DE2458384A1

DE2458384A1 - Mehrproben-rotoranordnung zur herstellung von blutfraktionen

Info

Publication number: DE2458384A1
Application number: DE19742458384
Authority: DE
Inventors: Wayne Frank Johnson; James Clifford Mailen; Jun Woodrow Wildon Pitt; Charles David Scott; Thomas Oliver Tiffany
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1973-12-10
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1975-06-26
Also published as: SE7415499L; IT1028560B; FR2254027A1; DK641374A; BE822803A; NL7415917A; IL46233A0; US3864089A; ATA981474A; AU7628374A; JPS50114293A; NO744440L; GB1451859A; ES432554A1

Description

DIPL-ING. KARL H. WAGNER

TEuEFOW 29S527 TELEGRAMMADRESSE:

PATLAW MÜNCHEN 2458384

R-423,381

DEG 10 1974

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, U.S.A. ·

Mehrproben-Rotoranordnung zur Herstellung von Blutfraktionen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zur Herstellung von Blutfraktionen und insbesondere auf eine verbesserte Mehrproben-Rotoranordnung, die in der Lage ist, Blut in Plasma und Zellfraktionen zu trennen, die Zellfraktionen zu waschen und zu hämolysieren, und um getrennt das Plasma, das Hämolysat und die gewaschenen Zellen wiederzugewinnen.

Beim klinischen Arbeiten mit Blut ist es erforderlich, stabilisierte Blutproben in Plasma und gewaschene Zellfraktionen zu trennen, bevor viele der interessierenden biochemischen Tests durchgeführt werden können. Beispielsweise kann die photometrische Analyse nur an der Plasmafraktion durchgeführt werden, da das Vorhandensein roter Blutkörperchen die gewünschte

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«. O —

Absorptionsmessung stört.

Genetische überwachungsprogramme zur Feststellung von Mutationen beim Menschen, die durch Umweltsbedingungen, wie beispielsweise das Vorhandensein ionisierender Strahlung, chemischer Verunreinigungen, usw., und auch aus anderen Gründen hervorgerufen werden, machen es erforderlich, daß sehr große Zahlen von Blutproben infolge der geringen gegenwärtig postulierten Mutationsraten genommen, präpariert und analysiert werden. Die gegenwärtig in klinischen Labors verwendeten Verfahren zur Blutfraktionsherstellung verwenden mühselige und zeitaufwendige Maßnahmen, die jedoch ein wirksames genetisches überwachungsprogramm nicht durchführbar machen würden.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher ganz allgemein das Ziel gesetzt, eine Rotoranordnung vorzusehen, die gleichzeitig Blutfraktionen aus einer Vielzahl von Blutproben herstellen kann. Insbesondere bezweckt die Erfindung, eine Rotoranordnung anzugeben,, die geeignet ist, um eine Vielzahl von Blutproben in Plasma und Zellfraktionen aufzuteilen, die Zellfraktionen zu waschen und zu hämolysieren, um schließlich das Plasma, das Hämolysat und die gewaschenen Zellen gesondert zurückzugewinnen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung sowie den weiter unten näher erläuterten Zeichnungen.

Zunächst sei die Erfindung kurz zusammengefaßt. Die Erfindung sieht, wie bereits erwähnt, eine Rotoranordnung vor, die zur Herstellung von Blutfraktionen aus einer Vielzahl von Blutproben dient. Die Rotoranordnung weist dabei einen inneren Rotorteil auf, der eine Kreisanordnung von sich radial erstreckenden Blutprobenauf nahmekammern bildet. Statische Ladedurchlässe stellen eine Verbindung zwischen der Oberseite des inneren Rotorteils und den entsprechenden Kammern in der Kreisanordnung der Kammern her, um die statische Beladung mit Blutproben zu erleichtern. Ein zentrale:

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dynamischer Verteilungsdurohlaß steht über eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Verteilungskanälen mit den zentrifugal len Enden einer jeden der Probenaufnahmekammern in Verbindung. Übertragungskanäle zum Entladen der Blutfraktionen und der Waschflüssigkeit aus den Kammern erstrecken sich von einem Punkt zwischen den zentrifugalen und zentripetalen Enden der Kammern aus radial nach innen und sodann nach aussen zum Umfang des

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inneren Rotorteils hin. Ein entfernbarer äufSerer Rotorteil definiert mindestens eine Sammelkammer zur Aufnahme von von den Übertragungskanälen abgegebenen Materialien und ist konzentrisch am inneren Rotorteil angebracht. Die gemäß der Erfindung ausgebildeten RotoranOrdnungen sind zur Trennung von Blut in Plasma und Zellfraktionen geeignet, und zum Waschen und Hämolysieren der Zellfraktion, und schließlich auch zur Wiedergewinnung des Plasmas, des Hämolysats und der gewaschenen Zellen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische, vertikal geschnittene Ansicht einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Rotoranordnung, angeordnet innerhalb eines Drehtische;

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf die Rotoranordnung gemäß Fig.1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines entfernbaren äußeren Rotorteils, der zum Sammeln der Zellfraktionswaschflüssigkeit ausgebildet ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines entfernbaren äußeren Rotorteils, der eine Anordnung von Probenanalyseküvetten definier und geeignet ist, um mit der Erfindung und in einem Schnellanalysator der Drehküvetten-Bauart verwendet zu werden.

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Es sei zunächst das bevorzugte Ausführungsbeispiei beschrieben. In der Zeichnung - vergleiche zunächst Fig. 1 - ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Rotoranordnung dargestellt, die in einen durch einen Motor angetriebenen Drehtisch 1 eingesetzt ist. Der Drehtisch 1 weist - wie gezeigt - Durchlässe 2 auf, die sich von der Drehtischachse aus zu verschiedenen Punkten seines Umfangs hin erstrecken. Die Durchlässe 2 stehen mit einer geeigneten Vakuumquelle in Verbindung, und zwar aus Gründen, wie sie weiter unten im Zusammenhang mit dem Betrieb der Rotoranordnung beschrieb ben werden.

Die Rotoranordnung weist einen inneren scheibenförmigen Rotorteil

3 auf, der eine kreisförmige Anordnung (in Fig. 1 ist nur eine gezeigt) von Blutprobenaufnahmekammern 4 definiert. Statische Ladedurchlässe 5 erstrecken sich durch die Oberseite des scheibenförmigen Rotorteils 3 und erleichtern das direkte Einbringen individueller Blutproben in die entsprechenden Probenaufnahmekammern

4 unter statischen Bedingungen. Die Durchlässe 5 sind nahe den zentripetalen Enden der Kammern 4 angeordnet, um während des Drehens ein überfließen der KammerInhalte durch die Durchlässe zu vermeiden. Andere Flüssigkeiten, wie beispielsweise Waschoder Hämolysier-Flüssigkeiten, können dynamisch an die gesamte Anordnung der Kammern 4 verteilt werden, und zwar durch einen zentralen dynamischen Verteilungsdurchlaß 6 und eine Vielzahl von Verteilungskanälen 7, die zwischen diesem Durchlaß und den zentrifugalen Enden der entsprechenden Kammern 4 eine Verbindung herstellen.. Die Verteilungskanäle 7 schneiden am Umfang des dynamischen Verteilungsdurchlasses 6, um eine Sägezahn- oder gezahnte Kanten-Wirkung zu erzeugen, welche eine im wesentlichen gleiche Verteilung der Flüssigkeit in die Kanäle 7 bei Drehung der RotoranOrdnung vorsieht und wenn Flüssigkeit in den Durchlaß 6 injiziert wird. Übertragungskanäle 8 erstrecken sich von einem radial dazwischenliegenden Punkt aus längs des Bodens jeder Kammer 4 radial nach innen, nach oben, dann radial nach aussen zum Umfang des inneren scheibenförmigen Rotorteils 3 hin, wobei Fig. 2 aufgeschnitten ist, um einen Kanal 8 darzustellen.

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Konzentrisch um den inneren scheibenförmigen Rotorteil 3 ist ein entfernbarer äußerer Rotorteil 9 eingesetzt und bildet eine Vielzahl von Sammelkammern 10 zur Aufnahme von Flüssigkeiten, die von den entsprechenden Probenaufnahmekammern 4 abgegeben werden. Die Kammern 10 öffnen sich - wie gezeigt - in Ausrichtung mit den radialen Enden der entsprechenden Kanäle 8. Abzugskanäle 11 erstrecken sich von jeder Sammelkammer 10 aus radial nach innen und nach oben zur Oberseite des Rotorteils 9 hin.

Oberhalb des äußeren Rotorteils 9 und der angrenzenden Zone des inneren Rotorteils 3 wird ein Vakuumring 12 durch eine ringförmige Dichtscheibe 13 gebildet, die zwischen der herausragender Kante 14 des Drehtischs 1 und einem hochstehenden Flansch 15 angeordnet ist, der auf der Oberseite des inneren Rotorteils ausgebildet ist. O-Ringe 16 erzeugen die erforderliche Vakuumabdichtung, gestatten aber auch die Entfernung der Scheibe 13 zum Zwecke des Ersetzens des äußeren Rotorteils 9 oder zum Zwecke der Entfernung der gesamten Rot or anordnung aus dem Drehtisch. Die Kanäle 2 öffnen sich - wie gezeigt -'an der Seite des Rings 12.

Die erfindungsgemäßen Rotoranordnungen werden in zweckmäßiger Weise dadurch hergestellt, daß man Hohlräume und Kanäle in einer zentralen Plastikscheibe 17 herausarbeitet, die sandwichartig zwischen unteren und oberen Abdeckscheiben 18 und 19 zur Bildung von Kammern und Verbindungskanälen angeordnet ist, wobei die Plastikscheibe 17 an den Abdeckscheiben 18 und 19 beispielsweise durch ein Klebemittel befestigt ist. Obwohl die sandwichartig Konstruktion speziell unter Bezugnahme auf den inneren Rotorteil:· dargestellt ist, so kann doch auch der äußere Rotorteil 9 in gleicher Weise hergestellt sein. Sämtliche oder ein Teil der Scheiben kann zweckmäßigerweise aus durchsichtigem Kunststoff hergestellt sein, um die Beobachtung der Rotorinhalte beispielsweise unter Verwendung eines Stroboskoplichtes zu erleichtern.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Rotoranordnung, welche iden -

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tisch der in perspektivischer Ansicht in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist. Wie man in Fig. 2 erkennt, ist eine Vielzahl von Probenhandhabungssystemen vorgesehen, die Probenaufnahmekammern mit zugehörigen Kanälen 7 und 8 und Sammelkammern 10 in einer einzigen Rotoranordnung aufweisen, wodurch die gleichzeitige Herstellung von gesonderten Blutfraktionen aus Mehrfachproben erleichert wird. Es können mehr oder weniger als die acht dargestellten Probenhandhabungssysterne in einem einzigen Rotor vorgesehen sein, und zwar abhängig von der Größe des Rotors und den entsprechenden darin verwendeten Kammern.

Fig. 3 veranschaulicht einen Teil eines entfernbaren äußeren Rotorteils 9', der zum Sammeln der Zellfraktxonswaschflüssigkeit ausgebildet ist. Wie man in der Zeichnung sieht', ist eine einzige ringförmige Sammelkammer 10' vorgesehen, um die Waschflüssigkeit von allen Probenhandhabungssystemen in der Rotoranordnung zu sammeln. Eine einzige ringförmige öffnung 21 erleichtert die Abgabe der Waschflüssigkeit von den Übertragungskanälen in die Sammelkammer 10'. Das Vermischen der Waschflüssigkeit von den entsprechenden Systemen ist in der Kammer 10 gestattet, da die Waschflüssigkeit ohne zusätzliche Analyse weggeschüttet wird, mit 'der Ausnahme, daß sie zur Feststellung eines weiteren Wascherfordernisses untersucht wird. Ablässe 11' erstrecken sich von der Kammer 10' aus zur Oberfläche des Rotor.teils 9¹.

In Fig. 4 ist ein entfernbarer äußerer Rotorteil 9¹¹ dargestellt, der eine Anordnung von Küvetten* 10" bildet, die zur Verwendung in einem schnellen photometrischen Analysator der Drehküvetten-Bauart geeignet ist, wie er im US Patent 3 744 974 beschrieben ist. Transparente obere und untere Platten 18" und 19" gestatten den Lichtdurchgang durch die Küvetten für die photometrische Analyse entsprechend den Lehren des genannten Patents. Ablässe 11" erstrecken sich von jeder Küvette aus radial nach innen und nach oben zur Oberseite der Platte 18".

Betrieb des Rotors. Bei Verwendung einer Rotoranordnung und eines

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Drehtisches im wesentlichen gemäß Fig. 1 werden als erstes stabilisierte (Gesamt-)Blutproben durch die Durchlass^ 5 in die entsprechenden Probenaufnahmekammern 4 eingegeben, wobei sich der Rotor im Ruhezustand befindet und wobei man automatische oder manuelle Pipettierverfahren verwendet. Nach dieser Eingabe oder dem Beladen wird der Drehtisch und die Rotoranordnung mit ungefähr 2500 Umdrehungen/Minute gedreht, bis Zellen und .Plasma gut getrennt sind. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rotor auf ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute verlangsamt und es wird über die Durchlässe 2 ein Vakuum angelegt, um im Ringraum 12 einen verminderten Druck zu erzeugen. Dies bewirkt, daß das Plasma in den Kammern 4 durch die Kanäle 8 zu den entsprechenden Sammelkammern 10 läuft. Die Kanäle 8 münden innerhalb der Kammern 4 an einer radialen Zwischenposition, die so berechnet ist, daß sie etwas zentripetal zur Blut-Zellen-Plasma-Zwischenschicht für normales Blut und spezielle Probenvolumen liegt, um den größten Teil der Plasmafraktion ohne Störung der Blutzellenfraktion zu entfernen. Der Rotor wird sodann angehalten, und der äußere Rotorteil 9 wird entfernt, um eine Erholung und eine Untersuchung der entsprechenden Plasmafraktionen zu gestatten.

Nach Erholung der Plasmafraktionen wird der äußere Rotorteil 9 durch einen äußeren Rotorteil 9¹, wie beispielsweise den in Fig.3 gezeigten, ersetzt und der wieder zusammengebaute Rotor wird mit ungefähr 2000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Ein ausgewähltes Volumen einer physiologischen Salzwaschlösung wird sodann in den dynamischen Verteilungsdurchlaß 6 injiziert, wobei diese Lösung in im wesentlichen gleichen Volumen durch die Kanäle 7 zu den entsprechenden Kammern 4 läuft, wo eine Mischung mit und eine Waschung der in diesen Kammern verbliebenen Blutzellen (Blutkörperchen) erfolgt. Die Mischung der Salzlösung und der Zellen wird durch schnelles Bremsen und Beschleunigen des Rotors erhöht. Die Zellen werden sodann durch Zentrifugalwirkung erneut sedimentiert und die Waschflüssigkeit wird durch Anlegen eines Vakuums über Kanäle 2 in die Sammelkammer 10' abgesogen. Die Ablässe 11' erzeugen eine Verbindung zwischen dem Vakuumring 12 und der Sammelkammer 10¹, wodurch ein verminderter Druck in dieser Kammer

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und die resultierende übertragung der Salzwaschlösung von den Kammern 4 hervorgerufen wird, und zwar in einer Weise ähnlich der bei der übertragung der Plasmafraktion zu den Sammelkammern 10 verwendeten Art. Wenn erforderlich, wird der Waschschritt wiederholt, um die gewünschte Reinigungswirkung zu erhalten.

Nach dem Zellwaschen wird die Rotoranordnung angehalten und der äußere Rotorteil 9' wird durch einen äußeifen Rotorteil ersetzt, der individuelle Sammelkammern 10 besitzt, identisch zu den bei der Sammlung von Plasmafraktionen. Die Rotoranordnung wird sodann beschleunigt und Lysierflüssigkeit (Zersetzungsflüssigkeit) , wie beispielsweise destilliertes Wasser, wird an die entsprechenden Kammern 4 verteilt, und zwar durch Eingabe in den dynamischen Verteilungsdurchlaß 6 in der gleichen Weise wie dies bei der oben erwähnten Waschlösung erfolgt. Das Hämolysat wird wiedergewonnen, und zwar durch 1) dynamisches Einführen von Kohlenstofftetrachlorid in Durchlaß 6 zur Absetzung des Zellenabfalls am zentrifugalen Ende der Kammern 4 und zur zentripetaler Verschiebung des Hämolysats, und 2) durch Anlegen eines Vakuums durch die Kanäle 2, um so zu bewirken, daß das Lysat durch die Kanäle 8 zu den entsprechenden Sammelkammern 10 läuft. Kohlenstoff tetrachlorid kann in hinreichendem Maße verwendet werden, um das Hämolysat zu einem Punkt zu verschieben, wo die Kohlenstofftetrachlorid-Hämolysat-Zwischenschicht gerade zentrifugal zur öffnung der Kanäle 8 in den Kammern 4 liegt. Alternativ kann die Erholung dadurch bewirkt werden, daß man 1) den Zellenabfall zentrifugal am zentrifugalen Ende der Kammern 4 kompakt macht, 2) die Rotoranordnung zum Stillstand bringt, und 3) Vakuum über Kanäle 2 anlegt.

Wo es erwünscht ist, die Plasmafraktionen der Blutproben photometrisch zu analysieren, kann ein äußerer Rotorteil., der Probenanalyseküvetten wie in Fig. 4 gezeigt definiert, verwendet werden, um diese Fraktionen zu sammeln. Die Küvetten können mit Reaktionsmitteln vorgeladen und die gesamte Rotoranordnung kann in einem schnellen Analysatorsystem wie oben bezeichnet angeordnet werden oder der äußere Rotorteil, der die Küvetten enthält, kann in einen ersten Analysator übertragen werden, wo sowohl

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Reagenzadditions- und photometrische Analyse-Funktionen durchgeführt werden. Darauffolgend kann das Waschen und Lysieren der Zellenfraktion in der oben beschriebenen Weise ausgeführt werden.

Nach dem Waschvorgang können sämtliche oder ein Teil der gewaschenen Blutzellenfraktionen wiedergewonnen werden, und zwar zum Zwecke des Testens oder der Aufbewahrung für weiteren Vergleich. Diese Wiedergewinnung wird bewirkt, wenn sich die Rotoranordnung im Ruhezustand oder bei niedrigen Drehzahlen befindet, und zwar durch Anlegen eines Vakuums an die Kanäle 2, wodurch die die Böden der Kammern 4 füllenden Zellen durch die Kanäle 8 laufen. Die Zellen werden in entsprechenden Sammelkammern 10 in einem äußeren Rotorteil gesammelt, der identisch demjenigen ist, der zum Sammeln der Plasmafraktionen benutzt wurde. Wenn nur ein Teil der Zellfraktionen wiedergewonnen wird, so können die verbleibenden Zellfraktionen lysiert werden und das Lysat kann in der vorher beschriebenen Weise wiedergewonnen werden.

Die obige Beschreibung des einen Ausführungsbeispiels soll nicht ι in einem beschränkenden Sinn interpretiert werden. Beispielsweise kann die genaue Konfiguration der Kammern 4 und der zugehörigen Kanäle 7 und 8 von der dargestellten Ausbildung verschieden sein, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Die Kanäle 8 können sich von den Seiten aus, und nicht von den Böden der Kammern 4 aus, erstrecken, wenn die übertragung der Kammerinhalte nur unter dynamischen Zuständen ins Auge gefaßt wird. Es ist jedoch erforderlich, daß sich Kanal 8 radial nach innen zu einem Punkt zentripetal gegenüber dem maximalen zentripetalen Pegel der Probenflüssigkeit in der Kammer 4 erstreckt, um ein Überfließen der Probe während der Drehung zu vermeiden. In gleicher Weise sollten sich Kanäle 7 und 8 nach oben auf einen Pegel erstrecken, der ausreicht, um das überfließen der Probenflüssigkeit von den Kammern 4 unter statischen Bedingungen zu verhindern Der Rahmen der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche beschrieben.

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Claims

• PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrproben-Zentrifugalrotoranordnung zur Herstellung von Blutfraktionen/ gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Einen inneren scheibenförmigen Rotorteil mit einer obenliegenden Endoberfläche, wobei der Innenrotorteil Folgendes bildet:

1) Eine Vielzahl von radial orientierten Probeaufnahmekammern (4) mit zentripetalen und zentrifugalen Enden, wobei die Probeaufnahmekammern in einer kreisförmigen Anordnung vorgesehen sind;

2) eine Vielzahl von statischen Proben-Ladedurchlässen (5) , von denen jeder eine Verbindung zwischen der oberen Endoberfläche und den entsprechenden Probeaufnahmekammern herstellt;

3) einen zentral angeordneten dynamischen Verteilungsdurchlaß (6), der zur oberen Endoberfläche hin offen ist;

4) eine Vielzahl von Verteilungsdurchlässen, von denen jeder eine Verbindung zwischen dem dynamischen Verteilungsdurchlaß (6) und dem zentrifugalen Ende einer entsprechenden Probeaufnahmekammer herstellt;

5) eine Vielzahl von Übertragungskanälen (8), von denen jeder eine Verbindung zwischen einer der Probenaufnahmekammern und zwar an einem Punkt zwischen ihren zentrifugalen und zentripetalen Enden und dem Radialumfang des genannten Innenrotorteils herstellt, und wobei jeder der Übertragungskanäle (8) sich radial von seinem Verbindungspunkt mit der Probenaufnahmekammer nach innen erstreckt und dann im allgemeinen radial nach außen zu dem radialen Umfang des genannten inneren Rotorteils hin verläuft;

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b) Ein bewegliches äußeres Rotorteil mit einer ringförmigen Konfiguration, die nestartig konzentrisch um den inneren
Rotorteil herum angeordnet ist, wobei der äußere Rotorteil
mindestens eine Sammelkammer definiert, die sich in Strömungsmittelverbindung mit den Übertragungskanälen (8) in dem
inneren Rotorteil befindet, um von den Übertragungskanälen
abgegebenes Material aufzunehmen.

2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . der entfernbare äußere Rotorteil eine Vielzahl von Sammelkammern definiert, von denen eine jede eine öffnung in Ausrichtung mit dem radialen Ende eines entsprechenden übertra*- gungskanals (8) aufweist, um so von diesen Übertragungskanälen abgegebene Flüssigkeiten aufzunehmen.

3. Rotoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammern durch die obenliegende Oberfläche des
äußeren Rotorteils mit der Umgebung in Verbindung stehen.

4. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Ladedurchlässe (5) mit den zentripetalen Enden der Probenaufnahmekammern in Verbindung stehen.

5. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungskanäle mit den Bodenenden der Probenaufnahmekammer in Verbindung stehen.'

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