專利名稱：用于分餾離心樣本的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體樣本的分餾領(lǐng)域。具體地說，本發(fā)明涉及從分離生物樣本中采集可選擇成分，例如，離心分離。
背景技術(shù)：
在本申請(qǐng)的該部分或任一部分中的任何參考文獻(xiàn)的引用或引證不能夠被解釋為這些參考文獻(xiàn)就是本發(fā)明的在先技術(shù)。
在許多情況下，受驗(yàn)者的健康狀況的指標(biāo)可以通過分析受驗(yàn)者的血液成分確定。這種診斷測(cè)試可以用未經(jīng)分離的血液樣本進(jìn)行，也可以在血液樣本的經(jīng)分離成分上進(jìn)行。
血液的四個(gè)主要成分為血清、血小板、白細(xì)胞(WBC)、以及紅細(xì)胞(RBC)。各血液成分具有不同于其它血液成分的密度并且在重力的作用下會(huì)自然分離。在離心機(jī)中通過旋轉(zhuǎn)血液樣本，可以將沉淀時(shí)間縮短(將血液樣本分離成四種主要成分所需的時(shí)間)，其中由離心機(jī)產(chǎn)生的較大離心力使血液樣本中的成分比在重力作用下分層更快。
經(jīng)旋轉(zhuǎn)的血液樣本將呈現(xiàn)出與四種血液主要成分相對(duì)應(yīng)的四條帶。密度最小的成分(血清)分離到經(jīng)旋轉(zhuǎn)血液樣本的頂層，而密度最大的成分(RBC)將沉降到經(jīng)旋轉(zhuǎn)血液樣本的底層。密度介于血清和WBC之間的血小板，在血清層和WBC層之間形成一層。類似地，密度介于血小板和RBC之間的WBC，在血小板層和RBC層之間形成一層。
從經(jīng)旋轉(zhuǎn)的血液樣本中還可分離所需采集的較少的血液成分。例如，母體的血液樣本可能含有很少量的胎兒有核紅細(xì)胞(NRBC)。對(duì)從母體的血液樣本中發(fā)現(xiàn)的NRBC進(jìn)行的診斷測(cè)試考慮采用非侵害性(針對(duì)胎兒)診斷測(cè)試，以確定胎兒的健康狀況，從而避免了與直接從胎兒采集樣本相關(guān)的危險(xiǎn)。
經(jīng)分離的血液樣本的分離或分餾可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)，諸如通過吸量管潷析或抽吸。這些技術(shù)通常適合用于分離血清和RBC層，就體積而言，其占血液樣本的大部分體積。但是，從經(jīng)分離的血液樣本中分離諸如胎兒NRBC這樣的小容量成分時(shí)，潷析或抽吸不是有效的。特別是，抽吸易于直接從位于吸量管頂端部下面的下層抽取物質(zhì)，從而稀釋并將分離層與下層部分混合。此外，吸量管頂端部應(yīng)當(dāng)沿著該層橫向移位，目的是采集相對(duì)于吸量管頂端部的直徑遠(yuǎn)離頂端部的該層的部分。水平移動(dòng)易于引起層間混合，使得分離成分的采集更難并且耗時(shí)。
1977年1月18日授權(quán)給Coombs的美國(guó)專利第4,003,834號(hào)披露了一種用于通過采用活塞移位順次分離血液樣本的被分離成分的方法和裝置。1997年7月8日授權(quán)給Coombs的美國(guó)專利第5,645,715號(hào)披露了一種用于可移置活塞的改良的采集頂端部。在此這兩項(xiàng)專利共同參考Coombs的專利。在Coombs的專利中，將活塞插入裝有被分離血液樣本的離心管中。當(dāng)活塞移入離心管時(shí)由活塞移位的體積通過在活塞頂端部處軸向延伸的通道排除。使活塞頂端部的直徑適合于離心管的內(nèi)徑大小并包括在活塞和離心管之間用以防止樣本滲漏的密封?；钊敹瞬砍尸F(xiàn)喇叭狀并且具有面向樣本的寬端部以及與軸向延伸的通道相連的窄端部。當(dāng)頂端部移入離心管時(shí)，就向上推擠經(jīng)分離的流體并進(jìn)入軸向延伸的通道以用于采集。發(fā)現(xiàn)該頂端部的喇叭狀提高了通過頂端部并進(jìn)入通道的分離樣本的層流，同時(shí)減少了分離過程中樣本的分離層間的有害混合。喇叭狀的頂端部與樣本的直接接觸面積比較大，而頂端部的內(nèi)部通道促成樣本被頂端部污染的危險(xiǎn)。如果該頂端部重復(fù)使用的話，這種污染的危險(xiǎn)更大。
因此，還需要一種能夠從分離樣本中分離出小容量成分的流體梯度分餾器，同時(shí)使分離層之間的有害混合最少且污染的危險(xiǎn)最小。還需要一種能夠使分餾自動(dòng)化并且提供一種便攜式流體梯度分餾器。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了一種用于從置于離心管中的分離樣本中采集多種分離成分中的至少一種成分的流體梯度分餾器，該分餾器具有頂端部，其大小適合于與離心管的內(nèi)表面和設(shè)置在頂端部面前部的采集口形成滑動(dòng)密封，限定由頂端部面、采集口、和離心管的內(nèi)表面、以及流體通道限制的增壓空間，其中該流體通道與采集口流體連通并可使流體從離心管輸送到收集容器。采集口橫截面與離心管橫截面的比率(“口-管橫截面比率”)可以在1∶10至1∶1000的范圍內(nèi)選擇。口-管橫截面比率還可以在1∶25至1∶100之間的范圍內(nèi)選擇。
另一方面，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)流體梯度分餾裝置，用于從置于樣本管的分離樣本中采集多種分離成分中的至少一種成分。該裝置包括活塞、采集口、至少一個(gè)與采集口流體連通的閥、以及操縱至少一個(gè)閥的控制器，該控制器至少部分地根據(jù)離心樣本中的采集口的位置操縱。可以使活塞的大小適合于與樣本管的內(nèi)表面形成滑動(dòng)密封。采集口可以設(shè)置在活塞表面的前面，以便保持活塞表面與離心樣本隔開。
附圖簡(jiǎn)要說明參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例、本發(fā)明特定實(shí)施例的示例、以及附圖的下述詳細(xì)描述，將對(duì)本發(fā)明有更加全面的理解，附圖中相同的部件標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記，其中

圖1為本發(fā)明的一實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖2a和2b為插在樣本管中的圖1所示實(shí)施例的立體圖。
圖3為本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的側(cè)視圖。分餾器100包括端頭110、軸112、以及流體通道135。在一實(shí)施例中，端頭110可以從軸112上取下來，從而使具有單次使用、一次性端頭的軸112可以重復(fù)利用。在優(yōu)選實(shí)施例中，將端頭110與軸112進(jìn)行永久性連接并且單次使用后將該結(jié)合體除去。
可以使端頭110尺寸適合諸如離心管這樣的樣本管的尺寸。對(duì)于生物領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該顯而易見的是，離心管可以有各種形狀和尺寸，并且提供的尺寸大小適合離心管選擇的端頭選擇是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這里使用的離心管可以是任何直壁圓柱體，一端部封閉，并且在力場(chǎng)的作用下液體樣本成分的分離時(shí)可容納流體樣本。例如，封閉端可以是扁平的、圓形的、或錐形的。端頭110優(yōu)選由彈性材料制成，當(dāng)將端頭移入管中時(shí)該彈性材料可以保持端頭與離心管之間的密封。采集口130設(shè)置在端頭面115的前端(即前面)并形成流體通道135的入口，通過端頭110引導(dǎo)進(jìn)入采集口130的流體到達(dá)收集容器(未示出)。在優(yōu)選實(shí)施例中，采集口130遠(yuǎn)離端頭的中心進(jìn)行偏心設(shè)置，從而使端頭和軸之間的機(jī)械連接更簡(jiǎn)單。在另一實(shí)施例中，采集口130設(shè)置在端頭面的中心。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，離心管的橫截面與采集口的橫截面的比率(口-管比率)可以在1∶10至1∶1000的范圍內(nèi)選擇。該范圍的上限，即相對(duì)于離心管的橫截面采集口的橫截面很小，要根據(jù)所需要的分離比率和層間有害混合進(jìn)行選擇。針對(duì)在采集容器中氣體充氣增壓與大氣壓之間的給定壓降而言，相對(duì)較小的采集口橫截面減少了樣本通過流體通道的流量?？梢酝ㄟ^增加壓降加大流量，但是，增加壓降也可能增加了層間混合的量，特別是當(dāng)采集口接近層與層之間介面時(shí)(采集口直徑很小)。如果口-管比率很高，增壓壓力的控制變得很困難，因?yàn)槎祟^小的軸向位移相對(duì)于通過采集口的體積來說代表相對(duì)大的體積變化，從而就產(chǎn)生了很大的壓降和有害的層間混合。該比率范圍的下限，相對(duì)于離心管的橫截面較大的采集口橫截面，要根據(jù)所需要的分餾精度進(jìn)行選擇。如果口-管比率非常接近1(即采集口的橫截面等于離心管的橫截面)，對(duì)操作人員來說，很難觀察下層流體進(jìn)入流體通道。增加口-管比率可以允許操作人員更加清楚地目測(cè)下層流體進(jìn)入流體通道。在優(yōu)選實(shí)施例中，口-管比率在1∶25至1∶100的范圍內(nèi)選擇。
圖2a和2b為說明圖1所示的實(shí)施例用于分離容納在離心管中經(jīng)分離的流體樣本時(shí)的立體圖。將端頭110插入容納分離樣本210的離心管200中。通過施加平行于軸112的縱軸的軸向力205，將端頭110推進(jìn)離心管200，操作人員用手施加軸向力205同時(shí)握住離心管200。將端頭110推進(jìn)離心管200直到采集口130與分離樣本210的頂層212的頂面211接觸。當(dāng)端頭110繼續(xù)向頂層212中移動(dòng)時(shí)，在端頭面115和頂面211之間形成氣體增壓空間(gasplenum)215，而來自頂層212的流體被推入采集口130中，經(jīng)過流體通道135并進(jìn)入收集容器230。流體通道135中的流體產(chǎn)生小流體靜壓頭，這樣氣體增壓空間215中的壓力保持在高于大氣壓。氣體增壓空間215起到從分離樣本中分離至少部分端頭面115的作用，這樣就減少了樣本被污染的危險(xiǎn)，并保持頂面211的零剪切狀態(tài)。
當(dāng)將端頭110推進(jìn)離心管200中時(shí)，與通過前進(jìn)的端頭移動(dòng)的體積相等的流體體積，流經(jīng)流體通道135并進(jìn)入收集容器230。與使用抽吸以抽取流體的情況不同的是，端頭的位移減少了來自下層的垂直流量，從而使分離樣本的分離效率更高。
當(dāng)采集口130接觸到樣本的下一分離層時(shí)，通過將流體通道135改道進(jìn)入另一收集容器，可以將每個(gè)分離層分離到各自的收集容器230中。在優(yōu)選實(shí)施例中，采集口130已接觸到下一分離層的流體通道的改道以及觀察方向的改變，這些工作都由操作人員完成，這樣使分餾過程成為簡(jiǎn)單的人工操作，可以“在野外”和遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)裝置完成。
手動(dòng)推進(jìn)端頭、觀察采集口相對(duì)于分離層的位置、以及改道流體通道的操作，可以在分離的過程中不用人的參與自動(dòng)完成。圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖。將端頭110推進(jìn)裝有樣本的離心管200中，該樣本被分為血清層、WBC層、NRBC層、和RBC層。通過與軸112相連的驅(qū)動(dòng)單元314將端頭110推進(jìn)離心管。驅(qū)動(dòng)單元314通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線315受控制器350的控制。機(jī)械專業(yè)的技術(shù)人員不需要過多的實(shí)驗(yàn)就可以決定驅(qū)動(dòng)單元314的選擇，而無需進(jìn)一步討論。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元314將端頭110推進(jìn)離心管200中時(shí)，樣本被推入采集口130，通過流體通道135并進(jìn)入諸如開關(guān)330這樣的流體閥。流體開關(guān)330通過開關(guān)信號(hào)線335根據(jù)來自于控制器350的命令，將流體通道135中的樣本導(dǎo)入多個(gè)收集容器230中的一個(gè)。
采集口130相對(duì)于分離層的位置通過位置檢測(cè)裝置測(cè)定，例如安裝在攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)單元340中的攝像機(jī)348，可以沿著攝像機(jī)基架345垂直移動(dòng)。諸如視頻信號(hào)這樣的采集口位置信號(hào)通過視頻信號(hào)線349傳送到控制器。
在優(yōu)選實(shí)施例中，控制器350包括在處理器上運(yùn)行的程序。處理器可以是有關(guān)電的領(lǐng)域技術(shù)人員已知的微處理器，也可以是數(shù)字信號(hào)處理器。處理器還包括用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。處理器還包括使控制器能夠控制驅(qū)動(dòng)單元314、攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)單元340、和流體開關(guān)330的輸入/輸出裝置，以接收來自攝像機(jī)348的視頻信號(hào)以及接收來自操作人員的程序指令，并為操作人員顯示和/或打印信息。在優(yōu)選實(shí)施例中，處理器是個(gè)人計(jì)算機(jī)。
控制器根據(jù)攝像機(jī)的視頻信號(hào)決定采集口相對(duì)于層與層之間介面的位置。根據(jù)層與采集口之間的光密度差的視頻信號(hào)用于采集口和介面的辨別/定位的算法，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。控制器輸送指令到驅(qū)動(dòng)單元，向介面的方向推動(dòng)采集口，從而最上層的樣本就流經(jīng)流體通道進(jìn)入收集容器。當(dāng)控制器測(cè)定采集口已經(jīng)和層與層之間的介面接觸時(shí)，控制器就可以命令流體開關(guān)改變流體通道中的流體方向進(jìn)入另一收集容器。在切換到下一個(gè)收集容器之前，流體開關(guān)的操作可以延遲，以允許流體通道中的最上層的樣本采集到收集容器中?？刂破髦貜?fù)推動(dòng)采集口和切換收集容器的操作，直至每個(gè)層都被分離。
在另一實(shí)施例中，可以將控制器進(jìn)行配置以便僅采集分離成分中的一種。例如，如果只對(duì)NRBC層感興趣，可以將控制器配置以將血清和WBC層導(dǎo)入廢物容器，切換到收集容器，采集NRBC層，可選地轉(zhuǎn)回廢物收集容器，并在廢物收集容器中采集RBC層。
在另一實(shí)施例中，原料傳送線可以用來自動(dòng)傳輸裝有樣本的離心管到分餾器，從而針對(duì)多個(gè)分離樣本允許自動(dòng)化操作分餾器。
這里披露的優(yōu)選實(shí)施例并不限定本發(fā)明的范圍，這些實(shí)施例旨在舉例說明本發(fā)明的幾個(gè)方面。任何等同替代的實(shí)施例都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實(shí)際上，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，除了本文說明和描述之外，對(duì)本發(fā)明作出的各種修改都是顯而易見的。這些修改也涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
這里引用了多個(gè)參考文獻(xiàn)，實(shí)際上是將全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。此外，不考慮上述特征，不能認(rèn)為這些參考文獻(xiàn)就是本文所要求主題的本發(fā)明的在先技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于采集置于樣本管中的至少部分樣本的分餾器，所述分餾器包括端頭，具有在所述端頭的前端部的端頭面，將所述端頭配置成與樣本管的內(nèi)表面構(gòu)成滑動(dòng)密封；采集口，設(shè)置在所述端頭面的前面；以及流體通道，與所述采集口流體連通，將所述流體通道進(jìn)行配置及排列以便使得流體從所述樣本管輸送到樣本容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾器，其中所述端頭的所述端頭面定位于所述樣本管的內(nèi)部；以及增壓空間限定在所述端頭的前面并至少部分地通過所述端頭面、所述采集口、及所述樣本管的內(nèi)表面進(jìn)行限制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾器，其中所述端頭進(jìn)行配置以與具有預(yù)定的樣本管橫截面的樣本管一起使用；所述采集口具有預(yù)定的采集口橫截面；以及所述采集口橫截面與所述樣本管橫截面的比率在1∶10至1∶1000的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分餾器，其中所述采集口橫截面與所述樣本管橫截面的比率在1∶25至1∶100的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾器，其中將所述采集口遠(yuǎn)離所述端頭的中心進(jìn)行偏心設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾器，其中所述采集口設(shè)置在所述端頭的中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分餾器，其中所述采集口進(jìn)行配置及排列以便在從所述樣本管中采集樣本時(shí)使所述端頭面與樣本分開。
8.一種用于采集置于樣本管中的至少部分樣本的分餾裝置，所述分餾裝置包括端頭，具有在所述端頭前端部的端頭面，所述端頭被配置以與樣本管的內(nèi)表面構(gòu)成滑動(dòng)密封；采集口，設(shè)置在所述端頭面的前面；閥，與所述采集口流體連通；以及閥控制器，進(jìn)行配置及排列以至少部分地根據(jù)所述采集口相對(duì)于設(shè)置在所述樣本管中的樣本的位置以操縱所述閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分餾裝置，其中將所述閥配置及排列以便將所述樣本管中的所述樣本流體選擇性導(dǎo)入到一個(gè)或多個(gè)樣本容器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分餾裝置，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)單元，與所述端頭相連，所述驅(qū)動(dòng)單元配置及排列以便使得所述端頭關(guān)于所述樣本管移動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分餾裝置，進(jìn)一步包括位置檢測(cè)裝置，與所述閥有操作上的聯(lián)系，可以至少部分地根據(jù)所述采集口相對(duì)于所述樣本管中的樣本的位置，產(chǎn)生采集口位置信號(hào)；其中所述閥的操縱至少部分地基于所述采集口位置信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分餾裝置，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)單元，與所述端頭相連，將所述驅(qū)動(dòng)單元配置及排列以便使得所述端頭關(guān)于所述樣本管移動(dòng)；其中所述位置檢測(cè)裝置與所述驅(qū)動(dòng)單元有操作上的聯(lián)系；以及所述驅(qū)動(dòng)單元的操作至少部分地基于所述采集口位置信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的分餾裝置，其中所述位置檢測(cè)裝置包括可以產(chǎn)生所述采集口位置信號(hào)的攝像機(jī)。
14.一種用于采集置于樣本管中的至少部分樣本的方法，所述方法包括以下步驟提供被配置成與樣本管的內(nèi)表面構(gòu)成滑動(dòng)密封的端頭、設(shè)置在所述端頭前面的采集口、以及與所述采集口流體連通的流體通道，將所述流體通道配置及排列以便使得流體從所述樣本管輸送到一個(gè)或多個(gè)樣本容器中；以及將所述端頭及所述采集口推入所述樣本管，直至至少部分所述樣本通過所述采集口和所述流體通道輸送到一個(gè)或多個(gè)樣本容器中的至少一個(gè)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟提供與所述流體通道流體連通的閥，將所述閥配置及排列以便將所述樣本管中的所述樣本流體選擇性導(dǎo)入一個(gè)或多個(gè)樣本容器中的至少一個(gè)中；以及操縱所述閥以便使得至少部分樣本導(dǎo)入至少一個(gè)或多個(gè)樣本容器中的一個(gè)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟提供位置檢測(cè)裝置，與所述閥有操作上的聯(lián)系，所述位置檢測(cè)裝置可以至少部分地根據(jù)所述采集口相對(duì)于設(shè)置在所述樣本管中的所述樣本的位置，產(chǎn)生所述采集口位置信號(hào)；以及至少部分地根據(jù)所述采集口位置信號(hào)操縱所述閥。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及一種分餾器(100)，用于從置于樣本管(200)的分離樣本中采集多種分離成分中的至少一種成分。分餾器(100)包括在其前端部具有端頭面(115)的端頭(100)?？梢詫⒃摱祟^(110)配置成與樣本管(200)的內(nèi)表面構(gòu)成滑動(dòng)密封。采集口(130)設(shè)置在端頭面(115)的前面，而流體通道(135)與采集口(130)流體連通并被配置及排列以便使得流體從樣本管(200)輸送到樣本容器(230)。分餾器(100)可具有與采集口(130)流體連通的閥(330)并可具有閥控制器(350)，其中閥控制器根據(jù)采集口(130)相對(duì)于管(200)中樣本的位置進(jìn)行配置及排列以便操縱閥(330)。
文檔編號(hào)B01D17/038GK1564703SQ02819702
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2002年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月4日
發(fā)明者E·詹姆斯·阿金, 特里安塔菲洛斯·塔法斯 申請(qǐng)人:艾可尼西斯有限公司