JP6359536B2 - 血液ろ過 - Google Patents

Description

本発明は、少量の流体試料から所望の特性の流体を抽出することと、少量の試料から相対的に大きい粒子を隔離することと、分離された物質を用いてアッセイ及び同様の行為を行うことと、に関する。

本発明は、特に、全血の少量の試料から血漿、血清及び他の流体を、迅速に、好都合に、安価にかつ滅菌して抽出することに関する。本発明はまた、少量の試料から血球及び他の成分を隔離することと、自然の濃度又は希釈された濃度で少量の血液由来のろ過された流体を用いて、バイオアレイ（bio-array）アッセイならびに診断操作及び分析操作などの他の行為を行うことと、に関する。使用される血液の供給源に関して、本発明は、血液を直接採取するのに非常に有用であり、かつ、典型的な採血管内に又は他の方法で事前に採取された新鮮な血液で、かつ凝集を防止するように新鮮であるように処理された保存血液でもまた非常に有用である。

本明細書で用いる「血漿」とは、血液の体積の約半分を構成する全血の液体成分を指し、血球はその体積の残りを構成する。「血清」とは、血球及び血小板が取り除かれた全血の液体成分を指す。

従来行われているように、一組の大人の血液検査には、各々、通常２ミリリットル〜１０ミリリットルの容量がある３本〜６本の周知の事前に真空にされた採血管（例えば、Vacutainer（商標）、Becton Dickinson and Company、East Rutherford、N.J.）を用いて全血を採取する必要がある。血漿又は血清は、通常、このようにして採取される全血が、分離の遅延を可能にするように安定化物質が添加されていない限り、試料が採取されてから数分以内に行われる、遠心分離又はろ過によって処理される時に得られる。

高感度なバイオアッセイ（生物学的検定）が利用可能であることにより、以前採用されていたよりもはるかに小さい試料体積を採用する正確な検査を行うことも可能になった。例えば、バイオアレイ技法を用いて、０．１ミリリットル未満の流体を採用して行うことができる複数の検査が利用可能である。このサイズの体積での血清又は血漿の抽出を可能にする、非常に単純で、安価であって迅速に作動可能な装置は市販されていない。

血漿又は血清を得る際の通常の遅延は、遠心分離機が現場にある場合の１０分間から施設内にある場合の１時間超までの範囲であり得る。試料を遠隔地に搬送しなければならない場合は、遅延は数日である可能性がある。これらの遅延により、新たなバイオアレイ（バイオチップ）技術によって可能となる現場診断の価値が無効になる。バイオチップ技術の主な利点は、１５分間〜６０分間以内の診断を提供することであり、コストの節約とともにインターベンションのための重要な時間を節約する。

しかしながら、本質的に、少量の全血採取は長年利用可能であった。それは、本来は、幼児及び小動物に対する血液検査に対して開発された。この目的で、１ミリリットルの何分の１か又は数ミリリットルの血液を採取する真空採血管が入手可能であった。（従来、刺創を用いることによっても、極めて少量の血液が得られていた。例えば、指を、ランセットで刺し、その後、例えば１０マイクロリットル〜２０マイクロリットルの流体液滴が得られるまで圧搾する）。

一般に、全血から少量の血清を得る現行の方法は、通常、多数の段階を含み、複数の機器及び使い捨て品を採用する。キットは、これらの目的で多くの業者から入手可能であり、その例は、Unopette（登録商標）（Becton Dickinson and Company）、Fisherbrand（登録商標）マイクロヘマトクリット及びキャピラリー管（Fisher Scientific Company、Hampton N.H.）及びStatSampler（登録商標）キャピラリー採血キット（StatSpin、Norwood、Mass.）である。これらの各々は、試料採取、処理及び回収の機能を行うために複数の別個の構成要素に依存する。

より好都合な装置を開発する多くの試みがなされてきたが、溶血のない血清又は血漿をもたらすことができる、信頼性の高い、単純かつ簡単に操作される手持ち式ろ過装置は入手可能ではない。

一般的な分野における従来技術としては、米国特許第２，４６０，６４１号、同第３，８１４，２５８号、同第４，３４３，７０５号、同第４，４７７，５７５号、同第４，５４０，４９２号、同第４，８２８，７１６号、同第４，８８３，０６８号、同第４，９０６，３７５号、同第４，９６０，１３０号、同第５，０３０，３４１号、同第５，１８１，９４０号、同第５，３０８，５０８号、同第５，３６４，５３３号、同第５，４１３，２４６号、同第５，４７１，９９４号、同第５，５５５，９２０号、同第５，６８１，５２９号、同第５，６８３，３５５号、同第５，７５９，８６６号、同第５，８７６，６０５号、同第５，９１９，３５６号、同第５，９７９，６６９号、同第５，９９６，８１１号、同第６，０４５，６９９号、同第６，１７０，６７１号、同第６，２６１，７２１号、同第６，２２５，１３０号、同第６，４０６，６７１号、同第６，４１０，３３４号、同第６，４６５，２５６号、同第６，４７１，０６９号、同第６，４７９，２９８号、同第６，４９７，３２５号、同第６，５０６，１６７号、同第６，５１６，９５３号、同第６，５３７，５０３号、同第６，６５９，２８８号、同第６，６５９，９７５号、同第６，７５５，８０２号、同第６，８０３，０２２号、同第６，８２１，７８９号、同第７，０７０，７２１号、同第７，１５３，４７７号、同第７，７６７，４６６号、同第７，７４４，８２０号、同第７，９２７，８１０号及び同第７，９９３，８４７号ならびに米国特許出願公開第２０１０／００９３５５１号が挙げられる。

１ミリリットル程度の体積の血液試料で迅速にかつ効率的に機能することが望ましいことが理解される。例えば、大部分のタンパク質分析装置では、検査毎に１０マイクロリットル〜１００マイクロリットルが必要であり、およそ１０回程度の検査を採用することが一般的である。多重化バイオマーカカセット、例えばマイクロアレイを採用するものは、通常、８〜１２のアッセイを同時に行い、アッセイの組に対して１００マイクロリットル未満の血清又は血漿を必要とする。

本開示によって可能となる装置及び技法は、少量の全血試料から好適な血清及び他の血液由来流体を得る必要を、単純に、安価にかつ迅速に満たすことができる。遠心分離も他の不都合な技法も採用せず、採血の時点又は患者の治療の時点で滅菌分離を達成することができる。

溶血のレベル、すなわち血球の損傷の結果としての血漿又は血清内のヘモグロビンの存在は、大部分の診断検査及び特に大部分のタンパク質検査又はＥＬＩＳＡ検査の妨げとなる可能性はないが、過度な溶血は、考慮する必要がある患者の健康状態を示す可能性があり、従って、誤った診断をもたらす可能性がある。より具体的には、血清内のヘモグロビンの存在により、血中カリウム濃度の誤った読取値がもたらされる可能性がある。これらの理由で、低い値の所望の溶血定量化が確立された。

従って、実際的であるために、血漿又は血清抽出プロセッサ装置は、赤血球に対する損傷を最小限に維持する必要がある。

静脈刺入は、一般に幾分かの赤血球の破壊をもたらし、それにより、許容可能な溶血のレベルを定義するために確立された標準には、血清分離機能による追加の溶血に対する余地がほとんど残されていないことをさらに考慮することが重要である。この点で、以前の装置は厳しい標準を満たさなかった。

米国特許第４，４７７，５７５号は、直径が１ミクロン〜４ミクロンのガラス繊維の使用を効率的に使用して、減圧シリンジ状装置において血漿又は血清から血球を分離することができることを教示している。この種のガラス繊維の使用は、装置の事前真空を採用する米国特許第５，３６４，５３３号によって例示されているように、吸引／減圧血清抽出法とともに、最近のプロセスで採用された。

米国特許第７，７４４，８２０号、同第７，９２７，８１０号及び同第７，９９３，８４７号並びに米国特許出願公開第２００７／００８２３７０号において例示されているような最近の従来技術は、ろ材としてガラス繊維を用いるとともに、複数の相互接続された管における内部負圧を使用する、採血及び血清分離について記載している。この従来技術は、空隙率が３０％未満である膜を用いるろ過孔の層化及び／又はカラムろ材の変更された保持特性により、溶血を制御しようとする。

米国特許第５，８７６，６０５号は、同様にガラス繊維を使用し、血液の水溶液との好適な混合により溶血を最小限にしようとする。

米国特許第５，９７９，６６９号、同第５，９９６，８１１号、同第６，０４５，６９９号及び同第６，１７０，６７１号もまた、ろ材としてガラス繊維を使用し、ヘマトクリット値の変動に対応し溶血を制御するためにろ液の流出を調整する手段を組み込んでいる。それらはすべて、複数の相互接続された管状装置が吸引ポンプ又は装置に接続することによっていかに圧力差をもたらすかを示す。通常、最終的な出口フィルタ膜は、血清出口流量を調整するように構成されている。

米国特許第５，９７９，６６９号は、以下のように教示している。「本発明の血液フィルタユニットの別の態様では、一般に微多孔膜であるろ液出口側の血液ろ材に流出面積規制部材が設けられる。流出面積規制部材は、液体不透過性材料から作製され、血液ろ材より面積の小さい開口部を有し、それにより、ろ液が開口部を通って流出するように調整する。開口部の好適な面積は、ろ液出口側の血液ろ材面積の約２０％〜９０％、好ましくは約５０％〜９０％である。」

「流出面積規制部材を、さまざまな市販の粘着テープ、プラスチックフィルム、薄いプラスチック板等によって作製することができ、血液ろ材の粘着面に接着剤を塗布することができる。」

米国特許第５，３６４，５３３号及び同第５，９７９，６６９号は、複数の相互接続され脱着可能な連続した管を用いて、ろ過によって血漿を得るためにフィルタアセンブリの前後に圧力差をもたらすことを教示している。

米国特許第６，５０６，１６７号、同第６，６５９，２８８号及び同第６，０４５，６９９号は、層化したろ過カラムの使用とともに、血液入口からろ液出口までフィルタカラム又は装置全体を通して血液を押し流す、制御された差圧を外部から能動的に順に与えることを提案している。

米国特許第６，０４５，６９９号は、好適に溶血のないフィルタ装置を、真空装置のフィルタアセンブリの前後の圧力差が、フィルタ装置の外部の連結された圧力源から能動的に制御される場合に、構成することができることを教示している。それは、ろ過が進行するに従い「制御可能に増大する」低い圧力差でろ過が開始する圧力シーケンサによって、圧力差を順に与えるように教示している。この特許は、ペリスタルティックポンプ又はシリンジ等の能動外部機器を用いることを教示している。それは、経時的な圧力差変動を「追跡すること」と、「吸引又は加圧速度を調整すること」とを教示している。

米国特許第７，９９３，８４７号は、フィルタアセンブリの使用を教示しており、そこでは、膜出口フィルタが、実質的に溶血のない血漿試料をもたらそうとして、フィルタアセンブリの前後の圧力差を受動的に調整する。

膜出口フィルタは、複数のミクロンサイズ開口部を有している。しかしながら、こうした膜は、空気分子の寸法がオングストローム未満であるため、その膜を横切る空気流を制限するには全体として有効ではない。こうした膜は、液体流を制限し、ろ過プロセスにおいてはるかに後に、血液がすでに到達しており、血清又は血漿がすでにフィルタアセンブリを通過した場合に、何らかの効果があるようにのみ、有効である。こうした装置は、フィルタアセンブリの前後の最大圧力差でろ過プロセスを開始し、溶血を必要な低レベルに制御するには不十分である。

この必要を満たすための本発明者らのうちの１人による従来の試みは、米国特許出願公開第２０１０／００９３５５７号に示されている。この試みには、手の動きを繰り返す必要があること及び他の欠点があり、ここで記載する重要な流量又は圧力差制限要素又は装置形状はない。その必要を満たす同様の他の多くの試みは実用化されていない。

本発明は、血液から好適に溶血のない血清又は血漿の提供を可能にする完全に独立したフィルタ装置を、制御された圧力差状態を引き起こすことができる少ない部品で、いかに作製するかを教示する。血液は、対象から同時に採取される希釈されていない全血であり得る。血液を別の血管から調達することができる。

本発明の主題は、ヘマトクリット値変動に対応し許容可能なレベルの溶血をもたらす、血清を得る血液ろ過方法を提供することである。本発明は、２つの観点で従来技術とは対照的である。第１に、本発明は、フィルタアセンブリを通る血液に対して強制的に与えられる圧力差の受動制御によりいかに溶血を最小限にするかを教示する。第２に、本発明は、フィルタアセンブリと接触する前の血液の流入量を制御することにより、フィルタアセンブリを通る血液に対して強制的に与えられる圧力差を受動的にいかに制御するかを教示する。

さらに、本発明は、従来技術とは対照的に、単一管を用いて、従って製造コストを最小限にしてこうしたフィルタ装置をいかに構築するかを教示する。

本発明の別の態様は、最小限の溶血でろ過により血液からある体積の血清を抽出する方法を提供することである。

本発明は、いかにして、真空装置のフィルタアセンブリの前後の圧力差を完全に受動的に順に与え、実質的に溶血のない血清をもたらすかを教示する。血液が装置内に導入される際、ろ過は、緩やかにのみ上昇する圧力差で進行し、その後、非常に緩やかに低下する圧力差及びプロセスの終了が続く。本発明は、血液取込流量を制御することによって真空装置におけるフィルタアセンブリの前後の圧力差の制御を受動的に教示する。圧力差の制御は、制御ははるかに後に、ある量の血液が到達して血漿又は血清がフィルタアセンブリ全体を通過した後にのみ開始する米国特許第７，９９３，８４７号の教示とは対照的に、血液が装置に入る際に行われる。

本発明の別の態様は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、フィルタエレメントによって分離された真空手持ち式管状装置の両端の圧力差の大きさを、血液が一方の端部に入る際に受動的に制御する機械的に単純な方法である。

本発明の別の態様は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、フィルタエレメントによって分離された真空手持ち式管状装置の両端の圧力差の変化の割合を、血液が一方の端部に入る際に受動的に制御する機械的に単純な方法である。

本発明の別の態様は、図１Ａに示すように、フィルタエレメントによって分離された真空手持ち式管状装置の両端の圧力差の大きさを、装置への血液の流入速度を制御することによって、受動的に制御する機械的に単純な方法である。

本発明の別の態様は、図１Ａに示すように、フィルタエレメントによって分離された真空手持ち式管状装置の両端の圧力差の変化の割合を、装置への血液の流入速度を制御することによって、受動的に制御する機械的に単純な方法である。

本発明の別の態様は、図１Ｂに示すように、真空手持ち式管状装置であって、その中心領域にフィルタエレメント及び流量制御要素を保持し、血液が流量制御要素を介して装置に入る際、フィルタエレメントの前後の圧力差の大きさが流量制御要素によって制御されるように構成されている、真空手持ち式管状装置である。

本発明の別の態様は、図１Ｂに示すように、真空手持ち式管状装置であって、その中心領域にフィルタエレメント及び流量制御要素を保持し、血液が流量制御要素を介して装置に入る際、フィルタエレメントの前後の圧力差の変化の割合が流量制御要素によって制御されるように構成されている、真空手持ち式管状装置である。

本装置は、BD Vacutainer（商標）等の一般的な事前真空採血装置の代りに使用されるように意図され、遠心分離機を使用することなく直接ろ過によって血清又は血漿を提供することができる。本装置は、フィルタに先行する流量制御部を組み込み、それは、真空管の内部でも外部でもあり得る。血液は、部分的真空装置内に採取され、適切な流量でフィルタアセンブリまでかつフィルタアセンブリを通って横切り、フィルタアセンブリは、血球を捕捉するが、血清又は血漿が収集チャンバ内に流れるのは可能にする。

本装置は、採取された血液試料からミリリットル量での血清又は血漿の単純かつ迅速な抽出を可能にする。本装置はまた、フィルタ又は管をコーティングすることができる薬剤の追加も可能にすることができる。装置からの血清のシリンジ抽出を、採血管の下流端に配置されたアクセスセプタムを介して達成することができる。本装置により、作業する人が針に触れることなく、かつ、標準真空採血管方法が使用されるのを可能にしながら作業者の試料への曝露又は試料の汚染の危険を最小限にして、すべての機能を迅速に行うことができる。

好ましい実装形態では、本発明は、形状が６ｍｌのVacutainer（商標）に類似する円筒状管状アセンブリの形態の血液分離装置である。本発明は、流入流量制御要素を組み込み、２ミリリットルを幾分か下回る採取された血液試料から、実際的にヘモグロビンのないおよそ０．２５ミリリットル体積の血清を生成する。

いくつかの好ましい実装形態では、流入流量制御要素は、管状装置の内部であり得る。

他の好ましい実装形態では、流入流量制御要素は、管状装置の外部であり得る。

いくつかの好ましい実装形態では、本発明は、血液流入チャンバ内に、弾性プラスチックあるいはゴム発泡体の独立気泡部材又は空気充填ブラダ等の弾性的に圧縮可能な要素を組み込み、それは、血液がその圧縮可能要素の領域に入る際に、フィルタアセンブリの前後の圧力差の発生の速度を調整する。

好ましくは、ろ過プロセスが完了し、血清アクセスセプタムを通して又は等価のポートを通して大気圧の空気を入れることにより、血清チャンバが大気圧になるまで、空気も気体も装置のいかなる部分にも入ることができない。そのプロセスにはおよそ１分間又は２分間かかる。

本発明の別の態様は、図１Ｄ及び図１Ｅに示すように、フィルタエレメントによって分離された加圧手持ち式管状装置の両端の圧力差の大きさを、血液が一方の端部に入る際に受動的に制御する機械的に単純な方法である。

本発明の別の態様は、図１Ｄ及び図１Ｅに示すように、フィルタエレメントによって分離された真空手持ち式管状装置の両端の圧力差の変化の割合を、血液が一方の端部に入る際に受動的に制御する機械的に単純な方法である。

本発明の別の態様は、図１Ｃに示すように、フィルタエレメントによって分離された加圧手持ち式管状装置の両端の圧力差の大きさを、装置への血液の流入速度を制御することによって、受動的に制御する機械的に単純な方法である。

本発明の別の態様は、図１Ｃに示すように、フィルタエレメントによって分離された加圧手持ち式管状装置の両端の圧力差の変化の割合を、装置への血液の流入速度を制御することによって、受動的に制御する機械的に単純な方法である。

独立した血液フィルタ装置は、有害なレベルのヘモグロビンがない血清又は血漿を提供するために流れの形状に依存する。本装置は、フィルタエレメントの前後の圧力差の変化の割合を制限する、上流の流量又は圧力差制限制御要素又は装置に極めて依存する。事前真空の態様を用いて、同時に、生物から血液を採取し、真空収集器と大気に開放された供給端との間のフィルタエレメントの前後に圧力差を提供することができる。部分的に充填された採血管の外部形状をピストンとして使用する手の動きにより、制御要素又は装置が大気に通気された収集器に対してフィルタエレメントの前後に圧力差をもたらすより前に圧力を生成するために、ユニットに加圧することができる。制御要素又は装置は、特別にサイズが決められた流量抑制部（constriction）及び高コンプライアンスな配置を含む、多数の形態で開示される。

先行する頁で記載した特徴は、以下の概要において理解されよう。

第１態様では、本発明は、容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、容器が両端のアクセスと、容器内に配置されたフィルタと、流量又は圧力差制限制御要素又は装置とを有し、制限要素又は装置がフィルタの上流に配置される、ろ過装置を特徴とする。

本発明のこの態様の好ましい実装形態は、以下のうちの１以上を組み込むことができる。

容器を部分的に真空にすることができる。制限制御要素又は装置を、容器の外部に配置することができる。制限制御要素又は装置を、採血針アセンブリと一体化することができる。ろ過装置に、流入流量制限制御要素又は装置を取り付けることができる。作動中の容器を部分的に加圧することができる。制限制御要素又は装置を、容器の内部に配置することができる。制限制御要素又は装置は、流量抑制要素又は装置であり得る。流量抑制要素又は装置は、流れ阻止ディスクにおける１以上のピンホールの形態であり得る。流量抑制要素又は装置は、選択された長さの毛細管の形態であり得るか又はそれを含むことができる。流量抑制要素又は装置は、微細メッシュ又は多孔質発泡体の形態であり得るか又はそれを含むことができる。流量抑制要素又は装置は、ねじ状セグメントによって画定される通路の形態であり得るか又はそれを含むことができる。ろ過装置は、フィルタの入口側で血液の前後の差圧を制限するように構成された制限制御要素又は装置を有することができる。ろ過装置は、全血の流入流量を制限する、フィルタに先行する制限制御要素又は装置を有することができる。ろ過装置は、全血における流入圧力上昇率を画定する、フィルタに先行する制限制御要素又は装置を有することができる。ろ過装置を携帯型又は手持ち式とすることができ、ろ過装置は、生物から採取される血液に対してサイズが決められた容積を有することができる。フィルタの材料は、位置決め支持体の上にガラスマイクロファイバ及び微細孔膜を含むことができる。容器は、管であり得る。ろ過装置は、容器又は管の入口端にアクセスセプタムを有することができる。ろ過装置は、容器又は管の出口端にアクセスセプタムを有することができる。ろ過装置は、容器又は管の出口端に、血清又は血漿保持空洞がある端部栓の形態の取り外し可能な要素を有することができる。ろ過装置は、供給源から血液を採取するように事前に真空にされた空間（volume）を含むことができる。上記空間を、生物から血液を採取するために事前に真空にすることができる。ろ過装置を、中心領域にフィルタを保持する容器又は管内への流入血液流量を、フィルタの２つの側の間の圧力差の増大の割合が３０ｍｍＨｇ／秒未満のままであるように制御するように構成することができる。ろ過装置を、増大の割合を２０ｍｍＨＧ／秒未満のままであるように制限するように構成することができる。ろ過装置を、容器又は管内のフィルタの軸方向位置により、フィルタの両側の間の圧力差の増大の割合を、３０ｍｍＨＧ／秒未満のままであるように制御するように構成することができる。ろ過装置を、圧力差の増大の割合を、２０ｍｍＨｇ／秒未満のままであるように制限するように構成することができる。ろ過装置を、装置内に全血の流れをもたらすように事前に真空にすることができ、かつ、フィルタの入口側における空間への流入血液の流量を、フィルタの前後の圧力差を３０ｍｍＨＧ／秒未満の割合で増大させるように規定するように構成することができる。ろ過装置を、圧力差の増大の割合を、２０ｍｍＨｇ／秒未満のままにするように制限するように構成することができる。容器を管とすることができ、圧力差を、管の端部の間とすることができる。制限制御要素又は装置は、圧縮可能な独立気泡体（volume）の挿入であり得る。ろ過装置は、血液採取に続いて、使用者の手動動作により加圧されて、採取された血液に対して、血液が、制御要素又は装置を通り、フィルタを通り、通気された収集器まで流れるようにする、圧力を生成するように構成することができる。ろ過装置を、事前真空採血部材である第１管状部材と使用されるように適合させることができ、本装置は、内部全血流抑制要素に先立つ、第１管状部材を受け入れ、かつ正圧をもたらすように第１管状部材に対して移動するような形状で事前に取り付けられた部材を含むことができる。

フィルタの前後の圧力差を、３０ｍｍＨｇ／秒未満に制限することができる。フィルタの前後の圧力差を、２０ｍｍＨｇ／秒未満に制限することができる。フィルタを通る流量は、およそ２ｃｃ／分〜１０ｃｃ／分であり得る。上記流量は、３ｃｃ／分〜６ｃｃ／分であり得る。装置を、約１ｃｃ〜２ｃｃの体積のろ液を生成するように構成することができる。装置を、約１．５ｃｃの体積のろ液を生成するように構成することができる。制限制御要素又は装置を、長さが１／２インチ〜４インチの管状要素とすることができ、制限制御要素又は装置は、約０．００８インチ〜０．１３インチの内径を有することができる。

別の態様では、本発明は、記載した第１の態様によるろ過装置を単独で又は上述したさらなる特徴のうちのいずれかと合せて使用して、血清又は血漿を得る方法を含む。

本装置によって提供される主な利点は以下の通りである。
・コスト削減
・操作が簡単であること
・３分間未満の血漿提供
・治療の時点で血漿が入手可能であること
・作業者が曝露から保護されること
・試料の汚染がないこと
・遠心分離機が不要であること。

本発明の１以上の実施形態の詳細を、添付図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明及び図面からかつ特許請求の範囲から明らかとなろう。

図１〜図６において、フィルタの上流の流量又は圧力差制限制御要素又は装置の幾何学的形状を用いて、事前真空管での状態が規定される。管は、採血管であり得る。図７〜図９では、幾何学的形状は加圧システムに関して用いられる。

図面の簡単な説明
従来技術を示す。 フィルタアセンブリを収容する事前真空採血装置の上流に流量調整器を有する、本発明による装置の流れを概略的に示し、図示する装置は管状ハウジングを有している。 図１Ａに類似し、事前真空採血装置内に、装置内のフィルタアセンブリの上流に流量又は圧力調整器を有する装置の流れを示し、図示する装置は管状ハウジングを有している。 フィルタアセンブリを収容する加圧採血装置の上流に流量調整器を有する、本発明による装置の流れを概略的に示し、図示する装置は管状ハウジングを有している。 図１Ｃに類似し、加圧採血装置内に、装置内のフィルタアセンブリの上流に流量又は圧力調整器を有する装置の流れを示し、図示する装置は管状ハウジングを有している。 図１Ｂに概略的に示す装置の実装形態であり、装置は、管状ハウジング内のフィルタアセンブリの上流の第１血液保持チャンバ（Ａ）と第２血液保持チャンバ（Ｂ）との間の毛管流量調整器と、血清又は血漿用の管の端部の針貫通可能アクセスセプタムとを有している。 図１Ｂに概略的に示す装置の実装形態であり、装置は、管状ハウジング内のフィルタアセンブリの上流の第１血液保持チャンバ（Ａ）と第２血液保持チャンバ（Ｂ）との間の毛管流量調整器と、血清又は血漿用の保持チャンバを画定する封止されているが取り外し可能なすべり嵌め端部栓とを有している。 図１Ｂに概略的に示す装置の実装形態であり、装置は、フィルタアセンブリの上流の第１血液保持チャンバ（Ａ）と第２血液保持チャンバ（Ｂ）との間の毛管流量調整器と、バヨネットカップリング装置によって管状ハウジングに封止されかつ保持される、血清又は血漿用の封止されているが取り外し可能な端部保持チャンバとを有している。 図１Ａに概略的に示す装置の実装形態であり、装置は、フィルタアセンブリに先行する血液保持チャンバへの入口の上流の流量調整器と、バヨネットカップリング装置によって管状ハウジングに封止されかつ保持される、血清又は血漿用の封止されているが取り外し可能な端部保持チャンバとを有し、図は、ヒト対象の腕（縮小）と、通常の採血針及び対象からの血液を通す採血管とをさらに示す。 図１Ｂに概略的に示す装置の実装形態であり、装置は、フィルタアセンブリの上流の第１入口保持チャンバ（Ａ）と第２入口保持チャンバ（Ｂ）との間の、狭い、ねじ山によって画定されたらせん通路の形態の流量調整器と、バヨネットカップリング装置によって管状ハウジングに封止されかつ保持される、血清又は血漿用の封止されているが取り外し可能な端部保持チャンバとを有している。 図１Ｂに概略的に示す装置の実装形態であり、装置は、フィルタアセンブリの上流の血液保持チャンバと、バヨネットカップリング装置によって管状ハウジングに封止されかつ保持される、血清又は血漿用の封止されているが取り外し可能な端部保持チャンバとの間のピンホール流量調整器通路を有している。 図１Ｂに概略的に示す装置の実装形態であり、装置は、フィルタアセンブリの上流の入口血液保持チャンバ内の弾性的に折畳み可能な流量調整器（例えば、空気充填ブラダ、又は折畳み式ゴム状発泡体の塊）ブラダと、バヨネットカップリング装置によって管状ハウジングに封止されかつ保持される、血清又は血漿用の封止されているが取り外し可能な端部保持チャンバとを有している。 図１Ａによる装置とともに使用される採血及び流量調整器アセンブリと別個の挿入ガイドとの写真である。 可撓性管及び装置の収集／フィルタユニット部分の上流に配置される外部流量調整器の例の詳細を示す。 図２、図２Ａ及び図２Ｂによる実装形態において有用な毛管流量調整器要素のためのカップ状ホルダの実装形態の、図４は側断面図であり、図４’は上面図である。 図２Ｄの装置の管状ハウジング内部のねじ山によって形成されたらせん経路流量調整器（抑制器（constrictor））の側断面であり、図４Ａ’は、ねじ山画定要素の側面図である。 流量制御なしの、内部フィルタアセンブリを備えた事前真空採血装置内の圧力の圧力対時間プロットである。 図３Ａの流量調整器を採用する図１Ａによる装置の流量制御ありの、内部フィルタアセンブリを備えた事前真空採血装置内の圧力の圧力対時間プロットである。 フィルタ装置アセンブリ、及びフィルタ装置内に挿入される適所に血液を保持する採血管の縦断面であり、ここでは図示する採血管にはアクセスセプタムが取り付けられている。 フィルタ装置内に挿入されているプロセス中の採血管を示す。 フィルタ装置アセンブリ、及びフィルタ装置内に完全に挿入され、その後、「血清保持チャンバ」を大気圧に開放する、血液を保持する採血管の縦断面である。 ガラス繊維フィルタの上方に配置された血液移送流量調整器装置を示す。 ガラス繊維フィルタの上方に配置された血液移送流量調整器装置を示す。 ガラス繊維フィルタの上方に配置された血液移送流量調整器装置を示す。

様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。

好ましい実装形態では、本装置は、各端部が針貫通可能アクセスセプタムで閉鎖された管状アセンブリを備える。管の一端に配置された血液入口アクセスセプタムは、血液保持チャンバへの血液の入口のために接続し、管の他端に配置された出口アクセスセプタムは、血清／血漿収集チャンバに面し、ろ過プロセスを終了するための空気入口ポートとして機能することができる。管の中心領域の適所に、フィルタアセンブリが取り付けられている。受動血液流量制御セグメントを、血液入口アクセスセプタムとフィルタアセンブリとの間に配置することができ（図１Ｂ）、又はそれは外部にあり、装置に先行することができる（図１Ａ）。図１Ａ及び図１Ｂは、容器又は管の事前真空に基づく流れの形状を示す。好ましい実装形態を図２〜図６に示す。図１Ｃ及び図１Ｄは、容器又は管の加圧に基づく同様の流れの形状を示し、その同様の好ましい実装形態を図１〜図９に示す。

入口アクセスセプタムは、標準採血針アセンブリ（貫通可能針）によって穴があけられるように適合され、チャンバの一端を、ろ過のために血液試料を自由に受け入れるように画定する。このアクセスセプタムに隣接する流量調整セグメントは、フィルタアセンブリに近づく血液の流量を調整し、事前真空ユニット内のろ過プロセスを駆動する圧力差を画定する。フィルタアセンブリは、好ましくは、管の全断面積を覆うように設計される。フィルタアセンブリは、血液の血球成分を捕捉し、血清又は血漿成分の通過を可能にする。フィルタアセンブリは、好ましくは、血液製剤が周囲に流れる（バイパス流）のを防止する周辺封止要素と、適所に押圧されるか又は成形された軸方向保持器とによって終端する。

フィルタアセンブリの軸方向位置と事前真空装置の開始点圧力（真空）レベルを用いて、フィルタアセンブリの前後の圧力差の変化を調整することができる。

ある体積のエラストマー圧縮可能媒体又は弾性的に折畳み可能な要素を、圧力差を調節するために、図２Ｆに示すように、血液試料を自由に受け入れるようにチャンバに配置することができる。好ましくは、デュロメータ硬さがショア４５未満である、天然ゴム又はニトリルから作製された独立気泡シリコーンスポンジあるいは発泡体を使用することができ、又は部分的に、例えば空気充填ブラダを使用することができる。

管の終端部は、ろ過プロセスを引き起こす低圧チャンバを形成し、血清収集チャンバである。それは、ろ過を終了するためにフィルタアセンブリの前後の圧力を平衡させるために大気が入るのを可能にし、かつ後に針及びシリンジを介してろ過された物質を除去するための、第２アクセスセプタムで閉鎖されている。

図２に示す好ましい実装形態では、血清収集アクセスセプタムは、すべてのろ液を保持するようなサイズの中空空間を有し、ピペットでの血清吸引のために管から摺動可能に取り除くことが可能である。

別の実装形態では、血清収集閉鎖セグメントは、剛性であって、図２Ａに示すように単純な押込みＯリングで適所に保持されることが可能であり、又は、減圧及びろ液へのアクセスを実施するために図２Ｂに示すようにバヨネットコネクタを介して脱着可能であり得る。

好ましい実装形態では、管の血液入口アクセスセプタムに隣接する領域は、ろ過が行われるまでろ過される血液試料を保持し、かつすべての無関係の血液ならびに液体及び気体の血液成分を保持するために専用である。

本発明の一態様は、ろ過段階の前に取込血液流量制御器／調整器の組み込みである（図１Ａ）。いくつかの好ましい実施形態では、血液の流量の制御器／調整器は、装置内に位置している（図１Ｂ）。

いくつかの好ましい実施形態では、流量制御器／調整器は、フィルタアセンブリに入ることができる血液流量を制限する。図２及び図４ｂ。

別の実施形態では、制御器／調整器／制限器（restrictor）は、図２Ｄに示すように、アクセスセプタムとフィルタアセンブリとの間に位置している。図４Ａ及び図４Ａ’は制限器（抑制器）の詳細を示す。

別の実装形態では、流量調整機能を、管状アセンブリの外部で実施することができる（図１Ａ）。好ましい実装形態は、図２Ｃに示されており、血液供給針アセンブリに組み込まれる（図３及び図３Ａ）。

さまざまな実装形態では、流量調整機能を、フィルタアセンブリの入口であるいはフィルタアセンブリ内で、又は両方の組み合せで実施することができる。

好ましい実装形態は、以下の特徴のうちの１以上を有する。

管アセンブリの内部を、アセンブリが低圧チャンバ内にある際に上流管を閉鎖するようにアクセスセプタムを挿入することにより、又は真空ポンプに接続された針によって設置されたアクセスセプタムに穴をあけることにより、真空にすることができる。真空状態を、最低１年間維持することができることが予測される。

装置は、上流管に入る血液がさらされるフィルタ又はフィルタ材料アセンブリを組み込んでいる。好ましい実施形態では、フィルタアセンブリは以下の３つの構成要素を有することができる。
・フィルタアセンブリの全部分を横切って血液を迅速に拡散させる第１構成要素。これは、好ましくは、Porexフィルタ材料POR410又はPOR4711等の非常に親水性の高多孔質材料である。別の構成では、次のフィルタエレメントの上層を、この機能を行うように調整することができる。
・第２フィルタエレメント、直径が１ミクロン〜４ミクロンで、０．２ｇ／ｍｌ〜０．５ｇ／ｍｌの密度に圧縮された、Johns-Manville Micro-Strand Glass Microfibers等の好適な厚さのガラス繊維フィルタ材料。好ましくは、厚さは１０ｍｍ〜２０ｍｍである。
・第３構成要素は、血球破片及びガラス繊維破片の通過を阻止することができる微多孔膜であり、好ましくは、血漿又は血清等、０．６ミクロン未満の粒子又は分子の通過を可能にする。それはまた、フィルタアセンブリの周囲の流れを阻止する役割も果たし、管の内部の棚状突起に対して軸方向に押圧する圧縮リングを介して、その軸方向周辺部において管に封止される。この第３構成要素は、好ましくは、T.W.Tremontから取得することができるようなおよそ１／２ｍｍ厚さの高コンプライアンスのフィルタ材料である。結合、熱結合及び超音波溶接等、他の封止方法を使用することができる。

フィルタアセンブリは、多孔スクリーン部材によって管の中間近くに軸方向に保持され支持されている。好適なガラス繊維密度は、こうしたスクリーン部材に対する軸方向圧縮によって維持される。入口アクセスセプタムとフィルタアセンブリとの間の管の部分は、ろ材を通過する前の流入血液に対する保持チャンバを提供する。

低密度ガラス繊維フィルタ材料は、相対的に小さい分子が通過するのを可能にしながら、空間構造内でまず大きい血球成分をからませ、次いでそれより小さい血球成分をからませることにより、徐々に血球を捕える。

本発明は、フィルタアセンブリに入る血液と管の血清収集部分との間の制御された圧力差から導出される最小かつ制御可能な力で、血球をフィルタアセンブリ内にかつフィルタアセンブリを通して送るように教示する。圧力差は、過度の溶血を回避するように、血球に対するせん断力、又はフィルタアセンブリのガラス繊維あるいはガラス繊維のもつれにひっかかった血球との衝突からの推進力のある損傷を最小限にするように、ろ過の初期段階で開始する血液成分の低速を引き起こすように制御される。

赤血球は、実質的な圧力変動を受ける時は頑強であるが、せん断時は非常に脆弱であることが知られている。これは、流速を低下させることが溶血を低減する理由の説明となり得る。もう１つの説明は、赤血球は、フィルタのガラス繊維との衝撃時に破裂する可能性があるということと、突入速度を十分に低く維持した場合に、衝撃損傷を低減するか又はなくすことができるということである。血球損傷は、ガラス繊維フィルタの前後の高い圧力差によってもたらされる可能性もあり、そうした圧力差が、赤血球を、より小さいフィルタ流路に極度なせん断状態で圧搾し、血球を破裂させるより大きいせん断応力をもたらす。後者の場合、高い圧力差が長く存在するほど、赤血球の損傷がより発生する。図５及び図６は、流入量が高くなった場合に高い圧力差が実質的により長く続くことを示す。実験中に、血液入口セプタムを除去し、フィルタ入口側を大気圧にさらすことによって、急な高い圧力差を生じさせることにより、許容できない量の溶血が常にもたらされ、そのため、赤血球損傷の１以上の原因が何であっても、過度な圧力差は回避しなければならないことが分かった。

これは、血液受入空間、流量制御装置、ガラスマイクロファイバの体積及び密度、管の総容積とともに装置の初期減圧レベルについて適切に大きさを決めることによって達成され、最適化は一続きの適度な試行によって見つかる。

本発明はまた、血液注入プロセスの初期に、フィルタアセンブリの両側の管の部品の間に障壁が確立される状態で血液を送るようにも教示する。フィルタアセンブリの取込領域に入る血液は、親水性媒体を通して迅速に拡散し、気密シールをもたらす。従って、フィルタアセンブリの下流の管内の圧力状態は、血液注入によってほとんど変化しない。対照的に、フィルタアセンブリから上流の管のセグメント内の圧力は、血液の導入によって実質的に上昇する。この状態により、フィルタアセンブリの前後の圧力差がもたらされ、それにより、血清に含まれる小分子がフィルタアセンブリを通過することが推進される。

本発明は、フィルタアセンブリの前後の圧力差をいかに調整するかを教示する。これは、血液の流入量を制御することによって最もよく達成され、それは、それが、フィルタアセンブリから上流の管、より具体的には、フィルタアセンブリと直接接触する管の領域における圧力を変化させる。フィルタアセンブリは、血液と協働関係にあり、血液は、圧力差とともに表面張力によってフィルタアセンブリを通して容易に拡散する。血液がフィルタを通過し、フィルタアセンブリを通しての圧力及び流量によって強く影響を受ける際に、溶血が発生する。Vacutainer（商標）型装置での豊富な経験に基づいて、血液が取込リザーバに入る際に溶血はほとんど発生しないと考えられる。

管内の圧力は、血液の体積の導入によって変更される。理想気体の状態方程式は以下の通りである。
ＰＶ＝ｎＲＴ
式中、Ｐは気体の圧力であり、Ｖは気体の体積であり、ｎは（モル数としても知られる）気体の物質量であり、Ｔは気体の温度であり、Ｒは、ボルツマン定数及びアボガドロ定数の積に等しい、理想的な又は普遍的な気体定数である。

ＳＩ単位系では、ｎはモルで測定され、Ｔはケルビンで測定される。Ｒは、８．３１４Ｊ・Ｋ^−１・ｍｏｌ^−１又は０．０８２０６Ｌ・ａｔｍ・ｍｏｌ^−１・Ｋ^−１の値を有する。

一定温度、典型的にはヒトの体温を想定すると、式は以下のように簡略化される。
ＰＶ＝定数

管アセンブリの両端の初期減圧は、２５０ｍｍＨｇ〜７００ｍｍＨｇであり得る。大気圧は、通常、７６０ｍｍＨｇである。血液は、ろ材の取込側を湿潤する時、略即座に気密表面障壁を確立し、管の２つの端部の間の空気の交換輸送を防止する。測定により、約０．５ｃｃがシールを形成するのに十分であり、これが、流量が溶血を防止するのに十分低く維持される場合は６秒〜８秒以内で発生し、より高い流量では１秒〜２秒以内で発生することが分かった。従って、血液が高流量で入り続ける場合、閉じ込められる空気は圧縮され、それに従って圧力が上昇する。フィルタアセンブリから上流の管内の圧力は大気圧の近くまで上昇する可能性があり、一方で下流の圧力は低いままである。これにより、フィルタアセンブリの前後に高い圧力差がもたらされ、赤血球はガラス繊維内に強制的に押し込まれ、溶血がもたらされる。これは、血液注入の後にアクセスセプタムを大気圧に開放することに類似する状態であり、これにより高レベルの溶血がもたらされることが知られている。この圧力状態は、５６ｍｍＨｇ／秒の平均初期圧力差率を示す図５において例証されている。

管内に血液が低速で入ることにより、血液がろ材の通過を開始する時間が与えられ、閉じ込められた空気は、入ってくる血液によって依然として圧縮されるが、はるかに圧縮は小さくなり、その結果、フィルタの前後の圧力差が小さくなり、従って溶血が最小限になる。この圧力状態は、１３．３ｍｍＨｇ／秒の平均初期圧力差率を示す図６において例証されている。

取込血液流量、初期圧力状態、フィルタアセンブリから上流及び下流の両方のセグメントの容積とともに、適切なフィルタ構造を、実際に遭遇する血漿粘度の範囲に対応するように最適化することができる。

フィルタアセンブリがサブミクロン多孔率媒体で終端するため、血液取込の総容積は、下流管内にろ過される血漿を考慮してフィルタアセンブリから上流の自由空間からろ材の体積を減じた容積に制限される。血漿ろ過プロセスは、自己制御式でありかつ短時間であり、典型的には１５秒〜３０秒である。

この採血管を用いて、以下の手順により効率的に血液採取及び分離を行うことができる。

採血針を血管（大気圧にある）又は静脈（略大気圧にある）内に突き刺した後、採血針は、装置の血液入口アクセスセプタムに刺して穴をあける。図３及び図３ａは、典型的な採血キットを示し、採血針はバットウィング（batwing）装置を備えたものである。この時点で、装置全体の中の負圧のために、管の蓄積セグメント内に血液が引き込まれる。血液は、そのセグメントをおよそ充填する。

血液は、蓄積セグメントに入った直後、フィルタアセンブリの正面部分内を伝播して、気体分子がフィルタアセンブリを通過するのを防止するシールを生成する。血液が入ることにより、装置内の空気の分子によって占有される空間が低減する。

プロセスの開始時、事前真空により、装置全体は、低圧レベル、場合によっては１００ｍｍＨｇにある。低速で入る血液は、以前は空気分子に利用可能であった容積を低速で充填し、従って、その空間内の圧力は、理想気体の状態方程式に従って緩やかに上昇する。

好ましい実施形態では、装置は６ｃｃのVacutainerと同様である。それは、およそ１０．５ｍｍの均一な内径と、およそ１ｍｍの壁厚さとを有している。血液流入チャンバ、流量調整器及びフィルタアセンブリは、長さがおよそ３３ｍｍであり、管全体はおよそ８０ｍｍである。

フィルタアセンブリは、Johns Manvilleのおよそ０．３５グラムの108A又は108B Micro-Strand Glass Microfibers、又は正味密度が０．１５グラム／立方センチメートル及び０．５グラム／立方センチメートル、好ましくはおよそ０．０２７グラム／立方センチメートルである、呼び径が１．８ミクロンの等価物で形成される。（他の実施形態では、０．５グラムのマイクロファイバを使用することができ、又は０．３５グラム〜０．５グラムの範囲内、すなわち０．４１５グラムを使用することができる。）

ガラス繊維セグメントに対して、その入口をPorex（商標）ろ材POR41210又はPOR4711等の非常に親水性のフィルタ層で、その出口を０．６ミクロン多孔率フィルタで覆うことができる。（別の実施形態では、１．０ミクロン多孔率のろ材を、それが有する可能性があるより優れた引裂き特性を利用するために使用することができる。）

流量制御調整器は、血液流入アクセスセプタムとフィルタアセンブリセグメントとの間に配置される。それは、カップ状の薄い円筒状要素とすることができ、その中心に、図３Ａに示すように内径が０．２５ｍｍであり長さが４０ｍｍ又は５０ｍｍである可撓性毛細管を保持している。

アクセスセプタムを通して装置に入る血液の流量は極めて低く、およそ０．０５ｃｃ／秒〜０．１ｃｃ／秒であり、血液が蓄積セグメントをおよそ充填すると、採血針を、空気又は気体が装置に貫入するのを可能にしないようにアクセスセプタムから取り外すことができる。このプロセスには１５秒〜３０秒かかる。

フィルタアセンブリに対して血液に作用している圧力差は、受動的におよそ３３０ｍｍＨｇまで緩やかに上昇し、大気圧の空気が管の血清端に入るのを可能にすることによって血清分離を完成させることができる時に、１分〜３分以内で、およそ１５０ｍｍＨｇで安定する。

この圧力差のために、血液は、流量調整セグメントを通りフィルタアセンブリに入り管の下流端に向かって流れる傾向を有するようになる。流量調整器は、血球及び血清分子が急速に突入するのを防止する。しかしながら、フィルタアセンブリが血球を捕捉し、０．６ミクロン未満の分子又は粒子のみが通過するのを可能にするため、血清又は血漿又はヘモグロビンのみが通過して管の下流端に蓄積することができる。従って、血液が採取された直後に血液の分離が行われる。

血清収集が完了すると、血清アクセスセプタムに穴をあけるか、又は血漿収集及びさらなる処理のために分離することができる。

流量調整器装置は、好ましくは、断面が小さい（ただし血球の幅の何倍もの大きさである）ある長さの流路と等価な形態である。血液流量は、ガラス繊維フィルタ部分に入る血液が、フィルタの主な部分を形成するガラス繊維の迷路に先に位置している赤血球に損傷を与えないようなものである必要がある。流量制御装置は、安定した流量を可能にし、バースト流が発生するのを防止する。プロセスは、血液粘度の予測される範囲に対応することができる。

別の好ましい実施形態では、流量コントローラは、採血針アセンブリに組み込まれ、およそ２５ｍｍ〜５０ｍｍの長さであり直径が０．２５ｍｍ〜０．３０ｍｍである毛管制限流路から構成される。

別の好ましい実施形態では、血液流量制御器は、ねじが、直径が一致する平滑な円筒に挿入される場合に生成される、環状流路の形態である。このように生成される流路の部分及びその長さ（山の数×直径）が、規定された粘度の流体に対して可能な流量と流体に作用する規定された圧力差を制限する。こうしたねじ抑制器を図２Ｄ及び図４Ａに示す。流路は、好ましい実施形態では、直径が０．２５ｍｍ及び０．３０ｍｍであり長さが２５ｍｍ及び５０ｍｍである管の部分と等価な部分である。

流量及び流れの形状
好ましい流量は、１ｃｃ〜２ｃｃ、好ましくは１．５ｃｃの体積に対して、およそ２ｃｃ／分〜１０ｃｃ／分であり、好ましくは３ｃｃ／分〜６ｃｃ／分である。

血液に対する毛管制限流量を、以下のハーゲン・ポアズイユの法則から導出することができる。
Ｑ＝Ｋ．ΔＰ．πＲ^４／８Ｌμ
式中、
Ｋ：定数である
Ｑ：流量
Ｒ：毛管半径
Ｌ：毛管長
ΔＰ：圧力降下
μ：血液粘度

圧力差を制限し実際的な流量を維持することが望ましいことを考慮すると、１つ又は多数のピンホールが取り付けられた、フィルタアセンブリの入口側に配置される、内部又は外部の流量制御装置又はバッフルディスクに対して、代替的な管径及び対応する管長を選択することが可能である。

単一のピンホールを備えた等価のバッフルを選択する場合、ハーゲン・ポアズイユの法則により、図２Ｅに示すように、０．１ｍｍ径穴を備えた１ｍｍ厚さバッフル、又は０．００５インチ径穴を備えた１／１６インチ厚さバッフルが提案される。

市販の採血アセンブリの１２インチ可撓性管長を維持し、管自体を有効に制限制御要素にして、単に管の特別な構造により、採血実装形態において流量制御を達成したい場合、ハーゲン・ポアズイユの法則により、管は、内径が、市販の採血装置より著しく小さいおよそ０．０１５インチであるべきであることが規定される。代替的な設計は、直径が低減した採血管の全長より小さい管の部分の導入である。好ましい実装形態によれば、本明細書に提示するように、針間が１２インチ長以内で、０．０１２インチ径管の２インチ〜４インチ部分が採用される。

ハーゲン・ポアズイユの法則は、ニュートン流体に適用可能である。血液は非ニュートン流体であり、これは特に、毛細管又は剛性流体流路が狭すぎるか又は長すぎる場合に表される。ハーゲン・ポアズイユの法則は、本目的に対して有用であり、０．０１１インチの内径及び２インチの長さ程度である好ましい流量抑制器に対して特に適用可能であることが、実験的に確認された。

上記法則が、０．００４インチ又は０．００５インチ（１００ミクロン及び１２５ミクロン）の内径の毛細管には適用されないことが実験的に確認された。

剛性管の長さを２４インチまで延長することにより、赤血球が損傷し溶血がもたらされることも確認された。

管状制限制御要素に対する好ましい寸法は、長さが約１／２インチ〜４インチであり、内径が約０．００８インチ〜０．０１３インチである。

別の方法では、装置の血液流入セグメントと血清収集セグメントとの間の圧力差の増大の割合を、装置の血液流入セグメントにおいて取込圧力緩衝材として作用する圧縮可能な要素の挿入によって調整することができる。

別の方法では、装置の血液流入セグメントと血清収集セグメントとの間の圧力差の増大の割合を、フィルタアセンブリの軸方向位置によって画定される適切な容積関係によってもたらすることができる。

加圧動作
本明細書において記載するように、単純な流量又は圧力制御要素又は部分を用いる血液フィルタの上流での圧力又は流量の制御の他の使用では、フィルタアセンブリの前後の圧力差は、制御要素又は部分の上流の血液を、大気圧を超えるように加圧し、フィルタアセンブリの下流側を大気に排気することによって得ることができる。

この手法を実施する非常に有用な血液分離器は、血液容器、例えば、従来の真空採血管を、血液の上流に圧力をもたらす新規な１ストロークピストンとして利用することができる。血液分離装置は、血液容器が滑り込むことができる、フィルタアセンブリに先行する開放端管の形態をとることができる。それは、管壁と封止係合して圧送作用をもたらす。この作用の間、フィルタアセンブリ及び続くろ液収集器は大気に対して閉鎖される。容器の動きを使用して、閉鎖空間を通して空気圧を上昇させる。後に、ろ液収集器を通気すると、容器内の血液を上回る空気圧を採用して、血液が、制御要素又は部分及びフィルタアセンブリを通してその時通気された収集器に押し込まれる。

図７〜図９を参照すると、血液分離装置８が、商標Vacutainer（商標））でBecton Dickinson and Companyから入手可能であるような従来の真空採血管１０と使用される実装形態が示されている。管１０がそのゴムアクセスシール１０ａを下にして逆さにされると、事前に採取された血液はレベルＬに達し、管内の採取空間の７０％を占めることができる。

この段階で、ろ液収集器１４は、血液分離装置８の本体に対して封止されている。使用者は、開放端を上にして装置８を垂直に保持して、逆さになった採血管１０を導入し、それを分離装置８のより大きい管状体１２内に緩やかに押し込んで、毛管流量調整器又は制御要素を形成する、対向する皮下注射針２０によって採血管１０のセプタム１０ａに穴をあける。採血管１０の下方のストロークにより、最初に、下方の閉鎖された空間内の空気のみが圧縮される。図８に示すように、採血管１０は、分離装置８内に完全に挿入されるように移動することができる。しかしながら、採血管１０のセプタム１０ａが、突出する皮下注射針２０に達しそれによって穴があけられると、装置８及び採血管１０内の圧力が平衡に達する。

ろ過作用を開始するために、その後、血清収集チャンバ（ろ液収集器）１４が部分的に開放され、空気が収集器から漏れるのを可能にし、フィルタアセンブリＦから下流の領域を大気圧にし、従ってフィルタアセンブリＦの前後の圧力差をもたらす。

これが発生することにより、採血管１０内の血液の上方の空気圧が、フィルタアセンブリＦの下方の空気圧より相対的に高くなる。これにより、第２の自動平衡作用が設定され、そこでは、採血管１０内の空気圧の方が高いことにより、血液が採血管を出て、皮下注射針２０を通って下流に、フィルタアセンブリＦの上方の空間内に強制的に流れ込む。この実装形態では、このように大気圧を上回る圧力差により、血液が流量制御部及びろ材を通過するように駆動される。

好ましくは、圧縮容積は、装置の最初の総容積と比較して小さい。採血管がその停止位置まで押されると、装置の「自由」残存容積は極めて小さい可能性がある。

「自由残存容積」は、血清収集チャンバ１４及びフィルタアセンブリＦとともに流量調整アセンブリ２０から構成される。

確立された圧力差は、以下の理想気体の状態方程式によって制御される。
ＰＶ＝定数

採血管が装置Ｐ内に導入されようとしている時の初期状態は大気圧である。

本体の内径の内径がその開放端において１１．０ｍｍであると想定することは、真空採血管（Vacutainer（商標））の変形可能なセプタムの直径に略等しく、それにより、採血管をその５０．５ｍｍの全長に位置合せして難なく挿入することができる。本体１２の内径は、射出成形等によって容易に製造することができるようにわずかに先細りになっている。流入レベルから５０ｍｍ下方における本体の内径が１０．５ｍｍである場合、採血管の挿入によって押しのけられた空気の体積は４．５８ｃｃである。

血清収集チャンバは、およそ０．５ｃｃであり、フィルタアセンブリの空隙容積はおよそ１．０ｃｃであり、圧力制御及びカップリング領域が０．７５ｃｃとなり、残りの総容積が２．２５ｃｃとなる。

最初の空気体積は６．８３ｃｃであった。

「１．８ｃｃのVacutainer」は、内部容積が２．２５ｃｃに等しく、１．８ｃｃの血液が充填されると、０．４５ｃｃの空隙容積をもたらす。

従って、空気の最終的な体積は、２．２５＋０．４５＝２．７ｃｃである。

理想気体の状態方程式は、圧縮装置内の圧力が以下であるものとして示す。
１×６．８３／２．７＝２．５大気圧

これは、採血管内部の空気の圧力である。

「血清収集チャンバ」が大気圧に開放されると、圧力差により、血液は採血管から押し出される。

Vacutainer内部では、理想気体の状態方程式が適用される。血清収集チャンバを大気圧に開放する前、条件は以下の通りであった。
Ｐ＝２．５大気圧
Ｖ＝０．４５ｃｃ

「血清収集チャンバ」を大気圧に開放することにより、その大気圧はVacutainerの内部に入り、空気の体積は以下のようになる。
Ｖ＝１．１２５ｃｃ

また、およそ０．６７５ｃｃの血液が流量制御部、フィルタを通して押し出され、最終的に血清又は血漿を血清収集チャンバ内に押し込む。

およそ０．２５ｃｃの血漿が「血清収集チャンバ」内に収集される。

流量及び流れの形状に関して、流量及び流れの形状という見出しの下で記載した考慮事項及び検出事項が適用される。

本発明の複数の実施形態について説明した。それにもかかわらず、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなくさまざまな変更を行うことができることが理解されよう。例えば、流量及び圧力差制限制御要素又は装置は、圧力に応じて体積を増大させるように外側に拡張する傾向があるコンプライアンスの高い管壁部分の形態をとることができる。従って、他の実施形態は以下の請求項の範囲内にある。

Claims (43)

1. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
   両端のアクセスを有する入口端及び出口端を含む事前真空容器と、
   前記容器内に配置されるフィルタと、
   前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタの前後の圧力差を制限するように設計された流量制限制御要素であって、前記事前真空容器内への連続的な血流を可能にしたままにしながら血流を制限する毛管制限を含み、かつ、前記毛管制限後の前記フィルタに向かう前記容器内の妨げられない血液の流れが、前記フィルタに関連する溶血を実質的に排除する、流量制限制御要素と、を備えるろ過装置。
2. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
   両端のアクセスを有する入口端及び出口端を含む事前真空容器と、
   前記容器内に配置されるフィルタと、
   前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタに向かう血流を制限することによって前記フィルタの前後の圧力差を制限するように設計された流量制限制御要素であって、前記フィルタに関連する溶血を実質的に排除するために、血液が前記事前真空容器に入るときに前記フィルタの前後の圧力差の変化の割合の増加を約１０ｍｍＨｇに受動的に制限するように構成された流量制限制御要素と、を備えるろ過装置。
3. 前記流量制限制御要素が前記容器の外部に配置される、請求項１又は２に記載のろ過装置。
4. 前記流量制限制御要素が採血針アセンブリに一体化されている、請求項３に記載のろ過装置。
5. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
   両端のアクセスを有する入口端及び出口端を含む事前真空容器と、
   前記容器内に配置されるフィルタと、
   前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタの前後の圧力差を制限するように設計された流量制限制御要素であって、血流を制限する毛管制限を含み、かつ、その後に血液は前記フィルタに向かって前記容器の内部で妨げられずに流れ、前記流量制限制御要素は２ｃｃ／分〜１０ｃｃ／分の初期流量を提供するように構成される、流量制限制御要素と、を備えるろ過装置。
6. 前記流量制限制御要素は３ｃｃ／分〜６ｃｃ／分の初期流量を提供するように構成される、請求項５に記載のろ過装置。
7. 前記流量制限制御要素が前記容器の内部に配置される、請求項１、２又は５に記載のろ過装置。
8. 前記流量制限制御要素が流量抑制要素を含む、請求項２に記載のろ過装置。
9. 前記流量抑制要素が、前記血流を制限する選択された長さの毛細管の形態であるか又はそれを備える、請求項８に記載のろ過装置。
10. 前記流量抑制要素が、前記血流を制限するねじ状セグメントによって画定される通路の形態であるか又はそれを備える、請求項８に記載のろ過装置。
11. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
    両端のアクセスを有する入口端及び出口端を含む事前真空容器と、
    前記容器内に配置されるフィルタと、
    前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタの前後の圧力差を制限するように設計された流量制限制御要素であって、前記フィルタに向かう血流を制限する毛管制限を含み、前記流量制限制御要素の前記毛管制限は、約０．５インチ〜４インチの長さ及び約０．００８インチ〜０．０１３インチの内径を有する流路を含む、流量制限制御要素と、を備えるろ過装置。
12. 前記流量制限制御要素は、２インチの長さで０．０１１インチの内径の前記流路を含む、請求項１１に記載のろ過装置。
13. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
    両端のアクセスを有する入口端及び出口端を含む事前真空容器と、
    前記容器内に配置されるフィルタと、
    前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタの前後の圧力差を制限するように設計された流量制限制御要素であって、前記フィルタに向かう血流を制限し、約１２インチの長さの流路を含む毛管制限を含む、流量制限制御要素と、を備えるろ過装置。
14. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
    両端のアクセスを有する入口端及び出口端を含む事前真空容器と、
    前記容器内に配置されるフィルタと、
    前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタの前後の圧力差を制限するように設計された流量制限制御要素であって、前記フィルタに関連する溶血を実質的に排除するために、前記フィルタに向かって流れる血流を制限し、かつ、血液が前記事前真空容器に入るときに前記フィルタの前後の圧力差の増加を受動的に制限する毛管制限を含む流量制限制御要素と、を備えるろ過装置。
15. 前記フィルタの材料が、位置決め支持体の上にガラスマイクロファイバ及び微細孔膜を含む、請求項１、２、５、１１、１３又は１４に記載のろ過装置。
16. 前記容器が管を含む、請求項１、２、５、１１、１３又は１４に記載のろ過装置。
17. 前記容器の入口端にアクセスセプタムを含む、請求項１、２、５、１１、１３又は１４に記載のろ過装置。
18. 前記容器の出口端にアクセスセプタムを含む、請求項１７に記載のろ過装置。
19. 前記容器の出口端に、血清又は血漿保持空洞を含む端部栓の形態の取り外し可能な要素を含む、請求項１、２、５、１１、１３又は１４に記載のろ過装置。
20. 供給源から血液を採取するように構成された、請求項１９に記載のろ過装置。
21. 生物から血液を採取するための、請求項１９に記載のろ過装置。
22. 前記容器内への流入血液流量を、血液が前記事前真空容器に入るときに前記フィルタの２つの側の間の圧力差の増大の割合が３０ｍｍＨｇ／秒未満のままであるように制御するように構成された、請求項１に記載のろ過装置。
23. 増大の割合を２０ｍｍＨｇ／秒未満のままであるように制限するように構成された、請求項２２に記載のろ過装置。
24. 血液が前記事前真空容器に入るときに前記フィルタの両側の間の圧力差の増大の割合を、３０ｍｍＨｇ／秒未満のままであるように制御するように構成された、請求項５に記載のろ過装置。
25. 前記圧力差の増大の割合を、２０ｍｍＨｇ／秒未満のままであるように制限するように構成された、請求項２４に記載のろ過装置。
26. 前記フィルタの入口側における空間への流入血液流量を、血液が前記事前真空容器に入るときに前記フィルタの前後の前記圧力差を３０ｍｍＨｇ／秒未満の増大の割合で増大させるように規定するように構成されている、請求項１４に記載のろ過装置。
27. 前記圧力差の増大の割合を、２０ｍｍＨｇ／秒未満のままにするように制限するように構成された、請求項２６に記載のろ過装置。
28. 前記流量制限制御要素は前記容器の外側に配置される、請求項５、１１、１３又は１４に記載のろ過装置。
29. 前記流量制限制御要素が採血針アセンブリに一体化されている、請求項５、１１、１３又は１４に記載のろ過装置。
30. 約１ｃｃ〜２ｃｃの体積のろ液を生成するように構成された、請求項１、２、５、１１、１３又は１４に記載の装置。
31. 約１．５ｃｃの体積のろ液を生成するように構成された、請求項３０に記載の装置。
32. 前記流量制限制御要素は、設計された毛管半径、毛管長及び圧力降下のためのハーゲン・ポアズイユの法則に従った前記毛管制限を提供するように構成される、請求項１に記載のろ過装置。
33. 前記管は均一な内径を有する、請求項１６に記載のろ過装置。
34. 前記アクセスセプタムは、前記流量制限制御要素から前記血流を受け取る針によって穴をあけられる、請求項１７に記載のろ過装置。
35. 前記流量制限制御要素は前記容器の内側に配置される、請求項２、１１、１３又は１４に記載のろ過装置。
36. 前記流量制限制御要素は、設計された毛管半径、毛管長及び圧力降下のためのハーゲン・ポアズイユの法則に従った前記毛管制限を提供するように構成される、請求項１４に記載のろ過装置。
37. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
    事前真空容器と、
    前記容器内に配置されるフィルタと、
    前記フィルタの上流に配置され、前記フィルタに向かう血流を制限することによって前記フィルタの前後の圧力差を制限するように設計された流量又は圧力差制限制御要素又は装置であって、前記フィルタに関連する溶血を実質的に排除するために、血液が前記事前真空容器に入るときに前記フィルタの前後の圧力差の変化の割合の増加を受動的に制限するように構成された流量又は圧力差制限制御要素又は装置と、を備えるろ過装置。
38. 前記流量制限制御要素又は装置が前記容器の外部に配置される、請求項３７に記載のろ過装置。
39. 前記流量制限制御要素又は装置が採血針アセンブリに一体化されている、請求項３８に記載のろ過装置。
40. 前記流量制限制御要素又は装置が前記容器の内部に配置される、請求項３７に記載のろ過装置。
41. 前記流量制限制御要素又は装置が流量抑制要素又は装置を含む、請求項３７、３８又は４０に記載のろ過装置。
42. 容器内に血清又は血漿を得るように血液をろ過するろ過装置であって、
    前記容器が、両端のアクセスと、フィルタと、流量又は圧力差制限制御要素又は装置と、を有し、
    前記制限制御要素又は装置が、前記フィルタの上流に配置され、前記容器内への血流のための毛管制限を提供し、かつ、設計された毛管半径、毛管長及び圧力降下のためのハーゲン・ポアズイユの法則に従った前記毛管制限を提供する、ろ過装置。
43. 前記容器が管を含む、請求項４２に記載のろ過装置。

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