用于增加微流體裝置中不期望的顆粒的對(duì)流清除的系統(tǒng)和方法制造方法及圖紙

提供了用于增加來(lái)自流體的顆粒的對(duì)流清除的微流體裝置。在一些實(shí)施方式中，本文描述的微流體裝置包括多個(gè)層，其各自限定輸注物通道、血液通道和濾液通道。每個(gè)通道具有壓力分布。該裝置還可以包括一個(gè)或多個(gè)壓力控制特征。壓力控制特征沿著裝置的長(zhǎng)度控制壓力分布之間的差異。例如，壓力控制特征可以控制濾液通道的壓力分布和血液通道的壓力分布之間的差異。在一些實(shí)施方式中，壓力控制特征控制兩個(gè)通道之間的壓力差，使得該壓力差沿著通道的長(zhǎng)度的變化小于通道入口處的通道之間的壓力差的50％。

System and method for increasing convective clearance of undesired particles in a microfluidic device

A microfluidic device is provided for increasing convective removal of particles from a fluid. In some embodiments, the microfluidic device described herein comprises a plurality of layers defining respective infusion channels, blood passages, and filtrate passages. Each channel has a pressure distribution. The device may also include one or more pressure control features. The pressure control feature controls the difference in pressure distribution along the length of the device. For example, pressure control characteristics can control the difference between the pressure distribution in the filtrate channel and the pressure distribution in the blood channel. In some embodiments, the pressure control characteristic controls the pressure difference between the two channels so that the difference in pressure along the length of the channel is less than 50% of the pressure difference between the passages at the entrance of the channel.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】用于增加微流體裝置中不期望的顆粒的對(duì)流清除的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2014年8月21日提交的標(biāo)題為“用于增加微流體裝置中不期望的顆粒的對(duì)流清除的系統(tǒng)和方法(SYSTEMSANDMETHODSFORINCREASINGCONVECTIVECLEARANCEOFUNDESIREDPARTICLESINAMICROFLUIDICDEVICE)”的第62/040,131號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。背景透析裝置包括被可滲透膜隔開(kāi)的一系列流體通道。通過(guò)裝置中的跨膜壓力確定溶質(zhì)從裝置中的血液中的對(duì)流清除。通常，相鄰?fù)ǖ乐械牧黧w沿相反方向流動(dòng)，并且這些通道沿其長(zhǎng)度具有非線(xiàn)性流體-紅細(xì)胞體積分布。增加對(duì)流清除需要減少攜帶血液的通道中的流體-紅細(xì)胞體積，這可導(dǎo)致通道中不安全的血細(xì)胞比容水平。因此，期望增加緊湊的透析裝置內(nèi)對(duì)流清除的量，同時(shí)在整個(gè)血液通道中保持安全的血細(xì)胞比容水平。公開(kāi)內(nèi)容概述本公開(kāi)內(nèi)容的多個(gè)方面和多個(gè)實(shí)施方式涉及用于增加透析系統(tǒng)內(nèi)的血液中溶質(zhì)的對(duì)流傳輸?shù)难b置。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)方面，微流體裝置包括限定具有入口和出口的輸注物通道的第一層。輸注物通道具有第一壓力分布。該裝置還包括限定血液通道的第二層，所述血液通道與輸注物通道互補(bǔ)并且與輸注物通道流體連通。血液通道具有第二壓力分布。該裝置還包括將輸注物通道和血液通道隔開(kāi)的通道間流動(dòng)屏障，允許流入輸注物通道的入口的部分流體流過(guò)通道間流動(dòng)屏障并進(jìn)入血液通道。該裝置還包括限定與血液通道互補(bǔ)并與血液通道流體連通的濾液通道的第三層。濾液通道具有第三壓力分布。該裝置還包括壓力控制特征，以沿著濾液通道和血液通道的長(zhǎng)度控制第二壓力分布和第三壓力分布之間的差異。控制所述差異，使得血液通道和濾液通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和濾液通道的上游端處血液通道和濾液通道之間的壓力差的50％。在一些實(shí)施方式中，所述裝置包括第二壓力控制特征，以沿著輸注物通道和血液通道的長(zhǎng)度控制第一壓力分布和第二壓力分布之間的差異，使得血液通道和輸注物通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和輸注物通道的上游端處血液通道和輸注物通道之間的壓力差的50％。在一些實(shí)施方式中，所述通道間流動(dòng)屏障包括無(wú)孔材料，并且壓力控制特征包括分布在整個(gè)橫跨通道間流動(dòng)屏障的面而分布的無(wú)孔材料中的多個(gè)孔。所述多個(gè)孔的直徑為約1μm至約300μm。所述多個(gè)孔的間距為約1cm至約10cm。在一些實(shí)施方式中，壓力控制特征包括基本上填充濾液通道的流體流動(dòng)限制材料。流體流動(dòng)限制材料的限制性沿著濾液通道的長(zhǎng)度變化。在一些實(shí)施方式中，壓力控制特征包括沿著濾液通道的長(zhǎng)度的濾液通道的高度和寬度中的至少一個(gè)逐漸減小。在一些實(shí)施方式中，第一壓力分布、第二壓力分布和第三壓力分布是線(xiàn)性的。在其他實(shí)施方式中，第一壓力分布和第三壓力分布包括階梯函數(shù)。在某些實(shí)施方式中，通道間流動(dòng)屏障包括具有多個(gè)密封的無(wú)孔部分的可滲透膜。將通道內(nèi)流動(dòng)屏障連接到通道間流動(dòng)屏障的多個(gè)密封的無(wú)孔部分中的每一個(gè)。通道內(nèi)流動(dòng)屏障限定輸注物通道內(nèi)的各自區(qū)域的端部。輸注物通道的每個(gè)各自區(qū)域包括入口。在一些實(shí)施方式中，該裝置包括多個(gè)輸注泵，每個(gè)輸注泵連接到各自的區(qū)域入口。在一些實(shí)施方式中，所述裝置包括橫跨第一層的多個(gè)輸注物通道、橫跨第二層的多個(gè)血液通道和橫跨第三層的多個(gè)濾液通道。血液通道的高度范圍為約50μm至約500μm，寬度范圍為約50μm至約900μm，以及長(zhǎng)度范圍為約3cm至約20cm或約20cm至約30cm。血液通道、輸注物通道和濾液通道可以彼此平行和重疊。在一些實(shí)施方式中，通道間流動(dòng)屏障是過(guò)濾膜。在一些實(shí)施方式中，壓力控制特征包括連接濾液通道的入口和出口的再循環(huán)泵，從而形成濾液流體回路。再循環(huán)泵被配置成控制通過(guò)濾液通道的濾液流速。在一些實(shí)施方式中，壓力控制特征還包括配置成從濾液流體回路或輸注物回路中抽出濾液的泵。在一些實(shí)施方式中，該裝置還包括連接輸注物通道的入口和出口的第二再循環(huán)泵，從而形成輸注物流體回路。第二再循環(huán)泵被配置成控制通過(guò)輸注物通道的輸注物流速，并且作為第二壓力控制特征。在一些實(shí)施方式中，血液通道和輸注物通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和輸注物通道的上游端處血液通道和輸注物通道之間的壓力差的30％、15％或5％。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一方面，一種方法包括將第一流體引入限定在第一層中的輸注物通道的第一入口。輸注物通道具有第一壓力分布和出口。所述方法還包括將血液引入血液通道的第二入口，所述血液通道與輸注物通道互補(bǔ)并且與輸注物通道流體連通。血液通道具有第二壓力分布并且被限定在第二層中。該方法還包括將濾液引入與血液通道互補(bǔ)并與血液通道流體連通的濾液通道的第三入口。濾液通道被限定在第三層中并且具有第三壓力分布。該方法還包括用壓力控制特征沿著濾液通道和血液通道的長(zhǎng)度維持第二壓力分布和第三壓力分布之間的差異，使得血液通道和濾液通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和濾液通道的上游端處血液通道和濾液通道之間的壓力差的50％。在一些實(shí)施方式中，該方法包括使至少部分濾液流過(guò)壓力控制特征。在一些實(shí)施方式中，該方法還包括使至少部分第一流體流過(guò)第二壓力控制特征，以沿著輸注物通道和血液通道的長(zhǎng)度控制第一壓力分布和第二壓力分布之間的差異。控制所述差異，使得第一壓力分布和第二壓力分布之間的壓力差的變化小于在血液通道和輸注物通道的上游端處血液通道和輸注物通道之間的壓力差的50％。在一些實(shí)施方式中，該方法包括使第一流體的該部分流過(guò)橫跨通道間流動(dòng)屏障的面而分布的多個(gè)孔。在一些實(shí)施方式中，通道間流動(dòng)屏障包括無(wú)孔材料，并且壓力控制特征包括在整個(gè)橫跨通道間流動(dòng)屏障的面而分布的無(wú)孔材料中的多個(gè)孔。多個(gè)孔的直徑為約1μm至約300μm。多個(gè)孔的間距為約1cm至約10cm。在一些實(shí)施方式中，該方法包括用壓力控制特征，通過(guò)使濾液的至少部分流過(guò)基本上填充濾液通道的流體流動(dòng)限制材料，沿濾液通道和血液通道的長(zhǎng)度維持第二壓力分布和第三壓力分布之間的差異。流體流動(dòng)限制材料的限制性沿著濾液通道的長(zhǎng)度而變化。在一些實(shí)施方式中，該方法包括用壓力控制特征，通過(guò)使濾液的至少部分沿濾液通道的長(zhǎng)度流過(guò)濾液通道的逐漸變小的橫截面積，沿濾液通道和血液通道的長(zhǎng)度維持第二壓力分布和第三壓力分布之間的差異。在一些實(shí)施方式中，第一壓力分布、第二壓力分布和第三壓力分布是線(xiàn)性的。在其他實(shí)施方式中，第一壓力分布、第二壓力分布和第三壓力分布包括階梯函數(shù)。在一些實(shí)施方式中，該方法包括驅(qū)使第一流體的至少部分通過(guò)第一通道間流動(dòng)屏障并且驅(qū)使至少部分血液通過(guò)第二通道間流動(dòng)屏障。第一和第二通道間流動(dòng)屏障是壓力控制特征的部分，并且各自可以包括具有多個(gè)密封的無(wú)孔部分的可滲透膜。壓力控制特征可以包括連接到通道間流動(dòng)屏障的多個(gè)密封的無(wú)孔部分中的每一個(gè)的通道內(nèi)流動(dòng)屏障。通道內(nèi)流動(dòng)屏障限定輸注物通道內(nèi)的各自區(qū)域的端部，并且輸注物通道的每個(gè)各自區(qū)域包括入口。在一些實(shí)施方式中，血液通道的高度范圍為約50μm至約500μm，寬度范圍為約50μm至約900μm，以及長(zhǎng)度范圍為約3cm至約20cm或約20cm至約30cm。在一些實(shí)施方式中，血液通道、輸注物通道和濾液通道平行和重疊。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一方面，微流體裝置包括限定輸注物通道的第本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種微流體裝置，包括：第一層，其限定具有入口和出口的輸注物通道，所述輸注物通道具有第一壓力分布；第二層，其限定與輸注物通道互補(bǔ)且與輸注物通道流體連通的血液通道，所述血液通道具有第二壓力分布；通道間流動(dòng)屏障，所述通道間流動(dòng)屏障將輸注物通道和血液通道隔開(kāi)，允許流入輸注物通道的入口的流體的部分流過(guò)通道間流動(dòng)屏障并進(jìn)入血液通道；第三層，所述第三層限定與血液通道互補(bǔ)且與血液通道流體連通的濾液通道，所述濾液通道具有第三壓力分布；和壓力控制特征，所述壓力控制特征用以沿著濾液通道和血液通道的長(zhǎng)度控制第二壓力分布和第三壓力分布之間的差異，使得血液通道和濾液通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和濾液通道的上游端處血液通道和濾液通道之間的壓力差的50％。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2014.08.21 US 62/0401311.一種微流體裝置，包括：第一層，其限定具有入口和出口的輸注物通道，所述輸注物通道具有第一壓力分布；第二層，其限定與輸注物通道互補(bǔ)且與輸注物通道流體連通的血液通道，所述血液通道具有第二壓力分布；通道間流動(dòng)屏障，所述通道間流動(dòng)屏障將輸注物通道和血液通道隔開(kāi)，允許流入輸注物通道的入口的流體的部分流過(guò)通道間流動(dòng)屏障并進(jìn)入血液通道；第三層，所述第三層限定與血液通道互補(bǔ)且與血液通道流體連通的濾液通道，所述濾液通道具有第三壓力分布；和壓力控制特征，所述壓力控制特征用以沿著濾液通道和血液通道的長(zhǎng)度控制第二壓力分布和第三壓力分布之間的差異，使得血液通道和濾液通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和濾液通道的上游端處血液通道和濾液通道之間的壓力差的50％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括第二壓力控制特征，所述第二壓力控制特征用以沿著輸注物通道和血液通道的長(zhǎng)度控制第一壓力分布和第二壓力分布之間的差異，使得血液通道和輸注物通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和輸注物通道的上游端處血液通道和輸注物通道之間的壓力差的50％。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述第二壓力控制特征與所述第一壓力控制特征互補(bǔ)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述通道間流動(dòng)屏障包括無(wú)孔材料，并且所述壓力控制特征包括在整個(gè)橫跨通道間流動(dòng)屏障的面而分布的無(wú)孔材料中的多個(gè)孔。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述多個(gè)孔的直徑為約50μm至約300μm。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述多個(gè)孔的間距為約2cm至約10cm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述壓力控制特征包括基本上填充濾液通道的流體流動(dòng)限制材料，其中所述流體流動(dòng)限制材料的限制性沿著所述濾液通道的長(zhǎng)度變化。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述壓力控制特征包括沿著所述濾液通道長(zhǎng)度的濾液通道的橫截面積的逐漸縮小。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一壓力分布、第二壓力分布和第三壓力分布是基本線(xiàn)性的。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一壓力分布和第三壓力分布包括階梯函數(shù)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通道間流動(dòng)屏障包括具有多個(gè)密封的無(wú)孔部分的可滲透膜。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述壓力控制特征包括連接到所述通道間流動(dòng)屏障的多個(gè)密封的無(wú)孔部分中的每一個(gè)無(wú)孔部分的通道內(nèi)流動(dòng)屏障。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述通道內(nèi)流動(dòng)屏障限定輸注物通道內(nèi)的各自區(qū)域的端部，并且所述輸注物通道的每個(gè)各自區(qū)域包括各自的入口。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，還包括多個(gè)輸注泵，每個(gè)輸注泵連接到各自的區(qū)域入口。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括橫跨所述第一層的多個(gè)輸注物通道、橫跨所述第二層的多個(gè)血液通道和橫跨所述第三層的多個(gè)濾液通道。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通道間流動(dòng)屏障是過(guò)濾膜。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，還包括將血液通道和濾液通道隔開(kāi)的第二過(guò)濾膜。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述血液通道的高度范圍為約50μm至約500μm，寬度范圍為約50μm至約900μm，且長(zhǎng)度范圍為約3cm至約20cm。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述血液通道、輸注物通道和濾液通道平行。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述血液通道的長(zhǎng)度范圍為約20cm至約30cm。21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述壓力控制特征包括連接所述濾液通道的入口和出口的再循環(huán)泵，從而形成濾液流體回路，其中所述再循環(huán)泵被配置為控制通過(guò)濾液通道的濾液流速。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述壓力控制特征還包括配置成將濾液從所述濾液流體回路中抽出的泵。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，還包括第二再循環(huán)泵，所述第二再循環(huán)泵連接所述輸注物通道的入口和出口，從而形成輸注物流體回路，所述第二再循環(huán)泵被配置為控制通過(guò)所述輸注物通道的輸注物流速，并且所述第二再循環(huán)泵用作第二壓力控制特征。24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，血液通道和輸注物通道之間的壓力差的變化小于在血液通道和輸注物通道的上游端處血液通道和輸注物通道之間的壓力差的30％。25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：約瑟夫·L·查萊斯特，M·諾希爾，C·迪比亞斯歐，杰弗里·T·伯恩斯坦，M·勞倫茲，J·威爾遜，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：查爾斯斯塔克布料實(shí)驗(yàn)室公司，強(qiáng)生創(chuàng)新有限責(zé)任公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó),US