РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
SEPARATING ELEMENT

Данное изобретение касается разделительного элемента для отделения первой фазы от второй фазы жидкости в трубкообразном сосуде. В частности, имеется ввиду разделительный элемент для отделения сыворотки крови как первой фазы от сгустка крови как второй фазы, если кровь – это жидкость внутри трубки для забора крови.
В принципе, из уровня техники известны трубки для забора крови с разделительными элементами. В поставляемом состоянии трубок для забора крови разделительные элементы зафиксированы в исходном положении. Когда кровь через подводящую линию втекает в трубку для забора крови, то кровь обтекает разделительный элемент или протекает через него; в исходном положении этот разделительный элемент в любом случае не представляет собой никакого уплотнения для крови внутри трубки для забора крови. Для медицинского анализа необходимо, чтобы кровь разделялась на два компонента, а именно на сыворотку крови и сгусток крови. Для этой цели трубку для забора крови с находящейся в ней кровью центрифугируют. Более тяжелый сгусток крови вследствие центрифугирования осаждается в близкой к дну области объема трубки для забора крови, тогда как более легкая сыворотка крови всплывает над сгустком крови. Под действием центробежной силы разделительный элемент освобождается из своего исходного положения и перемещается в уплотнительную позицию. Поскольку плотность всего разделительного элемента лежит в диапазоне значений между плотностью сыворотки крови и плотностью сгустка крови, то этот разделительный элемент автоматически позиционируется точно на границе раздела фаз между сывороткой крови и сгустком крови. Эта позиция называется также уплотнительной позицией, поскольку разделительный элемент в этой позиции своим уплотняющим краем в окружном направлении, герметизируя, прилегает к внутренней стороне трубкообразного сосуда для отбора проб и, тем самым, чисто отделяет сыворотку крови от сгустка крови. Разделительный элемент сохраняет эту уплотнительную позицию и по окончании центрифугирования, так что сыворотка крови и сгусток крови предоставляются для лабораторного исследования по отдельности.
Разделительные элементы раскрыты, например, в международной патентной заявке WO 2010/132783 A1. Описанные там разделительные элементы имеют по одному выполненному из упругого материала плавучему телу с окружным краем, на виде сверху имеющим круговую форму, причем этот уплотняющий край для герметизирующего прилегания к внутренней стороне трубкообразного сосуда для отбора проб выполнен в уплотнительной позиции. На нижней стороне плавучего тела закреплен балластный элемент. Плотность балластного элемента соответственно больше, чем плотность плавучего тела, а плотность всего разделительного элемента лежит в диапазоне значений между плотностью первой фазы и плотностью второй фазы жидкости.
Из уровня техники, раскрытого в публикации WO 2016/076911 A1, известен разделительный узел для разделения жидкости на первую, легкую фазу и на вторую, более тяжелую фазу с использованием центробежной силы, причем этой жидкостью может быть кровь. Трубкообразный сосуд имеет разделительный элемент, причем этот разделительный элемент в верхней области имеет плавучее тело, а в нижней области имеет балластный элемент. Этот разделительный элемент выполнен для герметизирующего прилегания к внутренней стороне трубкообразного сосуда. При этом плотность балластного элемента больше, чем плотность плавучего тела, а плотность разделительного элемента лежит между плотностью первой фазы и плотностью второй фазы разделяемой жидкости.
В публикации DE 699 31 584 T2 описывается устройство для разделения пробы текучей среды под действием центробежной силы на фазу с более высоким удельным весом и фазу с меньшим удельным весом, причем пробой текучей среды может быть проба крови. Это устройство содержит сепарирующий элемент (разделительный элемент), который размещен в цилиндрической трубке. Сепарирующий элемент имеет поплавок в верхней области и балластный элемент в нижней области, а также уплотнительный элемент для герметизирующего прилегания к внутренней стороне трубки. Плотность балластного элемента при этом больше, чем плотность поплавка, а суммарная плотность сепарирующего элемента лежит между плотностью первой фазы и плотностью второй фазы разделяемой жидкости.
Публикация DE 600 23 823 T2 описывает устройство для разделения жидкой пробы (например, крови) на первую фазу более высокой плотности и на фазу меньшей плотности под действием центробежной силы. В трубке с цилиндрической боковой стенкой размещен сепаратор (разделительный элемент), который в верхней области имеет поплавок, а в нижней области имеет балластную часть, а также сильфон для герметизирующего прилегания к внутренней стороне трубки. Плотность балластной части при этом больше, чем плотность поплавка, а суммарная плотность сепаратора лежит между плотностями первой фазы и второй фазы разделяемой жидкости.
Публикация US 5,632,905 A касается разделения пробы крови на более легкую и более тяжелую фазы путем центрифугирования в трубке. В этой трубке расположен разделительный элемент. Разделительный элемент имеет дискообразную форму и в уплотнительной позиции лежит на границе раздела фаз между более легкой фазой и более тяжелой фазой.
В основу данного изобретения положена задача предложить альтернативный разделительный элемент для отделения первой фазы от второй фазы жидкости в трубкообразной емкости.
Эта задача в отношении разделительного элемента решается предметом независимого пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с этим такой разделительный элемент характеризуется тем, что плавучее тело выполнено дискообразным; и что балластный элемент выполнен в форме множества лапок, которые проходят от нижней стороны дискообразного плавучего тела с распределением по его краю.
В поставляемом состоянии, соответственно, в своем исходном положении разделительный элемент разъемно зажат в трубкообразном сосуде. В таком случае он сидит в сосуде поперечно. При этом балластный элемент своим обращенным от плавучего тела концом лапок прижимается к внутренней стороне трубкообразного сосуда. Иначе говоря, разделительный элемент в этом исходном положении, как описано, опирается на трубкообразный сосуд.
Предлагаемое выполнение с просветами (lichte Ausbildung) разделительного элемента и, в частности, его балластного элемента в форме лапок предпочтительно гарантирует, что этот разделительный элемент в своем исходном положении в поставляемом состоянии не герметизирует трубкообразный сосуд для жидкости, но этот разделительный элемент может обтекаться втекающей в сосуд жидкостью, так что эта жидкость может втекать в находящиеся под разделительным элементом области объема трубкообразного сосуда.
Под действием силы, в частности, центробежной силы разделительный элемент освобождается из своего исходного положения и перемещается затем в уплотнительную позицию внутри трубкообразного сосуда. Заявляемое предпочтительно равномерное распределение лапок балластного элемента по периметру плавучего тела предпочтительно вызывает равномерное сокращение разделительного элемента под действием силы, распределенной по его периметру, т.е. его диаметр равномерно уменьшается по периметру. Благодаря этому указанное перемещение разделительного элемента благоприятно в том смысле, что он при своем перемещении не может зажиматься на внутренней стороне сосуда.
В целом: плотность второй фазы жидкости больше, чем плотность первой фазы этой жидкости. Для крови как жидкости это означает, что сгусток крови как вторая фаза имеет большую плотность, чем сыворотка крови, которая соответствует первой фазе. Поэтому после центрифугирования сыворотка крови всплывает над сгустком крови. Плотность всего разделительного элемента 100 лежит в диапазоне значений между плотностью первой фазы и плотностью второй фазы жидкости. Поэтому разделительный элемент в уплотнительной позиции всегда позиционируется на границе раздела фаз между обеими этими фазами.
Если не сказано ничего иного, то разделительный элемент ниже описывается в нормальном положении. В этом нормальном положении балластный элемент расположен под плавучим телом. Центр тяжести плавучего тела, центр тяжести балластного тела и центр тяжести всего разделительного элемента лежат на одной вертикальной линии. Такие используемые в дальнейшем понятия, как вертикально, горизонтально, под, вид сбоку, вид сверху и т.д. все относятся к такому нормальному положению. Уплотнительная позиция соответствует нормальному положению при вертикально стоящем трубкообразном сосуде.
Согласно первому примеру выполнения дискообразное плавучее тело имеет утолщение в своей середине; оно служит камерой плавучести и гарантирует, что указанный разделительный элемент внутри трубкообразного сосуда всплывает над более тяжелой второй фазой жидкости.
Альтернативно или дополнительно к центральному утолщению это дискообразное плавучее тело может также иметь камеры плавучести, распределенные по его краю. Предпочтительно эти камеры плавучести расположены в окружном направлении, чередуясь с лапками. Далее, альтернативно камеры плавучести могут быть расположены на верхней стороне дискообразного плавучего тела, выступая вверх, тогда как лапки, как уже было сказано, выступают вниз с нижней стороны этого дискообразного плавучего тела. Если камеры плавучести и лапки проходят в соответственно противоположных направлениях, то преимуществом здесь является то, что центры тяжести плавучего тела и балластного элемента находятся на большом расстоянии друг от друга. Это предпочтительно для стабильного положения разделительного элемента на границе раздела фаз, а тем самым и для надежного разделения обеих фаз жидкости внутри трубкообразного сосуда.
Если дискообразное плавучее тело не деформировано сферически, то его боковой край – если смотреть на виде сбоку – проходит прямолинейно, предпочтительно горизонтально. Альтернативно это дискообразное плавучее тело может быть деформировано сферически; в таком случае его уплотняющий край на виде сбоку проходит волнообразно, с вершинами волн и впадинами волн. Предпочтительно в таком случае лапки балластного элемента располагаются соответственно в области впадин волн, а утолщения, соответственно, камеры плавучести располагаются в области вершин волн, по краю плавучего тела. Это особое выполнение разделительного элемента предпочтительно благоприятствует сокращению этого разделительного элемента, когда он – под действием центробежной силы – перемещается из своего исходного положения в уплотнительную позицию.
И, наконец, по меньшей мере отдельные из лапок на своих свободных концах могут иметь захватный элемент, который характеризуется заданным коэффициентом трения сцепления на своей поверхности.
Захватный элемент может быть выполнен из того же материала, что и плавучее тело, и предпочтительно как единое целое с этим плавучим телом. Захватный элемент в таком случае предпочтительно технологически экономичен и прост в реализации. Выполнение в виде единого целого с плавучим телом может быть просто реализовано, например, за счет того, что в форме для литья под давлением для разделительного элемента на внешней стороне или внутри балластного элемента предусматриваются мелкие каналы, которые соединяют плавучее тело с захватным элементом. При изготовлении плавучего тела литьем под давлением в таком случае материал плавучего тела через указанные каналы впрыскивается под давлением также в полости для захватных элементов. После удаления формы для литья под давлением материал плавучего тела остается в области каналов этой формы для литья под давлением на внешней стороне или внутри балластного элемента в виде перемычек, которые соединяют плавучее тело с захватным элементом как единое целое. Эти перемычки не являются обязательными. Плавучее тело и захватные элементы могут быть изготовлены также и независимо друг от друга, как отдельные элементы, что, однако, технологически более трудоемко.
Другие предпочтительные варианты выполнения разделительного элемента являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
К описанию приложены четыре чертежа, на которых показано следующее.
Фиг. 1a и Фиг. 1b – разделительный элемент согласно изобретению с дискообразным плавучим телом согласно первому варианту;
Фиг. 2 – разделительный элемент по Фиг. 1 в трубкообразной емкости;
Фиг. 3a и Фиг. 3b – дискообразный разделительный элемент согласно второму варианту; и
Фиг. 4 – разделительный элемент по Фиг. 3 в трубкообразном сосуде.
Данное изобретение более подробно описывается ниже со ссылкой на указанные чертежи в форме примеров выполнения. На всех фигурах одинаковые технические элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На Фиг. 1 показан предлагаемый изобретением разделительный элемент 100, вид в перспективе (Фиг. 1a) и вид в поперечном сечении (Фиг. 1b). Разделительный элемент 100 состоит из плавучего тела 110 и балластного элемента 120. Плавучее тело 110 выполнено дискообразным с утолщением 113 в своей середине и с окружным уплотняющим краем 112. Балластный элемент 120 выполнен в форме множества лапок 124, которые проходят от нижней стороны дискообразного плавучего тела 110. Лапки 124 расположены с распределением по краю балластного элемента. На своих обращенных от плавучего тела концах эти лапки предпочтительно имеют по одному захватному элементу 122, поверхность которых обладает заданным коэффициентом трения сцепления. Таким образом гарантируется, что указанный разделительный элемент остается внутри трубкообразного сосуда в своем исходном положении, соответственно, в своем поставляемом состоянии до тех пор, пока он не испытает воздействие силы, которая больше, чем заданное пороговое значение силы.
Захватный элемент 122 в показанном на Фиг. 1 примере выполнен из того же материала, что и плавучее тело 110, и даже как единое целое с ним. На Фиг. 1 это представлено тем, что материал плавучего тела 110 на внешней стороне балластного элемента 120 образует перемычки 126, которые соединяют плавучее тело с захватным элементом 122 в единое целое.
На Фиг. 2 показан предлагаемый изобретением разделительный элемент 100 в трубкообразном сосуде 200, например, в трубке для забора крови. Во–первых, можно видеть разделительный элемент 100 в его исходном положении 210, в котором он находится при поставке трубкообразного сосуда 200. В этом исходном положении разделительный элемент опирается указанными захватными элементами 122 на внутреннюю сторону трубкообразного сосуда. Только под действием центробежной силы разделительный элемент 100 освобождается из своего исходного положения 210 и перемещается в уплотнительную позицию 220. При этом он поворачивается на 90°. Только когда разделительный элемент 100 больше не находится под действием центробежной силы, он снова деформируется обратно в свое исходное состояние. Его уплотняющий край 112 в этом случае в уплотнительной позиции 220 в окружном направлении R прилегает к внутренней стороне трубкообразного сосуда 200, герметизируя по всему периметру, и таким образом эффективно отделяет друг от друга обе фазы жидкости, соответственно, крови.
На Фиг. 3 предлагаемый изобретением разделительный элемент 100 показан в одном альтернативном варианте выполнения. На Фиг. 3a показан его вид в перспективе, а на Фиг. 3b показан его вид сбоку. Здесь тоже плавучее тело 110 выполнено в принципе дискообразным, однако, оно деформировано сферически. Поэтому окружной край 112, если смотреть сбоку, выполнен волнообразным с впадинами 118 волн и вершинами 117 волн. От нижней стороны дискообразного плавучего тела 110 в области впадин 118 волн проходит вниз балластный элемент 120 в форме лапок 124. Предпочтительно каждая из этих лапок на своем обращенном от плавучего тела 110 конце имеет указанный захватный элемент 122. В области вершин 117 волн на верхней стороне дискообразного плавучего тела образованы скопления материала; они работают как дополнительные камеры 111 плавучести. Лапки 124 и камеры 111 плавучести в показанном на Фиг. 3 примере выполнения расположены, чередуясь, с распределением по периферии дискообразного плавучего тела с угловым смещением по периметру φ=90°.
Это особое расположение камер плавучести и балластных элементов является особенно предпочтительным для перемещения разделительного элемента из исходного положения в уплотнительную позицию. При этом воздействующая на разделительный элемент сила, в частности, центробежная сила вызывает еще более сильную сферическую деформацию плавучего тела 110 по сравнению с его исходной формой. Это происходит потому, что тогда плавучесть камер 111 плавучести тянет вершины 117 волн еще дальше вверх, и одновременно лапки 124 балластного элемента в области впадин 118 волн тянутся дальше вниз. Вследствие этой еще более сильной сферической деформации разделительный элемент 100 сокращается, и тогда уплотняющий край 112 плавучего тела больше не прилегает с герметизацией к внутренней стороне трубкообразного сосуда. Поэтому плавучее тело может, что желательно, на своем пути в уплотнительную позицию 220 омываться жидкостью, соответственно, кровью.
На Фиг. 4 показан разделительный элемент по Фиг. 3 внутри трубкообразного сосуда 200. В поставляемом состоянии разделительный элемент находится в своем исходном положении 210. В таком случае он, с одной стороны, свободными концами своих лапок или находящимися на них захватными элементами 122, если они имеются, а, с другой стороны, свободными концами камер 111 плавучести опирается на внутреннюю сторону трубкообразного сосуда 200. Свободные концы камер 111 плавучести поэтому предпочтительно скруглены соответственно внутреннему радиусу трубкообразного сосуда 200. В исходном положении 210 разделительный элемент 100, как описывалось выше, может, в частности, вследствие своего выполнения с просветами обтекаться втекающей в трубкообразный сосуд кровью, так что кровь может попадать также и в более глубинные части объема указанного трубкообразного сосуда.
В отношении поведения разделительного элемента 100 под действием центробежной силы и после ее отключения следует сослаться на описание к Фиг. 2, которое в этом плане действительно и для Фиг. 4.
Перечень ссылочных обозначений
100 разделительный элемент
110 плавучее тело
111 утолщение/камера плавучести
112 уплотняющий край
117 вершина волны уплотняющего края
118 впадина волны уплотняющего края
120 балластный элемент
122 захватный элемент
124 лапки
126 перемычки
200 сосуд
210 исходное положение
220 уплотнительная позиция
K сгусток крови
s сыворотка крови
φ угловое смещение по периметру
R окружное направление