CN102262007A - 间隔化场流分级 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离包含在液体样品等份试样中的粒子的场流分级器。如所要求的，所述分级器可为随后的移除用于捕获特定的预先确定的该粒子类型。基于交叉流或非对称流场流分级器，公开的分级器包括改变沿其分离通道的长度方向在多个位置施加的横流的方法。多个独立的隔间，其每个都位于不同的和对应的膜支撑可渗透玻璃体部段的下面。与中空纤维分级器结合后，相应的同心隔间实施达到同种类型的间隔化交叉流。

Description

间隔化场流分级

相关申请和专利

以下专利和申请涉及分离的分子和小粒子的类似表征：

美国专利6,774,994，P.J.Wyatt和M.Weida“Method and apparatusfor determining absolute number densities of particles in suspension”，2004年8月10日。

P.J.Wyatt，M.H.Chen和D.N.Villalpando的“Method andapparatus for optimizing the separation of small particles using AsymmetricFlow Field Flow Fractionation”，其序列号为12/157367，2008年6月9日申请。

背景技术

贯穿本说明书，术语“粒子”(“particle”)涉及液体样品等份试样的组分，其可为各种类型和大小的分子、纳米粒子、类病毒粒子、脂质体、乳状液、细菌、胶体等等。其尺寸范围可在1nm至几千微米之间。

J.C.Giddings在二十世纪六十年代初开始大规模研究和开发用场流分级器/分离器(FFF)在溶液中分离粒子。这些技术的基础在于限定在通道中的样品和在与流向垂直的方向施加的外加场的交互作用。在那些技术中，目前感兴趣的技术是交叉流FFF，常称为对称流或SFlFFF，其中通过引入在通道内垂直于样品运载液的二次流实现外加场。该技术有几种变化，包括非对称流FFF或A4F，以及中空纤维或H4F流分离。

其它FFF技术包括沉淀FFF，SdFFF，其中垂直于通道流的方向施加重力的/离心的交叉力；电FFF，EFFF，其中垂直于通道流的方向施加电场；以及热FFF，ThFFF，其中横向施加温度梯度。因为具体FFF技术的应用是通过相应装置实现的，所以所述应用在此将涉及“场流分级器”的类型。

所有这些场流分级器共同的是液体或流动相，样品等份试样注射入其中，样品分离为组分是通过交叉场的应用实现的。在样品等份试样流下通道期间，许多场流分级器允许控制和改变通道流的速度和施加的交叉场的强度。这些场流分级器也共同的是只有交叉场和通道流速度可被改变，并且仅仅是在分离发生的整个区域。虽然这种设计能够对品种繁多的粒子类别产生有效的分离，不过其仍具有相关局限性。

该局限性的例子涉及借助于对称流交叉流分级器的粒子分离。在沿通道下移时，因为样品等份试样开始经历非空间(non-steric)分离，所以较小的粒子领先较大的粒子。通过增大交叉流速度，所有种类的分离继续，而较大的级分开始更远地落后于较小尺寸的级分。利用足够的交叉流，那些较大级分可显著地慢下来，而较小的颗粒已经完成了其在通道内的横越，从而产生了它们的相关分离。到现在，较小级分虽然已分离但被显著地稀释，所以其局部峰值变宽，并且其相关浓缩减小。离开通道以后，利用各种探测装置的后续分析可能不能探测到这种相对很低浓度的级分。当被保留的较大粒子没有具有足够的时间来完成其在通道中的行程和在其中的分离时，较小的粒子可能早已离开通道并因此不再受到继续其分离所需的交叉力(cross forces)。实际上，基本较大的粒子(也就是说500至1000nm范围内的粒子)的分离，比分离5至10nm范围内的粒子要求相当不同的通道和交叉流速。在样品等份试样通过选择的通道期间，超过非常大尺寸范围的样品分离需要在设计相对的通道和交叉流速时有相当的灵活性。一个组尺寸的理想分离不确保另一组尺寸具有一样或甚至相当的分馏。

该FFF分离的一个始终存在的问题在于这些技术过去不能改变在通道内的局部流动情况。迄今为止，不考虑FFF方法，分馏过程的控制一直关注整个通道。本发明的方法和在此描述的场流分级器的主要目的是允许对施加的流和力的局部控制。通过这些装置，贯穿分馏通道的长度可以在特定局部区域控制流和力。

虽然呈现的该新分馏方法的大部分描述都在基于交叉流的分离的情况下，本领域技术人员应明白，公开的方法将同样适用于其它场流分级器。这种场流分级器的最重要的一类，按照另外参考的大量科学著作，涉及非对称流场流分级，或A4F，Karl-Gustav Wahlund发明。该技术的简要回顾稍后提供。

A4F分级器被认为是较早开发的对称流场分级器的一种变化，SFlFFF。在这种较早的装置中，交叉流由单独泵提供给通道。因而，每个流体都由单独泵产生从而提供对称交叉流。对于A4F，另一方面，通过相对于输入流限制通道离开流来建立有效交叉流。两个流之间的差异成为有效交叉流。因为A4F分级器利用单个泵产生传统SFlFFF装置的两个基本流场，所以对称交叉流FFF的很多最终特征(resultscharacteristic)也被假定对A4F有效。例如其中之一是所谓的分级动力F，其与交叉流f_x乘以交叉流与通道流f_c的比值的平方根成比例，即

因为对称分级器的交叉流的来源与通道流无关，所以两者都可被改变并可在通道长度上恒定。对于A4F装置，另一方面，通道流通常沿通道的长度变化，并且恰在样品离开通道前达到最小值。

为了补偿在通道流中的这种减小和提供每单位面积的相关恒定交叉流，已使用多种技术。这包括通过改变流动相输入流速以及改变交叉流的阻抗来设计交叉流。为了在接近出口处保留较多的通道流，已尝试多种通道形状，包括梯形和指数形(exponential)。渐缩通道(沿其长度减小其宽度)允许每单位面积的通道流充分增加从而补偿减小以提供相应交叉流。

尽管其表面简单，但是A4F分级器有其它困难。首先，对于SFlFFF和A4F两者来说有共同的问题：定义通道的四个表面的材料不同，并且其中之一可偏离该理论的期望层流模式。实际上，富集壁的玻璃体支撑的膜(frit-supported membrane)柔软并且多孔(porous)，其与例示的沉淀场流分级器或SdFFF非常不同，其中所有的壁体，通常是不锈钢管的侧面，平滑并且为同一种材料。被该表面约束的层流产生期望的抛物线流分布，且切向流在壁体达到零。然而对于SFlFFF和A4F流这两者来说，不容易弄明白其在膜边界的情况。

本发明的主要目的是参考A4F分级器及其相关方法和应用而建立一种新型的分离能力，其利用不同类型的玻璃体支撑结构以及相关交叉流调整器组而具有更大的多功能性。本发明的玻璃体结构(frit structure)将允许每单位膜面积的交叉流在通道的不同区域是可变的。因为这种可变性，达到本发明的另一目的：进行分级的样品的较大粒子成分的选择性过滤。本发明的另一个目的是锐化通道中较早分辨/分离出的变宽种类峰值。

新发明的基于A4F分级器的所有目的是适用于多数类型的FFF技术，其可被改进从而允许沿相关通道对离散区域处的交叉场的外部控制。这包括对称交叉流分级器，中空纤维分级器，以及某种程度上，电场流分级器(electrical field flow fractionator)。

本发明的方法的进一步目的是捕获和鉴别离群粒子群的增强能力。其又可用于提纯某几种溶液(所述溶液可被某一不需要的并且有潜在危险的粒子污染)种类的适当情况，从而将其还原至需要的原状。

发明内容

描述建立在SFlFFF和A4F原理的基础结构上的一种新型场流分级器，其中，膜支撑玻璃体(membrane supporting frit)由不同的区域/隔间构成，其横于(transverse)通道流的方向且具有穿过其中的可设计的相应不同的交叉流。这种分段式(segmented)结构允许实现基于分离的新的分级类别。例如，下面的利用传统A4F仪器的样品分级，与被分离级分关联的峰值因此虽然被分辨但仍然被稀释并相对于注射进的未分级样品等份试样的峰值宽度而变宽。利用本发明装置，分散的峰值可被再集中并沿通道在不同区域被锐化。

该新装置，在下文中被称为间隔化场流分级，或CFFF，可应用于捕获和/或保留离群粒子(outliers)。一旦被捕获，这些粒子可被保留，以用于随后的分析或被从溶液中完全移除。后一应用可用于将被潜在的免疫原性粒子污染的医药品恢复至其以前的原始状态。对于该应用，通道的早期区域被设计成提供充足的交叉流，从而相当程度地保留或延迟超过特定尺寸阈值的粒子，而由较小粒子组成的级分更快通过A4F装置。较小粒子在通道出口出现以后，被延迟的粒子被释放，用于在其从通道内出现时的捕获或移除。

在样品传送通过通道期间，调节在通道的不同区域处的交叉流的能力允许相继施加选择性的粒子运动约束。因而，伴随的较小级分(fractions)可相对于较大样品组分(constituents)选择性地被加速，并因此被从其中分离。这样分离后，这种样品一旦到达随后的区域，可通过约束其局部通道运动被再集中。

多区域玻璃体结构，其每个区域都提供至其下面的特定隔间的可选交叉流，该多区域玻璃体结构能够进行此前在传统的A4F和SFlFFF结构中不能进行的多种分离。实际上，CFFF的能力如此宽泛，以至于用于其控制的器械和装置打开了对FFF过程本身的研究和应用的新展望。这种普通的玻璃体结构允许可在单个注射样品中出现的复杂粒子分布(distributions)的同时分离。

相应于分段式玻璃体区域，被支撑的膜自身可被分段从而为流过其的样品分级提供选择的渗透性，同时，级分可被转移直接穿过其中。

该方法可应用的装置和其它FFF类型如中空纤维FFF和电FFF也被提及。

附图说明

图1示出标准A4F通道的结构和关键元件。

图2示出通过多角度光散射光度计在A4F分级之后90度检测的降解BSA样品的传统分离的结果。

图3示出渐缩通道结构，其被用于保持每单位通道面积的恒定通道流。

图4示出基本A4F结构，其被改进从而提供本发明的间隔化结构。

图5示出图4中的两个关键元件，在隔间之间具有不同间隔。

图6示出图4中改进结构的前、后和俯视图，从而允许其如图1中的传统A4F单元来操作。

图7示出图6结构的等大剖面图和侧剖面图。

图8示出标准中空纤维场流分级器H4F通道的结构和关键元件。

图9示出中空纤维分级器的可能的隔间结构。

图10示出图2中的样品源于特殊设计交叉流组的聚集富集(aggregate rich)级分的预期再集中的例子。

具体实施方式

我们开始进行非对称流FFF通道的元件的回顾。如图1所示的A4F通道由以下元件以及将其保持在一起的装置组成：

1)底部组件结构1，其支持被密封O型环3环绕的液体可渗透玻璃体(liquid-permeable frit)2，

2)位于玻璃体2上的可渗透膜4，

3)厚度在约75μm至800μm的隔板5，在其中切出洞体6，以及

4)顶部组件结构7，其通常支持如

或玻璃材料的透明板8。对于有些实施而言该板不需要是透明的。

最终的三明治结构以螺栓13或其它装置被保持在一起。在隔板5中的大体蹄槽型或渐缩型的洞体6将用作通道，分离将在其中发生。顶部组件结构7常常包括三个孔(称为端口)，其穿透顶板8，且居中在通道上方，从而允许附件装配于其上。这些端口是：

1)流动相入口端口9，其位于通道开始处附近，并通过其泵入载液，即所谓的流动相，

2)样品端口10，其在入口端口下游，将要被分离的样品等份试样被引入其中进入通道，并在其下方聚集，以及

3)出口端口11，分级的等份试样在洞体的末端附近通过该出口端口11离开通道。

如在A4F优选实施例中使用的单个泵，在入口端口9提供流动相。该流动相是两种不同流体的来源：i)穿过玻璃体支撑膜产生横于注射试样的交叉流的流，以及ii)平行于膜并与分级试样一起穿过出口端口11离开通道的纵向流。因为出口管的小直径和通道下游探测器导致的背压(backpressure)，包含试样的通道流的阻抗一般比玻璃体支撑膜和穿过其的交叉流所产生的阻抗要大得多。该交叉流由针形阀或被装纳在遥控装置单元内的类似计算机接口装置所控制。穿过膜4并从其中流出穿过支撑玻璃体2的总流，由控制通过端口附件12的流出量的遥控阀来控制和调节。A4F装置类似于由Wyatt Technology公司制造的那些装置，也如在本说明书明确论述的那些装置，由ConSenxus股份有限公司和PostNovaAnalytics公司制造。这些都达到相同类型的分离。

因而如果在9处的流动相输入流假定为2ml/min，通过出流控制针形阀的流量被设计成提供0.5ml/min通过12处，则通过11处的总出流将为1.5ml/min。因而单个针形阀控制器调节流动相将其分裂为两组分：通过膜4并通过12流出的所谓的总交叉流，以及通过11的剩余出流。回顾通过11的出流受到源于其窄出口和下游的探测器的大阻抗/背压的影响。支撑玻璃体是非常多孔的并产生流过其的可忽略阻抗。

在分离之前，样品等份试样在试样注射端口10处被注射，并且由正常流动相流分裂出的部分所产生的反转流通过出口端口11引入。这两个相反的流体保持注射的样品等份试样保持在其注射端口10下方，从而在横于通常纵向通道流的小区域内将其聚集。这种“停流”(“stop-flow”)模式允许等份试样平衡。一旦达到平衡，则样品等份试样通过恢复通道流而被释放。如此当聚集的等份试样被通道流向前推动，而横向组分推动其向下向玻璃体支撑膜或习惯术语“富集壁”运动时，该聚集的等份试样将分级。

传统的A4F程序，早期开发的对称交叉流FFF，SFlFFF，并不应用停流技术及关注允许等份试样的平衡，而是提供样品从而被直接注射进流动相，并且在入口玻璃体处保留足够的时间，从而在释放到对称流分离通道之前允许弛豫。

一旦粒子已被A4F单元分离，其通常借助于对其响应的不同类的探测仪器来检查。这些仪器可包括光散射光度计、UV吸收计、示差折光率检测器、示差粘度计及其组合。这些装置可用于按照粒子的摩尔量、自身粘度、大小等等辨别被分离出的粒子/分子。

图2示出来自牛血清清蛋白BSA的作为时间函数的90°光散射信号，其是被A4F装置分级的样品。注意到该样品包括5个峰值(即14、15、16、17和18)以及其它未分辨(unresolved)的成分19。已分辨的峰值包括特定的所谓低聚体，其为各个单体的小的2-、3-、4-和5-聚合体。在14处的最大峰值相应于单体级分。药物产物(有些类似这种蛋白质例子)必须以聚合单体的量可忽略的方式产生。尽管该低聚体一般不影响生物治疗行为(biological’s therapeutic activity)，但其存在也应被最小化。可引起病人免疫反应的大的多的聚合体更加重要。如此，生物制品变得对病人危险而必须清除这种可能的影响。本发明的一个目的是显示这如何实现的。

注意图2中的洗脱(eluting)峰值宽度。例如，注意在约16min至18.7min范围即约2.7min总宽度上洗脱的单体峰值14。如果该峰值可被缩窄至假定对应大约1.0min的范围，且在过程中不影响该峰值相对于邻近低聚体峰值15、16、17和18的分离，则在缩减的0.5ml带中的浓缩大约以2.7/1.0＝2.7的比率增加。本发明的一个重要目的是当需要时达到该增加的浓度。我们应把通过这种窄化的峰值浓度增加的过程称为“再集中”。

或许超过观测到的最后的低聚体状态的更大聚合体成分的分离更重要。实际上，洗脱超过28min的影响应更具体地检查，因为其可能包括产生免疫性的更大的聚合体。本发明的另一个目的是为随后的收集和分析从而分离和浓缩这种影响。另外，如果人们知道该免疫性影响是存在的，则该产品不能销售并且一般被销毁。另一方面，如果这些污染物可被去除，则该产品会被认为是安全的并且其本身可销售。本发明的另外的目的是能够恢复这种受污染的药剂至原始、安全和可销售的状态。

传统A4F单元的通道流沿通道长度减小。这与SFlFFF系统非常不同，SFlFFF系统中单独的泵提供恒定交叉流和通道流。因而对于A4F系统，分级动力可沿着通道长度向下稍微增加。然而，为了保持每单位面积的通道流和交叉流的比率恒定，该通道常常是渐缩的。图3示出这种切入隔板5内的长度L、初始宽度2w₀、最终宽度2w_L的通道6。在任何位置x，通道宽度由w(x)＝2w₀(1-bx)得出，其中

因而，沿该渐缩通道的任何位置处的通道流速为

其中

c_cr为通过通道定义膜的总交叉流，f₀为输入流速，而A为通道从0至L的面积。通过渐缩该通道，超过被局部转向至交叉流的成分的通道流f以近似其每单位面积速度的比率w₀/w(x)增加，其中在距离x处的通道宽度是2w(x)。

因为A4F装置的通道流与交叉流的比率在整个通道的长度上改变，所以改变在通道的一个区域处的该比率的任何尝试都必然影响整个通道的该比率。实际上，A4F操作的特征是在样品分离和洗脱期间对这些流体的设计。直到本发明为止，更局部控制的可能性既不可能也未被考虑。

现在考虑图4中示出的优选实施例，其中玻璃体被分为N个分离区域20，R_i，i＝1，…，N。例如，图4中示出的前三个隔间(及其相应的玻璃体区域)可被单个更大隔间(及相应的更大玻璃体区域)取代。连续的隔间和玻璃体区域也可组合。在每个区域20下方都是相应的隔开的隔间21，通过其底部的是出口端口附件12。通过每个该出口端口附件12的流体被相应的可设计的针形阀装置V_i i＝1，…，N，控制，其调节通过其支撑玻璃体区域的流量。一一对应每个隔间/区域的多个可设计调整器位于外部控制单元内。与流量计调节器(flow meter regulation)组合的针形阀常常因该目的而被选择。因为通过每个区域的交叉流可被及时地分别设计，所以该发明的系统提供广阔范围的性能。较大的粒子，一旦与其较小组分分离，则可被保留在特定区域，而较小的粒子前进穿过通道。另一特征将涉及本发明的将已变宽和被稀释的已分离种类再集中的能力。重要的是认识到所述区域和其相关隔间可以具有不同大小，并且在有些情况下可以不横于流向。图5示出有不同隔间和玻璃体构造的例子。

重新参考图4，其中通过包括5个相等大小区域的通道示出了优选实施例，其中每个区域具有在其下方的相应隔间，借助于此该实施例可很快地被实现为恢复至其传统形式的装置。图6和图7提出每个隔间的基底可被如何改进从而包括在其基底处的排出孔22；每个这种排出孔都排空进入下方的公共隔间24。通过开启所有的这种排出孔且关闭控制通过单独端口附件12的出流的每个针形阀，公共单个隔间装备有单个端口附件12，其出流被控制单元中的单个调节器控制。该通道因此将可恢复至传统操作。假定机械装置通过桨形结构23示意性示出，其中这种排出孔可通过该机械装置同时打开，该匠形结构23可部分滑出因而开启所有排出孔22引导流体流进公共隔间24并通过相关出流端口附件12流出。这一原理可被进一步扩展从而允许间隔机械连接应用于每单位面积的交叉流需要相同的选择的隔间组。对于这些隔间，其调节器可关闭，而其排出阀通过单独的桨形体打开，该桨形体的特征类似多排出孔桨形结构23，从而允许排入被其单个端口附件12控制的公共隔间24内，在与单独隔间出流附件成直角的平面内的结构的左侧示出该单个端口附件12。

图6中的结构通过在图7a和图7b中示出的通过该间隔化结构截取的横截面更详细示出。每个隔间的出流端口附件12在图6a中示出。注意到图6a与图4中单元的基底非常类似，但是添加了用于公共隔间24的单个出流端口附件12。虽然可以通过移动桨形元件23并且停止所有通过其端口附件12的单独流来实现恢复至传统操作的恢复操作，不过对于多数试验需求，更容易的应是仅仅以传统交叉流单元取代隔间化结构。人们可能想能够通过重新配置如图6b和图6c示出的排出孔阻塞桨23来恢复通道的主要和最重要的原因应是更具体地检查特定通道的性能。该通道的物理结构，例如其尺寸和相关膜变化，如果有的话，可随使用而变化。因为以变化的速度通过特定隔间的流体可对膜的某局部区域产生影响，所以恢复该仪器至其传统操作模式将允许当其如此操作时也允许已发生的膜变化的快速检查。

虽然图4示出用五个隔间构造的本发明，不过如前面所述，应该认识到可发展出使用更多或甚至更少的类似或不同尺寸的隔间的类似系统。组合不同隔间组的装置容易实施。因而，在5-隔间装置中，可具有两套成组隔间，每套成组隔间都具有其调节针形阀。例如，在其出流端口附件12闭合并且开启其相应的排出孔至单个体积后，前三个和第五个隔间可被单个调节阀控制，同时第四个隔间可被控制其出流的单个阀控制。

为了进一步示出间隔化原理的通用应用，参考中空纤维FFF，H4F装置。图8示出多孔中空纤维分级器的结构和关键元件。刚性导管25围绕多孔圆柱纤维26，该多孔圆柱纤维26在入口附件27和出口端口附件29之间装配在刚性导管25内。流动相通过附件27引入，而样品通过注射端口附件28被注射入流动相。因为纤维是多孔的，所以其渗出物流进导管25内，并且之后借助于调节通过出口端口附件29的流体而流出，其中该出口端口附件29连接到控制单元。通过多孔纤维通道26的流体两部分组成：通过多孔纤维的横流以及纵向流。因而该纤维起到了A4F和SFlFFF分级器的膜/玻璃体结构的作用。

图9示出多孔中空纤维分级器H4F可如何被改进，从而允许类似A4F实施方式的间隔化。改进的刚性导管25的内部结构被分成围绕从中穿过的多孔纤维26的隔间21。该纤维在插入之前可被冷却成稍微收缩，从而在加热后抵靠每个隔间的侧壁产生紧配合。另外，其中的纵向流动液体导致的内部压力可以足够密封每个隔间。对于不能借助于变形来密封的其它类型的多孔中空纤维，圆形O型环可被插入到其每个之中。其它的实施方式可包括间隔化的导管，其被铰链为两个轴向部分，这两个轴向部分容易打开并具有适度密封每个隔间所要求的合适的封条和O型环。

图10示出本发明的技术如何用于检查图2中示出样品的较大聚合体19。假定该分离的目的是隔离和集中从最显著的低聚体状态出现的较大聚合体19。也假定只存在5个隔间。在t＝t₁时，图2样品中的大多数低聚体峰值已洗脱并离开分级器。此时的图表示出作为通道位置的函数的剩余种类浓度。注意五个隔间的位置被位于图底部的数字指示。当大多数样品被分级并且离开通道时，在最后的隔间中的交叉流显著增强，因而在最后两个隔间保留很多级分19。其它交叉流在贯穿分离过程中被保持，但入口流动相流已经被增加成容纳通过最后两个隔间的额外流体。到t＝t₂时，剩余样品开始慢下来并在后两个隔间之间被收集；到t＝t₃时，通过第四个隔间的交叉流停止，而剩余样品被保持在其被释放前不久的最后区域处。如此，未被分辨的聚合体级分19进一步从清晰且突出的低聚体组分中被分离。一旦被释放，该聚合体级分可被进行进一步分析和研究。

虽然在间隔化分级器中用于分离的膜被假定是化学成分均匀的，如具有单独玻璃体元件，不过这些组件也可由具有不同成分的材料构造。例如，A4F分级器的膜4及其间隔化变体，可由在区域间经熔接或其它方式连接的分段式部段构造而成。例如，一个部段可以是非多孔的从而防止影响穿过其中的样品的任何交叉流。其它膜部段可由具有不同多孔性的部段组成。支撑玻璃体也可具有不同成分从而扩大或限制通过其中的流体。考虑由一种高度多孔材料组成的玻璃体部段，其可渗透可不受限制地穿过其的大范围的分子/粒子尺寸。在使用相应的高度多孔的膜部段的情况下，在特定时间流经其上的任何样品，当其到达该多孔部段时，可通过在其上施加强交叉流而被整个驱动通过。在不同隔间的其它交叉流可因而被改进，从而通过该装置，分离样品的特殊级分可被从中收集和移除。

样品分隔化分级器的另一引人注意的应用将是，被设计成用于收集进行分离的样品的特别限定的级分。考虑到只有最后的隔间以如下方式被独立地操作，即其相应的膜部段几乎对于任何可能经过其的样品组分均是完全渗透的。对于大多数分离，交叉流被阻止穿过该部段。只有当特殊级分到达其时，交叉流暂时被激活并且该级分进入其伴随腔内。因为该分级器腔可具有非常小的容量，所以可需要其它容易开发的装置，从而在不明显稀释的情况下抽取这些被收集的样品。

前面的描述为了解释的目的，使用特殊的实施方式从而提供对本发明的彻底理解。然而，本领域技术人员应明白不需要特殊的细节从而实践本发明。因而，本发明特殊实施例的前面的描述为说明和描述的目的而提出。其并非详尽的或将本发明限制在公开的准确形式；明显地，在以上教导基础上可有很多更改和变化。选择性描述的特殊实施例为了最好地解释本发明的原理以及其一些实际应用，从而为了使本领域技术人员能够最好地利用本发明和适合特殊使用的考虑的具有各种更改的各种实施例。本发明的范围由权利要求和其等效物限定。

Claims (12)

1.一种包括通道包容装置的场流分级器，所述被包容的通道在所有侧面上均由表面界定，并具有：

A.提供并且调节从中经过的流动相的装置；

B.将样品等分试样引入至所述流动相中的装置；

C.用于沿所述通道在多个不同区域中的每一个区域处向所述流动相提供不同的每单位通道面积的横流且控制该横流的装置。

2.根据权利要求1所述的场流分级器，其中所述通道包容装置由如下特征构成：

A.基底板元件，其包括一组单独隔间，所述隔间从上方开口并制造成位于所述基底内部，所述开口都位于与所述基底板的所述基底相同的平面内；

B.可渗透分段式玻璃体元件，其位于在所述基底板内的所述隔间开口的顶部上，且每个所述玻璃体部段覆盖其下方的相应隔间；

C.可渗透膜，其覆盖所述分段式玻璃体结构；

D.分隔装置，其位于所述可渗透膜的顶部上，从所述分隔装置中切除一个部段，从而提供通道切除区域，所述切除区域在所有侧面上被所述分隔装置的剩余区域界定，所述切除区域跨过位于所述可渗透膜下方的所述分段式玻璃体；

E.顶板元件，其位于所述分隔装置的顶部上，从而密封从中切出的所述通道区域并且提供三个端口，所述三个端口适当地置于所述通道切除区域上方；从而相继地允许，

i.通过流动相的流体，

ii.所述样品等份试样的注射，

iii.被所述流动相流体推动通过所述通道切除区域的所述样品的出流；

F.密封装置，通过其引入所述通道切除区域的流体被限制成流过或横于所述密封装置通过所述可渗透膜和所述支撑玻璃体元件进入其下方的隔间。

3.根据权利要求2所述的场流分级器，其中，用于沿所述通道在多个不同区域中的每一个区域处向所述流动相提供不同的每单位通道面积的横流的装置包括：

A.出口端口，其在每个隔间的基底处，从而允许来自已通过所述可渗透膜和位于其上的相应玻璃体部段进入其中的流体的出流；

B.流体连接装置，其从每个所述出口端口至独立的流体流量控制装置，通过该流体流量控制装置可以控制从每个相应隔间的出流，因而允许当所述样品等份试样移动到所述相应隔间装置时对在所述样品等份试样上的相应横流的独立控制；如此在所述通道的每个分段式区域处都提供独立的交叉流场。

4.根据权利要求2所述的场流分级器的对称流实施方式，其中所述顶板元件由可渗透玻璃体构成，由流动相构成的二次流垂直于所述通道流被泵送通过该可渗透玻璃体；所述二次流提供所述分段式区域的所有交叉流需求的来源。

5.根据权利要求2所述的场流分级器的非对称流实施方式，其中所述顶板元件不可被流体渗透通过，所有受控的分段式区域所需的总交叉流来源是通过约束通道出流来提供的，以致通道入流和该通道出流之间的差等于所有分段式区域的总交叉流。

6.根据权利要求1所述的场流分级器的中空纤维流实施方式，其中在各侧面上被界定的所述通道包容装置包括中空可渗透纤维。

7.根据权利要求2所述的场流分级器，其中所述可渗透膜被分段为具有不同渗透性的区域。

8.根据权利要求6所述的场流分级器，其中所述中空纤维包括具有不同渗透性的不同段。

9.一种分离和处理粒子的方法，所述粒子被注射进流动相中具有变化大小和成分的液体携带的样品等份试样，所述方法包括以下步骤：

A.提供通道

1)包括端口，从而允许所述流动相的入流、所述样品等份试样的注射、以及当已在其上施加横向力后所述流动相携带的样品等份试样的出流

2)由多个区域构成，所述区域横于通过其中的所述流动相的纵向流，每个所述区域都拥有独立的装置从而横于所述承载样品的流动相来施加受控流场；

B.将所述样品等份试样注射至所述样品注射端口内来进入所述流动相；

C.设计所述流入流动相和施加于所述通道的每个所述区域的所述横向场从而提供对于所述粒子的优化分离和处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述通道由如下特征构成：

A.基底板元件，其包括一组单独隔间，所述隔间从上方开口并被制造成位于所述基底内部，所述开口都位于与所述基底板的基底平行的同一平面内；

B.可渗透分段式玻璃体元件，其位于在所述基底板内的所述隔间开口的顶部上，且其中所述玻璃体部段覆盖其下方的相应隔间；

C.可渗透膜，其覆盖所述分段式玻璃体结构；

D.分隔装置，其位于所述可渗透膜的顶部上，从该分隔装置切除一部分，从而提供通道切除区域，该通道切除区域在所有侧面上被所述分隔装置的剩余区域界定，所述切除区域跨过位于所述可渗透膜下方的分段式玻璃体；

E.顶板元件，其位于所述分隔装置的顶部上，从而密封从其切除的所述通道区域并且提供三个端口，所述三个端口适当地置于所述通道切除区域上方；从而相继允许，

i.通过流动相的流体，

ii.所述样品等份试样的注射，

iii.被所述流动相流体推动通过所述通道切除区域的所述样品的出流；

F.密封装置，通过该密封装置引入所述通道切除区域的流体被约束成穿过或横于所述密封装置通过所述可渗透膜和所述支撑玻璃体元件进入其下方的隔间。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述通道由中空可渗透纤维构成，其具有：

A.在一端处流动相可被泵送通过的装置；

B.通过其可以将样品等份试样注射进所述流动相的装置；

C.用于沿所述纤维在多个不同区域中的每个区域处向所述流动相提供不同的每单位纤维长度横流的装置。

12.根据权利要求9所述的方法，其中通过控制适当的分段式横流场，所述样品等份试样被处理成从其分离出的具有特定尺寸的粒子。

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