[发明专利]医学和生物学等流体悬浮液的过滤方法和设备

说明书

本发明通常涉及溶液中悬浮颗粒的分离，这种分离是基于不同颗粒的独特性质，如形状、大小和/或可变形性，更特别涉及选择性分离或过滤具有一个或多个不同独特物理性质的细胞、细胞成分或它的碎片。

                        发明背景

各种医学/生物学流体，如全血液成分的分离技术，广泛用于许多诊断、治疗和其它医学有关的应用方面。例如，基于要分离组分不同密度和沉降速度的离心分离法是众所周知的。伊利诺斯州Deerfield的Baxter Healthcare公司出售的CS-3000分离器是离心分离器的一个实例，已非常成功地用于将全血液分离成如红血球(RBC)、白血球(WBC)、血小板和血浆，以便从给体或病人收集或去除所要求的成分。离心分离法已证明是完成分离的一般令人满意方法，但是在某些应用中，因不同悬浮颗粒的密度和沉降速度非常接近或重叠，分离出组分的纯度不如所要求的那么高。

筛、聚集结构物和膜也用于从悬浮液除去颗粒。这些典型过滤器具有相当大的表面积和/或粗糙度，它可以使生物学悬浮液中的颗粒损伤，如血液中的红血球溶血作用和血小板活化。

生物学流体的分离通常也采用具有标称孔径的滤膜。例如，众所周知具有0.22微米标称孔径的滤膜可以用于从液体过滤出分类细菌等。这种膜有时也称作毛细孔膜，可以作为聚酯和聚碳酸酯材料从如Nuclepore公司购得，或作为聚砜从Gelman Sciences公司购得。这种滤膜业已用于从液体血浆过滤血液的细胞成分(有时称作“有形”成分)，即“血浆去除法”。

这些膜在某些应用中已令人满意地操作，但是这些膜只具有标称孔径，明显有别于大小、形状和孔间相对距离精密一致的孔。实际上，这种标称孔径膜通常都包含“双重孔”(即重叠的不合格孔)，它会使比标称孔径大的颗粒穿过膜。当操作过程溶液中颗粒是要清除的不需要颗粒，且不需要颗粒比需要颗粒大几倍时，滤膜必须实际上不含双重孔才有用。

先有技术滤膜因其制造工艺产生双重孔，不得不在其设计中作出折衷。特别是，为了使双重孔的产生保持在低水平，大部分孔与孔间距必须相当大，这就限制了这些先有技术膜的孔隙率(即孔总面积与膜总面积之比)为约7％或更低。通常，较低的孔隙率导致通过滤膜的较低流速。因此，尽管具有标称孔径的滤膜适用于确定通过该滤膜颗粒的平均或标称最大尺寸，但这种膜孔径大小不精确，不能使大小相当的颗粒根据其它特性，如形状或可变形性进行选择性过滤，并且具有限制其应用的明显缺陷。

生物学和其它流体膜分离的更多困难是因滤膜的污染和堵塞减小通过膜的流速。这种污染和堵塞通常是由太大不能通过膜的颗粒在滤膜表面沉积并堵塞孔而造成。已知各种方法用于降低或避免这种膜堵塞。例如，本文援引作为参考的Schoendorfer的美国专利No.5,194,145,公开一种“库爱特流动”过滤系统，其中滤液的抽取是通过安装在固定圆筒形室内圆筒转子上面的膜来完成的。两个同心圆筒之间相对运动产生一种表面速度，使转子表面产生剧烈旋涡。这种旋涡称作Taylor旋涡，不断清扫膜表面以限制细胞沉积，同时不断补充要过滤的介质。

本文援引作为参考的Duggins的美国专利No.4,735,726，公开了降低膜污染的一种不同技术。该专利公开了用于进行血浆去除的方法和设备，通过蠕动振子或其它适合的泵造成往复脉动作用，以往复脉动流动方式引导血液至微孔膜的表面。

更特别的是，Duggins公开一种过滤罩，在两个血浆流动带之间有一个血液流动带。中间血液进口同罩子的血液流动带连接，而血液收集通道与去除血浆血液出口连接，血浆收集口同血浆出口连接。一对膜置于每个血浆流动带之间，以便膜之间有一血液流路。通过如旋转蠕动泵、活塞或注射泵、或注塞泵或软管泵，将血液向前方向(即离开血源)引导至每个滤膜的第一面。通过连接到罩子上的蠕动振子，以往复方式将血液流泵送通过连着流路末端附近区域的出口。结果，在正的膜传输压下，血液可以向前和向后方式引导至每个膜的第一面，同时，在血液向前和向后引导过程降低膜传输压。选择往复脉冲的频率和强度，使通过膜的血浆流速最大，而不使血液创伤扩大。收集穿过每个膜的血浆，而去除血浆血液返回到血液流动带。