DE60023823T2

DE60023823T2 - Vorrichtung zur Trennung von Bestandteilen einer flüssigen Probe

Info

Publication number: DE60023823T2
Application number: DE60023823T
Authority: DE
Inventors: Paul C. Norwalk DiCesare; Jeffrey P. Wallingford Radziunas; Rober Joseph Astoria Losada; Fu-Chung Wayne Lin
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: JP4722284B2; EP1106253A2; ES2253175T3; US6803022B2; EP1106253A3; EP1106253B1; JP2001224982A; US20020094305A1; DE60023823D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen schwererer und leichterer Fraktionen einer flüssigen Probe. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Transportieren flüssiger Proben, wobei die Vorrichtung und die flüssigen Probe einem Zentrifugiervorgang unterzogen werden, um die Trennung der schwereren Fraktion von der leichteren Fraktion der flüssigen Probe zu bewirken. Der Ausdruck "Fluid" wird hier dahingehend verwendet, dass er kein Gas umfasst.
2. Beschreibung des relevanten Standes der Technik
Bei diagnostischen Tests kann es erforderlich sein, die gesamte Blutprobe eines Patienten in Bestandteile zu trennen, wie z.B. in das Serum oder das Plasma, d.h. den die leichtere Phase bildenden Bestandteil, und die roten Blutkörperchen, d.h. den die schwerere Phase bildenden Bestandteil. Proben des gesamten Bluts werden typischerweise mittels Venenpunktion durch eine Kanüle oder Nadel abgenommen, die an einer Spritze oder einem evakuierten Sammelröhrchen befestigt ist. Die Trennung des Bluts in Serum oder Plasma und rote Blutkörperchen wird dann herbeigeführt, indem die Spritze oder das Röhrchen in einer Zentrifuge gedreht wird. Bei derartigen Anordnungen wird eine Barriere verwendet, die sich in einen Bereich an den beiden zu trennenden Phasen der Proben bewegt, um die Komponenten getrennt zu halten, damit anschließend die einzelnen Komponenten untersucht werden können.
In Blutsammelapparaturen sind bereits verschiedene Vorrichtungen verwendet worden, um den Bereich in die schwerere und die leichtere Phase einer flüssigen Probe zu trennen.
Die am meisten verwendete Vorrichtung weist thixotrope Gel-Materialien wie z.B. Polyester-Gele auf, die in einem Röhrchen enthalten sind. Die derzeitigen Polyester-Gel-Serumtrennröhrchen verlangen eine spezielle Herstellungsapparatur, um das Gel zuzubereiten und die Röhrchen zu füllen. Zudem ist die Lagerungsdauer des Produkts begrenzt, da mit der Zeit Tröpfchen aus der Gel-Masse heraus freigegeben werden können. Diese Tröpfchen können in dem Serum vorhanden sein und ein Verstopfen der Messinstrumente verursachen, z.B. der Instrumenten-Sonden, die während der klinischen Untersuchung der in dem Röhrchen aufgenommen Probe verwendet werden. Ein derartiges Verstopfen kann eine beträchtliche Auszeit des Instruments verursachen, um die Verstopfungssubstanz zu entfernen.
Kein handelsübliches Gel ist vollständig inert gegenüber sämtlichen Analyten. Falls bestimmte Medikamente in der Blutprobe vorhanden sind, wenn diese abgenommen wird, kann eine nachteilige chemische Reaktion mit dem Gel-Interface auftreten.
Deshalb besteht Bedarf an einer Separatorvorrichtung, die (i) leicht verwendbar ist, um eine Blutprobe zu trennen; (ii) während der Lagerung und dem Versand temperaturunabhängig ist; (iii) gegenüber Strahlungssterilisierung stabil ist; (iv) die Vorteile einer thixotropen Gel-Barriere nutzt, jedoch die Nachteile vermeidet, die beim Platzieren eines Gels in Kontakt mit den getrennten Blutkomponenten auftreten; (v) während der Zentrifugierung eine Kreuzkontamination zwischen der schwereren und der leichteren Phase der Probe verhindert; (vi) eine Adhäsion der Materialien niedriger und höherer Dichte an der Separatorvorrichtung verhindert; (vii) in der Lage ist, sich in kürzerer Zeit als bei herkömmlichen Verfahren und Vorrich tungen in eine zur Bildung einer Barriere vorgesehene Position zu bewegen; (viii) in der Lage ist, im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen eine reinere Probe mit weniger Zell-Kontamination erzeugen; und (ix) mit einer Standard-Probenentnahmeapparatur verwendbar ist.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gemäß Anspruch 1 ausgebildete Vorrichtung zum Trennen einer flüssigen Probe in eine Phase mit höherem spezifischen Gewicht und eine Phase mit niedrigerem spezifischem Gewicht
Die Vorrichtung weist ein Röhrchen und einen Separator auf, der so angeordnet ist, dass er sich unter Zentrifugalkrafteinwirkung in dem Röhrchen bewegt, um die Anteile der flüssigen Probe voneinander zu trennen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einer Separatorvorrichtung zur Verwendung mit dem Blutsammelröhrchen gemäß Anspruch 10.
Vorzugsweise weist das Separatorelement bei einem spezifischen Target-Gewicht of ein spezifisches Gesamt-Gewicht auf. Das spezifische Target-Gewicht ist dasjenige Gewicht, dass zum Trennen einer flüssigen Probe in mindestens zwei Phasen erforderlich ist.
Der Separator weist mindestens zwei oder mehr Bereiche mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht auf. Mindestens einer der Bereiche hat ein höheres spezifisches Gewicht als das spezifische Target-Gewicht, und mindestens einer der Bereiche hat ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das spezifische Target-Gewicht.
Der Separator ist in dem Röhrchen an einer zwischen dem oberen Verschluss und dem Boden des Röhrchens gelegenen Stelle angeordnet. Der Separator hat einander gegenüberliegende obere und untere Enden und weist einen Faltenbalg, ein Ballastteil und einen Schwimmer auf. Die Bestandteile des Separators sind derart bemessen und konfiguriert, dass der Separator eine Gesamtdichte erhält, die zwischen den Dichten der Phasen einer flüssigen Probe wie z.B. einer Blutprobe liegt.
Der Faltenbalg des Separators ist aus einem elastisch verformbaren Material geformt, das gute Dichteigenschaften hat, wenn es in Anlage gegen eine benachbarte Fläche platziert ist. Der Faltenbalg hat ein oberes Ende, das an oder nahe dem oberen Ende des Separators angeordnet ist, und ein gegenüberliegendes unteres Ende, das zwischen den einander gegenüberliegenden Enden des Separators angeordnet ist.
Das obere Ende des Faltenbalgs kann ein mittels einer Nadel durchstechbares Material aufweisen, das man mit einer Nadelkanüle durchstechen kann, um eine flüssige Probe in das Röhrchen zu füllen. Zusätzlich kann das obere Ende des Faltenbalgs anfangs lösbar mit dem im offenen oberen Ende des Röhrchens angeordneten Verschluss zusammengreifen.
Bevorzugt weist der Faltenbalg einen torusförmigen Dichtabschnitt auf, der im nicht vorgespannten Zustand des Faltenbalgs einen Außendurchmesser präsentiert, der größer ist als der Innendurchmesser des Röhrchens. Der Faltenbalg kann jedoch geringfügig verformt werden, so dass die Außenumfangsfläche des torusförmigen Dichtabschnitts gegen die Innenumfangsfläche des Röhrchens gedrückt wird, um einen dichtenden Zusammengriff zwischen dem Faltenbalg und dem Röhrchen zu bewirken. Der Faltenbalg kann durch in Gegenrichtung zueinander wirkende Kräfte in Richtung seiner einander gegenüberliegenden oberen und unteren Enden gestreckt werden. Eine Auslängung des Faltenbalgs als Reaktion auf derartige einander entgegengesetzte Kräfte verkleinert den Außendurchmesser des torusförmigen Dichtabschnitts des Faltenbalgs. Eine hinreichende Auslängung des Faltenbalgs bewirkt, dass der torusförmige Dichtabschnitt des Faltenbalg nach innen hin einen Abstand von der Innenfläche des Blutsammelröhrchens einnimmt.
Es ist wünschenswert, dass der torusförmige Dichtabschnitt ein natürliches oder synthetisches Elastomer oder eine Mischung aus diesen aufweist, das bzw. die gegenüber der interessierenden flüssigen Probe inert ist und das flexibel ist.
Vorzugsweise hat der torusförmige Dichtabschnitt eine qualitative Steifigkeit gemäß dem folgenden Ausdruck:
wobei S* der nichtdimensionale Steifigkeitskoeffizient, k eine zur Deflektierung des Faltenbalgs um eine gegebene Länge erforderliche Kraft, a die angewandte Beschleunigung, D der Durchmesser des torusförmigen Dichtabschnitts und ρ_w die Dichte des Wassers ist.
Wünschenswerterweise beträgt die qualitative Steifigkeit des torusförmigen Dichtabschnitts von ungefähr 0,00006 bis ungefähr 190.
Vorzugsweise kann der torusförmige Dichtabschnitt, wenn er dem Einfluss einer aufgebrachten Last wie z.B. einer axial aufgebrachten Last ausgesetzt wird, eine charakteristische oder radiale Deflektion erfahren. Die charakteristische oder radiale Deflektion ist definiert als eine Veränderung der Länge des torusförmigen Dichtabschnitts relativ zu der Veränderung des Querschittsdurchmessers des torusförmigen Dichtabschnitts. Vorzugsweise hat der torusförmige Dichtabschnitt ein charakteristisches oder radiales Deflektionsverhältnis von ungefähr 1,5 bis ungefähr 3,5.
Vorzugsweise kann, wenn der torusförmige Dichtabschnitt der Einwirkung einer Last wie z.B. einer Zentrifugierung ausgesetzt wird, um die axiale Verformung des torusförmigen Dichtabschnitts zu bewirken, die Ver änderung des Querschittsdurchmessers des torusförmigen Dichtabschnitts wie folgt ausgedrückt werden:
wobei ΔD_m von ungefähr 5% bis ungefähr 20% beträgt.
Somit verhält sich eine Veränderung des Querschittsdurchmessers des torusförmigen Dichtabschnitts proportional zu dem Querschittsdurchmesser des torusförmigen Dichtabschnitts im nicht deflektierten Zustand. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis von ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,20.
Vorzugsweise ist das Ballastteil eine im Wesentlichen röhrenförmige Struktur, die aus einem Material geformt ist, das eine größere Dichte als die schwere Phase von Blut hat. Das im Wesentlichen röhrenförmige Ballastteil hat einen maximalen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Röhrchens. Somit kann das Ballastteil konzentrisch innerhalb der zylindrischen Seitenwand des Röhrchens sowie im Abstand von dieser angeordnet sein. Das Ballastteil kann an dem unteren Ende des Faltenbalgs gesichert und dauerhaft an diesem platziert sein.
Der Schwimmer ist aus einem Material gebildet, das eine niedrigere Dichte hat als die leichtere Phase von Blut und das nahe dem oberen Ende des Ballastteils in Eingriff gebracht werden kann. Ferner ist der Schwimmer relativ zu dem Ballastteil bewegbar. Beispielsweise kann der Schwimmer im Wesentlichen röhrenförmig sein und konzentrisch im Inneren des röhrenförmigen Ballastteils gleitend teleskopierend bewegbar sein.
Bei Betrieb tritt eine flüssige Probe durch die Nadel hindurch in die Vorrichtung ein. Die Nadel durchsticht einen nahe dem oberen Ende des Separators gelegenen Teil des Faltenbalgs und sticht teilweise durch das hohle Innere des Schwimmers. Die Nadel wird aus der Vorrichtung und dem Septum des Verschlusses zurückgezogen, und der Faltenbalg dichtet sich wieder ab.
Dann wird die Vorrichtung einem Zentrifugiervorgang unterzogen. Die von dem Zentrifugiervorgang ausgeübten Kräfte bewirken eine allmähliche Trennung der Phasen der flüssigen Probe dahingehend, dass sich die dichtere Phase zu dem unteren Ende des Röhrchens hin bewegt und die weniger dichte Phase in oberhalb der dichteren Phase gelegene Bereiche des Röhrchens verlagert wird. Gleichzeitig bewirkt die zentrifugale Belastung, dass sich das dichte Ballastteil relativ zu der Drehachse nach außen und zum Boden des Röhrchens hin bewegt. Diese Bewegung des Ballastteils erzeugt eine Auslängung und Verengung des Faltenbalgs. Somit wird der Außendurchmesser des torusförmigen Dichtabschnitts des Faltenbalgs kleiner als der Innendurchmesser des Röhrchens. Ferner bewirken die zentrifugale Belastung und die Verformung des Faltenbalgs, dass der Separator aus dem oberen Verschluss ausrückt. Somit beginnt sich der Separator zum Boden des Röhrchens hin zu bewegen. Zwischen der füssigen Probe und dem Separator eingeschlossene Luft bewegt sich zunächst durch den Umfangsraum, der zwischen dem Separator und dem Röhrchen ausgebildet ist. Nach einer hinreichenden Bewegung kontaktiert das untere Ende des Separators die obere Fläche der flüssigen Probe. An diesem Punkt kann die in dem hohlen Innenraum des Separators eingeschlossene Luft eine weitere Abwärtsbewegung des Separators in die flüssige Probe verhindern. Diese Luft kann jedoch auf dem Wege durch den von der Nadel im Faltenbalg verursachten Defekt oder durch irgendeinen anderen im Faltenbalg erzeugten Defekt hindurchtreten.
Das Ballastteil bewirkt, dass der Separator in die flüssige Probe sinkt, während der Schwimmer durch Auftrieb nahe der Oberfläche der flüssigen Probe verbleibt und dadurch eine Auslängung und Verengung der Faltenbalgs verursacht. Der Separator ist nicht in der Lage, sich in dem Röhrchen zu bewegen, ohne dass Reibung zwischen dem Separator und der In nenwandfläche des Röhrchens auftritt. Die weniger dichte flüssige Phase der flüssigen Probe bewegt sich durch den Raum zwischen dem Separator und den Wänden des Röhrchens. Wie bereits erwähnt wird die Gesamtdichte des Separators derart gewählt, dass sie kleiner ist als die Dichte der gebildeten Phase der flüssigen Probe, jedoch größer als die Dichte der weniger dichten flüssigen Phase der flüssigen Probe. Somit stabilisiert sich nach einer hinreichenden Zentrifugierungsperiode der Separator an einer Stelle zwischen den gebildeten und flüssigen Phasen der flüssigen Probe. Dann wird der Zentrifugiervorgang gestoppt. Die Aufhebung der Zentrifugierkraft ermöglicht, dass der torusförmige Dichtabschnitt des Faltenbalgs wieder seine nicht vorgespannten Bemessungen einnimmt und wieder in dichtenden Zusammengriff mit dem Inneren des Röhrchens tritt. Die weniger dichte flüssige Phase der flüssigen Probe kann von dem Röhrchen getrennt werden, indem entweder der Verschluss entfernt wird oder eine Nadel durch den Verschluss hindurch eingeführt wird. Alternativ kann bei bestimmten Ausführungsformen der Zugriff auf die dichtere Phase durch eine abgedichtete Öffnung im unteren Ende des Röhrchens erfolgen.
Der Separator der vorliegenden Erfindung weist einen zweckmäßigen Bereich von Parametern auf, und es existieren zwei hauptsächlich maßgebende Gleichungen zum Definieren der Parameter: σtVt = σfVf + σSVS (Erhaltung der Masse)
(Kraft-Gleichgewicht)
Die folgenden nichtdimensionalen Parameter können dann in das Kraft-Gleichgewicht eingesetzt werden: VS* = VS/D3; Vf* = Vf/D3; S* = k/a ρwD2,so dass sich ergibt:
Somit können Prototypen auf eine Vorrichtung jeder beliebigen Größe skaliert werden, wobei die folgenden Parameter wie nachstehend aufgeführt definiert sind:

σ_t,σ_f, σ_S: sind die spezifischen Gewichte der Separatorvorrichtung bzw. des Schwimmers bzw. des Ballastteils;
V_t, V_f, V_S: sind die Volumina der Separatorvorrichtung bzw. des Schwimmers bzw. des Ballastteils;
ρ_w: ist die Dichte von Wasser;
k: ist der Separator-Elastizitätsmodul;
a: ist die aufgebrachte Beschleunigung; und
δ: ist das Deflektionsverhältnis, das definiert ist durch: ΔL/ΔD, wobei ΔL die Veränderung der Länge ist.

Die linke Seite der Gleichung kann eine unbegrenzte Anzahl von Kombinationen von Materialien und Geometrien sein, und falls sie gleich dem Produkt auf der rechten Seite ist, kann daraus geschlossen, dass die Vorrichtung funktioniert.
Bevorzugte Werte für die rechte Seite der Gleichung sind folgende:
δ = 1,5 – 3,5
ΔD/D = 0,05 bis 0,2
S* = 0,043 bis 0,220.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft gegenüber existierenden Trenn-Produkten, bei denen ein Gel verwendet wird. Insbesondere erfolgt im Gegensatz zu Gelen, die mit Analyten interferieren können, bei der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Vorrichtung keine Interferenz mit Analyten. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass diese nicht mit Analyten zur Überwachung von Medikamenten interferiert.
Am meisten bemerkenswert ist, dass im Vergleich mit Vorrichtungen, bei denen Gel verwendet wird, mit der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Vorrichtung das Trennen einer flüssigen Probe in separate Dichten in beträchtlich kürzerer Zeit durchgeführt werden kann.
Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die flüssigen Proben keinen Gel-Rückständen niedriger Dichte ausgesetzt werden, die manchmal bei Produkten auftreten, bei denen Gel verwendet wird.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass keine Interferenz mit Instrumenten-Sonden auftritt.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Proben für Blutkonserven-Tests eher akzeptabel sind, als bei Verwendung eines Gel-Separators.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass nur die im Wesentlichen blutkörperchen-freie Serum-Fraktion einer Blutprobe gegenüber der oberen Fläche des Separator exponiert wird, so dass der Praktiker eine saubere Probe erhält.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass sich der Separator in dem Röhrchen bewegt, ohne dass unter der Einwirkung von Zentrifugalkraft Reibung zwischen dem Separator und der Innenwand des Röhrchens auftritt.
Ferner erfordert die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung seitens des medizinischen Praktikers keine zusätzlichen Schritte oder Behandlungen, so dass eine Blut- oder Flüssigkeitsprobe auf normale Weise mittels Standard-Apparaturen entnommen werden kann.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine explodierte perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Verschlusses der Vorrichtung gemäß 1.
3 zeigt eine Draufsicht von unten auf den Verschluss gemäß 2.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Verschlusses gemäß 3.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Faltenbalgs des Separators der Vorrichtung gemäß 1.
6 zeigt eine entlang der Linie 6-6 von 5 angesetzte Querschnittsansicht des Faltenbalgs gemäß 5.
7 zeigt eine Draufsicht von unten auf das Ballastteil des Separators der Vorrichtung gemäß 1.
8 zeigt eine entlang der Linie 8-8 von 7 angesetzte Querschnittsansicht des Ballastteils gemäß 7.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Schwimmers des Separators der Vorrichtung gemäß 1.
10 zeigt eine vertikale Seitenansicht des Schwimmers des Separators der Vorrichtung gemäß 1.
11 zeigt eine entlang der Linie 11-11 von 10 angesetzte Querschnittsansicht des Schwimmers gemäß 10.
12 zeigt eine vertikale Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt eine entlang der Linie 13-13 von 12 angesetzte Querschnittsansicht der Vorrichtung gemäß 12.
14 zeigt eine entlang der Linie 14-14 von 12 angesetzte Querschnittsansicht der Vorrichtung gemäß 12, wobei ein Separator unter Einwirkung einer Zentrifugalbelastung gezeigt ist.
15 zeigt eine entlang der Linie 13-13 von 12 angesetzte Querschnittsansicht der Vorrichtung gemäß 12, wobei ein Separator in Dichteingriff mit dem Röhrchen bei Anordnung zwischen der flüssigen und der gebildeten Phase der flüssigen Probe gezeigt ist.
16 zeigt eine 13 ähnliche Querschnittsansicht, in der jedoch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen speziellen Formen ausgebildet sein und ist nicht auf irgendwelche hier detailliert beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, bei denen es sich nur um Beispiele handelt. Für Fachleute werden verschiedene weitere Modifikationen ersichtlich und direkt ausführbar sein, ohne dass diese vom Umfang und Gedanken der Erfindung abweichen. Der Umfang der Erfindung ist durch die angefügten Ansprüche definiert.
Die vorliegende Erfindung ist in 1 und 13–16 gezeigt, wobei die Vorrichtung 10 ein Röhrchen 12, einen Verschluss 14 und eine Separatorvorrichtung 16 aufweist. Das Röhrchen 12 weist einen geschlossenen Boden 18, eine offene Oberseite 20 und eine zwischen diesen verlaufende zylindrische Seitenwand 22 auf. Die Seitenwand 22 weist eine Innenfläche 23 mit einem Innendurchmesser "a" auf, die sich von dem oberen Ende 20 zu einer im Wesentlichen nahe dem unteren Ende 18 gelegenen Stelle erstreckt.
Gemäß 2–4 ist der Verschluss 14 einstückig aus einem Elastomermaterial geformt und weist ein oberes Ende 24 und ein unteres Ende 26 auf. Teile des Verschlusses 14, die an dessen oberen Ende 24 angeordnet sind, bilden einen maximalen Außendurchmesser, der größer ist als der In nendurchmesser "a" des Röhrchens 12. Ferner weisen am oberen Ende 24 gelegene Teile des Verschlusses 14 eine zentrale Vertiefung auf, die ein von einer Nadel durchstechbares, wiederabdichtbares Septum bildet. Teile des Verschlusses 14, die von dessen oberem Ende 26 nach oben verlaufen, sind ausgehend von einem kleineren Durchmesser, der ungefähr gleich dem Innendurchmesser "a" des Röhrchens 12 oder etwas kleiner als dieser ist, zu einem größeren Durchmesser erweitert, der größer als der Innendurchmesser "a" ist. Somit kann das untere Ende 26 des Verschlusses 14 in Bereiche des Röhrchens 12, die nahe dem oberen Ende 20 des Röhrchens gelegen sind, gedrückt werden, und die Eigenelastizität des Verschlusses 14 gewährleistet einen dichtenden Zusammengriff mit der Innenumfangsfläche der zylindrischen Seitenwand 22 des Röhrchens 12.
Der Verschluss 14 ist derart geformt, dass er eine untere Ausnehmung 30 aufweist, die sich in das untere Ende 26 hinein erstreckt. Die untere Aufnehmung 30 ist durch einen zentralen konvexen Konus 32 gekennzeichnet. Ferner verlaufen mehrere deflektierbare gekrümmte Flansche 34, die in gegenseitigem Abstand angeordnet sind, um den Eintrittsbereich der Ausnehmung 30 herum. Die Flansche 34 funktionieren dahingehend, dass sie die Separatorvorrichtung 16 lösbar halten.
Die Separatorvorrichtung 16 weist einen Faltenbalg 36, ein Ballastteil 38 und einen Schwimmer 40 auf. Der Faltenbalg 36 ist gemäß 5 und 6 einstückig aus einem federelastisch verformbaren Material geformt, das gute Dichteigenschaften hat. Insbesondere ist der Faltenbalg 36 symmetrich um eine Mittelachse angeordnet und weist ein oberes Ende 42 und ein unteres Ende 44 sowie einen hohlen Innenraum 45 auf, der an einem unteren Ende 44 offen ist. Am oberen Ende 42 des Faltenbalgs 36 gelegene Teile des Faltenbalgs bilden einen erweiterten Befestigungskopf 46 mit einem oberen Abschnitt, der in einen nicht vorgespannten Anfangszustand des Faltenbalgs 36 konvex konisch ist. Der am oberen Ende 42 ausgebildete konische Abschnitt des Faltenbalgs 36 kann in eine konische konkave Konfiguration deflektiert werden, die an dem in der Ausnehmung 30 des Ver schlusses 14 angeordneten konischen Teil 32 anliegt. Der Faltenbalg 36 weist ferner einem im Wesentlichen torusförmigen Dichtabschnitt 47 auf, der zwischen den oberen und unteren Enden 42 und 44 angeordnet ist. Der torusförmige Dichtabschnitt 47 bildet einen Außendurchmesser "b", der im nicht vorgespannten Zustand des Faltenbalgs 36 etwas größer als der Innendurchmesser "a" des Röhrchens 12 ist. Jedoch wird durch einander entgegengesetzte Kräfte, die auf die oberen und unteren Enden 42 und 44 des Faltenbalgs 36 einwirken, der Faltenbalg 36 ausgelängt, während gleichzeitig der Durchmesser des torusförmigen Dichtabschnitts 47 auf eine Bemessung von weniger als "a" verkleinert wird. Zwischen dem Befestigungskopf 46 und dem torusförmigen Dichtabschnitt 47 ist ein schmaler Hals 48 ausgebildet. Der Hals 48 ist derart bemessen, dass er durch Eingriff innerhalb des durch die gekrümmten Flansche 34 des Verschlusses 14 gebildeten Bereichs platzierbar ist. Der hohle Innenraum 45 des Faltenbalgs 36 weist einen ringförmigen Schwimmer-Befestigungswulst 49 an einer Stelle auf, die im Wesentlichen mit dem Hals 48 ausgerichtet ist.
Zwischen dem torusförmigen Dichtabschnitt 47 und dem unteren Ende 44 gelegene Teile des Faltenbalgs 36 bilden innerhalb des Durchmessers "d" und der Länge "e" einen generell zylindrischen Ballastteil-Befestigungsabschnitt 50 mit einem Außendurchmesser "c". Der Ballastteil-Befestigungsabschnitt 50 endet an einem nach außen abstehenden Flansch 51, der im Wesentlichen am unteren Ende 44 des Faltenbalgs 36 ausgebildet ist.
Das Ballastteil 38 des Separators 16 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr, das einstückig aus einem Material ausgebildet ist, das keine Reaktion mit Blut oder einer anderen separierten Flüssigkeit eingeht und dessen Dichte höher ist als diejenige des Bluts oder einer anderen separierten Flüssigkeit. Das Ballastteil 38 ist vorzugsweise im Wesentlichen röhrenförmig und weist einander gegenüberliegende obere und untere Enden 52 und 54 auf, wie in 7 und 8 gezeigt ist. Die Außenumfangs-Flächenbereiche des Ballastteils 38 bilden einen maximalen Außendurchmesser "f", der kleiner ist als der Innendurchmesser "a" des Röhrchens 12. Die Innenumfangs-Flächenbereiche des Ballastteils 38 sind durch einen einwärts gerichteten Flansch 56 nahe dem oberen Ende 52 gekennzeichnet. Der Flansch 56 bildet einen Innendurchmesser "g", der im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser "c" des Ballastteil-Befestigungsabschnitts 50 des Faltenbalgs 36 ist. Ferner bildet der Flansch 56 des Ballastteils 38 eine Länge "h", die im Wesentlichen gleich der Länge "e" des Ballastteil-Befestigungsabschnitts 50 des Faltenbalgs 36 ist. Folglich kann das Ballastteil 38 an zwischen dem Flansch 51 und dem torusförmigen Dichtabschnitt 47 gelegenen Stellen sicher an dem Ballastteil-Befestigungsabschnitt 50 des Faltenbalgs 36 befestigt werden. Teile des Ballastteils 38, die zwischen dem Flansch 56 und dem unteren Ende 54 des Ballastteils 38 angeordnet sind, stehen in dieser Zusammengriffsposition nach unten hin unter das untere Ende 44 des Faltenbalgs 36 ab.
Der Schwimmer 40 des Separators 16 ist im Wesentlichen als abgestufte rohrförmige Struktur vorgesehen, die einstückig aus einem Schaummaterial geformt ist, dessen Dichte niedriger ist als die Dichte der flüssigen Phase von Blut. Der Schwimmer 40 kann einstückig aus einem Polyethylen niedriger Dichte ausgebildet sein. Gemäß 9–11 weist der Schwimmer 40 ein oberes Ende 58, ein unteres Ende 60 und einen axial zwischen diesen Enden verlaufenden Durchlass 62 auf. In dem Schwimmer 40 ist eine Ringnut 64 ausgebildet, die an einer vom oberen Ende 58 etwas beabstandeten Stelle um die Außenumfangsfläche des Schwimmers herum verläuft. Die Ringnut 64 ist derart bemessen, dass der nach innen gerichtete ringförmige Wulst 49 des Faltenbalgs 36 elastisch in sie eingreifen kann, um die nahe dem oberen Ende 58 angeordneten Teile des Schwimmers 40 sicher an nahe dem unteren Ende 44 des Faltenbalgs 36 gelegen Teilen des Faltenbalgs 36 rückzuhalten. Ferner ist die Nut 64 derart konfiguriert, dass Öffnungen 65 zur Ermöglichung eines Luftstroms gebildet sind, der im Montagezustand des Separators 16 eine Verengung des Faltenbalgs 36 gewährleistet, wie noch erläutert wird.
Der Schwimmer 40 weist ferner an ungefähr auf halber Strecke zwischen den oberen und unteren Enden 58 und 60 befindlichen Stellen einen schmalen Hals 66 auf. Der Hals 66 bildet einen Durchmesser "i", der kleiner ist als der Innendurchmesser "d" des Ballastteil-Befestigungsabschnitts 50 des Faltenbalgs 36. Folglich ist der Hals 66 in dem Ballastteil-Befestigungsabschnitt 50 des Faltenbalgs 36 frei in axialer Richtung bewegbar.
Der Schwimmer 40 weist weiterhin eine im Wesentlichen zylindrische Basis 68 auf, die einen Durchmesser "j" bildet, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Ballastteils 38 zwischen dem Flansch 56 und dem unteren Ende 54. Somit kann die Basis 68 des Schwimmers 40 relativ zu den Teilen des Ballastteils 38, die nahe dessen unterem Ende 54 angeordnet sind, gleitbar in Axialrichtung bewegt werden.
Der Separator 16 wird zusammengefügt, indem der Ballastteil-Befestigungsabschnitt 50 des Faltenbalgs 36 elastisch in Eingriff mit dem Flansch 56 des Ballastteils 38 gebracht wird. Der Schwimmer 40 wird dann durch das Ballastteil 38 und in das untere Ende 44 des Faltenbalgs 36 aufwärtsgedrückt. Nach einer hinreichenden Einführung greift die Ringnut 64 des Schwimmers 40 mit dem Ringwulst 49 des Faltenbalgs 36 zusammen. Auf diese Weise gelangen der Faltenbalg 36, das Ballastteil 38 und der Schwimmer 40 in sicheren Eingriff miteinander.
Dann werden die am oberen Ende 42 des Faltenbalgs 36 gelegenen Teile des Separators 16 in die im unteren Ende 26 des Verschlusses 14 ausgebildete Ausnehmung 30 gedrückt. Diese Einführungsbewegung bewirkt ein Deflektieren der gekrümmtem Flansche 34 des Verschlusses 14. Nach einer hinreichenden Einführungsbewegung kehren die gekrümmten Flansche 34 federelastisch in einen nicht deflektierten Zustand zurück, in dem die Flansche 34 an dem Hals 48 des Faltenbalgs 36 angreifen. Ferner wird der konkave Konus am oberen Ende 42 des Faltenbalgs 36 mittels des Konus 32 des Verschlusses 14 nach unten hin deflektiert, wobei er eine konvexe Form annimmt.
Die Untervorrichtung, die den Verschluss 14 und den Separator 16 aufweist, wird dann derart in das offene Ende 20 des Röhrchens 12 eingeführt, dass der Separator 16 und das untere Ende 26 des Verschlusses 14 in dem Röhrchen 12 liegen, wie 12 und 13 zeigen. Der Verschluss 14 greift dichtend an den Innenflächenbereichen und dem oberen Ende 20 des Röhrchens 12 an. Ferner greift der torusförmige Abschnitt 47 des Faltenbalgs 36 dichtend an der Innenfläche 23 des Röhrchens 12 an.
Gemäß 13 wird dem Röhrchen eine flüssige Probe mittels einer Nadel zugeführt, die das Septum 28 des Verschlusses 14 und das obere Ende 42 des Faltenbalgs 36 durchdringt. Lediglich zwecks Veranschaulichung sei angenommen, dass es sich bei der flüssigen Probe um Blut handelt. Das Blut strömt durch die zentrale Öffnung 62 des Schwimmers 40 und zu dem unteren Ende 18 des Röhrchens 12. Dann wird die Nadel aus der Vorrichtung 10 zurückgezogen. Nach dem Entfernen der Nadel dichtet sich das Septum 28 des Verschlusses 14 eigenständig wieder ab. Auch das obere Ende 42 des Faltenbalgs 36 schließt sich selber derart, dass es im Wesentlichen undurchlässig gegenüber einem Fluidstrom wird.
Wenn die Vorrichtung 14 gemäß 14 einer Zentrifugierung oder einer axialen Zentrifugalkraft ausgesetzt wird, beginnen sich die jeweiligen Phasen des Bluts derart zu trennen, dass die dichtere Phase, welche die roten Blutkörperchen aufweist, zu dem unteren Ende 18 des Röhrchens 12 verlagert wird und die weniger dichte Phase, welche Serum aufweist, zu einer unmittelbar über der dichteren Phase gelegenen Stelle verlagert wird und gleichzeitig die Zentrifugallasten das Ballastteil 38 relativ zu dem Schwimmer 40 zu dem unteren Ende 18 des Röhrchens 12 drücken. Diese Bewegung des Ballastteils 38 erzeugt eine Längsverformung des Faltenbalgs 36. Folglich wird der torusförmige Dichtabschnitt 47 länger und schmaler und nimmt einen konzentrischen Abstand von der Innenfläche 23 der Seitenwand 20 des Röhrchens 12 ein. Der reduzierte Querschnitt des torusförmigen Abschnitts 47 ermöglicht eine Bewegung der an dem unteren Ende 44 gelegenen Teile des Faltenbalgs 36 zu dem Boden 18 des Röhrchens 12. Das obere Ende 42 des Faltenbalgs 36 ist anfangs durch gekrümmte Flansche 34 an dem Verschluss 14 rückgehalten. Der Verschluss 14 ist jedoch in seiner Gesamtheit verformbar, und somit verformen sich als Reaktion auf am Separator 16 und insbesondere am Ballastteil 38 erzeugte Radialkräfte die gekrümmten Flansche 34 elastisch nach unten. Folglich trennt sich gemäß 14 der Separator 16 von dem Verschluss 14 und beginnt sich in dem Röhrchen 12 zu dem unteren Ende 18 hin zu bewegen. Luft, die in den Teilen des Röhrchens 12 zwischen dem Blut und dem Separator 16 vorhanden ist, strömt um den Separator 16 herum und in die zwischen dem Separator 16 und dem Verschluss 14 angeordneten Abschnitte des Röhrchens 12. Nach einer hinreichenden Bewegung des Separators 16 kontaktiert das untere Ende 54 des Ballastteils 38 und/oder das untere Ende 60 des Schwimmers 40 die obere Fläche des Bluts. Dadurch verbleibt in der Öffnung 62 des Schwimmers 40 eingeschlossene Luft, die eine weitere Abwärtsbewegung des Separators 16 behindern könnte. Der mittels der Nadelkanüle verursachte Defekt in oberen Ende 42 des Faltenbalgs 36 erlaubt jedoch ein Entweichen der eingeschlossenen Luft in zwischen dem Separator 16 und dem Verschluss 14 befindliche Bereiche des Röhrchens 12. Somit fährt das Ballastteil 38 damit fort, den Separator 16 nach unten in das sich trennende Blut zu drücken. Wie bereits erwähnt liegt die Gesamtdichte des Separators 16 zwischen den Dichten der gebildeten und der flüssigen Phaen des Bluts. Folglich stabilisiert sich der Separator 16 in einer derartigen Position in dem Röhrchen 12, dass gemäß 15 die gebildete Phase des Bluts zwischen dem unteren Ende 18 des Röhrchens 12 und dem Separator 16 liegt. Die flüssigen Phasen des Bluts liegen dabei zwischen dem Separator 16 und dem Verschluss 14.
Nachdem dieser stabilisierte Zustand erreicht worden ist, wird die Zentrifuge gestoppt. Die Aufhebung der Zentrifugallast hat den Effekt, dass der torusförmige Dichtabschnitt 47 des Faltenbalgs 36 federelastisch in seinen nicht vorgespannten Zustand und in den dichtenden Zusammengriff mit der Innenfläche 23 des Röhrchens 12 zurückkehrt. Somit werden die gebil deten und flüssigen Phasen des Bluts effizient voneinander getrennt und sind separat voneinander für einen Zugriff zwecks Analyse verfügbar.
16 zeigt eine generell mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnete alternative Ausführungsform der Röhrchenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 110 weist ein Röhrchen 112, einen Verschluss 114 und einen Separator 116 auf.
Das Röhrchen 112 weist ein offenes oberes Ende 118, ein unteres Ende 120 und ein zwischen diesen Enden verlaufende zylindrische Wand 122 auf. In dem unteren Ende 120 des Röhrchens 112 ist eine Durchgangsöffnung 124 ausgebildet. In der Öffnung 124 ist ein unterer Verschluss 126 in Dichteingriff angeordnet. Der untere Verschluss 126 weist ein mit einer Nadel durchstechbares Elastomer auf und ermöglicht einen direkten Zugriff auf die gebildete Phase einer Blutprobe vom unteren Ende 120 des Röhrchens 112 her.
Eine alternative Ausführungsform der Röhrchenvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Röhrchen 112, einen Verschluss 114 und einen Separator 116 auf, wobei der Separator 116 nicht an den Verschluss 114 angepasst ist.
Der Verschluss 114 weist einen elastomeren Stopfen 128 auf, der in Dichteingriff in dem oberen Ende 118 des Röhrchens 112 angeordnet ist. Der Stopfen 128 ist mit einem zentral angeordneten, von einer Nadel durchstechbaren Septum 130 versehen. Ferner weist der Stopfen 128 eine untere Ausnehmung 132 mit mehreren nach innen gerichteten, elastisch deflektierbaren gekrümmten Flanschen 134 auf, die sich entlang der Ausnehmung erstrecken. Die Ausnehmung 132 ist nicht mit einem konkaven Konus versehen.
Der Verschluss 114 weist ferner eine äußere Kappe 136 auf, die eine ringförmige obere Wand 138 und eine im Wesentlichen zylindrische Schürze 140 aufweist, welche sich von der oberen Wand 138 nach unten erstreckt. Die Kappe 136 ist sicher um den Stopfen 128 herum befestigt und ist abnehmbar auf der offenen Oberseite 118 des Röhrchens 112 befestigbar. Die obere Wand 138 des Stopfens 136 ist mit einer zentralen Öffnung 142 versehen, die im Wesentlichen mit dem Septum 130 ausgerichtet ist.
Der Separator 116 weist einen Faltenbalg 144, ein Ballastteil 146 und einen Schwimmer 148 auf. Der Faltenbalg 144 weist ein oberes Ende 150, ein unteres Ende 152 und eine zwischen diesen Enden angeordnete torusförmige Dichtung 154 auf. Anders als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind die an dem oberen Ende 150 angeordneten Teile des Faltenbalgs 144 nicht konisch ausgebildet. Stattdessen sind diese oberen Teile des Faltenbalgs 144 im Wesentlichen sphärisch ausgebildet und greifen ohne die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebene nach innen gerichtete Verformung in der Ausnehmung 132 des Stopfens 128 ein. Die nahe dem unteren Ende 152 und nahe der torusförmigen Dichtung 154 angeordneten Teile des Faltenbalgs 144 gleichen im Wesentlichen den entsprechenden Teilen der zuvor beschriebenen Ausführungsform,
Das Ballastteil 146 weist ein oberes Ende 156 und ein unteres Ende 158 auf. Die nahe dem unteren Ende 158 gelegenen Teile des Ballastteils 146 unterscheiden sich von denjenigen bei der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die nach innen gerichteten Flansche 160 zum Arretieren des Schwimmers 148 vorgesehen sind. Somit wird jegliche nach dem Zusammenfügen auftretende Abwärtsbewegung des Schwimmers 148 relativ zu dem Ballastteil 146 im Wesentlichen verhindert. Eine Aufwärtsbewegung des Schwimmers 148 relativ zu dem Ballastteil 146 ist jedoch möglich und erfolgt während der Zentrifugierung.

Claims

Vorrichtung zur Ermöglichung der Trennung einer flüssigen Probe in eine gebildete Phase mit relativ hoher Dichte und eine flüssige Phase mit relativ niedriger Dichte, mit: einem Röhrchen mit einem geschlossenen unteren Ende (18), einem offenen oberen Ende (20) und einer dazwischen verlaufenden zylindrischen Seitenwand (22); einem Verschluss (14), der dichtend mit dem offenen oberen Ende des Röhrchens zusammengreift; und einem in dem Röhrchen angeordneten Separator (16), der einen verformbaren Faltenbalg (36) mit einem oberen Ende und einem unteren Ende aufweist, wobei Teile des Faltenbalgs zwischen dem oberen und dem unteren Ende eine nicht vorgespannte Form zum dichtenden Zusammengriff mit der zylindrischen Seitenwand des Röhrchens haben, einem nahe dem unteren Ende des Faltenbalgs sicher befestigten Ballastteil (38), das derart bemessen ist, dass es nach innen hin im Abstand von der zylindrischen Seitenwand des Röhrchens angeordnet ist, und das eine Dichte hat, die höher ist als die Dichte der flüssigen Phase der flüssigen Probe, und einem Schwimmer (40), der mit nahe dem oberen Ende des Faltenbalgs gelegenen Teilen des Faltenbalgs in Zusammengriff bringbar ist, wobei der Schwimmer eine Dichte hat, die höher ist als die Dichte der flüssigen Phase der flüssigen Probe und niedriger als die Dichte der gebildeten Phase der flüssigen Probe, wodurch auf die Vorrichtung aufgebrachte Zentrifugalkräfte eine Auslängung des Faltenbalgs und eine Bewegung des Separators in dem Röhr chen bis zu einer Stelle zwischen der gebildeten und der flüssigen Phase der flüssigen Probe ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Separator im Wesentlichen hohl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Faltenbalg zwischen seinem oberen und seinem unteren Ende einen torusförmigen Dichtabschnitt aufweist, wobei der torusförmige Dichtabschnitt im nicht vorgespannten Zustand des Faltenbalgs in Angriff mit der zylindrischen Seitenwand des Röhrchens bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Ballastteil im Wesentlichen röhrenförmig ist und nahe dem unteren Ende des Faltenbalgs fest um Teile des Faltenbalgs herum angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Ballastteil im Wesentlichen röhrenförmig ist und nahe dem unteren Ende des Faltenbalgs sicher um Teile des Faltenbalgs herum angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Faltenbalg im Wesentlichen hohl ist und nahe dem oberen Ende des Faltenbalgs einen nach innen gerichteten Ringwulst aufweist, wobei der Schwimmer mit einer Ringnut versehen ist, die mit dem Ringwulst des Faltenbalgs im Eingriff bringbar ist, wodurch der Auftrieb des Schwimmers den Schwimmer zum oberen Ende des Röhrchens drückt, um den ringförmigen Dichtabschnitt des Faltenbalgs zu auszulängen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich der Separator in lösbarem Zusammengriff mit dem Verschluss befindet, wobei der Separator als Reaktion auf das Einwirken von Zentrifugalkräften auf die Vorrichtung von dem Verschluss lösbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Verschluss ein zentral angeordnetes, mit einer Nadel durchstechbares Septum zur Ermöglichung des Einbringens von Fluid in das Röhrchen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Verschluss ein unteres Ende aufweist, das in das offene obere Ende des Röhrchens eingreift, wobei das untere Ende des Verschlusses eine darin aufwärts verlaufende Ausnehmung aufweist, mehrere elastisch deflektierbare Bogenabschnitte um die Ausnehmung herum an dem unteren Ende des Verschlusses ausgebildet sind, der Faltenbalg nahe dem oberen Ende des Faltenbalgs einen Verschlussbefestigungsabschnitt aufweist, und der Verschlussbefestigungsabschnitt eine nach innen verlaufende Nut aufweist, die mit den elastisch deflektierbaren Bögen des Verschlusses zusammengreift, um den Faltenbalg des Separators lösbar an dem Verschluss zu halten.
Separatorvorrichtung zur Verwendung mit einem Blutsammelröhrchen, zwecks Ermöglichung der Trennung von Blut in eine Phase mit relativ hoher Dichte und eine flüssige Phase mit relativ niedriger Dichte, mit: einem verformbaren Faltenbalg (36) mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, wobei Teile des Faltenbalgs zwischen dem oberen und dem unteren Ende eine nicht vorgespannte Form zum dichtenden Eingriff in das Röhrchen haben; einem nahe dem unteren Ende des Faltenbalgs an dem Faltenbalg befestigten Ballastteil (38), wobei das Ballastteil kleinere Querschnittsbemessungen als das Röhrchen hat, um eine freie Bewegung des Ballastteils in dem Röhrchen zu ermöglichen, und wobei das Ballastteil eine Dichte hat, die höher ist als die Dichte der flüssigen Phase des Bluts; und einem Schwimmer (40), der mit nahe dem oberen Ende des Faltenbalgs gelegenen Teilen des Faltenbalgs in Zusammengriff bringbar ist, wobei der Schwimmer eine Dichte hat, die höher ist als die Dichte der flüssigen Phase des Bluts und niedriger als die Dichte der gebildeten Phase des Bluts, wodurch auf die Vorrichtung aufgebrachte Zentrifugalkräfte eine Verlängerung des Faltenbalgs und eine Bewegung der Separatorvorichtung in dem Röhrchen bis zu einer zwischen der gebildeten und der flüssigen Phase des Bluts befindlichen Stelle ermöglichen.