离心流体分离设备制造技术

提供了一种用于在离心期间将复合流体分离成该复合流体的至少两个组成部分的模块化盒(300)和方法。该模块化盒(300)包括：流体输入部分(302)；至少一个流体分离部分(304)；与流体分离部分(304)流体连通的至少一个介质室(306)；流体收集部分(318)；至少一个流体通道，该至少一个流体通道被构造成在盒的至少两个部件之间形成流体连通；至少一个蜡阀，该至少一个蜡阀包括被构造成关闭流体通道中的至少一个的起伏的流动通道部分；以及被构造成致动至少一个蜡阀的至少一个加热元件。

Centrifugal fluid separation equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】离心流体分离设备相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月3日提交的名为“离心流体分离装置”的美国临时专利申请No.62/403,312、于2016年11月2日提交的名为“离心流体分离装置”的美国临时专利申请No.62/416,519、以及于2017年5月2日提交的名为“离心流体分离装置”的美国临时专利申请No.62/500,021的优先权，所述美国临时专利申请中的每一个通过全文引用被并入本文。
本申请描述了一种离心流体分离设备以及相关的系统和方法，所述流体分离设备包括围绕离心机的转子组件径向设置的一个或多个模块化流体分离盒。
技术介绍
在许多不同领域中，必须对携带颗粒物质的流体进行过滤或处理以获得纯化的液体或纯化的颗粒最终产物。结果，许多流体分离设备和相关技术已经被开发，并且目前应用于广泛的应用领域中。在医学领域，通常需要过滤或分离血液。全血由液相组分和颗粒组分组成。血液的液相部分主要由血浆组成。血液的颗粒组分(可被称为“有形成分”)包括红细胞(redbloodcell，RBC)(红血球)、白细胞(包括白血球)和血小板(凝血细胞)。尽管单个颗粒成分可具有相似的密度，但有形成分的组别通常遵循平均密度关系，该平均密度关系按密度降低的顺序如下：红细胞、白细胞和血小板。血浆的密度甚至小于血小板。同样，血液的颗粒成分可以根据相对尺寸进行分类。特别地，颗粒成分通常按尺寸减小的顺序如下：白细胞、红细胞和血小板。到目前为止，这些尺寸和密度关系是重要的，因为大多数现有的分离设备和技术依赖于这些尺寸和密度关系，或者依赖于颗粒表面化学特性的差异，以便有效且可靠地分离和/或过滤血液组分。全血分离中特别感兴趣的是获得纯化的外周血单核细胞(PeripheralBloodMononuclearCells，PBMCs)的能力。PBMCs是以圆形细胞核为特征的外周血细胞，并且该外周血细胞形成人体免疫系统的基本组分。PBMCs用于涉及包括免疫学、传染病学、血液学、疫苗开发、组织移植、高通量筛选等的一系列领域的研究和临床应用。PBMCs包括单核细胞、淋巴细胞和巨噬细胞。淋巴细胞由T细胞、B细胞和自然杀伤(NaturalKiller，NK)细胞组成，每个细胞在身体的自然防御系统中起着至关重要的作用。为了研究和分析PMBCs，临床医生和研究人员首先需要从全血中有效地分离PBMCs。该隔离的功效对于在随后的研究和分析阶段获得可靠且准确的结果至关重要。最常见的是，使用离心机从其他血液组分中分离或获得血液组分。离心机使用离心力使血液贮存器旋转以分离贮存器内的组分。在使用中，血液在高速旋转时进入贮存器，高速旋转产生离心力。离心力使血液组分分层，因此可以单独移除特定的组分。离心机在例如从全血中分离血小板方面是有效的；然而，离心机通常不能有效地使所有白细胞与血小板分离。历史上，血液分离和离心设备不能始终如一地生产具有足够高的纯度以满足当前标准的最终产品。因为典型的离心收集过程不能始终如一地且令人满意地将血液分离成血液的构成组分，所以添加了进一步的过程以改善结果。例如，在一个这样的过程中，在离心后，使血小板通过多孔编织或非编织介质过滤器，该多孔编织或非编织介质过滤器可具有修改的表面，以移除白细胞。然而，多孔过滤器的使用引入了各种问题。常规的多孔过滤器可能是低效的，因为常规的多孔过滤器可永久地移除或捕获不能接受的高含量(例如，5-20％)的所需组分。常规过滤器还可降低产品质量(例如，“血小板活力”)。例如，一旦通过过滤器，一部分组分会停止正常工作并且可部分或完全活化。此外，多孔过滤器可导致释放缓激肽，这可能导致患者的低血压发作。多孔过滤器也很昂贵，并且通常需要额外耗时的人工来执行过滤过程。另外，在离心之后和多孔过滤之前，必须经过一段时间以使活化的血小板有时间转变为去活化状态。否则，活化的血小板可能会阻塞过滤器。至少由于这些原因，多孔过滤可能不是合适的过滤程序。另一种常规工艺是离心淘析。在离心淘析中，细胞悬浮在液体介质中而不使用膜过滤器。在一种常见的淘析形式中，将细胞批次引入液体淘析缓冲液流中。然后携带悬浮的细胞批次的该液体被引入位于旋转离心机中的漏斗形室中。随着额外的液体缓冲溶液流过室，液体将较小尺寸、较慢沉降的细胞扫向室内的淘析边界，而较大、较快沉降的细胞迁移到具有最大离心力的室的区域。当离心力和由流体流动产生的力平衡时，流体流动增加以迫使较慢沉降的细胞从室中的出口端口流出，而更快沉降的细胞保留在室中。如果流过室的流体增加，则可以从室中移除逐渐变大且更快沉降的细胞。因此，离心淘析分离具有不同沉降速度的颗粒。斯托克定律描述了球形颗粒的如下沉降速度(sedimentationvelocity，SV)：SV＝r2(ρp–ρm)gη，其中，r是颗粒的半径，ρp是颗粒的密度，ρm是液体介质的密度，η是介质的黏度，g是重力加速度或离心加速度。因为在斯托克方程中颗粒的半径被提高到二次幂，而颗粒的密度没被提高到二次幂，所以是细胞的尺寸而不是细胞的密度对细胞的沉降速率影响更大。这解释了为什么在具有相似密度的颗粒中，较大的颗粒在离心淘析期间通常保留在室中，而较小的颗粒被释放。此外，更一般地，应当注意的是，根据以下公式，离心力随着距离心机旋转轴线的距离增加而增加：Fc＝mv2/r，其中Fc＝离心力，m＝质量，v＝半径r处的速度，r＝半径或从旋转轴线到旋转体的质心的垂直距离。注意，当速度随着距旋转轴线的距离增加而增加时，速度呈指数增加，而除数(半径)不呈指数增长。因此，半径的增加导致更高的离心力。在离心用语中，离心力也可相对于地球的重力来表示，即相对离心力(RelativeCentrifugalForce，RCF)或“G力”。该转换的等式如下：RCF或G力＝1.12×R×(RPM/1000)2。在整个本申请中，G力可以与RCF互换使用，“G场”可以用于表示离心场。离心淘析具有许多限制，其中一些限制在萨尔托里(Sartory)的美国专利No.3,825,175中有所描述。例如，在大多数离心淘析过程中，必须在单独的不连续批次中将颗粒引入流体介质流中，以允许足够的颗粒分离。因此，一些淘析过程仅允许在颗粒批次中分离并且需要额外的流体介质来输送颗粒。此外，流动力必须与离心力精确地平衡，以允许适当的颗粒分离。在离心淘析的另一个限制中，当颗粒从高离心场朝向低离心场流入淘析室中时，发生科里奥利喷射效应。流体和颗粒与室的内壁面向离心机的旋转方向剧烈地碰撞。这种现象使室内的颗粒混合并降低了分离过程的有效性。此外，科里奥利喷射分流沿着内壁从入口直接流到出口。因此，颗粒在淘析场周围通过以污染最终产品。通过颗粒密度反转进行的颗粒混合是在一些先前的淘析过程中遇到的又一个限制。在此，在淘析室内流动的流体随着其沿向心方向从进口端口朝向室的横截面增加的部分流动而具有减小的速度。因为颗粒倾向于集中在流速较低的区域内的流动液体中而不是在高流速区域内的流动液体中，所以颗粒集中在室的横截面积增加的区域附近。相应地，由于进口端口附近的流速最大，因此该区域中的颗粒浓度降低。当离心力将颗粒从横截面增加的部分处的高颗粒浓度区域推向进口端口时，发生颗粒密度反转。这种颗粒反转通过淘析降低了颗粒分离的有效性。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在离心期间将复合流体分离成至少两个组成部分的模块化盒，所述盒包括：流体入口部分；至少一个流体分离部分；至少一个介质室，所述至少一个介质室与所述流体分离部分流体连通；流体收集部分；至少一个流体通道，所述至少一个流体通道被构造成在所述盒的至少两个部件之间形成流体连通；至少一个蜡阀，所述至少一个蜡阀被构造成关闭所述流体通道中的至少一个；以及至少一个加热元件，所述至少一个加热元件被构造成致动所述至少一个蜡阀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.03 US 62/403,312;2016.11.02 US 62/416,519;1.一种用于在离心期间将复合流体分离成至少两个组成部分的模块化盒，所述盒包括：流体入口部分；至少一个流体分离部分；至少一个介质室，所述至少一个介质室与所述流体分离部分流体连通；流体收集部分；至少一个流体通道，所述至少一个流体通道被构造成在所述盒的至少两个部件之间形成流体连通；至少一个蜡阀，所述至少一个蜡阀被构造成关闭所述流体通道中的至少一个；以及至少一个加热元件，所述至少一个加热元件被构造成致动所述至少一个蜡阀。2.根据权利要求1所述的模块化盒，其中，所述分离部分包括具有第一体积的第一部段，所述第一部段与具有第二体积的第二部段流体连通。3.根据权利要求2所述的模块化盒，其中，第一部分进一步包括具有第三体积的第三部段，所述第三体积小于所述第一体积和所述第二体积。4.根据权利要求3所述的模块化盒，其中，所述第一部分的第三部段进一步包括分离挡板。5.根据权利要求4所述的模块化盒，其中，所述分离挡板被设置成相对于与离心期间在所述模块化盒中产生的离心力平行的线呈40度至50度的角度。6.根据权利要求2所述的模块化盒，其中，所述第一部分的第一部段和所述第一部分的第二部段通过包括蜡阀的至少一个流体通道彼此流体连通。7.根据权利要求6所述的模块化盒，其中，所述蜡阀是能注入的通道(IC)常开阀(NOV)。8.根据权利要求1所述的模块化盒，其中，所述至少一个蜡阀包括起伏的流动通道部分。9.根据权利要求8所述的模块化盒，其中，所述至少一个蜡阀进一步包括注入腔。10.根据权利要求9所述的模块化盒，其中，所述注入腔包括至少一个注入端口。11.根据权利要求10所述的模块化盒，其中，所述注入腔进一步包括至少一个排放口。12.根据权利要求11所述的模块化盒，其中，所述注入腔进一步包括延伸部分，所述延伸部分被构造成在所述注入腔内接纳熔化的蜡，所述熔化的蜡的体积等于流动通道的部段的体积。13.根据权利要求1所述的模块化盒，其中，所述流体通道中的至少一个包括两个串联的蜡阀。14.根据权利要求13所述的模块化盒，其中，所述两个串联的蜡阀中的至少一个是ICNOV。15.根据权利要求1所述的模块化盒，其中，所述至少一个加热元件包括至少一个电阻器。16.根据权利要求15所述的模块化盒，其中，所述至少一个电阻器形成电阻器阵列的一部分。17.根据权利要求16所述的模块化盒，其中，所述电阻器阵列包括单个层。18.根据权利要求17所述的模块化盒，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·拉德科夫，丹尼斯·J·赫拉文卡，托马斯·J·费尔特，安德鲁·格洛尔，耶斯·詹曾，泰勒·波洛达，卢克·埃德温·拉德特寇，
申请(专利权)人：泰尔茂比司特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US