JPS6128382B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転シールを必要としない流通遠心機
（flow−through centrifuge）に係る。より詳し
くは、本発明は、遠心機の外側より回転シールを
用いることなくボウルに直接結合されたチユーブ
を介して遠心ボウル内へ又はそこから外に連続的
に物質を変移するようにできる流通遠心機に係
る。

一般的は流通遠心機は回転シールを用いてお
り、これは流入流路及び流出流路間に漏れを生ず
る。回転シールは機械的な弱点即ち、有効寿命、
それらの部品の複雑さ及び弱さ、連続的でかなり
の程度の潤滑の必要性等を有し、これらは従来の
流通型の遠心機の短所であつた。これらの短所は
どのような物質が流通型式で遠心分離されるか否
かにかかわりなく、明らかに欠点である。

これらの連続的な流れの遠心機が、血球の採集
に応用されるときのようにオンライン式血液分離
に応用される場合、血小板の損傷、赤血球のヘモ
リシス（溶血）、異物や回転シールの劣化した潤
滑による流路の妨害等により回転シールが問題と
なつてくる。

本発明の目的は回転シールを全く必要としない
流通遠心機を提供することである。

本発明の他の目的は、流入路と流出路との間で
漏れの可能性をなくした流通遠心機を提供するこ
とである。

本発明のさらに他の目的は長い有効寿命を有す
る流通遠心機を提供することである。

本発明のさらに他の目的は簡単でかつ丈夫な流
通遠心機を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、血小板の損傷及び
赤血球のヘモリシスなしにオンライン式血液分離
に使用できる流通遠心機を提供することである。

上述の目的及び以下の記載より用らかとなる他
の目的は本発明によつては、中心軸線を中心とし
て２ωの角速度で回転するように装着された遠心
ボウルを含む流通遠心機を提供することにより達
成される。少なくとも１つの流入路と少なくとも
１つの流出路とから成るチユーブの束は一端にお
いてボウルに結合されそして他端においてはきつ
く保持される。チユーブの束は中心軸線より半径
方向に変移させられた部分的ループ状に形成され
る。部分的ループはωの角速度で中心軸線を中心
として回転するようになされる。チユーブの束は
それ自身の軸線を中心に−ωで逆回転させられる
ことによりねじれがない状態にとどまる。

第１，２図に示されるように、本発明の流通
（flow−through）遠心機の１つの具体例は、水平
な互いに隔置された円板１０〜１２より成るフレ
ームを含む。板１０〜１２の各々はその周辺部付
近で板を貫通する複数の孔を備えている。各板１
０〜２０の対応する孔は互いに整合されている。
複数の管状スペーサー１３が板１０と１１との間
に配置され、また複数の管状スペーサー１４が板
１１と１２の間で前記孔に整合した状態で配置さ
れる。第１図には２つの管状スペーサー１３と２
つの管状スペーサー１４のみが見えている。ボル
ト１５が板１０〜１２内の整合した各々の孔と対
応する管状スペーサー１３，１４を通つて延び、
これら各々のボルトは対応するナツト１６により
所定位置に保持されている。堅固に結合された板
１０〜１２はモーター軸１７により駆動される。
この軸は翼ナツト１８として示されている一般的
な手段により最も下の板１２に固定される。固定
の歯付プーリー１９はモーターハウジング２０に
取付けられ、歯付ベルト２１によつて中間軸２３
の下端に取付けられた歯付プーリー２２に連結さ
れている。中間軸２３は板１０〜１２内の孔を通
り、該孔内には各々のベアリング２４〜２６が固
定されている。ギヤ２７が中間軸２３の上端に固
定され、また歯付プーリー２８が板１０と１１と
の間で中間軸２３に固定される。

第１図の左側に示されるように板１０，１１内
に各々設けられたさらに他の孔内に中空の軸２９
が位置決めされ、これら板１０，１１内のこれら
の孔内に固定されたボールベアリング０，３１内
で回転するようになされている。歯付プーリー３
２が中空軸２９に固定され歯付ベルト３３を介し
てプーリー２８に組合わされている。

中空軸３４は板１０，１１内の中央孔を通つて
延び、板１０，１１の中央孔内に保持されたボー
ルベアリング３５，３６内で回転可能に保持され
る。球形軸受３７が中空軸３４の下端を支持する
ために設けられている。ギヤ３８が中空軸３４に
固定されギヤ２７と噛合する。ギヤ３８と２７は
１：１のギヤ比を有する。中空軸３４の上端はリ
ングナツト３９を受けるためねじを切つてある。

第１，２図に示されるように、本発明の第１の
具体例による遠心ボウル４０は、望ましくはアル
ミニウムで作られたベース部材４１を有する。ベ
ース部材４１は中空軸３４が貫通する中央孔を有
し、またリングナツト３９と、ギヤ３８の上部で
中空軸３４から半径方向に伸び出すフランジ４２
との間で締付けられる。ドーナツ形の透明なシリ
コンゴムの袋４３が底部材４１の上面に形成され
た凹所に固定される。ベース部材は、シリコンゴ
ムの袋４３が配置されている凹所付近から半径方
向外方に延在する第１の肩４４を有する。ベース
部材４１はシリコンゴムの袋４３が配置された凹
所付近で半径方向内方に延びる第２の肩４５を有
する。ルーサイト（lucite）で作ると都合が良い
平坦で中央に孔を有する透明なプラスチツク蓋４
６が底部材４１の凹所を覆うように配置される。
蓋４６は、透明なプラスチツク蓋４６と各々の肩
部４４，４５の下のベース部材４１を通る複数の
第１のボルト４７ａと第２のボルト４７ｂにより
所定位置に保持される。ボルトの各々は対応する
めねぢにより保持れる。図示の如く、透明な蓋４
６は駆動軸１７の回転軸心から異なつた半径方向
距離に３つの孔４８〜５０を有する。孔４８〜５
０はシリコンゴムの袋４３とはそれに設けた開口
を介して流体的連絡状態にある。第２図に示され
るように孔４８−５０は透明蓋４６の上面では終
端となつておらず、各々のニツプル状突起５１−
５３によつて突出している。これら突起はそれが
なければ平坦である透明蓋４６の下面より上方に
突出するものである。

可撓性の３本のチユーブ５５，５６，５７より
成る束５４は、駆動軸１７と同軸の開口（例えば
遠心機のハウジングに組合わせたカバー５８内に
形成される）内に固定される。チユーブ５５−５
７の束５４は駆動軸１７の回転軸線より半径方向
外方に中空軸２９まで延び、中空軸２９を通つて
下がり、中空軸２９の下端部から半径内方に延
び、そしてチユーブ５５−７５の各々が透明な蓋
４６の上に配置されるように中空軸３４を通つて
上方に延びる。可撓性のチユーブ５５は蓋４６の
面上のニツプル形突起５１にかぶさり、また血液
を袋４３に供給するため孔４８を介してシリコン
ゴムの袋４３の内部と連通する。可撓性チユーブ
の各々の自由端５７，５６は、駆動軸１７の回転
軸により構成される円心機の回転軸線から異なつ
た半径方向距離において、各々の孔４９，５０を
介してシリコンゴムの袋４３の内部と連通するよ
うに蓋４６の面に形成されたニツプル状突起５
２，５３にかぶせて位置決めされる。図示の如
く、全血液はシリコンゴムの袋４３内に可撓性チ
ユーブ５５を介して供給し得る。可撓性のチユー
ブ５６，５７はシリコンゴムの袋４３内からプラ
ズマと赤血球とを各々取出す導管となる。図示し
ていない適宜なポンプが、可撓性チユーブ５５に
血液を供給し血液の成分をチユーブ５６，５７よ
り抜出すのに用いられる。

つり合重り５９が板１２の下部に設けられ、ボ
ルト６０及びナツト６１により所定置に保持され
る。重り５９はフレームのつり合をとるためプー
リー２２及び中間軸２３の逆側の半径方向に位置
決めされる。

シリコンゴムの袋４３は、図示した孔４８〜５
０との流体的連通の代りに３つの内部流管を備え
るようにしても良い。これら３つの内部流管は透
明な蓋４６を通るか又はボウルの他の開口部を通
るかいずれかによつて可撓性のチユーブ５５〜５
７と連通する。

作動を説明すれば、駆動モーターの駆動軸１７
は水平の板１０〜１２を含むフレームを例えば
1000r.p.m.の選定された角速度ωで駆動する。中
間軸２３に固定された歯付プーリー２２は駆動モ
ーターのハウジングに固定された歯付プーリー１
９に歯付ベルト２１を介して結合されているので
駆動軸１７の回転軸線を中心として回転し中間軸
２３をベアリング２４−２６内で回転させる。こ
の中間軸２３の運動の結果、ギヤ２７はギヤ３８
を２ωの角速度（ギヤ比が１：１だから）で駆動
する。結果としてギヤ３８と同様に中空軸３４に
固定されたボウル４０は角速度２ωで回転する。

同時に、中間軸２３と共に回転する歯付プーリ
ー２８は歯付ベルト３３を駆動し、これは中空軸
２９に固定された歯付プーリー３２を駆動する。
これは中空軸２９をその軸線を中心に角速度−ω
で回軸される。この結果、可撓性チユーブ５５−
５７の束５４はねじられることなく、回転シール
を全く要しないで、透明なシリコンゴムの袋４３
に入り又は出る流体の連絡を可能とする。正しく
バランスがとられれば、流通遠心機のボウルは血
液の成分を高速で分離したり又は他の目的のため
2000r.p.m.までの速度で作動させられる。

本発明の流通遠心機の能力を明らかに示すた
め、ヘパリンを加えた（1.5mg/Kg）羊の血が羊
（35Kg）から直接遠心機に導入され流出したプラ
ズマと赤血球はサンプリングの後その羊に戻され
た。各々の流管を通る流量は、２つのローラーポ
ンプにより制御され、この１つは全血液流管に組
合わされ、他はプラズマの戻り管に組合わされ、
３番目の流管は２つのポンプ間の差に等しい流量
となるようになされた。60ml/minの定常的な供
給量において、赤血球のないプラズマは1000rpm
で12ml/min、1300rpmで18ml/minが得られた。
18ml/minのプラズマの連続的な12時間の流れを
通じ、血小板の数の変化が測定できるように時々
プラズマのサンプルが採取された。結果は、始め
の１時間以内に血小板数の50％減少を示しまた12
時間目までに赤血球のヘモリシスが全くないまま
基底線値の30％までの減少を示した。

遠心ボウル４０は、本発明の範囲内で特定の遠
心用途に応じて取替えられまた変形することがで
きる。

流通遠心機が、連続的な密度勾配の粒子分離を
なすことを証明したい場合、透明なプラスチツク
の蓋４６を取外し第１，２図に示された遠心ボウ
ル４０からシリコンゴムの袋４３を取出すだけで
良い。そしてシリコンゴムの袋４３を取出した後
に薄いポリテトロフルオロエチレンのシート６２
をベース部材４１の凹所の底に配置する。シリコ
ンゴムのＯリング６３又はシリコンゴムその他で
作ることのできる同様のシール用ワツシヤーを、
数字６４で全体を示した変形した遠心ボウル内の
粒子分離をなすべき室の外周をシールする目的で
肩４４に隣接してシート６２の頂部に配置する。
内方のシリコンゴムのＯリング６５又は同様のシ
ール用ワツシヤーは粒子の分離がなされる室の内
周をシールするため肩４５に隣接してシート６２
の頂部に配置される。シリコンゴムその他で作ら
れた隔壁６６（第３図）が内方のＯリング６５と
外方のＯリング６３との間で半径方向外方に延
び、粒子の分離がなされる室内の半径方向の分割
を行なう。

ルーサイトで作ることができる特別な構成の透
明なプラスチツクの蓋６７が肩４４，４５上に配
置されその下面とシート６２との間に遠心室を形
成する。蓋６７は第１，２図の具体例と同様にボ
ルト４７ａ，４７ｂにより所定位置に保持され
る。

６つの流入孔６８が蓋６７を貫いて、隔壁６６
の遠心ボウル６４の回転方向側に設けられる。６
つの流出孔６９は蓋６７を貫いて第３図に示され
るように隔壁６６の他の側に設けられる。孔６
８，６９は透明な蓋６７の内面とシート６２との
間の空間により形成された遠心室との連通ができ
る。孔６８の各々は蓋６７の平坦な上部面では終
端とならず、第１図に示たチユーブ５５−５７と
同様の可撓性チユーブの端を特に受けるようにな
されたニツプル状突起７０を通つて延びている。
同様に、流出孔６９の各々は蓋６７の頂面より突
出するニツプル状突起を通つて延びる。

図示の如く、６つの流入孔６８は、駆動軸１７
の回転軸線である遠心ボウル６４の回転軸線より
半径方向に異つた位置に配置され、隣接する孔間
はほぼ等間隔とされる。同様に、６つの流出孔６
９は遠心ボウル６４の回転軸線より異なる半径方
向に配置され、隣接する孔間はほぼ等間隔となさ
れる。流出孔６９はグループとしては対応する流
入孔６８よりより大きな半径方向距離に配置され
る。即ち流出孔６９の各々はボウル６４の回転軸
線から対応する流入孔６８より外方に配置され
る。

流入孔６８の各々及び流出孔６９の各々は全部
で12の可撓性のチユーブ（図示せず）と連通状態
となされ、これらチユーブは束にされ望ましくは
シリコングリスを満した管で保護され、第１図に
示したチユーブ５５−５７と同じ手法で、中空軸
３４及び中空軸２９を通つて遠心機の外部に導か
れる。

６つの流入チユーブは作動時には流入孔６８の
内方のものから外方のものへ順に増大する異なつ
た密度の液を連続的に導入し、蓋６７の内面と薄
いシート６２の間で形成される室内においてボウ
ル６４の内側に密度勾配を生ぜしめる。最も内方
の孔を通して供給された液内の粒子は遠心力の場
でらせん状に移動し、密度によつて粒子の分離が
行なわれる。このように分離された粒子は流出孔
６９を通つて流出し６つの分画となる。当然のこ
とであるが流入孔、流出孔及びそれらに組合わさ
れたチユーブの数に応じてどのような数の分画も
可能とされる。血球の分離について上述したが、
第３，４図に示された遠心ボウル６４は血球以外
の他の物質を密度に応じ分離するのにも用いるこ
とができる。

第１図に示した遠心機を任意の２相溶剤システ
ムの固定相から移動相の分離に使用又は、粒子が
単一の溶剤システムを用いる溶離作用を受ける単
一システムにも使用出来る場合に、第５，６図内
で番号７２で全体を示した変形した遠心ボウルを
提供するための第１の段階としては、透明なプラ
スチツクの蓋４６とシリコンゴムの袋４３を取出
すことが必要なだけである。２つの自由端を有す
る細い内径の長いつる巻チユーブ７３をベース部
材に形成された凹所内に肩４４に隣接して配置す
る。必須のことではないが、細い内径のチユーブ
７３はベース部材４１内の凹所内で肩４４の付近
に配置された円形断面のリング７４のまわりに配
置されることが望ましい。第５，６図にはつる巻
状にされた細孔チユーブ７３は１つしか示されて
いないが、ベース部材４１の凹所に関して数個の
ループが作られ得る。ルーサイトとすることが出
来る透明プラスチツクの蓋をベース部材４１の肩
４４，４５上に配置する。図示の如く、チユーブ
７３の２つの端部は、蓋をその外周付近で貫く孔
７６，７７の各々の孔と連通するように位置決め
される。孔７６，７７はその上端において、蓋７
５の平坦な面では終端とならず、蓋７５の平坦な
面より上方に突出するニツプル状突起７８，７９
を通つて延びる。これらニツプル状突起７８，７
９は可撓性の流入チユーブ及び流出チユーブを孔
７６，７７と連通状態に置くようにせしめる。こ
のような流入チユーブ及び流出チユーブ（図示せ
ず）は第１図のチユーブ５５，５７に対応する。
つる巻状の細孔チユーブ７４の自由端は蓋７５の
下面のニップル状突起により孔７６，７７に各々
連通状態となされる。これら突起は突起７８，７
９と同様に構成される。ある用途には、細孔チユ
ーブの自由端は孔７６，７７と同じ位置に設けら
れたある程度拡大した開口を通り上方に延び流入
チユーブ及び流出チユーブの各々と連通状態とす
ることができる。他の具体例の場合と同様に、流
入及び流出チユーブは中空軸３４を通り挿通さ
れ、中空軸２９まで外方に延び、固定の部材５８
の開口まで内方に延び、そこから供給源及び細孔
チユーブ７３のつる巻物を介し溶離された物質を
受ける部材に各々達するようになされる。

適正なる遠心力の場において、細孔チユーブ７
３のつる巻物の各々の回転は、２相溶剤システム
の固定相を保持しこの間移動相はそれを通り連続
的に溶離をなす。従つて溶質又は粒子を含むサン
プルの溶液は２相間で分離作用を受け、それは最
終的に流出チユーブを通つて溶離される。単一の
溶剤システムが確立された場合、粒子は遠心力の
場の作用で寸法及び密度に応じて各々のつる巻物
内で溶離作用を受ける。

本発明による流通遠心機は広い応用性を有す
る。その内のいくつかを挙げれば、この遠心機
は、プラズマしや血、血球洗浄及び溶離、帯状遠
心分離、及び向流クロマトグラフイに使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の具体例による流通遠心
機の側面図であり、そのボウル及びその他の多く
を断面で示す図；第２図は第１図の遠心機の１部
をなす遠心ボウルの頂部平面図；第３図は、複数
の流入管及び流出管を組合わされたものであり第
１図の遠心機の一部をなすボウルと取替えて連続
勾配の分離をなし得るようにする第２の型式のボ
ウルの頂部平面図；第４図は第３図の遠心ボウル
の線４−４に沿つた断面図；第５図は、流入管及
び流出管を組合わされたものであり第１図の遠心
機の一部をなすボウルと取替えて２相溶剤システ
ムの固定相から可動相の分離をなすようにできる
第３の型式の遠心ボウルの頂部平面図；第６図は
第５図の遠心ボウルの６−６線に沿つた断面図；
である。 １０，１１，１２……フレームを構成する板、
１７……駆動装置であるモーター軸、１９……固
定プーリー、２２……被駆動プーリー、２７……
第１のギヤ、２８……駆動プーリー、２９……中
空軸、３２……プーリー、３８……第２のギヤ、
４０，６４，７２……遠心ボウル、５４……チユ
ーブの束、５５……流入チユーブ、５６，５７…
…流出チユーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心の回転軸線を有する流通遠心機であつ
   て、前記中心軸線囲りに回転可能な遠心ボウル
   と；少くとも１つの流入チユーブと少くとも１つ
   の流出チユーブであつて各々のものの一方の端部
   が前記ボウルに接続され前記ボウルと共に回転可
   能で前記ボウルと連通状態を与える様になされて
   いる少なくとも１つの流入チユーブ及び少なくと
   も１つの可撓性流出チユーブと；前記チユーブか
   ら構成された束で中心軸線の付近より外方に延
   び、かつ中心軸線より半径方向外方にずれた通路
   に沿つて延び次いでそこから中心軸線に沿つた点
   まで達する部分的ループを形成する束と；前記束
   を形成する前記チユーブを前記点に於て非回転的
   に固定する手段と；前記束を速度ωで中心軸線を
   中心に、また前記ボウルを２ωで中心軸線を中心
   に、また前記束をそれ自身の軸線を中心に−ωで
   それぞれ同時に回転させる手段と；を含み、それ
   によつて遠心分離機が回転シールなしで流入チユ
   ーブ及び流出チユーブのねじれもなく作動できる
   流通遠心機。 ２ 前記第１項の流通遠心機に於て、前記少くと
   も１つの流出チユーブが２つの流出チユーブを含
   むものであり、各流出チユーブの各々がその端部
   の一方で中心軸線から異なる半径距離で前記ボウ
   ルに接続されている流通遠心機。 ３ 前記第２項の流通遠心機に於て、前記少くも
   １つの流入チユーブが単一の流入チユーブである
   流通遠心機。 ４ 前記第１項の流通遠心機に於て、前記少くと
   も１つの流入チユーブが２つ以上の流入チユーブ
   を含み、前記の流入チユーブはその端部の夫々一
   方で中心軸線から異なる半径距離で前記ボウルに
   接続されている流通遠心機。 ５ 前記第４項の流通遠心機に於て、前記少くと
   も１つの流出チユーブは複数の流出チユーブを含
   み、前記の流出チユーブはその端部の夫々一方で
   中心軸線から異なる半径距離で前記ボウルに接続
   されている流通遠心機。 ６ 前記第４項の流通遠心機が前記流入チユーブ
   と流出チユーブ間の流体の流通を前記ボウル内に
   於て360゜に近い角度距離を除いて防止するため
   の前記ボウル内に半径方向に延在する隔膜手段を
   含むものである流通遠心機。 ７ 前記第４項の流通遠心機に於て前記少くとも
   １つの流出チユーブが複数の流出チユーブを含
   み、前記流出チユーブはその端部の一方で夫々前
   記中心軸線から異なる距離で前記ボウルに接続さ
   れている流通遠心機。 ８ 前記第１項の流通遠心機に於て、前記少くと
   も１つの流入チユーブと少くとも１つの流出チユ
   ーブとは夫々１つの流入チユーブと１つの流出チ
   ユーブにより構成され、螺旋形に巻かれたチユー
   ブが前記ボウル内に支持され、前記螺旋形に巻か
   れたチユーブは前記１つの流入チユーブと流体連
   通状態の第１の端部と、前記１つの流出チユーブ
   と流体連通状態の第２の端部とを有する流通遠心
   機。 ９ 前記第８項の流通遠心機に於て、前記螺旋に
   巻かれたチユーブは前記ボウル内に位置決めした
   円形ロツドの周りに巻かれている流通遠心機。 １０ 前記第１項の流通遠心機に於て、 前記の回転させる手段が フレーム構造と； 前記中心軸線と同軸の回転軸を有し前記フレー
   ム構造に回転可能に担持される中空軸と； フレーム構造に結合され前記フレーム構造を前
   記の角速度ωで駆動するための駆動手段と； 前記中心軸線に平行で半径方向に離れ、前記フ
   レーム構造を貫通しフレーム構造に回転可能に担
   持され被駆動プーリー、駆動プーリー及び第１の
   ギアを担持する中間軸と； 前記中空軸に固定され前記第１のギアと噛み合
   う第２のギアと； 中心軸線上に固定された前記駆動手段に関して
   動かない固定プーリーで前記被駆動プーリーが前
   記固定プーリーに組合わされて前記ボウルを前記
   角速度の２ωで駆動する様になつている固定プー
   リーと； 前記フレーム構造の少くとも一部分を前記中心
   軸線から半径方向外方で貫通し自己の軸に関して
   回転する様に支持された別の中空軸と； 前記別の中空軸に固定され前記中間軸に担持さ
   れる前記駆動プーリーに組み合わされて前記別の
   中空軸をその自己回転軸の囲りに前記角速度−ω
   で駆動するための別のプーリーと； を含むものである流通遠心機。 １１ 前記第１０項の流通遠心機に於て、前記流
   入チユーブと前記流出チユーブの束は前記別の中
   空軸内にそれと共に回転する様に固定されている
   流通遠心機。 １２ 前記第１項の流通遠心機に於て、前記ボウ
   ルは環状形で前記チユーブが前記束の形態で前記
   中心軸に沿つて前記ボウルの中央開口を通過する
   流通遠心機。