DE102012104759B4 - Device for the separation of blood cells and blood plasma - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Trennung von Blutzellen und Blutplasma mittels einer eine Filtermembran (6) enthaltenden Trennkammer (4), welche außermittig auf einem mittels eines Antriebs (3) um eine Rotordrehachse (2) drehbaren Rotorgrundkörper (1) angeordnet ist, wobei die Trennkammer (4) dem Rotorgrundkörper (1) gegenüber diesem um eine Kammerdrehachse (5) herum drehbar anverbunden und mittels einer Halteeinrichtung (8) mit einem gegenüber dem Rotorgrundkörper (1) ruhenden Haltepunkt (7) drehfest, jedoch vorzugsweise elastisch, verbunden ist.Device for separating blood cells and blood plasma by means of a separating chamber (4) containing a filter membrane (6) which is arranged eccentrically on a rotor base body (1) which can be rotated about a rotor axis of rotation (2) by means of a drive (3), the separating chamber (4) connected to the basic rotor body (1) so that it can rotate about a chamber axis of rotation (5) and is non-rotatably, but preferably elastically, connected by means of a holding device (8) to a holding point (7) which is stationary in relation to the basic rotor body (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von Blutzellen und Blutplasma mittels einer Trennkammer, welche außermittig auf einem mittels eines Antriebs um eine Rotordrehachse drehbaren Rotorgrundkörper angeordnet istThe present invention relates to a device for separating blood cells and blood plasma by means of a separation chamber which is arranged eccentrically on a rotor base body which can be rotated about a rotor axis of rotation by means of a drive
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der
In diesem Zusammenhang ist allerdings aus der
Grundsätzlich sind im Stand der Technik mehrere unterschiedliche Verfahren zur Trennung von Blutzellen und Blutplasma bekannt. Eine einfachste davon, sieht eine Filterung vor, bei welcher Vollblut durch ein Filter hindurchgeleitet wird. Hierfür ist jedoch ein hoher Blutflusserforderlich, da im Falle eines zu geringen Blutflusses die Gefahr besteht, dass das Filter mit den Blutzellen verstopft wird. Insbesondere bei venösen Behandlungen von Patienten, denen das Blut mit dem Ziel der Filtrierung entnommen und filtriert wieder zugeführt wird, ist dies aufgrund des niedrigen Veneninnendrucks regelmäßig der Fall, so dass sich Filter an dieser Stelle in der bekannten Art und Weise kaum eignen.In principle, several different methods for separating blood cells and blood plasma are known in the prior art. One of the simplest of these is filtering, in which whole blood is passed through a filter. However, this requires a high blood flow, since if the blood flow is too low, there is a risk that the filter will become clogged with the blood cells. In particular in the case of venous treatments of patients from whom the blood is removed with the aim of filtration and fed back in filtered, this is regularly the case due to the low internal venous pressure, so that filters in the known manner are hardly suitable at this point.
Regelmäßig geeignet sind hingegen Zentrifugen, wobei sogenannte kontinuierliche Zentrifugen praktisch universell einsetzbar sind. Diese sind jedoch teuer und groß, so dass es einen erheblichen Aufwand darstellt, diese zu betreiben.In contrast, centrifuges are regularly suitable, so-called continuous centrifuges being practically universally applicable. However, these are expensive and large, so that it is a considerable effort to operate them.
Eine weitere Entwicklung besteht in den sogenannten „Spinnern“, bei welchen mithilfe eines im Bereich von ca. 5000 U/min betriebenen Rotors, Vollblut über eine Seitenleitung eingesaugt, dessen Plasma durch das Filter hindurchgeführt und letztlich in getrennten Abführleitungen abgeführt wird. Hier besteht jedoch regelmäßig die Problematik, dass aufgrund der hohen Verwirbelungen durch den Rotor ein Platzender Blutzellen zu befürchten ist, so dass auch hier nicht die optimale Effektivität erzielt wird. Ein derartiger Spinner ist beispielsweise in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Trennung von Blutzellen und Blutplasma zu schaffen, Welche einerseits kostengünstig betrieben werden kann und andererseits wieder die Problematik einer schnellen Verstopfung noch eines zu befürchtenden Platzens zu vieler Blutzellen mit sich bringt.The object of the present invention is therefore to create a device for separating blood cells and blood plasma which, on the one hand, can be operated inexpensively and, on the other hand, brings with it the problem of rapid clogging and the feared bursting of too many blood cells.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Trennung von Blutzellen und Blutplasma, gemäß den Merkmalen des geltenden Anspruchs 1. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen einer derartigen Vorrichtung können den Unteransprüchen entnommen werden.This object is achieved by a device for separating blood cells and blood plasma, according to the features of the
Erfindungsgemäß ist dafür vorgesehen, dass auf einem Rotorgrundkörper eine Trennkammer angeordnet ist, welche aufgrund ihrer außermittigen Anordnung einer durch eine Drehung des Rotorgrundkörpers ausgelöste Zentrifugalkraft ausgesetzt wird. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen des Standes der Technik, ist die Trennkammer hierbei um eine eigene Drehachse drehbar, während sie gleichzeitig mit einem gegenüber dem Rotorgrundkörper ruhenden Haltepunkt über eine Halteeinrichtung drehfest verbunden ist. Dies bewirkt, dass sich durch eine Drehung des Rotorgrundkörpers die Trennkammer zwar im Kreis mit dem Rotorgrundkörper bewegt, diese Drehbewegung jedoch nochmals von einer weiteren Drehbewegung um die Achse der Trennkammer überlagert wird, welche durch das Festhalten an dem Haltepunkt verursacht wird. Hierdurch vollführt mit jeder Umdrehung des Rotorgrundkörpers um seine Achse die Trennkammer ihrerseits eine vollständige Umdrehung um ihre eigene Achse, so dass innerhalb der Trennkammer Turbulenzen entstehen. Diese Turbulenzen sind hier aber im Gegensatz zum Betrieb herkömmlicher Zentrifugen erwünscht, um durch ein Überlagern verschiedener Bewegungen der Trennkammer die darin enthaltene, sich mit der Trennkammer und mit dem Medium drehende Filtermembran nicht zu verstopfen.According to the invention, it is provided that a separating chamber is arranged on a rotor base body which, due to its eccentric arrangement, is exposed to a centrifugal force triggered by a rotation of the rotor base body. In contrast to the known solutions of the prior art, the separating chamber can be rotated about its own axis of rotation, while at the same time it is non-rotatably connected via a holding device to a holding point resting with respect to the rotor base body. This causes the separation chamber to move in a circle with the rotor base body due to a rotation of the rotor base body, but this rotary movement is again superimposed by a further rotary movement around the axis of the separation chamber, which is caused by holding on to the holding point. As a result, with each revolution of the main rotor body around its axis, the separating chamber in turn completes one complete revolution about its own axis, so that turbulence occurs within the separating chamber. In contrast to the operation of conventional centrifuges, this turbulence is desirable here in order not to clog the filter membrane contained therein, rotating with the separation chamber and with the medium, by superimposing various movements of the separation chamber.
Gleichzeitig wird also ein Filter verwendet, welcher mit Vollblut beschickt wird, wobei die Blutzellen außerhalb des Filters bleiben und lediglich das Blutplasma hindurchtreten kann. Die durch die gegenläufige Drehung der Trennkammer verursachten Turbulenzen dienen hierbei dazu, das Filter sauber zu halten, was bei bekannten Zentrifugen eindeutig ein unerwünschter Effekt ist. Aufgrund des Mitdrehens der Filtermembran in dem Medium und der Trennkammer wird die mechanische Beanspruchung der Blutzellen zudem gering gehalten, so dass es nicht zu Zerstörungen von Blutzellen aufgrund mechanischer Belastungen kommt.At the same time, a filter is used which is charged with whole blood, the blood cells remaining outside the filter and only the blood plasma being able to pass through. The turbulence caused by the opposite rotation of the separation chamber serve to keep the filter clean About to keep, which is clearly an undesirable effect in known centrifuges. Due to the rotation of the filter membrane in the medium and the separation chamber, the mechanical stress on the blood cells is also kept low, so that there is no destruction of blood cells due to mechanical loads.
Innerhalb der Trennkammer werden mithilfe der Filtermembran ein Vortrennbereich und ein Nachtrennbereich gebildet, wobei der Vortrennbereich mit dem Vollblut über eine Vollblutzuführung versorgt wird und wobei eine Blutzellenabführung den Vortrennbereich wieder entleert. Der Nachtrennbereich, welcher auf der anderen Seite der Filtermembran gebildet wird, wird über eine Blutplasmaabführung entleert, so dass die beiden entstehenden Edukte separat abgeführt werden können.A pre-separation area and a post-separation area are formed within the separation chamber with the aid of the filter membrane, the pre-separation area being supplied with whole blood via a whole blood supply and a blood cell drain emptying the pre-separation area again. The post-separation area, which is formed on the other side of the filter membrane, is emptied via a blood plasma drain, so that the two starting materials can be drained away separately.
Hinsichtlich der Konstruktion der Halteeinrichtung, welche drehfest mit der Trennkammer verbunden ist und dieser ihre Drehung mitgibt, sind verschiedene Lösungen denkbar. Zum einen kann eine derartige Halteeinrichtung aus einem Drahtseil gebildet sein, welches den Haltepunkt drehfest mit der Trennkammer verbindet. In diesem Fall ist es sinnvoll, die Zuführungen und Abführungen, welche üblicherweise mithilfe von Schlauchleitungen realisiert werden dürften, mechanisch mit der Halteeinrichtung zu verbinden, um eine saubere Führung der Schlauchleitungen zu erreichen. Ebenfalls ist es jedoch möglich, die Halteeinrichtung auch aus den Schlauchleitungen selbst zu bilden, wobei in diesem Falle gegebenenfalls auch auf, beispielsweise mit Draht, verstärkte Schlauchleitungen zurückgegriffen werden kann.With regard to the construction of the holding device, which is non-rotatably connected to the separating chamber and which gives it its rotation, various solutions are conceivable. On the one hand, such a holding device can be formed from a wire rope which connects the holding point to the separating chamber in a rotationally fixed manner. In this case, it makes sense to mechanically connect the inlets and outlets, which can usually be implemented with the help of hose lines, to the holding device in order to achieve clean guidance of the hose lines. However, it is also possible to form the holding device from the hose lines themselves, in which case it is also possible to use hose lines reinforced with wire, for example.
Aus praktischen Gründen erscheint es sinnvoll, bei der Konstruktion den Haltepunkt auf der Rotordrehachse anzuordnen, so dass die Schlauchleitungen bzw. die Halteeinrichtung zwischen dem Haltepunkt und der Trennkammer stets die gleiche Länge überbrücken muss.For practical reasons, it makes sense to arrange the holding point on the rotor axis of rotation during the construction so that the hose lines or the holding device must always bridge the same length between the holding point and the separation chamber.
In konkreter Ausgestaltung kann die Trennkammer kegelstumpfförmig gebildet sein, wobei in diesem Fall sinnvollerweise die Kammerdrehachse entlang der Symmetrieachse des Kegelstumpfes verläuft.In a specific embodiment, the separating chamber can be designed in the shape of a truncated cone, in which case the axis of rotation of the chamber expediently runs along the axis of symmetry of the truncated cone.
Die Bodenseite des Kegelstumpfes zeigt hierbei in Wirkrichtung, der von der Drehung des Rotationsgrundkörpers erzeugten, horizontalen Zentrifugalkraft der Gesamtanordnung. Hierdurch bewegt sich das im Bereich der Kegelstumpfspitze zugeführte Vollblut im Zuge seiner Beschleunigung durch die Zentrifugalkraft entlang der trichterförmig in der Trennkammer aufgespannten Filtermembran und hat auf diesem somit künstlich verlängerten Weg eine größere Gelegenheit, das in dem Vollblut enthaltene Blutplasma über die Filtermembran an den Nachtrennbereich abzugeben.The bottom side of the truncated cone shows, in the effective direction, the horizontal centrifugal force of the overall arrangement generated by the rotation of the rotational base body. As a result, the whole blood supplied in the area of the truncated cone tip moves in the course of its acceleration by centrifugal force along the funnel-shaped stretched filter membrane in the separation chamber and has a greater opportunity on this artificially extended path to release the blood plasma contained in the whole blood via the filter membrane to the subsequent separation area .
Der Nachtrennbereich ist bei dieser Anordnung in der räumlichen Mitte der Trennkammer sowie im Bereich des Kegelstumpfbodens gebildet, während der Vortrennbereich, in welchen das Vollblut eingeleitet wird, entlang des Kegelmantels der Trennkammer entsteht.With this arrangement, the subsequent separation area is formed in the spatial center of the separation chamber and in the area of the truncated cone bottom, while the pre-separation area, into which the whole blood is introduced, arises along the cone jacket of the separation chamber.
Um die Effektivität der Anordnung zu vergrößern, ist es vorgesehen, die Kammerdrehachse senkrecht zur Rotordrehachse auszurichten, so dass also die Kammerdrehachse in Richtung der wirkenden Zentrifugalkraft zeigt.In order to increase the effectiveness of the arrangement, it is provided to align the chamber axis of rotation perpendicular to the rotor axis of rotation, so that the chamber axis of rotation points in the direction of the acting centrifugal force.
Zur Vergrößerung der Oberfläche der Filtermembran und damit zur Vergrößerung der Ausbeute im Rahmen der Filterung kann mit einigem Vorteil, die Filtermembran plissiert ausgeführt sein.In order to enlarge the surface of the filter membrane and thus to increase the yield in the context of the filtering, the filter membrane can be made pleated with some advantage.
Ergänzend oder alternativ zu einem Drehantrieb der Trennkammer gegenüber dem Rotorgrundkörper kann ein separater Trennkammerantrieb vorgesehen sein, der die Rotation derselben bewirkt. Hierbei sind sowohl mit der Rotordrehung synchronisierte Elektromotoren als auch Zahnradantriebe oder beliebige weitere Antriebe denkbar, welche jedoch sicherstellen, dass eine Umdrehung des Rotors mit einer Umdrehung der Trennkammer synchronisiert ist.In addition to or as an alternative to a rotary drive of the separating chamber relative to the rotor base body, a separate separating chamber drive can be provided which causes the same to rotate. Both electric motors synchronized with the rotation of the rotor and gear drives or any other drives are conceivable, which, however, ensure that one rotation of the rotor is synchronized with one rotation of the separating chamber.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention described above is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
Es zeigen:
-
1 : eine Vorrichtung zur Trennung von Blutzellen und Blutplasma in einem modellhaften Aufbau in einer seitlichen Draufsicht, sowie -
2 : ein Schema der überlagerten Bewegungen von Rotorgrundkörper und Trennkammer in einer perspektivischen Darstellung
-
1 : a device for the separation of blood cells and blood plasma in a model structure in a side plan view, and -
2 : a diagram of the superimposed movements of the rotor base body and separation chamber in a perspective view
Die Trennkammer 4 als solche ist wiederum um eine Drehachse drehbar, wobei diese Kammerdrehachse 5 der Symmetrieachse des Kegelstumpfes entspricht. Die Drehbarkeit der Trennkammer 4 besteht gegenüber dem Rotationsgrundkörper 1, jedoch nicht gegenüber einer Halteeinrichtung 8, mit welcher die Trennkammer 4 mit einem Haltepunkt 7 verbunden ist. Der Haltepunkt 7 ruht gegenüber der Drehbarkeit des Rotationsgrundkörpers 1, wofür in diesem modellhaften Beispiel der Haltepunkt 7 mit einem Gerüst 9 verbunden istThe
Im Falle einer Rotation des Rotationsgrundkörpers 1 wird also die Trennkammer 4 entlang der in
Aufgrund des Umstandes, dass die Trennkammer 4 gegenüber deren Rotationsgrundkörper 1 drehbar gelagert ist, die Halteeinrichtung 8 und der Haltepunkt 7 hingegen ortsfest sind, ergibt sich eine zusätzliche, überlagerte Kammerdrehung 11, welche durch ihre Überlagerung mit der Rotordrehung 10 innerhalb der Trennkammer 4 für Turbulenzen sorgt. Gleichzeitig wirken hierdurch eine horizontale Zentrifugalkraft 12 sowie eine vertikale Zentrifugalkraft 13 auf das in die Trennkammer 4 eingeleitete Vollblut.Due to the fact that the
Die Zuleitung des Vollbluts, welches mithilfe der gezeigten Vorrichtung in Blutzellen und Blutplasma getrennt werden soll, erfolgt entlang der Halteeinrichtung 8, wodurch auf eine drehbare Schlauchkupplung verzichtet werden kann. Die Zuführung erfolgt im Bereich der Spitze des Kegelstumpfes, während das erhaltene Blutplasma im Bodenbereich des Kegelstumpfes abgenommen werden kann und die von dem Blutplasma getrennten Blutzellen ihrerseits im Außenbereich der Kegelstumpfwand entnehmbar sind.The whole blood, which is to be separated into blood cells and blood plasma with the aid of the device shown, is fed in along the
Aufgrund einer Plissierung der Filtermembran 6 innerhalb der Trennkammer 4 wird hierbei die Fläche, über welche das Blutplasma in einen Nachtrennbereich eintreten kann, nochmals deutlich vergrößert und damit die Effektivität verbessert.Due to a pleating of the
Vorstehend beschrieben ist somit eine Vorrichtung zur Trennung von Blutzellen und Blutplasma, welche auf einfache und kostengünstige Art und Weise die Nachteile des Standes der Technik überwindet.A device for separating blood cells and blood plasma is thus described above, which device overcomes the disadvantages of the prior art in a simple and inexpensive manner.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- RotorgrundkörperRotor body
- 22
- RotordrehachseRotor axis of rotation
- 33
- Antriebdrive
- 44th
- TrennkammerSeparation chamber
- 55
- KammerdrehachseChamber rotation axis
- 66th
- FiltermembranFilter membrane
- 77th
- HaltepunktBreakpoint
- 88th
- HalteeinrichtungHolding device
- 99
- Gerüstframework
- 1010
- RotordrehungRotor rotation
- 1111th
- KammerdrehungChamber rotation
- 1212th
- horizontale Zentrifugalkrafthorizontal centrifugal force
- 1313th
- vertikale Zentrifugalkraftvertical centrifugal force
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: GEITZ PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE |