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CN104968408A - 过滤装置以及使用该过滤装置的方法 - Google Patents

过滤装置以及使用该过滤装置的方法 Download PDF

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CN104968408A CN201480007590.9A CN201480007590A CN104968408A CN 104968408 A CN104968408 A CN 104968408A CN 201480007590 A CN201480007590 A CN 201480007590A CN 104968408 A CN104968408 A CN 104968408A
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Abstract

一种过滤装置，其具有顶元件和底元件，以及位于二者之间的过滤元件。该过滤元件在其上表面上捕获过大的颗粒，并采用洗脱液切向地冲洗这些颗粒，以在相对低的液体体积中提供颗粒浓度用于进一步的分析。在一个中间步骤中，由过滤元件捕获的颗粒可以用诸如水的冲洗液来冲洗，以使额外的较小的颗粒通过过滤元件，从而提供纯净的样品。为了提高效率，可以将止回阀用于单向流动的通路。此外，也可以利用三通旋塞阀的配置。最后，夹层配置是可行的，其中单个的底元件被夹在两个相对的顶元件之间。

Description

过滤装置以及使用该过滤装置的方法
背景技术
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年02月05日提交的美国临时申请序列号61/760,954以及2013年03月15日提交的美国临时申请序列号61/789,027的优先权。其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
机械的颗粒过滤器被用于从液体/颗粒混合物中提取颗粒用于分析。然而，目前颗粒保存在过滤器中。最常见的用于从过滤器中移除颗粒用于分析的技术是引入额外的液体，例如通过使用反洗工艺。然而，理想地，颗粒应被包含在尽可能最少量的液体中而保持高的截留率，以便于分析。当颗粒为细菌时更是如此。因此，当反洗过滤器确实从过滤器中移除了颗粒时，该过程的效率很低，并且所需的液体的总量可能产生液体/颗粒与过量液体的二次混合。
进一步地，当使用具有小孔径的亲水膜以及在过滤器的下游侧提供抽吸力以抽取液体和较小的颗粒时，通常，该膜在被弄湿后会变成空气的屏障。
需要一种设计和方法，借此有利的颗粒可以被过滤并包含在少量液体中，进一步地，借此过滤器可以被构造成使得即使在液体经过后，过滤器的膜将允许更多的真空抽吸。
附图说明
图1为示出了过滤装置的简化分解示意图；
图2为图1中的过滤装置的组装示意图；
图3A-8A为过滤装置的顶半部和底半部的示意图，示出了过滤过程的不同配置；
图3B-8B为组装状态中过滤装置的示意图，示出了过滤过程的不同配置；
图9为示出了分解的过滤装置的一个实施方式的立体装置图，其中除去了过滤元件；
图10为图9中的过滤装置的实施方式的示意图，但是包含安装在位的过滤元件；
图11A为过滤装置的可替代实施方式的顶半部和底半部的示意图，其中过滤装置利用止回阀和改进的通道，从而为洗脱液和水提供双进口并为真空提供双出口；
图11B为图11A中的过滤装置组装状态下的示意图；
图12A-17A为过滤装置的另一个实施方式的顶半部和底半部的示意图，示出了过滤过程的不同配置，并且进一步地利用旋塞阀来形成不同的液体路径；
图12B-17B为图12A-17A中的过滤装置的实施方式在组装状态下的示意图，示出了过滤过程的不同配置；
图18A为利用夹层配置的过滤装置的示意图，借此之前描述的“顶部”被夹在两个“底部”之间，以提供更好的过滤性能；以及
图18B为图18A中的过滤装置在组装状态下的示意图。
发明内容
以下为了说明的目的，术语“端部”、“上部”、“下部”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“侧部”、“纵向”及由其导出的应与本发明相关，因为其为在附图中的方向。然而，应了解的是，除有具体的相反说明外，本发明可以具有多种替换变型和步骤顺序。还应了解的是，附图所示的以及在说明书中所描述的具体装置和过程仅仅是本发明的示例性的实施方式。因此，在此公开的与实施方式相关的具体尺寸和其他物理特征并不视为限制。
图1示出了过滤装置10，其具有顶元件15、底元件20以及位于二者之间的过滤元件25。图1为分解示意图，图2为具有相同部件的组装示意图，但是顶元件15和底元件20画在一起以将过滤元件25压紧在二者之间。作为概述，请将注意力放在图2上，液体/颗粒混合物通过进口/出口30被引入到延伸通过顶元件15的通道内(未示出)。进口35被关闭，并且抽吸出口40提供真空，从而吸入液体/颗粒混合物使其通过过滤元件25，使得过大的颗粒余留在过滤元件25的上表面45上。此后，进口35被打开，并且抽吸出口40被关闭。随后，洗脱液被引入进口35，以切向地冲洗过滤元件25的上表面45。这使得离开进口/出口30的液体/颗粒混合物的体积减小。作为中间步骤，可以在抽吸出口40打开时关闭进口35，并且将水/冲洗剂引入进口/出口30，以在初始过滤步骤之后将颗粒冲走，从而进一步过滤未能在之前清洗通过过滤器的所有余留的颗粒。该水/冲洗剂和较小的颗粒的溶液通过抽吸出口40被移除并排出。因此，沉积在过滤元件25的上表面45上的过大的颗粒被分离并使用减小体积的洗脱液收集。
洗脱液可以是泡腾的，并包含诸如吐温(TWEEN)的发泡剂。当颗粒为细菌时，本发明所称的过滤装置最为有效。过滤元件优选为聚碳酸酯型过滤器，其为表面过滤器，并且可以具有开口宽度约为0.4微米的孔。
在讨论图3A-8A的过程中，应了解的是，所示的顶元件15和底元件20的表面可以是透明的，并且顶元件15将被放置在底元件20上，使得每个元件15、20中的通道大体上相互对齐。因此，为了便于讨论，顶元件15为透明的，并且其中所示的通道会位于顶元件15的下侧47，而在底元件20中所示的底通道50位于底元件20的上表面52上。图3A-7A中并未示出过滤元件25，但是其如图3B-7B所示位于顶部元件15和底元件20之间。
阀A-H示于顶元件15中。取决于过滤装置10的配置，这些阀中的一个或多个被打开，而其他的被关闭。关闭状态通过将阀的符号变黑来示出。
对于初始配置，请将注意集中在图3A和图3B上，液体/颗粒混合物通过进口30被引入，并且沿箭头62所指经过第一级通道60。阀A被打开，而阀B、C和D被关闭。在这种配置中，真空被启动，使得抽吸出口40在整个底通道50吸入真空。因此，液体/颗粒混合物被推向过滤元件25的上表面45(图3B)，由此将过大的颗粒65余留在过滤元件25的上表面45上。较小的颗粒以及液体被吸入通过过滤元件25，并沿着底通道50被排出抽吸出口40，如箭头67所指。此时，过大的颗粒65和其他杂质颗粒已经被沉积在过滤元件25的上表面45上。应注意的是，对于图3A和3B中所示的配置，至多有一半的过滤元件被利用。
为了完善该过滤工艺，发明人了解到，仅仅通过将诸如水冲洗剂的液体冲洗剂施加在颗粒65上，就能够将额外的较小的颗粒清洗通过过滤元件25。
请将注意力放在图4A和图4B上，阀A、B、D和F被关闭，并且通过水进口70沿着水通道72引入水，如箭头74所示。正如原始的液体/颗粒混合物一样，抽吸出口40为底通道50提供真空，使得水被吸入通过过滤元件25进入底通道50，并且沿着箭头76在抽吸出口40被排出。这一水冲洗剂移除了在初始过滤步骤中可能余留的其他较小的颗粒。
请注意图5A和5B，阀A、C、E和G在此被关闭，并且洗脱液(也可以被称为泡沫)受到泡沫进口80的压力被引入，其经过由箭头84定义的泡沫通道82到达收集器85，这时其包含减少体积的液体/颗粒混合物，其中液体为洗脱液。应注意的是，真空被取消，使得底通道50闲置，并且洗脱液流动穿过过滤元件25的上表面45，以将液体/颗粒混合物沉积在收集器85中。液体穿过过滤元件25的上表面45的这一过程被称为切向地冲洗上表面52，并且驱使上表面45上的颗粒，以采用机械方式刮净上表面45并且将颗粒65移至收集器85。这样，与初始液体/颗粒混合物相关的液体的相对大的体积已被显著减小。
到此为止所描述的都是单级过滤过程，其能够显著减小与经过滤的颗粒相关的液体的体积，以改进后续对颗粒的研究的难易度。只有一部分基本上延伸跨越底元件20的宽度的过滤元件25已被利用。
发明人意识到可以提供相对简单的二级过滤来进一步减小液体/颗粒混合物中的液体的体积或进一步移除非期望的小颗粒。
请将注意力放在图6A和图6B上，经过提纯的液体颗粒样品在收集器85中，阀B、C、E、F和H被关闭，并且抽吸力被引入底通道50，使得来自收集器85的液体沿着箭头92被吸入第二级通道90，在此较小的颗粒和液体沿着箭头92被吸入通过过滤元件25进入底通道50，并且通过抽吸出口40排出。此外，阀A和D被打开，使得空气可以进入，以允许液体被拉出储水器85。再次地，颗粒65被沉积在过滤元件25的上表面45上，但是此时洗脱液和较小的颗粒经过过滤元件25进入底通道50并由抽吸出口40流出。
请将注意力放在图7A和图7B上，阀C、E、G和H被关闭，并且水沿着箭头94通过水进口70被引入水通道72，随后进入第二级通道90。利用底通道50中的抽吸力，所有较小的颗粒和余留的洗脱液再次被吸入通过过滤元件25进入底通道50，在此其沿着箭头96的路径，并且通过抽吸出口40排出。
最后，请将注意力放在图8A和图8B上，阀B、G和F被关闭，并且由泡沫进口80沿着泡沫通道82提供洗脱液，如箭头98所指。正如之前，洗脱液横向移动穿过过滤元件25的上表面45，并且将颗粒65从过滤元件25的上表面45上刮净，在此随后其被运输通过出口35进入第二收集器，以提供液体/颗粒混合物，其中液体相对于颗粒浓度具有格外低的液体体积，从而允许对颗粒进行分析，以大大简化后续程序。
总的来说，图3-8示出了用于从液体/颗粒混合物中分离颗粒65的过滤装置10。过滤装置包括顶元件15，其具有延伸于其中的至少一个开口通道60，以将顶元件进口30连接至第一收集器85，其中通道60在顶元件15的下侧47开口。底元件20具有延伸于其中的至少一个开口通道50，该通道被连接至底元件出口或抽吸出口40。通道50在底元件20的上侧52开口。顶元件15被固定在底元件20上，使得顶元件15的下侧47与底元件20的上侧52相对固定，并且其中通道60、50彼此相对齐。过滤元件25大致为平的，并且位于顶元件15和底元件20之间并与通道60、50相重叠。
过滤装置10的顶元件进口30被连接至液体/颗粒供应端，并且顶元件进口80A和80B连接至洗脱液供应端，其中底元件出口40被连接至抽吸力供应端。如上所述，过滤装置具有至少两种流动配置的阀布置。
利用施加在底元件出口40的抽吸力，液体/颗粒混合物被引入顶通道60，并且通过过滤元件25，从而将渗余的颗粒沉积在过滤元件25上，并使得渗透的颗粒穿过过滤元件25。此后，停止对底元件出口40施加抽吸力，洗脱液被引入顶通道60，并且通过过滤元件25，使得沉积在过滤元件25上的渗余的颗粒被切向地冲洗，并且通过顶元件出口35收集至第一收集器85。
第二收集器可以设置在顶元件15的开口通道60的路径中，以在第一收集器85的一侧限定第一级通道60，以及在第一收集器85的另一侧限定第二级通道。关于第一收集器85所描述的用于第一级通道的阀布置在第二级通道中重复，从而为第一收集器中初始沉积的渗余提供第二级过滤装置，并且在此后最终被沉积在第二收集器中。
在引入洗脱液之前和引入液体/颗粒混合物之后，利用施加在底元件出口40的抽吸力，冲洗溶液被引入顶通道60并通过过滤元件25。
图9和图10示出了过滤装置100的一个实施方式，过滤装置100具有顶元件120和底元件115，以及位于二者之间的过滤元件125(图10)。这些附图中的每一幅都示出了处于未组装状态的过滤装置110。然而，可以了解的是，四个螺栓126A、126B、126C、126D分别可以被固定在孔127A、127B、127C、127D中，过滤元件125在其间，以组装过滤装置100。图9和图10所示的过滤装置100为单级过滤并且抽吸出口135向底通道160提供抽吸力。顶元件120具有进口/出口140和位于进口/出口140相对侧的进口138，其间有通道150。过滤元件125被设置在顶元件120和底元件115之间。在操作中，抽吸力被施加在抽吸出口135处，使得底通道160形成真空。液体/颗粒混合物通过顶元件120的进口/出口140被引入，在此其经过过滤元件125，并且过大的颗粒被余留在过滤元件125的上表面145上。液体和较小的颗粒经过过滤元件125进入底通道160，并且通过抽吸出口135而被移除。过大的颗粒余留在过滤元件125的上表面的145上。此后，停止施加抽吸力，并且在压力下洗脱液通过进口138被引入并进入通道150，在此其横穿上表面145并将过大的颗粒冲洗至出口140，在此其被保存在收集器(未示出)中以供进一步分析。图9和图10所示的装置不包含用水冲洗保存在过滤元件125上的颗粒的中间步骤。
到此为止所描述的是利用开/关阀A-H的过滤装置，从而提供本发明主题的过滤装置的不同配置。在可替代的实施方式中，由于某些阀中只有单向流动，图3A-7A中所示的某些阀A-H可以由止回阀替代。通过在可能的位置采用止回阀取代这些开/关阀，控制元件的数量可以减少，从而不仅使得过滤装置的控制更加容易，而且这样的止回阀的成本低于开/关阀，因此能够制造成本低廉的一次性过滤装置。
与图11A和图11B中的元件相关的参考标记与图3A和图3B中出现的参考标记相类似，然而也有例外情况，例如，每个阀的标号利用相同的大写字母，引入后缀“1”，而其他元件利用后缀“A”，或者在之前的元件现在被分为两部分的情况中，也可以使用后缀“B”。
相对图3A和图3B而言，图11A和图11B包括第一底通道50A和第二底通道50B与图3A中所示的单个底通道50相对照。此外，每个底通道50A、50B包括抽吸出口40A、40B，以分别引导液体沿箭头67A、67B所指的方向。此外，图11A包括第一泡沫进口80A和第二泡沫进口80B，其与相对图5A而言的单个泡沫进口80相对照。相对图4A和水进口70而言，图11A包括两个分开的水进口70A、70B。通过使得不同的洗脱液/冲洗液能够位于两个水进口70A、70B和泡沫进口80A、80B中的每一个中，可以使得不同的洗脱液和冲洗液处在第一循环和分离的第二循环中。这将允许第一循环和第二循环之间的缓冲液交换。此外，通过将抽吸出口40A、40B分开，第二抽吸出口40B能够被用来将洗脱液吸入第二腔室。
请将注意力放在图11A上，顶元件15A中示出了阀A1-H1，应了解的是，阀A1-C1和E1-G1为止回阀，而阀D1和H1为开/关阀。发明人发现对于那些流动只发生在单方向的路线来说，单个止回阀可以取代开/关阀，从而减轻了操作人员在操作中对阀进行调节的职责。
如前对图3A-7A所述，过滤装置10可以被配置为六种不同的阶段。这些阶段在下文中将会被称为：1)吸入样品；2)第一冲洗；3)第一提取；4)第二吸入；5)第二冲洗；以及6)最终提取。
对于吸入样品的初始配置，液体/颗粒混合物通过进口30A被引入，并且经过第一级通道60A。阀D1被关闭，并且真空被启用，使得抽吸出口40A通过底通道50A吸入真空，从而沉积颗粒65。随着颗粒65A沉积在过滤器25A的上表面45A上，第一冲洗阶段开始。由水进口70A引入的水通过止回阀C1并进入第一级通道60A，而由抽吸出口40A提供的抽吸力吸着水/颗粒混合物通过过滤器25A，以过滤那些在初始步骤中可能没有被过滤掉的其他颗粒。来自抽吸出口40A的真空被停止，并且开/关阀D1被打开。此时，洗脱液在压力下由泡沫进口80A被引入，在此液体继续通过止回阀B1进入第一级通道60A，在此其从过滤元件25A的顶上表面45A将颗粒65拭去进入收集器85A。
任何可能由洗脱泡沫分解成液体引起的正压力都有可能通过止回阀G1排出。
此时，随着由抽吸出口40B提供真空和阀H1处于关闭位置，第二吸入阶段开始。颗粒/液体溶液从收集器85A被拉出，并经过阀G1进入第二级通道90A，随后在此其经过过滤元件25A进入底通道50B，在此洗脱液和较小的颗粒被移除，而过大的颗粒65A余留在过滤元件25A的上表面45A上。
在第二冲洗阶段，抽吸出口40B仍然是通电的，但是此时水已经通过水进口70B被引入至第二级通道90A。水被吸入通过过滤器25A，并且从过滤元件25A的上表面45A将额外的颗粒清洗通过抽吸出口40B，在此其被沉积。
最后的阶段是最终提取，借此没有底通道50B提供的抽吸力，但是洗脱液通过泡沫进口80B被引入，在此其进入第二级通道90A。阀H1被打开，使得洗脱液从过滤元件25A的上表面45A上将颗粒取代，并且将其移动经过打开的阀H1进入最终容器(未示出)。通过这样做，提供了具有相对低体积洗脱液的颗粒，这可能在此后更加容易进行进一步分析。
刚刚讨论的实施方式通常用止回阀取代一些开/关阀，以使得过滤装置的多阶段控制更加容易，并且减少成本。
图12A-17A和12B-17B示出了另一个实施方式，通过利用一系列三通旋塞阀M、N、O、P来配置过滤装置的不同阶段。再次地，讨论将针对之前讨论过的六个阶段，包括：1)吸入样品；2)第一冲洗；3)第一提取；4)第二吸入；5)第二冲洗；以及6)最终提取。
图12A和12B是针对吸入样品的阶段，其中细菌样品通过进口30C被引入，并且阀M、N和O被定向，使得流动被引导通过通路210、230、250和290并进入第一级通道60C。真空被应用于底通道50C中，使得颗粒65C被余留在过滤元件25C的上表面45C上。穿过过滤元件25C的液体和颗粒被丢弃。
请将注意力放在图13A和图13B上，随着颗粒65C余留在过滤元件25C的上表面45C上，水由定向阀M、N和O被引入，使得水从水进口70C进入，并且流经通路220、230、250和290进入第一级通道60C。随着真空被应用于底通道50C中，水和较小的颗粒穿过过滤元件25C并被排出，从而提供对较小的颗粒的额外的过滤。
随着颗粒65C沉积在过滤元件25C的上表面45C上，这些颗粒此时可能会被提取。将注意力放在图14A和图14B上，洗脱液被引入通过第一级通道60C，并且阀O和N被定向为使得行进通过通路290、250和240的流体进入收集器85C。洗脱液将颗粒65C移动穿过过滤元件25C的上表面45C，并进入通路290。这样，相对低体积的洗脱液与颗粒65C相混合并存放在收集器85C中。
任何可能由洗脱泡沫分解成液体引起的正压力都有可能通过开着的收集器的顶被排出。
现在沉积在收集器85C中的洗脱液/颗粒混合物可能通过第二过滤程序来处理，该程序包括第二阶段吸入。请将注意力放在图15A和15B上，阀N、O和P被定向为使得收集器85C中的洗脱液/颗粒混合物通过应用于底通道50D中的真空，被移动通过通路240、250、270和280，进入第二级通道60D，并且再次地，颗粒65C被沉积在过滤元件25C的上表面45C上。
图16A和图16B中所示的第二冲洗阶段此时可以开始。特别地，阀M、N、O和P如所示定向，在水进口70C处水可以被引入，使得其流经通路220、230、250、270和280，并进入第二级通道60D。在那里水和较小的颗粒经过过滤元件25C并被排出，以提供更好的颗粒65C的样品。
现在第二阶段通过如图17A和图17B所示的最终提取来完成。特别地，随着颗粒65C沉积在过滤元件25C的上表面45C上，在压力下洗脱液被引入第二级通道60D，从而从上表面45C上取代颗粒65C。利用阀P如所示定向，颗粒和洗脱液被清洗通过第二级通道60D，通过阀P进入通路280，在此其流经通路260进入最终收集器(未示出)，以提供具有混合在相对低的液体体积中的颗粒65C的高质量样品。
图12A-17A和图12B-17B示出了具有两个分开通道60C、60D的过滤装置，每个通道都可以接受独立的洗脱液供应端，并且进一步地，一系列阀M、N、O和P允许原始颗粒液体样品被导向至第一级通道60C或第二级通道60D中的任一个。进一步地，这种配置允许通过进口70C的水被引入至第一级通道60C或第二级通道60D中的任一个。
总之，图12A-17A和12B-17B示出了用于从液体/颗粒混合物中分离颗粒65的替代性的过滤装置。过滤装置包括顶元件，其具有延伸于其中的至少一个开口通道60C，该通道与顶通道进口/出口62C与第一收集器85C流体连通，其中通道60C在顶元件15的下侧47A开口。底元件20A具有延伸于其中的至少一个开口通道50C，该通道被连接至底元件出口，或抽吸出口40A。通道50C在底元件20A的上侧52A开口。顶元件15A被固定在底元件20A上，使得顶元件15A的下侧47A与底元件20A的上侧52A相对固定，并且其中通道60C、50C彼此相对齐。过滤元件25A一般为平的，并且被设置在顶元件15A和底元件20A之间并与通道60C、50C重叠。
过滤装置的通道60C的顶通道进口/出口62C被连接至液体/颗粒供应端以及洗脱液供应端，其中底元件出口40A被连接至抽吸力供应端。如上所述，过滤装置提供具有至少两种流动配置的阀布置。
利用施加在底元件出口40A的抽吸力，液体/颗粒混合物通过顶通道进口/出口62C被引入至顶通道60C，并且通过过滤元件25C，从而将渗余的颗粒65C沉积在过滤元件25C上，并且使得渗透的颗粒穿过过滤元件25C。从而，利用底元件40A上停止的抽吸力，洗脱液被引入至顶通道60C并穿过过滤元件25C，使得沉积在过滤元件25C上的渗余的颗粒被切向地冲洗，通过顶通道进口/出口62C，并且收集至收集器85C中。
顶元件15C可以具有延伸于其中的第二级通道60D，该通道与另一个顶通道进口/出口62D流体连通，以在顶元件15C的一侧限定第一级通道60C，并在顶元件15C的另一侧限定第二级通道60D，使得部分1)和部分2)中描述的用于第一级通道60C的阀布置在第二级通道60D中重复，从而为收集器85C中初始沉积的渗余提供二级过滤装置，并且在此后被再次处理以及最终在收集器85C中被再沉积。
顶元件进口70C可以被连接至冲洗溶液供应端。在这些环境中，阀布置可以具有额外的配置。
特别地，在引入洗脱液之前和引入液体/颗粒混合物之后，利用施加在底元件出口35的抽吸力，冲洗溶液由顶通道进口/出口62D被引入至顶通道60D并且通过过滤元件25C。
正如前所述，相对于第一级通道60C，第二级通道60D可以具有类似的阀布置，使得来自第一级通道60C的保存在收集器85C的液体的处理可以被引入第二级通道60C，以进一步处理和提纯，此后经提纯的颗粒被再沉积至收集器85C中。
当预设定步骤利用在此描述的过滤装置时，应了解的是，可以根据特定需要利用单级或多级，并且个别步骤或步骤的顺序可以不同。
在进一步的实施方式中，如图18A和18B所示的双过滤装置是可行的。特别地，图18A示出了与图11A中所示的顶元件15A完全相同的顶夹层元件300，并且示出了与图11B中所示的顶元件15A相似的中夹层元件305。然而，中夹层元件305的通道60A、90A完全延伸通过中夹层元件305的厚度。通道60A、90A与收集器85C流体连通。进一步地，底夹层元件310与顶夹层元件300相同。然而，通道350A、360A位于顶夹层元件300的下侧347，而通道350B、360B位于底夹层元件310的上侧。
如前所述，应了解的是，顶夹层元件300的示意图为透视示意图，实际上，通道是位于顶夹层元件300的下侧。此外，底夹层元件310中的通道是位于底夹层元件310的上侧，请将注意力放在图19上，使得当顶夹层元件300、中夹层元件305和底夹层元件310被放置在一起时，通道彼此对齐。顶过滤元件315位于顶夹层元件300与中夹层元件305之间，底过滤元件320位于中夹层元件305与底夹层元件310之间。通过利用这样的配置，顶过滤元件315和底过滤元件320为相同的通道体积提供了两倍的膜表面。
任何可能由洗脱泡沫分解成液体引起的正压力都有可能通过收集器85C的直接下游的止回阀被排出。
此外，在此讨论的过滤元件可以包括疏水膜，以允许被困的空气通往真空侧。
最后，流量传感器可以附加在真空侧，以检测何时全部的样品已被吸入，从而无需在一次性过滤器的“清洁侧”设置传感器。
在此公开的方法能够使用湿泡沫来从膜表面移除微生物，并且使其再次悬浮在所选的液体中。还可以为低浓度样本提供高回收率，同时不管样本源而保持一致性。
过滤元件提供0.4微米过滤渗透并移除蛋白质、可溶物质和细胞组分。此外，通过采用冲洗溶液来冲洗过滤元件，可以从原始基质中移除小的表面悬挂颗粒以及液滴，而使用湿泡沫允许从过滤器表面提取微生物。
通过使用泡沫，其80-90％可能为气体，在泡沫提取过程中，真空区被填充，而不会影响最终样品体积。此外，泡沫具有较高的粘性，这防止通道作用，并创造更加统一的穿过过滤表面的流动。泡沫产生微气泡，其相当于可变形的固体，有效地将颗粒从过滤元件的表面刮扫掉。总体来说，基于过滤器的颗粒分离结合湿泡沫提取至基质提供了优秀的过滤系统。
虽然已经详细描述了本发明的具体实施方式，然而本领域技术人员应了解的是，根据本公开的整体教示，可以发展这些细节的各种修饰与替换。在此描述的优选的实施方式意在说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其任一和全部等同来界定。

Claims (37)

1.采用液体/颗粒混合物和捕获过大的颗粒并允许较小的颗粒通过的过滤元件，一种用于从液体/颗粒混合物中分离颗粒的方法，其包括以下步骤：
a)通过所述过滤元件过滤所述液体/颗粒混合物，使得所述过大的颗粒被沉积在所述过滤元件的上表面上；
b)用洗脱液来切向地冲洗所述过滤元件的所述上表面，以取代被截留的颗粒；以及
c)收集被取代的颗粒和所述洗脱液。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在过滤所述液体/颗粒混合物的步骤之后，用水来冲洗额外的颗粒使其通过所述过滤元件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中过滤所述液体/颗粒混合物通过所述过滤元件是采用从所述过滤元件的顶到所述过滤元件的底的抽吸力来实现的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述洗脱液为泡腾的。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括重复步骤a)至c)，以提供第二级过滤。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒为细菌。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述过滤元件为聚碳酸酯型表面过滤型过滤元件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述过滤元件具有开口宽度约为0.4微米的孔。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述洗脱液为泡腾的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述洗脱液是由PBS组成的。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述洗脱液包含发泡剂。
12.根据权利要求所述的方法，其中所述发泡剂为吐温。
13.一种用于从液体/颗粒混合物中分离颗粒的过滤装置，其包括：
a)顶元件，其具有延伸于其中的至少一个开口通道，该顶元件的通道将顶元件进口连接至第一收集器，其中所述顶元件的通道在所述顶元件的下侧开口；
b)底元件，其具有延伸于其中的至少一个开口通道，该底元件的通道被连接至用于提供抽吸力的底元件出口，其中所述底元件的通道在所述底元件的上侧开口；
c)其中所述顶元件被固定至底元件，使得所述顶元件的所述下侧与所述底元件的所述上侧相对固定，并且其中所述通道相互对齐；
d)过滤元件，其大致为平的，并且其被设置在所述顶元件与所述底元件之间并与所述通道重叠。
14.根据权利要求13所述的过滤装置，其中所述顶元件进口被连接至液体/颗粒供应端和洗脱液供应端，其中所述底元件出口被连接至抽吸力供应端，并且其中所述装置进一步包括：
e)阀布置，其提供至少两种流动配置，包括：
1)利用施加在所述底元件出口的抽吸力，将所述液体/颗粒混合物引入至所述顶通道，并且通过所述过滤元件，从而渗余的颗粒沉积在所述过滤元件上，而渗透的颗粒穿过所述过滤器；
2)此后，利用停止对所述底元件施加抽吸力，将所述洗脱液引入至所述顶通道并通过所述过滤元件，使得所述沉积在所述过滤器上的渗余的颗粒被切向地冲洗并被收集至第一收集器。
15.根据权利要求14所述的过滤装置，其中在所述顶元件的开口通道的路径中的顶元件出口处设有第二收集器，以在所述第一收集器的一侧限定第一级通道，以及在所述第一收集器的另一侧限定第二级通道，使得部分1)和2)中所描述的用于所述第一级通道的所述阀布置在所述第二级通道中被重复，从而为初始沉积在所述第一收集器中的渗余物提供二级过滤装置，并且在此后该渗余物最终被沉积在所述第二收集器中。
16.根据权利要求14所述的过滤装置，其中所述顶元件进口进一步被连接至冲洗溶液供应端，并且其中在e)中所述的阀布置具有额外的配置，其包括：
3)在引入所述洗脱液之前和引入所述液体/颗粒混合物之后，利用施加在所述底元件出口的抽吸力，将所述冲洗溶液引入至所述顶通道并通过所述过滤元件。
17.根据权利要求16所述的过滤装置，其中在所述顶元件的开口通道的路径中的顶元件出口处设有第二收集器，以在所述第一收集器的一侧限定第一级通道，以及在所述第一收集器的另一侧限定第二级通道，使得部分1)、2)和3)中所描述的用于所述第一级通道的所述阀布置在所述第二级通道中被重复，从而为初始沉积在所述第一收集器中的渗余物提供二级过滤装置，并且在此后该渗余物最终被沉积在所述第二收集器中。
18.根据权利要求13所述的过滤装置，其中所述渗余为细菌。
19.根据权利要求13所述的过滤装置，其中所述过滤元件为聚碳酸酯型过滤元件。
20.根据权利要求19所述的过滤装置，其中所述过滤元件能够过滤小到0.4微米的颗粒。
21.根据权利要求13所述的过滤装置，其中所述洗脱液为泡腾的。
22.根据权利要求13所述的过滤装置，其中所述洗脱液为PBS。
23.根据权利要求13所述的过滤装置，其中所述洗脱液为发泡剂。
24.根据权利要求23所述的过滤装置，其中所述发泡剂为吐温。
25.一种用于从液体/颗粒混合物中分离颗粒的过滤装置，该过滤装置具有布置为夹层关系的元件，该过滤装置包括：
a)中夹层元件，其具有一厚度以及延伸于其中的至少一个开口通道，该中夹层元件的通道将中夹层元件进口连接至第一收集器并且延伸通过所述厚度；
b)顶夹层元件，其具有延伸于其中的至少一个开口通道，该顶夹层元件的通道被连接至用于提供抽吸力的顶夹层元件出口，其中所述顶夹层元件的通道在所述顶夹层元件的所述下侧开口；
c)底夹层元件，其具有延伸于其中的至少一个开口通道，该底夹层元件的通道被连接至用于提供抽吸力的底夹层元件出口；其中所述底夹层元件的通道在所述顶夹层元件的上侧开口；
d)其中所述顶夹层元件被固定至所述中夹层元件，使得所述顶夹层元件的下侧与所述底元件的上侧相对固定，并且其中所述通道相互对齐；
e)其中所述底夹层元件被固定至所述中夹层元件，使得所述底夹层元件的上侧与所述底夹层元件的下侧相对固定，并且其中所述通道相互对齐；
f)顶过滤元件，其大致为平的，并且其被设置在所述顶夹层元件与所述中夹层元件之间并与所述通道重叠；以及
g)底过滤元件，其大致为平的，并且其被设置在所述顶元件和所述中夹层元件之间并与所述通道重叠，从而采用常用的中夹层元件来提供能够同时执行两个分开的过滤操作的配置。
26.一种用于从液体/颗粒混合物中分离颗粒的过滤装置，其包括：
a)顶元件，其具有延伸于其中的至少一个开口通道，该顶元件的通道与顶通道进口/出口和收集器流体连通，其中所述顶元件的通道在所述顶元件的下侧开口；
b)底元件，其具有延伸于其中的至少一个开口通道，该底元件的通道被连接至用于提供抽吸力的底元件出口；其中所述底元件的通道在所述底元件的上侧开口；
c)其中所述顶元件被固定至所述底元件，使得所述顶元件的下侧与所述底元件的上侧相对固定，并且其中所述通道相互对齐；
d)过滤元件，其大致为平的，并且其被设置在所述顶元件与所述底元件之间并与所述通道重叠。
27.根据权利要求26所述的过滤装置，其中所述顶通道进口/出口被连接至液体/颗粒供应端和洗脱液供应端，其中所述底元件出口被连接至抽吸力供应端，并且其中所述装置进一步包括：
e)阀布置，其提供至少两种流动配置，包括：
1)利用施加在所述底元件出口的抽吸力，将所述液体/颗粒混合物引入通过所述顶通道进口/出口进入所述顶通道，并且通过所述过滤元件，从而渗余的颗粒沉积在所述过滤元件上，而渗透的颗粒穿过所述过滤器；
2)此后，利用关闭的所述底元件出口的抽吸力的停止，将所述洗脱液引入至所述顶通道并通过所述过滤元件，使得所述沉积在所述过滤元件上的渗余的颗粒被切向地冲洗通过顶通道进口/出口并收集至收集器。
28.根据权利要求27所述的过滤装置，其中所述顶元件具有延伸于其中的第二级通道，该通道与位于所述顶元件的开口通道的路径中的所述顶通道进口/出口流体连通，以在所述顶元件的一侧限定第一级通道，以及在所述顶元件的另一侧限定第二级通道，使得部分1)和部分2)中所描述的用于所述第一级通道的所述阀布置在所述第二级通道中重复，从而为初始沉积在所述第一收集器中的渗余提供二级过滤装置，并在此之后经过再次处理和最终被再次沉积在所述收集器中。
29.根据权利要求27所述的过滤装置，其中所述顶元件进口进一步与冲洗溶液供应端流体连接，并且其中在e)中的所述阀布置具有额外的配置，包括：
3)在引入所述洗脱液之前和引入所述液体/颗粒混合物之后，利用施加在所述底元件出口的抽吸力，将所述冲洗溶液通过所述顶通道进口/出口引入至所述顶通道并通过所述过滤元件。
30.根据权利要求29所述的过滤装置，其中所述收集器与所述顶元件的所述开口通道的路径中的所述顶通道进口/出口流体连通，以在所述顶元件的一侧限定第一级通道，并利用另一个通道进口/出口在所述顶元件的另一侧限定第二级通道，使得部分1)、2)和3)中所描述的用于所述第一级通道的所述阀布置在所述第二级通道中重复，从而为初始沉积在所述收集器中的渗余提供二级过滤装置，并在此后最终被再次沉积在所述收集器中。
31.根据权利要求26所述的过滤装置，其中所述渗余为细菌。
32.根据权利要求26所述的过滤装置，其中所述过滤元件为聚碳酸酯型过滤元件。
33.根据权利要求32所述的过滤装置，其中所述过滤元件能够过滤小到0.4微米的颗粒。
34.根据权利要求26所述的过滤装置，其中所述洗脱液为泡腾的。
35.根据权利要求26所述的过滤装置，其中所述洗脱液为PBS。
36.根据权利要求26所述的过滤装置，其中所述洗脱液为发泡剂。
37.根据权利要求36所述的过滤装置，其中所述发泡剂为吐温。
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