[发明专利]用于活性生物淤积控制的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请来源于2011年9月28日提交的题为“ 用于活性生物淤积控制系统和方法”的美国临时专利申请61/540，051，其内容全部通过引用结合于此。

技术领域

本发明公开的技术主题涉及一种用于活性生物淤积控制的装置和方法。

联邦政府赞助的研究或发展

本发明是在美国海军研究机构授予的批准号N00014-08-0741和N00014-10-1-0907以及美国国家科学基金会授予的批准号DMR-1 121 107的政府支持下所作出的。美国政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

生物淤积问题阻碍了全世界许多工业操作、军事行动和医务治疗，并且其每年花费超过10-1000亿美元。这依然是一个重要的根本问题，它显著阻碍了人们对生物系统操作的能力。因此，需要提供一种可多方面应用的生物淤积控制的装置和技术。

概述

本概述以简化形式引入一组概念并进一步在之后的详细说明内描述。本概述并不旨在确定关键特征或所要求保护的主题的必要特征，也不是旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

本发明公开了用于活性生物淤积控制的装置和方法。一方面，一装置包括一与生物材料相接触的表层。该装置还包括一被配置为改变表层为第一形态和第二形态之间的结构的机构。当结垢剂与处于第一形态的表层相结合，从第一形态到第二形态的变化超出表层上结垢剂剥离的临界应力而使所述表层变形。

另一方面，一系统包括一电极和一连接至所述电极的膜，所述膜有与生物材料相接触的表层。该系统还包括被配置在电极和生物材料之间提供外加电压的电压源，所述电压源使得表层在第一形态和第二形态间变化。当结垢剂与处于第一形态的表层相粘合时，从第一形态到第二形态的变化超出表层上结垢剂剥离的临界应力而使所述表层变形。

另一方面，提供一从表层分离细胞组分的装置。该装置包括一接触细胞组分的表层。进一步，该装置包括被配置为改变表层为第一形态和第二形态之间的机构，其中，所述细胞成分附着在在所述第一形态上。从第一形态到第二形态的变化超出表层上细胞组分剥离的临界应力而使所述表层变形。

另一方面，一装置包括被配置为测量一种生物材料物理状态并基于测量生成信号的传感器。所述传感器包括一接触生物材料的表层。进一步，该装置包括一至少部分覆盖传感器表层的覆盖层，所述覆盖层定义为与生物材料相接触的另一个表层。该装置还包括一配置为改变覆盖层表层为第一形态和第二形态的机构。当结垢剂与处于第一形态的传感器表层和覆盖层表层相结合，从第一形态到第二形态的变化超出至少一部分覆盖层表层上结垢剂剥离的临界应力而使覆盖层表层变形，这样所述变化使得至少部分传感器表层暴露于生物材料。

附图说明

上述概述以及下述多个实施例的详细说明结合附图阅读时能更好理解。为了说明的目的，示出在附图中的示例性实施例，但是，本发明公开的主题并不限于所公开的具体方法和变形。

图1所示为本文所提供的实验中使用步骤的示意图。

图2所示为侧面示意图，示出了在激励样本表层（A）上的生物膜因聚合物膜变形而分离，而在对照样本表层（B）上的生物膜被保持。

图3所示为荧光显微镜图，示出了在（A）对照聚合物膜（50μm厚度）；（B）激励聚合物膜（50μm厚度）；（C）激励聚合物膜（10μm厚度）；和（D）对照聚合物膜（10μm厚度）上的C.玛丽娜细胞（C.marina cells）。图3E示出了每个聚合物膜细胞密度的量化曲线图。

图4所示为荧光显微镜图，示出了软聚合物的波长图案随软聚合物的厚度从1mm^-1μm变化而变化。波长（λ）是聚合物膜厚度的1.5倍。

图5所示为通过改变相对于对照样本的荧光而测量的细菌（C.玛丽娜）生物膜释放的电激励效果图。所述生物膜在不同的弹性生物膜表层上形成了4天。当所述表层上的媒质在持续性流量（0.5ml/min）的低剪切下不断置换（冲洗），电激励通过循环20分钟（0.2HZ）的0V-20V电压完成。

图6所示为显示PDMS介电弹性体膜模量在固定折痕大小的C.玛丽娜生物膜释放时的效果图。所述生物膜是将表层暴露在细菌悬液中4天而形成的。电激励是通过传递足够大的震荡电压，使得所有样本（20~μm）在20分钟形成大致相同大小的折痕，而所述表层上方的溶液是在持续性流量（0.5ml/min）的低剪切下不断置换（冲洗）。