用于倾斜波颗粒偏转的声泳装置制造方法及图纸

公开了用于使材料与基质流体分离的装置。装置(100)包括流室、超声换能器(120)和反射器(130)。超声换能器(120)和反射器(130)产生倾斜声驻波，该倾斜声驻波定向为相对于穿过流室的平均流的方向(116)成角度(A)。倾斜声驻波(122)导致声辐射力，该声辐射力具有使材料偏转的轴向分力，使得材料和基质流体能够因此分离。倾斜声驻波能够定向为相对于穿过流室的平均流的方向成大约20°至大约70°的角，以偏转、收集、分化或分级流体中的材料，其中流体以大约400mL/分钟至大约700mL/分钟的流率流过装置。

Acoustic swimming device used for deflection of inclined wave particles

A device for separating material from a matrix fluid is disclosed. The device (100) includes a flow chamber, an ultrasonic transducer (120) and a reflector (130). The ultrasonic transducer (120) and the reflector (130) generate an inclined standing wave, and the inclined standing wave is oriented to an angle (A) relative to the direction of the average flow through the flow chamber (116). The tilted sound standing wave (122) leads to the acoustic radiation force, which has an axial force that makes the material deflected, so that the material and the matrix fluid can be separated. The tilted standing wave can be orientated to an angle of about 20 degrees to about 70 degrees relative to the mean flow direction across the flow chamber. It deflects, collects, differentiate or classifying the material in the fluid. The fluid flows through the device in a flow rate of about 400mL/ minutes to about 700mL/ minutes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于倾斜波颗粒偏转的声泳装置相关申请的引用本申请要求2016年4月1日递交的美国临时专利申请No.62/316,933以及2015年4月29日递交的美国临时专利申请No.62/154,690的优先权，通过引用将其全部公开内容整体并入本文。
技术介绍
在医疗领域，经常期望不伤害细胞地从流体混合物中分离低浓度细胞、清洗细胞、浓缩流体混合物中的细胞、基于关键参数分化细胞或者甚至分级许多不同类型的细胞。这类工艺在许多普通疾病的可能疗法的发展中是关键的。还可以期望的是通过使用颗粒可以彼此分离的声场将尺寸、密度和/或声学反差因子不同的颗粒或者细胞分离。示例包括使活细胞与死细胞分离以及从未分化细胞中分离已分化细胞。本文中说明的方法提供了这种无标记的分离或分化方法。在食品和饮料工业中，传统上使用过滤盒和过滤膜从液体中过滤颗粒。这种过滤器昂贵并且随着材料的处理而变得堵塞和不作用。与此相反，在其它可能的优点中，声泳(acoustophoresis)为过滤盒和过滤膜提供了固态、低成本的替代物，该替代物能够处理大量的例如负载酵母或其它悬浮颗粒的水或啤酒的基质介质。在食品和饮料工业中，基质流体以比穿过传统的声泳装置的流率最多大十倍的流率流过过滤器。在这种较高的流率下，对基质流体中的颗粒的捕获降低，从而导致降低了的分离效率。因此，期望的是提供能够相较于传统的宏观尺度的声分离器从流率高得多或者浓度低得多的基质流体中分离第二流体或者粒子的系统和方法。在油水工业中，从水中有效率地和经济地分离油和其它污染物已成为重要的工艺。水力压裂技术的出现导致许多沉降池和污水运输的高成本。这些沉降池对于环境是一个挑战并且需要更好的方法来更有效地澄清水力压裂水。在其它可能的优点中，声泳提供澄清水力压裂的固态的、有效的方法，但是与这种宏观尺度的声泳装置相关的流率仍太低而不可行。因此，期望的是提供能够从流率高得多的基质流体中分离第二流体、细胞或粒子的系统和方法。
技术实现思路
本公开在各种实施方式中涉及用于声泳分离、分级、隔离、浓缩、清洗、检测或者甚至分化流体悬浮物中的细胞或颗粒的微观至宏观尺度的系统、装置和方法。装置和方法包括含有超声换能器和反射器的流室，超声换能器和反射器产生定向为相对于流过流室的平均流的方向成锐角的倾斜声驻波，其中流室包括穿过倾斜声驻波的颗粒路径。在较高的流率下，声驻波可以用于使颗粒在期望方向上偏转而不导致颗粒在驻波中被捕获。通过将声驻波以一定的角度应用于基质流体，能够实现所期望的颗粒偏转。本文所公开的是声泳装置，其包括：流室，其中第二流体、细胞或粒子中的至少一者和基质流体的初始混合物从该流室流过，该流室限定了平均流的方向；至少一个超声换能器，该超声换能器位于流室的壁，换能器包括由电压信号驱动以在流室中产生倾斜声驻波的压电材料，倾斜声驻波定向为相对于穿过流室的平均流的方向成锐角；以及反射器，该反射器位于流室的与至少一个超声换能器相对的侧的壁，并且被设计和定位成产生沿着所述锐角方向的驻波。作为示例，换能器可以与室中的流体直接接触，该换能器可以粘合地附接至聚合物膜或者可以用于激发第二材料以产生声驻波。另外，换能器可以使用是诸如PZT-8等的陶瓷或者是诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)等的聚合物的压电材料。在装置的特别实施方式中，倾斜声驻波定向为相对于穿过流室的平均流的方向成大约20°至大约70°的角。多维声驻波可以是三维声驻波。倾斜声驻波还可以是平面声驻波，或者是平面声驻波和多维声驻波的组合。在装置的特定实施方式中，声泳装置还包括在流室的第一端的入口以及在流室的与第一端相反的第二端的澄清流体出口。声泳装置还可以包括在流室的第二端的浓缩出口。在流室的第二端的至少一个浓缩出口可以引起诸如细胞清洗、细胞浓缩或细胞分级等的进一步处理，其中细胞是诸如T细胞、B细胞和NK细胞等的生物细胞。在特定的实施方式中，所分离的细胞是中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、NS0杂种细胞、幼仓鼠肾(BHK)细胞或者人类细胞。包括前述细胞类型的哺乳动物细胞培养的使用已被证明是生产/表达当今药物所需的重组蛋白和单克隆抗体的非常有效的方式。在装置的特定实施方式中，声泳装置还包括在澄清流体出口的下方的偏转壁，该偏转壁实质上垂直于穿过流室的平均流的方向地延伸。声泳装置可以包括在偏转壁的下端的浓缩出口。倾斜声驻波可以是导致声辐射力的多维声驻波，该声辐射力具有使第二流体、细胞或粒子偏转到偏转壁的轴向分力。倾斜声驻波可以是三维声驻波。在装置的特定实施方式中，声泳装置可以包括串联配置的多个超声换能器，各换能器包括由电压信号驱动以在流室中产生倾斜声驻波的压电材料，该倾斜声驻波定向为相对于穿过流室的平均流的方向成大约20°至大约70°的角。多个换能器中的各换能器均能够定向为相对于穿过流室的平均流的方向成相同的角度。在特别的实施方式中，声泳装置还能够包括：上入口管道，第二流体、细胞或粒子中的至少一者和基质流体的初始混合物穿过该上入口管道流入声泳装置；下入口管道，细胞清洗流穿过该下入口管道流入声泳装置；上管道出口，初始混合物的基质流体穿过该上管道出口流出声泳装置；中管道出口，清洗流体通过该中管道出口流出声泳装置；以及下管道出口，第二流体、细胞或粒子在从穿过上入口管道的初始混合物的流穿过细胞清洗流之后在该下管道出口浓缩。一个声室或多个声室还可以包括诸如由沿着倾斜波声学装置的中心线向下延伸的玻璃管产生的直线路径。在该示例中，声波穿过玻璃管的壁传送并且穿过声学装置的主流不被位于声学装置边缘的换能器和反射器的角部中断。还公开的是使第二流体、细胞或粒子与基质流体分离的方法。该方法包括：使第二流体、细胞或粒子中的至少一者和基质流体的初始混合物流过声泳装置；发送电压信号来驱动至少一个超声换能器以在流室中产生倾斜驻波而使第二流体、细胞或粒子偏转；以及从声泳装置收集第二流体、细胞或粒子。声泳装置包括：流室，第二流体、细胞或粒子和基质流体的初始混合物穿过该流室流过，流室限定了平均流的方向；至少一个超声换能器，该超声换能器位于流室的壁，换能器包括由电压信号驱动以在流室中产生倾斜声驻波的压电材料，倾斜声驻波定向为相对于穿过流室的平均流的方向成锐角；以及反射器，该反射器位于流室的与至少一个超声换能器相对的侧的壁。在所述方法的特别实施方式中，倾斜驻波定向为相对于穿过流室的平均流的方向成大约20°至大约70°的角。倾斜声驻波可以是诸如三维声驻波等的多维声驻波。倾斜声驻波可以是三维声驻波。声泳装置的流室还可以包括：上入口管道，第二流体、细胞或粒子中的至少一者和基质流体的初始混合物穿过该上入口管道流入声泳装置；下入口管道，细胞清洗流穿过该下入口管道流入声泳装置；上管道出口，初始混合物的基质流体穿过该上管道出口流出声泳装置；中管道出口，清洗流体穿过该中管道出口流出声泳装置；以及下管道出口，第二流体、细胞或粒子在从穿过上入口管道的初始混合物的流穿过细胞清洗流之后在该下管道出口浓缩。在所述方法的特定实施方式中，声泳装置还包括在流室的第一端的入口和在流室的与第一端相反的第二端的澄清流体出口。所公开的方法中使用的声泳装置还可以包括在流室的第二端的浓缩出口。在又一实施方式中，可以有两个平行的入口，一个含有例如来自细胞培养的流体和细胞混合物，第二个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声泳装置，其包括：流室，第二流体、细胞或粒子中的至少一者和基质流体的初始混合物从所述流室流过，所述流室限定了平均流的方向；至少一个超声换能器，其位于所述流室的壁，所述超声换能器包括由电压信号驱动以在所述流室中产生倾斜声驻波的压电材料，所述倾斜声驻波定向为相对于穿过所述流室的所述平均流的方向成锐角；以及反射器，其位于所述流室的与所述至少一个超声换能器相对的侧的壁。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.29 US 62/154,690;2016.04.01 US 62/316,9331.一种声泳装置，其包括：流室，第二流体、细胞或粒子中的至少一者和基质流体的初始混合物从所述流室流过，所述流室限定了平均流的方向；至少一个超声换能器，其位于所述流室的壁，所述超声换能器包括由电压信号驱动以在所述流室中产生倾斜声驻波的压电材料，所述倾斜声驻波定向为相对于穿过所述流室的所述平均流的方向成锐角；以及反射器，其位于所述流室的与所述至少一个超声换能器相对的侧的壁。2.根据权利要求1所述的声泳装置，其特征在于，所述倾斜声驻波定向为相对于穿过所述流室的所述平均流的方向成大约20°至大约70°的角。3.根据权利要求1所述的声泳装置，其特征在于，所述声泳装置还包括在所述流室的第一端的入口以及在所述流室的与所述第一端相反的第二端的澄清流体出口。4.根据权利要求3所述的声泳装置，其特征在于，所述声泳装置还包括在所述流室的所述第二端的浓缩出口。5.根据权利要求3所述的声泳装置，其特征在于，所述声泳装置还包括在所述澄清流体出口的下方的偏转壁，所述偏转壁实质上垂直于穿过所述流室的所述平均流的方向地延伸。6.根据权利要求5所述的声泳装置，其特征在于，所述声泳装置还包括在所述偏转壁的下端的浓缩出口。7.根据权利要求6所述的声泳装置，其特征在于，所述倾斜声驻波是导致声辐射力的多维声驻波，所述声辐射力具有使所述第二流体、细胞或粒子偏转至所述偏转壁的轴向分力。8.根据权利要求1所述的声泳装置，其特征在于，所述至少一个超声换能器包括串联配置的多个超声换能器，各所述换能器均包括由电压信号驱动以在所述流室中产生倾斜声驻波的压电材料，所述倾斜声驻波定向为相对于穿过所述流室的所述平均流的方向成大约20°至大约70°的角。9.根据权利要求8所述的声泳装置，其特征在于，各换能器定向为相对于穿过所述流室的所述平均流的方向均成相同的角度。10.根据权利要求1所述的声泳装置，其特征在于，所述倾斜声驻波是三维声驻波。11.根据权利要求1所述的声泳装置，其特征在于，所述声泳装置还包括：上入口管道，所述第二流体、细胞或粒子中的至少一者和所述基质流体的所述初始混合物穿过所述上入口管道流入所述声泳装置；下入口管道，细胞清洗流穿过所述下入口管道流入所述声泳装置；上管道出口，所述初始混合物的所述基质流体穿过所述上管道出口流出所述声泳装置；中管道出口，清洗流体穿过所述中管道出口流出所述声泳装置；以及下管道出口，所述第二流体、细胞或粒子在从穿过所述上入口管道的所述初始混合物的流穿过细胞清洗流之后在所述下管道出口浓缩。12.一种使第二流体、细胞或粒子与基质流体分离的方法，所述方法包括：使所述第二流体、细胞或粒子中的至少一者和所述基质流体的初始混合物流过声泳装置，所述声泳装置包括：流室，所述第二流体、细胞或粒子中的至少一者和所述基质流体的所述初始混合物从所述流室流过，所述流室限定了平均流的方向；至少一个超声换能器，所述超声换能器位于所述流室的壁，所述换能器包括由电压信号驱动以在所述流室中产生倾斜声驻波的压电材料，所述倾斜声驻波定向为相对于穿过所述流室的所述平均流的方向成锐角；以及反射器，所述反射器位于所述流室的与所述至少一个超声换能器相对的侧的壁；发送电压信号来驱动所述至少一个超声换能器以在所述流室中产生所述倾斜声驻波而使所述第二流体、细胞或粒子偏转；以及从所述声泳装置收集所述第二流体、细胞或粒子。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述倾斜声驻波定...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·利普肯恩斯，小W·M·普雷斯，K·奇塔莱，T·J·肯尼迪三世，B·罗丝约翰斯鲁德，
申请(专利权)人：弗洛设计超声波公司，
类型：发明
国别省市：美国,US