CN108479177B - 一种用于从全血中提取血小板的分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗实验器材领域，具体的说是一种用于从全血中提取血小板的分离装置。包括分层试管、用于夹持固定分层试管的转盘、用于驱动转盘转动的离心机构以及用于驱动转盘在转动过程中间歇性震荡的震荡机构。本发明分离效率高，操作简单，并能将血小板与全血中的其它血细胞、血浆蛋白等物质彻底分离。

Description

一种用于从全血中提取血小板的分离装置

技术领域

本发明涉及医疗实验器材领域，具体的说是一种用于从全血中提取血小板的分离装置。

背景技术

血小板是哺乳动物血液中的有形成分之一，是从骨髓成熟的巨核细胞胞质裂解脱落下来的具有生物活性的小块胞质。其体积小，无细胞核，没有规则形状，直径为2-3微米,血小板在长期内被看作是血液中的没有功能的细胞碎片。

随着临床医疗以及医疗实验水平的进步，全血中血的小板成分越来越得到大家的重视，血小板在全球范围内临床上的需求增加比红细胞要快。这主要来自临床治疗的方法的进步。例如放化疗、骨髓移植、大量输血，移植心脏手术中，在大量输血的时候，输红细胞和血浆起不到根本作用，起不到止血的目的。现代医学证明，出血会激活整个出凝血过程，纤维蛋白原在血浆里面要抓住血小板才能止血，没有血小板单靠纤维蛋白原是不能止血的，所以血小板用量的增加比红细胞要快。

另一方面，在癌症药物研究中，人造塑料和金属纳米颗粒能作为药物载体，靶向输送药物到人体特定部位。但是这种颗粒会被作为异物被免疫细胞吞噬。如果将血小板膜包裹这些纳米颗粒，能逃避巨噬细胞的吞噬，这正是美国加州大学圣地亚哥分校张良方(音)研究小组最近发明的一种药物携带纳米技术。这种经血小板细胞膜伪装的纳米粒子还可利用血小板治疗细菌感染的自然属性，能更有效地修复受损血管。2015年9月16日，该研究论文发表在《自然》杂志上。血小板包裹纳米颗粒还有其他特性，例如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌逃避免疫攻击的一个策略就是和血小板结合，那么这种纳米颗粒就可以结合并杀死这种细菌。利于血小板的功能，这种颗粒能定向到达组织损伤部位。

目前，血小板的来源主要分两种，一种为机采血小板，使用分离装置在无菌密闭的条件下，从单个供体内分离采集血小板成分，并将血液中的红细胞、白细胞以及血浆蛋白等物质循环输送至供体。由于此种方法只是一个人献血小板，可以减少输血后传染病及输血反应，提高治疗效果，但是机采血小板采集分离时间长，采集环境要求高，供体不适感较强，容易诱发感染，推广难度较高。另一种血小板为常规分离，即从多个供体所提供的全血中将血小板分离出来进行混合后再经过提纯制得。此方法一般通过离心将全血分层，由上至下依次为血浆层、血小板层、白细胞层和红细胞层，然后单独提取其中的血小板层。此方法一方面由于血小板层位于中间，提取难度较大，损失率高，纯度较低；另一方面，在离心程度较大或较小的情况下，全血中有限的血小板会或多或少的停留在血浆中或渗透如下层血细胞内，在全血资源紧缺的前提下，需要对血浆和血细胞中的血小板进行多次提纯，使得血细胞的分离效率低下，操作繁琐，损失量大，不能满足日益增长的实验用血小板量的需求；离心过程中一味通过提高离心转速来获得高纯度血小板的做法，容易引起血小板的活化，由于活化的血小板可以影响以后的实验信息数据，甚至改变结果，往往事倍功半。以上两种方法方法分离的血小板仍然存在一定量的血浆蛋白，当进行荧光分析或其它分析时，血浆蛋白的存在对实验产生一定的干扰作用。

发明内容

本发明旨在提供一种分离效率高，操作简单，并能彻底将血小板与全血中的其它血细胞、血浆蛋白等物质彻底分离的用于从全血中提取血小板的分离装置。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于从全血中提取血小板的分离装置，包括分层试管、用于夹持固定分层试管的转盘、用于驱动转盘转动的离心机构以及用于驱动转盘在转动过程中间歇性震荡的震荡机构；所述分层试管包括两端敞口的第一管体和一端封闭另一端敞口的第二管体，第一管体的一个敞口端通过连接管与第二管体的敞口端连接，在连接管内设有牛血清琼脂糖凝胶过滤层，第一管体的另一个敞口端通过试管塞密封；所述转盘为锥台形，在转盘的锥面上均匀间隔设有多个用于夹持分层试管的试管夹，在转盘的中部沿轴向设有花键孔；所述离心机构包括配合安装在花键孔中的花键轴以及用于驱动花键轴转动的第一电机，花键轴沿竖直方向设置，第一电机的输出轴与花键轴的下端传动连接，在花键轴上位于转盘的两侧分别套设有第一弹簧，第一弹簧的两端分别与花键轴和转盘固定连接；所述震荡机构包括固定在转盘上端面中心位置的套管，在套管的中部设有隔板，套管内位于隔板的下方形成用于容纳花键轴上端的容纳腔，套管内位于隔板的上方套设有推杆，推杆的上端与铰接杆的一端铰接连接，铰接杆的另一端铰接连接有凸轮，凸轮通过第二电机驱动转动。

优选的，所述第一电机的输出轴和花键轴之间设有行星式减速器，第一电机的输出轴与行星式减速器的行星架固定连接，花键轴的下端与行星式减速器的太阳轮固定连接；在花键轴上设有支撑板，支撑板的中部开设有与花键轴转动配合的第一轴孔，在支撑板上位于轴孔的外缘间隔开设有多个用于与行星式减速器内的行星轮上的行星轴配合转动的第二轴孔；在第一轴孔和花键轴之间以及第二轴孔和行星轮轴之间分别设有滚动轴承。

优选的，所述推杆为空心杆，在推杆的内腔中设有钢球以及用于将钢球朝向推杆底端挤压的第二弹簧，在推杆的底部开设有直径小于钢球以供钢球从推杆中部分露出的圆孔。

优选的，所述第二电机的控制电路上设有用于控制第二电机间隔启动和关闭的定时器。

优选的，在所述套管内位于隔板和花键轴的顶端之间设有第三弹簧。

优选的，所述试管夹为直管状并采用弹性材料制作，在试管夹的管壁上沿试管夹的长度方向设有贯通的缺口，在试管夹管壁的内侧设有海绵垫。

优选的，所述第一管体和第二管体均采用透明玻璃材料制作，所述连接管采用橡胶材料制作，连接管的两端分别通过螺纹结构与第一管体和第二管体连接；在所述连接管内位于所述牛血清琼脂糖凝胶过滤层的两侧分别设有用于支撑牛血清琼脂糖凝胶过滤层的筛网。

优选的，在所述花键轴上位于转盘的两侧分别固定设有弹簧座，所述第一弹簧远离转盘的一端分别固定在对应侧的弹簧座上。

优选的，所述分离装置包括一个机壳，第一电机和第二电机均与机壳固定连接。

优选的，在所述机壳内固定设有供推杆的上端往复滑动的直线轴承。

有益效果

本发明包括用于离心专用的分层试管，在分层试管中设有牛血清琼脂糖凝胶过滤层，该凝胶是一种交联的聚合物，具有网络结构。灌注在第一管体中的全血在离心力的作用下，血小板只能沿凝胶颗粒间的空隙流动，不能进入凝胶颗粒内部，故租滞作用小，流程短，流动速度快而先流出凝胶进入到第二管体中进行收集，分离结束后将第二管体从连接管中取下，即得到高纯度的血小板；全血中的血浆蛋白则渗入凝胶颗粒网内，故租滞作用大，移动速度慢而被血清琼脂糖凝胶过滤层吸收；全血中的红细胞和白血胞由于体积远大于牛血清琼脂糖凝胶过滤层网络结构的间隙，不能从血清琼脂糖凝胶过滤层中穿过，在离心力的作用下会在第一管体靠近血清琼脂糖凝胶过滤层的一端堆积。分离出的血小板不含血浆蛋白，可避当进行荧光分析或其它分析时，血浆蛋白的存在对实验产生的干扰作用。由此，只通过一次离心操作即可将全血中的血小板单独分离，分离效率高，操作简单，并能彻底将血小板与全血中的其它血细胞、血浆蛋白等物质彻底分离。

在离心过程中，为了避免全血中的其它大颗粒堆积在血细胞对牛血清琼脂糖凝胶过滤层的上层，阻挡血小板通过牛血清琼脂糖凝胶过滤层进行连续的分离，本发明用于夹持固定分层试管的转盘可沿驱动其转动的花键轴的轴向产生上下往复震荡，从而在离心一段时间后，将全血中初步形成的层状结构打破，使血小板和其他血细胞以及血浆蛋白重新混合在血浆内，使得血小板可重新与牛血清琼脂糖凝胶过滤层的上层接触，继而在离心作用下进行连续的血小板分离。

转盘的间歇性震荡通过第二电机间歇性的气动和关闭带动凸轮、铰接杆以及推杆来控制，结构简单，易于实现，便于控制。在转盘的两侧分别设有与花键轴连接的第一弹簧，在全血离心分层不明显时，通过两个第一弹簧相反的作用力使转盘在第一电机驱动下平稳转动；在全血离心分层，全血中的其他血细胞在牛血清琼脂糖凝胶过滤层的上层积累明显，开启第二电机通过推杆的下压使转盘产生震荡时，可通过两根弹簧相反的作用力增加转盘和夹持在转盘上的分层试管的震荡频率，减小震荡幅度，更有利于打破分层，使血小板与牛血清琼脂糖凝胶过滤层上层的接触。

本发明在血小板的分离过程中，采用的是离心、震荡以及牛血清琼脂糖凝胶过滤层相结合的方式，因此不需要如现有技术中一味的追求高转速离心。离心转速较低，还可避免部分血小板在分离过程中活化。

本发明在推杆和隔板之间以及隔板与花键轴的上端之间分别设有弹簧，可避免本发明各部件间的硬撞击，并可与上述两根第一弹簧配合，提高打破全血分层的效率。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为本发明分层试管的剖面结构示意图；

图中标记：1、第一电机，2、太阳轮，3、分层试管，301、试管塞，302、第一管体，303、筛网，304、连接管，305、牛血清琼脂糖凝胶过滤层，306、第二管体，4、试管夹，5、弹簧座，6、隔板，7、套管，8、直线轴承，9、推杆，10、第二电机，11、凸轮，12、铰接杆，13、第二弹簧，14、钢球，15、第三弹簧，16、第一弹簧，17、转盘，18、花键轴，19、支撑板，20、行星轴，21、外齿圈，22、行星轮，23、行星架。

具体实施方式

如图1及图2所示，本发明的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，包括机壳，在机壳内设有分层试管3、用于夹持固定分层试管3的转盘17、用于驱动转盘17转动的离心机构以及用于驱动转盘17在转动过程中间歇性震荡的震荡机构。在血小板分离提取过程中，离心机构持续的带动转盘17转动，使得分层试管3中的全血持续离心，并使血小板与全血中的其他物质分离。震荡机构间歇性启动和关闭以带动转盘17和分层试管3震荡，从而间歇性打破分层试管3内全血的分层，进而打破血小板分离障碍，从而进行持续分离。

分层试管3包括两端敞口的第一管体302和一端封闭另一端敞口的第二管体306，第一管体302和第二管体306均采用透明玻璃材料制作，便于观察其中的全血分层情况以及血小板分离情况。第一管体302的一个敞口端通过试管塞301密封，另一个敞口端通过连接管304与第二管体306的敞口端连接。连接管304和第一管体302及第二管体306之间均通过螺纹结构连接，具有良好的连接强度，并使连接管304、第一管体302和第二管体306之间易于拆分，从而在血小板分离结束后简便的将连接管304、第一管体302和第二管体306上的相关全血组分分别清理。

在分层试管3的连接管304内设有牛血清琼脂糖凝胶过滤层305，连接管304采用橡胶材料制作，可通过自身良好的弹性填补运动过程中连接管304与牛血清琼脂糖凝胶过滤层305之间的间隙，以避免全血中的其他组分进入到第二管体306中。本发明中的采用的牛血清琼脂糖凝胶过滤层305将血小板与全血中的其他组分分离属于凝胶过滤技术，又称凝胶色谱、凝胶层析。该技术是建立在分子筛概念的基础上的，除了牛血清琼脂糖凝胶过滤层305以外，还可采用葡聚糖、琼脂糖、聚丙烯酰胺等其他材料，但需要求其他过滤材料具有网络结构，网络结构间隙大于血小板和血浆蛋白并小于全血中的红细胞和白细胞等其他有形成分。

在连接管304内位于牛血清琼脂糖凝胶过滤层305的两侧分别设有筛网303，该筛网303上主要用于在离心和震荡过程中对支撑牛血清琼脂糖凝胶过滤层305进行有效的支撑，避免牛血清琼脂糖凝胶过滤层305在分层试管3中上下滑动或破裂，筛网303的孔径远大于全血中的有形成分即可，本实施例中的筛网303采用0.2mm粗的不锈钢丝材料制作而成，筛网303上的孔径为0.5mm，不会影响血小板进入到牛血清琼脂糖凝胶过滤层305中。

转盘17为锥台形，在转盘17的锥面上均匀间隔设有多个用于夹持分层试管3的试管夹4，试管夹4为直管状并采用弹性材料制作，试管夹4的半径略小于分层试管3，在试管夹4的管壁上沿试管夹4的长度方向设有贯通的缺口，在试管夹4管壁的内侧设有海绵垫，以避免试管夹4与分层试管3之间的硬性撞击。

离心机构包括沿竖直方向设置的花键轴18以及用于驱动花键轴18转动的第一电机1，在转盘17的中部沿轴向设有与花键轴18配合的花键孔，第一电机1的输出轴与花键轴18的下端传动连接。在花键轴18上位于转盘17的两侧分别套设有弹簧座5以及第一弹簧16，第一弹簧16的两端分别与对应侧的弹簧座5和转盘17固定连接。两根第一弹簧16均呈拉伸形态设置，通过两根第一弹簧16之间相反方向的拉力可保证转盘17在单独离心运动的稳定性以及离心和震荡运动时具有小振幅，高振频的作用。

震荡机构包括固定在转盘17上端面中心位置的套管7，在套管7的中部设有隔板6，套管7内位于隔板6的下方形成用于容纳花键轴18上端的容纳腔，在容纳腔内还设有用于避免花键轴18的上端与隔板6之间硬性撞击的第三弹簧15。套管7内位于隔板6的上方套设有推杆9，推杆9的上端与铰接杆12的一端铰接连接，铰接杆12的另一端铰接连接有凸轮11，凸轮11通过第二电机10驱动转动。第二电机10的控制电路上设有用于控制第二电机10间隔启动和关闭的定时器，在持续离心过程中间歇性的进行震荡。推杆9为空心杆，在推杆9的内腔中设有钢球14以及用于将钢球14朝向推杆9底端挤压的第二弹簧13，在推杆9的底部开设有直径小于钢球14以供钢球14从推杆9中部分露出的圆孔。钢球14和第三弹簧15的设置避免了推杆9和隔板6之间的硬性撞击；同时，第三弹簧15和第二弹簧13的设置，可与上述两个第一弹簧16之间相互配合，在转盘17的震荡过程中通过相反的作用力彼此制约，进一步达到小振幅，高振频的效果。

本实施例中第一电机1的输出轴和花键轴18之间设有行星式减速器，通过行星式减速器将第一电机1的输出转速降低至实验要求转速。行星式减速器包括太阳轮2、行星轮22、以及外齿圈21。外齿圈21与机壳固定连接，太阳轮2转动设置在外齿圈21的中心位置，行星轮22的数量为多个，并与太阳轮2和外齿圈21分别啮合连接。在行星轮22上端的中心位置设有行星轴20，在行星轮22的下端位置设有行星架23。本发明的第一电机1的输出轴与行星架23固定连接，花键轴18的下端与行星式减速器的太阳轮2固定连接，通过太阳轮2和行星轮22不同的齿轮比降速。

本发明的第一电机1和第二电机10分别通过电机座与机壳固定，为了保持稳定性，本实施例中一方面在机壳内固定设有供推杆9的上端往复滑动的直线轴承8。另一方面，在花键轴18上还设有用于支撑花键轴18的支撑板19，支撑板19的中部开设有与花键轴18转动配合的第一轴孔，在支撑板19上位于轴孔的外缘间隔开设有多个用于与行星式减速器内的行星轮22上的行星轴20配合转动的第二轴孔在第一轴孔和花键轴18之间以及第二轴孔和行星轮22轴之间分别设有滚动轴承。由此，本发明的花键轴18底部通过太阳轮2支撑，中部通过支撑板19支撑，使花键轴18的转动更加稳定，有利于提高离心效果。

本发明的具体实施过程如下：

1）、将采集到的全血注入第一管体302内，旋紧试管塞301后将分层试管3夹持在试管夹4上。

2）、启动第一电机1进行800-1000r/min的低速纯离心作业，使全血中的血小板和血浆蛋白等小体积有形成分渗入牛血清琼脂糖凝胶过滤层305，其中的血小板在离心力的作用小快速通过牛血清琼脂糖凝胶过滤层305进入到第二管体306内，血浆蛋白等物质吸附与牛血清琼脂糖凝胶过滤层305中。

3）、在离心过程中全血形成分层，第二电机10定时启动，以3500-5000r/min的转速带动推杆9高速连续往复下压隔板6，从而使转盘17震荡，并在多个弹簧的相互作用下低振幅高振频振动，从而使分层试管3剧烈振动，打破其内部全血的分层，避免全血中的大体积有形成分在血小板和牛血清琼脂糖凝胶过滤层305之间沉积。第二电机10启动时间约为10秒即通过定时器自动关闭，间隔启动时间设置为3-5分钟。

4）、在第一电机1运行15分钟后彻底切断第一电机1和第二电机10的供电，待转盘17停止运动后将分层试管3取下，继而可将装有高纯度血小板的第二管体306从连接管304上取下，完成高纯度血小板的分离提取。

Claims (8)

1.一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：包括分层试管（3）、用于夹持固定分层试管（3）的转盘（17）、用于驱动转盘（17）转动的离心机构以及用于驱动转盘（17）在转动过程中间歇性震荡的震荡机构；所述分层试管（3）包括两端敞口的第一管体（302）和一端封闭另一端敞口的第二管体（306），第一管体（302）的一个敞口端通过连接管（304）与第二管体（306）的敞口端连接，在连接管（304）内设有牛血清琼脂糖凝胶过滤层（305），第一管体（302）的另一个敞口端通过试管塞（301）密封；所述转盘（17）为锥台形，在转盘（17）的锥面上均匀间隔设有多个用于夹持分层试管（3）的试管夹（4），在转盘（17）的中部沿轴向设有花键孔；所述离心机构包括配合安装在花键孔中的花键轴（18）以及用于驱动花键轴（18）转动的第一电机（1），花键轴（18）沿竖直方向设置，第一电机（1）的输出轴与花键轴（18）的下端传动连接，在花键轴（18）上位于转盘（17）的两侧分别套设有第一弹簧（16），第一弹簧（16）的两端分别与花键轴（18）和转盘（17）固定连接；所述震荡机构包括固定在转盘（17）上端面中心位置的套管（7），在套管（7）的中部设有隔板（6），套管（7）内位于隔板（6）的下方形成用于容纳花键轴（18）上端的容纳腔，套管（7）内位于隔板（6）的上方套设有推杆（9），推杆（9）的上端与铰接杆（12）的一端铰接连接，铰接杆（12）的另一端铰接连接有凸轮（11），凸轮（11）通过第二电机（10）驱动转动；

所述第一电机（1）的输出轴和花键轴（18）之间设有行星式减速器，第一电机（1）的输出轴与行星式减速器的行星架（23）固定连接，花键轴（18）的下端与行星式减速器的太阳轮（2）固定连接；在花键轴（18）上设有支撑板（19），支撑板（19）的中部开设有与花键轴（18）转动配合的第一轴孔，在支撑板（19）上位于轴孔的外缘间隔开设有多个用于与行星式减速器内的行星轮（22）上的行星轴（20）配合转动的第二轴孔；在第一轴孔和花键轴（18）之间以及第二轴孔和行星轮（22）轴之间分别设有滚动轴承；

所述推杆（9）为空心杆，在推杆（9）的内腔中设有钢球（14）以及用于将钢球（14）朝向推杆（9）底端挤压的第二弹簧（13），在推杆（9）的底部开设有直径小于钢球（14）以供钢球（14）从推杆（9）中部分露出的圆孔。

2.根据权利要求1所述的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：所述第二电机（10）的控制电路上设有用于控制第二电机（10）间隔启动和关闭的定时器。

3.根据权利要求1所述的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：在所述套管（7）内位于隔板（6）和花键轴（18）的顶端之间设有第三弹簧（15）。

4.根据权利要求1所述的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：所述试管夹（4）为直管状并采用弹性材料制作，在试管夹（4）的管壁上沿试管夹（4）的长度方向设有贯通的缺口，在试管夹（4）管壁的内侧设有海绵垫。

5.根据权利要求1所述的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：所述第一管体（302）和第二管体（306）均采用透明玻璃材料制作，所述连接管（304）套采用橡胶材料制作，连接管（304）套的两端分别通过螺纹结构与第一管体（302）和第二管体（306）连接；在所述连接管（304）套内位于所述牛血清琼脂糖凝胶过滤层（305）的两侧分别设有用于支撑牛血清琼脂糖凝胶过滤层（305）的筛网（303）。

6.根据权利要求1所述的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：在所述花键轴（18）上位于转盘（17）的两侧分别固定设有弹簧座（5），所述第一弹簧（16）远离转盘（17）的一端分别固定在对应侧的弹簧座（5）上。

7.根据权利要求1所述的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：所述分离装置包括一个机壳，第一电机（1）和第二电机（10）均与机壳固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于从全血中提取血小板的分离装置，其特征在于：在所述机壳内固定设有供推杆（9）的上端往复滑动的直线轴承（8）。

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