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Trennröhrchen für Zentrifugaltrennung sowie
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Verfahren zur Trennung von mindestens zwei Komponenten enthaltenden
Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Trennröhrchen für die Zentrifugaltrennung
einer mindestens zwei Komponenten enthaltenden Flüssigkeit sowie ein entsprechendes
Trennverfahren.
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Es ist bekannt, verschieden schwere Komponenten einer Flüssigkeit
durch Zentrifugieren zu trennen, wenn eine dieser Komponenten in flüssiger Phase
und die andere in flüssiger oder fester Phase vorliegt. Nach beendeter Trennung
tritt jedoch sehr bald wieder eine unerwünschte Vermischung der Komponenten ein
oder zumindest stellt sich ein Sedimentationsgleichgewicht ein, so daß die Trennwirkung
verschlechtert wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen
und eine einfache Vorrichtung vorzuschlagen, mit der nach dem Zentrifugieren eine
Vermischung der Komponenten vermieden oder weitgehend eingeschränkt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher ein Trennröhrchen für die Zentrifugaltrennung
einer mindestens zwei Komponenten enthaltenden Flüssigkeit vorgeschlagen, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß in dem Trennröhrchen ein Trennelement angeordnet ist, dessen
spezifisches Gewicht zwischen den der zu trennenden Komponenten liegt und dessen
Außendurchmesser gleich oder etwas geringer als der Innendurchmesser des Röhrchens
ist.
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Gemäß Erfindung kann das Trennelement entweder lösbar mit einem Verschluß
stopfen für das Trennröhrchen oder lösbar mit einem im Röhrchen angeordneten Ansaugkolben
verbunden sein; das Trennelement kann aber auch unter Gleitreibung mit der Röhrchenwand
frei bewegbar im Röhrchen eingesetzt sein.
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Mit einem derartigen erfindungsgemäßen Trennröhrchen können Komponenten
aus den verschiedenartigsten Flüssigkeiten, insbesondere Korperflüssigkeiten wie
Blut in einzelne Komponenten auf einfache Weise getrennt werden. Nach der Befüllung
des Trennröhrchens mit der Flüssigkeit wandert unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft
die schwerere Komponente in Richtung auf den Röhrchenboden, wobei das frei bewegbar
im Röhrchen befindliche Trennelement aufgrund seines gegenüber der schwereren Komponente
leichteren spezifischen Gewichtes sich allmählich
an die Stelle
der sich ebenfalls allmählich ausbildenden Grenzschicht zwischen schwererer und
leichterer Komponente bewegt. Die Komponenten treten durch den Ringspalt durch,
der zwischen Röhrchenwand und Trennelement gebildet wird.
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Selbst wenn der Außendurchmesser des Trennelementes gleich dem Innendurchmesser
des Röhrchens ist, tritt beim Zentrifugieren, insbesondere bei Verwendung von aus
Kunststoff gefertigten Röhrchen eine derartige Wanderung der Komponenten durch den
Ringspalt auf, da das Röhrchen unter Einwirkung der Zentrifugalkraft geringfügig
gestaucht wird und damit seinen Innendurchmesser vergrößert. Nach beendetem Zentrifugieren
nimmt das Röhrchen wieder seinen ursprünglichen Durchmesser an und klemmt das Trennelement
in der angenommenen Lage zwischen den beiden Komponenten fest oder wirkt zumindest
einem weiteren Flüssigkeitsaustausch oder einer Einstellung des Sedimentationsgleichgewichtes
entgcgen.
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Bei der einen bevorzugten Ausbildung, bei der das Trennelement lösbar
mit einem Verschlußstopfen für das Trennröhrchen verbunden ist, wird das Röhrchen
nach dem Füllen mit diesem Stopfen verschlossen, wobei gleichzeitig das Trennelement
eingebracht wird. Bei Beginn des Zentrifugierens bleiben Trennelement und Stopfen
noch miteinander verbunden; erst beim Überschreiten einer bestimmten Zentrifugalkraft
löst sich das Trennelement und wandert von der Zentrifugenachse
weg
in Richtung auf den Röhrchenboden. Durch diese Bewegung des Trennelementes wird
der bereits eingesetzte oder sogar schon abgeschlossene Trennvorgang nicht gestört,
da während dieser Bewegung noch die volle Zentrifugalkraft einwirkt.
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Analog kann auch das Trennelement lösbar mit einem im Röhrchen angeordneten
Ansaugkolben verbunden sein, so daß nach Beendigung des Ansaügvorganges und Verschließen
des Röhrchens dieses ohne weiteres Umfüllen der angesaugten Flüssigkeit in die Zentrifuge
eingesetzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Trennelement ist vorzugsweise als Zylinderkörper
ausgebildet, der zweckmäßigerweise nach innen und/oder außen gewölbte Stirnflächen
besitzen kann. Das Trennelement kann ferner seitliche Führungsrippen oder Stege
aufweisen, um ein Verkanten während des Zentrifugierens zu verhindern.
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Ferner ist es bei einer anderen Ausführungsform zweckmäßig, wenn das
Trennelement eine seitlich umlaufende Manschette aus elastischem Material aufweist,
die vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfmantels hat, dessen theoretische Kegelspitze
auf den Röhrchenboden zeigt. Hierdurch wird erreicht, daß das allmählich in Richtung
auf den Röhrchenboden wandernde Trennelement die leichtere Komponente zwischen Manschette
und Röhrcheninnenwand durchtreten läßt, während bei einer entgegengesetzt
gerichteten
Bewegung die Manschette durch den auftretenden Flüssigkeitsdruck an die Röhrchenwand
gedrückt und somit eine entgegengesetzte Bewegung des Trennelementes gehindert wird.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung kann das Trennelement
eine seitlich umlaufende Manschette aus Filtermaterial besitzen, um insbesondere
bei einer dispersen Phase die schwerere Komponente zurückzuhalten.
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Bei einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung kann zur
Verbesserung der Dichtwirkung zwischen Trennelement und Röhrcheninnenwand das Trennelement
einen Raum zur Aufnahme von Dichtungsmasse besitzen, wobei vorzugsweise dieser Raum
auf der dem Röhrchenende abgewandten Seite liegt und durch einen oder mehrere auf
der Stirnseite umlaufende, vorzugsweise kreisförmige Stege mit Unterbrechungen gebildet
ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann oberhalb des Trennelementes ein Dichtungsmasse
enthaltender Behälter mit einer unter Zentrifugalkraft Dichtungsmasse abgebenden
Austrittsöffnung vorgesehen sein. Vorzugsweise wird als Dichtungsmasse eine Silikonpaste
verwendet, deren spezifisches Gewicht gleich oder um ein geringes größer als das
des Trennelementes aber kleiner als das der zu trennenden schwereren Komponente
ist.
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Bei beiden Ausführungsformen wandert die Dichtungsmasse entweder aus
der Vertiefung in der Stirnseite des Trennelementes oder aus dem oberhalb des Trennelementes
angeordneten Behälter langsam zum Ring spalt zwischen Trennelement und Innenwand
des Röhrchens und dichtet die beiden getrennten Phasen voneinander zusätzlich ab.
Eine derartige Abdichtung wird vorzugsweise bei Trennröhrchen vorgesehen, bei denen
das Trennelement lösbar mit dem Verschlußstopfen oder dem Ansaugkolben verbunden
ist, also bei Trennröhrchen, bei denen das Trennelement erst nach teilweise oder
vollständig erfolgter Komponententrennung oder Phasenbildung beispielsweise durch
Verstärkung der Zentrifugalkraft sich von dem Verschlußstopfen oder Ansaugkolben
gelöst hat.
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Die lösbare Verbindung zwischen Trennelement und Stopfen bzw.
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Ansaugkolben kann beliebig gewählt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht diese Verbindung aus kongruent an beiden Teilen vorgesehenen planen oder
gewölbten Haftflächen oder aus Verriegelungsanordnungen. Die Verriegelungsanordnung
besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Aussparung und einen in
diese Aussparung eingreifenden, vorspringenden Zapfen oder Streifen. Dieser Zapfen
kann im Endbereich eine Verdickung aufweisen, wobei in der Aussparung eine dazu
komplementär geformte Vertiefung vorgesehen ist.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße
Trennröhrchen so ausgebildet, daß unterhalb des Trennelementes ein mit diesem in
Eingriff bringbarer Schwimmkörper angeordnet ist, dessen spezifisches Gewicht zwischen
den der zu trennenden Komponenten liegt und gegenüber dem des Trennelementes größer
oder gleich ist. Vorzugsweise hat bei dieser Ausführung das Trennelement eine Durchtrittsöffnung,
die durch den Schwimmkörper verschließbar ist.
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Zweckmäßig ist die Durchtrittsöffnung eine mittig im Trennelement
angebrachte axiale Bohrung, die vorzugsweise mit einem Vorratsraum verbunden ist
oder selber als solcher dient. Durch eine derartige Anordnung wirkt der Schwimmkörper,
dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Röhrchens ist, als
Vortrennelement. Die leichtere Flüssigkeit tritt am Schwimmkörper vorbei und durch
die Durchtrittsöffnung des Trennelementes hindurch, so daß ein ungehinderter Austausch
der Komponenten und eine Einstellung des Sedimentationsgleichgewichtes so lange
ermöglicht wird, bis der Schwimmkörper praktisch auf der schwereren Komponente schwimmt
und der eigentliche Trennkörper auf diesen Schwimmkörper gedrückt wird, wobei sich
die Durchtrittsöffnung endgültig verschließt.
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Trennelement und Schwimmkörper können vorzugsweise über Haftflächen
oder Verriegelungsanordnung miteinander verbindbar sein, die ähnlich ausgebildet
sein können, wie die Verriegelungsanordnungen
zwischen Trennelement
und Stopfen bzw.
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Trennelement und Ansaugkolben.
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Vorzugsweise besitzt das Trennelement auf der dem Röhrchenende zugewandten
Stirnfläche eine nach innen gewölbte Fläche, in die eine entsprechend nach außen
gewölbte Fläche des Schwimmkörpers eingreift, wobei der Schwimmkörper auf seiner
dem Röhrchenende abgewandten Seite eine in die axiale Bohrung des Trennelementes
dichtend eingreifende Nase bzw. einen Vorsprung besitzt.
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Bei einer weiteren Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Trennröhrchens
können zur Trennung von mehr als zwei Komponenten mehrere Trennelemente vorgesehen
sein, deren spezifisches Gewicht bei den jeweils näher am Röhrchenboden angeordneten
Trennelementen etwas größer ist als bei den entfernter angeordneten Trennelementen.
Nach durchgeführter Zentrifugaltrennung hat man dann die verschiedenen Komponenten
jeweils in den einzelnen Kammern, die durch Trennelemente bzw. Trennelemente mit
Schwimmelement voneinander getrennt sind.
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Bei einer weiteren Ausbildungsform kann die dem Röhrchenboden abgewandte
Stirnfläche des Trennelementes eine Vertiefung zur Aufnahme der leichteren Komponente
besitzen; dieses ist
besonders dann zweckmäßig, wenn das Trennröhrchen
zum Trennen von Blut verwendet wird. Hierbei bildet sich als Mittelschicht oberhalb
der Blutkörperchen und unterhalb der Plasmaschicht ein volumenmäßig kleinerer Anteil
einer im wesentlichen aus Thrombozyten und Leukozyten bestehenden Schicht, die nach
Entfernung der oberen Flüssigkeitsschicht beispielsweise durch die Bohrung im Trennelement
aus der Vertiefung abpipettiert werden kann.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert
werden; es zeigen: Fig. la bis 1c eine schematische Darstellung der Wirkungsweise
des erfindungsgemäßen Trennröhrchens.
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Fig. 2 einen Schnitt durch den oberen Teil eines Trennröhrchens, bei
dem das Trennelement lösbar mit dem Verschlußstopfen verbunden ist.
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Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein Trennelement mit umlaufender Manschette.
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Fig. 4 einen Teilschnitt durch ein Trennröhrchen, bei dem däs Trennelement
lösbar mit einem im Röhrchen angeordneten Ansaugkolben verbunden ist.
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Fig. 5 einenSchnitt durch eine weitere Ausbildung eines Trennelementes
mit Vertiefung auf einer Stirnseite.
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Fig. 6 eine Darstellung eines Trennelementes mit einem Dichtungsmasse
enthaltenden Behälter.
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Fig. 7 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Trennröhrchen mit
Trennelement.
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Fig. 8 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Trennröhrchen mit
Trennelement und Schwimmkörper.
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Fig. 1a bis 1c zeigen die Wirkungsweise bei Verwendung des erfindungsgemäßen
Trennröhrchens. Die Trennröhrchen sind in horizontaler Lage dargestellt, das heißt
in einer Lage, wie sie häufig in Zentrifugen eingenommen wird. Das Trennröhrchen
2 ist zu Beginn mit dem Verschlußstopfen 4 verschlossen, wobei an der Unterseite
des Verschlußstopfens 4 über ein Verbindungselement 8 ein Trennelement 6 in Form
eines zylindrischen Körpers angebracht ist. Die beiden zu trennenden Phasen sind
durch Striche bzw. Punkte wiedergegeben, wobei mit den Strichen die flüssige Phase
und mit den Punkten eine darin dispergierte schwerere beispielsweise feste Phase
angedeutet ist. Fig. 1b zeigt den Zustand, der sich nach gewisser Einwirkungszeit
der Zentrifugalkraft einstellt,
wobei sich das Trennelement 6 von
dem Verbindungselement 8 gelöst hat und bereits eine teilweise Trennung der beiden
Phasen erfolgt ist. Beim weiteren Zentrifugieren tritt die flüssige Phase an dem
Trennelement 4 vorbei, welches selber in Richtung auf den Röhrchenboden gleitet
und hier quasi auf der schwereren Phase schwimmt.
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Derartige Trennelemente 6 können aus beliebigen Werkstoffen, insbesondere
Glas oder Kunststoff bestehen; sie können massiv, hohl oder mit Zusatzgewichten
angefüllt sein. Bei der Trennung von Blut wird vorzugsweise ein Trennelement aus
Polystyrol verwendet, das ein spezifisches Gewicht von 1,05 besitzt, also leichter
ist als die Erythrozytenschicht mit einem spezifischen Gewicht von 1,09 und etwas
schwerer ist als die Plasma- bzw. Serumschicht, deren spezifisches Gewicht 1,04
bis 1,045 beträgt.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausbildung ist der Verschlußstopfen 4
etwas anders, nämlich über den Rand des Trennröhrchens 2 greifend ausgebildet. Das
Trennelement hat hier als Verbindungselement einen Zapfen 14, der in eine entsprechende
Aussparung eingreift. Das Trennelement ist ferner durch Stege 10 gegen ein Verkanten
innerhalb des Trennröhrchens geschützt.
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Als Trennelement können die verschiedensten Vorrichtungen dienen,
wie beispielsweise plan geschliffene oder gewölbte Haftflächen, Haftflächen mit
einem Haftmittel oder Verriegelungsanordnungen in Form von Nasen, Vorsprüngen, Klettenverschlüssen
und dergleichen.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform des Trennelementes 6 ist
eine umlaufende Dichtmanschette 12 vorgesehen, die insbesondere nach Beendigung
des Zentrifugierens ein Rückwandern des Trennelementes verhindern soll.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist das Trennröhrchen an einem
Ende mit einem Ansaugkolben 16 und am anderen Ende mit einem Ansatz 18 für eine
Injektionsnadel versehen. Am Kolben 16 ist wiederum mit einem Verbindungselement
das Trennelement 6 befestigt. Das Trennelement 6 kann gleichermaßen auch am Ansatz
18 für die Injektionsnadel befestigt sein. Mit einem derartigen Trennröhrchen kann
man beispielsweise nach Aufsetzen der Injektionsnadel Blut entnehmen, anschließend
den Ansatz 18 entfernen und durch ein Verschlußelement ersetzen und nach Entfernung
der Kolbenstange dieses Trennröhrchen unverändert direkt in der Zentrifuge einsetzen.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausbildung ist ein Raum 20 für Dichtungsmasse
vorgesehen, die als hochviskose Paste vorher
eingegeben wird und
während des Zentrifugierens über einen Austrittskanal 22 als Dichtmasse zwischen
Wand und Trennelement austritt. Selbstverständlich ist es möglich, den Raum für
Dichtungsmasse auch an anderer Stelle im Trennelement vorzusehen; beispielsweise
kann die Dichtungsmasse etwas leichter als die schwerere Komponente sein, und sie
wird dann durch den Ring spalt zwischen Trennelement und Röhrchenwand durchgepreßt.
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Eine andere Ausbildungsform zur Abdichtung mit Silikonpaste ist in
Fig. 6 gezeigt. Hier besitzt das Trennelement 6 kreisförmig umlaufende Stege mit
Durchbrechungen. Oberhalb des Trennelementes 6 ist ein Behälter 26 mit Dichtungsmasse
angeordnet, der in der leichteren Flüssigkeit schwimmt und beim Zentrifugieren Silikonpaste
abgibt, die in den von Stegen umgrenzten Raum eintritt und von dort aus den Durchbrechungen
zwischen den Stegen in den Ring spalt zwischen Trennelement und Glasröhrchen dichtend
auswandert. Diese Stege können aus mehreren Ringstegen mit versetzten Durchbrechnungen
bestehen, um dadurch das Abfließen der Dichtungsmasse zu verlangsamen.
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Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform besitzt das Trennelement
6 eine Durchbohrung 28 und eine umlaufende Dichtmanschette 32. Unterhalb des Trennelementes
befindet sich ein Schwimmkörper 34, dessen spezifisches Gewicht zwischen
den
Gewichten der zu trennenden Komponenten liegt, wobei ferner das spezifische Gewicht
des Schwimmkörpers gegenüber dem des Trennelementes größer oder gleich ist. Das
Schwimmelement 34 schwimmt praktisch auf der schwereren Komponente, wobei noch vorhandenes
leichteres Material nach oben durch die Bohrung 28 durchtritt. Nach beendeter Zentrifugentrennung
wird das Trennelement 6 auf den Schwimmkörper gedrückt, so daß der Zapfen 36 in
die Bohrung 28 eingreift und die beiden Räume mit den verschieden schweren Komponenten
abdichtet. Der Zapfen 36 kann noch eine Verdickung zur besseren Verriegelung haben.
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Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführung eines Trennkörpers ist in der
Bohrung ein vergrößerter Raum 30 freigelassen, in dem sich eine mittelschwere Komponente
ansammeln kann.
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Dies ist bei der Bluttrennung von besonderer Bedeutung, um den volumenmäßig
kleineren Anteil einer im wesentlichen aus Thrombozyten und Leukozyten bestehenden
Zwischenschicht zu entfernen. Anstelle der Bohrung kann auch ein Kapillarröhrchen
eingesetzt werden, um die in dem Röhrchen haftende Schicht mittleren Gewichtes zu
entnehmen.