JPH0423544B2 - - Google Patents
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Description
請求の範囲
１ 回転するスピナーと外側シエルの間をそれら
の表面の一方の上にある濾過膜を詰まらせること
なく細胞懸濁液を通過させて濾過する装置であつ
て、 前記スピナーと外側シエルの間の空間中に該空
間を実質上充満する環状渦を確立するような速度
で前記スピナーを駆動するための手段、 前記膜を通過する濾液の所望抽出量を維持しな
がら膜横断圧力を感知するための手段、 感知した膜横断圧力を、所望の膜効率をもつて
そして細胞成分へ実質上損傷を与えることなく濾
液の抽出が得られると計算された膜横断圧力と比
較するための手段、 前記感知された膜横断圧力が前記計算値以上に
上昇したとき前記膜を清浄化する渦作用を維持す
るように前記スピナーを駆動しながら濾液の抽出
量を減らすための手段 を備えていることを特徴とする前記装置。 ２ 前記濾液抽出量を減らすための手段は、感知
された膜横断圧力が計算値をこえた時回転するス
ピナーと外側シエルの間を通過する流体の流れを
増加し、それにより濾液流量の所望の減少を発生
させる手段よりなる第１項の装置。 ３ 前記濾液抽出量を減らすための手段は、感知
された膜横断圧力が計算値以下である時は所望の
抽出量を実質上コンスタントに維持するように作
動する第１項または第２項の装置。 ４ 膜の清浄化を助けるため濾液の抽出量を減ら
し、回転するスピナーと外側シエルの間に洗浄液
を導入するための手段を含んでいる第１項の装
置。 ５ 前記外側シエルは複数の表面みぞを備えた内
側表面を有し、前記濾過膜は前記内側表面上に配
置され、前記外側シエルはその内側表面を露出さ
せるための手段および濾過膜を内側表面へ取外し
自在に装着するための手段を備えている第１項の
装置。 ６ 前記内側表面を露出させるための手段は、分
割した外側シエル本体と、そして分割した外側シ
エル本体を取外し自在に一体に連結するための連
結手段とよりなる第５項の装置。 ７ 前記濾過膜は0.1ないし1.0ミクロンの範囲内
の孔寸法を有する第１項ないし第６項のいずれか
の装置。 ８ 前記細胞懸濁液は全血であり、前記濾液は血
漿であり、そして前記計算された膜横断圧力の値
は約165mmHg以下である第１項ないし第７項のい
ずれかの装置。 ９ 前記濾過膜はあらかじめ定めた公称寸法のオ
リフイスを含み、前記濾過膜の表面凹凸は前記あ
らかじめ定めた公称寸法より大きさが小さく、そ
して前記スピナーと外側シエルの間の空間を通過
する細胞懸濁液のテイラー数は180ないし220の範
囲内である第１項ないし第８項のいずれかの装
置。 １０ 前記濾過膜は前記スピナーと外側表面に配
置されている第１項ないし第９項のいずれかの装
置。 １１ 洗浄液源を備え、前記スピナーと外側シエ
ルとの間の空間と洗浄液源とに連通しており、か
つ前記空間内のテイラー渦を維持しながら前記空
間への細胞懸濁液の入力を一時減らして前記洗浄
液を前記空間中へ一時的に導入し、濾過膜の洗浄
および効率的な濾過作用の回復を行うための手段
を備えている第１項ないし第１０項のいずれかの
装置。 発明の背景 本発明は、懸濁液からの物質の膜濾過に関し、
特に、斯る技術の生医学的応用に関する。更に、
血液の構成成分の分離或いは分別に関連するが、
それに限定されるものではない。 全血の所定の構成成分を分離及び採集する技術
は、多くの治療、医学的及び実験的応用のために
広く使用されている。血漿搬出法（全血の赤血球
および白血球からの液体血漿の分離）は、一般的
な血漿貯蔵及び供給システムの基礎を成し、又、
治療上のアフエレーシスにおいて使用が増加して
いる。血漿は個々の供血者から全血を採血し、血
漿を分離し、更に、好ましくは高ヘマトクリツト
（高血球百分率）画分を供血者に戻すことにより
集められる。遠心分離による血漿搬出法は、実験
室において広く用いられているが、本質的には、
便利さ及び商業的実用性の限られたバツチ方法で
ある。連続遠心分離は、血漿を迅速且つ供血者の
不都合さを最小にして集める場合に望ましいが、
現在の技術力では、採算がとれない。血液の処理
および採集装置は、完全に無菌状態でなければな
らず、実際、血液と接触する全ての要素は廉価で
使い捨て可能な構成部分又は装置であることが要
求される。この為、多くの当業者は、適当に小さ
い孔径（例、0.5ミクロン）を有する膜を利用し
て、血液から血漿を濾過する膜濾過技術の実験を
行つてきた。全血の粘稠且つ複雑な性質に因り、
沈積（細胞物質による孔の目詰まり）が、膜を通
過する移動の効率を直ちに減少させるので単純な
濾過では十分でない。 これらの問題を認識して、多くの研究者たちは
効率を増大させるために剪断原理を利用すること
を試みてきた。全血を、対向表面に対して移動す
る膜表面を渡つて横方向に輸送することは、血液
シート上に剪断力を生ぜしめ、細胞物質の運動状
態を保持し且つ該物質を膜孔から隔てて持ち上げ
ることになるので、実質的に沈積の問題が減少す
る。当業者等は、剪断の量と濾過方法の効率間に
一般的に増大する相関関係を確認しており、上源
は望ましくない細胞の破壊、即ち溶血により課さ
れ、典型的には従来の装置では7500〜10000／秒
の最大剪断速度において見られた。 膜濾過は、事実上、種々の圧損失及び流れの不
連続性の故に、種々の平坦膜形状では実用的限界
に到達したようであつた。実際、個々の供血者か
ら合理的な速度で濾液採集を可能にするために
は、実質的な膜面積が斯る形状に要求された。し
かしながら、膜は高価であり且つ、装置の効率は
使用時間と共に減少する。この様に低廉で使い捨
て可能な所望の目的物は、従来の装置では、達成
されていない。 特開昭59−155758に記載されたフイツシエルの
発明の異なつた構造から膜濾過を有する血液分離
技術における顕著な進歩が生じた。その特許出願
に記載された形状は、或る与えられた表面積に対
し、従来の膜濾過装置で見られた濾過速度の10倍
以上の濾過速度を与える。内部採集装置を有する
膜被覆スピナーが固定されたシエル内に配置さ
れ、血液がスピナーとシエルの間の空間に供給さ
れ、シエルを中心として円周方向及び縦軸に沿つ
た方向に移動して離れた出口領域に達する。
0.030インチの間隙及び略3600r.p.m.の回転速度を
有し、１インテ（2.54cm）のスピナー直径及び３
インテ（7.5cm）の長さを用いた実用的装置は、
血漿を約45ml／分の速度、高い血漿回収率（例、
70％を越える）で得ることを可能にする。約
0.039ml／cm2／分を与える中空繊維系統に対比し
て0.9ml／cm2／分の血漿回収が達成される。この
様にして与えられた濾過効率における有意義な改
良は、低コストで使い捨て可能な血漿搬出処理を
初めて実用的にするものであり又、残りの、高ヘ
マトクリツトが供血者に戻されるので２〜３単位
の血液を便利に且つ迅速に移すことを可能にす
る。 クエツトの流れと称される回転スピナーと同軸
シエル間に存在する流れの状態は数多く研究され
ておりスピナー上の膜を通しての濾液の抽出は潜
在的に広い応用性を有する特別の場合を表わすも
のである。一般的に、この構成は、液槽内で回転
するフイルターがスピナーの内部に濾液を抽出し
ながら液槽中の粒子がフイルターに付着すること
を防止或いは制限するために使用される多くの装
置を包含するものである。これらの特別な例はエ
ム・ロペス・レイバ（M.Lopez−Leiva）により
デザリネーシヨン（De Salination）誌の「低濃
度分極における限外濾過；技術的可能性
（Ultrafiltration at Low Degrees of
Concentration polarization；Technical
Possibilities）」（オランダ）、35巻、125〜128頁
1980年所収）と題されるミルク製品の濃縮を扱う
記事及び塩基性沈澱及び水からの油の抽出を取扱
う米国特許第4184952号シエルオイルに示されて
いる。しかしながら、これらの開示にはフイツシ
エルにより達成された血漿搬出における有意義な
改良も又可能であることを示すか、或いは斯る装
置における分離機構を説明するものは何もない。
フイツシエルの特許出願は、出願時点において
「剪断遠心」効果が生じ、遠心力が血球物質を固
定壁に向かつて外側に移動させると共に血漿に富
んだ層が表面に存在するとの仮説に基づいてい
た。この装置の性能に対する制限因子は外側への
血球移動を達成するために十分な遠心力を働かせ
ながらスピナーと外壁の間に層流を維持する条件
として説明されていた。この様に、この出願は二
つの同軸シリンダー間の相対的運動が壁の間にテ
イラー渦と称される局部的セル構造の形成を引起
こす他の回転流れ装置から区別する趣旨のもので
あつた。 テイラー渦も又文献において鋭意検討されてお
り、多くの装置、特にブルムフイールド
（Brumfield）による米国特許第3771658号、第
3771899号及び第4212241号に提案されている酸素
化器がその様な効果を利用するものと考えられ
る。テイラー渦の研究の殆どは理論面に関するも
のであり、酸素化器を含み、これらの原理に基づ
いて実施に成功した装置は少ない。部材間の液体
媒体の動力学が、媒体からの構成成分の連続的な
抽出により影響され、或いは変更されるテイラー
渦を用いる装置は知られていない。 濾液が複雑で脆性な生体組織、例えば全血から
抽出される状況は、多くの複雑な要因を含むこと
が判る。フイツシエル装置は操作モードによつて
は上記条件下において層流を作り出さず、又血漿
自体の引出しは、血球に働く遠心力を実質的に越
える力を発生させることを示した。フイツシエル
の特別な血漿搬出装置は、説明された効率をもつ
て機能するが、支配的な装置の要件を考慮に入れ
て実質的に異なつたモードの操作を確立し且つ高
める構成及び操作条件を使用することにより方法
の制限及び最適条件に関する改良が実現可能とな
る。 発明の概要 更に改良された懸濁液から物質を濾過する装置
及び方法が、ある懸濁液に対して半径方向の間
隙、スピナーの直径及び角速度が選択され、スピ
ナーの長さに沿つて強いがしかし制御されたテイ
ラー渦を発生するクエツト型流れにおいて操作様
式を確立することにより提供される。強い渦作用
は、スピナーの周りに一連の隣接した環状渦巻セ
ルを生ぜしめ、内部循環の方向を変えながらスピ
ナーの長さに沿つて移動する。この渦巻作用はセ
ルが半径方向の間隙を実質的に満たす程十分に強
く、懸濁液中の物質は、この様にしてスピナー及
び外壁表面において直交する速度分布を有する複
雑な経路で推進される。本発明によれば、物質
は、内（スピナー）表面、又は外（固定壁）表
面、若しくは両者から表面膜を介して濾過するこ
とができる。膜表面の速度成分は、相対的スピナ
ー−壁運動により確立される高剪断速度に有意義
に寄与し、さもなくば、濾液が迅速に抽出される
につれて膜孔上に沈積する物質を膜から除去する
傾向を示す内部払掃運動を半径方向の間隙内に与
える。 本発明による装置及び方法は、血液分離搬出装
置の多くの且つ困難な問題を解決するのに特に有
用であるが、しかし、広範囲のその他の応用にも
同様に適したものである。この概念は、系の総粘
度が一定の濾液の抽出にも拘らず、スピナーの長
さにわたつて強いテイラー渦の確立を許容し、及
び懸濁液内の固体或いは粒状物質の密度が、循環
渦巻内に物質の同伴を可能にする場合には常に有
用であるように思われる。 濾液装置及び方法の一つ特別な例において、テ
イラーセルの発生開始よりも十分上であるが、破
壊的剪断が生じるレベルよりは低い渦巻作用が創
り出される。内部濾液採集を有する膜被覆スピナ
ーは、所定の半径方向の間隙でもつて同心的な外
壁から離間しており、増大するが実質的に一様な
渦巻作用は、抽出作用に拘らず維持される。好ま
しくは、半径方向の間隙は、剪断及び渦巻力が最
大であり、他の要因がそれに従つて調整される許
容可能範囲の上端近傍に選択される。これは、血
球を膜内に引込む傾向を有する膜を通しての抽出
速度が、膜表面を払掃する直交速度成分により打
消されるよりも多くなることを確実にする。この
渦巻作用は内部方向の流れが膜上に血球沈積を生
じさせるか、或いは外部方向流れが過度の乱流及
び破壊的効果を生じさせる程には激しくない。こ
の反対回転渦巻は、常に懸濁液中の物質を混合
し、各渦セルに隣接した膜表面において利用可能
な潜在的な濾液の供給を補充する。更に、入力か
ら出力への略一定したセルの移行があり、従つ
て、局部的な静的条件は存在し得ない。懸濁液内
の濾液は、同伴した血球物質或いは固形分よりも
動きが大きく、膜を通過する濾液抽出速度を均等
化する傾向を示すように渦巻セル間において交換
されることができる。 強いが、しかし制御された渦巻循環の条件下に
おいて、接線方向の速度は特別の目的のために膜
を通る半径方向の流れ速度に対して有利にバラン
スさせることができる。例えば、血漿搬出装置に
おいて、膜横断圧力及び血漿処理量（「収穫高
％」）は計器装置及び、即時の計算により容易に
決定される。100％効率膜のための血漿処理量に
対する膜横断圧力は分析或いは経験的観察により
得られ、血球沈積の開始を同定する基準を確立す
る。膜横断圧力が血球沈積が切迫したレベルに或
いはそれを越えて増大すると、本発明による分離
装置が、少なくとも一時濾液の抽出量速度を減少
させる。その結果生ずる濾液半径方向の流速の減
少は、接線方向の流れ成分が沈積血球を遊離させ
るか、或いは効率を維持することを可能にし、こ
の様にして膜をきれいにし、装置の効率を回復さ
せる。斯る内部能力を有する公知の濾過装置は存
在しない。 本発明による装置のもう一つの特徴は、膜の表
面トポロジーが濾過される懸濁液の性質に応じて
選択されることである。渦巻作用を高め、血液に
よる膜の閉塞を最少にするためには、例えば孔径
よりも大きい表面ムラを有さない平滑表面膜が用
いられる。膜表面の変化が多くの市販の膜におい
て最少であるという事実にも拘らず、それらは渦
巻作用の局所的表面効果を減少させながら赤血球
を溶血させ捕捉することがある。この様に、これ
らの条件下においては、平滑表面積を用いること
により優れた結果得られる。 本発明による他の装置は、外側の固定壁に数多
くの構造的利点及び操作効率における最少の減少
をもつて濾過膜を植設するものである。この固定
膜表面は装置を診断用途、或いは装置が長期間連
続的に操作される用途の分離器として使用するた
め容易に交換が可能である。この型の分離器の具
体例において、渦巻流は、縦方向の濾過膜を取替
えるために開放可能な同軸的に分割されたハウジ
ング内に保持されるスピナーによた得られる。外
部の磁気駆動部がスピナーを間隙及び懸濁液粘度
に応じて膜における払掃作用を与え目詰まりを起
こさないために強い渦巻が存在することを確実に
する角速度で回転させる。任意のスピナー表面速
度で操作される内部膜において使用されるよりも
僅かに低い抽出速度を用いても、高い収穫高％が
達成される。多くの場合において、速度或いは間
隙寸法を増大して、より高い収穫高％を与えるこ
とができる。この装置は、膜の取替が可能で、且
つ、単位を、操作間においてリンスすることによ
り繰返し使用することができるので、診断或いは
分析を目的として使用する場合には更に有利であ
る。 優れた血漿搬出操作を提供する装置の一つの具
体例は、70〜250の範囲のテイラー数及び7500／
秒〜最大10000／秒の剪断速度と共に、回転数に
対し最大の間隙を用いる。本発明の他の面におい
て、0.8〜1.0ミクロンの範囲の孔径を使用するこ
とができ、これらは従来使用されていたものより
大きく且つ効率的である。更に、分離装置を通る
血液流は特別の目的に対して、必要であれば、重
力に対抗させることができる。低コストの血漿搬
出処理に対して最少の膜面積が望まれるので血漿
の最大且つ一定の処理量を達成するために比較的
小範囲の間隙サイズ及び角速度が用いられる。例
えば、１インチ直径のローターが用いられる場合
には、3000〜3600r.p.m.のローター角速度に対し
間隙寸法約0.018インチ〜0.030インチの範囲に保
持される。
の表面の一方の上にある濾過膜を詰まらせること
なく細胞懸濁液を通過させて濾過する装置であつ
て、 前記スピナーと外側シエルの間の空間中に該空
間を実質上充満する環状渦を確立するような速度
で前記スピナーを駆動するための手段、 前記膜を通過する濾液の所望抽出量を維持しな
がら膜横断圧力を感知するための手段、 感知した膜横断圧力を、所望の膜効率をもつて
そして細胞成分へ実質上損傷を与えることなく濾
液の抽出が得られると計算された膜横断圧力と比
較するための手段、 前記感知された膜横断圧力が前記計算値以上に
上昇したとき前記膜を清浄化する渦作用を維持す
るように前記スピナーを駆動しながら濾液の抽出
量を減らすための手段 を備えていることを特徴とする前記装置。 ２ 前記濾液抽出量を減らすための手段は、感知
された膜横断圧力が計算値をこえた時回転するス
ピナーと外側シエルの間を通過する流体の流れを
増加し、それにより濾液流量の所望の減少を発生
させる手段よりなる第１項の装置。 ３ 前記濾液抽出量を減らすための手段は、感知
された膜横断圧力が計算値以下である時は所望の
抽出量を実質上コンスタントに維持するように作
動する第１項または第２項の装置。 ４ 膜の清浄化を助けるため濾液の抽出量を減ら
し、回転するスピナーと外側シエルの間に洗浄液
を導入するための手段を含んでいる第１項の装
置。 ５ 前記外側シエルは複数の表面みぞを備えた内
側表面を有し、前記濾過膜は前記内側表面上に配
置され、前記外側シエルはその内側表面を露出さ
せるための手段および濾過膜を内側表面へ取外し
自在に装着するための手段を備えている第１項の
装置。 ６ 前記内側表面を露出させるための手段は、分
割した外側シエル本体と、そして分割した外側シ
エル本体を取外し自在に一体に連結するための連
結手段とよりなる第５項の装置。 ７ 前記濾過膜は0.1ないし1.0ミクロンの範囲内
の孔寸法を有する第１項ないし第６項のいずれか
の装置。 ８ 前記細胞懸濁液は全血であり、前記濾液は血
漿であり、そして前記計算された膜横断圧力の値
は約165mmHg以下である第１項ないし第７項のい
ずれかの装置。 ９ 前記濾過膜はあらかじめ定めた公称寸法のオ
リフイスを含み、前記濾過膜の表面凹凸は前記あ
らかじめ定めた公称寸法より大きさが小さく、そ
して前記スピナーと外側シエルの間の空間を通過
する細胞懸濁液のテイラー数は180ないし220の範
囲内である第１項ないし第８項のいずれかの装
置。 １０ 前記濾過膜は前記スピナーと外側表面に配
置されている第１項ないし第９項のいずれかの装
置。 １１ 洗浄液源を備え、前記スピナーと外側シエ
ルとの間の空間と洗浄液源とに連通しており、か
つ前記空間内のテイラー渦を維持しながら前記空
間への細胞懸濁液の入力を一時減らして前記洗浄
液を前記空間中へ一時的に導入し、濾過膜の洗浄
および効率的な濾過作用の回復を行うための手段
を備えている第１項ないし第１０項のいずれかの
装置。 発明の背景 本発明は、懸濁液からの物質の膜濾過に関し、
特に、斯る技術の生医学的応用に関する。更に、
血液の構成成分の分離或いは分別に関連するが、
それに限定されるものではない。 全血の所定の構成成分を分離及び採集する技術
は、多くの治療、医学的及び実験的応用のために
広く使用されている。血漿搬出法（全血の赤血球
および白血球からの液体血漿の分離）は、一般的
な血漿貯蔵及び供給システムの基礎を成し、又、
治療上のアフエレーシスにおいて使用が増加して
いる。血漿は個々の供血者から全血を採血し、血
漿を分離し、更に、好ましくは高ヘマトクリツト
（高血球百分率）画分を供血者に戻すことにより
集められる。遠心分離による血漿搬出法は、実験
室において広く用いられているが、本質的には、
便利さ及び商業的実用性の限られたバツチ方法で
ある。連続遠心分離は、血漿を迅速且つ供血者の
不都合さを最小にして集める場合に望ましいが、
現在の技術力では、採算がとれない。血液の処理
および採集装置は、完全に無菌状態でなければな
らず、実際、血液と接触する全ての要素は廉価で
使い捨て可能な構成部分又は装置であることが要
求される。この為、多くの当業者は、適当に小さ
い孔径（例、0.5ミクロン）を有する膜を利用し
て、血液から血漿を濾過する膜濾過技術の実験を
行つてきた。全血の粘稠且つ複雑な性質に因り、
沈積（細胞物質による孔の目詰まり）が、膜を通
過する移動の効率を直ちに減少させるので単純な
濾過では十分でない。 これらの問題を認識して、多くの研究者たちは
効率を増大させるために剪断原理を利用すること
を試みてきた。全血を、対向表面に対して移動す
る膜表面を渡つて横方向に輸送することは、血液
シート上に剪断力を生ぜしめ、細胞物質の運動状
態を保持し且つ該物質を膜孔から隔てて持ち上げ
ることになるので、実質的に沈積の問題が減少す
る。当業者等は、剪断の量と濾過方法の効率間に
一般的に増大する相関関係を確認しており、上源
は望ましくない細胞の破壊、即ち溶血により課さ
れ、典型的には従来の装置では7500〜10000／秒
の最大剪断速度において見られた。 膜濾過は、事実上、種々の圧損失及び流れの不
連続性の故に、種々の平坦膜形状では実用的限界
に到達したようであつた。実際、個々の供血者か
ら合理的な速度で濾液採集を可能にするために
は、実質的な膜面積が斯る形状に要求された。し
かしながら、膜は高価であり且つ、装置の効率は
使用時間と共に減少する。この様に低廉で使い捨
て可能な所望の目的物は、従来の装置では、達成
されていない。 特開昭59−155758に記載されたフイツシエルの
発明の異なつた構造から膜濾過を有する血液分離
技術における顕著な進歩が生じた。その特許出願
に記載された形状は、或る与えられた表面積に対
し、従来の膜濾過装置で見られた濾過速度の10倍
以上の濾過速度を与える。内部採集装置を有する
膜被覆スピナーが固定されたシエル内に配置さ
れ、血液がスピナーとシエルの間の空間に供給さ
れ、シエルを中心として円周方向及び縦軸に沿つ
た方向に移動して離れた出口領域に達する。
0.030インチの間隙及び略3600r.p.m.の回転速度を
有し、１インテ（2.54cm）のスピナー直径及び３
インテ（7.5cm）の長さを用いた実用的装置は、
血漿を約45ml／分の速度、高い血漿回収率（例、
70％を越える）で得ることを可能にする。約
0.039ml／cm2／分を与える中空繊維系統に対比し
て0.9ml／cm2／分の血漿回収が達成される。この
様にして与えられた濾過効率における有意義な改
良は、低コストで使い捨て可能な血漿搬出処理を
初めて実用的にするものであり又、残りの、高ヘ
マトクリツトが供血者に戻されるので２〜３単位
の血液を便利に且つ迅速に移すことを可能にす
る。 クエツトの流れと称される回転スピナーと同軸
シエル間に存在する流れの状態は数多く研究され
ておりスピナー上の膜を通しての濾液の抽出は潜
在的に広い応用性を有する特別の場合を表わすも
のである。一般的に、この構成は、液槽内で回転
するフイルターがスピナーの内部に濾液を抽出し
ながら液槽中の粒子がフイルターに付着すること
を防止或いは制限するために使用される多くの装
置を包含するものである。これらの特別な例はエ
ム・ロペス・レイバ（M.Lopez−Leiva）により
デザリネーシヨン（De Salination）誌の「低濃
度分極における限外濾過；技術的可能性
（Ultrafiltration at Low Degrees of
Concentration polarization；Technical
Possibilities）」（オランダ）、35巻、125〜128頁
1980年所収）と題されるミルク製品の濃縮を扱う
記事及び塩基性沈澱及び水からの油の抽出を取扱
う米国特許第4184952号シエルオイルに示されて
いる。しかしながら、これらの開示にはフイツシ
エルにより達成された血漿搬出における有意義な
改良も又可能であることを示すか、或いは斯る装
置における分離機構を説明するものは何もない。
フイツシエルの特許出願は、出願時点において
「剪断遠心」効果が生じ、遠心力が血球物質を固
定壁に向かつて外側に移動させると共に血漿に富
んだ層が表面に存在するとの仮説に基づいてい
た。この装置の性能に対する制限因子は外側への
血球移動を達成するために十分な遠心力を働かせ
ながらスピナーと外壁の間に層流を維持する条件
として説明されていた。この様に、この出願は二
つの同軸シリンダー間の相対的運動が壁の間にテ
イラー渦と称される局部的セル構造の形成を引起
こす他の回転流れ装置から区別する趣旨のもので
あつた。 テイラー渦も又文献において鋭意検討されてお
り、多くの装置、特にブルムフイールド
（Brumfield）による米国特許第3771658号、第
3771899号及び第4212241号に提案されている酸素
化器がその様な効果を利用するものと考えられ
る。テイラー渦の研究の殆どは理論面に関するも
のであり、酸素化器を含み、これらの原理に基づ
いて実施に成功した装置は少ない。部材間の液体
媒体の動力学が、媒体からの構成成分の連続的な
抽出により影響され、或いは変更されるテイラー
渦を用いる装置は知られていない。 濾液が複雑で脆性な生体組織、例えば全血から
抽出される状況は、多くの複雑な要因を含むこと
が判る。フイツシエル装置は操作モードによつて
は上記条件下において層流を作り出さず、又血漿
自体の引出しは、血球に働く遠心力を実質的に越
える力を発生させることを示した。フイツシエル
の特別な血漿搬出装置は、説明された効率をもつ
て機能するが、支配的な装置の要件を考慮に入れ
て実質的に異なつたモードの操作を確立し且つ高
める構成及び操作条件を使用することにより方法
の制限及び最適条件に関する改良が実現可能とな
る。 発明の概要 更に改良された懸濁液から物質を濾過する装置
及び方法が、ある懸濁液に対して半径方向の間
隙、スピナーの直径及び角速度が選択され、スピ
ナーの長さに沿つて強いがしかし制御されたテイ
ラー渦を発生するクエツト型流れにおいて操作様
式を確立することにより提供される。強い渦作用
は、スピナーの周りに一連の隣接した環状渦巻セ
ルを生ぜしめ、内部循環の方向を変えながらスピ
ナーの長さに沿つて移動する。この渦巻作用はセ
ルが半径方向の間隙を実質的に満たす程十分に強
く、懸濁液中の物質は、この様にしてスピナー及
び外壁表面において直交する速度分布を有する複
雑な経路で推進される。本発明によれば、物質
は、内（スピナー）表面、又は外（固定壁）表
面、若しくは両者から表面膜を介して濾過するこ
とができる。膜表面の速度成分は、相対的スピナ
ー−壁運動により確立される高剪断速度に有意義
に寄与し、さもなくば、濾液が迅速に抽出される
につれて膜孔上に沈積する物質を膜から除去する
傾向を示す内部払掃運動を半径方向の間隙内に与
える。 本発明による装置及び方法は、血液分離搬出装
置の多くの且つ困難な問題を解決するのに特に有
用であるが、しかし、広範囲のその他の応用にも
同様に適したものである。この概念は、系の総粘
度が一定の濾液の抽出にも拘らず、スピナーの長
さにわたつて強いテイラー渦の確立を許容し、及
び懸濁液内の固体或いは粒状物質の密度が、循環
渦巻内に物質の同伴を可能にする場合には常に有
用であるように思われる。 濾液装置及び方法の一つ特別な例において、テ
イラーセルの発生開始よりも十分上であるが、破
壊的剪断が生じるレベルよりは低い渦巻作用が創
り出される。内部濾液採集を有する膜被覆スピナ
ーは、所定の半径方向の間隙でもつて同心的な外
壁から離間しており、増大するが実質的に一様な
渦巻作用は、抽出作用に拘らず維持される。好ま
しくは、半径方向の間隙は、剪断及び渦巻力が最
大であり、他の要因がそれに従つて調整される許
容可能範囲の上端近傍に選択される。これは、血
球を膜内に引込む傾向を有する膜を通しての抽出
速度が、膜表面を払掃する直交速度成分により打
消されるよりも多くなることを確実にする。この
渦巻作用は内部方向の流れが膜上に血球沈積を生
じさせるか、或いは外部方向流れが過度の乱流及
び破壊的効果を生じさせる程には激しくない。こ
の反対回転渦巻は、常に懸濁液中の物質を混合
し、各渦セルに隣接した膜表面において利用可能
な潜在的な濾液の供給を補充する。更に、入力か
ら出力への略一定したセルの移行があり、従つ
て、局部的な静的条件は存在し得ない。懸濁液内
の濾液は、同伴した血球物質或いは固形分よりも
動きが大きく、膜を通過する濾液抽出速度を均等
化する傾向を示すように渦巻セル間において交換
されることができる。 強いが、しかし制御された渦巻循環の条件下に
おいて、接線方向の速度は特別の目的のために膜
を通る半径方向の流れ速度に対して有利にバラン
スさせることができる。例えば、血漿搬出装置に
おいて、膜横断圧力及び血漿処理量（「収穫高
％」）は計器装置及び、即時の計算により容易に
決定される。100％効率膜のための血漿処理量に
対する膜横断圧力は分析或いは経験的観察により
得られ、血球沈積の開始を同定する基準を確立す
る。膜横断圧力が血球沈積が切迫したレベルに或
いはそれを越えて増大すると、本発明による分離
装置が、少なくとも一時濾液の抽出量速度を減少
させる。その結果生ずる濾液半径方向の流速の減
少は、接線方向の流れ成分が沈積血球を遊離させ
るか、或いは効率を維持することを可能にし、こ
の様にして膜をきれいにし、装置の効率を回復さ
せる。斯る内部能力を有する公知の濾過装置は存
在しない。 本発明による装置のもう一つの特徴は、膜の表
面トポロジーが濾過される懸濁液の性質に応じて
選択されることである。渦巻作用を高め、血液に
よる膜の閉塞を最少にするためには、例えば孔径
よりも大きい表面ムラを有さない平滑表面膜が用
いられる。膜表面の変化が多くの市販の膜におい
て最少であるという事実にも拘らず、それらは渦
巻作用の局所的表面効果を減少させながら赤血球
を溶血させ捕捉することがある。この様に、これ
らの条件下においては、平滑表面積を用いること
により優れた結果得られる。 本発明による他の装置は、外側の固定壁に数多
くの構造的利点及び操作効率における最少の減少
をもつて濾過膜を植設するものである。この固定
膜表面は装置を診断用途、或いは装置が長期間連
続的に操作される用途の分離器として使用するた
め容易に交換が可能である。この型の分離器の具
体例において、渦巻流は、縦方向の濾過膜を取替
えるために開放可能な同軸的に分割されたハウジ
ング内に保持されるスピナーによた得られる。外
部の磁気駆動部がスピナーを間隙及び懸濁液粘度
に応じて膜における払掃作用を与え目詰まりを起
こさないために強い渦巻が存在することを確実に
する角速度で回転させる。任意のスピナー表面速
度で操作される内部膜において使用されるよりも
僅かに低い抽出速度を用いても、高い収穫高％が
達成される。多くの場合において、速度或いは間
隙寸法を増大して、より高い収穫高％を与えるこ
とができる。この装置は、膜の取替が可能で、且
つ、単位を、操作間においてリンスすることによ
り繰返し使用することができるので、診断或いは
分析を目的として使用する場合には更に有利であ
る。 優れた血漿搬出操作を提供する装置の一つの具
体例は、70〜250の範囲のテイラー数及び7500／
秒〜最大10000／秒の剪断速度と共に、回転数に
対し最大の間隙を用いる。本発明の他の面におい
て、0.8〜1.0ミクロンの範囲の孔径を使用するこ
とができ、これらは従来使用されていたものより
大きく且つ効率的である。更に、分離装置を通る
血液流は特別の目的に対して、必要であれば、重
力に対抗させることができる。低コストの血漿搬
出処理に対して最少の膜面積が望まれるので血漿
の最大且つ一定の処理量を達成するために比較的
小範囲の間隙サイズ及び角速度が用いられる。例
えば、１インチ直径のローターが用いられる場合
には、3000〜3600r.p.m.のローター角速度に対し
間隙寸法約0.018インチ〜0.030インチの範囲に保
持される。
本発明は、以下の説明及び添付図面を参照する
ことにより、よりよく理解できよう。第１図は、
本発明による血漿搬出装置の一部切欠き斜視図及
びブロツク図、第２図は、渦巻流特性を示す第１
図の装置における血漿分離装置の一部の拡大且つ
簡略化した部分斜視図、第３図は、明細書に記載
の操作時に見られる渦巻流を示す第２図の装置の
拡大側面断面図、第４図は、間隙と、所定の大き
さを有するスピナーの角速度の関係の変化に伴
う、所定の注入量に対する血漿搬出量の変化を示
すグラフ、第５図は、他の因子の一定にして、異
なる間隙サイズに対する血漿フラツクスの変化を
示すグラフ、第６図は、固定膜を使用する本発明
による装置の別の例を示す一部切欠き斜視図、第
７図は、第６図の装置の側面断面図、第８図は、
ある種の膜の表面ムラを示す幾分理想化された、
但し、実寸でない濾過膜の斜視図。
ことにより、よりよく理解できよう。第１図は、
本発明による血漿搬出装置の一部切欠き斜視図及
びブロツク図、第２図は、渦巻流特性を示す第１
図の装置における血漿分離装置の一部の拡大且つ
簡略化した部分斜視図、第３図は、明細書に記載
の操作時に見られる渦巻流を示す第２図の装置の
拡大側面断面図、第４図は、間隙と、所定の大き
さを有するスピナーの角速度の関係の変化に伴
う、所定の注入量に対する血漿搬出量の変化を示
すグラフ、第５図は、他の因子の一定にして、異
なる間隙サイズに対する血漿フラツクスの変化を
示すグラフ、第６図は、固定膜を使用する本発明
による装置の別の例を示す一部切欠き斜視図、第
７図は、第６図の装置の側面断面図、第８図は、
ある種の膜の表面ムラを示す幾分理想化された、
但し、実寸でない濾過膜の斜視図。
第１図を参照すると、要素が概略的に図示され
ている血漿搬出装置１０は、本発明による血液分
離装置の特に適切な例を示すものである。全血
は、供血者から単一針として示されている針手段
１２を介して採取されるが、二重針装置を使用し
てもよい。使い捨て可能なチユーブを使用して供
血者から血液を採血し、凝固防止剤源１３からの
凝固防止剤の流れと合流させる。（凝固防止剤の
流量制御装置は、数多くある従来型の内、任意の
ものでよく、従つて図示しない。）蠕動或いは圧
力ローラー装置等の血液注入ポンプ１４は、血液
ポンプ制御装置１６によつて作動された際に、前
記合流を膜横断圧力検出器１８及び使い捨て可能
な血漿分離器２０に供給する。血漿分離器２０
は、一端が固定ハウジング、即ち、剪断壁２４に
一体的に形成され且つ該剪断壁２４内において区
心縦軸の周りに回転可能な磁気要素２３を有する
スピナー２２である。スピナー２２は、中心軸に
沿つて離間配置され、概略的に示されている一対
の位置決め支持体２５，２６間に支持される。上
部支持体２５は、分離器２０の回転しない上部の
ための位置決めシートを提供する。又、その上端
には、スピナー２２と一体的に形成された磁気要
素２２を囲撓すると共に該要素に磁気的に連結す
る磁性駆動体２７（詳細な図示せず）が、駆動モ
ーター２８により回転される。下部支持体２６
は、固定ハウジング２４の下端を支持すると共
に、中心軸と同軸の血漿排出管３０が、血漿を排
出する開口を形成する。 スピナー２２の表面は、血液濾過に用いられる
通常の0.1乃至1.0ミクロンの表面孔を有する濾過
膜４０により被覆されている。しかしながら、本
願の装置では、実質的な利点が、以下に述べるよ
うな、特別な物理的特性及び0.8乃至1.0ミクロン
の孔径を有する膜を用いることにより得られる。
膜４０の下には、スピナー表面に縦溝４４により
相互に連結された複数円周溝４２を形成するよう
に設けられており、この縦溝４４は、半径方向の
導管４６を介して中心マニホルド４８に連通す
る。マニホルド４８は、端部封止及び支持装置
（詳細は図示せず）を介して血漿排出口３０と連
通する。 供血者からの血液は、可撓性のチユーブ（詳細
は図示せず）により血液注入ポンプ１６に連結さ
れた接線方向の血液流入口５０を介してスピナー
２２とこのスピナーと同心的なハウジング２４の
内壁の間の間隙に供給される。高ヘマトクリツト
返還流は、分離装置２０の縦軸に沿つて流入口か
ら離間配置された接線方向の排出オリフイス５２
から取出される。可撓性のチユーブ（同様に詳細
は図示せず）は、排出口５２を、制御装置５４に
より操作される蠕動パツク血球ポンプ５３を介し
て高ヘマトクリツト容器５５に連結する。これに
より、分離器２０は供血者から離間して操作が可
能となるので、別のポンプ及び、返還サイクルを
単一針装置を用いて使用できる。パツク血球は、
針手段１２と容器５５の間の返還ライン５７にお
ける返還ポンプ５６により針手段において供血者
に再注入される。返還ポンプ制御器５９は、制御
装置により決められた速度及び回転でもつて返還
ポンプを操作する。この制御装置に、容器５０内
のレベルを検出する手段（図示せず）を設けても
よい。 現在の技術状況においては、数多くの操作モー
ドが確立され且つ装置が、最少の操作注意でもつ
て自動的に操作できるように種々の条件をモニタ
ーし、且つ種々の制御を行い得るマイクロプロセ
ツサー６１を使用することが好ましい。多くのそ
の様な特徴は、本発明による装置の実施例におい
て提供されるが、本発明の概念に密接に関連した
面のみを説明する。又、これらの特別な特徴は、
直接の手で制御することによつても提供すること
が理解されよう。 マイクロプロセツサー６１への主たる入力は、
本明細書に於いて、血液注入ポンプ１４の排出口
に接続された膜横断圧力検出器より得られると共
に、パツク血球出力流の流速は、パツク血球ポン
プ制御器５４において設定された速度により確立
される。パツク血球出力流の流速は、ポンプ５３
の回転数を計数することによりマイクロプロセツ
サー６１に於いて得られる。他の流速、及びモー
ターの回転速度も所望により、マイクロプロセツ
サー６１にフイードバツクすることができるが、
これらに関する説明は必要ないであろう。 分離装置２０は、その作動が前述の特開昭59−
155758に詳細に説明されているが、血漿を膜40を
介して全血流から抽出するものである。血漿は、
膜４０を通してスピナー２２表面上に円周方向且
つ縦方向に形成された溝４２，４４に流入し、次
いで、半径方向の導管４６を介して中心マニホル
ド４８に流入する。中心マニホルド４８に集めら
れた血漿は、血漿排出口３０を介して血漿採集バ
ツグ６２に搬送される。典型的な供血者は、30〜
45分以内に２〜３単位の血漿を供給し、これは不
快さ或いは実質的な危険なしに供血者からの血液
供給及び供給者への高ヘマトクリツト返還と一致
した割合である。前記出願に示す如く、抽出速度
は実質的に一定である。適切な操作下に於いて血
漿は、透明且つ黄金色であり、本来、完全に血球
の損傷及びその結果としての溶血がない。 しかしながら、一方において血液に損傷を与え
ることなく、又、他方においてセンシテイブな、
即ち、不安定な血漿搬出操作を引きおこすことな
く最も信頼性のある血漿の処理量を達成すること
が極めて重要である。更に、血漿抽出の効率、高
価な濾過膜の経済化及び所要供血時間において利
点を得ることができる。本発明によれば、本出願
人は、血漿に富んだ層が膜表面に積重ねられ、外
方向の血液中の血球物質の放射状移動を伴う制御
された層流が確立されなければならないという見
解を全く有さない。代わつて、同出願人は、スピ
ナーの周りを連続して交互に循環する環帯形状で
スピナーと剪断壁間の間隙を占める強い渦巻を提
供している。この渦巻作用は、テイラー渦と称さ
れる。テイラーにより1923年に初めて提案され且
Phil.Trans.Am.1の第233巻、第289乃至293頁の
「二つの回転シリンダー間に含まれる粘性液体の
安定性（Stabilty of ａ Viscous Liquid
Contained Between two Rotating Cylinders）」
において提案された型のものである。従来のテイ
ラー現象に関する（数多くある）理論的及びコン
ピユータシミユレーシヨン研究は、クエツト構造
において生じる流れが適当な条件下で、シリンダ
ーの縦軸に沿つて環状渦巻セルの連続体を構成す
ると仮定している。実寸でない第２図及び第３図
の部分且つ理想図に見られる、各セルは、断面が
スピナーの中心（回転）軸に放射状である平面内
に循環流を有し、その循環方向は、連続セル間に
おいて交互になつている。第２図の斜視図は、
個々のセル内に於ける一般的ならせん流、及びシ
リーズ内の交互のセルの逆回転を示している。第
３図の断面図は、スピナー軸に沿つて延長し、且
つ、軸に対してある半径を有する断面内に於ける
コンピユータにより生成された流れの近似を表わ
す。 しかしながら、従来の研究の大部分は、一定の
操作条件下で保持される安定した液体装置であつ
た。従来、その効果の実際的な利用に関する提案
は限られていたが、理論的な研究より広範囲に及
んでいる。 ここで、ジー・アイ・テイラーにより定義され
たテイラー数とは、レイノルズ数とローターとハ
ウジング間の間隙の平方根の積を、前記ローター
の半径の平行根で除したものである。渦巻は、テ
イラー数が、41.3よりも大きくなつた際に、相対
的回転により誘発された接続流上に重なつて表わ
れ始める。過去における多くの研究では、相対的
運動をハウジング又は中心マンドレル若しくはそ
の両者を回転させることにより引起こしていた。
以下に示す具体例では、中心マンドレルのみが回
転されるが、濾過膜４０を、スピナー２２の表面
又は静止セル上に置いてもよい。又、以下に述べ
る如く、渦巻作用及び他の流動条件を、種々の他
の配置且つ他の媒体と共に使用することも可能で
ある。 特開昭59−155758の好適な具体例によると、１
インチ直径を有するスピナーで回転数が3600r.p.
m.、及び間隙が0.027インチのものを分析した結
果、実際に作動することを示した。これらの操作
パラメータを使用した場合は、間隙寸法を0.010
インチ程度に低下させなければ安定した通常の層
流が得られず、この値では、剪断レベルが（所定
の回転速度を）超過して溶血が生ずる。本出願人
の発明の重要な特徴は、渦巻流を生ぜしめるのみ
ならず、渦巻セルを拡張することにより強調且つ
強化して、略間隙全領域を占有し、実質的な速度
で、膜表面にわたつて接線方向の動きを与えるこ
とにある。 本発明による重要な考慮は、膜４０の全ての有
用な表面が、濾液の抽出により懸濁液が常に変化
するにも拘わらず、抽出処理に寄与することであ
る。渦巻作用は、血漿が抽出される際の実質的な
粘度増大にも拘わらず、濾過膜の全長にわたつて
テイラー数が70以上、但し好ましくは100以上普
通250以下のレベルにまで強められる。渦巻セル
は、半径方向の間隙を満たすと共に膜表面を接線
方向に払掃するので、膜４４表面に近接して実質
的な大きさを有する速度及び力成分が生ぜしめら
れると共にスピナー２２の回転により生ずる力に
直交する。この循環運動は、スピナー２２軸に沿
つた対流と共に、常に膜４０の表面から粘着性を
有する全ての血球を除去し且つ膜孔を通して濾過
するための利用可能な血漿を補給する。膜４０上
の任意の点は、スピナーの回転に対して平行方向
と反平行方向を交互に移動する物質により時間変
動的に払掃される。而して現存する循環力は、粘
性抵抗によつて前記回転膜４０の表面に対し接線
方向に血液に加えられる剪断力を補強する。 同時に、第３図に示すように、隣接するセル間
では、血漿及び血球成分のために常に置換が行わ
れるが、おそらく、血漿は、血球物質よりも容易
に縦方向に移送される。この置換は、スピナー２
２に隣接した間隙を横切る全てのヘマトクリツト
勾配を実質的に消滅させる傾向を有するが、色勾
配の強度が入口から出口に行くにつれて増大する
のを観察することができる。それにも拘らず、本
装置は、スピナー２２の全ての増分面積を利用す
る所望の効果を実質的に同等の効率で達成する。
渦巻セルは静止せずに出口５２に向かつて常時下
方に移動しているので、膜上の任意の増分面積
は、逐次異なる渦巻力に接し血球付着の蓄積が防
止される。血液本体の移動につれての渦巻セルの
スクロール運動は、渦巻セルを中心軸に対して傾
斜させる。 テイラー渦セル内の円周方向の回転は、回転ス
ピナーに向かつて内方向の運動が、赤血球を十分
な速度で膜に向かつて押し出し膜上に血球の付着
を誘発する程の高い速度をもたらしてはならな
い。他方、固定外壁に対する血球の衝突は、損傷
乱流を誘発する程厳しいものではない。これらの
状態は、許容し得る剪断範囲内での強い渦巻作用
をもつて生ずる可能性があり、一方では、膜横断
圧力の増大及び血漿フラツクスの減少を伴う膜の
孔の目詰まり、又他方においては血球の損傷及び
溶血を引きおこす結果となる。 渦巻セルの存在の確認は、いくつかの方法で行
われている。「剪断遠心分離」理論に対比して、
第６図及び第７図に関して記載の如く、実質的に
血漿フラツクス、即ち、処理量は、固定剪断壁に
配置された膜を利用することにより、達成され
る。もし全物質が血球は半径方向外側に移動し外
部表面に対してパツクされるに十分なように強制
的に遠心されるならば、有意な血漿の抽出が行わ
れないことは明瞭である。又、このスピナーは肉
眼で透明な剪断壁を通して見た場合に均一に見え
るが同期化されたストロボ光及び高スピードフラ
ツシユ写真の使用は、明瞭に渦巻セルの存在を明
らかにする。ストロボ光の下ではこれらの渦巻は
J.E.R.Coney等により、O.Mech.Eng.Sci.21巻、
No.１、1979年、19〜24頁において「十分に発達し
た層流、軸流及びテイラー渦巻流の剪断応力測定
による研究」と題する文献の第７図のように従来
技術によつて示された写真と同様に写る。更に、
分離器が水中の微細反射結晶の混合物と共に機能
させられる場合には渦巻形成は、より一層目視可
能となる。又、中空マイクロビーズの形態の懸濁
物質が水懸濁液内における分離機構を通過する実
験も行われた。この装置はより軽い粒状物質の外
側により重い液体の積層があつたならば行うこと
のできなかつたであろう膜内のより重い水の濾過
を容易に行つた。渦巻の理論的存在はこの様に
種々の直接証拠により確認される。 本発明の異なる重要な面は、渦巻作用の有効性
の高揚及び、膜４０の表面特性の選択的コントロ
ールから生ずる外傷の発生の同時的減少である。
ここに実施される強力な渦巻における払掃的接線
方向の流れは脆性な赤血球（血液流中の）を膜に
対して密接であるが、しかし、接線方向の関係に
置く。市販の膜は、固体で且つ平滑な感触を与え
るが（少なくとも一面において）、それらのサブ
ミクロンの特性は、表面を渡つて流れるより大き
な物質と相互作用し得る。従つて、この血漿搬出
装置においては、その大きさのオーダーが孔径よ
りも小さい表面ムラを有する膜を使用するのが好
ましい。例えば、約0.9ミクロンの孔径は赤血球
の通過を阻止するが、その孔径寸法より小さい表
面における平均的な変動は、血球の補捉或いは損
傷をより一層少なくすることを保証する。異なつ
た膜を用いた一連の分析は溶血（より大きな赤色
着色を増大することにより証拠付けられる）が表
面ムラにほぼ比例して増大することを確認する。
更に、血球の捕捉による閉塞は膜横断圧力の増大
として表われる。膜の厚みは大きく変り得るが
（例10〜20ミクロン）、表面凹凸は血液が媒体であ
る場合には上記した孔径に対する関係を越えるべ
きではない。 適当な膜４０が電子顕微鏡写真に記録されたも
のとして第８図に示されている。この特別の膜は
ニユークルポアポリカーボネート膜である。もう
一つの適当な膜は、ジエルマンポリスルホン650
であるが、しかし、この製品の表面特性はおそら
く表面活性剤の使用により変化するように思われ
る。これに対して、ナイロン膜（例、AMF製の
「Cuno66」は平滑の外観の外観を有し、つるつる
した感触を示すが、しかし、実質的に拡大して調
べると、複雑なサブミクロンの凹凸の表面パター
ンを有する。この種の表面は、剪断応力の局所的
な増大を発生させ、その結果、赤血球を目視によ
る検査で明らかとなる程度に赤血球を損傷させ捕
捉する。更に、この特別なムラのある表面は累積
的に膜上に障壁を結合且つ蓄積して孔を閉塞する
血小板を活性化する作用を示す。 又、膜表面の特性は血球の表面活性化が濾過時
に始まると、それは返還サイクル時にローターが
停止された場合にも継続するのでもう一つの側面
から重要である。その結果、使い捨て材料の使用
時には多孔表面の実質的な損失及び膜横断圧力の
顕著な増大がある。 強力な渦巻作用の存在から生ずるもう一つの重
要な面は、膜表面から閉塞血球を除去するため
の、即ち、効率的操作を維持するための技術に関
する。第１図の装置において、膜横断圧力は血液
投入時に圧力センサー１８により感知され、膜横
断（TMP）閾値圧力は三つの圧力成分の合計に
基づいて選択される。 Ａ 次式に従つて計算されスピナーの外縁から回
転の中心に血漿を通過させるために必要とされ
る遠心「圧力」： Pcent−１／2ρ（CPM／60×2π）2（Ｒ）2 （ここで、ρは血漿の密度、Ｒはスピナーの半
径、CPMは分当りのサイクル数、即ち回転数
である。） Ｂ 装置を通して輸送される血液中の圧力損失に
打勝つために必要とされる圧力、この損失は間
隙或いはチユーブの寸法が実質的に減少されな
ければ重要な因子ではない。 Ｃ 膜を横切る血漿のフラツクスにより導入され
る圧力損失、典型的なジエルマンポリスルホン
（0.65ミクロン孔径）膜については、水の粘度
の1.5倍の粘度を想定すると、それに対する圧
力損失は0.15mmHg／ml／分であり、血漿の抵
抗因子は0.225mmHg／ml／分である。 これらの三つの圧力成分の合計は、100％の有
効膜が適切に機能すると想定される理論的TMP
を与える。しかしながら、理論的なTMP計算は、
ポンプ速度、ヘマトクリツト、スピナーのr.p.m.
及び直径並びに膜の流れ特性に応じて異なる。し
かしながら、１インチのスピナー、0.030インチ
の間隙及び3600r.p.m.に対して、又40％のヘマト
クリツト、70％の収穫高を想定すると、148mmHg
の閾値が典型的な供血者に対する基準として選ば
れる。これは採集バツグへの重力供給から生ずる
負の圧力を導入することのない、分離器における
典型的な閾値レベルである。実際には135〜165mm
の範囲の選択が異なつた供血者、膜その他の変数
を用いて行われる操作を典型的に許容するであろ
う。 選んだ閾値を越えるTMPの増大が生ずる場合
には、膜は100％効率未満で運転されていると想
定され、その結果血球が孔内に沈積するか、或い
は膜が過剰の蛋白質を結合する作用を行つている
か、或いはその両方である。蛋白質結合は、この
特別の応用に対して適当な膜を選択することによ
り避けることができる。しかしながら、本発明に
よれば、幾つかの異なつた操作モードの一つにお
いて、収穫高の割合の応答的低下により、膜は均
一効率、即ち完全な性能状態に保たれる。変化が
徐々に起こる定常状態モードにおいては、パツク
血球ポンプ５３の運転速度は、投入流を一定に保
ちながらTMP変化に比例して低下される。血漿
流の減少量は、膜４０を横切る血漿フラツクスの
吸収効果を減少させ、払掃渦巻流の役割をTMP
を一定に保つように増大するように制御される。
しかしながら、特定のTMP変化に対しては、他
の操作モードが実行可能である。TMPが迅速に、
或いは所定量上昇する場合には、収穫高％は増加
量分だけ実質的に減少させることができ、その結
果、接線方向の渦巻セル力は閉塞孔から血球或い
は蛋白質を追出す。実際には、TMPにおける６
mmHgの変化（４％の増加）は収穫高％の10％の
一時的減少により補償することができる。清浄化
効果は極めて迅速に認められるので、血漿フラツ
クスにおける一時的な減少が必要とされるに過ぎ
ない。ローター間隙半径とパツク血球を除去する
ための表面速度の独特な組合せにより十分な接線
方向の循環が僅かに数秒以内で提供される。即
ち、清浄化作用は、大部分の閉塞を可逆的にする
に十分な強力なものである。TMPにおける増大
が余りにも大きく突然である場合、即ち、収穫高
％減少が余りにも大きい（例えば70％）場合に
は、装置を停止してチエツクを行う。 血液成分の分離における剪断の機能は文献にお
いて広範に研究されており、剪断場において本質
的に細胞物質上に膜から引離す持上げ力を発生す
るものと看做されている。フオーストローム
（Forstrom）等によるTrans.Am.Soc.Art.Int.
Organs，XXI、1975，602〜607頁における「濾
過壁上に形成された要素沈積（Formed Element
Deposition Onto Filtering Walls）」と題する文
献は、次の関係において沈積パラメータを定義す
ることにより細胞沈積の開始を定量化する試みを
行つている： √／R2S3/2 ここにνは粘度、Vfは濾過速度、Ｒは細胞の
直径、Ｓは壁剪断速度、λはヘマトクリツトに依
存する濃縮係数である。 フオーストローム等は、沈積パラメータの値が
0.343より大きい場合には、剪断のみが有効な作
用因子であるならばフイルター上の細胞沈積が生
ずると述べている。実際に彼らは経験的な研究を
観察することにより、実際に装置において沈積パ
ラメータが0.15より大きくなつた際に沈積が実際
に起こつたことを見出した。これは、濾過速度が
フイルター内の孔の閉塞により減少する開始する
臨界点の発表された報告から求められた。しかし
ながら、本発明による装置はフオーストローム等
により提案された理論的障壁よりはるかに上の結
果を示す。36.9cm2の膜を有するフイルターは毎分
45μlの血漿の収穫高を与え、0.020cm／秒の濾過
速度を与える（40％ヘマトクリツト血液の100
ml／分投入量における75％収穫率に対して）。λ
＝17を40のヘマトクリツト、約4.2ミクロンのＲ
の値（赤血球直径）及び7500／秒に等しい剪断を
用いると、フオーストローム等の沈積パラメータ
は0.594と計算される。斯様な条件下における過
度の細胞沈積なしの濾過は、フオーストローム等
の研究に従えば理論的には可能でなく、従来の経
験的な研究に対比した場合にも一層実現性が低い
ものであろう。 その結果、本発明による装置は全く異なつた濾
過機構を使用して、剪断の増加に関して従来得る
ことのできなかつた血漿フラツクスの増大を与え
るものである。これらの増大はある与えられた血
液流（100ml／分）に対して角速度との関係にお
いて最大安定血漿フラツクスを示す第４図に見ら
れる。これらの曲線は、間隙、r.p.m.、及び直径
の条件下において異なつた間隙の大きさに対して
角速度が増大された場合に見られる変化を表す。
あるレベルまでは、増大割合は実質的に線状であ
るが、その後、増大割合はより急な傾斜を示す。
事実、血漿フラツクスの増大割合がより高い傾斜
に上昇する領域は、テイラー渦の開始の領域と同
定することができる。前述の渦巻セルの開始を決
定するためのテイラー方程式を用いると、テイラ
ー流は0.018インチ間隙に対しては1100〜1250r.p.
m.、0.012インチ間隙に対しては2600r.p.m.、
0.008インチ間隙に対しては4600r.p.m.を越える領
域において開始する。より小さい間隙の剪断速度
は実質的により高く、その結果、剪断速度が支配
的な因子であるならば血漿フラツクスは理論的に
はより高くあるべきであるが、これはr.p.m.が第
４図に示された間隙に対するテイラー不安定性よ
り低い程度に、十分に低い場合に該当するにすぎ
ない。例えば1000r.p.m.未満においては、より小
さい間隙はより高い血漿フラツクスを有する。こ
れに対して、より大きい間隙は渦巻セルが適当に
確立され、間隙を充填し、強力なセル循環を与え
る大きさを有する場合には数倍の係数で、相当に
より強力な血漿フラツクスを与える。好適な具体
例において、本発明の装置は、180〜200の範囲の
テイラー数において作動する。 ドネリー（Donnelly）等は、Experiments On
The Stability of Viscous Flow Between
Rotating Cylinders，VT，Finite−
Amplitude）」（Proc.Rey Soc，London、283巻、
1965年、531−546頁）においてテイラー渦の大き
さは、操作r.p.m.におけるテイラー数と臨界テイ
ラー数の間の平行根として変化することを確立し
た。しかしながら、ドネリー等は、テイラー数が
r.p.m.の自乗に比例する場合には、テイラー数に
対して僅かに異なつた式を用い、その結果、先に
述べた方程式から得られる値との直接比較は可能
でない。それにも拘らず、渦巻セルの大きさはテ
イラー数と共に増大し、セルは先ず回転壁に生ぜ
しめられ、外部方向に拡張して半径方向の間隙を
充填する。渦巻セルが間隙を実質的に充填した時
点において、スピナー表面における粘性抵抗の作
用は、固定外壁における同様な力よりもはるかに
大きい局部的円周方向の力を与える。渦巻セル循
環は、両壁の直交方向に払掃運動を与え、これは
又固定壁におけるよりも移動壁においてより大き
いものと思われる。外壁における渦巻セル循環
は、ローターのr.p.m.を増大することにより内部
壁に元々存在するレベルに増大させることができ
る。壁の一方又は両方は、平板及び他の通常装置
よりも大きな濾過効率を達成するために濾過膜を
含むことができる。 テイラー渦巻の大きさはr.p.m.の増大と共に、
剪断速度よりもより速く増大するのでテイラー渦
の有益な効果は血漿フラツクスにおける高い増加
に有意義な寄与をなす。比較的大きな間隙は、低
r.p.m.閾値領域からテイラー渦巻の大きさにおけ
る増大を与え、その結果、許容可能な剪断速度に
おいてより強い渦巻作用を与える。しかしなが
ら、渦が不利益な効果をもつて剪断に打勝つ限界
がある。これは主として強力な渦巻作用の際に働
く半径内部方向の接線力であり、それは移動膜上
に血球沈積を引起こす。これが起こる場合には、
血漿フラツクスが減少し、膜横断圧力が増大す
る。第５図に図示される如く、大きな間隙径
0.040インチを使用の結果、正にその様な性能の
減少が生ずる。第５図は、3600r.p.m.の回転速度
が与えられた場合に、間隙径に対する収穫高％の
変化を示す。この図から間隙径が0.030インチを
越えると特性が実質的に低下することが判る。膜
の目詰まりは装置に濾過を強制する試みを行うこ
とを要求し、実質的に血球損傷に関する問題を増
大させる。 異なる制限面は渦巻作用が強力すぎると、血球
が固定壁に衝突するような速度でもつて半径方向
外側へ移動した際に血球の崩壊が生じ、溶血を引
起こす。しかしながら、これは、殆どの場合にお
いて血球沈積に引続いて生ずるものと思われる。 溶血は、本発明による血漿搬出装置においては
回避されるか或いは最少に留められるが、しか
し、許容可能な血球損傷の量に関しては、厳密に
規定された値或いは限界がないことを認識しなけ
ればならない。剪断レベルのような客観的な操作
基準は、許容できないレベルの溶血が、これらの
装置内に導入されるかどうかについての正確な決
定因子ではない。平板装置に対する剪断限界は以
前7500秒の範囲にあるものと考えられていたが、
渦巻セル作用を用いる現在の装置は12000／秒を
越えて、余り溶血を生ずることなく操作された。 渦巻作用の同一の原理は第６図及び第７図に示
されるような実質的に異なつた配置及び応用に関
しても利用することができ、次にこれらの図を参
照して説明する。これは、診断その他の分析的応
用のための分離装置７０よりなり、少量の試料を
取り、個々の分析のための構成成分に分離され
る。第６図及び第７図の装置は又診断操作におけ
るものであるが、血液分離および分離された血漿
或いは血清の用途にも関するものである。しかし
ながら、構成及び操作の原理は当業者によりその
他の分離成分及び異なつた懸濁液にも適用可能で
あることが認識されるであろう。 第６図及び第７図の分離装置７０においては、
シリンダーハウジング７２は内部にアクセスでき
るように分離可能部材として構成されている。こ
の例において、ハウジング７２は一緒に連結され
た場合に実質的に包囲されたセルを与える一体的
な頂部および底部を有する一対の分割された半割
り７４．７５として形成されている。これらの分
割された半割り７４，７５は締付けリング７７，
７８などの保持具により一緒に保持されている。
内部表面の同軸性が維持される限りにおいて、分
割された半割り７４，７５の突き合わせ表面間に
シール（図示されず）が置かれてもよい。各分割
された半割り７４，７５の内壁はハウジングの内
部表面内の溝ネツトワーク８４上の隣接する平坦
部８６に引剥し可能な接着材などにより接着され
た１個以上の除去可能な濾過膜８０，８２により
形成され、各半割り７４，７５中のこれらの溝ネ
ツトワーク８４は各々膜８０或いは８２の内部表
面と出口９０或いは９２との間の血漿或いは血清
のための放射状オリフイス８７を通る連通通路を
与える。濾液のための出口９０，９２は共に接続
されており、分画或いは付属の機器による分析の
ための流出液を与える。第１図のような装置を用
いて膜８０或いは８２の下の導管システムは適当
な出口９０，９２への濾液の流れに対する実質的
なインピーダンスの導入を避ける適切な内部接続
された流れ領域を与える。膜８０，８２は、それ
らを接着裏地から取外すことにより除去及び取換
えられるが、この接着裏地はハウジング７２及び
膜８０，８２が固定したものであるという事実に
鑑み、強い必要はない。しかしながら、この接着
剤は化学的手段により溶解し、新たな接着剤を塗
布してもよく、或いは内部ハウジング面の同軸性
が維持される限りにおいて機械的な取付構造を利
用してもよい。異なつた用途に対しては、化学的
配置、除去可能な端部カバーなどを含む他のタイ
プの内部アクセス可能なハウジング構造を用いる
ことができることが理解されるであろう。 この構造のための全血入口９４はハウジングの
底部領域のハウジング内壁に接線方向に連結され
ているのに対し、出口９６はハウジング７２の上
端に隣接した内壁に接線方向に位置している。ハ
ウジング７２内にはその端部の中間部に取付けら
れた内部磁性部材９８を有するシリンダー状スピ
ナー９７を取付けられている。このスピナーは膜
８０，８２及び内部連通収納壁セグメントにより
形成されるハウジング７２の内壁に対して選ばれ
た間隙寸法を与える外部直径を有する平滑なメツ
キされた表面部材である。スピナー９７の端面も
又、ハウジング７２の端面から所定距離離間配置
されて設置されている。ハウジングはその中間領
域において、スピナー９７内の磁石９８と作動関
係に配置されている回転可能な磁性駆動部１００
により取囲まれている。この駆動部はスピナー９
７を上部方向に付勢し、ハウジングの底部端壁に
対して作用する重力を減少させるようにするため
に磁性要素９８から僅かに垂直方向に移動して配
置されている。未端ベアリング１０２，１０３は
スピナー９７が中心軸周りに回転するように支持
する。 全血源のみならず、又必要に応じて凝固防止剤
源及び食塩水を含む血液注入装置１０６は装置へ
の血液注入路に連結されている。或いは又、洗浄
溶液１０８の源が同一の注入路９４に連結され、
この洗浄溶液は手動により或いは自動的に血液注
入に置換される。装置を通して濾過された血漿、
或いは血清は出口９６から分析機器１１０に通さ
れる。典型的には、全血試料は適切な血漿或いは
血清試料（典型的には５〜30mlの範囲）を得るに
十分な長さの時間安定した濾液の抽出時間を可能
にするのに十分な大きさであればよい。 装置の全血注入による操作は、再び濾過膜８
０，８２の全長を通しての高められた渦巻流の確
立に基づいている。この目的のためには、磁性駆
動部１００は3600r.p.m６の範囲における回転速
度において、磁性要素９８とのその磁性連結によ
り内部スピナー９６を同期的に回転させ、又スピ
ナーは、１インチ直径であるものと想定される。
血液粘度及び他の条件に対して適当に調整された
0.018〜0.030インチの間隙を用いてスピナー９７
とハウジング７２の間の半径方向の間隙を満たす
渦巻が生ぜしめられる。膜表面が、第１図の例に
おけるよりも静的である場合には間隙を完全に満
たす強力な渦巻の存在がより重要である。渦は、
スピナー表面近傍から開始し、外壁を払掃するま
で外方向に成長するので固定壁における粘性減衰
損失が外部表面における適当に激しい渦を防止し
ないようにすることが望ましい。即ち、テイラー
数は、回転数を増加させることなどにより、第１
の装置に対して先に与えられた値よりも５〜10％
増大される。この変化が行われると、溶血が観察
されない。血球物質及び他のより重い物質を膜８
０，８２の表面上に沈積する傾向を示す内部スピ
ナー９７の回転により与えられる遠心的変位効果
は膜表面における払掃的渦巻運動により克服され
る。 この例による実際の装置は、従来知られていた
最良の平行板技術により達成された流量をはるか
に超える平均ヘマトクリツト（38〜44％血液）を
有する血漿濾過流量を達成した。孔目詰まりを示
すことのない安定な出力のための血漿フラツクス
は、１インチスピナーについて、第１図の装置に
より達成された70％収穫率及び39〜43ml／分の割
合よりも幾分５〜10％少ないものであつた。血漿
の処理量は２〜３単位（500〜750ml）の血漿の抽
出に際して実質的に品質の低下なしに維持され
た。この血漿収穫高は安定しており、より高い回
転速度或いは他の変数を使用することにより、よ
り高い処理量を達成することができる。有効膜面
積は、膜固定は十分な支持表面を同軸に保つこと
を必要とするに過ぎないので相対的に増大させる
ことができる。この結果、本装置は膜表面におけ
る直交流れ成分により与えられる強められた渦巻
条件の力、及び払掃作用が高い剪断を用いた新し
い濾過手法を確立したのみならず、又、有意義に
有効な洗浄作用を導入するものである。 スピナー９７の周りに固定膜８０，８２を用
い、第１図の装置は、多くの異なつた源からの全
血システム１０６を経由して与えられる入力から
比較的少量の濾液の逐次試料を提供することがで
きる。血漿、又は血清の特性のみが関心事である
診断装置においては、汚染は問題とならず、渦巻
作用により行われる表面洗浄は、実質的な期間の
間高い濾過効率を維持することができる。又、入
力システム１０６から食塩水を全血試料の間に与
えて装置の何等かの洗浄化を行うことができ、更
に又膜８０，８２を源１０８からの洗浄溶液を用
いて清浄化することができる。濾過効率が回復不
可能なように選ばれたレベル以下に低下する場合
には装置を停止し、ハウジング７２を空にし、次
いでハウジング７２を開き新しい濾過膜８０，８
２を用いて先に用いたエレメントを交換すればよ
い。 第６図及び第７図の例においては、全血の通過
はより低い入口からより高い出口へ向かつている
が、しかし、本質的な渦巻作用及び渦巻セルのス
クロール進行は正味の流れが重力に反して上部方
向に進んでも妨害されることはない。従来の例に
おけるように渦巻は固定して留まらず、連続的に
上部方向に並進し、従つて濾渦膜の表面の増分面
積を常に掃引する。 この装置の赤血球或いは血小板の濃縮のための
その使用を含む多くのその他の変形は当素者には
自明であろう。この分離装置は診断或いは通常の
血漿搬出用途に対して低コストの使い捨て用品と
して製作することができる。少量の血液試料を扱
う使い捨てユニツトのためのハウジング構造は、
パツク血球のための保留室を設け、廃棄血液を含
む単位を必要量の濾液の採取後に単に廃棄するこ
とを可能にするように設計できる。 本発明による多くの態様及び変更例を説明した
が、本発明はこれらに限定されるのもではなく請
求の範囲内の総ての変更及び手段を包含するもの
である。
ている血漿搬出装置１０は、本発明による血液分
離装置の特に適切な例を示すものである。全血
は、供血者から単一針として示されている針手段
１２を介して採取されるが、二重針装置を使用し
てもよい。使い捨て可能なチユーブを使用して供
血者から血液を採血し、凝固防止剤源１３からの
凝固防止剤の流れと合流させる。（凝固防止剤の
流量制御装置は、数多くある従来型の内、任意の
ものでよく、従つて図示しない。）蠕動或いは圧
力ローラー装置等の血液注入ポンプ１４は、血液
ポンプ制御装置１６によつて作動された際に、前
記合流を膜横断圧力検出器１８及び使い捨て可能
な血漿分離器２０に供給する。血漿分離器２０
は、一端が固定ハウジング、即ち、剪断壁２４に
一体的に形成され且つ該剪断壁２４内において区
心縦軸の周りに回転可能な磁気要素２３を有する
スピナー２２である。スピナー２２は、中心軸に
沿つて離間配置され、概略的に示されている一対
の位置決め支持体２５，２６間に支持される。上
部支持体２５は、分離器２０の回転しない上部の
ための位置決めシートを提供する。又、その上端
には、スピナー２２と一体的に形成された磁気要
素２２を囲撓すると共に該要素に磁気的に連結す
る磁性駆動体２７（詳細な図示せず）が、駆動モ
ーター２８により回転される。下部支持体２６
は、固定ハウジング２４の下端を支持すると共
に、中心軸と同軸の血漿排出管３０が、血漿を排
出する開口を形成する。 スピナー２２の表面は、血液濾過に用いられる
通常の0.1乃至1.0ミクロンの表面孔を有する濾過
膜４０により被覆されている。しかしながら、本
願の装置では、実質的な利点が、以下に述べるよ
うな、特別な物理的特性及び0.8乃至1.0ミクロン
の孔径を有する膜を用いることにより得られる。
膜４０の下には、スピナー表面に縦溝４４により
相互に連結された複数円周溝４２を形成するよう
に設けられており、この縦溝４４は、半径方向の
導管４６を介して中心マニホルド４８に連通す
る。マニホルド４８は、端部封止及び支持装置
（詳細は図示せず）を介して血漿排出口３０と連
通する。 供血者からの血液は、可撓性のチユーブ（詳細
は図示せず）により血液注入ポンプ１６に連結さ
れた接線方向の血液流入口５０を介してスピナー
２２とこのスピナーと同心的なハウジング２４の
内壁の間の間隙に供給される。高ヘマトクリツト
返還流は、分離装置２０の縦軸に沿つて流入口か
ら離間配置された接線方向の排出オリフイス５２
から取出される。可撓性のチユーブ（同様に詳細
は図示せず）は、排出口５２を、制御装置５４に
より操作される蠕動パツク血球ポンプ５３を介し
て高ヘマトクリツト容器５５に連結する。これに
より、分離器２０は供血者から離間して操作が可
能となるので、別のポンプ及び、返還サイクルを
単一針装置を用いて使用できる。パツク血球は、
針手段１２と容器５５の間の返還ライン５７にお
ける返還ポンプ５６により針手段において供血者
に再注入される。返還ポンプ制御器５９は、制御
装置により決められた速度及び回転でもつて返還
ポンプを操作する。この制御装置に、容器５０内
のレベルを検出する手段（図示せず）を設けても
よい。 現在の技術状況においては、数多くの操作モー
ドが確立され且つ装置が、最少の操作注意でもつ
て自動的に操作できるように種々の条件をモニタ
ーし、且つ種々の制御を行い得るマイクロプロセ
ツサー６１を使用することが好ましい。多くのそ
の様な特徴は、本発明による装置の実施例におい
て提供されるが、本発明の概念に密接に関連した
面のみを説明する。又、これらの特別な特徴は、
直接の手で制御することによつても提供すること
が理解されよう。 マイクロプロセツサー６１への主たる入力は、
本明細書に於いて、血液注入ポンプ１４の排出口
に接続された膜横断圧力検出器より得られると共
に、パツク血球出力流の流速は、パツク血球ポン
プ制御器５４において設定された速度により確立
される。パツク血球出力流の流速は、ポンプ５３
の回転数を計数することによりマイクロプロセツ
サー６１に於いて得られる。他の流速、及びモー
ターの回転速度も所望により、マイクロプロセツ
サー６１にフイードバツクすることができるが、
これらに関する説明は必要ないであろう。 分離装置２０は、その作動が前述の特開昭59−
155758に詳細に説明されているが、血漿を膜40を
介して全血流から抽出するものである。血漿は、
膜４０を通してスピナー２２表面上に円周方向且
つ縦方向に形成された溝４２，４４に流入し、次
いで、半径方向の導管４６を介して中心マニホル
ド４８に流入する。中心マニホルド４８に集めら
れた血漿は、血漿排出口３０を介して血漿採集バ
ツグ６２に搬送される。典型的な供血者は、30〜
45分以内に２〜３単位の血漿を供給し、これは不
快さ或いは実質的な危険なしに供血者からの血液
供給及び供給者への高ヘマトクリツト返還と一致
した割合である。前記出願に示す如く、抽出速度
は実質的に一定である。適切な操作下に於いて血
漿は、透明且つ黄金色であり、本来、完全に血球
の損傷及びその結果としての溶血がない。 しかしながら、一方において血液に損傷を与え
ることなく、又、他方においてセンシテイブな、
即ち、不安定な血漿搬出操作を引きおこすことな
く最も信頼性のある血漿の処理量を達成すること
が極めて重要である。更に、血漿抽出の効率、高
価な濾過膜の経済化及び所要供血時間において利
点を得ることができる。本発明によれば、本出願
人は、血漿に富んだ層が膜表面に積重ねられ、外
方向の血液中の血球物質の放射状移動を伴う制御
された層流が確立されなければならないという見
解を全く有さない。代わつて、同出願人は、スピ
ナーの周りを連続して交互に循環する環帯形状で
スピナーと剪断壁間の間隙を占める強い渦巻を提
供している。この渦巻作用は、テイラー渦と称さ
れる。テイラーにより1923年に初めて提案され且
Phil.Trans.Am.1の第233巻、第289乃至293頁の
「二つの回転シリンダー間に含まれる粘性液体の
安定性（Stabilty of ａ Viscous Liquid
Contained Between two Rotating Cylinders）」
において提案された型のものである。従来のテイ
ラー現象に関する（数多くある）理論的及びコン
ピユータシミユレーシヨン研究は、クエツト構造
において生じる流れが適当な条件下で、シリンダ
ーの縦軸に沿つて環状渦巻セルの連続体を構成す
ると仮定している。実寸でない第２図及び第３図
の部分且つ理想図に見られる、各セルは、断面が
スピナーの中心（回転）軸に放射状である平面内
に循環流を有し、その循環方向は、連続セル間に
おいて交互になつている。第２図の斜視図は、
個々のセル内に於ける一般的ならせん流、及びシ
リーズ内の交互のセルの逆回転を示している。第
３図の断面図は、スピナー軸に沿つて延長し、且
つ、軸に対してある半径を有する断面内に於ける
コンピユータにより生成された流れの近似を表わ
す。 しかしながら、従来の研究の大部分は、一定の
操作条件下で保持される安定した液体装置であつ
た。従来、その効果の実際的な利用に関する提案
は限られていたが、理論的な研究より広範囲に及
んでいる。 ここで、ジー・アイ・テイラーにより定義され
たテイラー数とは、レイノルズ数とローターとハ
ウジング間の間隙の平方根の積を、前記ローター
の半径の平行根で除したものである。渦巻は、テ
イラー数が、41.3よりも大きくなつた際に、相対
的回転により誘発された接続流上に重なつて表わ
れ始める。過去における多くの研究では、相対的
運動をハウジング又は中心マンドレル若しくはそ
の両者を回転させることにより引起こしていた。
以下に示す具体例では、中心マンドレルのみが回
転されるが、濾過膜４０を、スピナー２２の表面
又は静止セル上に置いてもよい。又、以下に述べ
る如く、渦巻作用及び他の流動条件を、種々の他
の配置且つ他の媒体と共に使用することも可能で
ある。 特開昭59−155758の好適な具体例によると、１
インチ直径を有するスピナーで回転数が3600r.p.
m.、及び間隙が0.027インチのものを分析した結
果、実際に作動することを示した。これらの操作
パラメータを使用した場合は、間隙寸法を0.010
インチ程度に低下させなければ安定した通常の層
流が得られず、この値では、剪断レベルが（所定
の回転速度を）超過して溶血が生ずる。本出願人
の発明の重要な特徴は、渦巻流を生ぜしめるのみ
ならず、渦巻セルを拡張することにより強調且つ
強化して、略間隙全領域を占有し、実質的な速度
で、膜表面にわたつて接線方向の動きを与えるこ
とにある。 本発明による重要な考慮は、膜４０の全ての有
用な表面が、濾液の抽出により懸濁液が常に変化
するにも拘わらず、抽出処理に寄与することであ
る。渦巻作用は、血漿が抽出される際の実質的な
粘度増大にも拘わらず、濾過膜の全長にわたつて
テイラー数が70以上、但し好ましくは100以上普
通250以下のレベルにまで強められる。渦巻セル
は、半径方向の間隙を満たすと共に膜表面を接線
方向に払掃するので、膜４４表面に近接して実質
的な大きさを有する速度及び力成分が生ぜしめら
れると共にスピナー２２の回転により生ずる力に
直交する。この循環運動は、スピナー２２軸に沿
つた対流と共に、常に膜４０の表面から粘着性を
有する全ての血球を除去し且つ膜孔を通して濾過
するための利用可能な血漿を補給する。膜４０上
の任意の点は、スピナーの回転に対して平行方向
と反平行方向を交互に移動する物質により時間変
動的に払掃される。而して現存する循環力は、粘
性抵抗によつて前記回転膜４０の表面に対し接線
方向に血液に加えられる剪断力を補強する。 同時に、第３図に示すように、隣接するセル間
では、血漿及び血球成分のために常に置換が行わ
れるが、おそらく、血漿は、血球物質よりも容易
に縦方向に移送される。この置換は、スピナー２
２に隣接した間隙を横切る全てのヘマトクリツト
勾配を実質的に消滅させる傾向を有するが、色勾
配の強度が入口から出口に行くにつれて増大する
のを観察することができる。それにも拘らず、本
装置は、スピナー２２の全ての増分面積を利用す
る所望の効果を実質的に同等の効率で達成する。
渦巻セルは静止せずに出口５２に向かつて常時下
方に移動しているので、膜上の任意の増分面積
は、逐次異なる渦巻力に接し血球付着の蓄積が防
止される。血液本体の移動につれての渦巻セルの
スクロール運動は、渦巻セルを中心軸に対して傾
斜させる。 テイラー渦セル内の円周方向の回転は、回転ス
ピナーに向かつて内方向の運動が、赤血球を十分
な速度で膜に向かつて押し出し膜上に血球の付着
を誘発する程の高い速度をもたらしてはならな
い。他方、固定外壁に対する血球の衝突は、損傷
乱流を誘発する程厳しいものではない。これらの
状態は、許容し得る剪断範囲内での強い渦巻作用
をもつて生ずる可能性があり、一方では、膜横断
圧力の増大及び血漿フラツクスの減少を伴う膜の
孔の目詰まり、又他方においては血球の損傷及び
溶血を引きおこす結果となる。 渦巻セルの存在の確認は、いくつかの方法で行
われている。「剪断遠心分離」理論に対比して、
第６図及び第７図に関して記載の如く、実質的に
血漿フラツクス、即ち、処理量は、固定剪断壁に
配置された膜を利用することにより、達成され
る。もし全物質が血球は半径方向外側に移動し外
部表面に対してパツクされるに十分なように強制
的に遠心されるならば、有意な血漿の抽出が行わ
れないことは明瞭である。又、このスピナーは肉
眼で透明な剪断壁を通して見た場合に均一に見え
るが同期化されたストロボ光及び高スピードフラ
ツシユ写真の使用は、明瞭に渦巻セルの存在を明
らかにする。ストロボ光の下ではこれらの渦巻は
J.E.R.Coney等により、O.Mech.Eng.Sci.21巻、
No.１、1979年、19〜24頁において「十分に発達し
た層流、軸流及びテイラー渦巻流の剪断応力測定
による研究」と題する文献の第７図のように従来
技術によつて示された写真と同様に写る。更に、
分離器が水中の微細反射結晶の混合物と共に機能
させられる場合には渦巻形成は、より一層目視可
能となる。又、中空マイクロビーズの形態の懸濁
物質が水懸濁液内における分離機構を通過する実
験も行われた。この装置はより軽い粒状物質の外
側により重い液体の積層があつたならば行うこと
のできなかつたであろう膜内のより重い水の濾過
を容易に行つた。渦巻の理論的存在はこの様に
種々の直接証拠により確認される。 本発明の異なる重要な面は、渦巻作用の有効性
の高揚及び、膜４０の表面特性の選択的コントロ
ールから生ずる外傷の発生の同時的減少である。
ここに実施される強力な渦巻における払掃的接線
方向の流れは脆性な赤血球（血液流中の）を膜に
対して密接であるが、しかし、接線方向の関係に
置く。市販の膜は、固体で且つ平滑な感触を与え
るが（少なくとも一面において）、それらのサブ
ミクロンの特性は、表面を渡つて流れるより大き
な物質と相互作用し得る。従つて、この血漿搬出
装置においては、その大きさのオーダーが孔径よ
りも小さい表面ムラを有する膜を使用するのが好
ましい。例えば、約0.9ミクロンの孔径は赤血球
の通過を阻止するが、その孔径寸法より小さい表
面における平均的な変動は、血球の補捉或いは損
傷をより一層少なくすることを保証する。異なつ
た膜を用いた一連の分析は溶血（より大きな赤色
着色を増大することにより証拠付けられる）が表
面ムラにほぼ比例して増大することを確認する。
更に、血球の捕捉による閉塞は膜横断圧力の増大
として表われる。膜の厚みは大きく変り得るが
（例10〜20ミクロン）、表面凹凸は血液が媒体であ
る場合には上記した孔径に対する関係を越えるべ
きではない。 適当な膜４０が電子顕微鏡写真に記録されたも
のとして第８図に示されている。この特別の膜は
ニユークルポアポリカーボネート膜である。もう
一つの適当な膜は、ジエルマンポリスルホン650
であるが、しかし、この製品の表面特性はおそら
く表面活性剤の使用により変化するように思われ
る。これに対して、ナイロン膜（例、AMF製の
「Cuno66」は平滑の外観の外観を有し、つるつる
した感触を示すが、しかし、実質的に拡大して調
べると、複雑なサブミクロンの凹凸の表面パター
ンを有する。この種の表面は、剪断応力の局所的
な増大を発生させ、その結果、赤血球を目視によ
る検査で明らかとなる程度に赤血球を損傷させ捕
捉する。更に、この特別なムラのある表面は累積
的に膜上に障壁を結合且つ蓄積して孔を閉塞する
血小板を活性化する作用を示す。 又、膜表面の特性は血球の表面活性化が濾過時
に始まると、それは返還サイクル時にローターが
停止された場合にも継続するのでもう一つの側面
から重要である。その結果、使い捨て材料の使用
時には多孔表面の実質的な損失及び膜横断圧力の
顕著な増大がある。 強力な渦巻作用の存在から生ずるもう一つの重
要な面は、膜表面から閉塞血球を除去するため
の、即ち、効率的操作を維持するための技術に関
する。第１図の装置において、膜横断圧力は血液
投入時に圧力センサー１８により感知され、膜横
断（TMP）閾値圧力は三つの圧力成分の合計に
基づいて選択される。 Ａ 次式に従つて計算されスピナーの外縁から回
転の中心に血漿を通過させるために必要とされ
る遠心「圧力」： Pcent−１／2ρ（CPM／60×2π）2（Ｒ）2 （ここで、ρは血漿の密度、Ｒはスピナーの半
径、CPMは分当りのサイクル数、即ち回転数
である。） Ｂ 装置を通して輸送される血液中の圧力損失に
打勝つために必要とされる圧力、この損失は間
隙或いはチユーブの寸法が実質的に減少されな
ければ重要な因子ではない。 Ｃ 膜を横切る血漿のフラツクスにより導入され
る圧力損失、典型的なジエルマンポリスルホン
（0.65ミクロン孔径）膜については、水の粘度
の1.5倍の粘度を想定すると、それに対する圧
力損失は0.15mmHg／ml／分であり、血漿の抵
抗因子は0.225mmHg／ml／分である。 これらの三つの圧力成分の合計は、100％の有
効膜が適切に機能すると想定される理論的TMP
を与える。しかしながら、理論的なTMP計算は、
ポンプ速度、ヘマトクリツト、スピナーのr.p.m.
及び直径並びに膜の流れ特性に応じて異なる。し
かしながら、１インチのスピナー、0.030インチ
の間隙及び3600r.p.m.に対して、又40％のヘマト
クリツト、70％の収穫高を想定すると、148mmHg
の閾値が典型的な供血者に対する基準として選ば
れる。これは採集バツグへの重力供給から生ずる
負の圧力を導入することのない、分離器における
典型的な閾値レベルである。実際には135〜165mm
の範囲の選択が異なつた供血者、膜その他の変数
を用いて行われる操作を典型的に許容するであろ
う。 選んだ閾値を越えるTMPの増大が生ずる場合
には、膜は100％効率未満で運転されていると想
定され、その結果血球が孔内に沈積するか、或い
は膜が過剰の蛋白質を結合する作用を行つている
か、或いはその両方である。蛋白質結合は、この
特別の応用に対して適当な膜を選択することによ
り避けることができる。しかしながら、本発明に
よれば、幾つかの異なつた操作モードの一つにお
いて、収穫高の割合の応答的低下により、膜は均
一効率、即ち完全な性能状態に保たれる。変化が
徐々に起こる定常状態モードにおいては、パツク
血球ポンプ５３の運転速度は、投入流を一定に保
ちながらTMP変化に比例して低下される。血漿
流の減少量は、膜４０を横切る血漿フラツクスの
吸収効果を減少させ、払掃渦巻流の役割をTMP
を一定に保つように増大するように制御される。
しかしながら、特定のTMP変化に対しては、他
の操作モードが実行可能である。TMPが迅速に、
或いは所定量上昇する場合には、収穫高％は増加
量分だけ実質的に減少させることができ、その結
果、接線方向の渦巻セル力は閉塞孔から血球或い
は蛋白質を追出す。実際には、TMPにおける６
mmHgの変化（４％の増加）は収穫高％の10％の
一時的減少により補償することができる。清浄化
効果は極めて迅速に認められるので、血漿フラツ
クスにおける一時的な減少が必要とされるに過ぎ
ない。ローター間隙半径とパツク血球を除去する
ための表面速度の独特な組合せにより十分な接線
方向の循環が僅かに数秒以内で提供される。即
ち、清浄化作用は、大部分の閉塞を可逆的にする
に十分な強力なものである。TMPにおける増大
が余りにも大きく突然である場合、即ち、収穫高
％減少が余りにも大きい（例えば70％）場合に
は、装置を停止してチエツクを行う。 血液成分の分離における剪断の機能は文献にお
いて広範に研究されており、剪断場において本質
的に細胞物質上に膜から引離す持上げ力を発生す
るものと看做されている。フオーストローム
（Forstrom）等によるTrans.Am.Soc.Art.Int.
Organs，XXI、1975，602〜607頁における「濾
過壁上に形成された要素沈積（Formed Element
Deposition Onto Filtering Walls）」と題する文
献は、次の関係において沈積パラメータを定義す
ることにより細胞沈積の開始を定量化する試みを
行つている： √／R2S3/2 ここにνは粘度、Vfは濾過速度、Ｒは細胞の
直径、Ｓは壁剪断速度、λはヘマトクリツトに依
存する濃縮係数である。 フオーストローム等は、沈積パラメータの値が
0.343より大きい場合には、剪断のみが有効な作
用因子であるならばフイルター上の細胞沈積が生
ずると述べている。実際に彼らは経験的な研究を
観察することにより、実際に装置において沈積パ
ラメータが0.15より大きくなつた際に沈積が実際
に起こつたことを見出した。これは、濾過速度が
フイルター内の孔の閉塞により減少する開始する
臨界点の発表された報告から求められた。しかし
ながら、本発明による装置はフオーストローム等
により提案された理論的障壁よりはるかに上の結
果を示す。36.9cm2の膜を有するフイルターは毎分
45μlの血漿の収穫高を与え、0.020cm／秒の濾過
速度を与える（40％ヘマトクリツト血液の100
ml／分投入量における75％収穫率に対して）。λ
＝17を40のヘマトクリツト、約4.2ミクロンのＲ
の値（赤血球直径）及び7500／秒に等しい剪断を
用いると、フオーストローム等の沈積パラメータ
は0.594と計算される。斯様な条件下における過
度の細胞沈積なしの濾過は、フオーストローム等
の研究に従えば理論的には可能でなく、従来の経
験的な研究に対比した場合にも一層実現性が低い
ものであろう。 その結果、本発明による装置は全く異なつた濾
過機構を使用して、剪断の増加に関して従来得る
ことのできなかつた血漿フラツクスの増大を与え
るものである。これらの増大はある与えられた血
液流（100ml／分）に対して角速度との関係にお
いて最大安定血漿フラツクスを示す第４図に見ら
れる。これらの曲線は、間隙、r.p.m.、及び直径
の条件下において異なつた間隙の大きさに対して
角速度が増大された場合に見られる変化を表す。
あるレベルまでは、増大割合は実質的に線状であ
るが、その後、増大割合はより急な傾斜を示す。
事実、血漿フラツクスの増大割合がより高い傾斜
に上昇する領域は、テイラー渦の開始の領域と同
定することができる。前述の渦巻セルの開始を決
定するためのテイラー方程式を用いると、テイラ
ー流は0.018インチ間隙に対しては1100〜1250r.p.
m.、0.012インチ間隙に対しては2600r.p.m.、
0.008インチ間隙に対しては4600r.p.m.を越える領
域において開始する。より小さい間隙の剪断速度
は実質的により高く、その結果、剪断速度が支配
的な因子であるならば血漿フラツクスは理論的に
はより高くあるべきであるが、これはr.p.m.が第
４図に示された間隙に対するテイラー不安定性よ
り低い程度に、十分に低い場合に該当するにすぎ
ない。例えば1000r.p.m.未満においては、より小
さい間隙はより高い血漿フラツクスを有する。こ
れに対して、より大きい間隙は渦巻セルが適当に
確立され、間隙を充填し、強力なセル循環を与え
る大きさを有する場合には数倍の係数で、相当に
より強力な血漿フラツクスを与える。好適な具体
例において、本発明の装置は、180〜200の範囲の
テイラー数において作動する。 ドネリー（Donnelly）等は、Experiments On
The Stability of Viscous Flow Between
Rotating Cylinders，VT，Finite−
Amplitude）」（Proc.Rey Soc，London、283巻、
1965年、531−546頁）においてテイラー渦の大き
さは、操作r.p.m.におけるテイラー数と臨界テイ
ラー数の間の平行根として変化することを確立し
た。しかしながら、ドネリー等は、テイラー数が
r.p.m.の自乗に比例する場合には、テイラー数に
対して僅かに異なつた式を用い、その結果、先に
述べた方程式から得られる値との直接比較は可能
でない。それにも拘らず、渦巻セルの大きさはテ
イラー数と共に増大し、セルは先ず回転壁に生ぜ
しめられ、外部方向に拡張して半径方向の間隙を
充填する。渦巻セルが間隙を実質的に充填した時
点において、スピナー表面における粘性抵抗の作
用は、固定外壁における同様な力よりもはるかに
大きい局部的円周方向の力を与える。渦巻セル循
環は、両壁の直交方向に払掃運動を与え、これは
又固定壁におけるよりも移動壁においてより大き
いものと思われる。外壁における渦巻セル循環
は、ローターのr.p.m.を増大することにより内部
壁に元々存在するレベルに増大させることができ
る。壁の一方又は両方は、平板及び他の通常装置
よりも大きな濾過効率を達成するために濾過膜を
含むことができる。 テイラー渦巻の大きさはr.p.m.の増大と共に、
剪断速度よりもより速く増大するのでテイラー渦
の有益な効果は血漿フラツクスにおける高い増加
に有意義な寄与をなす。比較的大きな間隙は、低
r.p.m.閾値領域からテイラー渦巻の大きさにおけ
る増大を与え、その結果、許容可能な剪断速度に
おいてより強い渦巻作用を与える。しかしなが
ら、渦が不利益な効果をもつて剪断に打勝つ限界
がある。これは主として強力な渦巻作用の際に働
く半径内部方向の接線力であり、それは移動膜上
に血球沈積を引起こす。これが起こる場合には、
血漿フラツクスが減少し、膜横断圧力が増大す
る。第５図に図示される如く、大きな間隙径
0.040インチを使用の結果、正にその様な性能の
減少が生ずる。第５図は、3600r.p.m.の回転速度
が与えられた場合に、間隙径に対する収穫高％の
変化を示す。この図から間隙径が0.030インチを
越えると特性が実質的に低下することが判る。膜
の目詰まりは装置に濾過を強制する試みを行うこ
とを要求し、実質的に血球損傷に関する問題を増
大させる。 異なる制限面は渦巻作用が強力すぎると、血球
が固定壁に衝突するような速度でもつて半径方向
外側へ移動した際に血球の崩壊が生じ、溶血を引
起こす。しかしながら、これは、殆どの場合にお
いて血球沈積に引続いて生ずるものと思われる。 溶血は、本発明による血漿搬出装置においては
回避されるか或いは最少に留められるが、しか
し、許容可能な血球損傷の量に関しては、厳密に
規定された値或いは限界がないことを認識しなけ
ればならない。剪断レベルのような客観的な操作
基準は、許容できないレベルの溶血が、これらの
装置内に導入されるかどうかについての正確な決
定因子ではない。平板装置に対する剪断限界は以
前7500秒の範囲にあるものと考えられていたが、
渦巻セル作用を用いる現在の装置は12000／秒を
越えて、余り溶血を生ずることなく操作された。 渦巻作用の同一の原理は第６図及び第７図に示
されるような実質的に異なつた配置及び応用に関
しても利用することができ、次にこれらの図を参
照して説明する。これは、診断その他の分析的応
用のための分離装置７０よりなり、少量の試料を
取り、個々の分析のための構成成分に分離され
る。第６図及び第７図の装置は又診断操作におけ
るものであるが、血液分離および分離された血漿
或いは血清の用途にも関するものである。しかし
ながら、構成及び操作の原理は当業者によりその
他の分離成分及び異なつた懸濁液にも適用可能で
あることが認識されるであろう。 第６図及び第７図の分離装置７０においては、
シリンダーハウジング７２は内部にアクセスでき
るように分離可能部材として構成されている。こ
の例において、ハウジング７２は一緒に連結され
た場合に実質的に包囲されたセルを与える一体的
な頂部および底部を有する一対の分割された半割
り７４．７５として形成されている。これらの分
割された半割り７４，７５は締付けリング７７，
７８などの保持具により一緒に保持されている。
内部表面の同軸性が維持される限りにおいて、分
割された半割り７４，７５の突き合わせ表面間に
シール（図示されず）が置かれてもよい。各分割
された半割り７４，７５の内壁はハウジングの内
部表面内の溝ネツトワーク８４上の隣接する平坦
部８６に引剥し可能な接着材などにより接着され
た１個以上の除去可能な濾過膜８０，８２により
形成され、各半割り７４，７５中のこれらの溝ネ
ツトワーク８４は各々膜８０或いは８２の内部表
面と出口９０或いは９２との間の血漿或いは血清
のための放射状オリフイス８７を通る連通通路を
与える。濾液のための出口９０，９２は共に接続
されており、分画或いは付属の機器による分析の
ための流出液を与える。第１図のような装置を用
いて膜８０或いは８２の下の導管システムは適当
な出口９０，９２への濾液の流れに対する実質的
なインピーダンスの導入を避ける適切な内部接続
された流れ領域を与える。膜８０，８２は、それ
らを接着裏地から取外すことにより除去及び取換
えられるが、この接着裏地はハウジング７２及び
膜８０，８２が固定したものであるという事実に
鑑み、強い必要はない。しかしながら、この接着
剤は化学的手段により溶解し、新たな接着剤を塗
布してもよく、或いは内部ハウジング面の同軸性
が維持される限りにおいて機械的な取付構造を利
用してもよい。異なつた用途に対しては、化学的
配置、除去可能な端部カバーなどを含む他のタイ
プの内部アクセス可能なハウジング構造を用いる
ことができることが理解されるであろう。 この構造のための全血入口９４はハウジングの
底部領域のハウジング内壁に接線方向に連結され
ているのに対し、出口９６はハウジング７２の上
端に隣接した内壁に接線方向に位置している。ハ
ウジング７２内にはその端部の中間部に取付けら
れた内部磁性部材９８を有するシリンダー状スピ
ナー９７を取付けられている。このスピナーは膜
８０，８２及び内部連通収納壁セグメントにより
形成されるハウジング７２の内壁に対して選ばれ
た間隙寸法を与える外部直径を有する平滑なメツ
キされた表面部材である。スピナー９７の端面も
又、ハウジング７２の端面から所定距離離間配置
されて設置されている。ハウジングはその中間領
域において、スピナー９７内の磁石９８と作動関
係に配置されている回転可能な磁性駆動部１００
により取囲まれている。この駆動部はスピナー９
７を上部方向に付勢し、ハウジングの底部端壁に
対して作用する重力を減少させるようにするため
に磁性要素９８から僅かに垂直方向に移動して配
置されている。未端ベアリング１０２，１０３は
スピナー９７が中心軸周りに回転するように支持
する。 全血源のみならず、又必要に応じて凝固防止剤
源及び食塩水を含む血液注入装置１０６は装置へ
の血液注入路に連結されている。或いは又、洗浄
溶液１０８の源が同一の注入路９４に連結され、
この洗浄溶液は手動により或いは自動的に血液注
入に置換される。装置を通して濾過された血漿、
或いは血清は出口９６から分析機器１１０に通さ
れる。典型的には、全血試料は適切な血漿或いは
血清試料（典型的には５〜30mlの範囲）を得るに
十分な長さの時間安定した濾液の抽出時間を可能
にするのに十分な大きさであればよい。 装置の全血注入による操作は、再び濾過膜８
０，８２の全長を通しての高められた渦巻流の確
立に基づいている。この目的のためには、磁性駆
動部１００は3600r.p.m６の範囲における回転速
度において、磁性要素９８とのその磁性連結によ
り内部スピナー９６を同期的に回転させ、又スピ
ナーは、１インチ直径であるものと想定される。
血液粘度及び他の条件に対して適当に調整された
0.018〜0.030インチの間隙を用いてスピナー９７
とハウジング７２の間の半径方向の間隙を満たす
渦巻が生ぜしめられる。膜表面が、第１図の例に
おけるよりも静的である場合には間隙を完全に満
たす強力な渦巻の存在がより重要である。渦は、
スピナー表面近傍から開始し、外壁を払掃するま
で外方向に成長するので固定壁における粘性減衰
損失が外部表面における適当に激しい渦を防止し
ないようにすることが望ましい。即ち、テイラー
数は、回転数を増加させることなどにより、第１
の装置に対して先に与えられた値よりも５〜10％
増大される。この変化が行われると、溶血が観察
されない。血球物質及び他のより重い物質を膜８
０，８２の表面上に沈積する傾向を示す内部スピ
ナー９７の回転により与えられる遠心的変位効果
は膜表面における払掃的渦巻運動により克服され
る。 この例による実際の装置は、従来知られていた
最良の平行板技術により達成された流量をはるか
に超える平均ヘマトクリツト（38〜44％血液）を
有する血漿濾過流量を達成した。孔目詰まりを示
すことのない安定な出力のための血漿フラツクス
は、１インチスピナーについて、第１図の装置に
より達成された70％収穫率及び39〜43ml／分の割
合よりも幾分５〜10％少ないものであつた。血漿
の処理量は２〜３単位（500〜750ml）の血漿の抽
出に際して実質的に品質の低下なしに維持され
た。この血漿収穫高は安定しており、より高い回
転速度或いは他の変数を使用することにより、よ
り高い処理量を達成することができる。有効膜面
積は、膜固定は十分な支持表面を同軸に保つこと
を必要とするに過ぎないので相対的に増大させる
ことができる。この結果、本装置は膜表面におけ
る直交流れ成分により与えられる強められた渦巻
条件の力、及び払掃作用が高い剪断を用いた新し
い濾過手法を確立したのみならず、又、有意義に
有効な洗浄作用を導入するものである。 スピナー９７の周りに固定膜８０，８２を用
い、第１図の装置は、多くの異なつた源からの全
血システム１０６を経由して与えられる入力から
比較的少量の濾液の逐次試料を提供することがで
きる。血漿、又は血清の特性のみが関心事である
診断装置においては、汚染は問題とならず、渦巻
作用により行われる表面洗浄は、実質的な期間の
間高い濾過効率を維持することができる。又、入
力システム１０６から食塩水を全血試料の間に与
えて装置の何等かの洗浄化を行うことができ、更
に又膜８０，８２を源１０８からの洗浄溶液を用
いて清浄化することができる。濾過効率が回復不
可能なように選ばれたレベル以下に低下する場合
には装置を停止し、ハウジング７２を空にし、次
いでハウジング７２を開き新しい濾過膜８０，８
２を用いて先に用いたエレメントを交換すればよ
い。 第６図及び第７図の例においては、全血の通過
はより低い入口からより高い出口へ向かつている
が、しかし、本質的な渦巻作用及び渦巻セルのス
クロール進行は正味の流れが重力に反して上部方
向に進んでも妨害されることはない。従来の例に
おけるように渦巻は固定して留まらず、連続的に
上部方向に並進し、従つて濾渦膜の表面の増分面
積を常に掃引する。 この装置の赤血球或いは血小板の濃縮のための
その使用を含む多くのその他の変形は当素者には
自明であろう。この分離装置は診断或いは通常の
血漿搬出用途に対して低コストの使い捨て用品と
して製作することができる。少量の血液試料を扱
う使い捨てユニツトのためのハウジング構造は、
パツク血球のための保留室を設け、廃棄血液を含
む単位を必要量の濾液の採取後に単に廃棄するこ
とを可能にするように設計できる。 本発明による多くの態様及び変更例を説明した
が、本発明はこれらに限定されるのもではなく請
求の範囲内の総ての変更及び手段を包含するもの
である。
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