DE2823935A1

DE2823935A1 - Verfahren und vorrichtung zum fraktionieren von blut

Info

Publication number: DE2823935A1
Application number: DE19782823935
Authority: DE
Inventors: Ardis R Lavender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-22
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1979-12-13
Also published as: DE2823935C2; GB1583023A; FR2427119A1; FR2427119B1

Description

NACHGERECHT

Ardis ß. Lavender, Clarks Summit, Pennsylvania, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Fraktionieren von Blut

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Fraktionieren von Blut.

Die Fraktionierung von Blut ist sehr nützlich, da das menschliche Blut eine komplizierte Mischung aus roten und weißen Blutkörperchen sowie Plättchen ist, die in einem flüssigen Plasma suspendiert sind. Das Plasma, das etwa 55 Vol.-£ des Blutes ausmacht, ist eine Lösung aus Wasser, Salz und Proteinen. Jede der Blutfraktionen ist für sich und in verschiedenen Kombinationen nützlich; aus diesem Grund sind Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Fraktionieren von Blut weit verbreitet.

Das Blutplasma ist von besonderem Nutzen für die Diagnose und Therapie, und zwar sowohl als Vollplasma als auch in Form von Piasinaproteinen. Derzeit erhält man das Plasma von Spendern nach einem zeitraubenden und ziemlich umständlichen Verfahren. Lan

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führt eine Kadel in eine Vene des .Gpenders und zieht innerhalb eines Zeitraums von I5 "bis 2C i.inuten etwa 500 ml Blut ab. Der das Blut enthaltende Beutel wird abgenommen, zentrifugiert und das überstehende l^;lasma dann in einen anderen Behälter umgefüllt, während man die Blutkörperchen dem Spender wieder zufuhrt. Die Gesamtzeit, die erforderlich ist, um das Blut abzunehmen, das 1-lasma abzutrennen und die roten Blut zellen dein Spender wieder zu verabfolgen, beträgt etwa 90 Limiten. Das Verfahren enthält mehrere iüsiken - u.a. die Rückführung des Blutes einer anderen Person in den Spender - ein Versehen, das erstens tödlich sein kann und zweitens vielfältige höglichkeiten der Infektion in sich birgt.

Lon hat unterschiedliche Vorrichtungen und Systeme vorgeschlagen, un das ?31utplasraa zu gewinnen; von diesen hat sich bisher keinrs als zufriedenstellend erwiesen und keines wird gewerblich ausgewertet. I'jift solches Systeu; ist beispielsweise in der IJb-PS 5 ^r/0'j> IOC beschrieben. Die Vorrichtung der I¹S-PS ~j '/03 100 hat mehrere ^achaeile - nicht zuletzt die extrem geringe C-escuwindi^icoit dor IlasKaerzeurrung.

JiS ist das -del der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein /erfahren zum kontinuierlichen fraktionieren von xälut sowie insbesondere eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur kontinuierlichen ln-situ-i^|lral:tionierung von Blut aus einem Spender anzuheben.

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BAD ORIGINAL

Die vorliegende Erfindung cchai'ft eine Vorrichtung, zum kontinuierlichen ü'rairfcioTiiereri von ijlut mit oineu "^ehause n.it eines 31uteinlaii, eier an eine .'Jlutquelle angeschlossen "werden kann, und. eine'/, ^lutauslaß, der in otröiaun r-svertindunf:' mit dem .blutauslaß und eine·:! .olutfraktionsauslaßsteht. Eine halbpermei)le heuibran trennt den .älutfraktionsauslaß vom .blutein- und -auslaß und erlaubt den Durchgang: einer xiiutfraiction zwischen diesen. Viine Einrichtung: erzeugt eine Vielzahl von sehr schnellen. Blut strahlen., die auf die I-.embran und im wesentlichen deren gesamte Oberfläche entlang gerichtet sind, um die Membran ausreichend ablagerungsfrei zu halten, daß die. Blutfraktion hindurchtreten kann. 3eia "übergang des Blutes vom ciliiteinlaJB entlang der Membran zum.Lluväusiaß tritt die -Blutfraktion kontinuierlich durch die Membran hindurch und '-ebt durch den j'raktionsauslaß ab.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum li'raktionieren von Blut, indem man einen Blutströmungsviec vorsieht, de., teilweise von einer Oberfläche einer halbpermeablen Letabran ^ebilaet wird, die die durch eine uberfl^che der hembran hindurchtretende blutfraktion auffunct und die verbleibenden ijlutbestsndteile, die nicha durch die !Membran treten können, ebenfalls auffängt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daii man sehr schnelle Blutstrahlen auf in wesentlichen eine gesamte oberfläche der Lembran und diese entlang richtet, um die eine oberfläche ausreichend von Ablagerungen frei zu halten, daß eine Hut fr action durch sie hindurchtreten kann»

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Diese und andere Besonderheiten der vorliegenden Erfindung zusammen mit weiteren "Vorteilen sollen nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine schematisierte ümrißaeichnung des Systems der vorliegenden Erfindung und zeigt die Fraktioniervorrichtung zusammen mit einer Blutpumpe, geeigneten Gerinnselfiltern, die in situ an einen Spender angeschlossen sind, sov.'ie einer Auffangeinrichtung;

IPig. 2 ist eine Perspektivdarstellung der Fraktioniervorrichtung;

in.;;;. 5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der in Fig. 2 gezeigten Fraktioniervorrichtung;

!•'ig. 4- ist eine ociinittdarstellung der in Fig. 2 gezeigten Jj'raktioniervorrichtung auf deren Linie 4-4-;

i^rig. 5 ist eine Draufsicht des unteren Elements der in Fig. 2 gezeigten Fraktioniervorrichtung; und

Fig. 6 zeigt i[ene alternative Aucführungsform der Lochplatte für die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung.

Die Zeichnung und speziell deren Fig. 1 zeigt nun ein System ^O zum kontinuierlichen Fraktionieren von Blut aus einem Spender 51. Dos System 50 weist einen Fraktionator 55 auf, der an den Spender 51 mit einem Schlauch 56 angeschlossen ist, der vom Ein-

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laßende des Fraktionators 55 zu einem Gerinnselfilter 70 führt. Ein Schlauch 70 verläuft vom anderen jinde des Gerinnselfilters 70 zu einer Blutpumpe 60, die ihrerseits mit einem Schlauch 61 an eine Ijadel 62 angeschlossen ist, die in ein Blutgefäß 63 eingeführt ist. Eine Siadel der Kormstärke 14- oder 16 wird normalerweise zu diesem Zweck verwendet und das Blutgefäß kann eine Vene oder eine Arterie sein, obgleich man bevorzugt eine Vene ansticht. Eine Auffangeinrichtung 65 ist an den S'raktionator 55 angeschlossen und nimmt die vom Spenderblut angetrennte Blutfraktion auf. Ein Schlauch 66 verbindet den Blutauslaß des Praktionators 55 roit einem anderen Gerinnselfilter 70, der über einen Schlauch 7I an eine Nadel 72 führt, die wiederum in ein geeignetes Blutgefäß 73 eingeführt ist. Die G-erinnselfilter 70 sind Kahlweise einsetzbar, und zwar abh^nfig von den im Einzelfall vorliegenden Linsatzbedingunfven des jj'raktionators 50, der Gerinnungsanfsliigkeit des Spenders 51 und anderen Faktoren, v;ie aus dem Stand der ''üechniK: bekannt. ;\s ist aus dem Stand der Pechnik unuit'jelbor möglich zu best irr.'en, ob Gerinnselfilter erforderlich sind; viele solche Filter stehen zur Verfügung. Sämtliche Werkstoffe innerhalb des Systems 50 sind biokompotibel; wie ersichtlich, dürfen im --ystem 50 auch nur solche I aterialien eingesetzt werden.

Blutpumpen 60 in Eorm von .iollenpuurpen sind ebenfalls handelsüblich una erzeugen eine nluustroinung von ujöhr als etwa 75 bis 150 cm"'/min, dea gewünschten Bereich üer _.lutströi;.un,^ iir. Systeu 50. .,-eiterhiu sind auch Auffangeinrichtuneen 65 v-^:ie beispiols-

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BAD ORIGINAL

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weise ivunststof fbeutel für die aufzufangene Blutfraktion erhältlich. Während das oystem hauptsächlich am Beispiel der Gewinnung von Blutplasma beschrieben werden soll, ist einzusehen, daß es sich auch leicht zur Gewinnung anderer .ulutiraktionen - beispielsweise liltrafiltraten - einsetzen läßt, indem man die l-.embran im i'raktionator 55 entsprechend auswählt, wie in; folgenden beschrieben wird.

Die !''ig. 3 und 5 zeigen ausführlich den ±<'raktionator 5p der vorliegenden Erfindung mit einem Gehäuse 100 aus einem unteren Element 105 und einem oberen Element 205, die aufeinander passen. Das ilement IO5 hat an den gegenüberliegenden j-nden koaxiale öffnungen 106, 10?, die von der Innenfläche 108 des Elements I05 beabntandet sind, i-.ine ^luteinlailarmatur 110 ist in die Öffnung 106 eingesetzt, wobei die ..rihatur einen körper 111 einen außerhalb des ile;..ents I05 liegenden vergrößerten i'lanschteil sowie einen larj^^catreckten .flansch 112 aufv/eist, der in die öffnung lt. j hineiii vorsteht unö dicht -'_^:eten diese abresculossen ist. .i±n iiohr 11 ^ verläuft vol. körperteii 111 tiinweg; es Kann ein ,.jCuloucii yö auf es aui'" esfceckt wer-den. -,ine -olutauslaßarrüatur 1._^ icfc enL-S₁. rächend in die Öffnung 1C7 eingesetzt, wobei die Ari.L'tur sinea su.-..enliegenden i-örperteil 1^1 ü.it einer;, ochaft 122 aufweist, eier dicht abschließend in der Öffnung Il7 sitzt; auf ein nach auu>en vorstehendes -Lour Λ ei;· Kann ein ochxaucli SG aufgf-ctcci.t -.,erüen.

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Bas innere Ende des Schafts 112 der KLuteinlaßarmatur 110 mündet in eine ei !bluteinlaßverteiler 130, der im unteren Element 105 liegt, !»er Bluteinlaßverteiler 130 ist eine rechteckige I.ut, die rechtwinklig quer zur Achse zwischen der Armatur 110 und der Armatur 120 verläuft und von einer Bodenwandung 131 und gegenüberliegenden hochstehenden ßeitenwandungen 132 gebildet wird. Uer Jjj-Uteinlaiüverteiler 130 steht in Strömungsverbindung mit der Bluteinlaiiaramtur 110. Eine vertiefte fläche 135 ist im unteren Element 105 vorgesehen und ist allgemein rechteckig geformt. Die ITlägche 135 verläuft vom inneren Ende des Verteilers 133 zum ILnde 137j das. von der BlutauslaLiornji-tur 120 einwärts beabstandet liegt. Die vertiefte !''leiche verl'.uft also zwischen der Kante 133 des Linlai<>vert eilers 130 und dem entfernten l^nde 157, wobei sich eine nach oben vorstehende Leiste 1Jö ergibt. l>ie >eiten~renzen der vertieften !fläche 135 werden von den Enovjandungen 132 des Einlaßverteilers 1^0 gebildet und liegen in den gleichen beabstandeten und !Parallelen Lbenen.

Die Leiste 13^ überbrucict die vertiefte fläche 135 und einen Blutauslaßverteiler 140 ;uit einem j3oden 141 und aufvjj'rts vorstehenden beiten 142. j)ie Abmessungen des Blutauslaßverteilers 140 sind im wesentlichen die gleichen wie die Abmessungen des jdiuteinlahverteilers I50, i\?obei die Böden 141, 141 und die Seitenwünde 132, 142 jeweils in der gleichen Ebene lie..en.

V/ie ersichtlich, liegt die obere iiläche der Leiste I38 in der gleichen ^,bene wie die innere fläche 108 des unteren Elements I05.

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BAD ORlGlNAU

Eine Lochplatte I50 iait im wesentlichen den gleichen Umfangsabmessungen viie das element 105 liegt auf der Fläche 1C8 und der oberen Jj'lV.che der Leiste 138 auf und verläuft ira wesentlichen zum äußeren ^nde des Clements IO5. Me Lochplatte 1^0 bildet mit der vei^tieften flache 135 eine Blutverteilungskammer 155· Die Lochplatte 150 hat eine obere !Fläche 161 und eine untere Fläche 162, wobei die untere Fläche 162 auf der Fläche 108 des Clements. 105 aufliegt und mit dieser dicht abschließt. Die obere i'läche 161 hat eine Vertiefung 165, die von der Endwand 167 A her verläuft, die geringfügig in die angrenzenden Außenfläche eingelassen ist. Eine Vertiefung 185 in der Platte I50 ist mit einer Kante mit der Außenwandung des Bluteinlaßverteilers I30 ausgerichtet und verläuft zu einer "ündwandung 168 ausgerichtet mit der juiieren Uandung des Bluteinlaßverteilers 140. Die Vertiefung 185 wird seitlich von den Wandungen 169 gebildet, die mit einer Ebene fluchten, die die Bndwandungen 132, 142 der Verteiler I30 und 140 bilden. Ein länglicher rechteckiger Schlitz 166 am Ende der vertieften fläche 185 verläuft vollständig durch die Platte 150 hindurch, ist mit dem Auslaßverteiler 140 ausgerichtet und hat die gleichen Umfangsabmessungen wie dieser.

In der Platte I50 ist eine Vielzahl von öffnungen 170 vorgesehen, die winklig durch die Hatte I50 verlaufen und jeweils ein! Einlaßende 171 und ein Auslaßende 1?2 aufweisen. Die öffnungen 170 — vergleiche J?ig. ο - sind in Spalten und Zeilen im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Vertiefung 165 verteilt. Die Öffnungen 1?0 liegen winklig, so daß die Sinlaßenden 17I näher

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am Bluteinlaß 110 und die Auslaßenden 172 näher am Blutauslaß 120 liegen, wobei das durch die öffnungen I70 strömende Blut kräftige Strahlen bildet ztr einem Zweck, der im folgenden beschrieben ist. Eine Dichtung 175 liegt auf der oberen Fläche der Vertiefung 165 in der Lochplatte T50 auf und ist? mit einer Öffnung 176 versehen, die die gleiche Ausdehnung: wie die Vertiefung 185 der Platte I50 hat. i>ie Dichtung 175 kann aus irgendeinem biokospatiblen elastomeren elastischen 'werkstoff hergestellt sein.

Eine halbpermeable I-iembran 180 ist mit ihrer unteren Fläche 181 auf Dichtung 175 aufgelegt und bildet mit der Vertiefung 185 einen Blutkanal 185A. Die halbpermeable Membran ist eine handelsübliche Ausführung und von der Fa. Gillman Company, der Fa. hillipore Company oder der Fa. Nucleopore Company erhältlich. Die Porengröße der Membran kann zwischen 0,1 und 6 ,um liegen, und zwar abhängig vom Einsatzziel des Fraktionators 55· Die Umfangsabmessungen der Membran 180 sind im wesentlichen die gleichen wie die der Platte I50 und des Elements I05.

Eine Dichtung I90 mit einer Öffnung 191 ist über die Membran 180 gelegt, wobei die Öffnung I9I geringfügig größer als die Öffnung 176 in der Dichtung 175 ist; der Zweck dieser Maßnahme wird unten beschrieben. Eine Lembranstütze 195 ist in der Dichtung 190 vorgesehen, um die Querabmessungen des Blutkanals 185A konstant zu halten und ein Auslenken der Membran 180 aus ihrer Normalebene zu verhindern. Die hembranstütze 195 kann aus

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ev;ebe oder einer !latte mit Leisten, ϊ yrauiden oder In. bestehen.

Ein oberes --.lernent 205 nit den gleichen allgemeinen Uiitfcingsebmessun^en wie dos !,lenient 10p ist auf die I-embronycütse 195 aufgelegt. I/as obere Clement 2Cp ist mit einer Öffnung 203 in.' .-nde denselben versehen, das mit dew. AuslaBende des unteren Clements 10p ausgerichtet ist unö die --!eichen allgemeinen Abmessungen wie die Öffnungen 1C^r/, 1C/ im unteren Element 105 aufweist. Bas obere element ^Op hat eine Innenfläche 2c7 und eine Vertiefung 208 für die Dichtung 190, wobei die Vertiefung 208 am Einlaßende des oberen Llements 20p breiter ist als am .auslaßende; der Grund hierfür ist unten erläutert, .^ine Vertiefung 210 in der Innenflache 207 des Elementes 205 bildet eine Blutfraktionskammer und hat die gleichen -_vuerabmessungen wie die Vertiefung 155 i'¹¹ Element 10p; ihr j_nde 211 ist mit der AuLenwandung des Bluteinlaßverteilers 130 ausgerichtet und ihr anderes Ende 212 verliuft über die äußere ..andung des Ausla^vertsilers 1^-0 hinaus. Da die hembranstütze 195 sich innerhalb der Blutfraktionskammer 210 befindet, verläuft sie über den Verteiler 140 im Element 10p und bietet eine Abstützung für die sie berührende Kembran 180 über denjenigen Punkt hinaus, wo diese vom .olut bespült wird.

Line Blutfraktionsauslaßarmatur 220 ist in der öffnung 205 angebracht, wobei die Armatur 220 identisch wie die Armaturen 110 und 120 aufgebaut und mit einem Körperteil 221 außerhalb des Clements 205 und mit einem langgestreckten Schaft 222 dicht ab-

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sc-Liließend in der Öffnung 206 angeordnet ist. ütif ein äußeres iohr .-.--3 lUiit;. sich ein ichlauch aufschieben... Die Armatur 220 s-ϋβΐΐυ eine Bt-rGt;ungsverbindung zwis.cnen; der Außenseite des ji'raktionators 55 und einen, iilutfraktionsverteiler 230 her, der Ik wes ent !iahen die gleichen- Abmessungen- wie die Verteiler Ί30, 140 aufweist und eine obere .andung 231 und die Endwcinde 232 hat, wobei die obere wandung 231 parallel zum Boden 131» Ή1 der Verteiler 130 bzw·. 140 verläuft und die Sndwandun^en 232 mit den undwandungen 142 des Äuslaßverteilers 140 ausgerichtet sind. Das Element. 205 ist dicht abschließend mit dem Llement 105 durch Ultraschallschweißen, Silieongucimiicleiiöber oder auf irgendeine Weise verbunden, die von der i^aehwelt zu diesem Zweck anerkannt ist. V.-enn miteinander dicht verbunden, bilden, die Elemente 105 und 205 einen flüssigkeitsdichten ülutströniungsweg-, der mit den Pfeilen 240 in Fig. 4 gezeigt ist,, sowie einen iilutfr-aktionsweg 241. Am .blut-ein!aß 110 zuströmendes Blut 110 strömt durch die Armatur in den Verteiler I3O und zur Verteilerkammer 155 zwischen der Vertiefung 135 its Element I05 und dem .üoden to2. der lochplatte I50. Das Blut in der Kammer 155 strömt durch die Löcher I70 in aen Blutkanal 185A und auf die Oberfläche 181 der halbpermeablen Membran 1;dO. Da die otrömung turbulent ist, reicht die berührung des Blutes mit der Membran 180 aus,, um ein Zuse-taen der Oberflevche 181 zu verhindern ■ damit kann die geviLnsehte Fraktion durGh die halbpermeable I^embran in die i'raktionskaT::mer 210 und von dort in den Verteiler 230 und, aus der Aiririatur 22C- heraus fließen, gleichzeitig tritt das Blut aus dem I05 durch deii Schlitz·. I06 in der Lochplatte I50 in den /er-

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teiler 140 ein und fließt von dort über die -armatur 12C aus dem JTraktionator 55 sb.

Wenn im System 50 benutzt, ermöglicht eier Fraktionator 55 die kontinuierliche Gewinnung einer Blutfraktion an der Armatur 220, wahrend das Blut vom üpender 51 Kontinuierlich an einem Blutgefäß 63 abgenommen und an einem anderen Gefäß 73 diesem wieder zugeführt wird, und zwar durchweg ohne die Notwendigkeit* das dem Spender abgenommene Blut mechanisch zu behandeln und dann rückzuführen und die dabei auftretenden Fehler- und Infektionsmöglichkeiten in Kauf nehmen zu müssen.

Die l'ig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Lochplatte 150, • wobei die zweite Ausführungsform 250 gegenüberliegende Flächen

: 261 und 262 aufweist, die durch eine Vielzahl von öffnungen ! miteinander verbunden sind, die jeweils rechtwinklig zu den

j Oberflächen 261 und 262 verlaufen. Die Platte 250 ist eine Alter native zu der zuvor beschriebenen Platte 150 und erzeugt eine turbulente Blutströmung auf einer Membranfläche 181.

In einem Aufbaubeispiel "bestanden die Elemente 105, 205 Methylacrylat und waren mit Standard-Armaturen 110, 220, 120 ' versehen. Die Elemente maßen 44,20 mm in Quadrat (1,74 in.squo.re) und hatten eine Gesamtdicke von 20,78 mm (3/8 in.). Die Vertex- '

ler 130, 140, 230 waren je 7,52 mm (0,296 in.) tief und 1,59 mm \

(0,0625 in.) breit. Die vertikalen Abmessungen der Verteiler- j kammer 155 und der Fraktionssammelkammer 210 betrugen 0,38 mm

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(15 mils). Die Platte I50 bestand aus Polymethylacrylat mit einer Dicke von etwa 0,76 nim (30 mils); sie wies 25 öffnungen 270 mit einem Durchmesser von jeweils 0,4-1 mm (16 mils) auf. Eine Mucleoporemenibran 180 mit einer Porengröße von 3 ,um bzw. in einem anderen Beispiel - einer Porengröße von 5 /um wurde verwendet; die Dichtungen 175» 190 waren aus Silicongummi. Bei der Membranabstutzung handelt es sich um ein Polyestergewebe mit einer Dicke von 0,38 mm (I5 mils).

Anordnungen der beschriebenen Art sind zur Fraktionierung unterschiedlicher Flüssigkeiten eingesetzt worden. Beispielsweise ; wurde ein künstliches Blut aus Hefezellen mit einem Durchmesser ι. von 6 ,um in einer Zeichentuschelösung durch einen Fraktionator 55 der beschriebenen Art gepumpt und ergab ein zellfreies FiI-trat. Durchsatzraten bis zu 4-50 ml/min ergaben Filtrat mit 30 ml/min; bei dem kontinuierlichen Einsatz nahmen weder die zeitliche Filtratgewinnung noch die Hefezellen im Filtrat ab.

Kinderbiut wurde ebenfalls geprüft und von roten Blutkörperchen freies Plasma ließ sich kontinuierlich mit dem Fraktionator 55 erzeugen, iiinderblut enthält rote Blutkörperchen von etwa 3 bis '< 6 ,um - dies im Vergleich zu den roten Blutkörperchen des i menschlichen Bluts, deren Größe etwa 7 bis 9 /um beträgt. Da die;

Porgengröße der Membran kleiner sein muß, wenn man Plasma aus ^!

! henschenblut erzeugen will, ist der Druckabfall über der Membran in diesem Fall natürlich höher. Aus diesem Grund sind die Be- j

'. i

triebsparameter für die Gewinnung des Plasmas bei menschlichem ;

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Blut weniger streng als die für üinderblut.

Bei einer strömung von 100 ml/min beträgt die berechnete Lineargeschwindigkeit des Bluts in den Öffnungen I70, 270 der Platte 150 im Fraktionator etwa 510 mm/s, wobei die bevorzugte lineare Geschwindigkeit zur Gewinnung von Plasma im Bereich von etwa 400 mm/s bis etwa 800 mm/s und die gewünschte Strömung für Menschenblut auf jeden Fall im Bereich zwischen 75 ml/min und 150 ml/min liegen. Mit dem Fraktionator 55 hergestellte Blutfraktionen können im Bereich zwischen etwa 20 und etwa 30 Vol.-^ des Blutdurchsatzes durch den Fraktionator liegen. Für eine Blutströmung von 100 ml/min beträgt die Blutfraktion also zwischen etwa 20 und etwa 30 ml/min, so daß man in 20 min zwischen etwa 400 und etwa 600 ml Plasma erhält.

Die im Fraktionator 55 verwendeten linearen Geschwindigkeiten sind absichtlich hoch, um zu gewährleisten, daß die Blutströmung entlang der Fläche 181 der halbpermeablen Hembran 180 (d.h. im Blutkanal 185A) turbulent ist. Vermutlich verhindert die turbulente schnelle Blutströmung entlang der Membran 180 das Anbacken des Blutes auf der Oberfläche 181, so daß die Erzeugungsrate der

^! Blutfraktion bzw. des Filtrats verhältnismäßig konstant bleibt.

Die von den öffnungen I70, 270 erzeugten Blutstrahlen bewirken eine Scherkraft entlang der Membranfläche 181, die kritisch

j sein kann. Es tritt ein zur Membran 180 senkrechter Vektor auf,

. der kinetische in Druckenergie umwandelt und für die Funktion der Vorrichtung wichtig ist. Die Umwandlung der kinetischen in

Druckenergie erhöht die Produktionsrate der Blutfraktion. Auf jeden Pail führen der Betrieb des Fraktionators 53 bei hohen Blutgeschwindigkeiten und hoher Lineargeschwindigkeit entlang der liembran IdO entgegen allen Vermutungen nicht zu einem Zusetzen der I.iembran. · Vielmehr bleibt die liembran von Ablagerungen frei und die Iroduktionsrate des Plasmas (bzw. der Blutfraktion) bleibt erhalten. Dieses überraschende Ergebnis steht allen Erwartungen mit den Vorrichtungen des Standes der 'Technik entgegen _t bei denen eine verhältnismäßig langsame und laminare Strömung entlang der Membranoberfläche gefordert wurde.

Wie bekannt, nimmt bei der Fraktionierung die Konzentration der roten Blutzellen von der Einlaßarmatur 110 zur Auslaßarmatur 120' ebenso wie die Blutviskosität zu. Pur menschliches Blut ist eine | Konzentration von 60 'p roter Zellen im den Fraktionator 55 ver- j lassenden Blut die obere Grenze des Erwünschten. Bei einer \

zwischen etwa 20 und etwa 30 Vol.-% der Blutströmungsrate liegen

■■■--.- - ι

den blutfraktion sind die Blutströmungsgeschwindigkeiten für menschliche Spender begrenzt auf ein Minimum zwischen 75 und 100 ml/min, um zu verhindern, daß die Konzentration der roten Blutkörperchen die Grenze von 60 #■ übersteigt. Niedrigere Strömungsraten sind akzeptabel, sofern die Produktionsrate der Blutfraktion niedriger ist. Der Praktionator kann mit einer Strömung von mehr als 450 ml/min arbeiten, wobei die Konzentration der roten Blutkörperchen am Auslaß des Praktionators 55 entsprechend abnimmt.

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Da der Fraktionator 55 vom Durchtritt einer Blutfraktion durch die Membran 180 abhängt, ist es für einen guten Viirkungsgrad wichtig, Blutströmungsweg 185A in seinen Abmessungen stabil und verhältnismäßig dünn zu halten. In den derzeit erstellten Vorrichtungen hat der Strömungsweg 185A quer zur Kembranoberflache 181 eine Abmessung von etwa 0,41 mm (16 mils), wobei bevorzugt ist, daß man die Dicke des Strömungswegs auf weniger als etwa 0,5 mm (20 mils) hält. Ein Strömungskanal 185A mit einer größeren Abmessung als etwa 0,5 mm (20 mils) quer zur betnbranoberflache ergibt zwar noch keine funktionsunfähige Vorrichtung, aber einen geringeren Wirkungsgrad, da mehr Blut auf der Hembranoberflache 181 anbackt.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung , zusätzlich zu einem verhältnismäßig hohen Blutfraktionsauslaß-, menge in der Größenordnung von etwa 20 bis 30 Vol.-^ des Blutdurchsatzes ist der kurze Strömungsweg vom Bluteinlaß 110 zum j Blutauslaß 120. Indem man den'Strömungsweg kurz hält, d.h. in·

j der Größenordnung von etwa 100 mm (4 in.) oder weniger, ist das

ίBluttrauma sicherlich schwächer als bei längeren Strömungswegen. j In der derzeit aufgebauten Vorrichtung beträgt die Längs des !Strömungsweges vom Einlaß 110 zum Auslaß 120 weniger als etwa J 50 mm (2 in.).

I Da der Fraktionator 55 einen gleichmäßigen Strömungswiderstand 'darstellen soll, führt man den Bluteinlaßverteiler 1JO und den Blutauslaßverteiler 140 vorzugsweise mit den gleichen Abmessungen

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aus. In den bereits aufgebauten Vorrichtungen waren die Verteiler etwa 20-mal tiefer als die Blutverteilerkammer 155? obgleich auch Verteiler, die 10-mal tiefer als die Verteilerkammer sind, ausreichen würden. Ein zusätzlicher Grund dafür, daß man den Strömungsweg 185 A für das Blut in seinen Abmessungen stabil halt, ist, daß man dabei gleichzeitig auch den Strömungswiderstand gleichmäßig hält.

V/ährend die hier beschriebenen halbpermeablen Membranen 180 verhältnismäßig dünn - größenordnungsmäßig 1 bis 10 /Um dick - sind, lassen sie sich auch durch andere Materialien ersetzen. Jedes Material, das als halbpermeable Membran wird, d.h. den Durchgang einer flüssigen Fraktion gestattet, aber eine andere flüssige Fraktion sperrt, ist geeignet. Insbesondere ist keine Membran- ^: abstützung 195 erforderlich, wenn dieQuerfestigkeit der Membran' 180 ausreicht, um ein Durchbiegen in die Kammer 210 (und damit ein Reißen) zu verhindern und gleichzeitig die Abmessungen des ßlutstrÖmungskanals 185A konstant zu halten. Fehlt eine Abstützung 195» erhält man einen geringfügig anderen Aufbau der Dichtung; dieser liegt aber ebenfalls im Umfang der vorliegenden.

Erfindung. I

Wie bereits ausgeführt, ist jedes biokompatible Material für das ' vorliegende System 50 geeignet. Beispielsweise sind Auffangbeutelj 65 aus Kunststoff handelsüblich und biokompatibel. Das für das üeliäuse 100 verwendete Werkstoff war .Polymethylmethaerylat; der gleiche Werkstoff würde für die Lochplatte T5O verwendet. Akzep- '

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table Alternativwerkstoffe sind Polycarbonate, Polypropylene, Polyäthylene und andere '»werkstoffe, wie sie in der Fachwelt anerkannt sind. Das im Fraktionator 55 eingesetzte Dichtungsmaterial war Silicongummi; es stehen jedoch auch andere Elastomere zur Verfügung und lassen sich stattdessen verwenden. Bei der I'iembr an ab Stützung 195 handelte es sich um kreuzgewebtes ("Dutch weave") Polyester; es gibt aber viele geeignete Alternativmaterialien.

Eine bisher nicht erwähnte Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist ihre Fähigkeit, nicht nur Plasma, sondern auch Serum zu gewinnen. Bei den Verfahren und Vorrichtungen des Standes der 'Technik befindet sich ein gerinnungshemmendes Mttel im Auffangbeutel infolge der strengen Behandlungsanforderungen und anderer Faktoren. Serum ließ sich daher nicht ohne eine teure und zeitraubende Behandlung des gewonnenen Plasmas erzeugen. In dem System nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, entweder Plasma (mit einem Gerinngungshemmer im Auffangbeutel 65) oder Serum (ohne Gerinnungshemmer im Beutel) zu gewinnen. Diese Vielseitigkeit ist bei den Systemen des Standes der Technik nicht vorhanden und stellt eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung dar.

Während die vorliegende Erfindung am Beispiel eines Systems zur Gewinnung von Blutplasma beschrieben worden ist, ist einzusehen, daß mit ihr auch andere Blutfraktionen gewonnen werden können - beispielsweise Ultrafiltrate von Salz und V/asser sowie

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verschiedene Proteine wie Immuriglobuline.

Während weiterhin der Fraktionator 55 in situ auf einem Blutspender 51 gezeigt ist, so daß ein kontinuierlicher Strömungsweg zwischen den Gefäßen 6ϊ>, 73 des Spenders entsteht, ist einzusehen, daß der i'raktionator auch außerhalb- einer solchen Anordnung eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann man den Fraktioustor 55 auch zur Gewinnung von Plasma oder anderen Blutfraktionen aus Blut einsetzen, das man zuvor chargenweise anderswo gesammelt hat.

i's ist zu ersehen, daß sich nach dem Verfahren und mit der Vorrichtung, die hier offenbart sind, Blut sehr schnell fraktionieren läßt, so daß man die Blutfraktion mit hoher Geschwindigkeit erhält. Das System läßt sich insitu zur Gewinnung der Blutfraktion kontinuierlich betreiben, ohne daß man am System Änderungen durchführen muß, nachdem es zu arbeiten begonnen hat. In der Anwendung am menschlichen Blutspender reduziert das System die Gefahr von Infektionen und einer Blutverwechslung im Vergleich zu den derzeit eingesetzten Plasmagewinnungssystemen.

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Claims

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ffirtBSF¹⁴¹*. PATENTANWÄLTE BäWSsf·

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L 4-56

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Fraktionieren von Blut mit einem Gehäuse mit einem an eine Blutquelle anschließbaren _Bluteinlaß, einem mit dem Bluteinlaß in Stroniungsverbindung stehenden Blutauslaß und einem Auslaß für die Blutfraktion, einer den Blutfraktionsauslaß von Blutein- und -auslaß trenne den halbpermeablen Membran, die den Durchgang einer Blutfraktion vom Blutein- bzw. -ausgang zum Praktionsausgang gestattet, wobei beim Durchströmen des Bluts vom Bluteinlaß zum Blutauslaß entlang der Membran die Blutfraktion kontinuierlich durch die Membran hindurchtritt und am Fraktionsauslaß abgeht, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Vielzahl von schnellen Blutstrahlen erzeugt, die auf eine Oberfläche der Membran und im wesentlichen diese gesamte Oberfläche entlang gerichtet sind, um sie ausreichend frei von Ablagerungen zu halten, daß die Blutfraktion durch die Membran hindurchtreten kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein erstes Element mit dem Bluteinlaß, dem Blutauslaß und einer Blutverteilerkammer in einer Oberfläche des

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j NACHeERBOHT I

ersten Elements, die in LStrömungsverbindung mit dem Bluteinlaß sbent, und ein zv;eites Element mit dem mit der Verteilerkammer in Strömungsverbindung stehenden Auslaß für die Blut-Traktion aufweist, wobei die halbpermeable Membran die Blutverteilerkammer im ersten Element vom Auslaß für die Blutfraktion im zweiten Llement trennt und die Blutfraktion durch sie hindurchtreten kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _t daß die Blutverteilerkammer ein flacher Hohlraum in einer Oberflüche des ersten Elements ist, der in Strömungsverbindung mit dem Bluteinlaß steht, daß ein Blubeinlaßverteiler in der einen Fläche des ersten Elements zwischen dem Bluteinlaß und dem flachen Hohlraum verläuft, quer zur Blutströmung zwischen dem! Einlaß und dem Auslaß die gleichen Abmessungen wie der flache j Hohlraum aufweist und erheblich tiefer als dieser ist, und ' daß ein Blubauslaßverteiler in der einen Fläche des ersten j

Elements im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie der Bluteinlaßverteiler aufweist, wobei das zweite Element in einer Oberfläche eine Kammer aufweist, die mindestens teilweise mit dem flaohen Hohlraum in dem ersten Element ausgerichtet ist und in Strömungsverbindung mit dem Auslaß für die Blutfraktion steht, und die halbpermeable Membran den flachen Hohlraum im ersten Element von der Kammer im zweiten Element trennt.

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nachgereicht]

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachsen der Verteiler parallel verlaufen und der Bluteinlaß und der Blutauslaß im rechten Winkel von deren Mittelpunkten beabstandet liegen.

5· Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Hohlraum weniger als etwa 0,5 mm (20 mils) tief ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3» 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet daß der Bluteinlaßverteiler und der Blutauslaßverteiler eine Tiefe vorn mindestens 10-fachen der Tiefe des flachen Hohlraums haben.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Hohlraum im wesentlichen zwischen dem Bluteinlaß- und dem Blutauslaßvertciler verläuft.

ö. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7i gekennzeichnet durch eine der Membran zugeordnete hembranabstützung, die ein Ausbiegen der Membran in die Kammer im zweiten Element verhindert, aber eine Strömung in der Kammer zum Auslaß für die Blutfraktion zuläßt.

V. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die MembranabStützung sich in der Kammer im zweiten Element befindet.

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j nachgerbchtI

1ü. /orrichtunj;: nach einem der i.ngprücue Il bis ^, dadurch p:ekennaeic:inet, daß es sich Dein ersten und beia. zweiten KLeinent U!.; rcgrre xlctten handelt.

11. /ori'icauun?; nach einev-i eier Ansprüche ~j bis 10, dadurch ;~ekermseionnet, daii ein !''raktionsausla^-vorteiler im zweiten Clement in otröfnun^sverbindun^ mit der Kammer und äeia Sraktionnaucla.0 saent.

1;j. Vorrichtung noch ..nspruch 11, dadurch gekennzeichnet _t daß der i'ral-tionsai.isla^verteiler im wesentlichen die bleichen i.briiersun ;en v;ie der lilutauslaiwerteiler aufweist und mit diese;., ir.i v.'ecerjtiichen ausgerichtet ist.

1>. /oi'rierioun^· nach eiiieß α er r.nGprüche ~-j bis 12, dadurch cce l:eirnzeichnet, döi. die .. inrichtung, die eine Vielzahl schneller wlutstraülen oraeu^t, eine lochplatte und zwischen dem erste..; El en ent und dar I.enbraa angeordnet ist, so daß die vtr^ciun;_:_ zivisci»en deu ^Z utein- und .-lutauslaß durch die i ocij l3Gte i.o.iidui-ch erfolr.t, die schnelle Llufcstrahlen erzeugt.

1^t-. vorrichtung nach Ansprucli 1>, djöurch ;·ekennaeichnet, daß die J.1;. tte eine ver^rröj.erte ν ff nun.7; onthult, axe uib dem xs c-urloi.verteiler aus^ericirüet int.

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13· /orrichtung nach Zuspruch 1J oder 14, caciurci.. . eiieanzeichn er, da£ axe Löcher in der Platte, die ^lut sur i ei:ibrsn bin verteilen, einen Durchmesser von weniger als etwa O,ρ rna mils) haben.

16. Vorrichtung nach Anspruch I3, 14- oder 1p, claaurch gekenuzeic im et, daß die löcher zu Zeilen und Spalten ia wesentlichen gleichmäßig über die Plattenoberfli-.che verteilt angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Xo bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Löcher in der Platte unter einem anderen als einem rechten Winkel zur Plattenoberfläche und zum Blutfraktionsauslaß hin gewinkelt sind.

1b. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche der Blut auf die heiübran richtenden Löcher rechtwinklig zur Plattenoberfl'Jche verlaufen.

1y. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I3 bis 1ö, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochpiaote eine Fläche hat, die im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie die membran aufweist,

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte weniger als etwa 0,76 mm (30 mils) dick ist.

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21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ^G, dadurch gekennzeichnet, dai:> der üluteinlaß und der xilutauslaß auf entgegengesetzten leiten des Gehäuses und koaxial miteinander angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dall, die v/irksame Lembranfläche weniger als etwa 16 cm beträgt.

2J. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Forengröße der halbpameablen hembran im Bereich zwischen etwa 0,1 /um und etwa 6 ,um liegt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Bluteinlaß sich an ein Blutgefäß, der Blutauslaß sich an ein Blutgefäß und der Blutfraktionsauslaß sich an eine Auffangeinrichtung anschließen lassen.

25· Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Blutpumpe zwischen dem Bluteinlaß und dem Gefuß, an das dieser angeschlossen ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch ein Gerinnselfilter zwischen der Blutpumpe und dem Lluceinlaß.

27. vorricütung nach Anspruch 24, 25 oder 26, gekennzeichnet durch ein Gerinnselfilter zwischen dem Blutauslaß und dem ange-

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r«!GlNAL INSPECTED

NACHGEREiCHT j

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scnloscenen .-"..-lutgef ^:J.ß.

2o. Vorrichtung nach ei new der Ansprüche 1 "bis 27-, π eke πώ zeich net dadurch, daß die wirksame L* η e des otr^: nmn^sweges zwischen deu -ulirceinlai⁵, und. dem Dlutauslaß etwa pO bis 100 uan (2 bis 4 in.) betrügt.

29. Verfahren zum fraktionieren von jjlut, indem aan einen xj ■ ströuiunasweg vorsieht, der teilweise von einer Oberfläche einer halbperrneablen i.ernbran gebildet wird, die durch die eine Oberfläche der hembran hindurchtretende Blutfraktion auf sammelt und die verbliebenden .blutbestandteile, die nicht durch die membran hindureintreten können, auffängt, dadurch gekennzeichnet, dal.: man das ülut als schnelle Strahlen zur Lerubran hin und ir. wonentlichen entlang deren gesamter Oberflache strömen ILdSt, so daii diose ausreichend frei von Ablaf-'eruncen bleibt, um eine blutfraktion hindurchtreten lassen zu können.

„G. Verfahren nach Anspruch HV, dadurch gekennzeichnet, dai3 der von der i-ernbranoberfl.-che gebildete dtrcr.jun.j.-sweg eine von dieser aus 3crr.ee>sene vertikale Liefe von weniger als etwa 0,2 ι:.·ΐΐί (20 ...ils) aat.

■y\. Verfahren naci¹ --nspruch 2^CJ oder ;·ί , dadurch r-.eicennzeicünet, c.aiT die öiutsvrcuun^si'escmviudiskeit auf dem jj±ut3nrör:un_o3- \;e<r it.. ^er ich von etwa 40 cm/s bis etv;a OC ci.y's lior;t.

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BAD ORIGINAL

NACHGHREICHT J

52. Verfahren nach Anspruch 29, 30 oder ^1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz der Blutfraktion durch die hembran zwischen etwa 20 undetwa 30 YoI.--,6 des an der Membran vorbeiführenden Blutdurchsatzes beträgt.

33· Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Blutdurchsatz im Bereich von etwa
?5 cnr/min bis etwa 150 cur/min beträgt.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 351 dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der durch die Membran hindurchtretenden Blutfraktion als prozentualer Anteil der an der hembran vorbeiführenden zeitlichen Blutströmung im wesentlichen konstant bleibt.

35· Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 3^» dadurch gekennzeichnet , daß die aufgefangenen Blutbestandteile kontinuierlich an einen Spender zurückgeführt werden.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Blutfraktion um Serum
handelt.

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