液体向液体的生物粒子分级和浓缩制造技术

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】液体向液体的生物粒子分级和浓缩本专利申请要求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。
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(fract1nate)和浓缩流体样品内的物质的装置、系统和方法。
技术介绍
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宄领域中，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一一基于微流体/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。
技术实现思路
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——盤罟目.ο在这样做时，本公开的主题内容提出了新的、快速、高效的、单程的基于膜滤器的分级和浓缩装置、系统和方法，其将悬浮在来自于稀进料悬液(“进料”)的液体中的粒子、特别是生物粒子分级并浓缩成经尺寸分级并浓缩的样品悬液(阻留物)，在独立的液流中排除分离的流体(透过物)。本公开的主题内容对于直径为约0.001微米至20微米的尺寸范围内的悬浮生物粒子例如蛋白质/毒素、病毒、DNA和细菌的分级和浓缩来说是特别有用的。这些粒子的浓缩对于检测稀悬液中的目标粒子来说是有利的，因为将它们浓缩到小体积中使它们更容易检测。分级以“级联”方式进行，以便将残留在分离的流体中的低于每个前一级的截留尺寸的粒子浓缩在浓缩的样品悬液中。这一过程也可用于产生“带通”浓缩，用于浓缩狭窄范围内的特定目标尺寸的粒子。所述装置使用进料侧上的压力、透过物侧上的真空和/或机械剪切来加速分离过程，并且可以包括添加的表面活性剂以提高效率。集成的气动阀、液压阀或机械阀和新的真空启动程序允许湿滤膜启动并同时减小装置中的液体滞留体积。该级联滤器堆叠体的独特之处在于所述样品流垂直于包封在外壳中的串联的滤器堆叠体的表面，每个滤器之间仅具有小的开放间隙空间，并且所述滤器的洗脱通过平行于阻留物滤器表面或与所述表面相切进行的同时的湿泡沫洗脱，通过所述小的间隙空间来进行。泡沫洗脱在每个滤器级上同时进行，使得在洗脱期间横跨每个膜的跨膜压力保持基本为零或接近于零。通过这种方式，洗脱流体通过膜的流动被消除或显著减小，使得切向流速和洗脱效率被最大化。提取泡沫可以从加压气体和溶解在收集流体中的表面活性剂制备得到。在一种示例性实施方式中，本公开的主题内容是一种用于从流体样品分级和浓缩粒子的装置。所述装置包括含有分级式滤器(staged filters)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。在另一种示例性实施方式中，本公开的主题内容是一种用于从流体样品分级和浓缩粒子的系统。所述系统包括容纳流体样品的储存器；包括两个或更多个分级式滤器的分级和浓缩滤筒；与所述滤筒流体连通的渗透压力装置；浓缩单元，其包括驱动集成阀，以将样品移动通过所述滤筒；以及流体分发器源，用于从滤筒分级式滤器收集浓缩的样品；其中将所述流体样品移动通过所述浓缩单元，然后将所述浓缩的样品从所述滤器洗脱并分发。在又一种示例性实施方式中，本公开的主题内容是一种用于从流体样品快速分级和浓缩粒子的系统。所述系统包括将样品导入到样品储存器中；启动分级和浓缩循环；将所述流体样品通过一系列滤器；从每个滤器级洗脱粒径逐渐减小的大量粒子；以及从每个滤器级提取浓缩的样品。【附图说明】图1A示出了本公开主题内容的示例性实施方式的五级流体装置的歧管部分。图1B示出了本公开主题内容的示例性实施方式的五级流体装置的夹持部分。图1C示出了本公开主题内容的示例性实施方式的五级流体装置的分解视图。图2示出了本公开主题内容的示例性实施方式的五级流体装置的内部流体体积视图。图3示出了本公开主题内容的示例性实施方式的二级流体装置的内部流体体积视图。图4示出了本公开主题内容的示例性实施方式的三级流体装置的内部流体体积视图。图5示出了本公开主题内容的示例性实施方式的分级和浓缩的流程图。图6示出了本公开主题内容的示例性实施方式的双滤筒系统。图7A示出了本公开主题内容的示例性实施方式的具有集成的滤器支承物的二级滤器堆叠体的横截面视图。图7B示出了本公开主题内容的示例性实施方式的不具有滤器支承物的二级滤器堆叠体的横截面视图。图8A-8X示出了本公开主题内容的示例性实施方式的用于分级和浓缩的方法的流程图和详细步骤。【具体实施方式】本公开的主题内容总的来说涉及生物恐怖主义安保、医学和环境科学领域。空气携带的生物威胁物的快速可靠的检测是保护平民和军人免于流行病大爆发和生物恐怖主义事件的显著需求。一流的生物威胁物检测系统使用气溶胶收集器将粒子捕获在2至12mL范围内的液体体积中。然后使用多种样品制备技术对样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从流体样品分级和浓缩粒子的装置，所述装置包含：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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐恰里·A·帕金汉姆，安德鲁·爱德华·佩奇，大卫·斯科特·阿尔布尔蒂，史蒂文·达莱·格拉哈姆，亚历克·道格拉斯·阿道夫松，
申请(专利权)人：伊诺瓦普瑞普有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US