JPH01155265A - 液体を分別する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、連続的に供給される液体から所望の成分を
連続的に分別する装置に関する。この発明は、たとえば
、生体から連続的に採血されてくる血液から血漿成分を
連続′的に分別するのに好ましく用いられる液体の分別
装置に関する。

［従来技術］ 液体を分別する手段として、剪断速度を液体に積極的に
作用させる分離法が知られており、特に血液から血漿酸
゛分を分離する具体的装置として特開昭６２−２１７９
７３号公報に記載されたもめがある。

この従来例は、円板あるいは１８０°に近い頂角を有す
る円錐状の回転体と分離膜から構成される装置 液体は円形膜の中心付近から導入され、回転体と膜の間
隙を流れ、回転体の外周付近から導出ざれる。この濾過
装置では、処理液体に、回転体の回転数と回転体と膜の
間隙距離で規定ざれる剪断速度を付加゛するため、中空
糸膜などを用いた静的な濾過装置に比較して、１０倍以
上の濾過流束（単位膜面積めたりの濾過流量）が得られ
、所要膜面積も１／１０以下で済む。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記の従来例では、処理液体が円形の分離膜の中心付近
、すなわち回転体の中心付近から導入ざれ、回転体の外
周付近から導出ざれる。これは遠心力の方向に処理液体
が流れるため自然のように思われるが、該処理液体に気
体が混入した場合、非常に不都合である。なぜなら、処
理液体に比較して、著しく比重の小さな気体は、回転体
の中心付近、すなわち処理液体の導入路付近に集り、装
置内に滞留し続け、分離膜を覆う。その結果、分離膜の
有効面積が減少し、濾過流量が低下するため、操作を中
断し、装置内の気体を扱き取ることが必要となる。特に
、血液やタンパク溶液などの処理を対象にする場合にお
いて、気体が混入した状態で回転体を作動させると、液
体が著しく発泡し、血球成分の損傷やタンパク質の変性
という重大な問題が生じる。そのため、従来例の装置を
用いて、人体から連続的に血漿のみを回収し、濃縮血液
を再び人体に返すいわゆるドナープラズマフェレシスを
施工する場合、あらかじめ生理食塩水を装置内に充填し
、内部の気体を充分に扱き取る作業が必要となるが、そ
の分だけ施工時間が延長し、更には、回収血漿が生理食
塩水により稀釈されるという問題点を有している。

この発明は、上記した従来技術の問題点に着目し、連続
して供給される液体から所望の成分を連続して分離する
液体を分別する装置、特に、採血に際して、気体の混入
による液の滞留を防ぎ液成分に劣化の生じない血液を分
別する装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するためのこの発明の装置の構成は、次
のとおりである。

（イ）原液体が充満して流通する状態に密閉ざれた原液
体室と、 （口）分離成分室と、 （ハ）一定の広さの分離壁面を有し、該原液体室と該分
離成分室との間に介在し、分別液体が通過する液分離体
と、 （二）該分離壁面に対し一定の間隔を置いて対向する一
定の広さの剪断壁面を有し、前記原液体室内に回転可能
に配置ざれた盤状の回転体と、（ホ》該回転体に係合し
、該回転体を回転駆動する駆動機構と、 （へ）前記原液体室に連通して設けられ、かつ、前記回
転体の前記分離壁面側と反対側で、該回転体の軸芯から
該回転体の半径の１／２以上離れた位置に開孔部が形成
された原液体導入路と、（ト）前記原液体室に連通して
設けられ、かつ、前記回転体の前記分離壁面側で、該回
転体の軸芯近傍の位置に開孔部が形成された処理液体導
出路と、 （チ）前記分離成分室に連通して設けられた分離成分導
出路と、 を有してなる液体を分別する装置。

ここで、この発明の装置において、原液体とは、分離し
ようとする所望の成分を含有する液体のことであり、如
何なる原液体がこの発明の装置にて処理可能かは、主と
して、この発明の装置にて用いられる液分離体（液体を
分別する分ａｍ、分離膜、分離板など）の材質、構造な
ど、あるいは、液体に作用せしめられる剪断速度によっ
て選定される。

この液分離体としては、剪断速度が作用する場において
液体から所望の成分を分別できるものであればよく、こ
の状況下で液体の分別に有効に使用できる現在知られて
いる分離体は勿論のこと、この状況下で液体の分別に有
効に使用できる現在開発中のあるいは将来において開発
ざれるであろう分離体が用いられる。ちなみに、第１表
に示す第１表 膜状の分離体（分離膜）が好ましく用いられる。

また、この発明の装置において、液分離体として、分離
膜を用いる場合の分離膜の表面積としては、１０ｃｎｆ
乃至２００ｏ＋ｆが好ましい。

また、更に、この発明の装置において、剪断壁面とは、
この壁面と分離体の分離壁面との間に充満して介在する
液体に運動を付与し、この運動により該液体と該分離壁
面との間に剪断速度を生じせしめる作用をなす壁面をい
う。

更に、この発明の装置において、剪断壁面および分離壁
面がいづれも平面である場合、これら平面間の間隙は、
０．０５ｍｍ乃至２ｍｍとするのが好ましく、その直径
は、３５ｍｍ乃至１７０ｍｍとするのが好ましい。また
、剪断壁面と分離壁面のいづれか一方あるいは双方が相
手側に向いて凸の円錐面にて形成される場合は、双方の
壁面がなす交叉角は、０．５度乃至３度に選定するのが
好ましく、該円錐面の直径は、３Ｑｍｍ乃至１６０ｍｍ
とするのが好ましい。

また、回転体の分離壁面側とは反対側に位置する原液体
室内面と回転体との間隙は、０．０５ｍｍ乃至２ｍｍと
するのが好ましい。特に、原液体が血液などのように剪
断力により損傷を受けやすい場合は、該間隙で生じる剪
断力の値が、剪断壁面と分離壁面で生じる剪断力の値を
越えないように、該間隙を設定しなくてはならない。

原液体室に連通して設けられた原液体導入路の位置は、
回転体の分離壁面側と反対側で、該回転体の軸芯から該
回転体の半径の１／２以上離れた位置に開孔部を有して
いなければならない。なお、この開孔部は、回転体の最
外周部から回転体の軸芯方向に向って５ｍｍ乃至２０ｍ
ｍに設定するのが好ましい。

また、原液体室に連通して設けられた処理液体導出路の
位置は、回転体の分離壁面側で、該回転体の軸芯近傍の
位置に開孔部を有していなければならない。

更に、また、この発明の装置において、分離壁面が平面
で、これに対向する剪断壁面が円錐面であるのが好まし
い。

この発明の装置を使用するに際して用いられる剪断速度
としては、１０００ｓｅｃ−１乃至１８０００ｓｅｃ−
１が好ましく、また、回転体の回転数としては、５００
　ｒＤＩＩｌ乃至３０００　ｒａｍが好ましい。

このように構成されたこの発明の装置においては、適切
な回転駆動源によって回転体が、密閉された原液体室内
で回転せしめられ、該回転体が有する剪断壁面とこれに
対向して位置している・液分離体によって形成される分
離壁面との間に、原液体室に連通した原液体導入路から
、原液体が、連続的に導入され、原液体室内に充満して
流動する間に、剪断壁面と分離壁面との間の処理空間に
おいて、該原液体は、前記剪断壁面の回転によって回転
運動を受け、前記分離壁面との間に剪断速度を生じ、こ
の剪断速度下に液分離体の性能に応じて、原液体から所
望の成分が液分離体を通して分離され、この分離された
成分は、分離成分室に流入し、分離成分室に連通した分
離成分導出路から導出され、適切な受は入れ容器に捕集
され、一方、原液体室に連通した処理液体導出路からは
、原液体室にて余剰となった液体（主として前記所望の
分離成分が分離された後の液体）が導出され、適切な受
は入れ容器に捕集される。なお、必要に応じて、この捕
集された液体は、直接、あるいは、前記分別作用を一時
停止して前記液体流路を逆に辿らしめて、原液体を連続
的に採取してきた系に戻される。

［実施例］ 次に、この発明の装置の望ましい実施例について、図面
を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る液体を分別する装
置の縦断面図、第２図は、第１図に示した装置の右側側
面の半分を示す側面図である。

原液体室３と分離成分室１４とを内部に有する分離室本
体１は、ポリカーボネートで形成されたキャビン２と、
同じくポリカーボネートで形成されたカバー１２とから
なる。

キャビン２の右側側面（第１図において）には、円形の
凹部（原液体室）３が形成され、左側側面からは、該凹
部３の中心部において該凹部３に貫通した軸孔４が形成
され、キャビン２の外周縁部の左側端面には、環状のＯ
リング用溝５が形成され、更に、前記軸孔４の中間部に
は、Ｏリング用溝６が形成されている。また、キャビン
２には、一端が、前記凹部３の外周近傍において前記凹
部３に開口し、他端が、キャビン２の外側周面に開口し
た原液体導入路７が穿設されている。また、前記凹部３
に開口した開孔部は、前記回転体の前記分離壁面側と反
対側で、該回転体の軸芯から該回転体の半径の１／２以
上離れた位置に形成されている。

ざらに、キャビン２の周縁部には、左右側端面に貫通す
る複数個のボルト穴９が穿設されている。

また、カバー１２の左側側面（第１図において）には、
中央部に頂部１３を有した円形の環状凹部（分離成分室
）１４が形成され、右側側面からは、該凹部１４の中心
部において該凹部１４に貫通した管状体挿入孔１５が形
成され、該凹部１４の外側のカバー１２の左側端面には
、環状のパツキン用溝１６が形成され、更に、前記管状
体挿入孔１５右側端部には、０リング用切欠１７が形成
されている。また、カバー１２の凹部１４の外周縁部に
は、液体捕集溝１８が刻設され、一端が、該液体捕集溝
１８に開口し、他端が、カバー１２の外側周面に開口し
た分離成分導出路１９が穿設されている。また、更に、
カバー１２の周縁部には、左右側端面に貫通する前記ボ
ルト穴９に対応した数のボルト穴２０が穿設されている
。

また、更に、カバー１２の左側端面には、凹部１４を覆
って、ステンレス製の実質的に平板状の円形の多孔板３
１が止着され、該多孔板３１の該凹部１４に面する側と
は反対側の面に、分離壁面を形成するポリカーボネート
類の円形の分離膜（液分離体）３２が載置され、これら
多孔板３１と分離膜３２との外周縁部は、前記カバー１
２のバッキング用溝１６に挿入されたパツキン１６Ａ上
に位置し、中央部は、管状体挿入孔３３を有し、該中央
部は、前記カバー１２の頂部１３上に位置する。

前記管状体挿入孔１５．３３には、一端に７ランジ４１
を有し、中央部（回転体５１の軸芯近傍）に貫通して穿
設された処理液体導出路４２を有し。

外周面の一部にナツト螺着用ネジ溝４３を有するノズル
４４が、前記分離膜３２と多孔板１４とをフランジ４１
で押え付けて嵌挿されており、該ノズル４４は、前記ネ
ジ溝４３に螺着されたナツト４５により、前記０リング
用切欠１７に挿入された０リング１７Ａを押えて前記カ
バー１２に締め付けられ、該カバー１２と一体化される
。

一方、前記キャビン２の凹部３内に、ポリカーボネート
類の前記分離膜３２に向って凸の盤状の円錐体からなる
回転体（ロータ）５１が収納され、該回転体５１の右側
面（第１図において）、すなわち円錐面は、剪断壁面を
形成し、該回転体５１の左側面からは、回転軸５２が延
設せしめられ、その先端には、別途用意される回転駆動
源（図示せず）に結合するための連結部５３を有し、該
回転軸５２は、前記キャビン２の軸孔４に嵌入され、該
キャビン２の左側面から突出され、該回転軸５２と前記
軸孔４との間には、前記０リング用溝６に嵌挿されたＯ
リング６Ａが介在する。

キャビン２の前記凹部３に、回転体５１が収納され、前
記０リング用溝５に、０リング５Ａが嵌挿されたキャビ
ン２の右側側面に対して、分離膜３２、多孔板３１、ノ
ズル４４が止着されたカバー１２の左側側面が会合せし
められ、前記ボルト穴９．２０に挿通されたボルト６１
により締め付けられ、キャビン２とカバー１２とが一体
化され、キャビン２の凹部３とカバー１２の凹部１４と
により、分離室が形成され、キャビン２の凹部３と分離
膜３２とに囲まれた空間が、−原液体室となり、カバー
１２の凹部１４と分離膜３２とに囲まれた空間が、分離
成分室となり、回転体５１の剪断壁面は、分離膜３２の
分離壁面に対して一定の間隙をもって回転自在に位置せ
しめられる。

なお、回転体５１の駆動方法として、回転軸５２を直接
駆動する手段を示したが、回転軸５２に磁石を取付け、
これを伯の駆動手段に取付けた磁石と磁気的に結合し、
回転体５１を駆動してもよい。この場合、磁石を取付け
た回転軸５２は、キャビン２に内蔵させるのが好ましい
。

次に、参考として、上述の実施装置の主要部の概略寸法
を示しておく。この装置は、特に、血液から血漿を分離
するためのものとして設計されたものでおる。回転体５
１の回転軸５３の軸心に直角な平面と該回転体５１の円
錐面とがなす角度は、０．５度乃至３度の範囲で選定さ
れた特定の角度を有する。回転体５１の直径は、約１４
０ｍｍ、回転体５１の盤状体部の円錐部頂部と該盤状休
部の背面との間の軸心方向の距離は、約４ｍｍである。

キャビン２の凹部３の深さは、約７ｍｍ、該凹部３の直
径は、約１４３ｍｍである。カバー１２の凹部１４の深
さは、約Ｑ、５ｍｍ、該凹部１４の直径は、約１４３ｍ
ｍである。キャビン２とカバー１２とが一体化されてな
る分離室本体の直径は、約１９４ｍｍ、厚さは、約２３
ｍｍである。分離膜３２の膜厚は、約１０μｍ、分離透
過孔径は、約０．８μｍ、分離透過孔率は、約１３％、
多孔板３１の板厚は、約Ｑ、５ｍｍである。回転体５１
の盤状体部の円錐部先端（第１図の回転体においては、
円錐体の先端が切断され変形しているが、これを完全な
円錐体にしたとざの先端を意味する）と分離膜３２の分
離壁面との距離は、約Ｑ、１ｍｍである。

次に、実際に血液を採血しつつ血漿を分離する過程を説
明しながら、上述実施装置の作動の説明をする。

上述実施装置は、第１図に示した状態、すなわち回転軸
５２が鉛直方向を向いた状態で用いられ、原液体導入路
７に、ウサギ（図示せず）の静脈に結合した採血チュー
ブ（図示せず）が結合される。

この際、必要に応じて、採血チューブの途中で、薬品１
、たとえば凝血防止剤が添加される。原液体導入路７か
ら原液体室（凹部）３に流入した血液は該原液体室（凹
部）３内に充満して流動し、処理液体導出路４２を有す
るノズル４４に予め結合された処理液体導出チューブ（
図示せず）を通って適切な容器（図示せず）に捕集され
る。

この初期の時点で、適切な回転駆動源（図示せず）にワ
ンタッチ方式で結合された回転軸５２は、該回転駆動源
により５００　ｒｐｍ以下で回転せしめられ、血液が前
記原液体導入路７から連続して原液体室（凹部）３の外
周部に供給されると同時に、原液体室（凹部）３内の気
体が、遠心力の作用で原液体室（凹部）３の中央部に集
り、処理液導出路４２を有するノズル４４を通って該チ
ューブへ排出される。一方、回転体５１の剪断壁面の反
対側の気体は、原液体室（凹部）３内に滞留し、血液に
余分な剪断力が付加されるのを防止する。このような気
体の排出操作はすみやかに行われ、気体が排出されたと
同時に、回転体５１の回転速度を８０　Ｏｒｐｍ乃至１
５００ｒｐｍまで増加させる。

原液体導入路７から連続して原液体室（凹部）３の外周
部に供給される血液は、回転体５１の剪断壁面と分離壁
面との間に連続して毎分５０威／ｍｉｎ乃至１００ｄ／
ｍｉｎ流入し、回転している剪断壁面により、該血液に
回転運動が付与され、この運動により、該血液と分離壁
面との間に剪断速度が作用し、この剪断速度の作用下に
血漿成分が、分離膜３２を透過し、多孔板３１の孔を通
過して、分離成分室（環状凹部）１４に流入し、分離成
分導出路１９を経て、該分離成分導出路１９に予め結合
した分離成分導出チューブ（図示せず）から適切な容器
（図示せず）に連続して捕集される。

一方、原液体室（凹部）３内の血液、主として血漿成分
の分離がなされた血液は、処理液体導出路４２を経て、
該処理液体導出路４２を有するノズル４４に予め結合さ
れている処理液体導出チューブ（図示せず）から適切な
容器（図示せず）に連続して捕集される。

なお、上述の実施装置では、剪断壁面が分離壁面に向っ
て凸の円錐面で、かつ分離壁面が円形の平面である組み
合わせ形式を用いているが、この組み合わせ形式として
は、剪断壁面が円形の平面であり、分離壁面が剪断壁面
に向って凸の円錐面である形式のもの、剪断壁面が分離
壁面に向って凸の円錐面であり、分離壁面も剪断壁面に
向って凸の円錐面である形式のもの、剪断壁面が円形の
平面であり、分離壁面も円形の平面である形式のもの、
あるいは、これらを多少変形したものでもよい。ただし
、この最後から２番目の形式のものは、剪断壁面の半径
方向における位置での剪断速度の均一性が厳密に要求さ
れる場合は、好ましいとはいえない。

第３図は、この発明に係る装置を用いた採血システムの
一例を説明するシステム図である。この採血システムに
おいては、液体（血液）を分別する装置として、第１図
に示した装置が用いられている。すなわち、この分別装
置は、第１図に示した分離室本体１からなり、該分離室
本体１には、第１図に示したとおり、回転軸５２、原液
体（血液）導入路７、処理液体（処理血液）導出路４２
、分離成分（主として血漿成分）導出路１９が設けられ
ている。血液導入路７には、血液流通路１１１が連接さ
れ、該血液流通路１１１には、ポンプ（ローラポンプ）
Ａが介在している。また、処理血液導出路４２には、処
理血液流通路１１３が連接され、その末端には、処理血
液収納バッグＢが接続され、その中間には、クランプ機
構Ｃが介在し、該クランプ機構Ｃから前記分離室本体１
側において、圧力計りが設けられている。また、更に、
血漿成分導出路１９には、血漿成分流通路１１４が連接
され、その末端には、血漿成分収納バッグＥが接続され
ている。このシステムにおいて、分離室本体１内の原液
体室（血液室）は、ポンプＡにより加圧され、分離室本
体１内の分離体（分離膜）に圧力が付与される。この圧
力と分離室本体１内で回転している回転体によって惹起
され分離膜に作用する剪断力とにより、血漿成分が分別
され、該血漿成分は、血漿収納バッグＥに貯留される。

分離室本体１内の圧力は、圧力計りにより検出される。

この検出信号により、クランプＣの開度、あるいは、ポ
ンプＡの回転数を自動的に調節するような制御系（図示
せず）を設け、分離室本体１内の分別作用を監視すると
ともに分別作用と原液体室内の気体の排出操作を自動的
に調節できるようになしてもよい。なお、クランプＣの
代りに、ポンプＡと同様なポンプＦ（第３図にクランプ
Ｃに並列させて点線で図示）を設け、処理血液を排出す
るようにすれば、分離室本体１内の圧力を低下させるこ
とができ、溶血の問題や圧力が高いことによる配管外れ
の問題を緩和あるいは皆無にすることができる。また、
処理血液収納バッグＢ内の処理血液を逆送し、血管に戻
してやる場合は、前記ポンプＡやクランプＣの代りに設
けたポンプＦを逆転させればよく、このとき、前記圧力
計りの検出信号によって、これらポンプを、自動的に制
御するような制御系（図示せず）を設けて、これらポン
プを自動的に制御するようになしてもよい。なお、また
、前記血漿成分流通路１１４に、第３図において点線で
図示したポンプＧを設けることにより、分離室本体１内
の操作圧力を更に低下させるようにしてもよく、かつ血
漿成分の流量を制御するようになしてもよい。

［発明の作用、効果１ この発明の装置は、液分離体と回転体を用い、特に、原
液体室に連通して設けられた原液体導入路の開孔部の位
置を、回転体の分離壁面側と反対側で、該回転体の軸芯
から該回転体の半径の１／２以上離れた位置に形成し、
また、原液体室に連通して設けられた処理液体導出路の
開孔部の位置を、回転体の分離壁面側で、該回転体の軸
芯近傍の位置に形成したので、回転体を適度に作動させ
ることにより、液分離体と回転体の間に存在する気体を
遠心力の作用で排出させることが可能となった。

このため、前記の従来装置に比較して、必要とする分離
操作時間が短縮でき、たとえば、人体から連続的に血漿
のみを回収し濃縮血液を再び人体に返すといういわゆる
施工する場合において、通常の操作時間が４０分程度で
あり、そのうち１０分程度は、生理食塩水を装置内に充
填することに費やされるが、この発明の装置においては
、生理食塩水の充填が不要となるため、３０分程度の操
作時間で済むという効果を有する。

また、前記従来装置では、装置内の空間すべてに血液が
充填されるため、液分離体と反対側において、血液に余
分な剪断力が付加されることになり、更に、該空間に血
液が長時間滞留し、剪断力が付加され続けることにより
、赤血球や血小板などの血球成分が損傷を受けるという
問題を有する。

それに対して、この発明の装置では、液分離体の反対側
の空間には気体が充填されるため、血液に余分な剪断力
が付加されるのが防止され、また、血液の滞留も生じな
いため、血球成分の損傷という問題がない効果を有する
。

更に、また、前記従来装置に比較して、分離速度が５０
％程度上昇するという予期されなかった効果も認められ
た。ちなみに、前記実施例のと、該実施例とまったく等
しい寸法を有し原液体導入路と処理液体導出路の位置の
みが異なる従来例の装置を用いて、ヘマトクリット（血
球成分の体積分率）が４０％の血液を、毎分１００ｄの
流量で装置に流入させ、回転体の回転数をａｏｏｒｐｍ
。

１０００ｒｐｍ　、　１２ｏｏｒｐｍに設定した場合に
得られる最大の血漿流量を、それぞれ比較した結果を第
２表に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る液体を分別する装
置の縦断面図、第２図は、第１図に示した装置の右側側
面の半分を示す側面図、第３図は、第１図に示したこの
発明に係る装置を採血システムに用いた場合の採血シス
テムの説明図である。 １：分離室本体 ２；キャビン ３：凹部（原液体室） ４：軸孔 ５：Ｏリング用溝 ６：Ｏリング用溝 ７：原液体導入路 ９：ボルト穴 １２：カバー １３：頂部 １４：環状凹部（分離成分室） １５：環状体挿入孔 １６：パツキン用溝 １７：０リング用切欠 １８：液体捕集溝 １９：分離成分導出路 ２０：ボルト穴 ３１：多孔板 ３２：分離膜（液分離体）（分離壁面）３３：環状体挿
入孔 ４１：フランジ ４２：処理液体導出路 ４３：ネジ溝 ４４：ノズル ４５：ナツト ５１：回転体（剪断壁面） ５２：回転軸 ５３：連結部 ６１：ボルト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（イ）原液体が充満して流通する状態に密閉され
   た原液体室と、 （ロ）分離成分室と、 （ハ）一定の広さの分離壁面を有し、該原 液体室と該分離成分室との間に介在し、分別液体が通過
   する液分離体と、 （ニ）該分離壁面に対し一定の間隔を置い て対向する一定の広さの剪断壁面を有し、前記原液体室
   内に回転可能に配置された盤状の回転体と、（ホ）該回
   転体に係合し、該回転体を回転 駆動する駆動機構と、 （ヘ）前記原液体室に連通して設けられ、 かつ、前記回転体の前記分離壁面側と反対側で、該回転
   体の軸芯から該回転体の半径の１／２以上離れた位置に
   開孔部が形成された原液体導入路と、（ト）前記原液体
   室に連通して設けられ、 かつ、前記回転体の前記分離壁面側で、該回転体の軸芯
   近傍の位置に開孔部が形成された処理液体導出路と、 （チ）前記分離成分室に連通して設けられ た分離成分導出路と、 を有してなる液体を分別する装置。