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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zentrifugierorgan mit
einem Zentrifugierelement und einer Mehrzahl von Leitungen, wobei
dieses Organ so gestaltet ist, dass es sich um eine Achse dreht,
um die Bestandteile einer Flüssigkeit
und insbesondere von Blut aufzutrennen, und wobei die Mehrzahl von
Leitungen ein einziges röhrenförmiges Element
nach Anspruch 1 darstellt. Diese Erfindung bezieht sich ebenfalls
auf eine Verwendung dieses Organs nach Anspruch 5.
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Das
System, das es ermöglicht,
ein drehendes Organ durch einen Schlauch oder ein Kabel zu verbinden,
die eine offene Schleife bilden, deren eines Ende in seiner Drehung
fest mit der Achse des sich mit der Geschwindigkeit
2ω drehenden
Organs verbunden ist, während
ihr anderes, zum ersten Ende koaxiales Ende ortsfest ist und die
offene Schleife mit der Geschwindigkeit ω angetrieben wird, was eine
Drehung des Schlauches um seine eigene Achse mit der Geschwindigkeit
-ω bewirkt
und somit jede Verdrillung dieses Schlauches aufhebt, wird in der
US-Patentschrift 3 586 413 offenbart.
Dieses Prinzip, das es ermöglicht,
jegliche Dichtung zwischen dem Schlauch und dem sich drehenden Organ zu
vermeiden, hat in einer grossen Zahl von Zentrifugiervorrichtungen
Eingang gefunden. Angesichts der Geschwindigkeit des in einer Zentrifuge
sich drehenden Organs unterliegt der sich um sich selbst mit der Geschwindigkeit
-ω drehende
Schlauch einer Zugbeanspruchung, die durch die Zentrifugalkraft
hervorgerufen wird, einer Biegebeanspruchung, die durch die Drehung
des die offene Schleife bildenden Schlauchabschnitts um sich selbst
mit der Geschwindigkeit -ω verursacht
wird, sowie einer Erwärmung, die
durch die Arbeit der viskosen Kräfte
im Werkstoff wegen der oben erwähnten
Biegungen verursacht wird. Beim Zentrifugieren von Blut muss aber
die Temperaturerhöhung
kleiner als 5°C
sein.
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Die
Berücksichtigung
dieser verschiedenen Beanspruchungen hat zu Lösungen geführt, bei denen Zentrifugierorgane
von verhältnismässig flacher Gestalt
und einem 200 mm deutlich übersteigenden Durchmesser
verwendet werden, wobei die Drehgeschwindigkeit ω allgemein bei ungefähr 200 rad/s liegt,
aber in bestimmten Fällen
bis zu 400 rad/s ansteigt. Mit diesen Parameter kann die Drehgeschwindigkeit
begrenzt und die Biege- und
Zugbeanspruchung des Schlauches verringert, aber dennoch ein annehmbarer
Flüssigkeitsdurchsatz
erreicht werden. Diese Parameter, die bei Blutzentrifugen weit verbreitet
sind, führen
offensichtlich zu einem Zentrifugenrotor von verhältnismässig grossem Durchmesser.
In Anbetracht der Zentrifugalkräfte,
denen ein solcher Zentrifugenrotor unterworfen ist, und in Anbetracht seines
grossen Durchmessers muss dieser so ausgelegt sein, dass er diesen
Beanspruchungen standhält,
was zu einem Rotor von mehreren Kilogramm führt, so dass es wirtschaftlich
nicht mehr möglich
ist, einen Rotor dieses Typs in wegwerfbarer Form herzustellen,
insbesondere wenn es sich um eine Plasmaphorese zum Zweck der Plasmasammlung
handelt.
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Daher
ist in der
US-Patentschrift 4
076 169 ein wegwerfbares Gefäss für das Zentrifugieren einer Flüssigkeit
wie Blut, die suspendierte Teilchen enthält, vorgeschlagen worden. Da
ein solches wegwerfbares Gefäss
den Beanspruchungen des Zentrifugierens nicht standhalten würde, ist
es in einer Mulde untergebracht, die im Inneren eines Rotors ausgespart
wurde, der aus zwei ineinander verschachtelten, kreisförmigen Halbschalen
gebildet wird. Das Einbringen des Zentrifugiergefässes in
die Mulde des Rotors erfordert eine Demontage und Montage des Rotors,
eine Öffnung
des Rotors und das Einbringen des Zentrifugiergefässes.
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Eine
Lösung
des gleichen Typs wird in den Patentschriften
US 4 010 894 ,
US 4 834 890 ,
US 4 934 995 ,
US 5 690 602 ,
WO 88/05690 sowie
US 4 531 932 beschrieben. In allen
diesen Trennvorrichtungen besteht das wegwerfbare Trenngefäss aus einem
weichen Beutel, der in einem stützenden
Rotor angeordnet ist, was eine viel weniger leichte Handhabung als
mit einem starren Element mit sich bringt.
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Bei
anderen Lösungen
wie zum Beispiel der in der
US-Patentschrift
4 108 353 beschriebenen werden Zentrifugiergefässe auf
einem Rotor angebracht, der Elemente für die Positionierung und Verankerung
dieser Gefässe
aufweist. Wiederum erfordert hier das Anbringen dieser Gefässe eine
bestimmte Anzahl von Manipulationen, die heikel sind und Zeit beanspruchen.
Ausserdem verlangt ein solches System das Vorhandensein mehrerer
Gefässe in
gerader Zahl, damit der Zentrifugenrotor ausgewuchtet bleibt. Ein
solches System ist daher nicht für ein
mit der Blutabnahme direkt gekoppeltes Zentrifugieren geeignet.
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Die
einzigen starren Rotoren, die für
die Trennung der Blutkomponenten durch Zentrifugieren vorgeschlagen
worden sind, sind die in den
US-Patentschriften
4 330 080 ,
4 540 397 sowie
5 350 514 beschriebenen.
Ausser einem Trenngefäss
in Gestalt einer Scheibe von mehr als 200 mm Durchmesser umfasst
der Rotor einen röhrenförmigen Körper, auf dem
zwei ringförmige
Führungsflächen sowie
zwischen ihnen ein Zahnring, dafür
bestimmt, mit einem Antriebsritzel in Eingriff zu kommen, angebracht
sind.
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Die
Montage und Demontage dieses Rotors erfordert ein Wegspreizen einer
der drei Führungsrollen,
die sich mit jeder der ringförmigen
Oberflächen des
Rotors im Eingriff befinden. Da während des Zentrifugierens diese
abnehmbaren Rollen den Rotor sicher halten müssen, ist es notwendig, Mittel
zur Verriegelung dieser Rollen vorzusehen. Das Auswechseln dieser
wegwerfbaren Rotoren stellt daher einen komplizierten Arbeitsgang
dar, der angesichts der Gefahr, die eine unbeabsichtigte Loslösung des Rotors
während
des Zentrifugieren darstellen wurde, sorgfältig ausgeführt werden muss.
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Abgesehen
von diesen Problemen führen die
Abmessungen und die Auslegung dieser Rotoren zu schweren, platzbeanspruchenden
und teuren Geräten,
die für
die mit der Blutabnahme direkt gekoppelte Plasmaphorese nicht geeignet
sind. Während in
einer therapeutischen Anwendung der Preis eines wegwerfbaren Rotors
nicht von entscheidender Bedeutung ist, ist aber dieser Preis bei
der während
der Blutspendenaktionen ausgeführten
Plasmaphorese entscheidend. Wenn die Blutkörperchen und namentlich die
roten Blutkörperchen,
deren Erzeugung im Organismus eine lange Zeit beansprucht, dem Blutspender
wieder eingespritzt werden könnten, dann
könnte
dieser Blutspender sein Blut viel öfter spenden. Dies ist aber
nur realisierbar, wenn die Trennung des Plasmas von den Blutkörperchen gleichzeitig
mit der Blutabnahme erfolgen kann, und dafür sind Trenngefässe erforderlich,
die zu einem genügend
niedrigen Preis hergestellt sowie einfach und zuverlässig ausgewechselt
werden können.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, wenigstens teilweise
die Nachteile der oben erwähnten
Lösungen
abzustellen.
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Daher
hat diese Erfindung zuerst ein Zentrifugierorgan des oben erwähnten Typs
zum Gegenstand, wie es in Anspruch 1 definiert wird.
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Sie
hat weiterhin eine Verwendung dieses Zentrifugierorgans, wie sie
durch Anspruch 5 definiert wird, zum Gegenstand.
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Das
Zentrifugierorgan gemäss
der vorliegenden Erfindung erlaubt es, sein Gewicht um fast einen Faktor
von fünf
gegenüber
den bekannten starren wegwerfbaren Organen zu verringern. Durch
diese Gewichtsverringerung, durch die auch ein kompakteres Zentrifugierorgan
ermöglicht
wird, können
das Gewicht des Zentrifugiergeräts
und sein Platzbedarf verringert werden, während gleichzeitig seine Handhabung
vereinfacht wird. Dieses Zentrifugierorgan eröffnet daher ein neues Anwendungsgebiet
für die Zentrifugiervorrichtung,
in der dieses Organ benutzt wird, da durch ihr kleineres Gewicht
und ihren geringeren Platzbedarf ihr Transport erleichtert wird.
Ausser ihren bekannten Anwendungen im Krankenhaus kann sie in Blutspendefahrzeugen
eingesetzt werden und erlaubt es, einem Blutspender seine eigenen
roten Blutkörperchen
wieder einzuspritzen.
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Weitere
Vorteile dieses Zentrifugierorgans und der Zentrifugiervorrichtung,
in der dieses Organ benutzt wird, werden im Verlauf der folgenden,
mit Hilfe der beigefügten
Zeichnung gegebenen Beschreibung einer Ausführungsform dieses Zentrifugierorgans
und der Vorrichtung, in der dieses Zentrifugierorgan benutzt wird,
ersichtlich werden, wobei:
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1 eine
geschnittene Aufrissansicht dieser Ausführungsform ist;
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2 eine
geschnittene Teilansicht entlang der Linie II-II der 1 ist,
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3 eine
schematische Darstellung der Kinematik des Antriebsmechanismus ist
und
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4 eine
vergrösserte,
geschnittene Ansicht entlang der Linie IV-IV der 1 ist.
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5 ist
eine geschnittene Teilansicht einer Variante der Ausführungsform
der 1,
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6 ist
eine Ansicht entlang der Linie VI-VI der 5,
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7 ist
eine den 1 und 5 ähnliche Ansicht
einer weiteren Variante.
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Das
in 1 veranschaulichte Zentrifugiergerät, das namentlich
für die
Plasmaphorese bestimmt ist, umfasst einen Zentrifugenrotor, der
die Gestalt einer Scheibe 1 aufweist, die am Ende eines röhrenförmigen Körpers 1a angebracht
ist, der in zwei Kugellager P1, P2 drehbar montiert ist. Dieser Zentrifugenrotor 1 trägt ein Zentrifugierorgan,
das ein Zentrifugierelement in Gestalt eines wegwerfbaren Zentrifugiergefässes 2 aufweist,
das seinerseits durch Zusammenfügen
zweier miteinander verschweisster oder verklebter Teile gebildet
wird, eines unteren Teils, der aus einer Scheibe 2a besteht,
und eines oberen Teils 2b, der zwei zylindrische und konzentrische
Seitenwände
aufweist, eine innere 2c und eine äussere 2d, zwischen
denen ein ringförmiger Trennraum 3 ausgespart
ist (1 und 2). Drei radiale Kanäle 4, 5, 6,
die in den oberen Teil 2b des Zentrifugiergefässes 2 eingelassen
sind, verbinden diesen ringförmigen
Trennraum 3 mit der Mitte dieses Gefässes 2. Der Kanal 4 stellt
den Kanal für
die Zufuhr des zu zentrifugierenden Blutes dar. Er weist eine Trennwand 7 auf,
die sich an die Seitenwand 2d des ringförmigen Trenn raumes 3 anschliesst,
während
die andere Wand dieses Zufuhrkanals 4 an der inneren Seitenwand 2c dieses
Trennraumes 3 aufhört.
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Die
Trennwand 7 dient ausserdem dazu, den Kanal 4 vom
Kanal 5 zu trennen, der dazu bestimmt ist, die Blutkörperchen
wiederzugewinnen, und dessen andere Trennwand 8 in einem
bestimmten Abstand von der äusseren
Seitenwand 2d des ringförmigen
Trennraumes 3 aufhört.
Diese Trennwand 8 trennt somit die Kanäle 5 und 6 bzw.
bringt sie mit der Aussenseite des ringförmigen Trennraumes 3 in
Verbindung, d.h. trennt den Teil, wo sich die Blutkörperchen
konzentrieren, von dem Teil geringerer Dichte, wo sich das Plasma
konzentriert. Offensichtlich ist eine weitere Auftrennung der wiedergewonnenen Blutkörperchen
möglich,
um die roten Blutkörperchen,
die weissen Blutkörperchen
und die Blutplättchen
zu trennen. In einer Variante des Gefässes 2 könnte man
sich auch vorstellen, mehr als zwei Ausgangskanäle zu haben, um diese Trennung
zu erreichen.
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Diese
drei Kanäle 4, 5 und 6 münden in
der Mitte des Gefässes 2,
wo sie mit drei Röhren 4a, 5a bzw. 6a (4)
verbunden sind, die bevorzugt parallel in ein und demselben schmiegsamen
röhrenförmigen Element 9 untergebracht
sind. Der Teil dieses röhrenförmigen Elements 9,
der an sein mit den Kanälen 4, 5 und 6 verbundenes
Ende angrenzt, wird in einem röhrenförmigen Lager 10 gehalten,
das koaxial zur Drehachse des Gefässes 2 ausgebildet
ist, und zwar auf dem oberen Teil 2b dieses Gefässes. Die Querschnitte
der drei Röhren 4a, 5a, 6a sind
elliptisch, die grossen Achsen dieser Ellipsen sind tangential zu
zumindest einem zur Längsachse
des röhrenförmigen Elements 9 konzentrischen
Kreis. Diese Ausrichtung der elliptischen Querschnitte der Röhren 4a, 5a, 6a erleichtert
die Drehung des röhrenförmigen Elements
um seine Längsachse.
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Aus
dem Vorstehenden geht hervor, dass der bewegliche und nach jedem
Gebrauch wegzuwerfende Teil aus nur drei Stücken besteht, nämlich dem Gefäss 2,
das aus den beiden miteinander verschweissten oder verklebten Teilen 2a und 2b gebildet
wird, und dem röhrenförmigen Element 9.
Ausserdem verlangt diese Baugruppe keinerlei Dichtung. Diese Baugruppe
ist in der hierunter beschriebenen Art und Weise abnehmbar an den
Zentrifugenrotor 1 angeschlossen.
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Der
Boden der Scheibe, die den unteren Teil 2a des Gefässes 2 darstellt,
trägt ein
Ankopplungselement, das aus einem zylindrischen Zapfen oder Bolzen 11 besteht,
der eine Rille 11a von halbkreisförmigem Querschnitt aufweist,
die an ein kegelstumpfförmiges
Ende 11b angrenzt. Dieser Ankopplungsbolzen 11 greift
in ein Ankopplungselement ein, das aus einem Ring 12 eines
Ankopplungsmechanismus 13 gebildet wird, wobei dieser Ring
und dieser Ankopplungsmechanismus im röhrenförmigen Teil 1a des
Rotors 1 untergebracht sind.
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Der
Ankopplungsmechanismus 13 umfasst ein Ankopplungsorgan,
das in dieser Ausführungsform
aus einem Kugelkranz 16 besteht, der sich am inneren Ende
des axialen Durchgangs befindet, der durch den fest mit dem röhrenförmigen Teil 1a des Rotors 1 verbundenen
Ring 12 gebildet wird. Ein röhrenförmiger Kolben 17 ist
gleitend in den röhrenförmigen Teil 1a eingesetzt.
Sein oberes Ende läuft
in eine trichterförmige
Fläche 17a aus.
Dieser röhrenförmige Kolben 17 wird
durch eine zwischen einem Ende des röhrenförmigen Teils 1a des
Rotors 1 und einer Auflagefläche des röhrenförmigen Kolbens 17 eingespannte
Schraubenfeder 18 axial gegen das innere Ende des Rings 12 gedrückt. Dieser
Axialdruck in Richtung auf den Ring 12 und die Gestalt
des Trichters 17a wirken sich so aus, dass Zentripetalkräfte auf
den Kugelkranz 16 ausgeübt
werden, die die Kugeln in die Rille 11a des Ankopplungszapfens 11 des Gefässes 2 drücken.
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Um
zu vermeiden, dass sich diese Kugeln in die axiale Öffnung des
Rings 12 eindrücken,
während der
Ankopplungszapfen 11 herausgenommen wird, ist ein zweiter
Kolben 14 gleitend im Inneren des röhrenförmigen Kolbens 17 montiert,
und eine zweite Schraubenfeder 19 drückt ihn axial gegen das Ende des
Ankopplungsorgans 11.
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In
einer Variante könnte
der Kugelkranz 16 durch eine geschlitzte Ringfeder vom
Typ eines Klaviersaitendrahtes oder auch durch eine eine Ringfeder
bildende Sprungfeder ersetzt werden, deren beide Enden dann unter
dem Druck der Schraubenfeder 18 durch den Trichter 17a einander
genähert
würden und
deren Durchmesser somit verringert würde, um sie mit der Rille 11a des
Ankopplungszapfens im Eingriff zu halten.
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Das äussere Ende
des röhrenförmigen Kolbens 17 ist
fest mit einem Greiforgan 20 verbunden, das es gestatten
soll, einen axialen Zug gegen den Druck der Feder 18 auszuüben, damit
sich die Kugeln 16 nach aussen verschieben können. Der
dem Axialdruck der Feder 19 ausgesetzte Kolben 14 kann dann
das Gefäss 2 nach
oben hin auswerfen und gleichzeitig die Kugeln 16 auseinandergespreizt
halten.
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Wie
man in der 1 bemerken kann, weist die Oberseite
der Scheibe, die dieses Gefäss 2 trägt, um eine
gute Einspannung des Gefässes 2 auf
dem Rotor 1 zu gewährleisten,
eine leichte Aussparung 1b auf, die einen guten Kontakt
mit der peripheren Ringfläche
dieser Scheibe gewährleistet.
Ausserdem kann die axiale Position der Rille 11a des Ankopplungszapfens 11 so
gewählt
werden, dass sie sich normalerweise erst zu einem sehr kleinen Teil
im axialen Durchlass des Rings 12 befindet, so dass das Eingreifen
der Kugeln 16 in diese Rille 11a ein sehr leichtes
Durchbiegen der Mitte des Bodens des Gefässes 2 hervorruft,
das durch die Aussparung 1b der Scheibe des Rotors 1 ermöglicht wird
und somit einen genügend
guten Kontakt zwischen dieser Scheibe und dem Gefäss 2 gewährleistet,
um einen Antrieb dieses Gefässes
durch Reibung zu garantieren.
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Die
Kugellager P1, P2 des röhrenförmigen Teils 1a des
Rotors sind in ein Stützelement 21 montiert,
das auf einer Platte 22 befestigt ist, die ihrerseits an
einer oberen Scheibe 26 durch vier Säulen 15 befestigt
ist, von denen die beiden hinter dem Gefäss 2 befindlichen
in den 1 und 3 sichtbar sind, während die
anderen beiden symmetrisch zu einer zur Achse des Rotors 1 parallelen
Antriebswelle 23 angeordnet sind. Dank dieser Anordnung
ist die der Antriebswelle gegenüberliegende
Seite des Zentrifugiergeräts
frei, was die Einführung
des Gefässes 2 von
der Seite und das Einsetzen des röhrenförmigen Elements 9 ermöglicht.
Dadurch kann bequem auf das Zentrifugiergefäss 2 zugegriffen werden,
und es kann leicht eingesetzt und abgenommen werden.
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Die
Antriebswelle 23 ist durch zwei Kugellager 24, 25,
die fest mit der Platte 22 bzw. mit der über dem
Gefäss 2 befindlichen
oberen Scheibe 26 verbunden sind, drehbar gelagert. Diese
obere Scheibe 26 ist fest mit der Antriebswelle 27 eines
Motors 28 verbunden, die koaxial zur Drehachse des Rotors 1 verläuft. Das
Ende der Welle 23, die sich über die Scheibe 26 hinaus
erstreckt, ist fest mit einem Planetenritzel 29 verbunden,
das sich mit einem feststehenden Ritzel 30 im Eingriff
befindet. Das Verhältnis der
Durchmesser des Planetenritzels 29 und des feststehenden
Ritzels 30 ist 1:1, so dass die Drehgeschwindigkeit der
Welle 23 um ihre Achse 2ω beträgt, wenn Platte 26 die
Drehgeschwindigkeit ω hat. Das
untere Ende dieser Welle 23 trägt ein Zahnritzel 31,
das über
einen Zahnriemen 32 mit einem Zahnritzel 33 verbunden
ist, das den gleichen Durchmesser wie das Zahnritzel 31 hat,
so dass der Rotor 1 mit der Geschwindigkeit 2ω angetrieben
wird.
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Das
röhrenförmige, schmiegsame
Element
9 bildet eine offene Schleife, deren eines Ende
9a ortsfest
und koaxial zur Drehachse des Rotors
1 ist. Dieses Ende
9a wird
in einem röhrenförmigen Anschlusslager
10' befestigt und
gehalten, das dem Lager
10 ähnlich ist, das das andere
Ende dieses röhrenförmigen Elements
9 hält. Jedes
dieser röhrenförmigen Elemente
10 und
10' weist eine
Art von Trichter
10a bzw.
10'a auf (
5), die
für diesen Teil
des röhrenförmigen Elements
9 eine
Stütze
darstellen, wenn es der Zentifugalkraft ausgesetzt ist. Diese Schleife
läuft durch
eine Öffnung
22a,
die in die Platte
22 eingelassen ist, so dass sie mit der
Geschwindigkeit ω um
die Drehachse des Rotors
1 angetrieben wird, während ihr
fest mit der Mitte des Gefässes
2 verbundenes
Ende mit der Geschwindigkeit
2ω angetrieben wird und
ihr anderes Ende
9a ortsfest ist, so dass das schmiegsame
Element zwischen diesen beiden Enden mit der Geschwindigkeit -ω um seine Langsachse
angetrieben wird, wodurch jede Ansammlung von Verdrillung zwischen
diesen beiden Enden aufgehoben wird. Dieses Prinzip ist seit der
US-Patentschrift 3 586 413 von
Adams wohl bekannt. Eine Stützfläche
22b,
die fest mit der Platte
22 verbunden ist, dient dazu, die
Verformung des röhrenförmigen Elements
9 unter
der Einwirkung der Zentrifugalkraft zu begrenzen. Die Führungsteile
des röhrenförmigen Elements
9 bestehen
bevorzugt aus einem selbstschmierenden Material oder einem Material
mit niedrigem Reibungskoeffizienten wie Oilamid
®, Bronze-Teflon
® oder
Valflon
®.
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Abwärts vom
ortsfesten Ende 9a des röhrenförmigen Elements 9 trennen
sich die drei Röhren 4a, 5a, 6a,
und die Plasmaröhre 6a ist
mit einem Reglerventil 34 verbunden, dessen Durchfluss
von der Position der Grenzfläche
zwischen dem Plasma und den Blutkörperchen im Trennraum 3 abhängt.
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Zu
diesem Zweck ist ein Doppelprisma 3a am oberen Ende des
Trennraums 3 angebracht und ist zusammen mit dem oberen
Teil 2b des Gefässes 2 als
ein Stück
gespritzt worden. Der Abschnitt dieses Doppelprismas 3a,
der durch die Blutkörperchen bedeckt
ist, die durch die Zentrifugalkraft infolge der Drehung des Gefässes 2 vom
Plasma abgetrennt worden sind, ist undurchsichtig, während der
Abschnitt, der ins Plasma ragt, durchsichtig ist. Eine optische
Vorrichtung 35, die aus einem Laser und einem photoelektrischen
Detektor besteht, ist diesem Prisma 3a gegenüber angeordnet,
so dass der photoelektrische Detektor das Licht empfängt, das
durch den Abschnitt des Doppelprismas 3a reflektiert wird, der
ins durchsichtige Plasma ragt. Bei jeder Umdrehung des Gefässes 2 wird
somit ein Signal von einer Dauer, die dem Winkel der durchsichtigen
Zone des Doppelprismas 3a proportional ist, an einen Verstärker 36 geliefert,
dessen Ausgang mit dem Proportionalventil 34 verbunden
ist. Je nachdem, ob diese durchsichtige Zone sich vergrössert oder
verkleinert, steuert der Verstärker 36 das
Proportionalventil 34 so, dass es den Querschnitt der Röhre 6a für die Entnahme
von Plasma verkleinert bzw. vergrössert, und ermöglicht es
durch diese Regelung, das Gleichgewicht zwischen den Strömen in den Austrittsröhren 5a und 6a aufrechtzuerhalten,
und zwar in Abhängigkeit
von einem Eintrittsstrom, der durch die Blutspeisepumpe in der Röhre 4a bestimmt
wird, die ihrerseits vom Venendruck im Arm des Blutspenders abhängt.
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Die
Abmessungen des Zentrifugiergefässes 2 und
des röhrenförmigen Elements 9,
das die offene Schleife bildet, sind so gewählt, dass sie es gestatten,
den Platzbedarf, das Gewicht, den Preis und das Volumen sowohl dieses
Gefässes 2 als
auch des ganzen Zentrifugiergeräts
zu verringern, dessen Abmessungen im Wesentlichen vom Durchmesser
des Zentrifugiergefässes
abhängen.
Wenn der Durchmesser sinkt, muss die Geschwindigkeit erhöht werden.
Die Erhöhung
der Geschwindigkeit kann durch eine Vergrösserung der Höhe des Zentrifugierraumes 3 begrenzt
werden, so dass die resultierende maximale Durchflussmenge praktisch
konstant bleibt, wobei diese durch das Erreichen einer guten Sedimentation
der Blutkörperchen
bestimmt ist.
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Zum
Beispiel beträgt
der Durchmesser des Gefässes
80 mm, während
seine Höhe
im Wesentlichen seinem Radius gleicht. Ein solcher Durchmesser entspricht
etwa einem Drittel des Durchmessers von Trennrotoren des Standes
der Technik. Folglich entspricht die Länge der offenen Schleife, die
durch die röhrenförmige Leitung 9 gebildet
wird, im Wesentlichen einem Drittel der Schleifen des Standes der Technik.
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Indem
der Radius des Gefässes 2 und
somit die Länge
der durch die röhrenförmige Leitung 9 gebildeten
Schleife verringert wird, kann die Zugkraft, die auf sie durch die
Zentrifugalkraft ausgeübt
wird, der sie unterworfen ist, auf einem konstanten Wert gehalten
werden. Anstelle von drei Röhren
von 4 mm Durchmesser haben wir ein einziges röhrenförmiges Element 9 von
7 mm Durchmesser, so dass der resultierende Querschnitt der gleiche
ist, nämlich
0,38 cm2. Das Material des röhrenförmigen Elements
ist Weich-PVC oder
Silicon, dessen spezifisches Gewicht 1,2 g/cm3 beträgt, wie
im Stande der Technik. Da die Länge
der offenen Schleife des röhrenförmigen Elements 9 auf
ein Drittel der Länge
des Standes der Technik verringert ist, entspricht die Masse dieses
röhrenförmigen Elements
also auch im Wesentlichen einem Drittel. Der Radius der offenen
Schleife ist praktisch ebenfalls auf ein Drittel verringert.
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Die
auf dieses Rohr ausgeübte
Zugkraft F beträgt F = mω2·R.
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Im
Stande der Technik erhält
man bei einer Geschwindigkeit der Schleife von 1000 U/min (ω ≈ 100), was
der Hälfte
der Rotorgeschwindigkeit von 2000 U/min entspricht, und bei einem
Radius der Schleife von 0,13 m eine Kraft von F
= 0,014·1002·0,13
= 18,2 N.
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Im
Falle des Beispiels gemäss
der vorliegenden Erfindung beträgt
bei einer Masse von 0,0046 kg, einer Geschwindigkeit der Schleife
von 3000 U/min (entsprechend einer Geschwindigkeit des Rotors 1 von
6000 U/min) und einem Radius der Schleife von 0,045 m die Kraft F = 0,0046·3002·0,045
= 18,6 N.
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Die
Zugbeanspruchung beträgt σ =
F/S = 18/38 = 0,47 N/mm2,da der Wert
der Biegewechselbeanspruchung des röhrenförmigen Elements σ = E·r/Rbeträgt, wo r
der Radius des röhrenförmigen Elements
und R der Radius der durch dieses röhrenförmige Element gebildeten Schleife
ist.
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Da
der Radius R im Falle der vorliegenden Erfindung kleiner ist, muss
man r und E verringern, um σ zu
verkleinern. Im gegebenen Beispiel E = 4 N/mm2 und σbruch =
12 N/mm2. Bei einer Biegebeanspruchung,
die einer Million Biegewechseln entspricht, d.h. einer Funktionsdauer
von 5,5 Stunden, wird dieser Wert um einen Faktor von fünf verringert, um
der zusätzlichen
Ermüdung
Rechnung zu tragen, so dass σbruch für
eine Biegewechselbeanspruchung mm 2,4 N/mm2 ist,
und σ =
4·3,5/30
= 0,47 N/mm2,d.h. ein Sicherheitsfaktor
von 2,4/0,47 ≈ 5.
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Dieses
Bemessungsbeispiel zeigt, dass es durchaus möglich ist, den Durchmesser
des Trennraumes sehr wesentlich zu verringern, ohne Leistung zu
verlieren und ohne die Beanspruchungen zu erhöhen, solange bestimmte Massnahmen
dazu getroffen werden. Diese Verringerung des Durchmessers erlaubt
es nun, die Grösse
des Geräts
sehr bedeutend zu reduzieren. Dadurch kann ein viel kompakteres, leichteres
und billiger herzustellendes Gerät
erlangt werden. Da dieses Gerät
wenig Platz beansprucht, können
mehr Geräte
auf einer gleichen Fläche
installiert werden, was namentlich im Falle der Busse wichtig ist,
die für
die Sammlung von Plasma verwendet werden und wo der Platz beschränkt ist.
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Beispielsweise
wiegt das erfindungsgemässe
rotierende Teil etwa 600 g, während
Rotoren von Geräten
des Standes der Technik praktisch fünfmal so viel wiegen. Das ist
der Grund dafür,
dass bei der Blutspende die Plasmaphorese allgemein nicht direkt ausgeführt wird,
sondern das Blut in Beuteln gesammelt wird, die dann in sehr grosse
Zentrifugen gelegt werden. In diesem Falle ist es nicht mehr möglich, dem
Blutspender seine roten Blutkörperchen
zurückzugeben.
Nun ist aber die Zeit, die der Organismus braucht, um die Menge
der roten Blutkörperchen
wieder herzustellen, lang, wodurch sich erklärt, dass zwischen zwei Blutspenden
eines gleichen Blutspenders notwendigerweise mehrere Monate vergehen
müssen,
was nicht nötig
wäre, wenn
ihm die roten Blutkörperchen
nach der Auftrennung wieder eingespritzt werden könnten. Dies
ist aber nur möglich,
wenn die Auftrennung gleichzeitig mit der Blutabnahme erfolgt.
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Andere
Typen von Maschinen existieren, die mit einem Zentrifugiergefäss zum Einmalgebrauch funktionieren,
aber diese verlangen eine Drehkupplung, was zu einer teureren Lösung führt und
es nicht erlaubt, die Zuführung
der zu zentrifugierenden Flüssigkeit
und die Entnahme der aufgetrennten Bestandteile gleichzeitig auszuführen, so
dass es nötig ist,
die Zuführung
und die Entnahme im Wechsel auszuführen, was zu einem grossen
extrakorporalen Volumen führt.
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Die
Bedeutung von leichten und wenig Platz beanspruchenden Zentrifugiergeräten und
insbesondere von wegwerfbaren Trennräumen, die zu einem niedrigen
Preis hergestellt werden können,
ist daher offensichtlich. Ein leichtes Auswechseln dieser Trennräume oder
Trenngefässe
ist folglich ebenfalls eine Notwendigkeit. Nur die Zusammenführung aller dieser
Bedingungen kann einen Ersatz der derzeitigen Plasmasammelmethoden
ermöglichen.
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Ein
weiterer wichtiger Aspekt dieser Erfindung liegt in der Tatsache,
dass der komplette Kreislauf der Flüssigkeit bei dem Überdruck
erfolgt, mit dem das Blut in das Zentrifugiergefäss 2 gebracht wird.
Dieser Überdruck
muss die Druckverluste kompensieren, die durch die Zufuhrleitung 4a sowie durch
die Röhren
für die
Wiedergewinnung von Blutkörperchen 5a und
von Plasma 6a verursacht werden. Um diesen Überdruck
zu erzeugen, kann man vorteilhaft eine Schlauchpumpe verwenden,
die dazu dient, die erwünschte
Durchflussmenge am Eingang zu gewährleisten. Somit ist keine
Schlauchpumpe zum Absaugen der austretenden Bestandteile erforderlich,
da die Regelung des Plasmastromes durch das Reglerventil 34 erfolgt,
das durch seinen Servomechanismus in Ab hängigkeit von der Position der Grenze
zwischen dem Plasma und den Blutkörperchen gesteuert wird.
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Es
versteht sich, dass dieses Gerät,
das insbesondere für
einen Einsatz zur laufenden Plasmaphorese während der Blutabnahme geeignet
ist, natürlich
auch in Anwendungen einer therapeutischen Natur eingesetzt werden
kann. Es konnte nämlich festgestellt
werden, dass das röhrenförmige Element 9,
das die drei Röhren 4a, 5a, 6a einschliesst,
mit einem Sicherheitsfaktor von fünf für einen Dauereinsatz von über fünf Stunden
berechnet ist, was seinen Einsatz in allen voraussehbaren Anwendungen
ermöglicht.
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Das
den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Gerät kann auch
für das
Waschen der Blutkörperchen
eingesetzt werden, indem die zu waschenden Zellen und eine Waschflüssigkeit
abwechselnd mit geeigneten und im Fach bekannten Mitteln eingeführt werden.
In einer Abwandlung könnte
die Waschflüssigkeit
durch eine zusätzliche
Röhre eingeführt werden,
die es gestattet, die Auftrennung und das Waschen gleichzeitig auszuführen. In
diesem Falle müsste
das röhrenförmige Element 9 dann
vier statt der drei dargestellten Röhren enthalten.
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In
der in 5 und 6 veranschaulichten Variante
sind die beiden Scheiben 22 und 26 der vorangehenden
Ausführungsform
durch zwei diametrale Arme 22' und 26' ersetzt worden, die zusammen mit
zwei diametral entgegengesetzten Pfosten 37 und 38 aus
einem einzigen Aluminiumstück
gefertigt sind. Der Arm 26' weist
eine Nabe 26'a auf,
die auf die Welle 27 des Motors 28 aufgezogen
ist. Der Pfosten 37 weist einen zylindrischen Durchgang 39 auf, der
dazu bestimmt ist, die Antriebswelle 23 aufzunehmen. Der
andere Pfosten 38 ist fest mit einer Stütze 40 verbunden,
die eine Führungsrinne 41 für das röhrenförmige Element 9 aufweist.
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Die
Stütze 40 ist
dafür ausgelegt,
das schmiegsame röhrenförmige Element 9 in
dem Bereich abzustützen,
wo sein Radius am grössten
und daher die Zentrifugalkraft am höchsten ist. Der Trichter 10a seinerseits
stützt
den mittleren Abschnitt des röhrenförmigen Elements 9 ab.
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Um
die Reibung zwischen der Rinne 41 der Stütze 40 und
dem röhrenförmigen Element 9 während der
Drehung des Geräts
zu verringern, besteht die Stütze 40 wie
auch die Stütze 22b der
Ausführungsform
der 1 aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten.
Ausser den bereits zitierten Materialien könnte auch ein Polyethylen hohen
Molekulargewichts (PEHMW) eingesetzt werden. Das Gleiten kann weiter
dadurch begünstigt werden,
dass bei der Herstellung des röhrenförmigen Elements 9,
sofern es aus PVC besteht, ein Weichmacher auf der Basis von Siliciumdioxid
eingesetzt wird, der seine Oberfläche gleitfähiger macht. Es ist ferner
möglich,
die Reibung zu verringern, indem die Kontaktfläche der Rinne 41 durch
Riefen, eventuell in Gestalt von Verdrillungen, verringert wird.
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Einer
letzten, in 7 veranschaulichten Variante
zufolge werden in der Rinne der Stütze 40 Walzen 42 angeordnet,
die frei um Achsen rotieren, die zur Achse des röhrenförmigen Elements 9 parallel verlaufen.
Diese Walzen 42 werden durch die Drehung des röhrenförmigen Elements 9 um
sich selbst angetrieben.
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Der übrige Teil
des Zentrifugiergeräts
entspricht der vorher beschriebenen Ausführungsform. Die unter Bezugnahme
auf 5 und 6 beschriebene Variante erleichtert
die Auswuchtung und ermöglicht
eine Erhöhung
der Sicherheit des Geräts, wenn
dieses sich mit der Zentrifugiergeschwindigkeit dreht. Sie verbessert
auch die Führung
und Halterung des röhrenförmigen Elements 9,
das somit der Zentrifugalkraft sehr wenig ausgesetzt ist.