КОЛОНКА ДЛЯ СОРБЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК A61M1/02 A61M1/36 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности, к конструкции колонки для сорбции биологических жидкостей, например, донорской.

Известна колонка для сорбции биологических жидкостей, содержащая корпус из стекла с сорбентом (активированный уголь) и сетчатого фильтра-насадки с диаметром щелей ячейки 0,4-0,8 мм, установленного на входе [1].

Колонка позволяет проводить очистку биологических жидкостей прямо во флаконах, в которых расфасован сорбент.

Недостатки известной колонки:
1. Из-за больших размеров щелей фильтра-насадки во время очистки биологических жидкостей они загрязняются мелкими частичками сорбента;
2. Неравномерность прохождения биологической жидкости через слои сорбента из-за образования "застойных" зон.

Известна колонка для сорбции биологических жидкостей, корпус которой выполнен из полипропилена. На входе и выходе колонки расположены сетчатые фильтры с размером ячейки 0,6 мм [2].

Колонка работает без нарушения гидродинамики в течение 4-5 ч.

Недостатки известной колонки:
1. Из-за того, что размеры ячейки фильтра колонки 0,6 мм, при очистке биологической жидкости из колонки могут попадать мелкие частицы сорбента или другие примеси, имеющие размер менее чем 0,6 мм.

2. Полипропиленовый корпус колонки не позволяет проводить регенерацию и стерилизацию при температурах выше 120^oC.

Известна колонка для сорбции биологических жидкостей, содержащая корпус с сорбентом, на входе и выходе имеются конусные сетчатые фильтры, снабженные установленными внутри них конусными двухзаходными шнеками, и резиновые пробки, выполненные с возможностью подключения к магистралям посредством игл [3] . Известная колонка имеет повышенные ресурсные характеристики за счет равномерного протекания биологической жидкости, входящей в колонку под напором.

Недостатки известной колонки:
1. Необходимость подачи биологической жидкости в колонку под давлением для улучшения гидродинамики жидкости и повышения ресурсной характеристики колонки увеличивает травмируемость форменных элементов биологических жидкостей.

2. Не исключается возможность попадания мелких частиц сорбента и других примесей в биологические жидкости.

Наиболее близкой к предлагаемому решению по технической сущности к достигаемому эффекту является колонка для сорбции биологических жидкостей, содержащая пластмассовый корпус с углеродным сорбентом, фильтры, установленные в корпусе на входе и выходе, резиновые пробки, выполненные с возможностью подключения к магистралям посредством игл [4].

Известная колонка для сорбции биологических жидкостей представляет собой цилиндр из органического стекла с прозрачными стенками размером 220х50 мм и объемом 400 см³. По торцам цилиндра имеется резьба, для навинчивания крышек. Между крышкой и цилиндром помещены фильтры из капроновой сетки с ячейками размером 0,2-0,3 мм. Известная колонка для сорбции биологической жидкости обеспечивает проведение очистки биологической жидкости в динамике и в статическом режиме, не пропускает частицы сорбента размером болеет чем 0,3 мм.

Недостатки известной колонки:
1. Не обеспечивает равномерного прохождения биологической жидкости через слои сорбента в процессе сорбции, что снижает ресурсные характеристики сорбента и колонки в целом.

2. Из-за того, что фильтры колонки изготовлены из капроновой сети с ячейками размером 0,2-0,3 мм, а сорбент используется не капсулированным, во время сорбции биологической жидкости травмируются форменные элементы биологической жидкости, например, крови, а также в биологическую жидкость могут попадать мелкие частицы сорбента размерами 0,2-0,3 мм и менее. В случае очистки крови (гемосорбции) мельчайшая угольная пыль может проникать из колонки с сорбентом в кровь и оседать в различных органах - легких, селезенке, почках и в веществе головного мозга.

3. Так как корпус колонки выполнен из пластмассы, невозможно проведение ее регенерации и стерилизации при температурах свыше 120^oC.

Цель изобретения - исключение попадания в очищаемую биологическую жидкость мелких частиц сорбента и других примесей с размером более 20 мкм, повышение ресурсных характеристик колонки путем обеспечения равномерного растекания биологической жидкости по сорбенту, расширения ассортимента используемых сорбентов, возможности многократного ее использования за счет стерилизации при 300^oC, снижения повреждающего действия сорбентов, используя модифицирование нанесением на поверхности тонкой химически связанной тефлоновой пленкой сорбентов.

Указанная цель достигается тем, что в колонке для сорбции биологической жидкости, содержащей корпус с отверстиями для загрузки и выгрузки сорбента, ввода и вывода биологической жидкости и фильтры, установленные на входе и выходе биологической жидкости из колонки, согласно изобретению, в качестве по меньшей мере одного из фильтров используется фильтр диффузорно-конфузорного типа, выполненный в виде пакета цилиндрических стержней, расстояние между которыми меньше диаметра частицы сорбента и превышает размер форменных элементов биологической жидкости. Поставленная цель достигается также тем, что корпус и фильтры выполнены из тугоплавкого материала. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемой колонке для сорбции биологической жидкости, и признать заявляемое решение соответствующее критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения заключается в следующем.

Кварцевые фильтры диффузорно-конфузорного типа цилиндрической формы с калиброванным расстоянием между стержнями впаиваются на выходе и устанавливаются на входе колонки. Расстояние между стержнями фильтра (20 мкм), его форма и модифицированные тефлоном био- и гемосовместимые сорбенты способствуют равномерному прохождению биологической жидкости, в том числе и крови, по колонке, что исключает образование "застойных зон" и обеспечивает равномерное прохождение биологической жидкости через слои сорбента, уменьшает травмируемость и не препятствует прохождению форменных элементов биологических жидкостей, а также позволяет использовать кремнеземные, алюмосиликатные и другие металлоокисные модифицированные тефлоном сорбенты со средним размером частиц 25-30 мкм, имеющие большие емкости за счет увеличения поверхности. Фильтры также исключают попадание в очищаемую биологическую жидкость мельчайших частиц сорбента и других примесей с размером более 20 мкм. Расстояние между стержнями в фильтре выбрано 20 мкм из-за того, что верхний предел размеров форменных элементов биологических жидкостей составляет 20 мкм. Технология приготовления фильтров позволяет в настоящее время получить калиброванное расстояние между стержнями фильтра до 1 мкм.

Изготовление корпуса колонки из кварца способствует проведению регенерации и стерилизации колонки с сорбентом при 300^oC, а отдельно корпуса колонки с впаянными фильтрами при 700^oC для ликвидации чужеродных белков и липополисахаридов. Регенерацию и стерилизацию колонки с сорбентом можно проводить до 300^oC. При температурах выше 300^oC поверхность модифицированного сорбента претерпевает изменение. При регенерации и стерилизации колонки без сорбента выше 700^oC кварцевое стекло размягчается и размеры конструктивных элементов могут изменяться.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемая колонка отличается от известного тем, что корпус колонки и фильтр изготавливают из кварца, при этом в качестве по меньшей мере одного из фильтров используют фильтр диффузорно- конфузорного типа.

Использование этой совокупности отличительных признаков приводит к ликвидации попадания мелких частиц сорбента и других примесей размерами более 20 мкм. Гладкая поверхность кварцевых фильтров диффузорно-конфузорного типа и модифицированная тефлоном поверхность сорбента оказывают небольшое сопротивление потоку биологической жидкости. Благодаря небольшому расстоянию между стержнями фильтра выход биологической жидкости в пространство с сорбентом по всей поверхности фильтра будет равномерным. В результате обеспечивается равномерное прохождение биологической жидкости через слои сорбента, что уменьшает травмируемость форменных элементов биологической жидкости, увеличивает ресурсные характеристики колонки. Небольшое расстояние между стержнями фильтров (20 мкм), в 10 раз меньшее чем в известных аналогах (0,2 мм), позволяет использовать широкий ассортимент сорбентов (углеродных кремнеземных, алюмосиликатных и др. ). Изготовление корпуса колонки и фильтров из кварца дает возможность регенерировать и стерилизовать колонки при температурах существенно больше, чем 120^oC, как это делается при существующих колонках, способствует более полной и быстрой ликвидации проникновения в биологическую жидкость (особенно лимфа, кровь, плазма и др.) чужеродных белков и липополисахаридов при многократном использовании колонки.

Общее эффективное сечение потока биологических жидкостей через фильтр определяется формулой
S = dln,
где
S - общее эффективное сечение потока;
d - расстояние между стержнями фильтра;
l - высота фильтра;
n - число стержней фильтра.

Эффективность работы колонки определяется формулой
A = d/a,
где
A - показатель эффективности работы колонки;
d - расстояние между стержнями фильтра;
a - диаметр частиц сорбента.

Расстояние между стержнями фильтра определяется размерами форменных элементов конкретной биологической жидкости.

Диаметр частиц сорбента может меняться в широких пределах, но не меньше, чем размер фильтра для конкретного случая.

Наибольшая эффективность колонки наблюдается при A < 1. Если A > 1, то тогда частицы сорбента могут проникать в биологическую жидкость, если А << 1, тогда поверхность сорбента сильно уменьшается и эффективность работы колонки сильно падает. Наличие отличий позволяет заключить, что заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

Использование этой совокупности отличительных признаков приводит к исключению попадания в очищаемую биологическую жидкость мелких частиц сорбента и других примесей с размерами более 20 мкм. Гладкая поверхность кварцевых фильтров диффузорно-конфузорного типа, поверхность модифицированных тефлоном сорбентов и выбранное расстояние между стержнями фильтра оказывают небольшое сопротивление потоку биологической жидкости и обеспечивает равномерное ее протекание по сорбенту, что повышает ресурсные характеристики колонки, уменьшаются травмируемости форменных элементов биологической жидкости и расширяется ассортимент используемых сорбентов. Кварцевый корпус с впаянными кварцевыми фильтрами дает возможность многократного использования предлагаемой колонки за счет ее стерилизации при 300^oC. Таким образом достигается цель изобретения. Совокупность признаков, отличающих заявляемое техническое решение от известных решений и прототипа, в других решениях не выявлена при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивает заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг 1. показана колонка, продольный разрез; фиг. 2 - сечение A-A на фиг. 1; фиг. 3 - вариант выполнения конструкции колонки.

Колонка для сорбции биологических жидкостей содержит корпус 1 с отверстиями для загрузки и выгрузки сорбента 2, ввода и вывода биологической жидкости. На входе и выходе в корпусе 1 установлены фильтры 3, 4. Корпус 1 и фильтр 4, расположенный на выходе корпуса 1, выполнены из тугоплавкого материала, например, кварца. Фильтр 4 впаян к стенкам корпуса 1 и представляет собой цилиндрический фильтр диффузорно-конфузорного типа в виде пакета цилиндрических стержней 5, расстояние между которыми меньше диаметра частицы сорбента 2 и превышает размер форменных элементов биологических жидкостей. С внешней стороны отверстия для загрузки и выгрузки сорбента 2 закрыты резиновыми пробками б, закрепленными к корпусу 1 металлическими зажимами 7. Отверстия для ввода и вывода биологической жидкости снабжены патрубками 8, 9.

Колонка работает следующим образом.

После того, как в колонку загружают модифицированный тефлоном сорбент 2, диаметр частиц которого превышает расстояние между стержнями 5 фильтра 4, колонку закрывают фильтром 3 и пробкой 6, которую закрепляют металлическим зажимом 7. При подсоединении коммутационных магистралей 10, 11 к патрубкам 8, 9 (либо к иглам, введенным в полость корпуса 1 через пробки 6) поток биологической жидкости под давлением попадает через фильтр 3 в полость корпуса 1 и, поднимаясь вверх, равномерно омывает шихту сорбента 2, что улучшает гидродинамику жидкости и кинетику сорбции. Пройдя сорбент 2, биологическая жидкость фильтруется верхним фильтром 4 колонки и, пройдя через патрубок 9 (или через иглу, введенную в верхнюю пробку 6) попадает в коммутационную магистраль 11.

На фиг. 3 представлен вариант выполнения конструкции колонки, в котором конструкция нижнего фильтра 3 аналогична конструкции фильтра 4, при этом фильтр 3 также впаян в стенку корпуса 1 и оба фильтра 3, 4 соединены между собой перемычкой 12. В корпусе 1 имеется дополнительное отверстие с патрубком 13 для ввода в колонку сорбента 2. Отверстие закрыто пробкой 6 с металлическим зажимом 7. Биологическая жидкость вводится и выводится либо через иглы 14, введенные через пробки 6, либо через патрубки 10, 11.

Для лучшего понимания сущности заявляемого изобретения приводятся конкретные примеры использования заявляемой колонки для сорбции биологических жидкостей.

Пример 1. Сорбционная очистка донорской крови. Колонку (фиг.1) объемом 300 мл заполняют алюмосиликатным сорбентом марки АС-3, модифицированным тефлоном (26 мас.%). Сорбент и колонку стерилизуют раздельно в сухожаровом шкафу при температуре 300^oC в течение 25 мин. После этого сорбент помещают в колонку и промывают физиологическим раствором. Скорость прохождения донорской крови через колонку 30 мл/мин. При этом в выходящих из колонки порциях сыворотки крови не обнаруживаются частицы сорбента или других примесей размером больше чем 20 мкм, донорская кровь распределяется по сорбенту в колонке равномерно. В табл. 1 приведены результаты анализа донорской крови до ее сорбционной очистки и после нее. Спектрофотометрический анализ на гемоглобин показал значительное снижение травмируемости эритроцитов. А уменьшение содержания эритроцитов в единице объема вытекающей жидкости объясняется разбавлением крови.

Пример 2. Процесс ведут как в примере 1, но в качестве сорбента используют кремнеземный сорбент МПС-2000ГХ, модифицированный тефлоном (8 мас.%), диаметр частиц 30±3 мкм.

В табл.2 приведены результаты анализа донорской крови до ее сорбционной очистки и после нее.

Пример 3. Сорбционная очистка донорской крови. Процесс ведут как в примере 1, но в качестве сорбента используют алюмосиликатный сорбент, модифицированный тефлоном (18 мас. %), диаметр частиц 35±4 мкм. В табл. 3 приведены результаты анализа донорской крови до сорбционной очистки и после нее.

Во всех приведенных показателях в выходящей из колонки биологической жидкости не обнаруживаются частицы сорбента, а также другие примеси, имеющие размеры больше, чем отверстие кварцевого фильтра колонки, биологическая жидкость протекает равномерно, "застойных зон" не образуется.

Пример 4. Сорбционная очистка донорской крови. Колонку (фиг.1) объемом 300 мл заполняют углеродным сорбентом. Сорбент и колонку стерилизуют раздельно в сухожаровом шкафу при температуре 300^oC в течение 25 мин. После этого сорбент помещают в колонку через отверстия для загрузки и выгрузки сорбента и промывают физиологическим раствором. Скорость прохождения донорской крови через колонку составляет 20 мл/мин. При этом в выходящей из колонки порции донорской крови не обнаружены частицы сорбента или других примесей размером больше чем 20 мкм, донорская кровь распределяется по сорбенту в колонке равномерно.

Пример 5. Процесс ведут как в примере 1, но в качестве сорбента используют силикагель марки КСК-2, модифицированный тефлоном (24 мас.%). Результат аналогичен полученным в примере 1.

Пример 6. Процесс ведут как в примере 1, но в качестве сорбента используют алюмосиликатный сорбент марки АС-4, модифицированный тефлоном (29 мас. %). Результат аналогичен полученным в примере 1.

Пример 7. Гемосорбция крови беспородной собаки весом 35 кг. Колонка (фиг.1) объемом 300 мл. Колонка сорбентом не снаряжалась. Скорость прохождения крови 120 мл/мин. Длительность процесса 90 мин. Общая гепаринизация 300 Ед. гепарина на 1 кг веса животного. В ходе процесса не наблюдалось повышения давления в системе, количество эритроцитов и гемоглобина не изменялось. Гемолиза не было, гематокрит не менялся. Отмечено некоторое возрастание лейкоцитов к концу процедуры, что является ответом на проводимое вмешательство.

Пример 8. Процесс ведут как в примере 7, но колонка снаряжалась перфторполимерсодержащим углеродным сорбентом КАУ в количестве 94 г, скорость прохождения крови 80 мл/мин. В ходе гемосорбции существенного повышения давления в системе не отмечалось. Спекания сорбента не наблюдалось. Количество эритроцитов и гемоглобина в начале и конце гемосорбции изменялось незначительно. Гемолиза не было. Гематокрит оставался также неизменным.

Таким образом, предлагаемая колонка для сорбции биологической жидкости может быть использована для очистки донорской крови в медицинской практике. Она позволяет исключить попадание в биологическую жидкость мелких частиц сорбента и других примесей с размерами более 20 мкм, повышение ресурсной характеристики колонки путем обеспечения равномерного растекания биологической жидкости по сорбенту, расширение ассортимента сорбентов и, возможности ее использования за счет стерилизации при 300^oC, снижение травмируемости форменных элементов биологической жидкости.

Использование: изобретение относится к медицинской технике, а именно к колонке для сорбции биологических жидкостей, например, донорской крови. Сущность изобретения: исключение попадания в очищаемую биологическую жидкость мелких частиц сорбента и других примесей с размерами более 20 мкм, повышение ресурсных характеристик колонки путем обеспечения равномерного растекания биологической жидкости по сорбенту, расширения ассортимента используемых сорбентов, возможности многократного ее использования за счет стерилизации при 300^oС, снижения повреждающего действия сорбентов. Колонка для сорбции биологической жидкости содержит корпус с отверстиями для загрузки и выгрузки сорбента, ввода и вывода биологической жидкости из колонки. Новым в колонке является то, что в качестве по меньшей мере одного из фильтров используется фильтр диффузорно-конфузорного типа в виде пакета цилиндрических стержней, расстояние между которыми меньше диаметра частиц сорбента и превышает размер форменных элементов биологической жидкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Колонка для сорбции биологических жидкостей, содержащая корпус с отверстиями для загрузки и выгрузки сорбента, ввода и вывода биологических жидкостей, фильтры, установленные на входе и выходе биологических жидкостей из колонки, отличающаяся тем, что корпус и фильтры выполнены из тугоплавкого материала, а в качестве по меньшей мере одного из фильтров используется фильтр диффузорно-конфузорного типа в виде пакета цилиндрических стержней, расстояние между которыми меньше диаметра частиц сорбента и превышает размер форменных элементов биологических жидкостей. 2. Колонка для сорбции биологических жидкостей по п.1, отличающаяся тем, что корпус и фильтры выполнены из кварца.