РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
SEPARATING ELEMENT

Данное изобретение касается разделительного элемента для отделения первой фазы жидкости от второй фазы жидкости в трубкообразной емкости. 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, 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 суммарная 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 с возможностью герметизирующего прилегания к внутренней стороне трубкообразного сосуда. При этом плотность балластного элемента больше, чем плотность плавучего тела, а суммарная 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, и 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. Между верхним и нижним концами поплавок имеет «узкое горлышко», т.е. локальное сужение.
В основу данного изобретения положена задача предложить альтернативный разделительный элемент.
Эта задача решается предметом независимого пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с ним предлагаемый изобретением разделительный элемент характеризуется тем, что его плавучее тело имеет сужение и мембрану в области этого сужения.
Предлагаемая мембрана выполняет две функции: во–первых, она герметизирует плавучее тело в области его сужения относительно жидкости; тем самым, протекание жидкости через плавучее тело, а также через весь разделительный элемент эффективно перекрывается. Во–вторых, эта мембрана работает как пружина растяжения, поскольку она противодействует действующему на разделительный элемент растягивающему усилию, в частности, центробежной силе, которая оттягивает друг от друга плавучее тело и балластный элемент в жидкости и, тем самым, сокращает разделительный элемент. Это сокращение необходимо для того, чтобы разделительный элемент, когда он под действием центробежной силы перемещается из своего исходного положения в уплотнительную позицию, не зажимался внутри трубкообразного сосуда. При ослаблении или отключении растягивающего усилия, соответственно, центробежной силы плавучее тело и балластный элемент – также вследствие упругой силы мембраны – снова отводятся на свое первоначальное расстояние, благодаря чему разделительный элемент в уплотнительной позиции снова расширяется. В результате этого расширения уплотняющий край плавучего тела с достаточным давлением прилегает с герметизацией по периметру к внутренней стороне трубкообразного сосуда.
Описанное требуемое пружинящее действие плавучего тела может быть легче реализовано с тонкой мембраной, чем с объемным сплошным телом, поскольку мембрана легче растягивается. Далее, преимуществом является то, что для тонкой мембраны требуется совсем немного материала. Однако, мембрана едва ли работает как плавучее тело, соответственно, как камера плавучести. Эту функцию берет на себя та часть плавучего тела, которая окружает эту мембрану.
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, причем центр тяжести всего разделительного элемента лежит между центрами тяжести плавучего тела и балластного элемента. 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.
Термин «локальное сужение» подразумевает локальное уменьшение диаметра или образование шейки. Плавучее тело в области своего сужения согласно изобретению уменьшено до мембраны.
Согласно первому примеру, мембрана выполнена или упругой, и/или – по меньшей мере в ненагруженном состоянии – волнообразной, с вершинами волн и впадинами волн. Такое выполнение мембраны предпочтительно делает возможной реализацию упомянутого пружинящего действия мембраны.
Указанные вершины волн и впадины волн мембраны могут быть выполнены соответственно кольцеобразными; мембрана в таком случае развивает растягивающие усилия в радиальном направлении относительно ее центральной точки. Альтернативно впадины волн и гребни вершин волн могут быть выполнены соответственно проходящими прямолинейно и параллельно друг другу; в таком случае мембрана развивает упомянутые растягивающие усилия, в частности, в направлении, перпендикулярном указанным вершинам и впадинам волн.
С точки зрения технологии преимуществом является, если мембрана выполнена из того же материала, что и плавучее тело, более предпочтительно – даже как единое целое с этим плавучим телом. Тогда это плавучее тело может быть очень легко изготовлено, в частности, как деталь, полученная литьем под давлением.
Указанное плавучее тело может быть выполнено шарообразным или стаканообразным; важно, однако, что его внешний контур на виде сбоку – по крайней мере а направлении взгляда – имеет форму, отличную от круговой. Это важно потому, что разделительный элемент в своем исходном положении, т.е. при поставке не везде в окружном направлении герметично прилегает к внутренней стороне трубкообразного сосуда, и втекающая жидкость, в частности, кровь может течь мимо этого разделительного элемента в находящиеся под ним области объема трубкообразного сосуда.
Контур поверхности плавучего тела в целом выбирается таким, чтобы жидкость, в частности, кровь, которая, в частности, смачивает область сужения, соответственно, мембраны, могла стекать в сосуд.
Образованный на плавучем теле окружной уплотняющий край – если смотреть на виде сбоку – выполнен проходящим волнообразно; этим обеспечивается то преимущество, что указанный уплотняющий край по меньшей мере на отдельных участках может быть выполнен проходящим вокруг указанного сужения. Альтернативно этот уплотняющий край – если смотреть на виде сбоку – может быть также выполнен проходящим прямолинейно, соответственно, горизонтально; тогда он обычно помещается над сужением.
Плавучее тело на своей обращенной от балластного элемента верхней стороне может иметь локальное возвышение или локальное уплощение, соответственно, желобок. Оба альтернативных варианта выполнения способствуют тому, что контур разделительного элемента и, в частности, плавучего тела на виде сбоку отличается от чисто круговой формы. Благодаря этому, как уже было сказано, становится возможным обтекание жидкости вокруг разделительного элемента, в частности, в его исходном положении. Так, в частности, предпочтительно гарантируется, что остатки жидкости, например, остатки крови будут стекать, а не скапливаться там.
И, наконец, балластный элемент может быть изготовлен из материала, который обладает меньшей упругостью, чем материал плавучего тела или материал мембраны. Это имеет смысл потому, что указанный уплотняющий край обычно размещают на плавучем теле, а не на балластном элементе. Для работы разделительного элемента важно, чтобы уплотняющий край был упруго деформируемым под воздействием центробежной силы на плавучее тело и, тем самым на этот уплотняющий край, чтобы сделать возможным обтекание разделительного элемента жидкостью внутри трубкообразного сосуда. Если уплотняющий край закреплен не на балластном элементе, то от балластного элемента такой упругости не требуется; поэтому он может быть выполнен менее упругим.
Во всех вариантах выполнения разделительного элемента поверхность балластного элемента может иметь соответствующий заданный коэффициент трения сцепления, или этот балластный элемент может иметь захватный элемент, который на своей поверхности имеет заданный коэффициент трения сцепления. Этот коэффициент трения сцепления задается таким образом, что разделительный элемент может освобождаться из своего исходного положения внутри трубкообразного сосуда только тогда, когда на него действует сила, в частности, центробежная сила, которая больше, чем заданное пороговое значение силы.
К описанию приложено шесть чертежей, на которых показано следующее.
Фиг. 1 предлагаемый изобретением разделительный элемент с мембраной согласно первому примеру выполнения;
Фиг. 2 разделительный элемент по Фиг. 1 в трубкообразном сосуде;
Фиг. 3a – Фиг. 3d предлагаемый изобретением разделительный элемент с мембраной согласно второму примеру выполнения;
Фиг. 4 разделительный элемент по Фиг. 3 в трубкообразном сосуде;
Фиг. 5a – Фиг. 5d предлагаемый изобретением разделительный элемент с мембраной согласно третьему примеру выполнения и с альтернативно выполненным уплотняющим краем; и
Фиг. 6 разделительный элемент по Фиг. 5 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 в шарообразном выполнении. Он состоит из упругого плавучего тела 100 с кругообразным на виде сверху уплотняющим краем 112. Этому не противоречит выполнение уплотняющего края 112 волнообразным на виде сбоку по Фиг. 1. На нижней стороне плавучего тела 110 закреплен балластный элемент 120.
Плотность балластного элемента 120 выше, чем плотность плавучего тела 110, и суммарная плотность всего разделительного элемента 100 лежит в диапазоне значений между плотностью первой фазы и плотностью второй фазы жидкости. Плотность второй фазы жидкости больше, чем плотность первой фазы жидкости. Для крови как жидкости это означает, что сгусток крови как вторая фаза имеет бόльшую плотность, чем сыворотка крови, которая соответствует первой фазе.
Согласно Фиг. 1 плавучее тело 110 локально сужено. В области этого сужения 114 оно выполнено как мембрана 116. Эта мембрана выполнена волнообразной, с вершинами 117 волн и впадинами 118 волн. Независимо от этого или альтернативно этому указанная мембрана 116 могла бы быть выполнена также из упругого материала. Выполнение мембраны волнистой формы и/или из упругого материала необходимо для того, чтобы реализовать вышеописанное пружинящее действие мембраны.
В показанном на Фиг. 1 примере выполнения впадины 118 волн и гребни вершин 117 волн мембраны 116 проходят соответственно прямолинейно и параллельно друг другу (первый вариант). Поэтому свое пружинящее действие мембрана при расположении по Фиг. 1 развивает в вертикальном направлении. На своей обращенной от балластного элемента 120 верхней стороне плавучее тело 110 имеет локальное уплощение или желобок 119“; это делает возможным там локальное обтекание разделительного элемента жидкостью также и в его исходном положении 210 внутри трубкообразного сосуда. Проходящий в окружном направлении R уплотняющий край 112 на Фиг. 1 – если смотреть на виде сбоку – выполнен волнообразным и по меньшей мере на отдельных участках обведен вокруг края локального сужения 114.
На Фиг. 2 показан разделительный элемент 100 внутри трубкообразного сосуда 200. Под указанным трубкообразным сосудом понимается, например, трубка для отбора крови. В поставляемом состоянии этого трубкообразного сосуда 200 предлагаемый изобретением разделительный элемент 100 может разъемно зажиматься в исходном положении 210. В таком случае он сидит в сосуде поперечно. Из–за того, что его внешний контур на виде сбоку с направления подводящей линии 230 жидкости не является чисто кругообразным, жидкость, в частности, кровь может обтекать указанный разделительный элемент в его исходном положении, но не протекать через него. Таким образом, втекающая в сосуд кровь может без проблем стекать в более глубинные, находящиеся под разделительным элементом области объема сосуда.
Под действием силы в продольном направлении трубкообразного сосуда, в частности, центробежной силы, разделительный элемент 100 освобождается из своего исходного положения и перемещается в указанную уплотнительную позицию 220. Во время центрифугирования первая фаза, например, сыворотка S крови сепарируется от второй фазы, например, сгустка K крови, и разделительный элемент 100 вследствие своей плотности садится точно на границу между обеими этими фазами жидкости. Движение разделительного элемента из своего исходного положения в уплотнительную позицию дополнительно облегчается за счет того, что этот разделительный элемент под действием центробежной силы немного вытягивается в вертикальном направлении и сужается, так что в таком случае во время центрифугирования и во время упомянутого перемещения разделительного элемента его уплотняющий край не прилегает герметично по периметру к внутренней стороне трубкообразного сосуда. Во время своего перемещения из исходного положения в уплотнительную позицию разделительный элемент поворачивается на 90°. Только по завершении центрифугирования, т.е. в уплотнительной позиции 220 разделительный элемент снова расширяется. То есть также вследствие растягивающего усилия мембраны плавучее тело и балластный элемент тогда снова сближаются чуть больше, в результате чего разделительный элемент расширяется, так что уплотняющий край 112 по периметру прилегает к внутренней стороне трубкообразного сосуда 200, и в этой уплотнительной позиции первая фаза жидкости отделяется от второй фазы.
На Фиг. 3 показан предлагаемый изобретением разделительный элемент в одном альтернативном варианте выполнения. Конкретно на Фиг. 3a и Фиг. 3b каждый их этих вариантов выполнения показан на виде сбоку, но под разными, смещенными на 90° углами зрения. На Фиг. 3c и Фиг. 3d показан разделительный элемент на виде сбоку по Фиг. 3b, однако, это вид не в перспективе, а в продольных сечениях на различной глубине. Шарообразный разделительный элемент по Фиг. 3 отличается от шарообразного разделительного элемента по Фиг. 1, во–первых, выполнением мембраны 116 и, во–вторых, выполнением верхней стороны плавучего тела. Вершины 117 волн и впадины 118 волн мембраны здесь выполнены не прямолинейными, а кольцеобразными и, по существу, коаксиальными друг другу (второй вариант). Преимуществом здесь является то, что и пружинящее действие этой мембраны является не одномерным, а двухмерным, а именно радиальным относительно центра мембраны. В отличие от разделительного элемента по Фиг. 1 разделительный элемент 100 по Фиг. 3 на поверхности плавучего тела не имеет никакого уплощения, но имеет локальное возвышение 119‘. Этим локальным возвышением разделительный элемент 100 в исходном положении 210 прилегает к внутренней стороне трубкообразного сосуда 200. За счет этого локального возвышения 119‘ внешний контур разделительного элемента и, в частности, плавучего тела 110 отклоняется от чисто круговой формы; это предпочтительно способствует тому, что разделительный элемент и в этой области не прилегает герметично поверхностью плавучего тела к внутренней стороне трубкообразного сосуда, а вместо этого жидкость может обтекать его и там.
На Фиг. 4 показан трубкообразный сосуд 200 с находящимся в нем разделительным элементом 100 по Фиг. 3. В исходном положении 210 разделительный элемент 100, как уже было сказано, в частности, локальным возвышением 119‘ прилегает к внутренней стороне сосуда 200. В остальном в отношении Фиг. 4 можно сослаться на описание к Фиг. 2, которое аналогично справедливо и для Фиг. 4.
На Фиг. 5 показан предлагаемый изобретением разделительный элемент 100 в еще одном варианте выполнения. В отличие от Фиг. 1 и Фиг. 3 здесь плавучее тело 110 выполнено стаканообразным. На Фиг. 5a и Фиг. 5b показан стаканообразный разделительный элемент на различных видах сбоку. На Фиг. 5c и Фиг. 5d этот стаканообразный разделительный элемент показан в различных сечениях. Хотя вершины 117 волн и впадины 118 волн мембраны 116 здесь тоже выполнены кольцеобразными, однако, они являются овальными (третий вариант). Далее, уплотняющий край 112, показанный на видах сбоку по Фиг. 5a и Фиг. 5b, выполнен прямолинейным, проходящим горизонтально.
Для Фиг. 6 аналогично действительно описанное к Фиг. 4 в сочетании с описанием к Фиг. 2.
Раскрытие данного описания не ограничивается приведенными примерами выполнения. Более того, в частности, описанные альтернативные варианты выполнения мембраны, уплотняющего края и плавучего тела с уплощениями или возвышениями могут любым образом комбинироваться друг с другом.
Перечень ссылочных обозначений
100 разделительный элемент
110 плавучее тело
112 уплотняющий край
114 сужение
116 мембрана
117 вершина волны мембраны
118 впадина волны мембраны
119' локальное возвышение
119“ локальное уплощение
120 балластный элемент
200 трубкообразный сосуд
210 исходная ситуация, соответственно, поставляемое состояние
220 уплотнительная позиция
230 подводящая линия
K сгусток крови
R окружное направление
S сыворотка