Position
der Grenzschicht zwischen den roten Blutkörperchen und dem
Plasma einzustellen und die Position der dünnen Schicht aus
weißen Blutkörperchen und Blutplättchen am Auslaß für diese
Bestandteile zu steuern, so daß eine effiziente Abtrennung
der weißen Blutkörperchen und Blutplättchen gewährleistet ist.
Aus der US-PS 43 86 730 ist ein Zweistufentrennkanal bekannt,
der einen ersten Trennstufenteil mit konstantem Radius hat,
in dem die abgetrennten roten Blutkörperchen längs der Außenwand
zu einem Auslaß in der Nähe des Anfanges des Kanales zurückfließen
und die Plättchen sowie das Plasma über den Erststufenteil
hinaus durch einen Übergangsteil mit einer Außenwand, deren
Radius abnimmt, in einen eine zweite Trennstufe bildenden Teil
mit zunehmendem Radius fließen, an dessen Ende sich ein Plasmaaus
laß und ein Blutplättchenauslaß befinden. Auch hier sind wieder
der Anfang und das Ende des Kanals voneinander durch eine Wand
getrennt. Im Betrieb ist es erforderlich, die Grenzfläche zwischen
den roten Blutkörperchen und den abgetrennten Plasma- und Blutplätt
chenbestandteilen am Übergangsteil zu halten, indem die Strömungsra
ten oder Durchsätze durch eine Bedienungsperson fortlaufend
überwacht und gesteuert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Einrichtung der obengenannten Art dahingehend weiterzubilden,
daß der Betrieb vereinfacht und die Effektivität der Trennung
verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichne
te Erfindung gelöst.
Es wurde festgestellt, daß eine Zentrifuge (Zentrifugal-Separator)
zum Trennen einer schweren Phase von einer leichten Phase dadurch
verbessert werden kann, daß man einen Trennkanal vorsieht,
der die Form einer kontinuierlichen Schleife oder eines kontinuier
lichen Ringes hat und bei dem das Strömen der leichten Phase
von einem Teil zu einem anderen durch einen Dammteil verhindert
wird, welcher einen Innenwandradius aufweist, der größer ist
als der der benachbarten Teile, so daß die schwere Phase den
Kanal dort vollständig aufüllt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Separator ein zweistu
figer Blutseparator zum Trennen roter Blutkörperchen, Blutplätt
chen und Plasma, und ein Zwischenschichtpositionierungsauslaß
ist an der Seite des Dammteiles vorgesehen, die einem Übergangsteil
zwischen den Teilen, die die erste bzw. zweite Trennstufe bilden,
entgegengesetzt ist; ferner kann ein Plasmaauslaß an einer
am weitesten innen gelegenen Stelle des Kanals vorgesehen sein,
wodurch Luft, die etwa im Kanal vorhanden ist, entfernt wird;
der Radius der Außenwand und die Querschnittsfläche des die
zweite Trennstufe bildenden Teiles des Kanales können vom Übergangs
teil zu einem Plättchensammelauslaß hin zunehmen. Ein solcher
Separator benötigt keine Einstellung beim Anfahren, und er
regelt sich während des Betriebs selbst, so daß die Bedienungsper
son nicht einzugreifen braucht, um die Grenzfläche zwischen
den roten Blutkörperchen und dem Plasma einzustellen; außerdem
liefert der Separator eine hohe Ausbeute an Blutplättchen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, dabei werden
noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache
kommen.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine vereinfachte Draufsicht
auf eine Rotortrommel und einen auswechselbaren Trennkanal
eines Zentrifugen-Separators gemäß der Erfindung.
Die dargestellte Zentrifuge (10) enthält eine Trommel (11),
die um eine Achse (12) drehbar gelagert ist, und einen in einer
Ausnehmung oder Nut (16) der Trommel (11) angeordneten Kanal
(14) aus Kunststoff. Der Kanal (14) bildet eine kontinuierliche
Schleife oder einen kontinuierlichen Ring und hat einen Gesamtblut
einlaß (18), einen Blutplättchensammelauslaß (20), einen Plasmaaus
laß (22) und einen Auslaß (26) für die roten und die weißen
Blutkörperchen. Die roten und die weißen Blutkörperchen bilden
zusammen eine schwere Phase, das leichtere Plasma bildet eine
leichte Phase und die Blutplättchen, die eine mittlere Dichte
haben, bilden eine mittlere Phase. Mit dem Grenzschichtpositionie
rungsauslaß (24) und dem Blutkörperchenauslaß (26) ist ein
Röhrchen (25) bzw. (27) verbunden und diese Röhrchen sind an
einer Verbindung (28) miteinander verbunden.
Der Kanal (14) enthält einen eine erste Trennstufe bildenden
Teil (30) zwischen einem Dammteil (32) und einem Übergangsteil
(34) sowie einen eine zweite Trennstufe bildenden Teil (36)
zwischen dem Übergangsteil (34) und dem Plasmaauslaß (22).
Der Radius des die erste Trennstufe bildenden Teiles (30) nimmt
vom Dammteil (32) zum Übergangsteil (34) etwas ab. Der Übergangs
teil (34) hat einen scharf abnehmenden Radius und der Radiusbe
reich seiner Außenwand enthält einen Radius, der die gleiche
Größe wie der des Grenzschichtpositionierungsauslasses (24)
hat.
Der die zweite Trennstufe bildende Teil (36) umfaßt einen Teil
(38), der einen zunehmenden Querschnitt, eine Innenwand mit
im wesentlilchen konstantem Radius sowie eine Außenwand mit
zunehmendem Radius hat, welche an einer Plättchensammelausbuchtung
(40) endet, in der sich das Ende eines Röhrchens (42) für die
Blutplättchen befindet, welches den Blutplättchensammelauslaß
(20) bildet. Die Querschnittsfläche und der Radius des Restes
des die zweite Trennstufe bildenden Teiles (36) nehmen von
der Plasmasammelausbuchtung (40) zum Plasmaauslaß (22) hin
ab, der sich an der Stelle mit dem kleinsten Radius des ganzen
Kanales (14) befindet.
Der Dammteil (32) hat eine Innenwand mit einem Radius, der
größer ist als der Radius des Kanales auf seinen beiden Seiten.
Hierdurch wird ein Bereich gebildet, der sich vollständig mit
abgetrennter schwerer Phase füllen kann, bei dem vorliegenden
Beispiel mit roten und weißen Blutkörperchen, wodurch verhindert
wird, daß die leichtere Phase, hier eine Kombination aus Plasma
und Blutplättchen auf der linken Seite und Plasma auf der rechten
Seite, vorbeifließen können. Der Dammbereich oder Dammteil
(32) enthält einen Damm (44), der von der Innenwand des Dammteiles
(32) abrupt radial nach außen vorspringt.
Die Röhrchen, die an den Einlaß (18), die Auslässe (20) und
(22) sowie die Verbindung (28) angeschlossen sind, führen zu
einer dichtungslosen Mehrkanal-Drehverbindungsanordnung (nicht
dargestellt) wie sie beispielsweise aus der US-PS 41 46 172 be
kannt ist.
ARBElTWEISE: Wenn die Zentrifuge für einen neuen Patienten
in Benutzung genommen werden soll, wird ein neuer auswechselbarer
Kanal (14) und die zugehörigen Röhrchen in die Rotor-Trommel
(11) eingesetzt. Zur Vorbereitung wird durch den Einlaß (18)
eine Salzlösung eingeführt, während die Zentrifugen-Trommel
(10) mit einer relativ niedrigen Drehzahl läuft.
Wenn die Salzlösung den Kanal (14) füllt, wird die Luft radial
nach innen gedrückt und durch den Plasmaauslaß (22) entfernt.
Es werden alle Luftblasen entfernt, da alle Teile des Kanals
(14) radial weiter außen liegen als der Plasmaauslaß (22).
Nachdem die ganze Luft entfernt worden ist, wird die Trommeldreh
zahl auf die Betriebsdrehzahl erhöht und Blut wird durch den
Einlaß (18) in den Kanal (14) eingeführt. Anfänglich wird der
ganze Ausfluß über den Plasmaauslaß (22) entnommen, so daß
die Salzlösung entfernt und verworfen werden kann. Nach der
Verarbeitung eines bestimmten Volumens an Blut wird die ganze
Salzlösung entfernt sein, und die Ausströmungsrate des Plasmas
durch den Plasmaauslaß (22) wird dann verringert. Diese Strömung
wird aufrechterhalten, um zu gewährleisten, daß etwaige Luft
oder Flüssigkeit niedriger Dichte, die in den Kanal (14) gelangt,
sofort entfernt wird. Die Strömung in den Einlaß (18) kann
beispielsweise etwa 30 ml/min. betragen, die Strömung durch
den Blutplättchenauslaß (20) etwa 2 oder 3 ml/min.; die Strömung
durch die Verbindung (28) etwa 15 ml/min. (wovon etwa 2/3 vom
Blutkörperchenauslaß (26) stammt), und der Rest strömt durch
den Auslaß (22) ab. Das System bleibt während der ganzen verblei
benden Verarbeitung automatisch stabil.
Im Gleichgewichtszustand tritt Gesamtblut über den Einlaß (18)
ein; die Blutplättchen werden über den Auslaß (20) entnommen;
das Plasma über den Auslaß (22) und die roten sowie die weißen
Blutkörperchen über den Auslaß (26); rote und weiße Blutkörperchen
sowie Plasma strömen alternierend durch den Auslaß (24) ab,
um die radiale Position der Grenzfläche zwischen den
roten und den weißen Blutkörperchen einerseits und dem Plasma
andererseits zu stabilisieren.
Die Dichte des Blutes, das durch den Einlaß (18) in den ersten
Trennstufenteil (30) eingeführt wird, ist niedriger als die
mittlere Dichte im Bereich des Einlasses (18), so daß das ankommen
de Blut im Uhrzeigersinne in Richtung des kleineren Radius
strömt. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft setzen sich
die roten Blutkörperchen und die weißen Blutkörperchen (infolge
ihrer größeren Dichte) radial nach außen ab. Während sie dies
tun, nimmt die mittlere Dichte zu, so daß die Strömung in Uhrzeiger
richtung dieser Fraktion abnimmt und schließlich zum Stillstand
kommt. Die gepackten roten und weißen Blutkörperchen fließen
dann im Gegenuhrzeigersinne längs der äußeren Wand des Teiles
(30) zum Dammteil (32), wo sie durch den Auslaß (26) entnommen
werden. Die Blutbestandteile, die im Teil (30) nach dem Abtrennen
der roten und der weißen Blutkörperchen verbleiben, sind die
Blutplättchen und das Blutplasma. Diese Mischung fließt im
Uhrzeigersinne weiter und über den Übergangsteil (34) in den
die zweite Trennstufe bildenden Teil (36). Der abnehmende Radius
der äußeren Wand des Übergangsteiles (34) wirkt als Damm, der
es nur der Mischung aus Plasma und Blutplättchen gestattet,
in den die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) zu strömen.
Die Grenzfläche zwischen den gepackten roten und weißen Blutkör
perchen und der abgetennten Mischung aus Blutplättchen und
Blutplasma wird durch den Grenzschichtpositionierungsauslaß
(24) bei einem Radius innerhalb des Radiusbereiches der Außenwand
des Übergangsteiles (34) gehalten.
In dem die zweite Trennstufe (36) bildenden Teil wird die
Mischung aus Blutplättchen und Blutplasma für längere Zeit
einer hohen Zentrifugalkraft ausgesetzt, so daß sich die Blutplätt
chen radial nach außen absetzen und schließlich die Außenwand
erreichen. Die Blutplättchen, die beim Eintritt in den die
zweite Trennstufe bildenden Teil (36) in der Nähe der Außenwand
anfangen, bewegen sich im Uhrzeigersinne längs der Außenwand
in die Plasmasammelausbuchtung (40). Diejenigen, die sich näher
bei der Innenwand befinden, setzen sich in dem Bereich abnehmenden
Querschnittes des Teiles (36) fortlaufend radial nach außen
ab, bis sie die Außenwand der Kammer erreichen und dann ihre
Strömungsrichtung umkehren und im Gegenuhrzeigersinne entlang
der Außenwand nach unten zur Plättchensammelausbuchtung (14)
gleiten, um von dort entfernt zu werden. Das verbleibende Plasma,
in dem die Blutplättchenkonzentration sehr gering ist, fließt
im Uhrzeigersinne weiter. Ein Teil des Plasmas wird durch den
Auslaß (22) entfernt und das restliche Plasma strömt durch
den Grenzschichtpositionierungsauslaß (24) ab.
Die Grenzschicht, die gesteuert werden muß, ist die Grenzschicht
zwischen den gepackten roten und weißen Blutkörperchen und
der Mischung aus den Blutplättchen und dem Plasma im Übergangsteil
(34), und zwar um die folgenden beiden Ziele zu erreichen:
- 1) Diese Grenzschicht soll sich nicht zu weit radial nach innen bewegen, da sonst die gepackten roten und weißen Blutkörperchen überlaufen und sich in der Blutplättchensammelausbuchtung (40) ansammeln würden und
- 2) die Grenzschicht soll sich nicht zu weit radial nach außen bewegen, da die Plättchen sonst vom zugeführten Blut in dem die erste Trennstufe bildenden Teil (30) abgetrennt würden und nicht in den die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) zur Sammlung in der Ausbuchtung (40) gelangen könnten. Im Idealfalle sollte man den Grenzschichtpositionie rungsauslaß längs des Kanales bei der Stelle anordnen, wo die Grenzschicht zu steuern ist. Da jedoch durch den Grenz schichtpositionierungsauslaß sowohl Plasma als auch rote und weiße Blutkörperchen entfernt werden, wenn er in der Nähe des Übergangsteiles (34) angeordnet wäre, würde durch den Grenzschichtpositionierungsauslaß Plasma abströmen, das reich an Blutplättchen ist, wodurch die Effizienz der Einrichtung leiden würde. Dadurch, daß der Grenzschichtpositio nierungsauslaß (24) an einem Punkt angeordnet wird, der beträchtlich von der zu steuernden Grenzschicht beim Übergangsbe reich (34) entfernt ist, kann Plasma, in dem die Konzentra tion an Blutplättchen sehr niedrig ist, zur Regelung der Grenzfläche verwendet werden. Der relativ große Abstand des Grenzschichtpositionierungsauslasses (24) vom Übergangsbe reich (34) hat zwar eine nicht ganz so exakte Positionierung der zu steuernden Grenzschicht zur Folge, es hat sich jedoch gezeigt, daß die radiale Position, die die Grenzfläche einnimmt, in einen Bereich fällt, der ein gutes Arbeiten ohne wesentlichen Verlust an Blutplättchen gewährleistet.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich selbstverständ
lich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen
der Erfindung zu überschreiten.
Claims (11)
1. Einrichtung für eine Zentrifuge zum Trennen einer schweren
von einer leichten Phase in einer rotierenden Trommel, mit einem
Kanal, der einen Einlaß (18) sowie mindestens einen ersten
Auslaß (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal
(14) die Form eines kontinuierlichen Ringes hat und einen in
seiner Längsrichtung im Abstand vom Einlaß (18) angeordneten
Dammteil (44) aufweist, der einen größeren Innenradius hat
als die benachbarten Teile, so daß sich ein Dammbereich (32)
für die schwere Phase ergibt, der sich vollständig mit abgetrennter
schwerer Phase füllen kann und dann die abgetrennte leichte
Phase am Vorbeifließen hindert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 zum zusätzlichen Abtrennen einer
mittleren Phase, gekennzeichnet durch einen weiteren Auslaß
(20), der sich an einer anderen radialen Position befindet
als der erste Auslaß (26).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kanal einen eine erste Trennstufe bildenden Teil (30) zum
Abtrennen einer der genannten Phasen von den anderen beiden
Phasen sowie einen eine zweite Trennstufe bildenden Teil (36),
der an einem Ende mit einem Ende des die erste Trennstufe bildenden
Teiles (30) in Verbindung steht und zum Trennen der anderen
beiden Phasen dient, enthält und daß sich der Dammteil (44)
zwischen dem anderen Ende des die erste Trennstufe bildenden
Teiles (30) und dem anderen Ende des die zweite Trennstufe
bildenden Teiles (36) befindet, und daß sich der Einlaß (18)
des Kanales (14) zwischen den Enden des die erste Trennstufe
bildenden Teiles (30) befindet.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kanal (14) zwischen dem die erste und dem die zweite Trennstu
fe bildenden Teil (30, 36) einen Übergangsteil (34) aufweist,
der eine Übergangswand enthält, die sich über einen Bereich
von Radien einschließlich eines Radius an einer Phasengrenzfläche
erstreckt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Übergangswand eine Außenwand mit einem Radius ist, der
von dem die erste Trennstufe bildenden Teil (30) zu dem die
zweite Trennstufe bildenden Teil (36) abnimmt; daß sich der
zur Entnahme der schweren Phase dienende erste Auslaß (26)
in einem Bereich befindet, der den die erste Trennstufe bildenden
Teil (30) und den Dammbereich (32) umfaßt; daß der zur Entfernung
der leichten Phase dienende zweite Auslaß (22) sich in dem
die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) bei einem Radius,
der kleiner ist als der des ersten Auslasses (26), befindet;
daß ein dritter Auslaß (20) zur Entfernung der mittleren Phase
in dem die zweite Trennstufe bildenden Teil (36) vorgesehen
ist und daß außerdem eine Grenzschichtvorrichtung (24) zur
Steuerung der Grenzschicht zwischen der leichten Phase und
der schweren Phase an einer Stelle längs des Kanals vorgesehen
ist, die sich an der dem Übergangsteil (34) abgewandten Seite
des Dammteiles (34) befindet, um die innere Grenze der schweren
Phase innerhalb des genannten Radiusbereiches zu halten.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Grenzschichtvorrichtung einen Grenzschichtpositionierungsauslaß
enthält, der sich bei einem Radius innerhalb des genannten
Bereiches befindet, und so geformt ist, daß sich für die leichte
Phase eine andere Strömungsrate ergibt als für die schwere
Phase.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius des zweiten Auslasses (22) der kürzeste Radius
des Kanales ist, so daß Luft, die etwa im Kanal vorhanden ist,
zu diesem Auslaß wandert und durch ihn entfernt wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der die zweite Trennstufe bildende Teil (36) eine Außenwand
hat, deren Radius von dem Übergangsteil (34) zum dritten Auslaß
(20) hin zunimmt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt des die zweite Trennstufe bildenden Teiles
(36) vom Übergangsteil (34) zum dritten Auslaß (20) hin zunimmt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt des die zweite Trennstufe bildenden Teils (36)
an der anderen Seite des dritten Auslasses (20) abnimmt.
11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
mit dem Grenzschichtpositionierungsauslaß (24) eine Röhre (25)
verbunden ist; daß mit dem ersten Auslaß (26) eine Röhre (27)
verbunden ist, und daß diese beiden Röhren (25, 27) miteinander
verbunden sind.
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