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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Separieren
schwererer und leichterer Fraktionen einer Fluidprobe. Insbesondere
betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Sammeln und Transportieren von Fluidproben, wobei die Vorrichtung
und die Fluidprobe zentrifugiert werden, um die Separierung der
schwereren Fraktion von der leichteren Fraktion der Fluidprobe zu
bewirken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Diagnostische
Tests können
die Separierung der Vollblutprobe eines Patienten in Bestandteile
wie Serum oder Plasma, den Bestandteil der leichteren Phase, und
rote Blutkörperchen,
den Bestandteil der schwereren Phase, erfordern. Vollblutproben
werden üblicherweise
durch Venenpunktion mittels einer an einer Spritze oder einem evakuierten
Sammelröhrchen
angebrachten Kanüle
oder Nadel entnommen. Dann erfolgt die Separierung des Bluts in
Serum oder Plasma und rote Blutkörperchen
durch Rotation der Spritze oder des Röhrchens in einer Zentrifuge.
Derartige Anordnungen verwenden eine Barriere, die in einen an die
beiden Phasen der separierten Probe angrenzenden Bereich hineinbewegt
wird, um die Bestandteile für
die anschließende
Untersuchung der einzelnen Bestandteile getrennt zu halten.
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Zum
Unterteilen des Bereichs zwischen den schwereren und leichteren
Phasen einer Fluidprobe sind in Sammelvorrichtungen viele verschiedene
Vorrichtungen verwendet worden.
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Die
am häufigsten
verwendete Vorrichtung weist thixotrope Gelmaterialien wie Polyestergele
in einem Röhrchen
auf. Das vorliegende Polyestergel-Serumseparierungsröhrchen erfordert eine spezielle
Herstellungsausrüstung
zum Vorbereiten des Gels und Füllen
der Röhrchen.
Darüber
hinaus ist die Lagerbeständigkeit
des Produkts dahingehend begrenzt, daß sich im Laufe der Zeit Kügelchen
aus der Gelmasse lösen
können.
Diese Kügelchen
haben eine relative Dichte, die geringer als die des separierten
Serums ist, und sie können
in dem Serum treiben und die Meßinstrumente,
wie beispielsweise die während
der klinischen Prüfung
der in dem Röhrchen
aufgefangenen Probe verwendeten Instrumentsonden, verstopfen. Eine
solche Verstopfung kann für
das Instrument zu einer beträchtlichen
Stillstandszeit zum Beseitigen der Verstopfung führen.
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Kein
im Handel erhältliches
Gel ist allen Analyten gegenüber
vollständig
chemisch inert. Falls bei der Entnahme der Blutprobe bestimmte Medikamente
darin enthalten sind, kann eine ungünstige chemische Reaktion mit
der Gelgrenzfläche
erfolgen.
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Daher
besteht Bedarf an einer Separatorvorrichtung, die (i) sich leicht
zum Separieren einer Blutprobe verwenden läßt; (ii) während der Lagerung und des
Transports temperaturunabhängig
ist; (iii) Strahlungssterilisation gegenüber stabil ist; (iv) die Vorteile einer
thixotropen Gelbarriere nutzt, aber die vielen Nachteile des In-Kontakt-Bringens
eines Gels mit den separierten Blutbestandteilen vermeidet; (v) Kreuzkontaminierung
der schwereren und leichteren Phasen der Probe während des Zentrifugierens minimiert;
(vi) die Adhäsion
der Materialien mit geringerer und höherer Dichte an der Separatorvorrichtung
minimiert; (vii) mit einer Standardprobenentnahmeausrüstung verwendet
werden kann; (viii) in der Lage ist, zur Bildung einer Barriere
in kürzerer
Zeit in Position bewegt zu werden als herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen;
und (ix) in der Lage ist, eine deutlichere Probe mit geringerer
Zellenkontaminierung als herkömmliche
Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen.
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Eine
Anordnung zum Separieren einer Fluidprobe in eine Phase mit höherer relativer
Dichte und eine Phase mit geringerer relativer Dichte gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist in US-A-4,152,270 beschrieben. Die Anordnung
weist ein in einem Röhrchen
bewegbares Separatorelement auf. Das Separatorelement bildet eine
Trennvorrichtung mit einer Dichte zwischen derjenigen der leichten
und der schweren Phase des Blutes. Das Separatorelement weist ein
elastisches Dichtungsteil, das konisch oder schirmförmig ausgebildet
ist, und ein mit dem Dichtungsteil verbundenes Kunststoffelement
mit einer anderen Dichte auf, das mit Stabilisatorteilen versehen
ist, um das Dichtungsteil korrekt in dem Röhrchen ausgerichtet zu halten.
Das Separatorelement hat keinen hohlen Kern und die elastomere Dichtungsmembran
weist kein Füllseptum
auf.
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Überblick über die
Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, welche
die zuvor genannten Anforderungen erfüllt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist durch Anspruch 1 definiert.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Separieren einer Flüssigkeitsprobe
in eine Phase höherer
Dichte und eine Phase geringerer Dichte. Dieses Verfahren ist durch
Anspruch 4 definiert.
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Es
ist erwünscht,
daß die
erfindungsgemäße Anordnung
mehrere Bestandteile aufweist. Vorzugsweise umfasst die Anordnung
einen Behälter
und ein Verbundelement.
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Höchst bevorzugt
handelt es sich bei dem Behälter
um ein Röhrchen
und das Verbundelement ist ein Separator, der unter der Einwirkung
von Zentrifugalkraft in dem Röhrchen
bewegbar angeordnet ist, um die Teile einer Flüssigkeitsprobe zu separieren.
Vorzugsweise ist der Separator ein völlig verformbarer Dichtungsstopfen.
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Höchst bevorzugt
wird der Separator in einem Behälter
wie einem Röhrchen
verwendet. Das Röhrchen
hat ein offenes Ende, ein geschlossenes Ende, und eine sich zwischen
dem offenen und dem geschlossenen Ende erstreckende Seitenwand.
Die Seitenwand hat eine Außenfläche und
eine Innenfläche.
Das Röhrchen
weist ferner einen in das offene Ende des Röhrchens passenden Verschluss
mit einem wiederabdichtbaren Septum auf. Vorzugsweise ist das Separatorelement
lösbar
an dem offenen Ende des Röhrchens
an der Unterseite des Verschlusses angeordnet.
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Höchst vorzugsweise
besteht der Separator aus zwei Bestandteilen. Das Verbundelement
weist bei einer Zieldichte von dt eine Gesamtdichte
auf. Die Zieldichte ist die zum Separieren einer Flüssigkeitsprobe
in mindestens zwei Phasen erforderliche Dichte. Vorzugsweise weist
der Separator mindestens zwei oder mehr Bereiche unterschiedlicher
Dichte auf. Vorzugsweise ist die Dichte eines der Bereiche höher als
die Zieldichte und die Dichte wenigstens eines Bereichs ist geringer
als die Zieldichte.
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Wünschenswerterweise
umfasst der Separator einen Kunststoffkörper geringer Dichte und eine elastomere
Dichtungsmembran hoher Dichte. Der Separator ist insgesamt derart
bemessen, daß er
lösbar
in Preßpassung
an der Innenfläche
der Seitenwand des Röhrchens
anliegend in das Röhrchen passt.
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Vorzugsweise
weist der Kunststoffkörper
einen hohlen Kern oder einen mittigen Durchlass und eine den hohlen
Kern umgebende hohle Kammer auf. Der Kunststoffkörper hat eine Dichte von ungefähr 1,1 bis
ungefähr
7,9.
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Wünschenswerterweise
besteht der Kunststoffkörper
aus einem im wesentlichen starren, formbaren thermoplastischen Material
wie Polystyrol, Polypropylen und Mischungen derselben, das gegenüber der
betreffenden Flüssigkeitsprobe
inert ist.
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Wünschenswerterweise
weist die elastomere Dichtungsmembran ein Füllseptum, um das Durchdringen
der Nadel während
des Blutfüllvorgangs
zu verein fachen, und eine Ringschürze auf, die in der Lage ist,
sich während
des Zentrifugierens zu verformen und den Gesamtdurchmesser des Separators
zu reduzieren.
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Es
ist erwünscht,
daß der
Kunststoffkörper
in die elastomere Dichtungsmembran eingesetzt ist, wodurch der Kanal
des Kunststoffkörpers
in direkter Verbindung mit dem Füllseptum
der elastomeren Dichtungsmembran steht.
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Es
ist erwünscht,
daß die
elastomere Dichtungsmembran aus jeglichem natürlichen oder synthetischen
Elastomer oder Mischungen derselben besteht, der gegenüber der
betreffenden Flüssigkeitsprobe
inert ist. Vorzugsweise besteht die elastomere Dichtungsmembran
aus einem Elastomer mit einem 50%-Zugmodul zwischen ungefähr 0,1 MPa und
ungefähr
1,4 MPa.
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Vorzugsweise
hat der Separator eine Dichte von ungefähr 1,028 bis ungefähr 1,09
g/cc, so daß der
Separator nach dem Einwirken der Zentrifugalkraft im wesentlichen
an der Grenze zwischen der schwereren und der leichteren Phasen
der betreffenden Flüssigkeitsprobe,
meist bevorzugt zwischen der schwereren und der leichteren Phase
einer Blutprobe, zur Ruhe kommt. Vorzugsweise arbeitet der Separator
unter einer durch eine aufgebrachte Beschleunigung erzeugten Last
von ungefähr
300g bis ungefähr
3000g.
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Vorzugsweise
ist der Separator anfangs an der Unterseite des Verschlusses befestigt.
Wünschenswerterweise
weist die Unterseite des Verschlusses eine einstückig geformte Greifeinrichtung zum
lösbaren
Zusammenhalten der elastomeren Dichtungsmembran des Separators mit
dem Verschluss, bis die Anordnung zentrifugiert wird, wobei der
Separator dann aus der Greifeinrichtung des Verschlusses gelöst wird.
Der Separator ist ferner in das Röhrchen eingesetzt, wobei die
Ringschürze
der elastomeren Dichtungsmembran, welche den größten Durchmesser des Separators
im unverformten Zustand bildet, eine Presspassung mit der Innenfläche der
Seitenwand des Röhrchens
aufweist.
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Im
Gebrauch gelangt eine Flüssigkeitsprobe über eine
Nadel in die Anordnung. Die Nadel durchdringt den Verschluss und
die elastomere Dichtungsmembran des Separators. Die Probe gelangt
in die Anordnung über
die Nadel und durch den Kanal des Kunststoffkörpers und schließlich in
den Röhrchenkörper. Die
Nadel wird aus der Anordnung gezogen und das Septum des Verschlusses
und die elastomere Dichtungsmembran schließen sich wieder dicht.
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Die
Anordnung wird sodann einem Zentrifugiervorgang unterzogen. Beim
Zentrifugieren wird der Separator aus dem Verschluss gelöst. Der
Separator wandert axial das Röhrchen
hinab in Richtung des geschlossenen Endes. Das Wandern wird durch die
Dichte des Kunststoffkörpers
gegenüber
der Dichte der elastomeren Dichtungsmembran des Separators erleichtert.
Die Ringschürze
der elastomeren Dichtungsmembran verformt sich vorübergehend beim
Zentrifugieren, wodurch der Durchmesser verringert wird und die
Presspassung mit der Innenwandfläche
des Röhrchens
aufgehoben wird. Es wird somit ein Weg zwischen der Innenwand des
Röhrchens
und dem Separator gebildet, der das Vorbeifließen des Bestandteils geringer
Dichte an dem Separator während
dessen Abwärtsbewegung
in dem Röhrchen
ermöglicht.
Die Wanderung des Separators endet, wenn er die Position zwischen
dem Flüssigkeitsbestandteil
geringerer Dichte und den Zell-/Feststoffbestandteilen höherer Dichte
erreicht, die gleich seiner Gesamtdichte ist. Bei Beendigung des
Zentrifugierens kehrt die Ringschürze der elastomeren Dichtungsmembran
in ihre unverformte Form zurück,
wobei sie gegen die Innenwand des Röhrchens abdichtet und so eine
Sperre zwischen den Flüssigkeitsbestandteilen
höherer
und geringerer Dichte bildet.
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Die
Position des Separators am oberen Ende des Röhrchens in Verbindung mit dem
Verschluss und der in den Durchlass des Separators reichenden penetrierbaren
Fläche
der elastomeren Dichtungsmembran ermöglicht ein einfaches direktes
Füllen der
Flüssigkeitsprobe
in das Röhrchen,
ohne jedes Hindernis. Somit wird die Flüssigkeitsprobe auf einfache
Weise in das Röhrchen
gegeben, ohne die nicht zentrifugierte Flüssigkeitsprobe der Außenfläche des Separators
auszusetzen.
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Es
fällt jedoch
ebenfalls in den Rahmen der Erfindung, den Separator am Boden des
Röhrchens anzuordnen.
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Wenn
der Behälter
einem Zentrifugiervorgang ausgesetzt wird, bewegt sich der Separator
aus dem Griff des Verschlusses und in Richtung einer Position zwischen
der Flüssigkeitsprobenphase
geringerer Dichte und der derjenigen höherer Dichte.
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Handelt
es sich bei der Flüssigkeitsprobe
um Blut, befindet sich der Teil höherer Dichte, der die Zellbestandteile
enthält,
nach dem Zentrifugieren zwischen dem Separator und dem Boden des
Behälters.
Der Teil geringerer Dichte, der die zellfreie Serumfraktion enthält, befindet
sich nach dem Zentrifugieren zwischen der Oberseite des Separators
und dem oberen Ende des Behälters.
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An
der Endposition des Separators nach dem Zentrifugieren ist der Separator
daher in der Lage, das Vorhandensein von roten Blutzellen in dem Teil
geringerer Dichte im wesentlichen zu verhindern, und der Teil geringerer
Dichte is im wesentlichen frei von Zellkontamination.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist gegenüber
bestehenden Separationsprodukten, die Gel verwenden, vorteilhaft.
Insbesondere beeinträchtigt die
erfindungsgemäße Anordnung
Analyten nicht, wie dies bei Gels der fall ist, die bestimmte Analyten beeinträchtigen
können.
Eine andere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, daß die erfindungsgemäße Anordnung
Kontrollanalyte für
therapeutische Medikamente nicht beeinträchtigt.
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Insbesondere
wird das Separieren einer Flüssigkeitsprobe
in separate Dichten mit der erfindungsgemäßen Anordnung in erheblich
geringerer Zeit als mit Gel verwendenden Anordnungen erreicht.
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Ein
anderer bemerkenswerter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass Flüssigkeitsproben
nicht Gelresten geringer Dichte ausgesetzt sind, die manchmal in
Gel verwendenden Produkten vorhanden sind.
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Eine
weitere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, dass keine Beeinträchtigung
durch Instrumentensonden erfolgt.
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Eine
andere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, dass Proben für Blutbankuntersuchungen
akzeptabler sind als bei Verwendung eines Gelseparators.
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Eine
weitere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, dass lediglich
die im wesentlichen zellfreie Serumfraktion einer Blutprobe der
Oberseite des Separators ausgesetzt ist, wodurch Ärzte eine saubere
Probe zur Verfügung
gestellt wird.
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Darüber hinaus
erfordert die erfindungsgemäße Anordnung
keinerlei zusätzliche
Schritte oder Behandlung durch einen Arzt, weshalb eine Blut- oder
Flüssigkeitsprobe
auf standardmäßige Art
unter Verwendung von Standard-Probennahmeinstrumenten
entnommen werden kann.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung.
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2 ist
ein Längsschnitt
durch die Anordnung von 1 entlang der Linie 2-2.
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3 ist
ein Längsschnitt
durch die Anordnung von 1 entlang der Linie 2-2 zur Darstellung der
Ausgabe von Flüssigkeit
in die Anordnung mittels einer Nadel.
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4 zeigt
die Anordnung beim Zentrifugieren und das Lösen des Separators von der
Greifeinrichtung des Verschlusses.
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5 zeigt
die Anordnung nach dem Zentrifugieren und das Separieren der Flüssigkeitsprobe
in höhere
und geringere Dichten.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Separators.
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7 ist
ein Längsschnitt
durch den Separator von 6 entlang der Linie 7-7.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein
und ist nicht auf im Detail beschriebene spezifische Ausführungsbeispiele
beschränkt,
die lediglich exemplarisch sind. Zahlreiche verschiedene Modifizierungen
sind für den
Fachmann offensichtlich und leicht vorzunehmen, ohne vom Rahmen
und Sinn der Erfindung abzuweichen. Der Rahmen der Erfindung ist
durch die beigefügten
Ansprüche
und deren Äquivalente
bestimmt.
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Die
bevorzugte Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 1 bis 5 dargestellt,
wobei die Anordnung 20 ein Röhrchen 30, einen Verschluss 50 und
einen Separator 70 umfasst.
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Das
Röhrchen 30 hat
ein offenes Ende 32, das einen oberen Rand 33 aufweist,
ein geschlossenes Ende 34 und eine sich zwischen dem offenen Ende
und dem geschlossenen Ende erstreckende Seitenwand 36.
Die Seitenwand 36 hat eine Außenfläche 38 und eine Innenfläche 40.
Das Röhrchen 30 bildet
einen Behälter
mit einer Mittelachse "A".
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Das
Röhrchen 30 besteht
vorzugsweise aus einem im wesentlichen transparenten und starren Material.
Geeignete Materialien für
das Röhrchen sind
Glas, Polystyrol, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat und dergleichen.
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Der
Verschluss 50 ist über
das offene Ende 32 des Röhrchens 30 passend
angeordnet. Der Verschluss 50 umfasst einen ringförmigen oberen
Bereich 52, der sich über
den oberen Rand 33 der Seitenwand 36 hinaus erstreckt,
und einen unteren ringförmigen
Bereich oder Schürze 54 von
geringerem Durch messer als der obere ringförmige Bereich 52 auf,
der sich in das Röhrchen
erstreckt und eine Presspassung mit der Innenfläche 40 der Seitenwand 36 bildet,
um den Stopfen 50 im offenen Ende 32 in Position
zu halten.
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Der
ringförmige
obere Bereich 52 weist eine Oberseite 56, eine
Seitenwand 58, die von der Oberseite 56 in Richtung
des oberen Muldenbereichs 60 konvergiert. Bei dem Muldenbereich 60 handelt
es sich höchst
vorzugsweise um eine dünne
Membran oder ein selbstheilendes Septum zum Führen und Aufnehmen der Spitze
einer in und durch den Stopfen zu führenden Nadel. Das selbstheilende
Septummaterial ermöglicht
das Durchdringen eines Durchstechelements wie einer Nadel und schließt wieder dicht,
wenn das Durchstechelement zurückgezogen wird.
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Eine
ringförmige
Schulter oder Anlagefläche 57 trennt
den ringförmigen
oberen Bereich 52 und den ringförmigen unteren Bereich 54 voneinander. An
der Unterseite 68 des unteren ringförmigen Bereichs 54 befinden
sich Greifeinrichtungen 69, die dem anfänglichen Ausrichten und Halten
des Separators in der Anordnung dienen.
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Der
Stopfen kann vorzugsweise aus Kautschukelastomer, synthetischen
Thermoplasten und duroplastischen Elastomermaterialien gebildet
sein. Vorzugsweise besteht der Stopfen aus einem elastischen Elastomermaterial,
wodurch das Septum selbstheilend ist.
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Wie
in den 6 und 7 dargestellt, handelt es sich
bei dem Separator 70 um eine Doppel-Separatoranordnung
mit einem geformten Dichtungskörper 90 und
einer elastomeren hutförmigen flexiblen
Dichtungsmembran 72. die flexible Dichtungsmembran 72 weist
eine Oberseite 73, eine sich von der Oberseite zu einem Übergang 76 nach
unten erstreckende Ringschürze 74 und
eine sich von dem Übergang
nach außen
und unten zu einer Anschlagfläche 79 mit
einem abgerundeten Ende 80 erstreckende gebördelte Ringschürze 78 auf.
Die Oberseite 73 ist höchst
vorzugsweise ein selbstheilendes Septum.
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Der
Dichtungskörper 84 umfasst
eine Oberseite 86, eine Unterseite 88, einen ringförmigen oberen
Bereich 90, der sich von der Oberseite zu einem gekerbten Übergang 91 erstreckt,
eine gebördelte äußere Seitenwand 92,
die sich nach unten und außen
erstreckt und in Richtung eines Übergangs 93 zuläuft, und
eine zweite äußere Seitenwand 96,
die sich von dem Übergang 93 nach
unten zur Unterseite 88 erstreckt. In dem Dichtungskörper 84 befinden sich
ein Durchgang 98 und ein Hohlraum 100. Der Durchgang 98 erstreckt
sich von der Oberseite 86 zur Unterseite 88. Der
Durchgang 98 passt mit der Oberseite 73 der ringförmigen Innenwand
des Separators zusammen. Hierdurch ist ein Weg 100 zwischen
dem Röhrchen
und dem Separator gebildet, der das Vorbeifließen der Flüssigkeit an dem Separator während dessen
Abwärtsbewegung
im Röhrchen
ermöglicht. Der
verbleibende Bestandteil geringer Dichte in dem Durchgang 98 des
Separators bewegt sich nach unten und an dem Separator vorbei nach
oben.
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Wie
in 5 dargestellt, wird nach dem Abschluss des Zentrifugierens
der Zentrifugiervorgang beendet und die elastomere Dichtungsmembran nimmt
wieder ihre nicht deformierte Form an und dichtet gegen die Innenwand
des Röhrchens
ab, wodurch der Separator 70 als Teiler zwischen dem Flüssigkeitsprobenteil
B geringerer Dichte und dem Teil C höherer Dichte wirkt.
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Das
Röhrchen 30 ist
mit den meisten der zahlreichen in Probensammelröhrchen verwendeten Additive
kompatibel, wie Citrate, Silikate, EDTA und dergleichen, welche
zum Konditionieren der Probe verwendet werden, um entweder das Verklumpen
zu fördern
oder zu verzögern
oder um die Probe für
eine bestimmte Analyse zu konservieren. Es fällt in den Rahmen der Erfindung,
dass ein oder mehr Additive für
bestimmte Anwendungen in der Erfindung verwendet werden können.