JPS61501494A - 懸濁液からの物質の分離装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 懸濁液からの物質の分離方法及び装置 発明の背景 本発明は、懸濁液からの物質の膜癌過に関し、特に、斯る技術の生医学的応用に 間する。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６血漿搬出法（ｐｌａｓｍａｐｈｅｒｅｓｉ ｓ）　（全血の赤血球及び白血球からの液体血漿の分＃）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７フエレーシス（ｔｈｅｒａｐｅ ｕｔｉｃ　ａｐｈｅｒａｓｉｓ）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ッｈ　（ ｈｉｇｈｈｅｍａｔｏｃｒｉｔ）　（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、木質的には、便利さ及び商業的実用性の限られたバッチ方法である。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、血液の処理及び採集装置は、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、 適当に小さな孔径（例、３．５３グロン）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ってきた６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 さセ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っ 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、上限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７，５００〜１０，０００／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った。実際、個々の供血者から合理的な速度 で血漿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 。

しかし゛ながら、ハルハート　フィッシエル（ＨａｌｂｅｒｔＦｉｓｃｈｅｌ） 臣より１９８２年Ｘ２月１３日付で出願され共通の譲受人を有する特許出願第４ ４９，４７０号に記載の異なっ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、成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ェル内に配置され、血液 がスピナーとシェルの間の空間に供給され、シェルを中心とした円周方向及び縦 軸に沿った方向に移動して離れた出口債域に達する。　０．０３０インチの間隙 及び略３６ＧＯｒ、ｐ−ｍ、の回転速度を有し　１インチ（２，５４ｃｍ）のス ピナー直径及び３インチ（７゜５ｃ＋ｓ）の長さを用いた実用的装置　−は、血 漿を約４５厘交／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０．０３９＋Ｊ１　／Ｃ履２／分を与える中空繊維系統に対比 して０．９ｉ＋文／Ｃ腸２／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、高ヘマトクリッ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。

キュエラ）　（Ｃｏｕｅｔｔｅ）流れと称される回転スピナーと同軸シェル間に 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、浴槽内で回転するフィルターがスピナーの内部に濾液を抽出しながら 浴槽中の粒子がフィ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μ （Ｍ、Ｌｏｐｅｚ−Ｌｅｉｖａ）によリテサリネーション（Ｄｅ　５ａｌｉｎａ ｔｉｏｎ）誌の「低濃縮分極における限外癌過；技術的可能性（Ｕｌｔｒａｆｉ ｌｔｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ＬｏｗＤｅｇｒｅｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔ ｉｏｎ　Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｏｓｓｉｂｉｌｉｔ ｉｅｓ）Ｊ　（オランダ）、３５巻、１２５〜１２８頁１９８０年所収）と題さ れるミルク製品の１度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 特許第４．１８４，９５２号シェル　オイルに示されている。しかしながら、こ れらの開示にはフィッシェ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ｔａ機構を説明するもの は何もない、フィッシェルの特許出願は、出願時点において「剪断遠心」効果が 、遠心力が血球物質を固定壁に向って外側に移動させると共に血漿に飛んだ層が 表面に存在しながら生ず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ィラー（Ｔａｙｌｏｒ）渦 巻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 旨のものであった。

ティラー渦巻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 ィールド（ＢｒｕＩｌｔ　ｉｅ　Ｉｄ）による特許第３，７７１，８５８号、第 ３，７７１，８９９号及び第４．２１２．２４１号に提案されている酸素発生器 がその様な効果を利用するものと考えられる。ティラー渦巻の研究の殆どは理論 面に関するものであり、酸素供給器を含み、これらの原理に基づいて実施、に成 功した装置は少ない０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ィラー渦巻を用いる装置は知られ ていない。

濾液が複雑で脆性な生態組織、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。以下、フィッシェル装置における操作モードは上記条件 下において層流を作り出さず、又血漿自体の抜出しは、血球に働く遠心力を実質 的に越えるカを発生させることを示す、フィッシェルの特別な血漿搬出装置は、 説明された効率をもって機部するが、支配的な装置の要件を考慮に入れて実質に 異っ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てスピナーの長さに沿っ て強いがしかし制御されたティラー渦巻を構成するキュ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０強い渦巻作用は、スピナーの周りに一 連の隣接した環状渦巻でルを生ぜしめ、内部循環の方向を変えながらスピナーの 長さに沿って移動する。この渦巻作用は細胞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１　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付Ｊｊシ、さもなくば、濾液が迅速に抽出され るにつれて膜孔に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。

未発明による装置及び方法は、ヘマフェレーシス装置（ｈｅｓａｐｈｅｒｅｓｉ ｓ　ｓｙＳｔｅｍｓ）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ｍにも同様に適したものである。この概念は、装 装置の総粘度が一定の濾液の抽出にも拘らず、スピ光−の長さにわたって強いテ ィラー渦巻の確立を許容し、及び懸濁液内の固体或いは粒状物質の密度が、循環 渦巻内に物質の混入を可能にする場合には常に有用であるように思われる。

成る濾液装置統及び方法の一つ特別な例において、ティラーセルの発生開始より もヒ分上であるが、破壊的剪断が生ず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って同心的 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っ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 過度の乱れ及び破壊的効果を生じさせる程には激しくない、この向流一回転渦巻 は、常に懸濁液中の物質を混合し、各渦巻血球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血球の 進行があり、従って、局部的な静的条件は存在し得ない、懸濁液内の濾液は、混 入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することができる。

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７例えば、血漿搬出装置において、膜内外圧力及び血漿処理ｉｃｒ収穫高 ％」）は機器装置及び　即時の計算により容易に決定される。　１００％効率膜 に対する血漿処理量に対する膜内外圧力は分析或いは経験的観察により得られ、 血球沈積の監視を定める基準を確立する。膜内外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＋１１１’装置が、少なく とも一度癌液の処理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本実にも 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 補足することがある。この様に、これらの条件下においては、平滑表面膜を用い ることにより優れた結果が得られる。

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っ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 ナーにより得られる。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せ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。

優れた血漿搬出装置を提供する装置の一つの具体例は、７０〜２５０の範囲のテ ィラー数及び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！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苅して最少 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０例えば、１インチ直径のローターが 用いられる場合には、間隙寸法３０００〜３６００ｒ、ｐ、ｍ、のローター角速 度に対して約０．０１８　インチ〜０．０３０インチの範囲に保持される。

図面の簡単な説明 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ック図。

第２図は、渦巻波特性を示す第１図の装置における血漿分１ｌｌＩ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な う、所定の注入量（ｉｎｐｏｔ−ｆｌａｗ）に対する血漿搬出量の変化を示すグ ラフ。

第５図は、他の因子を一定にして、異なる間隙サイズに対する血漿フラックスの 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。

発明の詳細な説明 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量Ｗ　（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−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。使い捨て可能なチュ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渣れと合流させる。（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、従って図示しな い、）嬬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 制御器ｆｌ（１１３）゛によって作動された際に、前記合流を膜内外圧力検出器 （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（２０に一体的に形成され且つ該剪 断壁（２４）内において中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、中心軸に沿って離間配置され、 概略的に示されている一対の位置決め支持体（２５）、（２Ｂ）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）を囲繞すると共に該要旨に磁気的に連結する磁性駆動体（２７） 　（詳細は図示せず）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、血漿な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、特別の物質的特性及び 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、スピナー表面が縦溝（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ｔ＋Ｉ！　（４４）は、 半径方向の導管（４６）を介して中心マニホルド（４８）に連通ずる。マニホル ド（４日）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）と連通ずる。

供血者からの血液は、可撓性のチューブ（詳細は図示せず）により血液注入ポン プ（１８）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 。高ヘマトクリット戻り流は、分離装置（２０）の縦軸に沿って流入口から離間 配置された接線方向の排出オリフィス（５２）から取出される。可撓性のチュー 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 作される蝿動濃縮血球ポンプ（ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ　ｐａｃｋｅｄｃｅｌｌ 　ｐｕｍｐ）（５３）を介して高ヘマトクリット容器（ｈｉｇｈｈｅｍａｔｏｃ ｒｉｔ　ｒｅＳｅｒｒａｉｒ）　（５５）に連結する。これにより、分離器（２ ０）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、戻しサイク ルを単一針装置を用いて使用できる。ａ縮血球（ｐａｃｋｅｄ　ｃｅｌｌ、ｓ） は、針手段（１２）と容器（５５）の間の戻しライン（５７）における戻しポン プ（５８）により針手段において供血者に再注入される。戻しポンプ制御器（５ ３）は、制御装置により決められた速度及び回転でもって戻しポンプを操作する 。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 操作注意でもっ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ッサ−（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Ｖ、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っても提供することが理解されよう。

マイクロプロセッサ−（６１）への主たる入力は、本明細書に於て、血液注入ポ ンプ（１４）の排出口に接続された膜内外圧力検出器より得られると共に、濃縮 血球産出流（ｐａｃｋｅｄ　ｃｅｌｌ　ｏｕｔｐｕｔ）の流速は、濃縮血球ポン プ制御器（５４）において設定された速度により確立される。儂縮血球産出流の 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ッサ−（ ６１）に於て得られる。他の流速、及びモーターの回転速度も所望により、マイ クロプロセッサ−（６１）にフィードバッ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＃装置（２０）は、その機構操作が前述のフィッシェル（Ｆｉｓｃｈｅｌ）出 願により詳細に説明されているが、血漿を１１！（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（４日）に流入する。中心マニホルド（ ４日）に集められた血漿は、血漿排出口（３０）を介して血漿採集バッグ（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 への高へマドクリット返還と一致した割合である。フィッシェル（Ｆｉｇｃｈｅ ｌ）出願に示す如く、抽出速度は実質的に一定である。適切な操作下に於て血漿 は、透明且つ黄金色であり、本来、完全に自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 ンシティブな、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 ある血漿の処理儀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０本発 明によれば、本出願人は、血漿に富んだ暦が膜表面に積重ねられ、外方向の血液 中の血Ｉｔ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０代って、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、ティラ渦巻と称される、ティラー（Ｇ、１．丁ａｙｌｏ ｒ）により１９２３年に初めて提案され且つＰｈ１１．　Ｔｒａｎｓ、　Ａｓ− 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（Ｓｔａｂｉｌｔ７　ｏｆ　ａ　ＶｉｓｃｏｕｓＬｉｑｕｉｄ 　Ｃｏｎｔａｉｎｅｄ　ＢｅｔｗｅｅｎτｗｏＲｏｔａｔｉｎｇ　Ｃｙ＋ｉｎｄ ｅｒｇ）Ｊにおいて提案された型のものである。従来のティラー現象に関する（ 数多くある）理論的及びコンピュータシミュレーション研究は、Ｃｏｕｅｔｔｅ 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って環状渦巻 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ってい る。第２図の斜視図は、個々のセル内に於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、スピナー軸に沿って延 伸し、且つ、軸に対しである半径を有する断面内に於るコンピュータにより生成 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 液体装置であった。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・アイ争テイラにより定義されたティラー数とは、レイノルズ数（ Ｒｓｙｎｏｌｄｓ　ｎｕｍｂｅｒ）の積及び、ローターとハウジング間の間隙の 平方根を、前記ローグーの半径の平行板で除したものである。渦巻は。

ティラー数が、　４１．３よりも大きくなった際に、対的回転により誘発された 接線流上に置かれて表われ始める。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 （４ｏ）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。

フィッシェル出願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３８０Ｏｒ、ｐ、ｍ、、及び間隙が０．０２フ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（ｌａ ｍｉｎｅｒ　ｆｌｏｗ）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０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、膜表面にわたっ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（４ｏ）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らず、濾過膜の全長にわたっ てティラー数が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）軸に沿った対流と共に、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 利用回走な血漿を補給する。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。

而して現在する循環力は、粘性抵抗（マ１ｓｃａｕｓ　ｄｒａｇ）によって血液 に加えられる。前記回転膜（４ｏ）の表面に対し接線方向の剪断力を追加する。

同時に、第３図に示すように、隣接するセル間では、血漿及び細胞成分のために 常に置換が行なわれるが、おそらく、血漿は、細胞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（２２）に隣接した間隙を横切る全てのへマド クリット勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）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ａ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）の全ての増加域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）に向って 常時下方に移動しているので、膜上の任意の増加域は、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せるのスクロール 運動は、渦巻細胞を中心軸に対して傾斜させる。

ティラー渦巻セル内の円周方向の回転は、回転スピナーに向って内方向の運動が 、赤血球を十分な速度で膜に向っ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って生ずる可能性があり、一方では、膜内外圧力の増大及び 血醤フラッ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、実質的な血漿フラックス 、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。全本体が血球に半径方向外側に移動し外部表面に対して詰込まれるに十 分強制的に遠心分離されるならば、余り血漿の抽出が行われないことは明瞭であ る。又、このスピナーの集合体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ッシュ写真の使用は、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第７図の 如＜　Ｊ、Ｅ、Ｒ，コネ−（Ｃｏｍａｙ）等により０．Ｎ５ｅｈ、Ｅｎｇ、Ｓｃ ｉ　、　２１巻、Ｎｏ、１．１９７９年、１９〜２４頁において「十分に発達し た層流、軸流及びティラー渦巻流の剪断応力測定による研究（Ａ　５ｔｕｄｙ　 ｏｆ　ＦｕｌｌｙＤｅｖｅｌｏｐｅｄ、Ｌａｍ１ｎａｒ、Ａｘｉａｌ　Ｆｌｏｗ 　Ａｎｄ　Ｔａｙｌｏｒ　ＶｏｒｔｅｘＦｌｏｗ　Ｂｙ　Ｍｅａｎｓ　ｏｆ　５ ｈｅａｒ　５ｔｒｅｓｓ　Ｍｅａｓｕｒｅ−ｔｅｎｔｓ）　Ｊと題される文献の 従来技術によって示された写真と同様にして表われる。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 液体の積層があったならば行うことのできなかったであろう膜内のより重い水の 濾邊を容易に行った。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、表面を渡って流れるより大きな物質と相互作用し得る。従って、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０例えば、約０．８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、細 胞の補足或いは損傷をより一層少なくすることを保障する。異なった膜を用いた 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、血球の補充による閉 塞は膜内外圧力の増大として表われる。Ｉｌの厚みは太きく変り得るが（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ｉｌＩ　（４Ｇ）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。この特別の膜はニュークルポア（Ｎｕｃｌ＠ｐｏｒｅ　）ポリカーボ ネート膜である。もう一つの適当な膜は、「ジェルマンポリスルホン８５０　（ ＧｅｌｍａｎｐｏｌｙｓｕＨｏｎｅ　８５０　）　Ｊ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ｒ　Ｃｕｎｏ８８Ｊ　）は平滑の外観を 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、剪断応力に局所 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 赤血球を損傷させ補充する。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内外の圧 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、膜内外圧力は血液投入時に圧力センサー（１８）により感知され、 膜内外（ＴＲＩＰ）間圧力は三つの圧力成分の合計に基づいて選択される。

Ａは１次式に従って計算される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−１／２　／）　（Ｉｌｌ：ＰＭ／８０Ｘ　２ｇ）　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は、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にの損失は間隙或いはチュ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は、膜を横切る血漿のフラックスにより導入される圧力損失、典型的なジェル マンエポリスルホン（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卸１５ｍｍＨｇ／ｍｕ　／分で あり、血漿の抵抗因子は０．２２５　ｍ＋ｗＨｇ／ｍｉ！、　／分である。

これらの三つの圧力成分の合計は、１００＄の有効膜が適当に機能すると想定す る理論的丁ＭＰを付与する。しかしながら、理論的な丁ＭＰ計算は、ポンプ速度 、ヘマトクリット、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３６ ０Ｑｒ、Ｐ一層。に対して、又４ｏ％のへマドクリ−、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 。

これは最終バッ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１３５〜１８５ｍｍの範囲の選 択が異なった供血者、膜その他の変数を用いて行われる操作を典型的の許容する ものである８ 選ればた閾値を越えるＴＭＰの増大が生ずる場合には、膜は１００駕効率未満で 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っているか、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、幾つかの異った操作様式の一つに 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。定常変化が徐々に起こる定常状態様式においては、濃縮血球ポンプ （５３）の操作割合は、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）を横切る血漿フラックスの吸入効果を減少 させるようにコントロールされ、払掃渦巻流のＴＭＰを一定に保つ意義を増大さ せる。

しかしながら、特定の〒ＨＰ変化に対しては、他の操作様式が実行可能である。

　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６１■Ｈｇの変化（４ｚの 増加）は収穫高％の１ｏｚの一時的減少により保障することができる。清浄化効 果は極めて迅速に認められるので、血漿フラッ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詰まった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、装置を停止してチェックを行う。

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膣物質上に膜から引離す持上げ力を発生するものと看イ３ ’ｔされている。フォーストローム（Ｆｏｒｓｔｒｏ廖）等によるＴｒａｎｓ− Ａｍ。

Ｓｏｃ、Ａｒｔ、Ｉｎｔ、Ｏｒｇａｎｓ、ＸＸＩ、１９７５，８０２〜［ｉ０７ 頁における「Ｉ！！過壁」二に形成された要素沈積（Ｆｏｒ＋ｗｅｄ　Ｅｌｅｍ ｅｎｔ　Ｄｅ　−ｐｏｓｉｔｉｏｎ　０ｎｔｏ　Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　Ｗａｌｌ ｓ）Ｊ　と題される文献は、次の関係に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七行っている：ここにνは粘度、Ｕは濾 過速度、Ｒは細胞の直径、Ｓは壁剪断速度、入はヘマトクリットに応じて異る濃 縮因子である。

フォーストローム等は、沈積因子の値が０．３４３より大きい場合には、剪断の みが有効な作用図であるならばフィ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、実際の装置において沈積パラ メータが０．１５より大きくなった際に沈積が実際に起ったことを見出した。こ れは、濾過速度がフィルター内の孔の閉、塞により減少を開始する臨界点におい て刊行された報告からめられた。しかしながら、本発明による装置はフォースト ローム等により提案された理論的障壁よりほろかに上の結果を示す、　３Ｅｉ、 ９ｃｍ２の膜を有するフィルターは毎分４５ル文の血漿の収穫高を与え、０．０ ２０ｃ重／秒の濾過速度を与える（４０％ヘマトクリット血液の１００ｍ１／分 投入量における７５％収穫率に対して）。

入−１７を４０のヘマトクリット、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、フす−ストローム等の沈積パラメー タは０．５８４と計算される。斯％な条件下における過度の細胞沈積なしの濾過 は、フォ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っ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った血漿フラッ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（１０ｈ＋／分）に対して角速度との関係に おいて最大安定血漿フラックスを示す第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っ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、＃１大割合はより急な傾斜を示す、事実、血漿フラー 、クスの増大割合がより高い傾斜に上昇する領域は、ティラー渦巻の開始の領域 と同一視することができる。前述の渦巻セルの開始を決定するためのティラ一方 程式を用いると、ティラー流はＯ、Ｏ１，８インチ間隙に対しては１１００〜１ ２５０ｒ、ｐ、ｍ、、　０．０１２インチ間隙に対しては２８００ｒ、Ｐ、シ、 ｏ、ｏｏｓ　インチ間隙に対しては４８０Ｏｒ、ｐ、＋ｓ。を越える領域におい て開始する。より小さな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ッ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ィラー不安定性 より低い程度に、十分に低い場合に該当するにすぎ゛ない０例えば１００Ｑｒ、 ｐ、ｍ、未満においては、より小さな間隙はより高い血漿フラックスを有する。

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因子で、相当により強力な 血漿フラックスを与える。好適な具体例において、本発明の装置は、１８０〜２ ００の範囲のティラー数において作動するい ドネリー（ＤｏｎｎｅＩ　Ｉ　ｙ）等は、「回転シリンダー間の粘性澄の安定性 についての実験、ＶＴ、有限−大きさくＥｘｐｅｒ−ｉｍｅｎｔｓ　Ｏｎ　丁ｈ ｅ　Ｓｔａ’ｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｖｉｓｃｏｕｓ　Ｆｌｏｗ　Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｒｏｔａｔｉｎｇ　（：ｙｌｉｎｄｅｒｓ、ＶＴ、Ｆｉｎｉｔｅ−Ａｍｐｌｉｔ ｕｄｅ）　Ｊ　（Ｐｒｏｃ、Ｒａｙ　Ｓｏｃ、Ｌｏｎｄｏｎ、　２８３巻、１９ ６５年、５３１−５４８頁）においてティラー渦巻の大きさは、操作ｒ、ｐ、＋ ｓ、におけるテ、イラー数と臨界ティラー数の間の差の平方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、ティラー・数がｒ、ｐ、ｍ、の平 方に比例する場合には、ティラー数に対して僅かに異った式を用い、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ィ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１７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午える。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より大きな濾過効 率上達成するために濾過膜を含むことができる。

ティ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 大するのでティラー渦巻の有益な効果Ｉｆ血漿７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、閾値領域からティラー 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、渦巻が不利益な効果をもって剪断に打勝 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、それは移動膜土に血球沈積を引起こす、これが起こる場合には、血漿フ ラックスが減少し、膜内外圧力が増大する。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、３８００ｒ、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 もっＣ半径方向外側へ移動した際に細胞の崩壊が生じ、溶血を引起こす、しかし ながら、これは、殆んどの場合において細胞沈積に引続いて生ずるものと思われ る。

溶血は、未発明による血ａ檄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、許容可能な細胞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、剪断レベルノような客観的な操作 基帛は、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１２ ．０００／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った配置 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＃装置（７ｏ）よりなり、小さな 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、血液分離及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全く異っ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（７ｏ）においては、シリンダーハウジング（７２ ）は内部に接近できるように分離可能部材としで構成されている。この例におい て、ハウジング（７２）は−緒に連結された場合に実質的に封込まれたセルをケ える一体的な頂部及び底部を有するｍ一対の分割された片方部分（７４）、（７ ５）として形成されている。これら分割された片方部分（７４）、（７５）は締 付はリング（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、分割された片方部分（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。各分割された片方（７４）　、　（ ７５）の内壁はハウジングの内部表面内の溝ネットワーク８４）上の隣接する平 坦部（８６）に引剥し回旋な接着材などにより付着された１個以北の除去可能な 濾過膜（８０）、（８２）により規定され、各片方部分（７４）、（７５）中の これらの溝ネット・ワーク（８４）は各々膜（８０）或いは（８２）の内部表面 と出口（８０）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ィ 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、分別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）の下の導管装首統は適当 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にる。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 う本実に鑑み、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付着構造を利用してもよい、異った作用に対して 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的に接近可 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（３０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（８６）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ｔ２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（Ｈ）を有するシリンダー状スピナー（８ ７）が取付けられている。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規定されるハウジング（７２）の内壁に対し、て選ば れた間隙寸法を年える外部直径を有する平滑なメシキされた表面部材である。ス ピナー（９７）の端部もヌ、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）と操作的関連において配置されている回転可能な磁性駆動部（ｉ ｏｏ）により取囲まれている。この駆動部はスピナー（９７）に上部方向のバイ ヤスをかげ、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（８日）から僅かな垂直方向の変位をもって配置されている。

末端ベアリング（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塩水溶液よりなる血液注入 袋！１（１０６）は装置への血液注入路に連結されている。或いは又、濯ぎ溶液 （１０８）の源が同一の注入路（９４）に連結され、この濯ぎ溶液は手動により 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（１，１，０）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５〜３０１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＠　（８０）　、（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３８００ｒ、Ｐ。

ｍ、ｇ′）範囲における回転速度において、磁性要素（θ８）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〜．０３０インチの間隙を用いてスピナー（９７）とハウジング（７ ２）の間の半径方向の間隙を満たす渦巻がノ１已ぜ［７められる。膜表面が、第 １図の例におけるよりも固定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。渦巻は、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 に激しい渦巻を防止しないようにすることが望ましい。即ち、ティラー数は、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 　５〜１ｏｚ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（ｓｏ）　、（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 た割合をはるかに越える平均へマドクリット（３８〜４４％血液）を有する血漿 濾過割合を達成した。孔目詰まりを示すことのない安定な産出のための血漿フラ ックスは、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３９〜４３１／分の割合よりも幾分５〜ＩＨ少ないものであった。血漿 の処理量は２〜３単位（５００〜７５０ｍ１）の血漿の抽出に際して実質的性質 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、膜が十分な支持表面のみを同軸に保たれることが固定的に必要と されるに過ぎないので比較的増大させることができる。この結果、本装置、は更 に膜表面にお【す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 び払掃作用は高い剪断を用いた新しい濾過手法を確立したの与ならず、又、有意 義に有効な清浄作用を導入するものである。

スピナー（９７）の周りの固定膜（８０）、（８２）を用いて第１図の装置は、 多くの異った源からの全血系（ｌＱｆｌ）を経由して与えられる投入物から比較 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 る表面清浄は、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、注 入装置（１０８）から塩水溶液を全面試料の間に与えて装置の何等かの清浄化を 行うことができ、更に又膜（８０）、（８２）を源（１０８）からの濯ぎ溶液を 用いて清浄化することができる。濾過効率が回収不可能なように選ばれたレベル 未満に低下する場合には装置な停止ヒし、／＼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）、（８２）を用いて先に用い た要素を置換すればよい。

第６図及び第７図の例において１よ、全血の通過はより低い注入部からより高い 産出部になされているが、しか１２、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、連続的にに部方向に並進し、 従って濾過膜の表面の増加領域を常に掃射する。

この装置の赤血球或いは血小板の１縮のためのその使用を含む多くのその他の変 化は当業者には自明であろうやごの分＃装置は診断或いは通常の面漿搬出用途に 対１２で低コストの使い捨で用品として製作することができる。少址の血液試料 を扱う使い捨て単位のためのハウジング構造は充填セル産出品のための保持室を 提供するように構Ｉ＆１されねばよく、廃血渣を含み、単位を必要量の濾渣の採 取後に単に処分することを可能にする。

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 ものではなく添付の請求の範囲内において総ての変更及び手段を包含するもので あるＦ’ｌＧ、１

Claims (41)

【特許請求の範囲】
1. １．懸濁液中の濾液を、同軸シェル内に所定距離離間して設けられた回転スビナ ーを有する構造部材の一表面上の膜を介して濾過する方法は、スビナーをスピナ ーの直径、間隙及び懸濁液の物理的特性に対して選択された速度で回転してスビ ナーの回りに隣接する環状で且つ交互に循環する内部渦巻を有する一連の渦巻を スビナーの中心軸に沿って構成する段階と、懸濁液を前記スビナーの中心軸に沿 って前記間隙内に供給して渦巻の移動をスビナーに沿って維持する段階と、前記 膜を通過する濾液を抽出する段階と、前記スビナーの速度を制御して前記スビナ ーと前記シェル間の間隙を濾液の抽出に拘らず膜の長さに沿って溝たすような強 さの渦巻を構成する段階とから成ることを特徴とする懸濁液からの物質の分離方 法。
2. ２．前記間隙内の懸濁液のテイラー数は、膜の長さに渡り７０乃至２５０である ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記膜は、前記スビナーの表面に設けられていることを特徴とする請求の範 囲第２項に記載の方法。
4. ４．前記膜は、前記シェルの表面に設けられていることを特徴とする請求の範囲 第２項に記載の方法。
5. ５．前記シェル内を循環する渦巻は、相対的に移動するスビナーとシェル間に生 じた剪断力に直交する力を膜表面に加え、該直交力は、スビナー表面の剪断力に 対し大きさにおいて実質的であり且つ、テイラー数が約１８０乃至２００の範囲 にある二とを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
6. ６．更に、膜内外圧力を決定する段階と、膜通過中に実質的な制約を受けない流 れの周圧を決定する段階と、前記膜通過圧を前記周圧と比較する段階と、濾液抽 出速度を前記周圧が膜通過圧を超過した時に膜表面の直交力が膜表面上に付着し た物質を除去するように低減する段階とを含む請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．前記懸濁液は、血漿を含有する血液成分であることを特徴とする請求の範囲 第２項に記載の方法。
8. ８．スピナーと壁の少なくとも一つは膜表面を有し、血漿を、離間配置された壁 によリ囲繞された回転スピナーを介して血液から抽出する方法は、前記膜に血漿 を補充すると共に渦巻状態の形成開始時に発生し且つ前記膜表面間及び膜表面の 長さに沿って存在する渦巻セルより強力な渦巻セルをスピナーと剪断壁との間に 構成する段階と、渦巻セルを膜内に維持しながら膜表面を通過する血漿を抽出す る段階と、スピナーの回転速度を溶血する剪断レベル以下に制限する段階とから 成ることを特徴とする懸濁液からの物質の分離方法。
9. ９．流れのテイラー数は、７０乃至２５０の範囲にあり、更に、血液を前記スピ ナーと壁との間の間隙に沿って供給する段階を含むことを特徴とする請求の範囲 第８項に記載の方法。
10. １０．前記スピナーの回転速度及びスピナーと壁間の間隙は、スピナーの半径及 び血液の物理的特性に対して前記渦巻セルが前記間隙を略充満するように、但し 、力が膜上に物質を付着させるレベル以下であるように選択ざれると共にテイラ ー数が１８０乃至２００の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第９項に記載 の方法。
11. １１．更に、血液流の膜内外圧力を検出すると共に前記膜内外圧力が所定の閾値 を越えて上昇した時に、渦巻作用を保持しつつ血漿抽出速度を減少する段階を含 む請求の範囲第８項に記載の方法。
12. １２．前記所定の閾値は、１３５ｍｍＨｇ乃至１６５ｍｍＨｇであることを特徴 とする請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．前記膜は、前記スピナー表面の少なくとも一部を被覆することを特徴とす る請求の範囲第８項に記載の方法。
14. １４．前記膜は、前記壁の表面の少なくとも一部を被覆することを特徴とする請 求の範囲第８項に記載の方法。
15. １５．回転スピナーと同軸シェル間を通過する懸濁液を、構成部材の一表面上の 過膜に目詰まりを起こすことなく濾過する方法は、複数の環状渦巻を前記スピナ ーの周囲で且つ膜に隣接する懸濁液中に構成する段階と、濾液を、膜を介して略 一定の速度で抽出しながら膜内外圧力を検出する段階と、前記膜内外圧力を最大 の膜効率で抽出し得る時の算定膜内外圧力値と比較する段階と、膜内外圧力が前 記算定値を超過した際に前記膜を清浄化するために渦巻作用を保持しながら濾液 の処理量を減少する段階とから成ることを特徴とする懸濁液からの物質の分離方 法。
16. １６．前記渦巻は、半径方向の間隙及び懸濁液の粘性に対する前記スピナーの表 面速度を選択することにより構成されることを特徴とする請求の範囲第１５項に 記載の方法。
17. １７．更に、前記懸濁液は、全血で且つ濾液は血漿であり、血液を前記スピナー に対して軸方向にスピナーとシェル間に供給すると共に、濾液をスピナーを介し て抽出する段階とを含むことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の方法。
18. １８．前記算定膜内外圧力値は、約１３５乃至１６５ｍｍＨｇの範囲であること を特徴とする請求の範囲第１７項に記載の方法。
19. １９．血液をスピナーの長さに沿って供給する手段と、前記スピナーとシェルの どちらか一方に配設されたフィルター手段と、前記フィルター手段と連通する血 漿採集手段とを備え、前記スピナーの表面速度及び半径方向の間隙を血の物理的 特性に対し選択して、前記半径方向の間隙を略充満し且つフィルター手段を介し ての血漿の採集に拘らず維持される環状渦巻を該フィルター手段の長さに沿って 該スピナーの周りに保持することを特徴とする同軸シェル内にある回転スピナー を用いる血漿搬出装置。
20. ２０．テイラー数は、膜の表面を払掃する直交接線速度成分を確立するために濾 過手段の長さにわたって７０以上に保持されることを特徴とする請求の範囲第１ ９項に記載の装置。
21. ２１．前記フィルター手段は、０．８乃至１．０ミクロンの孔径を有することを 特徴とする請求の範囲２０項に記載の装置。
22. ２２．前記フィルター手段は、膜から成り、この膜は、膜内のオリフィスサイズ よりも大きさにおいて変化の少ない表面を有する膜よりなることを特徴とする請 求の範囲第１９項に記載の装置。
23. ２３．血液供給手段は、スピナーの長さに沿った一つの位置に於いてスピナーと シェルの間の間隙に接線方向に血液を供給するための入口手段及びフィルター手 段と、スピナーに対して異った点に配置された血漿が少なくとも部分的に濾過さ れた血液をスピナーとシェルの間の間隙から抽出するための出口手段を有し、ス ピナーに沿った渦巻の実質的に一定の移動を与えることを特徴とする請求の範囲 第１９項に記載の装置。
24. ２４．前記フィルター手段は、スピナー表面に設けられた膜から成り、更に、前 記スピナーは、膜を通過する血漿と連通する内部血漿採集手段を具備することを 特徴とする請求の範囲第１９項に記載の装置。
25. ２５．前記フィルター手段は、シェルの壁内に配置され、更に膜を通過する血漿 に連通した導管手段を含む請求の範囲第１９項に記載の装置。
26. ２６．前記シェルは、その内部に接近するための手段と、フィルター手段をシェ ルの内部表面に着脱自在に取り付ける手段とを具備する請求の範囲第２５項に記 載の装置。
27. ２７．更に、血漿採集の速度を制御するための血漿採集手段に連結された手段と 、フィルター手段を横切る圧力を検出するための手段と、スピナーの周りに環状 渦巻を維持しながら所定量を越えてフィルター手段を横切る圧力の増加に応じて 血漿採集の速度を低減する手段とを具備する請求の範囲第１９項に記載の装置。
28. ２８．同軸シェル内に回転スピナーを用いて懸濁液から膜を介して濾液を抜出す る濾過装置において、スピナー及びシェルの少なくとも一方の表面に配置され濾 液に適した孔径を有する濾過手段と、膜手段を通適する濾液を集めるためのフィ ルター手段と連通した手段と、前記スピナーとシェルの間にスピナーの長さに沿 って懸濁液を供給するための手段と、前記スピナーの周りに且つ前記フィルター 手段の長さに沿って環状渦巻を構成し且つスピナーとシェル間の間隙を溝たして フィルター手段の表面に接線速度成分を与えるために前記スピナーとシェル間の 間隙、スピナーの表面速度及び懸濁液の物理的特性に対して選択された速度でス ピナーを回転するための手段とから成ることを特徴する濾過装置。
29. ２９．懸濁液を供給するための手段は、渦巻セルの一定の移動を与え、フィルタ ー手段に沿った懸濁液のティラー数が７０〜２５０であるこどを特徴とする請求 の範囲第２８項に記載の装置。
30. ３０．回転スピナーは、磁性手段を有し、更に、前記シェルの外部にローターを 磁気的に駆動するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２８項に記載 の装置。
31. ３１．回転スピナーは、垂直軸上に配置されると共に懸濁液を供給するための手 段は、懸濁液をスピナーに沿って上部方向に供給するための入口及び出口手段を 具備することを特徴とする請求の範囲第２８項に記載の装置。
32. ３２．前記シェルは、内部接近手段を有すると共に前記フィルター手段は、取換 え可能に取付けられていることを特徴とする請求の範囲第２８項に記載の装置。
33. ３３．懸濁液から膜を通過し得る軽量物質を濾過する装置は、中空内部及び中心 軸と略同軸の内部表面を有するハウジング本体と、ハウジング本体内において回 転可能であると共にハウジング本体の内部表面と同軸で且つ離間する外部方面を 有するローター手段と、懸濁液を前記ローター手段とハウジング本体の内部表面 の間の間隙内に供給するための手段と、ハウジング本体の内部表面上に配置され た濾過膜手段と、前記膜手段を通過する濾液を集めるための膜手段の外部表面と 連通するハウジング本体内の導管手段と、実質的にローター手段とハウジング本 体の間の間隙を溝たしてローター手段の周りに環状渦巻を確立するためにロータ ー手段の接線方向速度、ローター手段とハウジング本体との間の間隙、及び懸濁 液の物理的特性に対して選択された速度でローター手段を駆動するためのロータ ー手段に連結された手段とから成ることを特徴とする装置。
34. ３４．前記導管手段は、前記ハウジング本体の内部表面の複数の表面溝からなる ことを特徴とする請求の範囲第３３項に記載の装置。
35. ３５．前記ローター手段は、平滑表面スピナー及び内部磁気手段からなると共に 前記スピナーを駆動するための手段は、ハウジング本体の外部に位置し、スピナ ーの内部磁気手段に磁気的に連結されている駆動手段からなることを特徴とする 請求の範囲第３４項に記載の装置。
36. ３６．ハウジング本体は、その内部表面に接近するための手段と、濾過装置をそ れに着脱可能に取付ける手段とを具備することを特徴とする請求の範囲第３５項 に記載の装置。
37. ３７．内部表面に接近するための手段は、分割されたハウジング本体と、該分割 本体に対して連結された分割脱部分を一緒に着脱可能に連結するための手段とを 有することを特徴とする請求の範囲第３６項に記載の装置。
38. ３８．濾過膜手段は、所定の孔径よりも少ない偏差を有する平滑表面を有する膜 よりなり、更に、膜内外圧力を感知するための手段と、ローター手段とハウジン グ本体の間に供給された未濾過懸濁液を抽出するための制御可能な手段と、検出 された膜内外の圧力に応答し、未濾過懸濁液の速度を増加して渦巻作用により濾 過膜手段の内部清浄化を可能にするための手段とを含むことを特徴とする請求の 範囲第３３項に記載の装置。
39. ３９．前記膜は、０．１〜１．０ミクロンの範囲の孔径を有すると共に懸濁液が 血液よりなることを特徴とする請求の範囲第３８項に記載の装置。
40. ４０．懸濁液から分別される物質を分析するための装置は、回転内部部材を同軸 固定ハウジングに有し、その内部部材とハウジングの少なくとも一つがその表面 上に濾過膜及び膜を通過する濾液を集めるための手段を具備する分別器と、懸濁 液を内部部材とハウジングの間の内部部材の回転軸に沿って通過させるための手 段と、内部部材の周りにその長さに沿って濾液が抽出される際にハウジングの内 部部材の間の濾過膜に沿った間隙を実質的に溝たす環状渦巻を確立する速度で内 部部材を回転するための内部部材に連結された手段と、膜を通過した濾液を分析 するための手段とから成ることを特徴とする装置。
41. ４１．更に、前記内部部材とハウジングの間に濯ぎ溶液を供給して、膜から沈積 物質を除去するための分別装置に連結された手段を含むことを特徴とする請求の 範囲第４０項に記載の装置。