CN101352622B - 一种滤除白细胞的血液分离装置和分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及血液分离装置和分离方法，尤其涉及一种滤除白细胞的血液分离装置和分离方法。血液分离装置，包括柱塞泵装置，驱动柱塞泵装置的步进电机及控制器，分离盒，原血袋，与分离盒输液出口连通的真空袋以及与分离盒废液出口连通的废液袋，其特征在于，柱塞泵装置进出口、分离盒输液入口、原血袋通过三通接头相互连通；将所述原血袋置于高处进行血液分离，控制步进电机，柱塞泵的活塞杆往复运动，血液脉动流动，同时收集滤过血液。

Description

一种滤除白细胞的血液分离装置和分离方法

技术领域

本发明涉及血液分离装置和分离方法，尤其涉及一种滤除白细胞的血液分离装置和分离方法。

背景技术

目前，滤除白细胞的血液分离方法主要有：一是滤膜式血液分离方法，即让血液通过滤膜，利用血液细胞大小和滤膜上微孔的孔径差异而达到分离血液目的。滤膜材料采用无机聚合物如多层聚酯纤维无纺布、高级玻璃纤维等。此方法应用于采用多孔膜状滤材为主体制成滤膜式分离装置。然而采用滤膜式血液分离方法时，由于滤膜是非机械加工方法制作，孔径尺寸分布差异率高达30％，并且滤孔在滤膜上的分布是是随机的，严重影响了血液分离的效果。更严重的是由于滤膜通道表面粗糙度过大，血液在通过滤膜时会划伤了红细胞，发生溶血，导致宝贵的血液白白损耗。二是离心式血液分离方法，即根据血液中各种成分密度不同，比重不一，经不同离心力作用后可将血浆成分和血细胞成分中的白细胞、红细胞、血小板分层，经不同血袋输出，从而达到分离的目的。此方法应用于离心式血液分离装置。但利用离心式血液分离方法时，其白细胞滤除率仅达到70％左右，红细胞回收率较低，这不仅对血液这种珍贵资源造成了不必要的浪费，而且由于处理后红细胞中存留白细胞仍然过多，容易造成输血患者出现严重的非溶血性发热反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滤除白细胞的血液分离装置，该装置滤除速度快、效率高，红细胞损伤小。

本发明的另一个目的在于提供一种滤除白细胞的血液分离方法，基于上述装置，模仿人体血液的流动特性，减小红细胞的损伤。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

(1)一种滤除白细胞的血液分离装置，包括柱塞泵装置，驱动柱塞泵装置的步进电机及控制器，分离盒，原血袋，与分离盒输液出口连通的真空袋以及与分离盒废液出口连通的废液袋，其特征在于，柱塞泵装置进出口、分离盒输液入口、原血袋通过三通接头相互连通，所述原血袋置于高处。

本发明的血液分离装置的进一步特点在于：

所述分离盒包括依次密封叠置在一起的接收板、滤板和盖板，所述盖板的下表面设置有输液槽，输液槽两端分别设置通孔引出盖板，作为输液入口和废液出口，所述滤板与所述输液槽对应的位置设置有长槽型滤孔，所述接收板的上表面设置有回收腔，回收腔设置有输液出口。

所述柱塞泵装置包括传动盒和固定在传动盒上的柱塞泵，所述传动盒内设置有丝杆、推板、两个固定板和两个导杆，所述两个固定板分别设置在传动盒内前后两端，两个导杆设置在传动盒内两侧，并固连在两个固定板上；所述丝杆设置在传动盒内中央，其一端贯穿两个固定板，另一端与步进电机连接；所述推板设置在两个固定板之间，贯穿于两个导杆上，与丝杆螺纹连接，并伸出传动盒与柱塞泵的活塞杆固定。

(2)一种滤除白细胞的血液分离方法，基于上述血液分离装置，其特征在于，包括以下步骤：

首先，连接好上述的血液分离装置，将原血袋置于高处，使血液自然充满空间；然后，控制步进电机，使柱塞泵的活塞杆往复运动，血液脉动流动，同时收集滤过血液。

本发明的血液分离方法进一步改进在于：所述步进电机的速度曲线为正弦曲线。

本发明的装置，通过在外加压力驱动下让血液流经平置的均匀分布很多微小长槽型滤孔的封闭输液通道，由于血液细胞自身大小与长槽型滤孔宽度的差异(红细胞平均直径<长槽型滤孔宽度<白细胞平均直径)，在细胞自身重力和负压的作用下，红细胞和血浆通过滤孔并被收集进真空袋，从而达到滤除血液中白细胞的目的。

本发明的方法不仅可以方便的去除血液中白细胞，而且由于步进电机的速度曲线为正弦曲线，具有连续可导和脉动特性，仿生了人体血液的脉动特性，符合血液的流动特性，因此，能够防止血液细胞聚集，分离效率高，对红细胞伤害小，能够满足各种医疗需求，延长血液储存时间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为一种滤除白细胞的血液分离装置结构示意图。

图2为长槽型滤孔示意图。

图3为为传动盒的局部剖俯视放大图。

图4推板示意图。

图5为步进电机的正弦速度曲线图。

具体实施方式

参照图1，血液分离装置包括：柱塞泵装置，驱动柱塞泵装置的步进电机2及控制器1，分离盒，原血袋12，与分离盒输液出口连通的真空袋14，与分离盒废液出口连通的废液袋15，柱塞泵装置进出口、分离盒输液入口、原血袋通过管道和三通接头13相互连通，原血袋12置于高处，方便血液依靠自重流动。

分离盒包括依次密封叠置在一起的接收板18、滤板17和盖板16，所述盖板16的下表面设置有输液槽，输液槽两端分别设置通孔引出盖板16，作为输液入口和废液出口；所述滤板17与所述输液槽对应的位置设置有长槽型滤孔；所述接收板18的上表面设置有回收腔，回收腔设置有输液出口。

参照图2，滤孔23采用长槽型结构，槽型宽度为7-8.5μm，优先选用8μm。最好是槽型滤孔的长度方向与血液流向相同。由于红细胞平均直径为7μm，白细胞平均直径为10μm，因此选择滤孔23宽度为8μm能够很好的滤除白细胞并且通过红细胞。而由于红细胞具有可塑性变形性，长槽型滤孔23的长度方向与血液流向一致有利于原先直径过大的红细胞发生变形通过滤孔。

盖板16采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料做成，滤板17采用SU-8胶材料。制作的滤孔和输液槽内壁光滑、无尖锐棱角。当红细胞通过滤孔23时，由于滤孔23内壁光滑柔软，细胞所受伤害很少，这就延长了处理后血液的储存时间，从而能够满足医疗需求。

参照图1，结合图3，柱塞泵装置包括传动盒5和固定在传动盒5上的柱塞泵。传动盒5内设置有丝杆10、推板6、两个固定板4、11和两个导杆19、20。两个固定板4、11分别设置在传动盒5内前后两端，两个导杆19、20设置在传动盒5内两侧，并固定连接在两个固定板4、11上。丝杆10设置在传动盒5内中央，其一端贯穿两个固定板4、11，并可以相对两个固定板4、11转动，另一端与步进电机2通过连轴器3连接。推板6设置在两个固定板4、11之间，贯穿于两个导杆19、20上，与丝杆10螺纹连接，并伸出传动盒5与柱塞泵的活塞杆7固定；推板6的结构如图4所示，其下方左右两侧为圆孔，可在两个导杆19、20上滑动，中间为螺纹，丝杆10的转动可带动推板7前后运动。传动盒5具有上盖21，上盖21上开设有条形槽22，对穿过其中的推板6具有导向作用。柱塞泵包括泵体8，置于泵体8内的活塞9，以及与活塞9固定连接的活塞杆7，活塞杆7的另一端固定在推板6上。

参照图5，步进电机的驱动方式为正弦曲线式速度驱动。首先，连接好血液分离装置，将原血袋置于高处，使血液自然充满空间；然后，控制步进电机，柱塞泵的活塞杆往复运动，血液脉动流动，同时收集滤过血液。步进电机的速度曲线为正弦曲线，能有效防止血液细胞聚集，提高白细胞滤除效率。原因在于正弦曲线具有连续可导和脉动特性，通过正弦曲线式速度驱动血液，可以促使血液来回反复流动，

结合图1，具体实施为：控制器1发出正弦控制脉冲信号，控制步进电机2转动，再通过传动盒5中的丝杆10带动推板6带动柱塞泵中的活塞9来回推动血液流动。正弦速度控制信号的具体参数为：周期T＝30s，幅值A＝21mm/s，而速度曲线为：速度 $V=21\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{15}t.$

控制器由单片机和驱动器组成，控制步进电机实现正弦速度曲线运动。其中单片机采用MS-51系列的AT89s51单片机；步进电机型号为KH56KM2型二相复合式步进电机，其工作电压为4.05V，静态电流1.5A，步距角1.8。；步进电机的驱动器采用日本SERVO的FSD2B2P12-01型。将正弦速度曲线离散化，因为曲线为对称曲线，只需考虑0-7.5s的正弦曲线。把此段曲线离散成25等分，每段时间间隔为0.3s，这样时间就分为0-0.3s，0.3s-0.6s，……7.2s-7.5s。然后计算出每个时间间隔点处的速度值 $v\left(t_i\right)=21\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{15}{t}_i,$ 换算成单片机脉冲频率速度 $f\left(t_i\right)=1000\mathrm{\&pi;}/3\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{15}{t}_i,$ 这样在每个时间段单片机的脉冲信号频率速度为一定数，如下表所示：

 

时间段(s)	0-0.3	0.3-0.6	0.6-0.9	……	6.6-6.9	6.9-7.2	7.2-7.5
								脉冲频率f(HZ)	0	65	130	……	1028	1038	1045

通过以上数据就可以编制程序控制单片机发出脉冲信号控制步进电机转动。本例中控制器1精确的控制输出信号的脉冲速率，从而控制步进电机2的转速，实现预期的血液流动方式，误差较小，精度比较高。

Claims (3)

1.一种滤除白细胞的血液分离装置，包括柱塞泵装置，驱动柱塞泵装置的步进电机及控制器，分离盒，原血袋，与分离盒输液出口连通的真空袋以及与分离盒废液出口连通的废液袋，其特征在于，柱塞泵装置进出口、分离盒输液入口、原血袋通过三通接头相互连通，所述原血袋置于高处；

所述分离盒包括依次密封叠置在一起的接收板、滤板和盖板，所述盖板的下表面设置有输液槽，输液槽两端分别设置通孔引出盖板，作为输液入口和废液出口，所述滤板与所述输液槽对应的位置设置有长槽型滤孔，所述接收板的上表面设置有回收腔，回收腔设置有输液出口；

所述柱塞泵装置包括传动盒和固定在传动盒上的柱塞泵，所述传动盒内设置有丝杆、推板、两个固定板和两个导杆，所述两个固定板分别设置在传动盒内前后两端，两个导杆设置在传动盒内两侧，并固连在两个固定板上；所述丝杆设置在传动盒内中央，其一端贯穿两个固定板，另一端与步进电机连接；所述推板设置在两个固定板之间，贯穿于两个导杆上，与丝杆螺纹连接，并伸出传动盒与柱塞泵的活塞杆固定。

2.一种滤除白细胞的血液分离方法，基于权利要求1所述一种滤除白细胞的血液分离装置，其特征在于，包括以下步骤：

首先，连接好所述血液分离装置，将原血袋置于高处，使血液自然充满空间；然后，控制步进电机，柱塞泵的活塞杆往复运动，血液脉动流动，同时收集滤过血液。

3.根据权利要求1所述一种滤除白细胞的血液分离装置，其特征在于，所述步进电机的速度曲线为正弦曲线。

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