CN102791616A - 用于粒子过滤的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方案的特征在于包括用于粒子过滤的过滤模块的过滤系统和使用所述装置分离粒子(例如活细胞)的方法。有利的是，所述装置的实施方案提供大体积样品的高通量过滤，同时保留细胞活力并提供高产率。

Description

用于粒子过滤的系统和方法

发明背景

用于从生物样品分离细胞的方法对于许多临床程序和科学研究方法来说是重要的。在脐带血建库时，脐带血可在进入低温保存前使用细胞分离方法缩减体积以降低长期储存成本。在细胞疗法中，某些细胞类型可在输入患者体内之前富集以增加移植物植入。用于细胞分离的当前过滤技术通常未能保存细胞活力且通常具有低产率。举例来说，依赖于尺寸排阻的细胞分离技术使脆弱的细胞遭受剪切应力，致使细胞损伤或溶解。细胞碎片的积累加速装置淤塞和堵塞。使用所述方法分离的细胞通常被活化、改变、损坏或杀死。微流体装置受到其可处理的样品的体积限制。简单增加通过所述装置的流动速率并不成功，因为随着流动速率增加，移动通过所述装置的细胞的剪切应力也增加。因此，剪切应力限制体积通量。因此，需要提供不使用尺寸排阻作用作为过滤机制的用于粒子过滤的方法和装置。具体地说，需要提供不会轻易堵塞、具有高体积通量、实体上紧凑且不损伤或活化细胞的用于细胞过滤的方法和装置。

发明内容

如下文所述，本发明的特征在于用于粒子过滤的装置和使用所述装置富集活细胞的方法。具体地说，本发明的特征在于所述装置用于分离血液细胞类型、缩减脐带血体积和制备基质血管组分的用途。

有利的是，所述装置可提供大体积样品的高通量过滤，同时保留细胞活力和提供高产率。本发明的一些实施方案可包括适于自动化和高通量处理的装置，并且本发明的一些实施方案可包括能够在封闭系统中处理临床样品的系统。此外，使用所述装置的方法可提供高性能、高回收率并且在一些情况下可提供高纯度。另外，当应用于临床样品处理(例如脐带血体积缩减、骨髓干细胞富集、周边血液干细胞处理和基质血管组分制备)时，使用所述装置的方法可允许维持高度分离后细胞活力、易用性、安全性和成本有效性。

在一个实施方案中，本发明提供允许高通量分离活细胞的粒子过滤装置。因为粒子过滤装置允许以最小剪切力进行粒子分离，因此至少约50％、75％、85％、95％、98％、99％、99.5％或更多的分离细胞有活力且适于研究和医学使用。在各种实施方案中，过滤系统的特征在于一个或多个适于容纳样品和/或载体流体以供递送到一个或多个过滤器单元装置的容器，和一个或多个适于容纳滞留物或流出所述装置的滤液的其它容器。在一个实施方案中，所述容器是适于容纳液体的柔性袋。在另一实施方案中，所述容器通过适于载运流体的柔性管道连接于过滤器单元。必要时，管道通过适配器连接于容器和/或过滤器单元外壳。

本发明的方面和实施方案涉及含有含外壳和多个(例如约5、10、15、20、25、30、35、40、50、75、100、200、250、500、750、1,000、2,000或5,000个)过滤单元的滤筒的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口；且各过滤单元含有具有近端和远端的滞留物室、滤液室和位于滞留物与滤液室之间的一列支柱，所述支柱界定多个允许滞留物室与滤液室之间流体连通的孔，其中滞留物室的宽度从近端到远端减小，且滤液室的宽度从近端到远端增大，且过滤单元配置成使得所述孔的有效孔径小于例如所述孔的物理孔径的约30％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或98％；进料样品入口与存在于各过滤单元中的滞留物室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的滤液室流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的滞留物室的远端流体连接。

另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的滤筒的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口；且各过滤单元含有具有近端和远端的滞留物室、含有至少一个远端的滤液室和含有多个位于滞留物室与滤液室之间的孔的过滤器，所述孔允许滞留物室与滤液室之间的流体连通，其中滤液室、过滤器和滞留物室配置成使得所述孔的有效孔径小于所述孔的物理孔径；进料样品入口与存在于各过滤单元中的滞留物室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的滤液室流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的滞留物室的远端流体连接。

另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的滤筒的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口；且各过滤单元含有第一流动室、第二流动室和含有约3、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、100、200、250、300、500、1,000、2,000、5,000个或更多个物理孔径在约100nm与约3mm之间(例如约100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、750nm、1μm、2μm、3μm、5μm、7.5μm、10μm、20μm、30μm、50μm、75μm、100μm、200μm、300μm、500μm、1mm、2mm或3mm)的孔的过滤器，其中所述过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间；且第一流动室和第二流动室配置成使得滞留物粒子在无物理限制下由过滤器保留；进料样品入口与存在于各过滤单元中的第一流动室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的第二室的远端流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的第一流动室的远端流体连接。

另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的滤筒的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口；且各过滤单元含有具有近端和远端的第一流动室、第二流动室和安置于第一流动室与第二流动室之间含有物理孔径在约10nm与10mm之间的孔的过滤器，其中所述第一流动室和第二流动室配置成使得所述过滤器的滞留尺寸小于所述物理孔径；进料样品入口与存在于各过滤单元中的第一流动室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的第二流动室的远端流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的第一流动室的远端流体连接。

另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口、滤液出口和任选存在的载体流体入口。各过滤单元可包括第一输入端口、第一输出端口、第二输出端口和任选存在的与载体流体入口流体连接的第二输入端口。各过滤单元可具有大于约0.3mm^-2的设计效率指数。进料样品入口可与存在于各过滤单元中的第一输入端口流体连接。滤液出口可与存在于各过滤单元中的第一输出端口流体连通。滞留物出口可与存在于多个过滤单元每一种中的第二输出端口流体连接。

另一方面，本发明提供含有离心管、管插件和帽的管式过滤器系统，其中所述管插件含有至少一个根据前述任何方面的过滤单元、进料样品储积器和任选存在的载体流体储积器，其各自与第一流动室或滞留物室的近端流体连接，且输出储积器与滞留物室或第二流动室的远端流体连通，其中输出储积器适于接纳来自过滤单元的滞留物或滤液。

另一方面，本发明提供含有以下一种或多种板式过滤器系统：与根据任何前述方面或本文所述的公开内容的任何其它方面的过滤单元流体连接的样品孔和任选存在的载体流体孔；和与过滤单元流体连接的滤液孔和滞留物孔，其中所述滤液孔和滞留物孔配置成接纳来自过滤单元的滤液和滞留物。

另一方面，本发明提供含有以下一种或多种板式过滤器系统：与根据任何前述方面或本文所述的公开内容的任何其它方面的过滤单元流体连接的样品孔和任选存在的载体流体孔；和滤液孔和滞留物孔，其中所述滤液孔和滞留物孔配置成接纳来自过滤单元的滤液和滞留物。在一个实施方案中，滤液孔或滞留物孔与样品孔不在同一板上。

在任何上述方面或本文所述的公开内容的任何其它方面的各种实施方案中，进料样品入口具有通过管线连接于适配器的近端，滞留物出口通过管线连接于滞留物收集袋，且滤液出口通过管线连接于滤液收集袋。在上述方面的其它实施方案中，进料样品入口连接于具有近端和远端的样品收集袋，其中所述近端含有适于接纳针的膜且所述远端含有适配器可附接的端口。在上述方面的其它实施方案中，进料样品入口具有通过管线连接于样品收集袋的近端，滞留物出口通过管线连接于滞留物收集袋，且滤液出口通过管线连接于滤液收集袋。在上述方面的其它实施方案中，样品收集袋含有用于将样品汲取到样品收集袋中的针。

由本发明定义的组合物和物品是经过分离的或结合下文提供的实施例以其它方式制造的。本发明的其它特征和优势将根据详细描述和权利要求书而显而易见。

根据本发明的一方面，提供一种过滤装置。所述过滤装置包括第一流动室。第一流动室包括至少一个配置成接纳包括粒子和流体的进料的入口和至少一个滞留物出口。所述过滤装置包括包括具有至少一个滤液出口的远端的第二流动室和位于第一流动室与第二流动室之间的过滤器。所述过滤器包括第一列支柱和多个由相邻支柱之间的间距界定的孔。所述多个孔中的各孔包括由界定所述孔的相邻支柱之间的距离界定的物理孔径和小于所述物理孔径的有效孔径。所述过滤装置还包括用于使进料移动通过所述过滤装置的构件。第一流动室、第二流动室、过滤器和用于使进料移动通过过滤装置的构件配置成将尺寸大于孔的有效孔径且小于孔的物理孔径的粒子的实质性部分作为滞留物保留于第一流动室中，且放过流体的实质性部分作为滤液进入第二流动室。

根据一些实施方案，第一流动室包括第一基本恒定的深度。根据一些实施方案，第二流动室包括第二基本恒定的深度。根据一些实施方案，过滤器与第一流动室的侧壁之间的距离沿至少一个入口到至少一个滞留物出口的长度减小。根据一些实施方案，过滤器与第二流动室的侧壁之间的距离沿第二流动室的近端到远端的长度增大。

根据一些实施方案，第二流动室的侧壁的切线与支柱列的切线之间的角度小于约5度。

根据一些实施方案，孔的一个子集具有基本相同的物理孔径。

根据一些实施方案，孔的一个子集具有基本相同的有效孔径。

根据一些实施方案，第一列支柱占存在于过滤装置中的所有支柱的多于约10％。

根据一些实施方案，所主张的过滤装置具有由第一流动室长度和第二流动室长度中的较大者界定的装置长度和由第一流动室宽度与第二流动室宽度在第一流动室宽度与第二流动室宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，装置长度与装置宽度的比率大于约6。

根据一些实施方案，各孔具有小于所述孔的物理孔径的约80％的有效孔径。

根据一些实施方案，第一室包括不同于至少一个入口的至少一个载体流体入口。

根据一些实施方案，至少一种载体流体包括以下至少一种：核酸染色剂、固定剂、冷冻液、烷基化剂、抗体、磁性珠粒、酶、胶原酶、脂肪酶、DNA酶、某些酶的底物、环磷酰胺的活性衍生物、生长因子、洗涤剂和溶解溶液。

根据一些实施方案，第一流动室和过滤器各自在通过装置的流动路径中不含曲率半径小于约1μm的任何前缘。

根据一些实施方案，孔的第一子集具有与孔的第二子集不同的有效孔径。在一些实施方案中，第二流动室的至少一个滤液出口配置成收集通过孔的第一子集的滤液且其中第二流动室包括配置成收集通过孔的第二子集的滤液的第二滤液出口。

根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器和第三流动室。第二过滤器可安置于第一流动室与第三流动室之间。第三流动室可包括近端和远端，所述远端具有至少一个出口。第三流动室可沿近端到远端的长度加宽。

根据一些实施方案，过滤装置具有由第一流动室长度界定的装置长度和由第一流动室宽度、第二流动室宽度和第三流动室宽度在第一流动室宽度、第二流动室宽度和第三流动室宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，装置长度与装置宽度的比率大于约5。

根据一些实施方案，过滤装置具有少于约5,000个支柱。

根据一些实施方案，第一过滤器和第二过滤器包括包括于过滤装置中的所有支柱的多于约15％。

根据一些实施方案，过滤装置关于通过第一流动室的中心线的镜面基本对称。

根据一些实施方案，由第一列支柱界定的切线和由第二列支柱界定的切线不平行。

根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器、第三流动室和第四流动室。第二过滤器可安置于第三流动室与第四流动室之间。第三流动室可包括至少一个入口和至少一个出口。第四流动室可包括至少一个出口。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物。第三流动室可还包括与所述至少一个出口不同的第二出口，其中第三流动室的所述第二出口配置成收集来自第二过滤器的滞留物。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。第三流动室可还包括与所述至少一个出口不同的第二出口，其中第三流动室的所述第二出口配置成收集来自第一过滤器的滤液。

根据一些实施方案，所主张的过滤装置具有由第一流动室长度和第三流动室长度的总和界定的装置长度和由第一流动室宽度与第二流动室宽度在第一流动室宽度与第二流动室宽度的总和最大的点上的总和和第三流动室宽度与第四流动室宽度在第三流动室宽度与第四流动室宽度的总和最大的点上的总和中较大者界定的装置宽度，装置长度与装置宽度的比率大于约10。

根据一些实施方案，第一过滤器和第二过滤器包括包括于过滤器装置中的所有支柱的不少于10％。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第二流动室的至少一个滤液出口流体连接。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个滞留物出口流体连接。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个出口和与第二流动室的至少一个出口流体连接。

根据一些实施方案，第三流动室还包括不同于至少一个入口的至少一个载体流体入口。

根据一些实施方案，过滤装置配置成满足“滤液室扩张标准”。

根据一些实施方案，过滤装置配置成满足“最少孔数目标准”。

根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以低于第一流动室近端处体积流速的约3％的体积流速流过各孔。

根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第一室。

根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第二室。

根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以基本相同的流速流过基本上所有孔。

根据一些实施方案，支柱具有卵形横截面。

根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器、第三过滤器、第四过滤器、第三流动室、第四流动室、第五流动室和第六流动室。第二过滤器可安置于第一流动室与第三流动室之间。第三过滤器可安置于第四流动室与第五流动室之间。第四过滤器可安置于第四流动室与第六流动室之间。第三流动室可包括第一端和至少一个出口。第三流动室可沿第三流动室的第一端到第三流动室的至少一个出口的长度加宽。第五流动室可包括第一端和至少一个出口。第五流动室可沿第五流动室的第一端到第五流动室的至少一个出口的长度加宽。第六流动室可包括第一端和至少一个出口。第六流动室可沿第六流动室的第一端到第六流动室的至少一个出口的长度加宽。第四流动室可包括至少一个入口和至少一个出口。第四流动室的至少一个入口可与第一流动室的至少一个滞留物出口、第二流动室的至少一个滤液出口和第三流动室的至少一个出口流体连接。

根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器和第三流动室。第二过滤器可安置于第二流动室与第三流动室之间。第三流动室可包括至少一个入口和至少一个出口。

根据一些实施方案，装置关于通过第一流动室和第四流动室的镜面基本对称。

根据一些实施方案，第四室还包括与第四流动室的至少一个入口不同的载体流体入口。

根据本发明的另一方面，提供一种粒子过滤方法。所述方法包括提供过滤装置。过滤装置包括至少一个过滤单元。各过滤单元包括含进料入口和滞留物出口的第一流动室、含滤液出口的第二流动室和含多个具有物理孔径的孔的过滤器，所述过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间。所述方法更包括将包括进料流体和至少一群浸没于进料流体中的尺寸小于物理孔径的粒子的进料通过进料入口引入装置中，施加驱动力以驱动进料通过过滤装置，使进料通过过滤装置以使得所述至少一群的粒子的实质性部分作为滞留物保留于第一流动室中且进料流体的实质性部分作为滤液通过过滤器进入第二流动室，在滞留物出口处收集滞留物，和在滤液出口处收集滤液。

根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供包括多于10个过滤单元的过滤装置。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将细胞的液体悬浮液引入第一流动室中。

根据一些实施方案，进料包括活细胞，且所述方法更包括自进料分离细胞，其中至少约90％的活细胞在分离后保持有活力。

根据一些实施方案，所述方法更包括自进料分离细胞，且其中少于约0.03％的细胞由过滤装置溶解。

根据一些实施方案，少于约0.03％的细胞截留于过滤装置中。

根据一些实施方案，使进料通过过滤装置包括每秒使多于10⁵个细胞通过过滤装置。

根据一些实施方案，使进料通过过滤装置包括每秒使多于10⁶个细胞通过过滤装置。

根据一些实施方案，使进料通过过滤装置包括每秒使多于10⁷个细胞通过过滤装置。

根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供包括至少一个具有小于0.8微升的滞留体积的过滤单元的过滤装置。

根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供具有占地面积和基本恒定的室深度的过滤装置，且其中使进料通过过滤装置包括使细胞以每秒每立方毫米多于10,000个细胞的校正处理速度通过过滤装置，所述校正处理速度定义为每秒通过过滤装置的细胞数除以基本恒定的室深度与占地面积的乘积。

根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供具有占地面积和基本恒定的室深度的过滤装置，且其中使进料通过过滤装置包括使细胞以每秒每立方毫米多于100,000个细胞的校正处理速度通过过滤装置，所述校正处理速度定义为每秒通过过滤装置的细胞数除以基本恒定的室深度与占地面积的乘积。

根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供具有特征性室深度、占地面积和过滤单元密度的过滤装置，所述过滤单元密度定义为包括于模块中的过滤模块数除以特征性室深度与占地面积的乘积，其中所述过滤单元密度大于每立方厘米400个过滤单元。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括骨髓的进料液体引入第一流动室中。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括血液的进料液体引入第一流动室中。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括脐带血的进料液体引入第一流动室中。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括干细胞的进料液体引入第一流动室中。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括群落形成细胞的进料液体引入第一流动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括免疫细胞的进料液体引入第一流动室中。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将羊水引入第一流动室中。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将经过消化的脂肪组织引入第一流动室中。

根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将以下一种引入第一流动室中：细胞、血液细胞、脐带血细胞、骨髓细胞、红细胞、白细胞、淋巴细胞、上皮细胞、干细胞、癌细胞、肿瘤细胞、循环肿瘤细胞、祖细胞、细胞前体、脐带血干细胞、造血干细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、多能性干细胞、诱导的多能性干细胞、胚胎干细胞、来源于脐带的细胞、来源于脂肪组织的细胞、基质血管组分(SVF)中的细胞、羊水中的细胞、月经血中的细胞、脑脊髓液中的细胞、尿液中的细胞、骨髓干细胞、周边血液干细胞、CD34+细胞、群落形成细胞、T细胞、B细胞、神经细胞、免疫细胞、树突细胞、巨核细胞、固定化骨髓细胞、血小板、精子、卵子、卵母细胞、微生物、微生物体、细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒、细胞器、细胞核、核酸、线粒体、微胞、脂质、蛋白质、蛋白质复合体、细胞碎片、寄生虫、脂肪滴、多细胞生物体、孢子、藻类、上述物质的簇集、聚集体、工业粉末、聚合物、粉末、乳液、小液滴、粉尘、微球体、粒子和胶体。

根据一些实施方案，进料包括尺寸在约5μm与约30μm之间的粒子。

根据一些实施方案，所述方法更包括收集包括以下一种的滞留物粒子：细胞、CD34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。

根据一些实施方案，收集滞留物粒子包括收集细胞且其中滞留物中多于约95％的细胞有活力。

根据一些实施方案，所述方法更包括收集包括以下一种的滤液：细胞、CD34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、血浆、血小板、红血球、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。

根据一些实施方案，收集滤液包括收集细胞且其中滤液中多于约95％的细胞有活力。

根据一些实施方案，所述方法更包括包括提供滞留尺寸显著小于物理孔径的过滤装置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于脐带血体积缩减的方法。所述方法包括获取包括具有至少一群有核细胞的脐带血的样品，所述样品具有样品体积。所述方法更包括提供过滤装置。所述过滤装置包括第一收集容器、第二收集容器、进料存取构件和至少三个过滤单元。各过滤单元具有包括进料入口、滞留物出口和滤液出口的微流体流动室。所述微流体流动室包括至少一个垂直于其长度的小于约1毫米的尺寸。进料入口与进料存取构件流体连通。滞留物出口与第一收集容器流体连接。滤液出口与第二收集容器流体连接。所述方法更包括使用进料存取构件将样品引入过滤单元的进料入口，向样品施加驱动力，使样品通过过滤装置的微流体流动室，产生引导样品体积的实质性部分到滤液出口和引导至少一群有核细胞的实质性部分到滞留物出口的层流条件，将来自滞留物出口的流体输出收集于第一收集容器中，和将来自滤液出口的流体输出收集于第二收集容器中。

根据一些实施方案，收集来自滞留物出口的流体输出包括将来自样品的有核细胞的多于70％以小于样品体积的25％的体积收集于第一收集容器中。

根据一些实施方案，至少一群有核细胞包括CD34+细胞且收集来自滞留物出口的流体输出包括将来自样品的CD34+细胞的多于75％收集于第一收集容器中。

根据一些实施方案，所述方法更包括自样品分离活细胞，且其中至少约95％的活细胞在分离后保持有活力。

根据一些实施方案，获取样品包括获取包括具有大于约95％活力的脐带血有核细胞的样品，且其中收集来自滞留物出口的流体输出包括收集具有大于约95％活力的有核细胞。

根据一些实施方案，使样品通过微流体流动室包括每秒使多于10,000,000个血液细胞通过过滤装置。

根据本发明的另一方面，提供一种粒子过滤设备。粒子过滤设备包括共用进料入口、共用滤液出口、共用滞留物出口和至少一个高模块密度装置。所述至少一个高模块密度装置包括多个过滤单元。各过滤单元包括包括至少一个配置成接纳包括进料粒子于进料流体中的进料的入口和至少一个滞留物出口的第一流动室，包括近端、具有至少一个滤液出口的远端的第二流动室，和位于第一流动室与第二流动室之间的第一过滤器。所述第一过滤器包括第一列支柱和多个由支柱列的相邻支柱之间的间距界定的孔。多个孔中的各孔包括由界定所述孔的相邻支柱之间的距离界定的物理孔径。所述粒子过滤设备还包括用于使进料移动通过所述多个过滤单元的构件。第一流动室、第二流动室、过滤器和用于使进料移动通过多个过滤单元的构件配置成具有小于所述孔的有效孔径的滞留尺寸，且将尺寸大于滞留尺寸的进料粒子的实质性部分作为滞留物保留于第一流动室中，且放过进料流体的实质性部分作为滤液进入第二流动室。所述多个过滤单元的至少一个入口各自与共用进料入口流体连通。所述多个过滤单元的至少一个滤液出口各自与共用滤液出口流体连通。所述多个过滤单元的至少一个滞留物出口各自与共用滞留物出口流体连通。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括管、管帽和管插件。高模块密度装置可配置成安装于管插件内。管可配置成容纳所述管插件。管插件可包括与共用进料入口流体连接的进料储积器。管帽可配置成覆盖管和管插件。

根据一些实施方案，管配置成接纳来自高模块密度装置的滞留物。管插件可更包括配置成接纳来自高模块密度装置的滤液的滤液储积器。

根据一些实施方案，管配置成接纳来自高模块密度装置的滤液。管插件可更包括配置成接纳来自高模块密度装置的滞留物的滞留物储积器。

根据一些实施方案，管插件更包括配置成向至少一个第一流动室的入口供应载体流体的载体流体储积器。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与共用滞留物出口流体连接的滞留物收集袋和与共用滤液出口流体连接的滤液收集袋。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与至少一个第一流动室的入口流体连接的共用载体流体入口。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括配置成向载体流体共用入口供应载体流体的载体流体容器。

根据一些实施方案，粒子过滤设备更包括配置成在进料收集袋与共用进料入口之间建立流体连接的适配器。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与共用进料入口流体连接的进料收集袋。

根据一些实施方案，进料收集袋包括至少一个配置成将进料汲取到进料收集袋中的针。

根据一些实施方案，进料收集袋含有抗凝血剂。

根据一些实施方案，进料收集袋含有流体。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与共用进料入口流体连通且配置成流体储积器的第一孔、与共用滞留物出口流体连通且配置成流体储积器的第二孔和与共用滤液出口流体连通且配置成流体储积器的第三孔。

根据一些实施方案，第一孔、第二孔和第三孔配置成多孔板格式。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与至少一个第一流动室的入口流体连通且配置成向至少一个第一流动室供应载体流体的第四孔。

根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括配置成封闭第一孔、第二孔和第三孔中的至少一种的帽。

根据一些实施方案，帽包括空气和蒸气基本不可渗透且配置成密封第一孔、第二孔和第三孔中的至少一种的箔。

根据一些实施方案，第一孔、第二孔和第三孔中的至少一种含有流体。

根据一些实施方案，多个过滤单元中的各过滤单元具有小于1微升的滞留体积。

根据一些实施方案，高模块密度装置具有大于每立方厘米500个过滤单元的过滤单元密度。

根据一些实施方案，高模块密度装置包括多于30个过滤单元。

根据一些实施方案，高模块密度装置具有大于约0.5mm^-2的设计效率指数。

根据一些实施方案，高模块密度装置具有大于约5mm^-2的设计效率指数。

根据本发明的另一方面，提供一种过滤器装置。所述过滤器装置包括包括至少一个配置成引入包括粒子的进料的入口和至少一个配置成收集进料的滞留物的滞留物出口的第一流动室。所述过滤器装置还包括包括第一端和至少一个滤液出口的第二流动室，所述至少一个滤液出口配置成收集滤液。所述过滤器装置还包括第一过滤器。所述第一过滤器包括多个具有物理孔径和小于所述物理孔径的滞留尺寸的孔。所述第一过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间。第一流动室、第二流动室和第一过滤器配置成促进基本增加小于物理孔径且大于滞留尺寸的粒子的滞留率的流动条件。

根据一些实施方案，过滤器装置配置成满足“滤液室扩张标准”。

根据一些实施方案，第二流动室的侧壁的切线与第一过滤器的切线之间的角度小于约5度。

根据一些实施方案，滞留尺寸小于孔的物理孔径的约90％。

根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以低于第一流动室的至少一个入口处体积流速的约3％的体积流速流过各孔。

根据一些实施方案，过滤器装置的长度与宽度比率大于约10。

根据一些实施方案，第一流动室具有基本第一恒定深度。第二流动室可具有基本第二恒定深度，且第二流动室的宽度可自第二流动室的第一端到第二流动室的至少一个滤液出口扩大。

根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第一室。

根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第二室。

根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以基本相同的流速流过基本所有的孔。

根据一些实施方案，第一过滤器包括一列支柱，其中第一过滤器的孔包括所述支柱列的相邻支柱之间的流体通路，且其中所述支柱列占存在于装置中的所有支柱的不少于10％。

根据一些实施方案，第一室包括不同于至少一个入口且配置成将载体流体引入第一流动室中的至少一个载体流体入口。

根据一些实施方案，过滤器装置沿通过装置的流动路径不含曲率半径小于0.5μm的任何前缘。

根据一些实施方案，孔的第一子集具有与孔的第二子集不同的物理孔径。

根据一些实施方案，第二流动室的至少一个滤液出口配置成收集通过孔的第一子集的滤液且其中第二流动室包括配置成收集通过孔的第二子集的滤液的第二滤液出口。

根据一些实施方案，过滤器装置还包括第二过滤器和第三流动室，其中第二过滤器安置于第一流动室与第三流动室之间，且其中第三流动室包括至少一个出口。

根据一些实施方案，过滤器装置的长度与宽度比率大于约5。

根据一些实施方案，第一过滤器包括第一列支柱。第一过滤器的孔可包括第一列支柱的相邻支柱之间的流体通路。第二过滤器可包括第二列支柱。第二过滤器的孔可包括第二列支柱的相邻支柱之间的流体通路。第一列支柱和第二列支柱可包括存在于过滤器装置中的所有孔的不少于10％。

根据一些实施方案，过滤器装置关于通过第一流动室的中心的镜面基本对称。

根据一些实施方案，过滤器装置还包括第二过滤器和第三流动室，其中第二过滤器安置于第二流动室与第三流动室之间，且其中第三流动室包括至少一个入口和至少一个出口。

根据一些实施方案，过滤器装置还包括第二过滤器、第三流动室和第四流动室，其中第二过滤器安置于第三流动室与第四流动室之间，其中第三流动室包括至少一个入口和至少一个出口，且其中第四流动室包括至少一个出口。

根据一些实施方案，过滤器装置具有少于约6,000个支柱。

根据一些实施方案，第一过滤器和第二过滤器包括包括于装置中的孔的不少于10％。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第二流动室的至少一个滤液出口流体连接。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个滞留物出口流体连接。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个出口和与第二流动室的至少一个出口流体连接。

根据一些实施方案，第三流动室还包括不同于至少一个入口且配置成引入载体流体的至少一个载体流体入口。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物。第三流动室可还包括不同于至少一个出口的第二出口。第三流动室的第二出口可配置成收集来自第二过滤器的滞留物。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。

根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。第三流动室可还包括不同于至少一个出口的第二出口。第三流动室的第二出口可配置成收集来自第一过滤器的滤液。

附图说明

附图不欲按比例绘制且元件数(例如支柱数)出于易读性的原因可少于存在于实际实施方案中的数目。在附图中，说明于各图中的各相同或接近相同的组件由类似数字表示。出于清楚的目的，在每一附图中可能并不标记每一组件。在附图中：

图1A-1G为示出各种粒子分离方法的示意图。图1A说明大粒子自小孔的排除。图1B说明大粒子的变形，所述大粒子部分进入孔，但不能挤过孔。图1C示出进入缩窄的开口且截留于孔内的粒子。图1D示出截留于孔中的粒子。图1E示出尺寸排阻的失效。在此图中，粒子因所述粒子小于孔而通过孔。图1F示出尺寸排阻的另一失效。在此情况下，粒子因其可变形且挤过孔而通过孔。图1G说明尺寸排阻的另一失效。在此情况下，粒子因其流动路径使其不遭遇物理限制性孔而未能经过过滤。

图2A和2B为示意图。图2A示出在血液循环的微细管中观察到的流动排阻效应。图2B示出流动排阻的可能机制。

图3A-3C为说明本发明实施方案中的流动排阻原理的示意图。

图4为示出作为通过孔的流量的函数的有效孔径的图。有效孔径由电脑流体动力学模拟计算。

图5A-5F是示出过滤器模块实施方案的示意图。图5A说明顶视图示意图。图5B提供三维组装图。图5C提供三维分解图。图5D提供示出纵横比小于1的支柱的三维视图。过滤器模块实施方案的罩盖未示出。图5E提供示出纵横比大于1的支柱的三维视图。实施方案的罩盖未示出。图5F提供示出锥形支柱的三维视图。实施方案的罩盖未示出。

图6A和6B为提供两个过滤器模块实施方案的顶视图的示意图。

图7A-7B为说明过滤器模块实施方案的示意图。图7A提供过滤器模块实施方案的顶视图。图7B提供过滤器模块实施方案的顶视图。图7C为说明图7A中示出的过滤器模块的有效孔径的图。图7D为说明图7B中示出的过滤器模块的有效孔径的图。

图8为提供具有不同孔径的过滤器模块实施方案的三维视图的示意图。模块的罩盖未示出。

图9A-9H为提供过滤器模块实施方案的部分的顶视图的示意图。图9A说明波形滤液室。图9B-9H示出支柱的各种横截面形状。

图10A-10C为示出滤液室浅于其滞留物室的过滤器模块的示意图。图10A和10B分别为顶视图和三维视图。模块的罩盖未示出。图10C说明模块中的粒子移动。

图11A和11B为示出包括筛网过滤器的过滤器模块的三维组装图和三维分解图的两个示意图。

图11C和11D为示出包括多孔膜过滤器的过滤器模块的三维组装图和三维分解图的两个示意图。

图12为示出过滤器模块的顶视图的示意图。

图13为示出采用载体流的过滤器模块的顶视图的示意图。

图14A和14B为示出两个双重过滤器模块的顶视图的示意图。

图15A和15B示出两个双重过滤器模块的顶视图。

图16A和16B示出两个多重过滤器模块的顶视图。

图17A-17D为示意图。图17A提供包括两个基本相同的过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图17B提供包括两个基本相同的双重过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图17C和17D提供两个各自包括两个双重过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。

图18A-18C为提供包括不同过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图的示意图。图18D为示出定性过滤特征的图。

图19A和19B示出包括不同双重过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。

图20A和20B为示意图。图20A提供包括两个不同过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图20B提供简化过滤器级联模块的顶视图。图20C为示出定性过滤特征的图。

图21A和21B为提供两个双重过滤器模块的顶视图的示意图。

图22A和22B为提供两个双重过滤器级联模块配置的顶视图的示意图。

图23A-23C为提供三个双重过滤器模块配置的顶视图的示意图。图23D为示出多重过滤器模块的示意图。图23E为示出包括两个图23C中所示的双重过滤器模块的过滤器级联模块的示意图。

图24A-24F为示意图。图24A-24D和24F提供高模块密度装置的顶视图。图24E提供高模块密度装置的三维视图。装置的罩盖未示出。

图25为示出包括四个高模块密度装置和罩盖的堆叠的装置的三维组装图和三维分解图的示意图。

图26A-26E为滤筒的示意图。图26A为示出滤筒的三维组装图的示意图。图26B为示出滤筒的前视图的示意图。图26C为示出滤筒的侧视图的示意图。图26D为示出滤筒的三维分解图的示意图。图26E为示出滤筒的侧分解图的示意图。

图27A-27C为袋系统的示意图。

图28为袋系统的示意图。

图29A和29B为分别示出管系统的三维组装图和三维分解图的示意图。

图30A-30G为管插件的示意图。图30A为示出管插件的三维视图的示意图。图30B为示出管插件的横截面视图的示意图。图30C、30D、30E、30F和30G为分别示出管插件的顶视图、前视图、侧视图、后视图和底视图的示意图。

图31A-31C为板系统的示意图。图31A为示出板系统的三维视图的示意图。图31B为示出板系统的三维分解图的示意图。图31C为示出板系统的侧视图的示意图。

图32A-32D为板系统的示意图。图32A为示出板系统的三维视图的示意图。图32B、32C和32D为分别示出板系统的顶视图、侧视图和前视图的示意图。

图33为示出使用高模块密度装置从周边全血分离白细胞的实验结果的表。

图34A-34B为示出在从周边血液分离淋巴细胞的实验中所用的血液样品和滞留物中的白细胞(WBC)、红细胞(RBC)和血小板(PLT)尺寸分布的直方图。图34C为示出各种细胞类型的计数的表。图34D为示出高模块密度装置的性能的表。

图35A-35C为示出使用高模块密度装置缩减脐带血体积的实验结果的表。

具体实施方式

本发明的应用不限于以下描述中所述或附图中所示的组件的构造和排列的细节。本发明能够有其它实施方案并且能够以各种方式实施或进行。此外，本文所用的措辞和术语是用于描述的目的且不应视为限制。本文中使用“包括”、“包括”、“具有”、“含有”、“涉及”和其变化形式意欲涵盖其后所列的条目和其等效物以及另外的条目。

本发明的方面和实施方案涉及可用于实施过滤的过滤系统和操作所述过滤系统的方法。

本发明的方面和实施方案至少部分基于采用流动排阻并且提供粒子和生物样品的高容量、高通量、低粒子损坏、低剪切和防堵塞过滤的装置的发现。此外，本发明提供可使用廉价材料(包括但不限于硅和塑料)容易地制造为紧凑装置的方法和装置。

本文提供的范围应理解为所述范围内的所有值的速记法。例如，范围1到50应理解为包括由1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50组成的族群中的任何数值、数值组合或子范围。

除非明确规定或根据上下文显而易见，否则如本文所用，术语“或”应理解为具包括性。除非明确规定或根据上下文显而易见，否则如本文所用，术语“一(a/an)”和“所述(the)”应理解为单数或复数。

除非明确规定或根据上下文显而易见，否则如本文所用，术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差以内。约可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％以内。除非另外根据上下文显而易见，否则本文提供的所有数值都由术语约修饰。

在本文中变量的任何定义中引述化学基团的清单包括定义所述变量作为任何单一基团或所列基团的组合。在本文中引述变量或方面的实施方案包括作为任何单一实施方案或与任何其它实施方案组合或其部分的所述实施方案。

本文提供的任何组合物或方法可与本文提供的任何其它组合物和方法中的一种或多种相组合。

如本文所用的术语“粒子”包括但不限于细胞、血液细胞、脐带血细胞、骨髓细胞、红细胞、白细胞、淋巴细胞、上皮细胞、干细胞、癌细胞、肿瘤细胞、循环肿瘤细胞、祖细胞、细胞前体、脐带血干细胞、造血干细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、多能性干细胞、诱导的多能性干细胞、胚胎干细胞、来源于脐带的细胞、来源于脂肪组织的细胞、基质血管组分(SVF)中的细胞、羊水中的细胞、月经血中的细胞、脑脊髓液中的细胞、尿液中的细胞、骨髓干细胞、周边血液干细胞、CD34+细胞、群落形成细胞、T细胞、B细胞、神经细胞、免疫细胞、树突细胞、巨核细胞、固定化骨髓细胞、华顿氏胶干细胞(Wharton’s jelly stem cell)、真核细胞、原核细胞、动物细胞、血小板、精子、卵子、卵母细胞、微生物、微生物体、细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒、细胞器、细胞核、核酸、线粒体、微胞、脂质、蛋白质、蛋白质复合体、细胞碎片、寄生虫、脂肪滴、多细胞生物体、孢子、藻类、上述物质的簇集或聚集体、以及悬浮于流体中的其它非生物粒子，诸如工业粉末、聚合物、粉末、乳液、小液滴、粉尘、微球体和胶体。粒子可为刚性的或可变形，且可具有多种尺寸和形状。粒子可具有尺寸范围，例如可具有约50nm到约1mm的最大尺寸。粒子的形状可为但不限于长圆形、球形、圆盘状、盒状、杆状、螺旋形或上述形状的链或聚集体。本发明的实施方案可适用于过滤可变形、脆弱或不耐受大剪切应力的粒子。

“机械性质”包括但不限于物理尺寸、尺寸、形状、可变形性、柔韧性、弹性、密度、粘度、刚性和上述特征的空间分布或时间响应。

如本文所用的术语“尺寸排阻”包括通过物理阻断而防止或限制进入或通过。尺寸排阻的一个实施方案是使用小孔002来防止大的不可变形粒子001进入孔和通过过滤器003(图1A)。尺寸排阻的另一实施方案是使用小开口来防止可变形粒子001挤进和通过开口002(图1B)。尺寸排阻的另一实施方案于图1C中示出，其中粒子001可进入孔002的宽开口，且卡在孔002的缩窄部分处。尺寸排阻的另一实施方案于图1D中示出。粒子001可进入孔002，且截留于过滤器003内部。

如本文所用的术语“尺寸排阻”还包括“物理限制”。图1E、1F和1G示出未由过滤器尺寸排阻或物理限制的实例。粒子001可能太小而不能由孔002排除(图1E)。粒子001还可能可变形而致使其在驱动力下挤过孔002(图1F)。在图1G中，粒子001由切向力004驱动，使得其并不移动到孔002的缩窄部分中，所述孔002本来可截留所述粒子。图1E、1F和1G中的粒子被认为未由过滤器尺寸排阻或物理限制。

如本文所用的术语“过滤”通常包括但不限于在使用或不使用过滤器的情况下在粒子分离装置中的粒子分离、分级分离、粒子隔离、洗涤、浓缩、富集、纯化和/或缓冲液交换。“过滤”还用于表示一个或多个粒子群的部分或完全移除或保留。如本文所述的术语“过滤”还包括特定应用，诸如细胞分离、干细胞分离、白细胞去除、白细胞分离、癌细胞分离、脐带血体积缩减、血浆撇取和产生基质血管组分(SVF)。

如本文所用的“过滤器”是指但不限于包括多个开口或流体通路(称为“孔”)的结构。如本文所用的术语“孔”包括例如在过滤器上或过滤器中的开口或流体通路。孔的横截面形状可为但不限于环形、矩形、圆形、多边形、不规则形、长窄形或狭缝状。如本文所用的术语“孔”包括但不限于支柱之间的空间。如本文所用，孔的一个实施方案为流体通道中两个相邻支柱之间的空间。“孔”的另一实施方案为流体通道中的挡流结构和流体通道的顶板之间的间隙。

过滤器可用于部分或完全允许某些粒子通过，和/或不允许其它粒子通过或减少其它粒子的通量。当在本文中使用所述术语时，“过滤器”不限于基于尺寸排阻来阻断或分离粒子的筛网。如本文所用，过滤器的一个实施方案包括包括障碍物和孔的物理结构。过滤器的另一实施方案包括使用分叉流动和大于滞留物粒子的孔分离粒子的物理结构。过滤器的另一实施方案包括使用流动力或流体动力学力保留小于物理结构的孔开口的粒子的物理结构。过滤器的另一实施方案包括疏水性表面上用于产生水溶液的流体通路的“孔”或途径的亲水性图案。

如本文所用的“过滤”意谓使用过滤器执行过滤。

如本文所用的术语“滞留物”包括由过滤器保留或不通过过滤器的粒子。如本文所用的“滞留物”还可包括包括所保留的粒子的流体。如本文所用的“滞留物”在本发明的实施方案中还可表示包括由过滤器保留的粒子的流体和粒子输出。如本文所用的“滞留物”还可表示在使用可包括或可不包括过滤器结构的分离装置的情况下包括相关粒子的流体输出。

如本文所用的术语“滤液”包括通过过滤器的粒子。如本文所用的“滤液”还可包括含有通过过滤器的粒子的流体。如本文所用的“滤液”在本发明的实施方案中还可表示包括通过过滤器的粒子的流体和粒子输出。如本文所用的“滤液”还可表示包括其中使用可包括或可不包括过滤器结构的分离装置部分或完全移除了相关粒子的流体的流体输出。

如本文所用的术语“进料”包括待由过滤方法处理的粒子或进入过滤装置的粒子。术语“进料”还可包括含有待由过滤方法处理的粒子的流体。如本文所用的术语“流体”可包括但不限于粒子、血液、脐带血、血清、脂肪组织、经过消化的脂肪组织、基质血管组分、羊水、月经血、脑脊髓液、乳汁、骨髓、尿液和其它体液。

如本文所用的术语粒子的“滞留率”是指粒子由并入装置中的过滤器保留的概率。如本文所用的术语粒子群的“滞留率”是指作为装置的滞留物收集的粒子群的比例。如本文所用的术语流体的“滞留率”是指作为装置的滞留物收集的流体的比例。本文的装置可包括过滤器、过滤模块、过滤单元或过滤系统。举例来说，基本均一的粒子群的“滞留率”可计算为所得滞留物中的粒子数与所处理的进料中的粒子数之间的比率。特定粒子群的滞留率可以指作为过滤方法中的滞留物收集的进料中所述群体的比例。“滞留率”还可称为“回收产率”或“遗留率”。

如本文所用的术语“物理孔径”是指孔的物理间隔的尺寸。在实践中，孔的“物理孔径”可基本上测量为在“终端(dead-ended)”过滤配置下在无实质性物理限制或尺寸排阻的情况下可通过所述孔的不可变形球体(例如聚合物微球体)的最大直径。举例来说，包括深50μm的微流体通道中隔开10μm的两个支柱的间隔的孔具有10μm的物理孔径。类似地，膜中包括5μm直径环形孔洞的孔具有5μm的物理孔径。如果孔包括狭缝，那么物理孔径基本为狭缝的宽度。终端过滤广泛描述于以下参考文献中：Zeman，L.J.等“Microfiltration andUltrafiltration”Marcel Dekker，Inc.，ISBN 0-8247-9735-3，第328-331页(1996)，其中终端过滤的所公开描述由此以引用的方式并入本文。

如本文所用的孔的“有效孔径”是指在相关流动条件下可由所述孔实质性保留的不可变形球体(例如聚合物微球体)的最小直径。有效孔径可以实验方式测量和测定。举例来说，孔的基线滞留率可使用当在无流动排阻的情况下在相关流动条件下流过孔时实质性追踪流动流线的小型不可变形球体来确定。较大不可变形球体可因在基本相同的操作条件下在比基线高的滞留率下孔的流动排阻而保留。可在基本比基线高(例如比基线高40％、50％、60％、80％、90％、98％、99％或100％)的滞留率下保留的最小不可变形球体的直径称为孔的“有效孔径”。当测量有效孔径时，所用粒子优选具有以下特征：(a)粒子为基本球形；(b)粒子基本不可变形且为刚性；(c)粒子悬浮于基本单一粒子悬浮液中；(d)粒子悬浮液为稀的且基本不存在粒子-粒子相互作用；(e)粒子经过相关时期基本不沉降；(f)粒子基本不粘结于或淤塞流体通道或过滤器表面；和(g)粒子不因电荷、粘性、亲和力或磁力而彼此或与流体通道、过滤器表面或孔相互作用。应了解，上述粒子特征不欲具限制性。

如本文所用的装置的“滞留尺寸”是指滞留率基本高于在基本相同的操作条件下使用所述装置处理的流体的滞留率(例如高约40％、50％、60％、80％、90％、98％、99％或100％)的不可变形球体(例如聚合物微球体)的最小直径。装置的滞留尺寸可以实验方式测量和测定。例如，流体的滞留率可使用在一组操作条件下基本追踪所述流体的流动运动的小型不可变形球体确定为基线。与流体混合的较大不可变形球体在基本相同的操作条件下可具有比基线高的滞留率。滞留率基本比基线高(例如比基线高约40％、50％、60％、80％、90％、98％、99％或100％)的最小不可变形球体的直径表征为装置的“滞留尺寸”。本文的装置可包括过滤器、过滤模块、过滤单元或过滤系统。当测量滞留尺寸时，所用粒子可具有以下特征：(a)粒子为基本球形；(b)粒子基本不可变形且为刚性；(c)粒子悬浮于基本单一粒子悬浮液中；(d)粒子悬浮液为稀的且基本不存在粒子-粒子相互作用；(e)粒子经过相关时期基本不沉降；(f)粒子基本不粘结于或淤塞流体通道或过滤器表面；和(g)粒子不因电荷、粘性、亲和力或磁力而彼此或与流体通道、过滤器表面或孔相互作用。应了解，上述粒子特征不欲具限制性。

如本文所用的术语“流动排阻”是指使用围绕孔的流体流动条件来达成基本小于物理孔径的有效孔径。如本文所用的术语“流动排阻”还指使用围绕过滤器的流体流动条件来达成基本小于过滤器的构成性孔的物理孔径的滞留尺寸。

应了解，上述定义意欲传达本发明的精神，且不欲具限制性。

粒子过滤装置

本发明的方面和实施方案提供包括以下的粒子过滤装置：(a)具有至少一个入口和至少一个出口的第一流动室；(b)具有至少一个出口的第二流动室；和(c)包括多个孔(例如至少10个孔)的过滤器。此处，过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间且具有约10nm与约10mm之间的物理孔径。第一流动室与第二流动室配置成使得过滤器孔的有效孔径基本较小，例如比物理孔径小至多约95％。装置可由包括例如硅、玻璃或塑料在内的材料制成。一些实施方案可构造成使得粒子不遭遇锐利边缘，从而减少损坏。

根据本发明的方面和实施方案的粒子过滤装置可以若干不同方式配置。在一些实施方案中，第一流动室具有至少一个可用于引入载体流体的入口。其它实施方案包括第二过滤器和第三流动室，其中所述第二过滤器安置于所述第一流动室与所述第三流动室之间且其中所述第三流动室包括至少一个出口。其它实施方案包括第二过滤器和具有至少一个出口的第三流动室，使得第二过滤器安置于第二流动室与第三流动室之间。

在一些实施方案中，通过以下至少一种驱动粒子通过装置：流体流、流体动力学流、压降、流体动力学压力、压力源、真空、头高、重力、离心力、电场、电泳场、电动力、电渗力、毛细管作用或上述作用的组合。在一些实施方案中，粒子(“进料粒子”)以每秒至少约100个进料粒子(例如至少10²、10³、10⁴、10⁵、10⁶、10⁷、10⁸、10¹⁰、10¹²或10¹⁵个)的速率通过装置或通过装置处理。在一些实施方案中，装置具有小于500nl、200nl、100nl、50nl、20nl或10nl的滞留体积。在一些实施方案中，粒子经受不损坏粒子的剪切应力。

过滤器的实施方案可以多种方式形成。在一些实施方案中，过滤器具有一列或多列支柱或突起。所述支柱或突起可具有多种形状和尺寸。在其它实施方案中，存在至少两列支柱或突起。本发明的其它实施方案提供由包括孔的膜形成的过滤器。本发明的其它实施方案提供由筛网过滤器形成的过滤器。在一些实施方案中，过滤器构造成使得粒子不遭遇任何锐利边缘，以便减小或消除损坏粒子的可能。此举在粒子为活细胞或凋亡细胞时可能为重要的。

在本发明的一些实施方案中，过滤器包括有效孔径比物理孔径小至少约0.5μm的孔。在其它实施方案中，有效孔径小于物理孔径的95％。在其它实施方案中，有效孔径可基本小于物理孔径，例如有效孔径为物理孔径的约75％、约60％、约50％、约30％、约10％或约5％。在其它实施方案中，滞留尺寸可基本小于物理孔径，例如有效孔径可为物理孔径的约90％、约75％、约60％、约50％、约30％、约10％或约5％。在其它实施方案中，粒子在其通过装置期间遭遇不超过约5,000个孔。

本发明的方面和实施方案可用于过滤、分离、分级分离、处理、富集或隔离多种类型的粒子，诸如废水中存在的简单或复杂沉积物、有害物或重金属污染物，或天然存在或合成流体(诸如油、生物燃料等)中存在的各种污染物。另外，本发明的一些方面和实施方案可出于临床目的用于过滤多种类型的细胞，诸如健康、患病、生长、濒死或死亡的细胞。细胞类型的实例为血液细胞、干细胞、造血干细胞、祖细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、CD34+细胞、肿瘤细胞、骨髓细胞、脐带血细胞、淋巴细胞、白细胞、癌细胞、脑脊髓液细胞、羊水细胞、华顿氏胶干细胞、真核细胞、原核细胞、动物细胞、基质血管组分细胞、脐带来源的细胞、肝细胞、神经元细胞和免疫细胞。其它细胞类型包括细菌细胞、酵母细胞和异常细胞。

本发明的方面和实施方案可用于处理、过滤、分离或分级分离多种类型的流体，诸如血液、脐带血、血清、脂肪组织、经过消化的脂肪组织、基质血管组分、羊水、月经血、脑脊髓液、乳汁、骨髓和尿液。

本发明的方面和实施方案还包括使用装置(诸如上文所述的装置中的一种或多种)的粒子过滤方法。在所述方法的一些实施方案中，将进料粒子通过入口引入装置的第一流动室中且向粒子施加驱动力以推动粒子通过装置。从第一流动室的出口收集滞留物粒子；且从第二流动室和/或第三流动室的出口收集滤液粒子。在一些实施方案中，将载体流体通过至少一个入口引入装置的第一流动室中。

流动排阻原理

过滤可使用流动分叉(flow bifurcation)替代尺寸排阻来进行。具体地说，在某些流动配置下，小粒子可由大过滤器孔保留。因为小粒子由流动排除而不进入大孔，所以在本文中此效应被称为“流动排阻”。流动排阻效应早在1921年就已在微循环(即细小血管中的血流)中观察到(Krogh，A.“Studies on the Physiology of Capillaries：II.TheReactions to Local Stimuli of the Blood-vessels in the Skin and Web ofthe Frog”J.Physiol.55(5-6)：412-422(1921)；Fahraeus，R.“TheSuspension Stability of the Blood”Physiological Reviews 9：241-274(1929)。当小血管分支成两根血管时，血液细胞可优先进入具有较高流速的血管中，即使在流动模式改变而有利于尺寸排阻的情况下不存在防止细胞进入具有低流速的血管的物理限制或尺寸排阻(图2A)。此效应发生的原因在于细胞、血管和血液流动之间的复杂流体动力学相互作用和力。当两个分支中的流速明显不同时，流动排阻最显著。此外，有核细胞似乎比去核细胞(例如红血球和血小板)经历更显著的流动排阻作用。

已发展出不同理论来试图说明在微细管中观察到的流动排阻作用(Krogh，A.“Studies on the Physiology of Capillaries：II.The Reactionsto Local Stimuli of the Blood-vessels in the Skin and Web of the Frog”JPhysiol 55(5-6)：412-422(1921)；Fahraeus，R.“The Suspension Stabilityof the Blood”Physiological Reviews 9：241-274(1929)；Svanes，K.等“Variations in Small Blood Vessel Hematocrits Produced in HypothermicRats by Micro-Occlusion”Microvasc Res.1：210-220(1968)；Yen，R.T.等“Model Experiments on Apparent Blood Velocity and Hematocrit inPulmonary Alveoli”J.Appl.Physiol.35：510-517(1973)；Mayrovitz，H.N.等“Leukocyte  distribution to arteriolar branches：dependence  onmicrovascular blood flow”Microvasc Res.29(3)：282-294(1985)。

如果我们考虑Navier-Stokes方程，那么就可获得深入了解，所述方程限定不可压缩牛顿流体的流体动力学行为：

$\mathrm{\ρ}(\frac{\∂v}{\∂t}+v\·\▿v)=-\▿p+\mathrm{\μ}{\▿}^{2}v+f.$

此处，ρ为流体密度，v为流体的速度，p为压力，μ为粘度且f为外部体力，诸如重力。考虑如图2A所示在分支血管中移动的单个细胞。为分析细胞的迁移路径，须计算确切流体流动分布和细胞上所受的力。这通常为令人生畏的任务，所述任务即使对于单个细胞也需要加强的电脑计算。当多个细胞彼此相互作用时，如在循环中的血液流动的情况下，问题变得困难得多。或者对流动排阻如何发生获得深入了解的最容易的方式为应用伯努利原理(Bernoulli’s principle)，其说明流体速度的增加与压力降低同时发生。因为两个分支血管之间存在流速差，所以细胞经受朝向具有较高流动速度的血管的升力(图2B)。此升力防止或阻碍细胞进入具有低流速的血管，即使所述血管在实体上可能大得足以允许细胞通过。因此，发生流动排阻。明显的是，上述理论可能因以下原因而过度简单化：(a)所涉及的流体(诸如血液和骨髓)可能不为牛顿流体；(b)粒子浓度过高，致使粒子-粒子相互作用可能为支配粒子运动的主要力；(c)所涉及的粒子可响应流体动力学力而变形和挠曲。

不受限于特定机制或理论，可根据切向流过滤和流动排阻原理理解本发明的方面和实施方案。在本发明的一个实施方案中，与使用小孔来通过尺寸排阻保留大粒子的常规切向流过滤相反，使用包括大孔的过滤器来保留相对较小的粒子。本发明的一些实施方案的显著优点在于显著减少或消除了粒子损坏和过滤器堵塞，从而允许以高通量处理可变形和/或脆弱的粒子。如图3中所示，本发明的实施方案可使用切向流301、包括支柱302和孔304的排列的过滤器306、和流动室303(图3A)。在一些实施方案中，流动室303可沿流体流动的方向逐渐加宽，使得在操作条件下，仅小部分切向流301汲取通过孔304。流动室303连同过滤器几何形状一起加宽的比率确定汲取通过各孔304的流量。室303扩大得越平缓，其汲取通过孔的流量越小。

在层流条件下(图3A)，切向流301围绕各支柱302分叉，正如同血流在微循环中围绕分支血管分叉。如果进入孔304的分支流305具有比切向流301小得多的流速，那么可能出现流动排阻效应。取决于流动排阻作用对粒子的强度，沿支柱302流动的粒子321可能进入或可能不进入孔304(图3B)。因为不同细胞类型经历不同流动排阻效应，并且因为流动排阻为通过孔的流速的函数，所以可以建立适用于通过控制孔304处的流速来分离某些细胞类型的流动排阻条件。举例来说，可设计逐渐加宽的流动室303来建立分叉流动条件，其引起对淋巴细胞311的强流动排阻作用和对红血球312的弱流动排阻作用(图3C)。因此，淋巴细胞311由过滤器306保留且红血球312通过过滤器306。在本发明的一些方面和实施方案中，流动排阻作用用作粒子过滤的基础。

在本发明的一些方面和实施方案中，通过孔的体积流速比切向流的体积流速小得多。使用在具有低雷诺数(Reynolds number)条件的层流中单个刚性球形粒子的电脑流体动力学计算，对于特定设计，有效孔径可作为汲取通过孔的流量的函数进行估算。图4示出对于图5A中所示的实施方案的所述计算的结果，其中假定流动室深度为30μm，进料入口宽度为110μm，支柱直径为30μm，且相邻支柱之间的中心到中心距离为40μm，得到约10μm的物理孔径。当通过各孔的流速为进料入口502处切向流速的约0.4％时，孔的有效孔径为约3.8μm，其显著小于10μm的物理孔径。然而应注意，当通过各孔的体积流速为入口处的切向体积流速的约1.6％时，有效孔径变得与物理孔径大致相同。当通过各孔的流速大于入口处切向流速的1.6％时，尺寸排阻变为粒子分离的主要基础，且装置变成常规过滤装置。与采用跨膜压力来达成基于尺寸排阻的分离的常规切向流过滤相反，本发明采用围绕孔的流速分布来达成基于流动排阻的分离。

尽管上述电脑计算使我们得以了解理想化和过度简单化条件(无布朗运动(Brownian motion)的牛顿流体中的单个刚性球形粒子)下的流动排阻作用，但本发明中进料粒子的过滤方法可基本为随机的，由概率描述，且可能不具确定性。

粒子-粒子相互作用、粒子变形和布朗运动以及其它因素可改变流动模式和施加于粒子上的力，致使流动排阻作用为随机的。流动排阻作用的此随机性质可能明显且产生非常实质性的影响，尤其在进料粒子包括复杂的粒子和流体(例如血液、脐带血、骨髓、基质血管组分等)时。为了解所述真实世界样品的复杂性，让我们考虑脐带血。典型脐带血样品在每毫升中含有约40亿个红血球、1千万个白血球和2亿个血小板。所述细胞构成约40％的血液体积，且在其彼此相互作用时发生变形。此外，细胞在重力下以不同速率沉降。在不显著稀释样品的情况下，例如稀释1,000倍、10,000倍、100,000倍或更多倍，粒子-粒子相互作用可使血液细胞随机移动，且可能基本不可能预先确定特定细胞是否可使用本发明的实施方案保留。

物理孔径和有效孔径

表征过滤器和其孔径的一种技术是使用刚性球体来测量粒子滞留率(Zeman，L.J.等“Microfiltration and Ultrafiltration”Marcel Dekker，Inc.，ISBN 0-8247-9735-3，第265-274页(1996))。此公布中揭示的粒子滞留率测量的实例以引用的方式并入本文。可用于所述测量的粒子的实例包括乳胶珠粒和聚合物微球体。可使用如上所述的这些技术来测量和表征“物理孔径”、“有效孔径”和“滞留尺寸”。使用刚性球体作为标准物，可表征和比较不同过滤器和装置，而不管其预定用途。举例来说，用于移除水中的细菌的常规过滤装置可与血液过滤装置进行比较，即使细菌可能具有与血液细胞极为不同的尺寸、形状、可变形性、电荷、浓度和其它特征。

在常规尺寸排阻过滤中，孔的有效孔径大于或基本等于物理孔径，且过滤器的滞留尺寸也大于或基本等于物理孔径。相反，在本发明的一些方面和实施方案中，在使用流动排阻作用的情况下，孔的有效孔径小于或基本小于孔的物理孔径(图4)。

虽然装置可使用标准刚性球体来表征和比较，但本发明的用于生物样品的实际实施方案可凭经验针对各特定应用进行优化。基本大于孔的有效孔径的粒子可能因粒子变形或过程的随机性质而仍能通过过滤器。此现象在本文中称为“泄漏”。在有效孔径大于或基本等于物理孔径的常规过滤器中，当泄漏发生时，粒子趋向于堵塞和淤塞过滤器。当可变形且脆弱的粒子泄漏通过常规过滤器时，粒子可能遭受大剪切力且被损坏或溶解，从而除堵塞外还触发过滤器淤塞级联。这对于使用生物样品和细胞的应用来说是一严重问题。

本发明的一些方面和实施方案包括采用基本大于有效孔径的孔的方法和装置，由此显著减少或避免过滤器淤塞和堵塞。另外，本发明的实施方案采用低体积流速通过其孔作为建立流动排阻作用的方式。大孔和小流速的组合促进孔中和孔周围的低剪切力，由此进一步减少淤塞、堵塞、粒子活化和粒子损坏问题。

过滤模块、单元和装置

过滤器模块

本发明的另一实施方案是图5中所示的过滤器模块。第一流动室501具有入口502和出口503。进料粒子(即待通过过滤处理的粒子)进入入口502且使用驱动力驱动从入口向出口通过第一流动室501。第一流动室501由包括支柱505的排列的过滤器508与第二流动室504分开和流体连接。支柱之间的间隔构成过滤器508的孔506。第二流动室504排列成汲取少量流通过孔506穿过过滤器508、接纳滤液粒子和通过滤液出口507收集滤液粒子。通过各孔506的流速设计为第一流动室501的入口502处的流速的小分数(例如1/10、1/20、1/30、1/50、1/100、1/200、1/300、1/500、1/1,000、1/2,000、1/5,000、1/10,000、1/20,000、1/50,000或1/100,000)以促进流动排阻。在一些实施方案中，孔506的尺寸设计成使得物理孔径基本大于有效孔径。过滤器508的一些实施方案可具有约10到约50,000个孔506，例如10、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000或50,000个孔。出于进一步论述的便利性，有进料和滞留物粒子迁移的第一流动室501在本文中称为“滞留物室”，且有滤液粒子迁移的第二流动室504称为“滤液室”。

各种实施方案内的粒子流可使用流体流、驱动压力、真空、头高、重力、离心力、磁力、毛细管作用或上述作用的组合产生。粒子流还可使用电场、电泳场、介电泳场、电渗力、电动力或上述力的组合产生。所述场或力可移动粒子且可移动或可能不移动含有粒子的流体。在一些情况下，所述场或力可在不移动含有粒子的流体的情况下移动粒子。举例来说，在不存在任何电动流的情况下，电泳场可驱动带电粒子通过本发明装置的实施方案，而不产生流体流。在重力的情况下，密度大于流体密度的粒子可能沉降穿过流体。在其它情况下，流体可能以与粒子相反的方向流动。显而易见，在这些实例中不发生流动排阻。然而，装置内部的驱动力可产生其自身的排阻效应，正如流体流所见。因此，重力、离心力、电场、电泳场和电动力也可用于驱动粒子，且达成不依赖于尺寸排阻或物理限制的过滤作用。

在一些实施方案中，支柱505可具有与其宽度类似的高度，由此具有接近1的纵横比，例如0.8、0.9、1.0、1.1、1.2或1.3，如图5B和5C中所示。或者，支柱505可具有小于其宽度的高度，由此具有基本小于1的纵横比(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或0.6，如图5D中所示)，或具有大于其宽度的高度，由此具有基本大于1的纵横比(例如1.5、2、3、5、8、10、20、100、500、2,000或10,000，如图5E中所示)。高纵横比支柱设计具有较高容量和通量的优势，而低纵横比支柱设计具有容易制造的优势。支柱505可逐渐变窄或为锥形(图5E)。斜度角可接近90度，例如80、85、87、88或89度。锥形支柱可利于脱模并且可使用注射成型、模压、软光刻术或不太困难的其它复制技术来进行制造。

在一些实施方案中，滞留物室50和滤液室51的侧壁彼此大致平行(图5A)。在一些实施方案中，滞留物室501可具有基本恒定的宽度，可逐渐变宽，或可逐渐变窄(图6)。滞留物室501宽度的变化可导致室501中的流速和所产生的剪切应力变化。在图6B中说明的实施方案中，因为进料液体汲取到滤液室504中，所以滞留物室501中的流动速度随流体向出口503移动而逐渐变小。相反，在图6A中说明的实施方案中，随着滞留物室501和滤液室504的总横截面积变小，滞留物室501中的流体可朝向出口503加速。滤液室504变宽的程度可基本决定汲取通过孔506的流量，且可针对期望的有效孔径而优化。

在本发明的另一实施方案中，滞留物室可从入口侧向滞留物出口逐渐缩窄，且滤液室可向滤液出口逐渐加宽。对于需要高流速和低剪切应力的应用，可能优选滞留物室在入口侧处较宽且在出口侧处较窄。所述配置可使流动速度在入口处保持较低且使整个滞留物室中的剪切应力保持较低。在本发明的另一实施方案中，滞留物室可配置成从入口侧向滞留物出口逐渐缩窄且当流体从入口向出口流动时保持滞留物室中的平均流动速度基本恒定。在本发明的另一实施方案中，滞留物室和滤液室可配置成使得当流体从入口向出口流动时滞留物室中的平均流动速度基本恒定。

在本发明的另一实施方案中，过滤器包括按曲线排列的支柱(图7)。过滤器的“弯曲”可产生特定过滤器特征。即，各孔可具有旨在达成某些过滤要求的不同有效孔径。在图7A中说明的实施方案中，过滤器701最初与滤液室711的侧壁710形成小角度，从而允许滤液室汲取极少流量穿过过滤器701。过滤器702与侧壁710之间的角度接着变大以增加汲取通过孔的流量，从而产生较大有效孔径。过滤器703与侧壁710之间的角度可向滤液出口720变小，从而减少汲取通过孔的流量。在图7B中，过滤器704包括按曲线排列旨在维持特定过滤器特征的支柱。对于图7A和7B中所示的实施方案，各孔的作为其在入口722侧到出口721侧间的位置的函数的有效孔径分别定性说明于图7C和图7D中。应了解，取决于用于所考虑的特定应用的期望过滤器特征，也可使用其它支柱排列。

在另一实施方案中，通过各孔的流速基本上相同。在另一实施方案中，汲取通过各孔的流速小于或等于切向流的流速的最大分数x，其中x在约1/5到约1/100,000范围内。举例来说，合意的x可为1/5、1/10、1/20、1/50、1/100、1/200、1/500、1/1,000、1/2,000、1/5,000、1/10,000、1/20,000、1/50,000或1/100,000。此实施方案的一实例于图5中示出。过滤器包括约10个与约100,000个之间的支柱，例如约10、20、50、100、200、500、1000、2,000、5,000、10,000、30,000或100,000个支柱。支柱和滤液室可以使得有效孔径基本小于物理孔径的方式配置。

在本发明的另一实施方案中，过滤器包括相等间隔的支柱排列，如图5、图6和图7中所示。在本发明的另一实施方案中，支柱间隔不均匀，如图8中所示。对于一些应用，改变物理孔径以使得允许某些粒子通过实体上较大的孔可能有利。支柱可具有不同横截面形状。合意横截面形状的实例包括但不限于图9中所示的形状，例如圆形(图9A和9B)、卵圆形(图9C)、椭圆形(图9D)、卵形(图9E和9F)、机翼形(图9G)等。过滤器还可包括具有不同形状和/或尺寸的支柱(图9H)。对于温和分离脆弱粒子，可能优选支柱不具有可能与粒子接触的锐利边缘。锐利边缘可能割开、劈开或溶解脆弱粒子。虽然在许多需要温和过滤的应用中可能优选非锐利支柱表面，但也可能使用矩形、方形或多边形支柱横截面，例如在粒子损坏无关紧要的情况下。

在本发明的另一实施方案中，滤液室901具有包括交替的凸出与凹陷部分的波形侧壁902(图9A)，且波形侧壁的周期与孔903的中心到中心距离一致。波形侧壁可有助于稳定流动和维持小有效孔径。

应了解，在本发明的实施方案中，过滤器可包括具有不同形状和尺寸的按直线或曲线均匀或不均匀排列的支柱以便达成某些过滤器特征。

在本发明的另一实施方案中，滤液室504比滞留物501浅(图10)。在此实施方案中，过滤器508包括相邻的表面512和支柱505。滤液室504可比一些大滞留物粒子321浅(图10C)。然而，因为滞留物粒子321由物理孔流动排阻，所以其基本从未进入浅的过滤室504或孔的狭窄部分571(图10C)。因此，与尺寸排阻过滤相关的有害作用在此实施方案中可能极少发生。此设计降低支柱505的纵横比而不降低过滤器面积和深度，且可使得装置制造容易和稳固。

在本发明的另一实施方案中，过滤器模块包括滞留物室130、包括筛网过滤器的过滤器131和控制穿过筛网过滤器131的流量的滤液室132(图11A和11B)。流动室130、132包括含凹陷的层133、134。滤液室132包括层134中逐渐加深的凹陷，其配置成汲取少量流通过过滤器131。过滤器131夹在滞留物室层133与滤液室层134之间。此实施方案允许大过滤器面积，且可达成极高容量和通量。此实施方案的变化包括夹在滞留物室层133与滤液室层134之间的多孔过滤器层131(图11C和11D)。多孔过滤器层可包括例如径迹蚀刻膜或激光加工的金属薄片等。所述层可胶合、粘合或简单地压在一起(图11C和11D)。过滤器131上的孔可如图11A-11D中所示规则地间隔，或者可随机分布，如辐射径迹蚀刻膜过滤器。

本发明的上述实施方案可适用作用于浓缩粒子或从滤液粒子群移除滞留物粒子群的装置。然而，在一些情况下，可能需要从滞留物群耗乏滤液群，或分离不同流体中的滞留物粒子。

举例来说，在一些情况下，可能需要从全血分离有核血液细胞和尽可能移除多种去核红血球。可将载体流体522引入滞留物室501中(图13)。在一个实施方案中，滞留物流动室501除包括至少一个进料入口502外，还包括至少一个载体流入口521。此处，载体流体522可注射到滞留物室501中且与进料流物流523并排形成层流物流522。层流条件可引起载体流522与进料流523并排移动而不对流混合。两个物流522、523之间的界面在图13示出为虚线524。滞留物粒子531可由包括支柱505的过滤器保留且从进料物流523移动到载体物流522中。在滞留物出口503处，滞留物粒子531处于载体流522中，由此基本去除了滤液群。取决于期望的纯度要求，载体流体流速可小于、等于或大于滞留物流体流速。应了解，载体流可以类似方式应用于本发明的任何实施方案，且不限于任何特定实施方案。还可引入载体流以洗涤、处理或标记滞留物粒子。在一些实施方案中，可引入多于一种载体流以处理滞留物粒子。举例来说，可使用本发明的一些实施方案来以连续流方式标记和洗涤细胞。含有针对特定滞留物细胞的抗体标记或染色剂的溶液可与进料流并排引入作为第一载体流，且可在第一载体流之后引入洗涤溶液作为第二载体流。由于流动排阻作用，滞留物细胞可从进料流迁移到第一载体流中，在第一载体流中细胞被染色或标记，且接着可从第一载体流迁移到第二载体流中，在第二载体流中对细胞进行洗涤。可在滞留物室使用多于一个入口以引入载体流用于本发明的任何实施方案。

双重过滤器模块

在一些实施方案中，可组合两个基本相同的过滤器模块以形成“双重过滤器模块”。在一个实施方案中，两个过滤器模块可相对于彼此形成镜像且共享一个滞留物室以形成“双重过滤器模块”(图14A)。滞留物室501可具有至少一个入口502和一个出口503。进料粒子可进入所述入口502且可使用例如流体流、压降、流体动力学压力、压力源、真空、头高、重力、离心力、电场、电泳场、电动力、电渗力、毛细管作用或上述作用的组合朝向出口503驱动通过流动室501。滞留物流动室501可由过滤器508与两个滤液流动室504各自分离，且可关于中心线514对称排列。过滤器508的实施方案可包括约10到约100,000个支柱505，例如10、20、50、100、200、500、1,000、2,000、5,000、10,000、20,000或100,000个支柱的排列。支柱之间的开口可构成过滤器508的孔506。滤液流动室504可设计成汲取少量流通过各孔506，且通过滤液出口507移除滤液粒子。通过各孔506的流速可设计为滞留物流动室501处的流速的小分数(例如1/10、1/20、1/30、1/50、1/100、1/200、1/300、1/500、1/1,000、1/2,000、1/5,000、1/10,000、1/20,000、1/50,000或1/100,000)以促进流动排阻。

在任何双重过滤器模块实施方案中，滞留物室可还包括载体流入口521(图14B)。载体流522可在两个进料流523之间引入，以使得滞留物粒子在滞留物出口503处收集于载体流522中。此实施方案可能够产生高纯度滞留物粒子。

双重过滤器模块的另一实施方案于图15中示出，其中两个过滤器模块形成镜像且共享一个滤液室。包括滤液出口507的滤液室504可安置于两个滞留物室501之间。滤液室504可在过滤器508处汲取少量流通过各孔506以促进流动排阻作用。进料流可通过入口502进入滞留物室501。滞留物粒子可在滞留物出口503处收集；滤液粒子可在滤液出口507处收集。此实施方案可还包括至少一个载体流入口521(图15B)。载体流物流522可与进料流物流523并排建立，以使得滞留物粒子收集于载体流物流522中。此外，载体流增加滞留物粒子的纯度。

多重过滤器模块

两个双重过滤器模块可进一步共享滞留物室或滤液室以形成多重过滤器模块(图16)。在图16A中所示的实施方案中，两个双重过滤器模块(图14A)共享滤液室且形成在模块中具有四个过滤器的多重过滤器模块。此外，多于两个双重过滤器模块也可共享滞留物室或滤液室以形成多重过滤器模块(图16B)。双重过滤器模块设计还可与过滤器模块组合以形成包括三个过滤器的多重过滤器模块。多重过滤器模块设计还可与过滤器模块以类似方式组合。

过滤器级联模块

在一些实施方案中，两个或多个过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块可串联连接形成“过滤器级联模块”。在图17A中所示的实施方案中，两个基本相同的过滤器模块171、172串联连接。第二模块172的入口177与第一模块171的出口503、507流体连接。进料粒子可进入第一模块171的入口502且可由第一过滤器173分离成滞留物和滤液。当装置以层流条件操作时，滞留物和滤液在分离后可形成两个并排的层流而不对流混合。当两个粒子物流进入第二模块172时，来自第一模块171的滤液可遭遇第二过滤器174，一些粒子可由所述第二过滤器174保留。过滤器级联模块170的滞留物可在出口503处收集。过滤器级联模块170的滤液可整体通过两个过滤器173、174且可在出口507处收集。此实施方案增加滞留物粒子的回收产率，因为可能未由第一过滤器173保留的粒子可由第二过滤器174保留。类似地，两个或多个双重过滤器模块可串联组合形成过滤器级联模块(图17B)。第二模块172的入口177可与第一模块171的出口503、507流体连接。多于两个双重过滤器模块可以类似方式连接。其它过滤器配置(诸如多重过滤器模块)也可串联组合形成过滤器级联模块。

应了解，串联连接形成过滤器级联模块的过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块可能或可能不基本相同，且可能具有或可能不具有基本相同的有效孔径或滞留尺寸。在任何过滤器级联模块实施方案中，模块的滞留物室可还包括载体流入口。图17C示出包括两个双重过滤器模块171、172的过滤器级联模块实施方案。双重过滤器模块172包括载体流入口175，其可包括通道和通孔176。图17D示出包括两个包括两个载体流体入口521、175的双重过滤器模块的过滤器级联模块实施方案。

可组合具有基本不同的有效孔径或滞留尺寸的不同过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块以形成可将进料分级分离成多个部分的过滤器级联模块。在图18A中所示的一个实施方案中，级联模块180包括第一过滤器模块181和第二模块182。第一模块181包括含用于进料的入口502和用于第一滞留物(在本文中称为“部分1”)的出口503的第一室501。第一过滤器508安置于第一室501与第二室504之间。第二室可设计成在第一过滤器508处汲取少量流通过孔以促进流动排阻，且可接纳来自第一过滤器的滤液作为第一滤液。第一模块181的滤液出口183与第二模块182的入口184流体连接。第二模块182包括可保留第一滤液的亚群作为“部分2”的过滤器509，所述“部分2”在出口510处收集。第三室511可经过安置以接纳第二过滤器509的滤液，且可汲取少量流通过第二过滤器的孔以促进流动排阻。第二过滤器509的滤液可通过出口507离开，且在本文中称为“部分3”。第二模块182可采用比第一模块181的滞留尺寸小的滞留尺寸。两个模块181、182可经过排列以减小第二室504的长度(图18B)。在图18C中所示的本发明的另一实施方案中，级联模块180包括第一过滤器模块181和第二模块182。第二模块182的入口184连接于第一模块181的出口183、186。当模块180在层流条件下操作时，来自第一模块181的滤液和滞留物可作为两个分开的流动物流并排流动而不对流混合。两个物流之间的界面以虚线185示出。级联模块180可将进料粒子分级分离成三个不同部分，部分1、部分2和部分3，其可分别通过出口503、510和507收集。为增加部分1的纯度，可通过入口521引入载体流体。

图18D定性描绘当将稀刚性球形粒子分离成三个部分时级联模块可达成的尺寸分布结果。诸如血液等复杂进料可分离成三个或多个部分。分离可基于若干因素，包括粒子-粒子相互作用、粒子的变形和/或非牛顿流体行为。

可串联布置双重过滤器模块和多重过滤器模块以形成过滤器级联模块，类似于过滤器模块可采取的方式。图19示出两个所述实施方案。图19A示出表示图18C中所示的在共享滞留物室501的情况下两个过滤器级联模块的镜像排列的实施方案。粒子经过分级分离且在出口503、510、507处收集。类似地，图18C的两个过滤器级联模块可共享室504以形成图19B中所示的实施方案。

过滤器级联模块可适用于根据粒子的机械性质(例如尺寸、形状、可变形性、柔韧性、弹性和/或粘度)将粒子分离成三个或多个部分。举例来说，过滤器级联模块可将全血分级分离成淋巴细胞、粒细胞和红细胞群。过滤器级联模块的另一实施方案可将经过酶消化的脂肪组织分级分离成脂肪细胞、包括脂肪干细胞的基质血管组分和血液细胞。

过滤器级联模块的另一实施方案于图20A中示出。滞留物室501可在入口502处接纳进料流体。可针对第一过滤器508驱动进料。第一滤液室504可配置成汲取少量流通过第一过滤器508的孔以促进流动排阻作用，和收集来自第一过滤器508的滤液。第一过滤器508的滞留物可针对第二过滤器509进入第二过滤器模块。第二滤液室516可配置成汲取少量流通过第二过滤器509的孔，和通过出口513收集来自第二过滤器509的滤液。第一过滤器508的有效孔径可配置成小于第二过滤器509的有效孔径。第二过滤器的滞留物可通过出口503在滞留物室501处收集。

图20A的实施方案可因层流操作条件而简化成图20B中所示者。具有不同滞留尺寸的两个过滤器508、509的滤液可由相同的滤液室504收集。两种滤液可未对流混合且因此可通过两个出口541、542单独收集。

在图20A和20B中所示的实施方案中，进料粒子可分级分离成三个部分：第一过滤器508的滤液(部分3)、第二过滤器509的滤液(部分2)和第二过滤器509的滞留物(部分1)。对于包括刚性球形粒子的进料，三个部分的尺寸分布的实例定性描绘于图20C中。应了解，过滤器级联模块可形成双重过滤器级联模块(图21)，正如两个过滤器模块可形成双重过滤器模块(图14、15)。图20A和20B中的双重过滤器模块可以图14A的两个双重过滤器模块可形成图17B中所示的级联模块的相同方式进一步串联布置以形成级联模块。

应了解，过滤器级联模块可包括两个或多个过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块的级联。

过滤器级联模块的上述实施方案还可采用一个载体流或多个载体流以增加滞留物的纯度、洗涤粒子、以不同试剂作为载体流处理粒子、或标记粒子。

应了解，双重过滤器级联模块可包括具有多于两种滞留尺寸的过滤器，以将进料分离成多于三个部分。还应了解，尽管上述双重过滤器级联模块的实施方案关于中心线对称，但双重过滤器级联模块可为不对称的，或甚至可在中心线的相对侧上包括具有不同有效孔径的过滤器。

其它模块配置

在本发明的另一实施方案中，包括滞留物室、过滤器和滤液室的过滤器模块可为弯曲状的。所述过滤器模块实施方案可具有当需要长过滤器长度时占地面积减小的优势。或者，过滤器模块和过滤器级联模块可排列成蛇形。

模块可以获得不同过滤器特征的方式组合。举例来说，图22A示出有效浓缩滞留物粒子的本发明的实施方案。进料可通过入口220进入第一模块221。第一模块可浓缩进料中的靶粒子作为其滞留物。滞留物可作为进料进入第二模块222且可在通过出口225离开之前再次浓缩。如果各模块浓缩其进料的体积缩减倍数为5，那么两个模块一起可将体积缩减25倍。更多模块(例如3、4或5个)可以类似方式连接在一起以获得甚至更浓缩的输出。如果三个模块以类似方式串联布置且如果各模块的体积缩减倍数为4，那么三个模块一起可将体积缩减64倍。应了解，模块不必将粒子浓缩相同倍数。

图22B示出可有效洗涤滞留物粒子的本发明的实施方案。进料可通过入口227进入第一模块223。载体流体可通过入口226引入。第一模块的滞留物可由载体流“洗涤”，且可进入第二模块224。第二模块可包括用于第二载体流的入口228。在所述实施方案中，入口228可包括通孔。第二载体流可与或可不与第一载体流相同。来自第一模块223的滞留物可在第二模块224中由第二载体流洗涤。此实施方案可用于更完全地耗乏滤液粒子群且使滞留物粒子群获得更高程度的纯化。其还可用于使用载体流处理、洗涤或标记滞留物粒子。举例来说，载体流可包括针对滞留物群上的靶抗原的抗体。当滞留物粒子移动到载体流物流中时，靶粒子可由所述抗体标记。应了解，多于两个模块可以类似方式串联布置。

图23A、23B和23C示出双重过滤器模块的实施方案，其中构成模块彼此偏离。在图23B中所示的实施方案中，进料粒子可通过入口230进入滞留物室236。粒子可由过滤器237分离成滞留物部分和滤液部分。滤液可流过滤液室231且可进入另一室232。尽管此室232可允许来自第一过滤器237的滤液通过，但室232也可充当第二过滤器238的滞留物室。因为存在层流条件，所以滞留物和滤液可不对流混合，且可在其流过滞留物室232之后收集。来自第一过滤器237和第二过滤器238的滤液部分可分别通过第一出口235和第二出口234离开，而两个过滤器237、238的滞留物部分可通过出口233收集。类似地，在图23C中所示的实施方案中，来自第一滞留物室236的滞留物和来自第一滤液室231的滤液可并排流过第二滞留物室232。在层流条件下，滞留物和滤液不发生对流混合。虚线239示出滞留物与滤液之间的流体界面，所述滞留物与滤液可分别通过两个不同出口233、235离开。

图23D示出多重过滤器模块的实施方案。此模块包括两个图23C中所示的模块作为相对于彼此的镜像。共享滤液室231和滞留物室232。因为流动为层状的，所以滤液和滞留物物流可不发生对流混合。所述物流之间的界面以虚线239示出。滤液物流可通过出口234、235收集，而滞留物物流可通过出口233收集。

图23E示出过滤器级联模块的实施方案。此过滤器级联模块包括两个模块2310、2311，各模块包括图23C中所示的模块。

应了解，上述各种过滤器模块设计和配置仅作为实例，且不欲具有限制性。在本发明的精神范围内，过滤器可包括具有各种横截面的支柱，如图9中所示。模块可以各种方式组合和/或串联布置以形成双重过滤器模块、多重过滤器模块、各种过滤器级联模块等。可向各种模块引入一个载体流或多个载体流以促进滤液群耗乏、滤液群移除、粒子洗涤、粒子标记、粒子处理等。

流动排阻的结构条件

为达成基本小于物理孔径的有效孔径，过滤装置的滤液室可配置成逐渐扩大。本领域的技术人员可考虑在本发明的实施方案中当流动排阻作用可发生时的条件。

不受限于任何特定数学表达式、方程、推导和理论，以下描述可促进流动排阻作用的条件。举例来说，让我们考虑图12中所示的实施方案。因为通过孔的流量受室的扩张和收缩(例如滤液室的加宽和/或滞留物室的缩窄)控制，所以我们将“比例滤液室横截面积”w定义为滤液室横截面积与所有室的横截面积之间的比率，其中所取的横截面基本垂直于平均流动方向。当过滤模块具有深度基本恒定的室时，如在图12中所示的实施方案中，“比例滤液室横截面积”w为

$w=\frac{b}{a+b}$

其中a为滞留物室的宽度且b为在相关横截面处滤液室的宽度。作为室中总流量的分数的通过孔的流量基本取决于围绕孔的“比例滤液室横截面积”的增量。在图12中所示的实施方案中，增量指定为

$w^{\′}-w=\frac{b^{\′}}{a^{\′}+b^{\′}}-\frac{b}{a+b}$

另一方面，因为汲取通过孔的流量与孔开口的面积和通过孔的平均流动速度大致成比例，并且因为进入室的流量与室的总横截面积和室中平均流动速度大致成比例，所以预期作为室中流量的分数的通过孔的流量基本与物理孔径的平方除以室的总横截面积成比例。

因为当通过孔的流量弱于物理孔径时可允许发生流动排阻作用(图4)，因此一种发生实质性流动排阻作用的条件可为

分母处的因数3为由电脑模拟估算的比例因数(图4)。此标准在本文中称为“滤液室扩张标准”。在本发明的一些实施方案中，过滤模块包括滞留物室、滤液室和包括支柱和含物理孔径的孔的过滤器，其中滤液室以满足“滤液室扩张标准”的比率扩张。在本发明的一些实施方案中，滤液室加宽的角度(即，过滤器与滤液室侧壁之间的变化或固定角度)极小，例如为约0.1度、0.2度、0.3度、0.5度、0.7度、1度、1.5度、2度、2.5度、3度或5度。

可促进流动排阻作用的另一条件为在过滤模块中并入较大数量的孔，因为当存在更多孔时，通过各孔的流可减弱且可发生流动排阻作用。类似于先前的推导，预期流动排阻作用可能需要的孔数目基本取决于在滤液室处收集的流量和由包括物理孔径的孔允许的流量。因此，流动排阻作用可能需要的孔的最小数目可基本与滤液室出口的横截面积与物理孔径平方之间的比率成比例。因此，实质性流动排阻作用的另一条件可为

其中N为模块中孔的数目，且k为过滤模块的出口侧上的“比例滤液室横截面积”。比例因数3是使用电脑模拟所估算。此标准在本文中称为“最小孔数目标准”。对于图12中所示的实施方案，实质性流动排阻作用的条件可为

在本发明的一些实施方案中，过滤模块包括滞留物室、滤液室和包括支柱和含物理孔径的孔的过滤器，其中孔的数目满足“最小孔数目标准”。

应了解，上述理论、式、方程和推导不欲具有限制性。应了解，“滤液室扩张标准”和“最小孔数目标准”可应用于根据本发明过滤模块(包括但不限于过滤器模块、双重过滤器模块、多重过滤器模块和过滤器级联模块)的各种实施方案。

过滤单元

本发明的一个实施方案为包括上文所公开的过滤模块、流体通道和孔的过滤单元。流体通道配置成提供孔与模块之间的流体连接。流体通道还可配置成提供适当流体阻力以在期望操作条件下在模块中建立期望的流动分布，例如模块中进料与载体流体的正确比例和/或作为滞留物和滤液收集的流体的比例。

高模块密度装置

本发明的一些实施方案的一个显著优势为能够获得用于基于流动排阻作用的粒子过滤的高通量和高容量装置，同时维持紧凑装置占地面积和低剪切力。上文公开的模块和单元配置为紧凑的且可容易地成型为具有高模块密度的装置。所述装置可具有可缩放的容量和处理通量，且可极其适用于许多应用，诸如脐带血的体积缩减、细胞洗涤、分离干细胞、制备基质血管组分、血浆撇取和过滤骨髓干细胞。将多个所述紧凑装置堆叠在一起成为一个装置可提供甚至更高的容量和通量。

在本发明的另一实施方案中，装置包括多个过滤单元，其中各过滤单元包括上文公开的模块和与所述模块流体连接的流体通道。在本发明的另一实施方案中，多个过滤单元(例如约3、5、8、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、800个或更多个过滤单元)以高密度配置安置于单个装置上。所述装置在本文中称为“高模块密度装置”。

图24A-24F示出高模块密度装置的若干实施方案，其中重复过滤单元249以增加通量和容量。在图24A中，安置八个各自包括双重过滤器模块的过滤单元。模块的进料入口502、滞留物出口503和滤液出口507分别使用入口通道244和出口通道245、246连接于输入端口241和输出端口242、243。

通道244、245、246上的流动阻力可配置成确立在操作条件下适当流量进入入口502和离开出口503、507，且有利于个别模块的操作。通道244、245、246上的流动阻力可设计成取决于装置设计时所针对的操作条件而小于、相当于或大于模块的流动阻力。在一些实施方案中，入口和出口通道245、246上的流动阻力可为双重过滤器模块阻力的约0.01到约0.99倍。

在本发明的另一实施方案(图24B)中，各双重过滤器模块可包括载体流入口521，其可通过通道248连接于输入端口247。通道的流动阻力可设计成有利于个别模块的适当操作。在本发明的另一实施方案(图24C)中，多重过滤器模块使用通道连接于输入和输出端口。在本发明的另一实施方案(图24D)中，多个模块可共享输入端口241和输出端口242。连接模块与端口的通道可设计成具有基本相等的阻力。在本发明的另一实施方案(图24E)中，模块可安置于圆盘上。在图24E的实施方案中，圆盘可绕中心轴旋转以产生离心力，所述离心力可驱动流体通过安置于所述圆盘上的模块。

模块不限于仅安置为一列。两列或多列模块可安置为一个装置。在两列或多列模块的情况下，存在共享端口和减少装置占地面积的更多种可能的排列。图24F示出多个安置为两列且共享共用进料输入端口的20个双重过滤器模块。此外，可将装置堆叠以达成高容量和通量(图25)。

应了解，多个过滤器模块、双重过滤器模块、过滤器级联模块、双重过滤器级联模块、多重过滤器模块、多重过滤器级联模块、其它配置或上述模块的任何组合可关于彼此以任何可能的二维或三维关系安置。

过滤装置制造技术

多种技术可用于制造根据本发明的装置的实施方案。在本发明的一个实施方案中，装置可通过微加工得到。微加工技术可选自但不限于本领域中已知的技术，例如常规用于硅基集成电路制造的技术、模压、软模压、铸造、压印、模制、注射成型、挤压、立体激光光刻术、选择性激光烧结、光可确定玻璃光刻术和湿氏蚀刻、电脑数字控制(CNC)加工、聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光刻术、超声波微铣削、厚光阻光刻术、上述技术的组合等。适合制造技术的实例包括光刻术、深反应性离子蚀刻、湿氏蚀刻、模制、模压、压印、激光消融、厚光阻光刻术、软光刻术、辐射径迹蚀刻和其它技术。过滤装置的一些方面和实施方案可由与存在于相关特定应用中的条件相容的材料制成。所述条件可包括但不限于pH值、温度、有机溶剂、生物相容性、离子强度、压力、电场的施加、粘性、表面电荷、表面官能化、表面处理、湿角、亲水性、疏水性、机械强度和热膨胀。装置的材料还可根据其光学性质、机械性质、化学性质、对溶剂的化学抗性、熔融性质和根据其对欲在装置中执行的应用的组分的惰性进行选择。所述材料可包括但不限于玻璃、熔合硅石、硅酮橡胶、硅、陶瓷、光可确定玻璃、塑料、聚合材料、光敏性聚合物、厚光阻、SU-8抗蚀剂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环状烯烃共聚物(COC)、环状烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、压敏性材料、特氟龙(Teflon)、丙烯酸树脂、聚醚砜、聚四氟乙烯等。装置可使用标准灭菌技术进行灭菌，所述技术为例如γ辐射、环氧乙烷(EO)灭菌、紫外光照射、高压灭菌等。

用于表征微流体过滤模块、单元和装置的效率度量标准

与其它微流体装置相比，本发明的一些方面和实施方案更有效地产生流动排阻条件。本发明的过滤器模块的实施方案可安置为具有期望容量和/或通量的一个物理紧凑装置，例如高模块密度装置。本发明的实施方案可具有多种明显优势。举例来说，本发明的实施方案可不易堵塞。其次，本发明的一些方面和实施方案可相对易于制造，因为所述方面和实施方案可包括极小占地面积和相对较小数目的支柱。第三，本发明的一些方面和实施方案可趋向于对于所过滤的粒子来说为温和的。在一些实施方案中，滤液粒子在过滤过程中可通过少到每个模块一个孔。第四，本发明的一些方面和实施方案引入极少扩散，因为粒子不经受在其它设计中可能遭受的恒定碰撞和分散。极小扩散可产生高效分离。

本发明的方面和实施方案可包括可容易地和成本有效地制造的高通量、低剪切力且紧凑的过滤装置。可定义度量标准以定量装置设计的效率和制造所需要的潜在努力。反映制造微流体过滤装置所需要的潜在努力的一个度量标准为装置的滞留体积。滞留体积为装置内部的空隙体积，且可表示在装置制造过程中移除或移走的材料的量。举例来说，一种在硅中制造微流体过滤装置的方法为先进行光刻术，随后进行反应性离子蚀刻。可制造于晶片上的装置的数目取决于装置中蚀刻面积的尺寸，而反应性离子蚀刻的加工时间取决于蚀刻深度。装置的滞留体积可大致为蚀刻面积的尺寸乘以蚀刻深度，且因此表示制造装置所需要的努力和成本。举例来说，对于使用微细加工在硅中微细加工出的过滤装置，装置所具有的滞留体积越大，那么将需要越多晶片材料、光刻术努力和蚀刻加工时间。其它装置制造技术(诸如注射成型)也在滞留体积和制造装置所需要的努力之间产生类似相关性。

对于包括一个或多个过滤模块(例如过滤器模块、双重过滤器模块、过滤器级联模块或多重过滤器模块)的微流体过滤装置，过滤器模块的滞留体积可充当表征过滤模块和或装置的良好度量标准。本发明的一些方面和实施方案包括具有小滞留体积的过滤模块，例如过滤模块可包括＜1μl、＜0.3μl、＜0.1μl、＜0.03μl、＜0.01μl或更小的滞留体积。本发明的若干示例性实施方案的滞留体积在以下实施例部分中计算和公开。

可定义以估算制造模块所需要的努力的另一度量标准为“过滤单元密度”，在本文中定义为每体积中过滤单元的数目。更具体地说，“过滤单元密度”可计算为

举例来说，考虑具有100个相同过滤单元、占地面积为2cm x 2cm且平均特征性通道深度为50μm的高模块密度装置，“过滤单元密度”为100/[(2cm×2cm)×50μm]，其等于5,000cm^-3。所述“过滤单元密度”意谓在原则上，多达5,000个过滤单元可包装于尺寸为1立方厘米的高模块密度装置中。为增加效用和降低微流体过滤装置的成本，可能需要最大化装置的“过滤单元密度”，因为装置通量取决于装置中模块的数目，且成本趋向于随装置中流体特征的体积量而缩放。本发明的一些方面和实施方案能够获得具有高“过滤单元密度”的装置。本发明的若干示例性实施方案的“过滤单元密度”在以下实施例部分中计算和公开。

除装置占地面积和通道深度外，微流体分离装置的另一重要性能规格为粒子处理速度，定义为每单位时间处理的进料粒子的数目。为表征装置的粒子处理速度，可能重要的是考虑装置占地面积和流体通道深度，其与制造难度和装置成本相关。“校正处理速度”可针对微流体分离装置定义如下：

可能希望装置具有高校正处理速度。本发明的多个方面和实施方案能够使分离装置具有高“处理速度指数”。本发明的若干示例性实施方案的处理速度指数在以下实施例部分中计算和公开。

与微粒体分离装置的效率和制造成本相关的另一重要因素可为操作流动速度。在许多情况下，增加流动速度可增加装置的通量而不增加制造成本。然而，此方法可能伴随对于剪切应力成为问题的应用的明显限制。流动速度增加可引起较高剪切应力条件，导致潜在粒子损坏和/或过滤器淤塞。对于细胞过滤应用，可能需要限制剪切力。细胞可能易遭高剪切应力破坏，且可能由高剪切应力活化、损坏、改变或甚至溶解。本发明的多个方面和实施方案允许在限制剪切力的情况下最大化流动速度。

当比较不同微流体流过式分离装置的通量时，可能需要根据装置占地面积、通道深度和操作剪切力条件来校正通量。此外，可根据过滤装置的特征性滞留尺寸的平方来校正通量，因为具有较大滞留尺寸的装置可趋向于具有较高通量。在本文中，表示微流体分离装置的校正通量的“设计效率指数”(D.E.I.)定义为：

$D.E.I.=\frac{Q}{{\mathrm{ADSR}}^2}$

其中Q为装置处理进料的体积通量，S为粒子在流过装置时经历的最大剪切率，A为作为面积的装置占地面积，D为装置通道的特征性深度，且R为装置的滞留尺寸。本文中的剪切率定义为流体在垂直于速度的方向上的速度梯度，且具有量纲1/时间。设计效率指数具有量纲1/长度2，且可视为装置的固有性质，而与装置尺寸、通道深度、操作剪切力条件和滞留尺寸无关。

“设计效率指数”可为装置设计的效用的良好指标。具有高设计效率指数的装置可具有高通量，且可为紧凑、温和的且易于制造。设计效率指数可极其适用于表征用于粒子过滤的微流体流过式装置的固有通量性能，其中操作条件应使得流动为层状的，其中雷诺数Re较低，例如＜0.01、＜0.1、＜1、＜10、＜100或＜500，且其中粒度范围在约50nm与约300μm之间。

本发明的方面和实施方案可获得具有高设计效率指数的装置。本发明的若干示例性实施方案的“设计效率指数”在以下实施例部分中计算和公开。

应了解，本发明的方面和实施方案可使得过滤装置，特别是微流体分离装置能够包括显著改良装置性能和成本有效性的设计特征，如通过滞留体积、过滤单元密度、校正处理速度和/或设计效率指数度量标准所表征。

系统

用于粒子过滤的袋系统

在本发明的一些实施方案中，高模块密度装置容纳于过滤器滤筒中且连接于管线和袋以形成封闭系统。所述系统可特别适用于临床应用，例如脐带血体积缩减、周边血液组分分离、从羊水分离干细胞、骨髓过滤、白细胞去除、血浆撇取、产生基质血管组分(SVF)等。所处理的粒子样品可不暴露于外部污染物。此外，粒子样品可包括于系统中，由此减少对操作者的生物危害风险。

图26A-26E示出包括外壳260和多个高模块密度装置261的过滤器滤筒的实施方案。外壳260可包括进料通道262、滞留物收集通道263和滤液收集通道264。通道可连接到配件265、266、267以使得滤筒可连接到管道以形成袋系统。滤筒260可使进料分布于整个高模块密度装置261中以使装置可平行处理进料以达成高体积通量。滤筒260还可收集来自高模块密度装置261的滞留物和滤液。如图26D和26E中所示，多个高模块密度装置261可使用衬垫268进行堆叠以提供适当密封，以使得进料、滞留物和滤液不交叉污染。或者，高模块密度装置261可胶粘或粘合。

过滤器滤筒的不同部分可胶粘、粘合、超声波粘合、夹持或螺钉固定在一起。滤筒的外壳可使用标准制造技术(诸如注射成型、模压、模制、热模压、立体光刻术、机械加工等)由塑料制成。用于外壳的塑料材料可包括但不限于环状烯烃共聚物(COC)、环状烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、压敏性材料、特氟龙、丙烯酸树脂、聚醚砜、聚四氟乙烯等。衬垫可使用标准技术(诸如冲切、模制、水冲法等)由橡胶材料(诸如硅酮、乳胶、氯丁橡胶、乙烯橡胶)制成。

图27A-27C示出包括含多个高模块密度装置的滤筒270、滤液收集袋273和滞留物收集袋272的袋系统。袋272、273可使用管道275、276连接到滤筒270。滤筒270的进料入口可使用管道274连接到适配器271。适配器271可包括设计成在端口279处穿入样品收集袋278的沟槽(图27B)，并且允许样品收集袋278中的进料粒子进入滤筒以便过滤。进料可包括上文所述的进料或粒子，例如血液、脐带血、周边血液干细胞、骨髓等。在适配器271插入样品收集袋278中后，袋系统可在重力下悬垂(图27C)，所述重力可驱使进料通过高模块密度装置。或者，可施加压力以挤压样品袋278来驱使样品通过过滤器滤筒270。或者，可应用蠕动泵来泵汲流体。样品收集袋278可还包括针2710以促进自样品源(诸如患者或脐带)收集样品。

袋的体积容量可取决于系统设计所针对的特定应用。对于脐带血建库目的，从脐带收集脐带血。样品袋278可能够容纳约20ml到约250ml范围内的脐带血，加上约0ml到约400ml范围内的抗凝血剂或添加剂。柠檬酸盐磷酸盐右旋糖(CPD)和肝素可用作抗凝血剂用于脐带血收集。添加剂可包括磷酸盐缓冲生理盐水溶液、汉克氏平衡盐溶液、血液膨胀剂、干细胞生长培养基、生长因子等。抗凝血剂或添加剂可预先加载于样品收集袋278中。在本发明的一个实施方案中，用于脐带血的样品收集袋可含有约25ml到35ml的CPD，且可具有收集多达约200ml脐带血的容量。

在脐带血建库中，可在冷冻之前处理脐带血以缩减血液体积。此做法可降低长期储存成本。本发明的袋系统实施方案可用于脐带血体积缩减，其中所述袋系统包括旨在分离红血球和血浆与滞留物的高模块密度装置。滞留物可包括造血干细胞、祖细胞、群落形成细胞和CD34+细胞。滞留物可与冷冻介质(例如二甲亚砜(DMSO))混合，且可在低温保存条件下冷冻以供后续治疗使用。滞留物收集袋272可包括低温保存冷冻袋。在本发明的另一实施方案中，滞留物收集袋可包括含至少2个隔室的低温保存冷冻袋。在本发明的另一实施方案中，滞留物收集袋可包括具有25ml容量的低温保存冷冻袋。

袋系统可还包括进料管道、滞留物管道或滤液管道上的线夹277以控制袋系统中的流体流(图27)。

在本发明的另一实施方案中，样品收集袋281可使用管线285连接到过滤器滤筒280(图28)。所述系统可还包括线夹287，其最初可处于闭合位置。样品(例如血液、脐带血、骨髓等)可使用针284从来源(例如患者、脐带等)收集。所述系统任选地包括第二针，其可在第一针堵塞时使用。在样品收集完成后，线夹287可转换到开放位置以允许样品袋281与过滤器滤筒280之间的液体连接。样品可由驱动力驱动，所述驱动力为诸如重力、压力或蠕动泵。

用于粒子过滤的管系统

在本发明的另一实施方案中，高模块密度装置可并入管系统中用于样品过滤。管系统可包括离心管290、管插件291和帽292(图29)。管插件291可包括高模块密度装置293、进料样品储积器294、输出储积器295和任选存在的载体流体储积器296(图30)。输出储积器可设计成容纳来自高模块密度装置293的滤液或滞留物。

为使用所述管系统，可将进料样品添加到进料样品储积器中。任选地，可将载体流体添加到载体流体储积器中。载体流体可与管系统一起作为试剂盒销售。载体流体可经过脱气以降低在高模块密度装置中形成气泡的风险，或在真空下(即，在约0.05atm到约0.95atm范围内的压力下)预填充于瓶中。或者，载体流体可预加载于使用箔(例如铝箔)密封的管插件中。

高模块密度装置可将进料样品分离成两个部分。一个部分可收集于管(图29中的290)中，且另一部分可收集于管插件中。在一个实施方案中，滞留物可收集于管中。在另一实施方案中，滤液可收集于管中。在另一实施方案中，进料样品可分级分离成三个或多个部分。两个或多个输出部分可使用插件收集。

为操作管系统(图29)，可将管插件291插入管290中。载体流体和进料样品可分别添加到载体流体和样品储积器中。接着可盖上帽292以封闭所述管。管系统可由重力驱动。或者，管系统可由离心力驱动，即组装的管系统可在离心机中旋转。所述系统中的管可为标准非定制离心管(例如50ml、15ml或10ml离心管)、标准非定制微型离心管(例如2ml、1.5ml或1ml微型离心管)或具有任何期望尺寸的非标准定制管。

用于粒子过滤的滤筒系统和板系统

在本发明的另一实施方案中，过滤装置可连接到孔以形成用于样品过滤的滤筒。滤筒可包括过滤装置和孔或储积器以容纳进料样品、滞留物、滤液或载体流体。滤筒可包括多个过滤装置和多组储积器以促进多个样品的过滤。滤筒中的储积器可用膜(例如塑料膜、铝膜等)密封。

在本发明的其它实施方案中，过滤装置可连接到孔以形成用于样品过滤的板系统。所述系统可包括过滤装置和孔以容纳输入和输出流体。过滤装置可包括过滤器模块、双重过滤器模块、过滤器级联模块、多重过滤器模块、高模块密度装置或本发明中公开的任何过滤器配置。

图31A-31C示出本发明的板系统实施方案，其包括高模块密度装置3105、样品孔3101、载体流体孔3102、滤液孔3103和滞留物孔3104。为使用所述系统，进料样品和载体流体可分别加载到样品孔3101和载体流体孔3102中。接着可向样品孔3101和载体流体孔3102施加压力以驱动流体通过过滤装置3105。或者，可向滤液孔3103和滞留物孔3104施加弱真空以驱动流体。滤液和滞留物可分别收集于滤液孔3103和滞留物孔3104中。

多个如上文所公开的板系统可平行制造为一个板系统。图32A-32D示出本发明的96孔板系统，其包括多个高模块密度装置和呈96孔板格式的96个孔。此系统可具有使用标准96孔板格式的优点，且可整合到使用标准移液和处理机器人或工作站的工作流程中。此系统可具有在一个系统中同时或连续处理多个样品的另外的优点。或者，板系统可设计和制造成其它标准板格式，例如6孔板、384孔板等。此外，板系统可在不偏离本发明精神的情况下设计和制造成其它非标准板格式。

滤筒系统或板系统中所涉及的粒子和流体可手动或使用自动化仪器(诸如移液机器人)转移。

用于粒子过滤的其它系统格式

可在不偏离本发明精神的情况下设计和制造不同格式的其它系统。举例来说，过滤装置可与储积器和分配尖头整合以将滤液、滞留物和任选存在的其它部分分配到试管或多孔板中。在本发明的另一实施方案中，装置连接到真空管。

系统制造技术

根据一些实施方案系统，如上所述的系统可使用标准制造技术(诸如注射成型、模压、模制、热模压、立体光刻术等)以塑料制造。用于外壳的塑料材料可包括例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环状烯烃共聚物(COC)、环状烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、压敏性材料、特氟龙、丙烯酸树脂、聚醚砜、聚四氟乙烯等。系统可使用标准灭菌技术进行灭菌，所述技术为例如γ辐射、环氧乙烷(EO)灭菌、紫外光照射等。

装置和系统的操作

在本发明的各种方面和实施方案中，粒子和流体可使用流体流、驱动压力、真空、头高、重力、离心力、磁力、毛细管作用、电场、电泳场、介电泳场、电渗力、电动力或上述力的组合驱动通过装置或系统。此外，对于包括柔性袋的装置或系统，可通过对袋施加压力来产生驱动力。举例来说，袋可夹在两个刚性板之间。可通过控制板之间的间隔或施加于板上压力来产生和控制袋内的压力。

粒子和流体还可使用一个或多个泵、蠕动泵、注射泵、离心机或上述方式的组合来驱动或转移，且使用一个或多个阀门或线夹(例如夹管阀、止回阀、排气阀、线夹等)来控制。此外，粒子和流体还可使用移液管、使用移液机器人、使用一个或多个真空管的抽吸或上述方式的组合在封闭系统内、在开放系统中转移。

本发明的装置和系统的方面和实施方案还可在温度控制下操作。温度控制(例如加热元件、冷却元件和温度计组件)可出于增加过滤过程的可再现性或优化过滤过程的目的而并入装置或系统中。举例来说，在基质血管组分(SVF)制备中，宜将装置的温度设定在约25℃与约37℃之间以降低所处理流体的粘度。

包装和试剂盒

在本发明的另一实施方案中，装置或系统可预加载或预填充有试剂(例如载体流体)。在本发明的另一实施方案中，装置或系统可与试剂、使用者手册、说明书、标签、操作方案、数据工作表、一次性零件、收集管、移液管尖头、转移移液管、真空管、测试条、生物芯片、侧流测试条、细胞计数室、血球计和/或其它装置一起包装以形成试剂盒。若干装置或系统可作为一个试剂盒包装和销售。在本发明的另一实施方案中，装置、系统或试剂盒可灭菌。在本发明的另一实施方案中，装置或系统出于额外无菌性益处可个别地包装。

应了解，本文所述的各种实施方案仅作为实例，且不欲限制本发明的范围。本发明的所述方法和装置的各种修改、组合和变化在不偏离本发明的范围和精神的情况下对于本领域的技术人员将显而易见。举例来说，本文所述的许多材料和结构在不偏离本发明的精神的情况下可替换为其它材料和结构。此外，本文所述的流体流可替换为电场、电泳场和电动流、重力或离心力。还应了解，本文所述的各种理论和解释不欲具有限制性。举例来说，在不偏离本发明的精神的情况下，本文所述的实施方案可采用流体流、压降、流体动力学压力、压力源、真空、头高、重力、离心力、电场、电泳场、电动力或上述作用的组合来驱动粒子。

应了解，尽管在本文所述的许多实施方案中，过滤器包括支柱和孔，但在不偏离本发明的精神的情况下，可采用使用流动排阻或其它非尺寸排阻过滤机制的包括孔的其它过滤器设计。还应了解，本发明的实施方案可与其它组件或过程组合以形成更复杂的装置、系统或仪器。

实施例

实施例1.聚合物微球体分离和滞留尺寸测量

使用诸如图14B中所说明包括双重过滤器模块的装置来分离具有3.0μm和6.9μm直径的荧光聚合物微球体。双重过滤器模块包括深30μm的通道和室，且两个过滤器各自包括165个支柱。支柱高30μm且隔开12μm，由此产生物理孔径为12μm的孔。滞留物室和滤液室设计成使得通过孔的流速在滞留物室入口处流速的约0.22％与约0.28％之间。双重过滤器模块长约4mm且宽0.25mm。

所述装置使用标准微细加工技术在硅中制造。使用光刻术和深硅反应性蚀刻来产生流体通道、室和过滤器结构。蚀刻深度为30μm。使用阳极粘合将硅基板以经过蚀刻的通道面密封于玻璃晶片以形成封闭的流体通道。粘合的晶片接着切割成个别装置。将所述装置机械配合于具有外部流体储积器以递送样品流体的塑料外壳。

样品流体包括悬浮于含1％牛血清白蛋白的杜尔贝科磷酸盐缓冲盐溶液(Dulbecco’s phosphate-buffered salt solution)中的直径为3.0μm和6.9μm的荧光聚合物微球体。微球体的密度为1.05g/cm³。样品流体中3.0μm和6.9μm微球体的体积浓度分别为0.00004％和0.00048％，即每微升各约28个微球体。在所述浓度下，粒子-粒子相互作用可忽略。

可将装置安装于荧光显微镜上以观测荧光聚合物微球体。添加载体流体到塑料外壳中的载体流体储积器中以启动装置。载体流体包括含1％牛血清白蛋白的杜尔贝科磷酸盐缓冲盐溶液。随后将样品流体添加到样品储积器中。两个储积器接着都提升到高于滞留物和滤液储积器的高度以产生约30cm的头高。通过重力和头高驱动流体通过装置。双重过滤器模块中的平均流动速度为约1.5cm/s，对应于室中约0.45的雷诺数。通道深度用作计算雷诺数中的特征性长度。流动在所述雷诺数下为层状的。

当荧光聚合物微球体离开双重过滤器模块时，手动计数流过所述装置的荧光聚合物微球体。结果示出如下：

3.0μm微球体代表极少发生滞留的基线，且具有约0％的滞留率。6.9μm微球体的滞留率为约99％，此基本高于由3.0μm微球体确立的基线。因此确定双重过滤器模块的“滞留尺寸”在3.0μm到6.9μm的范围内，此小于12μm物理孔径的58％。为使双重过滤器模块具有所述滞留尺寸，构成孔的“有效孔径”须不大于6.9μm。本文的示例性装置具有小于物理孔径的58％的有效孔径。

应了解，使用聚合物微球体来测量滞留尺寸和有效孔径的示例性方法可作为表征滞留尺寸的标准测试应用于其它过滤装置，而与过滤装置的预定用途无关。举例来说，以下实施例2、3、4和5中所用的装置可使用聚合物微球体进行表征，即使所述装置意欲用于细胞处理。

实施例2.从周边全血分离白细胞

使用高模块密度装置从周边全血分离白细胞。

示例性装置为诸如图24B中所说明的高模块密度装置，其包括72个各自包括双重过滤器模块的过滤单元(图24B中的249)、载体流体输入端口(图24B中的247)、样品输入端口、滞留物输出端口、两个滤液输出端口和连接双重过滤器模块与端口的通道。装置中的通道和室深30μm。所述双重过滤器模块各自包括2个各自包括240个孔的过滤器。各孔具有30μm×12μm的横截面，由此具有12μm的物理孔径。所述双重过滤器模块的滞留物室和滤液室设计成使得通过孔的流速在滞留物室入口处流速的约0.12％与约0.18％之间。所述装置长25mm、宽24mm、厚0.6mm且具有600mm²(25mm×24mm)的占地面积。

使用实施例1中所述的方法，测量有效孔径和滞留尺寸。据估算，装置的滞留尺寸为约4μm，其显著小于12μm的物理孔径。

所述装置使用标准微细加工技术在硅中制造。使用光刻术和深硅反应性蚀刻来产生流体通道、室和过滤器结构。蚀刻深度为30μm。使用阳极粘合将硅基板以经过蚀刻的通道面密封于玻璃晶片以形成封闭的流体通道。粘合的晶片接着切割成个别装置。将所述装置机械配合于包括外部样品、载体流体、滞留物和滤液储积器的塑料外壳。

在此实施例中使用人周边全血作为样品。使用K₂EDTA、ACD或肝素真空管(Becton Dickinson，Franklin Lakes，New Jersey)从同意的成人供体抽取血液。血液样品的血细胞比容为约40％。血液在每毫升中含有多于40亿个红细胞。血细胞比容为血液体积中由红血球所占的比例。血液在室温下在抽取后的6小时内处理。使用含有0.5％牛血清白蛋白和2mM K₂EDTA的杜尔贝科磷酸盐缓冲生理盐水溶液作为载体流体。

添加8ml载体流体到塑料外壳中的载体流体储积器中以启动装置。随后添加4ml全血到样品储积器中。两个储积器接着都提升到高于滞留物和滤液储积器的高度以产生约40cm的头高。通过重力和头高驱动血液和载体流体通过装置。滤液和滞留物分别收集于滤液和滞留物储积器中。约40分钟后，血液完全处理通过装置。接着使用自动化细胞计数器(Coulter AcT diff血液分析仪，Beckman Coulter，Fullerton，California)测量和分析滤液与滞留物。操作后立即使用碘化丙锭(一种渗透具有受损膜的细胞的染色剂)、血球计和荧光显微镜测量所分离的白细胞的活力。

所得滞留物和滤液体积分别为约3.5ml和7.6ml。白细胞作为滞留物收集于载体流体中。此实验使用来自两位不同供体的血液样品进行两次。结果于图33中示出。全血处理通量平均为约5.4ml/hr。装置显示每秒处理超过6百万个细胞的容量。白细胞滞留率为约94％，红细胞遗留率为约2％，且血小板遗留率为＜1％。此处，红细胞遗留率和血小板遗留率分别指红细胞和血小板的滞留率。处理后的白细胞活力在测量误差内与处理前的活力不能区别。测量显示，装置和分离过程不降低白细胞活力，且装置能够分离具有＞99％活力的白细胞。

以下展示性能和成本效率度量标准。示例性装置中过滤模块的滞留体积为约0.03μl。各过滤单元包括480个支柱，且占据小于8.4mm²的占地面积(即，25mm×24mm的装置占地面积除以72个过滤单元)。当通道深度为30μm、装置占地面积为600mm²(25mm×24mm)且装置上具有72个过滤单元时，则装置的“过滤单元密度”为

示例性装置的“校正处理速度”如下计算：

所述“校正处理速度”意谓此装置上的每立方毫米通道和过滤器结构促成每秒处理0.33×10⁶个细胞。

示例性装置的设计效率指数在下文计算。

进料处理通量：Q＝5.4ml/hr＝1.5mm³/s

特征性通道深度：D＝30μm＝0.03mm

装置占地面积：A＝25mm×24mm＝600mm²

滞留尺寸：R＝4μm＝0.004mm

剪切率：S＝1900s^-1(在下文计算)

根据电脑模拟，进料血液细胞在装置中可能经历的最大剪切率出现在进料入口通道的表面处。最大剪切率可使用电脑流体动力学来计算，或可如下在假定流动概况在进料入口通道中为抛物线状的情况下分析估算。根据装置含有144个进料入口通道(每个模块2个，72个模块)且各入口通道具有70μm×30μm的已知横截面的事实，进料入口通道中的平均流动速度<v>计算为

$<v>=\frac{1.5{\mathrm{mm}}^3/s}{144\&times;(70\mathrm{\&mu;m}\&times;30\mathrm{\&mu;m})}=5.0\mathrm{mm}/s$

因此在假定抛物线状流动概况的情况下进料入口通道表面处的剪切率为

$S\&ap;6\&times;\frac{<v>}{30\mathrm{\&mu;m}}\&cong;1000s^{-1}$

因此示例性装置的设计效率指数(D.E.I.)为

$D.E.I.=\frac{Q}{{\mathrm{ADSR}}^2}\&ap;\frac{1.5{\mathrm{mm}}^3/s}{600{\mathrm{mm}}^2\&times;0.03\mathrm{mm}\&times;{1000s}^{-1}\&times;{\left(0.004\mathrm{mm}\right)}^2}=5.2{\mathrm{mm}}^{-2}$

可类似地计算示例性装置的过滤单元的设计效率指数(D.E.I.)。因为装置上存在72个过滤单元，因此各过滤单元贡献0.0208mm³/s的进料处理通量(1.5mm³/s除以72)。过滤单元的平均占地面积为8.33mm²(25mm×24mm÷72)。因此过滤单元的设计效率指数(D.E.I.)为

$D.E.I.=\frac{Q}{{\mathrm{ADSR}}^2}\&ap;\frac{0.0208{\mathrm{mm}}^3/s}{8.33{\mathrm{mm}}^2\&times;0.03\mathrm{mm}\&times;{1000s}^{-1}\&times;{\left(0.004\mathrm{mm}\right)}^2}=5.2{\mathrm{mm}}^{-2}$

尽管装置具有与单个过滤单元相比高得多的处理通量，但过滤单元的设计效率指数完全与装置的设计效率指数相同。应了解，正如可使用聚合物微球体作为标准测试来测量装置的滞留尺寸而与预定用途无关，也可使用设计效率指数作为装置的标准特征，而与其通道尺寸、操作流速和滞留尺寸无关。

实施例3.全血的白细胞去除

实施例2中的示例性装置可用作白细胞去除过滤器。装置的滤液仅含有6％或更少的进入所述装置中的白细胞。实施例2表明本发明的装置可用于从全血去除白细胞。有或无载体流体的其它装置配置也可用作白细胞去除过滤器。

实施例4.从周边血液分离淋巴细胞

使用高模块密度装置从周边血液分离淋巴细胞。

示例性装置为包括87个各自包括诸如图17C中所说明的过滤器级联模块的过滤单元的高模块密度装置。各过滤器级联模块包括第一双重过滤器模块(图17C中的元件171)和包括载体流体入口的(图17C中的元件175)的第二双重过滤器模块(图17C中的元件172)。装置中的通道和室深30μm。第一双重过滤器模块包括2个各自包括116个孔的过滤器。各孔具有30μm×12μm的横截面，由此具有12μm的物理孔径。第一双重过滤器模块的滞留物室和滤液室设计成使得通过孔的流速为第一双重过滤器模块的滞留物室入口处流速的约0.29％。第二双重过滤器模块包括2个各自包括120个孔的过滤器。各孔具有30μm×12μm的横截面，由此具有12μm的物理孔径。第二双重过滤器模块的滞留物室和滤液室设计成使得通过各孔的流速为第二双重过滤器模块的滞留物室入口处流速的约0.34％。所述装置长21mm、宽24mm、厚0.6mm且具有504mm²(21mm×24mm)的占地面积。

所述装置使用标准微细加工技术在硅中制造。使用光刻术和深硅反应性蚀刻来产生流体通道、室和过滤器结构。蚀刻深度为30μm。使用阳极粘合将硅基板以经过蚀刻的通道面密封于玻璃晶片以形成封闭的流体通道。粘合的晶片接着切割成个别装置。将所述装置机械配合于包括外部样品、载体流体、滞留物和滤液储积器的塑料外壳。

在此实施例中使用人周边血液作为样品。使用K₂EDTA真空管(Becton Dickinson，Franklin Lakes，New Jersey)从同意的成人供体抽取血液。血液用汉克氏平衡盐溶液以1∶1稀释且在室温下在抽取后的8小时内处理。使用含有0.5％牛血清白蛋白和2mM K₂EDTA的汉克氏平衡盐溶液作为载体流体。

添加10ml载体流体到塑料外壳中的载体流体储积器中以启动装置。随后添加8ml血液样品到样品储积器中。两个储积器接着都提升到高于滞留物和滤液储积器的高度以产生约45cm的头高。通过重力和头高驱动血液和载体流体通过装置。滤液和滞留物分别收集于滤液和滞留物储积器中。约40分钟后，血液完全处理通过装置。接着使用自动化细胞计数器(Coulter AcT diff血液分析仪，Beckman Coulter，Fullerton，California)测量和分析滤液与滞留物，其中淋巴细胞、单核细胞、粒细胞、红细胞和血小板以不同方式计数。

8ml血液样品和10ml载体流体输出产生约5ml滞留物和约13ml滤液。淋巴细胞作为滞留物收集于载体流体中。此实验使用来自两位不同供体的血液样品进行两次。结果于图34A-34D中示出。平均处理通量为9.2ml/hr，且所分离的淋巴细胞纯度为＞90％，即在滞留物中的所有白细胞中，＞90％为淋巴细胞。红细胞遗留率为＜0.5％，且血小板遗留率为＜1％。此处所用的稀释血液在每毫升中含有多于20亿个红细胞。因此，装置显示每秒处理超过5百万个细胞的容量。

此处的示例性装置显示，各模块可以高效率和性能分离淋巴细胞，且多个所述模块可作为高模块密度装置平行操作。具体地说，各过滤单元包括472个支柱，且占据小于5.8mm²的占地面积(即，21mm×24mm的装置占地面积除以87个过滤单元)。示例性装置中过滤模块的滞留体积为约0.015μl。当通道深度为30μm、装置占地面积为504mm²(21mm×24mm)且装置上具有87个过滤单元时，则装置的“过滤单元密度”为

示例性装置指数的“校正处理速度”如下计算：

所述“校正处理速度”意谓每立方毫米在此装置上制造的通道和过滤器结构促成每秒处理33万个细胞。

此实施例集中体现在本发明的一些方面和实施方案中流动排阻作用的复杂性质，以及流动排阻作用如何以根据迄今为止的先前公开内容未预料到或显而易见的方式用于从复杂流体分离组分，诸如从血液分离淋巴细胞。具体地说，血液中的所有主要细胞类型(即，红细胞、粒细胞、单核细胞和淋巴细胞)基本小于装置的物理孔径。红细胞、粒细胞、单核细胞和淋巴细胞的平均细胞直径分别为约7μm、8μm、6μm和5μm。此外，淋巴细胞为所述四种主要细胞类型中的最小组分，具有约60fl的平均细胞体积，相比之下，红细胞、粒细胞和单核细胞分别为约90fl、250fl和120fl。然而，淋巴细胞为由示例性装置中的过滤器实质性保留的唯一细胞类型，滞留率为约60％，相比之下所有其它细胞类型的滞留率为约0％(图34C)。

此实施例还清楚表明，示例性应用中的分离过程为随机的，且粒子滞留最好使用概率(即滞留概率或滞留率)描述。具体地说，血液细胞的迁移路径可能不能预先确定，至少不能仅根据临界尺寸预先确定。可影响滞留概率的可能因素包括细胞细胞相互作用、布朗运动、细胞变形和流动模式扰动。

实施例5.人脐带血的体积缩减和具有高细胞活力的造血干细胞的富集

使用高模块密度装置缩减脐带血的体积，同时回收具有高细胞活力的白细胞、CD34+细胞和群落形成干细胞和祖细胞，包括CFC-GM。

此实施例中所用的装置为包括87个各自包括如图17C中所说明的过滤器级联模块的过滤单元的高模块密度装置。各过滤器级联模块包括第一双重过滤器模块(图17C中的元件171)和第二双重过滤器模块(图17C中的元件172)。装置中的通道和室深30μm。第一双重过滤器模块包括2个各自包括120个孔的过滤器。各孔具有30μm×12μm的横截面，由此具有12μm的物理孔径。第一双重过滤器模块的滞留物室和滤液室设计成使得通过各孔的流速为第一双重过滤器模块的滞留物室入口处流速的约0.28％。第二双重过滤器模块包括2个各自包括320个孔的过滤器。各孔具有30μm×12μm的横截面，由此具有12μm的物理孔径。第二双重过滤器模块的滞留物室和滤液室设计成使得通过孔的流速在第二双重过滤器模块的滞留物室入口处流速的约0.10％与约0.14％之间。所述装置长23mm、宽24mm、厚0.6mm且具有552mm²(23mm×24mm)的占地面积。

据估算，装置的滞留尺寸为约4μm，其显著小于12μm的物理孔径。

所述装置使用标准微细加工技术在硅中制造。使用光刻术和深硅反应性蚀刻来产生流体通道、室和过滤器结构。蚀刻深度为30μm。使用阳极粘合将硅基板以经过蚀刻的通道面密封于玻璃晶片以形成封闭的流体通道。粘合的晶片接着切割成个别装置。将所述装置机械配合于包括外部样品、滞留物和滤液储积器的塑料外壳。

在此实施例中使用人脐带血作为样品。使用脐带血收集袋(Fenwal Inc.，Round Lake，IL)从同意的成年女性收集血液。脐带血收集袋含有柠檬酸盐磷酸盐右旋糖(CPD)作为抗凝血剂。血液在室温下在抽取后的6小时内处理。

将12ml未进一步稀释的脐带血添加到装置中。脐带血进料的血细胞比容在19％到45％范围内，且平均每毫升含有28亿个红血球。血细胞比容为血液体积中由红血球所占的比例。通过重力和约40cm的头高驱动血液通过装置。滤液和滞留物分别收集于滤液储积器和滞留物储积器中。预期白细胞、CD34+细胞和群落形成干细胞和祖细胞作为滞留物回收。约1小时后，血液完全处理通过装置。接着使用自动化细胞计数器(Coulter AcT diff血液分析仪，Beckman Coulter，Fullerton，California)测量和分析滤液与滞留物以计算白细胞回收产率。操作后立即使用碘化丙锭(一种渗透具有受损膜的细胞的染色剂)、血球计和荧光显微镜测量所回收的白细胞的活力。使用流式细胞计测量CD34+细胞回收率。为计数群落形成细胞，将脐带血和滞留物与氯化铵溶解溶液(Stemcell Technologies，Vancouver，BC，Canada)混合以溶解红血球，洗涤且接着使用恒温箱组在甲基纤维素生长培养基(Stemcell Technologies，Vancouver，BC，Canada)中在37℃、5％CO₂和高湿度下培养14天。14天后，使用倒置显微镜手动计数CFC-GM群落。

实验的结果于图35A-35C中示出。白细胞、CD34+细胞和群落形成细胞(例如CFC-GM)分别以约88％、87％和92％的回收产率回收于滞留物中。装置使脐带血体积缩减约5.4倍，即滞留物体积为脐带血进料体积的约18.5％。在所述体积缩减倍数下，100ml脐带血缩减到18.5ml。处理之前和之后的细胞活力在测量误差内基本相同、良好，且为＞99％。处理通量平均为约11.4ml/hr。此通量相当于每秒处理约9百万个细胞。

示例性装置的“校正处理速度”如下计算：

每立方毫米制造于此示例性装置上的通道和过滤器结构促成每秒处理54万个细胞。

此实施例表明，所用装置可以极好回收产率和细胞活力浓缩脐带血干细胞和祖细胞。具体地说，各过滤单元包括880个支柱，且占据小于6.4mm²的占地面积(即，23mm×24mm的装置占地面积除以87个过滤单元)。示例性装置中过滤模块的滞留体积为约0.04μl。当通道深度为30μm、装置占地面积为552mm²(23mm×24mm)且装置上具有87个过滤单元时，则装置的“过滤单元密度”为

所用装置的设计效率指数在下文计算。

进料处理通量：Q＝11.4ml/hr＝3.17mm³/s

特征性通道深度：D＝30μm＝0.03mm

装置占地面积：A＝23mm×24mm＝552mm²

滞留尺寸：R＝4μm＝0.004mm

剪切率：S＝1900s^-1(在下文计算)

装置中的最大剪切率出现于滞留物室上接近其入口的表面。最大剪切率可使用电脑流体动力学来计算，或可如下在假定流动概况在滞留物室中为抛物线状的情况下分析估算。根据装置含有87个过滤模块且各滞留物室在入口处具有130μm×30μm的已知横截面的事实，滞留物室中在入口处的平均流动速度<v>计算为

$<v>=\frac{3.17{\mathrm{mm}}^3/s}{87\&times;(130\mathrm{\&mu;m}\&times;30\mathrm{\&mu;m})}=9.34\mathrm{mm}/s$

因此在假定抛物线状流动概况的情况下滞留物室表面处的剪切率为

$S\&ap;6\&times;\frac{<v>}{30\mathrm{\&mu;m}}\&cong;1900s^{-1}$

因此示例性装置的设计效率指数(D.E.I.)为

$D.E.I.=\frac{Q}{{\mathrm{ADSR}}^2}\&ap;\frac{3.17{\mathrm{mm}}^3/s}{552{\mathrm{mm}}^2\&times;0.03\mathrm{mm}\&times;{1900s}^{-1}\&times;{\left(0.004\mathrm{mm}\right)}^2}=6.3{\mathrm{mm}}^{-2}$

实施例6.标记所分离的细胞

实施例2中的示例性装置可用于使用包括针对至少一种特定抗原的抗体的载体流体来标记具有所述至少一种特定抗原的细胞亚群。抗体可结合于荧光团或磁性珠粒以便荧光或磁性标记靶细胞。在分离过程中，滞留物细胞被从进料物流引到载体流体物流中，且与抗体混合。具有特定抗原的滞留物细胞被标记且作为滞留物收集。可任选地以与载体流相同的方式在装置的过滤模块中引入洗涤溶液，以在细胞流过模块时洗涤细胞。分离过程可在有利于特定抗体标记的温度下进行。随后，可使用流式细胞计对荧光标记的细胞进行计数和表征，且可使用磁体分离磁性标记的细胞。可用于标记存在于血液中的白细胞和其它细胞的亚群的抗体包括抗CD45、抗CD34、抗CD71、抗CD138、抗CD14、抗CD15、抗CD3、抗CD4、抗CD8、抗CD19、抗HLA、抗GPA、抗CD271、抗CD43、抗CD10、抗CD33、抗CD66和抗CD105抗体。载体流体可包括除抗体以外的其它试剂以标记、处理、改变、染色、洗涤或甚至溶解滞留物细胞，也可以类似方式进行。可用作载体流的可能试剂可包括核酸染色剂、固定剂、冷冻液、烷基化剂、抗体、磁性珠粒、酶、胶原酶、脂肪酶、DNA酶、某些酶的底物、环磷酰胺的活性衍生物、生长因子、洗涤剂和溶解溶液。此实施例说明使用本发明的过滤装置在一个步骤中执行分离和细胞标记、处理、改变、染色、洗涤或溶解。预期所述方法极适用于多种应用，包括分离CD34+干细胞、分离循环肿瘤细胞、制备基质血管组分、计数CD4+细胞、分离恶性浆细胞、检测醛脱氢酶活性、基于酶活性分离特定细胞、基于表面抗原分离特定细胞。

其它实施方案

根据前述描述，显而易见可对本文所述的公开内容进行改变和修改以使其适于各种使用和条件。所述实施方案也在以下权利要求书的范围内。

在本文中变量的任何定义中引述要素的清单包括定义所述变量作为任何单一要素或所列要素的组合(或亚组合)。在本文中引述实施方案包括作为任何单一实施方案或与任何其它实施方案组合或其部分的所述实施方案。

本说明书中提及的所有专利和公布以引用的方式并入本文，程度就仿佛明确地且个别地指示各独立专利和公布以引用的方式并入一般。

已如此描述了本发明的至少一个实施方案的若干方面，应了解本领域的技术人员将容易进行各种改变、修改和改良。所述改变、修改和改良意欲为本发明的一部分，且意欲在本发明的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅作为实施例。

Claims (76)

1.一种过滤装置，其包括：

第一流动室，其包括

至少一个配置成接纳包括粒子和流体的进料的入口，和

至少一个滞留物出口；

第二流动室，其包括

具有至少一个滤液出口的远端，和

定位于所述第一流动室与所述第二流动室之间的过滤器；所述过滤器包括

第一列支柱，和

多个由相邻支柱之间的间隔界定的孔，

其中所述多个孔中的各孔包括

由界定所述孔的所述相邻支柱之间的距离界定的物理孔径，和

小于所述物理孔径的有效孔径；和

用于使所述进料移动通过所述过滤装置的构件；

其中所述第一流动室、所述第二流动室、所述过滤器和用于使所述进料移动通过所述过滤装置的所述构件配置成将尺寸大于所述孔的所述有效孔径且小于所述孔的所述物理孔径的粒子的实质性部分作为滞留物保留于所述第一流动室中，且放过所述流体的实质性部分作为滤液进入所述第二流动室。

2.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述第一流动室包括第一基本恒定的深度，其中所述第二流动室包括第二基本恒定的深度，其中所述过滤器与所述第一流动室的侧壁之间的距离沿所述至少一个入口到所述至少一个滞留物出口的长度减小，且其中所述过滤器与所述第二流动室的侧壁之间的距离沿所述第二流动室的近端到所述远端的长度增加。

3.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述第二流动室的侧壁的切线与所述支柱列的切线之间的角度小于约5度。

4.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述孔的子集具有基本相同的物理孔径。

5.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述孔的子集具有基本相同的有效孔径。

6.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述第一列支柱占存在于所述过滤装置中的所有所述支柱的多于约10％。

7.根据权利要求1所述的过滤装置，其具有由所述第一流动室的长度和所述第二流动室的长度中的较大者界定的装置长度和由所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度在所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，所述装置长度与所述装置宽度的比率大于约6。

8.根据权利要求1所述的过滤装置，其中各孔具有小于所述孔的所述物理孔径的约80％的有效孔径。

9.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述第一室包括不同于所述至少一个入口的至少一个载体流体入口。

10.根据权利要求1所述的过滤装置，所述第一流动室和所述过滤器各自在通过所述装置的流动路径中不含曲率半径小于约1μm的任何前缘。

11.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述孔的第一子集具有与所述孔的第二子集不同的有效孔径。

12.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述过滤装置还包括第二过滤器和第三流动室，其中所述第二过滤器安置于所述第一流动室与所述第三流动室之间，其中所述第三流动室包括近端和远端，所述远端具有至少一个出口，且其中所述第三室沿所述近端到远端的长度加宽。

13.根据权利要求12所述的过滤装置，其具有由所述第一流动室的长度界定的装置长度和由所述第一流动室的宽度、所述第二流动室的宽度和所述第三流动室的宽度在所述第一流动室的宽度、所述第二流动室的宽度和所述第三流动室的宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，所述装置长度与所述装置宽度的比率大于约5。

14.根据权利要求12所述的过滤装置，其具有少于约5,000个支柱。

15.根据权利要求12所述的过滤装置，其中所述第一过滤器和所述第二过滤器包括包括于所述过滤装置中的所有支柱的多于约15％。

16.根据权利要求12所述的过滤装置，其中所述过滤装置关于通过所述第一流动室的中心线的镜面基本对称。

17.根据权利要求12所述的过滤装置，其中由所述第一列支柱界定的切线和由所述第二列支柱界定的切线不平行。

18.根据权利要求1所述的过滤装置，其中所述过滤装置还包括第二过滤器、第三流动室和第四流动室，其中所述第二过滤器安置于所述第三流动室与所述第四流动室之间，其中所述第三流动室包括至少一个入口和至少一个出口，且其中所述第四流动室包括至少一个出口。

19.根据权利要求18所述的过滤装置，其具有由所述第一流动室的长度和所述第三流动室的长度的总和界定的装置长度和由所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度在所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度的总和最大的点上的总和和所述第三流动室的宽度与所述第四流动室的宽度在所述第三流动室的宽度与所述第四流动室的宽度的总和最大的点上的总和中较大者界定的装置宽度，所述装置长度与所述装置宽度的比率大于约10。

20.根据权利要求18所述的过滤装置，其具有少于约5,000个支柱。

21.根据权利要求18所述的过滤装置，其中所述第一过滤器和所述第二过滤器包括包括于所述过滤装置中的所有支柱的不少于10％。

22.根据权利要求18所述的过滤装置，其中所述第三流动室的所述至少一个入口与所述第一流动室的所述至少一个出口和与所述第二流动室的所述至少一个出口流体连接。

23.根据权利要求22所述的过滤装置，其中所述第三流动室还包括不同于所述至少一个入口的至少一个载体流体入口。

24.一种用于粒子过滤的方法，其包括：

提供包括至少一个过滤单元的过滤装置，各过滤单元包括第一流动室，所述第一流动室包括

进料入口，和

滞留物出口，

包括滤液出口的第二流动室，和

包括多个具有物理孔径的孔的过滤器，所述过滤器安置于所述第一流动室与所述第二流动室之间；

将包括进料流体和至少一群浸没于所述进料流体中的尺寸小于所述物理孔径的粒子的进料通过所述进料入口引入所述装置中；

施加驱动力以驱动所述进料通过所述过滤装置，和

使所述进料通过所述过滤装置以使得所述至少一群的所述粒子的实质性部分作为滞留物保留于所述第一流动室中，且所述进料流体的实质性部分通过所述过滤器作为滤液进入所述第二流动室中；

在所述滞留物出口处收集所述滞留物；和

在所述滤液出口处收集所述滤液。

25.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供包括多于10个过滤单元的过滤装置。

26.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将细胞的液体悬浮液引入所述第一流动室中。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述进料包括活细胞，其中所述方法更包括自所述进料分离细胞，且其中至少约90％的所述活细胞在分离后保持有活力。

28.根据权利要求26所述的方法，其中所述方法更包括自所述进料分离所述细胞，且其中少于约0.03％的所述细胞由所述过滤装置溶解。

29.根据权利要求26所述的方法，其中少于约0.03％的所述细胞截留于所述过滤装置中。

30.根据权利要求26所述的方法，其中使所述进料通过所述过滤装置包括每秒使多于10⁵个细胞通过所述过滤装置。

31.根据权利要求30所述的方法，其中使所述进料通过所述过滤装置包括每秒使多于10⁶个细胞通过所述过滤装置。

32.根据权利要求31所述的方法，其中使所述进料通过所述过滤装置包括每秒使多于10⁷个细胞通过所述过滤装置。

33.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供包括至少一个具有小于0.8微升的滞留体积的过滤单元的过滤装置。

34.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供具有占地面积和基本恒定的室深度的过滤装置，且其中使所述进料通过所述过滤装置包括使细胞以每秒每立方毫米多于10,000个细胞的校正处理速度通过所述过滤装置，所述校正处理速度定义为每秒通过所述过滤装置的细胞数除以所述基本恒定的室深度与所述占地面积的乘积。

35.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供具有特征性室深度、占地面积和过滤单元密度的过滤装置，所述过滤单元密度定义为包括于所述过滤装置中的过滤模块数除以所述特征性室深度与所述占地面积的乘积，其中所述过滤单元密度大于每立方厘米400个过滤单元。

36.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将包括骨髓的进料液体引入所述第一流动室中。

37.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将包括血液的进料液体引入所述第一流动室中。

38.根据权利要求24所述的方法，其中引入所述进料包括将包括脐带血的进料液体引入所述第一流动室中。

39.根据权利要求24所述的方法，其中引入所述进料包括将包括干细胞的进料液体引入所述第一流动室中。

40.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将羊水引入所述第一流动室中。

41.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将经过消化的脂肪组织引入所述第一流动室中。

42.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将以下一种引入所述第一流动室中：细胞、血液细胞、脐带血细胞、骨髓细胞、红细胞、白细胞、淋巴细胞、上皮细胞、干细胞、癌细胞、肿瘤细胞、循环肿瘤细胞、祖细胞、细胞前体、脐带血干细胞、造血干细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、多能性干细胞、诱导的多能性干细胞、胚胎干细胞、来源于脐带的细胞、来源于脂肪组织的细胞、基质血管组分(SVF)中的细胞、羊水中的细胞、月经血中的细胞、脑脊髓液中的细胞、尿液中的细胞、骨髓干细胞、周边血液干细胞、CD34+细胞、群落形成细胞、T细胞、B细胞、神经细胞、免疫细胞、树突细胞、巨核细胞、固定化骨髓细胞、血小板、精子、卵子、卵母细胞、微生物、微生物体、细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒、细胞器、细胞核、核酸、线粒体、微胞、脂质、蛋白质、蛋白质复合体、细胞碎片、寄生虫、脂肪滴、多细胞生物体、孢子、藻类、上述物质的簇集、聚集体、工业粉末、聚合物、粉末、乳液、小液滴、粉尘、微球体、粒子和胶体。

43.根据权利要求24所述的方法，其更包括收集包括以下一种的滞留物：细胞、CD34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。

44.根据权利要求43所述的方法，其中收集滞留物包括收集细胞且其中所述滞留物中多于约95％的所述细胞有活力。

45.根据权利要求24所述的方法，其更包括收集包括以下一种的滤液：细胞、CD34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、血浆、血小板、红血球、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。

46.根据权利要求45所述的方法，其中收集所述滤液包括收集细胞且其中所述滤液中多于约95％的所述细胞有活力。

47.根据权利要求24所述的方法，其中提供过滤装置包括提供滞留尺寸显著小于所述物理孔径的过滤装置。

48.一种用于脐带血体积缩减的方法，其包括：

获取包括具有至少一群有核细胞的脐带血的样品，所述样品具有样品体积；

提供过滤装置，所述过滤装置包括

第一收集容器，

第二收集容器，

进料存取构件，和

至少三个过滤单元，各过滤单元具有微流体流动室，所述微流体流动室包括

进料入口，

滞留物出口，和

滤液出口，

其中各微流体流动室包括至少一个垂直于其长度的小于约1毫米的尺寸，

其中所述进料入口与所述进料存取构件流体连通，

其中所述滞留物出口与所述第一收集容器流体连接，且

其中所述滤液出口与所述第二收集容器流体连接；

使用所述进料存取构件将所述样品引入所述过滤单元的所述进料入口；

向所述样品施加驱动力；

使所述样品通过所述过滤装置的所述微流体流动室；

产生引导所述样品体积的实质性部分到所述滤液出口和引导所述至少一群有核细胞的实质性部分到所述滞留物出口的层流条件；

将来自所述滞留物出口的流体输出收集于所述第一收集容器中；和

将来自所述滤液出口的流体输出收集于所述第二收集容器中。

49.根据权利要求48所述的方法，其中收集来自所述滞留物出口的所述流体输出包括将来自所述样品的所述有核细胞的多于70％以小于所述样品体积的25％的体积收集于所述第一收集容器中。

50.根据权利要求48所述的方法，其中所述至少一群有核细胞包括CD34+细胞且收集来自所述滞留物出口的所述流体输出包括将来自所述样品的所述CD34+细胞的多于75％收集于所述第一收集容器中。

51.根据权利要求48所述的方法，其中所述方法更包括自所述样品分离活细胞，且其中至少约95％的所述活细胞在分离后保持有活力。

52.根据权利要求48所述的方法，其中获取样品包括获取包括具有大于约95％活力的脐带血有核细胞的样品，且其中收集来自所述滞留物出口的所述流体输出包括收集具有大于约95％活力的有核细胞。

53.根据权利要求48所述的方法，其中使所述样品通过所述微流体流动室包括每秒使多于10,000,000个血液细胞通过所述过滤装置。

54.一种粒子过滤设备，其包括：

共用进料入口；

共用滤液出口；

共用滞留物出口；和

至少一个包括多个过滤单元的高模块密度装置，所述过滤单元各自包括

第一流动室，其包括

至少一个配置成接纳包括进料粒子于进料流体中的进料的入口，和

至少一个滞留物出口；

第二流动室，其包括

近端，

具有至少一个滤液出口的远端，和

定位于所述第一流动室与所述第二流动室之间的第一过滤器，所述第一过滤器包括

第一列支柱，和

多个由所述支柱列的相邻支柱之间的间隔界定的孔；

其中多个孔中的各孔包括由界定所述孔的所述相邻支柱之间的距离界定的物理孔径；

用于使所述进料移动通过所述多个过滤单元的构件；

其中所述第一流动室、所述第二流动室、所述过滤器和用于使所述进料移动通过所述多个过滤单元的所述构件配置成

具有小于所述孔的有效孔径的滞留尺寸，且

将尺寸大于所述滞留尺寸的所述进料粒子的实质性部分作为滞留物保留于所述第一流动室中，且放过所述进料流体的实质性部分作为滤液进入所述第二流动室中；

其中所述多个过滤单元的所述至少一个入口各自与所述共用进料入口流体连通；

其中所述多个过滤单元的所述至少一个滤液出口各自与所述共用滤液出口流体连通；且

其中所述多个过滤单元的所述至少一个滞留物出口各自与所述共用滞留物出口流体连通。

55.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其还包括：

管；

管帽；和

管插件；

其中所述高模块密度装置配置成安装于所述管插件内；

其中所述管配置成容纳所述管插件；

其中所述管插件包括与所述共用进料入口流体连接的进料储积器；且

其中所述管帽配置成覆盖所述管和所述管插件。

56.根据权利要求55所述的粒子过滤设备，其中所述管配置成接纳来自所述高模块密度装置的滞留物，且其中所述管插件还包括配置成接纳来自所述高模块密度装置的滤液的滤液储积器。

57.根据权利要求55所述的粒子过滤设备，其中所述管配置成接纳来自所述高模块密度装置的滤液，且其中所述管插件还包括配置成接纳来自所述高模块密度装置的滞留物的滞留物储积器。

58.根据权利要求55所述的粒子过滤设备，其中所述管插件还包括配置成向至少一个第一流动室的入口供应载体流体的载体流体储积器。

59.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其还包括：

与所述共用滞留物出口流体连接的滞留物收集袋；和

与所述共用滤液出口流体连接的滤液收集袋。

60.根据权利要求59所述的粒子过滤设备，其还包括与至少一个第一流动室的入口流体连接的共用载体流体入口。

61.根据权利要求60所述的粒子过滤设备，其还包括配置成向所述载体流体共用入口供应载体流体的载体流体容器。

62.根据权利要求59所述的粒子过滤设备，其还包括配置成在进料收集袋与所述共用进料入口之间建立流体连接的适配器。

63.根据权利要求59所述的粒子过滤设备，其还包括与所述共用进料入口流体连接的进料收集袋。

64.根据权利要求63所述的粒子过滤设备，其中所述进料收集袋包括至少一个配置成将进料汲取到所述进料收集袋中的针。

65.根据权利要求63所述的粒子过滤设备，其中所述进料收集袋含有抗凝血剂。

66.根据权利要求63所述的粒子过滤设备，其中所述进料收集袋含有流体。

67.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其还包括：

与所述共用进料入口流体连通且配置成流体储积器的第一孔；

与所述共用滞留物出口流体连通且配置成流体储积器的第二孔；和

与所述共用滤液出口流体连通且配置成流体储积器的第三孔。

68.根据权利要求67所述的粒子过滤设备，其中所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔配置成多孔板格式。

69.根据权利要求67所述的粒子过滤设备，其还包括与至少一个第一流动室的所述入口流体连通且配置成向至少一个第一流动室供应载体流体的第四孔。

70.根据权利要求67所述的粒子过滤设备，其还包括配置成封闭所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔中的至少一种的帽。

71.根据权利要求70所述的粒子过滤设备，其中所述帽包括空气和蒸气基本不可渗透且配置成密封所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔中的所述至少一种的箔。

72.根据权利要求70所述的粒子过滤设备，其中所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔中的至少一种含有流体。

73.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述多个过滤单元中的各过滤单元具有小于1微升的滞留体积。

74.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述高模块密度装置具有大于每立方厘米500个过滤单元的过滤单元密度。

75.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述高模块密度装置包括多于30个过滤单元。

76.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述高模块密度装置具有大于约0.5mm^-2的设计效率指数。

Images