[发明专利]采用萃取流体排出流过滤的微流无膜交换系统和方法

说明书

优先权资料和引用参考

[0001]本申请要求在2006年5月22日提出申请的美国临时申请No.60/802,471的优先权。上述申请被整体以引用方式并入本申请，如同在本申请中完全介绍过一样。

技术领域

[0002]本发明总体上涉及流体之间的成分交换。更特别地，本发明涉及通过微流无膜交换(microfluidic membraneless exchange)而选择性地分离样品流体(例如血液)的成分。

背景技术

[0003]已知血液的体外处理具有各种用途。例如，这种处理可以被用于提供疾病的治疗。例如，为了治疗终末期肾病，血液透析是为实现此目的进行体外处理的最普遍使用的形式。血液充分的萃取可以被用于去除其它成分例如自由的病毒颗粒以进行治疗和，在充血性心力衰竭的治疗中，用以去除电解液的水和非选择性群。体外处理的另外的用途包括在治疗疾病的环境中或在研究和/或诊断中很有用的萃取血液充分。血浆去除术(也就是血浆取出术)和血小板单采术或血小板去除术是为实现此目的的最普遍使用的程序。虽然本发明主要介绍了血液处理和与其有关的问题，但所介绍的很多方法也可以被用于处理其它流体。

[0004]试图从血液中分离成分的很多不同的体外血液处理技术已经被开发了。将要被分离出的成分根据过程目的的不同而不同。应了解，如此处所使用的，血或血液是指具有血液成分(成分血)的流体。我们希望从血液中萃取成分，例如代谢产物或毒物。这些代谢产物可以是很小的分子或较大分子量的毒素，通常被称为“中分子”。

[0005]最普遍的过程利用具有相当大面积的人工膜，跨过该人工膜，所选择的血液成分被引导进行流动。通常地，这个流动被或者浓度或者压力或这两个的组合中的跨膜差异所引导。血液处理的另一形式要求通过使血液经过吸附颗粒上方以从血液中分离成分。在血液处理的另一形式中，血液被直接与不混溶液体(例如碳氟化合物液体)接触，希望的结果就是去除溶解的二氧化碳和供应氧。但是，使用不混溶液体的血液处理技术的有效性被限制了，因为这些不混溶液体通常具有有限的接收希望萃取的血液成分的能力。

[0006]用于血液处理的治疗性用途的一个常见实例是用于减轻伴随终末期肾病的成分类别和体积的不平衡。在美国用这种方式(例如通过血液透析)进行治疗的患者人数超过了300,000并在继续增加，同时每年的基本治疗费用，不包括并发症的费用，就超过了80亿美元。而且，这些患者中占压倒性的多数(约90％)在透析中心接受治疗，通常一周三次。虽然程序已经被且在继续被改进，但最常用的疗法的基本组成和方法，血液透析，大部分是在19世纪70年代制定的。典型的血液透析装置由一捆几千根可渗透的中空纤维组成，每个长约25cm，内经约200μm。这些纤维通过透析溶液被从外面注满。本装置主要在扩散模式下被操作，但跨膜压力也被用于引导水的对流流出。每周超过120升的患者血液对每周超过200升的透析溶液进行透析，通常每周治疗三次，每周整整七至九小时。这些数字稍微不同，且虽然竞争性的技术也存在，但刚刚介绍过的基本方法是占支配地位的。

[0007]尽管使用上述各种形式的血液处理具有很多治疗(例如血液透析)的益处，但得到的生命延长却被疗法用于治疗的疾病的进展性和复杂性和被疗法自身固有的各种问题变得复杂化。几乎没有透析的患者曾经完全康复的。对于血液处理来说，血液与人工膜的表面、吸附剂或不混溶流体的接触引起的问题出现了，如上面所介绍的。这种接触通常在进行处理的血液中引起生化反应，包括应引起血液凝块的反应、补体系统的激活，和血蛋白和细胞的不可逆聚合。

[0008]与已知的血液处理技术有关的另一问题是血液与人工膜或吸附剂的接触可能导致血液-介质界面被污染。通常已知血液净化程序(例如与终末期肾病有关的那些)最好以保持健康平衡状态的方式被进行。实际上，已经公认治疗应该以受限的速度和尽可能几乎持续的方式被执行，以避免血液成分中迅速变化的结果，例如疲惫和口渴。但是，由血液与人工材料接触引起的污染限制了具有这种材料的装置可以被有用地使用的时间。

[0009]由人工表面引起的血液凝固导致的污染可以用抗血凝剂减轻，但会使不卧床的病人处于无法接受的危险中。因此，便携式血液处理装置变得不切实际，并且通常患者被迫忍受如上所述的阵发性透析程序形式。如果维持性不卧床处理替代阵发时透析，那就需要解决这些问题。