DE69931584T2

DE69931584T2 - Vorichtung und Verfahren zur Trennung von Bestandteilen einer flüssigen Probe

Info

Publication number: DE69931584T2
Application number: DE69931584T
Authority: DE
Inventors: Henry Clifton Miller; Jeffrey Hopkinton Karg; Fu-Chung Wane Lin; Robert Astoria Losada; Jeffrey P. Wallington Radziunas
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1998-12-05
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: US6479298B1; EP1006360B1; ATE328275T1; JP2000199760A; ES2260882T3; EP1006360A2; DE69931584D1; EP1006360A3; JP4306902B2

Description

1. Sachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen schwerer und leichterer Fraktionen einer Fluidprobe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufnehmen und Transportieren von Fluidproben, wobei die Vorrichtung und die Fluidprobe einer Zentrifugierung ausgesetzt werden, um eine Trennung der schwereren Fraktion von der leichteren Fraktion der Fluidprobe zu bewirken.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Bei zu Diagnosezwecken durchgeführten Tests kann eine Trennung der gesamten Blutprobe eines Patienten in Komponenten, wie z.B. Serum oder Plasma, der Komponente der leichteren Phase, und rote Blutzellen, der Komponente der schwereren Phase, erforderlich sein. Proben des gesamten Bluts werden typischerweise durch Venenpunktion unter Verwendung einer an einer Spritze angebrachten Kanüle oder Nadel oder eines evakuierten Aufnahmeröhrchens aufgenommen. Die Trennung des Bluts in Serum oder Plasma und rote Blutzellen erfolgt dann durch Rotation der Spritze oder des Röhrchens in einer Zentrifuge. Bei solchen Anordnungen wird eine Sperre zum Bewegen in einen den beiden Phasen der zu trennenden Probe benachbarten Bereich verwendet, um die Komponenten bei einer anschließenden Untersuchung der einzelnen Komponenten getrennt zu halten.
Es wird eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Aufteilen des Bereichs zwischen den schwereren und leichteren Phasen einer Fluidprobe in Aufnahmevorrichtungen verwendet.
Die am häufigsten verwendete Vorrichtung weist thixotropische Gelmaterialien, wie z.B. Polyestergels, in einem Röhrchen auf. Für die derzeit verwendeten Polyestergel-Serumtrennungsröhrchen ist eine spezielle Fertigungseinrichtung zum Herstellen des Gels und Befüllen der Röhrchen erforderlich. Ferner ist die Haltbarkeit des Produkts dadurch begrenzt, dass sich mit der Zeit Kügelchen aus der Gelmasse freisetzen können. Diese Kügelchen haben ein spezifisches Gewicht, das kleiner ist als das des separierten Serums und können in dem Serum schweben und können die Messgeräte verstopfen, wie z.B. die bei der klinischen Untersuchung der in dem Röhrchen befindlichen Probe verwendeten Gerätesonden. Eine solche Verstopfung kann zu einer beträchtlichen Ausfallzeit des Geräts zwecks Beseitigung der Verstopfung führen.
Kein handelsübliches Gel ist gegenüber sämtlichen Analyten vollständig chemisch inert. Wenn bestimmte Arzneimittel bei Entnahme in der Blutprobe vorhanden sind, kann es zu einer nachteiligen chemischen Reaktion mit der Gel-Grenzfläche kommen.
Der Oberbegriff von Anspruch 1 geht von einer Vorrichtung zum Trennen einer Fluidprobe in eine Phase mit höherem spezifischen Gewicht und eine Phase mit niedrigerem spezifischen Gewicht aus, wie in U5-A-3,894,950 beschrieben. Die darin beschriebene Vorrichtung weist ein Separatorelement auf, das in einem zylindrischen Röhrchen angeordnet ist und externe Rippen zum Berühren der Wand der Röhrchen aufweist. Das Separatorelement weist einen starren Metallkern auf, und ein Pfad verläuft vertikal durch das Separatorelement. Oben auf dem Separatorelement ist eine spannbare Filtermembran vorgesehen, die als ein auf Druck ansprechendes ventilartiges Filterelement fungiert.
Daher besteht Bedarf an einer Separatorvorrichtung, die (i) auf einfache Weise zum Trennen einer Blutprobe verwendbar ist; (ii) bei Lagerung und Versand temperaturunabhängig ist; (iii) gegenüber Strahlungssterilisierung stabil ist; (iv) die Vorteile einer thixotropischen Gelsperre ausnutzt, jedoch nicht die zahlreichen Nachteile des Inkontaktbringens eines Gels mit den separierten Blutkomponenten aufweist; (v) eine Kreuzkontamination der schwereren und leichteren Phasen der Probe während des Zentrifugierens minimiert; (vi) ein Anhaften der Materialien mit niedrigerer und höherer Dichte an der Separatorvorrichtung minimiert; (vii) in der Lage ist, sich in eine derartige Position zu bewegen, dass in kürzerer Zeit als bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen eine Sperre gebildet wird; (viii) in der Lage ist, eine klarere Probe mit geringerer Zellkontamination zu bieten als es bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen der Fall ist; und (ix) zusammen mit Standard-Probeaufnahmeeinrichtungen verwendet werden kann.
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Trennen einer Fluidprobe bereitzustellen, die die oben genannten Anforderungen erfüllt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Anspruch 1 definiert. Entsprechend ist der Schwimmer am oberen Ende des Balgs angebracht und ist das Ballastelement am unteren Ende des Balgs angebracht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verwenden der Vorrichtung.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante ist der Behälter ein Röhrchen und ist das Verbundelement ein Separator, der zum Bewegen unter Wirkung der Zentrifugalkraft in dem Röhrchen vorgesehen ist, um die Teile einer Fluidprobe zu trennen.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante weist das Röhrchen ein offenes Ende, ein geschlossenes Ende und eine zwischen dem offenen Ende und dem geschlossenen Ende verlaufende Seitenwand auf. Die Seitenwand weist eine Außenfläche und eine Innenfläche auf. Das Röhrchen weist ferner einen Verschluss mit einem wiederabdichtenden Septum auf, der in das offene Ende des Röhrchens passt. Alternativ können beide Enden des Röhrchens offen sein und können beide Enden des Röhrchens mit Elastomer-Verschlüssen abgedichtet sein. Mindestens einer der Verschlüsse des Röhrchens kann ein wiederabdichtendes Septum aufweisen.
Vorzugsweise ist das Separatorelement herausnehmbar in dem den Verschluss aufweisenden offenen Ende des Röhrchens positioniert. Alternativ kann das Separatorelement ebenfalls abnehmbar an dem geschlossenen Ende des Röhrchens positioniert sein.
Vorzugsweise kann der Verschluss ferner eine untere Ausnehmung aufweisen, die in das Röhrchen verläuft, welches mehrere nach innen vorstehende, am Umfang voneinander beabstandet angeordnete flexible Wände oder einen flexiblen Vollring zum Halten des Separators aufweist.
Vorzugsweise weist das Separatorelement ein gesamtes spezifisches Gewicht bei einem spezifischen Target-Gewicht von σ₁ auf. Das spezifische Target-Gewicht ist das Gewicht, das zum Trennen einer Fluidprobe in mindestens zwei Phasen erforderlich ist.
Vorzugsweise weist der Separator mindestens zwei oder mehr Regionen mit unterschiedlichen spezifischen Gewichten auf. Vorzugsweise ist bei mindestens einer Region das spezifische Gewicht höher als das spezifische Target-Gewicht und ist bei mindestens einer Region das spezifische Gewicht niedriger als das spezifische Target-Gewicht.
Vorzugsweise weist das Separatorelement einen Torus oder einen Balg, einen Schaum oder einen Schwimmer und ein Beschwerungselement oder ein Ballastelement auf. Der Balg weist entgegengesetzt erste und zweite Enden und einen zwischen den Enden verlaufenden Dichtungskörper auf. Der Außendurchmesser des Dichtungskörpers ist zwecks dichtenden Angreifens größer als der Innendurchmesser des Röhrchens. Bei der am stärksten bevorzugten Variante weist der Dichtungskörper Elastizitätseigenschaften auf.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante ist der Schwimmer sicher an dem ersten Ende des Balgs angebracht und ist das Ballastelement sicher an dem zweiten Ende des Balgs angebracht.
Alternativ weist der Balg ein erstes Ende, das ein wiederabdichtendes Septum ist, und ein offenes zweites Ende auf.
Vorzugsweise kann der Separator anfangs in einer beliebigen Position in dem Röhrchen angeordnet sein. Bei der am stärksten bevorzugten Variante wird der Separator am oberen Teil des Röhrchens durch einen Presssitz zwischen dem Dichtungskörper und dem Innendurchmesser des Röhrchens gehalten.
Vorzugsweise weist der Separator einen zentralen Durchgang auf, der von dem ersten Ende durch den Dichtungskörper zu dem zweiten Ende des Balgs verläuft.
Vorzugsweise hat der Balg ein spezifisches Gewicht von ungefähr 0,8 bis ungefähr 1,2. Bei der am stärksten bevorzugten Variante ist der Balg aus einem Elastomer gefertigt, das einen 50%igen Zugmodul (YOUNGS) von ungefähr 7 kg/cm² (100 psi) bis ungefähr 35 kg/cm² (500 psi) aufweist.
Vorzugsweise kann der Dichtungskörper aus einem natürlichen oder synthetischen Elastomer oder einer Mischung daraus gefertigt sein, die inert gegenüber der interessierenden Fluidprobe und flexibel sind.
Vorzugsweise weist der Dichtungskörper eine qualitative Festigkeit auf, die wie folgt ausgedrückt wird:
wobei S* der Koeffizient der dimensionslosen Steifigkeit ist, k eine zum Durchbiegen des Balgs über eine vorgegebene Länge benötigte Kraft ist, a die aufgebrachte Beschleunigung ist, D der Durchmesser des Dichtungskörpers ist und ρ_w die Dichte von Wasser ist.
Vorzugsweise liegt die qualitative Steifigkeit des Dichtungskörpers zwischen ungefähr 0,0006 und ungefähr 190.
Vorzugsweise kann der Dichtungskörper unter einer aufgebrachten Kraft, wie z.B. einer axial aufgebrachten Last, einer charakteristischen oder radialen Durchbiegung ausgesetzt sein. Die charakteristische oder radiale Durchbiegung ist als eine Änderung der Länge des Dichtungskörpers relativ zu der Änderung des Querschnittsdurchmessers des Dichtungskörpers definiert. Vorzugsweise weist der Dichtungskörper ein charakteristisches oder radiales Durchbiegeverhältnis von ungefähr 1,5 bis ungefähr 3,5 auf.
Vorzugsweise kann bei dem Dichtungskörper, wenn dieser einer aufgebrachten Last, wie z.B. einer Zentrifugierung, zum Bewirken einer axialen Verformung ausgesetzt ist, die Änderung des Querschnittsdurchmessers wie folgt ausgedrückt werden:
wobei ΔD_m zwischen ungefähr 5% und ungefähr 20% liegt.
Daher ist eine Änderung des Querschnittsdurchmessers des Dichtungskörpers proportional zu dem nicht durchgebogenen Querschnittsdurchmesser des Dichtungskörpers. Vorzugsweise liegt die Proportion zwischen ungefähr 0,03 und ungefähr 0,20.
Vorzugsweise ist das Ballastelement aus einem im Wesentlichen starren formbaren thermoplastischen Material, wie z.B. Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Edelstahl, Polyester und Mischungen daraus, gefertigt, das gegenüber der interessierenden Fluidprobe inert ist. Bei der am stärksten bevorzugten Variante ist das Ballastelement aus einem hochdichten Material gefertigt. Vorzugsweise ist das Ballastelement um das zweite Ende des Balgs angeordnet, um nicht mit dem zentralen Durchgang des Separators zu interferieren. Bei der am stärksten bevorzugten Variante hat das Ballastelement ein nutzbares spezifisches Gewicht von ungefähr 1,1 bis ungefähr 7,9.
Vorzugsweise ist der Schwimmer an dem ersten Ende des Balgs angebracht, wodurch der Schwimmer in direkter Verbindung mit dem zentralen Durchgang steht. Vorzugsweise weist der Schwimmer kleine Löcher auf, durch die die Luft aus dem zentralen Durchgang des Separators austritt. Bei der am stärksten bevorzugten Variante hat der Schwimmer eine Dichte von ungefähr 0,06 bis ungefähr 0,95. Vorzugsweise ist der Schwimmer aus einem Material mit niedriger Dichte gefertigt, wie z.B. aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Schaumstoff, einem luftgekapselten System oder einer Mischung aus Materialien, die wiederabdichtend sind.
Vorzugsweise hat der Separator ein spezifisches Gesamtgewicht von ungefähr 1,028 bis ungefähr 1,09 g/cc, so dass der Separator unter der Zentrifugalkraft im Wesentlichen an der Grenze zwischen den schwereren und leichteren Phasen einer betrachteten Fluidprobe zur Ruhe kommt.
Vorzugsweise arbeitet der Separator als Ganzes unter einer von einer aufgebrachten Beschleunigung erzeugten Last von ungefähr 300 g bis ungefähr 3000 g.
Vorzugsweise ist der Separator anfangs an dem oberen Bereich des Röhrchens befestigt und mit dem Verschluss ausgerichtet. Der Separator ist an dem offenen Ende des Röhrchen angebracht, wodurch der Balg des Separators, der in seinem unverformten Zustand den größten Durchmesser des Separators aufweist, einen Presssitz mit der Innenfläche der Seitenwand des Röhrchens bilden kann.
Bei Benutzung tritt eine Fluidprobe über eine Nadel in die Vorrichtung ein. Die Nadel durchdringt den Verschluss und den Schwimmer des Separators. Die Probe tritt durch die Nadel und durch den zentralen Durchgang des Balgs in die Vorrichtung und dann in den Körper des Röhrchens ein. Die Nadel wird aus der Vorrichtung zurückgezogen, und das Septum des Verschlusses und des Schwimmers dichtet sich wieder ab.
Die Vorrichtung wird dann zentrifugiert. Von der Zentrifuge aufgebrachte Kräfte bewirken, dass sich der Dichtungskörper von der Innenwand des Röhrchens trennt, wodurch sich der Dichtungskörper aufgrund der Unterschiede im Auftrieb der unterschiedlichen Elemente des Separators längt. Bei der Zentrifugierung wandert der Separator axial das Röhrchen hinab in Richtung des geschlossenen Endes zu der gewünschten Grenzfläche.
Ein ausreichendes Bewegen des Separators bewirkt, dass der Separator mit dem Blut in Kontakt kommt. Das Ballastelement am zweiten Ende des Balgs bewegt sich unter der Zentrifugallast axial nach unten. Die wahlweise vorgesehenen Entlüftungslöcher in dem Schwimmer oder dem wiederabdichtbaren Septum des Balgs dienen zum Steuern der Absinkrate des Separators in die Fluidprobe.
Nach dem Eintauchen des Separators in das Fluid bringt der Schwimmer durch das verdrängte Fluid eine Auftriebskraft auf den Separator auf. Gleichzeitig bringt das Ballastelement eine abwärtsgerichtete Axialkraft auf den Separator auf. Die kombinierten Kräfte bewirken eine axiale Dehnung des Dichtungskörpers und somit eine radiale, nach innen gerichtete Bewegung des Dichtungskörpers, wodurch dieser außer Kontakt mit der Innenwand des Röhrchens gebracht wird, so dass er sich ohne Reibwiderstand frei axial bewegen kann.
Dadurch wird ein Weg zwischen der Innenwand des Röhrchens und dem Separator gebildet, der ein Strömen der Komponente mit niedriger Dichte den Separator entlang ermöglicht, wenn dieser das Röhrchen abwärts wandert. Die Wanderung des Separators endet, wenn dieser die Position zwischen der Fluidkomponente mit niedrigerer Dichte und den Fluid- oder Zell-/Feststoffkomponenten mit höherer Dichte erreicht hat, die seiner Gesamtdichte gleich ist. Nach Beendigung der Zentrifugierung expandiert der Dichtungskörper in seine unverformte Gestalt und bildet eine Abdichtung gegen die Innenwand des Röhrchens und dadurch eine Sperre zwischen den Komponenten mit höherer und niedrigerer Dichte der Fluidprobe.
Die Position des Separators am oberen Teil des Röhrchens in Ausrichtung mit dem Verschluss und dem Schwimmer des Separators und dem zentralen Durchgang ermöglicht ein einfaches direktes Einbringen der Fluidprobe in das Röhrchen. Somit wird die Fluidprobe auf einfache Weise in das Röhrchen eingefüllt, ohne dass die unzentrifugierte Fluidprobe dem Außenflächenbereich des Separators ausgesetzt ist.
Wenn es sich bei der Fluidprobe um Blut handelt, befindet sich der Teil mit dem höheren spezifischen Gewicht, der die Zellkomponenten enthält, nach der Zentrifugierung zwischen dem Separator und dem Boden des Röhrchens. Der Teil mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht, der die zellfreie Serum- oder Plasmafraktion enthält, befindet sich zwischen dem Schwimmer des Separators und dem oberen Teil des Röhrchens.
Der erfindungsgemäße Separator weist einen nutzbaren Parameterbereich auf, und es gibt zwei grundsätzliche Gleichungen zum Definieren der Parameter:
(Erhaltung der Masse)

σtVt = σfVf + σsVs

Die folgenden dimensionslosen Parameter können dann in die Kräftebilanz substituiert werden: Vs* = Vs/D3; Vf* = Vf/D3; S* = k/a ρwD2 um zu folgendem zu gelangen: ((σf – σt)V*f – (σs – σt) = δ·ΔDD ·S*
Zum Skalieren von Prototypen auf eine Vorrichtung beliebiger Größe gilt, wobei folgendes definiert ist:

σ_t,σ_f,σ_s sind die spezifischen Gewichte des Balgs, des Schwimmers bzw. des Ballastelements;
V_t,V_f,V_s sind die Volumen des Balgs, des Schwimmers bzw. des Ballastelements;
ρ_w ist die Dichte von Wasser;
k ist die Elastizitätskonstante des Separators;
a ist die aufgebrachte Beschleunigung; und
δ ist das wie folgt definierte Durchbiegeverhältnis: ΔL/ΔD, wobei ΔL die Längenveränderung ist.

Die linke Seite der Gleichung kann eine unendliche Anzahl von Materialkombinationen und Geometrien repräsentieren, und wenn diese dem Produkt der rechten Seite gleich ist, kann daraus geschlossen werden, dass die Vorrichtung funktioniert.
Sollwerte für die rechte Seite der Gleichung lauten wie folgt: δ = 1,5 – 3,5 ΔD/D = 0,05 bis 0,2 S* = 0,043 bis 0,220
Alternativ kann das Separatorelement eine Anordnung mit einem Balgelement, einem Ballastelement und einem Auftriebselement oder Schwimmerelement aufweisen.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante weist das Balgelement ein Material und eine Form auf, die von entgegenwirkenden Kräften bewirkte Durchbiegungen ermöglichen.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante hat das Auftriebselement eine Komponentendichte, durch die es in der Lage ist, in Serum einer Blutprobe zu schwimmen. Vorzugsweise ist das Auftriebselement aus einem Material mit niedriger Dichte, wie z.B. Schaumstoff, oder einem Material oder einer Materialmischung gefertigt, so dass es ein Material mit niedriger Dichte, wie z.B. Schaumstoff, simuliert.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante hat das Ballastelement eine Komponentendichte, durch die es in der Lage ist, in einer Blutprobe zu sinken. Vorzugsweise ist das Ballastelement aus einem Material mit hoher Dichte gefertigt, wie z.B. einem im Wesentlichen starren formbaren thermoplastischen Material. Solche Materialien umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Edelstahl, Polyes ter und Mischungen daraus, die gegenüber der interessierenden Fluidprobe inert sind.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante ist das Separatorelement derart angeordnet, dass das Ballastelement und die Auftriebselemente miteinander verbunden sind und ein zentraler Durchgang durch diese verläuft. Das Balgelement deckt den Eingang zu dem zentralen Durchgang ab und bildet eine durchstechbare Sperre, die über den Eingang zu dem zentralen Durchgang verläuft.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante sind die Separatorelemente zusammengebaut, um Gegenkräfte zu erzeugen, um das Balgelement nach innen zu biegen und es ihm zu ermöglichen, sich unter korrekter Belastung axial in dem Röhrchen zu bewegen.
Bei der am stärksten bevorzugten Variante ist die Gesamtdichte des Separators die Target-Dichte σ_t, die bewirkt, dass sich die Vorrichtung zwischen der höheren und der niedrigeren Dichte einer Fluidprobe positioniert.
Vorzugsweise kann das Balgelement aus einem natürlichen oder synthetischen Elastomer oder einer Mischung daraus gefertigt sein, die inert gegenüber der interessierenden Fluidprobe und flexibel sind.
Vorzugsweise weist das Balgelement eine qualitative Festigkeit auf, die wie folgt ausgedrückt wird:
wobei S* der Koeffizient der dimensionslosen Steifigkeit ist, k eine zum Durchbiegen des Balgelements über eine vorgegebene Länge benötigte Kraft ist, a die aufgebrachte Beschleunigung ist, D der Durchmesser des Balgelements ist und ρ_w die Dichte von Wasser ist.
Vorzugsweise liegt die qualitative Steifigkeit des Balgelements zwischen ungefähr 0,0006 und ungefähr 190.
Vorzugsweise kann das Balgelement unter einer aufgebrachten Kraft, wie z.B. einer axial aufgebrachten Last, einer charakteristischen oder radialen Durchbiegung ausgesetzt sein. Die charakteristische oder radiale Durchbiegung ist als eine Änderung der Länge des Balgelements relativ zu der Änderung des Querschnittsdurchmessers des Balgelements definiert. Vorzugsweise weist das Balgelement ein charakteristisches oder radiales Durchbiegeverhältnis von ungefähr 1,5 bis ungefähr 3,5 auf.
Vorzugsweise kann bei dem Balgelement, wenn dieses einer aufgebrachten Last, wie z.B. einer Zentrifugierung, zum Bewirken einer axialen Verformung ausgesetzt ist, die Änderung des Querschnittsdurchmessers wie folgt ausgedrückt werden:
wobei ΔD_m zwischen ungefähr 5% und ungefähr 20% liegt.
Daher ist eine Änderung des Querschnittsdurchmessers des Balgelements proportional zu dem nicht durchgebogenen Querschnittsdurchmesser des Balgelements. Vorzugsweise liegt die Proportion zwischen ungefähr 0,03 und ungefähr 0,20.
Vorzugsweise ist das Ballastelement aus einem im Wesentlichen starren formbaren thermoplastischen Material, wie z.B. Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyester und Mischungen daraus, gefertigt, das gegenüber der interessierenden Fluidprobe inert ist. Bei der am stärksten bevorzugten Variante ist das Ballastelement aus einem hochdichten Material gefertigt. Bei der am stärksten bevorzugten Variante hat das Ballastelement ein nutzbares spezifisches Gewicht von ungefähr 1,1 bis ungefähr 7,9.
Vorzugsweise hat der Schwimmer ein nutzbares spezifisches Gewicht von ungefähr 0,06 bis ungefähr 0,95. Vorzugsweise ist der Schwimmer aus einem Material mit niedriger Dichte gefertigt, wie z.B. Schaumstoff oder gekapselter Luft.
Vorzugsweise hat der Separator ein spezifisches Gesamtgewicht von ungefähr 1,028 bis ungefähr 1,09 g/cc, so dass der Separator unter der Zentrifugalkraft im Wesentlichen an der Grenze zwischen den schwereren und leichteren Phasen einer betrachteten Fluidprobe zur Ruhe kommt.
Vorzugsweise arbeitet der Separator als Ganzes unter einer von einer aufgebrachten Beschleunigung erzeugten Last von ungefähr 300 g bis ungefähr 3000 g.
Vorzugsweise ist der Separator anfangs an der Bodenausnehmung des Verschlusses befestigt. Der Separator ist an dem Verschluss angebracht, wodurch der Balg des Separators, der in seinem unverformten Zustand den größten Durchmesser des Separators aufweist, in der Bodenausnehmung des Verschlusses sitzt. Alternativ kann der Separator ferner lösbar an dem geschlossenen Ende des Röhrchens positioniert sein.
Bei Benutzung tritt eine Fluidprobe über eine Nadel in die Vorrichtung ein. Die Nadel durchdringt den Verschluss und den Balg des Separators. Die Probe tritt durch die Nadel und durch den zentralen Durchgang des Separators in die Vorrichtung und dann in den Körper des Röhrchens ein. Die Nadel wird aus der Vorrichtung zurückgezogen, und das Septum des Verschlusses und des Balgelements dichtet sich wieder ab.
Die Vorrichtung wird dann zentrifugiert. Von der Zentrifuge auf den Separator aufgebrachte Kräfte bewirken, dass sich der Separator von dem Verschluss trennt oder aus seiner Anfangsposition bewegt, wodurch sich das Balgelement beim Wandern des Separators aufgrund der einwirkenden Kräfte längt. Bei der Zentrifugierung löst sich der Separator von dem Verschluss. Der Separator wandert axial das Röhrchen hinab in Richtung des geschlossenen Endes.
Ein ausreichendes Bewegen des Separators bewirkt, dass der Separator mit dem Blut in Kontakt kommt. In dem zentralen Durchgang eingeschlossene Luft erzeugt einen Auftrieb, der ein weiteres Absinken des Separators in das Fluid verhindern kann. Die eingeschlossene Luft strömt jedoch durch einen Defekt in dem Balgelement, der durch die Nadel verursacht worden ist. Dieses Austreten von Luft ermöglicht ein weiteres Bewegen des Separators in das Fluid hinein.
Nach dem Eintauchen des Separators in das Fluid bringt das Auftriebelement durch das verdrängte Fluid eine Auftriebskraft auf den Separator auf. Gleichzeitig bringt das Ballastelement eine abwärtsgerichtete Axialkraft auf den Separator auf. Die kombinierten Kräfte bewirken eine axiale Dehnung des Balgelements, wodurch dieses außer Kontakt mit dem Verschluss gezogen wird, so dass es sich ohne Reibwiderstand frei axial bewegen kann.
Dadurch wird ein Weg zwischen der Innenwand des Röhrchens und dem Separator gebildet, der ein Strömen der Komponente mit niedriger Dichte den Separator entlang ermöglicht, wenn dieser das Röhrchen abwärts wandert. Die Wanderung des Separators endet, wenn dieser die Position zwischen der Fluidkomponente mit niedrigerer Dichte und den Fluid- oder Zell-/Feststoffkomponenten mit höherer Dichte erreicht hat, die seiner Gesamtdichte gleich ist. Nach Beendigung der Zentrifugierung expandiert das Balgelement in seine unverformte Gestalt und bildet eine Abdichtung gegen die Innenwand des Röhrchens und dadurch eine Sperre zwischen den Komponenten mit höherer und niedrigerer Dichte der Fluidprobe.
Die Position des Separators am oberen Teil des Röhrchens in Ausrichtung mit dem Verschluss und dem durchdringbaren Balgelement und dem zentralen Durchgang ermöglicht ein einfaches direktes Einbringen der Fluidprobe in das Röhrchen. Somit wird die Fluidprobe auf einfache Weise in das Röhrchen eingefüllt, ohne dass die unzentrifugierte Fluidprobe dem Außenflächenbereich des Separators ausgesetzt ist.
Wenn es sich bei der Fluidprobe um Blut handelt, befindet sich der Teil mit dem höheren spezifischen Gewicht, der die Zellkomponenten enthält, nach der Zentrifugierung zwischen dem Separator und dem Boden des Röhrchens. Der Teil mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht, der die zellfreie Serum- oder Plasmafraktion enthält, befindet sich zwischen dem Balgelement des Separators und dem oberen Teil des Röhrchens.
Der erfindungsgemäße Separator weist einen nutzbaren Parameterbereich auf, und es gibt zwei grundsätzliche Gleichungen zum Definieren der Parameter:
(Erhaltung der Masse)

σtVt = σfVf + σsVs

σ_t, σ_f, σ_s sind die spezifischen Gewichte des Balgelements, des Auftriebelements bzw. des Ballastelements;
V_t, V_f, V_s sind die Volumen des Balgelements, des Auftriebelements bzw. des Ballastelements;
ρ_w ist die Dichte von Wasser;
k ist die Elastizitätskonstante des Separators;
a ist die aufgebrachte Beschleunigung; und
δ ist das wie folgt definierte Durchbiegeverhältnis: ΔL/ΔD, wobei ΔL die Längenveränderung ist.

Die linke Seite der Gleichung kann eine unendliche Anzahl von Materialkombinationen und Geometrien repräsentieren, und wenn diese dem Produkt der rechten Seite gleich ist, kann daraus geschlossen werden, dass die Vorrichtung funktioniert.
Sollwerte für die rechte Seite der Gleichung lauten wie folgt: δ = 1,5 – 3,5 ΔD/D = 0,05 bis 0,2 S* = 0,043 bis 0,220
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft gegenüber Trennprodukten, bei denen Gel verwendet wird. Insbesondere interferiert die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht mit Analyten, anders als Gels, die mit Analyten interferieren können. Ein weiteres Attribut der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht mit Analyten zum therapeutischen Drugmonitoring interferiert.
Insbesondere ist die Zeit zum Trennen einer Fluidprobe in unterschiedliche Dichten bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich kürzer als bei Vorrichtungen, bei denen Gel verwendet wird.
Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Fluidproben keine Gelrückstände mit niedriger Dichte aufweisen, die manchmal in Produkten zu finden sind, bei denen Gel verwendet wird.
Ein weiteres Attribut der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass keine Interferenz mit Gerätesonden auftritt.
Ein weiteres Attribut der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Proben für Blutbanktests akzeptabler sind als bei Verwendung einer Gelsperre.
Ein weiteres Attribut der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass nur die im Wesentlichen zellfreie Serumfraktion einer Blutprobe der oberen Fläche des Separators ausgesetzt ist, wodurch die Experten eine saubere Probe erhalten.
Ferner sind bei der, erfindungsgemäßen Vorrichtung keine zusätzlichen Schritte oder Behandlungen durch einen Arzt erforderlich, wodurch eine Blut- oder Fluidprobe auf standardmäßige Weise unter Verwendung einer standardmäßigen Probenentnahmeeinrichtung angesaugt wird.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung aus 1 entlang Linie 2-2 von 1.
3 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung aus 1 entlang Linie 2-2 von 1 mit Darstellung der Fluidzuführung über eine Nadel in die Vorrichtung.
4 zeigt diese Vorrichtung beim Zentrifugieren und das Lösen des Separators aus der Greifeinrichtung des Verschlusses.
5 und 5A zeigen die Vorrichtung nach dem Zentrifugieren und das Trennen der Flüssigkeitsprobe in höhere und niedrigere spezifische Gewichte.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der nicht zusammengebauten Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
8 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung aus 7 entlang Linie 8-8 von 7.
9 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung aus 7 entlang Linie 8-8 von 7 mit Darstellung der Fluidzuführung über eine Nadel in die Vorrichtung.
10 und 11 zeigen diese Vorrichtung beim Zentrifugieren und das Lösen des Separators aus der Greifeinrichtung des Verschlusses.
12 zeigt die Vorrichtung nach dem Zentrifugieren und das Trennen der Flüssigkeitsprobe in höhere und niedrigere spezifische Gewichte.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht der nicht zusammengebauten Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung kann andere spezifische Ausführungsformen aufweisen und ist nicht auf die detailliert beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt. Verschiedene andere Modifikationen sind für Fachleute offensichtlich und können von diesen durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird. Der Umfang der Erfindung ist in den beiliegenden Patentansprüchen und deren Äquivalenten definiert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 bis 6 dargestellt, wobei eine Vorrichtung 20 ein Röhrchen 30, einen Verschluss 50 und einen Separator 70 aufweist.
Das Röhrchen 30 weist ein offenes Ende 32 mit einem oberen Rand 33, ein geschlossenes Ende 34 und eine zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende verlaufende Seitenwand 36 auf. Die Seitenwand 36 weist eine Außenfläche 38 und eine Innenfläche 40 auf. Das Röhrchen 30 bildet einen Behälter mit einer Mittelachse "A".
Das Röhrchen 30 ist vorzugsweise aus einem im Wesentlichen transparenten und starren Material gefertigt. Geeignete Materialien des Röhrchens umfassen Glas, Polystyrol, Polyethylenterephtalat, Polycarbonat und dergleichen.
Der Verschluss 50 ist derart angeordnet, dass er über das offene Ende 32 des Röhrchens 30 passt. Der Verschluss 50 weist einen ringförmigen oberen Teil 52, der über den oberen Rand 33 der Seitenwand 36 verläuft, und einen unteren ringförmigen Teil oder Rand 54 mit kleinerem Durchmesser als der ringförmige obere Teil 52 auf, der zum Festhalten des Stopfens 50 in dem oberen Ende 32 in die Innenfläche 40 der Seitenwand 36 ragt und mit dieser einen Presssitz bildet.
Der ringförmige obere Teil 52 weist einen oberen Flächenbereich 56 und eine Seitenwand 58 auf, die von dem Flächenbereich 56 in Richtung eines oberen Vertiefungsbereichs 60 konvergiert. Der Vertiefungsbereich 60 weist bei der am stärksten bevorzugten Variante eine dünne Membran oder ein selbstabdichtendes Septum zum Führen und Aufnehmen der Spitze einer einzuführenden Nadel in und durch den Stopfen auf.
Der untere ringförmige Randteil 54 weist eine untere Vertiefung 62, eine Innenwandfläche 64, eine Außenwandfläche 66 und eine Bodenfläche 68 auf. Der Vertiefungsbereich 60 und der unteren Vertiefungsbereich 62 weisen eine dünne Membran oder ein selbstabdichtendes Septum auf, durch die/das eine Nadel eingeführt werden kann. Das selbstabdichtende Septummaterial ermöglicht das Eindringen eines Durchstechelements, wie z.B. einer Nadel, und dichtet sich dann wieder ab, wenn das Durchstechelement zurückgezogen ist.
Ein ringförmiger Rand oder ein ringförmiges Anlageteil 57 trennt den ringförmigen oberen Teil 52 und den unteren ringförmigen Teil 54 voneinander.
Vorzugsweise kann der Verschluss aus Naturkautschuk-Elastomer, synthetischen thermoplastischen und duroplastischen elastomeren Materialien gefertigt sein. Vorzugsweise ist der Verschluss aus einem elastischen elastomeren Material gefertigt, wodurch das Septum selbstabdichtend ist.
Gemäß 6 weist der Separator 70 einen elastischen Torus oder einen elastischen Balg 72, einen Schaumstoff mit niedriger Dichte oder einen Schwimmer 90 mit niedriger Dichte und ein Beschwerungselement mit hoher Dichte oder ein Ballastelement 110 mit hoher Dichte auf. Die Komponenten des Separators sind aus Materialien gefertigt, die eine kombinierte Dichte aufweisen, die niedriger ist als die Dichte der roten Blutzellen, jedoch höher als die Dichte des Serums einer Blutprobe.
Der Balg 72 weist einen oberen Bereich 86, einen unteren Bereich 88 und einen von dem oberen Bereich zu dem unteren Bereich verlaufenden Dichtungskörper 9.1 mit einem zwischen den Enden des Dichtungskörpers verlaufenden zentralen Durchgang 98 auf.
Der Schwimmer 90 mit niedriger Dichte befindet sich am oberen Bereich 86, und das Ballastelement 110 befindet sich am unteren Bereich 88. Das Ballastelement 110 umgibt den unteren Bereich 88, ohne den zentralen Durchgang 98 zu blockieren. Der Schwimmer 90 mit niedriger Dichte befindet sich am oberen Bereich 86 und ist direkt mit dem zentralen Durchgang 98 ausgerichtet.
Der Schwimmer 90 mit niedriger Dichte weist kleine Löcher 95 auf, durch die bei Benutzung Luft aus dem zentralen Durchgang 98 entweicht.
Der Außendurchmesser "a" des oberen Bereichs 86 und der Außendurchmesser "b" des unteren Bereichs 88 ist kleiner als der Außendurchmesser "c" des Dichtungskörpers, wenn sich der Dichtungskörper in seiner unverformten Position befindet.
Der Dichtungskörper 91 des Balgs 72 und die Innenwand des Röhrchens bilden einen Presssitz. Der Schwimmer mit niedriger Dichte und das Ballastelement mit hoher Dichte interferieren nicht mit der Innenwand des Röhrchens.
Der Balg 72 kann durch Anbringen des Schwimmers 90 über dem oberen Bereich 86 und des Ballastelements 110 um den Außenumfang des unteren Endes 88 zusammengebaut werden. Der Separator wird dann in das offene Ende des Röhrchens eingesetzt. Eine ausreichende radiale Interferenz bewirkt, dass der Dichtungskörper abdichtend an der inneren Seitenwand des Röhrchens angreift.
Gemäß 3 wird eine Flüssigkeitsprobe A mit einer Nadel, die den Verschluss 50 im oberen Vertiefungsbereich 60 und den Schwimmer durchdringt, dem Röhrchen zugeführt. Bei der Flüssigkeitsprobe handelt es sich nur zu Erläuterungszwecken um Blut. Die Flüssigkeitsprobe wird derart in den Durchgang des Separators eingeleitet, dass die Flüssigkeitsprobe zwischen dem geschlossenen Ende 34 des Röhrchens und dem Separator eingebracht wird, wodurch die Außenfläche sämtlicher Komponenten des Separators im Wesentlichen nicht mit der Fluidprobe in Kontakt stehen.
Gemäß 4 biegt sich, wenn die Vorrichtung 20 einer Zentrifugierung oder axialen Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, der Dichtungskörper 91 des Separators 70 durch, er löst sich von der Innenwand des Röhrchens und sinkt in Richtung des geschlossenen Endes 34 des Röhrchens 30. Beim Sinken des Separators bewegt sich eine Fraktion B mit niedrigerem spezifischen Gewicht der Fluidprobe A den Separator entlang aufwärts. Es wird Luft in dem Durchgang eingeschlossen, wenn der untere Bereich des Balges mit der Fluidprobe in Kontakt kommt. Diese eingeschlossene Luft kann eine weitere Abwärtsbewegung des Separators begrenzen. Die kleinen Löcher in dem Schwimmer bilden jedoch einen Weg, über den die eingeschlossene Luft aus dem Durchgang entweichen kann. Somit kann der Separator 70 in die Fluidprobe absinken.
Beim Sinken des Separators biegt sich der Dichtungskörper 91 des Separators durch, wodurch sein Durchmesser reduziert wird und sein Presssitz mit der Innenwand des Röhrchens gelöst wird. Dadurch öffnet sich ein Weg 100 zwischen dem Röhrchen und dem Separator, der das Strömen der Fluid komponente mit niedriger Dichte den Separator entlang ermöglicht, wenn der Separator das Röhrchen hinab wandert. Die Komponente mit niedriger Restdichte in dem Durchgang 98 des Separators wandert den Separator entlang abwärts und aufwärts.
Gemäß 5 und 5A bewirkt nach Beendigung der Zentrifugierung das Nichtvorhandensein der Zentrifugallast, dass der rohrförmige Teil elastisch in einen unverformten Zustand zurückkehrt und eine dichte Abdichtung mit der Innenwand des Röhrchens bildet, wie in 5 gezeigt. Somit dient der Separator 70 als Trennwand zwischen dem Teil B mit niedrigerem spezifischen Gewicht und dem Teil C mit höherem spezifischen Gewicht der Flüssigkeitsprobe.
Das Röhrchen 30 ist mit den meisten der zahlreichen in Probenaufnahmeröhrchen verwendeten Additive, wie z.B. Zitraten, Silikon, Silikaten, EDTA und dergleichen, kompatibel, die zum Aufbereiten der Probe entweder zum Erleichtern oder Verzögern der Gerinnung oder zum Konservieren der Probe für eine spezielle Analyse verwendet werden. Es fällt in den Umfang der Erfindung, dass ein oder mehrere Additive bei der vorliegenden Erfindung für spezielle Anwendungen verwendet werden können.
7–13 zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß 7–13 weist die alternative Ausführungsform eine Vorrichtung 120 mit einem Röhrchen 130, einem Verschluss 150 und einem Separator 170 auf.
Das Röhrchen 130 weist ein offenes Ende 132 mit einem oberen Rand 133, ein geschlossenes Ende 134 und eine zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende verlaufende Seitenwand 136 auf. Die Seitenwand 136 weist eine Außenfläche 138 und eine Innenfläche 140 auf. Das Röhrchen 130 bildet einen Behälter mit einer Mittelachse "A".
Das Röhrchen 130 ist vorzugsweise aus einem im Wesentlichen transparenten und starren Material gefertigt. Geeignete Materialien des Röhrchens umfassen Glas, Polystyrol, Polyethylenterephtalat, Polycarbonat und dergleichen.
Der Verschluss 150 ist derart angeordnet, dass er über das offene Ende 132 des Röhrchens 130 passt. Der Verschluss 150 weist einen ringförmigen oberen Teil 152, der über den oberen Rand 133 der Seitenwand 136 verläuft, und einen unteren ringförmigen Teil oder Rand 154 mit kleinerem Durchmesser als der ringförmige obere Teil 152 auf, der zum Festhalten des Stopfens 150 in dem oberen Ende 132 in die Innenfläche 140 der Seitenwand 136 ragt und mit dieser einen Presssitz bildet.
Der ringförmige obere Teil 152 weist einen oberen Flächenbereich 156 und eine Seitenwand 158 auf, die von dem Flächenbereich 156 in Richtung eines oberen Vertiefungsbereichs 160 konvergiert. Der Vertiefungsbereich 160 weist bei der am stärksten bevorzugten Variante eine dünne Membran oder ein selbstabdichtendes Septum zum Führen und Aufnehmen der Spitze einer einzuführenden Nadel in und durch den Stopfen auf.
Der untere ringförmige Randteil 154 weist eine untere Vertiefung 162, eine Innenwandfläche 164, eine Außenwandfläche 166 und eine Bodenfläche 168 auf. Der Vertiefungsbereich 160 und der untere Vertiefungsbereich 162 weisen eine dünne Membran oder ein selbstabdichtendes Septum auf, durch die/das eine Nadel eingeführt werden kann. Das selbstabdichtende Septummaterial ermöglicht das Eindringen eines Durchstechelements, wie z.B. einer Nadel, und dichtet sich dann wieder ab, wenn das Durchstechelement zurückgezogen ist.
Ein ringförmiger Rand oder ein ringförmiges Anlageteil 157 trennt den ringförmigen oberen Teil 152 und den unteren ringförmigen Teil 154 voneinander. Auf der Bodenfläche 168 des unteren ringförmigen Teils 154 ist eine Greifeinrichtung 169 angeordnet, die zum anfänglichen Ausrichten und Halten des Separators verwendet wird.
Vorzugsweise kann der Verschluss aus Naturkautschuk-Elastomer, synthetischen thermoplastischen und duroplastischen elastomeren Materialien gefertigt sein. Vorzugsweise ist der Verschluss aus einem elastischen elastomeren Material gefertigt, wodurch das Septum selbstabdichtend ist.
Gemäß 12 und 13 weist der Separator 170 ein Balgelement 172, ein Auftriebs- oder Schwimmerelement 190 mit niedriger Dichte und ein Beschwerungs- oder Ballastelement 210 mit hoher Dichte auf. Die Komponenten des Separators sind aus Materialien gefertigt, die eine kombinierte Dichte aufweisen, die niedriger ist als die Dichte von roten Blutzellen, jedoch höher als die Dichte des Serums einer Blutprobe.
Das Auftriebselement 190 weist einen oberen Bereich 211, einen unteren Bereich 212 und einen kontinuierlich zwischen den Enden verlaufenden zentralen Durchgang 214 auf.
Das Balgelement 172 weist ein brechbares Elastomermaterial, wie z.B. Kraton^®-Copolymer, ein Urethan oder PVC auf. Das Balgelement 172 weist einen unteren Teil 188, einen oberen Teil 186, einen zwischen dem oberen und dem unteren Teil angeordneten Dichtungskörper 191 und eine anfangs konisch konvexe obere Wand 199 am oberen Teil 186 auf.
Das Ballastelement 210 weist eine von einem oberen Ende 221 zu einem unteren Ende 222 verlaufende zylindrische Seitenwand 220 und einen zwischen den oberen und unteren Ende verlaufenden zentralen Durchgang 223 auf.
Der Separator wird zusammengebaut, wobei das Ballastelement 210 mit dem Balgelement 172 zusammengesetzt wird, das obere Ende 221 des Ballastelements 210 in die konvexe obere Wand 199 eingesetzt wird und dann das untere Ende des Ballastelements mit dem oberen Bereich 211 des Auftriebelements verbunden wird, wodurch ein zentralen Durchgang 223 von der oberen Wand 199 durch das untere Ende 222 des Ballastelements 210 verläuft.
Gemäß 9 wird eine Flüssigkeitsprobe A über eine Nadel, die den Verschluss 150 in dem oberen Vertiefungsbereich 160 und die konische obere Wand 199 des Balgelements 172 durchsticht, dem Röhrchen zugeführt. Bei der Flüssigkeitsprobe handelt es sich nur zu Erläuterungszwecken um Blut. Die Flüssigkeitsprobe wird derart in den Durchgang des Separators eingeleitet, dass die Flüssigkeitsprobe zwischen dem geschlossenen Ende 134 des Röhrchens und dem Separator eingebracht wird, wodurch die Außenfläche sämtlicher Komponenten des Separators im Wesentlichen nicht mit der Fluidprobe in Kontakt stehen.
Gemäß 10 und 11 biegt sich, wenn die Vorrichtung 120 einer Zentrifugierung oder axialen Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, der Dichtungskörper, wodurch sich der Separator von dem Verschluss löst und in Richtung des geschlossenen Endes 134 des Röhrchens 130 sinkt. Beim Sinken des Separators bewegt sich eine Fraktion B mit niedrigerem spezifischen Gewicht der Fluidprobe A den Separator entlang aufwärts.
Beim Sinken des Separators biegt sich der Dichtungskörper 191 des Separators durch, wodurch sein Durchmesser reduziert wird und sein Presssitz mit der Innenwand des Röhrchens gelöst wird. Dadurch öffnet sich ein Weg 300 zwischen dem Röhrchen und dem Separator, der das Strömen der Fluidkomponente mit niedriger Dichte den Separator entlang ermöglicht, wenn der Separator das Röhrchen hinab wandert. Die Komponente mit niedriger Restdichte in dem Durchgang 223 des Separators wandert den Separator entlang abwärts und aufwärts.
Nach Beendigung der Zentrifugierung bewirkt das Nichtvorhandensein der Zentrifugallast, dass der Dichtungskörper elastisch in einen unverformten Zustand zurückkehrt und eine dichte Abdichtung mit der Innenwand des Röhrchens bildet, wie in 12 gezeigt. Somit dient der Separator 170 als Trennwand zwischen dem Teil B mit niedrigerem spezifischen Gewicht und dem Teil C mit höherem spezifischen Gewicht der Flüssigkeitsprobe.
Das Röhrchen 130 ist mit den meisten der zahlreichen in Probenaufnahmeröhrchen verwendeten Additive, wie z.B. Zitraten, Silikon, Silikaten, EDTA und dergleichen, kompatibel, die zum Aufbereiten der Probe entweder zum Erleichtern oder Verzögern der Gerinnung oder zum Konservieren der Probe für eine spezielle Analyse verwendet werden. Es fällt in den Umfang der Erfindung, dass ein oder mehrere Additive bei der vorliegenden Erfindung für spezielle Anwendungen verwendet werden können.
BEISPIEL 1
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wurde mit einem handelsüblichen Produkt verglichen, bei dem ein Gel als Trennmechanismus verwendet wird. Es wurden zehn Probeteile gemäß der vorliegenden Erfindung und zehn Probeteile des handelsüblichen Produkts verwendet. Bei dem handelsüblichen Produkt handelte es sich um VACUTAINER Brand PLUS SST^®-Röhrchen (Markenzeichen von und hergestellt durch Becton Dickinson and Co., Franklin Lakes, NJ) (Katalog-Nr. 367988).
Der erfindungsgemäße Separator, der einen Balg, einen Schwimmer und ein Ballastelement aufweist, war aus separaten Formen unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens gefertigt. Der Balg war aus einem thermoplastischen Elastomer-Verbundstoff GLS Dynaflex^® G6725 (DYNAFLEX^® ist ein Markenzeichen von und hergestellt durch GLS Corporation, Cary, Illinois) mit einem spezifischen Gewicht von 0,889 gefertigt. Der Schwimmer war aus einer vorgemischten Mischung aus Eastman LDPE 1870-A und 3M Scotchlite^TM-Glasblasen S60 (SCOTCHLITE^TM ist ein Markenzeichen von und hergestellt durch 3M, St. Paul, MN) gefertigt, um ein spezifisches Gewicht von ungefähr 0,809 zu erreichen. Das Ballastelement war aus Eastar^® MN058-Copolyester (EASTAR^® ist ein Markenzeichen von und hergestellt durch Eastman Chemical Company, Kingsport, TN) mit einem spezifischen Gewicht von ungefähr 1,335 gefertigt.
Der Separator wurde mit einem Verschluss zum Aufnehmen des Separators und dann mit einem Röhrchen zusammengebaut. Die Vorrichtung wurde zusammengebaut und bis zu einem Level evakuiert, bei dem eine Blutansaugung von 8,5 ml erreicht wurde.
Eine Blutprobe wurde in jedes der zehn Probeteile der vorliegenden Erfindung und das handelsübliche Produkt geleitet. Jedes Probeteil wurde in eine auf dem Boden stehende Zentrifuge platziert und mit 1000 RCF fünf Minuten lang zentrifugiert. Der erfindungsgemäße Separator und der des handelsüblichen Produkts wanderten in ihre Position und bildeten eine Abdichtung zwischen dem Serum und den roten Blutzellen/Gerinnsel. Die Serumanalyte wurden dann gemessen und in Tabelle 1 eingetragen. Bei der klinischen Chemie werden Analyte (Komponenten im menschlichen Blut) gemessen und zum Unterstützen der Diagnose und der Überwachung von Krankheitszuständen menschlicher Patienten verwendet. Die Ergebnisse aus Tabelle 1 zeigen, dass die vorliegende Erfindung, bei der kein Gel-Separator verwendet wird, dem handelsüblichen Produkt, bei dem ein Gel als Separator verwendet wird, vergleichbare Serumanalytewerte liefert. TABELLE 1
BEISPIEL 2
Der erfindungsgemäße Separator, der einen Balg, einen Schwimmer und ein Ballastelement aufweist, war aus separaten Formen unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens gefertigt. Der Balg war aus einem thermoplastischen Elastomer-Verbundstoff GLS Dynaflex^® G6725 (DYNAFLEX^® ist ein Markenzeichen von und hergestellt durch GLS Corporation, Gary, III) mit einem spezifischen Gewicht von 0,889 gefertigt. Der Schwimmer war aus einer vorgemischten Mischung aus Dow LDPE 9931 und Uniroyal Chemical Celogen^® 754A gefertigt, um ein spezifisches Gewicht von 0,782 zu erreichen. Das Ballastelement war aus Eastar^® MN058-Copolyester (EASTAR^® ist ein Markenzeichen von und hergestellt durch Eastman Chemical Company, Kingsport, TN) mit einem spezifischen Gewicht von ungefähr 1,335 gefertigt. Der Separator wurde mit einem Verschluss zum Aufnehmen des Separators und dann mit einem Röhrchen zusammengebaut. Die Vorrichtung wurde zusammengebaut und bis zu einem Level evakuiert, bei dem eine Blutansaugung von 8,5 ml erreicht wurde.
Eine Blutprobe wurde in jedes Probeteil geleitet. Dann wurde jedes Probeteil in eine auf dem Boden stehende Zentrifuge platziert und drei Minuten lang zentrifugiert. Der erfindungsgemäße Separator und der des handelsüblichen Produkts wanderten in ihre Position und bildeten eine Abdichtung zwischen dem Serum und den roten Blutzellen/Gerinnsel. Die Serumanalyte wurden dann gemessen und in Tabelle 2 eingetragen. TABELLE 2
BEISPIEL 3
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wurde mit einem handelsüblichen Produkt verglichen, bei dem eine Gelkomponente als Trennmechanismus verwendet wird. Es wurde ein Probeteil gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Probeteil des handelsüblichen Produkts verwendet. Bei dem handelsüblichen Produkt handelte es sich um VACUTAINER Brand PLUS SST^®-Röhrchen (Markenzeichen von und hergestellt durch Becton Dickinson and Co., Franklin Lakes, NJ, Katalog-Nr. 367988). Der erfindungsgemäße Separator, der einen Balg, einen Schwimmer und ein Ballastelement aufweist, war aus separaten Formen unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens gefertigt. Der Balg war aus einem thermoplastischen Elastomer-Verbundstoff GLS Dynaflex^® G6730 (DYNAFLEX^® ist ein Markenzeichen von und hergestellt durch GLS Corpora tion, Gary, III) mit einem spezifischen Gewicht von 0,889 gefertigt. Der Schwimmer war aus einer vorgemischten Mischung aus Dow LDPE 9931 und Uniroyal Chemical Celogen^® 754A gefertigt, um ein spezifisches Gewicht von 0,782 zu erreichen. Das Ballastelement war aus pigmentiertem Eastar^® MN058-Copolyester (EASTAR^® ist ein Markenzeichen von und hergestellt durch Eastman Chemical Co., Kingsport, TN) mit einem spezifischen Gewicht von 1,335 gefertigt. Der Separator war am Boden des Röhrchens positioniert.
Eine Blutprobe wurde jeweils in das Probeteil der vorliegenden Erfindung und des handelsüblichen Produkts geleitet. Dann wurde jedes Probeteil in eine auf dem Boden stehende Zentrifuge platziert und zehn Minuten lang zentrifugiert. Der erfindungsgemäße Separator und der des handelsüblichen Produkts wandern in ihre Position und bilden eine Abdichtung zwischen dem Plasma und den roten Blutzellen. Die Plasmaanalyte wurden gemessen und in Tabelle 3 eingetragen. TABELLE 3

Claims

Vorrichtung zum Trennen einer Fluidprobe in eine Phase mit höherem spezifischen Gewicht und eine Phase mit niedrigerem spezifischen Gewicht, mit: einem Separatorelement (70; 170) mit einem Balg (72; 172), einem Schwimmer (90; 190) und einem Ballastelement (110; 210); wobei der Balg (72; 172) einander entgegengesetzte erste (86; 186) und zweite Enden (88; 188), einen zwischen den Enden verlaufenden Dichtungskörper (91; 191), und einen durch den Balg verlaufenden zentralen Durchgang (98; 223) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (90; 190) an dem ersten Ende (86; 186) des Balgs befestigt ist; und das Ballastelement (110; 210) an dem zweiten Ende (88; 188) des Balgs befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem Röhrchen (30; 130) mit einem offenen Ende (32; 132), einem geschlossenen Ende (34; 134), einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und einer zwischen dem offenen und dem geschlossenen Ende verlaufenden Seitenwand (36; 136); wobei die Seitenwand (36; 136) eine Außenfläche (38; 138) und eine Innenfläche (40; 140) aufweist; einem Verschluss (50; 150) in dem offenen Ende des Röhrchens; wobei das Separatorelement unter Wirkung einer Zentrifugalkraft axial in dem Röhrchen bewegbar ist; wobei das Separatorelement selektiv eine ringförmige Dichtung und einen offenen Durchgang um diese in Reaktion auf Druckunterschiede in dem Röhrchen oberhalb und unterhalb des Separators bildet; wobei der Dichtungskörper (91; 191) zwischen den Enden verläuft, um selektiv einen Presssitz und einen offenen Durchgang mit der Innenfläche (40; 140) der Seitenwand (36; 136) des Röhrchens in Reaktion auf alternierende gleiche und unterschiedliche Drücke oberhalb und unterhalb des Separatorelements (70; 170) zu bilden, und der zentrale Durchgang (98; 223) durch den Balg (72; 172) verläuft, um die Fluidprobe in die Vorrichtung zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Schwimmer (90; 190) ein wiederabdichtbares Septum aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, bei der der Separator aufweist: das Separatorelement (170) mit dem Balgelement (172), dem Ballastelement (210) und einem Auftriebselement (190); wobei das Balgelement (172) einen unteren Bereich, einen oberen Bereich, einen zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich verlaufenden Dichtungskörper und eine anfangs konisch konvexe obere Wand an dem oberen Bereich aufweist; wobei das Auftriebselement (190) einen oberen Bereich (211), einen unteren Bereich (212) und einen kontinuierlich zwischen den oberen und unteren Bereichen verlaufenen zentralen Durchgang (214) aufweist; wobei das Ballastelement (210) ein oberes Ende (221), ein unteres Ende (222), eine zwischen dem oberen und dem unteren Ende verlaufende Seitenwand (220) und einen von der zwischen dem oberen und dem unteren Ende verlaufenden Seitenwand umgebenen zentralen Durchgang (223) aufweist; und wobei das Auftriebselement (190) in die konvexe obere Wand (186) des Balgelements (172) eingepasst ist und das Ballastelement (210) derart angeordnet ist, dass es das Auftriebselement (190) umgibt, wobei ein zentraler Durchgang (223) von der konvexen oberen Wand (186) zu dem unteren Ende (222) des Ballastelements (210) verläuft.
Verfahren zum Verwenden der Vorrichtung nach Anspruch 3, mit folgenden Schritten: (a) Bereitstellen des Röhrchens (30; 130) mit dem offenen Ende (32; 132), dem geschlossenen Ende (34; 134), dem Innendurchmesser, dem Außendurchmesser und der Seitenwand (36; 136), die zwischen dem offenen Ende und dem geschlossenen Ende verläuft und die Außenfläche (38; 138) und die Innenfläche (40; 140) aufweist; (b) Bereitstellen des Verschlusses (50; 150), der in dem oberen Ende des Röhrchens angeordnet ist und das wiederabdichtbare Septum aufweist; (c) Bereitstellen des Separatorelements (70; 170) mit dem Balg, dem Schwimmer (90; 190) und dem Ballastelement (110; 210), wobei der Balg (72; 172) einander entgegengesetzte erste und zweite Enden aufweist, der Dichtungskörper (91; 191) zwischen den Enden verläuft, um selektiv einen Presssitz und einen offenen Durchgang mit der Innenfläche (40; 140) der Seitenwand des Röhrchens in Reaktion auf alternierende gleiche und unterschiedliche Drücke oberhalb und unterhalb des Separators zu bilden, und dem durch den Balg verlaufenden zentralen Durchgang (98; 223); wobei der Schwimmer (90; 190) mit dem wiederabdichtbaren Septum an dem ersten Ende des Balgs befestigt ist und das Ballastelement (110; 210) an dem zweiten Ende des Balgs befestigt ist; (d) Bereitstellen des Separatorelements (70; 170) in dem Röhrchen (30; 130), wobei der Dichtungskörper (91; 191) einen Presssitz mit der Innenfläche (40; 140) bildet; (e) Bereitstellen einer Nadel, die den Verschluss (50; 150) und den Schwimmer (90; 190) durchdringt; (f) Zuführen einer Fluidprobe zu dem Röhrchen (30; 130), wobei die Probe durch die Nadel und den zentralen Durchgang (98; 223) des Balgs in den Körper des Röhrchens eintritt; (g) Entfernen der Nadel aus der Vorrichtung, wobei sich jeweils das Septum des Verschlusses (50; 150) und des Schwimmers (90; 190) wiederabdichtet; (h) Durchführen einer Zentrifugierung des Röhrchens (30; 130) mit dem Separatorelement (70; 170), wodurch sich der Dichtungskörper (91; 191) von der Innenwand des Röhrchens löst und sich der Separator axial in dem Röhrchen bewegt, wodurch sich die Komponenten mit niedriger Dichte der Probe das Röhrchen hinab bewegen; und (i) Beenden der Zentrifugierung, wodurch der Dichtungskörper (91; 191) zu seiner ursprünglichen Form expandiert und eine an der Innenwand des Röhrchens anliegende Dichtung bildet und dadurch eine Sperre zwischen den Komponenten mit höherer und niedrigerer Dichte der Fluidprobe bildet.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Balg (172) eine anfangs konisch konvexe obere Wand an seinem oberen Bereich aufweist.