[发明专利]具有双声电泳腔的声电泳装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年1月8日提交的美国临时专利申请No.61/925,171的优先权。该申请的全部内容在此通过引用完全并入本文。

背景技术

在许多应用中需要将颗粒/流体混合物分离成它的多个单独组分的能力。声电泳(acoustophoresis)使用高强度声波分离颗粒，而不需要使用膜或物理的尺寸排阻过滤器。已知的是，当强度和压缩系数这两者中存在差异(也被称为对比系数)时，声音的高强度驻波可以对流体中的颗粒施加力。驻波具有表现出随时间“驻立”不动的压力分布。驻波中的压力分布在其波节和波腹处包含净零压力的区域。取决于颗粒的密度和压缩系数，将在驻波的波节或波腹处捕获这些颗粒。驻波的频率越高，能够被捕获的颗粒越小。

常规声电泳装置因如下几个因素而具有有限的功效，这些因素包括发热、对流体流动的限制以及不能捕获不同类型的材料。具体而言，发热可能对流体流中的材料有害，特别是在如下生物制药应用中：在流体流中存在例如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞和蛋白质等材料以及从这些材料提取的单克隆抗体。

就这一点而言，包括压电元件的超声换能器通常用于产生超声波。换能器通常被安装到腔的壁部中，而反射体被安装在相对的壁部中。反射体的表面与压电元件的表面平行，从而使压电元件所产生的入射波的反射最大化，以形成驻波。当进行声电泳时，在操作期间压电元件产生热量。期望提供能够最大程度地减少发热的替代设计。

发明内容

本发明涉及多种声电泳系统，其包括位于流动路径中间而不是位于流动路径一侧的压电元件。这允许压电元件两侧而不仅是压电元件一侧产生声驻波。这还允许压电元件两侧暴露于流体流并产生冷却效果，从而减轻压电元件中的热积聚。该装置可以用于使颗粒与颗粒/流体混合物分离。可以得到颗粒浓度增大的新混合物，或者可以得到分离出的颗粒本身。在更多特定实施例中，颗粒是生物细胞，例如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、NS0杂交瘤细胞、幼仑鼠肾(BHK)细胞和人体细胞。本文描述了几种不同类型的组件和整体系统。

本文多个实施例公开了一种声电泳装置，包括：装置入口，其允许流体流进入到装置中；装置出口，其允许流体从该装置流出；以及声腔，其位于装置入口与装置出口之间的流动路径中。声腔包括：第一端以及与第一端相对的第二端；压电元件，其在第一端与第二端之间延伸，并将声腔分成第一流动腔和第二流动腔，压电元件具有第一表面和第二表面；第一反射体，其与压电元件的第一表面相对，第一反射体与第一表面之间设置有第一流动腔；以及第二反射体，其与压电元件的第二表面相对，第二反射体与第二表面之间设置有第二流动腔。

声腔还可以包括：保持板，其保持压电元件；以及两个支架板，其具有狭槽，该狭槽用于将保持板保持在声腔中的固定位置。

压电元件可以包括多个压电晶体。一般来说，压电元件适合于在第一流动腔和第二流动腔中产生多维驻波。在更多特定实施例中，在第一流动腔和第二流动腔中由压电元件产生不同的驻波(例如，其具有不同的频率)。

在一些实施例中，声电泳装置成形为：使得流体经由装置入口流动到装置中，进入到声腔的第一端中，然后并行地流动穿过第一流动腔和第二流动腔，经由声腔的第二端从声腔流出，并经由装置出口从声电泳装置流出。声电泳装置还包括波状喷嘴壁，该波状喷嘴壁位于装置入口与声腔之间。

在其他实施例中，声电泳装置成形为：使得流体经由装置入口流动到装置中，然后沿从声腔的第一端经由第一流动腔至第二端接着经由第二流动腔返回至第一端的U形路径行进通过声腔，然后经由声腔的第一端离开流动腔，并经由装置出口离开装置。在此类实施例中，声腔的第二端可以通向井部，井部的横截面面积从单个入口向下渐缩至顶点，并且排出管线将顶点连接至用于回收在井部中收集的材料的端口。

本文还公开了使颗粒与主流体(host fluid)分离的方法，该方法包括：使主流体和颗粒的混合物流动穿过如上所述的声电泳装置，该声电泳装置具有第一流动腔和第二流动腔。脉冲电压信号驱动压电元件，以在第一流动腔和第二流动腔中产生多维驻波，从而使颗粒与主流体分离。

在第一流动腔和第二流动腔这两者中，多维驻波可以产生具有轴向力分量和横向力分量的声辐射力，轴向力分量和横向力分量具有相同的数量级。

在特定实施例中，颗粒是中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、NS0杂交瘤细胞、幼仑鼠肾(BHK)细胞或人体细胞。