FI75933B - Anordning foer bestaemning av flytspaenningen hos suspensioner, isynnerhet blod. - Google Patents

Description

5 75933

Laite suspensioiden, varsinkin veren juoksevuusjännityksen määrittämiseksi

Keksintö koskee laitetta suspensioiden, varsinkin veren juoksevuusjännityksen määrittämiseksi kapillaaristen kanavien muodostaman verkoston omaavalla laitteella.

Veri voidaan tunnetusti käsittää itsenäiseksi liikku-10 vaksi elimeksi, joka muodostuu erilaisista soluista, jotka on suspendoitu nestemäiseen faasiin, nimittäin plasmaan. Veren päätehtävä muodostuu siitä, että se kuljettaa happea ja ravintoaineita tylppysoluihin ja kuljettaa pois hiilidioksidia ja aineenvaihduntametaboliitteja. Sen ohella on 15 verellä vielä useita muitakin tehtäviä, joihin kuuluvat lämmönjakaminen, hormoonien väliainetoiminta, sairaudenai-heuttajien ja ruumiille vieraiden aineiden torjuminen ja vastaavat. Tällöin voidaan nämä tehtävät sisällyttää ho-meostaasin käsitteen alle, mikä tarkoittaa dynaamisen (vir-20 taus-)tasapainon ylläpitämistä.

Jotta taataan homeostaasi kaikissa elimissä, on tarpeen veren minimivirtaus suonissa, joissa aineenvaihdunta tapahtuu, siis mikrokierrätysalueilla. Virtausta säädetään normaalisti ensi sijassa pikkuvaltimoiden suoniläpimitan 25 muutoksella, vähäisemmässä määrin myös käyttöpaineen muutoksella, sydämen poistotehon säädöllä. Tämän säädön tehokkuus johtuu Hagen-Poiseuilleschen-laista, jonka mukaan virtausmäärä on riippuvainen säteen neljännestä potenssista.

50 Kuitenkin niissä olosuhteissa, joissa nämä säätömah- dollisuudet on täysin loppuunkäytetty, mahdollisesti suonien voimakkaalla kovettumisella tai suoniahtautumien jälkeen, joissa on tultu pikkuvaltimoiden leveään asentoon, tulee eräs muu tekijä etualalle, nimittäin veren sisäinen kitka 35 tai viskositeetti. Veriviskositeetti ei ole säädetylle lämpötilalle mikään vakio suure, vaan se riippuu voimakkaasti verisuonissa vaikuttavista leikkuuvoimista. Hidastetulla virtauksella, siis pienillä leikkuuvoimilla, on 2 75933 viskositeetti voimakkaasti kohotettu ja voi siten tulla rajoittavaksi tekijäksi veren läpivirtaukselle. Tällöin on kiistatonta, että tiiviisti pakatuilla solususpensioilla, joiden hematokriittiarvot ovat yli 0,7, pienillä työntö-5 kuormituksilla voi olla kiinteän kappaleen käyttäytyminen, kun taas näillä suspensioilla suuremmalla työntökuormituk-sella (kohotetuilla virtausnopeuksilla) on hämmästyttävän suuri juoksevuus.

Kiistanalaista on kuitenkin se, onko normaalilla koko-10 verellä, jonka hematokriittiarvo on 0,45, juoksupiste, eli käyttöytyykö se siis pienellä ulkoisella kuormituksella kuten kiinteä kappale ja työntö jännityksen kohottamisesta johtuvan mekaanisen kynnyksen ylittämisen jälkeen kuten neste.

Tällöin on juoksupiste esillä silloin, kun lopullisel-15 la käyttöpaineella tutkittu neste ei virtaa. Toisin ilmaistuna on nesteellä rajajuoksevuusjännityksen Ty alapuolella suunnattoman suuri viskositeetti ja se käyttäytyy siten kuin kiinteä kappale. Tämän juoksevuusjännityksen tarkkaan määrittämiseen kuuluu käsitteen "juoksupysähdys" tarkka määri-20 tys. Tunnetusti riippuu makroviskosimetrisesta mittauksesta ekstrapoloitu veren juoksupiste fibrinogeenikonsentraa-tiosta ja siten punasolukasaumasta, lisäksi kuitenkin myös hyvin voimakkaasti hematokriittiarvosta ja kuten vasta viimeaikoina on ollut tunnettua, punasolumuovattavuudesta.

25 Nyt voittaa veren "juoksupisteen" ilmiö mielenkiintoa taudinmäärityksessä ja juoksevuusepäsäännöllisyyttä omaavi-en potilaiden terapiatarkkailussa, koska nyt voidaan muuttaa terapeuttisesti in vivo fibrinogeenipitoisuutta ja he-matokriittiarvoa ja siten in vitro mitattavan juoksupisteen 30 kahta determinanttia.

Menneinä vuosina on kehitetty useita menetelmiä juoksevuus jännityksen mittaamiseksi. Tällöin on tavallista jakaa juoksevuusjännityksen eri mittausmenetelmät staattisiin ja dynaamisiin menetelmiin.

35 Staattisissa menetelmissä on tutkittava neste ensiksi levossa ( J»- = 0). Työntö jännitystä kohotetaan sitten niin paljon, kunnes neste alkaa virrata.

Dynaamisissa menetelmissä liikkuu neste ensiksi ja 3 75933 ja sitten alennetaan työntöjännitystä niin paljon, kunnes saavutetaan virtauksen pysähtyminen.

Voidaan otaksua, että ataattisilla menetelmillä hema-tokriittiarvon pysyessä vakiona saadaan korkeampia arvoja 5 q-y kuin dynaamisilla menetelmillä. Syyt tähän ovat seu-raavat: a) kasauman poistaminen vaatii korkeampia työntöjännityksiä kuin kasauman syntyminen (tartuntavoimien tai tartuntakitkan voittaminen).

10 h) Kasaumat tulevat pysähdyksessä suuremmiksi ja kiinnittyvät.

c) Toiminnallinen hematokriittiarvo, eli punasolujen hyd-rodynaamisesti tehollinen tilavuusfraktio, on pysähdyksessä suuremman kasauman takia korkeampi (plasman vaikutus kasau-Ί5 missä, jota ei voida leikata).

Ennen kaikkea dynaaminen mittaus tulee siten monimutkaiseksi, että päädytään liian voimakkaisiin sedimentointi-vaikutuksiin ja siten mahdollisesti jopa paikallisiin veri-konsentraatioihin, mikä voi johtaa juoksevuusjännityksen ko-20 hoamiseen. Varmaankaan ei tässä tapauksessa ankarasti Teologisessa mielessä voida puhua enää juoksevuusjännityksestä, koska tämä on määritetty vain tarkasteltavan suspension muuttumattomalla koostumuksella. Veren väistämättömän sedimentoinnin takia ei dynaamista menetelmää käytettäessä 25 mahdollisesti voida puhua juoksevuusjännityksestä tapahtuneen verikonsentraation jälkeen. Koska tämä asianlaita veren läpivirtaushäiriössä voi näytellä suurta osaa, on mielekästä luopua yleisessä Teologiassa tavallisesta ankarasta juoksevuuspisteen määrityksestä.

30 Juoksevuusjännityksen määrittämiseen käytettiin aikai semmin balanssi-, kapillaari- ja rotaatioviskosimetria ja sedimentointikammiota. Balansoiviskosimetri on kuvattu esimerkiksi julkaisussa Biorheology 6 (1969) s. 23-32, kapil-laariviskosimetri julkaisussa Biorheology 5 (1868) s. 263-35 270, rotaatioviskosirnetri julkaisussa Biorheology 7 (1970) s.129-135 ja sedimentointikammio julkaisussa NATURE 216 (1967) s.1121-1123. Seuraavassa on selitetty lyhyesti näiden menetelmien etuja ja haittoja.

4 75933

Balanssimenetclmissä ripustetaan tarkkuusvaa.'alla suuremman tiheyden omaava uppokappale tutkittavaan nesteeseen. Siihen vaikuttavat painovoima ja nostevoima, jotka ovat staattisessa tasapainossa. Sen poikkeuttamiseksi lepoasen-5 nosta täytyy synnyttää voima, jonka avulla voidaan mitata mahdollisesti oleva elastinen vastus liikettä vastaan. Maksimaalinen voima, jolla neste vastustaa uppokappaleen liikettä, on juoksevanavoima Fy. Päinvastoin on dynaamisessa systeemissä uppokappale ensiksi liikkeessä. Liikkeen pysäh-10 tymisen jälkeen voidaan juolcsevuusvoima määrittää tasapainoehtojen avulla, jolloin juoksevuusjännitys voidaan laskea kappaleen A tunnetulla yläpinnalla. Tällä menetelmällä on kuitenkin verta käytettäessä erittäin vaihtelevat tulokset. Niinpä vaihtelevat huolellisesti otetut ja täydellisesti 15 toistetut tulokset keskimäärin 40%, osaksi kuitenkin enemmän kuin 400$o.

Staattisessa sedimentointimenetelmässä käytetään ylöspäin kartiomaisesti kulkevia lasiputkia, joiden sisäläpimit-ta on välillä 2-0,08 mm. Lasiputket täytetään verellä ja 20 asetetaan noin 10 minuutiksi pystysuoraan. Määrätyn putki-läpimitan dy alapuolella sedimentoituu punasolukasaumista muodostuva pylväs; tämän läpimitan yläpuolella pysyy puna-solupylväs levossa. Tälle läpimitalle saadaan, jättäen kar-tiokulma huomioonottamatta, voimatasapaino, josta sitten 25 voidaan saada selville juoksevuusjännitys. Tällä menetelmällä saadaan selville kuitenkin vain työntöjännitys, joka johtaa sedimentoidun punasolupylvään sisällä olevien kasaumien repäisyyn, niin että tällä menetelmällä ei saada selville veren juoksupistettä, vaan vain kasaumien juoksupis-50 te.

Eräs muu, jo edellä mainittu menetelmä on juoksupiste-määritys rotaatioviskosimetrilla. Näitä teknillisen tietämisen käyttöönasettamia rotaatioviskosimetrejä, joilla on erilainen geometria, käytettiin pitkän aikaa myös verireo-35 logisiin tutkimuksiin. Tähän asti tavallisille laitteille on yhteistä, että annetaan erilaiset, enimmäkseen vakiot pyörimisnopeudet ja siten lopulliset leikkausosuudet ( y· = 10”3-11/s). Nesteen avulla siirretään pyörimismo- 5 75933 mentit ja siten työntöjännitykset mittaustunnistimeen.

Verireologisesca kirjallisuudessa esitetyn Casson-yhtälön mukaan, jolla juoksukäyttäytyminen laajalla leik-kuuastealueella on kuvattu suhteella 5 Ί"Τ = k-j + k 2^7 , ekstrapoloitiin juoksukäyrä eri tavoin arvoon f = 0, jolloin saavutettiin X y = k-j^ (leikkuuasteilla 10^-50 s"’”'). Tätä menetelmää on nykyään arvosteltu, mutta sitä käytetään kuitenkin usein kirjallisuudessa.

10 Tähän asti käytettyjen juoksevuusjännitysmittausten periaatteellinen vaikeus muodostuu siitä, että käytetään rotaatioviskosimetrejä, joissa annetaan ennakolta lopullinen keikkuuaste, siis tavallaan virtaus, eikä mahdollisesti esiintyvää juoksupistettä siis voida lukea mittausteknises-15 ti, vaan se täytyy ekstrapoloida eri tavoin.

Rotaatioviskosimetrillä suoritettava mittausmenetelmän parannusta esittää DEER'in viskosimetri, jossa päinvastoin kuin useimmissa muissa tähän asti käytetyissä rotaatiovisko-simetreissa vääntömomentti ja siten työntöjännitys (taval-20 laan paine) on annettu ennakolta ja siten leikkuuaste on määrätty. Tämä voi olla myös nolla, niin että juoksevuus-jännitys X y makroskooppisella alueella voidaan suoraan mitata. Sellainen mittaus voi siten vain ilmaista tämän alueen ja mahdollisesti sitä voidaan käyttää ekstrapolbintiin 25 mikrokierrätysaluetta varten.

Eräs muu mahdollisuus juoksevuusjännityksen määrittämiseen on nopeuden v riippuvuuden tutkiminen painegradientis-ta np kapillaariviskosimetrissä. Voidaan suorittaa tämän ^p-v-diagrammin ekstrapolaatio tahi arvojen muuntamisen 30 jälkeen y -X-diagrammi arvoille v=0 tai γ· =0. Tällöin käytetään kapillaareja, joiden läpimitta on 0,05-1 mm ja pituus 8 m asti. Tämän menetelmän päähaitta on se, että useimmat mittaukset tehtiin ilman punasoluvirtauksen optista havainnointia. Kuten käy selville havainnoista, jotka 35 on esitetty julkaisussa DEVEEDRAN, PROC. AS ME 73 - WA/BI0 35 (1973) s. 1-4, ei kapillaariviskosimetreissa voida määrätä mitään juoksupistettä, koska ei koskaan päästä punasolujen juoksupysäykseen.

6 75933

Kuten aikaisemminkaan, ei siksi ole ratkaistu kysymystä, onko ihmisverellä lopullinen juoksevuusjännitys. Keksinnön tehtävänä on siksi aikaansaada edellä mainittua tyyppiä oleva laite, jolla suspensioiden, erityisesti veren 5 juoksevuusjännitys voidaan simuloida alueilla, joilla on verkosto kapillaarisia kanavia.

Tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksen 1 tunnus-merkkiosan määrittelemällä tavalla.

Keksinnön mukaan asetetaan nyt käyttöön mittauslaite, 10 jonka avulla on mahdollista yksinkertaisella ja toisinnettavalla tavalla määrittää veren juoksevuusjännitys staattisen tai dynaamisen menetelmän mukaisesti ja tarvittaessa piirtää muistiin veren virtauskäyrä, erityisesti pienten työntö jännitysten (T< 500 mPa) alueella.

15 Virtauskäyrää tulkitsemalla on mahdollista havaita ve ren ei-nev/tonilainen käyttäytyminen ja käsittää määrällisesti. Niinpä ei esimerkiksi veren käyttäytyminen ole riippuvainen ainoastaan lämpötilasta, vaan myös vaikuttavista leikkausvoimista. Syinä tähän ovat suspendoitujen tai vas-20 taavasti emulgoitujen kiukkasten käyttäytyminen, nimittäin niiden deformointi ja suuntaaminen, ja niiden vuorovaikutus keskenään, ennen kaikkea kasautuminen. Ideaalisilla new-tonilaisilla nesteillä kohoaa leikkuuosuus lineaarisesti kohoavan työntöjännityksen kanssa, eli niillä on vakio vis-25 kositeetti, joka on muodostettu työntöjännityksen ja leik-kuuosuuden osamääräksi. Jos sitävastoin piirretään kokoverellä työntöjännitys leikkausjännityksen päälle, niin osoittautuu, ettei kuvaajan nousu ole vakio. Tätä nousua merkitään "näennäiseksi" ("apparentiksi") viskositeetiksi"^ app· 50 Nyt osoittaa veri pienillä työntöjännityksillä niin kutsutun dilatanssin käyttäytymisen, eli apparenttinen viskositeetti kasvaa työntöjännityksen kohotessa, ja korkeammilla työntöjännityksillä rakenneviskoosisen käyttäytymisen. Keksinnön mukaisella erytrosyytti-salpaus-mittauslaitteella 35 (ESl'l) voidaan määrittää veren dilatanssi -suure, jolla on myös reologista merkitystä- pienille työntöjännityksille määritetystä juoksukäyrästä ja siten käsittää määrällisesti. Veren eräs toinen ominaisuus, nimittäin apparenttisen vis- 7 75933 kositeetin (reopeksia) ajallinen kasvaminen voidaan keksinnön mukaisella viskosimetrilla havaita yksinkertaisesti optisesti ja mahdollisesti määrällisesti käsittää.

Keksinnön mukaisen ESN: n olennaisiin elementteihin kuuluu mittauslaite, joka on edullisesti mittauskammion muodossa. Tässä mittauskammiossa simuloidaan luonnollinen mikro-kierrätysalue keinotekoisella in vitro-verkostolla, joka on yksinkertaistettuna. Tämä keinotekoinen verkosto muodostuu olennaisesti ainakin kahdesta kanavasta, jotka edullisesti haarautuvat syöttökanavasta mielivaltaisessa kulmassa. Olennaista tässä laitteessa on se, että molemmilla kanavilla on erilainen pituus. Kanavien erilainen pituus ottaa huomioon veren in vivo-käyttäytymisen mikrokierrätysalueil-la erilaisilla hydrodynaamisilla vastuksilla. Tunnetusti on olemassa pysäys-ilmiö, jossa veri kyllä virtaa suhteellisen lyhyissä, mutta ei kuitenkaan pitkissä, niiden kanssa yhdensuuntaisissa kapillaarisissa kanavissa. Tällä mittaus-kammiolla voidaan veren tämä käyttäytyminen mikrokierrätys-alueilla simuloida menestyksellisesti. Niinpä voidaan keksinnön mukaisella laitteella todeta, että tietyn koostumuksen omaava veri virtaa vielä lyhyissä kanavissa määrätyllä työntöjännityksellä, mutta kuitenkin pitkissä kanavissa on vielä pysähdystila. Kittaussuure, jolla myös pitkässä kanavassa oleva veri alkaa virrata, on kriteerio vereh juok-sevuudelle mikrokierrätyksessä.

Keksintöä kuvataan setiraavassa lähemmin viittaamalla piirustuksessa esitettyihin suoritusmuotoihin.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen perspektiivistä kuvaa.

Kuvio 2 esittää suurennettua leikkauskuvaa kuvion 1 mukaisen laitteen linjaa II-II pitkin, jolloin tämä kuitenkin on kiinnikäännettynä.

Kuvio 3 esittää päälikuvaa mittauskammiosta, joka on kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa laitteessa.

Kuvio 4 esittää pitkittäisleikkausta mittauskammion erään toisen suoritusmuodon läpi.

Kuviossa 1 on merkitty keksinnön mukaista laitetta viitenumerolla 10. Tämä laite 10 muodostuu olennaisesti n 75933 o kotelosta 12, jossa on ylöslcäännettävä kansi 14. Tämä kansi 14 on käännettävissä vaakasuoran akselin 16 ympäri ja se on muodostettu siten, että se aukikäännetyssä asennossa voi nojautua kotelossa 12 olevaa viistettä vasten ja tukea sii-5 hen.

Kannessa 14 on sen alasivussa syvennys 20, jossa on ilmaisinyksikkö 22, joka edullisen suoritusmuodon mukaan on vaakasuorassa suunnassa siirrettävä.

Itse kansi 14 sulkeutuu samantasoisesti kotelossa 12 10 olevaan aukkoon 24 ja käyttää suljetussa tilassa viisteeseen asetettua sähkökosketinta 26, mikä tekee laitteen käyttövalmiiksi.

Aukossa 24 on kannen 14 alasivua 28 vasten vaakasuora vastepinta 30, jossa on olennaisesti suorakulmainen ontelo 15 32 mittauskammion 34 vastaanottamista varten. Tällöin ot taa mittauskammio 34 olennaisesti koko ontelon 32 ja muodostaa yhdessä vastepinnan 30 kanssa yhtenäisen yläpinnan.

Mittauskammion 34 alapuolella ja onteloon 32 liittyen on toinen syvennys 36, jonka sisälle on järjestetty toinen 20 ilmaisinyksikkö 38, joka on joko liitetty kiinteästi ilmai-sinyksikkoön 22 tai synkronoitu tämän kanssa. Tällöin on tämä ilmaisinyksikkö 38, samoin kuin ilmaisinyksikkö 22, kuviossa 2 nuolella esitetyllä tavalla vaakasuorassa suunnassa siirrettävä syvennyksen 36 tai vastaavasti 20 ‘sisäl-25 lä, jotka syvennykset ovat olennaisesti pystysuorassa suunnassa samalla kohdalla, ja kumpikin ilmaisinyksikkö on mittauskammion 34 yläsivun 40 ja alasivun 42 välittömässä läheisyydessä.

Kuvioissa 3 ja 4 esitettyjen suoritusmuotojen mukaises-30 ti muodostuu mittauskammio 34 olennaisesti kiinteästä kappaleesta 44, johon on muodostettu olennaisesti kaksi kanavaa 46 ja 48. Nämä kanavat 46 ja 48 on muodostettu olennaisesti kapillaarisiksi, eli niiden läpimitta on noin 15-1000 pm, erityisesti 30-150 pm.

35 Näiden kanavien 46 ja 48 läpimitan muoto on olennai sesti epäkriitillinen ja se voi olla edullisesti soikeasta aivan pyöreään.

Pitkän kanavan 48 pituuden lp ja lyhyen kanavan 46 pi- 9 75933 tuuden suhde tulee olla alueella 3:1 - 15:1 , edullisesti 6:1 - 10:1, erityisesti noin 7:1.

Kuvioissa 3 ja 4 esitetyissä suoritusmuodoissa haaroittuvat kanavat 46 ja 48 pääkanavasta 50, jonka läpi syötetään 5 tutkittava neste, erityisesti veri. Tässä kanavassa 50 on syöttöaukko 52, joka pääkanavan 50 poikkileikkaukseen verrattuna on laajennettu. Tällä syöttöaukolla 52 voi olla joko kuviossa 3 esitetty kartiomainen muoto tai myös kuviossa 4 esitetty sylinterimäinen muoto, jolloin viimeksimainittu 10 on samankeskinen pääkanavan 50 kanssa.

Tämä syöttöaukko 52 on yhteydessä kotelossa 12 olevan syöttölaitteen 54 kanssa, jonka syöttöaukon kautta ei-esite-tystä säiliöstä tutkittava neste, erityisesti veri, syötetään mittauskammioon 34.

15 Kuviossa 2 esitetyn suoritusmuodon mukaan saatetaan mittauskammion 34 sisäänsijoituksessa syöttöaukko 52 ensiksi yhteyteen syöttölaitteen 54 kanssa. Sitten asetetaan syöttöaukon suhteen vastakkainen mittauskammion 34 pää ontelon 32 sisään, jolloin ontelossa 32 oleva elastinen ele-20 mentti 56, joka muodostuu edullisesti vaahtomuovi at a, varmistaa painetiiviin sovitteen syöttölaitteen 54 ja syöttö-aukon 52 välille.

Pääkanavan 50 läpimitta on edullisesti suurempi kuin kanavien 46 ja 48 läpimitta ja on tällöin edullisesti 30-25 2000 pm, erityisesti 60-300 pm. Sen muoto vastaa tällöin edellä selitettyä kanavien 46 ja 48 muotoa.

Kanavat 46 ja 48 voivat kumpikin haarautua pääkanavasta 50 erilaisessa kulmassa. Edullisesti ne haarautuvat suunnilleen suorassa kulmassa pääkanavasta 50, kuten kuvi-30 oissa 3 ja 4 on esitetty.

Ensimmäisen suoritusmuodon mukaan, joka on esitetty kuviossa 3, haarautuvat kanavat 46 ja 48 kumpikin vielä kerran ja muodostavat suunnilleen U-muodon. Tällöin kulkevat haarautuneet haarat 58 ja 60 suunnilleen yhdensuuntai-35 sesti.

Toisessa suoritusmuodossa, joka on esitetty kuviossa 4, ei sellaista toista haarautumaa ole, joten kanavilla 46 ja 48 on olennaisesti yhteinen pituusakseli.

1° 75933

Toisaalta pääkanavan 50 ja toisaalta sivukanavien 46 ja 48 välisen haarautuman valmistus esitti tähän asti ratkaisematonta ongelmaa ja se ratkaistaan seuraavassa esitetyn menetelmän mukaisesti.

5 Verkoston valmistus tapahtuu pääasiassa valamalla valu- kelpoisella, pääasiassa valoaläpäisevällä muovilla, esimerkiksi polyesterillä. Sellainen valukelpoinen, vereensopi-va muovi panostetaan käyttäen tavallista lisäystä kiihdytys- ja kovetusaineita ja se saa kovettumisessa kutistua 10 vain vähän. Sen lisäksi täytyy olla taattu, että sekoituksessa ja valamisessa syntyneet ilmasulkeumat tulevat kuplien muodossa ennen kovettumista yläpintaan ja voidaan siten poistaa.

Sellainen muovi valetaan sopivasti esivalmistettuun 15 muottiin, joka vastaa pääasiassa mittauskairanion 34 muotoa.

Kapillaariset kanavat valmistetaan kiinteään kappaleeseen siten, että venyttämättömät langat, joiden poikkileikkaus ja läpimitta vastaavat suunnilleen kanavien 46 ja 48 vaadittuja dimensioita, järjestetään muotin sisään halutul-20 la kanavakululla ja sen jälkeen valukelpoinen massa täytetään sisään. Ilateriaalina sellaisia lankoja varten käytetään esimerkiksi polyamidia. Edullisesti asetetaan sisään yksisäikeisiä nailonlankoja, jotka on varustettu edullisesti sopivalla irroitusaineella, esimerkiksi PTFE. ' 25 Sopivan haarautuman valmistamiseksi pääkanavana 50 palvelevan päälcuidun kanssa, lävistetään tämä kanavien 46 ja 48 valmistukseen käytetyillä langoilla, mikä tapahtuu edullisesti mikroskoopin alla sopivasti mitoitetulla neulalla, johon kanavien 46 ja 48 valmistusta palveleva lanka on 30 laitettu sisään. Siten valmistettu haarautuma kiinnitetään edelläolevan selityksen mukaisesti valumuottiin siten, että saadaan haluttu geometria (Lp/L]_‘). Nämä langat vedetään ulos muotista ja ne pistävät siten esille kovettuneesta muo-vivalanteesta, joka muodostaa kiinteän kappaleen 44.

35 Koska venymättömät langat asetetaan sisään, voidaan nä mä venyttämällä, siis vetämällä, poistaa kovettuneesta rriuo-vivalanteosta, jolloin kapillaariset kanavat 46, 48 ja 50 jäävät jäljelle.

75933 Tällä valmistustavalla on ensi kerran mahdollista valmistaa in-vitro-verkosto varustettuna todellisilla haarautumilla, joissa voidaan simuloida mikrokierrätysaluetta, johon veri johdetaan.

5 Kanavien 46,48 ja 50 kuvioissa 3 ja 4 esitettyjen jär jestelyjen ohella voidaan tietenkin periaatteessa valmistaa mielivaltaisen monimutkaisia geometrioita.

Niinpä on erikoisessa suoritusmuodossa ajateltavissa, että lyhyellä kanavalla ja pitkällä kanavalla on kulloinkin Ί0 yhteinen tuloaukko ja poistoaukko. Tällöin on lyhyt kanava pääasiassa suora, kun taas pitkä kanava on johdettu halutuilla kierroksilla tai geometrisilla järjestelyillä kiinteän kappaleen 44 sisällä. Mittaustekniikan johdosta on kuitenkin edullista, että sellaiset kierrokset ovat pääasi-15 assa vaakatasossa tai vastaavasti mittaustasossa.

Tämän suoritusmuodon mukaan voi tulo- ja lähtöaukoissa olla kulloinkin syöttöaukko, joka vastaa pääasiassa syöttö-aukkoa 54. Voi tietenkin myös samoin olla saman muotoinen lähtöaukko. Koska tässä suoritusmuodossa pääkanavaa ei ole 20 varustettu sopivalla haaroituksella, voi syöttöaukko lisäksi muuttua lyhyeksi pääkanavaksi, joka muuttuu suoraan lyhyeksi ja pitkäksi sivukanavaksi.

Kanavien 46, 48 ja 50 valmistamiseen käytettyjen, edellä kuvattujen lankojen sijasta voidaan käyttää jo teollises-25 ti valmistettuja onttoja lankoja, jotka esimerkiksi dialyysissä tulevat käyttöön. Sellaisilla ontoilla langoilla on edellä mainitut dimensiot kanavien läpimitalle ja muodolle. Mikäli käytetään hydrofiilisia onttoja kuituja, esimerkiksi selluloosajohdannaisista, on tietenkin sellainen lanka va-30 lettava täysin muovimateriaalin sisään, jotta estetään plasman ulostunkeutuminen mikrohuokosista. Sellainen ulostunkeutuminen voidaan estää ontoilla langoilla, jotka ovat hydrofobista materiaalia, esimerkiksi polypropeenia, niin että kiinteän kappaleen 44 täydellinen valaminen voi olla turha. 35 On kuitenkin osoittautunut edulliseksi, että kanavat 46 ja 48 kiinnitetään matriisiin, esimerkiksi muovimatriisiin, jotta muodostetaan optisilla apulaitteilla suoritettu mittaus mahdollisimman ongelmattomaksi.

12 75933

Sen ohella, että lankojen risteyskohdat valmistetaan neulan avulla, voidaan käyttää myös muita menetelmiä, kuten porausta, pistämistä tai elektronisädetekniikkaa. Koska kuitenkin huokosgeometriane ja huokosläpimitan toistetta-5 vuudelle täytyy asettaa erityiset vaatimukset, tarjoutuu erityisesti ydinjälkitekniikka. Tässä menetelmässä toivotun reiän kohdalle ammutaan läpi yksi ainoa runsasenergi-nen raskasioni ja hiukkasrataa pitkin muodostettu "radikaali "-ura syövytetään toisessa valmistusprosessissa haluttuun 10 läpimittaan.

Sellaisen hiukkasen sopivalla mitoituksella voidaan saavuttaa se, ettei tuoteta mitään läpimenevää porausta, vaan ainoastaan läpimenemätön reikä, kuten esimerkiksi kuviossa 4 on esitetty.

15 Mittauskammio 34 on edullisesti tehty niin kutsutuksi kertakäyttöosaksi tai vaihto-osaksi, eli käytön jälkeen se poistetaan laitteesta 10 ja heitetään pois. Ei tarvitse lisätä, että ei-esitetty verisäiliö voi tietenkin olla myös yhdistetty mittauskammioon 34, siis esimerkiksi se voi olla 20 järjestetty välittömästi syöttöaulcon 52 ja syöttölaitteen 54 eteen.

Syöttölaite 54 on johdon 61 välityksellä yhteydessä painegeneraattoriin 62, joka tuottaa mittauskammion 34 täyttämiseen ja mittauksen suorittamiseen tarvittavan päineen.

25 Niinpä täytetään ensiksi suspensio verkostoon korkealla paineella, joka on noin 1 ml^O = 10^ Pa. Sitten voi tämä pai-negeneraattori 62 laskea paineen arvoon 0, jolloin paineen-nousu voi tapahtua asteittain, jotka ovat noin 2,5 Pa tai yli.

30 Mikäli kuviossa 3 esitetty suoritusmuoto täytetään ve rellä, täytyy tietenkin pääkanava 50 sulkea täyttämisen jälkeen, mikä voi tapahtua tulpalla 64, joka voidaan järjestää mittauskammioon 34. Tämä tulppa voi olla esimerkiksi sähkömagneettisena sulkuna.

35 Mittausta varten tarvitaan enintään 2 ml laskimosta kokoverta, jonka hematokriittipitoisuus >0,4 antikoaguloi-dussa tilassa. Tämä veri täytetään ennen mittausta kaikkiaan mittauskammioon, siis pääkanavan 50 kautta sivukanaviin 13 75933 46 ja 48. Täyttö voi tapahtua joko laitteen ulkopuolella tai laitteen sisäpuolella. Edullisesti yksinkertaistuksen vuoksi mittauskammio 34 täytetään laitteen ulkopuolella ja asetetaan sitten ontelon 32 sisään. Kuten jo edellä on se-5 litetty, käynnistetään mittaustapahtuma kannen 14 sulkemisella ja se sujuu pääasiassa automaattisesti. Tällöin näytetään saatu tulos näyttölaitteella 66, joka on järjestetty koteloon 12.

Ennen varsinaisen mittauksen alkua tapahtuu paineen-10 tasaus lyhyen ja pitkän kanavan 46 ja 48 välillä siten, että paine-ero, joka on kanavissa, tasataan nollaan. Tämä tapahtuu syötetyn paineen muuntelun avulla. Tällöin määritellään sellainen paine nollaksi, joka tiettynä minimi-aikana, esimerkiksi minuutin aikana, ei aiheuta mitään vir-15 tausta lyhyessä kanavassa. Tämän nollatasauksen jälkeen voi alkaa juoksevuusjännityksen määritys. Tätä tarkoitusta varten täytyy määrittää paine, jossa pitkässä kanavassa 48 olevat erytrosyytit alkavat virrata tai eivät juuri vielä virtaa. Tämän niin kutsutun staattisen rajapaine-eron 20 Δ PyS määrittämiseksi kohotetaan painetta jaksottaisilla askelilla, esimerkiksi 1-10, erityisesti 2,5 Pa, kunnes pitkässä kanavassa voidaan havaita virtausta. Tällöin on jokaisen paineenkorotuksen välillä asetusaika, joka on 0,1-5, erityisesti 1 minuutti. Virtaukseksi merkitään*jokainen 25 solusiirtymä pitkässä kanavassa 48, joka on nopeampi kuin 0,1-10, erityisesti 0,5 pm*min” .

Korotettu paine voidaan tällöin korottaa painegene-raattorissa sekä pneumaattisesti että edullisesti hydro-dynaamisesti. Tätä tarkoitusta varten voi mittauskammios-30 sa olla myös edullisesti nestesäiliö, joka palvelee paineen-syöttöä. lisäksi voi painegeneraattori olla järjestetty lyhyen tai pitkän kanavan 46 tai 48 poistoaukkoon 68 tai 70, jolloin tietenkin saadaan aikaan sopivasti mitoitettu alipaine edellä paineaskelien kanssa päinvastaisessa suun-35 nassa.

Niin pian kuin näkyvä solusiirtymä havaitaan seuraavas-sa lähemmin selitetyllä ilmaisinyksiköllä 22, on juokse-vuuspiste ylitetty ja koe merkitään muistiin. Tätä tarkoi- 14 75933 tusta varten arvioidaan reologisena suureena juoksevuusjännitys Ty viimeisestä paine-erosta, joka ei vielä aikaansaanut mitään virtausta.

Koska tämä arvo riippuu kuitenkin voimakkaasti mitta-5 usnäytteen hematokriittiarvosta, pitäisi se vertailutarkoi-tuksessa korjata referenssihematokriittiarvoon, joka on esimerkiksi 0,45. Tämä hematokriittiarvo voidaan joko antaa laitteeseen 10 näppäimistön 72 välityksellä tai edullisesti määrittää jo itse mittauslaitteeseen, jolloin näp-10 päimistö jää pois. Tosiasiallisesti saadun hematokriitti-arvon avulla lasketaan sitten korjattu juoksevuusjännitys /T'ykorj45 Da esitetty näyttölaitteessa.

Koska nollapisteasetusta sekä juoksevuusmittausta varten tarvittavaa nopeusmittausta ei erittäin pienien nopeuk-15 sien (0,5 um.min“1) takia voitu toteuttaa, kehitettiin il-maisinsysteemi 22,38, joka myös pienimmillä nopeuksilla sallii ratkaisun tekemisen virtauksesta tai pysähdyksestä.

Tällöin käyttöön tuleva mittausmenetelmä käyttää hyväkseen tällöin sen tehon, että kapilla, rin läpi säteile-20 van siirrettävän valon intensiteetti liikkeen aikana tai siirryttäessä pysähdyksestä virtaukseen tai päinvastoin ainakin paikallisesti muuttuu. Tällöin on ilmaisinylcsikös-sä 38 valolähde 74, johon liittyy kolmesta linssistä 76, 78 ja 80 muodostuva suurennuooptiikka, jotka linssit on 25 järjestetty ilmaisinyksikköihin 22 ja 38. Linssien 78 ja 80 välissä on esihimmennin 82, joka rajoittaa valosta paikallisen osan, jolla on määrätty suuruus ja muoto. Tällöin voi esihimmentimellä olla sekä pyöreä että suorakulmainen aukko. Pyöreän aukon läpimitta on alueella 5-50, erityi-30 sesti 10-30 ^um, kun taas suorakulmaista aukkoa käytettäessä raon leveys on 5-50, erityisesti 10-30 ^m, ja sen pituus 5-1000, erityisesti 10-150 μπι. Himmentimen 82 läpi kulkeva valo levitetään linssin 80 avulla ja projisioidaan valoilmaisimelle 84. Tämä voi muodostua yhdestä ainoasta 35 valoilmaisimesta tai edullisesti valoilmaisimien n x m-mat-riisista, jotka ilmaisimet ovat esimerkiksi puolijohdeil-maisimia. Valoilmaisimen jälkeen on kytketty elektroninen vahvistinyksikkö 86, joka ilmaisee siirrettävän valon pie- 15 75933 nimmät muutokset ja ilmoittaa ei-esitettyyn elektroniseen tulkintayksikköön pysähdyksen tai virtauksen tilan. Koska siirrettävän valon muutos on suurimmillaan paikallisten siirtoäärimmäisyyksien pisteissä, voidaan koko optista tul-5 kintayksikköä sen herkkyyden kohottamiseksi mahdollisesti siirtää niin kauan käsin tai askelmoottorin avulla, kunnes sellainen ääriarvo on löydetty. Lyhyeen ja pitkään kanavaan 46 tai 48 voi kumpaankin olla järjestetty oma optinen tulkintayksikkönsä. Jos kuitenkin yksikkö on siirrettävä, 10 niin riittää yksi ainoa yksikkö molempia kanavia varten. Silloin tarvittava paikoitus tapahtuu sisäänrakennetulla elektroniikalla. Liikkuvan elektroniikan sijasta voi tietenkin olla myös useita kiinteitä mittauspisteitä ilmaisin-yksikössä 22. Tätä varten täytyy vain himmentimessä 82 ol-15 la useita aukkoja 88, joiden läpi kulloinkin valonsäteen täytyy säteillä, joka säde on kulkenut lyhyen tai pitkän kanavan 46 tai 48 läpi. Sellaisten aukkojen 88 kohdalle on sitten kulloinkin järjestetty valonilmaisin 84, joka kulloinkin erillisesti on liitetty tulkintayksikköönsä.

20 Edellämainitulla geometrialla on samoin mahdollista sivukanavien 46 ja 48 risteämiskulmaa ja läpimittaa muuttamalla määrittää verireologialle tärkeät ja tähän asti ei-määriteltävät suureet, nimittäin hematokriittijakaantuminen rinnakkain kytketyissä suonissa. Niinpä voi* esimer-25 kiksi kanavissa 46 ja 48 olla elektrodit kanavissa 46 ja 48 olevien veripylväiden johtavuuden mittaamiseksi. Saadusta johtavuudesta voidaan sitten päätellä hematokriitti-ärvo. Sellainen mittauslaite on kuvattu esimerkiksi saksalaisessa patenttihakemuksessa P 32 02 067.8, jonka se-30 lostukseen pelkästään viitataan.

Claims (15)

16 75933

1. Laite suspensioiden, erityisesti veren juoksevuus-5 jännityksen määrittämiseksi kapillaaristen kanavien muodostaman verkoston omaavalla laitteella, tunnettu ainakin kahdesta, pääkanavasta (50) haarautuvasta kapillaarisesta kanavasta (46,48), joissa pitkän kanavan (48) pituuden Lp ja lyhyen kanava (46) pituuden L]_ suhde on alueella 5:1 - 15:1» ja jotka on liitet- 10 ty laitteeseen muuttuvan painekorkeuden tuottamiseksi, ja ilmaisinsysteemistä (22,38), jolla nesteen virtaus on todettavissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että suhde on noin 7:1.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että kanavien (46,48) sisäläpimitta on noin 15-1000 μιη.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanavat (46,48) ovat tuloaukoistaan 20 yhteydessä pääkanavaan (50).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanavat (46,48) on liitetty pääkanavaan (50) U-muotoisesti.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, t u n - 25. e t t u siitä, että kanavat (46,48,50) ovat valettua, pääasiassa valoaläpäisevää muovia olevassa kiinteässä kappaleessa (44).

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiinteässä kappaleessa (44) on hyd- 30 rofohista materiaalia olevat ontot langat, joissa on kanavat (46,48,50). 8. .Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite muuttuvan painekorkeuden synnyttämiseksi kanaviin (46,48) on pneumaattinen tai hydro- 35 dynaaminen painegeneraattori (62).

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanavilla (46,48) ja pääkanavalla (50) varustettu mittauskammio (34) on järjestetty ilmaisin-systeemin (22,38) väliin. 17 75933

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että ilrnaisinsysteemissä (22,58) on valolähde (74), suurennusoptiikka (76,78,80), esihimmennin (82) ja ainakin yksi valonilmaisin (84).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tun nettu siitä, että ilrnaisinsysteemissä (22,28) on useita kiinteitä mittauspisteitä vastaavat valonilmaisimet.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin yhteen kanavista (46,48) 10 on järjestetty elektrodit kyseisessä kanavassa olevan suspension johtavuuden määrittämiseksi.

13. Menetelmä kapillaarisen verkoston omaavan laitteen valmistamiseksi käytettäväksi patenttivaatimuksen 1 mukaisessa laitteessa, tunne ttu siitä, että muot- 15 tiin järjestetään yksi tai useampia pitkänomaisia syrjäytys-kappaleita, joiden läpimitta ja muoto vastaavat laitteen kanavien (46,48) ja pääkanavan (50) läpimittaa ja muotoa, muottiin valetaan valamis- ja kovettumiskykyinen muovi, muovin kovettumisen jälkeen syrjäytyskappale tai -kappa- 20 leet venytetään ja vedetään sitten pois syntyneestä kiinteästä kappaleesta (44).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pitkänomaiset syrjäytyskappaleet ovat yksikuituisia lankoja.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että haarautumien muodostamiseksi kiinteän kappaleen (44) pääkanavan (50) ja kanavien (46, 48. välille pitkän ja lyhyen kanavan (46,48) muodostavat langat vedetään pääkanavan (50) muodostavan langan läpi, 50 muodostelma järjestetään muottiin, muotti täytetään valettavalla muovilla ja sitten langat vedetään venyttämällä ulos kovettuneesta kiinteästä kappaleesta (44). 18 75933