脂质颗粒与红血球的声电泳分离制造技术

本发明专利技术公开了从血液分离出的颗粒或液滴，其由包括以下步骤的方法产生：使包含颗粒或液滴的血液流动通过流动腔室，其中，所述流动腔室具有声能源；驱动所述声能源以在所述血液中产生多个三维驻波，并且俘获所述颗粒或液滴；以及从所述血液中除去被俘获在所述三维驻波中的所述颗粒或液滴，其中，每个三维驻波产生具有相同幅值数量级的轴向力分量和横向力分量的声辐射力。

Separation of lipid particles from red blood cells by acoustic electrophoresis

The present invention discloses isolated from blood particles or droplets, which is produced by the method comprises the following steps: the flow of blood contains particles or liquid droplets flow through the chamber, wherein the flow chamber with acoustic energy; driving the sound energy in the blood to produce multiple 3D standing waves, and capture the particles or droplets; and from the blood removed is captured in the three-dimensional standing wave in the particles or droplets, the acoustic radiation force of each 3D standing wave produce axial force component and the lateral force component has the same amplitude magnitude.

【技术实现步骤摘要】
脂质颗粒与红血球的声电泳分离本申请是2013年4月19日提交、专利技术名称为“脂质颗粒与红血球的声电泳分离”、申请号为201380020839.5(国际申请号PCT/US2013/037404)的专利技术专利申请的分案申请。
技术介绍
本申请要求2012年4月20日提交的美国临时专利No.61/636,515的优先权。该申请的全部内容在此通过引用的方式全部并入本文。在心脏手术期间，由于难以对跳动的心脏动手术，因此心脏和肺的功能由外部泵替代。这种技术(称为心肺分流术(CPB))保持患者体内的血液和氧气的循环。回输法是比较有吸引力的，因为它降低了对异体输血的需要、最大程度地减少了成本、并且降低了输血相关的发病率。异源输血同样与心脏手术之后增加的长期死亡率相关。然而，当在手术过程期间脂肪层被切割时，脂肪层释放出脂质，脂质在抽吸期间可以由泵进行收集。然后，当将血液回输到体内时，这些脂质可能会被无意地引入到血流中。脂质可能引起脂质微栓子，其中，乳化(悬浮状态)的脂肪细胞行进到患者的器官(例如肾、肺、心脏)，并且可能引起血管的堵塞(栓塞)。当脂质微栓子出现在大脑中时，是尤其危险的，因为它们会导致各种神经认知障碍。在CPB之后的第一周内，超过50％的患者经历神经功能缺损，10％-30％的患者受到长期或永久性的影响，1-5％的患者经历永久性残疾或死亡。诸如过滤法和离心法等用于从血液中除去脂质的现有方法效率低或对血液中的有益的红血球有害。脂质颗粒在直径方面表现出约5-70微米(μm)的尺寸分布，其中大多数颗粒≤10μm。这与红血球的尺寸大致相同。典型的过滤器具有25-40μm的孔径以及30-40％的脂质去除效率。另外，过滤器堵塞并受到通过量的限制，需要进行更换，并且可能将较大的液滴分散成较小的液滴。离心法费时且昂贵，并且需要训练有素的人员。另外，离心法所要求的高速可能会损坏血球，并且除去诸如血小板和凝血因子等有益的血液成分。已经使用了一些MEMS装置，但这些装置依赖于非常小的通道，该通道基本上只能用于分离“排列成行”的红血球和脂质颗粒。这会导致非常低的通过量，并且不能进行大批量的处理。需要一种可以有效地且充分地从血液中除去脂质的分离技术。
技术实现思路
本专利技术涉及使用声电泳从血液中俘获和分离脂质的系统和装置。该装置使用如本文所述的超声换能器。本文公开了从血液分离脂质的方法。使所述血液流动通过流动腔室。所述流动腔室具有声能源并在所述流动腔室的相反侧具有声能的反射器。所述血液包含脂质。激活所述声能源，以在所述血液中产生多个入射波。使所述反射器反射所述多个入射波，从而产生与所述入射波共振的多个反射波，由此形成多个驻波。于是，可以从所述血液中除去被俘获在所述驻波中的脂质。在其它实施例中，公开了一种装置。该装置，包括：流动腔室，其具有使包含脂质的血液流动通过的入口和出口；超声换能器，其位于所述流动腔室的壁部上，所述换能器包括限定了所述换能器的一侧的陶瓷晶体，所述换能器由超声频率的振荡的周期性或脉冲式电压信号驱动，所述电压信号驱动所述换能器，以在所述流动腔室中产生驻波；以及反射器，其位于所述流动腔室的与所述换能器相反的一侧的壁部上。在另一实施例中，一种装置包括：抽吸装置，其从患者收集血液；流动腔室，其具有让血液流动通过的入口和出口；多个超声换能器，其位于所述流动腔室的壁部上，所述换能器均包括由超声频率的振荡的周期性或脉冲式电压信号驱动的陶瓷晶体，该电压信号驱动所述换能器，使所述换能器以非均一的位移模式振动，以在所述流动通道中产生驻波；以及反射器，其位于所述流动腔室的与所述换能器相反的一侧的壁部上。在下面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要描述，所述附图是为了说明本文所公开的示例性实施例而提供的，并不是为了限制本专利技术。图1示出具有一个换能器的声电泳分离器。图2是示出声电泳分离器的功能的视图。图3示出具有多个换能器的声电泳分离器。图4A是用作图3的分离器中的入口的扩散器的详细视图。图4B是可以与图3的分离器一起使用的替代入口扩散器的详细视图。图5是具有一个换能器的声电泳分离器的可选实施例。图6是图5的声电泳分离器的分解图。图7是本专利技术的超声换能器的剖视图。在换能器内存在空气间隙，并且不存在背衬层。图8是示出血球和脂质的对比系数的图表。图9是示出俘获在驻波中的脂质和血球的曲线图。图10是声电泳分离器的计算机模型，模拟出该模型以生成图11A至图11D。图11A至图11D示出在声电泳分离器中作用在颗粒上的力的模拟。图12是当以不同频率驱动方形换能器时的阻抗振幅与频率之间的关系的曲线图。图13示出用于图12的7个峰值振幅的波节构造。图14和图15示出换能器阵列构造。图16是用于除去红血球的实验室设置中的图5的声电泳分离器的照片。图17示出图5和图16的声电泳分离器的观察窗的两张照片。具体实施方式通过参考以下优选实施例的详细描述及本文包括的实例，可以更容易地理解本专利技术。在以下说明书和随后的权利要求书中，将参考定义为具有下述含义的大量术语。除非上下文另有明确说明，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”也包括多个指示物。如在说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“包含”可以包括实施例“由…组成”和“基本上由…组成”的含义。数值应当被理解为包括在被约简成相同有效数字时相同的数值以及与设定值之差比本申请所述类型的确定该值的常规测量技术的实验误差小的数值。本文公开的所有范围包括所述端值并且是可独立组合的(例如范围“从2克到10克”包括端值2克和10克以及所有中间值)。如本文所用的那样，可以运用近似的语言修饰任何可变但不会导致所涉及的基本功能改变的定量表述。因此，在一些情况下，由诸如“约”和“基本上”等一个或几个术语修饰的数值不限于给定的精确值。修饰语“约”也应被视为公开了由两个端点的绝对值限定的范围。例如“从约2到约4”的表达也公开了“从2到4”的范围。本文所使用的一些术语是相对性的术语。相对于给定的结构，术语“入口”和“出口”涉及从中流动通过的流体，例如流体流动通过入口而进入该结构，并且流体通过出口而从该结构流出。术语“上游”和“下游”相对于流体流动通过各种部件的方向而言，即流体在流动通过下游部件之前流动通过上游部件。术语“上”和“下”相对于中心点而言。上部件位于中心点的一个方向上，而下部件位于中心点的相反方向上。术语“水平”和“竖直”用于表示相对于绝对基准(即地面)的方向。然而，这些术语不应当被解释为要求结构彼此绝对平行或绝对垂直。例如第一竖直结构和第二竖直结构彼此不必平行。相对于绝对基准(即地球的表面)，术语“顶部”以及“底部”或“基部”是用来指顶部总是高于底部/基部的表面。术语“向上”和“向下”同样相对于绝对基准而言；向上始终克服地球的重力。本专利技术涉及颗粒和液滴。“颗粒”应被理解为指的是密度比水大的材料，而“液滴”指的是密度比水小的材料。然而，这两个术语也具有悬浮或分散在流体中的共同特征，并且优选地与流体分离。根据上下文，由于存在这个共同特征，因此参考该术语中的任一个应被理解为指的是任一个术语，因此不应被解释为以某种方式仅限于使用基于密度的术语的那个。如前面提到的那样，需要用于多组分液体流(例如从血液分离脂质)的高效率分离技本文档来自技高网...

【技术保护点】
从血液分离出的颗粒或液滴，其由包括以下步骤的方法产生：使包含颗粒或液滴的血液流动通过流动腔室，其中，所述流动腔室具有声能源；驱动所述声能源以在所述血液中产生多个三维驻波，并且俘获所述颗粒或液滴；以及从所述血液中除去被俘获在所述三维驻波中的所述颗粒或液滴，其中，每个三维驻波产生具有相同幅值数量级的轴向力分量和横向力分量的声辐射力。

【技术特征摘要】
2012.04.20 US 61/636,5151.从血液分离出的颗粒或液滴，其由包括以下步骤的方法产生：使包含颗粒或液滴的血液流动通过流动腔室，其中，所述流动腔室具有声能源；驱动所述声能源以在所述血液中产生多个三维驻波，并且俘获所述颗粒或液滴；以及从所述血液中除去被俘获在所述三维驻波中的所述颗粒或液滴，其中，每个三维驻波产生具有相同幅值数量级的轴向力分量和横向力分量的声辐射力。2.根据权利要求1所述的颗粒或液滴，其中，所述血液连续流动通过所述流动腔室。3.根据权利要求1所述的颗粒或液滴，还包括以非均一的位移模式驱动所述声能源。4.根据权利要求1所述的颗粒或液滴，还包括以具有多于一个俘获节线的高次振型驱动所述声能源。5.根据权利要求1所述的颗粒或液滴，其中，所述声能源由栅格结构支撑。6.根据权利要求1所述的颗粒或液滴，其中，所述驻波产生节线，并且所述横向力分量将所述颗粒或液滴俘获在所述节线中。7.根据权利要求6所述的颗粒或液滴，其中，所述颗粒或液滴中的至少一些被俘获在所述节线中，并且集中、聚集或聚结并通过增强的重力沉降进行分离。8.根据权利要求6所述的颗粒或液滴，其中，所述颗粒或液滴中的至少一些被俘获在所述节线中，并且集中、聚集或聚结并通过增强的浮力进行分离。9.根据权利要求1所述的颗粒或液滴，其中，所述颗粒或液滴中的至少一些被收集在位于所述流动腔室的顶部处的收集凹部中。10.一种用于从血液中分离颗粒或液滴的装置，所述装置包括：流动腔室，其具有让包含颗粒或液滴的血液流动通过的入口和出口；超声换能器，其包括可操作地在所述流动腔室中产生多个三维驻波的压电材料；以及反射器，其位于所述流动腔室的与所述换能器相反的一侧上；其中，每个三维驻波产生具有相同幅值数量级的轴向力分量和横...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·杜特拉，巴特·利普肯斯，
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