DE69215238T2

DE69215238T2 - Vorrichtung und verfahren für die blutfiltration

Info

Publication number: DE69215238T2
Application number: DE69215238T
Authority: DE
Inventors: Castro Aurora De; Joseph Fraser; Surendra Gupta; Janice Shultz
Original assignee: GDS Technology Inc
Current assignee: GDS Technology Inc
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2012-03-31
Also published as: US5139685A; AU2314892A; EP0633808B1; EP0633808A4; ES2132125T3; DE69215238D1; CA2133407A1; EP0633808A1; WO1993019831A1; CA2133407C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Erfindungsgebiet

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Filteranordnungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zur klinischen Diagnose, die ein solches Filtermaterial einsetzt und auf einen Prozeß zum Abscheiden von Flüssigkeiten von partikelförmigem Material und insbesondere auf die Trennung des Plasmas oder Serums von Blut durch Filtration mit einem solchen Filtermaterial. Diese Erfindung ist insbesondere auf Filtrationsanordnungen gerichtet, die Glasfasern unter direktem Druck einsetzen, der zu einer Kompression der Glasfasern auf bestimmte Dichten führt. Der hohe oder positive Druck auf den Filter oder die Filterlagen wird während des ganzen Filterprozesses angewendet und aufrechterhalten.

2. Beschreibung des Hintergrundes

Verbindungen, die Krankheiten oder dem Gesundheitszustand zugeordnet sind, wie beispielsweise Metabolite oder Drogen werden oft in Körperflüssigkeiten wie z.B. Blut gefunden. Daher wird in klinischen Laboratorien Blut zu Diagnosebestimmungen oder Tests verwendet, um Informationen über den Gesundheitszustand von Patienten zur Verfügung zu stellen. Blut ist hauptsächlich aus korpuskularer oder partikelförmiger Materie, z.B. roten und weißen Blutkörperchen, und flüssiger Materie, wie z.B. Serum oder Plasma zusanunengesetzt. Im allgemeinen wird in klinischen Laboratorien, wenn ein Test für einen bestimmten Blutanteil benötigt wird, das Patientenblut, das zum Laboratorium gebracht worden ist, zuerst vom Serum (das Blut kann ohne Anwesenheit von Antikoagulantien gerinnen) oder Plasma (das Blut wird in der Anwesenheit von Antikoagulantien abgezogen) durch Zentrifugation getrennt. Darauf wird das Plasma oder Serum für die Messung des bestimmten Bestandteils unter Verwendung automatischer Instrumente verwendet. Dies stellt einen zeitaufwendigen Prozeß dar. Wenn jedoch ein dringender Fall oder Notfall auftaucht, müssen Tests oder Analysen durchgeführt werden, die die Resultate schnell und am Ort des Patienten liefern können. Diese Notsituationen können mit Tests nicht befriedigend gemeistert werden, die einen Transport, automatische Instrumente oder hochqualifiziertes Personal brauchen. Daher benötigen Tests oder Vorrichtungen, die für ein Vor-Ort-Testen mit einer schnellen Umlaufzeit verwendet werden können, ein Blutabscheidungsverfahren, das die Abtrennung des Serums oder Plasmas aus dem Blut in weniger als 15 Sekunden und vorzugsweise in 2 bis 10 Sekunden erlaubt, das rote Blutkörperchen komplett entfernt und das nicht Technik-abhängig ist, wie beispielsweise das Wischen oder Waschen von roten Blutkörperchen.
Eine Anzahl von Techniken sind entwickelt worden, um diese schwierige Abscheidung zu erreichen. Alle Techniken setzen einen Filterschritt ein, der in der Lage ist, rote Blutkörperchen abzutrennen. Vielzählige Materialien wurden in der Vergangenheit als Filter verwendet, die bestimmte Bedingungen, Zusammensetzungen und Vorrichtungen einsetzen. Papier, Vliesstoffe, lagenartiges Filtermaterial, das aus Pulvern oder Fasern, wie z.B. Kunstfasern oder Glasfasern hergestellt ist, und Membranfilter mit geeigneten Porengrößen wurden vorgeschlagen. Obwohl Glasfasern aus dem Stand der Technik als Material zur Verwendung für diesen Separationsprozeß bekannt gewesen sind, sind nachfolgende Verbesserungen unter Verwendung verschiedener spezifischer Verfahren beansprucht worden, um verschiedene Grade der Geschwindigkeit und/oder der Vollständigkeit der Abtrennung zu erreichen. Zum Beispiel verwendet Moyer et al Glasfasern zur Blutfiltration, wie es im US-Patent No. 3,791,933 beschrieben ist. US-Patent No. 4,256,693 für Kondo et al offenbart eine Anzahl von Filtermaterialien einschließlich Glasfasern in einem mehrschichtigen, integralen chemischen Analyseelement zur Verwendung bei der Blutabscheidung. Nachfolgend zeigte Vogel et al, US-Patent No. 4,477,575, eine Zusammensetzung und ein Verfahren, die die Abtrennung von Serum aus Gesamtblut erlauben, welche Zusammensetzung aus Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,2 µm bis 5 µm und einer Dichte von 0,1 g/cm³ bis 0,5 g/cm³ ohne Anwendung irgendeines positiven Druckes besteht und welches Verfahren im wesentlichen ein bis fünf Minuten zur Abtrennung des Plasmas vom Blut benötigt. Nachfolgend zeigte Hillman et al im US-Patent No. 4,753,776 eine Blutabscheidungsvorrichtung, die Glasfasern einsetzt, um Plasma vom Blut abzutrennen, wobei die Filtration bei niedrigen Druckwerten durchgeführt wird. Der Filter bei dieser letztgenannten Erfindung verzögert nur den Fluß der roten Blutkörperchen. Diese Techniken nach dem Stand der Technik sind jedoch nicht geeignet, wo schnellere Strömungsraten, z.B. in weniger als 15 Sekunden und vorzugsweise in 2 bis 10 Sekunden genauso gewünscht werden, wie die komplette Zurückhaltung der Blutkörperchen, d.h. eine Bestimmung von Bestandteilen, wie sie für die dringende Versorgung in Fällen von Medikamentenüberdosis, wie z.B. Acetaminophen, Theophyllin, Digoxin, Salicylat u.s.w., benötigt wird. Trotz der Notwendigkeit für Anordnungen und Verfahren zur schnellen Abtrennung des Plasmas oder Serums von Gesamtblut und die die Beschränkungen und Probleme des Standes der Technik überwinden, ist, insofern es bekannt ist, nichts vorgeschlagen oder entwickelt worden.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Anordnungen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, um Blutabscheidungstechniken weiter zu verfeinern und voranzubringen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Filteranordnungen entsprechend dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 und das Verfahren nach Anspruch 4 zur Verfügung, um schnell Plasma oder Serum aus dem Gesamtblut abzuscheiden. Die Erfindung schafft eine schnelle (fünfzehn (15) Sekunden oder weniger) und einfache Einrichtung zur vollständigen Abscheidung, und nicht nur Verzögerung, des Plasmas oder Serums vom Gesamtblut ohne die Notwendigkeit einer Zentrifugierung.
Die vorliegende Erfindung dient ferner zum Abscheiden von roten Blutkörperchen aus Serum oder Plasma, das schnell erfolgt (in weniger als 15 Sekunden und vorzugsweise in 2 bis 10 Sekunden) und wobei das komplette Abscheiden des Serums vom Blut unter diesen Bedingungen nicht die Wiedergewinnung von kleinen Molekülen, wie z.B. Glukose, Lipid-Molekülen, wie z.B. Cholesterol oder von großen Molekülen, wie z.B. Enzymen (Lactat-Dehydrogenase etc.) beeinträchtigt.
Bei dieser Erfindung wurde überraschenderweise herausgefunden, daß Glasfasern, wenn es gewünscht ist, eine Abscheidung des Serums oder Plasmas vom Blut zu erreichen, die schnellste Strömungsrate erzielen, wenn sie in einem komprimierten Zustand unter Druck gehalten werden. D.h., daß ein direkter, hoher, positiver Druck, der eine hohe Packungsdichte der Glasfasern erzeugt oder zu einer solchen führt, die höher ist als 0,5 g/cm³, dazu verwendet werden kann, die schnellste Abscheidung zu bewirken, d.h. in weniger als 15 Sekunden und vorzugsweise in 2 bis 10 Sekunden. Unerwarteterweise erhöht die hohe Dichte des Filtermaterials die Filtrationsrate des flüssigen Anteils vom partikelförmigen Anteil, z.B des Serums oder Plasmas von roten Blutkörperchen, anstatt die Filtrationsrate zu verlangsamen. Um eine vollständige Filtration der partikelförmigen Materie unter diesen Bedingungen zu bewirken kann man eine Tiefe des Filtermaterials von 1,0 mm (0.04") oder höher verwenden, während der Durchmesser des Glasfiltermaterials variieren kann. Um eine solche schnelle und komplette Abscheidung zu erhalten, muß man die Charakteristiken von kommerziell verfügbaren Materialien ändern, indem ein signifikanter Druck aufgebracht wird, um eine daraus resultierende signifikante Kompression zu erreichen.
Ferner ist die Filtration genauso effektiv, wenn die sich unter Druck befindende Filterschicht zumindest zwei oder mehr getrennte Lagen von Glasfasermaterial anstatt eine Lage der gleichen Gesamtdicke umfaßt. D.h, wenn zwei getrennte Lagen von Glasfasern im Gegensatz zu einer vergleichbaren Einzellage unter Druck aufeinandergelegt werden, beeinträchtigen die verschiedenen Grenzflächen zwischen den getrennten Lagen die Abscheidung nicht signifikant.
Eine spezielle Vorrichtung und Zusammensetzung zur Ausführung des Prozesses oder Verfahrens der folgenden Erfindung sind ebenfalls gezeigt. Die komplette Rückgewinnung von Analyseteilchen mit kleinem und großem Molekulargewicht einschließlich Lipiden unter Verwendung des Abscheidungssystems der vorliegenden Erfmdung wird ebenfalls erläutert. Diese und weitere Vorzüge der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen klar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 ist eine Draufsicht auf eine Diagnosetestkarte mit einer Senkenstruktur, die die Filteranordnung der vorliegenden Erfindung aufweist;
FIG. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 gemäß Fig. 1;
FIG. 3 ist eine Draufsicht auf einen Diagnoseteststreifen, der eine Vielzahl von Senkenstrukturen aufweist;
FIG. 4 ist eine Draufsicht auf eine Diagnosetestkarte mit einer anderen Ausführungsform der Senkenstruktur, die die Filteranordnung dieser Erfindung aufweist;
FIG. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie 5-5 gemäß Fig. 4;
FIG. 6 ist eine perspektivische Darstellung einer Filterlagenstruktur der vorliegenden Erfindung;
FIG. 7 ist eine Draufsicht auf eine Abdeckstruktur zur Verwendung bei den Senkenstrukturen von Diagnosekarte und -streifen, um die Filterlagen gemäß der Erfindung aufzunehmen;
FIG. 8 ist eine Seitenansicht der Abdeckstruktur gemäß FIG. 7;
FIG. 9 ist eine Draufsicht auf eine weitere Abdeckstruktur zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung;
FIG. 10 ist eine Draufsicht auf eine weitere Abdeckstruktur zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung;
FIG. 11 ist ein Schnitt entlang der Linie 11-11 nach FIG. 10;
FIG. 12 ist ein Schnitt einer weiteren Senkenstruktur, die auslegungsgemäß über die in FIG. 10 und 11 gezeigte Abdeckung paßt;
FIG. 13 ist ein Schnitt einer weiteren Senkenstruktur zur Aufnahme der Filteranordnung der vorliegenden Erfindung;
FIG. 14 ist ein Schnitt einer unkomprimierten, in einer Senkenstruktur plazierten Filteranordnung;
FIG. 15 ist ein Schnitt der Filteranordnung gemäß FIG. 14 im komprimierten Zustand in der Senkenstruktur;
FIG. 16 ist ein Schnitt einer weiteren unkomprimierten Filteranordnung, wie sie in der Senkenstruktur plaziert ist;
FIG. 17 ist ein Schnitt der Filteranordnung gemäß FIG. 16, wie sie im komprimierten Zustand in der Senkenstruktur gehalten ist;
FIG. 18 ist ein Schnitt einer auf einer Basisstruktur plazierten Filteranordnung; und
FIG. 19 ist ein Schnitt der Filteranordnung nach FIG. 18, wie sie auf der Basisstruktur gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung komprimiert gehalten ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung kann in jeglicher Vorrichtung eingesetzt werden, die Mittel zum Schaffen und Aufrechterhalten einer positiven Druckes auf die Glasfasern selbst aufweist, wie sie in US-A-5 104619 beschrieben sind.
Zum Beispiel zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Abscheidungsfilteranordnung als Diagnosekartenstruktur 10. Wie gezeigt ist das Filtermaterial 15 in der Senkenstruktur 12 eines im wesentlichen ebenen Körpers 11 enthalten. Der Kartenkörper 10 weist Ausrichtungs- oder Positionierungsschlitze 19 und 20 und einen Haltestreifen 18 auf, um sowohl fur ein Einschieben der Karte 10 in ein zugeordnetes Diagnosemeßgerät zum Lesen als auch für physikalische Manipulation zur Beobachtung zu sorgen, obwohl diese speziellen Merkmale für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich sind. Fig. 3 zeigt die Abscheidungsfilteranordnung als ein Diagnoseteststreifen 21, der einen ebenen Körper 25 mit mehrfachen Senkenstrukturen 22, 23 und 24 aufweist. Jegliche oder alle dieser Senkenstrukturen können ein Filtermaterial 15 für bestimmte Vielfach-Testzwecke beinhalten.
Fig. 2 zeigt mehr Details der Filteranordnung 15 gemäß Fig. 1 und zeigt die zylindrische Senkenwand 13 der Senkenstruktur 12. Wie gezeigt ist das Filtermaterial 15 zwischen der Rückhalte-Abdeckstruktur 16 und dem Senkenboden 14 sandwichartig eingesetzt. Wichtigerweise wird das Filtermaterial 15 komprimiert in der Senkenstruktur 12 gehalten, um für die schnelle Abscheidung des Serum oder Plasmas von einer Blutprobe zu sorgen, die z.B. durch eine zentrale Öffnung 17 eingebracht wurde.
Fig. 4 zeigt eine Diagnosetestkarte 30 mit einem zentral angeordneten, erhabenen Zylinderabsehnitt 35 mit einer Senke 36, innerhalb derer das Filtermaterial 15 angeordnet und in einem komprimierten Zustand gehalten werden kann. Die Senke 36 ist bezüglich der Oberfläche 33 vertikal angeordnet, die weiterhin eine Umfangslippe 31 aufweist, die durch eine erhabene kippe 32 abgetrennt ist, obwohl die beiden letztgenannten Merkmale für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich sind. Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 zeigt den Zylinderabsehnitt 35, der eine gefaltete Lippe 37, eine ringförmige Hinterschneidung 38 und einen oberen horizontalen Sokkel 39 aufweist, die - wie gezeigt - die Senke 36 durch eine Senkenwand 40 und Senkenboden 41 bilden. Die Filteranordnung 15 ist innerhalb der Senkenwand 40 und zwischen der Oberfläche 42 des Bodens und einer Rückhaltestruktur eingesetzt, bei es sich z.B. um eine Einschnappabdekcung 44 (Fig. 7 bis 9), eine Abdeckung 49 (Fig. 10 und 11) oder ähnliche Einrichtungen handelt, die in die ringlförmige Hinterschneidung 38 der Karte 30 beispielsweise eingeschnappt werden kann.
Fig. 7 bis 11 zeigen Kompressions- und Rückhaltestrukturen der Filteranordnung der Diagnosekarten- und -streifensenken. Fig. 7 bis 9 zeigen einen flachen Schnappdeckel oder -abdeckung 44 mit einem kreisförmigen Körper 45, einer Außenkante 46 und einer zentralen Öffnung 47, um die Flüssigkeit oder Blutprobe zur Abscheidung aufzunehmen. Eine Gitterstruktur 48 kann sich über die Öffnung 47 spannen, um dabei zu helfen, das Filtermaterial 15 komprimierend zu beaufschlagen. Eine unterschiedliche Konfiguration des Deckels oder der Abdeckung, die nicht flach ist, ist in den Fig. 10 und 11 gezeigt, die eine zylindrische Abdeckung 49 mit einer äußeren Umfangslippe 50, einem oberen Abschnitt 51 und einer Öffnung 52 zeigen. Eine sich verjüngende Seitenwand 53 ist vorgesehen, um in die Faltlippe 37 und ringförmige Ausnehmung 38 mit etwas unterschiedlicher Formgebung gegenüber der in Fig. 5 gezeigten einzuschnappen, um dadurch das Filtermaterial 15 in einem vorbestimmten komprimierten Zustand zu halten. Eine etwas unterschiedliche Form der Senke mit einer ringförmigen Rippe 54 und einem zugeordneten Deckel 49 ist in Fig. 12 gezeigt. Fig. 13 zeigt eine weitere Einrichtung zum Komprimieren und Halten eines Filtermaterials für die erfindungsgemäßen Zwecke. Eine Senkenstruktur 55 weist einen Körper 56 mit einem Senkenboden 58 und einer zylindrischen Wand 57 mit einer Anzahl von inneren Einstellrippen 62, 63 und 64 auf, zwischen denen eine Rückhaltestruktur oder Abdeckung 60 einstellbar fixiert werden kann, um die Filterlagen 65, 66 und Reagenzienlage 67 zu komprimieren. Eine Blutprobe wird durch die Öffnung 61 eingeführt und das Testergebnis durch die Öffnung 59 beispielsweise ausgelesen. Alternativ dazu kann eine Vorrichtung verwendet und in Form eines langen, steifen Plastikstreifens hergestellt sein, auf den die Filterlage (n) und reaktive Lage plaziert und zusammen komprimiert werden, indem ein starkes Klebeband für den positiven Druck sorgt.
Die Zusammensetzungen und Anordnungen der Filterbaugruppen werden detaillierter in den Tabellen und Beispielen beschrieben, wie sie hier folgen. Fig. 6 zeigt jedoch ein Filtermaterial 15, das Faserfilterlagen 26 und 27 aufweist. 28 bezeichnet eine untere reagenzimprägnierte Lage, um z.B. ein meßbares Signal zu erzeugen. Wie erörtert werden wird, sind verschiedene Lagenkombinationen einschließlich einer spezifischen Filterlage und Reagenzlage verwendbar, um die Filteranordnungen und Abscheidungsverfahren gemäß dieser Erfindung zu schaffen.
Fig. 14 zeigt eine Filteranordnung mit nur einer Filterlage 26 und einer reagenzimpragnierten Lage 28, die in einer Senkenstruktur 70 eine Kartenstruktur 71 beinhaltet sind. Die imprägnierte Lage 28 und das Filtermaterial 15 sind auf dem Senkenboden 72 plaziert und die Filterlage 26 ist in ihrem unkomprimierten Zustand gezeigt. Fig. 15 zeigt das Abdeckteil 73 in seiner Position in der Senkenstruktur 70, wodurch die Filterlage 26 durch das Abdeckteil 73 in komprimiertem Zustand gehalten wird. Fig. 16 zeigt die Filteranordnung mit zwei Filterlagen 68 und 69. Wie in Fig. 17 gezeigt ist, führt die Positionierung des Abdeckteils 73 in der Senke dazu, daß die Filterlagen 68 und 69 komprimiert werden. Wie weiterhin gezeigt ist, weisen die Filterlagen 68 und 69 in ihrem kombinierten Zustand die gleiche Dicke wie die der einzelnen Filterlage 26 auf.
Zusammenfassend umgrenzen die Senken oder Taschen der obengenannten Strukturen die Fasermaterialien oder Glasfaser-Filterlagen und zugeordnete Matrizen, die Reagenzien zur Erzeugung meßbarer Signale enthalten, um z.B. die Anwesenheit eines Analysenstoffes anzuzeigen. Die steifen Deckel oder Abdeckungen 73 der Strukturen gemäß den Fig. 14 bis 17 befinden sich in direktem Kontakt mit dem Filtermaterial und werden dazu verwendet, um positiven Druck und eine Kompression der jeweiligen Filterlagen innerhalb der Senken 70 aufzubringen, um für eine höhere Packungsdichte zu sorgen, als die ursprüngliche oder unkomprimierte Materialdichte. D.h., daß bei diesen Vorrichtungen der Druck auf die Glasfaserfilter oder - membranen durch die steifen Abdeckungen oder Deckel 73 appliziert und aufrechterhalten wird, die in die entsprechenden Senken 70 eingeschnappt werden, in denen das Filtermaterial untergebracht ist. Folglich ist im eingeschnappten Zustand des Deckels 73 in die Senkennut die effektive Senkentiefe fur das komprimierte Material der Raum zwischen dem Senkenboden 72 und dem eingeschnappten Deckel 73 ungeachtet der Abmessung der Senkentiefe. Wie gezeigt, kann die Vorrichtung eine untere Reagenzienlage 28 beinhalten, um die notwendigen Chemikalien zur Reaktion mit dem Serum oder Plasma zur Verfügung zu stellen. Bei der Verwendung wird eine Blutprobe in die Öffnung 76 eingebracht und an der Bodenöffnung 77 abgelesen.
Fig. 18 zeigt eine alternative Filteranordnung, bei der das Filtermaterial 15 auf der Oberseite einer steifen Basisstruktur 74 plaziert ist, wie z.B. einem Stück eines steifen oder halbsteifen Kunststoffes. Fig. 19 zeigt wie positiver Druck auf das Filtermaterial 19 mittels eines Streifens von Klebeband 75 aufgebracht wird, das - wie gezeigt - die Filterlage 26 entsprechend den Lehren dieser Erfindung komprimiert. Das Klebebandstück 75 weist eine Öffnung 78 für die Zugabe einer Blutprobe auf. Die Basisstruktur 74 könnte aus transparentem Kunststoff sein, so daß jegliche Reaktion dadurch sichtbar gemacht werden kann. Alternativ dazu kann eine Öffnung in der Basisststruktur 74 zu Visualisierungs- oder Meßwertablesezwecken vorgesehen sein. Jegliche andere Vorrichtungen oder Anordnungen, die einen positiven Druck ausüben und deshalb die Glasfasern zu einer höheren Pakkungsdichte komprimieren können, können zur Praxisumsetzung dieser Erfindung verwendet werden.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung liegt darin, daß die Abscheidung der roten Blutkörperchen vom Plasma in weniger als 15 Sekunden unter Verwendung von Lagen von Glasfaserfiltermaterial mit einem kleinen Blutvolumen von z.B. 10 bis 65 µl durchgeführt werden kann. Die Erfindung kann ausgeführt werden, indem ausgewählte kommerziell verfügbare Materialien genommen und diese genügend durch Druck modifiziert werden. Viele aus dem Stand der Technik bekannte oder kommerziell verfügbare Materialien, die für die Blutabscheidung verwendet wurden, haben sich jedoch als nicht nützlich für die gewünschte Abscheidung erwiesen, wie sie durch die vorliegende Erfindung gefordert und gelehrt wird. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Anwendung von Gesamtblut direkt auf der Seite der Vorrichtung in Kontakt mit den Glasfasern und die schnelle Beobachtung der Reaktionen, wie sie durch den gewünschten, in der Blutprobe anwesenden Analysenstoff erzeugt werden, von der gegenüberliegenden Seite. Die Abscheidung der roten Blutkörperchen wird hauptsächlich als Resultat der mechanischen Zurückhaltung der Teilchen erzielt. Wegen der unregelmäßigen Größe und Form von kommerziell erhältlichen Glasfasern jedoch ist es nicht möglich, eine definierte Porengröße für solche Filter zu bestimmen oder zu spezifizieren.
Kommerziell erhältliche Glasfasern werden oft aus einem hochprozentigen Borsilikat-Glas hergestellt und sind aus unregelmäßigen Filterfasern zusammengesetzt, deren Durchmesser typischerweise zwischen 0,5 µm und 7,0 µm variiert. Ein Schlüsselmerkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine Abscheidung unabhängig von den Durchmessern der Fasern unter der Voraussetzung gemacht werden kann, daß der positive Druck groß genug ist, um Fasern mit kleinen Durchmessern zu kompensieren, indem die Packungsdichte in geeigneter Weise erhöht wird. Zum Beispiel muß etwa mit Fasern großen Durchmessers eine Packungsdichte von 0,60 g/cm³ erfolgreich verwendet werden, während mit Fasern kleineren Durchmessers eine Packungsdichte von 0,85 g/cm³ notwendig sein kann, um die gleiche Abscheidung zu erreichen. In allen Fällen wurde herausgefünden, daß eine Minimaltiefe der Glasfilter von 1 mm (0,04 inch) wünschenswert ist.
Eine Anzahl von kommerziell erhältlichen Glasfaserfiltern oder Membranen - nicht jedoch alle - können bei der Erfindung eingesetzt werden, um die praktischen Zwänge der Erfindung, - z.B. die Probengröße - zu erfüllen. Viele Glasfasern aus verschiedenen gewerblichen Quellen wurden für den Zweck dieser Erfindung getestet, wie dies in Tabelle 1 beschrieben ist. TABELLE 1
Diese Glasfaserfilter wurden individuell und in Kombination miteinander auf ihre Eignung getestet, eine Abscheidung des Serums oder Plasmas vom Blut zu bewirken. Für die meisten der Beispiele wurden die in den Fig. 1, 4 und 19 gezeigten Vorrichtungen verwendet. Es können jedoch die Vorrichtungen nach Fig. 1 und 4 einen konsistenteren Druck auf die Glasfaserlagen erzeugen und diese sind einfacher in der Anwendung. Die Effektivität des positiven Druckes, der die Packungsdichte der Glasfasern auf einen Wert über 0,5 g/cm³ erhöht, beim Erzielen einer besseren und schnelleren Abscheidung des Blutes durch Verwendung eines oder mehrerer Glasfaserlagen wird klar durch die Beispiele 1 bis 5 demonstriert. Analytische Rückgewinnungsschnitte demonstrieren weiterhin, daß bei Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eine komplette Rückgewinnung der Analysenstoffe mit sehr unterschiedlichen Molekulargewichten oder Lipid-Verbindungen erreicht werden kann.

BEISPIEL 1

Die Wichtigkeit eines positiven hohen Druckes auf die Glasfasern bei der Anderung der Filtrationsgeschwindigkeit von Serum oder Plasma aus Gesamtblut und die komplette Entfernung von roten Blutkörperchen (RBC) wird in diesem Beispiel deutlich demonstriert.
In diesem Experiment wurde eine Vorrichtung verwendet, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Vorrichtung besteht aus einer flachen Karte mit einer Senke 12, die einen Durchmesser von 6,35 mm (0,25") und eine Nut aufweist, die in einer Tiefe von 11,43 mm (0,45") angeordnet ist. Alle dabei verwendeten Filtermatrizen oder -membranen wurden in Kreise von 5,56 mm (0,219") Durchmesser geschnitten und in der Senke plaziert. Der Boden der Senke weist eine Öffnung von 3,96 mm (0,156") auf, um eine Veränderung visuell zu beobachten oder die Veränderung mit einem Reflektanzmeßgerät abzulesen. Der Deckel und die Abdeckung 16 weist einen Durchmesser von 6,35 mm (0,25"), eine Dicke von 0,76 mm (0,03") und eine Öffnung von 3,96 mm (0,156") auf, welcher Deckel sehr stramm in die Nut der Senke paßt.
Um den Effekt des positiven Druckes auf die Entfernung von RBC's aus dem Serum zu testen, wurde folgendes Experiment durchgeführt. Ein Kontrollexperiment wurde durchgeführt, das darin bestand, einen Typ von Glasfaserlagen, wie es in der folgenden Tabelle 2 gezeigt ist, mit einer Gesamtdicke oder -tiefe von 2,29 mm (0,09") auf eine Whatman-54-Lage zu legen, die als reaktive Lage mit einer Dicke von etwa 0,127 mm (0,005") verwendet wurde. Kein Deckel wurde auf die Vorrichtung gegeben. Fünfundsechzig (65) Mikroliter (µl) von frisch abgenommenem Blut wurde auf die Oberseite der Glasfasern gegeben. Ein zweites Experiment wurde mit der gleichen Prozedur wie oben besclineben durchgeführt mit der Ausnahme, daß der Deckel in die Nut an der Oberseite der Senke gesetzt wurde. Da die effektive Senkentiefe nur 1,143 mm (0,045") beträgt, wurden im letzteren Falle die Glasfasern komprimiert. Fünfundsechzig (65) µl von frisch abgenommenem Blut wurden ebenfalls aufgebracht. Das Erscheinen von Serum auf dem Whatman-54-Papier wurde visuell beobachtet, wie es durch eine komplette Befeuchtung des Whatman-54-Papiers angezeigt wird. Das Whatman-Papier wurde zusätzlich auf das Erscheinen von roten Blutkörperchen beobachtet. Diese Lage wurde weiterhin für mehrere Minuten überwacht, um zu gewährleisten, daß die roten Blutkörperchen nicht nur verzögert wurden. Tabelle 2, Spalte 1 beschreibt verschiedene Glasfasern, wie sie in diesem Experiment mit einer Gesamtdicke von 2,29 mm (0,09") verwendet wurden. Um diese Gesamtdicke zu erhalten, wurden zwei Lagen von AP-25 (Millipore Co.) mit jeweils einer Dicke von 1,143 mm (0,045") verwendet und neun Lagen von AP-20 (Millipore Co.) mit jeweils einer Dicke von 0,25 mm (0,01") wurden verwendet. Spalte 2 zeigt die für die Befeuchtung des Bodenpapiers benötigte Zeit. Spalte 3 beschreibt entweder durch ein (+)-Zeichen das Vorliegen von auf dem Whatman-54-Papier beobachteten RBC's oder durch ein (-)-Zeichen das komplette Fehlen von beobachteten RBC's und zwar sofort sowie nach Ablauf von zehn (10) Minuten. In diesem Beispiel lag die Dichte des komprimierten Materials im Bereich von 0,7 bis 4,0 g/cm³ TABELLE 2
Die erhaltenen Resultate waren die gleichen, als Gesamtblut in der Anwesenheit eines Antikoagulationsmittels verwendet wurde.

BEISPIEL 2

Das Material und die Verfahren dieses Beispiels waren die gleichen wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß zwei unterschiedliche Typen von Glasfasern verwendet wurden, um die Gesamtdicke von 2,29 mm (0,09") innerhalb der Senke zu erzielen. In einem Fall wurde eine Kombination von zwei S&S 24 und einem S&S 30 verwendet. Im zweiten Fall wurde eine Kombination eines AP-25 und vier AP-20 verwendet. Die Bodenlage wurde hinsichtlich Zeit oder Geschwindigkeit (Sekunden) des Befeuchtens beobachtet. Der vorteilhafte Effekt eines positiven Druckes auf die Geschwindigkeit der Abscheidung für den Fall, wo zwei Typen von Glasfasern in Kombination verwendet werden, ist in Tabelle 3 dargestellt. Die Beobachtung hinsichtlich Auftreten oder Fehlen von RBC's wurde nach zehn (10) Minuten wiederholt. In diesem Beispiel betrug die Dichte des komprimierten Materials 0,8 bis 2,8 g/cm³. TABELLE 3

BEISPIEL 3

Um die Geschwindigkeit und Effektivität der Blutabscheidung zu erhöhen wurde die Dicke des Filtermaterials auf 1,53 mm (0,06") reduziert. Die Vorrichtung nach Beispiel 1 wurde verwendet mit der Ausnahme, daß die effektive Senkentiefe unterschiedlich war, d.h. der Abstand zwischen dem Boden des Deckels, wenn dieser in die Nut eingeschnappt ist, und dem Boden der Senke betrug 1,0 mm (0,04"). In diesem Falle war der Glasfaserfilter eine Kombination aus einer AP-25- und einer AP-20-Lage. Fünfündfünfzig Mikroliter (55 µl) von frisch abgenommenem Blut wurden auf die Vorrichtung mit und ohne dem Deckel appliziert und die Zeit für die Abscheidung wurde gemessen. Tabelle 4 zeigt, daß die Abscheidungsgeschwindigkeit weiter auf 2 bis 5 Sekunden verbessert wurde. Die Beobachtung zur Bestimmung, ob Blutkörperchen hindurchkamen, wurde auf zehn (10) Minuten erstreckt. Die Verwendung des Deckels erhöhte die Packungsdichte um mehr als 30% in dieser Konfiguration, was zu einem Material mit komprimierter Dichte von etwa 0,6 g/cm³ führte. TABELLE 4

BEISPIEL 4

Um das für die Blutabscheidung und das nachfolgende Testen benötigte Blutvolumen zu erniedrigen, wurde der Durchmesser der Senke in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 auf 5,56 mm (0,219") reduziert. Daher wurde der Durchmesser der Filtermatrizen ebenfalls auf Kreise von 4,75 mm (0,187") Durchmesser reduziert. Die effektive Tiefe der Senke, d.h. der Abstand zwischen dem Schnappdeckel und dem Boden der Senke lag bei 1,0 mm (0,04"). Dreißig Mikroliter (30 µl) von frisch abgenommenem Blut wurden auf die Oberseite der Glasfaserfilter appliziert, bei denen es sich um eine Kombination von einem AP-25- und einem AP-20-Filter und einer reaktiven Lage aus Whatman-54 mit und ohne Deckel handelte, und die Zeit zur Abscheidung wurde gemessen. Tabelle 5 zeigt, daß die Abscheidege schwindigkeit die gleiche war wie in Beispiel 3, d.h. 2 bis 5 Sekunden bei aufgebrachtern Deckel oder unter Druckbedingungen. Die Beobachtungszeit, um zu bestimmen, ob rote Blutkörperchen durchkamen, wurde auf zehn (10) Minuten ausgedehnt. Die Verwendung des Deckels erhöhte die Packungsdichte um mehr als 30% in dieser Konfiguration, was zu einer komprimierten Materialdichte von etwa 0,6 g/cm³ führte. TABELLE 5
Das gleiche Experiment wurde unter Verwendung von Blut mit Antikoagulationsmitteln und der Vorrichtung gemäß Fig. 18 mit ähnlichen Resultaten wiederholt.

BEISPIEL 5

In einem weiteren Experiment, bei dem die Vorrichtungsdimensionen des Beispiels 3 verwendet wurden, zeigte die folgende Kombination von Glasfasern, wie sie in Tabelle 6 angegeben ist, ebenfalls Abscheidungszeiten von weniger als zelm (10) Sekunden, wenn 55 µl Blut auf die Oberfläche der Glasfasern appliziert und unter positivem Druck separiert wurden. In diesem Experiment führte die Kompression zu einer mehr als 24%-igen Kompression der Glasfasern mit einer Dichte von mehr als 0,5 g/cm³. TABELLE 6
Aus den obengenannten Beispielen wird ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung die komplette Abscheidung oder Filtration von Plasma oder Serum aus Blut mit einer Setzzeit von weniger als 15 Sekunden, vorzugsweise in 2 bis 5 Sekunden erzielt, wenn positiver oder hoher Druck angewendet wird. In allen Fällen müssen die Glasfasern auf mehr als 25% der ursprünglichen Dicke oder Tiefe komprimiert werden, um eine Dichte von mehr als 0,5 g/cm³ zu erzielen und müssen eine minimale Tiefe oder Dicke von 1 mm (0,04") aufweisen, um eine komplette Abscheidung zu erzielen. Die erreichte, extrem schnelle Abscheidung ist keine Verzögerung von roten Blutkörperchen, was durch die Tatsache erwiesen ist, daß sogar nach zehn (10) Minuten keine roten Blutkörperchen hindurchkamen. Dieser Abscheidungsprozeß kann mit jeglicher Vorrichtung erzielt werden, die ähnlich den in den Zeichnungen gezeigten Vorrichtungen ist, wo positiver Druck ausgeübt werden kann.

ANALYSENSTOFFRÜCKGEWINNUNG NACH UNTERZIEHUNG DER GLASFASERFILTRATION

Experimente wurden durchgeführt, um zu bestimmen, ob Glasfasern unter hohem Druck für die Bestimmung von verschiedenen Analysenstoffen im Blut verwendet werden könnten, indem die Rückgewinnung dieser Analysenstoffe gemessen wird.
Blutproben wurden durch Aufziehen von Patientenblut in Vacutainer- Röhren aus Glas erhalten. Blutproben wurden für die analytische Bestimmung von Metaboliten, wie z.B. Glukose, Cholesterol, und Enzymen, wie z.B. Lactat-Dehydrogenase verwendet. Die für die Bestimmung von anderen Analysenstoffen und Medikamenten, wie z.B. B-Hydroxybutyrat, Acetaminophen oder Theophyllin verwendeten Blutproben wurden graphimetrisch mit dem bestimmten Analysenstoff unter Beobachtung untersucht. Ein Teil jeder Blutprobe wurde zentrifugiert, nachdem sie bei Zimmertemperatur für 20 Minuten stehengelassen wurde und wodurch folglich Serum erhalten wurde. Das Serum wurde in zwei gleiche Teile für die folgenden Experimente aufgeteilt.
Für jede Analysenstoff-Messung wurde die in Beispiel 4 beschriebene Vorrichtung verwendet. Der erste Serumteil, 30 µl, wurde in die Öffnung der Abdeckung der Vorrichtung gegeben, die Glasfaserfilter, wie z.B. eine Kombination aus AP-25 und AP-20 (komprimiert durch die Schnapp-Abdeckung) und eine reaktive Lage 28 am Boden enthält, die mit den notwendigen Bestandteilen (d.h. aus dem Stand der Technik bekannten Chemikalien, die mit dem bestimmten Analysenstoff reagieren und die eine Farbgebung produzieren, die proportional der Konzentration des in der Probe vorhandenen Analysenstoffes ist) imprägniert war und für fünf Minuten bei 50º getrocknet wurde. Der zweite Serumanteil wurde direkt in die reaktive Lage einer zweiten Vorrichtung gegeben, die keine Glasfaserfilter enthielt. In beiden Fällen wurden die in der reaktiven Lage erzielte Farbgebung als Reflektanz durch ein Macbeth-Reflektanzmeter zu einer festgelegten Zeit gemessen. Für jeden Analysenstoff entsprachen die Reflektanzwerte in beiden Situationen sich innerhalb 93 - 106%. Diese Resultat zeigen klar, daß die Glasfaserfilter keine der getesteten Analysenstoffe zurückhalten.
Weiterhin wurde ein Anteil des gleichen Gesamtblutes (30 µl), der nicht zentrifugiert wurde, auf eine dritte Vorrichtung, wie sie in Beispiel 4 beschrieben wurde, plaziert, die aus Glasfiltern, wie z.B. einer Kombination aus AP-25 und AP-20 (komprimiert durch eine Schnapp-Abdeckung) und der gleichen reaktiven Bodenlage 28 bestand. Die in der Bodenlage durch die Farbgebung produzierte Reflektanz wurde mit dem Reflektanzwert verglichen, der in der ersten Vorrichtung erhalten wurde, wo Serum verwendet wurde. Wie in Tabelle 7 demonstriert, lag die Analysenstoff-Rückgewinnung bei 95 bis 106%, wenn Blut ungeachtet des Molekulargewichtes (von 113 bis 140.000) der getesteten Chemikalie oder der Zusammensetzung des Analysenstoffes (Lipid oder Protein) verglichen wurde. Bei diesen Experimenten wurde eine kompleffe Entfernung von RBC's beobachtet und die Abscheidung des Serums vom Blut unter Verwendung von Glasfasern unter positivem Druck fand in zwei bis fünf Sekunden statt.
Diese Experimente zeigen klar, daß mit diesen Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Gesamtblut erfolgreich verwendet werden kann und mit Serum austauschbar ist; bei der Bestimmung von Analysenstoffen mit kleinem Molekulargewicht, wie z.B. Glukose, B- Hydroxy-butyrat, bzw. Lipid-Molekülen, wie z.B. Cholesterol, Medikamentenkonzentrationen im Blut, wie z.B. Theophyllin und Acetaminophen, genauso wie hochmolekulargewichtige Proteine oder Enzyme, wie z.B. Lactat, Dehydrogenase (LDH). TABELLE 7

Claims

1. Filteranordnung mit einem Filtermaterial und Mittel zum Komprimieren des Filtermaterials auf eine vorbestimmte Dicke unter positivem Druck für die schnelle Abscheidung von Serum oder Plasma aus Gesamtblut, wobei das Filtermaterial zumindest eine Lage von Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0,2 µm bis 7,0 µm umfaßt, dadurch gekennzeichnet daß das Filtermaterial um zumindest 25% in seiner Dicke und zu einer komprimierten Dichte von größer als 0,5 g/cm³ komprimiert ist.

2. Klinische Diagnosevorrichtung mit einer Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnel daß das Filtermaterial eine komprimierte Dicke von zumindest 1,0 mm (0.04") aufweist, das in der Lage ist, Serum oder Plasma aus einem bestimmten Volumen von Gesamtblut in weniger als 15 Sekunden abzuscheiden.

3. Klinische Diagnosevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Körper aufweist, wobei die Mittel zur Komprimierung des Filtermaterials eine Tasche zur Aufnahme des Filtermaterials und eine Schließvorrichtung zum Schließen der Tasche sind, ferner eine Einlaßeinrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeitsprobe in die Tasche und eine reaktive Lage zur Bestimmung eines Analysenstoffes, der durch das Filtrationsmaterial abgeschieden wird, das in Kontakt mit der reaktiven Lage ist.

4. Verfahren zur schnellen Abscheidung von Serum oder Plasma aus Gesamtblut, umfassend:

Schaffen einer Filteranordnung mit einer Senke einer vorbestimmten Tiefe, einer Abdeckung für die Senke und von Mitteln zur Einführung von Gesamtblut in die Senke;

Plazieren zumindest einer Glasfaserfilterlage in die Senke, wobei die Glasfasern der Filterlage einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0,2 µm bis 7,0 µm aufweisen;

Plazieren der Abdeckung in die Senke und Komprimieren der Glasfaserfilter um zumindest 25% in der Dicke und auf eine komprimierte Dichte größer als 0,5 g/cm³, wobei die Abdeckung in der Senke die Glasfasern im komprimierten Zustand hält; und

Einführen von Gesamtblut in die Senke für die erste Abscheidung von Serum oder Plasma.

5. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet daß die Filteranordnung weiterhin aus einer Diagnostikkarte besteht, die eine Senkenstruktur aufweist und daß die Kompressionseinrichtung für das Filtermaterial aus einer Schnapp-Abdeckung zur Befestigung des Filtermaterials in der Senke unter konstantem Druck besteht.

6. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Glasfasern aus Borsilikatglas bestehen.

7. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Glasfasermaterial aus zumindest zwei separaten Filterlagen besteht.

8. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Filtermaterial den Durchgang von im Blut vorhandenen Analysenstoffen erlaubt, wobei die Analysenstoffe von einem Molekulargewicht von 30 bis 2.000 bis zu Proteinsubstanzen mit einem Molekulargewicht von über 5.000 reichen.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die komprimierten Glasfasern in der Lage sind, ein Probenvolumen von 10 bis 65 µl Blut in weniger als 15 Sekunden zu filtern.