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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Separieren
schwererer und leichterer Fraktionen einer Fluidprobe. Insbesondere
betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Sammeln und Transportieren von Fluidproben, wobei die Vorrichtung
und die Fluidprobe einer Zentrifugierung unterzogen werden, um eine
Trennung einer schwereren Fraktion von einer leichteren Fraktion
einer Fluidprobe zu bewirken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Diagnostische
Tests können
die Trennung einer Vollblutprobe eines Patienten in ihre Bestandteile,
wie Serum oder Plasma, ein Anteil mit leichterer Phase, und rote
Blutkörperchen,
ein Anteil mit schwererer Phase, erfordern. Vollblutproben werden in
der Regel durch Venenpunktion mittels einer Kanüle oder Nadel, die an einer
Spritze oder einem evakuierten Sammelröhrchen angebracht ist, entnommen. Die
Trennung des Blutes in Serum oder Plasma erfolgt dann durch Rotation
der Spritze oder des Röhrchens
in einer Zentrifuge. Derartige Anordnungen verwenden eine Sperre,
die in einen den beiden Phasen der separierten Probe nahen Bereich
bewegt wird, um die Bestandteile bei der anschließenden Untersuchung
der einzelnen Bestandteile getrennt zu halten.
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Zur
Trennung des Bereichs zwischen den schwereren und leichteren Phasen
einer Fluidprobe sind in Sammelbehältern zahlreiche verschiedene Vorrichtungen
verwendet worden. Viele dieser Vorrichtungen weisen mechanische
Sperren oder Trennelemente auf, die innerhalb des unteren Teils
des Sammelröhrchens
angeordnet sind. Beim Zentrifugieren wird die Sperre innerhalb des
Röhrchens
zwischen den separierten Blutphasen neu positioniert.
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Andere
Separatoren umfassen die Verwendung thixotroper Gelmaterialien wie
Polyestergele in einem Röhrchen.
Derartige Polyestergelserumröhrchen
erfordern spezielle Herstellungsgeräte zur Vorbereitung des Gels
und zum Befüllen
der Röhrchen. Darüber hinaus
ist die Lagerbeständigkeit
des Produkts dahingehend beschränkt,
daß im
Laufe der Zeit Kügelchen
aus der Gelmasse freigesetzt werden. Diese Kügelchen haben eine Dichte,
die unter der des separierten Serums liegt, und können in
dem Serum schwimmen und bestimmte Meßinstrumente verstopfen, wie
beispielsweise die während
der klinischen Untersuchung der in dem Röhrchen gesammelten Probe verwendeten
Instrumentsonden. Eine derartige Verstopfung kann wegen der Entfernung der
Verstopfung eine beträchtliche
Ausfallzeit für
das Instrument zur Folge haben.
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Kein
handelsübliches
Gel ist allen Analyten gegenüber
vollständig
chemisch inert. Falls bei Entnahme der Blutprobe darin bestimmte
Medikamente enthalten sind, kann mit der Gelgrenzfläche eine
ungünstige
chemische Reaktion auftreten.
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JP 56 168 847 A und
US-A-3 919 085 offenbaren Fluidtrennvorrichtungen zum Beibehalten
der Trennung zentrifugierter Fluide. Diese Vorrichtungen weisen
einen Sammelbehälter
und eine darin angeordnete kugelförmige Sperre auf. Die Sperre
besteht aus einem ein Gel enthaltenden Elastomerbeutel. Die Sperre
beläßt während des
Zentrifugierens einen Durchlaß zwischen
der Sperre und der Röhrchenwand,
nimmt jedoch ihre normale große
Gestalt an, wenn das Zentrifugieren abgeschlossen ist.
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Eine
andere Vorrichtung gemäß der Offenbarung
von US-A-4 569 764 weist eine Trennvorrichtung mit einem Beutel
auf, der mit einem thixotropen gelartigen Dichtmittel mit einer
Dichte zwischen den Dichten der separierten leichten und schweren
Phasen gefüllt
ist. Während
des Zentrifugierens bewirken die Komponenten der zellulären Phase
ein Kollabieren des Beutels und das Fließen des Dichtmittels durch
einen Auslaß des
Beutels. Das Dichtmittel fließt
zu der Grenz fläche
zwischen den beiden Phasen während
des Zentrifugierens und bildet eine Sperre zwischen den separierten
Phasen.
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EP 0 875 202 A2 offenbart
eine Trennvorrichtung mit einem hohlen Röhrchen. Das Röhrchen enthält ein elastisches
Ventil, das einen wasserhaltigen Zusatz enthält. Beim Zentrifugieren der
Vorrichtung kann das Ventil geöffnet
werden. Das Röhrchen
enthält
eine Matrix aus einem faserigen Material.
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EP 1 107 002 A2 soll
als im Stand der Technik gemäß Artikel
54 (3) EPC enthalten angesehen sein. Diese Dokumentation offenbart
eine Fluidtrennvorrichtung mit einem länglichen Sammelröhrchen und
einem verformbaren Separator. Der Separator weist eine eine verformbare
und fließfähige Substanz enthaltende
Blase auf, wobei die Dichte der Substanz zwischen der Dichte der
ersten und der zweiten Phase der Fluide liegt. Während des Zentrifugierens hat die
Blase eine im allgemeinen ringförmige
Ausgestaltung mit einem rohrförmigen
Durchlaß zum
Hindurchbewegen der Fluide. Während
des Zentrifugierens ist die Blase in eine Position zwischen den
beiden Phasen der Fluide bewegbar und nach dem Zentrifugieren wieder
in eine scheibenartige Konfiguration rückstellbar. Die Blase kann
haftend an der Seitenwand des Röhrchens
abgestützt
sein.
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Es
besteht ein Bedarf an einer Separatorvorrichtung, die (i) leicht
und kostengünstig
herstellbar ist; (ii) zum Separieren einer Blutprobe leicht verwendbar
ist; (iii) während
der Lagerung und des Transports temperaturunabhängig ist; (iv) einer Sterilisation
durch Bestrahlung gegenüber
stabil ist; (v) die Vorteile einer thixotropen Gelsperre nutzt,
jedoch die vielen Nachteile vermeidet, die sich ergeben, wenn ein
Gel mit den separierten Blutbestandteilen in Kontakt gebracht wird;
(vi) die Kreuzkontamination der schwereren und leichteren Phasen
der Probe während
des Zentrifugierens minimiert; (vii) das Anhaften der Materialien
mit geringerer und höherer Dichte
an der Separatorvorrichtung minimiert; (viii) in der Lage ist, sich
in kürzerer
Zeit in eine Position zur Bildung einer Sperre zu bewegen als herkömmliche Verfahren
und Vorrichtungen; (ix) in der Lage ist, eine eindeutigere Probe
mit geringerer Zellkontamination als herkömmliche Verfahren und Vorrich tungen
zur Verfügung
zu stellen; und (x) zusammen mit herkömmlichen Probennahmegeräten verwendet
werden kann.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fluidtrennvorrichtung
zu schaffen, die für
eine effizientere Trennung der verschiedenen Blutphasen sorgt.
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Die
Fluidtrennvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist durch Anspruch
1 definiert.
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Ferner
umfaßt
die Erfindung ein Verfahren zum Trennen gesammelter Blutfluide in
schwere und leichte Phasen. Dieses Verfahren ist durch Anspruch 6
definiert.
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft gegenüber bestehenden
Trennvorrichtungen dahingehend, daß sie für eine effizientere Trennung
der verschiedenen Blutphasen sorgt, indem die verformbare Blase
an den Seiten des Zylindersammelröhrchens hochwandert, während schwerere
Fluide und Zellenmaterial durch einen mittigen rohrförmigen Durchlaß des Separators
strömen
können.
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Ein
besonderer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß kein Scheren
des Koagulats erfolgt, da es sich in dieselbe Richtung bewegt wie
das Innere des torischen rohrförmigen
Separators. Die Bewegungsgeschwindigkeit kann durch die Schnelligkeit der
Trennung des Koagulats und das Bilden eines Dichtegefälles vorgegeben
werden, kann jedoch auch durch die Art des Gels oder einer anderen
in der Blase verwendeten Substanz modifiziert werden. Je geringer
beispielsweise die Viskosität,
desto schneller die Bewegung des Separators und damit die Trennung.
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Ferner
läßt sich
der verformbare Separator vorteilhaft dahingehend verwenden, daß er aufgrund seiner
Verformbarkeit große
Toleranzschwankungsbereiche aufweist. Er kann beispielsweise mit
vielen unterschiedlichen länglichen
Sammelröhrchen
verwendet werden, da er Abweichungen zwischen den unterschiedlichen
Röhrchen
gegenüber
sehr tolerant ist. Da er im wesentlichen eine verformbare Blase
ist, paßt
sich der Separator leicht an das Sammelröhrchen an und wird so wohl in
der scheibenartigen als auch in der torischen Ausgestaltung dehnbar
positioniert.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht der Fluidtrennvorrichtung der vorliegenden
Erfindung mit einem Blutsammelröhrchen
und einem verformbaren Separator.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des Separators in seiner Ruhekonfiguration,
wenn keine Kraft auf ihn einwirkt.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des in 2 gezeigten
Separators mit einer darauf aufgebrachten Zentrifugalkraft.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
unter der Einwirkung von Zentrifugalkraft.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht der Trennvorrichtung der vorliegenden
Erfindung in Ruhestellung nach dem Zentrifugieren.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen verkörpert sein
und ist nicht auf im Detail beschriebene spezifische Ausführungsbeispiele,
die lediglich beispielhaft sind, beschränkt. Für den Fachmann auf dem Gebiet
sind verschiedene andere Modifizierungen offensichtlich und einfach vorzunehmen,
ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Der Umfang
der Erfindung bemißt
sich durch die angefügten
Ansprüche
und ihre Äquivalente.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Fluidtrennvorrichtung zum Aufrechterhalten
der Trennung zentrifugierter Fluide mit einer ersten und einer zweiten
Dichte. Vorzugsweise sind die Fluide Blutfluide. Zum Testen und
für Diagnosen
wird Blut in der Regel gesammelt und in die leichtere Phase (Serum oder
Plasma) und die schwerere Phase (rote Blutkörperchen und anderes Zellmaterial)
getrennt.
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In
den 1 und 2 der Zeichnungen ist eine Fluidtrennvorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Fluidtrennvorrichtung 10 weist
ein längliches
Sammelröhrchen 12 von
im allgemeinen herkömmlichem
Aufbau auf. Das Röhrchen 12 ist
ein längliches
zylindrisches Teil mit einem oberen Ende 13, einem unteren
Ende 14 und einer sich dazwischen erstreckenden zylindrischen
Wand 15. Das obere Ende 13 weist eine Öffnung 13a auf,
während das
untere Ende durch einen einstückig
ausgebildeten Boden 14a verschlossen ist. Zwischen dem
oberen und dem unteren Ende 13 und 14 ist ein
Röhrcheninneres 16 begrenzt.
Die Öffnung 13a des
oberen Endes 13 des Röhrchens 12 kann
durch einen herkömmlichen
Stopfen 18 verschlossen sein, der aus einem geeigneten
Elastomer, wie beispielsweise Gummi, besteht. Der Stopfen 18 kann
von einer (nicht gezeigten) Nadelkanüle durchstechbar sein, um die
Einleitung des gesammelten Blutes in das Innere des Röhrchens 12 zu
ermöglichen.
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In
dem Röhrchen 12 ist
ein verformbarer Separator 20 angeordnet. Der verformbare
Separator 20 ist von einer ringförmigen Blase 21 gebildet.
Die den verformbaren Separator 20 bildende Blase 21 ist im
allgemeinen als torisch geformtes Röhrchen mit einer äußeren rohrförmigen Wand 22,
die durchgehend mit einer inneren rohrförmigen Wand 24 verbunden
ist, ausgebildet. Die innere rohrförmige Wand 24 begrenzt
einen öffenbaren
rohrförmigen
Durchlaß 26 durch
die Blase 21. Wie nachfolgend beschrieben wird, ist die
Blase 21 in der vorliegenden Erfindung in zwei Betriebsformen
neu konfigurierbar. Eine Form hält
den rohrförmigen
Durchlaß 26 offen,
so daß das Fluid
hindurchströmen
kann, und die andere Form ist die einer massiven Scheibe, die den
rohrförmigen Durchlaß 26 verschließt und das
Hindurchströmen von
Fluid verhindert.
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In
der Blase 21 enthält
der Separator 20 eine fließfähige Substanz 28.
Die fließfähige Substanz 28 hat
eine Dichte, die zwischen den Dichten der ersten und der zweiten
Phase der zwecks Trennung zentrifugierten Fluide liegt. Die fließfähige Substanz 28 ist vorzugsweise
eine thixotrope Substanz, die beim Zentrifugieren der Fluidtrennvorrichtung
fließfähig gemacht
wird.
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Die
Blase 21 besteht aus einem Material mit einem hohen Reibungskoeffizienten.
Ein derartiges Material hätte
die Tendenz, an der Innenwand des Sammelröhrchens zu haften. Aufgrund
dieser Reibungshaftung und der von der Blase beim Zentrifugieren
eingenommenen torischen Form tendiert die Blase dazu, an der Wand
des Röhrchens
entlang zu "wandern", indem sie sich
um sich selbst dreht, anstatt daran entlang zu gleiten. Dies sorgt
für eine wirksamere
Trennung der Fluide. Dieser hohe Reibungskoeffizient kann durch
Wahl eines entsprechenden Materials zur Bildung der Blase 21 ermöglicht werden.
Ferner kann auf die Blase eine Beschichtung aufgebracht sein, um
das Haften an den Wänden
des Röhrchens
zu ermöglichen.
Eine derartige Beschichtung ist dem zu separierenden Blut gegenüber inert.
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Die
Blase 21 kann eine flexible verformbare Blase sein, die
beim Aufbringen einer Kraft (z. B. dem Zentrifugieren, wie oben
erwähnt)
neu konfigurierbar ist. Die Blase 21 kann aus einer breiten
Vielfalt sowohl elastischer als auch unelastischer Materialien wie
Polyethylen, Polyurethan oder Syran gebildet werden. Das die Blase 21 bildende
bestimmte Material ist so gewählt,
daß das
Material keinen ungünstigen
Einfluß auf
die Fluide (z. B. Blut) nimmt, die mit der Blase in Kontakt kommen
würden.
Der Durchmesser der Blase ist so ausgewählt, daß sie in dem Sammelröhrchen 12 satt
anliegt. Die Blase 21 besteht aus einem Material, das ausreichend
verformbar, flexibel und biegsam ist, aber auch ausreichend Festigkeit
aufweist, um eine Verformung der Blase zu ermöglichen, ohne daß das Risiko
des Zerreißens der
Blase besteht. Die Blase 21 kann aus Polyethylen, Polyurethan,
Syran oder Latex bestehen.
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Die
fließfähige Substanz 28 ist
in der Blase 21 in abgedichteter Abgeschlossenheit enthalten. Die
Substanz 28 kann vorzugsweise ein Gel sein, das beim Entleeren
der Blase 21 in diese eingeleitet wird. Die fließfähige Substanz 28 ist
ein thixotropes Medium, das beim Aufbringen einer Kraft darauf dem Fluid
ausgesetzt sein kann. Im allgemeinen ist der Kontakt zwischen der
Substanz 28 und dem Blut durch die Blase 21 verhindert,
doch weiterhin ist es bevorzugt, daß die Substanz 28 im
wesentlichen wasserunlöslich
und gegenüber
den Blutbestandteilen inert ist.
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Die
Substanz 28 ist so gewählt,
daß sie
sich zwischen den separierten Blutphasen niederläßt. Somit ist die Substanz 28 so
gewählt,
daß sie
in Kombination mit der Blase eine Dichte aufweist, die zwischen
den Dichten der separierten leichteren Serum- oder Plasmaphase und
der schweren Zellphase liegt. Beim Separieren der Phasen im Blut
ist es bevorzugt, eine Substanz 28 mit einer Dichte zwischen
1,030 g/cc und 1,06 g/cc zu verwenden, und die Verwendung einer
Substanz mit einer Dichte von 1,045 g/cc, die zwischen den Dichten
der roten Blutkörperchen und
des Serums liegt, ist höchst
bevorzugt. Im Ruhezustand und unter normalen Handhabungs- und Transportbedingungen
kann sie jedoch halbmassiv oder strömungsresistent sein. Wenn die
Substanz 28 Kräften
wie Zentrifugalkräften
ausgesetzt ist, wird sie fließfähig. Fallen
diese Zentrifugalkräfte
jedoch weg, kann die Substanz 28 in ihren massiveren oder nicht-fließfähigen Zustand
zurückkehren.
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Die
Substanz 28 kann aus der aus Gelen, Ölen, Silikonen und Kombinationen
daraus bestehenden Gruppe gewählt
sein. Die Substanz 28 kann ein Einkomponentengel sein oder
aus verschiedenen Kombinationen aus Gelen und Fluiden gebildet sein. Beispiele
umfassen Pulvermischungen aus Silikon und hydrophobem Silikondioxid
oder Mischungen aus flüssigem
Polybutanpolymer und Silikondioxidpulver. Die Gele können auch
eine hineingemischte fließfördernde
Substanz enthalten. Das Gel kann auch in Kombination damit gemischte
Partikel, insbesondere Kügelchen,
enthalten.
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Die 2 und 3 der
Zeichnungen zeigen die ringförmige
Blase 21 in 2 im Ruhezustand, wobei sie
wie eine flache ringförmige
Scheibe geformt ist, wobei der rohrförmige Durchlaß 26 verschlossen
oder blockiert ist. In dieser Ausgestaltung kann sie als Sperre
dienen, durch welche die Fluide nicht strömen können. Beim Aufbringen einer
Zentrifugalkraft nimmt die Blase 21 jedoch wieder die Form eines
torisch geformten Röhrchens
gemäß 3 ein,
wobei der rohrförmige
Durchlaß 26 durch
die innere rohrförmige
Wand 24 begrenzt wird.
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Vor
der Verwendung der Fluidtrennvorrichtung 10 wird der verformbare
Separator 20 in das Röhrchen 12 eingesetzt.
Die Gel enthaltende Blase wird im unteren Ende 14 des Röhrchens 12 positioniert.
Nach der Entnahme des Bluts wird dieses dann in das Röhrchen 10 injiziert.
Gemäß den 4 und 5 der
Zeichnungen wird das Röhrchen
dann zentrifugiert. Beim Zentrifugieren nimmt die Blase 21 wieder
die Form eines torisch geformten Röhrchens an, wobei die äußere rohrförmige Wand 22 durchgehend
mit der inneren rohrförmigen
Wand 24 verbunden ist, wobei ein durchgehender rohrförmiger Durchlaß 26 begrenzt
wird. Das torische Röhrchen enthält ein oberes
Ende 34 und ein unteres Ende 36 und einen Schwerpunkt 38 in
der Mitte dazwischen. Der Separator 20 bewegt sich von
dem unteren Ende 14 durch das Sammelröhrchen 12 in einer
durch den Richtungspfeil 32 angezeigten Richtung nach oben zum
oberen Ende 13 hin. Bei der Aufwärtsbewegung des Separators 20 innerhalb
des Röhrchens 12 fließen die
dichteren roten Blutkörperchen
in einer durch die Richtungspfeile 39 angezeigten Richtung
durch den rohrförmigen
Durchlaß 26.
Wie oben angemerkt, bewegt sich die Blase 21 vorzugsweise
durch einen reibungslosen Rollmechanismus innerhalb des Röhrchens 12.
Beim Hinaufrollen des torischen Röhrchens an den zylindrischen
Wänden
des Röhrchens 12 rollt
die äußere rohrförmige Wand 22 zu
dem unteren Ende 36 des Separators 20, um die
innere rohrförmige
Wand 24 ähnlich
wie bei einem Möbiusschen Band
zu ersetzen. Die Richtung der Rollbewegung der Wand ist durch die
Richtungspfeile 40 angezeigt. Vorzugsweise geht mit der
Bewegung das Nichtgegebensein des Gleitens zwischen der Außenwand 22 und
den zylindrischen Wänden 15 des
Sammelröhrchens 12 einher.
Dies sorgt für
eine effizientere Migration des Separators 20 und damit
für eine
effizientere Trennung der Fluide.
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Dieser
Rollmechanismus in Verbindung mit einer geringen Haftung der Außenwand 22 an
den zylindrischen Wänden
des Röhrchens 12 sorgt
für eine
effiziente "Wandermigration" des Separators an dem
Röhrchen
hinauf, wobei die dichteren roten Blutkörperchen durch die Mitte des
Röhrchens
zum Boden des Röhrchens
fließen.
Im wesentlichen heftet sich die Blase 21 an die Seiten
des Röhrchens,
wobei der rohrförmige
Durchlaß 26 als
die einzige alternative Abwärtsrichtung
gegeben ist, in die das Koagulat fließen kann. Die mittige Öffnung in
der Blase bildet einen trichterartigen Einlaß, durch den das Koagulat und
Zellmaterial mit höherer
Dichte fließen
kann.
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Nach
Beendigung des Zentrifugierens nimmt die Blase 21 dann
wieder ihre scheibenartige Ausgestaltung an, wobei der rohrförmige Durchlaß 26,
wie in 5 zu erkennen, blockiert ist. Nun ruht der Separator 20 zwischen
den roten Blutkörper chen
mit geringerer Dichte und dem Serum mit höherer Dichte und bildet dazwischen
durch Blockieren des rohrförmigen
Durchlasses 26 eine Sperre.