具有双声电泳腔的声电泳装置制造方法及图纸

声电泳装置包括具有压电元件(160)的声腔(155，157)，该压电元件位于声腔的容积中。压电元件振动并从两侧产生声驻波，使得可以从穿过声腔的流体中分离出颗粒。这允许更有效地冷却压电元件，从而减少行进通过装置的流体中的瞬态热载荷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年1月8日提交的美国临时专利申请No.61/925,171的优先权。该申请的全部内容在此通过引用完全并入本文。
技术介绍
在许多应用中需要将颗粒/流体混合物分离成它的多个单独组分的能力。声电泳(acoustophoresis)使用高强度声波分离颗粒，而不需要使用膜或物理的尺寸排阻过滤器。已知的是，当强度和压缩系数这两者中存在差异(也被称为对比系数)时，声音的高强度驻波可以对流体中的颗粒施加力。驻波具有表现出随时间“驻立”不动的压力分布。驻波中的压力分布在其波节和波腹处包含净零压力的区域。取决于颗粒的密度和压缩系数，将在驻波的波节或波腹处捕获这些颗粒。驻波的频率越高，能够被捕获的颗粒越小。常规声电泳装置因如下几个因素而具有有限的功效，这些因素包括发热、对流体流动的限制以及不能捕获不同类型的材料。具体而言，发热可能对流体流中的材料有害，特别是在如下生物制药应用中：在流体流中存在例如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞和蛋白质等材料以及从这些材料提取的单克隆抗体。就这一点而言，包括压电元件的超声换能器通常用于产生超声波。换能器通常被安装到腔的壁部中，而反射体被安装在相对的壁部中。反射体的表面与压电元件的表面平行，从而使压电元件所产生的入射波的反射最大化，以形成驻波。当进行声电泳时，在操作期间压电元件产生热量。期望提供能够最大程度地减少发热的替代设计。
技术实现思路
本专利技术涉及多种声电泳系统，其包括位于流动路径中间而不是位于流动路径一侧的压电元件。这允许压电元件两侧而不仅是压电元件一侧产生声驻波。这还允许压电元件两侧暴露于流体流并产生冷却效果，从而减轻压电元件中的热积聚。该装置可以用于使颗粒与颗粒/流体混合物分离。可以得到颗粒浓度增大的新混合物，或者可以得到分离出的颗粒本身。在更多特定实施例中，颗粒是生物细胞，例如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、NS0杂交瘤细胞、幼仑鼠肾(BHK)细胞和人体细胞。本文描述了几种不同类型的组件和整体系统。本文多个实施例公开了一种声电泳装置，包括：装置入口，其允许流体流进入到装置中；装置出口，其允许流体从该装置流出；以及声腔，其位于装置入口与装置出口之间的流动路径中。声腔包括：第一端以及与第一端相对的第二端；压电元件，其在第一端与第二端之间延伸，并将声腔分成第一流动腔和第二流动腔，压电元件具有第一表面和第二表面；第一反射体，其与压电元件的第一表面相对，第一反射体与第一表面之间设置有第一流动腔；以及第二反射体，其与压电元件的第二表面相对，第二反射体与第二表面之间设置有第二流动腔。声腔还可以包括：保持板，其保持压电元件；以及两个支架板，其具有狭槽，该狭槽用于将保持板保持在声腔中的固定位置。压电元件可以包括多个压电晶体。一般来说，压电元件适合于在第一流动腔和第二流动腔中产生多维驻波。在更多特定实施例中，在第一流动腔和第二流动腔中由压电元件产生不同的驻波(例如，其具有不同的频率)。在一些实施例中，声电泳装置成形为：使得流体经由装置入口流动到装置中，进入到声腔的第一端中，然后并行地流动穿过第一流动腔和第二流动腔，经由声腔的第二端从声腔流出，并经由装置出口从声电泳装置流出。声电泳装置还包括波状喷嘴壁，该波状喷嘴壁位于装置入口与声腔之间。在其他实施例中，声电泳装置成形为：使得流体经由装置入口流动到装置中，然后沿从声腔的第一端经由第一流动腔至第二端接着经由第二流动腔返回至第一端的U形路径行进通过声腔，然后经由声腔的第一端离开流动腔，并经由装置出口离开装置。在此类实施例中，声腔的第二端可以通向井部，井部的横截面面积从单个入口向下渐缩至顶点，并且排出管线将顶点连接至用于回收在井部中收集的材料的端口。本文还公开了使颗粒与主流体(host fluid)分离的方法，该方法包括：使主流体和颗粒的混合物流动穿过如上所述的声电泳装置，该声电泳装置具有第一流动腔和第二流动腔。脉冲电压信号驱动压电元件，以在第一流动腔和第二流动腔中产生多维驻波，从而使颗粒与主流体分离。在第一流动腔和第二流动腔这两者中，多维驻波可以产生具有轴向力分量和横向力分量的声辐射力，轴向力分量和横向力分量具有相同的数量级。在特定实施例中，颗粒是中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、NS0杂交瘤细胞、幼仑鼠肾(BHK)细胞或人体细胞。脉冲电压信号可以具有正弦、方形、锯齿或三角形波形。脉冲电压信号可以具有500kHz至10MHz的频率。可以利用幅度或频率调制开启/停止能力驱动脉冲电压信号，以消除声流。在特定实施例中，主流体和颗粒的混合物在进入所述声腔之前具有1500以下的雷诺数。有时，混合物向上竖直流动，而颗粒向下下沉至收集导管。本文多个实施例还公开了一种声电泳装置，包括：装置入口，其允许流体流进入到装置中；装置出口，其允许流体从装置流出；以及声腔，其位于装置入口与装置出口之间的流动路径中。声腔包括：多个压电元件，其在第一端与第二端之间延伸；以及多个反射体。每个压电元件均具有第一表面和第二表面；并且每个压电元件均位于两个反射体之间。在下文更具体地描述了这些和其他非限制性特征。附图说明以下是附图的简单描述，这些附图是为了说明本专利技术所公开的示例性实施例而提供的，而不为了限制本专利技术。图1是包括本专利技术的“双声电泳腔”的声电泳装置的外部透视图。在该视图中，用于给压电元件供电的连接器面板是可见的。图2是仅双声电泳腔的透视图，且连接器面板位于附图的顶部。图3是保持板的透视图，该保持板保持位于两个支架板之间的压电元件，这两个支架板将保持板保持在声腔中的适当位置。图4是示出了保持板和支架板的图片。压电元件由两个分离的矩形压电晶体组成。图5是更详细地示出了保持板和压电元件的图片。图6是第二示例性实施例的透视图。这里，两个压电元件被放置在声腔容积中。在声腔中总共存在三个反射体，两个反射体位于相对的壁部上，而另一个反射体位于声腔的中部。声腔包含四个不同的流动路径，流体/颗粒混合物可以流动穿过这些流动路径。图7示出了与本专利技术的双声电泳腔一起使用的示例性声电泳分离器。这里，流体从分离器顶部流动穿过该腔并从分离器的底部流出。图8是在图7的分离器中的波状喷嘴壁与收集导管的相交处附近的流体流的放大视图。图9是第二示例性声电泳装置的正视图，其中，流体经由装置顶部处的入口流入，并随后沿U形流动路径行进通过声电泳腔，然后同样经由装置顶部处的出口离开。利用装置底部处的井部收集分离出的颗粒。图10是示出了声辐射力、浮力和斯托克斯(Stokes)曳力与粒度的关系的曲线图。横轴以微米(μm)为单位，而纵轴以牛顿(N)为单位。图11是示出了正在运行的本专利技术的双声电泳腔的图片。捕获线是可见的。图12是示出了对常规系统和本专利技术的双声电泳腔这两者而言随着时间的装置效率以及随着时间的等效操作的曲线图。具体实施方式通过参考优选实施例及其所包含的实例的以下具体描述，可以更容易地理解本专利技术。在以下说明书以及所附权利要求中，将参考限定为具有下述含义的大量术语。虽然为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但这些术语仅意图指代图中被选择用于说明的实施例的特定结构，而不意图限定或限制本专利技术的范围。在附图和以下描述中，应当理解的是，相同的数字标号指代相同功能的部件。此外，应当理解的是，附图未按比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声电泳装置，包括：装置入口，其允许流体流进入到所述声电泳装置中；装置出口，其允许流体从所述声电泳装置流出；以及声腔，其位于所述装置入口与所述装置出口之间的流动路径中，所述声腔包括：第一端以及与所述第一端相对的第二端；第一压电元件，其在所述第一端与所述第二端之间延伸，所述第一压电元件具有第一表面和第二表面；第一反射体，其与所述第一压电元件的所述第一表面相对，所述第一反射体与所述第一压电元件的所述第一表面之间设置有第一流动腔；以及第二反射体，其与所述第一压电元件的所述第二表面相对，所述第二反射体与所述第一压电元件的所述第二表面之间设置有第二流动腔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.08 US 61/925,1711.一种声电泳装置，包括：装置入口，其允许流体流进入到所述声电泳装置中；装置出口，其允许流体从所述声电泳装置流出；以及声腔，其位于所述装置入口与所述装置出口之间的流动路径中，所述声腔包括：第一端以及与所述第一端相对的第二端；第一压电元件，其在所述第一端与所述第二端之间延伸，所述第一压电元件具有第一表面和第二表面；第一反射体，其与所述第一压电元件的所述第一表面相对，所述第一反射体与所述第一压电元件的所述第一表面之间设置有第一流动腔；以及第二反射体，其与所述第一压电元件的所述第二表面相对，所述第二反射体与所述第一压电元件的所述第二表面之间设置有第二流动腔。2.根据权利要求1所述的声电泳装置，其中，所述声腔还包括：保持板，其保持所述压电元件；以及两个支架板，其具有狭槽，所述狭槽用于将所述保持板保持在所述声腔中的固定位置。3.根据权利要求1所述的声电泳装置，其中，所述压电元件包括多个压电晶体。4.根据权利要求1所述的声电泳装置，其中，所述压电元件适合于在所述第一流动腔和所述第二流动腔中产生多维驻波。5.根据权利要求4所述的声电泳装置，其中，在所述第一流动腔和所述第二流动腔中由所述压电元件产生不同的驻波。6.根据权利要求1所述的声电泳装置，其中，所述声电泳装置成形为：使得流体经由所述装置入口流动到所述声电泳装置中，进入所述声腔的所述第一端中，然后并行地流动穿过所述第一流动腔和所述第二流动腔，经由所述声腔的所述第二端从所述声腔流出，并经由所述装置出口从所述声电泳装置流出。7.根据权利要求1所述的声电泳装置，还包括：波状喷嘴壁，其位于所述装置入口与所述声腔之间。8.根据权利要求1所述的声电泳装置，其中，所述声电泳装置成形为：使得流体经由所述装置入口流动到所述声电泳装置中，然后沿从所述声腔的所述第一端经由所述第一流动腔至所述第二端接着经由所述第二流动腔返回至所述第一端的U形路径行进通过所述声腔，然后经由所述声腔的所述第一端离开流动腔，并经由所述装置出口离开所述声电泳装置。9.根据权利要求8所述的声电泳装置，其中，所述声腔的所述第二端通向井部，所述井部的横截面面积从单个入口向下渐缩至顶点，并且排出管线将所述顶点连接至用于回收在所述井部中收集的材料的端口。10.根据权利要求1所述的声电泳装置，还包括：第二压电元件，其在所述第一端与所述第二端之间延伸，所述第二压电元件具有第一表面和第二表面，所述第二压电元件的所述第一表面面向所述第二反射体，并且所述第二反射体与所述第二压电元件的所述第一表面之间设置有第三流动腔；以及第三反射体，其与所述第二压电元件的所述第二表面相对，所述第三反射体与所述第二压电元件的所述第二表面之间设置有第四流动腔。11.一种使颗粒与主流体分离的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴特·利普肯斯，布莱恩·麦卡西，本·罗斯约翰斯路德，杰森·巴恩斯，戴恩·米利，托马斯·J·肯尼迪三世，
申请(专利权)人：弗洛设计声能学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US