[0001] Die Erfindung betrifft eine Zentrifugenkammer für einen Zellseparator, insbesondere
zur Trennung von Blut in mehrere Fraktionen.
[0002] Zur Trennung von Vollblut in seine einzelnen Bestandteile finden Zellseparatoren
Verwendung, die über eine Zentrifugenkammer verfügen.
[0003] Die Zentrifugenkammer der bekannten Zellseparatoren weist einen Separationskanal
auf, in den die zu separierende Zellsuspension geleitet wird. Unter dem Einfluß der
Zentrifugalkraft erfolgt in dem Separationskanal eine Trennung in verschiedene Fraktionen,
beispielsweise Thrombozyten (PLT), Erythrozyten (RBC), thrombozytenreiches Plasma
(PRP) und thrombozytenarmes Plasma (PPP), die aus der Kammer abgezogen werden.
[0004] Die Zentrifugenkammer der bekannten Zellseparatoren zum Trennen von Blut in mehrere
Fraktionen ist im allgemeinen zur einmaligen Verwendung bestimmt. Es sind ein- und
zweiteilige Zentrifugenkammern bekannt. Bei den zweiteiligen Zentrifugenkammern wird
der Separationskanal von einem flexiblem Folienteil gebildet, das in eine starre Aufnahmeeinheit
eingelegt wird.
[0005] Der Separationskanal der bekannten ein- oder zweiteiligen Zentrifugenkammern ist
ein- oder mehrstufig ausgebildet.
[0006] Zentrifugenkammern mit mehrstufigem Separationskanal haben den Nachteil, daß durch
Verwirbelungen im Übergangsbereich zwischen den einzelnen Kanalabschnitten bereits
getrennte Zellen in eine andere Fraktion mitgerissen werden können. So besteht beispielsweise
die Gefahr, daß bereits getrennte Thrombozyten teilweise oder vollständig mit dem
Plasma vermischt oder Leukozyten als Vereinigung aufgewirbelt werden.
[0007] Einstufige Separationskammern dagegen zeichnen sich bislang durch unsaubere oder
unzureichende Trennung insbesondere von Thrombozyten aus, da hier die Thrombozyten
aus dem sogenannten Buffy-Coat gewonnen werden, der naturgemäß mit Leukozyten stark
verunreinigt ist.
[0008] Die DE-A-28 21 055 beschreibt eine mehrstufige Zentrifugenkammer zum Trennen von
Blut in mehrere Fraktionen, deren Separationskanal aus mehreren kreisbogenförmigen
Abschnitten mit unterschiedlichen Radien besteht, die durch Übergangsbereiche oder
Dämme deutlich voneinander getrennt sind. Die Abschnitte des Kanals unterscheiden
sich deutlich in ihrer Steigung, wobei die Steigung des Kanalabschnitts an der Übergangsstelle
zu dem sich daran anschließenden Abschnitt einen Knickpunkt aufweist.
[0009] Eine Zentrifugenkammer, deren Separationskanal aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt
ist, ist auch aus der US-A-4 342 420 bekannt. Der Separationskanal weist einen nach
außen laufenden Eingangsbereich, einen auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse verlaufenden
mittleren Bereich und einen auf die Rotationsachse zulaufenden Endbereich auf.
[0010] Die US-A-4 356 958 offenbart eine einstufige Separationskammer mit einem spiralförmigen
Separationskanal. Der Separationskanal ist derart ausgebildet, daß er nicht auf die
Rotationsachse der Kammer zuläuft, sondern im Randbereich der Kammer ausläuft.
[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifugenkammer für einen Zellseparator
zu schaffen, in der die Trennung der Zellsuspension sehr gleichmäßig und kontaminationsfrei
erfolgt.
[0012] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
[0013] Es hat sich gezeigt, daß eine sehr gleichmäßige und kontaminationsfreie Trennung
der Zellsuspension mit einer stetig verlaufenden Kanalform erreicht wird, bei der
die Steigung konstant oder progressiv zunehmend ausgelegt ist.
[0014] Aufgrund des kontinuierlichen spiralförmigen Verlaufs der einzelnen Abschnitte des
Separationskanals ohne Unstetigkeitsstellen werden Turbolenzen vermieden, so daß sich
eine laminare Strömung in dem Kanal ausbilden kann.
[0015] Der Separationskanal kann aus einem oder mehreren Kanalabschnitten zusammengesetzt
sein, wobei zwischen den einzelnen Kanalabschnitten Bereiche liegen, an denen Flüssigkeit
der Separationskammer zugeführt oder Flüssigkeit abgeführt wird. In diesen Bereichen
kann die Innen- und Außenwand des Separationskanals naturgemäß keinen stetigen Verlauf
haben.
[0016] Die erfindungsgemäße Zentrifugenkammer findet insbesondere zur Trennung von Vollblut
in mehrere Fraktionen, nämlich Erythrozyten und/oder Thrombozyten und/oder Plasma
Verwendung.
[0017] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der. Unteransprüche.
[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Separationskanal bis nahe
an das Zentrum der Rotationsachse der Zentrifugenkammer.
[0019] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Zentrifugenkammer ist der Auslaß
für die Erythrozytenfraktion an dem radial außen liegenden Ende des Kanals angeordnet,
während der Auslaß für die Plasmafraktion an dem radial innen liegenden Ende des Kanals
angeordnet ist. Der Einlaß für die zu separierende Zellsuspension ist vorzugsweise
zwischen dem Auslaß für die Erythrozytenfraktion und dem Auslaß für die Plasmafraktion
angeordnet. Der Auslaß für die Thrombozytenfraktion ist vorzugsweise zwischen dem
Einlaß für Blut und dem Auslaß für die Plasmafraktion angeordnet.
[0020] Bei dieser bevorzugten Ansführungsform kommen die Vorteile der Zentrifugenkammer,
deren Separationskanal eine progressive Steigung aufweist, besonders zum Tragen. Mit
der progressiven Steigung des Kanals wird erreicht, daß Erythrozyten in den radial
außen liegenden Bereichen des Kanals nicht zu kompakt gepackt werden. Der Hämatokritwert
der Erythrozyten kann daher in den radial außen liegenden Bereichen einen Maximalwert
von 80 bis 90 % Hkt nicht überschreiten. Dies ist insofern von Vorteil, als hohe Hämatokritwerte
in den Außenbereichen des Kanals eine radial nach innen gerichtete Strömung von Thrombozyten
in das Plasma behindert. Darüber hinaus wird sichergestellt, daß Plasma ungehindert
über die gesamte Länge des Kanals radial nach innen zum Plasmaauslaß fließen kann.
[0021] Weil sich die Steigung mit abnehmender Zentrifugalkraft zunehmend erhöht, können
Thrombozyten infolge der Zentrifugalkraft aus weiter innen liegenden Bereichen des
Kanals zum Thrombozytenauslaß zurückfallen.
[0022] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Auslaß für die Thrombozyten
in einer sich über die gesamte Höhe des Separationskanals erstreckenden Vertiefung
an der radial außen liegenden Seitenwand des Kanals angeordnet, aus der sich die Thrombozyten
mit großer Effektivität abziehen lassen. In diese Vertiefung fallen sowohl die Thrombozyten,
die durch den Plasmafluß von der Buffy-Coat-Schicht auf den Erythrozyten zum Plasmaauslaß
mitgerissen werden als auch die Thrombozyten, die durch die progressive Steigerung
des Kanals von radial innen liegenden Bereichen zurückfallen und in die Vertiefung
gelangen.
[0023] Der Auslaß für die Thrombozyten befindet sich vorteilhafterweise in der unteren Hälfte
der Vertiefung, vorzugsweise im radial außen liegenden Teil der Vertiefung.
[0024] Der Separationskanal mit dem Erythrozytenauslaß an dem radial außen liegenden und
dem Plasmaauslaß am radial innen liegenden Ende läßt sich beim Vorfüllen mit Lösungen
oder Blut leicht entlüften, weil die Luftblasen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft
zum radial innen liegenden Ende getrieben werden, wo sie durch den Plasmaauslaß rückstandsfrei
entfernt werden können.
[0025] Der Querschnitt des Separationskanals ist über die gesamte Länge vorzugsweise konstant.
Es ist aber auch möglich, einen Separationskanal mit einem sich in Längsrichtung stetig
ändernden Querschnitt vorzusehen.
[0026] Die Zentrifugenkammer kann als einteilige Kammer ausgebildet sein, wobei der Zentrifugenkanal
Bestandteil des (Gehäusekörpers ist. Es ist aber auch möglich, die Zentrifugenkammer
zweiteilig auszubilden, wobei der Separationskanal als flexibler Kanal aus Schlauch
oder Folienmaterial in den Gehäusekörper eingesetzt wird.
[0027] Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert.
[0028] Es zeigen:
- Figur 1
- eine Zentrifugenkammer in schematischer Darstellung,
- Figur 2
- den Verlauf des Separationskanals der Zentrifugenkammer von Figur 1,
- Figur 3
- einen Schnitt durch den Separationskanal von Figur 1 entlang der Linie III-III von
Figur 1 in vergrößerter Darstellung,
- Figur 4
- einen Schnitt durch den Separationskanal von Figur 1 entlang der Linie IV-IV in vergrößerter
Darstellung und
- Figuren 5 bis 7
- den Verlauf des Separationskanals weiterer Ausführungsbeispiele der Zentrifugenkammer.
[0029] Die Zentrifugenkammer umfaßt einen kreisförmigen Gehäusekörper 1, der in den Zellseparator
eingelegt wird. In dem Zellseparator rotiert der Gehäusekörper 1 um eine vertikale
Rotationsachse 2. Der Gehäusekörper 1 trägt einen Separationskanal 3, der sich um
die Rotationsachse 2 der Zentrifugenkammer erstreckt.
[0030] Der Separationskanal weist an seinem außen liegenden Ende 4 einen ersten Auslaß 5
für Erythrozyten (RWC) und an seinem innen liegenden Ende 6 einen zweiten Auslaß 7
für Plasma (PLS) auf. Zwischen dem Erythrozytenauslaß 5 und dem Plasmaauslaß 7 weist
der Separationskanal 3 einen Einlaß 8 für das zu separierende Vollblut (WB) auf, während
zwischen dem Vollbluteinlaß 8 und dem Plasmaauslaß 7 ein dritter Auslaß 9 für Thrombozyten
(PLT) angeordnet ist. Der Einlaß und die Auslässe sind über die Länge des Kanals im
wesentlichen in gleichbleibenden Abständen verteilt angeordnet.
[0031] Der Verlauf des Separationskanals 3 und die Anordnung der Anschlüsse zum Zu- bzw.
Abführen des Vollblutes bzw. seiner Fraktionen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Figuren 2 bis 4 im einzelnen beschrieben.
[0032] Der Separationskanal 3 hat entlang seiner Länge den gleichen Querschnitt. Er wird
von einer innen liegenden Seitenwand 10 und einer außen liegenden Seitenwand 11 sowie
einer unteren Wand 12 und einer oberen Wand 13 begrenzt (Figur 3).
[0033] Der Verlauf des Separationskanals 3 wird durch eine in der Mitte zwischen den Seitenwänden
10, 11 verlaufenden Linie beschrieben, die sich in Form einer Spirale 5 um die Rotationsachse
2 der Zentrifugenkammer windet und auf die Rotationsachse zuläuft.
[0034] Die Steigung des den Verlauf des Rotationskanals beschreibenden Spirale 5 nimmt von
dem außen liegenden Kanalende 4 zum innen liegenden Kanalende 6 hin stetig zu, wobei
die Steigung an einem Punkt auf der Spirale definiert ist als der Winkel zwischen
der Tangente eines Kreises um die Rotationsachse in diesem Punkt und der Tangente
der Spirale in diesem Punkt.
[0035] In Figur 3 ist ein Punkt auf der den Verlauf des Separationskanals beschreibenden
Spirale 5 mit A bezeichnet. Der Kreis, auf dem der Punkt A und die Rotationsachse
2 der Zentrifugenkammer liegt, ist mit K bezeichnet. Die Steigung an dem Punkt A ist
nun definiert als der Winkel α zwischen der Tangente T1 des Kreises K in dem Punkt
A und der Tangente T2 der Spirale S, die den Verlauf des Kanals beschreibt, in dem
Punkt A.
[0036] Der Verlauf des Separationskanals 3 wird durch folgende Gleichung beschrieben:

wobei
- R =
- radialer Abstand der den Verlauf des Kanals beschreibenden Spirale S an der Steile
phi
- R0 =
- radial größter Abstand der den Verlauf des Kanals beschreibenden Spirale S am außenliegenden
Kanalanfang
- phi =
- Winkel des betrachteten Kanalpunktes
- phi0 =
- Gesamtwinkel des Kanals
- y =
- Steigungsparameter
[0037] Die den Verlauf des Kanals beschreibende Spirale S weist ausgehend von dem außen
liegenden Kanalende 4 über im wesentlichen die erste Hälfte ihrer Länge eine Steigung
auf, die kleiner als 5° und in der zweiten Hälfte größer als 5° ist. Der Steigungsparameter
y ist kleiner als 1500.
[0038] Der Vollbluteinlaß 8 befindet sich vorzugsweise an einer Steile des Kanals, an der
die Steigung kleiner als 1° ist, während der Thrombozytenauslaß 9 vorzugsweise an
einer Steile des Kanals liegt, an der die Steigung größer als 5° ist.
[0039] Während des Betriebs wird Vollblut über den Einlaß 8 der Kammer zugeführt, während
Erythrozyten über den Auslaß 5, Plasma über den Auslaß 7 und Thrombozyten über den
Auslaß 9 abgezogen werden. Aufgrund der progressiv zunehmenden Steigung können Thrombozyten
aus weiter innen liegenden Bereichen des Kanals zum Thrombozytenauslaß zurückfallen.
Die Position der Trenngrenze zwischen Erythrozyten und thrombozytenreichem Plasma
wird über die Abzugsgeschwindigkeit der das Plasma aus der Separationskammer abziehenden
Pumpe derart eingestellt, daß der Auslaß 9 für die Thrombozyten radial weiter innen
als die Trenngrenze liegt.
[0040] Figur 4 zeigt einen Schnitt durch den Separationskanal 3 in Höhe des Thrombozytenauslasses
9. Hier läuft die außen liegende Seitenwand 11 unter Bildung einer Vertiefung 15 radial
nach außen, um dann wieder radial nach innen zu verlaufen. Am Boden der Vertiefung
ist in der außen liegenden Seitenwand der Thrombozytenauslaß 9 angeordnet.
[0041] Die Vertiefung 15 Über die gesamte Kanalhöhe ist derart ausgebildet, daß sie den
Kanalquerschnitt strömungsmäßig nicht wesentlich verändert und die Strömung laminar
über den Abzug fließt. Die Außenwand des außen liegenden Abschnitts des Separationskanals
geht in eine schräg nach außen verlaufende Wand über, an die sich eine schräg nach
innen verlaufende Wand anschließt, die dann in den radial innen liegenden Kanalabschnitt
übergeht. Der Abzugsport für die Thrombozyten befindet sich dabei an dem Punkt des
Separationskanals, an dem die beiden Wände aufeinander treffen.
[0042] In die Vertiefung 15 fallen sowohl die Thrombozyten, die durch den Plasmafluß von
der Buffy-Coat-Schicht auf den Erythrozyten zum Plasmaauslaß 7 mitgerissen werden,
als auch die Thrombozyten, die durch die progressive Steigung des Kanals von radial
innen liegenden Bereichen zurückfallen.
[0043] Figur 5 zeigt den Verlauf des Separationskanals einer weiteren Ausführungsform der
Zentrifugenkammer, wobei die einander entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Die den Verlauf der Separationskammer beschreibende Spirale 5 wird
durch eine Gleichung beschrieben, die als Leitkurve die Kanalmitte angibt,

wobei
- R =
- radialer Abstand der den Verlauf des Separationskanals beschreibenden Spirale an der
Stelle phi
- R0 =
- radial größter Kanalabstand am außen liegenden Kanalanfang
- phi =
- Winkel des betrachteten Kanalpunktes
- phi0 =
- Gesamtwinkel des Kanals
- phi1 =
- Winkelparameter
- y1 =
- Steigungsparameter 1
- y2 =
- Steigungsparameter 2
[0044] Der Steigungsparameter y1 ist kleiner als 1500 und der Steigungsparameter y2 ist
kleiner als 10, wobei phi1/phi0 größer als 0,3 ist.
[0045] In Figur 6 ist ein weiten Beispiel des Verlaufs eines Separationskanals 3 mit progressiver
Steigung angegeben, hier nach der Formel

wobei
- R0 =
- radial größter Kanalbastand
- phi1 =
- Winkelparameter 1
- y2 =
- Steigungsparmeter 2
- y1 =
- Kreisabweichung bei phi1
- phi0 =
- Gesamtwinkel
- y3 =
- Steilheit
- phi3 =
- Progressivabschnitt
- phi =
- Winkel des betrachteten Kanalpunktes
[0046] Weiterhin kann der Kanal einen Winkelumfang > 360° aufweisen.
[0047] Figur 7 zeigt den Verlauf des Separationskanals 3, der über 270° eine sehr geringe
Steigung bat, die dann progressiv bis 540° wächst. Eine Separationskammer mit einem
derartigen Kanal ist geeignet, ein sehr thrombozytenreiches Plasma zu gewinnen. Dieses
wird am radial innen liegendsten Punkt abzegzogen.
1. Zentrifugenkammer für einen Zellseparator mit einem Separationskanal (3), der sich
aus mindestens einem Kanalabschnitt zusammensetzt, der von einer radial innen liegenden
und einer radial außen liegenden Seitenwand (10, 11) begrenzt wird und der einen Einlaß
(8) für die zu separierende Zellsuspension, insbesondere Blut, und mindestens einen
Auslaß (5) für eine Fraktion der Zellsuspension aufweist, wobei der Verlauf des bzw.
jedes Kanalabschnitts durch eine in der Mitte zwischen den Seitenwänden verlaufende
Linie beschrieben wird, die sich um die Rotationsachse (2) der Zentrifugenkammer windet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Verlauf des bzw. jedes Kanalabschnitts des Separationskanals (3) beschreibende
Linie eine Spirale (5) ist, die sich von dem radial außen liegenden Kanalende (4)
mit zunehmender Steigung zu dem radial innen liegenden Kanalende (6) erstreckt, wobei
die Steigung an einem Punkt (A) auf der Spirale definiert ist als der Winkel α zwischen
der Tangente (T1) eines Kreises (K) um die Rotationsachse (2) in diesem Punkt und
der Tangente (T2) der Spirale in diesem Punkt.
2. Zentrifugenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verlauf eines
radial außen liegenden Kanalabschnitts eines sich aus mehreren Kanalabschnitten zusammensetzenden
Separationskanals (3) beschreibende Linie (S) an jedem Punkt der Linie eine Steigung
hat, die kleiner als die Steigung an jedem Punkt eines sich an den radial außen liegenden
Kanalabschnitt anschließenden Kanalabschnitts ist, der radial innen liegt.
3. Zentrifugenkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Separationskanal
bis nahe an die Rotationsachse (2) der Zentrifugenkammer erstreckt.
4. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Auslaß (5) für eine Fraktion der Zellsuspension, insbesondere die Erythrozytenfraktion,
an dem radial außen liegenden Ende (4) des Kanals (3) angeordnet ist.
5. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein
zweiter Auslaß (7) für eine zweite Fraktion der Zellsuspension, insbesondere die Plasmafraktion,
an dem radial innen liegenden Ende (6) des Kanals (3) angeordnet ist.
6. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Einlaß (8) für die zu separierende Zellsuspension, insbesondere Blut, zwischen dem
radial innnen liegenden und radial außen liegenden Ende (6, 4) des Kanals (3) angeordnet
ist.
7. Zentrifugenkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Auslaß
(9) für eine dritte Fraktion der Zellsuspension, insbesondere die Thrombozytenfraktion,
zwischen dem Einlaß (8) und dem radial innen liegenden Ende (6) des Kanals (3) angeordnet
ist.
8. Zentrifugenkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Auslaß (9)
für die dritte Zellsuspension, insbesondere die Thrombozytenfraktion, in einer sich
im wesentlichen über die gesamte Höhe des Kanals erstreckenden Vertiefung (15) an
der radial außen liegenden Seitenwand (11) des Separationskanals (3) angeordnet ist.
9. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Einlaß (8) und die Auslässe (5, 7, 9) über die Länge des Separationskanals (3) im
wesentlichen in gleichbleibenden Abständen verteilt angeordnet sind.
10. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
den Verlauf des Separationskanals (3) beschreibende Spirale (S) ausgehend von dem
außen liegenden Ende (4) des Kanals (3) über im wesentlichen die erste Hälfte ihrer
Länge eine Steigung aufweist, die kleiner als 5° und in der zweiten Hälfte größer
als 5° ist.
11. Zentrifugenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Querschnitt des Separationskanals (3) über die gesamte Länge konstant ist.