CS221138B1 - Zařízení pro odstřeďovéní fází o různé hmotnosti obsažených v roztocích a suspensích - Google Patents

Description

Zařízení pro odstřeďování fází o různé hmotnosti obsažených v roztocích a suspenzích je vhodné bud jen pro- přepouštění kapalin ve sterilním prostředí, nebo pro přepouštění žíravých a toxických kapalin nebo může sloužit k rozdělení fází a současnému přepouštění rozdělených fází obsažených v roztocích a suspenzích. Zařízení je použitelné jak v pozemských podmínkách, tak i ve stavu beztíže.

Zařízení se skládá z odstředovací jednotky válcového tvaru s pružnou zátkou v čelní stěně a z odstředivky, v jejímž rotoru jsou vybrání tvarově shodná s odstředovací jednotkou. Plodle vynálezu se odstředovací jednotka skládá z uzavřené samostatné zásobní nádobky a z uzavřené samostatné sběrné nádobky, které jsou souose za sebou spojltelné a vybrání v rotoru odstředivky jslou vytvlořena symetricky a souběžně ke zvolené ose rotoru odstředivky.

Vynález se týká zařízení pro odstředování fází o rozdílné hmotnosti obsažených v kapalinách, například v krvi. Zařízení je použitelné jak v pozemských podmínkách, tak i v beztížném stavu.

Prie ploikusné a laboratorní účely bývá někdy zapotřebí rozdělit v roztoku nebo v suspenzi obsažené fáze podle jejich hmotnosti. Tohoto postupu se někdy používá v mikrobiologii, farmacii a lékařství. Jedním ze způsobů je rozdělování fází odstřeďováním. V běžné laboratorní praxi se provádí odstředování suspenzí, například krve tím způsobem, že odebrané množství suspenze se přeruší do zkumavky, která se pak vloží do· laboratorní odstředivky a provede se odstředění. Po Odstředění zůstávají u dna zkumavky těžší fáze, nahoře pak lehčí fáze, například krevní plazma. Pro další laboratorní zpracování se musí tato lehčí fáze ze zkumavky opatrně odsát, aby nedošlo, k jejímu zakalení, tj. k nežádoucí kontaminaci těžšími částicemi. Většinou k částečnému zakalení dochází i při vyjímání z odstředivky, je tedy třeba odsáním lehčí fáze nechat usadit těžší částice postavením zkumavky na určitou dobu do laboratorního stojánku a pak teprve lehčí fázi odsát. Tento, i když běžný způsob, je jednak zdlouhavý, jednak je kvalita oddělených fází ovlivněna .zručností manipulátora, navíc při manipulaci se suspenzemi jedovatými nebo infikovanými, je tato práce zdraví škodlivá.

Ve zvláštních případech, kdy je bezpodmínečně třeba zamezit styku zkoumané kapaliny s okolním prostředím nebo při manipulaci s kapalinami v beztížném stavu, kdy nelze ani jednoznačně směrovat tok kapaliny určitým směrem ve volném prostoru, ani udržet celý objem kapaliny v kompaktním stavu bez nebezpečí jejího· rozptylu do okolí, je nutno použít pro. výše uvedené účely zvláštní insitrumentaci, umožňující manipulaci s kapalinami v uzavřených nádobách.

K tomuto účelu bylo vyvinuto, zařízení, které se skládá z odstředivky a z odstřeďovací jednotky. Odstřeďovací jednotka je tvořena třemi válci zasunutými Souose do sebe: Hlavní válec je na přední čelní straně uzavřen pružnou zátkou, která umožňuje propíchnutí jehlou injekční stříkačky. Dol hlavního· válce je zasunut spojovací válec, který je kratší a v průměru menší, takže mezi plášti obou válců zůstává prostor pro tekutinu vtlačenou injekční stříkačkou. Přední čelní stěna Spojovacího válce je rovněž uzavřena pružnou zátkou. Zadní čelní hrany obou válců jslou spojeny, takže prOstor v hlavním válci je uzavřen. Ve spojovacím válci je posuvně uložen kratší sběrný válec uzavřený na přední čelní straně rovněž pružnou zátkou. Ve zbylém prostoru spojovacího! válce, tj. mezi čelními stranami spojovacího a sběrného válce, je- dutá jehla zahrocená na obou koncích.

Před použitím odstřeďovací jednotky je třeba prostor hlavního válce ©vakuovat na přesnou hodnotu. Pak se do tohoto· prostoru vstříkne zkoumaná tekutina a odstřeďovací jednotka se uloží v radiálním směru do rotoru odstředivky. Většinou obsahuje rotor tři radiální vybrání pro odstřeďovací jednotky. Vybrání jsou rozložena v pravidelných úhlových vzdálenostech a směřují do středu rotoru. Nesmějí však přesáhnout střed rotoru, poněvadž konstrukce odstřeďovacích jednotek zaručuje jejich činnost jen tehdy, jsou-li odstřeďovací jednotky uloženy mezi obvodem a středem rotoru odstředivky. Vzhledem ke hmotnosti fází obsažených v kapalině se zvolí příslušné otáčky, takže se v důsledku odstředivé síly těžší fáze přemístí k zadní stěně hlavního válce a lehčí fáze, například krevní plazma, se přemístí pod přední čelní stranu hlavního válce. Dalším zvýšením otáček se dosáhne propíchnutí spojovacího a sběrného válce, takže dutá jehla propojí prostor hlavního válce s.e sběrným válcem, do kterého nateče lehčí fáze. Po zastavení odstředivky se sběrný válec vyjme z odstřeďovací jednotky a předá se bud přímo ke zpracování, nebo se konzervuje zmrazením.

Popsané zařízení obsahuje velmi komplikovanou odstřeďovací jednotku, která má složitý výrobní postup a komplikovanou manipulaci při použití, přičemž složitost manipulace obzvláště vynikne ve ztížených podmínkách stavu beztíže a omezeného prostoru. Značnou nevýhodou je také skutečnost, že odstřeďovací jednotka se musí těsně před použitím evakuovat, takže součástí zařízení pro odstředování musí být také evakuační zařízení s· tlakoměrem. Poněvadž se rozpojování odstřeďovací jednotky .od evakuačního. zařízení provádí ručně, vznikají subjektivní chyby, které jsou, podle dosavadních zkušeností, zejména v podmínkách kosmického letu nevylučitelné. Tato· nevýhoda má ve svém důsledku nevýhodu funkční, neboť při nesprávné evakuaci není definováno; množství tekutiny, například krve, které hlavní válec pojme.

Následkem toho je bud malé výsledné množství krevní plazmy, nebo přebytek pevných částic krve.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro odstředování fází o různé hmotnosti obsažených v roztocích a suspenzích podle vynálezu. Zařízení s.e skládá z odstřeďovací jednotky válcovitého tvaru s pružnou zátkou v čelní straně a z odstředivky, v jejímž rotoru jsou vybrání tvarově shodná s odstřeďovací jednotkou. Podstata vynálezu spočívá v tom, že odstřeďovací jednotka se skládá z uzavřené samostatné zásobní nádobky a z uzavřené samostatné sběrné nádobky, které jsou souose za sebou spojitelné a vybrání v rotoru odstředivky jsou vytvořena symetricky a souběžně ke zvolené ose rotoru odstředivky.

Pro. některé podmínky je výhodné, aby zásobní nádobka byla uzavřena pístem. Pokud je píst opatřen táhlem s opěrnou plochou, je ve vybrání rotoru odstředivky za opěrnou plochou volný prostor.

Zařízení prio' odstřeďování fází o různé hmotnosti obsažených v ro-ztoeíeh a suspenzích, které bylo vyřešeno podle tohoto vynálezu, má řadu výhod. Především je třeba podtrhnout značné zjednodušení konstrukce odstřeďovací jednotky, která se nyní skládá ze dvou zcela jednoduchých částí, jejichž celkový počet součástí je menší, než u dosud známých odstřeďlovacích jednotek. V podstatě je nyní třeba pro odstřeďovací jednotku vyrobit pouze pružný uzávěr se zpětným ventilem pro sběrný válec. Ostatní součásti, tj. Injekční stříkačka a nádobka sběrného válce jsou na trhu běžně dostupné. Rovněž konstrukce odstředivky se zjednoduší, poněvadž konstrukkče odstřeďovací jednotky umožňuje při stejných otáčkách jak rozdělení suspenze, tak i přepouštění její těžší fáze do sběrné nádobky. Proto není třeba vybavit odstředivku dvěma rychIjolstními stupni. Další podstatné zjednodušení spočívá v tom, že odstřeďovací jednotka podle tohoto vynálezu nevyžaduje předchozí evakulování, takže zařízení nemusí být vybaveno evakuačním zařízením a při manipulaci se zařízením odpadá jeden pracovní úkon, při němž občas vznikaly nepřesnosti, které způsobovaly zkreslení výsledků. Zařízení zaručuje, že před vyjmutím odstřeďovací jednotky z odstředivky vznikne v zásobní nádobce s pístem podtlak, takže po jejím odpojení od sběrné nádobky nemůže dojít k výronu tekutiny, která by i v kapkovém množství mohla v podmínkách kosmického letu způsobit komplikace.

Zařízení pro odstřeďování fází o různé hmotnosti obsažených v roztocích a suspenzích je znázorněno na výkresu, na němž obr. 1 představuje odstřeďovací jednotku a obr. 2 znázorňuje rotor odstředivky se dvěma vybráními pro odstřeďovací jednotky.

V příkladném provedení se odstřeďovací jednotka skládá z uzavřené zásobní nádobky 1 a sběrné nádobky 2, které jsou válcového tvaru. Pro podmínky beztížného stavu je nutné, aby zásobní nádobka 1 měla píst 6, kterému se při odstřeďování umožní, aby se poněkud posunul ve směru působení odstředivé síly, takže v zásobní nádobce 1 vznikne nepatrný podtlak. Proto pro malá množství zkoumané tekutiny a prio podmínky beztížného stavu se jako zásobní nádobka 1 nejlépe osvědčila injekční stříkačka, kterou se snadno· nasaje zkoumaná kapalina, například krev. Po sejmutí se injekční stříkačka vyčnívajícím vývodem 3 zasune dlo pružné zátky 4, kterou se uzavírá hrdlo sběrné nádobky 2. Ze sběrné nádobky 2 není třeba předem odsát vzduch. Sestavení těchto dvou jednoduchých a komerčně dostupných dílů vznikne odstřeďovací jednotka připravená k uložení do odstředivky. V diskovém rotoru 5 odstředivky

Mou vybráBí, která jsou tvarově Shodná s tvarem odsfeředov®ei jednotky. Tato tvarová shodnost je nutná, aby při vysokých otáěkácb 3 až 4 tisíce za minutu nemehio dojít k změně potoky odstřeďovecí jednotky, při níž by ®e. mohlo částečně narušit těsné spojení mezi injekční Stříkačkou a sběrnou nádobkou 2. Proto se celkové vybrání eklíl· dá z ohraničeného vybrání 7 pro sběrnou nádobku 2 a vyhrání 8 prio zásobní nádobku 1. Vybrání 7 pro sběrnou nádobku 2 může mít měnitelné dorazy, aby se mohly vkládat Sběrné nádobky 2 různé délky. Vybraní 8 pro zásobní nádobku 1, respektive prio injekční stříkačku, má na jedné straně opěrnou plochu pro čelo injekční stříkačky a na druhé straně příčný zářez 9, do kterého se vkládá přečnívající hrana dna injekční stříkačky. Vybrání 6 pak pokračuje a dává prostor prio táhlo· pístu 8 injekční stříkačky ukončené opěrnou plochou 10. Za opěrnou plochou 10 zůstává ve vybrání ještě menší volný prostor, aby se při odstřeďování mOhl píst β poněkud vysunout, aby v injekční stříkačce vznikl mírný podtlak, který by zabránil, aby po· odpojení injekční stříkačky od sběrné nádobky 2 nemohla kapalina Z injekční stříkačky odkápnout. Obě vybrání 7, 8 jsou překryta dvířky. Vzhledem k tomu, Že se odstřeďovací jednotka skládá ze dvou částí za sebou řazených, je třeba umístit vybrání v rlotoru 5 odstředivky tak, aby jeho podélná osa byla souběžná se zvolenou osou 11 rotoru 5. Pokud by bylo jen jedno vybrání, byla by jeho podélná osa shodná se zvolenou oisou 11 rotoru 5. Má-li rotor S obsahovat dvě nebo více vybrání, musí tato vybrání ležet souběžně a symetricky ke zvolené iose 11 rotoru 5. Za účelem dobrého vyvážení rotoru 5, je třeba umístit Odstřeďovací jednotky v opačném směru, toi znamená, že budou vedle sebe sběrná nádobka 2 jedné odstřeďovací jednotky a opěrná plocha 10 Injekční stříkačky druhé odstřeďovací jednotky. Sběrná nádobka 2 musí být vždy co· nejblíže k obvodu rotoru 5. Jestliže rotor S pomyslně rozčtvrtíme pomocí zvolené osy 11 a k ní kolmé osy 12, je zřejmé, že injekční stříkačka je umístěna na dvou čtvrtinách, přičemž však může být naplněna jen tolik, aby hladina kapaliny poid pístem 6 nepřesahovala přes kolmou osu 12, čili sběrná nádobka 2 a kapalina v injekční stříkačce musí být v téže čtvrtině rotoru 5.

Předpokládejme, že injekční stříkačka je naplněna krví a po spojení se sběrnou nádobkou 2 je uložena do· rotoru 5 odstředivky. V rozmezí 3 až 4 tisíc otáček se hustší fáze, tj. krvinky, nahromadí před vývodem 3, kterým začnou proudit do sběrné nádobky 2. Vzduch ze sběrné nádobky 2 je vytlačován a proniká vývodem 3 do· injekční stříkačky, kde se jako· nejlehčí fáze umístí pod pístem 6. Sběrná nádobka 2 je tak velká, aby stačila pojmout jen předpokládané množství těžší fáže.

Vzhledem k tomu, že na píst 8, jeho táhlio a opěrnou plochu 10 působí také odstředivá síla, postíme se píst nepatrně ve směru nasávání a v injekční stříkačce vznikne slabý podtlak, takže po jejím odpojení od sběrné nádobky 2 není nebezpečí výronu zbytku krve, což je důležité v beztížném stavu. V injekční stříkačce zůstane lehčí fáze, v konkrétním případě krevní plazma, která se může předat ke zkoumání. Má-li se uchovat delší dobu, je třeba spojit injekční stříkačku s další prázdnou sběrnou nádobkou 2 a obojí podrobit účinkům odstředivé síly.

Tím se krevní plazma přečerpá do sběrné nádobky 2, která se může předat ke zmrazení nebo se plazma rozdělí na menší dávky do několika sběrných nádobek 2.

Popsané zařízení lze použít buď k přečerpávání kapalin ve sterilním prostředí, nebo k přečerpávání toxických nebo· žíravých kapalin, nebo lze tohoto zařízení použít k separaci fází při současném přečerpání jedné fáze. Zařízení lze proto použít ve výzkumných laboratořích, a to i v beztížných podmínkách.

Claims (3)

1. PREDMET

   1. Zařízení pro odstřeďování fází o různé hmotnosti obsažených v roztocích a suspenzích, které se skládá z odstředovací jednotky válcového tvaru s pružnou zátkou v čelní stěně, a z odstředivky, v jejímž rotoru jsOu vybrání tvarově shodná s oďstřeďovací jednotkou, vyznačená tím, že odstředovací jednotka se skládá z uzavřené samostatné zásobní nádobky (1) a uzavřené samostatné sběrné nádobky (2), které jsou

   VYNÁLEZU souose za sebou spojitelné a vybrání v rotoru (5) odstředivky jslou vytvořena symetricky a souběžně ke zvolené ose (11) rotoru (5) odstředivky.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že zásobní nádobka (1) je uzavřená pístem (6).
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že ve vybrání rotoru (5) je za OpěrnOu plochou (10) volný prostor.