CZ71898A3 - Zdokonalené částicové médium pro přesnou a selektivní separaci mikročástic podle velikosti, způsoby jeho použití a suspenze mikročástic, získaná separací pomocí zmíněného média - Google Patents

Description

Oblast techniky Navrhovaný vynález se týká selektivní separace částic podle velikosti. Konkrétně se vynález týká zdokonaleného částicového média, jehož velikost částic je pečlivě zvolena tak, aby umožnila přesnou a selektivní separaci mikročástic suspendovaných v tekutinách podle velikosti, a dále se vynález týká způsobů použití těchto zdokonalených částicových médií pro přesnou a selektivní separaci.

Dosavadní stav techniky V textu této přihlášky jsou zmíněny mnohé publikace, patenty a publikované patentové přihlášky, jejichž plné citace jsou uvedeny na konci tohoto dokumentu. Odkazy na tyto publikace, patenty a publikované patentové přihlášky jsou zde citovány pro získání lepšího přehledu o dosavadním stavu techniky, které se vynález týká.

Navrhovaný vynález se týká částicových produktů, zde nazývaných „zdokonalená částicová média“ nebo částicová separační média“, jejichž velikost částic byla pečlivě zvolena tak, aby umožňovala přesnou a selektivní separaci mikročástic suspendovaných v tekutinách a dále se týká způsobů použití těchto médií a zpracování suspenzí mikročástic, získaných těmito metodami. Média a metody navrhovaného vynálezu se používají pro snižování množství hrubých částic (tj. takových jejichž velikost přesahuje určitou hranici) v suspenzích, přičemž umožňují selektivní regeneraci

·· ···· · · · · • · · · · ·· • ·«·· ♦··· • · · ·· · · · ·· • · · · ·· • · ··· ·· * · jemnějších částic (tj. takových jejichž velikost nedosahuje zmíněné hranice) suspendovaných v tekutině. Na rozdíl od materiálů a metod, používaných při běžné filtraci (tj. odstranění částic) a chromatografii (tj. rozdělení částic) umožňují zdokonalená částicová média podle vynálezu selektivní separaci mikročástic podle velikosti způsobem analogickým mechanické filtraci při nízkém průtoku.

Přesná a selektivní separace částic suspendovaných v tekutině podle velikosti je jen jedním odvětvím obecné metody filtrace. Filtrace je běžným způsobem čištění tekutin. Pro odfiltrování hrubých částic jsou nejčastěji používaná jednoduchá síta. Ovsem pro hrubou separaci částic v tekutinách mohou být použity i mnohé další technologie, využívající cyklóny, hydrocyklóny a třídění proudem vzduchu. Takové typy filtrace jsou obvykle nazývány hrubá filtrace nebo filtrace částic.

Ultrafiltrace, která zahrnuje techniky, jakými jsou například „filtrace zkříženým prouděním“ (crossflow filtration), gelová filtrace a rozměrová vylučovací chromatografie (SEC), je běžně používanou analytickou metodou pro separaci makromolekul, koloidních suspenzí a ultra jemných částic jejichž typická velikost nepřesahuje 0,1 pm.

Mezi filtrací částic a ultrafiltrací leží ještě oblast mikrofiltrace, pro kterou platí že velikost separovaných částic je taková, že částice tvoří v tekutině viditelný zákal. V případě mikrofiltrace nebo filtrace částic probíhá odstranění nebo separace částic o velikostech v rozmezí od 0,1 pm do 500 pm (tj. mikročástic) v malém měřítku na membránových nebo papírových filtrech vyrobených z přírodních, polymerních nebo keramických vláken.

4» · • · • ··· ···· • · · · · · · • · · ·· · · · · • · · · · · · · · • · · · · · • · · · · · · · ·

Ve větším měřítku (pro komerční potřeby), nebo pro zvýšení účinnosti filtrace jsou používána částicová média, jako například rozsivková zemina, obvykle uspořádána v ocích síta nebo jiného mechanického septa, například takového, jaké se používá pro běžnou hrubou filtraci. Takové uspořádání umožňuje velmi výhodnou a úspornou mikrofiltraci.

Předmětem mikrofiltace ovšem bývá obvykle spíše vyčištění, než selektivní separace mikročástic. Typickým cílem mikrofiltrace je dosáhnout oddělení (nebo odstranění) všech částic z tekutiny, ve které jsou suspendovány spíš než dosáhnout přesné separace suspendovaných částic podle velikosti s tím, že určité částice zůstanou v roztoku.

Podobně se liší zdokonalená částicová média podle vynálezu a metody jejich použití od technik, používaných rozměrovou vylučovací chromatografií. Tato technika umožňuje rozlišení částic podle velikosti, tj. tato chromatografická metoda umožňuje postupnou separaci částic v závislosti na jejich velikosti. Stejně jako u dalších chromatografíckých metod, i u této techniky závisí distribuce částic podle velikosti v protékajícím médiu a tím i účinnost separace nebo rozlišení velmi jemných částic na rychlosti, jakou se Částice pohybují dělícím médiem. Pro dosažení dostatečné účinnosti separace je u této techniky nezbytná jednotná velikost částic v médiu. V ostrém kontrastu ke zmíněné chromatografické metodě je zdokonalené částicové médium a metoda jeho použití tak, jak je popsána zde, kde je dosaženo separace částic podle velikosti s ohledem na určitou mezní velikost. V tomto ohledu může být zdokonalené částicové médium podle vynálezu považováno za analog k mechanickému filtru s nízkým průtokem.

·· · · ·· ···· ·· · ♦ « · « · · · · ···· 4· · ····· · · ·· • · ·· · · · · · · · · • · · · · ··· ········ ·· ··· ·· ··

Způsoby filtrace za použití částicových médií byly vyvíjeny po mnoho let (Carman, 1937; Heertjes, 1949, 1966; Ruth 1946; Sperry 1916; Tiller 1953, 1962, 1964) a v poslední době byly shrnuty a detailně rozebrány jak z pohledu jejich praktického využití (Kiefer 1991), tak na základě teoretických principů, ze kterých vycházejí (Bear 1988; Nordén 1994). Výsledkem je množství metodických postupů a různých vylepšených metod pro získání optimálně čirého roztoku (např. Tarleton, 1994). V literatuře je diskutováno množství teotetických principů separace mikročástic (Lloyd 1975; Tianshou 1988).

Dosud jsou ve filtračních technikách běžné tři způsoby použití částicových médií: (i) jako stabilní, ale nezhuštěná filtrační vrstva při hloubkové filtraci; (ii) jako filtr s nanesenou filtrační vrstvou křemeliny, díky které vzniká prostor mezi mikročásticemi ve filtračním koláči při kontinuálním průtoku a (iii) jako přídavek do materiálů pro výrobu filtračních papírů, filtračních podložek a náplní do filtrů.

Hloubková filtrace, při které tekutina protéká přes stabilní nezhuštěnou filtrační náplň, je nejobvyklejší metodou filtrace vody. Rychlá a pomalá filtrace přes pískový filtr jsou nejoblíbenějšími metodami filtrace městských odpadních vod. Tyto filtrační techniky využívají širokou škálu filtračních médií, například křemičitý písek, křemičitý štěrk či antracit. Rychlá filtrace přes pískový filtr je spolu s dalšímy typy hloubkové filtrace považována za neselektivní způsoby separace. Úkolem tohoto typu filtru bylo odstranit mikroskopické nečistoty, například řasy, bakterie a různé další druhy mikroorganizmů při zachování poměrně vysoké průtokové rychlosti a nízkých provozních nákladů.

• * • · · · • ·· ·· ··· • · ♦ · ·♦ • · · ···· * · · ·· • ·· ······ · · · *·

Mezi filtračními metodami je mnoho způsobů relativně neselektivní separace částic z tekutin využívajících filtrační média schopná oddělit z tekutin pevné nečistoty. Příklady běžně používaných filtračních médií mohou být například křemelina (diatomit) a perlit, často preferované díky vysoké účinnosti filtrace. Filtrační materiály jsou často navrstveny na přepážce, nebo nosiči, což zvyšuje účinnost filtrace i rychlost průtoku během filtračního procesu. Tento krok se někdy nazývá „náplavová filtrace“. Filtrační materiál je často přidáván přímo do filtrované tekutiny, čímž je usnadněn průtok, neboť se sníží nežádoucí zátěž filtru, která by byla způsobena připiš silným zákalem, při zachování požadovaného průtoku filtrem, tento krok se často nazývá „zahuštění“ („body feeding“). V závislosti na požadované čistotě filtrátu může být filtrační materiál použit pro „náplavovou filtraci“, „zahuštění“, nebo pro obě metody.

V některých postupech je filtrační proces modifikován nebo optimalizován použitím kombinací různých filtračních materiálů. V některých případech mohou tyto kombinace představovat jednoduché směsi například křemeliny nebo perlitu s celulózou, aktivním uhlím, jíly a dalšími materiály. Jindy mohou takové kombinace představovat směsi, ve kterých jsou filtrační materiály zpracovány spolu s dalšími přísadami za vzniku filtračních desek, papírů nebo náplní do filrtů. Nyní jsou pro filtraci používány stále propracovanější modifikace zmíněných produktů, které jsou například dále povrchově upraveny, nebo obsahují další chemické přísady.

V mnoha případech je selektivní oddělení částic požadovaným výsledkem procesu zpracování. V takových případech mohou být v • · · · tekutině přítomny dva nebo i více druhů částic, přičemž je žádoucí odstranění hrubších částic a současné zachování jemnějších částic v roztoku.

Například využitelnost a hodnota mnoha průmyslových produktů, složených z mikročástic, jako jsou například plnidla a pigmenty, může být zlepšena, jestliže výsledný produkt obsahuje jen málo, a nebo raději neobsahuje žádné částice o průměru přesahujícím určitou hranici. Například plnidla do barev obsahující částice jen určité velikosti jsou často používána pro regulování konečné struktury či vlastností malby (např. vysoký lesk, hedvábný povrch, hladkost). Současné průmyslové metody získávání takových plnidel, jako například filtrace proudem vzduchu, jsou často neadekvátní a nevedou k produkci plnidel optimálních vlastností (např. velikost částic).

Dalším příkladem metody, pro kterou je selektivní separace částic podle velikosti nezbytná, je rozdělení krevních buněk podle typu. Příkladem je oddělení bílých krvinek (leukocytů) od červených krvinek (erytrocytů) a oddělení bílých krvinek od krevních destiček při současném zachování co největšího počtu červených krvinek nebo krevních destiček resp.

Charakteristické znaky těchto buněk byly shrnuty v článku (Janquiera, 1975). Červené krvinky mají tvar dvojdutého terčíku s průměrnou maximální velikostí 7,2 pm, zatímco krevní destičky jsou buňky nepravidelného tvaru velké maximálně 5 pm. Bílé krvinky jsou buňky několika typů. Histologicky se rozdělují na větší granulocyty (tj. neutrofily, bazofily a eozinofily), které jsou kulovitého tvaru s průměrem 9-12 pm, a menší agranulocyty (tj. monocyty a lymfocyty), což jsou opět buňky kulovitého tvaru o průměru 6-12 pm. Granulocyty jsou navíc schopny v případě, že se dostanou do kontaktu s pevným povrchem, „expandovat“ a změnit svůj tvar z kulovitého na améboidní, čímž se zvětší jejich maximální rozměr až na 22 pm.

Bylo vyvinuto mnoho metod pro oddělení leukocytů od červených krvinek a krevních destiček, přičemž nejčastěji používané metody jsou založeny na filtraci přes filtry z různě zpracovaných polymerních vláken (Pall, 1990a, 1990b, 1992a, 1992b, 1993a, 1993b, 1993c, 1994a, 1994b, 1994c, 1995a, 1995b; Pascale, 1994). Pro zvýšení účinnosti popsaných metod je často doporučováno použití gelové pre-filtrace a mikroagregátového filtru. Pro dosažení požadovaných separačních vlastností je také často nezbyná povrchová modifikace vláken filtru (Marinaccio, 1990). V jednom případě bylo popsáno použití skleněného filtru (skelná vlákna) ve spojení s centrifugací pro oddělení fibrinu ze séra (Adler 1975). Dalším příkladem filtrace byla studie zadržování krevních destiček na kuličkách skleněného filtru (Pitney, 1967). Adheze krevních destiček ke skleněným kuličkám byla detailně prostudována (Hallem, 1971), ale na rozdíl od zdokonaleného částicového média podle navrhovaného vynálezu nebylo předmětem zmíněných studií dosažení přesného dělení částic podle velikosti.

Dále bylo vyvinuto několik metod dělení buněk založených na principu centrifugace spíše než na použití porézního média jako prostředku separace (Goffe, 1993; Ishida, 1988, 1991, 1993; Powers, 1988; Halí, 1987; Kolobow, 1982, 1983; Latham, 1981a, 1981b; Columbus, 1977). Fetální červené krvinky byly odděleny od mateřské krve pomocí centrifugace a gradientových gelů (Saunders, 1995; Teng, 1994, 1995) a pomocí vazby na imobilizované • ···« · · · · • « · · · · · · · • · · · · · ·· · · · ·· ♦ · protilátky (Calenoff, 1987). Agranulocyty byly odděleny od těžších krevních komponent (Lauder, 1990, 1991; Terasaki, 1989), a další buněčné směsi byly rozděleny pomocí vazby na organosilanizovaný koloidní oxid křemičitý a následnou centrifugací v hustotním gradientu (Dorn, 1990a, 1990b). Bylo popsáno, že buňky se selektivně váží na částice s navázanými protilátkami^ přičemž relativní hustota těchto částic je důležitějším parametrem, než jejich jednotná velikost. Tyto částice mohou být později z roztoku zakoncentrovány, čímž mohou být odděleny imunologicky odpovídavé buňky včetně populací bílých krvinek od těch, které imunologicky nereagují (Delaage, 1984, 1992, 1993). Graňulocyty byly odděleny od agranulocytů pomocí thixotropních gelů (Smith, 1989, 1990) a příbuzných technik kontrolovaného vzlínání (Carrol, 1987, 1989). Červené krvinky byly separovány za použití chemické adsorbce na povrch mikroskopických kuliček s navázanými protilátkami. Následně byly mikroskopické kuličky odděleny magneticky indukovanou aglutinací, zatímco leukocyty zůstaly v plazmě (Kortwright, 1988). V literatuře byly ovšem popsány i další způsoby magnetické separace (Miltenyi, 1995a, 1995b; Yen, 1980; Vorpahl, 1994).

Metoda pro oddělení určitých lymfocytů od ostatních bílých krvinek za použití porézních polymerů v kombinaci s živočišnými sérovými proteiny byla popsána (Abe, 1984). Prostředek pro analýzu transportu kapalin včetně biologických tekutin, připravený spojením polymerních částic s adhezivními byl popsán (Pierce, 1981). Tyto metody jsou založeny na částicových polymerech, na kterých probíhá účinná separace, založená ne chemické afinitě spíš ·· ·<♦· • · než selektivní separace částic podle velikosti tak, jak ji popisuje navrhovaný vynález.

Podstata vynálezu

Jeden z aspektů navrhovaného vynálezu se týká zdokonaleného částicového média, které umožňuje selektivní oddělení mikročástic ze suspenze mikročástic v tekutině podle velikosti částice. Standardní selektivita tohoto zdokonaleného částicového média je rovna nebo větší než 4,0. Preferovaná jsou média, vybraná ze skupiny obsahující: částicová média se středním průměrem částice rovnajícím se, nebo větším než 20 pm a nepřesahujícím 35 pm s indexem média větším nebo rovnajícím se 0,60; částicová média se středním průměrem částice větším než 35 pm a nepřesahujícím 180 pm s indexem média větším nebo rovným 1,0; částicová média se středním průměrem částice větším než 180 pm a nepřesahujícím 500 pm s indexem média větším nebo rovným 2,0; a částicová média se středním průměrem částice větším než 500 pm a nepřesahujícím 1400 pm s indexem média větším nebo rovným 3,0.

Další aspekt vynálezu se týká způsobu selektivního oddělení mikročástic ze suspenze mikročástic v tekutině podle velikosti částice. Tento způsob zahrnuje následující kroky: (a) příprava filtrační aparatury se zdokonaleným částicovým médiem o standardní selektivitě větší nebo rovné 4,0, vybraným ze skupiny obsahující: částicová média se středním průměrem částice větším než 35 pm a nepřesahujícím 180 pm s indexem média větším nebo rovným 1,0; částicová média se středním průměrem částice větším než 180 pm a nepřesahujícím 500 pm s indexem média větším nebo rovným 2,0; a částicová média se středním průměrem částice . .. . · · · ... · η · . · · ··· · · ··.

lu · ·.·· ..····· « * ·· · ... .... ...» ·· ··· ·· ·· větším než 500 gm a nepřesahujícím 1400 μπι s indexem média větším nebo rovným 3,0; a (b) filtrace zmíněné suspenze mikročástic přes zmíněné zdokonalené částicové médium, čímž je dosaženo účinné selektivní separace podle velikosti částic.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu obsahuje zmíněné zdokonalené částicové médium pevné částice, jako například minerály, nebo produkty minerálního původu, polymerní materiál, anorganické soli, kovy nebo skleněné částice.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu obsahuje zmíněné zdokonalené částicové médium částice, stlačitelné tak, aby odpovídaly rozměrovým požadavkům pro pevné Částice. Příkladem mohou být některé polymerní materiály.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu obsahuje zmíněná suspenze mikročástic pevné částice. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu obsahuje zmíněná suspenze mikročástic stlačitelné částice.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu obsahuje zmíněná suspenze mikročástic buňky nebo buněčné složky, jako například bílé krvinky, červené krvinky a krevní destičky; bílé krvinky a červené krvinky; a bílé krvinky a krevní destičky.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu je zmíněná tekutina biologického původu, jako například krev, nebo tekutina odvozená z krve.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu je dosaženo průtoku zmíněné suspenze mikročástic zmíněným zdokonaleným částicovým médiem jen pomocí gravitace. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu je «· ·· dosaženo průtoku zmíněné suspenze mikročástic zmíněným zdokonaleným částicovým médiem navíc ještě použitím pozitivního tlaku. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu je dosaženo průtoku zmíněné suspenze mikročástic zmíněným zdokonaleným částicovým médiem použitím negativního tlaku.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu je k suspenzi mikročástic přidáno ještě další zdokonalené částicové médium. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu je zmíněné zdokonalené částicové médium včleněno do směsi ve formě, vybrané ze skupiny, obsahující podložku, desku (nebo membránu) a náplň. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu je zmíněné zdokonalené částicové médium obsaženo ve filtru, který je méně hydrofilní, než zdokonalené částicové médium.

V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu jsou částice, zadržené zmíněným zdokonaleným částicovým médiem shromážděny, zakoncentrovány nebo odděleny. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu zmíněná frakce zachycených částic obsahuje pevné částice. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu zmíněná frakce zachycených částic obsahuje stlačitelné částice. V některých navrhovaných variantách způsobu podle vynálezu zmíněná frakce zachycených částic obsahuje buňky, jako například bílé krvinky.

Další aspekt navrhovaného vynálezu se týká přefiltrované suspenze mikročástic, získané za použití některé z metod podle druhého aspektu vynálezu, a to především takových metod, kdy zmíněná suspenze mikročástic obsahuje buňky nebo buněčné složky.

·♦ • · *

········ ·« 0« ·· ·· ·· • * · ♦ ♦ ♦ · • · ··· · · ·· • « · · ···· · • « · · · · ·· ··· · · ·♦

STRUČNÝ POPIS obrázků:

Obrázek 1 je graf, zobrazující distribuci částic podle velikosti jako diferenciální objemová procenta versus průměr částic, a to pro zdokonalená částicová média popsaná v příkladech 1 a 2, a dále pro HARBOLITE 1500S a CELÍTE 535.

Obrázek 2 je graf, zobrazující distribuci částic podle velikosti jako kumulativní objemová procenta versus průměr částic, a to pro nanášenou suspenzi částic před filtrací a pro přeteklou frakci (filtrát) suspenze mikročástic z příkladu 1.

Obrázek 3 je graf, zobrazující distribuci částic podle velikosti jako kumulativní objemová procenta versus průměr částic, a to pro nanášenou suspenzi částic před filtrací a pro proteklou frakci (filtrát) suspenze mikročástic z příkladu 2.

ZPŮSOBY PROVEDENÍ VYNÁLEZU:

A. Zdokonalené částicové médium

Pomocí zdokonaleného částicového média podle vynálezu lze dosáhnout mnohem přesnější separace znečisťujících hrubých mikročástic od jemných mikročástic vybraných rozměrů, než je to možné s pomocí běžných částicových médií.

Zdokonalená částicová média podle navrhovaného vynálezu a jejich použití umožňují selektivní separaci mikročástic podle velikosti částice způsobem, analogickým mechanickému fitrování při nízkém průtoku. Média a metody podle navrhovaného vynálezu jsou obecně vhodné pro snižování množství hrubých částic (tj. těch, jejichž velikost částice přesahuje určitou hranici) v suspenzích a zároveň umožňují selektivní zachování jemnějších částic (tj. těch, jejichž ·' ·· ·« ···· ·· ·· • · · · · ♦ · · ·· t · · · ······· « ♦ · · · · ♦ ··· ·· • · ·· · · ·· «·· ···· φ· ··· ···· velikost částice je menší než daná hranice) suspendovaných v roztoku. Média podle navrhovaného vynálezu jsou v tomto ohledu velmi účinná, protože se vyznačují omezenou distribucí velikostí částic. Pro taková média jsou typické volné mezičásticové prostory (tj. prostory mezi částicemi média) jednotné velikosti, které jsou příliš jemné, aby umožnily průchod nežádoucích hrubých mikročástic, ale jsou dostatečně velké aby umožnily volný průtok jemných mikročástic. Díky absenci obzvlášť jemných částic ve složení média nedochází k nežádoucímu efektu „přemostění“, který by snižoval přesnost separace a zabránil by v průchodu médiem všem mikročásticím s výjimkou těch nejjemnějších.

Distribuce velikostí částic v suspenzi částic může být určena některou z mnoha známých metod včetně například difrakce laserových paprsků, mikroskopie, analýzy obrazu, sedimentace (za použití Stockeova zákona), Coulterova počítače a průchodu přes clonu.

Pro rychlé a přesné určení distribuce velikostí částic v suspenzi existuje mnoho spolehlivých metod a přístrojů. Preferovanou metodou určování distribuce velikostí částic je difrakce laserových paprsků. Preferovaným přístrojem pro určení distribuce velikostí částic zdokonaleného částkového média a v suspenzi mikročástic je Leeds & Northrup Microtrac Model X-100. Přístroj je plně automatizovaný a výsledky jsou získány porovnáním distribuce objemů vynesených v geometrické posloupnosti ze 100 kanálů pracujících po 30 s se zapnutým filtrem. Distribuce je popsána pomocí algoritmu pro interpretaci dat z difrakčního obrazu, který předpokládá, že částice jsou kulovitého tvaru charakterizované průměrem D. Horní limit velikosti průměru částice je přístrojem • v ···· ···· · · · ···· • φ ····· ···· • · « · · «*··«·· • · · · · · · · >··· ···· ·· ··· ·· ·· podle konvence určen jako Dgo, to znamená, že 90 % celkového objemu částic je tvořeno částicemi s průměrem rovnajícím se tomuto limitu, nebo menším. Střední průměr částice je určen jako D₅₀, což znamená, že 50 % z celkového objemu částic je tvořeno částicemi s průměrem stejným, nebo menším, než je tato hodnota. Dolní limit velikosti průměru částice je určen jako Di₀, což znamená, že 10 % z celkového objemu částic je tvořeno částicemi s průměrem shodným nebo menším, než je tato hodnota.

Střední průměr částice zdokonaleného částicového média podle vynálezu jev rozmezí od 20 do 1400 mikronů.

Odpovídající vlastnost separačního média, známá jako „index média“ m může být vypočtena z údajů o distribuci velikostí částic podle následující rovnice:

m - Dsofm) / (D90(m) Dio(m)) kde D₅o(m), D_90(m) a D₁₀(m·) jsou hodnoty D₅₀, D₉₀ a D₃₀ resp. pro separační médium udávané v mikronech. Například jestliže Dgocm) je rovno 128,4, Di₀(m) je rovno 68,90 a D₅o(m) je rovno 92,13, pak m je rovno 1,5. Čím vyšší je hodnota m, tím užší je rozmezí distribuce velikostí částic okolo hodnoty střední velikosti částice.

Pro zdokonalená částicová média podle vynálezu se střední hodnotou velikosti částice mezi 20 a 35 pm je odpovídající index média větší nebo roven 0,6 (obvykle od asi 0,6 do asi 1,2), raději však větší nebo roven 0,8 (obvykle mezi 0,8 a 1,2), nejraději potom větší nebo roven 1,0 (obvykle od 1,0 do asi 1,2).

Pro zdokonalená částicová média podle vynálezu se střední hodnotou velikosti částice mezi 35 a 180 pm je odpovídající index média větší nebo roven 1,0 (obvykle od 1,0 do asi 2,0), raději však větší nebo roven 1,3 (obvykle mezi 1,3 a 2,0), nejraději potom větší nebo roven 1,6 (obvykle od 1,6 do asi 2,0).

Pro zdokonalená částicová média podle vynálezu se střední hodnotou velikosti částice mezi 180 a 500 pm je odpovídající index média větší nebo roven 2,0 (obvykle od asi 2,0 do asi 4,0), raději však větší nebo roven 2,5 (obvykle mezi 2,5 a 4,0), nejraději potom větší nebo roven 3,0 (obvykle od 3,0 do asi 4,0).

Pro zdokonalená částicová média podle vynálezu se střední hodnotou velikosti částice mezi 500 a 1400 pm je odpovídající index média větší nebo roven 3,0 (obvykle od 3,0 do asi 6,0), raději však větší nebo roven 4,0 (obvykle mezi 4,0 a 6,0), nejraději potom větší nebo roven 5,0 (obvykle od 5,0 do asi 6,0).

Vlastnost, definovaná jako „počáteční rozptyl mikročástic“ f, může být vypočtena z údajů o distribuci velikostí mikročástic v suspenzi mikročástic před filtrací podle následující rovnice:

f - 40 / (D₉₀(f) - D50(f>) kde D.9o-(f) a D₅₀(f) jsou hodnoty D₉₀ a D₅₀ resp. pro suspenzi mikročástic před filtrací udávané v mikronech. Je-li například D₉o(f) rovno 8,518 a D₅₀(f) je 4,510, pak f je rovno 9,98. Hodnota f je specifická pro suspenzi mikročástic před filtrací, použitou v daném experimentu nebo procesu.

Podobně je definována i vlastnost, nazývaná „průtokový rozptyl mikročástic“ p, která může být snadno vypočtena z údajů o distribuci velikostí částic v suspenzi mikročástic po separaci ·· ···· • · • ··· pomocí zdokonaleného částicového média podle vynálezu. Pro výpočet se používá rovnice:

p — 40 / (D90CP) - D50(p)) kde Dgo(p) a D₅₀(_P) jsou hodnoty D₉₀ a D₅₀ resp. pro suspenzi mikročástic po filtraci udávané v mikronech. Je-li například D₉o(_P) rovno 4,480 a D₅₀(_P) je 2,978, pak p je rovno 26,7.

Je-li hodnota průtokového rozptylu mikročástic p větší, než hodnota počátečního rozptylu mikročástic f, (tj. p / f > 1), pak došlo k selektivní separaci mikročástic podle velikosti. „Relativní selektivita“ S může být snadno vypočtena z rovnice:

S - p / f kde p a f jsou hodnoty rozptylu tak, jak byly definovány výše. Čím větší je hodnota S, tím větší je selektivita média.

Je-li například počáteční rozptyl suspenze f = 9,98 a průtokový rozptyl p = 26,7 (pro specifické zdokonalené částicové médium), pak relativní selektivita tohoto média, vypočtená podle zmíněné rovnice je 2,68. V jiné separaci za použití stejné výchozí suspenze (se stejnou hodnotou počátečního rozptylu mikročástic 9,98), ale s použitím jiného zdokonaleného částicového média může být hodnota průtokového rozptylu mikročástic jen 14,0; relativní selektivita pro tuto separaci pak bude pouze 1,40. Ačkoliv se v obou případech jedná o selektivní separaci (tj. S > 1) pro použitou výchozí suspenzi mikročástic je výhodnější použití prvního • · • » • t ·· · ··

zdokonaleného částicového média, neboť toto vykazuje v daném případě vyšší selektivitu.

Pro zhodnocení účinnosti separačního média byla zavedena veličina „standardní selektivita“ S', která byla určena s pomocí standardní suspenze mikročástic. Pro tento případ byla standardní suspenze mikročástic definována jako suspenze mikročástic, ve které procenta objemu zaujímaná mikročásticemi různých průměrů (stanovených pomocí preferované metody difrakce laserových paprsků) jsou v celém rozsahu shodná tak, že Ι)₉ο(_Γ) je rovno 18,65 a D₅o(_r) je rovno 5,00.

Referenční rozptyl mikročástic r této standardní suspenze mikročástic může být snadno vypočten podle následující rovnice:

/ (D_90(r) - D50(r)) - 2,93 kde D_90(r) a D₅₀(r) jsou hodnoty D₉₀ a D50 resp. pro standardní suspenzi mikročástic udávané v mikronech.

Jestliže f = r, tj. jestliže výchozí suspenze mikročástic je shodná se standardní suspenzí mikročástic, pak pro standardní selektivitu S' platí následující rovnice:

S' = p/ f=p/r

Pro nestandardní výchozí suspenzi mikročástic, která se vyznačuje dostatečně širokou distribucí velikostí částic v celé oblasti našeho zájmu tak, že p zůstává v zásadě nezměněno, a jestliže f < > r, pak může být standardní selektivita vypočtena z následující rovnice:

• 0	40*0	• 0	• 0
•	«	•	0 0	0	0
•	•	0··	& 0	··
• 0	•	• 4	00·	•	4
• ·	•	•	0
4«	»··	00	s·

0« 00 • · · · • · • · • ·

0000 ····

S' = S + (f / r) tj., relativní selektivita odpovídá standardní selektivitě stejně jako odpovídá počáteční rozptyl mikročástic referenčnímu rozptylu mikročástic. Například jestliže počáteční rozptyl suspenze mikročástic f = 9,66 a relativní selektivita specifického separačního procesu byla určena jako S = 1,45 a r = 2,93 (tak, jak bylo popsáno výše), pak standardní selektivita S' = 4,78.

Standardní selektivita zdokonalených částicových médií podle vynálezu je větší nebo rovna 4,0 (obvykle v rozmezí od 4,0 do 40), raději ale větší nebo rovna 5,0 (obvykle v rozmezí od 5,0 do 40), ještě raději větší nebo rovna 6,0 (obvykle v rozmezí od 6,0 do 40), ještě raději větší nebo rovna 8,0 (obvykle v rozmezí od 8,0 do 40), nejraději potom větší nebo rovna 10,0 (obvykle v rozmezí od 10,0 do 40).

B. Způsoby přípravy zdokonaleného částicového média

Tak, jak bylo popsáno výše, zdokonalená částicová média podle vynálezu se vyznačují úzkou distribucí velikostí částic. Pro přípravu částicového média s požadovanou úzkou distribucí velikostí částic a s požadovaným indexem média a standardní selektivitou může být použita kterákoliv ze známých metod. Mezi takové metody patří například prosévání, sedimentace nebo cyklónové odlučování.

Typickou metodou pro přípravu zdokonaleného částicového média může být prosévání částic přes síto s drátěnými oky dané nominální velikosti a následné zadržení částic na sítu s drátěnými oky s menší .· .·.: ;···..:. :·.

• · . ; · · ··· · ..............

nominální velikostí, tak jak bude popsáno v níže uvedených příkladech.

Zdokonalené částicové médium podle vynálezu může být připraveno z jakéhokoliv materiálu, který je kompatibilní s kapalinou a částicemi suspenze částic určené ke zpracování a který umožňuje dosáhnout požadovanou distribuci velikostí částic, index média a standardní selektivitu. Vhodné materiály jsou například takové, které jsou v podmínkách separačního procesu fyzikálně stabilní (například při relativně nízkých nebo vysokých teplotách nebo v určitých kapalinách) a chemicky inertní (například nereagují s tekutinou zpracovávané suspenze).

Zdokonalená částicová média mohou být připravena z relativně rigidních částic, například z fluxované kalcinované křemeliny, tak, jak je popsáno v následujících příkladech. Jinými příklady vhodných materiálů, ze kterých mohou být připraveny rigidní částice mohou být další minerály nebo produkty minerálního původu (tj. křemelina nebo křemičitý písek), sklo (borokřemičitany), kovy (nerezavějící ocel, inkonel) nebo anorganické soli (křemičitan vápenatý). Dalšími příklady rigidních částic mohou být polymerní materiály, například rigidní plasty (polykarbonáty, polytetrafluoretylen).

Zdokonalená částicová média mohou být připravena také z materiálů, které jsou stlačitelné do rozměrů rigidních částic. Takovými materiály jsou například měkké polymery (tj. latexy, polyolefiny nebo granulovaný škrob). Zdokonalená částicová média připravená ze stlačitelných částic mají index média, střední velikost částice i selektivitu odpovídající aktuálním podmínkám použití (tj. stlačení během separačního procesu).

• ·

Dalších výhodných vlastností, včetně zvýšené selektivity, může být dosaženo další modifikací zdokonaleného částicového média. Například povrch zdokonaleného částicového média připraveného z křemičitých materiálů (křemelina, perlit, křemičitý písek, křemenná skla) může být dále chemicky modifikován pro zvýšení či snížení hydrofobicity výsledného produktu. Zdokonalené částicové médium může být umístěno v plastikovém nádobě a následně může být přidáno malé množství silanizačního činidla (například dimetyldichlorsilanu SiC12(CH₃)2, nebo hexametyldisilazanu (CH₃)₃Si-NH-Si(CH3)3). Reakce probíhá na povrchu, tj. v plynné fázi, po dobu 24 h. Výsledné produkty jsou hydrofobní a vykazují zvýšenou mechanickou účinnost, jsou-li použity i podobně hydrofobní kapaliny (např. uhlovodíky nebo oleje). Podobně mohou být zdokonalená částicová média modifikována reakcí ve vodné suspenzi obsahující 10 % (w/v) aminopropyltrietoxy silanu (C9H23NO3SÍ). Reakce probíhá 3 h při 70 °C, směs je poté zfiltrována a získaná pevná fáze je vysušena na vzduchu. Výsledkem je zdokonalené částicové médium s velmi hydrofilním povrchem. Takové modifikace jsou žádané také proto, že umožňují další derivatizaci zdokonaleného částicového média konverzí terminální hydroxylové funkční skupiny (-OH) na povrchu křemičitých částic na aminopropylovou skupinu (-(CH₂)₃NH2). Na hydrofilní modifikaci (aminosilanizaci) zdokonaleného částicového média může dále navazovat modifikace vazbou s organickou sloučeninou, například proteinem, který může dále zvyšovat selektivitu média. Množství dalších reakcí, týkajících se derivatizace výchozích křemičitých látek, stejně jako i dalších materiálů bylo již dříve v literatuře popsáno (Hermanson, 1992).

• ·

Distribuce velikostí částic různých médií je porovnána v grafu na obrázku 1. Zobrazené distribuce velikostí částic zdokonalených částicových médií odpovídají zdokonaleným částicovým médiím z příkladů 1 a 2, majícím střední průměr částice 92,13 a index média

1,5 a střední průměr částice 127,4 a index média 1,2 resp. CELÍTE 535 (Celíte Corporation, Lompoc, California) je filtrační prostředek na bázi tříděné fluxované kalcinované křemeliny se středním průměrem částice 40,71 a indexem média 0,51. HARBOLITE 1500S (Harbolite Corporation, Lompoc, California) je filtrační prostředek na bázi tříděného perlitu se středním průměrem částice 50,06 a indexem média 0,66.

C. ZPŮSOBY POUŽITÍ ZDOKONALENÉHO ČÁSTICOVÉHO MÉDIA

Zdokonalené částicové médium podle vynálezu a jeho použití umožňuje selektivní separaci mikročástic podle velikosti částice způsobem analogickým filtraci na mechanickém filtru s nízkým průtokem. Média a metody navrhovaného vynálezu jsou obecně vhodné pro snižování množství hrubých částic (tj. takových, jejichž velikost částice přesahuje určitou hranici) v suspenzi při současném zachování či navrácení jemnějších částic (tj. takových, jejichž velikost částice je menší než tato hranice) do kapaliny.

Přesnost separace (charakterizovaná například stupněm redukce počtu částic dosahujících větší velikosti, než je stanovená hranice) může být snadno zvolena a/nebo optimalizována pro každou jednotlivou aplikaci. V některých případech může být žádoucí velmi selektivní separace (s téměř úplným odstraněním hrubých částic). V jiných případech může být naopak dostačující, nebo dokonce žádoucí jen průměrně selektivní separace (tj. jen částečné • · _ · · ·· • · · · · ♦ · * · · « snížení počtu hrubých částic), ať již z důvodů ekonomických, nebo kvůli zamýšlenému dalšímu využití produktu.

Zdokonalená částicová média podle vynálezu mohou být využívána širokým spektrem metod pro separaci částic podle velikosti. Zdokonalená částicová média podle vynálezu mohou být obecně použita pro kteroukoliv metodu ve které může být médium umístěno na nějakém nosiči. Jedním případem nosiče může být přepážka (septum), jako například mřížka síta, membrána nebo filtrační podložka.

Navrhovaný vynález dále představuje způsob selektivní separace mikročástic ze suspenze mikročástic v kapalině podle velikosti částic, který se skládá z následujících kroků: (a) umístění zdokonaleného částicového média podle vynálezu na nosič a (b) filtrace suspenze mikročástic médiem při které dochází k selektivní separaci mikročástic podle velikosti.

Průtok suspenze mikročástic médiem může být uskutečněn například pomocí gravitace. Podobně může být průtoku suspenze mikročástic médiem dosaženo pomocí aplikace pozitivního tlaku zpředu septa (za použití kompatibilního materiálu jakým je například plyn) nebo negativního tlaku zpoza septa (tj. vakua), přičemž požadované vlastnosti separačního média (velikost částic, index média, atd.) musí být v těchto podmínkách zachovány. Separace může dále probíhat při zachování požadovaných vlastností média (chemická struktura, chemická reaktivita, velikost částice, index média, atd.) i při zvýšené či snížené teplotě (tj. teplotě média, suspenze či obojího). Zdokonalená částicová média mohou být dále vyrobena a používána ve formě hotových • · přípravků, jako jsou například filtrační papíry, podložky či náplně filtrů.

Zdokonalená částicová média podle vynálezu jsou vhodná pro selektivní separaci jak pevných, tak stlačitelných mikročástic.

V jednom z provedení navrhovaného vynálezu mohou být například ze suspenze průmyslového plnidla (tj. křemelina, oxid křemičitý, uhličitan vápenatý) nebo pigmentu (oxid titaničitý) selektivně odděleny hrubé mikročástice při zachování žádoucích jemných mikročástic v suspenzi metodou filtrace suspenze přes vrstvu zdokonaleného částicového média podle vynálezu. Filtrace v tomto případě probíhá na koloně a médium je na vrstveno na přepážku, tvořenou drátěným sítem nebo vláknitou podložkou. Zvýšení prosazení může být u této metody dosaženo několika způsoby. Jedním příkladem může být aplikace pozitivního tlaku kompatibilního materiálu (vzduch, dusík) čímž je zvýšen průtok jemných mikročástic, suspendovaných v kapalině, zdokonaleným částicovým médiem. Alternativně může být zvýšení průtoku mikročástic suspendovaných v tekutině přes separační médium dosaženo aplikací negativního tlaku (vakua) zpoza septa.

Dalšího zlepšení použitelnosti metody může být dosaženo přidáním určitého množství zdokonaleného částicového média přímo do suspenze mikročástic ještě před aplikací na kolonu. Médium je potom zachyceno šeptem, na kterém byla navrstvena další dávka zdokonaleného částicového média podle vynálezu. Typický výchozí poměr hmotností zdokonaleného částicového média a suspenze mikročástic pro separace rigidních mikročástic z plnidel a pigmentů tak, jak bylo popsáno, je 1:1. Přidáním zdokonaleného částicového média jako nosiče do suspenze se snižuje odpor filtrační vrstvy a tím se zlepšuje průtok, neboť hrubší částice jsou zachycovány médiem již v průběhu separačního procesu. Jemnější mikročástice pak prochází separačním médiem podstatně déle, než by tomu bylo v případě pouze převrstveného septa.

V jiném způsobu provedení vynálezu mohou být velké bílé krevní buňky selektivně odděleny od jemnějších mikročástic, rozptýlených v krvi (tj. červených krvinek nebo krevních destiček). Například suspenze mikročástic (celá krev) může být filtrována přes zdokonalené částicové médium podle vynálezu naplněné v koloně a zadržované přepážkou (šeptem) (tj. drátěným sítem, membránou nebo podložkou). Výsledkem je selektivní separace bílých krevních buněk, přičemž suspendované červené krvinky volně procházejí separačním médiem. Dalším příkladem může být filtrace mikročásticové suspenze koncentrátu krevních destiček přes zdokonalené částicové médium podle vynálezu naplněné v koloně a zadržované přepážkou (šeptem) (tj. drátěným sítem, membránou nebo podložkou). Výsledkem je selektivní separace bílých krevních buněk, přičemž suspendované krevní destičky volně procházejí separačním médiem. Tak, jak bylo popsáno ve výše uvedeném příkladu, dalšího zlepšení prosazení lze dosáhnout několika různými způsoby. Například může být na kolonu aplikován tlak kompatibilního materiálu (například vzduchu nebo dusíku) zpředu septa, čímž se zvýší průtok jemných mikročástic, suspendovaných v kapalině zdokonaleným částicovým médiem. Na kolonu může být alternativně aplikováno i vakuum zpoza septa, čímž je opět dosaženo zvýšení průtoku jemných mikročástic, suspendovaných v kapalině přes zdokonalené částicové médium.

• · ·· · ·

Tak, jak bylo popsáno výše, dalšího zlepšení použitelnosti metody může být dosaženo přidáním určitého množství zdokonaleného částicového média přímo do suspenze mikročástic ještě před aplikací na kolonu. Typický výchozí hmotnostní poměr zdokonaleného částicového média a suspenze stlačitelných nebo deformovatelných mikročástic, jakými jsou například buňky, určené ke zpracování je přibližně 2:1. Přidáním zdokonaleného částicového média do suspenze mikročástic ještě před aplikací na kolonu se snižuje odpor separační vrstvy a tím zlepšuje průtok, neboť bílé krvinky jsou zachyceny separačním médiem již v průběhu separačního procesu a tím je jemné suspenzi mikročástic umožněno procházet separačním médiem podstatně déle, než by tomu bylo jen v případě samotné filtrace bez předinkubace se separačním médiem.

Vzhledem k tomu, že biologické buňky jsou materiálem deformovatelným, může být zdokonalené částicové médium podle vynálezu použito i pro separace suspenzí jiných deformovatelných nebo stlačitelných mikročástic.

Kromě již zmíněných modifikací navrhovaného vynálezu tak, jak byly popsány výše existuje množství dalších úprav a modifikací, jichž se vynález také týká.

Dvě zdokonalená částicová média podle vynálezu a způsoby jejich přípravy a použití jsou popsány v následujících příkladech, které jsou zde uvedeny pro ilustraci vynálezu, v žádném případě však nejsou limitující.

• · <♦·· ···· • · ·♦ ··· ·· ♦· • · • ·· • · · · «·

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1: Zdokonalené částicové médium připravené proséváním síty s velikostí oka 170 a 200.

V tomto příkladu byl připraven 1 L suspenze mikročástic obsahující mikroskopické křemičité částice (Potterovy mikroskopické kuličky). Suspenze byla připravena smísením 0,3 gramů mikročástic s průměrem 3-4 pm, 0,2 gramů mikročástic s průměrem 5-6 pm, 0,2 gramů mikročástic s průměrem 6 - 8 pm a 0,2 gramů mikročástic s průměrem 8 - 10 pm v dostatečném množství deionizované vody. Konečný objem byl doplněn do 1 L. Distribuce velikostí částic takto připravené suspenze mikročástic byla charakterizována hodnotami D₅₀₍f) 4,510, D₉₀(f) 8,518 a počáteční rozptyl mikročástic f byl 9,98.

Zdokonalené částicové médium bylo připraveno proséváním kyselinou promyté fluxované kalcinované křemeliny (CELÍTE 545, Celíte Corporation, Lompoc, California). Nejprve byl materiál umístěn na síto 170 (s nominální velikostí oka 90 pm) a potřásáním proset. Hrubé částice, které zbyly na sítu byly odstraněny. Zbylé jemnější částice byly prosety sítem 200 (s nominální velikostí oka 75 pm). Příliš jemné částice, které prošly tímto sítem byly také odstraněny. Celý postup prosévání byl zopakován s materiálem, který zůstal na sítu, tentokrát za použití proudu vody. Tím bylo médium zbaveno příliš jemných částic a index média se zvýšil. Médium bylo dále vysoušeno vzduchem při teplotě 1100 °C nejméně po dobu 2 h. Takto bylo zpracováno dostatečné množství výchozího filtračního materiálu, aby byl konečný výtěžek přibližně 50 g média. Distribuce velikostí částic «· · · takto připraveného zdokonaleného éásticového média byla charakterizována následujícími hodnotami: D^fm) == 68,90, D₅o_(m) =

92,13 a D90(m) = 128,4. Index média byl 1,5.

1,5 cm vysoký sloupec zdokonaleného částic o vého média byl navrstven do filtrační nálevky z nerezavějící oceli s průměrem 37 mm na septum tvořené sítem 325 (45 gm) z nerezavějící oceli. Na sloupec filtračního materiálu bylo aplikováno asi 300 ml vodné suspenze mikročástic. Separace probíhala jen s pomocí gravitace. Vodná suspenze mikročástic, procházející zdokonaleným částicovým médiem vykazovala distribuci velikostí částic charakterizovanou hodnotami Dsofp) 2,978 a D₉o(_P) 4,480 a průtokovým rozptylem mikročástic 26,67. Relativní selektivita byla v tomto případě 2,67 a standardní selektivita byla spočtena jako 9,09.

Výsledky z tohoto příkladu jsou zobrazeny graficky na obrázku 2. Velká většina mikročástic s průměrem menším než 2,0 pm protekla, zatímco většina částic s průměrem větším než 4,0 byla zadržena médiem.

Vysoké hodnoty relativní a standardní selektivity ukazují, že hrubé mikročástice byly zadrženy zdokonaleným částicovým médiem ve významně větší míře, než jemné mikročástice, čímž bylo dosaženo požadované přesné a selektivní separace.

Příklad 2: Zdokonalené částicové médium připravené proséváním síty s velikostí oka 100 a 120.

V tomto příkladu byl připraven 1 L suspenze mikročástic obsahující mikroskopické částice (Potterovy mikroskopické ···» kuličky). Suspenze byla připravena smísením 0,3 gramů mikročástic s průměrem 3-4 μιη, 0,2 gramů mikročástic s průměrem 5-6 pm, 0,2 gramů mikročástic s průměrem 6-8 pm a 0,2 gramů mikročástic s průměrem 8-10 pm v dostatečném množství deionizované vody. Konečný objem byl doplněn do 1 L. Distribuce velikostí částic takto připravené suspenze mikročástic byla charakterizována hodnotami ϋ_50(ί) 4,633, D₉₀(f) 8,773 a počáteční rozptyl mikročástic f byl 9,66.

Zdokonalené částicové médium bylo připraveno proséváním kyselinou promyté fluxované kalcinované křemeliny (CELÍTE 545, Celíte Corporation, Lompoc, California). Nejprve byl materiál umístěn na síto velikosti 100 (s nominální velikostí oka 150 pm) a potřásáním proset. Hrubé částice, které zbyly na sítu byly odstraněny. Zbylé jemnější částice byly prosety sítem velikosti 120 (s nominální velikostí oka 125 pm). Příliš jemné částice, které prošly tímto sítem byly také odstraněny. Celý postup prosévání byl zopakován s materiálem, který zůstal na sítu, tentokrát za použití proudu vody. Tím bylo médium zbaveno příliš jemných částic a index média se zvýšil. Médium bylo dále vysoušeno vzduchem při teplotě 1100 °C nejméně po dobu 2 h. Takto bylo zpracováno dostatečné množství výchozího filtračního materiálu, aby byl konečný výtěžek přibližně 50 g média. Distribuce velikostí částic takto připraveného zdokonaleného částicového média byla charakterizována následujícími hodnotami: Dio_(m) = 81,69, D50(_m) =

127,4 a Dgo(m) = 184,7. Index média byl 1,2.

1,5 cm vysoký sloupec zdokonaleného částicového média byl navrstven do filtrační nálevky z nerezavějící oceli s průměrem 37 mm na septum tvořené sítem 325 (45 pm) z nerezavějící oceli. Na ·· · · sloupec filtračního materiálu bylo aplikováno asi 300 ml vodné suspenze mikročástic. Separace probíhala jen s pomocí gravitace. Vodná suspenze mikročástic, procházející zdokonaleným částicovým médiem vykazovala distribuci velikostí částic charakterizovanou hodnotami Dso(_P) 3,503 a D9_0(P) 6,352 a průtokovým rozptylem mikročástic 14,04. Relativní selektivita je v tomto případě 1,45 a standardní selektivita byla spočtena jako 4,78.

Výsledky z tohoto příkladu jsou zobrazeny graficky na obrázku 3. Velká většina mikročástic s průměrem menším než 2,0 μ ni protekla, zatímco většina částic s průměrem větším než 4,0 byla zadržena médiem.

Vysoké hodnoty reltivní i standardní selektivity opět ukazují že hrubé mikročástice byly zadrženy zdokonaleným částicovým médiem ve významně větší míře, než jemné mikročástice, a tudíž bylo opět dosaženo požadované přesné a selektivní separace.

Příklad 3: Zdokonaleně částicové médium připravené proséváním síty 200 a 230 a následnou modifikací zvyšující selektivitu separace bílých krvinek a červených krvinek.

V tomto příkladu bylo zdokonalené částicové médium připraveno následujícím způsobem. Kyselinou promytá fluxovaná kalcinovaná křemelina (CELÍTE® 545, Celíte Corporation, Lompoc, California) byla proseta pomocí vzduchového oddělovače částic (Air Jet Alpíne Particle Separator, Micron Powder Systems, Summit, New Jersey). Nejprve byla oddělena frakce příliš hrubých částic, která neprošla sítem 150 (s nominální velikostí oka 106 μηι). Proseté jemné částice byly dále rozděleny na sítu 230 (s nominální velikostí oka 63 pm). Příliš jemné částice, které prošly sítem byly odstraněny a zachycené částice byly dále zpracovávány.

Zachycené částice byly nejprve resuspendovány ve vodě a poté naneseny na síto 230, připevněné na vibrující kruh. Síto bylo dále promyto dostatečným množstvím deionizované vody, čímž byly odstraněny všechny zbylé částice nedosahující požadované velikosti. Takto promyté částice byly dále umístěny na sítu 200 (nominální velikost oka 75 pm), umístěném nad sítem 230. Obě síta byla připevněna k vibrujícímu kruhu. Směs mikročástic byla opět promyta deionizovanou vodou. Částice, zbylé na sítu 200 byly odstraněny a částice zachycené sítem 230 byly dále použity.

gramů takto připravených částic bylo umístěno v 500 ml kónické baňce, do které bylo dále přidáno 200 ml 0,lM octanu sodného (CH3-COONa) pH 5,5. Obsah baňky byl sonikován a odvzdušněn ve vakuu, čímž byl odstraněn všechen vzduch, zachycený v jedinečných spletitých strukturách porézních částic křemeliny. Poté bylo ke směsi přidáno 20 ml 3-glycidoxypropyltrimetyloxy silanu (C9H20O5S1), baňka byla uzavřena a obsah byl inkubován za stálého třepání ve vodní lázni při 90 °C (± 0,5 °C) po dobu 5 h.V tomto kroku dochází ke konverzi koncových silanolových skupin (sSi-OH) na povrchu částic na epoxidové skupiny (-(CH)O(CH2)). Takto upravené částice byly promyty v Buchnerově nálevce s Whatmanovým filtračním papírem č. 42 nejprve deionizovanou vodou a poté ředěnou kyselinou sírovou (H2SO4, vodný roztok pH 3,0). Poté byly částice přeneseny do 1 L kónické baňky se zředěnou kyselinou sírovou pH 3,0. Obsah byl zahříván na refluxní teplotu po dobu 1 h. V tomto kroku dochází k hydrolýze terminálních epoxidových skupin na diolové skupiny (-CH(OH)CH₂(OH)). Částice byly opět umístěny v Buchnerově nálevce s Whatmanovým filtračním papírem č. 42 a pěčlivě promyty deionizovanou vodou a metanolem (CH3OH). Poté byly částice vysoušeny vzduchem při 70 °C po dobu 16 h.

Následně byly částice resuspendovány v 500 ml 3% (v/v) peroxidu vodíku (Η₂Ο₂) a inkubovány 1 h za stálého míchání ve vodní lázni při 90 °C. Vysoce hydrofilní částice nesoucí peroxidované diolové funkční skupiny byly umístěny v Buchnerově nálevce s Whatmanovým filtračním papírem č. 42 a pěčlivě promyty deionizovanou vodou a metanolem a poté byly částice vysoušeny vzduchem při 70 °C po dobu 16 h.

Výsledkem tohoto procesu je požadované zdokonalené částicové médium s distribucí velikostí částic, charakterizovanou hodnotami Dio(m) ⁼ 52,19, D₅o(m) = 74,46 a D₉o(_m) = 122,5 a indexem média 1,1·

Zdokonalené částicové médium z tohoto příkladu bylo dále použito pro selektivní separaci červených krvinek a bílých krvinek. 30 g zdokonaleného Částicového média bylo umístěno na filtr, vyrobený z akrylátového plastu, což je materiál méně hydrofilní než zdokonalené částicové médium. Díky této vlastnosti filtru je zajištěn průtok krve médiem. Filtrační jednotka byla doplněna hadičkovými adaptéry tak, aby mohla krev snadno proudit ve směru gravitace k filtrační jednotce. Použity byly standardní hadičky a standardní krevní konzervy. Zdokonalené částicové médium bylo na povrchu pokryto plastikovým sítem (Spectra/Mesh; nominální průměr oka 53 pm, dodává firma Spectrum, Houston, Texas) odkud • ♦ je krev rovnoměrně přiváděna na povrch částicového média. Zdokonalené částicové médium bylo umístěno na dalším plastikovém sítu (Spectra/Mesh; nominální průměr oka 41 pm, dodává firma Spectrum, Houston, Texas), které bylo připevněno k základně filtrační jednotky. Tato bariéra zabraňuje znečištění výsledného krevního produktu částicemi média.

Zdokonalené částicové médium bylo nejprve nasyceno přibližně 200 ml izotonického fyziologického roztoku (0,9 % NaCl, Baxter Healthcare Corporation), déle jednou jednotkou (tj. přibližně 300 ml) koncentrátu červených krvinek skupiny 0 Rh+, odebranou dárci jeden den předem. Koncentrát obsahoval 6,94 x 10⁹ červených krvinek na ml a 1,3 x 10⁶ bílých krvinek na ml (měřeno automatickým počítačem buněk Baker 9000).

Frakce fyziologického roztoku byla odstraněna a frakce červených krvinek byla shromažďována až dokud nebyla krevní konzerva vyprázdněna, tj. celkem 28 min 10 s. Průměrná koncentrace červených krvinek v produktu byla 6,92 x 10⁹ na ml, zatímco o koncentrace bílých krvinek byla selektivně redukována na 6,1 x 10 buněk na ml. Koncentrace bílých krvinek byla nižší než je detekční limit Bakerova přístroje a byla stanovena manuálně s pomocí optického mikroskopu Nageottovou metodou. Pro kontrolu .byl stanoven hematokrit výchozího koncentátu červených krvinek (56,6 %) i výsledného produktu (56,4 %).

Z výsledků tohoto příkladu je zřejmé, že 99,7 % menších červených krvinek selektivně prošlo zdokonaleným čističovým médiem, ztímco větší bílé krvinky byly médiem selektivně zadrženy a do výsledné frakce prošlo pouze 0,5 %. Poměr propustnosti média pro červené a bílé krvinky byl tudíž 200 : 1, čímž bylo dosaženo požadované selektivní separace.

Literatura:

Závěry z níže uvedených publikací, patentů a publikovaných patentových žádostí byly použity v textu pro lepší pochopení dosavadního stavu techniky, které se vynález týká.

Abe, T. (1984), U.S. Patent 4,425,237.

Adler, S. (1975), U.S. Patent 3,929,646.

Bear, J. (1988), Dynamics of Fluids in Porous Media (New York:

Dover Publications, lne.), 161-167.

Calenoff, E. (1987), U.S. Patent 4,675,286.

Carman, P. (1937), Trans. Institution of Chem. Eng., 150-166.

Carrol, R. a kol. (1989), U.S. Patent 4,816,168.

Carrol, R. a kol. (1987), U.S. Patent 4,640,785.

Columbus, R. (1977), U.S. Patent 4,050,451.

Delaage, M. a kol. (1984), French Patent 8415434.

Delaage, M. a kol. (1992), U.S. Patent 5,116,724.

Delaage, M. a kol. (1993), U.S. Patent 5,246,829.

Dorn, A. (1990a), U.S. Patent 4,927,749.

Dorn, A. (1990b), U.S. Patent 4,927,750.

Goffe, R. a kol. (1993), U.S. Patent 5,240,856.

Halí, S. a kol. (1987), U.S. Patent 4,698,311.

Heertjes, P. a kol. (1949), Recueil, 68; 361-383.

Heertjes, P. a kol. (1966), v Solid-Liquid Separation (London: Her Majesty's Stationery Office); 37-43.

Heliem. A. (1971). Scand. J. Haemat. 8; 180-182.

Hermanson, G. a kol. (1992), Immobilized Affinity Ligand

Techniques (San Diego: Academie. Press. Inc.)

Ishida, M. a kol. (1988), Japanese Patent 63-282544.

Ishida, M. a kol. (1991), U.S. Patent 5,030,361.

Ishida, M. a kol. (1993), U.S. Patent 5,227,066.

Janqueira, L. a kol. (1975), Basic Histology (Los Altos, California: Lange Medícal Publications); 223-239.

Kiefer, J. (1991). Brauwelt International, IV/1991; 300-309.

Kolobow, T. a kol (1982), U.S. Patent 4,356,958.

Kolobow, T. a kol (1983), U.S. Patent 4,419,089.

Kortwright, K. a kol. (1988), U.S. Patent 4,752,563.

Latham, Jr., A. (1981a), U.S. Patent 4,285,464.

Latham, Jr., A. (1981b), U.S. Patent 4,303,193.

Lloyd, P. a kol. (1975), Fil trati on & Se parat i on, May/June 1975; 246-253.

Luderer, A., a kol (1991), U.S. Patent 5,053,134.

Luderer, A., a kol (1990), U.S. Patent 4,917,801.

Marinaccio, P., a kol. (1990), U.S. Patent 4,917,801.

Miltenyi, S. (1995a), U.S. Patent 5,385,707.

Miltenyi, S. (1995b), U.S. Patent 5,411,863.

Nordén, H., a kol. (1994) Scparaton Science and Technology

29:10;1319-1334.

Pall, D., a kol. (1995a), U.S. Patent 5,445,736.

Pall, D., a kol. (1995b), U.S. Patent 5,339,268.

Pall, D., a kol. (1994a), U.S. Patent 5,344,561.

Pall, D., a kol. (1994b), U.S. Patent 5,360,545.

Pall, D., a kol. (1994c), U.S. Patent 5,316,674.

Patent 5,258,126.

Patent 5,229,012.

Patent 5,217,627.

Patent 5.152.905.

Pall, D., a kol. (1993a), U.S.

Pall, D., a kol. (1993b), U.S.

Pall, D., a kol. (1993c), U.S.

Pall, D., a kol. (1992a), U.S.

Pall, D., a kol. (1992b), U.S. Patent 5,100,564.

Pall, D., a kol. (1990a), U.S. Patent 4,925,572.

Pall, D., a kol. (1990b), U.S. Patent 4,923,620.

Pascale, F., a kol. (1994), U.S. Paterit5,302,299.

Persidsky, M., (1981), U.S. Patent 4,269,718.

Pierce, Z., a kol. (1981), U.S. Patent 4,258,001.

Pitney, W., a kol. (1967), J. Clin, Path. 20; 710-716.

Powers, E. (1988), U.S. Patent 4,767,396.

Ruth, B. (1946), Industrial and Engineering Chemistry 38:6; 564571.

Sounders, A., a kol. (1995), U.S. Patent 5,432,054.

Smitli, W. (1990), U.S. Patent 4,957,638.

Smith, W. (1989), U.S. Patent 4,844,818.

Sperry, D. (1916), Metallurgical and Chemical Engineering XV:4; 198-203.

Tarleton, E., a kol. (1994), Filtration and Separation, June 1994; 393-397.

Teng, N., a kol. (1994), U.S. Patent 5,275,933.

Teng, N., a kol. (1995), U.S. Patent 5,437,987.

Terasaki, P., a kol. (1989), U.S. Patent 4,797,475.

Tianshou, C. (1988), Materials Science and Engineering, A 105/106, 571-576.

Tiller, F., a kol. (1953), Chemical Engineering Progress, 49:9, 467479.

• ;· * .”.:··· ,·· ·· o z. · . · * ·«· · .* ’ * jo ·.·:··. »»j .*·.

.............*

Tiller, F., a kol. (1962), A. I. Cli. E, Journal 8:4; 445-449.

Tiller, F., a kol. (1964), A. I, Ch, E. Journal 10:1; 61-67.

Vorpahl, J. (1994), U.S. Patent 5,279,936.

Yen, S., a kol. (1980), U.S. Patent 4,219,411.

Claims (29)

1. Způsob selektivní separace mikročástic ze suspenze mikročástic v roztoku podle velikosti vyznačující- se tím, že se skládá z následujících kroků:

(a) umístění zdokonaleného částicového média se standardní selektivitou větší nebo rovnou 4,0, vybraného ze skupiny, obsahující: částicová média se středním průměrem částice rovnajícím se, nebo větším než 20 pm a nepřesahujícím 35 pm s indexem média větším nebo rovnajícím se 0,60;

částicová média se středním průměrem částice větším než 35 pm a nepřesahujícím 180 pm s. indexem média větším nebo rovným 1,0;

částicová média se středním průměrem částice větším než 180 pm a nepřesahujícím 500 pm s indexem média větším nebo rovným 2,0;

a částicová média se středním průměrem částice větším než 500 pm a nepřesahujícím 1400 pm s indexem média větším nebo rovným 3,0 na nosič a (b) průchod zmíněné suspenze mikročástic zmíněným zdokonaleným částicovým médiem, čímž je dosaženo selektivní separace podle velikosti.

2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se zdokonalené částicové médium skládá z rigidních částic.

3. Způsob podle nároku 2 vyznačující se tím, že zmíněné rigidní částice obsahují minerály nebo produkty minerálního původu.

4. Způsob podle nároku 2 vyznačující se tím, že zmíněné rigidní částice obsahují polymerní materiál.

··♦· ···· • · · ♦ • ♦ ···

5. Způsob podle nároku 2 vyznačující tím, • ♦ * * ·· • · ·· * ·9 • ·· ž e zmíněné rigidní částice obsahují anorganické soli, kovy nebo skleněné částice.

6. Způsob podle nároku 1 vyznačující tím, zmíněné zdokonalené částicové médium obsahuje částice stlačitelné do rozměrů rigidních částic, popsaných v nároku 1.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že zmíněné stlačitelně částice obsahují polymerní materiál.

8. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že zmíněná suspenze mikročástic obsahuje rigidní částice.

9. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že zmíněná suspenze mikročástic obsahuje stlačitelné částice.

10. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že zmíněná suspenze mikročástic obsahuje buňky nebo buněčné součásti.

11. Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že zmíněné buňky nebo buněčné součásti jsou vybrány ze skupiny, obsahující bílé krvinky, červené krvinky a krevní destičky.

12. Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že zmíněné buňky nebo buněčné součásti jsou vybrány ze skupiny, obsahující bílé krvinky a červené krvinky.

13. Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že zmíněné buňky nebo buněčné součásti jsou vybrány ze skupiny, obsahující bílé krvinky a krevní destičky.

14. Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že zmíněná tekutina je biologického původu.

15. Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že zmíněná tekutina je krev.

• ·

16. Způsob podle nároku 10 vyznačující se tím, že zmíněná tekutina je odvozena z krve.

17. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že průchodu zmíněné suspenze mikročástic zmíněným zdokonaleným částicovým médiem je dosaženo pomocí gravitace.

18. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že průchodu zmíněné suspenze mikročástic zmíněným zdokonaleným částicovým médiem je dosaženo pomocí aplikace pozitivního tlaku zpředu zmíněného nosiče.

19. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že průchodu zmíněné suspenze mikročástic zmíněným zdokonaleným částicovým médiem je dosaženo pomocí aplikace negativního tlaku zpoza zmíněného nosiče.

20. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že zdokonalené částicové médium je přidáno do zmíněné suspenze mikročástic.

21. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že zmíněné zdokonalené částicové médium je zapracováno do přípravku ve formě, vybrané ze skupiny obsahující desku, papír nebo filtrační náplň.

22. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že zmíněné zdokonalené částicové médium je umístěno na filtru, který je méně hydrofilní, než zdokonalené částicové médium.

23. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že částice, zachycené zmíněným zdokonaleným částicovým médiem jsou shromažďovány, odebrány, zakoncentrovány nebo vráceny zpět.

• · • ··· ··♦ · · • · · *· ··

24. Způsob podle nároku 23 vyznačující se zmíněné zachycené částice představují rigidní částice.

25. Způsob podle nároku 23 vyznačující se zmíněné zachycené částice představují stlačitelné částice.

26. Způsob podle nároku 23 vyznačující se tím, že zmíněné zachycené částice představují buňky.

27. Způsob podle nároku 23 vyznačující se tím, že zmíněné zachycené částice představují bílé krvinky.

28. Výsledná suspenze mikročástic po průchodu zdokonaleným částicovým médiem v y z n a č u j í c í se tím, že byla získána za použití metody podle kteréhokoliv z nároků 1 až 27.

29. Výsledná suspenze mikročástic po průchodu zdokonaleným částicovým médiem vyznačující se tím, že byla získána za použití metody podle nároku 10.