SE465355B - Engaangsfilter och foerfarande foer filtrering av en partikelbemaengd vaetskevolym - Google Patents

Description

465 355 2 lägsna i en vätska förekommande små partiklar för att den separerade, rena vätskan skall bli användbar för sitt ändamål. En av flera kända tekniker för sådan sepa- ration är filtrering och denna fungerar väl för avlägs- 5 nande av relativt stora, oelastiska partiklar, men hit- tills kända tekniker för separation av mindre, elastiska partiklar genom filtrering uppfyller ej de krav som ställs när det gäller engångsanvändning och begränsade vätskevolymer. Speciellt saknas sådana filter av en- 10 gångstyp som är lämpade för mycket små volymer, t ex av storleksordningen 0,1-10 ml, t ex för separation av blodceller från helblod.

Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma ett separationsförfarande samt en anordning för genom- 15 förande av förfarandet, vilka utnyttjar ett filter av hålfibertyp och uppfyller följande krav.

Filtret skall vara kompakt, så att det kan hanteras manuellt. Det skall också vara av engångstyp och därför enkelt och billigt. Filtreringstiden skall vara mycket 20 kort, t ex av storleksordningen något tiotal sekunder.

Vidare skall filtret ge ett högt utbyte, dvs en så stor permeatvolym som möjligt, detta speciellt vid små vätske- volymer. Slutligen får de partiklar, särskilt celler, som skall avlägsnas ej sönderdelas vid filtreringen, 25 så att delar av partiklarna passerar filtret.

Ett separationsförfarande av det inledningsvis angivna slaget kännetecknas enligt uppfinningen därav, att före användning hålfibrernas fukthalt sänkes till åtminstone 5%, företrädesvis åtminstone 0,05%, samt 30 att filtret därefter tillslutes.

När koncentrationsmätningar skall göras på permeatets innehåll är det således av väsentlig betydelse med hänsyn ,*till de små vätskevolymer som är aktuella, att permeatet - ej utspädes till följd av förekomst av fukt inuti filtret, 35' _dvs främst i hålfibrerna.

När vätskan, som skall filtreras, innehåller mycket större partiklar än de minsta partiklar som skall bort- *fff-ç*ftfrf-wjPfvjçyçy-çfi-çqgg fly-gçgqf, _ ,_ .,, Upp-f., ,,_ 5,; _ (rf, f.- . _ ,... . .., f - v, f. , .. .. u. , . _, , .H -.f. 'ii PSI/i.)- :ï .. .f~ .-'.- _ ~¶ QU 10 15 20 25 30 35' 465 555 3 filtreras, är det lämpligt att vätskan förfiltreras för avlägsnande av dessa större partiklar, som t ex är större än fem gånger storleken av de minsta partiklar som skall bortfiltreras i filtret enligt uppfinningen.

Ett engångsfilter av det inledningsvis angivna slaget kännetecknas enligt uppfinningen därav, att filtret före användning är tillsluter samt att hålfibrernas fukthalt är lägre än ungefär 5%, företrädesvis lägret än ungefär 0,05%.

Retentatkammaren är lämpligen en separat kammare, vilken är ansluten till hålfibrernas med inloppet förbundna sida längst bort från inloppet utmed hålfibrernas längd- utsträckning. Denna kammare är företrädesvis sluten och avluftad medelst åtminstone en hàlfiber, som ej utnyttjas för filtreringen. Därmed får retentatet fritt tillflöde till retentatkammaren.

Alternativt kan retentatkammaren vara bildad av den del av filtrets volym mellan inloppet och hâlfibrernas mot detta vända sida som befinner sig längst bort från inloppet. Denna utföringsform kräver emellertid en väsent- ligt större mängd hålfibrer än utföringsformen med en separat retentatkammare.

Vid utnyttjande av engångsfiltret enligt uppfin- ningen för filtrering av vattenhaltiga vätskor kan i vissa fall filtreringstiden reduceras, om hålfibrerna består av ett hydrofilt material.

För förhindrande av sönderdelning av de partiklar, särskilt celler, som skall avlägsnas kan vidare enligt uppfinningen den sida av hålfibrerna som står i för- bindelse med inloppet vara ytbehandlad för reducering av friktionen mot vätskans partiklar och/eller för höjning av biokompatibiliteten.

För förhindrande av snabb igensättning av hålfib- rernas porer bör enligt uppfinningen dessa ha sin minsta ,poröppningsarea närmast den yta som står i förbindelse [med inloppet. För samma ändamål bör hålfibrernas största poröppningsstorlek vid den yta som står i förbindelse n-n-»,.-f- -_-,-_- 10 15 20 25 30 35 465 355 4 med inloppet vara mindre än ungefär 1/5, företrädesvis 1/10, av storleken av de minsta partiklar som skall avlägsnas från vätskan.

För minskning av filtreringstiden kan engångsfiltret enligt uppfinningen i en särskild utföringsform ha utrym- met mellan och runt hålfibrerna inuti kapseln fyllt med ett hydrofobt material, som medger vätskegenomströmning.

Det skall framhållas, att förfarandet och engångs- filtret enligt uppfinningen är särskilt lämpade för separation av blodplasma från helblod. Blodplasma, dvs samtliga komponenter i helblod med undantag för de röda och vita blodkropparna, utgör idag en viktig provkälla för fastställande av människors och djurs hälsotillstånd.

Plasmaseparationen finns idag i storskalig form inom biokemisk teknik och har stor betydelse inom sjukvården.

Inom analystekniken önskar man generellt små provvolymer plasma (0,00l-5,0 ml) på grund av mindre belastning på patienten och mindre förbrukning av analysreagens.

Idag sker separationen av plasma från helblod genom centrifugering, vilket är en arbetsam och tidskrävande process. Genom att enligt uppfinningen manuellt kunna separera plasmat från helblod i ett slutet engångssystem erhålles ett tillförlitligt och lättillgängligt arbetssätt samtidigt som personalen undviker att komma i kontakt med blodet.

Fastän uppfinningen således är speciellt användbar för separation av blodplasma från helblod, varvid er- forderlig tryckskillnad ligger i intervallet 0,1-0,7 g bar, företrädesvis 0,2-0,5 bar, är den ej begränsad till denna tillämpning utan användbar i en mängd andra applikationer, särskilt inom medicin, kemi, mikrobiologi, mikrologi och biokemi.

I Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l är 'f¿en sidovy och visar delvis uppskuren en första utförings- form av ett engångsfilter enligt uppfinningen. Fig 2A och 2B är en längdsnittsvy respektive en tvärsnittsvy "-'-"Z-ï-'ïf'f'f'“'='5'~'f*?f"ßj-fflC-'=ZW"fifl-“flmß-'Iæzzvxug-ffH-ffz-.n-'rxffçv-v-'zfuz-nf wfA-wv.---.-._,, _. _, , _,,. , _ my _, , _; _ _, ,. rä i. 10 15 20 25 30 35' 465 555 5 av en andra utföringsform av ett engångsfilter enligt uppfinningen. Fig 3 visar schematiskt och i kraftig förstoring ett längdsnitt genom en hålfiber av det slag som utnyttjas i engångsfiltret enligt uppfinningen.

Den i fig 1 visade utföringsformen av ett engångs- filter enligt uppfinningen innefattar en kapsel 1, vilken består av en cylindrisk hylsa 2, vars övre ände är till- sluten med en inloppskåpa 3 med ett inloppsrör 4 och vars undre ände är tillsluten medelst en retentatkâpa 5. Omedelbart över retentatkåpan 5 är vidare ett utlopps- rör 6 anordnat på hylsan 2. Ett knippe av hålfibrer 7 sträcker sig axiellt genom hylsan 2. De är vid hylsans övre ände infästa i en tätningspropp 8 på sådant sätt, att inloppsröret står i förbindelseímed insidan av fib- rerna vid dessas övre ände. En andra tätningspropp 9 är anordnad vid hylsans 2 nedre ände, och i denna tät- ningspropp 9 är hålfibrernas 7 nedre ändar infästa på sådant sätt, att en mellan tätningsproppen 9 och reten- tatkåpans 5 botten bildad retentatkammare 10 står i förbindelse med insidan av hålfibrerna vid dessas nedre ände. Utloppsröret 6 står i förbindelse med utrymmet kring hålfibrerna 7 inuti hylsan 2. Åtminstone en hålfiber 7' är tillsluten vid sin övre ände, och denna hålfibers 7' inre står därmed ej i förbindelse med inloppsröret 4 men väl i förbindelse med retentatkammaren 10.

Vid tillförsel av en partikelbemängd vätskevolym via inloppsröret 4 till engångsfiltret enligt fig l genereras enligt uppfinningen en tryckskillnad mellan inloppet 4 och utloppet 6. Detta kan ske på olika sätt, exempelvis genom att ett övertryck manuellt pålägges inloppet, genom att ett undertryck pålägges utloppet, t eš medelst en s k vacutainer, och/eller genom att ett undertryck skapas inuti kapseln 1 före tillförandet av vätskevolymen. Den tillförda vätskan kommer därmed att strömma axiellt genom det inre av hålfibrerna 7 från inloppsröret 4 i riktning mot retentatkammaren 465 355 6 10. Under denna strömning kommer de partiklar som ej kan passera genom hàlfiberväggarna att förflyttas i riktning mot retentatkammaren 10, medan själva vätskan passerar genom hålfibrernas 7 väggar och strömmar mot 5 utloppsröret 6. Detta är härvid anslutet till en ej visad behållare för uppsamling av permeatet. Retentat- kammaren 10 bör naturligtvis dimensioneras med hänsyn till förväntad volym av retentatet eller den del av detta som skall rymmas i retentatkammaren. 10 Den i fig 2A och 2B visade utföringsformen skiljer sig främst från den i fig l visade genom att knippet av hålfibrer 7 är dubbelvikt, så att samtliga fiberändar är infästa i en och samma tätningspropp ll. Kapseln 1' är i detta fall bildad av en cylindrisk hylsa 2', 15 vars ena ände är sluten med undantag för ett utloppsrör 6'. Hylsans 2"andra ände är tillsluten med en inlopps- kåpa 3'. Mellan denna kåpa 3' och tätningsproppen ll är en skiljevägg 12 anordnad pà sådant sätt, att hål- fibrernas 7 ena ände befinner sig på en sida om skilje- 20 väggen 12 och hålfibrernas 7 andra ände befinner sig på den andra sidan av skiljeväggen 12. Inloppskåpan 3' uppvisar vidarefett inloppsrör 4'. Liksom i utföringsf formen enligt fig l är i utföringsformen enligt fig 2 åtminstone en hàlfiber 7' tillsluten vid den ände 25 därav som är vänd mot inloppsröret 4'. En retentatkammare 10' är bildad mellan inloppskåpan 3' och tätningsproppen 11 på den sida av skiljeväggen 12 där inloppsröret 4' ej är_an ordnat.

Såväl i utföringsformen enligt fig l som i den 30 enligt fig 2A och 2B är lämpligen ett avluftningsrör 13 resp 13' anslutet till den övre delen av hylsan 2 resp 2'. Detta rör 13, 13' kan med fördel vara försett medien backventil, som enbart medger utströmning av luft från kapseln l resp l'. 35 ö_- Det i fig 3 visade längdsnittet av en hålfiber X7 åskådliggör filtreringsförloppet vid ett engångsfilter enligt uppfinningen. Vid utnyttjande av engàngsfiltret - - _--~,-._ _. ...-f.-,---.,...y--. - .ysuw-.uuly-.--._......-.~.....- . . . ._ -_ ~ - v- > .w - - -a-w: :anv/J »wzvu-(v nu.- -ff -f « ~ va. -w-fr f» - :pr-vn .a-.f-u-ngvyy s _-,,,¿,;f,,w,, p. 10 15 20 25 30 35' 465 355 7 enligt uppfinningen för separation av blodplasma från helblod bör hålfibrernas 7 totala filterarea vara 25-500 Cmz/ml helblod, företrädesvis 75-125 cm2/ml. Hålfibrerna bör vidare ha en innerdiameter av 0,10-0,40 mm, före- trädesvis 0,15-0,30 mm, och en väggtjocklek av 0,001-0,150 mm, företrädesvis 0,050-0,100 mm. Hàlfibrernas 7 por- storlek bör vidare vara 0,01-1,0 um, företrädesvis 0,1-1,0 um, vid den yta som står i förbindelse med inloppet, och deras porositet vara 60-95%. Dessa värden är fast- ställda med hänsynstagande till att de röda och vita blodkropparna utgör ung 45 volym-% av helblod. Generellt gäller att uppfinningen är särskilt lämplig för vätskor, i vilka de partiklar som skall avlägsnas utgör åtminstone ungefär 10 volym-% av vätskans totala volym. Härvid krävs en filterarea på 5-100 cm2/ml vätska, företrädesvis 15-25 cmz/ml vätska.

Såsom antytt i fig 3 skall porerna 14 i hålfiberns 7 väggar ha sin minsta poröppningsarea närmast den yta som står i förbindelse med inloppet, dvs närmast hål- fiberns 7 insida.

Vätskans strömning genom hålfibern 7 och permeatets passage genom hålfiberns 7 väggar är antydda med pilar 15 i fig 3. Vid vätskans strömning genom hålfibern 7 blir utbytet, dvs den relativa andel av vätskan som befriad från partiklar passerar genom hålfiberns 7 vägg, störst i början av förloppet. Med tiden avtar utbytet till följd av att koncentrationen av partiklar närmast insidan-av hålfiberns 7 väggar ökar och en del av porerna 14 blir tilltäppta. Samtidigt ökar risken för att par- tiklar genom ingrepp med eller friktion mot insidan av hålfiberns 7 vägg skall sönderdelas, vilket kan resul- tera i en ökad tilltäppning av porerna 14 men också i att delar av partiklarna uppträder i permeatet, vilket ej är önskvärt.

I fallet med helblod innebär ingreppet med eller friktionen mot hålfiberns 7 insida risk för hemolys.

Denna risk kan enligt uppfinningen reduceras väsentligt 465 555 10 15 20 25 30 35' - = _- - ,~r -.- f-.fl-.fi-.w-vrvg-ff; ---y_-,p .-_r .-,.-,-,-r.~f.-..f.-rr,f,- v 8 genom att fiberns 7 insida göres biokompatibel, t ex genom heparinisering eller sulfatering. Motsvarande gäller givetvis för fiberns 7 utsida i det fall att engångsfiltrets inlopp står i förbindelse med fiberns 7 utsida.

Ovan beskrivna heparinisering respektive sulfa- f!! tering bidrar således till ett ökat flöde genom fiberns 7 vägg och därmed ett förhöjt utbyte och/eller en redu- cering av erforderlig filtreringstid.

Exempel på fibermaterial är polypropylen, polyvinyl- alkohol, cellulosaacetat, polyamid, polysulfon, poly- akrylnitril och fluorerade polymerer.

För förkortning av filtreringstiden är det vidare väsentligt att dödvolymen i kapseln" dvs skillnaden mellan kapselns totala innervolym och de i kapseln in- gående hålfibrernas volym, är så liten som möjligt.

Dödvolymen kan enligt uppfinningen reduceras genom att utrymmet mellan och runt hålfibrerna inuti kapseln är fyllt med ett hydrofobt material, som medger vätske- genomströmning. Ett sådant material kan lämpligen bestå av glasmikrosfärer, exempelvis med en diameter av stor- leksordningen 200-500 um. Genom utfyllning av nämnda utrymme med sådana mikrosfärer kan dödvolymen reduceras till exempelvis 10-30% av kapselns totala innervolym.

Annorlunda uttryckt kommer i ett engàngsfilter enligt uppfinningen hålfibrernas andel av kapselns invändiga tvärsnittsarea att uppgå till åtminstone 65% och inklusive mikrosfärer till ung 90%. Fig l och 2A är således mycket schematiska genom att där endast ett fåtal fibrer är visade, medan i verkligheten fibrerna är väsentligen tätt packade i kapseln. É Ett flertal modifieringar av ovan beskrivna ut- L föringsformer är möjliga inom uppfinningens ram, såsom g angiven av efterföljande patentkrav.

Exempelvis kan utloppet vara anslutet till en med filtret förenad uppsamlingskammare för permeatet. I utföringsformen enligt fig 2 kan utloppet 6' t o m vara imylfpvr; v r; ff 1:; n; - yaf, v f-.va-.r-'fi//v/ -frrlff-'ft jr/fjß. v .gnflzß-Ifß-'Lfav .'14 f n-'zvrIIAu-rfr/ 'JZI._I!¿Z¿@IQKQ_ í 10 15 20 465 555 9 helt uteslutet och hylsan 2' även bilda en permeatupp- samlingskammare. Hylsan 2' kan eventuellt vara förlängd nedåt förbi hálfibrernas 7, 7' nedersta delar för bildande av en permeatuppsamlingskammare, som är helt eller delvis skild från det utrymme som upptas av hålfibrerna.

Vid utnyttjande av en med filtret förenad eller integrerad permeatuppsamlingskammare kan i vissa till- lämpningar efterföljande analys av permeatet utföras utan att permeatkammaren avlägsnas från filtret. Permeat- kammaren kan dock lämpligen vara möjlig att skilja från övriga delar av filtret. Speciellt kan permeatkammaren utformas som en känd spektrofotometrisk kuvett. Inuti den kan också i förväg anbringas kemiska substanser, t ex färgreagenser och/eller enzymer,reagensstrips eller dylikt som kan möjliggöra analys av filtratet direkt utan ytterligare hantering av detta.

Som en ytterligare variant kan inloppet integreras med in injektionsnål eller koppling för anslutning till en sådan nål. De olika in- och utloppen till filtret kan också initialt vara tillslutna av exempelvis någon form av membran, som är penetrerbart medelst exempelvis en injektionsnål eller dylikt.

Claims (5)

1. 465 355 10 15 20 25 30 .T .,.,,, 1,, _,..., »_.._.,,_-_,¿.»_.-..V 10 PATENTKRAV l. Engångsfilter, innefattande ett knippe hålfibrer (7) inuti en kapsel (l; l') med ett inlopp (4; 4') för en partikelbemängd vätskevolym, som skall filtreras, och ett utlopp (6; 6') eller en uppsamlingskammare för permeatet, varvid inloppet står i förbindelse med hål- fibrernas insida och utloppet respektive uppsamlings- kammaren med deras utsida, k ä n n e t e c k n a t därav, att filtret före användning är tillslutet samt att hål- fibrernas (7) fukthalt är lägre än ungefär 5%, före- trädesvis lägre än ungefär 0,05%.

2. Engångsfilter enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t därav, att hålfibrerna (7) består av ett hydrofilt material.

3. Engångsfilter enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att hàlfibrernas (7) porer (14) har en ökande tvärsnittsarea från hàlfibrernas insida mot deras utsida.

4. Engàngsfilter enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k n a t l0') för uppsamling av retentatet, vilken kammare är ansluten till hàlfibrernas (7) insida längst bort från inloppet (4; 4') i hàlfibrernas längdutsträckning och är avluftad medelst åtminstone en hålfiber (7'), som ej utnyttjas av en kammare (l0; för filtreringen. .

5. Engångsfilter enligt patentkravet 4, k ä n n e - t e c k n a t därav, att retentatuppsamlingskammaren är bildad av en del av hàlfibrernas (7) innervolym som befinner sig längst bort från inloppet (4; 4') i hàl- fibrernas längdusträckníng. ; 6. Engångsfilter enligt något av patentkraven l-5, k ä n n e t e c k n a t därav, att hàlfibrernas (7) ;insida är ytbehandlad för reducering av friktionen mot vätskans partiklar och/eller för höjning av biokompa- biliteten. , ..-...,...-._...._.,-. ._.,, ._ _.,,. __. _.. ._.,,...,. ¿,._ -_ ,,Y.,,_,._ , , ._ . _ f, . »w . . . - - - ~ - ~- ,¿,¿ V» - -f _-,---. 1.-. . , -,-. .._.-~,-_-,-,_-v,;w..~.zv.:,.@zç f) 10 15 20 25 30 355 465 355 11 7. Engångsfilter enligt något av patentkraven l-6, k ä n n e t e c k n a t därav, att hålfibrernas (7) öppningsstorlek vid hålfibrernas insida är ungefär 1/5, företrädesvis 1/10, av storleken av de minsta partiklar som skall avlägsnas från vätskan. 8. Engångsfilter enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t därav, att utrymmet mellan och runt hålfibrerna inuti kapseln (l; l') är fyllt med hydrofobt material, företrädesvis mikrosfärer, som medger vätskegenomströmning. 9. Engångsfilter enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k n a t därav, att före användning av filtret undertryck råder inuti kapseln (l; l'). 10. Engångsfilter enligt nàgot.av patentkraven 1-9 för separation av blodplasma från helblod, k ä n n e - t e c k n a t 'därav, att hålfibrernas (7) totala in- vändiga filterarea är 25-500 cmz/ml helblod, företrädesvis 75-125 cm2/ml helblod, som skall filtreras. ll. Engångsfilter enligt patentkravet 10, k ä n n e - t e c k n a t därav, att hålfibrerna (7) har en por- diameter av 0,01-1,0 um, företrädesvis 0,1-1,0 um, vid hålfibrernas insida samt en porositet av 60-95%. 12. Engångsfilter enligt patentkravet 10 eller ll, k ä n n e t e c k n a t därav, att hålfibrerna (7) har en innerdiameter av 0,10-0,40 mm, företrädesvis 0,15-0,30 mm, och en väggtjocklek av 0,001-0,150 mm, företrädesvis 0,05-0,10 mm. 131 Engångsfilter enligt något av patentkraven 10-12, k ä n n e t e c k n a t därav, att hålfibrernas (7) insida är hepariniserad eller sulfaterad. 14. Separationsförfarande för avlägsnande av par- tiklar från en partikelbemängd vätskevolym medelst ett fiïter, som innefattar ett knippe hålfibrer i en kapsel med ett inlopp för vätskevolymen och ett utlopp eller _en uppsamlingskammare för permeatet, vilka hålfibrers totala area är dimensionerad för maximalt utnyttjande under en enda användning, varvid inloppet står i för- Lau. fu. ->.. fvwfpvu»--v,.-.~»~ -r- --1-_-.- ~ -fl .u ~ --_-1.-.vf.- .fr «~- 465 355 12 bindelse med hâlfibrernas insida och utloppet respektive uppsamlingskammaren står i förbindelse med deras utsida samt en tryckskillnad genereras mellan hâlfibrernas insida och utsida vid tillförandet av vätskevolymen 5 till filtret för ökning av permeatutbytet och minskning av filtreringstiden, k ä n n e t e c k n a t därav, att före användning hâlfibrernas fukthalt sänkes till åtminstone 5%, företrädesvis åtminstone 0,05%, samt att filtret därefter tillslutes. 10 15. Förfarande enligt patentkravet 14, k ä n n e - t e c k n a t därav, att vätskan förfiltreras för av- lägsnande av partiklar, som är större än fem gånger storleken av de minsta partiklar som skall bortfiltreras.* 16. Förfarande enligt patentkravet 14 eller 15 15 för separation av blodkroppar från helblod, k ä n n e - t e c k n a td därav, att vid filtrering en tryckskillnad av 0,1-0,7 bar, företrädesvis 0,2-0,5 bar, skapas över hâlfibrernas väggar i ett filter med hålfibrer, vilka har en väggtjocklek på 0,001-0,150 mm, företrädesvis 20 0,05-0,10 mm, och en innerdiameter på 0,10-0,40 mm, företrädesvis 0,15-0,30 mm. m, r.- 'r-r-vfl -n-a -rvn- -arrvr~~=v-.~- -r- f - fl- -1- r»f.-- --.r. f- .w- -- fw» -_1.-:z1.- 'Ile/l tilallf. .JI-'fltffviïrf/'J/:wrffoíl