离心分离室的制作方法

本发明涉及将流体(例如生物流体)分离成其组分部分，例如将全血、单采血或骨髓血分离成红细胞、白细胞、血小板和血浆，以及分离通过培养技术数量扩增的细胞(例如干细胞)的悬浮液，和/或将某些细胞群如造血干细胞与其他细胞分离。特别地，本发明涉及用于离心分离这种流体或悬浮液的室。

背景技术：

在过去20年中，已经出现血液分离系统和方法，以响应对有效血液组分疗法的增长需要，所述疗法需要从剩余的血液组分中分离干细胞，以便直接使用，用于遗传修饰并然后使用，或储存以便以后使用，例如在化疗之后。

在典型的分离过程中，血液组分(即红细胞、白细胞、血小板和血浆)用于不同疗法，因此，为了分离出这些组分，一定量的血液被处理。血液被收集到包含抗凝血剂溶液的血液收集袋中。通过在大型冷冻离心机中旋转血液袋约10分钟的时间，将收集的血液分离成其子组分。离心后，将各组分从血液收集袋依次挤出到单独的收集袋中。

需要用于收集和分离生物流体的更自动化、紧凑和便携的系统，其甚至适合于处理相对小的容积。

us3737096和us4303193提出了一种连接到可折叠袋的相对小的离心设备。然而，这些装置具有最小的固定保持容积，其在任何组分可以被收集之前需要通常约250ml的最小容积来处理。

us5316540公开了一种离心处理，其中处理室为柔性处理袋，其可以液压变形以用生物流体将其填充或排空。

ep0654669-a公开了一种具有由活塞分隔的两个室的离心处理设备。在离心之前，少量待处理的流体经由偏心入口被吸入，并且在离心处理期间在两个室之间转移。

在us6123655和us6733433中描述了一种用于分离血液成分的功能封闭系统，其内容通过引用结合到本文中。us6123655教导了一种具有可变容积的处理室的便携式一次性离心设备。因此，它可以处理可变量的生物流体，甚至低至非常少量。us6733433描述了一种类似的设备。这两篇文献都教导了借助于位于室底部的气动系统来控制滑动活塞的运动，该气动系统根据需要选择性地产生真空或正压力以向上或向下移动活塞。

这些专利提出了一种用于将生物流体处理和分离成各组分的系统，包括一组用于接收待分离的生物流体和已分离的组分的容器，以及任选地一个或多个用于添加剂溶液的附加容器。通过处理室与旋转驱动单元的接合，中空的离心机处理室可围绕旋转轴线旋转。处理室具有用于待处理的生物流体和用于生物流体的已处理组分的轴向入口/出口。该入口/出口通向可变容积的分离空间，在该分离空间中发生生物流体的整个离心处理。处理室包括从处理室的端壁延伸的一般圆柱形壁，该一般圆柱形壁在其中限定中空处理室，该中空处理室占据与旋转轴线同轴的中空开放圆柱形空间，轴向入口/出口在与一般圆柱形壁同轴的所述端壁中提供，以通向中空处理室。处理室在一般圆柱形壁内包含轴向可移动的活塞。可变容积的分离空间在处理室的上部由一般圆柱形壁和处理室中的活塞限定。分离空间与入口/出口流体连通。可移动部件的轴向运动改变分离空间的容积，以在离心处理之前、期间或之后经由入口/出口将选定量的待处理生物流体引入分离空间或从分离空间排出，并且在离心处理期间或之后经由出口从分离空间挤出经处理的生物流体组分。

活塞是可操作的，以借助于在与分离空间相对的活塞侧面上的气动压差来改变分离空间，该分离空间是一般封闭容积。清洁空气被泵入或泵出该封闭容积，以引起活塞的运动，以改变分离空间容积，并进而引起流体流入或流出分离空间。

虽然这种机构工作良好，但是发明人已经认识到可以对上述排列进行改进。发现实际上具有围绕其周边的弹性体密封环的活塞具有保持静止的倾向，直到已经产生足够的压差，在该点活塞开始猛地运动。因此，分离空间容积的小且稳定的变化难以实现。而且，待处理的流体与曾经位于活塞的相对侧上的分离室的圆柱形壁接触，结果在用于移动活塞的空气与室中待分离的流体之间可能存在潜在的污染路径。实际上，用于移动活塞的空气被过滤和消毒，然而，这是污染风险。从圆柱壁上磨损的或从滑动活塞和密封件上脱落的小颗粒也可以收集在分离空间中的流体中。

发明简述

本发明的实施方式解决了上述问题。根据一个方面，本发明提供一种离心分离室，其具有位于其中的可变容积分离空间和与所述容积流体连通以填充和排空所述容积的端口，所述室包括靠近所述端口的相对刚性部分，所述相对刚性部分具有限定所述容积的一部分的壁，并且所述壁被排列成提供减小所述容积朝向所述端口的尺寸，所述室还包括远离所述端口的柔性部分，以提供所述可变容积，所述柔性部分包括用于将运动传递到所述柔性部分以引起所述可变容积的机械接口。

因此，本发明人提出的分离室消除了滑动部件和活塞密封件，这降低了污染风险和颗粒脱落到室中的流体中的风险，并且提供了容易可控的高分辨率容积变化，其中当室被排空时已分离的组分的扰动很小。

在一个实施方式中，所述刚性部分支撑所述柔性部分，所述刚性部分限定横向于所述室的预期旋转轴线的横截面积，所述横截面积在靠近所述端口的区域中逐渐减小。

在一个实施方式中，所述刚性部分为圆锥形或金字塔形或另一种形状，都朝向端口逐渐变细。

在一个实施方式中，所述室包括离所述轴线最远的一个或多个区域，并且所述一个或多个区域包括通向所述端口的离散管道。

在一个实施方式中，所述刚性部分可以包括邻近所述端口的可旋转密封件，用于允许所述室在与静止流体管道流体密封连接的同时旋转。

在一个实施方式中，所述刚性部分和所述柔性元件以流体密封的方式保持在一起，例如借助于夹紧环，所述夹紧环用于将所述柔性部件压靠在所述刚性部分上，并且具有互补结构，所述互补结构以流体密封的方式将所述柔性元件夹紧在所述环和所述刚性部分之间。

在一个实施方式中，所述柔性部件由弹性体形成，例如：天然聚异戊二烯-顺-1,4-聚异戊二烯天然橡胶(nr)和反-1,4-聚异戊二烯古塔胶；合成聚异戊二烯(ir代表异戊二烯橡胶)；聚丁二烯(br代表丁二烯橡胶)；氯丁二烯橡胶(cr)、聚氯丁二烯；丁基橡胶(异丁烯和异戊二烯的共聚物，iir)；卤化丁基橡胶(氯丁基橡胶：ciir；溴丁基橡胶：biir)；苯乙烯-丁二烯橡胶(苯乙烯和丁二烯的共聚物，sbr)；丁腈橡胶(丁二烯和丙烯腈的共聚物，nbr)；氢化丁腈橡胶(hnbr)；epm(乙烯丙烯橡胶，乙烯和丙烯的共聚物)；epdm橡胶(三元乙丙橡胶，乙烯、丙烯和二烯组分的三元共聚物)；环氧氯丙烷橡胶(eco)；聚丙烯酸酯橡胶(acm、abr)；硅橡胶(si、q、vmq)；氟硅橡胶(fvmq)；含氟弹性体(fkm和fepm)；全氟弹性体(ffkm)；聚醚嵌段酰胺(peba)；氯磺化聚乙烯(csm)，(hypalon)；乙烯-乙酸乙烯酯(eva)，或其复合物或组合。

所述刚性部分和/或所述夹紧环可以由塑料模制材料形成，例如透明或半透明塑料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pete或pet)；聚乙烯(pe)；聚氯乙烯(pvc)；聚丙烯(pp)；聚苯乙烯(ps)；聚乳酸(pla)；聚碳酸酯(pc)；压克力(acrylic)(pmma)或其复合物或组合。

根据第二方面，本发明包括一种生物离心分离系统，所述系统包括根据第一方面的分离室和室旋转机构，所述室旋转机构用于在使用时以足够的旋转速度旋转所述室以分离保持在所述室中的生物组分，所述系统还包括驱动器，所述驱动器用于经由所述机械接口将具有线性分量的运动传递到所述分离室，以引起所述变化的容积。

在一个实施方式中，所述驱动器可以包括机械、电、气动或液压致动器，或其组合。

在一个实施方式中，当使用机械致动器时，所述致动器可以包括保持到所述接口的齿条，所述齿条与小齿轮操作性地关联，所述小齿轮在使用中可旋转以移动所述齿条并且从而移动所述柔性元件以改变所述分离容积。

在一个实施方式中，所述柔性元件包括膜，当通过机械接口推动时，所述膜是可操作的，以形成接近室的内部逐渐变细形状的形状，从而将室容积减小到基本上为零(如果需要的话)。

本发明延及上述系统在用于将生物流体分离成其组分的方法中的用途，其中所述方法包括：

a)通过移动所述柔性部分，将生物流体从容器转移到所述分离室的分离容积中；

b)操作所述旋转机构，以使所述分离室以适于在所述分离容积内离心分离所述生物流体的速度旋转，以得到所述生物流体的一种或多种分离的组分；

c)通过选择性地打开一个或多个阀，将所述或每种分离的组分从所述分离容积进一步转移到一个或多个输出容器中；所述方法的特征在于，通过移动所述室的柔性部分，进而借助于连接到所述柔性部分的机械接口，通过改变所述分离容积的容积，实现转移步骤和进一步的转移步骤。

在一个实施方式中，所述生物流体为血液，例如脐带血，或液体细胞培养物，并且所述一种或多种组分包括血浆、干细胞和红细胞中的一种或多种。

上述特征的任何组合旨在落入本发明的范围内。

附图说明

将参照附图通过示例来进一步描述本发明，其中：

图1显示可变容积分离系统的一个实施方式的示意图；

图2a、图2b和图2c显示通过图1中说明的分离室的示意性截面；以及

图3显示分离室的另一个实施方式的示意图。

参考图1，显示分离系统10，其实际上以与ep0912250中描述的相同方式使用，例如替换该公开的图3中示出的部件。因此，该系统包括流体供应容器12(诸如血液袋)、一个或多个流体输出容器14、互连管道16、开关阀18和选择性地经由开关阀18流体地连接到容器12或14的离心分离室100。

这种排列通常是已知的，但是说明的分离室组件100的结构是新颖的，并且包括刚性中空上部104，该刚性中空上部具有向上逐渐变细的内部区域，在这种情况下形成为截头中空圆柱形圆锥体，并且具有在颈部处到端口102中的平滑内部过渡。颈部包括可旋转的流体联接器103，用于连接到静止管道16以进行所述流体连接，并允许组件100旋转。在这种情况下，弹性体柔性膜元件形式的下部柔性部分106以流体密封的方式与上部104夹紧，通过夹紧环108，在上部104的下周边114处夹紧，该夹紧环将柔性膜的唇缘压在环108和下周边114之间。环108借助于互补的搭扣配合紧固件112保持在下周边。

柔性部件106延伸跨过周边114以封闭由上部104形成的容积，并且包括机械接口110，其允许推力和拉力施加在膜上，但是还允许室100同时围绕轴线ar旋转。在这种情况下，接口是简单的内部环形空间。在这种情况下，具有容纳在环形空间内的头部的不可旋转的连接杆122连接到齿条和小齿轮驱动器120用于所述推动和拉动。连接杆和驱动器120不是室组件100的一部分。

图2a、图2b和图2c示意性地显示三种不同构造的室组件。在图2a中，膜106处于降低的状态，这意味着在使用中旋转以分离其中的流体成分的室100的容积116被最大化。夹紧环108和替代的紧固装置112在该插图中更清楚地可见，将膜106夹紧在室的刚性部分104的周边114处的适当位置。在图2b中，膜106已经通过机械接口110沿箭头f的方向被向上推动。在这种情况下，与图2a所示的相比，室的容积116减小。在图2c中，膜106已经在箭头f的方向上被甚至进一步推动，以进一步减小室100中的容积116。

在使用中，室将在图2c所示的状态下开始一个过程，然后借助于沿与箭头f相反的方向作用在机械接口110上的致动器，使膜逐渐移动到图2b所示的位置，然后移动到图2a所示的位置，使得流体从供给容器12经由端口102吸入容积116。旋转室，分离出各成分，然后沿着通过阀18选择的路径，通过端口102迫使成分以基本上不同的级分离开室，进入一个或多个级分收集输出容器14，所有这些都是由于在致动器(此时沿着箭头f的方向作用)施加的力的影响下膜的运动。有利地，如果需要，膜可以与上部104的内壁118(图2c)的精确形状一致，使得实际上所有成分可以从分离室100排出。并且进一步地，膜将首先推压所述内壁的最下部，意味着可以逐渐地、非湍流地和低剪切地完全排空室的各成分。

图3显示替代的室排列200，其中与图1中所示的室的部件类似的任何部件具有相同的最后两个参考数字，并且不必再次描述。室200为金字塔形，在这种情况下为具有三角形底部的一般四面体形状。然而，为了帮助在可变分离容积216内的细胞的浓缩和提取，室表面是凸面，导致相对窄且延伸的末端区域222，在该末端区域处表面相遇，并且在离心期间细胞沉降并分层于此。延伸区域222向内弯曲以提供从金字塔的一个面到另一个面的平滑过渡。在这些区域222处，管道230提供从这些末端222延伸到离散出口端口203的离散流体通道。提供这些导管230以首先精确已分离流体的最重成分，例如当从细胞培养物中分离细胞时。室容积216的通常平滑的内表面与以与上述相同的方式可操作的柔性膜206一起提供在应用离心细胞分离之后对细胞的低剪切、温和操作。由于如果要收集不同的细胞类型，细胞在被顺序地移除时被集中在一个区域(222)中，所以室中的死容积减小，并且收集的细胞的纯度和更好分离被增强。应当理解，可以使用比说明的三个末端222更少或更多的末端，但是三个似乎是最合适的数量，因为两个末端在使用中引起振动，并且三个以上的末端增加死容积。

虽然上面已经描述了本发明的实施方式，为了使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法，将显而易见的是，对实施方式的特定特征的添加、省略和变型是可能的。例如，至少室100和200的上部104和204旨在由透明塑料模制而成，使得可通过眼睛、照相机或光传感器(例如，检测穿过室的uv光的量的uv传感器，或者用于温度控制的ir传感器)来观察分离过程。然而，可以采用其他制造技术，例如片材压制、铸造、机械加工或增材印刷，并且可以采用其他材料，例如金属片、陶瓷例如玻璃或复合塑料。室100、200的柔性部分106、206旨在由弹性体模制而成，但也可通过从柔性片材切割而形成。

本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则这些其他实例旨在处于权利要求的范围内。在共同描述特征的情况下，可以单独要求保护这些特征而不增加所要求保护的本发明的内容，并且相反地，在单独描述特征的情况下，它们在权利要求中的组合不旨在增加所要求保护的本发明的内容的实质。本文提及的所有专利和专利申请通过引用整体并入本文，如同它们被单独并入。