分子分离装置制造方法及图纸

分子分离装置包括室，具有入口和出口，水悬浮液流经该室；以及多孔分离膜，与水悬浮液的流动基本正交地放置在室中。充电装置，连接至分离膜以施加周期性电荷从而收集由多孔分离膜阻止的成分。同时也公开了相关的方法。

Molecular separation unit

The molecular separation device includes a chamber having an inlet and an outlet, a water suspension flowing through the chamber; and a porous separation film that is substantially orthogonal to the flow of the water suspension in the chamber. The charging device is connected to the separation film to apply periodic charges so as to collect components blocked by the porous separation film. Related methods are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
分子分离装置相关申请的交叉引用本申请要求于2012年3月21日提交的第61/613578号美国临时申请的优先权，其通过引用并入本文。
本专利技术使用穿孔的且选择性带电的膜来分离带电粒种。特别地，本专利技术利用带电的膜通过分子质量、分子大小和分子共振模式动态从溶液中分离生物活性蛋白。具体地，本专利技术利用带电的膜来分离混合物(如离子、聚合物悬浮液和生物活性蛋白)，这些混合物目前很难从溶液中以有效的产率移除，并且需要使用大量的能量。
技术介绍
目前，生物活性蛋白质的隔离和回收是非常困难的。目前的解决方案依赖于能量密集型方法，如蒸发/扩散、电泳和多孔管粘附。这些方法用于从溶液中移除不期望的离子或混合物。该方法的一个示例为反渗透。在某些情况下，不存在移除不期望的离子或混合物的方法。由于产量低、需要劳动密集型操作以及成本，目前用于回收生物活性蛋白质以治疗自身免疫缺乏、艾滋病(AIDS)、血友病狼疮等的系统是不充分的。这些20-50纳米长、50000道尔顿的蛋白质的具体示例为干扰素、胰岛素和凝血因子VIII。目前的方法如多孔管粘附使用超过滤进行分离，然后手动地获取蛋白质。遗憾的是，管的厚度妨碍溶剂血浆的流动并破坏蛋白质的完整性，从而导致该方法的低产率。大多数生物活性蛋白质的末端是离子带电的。蛋白质是可适度溶于水的并且在该情况下保持极性。许多治疗疾病的蛋白质从活体组织获取或者大量存在于体外溶液中。这包括低动物血浆的悬浮液，包括但不限于干扰素(人类和选定的人科动物)、胰岛素(牛科动物和合成的人科动物)以及用于血友病的级联凝血因子VIII。目前的方法依赖于毛细管作用以使期望的蛋白质在特定的位置“停止”并唤起随后的动作(如漂洗和/或扩散)，从而逐渐地回收所关注的分离蛋白质。所产生的蛋白质脱除经常使蛋白质损伤或变性。漂洗必须将蛋白质从其上拥有蛋白质的、数千纳米深的孔隙表面“撕离”。典型的渗透(采集器的输出)必须被进一步离心以递送医药级的试剂。目前的隔离膜和多孔管被认为是相当厚的，因此它们的厚度比的流动效率较低。因此在该领域中需要更薄但仍允许有效地收集蛋白质的隔离膜。此外，在该领域中需要在收集和脱除期间不损坏蛋白质的分离蛋白质的装置。
技术实现思路
根据以上所述，本专利技术的第一方面是提供分子分离装置。本专利技术的另一方面是提供分子分离装置的第一实施方式，其包括：室，具有入口和出口，其中水悬浮液流经该室；多孔分离膜，与水悬浮液的流动基本正交地放置在室中；以及充电装置，连接到该分离膜以施加周期性电荷从而收集由多孔分离膜阻止的成分。本专利技术的用于上述实施方式的另一方面提供控制水悬浮液通过室的流动的泵。本专利技术的用于上述实施方式的又一方面是提供连接到泵和充电装置的控制器，其中该控制器使水悬浮液通过室的流动和向多孔分离膜施加周期性电荷同步。本专利技术的用于上述实施方式的再一方面是提供设置在多孔分离膜的外围上的至少一个收集井以收集由多孔分离膜阻止的成分。本专利技术的用于上述实施方式的再一方面是提供与每个收集井相关的导管以将所收集的成分传输至保持容器。本专利技术的第一实施方式的一个方面是提供为多孔石墨烯的多孔分离膜。本专利技术的第一实施方式的另一方面是提供使期望的分子发生迁移的周期性电荷以便这种迁移被调整为期望成分的不对称标准模式，从而使期望的分子朝着用于分离的分离膜的外围进行直线运动。本专利技术的第一实施方式的又一方面是通过控制从膜内径向膜外径散发的驻波来提供使期望的分子发生迁移的周期性电荷，从而使期望的分子朝着用于分离的分离膜的外围进行直线运动。本专利技术的另一方面是提供用于从水溶液分离分子成分的方法，其包括将多孔分离膜放置在室中，使水溶液流动到分离膜上，以及向分离膜施加电荷以将由分离膜阻止的水溶液的成分迁移至分离膜的外围。本专利技术的用于上述实施方式的又一方面是利用泵控制水溶液的流动，以及利用充电装置控制电荷的施加。本专利技术的用于上述实施方式的再一方面是同时控制电荷的流动和施加以移动水溶液中被阻止的成分；或者以被阻止成分的经调整的不对称标准模式来周期性地施加电荷，从而使被阻止的成分朝着分离膜的外围进行直线运动；或者周期性地施加电荷以使被阻止的成分在驻波中进行迁移，从而使这些被阻止的成分朝着用于分离的膜的外围进行直线运动，其中驻波从膜内径散发至膜外径。在替代的实施方式中，上述实施方式可将迁移成分收集在设置在分离膜的外围上的至少一个收集井中，或者利用穿孔的石墨烯作为多孔分离膜。附图说明参考以下描述、所附权利要求以及附图，本专利技术的这些及其他特征和优点将被更好地理解，在附图中：图1是根据本专利技术构思的分子分离装置的示意图；图2是保持根据本专利技术构思的分离膜的室的示意图；图3是由根据本专利技术构思的分离膜收集的蛋白质的示意表示；以及图4示出了在操作根据本专利技术构思的装置的过程中，蛋白质的“行走”或带电迁移。具体实施方式现在参照图1，可以看到根据本专利技术构思的分子分离装置大体上由数字10表示。装置10包括一端具有用于接收水悬浮液的入口14的室12，其中，水悬浮液包括将被移除的材料或成分。在本实施方式中，蛋白质将从悬浮液中分离。室12还设置有与入口相对的出口16，在其中副产物或“未过滤的”产物从室中排出或流出。分离膜18由室12保持以与水悬浮液的流动正交。在本实施方式中，分离膜为多孔材料，如碳膜。在另一实施方式中，使用石墨烯膜，以及在其他实施方式中可使用多层石墨烯材料。在本实施方式中，分离膜18是如通过引用并入本文的第8,361,321号美国专利中所描述的石墨烯膜。石墨烯膜是单原子层厚的碳原子层，碳原子结合在一起以限定片。可被称作层或片的单个石墨烯膜的厚度约为0.2至0.3纳米(nm)。在一些实施方式中，可形成多个石墨烯层，从而具有更大的厚度并相应地具有更大的强度。当膜产生或形成，并且通常被称为少层石墨烯时，多个石墨烯片可设置在多个层中。或者可通过在另一石墨烯层之上层叠或放置一个石墨烯层来实现多个石墨烯片。对于本文所公开的所有实施方式，可使用单层石墨烯或多个石墨烯层。测试表明，可能作为自我粘附的结果，多层的石墨烯保持层的完整性和功能。这提高了膜的强度并且在一些情况下改善了流动特征。相对于聚酰胺或其他聚合物材料的过滤材料，穿孔的石墨烯高通量吞吐率材料提供了显著提高的过滤性能。石墨烯层的碳原子限定由六个碳原子构成的六角环形结构(苯环)的重复型式，这形成碳原子的蜂窝晶格。间隙孔由片中的每六个碳原子环结构形成，并且此间隙孔的跨度小于1纳米。事实上，本领域技术人员将会理解，间隙孔被认为在其最长尺寸处具有约0.23纳米的跨度。因此，除非具有穿孔，否则间隙孔的尺寸和配置以及石墨烯的电子性质阻止任何分子跨过石墨烯厚度的运输。间隙孔的尺寸太小而难以允许水或离子通过。为了形成穿孔的石墨烯膜，制成一个或多个穿孔。典型的大体上或名义上为圆形的孔或穿孔19通过石墨烯膜18限定。孔19的大体圆形的形状受以下事实的影响，即孔的边缘部分地由石墨烯膜18的六边形碳环结构限定。孔尺寸可根据所接收的水悬浮液的组分和该悬浮液中期望被阻塞或过滤的成分或组分来选择。因此，在一些实施方式中，孔19的尺寸可在0.5nm至1.2nm的范围内变化，或者在其他实施方式中，在1.0nm至10nm的范围内变化。并且在其他实施方式中，孔的尺寸可在10nm至1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离膜，包括穿孔石墨烯，其中，所述穿孔石墨烯包括孔，所述孔的尺寸允许水悬浮液中的一些生物成分通过而阻止水悬浮液中的其他生物成分通过，并且其中，所述孔的尺寸允许胰岛素穿过所述膜通过。

【技术特征摘要】
2012.03.21 US 61/613,5781.一种分离膜，包括穿孔石墨烯，其中，所述穿孔石墨烯包括孔，所述孔的尺寸允许水悬浮液中的一些生物成分通过而阻止水悬浮液中的其他生物成分通过，并且其中，所述孔的尺寸允许胰岛素穿过所述膜通过。2.根据权利要求1所述的分离膜，其中，所述孔具有1nm至10nm的尺寸。3.根据权利要求1所述的分离膜，其中，所述膜包括一层或多层穿孔石墨烯。4.根据权利要求1所述的分离膜，其中，所述水悬浮液为血流。5.一种生物医学装置，包括根据权利要求1所述的分离膜。6.根据权利要求5所述的生物医学装置，其中，所述装置还包括室，所述室放置为允许所述水悬浮液通过所述分离膜中的所述孔流动到所述室中。7.根据权利要求6所述的生物医学装置，还包括控制所述水悬浮液流动到所述室中的装置。8.根据权利要求7所述的生物医学装置，还包括适于控制所述水悬浮液流动到所述室中的泵。9.一种分离膜，包括穿孔石墨烯，其中，所述穿孔石墨烯包括孔，所述孔的尺寸允许水悬浮液中的一些...

【专利技术属性】
技术研发人员：小约翰·B·斯特森，莎拉·西蒙，
申请(专利权)人：洛克希德马丁公司，
类型：发明
国别省市：美国,US