SE470376B - Anordning och system för blodseparation - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 470-576 - separera blodet koncentriskt i röret så att blodkropparna befinner sig i ett skikt vid rörväggen och blodplasman i ett innanförliggande skikt, förs separationselementet nedåt i röret, medan det fortfarande roterar, med hjälp av en i röret nedförd och med röret roterande sond och en ej roterande stång vars tryckkraft överförs till sonden. Tack vare separationselementets centralt anordnade backventilsystem pressas blodplasman igenom separationselementet när detta pressas nedåt i röret.

Blodplasman samlas ovanför separationselementet, medan blodkropparna samlas nedanför detsamma. Nedpressningen av separationselementet i röret stoppas när all blodplasma befinner sig ovanför separationselementet. Med blodet sålunda separerat kan plasman enkelt tas ut via en nedförd kanyl eller liknande. Det inses lätt att arrangemanget med ett rörligt separationselement som manövreras via en i röret nedförd tryckstång/roterande sond under rörets rotation kräver en relativt komplicerad konstruktion med stora krav på dess precision.

En annan typ av axialcentrifugseparator beskrivs i US- A-3,465,957. Hos denna separator har centrifugröret en löstagbar behållare i sin öppna ände med större diameter än röret. Det sistnämnda har ett parti med reducerad diameter, såsom en fläns, i sin öppna ände, vilket medför att den tyngre fasen (t ex blodkroppar), som under centrifugeringen befinner sig intill rörväggen, hålls kvar i röret, medan den lättare fasen (t ex blodplasma), som befinner sig närmare rörets centrum, kan strömma över till behållaren upptill i röret och på så sätt separeras från den tyngre fasen. En klar nackdel med denna anordning är den nödvändiga variationen av rotorhastigheten under centrifugeringen. Således måste hastigheten i början vara begränsad så att provet inte strömmar över till behållaren innan faserna separerat och den tyngre fasen bildar ett skikt på rörväggen. Först därefter kan rotorhastigheten ökas så att den lättare fasen kan strömma över till den övre behållaren. 10 15 20 25 30 35 -- šva 376 Föreliggande uppfinning syftar till att tillhandahålla ett blodseparationskärl resp. ett blodseparationssystem baserat på axialcentrifugering men som saknar nackdelarna hos de centrifugalseparatorer som beskrivits ovan, som på kort tid ger acceptabel separation, som medger sluten hantering av blodet (för att eliminera risken för smitta av blodvirus), och som enkelt låter sig integreras i olika analyssystem. Även om uppfinningen i första hand är tänkt att användas för behandling av mindre blodmängder för analysändamål, kan den givetvis tillämpas för andra sammanhang där blod ska separeras.

De ovannämnda och ytterligare syften och fördelar med uppfinningen, som kommer att framgå av den följande beskrivningen, uppnås med en anordning som har de i patentkravet 1 angivna särdragen. Föredragna utföringsformer anges i underkraven.

I det följande kommer en utföringsform av ett blodseparationsrör resp. ett blodseparationssystem enligt uppfinningen att beskrivas närmare med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig. 1 är en snittvy av blodseparationsröret.

Fig. 2 är en snittvy av blodseparationsröret i Fig. 1 försett med adaptrar och arrangerat för fyllning av blod.

Fig. 3A är en snittvy av adaptern mot spruta och Fig. 3B en motsvarande snittvy av adaptern mot kanyl i Fig. 2.

Fig. 4 är en snittvy av ett fyllt separationsrör anordnat i en centrifuganordning.

Fig. 5 är en motsvarande vy som Fig. l av enbart blodseparationsröret i Fig. 4 fyllt med helblod.

Fig. 6 är en motsvarande vy som Fig. 5 av blodseparationsröret sedan rotationen av röret inletts.

Fig. 7 är en motsvarande vy som Fig. 5 av blodseparationsröret sedan blodet separerat.

Fig. 8 är en motsvarande vy som Fig. 7 efter avslutad centrifugering och med en uppsugningsnàl för plasma nedförd i separationsröret.

Fig. 9 är en schematisk illustration, delvis uppbruten och som sprängvy, av blodseparationsröret i Fig. 1 vid 10 15 20 25 30 35 470_s7e _ uppsugning av blod från en patient tillsammans med en centrifuganordning med vakuumdon.7 Det i figurerna (speciellt Fig. 1) illustrerade blodseparationsröret, allmänt betecknat med hänvisningssiffran 1, är avpassat för axialcentrifugering i en axialrotor, såsom kommer att beskrivas närmare nedan.

Det har en dubbelt konformad inre kammare 2 avsedd att uppta ett blodprov, normalt helblod. Kammaren 2 består av en nedåt avsmalnande underdel 3 och en uppåt avsmalnande överdel 4. I övergången mellan underdelen 3 och överdelen 4 är en smal radiell spalt 5 anordnad som mynnar i överdelen av en koncentriskt anordnad yttre kammare 6. Den senare är avpassad att helt rymma blodets fraktion av röda blodkroppar, som under centrifugering av blodseparationsröret tvingas dit via spalten 5, såsom kommer att beskrivas närmare nedan. Även om det är föredraget att spalten 5 sträcker sig runt hela omkretsen av kammaren 2, kan den också, utan alltför stor inverkan på cntrifugeringsförloppet, vara uppdelad i två eller flera spaltutrymmen åtskilda av smärre förbindelsepartier mellan de motstående kammardelarna.

Den inre kammaren 2 har i det visade fallet två öppningar, en undre öppning 7 och en övre, kanalformad öppning 8 (varför den övre öppningen är utsträckt till en kanal kommer att framgå senare). Bägge öppningarna 7, 8 år tilltäppta av genomstickbara septa, såsom gummiproppar, 9 resp. 10. Det undre septumet 9 är anordnat i en urtagning 11 i separationsrörets 1 nederdel, och det övre septumet 10 i en motsvarande urtagning 12 i separationsrörets överdel.

Beroende på den metod som används för att fylla separationsröret med blod kan det emellertid vara tillräckligt med en enda öppning, företrädesvis då den övre. Detta kommer att beröras närmare längre fram. Vidare är det inte nödvändigt att den ena eller bägge öppningarna 7, 8 är tillslutna med genomstickbara septa, utan man kan givetvis även tänka sig andra tillslutningsorgan genom vilka blod kan tillföras respektive luft evakueras eller 10 15 20 25 30 35 ._ lffflø 5 ._ 576 tillföras, såsom olika former av ventiler och filter. Detta kommer också att beröras ytterligare nedan.

Proportionerna mellan den inre kammaren 2 och den yttre kammaren 6 är avpassade så att hela blodkroppsfraktionen av ett prov, som företrädesvis väsentligen fyller den inre kammaren, ryms i den yttre kammaren. Eftersom halten av blodkroppar i blodet varierar mellan män och kvinnor liksom mellan olika individer, innebär detta att den yttre kammaren 6 bör dimensioneras efter den övre nivån i detta intervall. Som exempel på lämpliga proportioner mellan inre och yttre kammare kan således nämnas en inre kammarvolym på ca 2 ml och en ytterkammarvolym på ca 1,2 ml.

Lutningarna hos de kammardelarnas 3, 4 innerväggar, dvs koniciteten hos de båda kammardelarna, ger, som lätt inses, vid rotation av blodseparationsröret kring dess längdaxel en kraftkomponent som tvingar blodet uppåt resp. nedåt mot övergången mellan den övre och den undre kammardelen där den inre kammaren är vidast och spalten 5 är belägen. Lämplig lutning i det enskilda fallet bestäms lätt av fackmannen. För liten lutning ger för liten vertikal kraftkomponent alternativt kräver för hög rotationshastighet och/eller för lång centrifugeringstid, medan för stor lutning bl a ger ett otympligt separationsrör.

Förbindelsespalten 5 mellan de båda kamrarna 2 och 6 är avpassad så att den utan vidare medger inflöde av blodkroppar i ytterkammaren 6 från den inre kammaren 2 under inverkan av centrifugalkraften i kombination med de koniska innerväggarna hos de inre kammardelarna 3, 4, samtidigt som återflöde av blodkroppar till den inre kammaren 2 när rotationen avstannar försvåras. Ett exempel på en lämplig spaltbredd i samband med de ovan angivna kammarvolymerna är ca 0,1 mm.

Företrädesvis tillverkas blodseparationsröret 1 av transparent eller opakt material, bl a för att separationsprocessen lättare ska kunna övervakas. Lämpliga blodkompatibla material är exempelvis PMMA, polystyren 10 15 20 25 30 35 470-576 : eller polypropen. Det illustrerade blodseparationsröret kan med fördel tilllverkas genom förbindning av en övre del, omfattande den övre kammardelen 2 och den yttre kammarens 6 yttervägg 13, och en undre del, omfattande den undre kammardelen 3 samt den yttre kammarens 6 innervägg 14 och bottenparti 15, medelst en svetsfog, antydd med hänvisningssiffran 16 i Fig. 1.

I det följande kommer användningen av blodseparationsröret att beskrivas med hänvisning till Fig. 2 till 8.

I Fig. 2 visas fyllning av blodseparationsrörets 1 inre kammare 2 med helblod 23 från en helblodskälla, såsom ett blodkärl hos en patient. Blodseparationsrörets 1 undre del är för den skull ansluten via en första nälförsedd adapter 17 till en kanyl 18 förbunden med helblodskällan (ej visad), och den övre delen av blodseparationsröret är via en andra nàlförsedd adapter 19 ansluten till en spruta 20 för evakuering av luft ur blodseparationsrörets 1 inre kammare 2.

Kanyladaptern 17 och sprutadaptern 19 visas mer i detalj i Fig. 3A resp. 3B. Kanyladaptern 17 har således (som den visas i Fig. 3B) ett skyddsparti 17a utformat att kunna uppta blodseparationsrörets 1 underdel, och ett undre anslutningsparti 17b utformat att verksamt kunna hopkopplas med anslutningsänden hos kanylen 18, som företrädesvis är av konventionellt slag. Vanligtvis är kanylens 18 anslutningsände på konventionellt sätt i form av en Luer- hona, och adapterns 17 underdel är därför lämpligen utformad som en Luer-hane. En nål 21 är fäst i adapterpartiet 17b och har tillräcklig längd för att kunna penetrera det undre septumet 9 och därmed förbinda kanylen 18 med blodseparationsrörets inre kammare 2. På motsvarande sätt har sprutadaptern 19 (som den visas i Fig. 3A) ett skyddsparti 19a avpassat att kunna uppta blodseparationsrörets 1 överdel, och ett övre parti 19b utformat att kunna hopkopplas med sprutans 20 anslutningsdel 20a. Den senare är vanligtvis i form av en Luer-hane, varför adapterpartiet lämpligen är utformat som 10 15 20 25 30 35 s- :ifs 376 en Luer-hona. En nål 22 med tillräcklig längd för att kunna penetrera det övre septumet 10 och därigenom förbinda sprutans inre med blodseparationsrörets inre kammare 2 är fäst i adapterns 19 bottendel. Som framgår av Fig. 2 skall nålen 22 endast sträcka sig in i kammarens 2 övre öppningskanal 8 för att medge i stort sett fullständig fyllning av kammaren 2, dvs väsentligen upp till det konformiga partiets 4 övre ände.

Med hjälp av sprutan 20 evakueras luft ur blodseparationsrörets 1 inre. Tack vare det åstadkomna undertrycket i den inre kammaren 2 kommer blod från helblodskällan att effektivt strömma in i och fylla upp kammaren 2. Eventuellt kan en mindre mängd blod tränga in i den yttre ringformiga kammaren 6.

Företrädesvis innehåller blodseparationsröret 1 redan före fyllningen med blod antikoagulant, såsom citrat, heparin eller EDTA, för att säkerställa att det inte sker någon koagulering som skulle kunna medföra tilltäppning av den smala spalten 5 mellan den inre kammaren 2 och den yttre kammaren 6.

Det finns givetvis andra sätt att åstadkomma fyllning av blodseparationsröret 1 än med hjälp av en spruta såsom beskrivits ovan. Således kan man istället för en manuell spruta använda ett vakuumdon som inkopplas på motsvarande sätt som sprutan för evakuering av blodseparationsröret.

Ett annat alternativ är att blodseparationsröret är förevakuerat. I detta fall kan det givetvis räcka med ett enda septum (dvs en enda öppning till blodseparationsrörets inre kammare 2), eftersom evakuerings- och fyllningsoperationerna sker vid skilda tillfällen. En variant av detta fyllningsförfarande är utnyttjande av ett vakuumdon som evakuerar blodseparationsröret maskinellt före användningen. Ytterligare ett alternativ är att fylla blodseparationsröret med hjälp av patientens ventryck, under det att luften i rörets inre successivt släpps ut genom ett filter som släpper igenom luft men inte blod, såsom ett hydrofobt filter. I detta sistnämnda fall är 10 15 20 25 30 35 4791-376 - således det tidigare beskrivna blodseparationsrörets övre gummipropp 10 ersatt med en hydrofob filterpropp.

När blodseparationsrörets 1 inre kammare väsentligen fyllts med helblod, centrifugeras det i en centrifuganordning, som är schematiskt illustrerad i Fig. 4. För den skull placeras det fyllda blodseparationsröret 1 i en härför avsedd urtagning 24 i centrifuganordningens axíalrotor, eller chuck, 25. Den senare drivs av en elektrisk motor 26 via en flexibel axelkoppling 27 och en axellagring 28. Såväl elmotorn 26 som axellagringen 28 uppbärs i det illustrerade fallet på ett chassi 29, som är höj- och sänkbart anordnat på en pelare 30. Chassits 29 centrifugeringsläge visas med heldragna linjer. Ovanför chucken 25 har centrifugeringsanordningen en uppsugningsnål 31 fast monterad i en skyddskâpa 32, som i sin tur uppbärs på ett horisontellt ramelement 33.

Centrifugeringsförloppet kommer nu kort att beskrivas med hänvisning till Fig. 5 till 8, som för enkelhets skull endast visar blodseparationsröret 1.

Fig. 5 visar det fyllda blodseparationsröret 1 stillastående. När chucken 25, och därmed blodseparationsröret 1, börjar rotera, pressas blodet 23 ut mot sidorna av den inre kammaren 2 genom inverkan av centrifugalkraften och fyller då även upp den yttre kammaren 6 via spalten 5, såsom visas i Fig. 6. De tyngre blodkropparna påverkas av en större kraft än den lättare plasman och kommer därför att samlas i den yttre kammaren 6, varvid plasma som initialt kommit in i den yttre kammaren successivt trängs ut, allteftersom centrifugeringen pågår. Tack vare de dubbelt koniska kammarsidorna tvingas blodet i den undre kammardelen 3 under centrifugeringen utåt/uppåt mot spalten 5, och blodet i den övre kammardelen 4 utåt/nedåt mot spalten 5. Detta säkerställer att blodet, och då i första hand blodkropparna, effektivt pressas in i den yttre kammaren 6 igenom den mycket smala spalten 5.

I Fig. 7 visas blodet helt separerat i plasma 34 och blodkroppar 35. Som redan nämnts är den yttre kammaren 6 10 15 20 25 30 35 3- :470 576 dimensionerad att rymma hela blodkroppsfraktionen, och man kan notera i Fig. 7 att så är fallet, eftersom det innersta skiktet 34b i ytterkammaren 6 utgörs av plasma.

Ett blodseparationsrör som har de som exempel ovan angivna dimensionerna har vid centrifugering vid mer än 10.000 till 20.000 varv per minut i ca 30 till 60 sekunder visat sig ge en fullt godtagbar separation för de flesta analysändamál, såsom kommer att framgå av ett senare redovisat utföringsexempel.

Fig. 8 visar blodseparationsröret sedan rotationen upphört och röret åter är stillastående. Tack vare den smala spalten 5 förhindras i huvudsak återinträngning av blodkroppar från den yttre kammaren 6 till den inre kammaren 2 vid rotationsrörelsens avstannande. Med hänvisning nu även till Fig. 4 förs i detta läge plasmauppsugningsnålen 31 igenom den övre gummiproppen 10 och ända ned till botten av den undre kammardelen 3 genom att chassit 29 förs uppåt till det med streckprickning antydda läget, så att plasma effektivt kan sugas ut ur blodseparationsröret och överföras till önskad behållare för vidare behandling eller förvaring. Byte av blodseparationsrör efter avslutad uppsugning kan sedan ske genom sänkning av chassit 29 till det likaså med streckprickning antydda nedre läget.

Det visade uppsugningsarrangemanget är tillräckligt för uppsugning av åtminstone mindre mängder plasma ur den inre kammaren 2. För större plasmamängder kan det emellertid krävas tillträde av luft till den inre kammaren under uppsugningen. Detta kan t ex åstadkommas genom att uppsugningsnålen 31 förses med en mantel, så att luft kan tillföras via spalten mellan nål och mantel, eller genom att nålen upptill (vid infästningen) utformas med ett kil- eller mejselparti eller liknande som vidgar gummiproppen 10 vid penetreringen så att luft släpps igenom (ej visat).

I Fig. 9 visas schematiskt användning av det ovan beskrivna blodseparationsröret 1 vid en centrifuganordning integrerad med ett vakuumdon. Den här illustrerade apparaten har innanför ett hölje 36 en centrifuganordning 10 15 20 25 30 35 47034576 - 10 " med en axialrotor, eller chuck, antydd med hänvisningssiffran 37 vid den uppstickande delen av ett blodseparationsrör 1, vars undre del upptas i chucken.

Vakuumdonet antyds av en genom den delvis uppbrutna höljessidan synlig vakuumpump 38 ansluten till en kanyl 39 i ett uttag 40 för blodseparationsröret 1. En av blodseparationsröret pàverkbar mikrobrytare för aktivering av vakuumpumpen 38 vid införande av blodseparationsröret 1 är antydd vid 41.

Vid användning evakueras först luften ur blodseparationsröret 1 genom införande av detsamma i vakuumuttaget 40, varvid kanylen 39 genomtränger blodseparationsrörets ena gummipropp (eller enda gummipropp om blodseparationsröret bara har en septumtillsluten öppning) och vakuumpumpen aktiveras. Därefter införs det evakuerade blodseparationsröret 1 i en med en styrhylsa 42 försedd kanyladapter 43 ansluten till en kanyl 44, som redan stuckits in i armvecket 45 hos en patient. Härvid tränger den övre kanyländen via gummiproppen som tillsluter den aktuella kammaröppningen in i blodseparationsrörets inre, och blod sugs in i dettas evakuerade inre kammare.

Det fyllda blodseparationsröret placeras sedan i centrifugchucken 37, som här omges av ett skyddsrör 46, och separation av blodet sker därefter på liknande sätt som beskrivits ovan.

En centrifuganordning som den som beskrivits i anslutning till Fig. 4 eller ett integrerat centrifug- och vakuumsystem som det som beskrivits i samband med Fig. 9' kan med fördel integreras i olika typer av analyssystem.

Som exempel på ett sådant blodanalyssystem kan nämnas det system för bestämning av hjärtinfarktsmarkörer som beskrivs i vår anhängiga internationella ansökan PCT/SE92/00386.

EXEMPEL För separation av helblod genom centrifugering användes dels ett blodseparationsrör som beskrivits i anslutning till Fig. 1 ovan och dels som jämförelse ett konventionellt blodrör. Blodseparationsröret 1 enligt Fig. 1 hade en volym hos den inre kammaren 2 på ca 2 ml och en 10 15 20 ï- 470 376 11 ' volym hos den yttre kammaren på 6 på ca 1,2 ml. Ca 2 ml antikoagulerat helblod infördes i den inre kammaren 2 hos blodseparationsröret i Fig. 1 som beskrivits ovan med hjälp av vakuum âstadkommet med en spruta. Helblodet hade en koncentration av röda blodkroppar på ca 5 x 105 per pl och av vita blodkroppar på ca 5 x 103 per pl. Efter centrifugering i ca 1 minut vid ca 14.000 rpm hade väsentligen alla blodkroppar samlats i den yttre kammaren.

Plasman (ca 0,8 ml) sögs upp från den inre kammaren 2 och uppvisade en resthalt av röda blodkroppar på ca 10.000 per ul och av vita blodkroppar på ca 200 per ul. Vanlig centrifugering i s k swingout-centrifug vid 4.000 rpm i 10 minuter av ca 10 ml av samma helblod i det konventionella blodröret gav en resthalt av ca 10.000 röda blodkroppar per pl resp. ca 200 vita blodkroppar per ul.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan speciellt beskrivna och i ritningarna visade utföringsformen, utan många ändringar och modifieringar kan göras inom ramen för den allmänna uppfinningstanken sådan den anges i de följande patentkraven.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 47oï-s7e - 12 " PATENTKRAV

1. Anordning för satsvis blodseparation, innefattande en rörformad behållare (1) anordnad att kunna roteras kring sin lângdaxel av axialcentrifugorgan (25; 37), kännetecknad av att behållaren (1) har dels en inre kammare (2) för upptagning av en blodvolym (23) som ska separeras, bildad av en övre kammardel (4) och en undre kammardel (3) som vidgar sig koniskt mot varandra, och dels en relativt den inre kammaren (2) koncentriskt anordnad yttre kammare (6) avpassad att rymma hela blodkroppsfraktionen (35) av blodvolymen (23) och förbunden med den inre kammaren (2) via ett smalt spaltformat utrymme (5) som sträcker sig radiellt från den yttre kammarens (6) överdel till övergången mellan den inre kammarens (2) båda konformade delar (3, 4) längs åtminstone väsentligen hela kammarens periferi, och att vidare den inre kammaren (2) har en öppning (7, 8) i endera eller båda av de övre och undre kammardelarnas (3, 4) ytterändar, vilken öppning eller öppningar (7, 8) är tillslutna med tillslutningsorgan (9, 10) för kvarhållande av blod i behållaren (1) men páverkbara att medge tillförsel resp. uttagning av blod genom desamma.

2. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad av att den inre kammaren (2) har en eller två öppningar (7, 8) och tillslutningsorganen är lufttäta, genomstickbara septa (9, 10).

3. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad av att den inre kammaren (2) har två öppningar (7, 8) och det ena tillförselorganet (7) är ett genomstickbart septum och det andra (8) är ett luftgenomsläppligt men blodhindrande organ, såsom ett hydrofobt filter.

4. Anordning enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknad av att den innefattar en adapter (17) för f) 10 15 . _ Tf" Ü 13 376 anslutning av en öppningsände hos behållaren (1) till en kanyl (18).

5. Anordning enligt något av patentkraven 1 till 4, kännetecknad av att den innefattar en adapter (19) för anslutning av en öppningsände hos behållaren (1) till en spruta (20) eller vakuumdon (38-40) för evakuering av luft från behållarens inre.

6. System för blodseparation, kännetecknat av att det innefattar en anordning enligt något av patentkraven 1 till 5 och en centrifuganordning med en axialrotor (25: 37) anordnad att kunna uppta och fixera behållaren (1) för axialcentrifugering.

7. System enligt patentkravet 6, kännetecknat av att det vidare innefattar organ (20: 38-40) för evakuering av luft från behållarens (1) inre (2, 6).