CN108289990A - 磁性过滤设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种滤血系统。在一个实施方案中，该滤血系统包括：容器，该容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，该第一表面、第二表面和一个或多个壁表面限定一容积；与第一表面流体连通的输入端口；与第二表面流体连通的输出端口；过滤床，该过滤床包括以紧密并置方式堆叠并且定位在容器容积内而且与第一表面和第二表面共面的多个平面磁性网状物；定位在容器的第一表面上的第一磁体；定位在容器的第二表面上的第二磁体；与输入端口流体连通的第一输入管道；以及与输出端口流体连通的第一输出管道。在另一实施方案中，滤血系统包括在输入管道中的泵。

Description

磁性过滤设备及方法

技术领域

本发明大体上涉及血液过滤系统，且更特别地涉及磁性过滤系统。

相关申请

本申请要求在2015年9月14日提交的转让给本申请的受让人的美国临时专利申请号62/218,211的优先权，并且其内容通过引用整体并入。

背景技术

磁性分离已在矿物加工中使用多年。通常，磁性分离用于从含有非磁性材料的混合物中分离出磁性矿物。在这种分离系统中，颗粒在液体中的悬浮物穿过由磁性丝构建的可磁化过滤器。在该丝的附近，高场梯度引起吸引任一穿过的可磁化材料的磁性保持力。

这些磁性分离技术可以与磁性滤血器一起使用，以从血流中移除本质上为磁性的(即，明显偏离正常血液和血液成分的抗磁体)或用磁性纳米颗粒或珠粒磁性地标记的任何物质，该磁性纳米颗粒或珠粒靶向可获取并且可以临床使用的特定血源剂。

所需要的是磁性过滤器，该磁性过滤器能够快速、高效且低成本地提取血流中的磁性标记的标靶(target)。

本发明解决了这些要求。

发明内容

本发明的一个方面是滤血系统。在一个实施方案中，该滤血系统包括：容器，容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，该第一表面、第二表面和一个或多个壁表面限定一容积；与第一表面流体连通的输入端口；与第二表面流体连通的输出端口；过滤床，该过滤床包括多个平面磁性网状物，该多个平面磁性网状物以紧密并置方式堆叠并且定位在从输入端口至输出端口的流体路径内的容器容积内；定位在该容器的第一表面上的第一磁体；与输入端口流体连通的第一输入管道；以及与输出端口流体连通的第一输出管道，其中，第一磁体产生磁场，该磁场通过平面磁性网状物的存在而被修改，以便在该过滤床内的自由空间中产生足够强且不均匀的磁场，以允许捕获血源磁性标靶。在另一实施方案中，第二磁体定位在容器的第二表面上。

在又一实施方案中，滤血系统包括在输入管道中的泵。在再一实施方案中，滤血系统包括与输入管道流体连通的盐水滴注单元。在又一实施方案中，滤血系统包括盐水贮存器和注射泵，该注射泵通过T型接头与第一管道以并行流体连通的方式连接。在再一实施方案中，滤血系统包括与输出管道流体连通的空气检测器。在一个实施方案中，滤血系统包括与输出管道流体连通的压力检测器。

在另一方面中，本发明是滤血器，该滤血器包括：容器，该容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，该第一表面、第二表面和一个或多个壁表面限定容积；与第一表面流体连通的输入端口；与第二表面流体连通的输出端口；过滤床，所述过滤床包括以紧密并置方式堆叠并且定位在容器容积内而且与第一表面和第二表面共面多个平面磁性网状物；定位在容器的第一表面上的第一磁体；定位在容器的第二表面上的第二磁体；其中，第一磁体和第二磁体产生磁场，该磁场垂直于平面磁性网状物并且在该过滤床内的自由空间中产生足够强且不均匀的磁场，以允许捕获血源磁性标靶。

在又一实施方案中，该过滤器被设计成产生毫米级长度的均匀流动特征，以避免死点和涡流，并且通过产生用于穿过过滤器的每个单独的红血细胞的复杂层流路径，以便维持总体上足够的流动速率。在一个实施方案中，该流动使得红血细胞从该红血细胞的无阻碍的流动偏离(deviate，脱离)该红血细胞的直径的三倍以上。在另一实施方案中，从无阻碍的流动偏离约20微米以上。

通常，滤血器被设计成在穿过过滤器的血液的一部分上产生三维的辫状的层流。在这方面中，血液的流动就像蜿蜒的河床，但是是穿过三维体积的而不是在二维表面上。在一个实施方案中，平面金属丝网状物的堆叠体被布置成使得穿过过滤器的血液在移动穿过每层网状物时被分离成一系列层流通道，该层流通道连续地分开并再结合。在贯穿过滤器中填充的堆叠网状物的整个部分中保持流动的层流性，使得在血液穿过期间不会受到任何猛烈的或潜在地破坏性的湍流运动。同时，层流通道的连续的分开和再结合确保了该血液的每个部分——诸如例如给定的单独红血细胞或磁性标记的生物分子——具有有限的、大于零的在物理上遇到至少一个捕获位点(被限定为足够靠近磁性致动的网状物的空间容积)的概率，对于以预期速度移动的、具有预期磁性特征的磁性的或磁性标记的实体，该实体将在其经过过滤器中填充有堆叠网状物的部分时被捕获(保持并保留)。

在一个实施方案中，丝型网状物的多层堆叠体被布置成使得在血液穿过过滤器中填充的堆叠网状物的部分时血液分离成的层流通道是高度规则化的，使得流动通道的分开和再结合的三维图案将采用规则的、明确限定的结构。这种实施方案通过使网状物层以重复的、有序的且对齐的样式布置在空间中来实现。

在该滤血器的这方面的另一实施方案中，丝型网状物的多层堆叠体被布置成使得在血液穿过过滤器中填充的堆叠网状物的部分时血液分离成的层流通道是更加任意的、随机的或回旋的，使得流动通道的分开和再结合的三维图案将采用不规则的、任意的结构。这种实施方案通过使网状物层以非对齐的任意的样式布置在空间中来实现。

在另一方面中，滤血器被设计成使得穿过过滤器中填充的堆叠网状物的区域的血液的雷诺数(Reynolds number)是典型的层流的雷诺数，而不是湍流或过渡的(意指在层流和湍流之间的中间层)流的雷诺数。雷诺数可以以若干方式限定，为了说明的目的在此处描述其中的两种方式，并且操作者应该将合适的定义应用于所使用的滤血器的实施方案。在第一种情况中，雷诺数被限定为Re＝p v L/μ，其中p是血液的密度(约1.06×10³kgm^～3)，v是血液穿过过滤器时血液的平均速度，L是过滤器的特征尺寸，诸如网状物孔的大小，并且μ是血液的粘度(约3-4×10^～3Pa s)。在这种情况中，对于层流而言，Re小于2300或约2300。在第二种情况中，雷诺数是为硬球的任意填充床限定，Re*＝p u d/μ(1-ε)，其中p和μ如之前限定的，u是通过过滤器的血液的表层的流动速率(由通过过滤器的体积流动速率除以过滤器的宏观截面面积来给定)，d是球形等效颗粒的直径(即球体的直径，该球体将占据与给定的过滤器网状物材料所占据的相同的空间容积)，并且ε是床空隙率(意指过滤器的没有被过滤材料占据的容积的分数)。在这种情况中，对于层流而言，Re*小于或约为10。

在又一方面中，滤血器被设计成提供处于与到达和来自人体动脉或静脉的血液的流动速率相当的流动速率和过滤量的高效捕获，并且针对在任一给定时间内可以保留在体外的血液量提供可接受的安全限制。对于儿童，这相当于从40至200ml/min的流动速率，和总血液体积的约8％的体外体积，例如对于重量为20Kg的5岁大的儿童而言将为0.08×1.6升＝128ml。在成年人中，这相当于从40至400ml/min的流动速率，和总血液体积的约8％的体外体积，例如对于重量为80Kg的成年人而言将为0.08×6.4升＝512ml。

在再一方面中，滤血器被设计成含有用于保持并安全收集脆弱的或棘手的生物实体的静止的捕获区。该方面要求捕获区相对于流动在本质上是活性的——否则他们将构成血液不能穿过的“死区”——同时还适合作为靶向的且捕获的生物实体的受器(receptacle)。在一个实施方案中，这些静止的捕获区沿着丝的相对侧的长度定位，被磁化为与丝的定向垂直且与流动的方向平行，产生高磁力和低拖曳力(阻力，drag force)的区域，促进捕获。

附图说明

根据本文结合附图的描述可以最好地理解本发明的结构和功能。这些附图不一定是按比例绘制的，相反，通常其重点在于说明性的原则。这些附图在所有方面都被认为是说明性的，并不是旨在限制本发明，本发明的范围仅由权利要求限定。

图1是本发明的系统的实施方案的框图；

图2是磁性过滤器壳体的立体图；

图3A是图2中所示的磁性过滤器壳体的实施方案的侧视图；

图3B是图2中所示的磁性过滤器壳体的实施方案的底视图；

图3C是图2中所示的磁性过滤器壳体的实施方案的匀流器的截面图；

图3D是图3C中所示的磁性过滤器壳体的实施方案的匀流器的俯视图；

图4A是图2中所示的磁性过滤器壳体的实施方案的剖视图；

图4B是图4A中所示的磁性过滤器壳体的实施方案贯穿线DD’的剖视图；

图5A是五层磁性网状过滤器的网状层的实施方案的立体图；

图5B是图5A的五层过滤器的一部分的俯视图，该部分被放大以示出丝的交错的布置；

图5C是丝的直径与孔的侧向长度的比例对流体流动上的拖曳力的影响的图表；

图6A是处于荷兰编织物构造的磁性过滤器的网状物的实施方案的俯视图；

图6B是处于平的荷兰编织物构造的磁性过滤器的网状物的实施方案的侧视图；

图6C是图6B的磁性过滤器的网状物的实施方案的立体图；

图6D是处于平的构造或者一个在另一个上的编织物构造的磁性过滤器的网状物的实施方案的俯视图；

图6E是处于平的构造或者一个在另一个上的编织物构造的磁性过滤器的网状物的实施方案的俯视图，其中丝之间的间距在每个方向上是不同的；

图6F是处于斜纹构造或者两个在上两个在下的编织物的构造的磁性过滤器的网状物的实施方案的俯视图；

图7是示出了定位在磁体附近的过滤器壳体的实施方案的框图；

图8是具有钢衔铁的双磁体组件的实施方案的框图；

图9是圆柱形丝附近的磁场的场图，该圆柱形丝的圆柱轴线垂直于外部施加的场；

图10示出了在磁场中的丝的附近的静止捕获区；

图11是具有钢背板和铝支撑件的六磁体磁性组件的实施方案的框图；

图12是用于本发明的起磁体作用的上磁性组件和下磁性组件的实施方案的立体图；

图13是示出了寄生虫减少与经过滤体积的比率的图表。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的实施方案构建的系统10包括输入端口14和输出端口18。在一个实施方案中，该输入端口14和输出端口18包括鲁尔型(Luer-type)连接件，该连接件被构造为接合患者的导液管的对应匹配鲁尔型连接件。利用连接至输入管道25的泵22将来自患者的血液通过输入端口14吸入到系统10中。在一个实施方案中，该泵是蠕动泵。在输入线路的另一端也包括鲁尔型连接件30，该鲁尔型连接件被定位以接合被构造作为磁性过滤器34的输入端口26的对应匹配的鲁尔型连接件32。

磁性过滤器34的输出端口38的鲁尔型连接件接合在该系统的输出管道42的一端处的鲁尔型连接件36。该系统输出管道42的另一端包括充当系统输出端口18的鲁尔型连接件。鲁尔型输出端口接合使血液返回至患者的导液管。在一个实施方案中，蠕动泵22是输液泵(Deerfield，IL的百特国际(Baxter International)的输液泵型号BM-11)并且包括输出回路，该输出回路包括具有过滤器的气体收集器43和空气检测器46以检测和/或过滤血液流(箭头)中的空气气泡。在该实施方案中，蠕动泵包括在输出回路中的压力传感器48，以确保流回到患者的血液的压力在期望的限制内。同样在该实施方案中，该输出回路包括紧急夹钳47，如果检测到气泡，该紧急夹钳可以使通过回路的流停止。在各种实施方案中，输入管道25和输出管道42由可透气管构建。在一个实施方案中，输出管道42附接至收集受器74。在另一实施方案中，输出管道42连接至套管77以使患者的血液返回至患者。

在一个实施方案中，控制器73通过数字端口61控制注射泵64和蠕动泵22。

在另一实施方案中，盐水滴注子系统54穿过鲁尔连接件63通过第一T型连接件50连接至输入线路25。在一个实施方案中，盐水滴注子系统54包括具有手动IV线路控制阀65的盐水贮存滴注包62。该输入线路26通过第二T型连接件67连接至蠕动泵22的输入端。第二T型连接件67的第二端口连接至输入压力传感器69，以测量在泵22之前的输入线路25处的流体压力。

蠕动泵22的输出端连接至具有注射泵驱动器66的注射泵64，该注射泵驱动器控制来自注射器70的抗凝剂诸如肝素通过第三T型连接件74的流动。该第三T型连接件74的输出端78是至输入管道26的第二输入端。该抗凝剂子系统确保在患者的血液穿过系统10时，患者的血液不会出现凝血。

更详细地，并且参照图2和图3A至图3D，该磁性过滤器34包括外部容器82。在一个实施方案中，外部容器82由一次性塑料或可消毒材料制成。在一个实施方案中，该塑料是医疗级塑料，诸如聚乙烯、聚碳酸酯或硅树脂。在一个实施方案中，容器的内表面和网状物涂覆有抗凝剂。在一个实施方案中，抗凝剂涂层是具有内嵌肝素的复合多糖。外部容器82通常由顶部盖83和底部盖85永久地密封，但是该外部容器可以被构造为可以打开以进行清洁和翻新。该容器82壳体的大小部分地由系统所连接至的患者的体型确定。如果过滤器的容积太大，则患者会由于失血过多经历反应。如果容积太小，则将患者的血液的大部分移动通过装置所需的时间量过多。

通常，在肾脏病学中，在体外环路中的从患者抽出的血液的最大量是患者血液体积的8％。普通的成年人具有约五升的血液，所以在体外回路中的血液的量应该少于约400ml。考虑到一些患者会贫血的事实将该血液的量进一步减少50％，体外回路的容积就变成约200ml。对于儿童，该容积必须减少。对于年龄在12个月以下的婴儿，该系统的容积是约30ml。假定系统的管和连接件含有约10ml的血液，则这意味着壳体容积将从对于婴儿的约20ml到对于成年人的约190ml变化。

因为外部容器82包括占据容器容积的三分之一的磁性金属网状过滤器，所以实际的容器容积比期望的血液体积大约三分之一。因此，针对成年人(约190ml的血液)设置大小的腔室在容积上约是250ml。

容器的形状被设计为通过减小拖曳力以增加通过容器的流动速率。为了减小拖曳力，容器被构建为具有一对表面，例如顶部和底部，与容器的其他(在该实施方案中是四个)表面相比，该对表面具有更大的表面面积。注意，在该论述中，论述了作为矩形平行六面体的过滤器，但不失广义预期的有包括圆柱形的其他形状。在一个实施方案中，血液的流动随后在两个较大表面之间垂直地定向。例如，如果期望125ml的容积，有利的是将容器构建成具有12.5cm×10cm×1cm的尺寸，而不是构建成使六个表面的每个边缘是5cm(5cm×5cm×5cm)，使得顶部和底部表面是125cm²。在第一情况中(每个表面的每个边缘是5cm)，最大的表面面积是25cm²。在第二示例中，最大表面(顶部和底部)的面积是125cm²。由于对于给定体积流动速率的液体的线性流速取决于该液体流动通过的表面的面积，所以最大化表面面积使线性流动速度最小化，并因此使拖曳力最小化。因此，对于两个最大表面之间的流动，拖曳力将减小五分之一。不过重要的是要注意，以其他侧为代价来增加一侧将减小过滤床的高度。

为了利用增加的表面面积，有必要使输入的血液流分流(divert)，使得输入的血液流在较大的表面上铺展开。再次参照图3A至图3D，容器的输入端口26提供通过匀流器或分散器80的血液流。随着血液沿着管80往下传(图3C)，该管变得更宽且更平坦，使得血液在填充容积时在表面上铺展开，最终到达输出端口38。在一些实施方案中，血液在离开输出端口38之前流动通过匀流器或分流器，以便维持在腔室的顶部处的流动均匀性。其他形式的分流器或匀流器是可行的。应该注意的是，尽管该系统通常描述为输入端口26在底部处且输出端口38在顶部处，但是容器的定向是不相关的，但如果血液流的体积是在两个最大的表面之间的，那么效率就增加。

关于具有正交的壁的容器的一个问题是，壁相遇的角形成“死空间(deadspace，死区)”，在该死区处流体被收集并且不能与穿过容器的大部分流一起流动。在一些实施方案中，通过在容器的角的壁的相遇处形成连续的非正交表面来移除这些死空间(图3B)。在一个实施方案中，容器的内表面涂覆有疏水涂层。在一个实施方案中，该疏水涂层是有机硅基聚合物，诸如聚二甲基硅氧烷。

参照图5A、图5B，在容器82内的是过滤床，随着血液流动至输出端口38，进入容器82的血液穿过该过滤床。在一个实施方案中，该过滤床被构建为堆叠在一起的多个平面网状物100、100’……100”(大体为100)。在一个实施方案中，网状物的平面优选地与穿过容器容积的血液流垂直。该网状物由非抗磁性的(包括但不限于铁线或铁丝股)丝104’……104”(大体为104)构建，该非抗磁性的丝被编织成丝之间的孔间距(通常为108)为10-1000微米，并且优选地为50微米。在一个实施方案中，非抗磁性丝是具有10-1000微米且优选为250微米的丝直径的SS430不锈钢。在一个实施方案中，至少一百层的网状物的这种构造在厚度上对应于约三十mm。堆叠网状物100，每个网状物与之前一层任意地偏移，使得每个网状物的丝之间的间距交错以形成穿过过滤床的中断(interrupted，不规则)的通道(图5B)。因此流动通过过滤床的血细胞在其流过通道时遇到多个丝的可能性高。如下所述，由于在邻近丝的自由空间中的较高磁场，在血液流内的磁性的或磁性标记的成分经历减缓流动的磁阻滞力分量。图5C是丝的直径与孔的侧向长度的比例对拖曳力的影响的图表。也就是说，在丝的直径相对于孔的侧变得更大时，由于孔的大小减小，使得拖曳力急剧增加。

参照图6A至图6F，磁性的网状过滤器可以采用许多种形式或编织物；本文描述了若干实施方案。图6A是处于荷兰编织物构造的磁性网状过滤器的实施方案。在荷兰编织物中，“经线”丝和“纬线”丝具有不同的直径。图6B是处于荷兰编织物构造的磁性过滤器的网状物的实施方案的侧视图，图6C是图6B的同一磁性过滤器的网状物的立体俯视图。图6D是处于平的或一个在另一个上的编织物构造的磁性过滤器的网状物的俯视图。图6E是图6D的磁性过滤器的网状物的实施方案，其中丝之间的间距在每个方向上是不同的。图6F是处于斜纹编织物构造的磁性过滤器的网状物的实施方案。通常，选择编织物(weaves，编织式样)使得将基本上最大化的磁阻滞力的面积(区域，areas)与基本上最小化的粘弹性的拖曳力的面积重叠，如下所论述的。

参照图7，为了在网状物中建立合适的磁场，在一个实施方案中，包含网状过滤器的容器82放置在永久磁体120的附近。在第二实施方案图8中，为了增强磁场，将以同一极性定向的两个永久磁体120、120’应用于容器82的相反侧，使得磁场124与网状物100的平面垂直。该实施方案包括衔铁126以提供用于磁场的返回路径。

这种构造使得在网状物中形成每个孔108的丝100和104中的每条上作用的磁场大约相等。然而，假定该网状物由本质上可磁化的(在丝内引起感生的磁化)铁磁性的或亚铁磁性的材料制成，则在网状物中的每个孔108内作用的磁场被修改以变成场的叠加，这是由于永久磁体120和120’，以及由磁化的丝100、100’、100”等和104、104’、104”等生成的磁场。由于磁化的丝产生的场大约具有磁偶极子，并且因此在磁化场的方向上是最大化的，并且沿着磁化场的方向急剧地下降(缩减为1/r³，其中r是与丝的距离)(图9)。第一对虚线箭头(点线箭头，dotted arrows)从图的在左侧图例的顶部延伸并且指向如丝的截面的顶部和底部附近所示的在磁场的方向上的高场值(约0.6特斯拉)。第二对箭头从图例的底部延伸并且指向在丝的截面的左侧和右侧上的低场值(接近零)。还包括实线箭头和另一虚线箭头以强调在场中的两个附加的点(约.15特斯拉和约0.48特斯拉)，以给出对于图例的进一步的阐述。总的磁场因此是最强的，并且在每条丝的邻近具有最高的场梯度。如果含有磁性标靶的流体随后穿过过滤器的网状物，使得流动方向与磁化场的方向平行，则如图10所示，在网状物的每条丝的附近创建最大化的磁性捕获区，该区表征为将相对大的磁阻滞力与相对小的粘弹性拖曳力相结合的一个区。

由穿过网状物的丝的附近的磁性颗粒所经历的磁力(F_m)由下式给出：

其中μ₀是自由空间的磁导率，χ是磁性材料的体积磁化率，V是处于颗粒形式的磁性材料的体积，H是邻近线的磁场(χVH是颗粒的总的磁矩M)，是每条丝附近的磁场梯度，并且粗体表示矢量。靠近网状物的丝，磁场梯度变大。

类似地，通过斯托克斯定律描述在液体流动中施加在球形物体上的拖曳力(F_d)，并且该拖曳力充分逼近由过滤器待捕获的磁化的和/或可磁化的实体所感受的拖曳力：

F_d＝6πμRν

其中μ是液体的粘度，R是细胞的半径，以及v是液体相对于细胞的速度。在颗粒上施用力的液体的速度v取决于体积流动速率f(ml/min)和截面流动面积C，并且由下式给出：

因为过滤器腔室的截面面积因网状物的丝所占据的空间的量而减小，所以过滤器的实际截面面积减小，并且因此液体的流速以及因此还有拖曳力F_d取决于γ，γ为面积方面的分数变化，而γ又取决于x，x是在网状物中的每条丝的直径d与孔的一侧的长度l之间的比例，

如果丝的直径是孔的侧向长度的1/5，则过滤器的截面面积降低至70％，并且流动速率降低至44％。在图5C中示出了比例x对拖曳力的影响。

为了发生捕获，拖曳力F_d必须小于磁力F_m。为了确保符合这一关系，在装置的设计和部署中可以使用以下选项。可以通过改变创建外部场的永久磁体或电磁铁的类型和构造来增强磁场H，以增加磁力(如下所论述的)。可替代地，磁场梯度可以通过下述进行改变或优化：优化用于丝的特别尺寸和磁特性的H的量级；使用具有较高磁化率或较高磁饱和度的铁磁性的网状物；或者优化与磁场相一致的丝的直径。通过增加标靶的磁性材料的体积或通过使用具有较高磁化率的材料来增大磁性颗粒的磁矩，可以改善对特定标靶诸如磁性颗粒的捕获。

此外，可以增大标靶穿过高场梯度的区域的可能性。在标靶流动通过网状物的孔的情况下，磁力在孔的中心是最小的。使用具有大量层的任意堆叠的网状物的设计，确保标靶从不穿过高梯度区域(即，靠近丝的表面)的概率非常低。另外降低拖曳力还可以通过下述来完成：减低标靶的速度(这可能是不期望的，因为这将增加整个处理时间)；增大截面流动面积(这可能也是不期望的，因为其受体外环路中可以从患者移除的血液的总体积(通常为TBV的8％)限制)；或者使用具有较高的孔的大小与丝直径的比例(即，较小的x)的网状物。最后一个选项必须进行权衡(balance)以确保孔足够小使得足够的标靶能穿过以靠近丝，因为大的孔可以创建通过通道的流动路径，在该流动路径中颗粒从不进入高磁梯度的区域。

由于在生产和处理大的磁体的成本和难度，并且为了获得有利的磁性回路的设计，在一个实施方案中(图11)，多个较小的磁体120在放置到容器82的相反侧上之前被集合在一起。在一个实施方案中，成对的磁体120被磁性地或以其他方式附接至钢背板134，该钢背板延伸超出磁体120一小距离。该钢背板134有助于聚焦磁场并且遮蔽过滤器的邻近区域。然后钢背板134搁置在框架的第一部分142中的边缘138上。框架的第二部分146具有多个开口，该多个开口的大小被设置且成形以允许磁体130突出穿过框架146并且仍然保持对齐。铝框架的第一部分142和第二部分146被螺栓栓接在一起160(图12)以形成磁体组件，该磁体组件连同第二磁体组件是定位在容器82的相反的表面上的两个磁体120、120’。以这种方式，容器82可以从磁体组件160之间移除，并且在另一患者使用时更换容器。

在一个实施方案中，磁体是具有32.2Kg拉力、3,000高斯的表面通量密度和40-43Oe的最大磁能积BH的N42级NdFeB(钕铁硼)。磁体130足够强以在一对磁体之间的30mm的间距处产生45N的力，并且在十mm的间距处产生200N的力。

如何在临床上使用该系统从血液中移除有害的材料部分地由待移除的材料的性质决定。本身为非抗磁性的材料——诸如本质上是顺磁性的被疟疾感染的红血细胞(由于存在疟原虫色素——寄生虫的血红蛋白代谢所产生的顺磁性的矿物副产物)——可以通过使细胞穿过磁性过滤器34来直接地移除。通过用非反磁性实体诸如例如适当表面功能化的铁磁性的或亚铁磁性的纳米颗粒来标记反磁性标靶可以移除这些标靶诸如病毒、细菌或其他毒质。该原理例如是用适当的实体诸如抗体或抗体片段或适当的配合基(ligand)涂覆磁性纳米颗粒，为此对应的抗原或受体在标靶实体的表面上以一定的丰度存在。在有利的条件且在具有适当设计的选择性的靶向情况下，然后可以将表面功能化的磁性纳米颗粒与患者的血液混合——例如通过将功能化的纳米颗粒注射到患者的血流中，或注射到磁性过滤器34的上游的一位置处的体外环路中——从而磁性地标记标靶，并且随后通过使这些实体穿过磁性过滤器34来移除这些实体。

在操作中，将导液管放置在患者的血管内，并且将导液管的鲁尔型连接件或其他连接件连接至输入管道25的鲁尔型连接件14。在一个实施方案中，该导液管具有：输入管腔，该输入管腔连接至系统10的输入管道25；以及输出管腔，该输出管腔连接至系统10的输出管道42。输入管道25在血液排出的上游从导液管的输入管腔抽取血液，该血液从输出管道42通过导液管的输出管腔归还(replace)。在另一实施方案中，该系统的输入管道连接至单腔导液管，并且输出管道连接至第二单腔导液管。然后两个导液管可以被引入到患者的不同的静脉或动脉中。

更详细地，在输入管道26中的泵22从患者抽取血液，并且使血液穿过磁性过滤器34。盐水滴注62与来自注射泵64的肝素混合并且与流动流动通过输入管道25的血液混合。一旦血液穿过过滤器34，则血液被泵送通过输出管道42来通过在患者的血管中的导液管的另一管腔或通过另一导液管回到患者。

空气检测器46确保在返回至患者的血流中没有空气气泡。可以包括空气气泡移除装置43以从血流移除任何气泡。在一个实施方案中，该空气气泡移除通过使用贯穿血液回路的可透气塑料管来实现。

图13是在假定90％的单程效率、2％的初始寄生虫血症负载以及5L的总血液体积的情况下，从血液中移除被寄生虫诸如疟疾感染的血细胞根据总的过滤血液的模型计算的图表。如该图表所示，利用本系统使用简单的过滤就可以移除或降低负载在患者身上的细菌、病毒、寄生虫或毒质。这在难以获取治疗感染的药物的地区是尤其重要的。

已描述了许多实施方式。虽然如此，应该理解在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下可以进行各种修改。例如，可以使用上面所示的各种流程，使步骤重新排序、添加或移除步骤。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。

本文展示的实施例旨在示出本公开内容的潜在的和特定的实施方式。这些实施例主要旨在用于向本领域的技术人员说明本发明的目的。这些实施例的具体的一个或多个方面不是旨在限制本发明的范围。已经简化了本发明的附图和描述，以说明与清楚地理解本发明相关的元件，同时为了清晰的目的而省略了其他元件。然而，本领域的普通技术人员可以认识到，对其他元件的稍微聚焦论述不利于对本公开内容进行较好的理解，并且因此，在本文中不提供这种元件的更详细的描述。

与本实施方案相关联的过程可以通过可编程的装备诸如计算机执行。可以被采用以使可编程装备执行过程的软件或其他指令组可以存储在任一存储装置诸如例如计算机系统(非易失性的)存储器、光盘、磁带或磁盘中。此外，过程中的一些可以在计算机系统制造时进行编程或者经由计算机可读存储介质进行编程。

虽然本公开内容含有许多细节，但是这些细节都不应被解释为对本公开内容的范围或可能要求保护的范围的限制，而是作为针对本公开内容的特定实施方式的描述。也可以在单个实施方式中以组合的方式提供在本公开内容中的分离的实施方式的上下文中所描述的某些特征。相反地，也可以在多个实施方式中分离地或以任一适当的子组合的方式提供在单个实施方式的上下中所描述的各个特性。此外，尽管上文可以将特性描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初要求如此保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特性可以在一些情况下从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以意在子组合或子组合的变型。

类似地，尽管在附图中以特定的次序描绘了操作，但是这不应该被理解为要求以所示出的特定次序或以相继次序来进行这些操作，或者要求进行所示出的所有操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述的实施方式中的各种系统部件的分离不应该被理解为需要在所有实施方式中进行这种分离，并且应该理解为，所描述的部件和系统通常可以一起集成在单个产品中。

本公开内容的方面、实施方案、特性和实施例在所有方面都被认为是说明性的，并且不旨在限制本公开内容，本公开内容的范围仅由权利要求限定。在不脱离要求保护的发明的精神和范围的情况下，其他实施方案、修改和用法对于本领域技术人员将是明显的。

除非另有指示，否则说明书和权利要求中使用的表示长度、宽度、深度或其他尺寸等的所有数字在所有示例中都应被理解为指示如所示的精确值和通过术语“约”修饰的两种。如在本文使用的，术语“约”是指根据标称值进行±20％的变化。

因此，除非有相反的指示，否则说明书和所附权利要求书中提出的数值参数都是可以根据所希望获得的性质而变化的近似值。至少，并不是试图对权利要求的范围的等同原则的应用进行限制，每个数值参数应该至少根据所报告的有效数字的数以及通过应用普通舍入技术来解释。任一具体的值可以变化20％。

在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，可以以其他特定形式来体现本发明。因此，前面的实施方案在所有方面都应被认为是说明性的，而不是限制本文所描述的发明。本发明的范围因此通过所附权利要求指示而不是由前面的描述来指示，并且落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变都旨在被包含在其中。

本领域技术人员应该理解，在不脱离所描述的技术的范围的情况下可以进行各种修改和改变。这样的修改和改变旨在落入所描述的实施方案的范围内。本领域的技术人员还将理解，包括在一个实施方案中的特性可与其他实施方案互换；并且可以与其他描绘的实施方案以任一组合的方式包括来自所描绘的实施方案的一个或多个特性。例如，本文所描述的和/或附图中描绘的各种部件中的任一部件可以与其他实施方案组合、互换或从其他实施方案中排除。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于临床体外血液过滤的滤血系统，包括：

容器，所述容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，所述第一表面、所述第二表面和所述一个或多个壁表面限定一容器容积；

与所述容器流体连通的输入端口；

与所述容器流体连通的输出端口；

过滤床，所述过滤床包括以紧密并置方式堆叠并且定位在所述容器容积内的多个平面磁性网状物；

定位在所述容器的第一表面上的第一永久磁体；

临床体外血液回路的与所述输入端口流体连通的第一输入管道；

临床体外血液回路的与所述输出端口流体连通的第一输出管道，

其中，所述第一磁体产生相对于所述平面磁性网状物定向的磁场。

2.根据权利要求1所述的滤血系统，还包括在所述输入管道中的泵，其中，所述泵生成40-400ml/min的流动速率。

3.根据权利要求1所述的滤血器，其中，在所述输入端口与所述输出端口之间的流体流与所述网状物的平面平行。

4.根据权利要求1所述的滤血器，其中，在所述输入端口与所述输出端口之间的流体流倾斜于所述网状物的平面。

5.根据权利要求1所述的滤血器，还包括第二磁体，所述第二磁体定位在所述容器与所述第一表面相反的所述第二表面上。

6.一种滤血器，包括：

容器，所述容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，所述第一表面、所述第二表面和所述一个或多个壁表面限定一容积；

与所述容器流体连通的输入端口；

与所述容器流体连通的输出端口；

过滤床，所述过滤床包括以紧密并置方式堆叠并且定位在所述容器的容积内而且与所述第一表面和所述第二表面共面的多个平面磁性网状物；以及

定位在所述容器的所述第一表面上的第一永久磁体。

7.根据权利要求6所述的滤血器，其中，所述第一永久磁体产生与所述平面磁性网状物基本上垂直定向的磁场。

8.根据权利要求6所述的滤血器，还包括第二永久磁体，所述第二永久磁体定位在所述容器的所述第二表面上。

9.一种滤血器，包括：

用于穿过过滤器的每个单独的红血细胞的复杂层流路径；

其中，所述过滤器被设计成产生毫米级长度的均匀流动特征，以避免死点和涡流，并且维持总体上足够的流动速率。

10.根据权利要求8所述的滤血器，其中，所述流动路径使红血细胞从所述红血细胞的无阻碍的流动偏离所述红血细胞的直径的三倍以上。

11.根据权利要求8所述的滤血器，其中，所述流动路径使红血细胞从所述红血细胞的无阻碍的流动偏离约20微米以上。

12.一种滤血器，包括：

血液流穿过的第一容积，其中存在多个第一子容积，在所述第一子容积内，所述血液暴露于磁场，以便在所述血液上产生相对于所述容积的平均磁场增强的磁阻滞力；以及

血液流穿过的第二容积，其中存在多个第二子容积，在所述第二子容积内，所述血液经受与所述容积的平均拖曳力相比较低的粘弹性拖曳力；

其中，所述第一子容积和所述第二子容积在空间上是基本重合的。

13.根据权利要求1所述的滤血系统，其中，所述输入端口与所述容器内的流体流的方向正交，并且所述输出端口与所述容器内的流体流的方向正交。

14.根据权利要求1所述的血液过滤系统，其中，所述平面磁性网状物是编织的。

15.根据权利要求14所述的血液过滤系统，其中，所编织的网状物是荷兰编织物。

16.根据权利要求1所述的血液过滤系统，其中，在所述系统内的总流体体积小于患者的血液体积的8％。

17.根据权利要求16所述的血液过滤系统，其中，在所述系统内的所述总流体体积大于100ml并且小于250ml。

18.根据权利要求16所述的血液过滤系统，其中，在所述系统内的所述总流体体积大于20ml并且小于35ml。

19.根据权利要求1所述的血液过滤器，其中，所述输入端口和所述输出端口在所述一个或多个壁表面内。

20.一种用于临床体外血液过滤的滤血器，包括：

容器，所述容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，所述第一表面、所述第二表面和所述一个或多个壁表面限定一容积；

输入端口，所述输入端口以与所述容器流体连通的方式连接至临床体外血液回路；

输出端口，所述输出端口以与所述容器流体连通的方式连接至临床体外血液回路；

过滤床，所述过滤床包括以紧密并置方式堆叠并且定位在所述容器的容积内而且与所述第一表面和所述第二表面共面的多个平面磁性网状物。

21.根据权利要求20所述的滤血器，还包括定位在所述容器的所述第一表面上的第一磁体，其中，所述第一磁体产生与所述平面磁性网状物基本上垂直定向的磁场。

22.根据权利要求20所述的滤血器，还包括第二磁体，所述第二磁体定位在所述容器的所述第二表面上。

Claims (19)

1.一种滤血系统，包括：

容器，所述容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，所述第一表面、所述第二表面和所述一个或多个壁表面限定一容器容积；

与所述容器流体连通的输入端口；

与所述容器流体连通的输出端口；

过滤床，所述过滤床包括以紧密并置方式堆叠并且定位在所述容器容积内的多个平面磁性网状物；

定位在所述容器的第一表面上的第一磁体；

与所述输入端口流体连通的第一输入管道；

与所述输出端口流体连通的第一输出管道，

其中，所述第一磁体产生相对于所述平面磁性网状物定向的磁场。

2.根据权利要求1所述的滤血系统，还包括在所述输入管道中的泵。

3.根据权利要求1所述的滤血系统，还包括与所述输入管道流体连通的盐水滴注单元。

4.根据权利要求3所述的滤血系统，其中，所述盐水滴注单元包括盐水贮存器和注射泵，所述盐水贮存器和所述注射泵通过T型接头以与所述第一管道并行流体连通的方式进行连接。

5.根据权利要求1所述的滤血系统，还包括与所述输出管道流体连通的空气检测器。

6.根据权利要求1所述的滤血系统，还包括与所述输出管道流体连通的压力传感器。

7.根据权利要求1所述的滤血系统，其中，所述输入端口在一表面中。

8.根据权利要求1所述的滤血系统，其中，所述输入端口在一壁中。

9.根据权利要求1所述的滤血器，其中，在所述输入端口与所述输出端口之间的流体流与所述网状物的平面垂直。

10.根据权利要求1所述的滤血器，其中，在所述输入端口与所述输出端口之间的流体流与所述网状物的平面平行。

11.根据权利要求1所述的滤血器，其中，在所述输入端口与所述输出端口之间的流体流倾斜于所述网状物的平面。

12.根据权利要求1所述的滤血器，还包括第二磁体，所述第二磁体定位在所述容器的所述第二表面上。

13.一种滤血器，包括：

容器，所述容器具有第一表面、第二表面和一个或多个壁表面，所述第一表面、所述第二表面和所述一个或多个壁表面限定一容积；

与所述容器流体连通的输入端口；

与所述容器流体连通的输出端口；

过滤床，所述过滤床包括以紧密并置方式堆叠并且定位在所述容器的容积内而且与所述第一表面和所述第二表面共面的多个平面磁性网状物；以及

定位在所述容器的所述第一表面上的第一磁体。

14.根据权利要求13所述的滤血器，其中，所述第一磁体产生与所述平面磁性网状物基本上垂直定向的磁场。

15.根据权利要求13所述的滤血器，还包括第二磁体，所述第二磁体定位在所述容器的所述第二表面上。

16.一种滤血器，包括：

用于穿过过滤器的每个单独的红血细胞的复杂层流路径；

其中，所述过滤器被设计成产生毫米级长度的均匀流动特征，以避免死点和涡流，并且维持总体上足够的流动速率。

17.根据权利要求15所述的滤血器，其中，所述流动路径使红血细胞从所述红血细胞的无阻碍的流动偏离所述红血细胞的直径的三倍以上。

18.根据权利要求15所述的滤血器，其中，所述流动路径使红血细胞从所述红血细胞的无阻碍的流动偏离约20微米以上。

19.一种滤血器，包括：

血液流穿过的第一容积，其中存在多个第一子容积，在所述第一子容积内，所述血液暴露于磁场，以便在所述血液上产生相对于所述容积的平均磁场增强的磁阻滞力；以及

血液流穿过的第二容积，其中存在多个第二子容积，在所述第二子容积内，所述血液经受与所述容积的平均拖曳力相比较低的粘弹性拖曳力；

其中，所述第一子容积和所述第二子容积在空间上是基本重合的。