DE102021104462B3 - Verfahren zum abtrennen von blutzellen aus einer blut-probe - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Blutzellen aus einer fließenden Blutprobe mit einem bestimmten HKT unter Verwendung einer Vorrichtung mindestens aufweisend:- einen Einlass (1),- einen Auslass (2) für mit Blutzellen angereichertes Fluid,- einen Auslass (3) für das Blutplasma,- eine Extraktionszone (4),- ein Ultraschallmittel (5), wobei- die Extraktionszone (4) über eine zentrale Kammer (6) und zwei weitere Kammern (7, 8) verfügt- die zentrale Kammer (6) durch Wände (9) von den beiden weiteren Kammern (7, 8) getrennt ist- die eine weitere Kammer (7) eine Breite BP1und einen sie durchströmenden Volumenstrom QP1aufweist,- die eine zweite weitere Kammer (8) eine Breite BP2und einen sie durchströmenden Volumenstrom QP2aufweist,- der Auslass (2) für mit Blutzellen angereichertes Fluid der zentralen Kammer verbunden ist, und- die beiden weiteren Kammern (7, 8) mit dem Auslass (3) für das Blutplasma verbunden sind, wobeidie Größenverhältnisse der Kammerbreiten KBVund das Volumenstromverhältnis KVSVan den Hämatokrit (HKT) der Blutproben angepasst sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Blutzellen aus einer fließenden Blut-Probe.
- Das Blut von Säugetieren und Menschen umfasst zelluläre Bestandteile und Blutplasma. Zu den zellulären Bestandteilen gehören rote und weiße Blutkörperchen sowie Thrombozyten. Das Blutplasma ist eine wässrige Lösung, welche Proteine, Salze, Nährstoffe, Hormone und gelöste Gase enthalten kann. Bei der optischen Bestimmung verschiedener Blutparameter erweisen sich die zellulären Bestandteile des Blutes als störend. Dieses gilt insbesondere für die roten Blutkörperchen, welche das optische Licht sehr stark streuen. Ein Maß für den Anteil der roten Blutkörperchen am Volumen des Blutes ist der Hämatokrit (HKT). Im Blut wird der HKT definiert als das Verhältnis des Volumens der Blutzellen zum Gesamtvolumen, welches der Summe aus Volumen der Blutzellen und Volumen des Blutplasmas entspricht.
- Es werden daher Anstrengungen unternommen, die zellulären Bestandteile des Blutes von dem Blutplasma zu trennen. Prinzipiell kann so eine Trennung mit einer Zentrifuge oder Filtern vorgenommen werden. Für viele Anwendungen wäre es wünschenswert die Untersuchungen an einer fließenden Blut-Probe, ohne den Fluss zu unterbrechen, vorzunehmen.
- Einige Verfahren nutzen für die Trennung die akustischen Eigenschaften von roten Blutzellen aus. So beschreibt unter anderem die
WO 02/072235 A1 - Die
DE 69 628 389 T2 beschreibt eine Trennvorrichtung für fließende Blutproben basierend auf Knoten des akustischen Drucks, die Abtrennung erfolgt hinter den Knoten, dabei werden dünne, verschiebbare Rohre zum Ansaugen verwendet. Als nachteilig erweist sich, dass eine vollständige Abtrennung der Blutzellen in einem Schritt nicht zwingend vorgesehen ist und so die Trennschritte je nach Erfolg unter Umständen mehrfach ausgeführt werden müssen, bis das gewünschte Ergebnis erzielt werden kann. - Die
WO 2017/161384 A1 - Bei diesen Abtrennverfahren unter Einsatz von akustischen Wellen ist es nachteilig, dass die Abtrennung und damit auch die Fließgeschwindigkeit der Blut-Probe nicht an die Ausgangssituation - den vorliegenden HKT - angepasst ist. So ist es unter Umständen notwendig, die Trennschritte je nach Erfolg mehrfach auszuführen, bis das gewünschte Ergebnis vorliegt. Auch kann es vorkommen, dass es zu Verzögerungen kommt, da Trennschritte unnötigerweise durchlaufen werden, da das gewünschte Ergebnis bereits zu Beginn einer kaskadierten Abtrennung vorlag oder auch bei höherer Fließgeschwindigkeit hätte erzielt werden können.
- Die
US 2017/0049949 A1 - Weiter ist aus der
DE 69 28 389 T2 eine Vorrichtung zur Einwirkung eines Ultraschallstrahls auf eine Probenlösung bekannt, die zu konzentrierende, zu trennende oder anzuordnende Teilchen enthält, die willkürliche Steuerung der räumlichen Verteilung der durch den Ultraschallstrahl erzeugten potentiellen Energie und das Konzentrieren, Trennen oder periodische Anordnen der Teilchen. Bestrahlungs-Ultraschallquellen zur Erzeugung von Ultraschallstrahlen sind auf einer Kammer vorgesehen, die die Lösung enthält, um eine Ultraschallintensitätsverteilung zur Erzeugung einer Positionspotentialenergieverteilung zu erzeugen, die verwendet wird, um auf jedes Teilchen eine Kraft auszuüben, die in eine vorbestimmte Richtung weitergeleitet wird, oder eine Kraft, die in einem vorbestimmten Bereich bleibt. Auf diese Weise kann eine spezifische räumliche Verteilung der potentiellen Energie durch Ultraschallstrahlen mit jeweils einer spezifischen Intensität, einer spezifischen Frequenz und einer spezifischen Phase oder durch einen Ultraschallstrahl, der durch die gegenseitige Überlagerung solcher Strahlen gebildet wird, realisiert werden. Ferner ist in einer Wandfläche der Kammer, die orthogonal zur Strömung der Probenlösung verläuft, mindestens ein Saugloch zur Rückgewinnung der abgeschiedenen Lösungsmittel oder Partikel vorgesehen. - Daher ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, die Abtrennung von Blutzellen aus einer fließenden Blut-Probe unter Einsatz von akustischen Wellen an den HKT der zu trennenden Blutprobe anzupassen.
- Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch.
- Das Verfahren zum Abtrennen von Blutzellen aus einer fließenden Blutprobe mit einem bestimmten HKT unter Verwendung einer Vorrichtung mindestens aufweisend:
- - einen Einlass,
- - einen Auslass für mit Blutzellen angereichertes Fluid,
- - einen Auslass für das Blutplasma,
- - eine Extraktionszone,
- - ein Ultraschallmittel,
- - die Extraktionszone über eine zentrale Kammer und zwei weitere Kammern verfügt
- - die zentrale Kammer durch Wände von den beiden weiteren Kammern getrennt ist
- - die eine weitere Kammer eine Breite BP1 und einen sie durchströmenden Volumenstrom QP1 aufweist,
- - die eine zweite weitere Kammer eine Breite BP2 und einen sie durchströmenden Volumenstrom QP2 aufweist,
- - der Auslass für mit Blutzellen angereichertes Fluid mit der zentralen Kammer verbunden ist und
- - die beiden weiteren Kammern mit dem Auslass für das Blutplasma verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größenverhältnisse der Kammerbreiten KBV und das Volumenstromverhältnis Kvsvan den HKT der Blutproben angepasst sind, wobei die Größenverhältnisse der Kammerbreiten KBV entsprechend der folgenden Formel
- Eine prinzipielle Darstellung der für das erfindungsgemäße Verfahren zu nutzenden Vorrichtung befindet sich in
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- Die roten Blutzellen sind im Wesentlichen rund und haben einen bikonkaven Querschnitt. Es ist somit nicht möglich, diese so zu konzentrieren, dass sich kein Blutplasma zwischen den Blutzellen befindet, damit ist eine genaue Kenntnis der Volumenverhältnisse in jedem Stadium der Verdichtung nicht möglich.
- Überraschenderweise gelang es den Erfindern das Verhältnis der Volumenströme KVSV durch die in Bezug auf das Größenverhältnis der Kammerbreiten KBV abgestimmten Kammern an den HKT der fließenden Blutproben anzupassen.
- Es gelang auf experimentellem Wege einen festen Wert K zu ermitteln, mit dessen Hilfe der Volumenstrom durch die zentrale Kammer (6) QZ gegenüber dem Volumenstrom QP durch die Kammern (7) und (8) an den HKT angepasst werden kann.
- Wobei die Volumenströme durch die einzelnen Kammern (7) und (8) QP1 und QP2 sich zu QP addieren (QP = QP1 + QP2).
-
- Für Blut wurde K zu K=41,86 bestimmt.
- Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abtrennung der Blutzellen ist für den Fall gegeben, dass sich Blutzellen in der einströmenden Flüssigkeit am Einlass befinden. Dementsprechend ist HKT > 0 definiert. Würden sich keine Blutzellen am Einlass befinden wäre kein Volumenstrom in der zentralen Kammer notwendig. Es folgt für den Volumenstrom Volumenstrom QZ > 0. Daraus folgt weiter, dass ein entsprechendes Volumenstromverhältnis und Kammern für die Anwendung des Verfahrens notwendig sind, woraus sich Kvsv > 0 und KBV > 0 ergibt.
- Die Trennleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit gegenüber denen des Standes der Technik stark verbessert, es ist nunmehr möglich bei bekanntem HKT -bereits durch einen einzigen Trennschritt- zu dem gewünschten Ergebnis, der Abtrennung der Blutzellen, zu kommen.
- In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Abtrennung der Blutzellen aus einer Blutprobe in einem Trennschritt mit einmaligem Passieren der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Für die vollständige Abtrennung der Blutzellen mit einmaligem Passieren sind in Abhängigkeit der gewählten Vorbedingungen zwei Vorgehensweisen als Ausführungsformen möglich:
- 1. Die Volumenströme beim Passieren der erfindungsgemäßen Vorrichtung und K sind bekannt. Es wird bei dieser Ausführungsform in Abhängigkeit vom HKT das notwendige Größenverhältnis der Kammerbreiten KBV festgelegt.
Dafür wird das Größenverhältnis der Kammerbreiten KBV entsprechend der folgenden Formel:
- Eine weitere Möglichkeit liegt in der Festlegung der Volumenströme in den Kammern und dem draus folgenden Volumenstromverhältnis. Bei bekanntem K ist es anschließend möglich die Kammerbreiten an den HKT der Blutprobe anzupassen. Dafür wird das Volumenstromverhältnis Kvsv festgelegt. Für ausgewählte HKT ergibt sich mit dem Korrekturfaktor K und dem festgelegten Volumenstromverhältnis das Kammerbreitenverhältnis.
- Für ausgewählte Kvsv ergeben sich mit dem Korrekturfaktor K und einem HKT von 0,4 folgende Kammerbreitenverhältnisse. Tabelle 2: Kammerbreitenverhältnis bei ausgewählten Volumenstromverhältnissen und einem Hämatokrit von 0,4
K VSV K BV 9,00 0,0040 4,00 0,0090 2,33 0,0154 1,50 0,0239 1,00 0,0358 0,67 0,0538 0,43 0,0836 0,25 0,1433 0,11 0,3225 - Bei einer Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der zuerst das Volumenstromverhältnis festgelegt wird und anschließend das Kammerbreitenverhältnis bestimmt wird, ist eine Bestimmung des Kammerbreitenverhältnisses für ein Volumenstromverhältnis von Null nicht möglich. In diesem Fall wären die Kammern 7 und 8 nicht notwendig. Dementsprechend ist es notwendig das BP > 0.
- 2. Kammerbreiten und das Größenverhältnis der Kammerbreiten KBV der erfindungsgemäßen Vorrichtung und K sind bekannt. Es wird bei dieser Ausführungsform in Abhängigkeit vom HKT das benötigte Volumenstromverhältnis KVSV festgelegt.
- Für ausgewählte HKT ergeben sich mit dem Korrekturfaktor K und einem Kammerbreitenverhältnis von KBV = 0,5 folgende Volumenstromverhältnisse. Tabelle 3: Volumenstromverhältnis in Abhängigkeit vom Hämatokrit
HKT K 1/K K VSV - Q P / Q Z 0,1 41,86 0,0239 0,4300 0,2 41,86 0,0239 0,1911 0,3 41,86 0,0239 0,1115 0,4 41,86 0,0239 0,0717 0,5 41,86 0,0239 0,0478 0,6 41,86 0,0239 0,0319 -
Konstruiert Real Breite 48 mm 46,7 mm Länge 50 mm 50,5 mm Gesamthöhe 10,2 mm 10,2 mm Breite Hauptkanal 360 µm 330 µm Höhe Hauptkanal 180 µm nicht messbar Freie Weglänge bis zur Extraktionszone 21,95 mm - Die Allgemeinheit der Lehre nicht einschränkend wird im Folgenden die Abtrennung von Blutzellen aus einer Blut-Probe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
- Die Kanalstruktur und die Extraktionszone wird mit Hilfe des selektiven laserinduzierten Ätzens (SLE - slective laserinduced etching) hergestellt. Das Verfahren arbeitet in zwei Prozessschritten. Im ersten Schritt wird das Glas in den gewünschten Bereichen mit einem fokussiertem Laserstrahl belichtet und somit strukturell verändert. Im zweiten Prozessschritt werden die zusammenhängenden modifizierten Bereiche nasschemisch aus dem Glas herausgeätzt.
- Das Messystem arbeitet mit einer Rollenpumpe (Hersteller: Ismatec, Modell: Reglio ICC). Die Rollenpumpe besitzt mehrere Kanäle, wobei je einer mit dem Auslass für das Blutplasma (3) und einer am Auslass für die Blutzellen (2) verbunden ist. Durch die Rollenpumpe wird eine negative Druckdifferenz im System erzeugt und es stellt sich, entsprechend der gewählten Umdrehungszahl der Rollenpumpe und der verwendeten Schläuche (Hersteller: IDEX Health and Science, Art.-Nr.: SC304, Innendurchmesser 0,38 mm), ein Volumenstrom in den Kammern ein. Die Blutprobe wird in einen Probenport (Eigenbau) gegeben, der mit dem Einlass (1) verbunden ist. Durch die negative Druckdifferenz wird die Blutprobe in das System gezogen. Bevor sich die Blutprobe in der Vorrichtung befindet, wird das Ultraschallmittel (Hersteller: PI Ceramic GmbH, Modell: 000046033) (1) mit der benötigten Frequenz für eine stehende Welle in Schwingungen versetzt. Für die Ansteuerung wird eine Verstärkerschaltung verwendet die eine Wechselspannung von 24 V mit der entsprechenden Frequenz erzeugt. Die Blutzellen sammeln sich im Druckknoten und werden über die mittlere Kammer vom Blutplasma extrahiert. Die prinzipielle Funktionsweise ist in
- Abbildungsverzeichnis - Es zeigen:
-
- A
- isometrische Ansicht
- B
- Draufsicht
- C
- Seitenansicht Schnitt in der Längsachse
- D
- Ansicht von unten
-
-
-
-
-
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Einlass
- 2
- Auslass für mit Blutzellen angereichertes Fluid
- 3
- Auslass für Blutplasma
- 4
- Extraktionszone
- 5
- Ultraschallmittel
- 6
- zentrale Kammer mit der Breite BZ
- 7
- Kammer links mit der Breite BP1
- 8
- Kammer rechts mit der Breite BP2
- 9
- Wände zwischen den Kammern
- 10
- stehende Welle
- 11
- Blutzellen
HKT | K BV |
0,1 | 0,2150 |
0,2 | 0,0956 |
0,3 | 0,0557 |
0,4 | 0,0358 |
0,5 | 0,0239 |
0,6 | 0,0159 |
Claims (4)
- Verfahren zum Abtrennen von Blutzellen aus einer fließenden Blutprobe mit einem bestimmten HKT unter Verwendung einer Vorrichtung mindestens aufweisend: - einen Einlass (1), - einen Auslass (2) für mit Blutzellen angereichertes Fluid, - einen Auslass (3) für das Blutplasma, - eine Extraktionszone (4), - ein Ultraschallmittel (5), wobei - die Extraktionszone (4) über eine zentrale Kammer (6) und zwei weitere Kammern (7, 8) verfügt - die zentrale Kammer (6) durch Wände (9) von den beiden weiteren Kammern (7, 8) getrennt ist - die eine weitere Kammer (7) eine Breite BP1 und einen sie durchströmenden Volumenstrom QP1 aufweist, - die eine zweite weitere Kammer (8) eine Breite BP2 und einen sie durchströmenden Volumenstrom QP2 aufweist, - der Auslass (2) für mit Blutzellen angereichertes Fluid der zentralen Kammer verbunden ist, und - die beiden weiteren Kammern (7, 8) mit dem Auslass (3) für das Blutplasma verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Größenverhältnisse der Kammerbreiten KBV und das Volumenstromverhältnis KVSV an den Hämatokrit (HKT) der Blutproben angepasst sind wobei die Größenverhältnisse der Kammerbreiten KBV entsprechend der folgenden Formel
- Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der Blutzellen mit einmaligem Passieren der Vorrichtung vollständig erfolgt.
- Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Größenverhältnis der Kammerbreiten KBV in Abhängigkeit vom HKT anhand einer TabelleHKT K BV 0,1 0,2150 0,2 0,0956 0,3 0,0557 0,4 0,0358 0,5 0,0239 0,6 0,0159 - Verfahren nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Größenverhältnis der Kammerbreiten KBV von 0,5 das Volumenstromverhältnis Kvsv anhand folgender TabelleHKT K 1/K K VSV = Q P / Q Z 0,1 41,86 0,0239 0,4300 0,2 41,86 0,0239 0,1911 0,3 41,86 0,0239 0,1115 0,4 41,86 0,0239 0,0717 0,5 41,86 0,0239 0,0478 0,6 41,86 0,0239 0,0319
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DE102021104462B3 true DE102021104462B3 (de) | 2022-08-11 |
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DE102021104462.6A Active DE102021104462B3 (de) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Verfahren zum abtrennen von blutzellen aus einer blut-probe |
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---|---|
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2021
- 2021-02-24 DE DE102021104462.6A patent/DE102021104462B3/de active Active
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