带有静止分离室的血液组分分离系统的制作方法

专利名称：带有静止分离室的血液组分分离系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及血液处理设备。特别是，本发明关于这样的系统和方
法其利用经静态分离室投射的光阱从血液中分离出一种或多种组成成分。
背景技术：
用于将血液分离成各种组成成分的系统和方法是公知的。用于以 连续流动的方法对大量血液执行快速处理的商业系统可从马塞诸塞州 Braintree地方的Haemonetics公司购4寻。特另'J是，从Haemonetics公 司购得的设备一例如MCS 系列设备和Cell Saver 5型系统被设计成 从患者或献血者直接接收血液，并将血液输送到血液处理室，将各种 组分从血液中分离出来，且将分离出来的这些组分引导到各个组分储 器中，以便于在随后进行使用或返回到患者体内，同时，该设备将剩 余的血液流以及未分离出的组分以连续的方式返送回患者或献血者体 内。
诸如上述系统等高速血液处理设备的设计受到几方面因素的限 制。由于来自于不同献血者的血液会被送入到同一处理系统中，所以 会带来固有的生物风险性，这就需要与血液接触的所有表面和部件以 及血液流路都要是经济的，且是一次性的，以便于使该系统服务于多 个献血者或患者在商业上是可行的。因此，包括血液处理机中血液流 路的部件是用便宜的材料一例如塑料制成的，从而在每次采集过程之 后，这些部件可被从设备上拆下，并被消毒后的新血液流路部件替换， 其中，所述的血液流路部件例如是分离室、组分收集储器、以及将它 们相互连接起来并与献血者对接的输液管。
按照与连续流方法相适应的高速度将组分从血液中分离的操作需 要对分离室执行机械操作并使其运动，以便于主动地将所需的细胞或孩i粒从液体血液中分离出来。 一般而言，可采用离心方法来完成该分 离操作。在上述的现有系统中，分离室一旦被来自于献血者的血液充 满之后，就进行旋转，以便于向血液中的各种细胞和组分施加离心力。 不同组分的不同质量使得这些组分分离开，并形成了由同种组分结构 构成的各个分层。在旋转的分离室中，这些分层表现为同心环的形式。 然后，分离开的组分层被从转鼓中抽送到各个独立的储器中。为了有 效地对血液执行离心处理，人们已经研制出了作为离心机转鼓的分离 室。但是，对于运动着的离心机转鼓，可靠而经济地维护流体流路的 无菌性仍然是困难的。
用于维护旋转分离室与其余血液流路部件之间无菌连接的措施包
括在分离室与构成了流路的输液管的对接处设置旋转密封，这样的 密封件例如是应用在由Haemonetics公司生产的Latham Bowl设备上 的密封件。另一种措施包括使用跳转绳(skip rope)技术，以防止与 旋转分离室相连的流路输液管发生缠结。但是，上述的两种解决方法 都增大了一次性血液流路套件的成本和复杂性，而一次性的套件却需 要采用低成本的定价，并具有广泛的可靠性，以保持商业上的可行性。 不采用离心技术的、将血液分离成组成成分的备选方法也是存在 的，但尚未成为大规模血液分离操作的可行方案。例如，可利用重力 作用，采用细胞沉淀的方法来分离各种组成组分。但是，这样的过程 很慢，且需要血液具有一定的停滞期，这就增大了出现凝结问题的可 能性。
希望能提供一种高速的血液组分分离系统，其釆用了这样的组分 分离技术该技术可在与系统的无菌血液流路牢固连通的分离室中容 易地实施。此外，还希望设计这样一种系统其所采用的分离技术对 于连续流形式的处理方法具有很高的效率、经济性好、且可靠。本发 明的目的之一就是提供这样的系统。

发明内容
本发明提供了一种血液组分分离系统，其采用了光阱技术对流经 无菌血液流路的血液进行分离，以分离血液的组成成分。该系统可補:设计成从血液中分离出单种组分，或者分离多种组分，并将这些组分 输送到各个储器中，以便于在以后进行使用。
系统包括通向血液流路的入口 ，以便于从患者或献血者的血流中 接收血液。该入口可与单针头相接合，并被设计成通向献血者的血流。 血液流路可包括输液管，输液管的尺寸被设计成允许血液从献血者流 向系统。抽吸泵被设计成与血液流路相互作用，其对血流进行驱动， 使血流以必要的流速从入口流向处理系统，以 <更于对血液的组分进4亍 分离。
处理系统包括与血液流路连通的分离室。该处理系统还包括光学 元件，其被用来产生光阱，该光阱例如是全息光阱，其被投射到流经 分离室的血液中。分离室可在系统中保持静止，而投射到分离室血液 流路中的光阱则发挥作用，以分离血液组分，并将它们移动到预期的
位置处，以便于被从血液流路中提取走。分离室还被设计成这样在 光学元件产生的光能一例如是激光被传输到流经分离室的血液中的过 程中，分离室不对光能造成干涉。另外，分离室被设计成以这样的方 式来引导血液的流动使其能传导对组分的光学捕获。分离室还包括 一个或多个出口，全息光阱将已从血液中分离出的各种组分引导到出 口中。每个出口都与通道相接合，通道通向用于保持着已分离组分的 储器。
在一个或多个出口之后，血液流路从分离室继续延伸，经过一段 导管—例如为输液管而通向回流储器。其中已被去掉了分离组分的处
理后血液在回流储器中汇集，直到汇集到了预定的量之后再被返送回 献血者。如果检测到回流储器中已经达到了预定的量，回流泵就借助 于输液管将血液经储器上的出口抽吸出来。处理后的血液被从回流泵 以预定的流速引导回献血者中，以完成血液的回送。回流的血液流经 系统的入口 ，并经过插入到献血者中的单针头返回到献血者的血流中。 处理系统中的光学元件应当被设计成在分离室的流程中形成全息 光阱阵列。光学元件可包括激光等光束、衍射光学元件、 一对作为望 远镜的透镜、分色镜、以及物镜，其中的分色镜起到了分光器的作用。在第6055106和6416190号美国专利以及第2003/0047676 、 2003/0119177、 2004/0021949、 2004/0089798号美国专利公开文件中介 绍了如何利用上文列出的元件以及其它部件产生出全息光阱、并将其 传输到流体流中以捕获多种微粒的细节内容，上述的这些文献被结合 到本申请中作为参考内容。
除了上文概述的基础系统之外，还可向系统增设其它的元件，以 便于针对给定的流程来优化系统的性能。可在系统的入口处引入抗凝 血剂，其不仅可防止血液在流路中凝结，而且还能优化血液的粘度， 以利于分离操作。抗凝血剂可被从储存袋经导管引入，其中的导管例 如是输液管，且其流速由抗凝血剂泵来进行控制。作为备选方案，可 采用适于将血液稀释的其它材料来取代抗凝血剂，该材料例如是血浆 或盐水。在使用血浆等血液制品的情况下，优选地是，使用患者或献 血者自身的血浆。因而，在这样的系统中，血浆是由系统分离出的其 中一种组分，且血浆的储器被设计成具有与导管相连的出口，该出口 选择性地通向血液流路，以导入血浆。
系统中还设置有与血液流路连通的全血緩冲储器，其位于处理系 统的前方。緩冲储器的应用取决于有效地处理血液所需要的流速与血 液从献血者流入到系统中所能达到的最大流速之间的关系。如果处理 系统工作时的流速必须小于从献血者到系统所能达到的最大流速，则 緩冲储器就能将收集的过量的血液临时性地保持起来，以便于在随后 进行处理一例如当系统入口被用来将血液返送给献血者、且系统入流 被中断时进行处理。输送泵对血液进行驱动，使其从緩冲储器的导管 流向处理系统。在本发明的另一方面，光阱元件还被设计成可识别血 液中的病原体或其它有害污染物，并将其分离出来，以便于确定血液 试样中是否存在这些有害成分。尽管有害污染物或病原体不会被导引 向储器以作为有用的产品，但分离室可被设计成具有出口和通道，污
染物被引导到其中。这样，与导管相接合的储器就将接收污染物，且 传感器—例如为光学传感器检测储器中是否存在污染物。该传感器可
与报警系统和用户界面进行通讯，以向操作者报告存在污染物，其中的报警系统被集成作为系统控制器的组成部件。
在本发明的另一方面，在处理系统中进行主分离操作之前或之后， 还可在系统中执行辅助性的分离操作。特别是，可在血液流路中连接 基于离心技术的普通的组分分离装置，该装置或者位于处理系统的前 方，或者位于处理系统的后方，以便于去掉红血球或血浆等血液组分。 作为基于离心技术分离的装置的替代方案或补充措施，可在血液流路 中增设用于将污染物从血液中分离出来的过滤器，其或者位于处理系 统的前方，或者位于处理系统的后方。
在本发明的另 一方面，整个系统可被应用到自体血液复原设备中， 以便于将血液组分返送给接受医疗治疗的患者。用于执行自体血液复
原的系统采用与上述系统类似的设计，区别在于用于收集分离出的 血液组分的储器上带有回流导管，其将隔离的组分引导返送给与系统 相连的患者。
本发明的一个目的是提供一种血液处理系统和方法，其利用光阱 技术从血液中分离组成成分。
本发明的另 一个目的是提供一种采用光阱的血液组分分离系统和 方法，其既适用于献血的情形，也适用于自体血液复原的情形，在前 者的情况下，血液的组分被收集起来，以便于在随后使用，在后者的 情况下，血液被进行分离，且分离出的组分^皮返送回患者。
本发明的再一目的是提供一种系统和方法，其用于确定从患者或 献血者收集来的血液中是否含有病原体或污染物。
本发明的又一个目的是提供一种系统和方法，其利用光阱技术从 血液中分离出各种组分，并与其它的分离操作系统相结合，其它的系 统采用了对血液执行离心分离和/或过滤的技术。
本发明的另一方面是提供一种高速的血液组分分离系统，其使用 了静止的分离室，以便于降低血液流路的复杂性、成本、以及无菌性 ,皮损坏的风险。


从下文参照附图所作的进一步描述，可更加全面地理解本发明的上述内容以及其它的目的和优点，在附图中
图l是采用光阱技术的血液分离系统的示意图； 图2是处理系统的示意性详细图3中的示意图表示了使用光阱的血液分离系统，其包括位于处 理系统前方的全血緩冲储器；
图4中的示意图表示了使用光阱的血液分离系统，其带有血液离 心机和血液过滤器的其它部件，其中的血液离心机沿着血液流路位于 处理系统的上游，而过滤器沿着流路位于处理系统的下游；
图5中的示意图表示了一种光阱发生系统；
图6中的示意图表示了一种光阱发生系统，其使用了相对于输入 的光束倾斜的光学元件；
图7中的示意图表示了一种可连续平移的光阱发生系统；
图8中的示意图表示了全息光阱发生系统；以及
图9中的示意图表示了一种全息光阱发生系统。
具体实施例方式
图1中的示意图表示了一种采用光阱技术的血液组分分离系统IO 的部件和结构。该系统被用于对流经其的血液进行分离，以分离出一 种或多种组成成分。例如，被分离出的组分可包括红血球、血浆或富 含血小板的血浆。另外，光阱可被用来从流经系统的血液中分离出蛋 白质、感染性蛋白质、病毒、细菌和其它污染物、以及微粒。此外， 光阱还可被用来检测特异细胞或受感染细胞的出现，其中的特异细胞 例如是病变细胞(例如镰状细胞)，这些细胞的存在将使得捐献的血液 试样被拒绝。在本申请中，各种组成成分一细胞、细胞的各个部分、 细菌、以及污染物被统称为"组分"。应当指出的是"组分"一词可指 代上文提到的、能在血液中找到的任何一种成分，并可指代上文未提 到的、不能被区分开的其它组分。
如图1所示，系统10包括血液流路12，血液经该流路12从患者 或献血者流向系统的各个部件。血液流路可包括普通的导管一例如经 济、具有生物相容性、且无菌性的输液管。很重要的是在处理血液的过程中，血液流路和与其相关的连接器、以及沿该流路布置的储器 要保持无菌性，以防止给患者或献血者、以及被收集并保存起来以便 于随后使用的组分带来危险。流路被布置成与患者或献血者的血流通
过单针头14实现连通，其中的单针头与流路的入口 16相连。入口可 具有集流管，其被用来接纳来自于血液流路的多条管道，从而既对进 入到流路中的血流进行管理，又对血液或血液组分从流路流回到患者 或献血者的出流进行管理。
如入流箭头20所示，入流的血液从患者进入到流路中，并流经入 流管道18。进入血液的流速由抽吸泵22进行控制。抽吸泵22与文中 讨论的所有其它泵一样可以是蠕动泵，其作用在输液管的外部上以便 于对输液管中的血液进行泵送。系统中各个泵的工作可由中央控制器 执行电学监控和控制，该中央控制器还监控着各个储器中血液或组分 的体积。按照这种方式，可对泵的速度进行控制，以使系统的各个区 段保持着理想的血液流速，从而既能保证分离效率的最大，又能使处 理时间最短。
从图2可最为清楚地看出，在基础性的系统中，血液首先被抽吸 到处理系统24中。处理系统24包括光阱发生系统26，其被用来将至 少一个光阱投射到与血液流路12连通的分离室28中。为了捕获并操 纵流经血液流场的各种组分微粒，全息光阱将是有效的，其中的微粒 例如是以约为45ml/min的流速经过流路给定位置点的各种量的红血 球。随着血液流经分离室，由光阱发生系统投射的全息光阱将发挥如 下作用俘获并操纵血流中许多类似的组分微粒。
在分离室中使用光阱形式的光能对组分进行分离的优点在于分 离室可保持静止不动，而投射到分离室中的光线完成了分离组分的所 有工作。因而，不再需要将运动的分离室与无菌的血液流路接合起来 的复杂机构，而在离心机或跳转绳分离装置中则需要这样的复杂机构。 本发明的分离室在分离操作过程中保持静止，从而易于被牢固地安装 为与血液流路连通，这将能降低制造成本，并能更为可靠地保持无菌 状态。如图2所示，随着血液流经投射到分离室中的全息光阱，可被光 阱俘获的预定目标组分就受到操纵，并被引导向分离室的一个或多个 出口。为了例示说明，图2中表示了在分离室28中三种类型的组分受 到光束58的操纵。红血球在图中被表示为圆环30，其被引导向出口 32。该出口通向通道34，该通道通向红血球储器36，该储器36例如 是血液收集袋。血小板在图中被表示为黑点38,全息光阱还被设计成 能操纵并引导血小板，以将其导向与红血球出口 32分开的出口 40。 出口40通向通道42，该通道将血小板运送到储器44中。病变细胞一 例如镰状细胞在图中由X符号46指代，在此示例中，全息光阱还被 设计成能对这种特定类型的病变细胞进行操纵，以将病变细胞46引导 向病变细月包出口 48。出口 48将病变细i包46引导向病变细胞通道50， 该通道将病变细胞输送到病变细胞储器52。
由于病变细胞46将不被再次使用，所以，将它们从血液中分离出 来并进行识别的目的是确认它们在血液试样中的存在。为了向系统的 操作者发出存在病变细胞的警示，传感器54—其可以是光学传感器被 设计成能对储器52中任何病变细胞的存在进行检测。传感器可通过电 线56与操作者报警器相连。
需要再次强调的是处理系统可被用来从流经分离室的血液中分 离一种或多种组分。图1中表示了一种示例性的系统，其被用来分离 出一种组分一例如红血球，且该系统中设置有一个组分储器36。图2 是处理系统的详细视图，其表示了处理系统的另一种实施方式，在该 实施方式中，从流经分离室的血液中分离出多种组分，这就需要多个 对应的组分储器36、 44、 52。处理系统的确切结构以及由全息光阱分 离的组分数目和类型是灵活可变的，可被进行调整以符合系统的预期 应用。
光阱发生系统26包括为产生全息光阱所必需的数个光学元件，这 些元件包括光束一例如为激光、光学元件、用于形成望远镜的透镜、 分色镜以及物镜。光学元件可以是动态的光学元件，其由计算机进行 控制，以改变全息图的型式。这些元件的工作将产生出全息光阱，在件被结合到本申请中作为参考。所形成的全息光阱在图中由直线58 指代，其从光阱发生系统26发射出，并被投射到流经分离室28的血 液流场中。光阱可被进行调整，从而可根据血液组分的光学特性俘获 并操纵血液中的一种或多种具体组分。在采用动态光学元件的情况下， 通过动态地移动光阱的光束，全息光阱就可将俘获的组分移动到所需 的出口，从而将组分运送到出口处。作为备选方案，静止的全息光阱 将在分离室的血液流路中形成静止的捕获场。随着血液流经该静态场， 各个光阱只向选定的组分施加作用力，以使它们按照一定方向流向选 定的出口。
图5-7表示了光阱发生系统26—种可能的结构，其也被称为光 学镊夹系统，在该系统中，可形成动态或随机的阵列。在第6416190 号美国专利中描述了这种结构，上文已参考了该专利，下文的描述也 是来自于该专利。衍射光学元件140被基本上布置在平面142上，该 平面与物镜120的后孔径124共轭。应当指出的是图中为了清楚， 只表示出了单束衍射后的输出光束144,但应当理解，利用衍射光学 元件140可形成多个这样的光束144。输入光束112照射到衍射光学 元件140上，该光束被分裂成输出光束144的型式，但带有有关衍射 光学元件140特性的特征，每个输出光束都是从点A处发射出的。因 而，输出光束144还经过了点B，这是由于设置了上文提到的下游光 学元件。
图5中的衍射光学元件140被表示为与输入光束112正交，但也 可以采用其它的布局形式。例如，在图6中，光束112相对于光轴122 偏斜一定角度(P),且不与衍射光学元件140正交。在该实施方式中， 从点A发出的衍射光束144将在成像空间132的焦平面152上形成光 阱150。在这种结构的光学镊夹系统110中，输入光束112的未4汙射 部分154可被从光学镊夹系统110中去掉。因而，这样的构造能处理 较少的背景光，从而提高了形成光阱的效率和效果。
衍射光学元件140可包括由计算机产生的全息图，其将入射的光束112分裂成预先选定的所需图案。将该全息图与图5、 6中的其余光 学元件相结合，就能形成任意的阵列，在该阵列中，衍射光学元件140 被用来独立地对各个衍射光束的波阵面进行成形。因而，光阱150不 仅可被布置在物镜120的焦平面152上，而且能位于焦平面152之外， 从而形成三维结构的光阱150。
在图5和图6所示的光学镊夹系统110中，还包括有调焦光学元 件一例如物镜120 (或功能等效的其它光学装置一例如菲涅耳透镜)， 以便于将衍射光束144会聚而形成光阱150。另外，望远镜134或其 它等效的光学转换器件形成了与前述后孔径124上中心点B共轭的点 A。衍射光学元件140被置于经过点A的平面上。
在另一实施方式中，无需使用望远镜134来形成光阱150的随机 阵列。在该实施方式中，衍射光学元件140可被直接布置在经过点B 的平面内。
在静态或基于时间的光学镊夹系统110中，可使用衍射光学元件 140。对于动态的或基于时间的改型系统中，可形成随时间改变的光阱 150的阵列，光阱阵列可以是采用上述特性的系统的一部分。此外， 这些动态的光学元件140可净皮用来相对于彼此地主动地移动孩史粒和基 体介质。例如，衍射光学元件140可以是带有变化的液晶相阵列，其 中留有由计算机产生的全息图案。
在图7所示的另一种实施方式中，系统被设计成使镊夹光阱150 连续地平移。安装有万向节的镜面160被布置成其转动中心位于点A。 光束112被照射到镜面160的表面上，且其轴线穿过点A，并被投射 到后孔径124上。镜面160的倾斜使得光束112的入射角相对于镜面 160发生改变，可利用这一特性来平移所形成的光阱150。第二望远镜 162是由透镜L3和L4形成的，其形成了与点A共轭的点A'。这样， 布置在点A'处的衍射光学元件140就形成了衍射光束164的图案，每 一光束都穿过点A,从而形成了光学镊夹系统110阵列中的其中一个 镊夹光阱150。
在图7所示实施方式的工作过程中，镜面160将整个镊夹阵列作为一个单元进行平移。这种方法有助于使光学镊夹阵列精确地对准静
止的基板，以便于通过小幅的快速振荡位移动态地加固光阱150,且 这种方法适用于需要总体平移能力的所有应用场合。
通过移动样品载台或对望远镜134进行调节，还可使光阱150的 阵列相对于样品载台(图中未示出)在垂直方向上平动。此外，通过 移动样品载台，还可使光学镊夹阵列相对于试样作侧向平动。对于超 出了物镜视野范围的大尺度移动，这一特性将特别有用。
通过设置多个光束，能提高在总体上对细胞进行操纵的安全性。 多个镊夹措施能保证导入到细胞任何特定点上的能量都较小。这能消 除热点，从而降低了造成损害的风险。由于对能量的吸收与激光功率 的平方成比例，所以，任何破坏性的双光子方法都能得益于此。只是 增加第二镊夹光束，就能使特定点的双光子吸收减少到四分之一。将
能量置于单个光阱中会立即对细胞造成损坏。通过采用全息的光阱能 极大地增强对细胞的操纵性一甚至对于单个细胞。这样的全息光阱系 统可^皮作为本发明的光阱发生系统26，在第2004/0089798号美国专利 申请文件中公开了这样的系统，下文的描述也来自于该文献。
图8表示了一种光阱发生系统，其被设计成全息的光阱设备或系 统200。光线被从激光系统发射出，并如向下的箭头所示而进入以向 系统200提供能量。相位成图光学元件201优选地是动态的光学元件 (DOE),其带有动态的表面，该元件还是仅针对相位的空间光调制 器(SLM )—例如由日本Hamamatsu制造的"PAL-SLM系列X7665"、 以及由科罗拉多州Lafayette地方的Boulder Nonlinear Systems制造 的"SLM 512SA7"或"SLM 512SA15"设备。这些动态的相位成图光学 元件201由计算机进行控制，从而利用介质中编码的全息图产生细光 束，其中的全息图可被改变，以产生出细光束并选择细光束的形式。 在图8中左下方产生的相位图案1-2产生出位于右下方的光阱203， 其中充满了 lpm直经的硅球204，它们悬浮在水205中。因而，系统 200由表示在图中左侧下方的动态全息图进行控制。
激光束经过透镜206、 207而到达分色镜208处。分光器208是由分色镜、光带间隙镜、全向镜、或类似的装置构成。分光器208可选 择性地反射用来形成光阱203的光学波长，并传导其它的波长。然后， 从分光器208的区域反射回的光线部分将经过编码后的相位成图光学 元件的一个区域，其中，相位成图元件基本上被布置在与调焦透镜(物 镜)209的平坦后孔径共轭的平面内。
分光器208可被设计成空间光调制器，其主要是由静电场控制的 液晶阵列，而该静电场反过来可由计算机程序进行控制。液晶阵列具
有这样的属性其可根据所施加电场的强度将光线的相位阻滞不同的 量。向列相的液晶装置被用来进行显示或仅需要对相位作大深度(2.pi 或更大深度)调制的场合。向列相的液晶分子通常位于与装置的表面 平行，从而由于液晶的双折射，能产生最大的阻滞作用。当施加电场 时，分子倾斜而与电场平行。随着电压的增大，沿着此另外光轴的折 射率一进而双折射率将被有效地降低，从而减弱了装置的阻滞性。
可使用的激光器包括固态激光器、二极管泵型激光器、气体激光 器、染料激光器、翠绿宝石激光器、自由电子激光器、VCSEL激光器、 二极管的激光器、Ti-兰宝石激光器、掺杂的YAG激光器、掺杂的 YLF激光器、二极管泵YAG激光器以及闪光灯泵型YAG激光器。优 选地是，釆用10mW到5W之间的二极管泵型Nd: YAG激光器。用
于形成研究生物材料的阵列的激光光束的优选波段包括红外线、近 红外线、可见红光、绿光、可见蓝光波段，且约在400nm到1060nm 之间的波段最为优选。
图9表示了光阱发生系统26的一种结构一光学捕获系统500 (例 如由芝加哥III.的Arryx 7〉司出售的BioRyx系统)。其包括Nixon TE2000系列的显微镜501，在该显微镜中设置了用于利用全息光阱单 元505形成光阱的安装件。管嘴502借助于该安装件直接装配到显微 镜501中，该管嘴与壳体相连。为了进行成像，在物镜504的上方设 置了照明光源503，以便于对试样506执行照明。
光阱系统200 (见图8和图9)包括第一光路，其一端靠近于光学 元件，另一端与第二光路相交并连通，其中的第二光路被制成与第一光路垂直。第二光路是在显微镜透镜安装转塔(或"管嘴")的基部中
形成。该管嘴适于被装配到MxonTE200系列显微镜中。第二光路与 第三光路连通，第三光路也与第二光路垂直。第三光路从管嘴的顶面 横向经过管嘴的基部，并与物镜的调焦透镜209相平行。调焦透镜209 的顶部和底部形成了后孔径。分色镜型的分光器208被插置在第三光 路中，且位于第二光路与调焦透镜的后孔径之间。
光阱系统中用于形成光阱的其它器件包括第一镜面，其对从相 位成图光学元件201经第一光路发出的细光束执行反射；第一组转换 光学器件206，其被布置在第一光路中，并被对正，以接收由第一镜 面反射的细光束；第二组转换光学器件207，其被布置在第一光路中， 并被对正以接收经过第一组转换透镜的细光束；以及第二镜面208， 其布置在第一光路与第二光路的相交处，并被对正以反射行经第二组 转换光学器件和第三光路的细光束。
参见图9,为产生出光阱，从激光器507 (见图5)发出激光光束， 其经过视准仪和光纤端508，并被衍射光学元件509的动态表面反射。
个细光束。可通过改变在动态表面介质中编码的全息图来控制和改变 各个细光束的数目、类型和方向。然后，细光束被第一镜面反射而经 过第一组转换光学器件，并沿着第一光路经过第二组转换光学器件而 到达第二镜面，且在分色镜509被导向，最后到达物镜504的后孔径 处，并通过物镜504进行会聚，从而形成了产生光阱所必需的光学梯 度状况。这部分光线被分色镜509进行了分裂，以进行成像，这部分 光线经过第三光路的下部，从而形成了光学数据流(见图8)。
血液组分分离系统的分离室28应当被设计成能以这样的方式来 引导血流使该血流利于基于光阱力对组分执行有效的光学捕获，其 中的光阱力是由全息光阱产生的。另外，分离室应当被设计成至少使 面对着光阱发生系统的、且光阱透过其进行投射的侧壁29是透明的， 要透过光线。分离室的这种结构应当被进行优化，以利用将要采用的 全息图案的宽度。另外，分离室应当被设计成能促进血液在其全程内恒定的流动，从而限制捕获过程中流速的变化，以便于提高分离效率。 分离室的内部表面可被进行涂敷，以防止血液凝结到那些表面上，而 血液在那些表面上的凝结将阻碍表面附近血液的流速，从而与保持很 高流速的分离室中心处形成流速差。
如图l和图2所示，含有未分离组分的血液在离开分离室28之后， 被沿着箭头62导向血液流路，进而流向回流储器60。血液被汇集到 回流储器中，直到储器中收集了预定量的血液时，回流泵64将处理后 的血液经回流管线66抽吸出去，以将其经入口 16和针头14排入到患 者或献血者的血流中。
血液在被处理后被收集并保持在储器60中，并被成批地返回到患 者或献血者中，以提高系统的处理效率。由于将血液从患者或献血者 中抽吸出以及将血液返送回去的操作都是通过一个进入点一单针头 14进行的，所以必须分享用于入流和出流的时间。可利用在短时间内 高流速地分批返送处理后的血液来实现该分时。因而，保持在储器60 中的处理后血液的体积要由系统控制器进行监控，且只有当储器中收 集了预定的体积时，控制器才将回流泵64启动，以短暂地中断血液的 入流。在回流泵工作以将处理后的血液返送到献血者或患者中的同时， 抽吸泵22保持工作状态，以将血液连续地泵送到系统中。在这两个泵 都工作的过程中，流速减去输出流速就得出了出入患者的流速。
在图1、 3和图4所示的另一种改型系统中，可在血液流路上设置 抗凝血剂的储器70，在血液进入到系统中的过程中，其能选择性地将 抗凝血剂引入。抗凝血剂储器70可以是充满了抗凝血剂液体的柔性袋 嚢，其与导管72相接合，导管72与系统入口 16处的集流管相连。借 助于抗凝血剂泵74的工作，将抗凝血剂引入到系统中，泵74可选择 性地工作，以将一定量的抗凝血剂引入，从而优化系统的性能，其中， 抗凝血剂的量与其对血液量的所需比例相对应。 一般情况下，所添加 的抗凝血剂的比例取决于血液流经系统的运动。如果血液流经系统的 过程中存在很多停滞时期，则需要添加更多的抗凝血剂，以防止血液 在流路中凝结。对于本系统采用的光阱分离方法，在确定抗凝血剂的正确比例时 存在另 一个相关因素。添加的抗凝血剂比例应当能使流经分离室的血
液具有理想的粘度，从而产生有效的光阱捕获。应当指出的是还能 通过添加血浆或盐水来调节血液的粘度。采用光阱分离方法的系统已 证明比普通的分离系统具有更大的连续动态性，这就能减少保持血液 流经系统所必需的抗凝血剂量。
在图3所示系统的另一实施方式中，在系统中增设了緩沖储器80， 其容纳从患者或献血者抽吸的全血。緩冲储器起到了保持站的作用， 其保持着由抽吸泵22抽送到系统中的初始血液。如果处理系统是在小 于抽吸到系统中的最大血液抽吸流速的流速上最佳地分离血液组分， 则就必须要将血液收集到緩冲储器中，直到对血液进行处理时为止。
输送泵82对从緩沖储器80经输送管线84流出的流速进行调控。 例如，如果所能达到的最大输入流速是80毫升/分钟，但处理系统中 从血液中分离组分的操作是在45毫升/分钟的流速上最为有效，则输 送泵82必须工作在这样的速度上其能将进入处理系统的流速调节到 45毫升/分钟。以80毫升/分钟的流量进入到系统中的血液将被储备在 緩沖储器80中，以适应系统中所需的流量变化。可用光学方法或称重 的方法来监控緩冲储器80中收集的血液体积，当储器充满时，启动回 流泵64，将处理后的血液经与入口 16相连的针头14的单个进入点返 送给患者。在处理后的血液从入口 16流出的同时，输送泵82将继续 工作，以处理存储在緩冲储器80中的血液，以排空积压的血液。当回 流储器60被排空后，回流泵64的工作停止，入口 16被重新用于将血 液从患者或献血者容纳到系统中。
在本发明的另 一方面，为系统增设了从流路12中载运的血液中分 离组分的辅助机构。如图4所示，可在血液流路12上增设基于离心机 的分离室或转鼓90，以便于在处理系统24中进行主分离操作之前， 执行初步的分离。这一另加的分离步骤可被用来在初始时从血液中去 掉某种组分一例如红血球，以便于将光阱分离操作保留第一分离步骤 后仍然留在血液中的其它离散组分。在实际工作中，离心机转鼓90可被连接在緩冲储器80后方的流体流路中，且血液被离心机泵92抽 吸到离心机转鼓中。离心机转鼓由本领域公知的处理设备机械地旋转， 以便于将血液组分分离出，并将所需的组分直接输送到直接相连的组 分储器(图中未示出)中。然后，利用输送泵82的工作，将其余的血 液组分从离心机转鼓输送出去，并运送到处理系统中，以便于由光阱 执行另外的分离。尽管在图4中，离心机转鼓被表示为位于处理系统 的前方，但也可以位于血液流路上的任何位置一例如在血液返回到患 者或献血者时位于血液处理系统的后方。
用于在系统中增设另一分离操作的另一种机构是血液过滤器94。 过滤器可被连接到血液流路中的任何位置点上，或者位于处理系统的 前方，或者位于处理系统的后方。过滤器可将污染物和微粒从血液中 清除出去，这取决于污染物或微粒的尺寸以及过滤元件的孔隙尺寸。
在本发明的另 一方面，系统可被用来对接受医疗治疗的患者执行 自体血液复原处理。在此情况下，系统的设计与上文系统的结构类似。 但是，组分储器被设计成带有回流管线，以便于将组分返送给与系统 相连的患者，其中的组分储器例如是红血球的收集储器或富含血小板 的血浆储器。回流管线被选择性地开启，并带有泵，以便于将收集到 的组分返送给患者。
应当指出的是在上述系统的工作过程中，应当使用传感器来监 控储器中血液所达到的体积，且该传感器与包括控制器的中央控制系 统实现电子连接。另外，数个泵都与控制系统相连，从而可利用接收 到的、有关储器容积的信息来调整这些泵的工作，以便于保持系统的 工作效率。
从上文可看出，本发明提供了一种利用光阱分离技术的、有效而 实用的血液组分分离系统来进行分离操作。该系统能高速地完成组分 分离，同时允许使用制造经济、且工作可靠的静态分离室。但应当指 出的是上文对本发明的描述仅是示例性的，本领域技术人员在不悖 离本发明思想的前提下，可容易地设想到其它的改型、实施方式、以 及等效方式。
权利要求
1.一种血液组分分离系统，其包括血液流路；处理系统，其具有与血液流路连通的分离室和光学捕获部件，光学捕获部件具有光束，该光束被设计成将光线投射到分离室中，以实现从流经分离室的血液中分离出至少一种组分，分离室被设计成为流经其的血液形成可对光学捕获进行传导的流动特性；至少一个出口，其与血液流路连通，并与用于收集已分离出组分的组分储器相连通；抽吸泵，其位于处理系统的上游，以便于将血液从流路入口泵送到处理系统的分离室；以及回流储器，其与血液流路连通，且位于处理系统的下游，位于回流储器下游的回流泵用于将带有未分离的其余组分的血液泵送回入口。
2. 根据权利要求l所述的血液组分分离系统，其特征在于还包括 被用来容纳全血的緩沖储器，其与血液流路连通，并具有入口和出口，所述入口用于接收从抽吸泵泵送来的血液，所述出口^f吏血液,皮 输送泵直接抽吸到处理系统的分离室中。
3. 根据权利要求l所述的血液组分分离系统，其特征在于还包括 抗凝血剂储器，其通过与在系统入口处相接合的导管与血液流路连通，并包括抗凝血剂泵，其被用来将抗凝血剂经导管以预定的比率 选择性地泵送到血液流路中。
4. 根据权利要求l所述的血液组分分离系统，其特征在于还包括 另外的储器，其与分离室连通，用于接收被投射到分离室中的光阱检测并分离出的特异细胞；以及光学传感器，其被用来对分离室进行观察，并检测是否存在预定 的特异细胞，且该传感器与操作者报警器相连。
5. 根据权利要求l所述的血液组分分离系统，其特征在于还包括血液组分分离离心机转鼓，其与血液流路连通，并与组分储器连通。
6. 根据权利要求l所述的血液组分分离系统，其特征在于还包括 与血液流路连通的血液过滤器。
7. 根据权利要求1所述的血液组分分离系统，其特征在于血液 组分储器包括出口，其与患者的血流选择性地连通，以便于将分离出 的组分返回到患者的血流中。
8. —种高速血液分离系统，其包括 血液流路；与血液流路连通的静止分离室；组分分离装置，其被用来主动地分离静止分离室中容纳的血液的 组分，同时与血液流路保持连通。
9. 一种用于对血液进行处理、以从血液中分离出单独组分的方 法，该方法包4舌设置血液组分分离系统，其包括血液流路以及处理系统，处理系 统具有与血液流路连通的分离室和光学元件，其中的光学元件将光阱 投射到分离室中；将血液流路与人体血流连接起来；使血液流经所述流路和分离室；使光学元件工作，以将光阱经分离室投射到血液流路中； 将至少一种类型的组分从血液中分离出来，并将其引导到与血液 流路连通的组分储器中。
全文摘要
一种血液处理系统，其具有静止的组分分离室。利用光阱将各种血液组分以及其它颗粒和污染物从流经分离室中的血液中分离出来，其中的光阱被用来对特定的组分进行操纵，且被投射到分离室的流场中。然后，受光阱操纵的选定组分的细胞或颗粒被从流场引导到各个储器中，以收集一定量的选定组分。
文档编号C02F1/44GK101304781SQ200580024886
公开日2008年11月12日 申请日期2005年6月27日 优先权日2004年6月28日
发明者E·帕热斯, G·R·斯泰西, M·拉古萨 申请人:美国血液技术公司