(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024054444
(43)【公開日】2024-04-17
(54)【発明の名称】チューブ式ローラーポンプ装置
(51)【国際特許分類】
A61M 60/279 20210101AFI20240410BHJP
F04C 5/00 20060101ALI20240410BHJP
C12M 1/00 20060101ALI20240410BHJP
A61M 60/104 20210101ALN20240410BHJP
A61M 60/837 20210101ALN20240410BHJP
【FI】
A61M60/279
F04C5/00 341B
F04C5/00 341F
C12M1/00 A
A61M60/104
A61M60/837
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022160630
(22)【出願日】2022-10-05
(71)【出願人】
【識別番号】595040205
【氏名又は名称】株式会社東海ヒット
(74)【代理人】
【識別番号】100098936
【弁理士】
【氏名又は名称】吉川 晃司
(74)【代理人】
【識別番号】100098888
【弁理士】
【氏名又は名称】吉川 明子
(72)【発明者】
【氏名】後藤 晴紀
【テーマコード(参考)】
4B029
4C077
【Fターム(参考)】
4B029AA27
4B029BB11
4B029CC01
4B029HA09
4C077AA04
4C077CC03
4C077DD07
4C077DD26
4C077EE01
4C077HH03
4C077HH17
4C077JJ03
4C077JJ18
4C077KK30
(57)【要約】 (修正有)
【課題】血液中の赤血球等を極力潰さずに、同時に血液に接触せずに連続的な送液を、小型で安価に構築したもので実現できるローラーポンプ装置の提供。
【解決手段】ローラー43はポンプチューブ45を最大に押圧するときであっても完全には圧閉せず、半閉程度になる、そのため、赤血球等の圧閉による潰れは阻止される。しかも、空気を還さずに連続的な送液が実現できている。ポンプの推進力は落ちるが、逆止弁35、35が設けられており、逆流は阻止されて、ポンプの推進力が最大限利用されるようになっている。灌流液Kに気泡が含まれている場合には、特に吸引側に影響が出て吸込みし難くなるが、送液方向上流側にも逆止弁35が設けられており、灌流液Kの状態を問わず安定した吸引が確保されている。
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
可撓性チューブと、前記可撓性チューブを内面周壁に沿わせてU字形に湾曲させて収容するチューブ押えおよび前記内面周壁の内側で同軸状且つ回転可能に支持されるローラーホルダと、前記ローラーホルダの外周側に自公転可能に支持されて前記可撓性チューブを弾性的に潰しながら移動するローラーを2つ以上含むポンプヘッドと、前記ローラーホルダの作動により吸引される側と排出される側にそれぞれ設けられた逆止弁を備え、
前記ローラーは前記可撓性チューブを潰す際に完全には圧閉しない構成になっていることを特徴とするチューブ式ローラーポンプ装置。
【請求項2】
請求項1に記載したチューブ式ローラーポンプ装置において、
逆止弁はダックビルタイプになっていることを特徴とするチューブ式ローラーポンプ装置。
【請求項3】
請求項2に記載したチューブ式ローラーポンプ装置において、
ローラーは等間隔をあけて3つ以上設けられていることを特徴とするチューブ式ローラーポンプ装置。
【請求項4】
請求項1または2に記載したチューブ式ローラーポンプ装置において、
ポンプヘッドはオートクレーブ処理可能であり、逆止弁と可撓性チューブはいずれも使い捨て品で構成されていることを特徴とするチューブ式ローラーポンプ装置。
【請求項5】
請求項1または2に記載したチューブ式ローラーポンプ装置において、
血液を送液するのに用いることを特徴とするチューブ式ローラーポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は細胞、組織、臓器、動物等の生体試料に血液を含む灌流液を流す送液系を構成るのに適したチューブ式ローラーポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から血液送液系で使用されている専用の送液ポンプは、臨床用途が多く、特許文献1に記載のように遠心ポンプなどどれも高精度になっているが、その一方で複雑で高価であり、手軽に使用したいような小型で安価なものがない。
そのため、動物実験用には、市販の比較的小型で安価なローラーポンプやシリンジポンプが代用されている。
【0003】
近年は、細胞から組織や臓器を作製する組織工学の発展が期待されているが、生体外において立体組織に導入された血管網への血液の送液では、赤血球等が潰れてしまうことは極力回避しなければならない。而して、ローラーポンプは、基本的には、可撓性チューブをローラーでしごいて圧閉する方式なので、血液中の赤血球等が潰れてしまう。シリンジポンプは、シリンジを押し出す方式のため、連続送液ができない。その他、ダイヤフラム式のポンプでも市販の比較的小型で安価なタイプがあり、このタイプでは赤血球等を潰したりせず、連続送液も可能になっているが、ダイヤフラムが血液に接触するため、これらの腐食や血液のコンタミネーションにつながるので、送液ポンプとしては実際のところ使用されていない。
【0004】
我々は、先に、特許文献2で、完全閉鎖型灌流液送液系を提案しており、この送液系では、血液に接触せずに連続的な送液を、小型で安価に構築したもので実現できてはいるが、耐溶血性能については、更なる向上要望がある。
また、血小板のように空気と接触すると凝固するような成分を含んで送液する場合には、空気を還さない方式にすることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006-325750号公報
【特許文献2】特開2022-100769号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、血液中の赤血球等を極力潰さずに、同時に腐食やコンタミネーションに繋がるような血液との接触を回避しながら、空気を還さずに連続的な送液を、小型で安価に構築したもので実現できる、新規且つ有用なローラーポンプ装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、可撓性チューブと、前記可撓性チューブを内面周壁に沿わせてU字形に湾曲させて収容するチューブ押えおよび前記内面周壁の内側で同軸状且つ回転可能に支持されるローラーホルダと、前記ローラーホルダの外周側に自公転可能に支持されて前記可撓性チューブを弾性的に潰しながら移動するローラーを2つ以上含むポンプヘッドと、前記ローラーホルダの作動により吸引される側と排出される側にそれぞれ設けられた逆止弁を備え、前記ローラーは前記可撓性チューブを潰す際に完全には圧閉しない構成になっていることを特徴とするチューブ式ローラーポンプ装置である。
【0008】
好ましくは、逆止弁はダックビルタイプになっている。
好ましくは、ローラーは等間隔をあけて3つ以上設けられている。ローラー43を2つ以上設ければ動作は確保できるが、3つ以上設けて、周方向で隣り合うローラー43、43どうしの間隔を狭くさせると、流量帯の状況を問わず、吸引・排出に伴う陰陽圧の変化も安定して小さくなって、赤血球等の衝撃による潰れも阻止できるので好ましい。陰陽圧を効果的に抑制するには、ローラーを3つ以上設けるのが理想的である。
好ましくは、ポンプヘッドはオートクレーブ処理可能であり、逆止弁と可撓性チューブはいずれも使い捨て品で構成されている。
【発明の効果】
【0009】
本発明のローラーポンプ装置によれば、灌流液が血液の場合でも、その中に含まれる赤血球等を極力潰さずに、同時に腐食やコンタミネーションに繋がるような血液との接触を回避しつつ、更に空気を還さずに連続的な送液を、小型で安価に構築したもので実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の実施の形態に係るチューブ式ローラーポンプ装置の斜視図である。
【
図2】
図1のチューブ式ローラーポンプ装置の断面図である。
【
図3】
図1のチューブ式ローラーポンプ装置の逆止弁部分の斜視図である。
【
図4】
図1のチューブ式ローラーポンプ装置のポンプヘッドのイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施の形態に係るチューブ式ローラーポンプ装置1について、図面にしたがって説明する。
図1に示すポンプユニット3の筐体5には、ポンプヘッド37(
図4)とモータ(図示省略)が収容されている。
筐体5は角形箱状の下部5aと半円状に膨らんだ上部5bとでなり、分離可能になっている。
上部5bには一対の円筒部5c、5cが互いに平行に突設されて筐体5内と連通している。この円筒部5c、5cは横方向で並列されており、それぞれの円筒部5c、5cには、接続用のSUS製の剛性パイプ7、7が内嵌されて固定されている。この剛性パイプ7の軸方向一端側は筐体5c内に突出し、他端側は円筒部5cの先端開口よりも先に延びている。
各剛性パイプ7の延長部分には、シリコン製の可撓性チューブ9の一端側が外嵌めされている。
【0012】
符号11はソケットを示す。2つのソケット11、11が共に一つの共用蓋部13を共用することで一体化されている。
共用蓋部13は長円形のプレート状になっており、長手方向両側がそれぞれ実質的な蓋部15として機能し、その中間が連結部として機能している。
【0013】
蓋部15では、板厚方向に貫通して円形の貫通穴が形成されており、一方の板面である天面側からはその穴縁に沿って円筒形の接続筒17が突設されている。この接続筒17の外周面には途中で段差が設けられており、段差を挟んで基端側より先方側が細くなっている。内周面の径は外周面の基端側に対応する箇所ではテーパ状になって先方に向かって先細りになっているが、段差より先ではそれ以上先細りにならずに同径で延びている。また、他方の板面である閉塞面からも接続筒17と同軸状に円筒形の内筒19が突設されている。この内筒19の内周面の径は蓋部15の貫通穴の穴径と同じになっている。
内筒19の外周面には、周方向に沿って円環状の凹条19aが形成されており、この凹条19aにOリング21が嵌合されている。また、端面側に段差が設けられて、端面側の外周面は僅かに縮径されており、円環状の凹角縁部19bが形成されている。
【0014】
符号23はソケット本体を示し、このソケット本体23は内筒19に対して外嵌される円筒形の外筒25と底面部27とで構成されている。外筒25の内周面には、段差が設けられて、底面部27側の内周面は僅かに縮径されており、円環状の凸角縁部25aが形成されている。
底面部27の中心には板厚方向に貫通して円形の貫通穴が形成されており、その穴縁に沿って円筒形の接続筒29が突設されている。この接続筒29と接続筒17の内外径は同じサイズになっている。
ソケット本体23に蓋部15を被せた状態では、Oリング21の径方向外方に突出した部分が圧迫されて外筒25の内周面と内筒19の外周面との間の隙間を閉塞して封止している。
蓋部15の円弧縁はソケット本体23の外筒25の外周面の一部と面一で連なっている。
【0015】
共用蓋部13の長手方向両側でそれぞれソケット11、11が上記のように構成されている。但し、ソケット11、11は共用蓋部13の板面を介して逆側の向きになっている。
共用蓋部13とソケット本体23にはそれぞれ封止状態で連通する貫通穴が複数形成されており、それぞれにセムスネジ31を通してナット33で締めることで、ソケット11、11が一体化した状態で固定されている。
【0016】
ソケット11では、接続筒17~蓋部15~内筒19~接続筒29の内周面は軸方向に同軸状に連通して両端面が開放された空間になっており、蓋部15~内筒19の間の同径空間に、逆止弁35が装着されている。
この逆止弁35は弾性を有する耐熱樹脂製で、一体成形されて、アヒルのくちばしのようなダックビル状になっている。
逆止弁35の基部35aは下方に向かって先細りした円筒状になっており、上端部の外周面には径方向外方に向かって環状係止部35bが延びている。基部35aの下側には、くちばし状部35cが連設されており、このくちばし状部35cは一対のリップ部で形付けられている。
【0017】
くちばし状部35cは、上側では真円状に開口しているが、下方に向かって徐々に曲率半径の小さな長円状に遷移しており、下端では開口は直線状のスリット35d(切れ目)になっている。逆止弁35では、基部35aに液体が流入するとくちばし状部35cを通りスリット35を押し開かせて流出する。くちばし状部35cの外側から液体が向かってきてもスリット35dを開かせることはできない。
ソケット11では、封止状態では、外筒25側の凸角縁部25aに内筒19側の凹角縁部19bが嵌り込んでいるが、周方向側では隙間がある。この隙間に、逆止弁35の環状係止部35bが入り込んで弾性的に圧接されている。基部35aとくちばし状部35cは内筒19と蓋部15の中空部分に配置されており、基部35cが接続筒29と連通しており、くちばし状部35cの先細り方向が接続筒17を向いている。
【0018】
従って、接続筒29から接続筒17への一方向だけの流通が可能になっている。
なお、ソケット11を送液方向で区別する場合には、ソケット11A、11Bとする。
ソケット11Aの接続筒17に一方の可撓性チューブ9の他端側が外嵌され、ソケット11Bの接続筒17に他方の可撓性チューブ9の他端側が外嵌されている。
【0019】
図4にポンプユニット3の筐体5の内部に収容されているポンプヘッド37を示す。このポンプヘッド37では、可撓性チューブ9と同様のサイズ及び素材で構成された可撓性のポンプチューブ45の中間部がチューブ押え(カセット)39の内面周壁に沿わせてU字形に湾曲されて装着されており、その両端側はチューブ押え39の外側へ張り出している。
ポンプチューブ45の内側ではチューブ押え39の円弧部分に同軸状に軸周りに回転可能にローラーホルダ41が支持されている。このローラーホルダ41には4本のアームが90°の間隔をあけて放射状に外方に向かって延びており、それぞれのアームの先端側に自公転可能に円盤状のローラー43が取付けられている。ローラー43の公転中心線は、ローラーホルダ41の回転中心線と同軸状になっている。
【0020】
接続用の剛性パイプ7、7のそれぞれ筐体5内に突出した一端側に、ポンプチューブ45の両端側が外嵌めされて固定されている。
図4に示すように、ローラーホルダ41が白矢印に従って回転すると、ローラー43がチューブ押え39の内面周壁との間でポンプチューブ45を挟んで弾性的に圧閉しつつ黒矢印に従って転動する。これにより、ポンプチューブ45はしごかれ、ポンプチューブ45内に連通する可撓性チューブ9内から灌流液Kが吸引され、且つ、ポンプチューブ45内の灌流液Kが連通する可撓性チューブ9に排出される。この吸引・排出の繰り返しにより、灌流液Kが一方向に送液される。
【0021】
可撓性チューブ9を送液方向で区別する場合には、可撓性チューブ9A、9Bとする。
送液方向上流側の可撓性チューブ9Aはポンプチューブ45と、可撓性チューブ9Aに向かう方向のみの流通を許容するソケット11Aと連通接続されており、下流側の可撓性チューブ9Bはポンプチューブ45と、可撓性チューブ9Bに向かう方向のみの流通を許容するソケット11Bと連通接続されている。
ポンプヘッド37のモータ駆動により、灌流液Kが可撓性チューブ9A内からポンプチューブ45内を通って可撓性チューブ9B内に送液されるようになっており、灌流系システムを構築する場合には、ソケット11Aの接続筒29はリザーバー(図示省略)にチューブ接続され、ソケット11Bの接続筒29は培養容器側にチューブ接続される。
【0022】
本発明の特徴として、
図4の[半圧閉]のイメージ図に示すように、ローラー43はポンプチューブ45を最大に押圧するときであっても完全には圧閉せず、半圧閉程度になるように、ローラー43のサイズが調整されており、ローラー43がポンプチューブ45をしごきつつ移動する際には、灌流液Kが血液で赤血球等の潰れ易い成分が含まれていても、赤血球等の圧閉による潰れは阻止される。
また、ローラー43が4つ設けられており、周方向で隣り合うローラー43、43どうしの間隔が狭くなっている。そのため、吸引・排出に伴う陰陽圧の変化も小さくなっており、この変化に伴う衝撃が和ぐことから、赤血球等の衝撃による潰れも阻止される。
しかも、空気を還さずに連続的な送液が実現できており、空気との接触を嫌う場合には有用である。
【0023】
一方、ポンプチューブ45を完全に圧閉しない分だけ、ポンプの推進力は落ちるが、送液方向下流側及び上流側にそれぞれ逆止力の強い逆止弁35、35が設けられており、逆流は阻止されて、ポンプの推進力が最大限利用されるようになっている。灌流液Kに気泡が含まれている場合には、特に吸引側に影響が出て吸込みし難くなるが、送液方向上流側にも逆止弁35が設けられており、灌流液Kの状態を問わず安定した吸引が確保されている。
送液圧力には限界があり、高圧力の送液が必要な場合には適さないが、上記の利点を生かす用途には有用である。
なお、既存のローラーポンプは、
図4の[全圧閉]のイメージ図に示すように完全にポンプチューブ45を潰しており、逆止弁35のような併用は想定されていなかった。
【0024】
このチューブ式ローラーポンプ装置1は、既存のローラーポンプと同様に、小型で安価な部材の組み合わせで構成することが可能になっており、このうち、ポンプヘッド37はオートクレーブ処理可能になっており、灌流液Kに晒される逆止弁35、可撓性チューブ9、ポンプチューブ45は使い捨て用になっている。
【0025】
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、ポンプユニット内の各部材の素材や形状、更にその配置は、特にローラーがポンプチューブを潰す際に完全には圧閉しない構成が実現できるものであれば、変更可能になっている。
【符号の説明】
【0026】
1…チューブ式ローラーポンプ装置
3…ポンプユニット 5…筐体 5a…下部
5b…上部 5c…円筒部 7…剛性パイプ
9(9A、9B)…可撓性チューブ
11(11A、11B)…ソケット
13…共用蓋部 15…蓋部 17…接続筒
19…内筒 19a…凹条 19b…凹角縁部
21…Oリング 23…ソケット本体 25…外筒
25a…凸角縁部 27…底面部 29…接続筒
31…セムスネジ 33…ナット 35…逆止弁
35a…基部 35b…環状係止部 35c…くちばし状部
35d…スリット 37…ポンプヘッド 39…チューブ押え
41…ローラーホルダ 43…ローラー 45…ポンプチューブ
K…灌流液