专利汇可以提供颗粒的分离和浓缩专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且描述了用于受控增量过滤(CIF)的装置、方法和 试剂 盒 以及设计CIF装置的方法。例如,用于CIF的方法可以调节 流体 中具有所希望的尺寸的颗粒的浓度。包括所述颗粒的所述流体可以沿流动路径流过中心通道以与多个间隙 接触 ,所述多个间隙将所述中心通道流体联接到至少一个邻近的侧通道网络。为了有效调节所述颗粒的浓度,可以沿所述流动路径的至少一部分减小 流动阻 力 。所述方法可以包括选择大于所述颗粒的所述多个间隙。所述方法可以包括使所述中心通道中的一致流动分数f间隙横穿所述多个间隙中的每个间隙并且沿所述流动路径流过所述至少一个侧通道网络。,下面是颗粒的分离和浓缩专利的具体信息内容。
1.一种受控增量过滤(CIF)装置100,其被配置用于调节微流体流104中具有所希望的尺寸的颗粒102的浓度,所述CIF装置100包括:
衬底106,所述衬底106包括至少一个CIF模块108,所述衬底106限定在每个CIF模块108中:
中心通道110,所述中心通道110沿流动路径112在中心通道流输入114与中心通道流输出116之间延伸,
邻近所述中心通道110的多个微特征结构122,所述多个微特征结构122限定多个间隙
124,所述多个微特征结构122将所述中心通道110与至少一个侧通道网络117隔开,所述多个间隙124被配置来将所述中心通道110流体联接到所述至少一个侧通道网络117,所述至少一个侧通道网络117沿所述中心通道110延伸到至少一个侧通道输出120,所述至少一个侧通道网络117包括以下各项中的一项或多项:
第一侧通道网络部分117a,所述第一侧通道网络部分117a包括:邻近所述中心通道110的多个侧通道弯曲部119、所述多个微特征结构122a的至少一部分和所述多个间隙124a的至少一部分;所述多个侧通道弯曲部119通过沿所述流动路径112减小的多个长度121a来表征,每个侧通道弯曲部119将所述第一侧通道网络部分117a中的所述多个间隙124a中的至少一个间隙流体联接到以下各项中的一项或多项:所述多个间隙124a中的邻近的间隙和所述多个弯曲部119中的邻近的弯曲部;以及
第二侧通道网络部分117b,所述第二侧通道网络部分117b包括:邻近所述中心通道110的侧通道118、所述多个微特征结构122b的至少一部分和所述多个间隙124b的至少一部分;
所述侧通道118通过流动截面139来表征,所述流动截面139沿所述流动路径112增加以使得第二侧通道网络部分117b中的所述多个间隙124b通过以下各项中的一项或多项来表征:一致流动分数f间隙和多个不同的间隙体积流速,
所述至少一个侧通道网络117通过有效用于调节所述微流体流104中具有所述所希望
的尺寸的颗粒102的所述浓度,沿所述流动路径112的至少一部分减小的流动阻力来表征。
2.如权利要求1所述的CIF装置,所述至少一个侧通道网络117包括沿所述流动路径112按顺序先后出现的所述第一侧通道网络部分117a和所述第二侧通道网络部分117a。
3.如权利要求1所述的CIF装置,其包括两个所述侧通道网络117、117',所述两个侧通道网络117、117'邻近所述中心通道110并且所述两个侧通道网络117、117'被所述中心通道
110隔开。
4.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108中的所述多个间隙124通过平行于所述流动路径112的平均间隙截面区域126来表征,所述平均间隙截面区域126的尺寸相较于具有所希望的尺寸的所述颗粒102被设定成有效用于以下各项中的一项或多项:
减轻或消除所述多个间隙124因所述颗粒102所致的结垢;以及
减轻或消除所述多个间隙124对所述颗粒102的空间排阻。
5.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108中的所述中心通道110通过所述中心通道流输入114流体联接到输入源128。
6.如权利要求5所述的CIF装置,所述至少一个侧通道网络117通过到所述中心通道110的所述多个间隙124流体联接到所述输入源128。
7.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108中的所述多个间隙124包括至少约为以下各项中的一项或多项的间隙124数目:50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、2,
500、5,000、7,500、10,000、50,000、100,000、500,000以及1,000,000。
8.如权利要求1所述的CIF装置,所述第一侧通道网络117a和所述第二侧通道网络117b的一个或多个中的所述多个间隙124中的每个间隙通过平行于所述流动路径112的平面中的基本上相同的截面流动区域126来表征。
9.如权利要求1所述的CIF装置,所述第一侧通道网络117a和所述第二侧通道网络117b的一个或多个中的所述多个间隙124为以下各项中的一项或多项:沿所述流动路径112基本上等距地间隔开以及沿所述流动路径112增加间距。
10.如权利要求1所述的CIF装置,所述第一侧通道网络117a和所述第二侧通道网络
117b的一个或多个中的所述多个间隙124通过每个间隙124平行于所述流动路径112的宽度
144与所述衬底106中的每个间隙124的深度142的小于约以下各项中的一项或多项的平均纵横比来表征:约16:1、15:1、10:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、1:15、
1:20、1:25以及1:30。
11.如权利要求1所述的CIF装置,所述第一侧通道网络117a和所述第二侧通道网络
117b的一个或多个中的所述多个间隙124通过所述衬底106中的平均间隙深度142来表征,所述衬底106中的所述平均间隙深度142大于约为以下各项中的一项或多项的百分比的所述衬底106中的所述中心通道110的深度140:5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、70、
80、90以及100。
12.如权利要求1所述的CIF装置,所述第一侧通道网络117a和所述第二侧通道网络
117b的一个或多个中的所述中心通道110通过以μm计的大于以下各项中的一项或多项的所述衬底106中的深度140来表征:约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、75、100、125、150、200、
250、300、400以及500。
13.如权利要求1所述的CIF装置,
所述中心通道110以及所述第一侧通道网络117a和所述第二侧通道网络117b的一个或多个中的所述多个间隙124分别通过以下各项来表征:(1)垂直于所述流动路径112和所述衬底106中的所述中心通道110的所述深度140两者的中心通道宽度136,以及(2)平行于所述流动路径112的平均间隙宽度144;并且
所述平均间隙宽度144大于为以下各项中的一项或多项的百分比的所述中心通道110
的所述宽度136:约10、20、21、22、23、24、25、30、35、40、45以及50。
14.如权利要求1所述的CIF装置,其为以下各项中的一项或多项:
每个CIF模块108中的所述中心通道110流体联接到保留物输出贮存器130;以及
每个CIF模块108中的所述至少一个侧通道网络117流体联接到滤液输出贮存器132。
15.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108中的所述流动路径112包括所述衬底
106中的一个或多个曲折部134。
16.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108被配置来提供以cm计的为以下各项中的至少一项或多项的流动路径长度:约0.1、0.5、0.75、1、2、2.5、5、7.5、10、15、20、25、50、
75、100、250、500以及1000。
17.如权利要求1所述的CIF装置,所述第二侧通道网络部分117b通过所述至少一个侧通道118的截面区域139与所述中心通道110的截面区域137的比率来表征,所述截面区域
137、139垂直于所述流动路径112,所述比率沿所述流动路径112的至少一部分增加。
18.如权利要求17所述的CIF装置,所述至少一个侧通道118的所述流动截面区域139与所述中心通道110的所述流动截面区域137的所述比率沿所述流动路径112根据所述至少一个侧通道118的宽度138和所述中心通道110的宽度136来增加,每个宽度136、138垂直于所述流动路径112和所述衬底106中的所述中心通道110的深度140两者。
19.如权利要求17所述的CIF装置,所述中心通道110的所述流动截面区域137沿所述第二侧通道网络部分117b沿所述流动路径112保持恒定,并且所述至少一个侧通道118的所述流动截面区域139沿所述流动路径112增加。
20.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108沿所述第二侧通道网络部分117b通过垂直于所述流动路径112的所述中心通道110的流动截面区域137来表征,所述中心通道
110的所述流动截面区域137沿所述流动路径112保持恒定、增加或减小。
21.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108沿所述第二侧通道网络部分117b通过所至少一个侧通道118垂直于所述流动路径112的流动截面区域139来表征,所述至少一个侧通道118的所述流动截面区域139沿所述流动路径112保持恒定、增加或减小。
22.如权利要求1所述的CIF装置,其至少部分表征为根据下式的f间隙函数:
以及
其中:
Rc表示所述中心通道110的流动阻力;
Rs(i-1)表示所述至少一个侧网络117在所述多个间隙124中的间隙i-1与间隙i之间的一部分中的流动阻力,i沿所述流动路径112针对所述多个间隙124中的每个间隙增加1;
Rs(i)表示所述至少一个侧网络117在所述多个间隙124中的所述间隙i与间隙i+1之间的一部分中的流动阻力;
R(w,d,μ,L)表示所述中心通道110或所述至少一个侧网络117的一部分中的通道区段的阻力;
w表示对应于将所述通道区段近似地视为矩形通道的宽度;
d对应于将所述通道区段近似地视为矩形通道的深度;
L对应于将所述通道区段近似地视为矩形通道的长度;以及
μ表示所述流体的粘度。
23.如权利要求22所述的CIF装置,所述第一侧通道网络117a和所述第二侧通道网络
117b的一个或多个中的所述多个间隙124通过平行于所述流动路径112的多个平均间隙截面区域126来表征:
每个间隙截面区域126对应于根据w*d获得的面积;以及
每个L对应于以下各项中的一项:与所述多个侧通道弯曲部119对应的所述多个长度
121a中的一个,以及沿所述侧通道118在所述多个间隙124中的一对对应的间隙之间的所述通道区段的长度。
24.如权利要求1所述的CIF装置,在使用1%w/w 4μm聚苯乙烯微珠在水中的混合物在
25℃温度下以及在2PSI流动压力下引导微流体流通过每个CIF模块108之后,所述多个间隙
124的至少一部分通过将所述间隙i处流过所述中心通道110的流动分数f间隙与体积流量Qc(i)进行比较来表征,所述流动分数f间隙小于以下各项中的一项或多项:约0.01、0.0075、
0.005、0.0025、0.001、0.00075、0.0005、0.00025、0.0001、0.000075、0.00005、0.000025以及0.00001。
25.如权利要求1所述的CIF装置,在使用1%w/w 4μm聚苯乙烯微珠在水中的混合物在
25℃温度下以及在2PSI流动压力下引导微流体流通过每个CIF模块108之后,所述多个间隙
124通过流动分数f间隙来表征,所述流动分数f间隙是通过所述多个间隙124当中小于约±1、
2.5、5、7.5、10、15和20的百分比的标准偏差表征的平均值。
26.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108在使用1%w/w 4μm聚苯乙烯微珠在水中的混合物在25℃温度下以及在2PSI流动压力下引导所述微流体流之后被配置来将所述微流体流104中具有所述所希望的尺寸的所述颗粒102从所述中心通道流输入114处的起始颗粒浓度依据以下各项中的一项或多项的浓缩系数来浓缩到所述中心通道流输出116处的最终浓度:约1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、50:
1、75:1、100:1、125:1、150:1、200:1以及250:1。
27.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108在使用1%w/w 4μm聚苯乙烯微珠在水中的混合物在25℃温度下以及在2PSI流动压力下引导所述微流体流之后被配置来保留所述微流体流104中的一定百分比的所述颗粒102,所保留的颗粒102的所述百分比为以下各项中的至少一项或多项:约50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、97.5、99以及100。
28.如权利要求1所述的CIF装置,所述颗粒102的所述所希望的尺寸通过以μm计的大于以下各项中的一项或多项的有效平均直径来表征:约0.5、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、
3.5、4、4.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、125以及150。
29.如权利要求1所述的CIF装置,所述平均间隙截面区域126比所述颗粒102的所述所希望的尺寸大以下各项中的一项或多项的倍数:约2:1、3:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1以及20:1。
30.如权利要求1所述的CIF装置,所述多个间隙124在每个CIF模块108中被配置成具有平行于所述流动路径112的平均间隙截面区域126,所述平均间隙截面区域126大于有待从所述微流体流中分离的所述颗粒102的所述所希望的尺寸。
31.如权利要求1所述的CIF装置,所述颗粒102包括以下各项中的一项或多项:红细胞、血小板、白细胞、循环肿瘤细胞、干细胞、衰竭存储红细胞、来自自体T细胞扩张的T细胞、有机微颗粒、无机微颗粒、有机金属微颗粒、金属微颗粒、气溶胶颗粒、细菌、酵母、真菌、藻类、病毒、微型无脊椎动物或其蛋类、花粉、细胞或组织片段、细胞团、细胞碎片、生物反应器产生的细胞或微粒、蛋白质、蛋白质聚集体、朊病毒、囊泡、脂质体、沉淀物、来自发酵食品的微粒或细胞、大分子、大分子聚集体、DNA、细胞器、孢子、干细胞、气泡、液滴以及外来体。
32.如权利要求1所述的CIF装置,所述微流体流104包含流体中的颗粒102,所述流体包括以下各项中的一项或多项:全血或其部分;羊水;脐带血;胆汁;脑脊液;皮肤细胞;渗出物;粪便;胃液;淋巴液;乳液;粘液;腹膜液;血浆;胸膜液;脓;唾液;皮脂;精液;汗;滑液;泪液;尿液;水;缓冲液;地下水;海水;雨水;树液;动物组织匀浆、提取液或挤压液;植物组织匀浆、提取液或挤压液;废水;工业过程流体或流体产品;发酵液;结晶或沉淀流体;食品或食品加工中间体;油;无机溶剂;有机溶剂;离子溶剂;蜂蜜;糖浆;淋巴液;血清;以及溶解产物。
33.如权利要求1所述的CIF装置,每个CIF模块108被配置成能够将所述微流体流引导为以下各项中的一项或多项:重力定向流、真空定向流、电渗定向流、电动定向流以及机械泵运流。
34.如权利要求1所述的CIF装置,所述衬底106包括所述CIF模块108、108’中的两个或更多个,所述CIF模块108、108’中的所述两个或更多个为以下各项中的一项或多项:流体无关的、以串联的方式流体联接和以并联的方式流体联接的。
35.如权利要求1所述的CIF装置,其还包括至少一个附加分离装置302,所述至少一个分离装置流体联接到以下各项中的一项或多项:所述中心通道流输入114、所述中心通道流输出116和所述至少一个侧通道输出120。
36.如权利要求37所述的CIF装置,所述至少一个附加分离装置包括以下各项中的一项或多项:过滤器、离心机、电泳装置、色谱柱、流体蒸发器、沉降装置、确定性横向位移装置、血浆撇清器、边集装置、磁力分离器、超声波聚焦装置以及密度梯度分离器。
37.如权利要求1所述的CIF装置,所述衬底106包括以下各项中的一项或多项:玻璃、聚合物、金属、陶瓷以及半导体。
38.如权利要求1所述的CIF装置,所述衬底106包括热塑性聚合物或弹性体橡胶。
39.如权利要求1所述的CIF装置,其被配置成是以下各项中的一项或多项:一次性的、无菌的和可灭菌的。
40.一种用于调节流体中具有所希望的尺寸的颗粒的浓度的受控增量过滤(CIF)的方
法400,所述方法400包括:
402提供包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体;
404使包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体沿流动路径流过中心通道,所述中心通道包括多个间隙,所述多个间隙将所述中心通道流体联接到至少一个邻近的侧通道网络;
406为了有效调节所述颗粒浓度而通过使包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体与所述多个间隙接触来沿所述流动路径的至少一部分减小流动阻力,这包括:
408以下各项中的一项或多项:
408A选择所述多个间隙,所述多个间隙包括大于具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的平均流动截面;
408B在所述多个间隙的至少一部分当中产生不同间隙体积流速;以及
408C使所述中心通道中的一致流动分数f间隙横穿所述多个间隙中的每个间隙并且沿所述流动路径流过所述至少一个侧通道网络。
41.如权利要求40所述的方法,其包括提供所述至少一个侧通道网络,所述至少一个侧通道网络包括以下各项中的一项或多项:
第一通道网络部分,所述第一通道网络部分包括邻近所述中心通道的多个侧通道弯曲部,所述多个侧通道弯曲部通过有效用于减小所述流动阻力的沿所述流动路径减小的长度来表征;以及
第二侧通道网络部分,所述第二侧通道网络部分包括邻近所述中心通道的侧通道,所述侧通道通过有效用于引起以下各项中的一项或多项的沿所述流动路径增加的流动截面来表征:所述一致流动分数f间隙和所述多个不同间隙体积流速。
42.如权利要求41所述的方法,其包括使所述流体沿所述流动路径按顺序先后流过所述第一侧通道网络部分和所述第二侧通道网络部分。
43.如权利要求40所述的方法,其包括选择所述多个间隙,所述多个间隙包括大于具有所希望的尺寸的所述颗粒的平均间隙截面区域,所述平均间隙截面区域有效用于以下各项中的一项或多项:
减轻或消除所述多个间隙因所述颗粒所致的结垢;以及
减轻或消除所述多个间隙对所述颗粒的空间排阻。
44.如权利要求40所述的方法,其包括提供每个间隙沿所述流动路径的宽度与每个间隙的深度的小于以下各项中的一项或多项的平均纵横比:16:1、15:1、10:1、5:1、4:1、3:1、
2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、1:15、1:20、1:25以及1:30。
45.如权利要求40所述的方法,其包括在以μm计的大于以下各项中的一项或多项的深度处提供所述中心通道:约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、75、100、125、150、200、250、
300、400以及500。
46.如权利要求40所述的方法,其包括使所述多个间隙的平均深度比所述中心通道的深度大以下各项中的一项或多项的百分比:约5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、70、
80、90以及100。
47.如权利要求40所述的方法,其包括使所述多个间隙沿所述流动路径的平均间隙宽度比所述中心通道的宽度大以下各项中的一项或多项的百分比:约20、21、22、23、24、25、
30、40、50、60、70、80、90以及100。
48.如权利要求40所述的方法,其包括使所述平均间隙流动截面比具有所述所希望的尺寸的所述颗粒大以下各项中的一项或多项的倍数:约2:1、3:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:
1以及20:1。
49.如权利要求40所述的方法,其包括沿所述流动路径提供邻近所述中心通道的两个侧通道网络。
50.如权利要求40所述的方法,其包括提供以cm计的为以下各项中的至少一项或多项的流动路径长度:约0.1、0.5、0.75、1、2、2.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、250、500以及
1000。
51.如权利要求40所述的方法,其包括为至少一个侧通道网络中的每一个提供所述多个间隙,所述多个间隙包括为以下各项中的至少约一项或多项的间隙数目:50、75、100、
150、200、250、500、750、1,000、2,500、5,000、7,500、10,000、50,000、100,000、500,000以及
1,000,000。
52.如权利要求40所述的方法,其包括沿所述流动路径增加所述至少一个侧通道的截面区域与所述中心通道的截面区域之比。
53.如权利要求40所述的方法,其包括沿所述流动路径增加所述至少一个侧通道的流体阻力与所述中心通道的流体阻力之比。
54.如权利要求53所述的方法,所述至少一个侧通道的所述截面区域与所述中心通道的所述截面区域的所述比率沿所述流动路径根据所述至少一个侧通道的宽度和所述中心通道的宽度来增加。
55.如权利要求53所述的方法,沿所述流动路径增加所述比率包括使所述中心通道的所述截面区域沿所述流动路径保持恒定,并且沿所述流动路径增加所述至少一个侧通道的所述截面区域。
56.如权利要求53所述的方法,沿所述流动路径增加所述比率包括使所述中心通道的所述截面区域沿所述流动路径减小,并且沿所述流动路径维持或增加所述至少一个侧通道的所述截面区域。
57.如权利要求53所述的方法,沿所述流动路径增加所述比率包括沿所述流动路径维持、增加或减小所述中心通道的所述截面区域。
58.如权利要求53所述的方法,沿所述流动路径增加所述比率包括沿所述流动路径维持、增加或减小所述至少一个侧通道的所述截面区域。
59.如权利要求40所述的方法,使所述流体流动至少部分表征为根据以下各项中的一项或多项的f间隙的函数:
以及
其中:
Rc表示所述中心通道的流动阻力;
Rs(i-1)表示所述至少一个侧网络在所述多个间隙中的间隙i-1与间隙i之间的一部分中的流动阻力,i沿所述流动路径针对所述多个间隙中的每个间隙增加1;
Rs(i)表示所述至少一个侧网络在所述多个间隙中的所述间隙i与间隙i+1之间的一部分中的流动阻力;以及
R(w,d,μ,L)表示所述中心通道或所述至少一个侧网络的一部分中的通道区段的阻力;
w表示对应于将所述通道区段近似地视为矩形通道的宽度;
d表示对应于将所述通道区段近似地视为矩形通道的深度;
L表示对应于将所述通道区段近似地视为矩形通道的长度;以及
μ表示所述流体的粘度。
60.如权利要求59所述的方法,间隙i处的所述流动分数f间隙是所述间隙i处流过所述中心通道的小于以下各项中的一项或多项的体积流量Qc(i)的分数:约0.01、0.0075、0.005、
0.0025、0.001、0.00075、0.0005、0.00025、0.0001、0.000075、0.00005、0.000025以及
0.00001。
61.如权利要求59所述的方法,其包括使所述流动分数f间隙在所述多个间隙当中具有小于约以下各项中的一项或多项的百分比标准偏差:±1、2.5、5、7.5、10、15以及20。
62.如权利要求40所述的方法,其包括使所述多个间隙中的每个间隙具有基本上相同的流动截面。
63.如权利要求40所述的方法,其包括使所述多个间隙沿所述流动路径基本上等距地间隔开或增加间距。
64.如权利要求40所述的方法,其还包括实施至少一次附加分离,所述至少一次附加分离是在使包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体流过所述中心通道之前或之后实施。
65.如权利要求64所述的方法,所述至少一次附加分离包括以下各项中的一项或多项:
过滤、离心、电泳、色谱、流体蒸发、沉降、确定性横向位移、血浆撇清、边集、磁力分离、超声波聚焦装置以及密度梯度分离。
66.如权利要求40所述的方法,其包括依据以下各项中的一项或多项的浓缩系数来浓缩所述中心通道中的所述流体中具有所述所希望的尺寸的所述颗粒:约1.5:1、2:1、2.5:1、
3:1、3.5:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、50:1、75:1、100:1、125:1、150:1、200:1以及250:1。
67.如权利要求40所述的方法,其包括保留所述中心通道中的所述流体中具有所述所希望的尺寸的为以下各项中的至少一项或多项的百分比的所述颗粒:约50、55、60、65、70、
75、80、85、90、95、97.5、99以及100。
68.如权利要求40所述的方法,所述颗粒的所述所希望的尺寸通过以μm计的大于以下各项中的一项或多项的有效平均直径来表征:约0.5、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、
4.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、125以及150。
69.如权利要求40所述的方法,具有所希望的尺寸的所述颗粒包括以下各项中的一项或多项:红细胞、血小板、白细胞、循环肿瘤细胞、干细胞、衰竭存储红细胞、来自自体T细胞扩张的T细胞、有机微颗粒、无机微颗粒、有机金属微颗粒、金属微颗粒、气溶胶颗粒、细菌、酵母、真菌、藻类、病毒、微型无脊椎动物或其蛋类、花粉、细胞或组织片段、细胞团、细胞碎片、生物反应器产生的细胞或微粒、蛋白质、蛋白质聚集体、朊病毒、囊泡、脂质体、沉淀物、来自发酵食品的微粒或细胞、大分子、大分子聚集体、DNA、细胞器、孢子、干细胞、气泡、液滴以及外来体。
70.如权利要求40所述的方法,所述流体包括以下各项中的一项或多项:全血或其部分;羊水;脐带血;胆汁;脑脊液;皮肤细胞;渗出物;粪便;胃液;淋巴液;乳液;粘液;腹膜液;
血浆;胸膜液;脓;唾液;皮脂;精液;汗;滑液;泪液;尿液;水;缓冲液;地下水;海水;雨水;树液;动物组织匀浆、提取液或挤压液;植物组织匀浆、提取液或挤压液;废水;工业过程流体或流体产物;发酵液;结晶或沉淀流体;食品或食品加工中间体;油;无机溶剂;有机溶剂;离子溶剂;蜂蜜;糖浆;淋巴液;血清;以及溶解产物。
71.如权利要求40所述的方法,其包括包括收集来自所述中心通道的保留物部分以及来自所述至少一个侧网络的滤液部分中的一个或多个。
72.如权利要求40所述的方法,其包括收集包含浓度增加或减小的具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体的部分。
73.如权利要求40所述的方法,使所述流体流动包括实施以下各项中的一项或多项:重力流、真空流、电渗流、电动流以及机械泵运流。
74.如权利要求40所述的方法,其包括在所述中心通道流的输出处和在所述至少一个侧通道的输出处提供基本上体积相等的所述流体的流。
75.如权利要求40所述的方法,其包括按以下各项中的一项或多项方式操作所述方法的两个或更多个步骤:并联操作和串联操作。
76.如权利要求40所述的方法,使包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体流动包括沿所述流动路径中的一个或多个曲折部流动。
77.一种用于设计受控增量过滤(CIF)装置的方法500,所述CIF装置用于调节流体中具有所希望的尺寸的颗粒的浓度,所述方法500包括:
502为CIF装置的设计做准备,包括:
中心通道,所述中心通道沿中心通道流输入与中心通道流输出之间的流动路径延伸;
邻近所述中心通道的至少一个侧通道网络,所述至少一个侧通道网络沿所述流动路径延伸到至少一个侧通道输出,所述中心通道通过多个微特征结构而与所述至少一个侧通道隔开;以及
所述多个微特征结构,所述多个微特征结构限定多个间隙i,所述多个间隙被配置来通过所述多个微特征结构来将所述中心通道和所述至少一个侧通道流体联接起来;
504为所述CIF装置选择所希望的流动分数f间隙;
506确定沿所述流动路径的多个调节的尺寸;
508使所述CIF装置设计适于结合所述多个所调节的尺寸,所述调节的尺寸有效用于提供沿所述流动路径的至少一部分减小的流动阻力,从而有效调节所述流体中具有所述所希望的尺寸的所述颗粒浓度,
从而提供所述CIF装置的所述设计。
78.如权利要求77所述的方法,沿所述流动路径的所述调节的尺寸包括以下各项中的一项或多项:
在第一侧网络部分中的多个侧通道弯曲部中的每一个的减小的长度,所述多个侧通道弯曲部在所述第一侧通道网络部分中邻近所述中心通道;以及
在第二侧网络部分中的至少一个侧通道的截面区域与所述中心通道的截面区域的增
加的比率,所述至少一个侧通道在所述第二侧网络部分中邻近所述中心通道。
79.如权利要求77所述的方法,其包括:
提供一个或多个测试用CIF装置,所述一个或多个测试用CIF装置中的每一个通过对应的测试流动分数f间隙来表征;
使所述流体中具有所述所希望的尺寸的所述颗粒流过所述一个或多个测试用CIF装
置;以及
基于所述一个或多个测试用CIF装置中的每一个对应的测试流动分数f间隙来为所述CIF装置的所述设计确定所述所希望的流动分数f间隙。
80.如权利要求77所述的方法,其包括通过以下方式确定所述多个调节的尺寸:
(a)确定中心通道流动阻力Rc;
(b)在沿所述流动路径的所述多个间隙中的第一邻近间隙对之间确定对应于第一侧通道区段的第一侧通道区段流动阻力,所述第一流动阻力根据以下各项之间的第一函数关系来确定:所述流体的粘度;对应于所述第一侧通道区段处的第一截面区域的第一有效侧通道宽度w和第一有效通道深度d;以及所述第一侧通道区段的长度L;
(c)在沿所述流动路径的所述多个间隙中的第二邻近间隙对之间确定对应于第二侧通道区段的第二侧通道区段流动阻力,所述第二侧通道区段紧靠所述第一侧通道区段的下游定位,所述第二侧通道区段流动阻力根据以下各项之间的第二函数关系来确定:所述中心通道流动阻力、所述第一侧通道区段流动阻力和所述CIF装置的所述所希望的流动分数f间隙;
(d)使用一个或多个调节的尺寸来重新计算所述第一函数关系,所述一个或多个调节的尺寸包括以下各项中的一项或多项:第二有效侧通道宽度w;第二有效通道深度d;以及第二侧通道长度L;所述一个或多个调节的尺寸有效用于使所述第二侧通道区段流动阻力根据所述第二函数关系比所述第一侧通道区段流动阻力低所希望的数量;以及
(e)将步骤(b)、(c)和(d)进行多次迭代以计算所述多个所调节的尺寸。
81.如权利要求80所述的方法,其包括使所述中心通道的所述截面区域沿所述流动路径和每个有效通道深度d保持恒定,以使得所述增加的比率根据以下各项中的一项或多项来增加:增加所述第二有效侧通道宽度w;以及减小所述第二侧通道长度L。
82.如权利要求80所述的方法,所述侧通道网络包括通过多个侧通道弯曲部长度表征的多个侧通道弯曲部,所述多个侧通道弯曲部邻近所述中心通道,所述方法包括沿所述流动路径逐步减小所述多个侧通道弯曲部长度。
83.如权利要求80所述的方法,所述侧通道网络包括邻近所述中心通道的侧通道,所述方法包括沿所述流动路径逐步增加所述侧通道的宽度。
84.如权利要求80所述的方法,每个函数关系将每个通道区段近似地视为矩形通道。
85.如权利要求80所述的方法,重新计算所述第一函数关系包括针对所述一个或多个调节的尺寸在数值上求解所述第一函数关系。
86.如权利要求80所述的方法,所述第一函数关系和所述第二函数关系分别由下式表示:
以及
其中:
Rs(i-1)表示所述第一侧通道区段流动阻力;
Rs(i)表示所述第二侧通道区段流动阻力。
87.如权利要求77所述的方法,其包括为所述CIF装置的所述设计选择通过沿所述流动路径平行于所述中心通道的平均间隙截面区域表征的所述多个间隙,所述平均间隙截面区域选择为大于具有所希望的尺寸的所述颗粒,所述平均间隙截面区域有效用于以下各项中的一项或多项:
减轻或消除所述多个间隙因所述颗粒所致的结垢;以及
减轻或消除所述多个间隙对所述颗粒的空间排阻。
88.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计包括邻近所述中心通道的至少两个侧通道网络以及至少两组多个对应的所述微特征结构,所述中心通道通过每组多个微特征结构而与所述至少两个侧通道中的每一个隔开,所述至少两组多个微特征结构限定至少两组多个间隙,所述至少两组多个间隙被配置来通过所述至少两组多个所述微特征结构将所述中心通道和所述至少两个侧通道流体联接起来。
89.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计包括所述流动路径中的一个或多个曲折部。
90.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计中的所述多个间隙中的每个间隙通过平行于所述流动路径的平面中的基本上相同的截面流动区域来表征。
91.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计中的所述多个间隙为以下各项中的一项:沿所述流动路径基本上等距地隔开以及沿所述流动路径增加间距。
92.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计被配置来提供以cm计的为以下各项中的至少一项或多项的流动路径长度:约0.1、0.5、0.75、1、2、2.5、5、7.5、10、15、20、
25、50、75、100、250、500以及1000。
93.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计的所述多个间隙包括至少约为以下各项中的一项或多项的间隙数目:50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、2,500、5,
000、7,500、10,000、50,000、100,000、500,000以及1,000,000。
94.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计通过所述中心通道垂直于所述流动路径的截面区域来表征,所述中心通道的所述截面区域沿所述流动路径保持恒定、增加或减小。
95.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计通过所述至少一个侧通道垂直于所述流动路径的截面区域来表征,所述至少一个侧通道的所述截面区域沿所述流动路径保持恒定、增加或减小。
96.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计中的所述多个间隙通过每个间隙平行于所述流动路径的宽度与每个间隙的深度的小于约以下各项中的一项或多项的平均纵横比来表征:约16:1、15:1、10:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、1:
15、1:20、1:25以及1:30。
97.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计中的所述多个间隙通过平均间隙深度来表征,所述平均间隙深度大于约为以下各项中的一项或多项的百分比的所述中心通道的深度:5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90以及100。
98.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计中的所述中心通道通过以μm计的大于以下各项中的一项或多项的深度来表征:约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、75、
100、125、150、200、250、300、400以及500。
99.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计包括:
所述中心通道和所述多个间隙分别通过以下各项来表征:(1)垂直于所述流动路径和所述衬底中的所述中心通道的所述深度两者的中心通道宽度,以及(2)平行于所述流动路径的平均间隙宽度;以及
所述平均间隙宽度大于为以下各项中的一项或多项的百分比的所述中心通道的所述
宽度:约10、20、21、22、23、24、25、30、35、40、45以及50。
100.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计被配置成使得与间隙i处流过所述中心通道的体积流量Qc(i)相比较,将所述所希望的流动分数f间隙选择为小于以下各项中的一项或多项:约0.01、0.0075、0.005、0.0025、0.001、0.00075、0.0005、0.00025、
0.0001、0.000075、0.00005、0.000025以及0.00001。
101.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计被有效配置来在所述多个间隙当中提供已实现的流动分数f间隙,所述流动分数通过小于约±1、2.5、5、7.5、10、15和20的百分比的标准偏差来表征。
102.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计被有效配置来将所述微流体式流体流中具有所述所希望的尺寸的所述颗粒从所述中心通道流输入处的起始颗粒浓度依据以下各项中的一项或多项的浓缩系数来浓缩到所述中心通道流输出处的最终浓度:约
1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、50:1、75:1、100:1、
125:1、150:1、200:1以及250:1。
103.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计被有效配置来保留所述微流体式流体流中的一定百分比的所述颗粒,所保留的颗粒的所述百分比是以下各项中的至少一项或多项:约50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、97.5、99以及100。
104.如权利要求77所述的方法,所述多个间隙在所述CIF装置的所述设计中被配置成具有平行于所述流动路径的平均间隙截面区域,所述平均间隙截面区域大于所述颗粒的所述所希望的尺寸。
105.如权利要求77所述的方法,选择所述颗粒的所述所希望的尺寸以使其具有以μm计的大于以下各项中的一项或多项的有效平均直径:约0.5、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、
3.5、4、4.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、125以及150。
106.如权利要求105所述的方法,所述平均间隙截面区域比所述颗粒的所述所希望的尺寸大以下各项中的一项或多项的倍数:约2:1、3:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1以及20:1。
107.如权利要求77所述的方法,所述颗粒包括以下各项中的一项或多项:红细胞、血小板、白细胞、循环肿瘤细胞、干细胞、衰竭存储红细胞、来自自体T细胞扩张的T细胞、有机微颗粒、无机微颗粒、有机金属微颗粒、金属微颗粒、气溶胶颗粒、细菌、酵母、真菌、藻类、病毒、微型无脊椎动物或其蛋类、花粉、细胞或组织片段、细胞团、细胞碎片、生物反应器产生的细胞或微粒、蛋白质、蛋白质聚集体、朊病毒、囊泡、脂质体、沉淀物、来自发酵食品的微粒或细胞、大分子、大分子聚集体、DNA、细胞器、孢子、干细胞、气泡、液滴以及外来体。
108.如权利要求77所述的方法,所述流体包括以下各项中的一项或多项:全血或其部分;羊水;脐带血;胆汁;脑脊液;皮肤细胞;渗出物;粪便;胃液;淋巴液;乳液;粘液;腹膜液;
血浆;胸膜液;脓;唾液;皮脂;精液;汗;滑液;泪液;尿液;水;缓冲液;地下水;海水;雨水;树液;动物组织匀浆、提取液或挤压液;植物组织匀浆、提取液或挤压液;废水;工业过程流体或流体产物;发酵液;结晶或沉淀流体;食品或食品加工中间体;油;无机溶剂;有机溶剂;离子溶剂;蜂蜜;糖浆;淋巴液;血清;以及溶解产物。
109.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计被有效配置来无源地将微流体式流体流引导为以下各项中的一项或多项:重力流、真空流、电渗流、电动流以及机械泵运流。
110.如权利要求77所述的方法,所述CIF装置的所述设计被配置成使得所述中心通道流输出的体积流量和所述至少一个侧通道输出的体积流量是基本上相等的。
111.一种试剂盒600,其包括:
受控增量过滤(CIF)装置100,所述CIF装置100被配置用于调节微流体流104中具有所希望的尺寸的颗粒102的浓度,所述CIF装置100包括衬底106,所述衬底106包括至少一个CIF模块108,所述衬底106在每个CIF模块108中限定:
中心通道110,所述中心通道110沿中心通道流输入114与中心通道流输出116之间的流动路径112延伸,
邻近所述中心通道110的多个微特征结构122,所述多个微特征结构122限定多个间隙
124,所述多个微特征结构122将所述中心通道110与至少一个侧通道网络117隔开,所述多个间隙124被配置来将所述中心通道110流体联接到所述至少一个侧通道网络117,所述至少一个侧通道网络117沿所述中心通道110延伸到至少一个侧通道输出120,所述至少一个侧通道网络117包括以下各项中的一项或多项:
第一侧通道网络部分117a,所述第一侧通道网络部分117a包括:邻近所述中心通道110的多个侧通道弯曲部119、所述多个微特征结构122a的至少一部分和所述多个间隙124a的至少一部分;所述多个侧通道弯曲部119通过沿所述流动路径112减小的多个长度121a来表征,每个侧通道弯曲部119将所述第一侧通道网络部分117a中的所述多个间隙124a中的至少一个间隙流体联接到以下各项中的一项或多项:所述多个间隙124a中的邻近间隙和所述多个弯曲部119中的邻近弯曲部;以及
第二侧通道网络部分117b,所述第二侧通道网络部分117b包括:邻近所述中心通道110的侧通道118、所述多个微特征结构122b的至少一部分和所述多个间隙124b的至少一部分;
所述侧通道118通过流动截面139来表征,所述流动截面139沿流动路径112增加以使得第二侧通道网络部分117b中的所述多个间隙124b通过以下各项中的一项或多项来表征:一致流动分数f间隙和多个不同间隙体积流速,
所述至少一个侧通道网络117通过有效用于调节所述微流体流104中具有所述所希望
的尺寸的颗粒102的所述浓度,沿所述流动路径112的至少一部分减小的流动阻力来表征;
以及
一套说明书602,所述套说明书602包括用于以下各项的用户指南:
提供包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体;
使包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述流体沿所述流动路径流过所述中心
通道;
为了有效调节所述颗粒浓度而通过使包含具有所述所希望的尺寸的所述颗粒的所述
流体与所述多个间隙接触来沿所述流动路径的至少一部分减小流动阻力,这包括以下各项中的一项或多项:
选择所述多个间隙,所述多个间隙包括相对于具有所述所希望的尺寸的所述颗粒而言更大的平均流动截面;
在所述多个间隙的至少一部分当中产生不同间隙体积流速;以及
使所述中心通道中的一致流动分数f间隙横穿所述多个间隙中的每个间隙并且沿所述流动路径流过所述至少一个侧通道网络。
112.如权利要求111所述的试剂盒,所述CIF装置是如权利要求1-39中任一项所述的
CIF装置。
113.如权利要求111所述的试剂盒,所述说明书包括用于执行如权利要求40-76中任一项所述的方法的用户指南。
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