JP6996835B2 - マイクロ流体装置中の不要な粒子の対流クリアランスを増大させるためのシステム - Google Patents
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Description
本出願は、参照により全体として本明細書に組み入れられる、2013年1月11日に出願されたSYSTEMS AND METHODS FOR INCREASING CONVECTIVE CLEARANCE OF UNDESIRED PARTICLES IN A MICROFLUIDIC DEVICEと題する米国特許出願第13/739,701号への優先権を主張する。
透析装置は、透過膜によって分離された一連の流路を含む。装置中における血液からの溶質の対流クリアランスは、装置中の膜間圧によって決まる。一般に、膜間圧は、流路の長さにわたって線形に変化する。そのような装置において対流クリアランスを増すためには、流路の長さを増す必要があり、その結果、より大きな装置全体サイズの必要性に起因して、患者の可動性の低下を招く。したがって、コンパクトな透析装置内で対流クリアランスの量を増すことが望ましい。
[本発明1001]
それぞれが約50ミクロン~約500ミクロンの範囲の高さ、約50ミクロン~約900ミクロンの範囲の幅および約3センチメートル~約20センチメートルの範囲の長さを有する一つまたは複数の第一の流路を有する、流路のネットワークと、
一つまたは複数の第一の流路に対して補完的な少なくとも一つの第二の流路であって、少なくとも一つの加圧機構を含み、該少なくとも一つの加圧機構が、該少なくとも一つの第二の流路の、該加圧機構よりも上流の部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の、該加圧機構よりも下流の部分において低い圧力を生じさせるように構成されている、少なくとも一つの第二の流路と、
該一つまたは複数の第一の流路を該少なくとも一つの第二の流路から分離する濾過膜と
を含み、流体が該第一および第二の流路に通して流されるとき、該少なくとも一つの第二の流路の長さに沿って非線形圧力プロファイルが存在し、かつ該一つまたは複数の第一の流路を該少なくとも一つの補完的な第二の流路から分離する該膜をはさんで圧力勾配が存在するように、該少なくとも一つの第二の流路の該上流部分が、該一つまたは複数の補完的な第一の流路の下流部分とは反対側に位置している、
マイクロ流体装置。
[本発明1002]
一つまたは複数の第一の流路が少なくとも一つの第二の加圧機構を含み、該少なくとも一つの第二の加圧機構が、該一つまたは複数の第一の流路の、該加圧機構よりも上流の部分において高い圧力を生じさせ、かつ該一つまたは複数の第一の流路の、該加圧機構よりも下流の部分において低い圧力を生じさせるように構成されている、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1003]
少なくとも一つの第二の流路の長さに沿った非線形圧力プロファイルが、実質的に階段関数である、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1004]
加圧機構が、少なくとも一つの第二の流路中の流体流量を制限するように構成された部分的な壁を含み、該少なくとも一つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1005]
加圧機構が、流路の一部分の断面積を減らすように先細りしている少なくとも一つの第二の流路の区分を含み、該少なくとも一つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1006]
加圧機構が、曲がりくねった経路に沿って流体を送るように構成された少なくとも一つの第二の流路の区分を含み、該少なくとも一つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1007]
加圧機構が、少なくとも一つの第二の流路に挿入された多孔性プラグ、第二の膜、およびゲルの少なくとも一つを含み、該少なくとも一つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1008]
加圧機構が、少なくとも一つの第二の流路中の流体流から被処理物を抜き出す装置を含み、それにより、該少なくとも一つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1009]
前記装置が、少なくとも一つの第二の流路内に位置するリバースポンプおよびタービンの一つである、本発明1008のマイクロ流体装置。
[本発明1010]
加圧機構が、少なくとも一つの第二の流路に結合されかつ該少なくとも一つの第二の流路中の流体の流量を制御するように構成された絞り装置を含み、それにより、該少なくとも一つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1011]
絞り装置が弁を含む、本発明1010のマイクロ流体装置。
[本発明1012]
少なくとも一つの第二の流路が可撓性材料から形成され、加圧機構が、断面積を減らすように圧縮することができる該少なくとも一つの第二の流路の部分を含み、それにより、該少なくとも一つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1013]
加圧機構が、少なくとも一つの第二の流路中に所望の圧力プロファイルを提供するように構成可能である、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1014]
一つまたは複数の第一の流路および少なくとも一つの第二の流路中の流量および流体圧の少なくとも一つを測定するための流量センサおよび圧力センサの少なくとも一つをさらに含む、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1015]
測定された流量または流体圧に応答して加圧機構を制御するように構成されたプロセッサをさらに含む、本発明1014のマイクロ流体装置。
[本発明1016]
少なくとも一つの第二の流路中に約200mmHg~約2000mmHgの範囲の最大圧力差を維持するように構成されている、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1017]
膜が約5μm~約300μmの範囲の厚さを有する、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1018]
膜の孔径が、約60kDa以下の分子量の粒子のクリアランスを可能にするように選択される、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1019]
一つまたは複数の第一の流路の内面に抗凝血コーティングをさらに含む、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1020]
一つまたは複数の第一の流路が、血液が該一つまたは複数の第一の流路に通して運ばれるとき、約200逆数秒~約2000逆数秒の範囲の壁剪断速度を維持するように構成されている、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1021]
一つまたは複数の第一の流路および少なくとも一つの第二の流路が、流体を反対方向に流すように構成されている、本発明1001のマイクロ流体装置。
[本発明1022]
第一の液体を、それぞれが約50ミクロン~約500ミクロンの範囲の高さ、約50ミクロン~約900ミクロンの範囲の幅および約3センチメートル~約20センチメートルの範囲の長さを有する一つまたは複数の第一の流路を有する流路のネットワークの入口に導入する工程;
濾液を、該一つまたは複数の第一の流路に対して補完的な少なくとも一つの第二の流路の入口に導入する工程;
該濾液を、該少なくとも一つの第二の流路中の少なくとも一つの加圧機構に通して流す工程であって、第一の液体の分析対象物の少なくともいくらかが、該一つまたは複数の第一の流路から膜を通して該少なくとも一つの第二の流路の中に運ばれるように、該少なくとも一つの加圧機構が、該少なくとも一つの第二の流路の、該加圧機構よりも上流の部分において高い圧力を生じさせ、該少なくとも一つの第二の流路の、該加圧機構よりも下流の部分において低い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも一つの第二の流路の長さに沿って非線形圧力プロファイルを生じさせるように構成されている、工程;および
該一つまたは複数の第一の流路の出口から濾過済み液を捕集する工程であって、該一つまたは複数の第一の流路の該出口が、少なくとも一つの対応する第二の流路の入口とは反対側に位置し、かつ該一つまたは複数の第一の流路の入口が、該少なくとも一つの補完的な第二の流路の出口とは反対側に位置する、工程
を含む、第一の液体よりも少ない分析対象物を含有する濾過済み液を提供するために、該分析対象物を含有する第一の液体を濾過する方法。
[本発明1023]
濾液を少なくとも一つの加圧機構に通して流す工程が、実質的に階段関数である圧力プロファイルを少なくとも一つの第二の流路の長さに沿って生じさせる、本発明1022の方法。
[本発明1024]
一つまたは複数の第一の流路および少なくとも一つの第二の流路中の流量および圧力の少なくとも一つを測定する工程をさらに含む、本発明1022の方法。
[本発明1025]
流量および圧力の測定値に応答して、加圧機構、一つまたは複数の第一の流路中の流量、および少なくとも一つの第二の流路中の流量の少なくとも一つを調節する工程をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1026]
第一の液体を導入する工程が血液を導入する工程を含む、本発明1022の方法。
[本発明1027]
患者から血液を抜き出す工程および濾過済み血液を該患者に戻す工程をさらに含む、本発明1026の方法。
[本発明1028]
一つまたは複数の第一の流路がその壁に抗凝血コーティングを含む、本発明1022の方法。
以下、透析システム内で血液中の溶質の対流輸送を増大させるための装置に関する様々な概念およびその装置の態様をより詳細に説明する。先に紹介し、以下さらに詳細に説明する様々な概念は、任意の特定の具現化方法に限定されないため、数多くの方法の任意のものによって具現化され得る。具体的な態様および適用の例は、主として例示目的のために提供される。
Claims (18)
- それぞれが約50ミクロン~約500ミクロンの範囲の高さ、約50ミクロン~約900ミクロンの範囲の幅および約3センチメートル~約20センチメートルの範囲の長さを有する、第一の基材層中に画定された少なくとも二つの第一の流路を有する、流路のネットワークと、
第二の基材層中に画定された少なくとも二つの第二の流路であって、該少なくとも二つの第二の流路の長さに沿って、該少なくとも二つの第二の流路のそれぞれが、該少なくとも二つの第一の流路のうちの一つまたは複数に対して補完的であり、かつ流体連絡しており、それぞれの第二の流路が、第二の基材層中に画定された、または第二の基材層に結合された少なくとも一つの加圧機構を含み、該少なくとも一つの加圧機構が、該第二の流路の、該加圧機構よりも上流の部分において高い圧力を生じさせ、かつ該第二の流路の、該加圧機構よりも下流の部分において低い圧力を生じさせるように構成されている、少なくとも二つの第二の流路と、
該少なくとも二つの第一の流路を該少なくとも二つの第二の流路から分離する、第一の基材層および第二の基材層に結合された濾過膜と
を含み、流体が該第一および第二の流路に通して流されるとき、該少なくとも二つの第二の流路の長さに沿って非線形圧力プロファイルが存在し、かつ該少なくとも二つの第一の流路を補完的な第二の流路から分離する該膜をはさんで圧力勾配が存在するように、それぞれの第二の流路の入口と、補完的な第一の流路の出口とが、該濾過膜をはさんで隣接している、
マイクロ流体装置であって、
該少なくとも二つの第一の流路のそれぞれが第二の加圧機構を含み、該第二の加圧機構が、該第一の流路の、該第二の加圧機構よりも上流の部分において高い圧力を生じさせ、かつ該第一の流路の、該第二の加圧機構よりも下流の部分において低い圧力を生じさせるように構成されている、
該マイクロ流体装置。 - 少なくとも二つの第二の流路の長さに沿った非線形圧力プロファイルが、実質的に階段関数である、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 加圧機構が、少なくとも二つの第二の流路中の流体流量を制限するように構成された部分的な壁を含み、該少なくとも二つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも二つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 加圧機構が、流路の一部分の断面積を減らすように先細りしている少なくとも二つの第二の流路の区分を含み、該少なくとも二つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも二つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 加圧機構が、曲がりくねった経路に沿って流体を送るように構成された少なくとも二つの第二の流路の区分を含み、該少なくとも二つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも二つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 加圧機構が、少なくとも二つの第二の流路に挿入された多孔性プラグ、第二の膜、およびゲルの少なくとも一つを含み、該少なくとも二つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも二つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 加圧機構が、少なくとも二つの第二の流路に結合されかつ該少なくとも二つの第二の流路中の流体の流量を制御するように構成された絞り装置を含み、それにより、該少なくとも二つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも二つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 絞り装置が弁を含む、請求項7記載のマイクロ流体装置。
- 少なくとも二つの第二の流路が可撓性材料から形成され、加圧機構が、断面積を減らすように圧縮することができる該少なくとも二つの第二の流路の部分を含み、それにより、該少なくとも二つの第二の流路の上流部分において高い圧力を生じさせ、かつ該少なくとも二つの第二の流路の下流部分において低い圧力を生じさせる、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 加圧機構が、少なくとも二つの第二の流路中に所望の圧力プロファイルを提供するように構成可能である、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 少なくとも二つの第一の流路および少なくとも二つの第二の流路中の流量および流体圧の少なくとも一つを測定するための流量センサおよび圧力センサの少なくとも一つをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 測定された流量または流体圧に応答して加圧機構を制御するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項11記載のマイクロ流体装置。
- 少なくとも二つの第二の流路中に約200mmHg~約2000mmHgの範囲の最大圧力差を維持するように構成されている、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 膜が約5μm~約300μmの範囲の厚さを有する、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 膜の孔径が、約60kDa以下の分子量の粒子のクリアランスを可能にするように選択される、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 少なくとも二つの第一の流路の内面に抗凝血コーティングをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 少なくとも二つの第一の流路が、血液が該少なくとも二つの第一の流路に通して運ばれるとき、約200逆数秒~約2000逆数秒の範囲の壁剪断速度を維持するように構成されている、請求項1記載のマイクロ流体装置。
- 少なくとも二つの第一の流路および少なくとも二つの第二の流路が、流体を反対方向に流すように構成されている、請求項1記載のマイクロ流体装置。
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