ЦЕНТРИФУГА РЕФРИЖЕРАТОРНАЯ НАПОЛЬНАЯ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ КРОВИ И БИОМАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области медицинской техники и касается конструкции центрифуга рефрижераторная ЦРН 4-04 предназначена для разделения крови и суспензий при низких температурах с размерами частиц от 0,1 до 10 мкм на компоненты под действием центробежного поля ротора. Центрифуга может использоваться на станциях переливания крови, в отделениях крови больниц, клиник, госпиталей, в лабораториях медицинских учреждений, в медицинских научно-исследовательских институтах, а также для проведения разделения суспензий в биотехнологии, биологии, химии, физики и других областях промышленности и науки.
Центрифугирование крови для получения образцов сыворотки, плазмы или форменных элементов крови - один из трудоемких и важных этапов преаналитического периода клинических лабораторных исследований. Для получения сыворотки или плазмы крови в клинических лабораториях используют препаративные (лабораторные) центрифуги общего назначения с различными видами роторов, позволяющих с помощью регулирования скорости его вращения (от 1000 до 25000 об/мин) выбирать необходимое центробежное ускорение.
В центрифугах без охлаждения ротор при его вращении играет роль вентилятора. Комнатный воздух засасывается в рабочую камеру центрифуги, омывает вращающийся ротор и выбрасывается наружу через специальные отверстия. Однако при таком естественном охлаждении температура ротора и, следовательно, разделяемого образца повышается. Нагревание образца увеличивается с ростом скорости вращения ротора и продолжительности центрифугирования, зависит от конструкции центрифуги, типа ротора, объема образца и других факторов.
Известна центрифуга для фракционирования крови, содержащая камеру с расположенным в ней ротором, связанным с электродвигателем, установленным на подвеске, включающей в себя демпфер, состоящий из корпуса, имеющего цилиндрическую полость, заполненную вязкой жидкостью, в которую погружен подвижный элемент (технический паспорт центрифуги ЦЛПЗ-3,5 стр.9, 1998).
Такое техническое решение снижает уровень вибраций ротора до допустимых значений. Однако практическая реализация этого решения является сложной, поскольку требует для установки демпфера использования специальных стоек большого диаметра.
Кроме того, таких демпферов должно быть три, как минимум, с целью обеспечения их симметричного расположения вокруг электродвигателя. При этом радиус размещения указанных стоек превышает радиус приводного электродвигателя более чем в 2 раза. Все это существенно увеличивает габариты описанного узла центрифуги. При этом демпферы установлены на упомянутых стойках и связаны с корпусом электродвигателя посредством резиновых буферов. Последнее является существенным недостатком, поскольку возможность разрыва или образования трещины в буфере (вследствие старения резины) может привести к аварийному увеличению уровня вибраций ротора. Если указанный дефект возникает при большой частоте вращения ротора, то это может привести к поломке либо ротора, либо подшипников электродвигателя. Все это снижает надежность центрифуги в целом.
Известна также центрифуга для фракционирования крови, включающая камеру, размещенный в ней ротор, установленный на валу электродвигателя, и демпфер, состоящий из корпуса, заполненного вязкой жидкостью, и подвижного элемента, имеющего центральное отверстие (US №3606143, 233-23, 20.09.1971).
В этой центрифуге демпфер расположен под камерой, причем в корпусе демпфера имеется центральное отверстие, через которое проходит вал электродвигателя. Это отверстие герметизировано посредством специальных уплотнителей. Корпус демпфера заполнен вязкой жидкостью, в которую погружен подвижный элемент, имеющий центральное отверстие и представляющий собой пластину с выступами. Гашение вибраций ротора центрифуги, возникающих при его дисбалансе, происходит за счет перетекания вязкой жидкости по "лабиринту", образованному указанными выступами пластины. Такой принцип позволяет демпферовать только незначительные вибрации ротора. В случае увеличения дисбаланса ротора центрифуги и, следовательно, увеличения уровня его вибраций, данная конструкция демпфера не будет обеспечивать уменьшение уровня вибраций ротора до безопасных значений. Следствием этого является снижение надежности работы центрифуги. Кроме того, конструкция центрифуги усложняется вследствие размещения демпфера под камерой центрифуги.
Через вентиляционные отверстия центрифуги вместе с воздухом выходят вещества, находящиеся в рабочей камере центрифуги. Поэтому потоки воздуха не должны быть направлены на людей, а при работе с образцами, содержащими инфекционные агенты необходимо соблюдение специальных мер безопасности.
При подготовке образцов крови для исследования термочувствительных аналитов (АКТГ, инсулин, С-пептид, паратгормон, гомоцистеин и др.) естественного охлаждения ротора недостаточно и требуется, чтобы температура разделяемого образца была не выше плюс 2-4°С. В этом случае необходимо использование центрифуги с встроенным компрессионным рефрижератором, снижающим температуру в рабочей камере. Требуемая температура образца задается оператором и регулируется системой управления центрифуги. На практике такие центрифуги принято называть рефрижераторными.
Известна центрифуга для фракционирования крови, включающая камеру, размещенный в ней бакет-ротор, установленный на валу электродвигателя, и демпфер, состоящий из корпуса, заполненного вязкой жидкостью, и подвижного элемента, имеющего центральное отверстие, демпфер снабжен шаровым пальцем, сферическая часть которого расположена в указанном отверстии подвижного элемента, а цилиндрическая часть шарового пальца связана с нижней крышкой электродвигателя для перемещения подвижного элемента в горизонтальной плоскости при вибрации ротора. Холодильный агрегат связан со змеевиком, установленным на внешней стороне камеры (RU №2198035, В04В 5/02, В04В 9/12, опубл. 10.02.2003).
-1
Недостаток данного решения заключается в том, что закрепление корпуса электродвигателя в демпфере на опорном элементе в нижней части корпуса и с отдельным демпфированием в верхней части в месте присоединения вала ротора к бакет-ротору, не олеспечивает гашение колебаний как корпуса электродвигателя, так и его ротора относительно корпуса. Это не позволяет осуществлять фракцирование (разделение) биоматериала при высоких оборотах, например, до 4000 мин.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности работы центрифуги путем уменьшения уровня вибраций ротора электродвигателя до безопасных значений, независимо от частоты вращения.
Указанный технический результат достигается тем, что в центрифуге рефрижераторной напольной для разделения крови и биоматериалов при низких температурах, включающей размещенную в верхней части корпуса под крышкой теплоизолированную камеру, охваченную змеевиком, сообщенным с холодильным агрегатом, размещенный в полости камеры бакет-ротор, размещенный в полости камеры с возможностью вращения и связанный с валом электродвигателя, корпус которого соединен с осью, несущей шаровую головку, размещенную в полости демпфера, состоящий из неподвижного корпуса, заполненного вязкой жидкостью, и подвижного элемента с центральным отверстием, в котором размещена шаровая головка, при этом неподвижный корпус демпфера жестко закреплен на остове корпуса, а подвижная его часть жестко связана с нижней частью электродвигателя для перемещения подвижного элемента демпфера в горизонтальной плоскости при вибрации ротора электродвигателя, вертикально ориентированный корпус электродвигателя, закреплен на горизонтально расположенной пластине, которая прикреплена к остову корпуса под камерой, с которым стойками жестко связан неподвижный корпус демпфера, так же жестко связанный с опорой на нижней части остова корпуса.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - общий вид центрифуги напольной;
фиг.2 - продольное сечение А-А по фиг.1;
фиг.3 - вид сверху на центрифугу при снятой крышке;
фиг.4 - блок подвеса электродвигателя.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция центрифуги рефрижераторной напольной, предназначенной для выполнения функциональной задачи по центрифугированию крови для получения качественных образцов сыворотки, плазмы и иных суспензий (биоматериала) с размерами частиц от 0,1 до 10 мкм. Принцип действия центрифуги основан на разделении крови и суспензий (биоматериала) с размерами частиц от 0,1 до 10 мкм на компоненты под действием центробежного поля ротора как при низких температурах (минус 20°С), так и высоких температурах (плюс 40°С).
Центрифуга рефрижераторная напольная для разделения крови и биоматериалов при низких температурах (фиг.1-4) включает в себя размещенную в верхней части корпуса 1 под крышкой 2 теплоизолированную камеру 3, охваченную змеевиком 4, сообщенным с холодильным агрегатом 5, который смонтирован в полости нижней части корпуса (компрессор 6, радиатор охлаждения 7, реле переключения и т.д.). Основание корпуса смонтировано на колесах 8 (для транспортировки/перемещения путем катания) и оснащено опорами 9 с винтовым механизмом их выдвижения до упора в опорное основание для фиксации корпуса от перемещений.
Крышка 2 выполнена Г-образной, одна часть 10 которой при закрытом положении крышки размещена над камерой 3 и плотно закрывает ее, а другая отогнутая 11 шарнирно связана с корпусом 1. Крышка выполнена теплоизолированной 12 (поролон или иной материал используемый для создания герметизирующих изолирующих покрытий) и оснащена замковым механизмом 13 для ее фиксации в закрытом состоянии на корпусе для герметизации полости бакет-ротора 14 и телескопическим/ми пневмодемпфером/рами 15 для удержания крышки в откинутом положении. Применение крышки такой изогнутой конструкции обусловлено тем, чтобы максимально раскрыть пространство над бакет-ротором и не создавать помех для укладки или изъятия емкостей из камеры.
Под крышкой в верхней части корпуса в зоне, отделенной от остальной части корпуса в полости камеры с возможностью сбалансированного вращения размещен бакет-ротор 14, выполненный с гнездами 16 для укладки емкостей с биоматериалом. Центрифуга использует для разделения веществ на компоненты следующие емкости: 4 пластикатных контейнера типа «Гемакон» 500/300 или аналогичные, 4 бутылки по 250 мл или 500 мл типа I и II ГОСТ 10782.
Бакет-ротор связан с валом электродвигателя 17, корпус которого соединен с осью 18, несущей шаровую головку, размещенную в полости демпфера 19. Этот демпфер, состоит из неподвижного корпуса, заполненного вязкой жидкостью, и подвижного элемента с центральным отверстием, в котором размещена шаровая головка оси 18. Конструкция демпфера повторяет демпфер по прототипу. По принципу работы такой демпфер относится к гидравлическим демпферам. При отсутствии отклонения ротора электродвигателя от вертикально оси, соосной оси ротора и оси связи ротора с бакет-ротором, подвижный элемент, расположенный внутри неподвижного корпуса демпфера не перемещется и уравновешен со всех сторон давлением вязкой жидкости. При появлении отклонения оси ротора от указанного соосного совпадения осей происходит угловое перемещение оси 18, приводящее к разложению сил в зоне контакта шаровой головки и подвижного элемента, в результате чего этот подвижный элемент пытается сместиться внутри ванны в поперечном направлении. Но это перемещение провоцирует появление трения в слоях вязкой жидкости, при котором градиент перемещения слоев вязкой жидкости меньше градиента перемещения подвижного элемента. Возникает эффект торможения подвижного элемента, при котором появления углового отклонения оси ротора электродвигателя не приводит к фактическому угловому отклонению этой си или, во всяком случае, ограничивает этот отклонения. В результате, при вращении на высоких оборотах система «бакет-ротор - электродвигатель» приобретает сбалансированный характер вращения бакет-ротора.
В конструкции по полезной модели неподвижный корпус демпфера жестко закреплен на остове корпуса, а подвижная его часть жестко связана с нижней частью электродвигателя для перемещения подвижного элемента демпфера в горизонтальной плоскости при вибрации ротора электродвигателя. Крепление неподвижного корпуса демпфера осуществлено в двух разнесенных точках на остове. Вертикально ориентированный корпус электродвигателя 17 закреплен на горизонтально расположенной пластине 20, которая прикреплена к остову корпуса под камерой 3, с которым стойками 21 жестко связан неподвижный корпус демпфера 19, который так же жестко связан с опорой 22 на нижней части остова корпуса.
Повышение надежности работы центрифуги путем уменьшения уровня вибраций ротора электродвигателя до безопасных значений, независимо от частоты вращения, обеспечивается разнесением опор восприятия реактивного момента на остов корпуса центрифуги. В прототипе закрепление демпфера только в нижней точке остова корпуса приводило к несбалансированности системы, так как именно эта точка закрепления и являлась опорой реактивного момента от несбалансированно работы электродвигателя при вращении бакет-ротора. В полезной модели таких точек две и они разнесены по вертикали, что обеспечивает разделение реактивного момента и воздействие на каждую такую точку крепления половиной нагрузочного воздействия.
Внутри корпуса смонтирован блок 23 с узлами и электронными компонентами управления режимами работы основных узлов центрифуги. На боковой стороне корпуса смонтирована панель 24 с органами управления 25.
На панель 21 выведены следующие органы управления:
- для управления температурой внутри камеры (диапазон задания температуры в камере - от минус 20°С до плюс 40°С);
-1
-1
- для управления скоростью вращения бакет-ротора (диапазон задания частоты вращения ротора крестового бакет-ротора - от 500 мин до 4000 мин).
- управление логической связью между режимами температуры и оборотами бакет-ротора в рамках следующего алгоритма:
(диапазон задаваемых стабилизированных температур в камере должен быть при температуре окружающей среды от 10 до 25°С:
-1
- до минус 20°С при частоте вращения ротора 1500 мин, не более;
-1
- до минус 10°С при частоте вращения ротора 2500 мин, не более;
-1
- до 0°С при частоте вращения 3300 мин, не более;
-1
- от плюс 5°С и более при частоте вращения от 3000 до 4000 мин.
диапазон задаваемых стабилизированных температур в камере при температуре окружающей среды от 25 до 40°С нижняя граница диапазона стабилизации температуры tH,°C для всех частот вращения ротора определяется по формуле:
max
зад
δn1=k·f-n (1)
где
max
f - частота следования импульсов с датчика, измеренная частотомером, максимально отличающаяся от заданного значения, Гц
1
k - размерный коэффициент, равный 60/24 (Гц·мин)-
зад
1
n - заданное значение частоты вращения ротора, мин-
Кроме того, в блоке 21 предусмотрены средства автоматики, выполняющие следующие функции:
-1
а) обеспечение автоматического торможения ротора при превышении максимально допустимой частоты вращения более, чем на 100 мин;
б) отключение системы термостатирования и снижение частоты вращения ротора до остановки при показаниях индикатора в камере плюс (43±1)°С или минус (23±1)°С; или отклонении температуры в камере от заданной ±5°С.
в) перевод центрифуги в режим торможения и отображение на индикаторе ДИСБАЛАНС при разности масс диаметрально расположенных в роторе стаканов выше 30 г.
г) исключение возможности запуска центрифуги при открытой крышке камеры и возможности открывания крышки камеры до полной остановки ротора.
д) запоминание последней используемой программы при отключении питания (энергонезависимая память).
Все сведения о заданных параметрах и текущих показателях информационно выводятся на жидкокристаллический монитор 26 панели 24.