[发明专利]液体向液体的生物粒子分级和浓缩

说明书

本公开提供了用于从流体样品分级和浓缩粒子的装置、系统和方法。这包括含有分级式滤器的滤筒，所述滤器具有多孔表面且按递减的孔眼尺寸排列，用于从流体样品捕获粒子；以及与所述滤筒流体连通的渗透压力源；其中将所述粒子从所述多孔表面洗脱并分发到减小的流体体积中。

本专利申请要求2012年10月18日提交的美国临时专利申请系列号61/715,451的优先权，所述临时专利申请的内容在此整体通过参考并入本公开。

政府利益

本公开的主题内容在美国国土安全部(Department of Homeland Security)(DHS)授予的资助号为D12PC00287的美国政府支持下做出。美国政府在本公开的主题内容中具有一定权利。

技术领域

本公开的主题内容总的来说涉及样品制备领域。更具体来说，本公开的主题内容涉及用于分级(fractionate)和浓缩流体样品内的物质的装置、系统和方法。

背景技术

检测和定量空气和液体中的粒子的困难是众所周知的。当浓度下降时，现有的系统都开始趋向失败，直至随着被分析物浓度减小，最终完全不能检测。这对国家安全造成严重问题，例如2001年的邮件炭疽病袭击和随后的反恐战争已揭示出在生物威胁物的取样和检测方面的不足之处。医学领域同样受到现有的检测限的影响，环境科学也是如此。

在生物防御和气溶胶研究领域中，通常使用湿式旋风分离器或类似的装置将气溶胶收集在液体样品中。将气溶胶收集在水性样品中，以便可以使用主要要求样品被包含在液体中的标准技术来进行随后的生物粒子分析。这些“湿式”收集器具有许多缺点，包括：难以维持设定的流体体积，与粒子物质在装置中积累相伴的难题，以及对在变化的环境条件下储存流体的要求。

长期以来，干式滤器已被用于收集气溶胶以及从液体收集粒子。然而，干式滤器主要不能用于鉴定生物粒子，因为检测器通常要求液体样品，并且将粒子移除到液体中是极为困难的。用于从平板式滤器移除粒子的方法是常见的，但也是繁琐、低效的，且需要大量液体。

从液体浓缩粒子传统上使用离心来进行。使用离心力按照混合物中存在的各个组分的密度差来分离混合物。这种力分离混合物，在管的底部形成相对致密的材料球粒。然后可以将被称为上层清液或上清液的剩余溶液小心地从管中倾倒出来而不扰动所述球粒，或使用巴氏(Pasteur)吸管吸出。离心速率由施加到样品的加速度指定，并且通常用每分钟转数(RPM)或离心力度量。在离心中的粒子沉降速度是粒子的尺寸和形状、离心加速度、存在的固体的体积分数、粒子与液体之间的密度差和液体的粘度的函数。

与离心技术相伴的问题限制了它的适用性。微米尺寸范围内的粒子的沉降速度相当低。因此，这些粒子的离心浓缩花费数分钟至数小时。实际时间随着样品的体积、所使用的设备和操作人员的技能而变。

离心技术是繁琐的，因为它们通常由大量步骤构成，每个步骤要求操作人员进行高度浓缩。大多数微生物实验室每天通过离心处理大量样品。由于繁琐性，人为误差的可能性高，并且这些技术的自动化是困难且高成本的。离心通常还需要供电设备。因此，许多情况例如紧急响应阻碍了它们的使用。

已经探索了其他的浓缩技术，它们主要分成三种技术类别——基于微流体/电泳、基于过滤和基于捕获的技术。然而，这些技术各自具有阻碍它们在某些情况下使用的缺点。

发明内容

鉴于常规技术的限制，需要的是用于将流体样品分级和浓缩成数种组分浓度的单一装置。