DE102008024106A1

DE102008024106A1 - Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln in und aus Flüssigkeiten und deren Anwendung in Biotechnologie, biologische Forschung, Diagnostik und Krankheitsbehandlung

Info

Publication number: DE102008024106A1
Application number: DE102008024106A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Heinrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-17
Filing date: 2008-05-17
Publication date: 2009-11-19
Also published as: EP2315631A1; DE112009001760A5; WO2009140945A1; WO2009140945A4; US20110100921A1

Abstract

Das Abscheiden von Partikeln in bzw. aus Flüssigkeiten ist ein notwendiger Verfahrensschritt in vielen Verfahren in der Biotechnologie, biologischen Forschung, Diagnostik und Krankheitsbehandlung. Üblicherweise werden Methoden eingesetzt, die Unterschiede in der Dichte (Sedimentation) oder der Größe (Filtration) der Partikel ausnutzen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die geeignet ist, über eine frei bewegliche Anordnung von mindestens einer Trennmembran und einem Kolben innerhalb eines Zylinders Partikel aus Flüssigkeiten anzureichern, sowie deren Verwendung. Die Vorrichtung ist geeignet für eine zeitlich unbegrenzte Anwendung in einem geschlossenen Kreislauf. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum vorzugsweise kontinuierlichen Trennen von Partikeln. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten mit oder bestehend aus einem Zylinder (1), in dem mindestens eine Filterscheibe (2), die mit einem Filterstempel (3) fest verbunden ist, und eine Kolbenscheibe (4) verschiebbar gelagert sind, so dass mittels des Filterstempels (3) mindestens eine Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) gemeinsam und die Filterscheibe (2) einzeln durch den Zylinder (1) bewegt werden können und der Zylinder (1) an dem der mindestens einen Filterscheibe (2) zugewandten Ende abgeschlossen ausgebildet und mit mindestens einem Ein- und Austrittsventil (5) versehen ist, und Dichtungen (6), mit denen die mindestens eine ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die geeignet ist, über eine frei bewegliche Anordnung von mindestens einer Trennmembran und einem Kolben innerhalb eines Zylinders, Partikel aus Flüssigkeiten anzureichern. Die Vorrichtung ist geeignet für eine zeitlich unbegrenzte Anwendung in einem geschlossenen Kreislauf. Es wird weiterhin eine Sonderform beschrieben, die in Form einer Spritze geeignet ist, Proben im Spritzenkörper zu bearbeiten.
Das Abscheiden von Partikeln in bzw. aus Flüssigkeiten ist ein notwendiger Verfahrenschritt in vielen Verfahren in der Biotechnologie, biologischen Forschung, Diagnostik und Krankheitsbehandlung. Üblicherweise werden Methoden eingesetzt, die Unterschiede in der Dichte (Sedimentation) oder der Größe (Filtration) der Partikel ausnutzen. Sollen biologische Partikel abgetrennt werden, die sich auf ihrer Oberfläche eindeutig identifizieren lassen, können spezifische ”Erkennungsmoleküle”, wie Antikörper, Peptide oder Nukleinsäure als Hilfsmittel benutzt und weitere Methoden wie Durchfluss-Zytometrie oder magnetische Trennverfahren eingesetzt werden.
Für viele Fragestellungen ist eine Partikeltrennung innerhalb eines geschlossenen Raums von praktischer Bedeutung, so .z. B. zum Aufrechterhalten steriler Verhältnisse, Infektionsschutz, zu kontinuierlichen Trennung für die biotechnologische oder medizinische Anwendung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfache und effiziente Vorrichtung zum Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten und ihre Verwendung sowie ein einfaches und effizientes Verfahren zum vorzugsweise kontinuierlichen Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung geht also von einer neuartigen Kombination von Pumpen und Filtrieren aus. Die abzutrennenden Partikel sind z. B. Viren, Bakterien, Protozoen, Zellen unterschiedlicher Größe (z. B. Fettzellen), magnetisierbare oder andere Partikel aus unterschiedlichsten Stoffen, die auf der Oberfläche mit spezifischen Liganden versehen seien können.
Beschreibung der Erfindung:
Die Vorrichtung umfasst oder besteht aus einem Zylinder mit Ein- und Auslassventilen entsprechend der jeweiligen Verwendung und wenigstens einer Filterscheibe, die unabhängig von der Kolbenscheibe bewegt werden kann. Dem Kolben kommt die Funktion des Ansaugens und/oder Auspressens der Probenflüssigkeit zu. Der Filterscheibe ist fest mit dem Filterstempel verbunden. Der Filterstempel befindet sich separat im Inneren der Kolbenstempels. Die Filterscheibe befindet sich auf der Flüssigkeit zugewandten Seite. Eine Sonderform mit nur einem Stempel wird in der Erfindung ebenfalls beschrieben.
In 2 ist der prinzipielle Aufbau und Betrieb, in 1 eine besonders geeignete Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten mit oder bestehend aus

– einem Zylinder (1), in dem mindestens eine Filterscheibe (2), die mit einem Filterstempel (3) fest verbunden ist, und eine Kolbenscheibe (4) verschiebbar gelagert sind, so dass mittels des Filterstempels (3) mindestens eine Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) gemeinsam und die Filterscheibe (2) einzeln durch den Zylinder (1) bewegt werden können, und der Zylinder (1) an dem der mindestens einen Filterscheibe (2) zugewandten Ende abgeschlossen ausgebildet und mit mindestens einem Ein- und Austrittsventil (5) versehen ist,
– Dichtungen (6), mit denen die mindestens eine Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) versehen sind, wobei die Dichtungen (6), die insbesondere als Dichtungsringe gebildet sind, die Zylinderwand vorzugsweise über ihren gesamten Querschnitt berühren, und
– bei Bedarf weiteren Ventile und Schlauchverbindungen.

Besonders geeignet ist es dabei, wenn der Zylinder (1) als Hohlzylinder mit einem Zylinderboden gebildet ist, wobei mindestens ein Ein- und Austrittsventil (5) im Bereich des Zylinderbodens angeordnet ist und die mindestens eine Filterscheibe (2) oberhalb des Zylinderbodens angeordnet ist, und die Kolbenscheibe (4) oberhalb des Zylinderbodens und der mindestens einen Filterscheibe (2) angeordnet ist, wobei die Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) mit den daran vorgesehenen Dichtungen (6) jeweils den Querschnitt des Hohlzylinders im Wesentlichen ausfüllen und vorzugsweise parallel zum Zylinderboden angeordnet sind, und die Kolbenscheibe (4) eine Öffnung, insbesondere mittige Bohrung, aufweist, durch die der Filterstempel (4) vorzugsweise koaxial bezüglich des Zylinders (1) geführt ist. Um einen ungewollten Stoffübergang über die Öffnung zu verhindern, ist diese dabei vorzugsweise mit einem Dichtungselement, insbesondere einem Dichtungsring, versehen, durch das der Filterstempel (2) geführt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kolbenscheibe (4) fest mit einem Kolbenstempel (7) verbunden ist, so dass die Kolbenscheibe (4) mittels des Kolbenstempels (7) einzeln durch den Zylinder (1) bewegt werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist dabei der Kolbenstempel (7) als Hohlrohr gebildet und/oder koaxial bezüglich des Zylinders (1) gelagert bzw. führbar.
Insbesondere hat sich eine Vorrichtung bewährt, bei der sich der Filterstempel (3) zumindest teilweise in dem Kolbenstempel (7) befindet bzw. in diesem geführt ist.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Kolbenstempel (7) in seinem Inneren den Filterstempel (3) frei gleitend, vorzugsweise koaxial bezüglich des Zylinders (1), fixiert.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Kolbenscheibe (4) auf bzw. an dem Filterstempel (3) frei beweglich gelagert, so dass die Kolbenscheibe (4) bspw. auf einfache Weise gemeinsam mit dem Filterstempel (3) in die dem abgeschlossenen Zylinderende gegenüberliegende Richtung bewegt werden kann, dort verbleiben und/oder einzeln in Richtung des abgeschlossenen Zylinderendes bewegt werden kann.
Vorteilhaft für den Betrieb, insbesondere kontinuierlichen Betrieb, der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, wenn auf dem Filterstempel (3) in frei wählbarem Abstand zur Filterscheibe (2) wenigstens eine Einrichtung bzw. Vorrichtung vorgesehen ist, die die Kolbenscheibe (4) bei Bewegung des Filterstempels (3) in Richtung Ein- und Auslass-Ventil (5) arretiert, wobei die Arretierung sowohl in nur eine wie auch beide Bewegungsrichtungen vorgesehen sein kann.
In einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist auf der Kolbenscheibe (4) wenigstens eine Einrichtung vorgesehen, die die Kolbenscheibe (4) bei Bewegung des Filterstempels (3) in Richtung Ein- und Auslass-Ventil (5) arretiert, wobei die Arretierung sowohl in nur eine wie auch beide Bewegungsrichtungen vorgesehen sein kann.
Für verschiedene Anwendungen, insbesondere für die extra-korporale Entnahme von Stoffen und/oder Partikeln aus Blut, hat sich insbesondere bewährt, dass ein Einlass- und/oder Auslassventil (5) vorgesehen ist, das mit einem Filter, der vorzugsweise eine Porengröße aufweist, die geringer ist als der Durchmesser von in dem Zylinder (1) befindlichen Partikeln, insbesondere Mikropartikeln.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist mindestens ein Einlassventil (5) und mindestens ein Auslassventil (5) vorgesehen.
Vorteilhafterweise, insbesondere für die extra-korporale Entnahme von Stoffen und/oder Partikeln aus Blut, kann wenigstens ein Auslassventil (5) mit einem Filter, vorzugsweise mit der Porengröße der mindestens einen Filterscheibe (2), versehen sein.
In einer besonders geeigneten Ausführungsform der Vorrichtung sind mehrere Filterscheiben (2) mit unterschiedlichen Porendurchmessern vorgesehen, die jeweils mit separaten Filterkolben (3) fest verbunden und vor der Kolbenscheibe (4) angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform betragen die Porendurchmesser der mindestens einen Filterscheibe (2) zwischen 0,01 und 1.000 μm.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung als Spritze ausgebildet, vorzugsweise in den üblichen Abmessungen einer Spritze bzw. sind die Bauteile der Vorrichtung an die üblichen Abmessungen der Bauteile einer Spritze angepasst oder dergestalt gebildet, und/oder für die Bearbeitung von Proben in einem Spritzenkörper geeignet.
Insbesondere für die dauerhafte Verwendung umfasst oder besteht die Vorrichtung aus mindestens zwei, vorzugsweise zwei Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1–16, so dass eine kontinuierliche, vorzugsweise zeitlich unbegrenzte, Verwendung möglich ist, indem über geeignete Schläuche und Ventile immer eine Vorrichtung in Betrieb ist, während die andere regeneriert werden kann.
In einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist die Vorrichtung für die Verwendung in einem Kreislauf ausgestaltet und vorzugsweise in einen Kreislauf integriert.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Zylinder (1) durch gleichzeitige Bewegung der Filterscheibe (2) und Kolbenscheibe (4) bei geöffnetem Einlassventil (5) vorzugsweise mit Flüssigkeit gefüllt wird.
Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn der Zylinderraum zwischen der Filterscheibe (2) und dem abgeschlossenen Zylinderende über geeignete Ventile, vorzugsweise dem Ventil (5), passiv gefüllt wird.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird die Vorrichtung derart verwendet, dass bei geschlossenen Ventilen, insbesondere geschlossenem Ventil (5), die Filterscheibe (2) mittels Filterstempel (3) durch die Flüssigkeit gedrückt wird, während die Kolbenscheibe (4) in der Ausgangsstellung „Zylinder gefüllt” verbleibt.
In einer anderen vorteilhaften Verwendung werden Partikel, insbesondere Mikropartikel, zwischen Filterscheibe (2) und dem abgeschlossenen Zylinderende angereichert, die größer sind als der Porendurchmesser der Filterscheibe.
Vorteilhaft ist es für unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten insbesondere, wenn mehrere Filterscheiben (2) mit unterschiedlichen Porendurchmessern verwendet werden, die verbunden mit separaten Filterkolben (3) vor der Kolbenscheibe betrieben werden.
Bewährt hat sich die Vorrichtung insbesondere für die Anreicherung von Partikeln mit einem Durchmesser von > 0,01, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1.000 μm, aus Flüssigkeiten.
Vorteilhafterweise können die für die Verwendung der Vorrichtung vorgesehenen Flüssigkeiten jede chemische Zusammensetzung aufweisen, die geeignet ist, die anzureichernden Partikel in einem frei beweglichen Zustand zu halten.
Besonders geeignet ist die Vorrichtung insbesondere für die Verwendung zur Aufreinigung von wässrigen Suspensionen aus biotechnologischen Prozessen, Umweltproben, Spülproben aus Körperhöhlen, Blut und/oder Se- oder Exkrete.
Insbesondere geeignet ist die Vorrichtung für die Verwendung mit bzw. Abtrennung von den Partikeln: Viren, Bakterien, Protozoen, Zellorganelle, Einschlusskörper, somatische Zellen und/oder synthetische Partikel, wobei die synthetischen Partikel vorzugsweise Ergebnis eines biotechnologischen Prozesses sind oder synthetische Polymere.
Besonders geeignet ist die Verwendung auch für Biopolymerpartikel, die paramagnetische Eigenschaften aufweisen und/oder mit spezifischen Liganden versehen sind.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung insbesondere geeignet für die extra-korporale Verwendung in einem Kreislauf bzw. für die extra-korporale Integration in einen Kreislauf.
In einer weiteren, insbesondere für den kontinuierlichen Betrieb geeigneten Fortbildung, werden mindestens zwei, vorzugsweise zwei, der Vorrichtungen verwendet, so dass eine kontinuierliche, vorzugsweise zeitlich unbegrenzte, Verwendung ermöglicht ist, indem über geeignete Schläuche und Ventile immer eine Vorrichtung in Betrieb ist, während die anderer regeneriert wird.
Insbesondere geeignet ist die Vorrichtung vorteilhafterweise für die extra-korporale Blutbehandlung und/oder für die extra-korporale diagnostische oder die extrakorporale therapeutische Anwendung.
In einer besonders geeigneten Weiterbildung, insbesondere im medizintechnischen Bereich, erfolgt die Verwendung in Form einer Spritze und/oder für die Bearbeitung von Proben im Spritzenkörper.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum vorzugsweise kontinuierlichen Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten, wobei ein als Hohlzylinder mit einem Zylinderboden gebildeter Zylinder (1), über ein im Bereich des Zylinderbodens angeordnetes Ein- und Austrittsventil (5) mit Partikeln enthaltender Flüssigkeit befüllt wird, indem durch gleichzeitiges Bewegen einer oberhalb des Zylinderbodens angeordneten Filterscheibe (2) und einer darüber angeordneten, an der Filterscheibe (2) anliegenden Kolbenscheibe (4) die zu behandelnde Flüssigkeit in den Zylinder gesaugt wird, und nach Verschließen des Ventils (5) und insbesondere Arretierung der Kolbenscheibe (4) der Filtereinsatz in Richtung des Zylinderbodens, vorzugsweise bis zum Zylinderboden, durch die Flüssigkeit gedrückt wird, so dass alle Partikel mit einem größeren Durchmesser als der Porendurchmessers der Filterscheibe (2) vor dem Filtereinsatz in Richtung Zylinderboden angereichert werden, von wo aus sie über ein Ventil, vorzugsweise das Ventil (5), aus dem Zylinder abgeschieden bzw. transportiert werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn für das Verfahren eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–17 verwendet wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens erfolgt derart, dass die Filterscheibe (2) fest mit einem Stempel (3) verbunden ist und die Kolbenscheibe (4) als bewegliche Scheibe an der Filterscheibe (2) auf der probenabgewandten Seite anliegt, und bei offenem Ventil (5) die Filterscheibe (2) von der Ventilöffnung (5) wegbewegt wird, wobei die Kolbenscheibe (4) passiv mitgeführt wird, wodurch die Flüssigkeit in den Zylinder (1) gesaugt wird, und zum Trennen das Einlassventil (5) geschlossen wird und durch Druck auf den Stempel (3) die Filterscheibe (2) durch die Flüssigkeit gedrückt wird, während die Kolbenscheibe (4) in der oberen Position verbleibt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es inbesondere vorteilhaft, wenn es mittels einer Verwendung gemäß einem der Ansprüche 18–32 durchgeführt wird.
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für die extra-korporale Entnahme von Stoffen und/oder Partikeln aus Blut, wobei das Blut nach Antikoagulation über eine Blutpumpe in die Vorrichtung, die vorzugsweise als Vorrichtung gemäß Anspruch 10–17, insbesondere mit den Merkmalen nach Anspruch 10, 11 und/oder 13, ausgebildet ist, gepumpt wird, wobei sich die Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) am unteren Ende des Zylinders (1) befinden und sich am unteren Ende des Zylinders (1) Mikropartikel befinden, die vorzugsweise Moleküle, Partikel einschliesslich Krankheitserreger und/oder Zellen binden, und nach der Befüllung des Zylinderraums mit dem Blut alle Ventile (5) geschlossen werden und durch Druck auf den Filterstempel die Filterscheibe (2) durch das Blut geführt wird, so dass die Mikropartikel mit den daran gebundenen Molekülen, Partikel einschliesslich Krankheitserreger und/oder Zellen im Raum zwischen Filterscheibe (2) und Zylinderende angereichert werden und anschließend das in der Vorrichtung verbliebene Blut durch die Bewegung der Kolbensscheibe in Richtung Zylinderende, vorzugsweise über ein unterhalb der Filterscheibe (2) befindliches geöffnetes Auslassventil (5), in den Organismus zurückgeführt wird.
Vorteilhafterweise werden dabei, insbesondere für den kontinuierlichen Betrieb, die verbrauchten Mikropartikel regeneriert, bei Verwendung von Antikörpern als spezifischer Ligand vorzugsweise mittels einer pH-Absenkung auf < 3,0.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften und Ausführungsformen der Erfindung werden auch aus der nachfolgend gegebenen nicht erschöpfenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Durch gleichzeitiges Bewegen des Kolben und Filterteils wird über eine Ventilöffnung die zu behandelnde Flüssigkeit in den Zylinder gesaugt. Das Befüllen kann auch geschehen über ein Ventilsystem und Stempel/Filter-Stellung im distalen Bereich des Zylinders.
Sind alle Öffnungen über übliche Ventilsysteme verschlossen, wird der Filtereinsatz durch die Flüssigkeit gedrückt. Alle Partikel mit einem größeren Durchmesser als der Porendurchmessers des Filters werden vor dem Filtereinsatz in Richtung Zylinderende angereichert. Dort können sie über ein Ventil abgeschieden werden und je nach Bedarf verworfen, weiter be- oder verarbeitet und/oder durch neue ersetzt werden. In der 2 ist das Prinzip des Füllens, Partikelabscheidung und Entleeren und/oder Bearbeitung dargestellt. Für einen Fachmann ist die Anpassung des Prinzips an unterschiedliche technologische Notwendigkeiten durch zusätzliche Ventile, Filter, Pumpen, Dichtungen usw. und Kombinationen der erfindungsgemässen Vorrichtung jederzeit möglich.
Die Dichtheit des Systems wird über bekannte Verfahren, Werkstoffe und Vorrichtungen gesichert.
Eine Sonderform der Vorrichtung ist in den 3A und 3B dargestellt. Der Filter ist fest mit dem Stempel verbunden. Der Kolben sitzt als bewegliche Scheibe auf dem Filterstempel auf der probenabgewandten Seite. Bei offenem Ventil wird das Filter von der Ventilöffnung wegbewegt. Der Stempel wird passiv mitgeführt und saugt die Flüssigkeit in den Zylinder. Zum Trennen wird das Einlassventil geschlossen. Durch Druck auf dem Stempel wird das Filter durch die Flüssigkeit gedrückt. Die Kolbenscheibe verbleibt in der oberen Position. In einer frei wählbaren Position sind auf dem Filterstempel Vorrichtungen zum Festsetzten der Kolbenscheibe angebracht. Sie bestimmen, wie weit die Filterscheibe bei geschlossenem Ventil durch die Flüssigkeit bewegt werden kann. Zum Entleeren der abgeschiedenen Partikel vor der Filterscheibe wird das Auslassventil geöffnet. Durch Druck auf den Stempel schiebt die Kolbenscheibe die Flüssigkeitssäule in Richtung Auslass bis die Filterscheibe das Zylinderende oder eine andere mechanische Begrenzung erreicht hat.
Bei einer weiteren Variante ist die Auslassöffnung mit einem Filter versehen, das die gewünschte Partikelfraktion zurückhält. Das ermöglicht die mehrfache Wiederholung des beschriebenen Füll-, und/oder Trenn- und Entleerungsvorganges. Die gewünschten Partikel können so mehrfach mit gleichen oder anderen Flüssigkeiten versetzt werden. Die gewünschten Partikel können in der Vorrichtung verbleiben und dienen als z. B. Träger für übliche Nachweisverfahren, z. B. über Enzymreaktionen (Enzyme Immune Assay), oder sie werden über ein Auslassventil aus der Vorrichtung entfernt.
In der 4 ist der prinzipielle Ablauf des Fuellen, Abscheidens und Entleerens/Bearbeitens dargestellt.
Die Vorrichtung eignet sich auch für die Anwendung in einem geschlossenen Kreislauf. Für den kontinuierlichen, zeitlich unbegrenzten Betrieb sind zumindest zwei Vorrichtungen notwendig, die abwechselnd betrieben werden. Dadurch können im laufenden Betrieb die Partikel vor der Filterscheibe entnommen und bei Bedarf durch andere ersetzt werden.
Eine Verwendung der Vorrichtung im geschlossenen Kreislauf ist die Anwendung in einem extra-korporalen Blutkreislauf zum Zweck der Entnahme von Stoffen und/oder Partikeln aus dem strömenden Blut (5). Zweck der Anwendung ist das Erkennen krankhafter Zustände und/oder deren Behandlung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet, eine große Menge spezifischer Zellen aus dem strömenden Blut kontinuierlich zu entfernen, wie es z. B. bei bestimmten Tumoren, Infektionen oder systemischen Entzündungen notwendig ist. Über eine Blutpumpe wird das Blut nach Antikoagulation in die Vorrichtung gepumpt, Filter und Kolben befinden sich am unteren Ende des Zylinders. Im Zylinderraum befinden sich Partikel mit den gewünschten Eigenschaften. Diese binden z. B. Moleküle, Partikel einschließlich Krankheitserreger und/oder Zellen. Durch geeignete technische Lösungen wie Innenraumgestaltung, Vibration, Rühren, Schütteln, usw. werden die funktionalisierten Partikel in Suspension gehalten. Bei Notwendigkeit kann die Vorrichtung über übliche Verfahren temperiert werden. Sind die Partikel mit den Zielobjekten beladen, wird über ein Ventil das Blut in die andere Vorrichtung geleitet, die funktionstüchtigen Partikeln enthält.
Für die Entfernung der beladenen Partikel werden alle Ventile geschlossen. Durch Druck auf den Filterstempel wird das Filter durch das Blut geführt. Die Partikel werden im Raum zwischen Filter und Zylinderende angereichert. Über übliche Ventil-Systeme können die verbrauchten Partikel ersetzt werden. Eine Regeneration der verbrauchten Partikel ist möglich. Bei Verwendung von Antikörpern als spezifischer Ligand hat sich die pH-Absenkung auf < 3,0 bewährt. Aber auch andere Verfahren sind möglich, um insbesondere lebende Zellen von den Partikeln abzulösen. Die so rekonstituierten Partikel werden dem System wieder zugeführt. Die Vorrichtung und das beschriebene Verfahren ermöglicht durch die vielfache Wiederverwendung der kostenintensiven Liganden (z. B. monoklonale Antikörper) eine kostengünstige Anwendung insbesondere für die Behandlung von Krankheiten.
Am Ende einer extra-korporalen Behandlung wird das in den Vorrichtungen verblieben Blut durch die Bewegung des Kolbens in Richtung Zylinderende in den Organismus zurückgeführt.
Das Verfahren eignet sich sowohl zum Abtrennen verschieden großer Zellen (z. B. Fettzellen), als auch funktionalisierter Partikel, die der Flüssigkeit zugesetzt werden um spezifische Zielobjekte zu separieren. Material und Beschaffenheit der funktionalisierten Partikel richten sich nach dem jeweiligen Zielen. Partikel mit großer Oberfläche werden vorzugsweise für die Bindung von Molekülen angewendet werden, für die Separation von Partikel und Zellen werden besonders Biopolymere ohne große innere Oberfläche Verwendung finden.
Während die Regeneration von Immunadsorbern für die Entfernung von Molekülen Stand der Technik ist, erlaubt die erfindungsgemässe Vorrichtung erstmals die Regeneration und Wiederverwendung von festen Trägern, vorzugsweise Partikel, für die Entfernung von spezifischen Zellen aus dem strömenden Blut.
Insbesondere für den therapeutischen Einsatz in einem extra-korporalen System können Partikel mit unterschiedlicher Funktionalisierung, wie z. B. für die Entfernung von Proteinen wie Komplement-Faktoren oder Interleukine kombiniert werden mit Partikeln, die spezifische Zellen erkennen. Die jeweilige Kombination richtet sich nach der pathogenetischen Bedeutung der Zielobjekte.
Auch die Verwendung paramagnetischer Partikel ist möglich. Nach Beladung mit dem Zielobjekten und Entfernung aus der Vorrichtung können diese durch die Einwirkung eines Magnetfeldes in bekannter Weise separiert und weiter be- oder verarbeitet werden.
Der Porendurchmesser der Filter richtet sich nach der Beschaffenheit der Flüssigkeit und der Partikelgröße. Für Blut eignen sich besonders Poren mit einem Durchmesser ≥ 20 μm. Funktionalisierte Partikel müssen stets größer sein, als der Porendurchmesser, um eine Abscheidung in der Vorrichtung zu ermöglichen.
Die gleichzeitige Verwendung mehrere Filterscheiben in einer Vorrichtung ist ebenfalls möglich. Separate Ein- und Auslass-Ventile ermöglichen die getrennte Entfernung der jeweiligen Partikelfraktion.

Prinzipieller Aufbau:

1: Zylinder,
2: Filterscheibe,
3: Filterstempel
4: Kolbenscheibe
5: Ein- und Austrittsventil
6: Dichtungen,
7: Kolbenstempel

– und bei Bedarf weitere Ventile und Schlauchverbindungen.

Die in den 1–3 gezeigte Nummerierung gilt für die weiteren Abbildungen darstellungsgemäß entsprechend.
1: Abscheideprinzip
2: Zweistempel-Vorrichtung, Darstellung des Prinzips des Füllens, der Partikelabscheidung und des Entleerens und/oder der Bearbeitung
3: Einkolbenvarianten, als Sonderform der Vorrichtung

A: Kolbenscheiben-Arretierung in beide Richtungen
B: Kolbenscheiben-Arretierung in eine Richtung

4: Einstempelvariante-Funktionen
5: Vorrichtung im extra-korporalen Kreislauf
Alle in der vorangehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Abbildungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Vorrichtung zum Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten mit oder bestehend aus a. einem Zylinder (1), in dem mindestens eine Filterscheibe (2), die mit einem Filterstempel (3) fest verbunden ist, und eine Kolbenscheibe (4) verschiebbar gelagert sind, so dass mittels des Filterstempels (43) die mindestens eine Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) gemeinsam und die Filterscheibe (2) einzeln durch den Zylinder (1) bewegt werden können, und der Zylinder (1) an dem der mindestens einen Filterscheibe (2) zugewandten Ende abgeschlossen ausgebildet und mit mindestens einem Ein- und Austrittsventil (5) versehen ist, b. Dichtungen (6), mit denen die mindestens eine Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) versehen sind, wobei die Dichtungen (6), die insbesondere als Dichtungsringe gebildet sind, die Zylinderwand vorzugsweise über ihren gesamten Querschnitt berühren, und c. bei Bedarf weiteren Ventile und Schlauchverbindungen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1) als Hohlzylinder mit einem Zylinderboden gebildet ist, wobei mindestens ein Ein- und Austrittsventil (5) im Bereich des Zylinderbodens angeordnet ist und die mindestens eine Filterscheibe (2) oberhalb des Zylinderbodens angeordnet ist, und die Kolbenscheibe (4) oberhalb des Zylinderbodens und der mindestens einen Filterscheibe (2) angeordnet ist, wobei die Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) mit den daran vorgesehenen Dichtungen (6) jeweils den Querschnitt des Hohlzylinders im Wesentlichen ausfüllen und vorzugsweise parallel zum Zylinderboden angeordnet sind, und die Kolbenscheibe (4) eine Öffnung, insbesondere mittige Bohrung, aufweist, durch die der Filterstempel (4) vorzugsweise koaxial bezüglich des Zylinders (1) geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kolbenscheibe (4) fest mit einem Kolbenstempel (7) verbunden ist, so dass die Kolbenscheibe (4) mittels des Kolbenstempels (7) einzeln durch den Zylinder (1) bewegt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenstempel (7) als Hohlrohr gebildet ist und/oder koaxial bezüglich des Zylinders (1) gelagert bzw. führbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterstempel (3) sich zumindest teilweise in dem Kolbenstempel (7) befindet bzw. in diesem geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet dass der Kolbenstempel (7) in seinem Inneren den Filterstempel (3) frei gleitend, vorzugsweise koaxial bezüglich des Zylinders (1), fixiert.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenscheibe (4) auf dem Filterstempel (3) frei beweglich gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Filterstempel (3) in frei wählbarem Abstand zur Filterscheibe (2) wenigstens eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Kolbenscheibe (4) bei Bewegung des Filterstempels (3) in Richtung Ein- und Auslass-Ventil (5) arretiert, wobei die Arretierung sowohl in nur eine wie auch beide Bewegungsrichtungen vorgesehen sein kann.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kolbenscheibe (4) wenigstens eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Kolbenscheibe (4) bei Bewegung des Filterstempels (3) in Richtung Ein- und Auslass-Ventil (5) arretiert, wobei die Arretierung sowohl in nur eine wie auch beide Bewegungsrichtungen vorgesehen sein kann.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass- und/oder Auslassventil (5) vorgesehen ist, das mit einem Filter, der vorzugsweise eine Porengröße aufweist, die geringer ist als der Durchmesser von in dem Zylinder (1) befindlichen Partikeln, insbesondere Mikropartikeln.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einlassventil (5) und mindestens ein Auslassventil (5) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Auslassventil mit einem Filter, vorzugsweise mit der Porengröße der mindestens einen Filterscheibe (2), versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Filterscheiben (2) mit unterschiedlichen Porendurchmessern vorgesehen sind, die jeweils verbunden mit separaten Filterkolben (3) vor der Kolbenscheibe (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Porendurchmesser der mindestens einen Filterscheibe (2) zwischen 0,01 und 1.000 μm beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Spritze ausgebildet ist und/oder für die Bearbeitung von Proben in einem Spritzenkörper geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit oder bestehend aus mindestens zwei Ausführungen der Vorrichtung gemäß den vorangehenden Ansprüchen, so dass eine kontinuierliche, vorzugsweise zeitlich unbegrenzte, Verwendung möglich ist, indem über geeignete Schläuche und Ventile immer eine Vorrichtung in Betrieb ist, während die andere regeneriert werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Verwendung in einem Kreislauf ausgestaltet ist, vorzugsweise in einen Kreislauf integriert ist.
Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der vorangehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1) durch gleichzeitige Bewegung der Filterscheibe (2) und Kolbenscheibe (4) bei geöffnetem Einlassventil gefüllt wird.
Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet dass der Zylinderraum zwischen der Filterscheibe (2) und dem abgeschlossenen Zylinderende über geeignete Ventile, vorzugsweise dem Ventil (5), passiv gefüllt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–19, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenen Ventilen, insbesondere geschlossenem Ventil (5), die Filterscheibe (2) mittels Filterstempel (3) durch die Flüssigkeit gedrückt wird, während die Kolbenscheibe (4) in der Ausgangsstellung „Zylinder gefüllt” verbleibt.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–20, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel zwischen Filterscheibe (2) und dem abgeschlossenen Zylinderende angereichert werden, die größer sind als der Porendurchmesser der Filterscheibe.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Filterscheiben (2) mit unterschiedlichen Porendurchmessern verwendet werden, die verbunden mit separaten Filterkolben (3) vor der Kolbenscheibe betrieben werden.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–22 für die Anreicherung von Partikeln mit einem Durchmesser von > 0,01, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1.000 μm, aus Flüssigkeiten.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–23, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeiten jede chemische Zusammensetzung aufweisen können, die geeignet ist, die anzureichernden Partikel in einem frei beweglichen Zustand zu halten.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–24, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeiten bevorzugt wässrige Suspensionen sind aus biotechnologischen Prozessen, Umweltproben, Spülproben aus Körperhöhlen, Blut, Se- oder Exkrete.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–25, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel Viren, Bakterien, Protozoen, Zellorganelle, Einschlusskörper, somatische Zellen oder synthetische Partikel seien können.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–26, dadurch gekennzeichnet, dass die synthetischen Partikel Ergebnis eines biotechnologischen Prozesses sind oder synthetische Biopolymere.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–27, dadurch gekennzeichnet, dass die synthetischen Biopartikel mit paramagnetischen Eigenschaften und/oder spezifischen Liganden versehen seien können.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einen Kreislauf integriert werden kann.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–29, insbesondere einer Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei bei Verwendung von mindestens zwei Ausführungen der Vorrichtung eine kontinuierliche, vorzugsweise zeitlich unbegrenzte, Verwendung erfolgt, indem über geeignete Schläuche und Ventile immer eine Vorrichtung in Betrieb ist, während die anderer regeneriert wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–30 für die extra-korporale Blutbehandlung und/oder für die extra-korporale diagnostische oder die extrakorporale therapeutische Anwendung.
Verwendung nach einem der Ansprüche 18–31, insbesondere einer Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwendung in Form einer Spritze erfolgt und/oder für die Bearbeitung von Proben im Spritzenkörper.
Verfahren zum vorzugsweise kontinuierlichen Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet dass ein als Hohlzylinder mit einem Zylinderboden gebildeter Zylinder (1), über ein im Bereich des Zylinderbodens angeordnetes Ein- und Austrittsventil (5) mit Partikeln enthaltender Flüssigkeit befüllt wird, indem durch gleichzeitiges Bewegen einer oberhalb des Zylinderbodens angeordneten Filterscheibe (2) und einer darüber angeordneten, an der Filterscheibe (2) anliegenden Kolbenscheibe (4) die zu behandelnde Flüssigkeit in den Zylinder gesaugt wird, und nach Verschließen des Ventils (5) und insbesondere Arretierung der Kolbenscheibe (4) der Filtereinsatz in Richtung des Zylinderbodens, vorzugsweise bis zum Zylinderboden, durch die Flüssigkeit gedrückt wird, so dass alle Partikel mit einem größeren Durchmesser als der Porendurchmessers der Filterscheibe (2) vor dem Filtereinsatz in Richtung Zylinderboden angereichert werden, von wo aus sie über ein Ventil, vorzugsweise das Ventil (5), aus dem Zylinder abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–17 verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 32–33, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterscheibe (2) fest mit einem Stempel (3) verbunden ist und die Kolbenscheibe (4) als bewegliche Scheibe an der Filterscheibe (2) auf der probenabgewandten Seite anliegt, und bei offenem Ventil (5) die Filterscheibe (2) von der Ventilöffnung (5) wegbewegt wird, wobei die Kolbenscheibe (4) passiv mitgeführt wird, wodurch die Flüssigkeit in den Zylinder (1) gesaugt wird, und zum Trennen das Einlassventil (5) geschlossen wird und durch Druck auf den Stempel (3) die Filterscheibe (2) durch die Flüssigkeit gedrückt wird, während die Kolbenscheibe (4) in der oberen Position verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33–35, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels einer Verwendung gemäß den Ansprüchen 18–32 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33–36 für die extra-korporale Entnahme von Stoffen und/oder Partikeln aus Blut, dadurch gekennzeichnet, dass das Blut nach Antikoagulation über eine Blutpumpe in die Vorrichtung, die vorzugsweise als Vorrichtung gemäß Anspruch 10–17 ausgebildet ist, gepumpt wird, wobei sich die Filterscheibe (2) und die Kolbenscheibe (4) am unteren Ende des Zylinders (1) befinden und sich am unteren Ende des Zylinders (1) Mikropartikel befinden, die vorzugsweise Moleküle, Partikel einschliesslich Krankheitserreger und/oder Zellen binden, und nach der Befüllung des Zylinderraums mit dem Blut alle Ventile (5) geschlossen werden und durch Druck auf den Filterstempel die Filterscheibe (2) durch das Blut geführt wird, so dass die Mikropartikel mit den daran gebundenen Molekülen, Partikel einschliesslich Krankheitserreger und/oder Zellen im Raum zwischen Filterscheibe (2) und Zylinderende angereichert werden und anschließend das in der Vorrichtung verbliebene Blut durch die Bewegung der Kolbensscheibe in Richtung Zylinderende, vorzugsweise über ein unterhalb der Filterscheibe (2) befindliches geöffnetes Auslassventil (5), in den Organismus zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die verbrauchten Mikropartikel regeneriert werden werden, bei Verwendung von Antikörpern als spezifischer Ligand vorzugsweise mittels einer pH-Absenkung auf < 3,0.