CN111629813A - 无透析液式人工肾脏设备 - Google Patents

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Abstract

描述了用于处理血液的设备和方法，所述设备可以与衰竭的肾脏结合使用或用于替代衰竭的肾脏。设备包括：超滤单元，用于去除蛋白质、红细胞和白细胞以及其它高分子量组分；纳滤单元，用于去除葡萄糖；至少一个电去离子单元，用于从血流运输离子；以及反渗透单元，用于调控去往血流和尿流两者的水的流动。在一个实施方式中，提供了专门的电去离子单元，其具有：多个腔室，所述多个腔室限定了多个稀释物流体通道，每个通道填充有离子特异性树脂晶片；以及电极，所述电极在设备的末端并且靠近树脂填充的稀释物通道中的每一个。通过向这些电极选择性地施加电压，能够打开或关闭给定稀释物通道的离子运输功能性。

Description

无透析液式人工肾脏设备
技术领域
本发明总体上涉及从流体流(fluid stream)去除离子的设备，并且更具体地涉及用于血液的处理的设备。更具体地，其涉及用于从血液去除某些离子和有机分子的分离设备和方法，以及用于实现(effecting)这种去除的多部件设备。在一个具体方面中，其涉及能够从血流选择性去除离子的专用电去离子单元。在另一具体方面中，其涉及并入了本发明的专用电去离子单元的用于处理人血液的便携式、可穿戴式、或者可部分或全部植入的设备，该设备可在不使用透析液的情况下与人肾脏一起使用或用于代替人肾脏以去除毒素。
背景技术
肾脏负责维持人生命所需的许多关键功能。总体上，尽管水、几种离子和各种有机化合物在饮食摄入上不断变化，但是肾脏每天都保持这些物质的含量和血液浓度不变。这是肾脏通过调控其排泄的水、离子和有机物的量以匹配胃肠道从饮食中的液体和固体食物吸收的水、离子和有机物的量的变化来完成的。
由于肾脏具有几种不同的功能，因此术语“肾脏的功能”是一种不准确的说法。具体地，肾脏控制我们体内的水和盐的量，并因此控制血管中的流体的量。此功能是血压的重要决定因素，并因此肾脏在血压控制中起关键作用。肾脏还通过控制钾、钠、氯、碳酸氢根、钙、镁和磷的血液浓度来调控血液化学。肾脏负责通过以尿素的形式排泄饮食的氮摄入来维持全身氮平衡。肾脏还产生两种重要的激素：促红细胞生成素，其刺激骨髓产生红细胞；以及维生素D的活性形式，其维持骨骼健康。
慢性肾脏疾病(CKD)和最终地终末期肾病(ESRD)指的是肾功能的总体丧失。患者通过一系列CKD阶段(I-V)(其指的是总体功能的恶化丧失)过渡，直到患者达到ESRD，此时需要以透析(血液透析或腹膜透析)或肾脏移植的形式的肾脏替代疗法。
除了CKD/ESRD患者中的总体功能丧失之外，其它肾脏疾病也可以分别影响肾脏的具体功能中的每一个。例如，存在影响肾脏排泄钾的能力的障碍；影响肾脏钙排泄的障碍；和影响肾脏水分排泄的障碍。当前对这些障碍的治疗通常是药物学的(如果可以获得的话)。
现今在急性环境中(acute setting)和在需要慢性肾脏替代疗法的患者中使用了用于去除这些离子和有机分子的各种方式。在ESRD患者的门诊环境中，血液透析和腹膜透析是当前采用的形式(形态，modalities)。天然肾脏移植体是最佳的。然而，由于在美国国家器官捐赠短缺，当前有约100,000名患者在肾脏移植体的等待名单上。
慢性血液透析需要放置AV瘘管或移植物和使用透析期间输注到血液透析筒(hemodialysis cartridge)中的透析溶液。患者通常每周要透析3次，每次疗程3至3.5小时。慢性腹膜透析需要放置永久性腹膜导管，并且在此程序中，施用透析溶液然后在10小时的时间内将其从腹膜腔反复排出。
透析疗法的一个缺点是其需要将透析溶液施用到血液透析筒(血液透析)或腹膜腔(腹膜透析)中。其次，其不是连续疗法，而是提供离子和有机分子的间歇清除的间歇疗法。在血液透析中，由于将治疗压缩到3至3.5小时治疗期的急性本质，所以可能发生血压和其它血液动力学参数的变化。在血液透析或腹膜透析中，既不能特异性地(特定地，specifically)去除医学上相关的离子或有机分子中的每种，也不具有反馈控制。在血液透析中，每次治疗都需要针进入瘘管或移植物，从而增加了血液感染的可能性。在腹膜透析中，当透析液置于腹膜腔中时存在腹膜炎的风险。
与血液透析和腹膜透析相比而言的许多优点将是由于能够为患者提供人工肾脏的选择。(1)人工肾脏实现了能够提供24小时处理并因此提供离子和有机分子的更高清除率的连续疗法。(2)不需要单独的透析溶液及随之而来的医疗保健系统费用。(3)考虑到恒定的血管连结(中心静脉双腔导管或A-V连结)，感染(血液感染或腹膜炎)的可能性较小，这将导致较少的入院和抗生素疗法。(4)使用人工肾脏，离子和有机分子可以以闭环方式通过传感器反馈而被特异性运输，从而基于患者的每种物质的血液水平来提供运输速率的调控，这些物质会因饮食摄入、GI吸收的变化、以及任何残余的肾功能而动态变化。(5)人工肾脏将有助于减少天然肾脏移植体的等待名单上的患者数量，导致较低的发病率和死亡率(通常在移植前发生)。(6)对于那些天然肾脏移植体已经衰竭一个或多个的个体，人工肾脏为这些患者提供了另一种可行的选择，这将防止他们不得不回到透析形态。(7)当患者在已经开始透析疗法之前达到CKD阶段4或5时，可以使用人工肾脏，从而防止随之而来的与血液透析疗法和腹膜透析疗法相关的发病率和死亡率。
拥有自包含的(self-contained)人工肾脏将会是理想的，该人工肾脏要足够小以便于携带、可在体外穿戴、或可植入。与传统透析所提供的相比，这种人工肾脏将允许患者有更大的移动性和灵活性，并显著改善他们的生活质量。重要的考虑在于事实是，肾脏不仅过滤血液，而且还基于身体的需要将水、各种离子、和有机物选择性地运输到尿中。为了使人工肾脏具有替代天然肾脏功能性的价值，其最低需要是：1)可便携的且优选可植入的，2)不需要使用外部溶液，3)不依赖于可能具有短寿命的细胞或酶，和4)可外部控制的。
在专利文献和公开文献中已提出了几种解决方案。在Fissell等人(WH Fissell,SRoy,and A.Davenport,"Achieving more frequent and longer dialysis for themajority:wearable dialysis and implantable artificial kidney devices",KidneyInternational,84(2),256-264(2013))中，描述了设备，其中超滤系统用于从血液去除蛋白质和细胞，而来自废弃的移植肾脏的肾近端小管细胞被固定化在构建体上以执行肾脏的离子运输功能。
Fissell尚未解决的事实是，天然肾脏含有非常多的细胞类型，其中的每种都有特异性的离子和有机分子运输功能。这些作者使用的细胞并不具有天然肾脏中各种细胞类型的所有专门运输特性。此外，体外生长的细胞通常改变它们的运输特性，并且不表达与其在体内表达的蛋白质相同的蛋白质。此外，体外细胞具有有限的寿命，并且会死亡或可能被排斥，然后会从其支持物脱离。最终，许多具有特异性运输特性的不同细胞类型将被要求执行所需的另外功能，以替代天然肾脏的运输功能。通过这种基于细胞的方式，尚无人能够在肾脏外部(体外)模拟天然肾脏中各种细胞类型的许多运输特性。
在Ding等人(美国专利8,858,792)中描述了一种血液透析系统，其中使用电去离子使透析液再生。此专利使用电去离子仅用于透析液再循环。在任何实施方式中，它都没有使用无透析液式(dialysate free)系统，无透析液式系统采用选择性的树脂晶片(resinwafers)用于离子的选择性分离而无需透析液。该专利由于使用透析液而不允许可植入设备，并且仅通过改变透析溶液才是可控制的。
Dong和Wang(中国专利101,862,481 A)描述了一种方法(过程，process)，其中透析设备连接到电去离子和反渗透设备以用于透析液的净化。由于此方法涉及透析液的使用，因此它永远无法是可植入的。Huang(中国专利1,843,956A)描述了与Dong和Wang类似的需要透析液的方法。已经有若干不同的专利是关于将电去离子用于水的各种应用，但是没有一个专利描述了使用单个设备特异性地控制来自动态进料流(feed stream)的各种离子的运输。DiMascio等人(美国专利6,284,124)描述了一种设备，其中一个晶片具有阴离子和阳离子交换树脂的交替层，但是没有提及在不同隔室中的不同晶片，并且没有使用这些晶片对特异性离子的运输进行控制。在DiMascio和Ganzi美国专利5,858,191中，描述了类似的方法。
Rivello(美国公开专利申请2006/0231403)描述了一种方法，其中使用两种离子交换树脂，一种用于阴离子交换而一种用于阳离子交换。然而，此方法并未使用可以选择性除盐的多重混合树脂。Schmidt等人(美国专利7,501,064)描述了一种方法，其中将电去离子(EDI)设备与反渗透设备结合使用，但是该方法是用于净化水，而不是用于特异性离子的选择性运输。此外，未对选择性晶片进行描述。Freydina和Gifford(美国专利8,585,882)描述了一种使用混合介质用于离子耗尽、吸收、吸附和螯合的方法。此设备描述了可以执行几种功能的腔室。然而，Freydina没有描述能够使一个晶片从线路脱离(离线，offline)的系统。在任何实施方式中，其都没有描述从混合进料中选择性去离子以及用于该系统的可控制方法。Reinhard(美国专利6,905,608)显示了一种与过滤器耦联的EDI单元，并描述了一种EDI方法，其中若干不同的腔室特异性地去除离子。然而，没有对使用此系统将电流和流转换为在系统运行时选择性改变离子选择性进行描述。
明显的是，这些参考文献均未提供总的解决方案——可被采纳用于在外部设备或最终可植入患者体内的设备中将血液净化的解决方案。尽管作了最大的努力，但是仍存在对用于血液处理，从而就像以自包含的人工肾脏的方式那样去除某些离子的系统的需求，该系统能在外部使用或最终被植入受试者体内并能自主地起作用，以提供对衰竭的天然肾脏的接近的替代。
发明内容
本发明描述了使用一系列相互依赖的分离技术的方法，当其被并入单个多部件分离设备中时是可外部便携的或可植入的)，并且提供了能够模拟天然肾脏运作的处理系统。这是在不使用透析液的情况下发生的。本发明的人工肾脏使用不同的分离技术执行各种肾脏过滤和运输功能。在所描述的发明中，超滤设备是过程顺序中的第一单元，其中浓缩物(含有细胞和蛋白质)被返回到血流，同时渗透物(含有葡萄糖、尿素、肌酐和所有离子)被循环到下一个过程单元。
在下一个过程步骤中，纳滤膜分离出葡萄糖，保留在浓缩物中的葡萄糖被送回到血流，同时渗透物(含有尿素、肌酐和所有离子)被循环到下一个分离单元，其中电去离子(EDI)用于实现(affect)离子去除。在一个实施方式中，按顺序使用两个选择性电去离子单元进行离子去除。在另一个实施方式中，纳滤单元被定位在第一EDI单元和第二EDI单元之间。
第一电去离子单元对钾的去除具有高度选择性，将富含钾的浓缩物送到尿流。第二电去离子单元用于从血流去除另外的离子(钠、镁等)，并以这样的比例将该EDI单元的稀释物送到尿流：该比例提供与健康的人肾脏所产生的尿的组成类似的组成。对于两个电去离子单元，不需要经由尿去除的离子将被返回到血流。
在EDI加工后，尿流被送到反渗透单元，其中适当量的水被去除并返回到血流中以防止脱水。尽管重要的是要考虑返回到身体的水的量，但是本文中未解决用于控制由反渗透单元去除的水的量的方法学。
总之，所描述的发明是这样的设备：其包括去除蛋白质和细胞的超滤、去除葡萄糖的纳滤、运输离子的电去离子、和调控去往(通向，to)血流和尿流两者的水的流动的反渗透。
此系统的独特方面是设备改变去往和来自血液的各种物质的运输量级以维持血流中这些物质的浓度相对恒定的能力。其运输速率被设备改变的物质包括但不限于钾、钠、钙、镁、氯根(chloride)、磷酸根(phosphate)、硫酸根(sulfate)、碳酸氢根(bicarbonate)、尿素、氨、肌酐和水。尽管在整个24小时的时期内食物摄入和各种血液组分的排泄(例如胃肠道或尿)中的变化，但是维持血液的化学相对恒定的能力在部分上是借助于在整个设备中于特定位置放置的各种传感器实现的，各种传感器测量正在被设备的各种部件运输的物质的浓度。来自传感器的信息被反馈到驻留软件，驻留软件经编程以(通过电流、电压、流动速率、和流动方向的改变)对通过设备进行的特异性物质的运输作出必要的改变。此外，在设备的EDI部件中，由于使用了具有不同选择性的多个晶片，因此在使某些晶片流(waferstreams)从线路脱离时，所运输的离子的相对比例改变，从而允许另外的控制水平。最后，物理地调节通过腔室的流，或者在一些实施方式中改变通向电极的电流，增加了另外的控制水平。
尽管输入和输出中的变化，但由于此设备不需要透析液并可以使人血液化学正常化，所以设备可以起到外部的人工肾脏或可植入的人工肾脏的作用。此外，设备可以起到独立(stand-alone)单元的作用并替代现在用于使患者透析的透析机。
附图说明
为了能够详细理解本发明的上述特征，可以通过参考各种实施方式对上文简要概括的本发明进行更具体的描述，其中一些实施方式在附图中有所示例。然而，应注意，由于本发明可允许其它的等效实施方式，因此附图仅示例本发明的一些实施方式，并因此不应视为是对其范围的限制。
图1是用于处理人血液，将处理后的血液返回到血流，并将去除的物质返回到尿流(urine stream)的整个设备的示意图。
图2是本发明的设备的更详细的示意图，其示例了在一些实施方式中泵的并入，其中系统内的压力可以被控制。
图3A是根据本发明的一个实施方式的单稀释物腔室EDI单元的示意图。图3B是图3A的EDI单元的示意图，其示例了离子从一种流动流(flow stream)到另一种的移动。
图4A是根据本发明的另一实施方式的双稀释物腔室EDI单元的示意图。图4B是示例离子从稀释物腔室中的每一个，跨越单元的各种膜，到其它腔室的移动的示意图。图4C是图4A的EDI单元内的各种膜和流动通道的三维表示。
图5A是类似于图4A的EDI单元的EDI单元示意图，其示例了具有三个分开的树脂晶片填充的稀释物腔室连同另外的电极的设备，该电极用于控制树脂晶片填充的腔室中的每一个的开/关性能。图5B是图5A的单元的示意图，其示例了各种流动通道连同通道之间选择离子的流动路径。
图6是从双晶片填充的腔室实验获得的数据图。
图7A呈现了表1，其报告了从在24小时的时间内进行的几次单晶片实验获得的离子运输数据，而图7B呈现了表2，其报告了在相同实验中去除的离子的总量。
图8是本发明的实施方式(其类似于图2所示的实施方式)的示意图，其中纳滤和第一电去离子单元的顺序颠倒。图8另外描绘了在一些实施方式中沿着处理流路径的另外的传感器的放置。
具体实施方式
参考图1，整个设备100在虚线内示出，该设备包括以下：(1)超滤(UF)单元112、(2)纳滤(NF)单元114、(3)电去离子(EDI 1和EDI 2)单元116和117、以及(4)反渗透(RO)单元118。
超滤单元112的目的是将红细胞(RBC)、白细胞(WBC)、蛋白质、和其它任何高分子量组分从进入的血流(在示例的实施方式中来自肾脏102的肾动脉104)分离，以经由流体导管将该血流返回到静脉(在示例的实施方式中是肾静脉106)。这些大组分先与血液的较小的中性组分(葡萄糖、尿素)和离子组分(钠、钾等)分离，也有助于防止在其它下游分离单元中结垢。
超滤本身是广为人知的膜技术，其使用压力迫使诸如水的流体通过半透膜。利用孔，它能够在使离子、糖和尿素穿过的同时选择性地保留蛋白质和细胞。此外，通过诸如用聚多巴胺或其它亲水性表面涂层进行表面处理，超滤能够抵抗膜结垢，并因此能在体内长期使用。
一些常见的超滤膜材料包括聚砜、醋酸纤维素、聚醚醚酮等。这些膜的标准操作条件是10-100psig，通量范围是20-200加仑/ft2天。利用这些设想以及从当前被制造用于本发明的人工肾脏中的膜所获得的知识，组装了原型设备(prototype device)以证明作为每条边(each side)测量为8英寸的立方体用于去除蛋白质和细胞的概念。设备的此部分的小型化正在进行中。
下一个部件——纳滤单元114的目的是从进入的血液回收葡萄糖并通过静脉(如肾静脉106)将其送回到身体中。像超滤一样，纳滤是膜技术，它利用压力迫使诸如水的流体通过半透膜。利用微小的孔和致密的扩散层，它不仅能够去除蛋白质和细胞，而且还能在使尿素和离子穿过的同时选择性地保留葡萄糖。
合适的纳滤膜包括由磺化聚砜、聚芳酰胺、醋酸纤维素等构造的那些。这些膜的标准操作条件是30-200psig，通量范围是10-100加仑/ft2天。利用这些设想以及当前被测试用于本发明的人工肾脏的膜，构造了用于选择性地去除葡萄糖的每条边为10英寸的设备。设备的此部分的小型化正在进行中。
来自NF单元114的渗透物流(permeate stream)接下来被引导通过流体导管(即管道)依次到达EDI单元116和117，以选择性运输需要通过“尿”流108从身体去除的离子(钾、钠等)。电去离子是电荷驱动的膜技术(稍后更详细地描述)，其使用离子交换树脂晶片促进选择性离子运输。单元并入了电极布置，电极布置促进跨越晶片的离子流动的打开或关闭。通过此流动控制方法，根据本发明的实施方式，从血液选择性地去除离子，这是其它获得专利权的技术或公开的技术都不能实现的。
适合使用的标准膜材料包括全氟磺酸树脂(全氟磺酸离子交换膜，nafion)、磺化聚砜、胺化聚苯乙烯等。每电池对(阴离子和阳离子交换膜组)的操作条件正常是约5伏特，在5-25mA/cm2下。利用这些设想，迄今为止构造的人工肾脏设备中使用的这两个设备分别具有14英寸和11英寸的立方体尺寸。设备的此部分的小型化正在进行中。
最后，来自第二EDI单元117的稀释物流(dilute stream)9被送到反渗透(RO)单元118，以将离子集中到“尿”流中，并通过静脉(如肾静脉106)将水(渗透物)返回到身体。
与本文中使用的其它分离技术一样，反渗透是膜技术，其利用压力迫使水通过半透膜。利用致密的结构，膜能够从溶液中去除一切。用于反渗透的常见膜材料中的许多都包括聚芳酰胺和醋酸纤维素。这些膜的标准操作条件是50-1000psig，通量范围是10-50加仑/ft2天。利用这些设想，针对原型设备制造了设备，边尺寸为8英寸。设备的小型化正在进行中。
在图2中进一步示例了所有设备，更详细示出的系统包括一个或多个泵214(A-E)、控制阀215(A-E)(其它的未示出)、传感器216(A-D)(其它的未示出)、和控制模块220。在一个实施方式中，当前的人工肾脏包括刚好在设备进入端口217之后串联(inline)插入的传感器模块216A。选择一个实施方式中该模块的一个或多个传感器来测量血液中目的离子(例如Na、K、Mg、Cl、磷酸根)浓度。在一些实施方式中，提供了另外的传感器以测量血液ph、尿素含量等，这些传感器都被连接到由可再充电式电池组222供电的控制模块220。这些传感器是商业上可获得的现成的设备，并且因其长时间工作的能力而被选择。
设备经设计以对所检测的离子在血液中的浓度的变化响应。控制模块220中的驻留软件从传感器(一个或多个)接收输入以计算各种离子的身份(identity)和相对浓度。响应于变化的离子水平，将软件编程以将流引导到EDI单元中的一个或两者或旁通(绕过，bypass)EDI单元中的一个或两者。可选地，可将其编程以打开或关闭EDI单元内单独的树脂装填柱。基于这些读取，其还能经由一个或多个阀215的控制将流引导到单元或旁通单元(例如，阀215D用以旁通反渗透单元)。泵214响应于压力信号，以使流保持在适当水平穿过各种膜。通过测量不同压力下的通量然后对膜面积的适当量进行设计，可以在实验上确定适当水平的泵压力。因此，即使环境的进入血压在某些情况下对于第一超滤设备可能是足够的，但也制定了经由泵214A调节压力的规定。由于纳滤设备需要更高的压力，因此它也被提供有其自己的泵214B。EDI设备应该不需要外部泵，但在一些实施方式中，提供了泵214C和214D。RO单元还需要单独的泵214E。人能够通过对各种泵、旁通管线等的控制来平衡流动通过整个设备的流体。
EDI单元
EDI单元116和117的作用是从溶液去除小的带电离子(Na、Cl、K等)。这是通过离子交换——固体(树脂晶片)和液体之间离子的可逆交换——完成的。如图3A、4A和5A中示例的，电极被放置在EDI堆叠物(EDI stack)的外部并在其两侧上。基于离子的电荷，允许或防止离子移动通过相关的膜(图3B、4B、5B)。带正电荷的离子朝向带负电荷的电极被吸引，而带负电荷的离子朝向带正电荷的电极被吸引。例如，阳离子(带正电荷的)运输通过阳离子交换膜(CMX)，但被阴离子交换膜(AMX)排斥，阴离子交换膜仅允许带负电荷的阴离子通过。
在一个实施方式中，两个EDI单元被串联使用。此第一EDI单元116专用于钾的选择性去除，钾是需要去除的离子中最关键的。此去除顺序模拟了完全发挥作用的肾脏的去除顺序。使用对钾高度选择性的树脂晶片(如，例如来自Dow Chemical的50％AmberlitetmIR120的混合物、或者来自Thermo Fisher Scientific的50％Amberlitetm IRA-402的混合物)发生去除。这些具有经证明的5：1或更高的钾选择性的树脂还能够去除其它目的离子，如磷酸根。
由于钾离子去除的关键性，在一个实施方式中，另外的串联(in-line)钾传感器模块216B被定位在NF单元114和第一EDI单元116之间，以在模块216A的钾传感器故障时既提供对浓度水平的检查又建立冗余。
对于EDI 116，来自NF 114的离开(exit)(渗透物)流被分开(分流，split)成用于通过第一EDI单元的两个流。第一输入流232被引导至一个(或多个)含有树脂的稀释物腔室。第一流232大致占输入流230的体积的约90％。转向一个(或多个)浓缩物通道的第二流动流231构成进料流的剩余部分(例如约10％)。大致上，两个流之间的分开将是80-95％的稀释物对5-20％的浓缩物。通过对阀215B的调节来控制流量比，进料流的分开程度由控制器220的控制程序决定。在一些实施方式中，可以通过管道大小使流分开(flow split)固定，因此消除了对阀215B的需要。
被设计仅去除一种类型的离子的第一EDI分离设备仅需要含有一种类型的树脂晶片。单元可以仅包括一个相对较大的树脂晶片填充的腔室，所有进入的稀释物流都被引导通过该腔室。然而，考虑到小型化要求，在一些实施方式中，单元116将包括多个并排的树脂晶片填充的稀释物腔室(诸如图4B和图5B中示例的)。在一些实施方式中，其将仅包括一对覆面电极(encasing electrodes)。在其它实施方式中，其可以包括另外的内部电极，以允许单独的稀释物流腔室的功能性离子运输能力打开或关闭(例如，如图5A中示例的)。
第二EDI单元117是多腔室单元，通过使稀释物流穿过各种晶片树脂柱——每种装填有不同离子选择性的不同树脂晶片——选择性地运输离子中的每种的一些或较大部分来平衡其它目的离子。在此单元中，目标是维持将要返回到血流的离子的相对浓度与健康肾脏所维持的离子的相对浓度相同。因此，在一些实施方式中，第三传感器模块216C刚好被放置在第二EDI单元117的上游。在其它实施方式中，第四传感器模块216D刚好被放置在EDI单元117的下游，以监测流的处理的有效性。在通信反馈回路中，控制器220可以通过控制去往EDI堆叠物内各种电极的电荷来打开或关闭任意的树脂晶片稀释物柱。在使用开/关阀选择性地控制柱的情况下，必须注意维持整个设备的通过量(throughput)。在一个实施方式中，与单元EDI单元116一样，大部分的进入流都被引导到稀释物柱。在其它实施方式中，流可以被更均匀地分开在稀释物和浓缩物之间，或者以其它方式借助于控制阀215C来调节。
在图1示例的实施方式中(也参见图2和图8)，EDI单元2充当离子吸收器，其中特异性离子跨越各种膜被运输到浓缩物流(concentrate streams)，并且这些浓缩物流被返回到血液。在此情况下，量化的是目的离子中的每种中有多少需要从稀释物流去除并返回到血液，使得留在稀释物流中的离子中的每种的量通过尿流从身体排泄。当具有来自EDI 2的未被吸收的离子的稀释物流到达反渗透单元时，此流中的基本上所有的离子都被反渗透膜排斥，而所需量的水被吸收并返回到血液，留下适当量的每种离子和水，其留在流中以待在尿流中排泄。在另一实施方式中，在来自浓缩物流的流被送到RO单元118的情况下，来自稀释物流的流可以返回到血液。然而，流动路径的这种逆转将需要另外的调节。
在图3A和3B中描绘了示例性的晶片增强的电去离子(WE-EDI)单元，去除单元仅具有单个树脂晶片堆叠物302。在EDI 1(116)的情况下，此WE-EDI系统的树脂晶片促进选择性离子钾(K)去除。离子交换树脂提高了在低浓度下的离子的运输。发生这种情况是因为晶片的存在增加了用于扩散的运输位点的数量。
如图3A所示，装填的固定化树脂晶片位于EDI单元的进料隔室302中，其中显示了外部电极304(带正电的)和306(带负电的)。这些可以形成单元的外壁或附贴到单元的外壁的电极包括实心片材或板材，并且在一些实施方式中被设计成在其内含有流体。AMX膜307允许负离子穿入漂洗物通道(rinse channel)308中，而CMX膜310允许正离子(在第一EDI单元116的情况下是钾离子)从稀释物流302流动到浓缩物流312，浓缩物被排到尿流。经加工的稀释物流302经由合适的流体通道从EDI单元116被运输到第二EDI单元，用于进行另外的离子去除。
在图3A的单元中，允许离子流动通过AMX膜307进入漂洗物流(rinse stream)308中。在第一原型中没有尝试保持漂洗物流离子游离(free)，这在操作单元(如图5A和5B中描绘的)中不会是这种情况。
在一个实施方式中，漂洗物通道(308和314)不仅用于将电极与稀释物通道和浓缩物通道隔离，也用于防止电极的腐蚀。漂洗物流是自包含的闭环系统的一部分，漂洗物液体是例如0.5-3摩尔的NaCl或0.2-2.0摩尔的Na2SO4，其从漂洗物容器(未示出)被提供至单元。也可以使用其它漂洗物液体，如氯化钾、硝酸钾、或其它高浓度的盐。
由于离子转移的驱动力是电荷，而不是浓度驱动的，因此流可以沿任意流动方向流动经过彼此。因此，稀释物流和浓缩物流可以沿相同方向流动。漂洗物流可以沿相对于相邻的流相同或不同的方向流动。
图4A示例了含有双稀释物腔室的设备，其具有装填有不同的离子选择性树脂晶片的柱412和414。图4A的EDI单元同样是原型单元的示意图。利用该原型，漂洗物流的离子污染不是问题了。在工作系统中，特别是在可植入系统中，漂洗物流(此处是流406和408)被保持尽可能不含运输的离子。对于这样的单元，第二浓缩物流(如图5A中示例的)可被提供在漂洗物流408和稀释物流414之间(类似于图5A中描述的)。在完全发挥作用的实施方式中，用双极性离子膜替代限定漂洗物通道的原型单元的CMX膜416和AMX膜422，该双极性离子膜起到排斥阳离子和阴离子两者的作用，因此防止漂洗物流的离子污染。
图4C是组装的图4AEDI堆叠物的示例性示意图。堆叠物具有彼此平行布置的交替的膜，其中间隔件和树脂晶片片材限定了流动通道/流动腔室。树脂晶片片材412和414是通过将离子交换珠和合适的生物相容性聚合物粘合剂(如聚乙烯、聚丙烯、尼龙等)压在一起制成的。在激活的流动路径中的每一个中使用不同的树脂，可以在单个设备中提供不同的选择性。入口和出口歧管(未显示)用于引导分开的稀释物流和浓缩物流进入和离开EDI设备的各种通道。
参考图5A，示出了EDI设备，其包括3个稀释物流510、512和514，外部电极1、5，和多孔的内部电极2、3和4。在一些实施方式中，内部电极包括丝网筛，丝网筛(如示例的)被并入到稀释物通道的树脂晶片基体(matrix)中。在其它实施方式中，这些电极包括被放置在BMX、CMX或AMX分离膜中每一个的任一侧上的丝网筛。在这些实施方式中的任一个中，可以通过电极的适当充电来实现类似的开/关功能。
在大多数情况下，图5A的EDI设备在电极1和5开启的情况下运行，在某些实施方式中，电极1带正电荷而电极5带负电荷。漂洗物流1和2行进(run)通过的外流动腔室是闭合回路的一部分，其中漂洗物流无法进入宿主身体或设备流中的其它流。双极性膜(BMX)516和518防止离子从其它流运输到漂洗物流或防止离子从漂洗物流运输。通过输入歧管(未示出)进入系统的流被分成稀释物流1、2和3(这些流在离开EDI单元时被重新组合以用于进一步加工)和浓缩物流1、2和3(其随后被重新组合以排出到血液)。在正常运行时，系统响应于检测到的这些离子的浓度的变化，选择性地去除目标量的钠(Na)、镁(Mg)和钙(Ca)。
在一些实施方式中，如果在EDI单元117中从正常偏移得小，则可以使该单元运行较短的时间段，诸如通过将流分流到旁通管线(未示出)。可选地，单元内的一个或多个EDI柱可以被虚拟地(virtually)旁通而不必使流转向。这是通过改变施加到EDI堆叠物的各种电极中的某些的电荷来实现的。在一些实施方式中，电压一次可以施加多于两个的电极，在这种情况下，优选添加第二可独立操作的电源。
举例来说，对于第二EDI单元117，如果需要从进入的稀释物流去除较少的钠，则对电极1(+)和4(-)而不是电极1(+)和5(-)进行充电。在这种配置中，稀释物流514不再充当Na的选择性分离流，因此更少的钠被去除，稀释物流514现在充当虚拟的“漂洗物流”。可以应用相同的方法学来降低钙的选择性，即通过将电极2(+)和5(-)充电同时将所有其它电极接地。镁的选择性是通过在电极对1(+)和3(-)与3(+)和5(-)之间跳跃而使其它电极接到地电位来实现的，因此有效地使镁选择性稀释物流516从线路脱离，同时继续去除钠和钙。
电极充电的其它组合可用于在功能上打开或关闭各种稀释物柱中的每一个。在一个实施方式中，如果所有离子浓度都在正常限度内，则通过将所有电极接地，单元117可以有效地被旁通，同时在稀释物通道和浓缩物通道之间维持相同的流分开。在此实施方式中，不需要流的下游调节。尽管使用旁通管线(未显示)可以获得相同的结果，但可能需要RO单元的调节以负责(account for)增加的进入流。
类似地，在第一EDI单元116的情况下，如果钾水平在正常范围内，则可以仅仅通过关闭所有设备电极的电源实现虚拟旁通。
如图5B中所示，由BMX膜516产生的OH-离子迁移到漂洗物1，而在设备的远侧，由BMX膜518产生的H+离子迁移到漂洗物流2，双极性膜使稀释物流510和514中的水分裂。这些OH-和H+离子随后在漂洗物容器中再结合形成水。
在一些实施方式中，第二EDI单元117可以包括多个分别起作用的模块，每个模块包括两个或三个稀释物流。在双稀释物通道模块的情况下，两个模块可以彼此相邻堆叠，由绝缘体分离，用于多达四种不同离子的可控分离。类似地堆叠的第三模块可以提供多达六个在分离上具有选择性的稀释物流。在每种情况下，通过各种稀释物流的流动都可以被控制，一方面通过适当的阀调(valving)，而另一方面通过对施加到若干EDI模块的各个电极的电荷的控制。在一些实施方式中，每个EDI模块可包括三个选择性稀释物流，根据EDI设备中使用的EDI模块的数量，提供总共6至9个分开的稀释物流。在一些实施方式中，尽管稀释物柱填充有不同的树脂晶片，但是第一EDI单元116和第二EDI单元117都可以具有相同的总体构造。
部分或全部系统旁通
单元被设计有内置的过剩能力(excess capacity)，使得其将可能只需要约一半的时间在线。因此，其将并非总是需要处理血液。因此，虽然本发明的设备被设计为连续地，24/7/365执行，但是根据血液含量和浓度，不时地旁通处理单元中的一个或多个可能是适当的，有时也完全地旁通设备。因此，当模块216A的传感器确定进入的血液化学处于正常限度内时，在一些实施方式中通过关闭阀215A和215D并打开阀215E，流可以经由旁通导管从入口217直接被转向到出口240。在此模式下，所有流都旁通单元100。
在另一实施方式中，可以通过关闭泵214A来实现虚拟旁通。在此模式下，在环境压力下，在超滤单元112中实际上不发生分离，因此进入单元的几乎所有流都返回到血流。仅仅通过关闭泵214A和214B，就可以在NF单元114中实现类似的旁通。
传感器/控制机制
如前所述，传感器用于监测组分(包括葡萄糖、钠、氯和钾)的浓度。
在一些实施方式中，传感器模块216A被放置在系统的入口(intake)处，在第一超滤单元112上游的位置。此模块216A可以具有一个或多个传感器，如微型流体传感器等，其可以实时检测中性(葡萄糖、尿素)组分和离子(钠、钾等)组分的浓度。合适类型的传感器包括电位式(测量电荷电位)电极和电化学生物传感器。电化学生物传感器可由基于酶的相互作用构成，其中浓度水平是基于实时检测和对中性组分(如葡萄糖、尿素等)的高选择性。另外，具有电流测量设备(测量设备中的生化反应产生的电流)的电化学传感器可用于基于电流的变化潜在地检测氧浓度，如克拉克氧电极。用于诸如Na、Ca、Mg、Cl和K离子的特异性传感器系统的实例包括具有因每种离子而异的传感器探针的Libelium智能水传感器(Libelium Smart Water Sensor)。总之，传感器将包括用于定期校准自身并与控制器通信的设备。
在一些实施方式中，传感器可以紧接(immediately)单元的上游定位，所收集到的信息与单元相关，以用于控制通过单元的流。因此，例如在EDI单元的情况下，为血流中的K+离子浓度的测量而选择的传感器模块216B可以紧接第一EDI单元116的上游定位。如果钾浓度高，则稀释物血流可被引导至此单元，并从此处将离开的稀释物流引导至第二EDI单元117。如果钾的浓度低于可执行的(actionable)水平，则驻留在控制器220中的控制程序(被编程以打开或关闭旁通阀)可旁通第一EDI单元，将稀释物流直接送至第二EDI单元117。在其它实施方式中，检测离开单元的离子的浓度。在其它实施方式中，可以在每个分离单元后放置另外的传感器以监测单元的有效性从而获得目标分离水平。
控制器
用于本发明的可植入肾脏设备的控制器220是虚拟小型计算机，含有独立地操作设备所需的所有软件和固件。其将包括用于转换传感器输出和计算离子浓度以及除此之外响应于传感器读数控制泵、阀和EDI单元电极的运行的软件。其被设计用于使用完善的通信协议(如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等)与外部设备(如RFID读出器、计算机等)通信。另外，控制器的软件和电子硬件允许从外源对设备编程和重新编程，因此允许根据需要进行操作程序的更新。驻留软件还可以包括用于追踪各种设备部件的健康以及用户健康的健康监测程序，具有以电子方式向患者的医师、设备监测服务、或其它指定的提供者发布可能的、很有可能的或真实的零件故障、或者严重的血液组分偏差的适当警告/警报的能力。
单元电源
为了完全自主的运行，本发明的肾脏设备需要其自己的单独的电源用于系统的电子部件和机械部件的运行。总的来说，普遍认为设备的电子部件(如控制器、传感器)和机械部件(如泵和阀门)将需要能够实现5到100瓦之间的供应的DC电池电源。在一个实施方式中，电池组222邻近控制器定位。在另一实施方式中，其可以被放置在整个设备外壳(envelope)内的任何地方。适用于设备的电池是那些易于再充电的电池。在可植入的肾脏中，电池组应当能够通过皮肤从外源(如外RFID源)再充电。
系统还可以包括用于监测电池的充电状态和健康状态的软件，以及促进对电池组进行远程再充电的必要电路和软件。
通过系统的流/通量/压力
为了设备正常运行，维持通过系统的恒定的流体流，恒定的流体流匹配系统所连接的动脉或静脉的血液流动速率。因此，尽管个体单元的最佳操作压力和通量的差异，但是有必要控制通过单元中的每一个的流体流动速率，如通过对分离单元的大小设定和/或在单元内所维持的压力，借此组合的排出流匹配来自输入血流的流。
由于压力会随设备所连接的静脉或动脉的位置而变化，所以在为特定设备设置最佳操作压力时，应考虑环境血压。例如，在一种选择中，设备可以通过双腔导管插入锁骨下静脉朝向右心房或到右心房中。在此处，中心静脉压力约为2-6mm Hg(.04-.11PSI)，流动速率大约是1升/min。在另一种选择中，设备的流入可以是来自各种动脉(例如髂的或肾的)中的一种，而流出可以是去往几种静脉(髂静脉、肾静脉)中的一种。肾动脉和髂动脉中的压力大约为100mm Hg(1.93PSI)，具有大约500ml/min的流动速率。肾静脉中的压力大约是1-5mmHg(.02-.10PSI)，血液流动速率大约是500ml/min。
考虑到超滤、纳滤和反渗透单元的压力要求，提供了装置(means)以将跨越各种分离膜的压差分别提高到10-30psig之间和10-50psig之间。在一些实施方式中，通过对引入到这些设备中和从这些设备引出的流动通道直径的收缩和扩张来控制压力。在其它实施方式中，可以使用泵来提供设备有效运行所需的内部压力。如图2中示例的，可以紧接每个分离单元的上游提供泵214(A-E)。
无论设备中的每一个的运行压力以及去往设备和来自设备的流如何，所有流的总输出必须匹配肾脏设备所连接的动脉或静脉的输入。此流动平衡是设定设备的各种元件和设备内的连接流体通道的大小的重要设计要求。尽管通常可以在特定系统中设计流动速率并因此为该特定系统固定流动速率，但可以制定对设备内的流进行微调的规定，以维持所需的输入-输出匹配。
系统放置
系统旨在是自包含的，最终被设定大小用于放置在人体内。在系统要被连接到静脉(如肾静脉)的情况下，单元内的泵提供驱动各种流体流通过各种滤膜所需的压力。如果将系统连接到动脉，则动脉压在不借助泵的情况下可足以完成此过程。是否植入设备，以及如果植入的话将其连接到动脉或静脉是医疗决定，其标准超出了本专利的范围。
原型系统
在实验室规模的基础上组装了原型设备。将单元的大小减小到量度约6立方英寸的设备所需的小型化正在进行中。如下所述，建造了原型以展示概念的证明。
原型超滤单元
对于超滤单元112，UF膜是通过中空纤维纺丝生产的并且由17.8％的聚砜组成。中空纤维膜在文献中有所描述。对于此过程，人们可以使用这些中空纤维膜中的几乎任一种以及任意表面处理过程来减少结垢。虽然所构造的设备是发明人的实验室所特有的，但是中空纤维的任意小型化的设备都可以用于此过程的第一步。
通过将纤维埋入(embedding)水中并使N2气体流动通过每根纤维，测试了上述中空纤维在膜内的潜在裂缝(撕裂，tears)。将无渗漏的纤维放置在100％乙醇中6分钟至72小时。然后将纤维干燥，并使用两个弯头、T形物和连接管道构造超滤单元。将弯头区域中的纤维埋入环氧树脂胶中，以制造错流过滤并分离进料流、渗透物流和渗余物流(retentateflows)。为了减少结垢，使用聚多巴胺(PDA)对膜表面进行改性。在涂覆前，在0psig下以2.5的泵度盘速度(pump dial speed)用100％乙醇洗涤纤维30分钟。然后在0psig下以2.5的泵度盘速度用去离子水洗涤纤维1-2小时。在25℃下将盐酸多巴胺(0.3-0.5mg/mL)在10mMTris-HCl(pH＝8.6)中的溶液搅拌大约4-5小时。在0psig下和以2.5的泵度盘速度，将PDA涂层施加到膜3-5小时。在将纤维涂覆后，在0psig下用去离子水洗去多余的PDA溶液1小时。此外，某些制备在0psig下还使用了50mM HCl漂洗物20分钟。接下来，泵送空气1-2分钟，并使单元干燥过夜。最初在不同压力下使用去离子水测试了每个单元。为了评估膜排斥RBC、WBC和蛋白质的潜力，测试了两种模型蛋白质(IgG和BSA)。在具有0.02％叠氮化钠的PBS(pH＝7.4)中制备了3.2g/L BSA的溶液或0.75g/L IgG的溶液。
原型纳滤单元
对于纳滤单元114，Sterlitech HP4750搅拌槽(stirred cell)与由19.63cm2的面积组成的聚酰胺薄膜复合平板膜(flat-membrane)一起使用。在室温下以200RPM搅拌约250mL的溶液，并用30psig下的氮气加压。NF溶液由2.85g/L钠、0.16g/L钾、0.02g/L镁、0.095g/L钙、3.72g/L氯、0.10g/L尿素、0.01g/L肌酐、和1.00g/L葡萄糖组成。利用DNS(3,5-二硝基水杨酸)试验来测定膜对葡萄糖的排斥。简要地，将1g的DNS添加到100mL的2N氢氧化钠中，将其加热并搅拌直至完全溶解。通过将100g的酒石酸钠钾与250mL的沸水组合，制成了另一种溶液。趁热将这两种溶液组合。将此DNS混合物存储在4℃下暗瓶中。对于分析，将1mL的DNS混合物与1mL的溶液组合，并用去离子水稀释至10mL的最终体积。然后将样品溶液煮沸6分钟，在冰上将其冷却，并使用NanoDrop分光计在470nm下进行分析，并通过与校准曲线进行比较计算出浓度。获得了99％的葡萄糖排斥值。
在室温下，以2.5的泵度盘速度，用200RPM的搅拌器设置进行原型纳滤单元的实验。渗余物和进料压力通过水实验测定，其中BSA实验和IgG实验两者的范围都在30-45psig之间。利用一定时间范围内体积的变化来测定渗透物流和渗余物流的流动速率。在每个时间点，使用NanoDrop分光计在280nm下测定样品浓度。通过计算排斥(rejection)来评估结果，排斥与膜所保留的物质的量相关。如下计算排斥：
Figure BDA0002472454500000141
其中C渗透物是所测量的穿过膜的组分的浓度，而C进料是所测量的进料至膜的组分的浓度。对于BSA，获得了94％的排斥，而对于IgG，获得了95％的排斥。
用空气-乙炔罐(40-45psig的空气，10-15psig的乙炔)，利用原子吸收来测定离子(如钠和钾)的排斥。对于钠，用去离子水将样品稀释50倍，并且在5mA的灯电流(lampcurrent)下吸收波长是330.2-330.4nm。对于钾，样品未被稀释，并且在6mA的灯电流下吸收波长是404.4nm。通常，未观察到NF膜的离子排斥。
为了测定尿素浓度，将Sigma Aldrich尿素试验试剂盒(Urea Assay Kit)与在570nm下的NanoDrop光谱测定结合使用。根据试剂盒方案实施了反应，并在于分光计上测试之前在37℃下温育60分钟。必要时，将样品稀释以拟合校准曲线。通常，未观察到NF膜的尿素排斥。
在文献中已经描述了纳滤膜。对于此过程，人们可以使用这些纳滤膜中的几乎任一种以及任意表面处理过程来减少结垢。可以以平片(平板，flat sheet)形式或中空纤维形式来操作这些膜。对于此原型，采用平片形式。
实验中使用的离子交换晶片由阴离子交换树脂和阳离子交换树脂两者(到目前为止已测试了17种不同的晶片组合，其结果报告在图7A和7B的表1和2中)、聚合物(聚乙烯粉末，500微米)和蔗糖组成。聚合物用于将树脂粘合在一起，而糖用于在晶片中创建孔隙。构造了定制的铁铸模(iron cast)(127cm x 127cm直径)。以23：23：15：10克比例的阴离子-树脂：阳离子-树脂：糖：聚合物混合晶片成分中的各个批料(batch)。然后使用FlacktekInc.SpeedMixer(型号：DAC 150SP)以300rpm的速率将组合物混合5秒以增强各处的均匀性。晶片材料在铸模中展开，然后被插入到Carver Press(型号3851-0)中，并在10,000psi和237华氏度下运行90分钟，随后是经由加压空气处理的20分钟冷却。冷却后，移除铸模，并小心地提取晶片。每次铸造大概制造4-5个独立的晶片，用于插入到EDI单元的各个腔室中。然后将晶片材料浸泡在去离子水中至少24小时。这允许糖溶出并在晶片中创建孔。
原型EDI单元
对于EDI，将两个500mL的烧杯填充400mL的0.3M NaSO4溶液。这些是漂洗物容器。又一烧杯——稀释物容器——填充有400mL的血液样离子溶液。(0.29g/L的氯化钾、5.6g/L的氯化钠、0.34g/L的二水氯化钙、0.02g/L的六水氯化镁、0.08g/L的无水磷酸二氢钠(Sodium Phosphate Monobasic Anhydrous)、0.1g/L的尿素、0.01g/L的肌酐盐酸盐、和2.1g/L的碳酸氢钠)，以及最后的烧杯——浓缩物容器——填充有400mL的2％氯化钠。容器中的溶液被泵送到图4A的EDI单元中。通过将正极引线和负极引线夹到电极上提供电源。打开电源并设置成0.02Amp的恒定电流。电压保持在2-7V之间，并在0、3、6和24小时处从所有四种流收集50mL样品。在这些时间处将电压、电流、电导率、近似体积、和流动速率全部记录。使用离子选择性电极(氯根和碳酸氢根)、试验试剂盒(磷酸根)、和通过原子吸收机的火焰光谱分析(钠、钾、钙和镁)分析样品。
对于反渗透(RO)膜过滤，使用Sterlitech HP4750搅拌槽，其中膜面积是19.63cm2。在室温下以200RPM搅拌多达250mL的溶液，并用20psig下的氮气加压。RO溶液由78mg/L钠、6.7mg/L钾、0.67mg/L镁、2.83mg/L钙、78.75mg/L氯、403mg/L尿素、53mg/L肌酐、和47mg/L葡萄糖组成。葡萄糖和尿素的分析是使用在NF部分中所描述的相同方法确定的。用空气-乙炔罐(40-45psig的空气，10-15psig的乙炔)，利用原子吸收来测定离子(如钠和钾)的排斥。对于钠，样品未被稀释，并且在5mA的灯电流下的吸收波长是330.2-330.4nm。对于钾，用去离子水将样品稀释5倍，并且在6mA的灯电流下的吸收波长是769.9nm。针对不同离子获得的排斥值如下：96％(钠)、93％(钾)、89％(氯根)。
文献中使用了许多不同的RO膜，包括聚芳酰胺、醋酸纤维素、三醋酸纤维素等。所有这些膜都可用于本发明的系统中。
可选的单元布置
在本发明的实施方式中，如图8中示例的，第一EDI单元可以紧接地在超滤单元后且在纳滤单元的上游定位。在此实施方式中，与第一实施方式一样，超滤单元被设计成从系统中去除蛋白质和细胞，这些组分被重新导入血流中。其它所有物质都穿过膜并且到其它单元上用于进一步加工。
第一EDI单元装载有针对优先去除钾而选择的树脂晶片。要注意的是，这些相同的树脂晶片也去除了磷酸根，因此在一个实施方式中，不需要单独的磷酸根去除柱。
某些最容易获得且最廉价的纳滤膜易于排斥磷酸根的事实使得在一些实施方式中有必要对NF单元和第一EDI单元之间的处理顺序进行这种转变。也就是说，通过保留磷酸根以及葡萄糖，NF系统将两种组分返回到血液，因此消除了整个系统去除磷酸根的能力。通过在NF单元之前先插入钾特异性EDI单元，可以避免此问题。在其它实施方式中，其中选择了接受磷酸根的纳滤膜，可以替换允许磷酸根穿过的接受磷酸根的纳滤膜，从而消除了改变顺序的需要。
如前所述，EDI单元在其若干腔室中可具有离子交换晶片。如图7A的表1所示，这些离子交换晶片具有选择性去除不同离子的能力。因此，举例来说，通过采用对钾有选择性的晶片，其对磷酸根也有选择性(尽管在图7A和7B中并未报告)，允许在此第一单元中对这些组分进行分离。
参考图8，除了NF单元114定位在第一EDI单元116之后以及描绘了另外的传感器和控制机构，此图与图2类似。
实验结果
图6显示了用单种离子进行的一次双晶片实验的结果。在这里，在两个单独的稀释物腔室中使用两种晶片类型，就像在人工肾脏中进行的那样。双晶片EDI系统的基本设置类似于单晶片。同样，阴离子交换膜(AMX)运输阴离子，而阳离子交换膜(CMX)运输阳离子。图4A的稀释物腔室中的圆圈411和413表示固定化的树脂珠。不同的阴影(浅/深)表示在不同腔室中晶片由不同的珠组成。如上所述，双晶片中的离子运输机制与单晶片系统的相同。晶片的制造程序和实验程序也相同。
如图7A和7B的表1和2中所示，不同离子的选择性随不同离子交换晶片的组成变化。虽然特异性离子的个体选择性可能高于或低于人肾脏，但可以由组合的晶片来建造全面的EDI系统，组合的晶片复制人肾脏的分离能力而无需透析液。对于表1，使用了各种树脂组成和树脂类型来创建固定化的树脂晶片。该表显示了不同的树脂组成和树脂类型如何促进变化的离子亲和力。该表进行了钠(Na+)的标准化。列出的每个值是每当运输一个Na离子时将被运输的离子的量。例如，对于每1个Na+离子被运输离开溶液并通过树脂晶片，晶片1将促进1.65个钾(K+)离子的运输。
表2列出了各种树脂组成和树脂类型及其不同的离子运输的量。所显示的值是离子浓度在0小时和24小时之间的差。所报告的值等于在24小时内从溶液中运输(去除)的离子的量(ppm)。例如，使用晶片1，在24小时内从溶液中去除了2572.15ppm(或mg/L)的Na+。
结论
尽管系统目前处于开发的早期，其中小型化正在进行中，但是系统最初将完全在用户身体外部使用。这是为了在单元被全部或部分植入之前确保可操作性的可靠性。一经证实，系统将被小型化到足够小以用于部分或完全植入的程度，并且可定位在人体内的若干位置中的一个中。举例来说，单元可以被放置在人体中靠近现有的肾脏(健康的或是患病的)或者代替移除的肾脏(一个或多个)处于腹部内(intra-abdominally)。在一些实施方式中，某些子部件可以经皮下放置，其中其余位于处于外部。在其它实施方式中，某些子部件可以经皮下放置，其中其余部分位于腹部内。在再其它的实施方式中，某些部件可以被放置在外部，某些部件可以被放置在皮下，以及某些部件可以被放置在腹部内。在再又其它的实施方式中，子部件可以被放置在外部，其中其余部分位于腹部内。设备的最终放置，或者对于给定的患者来说，关于哪些部件被放置在内部以及哪些部件被放置在外部的决定是医疗决定，其标准超出了本专利的范围。应当意识到，所有这些可能的变型中的每一个均符合本发明并且在本发明的范围内。
对于已经在透析的人，无论它是腹膜透析还是血液透析，设备最终将会减少透析的频率。另外，设备可用于提供补充功能以延迟血液透析或腹膜透析的需要。最低限度，其可以用于患者护理的许多阶段。
本发明的多晶片EDI单元可以用于选择性分离至关重要的几种应用中，包括食品制造、水处理、其它生物医学应用等。此外，本发明的独特的EDI单元可以用于多种疾病而不只是总体运输丧失，如用于慢性肾脏疾病或终末期肾脏疾病中。具体地，该技术可用于患有单独离子运输障碍的患者中，其中需要对钠、钾、钙、镁、磷或碳酸氢根的排泄进行单独的(或以任意组合地)调节。
尽管前述内容涉及本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下可以设计出本发明的其它的和进一步的实施方式，并且本发明的范围由所附权利要求确定。
术语表
渗透物：在压力驱动的膜分离系统中，其穿过液体渗透膜的开口或间隙。
渗余物：在压力驱动的膜分离系统中，其例如被多孔的液体渗透膜保留。
稀释物：在电去离子中，是在分离膜的第一侧的流体，杂质将从中去除。
浓缩物：在电去离子中，是在分离膜的第二侧的流体流，所选择的组分将被接收到其中。在压力驱动的膜分离系统中，是在分离膜的一侧的流体流，所选择的组分将从中去除。
稀释物流：在电去离子中，是两种流体流中的一种，组分(例如杂质)将从中去除，或已从中去除。
浓缩物流：在电去离子中，是两种流体流中的另一种，组分(例如杂质)将被接收到其中，或已被接收到其中。
透析液：(1)透析期间在膜的另一侧使用的用于去除杂质的流体。(2)在透析过程中流动通过透析器且不穿过半透膜的流体和溶质，在其离开透析器回流之后与去除的有毒物质一起被丢弃。
肾静脉：使肾脏排泄(drains)的静脉
肾动脉：将血液从心脏携带至肾脏的动脉。
CMX膜：一种膜，其允许带正电荷的离子运输(渗透)通过其中，同时排斥带负电荷的离子的通过。
AMX膜：一种膜，其允许带负电荷的离子运输(渗透)通过其中，同时排斥带正电荷的离子的通过。
BMX膜：一种膜，其既排斥带正电荷的离子又排斥带负电荷的离子通过其中。

Claims (30)

1.用于从含有离子的流体选择性去除离子的分离设备，所述分离设备包括：
具有多个流体流动腔室的电去离子堆叠物，在所述设备的外边界处的第一外流动腔室和第二外流动腔室被第一外部电极限定在所述堆叠物的第一侧上，并且被第二外部电极限定在所述堆叠物的另一侧上，所述第一外流动腔室和第二外流动腔室的内壁由与所述外部电极平行且间隔布置的离子膜在内部限定；
所述设备的另外的内流动腔室，所述内流动腔室由多个分离膜限定，其中交替的内流动腔室填充有特异性离子运输能力的树脂晶片；
另外的电极，所述另外的电极与内部的树脂晶片填充的流动腔室中的每一个关联；以及，
装置，用于选择性地向所述设备的电极中的一个或多个施加电压。
2.权利要求1所述的分离设备，其中所述另外的电极被布置在所述树脂晶片填充的流动腔室内。
3.权利要求1所述的分离设备，其中所述另外的电极被布置在所述分离膜中的每一个的任一侧上。
4.权利要求1所述的分离设备，其中所述另外的电极是多孔的。
5.权利要求4所述的分离设备，其中所述另外的电极包括丝网筛。
6.权利要求1所述的分离设备，其中限定与所述外部电极相邻的所述外流体流动腔室的所述离子膜中的每一个包括双极性膜。
7.权利要求1所述的分离设备，其中限定位于所述第一外流动腔室和第二外流动腔室的内部的流动腔室的所述分离膜包括阳离子交换膜或阴离子交换膜。
8.权利要求1所述的分离设备，其中所述树脂晶片以固定化树脂晶片的压制片材的形式呈现。
9.权利要求1所述的分离设备，进一步包括用于向所述一个或多个电极单独施加电压的电源。
10.权利要求1所述的分离设备，其中与所述第一外流动腔室相邻的所述第一内流动腔室由与所述第一双极性膜平行且间隔布置的阴离子交换膜限定，所述第一内流动腔室填充有经选择的离子特异性树脂晶片。
11.权利要求10所述的分离设备，其中第二内流动腔室在其一个壁处由所述第一内腔室的所述阴离子交换膜限定，并且在其另一个壁处由阳离子交换膜限定，所述阳离子交换膜与所述阴离子交换膜平行且间隔开布置。
12.权利要求11所述的分离设备，其中第三内流动腔室在其一个壁处由所述第二流动腔室的所述阳离子交换膜限定，并且在其另一个壁处由所述双极性交换膜限定，所述双极性交换膜限定所述第二外流动腔室的内壁，所述第三内流动腔室填充有经选择的离子特异性树脂晶片。
13.权利要求12所述的分离设备，其中所述第三内流动腔室的经选择的离子特异性树脂晶片对所述第一内流动腔室的离子特异性树脂晶片的不同的离子是特异性的。
14.权利要求1所述的分离设备，其中定位在所述内部的树脂晶片填充的流动腔室中的每一个之间的是不含树脂的流体流动腔室。
15.权利要求1所述的分离设备，其中在所述第一外流动腔室和第二外流动腔室的内部，提供了三个树脂填充的流动腔室，每一个流动腔室具有与其关联的分开的不含树脂的流体流动腔室，每一个树脂填充的流动腔室填充有不同的离子特异性树脂晶片。
16.从流体流选择性地分离出一种或多种目的离子的方法，所述方法包括以下步骤：
a.提供多腔室电去离子设备，其中外壁包括第一平行板电极和第二平行板电极，所述板电极在其之间限定了空间，所述空间包括至少八个分开的平行的流体流动腔室，与所述外板电极相邻的所述外流体流动腔室在其内壁处由分离膜限定，内部的至少六个流体流动腔室也由分离膜限定，所述内流体流动腔室的第一个、第三个和第五个具有关联的多孔电极，所述第一、第三和第五内流动腔室填充有特异性离子运输能力的树脂晶片；
b.提供用于给所述分开的电极中的每一个彼此独立地通电的电源；
c.提供至少一个传感器以监测目的离子的进入浓度；
d.将含有所述目的离子的流体引导至所述传感器，并在之后引导至所述多腔室电去离子设备；
e.测定去往所述多腔室电去离子设备的进入流体流中的所述目的离子的浓度；并在之后，
f.基于浓度测定步骤的结果，根据需要向所述电极施加电压。
17.权利要求16所述的方法，其中所述树脂填充的腔室中的每一个中的树脂晶片彼此不同。
18.权利要求16所述的方法，其中如果所述目的离子不超过期望的浓度，则不向所述电极施加电压，所述多腔室电去离子设备中的所有电极都维持接地。
19.权利要求16所述的方法，其中如果所有的所述目的离子都超过期望的浓度，则向所述第一板电极和第二板电极中的一个施加电压，所述第一电极带正电或带负电，所述第二电极与所述第一电极带电相反。
20.权利要求16所述的方法，其中如果所述目的离子中只有一种超过期望的浓度，则向所述第一板电极和第二板电极中的一个施加电压，所述板电极带正电或带负电，并向所述树脂晶片填充的腔室的所述关联的多孔电极中的一个施加电压，所述树脂晶片填充的腔室中的每一个中的阴离子朝向带正电的电极迁移，而所述晶片填充的树脂腔室中的每一个中的阳离子朝向带负电的电极迁移。
21.权利要求16所述的方法，其中所述八个腔室中的每一个中的流体流动方向是相同的。
22.权利要求16所述的方法，其中外部的两个流体腔室中的流体流动的方向与其它六个流体流动腔室中的流体流动的方向相反。
23.权利要求16所述的方法，其中所述外流体流动腔室的内壁包括双极性膜，所述外流体流动腔室充当漂洗物腔室，并且目的离子不被运输到所述漂洗物腔室中。
24.权利要求16所述的方法，其中含有离子的流体包括人血液，并且将被去除的离子包括钠、钙、钾、镁、磷酸根和氯。
25.用于控制从血液去除离子的方法，所述方法包括以下步骤：
提供根据权利要求1所述的电去离子设备以用于从血流选择性去除离子；
提供一个或多个传感器以用于感测所述血流内的钾、钠、钙、镁和其它选择离子的存在和浓度；并且，
提供控制器，所述控制器含有能够接收来自所述一个或多个传感器的输出的软件，计算所检测的离子中的每一种在所述血流内的浓度，基于预先编程的离子浓度限度来确定如果有，则所检测的离子中有多少需要从所述血流去除以满足这样的预先编程的限度，并在之后产生一个或多个控制信号以设置通过所述电去离子设备的流动，并对选择的一对设备电极充电，一个要带正电，另一个要带负电。
26.适用于处理人血液以去除不需要的离子的人工肾脏设备，所述人工肾脏设备按顺序包括：
第一流体导管，用于将血流引导至所述设备；
超滤单元，所述超滤单元具有与所述第一流体导管连接的入口，所述超滤单元从所述血流分离红细胞和白细胞以及蛋白质；
第二流体导管，用于将所分离的红细胞和白细胞以及蛋白质引导至流体出口以返回到所述血流；
第三流体导管，用于将另一流体流引导至第一电去离子单元；
第一电去离子单元，用于将钾离子从所述第三流体导管的流体流分离；
第四流体导管，用于将所分离的所述钾离子运输至尿流；
第五流体导管，用于将所述第一电去离子单元的稀释物运输至纳滤单元；
纳滤单元，所述纳滤单元具有用于接收来自所述第五流体导管的流的入口，所述纳滤单元将葡萄糖从所述流体流分离；
第六流体导管，用于将所分离的葡萄糖引导回到所述血流；
第七流体导管，用于将来自所述纳滤单元的另一流体流引导至第二电去离子单元；
第二电去离子单元，用于接收所述第七流体导管的稀释物，所述电去离子单元包括填充有不同树脂晶片材料的多腔室电去离子堆叠物，所述树脂晶片对包括钠、钙、镁和钾的目的离子有选择性；
第八流体导管，所述第八流体导管离开所述第二电去离子单元，所述第八流体导管将含有所运输的离子的流体流从浓缩物腔室引导至所述血流；
第九流体导管，所述第九流体导管离开所述第二电去离子单元以将稀释物流引导至反渗透单元；
反渗透单元，用于从所述第九流体导管的电去离子排出流回收水；
第十流体导管，用于将所述回收的水从所述反渗透单元运输至血液；以及，
第十一流体导管，用于将所述反渗透单元的浓缩物流中剩余的水和离子运输至尿。
27.权利要求26所述的人工肾脏设备，其中在所述超滤单元、纳滤单元、电去离子单元和反渗透单元中的每一个之前提供单独的串联泵。
28.用于处理人血液的系统，所述系统包括以下设备，每个设备与其它设备流体连通：
超滤设备；
纳滤设备；
第一电去离子设备，所述第一电去离子设备被配置用于钾的优先去除；
第二电去离子设备，所述第二电去离子设备被配置用于除钾以外的一种或多种离子的优先去除；
反渗透设备；
一个或多个泵；以及
一个或多个传感器。
29.权利要求28所述的系统，其中所述纳滤设备被放置在所述第一电去离子设备和所述第二电去离子设备的之间。
30.权利要求28所述的系统，其中所述纳滤设备被放置在所述第一电去离子设备和所述第二电去离子设备之前。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2020012759A (es) 2018-06-25 2021-02-15 Magna Imperio Systems Corp Espaciadores impresos en tres dimensiones (3d) para dispositivo de intercambio ionico.
US11701619B2 (en) * 2018-10-12 2023-07-18 MIS IP Holdings, LLC Diagnostic methods and apparatus for electrodialysis
US20230241554A1 (en) * 2020-08-14 2023-08-03 Massachusetts Institute Of Technology Simplified Architecture for Desalination via Electrodialysis
US11673818B2 (en) 2020-12-30 2023-06-13 Industrial Technology Research Institute System and method of treating waste water
CN114832630A (zh) * 2021-02-01 2022-08-02 溢泰（南京）环保科技有限公司 一种电去离子水过滤膜的堆叠方法
NL2032487B1 (en) * 2022-05-17 2023-11-24 W&F Tech B V Membrane stack, stack assembly and system for ammonia recovery and method therefor
BE1030731B1 (nl) * 2022-07-29 2024-02-26 Ecosolve Elektrodialysesysteem voor het verwijderen van zoutionen uit water

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07328395A (ja) * 1994-06-15 1995-12-19 Japan Organo Co Ltd 電気透析装置
US20040245175A1 (en) * 2001-10-05 2004-12-09 Godec Richard D Control of water treatment system with low level boron detection
CN1612757A (zh) * 2001-11-19 2005-05-04 塑料管设计技术和艾里门拉芮工业贸易公司 电血液透析管
CN101193823A (zh) * 2005-06-09 2008-06-04 株式会社荏原制作所 电透析装置、排水处理方法及氟处理系统
CN101394876A (zh) * 2006-03-08 2009-03-25 弗雷泽纽斯医疗保健控股有限公司 可佩戴式肾
JP2009142724A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Japan Organo Co Ltd 電気式脱イオン水製造装置および脱イオン水製造方法
CN101784292A (zh) * 2007-08-23 2010-07-21 弗雷泽纽斯医疗保健控股有限公司 人造肾透析系统
CN103096948A (zh) * 2010-07-29 2013-05-08 西江大学校产学协力团 人工肾单位装置
HK1213210A1 (zh) * 2013-03-12 2016-06-30 Baxter Int 具有電滲析和電去離子能力的血液透析和腹膜透析系統

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5026465A (en) * 1989-08-03 1991-06-25 Ionics, Incorporated Electrodeionization polarity reversal apparatus and process
US5116509A (en) * 1989-09-08 1992-05-26 Millipore Corporation Electrodeionization and ultraviolet light treatment method for purifying water
US5868915A (en) 1996-09-23 1999-02-09 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
US6284124B1 (en) 1999-01-29 2001-09-04 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
US6905608B2 (en) 2002-01-22 2005-06-14 Exergy Technologies Corporation Advanced electrodeionization for fluid recycling
US7141154B2 (en) * 2003-03-06 2006-11-28 Uchicago Argonne Llc Single-stage separation and esterification of cation salt carboxylates using electrodeionization
UA65474C2 (en) * 2003-08-05 2006-09-15 Vitalii Vasyliovych Strashko Solar collector
WO2005042808A1 (en) * 2003-10-20 2005-05-12 Ionics, Incorporated Spiral electrodeionization device and components thereof
JP4489511B2 (ja) 2004-06-18 2010-06-23 株式会社荏原製作所 複極室および該複極室を備えた電気化学的液体処理装置
US7501064B2 (en) 2005-01-06 2009-03-10 Eet Integrated electro-pressure membrane deionization system
US20060231403A1 (en) 2005-04-14 2006-10-19 Riviello John M Chambered electrodeionization apparatus with uniform current density, and method of use
CN100590079C (zh) 2006-05-10 2010-02-17 浙江省医疗器械研究所 无菌血液透析用水处理设备
SE532971C2 (sv) 2006-08-16 2010-05-25 Triomed Ab System för regenerering av en vätska
CA2707214A1 (en) 2007-11-30 2009-06-11 Siemens Water Technologies Corp. Systems and methods for water treatment
CA2754522C (en) 2009-03-06 2019-08-20 Baxter International Inc. Hemodialysis and peritoneal dialysis systems having electrodeionization capabilities
US9005440B2 (en) 2009-03-06 2015-04-14 Baxter International Inc. Hemodialysis and peritoneal dialysis systems having electrodialysis and electrodeionization capabilities
US8080161B2 (en) 2009-06-11 2011-12-20 Baxter International Inc. Dialysis treatment devices for removing urea
US8404091B2 (en) * 2009-08-27 2013-03-26 Baxter International Inc. Dialysis treatment devices for removing urea
CN101862481B (zh) 2010-06-25 2012-01-11 董大泉 简便型自动腹膜透析设备
JP2014511344A (ja) * 2010-12-21 2014-05-15 ジーイー・ヘルスケア・アクスイェ・セルスカプ 造影剤を含む組成物の脱塩
US8668886B2 (en) * 2011-04-24 2014-03-11 Therapeutic Proteins International, LLC Separative bioreactor
US9017277B2 (en) 2011-05-02 2015-04-28 Medtronic, Inc. System and implantable device for treating chronic kidney disease
US20140158588A1 (en) 2012-12-10 2014-06-12 Medtronic, Inc. pH AND BUFFER MANAGEMENT SYSTEM FOR HEMODIALYSIS SYSTEMS

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07328395A (ja) * 1994-06-15 1995-12-19 Japan Organo Co Ltd 電気透析装置
US20040245175A1 (en) * 2001-10-05 2004-12-09 Godec Richard D Control of water treatment system with low level boron detection
CN1612757A (zh) * 2001-11-19 2005-05-04 塑料管设计技术和艾里门拉芮工业贸易公司 电血液透析管
CN101193823A (zh) * 2005-06-09 2008-06-04 株式会社荏原制作所 电透析装置、排水处理方法及氟处理系统
CN101394876A (zh) * 2006-03-08 2009-03-25 弗雷泽纽斯医疗保健控股有限公司 可佩戴式肾
CN101784292A (zh) * 2007-08-23 2010-07-21 弗雷泽纽斯医疗保健控股有限公司 人造肾透析系统
JP2009142724A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Japan Organo Co Ltd 電気式脱イオン水製造装置および脱イオン水製造方法
CN103096948A (zh) * 2010-07-29 2013-05-08 西江大学校产学协力团 人工肾单位装置
HK1213210A1 (zh) * 2013-03-12 2016-06-30 Baxter Int 具有電滲析和電去離子能力的血液透析和腹膜透析系統

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Publication number Publication date
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