JPS63500502A

JPS63500502A - 使い捨て診断用血漿フィルタ−分配器

Info

Publication number: JPS63500502A
Application number: JP61503414A
Authority: JP
Inventors: シェーンドルファー，ドナルド　ウォルター; マックローリン，ウイリアム　フランシス
Original assignee: バクスター、インターナショナル、インコーポレイテッド
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1988-02-25
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: EP0233199B1; EP0233199A1; US4670147A; US4740313A; ATE68366T1; JPH0622704B2; EP0233199A4; DE3682052D1; WO1987001048A1; US4660462A

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】使い捨て診断用血漿フィルター分配器生発皿皇！！本発明は、研究室分析または他の目的に使用することができる血漿または血清のような流体の少量を迅速にそして便利に分離しそして分配する低コストの使い捨てフィルター分配器を提供する。この新しいフィルター分配器は供血者の不便さを付加することなく付随する汚染の可能性を最小に減らす。

分析のため血液サンプルを吸引しそしてそれから血漿または血清を分離するプロセスを自動化する多くの試みにもかかわらず、該プロセスは依然本質的に人力である。対照的に、一旦サンプルが吸引されそして分離されたならば、それらの分析の自動化にはもっと大きな成功が得られている。

現在、血液サンプルを吸引するために最も普通に使用されている操作は、第１図に図示するような円筒形ホルダー１０と、′バキュテーナー′と呼ばれる真空容器１１の使用から出発する。一般に円筒形のホルダーは閉鎖端１２Ａと、そして容器１１を収容するための反対側の開いた端部１２Ｂとを有する。プラスチック支持体１３が二頭静脈切開針１４のまわりにその中心近くで成形され、そしてホルダー１０の閉鎖端１２Ａとねじ係合する。プラスチック支持体１３は、ゴムソックス１６の上端を密着嵌合関係に収容する球根状突起をその内側端に持っている。平常ソックス１６の閉鎖端はホルダー１０内に保持された針の端部を囲み、そして保護している。

作動において、ホルダー１０は針１４の外端を供血者の静脈へ挿入する時に使用される。この時、ソックス１６は血液がホルダー１０の内部へ漏れるのを防止するのに役立つ０次にゴムストッパー１７を有する真空容器１１がストッパ一端を先にしてホルダーの開いた端へ挿入される。針１４の内包端はゴムストッパーを通してゴムソックス１６およびストッパー１７の両方を刺通せしめられる。その時容器ｌｌ内の真空は血液を針１４を通って容器１１中に吸収する。典型的には、これらバキュテーナーの数個がホルダー１０中へ続いて挿入され、そして針１４の外端が供血者から引き抜かれる前に血液で満たされる。

異なる容器が満たされた時、それらは次に典型的には異なる分析課題のために使用される０例えば、−容器はクエン酸トリナトリウム、ＡＣＤまたはヘパリンのような抗凝固剤を含有し、そしてそれから血漿が分離されるかも知れない、他の容器においては、血清が分析のため分離できるように血液は凝固することが許容されるかも知れない。

一旦サンプルが吸引されれば、それらは典型的にはラベルを貼られ、研究室へ送られる。ｖｒ究室においては、容器９００〜２０００Ｇにおいて５〜１０分間遠心される。研究室技術者は次に中味を邪魔することなくゴムストッパー１７をその容器１１から除去しなければならない、使い捨てまたは再使用し得るピペットが血漿または血清を吸引するために使用され、ゴムストッパー１７が容器１１およびその中味の廃棄の前に容器１１へ嵌め戻される。

この広く使用されている操作はこのように遅く、そして不便である。血液を吸引する人および研究室技術者の両方が可能性ある汚染へ曝露される。針、バキュテーナー、ピペットおよびピペットからＬｅｇｇによる“膜を境にする反対流れ方向を使用する生物学的液体分画”と題する米国特許第４，３４３．７０５号は、血液吸引および分離プロセス時の改良に関する提案を教えるｅ　Ｌｅｇｇは血液を平坦シート膜フィルターの一方の側を横断して血液がそこから前後に吸引される開いた容器中へ血液を注ぐ、フィルターの他方の側は血漿口演のための容器と連通ずる。このシステムは高価なポンプ、弁および自動制御を必要とする。使い捨ては該容器およびフィルター膜を含み、そのため比較的高価である。研究室技術者は、遠心機およびピペットが使用される場合と本質的に同じ汚染の危険を有する。

分画プロセスをバキュテーナーまたは同様な容器中へ含める多数の試みがなされた。そのような試みを記載する米国特許の例を以下に挙げる。

３、　５０８．　６５３　Ｃｏ１ｅａ＋ａｎ３、　５３９．　３００　５ｔｏｎｅ３、　６８２．　５９６　５ｔｏｎｅ３　、　７６１　、　４０８　Ｊａｅ　Ｙｏｏｒ＋　Ｌｅｅ３、　８１４．　０７９　ＬｅＲｏｙ、　Ｓｒ。

３、　８５０．　１７４　Ａｙｒｅｓ３、　９２０．　５５７　Ａｙｒｅｓ３、　９２６．　５２１　Ｇｉｎｚｅ１３、　９６０．　７２７　Ｈｏｃｈｓｔｒａｓｓｅｒ３、　９６５．　８８９　５ａｃｈｓ３、　９７２．　８１２　Ｇｒｅｓｌ、Ｊｒ。

４、０　１　２．　３　２　５　Ｃｏｌｕｍｂｕｓ４、Ｏ３５，２９４Ｌａｎｄｅｒｓ　ｅｔ　ａ１４、　０５２．　３２０　Ｊａｋｏｂｏｗｉｃｚ４、　０８３．　７８８　Ｆｅｒｒａｒａ４、　１３１．　５４９　Ｆｅｒｒａｒａ４、　３０３．　５３０　５ｈａｈｅｔａ１４、　４４３．　３４５　Ｗｅｌｌｓいずれの場合も、高コスト、使用の不便または何らかの他の不利益が開示された技術の広汎の受け入れを妨げていた。血液を吸引するためには広く受け入れられている真空閉鎖アプローチを採用するのが望ましいが、しかし必要とする少量の口演を実質上直ちに、そして余計なハンドリングなしに現場で直接分画できることがもっと好ましい。

膜フィルターと組合わせて回転システムを液体懸濁液を分画するために使用し、高い処理量と、信頼性を持ちそして汚染のない所望の口演を得ることは既知である。そのようなシステムの一例は“物質の分離装置および方法”と題するＤｏｎａｌｄ　Ｗ、　５ｃｈｏｅｎｄｏｒｆｅｒによる１９８４年３月２１日出願の米国特許出願第５９１，９２５号に示されている。このシステムにおいては、表面フィルター膜を含むか、または少なくとも一部フイルター膜で囲まれることができる回転ローターが配置され、そしてフィルター膜の上に不断の清掃運動と、そして高い処理量の非閉塞口過作用を確立する高い剪断力を提供する、テーラ−タイプの増強された渦巻を確立するように作動される。このシステムはこわれ易い血液成分を溶血または他のように損傷しない低コストの非汚染使い捨て部品を使用するので、それは特に血液分離用途に効果的である。しかしながらこの使い捨て部品は、大部分の臨床応用に必要とするよりもなお大きい容量と、広い従ってより高価な膜面積を持っている。たとえ小型としても、それは血液を移換するのに別の操作を必要とし、そして望ましいよりももっと大型の大規模のドライブ、制御およびボンピングユニットを必要とす本発明による、迅速な低コストのそして極めて便利な流体分離システムは、血液の吸引のための真空容器のような使い捨て流体容器と、容器内のローターへ磁気的に連結するための磁気ヘッドを持つロータードライバーとを含む、該容器はチューブ状外壁と、口演流体を外壁を通って分配するために選択的に開くことができる破壊先端のような閉鎖エレメントを含む。

外壁の内側には膜フィルターを支持する円筒形内側チューブが配置される。内側チューブの内部はフィルター膜で覆われたフィルター孔を除いてその外側からシールされる０口液流体はこのためフィルターおよびフィルター孔を通って内側チューブの外側へ通過することが許容され、内側チューブはそこでフィルター孔と閉鎖エレメントによって一時的にシールされた底部開口との間の連通みぞを確保するような形状となっている。

一般に円筒形の磁力で駆動されるローターが内側チューブの内部で回転のため配置される。ロータードライバーは容器の外部でローターと係合しそして駆動し、そして流体がローターの周囲とフィルター膜との間の小さい隙間の間を流れることを強制するようにローターを内側チューブ内部で上下に軸方向に動かす往復運動を周期的に発生させる磁気駆動力を発生する。この往復運動は、０液が膜を通って流れることを容易にするフィルター膜を横切る圧力を発生する。相対的回転および小さい隙間を通る流体流の結合は、膜フィルターによる渦で増強された口過作用を含む。

ロータードライブは軸方向に離された上方の極片の二対と下方の極片の二対とを有する磁気ヘッドを含んでいる。制御回路の励起は磁極片を磁気的に励起し、容器内の自己求心回転を誘起するようにローターの磁場へ連結する回転磁場を発生する。磁極片の上方および下方のセットの振動する励起は、ローターの回転に加え、軸方向往復運動を生じさせる。これは、ローターの外周とフィルターとの間の流体が迅速な非栓塞フィルター作用を得ることを強制するポンプ作用を発生させる。この作用は不当な溶血なしに血液から血漿または血清の口過を許容するほど十分に緩和である。

軸方向往復運動なしにこのポンプ作用を誘発させるための特別の設計を代わりに使用することができる。例えば、遠心力または他のポンプ作用はローターによって自己発生させることができる。これは第１および第２の磁極対から離間した軸方向位置の第３および第４の磁極対の必要性を排除することにより、ロータードライバーのコストおよび複雑性を減らす。

ロ皿Ω呈皇ス我里第１図は、血液成分のサンプリング、受は入れおよび分離のための先行技術装置および操作の断面平面図である。

第２図は、本発明に従った使い捨て流体分画容器の破断斜視図である。

第１５図は、本発明に使用される非磁化高透磁性ローターの代替第３図は、本発明に従った使い捨て流体分画容器の断面平面図である。

第４図は、第３図に示した矢印４−４の方向に取った流体分画容器の断面端面図である。

第５図は、第２．３および４図に示した容器内のローターを回転駆動するための、本発明に従ったロータードライバーの断面平面図である。

第６図は、第４図に示したロータードライバーに使用される磁心の端面図である。

第７図は、第５図に示したロータードライバー・−に使用される電気回路の概略的なブロック図である。

第８図は、第５図に示したロータードライバー中の磁気コイルの励起グラフである。

第９図は、第５図に示したロータードライバー中の磁気コイルの別の励起グラフである。

第１０図は、本発明に使用されるローターの代替具体例の斜視図である。

第１１図は、本発明に使用されるローターの代替具体例の斜視図である。

第１２図は、本発明に使用されるローグーの代替具体例の斜視図である。

第１３図は、本発明に使用されるローターの代替具体例の斜視図である。

第１４図は、本発明に使用されるローターの代替具体例の斜視図である。

膜フィルターセフシラン３２Ａ、３２Ｂはそれらのそれぞれの（具体例の斜視図である。

崖光所皇罫韮互栽ユ今や第２および３図を参照すると、本発明に従った使い捨て流体分画容器２０は、頂端においてゴムストッパー２２によって閉鎖され、そして容器２０の底にある出口を閉鎖するため円筒形外壁２１の破壊先端２４へ合体する半球状セクション２３によって底端において閉鎖された、一般に円筒形もしくはチューブ状の外側壁２１を含んでいる。破壊し得る先端２４は一般に円筒形の外壁２５と、そして下方閉鎖端２６を持っている。破壊先端２４の上端は外側容器壁２１の内部と連通ずる０円周を延びるみぞ２７は破壊先端２４の外部２５中に弱化線を形成し、そのため下方閉鎮端２６への組合せた捻回および引張り作用は円周みぞ２７に沿って破壊先端の破断を生じさせ、そして実際において容器２０内の流体の分配を許容するように容Ｂ２０の閉鎖された底端を選択的に開く。

さらに第４図を参照すると、内側フィルター支持チューブ３０が薄い膜フイルタ −３２を収容しそして支持するために側壁２１内に配置される。この例においては、膜フイルタ−３２は、めいめいが支持チューブ３０の内周の約１２０°を延びる二つの別々のセフシラン３２Ａ、３２Ｂとして設けられる。二つの膜セフシラン３２Ａ。

３２ｂは膜支持チューブ３０の内表面に対し、その軸方向に延びる約上半分内に直径上で対向する関係に配置される。この例においては、内側チューブ３０は膜フイルタ−セクション３０を収容するための小さいくぼみ３４を含むが、もし超薄膜フィルター３２が使用されるならばそのようなくぼみは必要ないであろう。

ぼみ区域３４へ円周的にシールされ、内側チューブ３０の下端４０は閉鎖され、そして上端４２は容器壁２１の内表面４４と係合し、そしてゴムストッパー２２によってシールされる。内側支持チューブ３０の内部および外部の間の唯一の連通手段はこのため膜フイルタ−セクション３２Ａ、３２Ｂと、そして内側チューブ３００円筒形側壁を通る複数の開口を通る。開口４６は膜フイルタ−セクション３２Ａ、３２Ｂのための適切な機械的支持を確実にするように十分に小さく形成される。開口４６の断面積の合計は膜フイルタ−セクション３２Ａ、３２Ｂの有効口過面積を実質上形成するので、開口４６は、内側支持チューブ３０のための適切な構造強度および経済的製作が実際的でかつそれと両立するように多数そして互いに接近して設けられる。開口４６を内側支持チューブ３０の単一の長直径に平行に延びるように形成することにより、開口４６は２個のダイス片を使用して単一の製作プロセスの一部として内側支持チューブ３０中に成形することができる０代わりに、もっと高価なダイスを使用することができ、または開口４６は内側支持チューブ３０の成形後に孔あけすることができる。この場合は開口４６は内側支持チューブ３０を放射方向に通過して延びることができ、そして内側支持チューブ３０の全開に分布されることができる。その時膜フイルタ−３２もまた内側支持チューブ３０の全周を延びるであろう。

溝４６の外側と容器２０の底の分配開口２６との間の連通みぞを設けることが勿論必要である。しかしながら、内側支持チューブ３０の外側と外壁２１の内側との間の空間の体積を最小にすることも望ましい、この体積の最小化は、容器２０が血液を受け入れるための真空容器として使用される時に特に望ましい、容器２０が排気される時、内壁３０と外壁２１との間のみぞ空間を含む全体の空の西容積が真空にされる。血液または他の流体が内側容器に入る時、その中の真空度は小さくなるが、内側支持チューブ３０と外壁２１との間の体積内には真空が残る傾向にある。これは膜フイルタ−３２を境にして膜横断圧力を発生し、口過作用が過早に開始される傾向となる。しかしながらこの連通みぞ体積を十分に小さく保つことにより、ゆるい早期口過作用は最小にとどまる。

みぞ４８は、有利には内側支持チューブ３０の外周に、外壁２１の内側が内側支持チューブ３０へ交替に係合し、そして次にみぞ空間４８を形成するように放射方向内側へ延びる波形状を内側チューブ３０へ提供する波形突起５０を成形することによって形成することができる。開口４６は、好ましくは波形突起５０のみぞ形成小半径位置に合致するように外周に配置される。

内側支持チューブ３０の内部には小さい円筒形のあらかじめ磁化された永久磁石ローター５４が配置される。ローター５４は取り付けなしの車軸を有し、そのため内側支持チューブ３０のみによって物理的に収容される。ローター５４は、好ましくは第１の直径の端部において二つのＮ極へ、そして第１の直径に関し９０ °回転した第２の直径の端部において二つのＳ極へ磁化される０代わって口・− ター５４は、実際上ローターの一方の側がＮ極を提供し、反対側がＳ極を提供するように単−長直径に沿って直径方向に磁化することができる。ローター５４はまた磁化しなくてもよ（、しかし高い透磁性材料を含み、そして外部で発生させた回転する磁場と係合する時回転トルクを発生するような形状の外周を持つことができる。ロタ−５４の中心軸は容器１０の中心軸５８の一部を占め、そしてローター５４は容器２０の約下半分にわたって軸方向に延びる。ローター５４の半径は、ローター５４の外周と内側支持チューブ３０および膜フイルタ−３２の間に約０．０１２７値ないし０．２２８６ｃｓｉの均一な隙間が形成されるように選択される。例えば、血漿分離のための前述した米国特許出願第５９１．９２５号のもとで最適化される流体機械的条件を再現するためには、０．６３５ＣＩ＋の半径および６５００ＲＰＭにおいて０．０５０８ａｍの隙間が１５６のテーラ −数と、使用し得るレイノールズ数５５０と、そして剪断率８８６０／秒（比重１．０および粘度０．０４ボイズと仮定して）を与える。

作動において、外部で発生させた回転している磁場がローター５４を内側支持チューブ３０内で回転させ、そしてまたフィルター膜セクシッン３２Ａ、３２Ｂの近くで容器２０内において軸方向上下に運動させる。ローター５４の回転運動は、改善された口過作用を発生するように膜フィルターセフシラン３２Ａ、３２Ｂに隣接して渦巻で増強された流れを発生し、他方反復する上下運動もしくは往復運動は、ローター５４の外周と膜フイルタ−セクション３２Ａ９３２Ｂの内表面との間の口過容積を通って流体を連続的にポンプするポンプ作用を発生する。このポンプ作用はまた、口過を誘発するのに十分な膜横断圧力を提供するように内側チューブ内の流体圧力を増加させる０口液流体はフィルターセクション３２Ａ、３２Ｂ。

開口４６．みぞ容積４８を通り、最終的には容器２０の底の分配開口２６へ下方へ通過する。破壊先端２４の下方閉鎖端２６を除去することにより、流体は容器２０からそして分析のためサンプル皿へ流出するのが自由になる。

今日のサンプル採取容器では慣用であるように、分画容器２０は当初空であるか、ヘパリン、クエン酸トリナトリウムもしくはＡＣＤのような抗凝固剤を、または代わりに凝血剤を含んでいてもよい。

もし凝血が防止されるならば血漿が口演流体として生成され、他方凝血が進むことを許容されれば血清が生成される。

今度は第５図を参照すると、ロータードライバー６２内に装着された容器２０を含む、完全な流体分離システム６０が図示されている。ロータードライバー６２は磁気ヘッド６６へ装着されたノ飄つジング６４を含んでいる。

磁気ヘッド６６は、複数の軸方向に延びるねじつきポル）ＴＯによって磁心７２へ固着された上方支持プレート６８を含んでいる。

下方閉鎖プレート７４は軸方向に延びるねじつきボルト７６によって磁心７２に固着される。上方支持プレート６８はその底側に一般に円筒形の中央に位置する空胴８０を有する。空胴８０は、ゴムストッパー２２が空胴８０中に挿入された後、空胴８０とゴムストッパー２２との間に摩擦係合によって容器２０を十分にぴったりと支持することができるはめ合いをもって容器２０のストッパー２２を収容するのに通している。磁気ヘッド６６の残部は一般に円筒形であり、そして容器２０を底部カバープレート７４および磁心を通って軸方向に受け入れるため容器２０の直径よりもいくらか大きい中央円筒形ボア８４を有する。

第６図に示されている磁心７２の頂面図を参照すると、磁心７２は、円筒形外壁９０と、円筒形内壁９２と、そして二つの磁極対は軸方向上方位置９４に配置されそして二つの磁極対は軸方向下方位置に配置された四つの直径上に対向する磁極対に配置された８個の放射方向内側へ延びる磁極を含んでいる。第１の対の極９８，１００は第２の対の極１０２．１０４と共に軸方向上方位置９４に配置される。第３の対の極１０６．１０８は軸方向下方位置９６に位置し、そして円周上第１の対の極９Ｂ、１００と整列している。同様に、第４の対の極１１０，１１２は軸方向下方位置に位置し、そして第２の対の極１０２．１０４と円周上整列しており、そのため第６図においてそれらは第６図における番号はそれらの円周上の位置を示しているが第２の対の極１０２．１０４によって隠されている。

多数の巻線１２０が各棟のまわりにその中に磁気ポテンシャルを誘起するように形成される０巻線もしくはコイル１２０は対向する極対のために直列に接続され、そして容器を収容する円筒形ボア８４内に回転する磁場を発生するように制御される。該磁場は、ボア８４を直径方向に横切って延び、そして挿入した容器の磁化されたローター５４をそれと共に回転させるため回転するように形成される。加えて、上方位置９４および上方位Ｗ９６にあるコイルは、ローター５４が回転する時それを上下に移動させるように選択的に交番に励起される０例えば上方位ｆｉ９６にある下方コイルが最初に励起され、ローター５４を短距離だけ上方へ移動させ、そして回転を開始させる。次に上方位置９４にあるコイルも励起され、下方位置９６にあるコイルによって発生した磁場と同期的に回転する直径方向磁場を発生する。これはローター５４を上方位置９４と下方位置９６の大体中間の位置へ軸方向上方へさらに動かす０次に下方位置９６にあるコイルが脱励起され、そしてローター５４は上方位置９４にあるコイル１２０によって発生した磁場の吸引力のちとにその最高位置へ上方へさらに動く、このサイクルは、下方位置にあるコイルがローター５４をい（らか下方へ動かすように励起され、そして次に上方位置にあるコイルがローター５４をさらに下方へその最低軸方向位置へ動かすように脱励起されるように継続される。これによって−回の上下往復動量イクルが完了し、これは次に口演の必要量が容器２０の開いた底端を通って分配されるまで必要なだけくり返される。

上方ハウジング６４は比較的薄い円筒形側壁１２０と、側壁１２４の上端を閉鎖しそして側壁１２０中の周囲を延びるみね１２８の上にスナップ止めされるみぞ１２６によって固着される上方キャップ１２２とを含んでいる。一対の下方および上方の軸方向に離れたフランジ１３０．１３２が電気印刷回路板１３４を収容し、支持するために側壁１２０からい（らか放射方向内側へ延びている。印刷回路板１３４は、回転する磁場を発生するようにコイル１２０を励起する慣用のタイミングおよびスイッチング機能を提供するための励起制御回路を支持する。励起制御回路は印刷回路板１３４の下面へ取り付けられているように概略的に図示された部品１３６と、そして４組のコイル対１２０ヘプラグ接続を提供するプラグコネクター１３８を含んでいる。コイルの直径上で対向する対は直列に結線されるので、プラグコネクター１３８を通って８本の接続リード線のみが接続を必要とする。多数のリード線によって図面が不明瞭になることを防止するため、いくらか少数だけが第５図に示されている。軸方向に延びる開口１４０が上方支持プレート６８を通過して設けられ、コイル１２０を励起するり一ド線が支持プレートを通ってコネクタープラグ１３８へ通過することを容易にする。

真空解除中空針１４４は、容器２０が空胴８０中へ挿入された時容器２０のゴムストッパー２２と係合するように支持プレート６８へ固着され、そしてそれを通って延びる。針１４４は任意であり、そして口演流体が膜フイルタ−３２を通過する時内側支持チューブ３０の内部に部分真空が形成されるのを防止するためそれを空気で置換することを許容する。そのような部分真空は膜横断圧力を減じ、そして十分な口演流体が内側支持チューブ３０の内部から外部へ通過した後口過プロセスを妨害するであろう、針１４４の上端は逆止弁１４６で終わっており、それは内部に発生した圧力が流体を上方へそして針１４４を通って押し出すのを防止しつつ、空気が内側支持チューブ３０内の体積中へ流入することを許容する。弁１４６の設計および構造は慣用であり、それ故弁１４６の詳細は明示されていない。

突出し棒１４８は、ゴムストッパー２２の頂部と接触するように上方支持プレート６８中の孔１５０を通過する。それはまた印刷回路板１３４中の孔１５２と、そしてロータードライバー６２のオペレーターによるアクセスを提供するように上方キャップ１２２中の孔１５４を通過する。突出し棒１４８を下方へ押す時、ゴムストッパーおよびそのため容器をロータードライバー６２から脱離する力がゴムストッパー２２へ加えられる。

印刷回路板１３４の頂面側の上には、印刷回路板１３４の底側に配置された励起制御回路によって必要とされる電気エネルギーを貯える複数の標準乾電池１６０を収容し、支持するための円筒形電池ハウジング１５８が設けられる。図示しないが電池１６０の端子１６２を励起するための電気点接触端子が印刷回路板１３４の頂面側にある。

導電性ばね１６４は、接点１６２を印刷回路板１３４上の端子との係合に押し付けるため、電池１６０とキャップ１２２との間を延びている。ばね１６４は押しボタンスイッチ１６８の一部をなす接点１６６を有し、該スイッチは上方キャップ１２２中の開口１７２を通って延びている押しボタン１７０と、そして接触端１６６の近（で電池ハウジング１５８の側壁上に取り付けられた下方接点１７４を含んでいる。導電性リード線１７６は接点１７４から下方へ印刷回路板］３４への電気的接続を提供し、そこに印刷回路板１３４の下側の励起制御回路への接続が設けられる。このためスイッチ１６８の人手による押しは、ローター５４の回転駆動に要する回転磁場の発生を開始するように励起制御回路を可能化する励起回路を完成させる。

作動において、慣用のバキュテーナ−１１の代わりに容器２０を用いて、容器２０は通常の態様で血液のような液体サンプルで満たされることが理解される。一旦血液で満たされれば、容器２０は適当にマークされ、分析のため研究室へ送られる。研究室において、容器２０はロータードライバー６２の磁気ヘッド６６中に嵌入され、そして破壊先端２４の下方閉鎖端２６がそれを除去し、そして容器２０の下端を開くためにねじられ、引張られる。次にロータードライバーは自動分析システム中へ挿入のため皿のような適当な容器の上に保持され、そして押しボタン１７０が励起制御回路を励起し、容器２０内の流体から血漿または血清の口過を開始するように押される０口液の十分な量が分配された時、押しボタン１７０が口過プロセスを打ち切るために放され、ロータードライバーはごみ捨てがんのような適当な廃棄容器の上に配置される０次に突出し棒１４８が人手で押され、ゴムストッパー２２を空胴８０との係合から外し、容器２０が後から捨てるため廃棄容器中へ落下することが許容される。

このように、研究室における口演流体の口過および分配のプロセスは大きく簡単化されることが理解できる。研究室技術者は口演流体を速やかにそして容易に分配することができ、そして次に汚染の危険を少しも蒙ることなく容器２０を捨てることができる。５ないし１０分の遠心とその後のデリケートなピペット移換プロセスの代わりに、口演流体は数分の口過作用の後自動的に分配され、その後容器２０は適当な廃棄容器へ落される。

回転コイル１２０を励起するための回路は第７図にいくらか詳細に図示されている。励起制御回路１７８は人手で作動し得るスイッチ１６８を通って電池１６０へ連結されることが見られるであろう。

励起制御回路１７８はまた、それぞれコイル９８．１００のための直列に接続されたコイル対１８０．１８１へ、そしてそれぞれコイル１０２．１０４のためのコイル対１８２．１８３へ接続される。

同様に、下方位置９６にある極１０６，１０Ｂのためのコイル対１８４．１８５は、それぞれ極１１０および１１２のためのコイル対１８６．１８７と共に制御回路１７８を励起するように接続される。

励起制御回路１７８の実行のための特定の回路は図示しなかったが、それは第８図および９図に図示したタイミング関係を使用する慣用のスイッチングおよびタイミング回路によって実行することができる。コイル対が回転する磁場を発生するように励起される態様は第８図に図示されている。第８図において、二つの上方のコイルの対は、コイル対１８０，１８１についてＡＨおよびコイル対１８２．１８３についてＢＨと命名される。同様に、二つの下方のコイルの対は、コイル対１８４．１８５についてＡＬおよびコイル対１８５．１８７についてＢＬと命名される。最初下方コイル対が励起され、対ＡＬが例えば左から右（ＳからＮ）方向に磁場を発生するであろう正方向に励起される０次に、ＡＬ対が脱励起され、ＢＬ対が頂部から底部方向への磁場を発生するように励起される。次に対ＢＬが脱励起され、対ＡＬが右から左の方向に磁場を発生する負の極性へ励起される０次に、対ＡＬが脱励起され、対ＢＬが底部から頂部方向に磁場を発生する負の極性へ励起される。これで一回転サイクルを終了し、後からくり返される０適当な時間の後、上方コイル対ＡＨおよびＢＨが下方コイル対ＡＬおよびＢＬと同期された回転パターンで同様に励起される。このように回転する磁場が発生し、それはローター５４の永久磁石磁場と係合し、ローター５４とロータードライバー６２によって形成された駆動磁場と共に回転させる。

第９図を参照すると、上下軸方向往復運動は、上方および下方巻線対を約１２秒の反復サイクルで交番に励起することによって前に説明したように誘起される。

各ケースにおいて、一方の上方または下方のコイルのセットが励起された後他方が脱励起される前に２秒間のオーバーランプが与えられる。これはローター５４が内側支持チューブ３０内で上下動する時分画流体の口過を誘発する膜横断圧力を発生するようにローター５４の制御された振動を提供するのを助ける。

磁気駆動へンド６６の下方軸位置９６にある第３および第４の磁極対の排除を許容するローター５４の種々の代替具体例が第１０ないし１４図に図示されている。第１０ないし１４図に示した構造はそれぞれ分画流体の再循環もしくは実際のボンピングを提供し、そのためローターの上下振動を排除することができる。第１０ないし１４図に示した構造の一部は振動するポンプ作用よりも効果的でないが、それらは臨床分析に必要とされる口過流体のたった数滴に対しては適切であると考えられる。

第１０図は、軸方向に延びる中央ボア２０２を持つことを除いてローター５４と実質上同じである、円筒形ローター２００を図示する。口・−ター２００は、ボア２０２を通る分画流体の増加した循環を提供するように、第５図に示した軸方向に離れたニレベルロータードライバーと組合せて、または口過作用を容易にするため少量の再循環を提供するボアと共に単一レベルロータードライバーと組合わせて使用することができる。

第１１図に示すローター２０６は、ローターの外周に形成したそしてローターの全長を延びる複数の軸方向に延びるみぞまたは空胴を有する。このみぞはローター２０６の外周のまわりで実質上等間隔に離されている。みぞ２０８はローター２０６の外周とフィルター膜３２の間の口過間隙の近くへ付加的な分画流体を運ぶ、中央ボア２１０と組合わせたみぞ２０８は少量サンプルを得るための分画流体の適切な循環を提供する。

第１２図に図示するローター２１４は、軸方向に延びる中央ボ“１２１６および先細となった外周面２１８を持っている。先細の外周面は、分画流体を口過間隙を通って上方へ流し、そして次に口過間隙を通って分画流体の再循環を提供するように中央ボア２１６を通って下方へ流す傾向のある遠心カボンブ作用を発生させる。

ローター２２０は形状が一般に円筒形であり、軸方向に延びる中央ボア２２と、そしてローター２２０の外周に均等間隔で離され、そしてローターの頂部と底部の間の中間に軸方向に位置する複数の放射方向に延びるボア２２４を持っている。放射方向に延びるボア２２４は、放射方向に延びるボア２２４を通り、そして口過間隙へそして次に放射方向へ延びるボア２２４の放射方向内端との連通を提供するボア２２２へ流れ戻る分画流体の連続再循環を発生させる遠心カボンブ作用を発生する。

第１４図に示したローター２３０は、ローター２３０の円筒形外形を形成する端面２３４の先導縁にカップ形空胴を形成するように成形された複数の軸方向に延びる外周に形成されたみぞを有する。

みぞ２３２は口過間隙へ付加的な分画流体を提供し、そして適切な口過作用を確実にするのに十分な膜横断圧力差を発生させるように口過間隙内の分画流体圧力を増加させる遠心ポンプ作用を発生させるのに役立つ。

前記の永久磁石ローターの代替として、第１５図は永久磁場を全く含まないが、しかしＤｏｎａｌｄ　Ｔｒｉ、　５ｃｈｏｅｎｄｏｒｆｅｒによって１９８５年４月２６日に出願された米国特許出願第７２７，５８５号に記載されたような、外部の磁場に応答する強磁性材料によって少なくとも一部が構成されているローターを図示する。一般に円筒形のローター２４０は二つの直径上に対向する軸方向に延びる突出した極２４４を区切る二つの軸方向に延びる直径上で対向する空胴２４２を存する。ローター２４０は磁化したローターを上進るコスト利益を提供する。ローターは使い捨て容器の一部であるので、コストをできるだけ低く保つことが重要である。同様に、回転を発生させる駆動力は磁気エネルギーのみに基づかなくてもよく、代わりに外部ソー入から連結するある種の他の形によって提供されることができる。

例えば反撥する電場または電場および磁場の組合わせがローター端の必要とする回転励起を提供し得る。

当業者が本発明を製造しそして使用することを可能とする目的で、使い捨て流体口過容器およびロータードライバーを含んでいる流体分離システムの上記特定具体例を記載し、図示したが、本発明はそれらへ限定されないことが１ｍされるであろう、従って請求の範囲内のどのような修飾、変更または均等構造も本発明の範囲内であると考えるべきである。

ＦＩＧ、１ＦＩＧ、２ＦＩＧ、３ＦＩＧ、４ＦＩＧ、６ＦＩＧ、７ＦＩＧ、８ＦＩＧ、９国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．分画すべき流体を収容するための使い捨て容器にして、すべての側部においてそして底部において閉鎖された容器を形成する外壁を含み、底部は選択的に開き得る閉鎖エレメントによって閉鎖されており、外壁内に配置された円筒形チューブであってそのロ過区域において該チューブを通る通過孔を除いて外壁の内側から該チューブの内側がシールされている円筒形チューブを備え、前記通過孔は前記チューブの外側において前記閉鎖エレメントと連通しており、前記連通孔をカバーするように前記内側チューブの内側に配置された膜フィルターと、前記チューブの内部に配置された磁化された円筒形ローターとを備えた前記使い捨て容器と、前記容器を収容しそして前記ローターへエネルギーを連結するためのヘッドを有するロータードライバーにして、前記ヘッドは前記膜を通る流体の渦が増強された流れを形成するように前記ロターを前記ロ過膜に接近して前記チューブ内で回転せしめ、同時に前記ローターと前記フィルター膜との間の流体をポンプするように前記チューブ内で前記ローターを上下に振動させる回転および移行エネルギーを発生する前記ロータードライバーとを備えていることを特徴とする流体分離システム。
２．選択的に開き得る流体出口を有し、外壁を形成する円筒形外側チューブと、前記外側チューブ内に配置され、そしてそのロ過区域を通る複数の孔を有する円筒形内側チューブにして、前記複数の孔を除いてその内部をその外側からシールするように、そして前記複数の孔の外側と前記流体出口との間の連通を形成するように配置された前記円筒形内側チューブと、前記内側チューブのロ過区域に配置されそして前記複数の孔をカバーするフィルター膜と、前記内側チューブ内に配置され、前記フィルターを通るロ液流体の渦が増強された流れを誘発するように前記容器の外部のドライバーによって回転駆動されるのに適したローターとを備えていることを特徴とする使い捨て流体分離システムのための容器。
３．使い捨ての増強された渦巻流フィルター容器内の強磁性ローターを回転させるためのドライバーであって、第１の軸方向位置に配置され、そして直径上で離間した対向関係に配置された第１の極端とそして磁気的に連結された反対の第２の極端とを有する第１の磁極対と、第１の軸方向位置に配置され、そして直径上で離間した対向関係に配置されかつ第１の磁極対に関して回転された第１の極端とそして磁気的に連結された第２の極端とを有する第２の磁極対と、第１の軸方向位置から離間した第２の軸方向に配置され、そして直径上で離間した対向関係に配置された第１の極端とそして磁気的に連結された反対の第２の極とを有する第３の磁極対と、第２の軸方向位置に配置され、そして離間した対向関係に配置されかつ第３の磁極対に関し回転された第１の極端とそして磁気的に連結された第２の極端とを有する第４の磁極対と、前記第１および第２の軸方向位置間を軸方向に振動する回転する磁場を発生するように前記磁極対を励振するように連結された磁気ドライバー回路とを備えていることを特徴とする前記ドライバー。
４．第１および第２の対向端を有する軸方向に延びる円筒形外壁と、前記円筒形外壁内に配置された円筒形内側チューブにして、外側壁の一端へ向かってその中のロ液流体の軸方向の流れを容易にするように前記内側チューブと外壁との間にみぞ空間を形成し、ロ過すべき流体の所定量を受け入れそして保持することを前記内側チューブに許容するため少なくとも一端において閉鎖され、かつ膜フィルターを受け入れそして支持するためその内表面にロ過区域を有し、内側チユーブを通って前記みぞ空間へのロ液流体の連通を提供するための前記フィルター区域においてそれを貫通する複数の開口を有する前記円筒形内側チューブと、前記内側チューブのロ過区域に隣接して配置された膜フィルターと、前記内側チューブ内に配置され、一般に円筒形の外壁を有するローターにして、該ローターの外壁は前記ローターが前記フィルターに隣接して軸方向に配置される時、該ローターの外壁と前記フィルターとの間に小さい隙間を形成する直径を有しており、少なくとも一部は外部のエネルギー場に応答する材料から構成されている前記ローターとを備えていることを特徴とする使い捨て流体ロ過容器。
５．前記円筒形外壁は約０．９５２５ｃｍの内径を有する第４項の使い捨て流体ロ過容器。
６．前記ローターの外壁は約０．６３５ｃｍの内径を有する第４項の使い捨て流体ロ過容器。
７．前記ローターは、前記ロ過容器の外部で発注させた回転する磁場に応答して回転する時増強された渦ロ過流を生成する第４項の使い捨て液体ロ過容器。
８．前記内側チューブは、一端において開鎖され、そして前記一端と反対の第２の端においてゴムストッパーによって閉鎖されるのに適している成形プラスチックエレメントである第４項の使い捨て流体ロ過容器。
９．前記内側チューブは前記外壁中へ密に嵌合し、そして前記みぞ空間を形成するようにその外壁に形成されたみぞを有する第８項の使い捨て流体ロ過容器。
１０．一般に円筒形の外表面を有するローターとそして前記外表面から離間した同心状フィルター膜を使用して懸濁液から液体をロ過する方法であって、ローターの外表面を同心膜に隣接させ、ローターの相対表面速度および隙間を前記懸濁液中に動的運動を確立するように選定して前記ローターを中心軸のまわりを回転させ、ロ液を前記膜を通って押出すため前記懸濁液内に内圧を発生させるように中心軸に沿って前記ローターを振動させる工程を含むことを特徴とする前記方法。
１１．前記懸濁液は全血であり、前記ロ液は血漿である第１０項の方法。
１２．前記ローターの相対表面速度および前記ローターと膜との間の隙間の大きさは前記懸濁液中に２０００／秒をこえる剪断および渦を確立する第１０項の方法。
１３．前記隙間の寸法および前記ローターの回転速度は、液体の特性と組合せて、約１５６のテーラー数を生ずるように選定される第１０項のロ過方法。
１４．前記隙間の寸法および前記ローターの回転速度は、液体の特性と組合せて、約１５６のテーラー数と、約５５０のレイノールズ数を生ずるように選定される第１０項のロ過方法。
１５．前記隙間の寸法および前記ローターの回転速度は、液体の特性と組合せて、約１５６のテーラー数、約５５０のレイノールズ数および約８８６０／秒の剪断率を生ずるように選定される第１０項のロ過方法。
１６．前記ローターの回転および振動前に、前記フィルター膜によって少なくとも一部が形成された閉鎖された体積内に前記ローターおよび液体を配置する工程をさらに含んでいる第１０項のロ過方法。
１７．前記ローターは前記閉鎖された体積内に車軸なしに配置され、そして前記閉鎖された体積の外から前記ローターと相互作用しかつそれを回転駆動する回転するエネルギー場を発生させる工程をさらに含む第１０項のロ過方法。
１８．個人の血液から少量のしかし適切な臨床量を得るための使い捨て器具であって、出口を閉鎖する破壊し得るカバーとそしてそれを通って容器中へ血液吸引針の後端を受け入れるための刺通し得る閉鎖具を有する密封シールした真空容器と、前記容器内のローター手段と、前記ローター手段のまわりに配置されかつそれと同心の、そして前記出口と連通している前記容器内の血漿流路を確立するためのスリーブ手段にして、前記ローター手段のまわりの血液から血漿を前記血漿流路へ移換するための膜フィルター手段を含んでいる前記スリーブ手段とを備えていることを特徴とする前記使い捨て器具。
１９．前記ローター手段は前記容器内に車軸なしで配置されている第１８項の使い捨て器具。
２０．前記ローター手段は、外部で発生させた回転する磁場に応答して中心軸のまわりを回転駆動されるのに適している第１９項の使い捨て器具。
２１．前記ローター手段は、外部で発生させたエネルギー場に応答して前記膜フィルター手段を横断して膜横断圧力を発生するように、中心軸のまわりを回転駆動されそして中心軸に沿って振動されるのに透している第１９項の使い捨て器具。
２２．刺通し得る壁と出口とを持っている真空容器を形成する使い捨て手段にして、前記刺通し得る壁は前記容器内の内部体積中へ懸濁液を吸引し得るようにそれを使って流体流チューブを受け入れるのに適している使い捨て手段と、前記容器の中心軸と同心のそして内部体積を取り囲みかつ前記出口への外側ロ液通路を形成するスリーブ手段にして、前記ロ液が通過する細孔を有する膜壁手段を含んでいる前記スリーブ手段と、前記スリーブ手段内に配置された回転し得るそして軸方向に運動し得るローター手段と、前記容器の内部へ真空によって吸引された懸濁液からのロ液が前記膜を通ってロ過されそして出口へ送られるように、前記懸濁液に渦を発生させそして脈動を導入するように、前記ローター手段を中心軸に関し同時に回転しそして軸方向に往復動させるための前記容器外部のローター駆動手段とを備えていることを特徴とする使い捨て器具を使用する懸濁液からロ液を抽出するためのシステム。
２３．前記ローターは前記スリーブ手段内に車軸なしで配置されている第２２項の抽出システム。
２４．前記使い捨て手段は前記出口を閉鎖する破壊し得る閉鎖手段を含んでいる第２２項の抽出システム。
２５．ロ過すべき液体を収容するためのそして少なくとも一部分フィルター膜によって形成される一般に円筒形の側壁を有する容器を中心軸のまわりに形成するための手段ど、形成された容器内に配置され、そして円筒の少なくとも一部を形成しそしてローター側壁と形成された容器との間に選定された大きさの隙間を形成する側壁を有するローターにして、中心軸のまわりを自由回転し得るそして形成された容器のみによって物理的に押さえられている前記ローターとを備えていることを特徴とするロ過器具。
２６．前記ローターは前記形成された容器内で中心軸に沿って運動することが自由である第２５項のロ過器具。
２７．前記ローターは、液体からのロ液が前記フィルター膜を通過することを増強するため前記ローター側壁とフィルター膜との間の隙間内にテーラー渦を発生させるように、外部で発生させた磁場に応答して回転駆動されるのに適している第２５項のロ過器具。
２８．前記ローターは、液体からのロ液が前記フィルター膜を通過することを増強するため前記ローター側壁とフィルター膜との間の隙間内にテーラー渦を発生させるように、外部で発生させた磁場に応答して回転駆動されるのに適しており、前記ローターはさらに、前記ローター側壁とフィルター膜との間の隙間の少なくとも一区域において液体の圧力を増強させるように、前記外部磁場に応答して中心軸に沿って往復動されるに適している第２６項のロ過器具。
２９．その中に部分真空を有しそして液体を容器内の中心体積内へ吸引するため前記部分真空によって発生した圧力差を利用するのに適したシールされた容器と、前記容器内に配置されそしてその内表面によって前記中央体積を形成する内側支持チューブにして、少なくとも一部はフィルターによって形成されかつ少なくともその内側において円筒形を有する側壁を存する前記内側支持チューブと、前記中央体積内に車軸なしで配置されそして前記ローターの少なくとも一側壁とそして前記内側支持チューブの側壁との間に選定された大きさの隙間を形成するローターにして、前記中心軸のまわりを回転することが自由でありかつ前記内側支持チューブによってのみ物理的に押さえられている前記ローターとを備え、前記容器および前記内側支持チューブは前記フィルターと容器出口との間の連通を提供するみぞ空間をその間に形成し、そして前記内側支持チューブは流体が中央体積から前記みぞ空間へ前記フィルターを通ってのみ通過することを許容するように、容器に関してシールされていることを特徴とする液体を受け入れそしてロ過するための真空ロ過器具。
３０．前記容器出口を閉鎖する破壊し得るカバーエレメントをさらに含んでいる第２９項のロ過器具。
３１．前記ローターは前記中央体積内で中心軸に沿って振動することが自主である第２９項のロ過器具。
３２．前記ローターは、液体からのロ液が前記フィルターを通過することを増強するため前記ローターとフィルターとの間の隙間内にテーラー渦を発生させるように、外部で発生させた磁場に応答して回転駆動されるのに適している第２９項のロ過器具。
３３．前記ローターは、液体からのロ液が前記フィルターを通過することを増強するため前記ローターとフィルターとの間の隙間内にテーラー渦を発生させるように、外部で発生させた磁場に応答して回転駆動されるのに適しており、前記ローターはさらに、前記ローターとフィルターとの間の隙間の少なくとも一区域において液体の圧力を増加させるように、前記外部磁場に応答して中心軸に沿って往復動されるのに適している第２９項のロ過器具。