CN87103201A - 用于分离细胞悬浮液的装置 - Google Patents

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Abstract

一个用于分离细胞悬浮液的装置，包括：一个在内部大体上成圆柱状空间的壳体，该空间对外基本上是密闭的；一个由通过其中循环的细胞悬浮液充满的液体处理腔；一个具有确定面积的分离壁表面的分离膜，该分离膜能分离预定的成分，并允许该成分通过；一个安装在液体处理腔中的可旋转的旋转体，一个用于转动并驱动该旋转体的驱动机构；一个细胞悬浮液引入通道；一个已处理液体输出通道和一个分离成分输出通道。

Description

发明背景
1发明领域
本发明涉及一种用于从连续供给的液体中分离予定成分的装置，更具体地说，本发明涉及一种液体分离装置，最好用于，例如，从活体中连续收集的血液中把血浆成分连续地分离出来。
2相关技术的说明
在本说明书中，术语“液体”指的是一种细胞悬液。
一种已知的分离液体的方法是利用分离膜来进行分离的方法，用于从血液中分离出血浆成分的具体装置，由日本尚未审查的专利申请文件NO 58-121956（EP-85016A）中公开，或由日本尚未审查的专利申请文件NO 59-155758（EP-112152A2）中公开。
在前一篇参考文件（下面称为“第一种常规技术”）中所公开的装置，是利用一种普通的固定膜的分离方法，在后一篇参考文件（下面称为“第二种常规技术”）公开的装置中所采用的膜的分离方法是在由高剪切速度的离心力作用而产生的强制作用区中完成的，为了产生这样的剪切速度和离心力的强制作用的区间，通常利用一个紧固的圆筒形壳体和一个在圆柱表面上粘有分离膜的转动器，转动器在圆筒形壳体内，离壳体内壁有一定距离进行旋转。
有关应用剪切速度从血液中分离血浆的研究报告，发表在“血浆除去法”上，（纽约，“Raven”出版社，1983年出版，第135-143页）在这篇报告的图3中，给出了一种试验装置。这个试验装置（下面称为“第三种常规技术”）包括一个用于盛装血液的血杯，一个平面型分离膜固定在血杯的下部，分离膜的下面有一个用于接收并排放血浆成分的空间，一个凸面朝向分离膜并且可旋转地安装在分离膜的上方的锥形件，两者在血杯中留有一个间隔。在这种试验装置中，进行一次试验所需量的血液就放在血杯中。
在第一种利用固定膜分离方法的常规技术中，利用由许多空心纤维组成的空心纤维束作为分离膜，分离表面的面积需要1000到3000cm2。因此，第一种常规技术的缺点在于装置的尺寸必然很大，装置的结构也很复杂，并且因为要使用很大数量的空心纤维，装置就变得很昂贵。此外存留在这种装置里的液体的数量也很大，它与分离表面面积成正比，特别是在把血液作为处理对象时，从活体中抽取血液量也要增加，并由此引起一系列其他问题，因为大量的血液与不同于活体的分离材料之间的接触会改变血液的特性，主要的考虑是，为了提高剪切速度就得提高血液通过空心纤维的流速，然而，在这种情况下，因流体通过空心纤维进行循环，使流动阻力就会迅速增加，提供给装置的压力也应相应地增加，结果会很容易引起各种事故，如引起血液细胞成分的破坏，或因空心纤维的破裂而引起血液的外流。
在第二种利用分离膜以很大的剪切速度和离心力的作用下进行分离的常规技术中，为了得到一个剪切速度和离心力两者都起作用的区间，必须增加转动器的直径，于是装置的尺寸就要增加，结构也要复杂，因为已分离的血浆必须从转动器的旋转轴中输出来。更重要的是，因为要应用离心力，在装置的液体处理区域很容易产生泰勒氏（Taylor）涡流，特别是要处理的液体是血液时，由于泰勒氏涡流产生的血液湍动就会引起血小板的破坏。此外，因为必须要给分离膜施加额外压力以抵抗离心力，提供的额外的压力也会相应增加，于是会引起管道的破裂，致使血液外流。
在第三种常规技术中使用了分批进行分离的装置，可是这种技术，血液在血杯中要承受长时间的剪切速度的作用，因此，也会引起血小板的破坏，加之装置是一种敝开式的系统，放置在血杯中待处理的血液暴露在空气中，因此在连续处理血液过程中，血液中所包括的物质就会与空气发生作用。另外，这种常规技术还有一个缺点，必须为每一个供血系统，取血系统以及过滤系统提供泵机，因此不可能任意调整过滤压力。
发明概述
本发明的主要目的就是要解决上述常规技术存在的问题，提供一种用于从连续提供的液体中分离出予定成分的连续分离液体装置，特别是该装置分离血液时，具有体积小，可随意使用，非常经济的优点，它特别适用于血液的收集工作。
根据本发明的一种方案，本发明任务可以这样完成，一种用于分离细胞悬液的装置，包括：（a）一个壳体，内部具有一个大致为园柱形的空间，此空间与外界基本上是封闭的。（b）在壳体内设置一个液体处理腔，腔中充满经其循环的液体。（c）一个在壳体内设置的分离成分腔。（d）一个分离膜，它具有一个确定面积的分离壁表面，放置在液体处理腔和分离成分腔之间用来分离予定成分并允许此种成分通过。（e）一个盘状旋转体，它具有确定面积的剪切壁表面，以确定的距离与分离表面相对，旋转体可旋转地安装在液体处理腔中。（f）一个为驱动旋转体，与旋转体相连接的驱动机构。（g）一个液体引入通道，它与液体处理腔相连，并延伸到基体的外边。（h）一个已处理液体输出通道，它与液体处理腔相连，并延伸到壳体的外边，以及（i）一个已分离的成分液体输出通道，它与分离成分腔相连，并延伸到壳体的外边。
根据本发明的另一种方案，上述的发明任务还可以这样完成，一种用于分离细胞悬液的装置，包括：（a）一个壳体，内部具有一个大致为圆柱状的空间，此空间与外界基本上是封闭的。（b）在壳体内设置一个液体处理腔，腔中充满经其循环的液体。（c）在液体处理腔的一部分内表面上形成一个具有确定面积的剪切壁表面。（d）一个分离膜，它具有确定面积的分离表面，以确定的距离与剪切壁表面相对，它为分离予定成分而放置并允许这种成分通过。（e）一个支承着分离膜的盘状旋转体，在分离膜的背面具有分离成分腔，旋转体可旋转地安装在液体处理腔中。（f）一个为驱动旋转体的与旋转体相连的驱动机构。（g）一个液体引入通道，与液体处理腔相连，并延伸到壳体的外部。（h）一个已处理液体输出通道，与液体处理腔相连，并延伸到壳体的外边，以及（i）一个已分离的成分液体输出通道，与分离成分腔相连，并延伸到壳体的外部。
附图的简要说明
图1是根据本发明的一种实施例而设计的细胞悬液分离装置的纵向剖视图;
图2是图1所示装置的侧视图右半部分;
图3是根据本发明的另一种实施例而设计的装置的纵向剖视图;
图4是根据本发明的又一种实施例而设计的装置的纵向剖视图;
图5是本发明装置所适用的血液收集系统的示意图;
图6是根据本发明的另一种实施例而设计的细胞悬液分离装置的纵向剖视图;
图7是根据本发明另一种实施例而设计的装置的纵向剖视图。
最佳实施例的说明
作为本发明中有效使用的分离膜，可以举出一些能够在一个强加有剪切速度的区间内从细胞悬液中分离出予定成分的分离膜，例如，在上述条件下，不仅对已知的能有效地分离液体的分离膜，而且对正在研制中的或未来将研制出来的能够有效地分离液体的薄膜都可以使用。作为这种分离材料，可以提到的有：聚碳酸酯、纤维素混酯，聚乙烯，聚砜，以及陶瓷。分离膜的渗透孔径，最好是0.2到1.0μm，特别是0.4到0.8μm。
在本发明中使用的分离膜，其分离壁表面的面积最好是10到100cm2。
本发明使用的术语“剪切壁表面”，指的是具有这样一种作用的壁表面，即可以把运动传给填充在这一表面和分离膜的分离表面之间的液体，于是，由于这种运动，就在液体与分离壁表面之间产生一种剪切速度。
本发明的装置中，在每一个剪切壁表面和分离壁表面都是一个平面的情况下，两个平面之间的距离最好为0.05到2mm，直径最好为30到100mm。在剪切壁面和分离壁面之中至少一个壁表面是锥面，而其凸面与另一表面相对的情况下，两个壁表面之间的夹角最好选择在0.5到5°的范围内，特别是在0.8到3°的范围内，锥面的直径最好是20到100mm。
本发明的装置，分离壁表面最好是平面，而相对的剪切壁表面最好是锥面。
本发明的装置，采用的剪切速度最好是1000到3000秒-1。
此外，本发明的装置在使用时，转动件的转数应调节到500至5000转/分的范围内。
在本发明具有上述结构的装置中，旋转体在合适的转动驱动源的驱动下，在封闭的液体腔中转动，待处理的液体被连续地引入到旋转体的剪切壁表面和由处在相对位置的分离膜所形成的分离壁面之间，或者经过一个与液体处理腔相连的液体引入通道，被引入到为旋转体所拥有的分离膜壁表面和液体处理腔的剪切壁表面之间，当这些被引入的液体充满液体处理腔并进行流动时，处于剪切壁表面和分离表面之间的处理空间之中的待处理的液体就获得一个由剪切壁表面的旋转而产生的旋转运动，或者获得一个由分离壁表面的旋转产生的而与剪切表面的转动相反的旋转运动，于是在液体与分离壁表面之间产生一个剪切速度。在这种剪切速度的作用下，予定成分就从液体中穿过分离膜（根据分离膜的能力）而被分离出来，被分离的成分流进分离成分腔内，并经过与分离成分腔相连的已分离成分输出通道排放出来。已分离的成分被收集到一个合适的接收容器之内。另一方面，在液体处理腔内剩余的液体（主要包括在予定成分被分离之后所剩下的液体），经与液体腔相连的已处理液体输出通道排放出来，并被收集到一个合适的接收容器内。值得注意的是，如果必要的话，在分离操作暂时停止的期间，所收集的液体可以直接送回，或经上述的液体通道送回;也可回流到连续收集的待处理液体的系统中。
现在，参照附图说明书发明的装置的最佳实施例。
图1所示是根据本发明的一种实施例而设计的液体分离装置，图2是图1所示装置的侧视图右半部分。
一种内部包括液体处理腔和分离液体腔的分离室1，是由一个用聚碳酸酯制成的基座2和一个用聚碳酸酯制成的前盖12组成的。
在基座2的右面（按图1所示位置）加工有一个圆形凹槽部分（液体处理腔）3，有一轴孔4从左面沿着凹槽部分3的中心穿过。在基座2圆周边缘部分的右端面上，加工有一个用于放置密封圈的环形槽5，轴孔4的中间有一个放密封圈的槽6，基座2上加工出一个已处理液体输出通道7，它的一端在轴孔4附近与凹槽部分3相通，另一端通到基座2的外圆柱面上。一个和已处理液体输出通道7相通的液体通道8加工在凹槽部分3的顶部（按图1所示的位置）在基座2的圆周边缘部分，加工有若干穿过左右两个端面的螺孔9。
在前盖12的左面（按图1所示位置），加工有一个圆环形的凹槽部分（分离成分腔）14，在它的中心有一平台13，一通孔15从右面通到凹槽部分14的中心位置，在前盖12凹槽部分14外面的左端面上，有一个放置填充物的环形槽16。此外，在通孔15的右面加工出一个放置密封圈的凹台17，在前盖12凹槽部分14的外径边缘处加工出一个液体收集槽18，一个已分离成分的输出通道19的一端与液体收集槽18相通，另一端通到前盖12的外圆面上。在前盖12的圆周边缘部分，加工有若干穿过左右两端面的螺孔20，螺孔20的数量与螺孔9的数量相应。
一个大致为平面的圆形穿孔板31，它是用不锈钢制成的，紧固在前盖12的左端面上，把凹槽部分14覆盖住。一个用聚碳酸酯作成的圆形分离膜32，它确定了分离壁表面，装在穿孔板31的一个面上，穿孔板31的另一面朝着凹槽部分14。穿孔板31和分离膜32的外径边缘被放在填充物16A上，而填充物16A放在前盖12被指定用于从血液中分离血浆，这时，垂直于旋转体51的旋转轴53轴线平面与旋转体51锥面之间的夹角是一特定角度，在0.5°到5°的范围内。旋转体51的直径大约为75mm，旋转体51的盘状部分锥体顶点与盘状部分背面之间，在轴线方向的距离大约为4mm，基座2的凹槽部分的深度大约为7mm，凹槽部分3的直径大约为78mm。前盖凹槽12的凹槽部分14的深度大约为1mm，凹槽部分14的直径大约为78mm。基座2与前盖12成一整体后的分离腔直径大约为112mm，厚度大约为22mm。分离膜32的厚度约为10μm，分离膜的平均孔径约为0.4μm，分离膜的孔隙率约为13%，穿孔板31的厚度约为0.5mm。旋转体51盘状部分锥体的顶点（图1所示旋转体的顶点已经被切去而不存在了，但是这里所指顶点应是完整锥体的顶点）与分离膜的分离壁表面之间的距离约为0.1mm。
现在参考在收集血液期间分离血浆的操作过程来说明根据本实施例的装置的操作。
根据本发明的装置是用在图1所示的状态下，即旋转轴52处于水平方向，与一个兔子（未画出）的静脉相连的取血管（未表示）连接到具有液体引入通道42的接头44上。如有需要，一种化学药品，例如，抗血凝剂，在取血管中间的某个位置添加进去。经接头44的液体引入通道42流进液体处理腔（凹槽部分）3的血液，充满血液处理腔（凹槽部分）3并在其中流动，并经予先与已处理液体输出通道7相连的处理液体排放管（未画出），被收集到一个适用的容器中（未画出）。在开始的时候，在液体处理腔3中的气体，经腔内上方的流体通道8排到所说的排放管之中，在气体排放以后，或在气体排放结束之前，通过单向接触系统与一合适的旋转驱动源（未示出）相的环形槽16之内，在穿孔板31和分离膜32的中心部分有一通孔33，该中心部分靠在前盖12的平台13上。
一个包括有在一端有一法兰41、一个穿过其中心部分的液体引入通道42、和一个在部分外圆柱面上的螺纹槽43的接头44插入通孔15和33中，接头44的一端利用法兰41压在分离膜32和穿孔板31上。另一端用螺母45，拧在螺纹槽43上，这样，接头44就被压紧在前盖12上，同时也把凹台17中的密封圈17A夹紧，从而使接头44与前盖12构成一个整体。
旋转体（转子）51由聚碳酸脂制成，是一个呈盘状的锥体，其凸面朝向分离膜32，它被装在基座2的凹槽部分3之中，旋转体51的右侧面（按图1所示位置），即锥面，确定了剪切壁表面，其旋转轴52从旋转体51的左边延长，在轴52的顶端有一个为了与单独放置的旋转驱动源（未画出）相连接的连接部53。旋转轴52装在基座2的轴孔4中，并从基座2的左面伸出来。旋转轴52与轴孔4之间有一个固定到O型槽6之中的O型密封圈6A。
旋转体51安装在基座2的凹槽部分3的里面，同分离膜22、穿孔板31、和接头44靠在一起的前盖12的左面借助于拧入螺孔9和20中的螺钉61与带有装在O型槽5中的O型密封圈的基座2的右面压紧配合，这样就使基座2与前盖12构成一个整体。液体处理腔就由基座2的凹槽部分3和分离膜32所确定，而环绕前盖12的凹槽部分14和分离膜32之间的空间就构成了分离成分腔。旋转体51的剪切壁表面在离开分离膜32的分离壁表面确定距离的位置上旋转。
为了供参考，现在说明本实施例装置的主要部件的尺寸。本装置联接的旋转轴52在驱动源的驱动下旋转，经过液体引入通道42连续地供给到液体处理腔3的中心位置的血液连续地在剪切壁表面与分离壁表面之间流动。由剪切壁表面的旋转把一个旋转运动传给血液，并借助于这种运动产生了一个作用到血液和分离壁表面之上的剪切速度。在这个剪切速度的作用之下，允许血浆成分穿过分离膜32，再穿过穿孔板31的孔，因此血浆成分就流进分离成分腔（环形槽部分）14，然后经已分离成分的输出通道19和与其相连的排放管（未画出）被连续地收集到一个合适的容器中（未画出）。
另一方面，处在液体处理腔3中的血液，即主要是血浆成分已被分离后的血液，经已处理液体输出通道7，及与之相连的已处理液体排放管（未画出）被连续地收集到一个合适的容器中（未画出）。下面说明主要处理条件。即血液送到液体引入通道42的进给率约为50毫升/分，把旋转体51的旋转速度调节到约为3000转/分。
本实施例的装置，其剪切壁表面是锥面，其凸面对着分离壁表面，而分离壁表面是一圆形平面。然而剪切壁表面和分离表面的其它型式的组合，也是可以用的。例如，可以举出这样几种组合，剪切壁表面是圆形平面，而分离壁表面的凸面对着剪切表面的组合;分离壁表面的凸面对着剪切壁表面，而剪切表面的凸面对着分离壁表面的组合;剪切壁表面是圆形平面，而分离壁表面也是圆形平面的组合;以及对其中少许的改进的等组合。然而上面倒数第二种组合，对于要求在剪切壁表面的半径方向的位置上剪切速度均匀性非常严格的情况下是不适用的。
本实施例的装置中处理机构包括由一个分离表面和一个剪切表面组成的一对表面。装置中也可设置若干对处理表面。图3和图4中所示的实施例，都包括两对处理表面。
图3是本发明装置的另一实施例的纵向剖面图。参照图3，装置包括一个大致为圆筒形壳体71，它有一个上端面和一个下端面，壳体高度小于直径，壳体71的内部被两个分离膜72和73分成三个腔，即按照从顶部（图3位置）向下的顺序，形成被称为第一个液体处理腔的74，分离成分腔75，以及第二个液体处理腔76。在第一个液体处理腔74中，一个盘状锥形旋转体77可旋转地安装并支承在壳体71上，在旋转体77的顶面（按图3位置装有一块磁铁78。在壳体71的外面，在转轴79上装有磁铁80并使磁铁80与磁铁78相对。借助于与合适的转动驱动源（未表示）相连的转轴79的转动，磁铁80的转动传给磁体78，于是旋转体77在第一个液体处理腔74中旋转起来。类似的，在第二个液体处理腔76中，一个盘状锥形旋转体81可旋转地安装并支承在壳体71上，旋转体81的底部（按图3位置）装有一块磁体82。在壳体71的外面，转轴83上装有磁铁84并使磁铁84与磁体82相对。借助于与合适的转动驱动源（未表示）相连的转轴83的转动，磁体84的转动转给磁体82，于是旋转体81在第二个液体处理腔76中旋转起来。第一与第二液体引入通道85和86，分别与第一和第二液体处理腔74和76的一边相连，而第一与第二已处理液体输出通道87和88，分别与第一和第二液体处理腔74和76的另一边相连。
实施例中的结构件，与图1和图2所示装置具有相同名称的，其结构也与图1和图2所示的结构件的结构大致相同，也用同样的材料制造。图3所示的装置，提供到第一液体引入通道85和第二液体引入通道86的液体，可以是相同的，也可以是不同的。
图4是本发明的又一种实施例装置的纵向剖视图。参照图4，整个装置包括一个上端部和下端部是密闭的，高小于直径的圆筒形壳体91，该壳体91的内部被两个分离膜91和93分成三个腔，即从顶部（在图4中）依次被命名为第一分离成分腔94，液体处理腔95和第二分离成分腔96。在液体处理腔95中，一个在圆板的顶部和底部成锥形的锥形旋转体97，被可旋转地安装并支撑在壳体91上。一个紧固到旋转体97的上部圆锥体顶部的旋转轴98被可旋转地装配在一个轴孔99中，并穿过第一分离成分腔94和伸出壳体91的外部，与一个合适的旋转驱动源连接（未示出）。一个液体导入通道100和一个已处理过液体输出通道101同液体处理腔95相连接，而第一分离成分排放通道102和一个已分离成分输出通道103，分别连接到第一分离成分腔94和第二分离成分腔96。在本发明中，用同在图1和图2中所示的装置同样名称表示的结构元件，大体上和在图1和图2中所示的装置有同样的结构，并用同样材料制成。注意，在图4所示的装置中，确定了第一和第二分离成分腔94和96的分离元件92和93可能具有相同或不同的结构和材料。在锥形旋转体97的顶面和锥体的水平面之间夹角可能与在锥形旋转体97的底面和锥体的水平面之间的夹角相同或不同。
注意，在图3和4中所示装置的操作和功能大体上是和在图1和2中所示装置相同。
图5是本发明装置所使用的血液收集系统实例的示意图。在这个血液收集系统中，图1中所示的装置用作分离液体（血液）装置。这个分离装置包括分离室1，如图1所示，而在这个分离腔1中，安装有一个旋转轴52，一个液体（血液）引入通道42，一个已处理过液体（处理过的血液）输出通道7，以及分离成分（主要是血浆）输出通道19，如在图1中所示。一个血液流通道111连接到血液引入通道42，而一个泵（roller泵）A装在血液流通道111中，一个处理的血液流通道113连接到已处理过的血液输出通道7，以及一个装已处理的血液储藏器B连接到通道113的端部，一个夹紧装置C夹在通道113中间的一点，而一个压力表D安装在由夹紧装置到分离室1之间，一个血浆成分输出通道114连接到血浆成分排放通道19，而一个装血浆成分储藏器连接到管路114的末端。在这个系统中，在分离腔1中的液体处理腔（血液腔）在用泵A压缩下产生一个压力给出分离腔1中的分离膜。由于这个压力和在分离腔1中旋转的旋转体产生的并施加在分离膜上剪切力的作用使血浆成分分离出来，并贮存在装血浆的储藏器E中。用压力表D测量在分离腔1的压力。可以配置一个根据检测压力表的检测信号来自动调节夹紧装置C的打开程度或泵A的转数的控制系统（未示出）以检验在分离腔中的分离操作，并且同时自动调节分离操作。注意，若用一个类似于泵A的泵F（在图5中用并列于夹紧装置C的虚线表示）代替夹紧装置C，来输出处理过的液体，则在分离室1中压力可能减少，而因为高压而引起的来自管中血液的溶血作用和泄漏问题可能降低或完全消除。注意，在需要使装有已处理液体的储存器B中的处理的血液倒流并返回到血管中情况下，只要使泵A和装一个代替夹紧装置C的泵F反转就足够了。一个根据压力表D的探测信号自动控制这些泵的控制系统（未示出）可以完成对这些泵的控制。此外，由于血浆成分流出通道114中，安装一个在图5中用虚线示出的一个泵G可以使得在分离腔1中的操作压力进一步减少和控制血浆成分的流速。
注意，在液体处理腔和分离成分腔之间的压力差最好是大约10到50毫米汞柱高。
图6是根据本发明的另一种实施例的装置纵向剖视图，而图7是根据本发明的另一个实施例的装置之纵向剖视图。
参照图6，一个薄圆筒形的内部具有一个液体处理腔和一个分离液体腔的壳体121是由聚碳酸酯制成的。
在分离腔壳体121的内部，一个圆筒形液体处理腔122处在密闭状态，在那里充满循环的液体，液体处理腔122的一部分内壁表面（在图6中上壁表面）是一个具有确定面积的剪切壁表面123，而在这个实施例中，这个剪切壁表面具有圆锥形，连接到分离腔壳体121的外部的液体引入通道124的一端与液体处理腔122的锥形剪切壁表面123相通，而连接到分离腔壳体121的外部的液体输出通道125的一端与液体处理腔122的圆周的侧壁相通。一个连接到分离腔壳体121的外部固定的旋转轴孔126与液体处理腔122的下部壁表面相通。
在液体处理室122的内部，它包括一个平板形旋转体131，而这个旋转体131包括一个由聚碳酸酯制成的圆盘形元件132，一个附到盘形元件132上且能盖住盘形元件132的分离元件133，和一个与盘形元件132中凹槽部分下面的中心相通的聚碳酸酯管134，分离元件133包括不锈钢制成的且大体上是平面的多孔板135和一个装在多孔板135上的聚碳酸酯的分离膜136。被分离元件133盖住盘形元件132的中凹槽部分确定了一个分离成分腔137，用正对着剪切壁表面123的分离膜136的顶表面确定了分离壁表面。管134构成分离成分输出通道138。一个驱动旋转的机构141构成旋转体131的一部分的管134相连接，该驱动旋转机构固定在分离腔壳体121的外部。
为供参考，现在描述本实施例装置主要部分的尺寸，这个装置是专门为从血液中分离血浆而设计的，在与形成剪切壁表面123的锥体的中心轴垂直的平面和锥面之间的夹角是在0.5°到5°范围的特定角度。液体处理腔122的直径大约78mm，形成剪切壁表面123的锥体高大约4mm，旋转体131的中凹槽部分的深度大约1mm，而旋转体131的外径大约75mm，分离元件133的直径大约112mm，分离元件的厚度大约22mm，分离膜136厚度大约10μm，分离膜的孔的平均直径大约0.4μm，分离膜的孔隙率大约是13%，多孔板135的厚度大约是0.5mm。在形成液体处理腔122的剪切壁表面123的圆锥体的顶端和分离腔136的分离壁表面之间的距离大约0.1mm。
现在参照在收集血液时分离血浆的实际操作来描述本实施例的装置的操作。
在实施例的设备中，一个插入兔子（未示出）静脉中的血液收集管（未示出）连接到液体引入通道124。如果需要，一种化学药品，例如血液抗凝剂，从血液收集管的中间加入，从液体引入通道124，引入到液体处理腔122的血液充满液体处理腔122，并在腔中变成流体，而后通过予先连接到已处理液体输出通道125的处理液体排放管（未示出），收集在合适的容器（未示出）中。通过旋转驱动机构141使旋转元件131转动，从液体引入通道124连续供给液体处理腔122中心的血液，在剪切壁表面和分离壁表面之间连续流动，而且由旋转分离壁表面把旋转运动给予血液，由于这个旋转运动在血液和分离壁表面之间产生剪切应力，在剪切应力作用下，血浆成分通过分离膜136和多孔板135的细孔，血浆成分在分离成分腔137中流出，通过分离成分输出通道138，被连续收集在合适容器中（未示出），该容器予先安装在分离成分输出通道138的流出口上。另一方面，在液体处理腔122中的血液，这主要是血浆成分已经分离出而剩下的血液，它通过已处理液体输出通道125以后，经过事先与处理液体输出通道125相连的处理液体排放管连续被收集在合适的容器中（未示出）。下面描述主要操作条件，特别是血液供给液体引入通道124的进给率大约为50ml/分，而旋转元件131旋转速度大约为3000转/分。
在图6中，是以旋转轴（中心轴）在垂直的情况下为例子来说明上述装置的，在实际应用中，假如需要为便于在操作初始阶段装置中气体的排放，装置可在旋转轴为水平的状态应用，即在开始操作时使用的气体排放孔可能独立地构成。在这个实施例的装置中，剪切壁表面是一个圆锥表面，该表面是凸向分离壁表面，而分离壁表面是一个圆平面，但也可以采用其它组合。例如，可以举出如下的几种组合：一个圆形平面的剪切壁表面和一个凸向分离壁表面的锥形表面的分离壁表面的组合;一个凸向分离壁表面的圆锥表面的剪切壁表面和一个凸向剪切壁表面的圆锥表面的分离壁表面的组合;一个圆形平面的剪切壁表面和一个圆形平面的分离壁表面的组合;以及对其少许的改进等组合，然而上述倒数第二种组合对于在剪切壁表面半径方向位置上的剪切力之均匀性要求非常严格的情况下是不适用的。
在本实施的装置中，处理机构包括由一个分离壁表面和一个剪切壁表面组成的一对表面。在装置中可设置若干对这样的处理表面，在图7中所示的实施例包括四对处理壁表面。
图7是本发明装置的另一实施例的纵向剖面图。参照图7，该装置作为整体包括一个上面和下面密闭且高小于直径的圆筒形壳体151，第一液体处理腔152和第二液体处理腔153在壳体151内部构成。圆锥形壁表面154和155在第一液体处理腔152的顶部和底部形成，而圆锥形壁表面156和157类似地在第二液体处理腔153的顶部和底部形成，壁表面154、155、156、157构成剪切壁表面。在壳体151的中心，旋转轴装配孔158和159在壳体151的顶部和底部形成，而一个液体循环孔160在中心部分的壁表面上形成。此外，在壳体151中加工有一个连接到第一液体处理腔的液体引入通道161和一个连接到第二液体处理腔153的处理液体排放通道162。第一圆盘形旋转体171和第二圆盘形旋转体172分别安装在第一液体处理腔152和第二液体处理腔153中。分离元件173、174、175和176安装在第一和第二套旋转体171和172的上表面和下表面，在这两套旋转体中构成分离成分腔，而在分离成分腔的外侧表面形成分离壁表面。旋转轴177紧固到第一套旋转体171的上部的中心部分，而旋转轴177可旋转地装配到旋转轴装配孔158中且伸到壳体151之外并穿过装配孔158与旋转驱动机构181相连接。此外，管178固定到第一套旋转体171的底部的中心部分，并且管178向下延伸，穿过流体循环孔160紧固到第二套旋转体172上，穿过旋转体172，可旋转装配到旋转轴装配孔159中，且伸到壳体151之外，并贯穿装配孔159。管178的内管通道形成一个分离成分输出通道，而且这个通道是打开的，并连接到第一套旋转体171的分离成分腔和第二套旋转体172的分离成分腔中。在本实施例的装置中，和图6中所示的装置中名称相同的结构元件基本上和图6中所示的结构元件的结构和材料相同。在图7所示的装置中，分离元件173、174、175和176在结构和材料上可能相同或不同。
就本发明装置的工作原理而论，为了从液体中分离予定的成分，应用液体分离膜，通过旋转体使液体产生一个冲击运动，在液体分离膜和液体之间产生剪切速度。于是分离膜的面积与在上述用空心纤维制造的常规装置（在第一种常规技术中）中分离膜的面积比较，可以显著地减少。注意，为了获得同样的能力，在常规装置中膜面积必须是大约1000到3000cm2，但是在本发明的装置中，因为产生了大约5000-10000/秒的剪切速度，所以膜面积约为50cm2就足够了。
此外，在上述施转圆筒形的常规装置中（在第二种常规技术中），因剪切速度作用和离心作用同时加到这个区域，所以在血浆分离后的留下血液的血小板的功能急剧减少。然而在本发明的装置中，离心力区域基本上没有形成，上述问题没有出现，因此当分离血浆后留下的血液返回到活体中去时，就不会有问题发生。
因为上述用于探讨在用一个锥体分离血液中的剪切速度的试验装置（在第三种技术中）仅仅是一个用于试验装置，它既没有探求装置尺寸的减小，也完全没有考虑给出一点暗示，而且该装置是一个开放系统。相反，在本发明中，液体分离装置的尺寸由于采用了一个结构可能惊人地减少，在这个结构中圆盘旋转体用作产生剪切速度的旋转体，而且在一个基本上密闭小凹槽部分（液体处理腔）中旋转，即一个具有分离壁表面的圆盘旋转体在液体处理室中旋转，而且一个液体引入通道和一个处理液体输出通道连接到这个基本上是密闭的小的液体处理腔中，这样待处理的液体连续地引入液体处理腔中，而已处理的液体不断地从液体处理腔输出。因此，本发明能够首次提供一个便宜的可以自由使用的液体处理装置。注意，在本发明的装置中，既使装置的直径大约为10Cm和装置的厚度大约为2Cm也能达到足够的性能。当这个装置用作血浆收集装置时，这种效果是特别显著的，因为用本装置可以使人体收集血液的数量减少到尽可能低的水平，而且分离室1对防止感染是有效的。

Claims (29)

1、一个分离细胞悬液的装置，它包括：(a)一个内部有一个大体上为圆柱状的壳体，它同外面基本上是密闭的；(b)一个安装在该壳体中并充满流动着的细胞悬液的液体分离腔；(c)一个安装在壳体中分离成分腔；(d)一个具有确定面积的分离壁表面的分离膜，它处在液体处理腔和分离成分腔之间，以分离予定的成分并允许该成分通过；(e)一个具有确定面积和以一定距离正对着分离壁表面的剪切壁表面的圆盘状旋转体，该旋转体可旋转地安装在处理腔中；(f)一个为旋转和驱动旋转体而同其相连接的驱动机构；(g)一个连接到液体处理腔中并延伸到壳体外的液体引入通道；(h)一个连接到液体处理腔中并延伸到壳体外的处理过的液体输出通道和(i)一个连接到分离成分腔并延伸壳体外的一个分离过的成分液体输出通道。
2、一个分离细胞液的装置，它包括：（a）一个在其内部有一个大体上为圆柱状的空间的壳体，它对外基本上是是密闭的;（b）一个安装在该壳体中并充满流动着细胞悬液的液体分离腔;（c）一个在液体处理腔的一部分内壁表面上形成的且具有确定面积的剪切壁表面;（d）一个具有确定面积且以一定距离正对着剪切壁表面的分离腔它被用于分离予定的成分并允许该成分通过;（e）一个支撑分离膜并在在分离膜的背面有一个分离成分腔的圆盘状旋转体，该圆盘状旋转体可旋转地安装在液体处理腔中;（f）一个为旋转和驱动旋转体而同旋转体相连的驱动机构;（g）一个连接到液体处理腔中并延伸到壳体外的液体引入通道;（h）一个连接到液体处理腔中并延伸到壳体外的处理过液体输出通道;和（i）一个连接到分离成分腔并延伸到壳体外的已分离的成分液体输出通道。
3、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于细胞悬液是血液，被分离的予定成分是血浆。
4、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离膜微孔的平均直径是0.2-1.0μm。
5、按权利要求4所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离膜微孔的平均直径是0.4-0.8μm。
6、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离膜是由聚碳酸酯构成的。
7、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离膜是由混合酯的纤维素构成的。
8、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离膜是由聚乙烯构成。
9、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离膜是由聚矾构成的。
10、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离膜是由陶瓷材料构成。
11、按权利要求1或2限定的细胞悬液分离装置，其特征在于分离壁表面的面积是10-100cm2。
12、按权利要求或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于每个分离壁表面和剪切壁表面都是平面。
13、按权利要求12所述的细胞悬液分离装置，其特征在于在分离壁表面和剪切壁表面之间距离在0.05-2mm。
14、按权利要求13所述的细胞悬液分离装置，其特征在于剪切壁表面的外径是30-100mm。
15、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离壁表面和剪切壁表面之一是凸向另一壁表面的锥形表面。
16、按权利要求15所述的细胞悬液分离装置，其特征在于在分离壁表面和剪切壁表面之间的夹角是0.5°-5°。
17、按权利要求16所述的细胞悬液分离装置，其特征在于在分离壁表面和剪切壁表面之间的夹角是0.8°-3°。
18、按权利要求15限定的细胞悬液分离装置，其特征在于剪切壁表面的外径是20-100mm。
19、按权利要求15所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离壁表面是一个平面。
20、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离壁表面和剪切壁表面的每一个都是凸向另一壁的锥形表面。
21、按权利要求20所述的细胞悬液分离装置，其特征在于分离壁表面和剪切壁表面之间的夹角是0.5°-5°。
22、按权利要求21所述的细胞悬液分离装置，其特征在于在分离壁表面和剪切壁表面之间的夹角是0.8-3°。
23、按权利要求20所述的细胞悬液分离装置，其特征在于剪切壁表面的外径是20-100mm。
24、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于安装一个分离壁表面和一个剪切壁表面。
25、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于安装两个分离壁表面和两个剪切壁表面。
26、按权利要求25所述的细胞悬液分离装置，其特征在于在一个分离成分腔的两个表面的每一个表面上安排一个分离壁表面。
27、按权利要求25所述的细胞悬液分离装置，其特征在于一个液体处理腔的两个表面的每一个面上安排一个分离壁表面。
28、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于用于转动和驱动旋转体的驱动机构是由一个连接到旋转体上并延伸到壳体外面的驱动轴和一个为转动和驱动该轴的马达所组成。
29、按权利要求1或2所述的细胞悬液分离装置，其特征在于用于转动和驱动旋转体的驱动机构是由一个安装在旋转体上的磁耦合元件和一个为转动和驱动该耦合件而安排在壳体外面的并在磁上和该磁性耦合件相连系的组件所组成。
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