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JPH0669491B2 - 中間密度物質を懸濁液から直接得るための連続遠心装置 - Google Patents

中間密度物質を懸濁液から直接得るための連続遠心装置

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Publication number
JPH0669491B2
JPH0669491B2 JP63501348A JP50134888A JPH0669491B2 JP H0669491 B2 JPH0669491 B2 JP H0669491B2 JP 63501348 A JP63501348 A JP 63501348A JP 50134888 A JP50134888 A JP 50134888A JP H0669491 B2 JPH0669491 B2 JP H0669491B2
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JP
Japan
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rotor
housing
gap
outlet
blood
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP63501348A
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JPH01502093A (ja
Inventor
シエーンドルファー，ドナルド，ウオルター
バース，クロード，エドガー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAKUROORIN UIRIAMU EFU
Original Assignee
MAKUROORIN UIRIAMU EFU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAKUROORIN UIRIAMU EFU filed Critical MAKUROORIN UIRIAMU EFU
Publication of JPH01502093A publication Critical patent/JPH01502093A/ja
Publication of JPH0669491B2 publication Critical patent/JPH0669491B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 遠心は、成分が密度において僅かに差を有する場合、液
体懸濁液中の成分の分離のための技術としてよく知られ
ている。遠心システムは生体医学用途に広く使用されて
おり、その最も重要な一つは、比較的小さい密度差の懸
濁した血球および他の成分を持っているデリケートで複
雑な物質である血液成分の分画に関する。血液サンプル
が採取される時、それらは5,000r.p.mのような極めて高
い回転速度およびそして5,000Gのような高い分離力にお
いて５〜10分回転することにより高い遠心力のもとでし
ばしば分離される。この操作は、サンプル中に最も軽い
成分である血漿に関して最も重い赤血球および白血球成
分の層と、そして中間に血小板および白血球の薄い層
（しばしばバッフィコートと呼ばれる）を生ずる。特定
の血球タイプは分離されたゾーンを個々の容器中へ押出
すことにより遠心したバッグから取出すことができる。
遠心は通常バッチプロセスとして実施されるが、多数の
一般用途の連続的遠心システムがあるけれども、血液処
理に適したものは該目的のために特に適応化される。連
続プロセスにおいて中間密度成分を抽出することを望む
時、連続遠心機において適当な位置にある探針またはナ
イフエッジを選定した層の分離のために使用することが
できる。そのようなシステムは、特に中間密度層が低い
割合でのみ存在する場合複雑である。成分は経時的に次
々に分離するクロマトグラフィー技術も知られている
が、しかし再び複雑である。
最近、全血から血小板を抽出するための改良されたシス
テムが考案され、ドナルド、ダブリュー、シェーンドル
ファーらにより1984年８月24日に出願された“閉鎖血液
システムおよび方法”と題する米国特許出願第644,032
号（特公平５−36105号に対応）の主題となっている。
このシステムおよび方法によれば、血小板リッチ血漿
は、同心状ハウジング内に内側二重壁ローターを有する
生物学的に閉鎖された構造中へ血液が供給される第１ス
テップによって血液から分離される。優先的流路は、ロ
ーターの外側とハウジングの間の通路ではなく、ロータ
ーの壁間にあり、そのため血小板リッチ血漿の遠心層化
および分離がローター内に確立される。血小板リッチ血
漿は次に所望の最終血小板濃度へ回転膜システムにおい
てロ過することができ、血漿を付加的産物として与える
このシステムのサイズ、効率および簡潔性は作動部分を
低コスト使い捨てとして製作することを可能とする。こ
のシステムはまた、血液の残りの成分を患者へ返還しな
がら血小板濃縮物出力を抽出するように、供血操作の間
リアルタイムで作動可能である。血小板濃縮レベル、効
率および処理量において重要な利得を得るために本発明
へ導く努力がなされた。
血小板濃縮物を得ることは、液体懸濁液中のより軽いお
よびより重い成分から中間密度物質を抽出する問題の特
に重要な例を代表する。血小板は分析、治療およびその
他の目的に使用される。最近の適用においては、血小板
に乏しい血液は使い捨て分離器を使用し、最小の時間量
をかけて操作中供血者へ返還することが高度に望まし
い。ヘモネチックス、コーポレイションのモデルＶ−5
0,コーブ、ラボラトリーズによって市販されているI,B,
M.2997、およびフェンウオール、ラボラトリーズによっ
て市販されているCS−3000のような自動または半自動血
小板分離システムはこの方法で作動する。しかしながら
これらシステムは高価であり、そして運転が複雑であ
る。血漿は1.0269の密度を有し、そして血小板は1.03の
密度を有するので（赤血球は1.10の密度を有する）、分
画の困難性はこれまで実質的により簡単なそしてより安
価なシステムの使用を阻んで来た。そして血液の単一ユ
ニット毎を処理するバッチ式二段階遠心プロセスが、血
小板リッチ血漿を得るため第１の低速度回転で、そして
次に血小板を濃縮するための第２の高速度回転で使用さ
れる。これは多くの人力操作を必要とするばかりでな
く、別々の供血者からの供給物を血小板輸血のために適
当量の血小板を得るために混合しなければならない。
ヒト血液は通常約50％の血漿と、そして全血１μｌ当た
り約250,000個の血小板濃度で血小板の１％以下を含ん
でいる。このため血漿を実質上すべての血小板と一所に
血液から分離する時、血漿μｌ当たり500,000ないし55
0,000個（標準値）の血小板があるであろう。血小板濃
縮物は血漿μｌ当たり約110万個またはそれ以上の血小
板を持っているものと通常考えられている。標準値以上
に血小板に富み、そして溶血のない血小板を得ること、
およびそれを供血者流量（典型的には約5ml/分）と両立
し得る連続ベースで実施することはそれ故最も価値ある
目的である。赤血球および血漿の一部は、血小板リッチ
血漿が貯蔵され、または血小板輸血または他の目的のた
めに利用可能とされるのと同時に、供血者へ返還され
る。もし高い血小板濃縮物（例えば4,000,000 血小板／
μｌ）がリアルタイムベースで望まれるならば、その時
は前記のシェーンドルファーらの特許出願に記載されて
いるインライン回転膜フィルターを使用することができ
る。
全血から血小板リッチ血漿を抽出するためのワンステッ
プ操作は非常に困難な問題を解決し、そして該操作はさ
らに懸濁液中のより重いそしてより軽い成分の両方から
一成分または目標物質を選択的に抽出することを望む他
の用途を持った使用に服すことができなければならな
い。
本発明の概要 本発明に従ってシステムおよび方法は、遠心ゾーンに最
初の部分的にもしくは完全に層化した流れを確立する
が、しかし次に反対方向から伝播される局在化された再
混合を導入する。局在化再混合物区域は遠心機内の所定
位置に制御され、そして予見することができ、そして成
分の改良された分離のための基礎を提供する。再混合は
二重壁ローター内の内側遠心ゾーン中の流体と、そして
遠心ゾーンを囲む外側の応差的に運動する再循環ゾーン
の間に確立された相互作用によって発生される。もし血
液が分離される流体懸濁液であれば、血小板リッチ血漿
は局在化された再混合区域に隣接するポートを通って内
側へ抽出され、他方重いそして軽い成分はローター中の
血液出口ポートを通って放射方向外側へ働く。このシス
テムは生物学的に閉鎖され、そして入力として全血を使
用して血小板欠乏血液流を供血者へ返還しながら、標準
値以上に血小板に富む血漿を得る。
本発明の特徴の一つは、成分の連続的抽出において装置
からの低密度出力を形成する成分を変化させるように流
量を調節することができることである。それ故遠心ゾー
ン内の少なくとも部分的に層化した物質の分離は、軽お
よび重密度物質の間の過渡的ゾーンへより近いまたはよ
り遠い区域において起こるように見える。それ故、分離
される媒体として血液を使用し、一方では血小板リッチ
血漿を最大化しまたは一層純粋な血漿を提供し、または
他方では血球成分を提供する出力が流量を調節するだけ
で得られる。
本発明の他の特徴は、遠心ゾーン内の内部ポンピング
と、そして分離された成分が異なるポートで抽出されて
も分離プロセスの増加された使用があるように部分的に
分離された成分の遠心ゾーンの内部再循環の使用にあ
る。
特定の実施例において、ローター構造は遠心ギャップを
形成し、そして再循環のために使用される小さいギャッ
プで離されたハウジング内で回転する二重壁体を備え
る。ローターの外側壁中の多数の開口は、再循環ギャッ
プに閉じ込められた比較的静止している全血に非外傷的
な局在化された対流パターンもしくは追跡する航跡を発
生させる。これらのパターンは開口を一般に円周方向に
たどり、そして開口を通って外側壁内に、そして次にロ
ーター壁間の遠心ゾーン中の層化成分中へ伝播する動的
力を発生させる。しかしながら遠心ゾーンにおいては、
局在化された再混合パターンは円周方向ではなく、ロー
ターに沿った実質的に軸方向であり、そしてそれらはさ
らに主要な流れ方向に抗して伝播する。この逆方向伝播
は遠心ゾーンの前のローターの最初の区域中の狭い減衰
ギャップによって長さが制限される。ローター構造内の
小さい内部流れパターンを観察することが困難なため、
より重い外側の層が血小板利用性を改善するように内部
で混合されるのか、より軽い内側の層が血小板リッチシ
エルまたは表面効果が得られるように混合されるのか、
または何らかの他の説明が適当なのかは今のところ完全
には理解されていない。それにもかかわらず、予期せざ
るほど高い血小板カウント／単位容積が血小板出力中に
赤血球、白血球または溶血なしに得られることが証明さ
れている。
本発明の他の有用な特徴によれば、流動する質量が入力
と出力の間にポンプされる。実質的なポンプ力は、中心
軸に関し、血液入口開口よりも大きい半径に血液出口開
口を持つことによって発生させられる。また、ローター
の二重壁間の間隔は均一でなく、一端の入口から、最初
に狭いギャップの減衰ゾーン、次にその外側境界が成分
が入口から出口端へ動くにつれ半径が増加するより広い
遠心ギャップ、そして収れんする再混合および出口ゾー
ンを限定する。遠心ギャップの末広がりは入口および出
口間に応差圧力またはポンピング作用を提供する。
再循環ギャップは、その小さいギャップ寸法および長い
長さのため、遠心ゾーンよりもかなり高い流れ抵抗を有
する。再循環流はこの例においては入力流量と同じ大き
さのオーダーであるように調節され、質量流の成分を再
循環することにより分離力へ血小板および血漿のより大
きいアクセスを提供するので、これは処理量および血小
板濃度に対して非常に意味深い。
ローターの外側壁中の出口開口は再循環ギャップ、従っ
て再循環流路または出口ポートへ通じ、他方軸方向に整
列した濃縮物開口がローターの内側壁に設けられ、ロー
ター中の内部導管を通って中心軸に沿った濃縮物ポート
へ通ずる。外側壁中のポートの数および寸法は、軸方向
整列を保ちながらローターの内側壁中のポートの数、寸
法および位置と関連される。これら開口およびポートの
ギャップおよび軸方向整列は、再混合パターンが内側壁
中の血漿ポートを横断して広がるため、最適化した作動
にとって重要である。再混合区域に沿ったギャップの放
射方向寸法は、過剰の内部再循環から発生し得る溶血を
最小にするようにテーパーにされ、そして寸法が制限さ
れる。
このシステムは、供血者から抗凝固血液から底部入口か
ら供給され、そして垂直に配置されたローターシステム
に沿ってポンプされるリアルタイム血小板分離用途に特
に適している血小板分離システムの一特定例は、回転数
2,000ないし3,800r.p.mと，ローター外径4,572cmを使用
し、底部区域において0.0127cmの狭い減衰ギャップで始
まる遠心ギャップを備えている。コアは狭くなりそして
シエル壁は外側へテーパーし、そのためその主要長さに
沿って遠心ギャップは約0.3175cmから0.3683cmへ変化
し、他方ローターとハウジング間のギャップは約0.0152
4cmの寸法を持っている。約50ml/分の血液入口流量にお
いて、平均滞留時間が30秒以上であるような内部容積を
有する。この構造において、外側壁において幅0.16002c
mおよび高さ0.16002cmの血液出口ポートが約30°で離
れ、全部で12個の開口がある。ローターの内壁中に同じ
数の血小板濃縮物ポートが軸方向に整列されるが、しか
し1.1811cm移動され、そして寸法は幅0.0889cmおよび高
さ0.1905cmである。テーパーの程度、内部血液閉じ込め
容積、開口の寸法および相対的位置は、すべて流量と効
率とのすぐれた組み合わせを達成するように使用され
る。特定目的または一般的用途のための総流量は、ギャ
ップを大体同じ寸法に維持しながら寸法および容積へ適
当な形状係数をかけることによって変えることができ
る。
図面の簡単な説明 本発明のより良き理解は添付図面と共に以下の説明を参
照することによって得られる。
第１図は、使い捨て血小板セパレーター一部を破断した
斜視図である。
第２図は、第１図のセパレーターの断面図である。
第３図は、本発明に従った血小板分離法のためのシステ
ムのブロック図および単純化した斜視図である。
第４図は、第１および第２のセパレーターの入口端の一
部分の拡大部分断面図である。
第５図は、第１図のセパレーターの出口端の一部分の一
部を破断した部分斜視図である。
第６図は、ローターコア構造の上方部分の底面図であ
る。
第７図は、第６図の線７−７に沿って取り、そして矢印
の方向に見たローターの上方コア部分の断面図である。
本発明の詳細な説明 今やそれを参照する第１ないし７図のシステムおよび装
置は、全血から直接血小板濃縮物を抽出する目的によっ
て提供する多数の困難に直面する。これは、均一な流れ
中のより重いそしてより軽い成分の両方から中間密度の
または目標成分の濃縮物を得る問題の一例でしかない。
血小板分離法へ適用したこの目的に存在する異常に重大
な問題は、血小板の粘質性格、血球成分の脆弱な性格、
全血中の血小板の非常に低いパーセンテージ、血漿、血
小板、赤血球および白血球間の低い密度差、および分離
と実質上同時に、そして合理的時間内に供血者へすべて
の有用血液成分を返還する要望のような要因から発生す
る。これらの機能は、異なる供血者からの血液の変動に
もかかわかず効率的な低コスト、使い捨て、容易に設置
し得る、簡単に作動し得る、生物学的に閉鎖された装置
で実施する必要性も存在する。すべてのこれらの切実な
要求のすべては本発明に従った装置およびシステムによ
って満たされる。
使い捨てセパレーター装置は第1,2および４〜７図に図
示され、完成したセパレーターシステムの主要エレメン
トは第３図に図示されている。環境および特定の適用を
確立するため、システムは最初に一般的用語で記載され
るであろう。
第３図を参照すると、血液セパレーター装置10は、底ホ
ルダー12と、コンソールパネル15上に装着された離れた
磁気駆動装置14の間に挿入し得るハウジング11を有す
る。磁気駆動装置14はセパレーター10の上端を受け入
れ、そして後で詳しく記載するように回転磁場を内部磁
気エレメントへ連結することによってその内部機構を回
転する。一本針16（代わりに２本針システムを使用する
こともできる）によって供血者から得られる全血はソー
ス18からポンプ19を通って抗凝固剤によって抗凝固化さ
れる。このポンプおよびシステム中の他のポンプは好ま
しくはぜん動タイプのものである。抗凝固化された血液
は次に、重力および装置内の圧力低下を克服する約380
〜400mmHgの圧力を確立するように、可逆血液ポンプ20
によってセパレーター10の入口へポンプされる。回転し
ているセパレーター装置は、ハウジング11へ下方接線方
向入口21において血液を受け入れ、そして血小板リッチ
血漿を同軸出口22を通って送り出し、他方血小板欠乏血
液は上方の接線方向出口24から出て行く。血小板リッチ
血漿は大体環境圧力にあり、そして重力によって可撓性
チューブを通って下方へ血小板貯槽23へ送られる。この
通路において流出血小板リッチ血漿はヘモグロビン検出
器25および可撓性シヤントライン26を通る。シヤントラ
イン26および流出チューブの各自は、それぞれ信号応答
クランプ27または28によって選択的に閉じることができ
る。出口24からの血液出力は高い陽圧（典型的には300
〜400mmHg）にあり、そしてコンスタントな選択した流
量を維持するために足りるだけの応差出力圧力（約10〜
20mmHg）を貯槽へ通常供給する制御可能なポンプ29を介
し、貯槽30の一方の側へ供給される。血液貯槽30から、
血小板欠乏血液は、吸引フェーズとは別の時間決めされ
たフェーズにおいて血液ポンプ20により一本針16へ移行
される。
血液に陽圧を維持することは、応差圧力が流量を確立
し、そして血小板リッチ血漿が陰圧下でポンプ送出され
ることができる限り、理論的には必要ない。しかしなが
ら実際問題として、実質的な陰圧は蒸発を開始させるこ
とができ、そしてこれは最良に回避される。
供血者の快適さのため１本針作業が一般的に好ましいた
め、血液は交番するフェーズにおいて引出され、そして
返還され、貯槽はこの目的のための緩衝として役立つ。
十分な寸法の貯槽では、一回の完全サイクルを必要する
だけであるが、しかし一時に供血者から取出される全血
の総量を制限するため一般に数サイクルが使用されるで
あろう。単一の血液ポンプ20の使用を可能とするため、
それぞれ入力および返還ライン中の信号作動クランプ32
および34がこれら導管を開閉するために使用される。
多種の他のシステム構造の任意のものを使用することが
できる。例えば単一針により、二重チャンバー貯槽を使
用することができ、そして血小板欠乏血液は第１の貯槽
から第２の貯槽へコンスタントな流量でポンプされるこ
とができる。
慣用な形の制御システム36が、作動の条件を感知し、流
量、通路および持続時間を支配し、そして定常状態およ
び警告ディスプレーを提供するため、システム中の種々
のポンプセンサーおよびクランプへ連結される。これら
の機能は供血者から血液を引きそれを再注入する多数の
位置の血小板分離システムで現在実行されているので、
それらの大部分は単純化および簡潔性のため詳細は図示
されず、または記載されない。種々の装置のマニュアル
制御も可能であるが、しかし一般的用途には好ましくな
い。使い捨てチューブが使い捨て貯槽28,30および使い
捨てセパレーター10と共にこのシステム内において流体
を移換するために使用され、そのため患者間で交差汚染
は発生しない。針16へのライン中のクランプ32および34
は、血小板リッチ血漿流出ライン中のクランプ27,28と
同様に制御システム36によって作動される。検出器25に
よって流出ライン中にヘモグロビンのあらかじめ定めた
レベルより過剰が感知される時、クランプ27を開放する
ことによってシヤントライン26が開かれ、そしてクラン
プ28によって主ラインが閉じられる。流れ条件が血小板
リッチ血漿が再び流れるまで調節され、その時オペレー
ターまたは制御システムはクランプ27,28をリセットす
る。制御システム36は、また針16を介して供血者へ再注
入のため血液を血液貯槽30から返還するため、ポンプ20
の方向を支配する。供血者へ血小板欠乏血液を再注入す
るため、ポンプ20は適切な方向に回転され、そして返還
ラインクランプ34は開かれ、同時に入力ラインクランプ
32は閉じられる。この作動は十分な量の血小板リッチ血
漿濃縮物が蓄積した後、または貯槽23の内容物があらか
じめ定めた水準もしくは質量に達した時に実施される。
血液貯槽30中のけおよび血小板リッチ血漿貯槽23中の量
を検出するため装置は簡単化のため省略されている。
今や特に参照する第1,2および４−７図に詳細に図示さ
れているセパレーター10は、一般に垂直な軸上に円筒形
ハウジング11を支持する。このためハウジング11中の全
血入口ポート21は、それが供血者へ入力血液を供給する
時ハウジング下端近くで接線方向に配置される。内部二
重壁ローター42は、典型的には垂直であるセパレーター
10の中心軸と同心状にハウジング11内に回転自在に配置
される。磁石エレメントの群44,45,46がローター42の上
端に配置され、そしてそれへ連結され、そしてセパレー
ター10が作動位置に装着される時磁気駆動装置14内に配
置される。駆動装置14内の回転する磁場は、2,000ない
し3,800r.p.m.の範囲内の、そしてここでは3,600r.p.m.
の所望の回転数を確立するためローターへ連結される。
ローター42の両端は、ハウジング11の両端に座着された
上方ピボットピン48および下方中空ピボットピン50（特
に第２図を見よ）よりなる低摩擦支持体と係合する。ハ
ウジング11の上端に隣接して接線方向血液出口ポート24
はポンプ26を通って血液貯槽30へ血小板欠乏血液を提供
し、ハウジング11の底の同軸血小板濃縮物出口22は重力
流によって血小板貯槽中へ下方ピボットピン50中の中央
ボアを通過する成分を供給する。第４〜５図に示した詳
細を参照すると、セパレーター10内部構造は実行される
機能に対して著しく重要である。二重壁ローター42は血
液入口および出口ポートそれぞれ21,24間の軸方向長さ
を差し渡し、そしてこの区域において一般に円筒形外形
となっている。それはその軸端近くの円周状に配置され
た血小板濃縮物ポート58を除いて実質上連続表面を有す
る変化する輪郭の内側円筒壁もしくはコア52を含んでい
る。その下端において、ローターコア52は、3.5306cmの
直径と9.0424cmの長さの真直ぐな主壁セクション56へ続
く内側へテーパーした長さ55に隣接して、4.15036cmの
直径と0.635cmの長さを有する真直ぐな減衰壁セクショ
ン54を持っている。幅0.0889cmおよび高さ0.1905cmの長
四角形の12個の等間隔血小板リッチ血漿ポート58は壁56
の頂部において放射方向内側へ向かっている。ポート58
の上方のコア52の上部セクション60において、ローター
コア52は周辺リップ62へ続く外側へテーパーした、もし
くは末広の壁61を含んでいる。この末広がり壁61および
その下の真直ぐな壁56は、ローター42の外側壁内部の遠
心ゾーンを形成する。
低コスト成形目的のため有利には、ローターコア52は血
小板濃縮物ポート58の下縁と交差する平面で接合した二
片につくられる。この上方セクション60は第６および第
７図に最も明瞭に見られる。
第２および６図に最良に見られるように、別体のトップ
セクション60は、血小板濃縮物ポート58から、中央中空
チューブ69を通って同軸血小板濃縮物出口22と中空下方
ピボットピン50を介して連通している中央中空マニホー
ルド区域68中へ続いている放射状通路67を含んでいる。
ローターコア52のトップセクション60は、ハウジング11
の減少した直径の頂部内に密に嵌合し、そしていくらか
星形の磁石エレメント44〜46を嵌合関係に収容する垂直
な内部突起71を含んでいる小さい直径の壁70を含んでい
る。トップセクション60は上方ピボットピン48の下端を
保持するための同軸くぼみ73を含んでいる端部キャップ
72によって閉鎖されている。端部キャップはまた、磁石
エレメント44〜46中の中央開口内に係合する下方へ突出
する中央マンドレル78を含んでいる。
二重壁ローター42の外側壁もしくはシエル80は外径1.79
9インチであり、コア頂部セクション60において周辺リ
ップ62へ持続され、そして中心軸と同心である。しかし
ながらシエル80の内側表面80は、コア52の真直ぐなセク
ション56に関して遠心ギャップ65においてコンスタント
な外側へ広がる面（上方への流れ方向において）を提供
するためテーパーとなっている。この例においては、コ
ア52の減衰壁54とシエル80の内側壁の空間は0.0005イン
チである。間隔は次に遠心ゾーン65において広がって
（約0.5°の角度において）最小のギャップを広げ、約
2.09インチの長さに沿ってテーパーセクション55の直上
において0.125インチから血小板濃縮物ポート58に対向
する上端において約0.145インチである。ローターコア5
2の頂部セクション60の外側テーパーは、周辺リップ62
へ上向き方向に近づくにつれギャップを再び減少する。
ポート58上方のギャップの放射方向寸法は、血液内の内
部円形運動とそしてこの区域内の溶血への傾向を制限す
るため、収れんするセクションによって寸法が減らされ
る。また、血液中の気泡は流れ内で上方へ、そして内側
へ動き、そのためそれらは血小板濃縮物ポート58を通っ
てシステムから出て行く。
リップ62の下側に対称的に配置されたノッチ82（第2,6
および７図）はシエル80の頂縁中のノッチ84（第１図お
よび第２図）と対面して隣接し、ローターコア52とシエ
ル80の間のギャップから流れる血液のための血液出口ポ
ート85を提供する。シエル80の外側表面は、ここではそ
の長さの大部分に沿って0.01524cmである流れもしくは
再循環ギャップ90によってハウジング11の内側表面から
離されている。しかしながらこの再循環流ギャップ90
は、下端および上端における入口および出口流にそれぞ
れ調和するためその軸端においてシエル80の外径を減ら
すことにより、シエル80の底部および頂部において少し
大きくつくられる。
ローターコア52とシエル80の間の空間は、シエル80の底
壁94中の６個の等間隔血液入口ポート92（0.57912cm×
0.15748cm）の列と連通している。これらの入口ポート9
2は中心軸から1.9939cm半径にあるが、血液出口ポート
は2.25806cm半径にある。この半径の差は出口ポートに
おいて実質的により大きい速度を生じ、血液に上方向の
実質的なポンピング力を提供する。血液出口ポート85を
通過する血液の大部分は再循環通路へ入り、そして入り
ポート92へ再び入るように底端へ比較的急速に下方へポ
ンプされる。この例においては、相対的なポート寸法お
よび内部容積（約30ml）が入力流に大体等しい再循環流
と、そして20秒のオーダーの平均滞留時間を与える。特
にこの例示的セパレーター10における血液の平均滞留時
間は、入力流量（50ml/分）プラス再循環流量（50ml/
分）に対する内部容積30mlの比、または18秒によって決
定される。
血液を出力（上方）端から装置10の入口（下方）端へ戻
してポンプするため利用し得る駆動力は、流れ開口が異
なる半径、すなわちRo（出力）が約1.75インチ（2.225c
m）およびRi（入力）が約1.1633インチ（2.074cm）にあ
るために加えられる圧力差（ΔＰもしくはP2−P1）であ
る。半径の関数としての回転とそしてその結果の圧力の
間の関係は以下のように示すことができる。
1/2ρω２（Ro 2−Ri 2＝P2−P1 ここでρ＝密度，ここでは低い（1.04）の入力ヘマトク
リットと高い（1.09）出力ヘマトクリットの間の中間ヘ
マトクリットの血液については約1.06であり、そして36
00r.p.m.回転を基にしてω＝377ラジアン／秒である。
これらの値をもって、48087.6ダイン/cm２のΔＰ（P2−
P1）が誘導され、これは0.7psiまたは36mmHgと換算され
る。単位時間当たりの理論的質量流量Ｗを計算するた
め、ペリーのChemical Engineer′s Handbook,第５版、
マグローヒル、ブック、カンパニー、ニューヨーク、
（1973）の５〜25頁に与えられている環状ダクト内の圧
力低下に関する以下の式を使用することができる。
D2＝1.800″（0.15′） Ｄ１＝1.783″（0.1486′） Ｇｃ＝32.17（寸法 定数） L ＝3.27″（0.27′） ω ＝0.04ポイズ（2.69×10-31b/ft・秒） これは理論値として1.054×10-31b/秒、または約32ml/
分の物質流量Ｗを得る。しかしながら、実際の再循環流
量は容積関係と、入力および出力ポートの寸法に強く影
響される。この流量の大きさのオーダーは、上に与えた
のと同様な寸法を持つが、しかしローター中に遠心ギャ
ップのない環状ギャップを通る圧力低下を測定すること
によって検証された。食塩水と40ヘマトクリット血液の
両方が通され、そして100ml/分の流量について０および
3,600r.p.m.において食塩水について72mmHgの圧力低下
があることが判明した。血液について同じ流量は75mmHg
の測定圧力低下を与える。上で計算した36mmHgのΔＰと
共にこれらの関係を使用して、この装置内の再循環流量
は約50〜60ml/分である。これは上で与えた計算値の大
きさと同じオーダーである。このため血液が約50ml/分
で入力されそして血小板欠乏血液が約50ml/分で除去さ
れるこの実施例においては、正味の再循環流量は約50ml
/分であり、そして遠心ギャップを通る流量は約100ml/
分である。従って血液の一増分は装置を出る前に遠心ゾ
ーンにおいてやく２回処理される。
循環媒体としての血液については、後で記載するように
あまりに小さい再循環ギャップは血液に溶血を誘発する
ため余分の制限がある。しかしながら、追加された遠心
時間、そして再循環している血小板および血漿欠乏血液
の増大したヘマトクリットが血小板分離の効率へ有意に
貢献していることは明らかである。再循環機能は、ポン
ピング源および返還流はハウジングに対して内側である
という事実と、そして出力流は安定条件に達した後コン
スタントに抽出されるという事実によって特徴化され
る。
ハウジング11およびローター42間の空間へ接線方向に導
入される全血はこのため、ローターシエル80の底壁94と
ハウジング11の底壁の間の空間を通り、次に血液入口ポ
ート92およびコア52の乱流減衰壁55とシエル80の間のギ
ャップを通って遠心ゾーン65内に優先的通路を見出す。
好ましい上向き通路はポンピング効果のためと、そして
長い再循環ギャップ90によって提供される流れ抵抗は遠
心ギャップ65のそれより大きいため、実質上すべてロー
ター内である。遠心ギャップ65中の末広がりによって提
供されるそれ以上のポンピング作用もこの流れを確立す
るのを助ける。
上端において、ハウジング11からの血液出口24はロータ
ー42のシエルの血液出力ポート85と同じ水平面内にあ
る。ローター42中の血液出口ポート85は血漿板濃縮物ポ
ート58の水平面か３ら1.1811cm引き離された水平面内に
ある。血液出口ポート85は血小板濃縮物ポート58に関し
て数が等しく（12個）、そして30°離れた同じ円周上の
位置にある。血液出口ポート85の各自はこの例では幅0.
16002cmと高さ0.16002cmの寸法を持っている。
第２図に最良に見られるように、下方ローターコア52セ
クションの頂壁は下向きの中央ハブ96を持っており、シ
エル底壁94は上向きの中央ハブ97を含んでいる。中央の
中空チューブ69はその両端においてこれら二つのハブ9
6,97中の中央開口中に座着する。下方ハブ97はまた、内
側ショルダーにおいて下方ピボットピン50と係合しそし
てローター42の重量を支持する軸受99を収容する形状と
なっている。
作動において、このシステムは先行技術を上廻る著しい
改良をもって血小板リッチ血漿の高容積を得るように、
正常ヘマトクリットの新鮮な抗凝固化血液流を約50ml/
分において50〜60分以内で処理する。製品流量は予想さ
れるようにヘマトクリットに逆化例して変化し、50〜60
分作業において、１個所の静脈アクセスをもって典型的
実施例において血小板リッチ血漿500〜600ml中に３×10
11より大きい血小板が得られる。これはμｌあたり600,
000個の血小板の流れを保証し、そしてその後の膜ロ過
ステップにより実質上任意の濃縮レベルが得られること
を可能にし、血漿が副産物として得られる。
これらの結果は、出力中最小の溶血および白血球含量レ
ベルを持って安定な非臨界的作動モードにおいて達成さ
れる。しかしながら、このシステムは、所望の成分に富
むキャリアのアクセスし得る流れを提供する相互作用の
複合の有益な使用を利用する流れ幾何学および流体動力
学に基いていることを認識すべきである。思いつくよう
に、寸法および物理的関係は異なる適用のために大幅に
変えることができる。しかしながらどんな特定の適用に
おいても、セパレーター内のエレメントおよび間隔の相
対的寸法および入力物質の成分の密度および粘度は与え
られた流量、濃度および効率を得るための最適な形状に
影響するであろう。この理由のため、種々の特定な寸法
および間隔関係と特定実施例として記載した独特なそし
て重要な血液用途のために上に与えてある。
全血から血小板リッチ血漿の抽出のための装置は、供血
者の供給流量と両立し得る必要性のような、設計に影響
するいくつかの本来的要求によって制約される。装置は
また、流体システムへの損傷を回避し、交差汚染の機会
を最小化するため一回使用、低コスト、無菌使い捨て部
品を含み、そして無菌の閉鎖システムを提供しなければ
ならない。そのような要因は寸法および構造に影響する
ばかりでなく、使用し得る材料の選択にも影響する。
そのような要件を念頭に入れ、本発明の主な面は遠心軸
に沿ったそしてそのまわりの方向への遠心する質量の連
続運動と、そして選定した中間密度成分に優先的に影響
する局在化された制御された再混合運動の反対方向への
前記流れ内の伝播を含むということができる。分離は遠
心質量の主要部分の再循環によって助けられ、そして局
在化された運動のより良い制御は逆伝播を減衰すること
によって得られる。
今や第1,2および４図を参照すると、システム内におい
て血液入口21を通ってハウジング11とローターシエル80
間の流れギャップ90の底部分中へ入力血液流は、シエル
底壁94内の血液入口ポート92を通って遠心ギャップ65中
へ優先的通路を見出す。比較的長い狭い再循環ギャップ
90によって提供される流れ抵抗は、たとえ狭いが比較的
短かい長さの乱流減衰区域を持っていてもローター42内
の遠心ギャップ65を通る通路のそれよりもかなり大き
い。血液入口ポート92と血液出口ポート間の中心軸に関
する放射方向位置の差によって上向きのポンピング作用
が導入される。入口ポート92よりも出口ポート85の大き
い半径のための血液上の遠心力は血液塊を遠心ギャップ
65内で上方に、そして再循環ギャップ90内で下向きに強
制する傾向を有する。上向きのポンピングも血液が軸方
向に進むに連れ広くなる遠心ギャップ65のコンスタント
な増大によって助けられる。遠心ギャップ65が数秒間で
起こる充満される時、流量は安定化し始め、そして多数
の異なる流れ関係が確立され、数秒後に完全に安定化す
る分離作用が始まる。
定常状態の作動において、ローター42は3,600r.p.m.に
おいて回転し、4.572cmローター外径および薄いシエル
壁のための遠心ギャップ65内の血液に加えられる遠心力
は約330Gである。非乱流流れが乱流減衰壁54に沿った狭
いギャップ内の最初の安定化によって遠心ギャップ65の
底部分内に確立される。比較的乱流でない流れは、ロー
ターコア52の直壁56の全長および上方末広がり壁61に沿
って遠心ギャップ65の主要部分に沿って存在する。“比
較的乱流でない流れ”とは、層が発生するがしかし作動
の動力学は血液に対し非損傷である他の運動も含んでい
ることを意味する。流れは遠心ギャップ65の後で完全に
定常状態に達し、そして血小板濃縮物ポート58は充満さ
れ、そして血液は再循環ギャップ90を満たすようにシエ
ル80内の血液出口ポート85を通って外側へ動き、ハウジ
ング内を底へ動き、入口全血と再混合する。定常状態の
流れはまた、血小板リッチ血漿はローターコア中の血小
板濃縮物ポートを通って中央区域へそして同軸出口22へ
誘導される時、上方血液出口24から血小板および欠乏血
液のいくらかの分画の出て行く流れを含む。約20秒のセ
パレーター10内の平均滞留時間および下向きの再循環流
は、セパレーターへの入力流に大体等しいものと推定さ
れる。実質的な再循環レベルが使用されるが、テスト運
転からの指示は500％以上は血液に対して過剰であると
いうことである。再循環手段内に可視気泡が同伴される
時は、それらは非常に早く装置の底へ戻ることを見るこ
とができ、このため血液塊の大部分は再循環することを
証明する。ギャップ65内の血液はこの空間内では小さい
テーラー渦が発生するため絶えず混合されている。
優先的な血小板分離はローター42の上部区域の効果と関
係のために発生する。シエル80中の血液出口ポート85と
そして再循環ギャップ90内の取り囲む運動しいる血液の
間の相対運動は、開口85における縁不連続がローター42
を囲む円周的に減速する血液と相互作用する時、多数の
局在化された航跡または二次的パターンを誘発する。こ
の点に関して第５図を特に参照せよ。再循環ギャップ90
中のこれらの局在化された航跡はローター42が回転する
時各ポート85を円周的に追跡する。そのような二次的パ
ターンは性格上循環的であるが、しかし血液に対して非
外傷的で非破壊的であると信じられる。それらは狭いギ
ャップのため研究することが非常に困難であるが、配置
および強度はギャップ間隔に相当する直径を持つテーラ
ー渦をよく確立し得る。局在化された航跡または循環は
第５図に一般化した運動パターンとしてのみで図示され
ている。
重要なことに、これらの外側の追跡する航跡の動的力
は、血液出口ポート85を逆に通る圧力および運動動揺を
伝達することにより、遠心ギャップ65内に系統的な多分
循環する再混合効果を誘発する。遠心ギャップ65内にお
いて、そのような再混合パターンの多数が遠心ギャップ
65中の血液の比較的乱流でない上向き流と反対に、軸方
向下方へ伝播される。これらの切れ目のないパターンの
全長は、第５図において血小板濃縮物ポート58を過ぎて
延びているように図示されている。作動の間および停止
および分解後の沈着物の検査による、可視媒体による作
動結果および研究は、軸方向循環パターンは少なくとも
この遠方まで延びていることを示す。しばしばそれらは
遠心ギャップ65の殆ど全部にわたって下方へ伝播するこ
とができる。しかしながら壁54の反対の狭いギャップに
よって限定された最初の乱流減衰区域は軸方向伝播の全
長に反対し、制限する。
従って、遠心ギャップ65の主要流動区域において行われ
る血漿、血小板および赤血球の遠心分離は、他の流れパ
ターンへの局在化されたセクターにおいて系統的に発生
される。血漿および血球成分の部分的または完全な層
は、上へ運動する遠心塊が血小板濃縮物ポート58を通過
する時までに確立される。しかしながら層化された層内
の成分は、遠心塊の上方運動に関して逆方向に伝播する
動的力によって、円周的に引き離された軸方向に延びる
区域に沿って局部的に再混合される。この作用は、血小
板に富む血漿がローターコア52中のポート58において提
供されるようなものである。軸方向再混合パターンは円
周方向において構造によって結合されず、そして物理的
に拘束されないが、それらはそれにも拘らず安定であ
る。
優先的分離は血液の遠心ギャップ65内から再循環ギャッ
プ90を通って下方へ戻る再循環によって有意義に改善さ
れる。血液塊の大部分は遠心ギャップ65内にあり、そし
て内部流は比較的均等化された出力流よりも著しく高い
物質流量を持っている。遠心ギャップ65内に分布された
瞬間的な立体的パターンは第５図に対流形においてのみ
図示され、そしてそれらの確立および維持はさらに後で
議論される。
遠心ギャップ65内のパターンは容易に解析されないこと
を認識しなければならない。しかしながら分離プロセス
の結果はこのシステムの有効性を強調するためにここに
与えられる。50ml/分の入力流は、血小板濃縮物ボート5
8およびそのため出口22において約９〜12ml/分の血小板
濃縮物流量を発生する。血小板濃縮物は、血小板約600,
000個／μｌを持ち、実質上溶血がなく、そして血漿担
体は実質上白血球を含まない。血小板欠乏血液は約38〜
41ml/分の応差流量において血液出口24を出る。このた
め貯槽30へ送られる血小板欠乏血液は第２のポンプ20を
通って患者へ正当時間で返還することができる。すべて
の出口ポートは固定され、そして回転シールが環境へ開
いていないため、外部ソースからの汚染はない。
500,000個／μｌの範囲の血小板濃度を持った血小板リ
ッチ血漿は先行技術に従ったバッチ式回転プロセスにお
いて日常的に発生される。しかしながらこれらは以前に
述べた作業上の欠点を持っている。しかしながら血漿か
ら血小板を分離するため別の手段を使用することなく、
連続流モードにおいてこれよりも高い血小板濃度の発生
のための既知の技術は、以前に述べたシェーントルファ
ーらの特許出願以外にはない。
出願人は、最も有意義な構造および関係を決定するた
め、セパレーター10内の複雑な流れパターンを解析する
途中において研究を実施した。遠心ギャップ65の内外側
における、対流、渦または再混合の局在化されたパター
ンの存在は、ローター42の回転へ同軸へ同期化されたス
トロボスコープ光のもとで見た透明ハウジング11を通し
てある程度証明することができる。局在化された対流パ
ターンの存在、位置およびある程度その性格は、市販の
タイプの流れ可視化エイド（懸濁液中の可視粒状物質）
を使用することによってもっと明瞭になった。そのよう
な流体がセパレーター10を通って流れる時、ハウジング
11の内側および流れが乱流を上廻って遠心力によって支
配されるローター42の表面上に沈着が形成される。現在
の実施例について観察された残ったパターンはローター
シエル80の内側表面上にある。観察されたパターンは、
シエル80の個々の血液出力ポート85およびコア52中の血
小板濃縮物ポート58と整列した一般に軸方向の（すなわ
ち垂直な）運動を示す。垂直方向に沿って僅かの波があ
るが、しかし二次パターンは血小板濃縮物ポート58を接
近関係において通る。
そのような対流パターンおよび二次運動の存在は、可視
化エイド粒子の懸濁液がセパレーター10中にある時透明
ハウジング11を通ってストロボ光照明下製作したビデオ
テープレコーディングによって確認された。遠心塊中逆
に（すなわち下方へ）伝播されるパターンは軸方向であ
るが、しかし時間で変化する波形が存在する。図示した
実施例においては、それらは遠心ゾーン65の中間区域の
前で終わっている。
第５図に見られるように、それ故細長い対流渦パターン
は遠心ギャップ65において血液出口ポート85の各自と直
線的に整列した血小板濃縮物ポート58の間を延びること
を確かめることができる。そのようなパターンのそれぞ
れで発生している動的再混合は一貫しているがしかし複
雑である。これらポートの整列した対間の0.465インチ
の軸方向分離において、ストロボスコープ検査および沈
着した可視化エンドパターンから、誘発された循環もし
くは渦巻運動は軸方向で、そして全く狭い。次に循環運
動はいくらか広くなり、そして多分入口および出口間の
血液塊の上方運動からもっと円周方向へ広がる。いくつ
かのテストユニットについて、局在化された循環対流パ
ターンは、小さくなるけれども比較的対流でない流れに
抗してある距離を（ローター長さの約３分の２）下へ連
続することができる。
明らかにこれらの局在化した再混合パターンのめいめい
を通って血小板濃度勾配が存在する。血小板濃度は主と
して密度差を反映するものと考えられるが、しかし種々
の血液成分の寸法および形状によって影響するものと考
えられる。例えば、血小板は血漿と密度において僅かに
相違するだけであるが、しかしそれらの寸法のため血漿
および他の血球から局在化した循環運動において実質上
異なる牽引および加速因子を持っている。血小板濃縮物
ポート58近くの局在化したパターン中の放射方向外側に
作用する力は、寸法および／または牽引プロフィルに基
いて血小板をすべての他の血球からさらに区別するよう
になし得る。この仮説に従い、血球成分上の力はシエル
80の内側表面近くで最大であり、そして内側円筒形表面
へ近くなるにつれて小さくなり、そのため血小板をより
重い赤血球および白血球から分離するように作用するで
あろう。運動およびギャップを適切に配置し、血小板は
ポート58の近くで血漿中に優先的に濃縮されると考える
ことができる。
その代わりに、遠心ギャップ65内の局在化運動は、遠心
がいくらかの層化を生成した後外側壁においてより重い
血球成分に作用するかも知れない。次にそれは血球成分
を循環および攪拌し、成分が血小板濃縮物ポート58から
引出されるにつれ血漿の放射方向内側層中に血小板を補
給し得る。血小板および血漿の再供給は循環する流れに
よって助けられるであろう。どちらの場合でも、高い血
小板濃度は、いくらかの軽い密度の血漿とそして重い密
度の血球成分の両方の放射方向外側の通過から発生し、
これら全く予期されない効果である。
層化した血球成分および血小板リッチ血漿の間に別でな
ければ区別できる過渡の存在は、血漿、血小板および血
球成分の引出し量を変えるポンプ速度のような作業変数
の使用によって確認される。最初に血液出口ポンプ29を
入力ポンプ20に等しい速度に維持することにより、遠心
ギャップ65から真直ぐな貫通流だけが存在する。入力20
に関して出口ポンプ29をスローダウンすると、血漿出力
ポート58を通って出る差別化流を可能にする。高い血小
板抽出のために必要なこの差の程度は、主としてヘマト
クリットの差のため異なる供血者によって変化する。し
かしながら、流れ中にヘモグロビンが存在することなく
それが最大またはそれに近くなるように、流量差をセッ
トすることにより、すぐれた血小板カウントが得られ
る。遠心ギャップ65の外側壁における重い血球成分と、
そして再混合が起きている内側容積の間の過渡層に関し
てこれを中断することができる。もし血漿の内側への流
れが大き過ぎると、ヘモグロビンが血球成分の外側層か
ら運び出される。もし内側への流れが低過ぎると、血漿
は低血小板カウントで得られる。しかしながら適切な流
量において、過度の数の血小板が、血小板は血漿より少
し高い密度を持っていても放射方向内側へ輸送される。
このように、このシステムは流量をバランスされるだけ
で、中間密度物質をより軽いおよびより重い成分に対し
て強調するように出力流中の成分を変えることができ
る。全血から得られた血漿中の血小板カウントを最適化
するのに使用された流れ変化のシーケンスの実例は以下
の通りである。入力ポンプ20のポンプ量50ml/分におい
て、出力ポンプは最初同じにセットされ、次に33ml/分
にスローダウンされ、典型的には安定条件に達した後ヘ
モグロビンを含有する血漿ラインを出る17ml/分を与え
る（血小板リッチ血漿の最初の容器があるであろう）。
次に出口ポンプ29は40ml/分へ増加され、それは典型的
には血漿流量を約10ml/分へ上げる。次に高い血液流量
すなわち36ml/分が血漿中にヘモグロビンが存在しない
か等を決定するため試みることができる。
赤血球を血小板濃縮物中へ輸送することなく、最大の出
力を得るのには、製品の与えられた構造に関して多数の
ファクターが有意義である。分離プロセスは安定である
が、短時間、典型的には60秒のオーダーが流れ関係を定
常状態へもたらす前に続く。前記セパレータ中の成分の
平均滞留時間は20秒のオーダーであるが遠心ギャップ65
を充填し、次に全血を血液出口ポート85および狭い循環
ギャップを通って再循環通路内をローター42の底へポン
プする時間が必要である。狭い再循環ギャップおよび遠
心ギャップ中よりも高い流れ抵抗のため、再循環容積は
総流量の小割合でしかない。しかしながら再循環流量は
入力流体のそれに大体等しく、そしてセパレーターの定
常状態運動に対して非常に有用である。血液出口開口の
異なる数および相対的間隔での実験は、この構造につい
て、指示した寸法の12個の等間隔ポート85がすぐれた結
果を与えることを示した。血小板濃縮物ポート58の整列
およびそれらの間の実質上軸方向離間も最適結果へ近づ
けることが確認された。これは各血液出口ポート85から
整列した血小板濃縮物ポート58へ、遠心ギャップ内を実
質上下方へ進む局在化された渦巻流の可視化と一致す
る。
システムの他の変数をコンスタントに放置し、個々の変
数をある範囲にわたって変えることにより、最大効率を
達成するのに有意義な他の関係が同定された。この場合
能率は累積結果を与えられた時間内に得られた総血小板
数に実質上関して累積結果を反映し、そのため血小板濃
度および血小板濃縮物流量の両方を含んでいる。これら
二つのファクターは、しばしば反対方向に変化し、その
ため最も効率的な作動関係の選定はしばしば二つの貢献
ファクターのバランスを必要とする。
ローター42に関する外側壁末広がりの度合（すなわち第
２図の遠心ギャップ65のテーパー）を合計0.0889cmから
合計0.2032cmへ変えたユニットについて一連の実験を行
った。血小板濃縮物はこの範囲で低下したが、しかし出
力流量Qpcはより速い流量において増加した。従って流
量が主流ファクターであるため効率が上昇した。後の研
究においては間隔差0.2032cmのテーパーを使用した。し
かしながらそのようなテストは2.54cmローターと、4.57
2cmローターよりも小さい寸法の遠心ギャップを使用し
て実施された。遠心ギャップが増加され、そしてここに
記載した4.572cmローターのテーパーが減らされたが、
最適なテーパーは変数の各セットに対して存在するとの
確立された原理は正しくあり続ける。
別の研究において、ローターコア42の外径が外側シエル
のテーパーした長さの主要部分に関して変えられた。コ
ンスタント寸法の小さいギャップは減衰目的のため最下
方の入力区域に設けられた。このためテーパー区域にお
ける遠心ギャップの平均および端部限度寸法が変えら
れ、それはまた遠心ギャップ内に閉じ込められる血液総
量を変化させる。0.2032cmのその限度間の差を有するテ
ーパーについて、2.54cmインチのシエル外径に関して約
1.8288cmのコア直径においてピークに達する流量および
血小板濃縮物の両方は、0.2032cmの平均ギャップを与え
た。効率はこの同じ区域で最大化された。認められた特
徴は、流量および血小板濃縮物流量はギャップの範囲の
両端において低下するということである。このため約0.
3429cmの平均ギャップが4.572cmの外径を有するシエル
について使用された。
コア42の上端におけるテーパー壁61と、そしてシエル80
対向内側壁の間のギャップは、遠心ギャップ内の局在化
運動に影響を持つことができる。血小板濃度はギャップ
寸法が減少するにつれていくらか低下するが、しかし流
量は増加した。赤血球の同伴なしを保証して、最適の効
率は遠心ギャップへ収れんする端部を提供する上向き方
向に広がったコア頂部を持つものであることが判明し
た。このギャップがあまり小さいと、血小板濃縮物ポー
ト58を通る出力は実質上透明な血漿だけであった。他
方、ギャップがあまり大きいときは、赤血球が血漿中に
存在し勝ちであった。この区域内のあまり大きいギャッ
プは過剰の内部運動を許容し、そのため赤血球が出現
し、溶血が発生するように見える。あまり小さいギャッ
プは層内における無のもしくは非能率的混合を提供し、
そのため最低密度成分である血漿が血小板濃縮物ポート
58に出現しようとするように見える。コア頂部を上方へ
広がるようにつくることは、セパレーター中のすべての
空気を血小板濃縮物ポート58へ向けるのを助ける。これ
はセパレーターの最初のプライミングを簡単にする。
全血の50ml/分入力流量のために設計された示した最適
ユニットにおいて、能率はもっと高い流量を支持するこ
とができるけれども、50ml/分入力において最大であっ
た。より高い流量において濃縮物流量は有意に変わら
ず、そして血小板濃縮物はいくらか増加するが、出力流
量が主流で、そして正味の結果は効率の減少である。加
えて、実際問題として供血者流量は50〜60ml/分範囲に
制限される。
最後に、ローターとハウジングとの間のギャップと得ら
れる血小板濃縮物の流量の間の関係が重要である。与え
られたr.p.m.（3600）および上に記載したローター半径
において、溶血は0.01016cm以下の再循環流ギャップに
おいて測定可能になる。ギャップが0.0254インチ以上に
増す時、血小板リッチ血漿の流量は減少する。現在の仮
説は、この効果は分離ゾーン上の再循環流の振幅の過度
の力によるということである。
当業者には、このシステムは、全血入力流を頂部とし、
テーパーは下方へ広がり、そして血小板濃縮物ポートは
同軸出力ポートへより短い流路を持つようにローターの
下端へ接近させて、倒にした関係でも作動することが予
期できるであろう。この形状の装置が製作され、そして
満足な結果で作動したが、しかし第１〜７図に示した構
造がもっと速く安定化し、そしていくらか良い分離作用
を提供するように見える。
これらの理解を基にして、担体または液体懸濁液中の多
数の他の軽いおよび中間重量成分の優先的分離が、特定
の用途に対する本発明の原理の適応化が与えられれば実
現可能であることが自明である。前進する遠心塊内の局
在化された内部運動の逆伝播は、所望の処理量および効
率の組み合わせを提供するために多かれ少なかれ最初の
減衰および再循環流を必要とするであろう。粘度、粒子
寸法、密度差および各種の他のファクターも最適のデザ
インの案出において考慮すべきであろう。しかしなが
ら、多数の用途に対しもっと高い回転速度および流量が
物質に対する外傷効果なしに使用することができ、そし
てこの着想は全血のような壊れ易い媒体へ適用するより
も制約の少ない場合に利用し得る。
本発明に従って多数の手段および変法を記載したが、本
発明はそれへ限定されず、請求の範囲内のすべての形態
および変法を含むものである。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の成分を含んでいる担体からあらかじ
    め選定した成分を分離するための遠心分離装置であっ
    て、 ハウジング、 前記ハウジングとの間に空間を形成してハウジング内に
    配置されたローターにして、ローター内部に遠心ゾーン
    を有し、そして遠心ゾーン内に担体の成分の少なくとも
    部分的な放射方向層化が形成されるように遠心ゾーンに
    対して一般に平行な回転軸のまわりを回転し得るロータ
    ー、 担体を遠心ゾーンへ導入するための入口、 遠心ゾーンから放射方向に層化された担体の第１の部分
    を引出すための第１の出口、および 第１の出口から担体の運動方向に軸方向に離れそして遠
    心ゾーンから放射方向に層化された担体の第２の部分を
    引出すための第２の出口にして、放射方向に層化された
    担体の成分を再混合しそして第１の出口において引出す
    ためのあらかじめ選定した成分に富む担体を提供するよ
    うに、第２の出口とハウジング／ローター間の空間中の
    液体との相対運動が、前記第２の出口に隣接して発生し
    そして少なくとも前記第１の出口に隣接した区域まで前
    記遠心ゾーン中へ軸方向にひろがる流体対流を伝播する
    ように、前記ハウジング／ローター間の空間とも流体連
    通にある第２の出口を備えていることを特徴とする前記
    装置。
  2. 【請求項２】放射方向に層化された第２の部分の少なく
    とも一部分を遠心ゾーンへ再導入し戻すための手段をさ
    らに備えている請求項１の装置。
  3. 【請求項３】前記再導入手段は、放射方向に層化された
    担体の少なくとも一部を遠心ゾーンの外へそして遠心ゾ
    ーン内の担体の運動の反対方向に動かすための通路を形
    成する手段を含んでいる請求項２の装置。
  4. 【請求項４】複数の第１の出口、 第１の出口に関連する複数の第２の出口にして、放射方
    向に層化された担体の成分を再混合しそして前記第１の
    出口の各自において引出すためのあらかじめ選定した成
    分に富む担体を提供するように、複数の第２の出口とハ
    ウジング／ローター間の空間中の液体との相対運動が、
    前記第２の出口の各自に隣接して発生しそして少なくと
    も前記第１の出口の関連する一つに隣接する区域までひ
    ろがる流体対流パターンを伝播するように、前記ハウジ
    ング／ローター間の空間との流体連通にある複数の第２
    の出口を備えている請求項１の装置。
  5. 【請求項５】複数の第１の出口は与えられた円周に沿っ
    て対称に分布され、 複数の第２の出口は第１の出口と数が同じでそしてそれ
    らと軸方向に離れた関係において円周上整列している請
    求項４の装置。
  6. 【請求項６】遠心ゾーンは第２の出口へ向かう方向に末
    広がりになっている請求項１ないし５のいずれかの装
    置。
  7. 【請求項７】ローターは、内部遠心ゾーンを含んでいる
    二重壁ローターである請求項１ないし６のいずれかの装
    置。
  8. 【請求項８】二重壁ローターのまわりに間隔を置いて配
    置されたハウジングを備えている請求項７の装置。
  9. 【請求項９】放射方向に層化した担体の第２の部分の少
    なくとも一部を第２の出口からハウジングと二重壁ロー
    ター間の空間遠心ゾーンの外へそして回転する遠心ゾー
    ンへ再循環し戻すための手段を備えている請求項８の装
    置。
  10. 【請求項１０】第１の出口はあらかじめ選定した成分に
    富む担体を二重壁ローターからその軸に沿って外側へ誘
    導する請求項８の装置。
  11. 【請求項１１】ハウジングを通過する機械的連結なしに
    二重壁ローターへ回転力を付与するように連結された磁
    気駆動具をさらに備えている請求項８または９または10
    の装置。
  12. 【請求項１２】担体は全血であり、あらかじめ選定した
    成分は血小板を含んでいる血液成分分離のための請求項
    １ないし11のいずれかの装置。
  13. 【請求項１３】担体は全血であり、あらかじめ定めた成
    分は血小板を含んでいる請求項１ないし11のいずれかの
    装置。
  14. 【請求項１４】分離すべき液体を受入れるための入口お
    よび入口から軸方向に離れた出口を持っているハウジン
    グと、そしてハウジング内において軸のまわりの回転の
    ため支持された内壁および外壁を有するローターを備え
    た遠心分離機であって、 ローターの内壁と外壁の間に形成された第１のギャップ
    およびローターの外壁とハウジングの間に形成された第
    ２のギャップを備え、ローターの外壁は分離すべき液体
    を第２のギャップからローターの外壁を通って第１のギ
    ャップ中へ通過させるための少なくとも１個の入口開口
    をハウジング出口へよりもハウジング入口へ近い位置に
    有し、ローターの外壁は分離すべき液体の第１の分画を
    第１のギャップからローター外壁を通って第２のギャッ
    プ中へそしてハウジング出口へ通過させるための少なく
    とも１個の出口開口をハウジング入口へよりもハウジン
    グ出口へ近い位置に有し、ローターは分離すべき液体の
    第２の分画を第１のギャップから除去するための、第１
    のギャップの放射方向内側部分と連通している通路を有
    し、第１および第２のギャップは第１のギャップを通る
    入口開口から出口開口への分離すべき液体の流れと、そ
    して入口開口へ向かう方向に第２のギャップを通り、そ
    して第１のギャップを通る流れよりも高い妨害を受ける
    第１の分画の少なくとも一部分の再循環流を提供する形
    状となっていることを特徴とする遠心分離機。
  15. 【請求項１５】第１のギャップは、第１のギャップ内の
    液体を入口開口から出口開口へ向かって遠心力で強制的
    に送る形状となっている請求項14の遠心分離機。
  16. 【請求項１６】ローターとハウジングの間の中心軸に沿
    って形成された流路を備え、該流路はローターおよびハ
    ウジングにそれぞれ形成された流路の相対的回転部分を
    相互に連結し、そして第２の分画を第１のギャップと連
    通しているローターの通路から受入れそしてハウジング
    へ運ぶように連結されている請求項14の遠心分離機。
  17. 【請求項１７】ハウジングを通過する機械的連結なしで
    ローターへ回転力を付与するように連結された磁気駆動
    具を備えている請求項14の遠心分離機。
  18. 【請求項１８】ローターはハウジング内に同心的に回転
    可能に支持されている請求項14の遠心分離機。
  19. 【請求項１９】分離すべき液体は全血であり、第２の分
    画は血小板を含んでいる請求項14ないし18のいずれかの
    遠心分離機。
  20. 【請求項２０】分離すべき液体は全血であり、第２の分
    画は血漿を含んでいる請求項14ないし18のいずれかの遠
    心分離機。
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