專利名稱：流體分離裝置、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請公開內(nèi)容總體上涉及流體分離裝置、系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及采用了用 于治療流體例如血液的無膜分離部件的流體分離裝置、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
體外處理血液已知具有許多用途。這樣的處理可以用于例如提供對疾病的治療。 血液透析是為此目的最常用的體外處理。附加的體外處理用途包括提取可以用于治療他人 或用于研究的血液成分。析離血漿(即，血漿成分分離)和凝血細(xì)胞或血小板是為此目的 最常用的過程。此外，非治療裝置已被研制出來，用以分析血液，其中可能涉及提取血液成 分。例如，一些裝置可以分離血液和血漿，或特定的分析物，用于診斷。


在適當(dāng)?shù)那闆r下，在附圖中以相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件。除非另加指出，各 圖并非按比例繪制的。圖IA是圖IB中的無膜分離裝置的示意性A-A剖視圖。圖IB是根據(jù)所公開對象的實施方式的無膜分離裝置的示意圖。圖IC是示出了圖IA中的無膜分離裝置中的樣本和提取液流的示意圖。圖1D-1F示出了各種無膜通道構(gòu)造和形狀。圖2A是采用兩個泵的無膜分離裝置的示意圖，并且示出了超濾實施方式的各種 特征。圖2B是根據(jù)所公開對象的實施方式的與用于處理患者的輔助處理單元集成在一 起的無膜分離裝置的示意圖。圖3是根據(jù)所公開對象的實施方式的采用過濾器的無膜分離裝置的示意圖。圖4是根據(jù)所公開對象的實施方式的用于圖3中的無膜分離裝置中的代表性過濾 器的放大等角視圖。圖5是根據(jù)所公開對象的實施方式的使用無膜分離裝置的便攜式超濾裝置的示 意圖。圖6是根據(jù)所公開對象的實施方式的使用無膜分離裝置的超濾裝置的示意圖。
圖7是示出了根據(jù)所公開對象的實施方式的透析治療方案的流程圖。圖8是根據(jù)所公開對象的實施方式的采用了無膜分離裝置和分析系統(tǒng)的流體組 分分析系統(tǒng)的示意圖。圖9是根據(jù)所公開對象的實施方式的采用了無膜分離裝置和貯存器的流體組分 分析系統(tǒng)的示意圖。圖10是根據(jù)所公開對象的實施方式的采用了無膜分離裝置的流體組分提取系統(tǒng) 的示意圖。圖11是根據(jù)所公開對象的實施方式的采用了無膜分離裝置的流體組分替代系統(tǒng) 的示意圖。圖12是根據(jù)所公開對象的實施方式的連接著血液透析器的大級別無膜分離裝置 的示意圖。圖13A是根據(jù)所公開對象的實施方式的用于在多重血液成分之間進(jìn)行判別的微 流體分離器的示意圖。圖1 是根據(jù)所公開對象的實施方式的使用了一對微流體分離器的串列式微流 體通道裝置的示意圖。
具體實施例方式患者血液處理可包括使用初級無膜分離裝置將血液成分分離為去細(xì)胞質(zhì)體血液 流體組分(cytoplasmic body-d印leted blood fluid fraction, “ CBF“，即去除了或不 含細(xì)胞質(zhì)體例如白血球、紅血球和血小板(凝血細(xì)胞)的成分)和剩余血液組分，并且對 CBF實施處理。使用無膜分離裝置允許處理可被完成，而不需要使用抗凝劑，或只使用減量 的抗凝劑。這里公開的實施方式包括施加至CBF的一或多種處理，采用或不采用抗凝劑。對 于患有ESRD的患者，處理可包括超濾、血液透析、血液濾過和血液透析濾過中的一或多種， 光分離替代，基于吸附劑的透析，化學(xué)、機械(例如離心力)或任何其它類型的處理，該處理 在被實施于CBF而非血液或通過其它方式制備的血液成分時可受到促進(jìn)或修改。初級無膜 分離裝置可以與提取液處理裝置結(jié)合使用，以向CBF提供期望的處理。在各實施方式中，使用無膜分離裝置可減少和/或最小化細(xì)胞質(zhì)體例如患者血液 細(xì)胞與人工表面例如傳統(tǒng)血液透析器的半透膜之間的接觸，這對于當(dāng)前的血液透析設(shè)備而 言是必要的。如此減少對人工表面的暴露可以改進(jìn)臨床效率，并且降低或消除處理過程中 對抗凝劑的需要。這里描述的裝置、系統(tǒng)和方法可通過使樣本流體與稱作提取液的另一流體接觸而 選擇性地從樣本流體例如血液傳輸分子成分。如描述于Leonard等的2005年5月12日遞 交的美國專利申請No. 11/127，905 (公開為美國專利申請公開號No. 2006/0076295)，其公 開內(nèi)容均整體上以引用方式并入本申請，正如在本申請中完整地描述過一樣，當(dāng)血液以薄 層的形式臨近同時流動的提取液層或在提取液層之間流動時，出現(xiàn)各種流態(tài)和物質(zhì)交換， 而不需要中間膜(即，無膜)。在'905申請中，提取液被稱作鞘液、包裹流體、提取液和輔 助流體。另外，預(yù)期提取液通常會與血液互溶，并且擴散性和對流性輸送所有成分。在Leonard的2007年5月22日遞交的美國專利申請No. 11/814，117 (公開號為 WO 2007/137245)中，其公開內(nèi)容均整體上以引用方式并入本申請，正如在本申請中完整地
10描述過一樣，教導(dǎo)了能夠從其它成分分離細(xì)胞質(zhì)體的微流體流動通道可采用過濾器例如納 米孔膜，所述膜具有精密的短孔和高孔隙度。在'117申請中，提取液被稱作輔助流體、互 溶流體和提取液。描述于'117申請的帶有這種壁式過濾器的微流體分離通道的實施方式 可以用于例如本申請描述的任何微流體分離通道壁中。通過使用微流體裝置，血液的各種成分可被分離以便進(jìn)一步處理。微流體裝置可 以具有高度范圍在0. 5至1. 5毫米之間、優(yōu)選在0. 7至1. 3毫米的范圍內(nèi)的通道，其中“高 度"是垂直于流動方向且垂直于輸送所穿越發(fā)生的界面區(qū)域的尺寸。在實施方式中，沒有 提取液，并且通道被用于將血液分離為去除的組分，并且這些組分富含細(xì)胞質(zhì)體例如細(xì)胞 禾口血小板。用流體(這里有時稱作"提取液"，以指示其功能)包裹血液芯層，或確保提取液 在血液的至少大部分與流路的包圍邊界之間流動，可防止或至少減少血液與這些邊界之間 的接觸。而這種為兩種流體設(shè)置的構(gòu)造又能防止或至少減少血液中各種因子的不希望有的 激活，從而降低在其它血液處理技術(shù)中可能有的會產(chǎn)生問題的生物不相容性。這里描述的裝置、系統(tǒng)和方法還具有能夠選擇不同尺寸的各種血液成分的益處。 特別地講，血液流及其接觸的提取液可被控制，用于實現(xiàn)期望的成分分離的目的(例如只 分離低分子量分子)。例如，如這里所解釋，各種流動條件可以使用，以引起細(xì)胞質(zhì)體(例如 細(xì)胞和血小板)從血液-液體界面移離，從而使得能夠"撇去"這層流體，以去除相當(dāng)大量 的CBF或血漿。裝置出口的可被布置成將所分離的CBF或血漿與提取液(如果有的話)一 起俘獲，從而提供CBF成分至例如輔助處理器。在實施方式中，通道配備有壁式過濾器，如 描述于前面以引用的方式并入本申請并且將在后面描述的美國專利申請No. 11/814,117, 以阻止CBF中任何夾帶的細(xì)胞質(zhì)體流動并且構(gòu)造成允許血液從其表面清掃細(xì)胞質(zhì)體。CBF從樣本流體(例如血液)的分離發(fā)生在這樣的條件下，即抑制和/或防止樣本 流體與提取液平流混合。平流是指將流體元素從一個區(qū)域輸送至另一區(qū)域，并且被用于區(qū) 分無序?qū)α髋c在只存在有序和無方向?qū)α鞯那闆r下沒有對流或擴散輔助的擴散。術(shù)語平流 因此而用于表示流體中或兩種相接觸互溶流體之間的傳輸形式，其中各子區(qū)間流體改變它 們的相對位置，通常以發(fā)生混合的一個級的形式發(fā)生。平流能夠以紊流或不穩(wěn)定層流的形 式發(fā)生。另外，平流混合經(jīng)常通過向流體應(yīng)用移動攪拌器而有目的地誘發(fā)。通過為無膜分 離裝置的通道使用微流體幾何形狀，可極大地促進(jìn)抑制和/或防止平流混合和導(dǎo)致小接觸 面積(并且又導(dǎo)致具有小尺寸和有限流體體積的小裝置)的短接觸時間。血液薄層與提取液無膜接觸可以用于引起血液和提取液之間接觸的每單位面積 中的所有溶解物的高交換率，但自由(非結(jié)合)溶解物之間的區(qū)分程度小于它們的擴散系 數(shù)的值的平方根。雖然高交換率(例如毒性物質(zhì)的)經(jīng)常是理想的，但不加選擇的傳輸卻 是不理想的。因此，根據(jù)本申請公開內(nèi)容的原理，這里描述的無膜分離裝置還可以與至少一 個輔助處理器(例如膜裝置或其它類型的分離器)結(jié)合使用，以便約束期望的物質(zhì)的去除 以及實現(xiàn)不希望有的物質(zhì)從血液的去除。通過使用初級分離裝置例如所公開的無膜分離裝置，其能夠從血液或血液成分向 這種輔助處理器傳輸血漿或CBF，這種輔助處理器的效率可被極大地提高。因此，向無膜分 離裝置中的提取液輸送血液分子成分可以是非選擇型的。攜帶著希望去除的血液分子成分 (例如尿毒素和藥物)和應(yīng)當(dāng)保留的分子成分(例如血清白蛋白)的提取液可被提供至輔
11助處理器，以使得進(jìn)入輔助處理器的流體基本上沒有細(xì)胞質(zhì)體。同時，輔助處理器通過其返 回(直接或間接)至無膜分離裝置的鞘液入口的再循環(huán)流的組分而調(diào)節(jié)無膜分離裝置的操作。另外，對來自血液的CBF進(jìn)行操作的基于膜的輔助處理器能夠?qū)崿F(xiàn)高得多的分離 速度，因為濃度極化(即，將輔助處理器拒絕的材料聚集在分離器的上游側(cè))被局限于蛋白 質(zhì)，并且不涉及細(xì)胞質(zhì)體。此外，因為細(xì)胞質(zhì)體通過鞘流被保留在初級分離裝置(即，第一 級無膜分離裝置)中，由于提取液的包裹，它們與人工材料的接觸至少部分地減少。這樣， 應(yīng)當(dāng)理解，對抗凝劑的需要可以極大地降低或消除。另外，在這種方式中使用的基于膜的輔 助處理器可以實現(xiàn)高得多的分離速度，因為不存在易受剪切作用的細(xì)胞質(zhì)體例如細(xì)胞。雖然可以清楚地看出無膜交換裝置適用于透析處理，例如血液透析和超濾，但無 膜交換裝置也可以用于樣本流體通過擴散機構(gòu)而相對于另一流體(例如提取液)被凈化的 其它場合。鞘流相對于血液或樣本流體而言的相對厚度(或質(zhì)量流率)可以改變，取決于應(yīng) 用和其它條件。有利于提取液的比例可能不能充分利用提取液的接受擴散到其中的分子 的能力。有利于樣本流體或血液的比例可能使得流體接受擴散到其中的分子的能力飽和， 從而潛在地不能充分處理穿過無膜交換裝置的每單位質(zhì)量的樣本流體或血液。在實施方式 中，樣本流體(例如血液)與提取液之間的比例在1 3至3 1的范圍內(nèi)。在用于血液 處理的特定實施方式中，該比例為大約1 1。在血液處理過程中，血液流可以在例如0.5 毫升/秒至5毫升/秒的范圍內(nèi)。如這里所描述，血液流或血液流體可以由另一液體(例如提取液)完全或部分地 包圍，以使得各流體流在微流體通道中接觸并且基本上在通道末端分離。中部流體流，基本 上是全部血液或血液流體，因此由提取液包裹或包圍。共同流動的流體之間的接觸沿著流 路發(fā)生，流路的橫截面要么是矩形的，優(yōu)選具有很大寬度和有限的厚度，要么是圓形的。其 它流路橫截面也可能是可行的。例如，橫截面可以是圓形、橢圓形、卵形、梯形或帶圓角的直 線形的，只要形狀與所需的流體動力學(xué)相符即可。必不可少的界面區(qū)域可以通過根據(jù)這里描述的原理而組合通道長度、寬度和數(shù)量 來實現(xiàn)。特別地講，面積=2·疊置或以其它方式并聯(lián)的通道的(頂部和底部)X寬度X 長度X數(shù)量。這里使用的術(shù)語"寬度"是指垂直于流動方向且平行于兩種液體之間界面 的尺寸，而如前面所解釋，術(shù)語"高度"是指垂直于流動方向且垂直于兩種液體之間界面 的尺寸。小高度(以避免擴散時間和處理中的體積過大)、短長度(以避免過大壓降)和單 一裝置中滿足并排或疊置并聯(lián)排布提取通道而提出的實際寬度限制等各項需求，可在實際 微流體裝置中被滿足。各種實施方式的接觸面積將取決于應(yīng)用中的特定細(xì)節(jié)。各種因素包括血液和提取 液的流體流率和它們的相對速度，給定處理期內(nèi)期望去除的血液成分的處理時間、類型和 量，和處理頻率。一種示例性實施方式的血液流率為至少大約20-30毫升/分鐘，接觸面積 為至少大約1000厘米2。接觸面積可以從這些基本級別變化一個數(shù)量級以上。此外，血液 流率可以再高幾倍?，F(xiàn)在參看圖1A-1C，無膜分離裝置120采用了至少一個提取通道110，優(yōu)選采用多 重提取裝置122A、122B，每個提取裝置具有各自的提取通道110。如圖所示，多重提取裝置122A、122B可被形成為層式結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)緊湊性。盡管只有兩個提取裝置122A、122B被示于 圖1A，任何數(shù)量的提取裝置122A、122B可被提供。提取液和樣本流體能夠以層流的形式流經(jīng)公共提取通道110。提取通道110中 的流動使得提取液和樣本流體發(fā)生直接接觸，但在整個公共提取通道中仍保留在限定的層 中，如示于圖1C。因此，樣本流體124的層通過提取液層1 而與提取通道110的壁分離， 如圖所示。每個提取通道110的尺寸可以設(shè)置成確保維持層流條件，即使是在常規(guī)使用狀 況的；并且允許在緊湊的設(shè)計中獲得樣本和提取液之間大的界面面積。提取通道110在樣本流體層IM和兩個提取液層1 之間產(chǎn)生兩個液體-液體邊 界。提取通道110可以構(gòu)造成使得，當(dāng)樣本流體層IM位于提取通道110其中時，基本上將 樣本流體層IM從提取通道110的人工壁隔離。例如，提取通道110的寬度和長度可以是 其深度的多倍。結(jié)果，樣本流體層1 在大的面積(長度X寬度)上接觸提取液層126，但 只在提取通道110的橫向邊緣處在小得多的面積內(nèi)接觸通道110的人工壁。這有助于在樣 本和提取液之間提供大的界面口，并且有效地從提取通道110的壁隔離樣本流體。提取通道110可以具有提取液入口 108，其將提取液從提取液入口通道131B輸送 到靠近壁的提取通道110。提取通道110可包括各自的沿長度方向從入口 108偏離的提取 液出口 112，其將提取液從提取通道110抽取并且輸送至提取液出口通道132B。如示于圖 1A，公共提取液供應(yīng)管線137，例如來自公共泵或處理器出口，提供提取液至入口箱120C， 以將提取液分配至相應(yīng)的增壓室131A，以便分配至提取液入口通道131B。類似地，連接至 公共提取液排出管線138的出口箱120D可以從提取通道110通過提取液出口通道132B和 相應(yīng)的增壓室132A排出提取液。其它將提取液引導(dǎo)至提取通道110和從其引出的流體分 配方案也可被采用。每個提取液出口 112可被提供相應(yīng)的過濾器132，例如納米孔過濾器，如后面更詳 細(xì)描述。每個提取液入口 108也可被提供相應(yīng)的過濾器128，例如納米孔過濾器。如果被提 供了，過濾器可以具有孔徑為例如小于1 μ m,盡管根據(jù)一或多個可設(shè)想出的實施方式其它 孔徑也是可行的。樣本流體可以流入提取通道110的樣本流體入口 106。對正的樣本流體出口 114 可被提供，以將樣本流體從提取通道Iio排出。公共樣本流體供應(yīng)管線102，例如來自泵或 患者管線，可提供樣本流體至入口箱120A，以便分配至增壓室134和分配到每個樣本流體 入口 106。類似地，連接至公共樣本流體排出管線104的出口箱120B可將樣本流體從提取 通道110通過樣本流體出口 114和相應(yīng)的輸出增壓室135排出。其它以低于將樣本流體引 導(dǎo)至提取通道110和從其引出的流體分配方案也可被采用。提取液入口流路132B和樣本流體入口增壓室134可被構(gòu)造成允許以下述方式將 相應(yīng)的流體引入提取通道110，即最小化對提取液層和樣本流體層之間界面的干擾。盡管入 口 106、108和出口 112、114的構(gòu)造以特定的形狀示于圖1A-C，入口和出口的其它構(gòu)造和數(shù) 量也是可行的。提取通道110可被用于腎臟替代治療(renal replacement therapy)，例如針對 ESRD患者。在這樣的構(gòu)造中，樣本流體可以是血液，而提取液可以是水溶液例如鹽水或透析 液。同更小的顆粒例如蛋白質(zhì)、離子物質(zhì)和/或其它不希望有的成分相比，細(xì)胞質(zhì)體趨向于 保留在樣本流體層中。細(xì)胞質(zhì)體可以因此而被隔離在提取通道110的中部內(nèi)，以便減少和/或最小化它們與人工通道表面的接觸。在腎臟替代治療實施方式中，可以設(shè)想，只有不含 血液細(xì)胞質(zhì)體的成分通過提取通道110而被提取。細(xì)胞質(zhì)體可以在提取通道出口 114被收集并且返回至患者。提取液可以從提取通 道出口 112收集，并且借助于提取液出口通道132B和箱120D被引導(dǎo)至例如輔助處理器。細(xì) 胞質(zhì)體或其它大顆?？杀贿^濾器136阻止而不能離開提取液出口 112進(jìn)入提取液出口通道 132中，所述過濾器也將在后面詳細(xì)描述。分子在提取通道110中的輸送是由擴散主宰的，并且流動是非紊流形式的，流動 沒有混合或平流。通過基于無膜分離裝置的流動通道尺寸和流率適當(dāng)?shù)剡x擇流率，樣本和 提取液流之間的混合被防止。當(dāng)構(gòu)造成用于血液透析器時，無膜分離裝置能夠以血液和人 工材料之間短接觸時間、低體外血量和微流體裝置中非常緊湊的尺寸處理實現(xiàn)處理。請注 意，這里使用的術(shù)語"體外"并不是必須局限于從患者體廓內(nèi)去除血液。植入患者身體內(nèi) 的微流體提取通道不應(yīng)被認(rèn)為排除在本申請公開內(nèi)容的范圍之外。通過使用一或多個注入泵和抽取泵的適宜的組合，提取液在提取通道110中的流 動可以獨立于樣本流體在提取通道110中的流動被控制。例如，第一注入泵可以注入提取 液通過提取液入口通道131B并且進(jìn)入提取通道110，第一抽取泵可將提取液從提取通道 110通過提取液出口通道132B抽出。類似地，相應(yīng)的注入和抽取泵可以分別將樣本流體向 提取通道110注入和從其抽取。通過控制各個泵的相對速率和沿著流體回路中的各個點的壓降，從提取通道110 排出的樣本流體的總量變化可以不同。因此，在血處理液中使用無膜分離裝置的情況下，流 入和流出速率的控制可以用于調(diào)節(jié)患者的流量，這是腎臟替代治療的傳統(tǒng)要求。對于構(gòu)造成用于血液處理的無膜分離裝置，提取通道110深度(或高度)可在 700 μ m至1300 μ m的范圍內(nèi)，盡管根據(jù)一或多個可設(shè)想出的實施方式低于該范圍的深度也 是可行的。提取通道110的寬度與深度之比可以為至少10。例如，提取通道110的寬度與 深度之比可以大于50，優(yōu)選大于500。請注意，盡管這里的圖示例子顯示了特定數(shù)量的泵， 其它實施方式可以采用更小或更大數(shù)量的泵。出于多種原因，僅依賴于小顆粒與大顆粒(即，小分子與大分子甚至細(xì)胞質(zhì)體)之 間擴散速度差異的提取通道110可能不足以進(jìn)行充分判別以提供血液處理的基礎(chǔ)。例如， 用于腎臟替代治療的實際系統(tǒng)優(yōu)選抑制和/或防止從出口 114收取的樣本流體中排除大分 子例如血清白蛋白的大部分，以避免其在入口 112處進(jìn)入。另外，系統(tǒng)還能夠抑制和/或防 止血液細(xì)胞的損失。因此，附加特征可與提取通道110相組合以便能夠獲得無膜分離裝置 的益處，但又具有通常與膜相關(guān)的高判別度。在血液處理實施方式中，提供給提取通道110的提取液可能占據(jù)提取通道110的 橫截面的大約2/3，而來自患者的血液安置于中部1/3中。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)血液和提取液的 流入，這種配置可被維持。在這種配置中，提取通道110中的每個血液層半部被提取液層之 一"服務(wù)"，并且提取液層的運行速度大約為血液速度的一半，盡管血液和提取液之間界 面的速度大約相等。因此，在給定時段中流經(jīng)單元的血液量和提取液量大約相等。雖然并 不局限于這種方式，但應(yīng)當(dāng)理解，在這里描述的配置，當(dāng)兩種流體(例如血液和提取液)的 體積流量彼此不同時中，交換效率從與平衡狀態(tài)相關(guān)的最大50%下降。圖1D-1F示出了各種無膜通道構(gòu)造和形狀。圖ID是無膜分離通道170A的示意圖，
14其中血液或樣本流體被注入到一側(cè)，而提取液被注入到相反側(cè)。流體流因此而非鞘流。流 體流中的細(xì)胞質(zhì)體遷移至流體流的最下方剪力部分，以允許CBF和提取液(如果有的話) 在帶有(或不帶)納米孔過濾器的出口 160被撇除。CBF可在兩側(cè)或單側(cè)被提取，如圖所 示。圖IE顯示了無膜分離通道170B的實施方式，其中大致直線形通道的壁不是精確平行 的。壁171是傾斜的，以使得在靠近通道的出口 161處通道略微變窄。在替代性實施方式 中，通道的形狀可不同于直線形。在一些實施方式中，采用平行壁的改型，以使得能在通道 本身中基本上沒有逆流或混合效果出現(xiàn)。在圖IF中，出口 162處的通道壁在通道的兩側(cè)會 聚。由于流體在通道出口處被取抽取，因此示于圖IE和圖IF的具有會聚結(jié)構(gòu)的實施方式 可以有助于維持流體流的包含細(xì)胞質(zhì)體的部分和流體流的提取部分之間的界面的穩(wěn)定性。圖2A是采用兩個泵的無膜分離裝置的示意圖，并且示出了超濾實施方式的各種 特征。在這個實施方式中，血液泵140沿著入口將樣本流體、血液或血液流體泵入無膜分離 裝置120中。當(dāng)樣本流體是血液時，連接至患者156的中央插口元件153，例如附連于患者 156鎖骨下動脈的導(dǎo)管，可被提供，以將血液沿著血液入口管線152供應(yīng)至血液泵140以及 使得血液從無膜分離裝置120的出口箱120B返回至患者156。盡管圖中示出的是連接到 人，但當(dāng)然可以預(yù)期無膜分離裝置也可以連接至血液供應(yīng)裝置/貯存器和/或活動物。類似于上面針對圖1A-1C描述的無膜交換分離裝置120，示于圖2A的構(gòu)造可包括 平行安置的多重提取通道110。每個提取通道110可以用于從流動的血液提取一部分血漿， 以便超濾。例如，通過入口箱120A進(jìn)入提取通道110的來自血液的血漿可被撇除并且通過 出口流路132B與提取液一起離開。帶有膜147 (例如管狀過濾纖維)的超濾器146可將處理過的提取液通過管件143 輸送回?zé)o膜分離裝置，同時允許通過超濾泵148將超濾液從提取液去除。在這種配置中，提 取液泵144與超濾泵148組合而協(xié)作控制提取液向無膜提取通道110中的流動和從超濾器 146凈提取超濾液。這又決定了 CBF從樣本或血液流體凈流入從提取通道流出的提取液中。 使用泵148以去除超濾并非必須需的。相反，通過超濾器146的流體流引起的壓力，例如由 泵144產(chǎn)生的壓力，可以充分導(dǎo)致超濾液流動通過膜147以便去除。泵140和144(或其它可能的泵結(jié)構(gòu))可以用于控制提取液流和樣本流體(例如 血液)流，以便通過提取液出口通道132B只抽取提取液或提取液加上預(yù)定量的樣本流體。 類似地，泵140和144可被控制以調(diào)節(jié)提取液流和樣本流體流，從而調(diào)節(jié)包含細(xì)胞質(zhì)體的樣 本層與提取液出口 112中的過濾器之間的接觸。提取和樣本流體流的控制可以使得將被從患者提取的水量以盡可能低的速度實 施提取。因此，凈提取水量可在與期望的處理時間和患者要求相符的最大持續(xù)時間內(nèi)實現(xiàn)。 水的提取可以這樣實現(xiàn)，即通過提取液出口通道132B抽取的量大于通過提取液入口通道 131B替代的量。因此，泵可被控制以減少和/或最小化出口和入口流率之間的差異并且精 確調(diào)節(jié)這兩個流率。通過精確調(diào)節(jié)平均和瞬時流率，包含細(xì)胞質(zhì)體的中央層與流體出口之 間的界面可被維持，以確保細(xì)胞質(zhì)體與提取通道110的壁或出口中任何過濾器之間的接觸 最小化。可被用于所公開的系統(tǒng)的泵的類型并不局限于圖中所示的。相反，本領(lǐng)域已知的 任何類型的流體泵可被使用。另外，盡管圖中所示的滾子泵被顯示為具有四個滾子，但根據(jù) 一或多個可設(shè)想出的實施方式，更少或更多的滾子也是可行的。應(yīng)當(dāng)理解，各實施方式并不
15受限于特定的泵類型或流率，并且可以清楚理解，許多改型是可行的。為了引起分離(或撇除)CBF，提取液的引入流和排出流可被控制，以使得通過提 取液出口通道132B從提取通道110抽取的總流體多于通過提取液入口通道131B提供的提 取液。因此，被處理的血液的CBF部分與提取液一起通過提取液出口通道132B被去除。這 一部分可通過泵144借助于管件145被泵送至超濾器146。采用膜147和超濾泵148的超 濾器146可以在借助于管件143將處理過的血液CBF部分再循環(huán)至無膜交換通道110之前 從去除的血液CBF部分提取超濾液(加上提取液)。應(yīng)當(dāng)理解，提取通道110的使得鞘液排出流量值大于相應(yīng)引入值的操作將在擴散 流上方和上面引起來自血液流的對流。為了抑制和/或防止這樣的對流攜帶血液細(xì)胞質(zhì)體 (在血液流中均勻分配細(xì)胞質(zhì)體的情況下就會有這樣的攜帶)，希望血液的細(xì)胞質(zhì)成分已 經(jīng)遷移至血液流的中央，以便允許充分的血漿撇除。細(xì)胞質(zhì)體的漂移可能發(fā)生在各種流動 狀況下。流動條件可被調(diào)節(jié)以允許細(xì)胞質(zhì)體移離血液-液體界面。例如，當(dāng)血液以低于大 約100秒-1的壁剪切率(以垂直于管壁的血液-流速梯度的形式測量)在管中流動時，該 剪切率導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)成分遷移至管的中央。因此，細(xì)胞質(zhì)體與過濾器出現(xiàn)接觸的可能性減少。希望這里描述的微流體裝置有令人滿意的操作的長期穩(wěn)定性。例如，可能希望抑 制和/或控制鞘流入口和出口通過流量之間的差異，這種差異如不糾正可能導(dǎo)致意外地將 提取液輸注到血液流中或之外。另外，可能希望維持樣本流體或血液流體與提取液之間界 面的穩(wěn)定性。這樣，作為基于芯片的微流體裝置的公共特征的機載電子器件和光學(xué)器件 (未示出)可以用于借助安裝在提取通道110所在同一電路板或芯片上的電驅(qū)動裝置(例 如壓電閥)對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)(例如引起流量改變)。另外，機械裝置例如緩沖室、彈性囊、柔 順性管段和諸如此類的特征，包括材料的選擇，可以通過尺寸設(shè)置或以其它方式構(gòu)造成確 保體積流量變化和壓力脈沖不會傳播到分離通道中并且引起不希望有的平流。可提供控制以確保流體流動穩(wěn)定性。例如，控制系統(tǒng)可被提供，其中，當(dāng)無膜分離 裝置之外的提取液中檢測到細(xì)胞質(zhì)體時，或當(dāng)獨立流量測量傳感器監(jiān)測到血液和凈提取液 流之間的流量不平衡超出失衡閾值時，這在預(yù)定量的血漿被排出或當(dāng)治療血容量過多時可 能發(fā)生，控制系統(tǒng)中斷系統(tǒng)并且啟動警報。類似于圖2A，圖2B示出了一種采用多重?zé)o膜提取通道110的無膜分離裝置120。 然而，不同于圖2A，超濾器146被替換為輔助處理單元236。輔助處理單元236可包括各式各樣的用于治療提取液或CBF的機構(gòu)，其中包括超 濾，使用大范圍的針對特定小和大分子的吸附劑進(jìn)行吸附，使用催化劑，透析再生，和光學(xué) 處理(光分離替代)。血漿透析濾過還可以被用于去除低分子量溶解物，其中，通過將無菌 緩沖劑流引入血液中以允許更大量的流體，而伴隨的小分子可以通過透析濾過膜。在傳統(tǒng) 透析濾過中，這一劑量的無菌緩沖劑可以滲濾器在之前或之后添加。有益的是從作為提取 液初級源的輔助分離器將其添加到血液流或再循環(huán)流體。輔助處理器236可以采用各式 各樣的機構(gòu)來處理所接收的提取液，以使得與樣本流體之間的期望的反應(yīng)被實現(xiàn)。除了超 濾、透析濾過和透析，這些機構(gòu)還可包括，但并不局限于，吸附，使用針對特定小和/或大分 子的吸附劑，化學(xué)反應(yīng)，和析出。下面的國際申請文獻(xiàn)描述了適宜用作輔助處理器的血液滲 濾器的例子CollinS等的2002年2月7日遞交的國際申請的公開文獻(xiàn)WO 2002/62454 ； Collins等的2001年2月17日遞交的國際申請的公開文獻(xiàn)WO 2002/45813 ；和Collins等的2001年10月30日遞交的國際申請的公開文獻(xiàn)WO 2002/36246o提取液在輔助處理器中經(jīng)受的處理可以基本上與各種類型的使用全血或無細(xì)胞 質(zhì)體的血漿的傳統(tǒng)處理中進(jìn)行的相同。輔助處理器可包括各式各樣的用于更新提取液的裝 置中的任何裝置。例如，膜裝置或吸附裝置可被使用。另外，提取通道和輔助處理器系統(tǒng)并 不局限于腎臟替代治療應(yīng)用。例如，這樣的系統(tǒng)還能夠用于去除、摧毀或滅活與特定疾病相 關(guān)的物質(zhì)。各種例子包括酶反應(yīng)器，低溫沉淀器，和/或紫外線照射器。系統(tǒng)還能夠被用于 提取從非血液樣本流體各種成分，其中輔助處理器接收提取液，并且樣本流體中的至少一 些成分不被去除。與膜分離裝置120相結(jié)合工作的輔助處理器236將自動地趨向于使得大分子從提 取通道110的出流與被輔助處理器236保留并且沿著管件143輸送回?zé)o膜分離裝置120中 的提取通道的大分子的入流相平衡。因此，輔助處理器236通過其返回到提取通道110的 提取液入口通道131B的再循環(huán)流的組分來調(diào)節(jié)提取通道110的操作。在血液治療中，希望保留在血液中的大分子的一個例子是血清白蛋白。在每次通 過基于擴散的交換裝置例如所描述的提取通道實施方式時，白蛋白可以以不高于小溶解物 速度的1/4的速度擴散。然而，在腎臟替代治療處理中，給定血液量必須多次通過交換裝 置，以便從身體去除尿素和其它低分子量新陳代謝廢物溶解物，因為它們遍布身體中的全 部水容置部分。尿素被認(rèn)為是所有這些低分子量新陳代謝廢物溶解物的代表，并且容易測 量。因此，尿素必須通過去尿素血液的量而從組織拾取，并且移送至將被更新的提取液，這 樣，相等的量、治療中可能是十倍的量，將返回組織以便拾取更多的尿素并將其傳輸至提取 液。因此，雖然白蛋白的擴散相對于尿素而言緩慢，但給定的白蛋白分子具有很多機會被提 取液拾取。結(jié)果，盡管固有擴散率較低，但白蛋白的去除比例可以趨向于超過尿素的去除比 例。輔助處理器(例如允許提取尿素和水但不提取白蛋白的膜裝置)可以用于通過使 得白蛋白返回由輔助處理器處理的提取液而確保相對于血液去除白蛋白。與此不同，尿素 被輔助處理器從提取液去除，并且，去尿素提取液被返回至提取通道。更新了的提取液因此 而能夠拾取提取通道中更多的尿素。如前所述，提取液的回流中可以還具有選定的水含量。 因此，考慮到被處理血液和提取液之間白蛋白濃度的差異將會消失這一情況，該回流中的 成分將補充進(jìn)一步提取尿素和水，但不會補充進(jìn)一步提取白蛋白。提取液的引入流率和排出流率之間的差異可被控制，以便控制排出的樣本流和提 取液流的組分。在腎臟替代治療中，如果提取液從提取通道出流的速度等于其入流速度，則 即使當(dāng)尿素被輔助處理器去除時，也可以通過凈入流回到樣本(血液)流而使得的白蛋白 和其它大分子向輸出的提取流中的凈流被自動地平衡。如果從提取通道去除的流量速度高 于流體返回至提取通道的速度，則由于水抽取導(dǎo)致患者的水量將減少。閉環(huán)形式的提取流 中的濃度升高，直至再循環(huán)流中的包括白蛋白在內(nèi)的大分子的濃度升高至與樣本流的級別 相匹配，以使得輸送平衡被維持，并且這些成分沒有發(fā)生凈損失，除了可能在處理結(jié)束后保 留在體外回路中的任何成分之外。示于圖2B的系統(tǒng)還可包括提取液貯存器(未示出)。提取液貯存器可提供向無膜 分離裝置120和輔助處理器236之間流動環(huán)路提供新鮮提取液(例如，對于優(yōu)選的血液處 理實施方式，用于血液濾過的補液或透析液)的供應(yīng)源。在一些實施方式的常規(guī)操作下，已
17經(jīng)擴散到提取液中的血液流體成分被輔助處理器236去除。在一些條件下，特定血液成分， 例如從血液流體擴散到提取液中的纖維蛋白原，可以沿著出口中的過濾器的表面收集。通 過臨時使提取液流反向，以便只使用小量的提取液沖洗過濾器，這些材料可被從出口中過 濾器的表面去除。通過重新建立提取液相對于血液流體的常規(guī)并流，這部分量的提取液可 被從提取液貯存器補足。通過過濾器或流量測量裝置兩側(cè)的壓降，可以確定是否需要執(zhí)行 這種"逆吹"操作。這些裝置可以集成到圖2B中的系統(tǒng)中。提取液貯存器還能夠用作用 于處理的補液源，其中輔助處理器中有意排除的水和溶解物量大于從患者排除的用于處理 目的的量，就像諸如血液濾過等過程中那樣。泵140、144可通過控制器240被自動地控制， 控制器可包括可編程的處理器。如前面以及本申請其它地方所解釋，當(dāng)不希望不加選擇的血漿排除時，利用無膜 分離裝置120從血液撇除的血漿被輔助處理器236處理，該輔助處理器通過返回提取液入 口通道131B的再循環(huán)流(S卩，用于限制不希望提取的血液成分的輸送的再循環(huán)流)的流率 和組分來調(diào)節(jié)提取通道110的操作。由于濃度極化被局限于蛋白質(zhì)并且不涉及細(xì)胞質(zhì)成分 的事實，因此輔助處理器236能夠?qū)崿F(xiàn)高過濾速度，從而可獲得顯著的益處。另外，通過細(xì) 胞質(zhì)體遷移的作用和可選的利用出口中過濾器的作用獲得的補充，細(xì)胞質(zhì)體被保留在提取 通道110中，這些細(xì)胞質(zhì)體的主體只在其導(dǎo)管表面暴露于人工材料。雖然一些相對小量的 細(xì)胞質(zhì)體可能接觸出口中的過濾器，但接觸被局限于細(xì)胞質(zhì)體的總量中的小比例，并且只 發(fā)生在相對短時間。由于在液體-液體接觸區(qū)域接觸的細(xì)胞質(zhì)體的機械和化學(xué)創(chuàng)傷性很 低，因此可實現(xiàn)降低生物相容性要求和減少(或消除)對抗凝的需求。此外，由于系統(tǒng)中的 初級輸送表面從本質(zhì)上講是不受污的，并且過濾器的表面通過流體剪切率而清掃干凈，對 長期或連續(xù)操作的主要阻礙被去除，因此可利用認(rèn)識到的延長的、連續(xù)的緩慢交換開啟了 可佩帶和/或非固定系統(tǒng)的可能性。通過調(diào)節(jié)提取液與樣本流體的相對流率，提取通道中的提取液和樣本流體之間的 界面可被改變。此外，檢測器233可以安置在接收一或多個流體流(例如從出口箱120D排 出的流體流)的提取液出口中，以監(jiān)測排出的一或多種流體中的物質(zhì)，例如排出的提取液 中的或提取通道中的不希望有的血液成分。然后，來自檢測器233的信號可以用于調(diào)節(jié)樣 本流體與提取液的相對流率。這樣的檢測器的例子包括安置于提取通道中并且能夠監(jiān)測提 取通道出口中的紅血球的不透明度監(jiān)測器和超倍顯微鏡，該提取通道出口本應(yīng)接收無細(xì)胞 質(zhì)體的流體。作為替代或附加，檢測器235可以安置于血液回流管線(例如與離開樣本流 體出口箱120B的流體流串聯(lián))中，以監(jiān)測血液流向患者的狀態(tài)。例如，檢測器235可以是 血紅蛋白檢測器，其能夠指示由于不正確流體流導(dǎo)致的細(xì)胞質(zhì)體斷裂，或由于系統(tǒng)操作時 間過長導(dǎo)致的血容量過低發(fā)生。提取液與樣本流體的總和相對流率可被調(diào)節(jié)以修正這樣的 狀況。在另一例子中，檢測器235可以是血球容量計傳感器，電解質(zhì)傳感器，葡萄糖傳感器， 鉀傳感器，或本領(lǐng)域常用的任何其它血液監(jiān)視傳感器。請注意，盡管在這里的一些討論中揭示了單一提取通道和單一輔助處理器，但本 發(fā)明適用領(lǐng)域中的技術(shù)人員顯然可以理解，使用單數(shù)名詞并不意味著僅僅使用單一元件。 相反，例如，多重提取通道和/或輔助處理器可被用在單一裝置中。另外，多重提取通道可 以形成為層式或折疊結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)緊湊性，同時具有樣本流體和提取液之間的大接觸面積。 作為替代或附加，多重提取通道可以以串聯(lián)結(jié)構(gòu)形成，其中一個通道的出口用作另一通道的入口。如前面所提到，流體流的特性可被控制，以允許細(xì)胞質(zhì)體集中于血液流體流的中 部。這樣可以減少擴散到提取液中的細(xì)胞質(zhì)體的量，但一些細(xì)胞質(zhì)體遷移仍可發(fā)生。過濾器 可以設(shè)置在用于提取液的提取通道出口，以便抑制和/或防止細(xì)胞質(zhì)體與提取液一起離開 提取通道。這樣，過濾器中的孔可以抑制和/或最小化該小量細(xì)胞質(zhì)體隨著提取液從提取 通道的離開。例如，孔的直徑可以為小于lOOOnm，優(yōu)選在600nm和800nm之間，這樣可以抑 制細(xì)胞堵塞在孔中。另外，微流體流的高剪切率特性可在過濾器的表面提供足以"清掃" 該表面的剪力。由于提取液細(xì)胞質(zhì)體中的數(shù)量保持相對較低，因此這種清掃作用有助于保 持過濾器的表面上沒有細(xì)胞質(zhì)體，從而添加抑制和/或防止堵塞的作用。類似地，可以抑制其它血液成分隨著提取液離開提取通道。例如，蛋白質(zhì)纖維蛋白 原能夠凝固，并且可能在一些實施方式中希望抑制和/或防止纖維蛋白原隨著提取液離開 提取通道。因此，過濾器的孔的尺寸可以設(shè)置成將纖維蛋白原保留在提取通道中，例如通過 使用其孔徑為大約50nm的過濾器。另外，流體流動特性、流體界面速度和流體接觸時間可 被控制，以實現(xiàn)抑制和/或防止特定血液成分損失、抑制和/或防止結(jié)垢所需的尺寸選擇。各種實施方式還能消除或至少顯著減少結(jié)垢反應(yīng)，結(jié)垢反應(yīng)已知是對連續(xù)使用體 外分離裝置的主要阻礙。特別地講，作為無膜分離裝置(這里也稱作無膜交換裝置，無膜提 取裝置，和無膜分離器)中的初級輸送表面可以從本質(zhì)上講是不受污的，因為提高的生物 相容性，并且因為界面被恒定地更新。因此，對長期或連續(xù)操作造成的主要阻礙被去除，開 啟了的可能性設(shè)計和構(gòu)建小型可佩帶的采用認(rèn)識到的近乎連續(xù)血液處理的裝置或系統(tǒng)。這 樣的裝置或系統(tǒng)可以非常小且可由患者佩帶或攜帶(例如在醫(yī)院或診所以外)，并且可以 被供應(yīng)外部緩沖貯存器(在背包、公文包中，或來自位于家庭或工作場所的貯存器，等等)。 此外，因為結(jié)垢將被減少，并且允許以低血液流率長期持續(xù)操作，可能需要的抗凝過程可以 通過留在體內(nèi)的血液實現(xiàn)，并且可被調(diào)節(jié)而具有限定于體外回路的作用。本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解，在診所之外避免系統(tǒng)性抗凝是高度希望的。圖3顯示了無膜分離器300，其類似于前面描述的裝置200。無膜分離器300包括 提取通道302，三個彼此分開的入口通道304、306和308，和三個相應(yīng)的出口通道310、312 和314。無膜分離器300具有分別安置在入口 316和318中的過濾器3 和326，并且具有 分別安置在出口 320和322中的過濾器3 和330。使用的入口或出口通道的數(shù)量可以變 化，并且一或多個通道的入口和出口中可以使用、也可以不使用過濾器。示于圖3的無膜分離器300可被用作血漿成分分離裝置。例如，來自通過入口通 道306進(jìn)入提取通道302的血液的血漿可被撇除，以使得其隨著提取液通過出口通道310 和314離開。伴隨著這種撇除過程的是，從出口通道310和314抽取的提取液的量大于通 過入口通道304和308提供的量。因此，由此形成的額外的量被從血液流體去除。由于細(xì)胞質(zhì)體有朝向提取通道302的低剪力流動部分遷移的趨勢，樣本流體和提 取液之間的混合層可能沒有從樣本流體獲得的細(xì)胞質(zhì)體。因此，至少是來自樣本流體的進(jìn) 入混合層的CBF可以通過提取液出口通道310和314排出。由于混合層可以在樣本流體出 口通道312與兩個提取液出口通道310和314中的每個之間共享，因而提取液可以包括凈 體積增量。從這里的討論可以清楚地理解，提取通道302可以用于從血液分離細(xì)胞質(zhì)成分或
19提取無細(xì)胞質(zhì)體的血漿，即使是不存在提取液的情況下。由于剪切引起的細(xì)胞質(zhì)體自擴散 到流體流的中央，CBF可以有效地從相對而言沒有細(xì)胞質(zhì)體的提取通道流體層撇除。同樣的 作用還能夠被用于在不存在提取液的情況下濃縮細(xì)胞質(zhì)體。位于出口處的靠近提取液的壁 的任何過濾器(例如322)可以有助于抑制和/或防止細(xì)胞質(zhì)體存在于從提取通道202獲 取的CBF中。圖4顯示了圖3中的提取通道302的出口 322中的過濾器330近距離放大圖。過 濾器330可以安置在將出口通道314與提取通道302連接的開口 322中。過濾器330的 橫截面可以具有倒置"T"形的形狀，如示于圖4，盡管其它橫截面形狀也是可行的。出口 通道314的開口 322可以具有形成在開口 322的側(cè)壁406中的兩個對置的凹槽404。凹槽 404可以接納過濾器330的兩個對置的凸片408。這種設(shè)計使得過濾器330能夠通過過濾 器330的滑動而被安裝就位。類似地，通過將過濾器330滑動離開出口通道開口 322，過濾 器330可被從出口通道開口 322去除。這樣的設(shè)計可允許容易更換過濾器330。過濾器330的尺寸和形狀可以設(shè)置成消除開口 322和過濾器330之間的間隙，從 而強迫提取液流動通過表面中的孔?；蛘撸^濾器可以裝配在凹槽中，利用上游和下游臺階 支撐著它們，以使得過濾器的平坦表面面對著提取通道302。各種技術(shù)可以用于獲得通向 開口區(qū)域322的入口，以便安裝或拆下過濾器330。例如，提取通道300的側(cè)面可以利用可 移除的板密封。因此，通過移除該板，可以獲得通向開口 316、318、320和322的入口。各種 用于過濾器的機械安裝結(jié)構(gòu)是可行的，包括在用于產(chǎn)生通道304、306、308、302、310、312和 314的材料中一體形成過濾器。如示于圖4，過濾器330可以形成通道302的壁的一部分。過濾器可以限定與通 道302的壁共面的流暢的連續(xù)表面。通過這種方式，過濾器可以保持不被可能收集在表面 上的材料附著。這在通道在正交于過濾器表面的方向上具有小尺寸的情況下更是如此，這 種小尺寸是希望的，因為，由狹窄空間導(dǎo)致的流體高剪切率有助于沖刷過濾器的表面。當(dāng)血 液是樣本流體時，這一特征特別有用，因為血液中的蛋白質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)體可能附著在不具有 相對平滑表面的過濾器中。另外，優(yōu)選地，所述孔限定非蛇形、非分支通道。請注意，在血液處理裝置中，過濾器3 和330可被提供，以確保細(xì)胞質(zhì)體遷移到 提取液出口通道310和314中。入口過濾器3 和3 也可被提供，以保證將較大顆粒引 入提取通道302中，并且使得提取液向提取通道302中的流動順暢。過濾器330中提供的 孔的尺寸被夸大表示，僅僅是為了解釋的目的。實際孔尺寸可以是直徑小于lOOOnm，優(yōu)選 800nm或以下。因此，盡管在流體位于提取通道中的情況下各式各樣的樣本流體成分可以遷移 到提取液層中，但過濾器抑制和/或防止特定的顆粒通過出口通道離開提取通道。例如， 如果無膜分離裝置將被用于透析過程以從人的血液去除物質(zhì)，過濾器的孔尺寸(例如大約 600nm)可以被選擇以排除細(xì)胞質(zhì)體，從而抑制和/或防止從被處理的血液流體損失細(xì)胞質(zhì) 體，而同時減少血液流體和過濾器之間的接觸。過濾器可以包括在入口通道304和308的開口 316和318中。在這些開口中包括 過濾器有助于通過促進(jìn)均流體向提取通道302中的勻分配而穩(wěn)定提取液的引入。與出口通 道310和314中的過濾器3 和300 —樣，穿越過濾器的表面的剪力流優(yōu)選被維持，以將細(xì) 胞質(zhì)體從過濾器表面清掃。過濾器可能特別適用于這樣的實施方式，其中存在沒有提取液
20流過、但樣本流體通過樣本入口 306流入提取通道302的時段。盡管出口和入口處過濾器 的孔尺寸可以均勻遍布給定的過濾器，但入口過濾器的孔尺寸可以不同于出口過濾器的孔 尺寸。過濾器中理想的特性包括平滑和規(guī)則的表面，以允許提取通道的流動將它們沖刷 干凈，并且有助于抑制和/或防止細(xì)胞質(zhì)體或大分子被俘獲在面對著提取通道的表面上。 另外，過濾器中限定的通道，其可以是非蛇形和非分支的，可以形成規(guī)則的陣列。此外，過濾 器可以為過濾后的流體限定流暢的直通流路，以及面對著提取通道流動側(cè)的流暢的表面。 過濾器，包括任何支撐結(jié)構(gòu)，還能夠使得顆粒直接流動通過孔通道，而不會粘著或被俘獲在 小表面特征上。用于產(chǎn)生這種過濾器的技術(shù)和制作它們的材料可以有多種，并且預(yù)期它們 將被持續(xù)地改進(jìn)和完善。因此，過濾器并不局限于任何制造或構(gòu)成過濾器的特定方法，盡管 這里描述的特征優(yōu)選被用于治療血液或血液流體。此外，這里描述的裝置、方法和系統(tǒng)能夠被改造成具有輕質(zhì)、緊湊和可佩帶和/或 非固定的構(gòu)造，以及可以容易地在家庭或辦公場所配備于ESRD患者的構(gòu)造?？膳鍘?gòu)造或 家用構(gòu)造可被用作更頻繁血液處理期(同在醫(yī)院或診所傳統(tǒng)透析處理相比)中的特征，以 便更好地模仿人的腎的天然功能。這還能夠改進(jìn)ESRD患者的生活質(zhì)量，并且可以減少并發(fā) 癥，而這還能夠最終減少死亡率。圖5是一種兩級輕質(zhì)超濾裝置500的示意圖，其采用了無膜分離裝置504與其它 處理技術(shù)合作，以同時實現(xiàn)從其它血液成分分離血漿和從血液去除多余流體，目的是降低 輸注型血液透析處理的總費用，減少與長期血液透析相關(guān)的醫(yī)院費用，和改進(jìn)ESRD患者的 生活質(zhì)量。超濾裝置500可以是便攜式的電池驅(qū)動單元，其提供輔助超濾，并且可以適合于 基本上被所有的目前利用現(xiàn)有的基于診所的和基于醫(yī)院的血液透析設(shè)備每周三次或以上 的ESRD患者使用。超濾裝置500可以構(gòu)造成適于被患者佩帶，例如設(shè)在圍繞腰部的帶子上，其中血 液插口通過例如鎖骨下中心靜脈導(dǎo)管置入來提供。超濾裝置500可以提供從血漿連續(xù)或 幾小時地提取多余流體，并且清理毒素例如尿素，作為ESRD患者的傳統(tǒng)血液透析的輔助治 療。裝置500還可以通過輔助傳統(tǒng)腎臟替代治療處理而將對基于診所或醫(yī)院的血液透析的 需求降低33-66%。連續(xù)日常使用超濾可以有助于穩(wěn)定患者的多余流體級別，并且降低需要 傳統(tǒng)處理的頻率，潛在地改進(jìn)ESRD患者的生活質(zhì)量和潛在地提供費用方面的益處。這里描 述的便攜式超濾裝置允許患者在正在接收透析的同時基本上以常規(guī)方式活動(例如去工 作，上學(xué)，回家，等等)。這里所描述的超濾裝置500可以以長期、連續(xù)的方式佩帶(例如10至196小時)， 并且可以設(shè)計成提供對無法排尿的ESRD患者產(chǎn)生的多余流體(例如25-75% )超濾，以及 提供對每周需要排除的一部分(例如10-25% )毒素的清理。這樣的裝置可以降低每周典 型三次訪問診所或醫(yī)院場所以便進(jìn)行透析的需要，這種需要是90%以上的目前接受治療的 血液透析患者所面臨的。超濾裝置500提供的節(jié)約費用方面的改進(jìn)可包括，由于在ESRD患者不在透析中 心接受透析處理時以連續(xù)的方式提高了排除多余流體和毒素的效率，從而每周在透析中心 (例如診所或醫(yī)院場所)進(jìn)行透析處理的次數(shù)減少，并且降低和/或消除了對透析液的需要 和由此引起的與液體傳輸相關(guān)的事物，因此可以實現(xiàn)降低人工成本。這為大范圍的ESRD患者給無膜分離裝置帶來長期益處(例如，在透析過程中血液和人工表面之間沒有接觸)，同 時正面影響總體血液透析和醫(yī)院費用。超濾裝置500可以采用無膜分離裝置504，其具有陣列式分布于交換器中的多重 無膜提取通道50 ，和膜，例如血液透析器508，其不使用透析液或間歇式地或連續(xù)地使用 遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)透析的相對小量的透析液，以使得不必由患者攜帶大量的外來流體。來自患者 的血液(或其它樣本流體)通過血液入口 502進(jìn)入裝置500而到達(dá)第一級模塊504中，該 第一級模塊容納著由分配和收集岐管538和540連接在一起的無膜提取通道50如。分配 岐管538將流體分配至每個無膜提取通道50 ,而收集岐管540從每個無膜提取通道50 收集流體。血液通過血液出口 506返回患者。無膜提取通道50 將參照前面的圖IA被更詳細(xì)地描述。血漿從血液分離，以及新 陳代謝毒素從ESRD患者的血液擴散到周圍提取液，發(fā)生在無膜分離裝置504中。血液流動 通過無膜分離裝置504是由一或多個泵(未示出)驅(qū)動的。通道50 的流率和尺寸設(shè)置 成使得血漿可以通過無膜分離裝置中固有的血漿分離過程從細(xì)胞質(zhì)體分離和去除，如本申 請公開內(nèi)容中各處所描述。無膜分離裝置504可以定期更換或在清潔和消毒后重新使用。無膜分離裝置504可以連接到第二級小的可更換單元508，其可以具有一束中空 過濾纖維，例如普通血液透析器中所用的。第二級508只接收由無膜分離裝置504分離的 血漿。膜的面積優(yōu)選設(shè)置成適合于預(yù)定功能。例如，膜面積可以為大約200-3，000厘米2， 以便用于這里描述的主要應(yīng)用即超濾。壓差可以通過泵520產(chǎn)生，以去除期望量的流體，其 中包括毒素和其它非細(xì)胞質(zhì)成分。第二級處理裝置508選擇性地允許去除流體和不希望有 的成分，例如離子物質(zhì)和不希望有的中等分子，同時保留希望返回至血液的大分子和其它 顆粒。優(yōu)選地，沒有透析液被用于第二級508。也包含新陳代謝毒素的多余流體沿著一路徑 流動至廢液口 522和附連于其上的廢液容置部5 例如1-4升收集袋。廢液容置部可以由 患者佩帶和定期排空，類似于結(jié)腸造口袋。廢液口 522可被提供附連機構(gòu)，例如夾子，用于 將廢液容置部可釋放地附連在其上。作為替代或附加，超濾裝置500可被提供機上攜帶貯存器514，用于接收和儲存也 包含新陳代謝毒素的多余流體，以便處置。例如，機載貯存器514可以具有400-500毫升的 體積。在125毫升/小時的超濾速度下，機載貯存器514因此需要每隔3-4小時排空，并且 應(yīng)該在流量能力方面與常規(guī)膀胱相匹配。殼體5 可包括拉開式噴口 518，其使得患者能夠 排空已被充滿的貯存器514。殼體5 還可具有空氣閥門，以當(dāng)貯存器被充填或排空時允許 空氣從貯存器514排出。傳感器可被提供，用于監(jiān)視貯存器514、排空機構(gòu)的狀態(tài)、廢液容置部與附連機構(gòu) 的連接狀態(tài)。例如，傳感器可被提供在噴口 518上，以便監(jiān)視其是否位于關(guān)閉(例如向上) 位置。廢液口上的傳感器可以監(jiān)測是否廢液容置部被附連。貯存器514上的傳感器可監(jiān)測 何時貯存器充滿。在任何必要的狀況下，例如噴口朝下，貯存器被充滿，或其它需要馬上處 置的狀況下，可以通過音頻或視頻機構(gòu)通知患者。減少了的流體可以通過岐管538返回至無膜交換器504，以便使得其中的血液正 常化并且因此將其返回人體，從而實現(xiàn)超濾。泵可以驅(qū)動提取液(例如水和去尿毒素血漿) 返回至第一級無膜分離裝置504，以便提供連續(xù)的流動，從而實現(xiàn)血漿分離，多余流體超濾， 和新陳代謝毒素清理。
小泵520可以用于產(chǎn)生從第二級508提取計量的量的多余流體所需的局部真空。 可編程的電子模塊512可以控制裝置500并且提供安全截斷。電源536，例如可更換或可充 電電池包，可以組合于殼體528中，以向超濾裝置500的各個部件供電。在操作之前，無膜交換裝置504和超濾裝置500的其它流體部件可以被裝填血液 常規(guī)溶液例如鹽水。因此，在無膜交換裝置504中循環(huán)的初始提取液是血液常規(guī)溶液。然 而，在啟動操作之后短時間內(nèi)，提取液與流動通過第一級504和第二級508的血漿平衡并最 終被其置換。還能夠設(shè)置血液常規(guī)溶液的貯存器(未示出)，其由殼體或任何其它部位提 供，其將在啟動過程中在殼體528中自動地定期消耗或者沖洗第一級50中的任何過濾器。超濾裝置500可以容納在附連于患者(例如系于患者的前臂、腿或腹部，或外部佩 帶于腰帶、吊帶或背包)的緊湊外罩5 (例如3至20英寸3，或類似于非固定輸注泵裝置 的尺寸和重量)，并且連接至一個或兩個分流管、導(dǎo)管或其它傳統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)端口( 一個用于 使血液從ESRD患者流出，另一個用于血液流入ESRD患者)，其一或多個管腔在方便的部位 (例如臂，或腿，或軀干，或腹部)插入人體，能夠以20-120毫升/分鐘的速度通過管件(例 如硅酮管件)供應(yīng)血流至外罩。超濾裝置500可以由技師在診所定期連接、拆下和維護(hù)，或 被構(gòu)造成可從患者斷開和可重新附連于患者，而不需要技師將針插入患者的靜脈系統(tǒng)(例 如使用已經(jīng)被用于腸胃外營養(yǎng)的導(dǎo)管或皮下端口，或其它血液插口裝置例如輸注系統(tǒng))。殼體528也可被提供外部輸入/輸出裝置或接口 526。接口 5 可與控制器512 通信，以向控制器512提供指令或?qū)ζ渚幊?。另外，接?5 可以通過視頻和/或音頻機構(gòu) 提供數(shù)據(jù)或警報信號至患者或操作者。例如，如果控制器512監(jiān)測警報條件，患者可以通過 來自接口 5 的閃爍燈光和/或笛聲而被提醒，以便尋求醫(yī)護(hù)。另外，接口 5 可由患者使 用，以便調(diào)節(jié)、暫停、中止和/或重新啟動超濾。例如，患者可以通過觸動接口 5 上的適宜 的控制件而使超濾停頓。各式各樣的傳感器可被提供在整個超濾裝置500中，以監(jiān)測流向患者的血液的狀 態(tài)以及監(jiān)測超濾裝置的有效操作。例如，傳感器可被提供為在血液出口端口 506和岐管之 間串聯(lián)在流向患者的血液中M0，以便監(jiān)測流向患者的血液的特性。這樣的傳感器可包括， 但并不局限于，血球容量計傳感器，電解質(zhì)傳感器，葡萄糖監(jiān)測器，或鉀傳感器。第二級508 的跨膜壓力(TMP)還能夠通過適宜的傳感器被監(jiān)測，以在出現(xiàn)膜故障時提供警報。各式各樣的血液監(jiān)視傳感器還能夠被集成于超濾裝置500中，以便跟蹤血液成 分。來自傳感器的數(shù)據(jù)可以利用超濾裝置以機載的方式存儲在存儲裝置(未示出)中。這 樣的存儲裝置可以與控制器512組合或單獨提供在殼體528中。數(shù)據(jù)可以實時地、定期地 或與可能影響血液處理的某些時間重合地從傳感器采樣。數(shù)據(jù)可被控制器512使用，以便 用于運行中控制和最優(yōu)化超濾，或用于定期更新超濾方案。數(shù)據(jù)可以用于出于安全目的監(jiān)測器血液狀態(tài)，例如抑制和/或防止血容量過多或 血容量過低。存儲的數(shù)據(jù)還能夠被傳輸至醫(yī)生以供查看，例如作為處方和/或飲食/生活 方式改變的基礎(chǔ)。另外，數(shù)據(jù)可被用于研究的目的。例如，存儲數(shù)據(jù)可以用于將影響健康的 事件例如心臟病與實時改變血液特性相關(guān)聯(lián)。這些研究的結(jié)果將被控制器512使用，以監(jiān) 測代表迫近的影響健康事件的信號的數(shù)據(jù)趨勢。輸入/輸出接口 5 還可被提供通信機構(gòu)，用于與其它監(jiān)視和/或處理裝置通信， 以便發(fā)出或接收數(shù)據(jù)和/或指令。例如，接口 5 可被提供天線530，其構(gòu)造成與裝置532
23通信，該裝置可以具有用于在兩個裝置之間無線通信的天線534?；蛘撸瑸樘娲居趫D5的 無線通信配置，接口 5 可通過電線或電纜直接連接到裝置532。裝置532可以是提供于 患者身上或體內(nèi)的另一健康監(jiān)視系統(tǒng)。例如，裝置532可以是與植入的起搏器、除顫器相關(guān) 的心臟監(jiān)測器，或獨立植入的血液動力監(jiān)測器。如果需要，裝置532和接口 5 可以共享數(shù) 據(jù)，以便提供聯(lián)合處理系統(tǒng)。因此，超濾裝置可以是自動系統(tǒng)的一部分，其與其它醫(yī)療裝置 (例如起搏器、除顫器或心臟監(jiān)測器)相互作用而控制該裝置，并且潛在地允許獨一無二的 介入，例如注入適宜的藥劑，和在血液壓力突降時停止超濾。向第一和第二級的流動的調(diào)節(jié)可通過無膜分離裝置504中的多重陣列的各種配 置中任何適宜裝置而提供，例如閥、分流器、閘門、開關(guān)、泵，并且可包括使用旁通流。技師可 通過向控制模塊512輸入數(shù)據(jù)而對給定流量級別的順序和時間進(jìn)行編程，或者，程序可以 由其它裝置輸入或選擇。流動控制元件可以通過例如成組致動器、微機電設(shè)備(MEMQ致動 器或任何適宜裝置啟動。由于超濾裝置500因其低體外血量而可以提供延長的處理時間，因此能夠以緊湊 的構(gòu)造提供超濾裝置。例如，根據(jù)本申請公開內(nèi)容的可佩帶(或至少是便攜式的)系統(tǒng)每 日可運行20和M小時之間，血液流率為例如大約20-50毫升/分鐘。這樣，患者可以每天 例如4-5小時不帶裝置，以便能夠進(jìn)行個人清潔(例如淋浴或沐浴)、體育運動或其它不能 在佩帶或使用小型系統(tǒng)時進(jìn)行的活動。在另一例子中，使用超濾裝置所能提供的超濾速度可以在100和300毫升/小時 之間，例如125毫升/小時。利用這樣的超濾速度，絕大多數(shù)患者將能夠在他們常規(guī)清醒時 間內(nèi)完成他們的日常超濾處方。高量值患者將在睡覺之前通過簡單地將廢液容置部連接至 殼體廢液口而利用超濾裝置接受夜間超濾。超濾裝置500可被構(gòu)造成允許根據(jù)治療方案選擇各種流率和/或自動地改變流 率。具有微流體通道50 陣列的無膜分離裝置504可使用全部通道或通道的各種子組合， 取決于給定ESRD患者的需要，以便維持每個通道中特定范圍的流率。例如，制定處方的醫(yī) 生或所選擇的治療方案可能對于處理中的一部分要求高流率，而對于平衡要求低流率。在一種改型中，超濾裝置可操作以從患有慢性充血性心臟故障的患者去除多余流 體。在另一改型中，超濾裝置可操作以從患有肺水腫的患者去除多余流體。在另一改型中， 超濾裝置可操作以從患有各種肝病的患者(包括高膽固醇值)去除多余流體或毒素。圖6示出了用于超濾裝置的流路的詳細(xì)示意圖。患者622可以通過血液入口端口 616和血液出口端口 618附連于超濾裝置600。旁通模塊604可以操作性地連接至兩個端 口。旁通模塊604中的血液入口閥6 可以連接至入口端口 616，而血液出口閥6 可以連 接至出口端口 618。閥6 和6 可以構(gòu)造成，通過適宜地選擇閥狀態(tài)，使得進(jìn)入血液入口 端口 616的血液可以分流至血液出口端口 618。泵612可使得流體從閥6 流動通過無膜分離模塊606，并且流動到閥628以便 返回到患者。泵612還能夠借助于第一提取液閥632使提取液通過無膜分離模塊606流動 至輔助處理器。第二提取液630可以布置在輔助處理器出口、保存罐610和無膜分離模塊 606的提取液入口之間。來自輔助處理器608的廢物可以由超濾泵614引導(dǎo)至閥634。通過適宜地選擇閥 634的狀態(tài)，廢物可以被弓I導(dǎo)至保存罐610或廢液口 620。在廢液口 620，廢液容置部6M可
24被布置成收集廢物。保存罐610可以具有連接至血液入口閥626的出口。保存罐610可以 還具有靠近其布置或安置在保存罐內(nèi)部的加熱器636，以便加熱其內(nèi)容物。在由患者使用之前對超濾裝置600進(jìn)行的充填和裝填布置中，具有血液常規(guī)裝填 流體例如鹽水的袋可以連接至血液入口端口 616。血液入口閥6 和血液出口閥6 二者 可以被打開。泵612然后可以被接通，以便循環(huán)所裝填的流體，直至所裝填的流體經(jīng)過閥 628，并且所有空氣通過血液出口端口 618由血液回流(虛線)排出。此時，血液出口閥6 可以被關(guān)閉，并且提取液閥632和630可以被打開。泵612可以持續(xù)循環(huán)所裝填的流體，直 至鞘流回路(點線)、輔助處理器和保存罐被充滿，并且所有空氣通過端口 616處的空氣排 口排出。此時，泵612可以被關(guān)閉，并且血液入口閥擬6和血液出口閥擬8可以被關(guān)閉。這 樣可以確保所裝填的流體將移動通過無膜分離裝置606中的任何過濾器，以便充填輔助處 理器608。當(dāng)超濾裝置已經(jīng)對患者進(jìn)行了給定時段的處理后，裝置可以關(guān)機和取走。然而，如 果血液沒有從裝置清除，血液可能凝結(jié)在無膜分離裝置的通道中，從而使其不能再被使用。 這樣，超濾裝置600可以采用一關(guān)機步驟，以確保全部血液從系統(tǒng)清除。為了將超濾裝置600關(guān)機，血液入口閥6 可以被關(guān)閉，并且超濾泵614可以被接 通。閥6；34然后可以關(guān)閉。血液入口閥擬6可以從作為源的血液入口端口 616切換成至保 存罐610的出口。超濾液向保存罐610的改道可以設(shè)計成使得流體循環(huán)通過無膜分離裝置 606的血液回路部分(虛線)。一旦血液回路被充滿來自保存罐610的流體，所有閥和端口 可以關(guān)閉，并且全部泵可以停機。血液回路被充滿的點可以通過試驗或通過使用安置于血 液回路中的適宜的傳感器確定。為了以后由患者重新使用，超濾裝置可以經(jīng)歷消毒過程。例如，血液入口端口 616 和血液出口端口 618可以關(guān)閉，并且血液入口閥6 和血液出口閥6 之間的旁通可以被 打開。閥630可以向保存罐打開。超濾泵614在這一段時間內(nèi)可被維持關(guān)閉狀態(tài)。保存罐 加熱器636可以被接通從而將其中容納的流體加熱到升高的溫度，例如大約60至85°C。一 旦該溫度被達(dá)到，泵612可以啟動，以將加熱了的流體在加長的時段例如大約1至4小時內(nèi) 從保存罐循環(huán)通過血液回路(虛線)和鞘流回路(點線)以及輔助處理器。然后，在消毒 過程結(jié)束時，裝填流體可以從超濾裝置排放?；蛘?，裝填流體可以重新使用。閥634可以用 于將超濾液旁通到保存罐中以根據(jù)需要將其充滿。由于裝置故障或在不同的處理模式使用超濾裝置600，輔助處理器608可能要求 定期更換。假定超濾裝置600已經(jīng)停機，閥630和632可以關(guān)閉。用過的輔助處理器然后 可以手工拆下，新的輔助處理器被插上。前面描述的充填和裝填過程然后可以重復(fù)進(jìn)行。現(xiàn)有處理技術(shù)存在的一個問題是它們的超濾超過人體從細(xì)胞和細(xì)胞外空間向血 液流的天然流體流動速度GOO毫升/小時)很多。因此，患者會遭受快速流體波動，低血液 壓力，惡心，暈厥，透析后恢復(fù)時間過長等等。因此，實施血液透析、血液濾過或血液透析濾 過典型地導(dǎo)致超濾速度超出流體傳輸?shù)纳韺W(xué)限制，這能夠?qū)е虏l(fā)癥。為了補救這一點， 可以設(shè)想，血液濾過、血液透析或血液透析濾過可以以減少的頻率實施，以減少和/或最小 化與血液透析、血液濾過或血液透析濾過處理相關(guān)的并發(fā)癥，同時以減小的流率提供有效 的、處理時段加長的超濾。因此，如這里所描述的采用無膜交換超濾裝置可被用作綜合治療 方案的一部分，以改善患者生活方式。采用無膜交換、采用或不采用抗凝劑的超濾可以利用前面參照圖5描述的便攜式裝置實施，或者在臨床應(yīng)用中作為獨立的處理。或者，采用無膜 交換的超濾可以在臨床應(yīng)用中與傳統(tǒng)透析處理一起依次實施。例如，圖7示出了一種透析治療方案700，采用了多重超濾階段。特別地講，多重超 濾階段702、704 (其中輔助超濾階段704可以是可選的)與傳統(tǒng)治療706相結(jié)合地實施，傳 統(tǒng)治療為，例如，但不局限于血液濾過、血液透析、血液透析濾過、血液吸附和這里描述的其 它處理。在圖7中，優(yōu)選(但不是必須)由便攜式裝置實施的超濾階段702和/或704可 以同傳統(tǒng)處理相比以更高頻率實施更長的總時間段。這一過程使得流體負(fù)荷可以以長期、 低流率、規(guī)則(例如每日或每隔一天)處理的方式進(jìn)行管理，并且輔助毒素的清理可以以頻 率遠(yuǎn)比傳統(tǒng)治療低的階段管理。超濾階段702和/或704可以根據(jù)圖2A-2B所示的實施方 式實施。例如，超濾階段702和/或704可以采用示于圖2B的構(gòu)造，其中，輔助處理器236 包括超濾器。在另一例子中，超濾階段702和/或704可以采用示于圖2B的構(gòu)造，其中，輔 助處理器236包括吸附裝置，用于基于吸附劑的血液毒素排除。吸附裝置可以構(gòu)造成通過 使得CBF流經(jīng)吸附劑而至少將尿素從來自無膜分離裝置的CBF去除。在另一例子中，超濾 階段702和/或704可以采用示于圖2B的構(gòu)造，其中，輔助處理器236包括超濾器和吸附 裝置中的至少一個。與診所中常規(guī)提供的傳統(tǒng)處理相結(jié)合地補充使用超濾，既可以是在家中非固定地 使用，也可以是在臨床應(yīng)用中使用，可以對患者健康和生活方式帶來巨大影響。超濾處理可 以利用超濾裝置實施，如這里所討論。另外，超濾裝置可被構(gòu)造成容易由技師在透析診所 中在傳統(tǒng)處理之后組裝，或由患者或僅受到最低程度訓(xùn)練的護(hù)理者在患者家中或辦公室組 裝。超濾裝置可以以低血液流率操作，例如小于1毫升/秒，每天至少6小時的總操作時間， 優(yōu)選每天至少8小時，更優(yōu)選每天至少12小時，進(jìn)一步優(yōu)選采用加長的單次持續(xù)時段(例 如4至8小時)，并且對于一些患者來說，除了不超過總長4小時的間斷以外，近乎連續(xù)使 用。超濾裝置(例如，示于圖2A或2B的)還能夠至少夜間使用。作為圖7中的治療方案 700的一部分，超濾裝置操作而以不高于大約0. 4升/小時、且優(yōu)選低得多的速率從血液去 除水。超濾階段702和/或704中的血液流率可以在0. 5毫升/秒和5毫升/秒之間。根據(jù)下面描述的任何輔助治療方式，超濾裝置可日常與直接毒素排除治療相結(jié)合 使用。如前面描述，超濾裝置可優(yōu)選(但不是必須)在無膜分離裝置中采用受包裹的血液 流動，以減少和/或最小化導(dǎo)致負(fù)面生物相容性反應(yīng)的血液與人工表面的接觸。另外，受包 裹的流動，如果使用的話，可以利用帶有例如圖4中以330表示的通道過濾器的通道在無膜 分離裝置中建立，并且優(yōu)選采用如這里所描述的流動條件，尤其是從通道過濾器清除細(xì)胞 質(zhì)體所需的條件。超濾裝置可以是便攜式的，并且優(yōu)選可以由患者佩帶。這樣的便攜式裝置可被構(gòu) 造為電池供電式的，不需要外部電源連接。超濾裝置可基本上不要求透析液或消耗性流體， 而不同于在使用之前要求初始裝填和充填的裝置。超濾裝置還可包括機上攜帶型廢物收集 貯存器或可以由患者佩帶的廢物收集接納部例如收集袋。圖7中的治療方案700和所公開的超濾裝置的各種列舉的特征中的任何或全部可 以以任何方式的組合使用，以提供有效的患者處理(治療)。例如，處理(治療)方法可包 括日?；A(chǔ)的超濾(在家中非固定的，或在診所中)，其被補充間隔大于日常處理的傳統(tǒng)處
26理，優(yōu)選每周兩天。超濾可以使用便攜式裝置進(jìn)行，不論是否是無膜交換器。超濾可以以使 用無膜交換器的方式進(jìn)行，以限制全血向過濾器膜的暴露。附加改型可包括利用便攜式超濾裝置實施日常超濾，其每隔一天利用基于吸附 的便攜式血液透析器而被補充基于吸附的透析處理(sorption-based dialysis)；或利用 便攜式超濾裝置實施日常超濾，其每隔一天利用基于吸附的便攜式血液透析器而被補充基 于吸附的透析處理，且每周一或兩次利用新鮮透析液而被補充傳統(tǒng)透析。超濾裝置還能夠被日常用在處理方法中，包括每周不超過兩次的直接排除毒素的 腎臟替代治療(傳統(tǒng)治療)。傳統(tǒng)治療可包括血液濾過、血液透析和血液透析濾過中的至少 一種。至少該方法可包括實施交替進(jìn)行傳統(tǒng)治療的超濾，例如超濾被日常實施，而傳統(tǒng)治療 被每周實施一或兩次。該方法可包括同傳統(tǒng)治療相比以更長時段和更低流率實施超濾。另 外，該方法可包括同傳統(tǒng)治療相比以更高頻率實施超濾。處理方法中至少超濾部分可以采 用無膜交換裝置。雖然前面的討論主要針對血液超濾，但無膜分離裝置適用于一系列的體外生物學(xué) 流體處理。例如，無膜分離裝置可以用于從可以被分析的流動的血液產(chǎn)生CBF。分析可以通 過使用在線分析系統(tǒng)實時地進(jìn)行。作為替代或附加，流動的血液中的富含細(xì)胞質(zhì)體的流體 組分可以被分析或采樣。由于無膜分離裝置的微流體尺寸可導(dǎo)致相對小樣本體積，因此可 以預(yù)期患者受的影響可以最小，從而使得無膜分離裝置能夠組合在用于連續(xù)流體監(jiān)視的可 佩帶裝置中。一種采用無膜分離裝置804和在線分析系統(tǒng)806的流體組分分析系統(tǒng)800被示于 圖8。例如，流體組分分析系統(tǒng)800可以構(gòu)造為血液血漿分析裝置。因此，血漿可以從小分 離通道(優(yōu)選符合于本說明書中其他地方描述的高度和寬度規(guī)格)抽取。來自患者802的 血液可以借助于泵808連續(xù)抽取。血漿可利用前面描述的相同機構(gòu)在分離通道804中從血 液分離，包括使用通道過濾器。幾乎無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分可以被發(fā)送至分析系統(tǒng)806以便分析，而剩余血液組 分可以借助于閥814返回至患者802?？蛇x的血液監(jiān)視傳感器820可以布置在血液出口膜 分離裝置804的和患者802之間，以監(jiān)測血液，準(zhǔn)備應(yīng)對潛在的安全問題，例如裝置故障或 血液凝固。請注意，泵808可被構(gòu)造成使得血液從患者流動通過無膜分離裝置804。盡管泵 808被示出在分離裝置804的上游，但泵液可以布置在流路中的其它位置。另外，附加泵可 被使用。此外，可以不使用泵。在這樣的無泵構(gòu)造中，血液將依靠來自患者802的血液壓力 流過無膜分離裝置。因此，無膜分離裝置804可被構(gòu)造成基于血液壓力或使用泵808向分 析系統(tǒng)806產(chǎn)生預(yù)定的血漿流率。可以將連續(xù)分析儀806連接至血漿出口。這里，系統(tǒng)800可被使用，以使得在血漿 與血液在患者802中運行時的時間點和由分析儀806分析時的時間點之間只有非常短的延 遲。分析系統(tǒng)806可以具有流動通道，其被構(gòu)造成使得在預(yù)定血漿流率下不存在停滯流動 區(qū)，以使得其被引入的血漿連續(xù)推動。以這種方式，近乎實時的血液成分測量可以實現(xiàn)。連 續(xù)分析儀的例子包括，但并不局限于，分光光度計，導(dǎo)電率傳感器，和PH傳感器。使用血漿泵810和閥816，來自分析系統(tǒng)806的無細(xì)胞質(zhì)體的血漿可以與來自無膜 分離裝置的血流一起返回至人體。或者，通過打開閥818，分析過的無細(xì)胞質(zhì)體的血漿可以 廢棄。類似地，盡管血液在圖8中顯示為返回至患者802，但富含細(xì)胞質(zhì)體的成分可以廢棄或返回至患者。血漿或富含細(xì)胞質(zhì)體的成分可以傳輸至分析儀806，分析儀可以是一次性的 或連續(xù)分析儀。在連續(xù)分析儀被使用的系統(tǒng)中，例如，血漿可以以低流率連續(xù)提取，例如小 于0. 5毫升/分鐘。這可以在處理過程中實現(xiàn)，并且因而允許連續(xù)分析血液成分，否則的話 會由于需要分離或濃縮細(xì)胞質(zhì)成分而難以實現(xiàn)。例如，光學(xué)技術(shù)例如吸收光譜儀可以用于 連續(xù)分析血漿流。作為備選方案，如示于圖9，樣本貯存器906可以連接至無膜分離裝置904的血漿 出口。這樣的系統(tǒng)900液從患者902接收血液，并且利用泵908使得血液流動通過無膜分 離裝置，以便產(chǎn)生無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分和富含細(xì)胞質(zhì)體的血液組分。富含細(xì)胞質(zhì)體的血 液組分可以通過閥912返回至患者902。貯存器906可以用于俘獲來自從患者902的血漿， 為了以后處理、分析、輸液、給藥或制造目的。貯存器906可包括針端口 914，以使得能夠由 使用者間歇式手工采樣。在另一備選方案中，無膜分離裝置904的出口可以不連接至任何部件。在這樣的 構(gòu)造中，例如，測試條或分析溶液可以定期接觸離開無膜分離裝置出口的無細(xì)胞質(zhì)體的血 漿，以便進(jìn)行測量。無細(xì)胞質(zhì)體的組分分析操作可減少和/或最小化采樣的血漿量，并且因此分析中 損的血漿量失。這樣的構(gòu)造可以使得分析系統(tǒng)被小型化，并且潛在地可被連續(xù)佩帶，同時減 少和/或最小化患者血漿損失?；蛘撸b置可以構(gòu)造成以間隔的方式提供血漿組分。這可 以通過控制泵來操控?zé)o膜分離裝置中的流率而實現(xiàn)。例如，泵可以以間隔的方式被接通和 斷開。泵速度也能夠被控制，以便控制采樣速度，例如在慢速和快速之間切換。由于分析系統(tǒng)可以連續(xù)連接至患者，應(yīng)當(dāng)在間歇式分析中或在泵故障的事件中防 止從無膜接觸裝置向患者回流。這可以通過在患者和無膜分離裝置(804、904)之間提供安 全閥(812、910)而實現(xiàn)。安全閥可以采用串列式夾持閥或串列式單向閥的形式。在任何情況下，希望最小化從患者抽取的總量。通過提將裝置供為緊鄰患者，路徑 長度可以減少和/或最小化，并且因此充填分析裝置所需的流體總量也能夠減少和/或最 小化。小尺寸的無膜接觸裝置還導(dǎo)致小樣本體積。泵和閥在分析裝置中的定位也能夠被設(shè) 置成減少和/或最小化分析所需的取自患者的流體體積。由于無膜分離裝置完全能夠提取血漿，如這里所討論，因此無膜分離裝置可被用 于去除血漿，血漿可以被處理或置換為新鮮血漿或其它流體，而不需要離心處理血液。圖10 示出了采用無膜分離裝置的血漿處理裝置1000。特別地講，無膜分離裝置可以具有提取通 道1002，其帶有血液出口通道1010和血漿出口通道1012。血液入口泵1008可以從連接至 患者(未示出)的插口元件1004傳輸全血。血液出口泵1014可以通過插口元件1006將血 液出口通道1010中接收的富含細(xì)胞質(zhì)體的血液傳輸回患者。出口 1012中的無細(xì)胞質(zhì)體的 血漿流可以通過泵1016傳輸至處理模塊1018。如前面描述，泵1008、1014和1016的流率 可被控制，以在出口通道1012中確?；旧蠠o細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分。另外，出口通道1012 可被提供通道過濾器，如前面描述，以便抑制和/或防止細(xì)胞質(zhì)體遷移到出流血漿組分中。處理模塊1018可實施血液處理例如透析處理，提供藥劑至無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組 分，或?qū)嵤┍绢I(lǐng)域已知的任何其它血漿處理。在被處理模塊1018處理之后，血漿可以通過 插口元件10 直接輸注到患者?；蛘?，處理血漿可以存儲在接納部1022中，以便以后輸注 到同一患者或不同的患者，例如以血漿輸注的方式。
28
在用于全部血漿交換的治療性析離術(shù)中，無膜分離裝置將取代當(dāng)前用于傳統(tǒng)血液 /血漿分離技術(shù)的離心裝置。由于無膜分離裝置減少了與人工表面的接觸，因此可以減少或 消除對抗凝劑的需要。另外，無膜分離裝置能夠以小得多的體外量操作。各實施方式可以 因此適合于無法施加要求較大量的系統(tǒng)的兒科情況。圖11示出了一種采用無膜分離裝置 的治療性析離裝置1100。特別地講，無膜分離裝置可以具有提取通道1102，其帶有血液出口通道1110和血 漿出口通道1112。血液入口泵1108可以從連接至患者(未示出)的插口元件1104。傳輸 全血血液出口泵1114可以通過插口元件1106將血液出口通道1110中接收的富含細(xì)胞質(zhì) 體的血液傳輸回患者。出口 1112中的無細(xì)胞質(zhì)體的血漿流可以通過泵1116傳輸至血漿交 換裝置1118。如前面描述，泵1108、1114和1116的流率可被控制，以在出口通道1112中確 保基本上無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分。另外，出口通道1112可被提供通道過濾器，如前面描述， 以便抑制和/或防止細(xì)胞質(zhì)體遷移到出流血漿組分中。血漿交換裝置1118可以采用流量調(diào)節(jié)器和可確保期望的患者血漿平衡被維持的 平衡裝置。因此，血漿交換裝置1118可監(jiān)測通過出口通道1112排出的血漿量，并且可以相 應(yīng)成比例地通過插口元件1120從血漿接納部1122輸注新鮮或捐獻(xiàn)血漿(或其它替代物) 至患者。排出的血漿可以通過廢物出口 IlM廢棄。血漿成分分離的實施方式可以擴展到細(xì)胞質(zhì)體在無膜分離裝置1204中的流體流 中偏析的實施方式，以使得無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分可以從來自患者1202的血液傳輸。所產(chǎn) 生的血漿組分可以從分離裝置1204的出口流向傳統(tǒng)血液透析器1206和/或吸附劑系統(tǒng) (未示出)的輸入部1212。來自無膜分離裝置1204的處理后的血液1214和來自傳統(tǒng)血液 透析器1206的處理后的血漿1216然后可以組合和返回至患者1202。這樣的構(gòu)造1200被 示于圖12。無膜分離裝置1204可產(chǎn)生所包含的細(xì)胞質(zhì)體和CBF之間的分離，以或大或小的 量，而沒有機械或基于膜的裝置，以便改進(jìn)廢物從血液輸送的效率。無膜分離裝置1204可 以設(shè)計成處理大量的血液，例如200-500毫升/分鐘。傳統(tǒng)血液透析器1206可以被加強 和/或最優(yōu)化，以去除小和中等分子溶解物。作為這種配置1200的結(jié)果，曾被抑制向血液 外擴散的較小的溶解物和中等分子可以在提取液中被隔離，并且潛在地更容易擴散到廢物 中。另外，傳統(tǒng)血液透析器1206的膜的特性可以根據(jù)特定應(yīng)用或處理模式而被加強和/或 最優(yōu)化。傳統(tǒng)血液透析器1206還能夠以高于可供使用的剪切率操作，使得所提供的細(xì)胞質(zhì) 體因此而增進(jìn)輸送全部分子，而不會對血流造成負(fù)面影響(因此避免由于較高剪切率導(dǎo)致 細(xì)胞裂解)。在實施方式中，無膜分離裝置1204和傳統(tǒng)血液透析器1206被重復(fù)使用。在這樣 的實施方式中，可再用元件被消毒，例如使用熱水在60至85°C消毒。在這樣的實施方式中， 在血液透析器中沒有細(xì)胞質(zhì)體可以最小化對中空纖維的損失，并且使得技術(shù)更有效地去除 任何蛋白質(zhì)例如白蛋白。唯一的標(biāo)識碼可以賦予每個患者，并且在每個處理期之前通過患者保持的密鑰 (即，USB閃盤，或RFID編碼的患者ID卡)驗證。通過這些裝置，傳統(tǒng)透析處理的成本可以 減少，并且患者安全因而被加強。除了處理各種疾病狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明的裝置或系統(tǒng)還能夠被用于提取血液成分，
29該血液成分可被用于他人，以及用于研究過程，以使得分子和細(xì)胞質(zhì)體在血液中偏析和擴 散。例如，各分子物質(zhì)在血液擴散可能不是獨立發(fā)生的，并且可能不是以Mokes-Einstein 方程表示的簡單方式取決于尺寸。另外，許多溶解物可以分為多種形式自由的，復(fù)合物形 式，結(jié)合于血漿蛋白質(zhì)，結(jié)合于細(xì)胞表面部分，或作為細(xì)胞內(nèi)溶解物。相對于溶解物的擴散 速度，其各種不同形式可能局部平衡或可能不局部平衡。當(dāng)存在膜(和/或存在細(xì)胞質(zhì)體) 時，這些現(xiàn)象容易變得不易察覺，因為其減緩和控制總傳輸速度。因此，根據(jù)本發(fā)明的無膜 裝置或系統(tǒng)可以是研究這些現(xiàn)象和系統(tǒng)的有用科學(xué)工具，以揭示速度升高到什么程度能導(dǎo) 致產(chǎn)生對溶解物可被去除的量和速度造成限制的隔離。特定例子有結(jié)合于白蛋白的膽紅 素。另一例子是無機磷，其以部分離子化鹽的形式存在，具有血漿中的兩種陰離子的形式和 若干細(xì)胞內(nèi)形式。現(xiàn)在參看圖13A，微流體分離器1300可以基于通道13M中相應(yīng)的出口的位置對血 液1316的多種成分之間作出判別。位于通道13M中央的第一出口 1308接收富含細(xì)胞的 液流。提取液出口 1314接收提取液1318和CBF?？拷跫壨ǖ?3M的壁的兩個撇除通 道1310接收富含較小顆粒的流體，所述較小顆粒對于CBF來說太大而不能隨之排除，但可 以從通道中心線(低剪力區(qū))擴散，例如血小板。富含小顆粒的液流被接收在相應(yīng)的出口 增壓室1304中。富含細(xì)胞的液流被接收在相應(yīng)的出口增壓室1302中。參看圖13B，串列式微流體通道裝置具有兩個微流體分離器1340和1341。第一分 離器1340將來自患者1346的血液接收到其樣本流體入口 1347中，而CBF被接收于鞘液入 口 1361。分離器1340的壁式過濾器中的孔的尺寸被設(shè)置成允許血小板與CBF —起從鞘液 出口 1363流出。例如，孔可以為大約3 μ m。細(xì)胞密集部分1348離開樣本流體出口 1372并 且返回至患者。包含血小板的液流1344在樣本流體入口 1374進(jìn)入第二分離器1341。第 二分離器1341的壁式過濾器(這里未示出)的尺寸被設(shè)置成阻止血小板，并且尺寸可以在 100至IOOOnm的范圍內(nèi)，例如。進(jìn)入鞘液入口 1365和CBF 1354的新鮮血漿通過鞘液出口 1367離開。離開樣本流體出口 1376的作為最終產(chǎn)物的流體1352被夾帶于包含血小板的液 流中的血小板中，并且被壁式過濾器阻擋。這種最終產(chǎn)物可以被廢棄。流體平衡機構(gòu)可以 用于以導(dǎo)致最終產(chǎn)物1352被去除的速率供應(yīng)新鮮血漿1350。圖13A和13B中的裝置可被用于從任何流體流中去除中等尺寸的顆粒。裝置可以 擴展至判別其它范圍的尺寸，并且可以被串聯(lián)連接，以通過在前后相繼的分離器中重復(fù)處 理和重新處理流體而提高它們的判別能力。圖13A-i;3B中的裝置的應(yīng)用可包括在器官移植 之前或之后排除血小板，以防止并發(fā)癥。另一應(yīng)用可包括將特定類型的細(xì)胞從血液去除，所 述細(xì)胞具有尺寸特征以允許它們被判別。這里描述的各種實施方式允許在不使用膜的情況下凈化血液，其通過使得血液與 互溶流體在抑制和/或防止紊流混合的狀態(tài)下接觸。可以理解，這里描述的實施方式例如 適用于血液透析。然而，還應(yīng)指出，各實施方式，以及它們的改型，也適用于其它希望通過擴 散機構(gòu)實現(xiàn)樣本流體和另一流體之間的交換的狀況。由提取通道提供的對于特定交換速度的界面面積可以根據(jù)這里描述的原理通過 適宜地組合通道長度、寬度和數(shù)量而實現(xiàn)。所需的面積可以通過提供多重提取通道并且通 過提供鞘流以使得每個通道包含兩個界面而獲得。對小高度(以避免擴散時間和處理中的 量過大)、短長度(以避免過大壓降)和單一裝置寬度的實際限制等方面的競爭要求建議采用平行的提取通道陣列布置、并排布置或疊置，這些都可以在實際微流體裝置中容易地實 現(xiàn)。所描述的實施方式可以用于處理個體的血液，以便用于處理大量疾病狀況的目 的。例如，前面描述的治療可被用于處理急性腎故障，急性肝故障，重癥肌無力中的高抗體 值，和其它自身免疫疾病。附加用途包括，例如，通過析出或吸附去除純合子高脂血中的 LDL,以及諸如慢性充血性心臟故障等狀況下的去除惡性膿毒或流體。所描述的實施方式還 能夠被用于輔助降低艾滋病患者的病毒負(fù)荷，以及處理要求其它的類型血液凈化的患者。 患有糖尿病的患者，施藥過量的患者，服毒的患者，患有腎病的患者，患有急性或慢性肝病 的患者，或患有重癥肌無力、紅斑狼瘡或其它自身免疫疾病的患者，也能夠從前面描述的裝 置和系統(tǒng)獲益。例如，雖然根據(jù)本發(fā)明的交換裝置不能治愈糖尿病，但可以用于改善糖尿病 的一或多種癥狀。另外，前面描述的實施方式可以用于清潔帶有IgG分子或其它作為自身 免疫疾病要因的分子的血液。此外，根據(jù)本發(fā)明的實施方式可被用于急性透析或用于延長 透析?；加形丛谶@里列出的不適、疾病和病癥的患者(或動物，在獸醫(yī)應(yīng)用中)也能夠被處 理。盡管本申請公開內(nèi)容提供了針對ESRD進(jìn)行血液處理的若干例子，但根據(jù)本申請 公開內(nèi)容的原理的提取血液成分可被用于去除其它成分，以便用于處理例如自由病毒顆 粒，以及處理慢性充血性心臟故障(CHF)，以去除水和非選擇性同類電解質(zhì)。用于體外處理 的附加應(yīng)用包括提取血液成分，用于他人或研究，特別是在由于體外量太大而不能使用傳 統(tǒng)設(shè)備的兒科情況下。血漿析離(即，血漿成分分離)和凝血細(xì)胞或血小板析離，是針對此 目的最常用的過程。盡管本申請主要討論血液處理與其相關(guān)的事項，但許多所討論的方法 也可以用于處理其它流體，例如血液成分。此外，這里討論的提取通道和相關(guān)的元件可以用于輔助處理器中，并且可以排列 成鏈而形成多級以便選擇多種流體成分。例如，兩個提取通道形成的鏈可以將第一提取通 道中的提取液傳輸至第二提取通道的樣本流體路徑，因此形成級聯(lián)。例如，第二提取通道可 以在其壁中具有過濾器，其孔徑小于第一提取通道中的過濾器孔徑，以使得來自第二提取 通道的樣本流體包含中等尺寸顆粒，但最小顆粒的比例減少。這樣的級聯(lián)可以包括任意的 數(shù)量級。請注意，在任何和全部實施方式中，無膜通道可以采用例如圖4中以330表示的通 道過濾器，和這里以及并入本申請的美國專利申請公開文獻(xiàn)No. 2006/0076295中討論的類 似過濾器。用于流體分離的方法、系統(tǒng)和裝置在這里被描述。特別地講，描述方法、系統(tǒng)和裝 置可以采用無膜分離裝置作為第一級，用于處理生物學(xué)流體，例如，但不局限于，來自患者 的血液。無膜分離裝置可以以連續(xù)、非機械方式實施血漿成分分離，采用或不采用抗凝劑， 從而產(chǎn)生無血小板和無細(xì)胞質(zhì)體的血漿流；其中，溶解物和/或流體可以從該血漿流提取， 也是采用或不采用抗凝劑；在后面的級中，使用傳統(tǒng)或其它裝置。無膜分離裝置可以施加至 各式各樣的處理，例如處理患有ESRD或CHF的患者的血液。例如，患者的血液可以利用無 膜分離裝置而經(jīng)歷超濾，以從患者去除多余流體。用于實施超濾的裝置可包含(S卩，包括)第一級，其將輸入的血流分離為基本上無 細(xì)胞質(zhì)體的血漿流和富含細(xì)胞質(zhì)體的部分。裝置還可以具有(即，包括)無透析液的第二級，其從第一級接收相當(dāng)大量的無細(xì)胞質(zhì)體的血漿流。第二級可從血漿流選擇性地去除多 余流體、毒素和其它物質(zhì)，并將處理過的血漿返回至第一級的入口。殼體可包含第一和第二 級這二者。一種用于從患者去除多余流體的方法可包括從患者去除血液，從血液其余部分分 離血漿組分，即基本上沒有細(xì)胞質(zhì)體的血液組分，包括細(xì)胞(紅血球和白血球)和血小板。 該方法接下來是在不存在藥劑例如透析液的條件下利用膜超濾CBF，例如通過使血漿組分 流動通過膜，例如體外裝置中的多個中空纖維膜。一種用于處理患者的方法可包括使患者的血液流動而與提取液非混合直接接觸， 提取液包括藥劑例如透析液，從而將CBF傳輸至提取液。除了藥劑以外，提取液可以包括， 先前從血液分離并且循環(huán)返回到與患者的血液接觸的CBF的一部分(再循環(huán)流)。非混合 接觸可以是平坦分離通道中的平行流。所提取液和患者的血液在分離通道中的流動被維 持，以使得在血液和提取液之間的界面處基本上沒有應(yīng)力和應(yīng)變。因此，沒有平流或非擴散 混合存在。通過將提取液在分離通道出口處從分離通道抽，取提取液可被從流動的血液的 剩余組分分離。提取液可以包括與新鮮或再循環(huán)的和/或再生的藥劑相組合的CBF或變異 CBF(源于再循環(huán)流的調(diào)節(jié)，例如超濾或暴露于吸附劑或化學(xué)試劑)?？梢岳肅BF對再循 環(huán)流實施處理，包括超濾，光分離替代，基于吸附劑的腎毒素排除，或其它處理。另一用于處理患者的方法可包括利用生物學(xué)流體在微通道中的層流將包含細(xì)胞 質(zhì)體的生物學(xué)流體的第一成分在空間上與第二成分分離，以及將所分離的第一成分供應(yīng)至 處理系統(tǒng)。在一種改型中，空間分離是在平坦微通道上在以引起生物學(xué)流體中的細(xì)胞質(zhì)體 集中于層流的一個層中的條件下實施的，允許CBF被隔離。CBF可以采用可從微通道提取的 層的形式。所提取的CBF可以在再循環(huán)流中經(jīng)受處理。所提取的CBF和患者的血液在平坦 微通道中的流動被維持，以使得在血液和提取液之間的界面處基本上沒有應(yīng)力和應(yīng)變。一種用于處理患者的方法可包括使患者的血液流動而與提取液非混合直接接觸。 提取液可以包括再循環(huán)流體，其包括先前從血液提取并且在被放回到與血液接觸之前經(jīng)歷 處理的CBF。非混合接觸可以采用平坦分離通道中的平行流的形式。提取液和患者的血 液在分離通道中的流動被維持，以使得在血液和提取液之間的界面處基本上沒有應(yīng)力和應(yīng) 變。通過在分離通道的出口處將提取液從分離通道抽取，提取液可被從流動的血液的剩余 組分分離。提取液可以包括CBF或變異CBF，該變異CBF是在再循環(huán)流中調(diào)節(jié)產(chǎn)生的，例如 通過超濾，暴露于吸附劑或化學(xué)試劑，或稀釋，或透析再生?？梢岳肅BF對再循環(huán)流實施 處理，包括超濾，光分離替代，基于吸附劑的腎毒素排除，或其它處理。一種用于處理患慢性腎病的患者的治療方案可包括使用非固定的或便攜式超濾 裝置對患者的血液進(jìn)行超濾，該超濾裝置超濾血液，而不必連接至實質(zhì)性的藥劑供應(yīng)源，藥 劑包括補液、透析液或任何其它消耗型外來流體。超濾可以在第一處理時間中實施，并且可 以以第一頻率重復(fù)。輔助處理也能夠被實施于患者血液。然而，輔助處理被以第二處理時間 實施，并且可以以小于第一頻率的第二頻率重復(fù)。在特定實施方式中，利用無膜分離裝置、 系統(tǒng)或方法實現(xiàn)超濾。在進(jìn)一步的特定實施方式中，超濾采用無膜分離裝置，包括從血液分離流體和尿 毒素，并且可以包括可能同時或依次出現(xiàn)的各種組合部分(或相態(tài))。這些包括·第一部分，其中，流體和尿毒素被俘獲在并流的提取液(其可以包括外來流體，
32或主要或全部由再循環(huán)CBF構(gòu)成)中，主要通過平流擴散，而細(xì)胞質(zhì)體移動到或被保留在液 流的相對低剪力層中； 第二部分，其中，包括水、尿毒素和其它血液成分、但不包括細(xì)胞質(zhì)體的提取液在 無膜通道中被從液流的相對高剪力層去除；·第三部分，包括通過納米孔過濾器過濾來自無膜通道的流體流，該納米孔過濾器 確保細(xì)胞質(zhì)體不被從提取液流提??；和 第四部分，其中水和相對小分子，包括尿毒素，通過膜被去除，而剩余流體被再循 環(huán)至無膜分離通道。無膜分離裝置還能夠被應(yīng)用于從血液分析、收集和/或交換血漿。例如，用于血液 分析的方法可包括從患者向無膜分離裝置提供輸入血流，使血流流動通過無膜分離裝置， 以使得CBF在空間上與血液中的剩余組分分離，使CBF流動通過出口，并且從出口分析無細(xì) 胞質(zhì)體的血漿組分。用于分析血液血漿的裝置可包括無膜分離器，其具有血液入口和血漿 出口。無膜分離器可被構(gòu)造成利用來自血液入口的血流在血漿出口產(chǎn)生血漿流。裝置還可 包括連接至血漿出口的分析儀和樣本貯存器中的至少一個。利用無膜分離裝置提取血漿包 括將CBF從血液分離，并且可以包括可能同時或依次出現(xiàn)的各種組合部分(或相態(tài))。這些 包括 第一部分，其中血漿流體通過形成層而從細(xì)胞質(zhì)體分離，在該層中細(xì)胞質(zhì)體朝向 液流的低剪力層移動或定向在該低剪力層中，而無細(xì)胞質(zhì)體的(或去細(xì)胞質(zhì)體的)血漿向 著相對高剪力層偏析；·第二部分，其中血漿被從無膜通道中的液流的相對高剪力層去除；·第三部分，其包括通過納米孔過濾器過濾來自無膜通道的流體流，該納米孔過濾 器確保細(xì)胞質(zhì)體不被從提取液流提取；和 第四部分，其中血漿被廢棄或提供至分析儀或樣本貯存器。后者在血漿交換治療 的實施方式中可以通過從新鮮血漿源置換所提取的血漿而被維護(hù)。一種用于置換患者血漿的方法可包括使來自患者的血液流動通過無膜分離裝置， 以使得CBF在空間上與血液的剩余組分分離，提取CBF，以及以與提取所分離的血漿基本相 同的速度向患者提供一定量的替代流體。在一種實施方式中，所提取的CBF和替代液流基 本上是血漿。一種用于血漿交換的裝置可包括無膜分離裝置，其被構(gòu)造成從患者血液至少提取 血漿成分，和流量調(diào)節(jié)器，其被構(gòu)造成以與無膜分離裝置提取血漿成分的速度基本相同的 速度計量用于輸注到患者體內(nèi)的替代流體例如新鮮血漿。盡管這里討論了各種特定構(gòu)造，但其它構(gòu)造也可被采用。此外，在一些情況下，前 面的描述針對的是實驗室產(chǎn)生的例子，但這些例子可以擴展到生產(chǎn)技術(shù)。例如，對于應(yīng)用于 實驗室例子的量值和技術(shù)，它們不應(yīng)理解為局限于此。因此，顯然這里根據(jù)本申請公開內(nèi)容提供了利用無膜分離裝置處理生物學(xué)流體的 系統(tǒng)、方法和裝置?？梢詫Ρ旧暾埞_內(nèi)容作出許多替代、修改和改型。所公開的實施方式 的各種特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)組合、重新布置、省略等，以產(chǎn)生附加實施方式。此外，在 某些時間中，某些特征可以在不采用相應(yīng)的其它特征的情況下發(fā)揮益處。因此，申請人認(rèn)為 全部這樣的替代、修改、等同替換和改型都落在本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)。
3權(quán)利要求
1.一種用于治療患者慢性腎病的方法，包括 裝填一無膜微流體通道，并且潤濕一膜；以至少4小時的持續(xù)時間實施超濾過程，所述超濾過程包括 在便攜式裝置中，使得血液以一流率流入無膜微流體通道，所述無膜微流體通道的尺 寸設(shè)置成使得，在所述流率下，從血液產(chǎn)生去細(xì)胞質(zhì)體組分； 將所述去細(xì)胞質(zhì)體組分的一部分從無膜微流體通道排出； 利用所述膜從所述去細(xì)胞質(zhì)體組分中的排出部分至少提取水；以及 使得所述去細(xì)胞質(zhì)體組分中的排出部分在減去一些水后返回?zé)o膜微流體通道； 所述超濾過程的超濾速度設(shè)置成使得超濾的產(chǎn)出率小于0. 4升/小時； 至少日常重復(fù)實施所述超濾過程，所述超濾過程不要求連續(xù)消耗外來流體；以及 以低于所述日常重復(fù)頻率的頻率實施腎臟替代治療，其中在血液與吸附劑或?qū)嵸|(zhì)性供 應(yīng)的外來流體之間在膜兩側(cè)進(jìn)行血液成分交換；所述日常重復(fù)的超濾過程在實施腎臟替代治療的日子也被實施，或是跳過實施腎臟替 代治療的日子實施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將去細(xì)胞質(zhì)體組分的一部分排出包括使去細(xì)胞質(zhì)體 組分流過壁式過濾器而阻止細(xì)胞質(zhì)體離開無膜微流體通道，所述壁式過濾器具有成陣列的 孔，孔尺寸小于lOOOnm，所述壁式過濾器形成無膜微流體通道的壁的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將去細(xì)胞質(zhì)體組分的一部分排出包括使去細(xì)胞質(zhì)體 組分流過壁式過濾器而阻止細(xì)胞質(zhì)體離開無膜微流體通道，所述壁式過濾器具有成陣列的 孔，孔尺寸在600和IOOOnm之間，所述壁式過濾器形成無膜微流體通道的壁的一部分，并且 與所述無膜微流體通道的壁形成連續(xù)無阻礙的平滑表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述流率為至少0.5毫升/秒且小于5毫升/秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，超濾過程包括將包含所述無膜微流體通道的便攜式 裝置靠近患者定位，以通過最小化血液通道體積而使得患者體外的血量最小化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，腎臟替代治療包括血液濾過、血液透析和血液透析濾 過中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，腎臟替代治療包括基于吸附的透析。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，腎臟替代治療包括透析，其中血液和供應(yīng)量為至少10 升的透析液穿過所述膜的相反兩側(cè)，以從血液至少清除尿毒素。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，超濾過程包括使去細(xì)胞質(zhì)體組分流經(jīng)吸附劑，所述吸 附劑配置成從去細(xì)胞質(zhì)體組分至少去除尿素。
10.一種用于治療患者慢性腎病的方法，包括 裝填一無膜微流體通道，并且潤濕一膜；以至少4小時的持續(xù)時間實施日常超濾過程，所述超濾過程包括 在便攜式裝置中，使血液以一血液流率流入無膜微流體通道，所述無膜微流體通道被 構(gòu)造成使得，在所述血液流率下，從血液產(chǎn)生去細(xì)胞質(zhì)體組分，血液的流入導(dǎo)致產(chǎn)生彼此區(qū) 分的血液流動層，其中包括高剪力層和至少一個低剪力層，去細(xì)胞 質(zhì)體組分與所述至少一個高剪力層重合；以及 從血液流入導(dǎo)致的去細(xì)胞質(zhì)體組分至少提取水；至少日常重復(fù)超濾過程，所述超濾過程不要求連續(xù)消耗外來流體；以及 以低于所述日常重復(fù)頻率的頻率重復(fù)實施腎臟替代治療，其中血液毒素借助于吸附劑 去除，或在單次處理中通過將毒素與實質(zhì)性量的藥劑交換而被去除；所述日常重復(fù)超濾過程按日程實施，以使得超濾在實施腎臟替代治療的日子也被實 施，或只在其它日子實施。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，至少提取水包括使去細(xì)胞質(zhì)體組分流過壁式過濾 器而阻止細(xì)胞質(zhì)體離開無膜微流體通道，所述壁式過濾器具有成陣列的孔，孔尺寸在100 和IOOOnm之間，所述壁式過濾器具有與無膜微流體通道的潤濕壁形成連續(xù)平面的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，提取包括通過膜從去細(xì)胞質(zhì)體組分抽取水。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，超濾過程包括使得去細(xì)胞質(zhì)體組分減去一些水后 返回?zé)o膜微流體通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，血液流率小于1毫升/秒。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，所述膜兩側(cè)的跨膜流率是超濾過程對血液實施的 超濾的凈流率，并且該凈流率不大于0. 4升/小時。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，超濾過程包括將包含無膜微流體通道的便攜式裝 置靠近患者定位，以通過最小化血液通道體積而使得患者體外的血量最小化。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，腎臟替代治療包括血液濾過、血液透析、血液吸附 和血液透析濾過中的至少一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，腎臟替代治療包括透析，其中血液和供應(yīng)量為至少 10升的透析液穿過所述膜的相反兩側(cè)，以從血液至少清除尿毒素。
19.一種分析來自血液的去細(xì)胞質(zhì)體組分的方法，包括 將無膜通道連接至患者；使血液從患者以一血液流率流入所述無膜通道，所述無膜通道被構(gòu)造成引起細(xì)胞質(zhì)體 集中在第一層血流中，以便形成由去細(xì)胞質(zhì)體組分構(gòu)成的第二層；提取第二層的至少一部分，以便在無膜通道的輸出部提供去細(xì)胞質(zhì)體血液成分組分；以及在監(jiān)視期間，連續(xù)傳輸去細(xì)胞質(zhì)體組分至流體分析裝置，并且利用流體分析裝置測量 所述去細(xì)胞質(zhì)體組分的特性，以產(chǎn)生對所述去細(xì)胞質(zhì)體組分的特性的連續(xù)指示； 所述連續(xù)傳輸中包括控制血液流率，以防止血液在無膜通道中凝結(jié)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，提取第二層的至少一部分包括通過使第二層中的 去細(xì)胞質(zhì)體組分流經(jīng)壁式過濾器而阻止細(xì)胞離開無膜通道，所述壁式過濾器具有成陣列的 孔，所述孔的直徑小于lOOOnm，所述壁式過濾器具有與無膜微流體通道的潤濕壁形成連續(xù) 平面的表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，去細(xì)胞質(zhì)體組分中基本上沒有細(xì)胞和血小板。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，流體分析裝置包括分光光度計、導(dǎo)電率傳感器和pH 傳感器中的至少一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括將無膜通道附連至患者，以使其靠近患者身體安置。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括通過對一閥的設(shè)置進(jìn)行控制而控制血液流率，所述閥限制無膜通道的入口處的流動。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括利用單向閥防止血液回流到患者體內(nèi)。
26.一種用于分析血液血漿的裝置，包括無膜通道，其具有彼此面對著的平行壁、血液入口和兩個血漿出口，所述兩個血漿出口 包括壁式過濾器，所述壁式過濾器與彼此面對著的平行壁形成連續(xù)表面，每個壁式過濾器 具有成陣列的孔；所述無膜通道被構(gòu)造成通過引起細(xì)胞質(zhì)體局部集中于血流中以形成靠近兩個血漿出 口的去細(xì)胞質(zhì)體層，從而基本上從血液分離出血漿；以及流體分析裝置和樣本貯存器中的至少一個，其連接著血漿出口。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈的裝置，進(jìn)一步包括泵，其構(gòu)造成以一流率連續(xù)泵送血液通過無 膜通道，所述流率能防止血液在通道中凝結(jié)并且向所述流體分析裝置和樣本貯存器中的至 少一個產(chǎn)生連續(xù)血漿流。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈的裝置，其中，所述流體分析裝置和樣本貯存器中的至少一個包 括帶有針端口的樣本貯存器，所述樣本貯存器被構(gòu)造成從血漿出口連續(xù)接收供應(yīng)的更新血 漿并將血漿連續(xù)從其推出。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈的裝置，進(jìn)一步包括泵，其被構(gòu)造成以一速率連續(xù)泵送血液通過 無膜通道，所述速率能防止血液在通道中凝結(jié)并且向流體分析裝置產(chǎn)生連續(xù)血漿流，其中， 所述流體分析裝置和樣本貯存器中的至少一個是流體分析裝置，其從血漿出口連續(xù)接收供 應(yīng)的更新血漿并且產(chǎn)生代表血液實時性能的連續(xù)更新信號。
30.根據(jù)權(quán)利要求四的裝置，其中，所述流體分析裝置和樣本貯存器中的至少一個包 括分光光度計、導(dǎo)電率傳感器和PH傳感器中的至少一種。
31.根據(jù)權(quán)利要求四的裝置，其中，所述流體分析裝置和樣本貯存器中的至少一個是 帶有針端口的樣本貯存器。
32.一種用于置換患者血漿的裝置，包括無膜通道，其具有彼此相對的壁，所述壁中的至少一個具有至少一個流體出口端口，所述無膜通道被構(gòu)造成通過靠近所述彼此相對的壁形成去細(xì)胞質(zhì)體血液組分和至少 血漿成分，而從患者血液至少提取血漿成分；泵，其被構(gòu)造成使血漿通過至少一個流體出口端口從無膜通道流出；以及血漿平衡調(diào)節(jié)器，其被構(gòu)造成以與從無膜通道提取血漿成分的速率對應(yīng)的速率計量用 于輸注到患者體內(nèi)的新鮮血漿或其它替代物。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其中所述無膜通道具有輸入端和輸出端，它們彼此分開一長度且限定了通過通道的流動方 向，通道寬度與通道深度之比大于10，通道深度不大于1500 μ m，通道寬度和通道深度均垂 直于所述流動方向，所述彼此相對的壁之間分開所述深度，所述至少一個流體出口端口包括位于每個彼此相對的壁上的用于血漿的出口端口，每 個出口端口具有壁式過濾器，并且每個壁式過濾器具有與彼此相對的壁中相應(yīng)的一個相連續(xù)的表面，以使得細(xì)胞被流經(jīng) 該表面的流體從所述表面清掃掉。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中，壁式過濾器的孔尺寸不大于lOOOnm。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中，壁式過濾器的孔尺寸不大于800nm。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中，壁式過濾器的孔尺寸不大于300nm。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中，通道的深度為大約700μ m。
38.一種用于對患者實施超濾的裝置，包括第一級，其被構(gòu)造成將輸入的血流分離為基本上無細(xì)胞質(zhì)體的血漿流和剩余血液組 分；第二級，其從所述第一級接收所述基本上無細(xì)胞質(zhì)體的血漿流，所述第二級被構(gòu)造成 選擇性地從血漿流去除多余流體、毒素和其它物質(zhì)并將處理過的血漿返回到第一級的入 口，而不消耗血液常規(guī)溶液，所述第一級被構(gòu)造成將剩余血液組分返回至患者，所述第一級采用無膜分離裝置，其通過在至少一個微流體通道中形成流動層而將血漿 從血液分離，所述流動層包括細(xì)胞增多層和至少一個去細(xì)胞質(zhì)體層，從而允許俘獲和提取 所述至少一個層；以及殼體，其包含所述第一和第二級。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中，所述至少一個微流體通道包括多重微流體通道，每 個微流體通道為直線形通道，其橫截面的長寬比大于10。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，進(jìn)一步包括容納在所述殼體中的控制模塊，所述控制模 塊構(gòu)造成以與所述至少一個層的形成速率對應(yīng)的速率將血漿從所述至少一個微流體通道 傳輸。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，進(jìn)一步包括容納在所述殼體中的電源，所述電源連接至 控制器和用于泵送血液和血漿中的至少一個的泵。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，進(jìn)一步包括容納在所述殼體中的至少一個閥，所述至少 一個閥被構(gòu)造成調(diào)節(jié)血液和血漿中的至少一個的流動。
43.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中，所述殼體被構(gòu)造成適于被直接靠近患者佩帶，并且 所述殼體具有用于從患者接收血液的入口，用于將血液返回至患者的出口，和用于去除超 濾液的廢物出口。
44.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中，所述至少一個微流體通道中的每個具有壁式過濾 器，所述壁式過濾器具有規(guī)則的成陣列的孔，血漿可從所述孔中流過，所述孔的尺寸能防止 細(xì)胞質(zhì)體流過但允許被阻擋的細(xì)胞被流壁式過濾器的血液從壁式過濾器清掃掉。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，其中，所述孔的尺寸在10和SOOnm之間，并且每個壁式過 濾器具有與所述至少一個微流體通道中相應(yīng)的一個的潤濕壁形成連續(xù)平面的表面。
46.根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，進(jìn)一步包括容納在殼體中的控制模塊，所述控制模塊包 括外部輸入/輸出接口，所述接口被構(gòu)造成與血液監(jiān)視裝置通信和從使用者接收設(shè)置指 令，所述控制模塊被構(gòu)造成從至少一個傳感器接收信號，所述傳感器被構(gòu)造成監(jiān)測患者血 液或血漿的特性，并且在外部輸入/輸出接口輸出對所述特性的指示。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的裝置，其中，控制模塊包括存儲裝置，用于存儲來自所述至少一 個傳感器的信息。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的裝置，其中，所述至少一個傳感器包括血球容量計傳感器、電解質(zhì)傳感器、葡萄糖傳感器和鉀傳感器中的至少一種。
49.一種用于從患者去除多余流體的方法，包括 從患者排出血液；從血液分離出基本上無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分；以及通過在不存在透析液或其它液體介質(zhì)的條件下利用跨膜壓差使血漿組分流動通過體 外容器中的多個中空纖維膜而對血漿組分進(jìn)行超濾，其中，分離包括使血液流動通過無膜 分離裝置，所述無膜分離裝置被構(gòu)造成通過弓I起細(xì)胞向至少一個相應(yīng)血流層中的基于擴散 的運動而產(chǎn)生無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分，從而形成去細(xì)胞質(zhì)體層。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，進(jìn)一步包括將超濾血漿組分再循環(huán)至無膜分離裝置，以 使得超濾血漿組分的至少一部分與血液一起返回至患者。
51.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，其中，無膜分離裝置包括多個微流體通道，每個微流體通 道被構(gòu)造成利用提取液流包裹從中流過的血液流。
52.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，進(jìn)一步包括將血液返回至患者。
53.一種用于從血液去除血小板的方法，包括 使血液和鞘液以直接接觸的方式流動通過微通道；在微通道的不同部位選擇排出流，以便選擇血液的各組分，其中第一組分包含細(xì)胞和 血小板，第二組分包含濃度高于第一組分中血小板濃度的血小板；其中，第二組分在具有比第一組分高的剪力的區(qū)域被從微通道提取。
54.一種用于從血液去除血小板的系統(tǒng)，包括使血液和鞘液以直接接觸的方式流動通過微通道的裝置；在微通道的不同部位選擇排出流的裝置，以便選擇血液的各組分，其中第一組分包含 細(xì)胞和血小板，第二組分包含濃度高于第一組分中血小板濃度的血小板； 其中，第二組分在具有比第一組分高的剪力的區(qū)域被從微通道提取。
55.一種用于治療患者慢性腎病的系統(tǒng)，包括 用于裝填一無膜微流體通道并且潤濕一膜的裝置；用于以至少4小時的持續(xù)時間實施超濾過程的裝置，其包括用于使得血液以一流率流入無膜微流體通道的裝置，所述無膜微流體通道的尺寸設(shè)置 成使得，在所述流率下，從血液產(chǎn)生去細(xì)胞質(zhì)體組分；用于將去細(xì)胞質(zhì)體組分的一部分從無膜微流體通道去除的裝置；用于利用膜從所述去細(xì)胞質(zhì)體組分中的去除部分至少提取水的裝置；以及用于使得所述去細(xì)胞質(zhì)體組分中的去除部分減去一些水后回?zé)o膜微流體通道的裝置；其中，超濾過程的超濾速度設(shè)置成使得超濾的產(chǎn)出率小于0. 4升/小時； 用于至少日常重復(fù)實施超濾過程的裝置，超濾過程不要求連續(xù)消耗外來流體；以及 用于以低于所述日常重復(fù)頻率的頻率實施腎臟替代治療的裝置，其中在血液與吸附劑 或?qū)嵸|(zhì)性供應(yīng)的外來流體之間在膜兩側(cè)進(jìn)行血液成分交換。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng)，其中，用于將去細(xì)胞質(zhì)體組分的一部分去除的裝置包括 用于使去細(xì)胞質(zhì)體組分流過壁式過濾器而阻止細(xì)胞質(zhì)體離開無膜微流體通道的裝置，所述 壁式過濾器具有成陣列的孔，孔尺寸小于lOOOnm，所述壁式過濾器形成無膜微流體通道的壁的一部分。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng)，其中，用于將去細(xì)胞質(zhì)體組分的一部分去除的裝置包括 用于使去細(xì)胞質(zhì)體組分流過壁式過濾器而阻止細(xì)胞質(zhì)體離開無膜微流體通道的裝置，所述 壁式過濾器具有成陣列的孔，孔尺寸在600和IOOOnm之間，所述壁式過濾器形成無膜微流 體通道的壁的一部分并且與無膜微流體通道的壁形成連續(xù)無阻礙的平滑表面。
58.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng)，其中，腎臟替代治療包括血液濾過、血液透析和血液透析 濾過中的至少一種。
59.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng)，其中，腎臟替代治療包括基于吸附的透析。
60.根據(jù)權(quán)利要求55的系統(tǒng)，其中，超濾過程包括使去細(xì)胞質(zhì)體組分流經(jīng)吸附劑，所述 吸附劑配置成從去細(xì)胞質(zhì)體組分至少去除尿素。
61.一種用于治療慢性患者腎病的系統(tǒng)，包括 裝填一無膜微流體通道，并且潤濕一膜；以至少4小時的持續(xù)時間實施日常超濾過程，所述超濾過程包括 用于使血液以一血液流率流入無膜微流體通道的裝置，所述無膜微流體通道被構(gòu)造成 使得，在所述血液流率下，從血液產(chǎn)生去細(xì)胞質(zhì)體組分，血液的流入導(dǎo)致產(chǎn)生彼此區(qū)分的血 液流動層，其中包括高剪力層和至少一個低剪力層，去細(xì)胞質(zhì)體組分與所述至少一個高剪 力層重合；以及用于從血液流入導(dǎo)致的去細(xì)胞質(zhì)體組分至少提取水的裝置； 用于至少日常重復(fù)超濾過程的裝置，所述超濾過程不要求連續(xù)消耗外來流體；以及 用于以低于所述日常重復(fù)頻率的頻率重復(fù)實施腎臟替代治療的裝置，其中血液毒素借 助于吸附劑被去除，或是在單次處理中通過將毒素與實質(zhì)性量的藥劑交換而去除。
62.一種用于分析來自血液的去細(xì)胞質(zhì)體組分的系統(tǒng)，包括 無膜通道，其能夠連接至患者；流動通道，其構(gòu)造成使血液從患者以一血液流率流入無膜通道，所述無膜通道被構(gòu)造 成引起細(xì)胞質(zhì)體集中在第一層血流，以便形成主要由去細(xì)胞質(zhì)體組分構(gòu)成的第二層；所述無膜通道被構(gòu)造成提取第二層的至少一部分，以便在無膜通道的輸出部提供去細(xì) 胞質(zhì)體血液組分；以及監(jiān)視裝置，其被構(gòu)造成用于在監(jiān)視期間將去細(xì)胞質(zhì)體組分連續(xù)傳輸至流體分析裝置， 并且利用所述流體分析裝置測量所述去細(xì)胞質(zhì)體組分的特性，以產(chǎn)生對所述去細(xì)胞質(zhì)體組 分的特性的連續(xù)指示，其中，監(jiān)視裝置控制血液流率，以防止血液在無膜通道中凝結(jié)。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的系統(tǒng)，其中，監(jiān)視裝置包括帶有針端口的樣本貯存器。
64.一種用于去除樣本流體的一組分的裝置，包括第一無膜分離器，其被構(gòu)造成用于形成層流，而沒有平流混合，所述第一無膜分離器具 有帶過濾器的通道，所述過濾器的尺寸設(shè)置成允許具有第一尺寸和第二尺寸的顆粒通過第 一提取液出口離開第一無膜分離器，所述第一尺寸大于第二尺寸；以及第二無膜分離器，其具有連接至第一提取液出口的入口，并且具有帶過濾器的通道，所 述過濾器的尺寸設(shè)置成允許具有第二尺寸的顆粒在第二提取液出口離開第二無膜分離器， 同時將具有第一尺寸的顆粒保留在通道中，以便輸出至所述組分的出口。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的裝置，其中，第一無膜分離器具有提取液入口，所述提取液入口 被連接成接收來自第二提取液出口的液流。
全文摘要
一種無膜分離裝置可以應(yīng)用于各式各樣的處理，例如為晚期腎病患者超濾血液。超濾裝置可包括無膜分離裝置，其將輸入的血流分離為基本上無細(xì)胞質(zhì)體的血漿流和剩余組分，以及無透析液的第二級，其選擇性地從血漿流去除多余流體、毒素和其它物質(zhì)，并將處理過的血漿返回到無膜分離裝置。治療方案可包括使用超濾裝置超濾患者血液，以及以同超濾相比減小的頻率對患者血液實施輔助處理。無膜分離裝置還能夠?qū)碜匝旱难獫{進(jìn)行處理、分析和/或交換，或與傳統(tǒng)血液透析器組合以便對無細(xì)胞質(zhì)體的血漿組分實施透析。
文檔編號A61M1/34GK102065926SQ200980110458
公開日2011年5月18日 申請日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者E·F·萊昂納德, I·K·賴克, S·科泰爾 申請人:紐約市哥倫比亞大學(xué)理事會