JP2017531183A - 非混和性液体を分離して少なくとも1つの液体を効果的に単離する方法及び装置 - Google Patents
非混和性液体を分離して少なくとも1つの液体を効果的に単離する方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本件出願は、2014年10月9日に出願し、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする米国仮出願第62/062,134号の利益を主張する。
Souhaimi et al., Membrane Distillation: Principle and Applications, Chapter 8: Membrane Characterization, Elsevier (2011) or in Nakao, Determination of Pore Size and Pore Size Distribution. 3. Filtration Membrane: Review, J. Membr. Sci., 96 (1994) 131-165.
Claims (98)
- フィルタ表面を持つ多孔質膜を有し、前記フィルタ表面が収容キャビティを形成する非平面状輪郭を有する相分離デバイスを準備するステップと、
液体混合物を前記多孔質膜の収容キャビティ内に注入する注入ステップであって、前記液体混合物は、互いに非混和性である極性液体及び非極性液体を含み、前記収容キャビティに沿うフィルタ表面は、前記フィルタ表面を通過する前記極性液体のフローを阻止し、また前記非極性液体の前記多孔質膜内へのフローを可能にするよう構成されるものである、該注入ステップと、及び
前記非極性液体を多孔質膜内に流入させ、前記非極性液体が前記多孔質膜内に流入するとき、前記極性液体が前記収容キャビティ内で液滴を形成するステップと、
を含む、方法。 - 請求項1記載の方法において、前記極性液体は、前記非極性液体よりも密度が高いものである、方法。
- 請求項1又は2記載の方法において、前記フィルタ表面は、疎水性である、方法。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は疎水性である、方法。
- 請求項1〜4のうちいずれか一項記載の方法において、前記フィルタ表面は、前記収容キャビティの異なる深さで前記液体混合物と接触する、方法。
- 請求項1〜5のうちいずれか一項記載の方法において、前記収容キャビティは、凹面形状を有する、方法。
- 請求項1〜6のうちいずれか一項記載の方法において、前記収容キャビティは、円錐状である、方法。
- 請求項1〜7のうちいずれか一項記載の方法において、前記フィルタ表面の少なくとも一部分は、曲率半径を有する、方法。
- 請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の方法において、前記フィルタ表面の大部分は、前記収容キャビティの深さが線形的割合で変化する勾配を有する、方法。
- 請求項1〜9のうちいずれか一項に記載の方法において、前記収容キャビティは、前記収容キャビティの最大深さを呈する底部を有し、前記底部は、前記収容キャビティの中心に位置付ける、方法。
- 請求項1〜9のうちいずれか一項に記載の方法において、前記収容キャビティは、前記収容キャビティの最大深さを呈する底部を有し、前記フィルタ表面は、前記底部から前記収容キャビティのアクセス開口まで増大する勾配を有する、方法。
- 請求項1〜9のうちいずれか一項に記載の方法において、前記収容キャビティは、前記収容キャビティの最大深さを呈する底部を有し、前記フィルタ表面は、前記底部に貫通するキャビティ軸線周りに回転対称形状である、方法。
- 請求項1〜12のうちいずれか一項に記載の方法において、前記収容キャビティは、キャビティ端縁によって画定されるアクセス開口を有し、前記収容キャビティは、前記アクセス開口の最大直径よりも小さい最大深さを有する、方法。
- 請求項13記載の方法において、前記最大直径の前記最大深さに対するアスペクト比は、1.5:1又はそれより大きい、方法。
- 請求項13記載の方法において、前記最大直径の前記最大深さに対するアスペクト比は、2:1又はそれより大きい、方法。
- 請求項1〜12のうちいずれか一項に記載の方法において、前記収容キャビティは、キャビティ端縁によって画定されるアクセス開口を有し、前記収容キャビティは、前記アクセス開口の最大直径よりも大きい最大深さを有する、方法。
- 請求項16記載の方法において、前記最大直径の最大深さに対するアスペクト比は、1:2又はそれより小さい、方法。
- 請求項16記載の方法において、前記最大直径の最大深さに対するアスペクト比は、1:3又はそれより小さい、方法。
- 請求項1〜18のうちいずれか一項記載の方法において、前記液滴は、前記フィルタ表面に対して接触角を形成し、前記接触角は60゜以上である、方法。
- 請求項1〜19のうちいずれか一項記載の方法において、前記液滴は、凸状輪郭を持つ外面を有する、方法。
- 請求項1〜20のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は、収前記容キャビティに隣接して位置決めされた吸収領域を有し、前記吸収領域は前記収容キャビティの容積よりも大きい体積を有する、方法。
- 請求項1〜21のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は、前記フィルタ表面と外面との間で画定され、前記外面は、前記非極性液体を前記多孔質膜から流出させることができる、方法。
- 請求項1〜22のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含む、方法。
- 請求項1〜23のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は、10μm〜50μmの間における細孔径を有する、方法。
- 請求項1〜24のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は、20μm〜40μmの間における細孔径を有する、方法。
- 請求項1〜25のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は、40%〜70%の間における多孔率を有する、方法。
- 請求項1〜26のうちいずれか一項記載の方法において、前記多孔質膜は、50%〜65%の間における多孔率を有する、方法。
- 請求項1〜27のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の少なくとも75%は、前記収容キャビティから30秒以内で除去される、方法。
- 請求項1〜28のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の少なくとも85%は、前記収容キャビティから30秒以内で除去される、方法。
- 請求項1〜29のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の少なくとも95%は、前記収容キャビティから30秒以内で除去される、方法。
- 請求項1〜30のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の少なくとも98%は、前記収容キャビティから30秒以内で除去される、方法。
- 請求項1〜31のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の少なくとも85%は、前記収容キャビティから20秒以内で除去される、方法。
- 請求項1〜32のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の少なくとも85%は、前記収容キャビティから10秒以内で除去される、方法。
- 請求項1〜33のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の少なくとも85%は、前記収容キャビティから5秒以内で除去される、方法。
- 請求項1〜34のうちいずれか一項記載の方法において、前記液体混合物の前記収容キャビティ内への注入ステップは、測定した量を注入するステップを含む、方法。
- 請求項1〜35のうちいずれか一項記載の方法において、前記極性液体及び非極性液体それぞれは、前記液体混合物を前記収容キャビティ内に注入するときに対応する量を有し、前記非極性液体の対応量は、前記極性液体の対応量よりも多いものである、方法。
- 請求項1〜36のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の対応量の、前記極性液体の対応量に対する比は、少なくとも2:1であるものとする、方法。
- 請求項1〜37のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の対応量の、前記極性液体の対応量に対する比は、少なくとも5:1であるものとする、方法。
- 請求項1〜38のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体の対応量の、前記極性液体の対応量に対する比は、少なくとも10:1であるものとする、方法。
- 請求項1〜39のうちいずれか一項記載の方法において、前記液滴は前記収容キャビティの中央に位置付けられる、方法。
- 請求項1〜40のうちいずれか一項記載の方法において、さらに、前記液滴を前記収容キャビティから取り出すステップを備える、方法。
- 請求項41記載の方法において、前記取り出される液滴の多くとも25%は前記非極性液体である、方法。
- 請求項41記載の方法において、前記取り出される液滴の多くとも10%は前記非極性液体である、方法。
- 請求項41記載の方法において、前記取り出される液滴の多くとも5%は前記非極性液体である、方法。
- 請求項1〜44のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体を前記多孔質膜内に流入させるステップは、前記非極性液体の多孔質膜内への流入を促進するための、前記相分離デバイスを動かすステップを含まない、方法。
- 請求項1〜45のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体を前記多孔質膜内に流入させるステップは、前記非極性液体の多孔質膜内への流入を促進するための、前記相分離デバイスを撹拌するステップ又は遠心力を発生するステップを含まない、方法。
- 請求項1〜41のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体を前記多孔質膜内に流入させるステップは、前記非極性液体の前記多孔質膜内への流入を促進するように、前記相分離デバイスを動かすステップを含む、方法。
- 請求項1〜41のうちいずれか一項記載の方法において、前記非極性液体を前記多孔質膜内に流入させるステップは、前記非極性液体の前記多孔質膜内への流入を促進するように、前記相分離デバイスを撹拌するステップ又は遠心力を発生するステップのうち少なくとも一方を含む、方法。
- 請求項1〜48のうちいずれか一項記載の方法において、前記相分離デバイスは複数個の収容キャビティを有し、また前記液体混合物を注入するステップは、前記液体混合物を各収容キャビティに注入するステップを含む、方法。
- 請求項49記載の方法において、前記相分離デバイスは第1収容キャビティ及び第2収容キャビティを有し、前記第1収容キャビティ内の前記液体混合物における前記極性液体は、前記第2収容キャビティ内の前記液体混合物における前記極性液体とは異なるものである、方法。
- 請求項49又は50記載の方法において、前記多孔質膜のフィルタ表面は各収容キャビティを形成する、方法。
- 請求項1〜51のうちいずれか一項記載の方法において、前記相分離デバイスは、前記相分離デバイスの幅又は長さよりも大きい高さを有する、方法。
- 請求項1〜48のうちいずれか一項記載の方法において、前記相分離デバイスはチューブを有し、また前記多孔質膜は前記チューブ内に挿入し得るサイズ及び形状にされる、方法。
- 請求項1〜53のうちいずれか一項記載の方法において、さらに、前記液体混合物を注入する前にデジタル流体素子(DF)デバイスから前記液体混合物を取り出すステップを備える、方法。
- 請求項54記載の方法において、さらに、前記DFデバイスを使用して、生物学的サンプルを生成するステップを備え、前記生物学的サンプルは、前記液体混合物における前記極性液体内に存在する、方法。
- 請求項55記載の方法において、前記生物学的サンプルは、断片化した核酸のライブラリを含む、方法。
- 請求項1〜56のうちいずれか一項記載の方法において、さらに、前記収容キャビティから前記液滴を取り出すステップと、指定生化学的反応を行わせるため前記液滴を用いるステップとを備える、方法。
- 請求項1〜57のうちいずれか一項記載の方法において、前記相分離デバイスを準備するステップは、重力が前記液体混合物を前記収容キャビティ内に保持するよう前記相分離デバイスを向き決めするステップを含む、方法。
- フィルタ表面を持つ多孔質膜を有する相分離デバイスであって、前記フィルタ表面は、収容キャビティを形成する非平面状輪郭を有し、前記フィルタ表面は、極性液体の前記多孔質膜内へのフローを阻止し、また非極性液体の前記多孔質膜内へのフローを可能にするよう構成される、相分離デバイス。
- 請求項59記載の相分離デバイスにおいて、前記フィルタ表面は疎水性である、相分離デバイス。
- 請求項58又は59記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は疎水性である、相分離デバイス。
- 請求項59〜61のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記フィルタ表面は異なる深さで液体混合物と接触する形状である、相分離デバイス。
- 請求項59〜62のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記収容キャビティは凹面形状を有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜63のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記収容キャビティは円錐状である、相分離デバイス。
- 請求項59〜64のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記フィルタ表面の少なくとも一部分は、曲率半径を有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜65のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記フィルタ表面の大部分は、前記収容キャビティの深さが線形的割合で変化する勾配を有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜66のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記収容キャビティは、前記収容キャビティの最大深さを呈する底部を有し、前記底部は、前記収容キャビティの中心に位置付ける、相分離デバイス。
- 請求項59〜67のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記収容キャビティは、前記収容キャビティの最大深さを呈する底部を有し、前記フィルタ表面は、前記底部から前記収容キャビティのアクセス開口まで増大する勾配を有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜68のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記収容キャビティは、キャビティ端縁によって画定されるアクセス開口を有し、前記収容キャビティは、前記アクセス開口の最大直径よりも小さい最大深さを有する、相分離デバイス。
- 請求項69記載の相分離デバイスにおいて、前記最大直径の前記最大深さに対するアスペクト比は、1.5:1又はそれより大きい、相分離デバイス。
- 請求項69記載の相分離デバイスにおいて、前記最大直径の前記最大深さに対するアスペクト比は、2:1又はそれより大きい、相分離デバイス。
- 請求項59〜68のうちいずれか一項記載の相分離デバイスにおいて、前記収容キャビティは、キャビティ端縁によって画定されるアクセス開口を有し、前記収容キャビティは、前記アクセス開口の最大直径よりも大きい最大深さを有する、相分離デバイス。
- 請求項72記載の相分離デバイスにおいて、前記最大直径の前記最大深さに対するアスペクト比は、1:2又はそれより小さい、相分離デバイス。
- 請求項72記載の相分離デバイスにおいて、前記最大直径の前記最大深さに対するアスペクト比は、1:3又はそれより小さい、相分離デバイス。
- 請求項59〜74のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は、前記収容キャビティに隣接して位置決めされた吸収領域を有し、前記吸収領域は収容キャビティの容積よりも大きい体積を有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜75のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は、前記フィルタ表面と外面との間で画定され、前記外面は、前記非極性液体を前記多孔質膜から流出させることを可能にするよう構成される、相分離デバイス。
- 請求項59〜76のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含む、相分離デバイス。
- 請求項59〜77のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は、10μm〜50μmの間における細孔径を有するものである、相分離デバイス。
- 請求項59〜78のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は、20μm〜40μmの間における細孔径を有するものである、相分離デバイス。
- 請求項59〜79のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は、40%〜70%の間における多孔率を有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜80のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜は、50%〜65%の間における多孔率を有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜81のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記相分離デバイスは複数個の収容キャビティを有する、相分離デバイス。
- 請求項82記載の相分離デバイスにおいて、前記多孔質膜のフィルタ表面は前記各収容キャビティを形成する、相分離デバイス。
- 請求項59〜83のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記相分離デバイスは、前記相分離デバイスの幅又は長さよりも大きい高さを有する、相分離デバイス。
- 請求項59〜83のうちいずれか一項に記載の相分離デバイスにおいて、前記相分離デバイスはチューブを有し、また前記多孔質膜は前記チューブ内に挿入し得るサイズ及び形状である、相分離デバイス。
- フィルタ表面を持つ多孔質膜を有する相分離デバイスを準備する準備ステップであり、前記フィルタ表面は収容キャビティを形成する非平面状輪郭を有する、該準備ステップと、
液体混合物を前記多孔質膜の収容キャビティに注入する注入ステップであり、前記液体混合物は、互いに非混和性である第1液体及び第2液体を含み、前記収容キャビティに沿う前記フィルタ表面は、前記フィルタ表面を通過する前記第1液体のフローを阻止し、また前記第2液体の前記多孔質膜内へのフローを可能にするよう構成される、該注入ステップと、及び
前記第2液体を前記多孔質膜内に流入させ、前記第2液体が前記多孔質膜内に流入するとき、前記第1液体が前記収容キャビティ内で液滴を形成するステップと、
を含む、方法。 - 請求項86記載の方法において、前記第1液体は極性液体であり、また前記第2液体は非極性液体である、方法。
- 請求項87記載の方法において、前記フィルタ表面及び前記多孔質膜のうち少なくとも一方は疎水性である、方法。
- 請求項86記載の方法において、前記第1液体は非極性液体であり、また前記第2液体は極性液体である、方法。
- 請求項87記載の方法において、前記フィルタ表面及び前記多孔質膜のうち少なくとも一方は親水性である、方法。
- 検定評価システムにおいて、
互いに非混和性である極性液体及び非極性液体を有する液体混合物を調製するよう構成されたサンプル調製システムと、及び
フィルタ表面を有する多孔質膜を含む相分離デバイスであって、前記フィルタ表面は、前記液体混合物を受け入れるように構成される収容キャビティを形成する非平面状輪郭を有し、前記収容キャビティに沿う前記フィルタ表面は、前記フィルタ表面を通過する前記極性液体のフローを阻止し、また前記非極性液体の前記多孔質膜内へのフローを可能にし、これにより、前記非極性液体が前記多孔質膜に流入するとき、前記極性液体が前記収容キャビティ内に液滴を形成するよう構成されている、該相分離デバイスと、
を備える、検定評価システム。 - 請求項91記載の検定評価システムにおいて、さらに、前記相分離デバイスを動かして前記非極性液体のフローを促進するよう構成されるフロー促進デバイスを備える、検定評価システム。
- 検定評価システムにおいて、
フィルタ表面を有する多孔質膜を含む相分離デバイスであって、前記フィルタ表面は、液体混合物を収容するように構成される収容キャビティを形成する非平面状輪郭を有し、前記液体混合物は、互いに非混和性である極性液体及び非極性液体を有し、前記収容キャビティに沿う前記フィルタ表面は、前記フィルタ表面を通過する前記極性液体のフローを阻止し、また前記非極性液体の前記多孔質膜内へのフローを可能にし、これにより前記非極性液体が前記多孔質膜内に流入するとき、前記極性液体が前記収容キャビティ内で液滴を形成するよう構成されている、該相分離デバイスと、及び
前記極性液体の液滴を用いて、1つ又はそれ以上の検定評価プロトコールを実施するよう構成された分析システムと、
を備える、検定評価システム。 - 請求項93記載の検定評価システムにおいて、さらに、前記相分離デバイスを動かして非極性液体のフローを促進するよう構成されるフロー促進デバイスを備える、検定評価システム。
- 検定評価システムにおいて、
互いに非混和性である第1液体及び第2液体を有する液体混合物を調製するよう構成されたサンプル調製システムと、及び
フィルタ表面を持つ多孔質膜を有する相分離デバイスであって、前記フィルタ表面は、前記液体混合物を収容するよう構成された収容キャビティを形成する非平面状輪郭を有し、前記収容キャビティに沿う前記フィルタ表面は、前記フィルタ表面を通過する前記第1液体のフローを阻止し、また前記第2液体の前記多孔質膜内へのフローを可能にし、これにより前記第2液体が前記多孔質膜内に流入するとき、前記第1液体が前記収容キャビティ内で液滴を形成するよう構成されている、該相分離デバイスと、
を備える、検定評価システム。 - 請求項95記載の検定評価システムにおいて、さらに、前記相分離デバイスを動かして第2液体のフローを促進するよう構成されるフロー促進デバイスを備える、検定評価システム。
- 検定評価システムにおいて、
フィルタ表面を有する多孔質膜を含む相分離デバイスであって、前記フィルタ表面は、液体混合物を収容する収容キャビティを形成する非平面状の輪郭を有し、前記液体混合物は、互いに非混和性である第1液体及び第2液体を有し、前記収容キャビティに沿う前記フィルタ表面は、前記フィルタ表面を通過する前記第1液体のフローを阻止し、また前記第2液体の前記多孔質膜内へのフローを可能にし、これにより前記第2液体が前記多孔質膜内に流入するとき、前記第1液体が前記収容キャビティ内で液滴を形成するよう構成されている、該相分離デバイスと、及び
前記第1液体の液滴を用いて、1つ又はそれ以上の検定評価プロトコールを実施するよう構成された分析システムと、
を備える、検定評価システム。 - 請求項97記載の検定評価システムにおいて、さらに、前記相分離デバイスを動かして前記非第2液体のフローを促進するよう構成されるフロー促進デバイスを備える、検定評価システム。
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