AT389946B

AT389946B - Equipment for treating cell suspensions, especially blood

Info

Publication number: AT389946B
Application number: AT0266188A
Authority: AT
Inventors: Hermann Dipl Ing Dr Marsoner; Norbert Dipl Ing Dr Leitgeb
Original assignee: Avl Verbrennungskraft Messtech
Priority date: 1988-10-27
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1990-02-26
Also published as: ATA266188A

Abstract

Equipment for treating suspensions of biological cells (cell suspensions), especially blood, by injecting mechanical energy, especially ultrasonic energy, in order to break down the cell membranes. According to the invention, the ensonification is carried out directly in enclosed channels 6, for example hoses or tubes, the sonic converters (sonotrodes) 9 each being shaped in their coupling region 9' to rest on the enclosed channels 6. <IMAGE>

Description

Nr. 389946No. 389946

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Behandlung von Suspensionen biologischer Zellen (Zellsuspensionen), insbesondere Blut, durch Einkopplung mechanischer Energie, insbesondere Ultraschallenergie, zur Zerstörung der Zellmembranen.The invention relates to a device for treating suspensions of biological cells (cell suspensions), in particular blood, by coupling mechanical energy, in particular ultrasound energy, to destroy the cell membranes.

Zur Messung chemischer Blutparameter kann es erforderlich sein, die im Inneren der roten Blutkörperchen 5 (Erythozy ten) enthaltene Zellflüssigkeit der Analyse zugänglich zu machen. Dies wird gegenwärtig meist durch chemische oder mechanische Vorgänge erreicht, die die Zellmembranen zerstören (Hämolyse) und dadurch eine Vermischung der intrazellulären und extrazellulären Flüssigkeiten ermöglichen.To measure chemical blood parameters, it may be necessary to make the cell fluid contained in the interior of the red blood cells 5 (erythocytes) available for analysis. At present, this is mostly achieved by chemical or mechanical processes which destroy the cell membranes (hemolysis) and thereby enable the intracellular and extracellular fluids to be mixed.

Die Verwendung von Ultraschall zur Hämolyse ist an sich bekannt Sie ermöglicht eine gute Hämolyse ohne chemische Beeinflussung und gewährleistet zusätzlich eine gute Reinigung der Hämolysekammer. Die 10 Ultraschallenergie wird dabei durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes mit Hilfe eines (Resonanz-) Schwingers erzeugt, der entweder selbst oder über ein geeignet geformtes auswechselbares Verlängerungsstück, die sogenannte Sonotrode, die Schallenergie zu einer Hämolysekammer leitet, in der das Blut mit der Sonotrode in direkten Kontakt kommt Dabei ergibt sich das Problem, die Hämolysekammer durch die Sonotrode geeignet dauerhaft und zuverlässig abzudichten und eine gleichmäßige Beschallung der Probe zu erreichen. 15 Insbesondere in Analyseautomaten, in denen in kurzer Zeit viele verschiedene Blutproben analysiert werden sollen, erfolgt die Untersuchung taktweise oder nach Eingabe aller Proben im kontinuierlichen Fluß, wobei durch konstruktive und verfahrenstechnische Maßnahmen dafür gesorgt werden muß, daß die Blutproben voneinander vollständig getrennt sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hämolyseeinrichtung zu schaffen, die servicefreundlich ist, einen kontinuierlichen Probenfluß ermöglicht und hinsichtlich der Reinigung 20 unter weitgehender Vermeidung von Inhomogenitäten optimale Voraussetzungen bietetThe use of ultrasound for hemolysis is known per se. It enables good hemolysis without chemical interference and additionally ensures good cleaning of the hemolysis chamber. The 10 ultrasonic energy is generated by utilizing the piezoelectric effect with the help of a (resonance) vibrator, which either guides the sound energy itself or via a suitably shaped, interchangeable extension piece, the so-called sonotrode, to a hemolysis chamber in which the blood with the sonotrode enters There is a direct contact. The problem arises of using the sonotrode to suitably and permanently seal the hemolysis chamber and achieve a uniform sonication of the sample. 15 In automated analyzers in particular, in which a large number of different blood samples are to be analyzed in a short time, the examination is carried out cyclically or after all the samples have been input in a continuous flow, whereby constructive and procedural measures must be taken to ensure that the blood samples are completely separated from one another. The object of the present invention is to provide a hemolysis device which is service-friendly, enables a continuous sample flow and offers optimal conditions with regard to cleaning 20 while largely avoiding inhomogeneities

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Beschallung direkt in umschlossenen Kanälen, z. B. Schläuchen oder Röhrchen, erfolgt und die Schallwandler (Sonotroden) jeweils in ihrem Kopplungsbereich anliegend an die umschlossenen Kanäle geformt sind. Diese im Aufbau relativ einfache Einrichtung eignet sich besonders für Analyseautomaten, da die Arbeitsweise jener des Analyseautomaten leicht angepaßt werden kann. 25 Eine besonders zweckmäßige Ausführung der »findungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß der von der Zellsuspension durchströmte röhrenförmige Kanal vorzugsweise an die Schneide einer schneidenförmig ausgebildeten Sonotrode angekoppelt istThis object is achieved in that the sonication directly in enclosed channels, for. B. hoses or tubes, and the sound transducers (sonotrodes) are each formed in their coupling area adjacent to the enclosed channels. This device, which is relatively simple in construction, is particularly suitable for automatic analyzers, since the mode of operation of the automatic analyzer can be easily adapted. 25 A particularly expedient embodiment of the device according to the invention is that the tubular channel through which the cell suspension flows is preferably coupled to the cutting edge of a cutting-shaped sonotrode

Zur Verlängerung der Beschallungszeit kann die Sonotrode mehrere schneidenförmig ausgebildete, vorzugsweise parallel angeordnete Erhebungen aufweisen, die mit einem entsprechend oft U-förmig verlegten 30 Schläuchchen Zusammenwirken.In order to extend the sonication time, the sonotrode can have a plurality of raised projections, preferably arranged in parallel, which interact with a correspondingly often U-shaped tube.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der umschlossene Kanal von einem elastischen Schläuchchen gebildet sein, wobei es möglich ist, wenigstens im Bereich der Sonotrode das elastische Schläuchchen durch ein starres Rohr, vorzugsweise ein Metallrohr, zu »setzen.In a further embodiment of the invention, the enclosed channel can be formed by an elastic tube, it being possible to place the elastic tube through a rigid tube, preferably a metal tube, at least in the area of the sonotrode.

Weiters kann erfindungsgemäß d» umschlossene Kanal Bestandteil der Sonotrode sein, wobei dieser Kanal als 35 ein an der Sonotrode, vorzugsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen befestigtes Röhrchen, oder als Bohrung in der Sonotrode ausgeführt sein kann.Furthermore, according to the invention, the enclosed channel can be part of the sonotrode, wherein this channel can be designed as a tube attached to the sonotrode, preferably by gluing, soldering or welding, or as a bore in the sonotrode.

In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der umschlossene Kanal bzw. das Schläuchchen oder Röhrchen über ein starres Wideriag» an die Sonotrode andriickbar ist und die Sonotrode und das Widerlager können in einer Hülse angeordnet sein, welche mittels ein» Überwurfmutter unter gleichzeitig» Einstellung der 40 Anpreßkraft verschließbar istIn an embodiment of the invention it can be provided that the enclosed channel or the tubing or tube can be pressed onto the sonotrode via a rigid counter and the sonotrode and the abutment can be arranged in a sleeve which can be adjusted by means of a “union nut with simultaneous” setting the 40 contact pressure is closable

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 schematisch den gesamten Probenweg bei Einsatz der Erfindung, Fig. 2 eine Ausführungsform nach der Erfindung in teilweise perspektivischer Darstellung, Fig. 3 dieselbe Ausführung in Schnittdarstellung und die Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 Details weiterer Ausführungen gemäß der Erfindung. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. 45 Wie in Fig. 1 gezeigt, verläuft im Idealfall der gesamte Weg d» taktweise anfeinand»folgenden Proben (2) vom Probengefäß (1) bis zum Vorratsbehälter (5) in einem ununterbrochenen Schlauch (6), wobei die Weiterbewegung der Proben (2) in Richtung des Pfeiles (4) durch eine Schlauchpumpe (3) in die Beschallungseinheit (7) »folgt, von wo sie in die Analyseeinheit (8) gelangt und schließlich im Vorratsbehälter (5) endet Die Hämolyse erfolgt dabei durch Ultraschall, der erfindungsgemäß, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, durch 50 einen schneidenförmig geformten Schwinger (9) über dessen Schneide (15) Ultraschallenergie durch den Schlauch (6) in die Blutprobe eingekoppelt wird. Es ist zweckmäßig, wenn die Beschallung im Takt der aufeinanderfolgenden Proben »folgt Zur Verbesserung des Wirkungsgrades wird dabei der Schlauch (6) mittels eines starren Wid»lagers (10) an die Schneide (15) des Schwing»s (9) gedrückt Die Anpreßkraft kann dabei beispielsweise durch eine Überwurfmutter (11) gewährleistet w»den, welche auf eine Hülse (12), in der d» 55 Schwing» (9) samt Wid»lager (10) untergebracht ist, aufschraubbar ist Das Widerlager (10) ist zur Aufnahme des Schlauches (6) mit einen zylindrischen Nut (16) versehen.The invention is explained in more detail with reference to the drawings, in which: FIG. 1 shows schematically the entire sample path when the invention is used, FIG. 2 shows an embodiment according to the invention in a partially perspective illustration, FIG. 3 shows the same embodiment in a sectional illustration and FIG. 5 and FIG. 6 details of further embodiments according to the invention. The same parts are provided with the same reference numerals. 45 As shown in FIG. 1, in the ideal case, the entire path d 'samples (2) following one after the other runs from the sample container (1) to the storage container (5) in an uninterrupted hose (6), the further movement of the samples (2 ) in the direction of arrow (4) by a peristaltic pump (3) into the PA system (7) », from where it reaches the analysis unit (8) and finally ends in the storage container (5). The hemolysis is carried out by ultrasound, which is according to the invention As shown in FIGS. 2 and 3, ultrasound energy is coupled through the tube (6) into the blood sample through 50 a blade-shaped oscillator (9) via the cutting edge (15). It is expedient if the sonication follows the rhythm of the successive samples. To improve the efficiency, the hose (6) is pressed against the cutting edge (15) of the oscillating element (9) by means of a rigid abutment (10) can be ensured, for example, by a union nut (11) which can be screwed onto a sleeve (12) in which the 55 oscillation (9) together with the thrust bearing (10) can be screwed. The abutment (10) is Provide a cylindrical groove (16) for receiving the hose (6).

Bei kontinuierlichem Betrieb der Ultraschalleinheit ist bei Durchfluß die Beschallungsdauer von der Durchflußgeschwindigkeit und der Länge des beschallten Schlauchstückes abhängig. Eine erfindungsgemäße Variante zeigt die Fig. 4, in d» eine V»doppelung der Beschallungsdauer »reicht wird, indem d» Schwing» (9) 60 zwei schneidenförmige Teile (9') aufweist die das U-förmig gelegte Schläuchchen (6) beschallen. Damit ergibt sich eine Verdoppelung der Länge des beschallten Schlauchstückes und somit die doppelte Beschallungsdau».With continuous operation of the ultrasound unit, the duration of the sonication depends on the flow rate and the length of the sonicated hose section. A variant according to the invention is shown in FIG. 4, in which a doubling of the duration of the sonication is sufficient, since the oscillation (9) 60 has two cutting-shaped parts (9 ') which sonicate the U-shaped tube (6) . This results in a doubling of the length of the sonicated hose section and thus twice the sonication time ».

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine weitere Variante, wobei ein umschlossener Kanal, z. B. Schläuchchen oder -2-Fig. 5 shows an example of a further variant, wherein an enclosed channel, for. B. tubing or -2-

Claims

No. 389946 tubes (6), e.g. B. by gluing, soldering or welding permanently on a cylindrical counter surface (14) with the cutting-shaped part (9 *) of the vibrator (9) and is thus a component of the vibrator (9). Fig. 6 shows a further embodiment, in which the enclosed channel through a bore (13) through 5 the cutting-shaped part (9 ') of the vibrator (9) (sonotrode) or z. B. by an interference fit of the tube or tube (6) in a bore (13) through the sonotrode with the sonotrode (9). 10 PATENT CLAIMS 15 1. Device for the treatment of cell suspensions, in particular blood, by coupling mechanical energy, in particular ultrasound energy, to destroy the cell membranes, characterized in that the sonication directly in enclosed channels (6), z. B. tubing or tube, and the 20 transducers (sonotrodes) (9) are each formed in their coupling area (9 *) adjacent to the enclosed channels (6).

2. Device according to claim 1, characterized in that the tubular channel (7) through which the cell suspension flows is preferably coupled to the cutting edge (15) of a knife-shaped sonotrode (9) 25

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that to extend the sonication time, the sonotrode (9) has a plurality of cutting-shaped, preferably parallel elevations (9 ') which cooperate with an often U-shaped tubing. 30th

4. Device according to one of the dents 1 to 3, characterized in that the enclosed channel (6) is formed by an elastic tube

5. Device after opening 4, characterized in that at least in the area of the sonotrode (9), the 35 flexible tube is replaced by a rigid tube, preferably a metal tube

6. Device according to one of the debris 1 to 5, characterized in that the enclosed channel (6) is part of the sonotrode (9).

7. Device according to one of the dents 1 to 6, characterized in that the enclosed channel (6) is a tube attached to the sonotrode (9), preferably by gluing, soldering or welding

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the enclosed channel (6) is designed as a bore in the sonotrode (9). 45

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the enclosed channel (6) or the tubing or tube can be pressed onto the sonotrode (9) via a rigid abutment (8)

10. Device after opening 9, characterized in that the sonotrode (9) and the abutment (8) are arranged in 50 a sleeve (11) which can be closed by means of a union nut (10) while simultaneously adjusting the contact pressure. 55 Including 3 sheets of drawings