СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И СБОРА ОБРАЗЦОВ Российский патент 2020 года по МПК B04B5/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к области средств клинической диагностики.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В диагностических исследованиях in vitro широко используется цельная кровь. Исследование крови может давать ценную информацию для клинической диагностики и разработки лекарства. Однако в большинстве случаев кровь исследуют по плазме или сыворотке крови, поскольку красные кровяные тельца и содержащиеся в них вещества (компоненты, содержащие клетки крови) могут мешать проведению измерений. Таким образом, при анализе крови типовой подготовительной процедурой является выделения сыворотки и плазмы из цельной крови.

[0003] Обычно отделение сыворотки или плазмы выполняют посредством центрифугирования с использованием доступных настольных устройств. Этот процесс является трудоемким и занимает много времени, а применение центрифужных систем в миниатюрных переносных устройствах представляет сложности и сопряжено с необходимостью их использования в условиях ограниченного пространства. Таким образом, ведется разработка иных методов разделения, допускающих применение в переносных устройствах. В основе таких методов лежат принципы электроосмотического потока, гидродинамического разделения, силового действия акустического поля, диэлектрофореза и удержания частиц. Последний из перечисленных принципов разделения обычно базируется на ассиметричных мембранах, препятствующих прохождению красных кровяных телец через такой фильтр. Перспективным методом отделения плазмы является фильтрация плазмы, однако она характеризуется множеством недостатков или сложностей, которые необходимо преодолевать. Недостатки связаны с применением фильтра/мембран, засорением, повторным сбором плазмы с мембраны и нежелательной фильтрацией биомолекул. Кроме того, фильтрация занимает много времени, а кровь с высоким гематокритом требует разжижения.

[0004] Принципы электроосмотического потока и гидродинамического разделения применяются в отношении микрофлюидных устройств, в которых объемы аналита лежат в микролитровом диапазоне. Однако такие методы характеризуются более низкой эффективностью отделения плазмы, нежели методы на основе центрифугирования.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Предложены способ, устройство и система разделения образца посредством центрифугирования. Применение отделения плазмы на основе центрифугирования в диагностических устройствах in vitro представляет сложности из-за ограничений по размерам, трудностей, связанных с встраиванием, и низкой стоимости изготовления. Устройство для центрифугирования, представленное в настоящем документе, обеспечивает эффективное отделение плазмы от цельной крови с использованием малых объемов образца. Например, могут быть использованы объемы образца, составляющие меньше 500 микролитров. В других примерах могут быть использованы объемы образца, составляющие от 500 до 1000 микролитров или от 1000 до 5000 микролитров.

[0006] В соответствии с вариантом осуществления устройство для центрифугирования содержит корпус, камеру, канал и крышку. Корпус имеет первое отверстие и вентиляционное отверстие и выполнен с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через центр корпуса. Камера образована внутри корпуса и соединена с первым отверстием. Ширина первого участка камеры уменьшается между первым значением ширины в первом месте и вторым значением ширины во втором месте внутри камеры, причем первая ширина больше второй ширины. Канал соединен с указанным вторым местом камеры и расположен так, что имеется путь для перемещения газа от канала к вентиляционному отверстию. Крышка обеспечивает стенку для герметизации камеры.

[0007] Описан пример способа. Способ включает помещение образца в камеру центрифугирования, образованную внутри цилиндрического корпуса, через первое отверстие. Далее, первое отверстие уплотняют для предотвращения каких-либо утечек образца в обратном направлении через впускное отверстие. Камеру центрифугирования вращают вокруг оси, проходящей через центр цилиндрического корпуса. В результате этого вращения происходит разделение образца внутри камеры, причем первая часть образца поступает в первый участок камеры, проходящий вдоль окружности цилиндрического корпуса, а вторая часть образца поступает во второй участок камеры, проходящий радиально от оси, проходящей через центр цилиндрического корпуса. В соответствии со способом указанное вращение камеры центрифугирования останавливают, и извлекают вторую часть образца через второе отверстие.

[0008] В соответствии с другим вариантом осуществления система содержит устройство для центрифугирования, привод и извлекающее устройство. Устройство для центрифугирования содержит корпус, камеру, канал и крышку. Корпус содержит первое отверстие и вентиляционное отверстие и выполнен с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через центр корпуса. Камера образована внутри корпуса и соединена с первым отверстием. Ширина первого участка камеры уменьшается между первым значением ширины в первом месте и вторым значением ширины во втором месте внутри камеры, причем первая ширина больше второй ширины. Канал соединен с указанным вторым местом камеры и расположен так, что имеется путь для перемещения газа от канала к вентиляционному отверстию. Крышка содержит второе отверстие и обеспечивает стенку, для герметизации камеры. Привод соединен с корпусом и выполнен с возможностью поворота корпуса вокруг оси. Извлекающее устройство соединено с крышкой и выполнено с возможностью извлечения образца из камеры через второе отверстие.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Прилагаемые чертежи, включенные в настоящую заявку и являющиеся частью описания, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и, кроме того, вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения и обеспечения возможности изготовления и применения изобретения специалистом в данной области техники.

[0010] На ФИГ. 1 проиллюстрирован картридж для исследований в соответствии с вариантом осуществления.

[0011] На ФИГ. 2A-2D представлены трехмерные иллюстрации устройства для центрифугирования в соответствии с некоторыми вариантами осуществления.

[0012] На ФИГ. 3 проиллюстрирован вид спереди устройства для центрифугирования в соответствии с вариантом осуществления.

[0013] На ФИГ. 4А-4С представлены изображения крышки устройства для центрифугирования в соответствии с некоторыми вариантами осуществления.

[0014] На ФИГ. 5 проиллюстрирована центробежная система в соответствии с вариантом осуществления.

[0015] На ФИГ. 6 проиллюстрирован пример способа.

[0016] Варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Хотя описаны конкретные конфигурации и компоновки, следует понимать, что это сделано только в качестве иллюстрации. Специалисту в данной области техники будет понятно, что можно использовать другие конфигурации и компоновки без отклонения от сути и объема настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники будет ясно, что возможно множество иных вариантов применения изобретения.

[0018] Следует отметить, что в настоящем описании выражения «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «пример варианта осуществления» и т.п. указывают на то, что описываемый вариант осуществления может содержать конкретный признак, конкретное приспособление или конкретную характеристику, однако необязательно, что каждый вариант осуществления содержит эти конкретный признак, конкретное приспособление или конкретную характеристику. Более того, такие выражения необязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, когда конкретный признак, конкретное приспособление или конкретная характеристика описаны в связи с одним вариантом осуществления, специалисту в данной области техники известно, как использовать такой признак, такое приспособление или такую характеристику в связи с другими вариантами осуществления, независимо от наличия или отсутствия их явного описания.

[0019] Некоторые варианты осуществления, описанные в настоящем документе, относятся к устройству для центрифугирования, применяемому для разделения малых объемов образца, составляющих меньше 500 мкл, от 500 до 1000 мкл или от 1000 до 5000 мкл. Устройство для центрифугирования может быть ориентировано вдоль горизонтальной оси с возможностью вращения вокруг этой горизонтальной оси. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления устройство для центрифугирования выполнено с возможностью объединения с более крупной системой диагностического исследования, такой как картридж для исследований. В картридже для исследований объединены все компоненты, необходимые для выполнения таких исследований в единой одноразовой упаковке. Картридж для исследований может быть выполнен с возможностью его анализа внешней измерительной системой, обеспечивающей данные, связанные с реакциями, происходящими внутри картриджа для исследований. В соответствии с вариантом осуществления картридж для исследований содержит множество камер для исследований с прозрачным окном для выполнения оптического слежения за каждой камерой для исследований.

[0020] На ФИГ. 1 проиллюстрирован пример системы 100 картриджа для исследований в соответствии с вариантом осуществления. Система 100 картриджа для исследований содержит корпус 102 картриджа, в котором может быть размещено множество камер, каналов и резервуаров для текучей среды. Образцы могут быть введены в корпус 102 картриджа через отверстие 104 для образцов в соответствии с вариантом осуществления. Отверстие 104 для образцов может представлять собой отверстие в камере центрифугирования, встроенной в корпус 102 картриджа. Например, через отверстие 104 для образцов в устройство для центрифугирования могут помещать образец крови для отделения плазмы. Далее, плазму могут извлекать из устройства для центрифугирования и помещать в другие камеры системы 100 картриджа для исследований с целью проведения дальнейшего анализа и исследования. Для уплотнения отверстия 104 для образцов после помещения в него образца можно использовать пробку 106. Хотя показано, что пробка 106 соединена с корпусом 102 и выполнена с возможностью откидывания вниз для уплотнения отверстия 104 для образцов, это лишь пример, и, как будет понятно специалисту в данной области техники, может быть использована пробка любой конструкции.

[0021] В одном примере отверстие 104 для образцов выполнено с возможностью приема жидких образцов, хотя также могут быть использованы и другие виды образцов. Отверстие 104 для образцов также может быть выполнено с возможностью приема иглы шприца для впрыскивания образца в камеру или канал для текучей среды внутри корпуса 102 картриджа. Отверстие 104 для образцов также может быть выполнено совместимым с коммерческими устройствами для взятия крови, такими как устройства модельного ряда VACUTAINER™.

[0022] Картридж 100 для исследований также содержит другое впускное отверстие для образцов, защищенное крышкой 108. Крышка 108 является съемной для обеспечения доступа к дополнительному впускному отверстию. Это впускное отверстие для образцов можно использовать для введения образцов, не требующих центрифугирования.

[0023] В настоящем описании подробно рассмотрены конструкция и функционирование устройства для центрифугирования. Прочие сведения о системе 100 картриджа для исследований можно найти в одновременно находящейся на рассмотрении заявке на выдачу патента США №13/836845, полное содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.

[0024] На ФИГ. 2А представлено трехмерное изображение устройства 200 для центрифугирования в соответствии с одним вариантом осуществления. Устройство 200 для центрифугирования содержит цилиндрический корпус 202, соединенный с вращающимся звеном 220 и крышкой 222. Хотя корпус 202 представлен в описании цилиндрическим, специалисту в данной области техники будет понятно, что могут быть использованы другие формы, отвечающие функциональности, описанной в настоящем документе. Цилиндрический корпус 202 выполнен с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через вращающееся звено 220 и по существу через центр цилиндрического корпуса 202. Крышка 222 может быть съемной для доступа к различным камерам и каналам внутри цилиндрического корпуса 202 и, будучи прикрепленной к цилиндрическому корпусу 202, обеспечивает герметичную стенку над различными камерами и каналами. В соответствии с другим вариантом осуществления крышка 222 прикреплена к цилиндрическому корпусу 202 без возможности ее снятия и может являться неотъемлемой частью цилиндрического корпуса 202.

[0025] В соответствии с вариантом осуществления цилиндрический корпус 202 содержит поворотную часть 216, выполненную с возможностью поворота вокруг шарнирного соединения 217. Поворотная часть 216 может распахиваться для открытия доступа к впускному отверстию 204 с целью помещения образца в устройство 200 для центрифугирования. Образец можно вводить через впускное отверстие 204 с использованием шприца или любого другого подходящего механизма для переноса текучей среды. Поворотная часть 216 может содержать выпуклый элемент 218, по своим размерам выполненный с возможностью его вставки во впускное отверстие 204 при закрытии поворотной части 216. Выпуклый элемент 218 может уплотнять впускное отверстие 204 для предотвращения каких-либо утечек. Выпуклый элемент 218 может иметь, например, уплотнительную конструкцию с полимерным наконечником для уплотнения впускного отверстия 204.

[0026] Любой образец, вводимый через впускное отверстие 204, поступает в камеру 206 центрифугирования. Камера 206 центрифугирования имеет изогнутую геометрическую форму, выполненную для способствования разделению образца во время центрифугирования, как подробнее объяснено со ссылкой на ФИГ. 3. С одним концом камеры 206 центрифугирования соединен вентиляционный канал 208 в соответствии с вариантом осуществления. Вентиляционный канал 208 обеспечивает беспрепятственное поступление потока газа, такого как воздух, из камеры 206 центрифугирования в вентиляционное отверстие 212. Во время центрифугирования и последующего извлечения разделенного образца возможность вывода газа, такого как воздух, через вентиляционное отверстие 212 может способствовать уменьшению образования пузырьков.

[0027] В соответствии с вариантом осуществления между вентиляционным каналом 208 и вентиляционным отверстием 212 подсоединена приемная камера 210. Приемная камера 210 может быть выполнена для приема образца через вентиляционный канал 208 в процессе наполнения камеры 206 центрифугирования образцом. Если камера 206 центрифугирования не наполняется или по существу не наполняется образцом, процесс центрифугирования может протекать неправильно. Если в камере 206 центрифугирования окажется слишком много захваченного воздуха, могут образоваться пузырьки. Таким образом, приемная камера 210 может действовать в качестве предохранительного средства для сбора образца, прежде чем он сможет вытечь из вентиляционного отверстия 212.

[0028] В соответствии с вариантом осуществления цилиндрический корпус 202 содержит индикатор 214 образца, выполненный с возможностью указания пользователю на то, что камера 206 центрифугирования наполнена образцом полностью или почти полностью. Например, при полном наполнении камеры 206 центрифугирования индикатор 214 образца может окрашиваться в определенный цвет. Индикатор 214 образца может быть прозрачным или полупрозрачным, чтобы пользователь мог понять, когда камера 206 центрифугирования полностью наполнилась образцом.

[0029] Над одной стороной цилиндрического корпуса 202 может быть расположена крышка 222 для герметизации одной или большего количества образованных в нем камер. В соответствии с вариантом осуществления крышка 222 содержит соединительное приспособление 224 для обеспечения возможности соединения с внешним устройством. Основание соединительного приспособления 224 содержит отверстие (не показанное на этой фигуре) для извлечения разделенного образца из камеры 206 центрифугирования. Извлекающим устройством может являться шприц или участок картриджа для исследований, описанный выше со ссылкой на ФИГ. 1.

[0030] На ФИГ. 2В проиллюстрировано устройство 200 для центрифугирования с закрытой поворотной частью 216 цилиндрического корпуса 202 в соответствии с вариантом осуществления. Цилиндрический корпус 202 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 226 для центрифугирования содержащегося в нем образца. Поворотная часть 216 может быть оснащена защелкивающимся механизмом 228 для удержания поворотной части 216 на месте после ее закрытия при повороте. Защелкивающийся механизм 228 может содержать физическое средство сцепления двух приспособлений между собой или может содержать магниты для удержания поворотной части 216 в закрытом состоянии.

[0031] На ФИГ. 2С представлен подробный вид различных компонентов, которые могут быть использованы в устройстве 200 для центрифугирования. В соответствии с вариантом осуществления устойчивость вращающегося звена 220 может быть обеспечена вкладышами 230а и 230b, соединенными, в свою очередь, с приспособлением 230. Приспособление 230 может представлять собой любое приспособление, обеспечивающее опору для вращающегося звена 220 и устойчивость вращающегося звена 220. Один конец вращающегося звена 220 соединен с устройством 200 для центрифугирования, а его второй конец соединен с соединительным элементом 232 в соответствии с вариантом осуществления. Соединительный элемент 232 может быть использован для соединения непосредственно с приводом для приведения в движение вращающегося звена 220.

[0032] На ФИГ. 2D представлено изображение устройства 200 для центрифугирования в соответствии с другим вариантом осуществления. На этой фигуре приспособление 230 не показано, чтобы не загромождать чертеж. Как показано, крышка 222 выполнена с другим соединительным приспособлением 234. Соединительное приспособление 234 может представлять собой уплотнительное кольцо или любое иное приспособление, используемое для образования уплотнения по текучей среде при извлечении образца из устройства 200 для центрифугирования через отверстие (не показанное) в крышке 222. Специалисту в данной области техники будут понятны другие конструкции соединительных приспособлений.

[0033] На ФИГ. 3 представлен вид спереди устройства 200 для центрифугирования в соответствии с вариантом осуществления. Как показано, ось 226 вращения проходит по существу через центр устройства. На этом виде более наглядно представлена геометрическая форма камеры 206 центрифугирования. В соответствии с вариантом осуществления камера 206 центрифугирования содержит две секции: приемную область 302, ориентированную перпендикулярно оси 226 вращения и проходящую от нее в радиальном направлении, и тыльную область 304, проходящую вдоль окружности цилиндрического корпуса 202. Приемная область 302 может содержать стенку 303 с увеличивающимся наклоном, проходящую от центральной части приемной области 302 к краевой стенке приемной области 302 для способствования накоплению разделенного образца в приемной области 302. Тыльная область 304 изогнута от приемной области 302, имеет уменьшающуюся ширину и оканчивается соединением с вентиляционным каналом 208 в соответствии с вариантом осуществления. Изогнутая форма тыльной области 304 может способствовать тому, что устройство 200 для центрифугирования имеет минимально возможный общий диаметр при максимальном объеме приемной области 302 и тыльной области 304. В соответствии с другим вариантом осуществления тыльная область 304 не изогнута, а проходит от приемной области 302 по прямой.

[0034] При вращении устройства 200 возникает и действует относительная центробежная сила (RCF). Сила RCF равна нулю в направлении центральной оси вращения, а в направлении, перпендикулярном оси вращения, сила RCF составляет:

[0035] где

g - ускорение свободного падения,

r - радиус вращения,

ω - угловая скорость в радианах за единицу времени.

Сила RCF возрастает с увеличением радиуса r, и частицы с высокой плотностью ускоряются с большей силой, нежели частицы с меньшей плотностью. Таким образом, во время вращения образец постепенно разделяется на две фазы: более плотная фаза отделяется в тыльную область 304, а менее плотная фаза отделяется в приемную область 302. В случае использования образца цельной крови в приемную область 302 отделяется плазма крови, а в тыльную область 304 отделяются оставшиеся красные кровяные тельца и всякие загрязнения.

[0036] Тыльная область 304 выполнена с переменной шириной для способствования стоку менее плотного материала в приемную область 302 во время вращения. Ширина тыльной области 304 в месте «А» может быть больше ширины тыльной области 304 в месте «В», причем между местами «А» и «В» ширина уменьшается. В месте «В» или вблизи места «В», где ширина уменьшена до наименьшего значения, тыльная область 304 соединена с вентиляционным каналом 208 в соответствии с вариантом осуществления. Вентиляционный канал проходит обратно к центру цилиндрического корпуса 202 так, что кратчайшее расстояние от оси 226 вращения до вентиляционного канала 208 меньше расстояния от любой точки внутри камеры 206 центрифугирования до оси 226 вращения. Эта конструкция способствует обеспечению устойчивого положения образца во время центрифугирования и пассивным образом предотвращает поступление воздушных пузырьков из вентиляционного отверстия 212 в камеру 206 центрифугирования.

[0037] Объем камеры 206 центрифугирования может составлять меньше 500 мкл, меньше 400 мкл или меньше 300 мкл. В одном примере камера 206 центрифугирования вмещает 250 мкл образца цельной крови. После центрифугирования со скоростью от 5000 до 20000 об/мин в течение 3 минут в приемную область 302 может быть отделено от приблизительно 60-70 мкл до приблизительно 100-150 мкл плазмы. Центрифугирование можно выполнять, например, со скоростью 10000 об/мин.

[0038] После или во время центрифугирования по истечении заданного периода времени образец разделяется на менее плотную фазу, поступившую в приемную область 302, и более плотную фазу, поступившую в тыльную область 304. В этот момент можно извлечь отделенные фазы через выпускное отверстие (не показанное, но описанное в настоящем документе со ссылкой на ФИГ. 4А-4С). Гидравлический диаметр камеры 206 центрифугирования может быть задан так, чтобы капиллярные силы предотвращали смешивание отделенных фаз во время извлечения каждой фазы образца из камеры 206 центрифугирования. Например, во время процесса извлечения целостность слоя взаимодействия, имеющегося между двумя отделенными фазами, не должна нарушаться пузырьками. На основе примерных размеров вышеуказанной камеры 206 центрифугирования гидравлический диаметр камеры 206 центрифугирования может составлять меньше приблизительно 5 или 6 миллиметров для поддержания разделения фаз во время извлечения.

[0039] На ФИГ. 4А и 4В проиллюстрированы примерные размеры крышки 222. На ФИГ. 4А представлен вид спереди крышки 222, на котором показано выпускное отверстие 402, выполненное в основании соединительного приспособления 234. Диаметр крышки 222 может быть меньше 20 мм, например может составлять 15 мм, как проиллюстрировано. Аналогично, диаметр цилиндрического корпуса 202 может по существу совпадать с диаметром крышки 222. Диаметр соединительного приспособления 234 может быть меньше 5 мм, например может составлять 2,5 мм, как проиллюстрировано. Как показано, диаметр выпускного отверстия 402 составляет приблизительно 200 микрометров, однако этот диаметр может лежать в диапазоне от 100 до 500 микрометров. В другом примере диаметр выпускного отверстия 402 лежит в диапазоне от 150 до 350 микрометров. Диаметр выпускного отверстия 402 может быть любым достаточно малым диаметром для предотвращения вытекания жидкого образца из выпускного отверстия 402 либо во время введения образца в камеру 206 центрифугирования, либо во время вращения устройства для центрифугирования. В соответствии с одним вариантом осуществления площадь поперечного сечения выпускного отверстия 402 меньше четверти площади поперечного сечения вентиляционного канала 208.

[0040] В соответствии с вариантом осуществления во время процесса извлечения образца образец выводят из камеры 206 центрифугирования через выпускное отверстие 402, а через вентиляционный канал 208 в камеру 206 центрифугирования поступает воздух. Во время этой операции увеличивающееся поперечное сечение тыльной области 304 способствует предотвращению попадания пузырьков в приемную область 303 и вытеснения жидкости из приемной области 303.

[0041] На ФИГ. 4В представлен вид сбоку крышки 222, на котором также показано выпускное отверстие 402, проходящее сквозь крышку 222 по ее толщине. Когда крышка 222 расположена над цилиндрическим корпусом 202, выпускное отверстие 402 выровнено над приемной областью 302 камеры 206 центрифугирования в соответствии с вариантом осуществления. После окончания вращения или во время вращения устройства для центрифугирования разделенный образец можно извлечь из приемной области 302 через выпускное отверстие 402. Соединительное приспособление 234 можно использовать для создания непроницаемого для текучей среды уплотнения с другим приспособлением, применяемым для извлечения образца через выпускное отверстие 402 под действием перепада давления.

[0042] На ФИГ. 4С представлен вид сбоку крышки 222 в соответствии с вариантом осуществления, содержащим другое соединительное приспособление 224. С соединительным приспособлением 224 может быть физически соединено извлекающее устройство, выполненное с возможностью извлечения образца под действием перепада давления.

[0043] На ФИГ. 5 проиллюстрирован пример системы 500, содержащей устройство 200 для центрифугирования, соединенное с приводом 502. Привод 502 может представлять собой двигатель любого вида (асинхронный двигатель, шаговый двигатель и т.п.), приводящий устройство 200 для центрифугирования во вращение с высокой скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту. Кроме того, в системе 500 проиллюстрировано извлекающее устройство 504. В соответствии с вариантом осуществления извлекающее устройство 504 также содержит приспособление 506, используемое для создания непроницаемого для текучей среды уплотнения между соединительным приспособлением 234 и извлекающим устройством 504. Следует отметить, что приспособление 506 может быть выполнено с возможностью соединения с любым видом соединительного приспособления на устройстве 200 для центрифугирования. В соответствии с одним вариантом осуществления извлекающее устройство 504 содержит подвижную передаточную камеру, являющуюся частью системы картриджа для исследований, такой как описана со ссылкой на ФИГ. 1.

[0044] На ФИГ. 6 представлена структурная схема способа 600 использования устройства для центрифугирования для разделения образца в соответствии с вариантом осуществления. Следует понимать, что проиллюстрированные этапы способа 600 не являются исчерпывающими и что также могут быть выполнены другие этапы без отклонения от объема и сути изобретения. Множество этапов способа 600 может быть выполнено, например, устройством 200 для центрифугирования.

[0045] На этапе 602 образец помещают в камеру через первое отверстие (например, впускное отверстие). Образец может представлять собой смесь компонентов разных плотностей, такую как образец крови, содержащий красные кровяные тельца и другие частицы и менее плотную плазму. Образец могут вводить во впускное отверстие посредством шприца или иной в большей степени комплексной системы доставки текучей среды (например, посредством микрофлюидных каналов). Впускное отверстие ведет в камеру центрифугирования, выполненную внутри цилиндрического корпуса, в соответствии с вариантом осуществления.

[0046] На этапе 604 впускное отверстие уплотняют для предотвращения утечки образца во время центрифугирования. Уплотнение впускного отверстия могут выполнять путем закрытия с защелкиванием другой части устройства для центрифугирования, в результате чего впускное отверстие закупоривается. Можно применять любой другой хорошо известный механизм уплотнения.

[0047] На этапе 606 камеру вращают вокруг оси, проходящей через центр цилиндрического корпуса, для центрифугирования образца внутри камеры. В одном примере камеру вращают со скоростью приблизительно от 5000 до 20000 об/мин. В одном конкретном примере камеру вращают со скоростью 10000 об/мин. По своей конструкции камера может быть выполнена с изгибом вокруг наружного края устройства для центрифугирования, как показано, например, на ФИГ. 3. Такая геометрическая форма способствует разделению образца в зависимости от плотности в разные секции камеры.

[0048] На этапе 608 образец разделяют под действием центробежной силы, возникающей внутри камеры во время вращения. Как замечено выше, геометрическая форма камеры также способствует удержанию более плотного материала внутри первой секции камеры, а менее плотного материала - внутри второй секции камеры. В соответствии с вариантом осуществления первая секция камеры проходит вдоль окружности цилиндрического корпуса, а вторая секция камеры проходит радиально наружу от оси вращения, проходящей через центр цилиндрического корпуса.

[0049] На этапе 610 вращение камеры останавливают. В одном примере вращение камеры со скоростью 10000 об/мин останавливают через приблизительно 3 минуты. Резкая остановка также приводит к поступлению более плотного материала в первую секцию камеры и его отделению от менее плотного материала, поступающего во вторую секцию камеры.

[0050] На этапе 612 менее плотную часть образца извлекают через второе отверстие (например, выпускное отверстие). Выпускное отверстие может быть расположено по существу над второй секцией камеры так, что после центрифугирования при извлечении через выпускное отверстие из второй секции камеры выходит только менее плотный материал. Извлечение может происходить вследствие перепада давления (например, разрежения), действующего на вентиляционном отверстии. Для извлечения менее плотного материала после центрифугирования также можно применять шприц.

[0051] В соответствии с вариантом осуществления способ 600 выполняют без остановки вращения камеры для извлечения образца (т.е. пропускают этап 610). Центр вентиляционного отверстия может находиться по существу над осью вращения.

[0052] Часть способа 600 может быть дополнена другими этапами. Например, если устройство для центрифугирования встроено в картридж для исследований, некоторые этапы могут содержать отсоединение устройства для центрифугирования от механизма соединения с сообщением по текучей среде для обеспечения возможности свободного вращения устройства для центрифугирования. Затем, после центрифугирования, устройство для центрифугирования могут повторно соединять с механизмом соединения с сообщением по текучей среде в картридже для исследований с целью извлечения образца.

[0053] Вышеприведенное описание конкретных вариантов осуществления полностью раскрывает общую суть изобретения, которое с применением знаний в данной области техники можно с легкостью модифицировать и/или изменять для различного применения таких конкретных вариантов осуществления без необходимости ненадлежащего экспериментирования без отклонения от общей концепции настоящего изобретения. Следовательно, подразумевается, что такие изменения и модификации соответствуют смыслу множества эквивалентов раскрытых вариантов осуществления, основанных на идеях и указаниях, изложенных в настоящем документе. Следует понимать, что формулировки или терминология в настоящем документе выбраны только в описательных целях, вследствие чего эти формулировки или терминология настоящего описания будут интерпретироваться специалистами в данной области техники с учетом указанных идей и указаний.

[0054] Варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше с помощью структурно-функциональных блоков, иллюстрирующих реализацию указанных функций и их взаимосвязей. В настоящем документе границы этих структурно-функциональных блоков установлены произвольно для удобства описания. В случае надлежащего выполнения указанных функций и их взаимосвязей могут быть установлены иные границы.

[0055] По замыслу автора (-ов) в разделах «Раскрытие сущности изобретения» и «Реферат» могут быть изложены один или большее количество примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, но не все, и, таким образом, указанные разделы не подразумевают какого-либо ограничения настоящего изобретения и формулы настоящего изобретения.

[0056] Объем настоящего изобретения не ограничивается какими-либо вышеописанными примерными вариантами осуществления, а определяется только в соответствии с пунктами нижеприведенной формулы и их эквивалентами.

Изобретение относится к устройству для центрифугирования для отделения плазмы от цельной крови с использованием малых объемов образцов, к способу и системе для отделения плазмы. Устройство содержит корпус, камеру, канал и крышку. Корпус имеет первое отверстие и вентиляционное отверстие и выполнен с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через центр корпуса. Камера, образованная корпусом и крышкой, соединена с первым отверстием. Ширина первого участка камеры уменьшается между первым значением ширины в первом месте и вторым значением ширины во втором месте внутри камеры, причем первая ширина больше второй ширины. Канал соединен с указанным вторым местом камеры и расположен так, что имеется путь для перемещения газа от канала к вентиляционному отверстию. Крышка образует стенку для герметизации камеры. Технический результат – повышение эффективности отделения плазмы. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для центрифугирования для отделения плазмы от цельной крови с использованием малых объемов образца, содержащее:

- корпус, имеющий первое отверстие и вентиляционное отверстие, причем корпус выполнен с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через центр корпуса, и содержит:

камеру, образованную корпусом и крышкой, соединенную с первым отверстием, причем ширина первого участка камеры уменьшается между первым значением ширины в первом месте и вторым значением ширины во втором месте внутри камеры, причем первая ширина больше второй ширины и причем второй участок камеры проходит радиально от оси, проходящей через центр цилиндрического корпуса, и

канал, соединенный с указанным вторым местом камеры и расположенный так, что имеется путь для перемещения газа от канала к вентиляционному отверстию; и

- крышку, имеющую второе отверстие и выполненную с возможностью обеспечения стенки для герметизации камеры.

2. Устройство для центрифугирования по п. 1, дополнительно содержащее вторую камеру, подсоединенную между каналом и вентиляционным отверстием.

3. Устройство для центрифугирования по п. 1, в котором диаметр второго отверстия составляет от 100 до 500 микрометров.

4. Устройство для центрифугирования по п. 1, в котором диаметр второго отверстия составляет от 150 до 350 микрометров.

5. Устройство для центрифугирования по п. 1, в котором крышка содержит соединительное приспособление, выполненное с возможностью соединения с извлекающим устройством.

6. Устройство для центрифугирования по п. 1, в котором камера вмещает текучую среду объемом приблизительно 250 микролитров.

7. Устройство для центрифугирования по п. 1, в котором корпус имеет цилиндрическую форму.

8. Устройство для центрифугирования по п. 7, в котором диаметр цилиндрического корпуса составляет меньше 20 мм.

9. Устройство для центрифугирования по п. 7, в котором первый участок камеры проходит вдоль окружности корпуса.

10. Устройство для центрифугирования по п. 8, в котором второе отверстие расположено по существу над вторым участком камеры.

11. Устройство для центрифугирования по п. 8, в котором гидравлический диаметр второго участка камеры составляет меньше 5 миллиметров.

12. Устройство для центрифугирования по п. 1, в котором корпус содержит шарнирный участок, выполненный с возможностью распахивания для открытия доступа к первому отверстию.

13. Устройство для центрифугирования по п. 12, в котором шарнирный участок содержит выпуклый элемент, выполненный с возможностью уплотнения первого отверстия, когда шарнирный участок закрыт.

14. Устройство для центрифугирования по п. 1, дополнительно содержащее индикатор образца для загрузки образца в камеру перед процессом центрифугирования, выполненный с возможностью указания на то, что камера наполнена до максимального уровня.

15. Устройство для центрифугирования по п. 1, в котором кратчайшее расстояние между каналом и осью вращения меньше расстояния между любой точкой камеры и осью вращения для предотвращения поступления воздушных пузырьков через вентиляционный канал в камеру центрифугирования.

16. Способ отделения плазмы от цельной крови с использованием малых объемов образца, включающий:

помещение образца в камеру центрифугирования, образованную внутри цилиндрического корпуса, через первое отверстие;

уплотнение первого отверстия для предотвращения утечки образца в обратном направлении через впускное отверстие;

вращение камеры центрифугирования вокруг оси, проходящей через центр цилиндрического корпуса;

разделение образца внутри камеры вследствие вращения, причем первая часть образца поступает в первый участок камеры, проходящий вдоль окружности цилиндрического корпуса и сужающийся на протяжении окружности цилиндрического корпуса, а вторая часть образца поступает во второй участок камеры, проходящий радиально от оси, проходящей через центр цилиндрического корпуса;

вывод газа из камеры центрифугирования через вентиляционный канал, соединенный с первым участком камеры; и

извлечение второй части образца через второе отверстие.

17. Способ по п. 16, в котором второе отверстие расположено по существу над вторым участком камеры для извлечения образца через второе отверстие после отделения образца.

18. Способ по п. 16, в котором указанное вращение включает вращение камеры центрифугирования со скоростью от 5000 до 20000 об/мин.

19. Способ по п. 16, в котором указанное извлечение включает извлечение второй части образца посредством перепада давления, действующего на отверстии.

20. Способ по п. 16, дополнительно включающий вывод газа из камеры центрифугирования через вентиляционное отверстие.

21. Способ по п. 16, дополнительно включающий остановку вращения камеры перед указанным извлечением.

22. Система для отделения плазмы от цельной крови с использованием малых объемов образца, содержащая:

устройство для центрифугирования по п. 1;

привод, соединенный с корпусом устройства для центрифугирования и выполненный с возможностью вращения корпуса вокруг оси устройства для центрифугирования; и

извлекающее устройство, соединенное с крышкой устройства для центрифугирования и выполненное с возможностью извлечения образца из камеры устройства для центрифугирования через второе отверстие устройства для центрифугирования.