CN115060571A - 具有一次性流体路径的液体到液体生物粒子浓缩器 - Google Patents

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Abstract

公开了具有一次性流体路径的液体到液体生物粒子浓缩器。一种装置包括：被包围在外壳内的亲水性过滤器，外壳包括用于抽吸底端处的流体样品的开口和顶端处的洗脱端口；使用洗脱流体，多个粒子被从过滤器的滞留物表面洗脱并通过开口以减小的流体体积被分送；邻近顶端定位的渗透物端口，与过滤器的渗透物室流体连通；浓缩单元中的邻近渗透物室的一个或更多个阀：在对真空源打开且对大气关闭时，允许流体被从开口抽取进入滞留物室中、穿过过滤器、然后进入渗透物室；在对真空源关闭且对大气打开时，允许渗透物室中的压力等于大气压力；在对真空源关闭且对大气关闭时，允许渗透物侧是密封室从而将穿过过滤器的洗脱流体的量保持到最小值。

Description

具有一次性流体路径的液体到液体生物粒子浓缩器
本申请是申请日为2014年2月26日、发明名称为“具有一次性流体路径的液体到液体生物粒子浓缩器”且申请号为201480017854.9的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
主题公开总体涉及样品制备的领域。更具体地，主题公开涉及一种粒子的自动化浓缩的方法和装置用于增强随后分析方法的灵敏度。
背景技术
检测和定量液体中的稀释材料的困难是众所周知的。随着分析物浓度降低，现有的系统全部开始失灵，最终导致在非常低的浓度下检测不到分析物。这对国家安全构成了重大问题，例如2001年的邮政炭疽袭击和随后的反恐战争已经揭示了在生物威胁的取样和检测方面的不足之处。与环境科学一样，现有的检测极限类似地影响医学领域。
对溶液中的粒子进行定量的现有分析系统的检测极限不会使它们不适合用于对落在这些极限以下的分析物或粒子进行研究。而是，需要在分析前对粒子进行浓缩的方法。
通常使用离心分离进行液体中的粒子浓缩。根据混合物中出现的单个成分的密度差异，将离心力用于混合物的分离。这种力分离混合物，在管的底部形成相对致密的材料的小球。然后可以将被称为上清液或上层液体的剩余溶液在不扰动小球的情况下小心地从管中倒出或使用巴斯德移液器取出。离心分离的速率由对样品施加的加速度规定，且通常以每分钟转数(RPM)或重力进行测量。离心分离中的粒子沉降速度是粒子尺寸和形状、离心加速度、存在的固体的体积分数、粒子与液体之间的密度差和液体粘度的函数。
离心分离技术所具有的问题限制它的适用性。微米尺寸范围的粒子的沉降速度非常低，因此这些粒子的离心浓缩需要几分钟至几小时。实际的时间根据样品的体积、所用的设备和操作员的技术而变化。离心分离的性质和用以进行离心分离的装置的性质需要熟练的操作员，由此使得难以自动化和集成到其它系统中。
离心分离技术是冗长的，因为其通常由多个步骤组成，所述多个步骤各自需要来自操作员的高度专注。在大多数微生物学实验室中，每天通过离心分离处理大量的样品是很常见的。由于该冗长的性质而导致人为错误的可能性是高的；且如前所述，这些技术的自动化是困难和昂贵的。
已经探索了其它的浓缩技术且其主要落在三个技术类别内-微流体/电泳类、过滤类和捕获类。这些技术各自具有优缺点。
传统的平面过滤方法用于从液体中将粒子捕获在通常由滤网或多孔衬底支撑的平面过滤器上。存在许多不同的过滤方法，但目的都在于实现两种以上物质的分离。这通过要被去除的物质或物体与过滤器之间的某种形式的相互作用而实现。通过过滤器的物质必须是流体，即液体或气体。最简单的过滤方法为使固体和流体的溶液通过多孔的界面，使得固体被捕获而液体通过。该原理依赖于在流体中含有的粒子之间的尺寸差异，所述粒子组成所述固体。在实验室中，如果经常做的话，这使用具有用作多孔隔板的滤纸的布氏漏斗来完成。
物理阻挡过滤方法的一个缺点在于，被从流体中滤出的物质将会随时间阻塞穿过过滤器的通道。流过过滤器的阻力随着时间变得越来越大，就好像例如吸尘器袋。因此，已经开发了方法以防止这种现象发生。这些方法大多数涉及更换过滤器；然而，如果需要将过滤器用于连续过程，则这种更换的需要是很成问题的。可能会使用刮擦和原位清洁机制，但这些是不必要地复杂和昂贵的。
在一个实施例中，通过如下可以将细菌从水中去除：使它们通过支撑在布氏漏斗中的过滤器以在平面过滤器上捕获细菌。也可以以相同方式捕获含有生物材料的气溶胶粒子。为了分析，通常将捕获的材料再悬浮在已知体积的液体中。这允许反向计算原始气溶胶浓度。由埃奇伍德化学生物中心验证的一种方法使用47mm的玻璃纤维过滤器来捕获参比样品用于生物分析。通过如下提取细菌：将所述过滤器浸泡在20mL的缓冲盐水溶液中过夜，然后涡旋3分钟以将过滤器材料完全瓦解。然后提供的这些悬浮液的子样品或等份试验以用于通过存活培养、PCR或其它方法进行分析。
存在用于浓缩生物微粒物的其它技术。圣地亚国家实验室、麻省理工学院和其他组织已经开发了通过介电泳或电泳分离和浓缩粒子的微流体装置。这些单元使用微通道和电场来移动或收集粒子。圣地亚还开发了在两种不相溶的液体之间的界面处浓缩粒子的系统。免疫磁性粒子可商购用于细菌的分离和浓缩。
存在用于在检测前浓缩液体中的有机体的各种方法。历史上，最常用的方法是在营养液体培养基中使样品富集，然后在琼脂板上培养液体培养基的一小份。这种方法的最大缺点是时间需求。在能够在板上计数有机体之前，其通常需要五至七天。其它浓缩方法包括各种过滤类方法、吸附-洗脱、免疫捕获、絮凝和离心分离。成问题的是：迄今还没有开发出能够将大体积的水快速浓缩成非常小的样品体积并高效地完成这一任务的方法。实际上，这些方法大多数在这些领域中的每一个中都是失败的，最显著的是浓缩效率和易用性。已经使用中空纤维超滤进行了大量研究以从大体积的水中浓缩细菌、病毒和原生动物。所述方法大多数都不是自动化的。
通常，这些系统能够将10L～100L的水浓缩成100mL～500mL的浓缩的样品；然而，问题进一步在于，所展示的技术都不提供浓缩成小于100mL体积。当浓缩器系统与下游检测器械联接时，即便这一体积也远大于最好的可能检测所期望的体积。这意味着需要昂贵且耗时的第二人工浓缩步骤以使最终样品达到期望的体积。
尽管上述替代浓缩系统是自动化的，但相对于用于许多实验室的传统离心分离并未提供显著的优点，所述实验室包括微生物学、生物技术和临床生物学实验室。这些实验室需要高度确信不会发生样品到样品的污染。所述替代自动化浓缩系统具有大量流体，样品会暴露于所述流体，且在许多情况下，最好的是以高的代价更换样品之间的这些流体管线，而最坏的是不能更换样品之间的这些流体管线。
将感兴趣的粒子或标记从一个样品携带到另一个的可能性和在系统流体内生长细菌的可能性显著地限制它们对临床实验室的适用性。通常，微生物和生物技术实验室已经在几乎全部工作中都采用了使用一次性部件。
能够从相对大体积的液体中浓缩生物材料的具有一次性液路的浓缩系统将会对临床诊断以及微生物学和生物技术实验室具有显著的适应性。吸附柱是如今在这些实验室中得到广泛使用的相对新的装置，其含有超滤器或微过滤器型膜过滤器且能够被放置到离心机中或在某些情况下使用正压来驱动流体通过。
这些离心机吸附柱克服了与其它浓缩系统相关的污染问题且还克服了与使用离心分离来浓缩生物材料相关的许多问题；然而，吸附柱由于其复杂性而是昂贵的，且在操作期间仍需要显著的人工操作和移液。其所用仍需要相当高的技术水平。
发明内容
通过提供具有被封装在一次性末端中的样品流体管线和过滤器的高效的基于过滤的浓缩系统，本公开解决了概述的问题并推进本领域。一次性末端附接到仪器所借助的所有导管被组合到末端的上端上的单个连接点中。进一步地，在末端的下端处的渐缩的末端使得能够与预过滤器和/或附加的管连接。为了操作系统，新的干净的末端被附接到浓缩器单元，并且下开口浸蘸到被包含在适当的样品容器中的液体样品中并且单元被激活。样品然后被吸入末端中，在末端中样品与过滤器接触。在大于过滤器孔隙尺寸的粒子和分子被捕获和保留的同时液体穿过。当全部样品已经被处理时，末端的下开口被放到适当的样品容器中并且使用洗脱流体或泡沫洗脱捕获的材料并且将其以减小的体积分送。
在分送浓缩的样品之前，也能够通过将小体积的液体推入或吸入到纤维腔中、将其通过过滤器壁抽出或在将其抽出之前将其留在纤维腔中一段时间来执行洗涤步骤、标记步骤、细胞溶解或其它操作。
在一个示例性实施例中，本主题公开是一种装置，包括：被包围在外壳内的过滤器，所述外壳包括用于抽吸位于所述外壳的底端处的流体样品的开口和位于所述外壳的顶端处的洗脱端口，所述过滤器在竖直取向上被定位，并且所述过滤器从所述顶端到所述底端跨越所述外壳的长度，其中在所述流体样品中的多个粒子被从所述过滤器的滞留物表面洗脱，并通过所述开口以减小的流体体积被分送。装置进一步包括连接部分，该连接部分用于将洗脱端口连接到浓缩单元。
在另一个示例性实施例中，本主题公开是一种装置，包括：外壳的第一半部，所述外壳的所述第一半部被联接到第一过滤器，所述第一过滤器竖直取向并跨越所述外壳的所述第一半部的长度；和外壳的第二半部，所述外壳的所述第二半部被联接到第二过滤器，所述第二过滤器竖直取向并跨越所述外壳的所述第二半部的长度，其中所述外壳的所述第一半部和所述第二半部被夹在一起，以形成浓缩移液器末端，并且在所述流体样品中的多个粒子被从所述第一过滤器和所述第二过滤器的滞留物表面洗脱，并通过与外壳的底端邻近定位的开口以减小的流体体积被分送。
在又另一个示例性实施例中，本主题公开是一种装置，包括：外壳、被包围在外壳内的过滤器、开口、洗脱端口和渗透物抽取部，过滤器竖直取向并且跨越外壳的长度，开口被与外壳的底端邻近地定位用于抽吸流体样品，洗脱端口被与外壳的顶端邻近地定位用于接收洗脱流体，渗透物抽取部被与外壳的顶端邻近地定位，渗透物抽取部用于将外壳联接到真空源联接，其中流体样品中的多个粒子被从过滤器的滞留物表面切向洗脱并通过所述开口被分送。
附图说明
图1A和1B示出根据本主题公开的示例性实施例的浓缩移液器末端(CPT)。
图2A和2B示出根据本主题公开的示例性实施例的不允许空气穿过的用于中空纤维过滤器的类似构造。
图3示出根据本主题公开的示例性实施例的用于浓缩移液器末端(CPT)与浓缩器单元的连接的替代构造。
图4示出根据本主题公开的示例性实施例的包括用于与浓缩单元连接的环形构造的CPT。
图5示出根据本主题公开的示例性实施例的具有针式连接器的CPT。
图6示出根据本主题公开的示例性实施例的包括主要的公连接器的CPT。
图7示出根据本主题公开的示例性实施例的包括主要的公连接器的CPT。
图8示出根据本主题公开的示例性实施例的包括主要的公连接器的CPT。
图9-11示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT的一种构造。
图12示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT的另一个可能的构造。
图13示出根据本主题公开的示例性实施例的用于具有平面的多孔表面的CPT的构造，平面的多孔表面将末端划分成上部和下部，其中开口在下端处，连接器在上端处。
图14A、图14B、图14C示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT的另一个构造。
图15示出根据本主题公开的示例性实施例的通过CPT聚集样品的浓缩单元。
图16示出根据本主题公开的示例性实施例的使用具有CPT的浓缩单元的方法。
图17A和图17B示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT的替代的构造。
图18A和图18B示出根据本主题公开的示例性实施例的用于通过CPT聚集样品的另一个浓缩单元。
图19示出根据本主题公开的示例性实施例的用于通过CPT聚集样品的系统。
图20示出根据本主题公开的示例性实施例的具有平面过滤器的CPT的外视图。
图21示出根据本主题公开的示例性实施例的具有平面过滤器的CPT的水平剖面。
图22示出根据本主题公开的示例性实施例的具有平面过滤器的CPT的竖直剖面。
图23A和图23B示出根据本主题公开的示例性实施例的具有中空纤维过滤器的CPT的视图。
图24示出根据本主题公开的示例性实施例的具有中空纤维过滤器的CPT的竖直剖面。
图25示出根据本主题公开的示例性实施例的具有中空纤维过滤器的CPT的水平剖面。
图26示出根据本主题公开的示例性实施例的具有两个过滤器的CPT的等轴视图。
图27示出根据本主题公开的示例性实施例的具有两个过滤器的CPT的分解视图。
图28示出根据本主题公开的示例性实施例的具有两个过滤器的CPT的剖视图。
具体实施方式
本主题公开是具有被封装在一次性浓缩移液器末端中的样品流体管线和过滤器的高效率的基于过滤的浓缩系统。一次性浓缩移液器末端附接到浓缩器单元仪器所凭借的所有导管被组合到在浓缩移液器末端的上端上的单个连接点中。浓缩移液器末端(CPT)利用包括浓缩器单元和液体样品的系统工作。为了操作该系统，将新的干净的浓缩移液器末端附接到浓缩器单元，并且将浓缩移液器末端的下开口浸蘸到被包含在适当的样品容器中的液体样品中，并且浓缩器单元被激活。新的干净的浓缩移液器末端的使用确保没有样品到样品的遗留物(carryover)。样品然后被抽吸到CPT中，在CPT中样品与过滤器接触。在大于过滤器孔隙尺寸的粒子和分子被捕获和保留的同时液体穿过过滤器。当全部样品已穿过过滤器，移除流体并且留下捕获的材料时，将末端的下开口放入适当的样品容器中并且使用洗脱流体或泡沫以洗脱捕获的材料并且将其以减小的体积分送。
在分送浓缩的样品之前，也能够通过将小体积的流体推入到纤维腔中、将其通过过滤器壁抽出或在将其抽出之前将其留在纤维腔中一段时间来执行洗涤步骤、标记步骤、细胞溶解或其它操作。
被分送之后，浓缩的样品在分析之前可通过免疫磁性分离、电泳或双电泳分离技术或其它微流体浓缩技术被进一步浓缩。在许多情况下这些技术是有用的，但是对于较大的体积通常是不可能的或者在执行大的体积时是过分昂贵或缓慢的。通过用CPT快速执行初始的浓缩，样品体积被减少到利用这些技术更容易处理的体积。
一旦被分送，进一步能够将附加的样品制备技术应用到浓缩的样品。可被应用的附加的样品制备技术包括细胞溶解、洗涤步骤、抑制剂或干扰物移除技术和标记步骤的各种各样的方法。在常规地执行这些技术之前的样品体积的减少在减少执行这些技术的成本的同时提高了速度和效率。
可利用许多常用的传统分析或微生物分析方法或包括快速微生物技术的快速分析技术执行浓缩样品的分析。特别关注的分析技术举几个例子包括如下常规方法：平皿接种和列举、最大可能数、免疫分析方法、聚合酶链反应(PCR)、电化学的、微阵列、流式细胞术、生物传感器、芯片上实验室和基于快速生长的检测技术。
从包括果汁、蔬菜汁、碳酸饮料、酒精饮料的许多饮料和从用固体食物生产的匀浆或液体样品可浓缩包括病原体和腐败生物体的微生物。通过在分析之前将大的样品体积浓缩在1mL到10L范围内或更多，能够快速检测在以前仅在一部分样品的漫长培养之后可检测的水平的微生物。
进一步能够测试由通常为了生物恐怖安全监控而采取的对湿拭子、衬垫或过滤器材料片上的表面的手动擦拭所产生的样品。样品典型地被提取到一定体积的液体中，导致2到20mL体积的初始样品。像这些的样品可被迅速浓缩到在4到400μL范围内的小得多的体积中，使得试剂可被更容易地检测。
在另外其它方面，样品可被浓缩用于搜寻生物恐怖试剂或为了公共健康和安全的水采样，特别是样品可能含有被认为对人、动物或植物的健康是威胁、导致社会混乱和经济危害的目标试剂的情况。也可通过本文公开的器材评估农业产品和畜牧环境。
也可得益于本主题公开的环境研究包括用于环境研究领域所执行的许多类型的采样和分析，例如在通过对在具有低于2.5微米的空气动力学直径的吸入微粒物(PM2.5)中的各种材料研究或高空气溶胶研究来评估健康效应中，其中低数量的粒子被收集并且必须被浓缩以用于研究。这些器材可有益于无尘室，其中收集气溶胶浓度非常低的气溶胶粒子用于目的在于源控制的监控。
通过允许检测从大的表面、衣服物品、气体样品、液体或其它法医型样品收集的DNA，法医科学也可得益于本主题公开。通过将大的样品体积浓缩成更接近地匹配分析体积的体积，能够进一步扩展接触DNA和低模板DNA技术。
这些类型的采样和分析被有利地执行用于国土安全、企业安全和军事力量保护的领域。使用的附加的领域包括医学研究和诊断。例如，在确定导尿管或其它医学装置是否被细菌污染中样品浓缩是有用的。这些装置通常在医院环境中变得被污染。然而，经常难以确定哪个装置导致感染。来自这些装置的洗涤流体的浓缩允许感染生物体的快速检测。在体液或粘液中的非常低的浓度的实验性药物是分析的目标的癌症研究中和在体液中非常低的数量的特定抗原是分析的目标的过敏诊断中，样品浓缩是有用的。通过确定已知由具有低于2.5微米的空气动力学直径的吸入微粒物(PM2.5)中的各种各样的材料导致的健康效应，健康效应研究也可得益。可在体液中低浓度的DNA、毒素或毒液是分析的目标的法医学的领域中看到益处。使用的其它方面可包括针对病原体的表面提取和空气监控的手术室研究以及生物气溶胶微粒物浓度由美国食品和药物管理局规定的药品制造。
对于下列描述，能够假定图上大部分对应标记的结构(例如，132和232等)拥有相同的特性并且从属于相同的结构和功能。如果在对应地标记的元件之间有未指出的差异，并且该差异对于具体实施例导致元件的不对应的结构或功能，那么为具体实施例给出的该冲突的描述将支配。
在下列图中，将示出并描述可被用于将生物粒子浓缩到减小的液体体积中的一次性浓缩移液器末端的多个构造。
图1A和1B示出根据本主题公开的示例性实施例的浓缩移液器末端(CPT)100。图1A示出CPT100包括开口105、中空纤维过滤器101、渗透物净化部107和渗透物抽取部109。包括开口105、中空纤维过滤器101、渗透物净化部107和渗透物抽取部109的CPT100被放置在样品之间，从而消除系统内交叉污染的可能。因为利用单个仪器来抽吸、浓缩和分送样品，所以改进了实验室中的工作流程并且显著降低了所需的操作员技能水平。通过与在自动化移液工作站中使用的平台类似的平台，系统的自动化将向自动化离心机系统提供具有显著改进的操作和较高效率的低成本的替代物。诸如本主题发明的多末端浓缩系统可将这些自动化系统的速度推高一个数量级。
CPT100是可通过塑料模制技术构造的一次性末端。例如，CPT可在尺寸上与Eppendorf epT.I.P 10mL末端类似。CPT100包括连接部113和开口105。连接部113允许CPT100与浓缩单元连接用于操作CPT100。在连接部113内，包含三个端口。图1B示出所述三个端口，所述三个端口包括：连接到渗透物净化部107的第一端口115；连接到纤维过滤器101的第二端口117；和连接到渗透物抽取部109的第三端口119。当与浓缩器单元连接时，第二端口117与起源在浓缩器单元中的洗脱流体管线流体连接。第一端口115与包含在浓缩器单元内的阀流体连接。第三端口119与包含在浓缩器单元内的泵流体连接。开口105允许CPT100将样品抽吸到纤维过滤器101中。开口105提供小的尖端，该小的尖端具有进入到纤维过滤器101的腔中的单个开口。CPT100也包括灌封物103以固定纤维过滤器101、渗透物净化部107和渗透物抽取部109。
在该构造中，纤维过滤器101是允许空气穿过的单个中空纤维过滤器101(例如，微过滤器)，并且使用灌封物103将纤维过滤器101在两端上固定到CPT100中，使得纤维过滤器101的腔形成开口105。例如，纤维过滤器101可以是具有0.5mm内径的SpectrumLaboratories公司的10kD聚砜中空纤维诸如在Spectrum Laboratories X1AB-300-04N模块中的使用的那些。利用灌封材料103在CPT100的连接部113附近将纤维过滤器101的连接部113连同渗透物净化部107的管段和渗透物抽取部109的管段全部密封。在一个方面中，纤维过滤器101是包含在CPT100内的一个或更多个中空纤维过滤器，CPT100由不可渗透材料构造。纤维过滤器101或过滤器和CPT100形成在CPT100的不可渗透壁和纤维过滤器101的中空纤维壁之间的渗透物室。
诸如纤维过滤器101的中空纤维过滤器和其它膜式过滤器主要分成三组，这些是：微过滤、超过滤和纳米过滤。这些组中的每一个对于从样品移除的不同类型的试剂都是有用的。纳米过滤过滤器在此不具有显著的重要性并且将不被讨论。微过滤指的是具有0.1微米或更大的孔隙尺寸的那些过滤器。超过滤指的是：具有小于0.1微米的孔隙尺寸的那些过滤器；和孔隙尺寸通常由分子量截留规定的那些过滤器。膜式过滤器通常也分成被规定为亲水性的膜式过滤器和被规定为疏水性的膜式过滤器。通常，小于约0.65微米的疏水性孔隙尺寸将不允许水性样品穿过，除非使用湿的试剂或溶剂。亲水性过滤器将使水容易地穿过，但是较小的孔隙尺寸一旦变湿将直到过滤器再次变干才容易允许空气通过。通常难于将湿的亲水性的超过滤器充分干燥以允许水性样品穿过，并且此外，干燥超过滤器能够损坏过滤器而导致较大的孔隙尺寸。
出于应用具体原因，使用由不同材料制成的中空纤维过滤器。这样的纤维通常由混合纤维素酯(ME)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、亲水性聚偏二氟乙烯(PVDF)和其它材料诸如不锈钢和陶瓷制成。每种类型的过滤器具有各种各样的优点和缺点。一些设计准则是孔隙尺寸、生物相容性、平滑度、积垢可能性和物理强度。
渗透物净化部107是通过第一端口115将形成在CPT100和纤维过滤器101外部之间的渗透物室与浓缩单元内的渗透物阀连接的管。渗透物净化部107提供端口用于允许空气流入渗透物室中。允许空气进入渗透物室中是必需的，使得在处理期间在渗透物室中收集的液体能够被从渗透物抽出，并且使得渗透物室中的负压力能够被迅速返回到大气压力。在替代实施例中，渗透物净化部不与渗透物阀流体连通而反而是小的敞开的端口。以该方式，通过该端口的泄漏足够小以允许渗透物泵抽取足够的真空从而允许样品被处理，但是所述通过该端口的泄漏又足够大使得在样品被处理之后剩余的流体能够由于空气向内的泄漏而被从渗透物抽出。在洗脱期间渗透物泵也足够大以克服渗透物净化部的泄漏并且增加渗透物中的压力。
渗透物抽取部109提供用于将样品抽取通过纤维过滤器101并且从被形成在浓缩末端102和纤维过滤器101外部之间的渗透物室移除渗透物的手段。当渗透物流过纤维过滤器101之后使用渗透物抽取部109将其移除。渗透物抽取部109从在浓缩末端100内的基部附近延伸通过第三端口119到浓缩单元内的泵中。从该位置移除渗透物，直到所有的渗透物被移除为止。
用于渗透物净化部107的第一端口115、用于纤维过滤器101的第二端口117和用于渗透物抽取部109的第三端口119每个均被包含在CPT100的顶端上的连接器113内。为了操作，CPT100被附接到浓缩器单元使得第一端口115、第二端口117和第三端口119如上所述与浓缩器单元连接。使用被包含在浓缩器单元内且通过第三端口119与渗透物抽取部109连接的泵，流体样品被抽吸到开口105中并且通过纤维过滤器101的多孔表面。在该实施例中，纤维过滤器101或其它膜式过滤器是干的亲水性过滤器、填充甘油的亲水性过滤器或者允许空气首先通过并且当形成接触后液体通过的其它过滤器类型。因此，空气被抽取到开口105中并通过纤维过滤器101的多孔表面，直到流体被抽吸到开口105中并与纤维过滤器101接触而穿过多孔表面为止。
当全部样品体积已穿过开口105时，通过用已知体积的洗脱缓冲剂或湿泡沫切向冲洗纤维过滤器101来洗脱在纤维过滤器101上的捕获的粒子。可替代地，液体的反向冲洗可与借助于液体、泡沫或气体的二次切向清扫一起使用。由于若干原因，优选的是使用湿泡沫。优选泡沫用于洗脱的两个主要原因是：(1)可使用小体积的液体生成大体积的泡沫，从而允许较小的洗脱体积；和(2)所生成的泡沫比开始的表面活性剂溶液更粘性得多，从而允许改进泡沫穿过多个纤维过滤器的通过。临在过滤器的切向洗脱之前，打开阀控制的渗透物净化部107并且允许与渗透物抽取部109连接的泵继续运行使得将任何剩余的流体抽出渗透物室。在剩余的液体被抽出之后，关掉泵控制的渗透物抽取部109并且关闭与渗透物净化部107连接的阀。然后渗透物室可被留在环境压力下或被加压到在环境压力以上从0到10psi的正压力。移除剩余在渗透物室中的任何流体防止流体被推回到纤维过滤器101的滞留物侧中，并且加压渗透物防止在洗脱期间湿泡沫或洗脱流体穿过纤维过滤器101到渗透物中。随着泡沫行进通过纤维过滤器101，泡沫将浓缩物清扫通过CPT100并且将浓缩物通过开口105清扫出去。当泡沫已经离开CPT100时，其迅速塌陷回液体，留下大幅减小的体积的液体的最终浓缩产品。该体积能够是在小于5微升到1毫升的范围内。以其最简单的形式，泡沫可被制作在单独的容器中，并且然后被注入以从CPT100将样品清扫到样品收集端口中。然而，也可使用样品环管(loop)以测量被用于制作泡沫的液体的量。除了通过将空气和表面活性剂溶液混合而产生的表面活性剂泡沫之外，也可利用碳酸化的表面活性剂溶液来产生泡沫。碳酸化之后，通过分送通过孔口、熔块(frit)、过滤器或毛细管来搅动溶液。在此描述的表面活性剂泡沫提取方法也能够被用于在气溶胶采样器和收集器中其它收集表面的提取和清洁。使用泡沫提取这些表面能够提供提取效率的显著增加和最终样品体积的显著减少。在优选的实施例中，通过将缓冲的表面活性剂溶液保持在二氧化碳的压头(headpressure)下并且然后通过打开定时阀释放体积来生产泡沫。通过既控制二氧化碳压力又控制打开阀的时间，分送的液体体积能够被严格控制。
对于使用超过滤和微过滤过滤器的中空纤维浓缩移液器末端，由于可被用于从液体样品浓缩细胞组分、DNA、病毒、细菌和其它病原体，简单地通过在渗透物室上抽取负压力来抽吸样品。在该情况下，空气可被容易地抽取通过纤维过滤器壁，并且流体被吸入到纤维过滤器的腔中，在纤维过滤器的腔中流体然后穿过纤维过滤器壁。
为了进一步提高浓缩移液器末端的效率，诸如Triton X-100的生物相容性表面活性剂可在诸如按体积计的0.1-0.01％的低水平下被添加到进料。该液体是不显著的体积的添加，但是能够将吞吐效率增加从40％到60％变化到几乎100％的范围。缓冲表面活性剂溶液诸如25mM三羟甲基氨基甲烷缓冲盐水(TBS)或具有0.01到0.1％Triton X-100或Tween20的磷酸盐缓冲盐水(PBS)通常被用在生物气溶胶采样器的收集流体中。
诸如借助于振动器马达或超声变幅器产生的机械剪切也可被用于提高吞吐效率和处理速度。
由于在正被处理的样品中的粒子负载，在CPT中使用的中空纤维膜过滤器能够变得堵塞(blinded)。减少堵塞的方法被很好地记录并且包括切向流动、高频反向脉冲(HFB)、振动和其它机制。切向流动最常被使用，但是它不能以其标准形式被实施在CPT中。在CPT系统中，将使用来自湿泡沫洗脱系统的二氧化碳实施HFB以在中空纤维的渗透物侧上生成反向压力。反向压力起作用以将捕获的粒子推出过滤器孔隙。以之间具有短时间周期的非常短的脉冲执行反向压力步骤，因此是术语高频。在通过单个0.05μm中空纤维CPT的七十分钟的处理苹果汁的测试中，处理开始之后的大约10分钟内，流率已经从2mL/min到1mL/min下跌了接近50％。HFB能够将流率恢复到2mL/min的初始流率并且能够贯穿70分钟运行的剩余时间将流率维持大于1.3mL/min。无HFB循环的两个短时间周期导致过滤器流率的显著下跌。在大约47分钟标记处看到了这些间隔中的第二个并且导致过滤器流率下跌大约50％。
使用组合的HFB和切向流动在工业分离中是众所周知的，并且通过允许切向流动运走被HFB移除的粒子而为那些系统提供了最稳定的流率。因为传统的切向流动不能被实施在CPT上，所以可使用新的振荡切向流动(OTF)方法。通过使用与浓缩细胞中空纤维的内部流体连接的计量泵以将流体快速地上下移动，在系统内建立了切向流动而不从中空纤维孔移除流体。在竖直取向的过滤器上的这样的流动导致过滤器流率的显著的提高而难以处理样品。使用计量泵以在CPT内振荡流体而不是振荡中空纤维自身被看作该想法的更实际的实施方式。该方法的实施方式被期望是简单明了的，并且针对难以处理基质将提供提高的样品处理流率。
而且，使用从CPT的顶端延伸，即与浓缩器的连接点相邻的，竖直取向的平面或中空膜/过滤器，使得粒子能够在从顶部到底部行进的方向上通过本文描述的切向冲洗被回收。从顶端到底部的这样的切向流动允许非常大的膜表面面积，并且由于滞留物的非常小的横截面面积，使得在仅使用非常小体积的用于回收粒子的液体(或湿泡沫)的同时能够快速处理大的体积。这进一步允许大大增加的浓缩因子，并且允许通过底部开口抽入未浓缩的样品和通过相同开口分送浓缩的样品而在移液器中使用。不使用所述切向冲洗的现有的水平取向的系统需要过滤介质是相当宽的以提供合宜的处理速率，从而导致较小的洗脱体积，即与原始样品体积类似，导致非常小的浓缩因子。
而且，处理样品之后，所公开的CPT不需要将样品体积保持在移液器末端中。与以由目前技术状态公开的末端的体积为基础的有限体积对比，通过CPT的单独的渗透物端口允许所处理的样品体积仅被膜表面面积/膜流率和处理占用的时间所支配。
图2A和2B示出根据本主题公开的示例性实施例的不允许空气穿过的用于中空纤维过滤器201的类似的构造。图2A示出包括开口205、纤维过滤器201、渗透物净化部207和渗透物抽取部209的CPT200。在该构造中，纤维过滤器201具有疏水性上通气孔部211与亲水性下部201。亲水性过滤器将容易使水通过，但是一旦变湿，较小的孔隙尺寸将直到再次变干才容易允许空气通过。附加疏水性通气孔部211允许空气通过通气孔直到全部亲水性中空纤维201已经被填满液体样品为止，并且因此能够允许液体样品通过。除该优点之外，疏水性通气孔部211的使用允许在初始化操作之后将空气引入到CPT200中而没有将纤维过滤器201填满空气且因此停止流动。疏水性通气孔部211允许空气穿过并且又允许液体被抽入到纤维过滤器201中。连接部213允许CPT200与浓缩单元连接用于操作CPT200。在连接部213内，包含三个端口。图2B示出所述三个端口，所述三个端口包括：连接到渗透物净化部207的第一端口215；连接到纤维过滤器201的第二端口217；和连接到渗透物抽取部209的第三端口219。图2中所示的CPT200的剩余部分在构造上与图1A和图1B中所示的相同。为了操作，CPT200被附接到浓缩器单元并且流体被吸入到入口205中并且通过纤维过滤器201的多孔表面。当全部样品体积已经穿过入口205时，通过用已知体积的洗脱缓冲剂或湿泡沫切向冲洗纤维过滤器201来将捕获的粒子洗脱。可替代地，液体的反向冲洗可与利用液体、泡沫或气体的二次切向清扫一起使用。
图3示出根据本主题公开的示例性实施例的用于将浓缩移液器末端(CPT)300与浓缩器单元连接的替代构造。在该构造中，在主要的母连接器313内的环形区段与浓缩器单元的公连接器上的连接器配合。连接器315、317和319的环形区段允许流体与取向无关地在连接器之间流动。环形连接器的首要优点是CPT300不必以特定的方式被取向，并且在使用期间可旋转或以其它方式改变取向而不中断。在该具体CPT300中，疏水性平面过滤器区段311被用于通气。
图4示出根据本主题公开的示例性实施例的包括用于与浓缩单元连接的环形构造的CPT400。在该构造中，在主要的母连接器413内的环形区段与浓缩器单元的公连接器上的连接器配合。连接器415、417和419的环形区段允许流体与取向无关地在连接区段之间流动。除了中空纤维过滤器401的区段被处理以变成在中空纤维腔和渗透物室之间的疏水性通气孔层411之外，图4示出与图3所示的构造相同的构造。被施加到渗透物室的负压力允许空气被抽取通过疏水性通气孔过滤器411，并且流体然后被抽吸在纤维过滤器401的纤维腔中。当流体接触疏水性通气孔过滤器411时，流动立即停止。疏水性通气孔过滤器411可以是在纤维腔和渗透物室之间的中空纤维401的顶部处的平面过滤器，或者可以是具有大约1英寸或更小的上疏水性区段且纤维的剩余部分在性质上是亲水性的中空纤维过滤器。
对于其中空气将不抽取通过过滤器的浓缩末端，例如必须被湿地封装的超过滤膜过滤器，公开了在不允许流体离开一次性末端并且接触浓缩器单元的同时使样品流体与纤维腔接触的方法。第一方法使用如图2和图4所讨论的疏水性通气孔过滤器的区段。
用于使流体与中空纤维接触的另一种方法是通过使用与纤维腔连接的注射器泵，以将与纤维腔的内部体积相当的体积的空气抽入到注射器本体中，从而将液体吸入到纤维过滤器的纤维腔中。以该方式，流体不在一次性末端的上方穿过，而是停止在中空纤维过滤器的顶部处或其附近。
用于使流体与中空纤维过滤器接触的另一种方法是通过使用泵将一定体积的空气抽出纤维腔并且使用光学或其它传感器将流体流动停止在中空纤维过滤器的顶部处。光学传感器能够被附接到浓缩器装置，而不是一次性末端，并且监控中空纤维过滤器上方的一次性末端的清澈区段。以该方式，流体不在一次性末端的上方通过。
用于使流体与中空纤维过滤器接触的另一种方法是通过将一定体积的清澈稀释流体从浓缩器装置分送到中空纤维过滤器中，并且从开口出来然后进入到样品容器中。以该方式，中空纤维的全部滞留物侧被填充有液体并且渗透物泵现在能够被激活以将样品抽入到CPT中。
图5示出根据本主题公开的示例性实施例的具有针式连接器515、517和519的CPT500。CPT500也包括连接器513、渗透物净化部507、渗透物抽取部509和中空纤维过滤器501。图5中的CPT具有与图3所示构造类似的构造，除了与环形连接件相反，流体连接是通过三个针式连接器之外。虽然这些连接件需要特定的取向，但是它们比图3的环形连接件更可靠和有成本效益。
图6示出根据本主题公开的示例性实施例的包括主要的公连接器613的CPT600。CPT600也包括中空纤维过滤器601、渗透物净化部607和渗透物抽取部609。连接器613包括与顶端相距各种各样长度的流体连接件615、617和619。该末端利用在浓缩器单元上的一体的环形连接件与母连接器连接。中空纤维过滤器601包括在顶部附近的疏水性通气孔过滤器611。
图7示出根据本主题公开的示例性实施例的包括主要的公连接器713的CPT700。CPT700也包括中空纤维过滤器701、渗透物净化部707和渗透物抽取部709。连接器713包括与顶端相距各种各样长度的流体连接件715、717和719。CPT700利用在浓缩器单元上的一体的环形连接件与母连接器连接。中空纤维过滤器701与图6的中空纤维过滤器类似，除了疏水性通气孔过滤器被替换为一体的导电传感器71以帮助启动之外。
图8示出根据本主题公开的示例性实施例的包括主要的公连接器813的CPT800。CPT800也包括中空纤维过滤器801、渗透物净化部807和渗透物抽取部809。连接器813包括与顶端相距各种各样长度的流体连接件815、817和819。CPT800利用在浓缩器单元上的一体的环形连接件与母连接器连接。中空纤维过滤器801与图7所示的构造类似，除了导电传感器被替换为光学传感器区段之外，该光学传感器区段允许浓缩器单元内的光学流体传感器811感测流体位置之外。
图9-11示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT的一种构造。图9示出完整的CPT900。图10示出CPT100的分解视图。图11示出用于在生产期间灌封纤维下端的端口。
图9示出根据本主题公开的示例性实施例的完整的CPT900。CPT900包括连接器913、中空纤维过滤器901、渗透物净化部907和渗透物抽取部909。连接器913包括流体连接件915、917和919。
图10示出根据本主题公开的示例性实施例的CPT100的分解视图。两个半部结合以形成连接器1013、渗透物净化部1007、渗透物抽取部1009、用于中空纤维过滤器1001的通孔、疏水性通气孔1011和灌封物1003。使用紧固件将CPT1000卡扣在一起。有许多其它连接两个半部的方式，通过阅读该公开这些方式对于本领域技术人员将变得显而易见。
图11示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT1100的灌封端口1104。一旦被组装，灌封端口1104允许用户将灌封物放入到CPT1100的末端中，在CPT1100的末端，灌封物将中空纤维过滤器1101保持到位。利用注射器或能够将灌封物插入到灌封端口1104中的其它用具注入灌封物。组装浓缩移液器末端的机器也可采用注射器或其它用具以插入灌封物。
图12示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT1200的另一个可能的构造。用于一次性浓缩末端的构造使用平面的多孔表面1201以将末端纵向划分成渗透物侧和包含滞留物通道1203的一侧。滞留物通道1203在一个纵向侧上被多孔表面1201包围并且在三侧上被末端的不可渗透的壁包围。通道1203在两端上都是敞开的；形成CPT1200的底部开口1205并且滞留物端口1217被包含在连接器1213内。渗透物侧包含用以包含渗透物净化部1207的管和用以包含渗透物抽取部1209的管。用于渗透物净化部1207和渗透物抽取部1209的开口被包含在它们相应的端口1215和1219内，端口1215和1219被包含在连接器1213内。为了操作，CPT1200被附接到浓缩单元并且流体被吸入到CPT1200中并且通过多孔表面1201。当全部样品体积已经穿过CPT1200时，通过用已知体积的洗脱缓冲剂或湿泡沫切向冲洗平面的多孔表面1201来洗脱捕获的粒子。可替代地，液体的反向冲洗可与利用液体、泡沫或气体的二次切向清扫一起使用。
图13示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT1300的构造，其中平面的多孔表面1306将末端划分成上部和下部，其中开口1305在下端处，连接器1310在上端处。多孔表面1306可以是深度过滤器、驻极体过滤器、微筛、荷电过滤器、膜、多孔介质或其它多孔表面。为了操作，CPT1300被附接到浓缩单元并且流体被吸入到开口1305中并且通过多孔表面1306。当全部样品体积已经穿过开口1305时，然后通过用已知体积的湿泡沫或液体反向冲洗过滤器来洗脱捕获的粒子。
图14A示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT1400的另一个构造。图14A示出包括连接器1413、两个中空纤维过滤器1401、渗透物抽取部1409和用以固定中空过滤器的灌封物1403的CPT1400。连接器1413进一步包括流体连接件1415、1417和1419。在连接器1413下方从视野隐藏的是渗透物净化部。渗透物净化部能够在图14B中被更清楚地看到。
图14B示出根据本主题公开的示例性实施例的具有CPT的连接器1413的端部。连接器1413包括流体连接件1417、1415和1419。流体连接件1415与渗透物净化部1407和浓缩单元的渗透物净化部管线连接。流体连接件1419将流体从渗透物抽取部1409以端口方式输送到浓缩单元的渗透物泵。流体连接件1417将提取泡沫或流体从浓缩单元以端口方式输送到中空纤维过滤器。灌封物1403将中空纤维1401固定到CPT中。
图14C示出根据本主题公开的示例性实施例的具有CPT的开口1405的端部。开口1405从用于浓缩的样品接收流体。借助于在开口1405处的灌封物1403将中空纤维过滤器1401保持到位。渗透物抽取部1409从样品抽取渗透物。
图15示出根据本主题公开的示例性实施例的通过CPT1500聚集样品1523的浓缩单元1521。在臂1527被升高的同时样品1523被放在托盘1525上。CPT1500被附接到臂1527，并且臂1527被降低使得CPT1500被浸没在样品1523中。然后操作者启动浓缩单元1521，并且样品被抽吸到CPT1500中。当全部样品已经被处理时，浓缩的样品被分送到样品容器中。
图16示出根据本主题公开的示例性实施例的使用具有CPT的浓缩单元的方法。首先，升高臂S1631使得能够将CPT插入到臂中S1632。推动杠杆并且将CPT推入到CPT端口中。CPT端口包含衬垫圈的密封表面和弹簧加载的表面以将CPT端口保持到位并且密封这些连接免于泄露。该密封表面包含用于三个CPT连接端口的连接器。接着，将样品放在托盘上S1633。然后降低浓缩单元的臂S1634，将CPT浸蘸到样品的底部中，但是不阻塞纤维开口。用户按开始以打开真空S1633并且样品开始在CPT内浓缩。一旦样品已经被拉动通过CPT，则用户能够通过按浓缩器上的按钮来停止样品处理，或者浓缩器将检测通过末端的流体的停止并且自动停止样品处理。然后用户可以选择以将浓缩物分送到原始样品容器中或用户可用新的提取样品容器更换原始样品容器。然后用户按压提取按钮S1636，从而激活提取循环。然后提取过程被激活以将捕获的粒子回收S1637到浓缩的最终体积中。
在一个方面中，用于捕获粒子的多孔表面是平面纤维式过滤器、平面膜式过滤器或者诸如微筛或核微孔过滤器的平面多孔表面。该平面过滤器可在一次性末端中在长度方向上定位，从而它将一次性末端的内部空间分离成滞留物侧和渗透物侧。以与上述的中空纤维过滤器一次性末端非常相同的方式执行所关注的粒子的捕获和利用洗脱流体进行的回收，除了粒子的捕获和回收发生在平面膜的滞留物侧上而不是在中空纤维过滤器腔内之外。在该情况下，滞留物的长度在一个壁上被多孔表面包围并且在其余三个壁上被一次性末端的不可渗透壁包围。在该构造和中空纤维过滤器构造的情况下，通过用泡沫或液体洗脱流体在与多孔表面切向的方向上清扫通过滞留物来回收所关注的粒子。可替代地，可通过用液体反向冲洗多孔表面或者通过用液体或气体的反向冲洗或切向冲洗的任何组合来回收粒子。
在另一个构造中，用于捕获粒子的多孔表面是将一次性末端划分成下滞留物储存器和上渗透物储存器的过滤器或多孔表面。在该情况下，所关注的粒子被捕获到底侧上并且进入多孔表面的结构中。然后通过用湿泡沫或液体洗脱流体反向冲洗多孔表面来回收所述粒子。该构造的优选实施例是用于通过用湿泡沫反向冲洗来回收的荷电过滤器。
图17A和17B示出根据本主题公开的示例性实施例的用于CPT1700的替代的构造。图17A示出包括开口1705、纤维过滤器1701和渗透物抽取部1709的CPT1700。在该实施例中，没有渗透物净化部。根据该实施例，渗透物抽取部1709被缩短，与其它实施例中的渗透物净化部的长度类似。利用灌封物1703将纤维过滤器1701和渗透物抽取部1709中的每一个固定在CPT1700内。连接部分1713允许CPT1700与浓缩单元连接用于操作CPT1700。在连接部分1713内，包含两个端口。图17B示出所述两个端口，所述两个端口包括与纤维过滤器1701连接的端口1717和与渗透物抽取部1709连接的端口1719。在操作期间，渗透物室填充有流体并且样品处理期间自始至终保持充满。在纤维过滤器1701的洗脱期间，代替加压渗透物室，而在渗透物抽取部1709上的阀被关闭，留下填充有液体的渗透物室。在洗脱期间，不必加压渗透物室，因为在渗透物侧有空隙空间用于流体进入，所以洗脱流体或泡沫将不容易穿过纤维过滤器1701。
在该构造的一个方面，替代使用浓缩单元内的渗透物阀，止回阀被集成到渗透物抽取部1709中，使得单个连接可被用于CPT。以该方式，通过将渗透物泵应用到连接部分1713来将样品被吸入到CPT中并且通过过滤器。渗透物室填充有流体并且在样品处理期间自始至终维持。在纤维过滤器1701的洗脱期间，洗脱流体或泡沫被分送到连接部分1713中，这导致渗透物抽取部1709内的止回阀关闭，从而导致洗脱流体或泡沫穿过纤维过滤器1701。
图18A和18B示出根据本主题公开的示例性实施例的用于通过CPT聚集样品的另一个浓缩单元。与图15所示的单元类似，本示例性实施例示出用于通过CPT1800聚集样品1823的浓缩单元1821。在流体头或臂1827被升高的同时样品1823被放在托盘1825上。CPT1800经由CPT接口1813被附接到臂1827。在图18B中，臂1827被降低使得CPT1800被浸没在样品1823中。然后操作者通过经由用户界面1824输入命令来启动浓缩单元1821，并且样品被吸入CPT1800中。当如本文所述全部样品已经被处理时，浓缩的样品被分送到样品容器1835中。臂1827具有快速释放夹具，该快速释放夹具保持CPT1800并且与在CPT1800上的渗透物端口和洗脱流体端口相互作用。臂1827能够被升高以允许样品容器被放在样品平台1825上，并且臂1827能够被降低以允许CPT1800达到样品容器1823的底部。真空泵(未示出)位于单元1821的主要封闭件中。柔性脐带电缆可被用于利用流体和电力线路将臂1827与主要封闭件连接。渗透物出口端口1839可被用于分送从CPT1800提取的渗透物。提供计算机接口1837以接收来自外部计算机的命令和向外部计算机输出信息。也提供了电源按钮1836和电源接口1838。
图19示出根据本主题公开的示例性实施例的用于通过CPT1900聚集样品的系统。该示例性实施例与之前实施例中所示的不同之处是，仅需要两个端口：洗脱流体端口1917和渗透物端口1919。然而，潜在的构思与前面提到的实施例中概述的构思类似：一种利用具有样品端口的单次使用的一次性过滤器盒的系统，样品端口抽入具有低浓度粒子的相对大的液体样品，在液体被抽取通过到渗透物的同时粒子被捕获在过滤器表面上，然后洗脱步骤使粒子重新悬浮到具有高密度粒子的相对小体积的液体中，并且通过与样品被抽入的端口相同的端口释放它。本示例性实施例减小了所需洗脱流体的体积，而不需要在过滤器1901的渗透物侧1908上的正压力。简单地，为了维持在渗透物侧1908上的正压力，关闭三向渗透物阀1928，使得任何洗脱流体保持在滞留物侧1906上。能够在不使用过压力的情况下关闭阀1928使得能够实现通过端口1905分送的更一致的最终体积的洗脱流体。
在初始状态下，洗脱流体阀1926是关闭的，三向渗透物阀1928将渗透物端口1919与真空源1934链接，其中通向止回阀1930的端口关闭，并且真空源1934未被激活。首先通过将CPT1900的洗脱流体端口1917和渗透物端口1919插入到CPT接口1913中来将未使用的CPT1900连接到系统。CPT样品端口1905被降低到样品容器中并且因此液体样品进入其中。此时例如经由用户输入可初始化自动化浓缩处理。真空源1934被激活，并且CPT1900的渗透物侧1908中的空气被排空。此时，空气能够行进通过过滤器1901(如上所述是亲水性过滤器)，因此CPT1900的滞留物侧1906也被排空空气，导致液体样品被通过样品端口1905抽取并且进入CPT1900的滞留物侧1906中。液体穿过过滤器1901、进入CPT1900的渗透物侧1908中、通过渗透物端口1919、通过渗透物阀1928、经过真空源1934并且通过渗透物出口。而且，样品将CPT1900的滞留物侧1906填充成与过滤器1901的暴露区域一样高。由于洗脱流体阀1926被关闭而样品不再填充滞留物侧1906，导致气穴陷在洗脱流体端口1917内。这防止样品与浓缩单元仪器的流体的任何部分(包括孔口19122和阀1926)接触，使得能够实现一次性CPT的多重连贯使用而无需清洁或消毒浓缩单元。
随着样品被抽取通过过滤器1901，悬浮在液体样品中的粒子被捕捉在CPT1900的滞留物侧1906上的过滤器1901的表面上。一旦由于真空1934全部样品已经被抽取通过过滤器，则环境空气通过样品端口1905继续进入。在使用疏水性过滤器1815的情况下，在液体样品进入渗透物侧1908中之后空气将被抽取通过过滤器1901。在使用亲水性过滤器1901的情况下，由于需要显著的跨膜压力以将空气抽入湿的亲水性膜过滤器的孔隙中，所以空气将不能穿过当前湿的过滤器。在该情况下，CPT1900的滞留物侧1906填充有空气，并且过滤器1901将不允许空气穿过，留下全部充满或部分充满液体的渗透物侧1908。真空源1934当前可以是未激活的，并且洗脱处理开始。渗透物阀1928切换成通过止回阀1930将渗透物端口1919与环境空气管线1932链接。这允许空气流入CPT1900的渗透物侧1908中，将其返回到大气压力。
洗脱泡沫被用于从过滤器洗脱粒子。洗脱流体在高压力下被迫入洗脱流体阀1926中。当洗脱流体阀1926打开时，高压力液体穿过孔口1922。横跨孔口的压力下降控制洗脱流体的流动，当使用包含表面活性剂和二氧化碳的洗脱流体时，导致产生湿泡沫。湿泡沫通过洗脱端口1917进入CPT1900。湿泡沫然后使被捕获在过滤器1901的表面上的粒子重新悬浮。同时，止回阀1930防止从CPT1900的渗透物侧1908到环境空气端口1932的任何流动，从而在渗透物侧1908中维持正压力，并且将穿过过滤器1901的洗脱流体的量保持到最小值。泡沫切向于过滤器1901的流动使得能够从过滤器1901的滞留物侧1906收集粒子，导致离开样品端口1905的载有粒子的泡沫，从而提供为分析准备就绪的最终浓缩的样品。
在先前实施例中所示的三端口CPT中，通过允许空气净化通过顶部渗透物端口并且将进入到达到渗透物侧的底部的管线中的液体清扫，达到CPT的渗透物侧的恰好底部的附加的渗透物管线使得能够将在过滤器的渗透物侧中的所有流体在流动结束时移除。从渗透物侧移除所有的流体是有益的，因为其允许气体压力被施加到渗透物侧，从而防止任何洗脱流体穿过过滤器。这允许更小的最终浓缩体积，并且增加最终体积的一致性。将压力施加到渗透物而不是首先移除所有液体可导致其流回通过到滞留物侧，并且从而增加滞留物流体体积和滞留物流体体积的可变性。然而，在本发明示例性实施例中所示的两端口CPT制造成本更小，并且仅导致最终浓缩体积的轻微增加，然而对于其意图目的是足够的。
图20示出根据本主题公开的示例性实施例的具有平面过滤器的CPT2000的外视图。CPT2000包括过滤器外壳2002、洗脱液体端口2017、渗透物端口2019和样品端口2005。尽管示出平面过滤器，但是如将在随后的实施例中所公开的，在具有平面过滤器或其它过滤器类型的CPT的操作上没有差别。
图21示出根据本主题公开的示例性实施例的具有平面过滤器的CPT的水平剖面。过滤器外壳2102包括过滤器外壳密封区域2103，使得过滤器外壳2102的两侧能够联接到一起。过滤器密封区域2014将过滤器2101保持到位，过滤器2101被示为平面膜过滤器，但能够是任何过滤器类型。在平面膜过滤器的情况下，过滤器支撑肋2110使得过滤器能够停留在中央，并且提供用于过滤器2101的滞留物侧2106和过滤器2101的渗透物侧2108的空间。
图22示出根据本主题公开的示例性实施例的具有平面过滤器的CPT的缩短的竖直剖面。根据该示例性实施例，CPT包括过滤器外壳2202、洗脱流体端口2217、渗透物端口2219，并且CPT容纳平面膜过滤器2201。过滤器的滞留物侧2206与洗脱液体端口2217和样品端口2205连接，并且过滤器2201的渗透物侧2208与渗透物端口2219联接。
图23A和23B示出根据本主题公开的示例性实施例的具有中空纤维过滤器的CPT的视图。根据该示例性实施例，CPT2300包括过滤器外壳2302、洗脱流体端口2317、渗透物端口2319、样品端部2305和被包裹在灌封材料中的一个或更多个中空纤维过滤器元件2301。中空纤维过滤器元件2301与诸如图1的在之前实施例中描述的那些类似。
图24示出根据本主题公开的示例性实施例的具有中空纤维过滤器的CPT2400的竖直剖面。根据该实施例，CPT2400包括过滤器外壳2402、洗脱流体端口2417、渗透物端口2419和由过滤器灌封材料2403保持到位的一个或更多个中空纤维过滤器元件2401。尽管示出了三个中空纤维过滤器元件2401，但是根据本公开具有本领域普通技术的人员将能够想到更多或更少的中空纤维过滤器元件。中空纤维过滤器元件2401中的敞开的端部用作样品端口2405以向上抽取样品液体。
图25示出根据本主题公开的示例性实施例的具有中空纤维过滤器的CPT的水平剖面。过滤器外壳2502包围多个中空纤维过滤器元件2501。中空纤维过滤器元件2501的内侧表面用作过滤器滞留物侧2506，并且中空纤维过滤器元件2501的外侧用作过滤器渗透物侧2508。
在图19-25的以上实施例中的竖直取向的平面和中空纤维过滤器从CPT的顶端，即邻近洗脱和渗透物端口在与浓缩器的连接点处，延伸到过滤器的底部。如关于图1所述，由于滞留物的非常小的横截面面积，在仅使用非常小的体积的用于回收粒子的液体(或湿泡沫)的同时，这样的取向和长度使得能够在非常大的膜表面面积上，在从顶部行进到底部的方向上通过本文描述的切向冲洗回收粒子，并且使得能够迅速处理大的体积。这进一步允许大大增加的浓缩因子，并且允许通过穿过底部开口抽入未浓缩的样品和通过相同的开口分送浓缩的样品而在移液器中使用。而且，与如由目前技术状态公开的基于末端本身的体积被限制对比，单独的渗透物端口使得能够由膜表面面积/膜流率和处理所用的时间支配所处理的样品体积。
进一步地，如本文所述，过滤器的滞留物表面外侧的体积在洗脱期间与洗脱端口流体连通，并且洗脱期间在该侧上的正压力可被转移到在洗脱期间的过滤器的渗透物侧。例如，在过滤器洗脱处理期间，洗脱流体或湿泡沫的引入能够引起滞留物侧上的压力上的显著增加。在压力上的该增加是由于，与将洗脱流体或泡沫与过滤器表面相切地推动通过滞留物体积的相对快速的速率相比，滞留物的相对小的横截面面积。压力上的该瞬间的增加能够造成洗脱流体或湿泡沫的一部分从滞留物侧流过过滤器到渗透物侧，导致减小的洗脱效率和可变的洗脱体积。
为了减少洗脱流体或湿泡沫从滞留物侧到渗透物侧的流动，相等的或近似相等的压力必须被施加到过滤器的渗透物侧。存在能够施加该压力的多种方式。处理样品之后，但是洗脱之前，接近一个大气压的负压力保持在过滤器的渗透物侧上。在一个实施例中，如本文所述，能够使用渗透物抽取部上的三向阀和止回阀减缓该负压力。在样品处理期间，三向阀被定位成使得流动被允许通过渗透物抽取部管线。样品已经被处理之后，但是在洗脱之前，三向阀被致动使得渗透物抽取部被关闭，但是空气被允许流过止回阀并且进入渗透物室中。在洗脱处理期间，三向阀被留在该位置，止回阀关闭渗透物室。以该方式，渗透物室被维持在大气压力附近，但是被关闭使得非常少的洗脱流体或湿泡沫能够穿过到渗透物侧。
在另一个实施例中，单独的阀可被添加以用作滞留物管线和渗透物管线之间的链接。处理样品之后，三向阀和止回阀被用以使渗透物室返回到大气压力。然后，在洗脱处理期间打开该单独的阀以允许洗脱流体或湿泡沫暂时流向渗透物室(在滞留物侧上的压力增加时)，使得在过滤器的两侧上维持相等的或接近相等的压力。
在另一个实施例中，可使用外部压力源诸如泵、室内空气、压缩气体或来自与浓缩单元联接的洗脱流体容器的压力将压力施加到渗透物室。在又另一个实施例中，渗透物室被允许填充或有意地填充有渗透物流体或另一种不能压缩的流体并且被以阀的方式关闭，使得对于行进通过到渗透物室的洗脱流体或湿泡沫没有空间是可用的。以该方式，全部洗脱流体或湿泡沫在洗脱处理期间被允许作用在过滤器的滞留物侧上。
在本主题公开的示例性实施例中，浓缩移液器末端(CPT)可包括两个过滤器而不是一个，从而增加过滤器的表面面积而不增加盒外壳的尺寸。图26-28描述了根据本主题公开的示例性实施例的具有两个过滤器的CPT。图26示出根据本主题公开的示例性实施例的具有两个过滤器的CPT2600的等轴视图。CPT2600被构造具有两个外壳半部2602A和2602B，所述两个外壳半部2602A和2602B中的每一个容纳具有渗透物侧和滞留物侧的过滤器。CPT2600进一步包括：洗脱流体端口2617，该洗脱流体端口2617使得允许泡沫能够进入到CPT2600中；渗透物流体端口2619；和样品端部2605，该样品端部2605使得能够允许样品进入并且提供用于滞留物液体的通道。
图27示出根据本主题公开的示例性实施例的具有两个过滤器的CPT2700的分解视图。CPT2700包括：两个外壳半部2702A和2702B，所述两个外壳半部2702A和2702B可被夹在一起，以容纳平面过滤器膜2701A和2701B；与渗透物端口2719流体连通的渗透物流体通道2743；过滤器支撑肋2710；和与洗脱流体入口端口2717流体连通的滞留物流体通道2742。滞留物通道2742由被密封到一起的两个半部2702A和2702B之间的空间形成。进一步地，前渗透物通道盖2741A和后渗透物通道盖2741B被用于覆盖渗透物通道，并且允许使渗透物通道排泄。
如上所述，当与单个过滤器设计相比时，两个过滤器的存在提供更大的表面面积，从而增加样品流率，并且减小粒子负载的影响。为了利用单个过滤器获得类似的表面面积，将需要显著地更大的外壳，这将反过来减小洗脱效率。进一步地，当与单个过滤器设计相比时，横截面几何形状也被改善了。图28示出根据本主题公开的示例性实施例的具有两个过滤器的CPT2800的剖视图。与图26和27类似，CPT2800具有两个外壳半部2802A和2802B，所述两个外壳半部2802A和2802B可夹在一起以容纳渗透物管线2819、一对过滤器2801A和2801B和滞留物流体通道2842，渗透物管线2819与渗透物抽取部和渗透物流体通道2843流体连通，所述一对过滤器2801A和2801B借助于过滤器密封区域2804A和2804B与外壳半部的顶部联接并且由过滤器支撑肋2810保持到位，滞留物流体通道2842由两个外壳半部2802A和2802B之间的空间形成。过滤器外壳密封区域2803提供接触点用于连接两个外壳半部2802A和2802B。
在图26-28的以上实施例中的竖直取向的一对过滤器从CPT的顶端，即邻近洗脱和渗透物端口在与浓缩器的连接点处，延伸到过滤器的底部，即邻近样品抽取部/滞留物流体端口。如关于图1所述，由于滞留物的非常小的横截面面积，在仅使用非常小的体积的用于回收粒子的液体(或湿泡沫)的同时，这样的取向和长度使得能够在非常大的膜表面面积上，在从顶部行进到底部的方向上通过本文描述的切向冲洗回收粒子，并且使得能够迅速处理大的体积。除由两过滤器CPT得到的更大的表面面积之外，竖直取向进一步允许大大增加的浓缩因子，并且通过相同的开口抽入样品和分送滞留物流体使得一次性或单次使用的CPT的有效利用成为可能。
对于该公开的目的，渗透物室是形成在膜的渗透物表面和CPT的外壳之间的任何体积，而且滞留物室是形成在膜的滞留物表面和所述外壳之间的任何体积。对于双过滤器CPT，滞留物室可被形成在滞留物表面之间，并且渗透物室可被形成在每个渗透物表面和其相应的外壳之间。在中空纤维过滤器CPT中，渗透物室可由每个中空纤维过滤器外部的组合的容积形成，并且滞留物室可由每个中空纤维过滤器的组合的内容积形成。在替代实施例中，渗透物室和滞留物室的位置和构造可以是颠倒的。
本文公开的实施例使得能够自动地浓缩并且同时更换干净的缓冲剂，包括在将目标粒子洗脱到能够与选定的分析或检测方法相配的新的干净流体中之前，移除可能抑制随后的分析和检测手段的非目标粒子和可溶和不可溶的组分。此外，在通过膜处理样品之后，但是在样品洗脱之前，可通过处理洗涤流体使得将它们洗涤样品、保留在过滤器上并且通过过滤器到渗透物，来执行洗涤步骤。如本文所示的执行缓冲剂更换和/或洗涤样品以移除可能的抑制剂节省了时间和精力并且向检测器和分析器提供了更高质量的样品。而且，可通过在浓缩单元中合并流量传感器、压力传感器或气泡传感器以检测何时样品已经被完全处理，来动态处理具有不同浓度、粘性或组成的样品。在单次使用CPT中通常最适合于使用的过滤器类型是具有用于浓缩在所关注尺寸范围中的粒子所需要的孔隙尺寸范围的亲水性膜过滤器。在该孔隙尺寸范围中的亲水性膜过滤器拥有独特的特性，即一旦用水被弄湿，则它们需要显著的跨膜压力以允许空气开始流过膜。该独特的特征导致通过过滤器的流率显著下降，这也经常导致负压力增加和由于增加的负压力而在渗透物侧中增加的气泡形成。这些变化能够使用如上所述的传感器检测到，并且以该方式能够确定样品体积已经通过末端被完全处理的时刻，并且能够自动完成样品处理步骤，并且自动执行洗脱处理或者可向用户发信号以初始化洗脱。有许多类型的可商购的并且对于本领域的一个技术人员将是熟悉的液体流量传感器和开关能够被应用于该申请。此外，压力传感器和气泡传感器可被用于确定样品的结束。而且，亲水性膜确保了单次使用操作，即致使CPT对于多于一次使用是不可操作的，因此确保了安全并且防止了样品之间的交叉污染。
前述的器材在医疗、环境或安全应用中具有显著的效用。在示例性实施例中，以所述方式的浓缩促进了对能够经受被放在液体样品中用于分析的病原体或生物恐怖威胁试剂的气溶胶采样。可例如如由疾病控制中心(CDC)所鉴别，提供这样的病原体的列表。可使用通过如上所述的样品浓缩促进的常规技术研究这些生物体。
Figure BDA0003642096040000341
Figure BDA0003642096040000351
Figure BDA0003642096040000361
该公开中使用的浓缩过滤器末端(CPT)可以是任何一次性过滤器末端，例如，由Assignee出售的零件编号为CC8001-10和CC8001-60的0.1微米聚醚砜过滤器，或者被售作CC8000-10和CC8000-60的0.4微米聚碳酸酯径迹蚀刻膜。支持100+mL/min的流率、向上至2L的输入样品体积范围和用户可从例如200-1000μL选择的最终浓缩的样品体积范围。示例性粒子尺寸能力取决于所使用的CPT，并且能够在0.1μm-0.4μm的范围内变化用于细菌、寄生物、霉菌、孢子和全细胞。根据本公开，用于病毒和游离的DNA的超过滤对于本领域的普通技术人员也可以是想得到的。进一步地，在超过滤或微过滤膜过滤器以及纤维过滤器和具有吸引机制的诸如ζ电位过滤器的过滤器的标准范围中的任何过滤器或膜过滤器，可被用在CPT装置中，用于捕获从对于粒子或生物体小于1kD分子量或小于0.001μm向上大至1mm直径的范围内变化的粒子。在1kD至1000kD范围中的超过滤膜能够被用在CPT中用于各种各样的浓缩应用，包括蛋白质和其它可溶和不可溶的材料和包括致热原的小粒子。可使用在0.001μm至0.02μm或者1kD至300kD的大致范围中的过滤器捕获并且浓缩游离的DNA和游离的RNA。可使用大致在0.001μm至0.1μm的物理或有效孔隙尺寸范围中或在1kD至1000kD的大致分子量截留范围中的过滤器捕获并且浓缩病毒。可使用大致在0.01至0.5μm的范围中的膜浓缩细菌。而且，可使用具有充分小的足够捕获所关注粒子的物理或有效孔隙尺寸的任何膜，并且在一些情况下比目标粒子显著小的孔隙尺寸可被选择使得不同尺寸的多个目标可被浓缩成单个浓缩的样品。进一步地，如能够由本领域技术人员理解，新颖的膜和过滤器和除了本文提到的那些之外的膜和过滤器可用于保留所关注的某些粒子的目的并且可提供在CPT中使用的可靠的过滤器。
而且，尽管公开了细菌的浓缩，但是在通过移除诸如红细胞等血液组分而制备血液样品之后，在示例性实施例中所公开的实施例中的任一个可被用于浓缩血液内的细菌性病原体。其它应用包括食品和饮料处理和安全监控(来自工艺用水的腐败生物体和病原体、来自食品制备表面的液体样品、产品洗涤用水的安全监控)、环境监控(娱乐用水监控、污水监控、军团杆菌监控)、饮用水、法医检验、药品制造和生物防御。
本主题公开的示例性实施例的前述公开已经被提出用于说明和描述的目的。不是意在详尽或将主题公开限制于所公开的精确的形式。根据以上公开，本文所述的实施例的许多变体和变型对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。仅由权利要求和由它们的等同物限定主题公开的范围。
进一步地，在描述本主题公开的代表性实施例中，说明书可能已经提出本主题公开按照特定次序的步骤的方法和/或处理。然而，就方法或处理不依赖本文阐述的特定顺序的步骤的程度而言，方法或处理不应被限于所述特定次序的步骤。如本领域的一个普通技术人员应理解，其它次序的步骤可能是可行的。因此，说明书中所述的具体顺序的步骤不应被解释为对权利要求的限制。另外，被指向本主题公开的方法和/或处理的权利要求不应被限于以所写顺序执行它们的步骤，并且本领域的一个技术人员能够容易理解次序可被改变并且仍然保持在本主题公开的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种装置，包括：
被包围在外壳内的亲水性过滤器，其中所述过滤器具有渗透物侧和滞留物侧，所述外壳包括用于抽吸位于所述外壳的底端处的流体样品的开口和位于所述外壳的顶端处的洗脱端口，所述过滤器在竖直取向上被定位，并且所述过滤器从所述顶端到所述底端跨越所述外壳的长度；
其中，使用洗脱流体，在所述流体样品中的多个粒子被从所述过滤器的滞留物表面洗脱，并通过所述开口以减小的流体体积被分送；
邻近所述顶端定位的渗透物端口，其中所述渗透物端口与所述过滤器的渗透物室流体连通；和
浓缩单元中的邻近所述渗透物室的一个或更多个阀，所述一个或更多个阀：
a)在对真空源打开且对大气关闭时，允许流体被从所述开口抽取进入滞留物室中、穿过所述过滤器、然后进入渗透物室；
b)在对所述真空源关闭且对大气打开时，允许所述渗透物室中的压力等于大气压力；并且
c)在对所述真空源关闭且对大气关闭时，允许所述渗透物侧是密封室，从而将穿过所述过滤器的洗脱流体的量保持到最小值，
其中浓缩单元中的所述真空源经由所述渗透物端口抽吸所述样品。
2.权利要求1中的所述装置，其中通过从所述顶端到所述底端横跨所述过滤器的所述滞留物表面切向流动的洗脱流体来洗脱所述多个粒子。
3.权利要求1中的所述装置，进一步包括连接部分，所述连接部分用于将所述洗脱端口和所述渗透物端口连接到所述浓缩单元。
4.权利要求1中的所述装置，其中所述浓缩单元中的所述一个或更多个阀被用于在洗脱之前关闭与所述渗透物端口的任何外部连接。
5.权利要求1中的所述装置，其中在洗脱期间或洗脱之前对所述渗透物室加压。
6.权利要求1中的所述装置，其中在洗脱之前允许所述渗透物室被填充有液体。
7.权利要求1中的所述装置，其中在洗脱期间所述渗透物室与所述洗脱端口流体连通。
8.权利要求1中的所述装置，其中所述过滤器是平面膜过滤器、中空纤维过滤器、平面深度过滤器、带静电过滤器或微筛中的一个或更多个。
9.权利要求1中的所述装置，进一步包括第二过滤器。
10.一种装置，包括：
洗脱端口和渗透物端口，洗脱流体通过所述洗脱端口；
外壳的第一半部，所述外壳的所述第一半部被联接到由第一平面过滤器膜制成的亲水性第一过滤器，所述第一过滤器跨越所述外壳的所述第一半部的长度；和
外壳的第二半部，所述外壳的所述第二半部被联接到由第二平面过滤器膜制成的亲水性第二过滤器，所述第二过滤器跨越所述外壳的所述第二半部的长度；
其中每一个过滤器具有渗透物侧和滞留物侧，所述渗透物侧限定渗透物室，所述滞留物侧限定滞留物室；
其中所述外壳的所述第一半部和所述第二半部被夹在一起，以形成浓缩移液器末端；并且
其中首先经由邻近所述外壳的第一端定位的开口抽吸流体样品中的多个粒子；其中与所述渗透物室邻近的一个或更多个阀被用于在洗脱之前使所述渗透物室返回到大气压力；
其中用洗脱流体将所述多个粒子从所述第一过滤器和所述第二过滤器的滞留物表面切向洗脱，并通过所述开口以减小的流体体积被分送，从而所述渗透物端口可以被关闭以维持所述渗透物侧上的正压力，使得通过所述洗脱端口引入的任何洗脱流体保持在所述过滤器的所述滞留物侧上，其中浓缩单元中的真空源经由所述渗透物端口抽吸所述样品，并且其中由在所述第一过滤器和所述第二过滤器中的每一个的滞留物表面之间的容积形成所述滞留物室，并且所述浓缩单元中的邻近所述渗透物室的一个或更多个阀：
a)在对真空源打开且对大气关闭时，允许流体被从所述开口抽取进入滞留物室中、穿过所述过滤器、然后进入渗透物室；
b)在对所述真空源关闭且对大气打开时，允许所述渗透物室中的压力等于大气压力；并且
c)在对所述真空源关闭且对大气关闭时，允许所述渗透物侧是密封室，从而将穿过所述过滤器的洗脱流体的量保持到最小值；并且
其中浓缩单元中的所述真空源经由所述渗透物端口抽吸所述样品。
11.权利要求10中的所述装置，其中由在每个过滤器和它的相应外壳半部之间的容积形成所述渗透物室。
12.一种装置，包括：
外壳；
被包围在所述外壳内的一个或更多个中空纤维亲水性过滤器，所述一个或更多个中空纤维过滤器竖直取向并跨越所述外壳的长度；其中所述外壳具有仅三个开口，所述三个开口包括：
1)洗脱端口，所述洗脱端口被与所述外壳的顶端邻近地定位，用于从所述外壳的外部的浓缩单元接收洗脱流体；
2)渗透物端口，所述渗透物端口被与所述外壳的所述顶端邻近地定位，所述渗透物端口用于将所述外壳联接到所述浓缩单元中的真空源；和
3)开口，所述开口被与所述外壳的底端邻近地定位，用于抽吸流体样品；
其中所述流体样品中的多个粒子被从所述一个或更多个中空纤维过滤器中的每一个的滞留物表面切向洗脱并通过所述开口被分送，从而所述渗透物端口可以被关闭以维持渗透物侧上的正压力，使得通过所述洗脱端口引入的任何洗脱流体保持在所述过滤器的滞留物侧上，
其中所述浓缩单元中的所述真空源经由所述渗透物端口抽吸所述样品，并且
所述浓缩单元中的邻近所述渗透物室的一个或更多个阀：
a)在对真空源打开且对大气关闭时，允许流体被从所述开口抽取进入滞留物室中、穿过所述过滤器、然后进入渗透物室；
b)在对所述真空源关闭且对大气打开时，允许所述渗透物室中的压力等于大气压力；并且
c)在对所述真空源关闭且对大气关闭时，允许所述渗透物侧是密封室，从而将穿过所述过滤器的洗脱流体的量保持到最小值；并且
其中浓缩单元中的所述真空源经由所述渗透物端口抽吸所述样品。
13.权利要求12中的所述装置，其中所述滞留物表面包括所述一个或更多个中空纤维过滤器中的每一个的内表面。
14.权利要求12中的所述装置，其中由所述一个或更多个中空纤维过滤器中的每一个的外部的容积形成所述渗透物室。
15.权利要求12中的所述装置，进一步包括与所述外壳的所述顶端邻近地定位的连接点，所述连接点用于将所述洗脱端口和所述渗透物端口连接到所述浓缩单元。
16.权利要求12中的所述装置，其中所述洗脱流体是湿泡沫。
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