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Behälter zum Ansammeln und Weiterverarbeiten einer Blutprobe
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Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Ansammeln und Weiterverarbeiten
einer Blutprobe durch physikalisches Trennen der schwereren flüssigen Phase von
der leichteren flüssigen Phase der Blutprobe' mit einem kapillaren Durchgang für
den Durchfluß von Blut, der sich über einen Teil der Länge des Strömungswegs für
die Blutprobe erstreckt, der von einem Einlaufende des Behälters gegen das vom Einlaufende
entfernte Ausgabeende des Behälters hin verläuft.
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Behälter dieser Art finden für klinische Blutuntersuchungen Anwendung.
Bei der Erfindung handelt es sich insbesondere um solche Behälter dieser Art, beinen
das Ansammeln der Blutprobe im Behälter nicht mit Hilfe eines im Behälter herrschendentzuvor
erzeugten Teilvakuums stattfindet, sondern unter Ausnutzung einer Kapillarwirkung,durch
welche Blut aus einer unter Druck stehenden Quelle (beispielsweise aus inner Vene
eines Lebewesens) oder aus einer nicht unter Druck stehenden Quelle (beispielsweise
aus einer Blutansammlung, wied sie etwa ein Nadelstich erzeugen kann) in den Behälter
gesogen wird.
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Unter den üblichen Einrichtungen zum Ansammeln von Blut und zum Bereitstellen
von Blutserum sind teilevakuierte Behälter am weitesten verbreitet. Derartige Behälter
bestehen aus einer teilevakuierten Glasröhre mit einem durchstechbaren Gummistopfen,
der ein Ende der Röhre abdichtet. Mittels einer den Stopfen durchdringenden Kanüle
wird Blut in die Röhre eingeführt. Bei einer bekannten derartigen Glasröhre, siehe
US-PS 3 852 194, die für das Absondern der Blutzellen vom Blutserum besonders geeignet
ist, befindet sich innerhalb der Glasröhre ein Pfropfen aus Kieselgel. Aufgrund
des Teilvakuums der Röhre wird das Blut auf einfache Weise durch eine den Stopfen
durchstoßende Hohlnadel hereingebracht.
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Der Behälter wird sodann um eine in der Nähe des mit dem Stopfen
verschlossenen
Endes verlaufende Achse zentrifugiert, wodurch bewirkt wird, daß der Gelpfropfen
aufgrund seines ausgewählten spezifischen Gewichts sich gegen die Trennfläche zwischen
den Blutzellen und dem Blutserum hin bewegt, wo der Gelpfropfen dazu dient, die
flüssigen Phasen des Bluts voneinander abzusondern und zu verhindern, daß die beiden
Phasen sich später wieder vermischen.
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Nachteilig ist bei derartigen teilevakuierten Behältern u.a.
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folgendes: Der schnell erfolgende Eintritt des Bluts kann hämolytische
Vorgänge (d.h. Freisetzen von Hämoglobin ausden roten Blutkörperchen) aufgrund der
hohen Scherungsraten zur Folge haben. Durch den Unterdruck kann es zu einem Zusammenfallen
der Vene des Patienten kommen. Außerdem werden teilevakuierte Behälter vielfach
~platzt", d.h., sie verlieren den Unterdruck. Letzteres wird gewöhnlich nicht im
voraus bemerkt, d.h. erst dann bemerkt, wenn bereits in die Vene des Patienten der
Einstich durchgeführt ist. Bei einem "platt" gewordenen Behälter ist im allgemeinen
die Undichtigkeit nicht groß genug, um eine wirksame Belüftung des Behälters darzustellen,
die es ermöglichen würde, daß der hydrostatische Druck der Vene des Patienten den
atmosphärischen Druck im Behälter überwinden kann.
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In nachteiliger Weise gestaltet sich daher der Füllvorgang in diesem
Falle sehr langsam.
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Es sind auch bereits Behälter der eingangs genannten Art bekannt,
bei denen kapillarische Wirkungen zum Ansammeln von Blut für klinische Untersuchungen
ausgenutzt werden. Üblicherweise werden in solchen Behältern nur verhältnismäßig
kleine Blutmengen angesammelt, beispielsweise aus einem Bluttropfen, der durch einen
Nadelstich erzeugt wurde. Bei diesen Behältern sind eine oder mehrere einfache Kapillarrohre
oder Pipetten vorhanden in die die Blutprobe durch Kapillarwirkung eingesogen wird,
siehe beispielsweise US-PS 3 645 252. Im Unterschied zu den oben erwähnten teilevakuierten
Behältern ist hierbei absichtlich eine Entlüftung vorgesehen, um die Kapillarwirkung
zu begünstigen.
Wesentliche Nachteile, die bei derartigen kapillarisch
arbeitenden Behältern gegeben sind, sind folgende: Die Behälter sind verhältnismäßig
klein und können daher keine ausreichend großen Blutmengen ansammeln. Da eine Entlüftung
vorgesehen ist, treten Uberlaufprobleme auf, die für die Bedienungsperson eine Infektionsgefahr
mit sich bringen. Die Füllgeschwindigkeit ist verhältnismäßig gering. Außerdem ist
es bei derartigen Behältern, obgleich ein Absondern des Serums von den Blutzellen
innerhalb des Kapillarrohrs möglich ist, schwierig, das Serum aus dem Rohr auszugeben,
ohne die Trennfläche an den getrennten Phasen durcheinander zu bringen, d.h. , es
ist kaum möglich, das Serum herauszubringen, ohne daß es sich wieder mit den Blutzellen
vermischt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der in Rede
stehenden Art zu schaffen, bei dem Überlaufprobleme vermieden sind, obwohl er eine
Kapillarwirkung ausnutzt und der Vorgang des Ansammelns der Blutprobe daher unter
Entlüftung stattfindet.
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Bei einem Behälter der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß
gelöstdirch: a) einen als Entlüftungsweg dienenden, den kapillaren Durchgang mit
der den Behälter umgebenden Atmosphäre verbindenden Durchlaß und b) eine gelartige,
anfänglich in der Nähe des Ausgabeendes angeordnete Masse, deren spezifisches Gewicht
zwischen dem spezifischen Gewicht der leichteren und der schwereren Phase der Blutprobe
liegend gewählt und aus einem thixotropischen Material gebildet ist, das bei der
zum Trennen der leichteren von der schwereren Phase der Blutprobe erfolgenden Bearbeitung
derselben aus seiner Anfangsstellung in Richtung auf das
Einlaufende
fließen kann, um eine Abdichtung im Bereich der Grenzfläche zwischen der schwereren
und der leichteren Phase herzustellen und um eine Abdichtung des Entlüftungswegs
zu bilden, die einen Durchtritt von Flüssigkeit verhindert.
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Dadurch, daß erfindungsgemäß eine gelartige Masse in Verbindung mit
einem Behälter vorgesehen ist, bei dem das Ansammeln der Blutprobe kapillarisch
und unter Entlüftung des kapillarischen Durchgangs durchgeführt wird, werden die
Uberlaufprobleme, die bei den bekannten kapillarisch wirksamen Behältern aufgrund
der Entlüftung gegeben sind, auf einfachste Weise dadurch vermieden, daß das im
Behälter angeordnete Gel nicht nur als Phasenseparator wirkt, sondern in Doppelfunktion
auch zum Verschluß der inneren Mündungsöffnung des Entlüftungswegs herangezogen
wird. Es bereitet keinerlei Schwierigkeiten, die Anordnung so zu treffen, daß diese
innere Mündungsöffnung im Behalter so angeordnet wird, daß sie sich in einem Bereich
befindet, in den die gelartige Masse beim Zentrifugieren hineinbewegt wird. Die
bei belüfteten, unter Kapillarwirkung arbeitenden Behältern an sich gegebenen übrigen
Vorteile bleiben unangetastet, d.h. der Füllvorgang erfolgt aufgrund der Kapillarwirkung
beispielsweise auf zuverlässige Weise#, ohne daß die Gefahr von Betriebsstörungen
gegeben wäre, wie sie bei den bekannten, oben erwähnten, teilevakuierten Behältern
durch unbemerkten Abbau des Unterdrucks auftritt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längssschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Behälters; Fig. 2 und 3 Schnitte längs der Linien II-II bzw.
III-III von Fig. 1; Fig. 4a bis 4d der Fig. 1 ähnliche Längsschnitte des in verschiedenen
Betriebszuständen befindlichen Behälters; Fig. 5 einen der Fig. 1 ähnlichen Längsschnitt
durch ein anderes Ausführungsbeispiel des Behälters; Fig. 6 einen der Fig. 4a ähnlichen
Schnitt mit einer angebrachten Saug-Hilfseinrichtung; Fig. 7 einen der Fig. 2 ähnlichen
Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels; Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein
weiteres Ausführungsbeispiel des Behälters; Fig. 9 einen der Fig. 8 ähnlichen Schnitt
des in einem anderen Betriebs zustand befindlichen Behälters; Fig. 10 einen Längsschnitt
eines weiteren Ausführungsbeispiel des Behälters;
Fig. 11 und 12
Schnitte längs der Linien XI-XI bzw. XII-XII von Fig. 10; Fig. 13 einen vergrößert
und abgebrochen gezeichneten Längsschnitt durch den Einlaufteil des Ausführungsbeispiels
gemäß Fig. 10; Fig. 14 einen der Fig. 10 ähnlichen Schnitt durch den in anderem
Betriebszustand befindlichen BehAlter; Fig. 15 und 16 der Fig. 14 ähnliche Teillängsschnitte
abgewandelter Ausführungsbeispiele; Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie XVII-XViI
von Fig. 16; Fig. 18 einen der Fig. 15 ähnlichen Teillängsschnitt eines weiteren
Ausführungsbeispiels; Fig. 19 und 20 abgebrochen gezeichnete, der Fig. 10 ähnliche
Längsschnitte weiterer AusfUhrungsbeispiele; Fig. 21 einen der Fig. 20 entsprechenden
Schnitt des in anderem Betriebs zustand befindlichen Behälters; Fig. 22 eine der
Fig. 10 ähnliche, teils aufgeschnitten gezeichnete Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
und Fig. 23 und 24 Schnitte längs der Linie xXIII-XXIII von Fig. 22, gezeichnet
in verschiedenen Betriebszuständen des Behälters.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Behälter 20 zum Ansammeln
einer Blutprobe und zur Weiterbearbeitung derselben. Bei dem gezeigten bevorzugten
Ausführungsbeispiel werden zwei langgestreckte, im wesentlichen konzentrisch angeordnete
Kammern 22 und 32 gebildet, und es ist eine Einrichtung vorgesehen, die einen diese
Kammern verbindenden Durchgang 50 bildet. Vorzugsweise sind beide Kammern im wesentlichen
zylindrisch geformt und weisen eine gemeinsame Längsachse 25 auf. Die innere Kammer
22, die als ~Sanrnelraum" zu bezeichnen ist, wird durch gegenüberliegende Seitenwände
24 begrenzt. Die äußere Kammer 32, die als "Uberströmkammer" zu bezeichnen ist,
wird durch die Seitenwände 24 der inneren Kammer 22 und eine Außenwand 34 des Behälters
begrenzt. Zum einen Ende 63 des Behälters hin, das als "Ausgabeende" zu bezeichnen
ist, laufen Seitenwand 24 und Außenwand 34 zusammen, um gemeinsam eine Wandung 62
zu bilden, die einen vergrößerten Hohlraum 100 begrenzt, aus dem Blutserum, nachdem
es vom Gesamtblut abgesondert ist, ausgegeben werden kann.
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Eine gelartige Masse 120, die unten noch näher beschrieben werden
wird, befindet sich anfänglich in dem Hohlraum 100.
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Vorzugsweise ist das Ausgabeende des Sammelraums durch eine verschiebbar
angebrachte Ausgabekappe 66 dicht verschlossen.
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Am gegenüberliegenden Ende 26 des Behälters, das als "Einlaufende"
zu bezeichnen ist, sind die Kammern 22 und 32 mittels eines durchstechbaren Stopfens
40 aus Gummi verschlossen. Durch Hindurchstoßen einer Kanüle 132 kann, wie es in
Fig. 4a gezeigt ist, eine Blutprobe zum Sammelraum des Behälters zugeführt werden.
Nach Herausziehen der Kanüle wird durch die Elastizität des Stopfens die durch die
Kanüle hervorgerufene öffnung abgedichtet, so daß die Blutprobe innerhalb des Behälters
dicht eingeschlossen ist.
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Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird die Füllgeschwindigkeit
des Sammelraums (d.h. die Geschwindigkeit, mit der Blut dem Sammelraum zugeführt
werden kann) dadurch verbessert, daß die Innenfläche der Seitenwand 24 so geformt
ist, daß sich eine Verjünung in einem Bereich ergibt, der zwischen den Enden des
Behälters gelegen ist. Dadurch wird ein enger Durchgang 42 gebildet, dessen Größe,quer
zur Strömungsrichtung gemessen, an der Stelle der stärksten Verjüngung so gewählt
ist, daß eine kapillarische Strömung zustande kommt, wenn Blut zu dieser Stelle
des Sammelraums gebracht wird. Aufgrund des Vorhandenseins dieses kapillarischen
Abschnitts wird eine ziehende Kraft auf das Blut ausgeübt, so daß es, ohne daß der
Druck durch den Patienten geliefert werden müßte, in den Sammelraum hineingedrückt
wird, bis das Blut den in Fig. 4a mit A und B bezeichneten Bereich erreicht hat,
wo die Kapillarwirkung wegen des vergrößerten Zwischenraums zwischen den Innenflächen
der Seitenwand 24 endigt. Nachdem das Blut den mit A und B bezeichneten Bereich
erreicht hat, strömt es unter Einfluß der Schwerkraft. Die erweiterten Teile des
Sammelraums zu beiden Seiten des kapillarischen Durchgangs 42 ermöglichen die Ansammlung
verhältnismäßig großer Mengen von Blut.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den eingeschnürten kapillarischen
Durchgang 42, wobei der Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 1 verläuft.
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Bei Gesamtblut mit Eigenschaften, wie sie bei klinischen Analysen
angetroffen werden, beträgt der bevorzugte Größtwert der Weite, bei dem sich der
gewünschte kapillarische Effekt ergibt, am Durchgang 42 ungeähr 0,4 cm. Die Länge
des kapillarischen Durchgangs, d.h. der Abstand zwischen den in Fig. 4a mit A und
B bzeichneten Stellen,beträgt vorzugsweise etwa 2cm. Die Anbringstelle des kapillarischen
Durchgangs auf der Längsachse 25 sollte so gewählt sein, daß sie mit der Stelle
zusammenfällt, an der die Kanüle
endigt, die dazu benutzt wird,
um das Blut vom Patienten abzunehmen. Mehrere aufeinanderfolgende kapillarische
Längsabschnitte könnten - was nicht dargestellt ist - längs der Längsachse 25 angeordnet
sein, um die Verwendung des BehAlters 20 mit Kanülen verschiedener Längen zu ermöglichen.
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Wie bereits oben erwähnt, sind die Kammern 22 und 32 miteinander durch
einen Durchgang 50 verbunden, der vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt besitzt.
Dieser Querschnitt ist in der Schnittdarstellung von Fig. 2 gezeigt, bei der es
sich um einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1 handelt.
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Eine Entlüftungsbohrung 46,die in der Außenwand 34 ausgebildet ist,
dient dazu, um über den Durchgang 50 den Sammelraum während der Blutaufnahme zu
entlüften.Um zu verhindern, daß Gesamtblut bei normaler Handhabung des Behälters
vor dem zum Trennen der flüssigen Phasen der Blutprobe durchgeführten Zentrifugieren
über den Durchgang 50 in ~die Kammer 32 überströmt, ist in dem Durchgang 50 eine
Verengung 52 ausgebildet. An der engsten Stelle ist diese Verengung 52 mit einer
Schulter 54 in Verbindung, an der die Abmessungen des Strömungswegs stark zunehmen.
Die Wirkung, die sich ergibt, wenn der quer zur Strömungsrichtung gemessene Durchmesser
der Verengung 52 klein genug ist, besteht darin, daß der Meniskus des Gesamtbluts
ein Vorbeiströmen des Bluts an der Verengung 52 verhindert. Außerdem verhindert,
wie nachstehend ersichtlich wird, die Verengung 52,daß die gelartige, als Phasenseparator
dienende Masse 120 während des Zentrifugi~-rens in die Kammer 32 eintritt. Es wurde
ermittelt, daß der größte, quer zur Strömung gemessene Durchmesser der Verengung
52 vorzugsweise den Wert von etwa 0,8 mm nicht über steigen sollte, damit der Meniskus
des Bluts eine Strömung verhindert. Eine weitere Verringerung auf einen größten,
quer zur Strömung gemessenen Durchmesser von etwa 0,3 mm ist erforderlich, um den
Phasenseparator zurückzuhalten.
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Wenn daher, wie im vorliegenden Fall, ein Phasenseparator
benutzt
wird, weist die Verengung 52 vorzugsweise einen größten Durchmesser auf, der ungefähr
0,3 mm nicht übersteigt, um gleichzeitig beide vorstehend genannten Funktionen zu
erfüllen. Der Durchmesser der Schulter 54 sollte ungefähr 0,7 mm an der äußeren,aufgeweiteten
Seite betragen, wenn der Durchmesser der Verengung 52 0,3 mm beträgt.
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Aufgrund der starken Kräfte, die während des Zentrifugierens auf die
Blutprobe einwirken, ergibt sich eine Tendenz dahingehend, daß Gesamtblut über den
Durchgang 50 in die Kammer 32 gedrückt wird. Ein derartiges Einströmen findet jedoch
nur kurzzeitig statt, bevor der gelartige Phasenseparator sich in den Durchgang
50 hineinbewegt, um den Durchgang zu verschließen und dadurch eine derartige Strömung
zu unterbinden. Das Vorhandensein des Phasenseparators im Durchgang 50 verhindert
auch,daß eine der flüssigen Phasen (d.h.
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das Blutserum) nach dem Zentrifugieren aus dem Sammelraum herausfließt.
Um sicherzustellen, daß Blut, welches zufällig von der Kammer 22 während des Zentrifugierens
in die als Uberströmkammer dienende Kammer 32 geflossen ist, nicht über die Entlüftungsbohrung
46aus der Kammer 32 herausläuft, ist die Größe der Entlüftungsbohruz#verhältnismäßig
gering und die Achse der Bohrung ist gegenüber der Strömungsrichtung geneigt, vorzugsweise
senkrecht zur zentrifugal verlaufenden Achse 25. Die Wahl der Anbringstelle der
Entlüftungsbohrung an der Außenwand 34 ist nicht kritisch.
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Wie bereits oben erwähnt, ist über der Wandung 62, welche den für
die Ausgabe vorgesehenen Hohlraum 100 der den Sammelraum bildenden Kammer 22 begrenzt,
eine Ausgabekappe 66 verschiebbar angeordnet. Diese Ausgabekappe dient dem Zweck,
dosierte Mengen in gewünschter Weise aus dem Sammelraum auszugeben, nachdem das
Absondern des Blutserums von den Blutzellen durchgeführt worden ist. Die Ausgabekappe
66 ist zwischen einer ersten Stellung, die in Fig. 1 gezeigt Ist und
in
der eine Stirnwand 72 der Ausgabekappe das Ausgabeende des Behälters dicht verschlossen
ist und einer zweiten Stellung verschiebbar, die in Fig. 4b gezeigt ist und in der
ein genaues Abgeben von Tröpfchen aus Blutserum durch eine Öffnung 90 ermöglicht
ist, die in einer Seitenwand 78 der Ausgabekappe ausgebildet ist. Die konstruktiven
Einzelheiten der Ausgabekappe sind von bekannter Art (siehe"Research Disclosure';
Bd. 133, Veröffentlichung Nr. 13 360, Mai 1975).
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Die oben erwähnte,gelartige Masse 120 weist vorzugsweise ein Kieselerdegel
auf, bei dem es sich um eine Mischung aus hydrophobem Siliziumdioxyd und einem Silikon
handeln kann, beispielsweise Dimethylpolysilioxan, die so gemicht sind, daß ein
thixotropisches Gel mit einem spezifischen Gewicht zwischen etwa 1,035 und 1,06
erhalten wird, vorzugsweise etwa zwischen 1,04 und 1,05, und daß sich eine Viskosität
zwischen etwa 400 und 500 ps bei einem Schergeschwindigkeitsgradienten von etwa
500 sec 1, typischerweise von 451 ps bei 506 sec 1 ergibt.
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Der ganze Behälter 20 kann aus beliebigem geeignetem Werkstoff gefertigt
sein, beispielsweise kommen formgepreßte, steife, polymere Kunststoffe in Frage.
Ein bevorzugtes Beispiel ist ein steifes Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Polymer ("daran"),
wie es von der Finna Dow Chemical Company hergestellt wird. Zumindest die Kammer
22 sdlte aus einem polymeren Stoff bestehen, der von der angesammelten Flüssigkeit
benetzt wird, beispielsweise kommen verschiedene Polyester, Polystyrol und verschiedene
Acryl-Nitril-Mischpolymerisate in Frage. Es könnte hierfür auch ein hydrophober
Kunststoff verwendet werden, der mit einem oberflächenaktiven Stoff beschichtet
ist, der mit der angesammelten Flüssigkeit nicht reagiert.
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Aus den Fig. 4a bis 4d ist zu ersehen, daß der Behälter 20 im allgemeinen
folgendermaßen verwendet wird: Der Behälter wird in eine übliche Spritze 130 eingesetzt,
die mit der Kanüle 132 versehen ist, die den Stopfen durchsticht und sich bis zu
dem kapillarischen Durchgang 42 der Kammer 22 erstreckt. Das gegenüberliegende Ende
der Kanüle 132 wird in üblicher Weise in eine Vene V des betreffenden Patienten
eingeführt. Wenn der hydrostatische Venendruck des Patienten Blut durch die Kanüle
bis zum Durchgang 42 pumpt, ergibt sich in dem Bereich des Durchgangs 42 eine kapillarische
Anziehung.
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Es wurde gefunden, daß die kapillarische Anziehung des Bluts im Durchgang
42 ein schnelleres Füllen der Kammer 22 ergibt, als dies der Fall wäre, wenn die
Verjüngung des Sammelraums im Bereich des Durchgangs 42 nicht vorhanden wäre. Dieses
schnellere Füllen ergibt, wie ohne weiteres zu ersehen ist, den Vorteil, daß für
den Patienten die Zeitdauer der Blutentnahme verringert wird. Da die kapillarische
Wirkung zwischen den Enden des Behälters stattfindet, bewirkt das im Durchgang 42
erfolgende kapillare Füllen, daß das Blut gegen beide Behälterenden hin strömt und
am Ende 63 eine kleine Luftmenge eingesc#hlossen wird, wie aus Fig. 4b zu ersehen
ist.
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Während des Ansammelns der Blutprobe bleibt die Ausgabekappe 66 aufgrund
des Eingriffs einer an der Seitenwand 78 der Ausgabekappe ausgeformten Rippe 82
in eine Nut 84 verschlossen, die in der Wandung 62 des Behälters ausgebildet ist.
Die gelartige Masse 120 schließt die Stirnwand 72 der Ausgabekappe dicht gegen jegliche
Berührung mit dem angesammelten Gesamtblut ab. Der Durchgang 50 ist jedoch unbehindert
frei, so daß der Großteil der ursprünglich in der Kammer 22 enthaltenen Luft über
den Durchgang 50 durch das eintretende Blut in die Kammer 32 und aus der Entlüftungsbohrung
46herausgedrückt wird. Wie es in Fig. 4b gezeigt ist, läuft, wenn der
Vorgang
des Ansammelns abgeschlossen ist, normalerweise ein wenig überschüssiges Blut in
den. Durchgang 50 ein. Durch die Verengung 52 wird jedoch verhindert, daß der Meniskus
durch den Durchgang 50 hindurch in die Kammer 32 eintritt. Dieses Verhindern des
Hindurchströmens von Blut ist während dieses Betriebszustands von Vorteil, weil,
falls Blut in die Kammer 32 gelangen würde, die Gefahr eines Herauslaufens aus der
Entlüftungsbohrung 46 beim Schütteln des Behälters oder aufgrund von Schwerkrafteinflüssen
und dergleichen bestünde.
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Fig. 4c zeigt das Trennen der flüssigen Phasen zum Absondern des Serums
S von den Blutzellen C nach dem Zentrifugieren.
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Beim Zentrifugieren wird der Behälter 20 so gedreht, daß eine Zentrifugalkraft
140 in Richtung der Längsachse 25 entsteht, welche Zentrifugalkraft von der Ausgabekappe
66 gegen den Stopfen 40 hin gerichtet ist. Diese Kraft bewirkt, daß der das höchste
spezifische Gewicht aufweisende Stoff innerhalb des Behälters (d.h. die Blutzellen)
sich zu dem dem Stopfen zugeordneten Ende des Behälters bewegt und daß das Material
mit dem niedrigsten spezifischen Gewicht (d.h. das Blutserum) sich gegen das Ausgabeende
des Behälters hin bewegt. Da die gelartige Masse 120 ein spezifisches Gewicht besitzt,
das zwischen demjenigen der Blutzellen und des Serums liegt, bewegt sich die Masse
120 aus ihrer ursprünglichen Lage, die sie in dem Hohlraum 100 einnimmt, Fig. 4b,
in eine Lage zwlschen den Blutzellen und dem Serum, wo die Masse 120 eine Abdichtung
bildet, die das Serum von den Blutzellen trennt.
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Aufgrund dertfiixotropischen Natur der gelartigen Masse, die es ermöglicht,
daß die Masse als eine Flüssigkeit während der Belastung beim Zentrifugieren fließt,
wirkt das Gel auf das Serum verschiebend ein und bewegt dasselbe in den Hohlraum
100 hinein. Ein zusätzlicher Teil der gelartigen Masse 120 strömt außerdem in den
Durchgang 50, wo er aufgrund
der Verengung 52 verbleibt, um einen
Verschluß zu bilden, durch den jedweder weitere Flüß von Gesamtblut in die Kammer
32 hinein während der Anfangsphase des Zentrifugierens unterbunden wird. In dieser
Phase des Arbeitsablaufs ist der Behälter 20 nunmehr für den Ausgabevorgang bereit,
da alle Teile der Kammern 22 und 32 durch die als Phasenseparator dienende gelartige
Masse 120 dicht abgeschlossen sind.
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Der Ausgabevorgang läuft ab, wie es in Fig. 4d gezeigt ist.
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Die Ausgabekappe 66 wird vom Ende 63 weg in die Ausgabestellung bewegt,
in der die Rippe 82 aus der Nut 84 ausgehoben ist. Eine Druckquelle 146 für ein
Gas wird oberhalb einer öffnung 110 angebracht, und eine vorgewählte Menge Druckgas
erzeugt einen von einer Rampe 94 herabhängenden Tropfen 95, der durch Berühren mit
einem Substrat 148 abgenommen werden kann. Um sicherzustellen, daß die Tropfenbildung
in gewünschter Weise mit vorausbestimmbarem Volumen bereits beim ersten Mal pro
vorgegebener, durch die Druckquelle 146 bewirkter Druckerhöhung erfolgt, sollte
das gesamte Luftvolumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Serums so klein wie
möglich sein. Dieses Merkmal kann insbesondere bemerkenswert sein, wenn, wie hier,
das Luftvolumen sehr stark vergrößert wird, bevor das Ausgeben erfolgen kann. Es
wurde gefunden, daß, wenn beispielsweise das Luftvolumen oberhalb des Serums in
der Ausgabekappe 66, wenn diese geöffnet, d.h. in ihre ausgezogene Stellung verschoben
wird, etwa 133 91 beträgt, keine Probleme hinsichtlich des genauen Abgebens auftreten.
Ein typisches Beispiel für die Abmessungen, bei dem sich dieses Volumen ergibt,
weist einen Hohlraum 100 der als Sammelraum dienenden Kammer 22 mit einem Innendurchmesser
von etwa 0,85 cm auf.
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Die gelartige Masse 120 füllt das erweiterte Ende nach dem Zentrifugieren
im wesentlichen aus,unddie Ausgabekappe 66 weist zwischen den Innenflächen einen
Innendurchmesser von
etwa 1,05cm auf. In einem solchen Falle beträgt
das Volumen des auszugebenden Serums etwa 1360 p1 Es ist ersichtlich, daß die Ausgabekappe
66 und die Wandung 62 in Zusammenwirkung eine Einrichtung zum Steuern des Ausfließens
von Serum aus der Ausgabekappe bilden. Genauer gesagt wird ein Scherventil gebildet,
bei dem in der zusammengeschobenen oder geschlossenen Stellung, siehe Fig. 4a, die
oeffnungen 90 und 110 durch die Wandung 62 verschlossen werden, so daß keine Verbindung
mit dem Hohlraum 100 gegeben ist. Dies wird bewirkt, ohne daß ein gesondertes Ventilteil
erforderlich wäre. Alternativ könnte könnten jedoch auch andere Formen von Ausgabekappen
benutzt werden, bei denen ein gesondertes Ventilteil vorhanden sein könnte. Fig.
5 zeigt ein solches Beispiel im einzelnen, wobei Einzelteile, die solchen beim vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiel entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind,
denen zur Unterscheidung a hinzugefügt ist. Die Wandung 62a ist bei dem in Fig.
5 gezeigten Behälter 20a in der Weise abgawandelt, daß sie eine starre Ausgabekappe
66a bildet, die in unmittelbarer Verbindung mit dem Hohlraum 100a steht.
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Innerhalb der Ausgabekappe 66a ist ein Ventil 150 drehbar angeordnet,
das Fußteile 151 und 152 besitzt, von denen der Fußteil 152 mit einem Verschlußkissen
154 versehen ist. Eine Nut 155 ermöglicht, daß sich das Ventil mit seinem Ring 156
drehen kann, wodurch das gesamte Ventil drehbar ist, um das Hindurchfließen von
Serum zwischen den Fußteilen 151 und 152 in den Ausgabebehälter zu ermöglichen oder
zu verschließen. Die Rampe 94a sowie die Öffnungen 90a und 110a erfüllen die gleichenFunktionen,
wie oben erwähnt. Die Öffnung 110a ist im Ventil ausgebildet.
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Es ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, möglich, durch Unterdruckanwendung
unter Benutzung der Entlüftungsbohrung 46b das Füllen des Sammelraums zu unterstützen.
Für entsprechende
Teile verwendete gleiche Bezugszahlen sind hier
zur Unterscheidung mit b gekennzeichnet. In diesem Falle ist die Spritze 130b vorzugsweise
mit einer Zugangsöffnung 162 versehen, an der eine Einrichtung zum Entfernen der
Luft aus den Kammern 22b und 32b angebracht ist. Beispielsweise kann ein üblicher
Unterdruckschlauch 160 verwendet werden, der an einem Griffstück 166 angebracht
ist, das mit einem Verbindungskanal 168 versehen ist, der die Zugangsöffnung 162
überliegt. Die Entlüftungsöffnung46b ihrerseits ist auf die Zugangsöffnung 162 ausgerichtet.
Wahlweise kann ein Dichtungsring an der Außenseite der Außenwand 34b vorgesehen
sein, der die Entlüftungsöffnung 46b umgibt. Der angelegte Unterdruck unterstützt
nun das Hereinziehens des Bluts in die Kammer 22b dadurch, daß die Luft aus dieser
Kammer über den Durchgang 50b, die Kammer 32b, die Entlüftungsöffnung 46b und die
Öffnungen der Spritze und der Saugeinrichtung herausgesogen wird. Durch ZusammendrUcken
des Verbindungskanals 168 am Griffstück kann das Ausmaß des angelegten Unterdrucks
variiert werden, um eine Anpassung an die beim betreffenden Patienten vorliegenden
Gegebenheiten und andere Faktoren vorzunehmen.
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Fig. 7 zeigt im Querschnitt eine abgewandelte Form der als Uberlaufraum
dienenden Kammer 32c. Gleiche verwendete Bezugszahlen sind hier mit c gekennzeichnet.
Fig. 7 zeigt eine Kammer 32c, die der als Sammelraum dienenden Kammer 22c benachbart,
zu dieser jedoch nicht konzentrisch angeordnet ist. Der als Uberlauf dienende Durchgang
50c führt in die mit einer nicht dargestellten Entlüftungsöffnung der oben beschriebenen
Ausbildung versehene Kammer 32c, die beliebig geformt, beispielsweise rechteckig
ausgebildet sein kann.
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In Fig. 8 und 9 sind abgewandelte Beispiele des Behälters im Längsschnitt
gezeigt. Bei dieser Ausführungsforrri wird die Funktion des bei Fig. 1 vorgesehenen
kapillaren Durchgangs 42 durch einen mikroporösen Füllstoff 250 ausgeübt, der die
kapillarische
Wirkung erzeugt, die für die hier aufgezeigte Art von Behältern kennzeichnend ist.
Dieser Behälter weist ein im wesentlichen zylindrisches Rohr 232 mit einer Längsachse
233 auf. Ein Blut-Einlaufende 234 ist mit einem Stopfen 238 aus Gummi dicht verschlossen,
der durch eine Kanüle 240 durchstechbar ist, um eine Blutprobe ungefähr zum mittleren
Bereich des Volumens zuzuführen, das vom mikroporösen Füllstoff eingenommen wird.
Entlüftet wird der Behälter über eine Entlüftungsöffnung 242, die in der Seitenwand
des Rohrs an dessen Ausgabeende 236 ausgebildet ist. Die Ent-Iüftungsöffnung 242
ist mit einer Öffnung 220 in einer Seitenwand einer Ausgabekappe 260 in Verbindung,
die in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist. Durch diese Anordnung der Entlüftung
ist daher jedwede Neigung, daß es zu einem Luftdruckanstieg im Behälter während
des Einführens der Blutprobe kommt, vermieden. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
befindet sich während des Ansammelns der Blutprobe ein gelartiger Phasenseparator
244 am Ausgabeende des Behälters.
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Der mikroporöse Füllstoff ist vorzugsweise aus einem Werkstoff, der
durch Blut benetzbar, demgegenüber jedoch inert ist. In sich sollte das Material
offene Poren besitzen, deren Durchmesser klein genug ist, um einen kapillarischen
Sog auf das durch die Kanüle in die Poren hereingebrachte Blut wirken zu lassen.
Um diese Wirkung zu erreichen, sollte der Durchmesser der Poren im allgemeinen nicht
größer als etwa 0,254 mm sein.
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Beste Ergebnisse werden erhalten, wenn der durchschnittliche Porendurchmesser
etwa 0,102 mm beträgt. Der Füllstoff kann ein steifes, selbsttragendes Material
sein oder es kann sich um einen zusammendrückbaren Stoff handeln. Um eine ausreichende
Blutmenge anzusammeln, beträgt das Leervolumen des Füllstoffs vorzugsweise mindestens
etwa 70 % seines Gesamtvolumens.
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In allen Fällen ist es vorteilhaft, wenn sich der Füllstoff anfänglich
von einem dem Stopfen 238 benachbarten Bereich bis zu seiner Endfläche T über ine
solche Länge erstreckt, daß die Endfläche T jenseits der Stelle verläuft, an der
die Kanüle 240 das Blut zum Behälter zuführt. Die kapillare Wirkung der Poren dient
dazu, das Blut aus dem Ende der Kanüle zu saugen. Außerdem ist es von Vorteil, wenn
die Endfläche T des Füllstoffs, nachdem die Phasentrennung stattgefunden hat, sich
innerhalb der Phase der Blutzellen befindet, so daß die Ausgabe des Serums nicht
gestört wird.
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Um die oben erwähnten vorteilhaften Eigenschaften zu erreichen kann
eine Vielzahl benetzbarer Werkstoffe verwendet werden. Als äußerst vorteilhafte
Beispiele kommen faserige Strangrnaterialien in Betracht, beispielsweise Glasfaser
oder Baumwollfaser geeigneter Länge, sowie geschäunte poröse Stoffe, beispielsweise
Polypropylen-und Polythylen-Runststoffe. Im Falle der Fasern bilden die Räume zwischen
den ineinander verwobenen Fasern die Poren. Im Falle der geschäumten Kunststoffe
bilden die Räume in den Zellen die Poren.
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Nach dem Ansammeln des Bluts wird der Füllstoff 250 mit Gesamtblut
vollständig gesättigt. Die Phasentrennung wird dadurch bewirkt, daß zentrifugiert
wird mit in Richtung der Längsachse wirkender Zentrifugalkraft, wobei im allgemeinen
die Beschleunigung einen Wert von etwa 1100g übersteigt und wobei die Zentrifugalkraft
vom Ausgabeende 236 zum Einlaufende 234 hin wirkt. Aufgrund des größeren spezifischen
Gewichts der Blutzellen bewegen sich diese gegen das Einlaufende 234 hin. Wird als
Werkstoff für den Füllstoff 250 ein Material gewählt, das ein spezifisches Gewicht
von 1,1 oder größer besitzt, dann bewegt sich der Füllstoff ebenfalls gegen das
Einlaufende des Behälters hin, nachdem das Zentrifugieren abgeschlossen ist. Soweit
vorliegend von einem "spezifischen Gewicht" des Füllstoffs gesprochen wird, bezieht
sich
dies auf das Material des Füllstoffs in fester Form, d.h., das Leervolumen ist in
die Berechnung nicht einbezogen.
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Während der Phasenseparation bewegt sich der gelartige Phasenseparator
244 aufgrund seines speziellen spezifischen Gewichts unter dem stetigen Einfluß
der Zentrifugalkraft auch gegen den Bereich der Trannfläche zwischen dem Blutserum
und den Blutzellen hin, wo es eine Abdichtung gegen jedwede weitere in dem Rohr
verlaufende Flüssigkeitsströmung bildet. Während des Anfangsteils des Zentrifugierens
dichtet das Gel des Phasenseparators 244 auch die Entlüftungsöffnung 242 ab und
verhindert dadurch den austritt von Serums aus dem Behälter, siehe Fig. 9.
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Fig. 9 zeigt den Behälter, nachdem das Zentrifugieren durchgeführt
wurde, um die Blutzellen vom Serum abzusondern. Die Ausgabekappe 260 wurde in die
Ausgabestellung ausgezogen, so daß Druckgas in den Innenraum der Ausgabekappe durch
eine öffnung 270 zugeführt werden kann, um einen Tropfen Serums an einer Öffnung
290 nach außen zu bringen.
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Wenn ein faseriger zusammendrückbarer Füllstoff mit einer verhältnismäßig
hohen Federkonstante verwendet wird, kann die Gefahr bestehen, daß die zusammengefallenen
Fasern des Füllstoffs durch das Gel hindurch sich nach außen schieben, während das
Zentrifugieren stattfindet. Um dies zu verhindern, kann ein starrer, nicht dargestälter
Rückhaltekörper in Form eines Einsatzes, der in der Nähe der Endfläche T des Füllstoffs
angeordnet ist, vorgesehen sein. Während des Zentrifugierens der Blutprobe wird
vom Phasenseparator 244 eine Kraft auf diesen Körper ausgeübt, der wiederum eine
Kraft auf den Füllstoff ausübt, um diesen zusammenzupressen. Vorzugsweise ist der
Rückhaltekörper aus einem künstlichen oder natürlichen polymeren Stoff mit einem
spezifischen Gewicht, das gleich oder größer ist als etwa 1,1.
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Dieser Körper kann jede geeignete Form besitzen, solange er
eine
Umströmung zuläßt. Dies kann durch eine kreiszylindrische Formgebung mit einem Durchmesser
erreicht werden, der geringer ist als der Innendurchmesser des Rohrs.
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Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 10 bis 22 dargestellt.
Bei diesen Ausführungsbeisplien ist der Behälter für das Ans>mmeln und Weiterbearbeiten
des Bluts so ausgelegt, daß er Blut ansammeln kann, das von einer nicht unter Druck
stehenden Quelle stammt, beispielsweise aus einer Blutansammlung, wie sie durch
einen Nadelstich erzeugt werden kann.
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Die das Blut ansammelnde Kraft wird bei diesen Behältern im Inneren
mittels eines kapillaren Durchgangs erzeugt, der sich im wesentlichen über die Gesamtlänge
des Sammelraums des Behälters erstreckt.
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Bei den in Fig. 10 bis 22 dargestellten Ausführungsbeispielen ist
ein kapillarisch wirkender Sammelbehälter vorgesehen, bei dem eine Kapazitätsvergrößerung
erreicht wird ohne Vergrößerung der Gesamtlänge des Behälters. Zu diesem Zweck ist
vorzugsweise innerhalb des Sammelraums ein Kern angeordnet, so daß der kapillare
Durchgang, wie er beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehen ist, hier zu
einem kapillaren Ringraum wird, so daß es sich im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 also nicht mehr um eine Flüssigkeitssäule handelt. Vorzugsweise betritt
die anzusammelnde Flüssigkeit zuerst einen kapillaren Eingang am Einlaufende des
Behälters und bildet sodann das kapillare Volumen, nachdem sie die Spitze des Kerns
erreicht hat. In manchen Fällen kann jedoch der Eingang weggelassen werden, so daß
der Ringraum unmittelbar am Einlaufende beginnt. Die "Durchflußöffnung des kapillaren
Volumens" ist die öffnung, gemessen in einer Ebene tangential zum Ende des Kerns,
welche Ebene senkrecht zur Strömung verläuft, die innerhalb des kapillaren Eingangs
im Betrieb vorhanden ist. Die durch diese Öffnung vom Eingang wegfließende Strömung
hat eine des erste Strömungsrichtung, die durch die Form der wirksamen
Kapillarwände
bestimmt wird. Diese Richtung, gemessen in irgendeinem Mittelbereich des Ringraums
in der Durchfluß öffnung zwischen dem Kernende und der äußeren kapillaren an wird
hier als "Divergenzrichtung der Strömung bezeichnet.
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Gemäß Fig. 10 bis 12 weist der Behälter 320 einen Sammelraum 330 auf,
der sich vom Einlaufende 332 über einen kapillaren Ringraum 334 zum Ausgabeende
336 und einem dem Ausgabeende 336 benachbarten Ausgaberaum 360 erstreckt.
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Der in Fig. 10 gezeigte Sammelraum weist einen zwischen einer Wandung
338 gebildeten kapillaren Durchgang auf. Die Wandung 338 kann, wie beIm gezeigten
Ausführungsbeispiel, eine einteilige Wandung sein, die den kapillaren Durchgang
umhüllt. Vorzugsweise ist die Wandung 338 symmetrisch um eine Achse 340 angeordnet,
wobei die Wandung 338 mit ihrer Außenfläche einen bei zunehmendem Abstand vom Einlaufende
332 zunehmenden Durchmesser bildet. Mit ihrer Innenfläche 344, deren Innendurchmesser
ebenfalls zunimmt, definiert die Wandung 338 teilweise die Form des Sammelraums
330 und wirkt als effektive Außenwand für den größten Teil des kapillaren Durchgangs.
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Um sicherzustellen, daß der Sammelraum 330 auf seiner ganzen Länge
einen kapillarischen Durchgang für die Probenansammlung aufweist, d.h. einen Durchgang
bildet, bei dem durchgehend eine Kapillarwirkung vorhanden ist, hat ein kapillarer
Eingang 346 des Durchgangs unmittelbar innerhalb des Einlaufendes 332 Abmessungen,
die so klein sind, daß eine Kapillarwirkung ermöglichtwird. Außerdem ist ein flüssigkeitsundurchlässiger
Kern 348 vorgesehen, der innerhalb der Innenfläche 344 angeordnet und durch Abstandhalter
oder Rippen 350 und 351 von dieser in einem Abstand gehalten wird, der so klein
ist, daß eine Kapillarwirkung längs der Gesamtlänge des Sammelraums aufrecht erhalten
wird. Das Volumen des Sammelraums geht daher von einem rohrförmigen Volumen, wie
es der kapillare
Eingang darstellt, zu einem kapillaren Ringraum
über, der den Kern ergibt und der am vorderen Ende 349 des Kerns beginnt.An seiner
Außenfläche 352 ist der Kern vorzugsweise konzentrisch zur Innenfläche 344 der Wandung
338, wird daher durch die Formgebung der Wandung 338 bestimmt und bildet die effektive
Innenwand des größten Teils des kapillaren Durchgangs. Es ist zu bemerken, daß der
Kern 348 jede beliebige Formgebung besitzen kann und bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 10 im wesentlichen konisch geformt ist. Im Interesse einfacher Herstellung
und zum Ermöglichen, daß überschüssiges Blut aufgefangen wird, wie nachfolgend noch
beschrieben werden wird, ist der Kern vorzugsweise hohl ausgebildet, wobei sich
eine Kammer 353 über einen wesentlichen Teil der Länge des Kerns erstreckt.
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Fig. 11 und 12 zeigen Querschnitte durch den Behälter 320, gesehen
längs der Schnittlinien XI-XI bzw. XII-XII.
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In Fig. 13 sind die Abmessungen des Sammelraums 330 kenntlich gemacht,
deren Einhaltung wichtig ist, um die Kapillarwirkung zu erhalten. Diese Abmessungen
sind: Der Größtwert des Abstandes Dl,gemessen quer zur Strömung durch den Eingang
346; der Übergang vom Abstand D1 zum kapillaren Ringraum, insbesondere das Verhältnis
zwischen dem Größtwert D3 der Durchflußöffnung des kapillaren Ringraums an der Stelle
der Bildung desselben und dem Abstand D1; die Richtung der Strömungsdivergenz in
der Durchflußöffnung, gemessen als Kegelwinkel, der gegenüber der Richtung des kapillaren
Eingangs 346 divergierend verläuft; sowie der Größtwert des Abstands D2 des Kerns
348 von der Innenfläche 344,gemessen quer zur Strömung durch den Ringraum.
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Es wird zunächst der Abstand D1 betrachtet. Hierfür haben~~^ sich
Abmessungen im Bereich von etwa 0,05 cm bis etwa 0,12 cm als geeignet erwiesen,
vorzugsweise ein Wert von 0,1 cm. Normalerweise ist der Eingang 346 zylindrisch,
so daß es sich bei
dem Abstand D1 um einen Durchmesser handelt,
und vorzugsweise ist die Achse des Eingangs 346 parallel und konzentrisch zur Achse
340. Zwar ist der Radius R1 am Einlaufeinde nicht kritisch, er sollte jedoch größer
als etwa 0,01 cm sein, um ein Ausbreiten des Blutes und den fortschreitenden Zugang
desselben zum kapillaren Eingang zu ermöglichen.
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Der Übergang von D1 zu D3 sollte durch Radien R2 und R3 an der Innenfläche
344 stetig erfolgen, d.h., es sollte sich um Radien handeln, die vorzugsweise größer
als etwa 0,04 cm sind. Das Verhältnis von D3max zu D1 sollte nicht größer als etwa
2,5/1 sein, um eine Unterbrechung aer Kapillarwirkung zu vermeiden. Vorzugsweise
sollte dieses Verhältnis etwa 1,5/1 betragen. Es ist ersichtlich, daß je kleiner
der Radius R2 gewählt wird, desto kleiner auch dieses Verhältnis sein muß. Es ist
jedoch nicht wesentlich, daß der Abstand D3 der Durchflußöffnung genau an der Ubergangsstelle
zwischen R2 und R3 gegeben ist.
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Wie oben erwähnt, wird die vorstehend definierte Richtung der Strömungsdivergenz
an einem mittleren Bereich 354 in der tangential zum Ende 349 des Kerns 348 verlaufenden
Ebene' und senkrecht zur Richtung der Strömung im Eingang 346 gemessen.
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Ein dreidimensionaler KegelwinkeloC ergibt sich durch Extrapolieren
der Divergenzrichtung der Strömung gegenüber der Achse 340. Vorzugsweise ist dieser
lVinkel-s kleiner als etwa 450 0 Ein zweckmäßiger Wert von «~ beträgt etwa 100 Die
praktischen Gegebenheiten lassen natürlich den Kegelwinkel c# vorzugsweise geringer
werden, je größer der Abstand vom Einlaufende 332 wird.
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Die Innenfläche 344 und die Außenfläche 352 können über die Länge
des Sammelraums 330 verschiedene Radien R3 besitzen.
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Wichtiger ist der Abstand D2, der vorzugsweise innerhalb der Grenzwerte
liegt, wie sie oben für D1 erwähnt wurden. Der im betreffenden Fall tatsächlich
gewählte Wert hängt teilweise
davon ab, ob der Behälter 320 für
eine Benutzung in dauernd senkrechter Lage vorgesehen ist, wobei kleinere Werte
für D2 gewählt werden sollten, besonders wenn die Länge des Sammelraums 330 verhältnismäßig
groß ist. Der Wert für D2 wird natürlich über die Gesamtlänge des Sammelraums 330
beibehalten, wobei es sich, ausgehend vom Einlaufende 332, vorzugsweise um mindestens
etwa 90 % der Länge des Sammelraums handelt. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, endigt
die für die Probenansammlung vorgesehene Länge bei A'. Jenseits dieser Stelle kann
der Sammelraum über das Ausmaß hinaus, bei dem sich eine Kapillarwirkung noch ergibt,
in dem Verlauf bis zum Ausgabeende 336, erweitert werden. Das Ausgabeende 336 des
Sammelraums 330 fällt mit einer Endplatte 356 des Kerns 348 zusammen. Ein weiterer,
die kapillarische Strömung beeinflussender Aspekt des Kerns 348 ist die Formgebung
seines Endes 349. Ein ebenes Ende ist nicht wünschenswert, da Randwirkungen die
kapillarische Strömung behindern würden. Der Krümmungsradius R4 am Ende 349 sollte
so gewählt sein, daß sich für das ankommende Blut nur eine kleinstmögliche Stauung
ergibt. Es ist zu ersehen, daß der Wert von R4 desto größer sein kann, je größer
der Wert von D1 ist.
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Typische Werte für die oben besprochenen Abmessungen, bei denen es
sich um Werte eines illustrativen Beispiels handelt, auf das die Erfindung nicht
ausschließlich beschränkt ist, sind in der nachstehenden Tabelle I für eine Gesamtlänge
des Sammelraums 330 von etwa 5 cm angegeben.
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Tabelle I D1 = 0,1 cm R1 = 0,05 cm D3 = 0,127 cm R2 = 0,119 an R3
= 0,026 cm s =40 R4 = 0,027 cm
Die zum Ansammeln dienende Länge
bis zu der in Fig. 14 bei A' angegebenen Stelle beträgt 4,6 cm.
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Es ist ersichtlich, daß durch Verwendung eines kapillaren Ringraums
die Blutmenge stark vergrößert wird, die innerhalb der wirksamen Wandungen des kapillaren
Durchgangs angesammelt werden kann, verglichen mit der Menge, die in einem einzigen
Kapillarrohr angesammelt werden kann. Gleichzeitig wird die Gesamtlänge der Anordnung
innerhalb zweckmäßiger Grenzen gehalten, und es sind auch die aus Gewichtsgründen
bei kapillarischen Säulen auftretenden Unzulänglichkeiten vermieden.
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Um eine Entlüftung für eingeschlossene, in die Umgebungsatmosphäre
auszustoßende Luft zu schaffen, sind, siehe Fig.
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10, in der Wandung 338 eine Öffnung 357 und in der Wandung des Kerns
348 eine Öffnung 358 vorgesehen, die beide dem Ausgabeende 336 benachbart sind.
Um Ausrichtungsprobleme zu vermeiden, ist die als Abstandhalter dienende unterbrochene
Rippe 351 mit einem Schlitz 361 versehen, um einen ununterbrochenen Durchstrom von
Luft von der Öffnung 358 zur öffnung 357 zu ermöglichen, auch wenn die beiden Öffnungen
nicht aufeinander ausgerichtet sind. Eine zusätzliche, einen Einlaß bildende öffnung
359 ist in der Wandung des Kerns im wesentlichen gegenüberliegend von der öffnung
358 angeordnet, um dadurch einen Entlüftungsweg zu schaffen, der sich von der öffnung
359 über die öffnung 358 zur öffnung 357 erstreckt. Eine zusätzliche Entlüftungsöffnung
316, die in einer nachstehend noch zu erwähnenden Ausgabekappe 366 ausgebildet ist,
dient als Auslaß für den Entlüftungsweg. Der Entlüftungsweg ermöglicht daher, daß
eingeschlossene Luft durch das einströmende Blut aus dem Behälter ausgetrieben wird.
Da sich der Entlüftungsweg durch den Kern hindurch erstreckt, dient dessen innere
Kammer auch zum Auffangen jedweden überschüssigen Bluts, das während des Vorgangs
des Ansammelns der Blutprobe oder während des Zentrifugierens durch die öffnung
359 eintreten
mag.
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Die Wandung 338 erstreckt sich mit ihrem Ende 362 über das Ausgabeende
336 hinaus, um einen Teil des Ausgaberaums 360 zu bilden. Zu Beginn befindet sich
innerhalb des Ausgaberaums 360 zwischen den Enden 362 ein gelartiger Phasensenarator
364. Der Separator kann entweder in der gezeigten Weise an der Endplatte 356 oder
an einer Stirnwand 372 der Ausgabekappe 366 anliegen oder den gesamten Ausgaberaum
360 ausfüllen. Der übrige Teil des Ausgaberaums 360 wird durch die Ausgabekappe
366 gebildet, die so ausgeführt ist, wie es oben unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben
wurde.
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Der gesamte Behälter 320 kann aus beliebigem geeigneten Werkstoff,
beispielsweise aus preßgeformten, steifen, polymeren Kunststoffen, gefertigt sein.
Es kommt hierfür etwa der oben erwähnte, von der Firma Dow Chemical Company hergestellte
Werkstoff in Frage. Zumindest die Wandung 338 und der Kern 348 sollten aus einem
polymeren Werkstoff gefertigt sein, der durch die anzusartimelnde Flüssigkeit benetzt
wird, also beispielsweise aus einem Polyester, Polystyrol oder aus einer Akryl-Nitril-Verbindung.
Es könnte sich auch um einen hydrophoben Kunststoff handeln, der mit einem oberflächenaktiven
Mittel beschichtet ist, das mit dem angesammelten Blut nicht reagiert.
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Fig. 14 zeigt die Benutzung des Behälters 320. Wahlweise kann ein
Deckel 420 vorgesehen sein, der vom Einlaufende 332 abgenommen wird. Eine Ansammlung
von Blut wird durch Kapillarwirkung durch die Durchflußöffnung am Einlaufende 332
in den Eingang 346 hineingesogen. Das Einsaugen erfolgt auf der ganzen Länge des
zum Ansammeln dienenden Raums, dessen Längenausdehnung bei A' endigt. Eingeschlossene
Luft wird durch die zur Entlüftung vorgesehenen Öffnungen ausgetrieben und etwaiges
überschüssiges
Blut tritt in die öffnung 359 ein, um in der Kammer 353 zurückzubleiben.
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Das Ansammeln des Bluts endigt, wenn der Behälter 320 von der das
Blut liefernden quelle entfernt wird. Anschließend wird eine Phasentrennung zum
Absondern des Serums durch Zentrifugieren des Behälters vorgenommen, wobei der Deckel
420 aufgesetzt ist und wobei die Zentrifugalkraft längs der Achse 340 vom Ausgaberaum
360 gegen das Einlaufende 332 hin gerichtet ist. Während dies stattfindet, fließt
der gelartige Phasenseparator 364 in den Sammelraum 330, wobei durch die thixotropischen
Eigenschaften des Phasenseparators ermöglicht wird, daß das die leichtere Phase
bildende Serum am Phasenseparator vorbei in den Ausgaberaum 360 fließt. Das Gel
des Phasenseparators dient daher als Mittel zum Iferausdrängen des Serums aus dem
kapillaren Durchgang zwischen dem Kern 348 und der Innenfläche der Wandung 338.
Ohne dieses Ilerausdrängen wäre es wegen der Kapillarwirkung schwierig, das Serum
zu entfernen. Nachdem das Zentrifugieren abgeschlossen ist, befindet sich im wesentlichen
das gesamte Serum in dem Ausgaberaum 360. Das Gel des Phasenseparators 364 hat den
Sammelraum 330 in der Nähe des Ausgabeendes 356 und die Offnung 359 abgedichtet,
und die unerwünschten Blutzellen befinden sich am Einlaufende des Sarninelraums33O,
wo sie sich vom Einlaufende 332 bis zu der bei B' angegebenen Stelle erstrecken.
Danach wird die Ausgabekappe 366 durch Verschieben oder anderweitig teleskopartig
vom Ende 362 wegbewegt, um Öffnungen 390 und 410 freizugeben. Druckluft, die mittel:
einer geeigneten Einrichtung in entsprechenden Mengen in Richtung eines Pfeils 430
durch die Öffnung 410 gedrückt wird, bewirkt die Bildung eines hängenden Tropfens,
der durch Berühren mit einem geeigneten Substrat abgenommen werden kann. Die Einzelheiten
des tropfenweisen Abgebens an sich sind der bereits oben erwähnten Veröffentlichung
Research
Disclosure" zu entnehmen.
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Es ist zu ersehen, daß der Behälter 320 lediglich kapillarisch erzeugte
Kräfte zum Einziehen des Bluts vorsieht.
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Dadurch, daß ein kapillarer Ringraum Verwendung findet, kann eine
größtmögliche Blutmenge eingesogen werden, verglichen mit der Menge, die eine einzelne
Kapillare einsaugen kann. Während der Phasentrennung wird das Serum selbsttätig
in eine Ausgabekammer bewegt, die so ausgebildet ist, daß jeweils der gleiche genaue
Bruchteil des Gesamtinhalts nacheinander abgegeben werden kann.
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In den Fig. 15 bis 18 sind Abwandlungen des in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiels
dargestellt. Diese Abwandlungen betreffen die Ausbildung des Kerns, der den Sammelraum
teilweise begrenzt. Teile, die vorstehend erwähnten Teilen ähnlich sind, tragen
die gleichen Bezugszahlen, denen zur Unterscheidung a oder b oder c hinzugefügt
ist. In Fig. 15 entspricht der Behälter 320a demjenigen von Fig. 10, abgesehen davon,
daß der Kern 348a einen zylindrischen Teil 440 mit einem konstanten inneren Durchmesser
und einem konstanten äußeren Durchmesser der kapillar wirkenden Wand aufweist, wohingegen
bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die kapillar wirkende Außenwand
des Kerns einen laufend zunehmenden Durchmesser aufweist. Die Innenfläche 344a der
Wandung 338a muß natürlich in ähnlicher Weise geformt sein, um die gewünschte Kapillarwirkung
zu erzielen.
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Der Behälter 320b von Fig. 16 und 17 ist ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 15, abgesehen davon, daß der kapillarische Eingang weggelassen ist. Stattdessen
befindet sich am Einlaufende 332b ein Ringraum für eine den Kern 348b umgebende,
geradlinig nach hinten bis zum nicht gezeigten Ausgaberaum
verlaufende
Strömung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Breite des Kerns 348b am Einlaufende
332b vorzugsweise klein genug, um von einer einzigen Quelle stammendes Blut im gesamten
Ringraum zu sammeln. Alternativ könnte der Sammelraum 330, der durch den ringförmigen
kapillaren Durchgang gebildet wird, so ausgebildet sein, daß er sich im Ringdurchmesser
mit zunehmendem Abstand vom Einlaufende 332 erweitert. Dies könnte einfach dadurch
erreicht werden, daß der konisch geformte Kern von Fig. 10 verwendet wird, daß jedoch
der rohrförmige Eingang 346 weggelassen wird.
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In Fig. 18 kommt der durch die Divergenz der Strömungsrichtung gebildete
Kegelwinkel dadurch zustande, daß eine Mehrzahl von im wesentlichen geraden Kapillarrohren
450 verwendet wird, die so zusammengebündelt sind, daß sie einen Kern 348c bilden.
Hierbei hat ein zentral gelegenes Kapillarrohr 452 die größte Länge, und die weiter
auswärts angeördneten Rohre Einlauf' ffnungen der haben abnehmende Längen, so daß
di kohre mit ihren Mittelpunkten 456 auf einer Linie liegen, die mit der Achse 340c
einen Kegelwinkel bildet, der kleiner als etwa 450 ist. Im übrigen sind die Merkmale
des Behälters 320c im wesentlichen die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 15.
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Die Kapillarrohre 450 und 452 in ihrer gebündelten Anordnung können
aneinander befestigt, z.B. miteinander verklebt sein.
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Fig. 19 bis 21 zeigen weitere Abwandlungen, bei denen der Entlüftungsweg
anders ausgebildet ist. Für Teile, die vorstehend beschriebenen ähnlich sind, sind
wiederum die gleichen Bezugszahlen verwendet, wobei zur Unterscheidung d oder e
hinzugefügt ist. Bei Fig. 19 befindet sich die als Eintrittsöffnung dienende öffnung
359d des Entlüftungswegs in der Endplatte 356d. In diesem Falle befindet sich der
gelartige Phasenseparator 364d anfänglich im Abstand von dieser Endplatte, so daß
ein Verschließen der öffnung 359d erst während des Zentrifugierens eintritt. In
Fig. 20 und 21
bildet die Öffnung 390e in der Ausgabekappe 336e
die Auslaßöffnung für die Entlüftung, so daß die Entlüftungsöffnung 316 (siehe Fig.
10) in der Seitenwand 378e der Ausgabekappe in Wegfall kommen kann. Die als Eingang
für den Belüftungsweg dienende öffnung 359e ist im oberen Teil des Kerns 343e ausgebildet,und
die öffnung 358e ist im unteren Teil des Kerns vorgesehen. Das Abgeben von Tropfen
geschieht durch Verschieben der Ausgabekappe 366e nach vorn, bis die Öffnung 390e
von dem Ende 362e freikommt. Jedoch ist die Ausgabekappe mit ihrem Ende 380e lang
genug, um in dieser Stellung die Öffnung 357e in der Wandung 338e zu verschließen.
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Fig. 22 bis 24 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die
Ausgabekammer abgeändert ist und ein drehbares Ventil enthält. Für den vorstehend
beschriebenen Teilen ähnliche Teile sind wieder gleiche Bezugszahlen verwendet,
denen zur Unterscheidung f hinzugefügt ist. Der Sammelraum 330f des Behälters 320f
und der Vorgang des Ansammelns der Probe entsprechen im wesentlichen den Gegebenheiten
beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10. Jedoch ist die Ausgabekappe 366f des Behälters
360f so abgeändert, daß sie relativ zum Ende 362f der Wandung 338f nicht verschiebbar
ist. Eine vorstehende Rippe 460 des Endes 362f sitzt in einer passenden Nut 466
in der Ausgabekappe 366f. Mit ihrer Unterseite 378f entspricht die Ausgabekappe
den vorstehenden Ausführungsbeispielen, d.h., es wird eine Rampe 394f als Tropfenträger
gebildet. Seitenwände 468 der Ausgabekappe sind jedoch im wesentlichen zylindrisch
und können, wie dargestellt, als einteilige Wandung ausgeführt sein, um ein drehbares
Ventil 470 aufzunehmen. Dieses-Ventil weist einen gekrümmten Ventilfuß 472 auf,
der passend zur Seitenwand 468 ausgebildet ist und an dieser gleitet. Der Ventilfuß
472 weist einen Umfangsteil auf, der sich über einen ausreichend großen Winkel erstreckt,
um einen Durchfluß über das Ende 362f hinaus durch eine Öffnung 475 zu verhindern,
siehe Fig. 23.Eine Kopfplatte 476 ist am Ventilfuß befestigt
und
mit Vertiefungen 473 zum Drehen der Kopfplatte sowie mit der Öffnung 410f zum Unterdrucksetzen
versehen.
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Abgesehen von dem Fußteil des Ventils und einer Trennwand 490, die
nachfolgend beschrieben wird, ist daher der Ausgaberaum 366f für das Fließen von
Serum durch die Öffnung 475 aus dem Raum am Ende 362f vollständig offen.
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Ein Entlüftungsweg ist in gleicher Weise wie bei den vorsthenden Ausführungsbeispielen
vorhanden, und die Entlüftungsöffnung 316f wird einfach durch einen ausgesparten
Bereich der Ausgabekappe 366f gebildet.
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Um die Größe des Oberflächenbereichs und das kompressible Luftvolumen
oberhalb des Serums auf ein Mindestmaß herabzusetzen, das an der Öffnung 475 vorbei
in die Ausgabekappe 366f fließen kann, ist die Trennwand 490 an der Unterseite 378fbefestigt.
Die Trennwand 490 ist so geformt, daß sie sich bogenförmig um die Öffnung 390f erstreckt.
Mit ihren einander entgegengesetzten Enden 492 springt die Trennwand im Winkel geneigt
gegen die öffnung 475 vor, endigt jedoch in einem Abstand vor der Seitenwand 468,
der so groß ist, daß er den Durchgang des Ventilfußes 472 ermöglicht. Gleichzeitig
jedoch ist der Abstand der Enden 492 von der Seitenwand 468 klein genug, um in dem
Blutserum, das an der Uffnung 475 vorbeigeflossen ist, eine blockierende Meniskus
wirkung hervorzurufen, so daß das Serum auf den Raum zwischen der öffnung 475 und
der Trennwand 490 beschränkt bleibt, siehe Fig. 24. Ein Typischer Abstand, bei dem
sich diese Meniskuswirkung ergibt, beträgt etwa 0,06 cm. Daher muß die Stärke des
Ventilfu3es 372 geringer sein als dieser Abstand, Es ergibt sich eine Serumsäule
mit verringerter Ausdehnung ihrer Oberfläche 494, die auf den Bereich zwischen den
Enden 492 der Trennwand 490 begrenzt ist. Dadurch benötigt der Ausgabevorgang
geringere
Druckgradienten als dies bei einem Fehlen der Trennwand 490 der Fall wäre. Dieses
merkmal ist besonders vorteilhaft, wenn sich innerhalb der Ausgabekappe 366f von
vornherein eine geringere Menge Serums befindet, weil vorausgehend nur eine geringe
Menge Bluts angesammelt wurde.
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Während des Vorgangs des Ansammelns hilft der gelartige Phasenseparator
364f mit, jedwede ansonsten etwa stattfindende Strömung von Flüssigkeit in die Ausgabekappe
366 f hinein zu unterbinden, da der Phasenseperator am Fußteil 472 des Ventils im
Bereich der Öffnung 475 anliegt, siehe Fig. 22. Wie auch bei den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen verdrängt das Gel des Phasenseparators während des Zentrifugierens
das Serum aus dem Sammelraum 330f und bewegt das Serum in den Ausgaberaum 360f im
Bereich des Endes 362f.
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L e e r s e i t e