Способ подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации Российский патент 2025 года по МПК A61J1/05 A61J1/20 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к технологиям подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, в частности к способам подготовки дозы донорской плазмы к длительному хранению путем лиофилизирования и последующего регидратирования донорской плазмы.

Известно, что лиофилизирование антибиотиков, вакцин, культуральных сред и других жидких биологических объектов позволяет создать удобную сухую форму препарата. Подготовленные таким образом препараты легко транспортировать, можно длительно и безопасно хранить без необходимости охлаждения. При этом, сохраняются химические, физические и биологические свойства препарата и обеспечивается возможность, при возникновении необходимости, быстрого восстановления биоактивности препарата при регидратации.

Наибольшее распространение способы подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации получили при работе с донорской плазмой. Плазма остро необходима многим хирургическим больным, пострадавшим с серьезной травмой, тяжелораненым с большой кровопотерей, а также для решения других задач экстремальной медицины. В условиях военных действий и катастроф наиболее востребованным является способ подготовки гемокомпонента (сухой плазмы) к хранению и регидратации в специальных контейнерах для гемокомпонентов. В этом случае транспортирование не зависит от температуры окружающей среды. Сухую плазму можно быстро регидратировать на месте применения и перелить реципиенту.

Использовавшиеся ранее способы подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации были основаны на применении для лиофилизации и хранения стеклянной тары. Такие способы не позволяли получать достаточные для применения объемы препаратов. Они были неудобны для практического использования из-за низкой прочности стеклянной тары. Это затрудняло транспортирование, логистику и использование содержащихся в таких контейнерах препаратов.

Поэтому, в настоящее время наибольшее распространение получили способы подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, основанные на использовании контейнеров из эластичных пластиковых материалов.

При реализации способов подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации применяют пластиковый контейнер для крови или ее компонентов (гемоконтейнер), содержащий основной резервуар (уплощенная емкость), который снабжен выпускными элементами - штуцерами с защитным приспособлением, соединительными и кровезаборными трубками. Емкость основного резервуара контейнера герметична. Герметичность контейнера, при его производстве, обеспечивается путем выполнения прямолинейных и (или) скругленных швов с двух противоположных сторон и герметичным креплением выпускных элементов штуцеров и трубок. Все известные и реализуемые на практике способы подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации основаны на применении сформированных из мягкого полимерного листового материала контейнеров, размеры которых нормированы и должны соответствовать требованиям ГОСТ 31597—2012 [1].

Однако, такие контейнеры предназначены для взятия крови и/или компонентов крови, переработки, хранения, транспортирования, замораживания/размораживания, переливания и практически не предназначены для лиофилизирования в них гемокомпонентов из-за непригодности для этой цели конструкции контейнеров и материалов, из которых они выполнены.

Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому техническому решению, принятым за прототип [2], является cпособ подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, заключающийся в заполнении жидким гемокомпонентом контейнера из листов пленочного материала, соединенных по контуру герметичным швом с вваренными штуцерами и трубками, часть одного из листов пленочного материала имеет окна из водоотталкивающего и газопаропроницаемого материала, а вторая часть выполняется из водонепроницаемого пленочного материала без окон и сушки гемокомпонента.

Способ подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации реализуется за счет применения сдвоенного контейнера для гемокомпонентов, т.е. фактически состоящего из двух отдельных контейнеров, разделенных изолирующим швом. Реализация способа заключается в последовательном выполнении ряда действий: заполнении одного из отделенных контейнеров, одна из стенок которого выполнена из материала, пропускающего влагу при лиофилизации (фактически имеющего одно или несколько окон из водоотталкивающего и газопаропроницаемого материала), жидким компонентом крови (плазмой), замораживании и вакуумной сушке гемокомпонента (плазмы крови) в этом контейнере, разъединении после высыхания плазмы изолирующего шва, соединяющего этот контейнер со вторым контейнером, стенки которого выполнены герметичными, переводе (пересыпании) высушенного гемокомпонента во второй контейнер, герметичном заваривании и отделение второго контейнера от первого. Герметичное заваривание осуществляется путем формирования шва термическим способом. Дальнейшее хранение и транспортирование высушенного гемокомпонента (сухой плазмы) осуществляется во втором контейнере. В нем же осуществляется регидратация гемокомпонента и переливание его реципиенту. Отделение первого контейнера (из которого удалена сухая плазма) осуществляется без его герметизации с возможным высыпанием остатков высушенной плазмы.

Возможность реализации способа, принятого за прототип обеспечивается тем, что первый контейнер отделен от другого изолирующим швом, герметично отделяющим друг от друга внутренние полости первого и второго контейнеров, а на наружных поверхностях контейнера закреплены лепестки для последующего разъединения изолирующего шва для обеспечения доступа сухого материала во второй контейнер.

Недостатки известного способа заключается в следующем:

1. В сложности его практической реализации – выполнении герметичного шва между двумя контейнерами, который обеспечивает герметичность при вакумировании, охлаждении до низких температур, многочасовой сушке, но который после сушки руками оператора должен раскрываться для перемещения высушенного компонента во второй контейнер.

2. Невозможности надежной и качественной герметизации второго контейнера с сухой плазмой за счет термической сварки поверхностей, покрытых высушенной плазмой. Обусловлено это тем, что на поверхности соединения имеются инородные вещества (они могут разрушаться при термическом нагреве), которые не позволяют расплавляемым материалам проникать друг в друга. Поэтому, выполнение герметизирующего шва термическим способом (также как и ТВЧ сваркой) по загрязненной поверхности не обеспечивает стерильности высушенной плазмы, отсутствия воздуха или продуктов разложения полимерного материала и плазмы, и надежности последующей регидратации гемокомпонента и переливания его реципиенту.

3. Выполнение шва, для повышения надежности, состоящим из нескольких, предпочтительно трех, отстоящих друг от друга параллельных швов, общий шириной не менее 10±5 мм не приведет к существенному повышению качества герметизации из-за наличия сухой плазмы на внутренней поверхности контейнера, но приведет к существенному увеличению затрат энергии и времени на герметизацию одного контейнера.

4. Использование для сушки плазмы только части контейнера (первого контейнера) ограничивает объем жидкой плазмы, подвергаемой сушке. При этом вторая часть контейнера, в которой также мог бы размещаться жидкий материал, подвергаемый сушке, не используется. Использование второй части контейнера могло бы существенно увеличить производительность сушки за счет увеличения поверхности удаления влаги.

Таким образом, способ подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, принятый за прототип не обеспечивает высоких потребительских качеств подготавливаемого к использованию сухого продукта (плазмы крови) из-за низкого качества (прочности, герметичности) формируемого герметизирующего шва, возможного разрушения (разложения) сухого компонента плазмы при термической сварке и невысокой производительности процесса из-за ограниченной только частью контейнера поверхности сушки.

В предлагаемом способе решается задача по устранению недостатков существующего способа подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации и созданию способа, обеспечивающего подготовку гемокомпонента к хранению путем сушки в одном гемоконтейнере с увеличенной поверхностью удаления влаги, только часть которого имеет паропроницаемые стенки. Это обеспечивает перемещение высушенного гемокомпонент в ту части контейнера, которая выполнена из водонепроницаемого пленочного материала и не имеет окон, а также за счет герметизации высушенного гемокомпонента и использованной части контейнера с окнами ультразвуковой сваркой, обеспечивающей до соединение предварительную очистку свариваемых поверхностей. Далее осуществляется отделение загерметизированной части контейнера с высушенным гемокомпонентом для хранения и дальнейшего использования и отделение загерметизированной части контейнера с окнами из газопаропроницаемого материала для утилизации.

Технический результат изобретения выражается в обеспечении возможности такой подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, которая позволяет сохранять высокое качество лиофилизированных и регидратированных после длительного хранения гемокомпонентов для трансфузии реципиенту и снижение вероятности микробной контаминации гемокомпонентов и попадания в кровь продуктов термического разложения сухой плазмы.

Задача решается за счет использования для выполнения герметичной сварки энергетического воздействия, безопасного для сухой плазмы, человека и окружающей среды, механическими колебаниями на частоте не менее 22 кГц с амплитудой не менее 40 мкм, обеспечивающими очистку поверхностей и последующий перевод полимерных материалов в вязкопластичное состояние на границе герметизации (контакта двух полимерных материалов) [3].

Поставленная задача решается тем, что в способе подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, заключающемся в заполнении жидким гемокомпонентом контейнера из листов пленочного материала, соединенных по контуру герметичным швом с вваренными штуцерами и трубками, часть одного из листов пленочного материала имеет окна из водоотталкивающего и газопаропроницаемого материала, а вторая часть выполняется из водонепроницаемого пленочного материала без окон и сушки гемокомпонента, после сушки размещают контейнер с высушенным гемокомпонентом вертикально, высушенный гемокомпонент перемещают в ту части контейнера, которая выполнена из водонепроницаемого пленочного материала и не имеет окон, осуществляют герметизацию высушенного гемокомпонента путем формирования двух параллельно расположенных швов с шириной каждого не более 2…3 мм за счет сжатия контейнера колеблющимся с амплитудой не менее 40 мкм и частотой не менее 22 кГц рабочим окончанием ультразвуковой колебательной системы по линии, размер которой соответствует поперечному размеру контейнера, обеспечивают введение ультразвуковых колебаний в пленочный материал для очистки внутренних поверхностей свариваемых листов пленочного материала от сухого гемокомпонента и осуществляют расплавление термопластичных материалов на внутренней границе контакта листов пленочного материала между излучающей поверхностью и опорой и герметичное соединение листов между собой, после отключения колебаний выполняют разрезание листов между двумя сформированными швами и отделяют загерметизированную часть контейнера с высушенным гемокомпонентом для хранения и дальнейшего использования, а загерметизированную часть контейнера с окнами из газопаропроницаемого материала для утилизации.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является не только сушка во всем объеме контейнера, часть которого имеет паропроницаемые окна, но и применение энергетического воздействие за счет формирования ультразвуковых (УЗ) колебаний на частоте не менее 22 кГц с амплитудой не менее 40 мкм. УЗ колебания, на начальном этапе воздействия на листовые материалы обеспечивают их колебания и очистку внутренних поверхностей свариваемых листов пленочного материала от сухого (и даже жидкого) гемокомпонента. В дальнейшем происходит поглощение УЗ колебаний. При этом максимальное поглощение происходит на границах контакта материалов, поскольку амплитуда колебаний становится сравнимой с воздушным зазором между материалами (частицы сухой плазму уже удалены), а возникающее трение контактирующих и колеблющихся материалов приводит к их разогреву в области контакта. По этой причине происходит увеличение температуры до температуры, близкой к температуре плавления, что обеспечивает переход материала в вязкопластичное состояние. Под действием распространяемых через контактирующие поверхности УЗ колебаний ускоряется диффузионное проникновение перешедших в вязкопластичное состояние, расположенных с двух сторон, термопластичных материалов, Такое проникновение происходит еще при температурах, не достигающих температуры плавления материалов (и тем более температуры разрушения структуры с разложением материалов и с выделением ядовитых газов). Проникновение одного материала в другой происходит на глубину не менее величины амплитуды колебаний и формируется прочное сварное соединение двух термопластичных материалов. Использование УЗ колебаний с частотой не менее 22 кГц обусловлено не только безопасностью такой частоты для человека и окружающей среды, но и тем, что уже при амплитуде в 10…15 мкм достигается очистка поверхностей распылением жидких или твердых материалов. Использование колебаний с большей частотой может обеспечить увеличение эффективности поглощения, т.е. ускорение процесса сварки. Однако, увеличение рабочей частоты с одновременным обеспечением необходимой амплитуды воздействия (более 40 мкм) требует пропорционального увеличения мощностных затрат на формирование таких колебаний. По этой причине для реализации способа наиболее приемлемы УЗ колебания в диапазоне от 22 до 44 кГц.

Введение УЗ колебаний в свариваемые материалы осуществляется через сварочные окончания рабочих инструментов. При этом обеспечивают формирование двух параллельно расположенных швов с шириной каждого не более 2…3 мм за счет сжатия контейнера колеблющимся с амплитудой не менее 40 мкм и частотой не менее 22 кГц рабочим окончанием ультразвуковой колебательной системы по линии, размер которой соответствует поперечному размеру контейнера.

После формирования герметичного соединения листов между собой и отключения УЗ воздействия, выполняют разрезание листов между двумя сформированными швами. Такое разделение между швами позволяет отделить загерметизированную часть контейнера с высушенным гемокомпонентом для хранения и дальнейшего использования от загерметизированной части контейнера с окнами из газопаропроницаемого материала, которая направляется для утилизации.

Особенность практической реализации заключается в применении соединенного с пьезоэлектрическим преобразователем (создающим УЗ колебания) рабочего инструмента, выполненного в виде плоской верхней металлической опоры и нижней пассивной опоры с выступающими двумя параллельными выступами, соответствующими ширине разделяемого контейнера. При этом формируется двойной герметизирующий шов, обеспечивающий гарантированно высокое качество выполняемых сварных соединений.

Сущность предлагаемого способа подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации поясняется Фиг. 1 и Фиг.2.

На Фиг.1 в качестве варианта практической реализации предлагаемого способа показан пример пластикового контейнера для практической реализации способа подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации.

На Фиг. 1 (в верхней части) представлены варианты практической реализации гемоконтейнеров для лиофилизирования, длительного хранения и регидратирования гемокомпонента с тремя паропроницаемыми окнами (фото) в верхней части контейнера и с паронепроницаемыми стенками в его нижней части. На этой же Фиг. 1 также представлена конструктивная схема (с размерами) контейнера с окнами для сушки в части контейнера и отделяемой швами частью с высушенной плазмой.

На Фиг. 1 приняты следующие обозначения. 1 – заготовка гемоконтейнера; 2 – верхний порт (трубка диаметром 4.5 мм); 3 – нижний порт (трубка диаметром 4.5 мм); 4 – одно из трех окон из паропроницаемого материала; 5 – сварные швы окна из паропроницаемого материала; 6 – продольный сварной шов, формирующий гемоконтейнер; 7 – поперечный сварной шов, формирующий гемоконтейнер; 8 – сварные швы, выполняемые после сушки плазмы для отделения (сегментации) загерметизированной сухой плазмы и утилизируемой части контейнера; 9 – линия сегментации.

На Фиг. 2 представлен пример установки (вид сверху) для практической реализации способа подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации за счет формирования герметизирующего шва УЗ сваркой и разделения загерметизированных частей контейнера. На Фиг. 2 приняты следующие обозначения: 1 – станина установки; 2 – ультразвуковая колебательная система со сварочным окончанием, колеблющимся с амплитудой не менее 40 мкм и частотой не менее 22 кГц; 3 – направляющая с каретками; 4 – сварочная опора, имеющая паралельно расположенные вступы для формирования двух параллельно расположенных швов с шириной каждого не более 2…3 мм; 5 – перемещаемый нож на направляющих; 6 – рычаг; 7 – узел прижима; 8 – пружинный узел;

Способ подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации реализуется следующим образом:

1. Заполняют жидким гемокомпонентом (донорской плазмой) контейнер, выполненный из заготовки 1.

2. Осуществляют сушку плазмы за счет наличия в контейнере окон 4 из водоотталкивающего и газопаропроницаемого материала.

3. После сушки размещают контейнер с высушенным гемокомпонентом вертикально между ультразвуковой колебательной системой со сварочным окончанием 2, колеблющимся с амплитудой не менее 40 мкм и частотой не менее 22 кГц и сварочной опорой 4, имеющей паралельно расположенные вступы для формирования двух параллельно расположенных швов с шириной каждого не более 2…3 мм.

4. Высушенный гемокомпонент перемещают в ту части контейнера, которая выполнена из водонепроницаемого пленочного материала и не имеет окон

5. Осуществляют герметизацию высушенного гемокомпонента путем формирования двух параллельно расположенных швов с шириной каждого не более 2…3 мм за счет сжатия контейнера колеблющимся с амплитудой не менее 40 мкм и частотой не менее 22 кГц рабочим окончанием ультразвуковой колебательной системы по линии, размер которой соответствует поперечному размеру контейнера.

6. При этом, на начальном этапе воздействия, до сжатия стенок контейнера, обеспечивают введение ультразвуковых колебаний в пленочный материал для очистки внутренних поверхностей свариваемых листов пленочного материала от сухого гемокомпонента.

7. На следующем этапе осуществляют расплавление термопластичных материалов на внутренней границе контакта листов пленочного материала между излучающей поверхностью и опорой и герметичное соединение листов между собой.

8. После завершения УЗ воздействия выполняют разрезание листов между двумя сформированными швами перемещаемым на направляющих ножом 5.

9. Отделяют загерметизированную часть контейнера с высушенным гемокомпонентом для хранения и дальнейшего использования, а загерметизированную часть контейнера с окнами из газопаропроницаемого материала для утилизации.

Практически, при реализации способа была увеличена ширина пакета до 150 мм (внешний размер), при этом ширина швов составила 3 мм, что позволило увеличить размер пакета, в сравнении с известными образцами.

Таким образом, заготовка пакета увеличена до 155х373 мм. При этом внутренний размер пакета составил 361х144 мм. Увеличение поверхности высушиваемого материала обеспечило ускорения процесса сушки не менее, чем в три раза.

В конечно итоге, при таком способе подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, размер пакета для высушенного материала составил 144х128=18432 мм². Таким образом, размер пакета для сушки увеличен не менее, чем в два раза, в сравнении с прототипом, размер части пакета для высушенного материала также увеличен не менее, чем в два раза. Такая реализация предлагаемого способа позволила обеспечить объем восстановленной плазмы не менее 250 мл.

Исследования процесса подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации по предложенному способу, показали соответствие лиофилизированной и восстановленной плазмы требованиям, установленным «Правилами заготовки, хранения, транспортирования и клинического использования донорской крови и ее компонентов», утвержденных ПП РФ от 22.06.2019 г. № 797, п.27.

Тесты на стерильность показали, что реализация предложенного способа может осуществляться в обычных условиях, не требующих обеспечения стерильности окружающей среды.

Разработанный способ прошел лабораторные и технические испытания, и был реализован в действующей опытной установке для практического подтверждения результатов исследований.

Производство планируется начать в 2024 году.

Список литературы, использованной при составлении заявки

1. ГОСТ 31597—2012 (ISO 3826:1993) КОНТЕЙНЕРЫ ПОЛИМЕРНЫЕ ДЛЯ КРОВИ И ЕЕ КОМПОНЕНТОВ ОДНОКРАТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ. Технические требования/

2. Патент РФ № 2743609 - прототип

3. Сварка полимерных материалов. Под ред. К.И.Зайцева., М., Машиностроение, 1988, с.153.

Изобретение относится к медицинской технике. Способ подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации заключается в том, что заполняют жидким гемокомпонентом контейнер из листов пленочного материала, соединенных по контуру герметичным швом с вваренными штуцерами и трубками с образованием двух частей. Первая часть имеет окна из водоотталкивающего и газопаропроницаемого материала, а вторая часть выполнена из водонепроницаемого материала без окон. Осуществляют сушку гемокомпонента. Размещают контейнер с высушенным гемокомпонентом вертикально. Высушенный гемокомпонент перемещают во вторую часть контейнера без окон. Осуществляют герметизацию высушенного гемокомпонента путем формирования двух параллельно расположенных швов с шириной каждого не более 2…3 мм. При этом используют рабочий инструмент, соединенный с пьезоэлектрическим преобразователем и выполненный в виде верхней плоской металлической излучающей поверхности и нижней пассивной опоры с выступающими двумя параллельными выступами, соответствующими ширине разделяемого контейнера. Формируют двойной герметизирующий шов, сжимая контейнер ультразвуковыми колебаниями с амплитудой не менее 40 мкм и частотой не менее 22 кГц. При этом очищают внутренние поверхностей свариваемых листов пленочного материала от сухого гемокомпонента воздействием колебаний и осуществляют расплавление термопластичных материалов на внутренней границе контакта листов пленочного материала между верхней излучающей поверхностью и нижней пассивной опорой и герметичное соединение листов между собой. Разрезают листы пленочного материала между двумя сформированными швами. Отделяют вторую загерметизированную часть контейнера с высушенным гемокомпонентом для хранения и дальнейшего использования, а загерметизированную первую часть с окнами - для утилизации. Технический результат состоит в обеспечении подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации с сохранением качества лиофилизированных и регидратированных после длительного хранения гемокомпонентов и снижении микробной контаминации гемокомпонентов. 2 ил.

Способ подготовки гемокомпонента к хранению и регидратации, заключающийся в том, что заполняют жидким гемокомпонентом контейнер из листов пленочного материала, соединенных по контуру герметичным швом с вваренными штуцерами и трубками с образованием двух частей, первая часть имеет окна из водоотталкивающего и газопаропроницаемого материала, а вторая часть выполнена из водонепроницаемого материала без окон, и осуществляют сушку гемокомпонента, отличающийся тем, что размещают контейнер с высушенным гемокомпонентом вертикально, высушенный гемокомпонент перемещают во вторую часть контейнера без окон, осуществляют герметизацию высушенного гемокомпонента путем формирования двух параллельно расположенных швов с шириной каждого не более 2…3 мм, при этом используют рабочий инструмент, соединенный с пьезоэлектрическим преобразователем и выполненный в виде верхней плоской металлической излучающей поверхности и нижней пассивной опоры с выступающими двумя параллельными выступами, соответствующими ширине разделяемого контейнера, формируют двойной герметизирующий шов, сжимая контейнер ультразвуковыми колебаниями с амплитудой не менее 40 мкм и частотой не менее 22 кГц, при этом очищают внутренние поверхности свариваемых листов пленочного материала от сухого гемокомпонента воздействием колебаний и осуществляют расплавление термопластичных материалов на внутренней границе контакта листов пленочного материала между верхней излучающей поверхностью и нижней пассивной опорой и герметичное соединение листов между собой, разрезают листы пленочного материала между двумя сформированными швами, отделяют вторую загерметизированную часть контейнера с высушенным гемокомпонентом для хранения и дальнейшего использования, а загерметизированную первую часть с окнами - для утилизации.