DE2359670A1 - Anordnung zum getrennthalten fluessiger phasen - Google Patents

Anordnung zum getrennthalten fluessiger phasen

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Description

Anmelderin: Corning 'Glass Works
Corning, Ή. Y., USA
Anordnung; zum Getrennthalten flüssiger Phasen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Getrennthalten
flüssiger Phasen verschiedener Sichte, die durch Zentrifugieren trennbar sind, wie beispielsweise Blut, dessen Blutplasma oder Serum von den roten Blutkörpern getrennt und getrennt
gehalten werden soll.
Blutproben werden bisher häufig mit einer Injektionsnadel
entnommen, die mit. einem Sammelrohr verbunden ist, dessen abschliessende Membrane bei der Entnahme mit dem hinteren Ende
der Fadel durchstossen wird. Bas gefüllte Sohr wird dann abgenommen,, s. US-PS 2,460,641, worauf die Blutprobe untersucht oder weiter verarbeitet werden kann, z,-B. durch Zentrifugieren zwecks Aufspaltung in rote Blutkörper und in das leichtere Blutplasma oder Serum. Diese Phasen müssen voneinander ge-
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trennt bleiben, weil sie sonst in unerwünschter Weise aufeinander einwirken. Besondere Vorsicht ist bei der Handhabung der zu entnehmenden Phase geboten, um eine Verunreinigung oder Infizierung der Probe zu verhüten. Mitunter besteht Ansteckungsgefahr, z. B. durch Hepatitis.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die entnommene Probe im Entnahmegefäss nach dem Zentrifugieren getrennt zu halten, jedoch sind die hierzu von der US-PS 3>508,653 vorgeschlagenen Mittel in Form eines in einer Sichtung durchlässigen, in der anderen Richtung undurchlässigen Kolbens aufwendig und unzuverlässig, weil z. B. rote Blutkörper durch die Kolbenabtrennung in das Plasma oder Serum gelangen können und diese dauernd verunreinigen, da nicht bekannt ist, wie sie wieder in die schwerere Phase zurückbefördert werden können.
Schwierigkeiten bereitet auch die zur Entfernung von Gasen notwendige Entlüftung durch den KolbenverSchluss hindurch. Diese erfolgt meist durch den bei der Blutentnahme vorgenommenen Membrandurchstoss und hängt weitgehend von der Geschicklichkeit des Benutzers ab.
Fach dem Vorschlag der Anmeldung P 22 43 569 werden die Phasen verschiedener Dichte einer zentrifugierten Flüssigkeit durch eine bewegliche Spule mit einem spezifischen Gewicht zwischen dem der zu trennenden Phasen in einer beim Zentrifugieren ein- ■
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genommenen Lage an der Phasengrenzsch-icht getrennt gehalten. Die erzielte Abdichtung ist zwar zuverlässig, "aber es muss für jedes Rohr bestimmter lichter Weite eine für diese Weite bemessene Spule gefertigt werden.
Nach der US-PS 3,464,890 sollen Blutplasma und rote Blutkörper durch Poiystyrenperlen mittleren spezifischen Gewichts getrennt gehalten werden. Jedoch geht dies~e unstarre Barriere beim Transport, bei Schüttelbewegungen und dergleichen verloren. Die Blutprobe ist also nicht Versand- und transportfähig. Auch die bewegliche Barriere gemäss der US-PS 3,647,070 ist nicht immer t'ränsportsicher und muss vor allem durch das bereits zentrifugierte. Plasma eingeführt werden, wodurch Verunreinigungenund Infektionsherde, mit- eingeschleppt werden können. Unvollkommen sind auch bekannte Silikonsperren (s. Seal in "Gancer", 1959, 12:590-595; McCrea in "Journal of Urology", 1961, 95:1006-1010;. Morgan und Szafir in "Blood", 1961, 18:89-94-), weil die flüssige Barriere ein Abgiessen einer Phase nicht gestattet und, auch beim Pipettieren die Phase mit Silikon verunreinigt werden kann. Auch sind diese Sperren . ebenfalls nicht transportsicher. ' /
Aufgabe der Erfindung ist eine vereinfachte, hygienische und transportsichere Anordnung zum Getrennthalten verschiedener Phasen einer zentrifugiert en Flüssigkeit.:.:.: ;■-·.-. -
40982 4/0^8 2 >· - :^:,
Die Aufgabe wird durch die Anordnung der Erfindung dadurch gelöst, dass ein in dem Behälter befindliches gelartiges Material mit einem zwischen dem der zu trennenden Phasen liegenden spezifischen Gewicht sich beim Zentrifugieren in den Bereich der Grenzfläche der zentrifugierten Phasen nicht unterhalb derselben und an die Behälterwand legt und eine ununterbrochene, halbstarre Trennwand zwischen den Phasen bildet.
Weitere günstige Ausbildungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen und den Unteransprächen.
Die Fig. 1-5 zeigen eine Ausbildung der Anordnung in verschiedenen, aufeinander folgenden Zentrifugierphasen und entsprechenden Lagen des gelartigen Materials.
Die Fig. 6 und 7 zeigen die Anordnung mit gelartigem Barrierematerial in Zusammenarbeit mit einer Spulenbarriere in verschiedenen Zentrifugierungslagen.
Die Fig. 8 erläutert in teilweise!? Schnitt an sieht die Möglichkeit der Einführung des gelartigen Materials nach der Aufnahme der Flüssigkeit anstatt zuvor.
Die Fig. 9 und IO zeigen die weitere Ausgestaltung, im Längsschnitt, zur Getrennthaltung von Flüssigkeiten mit mehr als zwei verschiedenen Phasen in verschiedener Zentrifugierungslage,
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Die Fig. 1-5 zeigen die Anordnung zur Aufnahme und zum Getrennthalten von Flüssigkeiten 11, mit einem reagenzglasähnlichen Gefäss oder Rohr 12, vorzugsweise aus Glas oder auch Plastik oder anderem geeigneten Material, einer Menge eines gelähnlichen Materials 30, einem Verschluss oder Stopfen 20 am offenen Rohrende 16, aus Medizingummi, Butylgummi.oder anderem .geeigneten Material, in der gezeigten Form oder der der Anmeldung P 22 4-3 593.
Ein Flanschteil 22 des Stopfens liegt über dem ringförmigen Rand 18 des offenen Rohrendes 16. Der Stopfen enthält eine Membrane oder ein Septum 24-, das bis zur Rohrinnenwand 13 eine durchgehende Abdichtung bildet. Rohr 12 und Stopfen 20 bilden eine abgeschlossene Kammer 26, an die ein Vakuum, z. B. 75 cm Quecksilbersäule gelegt werden kann.
Das zunächst am. geschlossenen Rohrende 14· befindliche· gelartige Material 30 ist vorzugsweise hydrophob, thixotrop und gegenüber den organischen Flüssigkeiten von Organismen träge, wie z. B. eine Mischung aus einem Silicon und feinpulverigem, hydrophoben SiOp.Exeselsäurepulver kann z, B. durch Behandlung mit Dimethyldichlörsilan oder Bindung mit Trimethylsilylgruppen an der Oberfläche wasserabstossend gemacht werden. Einige Beispiele eines gelartigen Materials seien im folgenden wiedergegeben. ■
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100 g medizinische Flüssigkeit DOW CORNING 360 (spez. Gew. 0,97) wurden mit 1517 S Silanox 101 silanmodifiziertem SiOp (spez. Gew. 2,2) gemischt. Es entstanden 115,7 S gelartiges Material mit einem spez. Gew. von 1,05. Weitere Beispiele enthält die folgende Tabelle.
Beisr». Silikon Yiskosi- Gramm Gramm Gramm spez. No/ tat (.Gen- SiIi- S-IOl R-972 Gew. tistoke) kon
2 DG-360 100 . 100 3,0 16,0 1,059
8 DG-510 100 100 11,0 - 1,047
10 DG-510 100 100 10,0 2,0 1,053
11 DG-510 100 100 9,5 2,5 1,053
12 DG-510 100 100 9.0 3,0 1,053
13 DC-360 100 100 2,0 15,0 1,050
14 DG-360 100 100 4,0 13,0 1,050
24 DG-360 350 100 i;o 15,0 1,051
TABELLE I -
DG-360 ist medizinische Flüssigkeit 360 von Dow Gorning. DG-510 ist 510-Flüssigkeit von Dow Corning. S-IOl ist hydrophobes SiO2 Silanox 101. R-972 ist hydrophobes SiO£ von Degussa.
Im Falle der Blutphasentrennung muss davon ausgegangen werden, dass das spez. Gew. von ganzem Blut 1,05 - 1,06, das der leichten Phase (Blutserum) 1,02 - 1,03 und das der schweren Phase (Blutzellen) 1,08 - 1,09 beträgt. Das spez. Gew. des gelartigen Materials muss daher zwischen dem der schweren und
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dem der leichten Phase, also zwischen I,o35 und 1,06, vorzugsweise -1,04- - 1,055 0-iegen.
Die Fig. 2 zeigt die Anordnung mit einer zu trennenden,mehrphasigen Flüssigkeit 34-, z. B. ganzem Blut. Nach Vornahme einer Venenpunktur wird mit dem (nicht gezeigten) inneren oder hinteren Fadelende die Membrane 24- durchstossen; das Vakuum .zieht nunmehr Blut aus der Vene in das Rohr 12.
Kurz nach Beginn der Zentrifugierung "beginnt die in Fig. 3 angedeutete Riasentrennung der Blutprobe J4- in eine leichte Phase 38 und eine schwere Phase 4-2.- Die Grenzfläche zwischen beiden Phasen ist in der Zeichnung.mit einem Pfeil angedeutet und mit 4-4- gekennzeichnet. Bei der Trennung sinkt die schwere Phase zum Rohrboden 14-; über ihr schwebt die leichtere Phase 38. Demgegenüber hebt sich nun das gelartige Material infolge seines mittleren spez. Gew. vom Rohrboden ab und bewegt sich nach oben zur leichteren Phase hin. Dies erfolgt infolge der gelartigen Konsistenz allmählich, indem sich die Masse zunächst auslängt und dann vom Boden abgezogen wird.
Die Fig. 4- zeigt das gelartige Material in langgezogener Form und vom Boden abgehoben, während sich die Spitze bereits der Phasengrenzfläche 44- nähert. Am. Boden bleibt nur noch eine dünne Materialschicht. " * * ' ■
'■ 4ÖS82 4/078-2 ■-.■■■
Das gelartige Material gestattet während des Zentrifugieren für beide Phasen, seien sie gasförmig oder flüssig, die freie Bewegung nach oben oder unten, es hemmt zu diesem' Zeitpunkt also die freie Verteilung unter dem Einfluss der zentrifugalen Kräfte in keiner Weise.
Die Fig. 5 zeigt alle Komponenten nach Abschluss des Zentrifugierens in ihrer endgültigen Lage. Das gelartige Material 30 bildet nun eine zusammenhängende Barriere 48 zwischen der oben schwimmenden leichteren Phase und der am Gefässboden angesammelten schwereren Phase. Im Falle von Blut trennt das gelartige Material also die schweren roten Blutkörper vom leichteren Blutserum oder Blutplasma.
Die* Dicke der Abdichtung 48 lässt sich durch die Menge des eingegebenen gelartigen Materials beeinflussen. Im übrigen ist die Gleichmässigkeit der Dicke weniger wichtig, als die Kontinuität der Abdichtung. Die Gleichmässigkeit der Dicke kann aber durch Wahl der Viskosität, der Menge, durch Art des Zentrifugierens (horizontal oder im Winkel) und der Geschwindigkeit und Dauer beeinflusst werden.
Das gelartige Material soll thixotropartig wirken in dem Sinne, dass es im Ruhezustand quasifest, starr und nicht fliessend verharrt, stark viskos und thermoplastisch ist und beim Zentrifugieren fliesst, dann aber wieder in den quasifesten Zustand zurückkehrt.
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Da das gelartige Material 3° im Zustand der Abdichtung 48 quasistarr ist, kann die leichte Phase ohne Beeinträchtigung der Abdichtung abgegossen werden. Auch verträgt die Abdichtung die beim Transport und dergleichen auftretenden, wiederholten und eventuell auch, langandauernden-.Sto-ss- und Schüttelbelastungen.
Somit ist, ohne Beschränkung auf die obigen Beispiele, erfindungsgemäss jedes Material"zur Abdichtung geeignet, welches die folgenden Eigenschaften vereinigt:
1. Spez. Gew. oder Diente zwischen den entsprechenden Werten der getrennt zu haltenden Phasen;
2. gegenüber den getrennt zu haltenden Phasen umsetzungsträge;
3. im wesentlichen nicht fliessend oder quasistarr im Ruhezustand.
Diese. Eigenschaften lassen sich mit zahlreichen Mischungen von ölartigen Flüssigkeiten und Füllstoffen kombinieren wie z. B. den Estern von Polysäuren wie Dioctylsebacat, Dibutylphthalat, Tributylphosphat oder Mineralölen. Geeignete Flüllstoffe sind beispielsweise Titan- oder Zirkonoxid, Asbest, Sägemehl, feinpulverige organische Polymere wie Polyäthylen, Polypropylen, Fluorkohlenstoffe, Polyester usw. Je nach dem spez. Gew. der flüssigen Komponente kann das spezv· Gew.-des Füllstoffs das !. Gew. nach unten oder oben ver^&ieben. Auch mehrere
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Flüssigkeiten und Füllstoffe können miteinander kombiniert werden.
Das gelartige Material kann abweichend von der in den Fig. 1-5 gezeigten Möglichkeit an beliebiger Stelle der Kammer 26 eingelegt werden. In der Fig. 9 wird das gelartige Material 30a z. B. an der Rohrinnenflache unter dem Stopfen 20 angebracht. Beim Zentrifugieren wandert es dann abwärts und nimmt schliesslich die Barrierestellung in der Mitte zwischen den getrennten Phasen ein.
Die bisher beschriebene, "geschlossene" Ausbildung der Anordnung erfordert die Einbringung des gelartigen Materials durch den Hersteller. Das Material kann aber in einer anderen, "offenen" Ausbildung auch nachträglich, vom Benutzer eingeführt werden. In einer solchen Ausbildung wird das Material nach Entnahme der Flüssigkeitsprobe (z. B. Blutprobe) und vorzugsweise nach Abschluss der gegebenenfalls vorgenommenen Koagulierung oder nach teilweiser Phasentrennung in das geöffnete Rohr eingeführt. Die Einführung nach Koagulation wird bevorzugt, weil Blutzellen auf den Wänden des geöffneten Rohrs verhärten. Das Rohr wird daher zweckmässig erst nach Koagulierung geöffnet.
Bei Verwendung als "offenes" Rohr wird in das Rohr ohne gelartiges Material zunächst eine Probe, z. B. Blutprobe 34- einge-
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führt, und vorzugsweise nach Koagulierung oder nach teilweiser Phasentrennung (Fig. 3) der Stopfen herausgezogen und das gelartige Material 30a oder 30b in- das Rohr gegeben. Sodann wird der Stopfen 20 wieder aufgesetzt und mit der Zentrifugierung begonnen oder diese fortgesetzt. Die x»jeitere Wirkungsweise und das Ergebnis sind wie beim "geschlossenen" Betrieb gemäss der obigen Beschreibung.
In der weiteren Ausbildung der Pig. 6 und 7 arbeitet das gelartige Material 30 mit einer Spule 52 zusammen, um die Phasen physikalisch und chemisch getrennt zu halten. Bei "geschlossener" Anordnung werden die Spule 52 und das gelartige Material bei Herstellung in die Kammer 26 gegeben, während bei "offener" Anordnung die Spule und das Material nachträglich, d. h. u. U. nach Entnahme einer Blutprobe,,eingeführt werden.
Die Spule hat einen zylindrischen Teil 54 mit geringerem Durchmesser als die lichte Weite des Rohrs 12 und eine nach aussen verjüngt zulaufende, ringförmige, elastische Fläche 56 mit einem grösseren Maximaldurchmesser als der Teil '5^· Die Fläche soll mit der Rohrinnenwand abdichtend zur Anlage gelangen. Die Spule hat ferner einen unteren Teil 58 und eine achsiale Mittelöffnung 62. Die Spule kann z. B. die Ausbildung gemäss der Anmeldung P 22 4-3 569 haben. Die Fig. 6 zeigt die Anordnung kurz vor der Zentrifugierung, während die Fig. 7 diese nach
Abschluss derselben zeigt. Beim Zentrifugieren verhält sich
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das gelartige Material 30 wie im Zusammenhang mit den !Fig. 3 und 4 beschrieben, jedoch arbeitet hier das gelartige Material mit der Spule 52 im Sinne einer quer verlaufenden Abdichtung bzw. Abtrennung der beiden Phasen zusammen. Die Spule besteht vorzugsweise aus einem elastischen Material, wie Medizingummi, am besten mit einem zwischen dem spez. Gew. der getrennt zu haltenden Phasen liegenden spez. Gew. (bei Blut-, proben also 1,035 - 1,06). Zu Beginn des Zentrifugierens wandert die Spule 52 vom Stopfen 20 aus abwärts zur leichteren Phase, die ihrerseits nach oben durch die Achsialöffnung der Spule 62 fliesst. Die gesamte Phasenströmung geht dabei durch die öffnung 62, während die Oberfläche der Spule die Rohrinnenwand abdichtet. Die Öffnung gestattet den Durchfluss in. beiden. Sichtungen, so dass gegebenenfalls auch schwerere Flüssigkeiten oder Gase durch diese abwärts wandern können. Nach Abschluss der Zentrifugierung (Fig. 7) ist der Teil 58 der Spule in die schwerere Phase 4-2 eingetreten, während das gelartige Material 30 wenigstens teilweise durch die Spulenöffnung 62 in die leichtere Phase ragt und mit wenigstens einem kranzförmigen Teil der Öffnung 62 eine quer durch die Kammer laufende Abdichtung 66 bildet. Die Spule 52 wirkt im Rohr als Verengung, weil die beiden Phasen an der Rohrinnenwand ja stets getrennt waren, wobei die endgültige Abdichtung in der Rohrmittelöffnung durch das gelartige Material 30 an der Grenzfläche der beiden Phasen bewirkt wird. Die genaue Lage des gelartigen Materials 30 zum
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Spülenteil 58 und der Mittelöffnung 62 hängt im Einzelfall von seiner Viskosität, seiner Menge und der angewandten Zentrifugalkraft ab;. ■
Häufig sollen nicht zwei sondern drei oder mehr verschiedene ■ Phasen nach dem Zentrifugieren voneinander getrennt., gehalten werden. Dies lasst sich im Rahmen des Erfindungsgeankens durch Verwendung einer Anzahl von n-1 gelartigem Material zur Trennung von η verschiedenen Phasen erreichen. So zeigt die Anordnung der Pig. 9 ein erstes gelartiges Material 30 "bestimmten spez. Gew. am Rohrboden 14 und ein zweites gelartiges Material 30a eines anderen spez. G-ew. an der Rohrinnenwand 13 unterhalb des Stopfens. Hiermit können wenigstens drei verschiedene Phasen einer Flüssigkeit 68, nämlich eine schwerste Phase 70, eine mittlere Phase 72 und eine leichteste Phase 74-Im Rohr voneinander getrennt gehalten werden. Das spez. Gew. des ersten gelartigem Materials liegt hierbei zwischen dem der Phasen 70 und 72, das des zweiten gelartigen Materials zwischen dem der Phasen 72 und 74·.
Nach dem Abschluss des Zentrifugierens zeigt die Fig. 10 die beiden gelartigen Stoffe in der Abdichtstellung 4-8, 48a zwischen den drei Phasen. Auch hier ist, entsprechend dem weiter Oben Ausgeführten, eine "geschlossene11 und eine "offene" Αητ Ordnung möglich. Beim ersteren befindet sich während des einmaligen Zentrifugierens das gelartige Material schon seit Her-
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stellung im Rohrinneren. Beim letzteren wird zweckmässig zuerst das erste gelartige Material eingeführt, dann zentrifugiert, wodurch zwei Phasen voneinander getrennt werden, nachdem die Abdichtung 48 entstanden ist. Sodann wird das zweite gelartige Material mit einem spez. Gew. zwischen dem der mittleren und leichtesten Phase eingeführt, wieder zentrifugiert und dabei die Abdichtung 48a gebildet.
Es sind auch Kombinationen des geschlossenen und offenen Systems möglich. So kann z. B. zur Getrennthaltung von drei oder mehr Phasen das eine gelartige Material bereits von Anfang im Behälter vorgesehen sein, während das zweite Material oder gegebenenfalls weitere gelartige Stoffe erst später eingeführt werden, wobei wahlweise nur· einmal, nach oder zwei- oder mehrere Male jeweils vor Einführen des zweiten oder weiteren gelartigen Stoffes zentrifugiert wird.
Bei Bearbeitung von Flüssigkeiten mit drei oder mehr verschiedenen Phasen kann auch so vorgegangen werden, dass zunächst die schwerste Phase mit der Abdichtung 48 (Fig. 5) oder der Abdichtung 66 (!"ig. 7),in geschlossener oder offener Anordnung vorgesehen, getrennt gehalten wird; die übrigen Phasen werden dann durch nacheinander erfolgende Eingabe verschiedener gelartiger Stoffe mit jeweils geringerem spez. Gew. und nacheinander folgendes Zentrifugieren getrennt und getrennt gehalten. So kann
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ganzes Blut zunächst"in Blutzellen und Blutserum getrennt und getrennt gehalten werden, worauf das Blutserum dann weiter aufgespalten wird.
Vom Beispielfall der Bluttrennung abgesehen kann jede "beliebige Flüssigkeit mit zwei oder mehr Phasen verschiedenen spez, Gew.: mit der erfindungsgemässen" Anordnung getrennt gehalten werden. .
■■* **■■ ■- =■
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    *1# Anordnung zur "physikalischen und chemischen Getrennthal-W; tung der Phasen einer mindestens zwei verschieden dichte Phasen enthaltenden, in einem Behälter gesammelten und durch Zentrifugieren getrennten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Behälter befindliches gelartiges Material mit einem zwischen" dem der zu trennenden Phasen liegenden spezifischen Gewicht sich beim Zentrifugieren in den Bereich der Grenzfläche der zentrifugxerten Phasen nicht unterhalb derselben und an die Behälterwand legt und eine ununterbrochene', halbstarre Trennwand zwischen den Phasen bildet.
    "2. Anordnung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gelartige Material hydrophob und gegenüber den zu trennenden Phasen chemisch träge ist.
    5. Anordnung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gelartige Material im wesentlichen thixotrop ist.
    4. Anordnung gemäss Anspruch $, dadurch gekennzeichnet, dass das gelartige Material aus einer Mischung einer Silikonflüssigkeit und hydrophober Kieselsäure besteht.
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    5. Anordnung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das'Silikon ein Dimethylpolysiloxan und die Kieselsäure geräuchertes Siliziumdioxid mit an seine Oberfläche gebundenen Trimethylsilylgruppen ist.
    6. Anordnung gemäss einem der Ansprüche 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, dass der am einen Ende offene Behälter mit einem selbstabdichtenden Verschluss versehen ist und nach Auspumpen eine geschlossene Sammelkammer für die zu trennende Flüssigkeit bildet.
    7. Anordnung gemäss irgend einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Trennung von menschlichem Blut in seine -Phasen.
    8. Anordnung gemäss Inspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Gewicht des gelartigen Materials 1,035 - 1,06 beträgt.
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    9- Anordnung gemäss irgend einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung von wenigstens drei Phasen verschiedener Dichte ein erstes gelartiges Material mit einem zwischen dem einer ersten und einer zweiten Phase liegenden spezifischen Gewicht und ein zweites gelartiges Material mit . einem zwischen dem der zweiten und einer dritten Phase liegenden spezifischen Gewicht vorgesehen ist, wobei das erste Material die ersten beiden Phasen voneinander und das zweite Material die zweite von der dritten Phase trennt.
    10. Anordnung gemäss irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gelartige Material bei der chemischen und physikalischen Trennung mit einer an sich bekannten Trennspule bestimmten spezifischen Gewichts zusammenwirkt.
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