SE459791B - Ringcentrifug - Google Patents

Description

459 791 i en av behâllarna inbyggd pumpanordning. Sådana behållare och centrifuger blir emellertid för dyrbara för t ex rutinmässig skördning av plasma från givare (s k plasma- fereser). z Det är ävenledes känt att överföra en komponent från en behållare till en annan med hjälp av en deplacementvätska som pumpas med en utanför centrifughuvudet belägen pump- anordning. De roterande vätskekopplingar som härvid er- fordras är dock konstruktionstekniskt dyra och har ej hög tillförlitlighet.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en centrifuganordning för skonsam och effektiv sepa- ration av vätskor, speciellt blod och andra biologiska vätskor, där de nämnda olägenheterna med kända typer av centrifuger är övervunna. Sålunda innefattar centrifugan- ordningen enligt uppfinningen ett enkelt och tillförlit- ligt system för att från en ringbehållare överföra en separerad komponent till en komponentbehàllare medan vät- skan står under inverkan av centrifugens g-fält, utan att nâgra manuella eller utifrân styrda ingrepp i centrifugens drift behöver vidtagas.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en enkel, tillförlitlig och lättskött ut- rustning för plasmaferes, och som lämpar sig för använd- ning vid mobila tappningsenheter såsom blodbussar.

Dessa och andra ändamål och fördelar, som närmare framgår av den följande beskrivningen, uppnås enligt uppfinningen med en centrifuganordning som framgår av patentkraven.

Centrifuganordningen enligt uppfinningen centrifughuvud som inrymmer en innefattar ett ringformad separatione- kammare för en flexibel, kollaberbar ringbehàllare och en i centrifughuvudets centrum anordnad centrumkammare för en 459 791 till hållare, samt en tryckmediumkammare som kommunicerar med eller flera ringbehàllaren anslutna komponentbe- separationskammaren och innehåller en elastisk kropp.

Kroppen är anordnat att vid centrifugeringen påverkas av g-fältet så att det pressas mot separationskamaren och därigenom utövar ett tryck på den i separationskammaren befintliga ringbehâllaren och är avpassad att utöva ett högre tryck på ringbehàllaren än trycket från den i ring- behållaren inneslutna vätskan. Den elastiska kroppen kan t ex ha väsentligt högre specifik vikt än vätskan i ring- behållaren eller ha inlägg av tyngre kroppar som likt kolvar pressar kroppen mot separationskammaren.

Enligt en föredragen utföringsfornx utgöres tryckmedium- kammaren av en ringformad kammare och tryckmediet.av en i kropp, som denna kammare anordnad elastisk ringformad kommunicerar med separationskammaren via en ringformad öppning mellan dessa kammare. Eventuellt sker kommunika- tionen via ett i denna öppning anordnat ringformat mem- bran.

Komponentbehàllaren eller behällarna placeras i en cen- trumkammare i centrifughuvudets mittparti och deltager således i rotationen. Roterande kopplingar i förbindelsen mellan ringbehållare och komponentbehàllare kan på detta sätt undvikas.

Separationskammaren och centrumkammaren kan vara förbundna med varandra via en spaltformad förbindelsezon, vilket möjliggör användandet av ändamålsenliga passet, där ring- behållare och komponentbehållare är sammanfogade med var- andra och hanteras som en enhet.

För att ytterligare förbättra centrifuganordningens ända- målsenlighet speciellt för plasmaferes och annan blodbe- handling i direkt anslutning till tappning av blod från en blodgivare/patient, kan centrifugen förses med ett system 459 791 för fyllning och tömning av ringbehàllaren medan- denna befinner sig i centrifughuvudet. Detta åstadkommas genom att separationskamxnaren sätts under över- eller undertryck via en trycklufts-/vacuumanslutning till centrifugbnvudet.

Genom styrning av centrifugmotorn kan centrifugem samti- digt med dessa fyllníngs-/tömningsoperationer ges m» fram- och återgàende agiterande rörelse. Fyllningsoperationen kan även avbrytas automatiskt genom att ringbehålïaren blockerar vacuumanslutningen när den fyllts till en förut- bestämd volym.

Den elastiska kroppen kan anordnas att alltid utñvauett tryck på ringbehàllaren så snart centrifughuvudet roterar. Överförandet av separerad komponent till komponentšäehåll- aren regleras dà av en eller flera ventilersom påverkar förbindelsen mellan ringbehållare och komponentbehâïlare.

Ventilerna håller därvid nämnda förbindelse normalt stängda och öppnar den när överföring skall ske. Ventilezma- kan vara centrifugalpàverkade och anordnade att öppna vid ett visst varvtal som ligger högre än det normala driftsvarv- talet.

Ventilernas utformning samt öppnings- och stängningskarak- teristika kan avpassas efter den aktuella användningen av centrifugen. För separation som skall utföras under ste- rila förhållanden föredrages dock att använda klâxnrenti- ler, som pressar samman kollaberbara förbindelser mellan de olika behållarna. Behâllarna kan då kopplas samman till ett slutet system för att kommunicera med varandra utan att deras innehåll kommer i kontakt med omgivningen.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer av vilka figur l visar en utföringsform av ett centrifughunud till en centrifuganordning enligt uppfinningen, 459 791 figur 2 visar en horisontalvy av samma centrifughuvud med locket borttaget, figur 3 visar en centrifugalkraftspåverkad slangventíl till ett centrifughuvud enligt uppfinningen, figur 4 visar ett ventilarrangemang i form av ett ring- format klämdom till ett centrifughuvud enligt uppfinningen, figur 5 visar en lásnings- och agitationsanordning till ett centrifughuvud enligt uppfinningen, I centrifughuvudet enligt figur lzoch. 2 betecknar l en ringformad separationskammare, som löper runt centrifug- huvudet utmed dess periferi. 2 betecknar en centrumkammare som via en spaltformad förbindelsezon 3 står i förbindelse med separationskammaren. 4 betecknar en centrifugkona, som drivs av en ej visad programstyrd motor och 5 ett mot centrifugkonan passande nav till centrifughuvudet. 6 är en rotationsformad skàlformad undre del av huvudet mot vilken en övre ring 7 är permanent fastdragen. Mellan delarna 6 och 7 är ett elastiskt ringformat membran 8 fastklämt.

Membranets 8 innerkant är fastklämt mellan de rotations- syxnmetriska delarna 9 och 10 genom att del 10 med ett antal skruvar ll är fastdragna mot skålen 6. Skälen 6 är i sin tur fastdragen vid navet 5 med ett antal skruvar 12.

Utrymmet mellan delarna 6, 8 och 9 bildar en ringformad tryckmediumkammare 13, vilken är fylld av en elastisk kropp 14, t ex latexgummi med inblandat metallpulver. Den elastiska kroppen skall ha en väsentligt högre specifik vikt än den vätska som skall separeras i centrifugen.

Förutom genom inblandning av metallpulver och annat fast material kan detta åstadkommas genom inlägg 49 (figur 7) av t ex metall i den mot rotationscentrum vända delen av kroppen. 459 791 15 är ett genom spännringen 16 lätt avtagbart genomsynligit lock till centrifughuvudet. I spänningsfritt tillstånd är ringen 16 till hälften utskjuten i ett spår i ringen 7 och till hälften kvarligger den i ett relativt djupt spår i del 15 och låser därigenom samman dessa delar. Ringens EG ändsektioner 17 är vinkelvikta relativt ringen och gär genom ett uttag i del 15 .ut genom denna så att de är greppbara. Genom att pressa samman ändsektionerna 17 min;- skar ringens diameter så att den och därmed del 15 kan inpassas i ringen 7, för att läsas fast vid denna då grep- pet om ândsektionerna 17 upphör. 18 är en O-ring som täta-r mellan sektionerna 7 och 15. 19 är en O-ringförsedd tät- skruv som förhindrar att vätska som kommer ut i Centrifug- huvudet kan tränga in i huvudets nedre delar. 20 är en flexibel kollaberbar ringbehållare som genom en kollaberbar förbindelse 22 står i förbindelse med en kcm- ponentbehållare 21. Ringbehållaren 20 är avsedd att ta emot en vätskesats som skall centrifugeras, t ex en blod- donation, och komponentbehållaren 21 är avsedd för uppsam- ling av en genom centrifugeringen avskild lättare kompo- nent, t ex plasma. Ringbehållaren 20 är något excentrisk med största radiella måttet mitt för förbindelsen 22.

Detta för att förhindra att tyngre komponent sugs in i komponentbehâllaren medan det fortfarande finns lättare komponent kvar i ringbehàllaren. 23-25 betecknar en centrifugalpàverkad klämventil som i den visade utföringsformen består av ett gummirep 24 som pressar den kollaberbara förbindelsen 22 mot en tröskel 23. Ringbehállare och komponentbehâllare läggs in i cens- trifugen med den kollaberbara förbindelsen 22 liggande över tröskeln 23. Gummirepet 24 som på ömse sidor om trös- keln 23 styrs i axiellt led av styrningen 25 spänner fär- bindelsen 22 mot tröskeln 23 så att förbindelsen håll-es stängd. Gummirepets spänning är sådan att det av centri- fugalkraften lyfter från förbindelsen- 22 och därmed öppnar 459 7.91 denna först då centrifughastigheten överstiger den pro- grammerade separationshastigheten. 26 och 27 är tvà foto- celler som indikerar och till programverket rapporterar om t ex blod eller plasma finns i deras strâlgång. 28 är en med en strypanordning försedd kanal genom vilken centrifugrummet står i förbindelse med atmosfären utanför centrifughuvudet. 29 är en trycklufts-/vacuumanslutning genonz vilken separationskammaren kan sättas under över- eller undertryck i samband med tömning och fyllning av ringbehàllaren. 30 är en slang genom vilken ringbehållaren via en koppling 32 kan anslutas till en behållare, blodgivare eller dylikt utanför centrifugen. 31 är en på slangen 30 fast monterad tätningsanordning som tätat centrifugrummet utåt (frånsett strypningen 28 och anslutningen 29) då den av draganord- ningen 33 drages fast i locket 15.

Centrifuganordningen enligt uppfinningen kan användas för många olika tillämpningsomráden. Centrifuganordningen är dock speciellt lämpad för separation av blod och i synner- het separation av blod i direkt anslutning till tappning av blod frân en blodgivare eller patient.

I anslutning till figur 1 och 2 skall uppfinningens funk- tion närmare beskrivas i samband med dess användning för plasmaferes.

Behállarna 20-21 inlägges i centrifughuvudet med förbin- delsen 22 över tröskel 23 och låses fast med gummirepet 24 varvid förbindelsen mellan behâllarna blockeras. Behållar- na hållas dessutom på plats av ett antal (ej visade) styr- stift. 459 791 Locket 15 lägges på plats och läses med ring 16 som tidi- gare beskrivits. Ringbehàllaren 20 är i förhand beskickad med en lämplig mängd antikoagulans. Kopplingsanordningen 32 anslutes till ett standard tappningsaggregat, vilket även anslutes till blodgivaren. Då centrifugen har bekväm arbetshöjd blir det hydrostatiska undertrycket från giva- ren till behållaren för litet för normal blodgivning. En (ej visad) undertryckspump som anslutits till kanal 29 ger i kombination med strypningen 28 det önskade tillskottet av undertryck. Givarens blod strömmar nu in i ringbehàlla- ren 20. För att säkerställa god inblandning av antikoagu- lans i blodet är centrifugen programerad att under denna fas oscillera med förutbestämd amplitud och frekvens. Allt eftersom ringbehâllaren 20 fylls med blod närmar sig dess översida lockets 15 undersida. Då behållaren är fylld stänger den flexibla ringbehàllaren hålet 29 och vacuumet i vacuumpumpen ökar då det är avskuret från strypningen 28. Härvid larmas personalen och blodgivningen avbrytes.

Blodgivningsaggregatet bortkopplas från kopplingen 32, och blodgivaren får på sedvanligt sätt koksaltlösning som -ersättning för avgivet blod samt för att hålla blodgiv- ningsslangarna rena.

Centrifugen startas med normal separatíonshastighet varvid förbindelsen 22 förblir stängd. Då den elastiska kroppen 14 dels har högre spec.vikt än blodet och dels når närmare centrum än detta uppstår det ett betydande övertryck i behållare 20 jämfört med det som alstras av blodet. Blodet kan emellertid inte komma någonstans då 22 är stängd.

Efter en beräknad tid ökas centrifughastigheten något varvid gummirepet 24 av centrifugalkraften lyftes från förbindelsen 22 som därvid öppnas och den frånseparerade plasman strömmar över till komponentbehâllaren 21. Härvid ökar blodets tryckhöid så att_den blir större än gummits, men till följd av gummits högre tryckverkan fortsätter plasma att strömma in i behållare 21. Då den rena plasman I är slut i behållare 20 när celler upp till fotocellens 27 459 791 strálgàng och centrifughastigheten styrs genom programverk eller dator ner till den lägre hastighet då ventil 23-25 är stängd. Plasma fortsätter emellertid om än i lägre hastighet att frigöras ur cellmassan, och då plasman nätt fotocellens 26 strålgång ökas centrifughastigheten ånyo så att ventil 23-25 öppnas och en ny kvantitet plasma slussas in i komponentbehâllare 21. Anordningen med 2 fotoceller möjliggör långsam överföring av plasma, medan separationen ännu pågår, vilket innebär tidsbesparing.

Efter förutbestämd tid stannas centrifugen. Då centrifugen stannas återtar gummimassan sin ursprungliga form och eftersom plasma utpressats från ringbehållaren 20 finns det nu plats för en annan vätska. Förtunningsvätska (fysiologisk koksaltlösning) tillföres nu ringbehållaren via kopplingen 32 under förnyad oscillation av centrifug- huvudet. Då cellkoncentratet utspätts till önskad koncen- tration sättes separationskammaren 1 under förutbestämt övertryck genom att luft pumpas in via anslutningen 29.

Innehållet i ringbehållaren 20 strömmar därvid över till givaren via en avluftningsbehâllare och tillkopplat trans- fusionsaggregat med filter. Då ringbehållaren är tom är första fasen av dubbelferesen slutförd. Locket 15 avlyftes och förbindelsen 22 försluts och kapas, t ex med en slang- svetstàng. Ringbehållaren och komponentbehållaren uttages och ersätts med en ny uppsättning för upprepning av nämnda förlopp. Enligt en variant göres komponentbehâllaren Zl så stor att den rymmer två satser plasma, och båda separatio- nerna göres då i samma behållare. Enligt denna variant måste det i förväg beskickade antikoagulanset i ringbe- hàllaren ersättas med en kontinuerlig tillförsel av anti- koagulans via blodgivningsaggregatet, eller också måste centrifugens aggregat vara hepariniserat för undvikande av koagulering. 459 791 10 Alternativa utföranden är förutsedda. Sålunda kan t ex förbindelsen mellan ringbehâllaren och komponentbehâllaren utgöras av en slang och den centrifugalpàverkade klämmer:- tilen 23-25 ersättas med en slangventil såsom visas i figur 3 eller med ett ríngformat klämdon såsom visas i figur 4. Volymen elastiskt material i kroppen 14 kan min- skas genom att den förses med viktsegmept eller dylikt mot centrum för att öka dess tryckverkan på ringbehållaresx 2G.

I figur 3 betecknar 34 en slangförbindelse mellan ringšáe- hàllaren 20 och komponentbehâllaren 21. Slangventílen består av ett fast anordnatàstöd 35 samt en likaledes fast anordnad styrning 36. I styrningen 36 löper en avstäng- ningscylinder 37 med en mejselformad spets 38 vilande mot' slangen 34. En fjäder 39 pressar cylindern 37 mot stödet 35 och pressar därvid ihop slangen 34. Styrningen 36 är radiellt anordnad och vid ett visst förutbestämt varvtal övervinner cylinderns centrifugalkraft fjäderkraften och ventilen öppnar. Ventilen kan vara anordnad på Centrifug- huvudets lock och slangen 34 ha sådan längd att den kan tas fram i en central öppning i locket och placeras i nypet mellan stödet 35 och cylindern 37.

Ytterligare en annan ventilanordning visas schematískt i figur 4. Ventílen utgöres här av ett ringformat klämdom 41, som är anordnat i centrifughuvudets lock i den spalt- formiga zonen mellan separationskammaren 20 och centrum- kammaren 2l. I ett spår 40 i locket är ett ringformat klämdon 41 inlagt. Ett antal fjädrar 42 pressar klämdonet nedåt och stänger den spaltformiga förbindelsen mellan separationskaxmnaren och centrumkammaren.

Pà ett antal symmetriskt fördelade ställen längs klämdonet löper radiella stänger 43 genom slitsar 44 i klämdonet.

Stängerna avslutas i sina mot periferin vända delar med en 459 791 ll vikt 45 som vilar mot en radiellt inåt riktad fjäder eller elastisk kropp 46. Stängerna 43 har en viss höjdprofil som varierar utmed dess längd.

När centrifughuvudet uppnår ett visst förutbestämt varvtal övervinner centrifugalkraften hos vikten 45 och stången 43 fjäderkraften hos fjädern 46 och stängerna 43 förskjuts radiellt utåt. När den stigande höjdprofilen hos stängerna passerar genom slitsarna 44 lyfts klämdonet uppåt och den spaltformiga förbindelsen mellan separationskammare och centrumkammare öppnas. Genom höjdprofilens utformning kan olika öppningskarakteristik erhållas hos ventilen. Vid en sänkning av varvtalet sker nmtsatt förlopp och ventilen stänger äter. Det är emellertid även möjligt att utforma profilen så att ventilen stänger vid en ytterligare ökning av varvtalet, t ex i form av en trappstegsformad sänkning av höjdprofilen som gör att klämdonet faller ner, stänger ventilen och samtidigt låser stängerna i deras yttre lägen när varvtalet ökas. vid ett ventilarrangemang av ovan beskriven typ kan en pannkaksformad, flexibel påse användas i vilken ringbe- hällare och komponentbehàllare hålls skilda från varandra endast med hjälp av klämdonet 41 sedan påsen placerats i centrifughuvudet och locket lagts på plats. Vätska fylls till ringbehàllaren genom ledning 47 och avtappas från komponentbehållaren genom ledning 48. Speciellt i samband med komponentframställning kan denna anordning vara för- delaktig, varvid buffycoat isoleras 5. den av klämdonet definierade komponentbehàllaren medan plasma förträngs genom ledningen 48 till en andra komponentbehállaren.

Buffycoat är svår att förtränga från ringbehàllaren till en komponentbehållare via en ventilförsedd ledning och utvinna i ren form pga att den är trögflytande och utgör en relativt liten volym av en blodsats. En ventilöppning 459 791 12 som omfattar ringbehållarens hela inre periferi, såsom uppnås med klämdonet 412 underlättar isoleringen av buffy- coat.

Figur 5 visar en detaljvy av en agitations- och spärran- ordning för ett centrifughuvud enligt uppfinningen. Detal- jer som motsvarar varandra i figurerna 1 och 2 respektive 5 har försetts med samma hänvisningsbeteckningar. 50 be- tecknar en central locksektion i ett större lock 51 i det hölje som omger centrifugen. Det större locket öppnas endast i samband med att centrífughuvudet skall öppnas, medan locksektionen 50 används när slangar kopplas mellan behâllarna i centrifughuvudet och en behållare, blodgivare eller dylikt utanför centrifugen. 52 betecknar en brons- fjäderarm som i sin ena ände är fäst i det större lockets 51 undersida och i sin andra ände har en låstapp 53 som kan bringas i ingrepp i en motsvarande urtagning 54 i centrifughuvudet. Locksektionen 50 har på sin ovansida ett stift S5 som, när locksektionen fälls upp i öppet läge, trycker på fjäderarmen 52 så att låstappen 53 bringas i ingrepp i urtagningen 54. Centrifughuvudet kan härvid endast vridas en del av ett varv och återföres därefter till utgångsläget av fjäderarmen 52. Vid kortströmstill- slag av centrifugmotorn uppstår en fram- och âtergàende rörelse hos centrifughuvudet som ger en effektiv agitation av vätskan i ringbehâllaren. hetta kan i samband med blod- tappning utnyttjas för att blanda inkommande blod med i ringbehållaren befintlig antikoagulans, t ex CPD lösning, samt för att återuppslamma cellkoncentrat med fysiologisk koksaltlösning vid plasmaferes, eller för tvättningsopera- tioner etc. Samtidigt utgör anordningen en säkerhetsspärr som förhindrar att centrifughuvudet av misstag kan för- sättas i rotation när slangar är kopplade mellan behållare i centrifughuvudet och t ex en blodgivare. Locksektionen 50 är alltid öppen när sådana slangar är kopplade och säkerhetsspärren därmed också aktiverad.

Claims (9)

459 791 /3 Patentkrav

1. Centrifuganordning för satsvis centrifugalseparation av vätska, företrädesvis blod och liknande, i en flexibel, kollaberbar ringbehàllare (20), vilken är ansluten till en eller flera komponent- behållare, vilken centrifuganordning innefattar ett av en motor drivet centrifughuvud med en däri anordnad ringformad separationskam- mare (1), vilken är utformad för att upptaga den flexibla ringbehál- laren, kännetecknad av en i centrifughuvudets centrum anordnad centrumkammare (2), vilken är anordnad att upptaga minst en kompo- Nnentbehàllare (21), som via en ventilanordning står i förbindelse med ringbehàllaren (20) samt en i centrifughuvudet anordnad tryckmedium- kammare (13), vilken kommunicerar med separationskammaren (1) och innehåller ett tryckmedium i form av en elastisk kropp (14), som är anordnad att av g~fä1tet vid centrifughuvudets rotation utöva ett tryck på den i separationskammaren befintliga ringbehàllaren (20), varvid den elastiska kroppen (14) genom sin densitet, inlägg av vikter eller dylikt är avpassad att utöva ett större tryck på ringë behållaren än trycket från den i ringbehàllaren befintliga vätskan och vid öppen förbindelse mellan ringbehâllaren och komponentbehål- laren (21) i centrumkammaren, sammanpressa ringbehállaren och för- tränga separerad vätska mot g-fältet från ringbehållaren till kompo- nentbehàllaren.

2. Centrifuganordning enligt krav 1 kännetecknad av att tryckmediumkammaren (13) är ringformad och belägen under separa- tionskammaren (1) och kommunicerar med denna via en ringformad zon mellan dessa kammare samt att tryckmediumkammaren sträcker sig radiellt längre in mot rotationscentrum än nämnda zon.

3. Centrifuganordning enligt krav 1-2 kännetecknad av att den elastiska kroppen (14) består av ett material med högre specifik vikt än den vätska som skall separeras.- 459 791 /7

4. Centrifuganordning' enligt krav 3 kännetecknad av' att den elastiska kroppen (14) består av ett elastiskt material med inblandat tyngre fast material.

5. Centrifuganordning enligt krav 1-3 kännetecknad av att den elastiska kroppen (14) består av ett elastiskt material med inlägg (49) av metall eller dylikt.

6. Centrifuganordning enligt krav 1 kännetecknad av en eller flera i centrifughuvudet (23-25, 35-39, 40-46) som i beroende av centrifughuvudets varvtal öppnar och stänger förbindelser mellan ríngbehàllare och komponent- behållare.

7. Centrifuganordning enligt krav 6 kännetecknad av att för- bindelsen eller förbindelserna mellan behållarna är kollaherbara och att ventilerna är klämventiler.

8. Centrifuganordning enligt krav 1 kännetecknad av en spalt- formad förbindelsezon mellan centrumkammaren och separationskammaren och ett i nämnda zon anordnat ringformat kiämdon (41) med vilket den spaltformiga förbindelsen kan öppnas och stängas.

9. Centrifugalanordning enligt krav 8 kännetecknad av en centrifugalpáverkad manöveranordning (43-46) för klämdonet- anordnade centrifugalpåverkade ventiler,