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Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
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zBlutwaschzentrifuge n Blutwaschzentrifuge mit einem Rotor, der wenigstens
aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, die Ausnehmungen enthalten, welche nach dem
Zusammensetzen eine Aufnahmekammer für einen während des Waschprozesses zusammendrückbaren
Behälter zur Aufnahme des zu waschenden Blutes bilden, sind bekanat.
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In den älteren Patentanmeldungen P 25 45 235.1, P 25 45 283.9 und
P 25 45 284 der Anmelderin sind Veriahren und Vorrichtungen zur Behandlung biologischen
Materials, insbesondere zum Waschen von Teilchen in Suspension mit Hilfe der Zentrifugalkraft
beschrieben.
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Bei diesen Verfahren werden ebenfalls scheibenförmige Behälter mit
wenigstens teilweise flexiblen Wandbereichen in als Aufnahmekammern ausgebildeten
Hohlräumen eingelegt. Verwendet wird ein Durchflußrotor. Die EinfUhrung der Behandlungsfltlssigkeit
kann über eine zentrale Kupplung erfolgen. Eine Vielzahl radial verlaufender Kanäle
sorgt dafür, daß die Behandlungsflüssigkeit in den Behälter hineinströmt. Die flexiblen
Wandbereiche sind hydraulisch beaufschlagbar.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, das Waschen von Teilchen durch Elutriation
(Gegenstromwksche), insbesondere von Blut, in einer Zentrifuge weiter zu vereinfachen,
insbesondere den Rotor für Einmalwaschbehälter besonders geeignet zu gestalten.
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Gelöst wird diese Aufgabe für eine Blutwaschzentrifuge der eingangs
charakterisierten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Auinahmekammer zentral symmetrisch
zur Rotationsachse des Rotors und rotationssymmetrisch zur Senkrechten zur Rotationsachse
des Rotors ausgebildet ist, daß sich beidseitig an ein zylindrisches, die Rotationsachse
des Rotors enthaltendes Mittelstück von der Länge 1 9 2xmin und mit dem Durchmesser
2rmin jeweils ein Aufnahmekammerteil der Länge # anschließt, dessen Durchmesser
dx sich mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse des Rotors entsprechend der
Formel
errechnet, wobei x t Abstand von der Rotationsachse des Rotors ist, und daß an diese
Aufnaamekammerteile sich Jeweils ein die Aufnahmekammer abschliessender kegelförmiger
Kammerteil der Höhe h anschließt, wobei rmin, xmin, # und h als Parameter in der
folgenden Formel für das Kammervolumen
variiert werden können, wenn V als das gewünschte Kameervolumen vorgegeben ist,
rmin = 5 bis 70 mm, xmin = 5 bis 50 mm, # = 20 bis 300 mm, h = 5 bis 50 mm und V
= 2 bis 2000 cm³ betragen.
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Die in die Aufnahmekammer des Rotors einzusetzenden, zusa-endrUckbaren
Behälter haben vorteilhafterweise die gleiche Fort wie die AuSnahmekammer.
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Ii Betriebs zustand bei rotierender Zentrifuge legen sich die Wände
des Behälters unter Wirkung der Fliehkraft der eingefüllten Flüssigkeit an die Wände
der Aufnahmekammer an. über peripher angeordnete Zuflußschläuche strömt die Waschflüssigkeit
den sedimentierenden, suspendierten Partikeln entgegen und über eine Abfluß Öffnung
im Bereich der Drehachse aus dem Waschbeutel heraus.
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Die Erfindung weist gegenüber den bekannten Ausführungen eine Reihe
von Vorteilen auf: Die wesentlichen Vorteile ergeben sich aus der Form des Behälters,
der entsprechend der Aufnahmekammer ausgebildet ist.
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Durch die Form wird erreicht, daß die Blutzellen sich in den Längenabschnitten
A des Waschbehälters, die den größten Teil des Behältervolumens bilden, selbsttätig
gleichmäßig verteilen, d. h. den größtmöglichen Abstand zueinander einnehmen.
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Zusammenballungen von Zellen in einzelnen Bereichen des Behälters
werden vermieden, 3ede einzelne Zelle wird von der Waschflüssigkeit gleichmäßig
umspült und von anhaftenden Substanzen gründlich gereinigt. Dieser Vorteil ist insbesondere
dann von großer Bedeutung, wenn, wie in üblichen Blutkonserven, die Konzentration
roter Blutzellen besonders hoch ist. Tatsächlich ist der Wascheffekt um so intensiver
je verdünnter die Suspension vorliegt, d. h. wenn u. a. die von den suspendierten
Teilchen verursachte Flüssigkeitsreibung niedrig ist.
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Die Ausfahrung des Behälters symmetrisch zur Rotationsachse cmit dem
großen Verbindungsquerschnitt der beiden Behälterhauten i Bereich der Rotordrehachse
ist eine für die Zentrifugenkonstruktion optimale Form, weil eine im Innern vorhandene
Flüssigkeit, die bei Stillstand z. B. im Mittelteil zusammenläuft, sich bei Rotation
gleichmäßig in die beiden G.fäßenden verteilt, d. h. eine Unwucht des Rotors durch
ungleiche
Flüssigkeitsverteilung vermieden wird.
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Einen Vorteil des Behälters bildet die auf zwei begrenzte Zahl an
Waschflüssigkeitszuführungskanälen.
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Bei Blutwaschzentrifugen der eingangs erwähnten Art sind bei einzelnen
Ausführungen für Gegenstrombetrieb mehr als zwei Kanäle für die Waschflüssigkeit
vorhanden. Das hat wegen der hydrodynamischen Strömungsgesetze, speziell nach dem
Gesetz von Hagen-Poiseulle, im Laminarbereich, wonach sich der Strömungswiderstand
in Kanälen mit der vierten Potenz des Kanaldurchmessers verändert, den Nachteil,
daß bereits kleinste durch Fertigungstoleranzen, Kanaldeformationen oder abgesetzte
Teilchen eingetretene Querschnittsänderungen in einzelnen Kanälen zu erheblichen
Unterschieden in der Strömungsgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit führen, was den
Gesamtwascheffekt verschlechtert. Bei zwei Anschlüssen sind also nur zwei Strömungsgeschwindigkeiten
in Einklang zu bringen.
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Sollte es notwendig sein, der theoretisch angestrebten, gleichmäßigen
Strömungsverteilung nahe zu kommen, besteht die Möglichkeit, den-DurchfluB durch
jeden Kanal einzeln, z. B.
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mittels Ventilen, zu regeln, was zwar einen zusätzlichen technischen
Aufwand bedeutet, welcher 3edoch bei zwei Kanälen in Jedem Fall weniger aufwendig
ist, als bei mehr als zwei Zulaufkanälen.
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Auf Grund dieser Erörterung wäre natürlich theoretisch ein Waschbehälter
mit nur einem Zufluß optimal, 3edoch kommt zu den oben erwähnten Vorteilen des erfindungsgemäßen
Behälters mit zweiZuilüssen gegenüber einem Behälter gleichen Volumens mit nur einem
Zufluß ein technischer Vorteil zur Geltung, der darin besteht, daß die für die funktionsrichtige
Unterbringung eines einkanaligen, gleichvolumigen Behälters erforderliche exzentrische
Rotorausnehmung zu einem Rotor mit
größerem Durchmesser und größerer
Höhe führen würde mit weiteren kostensteigernden Maßnahmen, insbesondere zur Vermeidung
von Unwuchten.
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Als herstellungstechnischer Vorteil für den Waschbehälter, insbesondere
Einwegbehälter, ist besonders zu nennen, daß ein rotationssymmetrischer, insbesondere
spiegelsymmetrischer, Kunststoffbehälter blasfähig ist.
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Die Zu- und Abfuhrleitungen für die Teilchen in Suspension sowie für
Waschfltissigkeit können bei dem erfindungsgemäßen Waschbehälter außerhalb desselben
liegen. Dies ergibt den sehr wesentlichen Vorteil, daß man die Schläuche abschneiden
und verschlieiien und die Waschbehälter nach der Behandlung in der Zentrifuge für
andere Untersuchungen weiterverwenden kann. Es ist Jederzeit eine Sterilisierung
und ein Sterilhalten möglich.
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Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung,
nämlich: Figur 1 die'hunter dem Gesichtspunkt einer optimalen Zelltrennung entwickelte
Form der Aufnahmekammer bzw.
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des Waschbehälters ohne Leitungen für Zu- und Abfuhr, Figur 2 einen
Waschbehälter mit Zu- und Abfuhrleitung, Figur 3 ein abgewandeltes Ausflthrungsbeispiel
ähnlich Figur 2, Figur 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel ähnlich Fig. 3 mit
besonderen Einbauten im Waschbehälter, Figur 5 eine in der Breite (Höhe) abgewandelte
Ausführungs form des Waschbehälers, Figur 6 einen Waschbehälter mit abgewandelter
Leitungsführung,
Figur 7 einen durch Blasen hergestellten Waschbehälter,
der nur eine Offnung aufweist, die Zuleitungen sind verschlossen und gekürzt, Figur
8a eine mögliche Lage des Waschbehälters nach Fig. 7, Figur 8b eine andere Lage
des Waschbehälters nach Fig. 7, Figur 9 einen Waschbehälter nach Fig. 7 im Becher
einer Zentrifuge, Figur 10 den Teil einer Wasehbehälterautnahme im Zenxrifugenrotor
mit einer Preßvorrichtung zum Herausdrücken des Überstandes aus dem Waschbehälter
nach Fig. 7 mit steril verlängertem Abflußschlauch, Figur 11 einen Waschbehälter,
wie er zur Transfusion verwendbar ist, Figur 12 einen Zentrfugenrotor im Horizontalschnitt
mit Aufnahmekammer für den Waschbehälter und Leitungen, Figur 13 einen Vertikalschnitt
entlang der waagrechten Mittelachse in Fig. 12, Figur 14 einen Vertikalschnitt entlang
der senkrechten Hittelaehse in Fig. 12.
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Die Figur 1 zeigt einen nach Berechnungen des Erfinders ausgeführten
Vaschbehälter mit optimaler Form für das Gegenstromwaschen von Zellen bei Blutübertragungen.
Er ist auch einsetzbar im Bereich der Biochemie und Medizin bei der Trennung und
Reinigung von Teilchen in Suspension. Wie der Figur 1 zu entnehmen, ist der Waschbehälter
und die seiner Auksenkontur entsprechende Aufnahmekammer im Rotor sowohl zentralsynetrisch
zur Rotationsachse C nach D als auch rotationssymmetrisch zur Senkrechten A nach
B zur Rotationsachse des Rotors ausgebildet.
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Eine AusfUhrung der Kammer hat z. B. eine Gesamtlänge L + 2A+ 2 h
von ca. 30 cm und eine Breite 2rmiD son ca.12 cm.
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Der in die Kammer einzusetzende Waschbehälter hat etwa gleiche Abmessungen.
Er kann mit Vorteil im Rotor einer verhältnismäßig kleinen Laborzentrifuge untergebracht
werden.
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Versuche mit ähnlich gestalteten Waschbehältern ergaben, daß die maximale
Strömungsgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit während der Elutriation von roten
Blutzellen mit fortschreitender Waschdauer gesteigert werden konnte. Eine Erklärung
dafür ist die mit der Zeit eingetretene Veränderung von Dichte und Viskosität der
Suspensionsflussigkeit im Behälter, die eine Zunahme der Sedimentationsgeschwindigkeit
der Erythrozyten bewirkte.
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Die Blutzellen waren während des Waschvorgangs gleichmäßig verteilt,
was mittels eines Stroboskops bei einer durchsichtigen Rotorkonstruktion zu beobachten
war.
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Die neuentwickelte Aufnahmekammer- bzw. Behälterform wird auch den
Anforderungen eines medizinischen Routinebetriebs gerecht.
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In Figur 2 ist eine Ausführungsform des Waschbehälters 1 aus chemisch
und biologisch inertem Kunststoff, wie an sich bekannt dargestellt. -Bei diesem
Ausführungsbeispiel, das der Grundform gemäß Figur 1 entspricht, sind die Zuflußleitungen
2, 3 oberhalb des Behälters angeordnet, und zwar zentral, und verteilen sich auf
zwei Anschlüsse an den radial äußersten Enden 4, 5 des Beutels. Der Abfluß 6 ist
zentral auf der Unterseite des Beutels gelegen.
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In Figur 3 ist ein Ausfuhrungsbeispiel des Waschbehälters 1 dargestellt
ähnlich Figur 2, Jedoch mit der Abwandlung, daß ix mittleren Bereich des Waschbehälters
eine etwa ebene Folienband 8 vorhanden ist, die radiale Öffnungen 9 etwa in ihrer
mittleren Höhe aufweist.
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In Figur 4 ist ein Ausftlhrungsbeispiel dargestellt, bei dem der Zufluß
3 von oben erfolgt und der Abfluß 6 zentral nach unten, wobei eine schraubenlinienförmig
gewendelte Plastikfolie 10 im Innern des Waschbehälters 1 angeordnet ist, in den
Behälterbereichen etwa zwischen dem Innenzylinder in Figur 3 und dem Auzendurchmesser
des Behälters. Die Wendel 10 soll der noch besseren und gleichmäßigeren Verteilung
des zu waschenden Gutes dienen. Die FlUssigkeit legt bei dieser Ausführung mit der
Wendel zwangsläufig einen längeren Weg zurück. Auf diesem Weg wird der strömenden
Flüssigkeit ein Drall gegeben, der eine Intensivierung der Wäsche bewirkt.
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In Figur 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Querschnitt
des Waschbehälters 1 in seinem mittleren Bereich durch eine Konizität am oberen
und unteren Ende 11 des Querschnittsverlaufs schlagartig um einen bestimmten Wert
zu- bzw.
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abnimmt. Diese Querschnittsänderung hat für die Strömung der Flüssigkeit
eine plötzliche Änderung der Geschwindigkeit zur Folge. Dadurch wird die aus den
Zellen gebildete Sedimentationsfront 12 stabilisiert, d. h. die vorhandene Tendenz
der Zellen von der Spülflüssigkeit in den Abflub mitgerissen zu werden wird verringert.
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In Figur 6 sind die Flüssigkeitszufuhrleitungen 2, 3, 4, 5 in den
Waschbehälter hineinverlegt. Die Abflußleitung 6 ist wieder zentral nach unten gerichtet.
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Nach Beendigung der Elutriation kann die Entnahme der Zellen entweder
in verdünnter Lösung erfolgen oder wie nachfolgend beschrieben: Über eine ähnlich
wie bei den älteren Anmeldungen angeordnete, auf den Waschbehälter einwirkende Membran
wird kurzzeitig nach Abschaltung der Waschströmung noch während der Drehung des
Rotors der Mittelteil des Waschbehälters zusammengedrückt.
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Dabei wird die als Überstand im Waschbehälter verbliebene Waschflüssigkeit
verdrängt, sofern der Eingang bei 17
verschlossen ist und der Ausgang
geöffnet bleibt (Fig. 7).
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Entweder sofort nach Beendigung der Wäsche oder nach der Prozedur
mit der Verdrängungsmembran werden die Ein- und Ausgänge des Waschbehälters steril
versiegelt (Fig. 11). Das kann noch vor Entnahme aus dem Rotor geschehen. Falls
die Erythrozyten nicht direkt transfundiert werden sollen, kann nachfolgend ein
Anreicherungsprozeb stattfinden.
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Der bei 17 verschlossene Waschbehälter 1 wird in der Mitte so geknickt
(vergl. Fig. 8a), dad der Abgangsstutzen 6 nach oben zeigt und die Hälften des Waschbehälters
mit den beiden anderen Stutzen 4, 5 nach unten hängen. Der Waschbehälter wird dann
in einen für Blutbeutel vorgesehenen Doppelbecher eines Ublichen Schwenkbecherrotors
einer Zentrifuge entsprechend Fig. 9 so eingehängt, daß sich der mittlere Abgangsstutzen
über dem Mittelsteg des Bechers befindet und die beiden Behälterhälften in den Becherräumen
hängen. Nach Beendigung der Zentrifugation befinden sich die sedimentierten Erythrozyten
in den Behälterenden und können nun auf übliche Weise weiterverarbeitet werden Nach
sterilem Anschluß eines Hilfsbeutels oder dergleichen kann der Uberstand mittels
einer handelsüblichen Quetschvorrichtung entsprechend Fig. 10 von den Erythrozyten
abgetrennt werden.
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In allen Figuren werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet,
nämlich mit 1 ist der Behälter bezeichnet, der an seinen äußeren Enden 4 und 5 an
einen Schlauch 2 mit einem Flüssigkeitszulauf 3 angeschlossen ist. Die bei den Eingängen
4 und 5 zufließende Waschflüssigkeit strömt am Ausgang 6 aus.
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Der Behälter rotiert während der Strömung, wobei die Zellen 7 in dem
Behälter umspült werden. Die Anschlüsse 3 und 6 werden zweckmäßig als flüssigkeitsdichte
Drehdurchführungen 13 ausgebildet oder an solche angeschlossen.
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Mit 8 sind scheibenförmige Trennwände und mit 9 Durchtrittsöffnungen
in deren Mittelbereich bezeichnet (Fig. 3).
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10 bezeichnet die schraubengang- oder schneckengangähnlichen Wendeln
aus dünner Plastikfolie (Fig. 4). Mit 11 ist der Konus bezeichnet, der in Fig. 5
an dem oberen und unteren Ende des Behälters vorhanden ist. 12 bezeichnet die Sedimentationsfront
der Zellen 7 radial innenliegend.
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In den Figuren 12 bis 14 sind der Rotor und seine Ausnehmungen dargestellt,
wie sie der Außenkontur des Behälters entsprechen.
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Der Behälter ist zwischen Rotorunterteil und Rotoroberteil eingefügt.
Das Rotoroberteil trägt das Bezugszeichen 14 und das Unterteil des Rotors das Bezugszeichen
15. Die beiden Hälften sind nach Einsetzen eines erfindungsgemäBen Behälters durch
zwei oder mehrere Schrauben 16 miteinander verbunden. Mit 13 ist wenigstens eine,
vorzugsweise Je eine obere und untere Drehdurchflihrung bezeichnet.
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Abwandlungen der Ausführungsbeispiele können vorgenommen werden ohne
daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Ebenso sind Einzelheiten der Ausführungsbeispiele untereinander austauschbar.
Auch Kombinationen von Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmalen der Erfindung mit Merkmalen,
die in den ein gangs genannten älteren Patentanmeldungen der Anmelderin beschrieben
sind, sind in beliebiger Weise möglich.