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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidkammer, ein Verfahren und
ein Schlauchset für
das Trennen von Partikeln von einer Flüssigkeit. Die Erfindung hat
in Verbindung mit der Trennung von Blutbestandteilen besondere Vorteile.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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In
vielen verschiedenen Gebieten müssen Flüssigkeiten,
die Partikelsubstanzen transportieren, filtriert oder aufbereitet
werden, um entweder eine gereinigte Flüssigkeit oder ein gereinigtes
Partikel-Endprodukt zu erhalten. Im weitesten Sinn ist ein Filter
jede Vorrichtung, die Partikel aus einer Substanz entfernen oder
von dieser trennen kann. Daher ist der Begriff „Filter", so wie er hier verwendet wird, nicht
auf ein poröses
Medienmaterial beschränkt, sondern
schließt
viele verschiedene Arten von Prozessen ein, bei denen Partikel entweder
voneinander oder von einer Flüssigkeit
getrennt werden.
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Im
Gebiet der Medizin ist es oft erforderlich, Blut zu filtrieren.
Vollblut besteht aus verschiedenen flüssigen Bestandteilen und Partikelbestandteilen. Manchmal
werden die Partikelbestandteile als „zelluläre Elemente" bezeichnet. Der Flüssigkeitsanteil von Blut besteht
hauptsächlich
aus Plasma, und die Partikelbestandteile schließen rote Blutkörperchen
(Erythrozyten), weiße
Blutkörperchen
(einschließlich Leukozyten)
und Blutplättchen
(Thrombozyten) ein. Diese Bestandteile haben zwar ähnliche
Dichten, ihr durchschnittliches Dichteverhältnis ist aber in der Reihenfolge
absteigender Dichte wie folgt: rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen,
Blutplättchen
und Plasma. Ferner ist das Größenverhältnis der
Partikelbestandteile in der Reihenfolge abnehmender Größe wie folgt:
weiße
Blutkörperchen,
rote Blutkörperchen und
Blutplättchen.
Die Größe der roten
Blutkörperchen
kann aber variieren, da die roten Blutkörperchen abhängig von
der Hypotonizität
oder Hypertonizität
einer Flüssigkeit
wie Plasma, in dem die roten Blutkörperchen verteilt sind, ihre
Größe osmotisch ändern. Wenn
die Hypotonizität
von Plasma zunimmt, werden die roten Blutkörperchen osmotisch größer. Wenn
umgekehrt die Hypertonizität
des Plasmas zunimmt, werden die roten Blutkörperchen osmotisch kleiner.
Die meisten derzeitigen Reinigungsvorrichtungen stützen sich
auf Dichten- und
Größenunterschiede
oder Oberflächenchemie-Eigenschaften,
um die Blutbestandteile zu trennen und/oder zu filtrieren.
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Zahlreiche
therapeutische Behandlungen erfordern, dass Gruppen von Partikeln
aus dem Vollblut entfernt werden, bevor einem Patienten entweder flüssige Bestandteile
oder Partikelbestandteile infundiert werden können. Krebspatienten benötigen zum Beispiel
nach Unterziehen einer ablativen Therapie, nach Chemotherapie oder
Bestrahlungstherapie häufig
Blutplättchentransfusionen.
Bei diesem Vorgang wird gespendetes Vollblut aufbereitet, um Blutplättchen zu
entnehmen, und diese Blutplättchen werden
dann dem Patienten infundiert. Wenn aber ein Patient zuviel fremde
weiße
Blutkörperchen
als Verunreinigung bei einer Blutplättchentransfusion erhält, kann
der Körper
des Patienten die Blutplättchentransfusion
abstoßen,
was zu einer Reihe schwerwiegender Gesundheitsrisiken führt.
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Gespendete
Blutplättchen
werden typischerweise mit Hilfe einer Zentrifuge von anderen Blutbestandteilen
abgetrennt oder geerntet. Die Zentrifuge dreht ein Blutdepot, um
die Bestandteile im Depot mit Hilfe der Zentrifugalkraft zu trennen.
Bei Betrieb dringt Blut in das Depot, während es bei sehr hoher Geschwindigkeit
dreht, und die Zentrifugalkraft schichtet die Blutbestandteile,
so dass bestimmte Bestandteile separat entnommen werden können. Zentrifugen
sind beim Trennen von Blutplättchen
von Vollblut wirksam, typischerweise können sie aber nicht alle weißen Blutkörperchen
von den Blutplättchen
trennen. Bisher waren Bluttrennungs- und Zentrifugiereinrichtungen typischerweise
nicht in der Lage, konsequent (99% der Zeit) ein Blutplättchenerzeugnis
herzustellen, das den „leukozytenarmen" Standard von weniger
als 5 × 106 weiße
Blutkörperchen
pro mindestens 3 × 1011 gesammelte Blutplättchen erfüllt.
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Da
typische Sammelprozesse von Blutplättchen mit Hilfe von Zentrifugen
nicht konsequent und zufrieden stellend weiße Blutkörperchen von Blutplättchen trennen
können,
werden andere Prozesse zusätzlich
verwendet, um die Ergebnisse zu verbessern. Bei einem Vorgehen werden
nach dem Zentrifugieren die Blutplättchen durch einen porösen gewebten
oder nicht gewebten Schichtfilter geleitet, der eine modifizierte
Oberfläche
haben kann, um die weißen
Blutkörperchen
zu entfernen. Die Verwendung des porösen Filters bringt aber eine
Reihe eigener Probleme mit sich. Herkömmliche poröse Filter können ineffizient sein, da sie
etwa 5–20%
der Blutplättchen
ständig
entfernen oder zurückhalten.
Diese herkömmlichen
Filter können
auch die „Lebensfähigkeit der
Blutplättchen" reduzieren, was
heißt,
dass nach Passieren eines Filters ein Prozentsatz der Blutplättchen nicht
mehr richtig funktioniert und teilweise oder völlig aktiviert ist. Ferner
können
poröse
Filter das Freisetzen von Brandykinin verursachen, was bei einem
Patienten zu hypotonen Episoden führen kann. Poröse Filter
sind zudem teuer und erfordern häufig zusätzliche
zeitaufwändige
manuelle Arbeit für
das Ausführen
eines Filtrierprozesses.
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Zwar
sind poröse
Filter bei der Entnahme einer erheblichen Anzahl weißer Blutkörperchen
wirksam, doch haben sie Nachteile. Nach dem Zentrifugieren und vor
dem porösen
Filtern muss zum Beispiel eine gewisse Zeit verstreichen, um den
aktivierten Blutplättchen
Zeit zur Umwandlung in einen deaktivierten Zustand zu geben. Andernfalls
neigen die aktivierten Blutplättchen
dazu, den Filter zu verstopfen. Daher ist die Verwendung von porösen Filtern
in on-line-Prozessen nicht praktikabel.
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Ein
weiterer Trennprozess ist ein als zentrifugale Elutriation bekannter
Vorgang. Dieser Prozess trennt in einem flüssigen Medium schwebende Blutkörperchen
ohne Verwendung eines Membranfilters. Bei einer üblichen Form von Elutriation
wird ein Zell-Batch in einen Strom von flüssiger Elutriationspufferlösung eingebracht.
Diese Flüssigkeit,
welche den Zell-Batch in Suspension enthält, wird dann in eine in einer
sich drehenden Zentrifuge angeordnete trichterförmige Kammer eingeleitet. Wenn
zusätzliche
flüssige
Pufferlösung
durch die Kammer fließt, befördert die
Flüssigkeit
kleiner bemessene, langsamer sedimentierende Zellen hin zu einer
Elutriationsgrenze in der Kammer, während größere, schneller sedimentierende
Zellen hin zu einem Bereich der Kammer mit der größten Zentrifugalkraft
wandern.
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Wenn
die Zentrifugalkraft und die durch den Fluidstrom erzeugte Kraft
ausgewogen sind, wird der Fluidstrom verstärkt, um langsamer sedimentierende Zellen
aus einer Ausgangsöffnung
in der Kammer zu drängen,
während
schneller sedimentierende Zellen in der Kammer zurückgehalten
werden.
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Wenn
der Fluidstrom durch die Kammer zunimmt, können zunehmend größere, schneller
sedimentierende Zellen aus der Kammer entfernt werden.
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Dadurch
trennt die zentrifugale Elutriation Partikel mit unterschiedlichen
Sedimentiergeschwindigkeiten. Das Stoke'sche Gesetz beschreibt die Sedimentiergeschwindigkeit
(SV) eines kugelförmigen Partikels
wie folgt:
wobei r der Radius des Partikels
ist, p
p die Dichte des Partikels ist, p
m die Dichte des flüssigen Mediums ist, η die Viskosität des Mediums
und g die Gravitations- oder zentrifugale Beschleunigung ist. Da
der Radius eines Partikels in der Stoke'schen Gleichung zur zweiten Potenz angehoben
ist und die Dichte des Partikels nicht, beeinflusst die Größe einer
Zelle, nicht ihre Dichte, deren Sedimentiergeschwindigkeit stark.
Dies erklärt,
warum größere Partikel
im Allgemeinen während
einer zentrifugalen Elutriation in einer Kammer bleiben, während kleinere
Partikel freigesetzt werden, wenn die Partikel ähnliche Dichten haben.
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Wie
in dem U.S. Patent Nr. 3,825,175 für Sartory beschrieben, weist
die zentrifugale Elutriation eine Reihe von Einschränkungen
auf. In den meisten dieser Prozesse müssen Partikel in einem Strom
flüssigen
Mediums in separaten diskontinuierlichen Batches eingebracht werden,
um eine ausreichende Partikeltrennung zu ermöglichen. Dadurch gestatten manche
Elutriationsprozesse eine Trennung nur in Partikelbatches und erfordern
ein zusätzliches
flüssiges
Medium für
den Transport der Partikel. Ferner müssen die Strömkräfte exakt
bezüglich
der Zentrifugalkraft ausgewogen sein, um eine korrekte Partikeltrennung
zu erlauben.
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Weiterhin
tritt ein Coriolis-Strahlstrombildungseffekt ein, wenn die Partikel
von einem hohen Zentrifugalfeld hin zu einem niedrigeren Zentrifugalfeld
in eine Elutriationskammer strömen.
Das Fluid und die Partikel kollidieren stürmisch mit einer Innenwand
der Kammer, die der Drehrichtung der Zentrifuge zugewandt ist. Dieses
Phänomen
mischt die Partikel in der Kammer und reduziert die Wirksamkeit des
Trennprozesses. Weiterhin leitet die Coriolis-Strahlstrombildung
einen Strom entlang der Innenwand vom Einlass direkt zum Auslass.
Dadurch strömen
die Partikel um das elutriative Feld herum und kontaminieren so
das Endprodukt.
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Das
Partikelmischen durch Partikeldichteinversion ist ein weiteres Problem,
auf das man bei manchen vorbekannten Elutriationsprozessen trifft. Das
in der Elutriationskammer strömende
Fluid weist eine abnehmende Geschwindigkeit auf, wenn es von einer
Einlassöffnung
hin zu einem Teil der Kammer mit größerem Querschnitt in zentripetaler
Richtung strömt.
Da sich Partikel in einer fließenden
Flüssigkeit
eher in Bereichen mit niedrigerer Fließgeschwindigkeit als in Bereichen
hoher Fließgeschwindigkeit zu
konzentrieren neigen, konzentrieren sich die Partikel nahe des Bereichs
der Kammer mit größerem Querschnitt.
Da die Fließgeschwindigkeit
neben der Einlassöffnung
am größten ist,
ist die Partikelkonzentration dementsprechend in diesem Bereich
geringer. Die Dichteinversion der Partikel erfolgt, wenn die Zentrifugalkraft
die Partikel von der hohen Partikelkonzentration am Teil größeren Querschnitts
hin zur Einlassöffnung drückt. Dieser
Partikelumschlag reduziert die Wirksamkeit der Partikeltrennung
durch Elutriation.
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Neben
roten und weißen
Blutkörperchen, Plasma
und Blutplättchen
enthält
menschliches Blut auch andere Partikelbestandteile wie T-Zellen, Stammzellen
und in manchen Fällen
Tumorzellen. Diese Zellen haben im Wesentlichen ähnliche Dichten, aber andere
Sedimentiergeschwindigkeiten und Größen. Im Allgemeinen sind Stammzellen
größer als
T-Zellen und kleiner als Tumorzellen. Manche Tumorzellen (etwa 30%)
sind aber kleiner als Stammzellen.
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Bekannte
Reinigungsvorrichtungen können peripheres
Blut reinigen, um das, was als periphere Zellsammlung bekannt ist,
für Transfusions-
oder Reinfusionszwecke zu isolieren. Die Sammlung peripherer Zellen
beinhaltet typischerweise vorrangig Plasma, rote Blutkörperchen,
Stammzellen und T-Zellen und kann auch Tumorzellen beinhalten, wenn
das Spenderblut solche Zellen enthält. Zwar ist die Transfusion
entnommener peripherer Zellen eine übliche medizinische Behandlung,
die Transfusion einer großen
Anzahl an T-Zellen oder Tumor-Zellen in einen Patienten kann aber
nachteilige Folgen haben. Das Entfernen von T-Zellen und Tumorzellen
aus gesammelten peripheren Zellen oder Vollblut bevor der Transfusion
ist aber äußerst schwierig.
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Nach
Unterziehen einer Therapie, beispielsweise einer Chemotherapie oder
Bestrahlungstherapie zum Beseitigen krebsartiger Tumorzellen, erhalten
Krebspatienten häufig
eine Transfusion peripherer Zellen oder eine Knochenmarktransfusion,
um die als Nebenwirkung der Behandlung zerstörten Stammzellen zu ersetzen.
Um Risiken in Verbindung mit der Infusion von Blutbestandteilen
eines Fremdspenders zu reduzieren, sind einige dieser Transfusionen
autolog, bei denen die dem Patienten entnommenen Blutbestandteile
später
dem Patienten wieder reinfundiert werden.
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Die
zuerst von Krebspatienten gesammelten Blutbestandteile können krebsartige
Tumorzellen enthalten, die dem Krebspatient dann während der Reinfusion
wieder rückinfundiert
werden. Diese Reinfusion von Tumorzellen kann die Wirksamkeit von Therapiebehandlungen
senken, die auf das Reduzieren krebsartiger Tumore im Körper eines
Patienten abzielen.
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Eine
weitere Art von Transfusion, die als allogene Transfusion bekannt
ist, beinhaltet das Sammeln von Blutbestandteilen von einem Spender
und dann das Infundieren der entnommenen Blutbestandteile in einen
Empfänger,
der nicht der Spender ist. Manchmal aber erlebt der Empfänger einer
allogenen Transfusion eine allgemein als „Graft versus host disease" bekannte Reaktion
(Reaktion des Transplantates auf den Empfänger). Bei der „Graft versus
host disease" erhält der Empfänger mit
der Infusion T-Zellen, die die Blutbestandteile begleiten, und diese „erkennen", dass der Körper des
Empfängers
gegenüber
dem des Spenders „fremd" ist. Diese T-Zellen „greifen" gesunde Zellen im
Körper
des Empfängers
an, statt eine normale immunologische Schutzfunktion zu leisten.
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Frühere Versuche,
vor der Reinfusion Stammzellen von Tumorzellen zu trennen oder Stammzellen
von T-Zellen zu trennen, waren eingeschränkt erfolgreich. Bei einem
Trennverfahren wird ein selektiver Antikörper in eine entnommene Blutbestandteilprobe
eingebracht. Der selektive Antikörper haftet
chemisch an den entnommenen Stammzellen an und „markiert" diese so. Zur Trennung der markierten
Stammzellen von den verbleibenden Blutbestandteilen werden die entnommenen
Blutbestandteile zwischen stationären Perlen, die mit einem Material
beschichtet sind, das mit dem selektiven Antikörper chemisch bindet, geleitet.
Diese chemischen Bindungen halten die markierten Stammzellen an den
Perlen fest, so dass sie aus den verbleibenden Blutbestandteilen
filtriert werden. Zur Entfernung der markierten Stammzellen von
den Perlen wird eine chemische Lösung
durch die Perlen gespült,
um die chemischen Bindungen zwischen dem Material und dem selektiven
Antikörper
zu zerbrechen. Dieser Trennprozess ist aber sehr teuer, mühsam und
zeitaufwändig.
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Die
zentrifugale Elutriation wird verwendet, um Tumorzellen von Stammzellen
oder T-Zellen von Stammzellen zu trennen. Mit den vorbekannten Elutriationsvorrichtungen
ist dies aber zeitaufwändig, schwierig
und von begrenzter Wirksamkeit.
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Aus
diesen und anderen Gründen
ergibt sich die Notwendigkeit, die Partikeltrennung zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Verwendung bei im Wesentlichen dem Beseitigen einer oder mehrerer der
Einschränkungen
und Nachteile des Stands der Technik gerichtet.
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Um
diese und andere Vorteile entsprechend dem Zweck der Erfindung,
wie sie hier ausgeführt und
grob beschrieben wird, zu verwirklichen, wird eine Fluidkammer für das Trennen
von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit an die Hand gegeben,
wobei die Fluidkammer umfasst:
einen Einlass;
einen Auslass;
eine
sich zwischen dem Einlass und dem Auslass erstreckende Wand zur
Bildung eines Fluidkammerinnenraums entlang einer Längsachse
der Fluidkammer, wobei der Innenraum an einer Position zwischen dem
Einlass und dem Auslass eine maximale Querschnittfläche aufweist,
der Innenraum von der Position der maximalen Querschnittfläche hin
zum Einlass zusammenläuft;
und
mindestens eines von einer Nut und einer mindestens einen
Stufe, welche an einer Innenfläche
der Wand für
das Reduzieren der Coriolis-Strahlstrombildung in der Fluidkammer
ausgebildet sind.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner ein Schlauchset vor, welches
umfasst: eine solche Fluidkammer, eine Leitung, die so ausgelegt
ist, dass sie von einem Zentrifugenrotor aufgenommen wird, wobei
die Leitung einen eine Trennkammer für das zentrifugale Trennen
von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit bildenden Teil umfasst,
wobei die Leitung mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass
umfasst, wobei der Leitungsauslass mit dem Fluidkammereinlass in Fluidverbindung
steht, und eine mit dem Auslass der Fluidkammer verbundene Abflussleitung.
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Nach
einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Trennen von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit
an die Hand gegeben, welches den Schritt des Drehens einer Zentrifuge
umfasst, welche einen Zufluss eines Gemisches der Partikelbestandteile
und der Flüssigkeit
hat und eine vorstehende Fluidkammer aufweist, um darin die Partikelbestandteile
von der Flüssigkeit zu
trennen.
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Es
versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung
als auch die folgende eingehende Beschreibung beispielhaft sind
und eine weitergehende Erläuterung
der beanspruchten Erfindung geben sollen. Die Begleitzeichnungen
sind enthalten, um ein tieferes Verständnis der Erfindung zu bieten
und sind in diese Schrift aufgenommen und bilden einen Teil derselben.
Die Zeichnungen dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Zentrifugenvorrichtung gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführung;
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2 ist
eine auseinander gezogen dargestellte Seitenansicht einer in 1 gezeigten
Fluidkammer;
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3 ist
eine teilweise schematische Ansicht der Vorrichtung von 1,
welche eine detaillierte Ansicht der Bauteile der Vorrichtung zeigt;
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4 zeigt
einen Teil eines erfindungsgemäßen Schlauchsets;
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5 zeigt
in schematischer Form ein in einer Fluidkammer gebildetes gesättigtes
Fließbett, wobei
die Fluidkammer ein Bestandteil des Schlauchsets von 4 ist,
das an der Zentrifugenvorrichtung von 1 angebracht
ist;
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6 ist
eine Querschnittansicht einer ersten alternativen Ausführung der
Fluidkammer von 2;
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7 ist
eine Querschnittansicht einer zweiten alternativen Ausführung der
Fluidkammer von 2;
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8 ist
eine Querschnittansicht einer dritten alternativen Ausführung der
Fluidkammer von 2;
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9 ist
eine Querschnittansicht einer vierten alternativen Ausführung der
Fluidkammer von 2;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführung einer Zentrifugenvorrichtung der
Erfindung;
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11 ist
eine schematische Querschnittansicht einer anderen Ausführung der
Zentrifugenvorrichtung der Erfindung;
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12 ist
eine perspektivische Teilansicht der Zentrifugenvorrichtung von 11;
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13 zeigt
eine Trennkammer und eine Fluidkammer in einer anderen Ausführung der
Erfindung;
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14 ist
eine Teilansicht einer Zentrifugenvorrichtung, welche eine Trennkammer
und mehrere Fluidkammern enthält,
in einer weiteren Ausführung der
Erfindung;
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15 ist
ein schematisches Diagramm, welches ein erfindungsgemäßes Schlauchset
zeigt, das den in 4 abgebildeten Teil enthält;
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16 ist
eine Querschnittansicht einer fünften
alternativen Ausführung
der Fluidkammer von 2;
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17 ist
eine Querschnittansicht einer sechsten alternativen Ausführung der
Fluidkammer von 16;
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18 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführung der Erfindung, welche
eine mit einem primären
Substanzbehälter
und Additivbehältern
verbundene Fluidzufuhrleitung enthält;
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19 ist
ein schematisches Teildiagramm einer Zentrifugenvorrichtung, welche
eine Fluidkammer und eine Zusatzfluidkammer gemäß einer Ausführung der
Erfindung aufweist; und
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20 ist
ein schematisches Teildiagramm einer Zentrifugenvorrichtung, welche
eine Fluidkammer und einen Trennkanal gemäß der Erfindung aufweist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungen
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Nun
wird eingehend auf die derzeitigen bevorzugten Ausführungen
der Erfindung eingegangen, die in den Begleitzeichnungen veranschaulicht
sind.
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Eine
erfindungsgemäße Ausführung wird
beschrieben, indem auf eine Verwendung mit einer zweistufigen, dichtungslosen
COBE® SPECTRATM Blutbestandteilzentrifuge Bezug genommen
wird, die von dem Patentnehmer der Erfindung hergestellt wird. Die
COBE® SPECTRATM Zentrifuge enthält eine dichtungslose ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung,
wie sie in dem U.S. Patent Nr. 4,425,112 für Ito offenbart wird. Die COBE® SPECTRATM Zentrifuge verwendet auch einen zweistufigen
Blutbestandteil-Trennkanal, der im Wesentlichen in dem U.S. Patent
Nr. 4,708,712 für
Mulzet offenbart wird. Zwar wird die Ausführung der Erfindung in Kombination
mit der COBE® SPECTRATM Zentrifuge beschrieben, doch soll diese
Beschreibung die Erfindung in keiner Weise beschränken.
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Wie
für den
Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung
bei verschiedenen Zentrifugenvorrichtungen, die häufig zur Trennung
von Blut in seine Bestandteile verwendet werden, vorteilhaft eingesetzt
werden. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung mit einer Zentrifugenvorrichtung
verwendet werden, die eine Bestandteilentnahmeleitung nutzt, beispielsweise
eine Blutplättchenentnahmeleitung
oder bluttplättchenreiche
Plasmaleitung, unabhängig
davon, ob die Vorrichtung einen zweistufigen Kanal oder eine dichtungslose ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung
verwendet.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung für das
Filtrieren erster Partikel aus einer Flüssigkeit an die Hand gegeben,
welche einen Zentrifugenrotor umfasst, der mit einem Motor für das Drehen
des Zentrifugenrotors um eine Drehachse gekoppelt ist. Wie hier
ausgeführt
und in 1 dargestellt, enthält die Zentrifuge 10 einen
Rotor 12. Der Motor 12 weist eine ringförmige Nut
bzw. einen Durchlass 14 auf, der eine offene obere Fläche aufweist,
die dafür
ausgelegt ist, eine Leitung oder einen Kanal 44 eines in 4 gezeigten
Schlauchsets 70 aufzunehmen. Der Durchlass 14 umgibt
die Drehachse 13 des Rotors völlig und ist an einer Innenfläche durch
eine Wand 15 begrenzt, die an einer oberen Fläche 17 des
Rotors 12 angeordnet ist. Ein Motor 16 ist mit
dem Rotor 12 gekoppelt, um den Rotor 12 um die
Drehachse 13 zu drehen. Diese Kopplung wird direkt oder
indirekt durch eine Welle 18 verwirklicht, die mit einem
Arm 19 verbunden ist, der an dem Rotor 12 angebracht ist.
Alternativ kann die Welle 18 durch eine (nicht dargestellte)
Getriebeübersetzung
mit dem Motor 16 gekoppelt sein: ein Mantel 20 ist
an dem Rotor 12 angeordnet, um den Motor 16 und
die Welle 18 zu schützen.
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Erfindungsgemäß ist eine
Halterung für
das Halten einer Fluidkammer an dem Rotor vorgesehen, wobei ein
Auslass der Fluidkammer näher
zur Drehachse als ein Einlass der Fluidkammer angeordnet ist. Wie
hier ausgeführt
und in 1 veranschaulicht kann die Halterung einen Befestigungsbügel 24 für das Halten
einer Fluidkammer 22 an dem Rotor 12 sein, wobei
ein Auslass 32 im Allgemeinen näher zur Drehachse 13 als
ein Einlass 28 angeordnet ist. Die Fluidkammer 22 passt
in den Befestigungsbügel 24, wie
in 1 gezeigt wird. Die Fluidkammer 22 kann an
dem Rotor 12 auch an anderen Stellen befestigt werden,
beispielsweise unter dem Durchlass 14. Die Fluidkammer 22 kann
aus einem transparenten oder durchscheinenden Copolyester-Kunststoff,
beispielsweise PETG, hergestellt sein, um während des Zentrifugenvorgangs
ein Betrachten des Inhalts im Kammerinneren mit Hilfe eines (nicht
dargestellten) optionalen Stroboskops zu ermöglichen.
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Wie
in 2 gezeigt, wird die Fluidkammer 22 durch
Verbinden eines ersten Kammerabschnitts 26, der den Einlass 28 aufweist,
mit einem zweiten Kammerabschnitt 30, der den Auslass 32 aufweist, gebildet.
Der Einlass 28 und der Auslass 32 sind entlang
einer Längsachse
A-A angeordnet.
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In
einer Ausführung
der Erfindung hat die Fluidkammer 22 ein Innenvolumen von
etwa 14,5 ml, wenngleich dieser Parameter abhängig von der jeweiligen Anwendung
erhöht
oder gesenkt werden kann. Das Innere des ersten Kammerabschnitts 26 weist
eine stumpfkegelige Form mit einem Kegelwinkel 34a von
in etwa 30 Grad auf. Das Innere der zweiten Kammer 30 weist
ebenfalls eine stumpfkegelige Form mit einem Kegelwinkel 34b von
in etwa 120 Grad auf. Diese Winkel können verändert werden. Der Kegelwinkel 34b kann
zum Beispiel von etwa 90 bis 120 Grad und der Kegelwinkel 34a kann
von etwa 30 bis 90 Grad reichen.
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Das
Volumen der Fluidkammer 22 sollte zumindest so groß sein,
dass genügend
Blutplättchen aufgenommen
werden, um ein gesättigtes
Partikelfließbett
(nachstehend beschrieben) für
einen bestimmten Bereich an Strömungsgeschwindigkeiten, Partikelgrößen und
Drehzahlen des Zentrifugenrotors 12 zu bieten.
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Vorzugsweise
hat das Fluidkammerinnere eine maximale Querschnittfläche 33,
die sich an einer Position zwischen dem Einlass 28 und
dem Auslass 32 befindet, wo sich die Abschnitte 26, 30 treffen.
Die Querschnittfläche
des Fluidkammerinneren nimmt ab bzw. verjüngt sich von der maximalen
Querschnittfläche 33 in
beide Richtungen entlang der Achse A-A. Wenngleich die Fluidkammer 22 mit
zwei Abschnitten 26, 30 mit stumpfkegeligen Innenformen
dargestellt ist, können
die Innenraumformen paraboloid sein oder jede andere Form mit einer
Hauptquerschnittfläche
haben, die größer als
die Einlass- oder Auslassfläche
ist. Die Fluidkammer 22 kann aus einem einteiligen Stück Kunststoff
statt aus einzelnen Abschnitten hergestellt werden.
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Erfindungsgemäß wird auch
ein Mittel für
das Zuführen
einer Substanz zum Einlass der Fluidkammer vorgesehen. Wie hierin
ausgeführt
und in 3 schematisch dargestellt, ist eine Pumpe 36 mit
der Fluidkammer 22 durch einen Abflussschlauch 38 fluidverbunden.
Die Pumpe 36 saugt Fluid und Partikel von dem Auslass 32 der
Fluidkammer 22 an. Die Pumpe 36 ist vorzugsweise
eine Peristaltikpumpe oder eine Kreiselradpumpe, die dafür ausgelegt
ist, eine erhebliche Schädigung
der Blutbestandteile zu verhindern, doch kann jede Fluid pumpende
oder ansaugende Vorrichtung vorgesehen werden. In einer anderen
(nicht dargestellten) Ausführung
kann die Pumpe 36 mit dem Einlass der Fluidkammer 22 fluidverbunden
sein, um Substanzen direkt in und durch die Fluidkammer 22 zu
bewegen. Die Pumpe 36 kann an jeder geeigneten Stelle angebracht
werden.
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Erfindungsgemäß wird auch
ein Mittel für
das Steuern des Motors und/oder des Zufuhrmittels an die Hand gegeben,
um ein gesättigtes
Fließbett
zweiter Partikel in der Fluidkammer zu erhalten und das Zurückhalten
der ersten Partikel in der Kammer zu bewirken. Wie hierin ausgeführt und
in 3 dargestellt, kann das Steuermittel ein Steuergerät 40 beinhalten,
das sowohl mit dem Zentrifugenmotor 16 als auch mit der
Pumpe 36 verbunden ist. Wie nachstehend eingehend erläutert wird,
hält ein
Steuergerät 40 während eines
Zentrifugenbetriebs ein gesättigtes Partikelfließbett in
der Fluidkammer 22 aufrecht, um Partikel zu trennen. Das
Steuergerät 40 kann
einen Computer mit programmierten Befehlen enthalten, die durch
einen ROM oder RAM, wie dies auf dem Gebiet allgemein bekannt ist,
geliefert werden.
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Das
Steuergerät 40 kann
die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12 durch Regeln der
Frequenz, des Stroms oder der Spannung der an dem Motor 16 angelegten
Elektrizität
zu verändern.
Alternativ kann die Rotordrehzahl durch Schalten der Anordnung eines (nicht
dargestellten) Getriebes verändert
werden, beispielsweise durch Ändern
der Übersetzung,
um eine Drehverbindung zwischen dem Motor 16 und dem Rotor 12 zu
verändern.
Das Steuergerät 40 kann
Eingaben von einem (nicht dargestellten) Drehzahldetektor erhalten,
um die Rotordrehzahl ständig zu überwachen.
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Das
Steuergerät 40 kann
auch die Pumpe 36 so regeln, dass die Fließgeschwindigkeit
der der Fluidkammer 22 zugeführten Substanz verändert wird. Das
Steuergerät 40 kann
zum Beispiel den von der Pumpe 36 gelieferten Strom verändern. Alternativ kann
das Steuergerät 40 die
Fließgeschwindigkeit zur
Kammer 22 durch Regeln einer (nicht dargestellten) Ventilanordnung
verändern,
die entweder in einem mit dem Einlass 28 verbundenen Zuflussschlauch 42 oder
in einem Abflussschlauch 38 angeordnet ist. Das Steuergerät 40 kann
Eingaben von einem (nicht dargestellten) Strömungsdetektor erhalten, der
in dem Zuflussschlauch 42 angeordnet ist, um die Fließgeschwindigkeit
der in die Fluidkammer 22 eintretenden Substanzen zu überwachen.
Wenngleich in der in 3 gezeigten Ausführung ein
einzelnes Steuergerät 40 mit
mehreren Betrieben schematisch abgebildet ist, kann das Steuermittel
der Erfindung eine beliebige Anzahl an einzelnen Steuergeräten beinhalten,
die jeweils für
das Ausführen
einer einzelnen Funktion oder einer Reihe von Funktionen dienen.
Das Steuergerät 40 kann
die Fließgeschwindigkeiten
auf höchst
unterschiedliche Weise steuern, wie dies auf dem Gebiet bekannt
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben ist der Rotor 12 mit einem ringförmigen Durchlass 14 ausgelegt,
der entlang einer oberen Fläche
offen ist, wie in 1 gezeigt wird. Dieser Durchlass 14 ist
so vorgesehen, dass er einen Kanal 44 eines Schlauchsets 70 aufnimmt,
wie teils in 5 gezeigt wird. Wie am besten in 4 gezeigt
wird, beinhaltet das Schlauchset 70 vorzugsweise eine halbstarre
Leitung, die zu einem Kanal 44 mit einem im Allgemeinen
rechteckigen Querschnitt ausgebildet ist. Ein Konnektor 71 verbindet
Enden des Kanals 44, um eine ringförmige oder schlaufenförmige Form
zu bilden, die in den Kanal 14 passt. Eine Zufuhrleitung 78 liefert
einem Einlass des halbstarren Kanals 44 Vollblut, während ein Schlauchsegment 42,
Auslassleitungen 72, 74 und eine Steuerleitung 76 das
Entfernen von Blutbestandteilen während eines Zentrifugenbetriebs
und eine Strömungssteuerung
im Kanal 44 ermöglichen. Weitere
Einzelheiten der allgemeinen Konfiguration und Funktionsweise des
Kanals 44, des Schlauchsegments 42 und der Leitungen 72, 74, 76 sowie 78 werden
in U.S. Patent 4,708,712 beschrieben.
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Eine
schützende
Hülle 80 umgibt
die Leitungen 72, 74, 76, 78 und
einen Abflussschlauch 38. Wenn der Kanal 44 des
Schlauchsets 70 in dem Kanal 14 herausnehmbar
angeordnet wird, verlaufen die Leitungen 72, 74, 76 sowie 78 jeweils
durch Schlitze 82, 84, 86, die in der
Wand 15 ausgebildet sind, während der Zuflussschlauch 42 in
einem durch den Durchlass 14 gebildeten Schlitz 88 ruht
(siehe 1 und 5).
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15 ist
eine vollständigere
Ansicht einer zweiten Ausführung
des Schlauchsets 70. Das Schlauchset 70 kann weiterhin
mehrere zusätzliche Elemente
für das
Sammeln von Blutbestandteilen beinhalten, einschließlich aber
nicht ausschließlich
eine oder mehrere Spenderzugangsleitungen 902, Probenvorrichtungen 904,
Spikes 906, (nicht dargestellte) gefüllte Lösungsbeutel für die Zugabe
von Fluiden zum Schlauchset 70, Abfallbeutel 908,
Sammelbeutel 910, Blutbestandteilbeutel 912, Pumpenpatronen 914 für das Zusammenwirken
mit verschiedenen Fluidpumpen, beispielsweise die Pumpe 36,
Luftkammern 916, Überwachungsgerätschnittstellen 918, Verbindungsschläuche und
Fittings 920 und verschiedene sonstige Elemente und Zubehörteile.
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Wie
in 3 und 5 gezeigt wird, wird eine Trennkammer 46 in
einem Strömungsdurchlass des
Kanals 44 angeordnet. Anfangs trennen sich Partikel in
der Trennkammer 46 entsprechend der Dichte und/oder Sedimentiergeschwindigkeit
als Reaktion auf die Zentrifugalkraft. Die Trennkammer 46 beinhaltet
einen an einer Außenwand
des Kanals 14 angeordneten Grat 48 für das Verformen
eines Teils des Kanals 44, um einen Damm 50 in
dem Kanal 44 zu erzeugen. Alternativ kann der Damm 50 eine
in dem Strömungsdurchlass
des Kanals 44 angebrachte dauerhafte Struktur sein. Wenngleich
nur eine einzelne Trennkammer 46 und ein einziger Damm 50 in den
Figuren gezeigt werden, kann der Strömungsdurchlass abhängig vom
erwünschten
Einsatz mehrere Trennkammern oder Dämme haben.
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Wenn
der Kanal 44 in dem Durchlass 14 angeordnet ist,
bildet sich in dem Kanal 44 neben dem Damm 50 eine
Sammelsenke 54. Ein Schlauchsegment 42, das einen
Auslass 56 der Senke 54 mit dem Einlass 28 der
Fluidkammer 22 verbindet, ermöglicht es, dass getrennte Substanzen
in der Sammelsenke 54 zu der Fluidkammer 22 befördert werden.
Wenngleich die in 3–5 gezeigte
Ausführung
ein Schlauchsegment 42 beinhaltet, kann jede Fluidkopplung
zwischen der Trennkammer 46 und der Fluidkammer 22 verwendet
werden. Der Einlass 28 der Fluidkammer 22 kann
zum Beispiel direkt mit dem Kanal 44 verbunden sein.
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Ein
Verfahren zum Trennen von Blutpartikeln wird nachstehend unter Bezug
auf 3 und 5 beschrieben. Wenngleich die
Erfindung in Verbindung mit einem Blutbestandteil-Trennprozess beschrieben
wird, versteht sich, dass die Erfindung in ihrem weitesten Sinn
nicht dadurch beschränkt
wird. Die Erfindung kann zur Trennung einer Reihe anderer Partikel
verwendet werden. Die Erfindung ist daneben sowohl bei Doppelnadel-
als auch bei Einzelnadel-Blutreinigungs- oder Filtrieranwendungen
einsetzbar. Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung kann zum Beispiel
mit dem SIGNLE NEEDLE RECIRCULATION SYSTEM FOR HARVESTING BLOOD
COMPONENTS des U.S. Patents Nr. 5,437,624, erteilt am 1. August
1995, praktiziert werden.
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Vorzugsweise
wird die Fluidkammer 22 zunächst mit einem Fluidmedium
niedriger Dichte vorgefüllt,
beispielsweise Luft, physiologische Kochsalzlösung oder Plasma, die eine
Dichte von weniger als oder gleich der Dichte des flüssigen Plasmas
haben. Diese Vorfüllflüssigkeit
erlaubt den wirksamen Aufbau eines gesättigten Fließbetts aus
Blutplättchen
in der Fluidkammer 22. Bei Verwendung einer physiologischen
Kochsalzlösung
dringt diese Flüssigkeit durch
die Zufuhrleitung 78 in den Kanal 44 ein. Die physiologische
Kochsalzlösung
strömt
dann in den Auslass 56 und durch die Kammer 22,
wenn das Steuergerät 40 die
Pumpe 36 aktiviert. Das Steuergerät 40 löst auch
den Betrieb des Motors 16 aus, um den Zentrifugenrotor 12 und
die Fluidkammer 22 in die Pfeilrichtung „B" in 3 zu
drehen. Während
der Drehung wird ein Verdrehen der Fluidleitungen 72, 74, 76, 78 und
des Abflussschlauchs 38, der mit dem Zentrifugenrotor 12 und
der Fluidkammer 22 verbunden ist, durch eine dichtungslose
ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung verhindert, die im Gebiet
bekannt ist und in dem U.S. Patent Nr. 4,425,112 beschrieben wird.
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Nach
dem Vorfüllen
der Vorrichtung und wenn die Zentrifuge dreht, werden Vollblut oder
Blutbestandteile durch die Zufuhrleitung 78 in den halbstarren
Kanal 44 eingeleitet. Bei Verwendung von Vollblut kann
das Vollblut dem halbstarren Kanal 44 durch Übertragen
des Bluts direkt von einem Spender durch die Zufuhrleitung 78 zugegeben
werden. Alternativ kann das Blut von einem Behälter, beispielsweise einem
Blutbeutel, der Zufuhrleitung 78 übertragen werden.
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Das
Blut in dem Kanal 44 wird einer Zentrifugalkraft ausgesetzt,
wenn der Zentrifugenrotor 12 weiter in Pfeilrichtung „B" von 3 dreht.
Diese Zentrifugalkraft wirkt in radialer Richtung weg von der Drehachse 13 des
Rotors 12, wie in 3 durch
den Pfeil „C" gezeigt wird.
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Die
Blutbestandteile werden in dem Kanal 44 einer ersten Trennung
unterzogen. Die Bestandteile des Vollbluts schichten sich in der
Reihenfolge abnehmender Dichte wie folgt: 1. rote Blutkörperchen, 2.
weiße
Blutkörperchen,
3. Blutplättchen
und 4. Plasma. Das Steuergerät 40 regelt
die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12, um zu gewährleisten,
dass diese Partikelschichtung erfolgt. Die Blutpartikel bilden eine
so genannte „Buffy-Coat"-Schicht 58 und
eine Außenschicht 60 entlang
einer Außenwandfläche des
Kanals 44 in der Trennkammer 46. Die Außenschicht 60 beinhaltet
Partikel mit einer Dichte über der
Dichte der Partikel in der Buffy-Coat-Schicht 58. Typischerweise
enthält
die Außenschicht 60 rote Blutkörperchen
und weiße
Blutkörperchen,
während die
Buffy-Coat-Schicht 58 Blutplättchen und weiße Blutkörperchen
enthält.
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Plasma,
der am wenigsten dichte Blutbestandteil, strömt in dem Kanal 44 entlang
der oberen Fläche
der Buffy-Coat-Schicht 58. Wenn die Höhe der Buffy-Coat-Schicht 58 die
Oberseite des Damms 50 erreicht, spült das strömende Plasma die Blutplättchen und
einige weiße
Blutkörperchen
der Buffy-Schicht 58 über
den Damm 50. Nachdem diese Partikel über den Damm 50 gespült wurden,
gelangen sie in die Sammelsenke 54. Einige der Blutplättchen können auch
an der Sammelsenke 54 vorbeiströmen und dann die Richtung umkehren,
um sich wieder in der Sammelsenke 54 abzusetzen, wie in der
U.S. Patentanmeldung 08/422,598 mit dem Titel SPILLOVER COLLECTION
OF SPARSE COMPONENTS SUCH AS MONONUCLEAR COMPONENTS OF WHOLE BLOOD,
eingereicht am 14. April 1995, beschrieben wird.
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Die
weißen
Blutkörperchen
und die roten Blutkörperchen
in der Außenschicht 60 werden
durch die Auslassleitung 74 entnommen, während das
blutplättchenarme
Plasma durch die Auslassleitung 72 entnommen wird. Das
Steuergerät 40 kann
(nicht dargestellte) optionale Pumpen steuern, die mit den Leitungen 72, 74,
oder 76 verbunden sind, um diese Blutbestandteile zu entfernen,
wie dies im Gebiet bekannt ist. Nachdem die roten Blutkörperchen,
die weißen
Blutkörperchen
und das Plasma so entfernt wurden, werden sie gesammelt und mit
anderen Blutbestandteilen neu kombiniert oder weiter getrennt. Alternativ
können
diese entnommenen Blutbestandteile einem Spender reinfundiert werden.
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Plasma
befördert
Blutplättchen
und weiße Blutkörperchen
von der Sammelsenke 54 in die Fluidkammer 22,
die mit Vorfüllfluid
gefüllt
ist, so dass ein gesättigtes
Partikelfließbett
gebildet werden kann. Das Steuergerät 40 hält die Drehzahl
des Rotors 12 in einem vorbestimmten Drehzahlbereich, um die
Bildung dieses gesättigten
Fließbetts
zu erleichtern. Ferner regelt das Steuergerät 40 die Pumpe 36, um
Plasma, Blutplättchen
und weiße
Blutkörperchen bei
einer vorbestimmten Fließgeschwindigkeit
durch das Schlauchsegment 42 und in den Einlass 28 der Fluidkammer 22 zu
transportieren. Diese strömenden
Blutbestandteile verdrängen
das Vorfüllfluid
aus der Fluidkammer 22.
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Wenn
die Blutblättchen-
und weißen
Blutkörperchenpartikel
in die Fluidkammer 22 gelangen, werden sie zwei entgegengesetzten
Kräften
ausgesetzt. Das durch die Fluidkammer mit Hilfe der Pumpe 36 strömende Plasma
erzeugt eine erste zähflüssige Schleppkraft,
wenn das durch die Fluidkammer 22 strömende Plasma die Partikel hin
zum Auslass 32 in Richtung „D" drängt,
wie in 3 gezeigt wird. Eine durch Drehung des Rotors 12 und
der Fluidkammer 22 erzeugte zweite Zentrifugalkraft wirkt
in Richtung „C", so dass die Partikel
hin zum Einlass 28 gepresst werden.
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Das
Steuergerät 40 regelt
die Drehzahl des Rotors 12 und die Fließgeschwindigkeit der Pumpe 36,
um die Blutplättchen
und weißen
Blutkörperchen in
der Fluidkammer 22 zu sammeln. Wenn Plasma durch die Fluidkammer 22 strömt, nimmt
die Fließgeschwindigkeit
des Plasmas ab, wenn der Plasmastrom die maximale Querschnittfläche 33 erreicht. Dieser
Strom erreicht an dieser maximalen Querschnittfläche 33 eine minimale
Geschwindigkeit. Da der sich drehende Zentrifugenrotor 12 ein
ausreichendes Gravitationsfeld in der Fluidkammer 22 erzeugt,
sammeln sich die Blutplättchen
nahe der maximalen Querschnittfläche 33,
statt von der Fluidkammer 22 mit dem Plasma zu strömen. Die
weißen
Blutkörperchen
sammeln sich etwas unter der maximalen Querschnittfläche 33.
Die Dichteinversion neigt aber dazu, diese Partikel während dieser
ersten Ausbildung des gesättigten
Partikelfließbetts
geringfügig zu
mischen.
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Die
größeren weißen Blutkörperchen
sammeln sich aufgrund ihrer verschiedenen Sedimentiergeschwindigkeiten
näher am
Einlass 28 als die kleineren Blutplättchenzellen. Vorzugsweise
werden die Drehzahl und Fließgeschwindigkeit
so gesteuert, dass sehr wenige Blutplättchen und weiße Blutkörperchen
während
der Bildung des gesättigten
Partikelfließbetts
aus der Fluidkammer 22 strömen.
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Die
Blutplättchen
und die weißen
Blutkörperchen
sammeln sich weiter in der Fluidkammer 22, während Plasma
durch die Fluidkammer 22 ström. Wenn die Konzentration der
Blutplättchen
zunimmt, werden die Zwischenräume
zwischen den Partikeln kleiner und die zähflüssige Schleppkraft des Plasmastroms
nimmt allmählich
zu. Schließlich
wird das Blutplättchenbett
ein gesättigtes
Partikelfließbett
in der Fluidkammer 22. Da das Bett jetzt mit Blutplättchen gesättigt ist,
muss für
jedes neue Blutplättchen, das
in das gesättigte
Bett in der Fluidkammer 22 gelangt, ein einzelnes Blättchen das
Bett verlassen. Dadurch arbeitet das Bett bei einem Fließgleichgewichtzustand,
wobei Blutplättchen
das Bett bei einer Rate verlassen, die gleich der Rate ist, mit
der weitere Blutplättchen
nach Strömen
durch den Einlass 28 in das Bett eindringen. Dieses Bett
wird schematisch in 5 gezeigt, wobei das Symbol „X" für Blutplättchen und
das Symbol „O" für weiße Blutkörperchen steht.
Wie nachstehend erläutert
und in 5 abgebildet, behindert oder verhindert das gesättigte Partikelfließbett im
Wesentlichen, dass weiße
Blutkörperchen „O" durch die Fluidkammer 22 strömen.
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Das
gesättigte
Bett stellt sich unabhängig von
der Konzentration von Partikeln, die in die Fluidkammer 22 strömen, automatisch
selbst her. Das in die Fluidkammer 22 strömende Plasma
strömt
vor und nach dem Blutplättchensättigungspunkt
durch das Blutplättchenbett.
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Das
gesättigte
Blutplättchenbett
nimmt nahe der maximalen Querschnittfläche 33 abhängig von der
Fließgeschwindigkeit
und dem Zentrifugalfeld ein sich änderndes Volumen in der Fluidkammer 22 ein. Die
Anzahl an Blutplättchen
in dem gesättigten
Bett hängt
von einer Reihe von Faktoren ab, wie der Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22,
dem Volumen der Fluidkammer 22 und der Drehzahl. Wenn diese
Variablen konstant bleiben, bleibt die Anzahl an Blutplättchen in
dem gesättigten
Fließbett
im Wesentlichen konstant. Wenn sich die Fließgeschwindigkeit der Blutbestandteile
in die Fluidkammer 22 ändert,
reguliert sich das Bett selbst, um sich entweder durch Freisetzen
von überschüssigen Blutplättchen oder
Aufnehmen weiterer in die Fluidkammer 22 strömender Blutplättchen selbst
zu erhalten. Wenn zum Beispiel die Plasmafließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 zunimmt,
fegt dieser zusätzliche
Plasmastrom überschüssige Blutplättchen aus dem
jetzt supergesättigten
Bett und das Bett stellt sich im gesättigten Zustand bei der höheren Fließgeschwindigkeit
wieder selbst her. Daher ist die Konzentration von Blutplättchen im
Bett aufgrund der Freisetzung von Bettblutplättchen niedriger.
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Nach
Ausbilden des gesättigten
Fließbetts aus
Blutplättchen
transportiert strömendes
Plasma weitere Blutplättchen
in die Fluidkammer 22 und das Bett. Diese weiteren Blutplättchen vergrößern das Bett
und erhöhen
die zähflüssige Schleppkraft
des Plasmastroms durch das Bett. An einem gewissen Punkt reicht
die zähflüssige Schleppkraft
aus, um zu bewirken, dass die Blutplättchen nahe der maximalen Querschnittfläche 33 das
gesättigte
Bett und die Fluidkammer 22 verlassen. Wenn die Drehzahl
und die Strömungsgeschwindigkeit
in die Fluidkammer 22 konstant bleiben, ist somit die Anzahl
und Konzentration von Blutplättchen,
die in das gesättigte
Fließbett
von Blutplättchen
strömen,
im Wesentlichen gleich der Anzahl und Konzentration von Blutplättchen,
die vom Bett freigesetzt werden. Dies steht in scharfem Gegensatz
zum Stand der Technik.
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Das
Bett ist zwar mit Blutplättchen
gesättigt, es
kann aber eine kleine Anzahl an weißen Blutkörperchen in dem Blutplättchenbett
eingestreut sein. Diese weißen
Blutkörperchen
neigen aber aufgrund ihrer höheren
Sedimentiergeschwindigkeit dazu, aus dem Blutplättchenbett heraus hin zum Einlass 28 zu „fallen" oder sich außerhalb
desselben zu setzen. Die meisten weißen Blutkörperchen sammeln sich im Allgemeinen
in der Fluidkammer 22 zwischen dem gesättigten Blutplättchenbett
und dem Einlass 28, wie in 5 gezeigt
und nachstehend beschrieben wird.
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Das
gesättigte
Fließbett
mit Blutplättchenpartikeln
fungiert als Filter oder Sperre für weiße Blutkörperchen, die in die Fluidkammer 22 strömen. Wenn
Blutbestandteile in die Fluidkammer 22 strömen, strömt Plasma
ungehindert durch das Bett. Das gesättigte Blutplättchen-Fließbett erzeugt
aber eine erhebliche Sperre gegenüber den in die Fluidkammer 22 eindringenden
weißen
Blutkörperchen
und hält diese
weißen
Blutkörperchen
in der Fluidkammer 22 zurück. Dadurch filtriert das Bett
wirksam weiße
Blutkörperchen
aus den Blutbestandteilen, die ständig in die Fluidkammer 22 einströmen, während von
dem gesättigten
Bett freigesetztes Plasma und freigesetzte Blutplättchen aus
der Kammer 22 austreten können. Dieses Auffüllen und
Freisetzen von Blutplättchen
wird als Selbstwähleigenschaft
des Betts bezeichnet. Im Wesentlichen sammeln sich alle diese filtrierten
weißen
Blutkörperchen
in der Fluidkammer 22 zwischen dem gesättigten Blutplättchen-Fließbett und
dem Einlass 28.
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Die
Partikeltrennung oder -filtrierung des gesättigten Partikelfließbetts beseitigt
eine Reihe von Einschränkungen,
die mit der vorbekannten Elutriation einhergehen. Zum Beispiel können Partikel
nach Art eines kontinuierlichen Gleichgewichtszustands ohne Batch-Verfahren
getrennt oder filtriert werden. Ferner ist kein zusätzliches
elutriasierendes Fluidmedium erforderlich. Weiterhin kann nach Herstellen des
gesättigten
Partikelfließbetts
die Fließgeschwindigkeiten
in einem Bereich verändert
werden, ohne die Größe der aus
der Fluidkammer 22 austretenden Partikel zu ändern. Im
Gegensatz zur Elutriation des Stands der Technik bietet die vorliegende
Erfindung ein gesättigtes
Partikelbett, das aus numerisch überwiegenden
Partikeln besteht. Dieses Bett gibt die überwiegenden Partikel automatisch
weiter, während es
größere Partikel
zurückweist.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung trennen im Wesentlichen
alle weißen
Blutkörperchen
von den Blutplättchen
und dem Plasma, die durch die Fluidkammer 22 strömen. Die
Sperre gegenüber
weißen
Blutkörperchen
wird zumindest teilweise erzeugt, weil weiße Blutkörperchen eine Größe und Sedimentiergeschwindigkeit
aufweisen, die größer als
die der Blutplättchen
ist, die das gesättigte Partikelfließbett bilden.
Daher werden Partikel ähnlicher
Dichte nach verschiedenen Größen oder
Sedimentiergeschwindigkeiten getrennt.
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Da
die anfängliche
Trennung an Damm 50 und das gesättigte Fließbett eine Mehrheit der roten Blutkörperchen
und weißen
Blutkörperchen
entfernen, besteht das aus der Fluidkammer 22 austretende
Fluid hauptsächlich
aus Plasma und Blutplättchen.
Eine hier beschriebene Vorrichtung wurde 30 mal unter Verwendung
von menschlichem Vollblut betrieben. Jeder Betrieb ergab ein leukozytenarmes Erzeugnis
mit weniger als 3 × 106 weißen
Blutkörperchen
pro 3 × 1011 Blutplättchen.
Beruhend auf diesen Ergebnissen wird erwartet, dass das aus der
Fluidkammer 22 austretende Blutplättchenerzeugnis ständig (zumindest
99% der Zeit) den leukozytenarmen Standard von weniger als 5 × 106 weißen
Blutkörperchen
erfüllt,
wenn mindestens 3 × 1011 Blutplättchen aus
der Fluidkammer 22 strömen.
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Im
Gegensatz zu einem herkömmlichen
porösen
Filter, bei dem die filtrierten weißen Blutkörperchen im Filter zurückgehalten
werden, erlaubt die vorliegende Erfindung das Rückgewinnen und Rückführen zum
Spender eines erheblichen Anteils weißer Blutkörperchen.
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Vorzugsweise
können
80% bis 99% der zunächst
in den Kanal 44 eindringenden Blutplättchen in lebensfähigem Zustand
zurückgewonnen
werden. Bevorzugter werden mindestens 95% oder mindestens 98% der
zunächst
in den Kanal 44 eindringenden Blutplättchen sowohl vom Kanal 44 als
auch von der Fluidkammer 22 zurückgewonnen.
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Wenn
die Blutbestandteile zunächst
mit der Trennkammer 46 getrennt werden, kann eine erhebliche
Anzahl an Blutplättchen
etwas aktiviert werden. Das gesättigte Blutplättchenfließbett lässt trotz
dieser leichten Aktivierung das Herausfiltrieren von weißen Blutkörperchen
aus dem Plasma und den Blutplättchen
zu. Dadurch erfordert die vorliegende Erfindung keine Wartezeit
für das
Filtrieren weißer
Blutkörperchen,
nachdem die Blutbestandteile in einer Trennkammer 46 einer
ersten Trennung unterzogen wurden. Dies steht im Gegensatz zu den
Verfahren, welche herkömmliche
Filter einsetzen.
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Nach
der Trennung werden Blutplättchen und
Plasma, die aus der Fluidkammer 22 austreten, in geeigneten
Behältern
gesammelt und für
eine spätere
Verwendung gelagert. Die aus dem halbstarren Kanal 44 entnommenen
roten Blutkörperchen
und weißen
Blutkörperchen
können
mit dem Rest des Plasmas in dem System für die Spenderreinfusion oder
für Lagerung
kombiniert werden. Alternativ können
diese Bestandteile weiter durch die Vorrichtung 10 getrennt
werden.
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In
einer Ausführung
der Erfindung regelt das Steuergerät 40 die Drehzahl
des Rotors 12 in einem bevorzugten Bereich von 1.800 bis
2.400 U/min. Vorzugsweise wird die Drehung bei 2.400 U/min geregelt,
um ein Gravitationsfeld in der Fluidkammer 22 zu erzeugen,
das von etwa 8000 neben dem Einlass 28 bis zu etwa 5000
neben dem Auslass 32 reicht. Das Steuergerät 40 hält die Fließgeschwindigkeit
in die Fluidkammer 22 in einem Bereich von 1 ml/min bis
15 ml/min. Die bevorzugte Fließgeschwindigkeit reicht
von 2 ml/min bis zu 8 ml/min. Die spezifische Fließgeschwindigkeit
wird u.a. nach einer ersten Blutplättchenzählung und nach dem Gesamtvolumen des
zu verarbeitenden Vollbluts gewählt.
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In
einer Ausführung
der Erfindung kann das Filtrieren bei der gleichen Fließgeschwindigkeit
erfolgen, die zur Bildung des gesättigten Fließbetts eingesetzt
wird. Optional kann die Fließgeschwindigkeit während des
Filtrierens größer als
die Fließgeschwindigkeit
während
der Bettbildung sein, um die Rate der Partikelfiltrierung zu erhöhen. Bei
dieser optionalen Anordnung kann das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit
der in die Fluidkammer 22 eindringenden Blutbestandteile
anheben, während
das gesättigte
Fließbett
erhalten wird. Das Steuergerät 40 hebt
die Fließgeschwindigkeit
durch Anheben der Fördergeschwindigkeit
der Pumpe 36 an.
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Das
Steuergerät 40 hält das gesättigte Fließbett während des
ganzen Filtrierprozesses aufrecht, wenn Blutbestandteile in die
Fluidkammer 22 strömen.
Das Steuergerät 40 stellt
sicher, dass das Strömen
durch die Fluidkammer 22 ruhig und gleichmäßig verläuft, indem
es die Zufuhr von Fluid und die Drehung des Zentrifugenrotors 12 regelt.
Diese Regelung gleicht die Kräfte
in der Fluidkammer 22 korrekt aus, um das gesättigte Fließbett zu
wahren. Wie nachstehend eingehender beschrieben wird, kann das Steuergerät 40 das
Strömen
in die Fluidkammer 22 anheben, während es das gesättigte Fließbett aufrechterhält.
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Am
Ende eines Blutbestandteiltrennvorgangs kann das Steuergerät 40 sowohl
in der Buffy-Coat-Schicht 58 des Kanals 44 als
auch in dem gesättigten
Fließbett
der Fluidkammer 22 zurückgehaltene
Blutplättchen
zurückgewinnen.
Das Steuergerät 40 gewinnt
Blutplättchen
in der Buffy-Coat-Schicht 58 entweder durch Senken der Drehzahl
des Rotors 12 oder durch Erhöhen der aus dem Kanal 44 austretenden
Plasmamenge zurück.
In einer bevorzugten Weise der Rückgewinnung
von Blutplättchen
in der Buffy-Coat-Schicht wird zum Beispiel die Rotordrehzahl plötzlich von
2.400 U/min. auf 1.800 U/min. gesenkt und dann zurück auf 2.400 U/min.
angehoben. Dies lässt
Blutplättchen
und weiße
Blutkörperchen,
die in der Buffy-Coat-Schicht 58 zurückgehalten
werden, über
den Damm 50 und in die Fluidkammer 22 überschwappen.
In der Fluidkammer 22 blockiert das gesättigte Blutplättchen-Fließbett das
Strömen
der weißen
Blutkörperchen
aus der Buffy-Coat-Schicht 58, während die Blutplättchen der
Buffy-Coat-Schicht 58 gleichzeitig das Bett vergrößern und
Blutplättchen
aus dem gesättigten
Bett freisetzen. Dadurch kann die Vorrichtung im Wesentlichen alle
weißen
Blutkörperchen aus
der Buffy-Coat-Schicht 58 filtrieren. Dies steigert die
Blutplättchenausbeute
erheblich.
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Die
Buffy-Coat-Schicht 58 kann über den Damm in der in der
oben erwähnten
U.S. Patentanmeldung 08/422,598 beschriebenen Weise überschwappen.
Dies ist insbesondere bei einem mononuklearen Zellsammelvorgang
wirksam, da die Fluidkammer 22 das Trennen von roten Blutkörperchen von
mononuklearen Zellen ermöglichen
kann.
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Ferner
werden Blutplättchen
in dem gesättigten
Fließbett
geerntet, um eine wesentliche Anzahl an Blutplättchen aus der Fluidkammer 22 zurückzugewinnen.
Während
der Betternte erhöht
das Steuergerät 40 die
Stromgeschwindigkeit und/oder senkt die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12,
um Blutplättchen
aus dem Bett freizusetzen. Dies spült die meisten der Blutplättchen,
die das gesättigte
Fließbett
bildeten, aus der Fluidkammer 22, so dass die Blutplättchenausbeute
erheblich größer wird.
Das Ernten wird fortgesetzt, bis im Wesentlichen alle Blutplättchen entfernt
sind, kurz bevor eine unzulässige
Anzahl weißer
Blutkörperchen
aus der Fluidkammer 22 zu strömen beginnt.
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Die
geernteten Blutplättchen,
die das Bett bildeten, können
mit den zuvor gesammelten Blutplättchen
kombiniert werden. Ferner kann der Rest des Inhalts der Fluidkammer 22,
die eine hohe Konzentration an weißen Blutkörperchen hat, zur späteren Verwendung
separat gesammelt oder mit den aus dem Kanal 44 entnommenen
Blutbestandteilen zur Rückgabe
an einen Spender wieder kombiniert werden.
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Die
Erfindung erlaubt insbesondere das Trennen von ersten Spurenpartikeln
oder kontaminierenden ersten Partikeln von einer Flüssigkeit
mit einer größeren Anzahl
zweiter Partikel. Vorzugsweise weisen die ersten auszufiltrierenden
Partikel, beispielsweise weiße
Blutkörperchen,
eine unzureichende Konzentration auf, um ein gesättigtes Partikelfließbett zu
bilden. Die Erfindung ist aber in ihrer weitest gefassten Anwendung
entweder auf das Trennen erster Partikel von einer Flüssigkeit
oder auf das Trennen erster Partikel von zweiten Partikeln ohne
Berücksichtigung
bestimmter Partikelkonzentrationen gerichtet.
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Zwar
wurden die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
bezüglich der
Entnahme von weißen
Blutkörperchen
und dem Sammeln von Blutplättchen
beschrieben, doch ist diese Beschreibung nicht als Einschränkung des Schutzumfangs
der Erfindung auszulegen. Die Erfindung kann verwendet werden, um
einen der Blutpartikelbestandteile von anderen zu trennen. Das gesättigte Fließbett kann
zum Beispiel aus roten Blutkörperchen
gebildet werden, um das Strömen
von weißen
Blutkörperchen
durch die Fluidkammer 22 zu verhindern, solange die roten
Blutkörperchen
kein Rouleau bilden (klumpen). Alternativ kann die Flüssigkeit
für das
Transportieren der Partikel eine physiologische Kochsalzlösung oder
ein anderer Ersatz für
Plasma sein. Zusätzlich
kann die Erfindung praktiziert werden, um weiße Blutkörperchen oder andere Bestandteile
aus Vollblut zu entfernen, das einer Nabelschnur entnommen wurde,
um Stammzellen zu sammeln. Weiterhin könnte man die Erfindung durch Filtrieren
oder Trennen von Partikeln von Fluiden verwenden, die weder mit
Blut noch mit biologisch damit verwandten Substanzen verwandt sind.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung können weiße Blutkörperchen, einschließlich Stammzellen,
und Tumorzellen durch Bilden eines gesättigten Partikelfließbetts aus
Stammzellen, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Tumorzellen durch
die Fluidkammer 22 strömen,
trennen. Alternativ können
die Tumorzellen ein gesättigtes
Partikelfließbett
bilden, um das Strömen
von Stammzellen durch die Fluidkammer 22 im Wesentlichen
zu verhindern.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können kleinere erste Partikel,
wie Tumorzellen, von größeren zweiten
Partikeln, wie Stammzellen, durch Bilden eines gesättigten
Partikelfließbetts mit
dritten Partikeln einer Zwischengröße getrennt werden. Zunächst werden
dritte Partikel einer Zwischengröße einer
Flüssigkeit
zugesetzt, die die ersten und zweiten Partikel mit sich führt. Vorzugsweise übersteigt
die Konzentration der zugegebenen dritten Partikel die Konzentration
sowohl der ersten als auch der zweiten Partikel. Diese dritten Partikel
sind vorzugsweise magnetische Mikroperlen oder eine andere Substanz,
die sich mühelos
von den anderen Partikeln trennen lässt.
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Dann
tritt die die ersten, zweiten und dritten Partikel transportierende
Flüssigkeit
in die Fluidkammer 22 ein. Schließlich bilden die dritten Partikel
ein gesättigtes
Partikelfließbett
in der gleichen Weise wie oben beschrieben. Wenn mehr Flüssigkeit
und Partikel in die Fluidkammer 22 strömen, gelangen die Flüssigkeit
und die kleineren ersten Partikel durch das gesättigte Bett dritter Partikel,
während
das Bett und die Partikelsedimentiereigenschaften die Bewegung der
zweiten Partikel durch das Bett behindern. Dadurch trennen sich
die ersten und zweiten Partikel in der Fluidkammer 22.
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Das
gesättigte
Fließbett
kann dritte Partikel freisetzen, wenn mehr dritte Partikel in das
Bett strömen
oder wenn sich die Fließgeschwindigkeit
in die Fluidkammer 22 ändert.
Diese dritten Partikel können der
Flüssigkeit
und den ersten Partikeln, die in aus der Fluidkammer 22 austreten,
entnommen werden. In einer bevorzugten Ausführung zieht eine (nicht dargestellte)
Partikelentfernungsvorrichtung mit einem Magneten magnetische dritte
Partikel magnetisch an, um diese aus der Flüssigkeit zu entfernen. Dadurch
wird eine im Wesentlichen gereinigte Konzentration erster Partikel
erhalten.
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Dieses
alternative Verfahren ist nützlich,
um erste und zweite Partikel zu trennen, wobei beide in niedrigen
Konzentrationen vorhanden sind und ähnliche Dichten, aber unterschiedliche
Größen haben. Die
dritten Partikel für
das Bilden des Betts werden zwar bevorzugt zusammen mit den ersten
und zweiten Partikeln zugegeben, sie können aber auch in separaten
Schritten in die Fluidkammer 22 eingebracht werden. Diese
Ausgestaltung der Erfindung kann bei der Trennung von Tumorzellen
von Stammzellen oder anderen Blutbestandteilen besonders nützlich sein,
wie oben erwähnt
wurde. Alternativ können
die ersten Partikel T-Zellen sein und die zweiten Partikel können Stammzellen
sein. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aber praktiziert werden,
um viele verschiedene Arten von Partikeln zu trennen. Zum Beispiel
können
T-Zellen von Stammzellen getrennt werden, um so die „Graft-versus-host"-Erkrankung nach
einer Stammzellentransfusion abzuschwächen.
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Nun
werden weitere Ausführungen
der Erfindung beschrieben, bei denen gleiche oder ähnliche Elemente
in allen Zeichnungen durch Bezugszeichen mit den gleichen beiden
letzten Ziffern gekennzeichnet sind.
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Wie
in 6 gezeigt wird, beinhaltet eine andere erfindungsgemäße Ausführung eine
Fluidkammer 122 mit einem Einlass 128 und einem
Auslass 132. Eine Nut 190 ist an einer Innenfläche der
Fluidkammer 122 an einer Position der maximalen Querschnittfläche 133 ausgebildet.
Obere und untere Teile 191, 192, die im Wesentlichen
senkrecht zu einer Längsachse
A-A- der Fluidkammer 122 ausgerichtet sind, sind durch
eine Seite 193 verbunden. Vorzugsweise ist die Seite 193 parallel
zur Achse A-A und umgibt diese Achse, um die im Wesentlichen ringförmige Nut 190 zu
bilden.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführung ist die
Seite 193 0,1 Zoll (2,54 mm) groß, während die oberen und unteren
Teile 191, 192 jeweils 0,08 Zoll (2,032 mm) groß sind.
Die Nut 190 kann aber in vielen verschiedenen Formen und
Größen ausgelegt werden,
ohne von der Erfindung abzuweichen.
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Die
Nut 190 trägt
dazu bei, die Coriolis-Strahlstrombildung in der Fluidkammer 122 zu streuen.
Dadurch verbessert die Nut 190 die Partikelsperrfähigkeit
des gesättigten
Partikelfließbetts. Plötzliche
Zunahmen der Fließgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
während
eines Partikeltrennungsvorgangs können die Fähigkeit des gesättigten
Partikelfließbetts
beschränken,
das Passieren der Partikel zu verhindern. Eine in die Fluidkammer 22 strömende Flüssigkeit
wird einer Coriolis-Strahlstrombildungswirkung
ausgesetzt. Diese Strahlstrombildung mindert die Wirksamkeit der
Filtrierung des gesättigten Partikelfließbetts,
da die Flüssigkeit
und die Partikel zwischen dem gesättigten Partikelfließbett und
einer Innenwandfläche
der Fluidkammer 22 strömen
können,
statt in das Bett selbst. Die Fluidkammer 122 mit einer
Nut 190 wirkt diesen Wirkungen durch Kanalisieren des Coriolis-Strahlstroms in eine
umlaufende Richtung teils um die Achse A-A der Fluidkammer 122 herum
entgegen. Daher verbessert die Nut 190 die Partikelsperrfähigkeit
des gesättigten
Betts, insbesondere wenn die Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit
zunehmen.
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16 und 17 zeigten
Fluidkammern 1022 und 1022' jeweils mit alternativen Ausführungen
der Nute 1090, 1090'.
Wie in 16 dargestellt, beinhaltet die
Fluidkammer 1022 eine Nut 1090 mit einer Seite 1093 und
oberen und unteren Teilen 1091 und 1092, die über den
Umfang an der Innenfläche der
Fluidkammer 1022 an einer Position einer maximalen Querschnittfläche 1033 ausgebildet
sind. Diese oberen und unteren Teile 1091 und 1092 können senkrecht
zu einer Längsachse
A-A sein, während die
Seite 1093 parallel zur Achse A-A sein kann, um eine im
Wesentlichen ringförmige
Nut 1090 zu bilden.
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Wie
in 16 gezeigt, erstreckt sich eine Umfangslippe 1094,
die sich näher
zur Achse A-A als die Seite 1093 befindet, von dem oberen
Teil 1091. Der untere Teil 1092 und die Lippe 1094 bilden
einen Nuteinlass 1096. Wie in 16 gezeigt
wird, kann dieser Nuteinlass 1096 die Achse A-A vollständig umgeben.
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Alternativ
kann, wie in 17 gezeigt, der Nuteinlass mehrere
schlitzförmige
Einlässe 1095' beinhalten,
die um den Umfang der Fluidkammer 1022' an der Position der maximalen
Querschnittfläche 1033' beabstandet
sind. In dieser Ausführung
erstreckt sich die Lippe 1094' zum unteren Teil 1092', um eine innere
Nutwand 1097' zu
bilden, die zwischen den schlitzförmigen Einlässen 1095 angeordnet
ist.
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Vorzugsweise
kann ein erster Einlass 1095' an
einer Stelle entsprechend der Stelle der Coriolis-Strahlstrombildung
vorgesehen werden, und ein (nicht dargestellter) zweiter Einlass
kann an einer diametral gegenüberliegenden
Stelle vorgesehen werden. Der Coriolis-Strahlstrom dringt an einem
ersten schlitzförmigen
Einlass 1095' in
die Nut 1090' ein,
bewegt sich in Umfangsrichtung um die Nut 1090' sowohl in Richtung
des Uhrzeigersinns als auch gegen den Uhrzeigersinn und tritt dann
an einer anderen schlitzförmigen Öffnung aus.
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Die
Konfigurationen der 16 und 17 verbessern,
wie man meint, die Richtung des Coriolis-Strahlmoments und verbessern
ferner die Leistung. Die Nutkonfigurationen von 16 und 17 können optional
in Verbindung mit einer der hierin beschriebenen Fluidkammerausführungen
eingesetzt werden.
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7 veranschaulicht
eine weitere Ausführung
einer Fluidkammer 222. Mehrere Stufen 294 sind
an einer Innenfläche
der Fluidkammer 222 zwischen der Position der maximalen
Querschnittfläche 233 und
dem Einlass 228 ausgebildet. Es werden zwar nur vier Stufen 294 gezeigt,
doch kann eine beliebige Anzahl an Stufen 294 in der Fluidkammer 222 vorgesehen
werden.
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Jede
Stufe 294 weist eine Grundfläche 295 auf, die im
Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse A-A der Fluidkammer
ausgerichtet ist. Ferner ist eine Seitenfläche 296 orthogonal
zur Grundfläche 295 angeordnet. 7 zeigt
zwar eine Ecke, an der sich die Seitenfläche 295 und die Grundfläche 295 schneiden,
doch kann eine konkave Nut diese Ecke ersetzen. In einer bevorzugten
Ausführung
umgibt jede Stufe 294 die Achse A-A, um eine zylindrische Fläche zu begrenzen.
Weiterhin beinhaltet die Fluidkammer 222 optional eine
Nut 290.
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Die
Grundfläche 295 ist
in einer bevorzugten Ausführung
0,05 Zoll (1,27 mm) groß und
die Seitenfläche 296 ist
0,02 Zoll (0,508 mm) groß.
Die Größen dieser
Flächen
und die Konfiguration jeder Stufe 294 können aber abgeändert werden,
ohne vom Schutzumfang oder Wesen der Erfindung abzuweichen.
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Das
Hinzufügen
von Stufen 294 zur Fluidkammer 222 verbessert
auch die Partikelsperreigenschaften des gesättigten Partikelfließbetts,
insbesondere während
Zunahmen der Fluidfließgeschwindigkeit.
Die Stufen 294 bieten diese Verbesserung durch Vorsehen
von Flächen,
die das Moment ablenken und umlenken, um die Coriolis-Strahlstrombilding
in der Fluidkammer 222 zu reduzieren. Wenn Coriolis-Strahlstrombildung
eintritt, bewegen sich die Flüssigkeit
und die Partikel des Strahls entlang einer Innenfläche der
Fluidkammer 222 fort, die der Richtung der Zentrifugendrehung
zugewandt ist. Daher kann der Strahl Partikel zwischen der Fluidkammer-Innenfläche und
einem gesättigten
Partikelfließbett
oder einem in der Fluidkammer 222 angeordneten Elutriationsfeld
transportieren. Dadurch können
sich in dem Strahl fortbewegende Partikel aus der Fluidkammer 222 austreten,
ohne getrennt zu werden.
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Die
Stufen 294 lenken oder ändern
das Moment des Coriolis-Strahlstroms aus Flüssigkeit und Partikeln im Allgemeinen
in eine Umfangsrichtung um die Achse A-A. Dadurch müssen eine
erhebliche Anzahl an ursprünglich
im Strahl strömenden
Partikeln in das gesättigte
Fließbett
oder das Elutriationsfeld strömen,
wo sie getrennt werden.
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Wie
in 7 gezeigt wird, kann die Fluidkammer 222 weitere
Stufen 225 aufweisen, die ähnlich den Stufen 294 geformt
sind. Die weiteren Stufen 225 sind zwischen der Position
des maximalen Querschnitts 233 und einem Fluidkammerauslass 232 angeordnet.
In einer Weise, die der oben beschriebenen ähnelt, neigen diese Stufen 225 dazu,
den Coriolis-Strahlstrom in eine die Achse A-A umgebende Umfangsrichtung
umzulenken.
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Zusätzlich zu
den weiteren Stufen 294 und 225 kann der Kegelwinkel 234b des
zweiten Kammerabschnitts 230 von 120° auf 45° verkleinert werden, um die
durch Dichteinversion verursachte Partikelkontaminierung zu verringern.
Sollten schneller sedimentierende Partikel an der maximalen Querschnittfläche 233 vorbei
wandern, hindern die Wände kleineren
Winkels teilweise einige dieser Partikel, direkt aus dem Auslass 232 herauszuströmen, da
die Dichteinversion in dem Abschnitt 230 nicht vorliegt. Dadurch „fallen" bzw. wandern die
schneller sedimentierenden Partikel unter der Wirkung des Zentrifugalfelds
der Schwerkraft zwischen die Fläche 233 und
den Einlass 228 zurück,
statt aus dem Auslass 232 zu strömen. Optional kann jede der
hier offenbarten Fluidkammern einen zweiten Kammerabschnitt 230 mit
einem Kegelwinkel 234b unter 120° beinhalten.
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8 zeigt
eine weitere Ausführung
einer Fluidkammer 322 mit Stufen 394 und einer
optionalen Nut 390 ähnlich
der Nut 190. Wie in 8 gezeigt wird,
weist jede Stufe 394 eine Grundfläche 395 auf, die im
Wesentlichen senkrecht zur Achse A-A ist. Diese Ausführung beinhaltet
auch eine Seitenfläche 396,
die bei einem spitzen Winkel zur Grundfläche 395 ausgerichtet
ist.
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In 9 ist
eine weitere Ausführung
einer Fluidkammer 422 mit strömungseinschränkenden Stufen 494 und
einer optionalen Nut 490 dargestellt. Eine Seitenfläche 496 jeder
Stufe 494 ist im Wesentlichen parallel zu einer Achse A-A und bildet mit
der Grundfläche 495 einen
stumpfen Winkel.
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In
den 6–9 können die
Nute 190, 290, 390, 490 und
die Stufen 294, 394, 494 entweder vollständig oder
nur teilweise die Kammerachse A-A umgeben. Diese Merkmale werden
vorgesehen, um Steigerungen der Fluidfließgeschwindigkeit zu erleichtern,
wie nachstehend beschrieben wird, und um die Leistung im Gleichgewichtszustand
der Fluidkammer zu verbessern. Während
der Trennung der Blutbestandteile senken die Nute 190, 290, 390, 490 und
die Stufen 294, 394, 494 stark die Anzahl
weißer Blutkörperchen,
die ansonsten am gesättigten
Blutplättchenfließbett vorbei
strömen
würden.
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Die
Nute 190, 290, 390, 490, die
Stufen 294, 394, 494 und die weiteren
Stufen 225 können
in vielen verschiedenen Konfigurationen ausgebildet werden, ohne
vom Schutzumfang oder Wesen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel
kann die Grundfläche
und/oder die Seitenfläche
einer oder mehrerer der Stufen 294, 394, 494 eine
konkave Form haben. Ferner können
die Stufen 294, 394, 494 in einer die Achse
A-A umgebenden Spirale angeordnet sein. Ferner kann ein Teil der
Grundfläche 295, 395, 495, der
sich um die Achse A-A- erstreckt, niedriger als ein Rest dieser
Fläche
positioniert sein, um eine Höhlung zu
bilden.
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Zwar
werden die Fluidkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' zur Verwendung
bei der Ausbildung eines gesättigten
Partikelfließbetts
beschrieben, doch soll diese Beschreibung nicht den Schutzumfang
der Erfindung in ihrem weitesten Sinn beschränken. Da Schwierigkeiten beim
Partikeltrennen, wie sie in Sartory diskutiert werden, verringert
oder beseitigt werden können,
wurde ein erheblicher Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik erzielt.
Diese Fluidkammern 122, 222, 322, 422 können bei
jedem Partikeltrennprozess eingesetzt werden. Insbesondere kann
eine Fluidkammer mit einem Kanal, einer Stufe oder einer weiteren
Stufe bei der Elutriation verwendet werden.
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Die
Nute 190, 290, 390, 490, die
Stufen 294, 394, 494 und die weitere
Stufe 225 können
in einem Spritzgießprozess
gebildet werden. Vorzugsweise werden die Fluidkammern 22, 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' zunächst durch
Spritzgießen
in mehreren Stücken,
vorzugsweise zwei, gebildet und durch einen von mehreren gut bekannten
Prozessen miteinander verbunden, beispielsweise HF-Schweißen, Ultraschallschweißen, Heizelementschweißen, Quellschweißen oder
Verkleben. Alternativ können diese
Fluidkammern aus einem einheitlichen Kunststoffmaterial zum Beispiel
durch Blasformen gebildet werden. Es kann aber jeder bekannte Herstellprozess
zur Herstellung der Kammern eingesetzt werden.
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Wenn
eine der Fluidkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' an Stelle der
Fluidkammer 22 tritt, kann das Steuergerät 40 das
Strömen
der Flüssigkeit mit
ersten Partikel auf mehrere bevorzugte Weisen regeln. Da diese Konstruktionen
der Fluidkammer die Coriolis-Strahlstrombildung und/oder Dichteinversion reduzieren,
kann das Steuergerät 40 die
Fließgeschwindigkeit
anheben, ohne das gesättigte
Partikelfließbett
zu beeinträchtigen.
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Während die
Drehzahl des Rotors 12 bei einem im Wesentlichen konstanten
Wert gehalten wird, kann das Steuergerät 40 das Strömen durch
die Fluidkammer 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' mit einer der
bzw. einer Kombination der folgenden verschiedenen Routinen anheben.
Bei einer Routine hebt das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit
durch schnelles oder sofortiges Anheben des Strömens durch die Fluidkammer 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' an. In einer
anderen Routine wird die Fließgeschwindigkeit
allmählich
im Laufe der Zeit angehoben. In einer noch weiteren Routine hebt
das Steuergerät 40 die
Fließgeschwindigkeit
nacheinander durch allmähliches
Anheben der Fließgeschwindigkeit,
Halten dieser erhöhten
Fließgeschwindigkeit und
dann durch erneutes allmähliches
Erhöhen
der Fließgeschwindigkeit
an.
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Wenn
die Vorrichtung 10 aber die Fluidkammer 22 enthält, wie
in 1–5 gezeigt,
kann die Fließgeschwindigkeitssteuerung
beschränkter
sein. Die Fließgeschwindigkeit
der Flüssigkeit
und der Partikel, die in die Fluidkammer 22 eindringen,
sollte keine schnelle oder extreme Fluktuation erfahren, da sich
andernfalls eine zeitweilige Beeinträchtigung der Wirkung des Betts
ergeben kann. Die Fließgeschwindigkeit
kann plötzlich
fallen, ohne das Bett zu beeinträchtigen,
aber plötzliche
Steigerungen der Geschwindigkeit können, wenn sie groß genug
sind, das Bett beeinträchtigen,
so dass Partikel, zum Beispiel weiße Blutkörperchen, aus der Fluidkammer 22 austreten
können.
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Das
Steuergerät 40 erhöht den Strom
in die Fluidkammer 22, während es das gesättigte Fließbett aufrechthält. Das
Steuergerät 40 kann
diese Steigerung der Fließgeschwindigkeit
durch allmähliches Anheben
des Strömens
in kontinuierlicher Weise, bis eine endgültige Fließgeschwindigkeit erreicht ist,
vornehmen. In einer bevorzugten Ausführung, welche die in 2 gezeigte
Fluidkammer beinhaltet, hebt das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit
in die Fluidkammer 22 durch einen Ratschenprozess an.
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Das
Steuergerät 40 hält das Bett
aufrecht und erhöht
die Fließgeschwindigkeit
im Ratschenprozess durch zuerst Reduzieren der Drehzahl des Rotors 12.
Die Drehzahl des Rotors 12 wird aber nicht auf einen Wert
reduziert, der rote Blutkörperchen
in der Außenschicht 60 über den
Damm 50 spülen lässt, andernfalls
strömen
eine erhebliche Anzahl sowohl roter Blutkörperchen als auch weißer Blutkörperchen
in die Fluidkammer 22. In einer Ausführung der Erfindung senkt das
Steuergerät 40 die
Drehzahl des Rotors 12, so dass eine Zentrifugalkraft am Damm 50 über 850
G bleibt. Dann berechnet das Steuergerät einen Wert für K = Qi/Ni 2,
wobei K eine Konstante, Qi die aktuelle
Fließgeschwindigkeit
in die Fluidkammer 22 und Ni die
aktuelle Drehzahl des Zentrifugenrotors 12 ist.
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Nachdem
das Steuergerät 40 die
Drehzahl des Rotors 12 reduziert und K berechnet, erhöht das Steuergerät 40 gleichzeitig
sowohl die Fließgeschwindigkeit
in die Fluidkammer 22 als auch die Drehzahl des Rotors 12.
Dadurch wirkt eine zunehmende Zentrifugalkraft in der Fluidkammer 22 ansteigenden
Fluidströmkraften
in der Fluidkammer 22 entgegen, um das gesättigte Partikelfließbett als
Sperre gegenüber
anderen Partikeln zu erhalten. Die neue Fließgeschwindigkeit in die Kammer,
Q, und die neue Drehzahl N erfüllen
die Gleichung: Q/N2 = K. Daher ist Q/N2 = K gleich Qi/Ni 2.
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Um
die Fließgeschwindigkeit
noch weiter anzuheben, kann das Steuergerät 40 weiter gleichzeitig sowohl
Fließgeschwindigkeit
als auch Drehzahl erhöhen.
Bei Bedarf kann das Steuergerät 40 auch
den Ratschenprozess wiederholen, um die Fließgeschwindigkeit weiter zu
erhöhen.
Dies wird durch Wiederholen der Schritte der Reduzierung der Drehzahl
und des gleichzeitigen Anhebens sowohl der Fließgeschwindigkeit als auch der
Drehzahl verwirklicht.
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Ferner
bringt das Steuergerät 40 vorzugsweise
das gesättigte
Partikelfließbett
in seinen Ursprungszustand zurück,
wenn eine Pause im Fluidstrom zur Fluidkammer 22 das Bett
zusammenbrechen lässt.
Das Steuergerät 40 kann
sowohl die Fließgeschwindigkeit
Q als auch die Drehzahl N konstant überwachen, um einen Wert für K = Q/N2 zu berechnen. Wenn der Strom in die Fluidkammer 22 momentan
innehält,
so dass das gesättigte
Fließbett
zusammenbricht, bleiben die Partikel, die das Bett bildeten, vorübergehend
in der Fluidkammer 22. Wenn der Fluidstrom in die Fluidkammer 22 wieder
eingeleitet wird, steuert das Steuergerät 40 sowohl die Fließgeschwindigkeit
Q als auch die Drehzahl N, so dass diese Parameter die Beziehung
K = Q/N2 erfüllen, die unmittelbar vor dem
Unterbrechen des Fluidstroms in die Fluidkammer 22 bestand.
Dies führt
die Partikel des zusammengebrochenen Betts automatisch zurück in eine
gesättigte
Fließbettform.
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Nach
dem Zusammenbrechen eines Betts kann sich das gesättigte Partikelfließbett auf
viele verschiedene Weisen erholen. Zum Beispiel kann die Fließgeschwindigkeit
nach einer Pause im Fluidstrom stufenweise oder allmählich angehoben
werden, um eine Bettwiederherstellung zu ermöglichen.
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10 zeigt
eine andere Ausführung
der Erfindung. In dieser Ausführung
ist eine Fluidkammer 522 an einem Zentrifugenrotor 512 angebracht.
Der Rotor 512 umfasst eine äußere Schüssel 521 und einen
Bügel 523 für das Halten
einer Trennkammer 546, die in einer lang gestreckten biegsamen
Rohr- oder Gürtelform
aus Kunststoff gebildet ist. Die in 10 gezeigte
Vorrichtung trennt Partikel, insbesondere Blutbestandteile, in der
Trennkammer 546 durch Erzeugen einer Zentrifugalkraft.
Weitere Einzelheiten bezüglich
der Konfiguration und des Betriebs dieser Vorrichtung sind dem U.S.
Patent 5,362,291 für
Williamson, IV, U.S. Patent 5,360,542 für Brown et al. und U.S. Patent
5,078,671 für
Dennehey et al. zu entnehmen.
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Die
Fluidkammer 522 ist an dem Zentrifugenrotor 512 angebracht
oder gehalten, wobei ein Auslass 532 im Wesentlichen hin
zu einer Drehachse 513 des Zentrifugenrotors 512 weist.
Der Zuflussschlauch 542 liefert der Fluidkammer 522 Flüssigkeit und
Partikel, nachdem die Partikel einer ersten Trennung in einem Teil
der Trennkammer 546 unterzogen werden. In ähnlicher
Weise befördert
ein Abflussschlauch 538 Substanzen aus der Fluidkammer 522 zu
einem anderen Teil der Trennkammer 546.
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Bei
Verwendung der in 10 gezeigten Ausführung werden
von einer Flüssigkeit
mitgeführte Partikel
in der Trennkammer 546 nach Dichte- und Größenunterschieden
der Partikel getrennt. Nach dem ersten Trennen strömen die
Flüssigkeit
und die Partikel, zum Beispiel Blutplättchen und weiße Blutkörperchen
mitführendes
Plasma, in die Fluidkammer 522. In der Fluidkammer 522 bildet
sich ein gesättigtes
Partikelfließbett,
um bestimmte Partikel weiter aus der strömenden Flüssigkeit zu trennen.
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Eine
noch weitere Ausführung
der Erfindung wird in 11 und 12 gezeigt.
Diese Ausführung beinhaltet
sowohl eine als Behälter
geformte Trennkammer 646 als auch einen Sammelbehälter 627. Die
Halterungen 629, 631 halten die Trennkammer 646 und
den Behälter 627 jeweils
an einem Zentrifugenrotor 612. Strömungsleitungen 635, 638 ermöglichen
Fluidströmen
zu und von der Trennkammer 646 und dem Behälter 627,
wie durch die in 11 mit dem Symbol „E" bezeichneten Pfeile
gezeigt wird. Weitere Bauteile umfassen einen Haltekragen 637 und
Behälterhalterungsklammeranordnungen 639. Die
Partikel werden in der Trennkammer 646 nach Dichte- und
Größenunterschieden
als Reaktion auf eine Zentrifugalkraft getrennt. Weitere Einzelheiten zu
Konfiguration und Betrieb dieser Vorrichtung finden sich in im Bedienerhandbuch
von CS-3000® Plus Blood
Separator von Baxter Healthcare Corporation (7-19-3-136).
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Wie
in 11 und 12 gezeigt,
hält eine Halterung 624 eine
Fluidkammer 622 an dem Rotor 612. Der Zuflussschlauch 642 befördert Flüssigkeit und
Partikel, die zunächst
in der Trennkammer 646 getrennt wurden, in die Fluidkammer 622.
Ferner stellt ein Abflussschlauch 639 eine Fluidverbindung zwischen
der Fluidkammer 622 und dem Sammelbehälter 627 her. Bei
dieser Konfiguration kann ein gesättigtes Partikelfließbett in
der Fluidkammer 622 gebildet werden, wie bezüglich der
obigen Ausführungen
erläutert
wurde, um Partikel zu filtrieren.
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13 zeigt
eine weitere Ausführung
der Erfindung. Diese Ausführung
beinhaltet eine Trennkammer 746, die vorzugsweise aus einer
starren transparenten Kunststoffleitung gebildet ist und die in eine
Zentrifuge eingesetzt werden kann. Ein Einlass 741 lässt Vollblut
in eine erste Stufe 743 der Trennkammer 746 strömen, so
dass rote Blutkörperchen aus
einer Leitung 745 entnommen werden könne, während blutplättchenreiches
Plasma durch die Leitung 742 strömt. Ferner lassen eine Leitung 747 und ein
Auslass 749 in einer zweiten Stufe 751 das Entnehmen
von blutplättchenarmem
Plasma bzw. von Blutplättchen
zu. Weitere Einzelheiten bezüglich
des Aufbaus und des Betriebs dieser Ausführung finden sich in den Brief
Operating Instructions des Fresenius MT AS 104 Blutzellseparators
(4/6.90(OP)).
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Wie
in 13 gezeigt wird, kann eine Fluidkammer 722 mit
der Trennkammer 746 verbunden werden. In der Fluidkammer 722 kann
ein gesättigtes Partikelfließbett gebildet
werden, um die Partikel nach der ersten Partikeltrennung in der
Trennkammer 746 in der oben beschriebenen Weise zu trennen.
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In
einer anderen (nicht dargestellten) Ausführung kann die Fluidkammer 722 mit
einem Auslass 749 einer zweiten Stufe 751 gekoppelt
werden. Diese alternative Ausführung
würde das
Trennen von Partikeln in ähnlicher
Weise wie die Partikeltrennung erlauben, die für die in 1–5 gezeigte
Ausführung
beschrieben wurde.
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14 zeigt
eine noch weitere Ausführung der
Erfindung. Wie gezeigt werden eine Trennkammer 846 und
eine erste Fluidkammer 822a an einem Zentrifugenrotor 812 in
einer Weise ähnlich
der der Ausführung
von 1–5 vorgesehen.
Zusätzlich
stellt ein Abflussschlauch 838 eine Fluidverbindung zwischen
einem Auslass 832a der Fluidkammer 822a und einem
Einlass 828b einer Hilfsfluidkammer 822b her.
Befestigungsbügel
(Halterungen) 824a, 824b halten die Fluidkammer
und die Hilfskammer 822a, 822b jeweils bei einem
im Wesentlichen gleichen radialen Abstand zu einer Drehachse des Zentrifugenrotors 812.
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Bei
der Verwendung der in 14 gezeigten Ausführung dreht
der Zentrifugenrotor 812, um zunächst
Partikel in der Trennkammer 846 nach Dichte und/oder Sedimentiergeschwindigkeit
zu trennen. Flüssigkeit
führt abgesonderte
Partikel in die erste Fluidkammer 822a, wo die Partikel
nach Ausbildung eines gesättigten
Fließbetts
aus Partikeln oder eines Elutriationsfelds weiter getrennt werden.
Danach strömen
die abgesonderten Partikel und die Flüssigkeit durch den Schlauch 838 in
die Hilfsfluidkammer 822b, wo die Partikel entweder durch
ein gesättigtes Fließbett aus
Partikeln oder ein Elutriationsfeld weiter getrennt werden. Dadurch
trennen sich die Partikel in den Kammern 822a, 822b durch
Ausbilden eines gesättigten
Partikelfließbetts
in einer der Kammern 822a, 822b und einer Elutriationsgrenze
in einer anderen der Kammern 822a, 822b oder alternativ
durch Ausbilden entweder eines gesättigten Partikelfließbetts oder
einer Elutriationsgrenze in beiden Kammern 822a, 822b.
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Optional
können
die Kammern 822a, 822b unterschiedliche Abmessungen
haben, zum Beispiel verschiedene Volumina, Längen oder Höchstdurchmesser. Die Fluidkammer 822a kann
zum Beispiel ein größeres Volumen
als die Hilfskammer 822b haben. Diese unterschiedlichen
Abmessungen ermöglichen
das Stattfinden von zwei verschiedenen Partikelseparationen in jeder
der Kammern 822a, 822b.
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Die
Ausführung
von 14 ermöglicht
das gleichzeitige Stattfinden von mehreren Partikelseparationen.
Weiterhin können
verschiedene Arten von Partikel in einem einzigen Vorgang geerntet
werden. Natürlich
können
eine oder mehrere weitere Fluidkammern hinzugefügt werden, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen. Ferner können beide Kammern 822a und 822b zylindrisch
sein.
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Für den Fachmann
auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen
des Aufbaus und der Methodologie der vorliegenden Erfindung vorgenommen
werden können, ohne
vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Die
in den 6–9, 16 und 17 gezeigten
Fluidkammern 122, 222, 322, 422, 1022 oder 1022' können an
Stelle der Fluidkammern 22, 522, 622, 722, 822a oder 822b treten.
Weiterhin kann die Erfindung durch Aufnehmen von zusätzlichen Fluidkammern
oder Trennkammern abgewandelt werden. Zwar wurde die Erfindung mit
einer Trennkammer für
das erste Trennen von Partikeln von der Flüssigkeit beschrieben, doch
kann die Erfindung praktiziert werden, ohne dass diese anfängliche Trennung
stattfindet.
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Zwar
wird das Steuergerät 40 vorstehend
als Drehzahl und Fließgeschwindigkeit
steuernd beschrieben, doch kann das Steuergerät 40 auch andere Parameter
regeln. Das Steuergerät
kann zum Beispiel die Dichte oder eine andere Eigenschaft der für das Transportieren
von Partikeln in die Fluidkammer verwendeten Flüssigkeit steuern.
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Während die
Erfindung hier in Verbindung mit der Blutbestandteilseparation beschrieben
wird, ist die Erfindung ferner in ihrem weitesten Sinn nicht hierauf
beschränkt.
Die Erfindung ist auf andere medizinische und nicht-medizinische
Anwendungen übertragbar.
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Die
zur Bildung des gesättigten
Fließbetts
in der Fluidkammer verwendeten Partikel können sich von den Partikeln
in dem Fluid unterscheiden, das für das Filtrieren durch die
Fluidkammer strömt.
Weiterhin ist es möglich,
zunächst
das gesättigte
Fließbett mit
einer extrem hohen Konzentration an Blutplättchen mit sehr wenigen weißen Blutkörperchen
zu bilden.
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Weiterhin
kann die Fluidkammer der Erfindung in einem Trennprozess unter Einsatz
von Elutriation oder einem anderen Partikeltrennmittel verwendet
werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Erfindungsgemäß wird auch
ein Mittel für
das Ändern
der Sedimentiergeschwindigkeit von Partikeln, die zur Bildung des
gesättigten
Betts verwendet werden, an die Hand gegeben. 18–20 zeigen
Ausführungen
der Erfindung einschließlich
Beispiele solcher Mittel. Wie in 18 gezeigt
wird, beinhaltet ein Teil eines Schlauchsets 1100 bevorzugt einen
primären
Behälter 1102 für das Aufnehmen
einer primären
Substanz, welche Flüssigkeit
und zu trennende Partikel enthält.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist die primäre
Substanz im primären
Behälter 1102 eine
periphere Zellsammlung, welche zum Beispiel Plasma, rote Blutkörperchen,
Stammzellen, T-Zellen und optional Tumorzellen enthält. Wie
vorstehend erwähnt
sind Vorrichtungen für
das Reinigen von Blut zum Erhalt einer peripheren Zellsammlung auf
dem Gebiet bekannt. Wie nachstehend eingehender beschrieben wird,
werden bestimmte Partikel, beispielsweise rote Blutkörperchen,
in der primären Substanz
zur Bildung eines gesättigten
Fließbetts
in einer Fluidkammer 1122 oder 1122' verwendet, die jeweils in 19 und 20 gezeigt
werden. Die Fluidkammern 1122 und 1122' sind vorzugsweise ähnlich wie
eine der oben beschriebenen Fluidkammern 22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 822b, 1022 oder 1022' aufgebaut.
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Wie
in 18 gezeigt wird, enthält das Schlauchset 1100 bevorzugt
auch eine Reihe von Additivbehältern 1104,
die Additive für
das Ändern der
Sedimentiergeschwindigkeit der Partikel in der primären Substanz,
die das gesättigte
Fließbett
in der Fluidkammer 1122, 1122' bildet, enthält. Eine Reihe von Abflussschläuchen 1112 bzw. 1114 verbinden
jeweils den primären
Behälter 1102 und
jeden der Additivbehälter 1104 mit
einer Zufuhrleitung 1121 des Schlauchsets 1100,
so dass die primäre
Substanz und die Additive, die in den Abflussschläuchen 1112 und 1114 fließen, sich
in der Zufuhrleitung 1121 mischen. Wie jeweils in 19 und 20 gezeigt wird,
ist die Zufuhrleitung 1121 mit einem Einlass 1140, 1140' der Fluidkammer 1222, 1222' (jeweils) verbunden.
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Eine
Reihe von in 18 schematisch gezeigten Pumpen 1124 und 1126 regeln
das Strömen in
den Abflussschläuchen 1112 und 1114 von
dem primären
Behälter 1102 und
den Additivbehältern 1104 zu
der Zufuhrleitung 1121. Vorzugsweise sind die Pumpen 1124 und 1126 Peristaltikpumpen,
die mit einem Steuergerät 1106 ähnlich dem
oben in Verbindung mit 3 beschriebenen Steuergerät 40 verbunden
sind.
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Das
Steuergerät 1106 bemisst
die Menge der primären
Substanz und der Additive, die in der Zufuhrleitung 1121 strömen und
sich mischen.
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Wie
für den
Fachmann auf dem Gebiet erkenntlich ist, könnten andere Arten von strömungsregelnden
Vorrichtungen, zum Beispiel Ventile oder Kreiselradpumpen, an Stelle
der Peristaltikpumpen 1124 und 1126 verwendet
werden. Im weitesten Sinne erfordert die Erfindung nicht den gesamten
oben beschriebenen Aufbau. Die Additivsubstanzen können zum
Beispiel direkt in den primären
Behälter 1102 ohne
Verwendung der Additivbehälter 1104,
der Pumpen 1126 und der Abflussschläuche 1114 eingebracht
werden. Wenn die das gesättigte
Fließbett
bildenden Partikel magnetisch sind, könnte ein veränderliches
Magnetfeld neben der Fluidkammer 1122, 1122' die Sedimentiergeschwindigkeit
der das Bett bildenden Partikel ändern.
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Mit
dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, die Sedimentiergeschwindigkeit
von Partikeln zu ändern,
die in der Kammer 1122, 1122' ein gesättigtes Fließbett bilden.
Durch Ändern
der Sedimentiergeschwindigkeit können,
wie nachstehend beschrieben, die Filtriereigenschaften des gesättigten
Fließbetts
geändert
werden.
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Bei
Einsatz werden eine oder mehrere der Additivsubstanzen in den Behältern 1104 aufgrund ihrer
Fähigkeit
gewählt,
die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel auf
eine Sedimentiergeschwindigkeit zu ändern, die größer als
die der ersten Partikel in der primären Substanz und kleiner als
die der zweiten Partikel in der primären Substanz ist. Das Steuergerät 1106 regelt
die Pumpen 1126, um die Sedimentiergeschwindigkeit der
Partikel in dem gesättigten
Fließbett
exakt zu steuern. Nach dem korrekten Einstellen der Sedimentiergeschwindigkeit
der das Bett bildenden Partikel lässt das Bett bestimmte Partikel
durch die Fluidkammer 1122, 1122' passieren, während andere Partikel durch
das Bett in der Fluidkammer 1122, 1122' zurückgehalten
werden.
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Wenn
die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel angehoben
wird, hält
das gesättigte
Fließbett
Partikel in der Fluidkammer 1122 oder 1122' zurück, die
normalerweise das Bett passieren würden, wenn die Sedimentiergeschwindigkeit der
Bett bildenden Partikel nicht geändert
worden wäre.
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Wenn
umgekehrt die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden
Partikel gesenkt wird, lässt
das gesättigte
Fließbett
Partikel durch das Bett passieren, die normalerweise in der Fluidkammer 1122 oder 1122' zurückgehalten
würden,
wenn die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel
nicht geändert
worden wäre.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung können
rote Blutkörperchen
zur Bildung des gesättigten
Fließbetts
verwendet werden, und einer der Additivbehälter 1104 kann eine
Additivsubstanz wie Wasser oder physiologische Kochsalzlösung mit
einer schwachen Salzkonzentration enthalten. Die Additivsubstanz
in einem der Additivbehälter 1104 kann zum
Beispiel eine physiologische Kochsalzlösung mit etwa 0,4 Masseprozent
Natriumchlorid sein. Diese Additivsubstanzen sind verglichen mit
roten Blutkörperchen
hypoton. Ein anderer der Additivbehälter 1104 enthält vorzugsweise
eine Additivsubstanz, beispielsweise physiologische Kochsalzlösung mit
einer starken Salzkonzentration, die verglichen mit roten Blutkörperchen
hyperton ist. Die hypertone Additivlösung in einem der Additivbehälter 1104 kann
zum Beispiel eine physiologische Kochsalzlösung mit etwa 7 Masseprozent
Natriumchlorid sein.
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Die
hypotonen oder hypotonen Additivsubstanzen können viele verschiedene Arten
von Lösungen
sein, die eine vorbestimmte Konzentration eines bestimmten gelösten Stoffs
enthalten. Diese Substanzen können
zum Beispiel Albumin als gelösten Stoff
enthalten.
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Wie
nachstehend eingehender beschrieben wird, neigen hypotone Additivlösungen dazu,
die Größe der roten
Blutkörperchen
osmotisch zu vergrößern. Umgekehrt
neigen hypertone Lösungen
dazu, die Größe roter
Blutkörperchen
osmotisch zu verkleinern. Die Partikelsedimentiergeschwindigkeit steht
wie vorstehend erläutert
nach dem Stoke'schem
Gesetz direkt mit der Größe des Partikels in
Zusammenhang. Daher erhöht
eine Zunahme der Partikelgröße die Sedimentiergeschwindigkeit,
während
eine Abnahme der Partikelgröße die Sedimentiergeschwindigkeit
senkt.
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Ein
anderer der Additivbehälter 1104 enthält vorzugsweise
eine Albumin oder Saccharose enthaltende Lösung. Solche Lösungen ändern die
Dichte und/oder Viskosität
von Flüssigkeit
wie Plasma, das aus dem primären
Behälter 1102 strömt. Wie
vorstehend erwähnt
steht die Sedimentiergeschwindigkeit eines Partikels nach dem Stoke'schem Gesetz auch mit
der Dichte und Viskosität
eines Fluids in Zusammenhang. Daher kann durch Zugabe von Dichte/Viskosität ändernden
Komponenten in die Zufuhrleitung 1121 die Sedimentiergeschwindigkeit
der Partikel des gesättigten
Fließbetts
geändert
werden.
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Zumindest
einer der Additivbehälter 1104 enthält bevorzugt
eine Substanz, die eine Reihe der das gesättigte Fließbett bildenden Partikel in
der primären
Lösung
zusammenkettet, um eine Reihe von das gesättigte Fließbett bildende Partikelgruppen
mit einer Größer zu bilden,
die größer als
die der einzelnen Partikel ist. Da die Partikelgruppen größer als
die einzelnen Partikel sind, ist nach dem Stoke'schem Gesetz die Sedimentiergeschwindigkeit
der das gesättigte
Fließbett
bildenden Partikelgruppen größer als
die der einzelnen Partikel. In einer bevorzugten Ausführung enthält eine
solche Partikelgruppen bildende Substanz Makromoleküle von Dextran
oder Fibrogen. Diese Substanzen bewirken, dass die roten Blutkörperchen
ein Rouleau bilden – d.h.
die roten Blutkörperchen
verketten sich und bilden separate rote Blutkörpchengruppen.
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In
einer in 19 gezeigten Ausführung der Erfindung
ist die Zufuhrleitung 1121 mit dem Einlass 1140 der
Fluidkammer 1122 gekoppelt. Die Fluidkammer 1122 ist
an dem Zentrifugenrotor 1134 einer Zentrifugenvorrichtung 1136 angebracht,
welche vorzugsweise einen Motor, eine Welle, einen Arm, eine Halterung,
eine Pumpe und ein Steuergerät 1106 enthält, die
jeweils ähnlich
oder identisch zu dem Motor 16, der Welle 18,
dem Arm 19, der Halterung 24, der Pumpe 36 und
dem Steuergerät 40 sind,
die in 1 und 3 gezeigt sind.
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In
einer in 20 gezeigten anderen Ausführung der
Erfindung ist die Zufuhrleitung 1121 mit einem Einlass 1140' der Fluidkammer 1122' gekoppelt.
Die Fluidkammer 1122' ist
an einem Zentrifugenrotor 1134' einer Zentrifugenvorrichtung 1136' angebracht,
die wie die in 19 gezeigte Zentrifugenvorrichtung 1136 konfiguriert
ist.
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Erfindungsgemäß wird auch
ein Mittel für
das Trennen von Partikeln von Flüssigkeit
nach dem Strömen
der Partikel und Flüssigkeit
aus der Fluidkammer an die Hand gegeben. Wie in 19 veranschaulicht,
koppelt ein Zwischenschlauch 1138 einen Auslass 1142 der
Fluidkammer 1122 mit einem Einlass 1144 einer
Zusatzkammer 1146. Die Zusatzkammer 1146 ist an
dem Zentrifugenrotor 1134 abnehmbar angebracht.
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Wie
in 19 gezeigt, sind die Fluidkammer 1122 und
die Zusatzkammer 1146 bei etwa dem gleichen Abstand von
einer Drehachse des Rotors 1134 beabstandet. Eine maximale
Querschnittfläche
der Zusatzkammer 1146 ist vorzugsweise größer als
die der Fluidkammer 112, so dass die Zusatzkammer 1146 Partikel
zurückhält, ohne
ein gesättigtes
Partikelfließbett
zu bilden. In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführung ist
die Zusatzkammer 1146 weiter als die Fluidkammer 1122 von
einer Drehachse des Rotors 1134 entfernt. Während der
Drehung des Rotors 1134 ermöglicht dieser Abstand, dass
Partikel in der Zusatzkammer 1146 eine stärkere Zentrifugalkraft
als Partikel in der Fluidkammer 1122 erfahren, wodurch
die Zusatzkammer 1146 eine maximale Querschnittfläche ähnlich der
der Fluidkammer 1122 haben kann.
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Wie
nachstehend eingehender beschrieben wird, bewirkt durch Steuern
der Fließgeschwindigkeit und
der Drehung des Rotors 1134 die Zentrifugalkraft in der
Zusatzkammer 1146, dass die aus der Fluidkammer 1122 strömenden Partikel
in der Kammer 1146 zurückgehalten
werden, während
Flüssigkeit durch
einen Auslass 1148 und in eine Auslassleitung 1150 gelangen
kann.
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Wie
in 19 gezeigt, ist die Zusatzkammer 1146 bevorzugt
größer als
die Fluidkammer 1122, so dass die Zusatzkammer 1146 eine
erhebliche Anzahl an Partikeln zurückhalten kann. Vorzugsweise
ist ein Innenraum der Zusatzkammer 1146 wie das der Fluidkammer 1122 geformt.
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In
einer in 20 gezeigten anderen Ausführung koppelt
der Zwischenschlauch 1138' einen Auslass 1142' der Flüssigkeitskammer 1122' mit einem Einlass 1152 eines
Trennkanals 1154, der an dem Zentrifugenrotor 1134' angebracht
ist. Neben einem äußeren Teil
des Zentrifugenrotors 1134' weist der
Trennkanal 1154 eine Sammelsenke 1156 für das Sammeln
von Partikeln auf, die in den Trennkanal 1154 strömen. Die
Drehung des Zentrifugenrotors 1134' sedimentiert Partikel in die Sammelsenke 1156,
während
langsamer sedimentierende Flüssigkeit
und möglicherweise
einige langsamer sedimentierende Partikel über einer oberen Grenze 1158 der Sammelsenke
bleiben.
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Wie
in 20 gezeigt, weist die Sammelsenke 1156 einen
Partikelkonzentratauslass 1164 auf, der mit einer Partikelkonzentratleitung 1160 verbunden
ist. Die Partikelkonzentratleitung 1160 entfernt in der
Sammelsenke 1156 zurückgehaltene
Partikel. Ein Flüssigkeitsauslass 1166 ist über der
oberen Grenze 1158 vorgesehen und ist mit der Flüssigkeitsauslassleitung 1162 verbunden.
Die Flüssigkeitsauslassleitung 1162 entfernt
Flüssigkeit über der
oberen Grenze 1158. Ferner kann die Flüssigkeitsauslassleitung 1162 langsamer
sedimentierende Partikel über der
oberen Grenze 1158 entfernen.
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Bevorzugt
sind die Partikelsammelsenke 1156, der Partikelkonzentratauslass 1164 und
der Flüssigkeitsauslass 1166 an
oder neben einem Ende des Trennkanals 1154 angeordnet,
und der Einlass 1152 ist an oder neben einem entgegengesetzten Ende
des Trennkanals 1154 angeordnet. Diese Beabstandung stellt
ausreichend Zeit für
die Trennung von Partikeln von Flüssigkeit, das Sammeln einer
erheblichen Anzahl an Partikeln in der Sammelsenke 1156 und
das entsprechende Entfernen einer erheblichen Anzahl an Partikeln
durch die Konzentratleitung 1160 sicher.
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Verfahren
für das
Trennen von T-Zellen, Tumorzellen, Stammzellen und/oder Plasma von
einer peripheren Zellentnahme werden nachstehend unter Bezug auf 18–20 besprochen.
Wenngleich die Erfindung in Verbindung mit dem Trennen dieser Substanzen
von einer peripheren Zellentnahme beschrieben wird, versteht sich,
dass die Erfindung in ihrem weitesten Sinn nicht hierauf beschränkt ist.
Die Erfindung kann zum Beispiel mühelos umgesetzt werden, um
Substanzen in einer Knochenmark- Ernteentnahme
oder einer nach der Geburt geernteten Nabelschnur-Zellentnahme zu
trennen. Ferner könnte
das Verfahren der Erfindung im weitesten Sinn mit einem anderen
Aufbau, als er in Verbindung mit den in 18–20 gezeigten
Ausführungen
beschrieben wird, praktiziert werden.
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Nach
einem Spendevorgang, bei welchem eine periphere Zellentnahme erhalten
wird, wird die periphere Zellentnahme in den primären Behälter 1102 gegeben.
Ein erheblicher Teil der peripheren Zellentnahme enthält Plasma,
rote Blutkörperchen, Stammzellen
und T-Zellen. Wenn das Blut des Spenders Tumorzellen enthielt, sind
diese Zellen auch in der peripheren Zellentnahme enthalten.
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Letztlich
werden die roten Blutkörperchen aus
der peripheren Zellentnahme verwendet, um ein gesättigtes
Fließbett
in der Fluidkammer 1122, 122' zu bilden. Wenn die Anzahl roter
Blutkörperchen
in der peripheren Zellentnahme nicht ausreicht, um das gesättigte Bett
zu bilden, werden vorzugsweise zusätzliche rote Blutkörperchen
in den primären
Behälter 1102 gegeben,
so dass die Anzahl roter Blutkörperchen
die Anzahl an Stammzellen, T-Zellen und etwaiger Tumorzellen in
dem primären
Behälter 1102 übersteigt.
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Zu
Beginn eines Partikeltrennvorgangs wird die zum Behälter 1102 gehörige Pumpe 1124 aktiviert,
um die periphere Zellentnahme aus dem primären Behälter 1102 zu der Zufuhrleitung 1121 zu
befördern.
Ferner werden eine oder mehrere der den Additivsubstanzen aus den
Additivbehältern 1104 zugeordneten
Pumpen 1126 genutzt, um Additive zu der Zufuhrleitung 1121 zu
befördern.
In der Zufuhrleitung 1121 vermischen sich die periphere
Zellentnahme und eine oder mehrere der Additivsubstanzen, um die
Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen zu erhöhen oder
zu senken.
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Wird
der Zufuhrleitung 1121 eine hypotone Lösung zugesetzt, vergrößern die
roten Blutkörperchen
ihre Größe osmotisch,
wodurch die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen
erhöht wird.
Wenn umgekehrt der Zufuhrleitung 1121 hypertone Lösung zugesetzt
wird, nehmen die roten Blutkörperchen
an Größe ab, wodurch
die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen gesenkt wird. Wenn physiologische
Kochsalzlösung
als hypotone oder hypertone Lösung
verwendet wird, kann das Gemisch der peripheren Zellentnahme und
der Additivsubstanzen in der Zufuhrleitung 1121 etwa 0,6 Masseprozent
bis etwa 5 Masseprozent Natriumchlorid enthalten. Die Menge an Natriumchlorid
oder anderen gelösten
Stoffen in der Zufuhrleitung 1121 reicht bevorzugt aus,
um eine Hämolyse
(ein Bersten) der roten Blutkörperchen
zu verhindern, wenn die roten Blutkörperchen an Größe zunehmen.
Bei Verwendung von physiologischer Kochsalzlösung zum Beispiel liegt die
Menge an Natriumchlorid in der Zufuhrleitung 1121 bei vorzugsweise
etwa über
0,4 Masseprozent.
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Wenn
der Zufuhrleitung 1121 eine Albumin oder Saccharose enthaltende
Lösung
zugesetzt wird, erhöht
die Lösung
die Dichte und/oder Viskosität
des Plasmas in der Zufuhrleitung 1121, wodurch die Sedimentiergeschwindigkeit
der roten Blutkörperchen reduziert
wird. Wenn der Zufuhrleitung 1121 ein Makromoleküle von Dextran
oder Fibrogen enthaltendes Medium zugesetzt wird, bewirkt das Medium,
dass rote Blutkörperchen
in zur Zufuhrleitung 1121 ein Rouleau bilden, wodurch die
Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen erhöht wird.
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Das
Steuergerät 1106 aktiviert
abhängig
von der Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen
und den Sedimentiergeschwindigkeiten von Zellen, die getrennt werden,
eine oder mehrere der Pumpen 1126. Um schneller sedimentierende Stammzellen
von langsamer sedimentierenden T-Zellen zu trennen, wird die Additiveinleitung
zum Beispiel so gesteuert, dass die Sedimentiergeschwindigkeit der
roten Blutkörperchen
zwischen die Sedimentiergeschwindigkeit der Stammzellen und die
Sedimentiergeschwindigkeit der T-Zellen fällt.
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Die
periphere Zellentnahme und die Additivsubstanzen strömen durch
die Zufuhrleitung 1121 in den Einlass 1140, 1140' der Fluidkammer 1122, 1122'. Das Steuergerät 1106 steuert
die Drehzahl des Rotors 1136, 1136' und die Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 1122, 1122', um ein gesättigtes Fließbett roter
Blutkörperchen
in der Fluidkammer 1122, 1122' herzustellen.
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Das
gesättigte
Fließbett
roter Blutkörperchen benimmt
sich wie das früher
beschriebene Fließbett aus
Blutplättchen.
Plasma, Additivsubstanzen und langsamer sedimentierende T-Zellen
passieren das gesättigte
Fließbett
roter Blutkörperchen
und den Auslass 1142, 1142', während das Bett schneller sedimentierende
Stammzellen in der Fluidkammer 1122, 1122' zurückhält. Wenn
rote Blutkörperchen weiter
in die Fluidkammer 1122, 1122' strömen und in das gesättigte Fließbett eindringen,
strömen
rote Blutkörperchen
aus dem Auslass 1142, 1142'. Da das Fließbett gesättigt ist, ist die Geschwindigkeit,
bei welcher rote Blutkörperchen
in den Einlass 1140, 1140' eintreten, gleich der Geschwindigkeit,
bei welcher rote Blutkörperchen
durch den Auslass 1142, 1142' strömen.
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Wenn
das gesättigte
Fließbett
roter Blutkörperchen
weiter schneller sedimentierende Partikel filtriert, mischen die
Pumpe 1124 und eine oder mehrere der Additivpumpen 1126 weiter
die periphere Zellentnahme und Additive in der Zufuhrleitung 1121. Dies
gewährleistet,
dass die in das gesättigte
Fließbett
eindringenden roten Blutkörperchen
und die roten Blutkörperchen
im Bett eine Sedimentiergeschwindigkeit zwischen der der ersten
und zweiten Partikel haben, die getrennt werden.
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In
der Ausführung
von 19 strömen
Plasma, Additivsubstanzen, T-Zellen und der Anteil roter Blutkörperchen,
die das gesättigte
Fließbett
verlassen, durch den Auslass 1142 und den Zwischenschlauch 1138 in
den Einlass 1144 der Zusatzkammer 1146. In der
Zusatzkammer 1146 hält
die durch Drehung des Rotors 1134 erzeugte Zentrifugalkraft die
T-Zellen und die roten Blutkörperchen
zurück.
Inzwischen strömen
das Plasma und die Additivsubstanzen aus dem Auslass 1148 in
die Auslassleitung 1150. Dies trennt die T-Zellen und die
roten Blutkörperchen
von dem Plasma und den Additivsubstanzen.
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Die
Stammzellen und die roten Blutkörperchen
in der Fluidkammer 1122 und die T-Zellen und die roten Blutkörperchen
in der Zusatzkammer 1146 können einen Rückstand
einiger der Additivsubstanzen zurückhalten, beispielsweise Albumin,
Saccharose, Dextran oder Fibrogen. Um diesen Rückstand von diesen Zellen zu
waschen, pumpt eine der Pumpen 1126 vor Beendigung des
Trennvorgangs vorzugsweise ein Waschmedium wie physiologische Kochsalzlösung aus
einem entsprechenden Additivbehälter 1104 durch
die Fluidkammer 1122 und die Zusatzfluidkammer 1146.
Bei Bedarf kann die Drehzahl des Rotors 1134 geändert werden,
um während des
Waschens Partikel in der Fluidkammer 1122 und der Zusatzfluidkammer 1146 zurückzuhalten.
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Wenn
die gesamte periphere Zellentnahme von dem primären Behälter 1102 strömt, beendet
das Steuergerät 1106 die
Drehung des Zentrifugenrotors 1124. Um die Stammzellen
und roten Blutkörperchen aus
der Fluidkammer 1222 zu entnehmen, löst ein Bediener die Fluidkammer 1122 von
dem Zentrifugenrotor 1134 und trennt die Zufuhrleitung 1121 oder den
Zwischenschlauch 1138 von der Fluidkammer 1122.
In ähnlicher
Weise entnimmt der Bediener T-Zellen und rote Blutkörperchen,
die in der Zusatzfluidkammer 1146 zurückgehalten wurden.
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In
der Ausführung
von 20 strömen
Plasma, Additivsubstanzen, T-Zellen und der Anteil roter Blutkörperchen,
die das gesättigte
Fließbett
verlassen, durch den Auslass 1142' und den Zwischenschlauch 1138' in den Einlass 1152 des
Trennkanals 1154. Die durch die Drehung des Zentrifugenrotors 1134' erzeugte Zentrifugalkraft
sedimentiert die T-Zellen und roten Blutkörperchen in der Sammelsenke 1156,
während
Plasma und Additivsubstanzen über
der oberen Grenze 1158 der Sammelsenke 1156 bleiben.
Wenn sich die T-Zellen und roten Blutkörperchen in der Sammelsenke 1156 sammeln,
entfernt die Partikelkonzentratleitung 1160 diese durch den
Auslass 1164. Gleichzeitig entfernt die Flüssigkeitsauslassleitung 1162 Plasma
und Additivsubstanzen durch den Flüssigkeitsauslass 1166.
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Wenn
sich der primäre
Behälter 1102 leert, beendet
das Steuergerät 1106 die
Drehung des Rotors 1136'.
Ein Bediener entnimmt dann die Stammzellen und die roten Blutkörperchen
aus der Fluidkammer 1222' durch
Lösen der
Fluidkammer 1122' von
dem Zentrifugenrotor 1134' und
Trennen der Zufuhrleitung 1121' oder des Zwischenschlauchs 1138' von der Fluidkammer 1122'.
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Um
schneller sedimentierende Tumorzellen von langsamer sedimentierenden
Stammzellen zu trennen, geben eine oder mehrere der Pumpen 1126 Additivsubstanzen
von einem oder mehreren der Additivbehälter 1104 in die Zufuhrleitung 1121.
Die Additivsubstanzen regeln die Sedimentiergeschwindigkeit der
roten Blutkörperchen
auf eine Sedimentiergeschwindigkeit zwischen der Sedimentiergeschwindigkeit
von Tumorzellen und der Sedimentiergeschwindigkeit von Stammzellen.
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Wie
vorstehend beschrieben bildet sich ein gesättigtes Fließbett roter
Blutkörperchen
in der Fluidkammer 1122, 1122'. Da die Tumorzellen eine größere Sedimentiergeschwindigkeit
als die roten Blutkörperchen
haben, hält
das gesättigte
Fließbett
roter Blutkörperchen
Tumorzellen in der Fluidkammer 1122, 1122' zurück. Stammzellen,
die jetzt eine geringere Sedimentiergeschwindigkeit als rote Blutkörperchen
haben, strömen
aus dem Auslass 1142, 1142' der Fluidkammer 1122, 1122' zusammen mit
dem Teil roter Blutkörperchen,
die das Bett verlassen.
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In
der Zusatzkammer 1146 oder dem Trennkanal 1154 trennen
sich Stammzellen und rote Blutkörperchen
von dem Plasma und den Additivsubstanzen in gleicher Weise wie sich
die T-Zellen und roten Blutkörperchen
von dem Plasma und den Additivsubstanzen in dem oben beschriebenen
Verfahren trennen. Wenn die Ausführung
von 19 verwendet wird, wäscht Waschmedium, beispielsweise
physiologische Kochsalzlösung
von einem der Additivbehälter 1104,
den Additivrückstand
von den Partikeln in der Fluidkammer 1122 und in der Zusatzfluidkammer 1146,
wie vorstehend beschrieben wurde.
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Wenn
der primäre
Behälter 1102 leer
ist, entnimmt ein Bediener Tumorzellen und rote Blutkörperchen
aus der Fluidkammer 1122 oder 1122'. Stammzellen und rote Blutkörperchen
werden aus der in 19 gezeigten Zusatzkammer 1146 oder
aus dem in 20 gezeigten Partikelkonzentratauslass
entnommen.
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Die
Erfindung kann genutzt werden, um durch Zurückhalten von Stammzellen in
dem gesättigten
Fließbett
roter Blutkörperchen
langsamer sedimentierende Tumorzellen von schneller sedimentierenden
Stammzellen zu trennen, während
Tumorzellen durch das Bett strömen
dürfen.
Die Erfindung kann in ihrem weitesten Sinn auch zum Trennen vieler
verschiedener Arten von Partikeln voneinander verwendet werden.
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Daher
versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in dieser Schrift
beschriebenen Beispiele beschränkt
ist. Vielmehr soll die Erfindung Abwandlungen und Abänderungen
decken, sofern sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche fallen.