DE69015358T2

DE69015358T2 - Verfahren und vorrichtung zum dosieren eines volumens eines sedimentes oder einer flüssigkeit mit schlechten fliesseigenschaften.

Info

Publication number: DE69015358T2
Application number: DE69015358T
Authority: DE
Inventors: Oscar Maria Johannes Driessen
Original assignee: Individual
Current assignee: Febra Sa Luxemburg Luxembourg Lu
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2010-06-15
Also published as: JPH04506116A; WO1990015664A1; EP0477259B1; US5256314A; EP0477259A1; AU5923690A; ES2068391T3; JP2966520B2; DE69015358D1; ATE115891T1; NL8901530A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren eines Volumens eines fließfähigen Materials mit einem zentrifugierbaren Vorratsbehälter mit einem Boden, Seitenwänden und einein dem Boden entgegengesetzt angeordneten Einlaß. Ein Volumen eines gut fließenden Materials abzumessen, bereitet keine Schwierigkeiten. Bei Verwendung einer Pipette kann die gewünschte Menge einfach dosiert werden. Die Abmessung eines Volumens eines nicht sauber fließenden Materials bereitet Probleme. Eine Pipette ist weniger geeignet, da das Ansaugen einer genau geeichten Menge dieses Materials in eine Pipette nicht einfach ist.
In der Literatur sind Vorrichtungen beschrieben, die Flüssigkeiten mit guten Strömungseigenschaften auf diesen Wegen semiquantitativ, wie zum Beispiel Plasma (Patent US-A 3 905 528) oder Serum (Patent DE-U-8 808 138) von einem Sediment trennen können. Allerdings sind diese Vorrichtungen nicht zum Dosieren eines exakt bestimmten Volumens konstruiert, geschweige denn, daß diese Vorrichtungen exakt ein Volumen einer Flüssigkeit mit schlechten Strömungseigenschaften dosieren können.
Ein Beispiel eines solchen Materials mit schlechten Fließeigenschaften ist ein Sediment von roten Blutkörperchen, das man nach Zentrifugieren von Blut, dem ein Antikoagulanz zugesetzt wird, erhält. Die zentrifugierte Zellmasse besitzt schlechte Fließeigenschaften, da nur 2 % (v/v) des Plasmas zwischen den Zellen verbleibt. Für den Fall, daß ein exakt bekanntes Volumen der roten Blutkörperchenmasse dosiert werden kann, ist es danach möglich, eine exakte Messung der mit der roten Blutkörperchenmasse verknüpften Komponenten durchzuführen. Dies ist besonders wichtig für solche Komponenten, die schlecht oder nur beschränkt löslich in Plasma sind (gesättigte Proteinbindung) und die durch Plasmamessung nur unbefriedigend im Blut bestimmt werden. Unter vielen möglichen Beispielen sei das Hormon Hydrokortison, die freie Fettsäure mit einer kurzen Kette und ebenso das Medikament Dipropylessigsäure (valproate) und die Substanz Phenytoin erwähnt.
Die Abmessung eines Volumens eines Materials, das nicht sauber fließt, gibt Probleme auf. Die Verwendung einer Pipette ist unmöglich, da das Ansaugen einer exakt geeichten Menge eines solchen Materials in einer Pipette unmöglich ist. Da eine Kraft, die wesentlich größer als die Gravitation oder der Vakuumdruck ist, angelegt werden muß, um eine Flüssigkeit mit besonders schlechten Strömungseigenschaften anzutreiben, müssen zum Dosieren solcher Flüssigkeiten konstruierte Vorrichtungen einen Mechanismus aufweisen, der ein exaktes und stabiles Volumen des in Frage kommenenden Materials erzeugt, wohingegen dieses Volumen durch die Art oder die Stärke der angelegten Kraft nicht beeinflußt werden darf.
Die Aufgabe der Erfindung ist darum, eine Vorrichtung zu beschaffen, mit der Materialien mit schlechten Fließeigenschaften einfach und exakt gemessen werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Vorrichtung mit einer schließbaren Öffnung versehen ist, die sich zwischen dem Boden und dem Eingang befindet, wobei die Öffnung zum Sammeln eines Überinaßes an Material in dem Vorratsbehälter geschlossen werden kann, das während eines ersten Zentrifugenlaufes gegen den Boden gedrückt wird und wobei die Öffnung zum Entladen des überschüssigen Volumens des obigen gesammelten Materials während eines zweiten Zentrifugenlaufes geöffnet werden kann, so daß ein genau vorbestimmtes Volumen des Materials in dem Vorratsbehälter zwischen der Öffnung und dem Boden zurückgehalten wird.
Der Vorratsbehälter kann in einem Behälter gesichert werden, der mit einer Vorlage versehen ist, in der die Öffnung des Vorratsbehälters austritt, wobei der Behälter mit dem Vorratsbehälter in einem Zentrifugenrotor radial anzuordnen ist. Das während des Zentrifugierens aus der Öffnung des Vorratsbehälters herauszuschleudernde Material kann in der Vorlage des Behälters gesammelt werden. Es ist wichtig, daß am Ende des Verfahrens keine Reste der Suspension innerhalb oder außerhalb des Vorratsbehälters, außer in dem Raum, der durch die Außenwand und die Öffnung gebildet wird, gefunden werden können, da jegliche Reste, zum Beispiel an der dem Behälter zugewandten Seite des Vorratsbehälters nahe der Öffnung, das Sammeln des festgelegten Volumens des Sediments, das zwischen der Randwand und der Öffnung eingeschlossen ist,behindern werden. Außerdem ist es nicht wünschenswert, daß ein handzuhabendes Vorratsgefäß an der Außenseite mit Blut verunreinigt ist.
Die Öffnung in dem Vorratsbehälter kann auf verschiedene Arten geschlossen werden. Vorzugsweise weist der Behälter eine von der Vorlage wegweisende Widerlagerfläche auf, in der ein mit der Vorlage verbundener Durchgang austritt. Der Vorratsbehälter weist eine Stützfläche auf, die der Widerlagerfläche des Behälters gegenüber anzuordnen ist, in der die Öffnung austritt, wobei zwischen der Widerlagerfläche und Stützfläche eine Dichtung zum Abdichten der Öffnung angebracht ist. In diesem Zusammenhang kann eine einfache Ausgestaltung erhalten werden, wenn der Behälter und der Vorratsbehälter durch eine Schraubverbindung derartig zusammenwirken können, daß in einer festsitzenden Position die Dichtung die Öffnung schließen wird, wohingegen in teilweise nicht festgeschraubter oder nicht festsitzender Position ein freier Verbindungsfluß zwischen der Öffnung des Vorratsbehälters und dem Durchgang im Behälter besteht. Das Verfahren zur Bestimmung eines Sedimentes einer Suspension beginnt mit Zentrifugieren des Vorratsbehälters, der in den Behälter fest eingeschraubt ist. Während dieses ersten Zentrifugierschrittes wird das Sediment in dem radialen äußeren Teil des Vorratsbehälters bis zur und überhalb der Öffnung gesammelt werden. Anschließend wird die Öffnung wie erwähnt geöffnet und in einem zweiten Zentrifugierschritt der überflüssige Teil der Suspension und des Sedimentes entladen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Behälter eine Abschlußkante auf, die aus der Widerlagerfläche vorsteht und weist der Vorratsbehälter ein Umfangsteil an der Stützfläche auf, daß innerhalb dieser Abschlußkante fest aufsitzt.
Wird die Vorrichtung radial auf einen planen Zentrifugenrotor und nicht in einen ausschwenkbaren Rotor eingesetzt bevor die Zentrifuge anfängt zu routieren, könnte ein Teil des zu untersuchenden Materials aus dem Vorratsbehälter ausfließen. Um diesem entgegenzuwirken, könnte ein Kolben auf das im Vorratsbehälter vorliegende Material plaziert werden. Auf diesem Weg wird ein Materialverlust verhindert werden.
Die Messung von Material in einer Suspension kann erfolgreich mit der hier beschriebenen Vorrichtung vorgenommen werden, für den Fall, daß das spezifische Gewicht dieses Material höher ist als das des Rests der Suspension. Für den Fall, daß das Material ein ähnliches oder geringeres spezifisches Gewicht als der Rest der Suspension aufweist, müssen andere Methoden angewendet werden, um diesen Teil der Suspension in dem radialen äußeren Teil des Vorratsbehälters aufzukonzentrieren bevor quantitative Untersuchungen der konzentrierten Partikel mit bekannten Volumen durchgeführt werden können.
Bezüglich einer Variante der Erfindung kann ein von dem spezifischen Gewicht des Materials unabhängiges magnetisches Material in einer Suspension gemessen werden durch derartiges Ausführen der Vorrichtung, daß außerhalb des Vorratsbehälters, der in seiner Fassung sitzt, ein Apparat zur Erzeugung eines radialen Magnetfeldes derart angebracht ist, daß das Material durch die Kraft des Magnetfeldes zur äußeren Grenzwand des Vorratsbehälter gedrückt wird.
Vorzugsweise wird diese Vorrichtung zum Messen eines bestimmten Volumens von Partikeln einer Suspension, wie rote Blutkörperchen im Blut, verwendet werden. Erfindungsgemäß beginnt das Zentrifugieren (um die 10.000 g) mit dem Vorratsbehälter und dem fest zusammengeschraubten Behälter, um die schweren Partikel der Suspension abzuscheiden und die Erythrozyten maximal zusammenzudrücken.
Anschließend wird der Vorratsbehälter teilweise vom Gehäuse abgeschraubt und dann in einem zweiten Zentrifugierschritt das überflüssige Sediment durch die Öffnung und den Durchgang entfernt. Zwischen dem ersten und zweiten Zentrifugierschritt kann eine Plasmaprobe genommen werden. Da die Öffnung in dem Vorratsbehälter während des ersten Zentrifugierschrittes fest verschlossen sein muß, könnte ein Vakuum in der gesamten Vorrichtung des Vorratsbehälters und Behälters aufrechterhalten werden. Dieses Vakuum kann im Fall von Blutprobeentnahmen (Vacutainer) wünschenswert sein.
Die Erfindung wird im folgenden bezüglich einer getesteten Ausgestaltung erläutert werden:
Figur 1 zeigt eine perspektivische Drauf sicht einer Zentrifuge mit einem flachen Rotor, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Öffnung in dem Vorratsbehälter geschlossen ist.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Öffnung in dem Vorratsbehälter geöffnet ist.
Die in Figur 1 dargestellte Zentrifuge ist bekannt und enthält einen flachen Rotor 1, in dem wenigstens zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen diametral gegenüberliegend eingesetzt werden können.
Der Rotor 1 dreht sich so, daß das in der Vorrichtung (2) befindliche Material radial nach außen gedrückt wird.
Wie in Figur 2 dargestellt besteht jede Vorrichtung (2) aus einem Behälter (3) und einem Vorratsbehälter (4). Der Vorratsbehälter (4) ist mit den Schraubenköpfen (5) und (6) in dem Behälter (3) befestigt. Der Vorratsbehälter (4) ist ein zylindrischer Körper mit einem ersten Vorratsbehälterteil mit einem relativ kleinen Durchmesser (7) und einem zweiten größeren Vorratsbehälterteil (8), in dem das zu untersuchende Material (9) bereitgestellt wird. Das Material (9) ist zum Beispiel ein Schlamm mit schlechten Fließeigenschaften (10), in dem schwerere Partikel (11) festgestellt werden können. Ein Beispiel hierfür ist Blut, in dem die schwerere Teilchen Erythrozyten sind. Um ein genaues und bekanntes Volumen an Erythrozyten zu sammeln, wird der Vorratsbehälter (4) zentrifugiert, wobei der zusätzliche kleine Seitenkanal (12), wie in Figur 2 dargestellt, mit dem O-Ring (15) verschlossen ist. Durch das Zentrifugieren mit ungefähr 10.000 g werden die Erythrozyten (11) in den ersten Vorratsbehälterteil mit dem kleinen Durchmesser (7) an die radiale Außenwand des Vorratsbehälters (4) gedrückt. Am Ende des ersten Zentrifugierschrittes sind sowohl der Vorratsbehälterabschnitt (7) als auch der angrenzende Teil des Vorratsbehälters (8) vollständig mit maximal zusammengedrückten Erythrozyten (11) zusammen mit 2 % v. v. von Plasma zwischen diesen roten Blutkörperchen angefüllt.
Wie schon erwähnt und in Figur 2 zu erkennen weist der Vorratsbehälterteil (7) eine Öffnung (12) auf, die in die Stützfläche (13) des Vorratsbehälters (4) austritt. Diese Stützfläche (13) liegt der Widerlagerfläche (14) des Behälters (3) gegenüber. Zwischen der Stützfläche (13) und der Widerlagerfläche (14) befindet sich eine O-Ringdichtung (15). Wenn der Vorratsbehälter (4) fest in dem Behälter (3) verschraubt ist, verschließt die O-Ringdichtung (15) die Öffnung (12) des Vorratsbehälters, so daß das Material (9) nicht ausdem Vorratsbehälter (4) fließen kann. Für den Fall, daß die Vorrichtung horizontal auf einem planen Zentrifugenrotor angebracht werden muß, kann auf dem Material (9) ein Kolben (24) plaziert werden. Dieser Kolben verhindert den Ausfluß des Materials (9) aus einem überfüllten Vorratsbehälterteil (8) vor Rotieren der Zentrifuge. Ein ausschwenkbarer Rotor und/oder die Füllung des großen Teils (8) des Vorratsbehälters (4) mit einem entsprechenden Volumen an Blut macht den Kolben (24) überflüssig.
In Figur 3 ist der Vorratsbehälter (4) etwas aus dem Behälter (3) herausgeschraubt, so daß im zweiten Zentrifugierschritt der O-Ring (15) die Öffnung (12) nicht abschließt. Aus diesem Grunde können Komponenten (10) und (11) des Materials (9) zum Beispiel durch Zentrifugalkraft in den Raum (16) gedrückt werden, der durch die Stützfläche (13), Widerlagerfläche (14) und die bezüglich der Widerlagerfläche herausragende Kante (17) gebildet wird, an die sich der verengte Teil (18) des Teils (8) des Vorratsbehälters (4) genau einpaßt. Vor diesem zweiten Zentrifugierschritt wird das überstehende Plasma für eine unabhängige Analyse abgenommen. Vom Raum (16) fließen Komponenten (10) und (11) in einen Kanal (19) und anschließend in die Vorlage (20) an der radialen Außenseite des Behälters (3). Das sich zwischen dem Boden (21) des näheren Teils (7) des Vorratsbehälters (4) und der Öffnung (12) befindende Sediment kann nicht entweichen im Gegensatz zu dem Material, das sich über dem Seitenkanal und der Öffnung (12) befindet. Dieses Material wird die überflüssige Masse von Erythrozyten und Restplasma sein. Der kurze zweite Zentrifugierschritt dauert so lange, bis das oberhalb der Öffnung sich befindliche Material in der Vorlage (20) zusammengetragen ist. Danach enthält der erste Vorratsbehälterteil (7) ein genau bekanntes Volumen von Partikeln und etwas eingeschlossene Flüssigkeit, da das Volumen zwischen dem Boden (21) des Vorratsbehälterteils (7) und der Öffnung des Überlaufes fest und bekannt ist und da die eingeschlossene Flüssigkeit zwischen maximal zusammengedrückten Erythrozyten konstant ist. Für ein Erythrozytensediment, das mit einer Zentrifugalkraft von ungefähr 10.000 g erhalten wird, ist die interzellulare Flüssigkeit 2 % v.v.. Nach Sammeln eines Sedimentes mit einem bekannten Volumen kann diese Masse leicht und quantitativ nur durch Zentrifugieren des in einem konischen Reagenzglas auf den Kopf gestellten Vorratsbehälters entfernt werden.
Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, befindet sich ein sich in die Vorlage (20) öffnender Lüftungskanal (22) in dem Vorratsbehälterteil (7) des Vorratsbehälters (4). Dieser Kanal beginnt in dem Vorlageraum (20) auf der herausragenden Vorderseite (20) des Vorratsbehälters (4), erstreckt sich durch den Teil mit dem Schraubenkopf des Vorratsbehälters (4) und tritt anschließend radial mehr zu der Kernlinie über dein Schraubenkopf und an zwei Seiten des Teils (7) aus. Durch diesen Lüftungskanal (22) wird verhindert, daß bei Einschrauben des Vorratsbehälters (4) in den Behälter (3) sich ein Luftdruck in dem Vorlageraum (20), als Folge eines Abdichtens durch die Verbindungsschraubenköpfe, aufbaut. Ein derartiger Luftdruck muß immer vermieden werden, da der Materialfluß durch die Öffnung (12) und den Kanal (19) behindert werdenkönnte. Wenigstens kann die Vorlage (20) mit einem Sammelgefäß (23) ausgebildet sein, das zum Beispiel mit Schraubenköpfen an den Behälter (3) angebracht oder von diesem gelöst werden kann, um ein Säubern der Vorrichtung zu erleichtern.

Claims

1. Vorrichtung zum Dosieren eines Volumens eines fließfähigen Materials, mit einem Vorratsbehälter (4), der mit einem Boden, Seitenwänden und einem dem Boden gegenüberliegen Einlaß ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine abschließbare Öffnung (12), die sich zwischen dem Boden (21) und dem Einlaß befindet, zum Sammeln eines Übermaßes an Material in dem Vorratsbehälter (4), das während eines ersten Zentrifugenlaufes gegen den Boden (21) gedrückt wird, geschlossen werden kann, und daß die Öffnung (12) zum Entladen des überschüssigen Volumens des obigen gesammelten Materials während eines zweiten Zentrifugenlaufes so geöffnet werden kann, daß ein genau festgelegtes Materialvolumen in dem Vorratsbehälter (4) zwischen der Öffnung (12) und dem Boden (21) zurückgehalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorratsbehälter (4) in einem Behälter (3) untergebracht werden kann, der mit einer Vorlage (20) versehen ist, in die die Öffnung (12) des Vorratsbehälter (4) mündet, und wobei der Behälter (3) zusammen mit dem Vorratsbehälter (4) radial in einen Zentrifugenrotor (1) eingesetzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Vorratsbehälter (4) ein erstes Teil (7) aufweist, das seinen Boden (21) einfaßt und ein genau bestimmtes Volumen besitzt, und ein zweites Teil (8), das sich zwischen dem ersten Teil (7) und dem Eingang des Vorratsbehälters (4) befindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Öffnung (12) in der Wand des zweiten Teils (8) benachbart zum ersten Teil (7) des Vorratsbehälters (4) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (3) eine Widerlagerfläche (14) aufweist, die von der Vorlage wegweist und in die ein Kanal (19) mündet, der mit der Vorlage (20) verbunden ist, und wobei der Vorratsbehälter (4) eine entgegengesetzt der Widerlagerfläche (14) des Behälters (3) angebrachte Stützfläche (13) aufweist, in die die Öffnung (12) mündet, und wobei zwischen Widerlagerfläche (13) und Stützfläche (14) eine Dichtung zum Schließen der Öffnung (12) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Behälter (3) und der Vorratsbehälter (4) mittels einer Schraube oder anderer Verbindung so zusammenwirken können, daß in einer festsitzenden Position die Dichtung (15) die Öffnung (12) abschließt, während in einer teilweise nicht festgeschraubten oder nicht festsitzenden Position eine freie Flußverbindung zwischen der Öffnung (12) des Vorratsbehälters (4) und dem Durchgang (19) in den Behälter (3) besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Behälter (3) eine über die Widerlagerfläche (14) herausragende Abschlußkante (17) aufweist und der Vorratsbehälter (4) ein Umfangsteil (18) an der Stützfläche (13) aufweist, das innerhalb dieser Abschlußkante (17) dicht aufsitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Behälter (3) eine freiliegende Öffnung an der Widerlagerfläche (14) zum Einschließen des Vorratsbehälters (4) aufweist, wobei der Behälter (3) an dem Ende dieser Bohrung, die von der Widerlagerfläche (14) wegweist, zusätzlich eine Vorlage (20) aufweist, die mit dem Durchgang (19) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei zusammenwirkende Schraubengewinde an der Außenseite des ersten Teils (7) des Vorratsbehälters (4) und an der Innenseite der Bohrung des Behälters (3) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei diese mit einem Lüftungskanal (22) ausgestattet ist, der die Bohrung des Behälters (3) mit der Vorlage (16) verbindet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei in dem zweiten Teil (8) des Vorratsbehälters (4) ein Gegenkolben (24) angebracht werden kann, der dazu bestimmt ist, die Suspension in dem Vorratsbehälter (4) abzusperren, wenn die Vorrichtung horizontal in einen Zentrifugenrotor (1) eingesetzt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Vorlage (20) abnehmbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Dosieren eines magnetisierbaren Materials in einer Suspension, wobei bezüglich des Vorratsbehälters (4) außen ein Apparat zur Erzeugung eines radialmagnetischen Feldes so angebracht ist, daß das durch das magnetische Feld beeinflußte Material an die Außenwand des Vorratsbehälters (4) gedrückt werden kann.

14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (4) und der Behälter (3) zuerst fest zusammengeschraubt oder festzusammensitzend, so daß die Öffnung (12) geschlossen ist, zentrifugiert werden, um die schwereren Komponenten der Suspension von den leichteren zu trennen oder eine Flüssigkeit mit schlechten Fließeigenschaften an das radiale äußere Ende des Vorratsbehälters (4) zu drücken und, daß anschließend der Vorratsbehälter (4) teilweise aufgeschraubt oder losgelöst wird und ein Überdruck angelegt wird, um durch die Öffnung (12) des Vorratsbehälters (4) und den Kanal (19) des Behälters (3) das überschüssige Suspensionsmaterial oder die überschüssige Flüssigkeit mit schlechten Fließeigenschaften auszusondern.

15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck durch ein zweites Zentrifugieren erzeugt wird.