DE19841835A1 - Zentrifugenkammer für einen Zellseparator - Google Patents
Zentrifugenkammer für einen ZellseparatorInfo
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Abstract
Eine Zentrifugenkammer für einen Zellseparator weist einen Zentrifugenkanal (3) auf, der einen Einlaß (8) für die zu separierende Zellsuspension, insbesondere Blut, und mindestens einen Auslaß (5) für eine Fraktion der Zellsuspension aufweist und von einer radial innen liegenden und einer radial außen liegenden Seitenwand (10, 11) begrenzt wird. Der Zentrifugenkanal ist als Spirale ausgebildet, die sich von dem radial außen liegenden Kanalende (4) mit zunehmender Steigerung zu dem radial innen liegenden Kanalende (6) erstreckt. Die Zentrifugenkammer erlaubt eine gleichmäßige und kontaminationsfreie Trennung der Zellsuspension in ihre Fraktionen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Zentrifugenkammer für einen Zellseparator,
insbesondere zur Trennung von Blut in mehrere Fraktionen.
Zur Trennung von Vollblut in seine einzelnen Bestandteile finden
Zellseparatoren Verwendung, die über eine Zentrifugenkammer verfügen.
Die Zentrifugenkammer der bekannten Zellseparatoren weist einen
Separationskanal auf, in den die zu separierende Zellsuspension geleitet wird.
Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft erfolgt in dem Separationskanal eine
Trennung in verschiedene Fraktionen, beispielsweise Thrombozyten (PLT),
Erythrozyten (RBC), thrombozytenreiches Plasma (PRP) und
thrombozytenarmes Plasma (PPP), die aus der Kammer abgezogen werden.
Die Zentrifugenkammer der bekannten Zellseparatoren zum Trennen von Blut
in mehrere Fraktionen ist im allgemeinen zur einmaligen Verwendung
bestimmt. Es sind ein- und zweiteilige Zentrifugenkammern bekannt. Bei den
zweiteiligen Zentrifugenkammern wird der Separationskanal von einem
flexiblem Folienteil gebildet, das in eine starre Aufnahmeeinheit eingelegt
wird.
Der Separationskanal der bekannten ein- oder zweiteiligen
Zentrifugenkammern ist ein- oder mehrstufig ausgebildet.
Zentrifugenkammern mit mehrstufigem Separationskanal haben den Nachteil,
daß durch Verwirbelungen im Übergangsbereich zwischen den einzelnen
Kanalabschnitten bereits getrennte Zellen in eine andere Fraktion mitgerissen
werden können. So besteht beispielsweise die Gefahr, daß bereits getrennte
Thrombozyten teilweise oder vollständig mit dem Plasma vermischt oder
Leukozyten als Verunreinigung aufgewirbelt werden.
Einstufige Separationskammern dagegen zeichnen sich bislang durch unsaubere
oder unzureichende Trennung insbesondere von Thrombozyten aus, da hier die
Thrombozyten aus dem sogenannten Buffy-Coat gewonnen werden, der
naturgemäß mit Leukozyten stark verunreinigt ist.
Die DE-A-28 21 055 beschreibt eine mehrstufige Zentrifugenkammer zum
Trennen von Blut in mehrere Fraktionen, deren Separationskanal aus mehreren
kreisbogenförmigen Abschnitten mit unterschiedlichen Radien besteht, die
durch Übergangsbereiche oder Dämme deutlich voneinander getrennt sind. Die
Abschnitte des Kanals unterscheiden sich deutlich in ihrer Steigung, wobei die
Steigung des Kanalabschnitts an der Übergangsstelle zu dem sich daran
anschließenden Abschnitt einen Knickpunkt aufweist.
Eine Zentrifugenkammer, deren Separationskanal aus mehreren Abschnitten
zusammengesetzt ist, ist auch aus der US-A-4 342 420 bekannt. Der
Separationskanal weist einen nach außen laufenden Eingangsbereich, einen auf
einer Kreisbahn um die Rotationsachse verlaufenden mittleren Bereich und
einen auf die Rotationsachse zulaufenden Endbereich auf.
Die US-A-4 356 958 offenbart eine einstufige Separationskammer mit einem
spiralförmigen Separationskanal. Der Separationskanal ist derart ausgebildet,
daß er nicht auf die Rotationsachse der Kammer zuläuft, sondern im
Randbereich der Kammer ausläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifugenkammer für einen
Zellseparator zu schaffen, in der die Trennung der Zellsuspension sehr
gleichmäßig und kontaminationsfrei erfolgt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1.
Es hat sich gezeigt, daß eine sehr gleichmäßige und kontaminationsfreie
Trennung der Zellsuspension mit einer stetig verlaufenden Kanalform erreicht
wird, bei der die Steigung konstant oder progressiv zunehmend ausgelegt ist.
Aufgrund des kontinuierlichen spiralförmigen Verlaufs der einzelnen
Abschnitte des Separationskanals ohne Unstetigkeitsstellen werden Wirbolenzen
vermieden, so daß sich eine laminare Strömung in dem Kanal ausbilden kann.
Der Separationskanal kann aus einem oder mehreren Kanalabschnitten
zusammengesetzt sein, wobei zwischen den einzelnen Kanalabschnitten
Bereiche liegen, an denen Flüssigkeit der Separationskammer zugeführt oder
Flüssigkeit abgeführt wird. In diesen Bereichen kann die Innen- und
Außenwand des Separationskanals naturgemäß keinen stetigen Verlauf haben.
Die erfindungsgemäße Zentrifugenkammer findet insbesondere zur Trennung
von Vollblut in mehrere Fraktionen, nämlich Erythrozyten und/oder
Thrombozyten und/oder Plasma Verwendung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Separationskanal bis
nahe an das Zentrum der Rotationsachse der Zentrifugenkammer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Zentrifugenkammer ist der
Auslaß für die Erythrozytenfraktion an dem radial außen liegenden Ende des
Kanals angeordnet, während der Auslaß für die Plasmafraktion an dem radial
innen liegenden Ende des Kanals angeordnet ist. Der Einlaß für die zu
separierende Zellsuspension ist vorzugsweise zwischen dem Auslaß für die
Erythrozytenfraktion und dem Auslaß für die Plasmafraktion angeordnet. Der
Auslaß für die Thrombozytenfraktion ist vorzugsweise zwischen dem Einlaß
für Blut und dem Auslaß für die Plasmafraktion angeordnet.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kommen die Vorteile der
Zentrifugenkammer, deren Separationskanal eine progressive Steigung
aufweist, besonders zum Tragen. Mit der progressiven Steigung des Kanals
wird erreicht, daß Erythrozyten in den radial außen liegenden Bereichen des
Kanals nicht zu kompakt gepackt werden. Der Hämatokritwert der
Erythrozyten kann daher in den radial außen liegenden Bereichen einen
Maximalwert von 80 bis 90% Hkt nicht überschreiten. Dies ist insofern von
Vorteil, als hohe Hämatokritwerte in den Außenbereichen des Kanals eine
radial nach innen gerichtete Strömung von Thrombozyten in das Plasma
behindert. Darüber hinaus wird sichergestellt, daß Plasma ungehindert über die
gesamte Länge des Kanals radial nach innen zum Plasmaauslaß fließen kann.
Weil sich die Steigung mit abnehmender Zentrifugalkraft zunehmend erhöht,
können Thrombozyten infolge der Zentrifugalkraft aus weiter innen liegenden
Bereichen des Kanals zum Thrombozytenauslaß zurückfallen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Auslaß für die
Thrombozyten in einer sich über die gesamte Höhe des Separationskanals
erstreckenden Vertiefung an der radial außen liegenden Seitenwand des Kanals
angeordnet, aus der sich die Thrombozyten mit großer Effektivität abziehen
lassen. In diese Vertiefung fallen sowohl die Thrombozyten, die durch den
Plasmafluß von der Buffy-Coat-Schicht auf den Erythrozyten zum
Plasmaauslaß mitgerissen werden als auch die Thrombozyten, die durch die
progressive Steigerung des Kanals von radial innen liegenden Bereichen
zurückfallen und in die Vertiefung gelangen.
Der Auslaß für die Thrombozyten befindet sich vorteilhafterweise in der
unteren Hälfte der Vertiefung, vorzugsweise im radial außen liegenden Teil der
Vertiefung.
Der Separationskanal mit dem Erythrozytenauslaß an dem radial außen
liegenden und dem Plasmaauslaß am radial innen liegenden Ende läßt sich
beim Vorfüllen mit Lösungen oder Blut leicht entlüften, weil die Luftblasen
unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft zum radial innen liegenden Ende
getrieben werden, wo sie durch den Plasmaauslaß rückstandsfrei entfernt
werden können.
Der Querschnitt des Separationskanals ist über die gesamte Länge
vorzugsweise konstant. Es ist aber auch möglich, einen Separationskanal mit
einem sich in Längsrichtung stetig ändernden Querschnitt vorzusehen.
Die Zentrifugenkammer kann als einteilige Kammer ausgebildet sein, wobei
der Zentrifugenkanal Bestandteil des Gehäusekörpers ist. Es ist aber auch
möglich, die Zentrifugenkammer zweiteilig auszubilden, wobei der
Separationskanal als flexibler Kanal aus Schlauch oder Folienmaterial in den
Gehäusekörper eingesetzt wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Zentrifugenkammer in schematischer Darstellung,
Fig. 2 den Verlauf des Separationskanals der Zentrifugenkammer von
Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Separationskanal von Fig. 1 entlang
der Linie III-III von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 4 einen Schnitt durch den Separationskanal von Fig. 1 entlang
der Linie IV-IV in vergrößerter Darstellung und
Fig. 5 bis 7 den Verlauf des Separationskanals weiterer
Ausführungsbeispiele der Zentrifugenkammer.
Die Zentrifugenkammer umfäßt einen kreisförmigen Gehäusekörper 1, der in
den Zellseparator eingelegt wird. In dem Zellseparator rotiert der
Gehäusekörper 1 um eine vertikale Rotationsachse 2. Der Gehäusekörper 1
trägt einen Separationskanal 3, der sich um die Rotationsachse 2 der
Zentrifugenkammer erstreckt.
Der Separationskanal weist an seinem außen liegenden Ende 4 einen ersten
Auslaß 5 für Erythrozyten (RWC) und an seinem innen liegenden Ende 6 einen
zweiten Auslaß 7 für Plasma (PLS) auf. Zwischen dem Erythrozytenauslaß 5
und dem Plasmaauslaß 7 weist der Separationskanal 3 einen Einlaß 8 für das
zu separierende Vollblut (WB) auf, während zwischen dem Vollbluteinlaß 8
und dem Plasmaauslaß 7 ein dritter Auslaß 9 für Thrombozyten (PLT)
angeordnet ist. Der Einlaß und die Auslässe sind über die Länge des Kanals im
wesentlichen in gleichbleibenden Abständen verteilt angeordnet.
Der Verlauf des Separationskanals 3 und die Anordnung der Anschlüsse zum
Zu- bzw. Abführen des Vollblutes bzw. seiner Fraktionen wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 im einzelnen beschrieben.
Der Separationskanal 3 hat entlang seiner Länge den gleichen Querschnitt. Er
wird von einer innen liegenden Seitenwand 10 und einer außen liegenden
Seitenwand 11 sowie einer unteren Wand 12 und einer oberen Wand 13
begrenzt (Fig. 3).
Der Verlauf des Separationskanals 3 wird durch eine in der Mitte zwischen den
Seitenwänden 10, 11 verlaufenden Linie beschrieben, die sich in Form einer
Spirale S um die Rotationsachse 2 der Zentrifugenkammer windet und auf die
Rotationsachse zuläuft.
Die Steigung des den Verlauf des Rotationskanals beschreibenden Spirale S
nimmt von dem außen liegenden Kanalende 4 zum innen liegenden Kanalende
6 hin stetig zu, wobei die Steigung an einem Punkt auf der Spirale definiert ist
als der Winkel zwischen der Tangente eines Kreises um die Rotationsachse in
diesem Punkt und der Tangente der Spirale in diesem Punkt.
In Fig. 3 ist ein Punkt auf der den Verlauf des Separationskanals
beschreibenden Spirale S mit A bezeichnet. Der Kreis, auf dem der Punkt A
und die Rotationsachse 2 der Zentrifugenkammer liegt, ist mit K bezeichnet.
Die Steigung an dem Punkt A ist nun definiert als der Winkel α zwischen der
Tangente T1 des Kreises K in dem Punkt A und der Tangente T2 der Spirale
S, die den Verlauf des Kanals beschreibt, in dem Punkt A.
Der Verlauf des Separationskanals 3 wird durch folgende Gleichung
beschrieben:
R = R0(1-(phi/phi0)y)
wobei
R radialer Abstand der den Verlauf des Kanals beschreibenden Spirale S an der Stelle phi
R0 radial größter Abstand der den Verlauf des Kanals beschreibenden Spirale S am außenliegenden Kanalanfang
phi Winkel des betrachteten Kanalpunktes
phi0 Gesamtwinkel des Kanals
y Steigungsparameter.
R radialer Abstand der den Verlauf des Kanals beschreibenden Spirale S an der Stelle phi
R0 radial größter Abstand der den Verlauf des Kanals beschreibenden Spirale S am außenliegenden Kanalanfang
phi Winkel des betrachteten Kanalpunktes
phi0 Gesamtwinkel des Kanals
y Steigungsparameter.
Die den Verlauf des Kanals beschreibende Spirale S weist ausgehend von dem
außen liegenden Kanalende 4 über im wesentlichen die erste Hälfte ihrer Länge
eine Steigung auf, die kleiner als 5° und in der zweiten Hälfte größer als 5°
ist. Der Steigungsparameter y ist kleiner als 1500.
Der Vollbluteinlaß 8 befindet sich vorzugsweise an einer Stelle des Kanals, an
der die Steigung kleiner als 1° ist, während der Thrombozytenauslaß 9
vorzugsweise an einer Stelle des Kanals liegt, an der die Steigung größer als
5° ist.
Während des Betriebs wird Vollblut über den Einlaß 8 der Kammer zugeführt,
während Erythrozyten über den Auslaß 5, Plasma über den Auslaß 7 und
Thrombozyten über den Auslaß 9 abgezogen werden. Aufgrund der progressiv
zunehmenden Steigung können Thrombozyten aus weiter innen liegenden
Bereichen des Kanals zum Thrombozytenauslaß zurückfallen. Die Position der
Trenngrenze zwischen Erythrozyten und thrombozytenreichem Plasma wird
über die Abzugsgeschwindigkeit der das Plasma aus der Separationskammer
abziehenden Pumpe derart eingestellt, daß der Auslaß 9 für die Thrombozyten
radial weiter innen als die Trenngrenze liegt.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den Separationskanal 3 in Höhe des
Thrombozytenauslasses 9. Hier läuft die außen liegende Seitenwand 11 unter
Bildung einer Vertiefung 15 radial nach außen, um dann wieder radial nach
innen zu verlaufen. Am Boden der Vertiefung ist in der außen liegenden
Seitenwand der Thrombozytenauslaß 9 angeordnet.
Die Vertiefung 15 über die gesamte Kanalhöhe ist derart ausgebildet, daß sie
den Kanalquerschnitt strömungsmäßig nicht wesentlich verändert und die
Strömung laminar über den Abzug fließt. Die Außenwand des außen liegenden
Abschnitts des Separationskanals geht in eine schräg nach außen verlaufende
Wand über, an die sich eine schräg nach innen verlaufende Wand anschließt,
die dann in den radial innen liegenden Kanalabschnitt übergeht. Der
Abzugsport für die Thrombozyten befindet sich dabei an dem Punkt des
Separationskanals, an dem die beiden Wände aufeinander treffen.
In die Vertiefung 15 fallen sowohl die Thrombozyten, die durch den
Plasmafluß von der Buffy-Coat-Schicht auf den Erythrozyten zum
Plasmaauslaß 7 mitgerissen werden, als auch die Thrombozyten, die durch die
progressive Steigung des Kanals von radial innen liegenden Bereichen
zurückfallen.
Fig. 5 zeigt den Verlauf des Separationskanals einer weiteren
Ausführungsform der Zentrifugenkammer, wobei die einander entsprechenden
Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die den Verlauf der
Separationskammer beschreibende Spirale S wird durch eine Gleichung
beschrieben, die als Leitkurve die Kanalmitte angibt,
R = R0(1-(phi/phi0)y1 - phi/phi1.y2)
wobei
R radialer Abstand der den Verlauf des Separationskanals beschreibenden Spirale an der Stelle phi
R0 radial größter Kanalabstand am außen liegenden Kanalanfang
phi Winkel des betrachteten Kanalpunktes
phi0 Gesamtwinkel des Kanals
phi1 Winkelparameter
y1 Steigungsparameter 1
y2 Steigungsparameter 2.
R radialer Abstand der den Verlauf des Separationskanals beschreibenden Spirale an der Stelle phi
R0 radial größter Kanalabstand am außen liegenden Kanalanfang
phi Winkel des betrachteten Kanalpunktes
phi0 Gesamtwinkel des Kanals
phi1 Winkelparameter
y1 Steigungsparameter 1
y2 Steigungsparameter 2.
Der Steigungsparameter y1 ist kleiner als 1500 und der Steigungsparameter y2
ist kleiner als 10, wobei phi1/phi0 größer als 0,3 ist.
In Fig. 6 ist ein weiteres Beispiel des Verlaufs eines Separationskanals 3 mit
progressiver Steigung angegeben, hier nach der Formel
R = R0-y1/phi1.phi + (1/(y3ˆ((phi-phi3)/(phi+1))+1)-1)/y2.phi,
wobei
R0 radial größter Kanalabstand
phi1 Winkelparameter 1
y2 Steigungsparmeter 2
y1 Kreisabweichung bei phi1
phi0 Gesamtwinkel
y3 Steilheit
phi3 Progressivabschnitt
phi Winkel des betrachteten Kanalpunktes.
R0 radial größter Kanalabstand
phi1 Winkelparameter 1
y2 Steigungsparmeter 2
y1 Kreisabweichung bei phi1
phi0 Gesamtwinkel
y3 Steilheit
phi3 Progressivabschnitt
phi Winkel des betrachteten Kanalpunktes.
Weiterhin kann der Kanal einen Winkelumfang von < 360° aufweisen.
Fig. 7 zeigt den Verlauf des Separationskanals 3, der über 270° eine sehr
geringe Steigung hat, die dann progressiv bis 540° wächst. Eine
Separationskammer mit einem derartigen Kanal ist geeignet, ein sehr
thrombozytenreiches Plasma zu gewinnen. Dieses wird am radial innen
liegendsten Punkt abgezogen.
Claims (11)
1. Zentrifugenkammer für einen Zellseparator mit einem Separationskanal
(3), der sich aus mindestens einem Kanalabschnitt zusammensetzt, der
von einer radial innen liegenden und einer radial außen liegenden
Seitenwand (10, 11) begrenzt wird und der einen Einlaß (8) für die zu
separierende Zellsuspension, insbesondere Blut, und mindestens einen
Auslaß (5) für eine Fraktion der Zellsuspension aufweist, wobei der
Verlauf des bzw. jedes Kanalabschnitts durch eine in der Mitte
zwischen den Seitenwänden verlaufende Linie beschrieben wird, die
sich um die Rotationsachse (2) der Zentrifugenkammer windet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Verlauf des bzw. jedes Kanalabschnitts des
Separationskanals (3) beschreibende Linie eine Spirale (S) ist, die sich
von dem radial außen liegenden Kanalende (4) mit zunehmender
Steigung zu dem radial innen liegenden Kanalende (6) erstreckt, wobei
die Steigung an einem Punkt (A) auf der Spirale definiert ist als der
Winkel α zwischen der Tangente (T1) eines Kreises (K) um die
Rotationsachse (2) in diesem Punkt und der Tangente (T2) der Spirale
in diesem Punkt.
2. Zentrifugenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
den Verlauf eines radial außen liegenden Kanalabschnitts eines sich aus
mehreren Kanalabschnitten zusammensetzenden Separationskanals (3)
beschreibende Linie (S) an jedem Punkt der Linie eine Steigung hat, die
kleiner als die Steigung an jedem Punkt eines sich an den radial außen
liegenden Kanalabschnitt anschließenden Kanalabschnitts ist, der radial
innen liegt.
3. Zentrifugenkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Separationskanal bis nahe an die Rotationsachse (2) der
Zentrifugenkammer erstreckt.
4. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Auslaß (5) für eine Fraktion der
Zellsuspension, insbesondere die Erythrozytenfraktion, an dem radial
außen liegenden Ende (4) des Kanals (3) angeordnet ist.
5. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein zweiter Auslaß (7) für eine zweite Fraktion der
Zellsuspension, insbesondere die Plasmafraktion, an dem radial innen
liegenden Ende (6) des Kanals (3) angeordnet ist.
6. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Einlaß (8) für die zu separierende
Zellsuspension, insbesondere Blut, zwischen dem radial innen
liegenden und radial außen liegenden Ende (6, 4) des Kanals (3)
angeordnet ist.
7. Zentrifugenkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein
dritter Auslaß (9) für eine dritte Fraktion der Zellsuspension,
insbesondere die Thrombozytenfraktion, zwischen dem Einlaß (8) und
dem radial innen liegenden Ende (6) des Kanals (3) angeordnet ist.
8. Zentrifugenkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
dritte Auslaß (9) für die dritte Zellsuspension, insbesondere die
Thrombozytenfraktion, in einer sich im wesentlichen über die gesamte
Höhe des Kanals erstreckenden Vertiefung (15) an der radial außen
liegenden Seitenwand (11) des Separationskanals (3) angeordnet ist.
9. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Einlaß (8) und die Auslässe (5, 7, 9) über die
Länge des Separationskanals (3) im wesentlichen in gleichbleibenden
Abständen verteilt angeordnet sind.
10. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die den Verlauf des Separationskanals (3)
beschreibende Spirale (S) ausgehend von dem außen liegenden Ende (4)
des Kanals (3) über im wesentlichen die erste Hälfte ihrer Länge eine
Steigung aufweist, die kleiner als 5° und in der zweiten Hälfte größer
als 5° ist.
11. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Separationskanals (3) über die
gesamte Länge konstant ist.
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