CN108025125B - 在净化透析溶液中可用的药筒 - Google Patents

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Abstract

描述了在使透析溶液再生或纯化中可用的药筒以及用于使废透析溶液再生或纯化的方法。还描述了使用本发明的吸附剂药筒的透析方法。

Description

在净化透析溶液中可用的药筒
背景技术
本发明涉及例如在透析中可用的药筒例如离子交换药筒(试剂盒，cartidge)或吸附药筒。具体地，本发明一般地涉及用过的透析液流体的再生或纯化。本发明还涉及使用特定的药筒进行透析的方法。
透析是将作为肾衰竭结果的在血液中累积的废弃产物和过多流体除去的疗法。慢性肾衰竭为当肾功能已经衰退到正常的约25％时的状况。该衰退量导致血液化学(chemistry)的显著变化并且接近于这样的时刻：人们感觉到足够的不适以至于他们寻求医疗护理。腹膜透析(PD)是透析的一种形式。使用该疗法，将包含葡萄糖和电解质的称为透析液的温和盐水溶液置于腹膜腔中。由于有大量血液供应到该腹腔，因此来自血液和体液的尿素和其它毒素转移到透析液中，从而使血液净化。然后，将所述透析液从腹膜中排出。随后，再次将“新鲜”透析液置于腹膜中。
此外，存在血液透析。这是一种血液纯化方法，其中在治疗阶段将血液不断地从身体移出并且使其通过透析机(人造肾)，在透析机中将新陈代谢的废料和过量的水除去并且使pH和酸/碱平衡恢复正常。同时，使血液返回到身体。所述透析机是由半透膜组成的小型的一次性装置。该膜容许废料、电解质和水穿过但是限制大分子量的蛋白质和血细胞的通过。将血液泵送到所述膜的一侧，同时将透析液以相反的方向泵送到膜的另一侧。所述透析液为其中加入盐和电解质的高纯水。所述机器为起到泵送血液和透析液并且控制它们的压力、温度和电解质浓度的作用的控制单元。一次血液透析治疗的平均长度为3-5小时。
有如下几种类型的血液透析：
a)一次通过-血液透析是肾病的最常见疗法。大多数血液透析疗法通过一次通过透析机进行。它们之所以被称为一次通过是因为透析液(净化溶液)在透析器中的血液旁边通过一次，然后被废弃。一次通过透析机一般需要：
1)能够至少1000-1500ml/分钟输送的水源(假设通过反渗透(“R.O.”)系统50％的舍弃率)
2)足以提供500-800ml/分钟的纯化水连续流的水纯化系统。
3)用于泵送和加热每分钟500-800ml水的至少15安培的电路。
4)能够容纳(适应)每分钟至少500ml用过的透析液以及来自R.O.系统的废弃水的地面排水管(drain)或任何其它接收容器(receptacle)。
b)吸附剂透析-不需要连续水源、单独的水纯化机器或地面排水管，因为它使少量的透析液不断地再生，并且在机器内包括水处理系统。因此，吸附剂系统是更加便携的。
1)吸附剂系统典型地仅需要5安培的电源，因为它们在整个透析工序中使同样少量的透析液进行再循环。在一次通过透析中对于大量透析液使用的重载荷的透析液泵和加热器是不需要的。
2)对于整个治疗，吸附剂系统可使用制作透析液的6-12升自来水。
3)吸附剂系统使用吸附剂药筒-其起到既作为水纯化器又作为将用过的透析液再生为新鲜的透析液的组件的作用。输注液(infusate)系统与它一起起到适当地平衡再生的透析液的电解质组成的作用。
过去，一直将容纳磷酸锆(ZrP)和水合氧化锆(HZO)的离子交换材料的吸附剂药筒用于REDY再生血液透析系统。REDY药筒的方案(示意图)在图1中示出。所述吸附剂药筒显示为具有分别标注为数字11和数字13的进口和出口。图2显示REDY药筒中各层的多个功能。
REDY药筒的原理基于如下：通过脲酶(尿素酶)的酶促反应将尿素水解成碳酸铵。以下反应式示出了尿素在脲酶的存在下转化成氨的反应：
Figure BDA0001586696750000021
然后，氨和铵离子通过磷酸锆交换作为阳离子交换剂中的反荷离子的氢离子和Na+离子而除去。磷酸锆还充当用于除去透析液中的Ca、Mg、K和所有的有毒金属的阳离子交换剂，因此容许通过使用输注液系统维持患者血液中的电解质(Ca、Mg、K)水平的平衡，以及提供透析治疗在水质方面的安全性。然后，来自尿素水解的碳酸盐与磷酸锆中的氢离子化合而形成碳酸氢盐，其作为碱输送到尿毒症患者以对于酸中毒进行矫正。磷酸锆可以具有如下所示的分子结构的无机阳离子交换材料为代表：
Figure BDA0001586696750000031
如所示的，所述材料包含作为反荷离子的H+和Na+两者，其承担离子交换的任务。这些离子的相对含量可受到用NaOH将酸ZrP(或H+ZrP)滴定到的pH的控制。所得的滴定产物Nax +H2-x +ZrP(或在本文中缩写为“NaHZrP”)的组成可在透析液中的离子交换过程期间变化。含乙酸根(HZO·Ac)作为反荷离子的水合氧化锆(HZO)充当用于除去磷酸根的阴离子交换剂。所述材料还防止磷酸根从NaHZrP浸出并且除去水中的可在透析期间对患者造成伤害的有毒阴离子(例如氟)。在离子交换期间释放的乙酸根也为用于通过乙酸代谢矫正酸中毒的碱。水合氧化锆(HZO)的组成式可为ZrO2.nH2O(即氧化锆的水合物)或阴离子形式的ZrO2..nOH…H+An-，其中An-为连接(附着)到HZO的阴离子，例如乙酸根(“Ac”)、氯等。在没有阴离子的情况下，其可被视为具有以不同程度键合到Zr的O2-、OH-和H2O的部分草酸化(oxalated)的氢氧化锆，即Zr(OH)xOy(H2O)z。在REDY药筒中使用药筒中的粒状活性炭以从水中除去患者的肌酸酐、尿酸和含氮的代谢废料以及氯和氯胺。
如所指出的，吸附剂药筒经常包括多层，其在各给定层中包含相似或大体相同的(substantially)化学组成。吸附剂药筒的给定药筒层中的流量分布(流动分布)可在整个层上变化。沟流现象可在药筒的位于更靠近药筒壁的药筒层的外周区域处出现。在以其处于更远离药筒壁的位置的中心区域为代价的情况下，在一层或多层的外周区域中的流体流量可增大。这是不期望的，因为其可产生在药筒的相同层中过度利用的材料和未利用的(或未充分利用的)材料的分离区域。这可导致低效率的处理性能、药筒组件的提早或过早用尽(耗竭，exhaustion)、药筒的可用寿命的缩短、废药筒中未利用的材料、或这些问题的组合。吸附剂药筒的如下设计将是优选的：其可进一步减小或防止在吸附剂药筒中出现流量分布的差异。因此，在透析领域中，克服上述缺点的一个或多个将是有益的。
发明内容
本发明的特征在于，提供在其中具有改进的流量分布的药筒构造体(配置，configuration)，其在溶液例如包含废弃产物和/或杂质的溶液的再生或纯化方面是有用的。
本发明的另外特征在于，提供在其中具有更均匀的流量分布的药筒构造体，其在透析溶液例如血液透析或腹膜透析溶液或其它透析液溶液的再生或纯化方面是有用的。
本发明的另外特征在于，提供用于再生或纯化废透析液的吸附剂药筒，其可减小流动通过吸附剂药筒的一个或多个固体粒状层的透析液流体的不均匀的流量分布。
本发明的另外特征在于，提供可使用这样的吸附剂药筒的用于再生或纯化废透析液的方法，例如为了改善性能效率且减少未利用的药筒材料的量。
本发明的另外特征在于，提供通过这样的吸附剂药筒可使废透析液再生或纯化的透析系统。
本发明另外特征和优点部分地将在以下描述中阐述，部分地由所述描述将是显而易见的，或可通过本发明的实践而知晓。本发明的目的和其它优点将通过书面描述(说明书)和所附权利要求中特别指出的要素和组合而实现和获得。
为了实现这些或其它优点并且按照本发明的意图，本发明涉及吸附剂药筒，其至少包括：在第一端壁和第二端壁之间延伸的连续侧壁，其限定腔室；至少的第一和第二层，其中所述至少的第一和第二层横跨连续侧壁内的腔室延伸，其中第一和第二层的至少一层包括第一区域、与第一区域邻近且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域、第一区域中的具有第一平均填充密度(堆积密度)的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二平均填充密度的第二固体粒状介质、和第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间的填充密度差异，其中第一平均填充密度小于第二平均填充密度(例如当至少的第一和第二层润湿时)。
本发明还涉及吸附剂药筒，其包括a)在包含进口的第一端壁和包含出口的第二端壁之间延伸的连续侧壁，其限定腔室；b)含酶层；c)在吸附剂药筒内的在含酶层之后的含磷酸锆层，其中含磷酸锆层包括第一区域、与第一区域邻近且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域、第一区域中的具有第一填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二填充密度的第二固体粒状介质、和在第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间的填充密度差异，其中第一填充密度小于第二填充密度(例如当至少的第一和第二固体粒状介质润湿时)。
本发明还涉及制造吸附剂药筒的方法，其包括：a)形成横跨由吸附剂药筒的连续侧壁限定的腔室延伸的含酶层；b)在吸附剂药筒内在含酶层之后形成具有填充密度差异的包含固体粒状介质的层，其包括i)将固体粒状介质作为起始层沉积在含酶层上，其中所述起始层包括第一区域、与第一区域邻近且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域，ii)向第一区域施加第一振动或机械力，该第一振动或机械力比施加到第二区域的第二振动或机械力小，这导致第一区域中的具有第一填充密度的第一固体粒状介质和第二区域中的具有第二填充密度的第二固体粒状介质，其中第一填充密度小于第二填充密度。
另外，本发明仅涉及在不存在侧壁的情况下的以上提到的层的排列和填充密度差异。
本发明还涉及使废透析液再生或纯化的方法，其包括使废透析液通过本文中描述的吸附剂药筒之一。
本发明进一步涉及使废透析液再生或纯化的透析系统，其包括本文中描述的吸附剂药筒之一。
应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅为解释性和示例性的，并用于提供对本发明进一步解释。
包括在本发明中并构成本发明一部分的附图例示了本发明的多个实施方案，它与描述一起起到解释本发明原理的作用。
附图说明
附图描绘本发明的吸附剂药筒和对比设计的各种设计特征。不同的图中的类似的参考标识符可指代类似的特征，除非另外声明。附图无需按比例。
图1为显示
Figure BDA0001586696750000051
药筒的示意图。
图2为显示药筒和
Figure BDA0001586696750000052
药筒中各层的多个功能的图。
图3为吸附剂药筒的对比例中的材料的分解图，该药筒在其层中具有不均匀的流量分布。标明了所述药筒各层的多个期望功能。
图4为图3中所示的吸附剂药筒的在方向A-A上的俯视图。
图5为根据本申请实施例的具有在其磷酸锆层设置的填充密度差异的吸附剂药筒的一个实例中的材料的分解图。
图6为根据本申请实施例的在图5中所示的吸附剂药筒的在方向B-B方向的俯视图。
图7为根据本申请实施例的图6的吸附剂药筒的局部透视图。
图8为根据本申请实施例的具有在其多个层中单独地(独立，individually)设置的填充密度差异的吸附剂药筒的一个实例中的材料的分解图。
图9为根据本申请实施例的具有在其多个层上设置的整体填充密度差异的吸附剂药筒的一个实例中的材料的分解图。
图10为根据本申请实施例的具有在其多个层中设置的填充密度差异的吸附剂药筒的一个实例的材料的分解图。
图11为图10中所示的吸附剂药筒的在方向C-C上的俯视图。
图12为图10中所示的吸附剂药筒的在方向D-D上的俯视图。
图13为图10中所示的吸附剂药筒的在方向E-E上的俯视图。
图14为根据本申请实施例的具有在其多个层中单独地或整体地设置的填充密度差异的吸附剂药筒的一个实例中的材料的分解图。
图15为在根据本申请实施例的吸附剂药筒中的材料的分解图。
图16为显示包括根据本申请实施例的吸附剂药筒的吸附剂透析系统的示意图。
具体实施方式
本发明涉及用于分离工艺例如将透析液流体中累积的废弃产物和过量流体除去的药筒构造体，其可引入填充密度差异以提供在其中改善的流量分布。作为一种选项(可选方案)，可用粒子将吸附剂药筒中的填充床(填充层)粒子层的一个或多个差异性地填充，其中一个或多个层的外部或外周区域具有比所述一个或多个层的内部或中心区域大的填充密度，其中可使得在该一个或多个层内的液压且由此使得该一个或多个层内的流量分布变成均匀的或基本均匀的。这可提供改善的效能和/或避免药筒的提早或过早用尽。这些改进的构造体可包括在能够保持用于所述分离工艺的层状材料的容器(即药筒)中存在的填充床粒子和任何其它分层材料，其中存在的粒子床包含的层的至少一层或多个或全部具有填充密度差异，如本文中描述的。作为一种选项，下文详细描述的填充床粒子和其它层状材料或多种层状材料的排列可用在透析系统或者可用于除去例如作为进行透析的结果的在透析液流体中累积的废弃产物和/或过量流体的其它类似类型的系统中。如下文更详细地描述的，本发明可用在使在腹膜透析(PD)中和在血液透析(HD)中使用的透析液流体纯化或再生中。出于本发明的意图，透析溶液是指可用在血液透析或吸附剂透析系统中的腹膜透析溶液或透析液流体。用于PD或HD的常规透析溶液可得以使用并通过本发明使其再生，且对于本领域技术人员是已知的。
包括通过相同或基本上相似的化学组成(例如相同的化学式或其类似物或其衍生物)的固体粒子的填充床形成的一个(或多个)层的吸附剂药筒可时常具有低于期望的性能。在这样的药筒层中的流量分布可由于液压差异和由此引起的在该层的不同部分处的流速差异而是不均匀的。形成药筒层的粒子填充床的位于外周区域(其比该药筒层的中心区域更接近于药筒壁)可为更具液体渗透性的。结果，与其中流体相对更加难以渗透的中心区域相比，流动通过药筒的液体因此可趋于更多地流经其中流动阻力较小的外周区域。这可产生在药筒层的中心区域中的未利用的(或未充分利用的)材料，而更接近于药筒壁的外周区域可具有过度利用的材料。这可导致药筒组件的提早或过早的用尽。例如，在吸附剂药筒中的磷酸锆粒子层的流量分布可为不均匀的，其中该层的外周区域经受较大的流量和由此比该层的中心区域大的利用率。如果其发生，则氨穿透(漏过)药筒可比假设流量分布在整个层上一直是均匀的情况更早地发生，因此缩短了药筒的有效(可用)寿命。为了解决该缺点，在所丢弃的吸附剂药筒的一个或多个层中残留例如按体积计10％-15％或其它量的未利用的材料。吸附剂药筒的如下设计将是优选的：其可进一步减小或防止在吸附剂药筒的填充床粒子层中出现流量分布的差异。因此，在透析领域中，克服与在整个填充床粒子层中(或者在药筒的多层中)以相似填充模式排列的类型、尺寸和形态相似的粒子的使用相关的上述缺点的一个或多个将是有益的。
图3显示对比例的正用于处理透析液流体的吸附剂药筒，所述透析液流体在通过药筒中填充床材料的多层的不同区域时经历具有差异性的液压和流体流量。吸附剂药筒在图3中标注为组件100，其具有包括固体连续侧壁102、进口端壁103和出口端壁104的壳体101，并且多个分层的吸附剂床15包括在壳体101内。这里示出这样的吸附剂床15：其包括层1-6和延伸通过吸附剂床15的中心纵向轴10-10(其通常与吸附剂床层1-6的几何中心重合或在其附近)。吸附剂床层1-6在从中心纵轴10-10到壳体101的连续侧壁102的内面(壁)105的径向向外(且通常垂直或基本垂直(例如偏差在直角的1-10度以内))的方向上延伸。在该构造中，吸附剂药筒的层1-6各自包括每层相似的化学组成和物理性质(例如粒度分布、形态、结晶度和/或其它性质)的材料。在这些层中使用的粒子最初可以能自由流动的固体粒状形式供给。一旦装入到药筒中的相应层中，它们就填充成包括由粒子形成的水平层(stratum)的分层床。药筒中的液压通常在通过吸附剂药筒的流体流动的标明方向上逐层增大，如水力学原理所预期的。具体地，在包括粒子填充床的各个药筒层的一个或多个内可存在不均一的流量分布。在图3中所示的吸附剂床中，层1-6的全部或任何较少组合可包括粒子填充床。为了进行说明，这里示出这些层，并且其它层可替代地或另外地存在、或者可从药筒中省略。对于该对比例而言，至少层4存在且包括粒子填充床。
关于图3中所示的对比例的药筒，可出现如下问题：其中相同或相似组成的粒子的各个层的一个或多个在整个层中例如在从所述层的几何中心一直到其外周边缘的径向方向上具有相同或相似的填充床组成、粒子分布、结晶度和填充模式(例如对于这些性质的一种或多种，偏差在10％以内)。倘若如此，则在形成吸附剂药筒中的层的至少之一的粒子填充床的外周区域(例如更接近于药筒壁的区域)处的液压可比该层的位于更靠近药筒的中心轴处的中心区域处的液压小。与药筒的中心区域相比，流体流动在层4-6的一个或多个的外周区域处遇到较小的流动阻力。这是不期望的，因为流体流动可沟流到层4-6的外周区域中并且以至少部分地、基本完全地或完全地远离这些层的中心区域转向(divert)。该现象由图3中所示的表示流体流动方向的箭头标明。这可在药筒的至少一层的中心区域中产生未利用的(或未充分利用的)材料7，而更接近于药筒壁的外周区域可具有过度利用的材料，其变为过早用尽的。这可损害吸附剂药筒的处理性能和/或效率(例如尿素捕获效率)。可缩短药筒的有效寿命。
在图3中，未利用的材料7的通过交叉影线标注的区域具有完全通过层5和6并且部分地通过层4延伸的抛物线型分布。未利用的材料的这种分布是示例性的并且不限于此。未利用的材料可为例如基于所指出的填充床粒子层的任意一个或多个的体积的按体积计的约10％-约15％或其它量，和/或可在药筒中具有任何几何分布。
图4显示图3的具有所指出的沟流问题的吸附剂构造体中层4的中心(内部)区域41处的液压Pi和层4的外周或外部区域42处的压力Po。在该对比例中，用于形成层4的粒子在整个层的横截面区中具有相同的粒度分布和形态。层4的构成粒子的初始填充密度在包括外周区域42和中心区域41的整个层4中是相同的。外周区域42的外边缘43与药筒壳体的侧壁45的内面44是连续的(相接的)。在流体流动通过吸附剂药筒4期间，在足以使流体与通过所述层的中心区域的流体流动(如果有的话)相比优先通过其外周区域流动的量下，Po为或变为小于(<)Pi。Po可表示贯穿外部区域42的粒子填充床的全部或基本全部(例如按体积计至少75％、或80％、或90％)存在的压力，该压力容许流体完全流动通过该层。Pi可表示贯穿中心区域41的粒子填充床的全部或基本全部(例如按体积计至少75％、或80％、或90％)存在的压力，该压力不容许流体流动通过中心区域41。外部区域42具有与它环绕的中心区域41的外边缘47邻近且相接的内边缘46。在图4的布置中，外部区域42的内边缘46完全围绕中心区域41。图4显示作为同心圆布置的外周和中心区域(42、41)。其它的药筒形状可遇到与具有图3和4中所示的几何形状的药筒相似的吸附剂床中的差异性流量问题。
参考图5，显示了根据实施例的吸附剂药筒200，其包括层201(例如脲酶层201)和层202(例如磷酸锆层202)。为了进行说明，这里示出这些层，并且本文中描述的构思完全不限于这些层或层的类型。吸附剂药筒200可包括在该图示中未示出的另外的处理和其它功能层。吸附剂药筒200具有延伸通过药筒中的层201和202以及任何其它层的中心轴210(其通常与吸附剂床层201-202的几何中心重合或在其附近)。中心轴210纵向延伸通过药筒壳体221的由其连续侧壁222限定的形状的几何中心。侧壁222形成围绕包括在药筒内的层的外边缘的连续围墙(enclosure)。第一和第二吸附剂层201和202可以中心轴210为中心。层201和202可在药筒中相对于中心轴210处于中心。吸附剂床层201和202在从药筒壳体221的连续侧壁222的中心轴210到内面225的径向向外(且通常垂直或基本垂直)的方向211上延伸。药筒200可具有类似于图3中所示的壳体100的进口端壁和出口端壁(未示出)，或者可具有其它设计。层201和202各自可由粒子形成，成形为如下圆盘状组件：其具有在整个相应层上均匀或基本均匀的整体厚度，和在该实施例中相对于中心轴210的径向方向上的直径，该直径在流体流动方向上贯穿相应层的厚度递减。例如，图5中示出了具有厚度212(垂直的)和直径213(径向的)的层202。对于该图示的药筒而言，层201和202一起可被称为吸附剂床215。
在图5中所示的药筒构造体中，吸附剂药筒的层201和202各自包括对于该层相同或相似的化学组成的材料，而层202还为具有相对于彼此具有不同填充密度的不同区域的复合(composite)层。在一个选项中，取决于层202的各自区域与中心区域(例如远离壁)和外周区域(例如接近壁)位置的接近度，可相对于彼此差异性地选择填充密度。例如图5中所示的药筒中的液压通常在所指出的流体通过吸附剂药筒的流动方向上逐层增加，如根据水力学原理所预期的。另外，已经发现，壳体221对填充床层202的壁效应可在层202的外部或外周区域204中导致与层202的内部或中心区域203相比减小的流动阻力。如果不逆向移动或补偿，则壁效应可导致以流动通过层202的内部区域203为代价的流动通过外部区域204的沟流。作为一种选项，在图5中所示的吸附剂床215中，层202的内部区域203中的粒子具有小于层202的外部区域204中的粒子的填充密度(Dp2)的填充密度(Dp1)。因此，层202中的填充密度在从所述层的几何中心(例如与中心轴210重合)向层202的外周边缘206延伸的径向方向上变化。
为了提供层202中填充密度的差异，可将层202的中心区域203和外周204中的相应粒子装入到药筒中，其具有不同的物理性质例如粒度分布、填充模式、结晶度和/或其它性质，其中可在所述层的外周和中心区域之间的粒子上形成差异以提供对于层202的不同区域中的水力流动(湍流)的不同阻碍或阻力。例如，在所有其它条件相同的情况下，较小的粒子可比较大的粒子填充得更紧密，并且因此可提供相对于其的更大填充密度。与中心区域203处使用的粒度相比，在外周区域204可使用较小尺寸化的粒子以在外周区域204提供相对于层202的中心区域203更大(更紧密)的填充密度。此外，在所有其它条件相同的情况下，具有比另一筛分截取部分(sieve cut)的粒子小的尺寸分布的筛分截取部分的粒子可更紧密地填充，且因此可提供相对于其更大的填充密度。与在中心区域203处使用的筛分截取部分相比，在外周区域204处可使用如下的粒子的筛分截取部分：其在外周区域204处提供比中心区域203处的粒度范围小的粒度范围，其可在外周区域204处提供相对于层202的中心区域203更大的(更紧密的)填充密度。在该选项中，对于中心区域使用的筛分截取部分包含如下粒度范围：其包括比外周区域使用的筛分截取部分的所有粒度大的至少一种粒度。如果工业上无法获得，则可使用标准化的网筛系列从在吸附剂药筒的设置有填充密度差异的层中使用的粒子供给源(supply)分离不同的筛分截取部分。作为实例，第一筛分截取部分可从在层202的中心区域203处使用的粒子的供给源获得，其可为-140+230筛目(美国筛目，即小于0.105mm且大于0.063mm)，并且第二筛分截取部分可从在层202的外周区域204处使用的粒子的相同或相似供给源获得，其可为-270+400美国筛目(美国筛目，即小于0.053mm且大于0.037mm)。对于在区域204处使用的第二筛分截取部分，可使用局部或整体上比在区域203处使用的第一筛分截取部分的粒子的尺寸范围小的其它范围的粒度值。使用以下换算表征通过筛目命名的粒度：在筛网筛目之前的“+”指明所述粒子通过筛网保留；在筛网筛目之前的“-”指明所述粒子穿过所述筛网；典型地所述粒子的按数量计的90％或更大且最高100％可落在所指明的范围以内。例如，如果材料的粒度记为-140+230筛目(US)，则所述材料的按数量计的90％或更大直到100％将穿过140-筛目的筛网(小于0.105mm的粒子)且被230-筛目的筛网保留(大于0.063mm的粒子)。倘若在中心区域处使用的筛分截取部分中的粒子的至少一些大于在外周区域处使用的其它筛分截取部分中的所有粒子，可使用对于中心和外周区域具有范围部分重叠的粒度值的不同筛分截取部分的用法。在另一实例中，第一和第二筛分截取部分的粒度范围完全不重叠。
作为另一选项，在外周区域204处使用的固体粒子的按数量计的约90％-约92％可比中心区域203处的固体粒子细，并且在中心区域203处使用的固体粒子的按数量计的约8％-约10％可比外周区域204处的固体粒子细。作为一种选项，在层202的外周区域204处可使用粒子供给源的D10粒度分布级分，并且在其中心区域203处可使用所述粒子的剩余部分。D10直径为这样的直径：粒状样品的群体的10％在该直径下包括较小的粒子。如本文中使用的，D10级分是指由那些较小的粒子构成的级分。在中心区域203处可使用非D10级分的其余级分。作为用于外周区域的粒子，可使用D5-D30(例如D5、D10、D15、D20、D25或D30)的任何级分代替D10级分。不是在外周区域处使用的D级分的其余级分可在中心区域处使用。
使用双峰或多峰填充技术填充的粒子(双峰或多峰粒子分布)还可提供比由唯一尺寸的粒子制成的粒子床大的填充密度。例如，双峰和多峰填充可使用细粒子填入在较大的填充粒子之间的间隙空间，其与通过单独使用任一种构成粒度的可能者相比，可导致更大的填充密度。与在中心区域203处使用的单峰或无峰床对比，在外周区域204处可使用双峰或多峰粒子床，其可在外周区域204处提供相对于层202的中心区域203更大的(更紧密的)填充密度。
外周区域可为所述层的横截面面积的1％-50％，例如1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％。中心区域可为该层的横截面面积的10％-80％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、或80％。
中心区域处的相较于外周区域的平均填充密度可相差至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少40％、至少50％、至少75％、至少100％、至少200％，其中中心区域具有比外周区域低的填充密度。
作为另一选项，不同的粒子结晶度可与湿粒子溶胀性的不同大小(量级，magnitude)呈负相关。例如，在工业上可获得或制备具有不同结晶度的不同磷酸锆粒子源。具有不同结晶度的磷酸锆粒子可在工业上通常从磷酸锆制造商或供给商获得，或者可通过包括化学加工的制备技术制成。对于可具有结晶形态的粒子，结晶度比相同化学组成和尺寸的其它粒子大的该化学组成和尺寸相同的粒子当润湿时无法同样地溶胀。与在中心区域203处使用具有较大结晶度的粒子相比，在外周区域204处可使用具有较低结晶度的粒子，其当填充材料处于湿的操作状态下时在外周区域204处可提供相对于层202的中心区域203的更大的(更紧密的)填充密度。
还可原位形成填充密度比中心区域203大的外周区域204。例如，吸附剂药筒可通过如下制成：形成横跨由吸附剂药筒的连续侧壁限定的腔室延伸的含酶层(例如脲酶层)、和然后在吸附剂药筒内在含酶层之后形成具有填充密度差异的包含固体粒状介质的层(例如磷酸锆层或其它粒子层)，其中在包含固体粒状介质的层中直到在该层的粒子已经沉积在含酶层上之后才形成所述填充密度差异。固体粒状介质可作为起始层沉积在含酶层上，其中所述起始层包括中心区域和与中心区域邻近且位于比中心区域更靠近连续侧壁的外周区域。在该制造阶段时，中心和外周区域可仍然具有相同的填充密度。然后，向装载有所述材料的药筒施加振动力或机械力，其中在中心区域处的粒子接受比施加到外周区域的振动力小的振动或机械力，这导致在中心区域处的粒子的填充密度小于在外周区域处的粒子的填充密度。作为一种选项，可布置超声装置例如一个或多个超声换能器或喇叭(扬声器)以向外周区域处的粒子施加比中心区域的粒子大的振动力，其中外周区域处的粒子比中心区域处的粒子更紧密地填充。一个或多个超声喇叭可布置成与药筒壳体的邻近于安置在药筒内部的填充床粒子层的外部区域的外周接触，其中向所述粒子层的外周区域施加比其更远的中心区域大的振动力。
通过使用用于在层202中提供填充密度差异的这些技术或其它技术的一种或多种，可使中心(内部)区域203的填充密度(Dp1)足够地低于外周(外部)区域204的填充密度(Dp2)以抵消或基本抵消对外部区域204中的流体流动的壁效应，从而减小或消除所述层中的沟流现象。填充密度通常与使用时所述层的各自区域中出现的液压大小成正相关。较高的填充密度与较高的液压关联在一起，且相对较低的填充密度与较低的液压关联在一起。通过在相同层的不同区域处差异性地改变填充密度，可在所述层中提供如下的差异性液压：与在所述层的处于更远离药筒壁且更接近于药筒的中心纵轴的位置的中心区域处的液压相比，在吸附剂药筒中的形成所述层的粒子的填充床的外周区域(例如更接近于药筒壁的区域)处更大。因此，通过药筒的流体流动在外周区域204处可遇到与药筒的中心区域203相比近似或基本近似的流动阻力。通过这种方式，在本文中描述的吸附剂床构造体中，可使得流体流动能够同时且以近似或基本近似的贯穿其的液压和流速通过层202的内部区域203和外部区域204出现。与区别为使用在整个层具有相同的填充密度的磷酸锆层102的类似药筒设计相比，这可减少未利用的(或未充分利用的)材料在药筒的层202的中心区域处的出现，并且减小药筒材料过早用尽的风险。这可改善吸附剂药筒的处理性能和/或效率(例如尿素捕获效率)。
与区别为使用在整个层中具有相同的填充密度的层102的类似药筒设计相比，可减少吸附剂药筒200的层202中任何未利用的材料的量。在包含具有填充密度差异的层的(例如在本文中描述的吸附剂药筒中指出的)粒子床中未利用的材料可被减少到按体积计5％或更少，例如按体积计0-约5％、或按体积计约1％-约5％、或按体积计约1％-约4％、或按体积计约1％-约3％、或其它量，基于所指出的填充床粒子层的体积。
图6显示在图5的吸附剂构造体中层202的中心(内部)区域203处的填充密度Dp1和液压P1以及层202的外周(外部)区域204处的填充密度Dp2和液压P2。外周区域204的外边缘213与药筒壳体的侧壁222的内面225相接。Dp1小于(<)Dp2并且P1小于P2，其程度足以使得在药筒的使用期间流体以与通过外周区域204近似或基本近似的速率(例如偏差在15％以内或在10％以内、或在5％以内)流动通过层202的中心区域203。P2可表示贯穿外周区域204的粒子填充床的全部或基本全部(例如至少99体积％)存在的压力，其容许流体完全流动通过所述层。P1可表示贯穿中心区域203的粒子填充床的全部或基本全部(例如至少99体积％存在的压力，其也容许流体完全流动通过层202的中心区域203。外周区域204具有与中心区域203的环绕其的外边缘217邻近且相接的内边缘226。在图6的布置中，外周区域204的内边缘226完全围绕中心区域203。图6显示作为同心圆布置的外周和中心区域(204、203)。药筒的其它形状可决定这些区域的其它形状。例如，具有在其中装载的互补几何形状的吸附剂床层的正方形(或矩形)横截面形状的药筒可具有在其中形成差异性流动的外周和中心区域，其包括在所述层(未示出)的外周处的外部正方形的材料带(ribbon)内插入的正方形的中心区域。
层202的中心区域203的填充密度Dp1可比外周区域204的填充密度Dp2小至少1％、2％、3％、4％、5％、7.5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或更大，或者1％-40％、2％-35％、3％-30％、4％-25％、或5％-20％，或者由这些值或其它值的任意两个不同值限定的任何其它范围。所述填充密度可测定为固体粒子的质量/由填充材料(粒子和隙间空隙)占据的总体积的比率。填充密度可用单位克/cm3或其它合适的单位表示。填充粒子层(例如202)的中心区域(203)处的液压P1可比该层的外周区域(204)处的液压P2小至少1％、2％、3％、4％、5％、7.5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或更大，或者1％-40％、2％-35％、3％-30％、4％-25％、或5％-20％、或由这些值或其它值的任意两个不同值限定的任何其它范围。液压可以单位毫托、磅/平方英寸、帕斯卡、或其它合适的单位表示。液压可在粒子床层的流体浮现(顶部)表面处测量。吸附剂层的液压的测量可以工业上已知的方式、例如在本申请的吸附剂药筒的进口处使用局部感测器或压力计而实现。层202的中心区域203的空隙分数(空隙率，void fraction)可比外周区域204的空隙分数大至少1％、2％、3％、4％、5％、7.5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或更大，或者1％-40％、2％-35％、3％-30％、4％-25％、或5％-20％、或这些值或其它值的任何其它组合。所述空隙分数是指层中总的粒子间未占据空间对粒子床的总体积的比率。对于一组给定的药筒的操作条件，可安排所述层202中不同区域203和204各自的填充密度Dp1和Dp2，例如其中P2为20个压力单位并且P1为18个压力单位，其中P1比P2小10％(即(20-18/20)x 100)。对于液压、填充密度差异和空隙分数指出的这些值不限于本文中作为示例的磷酸锆层，并且可应用于吸附剂药筒中使用的其它填充床层。层202可为在吸附剂药筒中使用的任何层，例如但不限于磷酸锆、含脲酶层、氧化锆、碳、等。
图7显示来自另一视角的由环状外周区域204环绕的中心区域203，其中指出的较低填充密度Dp1设置在中心区域203处并且较高的填充密度Dp2。
尽管示出图5中具有渐缩形状的侧壁(其具有朝向出口端向内平滑地渐缩的直径)的吸附剂药筒，但是给出的本文中描述的构思也可应用于具有其它形状例如圆柱形、矩形(例如正方形)、六边形或其它形状的药筒。所述形状可为直边的、渐缩的、阶梯式的(stepped)或其它形状。通常可使用任何几何形状。
图8显示标注为组件3000的吸附剂药筒的另一实例中的材料，该吸附剂药筒具有在磷酸锆层(层1)和脲酶层(层2)(但是应认识到，层1和层2可为另外的材料)中各自单独地设置填充密度差异。层302设置有填充密度差异DPX并且层301独立地设置有填充密度差异DPY。可使用对于设置图5中所示实施例的层202的填充密度差异所描述的构思的任意一个或多个设置层302的填充密度差异DPX。层302的外周区域304可设置有比该层的中心区域303大的填充密度。也可使用对于设置图5-7中所示的实例的层202的填充密度差异所描述的构思的任意一个或多个设置层301的填充密度差异DPY。层301的外周区域3040可设置有比该层的中心区域3030大的填充密度。
在一些实例中，药筒的一个或多个层可具有以通过所述层的厚度(Y轴)的某种方式阶梯式地、逐渐地、或渐增地改变的填充密度差异。在该选项中，外周区域和/或中心区域可具有该选项。当外周区域具有该选项时，填充密度从层厚度的底部到该层的顶部增加。当中心区域具有该选项时，填充密度从层厚度的底部到层的顶部减小。填充密度的差异或变化可以垂直厚度的每1％、每5％、每10％、每25％、每50％改变。从层的最底部到层的最顶部的填充密度变化度可为5％-200％，例如10％、15％、20％、25％、50％、75％、100％等。对于一个层的该填充密度差异也可应用于大于一个层，其中各层具有其本身的填充密度差异。除此之外或替代地，该填充差异可应用到两个或更多个层或所有层，而不是应用到一个层，其中一个实例在图9中示出。
作为另外的选项，除了在单独层上设置所指出的填充密度差异之外，层3030的外周区域3040还可设置有比层303的外周区域304大的填充密度值。即，其中吸附剂床层中的液压趋于从吸附剂药筒(例如对于锥形形状的药筒或它的其它形状)的进口至出口连续地增大，可容许且使用在处于比另外的一个或多个叠加层相对更靠近药筒进口的位置的层的外周区域处使用更紧密的填充密度。在这样的构造体中，层302的中心区域303和层301的中心区域3030以及吸附剂药筒中包括的任何其它层可具有相对于彼此近似的填充密度，或者可彼此不同。优选地，填充差异在药筒中的整个所有层中径向且垂直地设置以确保在药筒中的整个所有层上均匀的流量分布。
图9显示标注为组件3001的吸附剂药筒的另一实例中的材料，所述吸附剂药筒具有在包括磷酸锆层和脲酶层的多层上设置的整体填充密度差异。层3100和层3200设置有填充密度差异DPZ。磷酸锆层具有拥有相对于其中心区域3130的填充密度差异DPZ的外周区域3140，且层3200具有拥有相对于其中心区域3230的填充密度差异DPZ的外周区域3240。可使用对于设置图5-7中所示的实例的层202的填充密度差异所描述的构思的任意一个或多个设置层3100和层3200的填充密度差异DPZ。
参考相关的图10、11、12和13，图10显示标注为组件400的吸附剂药筒的实例中的材料，该吸附剂药筒具有根据任意前述实例、例如图5-9中所示的或本申请的其它实施方式在其多个粒子床层401、402和403中设置的填充密度差异。如图10-13中所示，上层403具有中心区域4030和外周区域4031；中层402具有中心区域4020和外周区域4021；并且，下层401具有中心区域4010和外周区域4011。图11、12和13分别显示较高填充密度的区域4031、4021和4011的相较于相应层403、402和401中的较低填充密度的中心区域4030、4020和4010的外径(OD)的相对尺寸。在该实施方式中，上层中较高填充密度区域的OD可比药筒中流向其的下层OD大。作为实例，药筒400的上层403的OD可为10，而中层402的OD可为7且下层401的OD可为5。吸附剂药筒中层的OD可布置成从药筒的下部进口端到其上部出口端阶梯式地、递增地、或逐层地、或者以其它布置方式增加。
图14为标注为药筒500的吸附剂药筒的一个实例中材料的分解图，该吸附剂药筒具有在根据本申请实施例的其多个层中单独地或整体地设置的填充密度差异。药筒500包括活性炭层510、脲酶层520、活性炭层530、磷酸锆层540、氧化锆层550和碳酸氢钠层560。这些层各自形成整个粒子床的独特水平层。药筒中的吸附剂床中可包括另外的、不同的或更少的层。可例如如在图5-13中所指出的实施例或本文中的其它实施例中所示地设置填充密度差异。例如，填充密度可单独地、逐层地设置，例如在图8的实施例中进行的，或者作为可应用于所有层的整体值设置例如在图9的实施例中进行的。如图10中所示的，活性炭层510具有中心区域511和外周区域512，脲酶层520具有中心区域521和外周区域522，活性炭层530具有中心区域531和外周区域532，磷酸锆层540具有中心区域541和外周区域542，氧化锆层550具有中心区域551和外周区域552，并且碳酸氢钠层560具有中心区域561和外周区域562。活性炭层510、脲酶层520、活性炭层530、磷酸锆层540、氧化锆层550和碳酸氢钠层560各自可设置有具有与其外周区域相比不同的粒子填充密度的中心区域。单独层或整体层的填充密度差异可如下设置：使用对于提供填充密度差异所描述的构思的任意一个或多个，例如关于图5-10中所示的实施例所描述的。
本文中描述的填充密度差异的构思不限于药筒层的实例和类型以及本文中实例中所示的其层的方案，并且可应用于吸附剂药筒层的其它层和方案、或者包括在其中的不同类型的粒子层的其它过滤装置。
除了结合填充密度差异例如本文中描述的之外，这里所述的吸附剂药筒还优选地包括高度特异性且设计的材料的层，并且通过采用如下三种化学现象发挥再生功能：(i)吸附，(ii)催化和(iii)离子交换。吸附描绘可移动物种在固体界面或表面处的不动或固定。催化为通过经由反应中的其净消耗率为零的组分降低反应活化能而增大化学反应速率的过程。离子交换为其中粒状固体材料吸附它们对其具有高亲和力的物种并且进而释放其对它的亲和力较低的物种的过程。
按照本文中描述的技术，并且在对层的化学性没有限制的情况下，除了在填充床粒子层的至少一层中设置的填充密度差异之外，还可提供这样的吸附剂药筒：其可包括壳体、第一吸附剂层和第二吸附剂层以及任选的一个或多个其它层。壳体可限定药筒内部，该药筒内部具有体积并且配置成容纳至少两层吸附剂材料。壳体可包括具有配置成允许流体进入到药筒内部中的第一端口的第一端、和第一端远端的(distal)且具有配置成允许流体从药筒内部离开的第二端口的第二端。将认识到，本文中描述的技术不需要依赖于特定的壳体或壳体构造，并且所述壳体作为用于容纳和包含各种吸附剂层以及穿过所述层的流出物的常规方式设置。第一吸附剂层可位于药筒内部中。第一吸附剂层可具有第一几何形状且包含第一吸附剂材料。第二吸附剂层可位于药筒内部中。第二吸附剂层可具有第二几何形状且可包含第二吸附剂材料。第一和第二吸附剂材料可具有等同的化学组成。第一几何形状可在至少一个维度上与第二几何形状不同，或者第一吸附剂材料可在至少一种物理特性与第二吸附剂材料不同、或者两者。
第一和第二几何形状可在一个或多个期望的方面上彼此不同。例如，第一几何形状可在尺寸、形状、或两者方面与第二几何形状不同。第一吸附剂层可在平均高度、平均宽度、平均长度、或其组合上与第二吸附剂层不同。吸附剂药筒可具有第一和第二吸附剂层以其为中心的中心轴，第一吸附剂层和第二吸附剂层在形状上可为圆柱形或锥形的。第一几何形状可在平均高度、平均半径、或两者方面与第二几何形状不同。第一吸附剂层和第二吸附剂层在体积、重量、和/或密度上可不同。
第一吸附剂层和第二吸附剂层可在表面积上可不同。这种表面积的差别可通过任何期望的技术和/或配置实现。例如，第一或第二吸附剂层的体积可大于另一层。替代地或另外地，粒子的尺寸和/或形状在第一和第二吸附剂层之间可不同。粒度的差别可为平均粒度的差别，而不管它是平均的、中值的、或最频的(mode)。因此，第一和第二吸附剂材料可包括粒子，并且第一吸附剂材料的平均粒度不同于第二吸附剂材料的平均粒度。第一和第二吸附剂材料可包括粒子，并且第一和第二吸附剂材料的至少一种可具有在另一层中不存在的粒度。第一和第二吸附剂材料可具有共同的一个或多个粒度，但是仍然在平均粒度上不同。第一和第二吸附剂材料可包括粒子，并且第一和第二吸附剂材料的至少一种可具有在另一层中不存在的粒子形状。第一和第二吸附剂材料可具有共同的一种或多种粒子形状，但是仍然在一种或多种其它的粒子形状方面不同。
第一吸附剂层和第二吸附剂层在以吸收、吸附、或两者为目标的对于至少一种物种的吸附剂容量上可不同。这种吸附剂容量的差别可通过任何期望的技术和/或配置实现。所述差别可与化学性质无关并且反而可为在体积、密度、粒度和/或粒子形状上的一个或多个差别的结果。第一吸附剂层可具有以吸收、吸附或两者为目标的对于至少一种物种的较大的吸附剂容量，其与第二吸附剂层的对于所述至少一种物种的吸附剂容量相比，或者反之亦然。
第一和第二吸附剂层可彼此之间相对地以任何期望的方式安置。例如，第一吸附剂层可与第二吸附剂层邻近。第一和第二吸附剂层可通过一个或多个另外的层彼此分离。第一吸附剂层可接近于第一端并且第二吸附剂层可接近于第二端，或反之亦然。第一吸附剂层可至少部分地围绕第二吸附剂层，或反之亦然。换言之，吸附剂药筒的给定层状横截面体积可包含一个或多个层。这样的层可具有化学组成，并且第一几何形状可在至少一个维度上与第二几何形状不同，第一吸附剂材料可在至少一种物理特性与第二吸附剂材料不同、或者两者。例如，吸附剂药筒可具有由横截面积限定的具有内部区域和外部区域的至少一层，其中外部区域围绕内部区域，并且该层由高度限定。第一和第二吸附剂层可在相对于第一和第二端之间的轴向维度上具有相同的平均高度，并且在平均宽度、平均长度或两者方面不同。第一和第二吸附剂层可为同中心的并且在中心轴周围沿着轴向维度安置，第一吸附剂层具有由从中心轴延伸到第二吸附剂层的第一半径限定的宽度，并且第二吸附剂层具有由第一半径和大于第一半径的第二半径的差值限定的宽度。吸附剂层可具有共同的轴，但是具有非圆形或甚至非曲线的几何形状。例如，几何形状可为直线构成的。圆形或其它曲线的几何层不需要具有共同的轴，并且可相对于吸附剂药筒的特定轴彼此偏移。
关于第一几何形状和第二几何形状之间的差别，这种在尺寸、形状或两者方面的差别可为5％或更大、10％或更大、15％或更大、20％或更大、50％或更大、100％或更大、200％或更大等的差值。例如，在尺寸、形状或两者方面的所述差值可为约5％-约200％。换一种方式，第一吸附剂层和第二吸附剂层在平均高度、平均宽度、平均长度或其任意组合方面的比较可相差所述(这些)百分比。
此外，关于第一吸附剂层与第二吸附剂层在体积、平均密度、粒度(例如平均粒度)和类似参数方面的比较，第一吸附剂层和第二吸附剂层之间的差值可相差如上所述的那些百分比。
吸附剂药筒可包括至少一个另外的吸附剂层，其包含具有不同于第一和第二吸附剂材料的化学组成的化学组成的吸附剂材料。该至少一个另外的吸附剂层可位于第一端和第一吸附剂层之间、第一和第二吸附剂层之间、或第二吸附剂层和第二端之间。第一吸附剂层和第二吸附剂层可通过包括第三吸附剂层的至少一个居间层彼此分离，该第三吸附剂层具有第三几何形状且包括第三吸附剂材料，其中第三吸附剂材料具有与第一和第二吸附剂层的化学组成不等同的化学组成。第一吸附剂层和第二吸附剂层可通过包括第三吸附剂层的至少一个居间层彼此分离，该第三吸附剂层具有第三几何形状且包括第三吸附剂材料。第一、第二和第三吸附剂材料可具有等同的化学组成并且第三几何形状可不同于第一和第二几何形状，和/或第三吸附剂材料可在至少一种物理特性上不同于第一和第二吸附剂材料，和/或第三几何形状可不同于第一几何形状或第二几何形状而且在至少一种物理性质上不同于第一吸附剂材料或第二吸附剂材料。
第一和第二吸附剂材料可具有基本相同或相同的化学组成。第一和第二吸附剂材料可具有等同的化学组成。例如，第一和第二吸附剂材料可均为阳离子交换剂，或者可均为离子交换剂。第一和第二吸附剂材料可包括至少一种阳离子交换剂。第一和第二吸附剂材料可包括相同的阳离子交换剂。可使用任何期望的阳离子交换剂。例如，阳离子交换剂可包括磷酸锆。第一和第二吸附剂层可具有相同的对于一种或更多种类型的阳离子的阳离子交换容量。第一吸附剂层可具有比第二吸附剂层大的对于一种或更多种类型的阳离子的阳离子交换容量，或反之亦然。第一和第二吸附剂材料可包括至少一种阴离子交换剂。第一和第二吸附剂材料可包括相同的阴离子交换剂。可使用任何期望的阴离子交换剂。例如，阴离子交换剂可包含水合氧化锆。第一和第二吸附剂层可具有相同的对于一种或更多种类型的阴离子的阴离子交换容量。第一吸附剂层可具有比第二吸附剂层大的对于一种或更多种类型的阴离子的阴离子交换容量，或反之亦然。
第一和第二吸附剂材料可包括例如以刀豆酱(糊剂，paste)形式的脲酶。这两个不同层中的脲酶可基本相同或相同，并且可得自这样的来源，如刀豆(例如，洋刀豆(Canavalia ensiformis))、酵母和细菌(例如，巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii))。可使用任何脲酶或脲酶的组合。所述两层之间的脲酶在比活度上可不同。脲酶可在生物来源上不同。可从天然来源或重组体中分离出所述脲酶。
第一和第二吸附剂材料可包含活性炭。所述两层中的活性炭可在活化度上不同，和/或两层可包含非活性碳。所述两层中活性炭的类型可基本相同或相同。所述层可具有一种或更多种类型的活性炭，但是在一种或更多种类型的活性炭方面可不同。可使用任何类型或其组合的活性炭。碳可为化学和/或物理活化的。可使用任何期望等级(grade)的活性炭。活性炭的实例包括粉末状活性炭、粒状活性炭、珠状活性炭、挤出的活性炭、浸渍碳、聚合物涂布的碳、或其任意组合。活性炭可在孔隙度、比表面积和/或织构特性方面不同。
本文中描述的实施方式包括具有进口和出口的包括至少的第一层和第二层的吸附剂药筒。第一层和第二层可包含具有基本相同或相同的化学组成的粒状材料。第一层可处于比第二层更靠近进口的位置。第一层中的粒状材料可至少具有在对于至少一种物种的平均粒度、平均表面积、吸附容量、或其任意组合方面比第二层中的粒状材料更大/更高的性质。
下面讨论吸附剂药筒的非限制性实例。这些实施例各自可包括围绕吸附剂层的全部或一部分的壳体。壳体可与吸附剂层的形状完全或部分地相符，或者可与吸附剂层的分布无关。可使用任何期望的技术形成吸附剂层。例如，可使用固体模具或中空框架形成给定的吸附剂药筒的多个水平层(水平片层(slice))和吸附剂层。给定的水平层的吸附剂层可同时或分阶段地形成，例如，对于相继的同中心的或嵌套的(nested)吸附剂层。邻近的吸附剂层可具有锐利的(sharp)、清晰的、模糊的和/或过渡的边界。吸附剂层可具有吸附剂材料的在密度、表面积、组成和/或任何其它期望的特性或特性组合方面的梯度。水平层和/或层的形状、尺寸、次序和/或数量可视期望而变化。吸附剂的层和/或水平层可具有曲线的和/或直线的任何形状或形状的组合，例如，圆锥形、圆柱体、圆锥形平截头体、多边形(规则和/或不规则的)平截头体、圆柱形棱柱体、圆锥形棱柱体、多边形(规则和/或不规则的)棱柱体等。吸附剂药筒的面可为连续的或不连续的、平滑的或阶梯式的、或其组合；一种(形状)的描述被理解为对于另一种是代表性的。正方形实施方式的描述对于菱形、矩形、规则多边形和不规则边形的实施方式等也是代表性的。任意两个或更多个吸附剂层可具有等同的化学组成，但是在几何形状和/或物理特性方面不同。尽管水平层通常是指水平片层，但是其它取向也被本文中描述的技术所涵盖。
作为一种选项，本发明包括对于不包括壳体或侧壁的至少一层的填充密度差异。例如，可制备一层或多层的排列体并且之后将该排列体插入到壳体中。层排列体可以如下方式提供：可在任何时间或刚好在使用之前将其插入到药筒或壳体或其它容纳结构体中。通过临时模具(例如纸、塑料、等)可将层排列体在结构上保持原位。因此，本发明还涉及至少包括第一和第二层的吸附剂床，其中第一和第二层的至少一层包括第一区域、邻近且围绕第一区域的第二区域、第一区域中的具有第一平均填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二平均填充密度的第二固体粒状介质、和第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间的填充密度差异，其中当至少的第一和第二层润湿时第一平均填充密度小于第二平均填充密度。
吸附剂床可包括至少包括第一和第二层的多层层叠体，其中该多层层叠体可插入到吸附剂药筒壳体中。以上关于填充密度、层等的所有选项、细节、讨论在这里同样地适用于本发明的这一方面。
本文中描述的技术可部分地涉及至少包括透析液治疗组分，即碳、脲酶来源、磷酸锆(“ZP”)、氧化锆和碳酸(氢)盐的吸附剂药筒，其中吸附剂药筒的至少一部分结合有一个层、多个层或整个药筒中的例如本文中描述的填充密度差异。
本发明的药筒中的材料层可使用这些优选的材料从进口到出口按以下优选的层排列设置：
活性炭层(进口)–吸附有机物种、其它较低极性的物种，例如来自水源和患者两者的氧化剂和各种重金属络合物。
酶/酶保留层–酶脲酶催化含水尿素的水解(水解分解)而形成碳酸氢盐和铵。用于保留或固定脲酶的材料可为氧化铝(Al2O3)。
活性炭层–发挥和第一碳层相同的功能；另外将吸附来自酶来源的有机物种。
磷酸锆层–通过交换氢和钠离子吸附各种阳离子物种的阳离子交换材料。
氧化锆层–通过交换氯和氢氧根离子吸附各种阴离子物种的阴离子交换材料。
碳酸氢钠层(出口)–在用透析液灌注药筒时溶解从而增大透析液中碳酸氢钠的浓度而无需直接将碳酸氢钠泵送通过药筒的可溶性碳酸氢钠。
在吸附剂透析中，将来自患者的尿素输送到透析机处的透析液中。一旦在透析液中，尿素就被泵送到将其水解为铵和碳酸氢根离子的吸附剂药筒。由于在透析治疗期间碳酸氢盐在透析液中的这种不间断产生，与正常的一次通过透析治疗相比，透析液中碳酸氢盐的初始浓度典型地较低。这种初始的较低浓度防止随着治疗的进行透析液中过多的碳酸氢盐，并且因此预防碱中毒。有传统上(classically)一直将这种低的初始碳酸氢盐范式(模式，paradigm)视为安全的如下两个特征(要素)：(1)由于体系的动力学引起的瞬时低浓度(低碳酸氢盐的透析液对于患者并非连续长期暴露)；和(2)透析液的相对于患者的低体积比，其内在地防止透析液驱动(drive)患者的化学环境。
为了补偿吸附剂透析中透析液的低碳酸氢盐的这种初始时期，传统上一直涉及使用高浓度的由吸附剂药筒给出的乙酸根离子，其输送到患者(梯度驱动)并且在肝脏中转换为碳酸氢盐，因此预防了酸中毒症状。
然而，作为一种选项，在吸附剂药筒中没有乙酸盐。从药筒发出的所有缓冲液为碳酸氢盐形式。代替给出乙酸盐的初始推注(单次快注，bolus)的吸附剂药筒，药筒给出碳酸氢钠的初始推注。
根据本文中描述的技术的药筒设计可初始提供碳酸氢盐以补偿较低碳酸氢盐的时期，并且容许只有碳酸氢盐的(bicarbonate-only)总缓冲液范式。将乙酸盐从药筒中且由此从透析液中消除(排除)：a)简化了总缓冲液的表征，和/或b)消除由于乙酸盐不耐性引起的潜在并发症(高的初始乙酸盐浓度伴随新的高通量/高流速透析)，和/或c)消除由于缺乏对乙酸盐-碳酸氢盐动力学的认知引起的潜在的碱中毒症状。
为了减少乙酸盐、增加或维持碱度、和/或减少可溶性Zr或将其控制在容许极限内，在吸附剂药筒中可使用一连串的层，该吸附剂药筒包括在药筒流出物出口端附近或在该处的具有碱性pH的水合碱性氧化物-氯化物的水合氧化锆层和碳酸(氢)盐层。
本文中描述的吸附剂药筒可包括作为具有碱性pH的水合锆氧化物-氯化物(水合氯氧化锆)(HZO·Cl)的水合氧化锆层。HZO·Cl的化学式可如以上背景技术中的。为了消除乙酸盐、增加或维持碱度、和/或减小可溶性锆或将其控制在容许极限内，可在药筒设计中提供HZO-Cl。该HZO-Cl层可在没有碳酸锆钠的情况下使用。HZO-Cl的碱性pH可减少输注的氯化物或至少将其控制到可容许的水平，并且可减少可溶性Zr从药筒的排出。增大碱性pH可提供输注的氯化物、可溶性Zr、或两者的更大的减少。碱性pH的HZO-Cl层可与在水合氧化锆层之后的碳酸(氢)盐层结合使用。药筒的流出物端处的碳酸(氢)盐层可包括碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、或两者。
水合锆氧化物-氯化物可具有大于约8、或大于约9、或约9.5-约10.5、或约10、或其它碱性值的pH。HZO-Cl的pH通常随着HZO-Cl中氯化物的相对比例变小而增大。以每g HZO-Cl的mg计的氯化物含量可为例如约25mg/g-约10mg/g、或提供碱性pH的任意量。
特别地与常规药筒相比，使用本文中描述的药筒设计，可实现一种或更多种另外的(进一步的)优点、改进和/或性质。例如，可消除吸附剂药筒中的乙酸盐含量。换言之，对于任何层和整个吸附剂药筒，吸附剂药筒中的乙酸盐含量可为0wt％或约0wt％。另外，吸附剂药筒具有减少未利用的材料且以高的透析液流速操作的能力，和/或具有通过高通量的透析机操作的能力并且因此具有较短的治疗时间(例如大约四小时+/-30分钟)。例如，透析液流速可为约300-约500ml/分钟，其中与在其一个或更多个粒子床层中缺少填充密度差异的类似的吸附剂药筒相比，未利用的材料减少。在使用较快的透析溶液流速的情况下，这提高了尿素从血液扩散到透析液的效率。更进一步地，本文中描述的技术具有将TOC(总的有机碳)释放减少到可接受的水平的能力。
本发明的药筒设计的在用于使废透析液再生或纯化之前的层的次序和组成可为例如于下(例如从药筒中的顶部(流出口或出口)到底部(入口-进口))：
a)包含、基本上组成为、组成为、或包括碳酸氢钠(例如20g-约30g)的一个或多个层，
b)包含、基本上组成为、组成为、或包括水合锆氧化物-氢氧化物和/或水合锆氧化物-氯化物(例如150g-约250g)的一个或多个层，
c)包含、基本上组成为、组成为、或包括例如具有约50mg-约56mg Na/g磷酸锆的钠装载量的磷酸锆(例如650g-约1800g)的一个或多个层(磷酸锆可具有如以上背景技术中所述的化学式)，
d)包含、基本上组成为、组成为、或包括碳层或垫(例如约50g-约500g碳)的一个或多个层，
e)任选地，包含、基本上组成为、组成为、或包括氧化铝或其它类似材料(例如约100g-约500g)的一个或多个层，
f)一个或多个含酶层，例如包含、基本上组成为、组成为、或包括脲酶例如刀豆粉(餐，meal)与或不与氧化铝的共混物(例如约100g-约400g，包括约5克-约50克刀豆粉)的层，和
g)包含、基本上组成为、组成为、或包括碳层或垫(例如约50g-约500g碳)的一个或多个层。组件a)-g)的这些量作为实例提供，并且可使用这些材料的其它量。
本文中描述的药筒设计的在用于使废透析液再生或纯化之后(或者在使用的几分钟之后)的层的次序和组成可为例如于下(例如从药筒中的顶部(流出口或出口)到底部(入口-进口))：
a)包含、基本上组成为、组成为、或包括水合锆氧化物-氢氧化物和/或水合锆氧化物-氯化物(例如150g-约250g)的一个或多个层，
b)包含、基本上组成为、组成为、或包括例如具有约50mg-约56mg Na/g磷酸锆的钠装载量的磷酸锆(例如650g-约1800g)的一个或多个层，
c)包含、基本上组成为、组成为、或包括碳层或垫(例如约50g-约500g碳)的一个或多个层，
d)任选地，包含、基本上组成为、组成为、或包括氧化铝或其它类似材料(例如约100g-约500g)的一个或多个层，
e)一个或多个含酶层，例如包含、基本上组成为、组成为、或包括脲酶、例如刀豆粉与或不与氧化铝的共混物(例如约100g-约400g，包括约5克-约50克刀豆粉)的层，和
f)包含、基本上组成为、组成为、或包括碳层或垫(例如约50g-约500g碳)的一个或多个层。组件a)-g)的这些量作为实例提供，并且可使用这些材料的其它量。
如早先指出的，碳酸(氢)盐层在使废弃的或用过的透析液流体穿过药筒之后将溶解在透析液流体中，并且作为层从药筒消失或基本消失。
参考图15，除了包括具有填充密度差异的至少一种粒子床层、例如本文中描述的之外，吸附剂药筒还可包括第一含碳层、在吸附剂药筒内在第一含碳层之后的包括刀豆粉的含酶层(“D10”)、任选的氧化铝层、在吸附剂药筒内在含酶层和氧化铝层之后的第二含碳层、含磷酸锆层、在含磷酸锆层之后的包括具有碱性pH的水合锆氧化物-氯化物的水合氧化锆层、和在水合氧化锆层之后的碳酸(氢)钠层。
在图15的吸附剂药筒的实例中，可以约20g-约30g、或约22g-约28g、或约24g-约26g、或约25g的量或其它量使用碳酸(氢)钠。可以约50g-约300g、或约75g-约200g、或约100g的量或其它量使用具有碱性pH的水合锆氧化物-氯化物。可以约650g-约1800g、或约800g-约1600g、或约900g-约1300g的量、或其它量使用磷酸锆层。该实例中的磷酸锆可具有大于55mg/g Na/g磷酸锆、或约56mg-约58mg Na/g ZP、或约57mg Na/g ZP、或其它值的钠装载量。可以约50g-约500g的碳或其它量的量使用碳层或垫，可以约100g-约500g的量或其它量使用氧化铝或其它类似材料，可以包括约5克-约50克刀豆粉的约100g-约400g的量或其它量使用刀豆粉/氧化铝共混物，并且可以约50g-约500g碳的量或其它量使用底部碳层或垫。任何有效量的上述材料可存在于药筒中。这些量(或本文中所述的任何量)可相对于如下药筒，其具有以下尺寸：2英寸-3英寸的直径乘以5英寸-10英寸的长度，或者具有以下尺寸：4英寸-6英寸的直径乘以6英寸-12英寸的长度。然而，应理解，这些量提供各层的相对于相互(彼此)层的重量比以允许在任意尺寸的药筒中的调整。
吸附剂药筒可包括磷酸锆，例如(如作为层)具有增大的钠装载量。为了消除乙酸盐、增大或维持碱度、和/或减少可溶性锆或将其控制在容许极限内，在药筒设计中可设置HZO-Cl。该HZO-Cl层可在不与SZC和玻璃珠结合的情况下使用。可使HZO-Cl的氯化物含量成比例地减小至足以提供碱性pH的HZO-Cl。水合锆氧化物-氯化物可具有大于约8、或大于约9、或约9.5-约10.5、或约10、或其它碱性值的pH。HZO-Cl的pH通常随着HZO-Cl中氯化物的相对比例变小而增大。HZO-Cl的以mg/g计的氯化物含量可为例如约25mg/g-约10mg/g或者提供碱性pH的任何量。通过磷酸锆层中增大的钠装载量可使碱度稍有提高。增大碱性pH可提供在输注的氯化物、可溶性Zr、或两者方面更大的减少。碱性pH的HZO-Cl层可与碳酸(氢)盐层组合使用，该碳酸(氢)盐层在药筒的流出物端在包含碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、或两者的水合氧化锆层之后。
所述碳可为压缩成活性炭滤垫的活性炭粒子。所述碳可为形成为粒子层的活性炭粒子，该粒子层可保持在吸附剂药筒内与碳层的相反侧相接的邻近层的位置处。可使用滤纸、扩散器垫和分离器环(垫)，其可具有对于所述类型的吸附剂药筒组件常规的设计和结构，例如美国专利申请公布No.2002/0112609和2012/0234762中描述的那些，所述美国专利申请公布通过引用以其整体并入本文中。吸附剂药筒中包括的各种层通常对于透析液是可渗透的，使得透析液可连续地流过药筒内的在其进口和出口之间的一连串不同的层。
任何有效量的上述材料可存在于本文中描述的药筒中。例如，相对于作为脲酶来源的固定化刀豆粉的总重量，可以约100克-约400克、或约150克-约300克、或约200克-约250克的量或其它量使用固定化刀豆粉。如所指出的，刀豆粉可通过与填料等例如氧化铝共混而固定化。刀豆粉可为市售的，例如来自诸如Sigma-Aldrich的来源。刀豆粉可以所指出的固定化形式或以本身以约5克-约100克、或约8克-约50克、或约10克-约30克的量或其它量使用。通常，脲酶来源例如刀豆粉可以约22,000IU或更少至约55,000IU或更多、或约28,000IU至约42,000IU的量存在。刀豆粉的粒度可为任何有效的尺寸，例如约40筛目或更小(或小于约0.4mm)。固定化刀豆粉的余下部分可为唯一的氧化铝或氧化铝和另外材料的组合。氧化铝可为市售的，例如来自如Alcoa的来源。氧化铝可具有化学式Al2O3。氧化铝的粒度可为约20微米-约120微米、或约20微米-约40微米。碳层中的碳可为任意量的活性炭并且可在各碳层中例如以约50克-约500克、或约100克-约400克、或约150克-约300克、或约200克-约250克、或约225克-约275克的量或其它量存在。如所指出的，所述碳可为活性炭，例如活性粒状碳。活性炭是市售的，例如来自如Calgon的来源。活性炭可具有例如0.4-约1.2mm(或12-50筛目)、或其它值的粒度。任选的氧化铝支持层可以约100克-约500克、或约200克-约400克、或约225克-约300克或其它值的量存在。支持层中氧化铝的粒度可与以上对于固定化刀豆粉层所指出的粒度相同。
如所指出的，本文中描述的吸附剂药筒可为并且优选为不含乙酸盐的或基本上不含乙酸盐的。例如，药筒可包含基于锆材料和总乙酸盐的总重量的小于约3wt％的总乙酸盐、或基于锆材料和总乙酸盐的总重量的小于约1wt％的总乙酸盐、或基于锆材料和总乙酸盐的总重量的小于约0.5wt％的总乙酸盐、或基于锆材料和总乙酸盐的总重量的小于约0.1wt％的总乙酸盐、或基于锆材料和总乙酸盐的总重量的0-约3wt％的总乙酸盐、或基于锆材料和总乙酸盐的总重量的0-约2wt％的总乙酸盐、或基于锆材料和总乙酸盐的总重量的0-约1wt％的总乙酸盐、或基于锆材料和总乙酸盐的总重量的0-约0.5wt％的总乙酸盐、或这些值内的其它范围。这些量的锆是指药筒中所有来源的锆，并且它们也可适用于药筒中含锆材料的任何单独层。
药筒的水合氧化锆(HZO)组分可具有化学式Zr(OH)4.nH2O。如所指出的，本文中描述的药筒设计可允许该材料以不含乙酸盐的形式或基本不含乙酸盐的形式使用。可例如通过按照例如美国专利申请公布No.US 2010/0078387A1和US 2006/0140840 A1中公开的方法制备不含乙酸盐的水合氧化锆(HZO)，所述美国专利申请公布通过引用以其整体并入本文中。
磷酸锆对于氨、Ca2+、Mg2+、K+和有毒重金属可具有吸附能力。作为一种选项，磷酸锆的吸附容量可大约为约20mg NH4-N/gm ZrP至约45mg或更大的NH4-N/gm ZrP，并且可为至少约30mg NH4-N/gm ZrP；约2mEq Ca2+/gm ZrP至约7mEq Ca2+/gm ZrP，并且可为至少约3mEqCa2+/gm ZrP；约1mEq Mg2+/gm ZrP至约5mEq Mg2+/gm ZrP，并且可为至少约2mEq Mg2+/gmZrP；和对于重金属(HM)，约3mEq HM/gm ZrP至约9mEq HM/gm ZrP，并且可为至少约6mEqHM/gm ZrP。此外，磷酸锆可具有约1.6mEq Na+/gm ZrP至约2.7mEq Na+/gm ZrP的Na+含量，并且可为约2.2mEq Na+/gm，和约5.5-约6的pH。在药筒设计方案中，可包括具有相对于彼此不同的钠含量的不同磷酸锆层。在认识到在本文中描述的吸附剂药筒可使用减少的钠装载量的情况下，可使用其它pH并且可使用不同的Na+含量。而且，磷酸锆对于所述材料可具有最小的可浸出PO4 3-，并且其可小于约0.05mg PO4 3-/gm ZrP。可使用其它量。另外，磷酸锆可具有约30-约40微米的平均颗粒尺寸并且不具有残留的硫酸盐或氯化物(例如小于0.01％)。可使用其它量。此外，磷酸锆可符合关于可提取的有毒杂质的ANSI/AAMI RD-5-1992标准并且当在水中时具有约6-约7的pH。磷酸锆和其制造方法的进一步细节，例如描述在所述的美国专利No.6,627,164 B2中，其通过引用以其整体并入本文中。
磷酸锆可以任意量使用，条件是受到将磷酸锆装载或安放于其中的药筒的尺寸的实践约束的限制。作为一种选项，磷酸锆的量为足以至少部分地(即使不是基本上或完全地)除去废流体中存在的所有氨，同时提供此具有减少的钠装载量的性能，例如与所指出的现有药筒设计相比。
药筒可包括碳酸氢盐层、钠装载量比第一层高的第二磷酸锆、和在药筒的流出物出口端附近的水合锆氧化物-氢氧化物。可以约20g-约30g、或约22g-约28g、或约24g-约26g的量或者其它量使用碳酸氢钠。可以约100g-约600g、或约400g-约600g、或约450g-约550g的量或者其它量使用第二磷酸锆层。第二磷酸锆层可具有约64mg/g ZP至约70mg/g ZP、或约65mg/g ZP至约69mg/g ZP、或约66mg/g ZP至约68mg/g ZP、或其它值的钠装载量。可以约150g-约250g、或约175g-约225g、或约190g-约200g的量或者其它量使用水合锆氧化物-氢氧化物。可以约650g-约1600g、或约800g-约1500g、或约900g-约1300g的量或者其它量使用第一磷酸锆层。第一磷酸锆层可具有约50mg/g ZP至约56mg/g ZP、或约51mg/g ZP至约55mg/g ZP、或约52mg/g ZP至约54mg/g ZP或其它值的钠装载量。
吸附剂药筒中还可存在的其它材料包括但不限于氧化铝、氧化铝负载的脲酶、粒状活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土、直接尿素(direct urea)吸附剂和其它常规的吸附剂、填料、玻璃珠等。在以下专利和公布以及以下文章中描述的材料、量和其它任选的组件和/或透析系统也可在本申请中使用并且通过引用以其整体并入本文中而且形成本申请的一部分：De.282,578；3,669,878；3,669,880；3,697,410；3,697,418；3,703,959；3,850,835；3,989,622；3,989,625；4,025,608；4,213,859；4,256,718；4,360,507；4,460,555；4,484,599；4,495,129；4,558,996；7,033,498B2，Cobe Renal Care,Inc.的“SorbentDialysis Primer,”产品序号306100-006，第4版，第1-51页，日期为1993年9月，和“Guideto Custom Dialysis,”产品序号306100-005，修订本E，第1-54页，日期为1993年9月。
可使用组合所有上述材料的单个药筒。在另一实例中，可使用一连串的药筒，其中上述材料的组合可存在于一个或更多个药筒中。例如，脲酶、氧化铝和将这两层夹在中间的分开的碳层可设置在第一药筒中，并且其余层可放置在第二药筒等中。任选地，按所述顺序的这些各个所指出的层可分到三个不同的药筒或更多个上。如所指出的，所有材料可设置在单个药筒中并且可在单个药筒中作为截然不同的层排列。作为选项，药筒层可由至少约50重量％、或至少75重量％、或至少约80重量％、或至少约90重量％、或至少约95重量％、或最少约99重量％、或最高100重量％、或者约50％-约100％重量、或约75％-约100％重量、或约90％-约100％重量、或约95％-约100％重量、或约99％-约100％重量的唯一材料或对于在所述层中使用的所指出的材料构成。
作为一种选项，除了可用于在含酶层的每侧上设置一个或两个所指出的碳层的任何碳滤垫之外，一个或更多个滤垫可位于整个吸附剂药筒中以确保在操作期间维持层的完整性。所述滤垫可由任何类型的材料例如标准滤纸或纤维素垫等制成并且典型地为药筒的直径或长度-宽度以将一层与另一层完全分离。可使用将用过的透析液在整个吸附剂药筒的全部宽度或直径上均匀扩散的流量扩散器。流量扩散器可具有由塑料或其它合适材料制成的径向扩展通道的设计。流量扩散器典型地位于吸附剂药筒中使用的任选的滤垫或材料的任一种之前并且邻近于吸附剂药筒的进口(或进口的部分)。还可在吸附剂药筒中使用阻挡层。如果存在，则阻挡层可位于固定化酶层和氧化铝层之间。阻挡层的实例包括滤纸等。
吸附剂药筒的多个整体形状包括但不限于，圆柱形形状、矩形形状、例如图1中所示的金字塔形-圆柱形(阶梯式)形状等。所述形状可为直边的或渐缩的等。通常可使用任何几何形状。作为一种选项，PD药筒具有以下尺度：2英寸-3英寸的直径乘以5英寸-10英寸的长度。HD药筒可具有以下尺度：4英寸-6英寸的直径乘以6英寸-12英寸的长度。取决于纯化物、纯化量、操作系统等的需要，可使用其它尺度。药筒设计的实例还在美国专利No.6,878,283中展示，该专利通过引用以其整体并入本文中。药筒的实例还描述于本文中给出的专利和/或公布的一个或多个中。
在制备刀豆粉中，可用液体有机溶剂提取刀豆粉，并且然后使所述溶剂蒸发以与挥发物一起除去有机杂质，且在未蒸发的刀豆粉残留物中留下未反应的活性脲酶。提取溶剂可为例如C1-C4低级烷基醇例如乙醇、甲醇、(异)丙醇和(异)丁醇，或其它液体有机溶剂。可将刀豆粉溶解在例如乙醇中，并且然后可使所述乙醇蒸发以与挥发的级分一起除去有机杂质，且留下包含脲酶和多种较高分子量的脂肪酸衍生物的有机的油状残留物。通过施加足以增大挥发而不使脲酶变性的热量可促进蒸发。可在不使脲酶变性的任何温度下干燥残留物并且，所得的干燥的残留物可在吸附剂药筒例如本文中所述的设计中作为纯化的刀豆粉源和残留在其中的脲酶使用。
作为根据本文中描述的技术可使用的刀豆粉的另一种预处理，脲酶可通过提取工艺从刀豆粉提取，并且然后可在装入到吸附剂药筒中之前将脲酶分离和冻干。从刀豆粉提取脲酶的方法可根据该方面中的已知方法适应性改变，并且脲酶提取物可冻干且在吸附剂药筒中使用。例如，脲酶可通过包括溶剂提取、热处理、酸沉淀和冻干的步骤从刀豆粉中提取。可使提取工艺重复地进行以提高脲酶提取产物的纯度。为了提取脲酶，例如，可将刀豆粉与丙酮混合并且将其在约室温下搅拌一分钟或更长。将所得的材料加热以除去混浊(cloudy)材料，并且通过用酸调节溶液的pH可使脲酶在残留的上清液中沉淀。可将酸沉淀的脲酶中和到合适的pH，并且然后在于吸附剂药筒中使用之前将其冻干。
如本文中描述的药筒可在多种分离系统中使用并且可在透析液(例如HD)或PD溶液的再生或纯化中使用。在较不复杂的设计中，可将废弃的或用过的透析液或PD溶液简单地通过一个或更多个药筒以使废流体纯化或再生。这样的系统在装置上可为简单的(易做到的，straightforward)，并且可仅涉及使用柱型装置，其中废流体自上而下通过，其中重力容许废流体经过药筒，或者废流体可在容许在任何方向上引入废流体的压力下通过药筒。在更具体的系统中，即，图16中阐明且用数字600标注的系统，可改造成使用专门对于血液透析使用的所示吸附剂药筒；其是可作为密闭系统或替代地为一次通过透析系统的形式(未示出)。这样的系统容许在透析治疗期间在患者中连续地再利用再生的透析液。对于一次通过系统(未示出)，作为替代方案，代替将用过的透析液排放到地面排水管(排污地漏)，可在容器中简单地收集用过的透析液，然后可通过使废透析液通过如上所述的一个或更多个药筒而使该用过的透析液再生或纯化。
对于腹膜透析，有若干种选项。第一，和血液透析一样，为了除去废产物，可将废弃的腹膜透析溶液直接通过一个或更多个药筒以纯化或再生该用过的腹膜透析溶液。替代地，首先可将用过或废弃的腹膜透析溶液以与血液透析期间的血液相同的方式通过透析机，其中透析液从腹膜透析溶液除去废弃产物等并且然后通过将用过或废弃的透析液通过所述药筒可使透析液再生或纯化。可使用任一系统。使用密闭的PD系统可降低腹膜炎的风险，因为在一个实施方式中避免了使用常规系统的在腹膜腔中导尿管和一连串的透析溶液容器之间必须进行的频繁接通。
参考图16，675是指作为本申请药筒的药筒。649是指用于操作透析系统的电源。651表示加热器，653表示流量计，655表示电导率计，657表温度计，且659表示UF控制单元。这些部件是吸附剂透析系统中的常规部件并且对于本领域技术人员是已知的，而且可用在实现本文中描述的技术中。661为用于泵送待与最终进入贮液器677(其可为六升贮液器)的再生的透析液混合的新鲜的浓缩液679的输注液泵。663表示血液检漏器，并且665表示作为透析系统中的常规部件且可在这里使用的UF计。组件667表示透析机。如所指出的，透析机为本领域技术人员所知晓并且典型地为包含膜的系统或组件以使废弃产物通过所述膜去往(到达)透析液流体。类似地，669表示离开透析机的用过的透析液，并且671表示进入透析机667的新鲜透析液。组件673为将用过的透析液从透析机泵送到作为本申请药筒的药筒675中的泵。
例如，可使本文中描述的吸附剂药筒在多小时的透析治疗例如高至约4小时的透析治疗或高至约8小时的透析治疗中使用。例如，可典型地制造8小时药筒用于家庭用途，并且可典型地制造4小时药筒用于医疗或透析中心中的透析治疗。本文中描述的药筒通常可与如上描述的任意类型的透析系统一起使用。通过药筒的流量典型地为任何常规流量。例如，约50ml/分钟或更少至500ml/分钟或更大的流量的透析液可流过药筒并且可在本文中描述的系统中使用。取决于药筒的尺寸和操作系统可使用其它流量。
在以上和以下专利中描述的透析系统或其组件可在本申请中使用，并且这些系统可结合本文中描述的材料和/或药筒：美国专利No.7,033,498 B2；8,663,463；8,597,505；8,580,112；8,500,994；8,366,921；8,343,346；8,475,399；和8,012,118；以及2015年3月13日递交的美国专利公布No.14/656,729。所有的这些专利和专利申请通过引用以其整体并入本文中并且形成本申请的一部分。
本文中描述的材料和特别地本文中描述的药筒有很多用途，例如如上提到的透析液的再生。此外，所述药筒还可在如下的任何分离过程中使用：其需要从流体或可通过本发明材料的其它介质除去杂质或废弃产物。而且，本文中描述的技术对于治疗用药过量的患者或需要除去人的血流中的不期望或危险的污染物的其它患者可为有用的。
因此，本文中描述的技术提供容许透析液型的流体和其它流体再生的有用实施方式。
本文中描述的技术可用于提供固定的吸附剂透析系统或便携式的吸附剂透析系统。所述吸附剂透析系统可包括吸附剂血液透析机、可佩戴的人造肾、吸附剂腹膜透析机和其它吸附剂透析系统。
本文中描述的技术包括以任意次序和/或以任意组合的以下方面/实施方式/特征：
1.吸附剂药筒，其包括：
在第一端壁和第二端壁之间延伸的连续侧壁，其限定腔室；
至少的第一和第二层，其中所述至少的第一和第二层横跨连续侧壁内的腔室延伸，其中第一和第二层的至少一层包括第一区域、与第一区域邻近且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域，第一区域中的具有第一平均填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二平均填充密度的第二固体粒状介质、和第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间的填充密度差异，其中第一平均填充密度小于第二平均填充密度(例如当至少的第一和第二层润湿、例如均匀润湿时)。
2.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第一区域为由第二区域围绕的中心区域。
3.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第二区域包括围绕腔室延伸的且与连续侧壁相接的径向外围边缘和与第一区域的径向外侧相接的径向内周边缘。
4.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中以克/cm3计的第一填充密度比以克/cm3计的第二填充密度小至少5％。
5.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第一区域具有第一空隙分数并且第二区域具有第二空隙分数，其中第一空隙分数比第二空隙分数大至少5％。
6.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第一固体粒状介质包括第一分数的固体粒子供给并且第二固体粒状介质包括第二分数的固体粒子供给，其中第二区域中固体粒子按数量计的90％-92％比第一区域中的固体粒子细，并且第一区域中固体粒子的8％-10％比第二区域中的固体粒子细。
7.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第一固体粒状介质包括第一筛分截取部分的固体粒子供给，其中第一筛分截取部分具有第一粒度范围；和第二固体粒状介质包括第二筛分截取部分的固体粒子供给，其中第二筛分截取部分具有第二粒度范围，其中第一粒度范围包括比第二粒度范围的所有粒度大的至少一个粒度。
8.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第二固体粒状介质布置成包含多峰粒子填充的粒子床。
9.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第一固体粒状介质布置成包括单峰粒子填充的粒子床。
10.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第一区域中的第一固体粒状介质具有第一结晶度并且第二区域中的第二固体粒状介质具有第二结晶度，其中第一结晶度大于第二结晶度，这导致当至少的第一和第二层润湿时第二区域中的填充密度比第一区域的大。
11.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中所述两层的至少一层的固体粒状介质的填充密度在从所述两层的至少一层的几何中心到外周边缘的径向方向上以单调(连续)增加或阶梯增加的方式增大。
12.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其还包括进口和出口，其中第一和第二层顺序地布置成第一层位于比第二层更靠近进口处，其中第一层具有第一中心区域和围绕第一中心区域的第一周界区域，且第二层具有第二中心区域和围绕第二中心区域的第二周界区域，其中第一层的第一周界区域包括具有第一周界区域填充密度的固体粒状介质并且第二层的第二周界区域包括具有小于第一周界区域填充密度的第二周界区域填充密度的固体粒状介质。
13.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中所述第一和第二层的至少一层包含在第一区域和第二区域中的具有相同或基本相同的化学组成的粒状材料。
14.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中所述第一和第二层的至少一层包含磷酸锆。
15.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中第一和第二层两者包括固体粒状介质。
16.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，其中连续侧壁具有渐缩的形状。
17.本发明涉及包括至少的第一和第二层的吸附剂床，其中第一和第二层的至少一层包括第一区域、邻近且围绕第一区域的第二区域、第一区域中的具有第一平均填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二平均填充密度的第二固体粒状介质、和第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间的填充密度差异，其中第一平均填充密度小于第二平均填充密度(例如当至少的第一和第二层润湿时)。
18.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂床，其包括包含至少的第一和第二层的多层层叠体，其中所述多层层叠体可插入到吸附剂药筒壳体中。
19.本发明涉及用于使废透析液再生或纯化的方法，其包括使废透析液通过任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒。
20.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的方法，其中在所述第一和第二层的至少一层中未利用的固体粒状介质按体积计为1％-5％，基于其中的固体粒状介质的总体积。
21.本发明涉及用于使废透析液再生或纯化的透析系统，其包括任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒。
22.本发明涉及吸附剂药筒，其包括：
a)在包括进口的第一端壁和包括出口的第二端壁之间延伸的连续侧壁，其限定腔室；
b)含酶层；
c)在吸附剂药筒内的在含酶层之后的含磷酸锆层，其中含磷酸锆层包括第一区域、邻近第一区域且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域、第一区域中的具有第一填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二填充密度的第二固体粒状介质、和第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间的填充密度差异，其中第一填充密度小于第二填充密度(例如当至少的第一和第二固体粒状介质润湿时)。
23.任何在先或以下的实施方式/特征/方面的吸附剂药筒，进一步地其从进口到出口包括：
a)在含酶层之前的第一含碳层；
b)在吸附剂药筒内的在第一含碳层之后的含酶层；
c)在吸附剂药筒内的在含酶层之后的第二含碳层；
d)在吸附剂药筒内的在第二含碳层之后的含磷酸锆层；
e)在含磷酸锆层之后的包含具有碱性pH的水合锆氧化物-氯化物的水合氧化锆层；和
f)在水合氧化锆层之后的包含碳酸(氢)钠的碳酸(氢)盐层。
24.本发明涉及制造吸附剂药筒的方法，其包括：
a)形成横跨由吸附剂药筒的连续侧壁限定的腔室延伸的含酶层；
b)形成在吸附剂药筒内的在含酶层之后的具有填充密度差异的包含固体粒状介质的层，其包括
i)在含酶层上沉积固体粒状介质作为起始层，其中起始层包括第一区域、和邻近第一区域且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域，
ii)向第一区域施加第一振动或机械力，该第一振动或机械力比施加到第二区域的第二振动或机械力小，这导致在第一区域中的具有第一填充密度的第一固体粒状介质和在第二区域中的具有第二填充密度的第二固体粒状介质，其中第一填充密度小于第二填充密度
本发明可包括在句子和/或段落中所阐述的上述和/或下列这些各方面、特征、或实施方式的任何组合。本文中公开的特征的任意组合被认为是本发明的部分，并且对于可组合的特征不意图进行限制。
申请人特别地将所有引用文献的全部内容并入在本公开内容中。此外，当量、浓度、或其它值或参数以范围、优选范围、或较高优选值和较低优选值的列表给出时，这将被理解为特别地公开由任何较高范围的极限值或优选值和任何较低范围的极限值或优选值形成的所有范围，不论该范围是否被单独公开。当本文中描述数值范围时，除非另有说明，所述范围旨在包含其端点，和该范围内所有整数和分数。不打算将本发明的范围限制到当限定范围时描述的具体值。
对本领域技术人员而言明显的是，可对本发明的实施方式进行各种改进和变化，而不背离本发明的精神或范围。因此，这意指本发明包含本发明的改进和变化，假设(只要)它们在所附的权利要求及其等价形式的范围内。

Claims (23)

1.用于净化透析溶液的吸附剂药筒，其包括：
在第一端壁和第二端壁之间延伸的连续侧壁，其限定腔室；
至少的第一和第二层，其中所述至少的第一和第二层横跨所述连续侧壁内的腔室延伸，其中第一和第二层的至少一层包括第一区域、与第一区域邻近且位于比第一区域更靠近所述连续侧壁的第二区域、第一区域中的具有第一平均填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二平均填充密度的第二固体粒状介质，其中第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间存在填充密度差异，其中当至少的第一和第二层润湿时第一平均填充密度小于第二平均填充密度，其中第一和第二层的至少一层包含在第一区域和第二区域中的具有相同的化学组成的粒状材料。
2.权利要求1的吸附剂药筒，其中第一区域为被第二区域围绕的中心区域。
3.权利要求1的吸附剂药筒，其中第二区域包括围绕所述腔室延伸且与所述连续侧壁相接的径向外周边缘、和与第一区域的径向外侧相接的径向内周边缘。
4.权利要求1的吸附剂药筒，其中以克/cm3计的第一填充密度比以克/cm3计的第二填充密度小至少5％。
5.权利要求1的吸附剂药筒，其中第一区域具有第一空隙分数且第二区域具有第二空隙分数，其中第一空隙分数比第二空隙分数大至少5％。
6.权利要求1的吸附剂药筒，其中第一固体粒状介质包括第一分数的固体粒子供给并且第二固体粒状介质包括第二分数的固体粒子供给，其中第二区域中固体粒子的按数量计的90％-92％比第一区域中的固体粒子细并且第一区域中固体粒子的8％-10％比第二区域中的固体粒子细。
7.权利要求1的吸附剂药筒，其中第一固体粒状介质包括第一筛分截取部分的固体粒子供给，其中所述第一筛分截取部分具有第一粒度范围，并且第二固体粒状介质包括第二筛分截取部分的固体粒子供给，其中所述第二筛分截取部分具有第二粒度范围，其中所述第一粒度范围包括比所述第二粒度范围的所有粒度大的至少一个粒度。
8.权利要求1的吸附剂药筒，其中将第二固体粒状介质布置成包括多峰粒子填充的粒子床。
9.权利要求1的吸附剂药筒，其中将第一固体粒状介质布置成包括单峰粒子填充的粒子床。
10.权利要求1的吸附剂药筒，其中第一区域中的第一固体粒状介质具有第一结晶度并且第二区域中的第二固体粒状介质具有第二结晶度，其中第一结晶度大于第二结晶度，这导致当至少的第一和第二层润湿时第二区域中的填充密度比第一区域的大。
11.权利要求1的吸附剂药筒，其中所述第一和第二层的至少一层的固体粒状介质的填充密度在从所述第一和第二层的至少一层的几何中心到外周边缘的径向方向上增加。
12.权利要求1的吸附剂药筒，其还包括进口和出口，其中第一和第二层顺序地布置成第一层位于比第二层更靠近进口处，其中第一层具有第一中心区域和围绕第一中心区域的第一周界区域、并且第二层具有第二中心区域和围绕第二中心区域的第二周界区域，其中第一层的第一周界区域包括具有第一周界区域填充密度的固体粒状介质、并且第二层的第二周界区域包括具有小于第一周界区域填充密度的第二周界区域填充密度的固体粒状介质。
13.权利要求1的吸附剂药筒，其中第一和第二层的至少一层包含磷酸锆。
14.权利要求1的吸附剂药筒，其中第一和第二层两者均包括固体粒状介质。
15.权利要求1的吸附剂药筒，其中连续侧壁具有渐缩的形状。
16.用于净化透析溶液的吸附剂床，其包括至少的第一和第二层，其中第一和第二层的至少一层包括第一区域、邻近且围绕第一区域的第二区域、第一区域中的具有第一平均填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中的具有第二平均填充密度的第二固体粒状介质，其中，第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间存在填充密度差异，其中当至少的第一和第二层润湿时第一平均填充密度小于第二平均填充密度，并且第一和第二层的至少一层包含在第一区域和第二区域中的具有相同的化学组成的粒状材料。
17.权利要求16的吸附剂床，其包括包含至少的第一和第二层的多层层叠体，其中所述多层层叠体能插入到吸附剂药筒壳体中。
18.用于使透析液再生或纯化的方法，其包括使透析液通过权利要求1的吸附剂药筒。
19.权利要求18的方法，其中在第一和第二层的至少一层中未利用的固体粒状介质为基于其中的固体粒状介质的总体积的按体积计的1％-5％。
20.用于使废透析液再生或纯化的透析系统，其包括权利要求1的吸附剂药筒。
21.用于净化透析溶液的吸附剂药筒，其包括：
a)在包括进口的第一端壁和包括出口的第二端壁之间延伸的连续侧壁，其限定腔室；
b)含酶层；
c)在吸附剂药筒内的在所述含酶层之后的含磷酸锆层，其中含磷酸锆层包括第一区域、邻近第一区域且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域、第一区域中具有第一填充密度的第一固体粒状介质、第二区域中具有第二填充密度的第二固体粒状介质、其中第一区域中的第一固体粒状介质与第二区域中的第二固体粒状介质之间存在填充密度差异，其中当至少的第一和第二固体粒状介质润湿时第一填充密度小于第二填充密度。
22.如权利要求21所述的吸附剂药筒，进一步地其从进口到出口包括：
a)在所述含酶层之前的第一含碳层；
b)所述含酶层，其在所述吸附剂药筒内的第一含碳层之后；
c)在所述吸附剂药筒内的在所述含酶层之后的第二含碳层；
d)在吸附剂药筒内的在第二含碳层之后的含磷酸锆层；
e)在所述含磷酸锆层之后的包含具有碱性pH的水合锆氧化物-氯化物的水合氧化锆层；和
f)在所述水合氧化锆层之后的包含碳酸氢钠的碳酸氢盐层，或在所述水合氧化锆层之后的包含碳酸钠的碳酸盐层。
23.制造用于净化透析溶液的吸附剂药筒的方法，其包括：
a)形成含酶层，所述含酶层横跨由吸附剂药筒的连续侧壁限定的腔室延伸；
b)形成在吸附剂药筒内的在含酶层之后的具有填充密度差异的包含固体粒状介质的层，包括
i)在所述含酶层上沉积固体粒状介质作为起始层，其中所述起始层包括第一区域和邻近第一区域且位于比第一区域更靠近连续侧壁的第二区域，
ii)向第一区域施加第一振动或机械力，该第一振动或机械力比施加到第二区域的第二振动或机械力小，这导致第一区域中具有第一填充密度的第一固体粒状介质和第二区域中具有第二填充密度的第二固体粒状介质，其中第一填充密度小于第二填充密度，
其中第一区域中的第一固体粒状介质和第二区域中的第二固体粒状介质具有相同的化学组成。
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