DE2432498A1

DE2432498A1 - Zweikammer-schnellgewinnungszentrifuge

Info

Publication number: DE2432498A1
Application number: DE2432498A
Authority: DE
Inventors: Allan Gregg Dennison; Thomas Francis Kelley; Anthony Joseph Waraksa
Original assignee: Instrumentation Laboratory Co
Current assignee: Instrumentation Laboratory Co
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1974-07-04
Publication date: 1975-01-30
Also published as: FR2236179B1; CA1012942A; US3880592A; IT1020659B; DE2432498B2; GB1473705A; DE2432498C3; JPS5038167A; JPS534949B2; JPS5224262B2; JPS515665A; FR2236179A1

Description

9384-74/BT
Case 72-06

INSTRUMENTATION LABORATORY, INC.

113 Hartwell Avenue, Lexington, Massachusetts,

Vereinigte Staaten von Amerika

Zweikammer-Schnellgewirmungszentrifuge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Verarbeiten von flüssigen Materialien, insbesondere die Gesichtspunkte der Abscheidung und Analyse eines Bestandteils derartiger Materialien. Die Erfindung findet eine besondere Anwendung in Verbindung mit der schnellen Abscheidung der zellenförmigen Anteile des vollständigen Bluts aus den Plasmaanteilen.

Die chemische Auswertung bestimmter Blutbestandteile ist eine Hilfe für die Diagnose vieler Krankheitszustände und es wird eine Anzahl derartiger BlutChemiebestimmungen beim Plasma oder dem flüssigen Anteil des Bluts durchgeführt. Zur Vorbereitung von

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Plasmaproben für die Analyse werden die roten und weißen Zellenbestandteile in typischer Weise in einem erhöhten Schwerkraftfeld in einer klinischen oder Laboratoriumszentrifuge abgeschieden. Die Laboratorien verwenden für gewöhnlich Zentrifugensysteme mit einer Vielzahl von Kammern, wodurch die Abscheidung einer . großen Anzahl von Proben in jedem Durchlauf ermöglicht wird. In einem typischen System dieser Bauart werden die.Blutproben auf Behälter übertragen, die sich zum Einsetzen in den Zentrifugenrotor eignen, wobei die Behälter symmetrisch um den Rotor eingesetzt werden, um das dynamische Gleichgewicht des Systems aufrecht zu erhalten. Der Rotor wird auf Arbeitsdrehzahl gebracht und während einer ausreichenden Zeit auf dieser Drehzahl gehalten, um die vollständige Ablagerung der Blutzellen sicherzustellen. Nachdem die Ablagerung beendet ist, wird der Rotor ruckfrei verzögert, so daß die abgelagerten Zellen nicht aufgewirbelt oder rücksuspendiert werden. Wenn der Rotor angehalten ist, werden die einzelnen Behälter entfernt und das Plasma wird abgefüllt oder sonst irgendwie auf andere Behälter übertragen, da eine fortgesetzte Berührung mit den Zellenanteilen die Konzentration bestimmter chemischer Bestandteile des Plasmas für eine nachfolgende Analyse verändert.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung neuartiger und verbesserter Verfahren und einer Vorrichtung zum schnellen Gewinnen eines Plasmas aus Proben des gesamten Bluts für eine chemische Analyse.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung neuartiger und verbesserter Verfahren und einer Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Verarbeiten von Proben von kostbaren Fluiden zum Abscheiden eines Bestandteils aus dem kostbaren Fluid zum nachfolgenden Verarbeiten eines derartigen abgeschiedenen Bestandteils.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen und verbesserten Abscheidevorrichtung zum Verarbeiten von Fluidproben, die das schnelle und wirksame Abscheiden und die

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Extraktion eines Bestandteils jeder Fluidprobe erleichtert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen und verbesserten Abscheidevorrichtung, die das Verarbeiten von aufeinanderfolgenden Fluidproben erleichtert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung neuartiger und verbesserter Verfahren und einer Vorrichtung zum Abscheiden von Bestandteilen aus biologischen Fluiden durch Zentrifugieren und eine nachfolgende Reihenanalyse.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Blutanalysesystem vorgesehen mit einer Plasmaanalysezelle, mit einem Plasmaabscheider, mit einer ersten Leitung zum Liefern von vollständigem Blut zum Plasmaabscheider und mit einer zweiten Leitung zum Fördern des Plasmas vom Abscheider zur Analysezelle für die Analyse. In einer bevorzugten Ausführungsform betätigt eine Steuereinrichtung gleichzeitig den Abscheider und die Analysezelle zum Analysieren einer ersten Plasmaprobe in der Analysezelle, während der Abscheider eine zweite Plasmaprobe für die Analyse vorbereitet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden Proben von kostbaren Fluiden, etwa Blut, aufeinanderfolgend in Zentrifugalabscheidevorgängen verarbeitet. Eine Fluidprobe wird in die Abscheidevorrichtung eingesetzt, die dann betätigt wird zum Abscheiden der Probe in wenigstens zwei Bestandteile. Wenigstens ein Teil einer der abgeschiedenen Bestandteile wird aus der Abscheidevorrichtung entlang einer ersten Bahn entfernt, während ein weiterer Bestandteil entlang einer gesonderten zweiten Bahn aus der Abscheidevorrichtung entfernt wird. Anschließend daran wird eine Spüllösung entlang der ersten Bahn im Gegenstrom zur Entfernungsrichtung strömen gelassen, und zwar in und durch die Abscheidevorrichtung und aus der zweiten Bahn heraus, zum Reinigen der Vorrichtung für die Vorbereitung auf den nächsten Probenverarbeitungszyklus.

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Gemäß einem weiteren und verwandten Merkmal der Erfindung weist die Abscheidevorrichtung einen Zentrifugenrotor auf mit einer von der Drehachse des Rotors entfernten Abscheidekammerkonstruktion und mit einer zweiten Kammerkonstruktion. Eine erste Öffnungskonstruktion an der Drehachse steht in Verbindung mit der zweiten Kammerkonstruktion und eine zweite Öffnungskonstruktion ist entfernt von der Drehachse am Ende der Abscheidekammerkonstruktion angeordnet. Die Verarbeitungsfolge beinhaltet folgende Schritte: Einleiten einer ersten Fluidprobe in die Rotorkammerkonstruktion durch die erste Öffnungskonstruktion, schnelles Drehen des Rotors zur Verteilung der Fluidprobe zur Abscheidekammerkonstruktion und zur Abscheidung der Fluidprobe in einzelne Bestandteile in der Abscheidekammerkonstruktion, Verlangsamen des Rotors, damit einem Teil des in der Abscheidekammerkonstruktion befindlichen Materials gestattet wird, in die zweite Kammerkonstruktion zu fließen, Entfernen des Materials aus der zweiten Kammerkonstruktion durch die erste Öffnungskonstruktion, öffnen der zweiten Öffnungskonstruktion zum Entfernen eines weiteren Teils der Probe aus der Rotorkammerkonstruktion durch die zweite öffnungskonstruktion und Strömenlassen einer Spüllösung durch die erste Öffnungskonstruktion in und durch die Rotorkammerkonstruktionen und aus der zweiten Öffnungskonstruktion zum Reinigen der Rotorkammerkonstruktion in Vorbereitung für den nächsten Probenverarbeitungszyklus.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Abscheidevorrichtung vorgesehen mit einem drehbar um eine feststehende Achse angeordneten Rotor. Innerhalb des Rotors sind eine Abscheidekammerkonstruktion und eine zweite Kammerkonstruktion ausgebildet, wobei die zweite Kammerkonstruktion vorzugsweise an der Rotorachse angeordnet und die Abscheidekammerkonstruktion vorzugsweise symmetrisch um die Rotorachse herum angeordnet ist. Der Rotor enthält auch eine Drosselkonstruktion zwischen der Abscheidekammerkonstruktion und der zweiten Kammerkonstruktion, die einen Teil des Materials in der Abscheidekammerkonstruktion nach dem Abscheiden zurückhält, und enthält eine Sondenkonstruktion zum

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Entfernen von Material aus der zweiten Kammerkonstruktion. Die Sondenkonstruktion kann eine Vielzahl von Gestalten annehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Entfernen von Material ein Ansaugen angewendet, während bei anderen Ausführungsformen eine Sonde mit abgebogener Spitze eingesetzt und der Rotor schnell gedreht werden kann, wobei die Kraft des sich schnell drehenden Materials bewirkt, daß dieses zum Entfernen in die Sonde fließt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Abscheidekammerkonstruktion eine Abscheidekammer, die mit dem oberen Teil näher der Drehachse als mit dem unteren Teil angeordnet ist. Die zweite Kammerkonstruktion hat einen Sumpfteil und die Sondenkonstruktion ist so angeordnet, daß sie sich durch eine Einlaßöffnung zum Entnehmen von Material aus dem Sumpfteil bewegt. Bei dieser Ausführungsform sind die Wände aller Kammerkonstruktionen feststehend ausgebildet, wodurch eine stabile kompakte Rotorkonstruktion vorgesehen wird, die schnell auf hohe Drehzahlen beschleunigt werden kann.

Bei einer besonderen Ausführungsform sind zwei rohrförmige Abscheidekammern, von denen jede unter einem Winkel von weniger als 50 gegenüber der Rotorachse geneigt ist, einander gegenüberliegend angeordnet, während eine Auslaßöffnungskonstruktion entfernt von der Rotorachse am Ende jeder Abscheidekammer angeordnet ist. Der einzige bewegliche Bestandteil der Rotorkonstruktion ist eine Ventilkonstruktion, die normalerweise die Auslaßöffnungskonstruktionen schließt. Eine Ventilbetätigungskonstruktion ist unabhängig vom Rotor eingebaut zum Steuern der Ventilkonstruktionen. Eine mit der Ventilbetätigungskonstruktion verbundene Rastkonstruktion gestattet eine Zurückstellung der Ventilbetätigungskonstruktion in eine von der Ventilkonstruktion in Abstand befindliche Stellung, so daß der Rotor unabhängig von der Betätigungskonstruktion angetrieben werden kann. Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine einzige geneigte Abscheidekammer verwendet, während der Rotor von einer biegsamen Welle

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angetrieben und durch seine kritische Drehzahl hindurch beschleunigt wird, so daß bei seiner maximalen Betriebszahl ein neuer Massenmittelpunkt wirksam hergestellt wird und sich das System im Gleichgewichtszustand befindet.

Die Erfindung ermöglicht das Verarbeiten von kleinen Volumen von vollständigem Blut (ungefähr 1 ml) in einem schnellen Zyklus, um ungefähr 1/3 ml von Plasma in einem Reihensystem zwischen einer Quelle von vollständigen Blutproben und einer Plasmaanalysezelle zu erhalten. Aufeinanderfolgende Proben von Plasma können schnell erhalten werden. Der im System verwendete Zentrifugenrotor hat eine oder mehrere einstückige geneigte rohrförmige Kammern, die zur Aufnahme des abgeschiedenen Plasmas mit einer zweiten Kammer verbunden sind. Die zweite Kammer hat einen ausgenommenen Boden, der das Entfernen von vorhandenem Plasma erleichtert. Die rohrförmigen Abscheidekammern verlaufen unterhalb der zweiten Kammer, so daß die zellenförmigen Bestandteile des Bluts sich in die Abscheidekammer oder Abscheidekammern unterhalb den Schnittpunkten mit der zweiten Kammer hinein aufschichten. Bei einer besonderen Ausführungsform wurde diese Beziehung gewählt, um die abgeschiedenen Zellen in diesen Kammern sogar für den Fall des höchsten voraussichtlichen Hämatokrits in der gerade verarbeiteten Blutprobe zurückzuhalten. Die getrennte rohrförmige Abscheidekammeranordnung hemmt auch das Blut während der Beschleunigung und Verzögerung, so daß eine Plasmaprobe schnell erhalten werden kann ohne ein Rückmischen oder Ansteigen der Hämoglobingehalte im Plasma während einer schnellen Verzögerung. Die runde Ausbildung des Rotors vermindert die Luftreibung während des Betriebs. Eine nach unten abstehende Lippe verhindert die Verunreinigung der Befestigungs- und Lagerkonstruktion.

Bei einer besonderen Ausführungsform wird die Probenentfernungssonde oben in den Rotor entlang der Drehachse bis zu einer Bodenstellung auf der unteren Fläche der zweiten Kammer eingesetzt, wobei die Sonde vorgespannt wird, um das Erreichender Bodenstel-

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lung ohne das Erfordernis genauer Einstellungen der zulässigen Sondenbewegung zu gewährleisten. Die Auslaßöffnungsventile sind Glieder, die für eine parallel zur Drehachse des Rotors verlaufende Bewegung in der Weise angebracht sind, daß eine Änderung des Massenträgheitsmoments aufgrund einer Ventilbetätigung auf ein Minimum gebracht wird. Diese Ventile werden durch eine Ventilbetätigungsscheibe bewegt, die zu allen Zeiten außerhalb der tatsächlichen Bewegung der Ventilglieder in einer außer Berührung mit dem Rotor befindlichen Stellung verriegelt ist.

Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Abscheidevorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht des Rotors der in Fig.l gezeigten Abscheidevorrichtung ;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2; Fig. M- einen Schnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 2;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht von Einzelheiten eines Auslaßventils in Öffnungsstellung;

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht des Auslaßventils in Schließstellung;

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Systems nach der Erfindung zum Verarbeiten von Blut;

Fig. 8 ein Zeitgebungsdiagramm, das die Aufeinanderfolge von Vorgängen des in Fig. 7 gezeigten Systems angibt;

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Fig. 9-12 eine Reihe von schematischen Ansichten, die die unterschiedlichen Zustände der Zentrifuge während einer Aufeinanderfolge von Vorgängen des in Fig. 7 gezeigten Systems darstellen.

Die in Fig. 1 gezeigte Zentrifugenvorrichtung enthält ein Gehäuse 10, in der ein Rotor 12 um eine Achse 14 drehbar gelagert ist. Am Rotor 12 ist eine Welle 16 befestigt, die durch in einem Tragglied 22 eingebaute Lager 18, 20 gelagert wird. Die Welle 16 wird von einem Elektromotor 2¹I, insbesondere einem Spaltpolmotor, "mit 1/8 PS und mit einer ruckfreien Beschleunigungskurve über verzahnte Riemenscheiben 26, 28 und einen Riemen 30 angetrieben.

Das Gehäuse 10 enthält untere und obere Gehäuseglieder M-O bzw. 50. Das untere Gehäuseglied 40 enthält eine Auslaßöffnung 42, eine ringförmige nach oben stehende Umlenkwand 44, außerhalb der Umlenkwand 44 eine zur Auslaßöffnung 42 hin entwässernde geneigte Fläche 46 und eine zylindrische Außenwand 48. Das obere Gehäuseglied 50 enthält eine Deckwand 52, die eine öffnung 54 bildet, durch die das Material in den Rotor 12 eingeführt und aus^diesem entfernt werden kann, und eine zylindrische Wand 5 6 mit der Wand 48 ähnlichen Abmessungen. Eine Umlenkplatte 58 ist zwischen den unteren und oberen Gehäusegliedern 40 und 50 angeordnet. Mit der öffnung 54 ist eine Einlaßleitung 60 und eine Probeleitung verbunden. Die Leitung 62 ist so angeordnet, daß sie sich auf einer Stange 66 einer Betätigungseinrichtung 68 in das Gehäuse und den Rotor 12 hinein und aus diesen heraus bewegt. Eine Feder 70 spannt, wie in Fig. 1 angegeben, die Leitung 62 in eine obere Stellung vor, während eine Feder 72 eine Bewegung der Sonde 62 gegenüber dem Arm 64 gestattet.

Der Rotor 12, von dem Einzelheiten in Fig. 2-4 zu sehen sind, ist ein einteiliges Glied, das aus einem geeigneten Material, etwa einem durchscheinenden (z.B. akrylartigem) Plastikmaterial, Aluminium oder Titan hergestellt ist, und enthält eine zylindrische Basis 100 von ungefähr 25,4 mm Höhe und 85,6 mm

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Dur chine's s er, in dem zwei Auslaßkanäle 104, 106 ausgebildet sind. Ein nach unten abstehendes Hemd 102 hat eine Tiefe von ungefähr 9,5 mm. Die beiden Auslaßkanäle 104, 106 mit je 12,7 mm Durchmesser sind in der Basis ausgebildet und erstrecken sich radial auswärts. Ein ein Ventilglied 110 (Fig. 1) aufnehmender senkrechter Kanal 108 von 4,8 mm Durchmesser schneidet jeden Auslaßkanal. Am inneren Ende jedes Auslaßkanals befindet sich eine Kammeröffnung 112 von 0,76 mm Durchmesser.

Die Rotorkonstruktion oberhalb der Basis 100 enthält einen konischen Kammerteil 114, der 22,2 mm hoch ist und sich von"einer Abmessung von 50,8 mm an seiner Basis bis zu einer Abmessung von 22,2 mm verjüngt. Oberhalb des konischen Teils 114 befindet sich ein zylindrischer Einlaßöffnungsteil von 22,2 mm Durchmesser und 9,5 mm Höhe. Im zylindrischen Teil 116 ist eine Einlaßöffnung ausgebildet, deren Durchmesser geringfügig kleiner als 12,7 mm ist. Eine gemeinsame Kammer 120 und zwei Abscheidekammern 122, 124 sind im konischen Abschnitt des Rotors ausgebildet. Die gemeinsame Kammer 120 ist sektorförmig ausgebildet und hat eine Basisfläche 12 6 mit einem Radius von ungefähr 2 5,4 mm vom Punkt 12 8 aus und eine Breite von ungefähr 4,8 mm. Die beiden Abscheidekammern sind zylindrische Bohrungen, deren Achsen sich im Punkt 128 schneiden, und sind unter einem Winkel von 30° zur Rotorachse 24 geneigt. Jede Abscheidekammer erstreckt sich ungefähr 17,8 mm unter die Abscheidelippe oder den Damm 130 an jedem Ende der Basisfläche 126 der gemeinsamen Kammer 120. Auf diese Weise bildet der Rotor eine kompakte Konstruktion mit einer gemeinsamen Kammer 120, deren Volumen und Ausrichtung auf die Volumen der Abscheidekammern 122, 124 in einer Anordnung bezogen ist, in der ein bekannter Bruchteil des abgeschiedenen Materials in den Kammern 122, 124 getrennt von dem Material in der gemeinsamen Kammer 120 gehalten wird.

Die Sonde 62 wird verwendet zum Entfernen von Material aus der gemeinsamen Kammer.

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Zusätzliche Einzelheiten der Beschaffenheit der Kammerauslaßventile und der Ventilbetätigungsbolzen sind in Fig. 5 und 6 zu sehen. Die Auslaßmündung jeder Austrittsöffnung 112 wird von einer ringförmigen flachen Fläche 150 und außerhalb hiervon von einer unter einem Winkel von 15 geneigten ringförmigen konischen Fläche 152 umgeben. In jedem Kanal 104, 106 sind eine Abdichtungsscheibe 154 aus elastischem Material, ein Ausfluchtungsring 156 und eine Betätigungskugel 158 aus Glas angeordnet. Die Ventilbetätigungseinrichtung 110 ist ein zylindrischer gasgefüllter Nylonbolzen mit einer oberen Anflächung 160 und einer unteren Anflächung 162, die durch eine Obergangsrampe 164 von 6,4 mm Länge verbunden sind. Der Höhenunterschied von der Anflächung 160 zur Anflächung 162 beträgt 1,14 mm. Eine Aussparung 166 von 3,2 mm Tiefe und 7,9 mm Höhe nimmt eine Betätigungsscheibe 170 aus nicht rostendem Stahl von 1,59 mm Dicke auf. Jeder Ventilbetätigungsbolzen ist zwischen einer in Fig. 5 gezeigten oberen Stellung, in der das Ventil offen ist, und einer in Fig. 6 gezeigten unteren Stellung, in der das Ventil geschlossen ist, bewegbar. In der unteren Stellung befindet sich die tragende Fläche 160 in Berührung mit der Ventilkugel 15 8 und drückt diese Ventilkugel gegen die Dichtscheibe 154, um diese gegen die Fläche 150 zusammenzudrücken und die Austrittsöffnung 112 zu schließen. Wenn der Ventilbolzen in seine obere Stellung verschoben ist, bewegen sich die Kugel 15 8 und die Scheibe 15 4 frei radial auswärts und gestatten ein Öffnen der Austrittsöffnung 112. Das Fluid in der Kammer strömt durch die Austrittsöffnung an der Ventilscheibe 154 und der Kugel 158 vorbei zur Austrittsöffnung 106 für einen Austritt in die äußere Kammer des unteren Abschnitts des Gehäuses und für ein nachfolgendes Ausströmen durch die Ablaßöffnung 42 CFig. 1).

Die Ventilbetätigungseinrichtung ist, wie oben angegeben, eine Scheibe aus nichtrostendem Stahl, die auf zwei Betätigungsstangen 172 getragen wird, vgl. Fig. 1. Die Stangen 172 werden durch in Bohrungen 176 im Tragglied 22 befestigte Büchsen 174 positioniert. Ein an den unteren Enden der Stangen 172 befestigter

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Antriebsbalken 178 ist seinerseits an einer Stange 180 einer Betätigungseinrichtung 18 2 angeschlossen. Ein an einer der Stangen 172 befestigter Anschlag 184 arbeitet mit einem Rastglied 186 zusammen, dessen Stellung durch die Betätigungseinrichtung 188 gesteuert wird.

Im Betrieb bewegt sich die Ventilbetätigungseinrichtung 182 zwischen zwei Stellungen, einer oberen und einer unteren Stellung. Die obere Stellung bewegt die Ventilbolzen 110 in die in Fig. 5 gezeigte Stellung, während die untere Stellung die Ventilbolzen 110 in die in Fig. 6 gezeigte Stellung bewegt. Während die Bolzen bewegt werden, wird die Raste 18 6 zurückgezogen. Nachdem sich die Bolzen 110 in irgendeine der beiden Stellungen bewegt haben, wird die Raste 186 vorwärtsbewegt und die Betätigungseinrichtung 182 zurückgeführt, um den Anschlag 184 gegen die Raste 186 zu setzen , vgl. Fig. 1. In einer derartigen Stellung ist die Betätigungsplatte 170 von irgendeiner der beiden Seiten der Aussparungen 166 in den Ventilbolzen in Abstand angeordnet. Somit ist die Ventilbetätigungseinrichtung 170 vom Rotor 12 gelöst.

Eine schematische Darstellung eines Systems, das die in Fig. 1 gezeigte Abscheidevorrichtung zum Behandeln von Blutproben verwendet, ist in Fig. 7 gezeigt. Das Systemeinlaßrohr 60 ist mit dem Auslaß einer peristaltischen Probenpumpe 200 verbunden, deren Einlaß 202 mit einer Probenspitze 204 verbunden ist, die verwendet wird zum Ansaugen einer Probe von vollständigem Blut aus einem Behälter 206 in einem Probengestell 208 oder z.B. einer salzhaltigen Spüllösung aus einem Behälter 210. Die Probensonde 62 ist über eine Leitung 214 mit einer peristaltischen Pumpe 216 verbunden, deren Auslaß 218 über ein Ventil 220 mit einer eine Analysenküvette 224 versorgenden Leitung 222 oder mit einer Ablaßleitung 226 verbunden ist. Mit der Analysenküvette 224 in dieser Ausführungsform ist eine Strahlungsquelle 22 8 und ein Fotosensor 230 für eine kolorimetrische Analyse des Plasmas vereinigt. Das System wird durch eine geeignete Steuereinrichtung 232 gesteuert, etwa durch einen Minicomputer der von der Digital Equipment

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Corporation oder der Data General Corporation hergestellten Bauart. Die Steuereinrichtung liefert Signale über Leitungen 234 zu den Systembestandteilen, um die Probe aus vollständigem Blut in den Abscheider 12 einzusetzen, betätigt die Zentrifuge zum Abscheiden von Plasma aus dem Blut, fördert die Probe von abgeschiedenem Plasma zur Analysenküvette 22·+ zur Analyse, reinigt die Zentrifuge 12 und lädt dann eine weitere Probe aus vollständigem Blut für eine weitere Plasmaabscheidungsfolge. Die Analyse wird vorzugsweise eingeleitet, während die Zentrifuge gereinigt

während
wird,/die Küvette während der Plasmaabscheidungsfolge gereinigt und nach Bedarf mit einem Reaktionsmittel geladen wird, wobei die Analyse, das Reinigen der Küvette und die Wiederladefolge ebenfalls durch Signale aus der Steuereinrichtung 25¹+ gesteuert werden.

Wenn das System nicht in Betrieb ist, können die Ventile 110 in offener Stellung gelassen werden, vgl. Fig. 5. Wenn das System in Betrieb gesetzt wird, liefert die Steuereinrichtung 232 ein Signal zum Erregen der Betätigungseinrichtung 182 zum Abwärtsbewegen der Stangen 172 und Schließen der Ventile, vgl. Punkt 2M-O S Fig. 8. Die Raste 186 wird in ihre Stellung bewegt und die Betätigungseinrichtung 182 wird zurückgeführt, um die Scheibe außer Eingriff mit den Aussparungsflächen der Betätigungsbolzen 110 zu bewegen. Ein spezifisches Volumen 238 von Blut, im vorliegenden Fall etwa 1 ml, wird dann durch das Arbeiten der Pumpe 200 in die Kammern des Rotors über die Probenspitze 204·, das Einlaßrohr 60 und die Öffnungen 54 und 118 eingeführt, vgl. Linie 242 in Fig. 8. Um ein gleiches Füllen der Abscheidekammern 122, 124 sicherzustellen, kann das Blut bei langsam drehendem Rotor eingeführt werden. Das Blut kann auch eingeführt werden während der Rotor stillsteht, wobei der Rotor dann kurz (ungefähr fünf Sekunden, vgl. Linie 244) gedreht wird, um eine Auswärtsbewegung des Bluts und ein Füllen der Abscheidekammern 122, 124 zu bewirken. Der Rotor wird dann gebremst (z.B. ungefähr drei Sekunden, vgl. Linie 246) und dem Blut wird dann gestattet, sich gleichmäßig zu verteilen. Bei diesem Schritt befindet sich das Zentrifugensystem in dem in Fig. 9 angegebenen Zustand.

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Der Zentrifugenrotor wird dann auf 17 000 U/min beschleunigt, wobei der Rotor dann in ungefähr neun Sekunden, vgl. Linie 248, auf Drehzahl kommt und bei voller Drehzahl während ungefähr dreißig Sekunden, vgl. Linie 2 50, betrieben wird. Die Blutbestandteile werden schnell in den engen langgestreckten Kammern 122, 124 unter dem Einfluß der Fliehkraft abgeschieden. Wie JLn Fig. 10 angegeben, befinden sich die zellenförmigen Bestandteile 2 54 (in typischer Weise 40 bis 50 % Hematokrit, jedoch bis zu ungefähr 70 % Hematokrit) an den tieferen äußeren Teilen der Kammern 122, 124, da sie ein größeres Gewicht haben, während sich die Plasmabestandteile 2 56 oberhalb und innerhalb der zellenförmigen Bestandteile befinden, wie in Fig. 10 angegeben. Der Rotor wird dann in ungefähr sechs Sekunden, vgl. Linie 25 8, bis zum Stillstand gebremst. Wenn der Rotor angehalten ist, vgl. Linie 260, wird die Plasmasonde 62 in die gemeinsame Kammer 120 des Rotors durch die Öffnungen 52 und 118 eingesetzt bis sie an der Fläche 126 aufstößt. Die Spitzenausbildung der Sonde ist von der Art, daß öffnungen an gegenüberliegenden Seiten für den Eintritt des Plasmas vorgesehen sind, wobei die auf die Sonde 62 wirkende Feder 72 der Sonde gestattet, sich gegenüber dem Tragarm 64 zu bewegen und somit das Erfordernis für ein Zusammenarbeiten zwischen der Bewegung der Stange 66 und dem Abstand der Sondenspitze von der Fläche 12 zu vermeiden. Das Plasma wird aus dem etwa durch die Lippen 130 begrenzten Sumpfbereich entfernt, vgl. Fig. 11, und durch den Betrieb der peristaltischen Pumpe 216 während eines Intervalls von ungefähr 12-15 Sekunden zur Analysenküvette 224 gefördert, vgl. Linie 2 60. Die Abmessungen dieses Systems sind von der Art, daß ungefähr 1/3 ml Plasma aus der gemeinsamen Kammer 120 abgezogen wird.

Wenn der Plasmaentfernungsvorgang beendet ist, wird die Raste freigegeben, die Betätigungseinrichtung 18 2 wird in Betrieb gesetzt zum Anheben der die Ventile öffnenden Ventilbolzen 110 und die Betätigungsscheibe wird dann in versetzter Lage verriegelt. Der Rotor wird dann wieder beschleunigt, vgl. Linie 262, und die zellenförmigen Bestandteile 2 54 und das verbleibende Plasma 256

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werden durch die Kanäle 112, 104 und 106 durch Fliehkraft hinausbefördert. Eine Reinigungslösung wird vom Behälter 210 durch die Pumpe 200 und den Einlaß 60 eingeführt zum Reinigen des gesamten Bluteinlaßsystems und der äußeren Fläche der Probensonde 62. Diese Reinigungslösung strömt in den Rotor und kann durch die Austrittsleitung 214, die Pumpe 216, das Ventil 222 und die Ablaßleitung 226 gepumpt werden. Der Rotor kann auch so gedreht werden, daß die Reinigungslösung durch die Austrittsöffnung 112 ausfließt und somit den Rotor und das Gehäuse reinigt. Der Rotor wird dann angehalten und wieder eingestellt zum Einführen der nächsten Probe aus vollständigem Blut. Gleichzeitig mit diesem Reinigungsvorgang kann die Analyse der Plasmaprobe unter der Steuerung der Steuereinrichtung 232 ausgeführt werden, wobei das Signal aus dem Sensor 230 durch die Steuereinrichtung verarbeitet und ein Ausgang zu einer Anzeigevorrichtung 2 36 vorgesehen wird. Nach der Analyse wird das Ventil 270 geöffnet, der Inhalt der Küvette 224 abgelassen, die Reinigungslösung durch die Küvette strömen gelassen, das Ventil geschlossen und die Küvette für die nächste Plasmaanalysefolge mit Reaktionsmittel· gel·aden. Das Reinigen und Wiede^aden der Küvette findet gleichzeitig mit der Plasmaabscheidefolge statt.

Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung ein aufeinanderfolgendes Verarbeiten von kleinen Proben von kostbaren Fluiden, etwa vollständigem Blut, in dieser besonderen Ausführungsform, wobei jede Probe ungefähr 1 mm beträgt, und zwar in einer Reihenanordnung zwischen dem Probeneingang und der Analysekammer. Die Probe erzeugt ungefähr 1/3 ml Plasma, wobei jeder Abscheide- und Reinigung svorgang weniger als zwei Minuten dauert.

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Claims

Patentansprüche

1. Blutanalysesystem, gekennzeichnet durch eine Plasmaanalyseeinheit, durch einen Plasmaabscheider, durch eine erste Leitung zum Liefern von vollständigem Blut zum Plasmaabscheider und durch eine zweite Leitung zum Fördern von Plasma vom Abscheider zur Analysezelle für die Analyse.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum gleichzeitigen Betätigen des Abscheiders und der Analyseeinheit zum Analysieren einer Plasmaprobe in der Analyseeinheit, während der Abscheider eine weitere Plasmaprobe für die Analyse in der Analyseeinheit vorbereitet.

3·! System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ^-^ der Abscheider einen Zentrifugenrotor aufweist mit einer auf der Drehachse des Rotors angeordneten Kammerkonstruktion, mit einer um die Drehachse herum angeordneten Abscheiderkammerkonstruktion, mit einer in Verbindung mit der gemeinsamen Kammerkonstruktion stehenden ersten Öffnungskonstruktion an der Drehachse und mit einer am Ende der Abscheidekammerkonstruktion entfernt von der Drehachse angeordneten zweiten Öffnungskonstruktion.

System nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider folgendes enthält: einen zur Drehung um eine feststehende Achse angeordneten Rotor, eine innerhalb des Rotors gelegene Abscheidekammerkonstruktion und zweite Kammerkonstruktion, wobei die Abscheidekammerkonstruktion gegenüber der Rotorachse versetzt ist, eine Drosselkonstruktion zwischen der Abscheidekammer und der zweiten Kammerkonstruktion zum Zu- ' rückhalten eines Teils des Materials in der Abscheidekammerkonstruktion nach dem Abscheiden, und eine Sondenkonstruktion zum Entfernen von Material aus der zweiten Kammerkonstruktion.

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5. Abscheidevorrichtung, gekennzeichnet durch einen zur Drehung um eine feststehende Achse angeordneten Rotor, durch eine Abscheidekammerkonstruktion und eine zweite Kammerkonstruktion innerhalb des Rotors, wobei die Abscheidekammerkonstruktion gegenüber der Rotorachse versetzt ist, durch" eine Drosselkonstruktion zwischen der Abscheidekammerkonstruktion und der zweiten Kammerkonstruktion zum Zurückhalten eines Teils des Materials in der Abscheidekammerkonstruktion nach dem Abscheiden, und durch eine Sondenkonstruktion zum Entfernen von Material aus der zweiten Kammerkonstruktion.

6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider folgendes enthält: eine Abscheidekammer, wobei der obere Teil der Abscheidekammer näher an der Rotorachse als der untere Teil gelegen ist, und einen Sumpfabschnitt in der zweiten Kammerkonstruktion, wobei die Sondenkonstruktion für eine Bewegung in der zweiten Kammerkonstruktion angeordnet ist zum Entnehmen von Material aus dem Sumpfabschnitt.

7. System nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände aller Kammerkonstruktionen feststehend ausgebildet sind, wodurch ein kompaktes Rotorsystem vorgesehen wird, das schnell auf hohe Drehzahlen beschleunigt werden kann.

8. System nach Anspruch H bis 7, gekennzeichnet durch eine am Ende der Abscheidekammerkonstruktion entfernt von der Rotorachse gelegene Austrittsöffnungskonstruktion und durch eine Ventilkonstruktion, die normalerweise die Austrittsöffnungskonstruktion schließt.

9♦ System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine unabhängig vom Rotor angeordnete Ventilbetätigungskonstruktion zum Steuern der Ventilkonstruktion.

10. System nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine mit der Ventilbetätigungskonstruktion verbundene Rastkonstruktion,

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die ein Wiedereinstellen der Ventilbetätigungskonstruktion in eine Stellung gestattet, die von der Ventilkonstruktion in Abstand angeordnet ist, so daß der Rotor unabhängig von der Betätigungskonstruktion angetrieben werden kann.

11. System nach Anspruch 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidekammer eine einstückige geneigte rohrförmige Kammer ist, die mit der zweiten Kammerkonstruktion verbunden ist, wobei die zweite Kammerkonstruktion zur Aufnahme eines abge-. schiedenen Bestandteils einen ausgenommenen Boden hat.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die rohrförmige Abscheidekammer unterhalb der zweiten Kammer in der Weise erstreckt, daß ein zweiter abgeschiedener Bestandteil sich in die Abscheidekammer unterhalb des Schnittpunkts mit der zweiten Kammer ablagert.

13. System nach Anspruch M- bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentfernungssonde zum Einsetzen in den Rotor entlang der Drehachse bis zu einer Bodenstellung auf der unteren Fläche der zweiten Kammer angeordnet ist, wobei die Sonde vorgespannt ist, um ein Aufliegen auf dem Boden ohne das Erfordernis einer genauen Einstellung der zulässigen Bewegung der Sonde zuzulassen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände aller Kammerkonstruktionen feststehend ausgebildet sind, wodurch ein kompaktes Rotorsystem vorgesehen wird, das schnell auf hohe Drehzahlen beschleunigt werden kann.

15. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidekammern zwei einstückige rohrförmige Kammern enthalten, die unter einem Winkel von weniger als 50° gegenüber der Rotorachse geneigt und mit der zweiten Kammerkonstruktion verbunden sind.

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