JPH03247345A - 細胞懸濁液濾過装置 - Google Patents
細胞懸濁液濾過装置Info
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- A61M1/3696—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits using separation based on different densities of components, e.g. centrifuging with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
-
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
血液は生きた複合体であり、多くの点で不安定な系であ
って、その成分の分離法やその成分の特性に影響を与え
るプロセスはこれらの性質を考慮して実施しなければな
らない。多くの医学的方法は全血を特定成分に分離する
ことに基いており、血漿のような均一な集合体を処理す
るか或いは赤血球、血小板および白血球のような分離成
分を抽出する。最近、病気を弱めたり有害生物を殺すた
めに血液複合体中の種々の成分を処理または除去する治
療法が非常に多くなってきた。損傷を与えることなく全
血成分を分離することは血漿収集産業、治療用アフェレ
シスおよび多数の生物医学的処置にとって基本となるも
のである。血液分離法は、それらの重要性のためのみな
らずそれらが溶液から懸濁成分を分離および除去する一
般的問題の特に重要で困難な例を提供するため科学およ
び特許文献において広く研究、論議されてきた。 ［０００２］ 血液の成分を分離するのに、技術者は基本的に異なる２
つの方法、すなわち遠心分離法および膜分離法に頼って
きた。遠心力の影響下での遠心分離または層化は連続並
びにパッチ式で実施される。適当な遠心分離間隔が高度
の層化と高収率を提供する。連続遠心分離法では、特定
層（例えば、血漿）の流路におけるプローブまたは他の
分離機構が所定の成分を除去する。しがしながら、層化
（層別化）を明確に画定するためには、長滞留時間（典
型的には数分〜数時間）と時によっては有害な添加物も
必要である。長滞留時間でも、血漿または抽出細胞成分
にいくらかの残留濃度の細胞が残る場合がある。その上
、回転シールを使用しなければならず、それらのシール
は非無菌、漏れおよび汚染問題をもたらすように液体に
さらされる。連続遠心分離装置にプローブまたは他の出
口の存在は、所定の層別化層での有害な成分の流入を防
ぐために若干の膜またはフィルター・シールドを必要と
する。そのような膜またはフィルターはオリフィス方向
へ引かれる傾向にある高濃縮細胞にさらされるようにな
るため、および血液成分の異物質に付着およびそれを覆
うアクティブな性癖のために、最終的に導管を詰まるこ
とが発生する。 ［０００３］ 遠心分離は血漿のような所定成分を９０％以上回収する
のに使用される。そして前述の問題点および手動工程を
必要とするにもかかわらず最も広く使用されている装置
である。市販されているある種のへマフニレシス装置は
、実質的に細胞成分を含まない液体分離体を迅速に提供
するために使い捨て方式が用いられるため膜濾過法に基
いている。濾過速度および回収率は、全血を膜の接線方
向に流し血漿抽出の場合に赤血球が膜孔へしみ出て膜孔
をふさぐのを防ぐために流れにせん断力を作用させるこ
とによって改善される。他の分野では既に知られていた
血液の分離にせん断の原理を応用することはブラットら
によって血漿の分離に最初に提案された（Ｂｌａｔｔ
ｅｔ ａｌ、 ”５ｏｌｕｔｅ Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉ
ｏｎ ａｎｄ Ｃａｋｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎＭ
ｅｍｂｒａｎｅ Ｕｌｔｒａｆｉｉｔｒａｔｉｏｎ：Ｃ
ａｕｓｅ、 ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ａｎｄ ｃｏ
ｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”、 ｉｎＭｅｍｂ
ｒａｎｅ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
Ｐｌｅｎｕｎ Ｐｒｅｓｓ、 Ｎ、 Ｙ、 １９７
０． ｐｐ、 ４７〜９７゜およびＢｌａｔｔ、 Ｕ、
Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、 ３．７０５．１００を
参照）。文献の徹底的研究の結果、数種のパラメーター
が極めて重要であるということが広く認識された。それ
らのパラメーターはせん断速度、ヘマトクリット値、単
位面積当りの血漿流量、膜内外圧、血液の流動抵抗、ふ
るい分は係数（通過物質の％）および溶血（血漿中のヘ
モグロビンの％として測定される）である。能率を限定
する要因は文献による析出（または付着）と偏寄濃度で
ある。付着要因は細胞または蛋白質或いはその両者を捕
獲または付着することによる膜孔の詰まりに関与し、偏
寄濃度は高濃度の懸濁物質が膜の近くに存在するときに
血液成分の輸送を抑制することに関係する。血漿が全血
から回収される際にヘマトクリット値は高くなるので、
例えば、９０％の血漿回収および５０％のへマドクリッ
ト値で、供血者への戻りは約９０％の細胞成分となる（
これは極めて濃縮された細胞集団である）。最高に設計
されな先行技術の装置でも、膜を通過する血漿の流れは
純粋な血漿のみにさらされる膜を通過する流れより小さ
い約２桁より大きい。血液中の懸濁生成成分は明らかに
そのような限定の原因となる。従って、比較的適量の血
漿（例えば、４０％以下のへマドクリット値に対して流
人血漿の５０％、２０〜３０ｍ１／分の最高収率）を回
収するためには膜面積を大きくする必要があり、これら
の効率は正常なヘマトクリット値（女性で３７〜４７、
男性で４０〜５４）を有する供血者にはかなり低い。時
々使用される方法であって、抗凝血剤を使用することに
よって血液を実質的に低いヘマトクリット値に希釈する
方法は収集血漿および供血者に対して望ましくない。 ［０００４］ せん断速度に多大の注目が払われてきた。そして大きな
面積を有する多数の低ぜん断装置（１０００ｓｅｃ−１
以下）が現在使用されている。これらの装置は、２．３
の研究者によって報告されている（Ｗｅｒｙｎｓｋｉ
ｅｔ ａｌ、 ”Ｍｅｍｂｒａｎｅ ＰｌａｓｍａＳｅ
ｐａｒａｔｉｏｎ−Ｔｏｗａｒｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ
Ｃ１１ｎｉｃａｌ ０ｐｅｒａｔｉｏｎ”、 Ｔｒａｎ
ｓ、 Ａｍ、 Ｓｏｃ、 Ａｒｔ。 Ｉｎｔ、 Ｏｒ ａｎｓ ２７：５３９−４２（１９
８１）、およびＳｃｈｉｎｄｈｅｌｍ ｅｔ ａｌ、
”Ｍａｓｓ ＴｒａｎｓｆｅｒＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓ
ｔｉｃｓ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ”、 Ｔｒａｎｓ、 ＡＳＡＩＯ
２７：５５４−８（せん断速度）は主として濃度偏寄に
よって制限されることを示している。逆に高ぜん断装置
（例えば、２０００ｓｅｃ’以上）では、前記ブラット
（Ｂｌａｔｔ）によって詳細に検討されているように析
出（付着）が限定要因である。この結論はカスチノ（Ｃ
ａｓｔｉｎｏ）ら、ソロモン（Ｓｏｌｏｍｏｎ）ら、お
よびポポビツチ（ＰｏｐｏｖｉＣｈ）らの文献によって
支持されている［Ｃａ５ｔｉｎｏ ｅｔ ａｌ ｉｎ
Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ、３９５． Ｂｌｏｏｄ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂ、 、 Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｄ Ｃｒｏｓｓ、 （ａｌｓｏ
ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ａｓ Ｆｉｎａｌ顕囚匹ＮＡ／
ＢＬ Ｃｏｎｔｒａｃｔ Ｎｏ、 １−ＨＢ−６−２９
２８） ｅｎｔｉｔｌｅｄ ”Ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ
ＭｅｍｂｒａｎｅＰｌａｓｍａｐｈｅｒｅｓｉｓ”；
Ｓｏｌｏｍｏｎ ｅｔ ａｌ、 Ｔｒａｎｓ ＡＳＡ
ＩＯ２４：２Ｈ１９７８） ｅｎｔｉｔｌｅｄ”Ｃｏｎ
ｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｌｏｗ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｉｌ
ｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｆｒｏｍ Ｗｈ
ｏｌｅ Ｂｌｏｏｄ” ；Ｐｏｐｏｖｉｃｈ、 Ｌｌ、
Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、４．１９１．１８２；およ
びＳｏｌｏｍｏｎ、 Ｕ、Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、
４，２１２゜７４２参照〕。 ［０００５］ しかしながら、高ぜん断装置の広汎で集中的な研究にも
かかわらず、これまで間約使用はわずかしかなく、これ
は多数の相反する要素のためと思われる。ヘマトクリッ
ト値の増加に伴い血漿流用効率が低下し、血液の粘度が
かなり高くなるために、手頃な血漿回収（例えば、７５
％）は過度の膜面積を必要とする。せん断を増すことに
よってこれらの要素を克服するには、前記カスチノやソ
ロモンの文献におけるように血液を再循環することに血
液の流量を非常に高くする必要がある。また、血液の流
動抵抗のため、必須の高膜内外圧と共に過度に小さな間
隙寸法が必要である。従って、そのような装置は能力に
おいて潜在的に限定される。一方低せん断、高面積の装
置は十分な大きさの場合は高価になる。 ［０００６］ 血漿の収集を含む血液の分離問題についての多くの研究
および分析の結果、本出願人は回転、同軸膜構造が同軸
固定壁によって反対側に近接して境を接する環状血液体
積の内面に角速度を与えるところの血液分離法を考案し
た。それによって、血漿回収率、血漿の純度、ヘマトク
リット値に無関係に、操作速度およびコストの点におい
て顕著な改善が得られた。本発明による装置および方法
はこれまで利用されてきた遠心分離法および膜濾過法と
は全く異なるものである。 ［０００７］ 本出願人の発見および開発研究に続いて、出願人は本装
置とこれまで使用されてきた装置および方法との関係を
さらに広く理解するために特許および科学文献の広汎な
調査を行った。その結果、他の物質（例えば、沈澱物や
粒子物質）が混合または懸濁している液体系の槽内で回
転自在の濾過ドラムまたはシリンダを回転するという開
示が多数見つかった。その回転はフィルターに衝突して
フィルターをふさぐ高密度粒子および懸濁物質を出すた
めに使用される。下記の特許はこの方法の例を含むニ ー米圓詩許香号−一 −発朋考一 −一年
一一１ 、 ６６４ 、 ７６９ Ｃｈａｎｃ
ｅ １９２８２．１９７，５０９
Ｒｅ１ｌｌｙら １９４０２ 、 ３９
８ 、 ２３３ Ｌｉｎｃｏｌｎ
１９４６２ 、 ７０９ 、 ５００ Ｃａ
ｒｔｅｒ １９５５３ ， ３ ５ ５
， ３ ８ ２ Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ
１ ９ ６ ７３， ４ ９ １， ８８
７ Ｍａｅｓｔｒｅｌｌｉ １
９ ７ ０３，５６８，８３５ Ｈａｎｓ
ｅｎ １９７１３， ８２１， １
０８ Ｍａｎｊｉｋｉａｎ １９７
４３， ８３０， ３７２ Ｍａｎｊｉｋ
ｉａｎ １９７４３，８３３，４３４
Ｇａｙｌｅｒ １９７５［０００８］ また、せん断を与えるために外壁と共に回転濾過部材を
使用することは、他の分野において種々の研究がある。 例えば下記の出版物がある：Ｂ． Ｈａｌｌｓｔｒｏｍ
ｅｔ ａｌ： ”Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ａ
Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
Ｍｏｄｕｌｅ”，Ｍ． Ｌｏｐｅｚ−Ｌｅｉｖａ：
”Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｔ Ｌｏｗ Ｄ
ｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＰｏ
ｌａｒｉｚａｔｉｏｎ： Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｏｓ
ｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ”， Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ
， Ｖｏｌ．３５， ｐｐ． １１５−１２８（１９
８０）。 ［０００９］ これら２つの刊行物は懸濁液よりむしろ溶液の処理に関
するものであって、逆浸透のような特殊な目的のために
のみせん断を誘起させている。これらの装置においては
遠心分離は作動要素ではない。 ［００１０］ 上記の特許および刊行物は相互にさえもしばしば類似し
ない広範囲の技術から得られている。それらは主として
有害な作用を伴うことなく激しく処理することができる
安定な液体系を取り扱っている。そして遠心分離作用ま
たはせん断作用の利用のいずれかであって、両方を含ん
でいない。従って、これら種々の刊行物の教示は血液成
分の分離または分別に含まれる多くの問題に置き換える
ことはできない。分離過程で生じる血液の損傷の危険、
血液の特に付着性、性質の著しい変化は全て血液の分別
問題を臨界的のみならず実際に独特なものにしている。 ［００１１］ また、本出願人の広分野の血液処理は酸素添加法を含む
こと、そして下記の文献に記載しているように回転膜を
組み込んだ酸素添加装置があることを指摘するＳｔｒｏ
ｎｇ ｅｔ ａｌ： ”Ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａ
ｌ ５ｒｕｄｙ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｉｎ ＲｏｔａｔｉｎｇＣｕｖａｔｔａ Ｆｌｏｗ ｗ
ｉｔｈ Ｌｏｗ Ａｘｉａｌ Ｒｅｙｎｏｌｄａ Ｎａ
ｍｂｅｒ”、 Ｃａｎ、 Ｊｎｌ、 ｏｆ Ｃｈｅｍ、
Ｅｎ 。 顕１．５４ ｐｐ、２９５−２９８（１９７６）。 ３ 、 ６７４ 、 ４４０ Ｋｉｔｒｉｌｎ
ｋｉｓ １９７２３、 １８３． ９０８
Ｃａ１ｌｉｎｓｅｔａｌ １９６５３．
０２６，８７１ Ｔｈｏｍａｓ
１９６２３ 、 ７７１ 、 ６５８ Ｂｒ
ｕｍｆｉｅｌｄ １９７３３ 、 ７７１
、 ８９９ Ｂｒｕｍｆｉｅｌｄ
１９７３４、 ２１２． ７４１ Ｂｒｕｍｆ
ｉｅｌｄ １９８０［００１２］ これらの特許は血液の処理において用いなければならな
い特別な注意および手段を示しているが、それらは渦流
や他の非層化作用のような血液分離の目的には明らかに
有害な技術を提案および利用している。 ［００１３］ 本発明による血液の成分を分離する装置および方法は、
血液の薄い流動層（又は流動シート）に遠心力を十分な
時間かけ、同時にその薄い流動層を横断して高ぜん断を
確立する。流動する血液に接触し回転軸と同軸の移動膜
が粘性抵抗を介して血液流に高ぜん断（ずれ）を生じさ
せる。その膜は同時に隣接する流動体から所望の媒質の
みを濾過する。細胞物質の半径方向外側への移動は、濾
液の一定回収にもかかわらず膜表面における軽量濾液の
補給をもたらす。薄い流動層は中心軸の回りに同軸の回
転部材と固定同軸せん新壁との間の環として形成されて
、入口および出口領域間を縦方向並びに回転部材の回り
を周方向に移動する。高密度成分を実質的に含まない濾
液は容易に膜を通過し、回転部材の内部を介して流出路
へ入る。この作用は、析出（又は付着）および濃度偏寄
を実質的に排除しながら一定の膜面積に対して一桁以上
まで濾液の回収を高める。本発明による低コストの使い
捨て装置は弱くて、不安定な血液に損傷を与えることな
く供血者からの全血を連続的に処理する。さらに、入口
および出口は固定部品であって内部流１′：ｙ開士、ｊ
″′″≦−１／ｉ）’ｉＪ ％ ｇ ｌノ路は無菌で外
部汚染を受けないようになっている。 ［００１４］ 回転速度、液体複合体の粘度、環状分離ゾーン、すなわ
ち血液が閉じ込められる同心間隙における滞留時間が装
置内の条件を実質的に確立して、１０００ｓ ｅｃ−１
以上のせん断および膜表面における遠心力が５０ｇ以上
の場合に、血液および多くの典型的液体懸濁液に対する
効果が顕著になる。例えば、血漿の分離にはコスト−性
能特性に関して低コスト使い捨て方式で小膜面積を用い
ることによって優れた結果が得られる。１つの実施例で
は、２．５４ｃｍ（ｌｉｎ）直径のスピンナおよび５０
０ｍ２の膜面積を使用して、０．０６ｃｍ （０，０２
４ｉｎ） 〜０．０９ｃｍ （０，０３７ｉｎ）の間隙
寸法と約３６０Ｏｒ、ｐ、ｍ、（７）回転速度を用いた
。そのような条件下で、正常な血液粘度でヘマトクリッ
ト値が４５の血液で、せ血液流量から約７８％の回収に
十分なものである。かくして、多数でしばしば相反する
要件が同時に満たされる；せん断は効率的な濾過のため
十分高いが赤血球や他の物質に損傷を与える程高くては
ならない；動的力は過度のせん断を生じさせることなく
異なる密度の成分を分離するため適当な大きさのもので
なければならない；濾過効率は時間と共に低下してはな
らない；滞留時間は高回収のなめ適当でなければならな
い；そして血液流の粘度変化はこれらの条件から局部変
動をもならしてはならない。 ［００１５］ 血液成分の分離装置のさらに特定の例における中心スピ
ンナは、鉛直中心軸に沿って外拘束容器内に配置される
。そしてその外拘束容器の内壁がスピンナと同軸でぜん
断間隙によって一定の間隔を保っなせん新壁を画定する
。スピンナ本体は内部通路を介して中心血漿マニホルド
または導管に通じる表面みぞを含む。そしてスピンナ表
面は所望の濾液に対して選んだ孔径（例えば血漿に対し
ては０゜４〜０．８μｍ）を有する膜によって被覆され
る。血液が接線方向内方の間隙内に供給されるに伴い、
スピンナは必要な回転速度で回転する。低密度の濾液は
装置内の静圧によって決まる膜内外圧下で膜孔を通過す
る。濾過効率は高ぜん断によって顕著に増大する。膜を
通った成分は中心マニホルドにおけるスピンナの内部に
収集され、室の下端部の回転シール内の中心オリフィス
を介して出る。高密度の成分は流動圧および重力下で縦
方向下側へ移動して、せん断間隙領域から直接接線方向
の出口オリフィスに入る。スピンナは上端部の磁気カッ
プリングによって外部モータ駆動構造体からスピンナ本
体上の磁気リングへ間接的に駆動される。駆動カップリ
ングの内外部の磁性体は縦方向に移動できるので、磁力
が常にスピンナ本体に下向の力を与えてスピンナ本体を
下部の回転シールへ固着させる。そのシールは膜の血液
側と血漿側に分ける働きをするだけであるので、血液流
路の無菌状態はシールの動作には依存しない。また、磁
性体は、スピンナが磁場内に浮遊するように中央に配置
することができる。そして軸受の回りにシールを作るこ
とができる。スピンナ本体の縦方向の両端部は拘束容器
端壁に近接並置される。そして装置内の空気はスピンナ
の各端部の回転軸受を隔離する限定された気体−液体界
面部を有する小体積部にしつかり捕獲される。スピンナ
本体や拘束容器のような血液と接触する部品は、高価な
回転軸受やシールを必要としないので小型で低価格の成
形プラスチックにすることができる。その結果、外部磁
気駆動体以外のユニットは、血漿を収集し損傷のない高
ヘマトクリット懸濁液を戻すために１人の供血者に使用
する使い捨て品である。 ［００１６］ 凍結濃縮赤血球が白血球およびその集合体と共に有毒の
不凍溶液中に長期間貯蔵されることから種々の用途が考
えられる。ここで、せん断間隙の拘束外壁は食塩水を入
れるべく表面積面を大きくするために多孔質にすること
ができる。有毒溶液が濃縮赤血球および随伴物質をせん
断間隙を介して運ぶ際に、絶えず導入される食塩水およ
び有毒溶液は希釈されて白血球およびその集合体を含む
層を形成する。この物質は比較的大きな孔径（例えば、
７０〜１００μｍ）を有する濾過表面を介して連続的に
抽出される。装置の出口端部において、完全に洗浄され
た赤血球流（食塩水の添加によってヘマトクリット値が
低い）が得られる。 ［００１７］ 本発明による装置の性能は血液分別装置において大きな
利点をもって利用される。例えば、血漿の収集における
膜の面積は現在使用されている膜の面積より小さくでき
ると共に、回収効率、すなわち流人血漿成分の実際に回
収されるパーセントを８０〜９０％にでき、血液が供血
者から採取される速度と一致する時間内に回収が完了す
る。さらに、本装置は処理される血液の年齢およびヘマ
トクリット値には実質的に無関係に動作する。本発明の
概念は血漿の分離装置および方法のみならず、使い捨て
濾過装置、および計器を付けた血漿収集制御装置も含む
。 ［００１８］ 第１図〜第４図に示す本発明による血液分別装置１０は
全血から迅速かつ各供血者から典型的に得られる量で、
低コストで血漿を抽出する。関連の制御装置および計器
類は後述するけれども、理解を容易にするために血漿分
離装置と関連駆動装置のみを示す。しかしながら、本装
置１０は一度だけ使用する程低コストである使い捨て式
の要件を満たすことを特に注目されたい。これらの図面
における相対的サイズは明確なものではなく、図面は一
定の比例に応じて描かれていないことをはっきり認識す
る必要がある。特に、間隙の寸法および膜厚は理解をよ
くするために誇張しである。 ［００１９］ 血液分別装置１０は主として、鉛直中心軸の回りに同心
的に取り付けられた円筒形ハウジング１２と、該円筒形
ハウジング１２内で同心的に回転自在に鉛直中心軸と同
心に装着された内回転スピンナ１４を含む。血液流路の
境界はハウジング１２の内表面と、回転スピンナ１４の
外表面（一定の間隔をもつ）によって画定される、そし
てその間隔は本例ではときどきせん断間隔と呼ぶ。全血
は入口導管２０から血液を回転スピンナ１４の上端付近
の領域に対し接線の方向にある流路の血液流入領域へ向
ける入口オリフィス２２を介して供給される。ハウジン
グ１２の内壁２４は、本例では直円柱（筒）の回転スピ
ンナ１４の外周から均一な距離（ここでは約０．０６ｃ
ｍ （０，０２４ｉｎ））をもった直円柱（筒）にある
。 円筒形ハウジング１２の底端において、ハウジング内壁
２４は出口オリフィス３４を含み、その外縁はせん断間
隔下端の出口領域内の内周の正接に沿っである。 入口オリフィス２２および出口オリフィス３４が横たわ
る正接におけるスピンナ１４の回りの円周方向の流速は
実質的に入口および出口の流量と釣り合って、最適設計
における加速および減速作用を減じる。しかしながら、
この最適の釣り合付１ｎｌ ｔ Ｉｊ−、？’４ （，
５’４Ｄ （１４）い速度を用いなかった実際の装置
は血液に有害な作用をもつことが見られなかった。 ［００２０１ 第３図の横断面図においてのみわかるように、血液の入
口流は最初移送部２６を通り、次に入口流を層流に保つ
ために入口オリフィス２２の横断面寸法の少なくとも５
倍の寸法を有する直線部２８を流れる。出口オリフィス
３４は、ハウジング１２内の流れに逆の曲がりが生じな
いような、従って入口または出口オリフィスに層流が得
られるような形状の曲がった発散形波路に接続する。オ
リフィスの幅は、血液への有害な乱流作用を回避するた
めに間隙寸法を越えてはならない。しかしながら、オリ
フィスの正面寸法は、流入速度の調節や出口における除
去作用を高めるために間隙寸法より実質的に大きくする
。流入部２６．２８および出口流路３６はハウジング１
２と別に成形してそれに取り付けられる２つの補足的半
割りによって完成させることができる。 ［００２１］ 円筒形ハウジング１２は壁が非磁性の端末ボス４２を有
する上端キャップ４０と、中心軸と同心の血漿出口オリ
フィス４６で終わる下端ハウジング４４で完成する。回
転スピンナ１４は上端キャップ４０と下端ハウジング４
４間の鉛直位置に取り付ける。スピンナ１４は、望まし
くは高密度ポリプロピレンのような軽量で強く、不透過
性の合成樹脂材料製の成形中心マンドレル５０（この場
合、２゜５４ｃｍ （１ｉｎ）直径）からなる。成形を
簡単にするために、後で一緒に接合する２つの分離パー
ツ（図示せず）にすることができる。中心マンドレル５
０の外表面は、マンドレル５０の円筒形外周面に均一に
ある環状ランド部５４によって分離された一定の間隔を
保った一連の周みぞ５２を画定するように成形される。 周みぞ５２によって画定された表面流路は、マンドレル
５０のほぼ全長に伸びその回りの四分円に一定の間隔を
もって配置された４つの縦みぞ５６によって相互に接続
される。マンドレル５０の各端部において、これらのみ
ぞ５６は、中心軸と同軸の中心オリフィスまたはマニホ
ルド５８（第２図および第３図参照）に同一四分円の位
置に配置された一組になっている４つの半径方向導管６
０の１つを介して接続する。みぞ５６、オリフィス５８
および導管６０は濾液に制限を与えることを避けるのに
十分な横断面積を有する。また、周みぞ５２および縦み
ぞ５６は十分大きな横断面を有するので、膜の透過場所
に関係なく流体の圧力降下の差は実質的にない。別な意
味における圧力降下の変動は高能率操作の場合の膜内外
圧の感知できる小部分より大きくてはならない。この均
一性のためには周みぞ５２の間隔が比較的狭いことも必
要である。２つの縦方向ランド部６１は縦みぞ５６に対
して対称的間隔でマンドレル５０に沿って伸びる。従っ
て、マンドレル５０はその中心軸の回りに本来、釣り合
っていて、不安定を伴うことなく高速度で回転すること
ができる。 ［００２２］ 回転スピンナ１４の表面（約７．５ｃｍ（３ｉｎ）の長
さ）は円筒膜６２、例えばミリポア（Ｍｉ １１１ｐｏ
ｒｅ）によりポリフッ化ビニリデンなる名称で市販され
ている種類の濾過膜によって被覆される。膜６２は０．
６μｍの公称孔径を有するが、他の孔径も使用可能であ
る（血漿の範囲は典型的には０．４〜０． ８μｍであ
る）。本例における円筒膜の全表面積は約５００ｍ２で
あり、この値は約３０〜５０ｍ１Ｚ分の血漿を回収する
ため従来の装置に利用される膜表面積よりかなり大きい
。 ［００２３］ 上端部において、回転スピンナ１４は、一方で端部キャ
ップ４０に圧入され回転スピンナ１４に装着またはその
一体部品を形成する端部シリンダ６６内の円筒形軸受面
６５内に着座したピン６４の回りに回転するため上端キ
ャップに取り付ける。ピン６４の下端部は軸受面６５の
隣接する小室内へ突出しているので、ピン端部は端部円
筒６６へ掘り進むことはない。端部円筒６６はスピンナ
１４の直接駆動に利用される磁性材料製リング６８（例
えば、ロックウェル硬度が４５〜５０の４４０Ｃステン
レス鋼または成形セラミック磁石）によって部分的に囲
まれる。このために、ハウジング１２の外側の駆動モー
タ７０が非磁性の端部キャップ４０を部分的に囲む環状
磁性駆動部材７２を回転するために結合される。駆動部
材７２は一定の間隔を保ち端部円筒の磁性リング６８に
面し鉛直中心軸に沿ってリング６８の中心より下側に中
心を有する少なくとも一対の内永久磁石７４を含む。環
状駆動部材７２が回転すると、ハウジング１２内部のリ
ング６８とハウジング外部の磁石７４間の磁引力がスピ
ンナ１４を外部駆動体に固定して、スピンチ１４をすべ
ることなく回転する。その上、磁石７４とリング６８間
の鉛直方向の変位がスピンナ１４に一定の下向き力を加
える。本例では回転速度３６００ｒ、ｐ、ｍ、が用いら
れるが、他のパラメーターが変わったり、少量の溶血の
影響が小さい場合にはさらに高い回転速度が用いられる
。与えられた構成の装置で、例えば５５５０ｒ、ｐ、ｍ
、まで余り溶血を伴うことなく作動することができる。 モータ７０の公称回転速度からスピンナの回転速度を上
げるために、駆動モータ７０に結合したベルト駆動装置
や歯車装置を使用することができる。 ［００２４］ 回転スピンナ１４の下端において、中心出口オリフィス
５８は中心軸と同心の端部軸受７８の中心穴７６に通じ
る。端部軸受７８は下端ハウジング４４に着座し下向き
に広がる中心テーパ側面７９を含む。端部軸受座は、下
端ハウジング４４の下端の中心開口８２の下縁を形成す
る狭い同心スロートまたは内肩部８０によって画定され
る。スピンナ１４の材料が軟らか過ぎたり曲がり過ぎた
りする場合には、軸受７８における摩耗が過度になった
り、或いはシールが全使用期間に対して不適当になる。 そのような場合に、シールを確実に維持するために内部
輪郭は同一であるがより硬い材料の小挿入体（図示せず
）をこの領域のスピンナ１４に挿入することができる。 また、スラスト軸受シールを提供するために端部シール
または０−リング（図示せず）を使用することができる
。 ［００２５］ 中心開口８２は血漿出口オリフィス４６に通じる。半径
方向の軸受面は、中心開口８２の嵌合面内にはまる端部
軸受７８の円筒形上部８３によって画定される。スピン
ナ１４が回転すると、端部軸受７８は磁気カップリング
によって方向の肩部８０へ機械的に押し付けられ、それ
によって端部シールを形成する。 ［００２６］ スピンナ１４本体の下端部も端部軸受７８の回りの容積
を増すために対向する端壁に面する凹面８４を含む。ス
ピンナ下端部におけるこの構造は流入空気の捕獲および
下端の回転シール付近の安定な気泡の生成を助けて、シ
ールの完全性を高め溶血に寄与すると考えられる血液流
への熱伝達を制限する。スピンナ１４の縦方向端部が隣
接の端部壁の近くに（例えば、０．０５ｃｍ）配置され
るため、気泡がこれらの領域でトラップされるときハウ
ジング１２の両端では血液と空気の界面の面積が最小と
なる。凹面８４を用いる必要はないが、スピンナ１４の
端面と対向する構造物の端壁間の隙間は層流を維持する
ため十分小さくする必要がある。さらに、端部円筒６６
の直径をスピンナ１４に対して小さくすることは、血液
へのせん断応力を増すことなく空気の保護および隙間の
減少に役立つ。端部領域における乱流は血液流中の血漿
への溶血をもたらし、シーリング問題を大きくする。 ［００２７］ 本実施例で採用した回転速度３６００ｒ、ｐ、ｍ、で回
転する回転スピンナ１４での操作時、全血は入口オリフ
ィス２２を介してスピンナ１４の外面とハウジング１２
の内壁２４間のせん断間隔の中へ接線流入で始まる低加
速および減速流路へ流入される。周速は回転スピンナ１
４上の円筒形外膜６２と接触している血液層の粘性抗力
によって与えられるので、スピンナ１４の回りにスピン
ナによって回転作用が生じる。 ［００２８］ 全血の流入は、激しい衝撃および急激な加速を避けるた
めに入口オリフィス２２の領域における平均周速に釣り
合った速度が望ましい。このように血液入口流の釣り合
いが望ましいけれども、第１図に示す血漿分別装置にお
ける流入速度範囲および形状で実際に悪影響が見られな
かったから、前述の正確な関係を維持する必要はない。 粘性抗力の作用は血液をこわすことなく円滑で限定され
た加速を与える。ハウジング１２の内壁と回転スピンナ
１４の外面間の内容積が満たされるにつれて迅速に安定
性が得られる。安定化運転および血漿流出の前に、装置
内の空気は膜６２から出されて、周みぞ５２、縦みぞ５
６および半径方向導管６０を経て中心出口オリフィス５
８へと迅速に内側へ移動し、そこから端部軸受７８の中
心穴７６を通って血漿出口オリフィス４６へ流れる。一
貫生産の装置においては、小体積の塩分を含んだ溶液が
血液流に先行する。 ［００２９］ 遠心力は、前記の構造および作動条件に対して最小約５
０ｇ以上最大約４４５ｇ以下に保つ。しかしながら、特
定の用途に対しては流量、滞留時間および他のパラメー
ターが変わるため、前述の値は固定されたものではない
。例えば、遠心力が５０ｇ以下に低下すると、処理速度
は著しく低下するがなお有利である。同時に、血液の全
円筒形シェルはせん断間隔内を実質的に一定速度で縦方
向下方へ移動する。これらの条件のみでは血液の高効率
濾過または非損傷性処理を保証しない。 ［００３０］ 血液の臨界的で不安定な特性が化学的および物理的要素
から生じる、そして破壊的な作用が高速、高ぜん断装置
において容易に生じる。血液は、適当な移動が維持され
ないと全く異質の表面に付着してそれを覆う性質がある
。正常な全血は１ ｇ ７ｃｍ２の範囲における密度（
ρ）で４〜５センチポアズの範囲内の粘度（μ）で３７
〜５４のへマドクリット値を有する。しかしながら、血
漿回収中の流体の粘度は、生成成分が実質的な血漿、特
に赤血球のパックなしに揺変性であるため著しく増す。 これらおよび他の理由のため、適当な流動条件の維持は
血液の分離に影響を与える全てのパラメーターに必要な
注意を払うことを含む。 ［００３１］ 血液の流入速度（約６０〜１００ｍ１／分）および血液
流に利用する内容積が系（装置）内の血液の滞留時間を
決める。その滞留時間は本例では典型的に３秒程度であ
る。実際の装置において、回転速度３６００ｒ、ｐ、ｍ
、円筒膜６２の直径２゜５４ｃｍ（ｌｉｎ） 半径方
向の間隔０．０６ｃｍ （０，０２４ｉｎ） で、ぜん
断値的８０００ｓｅｃ−１および遠心力１９０ｇがぜん
断間隙を通る血液に加えられる。かくして、前述のせん
断の原理に従って、血液中の血小板、白血球および他の
生成成分は膜面の横断移動が維持されて、血漿が通過す
る膜に付着したり膜孔に詰まるような傾向はない。せん
断原理の効果的使用に関して、従来技術において用いら
れてきたような極めて小さい間隙や高流動抵抗に普通随
伴する過度の高流速または高循環速度を含むことなく高
ぜん断速度が生じることに意義がある。 従来の装置に普通みられる細胞の詰まりおよび濃度偏寄
は排除され、膜濾過作用に悪影響を与えない。事実、膜
に小孔があっても顕著な赤血球の集中や溶血は血漿流出
体に存在しない。血漿の膜６２透過効率は全操作サイク
ルを通して極めて高い。粘性抵抗によって生じる速度成
分が内方運動を押さえる傾向にあるため、付ｌ１ｊ１士
ｄ−ご’ｌ ｌｔ５’ＩＤ （ｉｂ）この場合の膜内
外圧の唯一の源は系内の静圧である。しかし、血液流向
体の静圧は必要な膜内外圧の提供のみならず、血漿濾液
を周みぞ５２の画定する表面流路に流し、そこから縦み
ぞ５６および半径方向導管６０を介して血漿を中心オリ
フィスまたはマニホルド５８に収集するのに適切である
。 ［００３２］ 系からの血漿流は、本例において約４５ｍ１／分で出さ
れ、ヘマトクリット値に依存して約１００ｍ１／分の血
液流が与えられる。従って全血が供血者から採られて残
留血漿と共に充填細胞塊が供血者に戻される速度と一致
する。９０％以上の血漿回収が達成された。第５図は実
際の実施結果であって、膜の単位面積当りに得られる良
質の血漿流量と同様に標準化した血液流入量（速度）と
の関係を示す。全ての曲線の初期勾配は流人血液のへマ
ドクリット値によって決まる。従って種々の血液源での
各種の実験から得られた多くの実４験データを共通の曲
線上に加えるために、全てのデータを初期勾配が理論的
である典型的なヘマトクリット値４５に補正した： Δ（Ｐ／Ａｍ）／△（Ｂ／Ａｍ） ＝０． ５５ここで
Ｐ＝血漿の流量 Ｂ＝流人血液の流量 Ａｍ＝膜の面積 ［００３３］ 第５図から、漸近線のレベルは予想通りｒ、ｐ、ｍ、の
増大と共に増すけれども、血漿の流用は血液流の増加と
共に漸近的になることが注目される。漸近値の理論的予
測は困難である。しかしながら、その値は遠心力の関数
（せん断速度が間隙スペーシングをｒ、ｐ、ｍ、に比例
して変えることによって一定に保たれる場合）として一
定の遠心力でせん断速度を増す場合（間隙のみを変える
ことによって）よりも急速に増加することが実験的に示
された。いずれの場合においても当業者は最近の技術は
単位膜面積当り普通０．０５ｍ１／分−ｃｍ２以下の血
漿回収をすることが認識される。最近の技術における平
板式装置は１４００ｃｍ２の膜表面積で精々約５５ｍ１
／分（０，０３９ｍ１／分−ｃｍ２）を出し、一方中空
繊維式装置は膜面積１７００ｃｍ で約２２ｍ１／分
（０，０１３ｍｌ／分−ｃｍ２）を出す。これに対して
、第１図〜第４図の装置での１インチのスピンナ、５０
０ｍ２の膜およびせん断間隙および回転速度で、流量は
約０．９ｍｌ／分−Ｃｍ２で容易に安定し、さらに高い
値にすることができる。 ［００３４］ 本発明に従って作製され、第５図の実施データを作るの
に使用された装置は蛋白質が濃厚で金色、そして溶血お
よび微量の生成成分をほぼ完全に含まない血漿濾液を提
供する。出口オリフィス３４を出るパックされた細胞塊
のへマドクリット値は７５〜９０％の範囲であって、正
常な生物学的レベル以上の遊離ヘモグロビンの増加はあ
ったとしても最小のみを示す。血漿の高効率回収および
供血者への高ヘマトクリット値流の戻しという二重の性
能が当業者には極めて重要なものとして認識される。 ［００３５］ 極めて小さい膜面積と共に小さい血液膜厚さによって得
られる極小の血液プライミング体積はある種の治療装置
において重要な医学的利点として認識される。 実際の装置例において、入口オリフィスとヘッダを含む
が残りの血液管路および袋を除いた装置の全ホールドア
ツプ容積は収集装置においてわずか５ｍｌである。 ［００３６］ さらに、高価な膜を小面積使用することに伴うコスト節
約も使い捨て装置に対しては明らかである。ここに記載
する実際の用途に対して、プラスマフニレシス（血漿搬
出法）における問題は、蛋白質の濃厚な血漿を６０〜９
０％回収し赤血球、白血球または血小板に損傷を与える
ことなく高ヘマトクリット値の流を患者に戻す働きを確
実にする小型の使い捨て装置を介して正常な供血者の血
液２〜３単位の供給をトランスファーすることである。 ［００３７］ 本発明に従って、流入する血液の粘度（μ）と密度（ρ
）に対して高遠心力と高ぜん断値が与えられるが赤血球
を保護するために１５０００ｓｅｃ−１以上にならない
ようなスピンナの表面速度（Ｖ ｓ ）と間隙（ギャッ
プ）（ｄ）を選び、レイノルズ数を２００以下とすると
、次式が与えられる：ＶＳ＝ＷＸＤＸ （ｒ、ｐ、ｍ、
）／６０ ｉ ｎ／ｓｅｃここでＤはスピンナの
直径（ｉ Ｓ＝Ｖｓ／ｄ＝せん断（ｉ ｎ −
って、その成分の分離法やその成分の特性に影響を与え
るプロセスはこれらの性質を考慮して実施しなければな
らない。多くの医学的方法は全血を特定成分に分離する
ことに基いており、血漿のような均一な集合体を処理す
るか或いは赤血球、血小板および白血球のような分離成
分を抽出する。最近、病気を弱めたり有害生物を殺すた
めに血液複合体中の種々の成分を処理または除去する治
療法が非常に多くなってきた。損傷を与えることなく全
血成分を分離することは血漿収集産業、治療用アフェレ
シスおよび多数の生物医学的処置にとって基本となるも
のである。血液分離法は、それらの重要性のためのみな
らずそれらが溶液から懸濁成分を分離および除去する一
般的問題の特に重要で困難な例を提供するため科学およ
び特許文献において広く研究、論議されてきた。 ［０００２］ 血液の成分を分離するのに、技術者は基本的に異なる２
つの方法、すなわち遠心分離法および膜分離法に頼って
きた。遠心力の影響下での遠心分離または層化は連続並
びにパッチ式で実施される。適当な遠心分離間隔が高度
の層化と高収率を提供する。連続遠心分離法では、特定
層（例えば、血漿）の流路におけるプローブまたは他の
分離機構が所定の成分を除去する。しがしながら、層化
（層別化）を明確に画定するためには、長滞留時間（典
型的には数分〜数時間）と時によっては有害な添加物も
必要である。長滞留時間でも、血漿または抽出細胞成分
にいくらかの残留濃度の細胞が残る場合がある。その上
、回転シールを使用しなければならず、それらのシール
は非無菌、漏れおよび汚染問題をもたらすように液体に
さらされる。連続遠心分離装置にプローブまたは他の出
口の存在は、所定の層別化層での有害な成分の流入を防
ぐために若干の膜またはフィルター・シールドを必要と
する。そのような膜またはフィルターはオリフィス方向
へ引かれる傾向にある高濃縮細胞にさらされるようにな
るため、および血液成分の異物質に付着およびそれを覆
うアクティブな性癖のために、最終的に導管を詰まるこ
とが発生する。 ［０００３］ 遠心分離は血漿のような所定成分を９０％以上回収する
のに使用される。そして前述の問題点および手動工程を
必要とするにもかかわらず最も広く使用されている装置
である。市販されているある種のへマフニレシス装置は
、実質的に細胞成分を含まない液体分離体を迅速に提供
するために使い捨て方式が用いられるため膜濾過法に基
いている。濾過速度および回収率は、全血を膜の接線方
向に流し血漿抽出の場合に赤血球が膜孔へしみ出て膜孔
をふさぐのを防ぐために流れにせん断力を作用させるこ
とによって改善される。他の分野では既に知られていた
血液の分離にせん断の原理を応用することはブラットら
によって血漿の分離に最初に提案された（Ｂｌａｔｔ
ｅｔ ａｌ、 ”５ｏｌｕｔｅ Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉ
ｏｎ ａｎｄ Ｃａｋｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎＭ
ｅｍｂｒａｎｅ Ｕｌｔｒａｆｉｉｔｒａｔｉｏｎ：Ｃ
ａｕｓｅ、 ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ａｎｄ ｃｏ
ｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”、 ｉｎＭｅｍｂ
ｒａｎｅ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
Ｐｌｅｎｕｎ Ｐｒｅｓｓ、 Ｎ、 Ｙ、 １９７
０． ｐｐ、 ４７〜９７゜およびＢｌａｔｔ、 Ｕ、
Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、 ３．７０５．１００を
参照）。文献の徹底的研究の結果、数種のパラメーター
が極めて重要であるということが広く認識された。それ
らのパラメーターはせん断速度、ヘマトクリット値、単
位面積当りの血漿流量、膜内外圧、血液の流動抵抗、ふ
るい分は係数（通過物質の％）および溶血（血漿中のヘ
モグロビンの％として測定される）である。能率を限定
する要因は文献による析出（または付着）と偏寄濃度で
ある。付着要因は細胞または蛋白質或いはその両者を捕
獲または付着することによる膜孔の詰まりに関与し、偏
寄濃度は高濃度の懸濁物質が膜の近くに存在するときに
血液成分の輸送を抑制することに関係する。血漿が全血
から回収される際にヘマトクリット値は高くなるので、
例えば、９０％の血漿回収および５０％のへマドクリッ
ト値で、供血者への戻りは約９０％の細胞成分となる（
これは極めて濃縮された細胞集団である）。最高に設計
されな先行技術の装置でも、膜を通過する血漿の流れは
純粋な血漿のみにさらされる膜を通過する流れより小さ
い約２桁より大きい。血液中の懸濁生成成分は明らかに
そのような限定の原因となる。従って、比較的適量の血
漿（例えば、４０％以下のへマドクリット値に対して流
人血漿の５０％、２０〜３０ｍ１／分の最高収率）を回
収するためには膜面積を大きくする必要があり、これら
の効率は正常なヘマトクリット値（女性で３７〜４７、
男性で４０〜５４）を有する供血者にはかなり低い。時
々使用される方法であって、抗凝血剤を使用することに
よって血液を実質的に低いヘマトクリット値に希釈する
方法は収集血漿および供血者に対して望ましくない。 ［０００４］ せん断速度に多大の注目が払われてきた。そして大きな
面積を有する多数の低ぜん断装置（１０００ｓｅｃ−１
以下）が現在使用されている。これらの装置は、２．３
の研究者によって報告されている（Ｗｅｒｙｎｓｋｉ
ｅｔ ａｌ、 ”Ｍｅｍｂｒａｎｅ ＰｌａｓｍａＳｅ
ｐａｒａｔｉｏｎ−Ｔｏｗａｒｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ
Ｃ１１ｎｉｃａｌ ０ｐｅｒａｔｉｏｎ”、 Ｔｒａｎ
ｓ、 Ａｍ、 Ｓｏｃ、 Ａｒｔ。 Ｉｎｔ、 Ｏｒ ａｎｓ ２７：５３９−４２（１９
８１）、およびＳｃｈｉｎｄｈｅｌｍ ｅｔ ａｌ、
”Ｍａｓｓ ＴｒａｎｓｆｅｒＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓ
ｔｉｃｓ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ”、 Ｔｒａｎｓ、 ＡＳＡＩＯ
２７：５５４−８（せん断速度）は主として濃度偏寄に
よって制限されることを示している。逆に高ぜん断装置
（例えば、２０００ｓｅｃ’以上）では、前記ブラット
（Ｂｌａｔｔ）によって詳細に検討されているように析
出（付着）が限定要因である。この結論はカスチノ（Ｃ
ａｓｔｉｎｏ）ら、ソロモン（Ｓｏｌｏｍｏｎ）ら、お
よびポポビツチ（ＰｏｐｏｖｉＣｈ）らの文献によって
支持されている［Ｃａ５ｔｉｎｏ ｅｔ ａｌ ｉｎ
Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ、３９５． Ｂｌｏｏｄ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂ、 、 Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｄ Ｃｒｏｓｓ、 （ａｌｓｏ
ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ａｓ Ｆｉｎａｌ顕囚匹ＮＡ／
ＢＬ Ｃｏｎｔｒａｃｔ Ｎｏ、 １−ＨＢ−６−２９
２８） ｅｎｔｉｔｌｅｄ ”Ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ
ＭｅｍｂｒａｎｅＰｌａｓｍａｐｈｅｒｅｓｉｓ”；
Ｓｏｌｏｍｏｎ ｅｔ ａｌ、 Ｔｒａｎｓ ＡＳＡ
ＩＯ２４：２Ｈ１９７８） ｅｎｔｉｔｌｅｄ”Ｃｏｎ
ｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｌｏｗ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｉｌ
ｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｆｒｏｍ Ｗｈ
ｏｌｅ Ｂｌｏｏｄ” ；Ｐｏｐｏｖｉｃｈ、 Ｌｌ、
Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、４．１９１．１８２；およ
びＳｏｌｏｍｏｎ、 Ｕ、Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ、
４，２１２゜７４２参照〕。 ［０００５］ しかしながら、高ぜん断装置の広汎で集中的な研究にも
かかわらず、これまで間約使用はわずかしかなく、これ
は多数の相反する要素のためと思われる。ヘマトクリッ
ト値の増加に伴い血漿流用効率が低下し、血液の粘度が
かなり高くなるために、手頃な血漿回収（例えば、７５
％）は過度の膜面積を必要とする。せん断を増すことに
よってこれらの要素を克服するには、前記カスチノやソ
ロモンの文献におけるように血液を再循環することに血
液の流量を非常に高くする必要がある。また、血液の流
動抵抗のため、必須の高膜内外圧と共に過度に小さな間
隙寸法が必要である。従って、そのような装置は能力に
おいて潜在的に限定される。一方低せん断、高面積の装
置は十分な大きさの場合は高価になる。 ［０００６］ 血漿の収集を含む血液の分離問題についての多くの研究
および分析の結果、本出願人は回転、同軸膜構造が同軸
固定壁によって反対側に近接して境を接する環状血液体
積の内面に角速度を与えるところの血液分離法を考案し
た。それによって、血漿回収率、血漿の純度、ヘマトク
リット値に無関係に、操作速度およびコストの点におい
て顕著な改善が得られた。本発明による装置および方法
はこれまで利用されてきた遠心分離法および膜濾過法と
は全く異なるものである。 ［０００７］ 本出願人の発見および開発研究に続いて、出願人は本装
置とこれまで使用されてきた装置および方法との関係を
さらに広く理解するために特許および科学文献の広汎な
調査を行った。その結果、他の物質（例えば、沈澱物や
粒子物質）が混合または懸濁している液体系の槽内で回
転自在の濾過ドラムまたはシリンダを回転するという開
示が多数見つかった。その回転はフィルターに衝突して
フィルターをふさぐ高密度粒子および懸濁物質を出すた
めに使用される。下記の特許はこの方法の例を含むニ ー米圓詩許香号−一 −発朋考一 −一年
一一１ 、 ６６４ 、 ７６９ Ｃｈａｎｃ
ｅ １９２８２．１９７，５０９
Ｒｅ１ｌｌｙら １９４０２ 、 ３９
８ 、 ２３３ Ｌｉｎｃｏｌｎ
１９４６２ 、 ７０９ 、 ５００ Ｃａ
ｒｔｅｒ １９５５３ ， ３ ５ ５
， ３ ８ ２ Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ
１ ９ ６ ７３， ４ ９ １， ８８
７ Ｍａｅｓｔｒｅｌｌｉ １
９ ７ ０３，５６８，８３５ Ｈａｎｓ
ｅｎ １９７１３， ８２１， １
０８ Ｍａｎｊｉｋｉａｎ １９７
４３， ８３０， ３７２ Ｍａｎｊｉｋ
ｉａｎ １９７４３，８３３，４３４
Ｇａｙｌｅｒ １９７５［０００８］ また、せん断を与えるために外壁と共に回転濾過部材を
使用することは、他の分野において種々の研究がある。 例えば下記の出版物がある：Ｂ． Ｈａｌｌｓｔｒｏｍ
ｅｔ ａｌ： ”Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ａ
Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
Ｍｏｄｕｌｅ”，Ｍ． Ｌｏｐｅｚ−Ｌｅｉｖａ：
”Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｔ Ｌｏｗ Ｄ
ｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＰｏ
ｌａｒｉｚａｔｉｏｎ： Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｏｓ
ｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ”， Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ
， Ｖｏｌ．３５， ｐｐ． １１５−１２８（１９
８０）。 ［０００９］ これら２つの刊行物は懸濁液よりむしろ溶液の処理に関
するものであって、逆浸透のような特殊な目的のために
のみせん断を誘起させている。これらの装置においては
遠心分離は作動要素ではない。 ［００１０］ 上記の特許および刊行物は相互にさえもしばしば類似し
ない広範囲の技術から得られている。それらは主として
有害な作用を伴うことなく激しく処理することができる
安定な液体系を取り扱っている。そして遠心分離作用ま
たはせん断作用の利用のいずれかであって、両方を含ん
でいない。従って、これら種々の刊行物の教示は血液成
分の分離または分別に含まれる多くの問題に置き換える
ことはできない。分離過程で生じる血液の損傷の危険、
血液の特に付着性、性質の著しい変化は全て血液の分別
問題を臨界的のみならず実際に独特なものにしている。 ［００１１］ また、本出願人の広分野の血液処理は酸素添加法を含む
こと、そして下記の文献に記載しているように回転膜を
組み込んだ酸素添加装置があることを指摘するＳｔｒｏ
ｎｇ ｅｔ ａｌ： ”Ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａ
ｌ ５ｒｕｄｙ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｉｎ ＲｏｔａｔｉｎｇＣｕｖａｔｔａ Ｆｌｏｗ ｗ
ｉｔｈ Ｌｏｗ Ａｘｉａｌ Ｒｅｙｎｏｌｄａ Ｎａ
ｍｂｅｒ”、 Ｃａｎ、 Ｊｎｌ、 ｏｆ Ｃｈｅｍ、
Ｅｎ 。 顕１．５４ ｐｐ、２９５−２９８（１９７６）。 ３ 、 ６７４ 、 ４４０ Ｋｉｔｒｉｌｎ
ｋｉｓ １９７２３、 １８３． ９０８
Ｃａ１ｌｉｎｓｅｔａｌ １９６５３．
０２６，８７１ Ｔｈｏｍａｓ
１９６２３ 、 ７７１ 、 ６５８ Ｂｒ
ｕｍｆｉｅｌｄ １９７３３ 、 ７７１
、 ８９９ Ｂｒｕｍｆｉｅｌｄ
１９７３４、 ２１２． ７４１ Ｂｒｕｍｆ
ｉｅｌｄ １９８０［００１２］ これらの特許は血液の処理において用いなければならな
い特別な注意および手段を示しているが、それらは渦流
や他の非層化作用のような血液分離の目的には明らかに
有害な技術を提案および利用している。 ［００１３］ 本発明による血液の成分を分離する装置および方法は、
血液の薄い流動層（又は流動シート）に遠心力を十分な
時間かけ、同時にその薄い流動層を横断して高ぜん断を
確立する。流動する血液に接触し回転軸と同軸の移動膜
が粘性抵抗を介して血液流に高ぜん断（ずれ）を生じさ
せる。その膜は同時に隣接する流動体から所望の媒質の
みを濾過する。細胞物質の半径方向外側への移動は、濾
液の一定回収にもかかわらず膜表面における軽量濾液の
補給をもたらす。薄い流動層は中心軸の回りに同軸の回
転部材と固定同軸せん新壁との間の環として形成されて
、入口および出口領域間を縦方向並びに回転部材の回り
を周方向に移動する。高密度成分を実質的に含まない濾
液は容易に膜を通過し、回転部材の内部を介して流出路
へ入る。この作用は、析出（又は付着）および濃度偏寄
を実質的に排除しながら一定の膜面積に対して一桁以上
まで濾液の回収を高める。本発明による低コストの使い
捨て装置は弱くて、不安定な血液に損傷を与えることな
く供血者からの全血を連続的に処理する。さらに、入口
および出口は固定部品であって内部流１′：ｙ開士、ｊ
″′″≦−１／ｉ）’ｉＪ ％ ｇ ｌノ路は無菌で外
部汚染を受けないようになっている。 ［００１４］ 回転速度、液体複合体の粘度、環状分離ゾーン、すなわ
ち血液が閉じ込められる同心間隙における滞留時間が装
置内の条件を実質的に確立して、１０００ｓ ｅｃ−１
以上のせん断および膜表面における遠心力が５０ｇ以上
の場合に、血液および多くの典型的液体懸濁液に対する
効果が顕著になる。例えば、血漿の分離にはコスト−性
能特性に関して低コスト使い捨て方式で小膜面積を用い
ることによって優れた結果が得られる。１つの実施例で
は、２．５４ｃｍ（ｌｉｎ）直径のスピンナおよび５０
０ｍ２の膜面積を使用して、０．０６ｃｍ （０，０２
４ｉｎ） 〜０．０９ｃｍ （０，０３７ｉｎ）の間隙
寸法と約３６０Ｏｒ、ｐ、ｍ、（７）回転速度を用いた
。そのような条件下で、正常な血液粘度でヘマトクリッ
ト値が４５の血液で、せ血液流量から約７８％の回収に
十分なものである。かくして、多数でしばしば相反する
要件が同時に満たされる；せん断は効率的な濾過のため
十分高いが赤血球や他の物質に損傷を与える程高くては
ならない；動的力は過度のせん断を生じさせることなく
異なる密度の成分を分離するため適当な大きさのもので
なければならない；濾過効率は時間と共に低下してはな
らない；滞留時間は高回収のなめ適当でなければならな
い；そして血液流の粘度変化はこれらの条件から局部変
動をもならしてはならない。 ［００１５］ 血液成分の分離装置のさらに特定の例における中心スピ
ンナは、鉛直中心軸に沿って外拘束容器内に配置される
。そしてその外拘束容器の内壁がスピンナと同軸でぜん
断間隙によって一定の間隔を保っなせん新壁を画定する
。スピンナ本体は内部通路を介して中心血漿マニホルド
または導管に通じる表面みぞを含む。そしてスピンナ表
面は所望の濾液に対して選んだ孔径（例えば血漿に対し
ては０゜４〜０．８μｍ）を有する膜によって被覆され
る。血液が接線方向内方の間隙内に供給されるに伴い、
スピンナは必要な回転速度で回転する。低密度の濾液は
装置内の静圧によって決まる膜内外圧下で膜孔を通過す
る。濾過効率は高ぜん断によって顕著に増大する。膜を
通った成分は中心マニホルドにおけるスピンナの内部に
収集され、室の下端部の回転シール内の中心オリフィス
を介して出る。高密度の成分は流動圧および重力下で縦
方向下側へ移動して、せん断間隙領域から直接接線方向
の出口オリフィスに入る。スピンナは上端部の磁気カッ
プリングによって外部モータ駆動構造体からスピンナ本
体上の磁気リングへ間接的に駆動される。駆動カップリ
ングの内外部の磁性体は縦方向に移動できるので、磁力
が常にスピンナ本体に下向の力を与えてスピンナ本体を
下部の回転シールへ固着させる。そのシールは膜の血液
側と血漿側に分ける働きをするだけであるので、血液流
路の無菌状態はシールの動作には依存しない。また、磁
性体は、スピンナが磁場内に浮遊するように中央に配置
することができる。そして軸受の回りにシールを作るこ
とができる。スピンナ本体の縦方向の両端部は拘束容器
端壁に近接並置される。そして装置内の空気はスピンナ
の各端部の回転軸受を隔離する限定された気体−液体界
面部を有する小体積部にしつかり捕獲される。スピンナ
本体や拘束容器のような血液と接触する部品は、高価な
回転軸受やシールを必要としないので小型で低価格の成
形プラスチックにすることができる。その結果、外部磁
気駆動体以外のユニットは、血漿を収集し損傷のない高
ヘマトクリット懸濁液を戻すために１人の供血者に使用
する使い捨て品である。 ［００１６］ 凍結濃縮赤血球が白血球およびその集合体と共に有毒の
不凍溶液中に長期間貯蔵されることから種々の用途が考
えられる。ここで、せん断間隙の拘束外壁は食塩水を入
れるべく表面積面を大きくするために多孔質にすること
ができる。有毒溶液が濃縮赤血球および随伴物質をせん
断間隙を介して運ぶ際に、絶えず導入される食塩水およ
び有毒溶液は希釈されて白血球およびその集合体を含む
層を形成する。この物質は比較的大きな孔径（例えば、
７０〜１００μｍ）を有する濾過表面を介して連続的に
抽出される。装置の出口端部において、完全に洗浄され
た赤血球流（食塩水の添加によってヘマトクリット値が
低い）が得られる。 ［００１７］ 本発明による装置の性能は血液分別装置において大きな
利点をもって利用される。例えば、血漿の収集における
膜の面積は現在使用されている膜の面積より小さくでき
ると共に、回収効率、すなわち流人血漿成分の実際に回
収されるパーセントを８０〜９０％にでき、血液が供血
者から採取される速度と一致する時間内に回収が完了す
る。さらに、本装置は処理される血液の年齢およびヘマ
トクリット値には実質的に無関係に動作する。本発明の
概念は血漿の分離装置および方法のみならず、使い捨て
濾過装置、および計器を付けた血漿収集制御装置も含む
。 ［００１８］ 第１図〜第４図に示す本発明による血液分別装置１０は
全血から迅速かつ各供血者から典型的に得られる量で、
低コストで血漿を抽出する。関連の制御装置および計器
類は後述するけれども、理解を容易にするために血漿分
離装置と関連駆動装置のみを示す。しかしながら、本装
置１０は一度だけ使用する程低コストである使い捨て式
の要件を満たすことを特に注目されたい。これらの図面
における相対的サイズは明確なものではなく、図面は一
定の比例に応じて描かれていないことをはっきり認識す
る必要がある。特に、間隙の寸法および膜厚は理解をよ
くするために誇張しである。 ［００１９］ 血液分別装置１０は主として、鉛直中心軸の回りに同心
的に取り付けられた円筒形ハウジング１２と、該円筒形
ハウジング１２内で同心的に回転自在に鉛直中心軸と同
心に装着された内回転スピンナ１４を含む。血液流路の
境界はハウジング１２の内表面と、回転スピンナ１４の
外表面（一定の間隔をもつ）によって画定される、そし
てその間隔は本例ではときどきせん断間隔と呼ぶ。全血
は入口導管２０から血液を回転スピンナ１４の上端付近
の領域に対し接線の方向にある流路の血液流入領域へ向
ける入口オリフィス２２を介して供給される。ハウジン
グ１２の内壁２４は、本例では直円柱（筒）の回転スピ
ンナ１４の外周から均一な距離（ここでは約０．０６ｃ
ｍ （０，０２４ｉｎ））をもった直円柱（筒）にある
。 円筒形ハウジング１２の底端において、ハウジング内壁
２４は出口オリフィス３４を含み、その外縁はせん断間
隔下端の出口領域内の内周の正接に沿っである。 入口オリフィス２２および出口オリフィス３４が横たわ
る正接におけるスピンナ１４の回りの円周方向の流速は
実質的に入口および出口の流量と釣り合って、最適設計
における加速および減速作用を減じる。しかしながら、
この最適の釣り合付１ｎｌ ｔ Ｉｊ−、？’４ （，
５’４Ｄ （１４）い速度を用いなかった実際の装置
は血液に有害な作用をもつことが見られなかった。 ［００２０１ 第３図の横断面図においてのみわかるように、血液の入
口流は最初移送部２６を通り、次に入口流を層流に保つ
ために入口オリフィス２２の横断面寸法の少なくとも５
倍の寸法を有する直線部２８を流れる。出口オリフィス
３４は、ハウジング１２内の流れに逆の曲がりが生じな
いような、従って入口または出口オリフィスに層流が得
られるような形状の曲がった発散形波路に接続する。オ
リフィスの幅は、血液への有害な乱流作用を回避するた
めに間隙寸法を越えてはならない。しかしながら、オリ
フィスの正面寸法は、流入速度の調節や出口における除
去作用を高めるために間隙寸法より実質的に大きくする
。流入部２６．２８および出口流路３６はハウジング１
２と別に成形してそれに取り付けられる２つの補足的半
割りによって完成させることができる。 ［００２１］ 円筒形ハウジング１２は壁が非磁性の端末ボス４２を有
する上端キャップ４０と、中心軸と同心の血漿出口オリ
フィス４６で終わる下端ハウジング４４で完成する。回
転スピンナ１４は上端キャップ４０と下端ハウジング４
４間の鉛直位置に取り付ける。スピンナ１４は、望まし
くは高密度ポリプロピレンのような軽量で強く、不透過
性の合成樹脂材料製の成形中心マンドレル５０（この場
合、２゜５４ｃｍ （１ｉｎ）直径）からなる。成形を
簡単にするために、後で一緒に接合する２つの分離パー
ツ（図示せず）にすることができる。中心マンドレル５
０の外表面は、マンドレル５０の円筒形外周面に均一に
ある環状ランド部５４によって分離された一定の間隔を
保った一連の周みぞ５２を画定するように成形される。 周みぞ５２によって画定された表面流路は、マンドレル
５０のほぼ全長に伸びその回りの四分円に一定の間隔を
もって配置された４つの縦みぞ５６によって相互に接続
される。マンドレル５０の各端部において、これらのみ
ぞ５６は、中心軸と同軸の中心オリフィスまたはマニホ
ルド５８（第２図および第３図参照）に同一四分円の位
置に配置された一組になっている４つの半径方向導管６
０の１つを介して接続する。みぞ５６、オリフィス５８
および導管６０は濾液に制限を与えることを避けるのに
十分な横断面積を有する。また、周みぞ５２および縦み
ぞ５６は十分大きな横断面を有するので、膜の透過場所
に関係なく流体の圧力降下の差は実質的にない。別な意
味における圧力降下の変動は高能率操作の場合の膜内外
圧の感知できる小部分より大きくてはならない。この均
一性のためには周みぞ５２の間隔が比較的狭いことも必
要である。２つの縦方向ランド部６１は縦みぞ５６に対
して対称的間隔でマンドレル５０に沿って伸びる。従っ
て、マンドレル５０はその中心軸の回りに本来、釣り合
っていて、不安定を伴うことなく高速度で回転すること
ができる。 ［００２２］ 回転スピンナ１４の表面（約７．５ｃｍ（３ｉｎ）の長
さ）は円筒膜６２、例えばミリポア（Ｍｉ １１１ｐｏ
ｒｅ）によりポリフッ化ビニリデンなる名称で市販され
ている種類の濾過膜によって被覆される。膜６２は０．
６μｍの公称孔径を有するが、他の孔径も使用可能であ
る（血漿の範囲は典型的には０．４〜０． ８μｍであ
る）。本例における円筒膜の全表面積は約５００ｍ２で
あり、この値は約３０〜５０ｍ１Ｚ分の血漿を回収する
ため従来の装置に利用される膜表面積よりかなり大きい
。 ［００２３］ 上端部において、回転スピンナ１４は、一方で端部キャ
ップ４０に圧入され回転スピンナ１４に装着またはその
一体部品を形成する端部シリンダ６６内の円筒形軸受面
６５内に着座したピン６４の回りに回転するため上端キ
ャップに取り付ける。ピン６４の下端部は軸受面６５の
隣接する小室内へ突出しているので、ピン端部は端部円
筒６６へ掘り進むことはない。端部円筒６６はスピンナ
１４の直接駆動に利用される磁性材料製リング６８（例
えば、ロックウェル硬度が４５〜５０の４４０Ｃステン
レス鋼または成形セラミック磁石）によって部分的に囲
まれる。このために、ハウジング１２の外側の駆動モー
タ７０が非磁性の端部キャップ４０を部分的に囲む環状
磁性駆動部材７２を回転するために結合される。駆動部
材７２は一定の間隔を保ち端部円筒の磁性リング６８に
面し鉛直中心軸に沿ってリング６８の中心より下側に中
心を有する少なくとも一対の内永久磁石７４を含む。環
状駆動部材７２が回転すると、ハウジング１２内部のリ
ング６８とハウジング外部の磁石７４間の磁引力がスピ
ンナ１４を外部駆動体に固定して、スピンチ１４をすべ
ることなく回転する。その上、磁石７４とリング６８間
の鉛直方向の変位がスピンナ１４に一定の下向き力を加
える。本例では回転速度３６００ｒ、ｐ、ｍ、が用いら
れるが、他のパラメーターが変わったり、少量の溶血の
影響が小さい場合にはさらに高い回転速度が用いられる
。与えられた構成の装置で、例えば５５５０ｒ、ｐ、ｍ
、まで余り溶血を伴うことなく作動することができる。 モータ７０の公称回転速度からスピンナの回転速度を上
げるために、駆動モータ７０に結合したベルト駆動装置
や歯車装置を使用することができる。 ［００２４］ 回転スピンナ１４の下端において、中心出口オリフィス
５８は中心軸と同心の端部軸受７８の中心穴７６に通じ
る。端部軸受７８は下端ハウジング４４に着座し下向き
に広がる中心テーパ側面７９を含む。端部軸受座は、下
端ハウジング４４の下端の中心開口８２の下縁を形成す
る狭い同心スロートまたは内肩部８０によって画定され
る。スピンナ１４の材料が軟らか過ぎたり曲がり過ぎた
りする場合には、軸受７８における摩耗が過度になった
り、或いはシールが全使用期間に対して不適当になる。 そのような場合に、シールを確実に維持するために内部
輪郭は同一であるがより硬い材料の小挿入体（図示せず
）をこの領域のスピンナ１４に挿入することができる。 また、スラスト軸受シールを提供するために端部シール
または０−リング（図示せず）を使用することができる
。 ［００２５］ 中心開口８２は血漿出口オリフィス４６に通じる。半径
方向の軸受面は、中心開口８２の嵌合面内にはまる端部
軸受７８の円筒形上部８３によって画定される。スピン
ナ１４が回転すると、端部軸受７８は磁気カップリング
によって方向の肩部８０へ機械的に押し付けられ、それ
によって端部シールを形成する。 ［００２６］ スピンナ１４本体の下端部も端部軸受７８の回りの容積
を増すために対向する端壁に面する凹面８４を含む。ス
ピンナ下端部におけるこの構造は流入空気の捕獲および
下端の回転シール付近の安定な気泡の生成を助けて、シ
ールの完全性を高め溶血に寄与すると考えられる血液流
への熱伝達を制限する。スピンナ１４の縦方向端部が隣
接の端部壁の近くに（例えば、０．０５ｃｍ）配置され
るため、気泡がこれらの領域でトラップされるときハウ
ジング１２の両端では血液と空気の界面の面積が最小と
なる。凹面８４を用いる必要はないが、スピンナ１４の
端面と対向する構造物の端壁間の隙間は層流を維持する
ため十分小さくする必要がある。さらに、端部円筒６６
の直径をスピンナ１４に対して小さくすることは、血液
へのせん断応力を増すことなく空気の保護および隙間の
減少に役立つ。端部領域における乱流は血液流中の血漿
への溶血をもたらし、シーリング問題を大きくする。 ［００２７］ 本実施例で採用した回転速度３６００ｒ、ｐ、ｍ、で回
転する回転スピンナ１４での操作時、全血は入口オリフ
ィス２２を介してスピンナ１４の外面とハウジング１２
の内壁２４間のせん断間隔の中へ接線流入で始まる低加
速および減速流路へ流入される。周速は回転スピンナ１
４上の円筒形外膜６２と接触している血液層の粘性抗力
によって与えられるので、スピンナ１４の回りにスピン
ナによって回転作用が生じる。 ［００２８］ 全血の流入は、激しい衝撃および急激な加速を避けるた
めに入口オリフィス２２の領域における平均周速に釣り
合った速度が望ましい。このように血液入口流の釣り合
いが望ましいけれども、第１図に示す血漿分別装置にお
ける流入速度範囲および形状で実際に悪影響が見られな
かったから、前述の正確な関係を維持する必要はない。 粘性抗力の作用は血液をこわすことなく円滑で限定され
た加速を与える。ハウジング１２の内壁と回転スピンナ
１４の外面間の内容積が満たされるにつれて迅速に安定
性が得られる。安定化運転および血漿流出の前に、装置
内の空気は膜６２から出されて、周みぞ５２、縦みぞ５
６および半径方向導管６０を経て中心出口オリフィス５
８へと迅速に内側へ移動し、そこから端部軸受７８の中
心穴７６を通って血漿出口オリフィス４６へ流れる。一
貫生産の装置においては、小体積の塩分を含んだ溶液が
血液流に先行する。 ［００２９］ 遠心力は、前記の構造および作動条件に対して最小約５
０ｇ以上最大約４４５ｇ以下に保つ。しかしながら、特
定の用途に対しては流量、滞留時間および他のパラメー
ターが変わるため、前述の値は固定されたものではない
。例えば、遠心力が５０ｇ以下に低下すると、処理速度
は著しく低下するがなお有利である。同時に、血液の全
円筒形シェルはせん断間隔内を実質的に一定速度で縦方
向下方へ移動する。これらの条件のみでは血液の高効率
濾過または非損傷性処理を保証しない。 ［００３０］ 血液の臨界的で不安定な特性が化学的および物理的要素
から生じる、そして破壊的な作用が高速、高ぜん断装置
において容易に生じる。血液は、適当な移動が維持され
ないと全く異質の表面に付着してそれを覆う性質がある
。正常な全血は１ ｇ ７ｃｍ２の範囲における密度（
ρ）で４〜５センチポアズの範囲内の粘度（μ）で３７
〜５４のへマドクリット値を有する。しかしながら、血
漿回収中の流体の粘度は、生成成分が実質的な血漿、特
に赤血球のパックなしに揺変性であるため著しく増す。 これらおよび他の理由のため、適当な流動条件の維持は
血液の分離に影響を与える全てのパラメーターに必要な
注意を払うことを含む。 ［００３１］ 血液の流入速度（約６０〜１００ｍ１／分）および血液
流に利用する内容積が系（装置）内の血液の滞留時間を
決める。その滞留時間は本例では典型的に３秒程度であ
る。実際の装置において、回転速度３６００ｒ、ｐ、ｍ
、円筒膜６２の直径２゜５４ｃｍ（ｌｉｎ） 半径方
向の間隔０．０６ｃｍ （０，０２４ｉｎ） で、ぜん
断値的８０００ｓｅｃ−１および遠心力１９０ｇがぜん
断間隙を通る血液に加えられる。かくして、前述のせん
断の原理に従って、血液中の血小板、白血球および他の
生成成分は膜面の横断移動が維持されて、血漿が通過す
る膜に付着したり膜孔に詰まるような傾向はない。せん
断原理の効果的使用に関して、従来技術において用いら
れてきたような極めて小さい間隙や高流動抵抗に普通随
伴する過度の高流速または高循環速度を含むことなく高
ぜん断速度が生じることに意義がある。 従来の装置に普通みられる細胞の詰まりおよび濃度偏寄
は排除され、膜濾過作用に悪影響を与えない。事実、膜
に小孔があっても顕著な赤血球の集中や溶血は血漿流出
体に存在しない。血漿の膜６２透過効率は全操作サイク
ルを通して極めて高い。粘性抵抗によって生じる速度成
分が内方運動を押さえる傾向にあるため、付ｌ１ｊ１士
ｄ−ご’ｌ ｌｔ５’ＩＤ （ｉｂ）この場合の膜内
外圧の唯一の源は系内の静圧である。しかし、血液流向
体の静圧は必要な膜内外圧の提供のみならず、血漿濾液
を周みぞ５２の画定する表面流路に流し、そこから縦み
ぞ５６および半径方向導管６０を介して血漿を中心オリ
フィスまたはマニホルド５８に収集するのに適切である
。 ［００３２］ 系からの血漿流は、本例において約４５ｍ１／分で出さ
れ、ヘマトクリット値に依存して約１００ｍ１／分の血
液流が与えられる。従って全血が供血者から採られて残
留血漿と共に充填細胞塊が供血者に戻される速度と一致
する。９０％以上の血漿回収が達成された。第５図は実
際の実施結果であって、膜の単位面積当りに得られる良
質の血漿流量と同様に標準化した血液流入量（速度）と
の関係を示す。全ての曲線の初期勾配は流人血液のへマ
ドクリット値によって決まる。従って種々の血液源での
各種の実験から得られた多くの実４験データを共通の曲
線上に加えるために、全てのデータを初期勾配が理論的
である典型的なヘマトクリット値４５に補正した： Δ（Ｐ／Ａｍ）／△（Ｂ／Ａｍ） ＝０． ５５ここで
Ｐ＝血漿の流量 Ｂ＝流人血液の流量 Ａｍ＝膜の面積 ［００３３］ 第５図から、漸近線のレベルは予想通りｒ、ｐ、ｍ、の
増大と共に増すけれども、血漿の流用は血液流の増加と
共に漸近的になることが注目される。漸近値の理論的予
測は困難である。しかしながら、その値は遠心力の関数
（せん断速度が間隙スペーシングをｒ、ｐ、ｍ、に比例
して変えることによって一定に保たれる場合）として一
定の遠心力でせん断速度を増す場合（間隙のみを変える
ことによって）よりも急速に増加することが実験的に示
された。いずれの場合においても当業者は最近の技術は
単位膜面積当り普通０．０５ｍ１／分−ｃｍ２以下の血
漿回収をすることが認識される。最近の技術における平
板式装置は１４００ｃｍ２の膜表面積で精々約５５ｍ１
／分（０，０３９ｍ１／分−ｃｍ２）を出し、一方中空
繊維式装置は膜面積１７００ｃｍ で約２２ｍ１／分
（０，０１３ｍｌ／分−ｃｍ２）を出す。これに対して
、第１図〜第４図の装置での１インチのスピンナ、５０
０ｍ２の膜およびせん断間隙および回転速度で、流量は
約０．９ｍｌ／分−Ｃｍ２で容易に安定し、さらに高い
値にすることができる。 ［００３４］ 本発明に従って作製され、第５図の実施データを作るの
に使用された装置は蛋白質が濃厚で金色、そして溶血お
よび微量の生成成分をほぼ完全に含まない血漿濾液を提
供する。出口オリフィス３４を出るパックされた細胞塊
のへマドクリット値は７５〜９０％の範囲であって、正
常な生物学的レベル以上の遊離ヘモグロビンの増加はあ
ったとしても最小のみを示す。血漿の高効率回収および
供血者への高ヘマトクリット値流の戻しという二重の性
能が当業者には極めて重要なものとして認識される。 ［００３５］ 極めて小さい膜面積と共に小さい血液膜厚さによって得
られる極小の血液プライミング体積はある種の治療装置
において重要な医学的利点として認識される。 実際の装置例において、入口オリフィスとヘッダを含む
が残りの血液管路および袋を除いた装置の全ホールドア
ツプ容積は収集装置においてわずか５ｍｌである。 ［００３６］ さらに、高価な膜を小面積使用することに伴うコスト節
約も使い捨て装置に対しては明らかである。ここに記載
する実際の用途に対して、プラスマフニレシス（血漿搬
出法）における問題は、蛋白質の濃厚な血漿を６０〜９
０％回収し赤血球、白血球または血小板に損傷を与える
ことなく高ヘマトクリット値の流を患者に戻す働きを確
実にする小型の使い捨て装置を介して正常な供血者の血
液２〜３単位の供給をトランスファーすることである。 ［００３７］ 本発明に従って、流入する血液の粘度（μ）と密度（ρ
）に対して高遠心力と高ぜん断値が与えられるが赤血球
を保護するために１５０００ｓｅｃ−１以上にならない
ようなスピンナの表面速度（Ｖ ｓ ）と間隙（ギャッ
プ）（ｄ）を選び、レイノルズ数を２００以下とすると
、次式が与えられる：ＶＳ＝ＷＸＤＸ （ｒ、ｐ、ｍ、
）／６０ ｉ ｎ／ｓｅｃここでＤはスピンナの
直径（ｉ Ｓ＝Ｖｓ／ｄ＝せん断（ｉ ｎ −
【数１］
ｎ）
ｒ 。
５ｅｅ−１）
ｐ−ｍ・
従って
は１分当りの回転速度
【数２】
ん断速度の最大値で、これは以下に説明するように実験
的に１５０００ｓｅｃ’であることがわかった。αは理
想的なニュートン流体の絶体粘性供数であって、その値
は変わらず０．５である。しかしながら、血液の高粘性
および揺変性のため（粘性はせん断速度と共に変化し細
胞成分濃度の例外的に強い関数である）回転壁と固定壁
間のギャップを横断する速度プロフィールは一次関数で
はない。 α＝０．９なる近似値は常に血液が層流から乱流への転
移を示すことが実験的に測定された。従って、前述の式
（１）および（２）の意味は次のよに解釈される。（１
）式で与えられる（ｒ、ｐ、ｍ、）の最大値を選ぶと、
ｄは式（２）が等式である１つの値に限定される。より
小さい（ｒ、ｐ、ｍ、）の全ての値に対して、式（２）
の不等式は間隙寸法ｄの範囲を選択させる。 ［００３８］ これらのことを考慮し、小型で低コストそして使い捨て
スピンナなる実際的要求に束縛されて、臨界パラメータ
ーに対する有効で控え目の安全な動作値は比較的小さな
範囲に入る。１インチのスピンナで溶血を無視できるレ
ベルに限定するためにせん断値を控え目な限度である１
２０００ｓｅｃ−１にすると、例えば実際の装置におけ
るスピンナと固定壁間の間隙は第６図に示すように０．
０１５〜００３フインチであり、スピンナの回転速度は
３６００ｒ、ｐ、ｍ、である。最大の回転速度５５５０
ｒ、ｐ、ｍ、に対する間隙は０．０２４インチであり、
そこでは溶血が生じたり乱流が起きる限界値で作動され
る。 ［００３９］ さらに、血液を液体懸濁系とみなされる相互作用関係に
ついて、第６図のグラフを考える必要がある。間隙（ｄ
）を横軸そして回転速度（ｒ、ｐ、ｍ、）を縦のせん断
線を描くことができる。直線はせん断速度がそれぞれ８
０００ｓｅｃ−１１００００ｓｅｃ’ １２０００ｓ
ｅｃ−１および１５０００ｓｅｃ−１の場合のものであ
って、それらの最高値において溶血が生じる。溶血の増
加は最初約１２０００ｓｅｃ−１で検出されたが、１４
０００ｓｅｃ−１に達するまで溶血は著しくなく、１５
０００ｓｅｃ−１以上で顕著になる。せん断速度の直線
性は前述のせん新式から生じるものであって、非直線性
の血漿搬出法に強い影響を与えない。せん断直線の勾配
は安定な非臨界液体に対してはかなり急になるであろう
。前述のように、速度勾配はかなり直線的でないけれど
も、軽い血漿は高ぜん断を受けると思われるので、非直
性は好ましい意味において効力があると思われる。 ［００４０１ 公称せん断速度が従来技術において生じる限度約６００
０ｓｅｃ ’〜７０００ＳｅＣ−１を越えると、多くの
適用に許容される溶血値にわずかな増加がある。後者の
値はブラックシャーらおよびチェノらによって報告され
た正常なヒトの血液に対するせん耐応力値２４０〜２８
０ｄｙｎｅｓ ７ｃｍ２に対応する（Ｂｌａｃｋｓｈｅ
ａｒ、 Ｐ。 Ｌ、 Ｊｒ、 ｅｔ ａｌ ｉｎ ”Ｆｌｕｉｄ Ｄｙ
ｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｃｅ１ｌｓ ａｎｄ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔ。 Ｈｅｍａｌｙｓｉｓ、 ” ＮＴｌ５ Ｒｅｐｏｒｔ
ＰＢ−２４３１８３，ｐｐ、 ９５−１０２（Ｏｃｔ、
１９７４） ；およびＣｈｉｅｎ、 Ｓ。 ｅｔ ａｌ、 ”５ｈｅａｒ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄ
ｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｒｙｔｈｒｏｃｙｔｅ
ｓ ｉｎ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ ｏｆ ＨｕｍａｎＢｌｏ
ｏｄ”、 Ａｍｅｒ、 Ｊ、 Ｐｈ ５ｉｏｌ 、、
Ｖ、 ２１９． ｐ、 １３６ （１９７０）参照）。 ［００４１］ レイノルズ数、従って層流に関してｒ、ｐ、ｍ、 と
ｄとの間には一般に逆および非直線関係がある。与えら
れた粘度（例えば、４センチポイズの血液）に対して、
Ｒｅ≦２０００を示す逆勾配の曲線は中間点でせん断直
線と交差する。ｒ。 ｐ、ｍ、値はあるスピンナ直径（ここでは１インチ）
従って遠心力をとる。そしてそれらの曲線はスピンナの
サイズの調整によって単に片寄るだけであることがわか
る。遠心力は十分低いｒ、ｐ、ｍ、値において若干の影
響をもつけれども実際の装置は小型、低コスト、血漿の
高回収率および血漿提供者の時間的制約の最適な組合せ
を必要とする。従って、特定のスピンナ直径に対する回
転速度、すなわち５０ｇ以上を与えるのに十分な回転速
度が実際の装置では典型的に用いられる。 ［００４２］ これらの制御要素は、膜領域近傍の乱流を回避するため
、そして使い捨ての血漿分離装置をコンパクトな構造に
することが望ましいため、入口および出口領域を含む装
置の全長に渡ってその形状を規定する。ある特定の用途
には、入口および出口領域の乱流を許容するが中間の安
定領域によって乱流を排除することが可能である。しか
しながら、コンパクトな構造体では、間隙領域への血液
の導入および出口端部における高へマドクリット流の抽
出が、安全化部分を含むまたは流れに反間曲率の導入を
避けた接線流路によって乱流を伴うことなく行われる。 出口の穴および出口領域は、この領域における高粘性の
濃厚流動環に適応させるために特定の方法で改良するこ
とができる。出口穴の横断面は、例えば対称的である必
要はない。従って中心軸に沿って高さを伸ばすことによ
って面積を増すことができる。また１、出口近くの濃縮
細胞成分環は粘度が高くなるので、層流に許容される限
度内でせん断間隙を増すことができる。従って、第１図
〜第４図の装置における間隙の幅は、出口オリフィスの
横断面積をさらに増して赤血球の除去を改善するために
高さと共に或いは別個に曲線状に拡大される。 ［００４３］ 膜に覆われたスピンナの長さは膜材料のコストのため短
いことが望ましい。−人の供血者から２０〜５０ｍ１／
分の血漿を回収するのに十分な膜面積５０ｃｍ２に対し
て、ヘマトクリット値および血液供給速度に依存して１
インチ直径のスピンすの膜を帯びた長さは３インチ以下
である。この比較的短い長さにもかかわらず滞留時間は
高回収率に対して充分なものである。ここに示した低コ
スト使い捨て式の場合は３単位（１５００ｍｌ）の流れ
を処理して６００〜７００ｍ１の血漿を収集する。それ
によって少なくとも７５％の回収率を与える。特定のプ
ロセスに必要な場合は、もちろんその長さおよび全滞留
時間を増すことができる。その上膜内外圧を高めて濾過
工程を促進するように、血流を加圧することができる。 この装置は他の分離装置にも適用できるものである。他
の液体懸濁液も血液よりかなり低い感度で分離すること
ができる。塩水や不純な水のような水を主成分とした系
は、前述の血液の場合よりも高速、小間隙で膜濾過され
る。しかしながら前述のように、所定の成分は絶えず補
給されるので、膜の高効率で詰まることなく無限に働く
。これらの要素は実質的に連続使用が期待される高容積
装置に対して特に重要である。 ［００４４］ 図面の一定の比例に応じておらず、せん断間隙並びにそ
の変化は原理を説明するなめにのみ示されていることが
理解される。 ［００４５３ 第７図および第８図に示すように、外壁は固定せん断境
界として役立つのみならず他の働きもする。不凍溶液（
エチレン・グリコール）中に凍結濃縮赤血球を保存し、
それによって赤血球は凍結するが不凍液体マトリックス
によって晶化および破壊を防ぐことは今や一般的な方法
である。赤血球は、有用な温度領域に戻された後洗浄し
てそれらが懸濁されている溶液を除去しなければならな
い。凍結赤血球は予備濾過工程によって比較的純粋な状
態で貯蔵されるが、その処理は困難で高価につく。従っ
て、一般に、その濃縮体は白血球と白血球の集合体（−
緒に付着して「スノット（ｓｎｏｔ） Ｊと呼ばれるど
ろどろした浮遊物質を形成する）を伴う。有害な担体と
共に白血球集合体の除去が主目的である。第７図と第８
図の分別装置は第１図〜第４図の装置の基本的構造を利
用するが、その外にそのような全ての異質物質から濃縮
赤血球を明確に分離できる特徴をもっている。 ［００４６］ スピンナ］４は前述のように駆動される力飄内部構造と
流路系が若干具なる。、スピンナ１４の主長は中空円筒
体であって、その外壁９０は前述のように流れを妨げな
いため適当な横断面積をもった２つの縦みぞ９２によっ
て相互に接続された周みぞ５２を含む。その中空円筒体
はねじ込みまたは接合する２つ以上の部品を成形するこ
とによって容易に作製することができると共に、材料並
びに質量の節約を示す。スピンナ１４の下端部において
、各縦みぞ９２は別の半径方向導管９６を介して短い中
心軸マニホルド９４に通じる。スピンナ１４の上端は円
筒形ハウジング１２へ組み込んだ軸方向軸受９８上を回
転する。そして中心軸と同心の磁性リング１００は前述
のように遠隔駆動される。高いトルクを与えるために磁
性リングの代りに高抗磁力磁石（図示せず）の別な構成
要素が使用される。 スピンナ磁気構造体と関連する駆動体間の鉛直方向の片
寄りは第１図〜第４図に示す装置からは異なり、外部駆
動体がリング１００に沿って中央に配置される。 従って、磁場によって加えられる偏寄力はスピンナ１４
を各端部の軸受間に浮遊させ、スピンナ１４の下端とハ
ウジング１２の底部水平内壁間に所定の間隙を作り、ス
ラスト荷重を排除する。下端部の回転シールは、ハウジ
ングに着座し中心軸方向マニホルドの側壁の周みぞ１０
６に着座した穴付は端部軸受１０４の回りに配置の半径
方向Ｏ−リング１Ｏ２によって提供される。装置に分離
装置を設置する前に、スピンナ１４が○−リング１０２
に対して下方へすべっても、スピンナ１４は運転１−で
いる時の偏寄用磁力によって迅速に引かれて適当な隙間
の位置に保持される。 ［００４７］ 本例におけるスピンナ１４は、エチレン・グリコール、
白血球集合体および食塩水を通過さすため約７０μｍの
孔径を有する表面膜またはフィルタ１０８で被覆される
。この用途に対しては６０〜１００μｍの孔径が適当で
ある力板流動体および濾過体を通ることによって低下す
る赤血球のパーセントのような特殊な要素に依存してそ
の値は変えることができる。流動体が白血球集合体を含
まない。 または少ししか含まない場合には、例えば約０．６μｍ
の孔径にすることができる。円筒形ハウジング１２は膜
またはフィルタ９８の長さと少なくとも同じ長さの多孔
質の円筒形内壁１１２を含む。焼結ポリプロピレン、ポ
リエチレンまたはポリテトラフルオニ＝、・チレンのよ
うな多孔質合成材料を使用することが望ましい。さらに
大きな孔の使用が可能であるが、また壁１１２はステン
レス鋼のような微細なメツシュのスクリーンやレーザー
光線で孔を成形したものにすることができる。いずれの
場合にも、壁１２は食塩水が濃縮赤血球および随伴物質
の流動体積に比例して迅速に浸透できる十分な気孔率を
有する。この割合はそのような流動体に対して１：１よ
り若干低い値から２０：１の範囲にできる。内壁１１２
はハウジング１２の一部分によって画定される外壁から
隔離されている。そしてその間の空間が食塩水用の入口
１１７が結合されているプレナン１１６を画定する。流
入流動体は入口オリフィス１１８を介してスピンナ１４
とハウジング１２の内壁１１２間のせん断間隙へ注入さ
れる。そして洗浄された赤血球は出口オリフィス１１９
の下端部から出される。必要ならば、装置へ流入する食
塩水は、食塩水のスループット流量を増す、または制御
するためプレナム１１６内で実質的に加圧される。 ［００４８］ スピンナ１４の回転に伴い、食塩水は高面積の横断流で
多孔質壁１１２を浸透してせん断間隙に入り、そこで赤
血球は有毒担体および泊血球集合体と共に螺旋状に流下
する。かくしてスピンナ１４の上端においては濃縮エチ
レン・グリコールカ飄濾液が膜９８を通過する際に同時
に横断流食塩水の量を徐々に増しながら通過し始める。 次に外周への食塩水の一定導入は血液細胞成分の最少汚
染部に最初に作用する。食塩水は薄外皮流全体を通過す
る際に、比率が増したエチレン・グリコールおよび白血
球集合体と混合する、そして希釈液とし作用し、またこ
の軽い物質を内側−・運ぶ。最高濃度の白血球集合体お
よび最も希釈された状態の食塩水と共に、有毒担体は膜
１０８に出会って装置から濾過排出される。比較的大き
な孔径の膜１０８は油性の白血球集合体を容易に通す。 一方有毒担体および食塩水はさらに容易に洗い落とされ
る。１Ｊｚ割合（典型的には１〜２％以下）の赤血球も
大孔を介して洗い落どされる。しがしこれは粘い白血球
集合体の除去と引換えに受け入れられる。回転する細胞
成分味に対して精製裳塩水の横断流（広い面積に渡って
分布するが半径方向には短い通路長を有する）は極めて
有効である。 新しく注入された食塩水は流動郡全体を一定して横断移
動する、そして有毒担体の静的またはよどんだプールを
形成する可能性はなり）。従って、出口オリフィス１１
９において、精製された赤血球のみがぜん断間隙領域か
ら装置を出る。典型的に、混合流入する赤血球、白血球
集合体およびエチレン・グリコールの単位体積当りの食
塩水の体積は、ｔＪｚ割合の食塩水のみが赤血球流出流
に存在することを十分保証する。しかしながら必要なら
ば、流入流と裳塩水流間の体積関係は流出赤血球のへマ
ドクリット値を制御するために調整することができる。 ［００４９］ 第９図は、単針差込み装置を備え、せん断原理に基いて
分別モジュールを用いた完全使い捨て式血液処理セット
を提供する本発明による装置の概略図である。 血液流または分離された血液成分と接触する装置の全て
の部分は低コストで使い捨てのものである、一方血液の
ポンピング、検知および制御は分配装置の外から行う。 分別モジュール１２０は、モータおよび計器を内臓した
装置コンソール１２４に適当なブラケットまたは他の手
段で単にクランプまたは配置される。コンソール１２４
の構造は本開示のためには重要でないので模式図または
ブロック図で示されている。所定の位置にあるとき、モ
ジュールの上端は駆動モータ１２８によって駆動される
磁気カップリング１２６内にはまる。それによってモジ
ュール内のスピンナを回転する。 ［００５０１ モジュール１２０の底部からの血漿流は可撓性管１３０
を通り光学的ヘモグロビン検出器１３４および管クラン
プ１３６を経て血漿収集びん１３２に入る。／・、モグ
ロビン検出器１３４は血液中にヘモグロビンの光学的特
性をもつ物質の通過を光学的に感知する適当な市販の装
置である。検出器１３４はオペレータ用表示装置（図示
せず）を作動する信号を発生するので、それによってク
ランプ１３６は手で閉鎖、またはソレノイド制御によっ
てクランプ１３６を作動する自動装置に信号を送る。 ［００５１］ 装置の供血者側端部において、使い捨て静脈注射針１２
２は第１の接続部１４０を介して血液流入管路１４２お
よび戻り管路１４４に接続する、これら管路は共に可撓
性の使い捨て管である。血液流入管路１４２への接続は
第２の接続部１４６を介して行う。、このＹ形接続部の
別の門口は、一方の門口において食塩水フライミング管
路１５０で食塩水を受け入れ、他方の門口において凝血
抑止剤繰出し管路１５２で凝血抑止剤を受け入れる第３
の接続部１４８へ接続される。食塩水プライミング管路
は注入の役割が実施されたときオペレータによってクラ
ンプ１５４で、或いは必要ならば自動的に閉鎖される。 食塩水は源１５６から管路１５７を経てコネクタ１５８
へ重力供給される。コネクタ１５８は食塩水プライミン
グ管路１５０と食塩水注入管路１６０（後述）へ接続さ
れる。装置の上に位置する凝血抑止剤源１６２も血液用
管よりも小径である凝血抑止剤繰出し管路１５２を通り
、供血者のへマドクリット値および血液繰出し量に依存
して所定繰出し量の凝血抑止剤を提供するため、ポンプ
制御装置によって調節されるローラまたはぜん動ポンプ
１６４を経て供給する。凝血抑止剤用ポンプ制御装置１
６５は、マイクロプロセッサ−制御装置も利用できるけ
れどもオペレータによって調節できる。そして種々の地
点で血液流を検知し血液流を維持するために限度内の凝
血抑止剤の繰出し量を調整する手段を含む。供血者およ
び差込み針１２２は装置よりも物理的に高い位置にある
ので、流入管路１４２の血液流は流れ始め、供血者を静
脈での吸引から保護するために重力によって少なくとも
部分的に維持される［００５２］ 血液流入管路１４２は、無菌バリヤーを有し管路をふさ
いだり別の流路へ導入することなく可撓性管内の圧力変
動を感知する形式の圧力変換器を通る。圧力変換器１６
６は、装置内の圧力不足が一旦始まったら針の変位や管
路の吸引のような有害な状態を示すので、オペレータ用
のアナログ表示装置の制御に利用される信号を発生する
。 ［００５３］ 血液流入管路は血液流ポンプ制御装置１７２によって調
節自在の流量にセットされるローラポンプ１７０を経て
、入口オリフィスにおいて分別モジュール１２０で終わ
る。また、ローラポンプ１７０はＹ形接合部１７６およ
びポンプ１７０を経て貯槽１８０へ通じる血液流出管路
１７４と作動的に関係する。貯槽１８０は血液戻り管路
１４４を連結した底部出口を含む可撓性の使い捨て容器
であって一対の可動プラテン１８２．１８３の間に配置
される。ブチテン１８２．１８３は、戻り管路１４４上
のクランプが貯槽１８０からの流出を遮断するので、貯
槽１８０に血液が満たされるとばね１８４．１８５に対
して横方向外側へそれぞれ逆方向に移動できる。貯槽１
８０が充分に満たされると、リミット・スイッチ１８７
が隣接するプラテン１８３によって作動されて、細胞成
分流が供給者へ戻されるべきことを示す。これは、信号
または表示に対応してオペレータによってポンプ１７０
を止めてクランプ１８６を開放することによって手動的
に行うか、或いはそれらの動作は血液流ポンプ制御装置
１７２に接続した自動制御装置とクランプ制御装置１８
８によって行うことができる。別のリミット・スイッチ
１８９は、プラテン１８２．１８３が共に内側へ移動し
て供血者への戻し流の全てまたは実質的に全てを示した
ときを検出するように位置決めされる。ばね１８４．１
８５は、それらの移動長全体に渡って実質的に一定で比
較的低い力を提供し、従って供血者への血液の穏やかで
、溶血を含まない戻しを保証する形式のものである。ま
た、このためには機械的、空気または液圧式の装置も使
用することができる。貯槽１８０は装置から空気を逃が
すために手動または自動的に閉じることができる抜は口
（図示せず）も含むことができる。最も簡単な場合に、
くさびのような分離装置１９０はプラテン１８２．１８
３を完全閉鎖位置から少し離すためにプラテン１８２．
１８３の間を手動または自動的に移動できる。 ［００５４］ 第９図に示す装置の操作における管路のプライミングは
血液流ポンプの作動に先立つ通常の安全手段である。し
かしながら、分別モジュール１２０のスピンナで、ポン
プ１７０はプライミングの後で作動して源１６２からの
適量（全血液流の血漿部分の体積流に関係したものでそ
の一部分）の凝血抑止剤を伴った流人血液流を流がし始
める。供血者から３０〜５０ｍ１／分の血漿供給流量で
、典型的に約６００ｍ１の血漿が１０〜２０分で収集さ
れる。しかしながら、供血者のへマドクリット値並びに
供血者のサイズおよび体重および他の要素が各供血者の
血液流量および血漿の寄与を実質的に変えうることを決
める。その結果、流人血液流全体または抽出された血漿
に関連して特定割合の戻し流が存在するという考えは安
全でない。その上、ローラポンプによってもたらされる
傾向にある脈動は、分別モジュール１２０内の変動また
は流入および流出間の瞬間的不同（これは細胞物質のモ
ジュールの膜の浸透をもたらす）をもたらす恐れがある
。そのような問題は血液流ポンプ１７０を使用して血液
の流入および流出量を制御することによって回避される
。その流出量の補給に加えて食塩水ポンプ１９１による
食塩水の流量はポンプ制御装置１９２によって調整され
る。ローラポンプ１７０は、一対の対向ローラを有し管
路１４２と１７４に関してそれぞれ対称的に配置される
形式のものが望ましい。従って各ローラは所定の時点で
同時に関係管路と係合および離脱する。かくして、係合
時に生じる脈動はモジュール１２０の入口および出口に
現われ、血漿流には過度の膜内外圧は生じない。その共
同作用が流れの瞬間的遮断時に膜の脈動を排除する。そ
の結果、流入および流出流の積極的なずれがある、そし
てポンプ作用はローラポンプ１７０の形状によって物理
的に決まるので補償する特徴を用いる必要はない。その
上、モジュール１２０で抽出される血漿分の量における
示差は食塩水を細胞戻し流へ注入することによって安全
に補償される。オペレータは、血漿の最大排出量を安全
値に限定するために食塩水ポンプ制御装置１９２を使用
してポンプの正味流量を調整することができる。ポンプ
１７０は一定の回転に対して流入溶液と同一の流出溶液
の体積をずらす、または管の寸法が異なる場合に１：１
以外の一定割合をずらす傾向がある。−回転当りで得ら
れる食塩水の体積は塊に直接移すことができる。そして
この補給は装置から安全に採ることができる血漿の量を
正確かつ確実に制御させることができる。ローラポンプ
１７０のようなポンプは食塩水の注入流量を変えるのに
有利に用いられるが、食塩水管路の寸法もポンプ１７０
の使用または無使用で比例制御をするために変えること
ができる。 ［００５５］ 戻し流は連続的でなくて、貯槽１８０内の血液の予め決
めた最大値がリミット・スイッチ１８７によって感知さ
れたときだけ起こる。この時、血液送りポンプ１７０は
停止し、クランプ１８６が開けられ、プラテン１８２．
１８３は貯槽１８０を徐々に圧縮するために自由にされ
る。この圧縮は細胞成分を食塩水と共に戻し管路１４４
を介して高流量、例えば１００〜３００ｍｌ／分で供血
者へ戻す。 流入を再び始める前に、くさびのような分離装置１９０
でプラテン１８２と１８３とを瞬間的に少し隔離するの
が有利である。貯槽への圧力の開放はパックされた細胞
成分の少量を槽１８０へ返還させ、血液細胞成分の残り
がモジュール１２０の流入管路へ供給されずにいるよう
に供血者の血液を接合部１４０の先へ吸込させる。 ［００５６］ 必要ならば、さらに別の血液流貯槽を利用できること、
そして特に単針、使い捨て血液セットの必要条件が満た
されない場合に別のポンプ装置を使用できることが理解
される。 ［００５７］ そのような装置の一例を第１０図に示す。第１０図にお
ける部品および装置は第９図におけるように符号をつけ
、装置の変形（変体）のみを示し、重複する部分は簡潔
のために省略されている。第１０図において、血液流出
管路１７４は、最上部の抜は口１９４および血液戻し管
路１４４が接続されている底部出口を有する透明または
半透明の貯槽１９３へ血液細胞成分の残りを供給する。 貯槽１９６に隣接して配置されたレベル検出器１９５は
戻しポンプ制御装置１９６へアナログ信号を送る。そし
て装置１９６は細胞成分流を供血者へ戻すために戻し用
ローラポンプ１９７を適当な方向（反時計回り）に回転
させる。戻しポンプ制御装置１９６は、プライミング操
作中に血液または食塩水が戻し管路１４４を介してポン
プ１９７に達したとき逆方向（時計回り）にも回転され
る。この回転は溶液を貯槽１９３の底部へ供給すると共
に、気泡が供血者へ戻される危険がないように戻し管路
１４４がら空気を追い出す。別の血液流ポンプ２００と
関連制御装置２０２はモジュール１２０の入口側で使用
される、一方別の流出ポンプ２０４とその制御装置２０
６は出口側で使用される。２つのポンプ２００．２０４
は所定の流量関係で作動される、その差は血漿の流量で
ある。貯槽１９３が所定のレベルまで満たされると、レ
ベル検出器１９５からの信号がポンプ２００．２０４を
手動または自動的に停止させて、貯槽１９３の内容物が
供血者へ戻されるまで戻しポンプ１９７を作動させる。 送り出しが完了すると、戻しポンプを瞬間的に逆作用さ
せて血液細胞成分の残りを針１２２から戻し管路１４４
へ引き出す。従って全血のみが血液流入管路１４２を関
してモジュール１２０へ送られる。そのような配置は、
食塩水の供血者への戻しを回避することによって血漿の
蛋白質含量の希釈を抑制することが望ましい場合に用い
られる。 ［００５８］ 第１０図に示す装置のさらに変形は、流出血液ポンプ２
０４からの直接接続管路２１２を介して第２の戻し針２
１０へ接続する点線で示す。この２本の針は戻し流と流
入流とを同時にさせ、中間貯槽のような体積緩衝装置の
必要がなくなる。供血者には不快感を与えるけれども、
２針系の治療的アフエレシスの場合に１針系よりもしば
しば多く用いられる。 ［００５９］ 以上、本発明に従って図面と共に種々の形および変形を
記載、説明したが、本発明はそれらに限定されなくて特
許請求の範囲内の全ての変更および例示を含むことが理
解される。
的に１５０００ｓｅｃ’であることがわかった。αは理
想的なニュートン流体の絶体粘性供数であって、その値
は変わらず０．５である。しかしながら、血液の高粘性
および揺変性のため（粘性はせん断速度と共に変化し細
胞成分濃度の例外的に強い関数である）回転壁と固定壁
間のギャップを横断する速度プロフィールは一次関数で
はない。 α＝０．９なる近似値は常に血液が層流から乱流への転
移を示すことが実験的に測定された。従って、前述の式
（１）および（２）の意味は次のよに解釈される。（１
）式で与えられる（ｒ、ｐ、ｍ、）の最大値を選ぶと、
ｄは式（２）が等式である１つの値に限定される。より
小さい（ｒ、ｐ、ｍ、）の全ての値に対して、式（２）
の不等式は間隙寸法ｄの範囲を選択させる。 ［００３８］ これらのことを考慮し、小型で低コストそして使い捨て
スピンナなる実際的要求に束縛されて、臨界パラメータ
ーに対する有効で控え目の安全な動作値は比較的小さな
範囲に入る。１インチのスピンナで溶血を無視できるレ
ベルに限定するためにせん断値を控え目な限度である１
２０００ｓｅｃ−１にすると、例えば実際の装置におけ
るスピンナと固定壁間の間隙は第６図に示すように０．
０１５〜００３フインチであり、スピンナの回転速度は
３６００ｒ、ｐ、ｍ、である。最大の回転速度５５５０
ｒ、ｐ、ｍ、に対する間隙は０．０２４インチであり、
そこでは溶血が生じたり乱流が起きる限界値で作動され
る。 ［００３９］ さらに、血液を液体懸濁系とみなされる相互作用関係に
ついて、第６図のグラフを考える必要がある。間隙（ｄ
）を横軸そして回転速度（ｒ、ｐ、ｍ、）を縦のせん断
線を描くことができる。直線はせん断速度がそれぞれ８
０００ｓｅｃ−１１００００ｓｅｃ’ １２０００ｓ
ｅｃ−１および１５０００ｓｅｃ−１の場合のものであ
って、それらの最高値において溶血が生じる。溶血の増
加は最初約１２０００ｓｅｃ−１で検出されたが、１４
０００ｓｅｃ−１に達するまで溶血は著しくなく、１５
０００ｓｅｃ−１以上で顕著になる。せん断速度の直線
性は前述のせん新式から生じるものであって、非直線性
の血漿搬出法に強い影響を与えない。せん断直線の勾配
は安定な非臨界液体に対してはかなり急になるであろう
。前述のように、速度勾配はかなり直線的でないけれど
も、軽い血漿は高ぜん断を受けると思われるので、非直
性は好ましい意味において効力があると思われる。 ［００４０１ 公称せん断速度が従来技術において生じる限度約６００
０ｓｅｃ ’〜７０００ＳｅＣ−１を越えると、多くの
適用に許容される溶血値にわずかな増加がある。後者の
値はブラックシャーらおよびチェノらによって報告され
た正常なヒトの血液に対するせん耐応力値２４０〜２８
０ｄｙｎｅｓ ７ｃｍ２に対応する（Ｂｌａｃｋｓｈｅ
ａｒ、 Ｐ。 Ｌ、 Ｊｒ、 ｅｔ ａｌ ｉｎ ”Ｆｌｕｉｄ Ｄｙ
ｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｃｅ１ｌｓ ａｎｄ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔ。 Ｈｅｍａｌｙｓｉｓ、 ” ＮＴｌ５ Ｒｅｐｏｒｔ
ＰＢ−２４３１８３，ｐｐ、 ９５−１０２（Ｏｃｔ、
１９７４） ；およびＣｈｉｅｎ、 Ｓ。 ｅｔ ａｌ、 ”５ｈｅａｒ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄ
ｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｒｙｔｈｒｏｃｙｔｅ
ｓ ｉｎ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ ｏｆ ＨｕｍａｎＢｌｏ
ｏｄ”、 Ａｍｅｒ、 Ｊ、 Ｐｈ ５ｉｏｌ 、、
Ｖ、 ２１９． ｐ、 １３６ （１９７０）参照）。 ［００４１］ レイノルズ数、従って層流に関してｒ、ｐ、ｍ、 と
ｄとの間には一般に逆および非直線関係がある。与えら
れた粘度（例えば、４センチポイズの血液）に対して、
Ｒｅ≦２０００を示す逆勾配の曲線は中間点でせん断直
線と交差する。ｒ。 ｐ、ｍ、値はあるスピンナ直径（ここでは１インチ）
従って遠心力をとる。そしてそれらの曲線はスピンナの
サイズの調整によって単に片寄るだけであることがわか
る。遠心力は十分低いｒ、ｐ、ｍ、値において若干の影
響をもつけれども実際の装置は小型、低コスト、血漿の
高回収率および血漿提供者の時間的制約の最適な組合せ
を必要とする。従って、特定のスピンナ直径に対する回
転速度、すなわち５０ｇ以上を与えるのに十分な回転速
度が実際の装置では典型的に用いられる。 ［００４２］ これらの制御要素は、膜領域近傍の乱流を回避するため
、そして使い捨ての血漿分離装置をコンパクトな構造に
することが望ましいため、入口および出口領域を含む装
置の全長に渡ってその形状を規定する。ある特定の用途
には、入口および出口領域の乱流を許容するが中間の安
定領域によって乱流を排除することが可能である。しか
しながら、コンパクトな構造体では、間隙領域への血液
の導入および出口端部における高へマドクリット流の抽
出が、安全化部分を含むまたは流れに反間曲率の導入を
避けた接線流路によって乱流を伴うことなく行われる。 出口の穴および出口領域は、この領域における高粘性の
濃厚流動環に適応させるために特定の方法で改良するこ
とができる。出口穴の横断面は、例えば対称的である必
要はない。従って中心軸に沿って高さを伸ばすことによ
って面積を増すことができる。また１、出口近くの濃縮
細胞成分環は粘度が高くなるので、層流に許容される限
度内でせん断間隙を増すことができる。従って、第１図
〜第４図の装置における間隙の幅は、出口オリフィスの
横断面積をさらに増して赤血球の除去を改善するために
高さと共に或いは別個に曲線状に拡大される。 ［００４３］ 膜に覆われたスピンナの長さは膜材料のコストのため短
いことが望ましい。−人の供血者から２０〜５０ｍ１／
分の血漿を回収するのに十分な膜面積５０ｃｍ２に対し
て、ヘマトクリット値および血液供給速度に依存して１
インチ直径のスピンすの膜を帯びた長さは３インチ以下
である。この比較的短い長さにもかかわらず滞留時間は
高回収率に対して充分なものである。ここに示した低コ
スト使い捨て式の場合は３単位（１５００ｍｌ）の流れ
を処理して６００〜７００ｍ１の血漿を収集する。それ
によって少なくとも７５％の回収率を与える。特定のプ
ロセスに必要な場合は、もちろんその長さおよび全滞留
時間を増すことができる。その上膜内外圧を高めて濾過
工程を促進するように、血流を加圧することができる。 この装置は他の分離装置にも適用できるものである。他
の液体懸濁液も血液よりかなり低い感度で分離すること
ができる。塩水や不純な水のような水を主成分とした系
は、前述の血液の場合よりも高速、小間隙で膜濾過され
る。しかしながら前述のように、所定の成分は絶えず補
給されるので、膜の高効率で詰まることなく無限に働く
。これらの要素は実質的に連続使用が期待される高容積
装置に対して特に重要である。 ［００４４］ 図面の一定の比例に応じておらず、せん断間隙並びにそ
の変化は原理を説明するなめにのみ示されていることが
理解される。 ［００４５３ 第７図および第８図に示すように、外壁は固定せん断境
界として役立つのみならず他の働きもする。不凍溶液（
エチレン・グリコール）中に凍結濃縮赤血球を保存し、
それによって赤血球は凍結するが不凍液体マトリックス
によって晶化および破壊を防ぐことは今や一般的な方法
である。赤血球は、有用な温度領域に戻された後洗浄し
てそれらが懸濁されている溶液を除去しなければならな
い。凍結赤血球は予備濾過工程によって比較的純粋な状
態で貯蔵されるが、その処理は困難で高価につく。従っ
て、一般に、その濃縮体は白血球と白血球の集合体（−
緒に付着して「スノット（ｓｎｏｔ） Ｊと呼ばれるど
ろどろした浮遊物質を形成する）を伴う。有害な担体と
共に白血球集合体の除去が主目的である。第７図と第８
図の分別装置は第１図〜第４図の装置の基本的構造を利
用するが、その外にそのような全ての異質物質から濃縮
赤血球を明確に分離できる特徴をもっている。 ［００４６］ スピンナ］４は前述のように駆動される力飄内部構造と
流路系が若干具なる。、スピンナ１４の主長は中空円筒
体であって、その外壁９０は前述のように流れを妨げな
いため適当な横断面積をもった２つの縦みぞ９２によっ
て相互に接続された周みぞ５２を含む。その中空円筒体
はねじ込みまたは接合する２つ以上の部品を成形するこ
とによって容易に作製することができると共に、材料並
びに質量の節約を示す。スピンナ１４の下端部において
、各縦みぞ９２は別の半径方向導管９６を介して短い中
心軸マニホルド９４に通じる。スピンナ１４の上端は円
筒形ハウジング１２へ組み込んだ軸方向軸受９８上を回
転する。そして中心軸と同心の磁性リング１００は前述
のように遠隔駆動される。高いトルクを与えるために磁
性リングの代りに高抗磁力磁石（図示せず）の別な構成
要素が使用される。 スピンナ磁気構造体と関連する駆動体間の鉛直方向の片
寄りは第１図〜第４図に示す装置からは異なり、外部駆
動体がリング１００に沿って中央に配置される。 従って、磁場によって加えられる偏寄力はスピンナ１４
を各端部の軸受間に浮遊させ、スピンナ１４の下端とハ
ウジング１２の底部水平内壁間に所定の間隙を作り、ス
ラスト荷重を排除する。下端部の回転シールは、ハウジ
ングに着座し中心軸方向マニホルドの側壁の周みぞ１０
６に着座した穴付は端部軸受１０４の回りに配置の半径
方向Ｏ−リング１Ｏ２によって提供される。装置に分離
装置を設置する前に、スピンナ１４が○−リング１０２
に対して下方へすべっても、スピンナ１４は運転１−で
いる時の偏寄用磁力によって迅速に引かれて適当な隙間
の位置に保持される。 ［００４７］ 本例におけるスピンナ１４は、エチレン・グリコール、
白血球集合体および食塩水を通過さすため約７０μｍの
孔径を有する表面膜またはフィルタ１０８で被覆される
。この用途に対しては６０〜１００μｍの孔径が適当で
ある力板流動体および濾過体を通ることによって低下す
る赤血球のパーセントのような特殊な要素に依存してそ
の値は変えることができる。流動体が白血球集合体を含
まない。 または少ししか含まない場合には、例えば約０．６μｍ
の孔径にすることができる。円筒形ハウジング１２は膜
またはフィルタ９８の長さと少なくとも同じ長さの多孔
質の円筒形内壁１１２を含む。焼結ポリプロピレン、ポ
リエチレンまたはポリテトラフルオニ＝、・チレンのよ
うな多孔質合成材料を使用することが望ましい。さらに
大きな孔の使用が可能であるが、また壁１１２はステン
レス鋼のような微細なメツシュのスクリーンやレーザー
光線で孔を成形したものにすることができる。いずれの
場合にも、壁１２は食塩水が濃縮赤血球および随伴物質
の流動体積に比例して迅速に浸透できる十分な気孔率を
有する。この割合はそのような流動体に対して１：１よ
り若干低い値から２０：１の範囲にできる。内壁１１２
はハウジング１２の一部分によって画定される外壁から
隔離されている。そしてその間の空間が食塩水用の入口
１１７が結合されているプレナン１１６を画定する。流
入流動体は入口オリフィス１１８を介してスピンナ１４
とハウジング１２の内壁１１２間のせん断間隙へ注入さ
れる。そして洗浄された赤血球は出口オリフィス１１９
の下端部から出される。必要ならば、装置へ流入する食
塩水は、食塩水のスループット流量を増す、または制御
するためプレナム１１６内で実質的に加圧される。 ［００４８］ スピンナ１４の回転に伴い、食塩水は高面積の横断流で
多孔質壁１１２を浸透してせん断間隙に入り、そこで赤
血球は有毒担体および泊血球集合体と共に螺旋状に流下
する。かくしてスピンナ１４の上端においては濃縮エチ
レン・グリコールカ飄濾液が膜９８を通過する際に同時
に横断流食塩水の量を徐々に増しながら通過し始める。 次に外周への食塩水の一定導入は血液細胞成分の最少汚
染部に最初に作用する。食塩水は薄外皮流全体を通過す
る際に、比率が増したエチレン・グリコールおよび白血
球集合体と混合する、そして希釈液とし作用し、またこ
の軽い物質を内側−・運ぶ。最高濃度の白血球集合体お
よび最も希釈された状態の食塩水と共に、有毒担体は膜
１０８に出会って装置から濾過排出される。比較的大き
な孔径の膜１０８は油性の白血球集合体を容易に通す。 一方有毒担体および食塩水はさらに容易に洗い落とされ
る。１Ｊｚ割合（典型的には１〜２％以下）の赤血球も
大孔を介して洗い落どされる。しがしこれは粘い白血球
集合体の除去と引換えに受け入れられる。回転する細胞
成分味に対して精製裳塩水の横断流（広い面積に渡って
分布するが半径方向には短い通路長を有する）は極めて
有効である。 新しく注入された食塩水は流動郡全体を一定して横断移
動する、そして有毒担体の静的またはよどんだプールを
形成する可能性はなり）。従って、出口オリフィス１１
９において、精製された赤血球のみがぜん断間隙領域か
ら装置を出る。典型的に、混合流入する赤血球、白血球
集合体およびエチレン・グリコールの単位体積当りの食
塩水の体積は、ｔＪｚ割合の食塩水のみが赤血球流出流
に存在することを十分保証する。しかしながら必要なら
ば、流入流と裳塩水流間の体積関係は流出赤血球のへマ
ドクリット値を制御するために調整することができる。 ［００４９］ 第９図は、単針差込み装置を備え、せん断原理に基いて
分別モジュールを用いた完全使い捨て式血液処理セット
を提供する本発明による装置の概略図である。 血液流または分離された血液成分と接触する装置の全て
の部分は低コストで使い捨てのものである、一方血液の
ポンピング、検知および制御は分配装置の外から行う。 分別モジュール１２０は、モータおよび計器を内臓した
装置コンソール１２４に適当なブラケットまたは他の手
段で単にクランプまたは配置される。コンソール１２４
の構造は本開示のためには重要でないので模式図または
ブロック図で示されている。所定の位置にあるとき、モ
ジュールの上端は駆動モータ１２８によって駆動される
磁気カップリング１２６内にはまる。それによってモジ
ュール内のスピンナを回転する。 ［００５０１ モジュール１２０の底部からの血漿流は可撓性管１３０
を通り光学的ヘモグロビン検出器１３４および管クラン
プ１３６を経て血漿収集びん１３２に入る。／・、モグ
ロビン検出器１３４は血液中にヘモグロビンの光学的特
性をもつ物質の通過を光学的に感知する適当な市販の装
置である。検出器１３４はオペレータ用表示装置（図示
せず）を作動する信号を発生するので、それによってク
ランプ１３６は手で閉鎖、またはソレノイド制御によっ
てクランプ１３６を作動する自動装置に信号を送る。 ［００５１］ 装置の供血者側端部において、使い捨て静脈注射針１２
２は第１の接続部１４０を介して血液流入管路１４２お
よび戻り管路１４４に接続する、これら管路は共に可撓
性の使い捨て管である。血液流入管路１４２への接続は
第２の接続部１４６を介して行う。、このＹ形接続部の
別の門口は、一方の門口において食塩水フライミング管
路１５０で食塩水を受け入れ、他方の門口において凝血
抑止剤繰出し管路１５２で凝血抑止剤を受け入れる第３
の接続部１４８へ接続される。食塩水プライミング管路
は注入の役割が実施されたときオペレータによってクラ
ンプ１５４で、或いは必要ならば自動的に閉鎖される。 食塩水は源１５６から管路１５７を経てコネクタ１５８
へ重力供給される。コネクタ１５８は食塩水プライミン
グ管路１５０と食塩水注入管路１６０（後述）へ接続さ
れる。装置の上に位置する凝血抑止剤源１６２も血液用
管よりも小径である凝血抑止剤繰出し管路１５２を通り
、供血者のへマドクリット値および血液繰出し量に依存
して所定繰出し量の凝血抑止剤を提供するため、ポンプ
制御装置によって調節されるローラまたはぜん動ポンプ
１６４を経て供給する。凝血抑止剤用ポンプ制御装置１
６５は、マイクロプロセッサ−制御装置も利用できるけ
れどもオペレータによって調節できる。そして種々の地
点で血液流を検知し血液流を維持するために限度内の凝
血抑止剤の繰出し量を調整する手段を含む。供血者およ
び差込み針１２２は装置よりも物理的に高い位置にある
ので、流入管路１４２の血液流は流れ始め、供血者を静
脈での吸引から保護するために重力によって少なくとも
部分的に維持される［００５２］ 血液流入管路１４２は、無菌バリヤーを有し管路をふさ
いだり別の流路へ導入することなく可撓性管内の圧力変
動を感知する形式の圧力変換器を通る。圧力変換器１６
６は、装置内の圧力不足が一旦始まったら針の変位や管
路の吸引のような有害な状態を示すので、オペレータ用
のアナログ表示装置の制御に利用される信号を発生する
。 ［００５３］ 血液流入管路は血液流ポンプ制御装置１７２によって調
節自在の流量にセットされるローラポンプ１７０を経て
、入口オリフィスにおいて分別モジュール１２０で終わ
る。また、ローラポンプ１７０はＹ形接合部１７６およ
びポンプ１７０を経て貯槽１８０へ通じる血液流出管路
１７４と作動的に関係する。貯槽１８０は血液戻り管路
１４４を連結した底部出口を含む可撓性の使い捨て容器
であって一対の可動プラテン１８２．１８３の間に配置
される。ブチテン１８２．１８３は、戻り管路１４４上
のクランプが貯槽１８０からの流出を遮断するので、貯
槽１８０に血液が満たされるとばね１８４．１８５に対
して横方向外側へそれぞれ逆方向に移動できる。貯槽１
８０が充分に満たされると、リミット・スイッチ１８７
が隣接するプラテン１８３によって作動されて、細胞成
分流が供給者へ戻されるべきことを示す。これは、信号
または表示に対応してオペレータによってポンプ１７０
を止めてクランプ１８６を開放することによって手動的
に行うか、或いはそれらの動作は血液流ポンプ制御装置
１７２に接続した自動制御装置とクランプ制御装置１８
８によって行うことができる。別のリミット・スイッチ
１８９は、プラテン１８２．１８３が共に内側へ移動し
て供血者への戻し流の全てまたは実質的に全てを示した
ときを検出するように位置決めされる。ばね１８４．１
８５は、それらの移動長全体に渡って実質的に一定で比
較的低い力を提供し、従って供血者への血液の穏やかで
、溶血を含まない戻しを保証する形式のものである。ま
た、このためには機械的、空気または液圧式の装置も使
用することができる。貯槽１８０は装置から空気を逃が
すために手動または自動的に閉じることができる抜は口
（図示せず）も含むことができる。最も簡単な場合に、
くさびのような分離装置１９０はプラテン１８２．１８
３を完全閉鎖位置から少し離すためにプラテン１８２．
１８３の間を手動または自動的に移動できる。 ［００５４］ 第９図に示す装置の操作における管路のプライミングは
血液流ポンプの作動に先立つ通常の安全手段である。し
かしながら、分別モジュール１２０のスピンナで、ポン
プ１７０はプライミングの後で作動して源１６２からの
適量（全血液流の血漿部分の体積流に関係したものでそ
の一部分）の凝血抑止剤を伴った流人血液流を流がし始
める。供血者から３０〜５０ｍ１／分の血漿供給流量で
、典型的に約６００ｍ１の血漿が１０〜２０分で収集さ
れる。しかしながら、供血者のへマドクリット値並びに
供血者のサイズおよび体重および他の要素が各供血者の
血液流量および血漿の寄与を実質的に変えうることを決
める。その結果、流人血液流全体または抽出された血漿
に関連して特定割合の戻し流が存在するという考えは安
全でない。その上、ローラポンプによってもたらされる
傾向にある脈動は、分別モジュール１２０内の変動また
は流入および流出間の瞬間的不同（これは細胞物質のモ
ジュールの膜の浸透をもたらす）をもたらす恐れがある
。そのような問題は血液流ポンプ１７０を使用して血液
の流入および流出量を制御することによって回避される
。その流出量の補給に加えて食塩水ポンプ１９１による
食塩水の流量はポンプ制御装置１９２によって調整され
る。ローラポンプ１７０は、一対の対向ローラを有し管
路１４２と１７４に関してそれぞれ対称的に配置される
形式のものが望ましい。従って各ローラは所定の時点で
同時に関係管路と係合および離脱する。かくして、係合
時に生じる脈動はモジュール１２０の入口および出口に
現われ、血漿流には過度の膜内外圧は生じない。その共
同作用が流れの瞬間的遮断時に膜の脈動を排除する。そ
の結果、流入および流出流の積極的なずれがある、そし
てポンプ作用はローラポンプ１７０の形状によって物理
的に決まるので補償する特徴を用いる必要はない。その
上、モジュール１２０で抽出される血漿分の量における
示差は食塩水を細胞戻し流へ注入することによって安全
に補償される。オペレータは、血漿の最大排出量を安全
値に限定するために食塩水ポンプ制御装置１９２を使用
してポンプの正味流量を調整することができる。ポンプ
１７０は一定の回転に対して流入溶液と同一の流出溶液
の体積をずらす、または管の寸法が異なる場合に１：１
以外の一定割合をずらす傾向がある。−回転当りで得ら
れる食塩水の体積は塊に直接移すことができる。そして
この補給は装置から安全に採ることができる血漿の量を
正確かつ確実に制御させることができる。ローラポンプ
１７０のようなポンプは食塩水の注入流量を変えるのに
有利に用いられるが、食塩水管路の寸法もポンプ１７０
の使用または無使用で比例制御をするために変えること
ができる。 ［００５５］ 戻し流は連続的でなくて、貯槽１８０内の血液の予め決
めた最大値がリミット・スイッチ１８７によって感知さ
れたときだけ起こる。この時、血液送りポンプ１７０は
停止し、クランプ１８６が開けられ、プラテン１８２．
１８３は貯槽１８０を徐々に圧縮するために自由にされ
る。この圧縮は細胞成分を食塩水と共に戻し管路１４４
を介して高流量、例えば１００〜３００ｍｌ／分で供血
者へ戻す。 流入を再び始める前に、くさびのような分離装置１９０
でプラテン１８２と１８３とを瞬間的に少し隔離するの
が有利である。貯槽への圧力の開放はパックされた細胞
成分の少量を槽１８０へ返還させ、血液細胞成分の残り
がモジュール１２０の流入管路へ供給されずにいるよう
に供血者の血液を接合部１４０の先へ吸込させる。 ［００５６］ 必要ならば、さらに別の血液流貯槽を利用できること、
そして特に単針、使い捨て血液セットの必要条件が満た
されない場合に別のポンプ装置を使用できることが理解
される。 ［００５７］ そのような装置の一例を第１０図に示す。第１０図にお
ける部品および装置は第９図におけるように符号をつけ
、装置の変形（変体）のみを示し、重複する部分は簡潔
のために省略されている。第１０図において、血液流出
管路１７４は、最上部の抜は口１９４および血液戻し管
路１４４が接続されている底部出口を有する透明または
半透明の貯槽１９３へ血液細胞成分の残りを供給する。 貯槽１９６に隣接して配置されたレベル検出器１９５は
戻しポンプ制御装置１９６へアナログ信号を送る。そし
て装置１９６は細胞成分流を供血者へ戻すために戻し用
ローラポンプ１９７を適当な方向（反時計回り）に回転
させる。戻しポンプ制御装置１９６は、プライミング操
作中に血液または食塩水が戻し管路１４４を介してポン
プ１９７に達したとき逆方向（時計回り）にも回転され
る。この回転は溶液を貯槽１９３の底部へ供給すると共
に、気泡が供血者へ戻される危険がないように戻し管路
１４４がら空気を追い出す。別の血液流ポンプ２００と
関連制御装置２０２はモジュール１２０の入口側で使用
される、一方別の流出ポンプ２０４とその制御装置２０
６は出口側で使用される。２つのポンプ２００．２０４
は所定の流量関係で作動される、その差は血漿の流量で
ある。貯槽１９３が所定のレベルまで満たされると、レ
ベル検出器１９５からの信号がポンプ２００．２０４を
手動または自動的に停止させて、貯槽１９３の内容物が
供血者へ戻されるまで戻しポンプ１９７を作動させる。 送り出しが完了すると、戻しポンプを瞬間的に逆作用さ
せて血液細胞成分の残りを針１２２から戻し管路１４４
へ引き出す。従って全血のみが血液流入管路１４２を関
してモジュール１２０へ送られる。そのような配置は、
食塩水の供血者への戻しを回避することによって血漿の
蛋白質含量の希釈を抑制することが望ましい場合に用い
られる。 ［００５８］ 第１０図に示す装置のさらに変形は、流出血液ポンプ２
０４からの直接接続管路２１２を介して第２の戻し針２
１０へ接続する点線で示す。この２本の針は戻し流と流
入流とを同時にさせ、中間貯槽のような体積緩衝装置の
必要がなくなる。供血者には不快感を与えるけれども、
２針系の治療的アフエレシスの場合に１針系よりもしば
しば多く用いられる。 ［００５９］ 以上、本発明に従って図面と共に種々の形および変形を
記載、説明したが、本発明はそれらに限定されなくて特
許請求の範囲内の全ての変更および例示を含むことが理
解される。
【図１】
本発明による血漿収集装置の部分破断、斜視図である。
【図２】
第１図の装置の側断面図である。
【図３】
第１図の装置の一断面図である。
ｒ図４】
第１図の装置の一部分の断面図である。
【図５】
本発明による装置における種々のせん断値に対する単位
面積当りの血漿流量（縦軸）と単位面積当りの血液流量
（横軸）との関係グラフである。
面積当りの血漿流量（縦軸）と単位面積当りの血液流量
（横軸）との関係グラフである。
【図６】
種々の値の回転速度（縦軸）と間隙（横軸）に対するせ
ん断とレイノルズ数との関係を示すグラフである。
ん断とレイノルズ数との関係を示すグラフである。
【図７】
白血球と有毒不凍溶液を随伴する濃縮赤面球塊を洗浄す
るのに有用な第１図に示す装置の変形装置の部分破断斜
視図である。
るのに有用な第１図に示す装置の変形装置の部分破断斜
視図である。
【図８】
第７図の装置の側断面図である。
【図９】
本発明による血漿搬出用の第１制御および全器具を示す
図式ブロック図である［図１０１ 本発明による血漿搬出用の別な装置を示す図式ブロック
図である。
図式ブロック図である［図１０１ 本発明による血漿搬出用の別な装置を示す図式ブロック
図である。
【符号の説明］
１２０ 濾過モジュール
１４２ 人力チューブ
１４４ 返還チューブ
１７０．２００，２０４ ローラポンプ１７２．２
０２，２０６ ポンプ制御装置【書類名】 図面
０２，２０６ ポンプ制御装置【書類名】 図面
【図２】
【図５】
【図６】
く
【図７】
【図９】
【図１０１
Claims (16)
- 【請求項１】 細胞懸濁液を受け入れるための細胞懸濁液入口と、該細
胞成分を実質上含まない濾液を排出するための濾液出口
と、濾液を除去した後残った細胞成分を排出するための
細胞成分濃縮液出口とを備えている細胞懸濁液から細胞
成分を実質上含まない濾液を分離するための膜濾過手段
と、細胞懸濁液をその供給源から膜濾過手段へ輸送する
ため細胞懸濁液入口と連通している可撓性入力導管手段
と、 残った細胞成分を膜濾過手段から輸送するため細胞濃縮
液出口と連通している可撓性出力導管手段と、 実質上細胞成分を含まない濾液を膜濾過手段から輸送す
るため濾液出口と連通している濾液採取導管手段と、 入口および出口導管手段に関して対称的に配置された第
１および第２の対向して離れているローラを有するぜん
動ポンプにして、第１のローラは、第２のローラが出口
導管手段と係合および脱係合に動くのと同時に入口導管
との係合および脱係合に動き、膜濾過手段内の不同圧力
サージをなくすため第１および第２のローラによって発
生する圧力脈動が同期化される前記ぜん動ポンプを備え
ていることを特徴とする細胞懸濁液から細胞成分を分離
するための装置。 - 【請求項２】 前記出口導管手段と連通し、残った細胞成分へ添加剤溶
液を導入するための添加剤導管を備えている請求項１の
装置。 - 【請求項３】 添加剤導管に関連し、膜濾過手段によって抽出された濾
液の容積を補償するため添加剤導管を通って添加剤溶液
をポンピングするためのポンピング手段を備えている請
求項２の装置。 - 【請求項４】 残った細胞成分をその供給源へ返還するための手段を備
えている請求項１ないし３のいずれかの装置。 - 【請求項５】 前記返還手段は残った細胞成分のある量を集めるため出
口導管手段と連通している貯槽と、そして貯槽内の流体
量に応答して貯槽内に集まった残った細胞成分を供給源
へ輸送するための返還制御手段を含んでいる請求項４の
装置。 - 【請求項６】 貯槽は可撓性であり、そして返還制御手段は貯槽を圧縮
する手段を含んでいる請求項５の装置。 - 【請求項７】 返還制御手段は貯槽圧縮手段の作動と同時にぜん動ポン
プの作動を停止するためぜん動ポンプへ作動的に接続さ
れている請求項６の装置。 - 【請求項８】 返還制御手段は貯槽中の流体量があらかじめ定めたレベ
ルに等しくなったかまたはそれを越えた時貯槽圧縮手段
を作動させ、そして貯槽中の流体量があらかじめ定めた
レベルを下廻った時貯槽圧縮手段の作動を停止させる請
求項５または６または７の装置。 - 【請求項９】 膜濾過手段は回転膜よりなる請求項１ないし８のいずれ
かの装置。 - 【請求項１０】 細胞懸濁液は全血であり、濾液は血漿であり、そして細
胞濃縮物は赤血球を含んでいる請求項１ないし９のいず
れかの装置。 - 【請求項１１】 細胞懸濁液を受け入れるための細胞懸濁液入力と、細胞
懸濁液が当該回転膜手段へ輸送される間細胞成分へ損傷
なしに回転膜手段から離れる細胞成分の運動を発生させ
るための回転膜手段と、回転膜手段を通って実質上細胞
成分を含まない濾液を引出すための手段であって濾液を
排出するための濾液出力を含んでいる濾液引出し手段と
、濾液に乏しい細胞懸濁液を排出するための細胞濃縮液
出口とを備えた細胞懸濁液から濾液を分離するための分
離手段と、細胞懸濁液入力と連通し、細胞懸濁液をその
供給源から分離手段へ輸送するための入力導管手段と、 細胞濃縮液出口と連通し、細胞濃縮液を分離手段からそ
の供給源へ分離手段をバイパスする通路を通って細胞懸
濁液を分離手段への再循環なしに返還するための出力導
管手段と、 濾液出力と連通し、濾液を分離手段から輸送するための
濾液収集導管手段と、入力導管手段と関連し、それを通
る流体をポンピングするための第１のポンピング手段と
、 出力導管手段と関連し、それを通る流体をポンピングす
るための第２のポンピング手段と、 第１および第２のポンピング手段を相互接続し、入力導
管手段中の流体流量を出力導管手段中の流体流量に関し
所望の値に維持し、それによって細胞懸濁液が１回通過
で膜分離手段を通って進行する間濾液導管手段内に所望
の最適流量を維持するように、第１および第２のポンピ
ング手段の間に選定された流量関係を確立するためのポ
ンプ制御手段 を備えていることを特徴とする細胞懸濁液から損傷を受
け易い細胞成分を分離する装置。 - 【請求項１２】 入力および出力導管手段は可撓性チューブを含み、第１
および第２のポンピング手段は一方は入力導管手段と作
動的に接触し、他方は出力導管手段と作動的に接触する
別々のローラポンプを含んでいる請求項１１の装置。 - 【請求項１３】 出力導管手段は、細胞濃縮液のある量を集めるための貯
槽と、そして貯槽中の流体量に応答して貯槽中に集めら
れた細胞濃縮液をその供給源へ輸送するための第３のポ
ンピング手段を含んでいる請求項１１または１２の装置
。 - 【請求項１４】 第３のポンピング手段は、貯槽中の流体量があらかじめ
定めたレベルと等しいかそれを越えた時貯槽から流体を
輸送するように作動し、貯槽中の流体量が該レベルを下
廻った時作動を停止する請求項１３の装置。 - 【請求項１５】 第３のポンピング手段は、第３のポンピング手段の作動
を第１および第２のポンピング手段の作動と同時に停止
するため第１および第２のポンピング手段へ作動的に接
続されている請求項１３または１４の装置。 - 【請求項１６】 細胞懸濁液は全血であり、濾液は血漿であり、細胞濃縮
液は赤血球を含んでいる請求項１１ないし１５のいずれ
かの装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| JP58233797A Division JPS59155758A (ja) | 1982-12-13 | 1983-12-13 | 血液の分別装置および分別法 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP58233797A Granted JPS59155758A (ja) | 1982-12-13 | 1983-12-13 | 血液の分別装置および分別法 |
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Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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