DE2509145A1 - Anordnung zum trennen mehrerer fluidphasen - Google Patents

Anordnung zum trennen mehrerer fluidphasen

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    • B01D2221/00—Applications of separation devices
    • B01D2221/10—Separation devices for use in medical, pharmaceutical or laboratory applications, e.g. separating amalgam from dental treatment residues

Description

(Zusatz zu Patentanmeldung P 23 59 670.5) Anordnung zum Trennen mehrerer ffluidphasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von zwei oder mehreren lluidphasen, insbesondere von mehrphasigen !Flüssigkeiten, wie z.B. rote Blutkörper und Serum als verschiedene Phasen enthaltendem ganzen Blut.
Bei der Trennung von Blutproben durch Zentrifugieren wurden zum Setrennthalten von roten Blutkörpern und Blutserum Silikone als Trennschicht eingebracht, vgl. Morgan, M.C. und Szafir, J.J. in Blood, 1961, 18:89-94j Seal, S.H., in Cancer, 1959, 12:590-595; und McCrea, L.E. in J. of Urol., 1961, 85:1006-1010.
Die Silikonschicht wird nach Entnahme der Blutprobe und öffnen des Entnahmegefäßes eingebracht und löst nicht die beim Durcheinanderschüttein der Phasen während des Transports,
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die Lagerung, und auch schon beim Zentrifugieren auftretenden, die Trennung wieder beseitigenden Schwierigkeiten.
Mit diesen Schwierigkeiten befaßt sich die Haupt-Anmeldung P 23 59 670.5. Ein am Boden des Blutentnahmegefäßes eingebrachtes gelartiges Material bildet eine G-renzschicht zwischen den Phasen. Das zunächst am Gefäßboden befindliche Material soll nach erfolgter Phasentrennung die Lage an der Phasengrenzfläche eingenommen haben. Es kann jedoch geschehen, daß ein Teil des gelartigen Materials beim Zentrifugieren am Boden haften bleibt und verlorengeht, oder die Verwendung einer entsprechend reichlicheren Dosis erforderlich macht, um eine vollkommene Abdichtung zu erzielen. Andererseits kann es auch geschehen, daß sich das gelartige Material vorzeitig vom Boden löst und bereits vor vollständiger Phasentrennung in die Grenzfläche treibt und eine Abdichtung bildet.
Die vorliegende Erfindung hat die Behebung dieser Schwierigkeiten zur Aufgabe.
Die Aufgabe wird durch die Anordnung der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Aktivatorelement mit einem spezifischen Gewicht größer als das des gelartigen Materials und einem kleineren Außendurchmesser als die lichte Weite des Fluidbehälters anfangs, vor Einbringung des Fluids in den Behälter, in einer in das geschlossene Ende des Behälters vorgesehene gelartige
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Material teilweise eingedrückten Stellung und im Abstand von den Behälterseitenwänden vorgesehen ist.
In den für die weitere Erläuterung herangezogenen Zeichnungen zeigen:
Die Figuren 1-5 die Anordnung im Längsschnitt schematisch in aufeinanderfolgenden Betriebsstadien;
die Figuren 6 und 7 im Längsschnitt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung;
die Figur 8 in Aufsicht von oben ein Betätigungselement in der Anordnung der Erfindung;
die Figur 9 dieses im Schnitt entlang der Schnittlinie 9-9 der Figur 8;
die Figur 10 eine weitere Ausgestaltung des Betätigungselementes von oben und die Figur 11 dieses im Schnitt entlang der Schnittlinie 11-11 der Figur 10.
Die mit 11 bezeichnete Gesamtordnung besteht aus einem Behälter 12, einer gegebenen Menge gelartiges Material 30, einen Verschluß oder Stopfen 20 und einem Aktivatorelement 40.
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Behälter, Stopfen und gelartiges Material entsprechen im wesentlichen dem Hauptpatent, auf dessen diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird.
Das Aktivatorelement 40 hat in der gezeigten Ausbildung ein dem geschlossenen Ende 15 des Behälters formentsprechendes Bodenteil und einen oberen Teil 46 der so bemessen ist, daß zwischen seiner Oberfläche 44 und dem gegenüberliegenden Teil der Behälterinnenwand Fluid oder Flüssigkeit hindurchfließen kann. Ist der Behälter 12 z.B. der Form nach ein Reagenzglas, so ist die Außenfläche 44 des Aktivatorelementes 40 entsprechend geformt, mit einem abgerundeten Bodenteil 42 und einem zylindrischen Oberteil 46, dessen Außendurchmesser kleiner als die lichte Weite des Rohres 12 ist, sodaß das gelartige Material 30 hindurchfließen kann. Das Aktivatorelement kann hohl mit ähnlicher Innenfläche 48 und Außenfläche 44 ausgebildet sein. Der Hohlraum ist also von gleicher Form wie die Außenfläche 44 des Aktivatorelementes. Die hohle Ausbildung gestattet ein teilweises Eindrücken im Gel unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft, wobei der schwerere Unterteil 42 mit dem Hohlraum 51 von gleicher Form wie die Außenfläche die Achse des Aktivators während und nach der Zentrifugierung parallel zur Behälterachse 12 hält bzw. ausrichtet.
Im oberen Teil 46 des Aktivatorelementes 40 können mehrere längsverlaufende Rippen 52 vorgesehen sein. Sie ragen so weit über
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die Außenfläche, daß sie die Außenfläche 44 im Abstand von der Behälterinnenwand 14 halten und das Element 40 in dem gelartigen Material 30 zentrieren und eine gleichmäßige extrudierte oder ausgedrückte Hasse gelartiges Material nach oben sichern. Vorzugsv/eise sind die Rippen im gleichen Abstand um den Oberteil des Elementes angebracht.
Durch das Aktivatorelement wird die größtmögliche Ausnutzung des gelartigen Materials bei der Zentrifugierung erreicht. Beim Zentrifugieren bewegt sich das Aktivatorelement 40 nach unten zum unteren Ende 15 des Gefäßes. Da der Bodenteil 42 des Aktivatorelementes der Form nach der Innenfläche des unteren Gefäßteiles 15 entspricht, wird praktisch das ganze, anfangs am Gefäßboden 14 sitzende gelartige Material 30 unter dem Element weg- und entlang der Innenfläche der Wand 13 des Gefäßes nach oben gedruckt. Andere Aktivatorelementausbildungen sind möglich, z.3. kubische, konische, sphärische oder zylindrische Formen, welche die zur Einleitung und Regelung des Gelflusses erforderlichen Scherkräfte ergeben. Das Material soll den zu trennenden Phasen gegenüber chemisch träge sein, ein spezifisches Gev/icht größer als das des gelartigen Materials 50 haben und eine Form aufweisen, welche unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte die erforderlichen Scherkräfte auf das gelartige Material 30 ausübt.
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Wie die Figur 1 zeigt, kann das Aktivatorelement vor Einführung des Fluids oder der Flüssigkeit teilweise in das gelartige Material eingedrückt sein, entweder mit einem in das Gefäß eingeführten Stab oder dergl., oder durch Einwirkung der Zentrifugalkräfte, wobei im letzteren Fall ein hohl ausgebildetes Aktivatorelement günstiger ist, weil es einen gewissen Auftrieb hat, der nach Erreichen eines bestimmten Punktes einem weiteren Eindrücken in das gelartige Material entgegenwirkt. Ein entsprechender Hohlraum 51 soll ein, solchen Auftrieb ergebendes Volumen haben, daß das Element seine teilweise in das gelartige Material eingedrückte Lage beibehält.
Das spezifische Gewicht des Aktivatorelementes soll größer als das des gelartigen Materials sein. Dadurch teilt es dem gelartigen Material eine Scherkraft mit, wenn das Fluid, das gelartige Material und das Äktivatorelement einer Zentrifugalkraft ausgesetzt werden. Im'Beispielsfalle ist z.B. ein plastisches Material mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 oder ein Glas mit einem spezifischen Gewicht von 2 für das Äktivatorelement geeignet, grundsätzlich jedenfalls jedes feste Material, das dem Fluid und dein gelartigen Material gegenüber träge ist und ein größeres spezifisches Gewicht als das Letztere hat.
Die Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausbildung, in welcher sich das gelartige Material 30 zunächst am geschlossenen Ende 15 des
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Gefäßes "befindet und das Aktivatorelement 40 teilweise in dieses eingedrückt ist. In dieser Lage hindert das Element 40 ein Fließen des gelartigen Materials beim Transport und Handhaben aus seiner Lage am G-efäß"boden.
Die Figur 2 zeigt die Anordnung der Figur 1, nach. Zugabe eines nach Phasen zu trennenden zwei- oder mehrphasigen Fluids 34, z.B. einer ganzen Blutprobe. Nach Vornahme einer Venenpunktur wird z.B. eine doppelendige Nadel durch die Stopfenmembran 24 gestoßen, worauf das Vakuum in der Anordnung Blut in das Rohr zieht. Der Stopfen dichtet sich nach Herausziehen der Nadel von selbst wieder ab, und nach der üblichen Wartezeit kann die Anordnung in die Zentrifuge gebracht werden.
Die Figur 3 zeigt die Anordnung kurz nach Beginn der Zentrifugierung. Die Blutprobe beginnt sich bereits nach Phasen zu trennen, wobei ein Teil der schwereren Phase, z.B. rote Blutkörper nach dem Rohrboden 15 strömen und ein Teil der leichteren Phase, z.B. Blutserum in den oberen Rohr- oder G-efäßteil fließt.
Das in der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehene Aktivatorelement steuert den Fluß des gelartigen Materials durch die Randzone der Blutprobe entlang der Rohrinnenfläche 14, sodaß eine geringere Wahrscheinlichkeit der Kollision mit dichterem Blutgerinnsel gegeben ist.
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Durch Behandlung der Innenfläche 14 mit einem geeigneten Gleitmittel wie ein Polyathylenoxidpolymer wird die Anhaftung von Blutkomponenten an die Wand vermieden. Durch die Flußsteuerung des Gel durch das Aktivatorelement wird die Gefahr des Reißens oder Aufbrechens der roten Blutkörper durch Kollision mit dem gelartigen Material weitgehend gebannt.
In einem anschließenden Stadium ist bereits gemäß Figur 4 ein Teil des gelartigen Materials 30 nach oben, im wesentlichen entlang der Rohrinnenflache 13 in den Grenzbereich der sich trennenden Phasen, und hier nach innen geflossen und bildet eine biegsame Trennwand zwischen der leichten Phase 62, z.B. Serum oder Plasma, und der schweren Phase 64, z.B. roten Blutkörpern und Fibrin. Die Phasen und der überw-egende Teil des gelartigen Materials haben die ihrem jeweiligen spezifischen Gewicht entsprechende Lage eingenommen.
Die Zentrifugalkräfte und weitere Paktoren bewirken in den Stadien der Figuren 1-4 somit die folgenden Bewegungen:
Durch Zentrifugalkraft wird die schwerere Phase 64 zum Gefäßboden 15 zu transportiert; die vom Aktivatorelement 40 ausgehenden hydrodynamischen Auftriebs- und Scherkräfte treiben das gelartige Material 30 durch die Fluidrandzone 60 in Richtung des Stopfens 20 in die Grenz fläch'enz one zwischen den Phasen 62 und 64;
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Durch sorgfältige Einstellung bzw. Auswahl des spezifischen Gewichtes, der Viskosität und der Thixotropizität des gelartigen Materials 30, sowie des Gewichtes und der Form des Aktivatorelementes 40 besetzt das gelartige Material die gesamte, nach vollständiger Trennung der Fluidphasen 62 und 64 bestehende Grenzfläche zwischen diesen Phasen. Infolge der Fluidität und Elastizität des gelartigen Materials kann jedoch auch noch in diesem Stadium, etwa in der leichteren Phase noch verbliebenes schwerphasiges Material das gelartige Material durchdringen, ohne es bzw. die Integrität der Geltrennschicht zu verletzen. Ebenso kann auch leichtphasiges Material noch durch die gelartige Trennschicht nach oben fließen und die in der Figur 4 gezeigte Lage einnehmen.
Die Figur 5 zeigt die Anordnung nach Ende der Zentrifugierung und die Endlagen der Fluidphasen, des gelartigen Materials und des Aktivatorelementes entsprechend ihrem jeweiligen spezifischen Gewicht. Das gelartige Material hat jetzt eine flache und konsolidierte durchgehende, halbstarre Abdichtungs- oder Trennschicht 66 im Kontakt mit der Gefäßinnenfläche 14 gebildet. Obwohl in der Zeichnung noch ein Teil um das Aktivatorelement verbliebenes gelartiges Material gezeigt ist, wird in der Praxis alles Material zum Aufbau der Trennschicht ausgenützt, weil das Aktivatorelement beim Zentrifugieren gegen den Gefäßboden gedrückt wird und dabei das meiste oder fast alles gelartiges Material entlang der Gefäßinnenwand nach oben drückt.
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In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach den Figuren 6 und 7 wird zur Trennung neben dem gelartigen Material noch eine Spule 70 vorgesehen, die z.B. der im Hauptpatent "bereits beschriebenen Spule entsprechen kann, und bei einem spezifischen Gewicht zwischen denen der leichteren und der schwereren Phase mit dem gelartigen Material zusammenwirkend die aus der Figur 7 ersichtliche Abdichtung zwischen den getrennten Phasen bildet.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich zum Trennen und G-etrennthalten von Fluiden mit wenigstens zwei verschiedenen Komponenten oder Phasen unterschiedlicher Dichte.
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Claims (6)

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    Patentansprüche
    .^Anordnung zur physikalischen und chemischen Trennung der Phasen eines mindestens zwei verschieden dichte Phasen enthaltenden, in einem Behälter gesammelten und durch Zentrifugieren trennbaren Fluids, bei der ein in dem Behälter befindliches gelartiges Material mit einem zwischen dem der zu trennenden Phasen liegenden spezifischen Gewicht sich beim Zentrifugieren in den Bereich der Grenzfläche der zentrifugierten Phasen nicht unterhalb derselben und an die Behälterwand legt und eine ununterbrochene, halbstarre Trennwand zwischen den Phasen bildet, nach Patent (Patentanmeldung P 23 59 670.5), dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktivatorelement (40) mit einem spezifischen Gewicht größer als das des gelartigen Materials (30) und einem kleineren Außendurchmesser als die lichte Weite des iTuidbehälters (12) anfangs, vor Einbringung des Fluids in den Behälter, in einer in das am geschlossenen Ende (15) des Behälters vorgesehene gelartige Material teilweise eingedrückten Stellung und im Abstand von den Behälterseitenwänden vorgesehen ist.
  2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivatorelement zylindrisch ist und eine dem geschlossenen Ende (15) des Behälters formentsprechendes Unterteil (42) hat.
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  3. 3. Vorrichtiing gemäß Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivatorelement ein am einen Ende geschlossener Hohlzylinder mit einem vor dem Zentrifugieren beim Eindrücken in das Gel (30) eine leichte Auftriebsenergie verleihenden Hohlvolumen ist.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende des Aktivatorelementes in Richtung zum offenen Behälterende liegt.
  5. 5. Vorrichtung gemäß irgend einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Behälterinnenwand liegende Außenfläche des Aktivatorelementes mit Längsrippen (52) versehen ist.
  6. 6. Verfahren zur Trennung eines zwei- oder mehrphasigen Fluids mit der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einbringen des gelartigen Materials in den Behälter aber vor Einführung des Fluids das Aktivatorelement in eine teilweise in das Gel eingedrückte, und dieses gegen Bewegung sichernde Lage gebracht wird, nach Einführung des Fluids dieses zentrifugiert und dabei das Aktivatorelement weiter in das Gel eingedrückt und dessen Bewegung durch den Zwischenraum zwischen Aktivatorelement und Behälterinnenwand nach oben in Richtung zum offenen Behälterende einleitet
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    ■und steuert, und das Gel im wesentlichen kollisionsfrei mit der schwereren Phase entlang der Behälterwand nach oben fließt, "bis es seine eine Barriere zwischen den getrennten Phasen bildende Endlage einnimmt.
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    Leerte
DE19752509145 1974-03-18 1975-03-03 Anordnung zum trennen mehrerer fluidphasen Granted DE2509145A1 (de)

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