CN105074459A - 管和浮体系统以及使用所述系统的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于分析悬浮液的目标材料的系统和方法，其包括管和浮体。所述浮体可以包括可膨胀部分。所述系统将目标分析物捕获在可膨胀浮体和管之间和/或在可膨胀浮体和管之间产生密封以阻止流体流过管中的可膨胀浮体。当暴露于膨胀流体时，所述可膨胀部分可以径向膨胀，所述膨胀流体不是悬浮液中天然存在的成分；或，当在可膨胀部分上施加力时，所述可膨胀部分可以径向膨胀。管可以包括向浮体膨胀的可膨胀部分。

Description

管和浮体系统以及使用所述系统的方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求2013年2月1日提交的临时申请号61/759,495的权益。

技术领域

本公开一般地涉及基于密度的流体分离，并且尤其涉及管和浮体系统，所述系统膨胀用于通过离心分层的构成的悬浮液组分的分离和轴向膨胀。

背景

悬浮液常常包括难以检测、提取和分离用于分析的要研究的材料。例如，全血是材料在流体中的悬浮液。所述材料包括在称为血浆的蛋白质流体中的数以十亿计的红细胞和白细胞以及血小板。常规地，检查全血，以检查是否存在异常生物或细胞，如胎儿细胞、内皮细胞、上皮细胞、寄生虫、细菌和免疫细胞；以及病毒，包括HIV、巨细胞病毒、丙型肝炎病毒和EB(Epstein-Barr)病毒；以及核酸。目前，执业医生、研究人员和从事血液样品工作的人员试图分开、分离和提取外周血样品的某些组分用于检查。用于分析血样的典型技术包括在载玻片上涂抹血膜和以使某些组分能够通过明场显微镜检查的方式将所述膜染色的步骤。

另一方面，使用许多已有技术检测和分析由以非常低的数量存在的颗粒构成的要研究的材料，即使不是不可能的，也是特别困难的。例如，考虑循环肿瘤细胞(“CTC”)，其是从肿瘤脱离的癌细胞，在血流中循环，并且可以被认为是随后在不同组织中另外的肿瘤生长(即，转移)的起源。准确检测和分析CTC的能力对于肿瘤学家和癌症研究人员而言是特别感兴趣的，但CTC以非常低的数量存在于外周全血样品中。例如，在癌症患者的诊断和治疗中，认为含有3个那么少的CTC的7.5ml外周全血样品是临床相关的。然而，在7.5ml血样中检测到甚至1个CTC可能是临床相关的，并且相当于在约500亿个红血细胞和白血细胞的背景中检测1个CTC。使用已有技术发现、分离和提取全血样品中3个那么少的CTC是极为耗时、昂贵的，并且极其难以完成。

因此，执业医生、研究人员和从事悬浮液工作的人员继续寻找更高效和准确地检测、分离和提取悬浮液的目标材料的系统和方法。

附图描述

图1A-1B显示两种实例管和可膨胀浮体系统的等视图。

图2A-2B显示实例可膨胀浮体。

图3A-3B显示实例可膨胀浮体。

图4A-4C显示实例可膨胀浮体。

图5A-5E显示实例可膨胀浮体。

图6A-6C显示实例可膨胀浮体。

图7-11显示实例可膨胀浮体。

图12A-12B显示具有可膨胀部分的实例管。

图13A-13B显示包括可膨胀浮体的实例系统。

图14A-14B显示包括可膨胀浮体的实例系统。

图15A-15B显示包括可膨胀浮体的实例系统。

图16A-16B显示包括可膨胀浮体的实例系统。

图17A-17B显示包括可膨胀浮体的实例系统。

图18A-18B显示包括具有可膨胀部分的管的实例系统。

图19A-19D显示用于去除悬浮液级分的实例系统。

详细描述

本公开涉及用于分析悬浮液中目标材料的系统和方法，其包括管和浮体。所述浮体可以包括可膨胀部分。所述系统将目标分析物捕获在可膨胀浮体和管的主体之间和/或在可膨胀浮体和管之间形成密封以阻止流体流过管中的可膨胀浮体。所述可膨胀部分当暴露于膨胀流体时可以径向膨胀，所述膨胀流体不是悬浮液中天然存在的成分；或者，所述可膨胀部分当在可膨胀部分上施加力时可以径向膨胀。管可以包括向着浮体膨胀的可膨胀部分。

本详细描述被组织为两个分部：在第一分部提供管和可膨胀浮体系统的一般描述。在第二分部提供管和可膨胀浮体系统的使用。第二分部甚至进一步被分为捕获/密封和提取的分部。

应该理解“流体”可以包括气体或液体。

可膨胀系统的一般描述

图1A显示实例管和可膨胀浮体系统100的等视图。所述系统100包括管102和悬浮在悬浮液106内的可膨胀浮体104。在图1A的实例中，管102具有圆形横截面、第一闭合端108和第二开放端110。调整所述开放端110的大小以接纳栓或帽112。所述管还可以具有两个大小调整为接纳栓或帽的开放端，如图1B中显示的实例管和可膨胀浮体系统120。系统120类似于系统100，不同之处在于管102被包括两个配置为分别接纳帽112和帽128的开放端124和126的管122替代。管102和122分别具有一般为圆柱形的几何形状，但也可以具有锥状几何形状，所述锥状几何形状向开放端110和124变宽、变窄或其组合。尽管，管102和122具有圆形横截面，但在其它实施方案中，管102和122可以具有基本上沿管的长度延伸的椭圆形、正方形、三角形、矩形、八角形或任意其它合适的横截面形状。管还可以在闭合端108包括塞子114，如在放大的视图116中显示的，以允许如通过针头引入膨胀流体，从而使可膨胀浮体104的可膨胀部分径向膨胀；或者，以允许利用注射器、通过排水或类似手段移除流体、悬浮液、或悬浮液级分。

图2A显示了图1中所示的可膨胀浮体104的等视图。所述可膨胀浮体104包括主体202，两个泪滴形端帽204和206，以及可膨胀部分208和210，如可膨胀带或气囊。所述可膨胀浮体也可以包括两个圆顶状端帽或两个锥状端帽或其它合适的形状。备选地，所述顶端帽和底端帽可以彼此是不同的形状。可膨胀部分208和210可以与主体202的外部部分处于齐平。可膨胀部分208和210可以是连续的、不连续的或围绕可膨胀浮体104的全周长分段的。图2B显示可膨胀浮体104在可膨胀部分208和210经历膨胀后的等视图。在引入悬浮液中天然存在的成分后，可膨胀部分208和210不从主体202径向膨胀。例如，水是血液中天然存在的成分。可膨胀部分208和210可以选择性可膨胀，从而悬浮液106中天然存在的成分不引起可膨胀部分208和210膨胀。当可膨胀部分在引入悬浮液中天然存在的成分时不膨胀时，可以如通过直接将膨胀流体注射入可膨胀浮体104中或通过在离心之前或之后将膨胀流体加至管中，将膨胀流体引入可膨胀浮体104。可膨胀部分208和210和膨胀流体是本质上互补的，从而仅膨胀流体能够使可膨胀部分208和210膨胀。可膨胀部分208和210可以位于可膨胀浮体的主体或可膨胀浮体的端帽的任意位置——例如，但不限于，邻近可膨胀浮体的顶端、邻近可膨胀浮体的底端、基本上在级分-级分界面处、或基本上在可膨胀浮体的主体的中央。

所述膨胀流体可以包括，但不限于，油；非水性流体(即非水基的)；完全氟化的流体，如全氟酮、氟化酮、氢氟醚、氢氟烷、全氟化碳；有机硅系流体；等等。当可膨胀部分是气囊时，膨胀流体可以是气体。

图3A显示可膨胀浮体300的等视图。可膨胀浮体300包括主体302和两个泪滴状端帽304、306，端帽为可膨胀的。至少一个可膨胀端帽可以完全由可膨胀材料组成，或可以是下文讨论的覆盖有可膨胀材料的材料。图3B显示在端帽304和306经历膨胀后可膨胀浮体300的等视图。在引入悬浮液中天然存在的成分时，端帽304和306不从主体302径向膨胀。端帽304和306可以是可选择性膨胀的。

图4A显示可膨胀浮体400的等视图。图4B显示可膨胀浮体400沿线I-I的横截面视图。可膨胀浮体400可以包括与可膨胀部分408和410如可膨胀带或气囊流体相连的中央区域412和414，以允许将膨胀流体引入可膨胀部分408和410。中央区域412和414可以包括可膨胀材料或可以是中空的空间。端帽的部分可以是可刺穿的，以允许针头、注射器、泵等将膨胀流体引入可膨胀浮体。中央区域412和414可以位于底端帽、顶端帽、或两个端帽中，如图4B中显示的。此外，当可膨胀浮体包括至少两个可膨胀部分时，可膨胀浮体还可以包括与可膨胀部分408和410中的至少两个流体连通的延伸的孔416，以允许将膨胀流体引入至少两个可膨胀部分408和410。中央区域412和414和中央孔416可以包括多孔材料、可膨胀材料，如可膨胀部分的可膨胀材料，或可以是中空的空间。可膨胀部分408和410以及中央区域412和414可以是单一部件(singularpiece)。图4C显示可膨胀部分408和410经历膨胀后可膨胀浮体400沿线I-I的横截面视图。

内部形成的向着主体的轴向力可以通过端帽施加于可膨胀部分，从而引起可膨胀部分的径向膨胀。所述内部形成的轴向力可以通过磁性、电、或机械方法施加。图5A显示可膨胀浮体500的等视图。图5B显示可膨胀浮体500沿线II-II的横截面视图。可膨胀浮体500包括主体502，可膨胀部分508和510、端帽504和506、和空腔512，以允许端帽504和506某种程度上在空腔512内滑动、迁移、或移动，从而允许轴向压缩力施加在可膨胀部分508和510上，从而使可膨胀部分508和510径向膨胀。可膨胀浮体500可以在端帽504和506中包括槽口或沟(未显示)以将至少端帽504和506向可膨胀部分508和510推动，从而允许轴向压缩力施加在可膨胀部分508和510上，以使可膨胀部分508和510径向膨胀。备选地，可膨胀浮体500可以包括触发器514，以在给定的时间逝去后，在给定事件发生后，或当希望引起端帽迁移时，引起端帽迁移。触发器514可以是弹簧、机械触发器、遥控触发器、定时触发器、半固体执行器(即蜡)、或引发装置。机械触发器可以是在给定事件发生时引起端帽中的至少一个向着可膨胀浮体的中央迁移的装置。例如，当可膨胀浮体经历大约2500G(其中G是重力)的力时，机械触发器激活并且引起端帽迁移，从而轴向压缩可膨胀部分，以使可膨胀部分径向膨胀。遥控触发器可以是能够通过外部控制器激活的装置(不论该外部控制器是计算机程序或手持设备)。例如，在可膨胀浮体稳定在管内合适的轴向位置后，操作者或计算机程序可以通过手持设备或电子信号激活遥控触发器，以引起端帽迁移，从而轴向压缩可膨胀部分，以使可膨胀部分径向膨胀。定时触发器可以是能够在一定时间逝去后激活的装置。例如，在可膨胀浮体插入管中之前，可以将定时触发器设置为在给定时间激活，如在分离过程结束稍后的时间激活。

图5B和5C分别描述处于未激活和激活状态的作为引发装置的触发器514。图5C显示可膨胀部分508和510经历膨胀后，可膨胀浮体500沿线II-II的横截面视图。由于如通过压缩轴向施加在可膨胀部分508和510的力，可膨胀部分508和510膨胀径向。引发装置在1G(其中G是重力)下未激活；当可膨胀浮体500经历施加在可膨胀浮体500上的力的增加时(如通过离心过程中的加速，从大约1G至大于或等于2G的力)，，使端帽504和506做好准备(prime)；并且随后，在减少施加在可膨胀浮体500上的力(如通过离心过程中的减速)时激活，以在空腔512内移动端帽504和506，从而如通过压缩引起轴向力，施加在可膨胀部分508和510上，以使可膨胀部分508和510径向膨胀。引发装置可以与端帽504和506连接，并且可以在加速过程中以延伸的状态拉伸或开始，并且随后在减速过程中收缩或回缩，由此拉扯端帽504和506并且在可膨胀部分上施加轴向力。

图5D显示在无轴向压缩状态下可膨胀浮体520的横截面视图。图5E显示在轴向压缩状态下可膨胀浮体520横截面视图。可膨胀浮体520类似于可膨胀浮体500，不同指出在于至少一个帽504和506被至少一个有螺纹的端帽522和526替代。所述至少一个有螺纹的端帽522和526包括螺纹528和530以将至少一个帽522和526紧固在可膨胀部分508和510上，从而让轴向压缩力施加在可膨胀部分508和510上，以使可膨胀部分508和510径向膨胀。空腔512允许至少一个有螺纹的端帽522和526某种程度上在空腔512内滑动、迁移、或移动，从而让轴向压缩力施加在可膨胀部分508和510上，以使可膨胀部分508和510径向膨胀。

图6A显示可膨胀浮体600的等视图。图6B显示在无轴向压缩状态下可膨胀浮体600沿线III-III的横截面视图。图6C显示在轴向压缩状态下可膨胀浮体600的横截面视图。可膨胀浮体600包括主体602、可膨胀部分608和610、端帽604和606、紧固件612、和空腔614。所述紧固件612可以如通过紧固、旋拧、加压等激活，以引起至少一个帽604和606的轴向压缩。端帽604和606的轴向压缩引起可膨胀部分608和610径向膨胀。紧固件612包括，但不限于，有螺纹的紧固件，如螺钉、铆钉、钉等。空腔614允许端帽604和606某种程度上在空腔614内滑动、迁移、或移动，从而让轴向压缩力施加在可膨胀部分608和610上，以使可膨胀部分608和610径向膨胀。紧固件612可以引起一个或两个端帽的迁移。紧固件612可以在顶端帽或底端帽处或在顶端帽或底端帽中。

图7显示可膨胀浮体700的等视图。可膨胀浮体104包括主体702，两个泪滴状端帽704和706，可膨胀部分708和710如可膨胀带或气囊，和主体702上径向隔开和轴向取向的支撑部件712。可膨胀浮体也可以包括两个圆顶状端帽或两个锥状端帽。支撑部件712提供与管102的内壁的捕获接合(captureengagement)。

在备选实施方案中，支撑部件的数量、支撑部件间隔和支撑部件厚度可以各自独立地变化。支撑部件712也可以是断开的或分段的。调整主体702的大小以具有小于管102的内径的外径，从而在主体702的外表面和管102的内壁之间限定出流体保持通道。支撑部件712之间的主体702的表面可以是平的、弯曲的或具有其它合适的几何形状。在图7的实例中，支撑部件712和主体702形成单一结构体。

对于可膨胀浮体端帽，实施方案包括其它类型的几何形状。图8显示具有圆顶状端帽804和锥状端帽806的实例可膨胀浮体800的等视图。可膨胀浮体800的主体802可以包括与可膨胀浮体800相同的结构元件(即，支撑部件)812。可膨胀浮体也可以包括泪滴状端帽。可膨胀浮体端帽可以包括其它几何形状，并且不意在限于本文中所述的形状。

在其它实施方案中，可膨胀浮体600的主体可以包括多种不同的支撑结构，用于分离目标材料、支撑管壁、或在离心过程中引导悬浮液流体围绕可膨胀浮体。图9、10和11显示不同类型支撑部件的实例。实施方案不意在限于这三个实例。在图9中，可膨胀浮体900的主体902类似于可膨胀浮体104，不同之处在于主体902包括许多突起912，为管提供支撑。在备选实施方案中，突起的数量和样式可以变化。在图10中，可膨胀浮体1000的主体包括单一连续螺旋结构或脊1012，其围绕主体1002形成螺旋，产生螺旋通道1014。在其它实施方案中，螺旋脊1012可以是环绕的或断开的或分段的，以让流体在螺旋脊1014的相邻的圈之间流动。在多种实施方案中，螺旋脊间隔和肋厚度可以独立地改变。在图11中，主体1102包括支撑部件1108，其从主体1102的顶端径向延伸、环绕它并且接近它。可膨胀部分1110，如可膨胀带或气囊，位于接近主体1102的底端。备选地，可膨胀部分可以接近主体的顶端并且支撑部件可以接近主体的底端。备选地，可膨胀部分可以基本上在级分-级分界面处。环绕延伸的支撑部件可以是围绕主体的连续的、分段的或不连续件。

可膨胀的和不可膨胀的浮体两者都可以由多种不同材料构成，所述材料包括但不限于：金属，包括但不限于铝、黄铜、金、银、锡、铜、青铜、铬、钴、镍、铅、铁、钢、锰、锌、钕和其组合；刚性有机或无机材料；含铁塑料(ferrousplastics)；烧结的金属；机械加工的金属；可压缩材料，如可压缩聚合物；和刚性塑料材料，如聚甲醛聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”)共聚物、芳香族聚碳酸酯、芳香族聚酯、羧甲基纤维素、乙基纤维素、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、尼龙、聚羧醛、聚乙酸酯、聚丙烯腈和其它腈树脂、聚丙烯腈-氯乙烯共聚物、聚酰胺、芳族聚酰胺(“aramids”)、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酯、聚亚芳基醚、聚亚芳基硫醚、聚芳砜、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚酯酰亚胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯)、异质同晶聚合物、聚二唑、聚对二甲苯、聚苯醚(PPO)、改性PPO、聚苯乙烯、聚砜、含氟聚合物如聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯卤化物如聚氯乙烯、聚氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚偏二氯乙烯、特种聚合物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物、丁基橡胶、乙烯丙烯二烯单体、其它的、和其组合。

可膨胀部分可以收缩为比当可膨胀部分完全膨胀时的直径小的直径。例如，所述可膨胀部分可以通过将最初使可膨胀部分膨胀所用的机制反转如通过移除膨胀流体或通过移除机械力，通过引入收缩流体(即反转膨胀流体效果的流体)，通过刺破可膨胀部分，通过引入至少一种形式的能量，或通过任何使可膨胀部分收缩的合适机制，收缩回初始直径(即“初始直径”是膨胀前可膨胀部分的直径)。

图12A显示实例管和浮体系统1200的等视图。系统1200包括管1202和悬在悬浮液106内的浮体1206。在图12A的实例中，管1202具有圆形横截面、第一闭合端1208、和第二开放端1210。调整所述开放端1210的大小以接纳栓或帽1212。管1202还包括可膨胀部分1204。所述管也可以具有两个大小调整为接纳栓或帽的开放端，如图12B中显示的实例管和浮体系统1220。系统1220类似于系统1200，不同之处在于管1202被包括两个分别配置为接纳帽1212和帽1228的开放端1224和1226的管1222替代。管1222还包括可膨胀部分1230。管1202和1222分别具有一般为圆柱形的几何形状，但也可以具有锥状几何形状，所述锥状几何形状向开放端1210和1224变宽、变窄或其组合。尽管，管1202和1222具有圆形横截面，但在其它实施方案中，管1202和1222可以具有基本上沿管的长度延伸的椭圆形、正方形、三角形、矩形、八角形、或任何其它合适的横截面形状。浮体1206可以不包括任何外部零件(即支撑部件或可膨胀部分)，或可以以类似于本文中讨论的其它浮体的方式(即支撑部件和/或可膨胀部分)配置。管1202和1222可以由透明和半透明挠性材料构成，如挠性塑料或其它合适的材料。管还可以在闭合端1208包括塞子(未显示)，以允许移除流体、悬浮液、或悬浮液级分(利用注射器、通过排出、或类似手段)。

图12A还包括管1202中可膨胀部分1204的放大视图1216。所述可膨胀部分1204可以嵌入管1202的侧壁内；或者，所述可膨胀部分1204可以衬在管1202的侧壁内部。可膨胀部分1204可以延伸管1202的全周长，可以沿管1202的周长分段，可以位于沿管1202的周长和/或长度的不同点，或可以仅位于管1202内的一个点。管1202的可膨胀部分1204向内膨胀，从而在可膨胀部分1204的位置将管1202的内径从第一内径减少至第二内径，使得第二内径小于第一内径。

当可膨胀部分是可膨胀带时，所述可膨胀带可以由当引入流体时能够通过吸收至少部分流体膨胀的材料构成。所述可膨胀材料可以包括，但不限于，聚合物、弹性体和凝胶。可膨胀材料可以是可选择性膨胀的，使得悬浮液中天然存在的成分不引起可膨胀材料膨胀。因此，可以将膨胀流体引入可膨胀材料以使可膨胀材料径向膨胀。可膨胀材料和膨胀流体是本质上互补的，从而仅膨胀流体能够使可膨胀材料径向膨胀。使用可选择性膨胀的材料防止在不需要的情况下膨胀并引起可膨胀浮体在管内被不必要地捕获。可选择性膨胀的材料允许可膨胀浮体首先稳定在正确的位置，随后引起至少一个可膨胀带膨胀，从而在管内适当位置捕获可膨胀浮体。备选地，当可膨胀部分是气囊时，气囊在将膨胀流体引入可膨胀部分时膨胀并且保持膨胀流体。作为气囊，所述可膨胀部分不需要以类似于可膨胀材料那样的方式吸收膨胀流体，但更可以适当保留膨胀流体并膨胀。气囊可以包括，但不限于，聚合物、弹性体和凝胶。

备选地，所述可膨胀部分也可以是可通过转化过程(即可光转变的)或激活过程膨胀的任意材料。当可膨胀部分包含可转变材料或可激活材料时，可膨胀部分响应由给定来源发出的能量而膨胀以触发反应，从而引起材料达到功能状态。所述能量包括，但不限于，光能、热能、化学能、电能、电化学能、电磁能和声能。备选地，所述可膨胀部分还可以是可通过激活过程膨胀的任意材料，如通过施加的电势(如在分别经由导线连接于电池或其它电源时)产生机械应变的压电材料。备选地，所述可膨胀部分可以由形状金属合金(shapemetalalloy)构成。

还应该注意的是，可膨胀浮体的主体可以包括包含可膨胀材料的可膨胀部分。可膨胀部分可以形成整个主体，从而整个主体可以膨胀，或可以形成主体的一段，从而主体的一部分可以膨胀。

此外，可膨胀部分在施加离心力时可以不径向膨胀。在离心过程中，顶端帽和底端帽可以由于密度的不同而不朝向主体塌下。对于膨胀，可膨胀部分可以以任意数量的方式激活，包括但不限于，引入溶液；通过用螺丝旋拧、触发等使顶端帽和底端帽塌下；以及引入用于激活的能量。

作为主体的一部分，端帽可以通过机加工、注塑、添加技术等制造，从而是一个单独的结构体；或者，端帽可以通过压装(pressfit)、粘合剂、螺钉、将至少两个部件保持在一起的任何其它合适的方法、或其组合，连接于主体。

管可以由透明或半透明材料构成。所述管可以是挠性的或刚性的。所述管可以由多种不同材料构成，包括，但不限于，玻璃；刚性有机或无机材料；和刚性塑料材料，如聚甲醛聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”)共聚物、芳香族聚碳酸酯、芳香族聚酯、羧甲基纤维素、乙基纤维素、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、尼龙、聚羧醛、聚乙酸酯、聚丙烯腈和其它腈树脂、聚丙烯腈-氯乙烯共聚物、聚酰胺、芳族聚酰胺(“aramids”)、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酯、聚亚芳基醚、聚亚芳基硫醚、聚芳砜、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚酯酰亚胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃(例如、聚乙烯、聚丙烯)、异质同晶聚合物、聚二唑、聚对二甲苯、聚苯醚(PPO)、改性PPO、聚苯乙烯、聚砜、含氟聚合物如聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯卤化物如聚氯乙烯、聚氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚偏二氯乙烯、特种聚合物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物(即)、丁基橡胶、乙烯丙烯二烯单体、其它的、和其组合。

塞子可以由可重复密封的橡胶或其它合适的可以重复用针头或其它锋利的工具刺穿以处理管102内部的内容物并在针头或工具被移除时重新密封的可重复密封的材料。所述塞子可以使用加热的可以在橡胶冷却时成形和硬化的液体橡胶在管内部的开口和/或底部形成。粘合剂用于将塞子连接于开口和管内部的壁的并且可以是聚合物基粘合剂、环氧树脂、接触粘合剂或用于将橡胶粘结塑料的任何其它合适的材料。

使用管和可膨胀浮体系统的方法

I.密封/捕获

将疑似含有目标分析物的悬浮液106引入管和可膨胀浮体系统的管102中。可以使用含有荧光标志物的溶液标记目标分析物，从而为鉴定和表征提供荧光信号。也可以将悬浮液106的目标分析物在引入管102之前标记。当未将目标分析物在引入管102之前标记时，将管102的内容物通过震荡、旋转、摇动、倒转、转动、涡旋混合或搅拌来混合。混合可以手动可以手动或在机器、仪器等的帮助下进行。混合和结合后，将可膨胀浮体加入管102中。随后系统经历基于密度的分离，如通过离心，从而基于密度允许悬浮液沿管102中的轴向位置分离为基于密度的级分。

假设，例如，悬浮液包含三个级分，如图13A至19D中显示的。在离心期间，悬浮液可以被分为和稳定成三个级分，包括高密度级分1303、中密度级分1302和低密度级分1301。可膨胀浮体可以具有任意合适的密度以稳定在想要的位置。当选择可膨胀浮体的密度为基本上与目标分析物的密度相同时，可膨胀浮体可以稳定在管102内与目标分析物的轴向位置相同的轴向位置。备选地，可膨胀浮体可以具有基本上介于最密的级分1303和中密度级分1302的密度之间的密度。当选择可膨胀浮体104的密度基本上在最密级分1303和中密度级分1302之间时，可膨胀浮体可以能够与管102的侧壁形成密封，从而阻止流体流过管102内的可膨胀浮体。可以将目标分析物捕获在可膨胀浮体104和管102之间的分析区域。随后可以对分析区域成像。备选地，可以在可膨胀浮体经历膨胀之前将可膨胀浮体推入适当位置。

现在参考图13A，显示的是经历了基于密度的分离(如通过离心)的管和可膨胀浮体系统100的等视图。离心后，基于可膨胀浮体104的密度相对于级分1301-1303各自的密度，可膨胀浮体104稳定在级分1301-1303内。例如，可膨胀浮体104具有引起可膨胀部分210稳定在最密级分1303顶部的密度。为了形成密封或捕获目标分析物，可以将膨胀流体引入可膨胀部分210，从而引起可膨胀部分210径向膨胀至管102的侧壁。快照1306显示了，使用注射器1304将膨胀流体引入可膨胀浮体104的可膨胀部分210。可以使用注射器1304经过管102的侧壁将膨胀流体引入可膨胀浮体104的可膨胀部分210。可以通过刺穿、在侧壁上形成开口并插入注射器1304、或类似方式，将注射器1304经过管102的侧壁插入可膨胀浮体104的可膨胀部分210。注射器1304备选地可以是泵。当使用泵时，可以通过程序控制泵以确定膨胀液体进入管和可膨胀浮体系统的流量。

如图13B中显示的，由可膨胀材料制成的可膨胀部分210，通过吸收膨胀流体径向膨胀。可膨胀部分210的可膨胀材料吸收通过注射器1304引入的膨胀液体，从而朝向管102的侧壁径向膨胀。可膨胀部分210可以与管102形成密封1310或可以将目标分析物捕获在可膨胀浮体104和管102之间。密封1310可以阻止级分1302、1303相互接触。密封1310还可以阻止流体流过管102中的可膨胀浮体104。

参考图14A，显示的是经历了基于密度的分离(如通过离心)的管和可膨胀浮体系统1400的等视图。离心后，基于可膨胀浮体400的的密度相对于级分1301-1303各自的密度，可膨胀浮体400稳定在级分1301-1303内。例如，可膨胀浮体400具有引起可膨胀部分410稳定在最密级分1303的顶部的密度。为了形成密封或捕获目标分析物，可以将膨胀流体引入可膨胀部分410，从而引起可膨胀部分410径向膨胀至管102的侧壁。可以将针头1402插入通过管102的一部分，使得针头1402刺穿管102的侧壁或者刺穿已经成型或插入管102中的塞子114，以允许针头1402的引入，如放大视图1414中所示。针头1402在插入管102后可以刺穿可膨胀浮体400的可刺穿段。可刺穿段可以是覆盖中央区域412的材料，或者当中央区域412包括填料如多孔材料时，可以是中央区域412。针头1402进入中央区域412，并且将膨胀流体1412引入中央区域412。膨胀液体1412流经中央区域412并进入可膨胀部分410。针头1402可以通过管道1404与容器1406连接。容器1406容纳将要向可膨胀浮体400引入的膨胀液体1412。针头-管道-容器系统可以是泵或注射器。当使用泵时，可以通过程序控制泵以确定膨胀液体进入管和可膨胀浮体系统的流量。

如图14B中显示的，由可膨胀材料制成的可膨胀部分410，通过吸收膨胀流体径向膨胀。可膨胀部分410的可膨胀材料吸收通过针头1402经中央区域412引入的膨胀液体，从而朝向管102的侧壁径向膨胀。如放大视图1416中显示的，可膨胀部分410可以与管102形成密封1418或可以捕获目标分析物。密封1418可以防止级分1302、1303相互接触。密封1418还可以阻止流体流过管102中的可膨胀浮体400。

现在参考图15A，显示的是经历了基于密度的分离(如通过离心)的管和可膨胀浮体系统1500的等视图。系统1500类似于系统100，不同之处在于系统1500包括具有用以接合所述管102的支撑部件712的可膨胀浮体700。离心后，基于可膨胀浮体700的密度相对于级分1301-1303各自的密度，可膨胀浮体700稳定在级分1301-1303内。离心后，支撑部件712接合所述管102，在沿管102的轴向位置有效捕获可膨胀浮体。为了形成密封或捕获目标分析物，可以将膨胀流体引入可膨胀部分710，从而引起可膨胀部分710径向膨胀至管102的侧壁。快照1502显示了，使用注射器1304将膨胀流体引入可膨胀浮体700的可膨胀部分710。可以使用注射器1304经过管102的侧壁将膨胀流体引入可膨胀浮体700的可膨胀部分710。可以通过刺穿、在侧壁上形成开口并插入注射器1004、或类似方式，将注射器1304经过管102的侧壁插入可膨胀浮体700的可膨胀部分710。注射器1304备选地可以是泵。当使用泵时，可以通过程序控制泵以确定膨胀液体进入管和可膨胀浮体系统的流量。

如图15B中显示的，由可膨胀材料制成的可膨胀部分710，通过吸收膨胀流体径向膨胀。可膨胀部分710的可膨胀材料吸收通过注射器1304引入的膨胀液体，从而朝向管102的侧壁径向膨胀。可膨胀部分710可以与管102形成密封1506或可以捕获目标分析物。密封1506可以阻止级分1302，1303相互接触。密封1506还可以阻止流体流过管102中的可膨胀浮体700。

备选地，还可以通过在离心之前或之后将膨胀流体加至管的顶部或底部来将其引入系统。可膨胀浮体的可膨胀部分可以吸收和保留膨胀流体，从而径向膨胀至管的侧壁。

现在参考图16A，显示的是经历了基于密度的分离(如通过离心)的管和可膨胀浮体系统1600的等视图。系统1600类似于系统100，不同之处在于系统1500包括包含可膨胀部分508和510的可膨胀浮体500，所述可膨胀部分508和510由于施加在可膨胀部分508和510上的力(如由端帽504和506的压缩力)而向外膨胀。离心后，基于可膨胀浮体500的密度相对于级分1301-1303各自的密度，可膨胀浮体500稳定在级分1301-1303内。为了形成密封或捕获目标，可膨胀部分508和510通过端帽504和506经历压缩力，从而引起可膨胀部分508和510向外朝向管102的侧壁膨胀。

如图16B中显示的，可膨胀部分508和510接合所述管102的侧壁，从而在所需位置形成密封并且捕获可膨胀浮体500。快照1604显示，可膨胀部分510可以与管102形成密封1606或可以将目标分析物捕获在可膨胀浮体500和管102之间。密封1606可以阻止级分1302和1303相互接触。密封1606还可以阻止流体流过管102中的可膨胀浮体500。

现在参考图17A，疑似含有目标分析物的悬浮液经历离心。管和可膨胀浮体系统1700类似于系统1600，不同之处在于系统1700包括包含用以轴向压缩至少一个帽端604和606从而将可膨胀部分608和610径向膨胀的紧固件612的可膨胀浮体600。离心后，基于可膨胀浮体104的密度相对于级分1301-1303各自的密度，可膨胀浮体600稳定在级分1301-1303内。为了引起端帽604和606在可膨胀部分608和610上施加轴向压缩力，紧固装置1704如螺丝刀可以接合紧固件612并将其紧固。稳定器1702，如通过塞子(未显示)插入管102底端108中的杆，可以接合可膨胀浮体600的相反侧，从而防止当紧固装置1704接合可膨胀浮体600的紧固件612时，可膨胀浮体600在管102内移动。

如在图17B中显示的，在将紧固件612紧固时，由于通过端帽604和606轴向压缩力，可膨胀部分608和610径向膨胀。可膨胀部分608和610接合管102的侧壁，从而形成密封并在所需位置捕获可膨胀浮体600。密封可以阻止级分1302和1303相互接触。密封还可以阻止流体流过管102中的可膨胀浮体500。

参考图18A，显示的是经历了基于密度的分离(如通过离心)的管和浮体系统1200的等视图。离心后，基于浮体1206的密度相对于级分1301-1303各自的密度，浮体1206稳定在级分1301-1303内。浮体1206，例如，具有大约等于中密度级分1302的密度。为了在浮体1206和管1202之间形成密封或捕获目标分析物，可以通过能量源1802将能量引入管1202的可膨胀部分1204，从而转变或激活可膨胀部分1204。可膨胀部分1204向内膨胀，从而在可膨胀部分1204的位置将管1202的内径从第一内径减少至第二内径，使得第二内径小于第一内径。

如图18B中显示的，由可膨胀材料制成的可膨胀部分1204，通过经吸收由能量源发出的能量转变或激活而向内膨胀。可膨胀部分1204可以与浮体1206形成密封1806或可以将目标分析物捕获在浮体1206和管1202之间。密封1806可以防止级分1302和1303相互接触。密封1806还可以阻止流体流过浮体1206。

备选地，当管的可膨胀部分是压电材料时，将电势施加于可膨胀部分，引起可膨胀部分产生机械应变(即当施加电势时，可膨胀部分膨胀)。可以通过将电池或其它电源通过导线连接于压电材料来施加电势。备选地，可膨胀部分可以由允许基于环境温度膨胀(和收缩)的形状金属构成。

可膨胀部分的膨胀可以从第二内径反转回第一内径或反转回第一和第二内径之间的直径。该反转可以通过将最初使可膨胀部分膨胀所用的机制反转如通过移除膨胀流体或通过移除机械力，通过引入收缩流体(即反转膨胀流体效果的流体)，通过刺破可膨胀部分，通过引入至少一种能量，或通过任何收缩可膨胀部分的适当机制而发生。

II.提取

图19A显示用于提取高密度级分1303的系统1900的实例。系统1900包括经由管道1904与容器1906如管、真空管等连接的提取装置1902，如针头等。提取装置1902刺穿管102的塞子(未显示)。如上文所述，所述塞子(未显示)由橡胶构成，橡胶在形成围绕针头1902的液体紧密密封以防止液体内容物围绕针头1902漏出的同时使针头1902能够通过。随后，如由真空产生的压力梯度引起捕获在可膨胀浮体104以下的高密度级分1303以及其它材料和流体通过管道1904被吸引入容器1906。可以使用第二针头(未显示)流入流体，如全氟酮、氟化酮、氢氟醚、氢氟烷、全氟化碳、磷酸盐缓冲盐水或空气，以替代移除了的高密度级分1303体积的体积。捕获在可膨胀浮体104以下的高密度级分1303以及其它材料和流体被吸引入容器1906。当移除针头1902时，塞子中由针头1902形成的开口(未显示)关闭以形成液体紧密密封。针头-管道-容器系统备选地可以是泵或注射器。当使用泵时，可以通过程序控制泵以确定高密度级分1303流出管和可膨胀浮体系统的流量。

图19B显示用于提取低密度级分1301的系统1910的实例。系统1910包括提取装置1912，如注射器、针头等。提取装置1912可以刺破管102的帽112或可以将帽112移除，从而将提取装置1912直接插入管102中。压力梯度或抽吸引起捕获在可膨胀浮体104以上的低密度级分1301以及其它材料和流体被吸引入提取装置1912中。提取装置1912可以是泵或注射器。当使用泵时，可以通过程序控制泵以确定低密度级分1301从系统提取的流量。

图19C显示用于提取中密度级分1302的系统1920的实例。系统1920类似于系统1910，不同之处在于提取装置1922具有足够长的针头以通过刺破可膨胀浮体104的可膨胀部分608进入中密度级分1302。压力梯度或抽吸引起中密度级分1302被吸引入提取装置1922中。提取装置1922可以是泵或注射器。当使用泵时，可以通过程序控制泵以确定中密度级分1302从系统提取的流量。

图19D显示用于提取中密度级分1302的系统1930的实例。系统1930类似于系统1910，不同之处在于提取装置1932具有针头以通过刺破管102的侧壁进入中密度级分1302，中密度级分1302位于可膨胀浮体104和管102的侧壁之间。压力梯度或抽吸引起中密度级分1302被吸引入提取装置1934中。提取装置1934可以是泵或注射器。当使用泵时，可以通过程序控制泵以确定中密度级分1302从系统提取的流量。

应该理解，本文描述和讨论的方法和系统可以与任何合适的悬浮液或生物样品，如血液、骨髓、囊液、腹水、粪便、精液、脑脊液、乳头抽吸液、唾液、羊水、阴道分泌物、粘膜分泌物、房水、玻璃体液、呕吐物和任何其它生理液体或半固体，一起使用。还应该理解，目标分析物可以是细胞，如卵子或循环肿瘤细胞(“CTC”)、循环内皮细胞、囊泡、脂质体、蛋白、核酸、生物分子、天然存在的或人工制备的具有封闭膜的微观单位、寄生虫、微生物或免疫细胞。

用于解释的目的的之前的描述使用了具体的术语以提供对本公开的彻底理解。然而，对于本领域技术人员将是显而易见的是，为了实践本文中所述系统和方法，不需要所述的具体细节。之前对于具体实施方案的描述作为实施例呈现，用以说明和描述。它们不意在是穷举的或将本公开限制于所描述的精确形式。根据上文的教导，很多改进和变化是可能的。显示和描述实施方案是为了最好地解释本公开和实践应用的原理，从而使本领域其它技术人员最好地理解本公开的内容和适于所考虑的特别用途的具有各种改进的各种实施方案。意在将本公开的范围通过以下权利要求和它们的相当物来限定。

Claims (30)

1.一种用于分离悬浮液的浮体，所述浮体包括：

主体，所述主体具有顶端和底端；和，

至少一个可膨胀部分，所述可膨胀部分从所述主体径向膨胀，

所述至少一个可膨胀部分当暴露于所述悬浮液或悬浮液组分时不径向膨胀，并且，

所述至少一个可膨胀部分在引入离心力后不径向膨胀。

2.如权利要求1所述的浮体，所述至少一个可膨胀部分当暴露于不是悬浮液中天然存在成分的流体时径向膨胀。

3.如权利要求1所述的浮体，所述至少一个可膨胀部分是可膨胀带或气囊。

4.如权利要求1所述的浮体，所述至少一个可膨胀部分当在所述至少一个可膨胀部分上轴向施加力时向外膨胀。

5.如权利要求1所述的浮体，所述浮体还包括：

顶端帽，所述顶端帽被插入在所述主体的顶端中的开口中；和，

底端帽，所述底端帽被插入在所述主体的底端中的开口中。

6.权利要求5所述的浮体，所述至少一个可膨胀部分的第一可膨胀部分位于所述底端帽和所述主体之间或位于所述顶端帽和所述主体之间。

7.权利要求6所述的浮体，所述浮体还包括第二可膨胀部分，所述第二可膨胀部分位于与所述第一可膨胀部分位于其间的端帽和所述主体不同的端帽和所述主体之间。

8.权利要求7所述的浮体，所述浮体还包括：

在所述主体内的空腔，所述空腔从所述顶端中的开口延伸至所述底端中的开口；和，

触发器，所述触发器从所述顶端帽通过所述空腔延伸至所述底端帽，

所述触发器在激活时将所述顶端帽和所述底端帽拉向彼此，以轴向压缩所述可膨胀部分，从而使所述可膨胀部分径向膨胀。

9.如权利要求1所述的浮体，其中所述至少一个可膨胀部分是可通过转化过程膨胀的，使得所述至少一个可膨胀部分响应从能量源发出的能量而膨胀。

10.权利要求9所述的浮体，其中所述能量是光能、热能、化学能、电能、电化学能、电磁能或声能。

11.权利要求7所述的浮体，所述浮体还包括：

在所述主体内的空腔，所述空腔从所述顶端中的开口延伸至所述底端中的开口；和，

紧固件，所述紧固件从所述顶端帽通过所述空腔延伸至所述底端帽，

所述紧固件在紧固时将所述顶端帽和所述底端帽拉向彼此，以轴向压缩所述可膨胀部分，从而使所述可膨胀部分径向膨胀。

12.如权利要求11所述的浮体，其中所述紧固件是螺钉。

13.如权利要求1所述的浮体，其中所述至少一个可膨胀部分由压电材料构成。

14.如权利要求13所述的浮体，其中，经由至少一个导线将所述压电材料连接至电源以提供电势。

15.如权利要求1所述的浮体，其中所述至少一个可膨胀部分由形状金属合金构成。

16.如权利要求1所述的浮体，其中所述至少一个可膨胀部分收缩至比当所述至少一个可膨胀部分完全膨胀时的直径小的直径。

17.如权利要求16所述的浮体，其中所述至少一个可膨胀部分收缩回到初始直径，所述初始直径为所述可膨胀部分膨胀前的直径。

18.如权利要求16所述的浮体，其中通过将最初使所述至少一个可膨胀部分膨胀所用的机制反转，通过引入收缩流体，通过刺穿所述至少一个可膨胀部分，或通过引入至少一种形式的能量，将所述至少一个可膨胀部分收缩回到所述初始直径。

19.一种用于容纳悬浮液的管，所述管包括：

第一内径；

至少一个可膨胀部分，所述至少一个可膨胀部分在所述至少一个可膨胀部分的位置将所述第一直径减小至第二更小直径，并且，

所述至少一个可膨胀部分当暴露于悬浮液或悬浮液组分时不向内膨胀。

20.如权利要求19所述的管，所述至少一个可膨胀部分嵌入所述管的侧壁内。

21.如权利要求19所述的管，所述至少一个可膨胀部分衬在所述管的侧壁的内部。

22.如权利要求19所述的管，所述至少一个可膨胀部分当暴露于不是悬浮液中天然存在成分的流体时向内膨胀。

23.如权利要求19所述的管，所述至少一个可膨胀部分通过转化过程向内膨胀，使得所述至少一个可膨胀部分响应从能量源发出的能量而膨胀。

24.如权利要求23所述的管，其中所述能量是光能、热能、化学能、电能、电化学能、电磁能或声能。

25.如权利要求19所述的管，其中所述至少一个可膨胀部分由压电材料构成。

26.如权利要求25所述的管，其中将所述压电材料连接至电源从而经由至少一个导线提供电势。

27.如权利要求19所述的管，其中所述至少一个可膨胀部分由形状金属合金构成。

28.如权利要求19所述的管，其中将所述可膨胀部分的膨胀从所述第二内径反转至在所述第一和第二内径之间的直径。

29.如权利要求28所述的管，其中将所述可膨胀部分的膨胀反转回到所述第一内径。

30.如权利要求28所述的管，其中通过将最初使所述至少一个可膨胀部分膨胀所用的机制反转，通过刺穿可膨胀部分，通过引入收缩流体，或通过引入至少一种形式的能量，将所述膨胀反转。