DE69017444T2 - Zentrifuge mit Mehrfachbewegung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung zum Beaufschlagen von Proben mit einer Zentrifugalkraft, um in jeder der Proben eine schwerere Fraktion und eine leichtere Fraktion zu separieren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die sowohl eine agitierende vertikale Bewegung zum Beaufschlagen einer Probe mit einer Agitation als auch eine nachfolgende, auf die Probe einwirkende Zentrifugalkraft verwenden kann. Die erf indungsgemäße Vorrichtung verwendet zu diesem Zweck einen einzigen Antrieb.
• Es ist bekannt, Flüssigkeitsproben, insbesondere Körperflüssigkeitsproben, zu nehmen und in eine Zentrifuge einzubringen, um die schwereren und die leichteren Fraktionen in der Probe zu separieren, um weitere Untersuchungen und weitere Tests auf Anzeichen des Vorliegens einer Krankheit, etc., in den von einem Individuum genommenen Proben durchzuführen. Unter bestimmten Umständen ist es jedoch wichtig, die betreffende Probe vor dem Beaufschlagen mit einer Zentrifugalkraft einer Agitation zu unterziehen. Dies kann der Fall sein, wenn der Probe vor dem Zentrifugieren und Separieren der sich ergebenden schwereren und leichteren Teile ein Material zur Reaktion mit der Probe zugesetzt wird.
• US -A-3 980 227 offenbart einen Rotor zum milden Agitieren oder milden Zentrifugieren mehrerer Flüssigkeitsproben in einem Labor. In einem Labor zu verarbeitende oder zu analysierende Proben werden in kleine Phiolen oder Kuvetten gegeben. Gruppen von Kuvetten werden in bogenförmigen Trägern angeordnet, die anschließend entlang des Umfangs eines Rotorkopfes plaziert werden. Der Rotorkopf weist zwei wählbare Bewegungsarten auf. Er kann über einen automatisch eingestellten Zeitraum mit höherer Geschwindigkeit auf einer vertikalen Achse drehen, wodurch die Proben einem milden zentrifugalen Niederschlag oder einer Sedimentierung unterzogen werden, oder er kann mit einer langsameren Geschwindigkeit um eine geneigte Achse drehen, wodurch die Probe einem milden Agitieren oder Mischen unterzogen wird.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Aufbringen einer Zentrifugalkraft oder einer Agitation auf eine Flüssigkeitsprobe zu schaffen, wobei die Vorrichtung einen einfachen Aufbau aufweist und einfach herstellbar ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• In bestimmten Umgebungen, beispielsweise einem Operationsraum, ist es wichtig geworden, Einrichtungen zum Nehmen von Körperproben verschiedener Art von einem Individuum vorzusehen, wobei die Proben auf eine geeignete Art behandelt und auf geeignete Art in den Körper zurückgeführt werden. All dies muß selbstverständlich schnell und unter sterilen Bedingungen geschehen.
• Es hat sich zum Beispiel gezeigt, daß menschliche mikrovaskulare endotheliale Zellen, d.h. die aus Kapillaren, kleinen Arterien und Venen entnommen werden, in geeigneter Weise anstelle von Zellen größerer Gefäße verwendbar sind, obwohl zwischen endothelialen Zellen großer Gefäße und mikrovaskularen endothelialen Zellen in ihren jeweiligen Geweben morphologische und funktionale Unterschiede bestehen. Mikrovaskulare endotheliale Zellen liegen in unbeschränkter Menge im Körpergewebe vor, insbesondere im Fettgewebe, und können zum Bewirken eines Grades an Prä-Implantationskonfluenz, d.h. von wenigstens fünfzig Prozent, verwendet werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Prognostizierung der meisten Implantate führen sollte. Somit kann einem Patienten in einem Operationsraum Fettgewebe entnommen werden, und dieses Fettgewebe kann zur Gewinnung mikrovaskularer endothelialer Zellen behandelt werden, die anschließend auf die Oberfläche synthetischer Einsätze implantiert werden, die als Ersatz für die natürlichen Blutgefäße des Körpers implantiert werden.
• Zwar hat sich erwiesen, das mikrovaskulare endotheliale Zellen in der Lage sind, eine mit Blut in Kontakt stehende Fläche zu endothelialisieren, jedoch unterliegen die Verfahren zur Gewinnung und Aufbringung dieser Zellen in einem Operationsraum speziellen Kriterien.
• Das mikrovaskular-reiche Gewebe wird aus dem perinephritischen Fett, dem subkutanen Fett oder dem mit dem Brust- oder Bauchhohlraum in Verbindung stehenden Fett gewonnen. Dieses Gewebe wird sodann unter Verwendung eines proteolyktischen Enzyms, beispielsweise Caseanase und Trypsin enthaltende Collagenase, einer Digestion unterzogen, wobei das Enzym so lange mit dem Gewebe inkubiert wird, bis die Gewebemasse dispergiert, um die Gewebedigestionsmittel zu reduzieren. Während dieser Zeitspanne kann die Erfindung angewendet werden, um diese Kombination zur Erzielung eines bestimmten Ergebnisses einer Agitation zu unterziehen. Anschließend werden die mikrovaskularen endothelialen Zellen durch Zentrifugieren von dem Digestionsmittel getrennt, das sich bereits abgesetzt hat, um ein an endothelialen Zellen reiches Pellet zu bilden. Das Pellet kann sodann in einer geeigneten Lösung gelöst und die erhaltenen Zellen können auf die Oberfläche eines Implantats aufgebracht werden. Das Ergebnis ist ein verbessertes Implantat mit endothelialisierten Flächen die entweder konfluent sind oder Konfluenz schnell (innerhalb der Verdopplung der Population) nach dem Implantieren erreichen.
• Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, wie bereits erwähnt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung die Digestion bzw. den Aufschluß mit einer Agitation und einem nachfolgenden Zentrifugieren ermöglicht, wobei diese Bewegungen in der gewünschten Weise an den Steuerungen derselben erfindungsgemäßen Vorrichtung eingestellt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die zuvor erwähnte Umgebung nicht die einzige Umgebung ist, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden kann. Sie kann, wie für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich, in jedem beliebigen Anwendungsbereich eingesetzt werden, in dem wahlweise eine Agitationsbewegung und ein Zentrifugieren erforderlich ist, wie dies in jedem beliebigen Verfahren erforderlich sein kann.
• Unter Beachtung der vorgenannten und zusätzlicher Aufgaben, wird die Erfindung im folgenden im einzelnen beschrieben, und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den zugehörigen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen.
• Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• Fig. 2a ist eine Seitenansicht eines repräsentativen Nockenzylinders, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist;
• Fig. 2b ist eine Draufsicht auf den Nockenzylinder von Fig. 2a;
• Fig. 2c zeigt ein Nockenprofil des Nockenzylinders der Fig. 2a, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist;
• Fig. 3a ist eine Seitenansicht eines weiteren Nockenzylinders, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist;
• Fig. 3b ist eine Draufsicht auf den Nockenzylinder von Fig. 3a; und
• Fig. 3c zeigt das Profil des Nockenzylinders der Fig. 3a.
• Fig. 1 der Zeichnungen, in denen gleiche Teile in allen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer allgemein mit 10 bezeichneten Vorrichtung, die dem wahlweisen Beaufschlagen von Proben mit einer Agitations- und/oder einer Rührbewegung oder mit auf die Proben einwirkenden Zentrifugalkräften dient.
• Fig. 1 zeigt einen reversiblen Elektromotor 12 mit einer sich von diesem aus erstreckenden Antriebswelle 14. An der Antriebswelle 14 sind voneinander beabstandete Rollenkupplungen 18, 20 angebracht, von denen eine in einer Richtung mit der Welle 14 bewegbar und die andere in die entgegengesetzte Richtung mit der Welle 14 bewegbar angebracht ist. In beiden Fällen drehen die Kupplungen 18, 20 in der Richtung frei auf der Welle 14, die zu der Antriebsrichtung entgegengesetzt ist, in der sie drehfest mit der Welle 14 verbunden sind. Die Kupplung 18 ist mit dem Nockenzylinder 22 verbunden, während die Kupplung 20 mit dem Rotor 16 verbunden ist.
• An jedem Ende 36, 40 des Rotors 16 sind Probenaufnahmebehälter 30, 32 vorgesehen, die jeweils um Lagerzapfen 38, 34 drehbar sind.
• Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Rotor 16 eine Bohrung 46 zur Aufnahme einer bewegbaren Stange 44 auf, die unter Einwirkung eines Elektromagneten 42 vertikal in die Bohrung 46 und aus dieser heraus bewegbar ist. Sowohl der elektrische Motor 12 als auch der Elektromagnet 42 werden von einer Energiequelle 56 aus über Leitungen 60, die zu einer Steuerung 58 führen, betrieben. Die Steuerung 59 steuert das Einund Ausschalten sowie den Umkehrbetrieb des Motors 12 über die Leitung 62, während die Steuerung 58 den Betrieb des Elektromagneten 42 über die Leitung 64 steuert.
• Wenn die Antriebswelle 14 in eine Richtung gedreht wird, greift die Kupplung 20 an der Welle 14 an und dreht mit der Welle 14. In dieser Position ist der Elektromagnet 42 derart eingestellt, daß er die Stange 44 aus der Bohrung 46 zieht. Wenn die Welle 14 gedreht wird, dreht auf diese Weise der Rotor 16 um die Achse 15, wodurch die entgegengesetzten Enden 36, 40 des Rotors um die Achse 15 drehen. Diese Drehung erzeugt eine Zentrifugalkraft und bewirkt, daß die Probenbehälter 30, 32 um die Achse 15 schwingen, wodurch wiederum ein Schwenken der Behälter um die jeweiligen Zapfen 38, 34 bewirkt wird, so daß die in den Behältern 30, 32 befindlichen Proben mit einer Zentrifugalkraft beaufschlagt werden. Dies bewirkt wiederum ein Trennen der schwereren und der leichteren Fraktionen der in den Behältern 30, 32 befindlichen Proben. Im Verlauf dieser Rotation ermöglicht die Kupplung 18 ein freies Drehen der Welle 14 in dieser, da sie zum Angreifen an der Welle 14 in der entgegengesetzten Drehrichtung ausgebildet ist.
• Diese Drehbewegung in eine Richtung, die das Drehen des Rotors 16 um die Achse 15 bewirkt, verursacht ferner, daß sich die vertikale ringförmige Nockenstütze 24 zusammen mit dem Nockenfolger 28 und dem Nockenteil 22 in der gleichen Richtung um die Achse 15 dreht.
• Wenn auf die in den Behältern 30, 32 enthaltenen Proben eine agitierende vertikale Bewegung aufgebracht werden soll, wird die Steuerung 58 zum Umkehren des reversiblen Motors 12 eingestellt, so daß die Welle 14 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Vor dieser Bewegung des Motors 12 und der Welle 14 wird jedoch der Elektromagnet 42 aktiviert, um die Stange 44 aufwärts in die Bohrung 46 zu bewegen. Die Positionierung des Rotors 16 kann zu diesem Zweck eine Einstellung erfordern. Eine solche Anordnung legt den Rotor 16 fest. Dies legt wiederum die ringförmige Nockenzylinderstütze 24 zusammen mit dem Nockenfolger 28 fest. Somit dreht keines der Teile um die Achse 15.
• Wenn der Motor 12 zum Drehen der Welle 14 in entgegengesetzter Richtung betätigt wird, dreht die Antriebswelle 14 daher frei in der Kupplung 20, während die Kupplung 18 an der Antriebswelle 14 angreift. Dies bewirkt das Drehen des Nokkenzylinders 22. Demzufolge wird das Nockenteil 22 gedreht und der Nockenfolger 28 folgt dem Nockenpfad oder der Nokkennut 70 in der Oberfläche des Nockenzylinders 22. Die kontinuierliche Drehung der Welle 14 und des Nockenzylinders 22 bewirkt die vertikale Auf- und Abbewegung der Nockenstütze 24 und des Rotors 16 entsprechend dem Pfeil 66 und dem spezifischen Nockenzylinder und dessen jeweiligen Nockenprofil.
• In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß der Betrag der vertikalen Bewegung 66 von dem jeweiligen gewählten Nockenprofil abhängig ist. Ferner ist auch die Bewegungsabfolge in bezug auf die Kreisbewegung des Nockenzylinders 22 durch das Nockenprofil definiert.
• In Fig. 2a ist ein Beispiel für das Nockenteil 22 in Seitenansicht dargestellt. Wie zu erkennen, weist die auf einer Seite des Nockenteils 22 dargestellte Nockennut 70 eine bestimmte Neigung auf, die sich von einer oberen Position aus in einem Winkel 6 zu einer sehr tief gelegenen Position 0 in der Seite des Nockenteils erstreckt. Das eigentliche Profil der Nut 70 im Nockenteil 22 ist bei 74 in Fig. 2c dargestellt. Jede einzelne Position 72, wie bei diesem spezifischen Nockenprofil zum Beispiel 1, 2 und 3, bewirkt eine Drehverschiebung um 30 Grad, wie für den Fachmann auf diesem Gebiet verständlich.
• In Fig. 3a ist ein Nockenteil 76 in Seitenansicht dargestellt. Wie deutlich erkennbar folgt die Nut 78 bei dieser Anordnung einem anderen Weg um den Nockenzylinder 76. Wie in Fig. 3c anhand des Profils 80 dargestellt, folgt die Nockennut 78 einem gewellten Weg mit einer geringeren vertikalen Verschiebung als bei der Nut 70 in Fig. 2c. Eine solche Anordnung bewirkt eine geringere vertikale Verschiebung der betreffenden Proben und weniger, jedoch eine schnellere Agitation bei einer jeweiligen Motorwellendrehung.
• Es ist ersichtlich, daß je nach der gewünschten Agitation, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist, verschiedene Nockenzylinderprofile ausgewählt werden können. Ferner ist aus der Anordnung ersichtlich, daß, wie bereits erörtert, der Bediener die Proben wahlweise mit einer Zentrifugalkraft, gefolgt von einer Agitation und, falls erforderlich, ein weiteres Mal mit einer Zentrifugalkraft beaufschlagen kann. Dies erfolgt darüber hinaus mittels eines einzigen Antriebsmechanismus, der einen einzelnen reversiblen Motor verwendet, wobei der gesamte Mechanismus von einer einzigen Antriebswelle angetrieben wird.
• Wie für den Fachmann auf dem Gebiet der Zentrifugenvorrichtungen der hier erörterten Art ersichtlich, bietet eine solche Anordnung eine Einrichtung, durch die einer jeweiligen Probe die gewünschten Eigenschaften verliehen werden können, ohne daß die Probe von einer Stelle zu einer anderen bewegt werden muß. Dies verringert die Zahl der für Zellaufschluß-/-isolierungsexperimente erforderlichen Vorrichtungen. Dies ist besonders in einem Operationsraum vorteilhaft, wie bereits erwähnt, da die Behandlung der Proben, wie erforderlich, sehr viel schneller erfolgen kann, und da, wegen der erwünschten sterilen Umgebung, sehr viel weniger Transfer- und Handhabungsvorgänge der Probe erforderlich sind.
• Wie für den Fachmann auf dem Gebiet ferner verständlich, sind die Amplitude, die Frequenz und das Bewegungsprofil durch die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht veränderbar und genau steuerbar. Da der gesamte Antriebsmechanismus in dem Zentrifugenrotor enthalten ist, beschränkt sich die Wartung der Vorrichtung vor Ort auf das einfache Entfernen und Austauschen des Rotors. Es sind keine mit dem Antriebsmechanismus verbundene innenliegenden Zahnräder, Riemen, Riemenscheiben oder Buchsen vorhanden, die besonderer Wartung vor Ort bedürfen. Dies verringert selbstverständlich die Zeitdauer der eventuell erforderlichen Wartungsarbeiten.
• Die hierin offenbarte Vorrichtung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses spezifische Ausführungsbeispiel beschränkt und es können Veränderungen daran vorgenommen werden, ohne den durch die beigefügten Patentansprüche definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Steuerung des reversiblen Motors mit einem Getriebemechanismus zum Erhöhen oder Verringern der Drehgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen sein. Hierdurch wird wiederum die Geschwindigkeit der Agitation oder die Geschwindigkeit der Rotation zum Verstärken oder Abschwächen der aufgebrachten Zentrifugalkraft erhöht oder verringert.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum sequentiellen Beauf schlagen einer in der Vorrichtung angeordneten Fluidprobe mit einer Zentrifugalkraft oder Agitation, mit

- einer Energiequelle (56);

- einer drehbaren Motoreinrichtung (12);

- einer zwischen der Energiequelle (56) und der drehbaren Motoreinrichtung (12) angeordneten Energieübertragungseinrichtung (62);

- einer in der Energieübertragungseinrichtung befindlichen Steuereinrichtung (58) zum Steuern der Rotation der drehbaren Motoreinrichtung (12);

- einer von der Motoreinrichtung (12) abstehenden Antriebswelle (14);

- einem drehfest mit der Antriebswelle (14) verbundenen Rotor (16); und

einer Einrichtung (30, 32) zum Stützen von Fluidproben an jedem Ende (36) des Rotors (16),

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Motoreinrichtung (12) reversierbar ist und die Energieübertragungseinrichtung (62) die Richtung der reversierbaren Motoreinrichtung (12) steuert;

- eine erste Kupplung (20) auf der Antriebswelle (14) befestigt ist, wobei die erste Kupplung auf der Antriebswelle in einer ersten Richtung drehfest angebracht ist und in einer zweiten Richtung frei auf der Welle drehbar ist;

- eine zweite Kupplung (18) auf der Antriebswelle (14) befestigt ist, wobei die zweite Kupplung auf der Antriebswelle in einer ersten Richtung frei auf der Welle drehbar und in einer zweiten Richtung drehfest auf der Welle angebracht ist;

- der Rotor (16) mit der ersten Kupplung (20) verbunden ist;

- ein Nockenfolger (28) drehfest am Rotor (16) angebracht ist;

- einem Nockenteil (22) mit der zweiten Kupplung (18) verbunden ist;

- eine Einrichtung (44) mit der Steuereinrichtung (58) verbunden ist und bewegbar ist, um die Drehung des Motors (16) mit der ersten Kupplung (20) in der zweiten Drehrichtung zu verhindern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß

- der Rotor (16) eine um die Achse (15) der Antriebswelle (14) drehbare längliche Stütze ist; und

- die Einrichtung (30, 32) zum Stützen von Fluidproben Behälter sind, die schwenkbar an jedem Ende des länglichen Rotors (16) angebracht und äquidistant von der Drehachse gestützt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit

- einer auf dem Rotor (16) befestigten und zu der Antriebswelle (14) koaxialen ringförmigen Nockenstütze (24);

- wobei das Nockenteil (22) ein drehbar in der Nockenstütze (24) koaxial gestützter Nockenzylinder ist;

- wobei der Nockenzylinder eine Nockennut (70) aufweist, die sich um dessen Außenumfang erstreckt;

- wobei der Nockenfolger (28) an der Innenfläche der ringförmigen Nockenstütze (24) befestigt ist; und

- wobei sich der Nockenfolger (28) in die Nockennut (70) erstreckt, so daß das Drehen des Nockenzylinders (22) eine vertikale Bewegung der ringförmigen Nockenstütze (24) und des Rotors (16) bewirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit dem Merkmal, daß die Nockennut (70) ein gewelltes Profil aufweist, das sich in der Mitte zwischen der Ober- und der Unterseite des Nockenzylinders (22) entlang der Nockenoberfläche erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockennut (70) ein Profil aufweist, bei dem sich die Nut von einer Position in unmittelbarer Nähe der Oberseite des Nockenzylinders (22) bis zu einer Position in unmittelbarer Nähe der Unterseite vor und zurück erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (44) zum Verhindern des Drehens des Rotors eine mit einem Elektromagneten (42) verbundene Stange ist, die in die und aus der Position zum Verhindern des Drehens des Rotors mit der ersten Kupplung (20) in der zweiten Drehrichtung bewegbar ist.