JPH01155266A - 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、分離膜を用いた分離法が知
られており、特に、血液から血漿成分を分離する具体的
装置として、「液体を分別する装置」特開昭６２−２１
７９７３号公報に記載されたものがある。

上記従来例は液分離体を用い、かつ回転体によって液体
に付与される運動により、該液分離体と該液体との間に
剪断速度を作用せしめ、該液体から所望の成分を分離す
るものである。

剪断速度の作用下に膜分離法を用いる前記従来例では、
液分離体によって形成される分離壁面に対向して位置す
る剪断壁面を回転させ剪断壁面と分離壁面との間の血液
に回転適度を付与し、前記分離壁面との間に剪断速度を
生じせしめる。

このとき回転中心部が負圧となり、液分離体が分離壁面
側に浮き上がり盤状回転体と接触し、溶血等、血液の性
状変化、液分離体の損傷等の問題点を有する。更に回転
体が接触することにより液分離体が破損し、血液が分離
成分室に流入し、血漿分離が不能となる危険性も有する
。

この発明は、上記した従来技術の問題点、すなわち、液
分離体の浮き上がりを解消し、液分別性能を損ねずに連
続して使用できる液体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］ この発明は、上記目的を達成するため、次の構成をとる
ものである。すなわち、 （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、 （口〉分離成分室と、 （ハ）内直径ｒと外直径Ｒの比ｒ／Ｒの範囲が０．２〜
０．７でおるドーナッツ形の分離壁面を有し、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、 （へ）前記原液体室に連通して設けられた原液体導入路
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
分別する分離層、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
さ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、内直
径ｒと外直径Ｒの比ｒ／Ｒの範囲が０゜２〜０．７であ
るドーナッツ形を有することが必要で、ｒ／Ｒの範囲が
上記の値以下の場合液分離が低下する。なお、外直径は
特に限定されないが２Ｑｍｍ乃至１６０ｍｍが好ましい
。

第１表 体の浮き上がりを生じ、それ以上の場合分離性能また、
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、３０ｍｍ乃至１６０ｍｍ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５度に選定するのが
好ましく、該円錐面の直径は、２０ｍｍ乃至１６０ｍｍ
とするのが好ましい。

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’乃至３００Ｑ　Ｑ　Ｓ　ｅ
　Ｃ’が好ましい。

また、この発明の装置を使用するに際して用いられる回
転体の回転数としては、５００　ｒａｍ乃至５０００　
ｒｐｍ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補集さ
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
入れ容器に補集される。なお、必要に応じて、この補集
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
置の概略縦断面図である。

原液体室３と分離成分室８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４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
環状凹部（原液体室）３が形成され、更には一端が該凹
部３の外周部において、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５が穿設さ
れている。

またキャビン２の中心部には円形の凹部（軸収納部）６
が形成され、該凹部６中心にはすり林状軸受部７が形成
されている。

またカバー４の左側側面（第１図において）には円形の
環状凹部（分離成分室）８が形成され、該凹部中心部に
はすり林状軸受部９が形成されている。更にはカバー４
の右側側面（第１図において）からは、該軸受部９の外
周部において左側側面に貫通した処理液導出路１０が形
成されている。

また更にはカバー４の凹部８の外周縁部には液体補集溝
１１が刻設され、一端が該液体補集溝１１に開口し、他
端がカバー４の外側周面に開口した分離成分導出路１２
が穿設されている。

また更にはカバー４の左側側面には凹部８に嵌合してポ
リプロピレン製の実質的に平板状のドーナツ形の流路材
１３が止着され、該流路材１３の該凹部８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
製のドーナツ形の分離膜（液分離体）１４が膜面積を損
わない範囲で部分的に接着されている。

また分離膜１４の外周部及び内周部はカバー４に接着さ
れ該凹部８（分離成分室）を形成する。

一方、前記キャビン２の凹部３内に、ポリカーボネート
製の前記分離膜１４に向って凸の盤状の円錐体からなる
回転体（ロータ）１５が収納され、該回転体１５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１５の左側面からは、回転軸１６が延
設せしめられている。更に該回転軸１６の先端及び回転
体１５の右側側面中心部にピボット１７．ピボット１８
を各々有し軸受部７，９と接触し、回転体１５の回転中
心を゛決定すると共に回転自在にならしめる。

また更に該回転軸１６の上部には環状に配列された磁石
１９が止着されており、この磁石１９に一対向して前記
分離室本体１の外部には環状に配列された磁石２０が設
けられ、かつ、両磁石は磁気的に凸極に形成され、しか
も、両磁石は磁気的に結合されている。ただし、磁石１
９は、凸極の強磁性体としてもよく、また、極間の凹部
は空間のままでもよいが、非磁性体を挿入し全体を円板
、または、円筒状にするのがより好ましい。この駆動機
構は、適切な回転駆動源２１により回転軸２２を回転せ
しめ、連結体２３を通じて回転を磁石２０に伝え、ざら
には磁石２０の回転を磁′ＥＪ１９に伝え前記回転体１
５を前記分離室本体１内部で回転させる構造となってい
る。

なお、回転軸１６と回転駆動源２１とは機械的に直結し
て駆動してもよい。

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ある。回転体１
５の回転軸１６の軸心に直角な平面と該回転体１５の円
錐面とがなす角度は、０．５度乃至５度の範囲で選定さ
れた特定の角度を有する。回転体１５の直径は、約１４
０ｍｍ、回転体１５の盤状体部の円錐部頂部と該盤状体
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５ｍｍ、該凹部３の直
径は、約１４３ｍｍである。カバー４の凹部８の深さは
、約１ｍ１ｌｌ、該凹部１４の内径は、約７０ｍｍ、外
径は約１４３ｍｍである。キャビン２とカバー４とが一
体化されてなる分離室本体の直径は、約１７０ｍｍ、厚
さは、約５Ｑｍｍである。分離膜１４の膜厚は、約１０
μｍ、分離透過孔径は、約０゜８μｍ１分離透過孔率は
、約１３％、流路材１３の板厚は、約Ｑ、５ｍｍである
。回転体１５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きの先端を意味する）と分
離膜３２の分離壁面との距離は、約０．１ｍｍ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、回転軸１６が鉛直方向を向いた状態で
用いられ、原液体導入路５を有するノズル２４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、たとえば凝血防止剤が添加される。

ノズル２４の原液体導入路５から原液体室（凹部）３に
流入した血液は該原液体室（四部）３内に充満して流動
し、処理液体導出路１０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）
に補集されるが、この初期の時点で、適切な回転駆動源
２１に磁気カップリング方式で結合された回転軸１６は
、該回転駆動源により回転せしめられ、前記原液体導入
路５から連続して原液体室（凹部）３の中央部に供給さ
れる血液は、剪断壁面と分離壁面との間に連続して流入
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１４を透過し、流路材１３を通過して、液体補
集溝１１に流入し、分離成分導出路１２を経て、該分離
成分導出路１２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）に連続して補集
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１０を経て、
該処理液体導出路１ｏ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
連続して補集される。

この時の主要な処理条件は、次の通りである。血液の原
液体導入路５への供給量は、約５　Ｑｍｌ／ｍ１０１回
転体１５の回転速度は、約１１０００ｒｐとした。

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。

上述の実施装置は、１個の分離壁面と１個の剪断壁面と
が対をなした一対の処理機構からなるものであるが、こ
れを複数対組み込んだ装置としてもよい。その内の２対
形式のものの実例を第２図に示す。

第２図は、この発明の装置の別の態様の縦断面模式図で
ある。第２図において、装置は、全体として、上下が閉
塞された直径に比べて高さの低い円筒状の箱体５１から
なり、該箱体５１の内部は、２枚の液分離体５２．５３
にて３室に区分され、上から（第２図において）、第１
の分離成分室５４、原液体室５５、第２の分離成分室５
６が形成されている。該原液体室５５には、円盤状の上
下に円錐部を有する円錐回転体５７が回転自在に前記箱
体５１に取り付は支持され、該回転体５７の上方円錐部
の頂部には磁石５８が取り付けられ′□でいる。一方、
この磁石５８に対向して前記箱体５１の外部には回転軸
５９に取り付けられた磁石６０が設けられ、該回転軸５
９を適切な回転駆動源（図示せず）により回転せしめる
ことにより磁石６０の回転を磁石５８に伝え、前記円錐
回転体５７を前記原液体室５５内に回転させる構造とな
っている。また、前記原液体室５５には、夫々原液体導
入路６１と、第１の処理液体液体導出路６２および第２
の処理液体導出路６５とが連通して設けられている。ま
た、更に、前記第１の分離成分室５４および前記第２の
分離成分室５６には、夫々、第１の分離成分導出路６３
と第２の分離成分導出路６４とが連通して設けられてい
る。なお、この装置の上述構成要素で第１図に示した装
置の構成要素と同一の名称を有する構成要素は、第１図
に示した装置において説明したものと実質的に同じ構造
、材質からなるものと理解してよい。なお、第２図に示
した装置において、第１の分離成分室５４と第２の分離
成分室５６とを仕切る液分離体５２と液分離体５３とは
、必要に応じて、同一の構造、材質にしてもよいし、別
異の構造、材質にしてもよい。また、円錐回転体５７の
上面と下面との円錐体部の水平面に対する角度をそれぞ
れ異ったものとしてもよい。

なお、上記第２図に示した装置の動き、ならびに、作用
は、第１図に示した装置と基本的には同じと理解してよ
い。

第３図は、血漿分離流量及び血球損傷の度合いを確認す
るため用いた、システムの１例を説明する回路図である
。

この回路図においては、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。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図に示した通り、原液体（血液）導入
路５、処理液体（処理血液）導出路１０．分離成分（血
漿成分）導出路１２が設けられている。血液導入路５に
は、血液流通路７０が連接され、その末端には血液タン
ク７３が接続され、その中間にはポンプ（ローラポンプ
）Ａが介在し、該ポンプＡから前記分離室本体１側にお
いて圧力計Ｃが設けられている。

また、処理血液導出路１０には、処理血液流通路７２が
連接され、その末端には血液タンク７３が接続され、そ
の中間に圧力計Ｅが設けられている。

また、更に血漿酸゛分導出路１２には血漿成分流通路７
１が連接され、その末端には血液タンク７３が接続され
、その中間には、ポンプ（ローラポンプ）Ｂが介在し、
該ポンプＢ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。このシステムにおいて、血液タンク
７３中の血液はポンプＡにより加圧され、前記分離室本
体１に送り込まれる。この圧力と分離室本体１内で回転
している回転体により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、ポンプＢにより前記血液
タンク７３に返される。また、処理血液についても処理
血液流通路７２を経て血液タンク７３に返される。

第３図の回路を用い、剪断速度の付加時間が循環血液中
の遊離ヘモグロビン濃度の上昇に与える影響を調べた結
果が第４図である。

ここで、剪断速度付加時間ＴＲを次のように定義した。

ＴＲ＝ｔＸＶＰ　／ＶＲ ここでｔは循環開始から任意の検体を採取するまでの時
間、ＶＲは循環血液量、■Ｐは装置内の血液充填量であ
る。すなわち血液が回路内を循環した回数と装置内滞留
時間の積をＴＲと定義した。

第４図より明らかな通り、中心部に膜が存在する従来例
（Ｏプロット）では回転体の中心部において陽圧になる
ため膜が浮き上がる。そのため回転体と膜が接触し、赤
血球の破壊が促進され、遊離ヘモグロビン濃度が上昇す
る。それに対して、本発明装置（・プロット）では、中
心部には膜が存在しないため、そこで赤血球が破壊され
ることはない。従って、遊離ヘモグロビン濃度の上昇は
小さい。

また、第３図の回路を用い、回転数と血漿濾過流量の関
係を調べた結果、第２表のとおりとなった。

ただし、循環血液量は１００ｄ／ｍｉｎとした。

なお、従来の液体を分別する装置は、血液を回転体の中
心部から供給し、外周側から排出するものであるが、こ
の実験では、その血液の流れる方向を逆にし、回転体の
外周側から供給し、中心部から排出した。

回転体の周辺から血液を入れる場合、中心付近の膜はほ
とんど分離に寄与しないため、膜をドーナツ状にし、膜
の中心から直径７ｃｍの内側部分を取除いても、濾過流
量の低下は１０％程度で済む。

第２表 ［発明の作用、効果］ この発明の装置は、基本的には、液分離体を用い、かつ
回転体によって液体に付与される運動により、該液分離
体と該液体との間に剪断速度を作用せしめ、該液体から
所望の成分を分離するものである。前記従来装置では回
転体の運動にともない原液体室中合部が負圧となり液分
離体が浮き上がり回転体と接触し、溶血、膜の損傷等の
問題点を有するのに対しこの発明の装置では浮き上がり
が生じる液分離体中心部を取り除き、上記問題点を解消
したという効果を有する。しかも驚くべきことにはこの
発明では液分離体中心部を取り除くことにより該液分離
体の面積が減少し、分離効率が落ちると考えられるのに
対し、液分離体中心部を取り除いても、分離効率はほと
んど落ちなかった。

このことは従来装置において液分離体中心部は分離効率
に寄与していなかったことの証しとなり、この発明の装
置では従来装置の性能にほとんど寄与していない部分を
積極的に取り除き、なおかつ安全性を高めたという効果
を有する。

更には液分離体面積の減少に伴い血液への剪断速度付与
時間が減少し、従来の装置に比べ血液性状の変化を減ら
すことができるという効果を有する。

【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、この発明に係る装置の別の実
施例の縦断面模式図、第３図は、血漿分離流量及び血球
損傷の度合いを確認するためのシステムの回路図、第４
図は、剪断速度の付加時間が循環血液中の遊離ヘモグロ
ビン濃度の上昇に与える影響を調べた図である。 １：分離室本体 ２：キャビン ３：凹部（原液体室） ４：カバー ５：原液体導入路 ６；凹部（軸収納部） ７：軸受部 ８：環状凹部（分離成分室） ９：軸受部 １０：処理液体導出路 １１：液体補集溝 １２：分離成分導出路 １３：流路材 １４：分離膜（液分離体）　（分離壁面）１５：回転体
（ロータ） １６二回転軸 １７：ピボット １８：ピボット １９：磁石 ２０：磁石 ２１：回転駆動源 ２２：回転軸 ２３：連結体 ２４：ノズル ５１：箱体 ５２：液分離体 ５３：液分離体 ５４：第１の分離成分室 ５５：原液体室 ５６：第２の分離成分室 ５７：円錐回転体 ５８：磁石 ５９：回転軸 ６０：磁石 ６１：原液体導入路 ６２：第１の処理液体導出路 ６３：第１の分離成分導出路 ６４：第２の分離成分導出路 ６５：第２の処理液体導出路 ７０：血液流通路 ７１：血漿成分流通路 ７２：処理血液流通路 ７３：血液タンク Ａ：ポンプ Ｂ：ポンプ

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）内直径ｒと外直径Ｒの比ｒ／Ｒの範 囲が０．２〜０．７であるドーナッツ形の分離壁面を有
   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た 原液体導入路と、 （ト）前記原液体室に連通して設けられた 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。