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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Separieren schwererer und
leichterer Fraktionen einer Fluidprobe. Insbesondere betrifft diese
Erfindung eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Transportieren von
Fluidproben, bei denen die Vorrichtung und die Fluidprobe zentrifugiert
werden, um eine Separierung der schwereren Fraktion von der leichteren Fraktion
der Fluidprobe zu bewirken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Diagnostische
Tests können
die Separierung der Vollblutprobe eines Patienten in Bestandteile
wie Serum oder Plasma, den Bestandteil mit leichterer Phase, und
Blutzellen, den Bestandteil mit schwererer Phase, erfordern. Vollblutproben
werden üblicherweise
durch Venenpunktion mittels einer an einer Spritze oder einem evakuierten
Sammelröhrchen
angebrachten Kanüle
oder Nadel genommen. Danach erfolgt die Separierung des Bluts in
Serum und Blutzellen durch Rotation der Spritze oder des Röhrchens
in einer Zentrifuge. Derartige Anordnungen verwenden eine Sperre,
die in einen an die beiden Phasen der Probe, die separiert werden,
angrenzenden Bereich bewegt wird, um die Bestandteile zwecks anschließender Untersuchung
der einzelnen Bestandteile getrennt zu halten.
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In
Sammel- und Separierungsvorrichtungen sind zum Abteilen der schwereren
und leichteren Phasen einer Fluidprobe viele verschiedene Vorrichtungen
verwendet worden.
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Die
Vorrichtung, deren Verwendung am verbreitetesten ist, weist thixotropes
Gelmaterial wie Polyester- oder Silikongele auf. Die gegenwärtigen Gelserumseparierungsröhrchen erfordern
spezielle Herstellungsgeräte
zum Vorbereiten des Gels und zum Befüllen der Röhrchen. Darüber hinaus ist die Lagerbeständigkeit
des Produkts dahingehend begrenzt, daß sich ungebundenes Kunstharz
im Laufe der Zeit aus der Gelmasse lösen kann. Dieses Kunstharz
kann eine Dichte aufweisen, die geringer als die oder gleich der
des separierten Serums ist, und in dem Serum schwimmen und die Meßinstrumente, wie
beispielsweise die während
der klinischen Untersuchung der in dem Röhrchen gesammelten Probe verwendeten
Instrumentsonden, zusetzen. Ein derartiges Zusetzen kann bei dem
Instrument eine beträchtliche
Ausfallzeit wegen der Entfernung der Verstopfung zur Folge haben.
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Außerdem ist
kein im Handel erhältliches
Gel gegenüber
sämtlichen
Analyten vollständig
chemisch inert. Falls bei Entnahme einer Blutprobe bestimmte Medikamente
darin vorhanden sind, kann an der Gelgrenzfläche eine chemische Reaktion
erfolgen.
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Eine
dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Sammelvorrichtung ist
in US-A-4 569 764 offenbart. Diese Sammelvorrichtung weist ein Sammelröhrchen auf,
das ein in einem verformbaren Behälter gehaltendes fließfähiges Flüssigkeitstrennmedium
enthält.
Während
des Zentrifugierens bewirken die Bestandteile der Zellphase, daß der flexible Behälter kollabiert
und das Trennmedium durch einen Auslaß in dem flexiblen Behälter fließt. Das Trennmedium
fließt
während
des Zentrifugierens zu der Grenzfläche zwischen den beiden Phasen
und bildet eine Sperre zwischen den separierten Phasen.
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Es
besteht Bedarf an einer Separatorvorrichtung, die (i) zum Separieren
einer Blutprobe leicht zu verwenden ist; (ii) während der Lagerung und des Transports
temperaturunabhängig
ist; (iii) bei Strahlungssterilisierung stabil ist; (iv) die Vorteile
einer thixotropen Gelsperre nutzt, aber die zahlreichen Nachteile
vermeidet, die sich ergeben, wenn ein Gel mit den separierten Blutbestandteilen
in Kontakt kommt; (v) die gegenseitige Verunreinigung der schwereren und
leichteren Phasen der Probe minimiert; (vi) den Einschluß der Materialien
mit geringerer und höherer Dichte
in der Separatorvorrichtung minimiert; (vii) in der Lage ist, sich
in kürzerer
Zeit als bei herkömmlichen
Verfahren und Vorrichtungen zur Bildung einer Sperre in Position
zu bewegen; (viii) in der Lage ist, eine klarere Serum- oder Plasmaprobe
mit geringerer Zellverunreinigung als bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen
bereitzustellen; und (ix) mit Standardprobennahmegeräten verwendet
werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem der Inkompatibilität zwischen
dem Flüssigkeitstrennmedium
und der zu zentrifugierenden Probe zu lösen.
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Die
Sammelvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist durch Anspruch
1 definiert. Dementsprechend ist die Sammelvorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß der
Behälter
das Trennmedium unter dichtem Abschluß enthält und beim Zentrifugieren durch
Verformung aus einem ersten Zustand, der das Sammeln von Flüssigkeit
in dem Röhrchen
ermöglicht,
in einen zweiten Zustand repositionierbar ist, in welchem der Behälter und
das darin enthaltene Flüssigkeitstrennmedium
eine physische Trennung zwischen den separierten Flüssigkeitsphasen
bilden.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Anordnung zum Separieren einer Flüssigkeitsprobe
in eine Phase mit höherer
Dichte und eine Phase mit geringerer Dichte. Erwünschterweise weist die Anordnung der
vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Bestandteilen auf. Die
Anordnung weist einen Behälter, wie
beispielsweise ein Röhrchen,
einen verformbaren Behälter,
wie beispielsweise einen Beutel, und ein fließfähiges Trennmedium auf.
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Der
verformbare Behälter
ist für
die Positionierung in einem Röhrchen
vorgesehen und enthält ein
fließfähiges Fluidtrennmedium,
das in der Lage ist, die Trennung der separierten Fluidphasen beizubehalten.
Der verformbare Behälter
ist beim Zentrifugieren durch Verformung aus einem ersten Zustand, der
eine Fluidprobe in dem Röhrchen
zuläßt, in einen zweiten
Zustand repositionierbar, in welchem eine physische Trennung zwischen
den separierten Flüssigkeitsphasen
gebildet wird.
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Vorzugsweise
weist der verformbare Behälter
einen flexiblen Beutel auf, der während des Zentrifugierens aus
einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand rekonfigurierbar ist.
Das fließfähige Fluidtrennmedium
weist vorzugsweise ein thixotropes Fluid, wie beispielsweise ein
Gel, mit einer volumenbezogenen Masse auf, das sich beim Zentrifugieren zwischen
den separierten Fluidprobenphasen niederläßt. Der flexible Beutel kann
haftend so an der Innenwand des Röhrchens angebracht sein, daß die verformbare
Bewegung des Beutels und des darin enthaltenen Gels aus einer an
das untere Ende des Röhrchens
angrenzenden Position in eine Zwischenposition innerhalb des Röhrchens
während
des Zentrifugierens möglich
ist, damit sich das Gel in dem Beutel zwischen den separierten Fluidphasen
der Fluidprobe niederlassen kann. Der flexible Beutel ist vorzugsweise
versiegelt, wobei das Gel vollständig darin
enthalten ist.
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Die
Anordnung der vorliegenden Erfindung bietet Vorteile gegenüber existierenden,
Gel verwendenden Separierungsprodukten. Ein Vorteil besteht darin,
daß im
Gegensatz zu Gelen, die die Analyte beeinflussen können, die
Anordnung der vorliegenden Erfindung die Analyte nicht beeinflußt. Die
Anordnung wirkt sich insbesondere nicht auf Analyte zur Überwachung
therapeutischer Medikamente aus.
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Ein
weiterer bemerkenswerter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, daß die
Fluidproben keinen Resten mit geringer Dichte, wie beispielsweise
nicht gebundenen Kunstharzen, ausgesetzt sind, welche zuweilen in
Gel verwendenden Produkten anfallen.
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Außerdem benötigt die
Anordnung der vorliegenden Erfindung keine zusätzlichen Schritte oder Behandlung
durch einen Arzt, wobei eine Blut- oder Fluidprobe auf herkömmliche
Weise unter Verwendung von herkömmlichen
Probennahmegeräten
gezogen wird.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht der Anordnung der vorliegenden Erfindung
mit einem in einem Röhrchen
gelagerten, Gel enthaltenden flexiblen Beutel.
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2 eine
entlang der Linie 2-2 von 1 längsgeschnittene
Ansicht der Vorrichtung von 1.
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3 ist
eine entlang der Linie 2-2 von 1 längsgeschnittene
Ansicht der Vorrichtung von 1, wobei
die Fluidzufuhr in die Anordnung mittels einer Nadel dargestellt
ist.
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4 stellt
die Anordnung während
des Zentrifugierens und die Bewegung der Trenneinrichtung dar.
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5 stellt
die Anordnung nach dem Zentrifugieren und die Trennung der Fluidprobe
in höhere und
geringere Dichten dar.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht der nicht zusammengebauten Elemente
eines alternativen Ausführungsbeispiels
der Anordnung der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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8A–8D zeigen,
teilweise geschnitten, weitere Ausführungsbeispiele eines Röhrchens, die
gemäß der Anordnung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen bestimmten Formen ausgeführt werden
und ist nicht auf bestimmte, im Detail beschriebene Ausführungsbeispiele,
die lediglich als Beispiel angeführt
sind, beschränkt.
Für den
Fachmann auf dem Gebiet sind verschiedene andere Modifizierungen
ersichtlich und können
von ihm leicht vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der
Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung bemißt sich
an den angefügten
Ansprüchen
und ihren Äquivalenten.
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In
den 1 und 2 ist die Anordnung 10 der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Anordnung 10 weist
ein Sammelröhrchen 12 mit
einem oberen Ende 13, einem unteren Ende 14 und
einer sich dazwischen erstreckenden zylindrischen Wand 15 auf. Das
obere Ende 13 weist eine Öffnung 13a auf, während das
untere Ende 14 durch einen einstückig angeformten Boden 14a geschlossen
ist. Das Röhrcheninnere 16 ist
zwischen dem oberen Ende 13 und dem unteren Ende 14 begrenzt.
Die Öffnung 13a des oberen
Endes 13 des Röhrchens 12 kann
durch einen Stopfen 18 verschlossen werden, der aus einem geeigneten
Elastomermaterial besteht. Alternativ können beide Enden des Röhrchens
offen sein, und beide Enden des Röhrchens können durch Elastomerverschlüsse abgedichtet
sein. Wenigstens einer der Verschlüsse des Röhrchens kann ein wiederabdichtbares
Septum aufweisen.
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In
dem Röhrchen 12 ist
eine Fluidphasentrennvorrichtung 20 gelagert. Die Fluidphasentrennvorrichtung 20 weist
einen verformbaren Behälter oder
flexiblen Beutel 22 und ein in dem Beutel 22 enthaltenes
thixotropes Trennmedium oder ein Gel 24 auf.
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Der
Beutel 22 kann ein flexibler verformbarer Beutel sein,
der bei Krafteinwirkung einer Rekonfiguration unterzogen wird. Der
Beutel 22 kann aus einer großen Vielfalt sowohl elastischer
als auch unelastischer Materialien wie Polyethylen, Polyurethan
oder Syran bestehen, die keinen negativen Einfluß auf die Fluidprobe nehmen,
welche mit dem Beutel in Kontakt kommen würde. Die Größe des Beutels ist derart gewählt, daß bei vollständiger oder
teilweiser Ausdehnung des Beutels dieser eine Abmessung hätte, die
den Durchmesser des Röhrchens 12 überstiege. Somit
ist der Beutel 22 in eine Konfiguration ausdehnbar, in
der er in Reibschluß mit
der Innenfläche 15a der
zylindrischen Wand 15 des Röhrchens 12 angeordnet
werden kann. Zwar ist der Beutel 22 verformbar flexibel
und biegsam, aber er weist genügend
Festigkeit auf, um eine Beutelverformung zuzulassen, ohne daß die Gefahr
besteht, daß er
zerreißt. Der
Beutel 22 kann mit herkömmlichen Formgebungstechniken,
wie z.B. Folienextrusion oder Blasformen, hergestellt werden.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, enthält der Beutel 22 unter
dichtem Abschluß ein
Gel 24. Das Gel 24 ist so gewählt, daß es sich zwischen den separierten
Phasen einer Fluidprobe niederläßt. Höchst vorzugsweise
ist das Gel 24 so gewählt,
daß es
eine Dichte zwischen den Dichten der leichteren Serum- oder Plasmaphase
und der schwereren Zellphase einer Blutprobe hat.
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Das
Gel 24 wird fließfähig, wenn
es solchen Kräften
wie den Zentrifugalkräften
ausgesetzt ist. Sind diese Zentrifugalkräfte nicht mehr gegeben, kann
das Gel 24 in seinen nicht-fließfähigen Zustand zurückkehren.
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Das
Gel 24 der vorliegenden Erfindung kann ein Einkomponentengel
sein oder aus verschiedenen Kombinationen aus Gelen und Fluiden
gebildet sein. Das Gel 24 kann Silikone oder Öle oder
Mischungen daraus, wie beispielsweise Mischungen aus Silikon und
hydrophoben Silikondioxidpulvern oder eine Mischung aus flüssigem Polybutanpolymer
und Silikondioxidpulver, enthalten. Zwar sind diese speziellen Beispiele
angeführt,
aber das Gel 24 kann aus jedem Material bestehen, das unter
Zentrifugalkraft bewegbar ist, um eine Sperre zwischen den separierten Blutphasen
einer Blutprobe zu bilden. In einem allternativen Ausführungsbeispiel
kann eher ein hochviskoses Material statt eines Gels verwendet werden.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, füllt das Gel 24 nur
einen Teil 22b des Beutels 22, wobei der verbleibende
Teil 22a des Beutels kollabiert ist und im wesentlichen
kein Gel enthält.
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Der
Beutel 22 wird in das Röhrchen 12 eingesetzt
und in dem unteren Ende 14 des Röhrchens 12 positioniert.
Unter Verwendung eines geeigneten Klebers kann der Beutel 22 angrenzend
an den Boden 14a des Röhrchens 12 befestigt
werden. Der Kleber kann zwischen dem Beutel 22 und der
Innenfläche 15a der
zylindrischen Seitenwand 15 des Röhrchens 12 angrenzend
an den Boden 14a aufgetragen werden. Es sei darauf hingewiesen,
daß der Beutel 22 auch
an einer oder mehreren Stellen entlang der Länge des Röhrchens 12 an der
Innenfläche 15a befestigt
sein kann. Zwar kann zur Befestigung des Beutels 22 an
der Innenfläche 15a des
Röhrchens 12 ein
aufgetragener Kleber verwendet werden, aber es wird in Betracht
gezogen, daß der
Beutel selbst aus Materialien bestehen kann, die ausreichend Klebefähigkeit
aufweisen, um das Haften des Beutels 22 an der Innenfläche 15a des
Röhrchens 12 zu
fördern.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel
ist der flexible Beutel nicht in dem Röhrchen angebracht, sondern
kann sich frei mit dem Gel bewegen.
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Wie
in den 3–5 gezeigt,
wird die Flüssigkeitsprobe 30 mittels
einer Nadel 19, die durch den Elastomerstopfen 18 sticht,
in das Innere 16 eines Sammelröhrchens 12 abgegeben,
und dann wird die Nadel entfernt und der Stopfen wird wieder dicht.
Lediglich der Anschaulichkeit halber ist die Flüssigkeitsprobe Blut. Im wesentlichen
füllt die
Flüssigkeitsprobe 30 das
Innere 16 des Röhrchens 12 zwischen
dem Beutel 22 und dem oberen Ende 13 des Röhrchens 12.
Dann wird das Röhrchen 12 in
einer Zentrifugenvorrichtung derart plaziert, daß das geschlossene untere Ende 14 in
bezug auf den Stopfen 18 und die Drehachse der Zentrifuge
während des
Zentrifugierens radial nach außen
positioniert ist. Während
des Zentrifugierens bewegen sich die Blutzellen und andere Bestandteile
der schweren Zellphase 32 bzw. der Zellphase mit höherer Dichte
in Richtung auf das geschlossene untere Ende 14 des Röhrchens 12.
Die Bestandteile der leichteren Phase bzw. der Phase mit geringerer
Dichte, wie beispielsweise das Plasma oder Serum, bewegen sich in Richtung
auf das offene Ende 13. Wie in 4 gezeigt,
bewegt sich das Gel 24 innerhalb des Beutels 22 aus
einer an das geschlossene untere Ende 14 des Röhrchens 12 angrenzenden
Position in Richtung auf das obere Ende 13, um sich in
einer Position zwischen den entgegengesetzten oberen und unteren
Enden 13 und 14 niederzulassen. An der Grenzfläche werden
das Serum oder Plasma nach oben und die Zellen nach unten gedrückt. Der
Beutel 22 bildet eine physische Trennung zwischen den separierten
Phasen.
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Wie
in 5 gezeigt, kollabiert der untere Teil 22b des
Beutels 22 nach dem Zentrifugieren, während der mit Gel 24 gefüllte obere
Teil 22a des Beutels 22 für eine Trennung zwischen den
Blutbestandteilen 34 mit leichterer Phase, wie Plasma oder Serum,
und den Zellblutbestandteilen 32 mit schwererer Phase sorgt.
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In 6 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Beutel 42 ist
mit dem oben beschriebenen Beutel 22 im wesentlichen vergleichbar,
wobei ein Teil seines Maximalvolumens mit Gel 44 vom oben
beschriebenen Typ gefüllt
ist. In dem alternativen Ausführungsbeispiel
wird jedoch der Beutel 42 in das Innere 16 des
Röhrchens 12 eingesetzt
und ist nicht haftend in dem unteren Ende gehalten. Somit wird der
Beutel beim Zentrifugieren verformbar so rekonfiguriert, daß er sich
aus einer an das untere Ende 14 des Röhrchens 12 angrenzenden
Position in eine der Mitte nähere
Position entlang des Röhrchens
bewegt, um so die physische Sperre zwischen den zentrifugierten Blutphasen
zu bilden. Der gelgefüllte
Beutel ist verformbar und teilweise kollabiert, um die Blutphasentrennung
während
des Zentrifugierens zu ermöglichen.
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In 7 ist
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das alternative Ausführungsbeispiel
ist ein flexibler Beutel 52 mit einem zentralen Durchlaß 53.
Der Beutel 52 ist mit einem Gel gefüllt und weist einen Durchlaß 53 für den Durchtritt
des Bluts auf. Der Beutel 52 ist im Inneren 16 des
Röhrchens 12 angeordnet
und kann an einer endgültigen
Zwischenposition innerhalb des Röhrchens 12 zwischen
dem oberen Ende 13 und dem unteren Ende 14 positioniert
und haftend an der Seitenwand gelagert sein. Das Blut wird durch
den mittigen Durchlaß 53 und
in das Röhrchen 12 zugeführt. Beim
Zentrifugieren können
die Blutbestandteile durch den Durchlaß 53 fließen und
in die schwereren und leichteren Phasen getrennt werden. Das Zentrifugieren
bewirkt, daß der
Beutel um den Durchlaß 53 herum
nach innen kollabiert, wobei der Durchlaß geschlossen und eine physische
Sperre zwischen den separierten Blutphasen gebildet wird.
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Um
die relative Positionierung des Gel enthaltenden Beutels zwischen
den separierten Blutphasen nach dem Zentrifugieren beizubehalten, kann,
wie in den 8A–D gezeigt,
die zylindrische Wand 15 des Röhrchens 12 zur Unterstützung des
Haltes des Beutels modifiziert werden.
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Wie
in 8A gezeigt, kann das Röhrchen 12' eine zylindrische
Wand 15' mit
einer Vielzahl von ringförmigen,
nach innen gerichteten Vorsprüngen oder
Rippen 17' aufweisen,
die entlang der Länge des
Röhrchens 12' in gegenseitigem
Abstand angeordnet sind. Diese Rippen 17' bilden eine Reibfläche zum
haltenden Lagern des Gel enthaltenden Beutels bei dessen Bewegung
zwischen den Blutphasen während
des Zentrifugierens. Die Rippen 17' sind entlang des Röhrchens 12' an einem Bereich 21' positioniert,
der der Stelle, an der die Blutphasentrennung erfolgen könnte, am
nächsten
gelegen ist.
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Wie
in 8B gezeigt, weist das Röhrchen 12" eine Vielzahl
von ringförmigen
Ausnehmungen 17" auf,
die mit den Rippen 17' vergleichbar
sind. Die Ausnehmungen 17" stützen den
Gel enthaltenden Beutel während
des Zentrifugierens.
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Andere
Beispiele für
Formen und Konfigurationen der voneinander beabstandeten ringförmigen Rippen
sind in den 8C und 8D gezeigt.
Diese Formen können,
wie gezeigt, durchgehend entlang des Umfangs vorhanden sein oder
sie können sich
intermittierend an Bereichen rund um den Umfang befinden.
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Die
vorliegende Erfindung kann weiter modifiziert werden, um für weitere
Vorteile bei der Entnahme und dem Testen von Blut zu sorgen. Die
vorliegende Erfindung zieht in Betracht, daß der zum Halten des Gels verwendete
Beutel mit einem Gerinnungsaktivator beschichtet sein könnte, um
die Gerinnung einer Blutprobe zu fördern. Ferner können diese
Gerinnungsaktivatoren einen grenzflächenaktiven Stoff wie Silikon
und/oder Polyvinylpryolidin enthalten. Der Beutel könnte auch
mit anderen, mit dem Blut in Wechselwirkung stehenden Materialien
beschichtet sein, wie dies für
bestimmte Tests erwünscht
sein kann. Zu diesen Materialien zählen Heparin oder Protaminsulfate.
Ferner kann der Beutel mit einem Klebemittel beschichtet sein, um
im Sinne einer raschen und effizienten Trennung die interzelluläre Haftung
zu unterstützen.
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Eine
alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist ein starres Teil auf, das in einem
flexiblen Beutel enthalten oder daran angebracht ist. Vorzugsweise
liegt das starre Teil in Form eines langgestreckten Stabes in Richtung
des Gelflusses vor. Der Stab dient zum Aufrechthalten des flexiblen
Beutels.
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Wenn
der Stab sich im Inneren des Beutels befindet, erleichtert er auch
den Gelfluß durch
Kapillarwirkung.