CN114761131A - 用于通过声泳诱导迁移进行颗粒处理、清洗、转染的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的设备，所述设备包括：‑至少两个入口(113、114)；‑至少两个出口(115、116)；具有纵向轴线(A1)的容器，所述容器包括用于流体流动的腔室(111)，所述腔室(111)被配置为与换能器(112)相关联；‑至少一个换能器(112)，其被配置为在腔室(111)内产生体声波；‑至少一个流速传感器，其被配置为测量腔室(111)中的流体的流速；其中，沿着容器的纵向轴线(A1)，至少两个入口(113、114)位于容器的一端，并且至少两个出口(115、116)位于另一端；其中，至少一个第一入口和第二入口中的每个位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧，其中，至少一个第一入口和第二出口中的每个位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧，并且其中，第二入口和至少一个第一出口中的每个位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧。

Description

用于通过声泳诱导迁移进行颗粒处理、清洗、转染的设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过通道内、尤其是微通道内的声力场，从悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗颗粒的设备。
背景技术
声泳能够用于通过声力来处理和分类颗粒。在现有技术中已知的声泳常规技术中，通过为声波创建共振条件，在沿通道的尺寸(长度、宽度或厚度)的给定位置处创建至少一个声压节点。
WO 2016/201385 A2描述了用于检查、检测、隔离、监测、表征或分离包含血细胞的血液中的病原体的设备和方法。该设备包括流动腔室和反射器，该流动腔室具有溶剂入口、至少一个主流体入口、颗粒出口、至少一个残留物出口。该方法包括在声驻波中捕获病原体，将溶剂引入流动腔室，以及从设备中去除病原体。还公开了用于检查、检测、隔离、监测、表征或分离包含血细胞的血液中的特定循环细胞的设备和方法。该设备包括具有至少一个入口和至少一个出口的流动腔室、显微镜物镜和盖玻璃。该方法包括驱动换能器以在流动腔室中产生声驻波并在血液中产生微泡。
然而，当不受控制时，通过腔室的流速可能影响细胞分离的质量，并导致差的结果。例如，如果测量一类目标细胞的浓度，则这种缺乏对流速的控制可能是有害的。
更具体地，本发明旨在通过提出一种方法和设备来弥补现有技术的缺点，该方法和设备允许从悬浮液中分离和/或隔离目标颗粒，并确定在腔室中流动的流体的颗粒的流速和/或浓度，以优化流体流动，同时易于使用和实施，而没有现有技术的缺点。
发明内容
本发明的目的涉及一种用于从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的设备，所述设备包括：
-至少两个入口，其中，至少一个第一入口被配置为接收颗粒悬浮液，并且第二入口被配置为接收缓冲溶液；
-至少两个出口，其中，至少一个第一出口被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液，并且第二出口被配置为排出分离和/或隔离和/或清洗的目标颗粒；
-具有纵向轴线的容器，所述容器包括用于流体流动的腔室，所述腔室被配置为与换能器相关联；
-至少一个换能器，其被配置为在腔室内产生体声波，所述换能器位于所述至少一个第一入口与所述至少一个第一出口之间；
-至少一个流速传感器，其被配置为测量腔室中流体的流速；
其中，沿着容器的纵向轴线，至少两个入口位于容器的一端，而至少两个出口位于另一端；
其中，所述至少一个第一入口和第二入口中的每个位于容器的纵向轴线的任一侧；
其中，至少一个第一入口和第二出口中的每个位于容器的纵向轴线的任一侧；以及
其中，第二入口和至少一个第一出口中的每个位于容器的纵向轴线的任一侧。
在一个实施例中，至少一个换能器被配置为发射稳定的体声波。在一个实施例中，体声波在垂直于容器的纵向轴线的方向上被发射。在一个实施例中，腔室包括由声阻抗优于在所述腔室中流动的流体的声阻抗的材料制成的内壁。在一个实施例中，该设备还包括耦合元素，以确保腔室的壁与换能器之间的临时耦合。在一个实施例中，该设备还包括至少一个压力传感器。在一个实施例中，该设备还包括至少一个浓度传感器，所述至少一个浓度传感器被配置为测量目标颗粒的浓度，所述浓度传感器连接到至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口。在一个实施例中，该设备包括被配置为接收第二颗粒悬浮液的第三入口和被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液的第三出口，所述第三入口和第三出口相对于纵向轴线与第一入口和第一出口对称。在一个实施例中，至少一个第一入口具有垂直于容器的纵向轴线的纵向轴线。在一个实施例中，至少一个第一出口具有垂直于容器的纵向轴线的纵向轴线。在一个实施例中，该设备还包括电子控制单元，该电子控制单元被配置为从压力传感器、浓度传感器和/或流速传感器恢复(recover)数据。在一个实施例中，电子控制单元被配置为基于来自压力传感器、浓度传感器和/或流速传感器的恢复数据来监控腔室中流体的流速。
本发明还涉及一种用于通过根据本发明的设备从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：
-经由至少一个第一入口将颗粒悬浮液引入腔室中；
-同时经由第二入口将缓冲溶液引入所述腔室中；
-激活至少一个换能器以在腔室中产生体声波，以用于从悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒；
-在至少一个第一出口处从所述腔室中排出目标颗粒耗尽的悬浮液；
-在第二出口处收集由体声波从悬浮液中偏转的目标颗粒；以及
-利用被配置为测量至少一个参数的至少一个传感器在至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口处测量所述至少一个参数。
在一个实施例中，至少一个参数是流速和/或目标颗粒的压力和/或浓度，其中，体声波的振幅和频率根据所述参数来修改。在一个实施例中，从至少一个第一出口排出的悬浮液包括比在至少一个第一入口提供的悬浮液的目标颗粒少至少75％的目标颗粒。
本发明还涉及一种根据本发明的设备用于通过将来自颗粒悬浮液的目标颗粒偏转到缓冲溶液或另一流体，使所述目标颗粒与包括在所述缓冲溶液或所述另一流体中的第二类型的颗粒接触的用途。
定义
在本发明中，以下术语具有以下含义：
-“有效区”：设备的面向传感器的部分。
-“缓冲液”是指一种流体，当该设备被激活时，偏转的目标颗粒将在该流体中被偏离。缓冲液可以通过添加化学化合物和/或生物载体被功能化，所述化学化合物和/或生物载体被认为是颗粒，例如病毒、细菌、DNA、RNA、质粒、蛋白质，它们被设计用于例如与偏转的目标颗粒反应或转染偏转的目标颗粒。缓冲液可以是CPD、SSP+、RPMI培养基、LB、
Figure BDA0003674515980000041
UW溶液、HEPES、PBS、CMRL培养基或DMEM。
-“CMRL”：康诺特医学研究实验室。
-“CPD”：柠檬酸盐-磷酸盐-葡萄糖。
-“偏转颗粒”是指通过声波发射而偏离悬浮液的颗粒。
-“耗尽的流体”是指当这种设备被激活时，颗粒已经从其偏转到富集的流体的流体。
-“耗尽的悬浮液”是指当设备被激活时，颗粒已经从其被偏转到富集的流体的悬浮液。
-“设备激活”是指换能器发射的声波。
-“一次性设备”是指设计成在使用单次后即可丢弃的设备。
-“DMEM”：杜尔贝克改良型Eagle培养基。
-“DMSO”：二甲基亚砜
-“富集的缓冲液”是指在设备被激活时经偏转的目标颗粒已被定向到其中的缓冲液。
-“富集的流体”是指当设备被激活时，经偏转的目标颗粒离开耗尽的流体所流向的流体。
-“流体”是指可能包含或可能不包含颗粒的液体或气体(例如液态水)。
-“HEPES”：4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸。
-“HypoThermoSol”：商标。
-“入口区”：设备的注入流体的部分。
-“LB”：溶原性肉汤。
-“甲基纤维素”是指衍生自纤维素的化合物。
-“非偏转颗粒”是指不会因声波发射而偏离悬浮液的颗粒。
-“非侵入式传感器”是指不会以可感知的方式干扰被测系统的传感器(例如：渡越时间流量计、回声仪、分光光度计、多普勒仪等)。
-“相对壁”：在有效区中，离主换能器最远且平行于该主换能器的壁。
-“出口区”：设备的提取流体的部分。
-“颗粒”是指流体中的自限定未溶解元素(例如细胞、细胞簇、沙子、液滴、气泡)。
-“颗粒清洗”：将颗粒从第一流体偏离到第二流体的动作。
-“颗粒悬浮液”是指包含至少一个颗粒群的悬浮液，一个群由共同的尺寸、成分或性质限定。术语“颗粒悬浮液”和“悬浮液”在本文中可互换使用。
-“PBS”：磷酸盐缓冲盐水。
-“泵”是指被配置为在设备中产生流动的子设备。
-“RPMI”：洛斯维公园纪念所。
-“传感器”是指被配置为在系统上执行测量的子设备(例如：涡轮流量计、压力计、内窥镜等)。
-“SSP+”：血小板储存溶液。
-“无菌设备”是指没有细菌或微生物的设备。
-“悬浮液”是指包含颗粒的流体，所述颗粒可以从该流体中偏离。
-“系统”是指能够在其上进行测量的一个元素或一组元素(例如：包含流动流体的管、一袋食品、群体)。
“目标颗粒”是指悬浮液中感兴趣的颗粒。所述目标颗粒旨在从颗粒悬浮液偏转到另一种流体(例如缓冲液)中，以进行清洗、隔离和/或分离。
-“换能器”是指被配置为当接收到对应的激活信号时发射定义的频率和功率的声波的子设备。
-“传输壁”：在有效区中，最靠近主换能器并平行于该主换能器的壁。
-“UW溶液”：威斯康星大学冷藏溶液。
详细描述
在结合附图阅读的情况下，将更好地理解以下详细描述。为了说明的目的，该设备在优选实施例中示出。然而，应当理解，本申请不限于所示的精确布置、结构、特征、实施例和方面。附图不是按比例绘制的，并且不旨在将权利要求的范围限制于所描绘的实施例。因此，应当理解，在所附权利要求中提到的特征后面有附图标记的情况下，包括这些标记仅仅是为了增强权利要求的可理解性，而不是限制权利要求的范围。
从以下对系统实施例的描述中，本发明的特征和优点将变得显而易见，该描述仅作为示例并参照附图给出。
本发明的目的涉及一种用于从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的设备，所述设备包括：
-至少两个入口，其中，至少一个第一入口被配置为接收颗粒悬浮液，并且第二入口被配置为接收缓冲溶液；
-至少两个出口，其中，至少一个第一出口被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液，并且第二出口被配置为排出分离和/或隔离和/或清洗的目标颗粒；
-具有纵向轴线的容器，所述容器包括用于流体流动的腔室，所述腔室被配置为与换能器相关联；
-至少一个换能器，其被配置为在腔室内产生体声波，所述换能器位于所述至少一个第一入口与所述至少一个第一出口之间；
-至少一个流速传感器，其被配置为测量腔室中流体的流速；
其中，沿着容器的纵向轴线，至少两个入口位于容器的一端，而至少两个出口位于另一端；
其中，至少一个第一入口和第二入口中的每个位于容器的纵向轴线的任一侧；
其中，至少一个第一入口和第二出口中的每个位于容器的纵向轴线的任一侧，并且
其中，第二入口和至少一个第一出口中的每个位于容器的纵向轴线的任一侧。
缓冲液和颗粒悬浮液根据层流流过腔室，并且还流过由换能器发射的声波。在腔室内的目标颗粒上施加声场引起所述目标颗粒的运动，以允许在所述声场的节点处聚集所述目标颗粒。在本发明中，声压节点形成在腔室的中心(取决于换能器工作的所选频率)，并且声辐射力(ARF)在腔室中产生。ARF以高达一百倍重力当量的力将目标颗粒推向压力节点。悬浮在悬浮液中的目标颗粒将迁移到声压节点，并从所述悬浮液偏转到缓冲溶液中。换句话说，通过在第一入口和第二入口处注入缓冲溶液和颗粒悬浮液，在腔室中产生缓冲溶液层和颗粒悬浮液层，并且在腔室中产生声场时，目标颗粒从悬浮液层迁移到缓冲液层。取决于第一入口和第二入口的位置，悬浮液层能够最靠近换能器(NT)并且缓冲液层能够离换能器(FT)最远，或者缓冲液层能够最靠近换能器(NT)并且悬浮液层能够离换能器(FT)最远。富集颗粒的流体(即缓冲液中偏转的目标颗粒)流向第二出口，而目标颗粒耗尽的流体(即耗尽的悬浮液)流向第一出口。
本发明依赖于目标颗粒从一种流体到另一种流体的主动偏转。因此，在第二出口处收集的目标颗粒不在它们在第一入口处所在的同一流体中。这导致所述颗粒的较好的隔离、分离或清洗。例如，包含对特定颗粒群具有选择性渗透性的流体的缓冲液层能够用于确保仅收集所述颗粒群。
这是特别有利的，因为它允许隔离、清洗或分离流体内的目标颗粒，而没有任何可能损坏所述目标颗粒的机械力、过滤或离心步骤，尤其是如果所述目标颗粒像细胞一样易碎。
清洗是指将一种类型的目标颗粒从颗粒悬浮液偏转到选定的流体中的动作，例如将细胞从酶悬浮液偏转到非酶流体中。
隔离是指将一种类型的目标颗粒从颗粒悬浮液中偏转的动作。例如，细胞被选择并被偏转到腔室中的中心层以进行聚集。
分离是指将目标颗粒从包含至少两种不同颗粒群(目标和非目标)的颗粒悬浮液中偏转的动作，或者将至少两种类型的目标颗粒从颗粒悬浮液中在至少两个不同方向上偏转到至少两个不同出口的动作。
沿着容器的纵向轴线，至少两个入口位于容器的一端，至少两个出口位于另一端；所述端是容器的相对末端。
所述至少一个第一入口和第二入口中的每个位于容器的纵向轴线的任一侧，这意味着所述入口根据纵向轴线彼此相对。
换能器被配置为发射声波，所述声波具有限定的振幅和限定的频率，所述换能器位于所述至少一个第一入口与至少一个第一出口之间。如上所述，声波允许从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒。
该至少一个换能器被配置为产生体声波(BAW)，即在3维中传播的体积声波，即通过耦合材料体在换能器与腔室之间传播的声波。在腔室中产生体声波有利地允许处理(即，隔离、分离和/或清洗)大体积的颗粒悬浮液、允许有效且容易地实现换能器与腔室/容器之间的临时耦合。
该至少一个换能器不产生表面声波(SAW)、稳态表面声波(SSAW)或行进表面声波(TSAW)。表面声波(SAW)是指沿着表面在换能器与腔室之间传播的声波。表面声波(SSAW)是指SAW随时间振荡，但其峰值不在空间行进。行进表面声波(TSAW)是指其峰值在空间中行进的SAW。SSAW的使用限制了换能器与腔室之间临时耦合的能力，以及处理的体积，使其成为生产污染敏感悬浮液的不良候选。行进波(例如TSAW)的使用使得本发明的设备无效。
根据一个实施例，换能器临时耦合到腔室(或容器)。临时耦合意指可移除地耦合。该实施例特别有利，因为它允许使用带有非一次性换能器的一次性容器，从而确保容器的无菌性，这在生物物体的处理中仍然是一个基本点。
根据一个实施例，换能器是纵向谐振器，其允许有效且容易地实现换能器与腔室之间的临时耦合。
根据一个实施例，换能器是压电换能器。换能器可以由陶瓷制成，例如锆钛酸铅、铌酸钾或钨酸钠；晶体，例如石英、电气石或磷酸镓；III-V或II-VI半导体，例如氮化镓或氧化锌；聚合物，例如聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯或聚酰亚胺；或它们的混合物。
流速测量允许选择和调谐腔室内的流速，并确保腔室内的流体流动尽可能平稳，以遵守泊肃叶定律。
在一个实施例中，流速传感器是非接触式流速传感器，即所述传感器与腔室中的流体没有任何接触。这是特别有利的，因为非接触式流速测量/监测确保了设备和这里的流体的无菌性。
在一个实施例中，流速传感器位于第二出口处。
这里，至少一个用于测量腔室中流体流速的装置、至少一个压力测量装置和/或至少一个用于测量目标颗粒浓度的装置是传感器，这些装置分别是流速传感器、压力传感器和浓度传感器。
在特定的配置中，该设备被配置为由换能器激活，所述设备包括：
-至少一个第一入口，其为液压入口，所述液压入口被配置为接收颗粒悬浮液，
-至少一个第一出口，其为用于排出悬浮液液压出口，
-具有纵向轴线A1的容器，所述容器包括用于流体流动的腔室，所述腔室具有作为缓冲流入口的第二入口和作为用于排出颗粒的缓冲流出口的第二出口，所述缓冲流出口位于缓冲流入口的相对侧，
-用于测量流体流量的至少一个装置，
其中，缓冲流入口和所述至少一个液压入口位于容器的一侧，而用于排出偏转的目标颗粒的缓冲流出口和至少一个液压出口位于沿着轴线A1的另一侧。
根据一个实施例，目标颗粒选自包括以下的组：生物细胞、分散介质中的分散细胞、单分散或多分散细胞、血细胞、血小板、红细胞、胰岛、白细胞、癌细胞、干细胞、祖细胞、细菌、蛋白质、脂质体、细胞器、细胞簇、病毒、囊泡、微粒、纳米颗粒、微泡、微珠、微生物、寄生虫、藻类、沙子、沉积物、灰尘、抗体、粉末、配子、寄生虫卵、浮游生物、组织、脂肪、花粉、孢子、金属颗粒或它们的混合物。
根据一个实施例，目标颗粒的平均尺寸为1μm-500μm、优选地为50μm-500μm、更优选地为1μm-50μm、最优选地为1μm-20μm。
利用本发明的设备不能有效地处理大于500μm的颗粒，因为这样的尺寸要求将声波的频率急剧降低到1MHz以下，在1MHz以下会出现声流效应。
根据一个实施例，颗粒悬浮液包括一种类型的目标颗粒，其中偏离的目标颗粒在第一出口处从腔室中排出，而耗尽的悬浮液在第二出口处从腔室中排出，从而得到隔离的目标颗粒。
根据一个实施例，颗粒悬浮液包括至少两种不同类型的颗粒，其中第一类型的颗粒在第一出口处从腔室中排出，第二类型的颗粒，即目标颗粒，在第二出口处从腔室中排出，从而得到分离的颗粒。在该实施例中，颗粒之间的尺寸和类型差异可以使得所述颗粒能够根据它们朝向沿着腔室厚度产生的声压节点的迁移速度的差异而被分离。在该实施例的特定配置中，具有不同波长的声波用于从流体中分离每组颗粒，为此，使用两个换能器。
缓冲溶液根据其声学和流体质量及其与待偏转的目标颗粒的相容性来选择。缓冲溶液被设计成保持在腔室的焦平面内，例如，通过添加溶质或胶体悬浮液来减少湍流或通过添加溶剂如水来弱化湍流。缓冲溶液还被设计用于减少化学物质和颗粒类型与悬浮液的不可控交换。
根据一个实施例，缓冲溶液可以是但不限于CPD、SSP+、RPMI培养基、LB、DMSO、甲基纤维素、HEPES、PBS、CMRL培养基、DMEM或它们的混合物。
根据一个实施例，缓冲溶液被配置为不会无意地改变要偏离的目标颗粒。例如，为了不无意地改变目标颗粒，避免目标颗粒的不需要的化合物，施加到目标颗粒的渗透力可以在缓冲溶液中降低和/或目标颗粒的适当pH值范围得以保持。
替代地，缓冲液可以通过添加化学化合物(如抗生素、抗病毒药物)和/或生物载体(如病毒、细菌或质粒)而被功能化，所添加的化学化合物和/或生物载体被设计为例如与偏转的目标颗粒反应或转染偏转的目标颗粒，例如为了细胞治疗目的转染宿主细胞。
在这两种情况下，当焦平面在声节点上时，缓冲溶液的声阻抗高于或等于悬浮液的声阻抗。当焦平面位于两个声节点之间时，缓冲溶液的声阻抗低于或等于悬浮液的声阻抗。
根据一个实施例，所述至少一个第一出口和第二出口中的每个在腔室的一端处位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧，所述端与入口所在的端相对。
根据一个实施例，所述至少一个换能器被配置为发射稳定的体声波。
根据一个实施例，所述至少一个换能器发射频率范围为100kHz至10MHz、优选地为500kHz至5MHz的声波。发射波的频率根据悬浮液中待移动的目标颗粒来选择，特别地，所述频率基于待偏转的颗粒尺寸来选择。例如，颗粒越小，频率越高。在大多数实施例中，频率高于1MHz，有利地减少声流的影响。
在一个实施例中，声波的波长大于待分离的目标颗粒的平均尺寸、优选地大于或等于该平均尺寸的十倍。
根据一个实施例，所述至少一个换能器被定位在腔室的下表面的中心。替代地，所述至少一个换能器可以定位在腔室的上表面上，或者沿着腔室的下表面和/或上表面定位。
根据一个实施例，所述至少一个换能器在腔室外部。
声力与发射的声波相关，并在腔室中产生焦平面。根据一个实施例，焦平面是垂直于轴线A2a的腔室内的平面。根据待移动的目标颗粒的性质，焦平面可以在腔室中声压的节点上或两个节点之间。
根据一个实施例，体声波在垂直于容器的纵向轴线的方向上发射。在该实施例的特定配置中，声波相对于腔室的纵向轴线的入射角为85°至95°，例如89°至91°。在该实施例的更具体的配置中，声波相对于腔室的纵向轴线的入射角基本上为90°。
在一个实施例中，换能器在腔室的厚度上而不是宽度上产生声力场。该实施例特别有利，因为它允许形成目标颗粒层。
根据一个实施例，该设备包括多个换能器，优选地，该设备包括2、3或4个换能器。该实施例是有利的，因为它允许沿着腔室更好的功率分布。
在该实施例的特定配置中，换能器可以沿着腔室的上表面对齐，或者根据纵向轴线A1分布在腔室的任一侧。在该实施例的特定配置中，由所述换能器发射的声波可以相同或不同。换能器优选地沿容器的纵向轴线(A1)对齐。
当流体以高速流动时或者当要产生大的目标颗粒的层时，使用多个换能器是有利的。在第一种情况下，换能器下的飞行时间随着流体速度的增加而减少。这可能需要使用更多数量的换能器来实现聚焦。在第二种情况下，例如在没有流动的情况下，可以使用多个换能器来形成大的目标颗粒的层。
当使用多个换能器时，它们中的至少一个可以沿着腔室的宽度产生声波。
根据一个实施例，由声波产生的声节点位于腔室的中心，即离所述腔室的两个纵向壁的距离相等。纵向壁是指沿着纵向轴线(A1)延伸的壁。在任何情况下，声节点都不在腔室的壁处。这有利地防止了目标颗粒接近腔室的内壁，尤其是所述细胞能够粘附的内壁。
根据一个实施例，腔室包括由声阻抗优于在所述腔室中流动的流体的声阻抗的材料制成的内壁。
在该实施例的特定配置中，腔室或所述腔室的内壁由选自包括以下的组的材料制成：有机聚合物或无机聚合物；金属；凝胶，例如水凝胶；玻璃，例如熔融石英、耐热玻璃；晶体，例如硅；陶瓷，例如碳化硅；树脂；它们的衍生物或它们的混合物。腔室或其内壁的材料应该在使用后易于消毒。
有机聚合物的示例包括但不限于：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)聚氨酯、硅树脂、聚乙烯、聚甲基戊烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、医用级聚合物或一次性塑料。
金属的示例包括但不限于：钢或不锈钢。有利地，不锈钢允许声能较好地传递到腔室中的流体。此外，钢的壁能够在设备中起到反射器的作用。
有利地，PMMA的声阻抗是流体的两倍，不锈钢的声阻抗是流体的40倍。此外，PMMA有利地与所有细胞相容、是光学透明的，即允许看到腔室的内部，从而看到这里的流体。
根据一个实施例，该设备还包括耦合元素，以确保腔室的壁与换能器之间的临时耦合。因此，换能器不使用例如环氧树脂粘合到容器上。耦合元素允许在换能器与容器之间更有效地传输声能。
耦合元素的示例包括但不限于：液体或凝胶，例如水、水凝胶、植物油、矿物油、油脂、聚合物、它们的衍生物或它们的混合物。耦合元素应该尽可能薄、均匀，即在所述耦合元素内或接触表面上没有任何气泡或微泡。
本发明的设备不包括被配置为反射腔室中的声波的反射器。本发明的设备使用腔室外部的自由空气层作为潜在的反射器。
根据一个实施例，该设备还包括至少一个压力传感器，即压力测量装置。
根据一个实施例，该设备还包括配置为测量目标颗粒的浓度的至少一个浓度传感器(这里也称为用于测量目标颗粒的浓度的装置)，所述浓度传感器连接到至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口。
根据一个实施例，用于测量腔室中流体流速的至少一个装置是传感器，该传感器被配置为测量所述腔室中流体的流速。在该实施例的特定配置中，传感器连接到至少一个第一入口。在该实施例中，颗粒悬浮液在第一入口处被注入腔室之后，该颗粒悬浮液的流速由传感器测量。
在一个实施例中，传感器可以连接到第一入口和/或第二入口和/或第二出口。
在该实施例的优选配置中，流速传感器、压力传感器和/或浓度传感器位于(或连接于)第二出口。
根据一个实施例，该设备包括多个传感器，例如流量传感器、流速传感器、压力传感器、用于测量流体中目标颗粒的体积浓度的传感器等。
根据一个实施例，多种类型的传感器可用于不同的入口和出口。
根据一个实施例，每个传感器可以连接到一个泵。
根据一个实施例，该设备包括多个容器，每个容器连接到一个传感器，所述传感器位于两个连续的容器与泵之间。在另一个实施例中，每个容器可以连接到多个传感器，所述传感器连接到多个泵。
有利地，传感器是非侵入式测量装置，例如多普勒仪、渡越时间流量计或分光光度计。在替代实施例中，传感器可以是侵入式测量装置。
根据一个实施例，该设备还包括至少一个压力测量装置。有利地，能够根据测量的压力来监控腔室中的流体流动，尤其是流速。
根据一个实施例，该设备还包括至少一个用于测量目标颗粒的浓度的装置，用于测量浓度的所述装置被连接到至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口。有利地，该实施例允许在至少一个第一入口和/或第二入口处引入腔室的悬浮液和/或缓冲溶液中的目标颗粒的浓度与在至少一个第一出口和/或第二出口处从所述腔室排出的悬浮液和/或缓冲溶液中的目标颗粒的浓度的比较。
根据一个实施例，至少一个第一入口具有垂直于容器的纵向轴线A1的纵向轴线。这种配置使得腔室的制造较容易，此外，利用这种配置，组装也较容易。此外，它还允许关于流速的灵活性，而不必改变设备尺寸。
根据一个实施例，至少一个第一出口具有垂直于容器的纵向轴线A1的纵向轴线。这种配置使得腔室的制造较容易，此外，利用这种配置，组装也较容易。
在前面两个实施例的组合中，至少一个第一入口和至少一个第一出口都具有垂直于容器的纵向轴线A1的纵向轴线。
在替代实施例中，第一入口和第一出口可以相对于腔室的纵向轴线A1在任何方向上倾斜。第一入口和第一出口可以彼此平行布置。在另一个实施例中，当第一入口和第一出口不平行时，它们相对于换能器的垂直轴线A2a对称。
根据一个实施例，第二入口和/或第二出口具有平行于容器的纵向轴线A1的纵向轴线，即第二入口和/或第二入口在与容器的纵向轴线A1相同的方向上延伸，即第二入口和/或第二入口与容器的纵向轴线A1对齐。
在替代配置中，第二入口和/或第二出口相对于容器的纵向轴线A1倾斜。
根据一个实施例，该设备包括被配置为接收第二颗粒悬浮液的第三入口和被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液的第三出口，所述第三入口和第三出口相对于纵向轴线与第一入口和第一出口对称。在该实施例中，第三对称入口和出口允许具有较高的流速，并避免目标颗粒到达腔室的内壁，从而防止所述目标颗粒进入到所述腔室中与所述腔室的内壁接触。这种配置还允许更容易地激活共振。
在该实施例中，取决于入口的位置，悬浮液层能够是中央的，缓冲液层能够是侧面的，或者缓冲液层能够是中央的，悬浮液层能够是侧面的。富集颗粒的流体(即缓冲液中偏转的目标颗粒)流向第二出口，而目标颗粒中耗尽的流体(即耗尽的悬浮液)流向第一和第三出口。
根据一个实施例，第一入口和/或第二入口和/或第三入口(也称为第二液压入口)具有平行于容器的纵向轴线A1的纵向轴线。
根据一个实施例，第一入口和第三入口相对于腔室的纵向轴线A1a对称。第一出口和第三出口垂直于腔室的纵向轴线A1a。第一出口和第三出口的轴线平行于轴线A2，优选地，第一出口和第三出口具有同一轴线A2c。在该实施例的特定配置中，第一出口和第二出口关于腔室的纵向轴线A1a对称。
这里，容器的纵向轴线A1是腔室的纵向轴线。
在一个实施例中，第二入口和第二出口与腔室的轴线A1a对齐。在其他实施例中，第二入口和第二出口平行于该轴线A1。根据轴线A1，第二入口位于第二出口的相对侧处。
在一个实施例中，入口和出口与腔室一体制成。
根据一个实施例，入口和出口、尤其是第一入口和第一出口根据所述腔室的纵向轴线A1定位在腔室的相对端(或末端)。替代地，入口和出口、尤其是第一入口和第一出口都可以沿着腔室定位在换能器的任一侧。
根据一个实施例，该设备还包括电子控制单元，该电子控制单元被配置为从压力传感器、浓度传感器和/或流速传感器恢复数据。在该实施例中，所述电子控制单元允许根据所恢复的数据管理泵和传感器。
根据一个实施例，电子控制单元被配置为基于来自压力传感器、浓度传感器和/或流速传感器的所恢复的数据来监控腔室中流体的流速。
根据该实施例的特定配置，电子控制单元从流速传感器恢复参数，并调节入口处泵送缓冲液和/或悬浮液的流速，以便具有规则的流速和/或减少腔室中的流动中断。在这种配置中，对于缓冲液和悬浮液，在入口处测量的流速可以相等或不同。例如，如果流速传感器在一个入口处测得的流速高于另一个入口处的流速，则控制单元将调节所述流速使其在两个入口处相同(例如通过向泵送装置发送信号)。这是有利的，因为它确保了入口处的相等流速，还防止了在目标颗粒的隔离/清洗/分离期间的流速波动。
根据该实施例的特定配置，电子控制单元包括反馈回路。
根据该实施例的特定配置，电子控制单元从浓度传感器恢复数据参数，并且相对于由所述浓度传感器测量的浓度调节换能器的振幅和/或频率。
根据一个实施例，传感器与电子控制单元之间的连接可以是有线的或无线的。
根据一个实施例，压力和/或浓度和/或流速的参数由至少一个测量装置测量，由至少一个换能器发射的声波的振幅和频率通过电子控制单元根据所述参数来修改。在该实施例中，控制单元根据由至少一个传感器测量的参数来调节由换能器发射的声波的流速、频率和/或功率。这确保了目标颗粒的最佳偏转，因为例如较高的流速将需要较高的功率和潜在的不同频率的声波。
根据一个实施例，该设备是一次性的。该设备通常与可能被污染的流体接触。出于卫生原因，该设备可以是一次性使用的。
根据一个实施例，该设备还包括连接到容器的至少一个泵送装置。泵送装置被配置为管理设备内，即腔室内的流体流动。特别地，泵送装置能够在设备的每个入口和/或腔室中施加受控且恒定的流速，并且有利地允许保持腔室的无菌状态。在该实施例中，泵送装置是机械泵，优选地，泵送装置是蠕动泵。在特定的配置中，每个入口连接到一个泵送装置。
在设备包括多个容器的情况下，每个容器连接到至少一个泵送装置。
根据一个实施例，该设备包括用于测量压力和/或浓度和/或流速参数的至少一个非侵入式装置。非侵入性装置的使用允许防止腔室内的流动的扰动。
根据一个实施例，腔室具有矩形形状、圆柱形形状或其他形状。在该实施例的优选配置中，腔室是长方体，其特征在于长度(沿着纵向轴线A1)、宽度和厚度，这种配置是特别有利的，因为它比任何其他形状更容易将声波无扰动地施加到长方体。在本文中该腔室也能够称为“通道”。
根据一个实施例，腔室不是微流体通道，因此本发明的设备不是微流体设备。非微流体通道的使用允许显著且容易地增加容器中的流速，并因此减少给定体积的处理时间，同时保持足够低的剪切速率以使颗粒在处理过程中不被损坏，因此允许使用该设备来产生细胞疗法治疗。
根据一个实施例，腔室的宽度为1mm至50mm、优选地为5mm至20mm、更优选地为5mm至15mm，在腔室是圆柱体的情况下，所述宽度是直径。
根据一个实施例，腔室的厚度为150μm至2mm、优选地为300μm至780μm。
根据一个实施例，腔室的长度为5cm到20cm、优选地为5cm至15cm。
在一个实施例中，至少在沿纵向轴线产生声波的位置处，腔室的宽度大于或等于待分离的目标颗粒的平均尺寸的十倍。
在一个实施例中，声波具有波长λ，并且腔室的厚度基本上等于λ/4的倍数。
根据一个实施例，该设备还包括：
-缓冲液入口容器，其被配置为填充有缓冲溶液并且流体地连接到第二入口；
-悬浮液入口容器，其被配置为填充有颗粒悬浮液并且流体地连接到至少一个第一入口；
-富集的缓冲液的出口容器，其流体地连接到第二出口；和
-耗尽的悬浮液的出口容器，其流体地连接到第一出口。
在该实施例的特定配置中，所述容器是一次性的。一次性确保良好的卫生、法规要求并节省时间。
在该实施例的特定配置中，所述容器选自生物反应器、瓶、袋、小袋、小瓶、贮存器、模块或瓶，流体被转移、储存或收集到它们中。
在该实施例的特定配置中，所述容器包括生物相容的、抗微生物的和/或低过敏性的材料。生物相容的材料是有利的，因为它允许与生物流体接触。抗微生物和/或低过敏性材料是有利的，因为它防止不期望的微生物的生长和/或与流体接触时的过敏。所述材料的示例包括但不限于：聚合物，例如有机聚合物或无机聚合物；金属，例如不锈钢；凝胶，例如水凝胶；玻璃，例如熔融石英、耐热玻璃；晶体，例如硅；陶瓷，例如碳化硅；或它们的混合物。聚合物的示例包括但不限于：聚氨酯、硅树脂、聚乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，聚甲基戊烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷或它们的混合物。
根据一个实施例，该设备还包括传热系统，该传热系统被配置为控制容器的温度并确保所述温度保持在阈值以下。该实施例是特别有利的，因为它确保在换能器(其产生热量)的激活期间容器不会加热，因此腔室中的流体不会变热。这防止容器中的颗粒由于过热或意外激活而变质。
在该实施例的特定配置中，所述阈值是35℃、优选地为30℃、更优选地为25℃。
在该实施例的特定配置中，所述传热系统是冷却系统，例如珀耳帖冷却系统或水冷系统。
本发明还涉及一种用于通过根据本发明的设备从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：
-经由至少一个第一入口将颗粒悬浮液引入腔室中；
-同时经由第二入口将缓冲溶液引入所述腔室中；
-激活至少一个换能器以在腔室中产生体声波，以用于从悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒；
-在至少一个第一出口处从腔室中排出目标颗粒耗尽的悬浮液；
-在第二出口处收集由体声波从悬浮液中偏转的目标颗粒；以及
-利用用于测量所述至少一个参数的至少一个装置在至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口处测量至少一个参数。
换句话说，在特定配置中，该方法使用根据本发明的设备，其中，该方法包括以下步骤：
-向至少一个液压入口(第一入口)提供颗粒悬浮液，
-在容器的腔室内向缓冲流入口(第二入口)提供缓冲液，
-激活至少一个换能器，所述换能器发射声波，以用于分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒，以获得耗尽的悬浮液，
-通过至少一个液压出口(第一出口)排出耗尽的悬浮液，
-通过容器的缓冲流出口(第二出口)排出偏转的目标颗粒，
-利用用于测量所述至少一个参数的至少一个装置测量至少一个液压入口和/或出口和/或缓冲流入口和/或出口处的至少一个参数。
换句话说，在另一特定配置中，该方法使用根据本发明的设备，其中该方法包括以下步骤：
-向至少一个液压入口(第二入口)提供缓冲流，
-在容器的腔室内向颗粒悬浮液入口(第一入口)提供颗粒悬浮液，
-激活至少一个换能器，所述换能器发射声波以用于分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒，以获得颗粒耗尽的悬浮液，
-通过悬浮液出口(第一出口)排出颗粒耗尽的悬浮液，
-通过容器的至少一个液压出口(第二出口)排出偏离的目标颗粒，
-利用至少一个装置测量至少一个液压入口和/或出口和/或颗粒悬浮液入口和/或出口处的至少一个参数。
本发明的方法是一种用于从颗粒悬浮液中分离/隔离/清洗目标颗粒的简单且快速的方法。
本发明的方法还能够通过对所处理的颗粒进行选择性声聚焦来实现无过滤器的过滤。
根据一个实施例，所述至少一个参数是流速和/或目标颗粒的压力和/或浓度，其中，体声波的振幅和频率根据所述参数来修改。
根据一个实施例，从至少一个第一出口排出的悬浮液包括比在至少一个第一入口处提供的悬浮液少至少75％的目标颗粒、优选地少至少80％的目标颗粒、更优选地少至少90％的目标颗粒。
在该实施例的特定配置中，从至少一个第一出口排出的悬浮液包括目标颗粒。替代地，从至少一个第一出口排出的悬浮液不含目标颗粒。
根据一个实施例，颗粒悬浮液和/或缓冲溶液按照0.1ml/min至100ml/min、优选地0.5ml/min至10ml/min的注入速率(即，入口处的流速)被引入入口。所述注入速率取决于目标颗粒或所涉及的缓冲液类型。在该实施例的特定配置中，缓冲液的注入速率和颗粒悬浮液的注入速率相等。在该实施例的另一具体配置中，缓冲液的注入速率和颗粒悬浮液的注入速率是不同的。
根据一个实施例，颗粒悬浮液和/或缓冲溶液还包括被配置为使颗粒悬浮液和缓冲溶液等声(即具有相同的声阻抗)的等声化合物。向颗粒悬浮液和/或缓冲溶液中、优选地向缓冲溶液中添加等声化合物防止进入腔室的流体混合在一起。实际上，本发明的目的是仅将颗粒从一种流体偏转(即移动)到另一种流体，这样做相应的流体应该不会混合。
根据一个实施方案，缓冲溶液还包括用于保存和/或用于抗凝的添加剂化合物，例如，SAG-甘露醇(SAGM)、PAS III M、柠檬酸盐-磷酸盐-葡萄糖溶液(CPD)、基于柠檬酸盐-醋酸盐-盐水的溶液(如T-Sol、Intersol或SSP+)。
在该实施例的特定配置中，等声化合物选自但不限于生物相容性化合物，例如葡萄糖、葡聚糖、甘油、碘克沙醇、白蛋白，冷保存介质(如Hypothermosol或UW
Figure BDA0003674515980000201
)、密度梯度胶体化合物(如
Figure BDA0003674515980000202
)，或它们的混合物。
根据一个实施例，其中，该设备包括第三入口和第三出口，该方法包括以下步骤：
-经由至少一个第一和第三入口将颗粒悬浮液引入腔室中；
-同时经由第二入口将缓冲溶液引入腔室中；
-激活至少一个换能器以在腔室中产生体声波，以用于从悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒；
-在至少一个第一和第三出口处从腔室中排出目标颗粒耗尽的悬浮液；
-在第二出口处收集由体声波从悬浮液偏转的目标颗粒；以及
-利用用于测量所述至少一个参数的至少一个装置在至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口处测量至少一个参数。
在该实施例的特定配置中，将悬浮液以与腔室的焦平面不对齐的方式注入第一和第三入口中，以用于从所述悬浮液提取目标颗粒，同时缓冲溶液以对齐的方式注入第二入口。
根据一个实施例，偏转的目标颗粒被收集在清洗介质中，例如缓冲溶液或培养基。这种所得溶液在本文中称为富集的流体。
根据一个实施例，该方法还包括收集富集的流体(即缓冲溶液中偏转的目标颗粒)和/或收集耗尽的悬浮液的步骤。
根据一个实施例，该方法还包括在富集的流体可选注入到受试者体内之前处理富集的流体的补充步骤。所述处理的补充步骤可以包括向富集的流体中添加化合物、去病原、过滤、离心、热/冷处理或取样/测试。
本发明还涉及使用本发明的设备从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒。
本发明还涉及使用本发明的设备将至少一种第一类型的颗粒(目标颗粒)与至少一种第二类型的颗粒混合在一起：在第一入口处将包括至少一种第一类型的目标颗粒的悬浮液引入腔室，同时在第二入口处将包括至少一种第二类型的颗粒的缓冲溶液引入腔室。在腔室中产生声波时，至少一种第一类型的目标颗粒从悬浮液偏离到缓冲溶液中，导致两种类型的颗粒混合，这两种类型的颗粒将在第二出口处被收集，而耗尽的悬浮液在第一出口处被收集。目的是通过将目标颗粒偏转到所述缓冲溶液(或其他流体)中，使来自颗粒悬浮液的目标颗粒与包括在缓冲溶液或其他流体中的第二类型的颗粒接触。
根据一个实施例，至少一种第一类型的目标颗粒的示例包括但不限于：生物细胞、分散介质中的分散细胞、单分散或多分散细胞、血细胞、血小板、胰岛、红细胞、白细胞、癌细胞、干细胞、祖细胞、细菌、蛋白质、脂质体、细胞器、细胞簇、病毒、囊泡、微粒、纳米颗粒、微泡、微珠、微生物、寄生虫、藻类、沙子、沉积物、灰尘、抗体、粉末、配子、寄生虫卵、浮游生物、组织、脂肪、花粉、孢子、金属颗粒或它们的混合物；至少一种第二类型的颗粒的示例包括但不限于：生物细胞、分散介质中的分散细胞、单分散或多分散细胞、血细胞、血小板、红细胞、胰岛、白细胞、癌细胞、干细胞、祖细胞、细菌、蛋白质、脂质体、细胞器、细胞簇、病毒、囊泡、微粒、纳米颗粒、微泡、微珠、微生物、寄生虫、藻类、沙子、沉积物、灰尘、抗体、粉末、配子、寄生虫卵、浮游生物、组织、脂肪、花粉、孢子、金属颗粒或它们的混合物。
在该实施例的优选配置中，至少一种第一类型的目标颗粒是直径超过1μm的任何生物体，优选地细胞、细胞碎片或细胞聚集体；并且至少一种第二类型的颗粒是病毒载体、质粒、功能化微泡、遗传物质。
附图说明
图1a是根据本发明一个实施例的设备的示意图。
图1b是根据本发明一个实施例的包括三个换能器的设备的示意图。
图1c是用于从颗粒悬浮液中隔离目标颗粒的设备的示意图，所述设备包括一个换能器。
图1d是用于从颗粒悬浮液中分离目标颗粒的设备的示意图，所述设备包括一个换能器。
图2a是根据本发明一个实施例的设备的示意图。
图2b是用于从颗粒悬浮液中隔离目标颗粒的设备的示意图，所述设备包括被配置为接收颗粒悬浮液的第一入口和第三入口、被配置为接收缓冲溶液的第二入口、以及被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液的第一出口和第三出口、被配置为排出缓冲液中偏转的目标颗粒的第二出口。
图2c是用于从颗粒悬浮液中分离目标颗粒的设备的示意图，所述设备包括被配置为接收颗粒悬浮液的第一入口和第三入口、被配置为接收缓冲溶液的第二入口、以及被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液的第一出口和第三出口、被配置为排出缓冲器中偏转的目标颗粒的第二出口。
图3是包括泵和传感器的设备的总体示意图。
图4示出了使用本发明的设备对于不同的波功率获得的隔离效率。
图5示出了使用本发明的设备的血液分馏，即RBC/PLT分离。
虽然已经描述和示出了各种实施例，但是详细描述不应被解释为限于此。本领域技术人员能够在不脱离权利要求所限定的本公开的真正精神和范围的情况下对实施例进行各种修改。
具体实施方式
以下实施例不限于单个应用。每个实施例的所有特征都能够在所描述的其他实施例中加以考虑。
在图1a中，示出了根据本发明的设备的示意图。
在第一实施例中，该设备包括腔室111、传感器1271和换能器112，该腔室具有作为液压入口113的第一入口、作为缓冲流入口114的第二入口、作为液压出口115的第一出口、作为缓冲流出口116的第二入口。
在该实施例中，第一液压入口113和第一液压出口115垂直于腔室111的纵向轴线A1。第一液压入口113和第一液压出口115被定位在腔室111的相对端。
在该实施例中，传感器1271连接到第一液压出口115。传感器1271是用于测量从入口流向第一液压出口115的流体的流速的装置。在该实施例中，悬浮液的流速在其被注入腔室111进入第一液压入口113之后由传感器1271测量。
在替代方案中，该设备包括腔室111、传感器1271和换能器112，该腔室具有作为液压入口114的第一入口、作为缓冲流入口113的第二入口、作为液压出口116的第一出口、作为缓冲流出口115的第二入口。
在该替代方案中，第一液压入口114和第一液压出口116垂直于腔室111的纵向轴线A1。第一液压入口114和第一液压出口116被定位在腔室111的相对端。
在该替代方案中，传感器1271连接到第一液压出口116。传感器1271是用于测量从入口流向第一液压出口116的流体的流速的装置。在该实施例中，悬浮液的流速在其被注入腔室111进入第一液压入口114之后由传感器1271测量。
在图1b所示的另一个实施例中，该设备还包括多个换能器112。
在图1c所示的另一个实施例中，示出了一种用于从悬浮液中隔离目标颗粒的设备。该设备包括腔室111和换能器112，该腔室具有作为液压入口113的第一入口、作为缓冲流入口114的第二入口、作为液压出口115的第一出口、作为缓冲流出口116的第二入口。该设备被分成三个区：入口区、有效区和出口区。在图1c中，腔室111用界限119表示，所述界限仅仅是说明性的以显示所述层(悬浮液层和缓冲液层)，而不应该被理解为物理或机械界限。
入口区包括第一入口113和第二入口114，有效区被设计成容纳换能器112，出口区包括第一出口115和第二出口116。通过选择材料、层厚和腔室尺寸，有效区被设计成以受控的方式优化声音效率。有效区被分成多个部分，它包括传输壁、流体腔室和相对壁。传输壁对应于腔室111的下表面，流体腔室对应于流体从一个入口到一个出口流过腔室111的区域，相对壁对应于腔室111的上表面。相对壁根据纵向轴线A1位于传输壁的相对侧。在这个实施例中，传输壁和相对壁可以具有相同的尺寸，但是在另一个实施例中，尺寸可以不同。
颗粒悬浮液被注入到第一入口113中，所述颗粒悬浮液包括一种类型的目标颗粒120。将悬浮液按照与腔室111的焦平面不对齐的方式注入到第一入口113中，以用于从悬浮液中提取目标颗粒120。将缓冲溶液以对齐的方式同步(即，同时)注入到第二入口114中，以用于放置第一类型的目标颗粒120。
缓冲液和悬浮液流过腔室111，因此流过由换能器112发射的声波。在有效区中的转变期间，目标颗粒120从悬浮液偏转到缓冲溶液，导致耗尽的悬浮液和富集颗粒的流体。富集颗粒的流体120流向第二出口116，而耗尽的悬浮液流向第一出口115。该实施例导致从悬浮液中隔离出目标颗粒。
在替代方案中，该设备包括腔室111和换能器112，该腔室具有作为液压入口114的第一入口、作为缓冲流入口113的第二入口、作为液压出口116的第一出口、作为缓冲流出口115的第二入口。颗粒悬浮液被注入到第一入口114中，所述颗粒悬浮液包括一种类型的目标颗粒120。悬浮液按照与腔室111的焦平面不对齐的方式被注入第一入口114中，而缓冲溶液以对齐的方式被同时注入第二入口113中。
在该替代方案中，缓冲液和悬浮液流过腔室111，因此流过由换能器112发射的声波。在有效区中的转变期间，目标颗粒120从悬浮液偏转到缓冲溶液，导致耗尽的悬浮液和富集颗粒的流体。富集颗粒的流体120流向第二出口115，而耗尽的悬浮液流向第一出口116。该实施例导致从悬浮液中隔离出目标颗粒。
在图1d所示的另一个实施例中，示出了一种用于从悬浮液中分离目标颗粒的设备。该设备包括腔室111和换能器112，该腔室具有作为液压入口113的第一入口、作为缓冲流入口114的第二入口、作为液压出口115的第一出口、作为缓冲流出口116的第二入口。在图1d中，腔室111设计有界限119，所述界限仅是说明性的(以示出悬浮液层和缓冲液层)，而不应该被理解为物理或机械界限。
将悬浮液注入到第一入口113中，悬浮液包含两种类型的颗粒120和121。同时，将缓冲溶液注入到第二入口114中。缓冲溶液和悬浮液流过腔室111，因此流过由换能器112发射的声波。在有效区的转变期间中，颗粒(120、121)被分离。第一类型的目标颗粒120因为已经被声波偏转而流向第二出口116，而第二类型的颗粒121(没有被偏转)通过第一出口115离开腔室111。在该实施例中，不同的颗粒在悬浮液中被分离。
在图2a所示的另一个实施例中，示出了一种用于从悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的设备。该设备包括腔室111和换能器112，该腔室具有一个第一入口113(也称为第一液压入口)、第三入口117(也称为第二液压入口)、第二入口114(也称为缓冲流入口)、第一出口115(也称为第一液压出口)、第三出口118(也称为第二液压出口)、第二出口116(也称为缓冲流出口)。在图2a中，腔室111设计有界限119，所述界限仅是说明性的，而不应该被理解为物理或机械界限。第一入口113和第三入口117具有相同的轴线A2b。第一入口和第三入口(113、117)以及第一出口和第三出口(115、118)被定位在腔室111的相对端。第二入口114和第二出口116与腔室111的轴线A1a对齐。换能器112被定位在腔室111的下表面的中心处。
该设备被分成三个区(由界限119界定)，它们是横向层中的悬浮液和中间层中的缓冲液。入口区包括入口(113、114、117)，有效区被设计成容纳换能器112，出口区包括出口(115、116、118)。通过选择材料和/或层厚和/或腔室宽度，有效区域被设计成以受控的方式优化声音效率。有效区被分成多个部分，它包括传输壁、流体腔室和相对壁。传输壁对应于腔室111的下表面，流体腔室对应于流体流过腔室111的区域，相对壁对应于与传输壁相对的腔室111的上表面。
在图2b所示的另一个实施例中，示出了一种用于从悬浮液中隔离目标颗粒的设备。该设备包括腔室111和换能器112，该腔室具有一个第一入口113(也称为第一液压入口)、第三入口117(也称为第二液压入口)、第二入口114(也称为缓冲流入口)、第一出口115(也称为第一液压出口)、第三出口118(也称为第二液压出口)、第二出口116(也称为缓冲流出口)。腔室111设计有界限119，所述界限仅是说明性的，不应该被理解为物理或机械界限。
将包括第一类型的颗粒类型120的悬浮液按照与腔室111的焦平面不对齐的方式注入到第一入口和第三入口(113、117)中，以用于从悬浮液中提取目标颗粒120。同时将缓冲溶液以对齐的方式注入到第二入口114中。缓冲液的注入速率和悬浮液的注入速率相等。
缓冲液和悬浮液在腔室111内流动，并流过由换能器112发射的声波。在有效区中的转变期间，目标颗粒120从悬浮液偏转到缓冲溶液流中，导致耗尽的悬浮液和富集颗粒的流体(包括缓冲溶液中的目标颗粒)。富集颗粒的流体120流向第二出口116，而耗尽的悬浮液流向第一出口和第三出口(115、118)。该实施例导致从悬浮液中隔离出目标颗粒。
在替代实施例中，在流过有效区之后，富集颗粒的流体120流向第一出口和第三出口(115、118)，而耗尽的悬浮液流向第二出口116。
在图2c所示的另一个实施例中，示出了一种用于从悬浮液中分离目标颗粒的设备。该设备包括腔室111和换能器112，该腔室具有一个第一入口113(也称为第一液压入口)、第三入口117(也称为第二液压入口)、第二入口114(也称为缓冲流入口)、第一出口115(也称为第一液压出口)、第三出口118(也称为第二液压出口)、第二出口116(也称为缓冲流出口)。腔室111设计有界限119，所述界限仅是说明性的，不应该被理解为物理或机械界限。
将包括两种类型的颗粒(120、121)的悬浮液注入到第一入口和第三入口(113、117)中。同时，将缓冲溶液注入到第二入口114中。缓冲溶液和悬浮液在腔室111内流动，因此流过由换能器112发射的声波。在有效区中的转变期间，两种类型的颗粒(120、121)被分离，并且每种类型的偏转的目标颗粒流向出口。由于声波引起的偏转，第一类型的目标颗粒120流向第二出口116，而未偏转的第二类型的颗粒121通过第一出口115和第三出口118离开。在该实施例中，不同的颗粒从悬浮液中分离出来并且彼此分离。
在图3所示的另一个实施例中，示出了一种具有泵和传感器的设备。所有先前的实施例能够集成到图3的示意图中。该设备包括腔室111、换能器112、多个泵126、多个传感器(1271、1272、1273)、缓冲液入口容器122、悬浮液入口容器123、富集的缓冲液的出口容器124和耗尽的悬浮液的出口容器125。缓冲液入口容器122填充有缓冲溶液，而悬浮液入口容器123填充有颗粒悬浮液。缓冲液入口容器122和悬浮液入口容器123连接到多个传感器1271。每个传感器1271可以连接到一个泵126。在该实施例中，每个容器(122、123)连接到一个传感器1271，所述传感器1271位于容器(122、123)与泵126之间。连接到缓冲液入口容器122和传感器1271的泵126也连接到腔室111的第二入口114(如图1a或图2a所示)。连接到悬浮液入口容器123和传感器1271的泵126还连接到腔室111的第一入口和/或第三入口之一(如图1a或2a图所示)。
腔室111的第一出口和/或第三出口(115、118)(在图1a或图2a中示出)经由一个泵126和一个传感器1273连接到耗尽的悬浮液的出口容器125。在该实施例中，腔室111的第二出口116(在图1a或图2a中示出)连接到富集的缓冲液的出口容器124和仅一个传感器1272。
出口容器(124、125)在使用前可以是空的，或者它们可以包含液体，例如CPD、SSP+、RPMI培养基、LB、DMSO、甲基纤维素(Methylcellulose)、HEPES、PBS、CMRL培养基、DMEM、它们的混合物、或其他流体，用于将耗尽颗粒的流体和/或富集颗粒的缓冲液保存在内部。
在该实施例中，容纳在悬浮液入口容器123中的悬浮液经由第一泵126注入到腔室111中。同时，容纳在缓冲液入口容器122中的缓冲液经由第二泵126注入到腔室111中。当悬浮液和缓冲液在腔室111内流动时，换能器112发射特定振幅和特定频率的声波。在目标颗粒由于换能器112产生的声波而被偏转之后，所得的富集颗粒的流体从腔室111流向富集的缓冲液的出口容器124。传感器1272连接到腔室111的第二出口116。耗尽的悬浮液从腔室111流到耗尽的悬浮液的出口容器125。传感器1273也通过第三泵126连接到腔室111的第一出口和/或第三出口之一。
在该实施例中，传感器1271是流速传感器：悬浮液和缓冲液的流速在它们被注入到腔室111中之前由传感器1271测量。传感器1272测量进入富集的缓冲液的出口容器124的富集的流体的浓度。传感器1273测量腔室111的第一出口和第三出口处的流速。
示例
通过以下示例进一步说明本发明。
示例1a：目标颗粒的隔离
设备和方法
该隔离设备包括连接到压电换能器的声学发生器和放大器、保持换能器低于25℃的传热系统。蠕动泵用于在设备中产生流动(大约1.5ml/min)。
隔离设备还包括容器，以及：
-腔室，
-作为中心入口的第二入口(缓冲入口)，
-第一入口(第一悬浮液入口)和第三入口(第二悬浮液入口)，所述第一入口和第三入口相对于纵向轴线(A1)位于容器的相对侧，
-第一出口(第一耗尽的悬浮液出口)和第三出口(第二耗尽的悬浮液出口)，所述第一出口和第三出口相对于纵向轴线(A1)位于容器的相对侧，
-作为中心出口的第二出口(富集的流体出口)。
入口沿着容器的纵向轴线(A1)位于容器的一端，出口位于另一端。第一入口和第三出口中的每个位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧。
该设备的腔室设计在PMMA中，管道设计在硅中。该设备使用油耦合至设置。
处理的颗粒悬浮液是在等渗溶液中稀释的人血(低至14％的血细胞比容)。缓冲溶液由添加了葡萄聚糖40(5％)的等渗缓冲液组成。悬浮液以1.2ml/min注入设备，缓冲液以1.1ml/min注入。富集的流体出口以1.1ml/min驱动，耗尽的流体出口以1.2ml/min驱动。一旦在腔室中建立了流动，1MHz的声波被发射并在腔室中传输。通过血液分析仪对出口取样进行分析，确定富集的流体和耗尽的悬浮液中的血细胞浓度。
结果
当声波有效时，红细胞(RBC)从一种流体转移到另一种流体，导致RBC从原始悬浮液中隔离出来。
图4示出了对于不同波功率获得的隔离效率。在15W时达到90％的隔离效率。
示例1b：目标颗粒的隔离
用与示例1a相同的设备分离不同类型的目标颗粒来再现示例1a。
结果见表1。
Figure BDA0003674515980000301
表I：不同类型目标颗粒的隔离结果。
示例2a：目标颗粒的分离
设备和方法
分离设备与示例1a中使用的隔离设备相同。
处理的颗粒悬浮液是在等渗溶液中稀释的人血(低至17％的血细胞比容)。缓冲溶液由添加了葡聚聚糖40(11％)的等渗缓冲液组成。
悬浮液以1.2ml/min注入设备，缓冲液以1.1ml/min注入。富集的出口以1.1ml/min驱动，耗尽的出口以1.2ml/min驱动。一旦在腔室中建立了流动，1MHz的声波被发射并在腔室中传输。通过血液分析仪对出口取样进行分析，确定富集的流体和耗尽的悬浮液中的血细胞浓度。
结果
图5示出了实验的结果。
当声波有效时，45％的红细胞(RBC)从一种流体(悬浮液)转移到另一种流体(缓冲溶液)，而只有17％的血小板(PLT)被偏转。该方法允许血液分馏，特别是RBC/PLT分离。
示例2b：目标颗粒的分离
用与示例2a相同的设备分离不同类型的颗粒(颗粒I和颗粒II)来再现示例2a。
结果见表2。颗粒I或“目标颗粒”记为P-I，颗粒II记为P-II。第一入口和第一出口处的颗粒([P-X])浓度是指悬浮液中颗粒的浓度。第二入口和第二出口处的颗粒([P-X])的浓度是指缓冲液中的颗粒的浓度。
Figure BDA0003674515980000321
表II：不同类型目标颗粒的分离结果。
附图标记
111：腔室
112：换能器
113：入口
114：入口
115：出口
116：出口
117：第三入口
118：第三出口
119：作为流体分离线的界限(仅用于说明目的)
120：第一类型的颗粒
121：第二类型的颗粒
122：缓冲液入口容器
123：悬浮液入口容器
124：富集的缓冲液的出口容器
125：耗尽的悬浮液的出口容器
126：泵
1271：传感器
1272：传感器
1273：传感器

Claims (15)

1.一种用于从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的设备，所述设备包括：
-至少两个入口(113、114)，其中，至少一个第一入口被配置为接收颗粒悬浮液，并且第二入口被配置为接收缓冲溶液；
-至少两个出口(115、116)，其中，至少一个第一出口被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液，并且第二出口被配置为排出分离和/或隔离和/或清洗的目标颗粒；
-具有纵向轴线(A1)的容器，所述容器包括用于流体流动的腔室(111)，所述腔室(111)被配置为与换能器(112)相关联；
-至少一个换能器(112)，其被配置为在所述腔室(111)内产生体声波，所述换能器(112)位于所述至少一个第一入口与所述至少一个第一出口之间；
-至少一个流速传感器(1271)，其被配置为测量所述腔室(111)中流体的流速；
其中，沿着所述容器的纵向轴线(A1)，至少两个入口(113、114)位于容器的一端，而至少两个出口(115、116)位于另一端；
其中，所述至少一个第一入口和所述第二入口中的每个位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧；
其中，所述至少一个第一入口和所述第二出口中的每个位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧；以及
其中，所述第二入口和所述至少一个第一出口中的每个位于容器的纵向轴线(A1)的任一侧。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述体声波在垂直于容器的纵向轴线(A1)的方向上被发射。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其中，所述腔室(111)包括内壁，所述内壁由声阻抗优于在所述腔室(111)中流动的流体的声阻抗的材料制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，还包括耦合元素，以确保所述腔室(111)的壁与所述换能器(112)之间的临时耦合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，还包括至少一个压力传感器(1272)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，还包括被配置为测量目标颗粒的浓度的至少一个浓度传感器(1273)，所述浓度传感器(1273)连接到所述至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述设备包括被配置为接收第二颗粒悬浮液的第三入口(117)和被配置为排出目标颗粒耗尽的悬浮液的第三出口(118)，所述第三入口(117)和第三出口(118)相对于纵向轴线(A1)与第一入口和第一出口对称。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，所述至少一个第一入口具有垂直于所述容器的纵向轴线(A1a)的纵向轴线(A2b)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，所述至少一个第一出口具有垂直于所述容器的纵向轴线(A1a)的纵向轴线(A2c)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，还包括电子控制单元，所述电子控制单元被配置为从压力传感器(1272)、浓度传感器(1273)和/或流速传感器(1271)恢复数据。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述电子控制单元被配置为基于来自压力传感器(1272)、浓度传感器(1273)和/或流速传感器(1271)的恢复数据来监控所述腔室(111)中的流体的流速。
12.一种用于通过根据权利要求1至11中任一项所述的设备从颗粒悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：
-经由至少一个第一入口将颗粒悬浮液引入腔室(111)中；
-同时经由第二入口将缓冲溶液引入所述腔室(111)中；
-激活至少一个换能器(112)以在腔室中产生体声波，用于从悬浮液中分离和/或隔离和/或清洗目标颗粒；
-在至少一个第一出口处从所述腔室(111)中排出目标颗粒耗尽的悬浮液；
-在第二出口处收集由体声波从悬浮液中偏转的目标颗粒；以及
-利用至少一个传感器(1271、1272、1273)在所述至少一个第一入口和/或至少一个第一出口和/或第二入口和/或第二出口处测量至少一个参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述至少一个参数是流速和/或目标颗粒的压力和/或浓度，其中，体声波的振幅和频率根据所述参数来修改。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中，从所述至少一个第一出口排出的悬浮液包括比在所述至少一个第一入口处提供的悬浮液的目标颗粒少至少75％的目标颗粒。
15.一种根据权利要求1至11中任一项所述的设备用于通过将来自颗粒悬浮液的目标颗粒偏转到缓冲溶液或另一流体，使所述目标颗粒与包括在所述缓冲溶液或所述另一流体中的第二类型的颗粒接触的用途。
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