JPH0559746B2 - - Google Patents

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JPH0559746B2
JPH0559746B2 JP58233797A JP23379783A JPH0559746B2 JP H0559746 B2 JPH0559746 B2 JP H0559746B2 JP 58233797 A JP58233797 A JP 58233797A JP 23379783 A JP23379783 A JP 23379783A JP H0559746 B2 JPH0559746 B2 JP H0559746B2
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blood
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filtrate
housing
suspension
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UIRIAMU EFU MATSUKUROORIN
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 血液は生きた複合体であり、多くの点で不安定
な系であつて、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つてきた。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、治療用アフエレシスおよび多数の生物医学的
処置にとつ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。 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
分離法に頼つてきた。遠心力の影響下での遠心分
離または層化は連続並びにバツチ式で実施され
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。しかしながら、
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）と時によつて
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イルター・シ
ールドを必要とする。そのような膜またはフイル
ターはオリフイス方向え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イブ
な性癖のために、最終的に導管が詰まることが発
生する。 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
種のヘマフエレシス装置は、実質的に細胞成分を
含まない液体分離体を提供するために使い捨て方
式が用いられるため膜ろ過法に基いている。ろ過
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
させることによつて改善される。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
することはブラツトらによつて血漿の分離に最初
に提案された（Blatt et al、“solute
Polarization and Cake Formation in
Membrane Ultrafiltration：Cause、
consequences and control techniques”、in
Membrane Science and Technology、Plenum
Press、N.Y.1970、pp、47〜97、およびBlatt、
U.S.PatentNo.3705100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、ヘマトクリツト値、単位面
積当りの血漿流量、膜内外圧、血液の流動抵抗、
ふるい分け係数（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と析出（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ツト値は高くな
るので、例えば、90％の血漿回収および50％のヘ
マトクリツト値で、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）。最高に設計された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。従つて、比較的適量の血漿
（例えば、40％以下のヘマトクリツト値に対して
流入血漿の50％、20〜30ml／min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、これらの装置の効率は正常なヘマトクリツト
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つ
て、抗凝血剤を使用することによつて血液を実質
的に低いヘマトクリツ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。 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せん断装置
（1000sec-1以下）が現在使用されている。これら
の装置は２、３の研究者によつて報告されている
（Werynski et al、“Membrane Plasma
Separation−Toward Improved Clinical
Opration”、Trans.Am.Soc.Art.Int.Organs、
27：539−42（1981）、およびSchindhelm et al、
“Mass Transfer Characteristics of Plasma
Filtration Membranes”、Trans.ASAIO、27：
554−８（1981）参照）。これらの文献は、低せん
断装置（典型的には500sec-1以下のせん断速度）
は主として濃度偏寄によつて制限されることを示
している。逆に高せん断装置（例えば、
2000sec-1以上）では、前記のブラツト（Blatt）
によつ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
（Castino）ら、ソロモン（Solomon）ら、およ
びポポビツチ（Popovich）らの文献によつて支
持されている〔Castino et al in Publication
No.395、Blood Research Lab.、American
National Red Cross、（also published as
Final Report NA／BL Contract No.１−HB−
６−2928）entitled“Microporous Membrane
Plasmapheresis”；Solomon et al、Trans
ASAIO、24：21（1978）entitled ”Continuous
Flow Membrane Filtration of Plasma From
Whole Blood”；Popovich、U.S.Patent No.
4191182；およびSolomon、U.S.Patent No.
4212742参照〕。 しかしながら、高せん断装置の広汎で集中的な
研究にもかかわらず、これまで商用使用はわずか
しかなく、これは多数の相反する要素のためと思
われる。ヘマトクリツト値の増加に伴い血漿流量
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つてこ
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。従つ
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。 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つ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。それによつて、
血漿回収率、血漿の純度、ヘマトクリツト値に無
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ろ過
法とは全く異なるものである。 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つた。その結果、
他の物質（例えば、沈殿物や粒子物質）が混合ま
たは懸濁している液体系の槽内で回転自在のろ過
ドラムまたはシリンダを回転するという開示が多
数見つかつた。その回転はフイルターに衝突して
フイ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：米国特許番号 発明者 年 1664769 Chance 1928 2197509 Reillyら 1940 2398233 Lincoln 1946 2709500 Carter 1955 3355382 Huntington 1967 3491887 Maestrelli 1970 3568835 Hansen 1971 3821108 Manjikian 1974 3830372 Manjikian 1974 3833434 Gayler 1975 また、せん断を与えるために外壁と共に回転ろ
過部材を使用することは、他の分野においては
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”、
Desalination（Netherland）、vol、24、pp、273
−279（1978）。 M.Lopez−Leiva：”Ultrafiltration at Low
Degrees of Concentration Polarization：
Technical Possibilities”、Desalination、Vol、
35、pp、115−128（1980）。 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つて、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。 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つて
いる。そして遠心分離作用またはせん断作用の利
用のいずれかであつて、両方を含んでいない。従
つて、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。 また、本出願人は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： Strong et al：“An Experimental Study of
Mass Transfer in Rotating Cuvette Flow
with Low Axial Reynolds Number”、Can.
Jnl.of Chem.Eng.Vol.54、pp、295−298（1976）。米国特許番号 発明者 年 3674440 Kitrilakis 1972 3183908 Collins et al 1965 3026871 Thomas 1962 3771658 Brumfield 1973 3771899 Brumfield 1973 4212741 Brumfield 1980 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。 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
を横断して高せん断を確立する。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
血液流に高せん断（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ろ
過する。細胞物質の半径方向外側への移動は、ろ
液の一定回収にもかかわらず膜表面における軽量
ろ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断壁との間の
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ろ液は容易に膜を
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
以上までろ液の回収を高める。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
あつて内部流路は無菌で外部汚染を受けないよう
になつている。 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み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、1000sec-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
によつて優れた結果が得られる。１つの実施例で
は、254cm（1in）直径のスピンナおよび50cm3の膜
面積を使用して、0.06cm（0.024in）〜0.09cm
（0.037in）の間隙寸法と約3600r.p.m.の回転速度
を用いた。そのような条件下で、正常な血液粘度
でヘマトクリツト値が45の血液で、せん断は安全
で控え目の範囲の8000sec-1以下、そして滞留時
間および動的力は、60ml／minの血液流量から純
血漿90％以上の回収そして100ml／minの血液流
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：せん断は効率的なろ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；ろ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ため適
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たらしてはなら
ない。 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、鉛直中心軸に沿つて外拘束容器
内に配置される。そしてその外拘束容器の内壁が
スピンナと同軸でせん断間隙よつて一定の間隔を
保つたせん断壁を画定する。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
のろ液に対して選んだ孔径（例えば血漿に対して
は0.4〜0.8μｍ）を有する膜によつて被覆される。
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
度のろ液は装置内の静圧によつて決まる膜内外圧
下で膜孔を通過する、ろ過効率は高せん断によつ
て顕著に増大する。膜を通つ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イスを介して出
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
向の出口オリフイスに入る。スピンナは上端部の
磁気カツプリングによつ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。駆動カツ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
の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ツ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ツト
は、血漿を収集し損傷のない高ヘマトクリツト懸
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。 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）を有するろ過表面を介して
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（食塩水の添加によつ
てヘマトクリツト値が低い）が得られる。 本発明による装置の性能は血液分別装置におい
て大きな利点をもつて利用される。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
わち流入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
クリツ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、使い捨てろ過装置、および計器を付けた血漿
収集制御装置も含む。 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
つ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てある。 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１
２と、該円筒形ハウジング１２内で同心的に回転
自在で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１
２の内表面と、回転スピンナ１４の外表面（一定
の間隔をもつ）によつて画定される。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イス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0.06cm（0.024in））をもつ
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
イス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つてある。入口オリフ
イス２２および出口オリフイス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つて、
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、この最適の釣り合い速度を用いな
かつた実際の装置は血液に有害な作用をもつこと
が見られなかつた。 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
流の層流に保つために入口オリフイス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２
８を流れる。出口オリフイス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
つて入口または出口オリフイスに層流が得られる
ような形状の曲がつた発散形流路に接続する。オ
リフイスの幅は、血液への有害な乱流作用を回避
するために間隙法を越えてはならない。しかしな
がら、オリフイスの正面寸法は、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隔寸法
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１２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つ
て完成させることができる。 円筒形ハウジング１２は壁が非磁性の端末ボス
４２を有する上端キヤツプ４０と、中心軸と同心
の血漿出口オリフイス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は上端キヤ
ツプ４０と下端ハウジング４４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つのレパレ
ーツ（図示せず）にすることができる。中心マン
ドレル５０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によつて分
離された一定の間隔を保つた一連の同みぞ５２を
画定するように成形される。周みぞ５２によつて
画定された表面流路は、マンドレル５０のほゞ全
長に伸びその回りの四分円に一定の間隔をもつて
配置された４つの縦みぞ５６によつて相互に接続
される。マンドレル５０の各端部において、これ
らの溝５６は、中心軸と同軸の中心オリフイスま
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つてい
る４つの半径方向導管６０の１つを介して接続す
る。みぞ５６、オリフイス５８および導管６０は
ろ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５
６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５
２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に沿つて伸びる。従つて、
マンドレル５０はその中心軸の回りに本来、釣り
合つていて、不安定を伴うことなく高速度で回転
することができる。 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（Millipore）
によりポリフツ化ビニリデンなる名称で市販され
ている種類のろ過膜によつて被覆される。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0.4〜0.8μ
ｍである）。本例における円筒膜の全表面積は約
50cm3であり、この値は約30〜50ml／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。 上端部において、回転スピンナ１４は、一方で
端部キヤツプ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ヤツプに取り付け
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６
６へ堀り進むことはない。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、ロツクウエル硬度が45〜50の
440Cステンレス鋼または成形セラミツク磁石）
によつ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
キヤツプ４０を部分的に囲む環状磁性駆動部材７
２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
し鉛直中心軸に沿つてリング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、スピンナ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つたり、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７
０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。 回転スピンナ１４の下端において、中心出口オ
リフイス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間テーパ側面７
９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によつて画定される。ス
ピンナ１４の材料が軟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
つたり、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Ｏ−
リング（図示せず）を使用することができる。 中心開口８２は血漿出口オリフイス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によつ
て画定される。スピンナ１４が回転すると、端部
軸受７８は磁気カツプリングによつて下方の肩部
８０へ機械的に押し付けられ、それによつて端部
シールを形成する。 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ツプされるときハ
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１
４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捕獲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。 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
リフイス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１４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つて与えら
れるので、スピンナ１４の回りにスピンナによつ
て回転作用が生じる。 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イス２２の領域における
平均周速に釣り合つた速度が望ましい。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つたから、
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５６および半径方向導管
６０を経て中心出口オリフイス５８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
を通つて血漿出口オリフイス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。 遠心力は、前記の構造および作動条件に対して
最小約50ｇ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、血液の全円筒形シエル
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
ろ過または非損傷性処理を保証しない。 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、高せ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
１ｇ／cm3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のヘマト
クリツト値を有する。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
赤血球のパツ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。 血液の流入速度（約60〜100ml／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（1in）、半
径方向の間隔0.06cm（0.024in）で、せん断値約
8000sec-1および遠心力190ｇがせん断間隙の領域
を通る血液に加えられる。かくして、前述のせん
断の原理に従つて、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
て小さな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せん断
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りおよび濃度偏寄は排除さ
れ、膜ろ過作用に悪影響を与えない。事実、膜に
小孔があつ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
つて生じる速度成分が内方運動を押える傾向にあ
るため、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、血液流自体の静圧は必要な
膜内外圧の提供のみならず、血漿ろ液を周みぞ５
２の画定する表面流路に流し、そこから縦みぞ５
６および半径方向導管６０を介して血漿を中心オ
リフイスまたはマニホルド５８に収集するのに適
切である。 系からの血漿流は、本例において約45ml／分で
出され、ヘマトクリツト値に依存して約100ml／
分の血液流が与えられる。従つて全血が供血者か
ら採られて残留血漿と共に充てん細胞塊が供血者
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つ
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入血液のヘマ
トクリツト値によつて決まる。従つて、種々の血
液源での各種の実験から得られた多くの実験デー
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ツ
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＝流入血液の流量 Am＝膜の面積 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、血漿の流量は血液流
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つて一
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つ
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0.05ml／min−cm3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1400cm3の膜表面積で精々約55
ml／分（0.039ml／min−cm3）を出し、一方中空
繊維式装置は膜面積1700mlで約22ml／分（0.013
ml／min−cm3）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、50cm3の膜
およびせん断間隙および回転速度で、流量は約
0.9ml／min−cm3で容易に安定し、さらに高い値
にすることができる。 本発明に従つて作製され、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ゞ完全
に含まない血漿ろ液を提供する。出口オリフイス
３４を出るパツクされた細胞塊のヘマトクリツト
値は75〜90％の範囲であつて、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つたとし
ても最小のみを示す。血漿の高効率回収および供
血者への高へマトクリツ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。 極めて小さい膜面積と共に小さい血液膜厚さに
よつ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
イスとヘツド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。 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
マフエレシス（血漿搬出法）における問題は、蛋
白質の濃厚な血漿を60〜90％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
クリツク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アーすることであ
る。 本発明に従つて、流入する血液の粘度（μ）と
密度（ρ）に対して高遠心力と高せん断値が与え
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（Vs）と
間隙（ギヤツプ）(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＝π×Ｄ×（r.p.m.）／60in／sec ここでＤはスピンナの直径（in）、r.p.m.は１
分当りの回転速度 Ｓ＝Vs／ｄ＝せん断（in・sec-1）、従つて （r.p.m.）nax＝0.75／Ｄ〔μ／ρSnax／10α〕1/2×
10-3 ……(1) 〔π／60 Ｄ（r.p.m.）／Snax〕ｄ 〔7.5×103（μ／ρ）／αD（r.p.m.）〕……(2) 上式において、μはポイズの単位、ｄおよびＤ
はインチそしてSnaxは血液のせん断速度の最大値
で、これは以下に説明するように実験的に
15000sec-1であることがわかつた。αは理想的な
ニユートン流体の絶体粘性供数であつて、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ヤツプを横断する速
度プロフイ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。従つて、前記の式
(1)および(2)の意味は次のように解釈される。(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。 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12000sec-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0.015〜0.037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5550r.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。 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
縦軸にとると、許容される所定最大せん断値
（Snax）に対して共通基点から直線のせん断線を
描くことができる。直線はせん断速度がそれぞれ
8000sec-1、10000sec-1、12000sec-1および
15000sec-1の場合のものであつて、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、14000sec-1に達する
まで溶血は著しくなく、15000sec-1以上で顕著に
なる。せん断速度の直線性は前述のせん断式から
生じるものであつて、非直線性は血漿搬出法に強
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、軽い血漿は高せ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。 公称せん断速度が従来技術において生じる限度
約6000sec-1〜7000sec-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
の値はブラツクシヤーらおよびチエンらによつて
報告された正常なヒトの血液に対するせん断応力
値240〜280dynes／cm3に対応する（Blackshear、
P.L.Jr.et al in“Fluid Dynamics of Blood
Cells and Applications to Hemalysis、”NTIS
Report PB−243183、pp、95−102（Oct.1974）；
およびChien、S.et al、“Shear−Dependent
Deformation of Erythrocytes in Rheology of
Human Blood”、Amer.J.Physiol.，Ｖ、219、
p.136（1970）参照）。 レイノズル数、従つて層流に関して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、Re2000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）、従つて遠心力を
とる、そしてそれらの曲線はスピンナのサイズの
調整によつ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。従つて、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。 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つてその形状
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つ
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ヘマトクリツト
流の抽出が、安全化部分を含むまたは流れに反向
曲率の導入を避けた接線流路によつて乱流を伴う
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塊に適応させ
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。従つて中心軸に沿つて高さを伸ばすことによ
つて面積を増すことができる。また、出口近くの
濃縮細胞成分塊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。従つて、第１図〜第４図の装置における間隙
の幅は、出口オリフイ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。 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。一人の供血者から20
〜50ml／分の血漿を回収するのに十分な膜面積50
cm3に対して、ヘマトクリツ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ナの膜を帯び
た長さに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
式の場合は３単位（1500ml）の流れを処理して
600〜700mlの血漿を収集する。それによつて少な
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
てろ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・小間隙で膜ろ過される。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、膜は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。 図面は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ためにのみ示さ
れていることが理解される。 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、それによつて赤血球は凍結
するが不凍液体マトリツクスによつて晶化および
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。凍結赤血球は予備ろ化工程によつて比較的純
粋な状態で貯蔵されるが、その処理は困難で高価
につく。従つて、一般に、その濃縮体は赤血球と
白血球の集合体（一緒に付着して「スノツト
（snot）」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つている。 スピンナ１４は前述のように駆動されるが、内
部構造と流路系が若干異なる。スピンナ１４の主
長は中空円筒体であつて、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つ
た２つの縦みぞ９２によつ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つ
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（図次せず）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１０
０に沿つて中央に配置される。従つて、磁場によ
つ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１０６に着座した穴付き端部軸受１
０４の回りに配置の半径方向Ｏ−リング１０２に
よつて提供される。装置に分離装置を設置する前
に、スピンナ１４がＯ−リング１０２に対して下
方へすべつても、スピンナ１４は運転している時
の偏寄用磁力によつて迅速に引かれて適当な隙間
の位置に保持される。 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イルタ
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が、流動体およびろ
過体を通ることによつ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は膜またはフイルタ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
リテトラフルオロエ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ユ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の一部分によつ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ム１１６を画定す
る。流入流動体は入口オリフイス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
球は出口オリフイス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
水のスループツト流量を増す、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。 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赤血球集合
体と共に螺旋状に流下する。かくしてスピンナ１
４の上端においては濃縮エチレン・グリコール
が、ろ液が膜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
ールおよび赤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へ運ぶ。
最高濃度の赤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に出会つ
て装置からろ過排出される。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さ
れる。小割合（典型的には１〜２％以下）の赤血
球も大孔を介して洗い落される。しかしこれは粘
い白血球集合体の除去と引換えに受け入れられ
る。回転する細胞成分塊に対して精製食塩水の横
断流（広い面積に渡つ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部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い。従つて、出口オ
リフイス１１９において、精製された赤血球のみ
がせ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、小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、流入流と食塩水流間の体積関係は流出赤血球
のヘマトクリツト値を制御するために調整するこ
とができる。 第９図は、単針差込み装置を備え、せん断原理
に基いた分別モジユールを用いた完全使い捨て式
血液処理セツ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。分別モジユール
１２０は、モータおよび計器を内蔵した装置コン
ソール１２４に適当なブラケツトまたは他の手段
で単にクランプまたは配置される。コンソール１
２４の構造は本開示のためには重要でないので模
式図またはブロツク図で示されている。所定の位
置にあるとき、モジユールの上端は駆動モータ１
２８によつて駆動される磁気カツプリング１２６
内にはまる、それによつてモジユール内のスピン
ナを回転する。 モジユール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１３
２に入る。ヘモグロビン検出器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、それによつてクラン
プ１３６は手で閉鎖、またはソレノイド制御によ
つてクランプ１３６を作動する自動装置に信号を
送る。 装置の供血者側端部において、使い捨て静脈注
射針１２２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プライミング管路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
ータによつてクランプ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１
５０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１
５２を通り、供血者のヘマトクリツト値および血
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つて調節さ
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１６５は、マ
イクロプロセツサー制御装置も利用できるけれど
もオペレータによつて調節できる。そして種々の
地点での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つて少なくとも部分的に維
持される。 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１６６は、装置内の圧力不足
が一旦始まつ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。 血液流入管路は血液流ポンプ制御装置１７２に
よつて調節自在の流量にセツトされるローラポン
プ１７０を経て、入口オリフイスにおいて分別モ
ジユール１２０で終わる。また、ローラポンプ１
７０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
であつて、一対の可動プラテン１８２，１８３の
間に配置される。プラテン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１８０が充分に
満たされると、リミツト・スイツチ１８７が隣接
するプラテン１８３によつて作動されて、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つ
てポンプ１７０を止めてクランプ１８６を解放す
ることによつて手動的に行うか、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１８８によつて行
うことができる。別のリミツト・スイツチ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１８４，１８５は、それらの移動長全体に渡つ
て実質的に一定で比較的低い力を提供し、従つて
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
け口（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１８２，１８３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。 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、分別モジユール１２
０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
凝血抑止剤を伴つた流入血液流を流がし始める。
供血者から30〜50ml／分の血漿供給流量で、典型
的に約600mlの血漿が10〜20分で収集される。し
かしながら、供血者のヘマトクリツト値並びに供
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際的に変えう
ることを決める。その結果、流入血液流全体また
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
ラポンプによつてもたらされる傾向にある脈動
は、分別モジユール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
ユ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
よつて回避される。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によつて調整される。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。従つ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ユール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の形状によつて物理的に決
まるので補償する特徴を用いる必要はない。その
上、モジユール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
によつ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。一回転当りで
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。 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ツト・スイツチ１８７
によつ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
解放はパツ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ユール１２
０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。 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、使い捨て血液セツトの
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。 そのような装置の一例を第１０図に示す。第１
０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、
最上部の抜け口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１
９７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から空気を追い出す。別の
血液流ポンプ２００と関連制御装置２０２はモジ
ユール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２０６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２０
０，２０４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、従つて全血のみが血液流入管路１４２を介
してモジユール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
よつ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。 第１０図に示す装置のさらに変形は、流出血液
ポンプ２０４からの直接接続管路２１２を介して
第２の戻し針２１０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針系は治療
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。 以上、本発明に従つ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。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による血漿収集装置の部分破
断、斜視図；第２図は第１図の装置の側断面図；
第３図は第１図の装置の一断面図；第４図は第１
図の装置の一部分の断面図；第５図は本発明によ
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；第６図は種々の値の
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；第７図
は、白血球と有毒不凍溶液を随伴する濃縮赤血球
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；第８図は第７図の装置の
側断面図；第９図は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ツク図；第１
０図は本発明による血漿搬出用の別な装置を示す
図式ブロツク図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 力を加えた時損傷を受け易い少なくとも１種
    の細胞成分を含んでいる細胞懸濁液（ただし、人
    体から直接引いた新鮮な全血を除く。）を濾過す
    る方法であつて、 回転軸線のまわりにありかつ前記細胞懸濁液か
    ら前記損傷を受け易い少なくとも１種の細胞成分
    の濃縮された懸濁液を残して濾液を除去する寸法
    の孔開口を有する微孔質フイルター膜を有する第
    １の表面と、第１の表面と同心である第２の表面
    との間の〓間へ前記懸濁液を供給するステツプ
    と、 前記第１の表面およびそれと共に前記フイルタ
    ー膜を前記第２の表面に関し、前記〓間の寸法を
    考慮に入れ、懸濁液がフイルター膜へ送られる間
    前記細胞成分のフイルター膜から外側への輸送を
    誘発するため細胞成分の実質的損傷なしに前記〓
    間内の懸濁液の運動を発生させるように選定され
    た表面速度において回転させるステツプ とを含むことを特徴とする細胞懸濁液の濾過方
    法。 ２ 前記細胞成分は、力を加えた時損傷され易い
    血液細胞成分である第１項の方法。 ３ 前記フイルター膜の回転は、約15000sec-1の
    剪断速度を発生するように行われる第２項の方
    法。 ４ 前記フイルター膜の回転時の表面速度は１イ
    ンチ（2.54cm）直径の円筒をその中心軸のまわり
    を3600rpmで回転させるに等しい値（3600×
    1.0π／60＝188.5インチ／秒＝478.8cm／秒）かま
    たはそれ以上である第２項の方法。 ５ 前記〓間の寸法は約0.0155ないし0.037イン
    チ（0.03937ないし0.09398cm）の範囲内である第
    ２項の方法。 ６ 前記第１の表面の回転の間、第１の表面は第
    ２の表面内で同心的に回転される第１項の方法。 ７ 力を加えた時損傷を受け易い少なくとも１種
    の細胞成分を含んでいる細胞懸濁液から濾液を分
    離するための装置であつて、 中空の内部と内側表面とを有するハウジング
    と、 前記ハウジングの内部で回転することができ、
    そして前記ハウジングの内側表面との間に〓間を
    形成するようにそれから離れている外側表面を有
    するローター手段と、 前記〓間へ前記細胞懸濁液を供給するための手
    段と、 前記ローター手段へそれと共に回転のため取付
    けられ、そして前記損傷を受け易い少なくとも１
    種の細胞成分の濃縮された懸濁液を前記〓間内に
    残して前記細胞懸濁液から濾液を除去する寸法の
    孔開口を有する微孔質フイルター膜と、 前記〓間の寸法を考慮に入れ、懸濁液がフイル
    ター膜へ送られる間前記細胞成分のフイルター膜
    から外側への輸送を誘発するため細胞成分の実質
    的損傷なしに前記〓間内の懸濁液の運動を発生さ
    せるように選定された表面速度で前記ローター手
    段を回転させる手段 を備えていることを特徴とする前記装置。 ８ 前記〓間は前記濃縮された懸濁液を輸送する
    ための成分出口手段を備えている第７項の装置。 ９ 前記ハウジングは前記濾液を輸送するための
    濾液出口手段を備えている第８項の装置。 １０ 前記成分出口手段は前記濾液出口手段との
    流体連通からシールされている第９項の装置。 １１ 前記ローター手段は濾液を受け入れるため
    の開いた内部と、そしてハウジング内での回転の
    ためローター手段を支持するためハウジング上の
    軸受手段とを含み、前記軸受手段は濾液をロータ
    ー手段の開いた内部から軸受手段を通つて輸送す
    るための導管手段を含んでおり、さらに前記濾液
    出手段は濾液をハウジングから輸送するため前記
    導管手段と連通している第９項の装置。 １２ 前記濾液出口手段を前記〓間との連通から
    シールするための回転シール手段を備えている第
    １１項の装置。 １３ 前記回転手段は前記ローター手段へ磁気的
    に連結されている第７項の装置。 １４ 前記フイルター膜の孔開口は約0.4ミクロ
    ンまたはそれ以上である第７項の装置。 １５ 前記細胞成分は血液細胞成分である第７項
    ないし第１４項のいずれかの装置。 １６ 前記細胞懸濁液は全血であり、前記細胞成
    分は赤血球であり、前記濾液は血漿である第１５
    項の装置。 １７ 前記〓間の寸法は約0.0155ないし0.037イ
    ンチ（0.03937ないし0.09398cm）の範囲内であ
    り、前記回転手段は前記ローター手段を１インチ
    （2.54cm）直径の円筒をその中心軸のまわりを
    3600rpmで回転させるに等しい表面速度（3600×
    1.0×π／60＝188.5インチ／秒＝478.8cm／秒）ま
    たはそれ以上で回転させるように作動する第１６
    項の装置。 １８ 力を加えた時損傷を受け易い細胞成分から
    異物を洗浄するための装置であつて、 中空の内部と内側表面とを有するハウジング
    と、 前記ハウジングの内部で回転することができ、
    そして前記ハウジングの内側表面との間に〓間を
    形成するようにそれから離れている外側表面を有
    するローター手段と、 前記〓間へ細胞成分を供給するための手段と、 前記〓間へ洗浄液を供給するための手段と、 前記ローター手段へそれと共に回転のため取付
    けられ、そして前記〓間内へ実質上異物を含まな
    い細胞成分を残して前記洗浄液および異物を通す
    寸法の孔開口を有する微孔質フイルター膜と、 前記〓間の寸法を考慮に入れ、細胞成分の洗浄
    液中の懸濁液がフイルター膜へ送られる間細胞成
    分の実質的損傷なしに細胞成分のフイルター膜か
    ら外側への輸送を誘発するため〓間内の洗液の運
    動を発生させるように選定された表面速度で前記
    ローター手段を回転させる手段 を備えていることを特徴とする前記装置。 １９ 前記細胞成分は血液細胞成分である第１８
    項の装置。
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