DE3500556C2 - Zentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der im Labormaßstab erfolgenden Verarbeitung kleiner Flüssigkeitsmengen werden allgemein Zentrifugen benutzt, in die die zu zentrifugierende Flüssigkeitsmenge in einem Reagenzglas eingesetzt wird. Das Einbringen der Flüssigkeitsmenge in das Reagenzglas und das Entfernen ihrer Komponenten aus demselben nach erfolgtem Zentrifugieren geschehen hierbei in der Hauptsache als Handarbeit. Man kennt zuvor auch zur Verarbeitung größerer Flüssigkeitsmengen vorgesehene Zentrifugierapparaturen, in denen die Räume, in denen die Teilung der Flüssigkeit in Komponenten stattfindet, mit Leitungen ausgerüstet sind, durch die man die Flüssigkeit in die besagten Räume einführen und ihre Komponenten nach beendetem Zentrifugieren aus denselben entfernen kann. Man hat mit derartigen Apparaturen u. a. Blut zum Trennen des wertvollen Blutplasmas von den roten und weißen Blutkörperchen verarbeitet.

Die US 41 11 355 zeigt eine gattungsgemäße Zentrifuge. Im Betrieb verschieben sich O-Ringe und geben eine Verbindung zwischen benachbarten Räumen frei.

Zum Entleeren der einzelnen Räume muß der Rotor geöffnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, selektive Entleerung bei geschlossenem Rotor zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 von oben gesehen eine Zentrifuge mit nebeneinanderliegenden, in der Hauptsache ringförmigen Räumen, in denen die Zerlegung der Flüssigkeit in ihre Komponenten stattfindet,

Fig. 2 der Schnitt II-II aus Fig. 1 ist,

Fig. 3 der Schnitt III-III aus Fig. 1 ist,

Fig. 4 in größerem Maßstab die Enden der nebeneinanderliegenden Räume der Zentrifuge sowie der an diese anschließenden Zu- und Abführleitungen gemäß einer zweiten Ausführung und

Fig. 5 in größerem Maßstab einen Schnitt durch die zur Zentrifuge gehörenden nebeneinanderliegenden Räume gemäß einer dritten Ausführung.

In Fig. 1-3 ist eine zum Verarbeiten von Flüssigkeitsmengen im Labormaßstab vorgesehene Zentrifuge wiedergegeben, bestehend aus einem um seine Achse 1 rotierbaren scheibenähnlichen Körper 2, dessen Halbmesser in der Größenordnung 3,5 cm liegt. Die zu dem Körper 2 gehörende Räume 3, 4, in denen die Zerlegung der Flüssigkeitsmenge in ihre Komponenten mit verschiedener Dichte stattfindet, bestehen aus ineinanderliegenden, an einer Stelle 5 unterbrochenen Ringen, die im Randteil des Körpers 2 liegen und deren Mittelpunkt die Achse 1 des Körpers 2 ist. Die Räume 3, 4 sind in ihrem Querschnitt napfähnlich, und zwischen dem inneren Raum 3 und dem äußeren Raum 4 befindet sich ein ringförmiger Kamm 6, über dem ein die Räume auf ihrer gesamten Länge verbindender Spalt 7 entsteht. Das Zentrifugieren erfolgt, indem man den Körper 2 rotiert, wobei die Komponente der Flüssigkeit mit geringerer Dichte sich im inneren Raum 3 sammelt und diejenige mit höherer Dichte im äußeren Raum 4.

Um die zu verarbeitende Flüssigkeitsmenge in die Räume 3, 4 hineinzuleiten und um ihre Komponenten nach erfolgtem Zentrifugieren aus denselben zu entfernen, ist der Körper 2 mit Zu- und Abführleitungen ausgerüstet, die sich an den Körper axial auf dessen einander gegenüberliegenden Seiten anschließen. Die Zuführleitung umfaßt eine rohrförmige an den Körper 2 fest angefügte Leitung 8, die zur Achse 1 des Körpers 2 parallel ist, sowie in der Fortsetzung zu dieser eine Leitung 9, die im Inneren des Körpers radial zu den Räumen 3, 4 läuft. Das Ende der Zuführleitung liegt gemäß Fig. 1 am einen Ende 10 des inneren Raums 3. Entsprechendermaßen umfaßt die Abführleitung eine fest an den Körper 2 angeschlosene, zur Achse 1 des Körpers 2 parallele rohrförmige Leitung 11 sowie in der Fortsetzung einen im Inneren des Körpers in radialer Richtung zu den Räumen 3, 4 laufende Leitung 12. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß sich die Abführleitung an das dem vorerwähnten Ende 10 gegenüberliegende Ende 13 des inneren Raums 3 anschließt.

Die zu den Zu- und Abführleitungen gehörenden rohrförmigen Leitungen 8, 11, die sich fest an den Körper 2 anschließen und somit während des Zentrifugierens mit ihm zusammen rotieren, sind an die stationären Leitungsteile 14, 15 auf verschiedenen Seiten des Körpers 2 angeschlossen, indem die Teile 14, 15 und die Leitungen 8, 11 an den Anschlußstellen wie in Fig. 2 gezeigt ineinander gesteckt sind. Das Material der rotierenden Leitungen 8, 11, die an der Anschlußstelle innen liegen, ist Metall, und das Material der stationären Teile 14, 15, die an den Anschlußstellen außen liegen, ist ein Fluoropolymer, womit die Anschlußverbindungen sich infolge des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Fluoropolymers unter Einwirkung der Reibungswärme lockern, wenn der Körper 2 rotiert. Aus diesem Grunde sind die Anschlußverbindungen dem Rotieren des Körpers 2 in keiner Weise hinderlich, und da die Lineargeschwindigkeit zwischen den Metall- und Polymerteilen an der Anschlußstelle infolge des kleinen Durchmessers (etwa 1 mm) der Teile trotz der hohen Drehzahlen (größenordnungsmäßig 100 r/s) des Körpers 2 gering ausfällt, kann an den Anschlußstellen auch kein merklicher Verschleiß eintreten. Wenn der Körper 2 stillgesetzt wird, werden die Anschlußverbindungen mit der Abkühlung der Teile automatisch dicht, und man kann dann durch dieselben hindurch die erforderlichen Flüssigkeitstransporte sowie die Reinigung der konzentrischen Räume 3, 4 im Körper durchführen.

Der Rotationsantrieb des Körpers 2 ist in der hier dargestellten Zentrifuge mit Riemenantrieb gelöst worden. Für den Riemen 16 ist am Körper 2 ein runder Vorsprung 17 vorgesehen, der eine Rille 18 für den Riemen 16 aufweist.

Die Anwendung der dargestellten Zentrifuge geschieht, indem man die Räume 3, 4 im Körper 2 mit der zu zentrifugierenden Flüssigkeitsmenge füllt, die in die Räume durch die Leitungen 8, 9 eingeführt wird. Der Körper 2 wird hiernach in Rotation versetzt, wobei sich die schwerere Komponente der Flüssigkeit unter Fliehkraftwirkung im äußeren Raum 4 sammelt, während die leichtere Komponente sich entsprechendermaßen im inneren Raum 3 sammelt. Nach Stillsetzen des Körpers 2 wird die leichtere Komponente aus dem Raum 3 in die Leitungen 12, 11 mit Hilfe eines zwischen den Zu- und Abführleitungen angelegten Druckunterschies entfernt. Man wählt diesen Druckunterschied so, daß die schwerere Komponente im äußeren Raum 4 während der Entfernung der leichteren Komponente durch Einfluß der im Spalt 7 zwischen den Räumen 3 und 4 wirksamen Oberflächenspannung auf der Stelle bleibt. Das Entfernen der Komponente im äußeren Raum 4 erfolgt hiernach, indem man den Druckunterschied zwischen den Zu- und Abführleitungen so weit steigert, daß der Druck die im Spalt 7 wirksame Oberflächenspannung überwindet und die im äußeren Raum 4 befindliche Flüssigkeit in den inneren Raum 3 und weiter in die Abführleitung drückt.

Die ineinanderliegenden Räume 3, 4 der erfindungsgemäßen Zentrifuge sind in den Fig. 1-3 der Klarheit halber möglichst einfach dargestellt. Fig. 4 und 5 zeigen eine von den Fig. 1-3 abweichende Formgebung der Enden der Räume 3, 4 sowie eine Querschnittsform der Räume, wo man versucht hat, solche Ecken zu eliminieren, in denen Flüssigkeit stehen bleibt und das Reinigen und Trocknen der Räume erschweren könnte. In der Formgebung der Räume 3, 4 gemäß Fig. 5 ist desweiteren der Umstand wesentlich, daß der Scheitel des Kamms 6 zwischen den Räumen auf der Höhe der obersten Teile dieser Räume liegt, so daß der über dem Kamm liegende, die Räume miteinander verbindende Spalt 7 höher als die Räume liegt. Der innere Raum 3 und der äußere Raum 4 haben im Fassungsvermögen hier ein Verhältnis etwa 1 : 2, der Proportion zwischen den Mengen von Blutplasma und roten und weißen Blutkörperchen im Blut entsprechend.

Claims (10)

1. Zentrifuge zum Verarbeiten von Flüssigkeitsmengen im analytischen Maßstab, mit einem um seine Achse (1) rotierbaren Körper (2), der zwei nebeneinanderliegende Räume (3, 4) mit Kreisbogenform, umfaßt, in denen die Zerlegung der Flüssigkeitsmenge in Komponenten mit verschiedener Dichte stattfindet und die in verschiedenem Abstand von der Achse (1) liegen und durch einen schmalen Spalt (7) hindurch miteinander so kommunizieren, daß bei Rotation des Körpers schwerere Komponenten der Flüssigkeitsmenge sich in dem weiter von der Achse (1) abliegenden Raum (4) und leichtere Komponenten in dem Raum (3) näher bei der Achse (1) sammeln, sowie aus Leitungen (8, 9, 11, 12), durch welche die Flüssigkeitsmenge in die besagten Räume eingeleitet und ihre Komponenten aus denselben entfernt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (7) derart ausgebildet ist, daß nach Entleeren des einen Raumes (3) durch eine Leitung (12) die Flüssigkeit im anderen Raum (4) infolge der im Spalt (7) herrschenden Oberflächenspannung in diesem Raum (4) verbleibt.

2. Zentrifuge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume (3, 4) als ineinanderliegende, an einer Stelle (5) unterbrochene Ringe ausgebildet sind, wobei die Achse (1) des Körpers (2) den Mittelpunkt der Ringe ausmacht.

3. Zentrifuge gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Körper (2) scheibenartig ist, die parallelen, kreisbogenförmigen Räume (3, 4) in der Randpartie des Körpers liegen und Leitungen (8, 9, 11, 12) für die Flüssigkeit bzw. für ihre Komponenten im Inneren des Körpers radial zu den Räumen (3, 4) in der Randpartie laufen und axiale Anschlüsse aufweisen.

4. Zentrifuge gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (2) eine Zuführleitung umfaßt, die sich an den Körper axial auf einer Seite davon anschließt, sowie eine Abführleitung, die einen ebensolchen axialen Anschluß auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers hat, und daß jede von diesen beiden Leitungen zum Körper gehörende und mit demselben rotierenden Leitungen (8, 11) sowie in deren Fortsetzung einen stationären Leitungsteil (14, 15) umfaßt, wobei diese Teile (14, 15) und die Leitungen (8, 11) an ihrer Anschlußstelle ineinander stecken und ihr Material derart gewählt ist, daß der an der Anschlußstelle außen liegende Teil einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der innenliegende Teil hat.

5. Zentrifuge gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem Körper (2) gehörende und mit demselben rotierende Leitung (8, 11) aus Metall besteht und an der Anschlußstelle innen liegt, und daß der statinäre Teil (14, 15), der an der Anschlußstelle außen liegt, aus Fluoropolymer besteht.

6. Zentrifuge gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den nebeneinanderliegenden Räumen (3, 4) mit Kreisbogenform ein in entsprechender Weise gekrümmter Kamm (6) befindet, über dem sich ein die Räume (3, 4) im wesentlichen auf deren gesamter Länge verbindender Spalt (7) befindet.

7. Zentrifuge gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume (3, 4) napfähnlichen Querschnitt haben.

8. Zentrifuge gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel des Kamms (6) im wesentlichen auf gleicher Höhe mit den obersten Teilen der Räume (3, 4) liegt, so daß der Spalt (7) höher als die besagten Räume (3, 4) liegt.

9. Zentrifuge gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (9, 12) an die einander gegenüberliegenden Enden (10, 13) des inneren, d. h. der Achse (1) des Körpers (2) näher liegenden Raums (3) angeschlossen sind.

10. Zentrifuge gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fassungsvermögen des inneren Raums (3) und des äußeren Raums (4) etwa 1 : 2 beträgt.