用于粒子过滤的系统和方法

专利名称：用于粒子过滤的系统和方法
用于粒子过滤的系统和方法
背景技术：
用于从生物样品分离细胞的方法对于许多临床程序和科学研究方法来说是重要的。在脐带血建库时，脐带血可在进入低温保存前使用细胞分离方法缩减体积以降低长期储存成本。在细胞疗法中，某些细胞类型可在输入患者体内之前富集以增加移植物植入。用于细胞分离的当前过滤技术通常未能保存细胞活力且通常具有低产率。举例来说，依赖于尺寸排阻的细胞分离技术使脆弱的细胞遭受剪切应力，致使细胞损伤或溶解。细胞碎片的积累加速装置淤塞和堵塞。使用所述方法分离的细胞通常被活化、改变、损坏或杀死。微流体装置受到其可处理的样品的体积限制。简单增加通过所述装置的流动速率并不成功，因为随着流动速率增加，移动通过所述装置的细胞的剪切应力也增加。因此，剪切应力限制体积通量。因此，需要提供不使用尺寸排阻作用作为过滤机制的用于粒子过滤的方法和装置。具体地说，需要提供不会轻易堵塞、具有高体积通量、实体上紧凑且不损伤或活化细胞的用于细胞过滤的方法和装置。

发明内容
如下文所述，本发明的特征在于用于粒子过滤的装置和使用所述装置富集活细胞的方法。具体地说，本发明的特征在于所述装置用于分离血液细胞类型、缩减脐带血体积和制备基质血管组分的用途。有利的是，所述装置可提供大体积样品的高通量过滤，同时保留细胞活力和提供高产率。本发明的一些实施方案可包括适于自动化和高通量处理的装置，并且本发明的一些实施方案可包括能够在封闭系统中处理临床样品的系统。此外，使用所述装置的方法可提供高性能、高回收率并且在一些情况下可提供高纯度。另外，当应用于临床样品处理(例如脐带血体积缩减、骨髓干细胞富集、周边血液干细胞处理和基质血管组分制备)时，使用所述装置的方法可允许维持高度分离后细胞活力、易用性、安全性和成本有效性。在一个实施方案中，本发明提供允许高通量分离活细胞的粒子过滤装置。因为粒子过滤装置允许以最小剪切力进行粒子分离，因此至少约50%、75%、85%、95%、98%、99%,99. 5%或更多的分离细胞有活力且适于研究和医学使用。在各种实施方案中，过滤系统的特征在于一个或多个适于容纳样品和/或载体流体以供递送到一个或多个过滤器单元装置的容器，和一个或多个适于容纳滞留物或流出所述装置的滤液的其它容器。在一个实施方案中，所述容器是适于容纳液体的柔性袋。在另一实施方案中，所述容器通过适于载运流体的柔性管道连接于过滤器单元。必要时，管道通过适配器连接于容器和/或过滤器单元外壳。本发明的方面和实施方案涉及含有含外壳和多个(例如约5、10、15、20、25、30、35、40、50、75、100、200、250、500、750、1，000,2, 000 或 5，000 个)过滤单元的滤筒的粒子过
滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口 ；且各过滤单元含有具有近端和远端的滞留物室、滤液室和位于滞留物与滤液室之间的一列支柱，所述支柱界定多个允许滞留物室与滤液室之间流体连通的孔，其中滞留物室的宽度从近端到远端减小，且滤液室的宽度从近端到远端增大，且过滤单元配置成使得所述孔的有效孔径小于例如所述孔的物理孔径的约30 %、50 %、60 %、70 %、80 %、90 %、95 %或98 %;进料样品入口与存在于各过滤单元中的滞留物室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的滤液室流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的滞留物室的远端流体连接。另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的滤筒的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口 ；且 各过滤单元含有具有近端和远端的滞留物室、含有至少一个远端的滤液室和含有多个位于滞留物室与滤液室之间的孔的过滤器，所述孔允许滞留物室与滤液室之间的流体连通，其中滤液室、过滤器和滞留物室配置成使得所述孔的有效孔径小于所述孔的物理孔径；进料样品入口与存在于各过滤单元中的滞留物室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的滤液室流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的滞留物室的远端流体连接。另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的滤筒的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口 ；且各过滤单元含有第一流动室、第二流动室和含有约 3、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、100、200、250、300、500、1，000、2，000,5, 000个或更多个物理孔径在约IOOnm与约3mm之间(例如约100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、750nm、liim、2iim、3iim、5iim、7.5iim、10iim、20iim、30iim、50iim、75iim、100 V- m、200 V- m、300 u m、500 u m、lmm、2mm或3mm)的孔的过滤器，其中所述过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间；且第一流动室和第二流动室配置成使得滞留物粒子在无物理限制下由过滤器保留；进料样品入口与存在于各过滤单元中的第一流动室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的第二室的远端流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的第一流动室的远端流体连接。另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的滤筒的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口和滤液出口 ；且各过滤单元含有具有近端和远端的第一流动室、第二流动室和安置于第一流动室与第二流动室之间含有物理孔径在约IOnm与IOmm之间的孔的过滤器，其中所述第一流动室和第二流动室配置成使得所述过滤器的滞留尺寸小于所述物理孔径；进料样品入口与存在于各过滤单元中的第一流动室的近端流体连接；滤液出口与存在于各过滤单元中的第二流动室的远端流体连接；且滞留物出口与存在于多个过滤单元每一种中的第一流动室的远端流体连接。另一方面，本发明提供含有含外壳和多个过滤单元的粒子过滤系统，其中所述外壳含有进料样品入口、滞留物出口、滤液出口和任选存在的载体流体入口。各过滤单元可包括第一输入端口、第一输出端口、第二输出端口和任选存在的与载体流体入口流体连接的第二输入端口。各过滤单元可具有大于约0. 3mm2的设计效率指数。进料样品入口可与存在于各过滤单元中的第一输入端口流体连接。滤液出口可与存在于各过滤单元中的第一输出端口流体连通。滞留物出口可与存在于多个过滤单元每一种中的第二输出端口流体连接。另一方面，本发明提供含有离心管、管插件和帽的管式过滤器系统，其中所述管插件含有至少一个根据前述任何方面的过滤单元、进料样品储积器和任选存在的载体流体储积器，其各自与第一流动室或滞留物室的近端流体连接，且输出储积器与滞留物室或第二流动室的远端流体连通，其中输出储积器适于接纳来自过滤单元的滞留物或滤液。另一方面，本发明提供含有以下一种或多种板式过滤器系统与根据任何前述方面或本文所述的公开内容的任何其它方面的过滤单元流体连接的样品孔和任选存在的载体流体孔；和与过滤单元流体连接的滤液孔和滞留物孔，其中所述滤液孔和滞留物孔配置成接纳来自过滤单元的滤液和滞留物。另一方面，本发明提供含有以下一种或多种板式过滤器系统与根据任何前述方面或本文所述的公开内容的任何其它方面的过滤单元流体连接的样品孔和任选存在的载体流体孔；和滤液孔和滞留物孔，其中所述滤液孔和滞留物孔配置成接纳来自过滤单元的滤液和滞留物。在一个实施方案中，滤液孔或滞留物孔与样品孔不在同一板上。在任何上述方面或本文所述的公开内容的任何其它方面的各种实施方案中，进料样品入口具有通过管线连接于适配器的近端，滞留物出口通过管线连接于滞留物收集袋，且滤液出口通过管线连接于滤液收集袋。在上述方面的其它实施方案中，进料样品入口连接于具有近端和远端的样品收集袋，其中所述近端含有适于接纳针的膜且所述远端含有适配器可附接的端口。在上述方面的其它实施方案中，进料样品入口具有通过管线连接于样品收集袋的近端，滞留物出口通过管线连接于滞留物收集袋，且滤液出口通过管线连接于滤液收集袋。在上述方面的其它实施方案中，样品收集袋含有用于将样品汲取到样品收集袋中的针。 由本发明定义的组合物和物品是经过分离的或结合下文提供的实施例以其它方式制造的。本发明的其它特征和优势将根据详细描述和权利要求书而显而易见。根据本发明的一方面，提供一种过滤装置。所述过滤装置包括第一流动室。第一流动室包括至少一个配置成接纳包括粒子和流体的进料的入口和至少一个滞留物出口。所述过滤装置包括包括具有至少一个滤液出口的远端的第二流动室和位于第一流动室与第二流动室之间的过滤器。所述过滤器包括第一列支柱和多个由相邻支柱之间的间距界定的 L。所述多个孔中的各孔包括由界定所述孔的相邻支柱之间的距离界定的物理孔径和小于所述物理孔径的有效孔径。所述过滤装置还包括用于使进料移动通过所述过滤装置的构件。第一流动室、第二流动室、过滤器和用于使进料移动通过过滤装置的构件配置成将尺寸大于孔的有效孔径且小于孔的物理孔径的粒子的实质性部分作为滞留物保留于第一流动室中，且放过流体的实质性部分作为滤液进入第二流动室。根据一些实施方案，第一流动室包括第一基本恒定的深度。根据一些实施方案，第二流动室包括第二基本恒定的深度。根据一些实施方案，过滤器与第一流动室的侧壁之间的距离沿至少一个入口到至少一个滞留物出口的长度减小。根据一些实施方案，过滤器与第二流动室的侧壁之间的距离沿第二流动室的近端到远端的长度增大。根据一些实施方案，第二流动室的侧壁的切线与支柱列的切线之间的角度小于约5度。根据一些实施方案，孔的一个子集具有基本相同的物理孔径。根据一些实施方案，孔的一个子集具有基本相同的有效孔径。根据一些实施方案，第一列支柱占存在于过滤装置中的所有支柱的多于约10%。根据一些实施方案，所主张的过滤装置具有由第一流动室长度和第二流动室长度中的较大者界定的装置长度和由第一流动室宽度与第二流动室宽度在第一流动室宽度与第二流动室宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，装置长度与装置宽度的比率大于约6。
根据一些实施方案，各孔具有小于所述孔的物理孔径的约80%的有效孔径。根据一些实施方案，第一室包括不同于至少一个入口的至少一个载体流体入口。根据一些实施方案，至少一种载体流体包括以下至少一种核酸染色剂、固定剂、冷冻液、烷基化剂、抗体、磁性珠粒、酶、胶原酶、脂肪酶、DNA酶、某些酶的底物、环磷酰胺的活性衍生物、生长因子、洗涤剂和溶解溶液。根据一些实施方案，第一流动室和过滤器各自在通过装置的流动路径中不含曲率半径小于约I y m的任何前缘。根据一些实施方案，孔的第一子集具有与孔的第二子集不同的有效孔径。在一些实施方案中，第二流动室的至少一个滤液出口配置成收集通过孔的第一子集的滤液且其中第二流动室包括配置成收集通过孔的第二子集的滤液的第二滤液出口。根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器和第三流动室。第二过滤器可安置于第一流动室与第三流动室之间。第三流动室可包括近端和远端，所述远端具有至少一个出口。第三流动室可沿近端到远端的长度加宽。根据一些实施方案，过滤装置具有由第一流动室长度界定的装置长度和由第一流动室宽度、第二流动室宽度和第三流动室宽度在第一流动室宽度、第二流动室宽度和第三流动室宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，装置长度与装置宽度的比率大于约5。根据一些实施方案，过滤装置具有少于约5，000个支柱。根据一些实施方案，第一过滤器和第二过滤器包括包括于过滤装置中的所有支柱的多于约15%。根据一些实施方案，过滤装置关于通过第一流动室的中心线的镜面基本对称。根据一些实施方案，由第一列支柱界定的切线和由第二列支柱界定的切线不平行。根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器、第三流动室和第四流动室。第二过滤器可安置于第三流动室与第四流动室之间。第三流动室可包括至少一个入口和至少一个出口。第四流动室可包括至少一个出口。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物。第三流动室可还包括与所述至少一个出口不同的第二出口，其中第三流动室的所述第二出口配置成收集来自第二过滤器的滞留物。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。第三流动室可还包括与所述至少一个出口不同的第二出口，其中第三流动室的所述第二出口配置成收集来自第一过滤器的滤液。根据一些实施方案，所主张的过滤装置具有由第一流动室长度和第三流动室长度的总和界定的装置长度和由第一流动室宽度与第二流动室宽度在第一流动室宽度与第二流动室宽度的总和最大的点上的总和和第三流动室宽度与第四流动室宽度在第三流动室宽度与第四流动室宽度的总和最大的点上的总和中较大者界定的装置宽度，装置长度与装置宽度的比率大于约10。
根据一些实施方案，第一过滤器和第二过滤器包括包括于过滤器装置中的所有支柱的不少于10%。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第二流动室的至少一个滤液出口流体连接。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个滞留物出口流体连接。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个出口和与第二流动室的至少一个出口流体连接。根据一些实施方案，第三流动室还包括不同于至少一个入口的至少一个载体流体入口。根据一些实施方案，过滤装置配置成满足“滤液室扩张标准”。 根据一些实施方案，过滤装置配置成满足“最少孔数目标准”。根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以低于第一流动室近端处体积流速的约3%的体积流速流过各孔。根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第一室。根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第二室。根据一些实施方案，过滤装置配置成使流体以基本相同的流速流过基本上所有孔。根据一些实施方案，支柱具有卵形横截面。根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器、第三过滤器、第四过滤器、第三流动室、第四流动室、第五流动室和第六流动室。第二过滤器可安置于第一流动室与第三流动室之间。第三过滤器可安置于第四流动室与第五流动室之间。第四过滤器可安置于第四流动室与第六流动室之间。第三流动室可包括第一端和至少一个出口。第三流动室可沿第三流动室的第一端到第三流动室的至少一个出口的长度加宽。第五流动室可包括第一端和至少一个出口。第五流动室可沿第五流动室的第一端到第五流动室的至少一个出口的长度加宽。第六流动室可包括第一端和至少一个出口。第六流动室可沿第六流动室的第一端到第六流动室的至少一个出口的长度加宽。第四流动室可包括至少一个入口和至少一个出口。第四流动室的至少一个入口可与第一流动室的至少一个滞留物出口、第二流动室的至少一个滤液出口和第三流动室的至少一个出口流体连接。根据一些实施方案，过滤装置还包括第二过滤器和第三流动室。第二过滤器可安置于第二流动室与第三流动室之间。第三流动室可包括至少一个入口和至少一个出口。根据一些实施方案，装置关于通过第一流动室和第四流动室的镜面基本对称。根据一些实施方案，第四室还包括与第四流动室的至少一个入口不同的载体流体入口。根据本发明的另一方面，提供一种粒子过滤方法。所述方法包括提供过滤装置。过滤装置包括至少一个过滤单元。各过滤单元包括含进料入口和滞留物出口的第一流动室、含滤液出口的第二流动室和含多个具有物理孔径的孔的过滤器，所述过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间。所述方法更包括将包括进料流体和至少一群浸没于进料流体中的尺寸小于物理孔径的粒子的进料通过进料入口引入装置中，施加驱动力以驱动进料通过过滤装置，使进料通过过滤装置以使得所述至少一群的粒子的实质性部分作为滞留物保留于第一流动室中且进料流体的实质性部分作为滤液通过过滤器进入第二流动室，在滞留物出口处收集滞留物，和在滤液出口处收集滤液。根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供包括多于10个过滤单元的过滤装置。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将细胞的液体悬浮液引入第一流动室中。根据一些实施方案，进料包括活细胞，且所述方法更包括自进料分离细胞，其中至少约90%的活细胞在分离后保持有活力。根据一些实施方案，所述方法更包括自进料分离细胞，且其中少于约0. 03%的细胞由过滤装置溶解。 根据一些实施方案，少于约0. 03%的细胞截留于过滤装置中。根据一些实施方案，使进料通过过滤装置包括每秒使多于IO5个细胞通过过滤装置。根据一些实施方案，使进料通过过滤装置包括每秒使多于IO6个细胞通过过滤装置。根据一些实施方案，使进料通过过滤装置包括每秒使多于IO7个细胞通过过滤装置。根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供包括至少一个具有小于0. 8微升的滞留体积的过滤单元的过滤装置。根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供具有占地面积和基本恒定的室深度的过滤装置，且其中使进料通过过滤装置包括使细胞以每秒每立方毫米多于10，000个细胞的校正处理速度通过过滤装置，所述校正处理速度定义为每秒通过过滤装置的细胞数除以基本恒定的室深度与占地面积的乘积。根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供具有占地面积和基本恒定的室深度的过滤装置，且其中使进料通过过滤装置包括使细胞以每秒每立方毫米多于100，000个细胞的校正处理速度通过过滤装置，所述校正处理速度定义为每秒通过过滤装置的细胞数除以基本恒定的室深度与占地面积的乘积。根据一些实施方案，提供过滤装置包括提供具有特征性室深度、占地面积和过滤单元密度的过滤装置，所述过滤单元密度定义为包括于模块中的过滤模块数除以特征性室深度与占地面积的乘积，其中所述过滤单元密度大于每立方厘米400个过滤单元。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括骨髓的进料液体引入第一流动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括血液的进料液体引入第一流动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括脐带血的进料液体引入第一流
动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括干细胞的进料液体引入第一流
动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括群落形成细胞的进料液体引入第一流动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将包括免疫细胞的进料液体引入第一流动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将羊水引入第一流动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将经过消化的脂肪组织引入第一流动室中。根据一些实施方案，将进料引入装置中包括将以下一种引入第一流动室中细胞、血液细胞、脐带血细胞、骨髓细胞、红细胞、白细胞、淋巴细胞、上皮细胞、干细胞、癌细胞、肿瘤细胞、循环肿瘤细胞、祖细胞、细胞前体、脐带血干细胞、造血干细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、多能性干细胞、诱导的多能性干细胞、胚胎干细胞、来源于脐带的细胞、来源于脂肪组织的细胞、基质血管组分(SVF)中的细胞、羊水中的细胞、月经血中的细胞、脑脊髓液中的细胞、尿液中的细胞、骨髓干细胞、周边血液干细胞、CD34+细胞、群落形成细胞、T细胞、B细 胞、神经细胞、免疫细胞、树突细胞、巨核细胞、固定化骨髓细胞、血小板、精子、卵子、卵母细胞、微生物、微生物体、细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒、细胞器、细胞核、核酸、线粒体、微胞、脂质、蛋白质、蛋白质复合体、细胞碎片、寄生虫、脂肪滴、多细胞生物体、孢子、藻类、上述物质的簇集、聚集体、工业粉末、聚合物、粉末、乳液、小液滴、粉尘、微球体、粒子和胶体。根据一些实施方案，进料包括尺寸在约5 iim与约30iim之间的粒子。根据一些实施方案，所述方法更包括收集包括以下一种的滞留物粒子细胞、CD34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。根据一些实施方案，收集滞留物粒子包括收集细胞且其中滞留物中多于约95%的细胞有活力。根据一些实施方案，所述方法更包括收集包括以下一种的滤液细胞、⑶34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、血浆、血小板、红血球、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。根据一些实施方案，收集滤液包括收集细胞且其中滤液中多于约95%的细胞有活力。根据一些实施方案，所述方法更包括包括提供滞留尺寸显著小于物理孔径的过滤
>J-U装直。根据本发明的另一方面，提供一种用于脐带血体积缩减的方法。所述方法包括获取包括具有至少一群有核细胞的脐带血的样品，所述样品具有样品体积。所述方法更包括提供过滤装置。所述过滤装置包括第一收集容器、第二收集容器、进料存取构件和至少三个过滤单元。各过滤单元具有包括进料入口、滞留物出口和滤液出口的微流体流动室。所述微流体流动室包括至少一个垂直于其长度的小于约I毫米的尺寸。进料入口与进料存取构件流体连通。滞留物出口与第一收集容器流体连接。滤液出口与第二收集容器流体连接。所述方法更包括使用进料存取构件将样品引入过滤单元的进料入口，向样品施加驱动力，使样品通过过滤装置的微流体流动室，产生引导样品体积的实质性部分到滤液出口和引导至少一群有核细胞的实质性部分到滞留物出口的层流条件，将来自滞留物出口的流体输出收集于第一收集容器中，和将来自滤液出口的流体输出收集于第二收集容器中。根据一些实施方案，收集来自滞留物出口的流体输出包括将来自样品的有核细胞的多于70%以小于样品体积的25%的体积收集于第一收集容器中。根据一些实施方案，至少一群有核细胞包括⑶34+细胞且收集来自滞留物出口的流体输出包括将来自样品的CD34+细胞的多于75%收集于第一收集容器中。根据一些实施方案，所述方法更包括自样品分离活细胞，且其中至少约95%的活细胞在分离后保持有活力。根据一些实施方案，获取样品包括获取包括具有大于约95%活力的脐带血有核细胞的样品，且其中收集来自滞留物出口的流体输出包括收集具有大于约95%活力的有核细胞。根据一些实施方案，使样品通过微流体流动室包括每秒使多于10，000, 000个血 液细胞通过过滤装置。根据本发明的另一方面，提供一种粒子过滤设备。粒子过滤设备包括共用进料入口、共用滤液出口、共用滞留物出口和至少一个高模块密度装置。所述至少一个高模块密度装置包括多个过滤单元。各过滤单元包括包括至少一个配置成接纳包括进料粒子于进料流体中的进料的入口和至少一个滞留物出口的第一流动室，包括近端、具有至少一个滤液出口的远端的第二流动室，和位于第一流动室与第二流动室之间的第一过滤器。所述第一过滤器包括第一列支柱和多个由支柱列的相邻支柱之间的间距界定的孔。多个孔中的各孔包括由界定所述孔的相邻支柱之间的距离界定的物理孔径。所述粒子过滤设备还包括用于使进料移动通过所述多个过滤单元的构件。第一流动室、第二流动室、过滤器和用于使进料移动通过多个过滤单元的构件配置成具有小于所述孔的有效孔径的滞留尺寸，且将尺寸大于滞留尺寸的进料粒子的实质性部分作为滞留物保留于第一流动室中，且放过进料流体的实质性部分作为滤液进入第二流动室。所述多个过滤单元的至少一个入口各自与共用进料入口流体连通。所述多个过滤单元的至少一个滤液出口各自与共用滤液出口流体连通。所述多个过滤单元的至少一个滞留物出口各自与共用滞留物出口流体连通。根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括管、管帽和管插件。高模块密度装置可配置成安装于管插件内。管可配置成容纳所述管插件。管插件可包括与共用进料入口流体连接的进料储积器。管帽可配置成覆盖管和管插件。根据一些实施方案，管配置成接纳来自高模块密度装置的滞留物。管插件可更包括配置成接纳来自高模块密度装置的滤液的滤液储积器。根据一些实施方案，管配置成接纳来自高模块密度装置的滤液。管插件可更包括配置成接纳来自高模块密度装置的滞留物的滞留物储积器。根据一些实施方案，管插件更包括配置成向至少一个第一流动室的入口供应载体流体的载体流体储积器。根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与共用滞留物出口流体连接的滞留物收集袋和与共用滤液出口流体连接的滤液收集袋。根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与至少一个第一流动室的入口流体连接的共用载体流体入口。根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括配置成向载体流体共用入口供应载体流体的载体流体容器。根据一些实施方案，粒子过滤设备更包括配置成在进料收集袋与共用进料入口之间建立流体连接的适配器。根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与共用进料入口流体连接的进料收集袋。根据一些实施方案，进料收集袋包括至少一个配置成将进料汲取到进料收集袋中的针。根据一些实施方案，进料收集袋含有抗凝血剂。根据一些实施方案，进料收集袋含有流体。
根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与共用进料入口流体连通且配置成流体储积器的第一孔、与共用滞留物出口流体连通且配置成流体储积器的第二孔和与共用滤液出口流体连通且配置成流体储积器的第三孔。根据一些实施方案，第一孔、第二孔和第三孔配置成多孔板格式。根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括与至少一个第一流动室的入口流体连通且配置成向至少一个第一流动室供应载体流体的第四孔。根据一些实施方案，粒子过滤设备还包括配置成封闭第一孔、第二孔和第三孔中的至少一种的帽。根据一些实施方案，帽包括空气和蒸气基本不可渗透且配置成密封第一孔、第二孔和第三孔中的至少一种的箔。根据一些实施方案，第一孔、第二孔和第三孔中的至少一种含有流体。根据一些实施方案，多个过滤单元中的各过滤单元具有小于I微升的滞留体积。根据一些实施方案，高模块密度装置具有大于每立方厘米500个过滤单元的过滤单元密度。根据一些实施方案，高模块密度装置包括多于30个过滤单元。根据一些实施方案，高模块密度装置具有大于约0. 5mm2的设计效率指数。根据一些实施方案，高模块密度装置具有大于约5mm2的设计效率指数。根据本发明的另一方面，提供一种过滤器装置。所述过滤器装置包括包括至少一个配置成引入包括粒子的进料的入口和至少一个配置成收集进料的滞留物的滞留物出口的第一流动室。所述过滤器装置还包括包括第一端和至少一个滤液出口的第二流动室，所述至少一个滤液出口配置成收集滤液。所述过滤器装置还包括第一过滤器。所述第一过滤器包括多个具有物理孔径和小于所述物理孔径的滞留尺寸的孔。所述第一过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间。第一流动室、第二流动室和第一过滤器配置成促进基本增加小于物理孔径且大于滞留尺寸的粒子的滞留率的流动条件。根据一些实施方案，过滤器装置配置成满足“滤液室扩张标准”。根据一些实施方案，第二流动室的侧壁的切线与第一过滤器的切线之间的角度小于约5度。根据一些实施方案，滞留尺寸小于孔的物理孔径的约90%。根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以低于第一流动室的至少一个入口处体积流速的约3%的体积流速流过各孔。
根据一些实施方案，过滤器装置的长度与宽度比率大于约10。根据一些实施方案，第一流动室具有基本第一恒定深度。第二流动室可具有基本第二恒定深度，且第二流动室的宽度可自第二流动室的第一端到第二流动室的至少一个滤液出口扩大。根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第一室。根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以基本恒定的流动速度流过第二室。 根据一些实施方案，过滤器装置配置成使流体以基本相同的流速流过基本所有的孔。 根据一些实施方案，第一过滤器包括一列支柱，其中第一过滤器的孔包括所述支柱列的相邻支柱之间的流体通路，且其中所述支柱列占存在于装置中的所有支柱的不少于10%。根据一些实施方案，第一室包括不同于至少一个入口且配置成将载体流体引入第一流动室中的至少一个载体流体入口。根据一些实施方案，过滤器装置沿通过装置的流动路径不含曲率半径小于0. 5 y m的任何前缘。根据一些实施方案，孔的第一子集具有与孔的第二子集不同的物理孔径。根据一些实施方案，第二流动室的至少一个滤液出口配置成收集通过孔的第一子集的滤液且其中第二流动室包括配置成收集通过孔的第二子集的滤液的第二滤液出口。根据一些实施方案，过滤器装置还包括第二过滤器和第三流动室，其中第二过滤器安置于第一流动室与第三流动室之间，且其中第三流动室包括至少一个出口。根据一些实施方案，过滤器装置的长度与宽度比率大于约5。根据一些实施方案，第一过滤器包括第一列支柱。第一过滤器的孔可包括第一列支柱的相邻支柱之间的流体通路。第二过滤器可包括第二列支柱。第二过滤器的孔可包括第二列支柱的相邻支柱之间的流体通路。第一列支柱和第二列支柱可包括存在于过滤器装置中的所有孔的不少于10%。根据一些实施方案，过滤器装置关于通过第一流动室的中心的镜面基本对称。根据一些实施方案，过滤器装置还包括第二过滤器和第三流动室，其中第二过滤器安置于第二流动室与第三流动室之间，且其中第三流动室包括至少一个入口和至少一个出口。根据一些实施方案，过滤器装置还包括第二过滤器、第三流动室和第四流动室，其中第二过滤器安置于第三流动室与第四流动室之间，其中第三流动室包括至少一个入口和至少一个出口，且其中第四流动室包括至少一个出口。根据一些实施方案，过滤器装置具有少于约6，000个支柱。根据一些实施方案，第一过滤器和第二过滤器包括包括于装置中的孔的不少于10%。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第二流动室的至少一个滤液出口流体连接。
根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个滞留物出口流体连接。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个入口与第一流动室的至少一个出口和与第二流动室的至少一个出口流体连接。根据一些实施方案，第三流动室还包括不同于至少一个入口且配置成引入载体流体的至少一个载体流体入口。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物。第三流动室可还包括不同于至少一 个出口的第二出口。第三流动室的第二出口可配置成收集来自第二过滤器的滞留物。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。根据一些实施方案，第三流动室的至少一个出口配置成收集来自第一过滤器的滞留物和来自第二过滤器的滞留物。第三流动室可还包括不同于至少一个出口的第二出口。第三流动室的第二出口可配置成收集来自第一过滤器的滤液。


附图不欲按比例绘制且元件数(例如支柱数)出于易读性的原因可少于存在于实际实施方案中的数目。在附图中，说明于各图中的各相同或接近相同的组件由类似数字表示。出于清楚的目的，在每一附图中可能并不标记每一组件。在附图中图1A-1G为示出各种粒子分离方法的示意图。图IA说明大粒子自小孔的排除。图IB说明大粒子的变形，所述大粒子部分进入孔，但不能挤过孔。图IC示出进入缩窄的开口且截留于孔内的粒子。图ID示出截留于孔中的粒子。图IE示出尺寸排阻的失效。在此图中，粒子因所述粒子小于孔而通过孔。图IF示出尺寸排阻的另一失效。在此情况下，粒子因其可变形且挤过孔而通过孔。图IG说明尺寸排阻的另一失效。在此情况下，粒子因其流动路径使其不遭遇物理限制性孔而未能经过过滤。图2A和2B为示意图。图2A示出在血液循环的微细管中观察到的流动排阻效应。图2B示出流动排阻的可能机制。图3A-3C为说明本发明实施方案中的流动排阻原理的示意图。图4为示出作为通过孔的流量的函数的有效孔径的图。有效孔径由电脑流体动力学模拟计算。图5A-5F是示出过滤器模块实施方案的示意图。图5A说明顶视图示意图。图5B提供三维组装图。图5C提供三维分解图。图提供示出纵横比小于I的支柱的三维视图。过滤器模块实施方案的罩盖未示出。图5E提供示出纵横比大于I的支柱的三维视图。实施方案的罩盖未示出。图5F提供示出锥形支柱的三维视图。实施方案的罩盖未示出。图6A和6B为提供两个过滤器模块实施方案的顶视图的示意图。图7A-7B为说明过滤器模块实施方案的示意图。图7A提供过滤器模块实施方案的顶视图。图7B提供过滤器模块实施方案的顶视图。图7C为说明图7A中示出的过滤器模块的有效孔径的图。图7D为说明图7B中示出的过滤器模块的有效孔径的图。图8为提供具有不同孔径的过滤器模块实施方案的三维视图的示意图。模块的罩盖未示出。图9A-9H为提供过滤器模块实施方案的部分的顶视图的示意图。图9A说明波形滤液室。图9B-9H示出支柱的各种横截面形状。图10A-10C为示出滤液室浅于其滞留物室的过滤器模块的示意图。图IOA和IOB分别为顶视图和三维视图。模块的罩盖未示出。图IOC说明模块中的粒子移动。图IlA和IlB为示出包括筛网过滤器的过滤器模块的三维组装图和三维分解图的两个示意图。图IlC和IlD为示出包括多孔膜过滤器的过滤器模块的三维组装图和三维分解图的两个示意图。图12为示出过滤器模块的顶视图的示意图。图13为示出采用载体流的过滤器模块的顶视图的示意图。图14A和14B为示出两个双重过滤器模块的顶视图的示意图。图15A和15B示出两个双重过滤器模块的顶视图。图16A和16B示出两个多重过滤器模块的顶视图。图17A-17D为示意图。图17A提供包括两个基本相同的过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图17B提供包括两个基本相同的双重过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图17C和17D提供两个各自包括两个双重过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图18A-18C为提供包括不同过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图的示意图。图18D为示出定性过滤特征的图。图19A和19B示出包括不同双重过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图20A和20B为示意图。图20A提供包括两个不同过滤器模块的过滤器级联模块的顶视图。图20B提供简化过滤器级联模块的顶视图。图20C为示出定性过滤特征的图。图21A和21B为提供两个双重过滤器模块的顶视图的示意图。图22A和22B为提供两个双重过滤器级联模块配置的顶视图的示意图。图23A-23C为提供三个双重过滤器模块配置的顶视图的示意图。图23D为示出多重过滤器模块的示意图。图23E为示出包括两个图23C中所示的双重过滤器模块的过滤器级联模块的示意图。图24A-24F为示意图。图24A-24D和24F提供高模块密度装置的顶视图。图24E提供高模块密度装置的三维视图。装置的罩盖未示出。图25为示出包括四个高模块密度装置和罩盖的堆叠的装置的三维组装图和三维分解图的示意图。图26A-26E为滤筒的示意图。图26A为示出滤筒的三维组装图的示意图。图26B为示出滤筒的前视图的示意图。图26C为示出滤筒的侧视图的示意图。图26D为示出滤筒的三维分解图的示意图。图26E为示出滤筒的侧分解图的示意图。图27A-27C为袋系统的示意图。图28为袋系统的示意图。图29A和29B为分别示出管系统的三维组装图和三维分解图的示意图。、
图30A-30G为管插件的示意图。图30A为示出管插件的三维视图的示意图。图30B为示出管插件的横截面视图的示意图。图30C、30D、30E、30F和30G为分别示出管插件的顶视图、如视图、侧视图、后视图和底视图的不意图。图31A-31C为板系统的示意图。图31A为示出板系统的三维视图的示意图。图31B为示出板系统的三维分解图的示意图。图31C为示出板系统的侧视图的示意图。图32A-32D为板系统的示意图。图32A为示出板系统的三维视图的示意图。图32B、32C和32D为分别示出板系统的顶视图、侧视图和前视图的示意图。图33为示出使用高模块密度装置从周边全血分离白细胞的实验结果的表。图34A-34B为示出在从周边血液分离淋巴细胞的实验中所用的血液样品和滞留物中的白细胞(WBC)、红细胞(RBC)和血小板(PLT)尺寸分布的直方图。图34C为示出各种细胞类型的计数的表。图34D为示出高模块密度装置的性能的表。图35A-35C为示出使用高模块密度装置缩减脐带血体积的实验结果的表。
具体实施例方式本发明的应用不限于以下描述中所述或附图中所示的组件的构造和排列的细节。本发明能够有其它实施方案并且能够以各种方式实施或进行。此外，本文所用的措辞和术语是用于描述的目的且不应视为限制。本文中使用“包括”、“包括”、“具有”、“含有”、“涉及”和其变化形式意欲涵盖其后所列的条目和其等效物以及另外的条目。本发明的方面和实施方案涉及可用于实施过滤的过滤系统和操作所述过滤系统的方法。本发明的方面和实施方案至少部分基于采用流动排阻并且提供粒子和生物样品的高容量、高通量、低粒子损坏、低剪切和防堵塞过滤的装置的发现。此外，本发明提供可使用廉价材料(包括但不限于硅和塑料)容易地制造为紧凑装置的方法和装置。本文提供的范围应理解为所述范围内的所有值的速记法。例如，范围I到50应理解为包括由 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49 或 50组成的族群中的任何数值、数值组合或子范围。除非明确规定或根据上下文显而易见，否则如本文所用，术语“或”应理解为具包括性。除非明确规定或根据上下文显而易见，否则如本文所用，术语“一(a/an)”和“所述(the) ”应理解为单数或复数。除非明确规定或根据上下文显而易见，否则如本文所用，术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差以内。约可理解为在所述值的10%、9%,8%,7%,6%,5%,4%,3%,2%U%>0. 5%,0. 1%,0. 05%或0. 01% 以内。除非另外根据上下文显而易见，否则本文提供的所有数值都由术语约修饰。在本文中变量的任何定义中引述化学基团的清单包括定义所述变量作为任何单一基团或所列基团的组合。在本文中引述变量或方面的实施方案包括作为任何单一实施方案或与任何其它实施方案组合或其部分的所述实施方案。本文提供的任何组合物或方法可与本文提供的任何其它组合物和方法中的一种或多种相组合。如本文所用的术语“粒子”包括但不限于细胞、血液细胞、脐带血细胞、骨髓细胞、红细胞、白细胞、淋巴细胞、上皮细胞、干细胞、癌细胞、肿瘤细胞、循环肿瘤细胞、祖细胞、细胞前体、脐带血干细胞、造血干细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、多能性干细胞、诱导的多能性干细胞、胚胎干细胞、来源于脐带的细胞、来源于脂肪组织的细胞、基质血管组分(SVF)中的细胞、羊水中的细胞、月经血中的细胞、脑脊髓液中的细胞、尿液中的细胞、骨髓干细胞、周边血液干细胞、CD34+细胞、群落形成细胞、T细胞、B细胞、神经细胞、免疫细胞、树突细胞、巨核细胞、固定化骨髓细胞、华顿氏胶干细胞(Wharton’ s jelly stem cell)、真核细胞、原核细胞、动物细胞、血小板、精子、卵子、卵母细胞、微生物、微生物体、细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒、细胞器、细胞核、核酸、线粒体、微胞、脂质、蛋白质、蛋白质复合体、细胞碎片、寄生虫、脂肪滴、多细胞生物体、孢子、藻类、上述物质的簇集或聚集体、以及悬浮于流体中的其它非生物粒子，诸如工业粉末、聚合物、粉末、乳液、小液滴、粉尘、微球体和胶体。粒子可为刚性的或可变形，且可具有多种尺寸和形状。粒子可具有尺寸范围，例如可具有约50nm到约Imm的最大尺寸。粒子的形状可为但不限于长圆形、球形、圆盘状、盒状、杆状、螺旋形或上述形状的链或聚集体。本发明的实施方案可适用于过滤可变形、脆弱或不耐受大剪切应力的粒子。“机械性质”包括但不限于物理尺寸、尺寸、形状、可变形性、柔韧性、弹性、密度、粘度、刚性和上述特征的空间分布或时间响应。 如本文所用的术语“尺寸排阻”包括通过物理阻断而防止或限制进入或通过。尺寸排阻的一个实施方案是使用小孔002来防止大的不可变形粒子001进入孔和通过过滤器003 (图1A)。尺寸排阻的另一实施方案是使用小开口来防止可变形粒子001挤进和通过开口 002 (图1B)。尺寸排阻的另一实施方案于图IC中示出，其中粒子001可进入孔002的宽开口，且卡在孔002的缩窄部分处。尺寸排阻的另一实施方案于图ID中示出。粒子001可进入孔002，且截留于过滤器003内部。如本文所用的术语“尺寸排阻”还包括“物理限制”。图1E、1F和IG示出未由过滤器尺寸排阻或物理限制的实例。粒子001可能太小而不能由孔002排除(图1E)。粒子001还可能可变形而致使其在驱动力下挤过孔002 (图1F)。在图IG中，粒子001由切向力004驱动，使得其并不移动到孔002的缩窄部分中，所述孔002本来可截留所述粒子。图1E、1F和IG中的粒子被认为未由过滤器尺寸排阻或物理限制。如本文所用的术语“过滤”通常包括但不限于在使用或不使用过滤器的情况下在粒子分离装置中的粒子分离、分级分离、粒子隔离、洗涤、浓缩、富集、纯化和/或缓冲液交换。“过滤”还用于表示一个或多个粒子群的部分或完全移除或保留。如本文所述的术语“过滤”还包括特定应用，诸如细胞分离、干细胞分离、白细胞去除、白细胞分离、癌细胞分离、脐带血体积缩减、血浆撇取和产生基质血管组分(SVF)。如本文所用的“过滤器”是指但不限于包括多个开口或流体通路(称为“孔”)的结构。如本文所用的术语“孔”包括例如在过滤器上或过滤器中的开口或流体通路。孔的横截面形状可为但不限于环形、矩形、圆形、多边形、不规则形、长窄形或狭缝状。如本文所用的术语“孔”包括但不限于支柱之间的空间。如本文所用，孔的一个实施方案为流体通道中两个相邻支柱之间的空间。“孔”的另一实施方案为流体通道中的挡流结构和流体通道的顶板之间的间隙。过滤器可用于部分或完全允许某些粒子通过，和/或不允许其它粒子通过或减少其它粒子的通量。当在本文中使用所述术语时，“过滤器”不限于基于尺寸排阻来阻断或分离粒子的筛网。如本文所用，过滤器的一个实施方案包括包括障碍物和孔的物理结构。过滤器的另一实施方案包括使用分叉流动和大于滞留物粒子的孔分离粒子的物理结构。过滤器的另一实施方案包括使用流动力或流体动力学力保留小于物理结构的孔开口的粒子的物理结构。过滤器的另一实施方案包括疏水性表面上用于产生水溶液的流体通路的“孔”或途径的亲水性图案。如本文所用的“过滤”意谓使用过滤器执行过滤。如本文所用的术语“滞留物”包括由过滤器保留或不通过过滤器的粒子。如本文所用的“滞留物”还可包括包括所保留的粒子的流体。如本文所用的“滞留物”在本发明的实施方案中还可表示包括由过滤器保留的粒子的流体和粒子输出。如本文所用的“滞留物”还可表示在使用可包括或可不包括过滤器结构的分离装置的情况下包括相关粒子的流体输出。如本文所用的术语“滤液”包括通过过滤器的粒子。如本文所用的“滤液”还可包·括含有通过过滤器的粒子的流体。如本文所用的“滤液”在本发明的实施方案中还可表示包括通过过滤器的粒子的流体和粒子输出。如本文所用的“滤液”还可表示包括其中使用可包括或可不包括过滤器结构的分离装置部分或完全移除了相关粒子的流体的流体输出。如本文所用的术语“进料”包括待由过滤方法处理的粒子或进入过滤装置的粒子。术语“进料”还可包括含有待由过滤方法处理的粒子的流体。如本文所用的术语“流体”可包括但不限于粒子、血液、脐带血、血清、脂肪组织、经过消化的脂肪组织、基质血管组分、羊水、月经血、脑脊髓液、乳汁、骨髓、尿液和其它体液。如本文所用的术语粒子的“滞留率”是指粒子由并入装置中的过滤器保留的概率。如本文所用的术语粒子群的“滞留率”是指作为装置的滞留物收集的粒子群的比例。如本文所用的术语流体的“滞留率”是指作为装置的滞留物收集的流体的比例。本文的装置可包括过滤器、过滤模块、过滤单元或过滤系统。举例来说，基本均一的粒子群的“滞留率”可计算为所得滞留物中的粒子数与所处理的进料中的粒子数之间的比率。特定粒子群的滞留率可以指作为过滤方法中的滞留物收集的进料中所述群体的比例。“滞留率”还可称为“回收产率”或“遗留率”。如本文所用的术语“物理孔径”是指孔的物理间隔的尺寸。在实践中，孔的“物理孔径”可基本上测量为在“终端(dead-ended) ”过滤配置下在无实质性物理限制或尺寸排阻的情况下可通过所述孔的不可变形球体(例如聚合物微球体)的最大直径。举例来说，包括深50um的微流体通道中隔开10 y m的两个支柱的间隔的孔具有10 y m的物理孔径。类似地，膜中包括5 u m直径环形孔洞的孔具有5 u m的物理孔径。如果孔包括狭缝，那么物理孔径基本为狭缝的宽度。终端过滤广泛描述于以下参考文献中Zeman,L. J.等“Microfiltrationand Ultrafiltration^arcel Dekker, Inc. , ISBN 0-8247-9735-3，第 328-331 页(1996)，其中终端过滤的所公开描述由此以引用的方式并入本文。如本文所用的孔的“有效孔径”是指在相关流动条件下可由所述孔实质性保留的不可变形球体(例如聚合物微球体)的最小直径。有效孔径可以实验方式测量和测定。举例来说，孔的基线滞留率可使用当在无流动排阻的情况下在相关流动条件下流过孔时实质性追踪流动流线的小型不可变形球体来确定。较大不可变形球体可因在基本相同的操作条件下在比基线闻的滞留率下孔的流动排阻而保留。可在基本比基线闻(例如比基线闻40*%、50%、60%、80%、90%、98%、99%或100% )的滞留率下保留的最小不可变形球体的直径称为孔的“有效孔径”。当测量有效孔径时，所用粒子优选具有以下特征(a)粒子为基本球形；(b)粒子基本不可变形且为刚性；(c)粒子悬浮于基本单一粒子悬浮液中；(d)粒子悬浮液为稀的且基本不存在粒子-粒子相互作用；(e)粒子经过相关时期基本不沉降；(f)粒子基本不粘结于或淤塞流体通道或过滤器表面；和(g)粒子不因电荷、粘性、亲和力或磁力而彼此或与流体通道、过滤器表面或孔相互作用。应了解，上述粒子特征不欲具限制性。如本文所用的装置的“滞留尺寸”是指滞留率基本高于在基本相同的操作条件下使用所述装置处理的流体的滞留率(例如高约40%、50%、60%、80%、90%、98%、99%或100%)的不可变形球体(例如聚合物微球体)的最小直径。装置的滞留尺寸可以实验方式测量和测定。例如，流体的滞留率可使用在一组操作条件下基本追踪所述流体的流动运动的小型不可变形球体确定为基线。与流体混合的较大不可变形球体在基本相同的操作条件下可具有比基线高的滞留率。滞留率基本比基线高(例如比基线高约40%、50%、60%、80%、90%、98%、99%或100% )的最小不可变形球体的直径表征为装置的“滞留尺寸”。本文的装置可包括过滤器、过滤模块、过滤单元或过滤系统。当测量滞留尺寸时，所用粒子可 具有以下特征(a)粒子为基本球形；(b)粒子基本不可变形且为刚性；(c)粒子悬浮于基本单一粒子悬浮液中；(d)粒子悬浮液为稀的且基本不存在粒子-粒子相互作用；(e)粒子经过相关时期基本不沉降；(f)粒子基本不粘结于或淤塞流体通道或过滤器表面；和(g)粒子不因电荷、粘性、亲和力或磁力而彼此或与流体通道、过滤器表面或孔相互作用。应了解，上述粒子特征不欲具限制性。如本文所用的术语“流动排阻”是指使用围绕孔的流体流动条件来达成基本小于物理孔径的有效孔径。如本文所用的术语“流动排阻”还指使用围绕过滤器的流体流动条件来达成基本小于过滤器的构成性孔的物理孔径的滞留尺寸。应了解，上述定义意欲传达本发明的精神，且不欲具限制性。粒子过滤装置本发明的方面和实施方案提供包括以下的粒子过滤装置(a)具有至少一个入口和至少一个出口的第一流动室；(b)具有至少一个出口的第二流动室；和(C)包括多个孔(例如至少10个孔)的过滤器。此处，过滤器安置于第一流动室与第二流动室之间且具有约IOnm与约IOmm之间的物理孔径。第一流动室与第二流动室配置成使得过滤器孔的有效孔径基本较小，例如比物理孔径小至多约95 %。装置可由包括例如硅、玻璃或塑料在内的材料制成。一些实施方案可构造成使得粒子不遭遇锐利边缘，从而减少损坏。根据本发明的方面和实施方案的粒子过滤装置可以若干不同方式配置。在一些实施方案中，第一流动室具有至少一个可用于引入载体流体的入口。其它实施方案包括第二过滤器和第三流动室，其中所述第二过滤器安置于所述第一流动室与所述第三流动室之间且其中所述第三流动室包括至少一个出口。其它实施方案包括第二过滤器和具有至少一个出口的第三流动室，使得第二过滤器安置于第二流动室与第三流动室之间。在一些实施方案中，通过以下至少一种驱动粒子通过装置流体流、流体动力学流、压降、流体动力学压力、压力源、真空、头高、重力、离心力、电场、电泳场、电动力、电渗力、毛细管作用或上述作用的组合。在一些实施方案中，粒子(“进料粒子”)以每秒至少约100个进料粒子(例如至少102、103、104、105、106、107、108、101CI、1012或IO15个)的速率通过装置或通过装置处理。在一些实施方案中，装置具有小于500nl、200nl、100nl、50nl、20nl或IOnl的滞留体积。在一些实施方案中，粒子经受不损坏粒子的剪切应力。过滤器的实施方案可以多种方式形成。在一些实施方案中，过滤器具有一列或多列支柱或突起。所述支柱或突起可具有多种形状和尺寸。在其它实施方案中，存在至少两列支柱或突起。本发明的其它实施方案提供由包括孔的膜形成的过滤器。本发明的其它实施方案提供由筛网过滤器形成的过滤器。在一些实施方案中 ，过滤器构造成使得粒子不遭遇任何锐利边缘，以便减小或消除损坏粒子的可能。此举在粒子为活细胞或凋亡细胞时可能为重要的。在本发明的一些实施方案中，过滤器包括有效孔径比物理孔径小至少约0.5 Pm的孔。在其它实施方案中，有效孔径小于物理孔径的95%。在其它实施方案中，有效孔径可基本小于物理孔径，例如有效孔径为物理孔径的约75%、约60%、约50%、约30%、约10%或约5%。在其它实施方案中，滞留尺寸可基本小于物理孔径，例如有效孔径可为物理孔径的约90 %、约75 %、约60 %、约50 %、约30 %、约10 %或约5 %。在其它实施方案中，粒子在其通过装置期间遭遇不超过约5，000个孔。本发明的方面和实施方案可用于过滤、分离、分级分离、处理、富集或隔离多种类型的粒子，诸如废水中存在的简单或复杂沉积物、有害物或重金属污染物，或天然存在或合成流体(诸如油、生物燃料等)中存在的各种污染物。另外，本发明的一些方面和实施方案可出于临床目的用于过滤多种类型的细胞，诸如健康、患病、生长、濒死或死亡的细胞。细胞类型的实例为血液细胞、干细胞、造血干细胞、祖细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、CD34+细胞、肿瘤细胞、骨髓细胞、脐带血细胞、淋巴细胞、白细胞、癌细胞、脑脊髓液细胞、羊水细胞、华顿氏胶干细胞、真核细胞、原核细胞、动物细胞、基质血管组分细胞、脐带来源的细胞、肝细胞、神经元细胞和免疫细胞。其它细胞类型包括细菌细胞、酵母细胞和异常细胞。本发明的方面和实施方案可用于处理、过滤、分离或分级分离多种类型的流体，诸如血液、脐带血、血清、脂肪组织、经过消化的脂肪组织、基质血管组分、羊水、月经血、脑脊髓液、乳汁、骨髓和尿液。本发明的方面和实施方案还包括使用装置(诸如上文所述的装置中的一种或多种)的粒子过滤方法。在所述方法的一些实施方案中，将进料粒子通过入口引入装置的第一流动室中且向粒子施加驱动力以推动粒子通过装置。从第一流动室的出口收集滞留物粒子；且从第二流动室和/或第三流动室的出口收集滤液粒子。在一些实施方案中，将载体流体通过至少一个入口引入装置的第一流动室中。流动排阻原理过滤可使用流动分叉(flow bifurcation)替代尺寸排阻来进行。具体地说，在某些流动配置下，小粒子可由大过滤器孔保留。因为小粒子由流动排除而不进入大孔，所以在本文中此效应被称为“流动排阻”。流动排阻效应早在1921年就已在微循环(即细小血管中的血流)中观察到(Krogh, A. “Studies on the Physiology of Capillaries II. TheReactions to Local Stimuli of the Blood-vessels in the Skin and Web of theFrog”J. Physiol. 55(5-6) :412-422 (1921) ;Fahraeus，R. “The Suspension Stability ofthe Blood” Physiological Reviews 9 :241-274 (1929)。当小血管分支成两根血管时，血液细胞可优先进入具有较高流速的血管中，即使在流动模式改变而有利于尺寸排阻的情况下不存在防止细胞进入具有低流速的血管的物理限制或尺寸排阻(图2A)。此效应发生的原因在于细胞、血管和血液流动之间的复杂流体动力学相互作用和力。当两个分支中的流速明显不同时，流动排阻最显著。此外，有核细胞似乎比去核细胞(例如红血球和血小板)经历更显著的流动排阻作用。已发展出不同理论来试图说明在微细管中观察到的流动排阻作用(Krogh，A. “Studies on the Physiology of Capillaries II.The Reactions to Local Stimuliof the Blood-vessels in the Skin and Web of the Frog，，J Physiol 55(5-6)412-422 (1921) ;Fahraeus，R. “The Suspension Stability of the Blood^hysiologicalReviews 9:241-274(1929) ；Svanes, K.等“Variations in Small Blood VesselHematocrits Produced in Hypothermic Rats by Micro-Occlusion，，Microvasc Res. I 210-220(1968) ；Yen, R. T.等“Model Experiments on Apparent Blood Velocity andHematocrit in Pulmonary Alveoli，，J. Appl. Physiol. 35 :510-517 (1973) ；Mayrovitz,H. N.等“Leukocyte distribution to arteriolar branches dependence onmicrovascular blood flow”Microvasc Res. 29(3) :282-294(1985)。
如果我们考虑Navier-Stokes方程，那么就可获得深入了解，所述方程限定不可压缩牛顿流体的流体动力学行为p (替 + V - Vv) == -Vp + /iV2v + f.此处，P为流体密度,V为流体的速度，p为压力，ii为粘度且f为外部体力,诸如重力。考虑如图2A所示在分支血管中移动的单个细胞。为分析细胞的迁移路径，须计算确切流体流动分布和细胞上所受的力。这通常为令人生畏的任务，所述任务即使对于单个细胞也需要加强的电脑计算。当多个细胞彼此相互作用时，如在循环中的血液流动的情况下，问题变得困难得多。或者对流动排阻如何发生获得深入了解的最容易的方式为应用伯努利原理(Bernoulli’ s principle),其说明流体速度的增加与压力降低同时发生。因为两个分支血管之间存在流速差，所以细胞经受朝向具有较高流动速度的血管的升力(图2B)。此升力防止或阻碍细胞进入具有低流速的血管，即使所述血管在实体上可能大得足以允许细胞通过。因此，发生流动排阻。明显的是，上述理论可能因以下原因而过度简单化(a)所涉及的流体(诸如血液和骨髓)可能不为牛顿流体；(b)粒子浓度过高，致使粒子-粒子相互作用可能为支配粒子运动的主要力；(c)所涉及的粒子可响应流体动力学力而变形和挠曲。不受限于特定机制或理论，可根据切向流过滤和流动排阻原理理解本发明的方面和实施方案。在本发明的一个实施方案中，与使用小孔来通过尺寸排阻保留大粒子的常规切向流过滤相反，使用包括大孔的过滤器来保留相对较小的粒子。本发明的一些实施方案的显著优点在于显著减少或消除了粒子损坏和过滤器堵塞，从而允许以高通量处理可变形和/或脆弱的粒子。如图3中所示，本发明的实施方案可使用切向流301、包括支柱302和孔304的排列的过滤器306、和流动室303 (图3A)。在一些实施方案中，流动室303可沿流体流动的方向逐渐加宽，使得在操作条件下，仅小部分切向流301汲取通过孔304。流动室303连同过滤器几何形状一起加宽的比率确定汲取通过各孔304的流量。室303扩大得越平缓，其汲取通过孔的流量越小。
在层流条件下(图3A)，切向流301围绕各支柱302分叉，正如同血流在微循环中围绕分支血管分叉。如果进入孔304的分支流305具有比切向流301小得多的流速，那么可能出现流动排阻效应。取决于流动排阻作用对粒子的强度，沿支柱302流动的粒子321可能进入或可能不进入孔304(图3B)。因为不同细胞类型经历不同流动排阻效应，并且因为流动排阻为通过孔的流速的函数，所以可以建立适用于通过控制孔304处的流速来分离某些细胞类型的流动排阻条件。举例来说，可设计逐渐加宽的流动室303来建立分叉流动条件，其引起对淋巴细胞311的强流动排阻作用和对红血球312的弱流动排阻作用(图3C)。因此，淋巴细胞311由过滤器306保留且红血球312通过过滤器306。在本发明的一些方面和实施方案中，流动排阻作用用作粒子过滤的基础。在本发明的一些方面和实施方案中，通过孔的体积流速比切向流的体积流速小得多。使用在具有低雷诺数(Reynolds number)条件的层流中单个刚性球形粒子的电脑流体动力学计算，对于特定设计，有效孔径可作为汲取通过孔的流量的函数进行估算。图4示出对于图5A中所示的实施方案的所述计算的结果，其中假定流动室深度为30i!m，进料入口宽度为110 U m，支柱直径为30 u m,且相邻支柱之间的中心到中心距离为40 u m,得到约 IOiim的物理孔径。当通过各孔的流速为进料入口 502处切向流速的约0.4%时，孔的有效孔径为约3. 8 y m，其显著小于10 y m的物理孔径。然而应注意，当通过各孔的体积流速为入口处的切向体积流速的约I. 6%时，有效孔径变得与物理孔径大致相同。当通过各孔的流速大于入口处切向流速的I. 6%时，尺寸排阻变为粒子分离的主要基础，且装置变成常规过滤装置。与采用跨膜压力来达成基于尺寸排阻的分离的常规切向流过滤相反，本发明采用围绕孔的流速分布来达成基于流动排阻的分离。尽管上述电脑计算使我们得以了解理想化和过度简单化条件(无布朗运动(Brownian motion)的牛顿流体中的单个刚性球形粒子)下的流动排阻作用，但本发明中进料粒子的过滤方法可基本为随机的，由概率描述，且可能不具确定性。粒子-粒子相互作用、粒子变形和布朗运动以及其它因素可改变流动模式和施加于粒子上的力，致使流动排阻作用为随机的。流动排阻作用的此随机性质可能明显且产生非常实质性的影响，尤其在进料粒子包括复杂的粒子和流体(例如血液、脐带血、骨髓、基质血管组分等)时。为了解所述真实世界样品的复杂性，让我们考虑脐带血。典型脐带血样品在每毫升中含有约40亿个红血球、I千万个白血球和2亿个血小板。所述细胞构成约40%的血液体积，且在其彼此相互作用时发生变形。此外，细胞在重力下以不同速率沉降。在不显著稀释样品的情况下，例如稀释1，000倍、10，000倍、100，000倍或更多倍，粒子-粒子相互作用可使血液细胞随机移动，且可能基本不可能预先确定特定细胞是否可使用本发明的实施方案保留。物理孔径和有效孔径表征过滤器和其孔径的一种技术是使用刚性球体来测量粒子滞留率(Zeman，L. J.等 “Microfi ltration and Ultrafiltration，，Marcel Dekker, Inc. , ISBN0-8247-9735-3，第265-274页(1996))。此公布中揭示的粒子滞留率测量的实例以引用的方式并入本文。可用于所述测量的粒子的实例包括乳胶珠粒和聚合物微球体。可使用如上所述的这些技术来测量和表征“物理孔径”、“有效孔径”和“滞留尺寸”。使用刚性球体作为标准物，可表征和比较不同过滤器和装置，而不管其预定用途。举例来说，用于移除水中的细菌的常规过滤装置可与血液过滤装置进行比较，即使细菌可能具有与血液细胞极为不同的尺寸、形状、可变形性、电荷、浓度和其它特征。在常规尺寸排阻过滤中，孔的有效孔径大于或基本等于物理孔径，且过滤器的滞留尺寸也大于或基本等于物理孔径。相反，在本发明的一些方面和实施方案中，在使用流动排阻作用的情况下，孔的有效孔径小于或基本小于孔的物理孔径(图4)。虽然装置可使用标准刚性球体来表征和比较，但本发明的用于生物样品的实际实施方案可凭经验针对各特定应用进行优化。基本大于孔的有效孔径的粒子可能因粒子变形或过程的随机性质而仍能通过过滤器。此现象在本文中称为“泄漏”。在有效孔径大于或基本等于物理孔径的常规过滤器中，当泄漏发生时，粒子趋向于堵塞和淤塞过滤器。当可变形且脆弱的粒子泄漏通过常规过滤器时，粒子可能遭受大剪切力且被损坏或溶解，从而除堵塞外还触发过滤器淤塞级联。这对于使用生物样品和细胞的应用来说是一严重问题。本发明的一些方面和实施方案包括采用基本大于有效孔径的孔的方法和装置，由 此显著减少或避免过滤器淤塞和堵塞。另外，本发明的实施方案采用低体积流速通过其孔作为建立流动排阻作用的方式。大孔和小流速的组合促进孔中和孔周围的低剪切力，由此进一步减少淤塞、堵塞、粒子活化和粒子损坏问题。过滤模块、单元和装置过滤器模块本发明的另一实施方案是图5中所示的过滤器模块。第一流动室501具有入口502和出口 503。进料粒子(即待通过过滤处理的粒子)进入入口 502且使用驱动力驱动从入口向出口通过第一流动室501。第一流动室501由包括支柱505的排列的过滤器508与第二流动室504分开和流体连接。支柱之间的间隔构成过滤器508的孔506。第二流动室504排列成汲取少量流通过孔506穿过过滤器508、接纳滤液粒子和通过滤液出口 507收集滤液粒子。通过各孔506的流速设计为第一流动室501的入口 502处的流速的小分数(例如 1/10、1/20、1/30、1/50、1/100、1/200、1/300、1/500、1/1，000、1/2，000、1/5，000、1/10，000、1/20，000、1/50，000或1/100，000)以促进流动排阻。在一些实施方案中，孔506的尺寸设计成使得物理孔径基本大于有效孔径。过滤器508的一些实施方案可具有约10到约 50，000 个孔 506，例如 10、20、50、100、200、500、1，000,2, 000,5, 000、10，000 或 50，000个孔。出于进一步论述的便利性，有进料和滞留物粒子迁移的第一流动室501在本文中称为“滞留物室”，且有滤液粒子迁移的第二流动室504称为“滤液室”。各种实施方案内的粒子流可使用流体流、驱动压力、真空、头高、重力、离心力、磁力、毛细管作用或上述作用的组合产生。粒子流还可使用电场、电泳场、介电泳场、电渗力、电动力或上述力的组合产生。所述场或力可移动粒子且可移动或可能不移动含有粒子的流体。在一些情况下，所述场或力可在不移动含有粒子的流体的情况下移动粒子。举例来说，在不存在任何电动流的情况下，电泳场可驱动带电粒子通过本发明装置的实施方案，而不产生流体流。在重力的情况下，密度大于流体密度的粒子可能沉降穿过流体。在其它情况下，流体可能以与粒子相反的方向流动。显而易见，在这些实例中不发生流动排阻。然而，装置内部的驱动力可产生其自身的排阻效应，正如流体流所见。因此，重力、离心力、电场、电泳场和电动力也可用于驱动粒子，且达成不依赖于尺寸排阻或物理限制的过滤作用。在一些实施方案中，支柱505可具有与其宽度类似的高度，由此具有接近I的纵横t匕，例如0. 8,0. 9、I. O、I. I、I. 2或I. 3，如图5B和5C中所示。或者，支柱505可具有小于其宽度的高度，由此具有基本小于I的纵横比(例如0. 1、0. 2、0. 3、0. 4、0. 5或0. 6，如图中所示)，或具有大于其宽度的高度，由此具有基本大于I的纵横比(例如1.5、2、3、5、8、10、20、100、500、2，000或10，000，如图5E中所示)。高纵横比支柱设计具有较高容量和通量的优势，而低纵横比支柱设计具有容易制造的优势。支柱505可逐渐变窄或为锥形(图5E)。斜度角可接近90度，例如80、85、87、88或89度。锥形支柱可利于脱模并且可使用注射成型、模压、软光刻术或不太困难的其它复制技术来进行制造。在一些实施方案中，滞留物室50和滤液室51的侧壁彼此大致平行(图5A)。在一些实施方案中，滞留物室501可具有基本恒定的宽度，可逐渐变宽，或可逐渐变窄(图6)。滞留物室501宽度的变化可导致室501中的流速和所产生的剪切应力变化。在图6B中说明的实施方案中，因为进料液体汲取到滤液室504中，所以滞留物室501中的流动速度随流体向出口 503移动而逐渐变小。相反，在图6A中说明的实施方案中，随着滞留物室501和滤液室504的总横截面积变小，滞留物室501中的流体可朝向出口 503加速。滤液室504变宽的程度可基本决定汲取通过孔506的流量，且可针对期望的有效孔径而优化。
在本发明的另一实施方案中，滞留物室可从入口侧向滞留物出口逐渐缩窄，且滤液室可向滤液出口逐渐加宽。对于需要高流速和低剪切应力的应用，可能优选滞留物室在入口侧处较宽且在出口侧处较窄。所述配置可使流动速度在入口处保持较低且使整个滞留物室中的剪切应力保持较低。在本发明的另一实施方案中，滞留物室可配置成从入口侧向滞留物出口逐渐缩窄且当流体从入口向出口流动时保持滞留物室中的平均流动速度基本恒定。在本发明的另一实施方案中，滞留物室和滤液室可配置成使得当流体从入口向出口流动时滞留物室中的平均流动速度基本恒定。在本发明的另一实施方案中，过滤器包括按曲线排列的支柱(图7)。过滤器的“弯曲”可产生特定过滤器特征。即，各孔可具有旨在达成某些过滤要求的不同有效孔径。在图7A中说明的实施方案中，过滤器701最初与滤液室711的侧壁710形成小角度，从而允许滤液室汲取极少流量穿过过滤器701。过滤器702与侧壁710之间的角度接着变大以增加汲取通过孔的流量，从而产生较大有效孔径。过滤器703与侧壁710之间的角度可向滤液出口 720变小，从而减少汲取通过孔的流量。在图7B中，过滤器704包括按曲线排列旨在维持特定过滤器特征的支柱。对于图7A和7B中所示的实施方案，各孔的作为其在入口722侧到出口 721侧间的位置的函数的有效孔径分别定性说明于图7C和图7D中。应了解，取决于用于所考虑的特定应用的期望过滤器特征，也可使用其它支柱排列。在另一实施方案中，通过各孔的流速基本上相同。在另一实施方案中，汲取通过各孔的流速小于或等于切向流的流速的最大分数X，其中X在约1/5到约1/100,000范围内。举例来说，合意的 X 可为 1/5、1/10、1/20、1/50、1/100、1/200、1/500、1/1，000、1/2，000、1/5，000、1/10，000、1/20，000、1/50，000 或 1/100,000。此实施方案的一实例于图 5 中示出。过滤器包括约10个与约100，000个之间的支柱，例如约10、20、50、100、200、500、1000、2，000,5, 000、10，000,30, 000或100，000个支柱。支柱和滤液室可以使得有效孔径基本小于物理孔径的方式配置。在本发明的另一实施方案中，过滤器包括相等间隔的支柱排列，如图5、图6和图7中所示。在本发明的另一实施方案中，支柱间隔不均匀，如图8中所示。对于一些应用，改变物理孔径以使得允许某些粒子通过实体上较大的孔可能有利。支柱可具有不同横截面形状。合意横截面形状的实例包括但不限于图9中所示的形状，例如圆形(图9A和9B)、卵圆形(图9C)、椭圆形(图9D)、卵形(图9E和9F)、机翼形(图9G)等。过滤器还可包括具有不同形状和/或尺寸的支柱(图9H)。对于温和分离脆弱粒子，可能优选支柱不具有可能与粒子接触的锐利边缘。锐利边缘可能割开、劈开或溶解脆弱粒子。虽然在许多需要温和过滤的应用中可能优选非锐利支柱表面，但也可能使用矩形、方形或多边形支柱横截面，例如在粒子损坏无关紧要的情况下。在本发明的另一实施方案中，滤液室901具有包括交替的凸出与凹陷部分的波形侧壁902 (图9A)，且波形侧壁的周期与孔903的中心到中心距离一致。波形侧壁可有助于 稳定流动和维持小有效孔径。应了解，在本发明的实施方案中，过滤器可包括具有不同形状和尺寸的按直线或曲线均匀或不均匀排列的支柱以便达成某些过滤器特征。在本发明的另一实施方案中，滤液室504比滞留物501浅(图10)。在此实施方案中，过滤器508包括相邻的表面512和支柱505。滤液室504可比一些大滞留物粒子321浅(图10C)。然而，因为滞留物粒子321由物理孔流动排阻，所以其基本从未进入浅的过滤室504或孔的狭窄部分571 (图10C)。因此，与尺寸排阻过滤相关的有害作用在此实施方案中可能极少发生。此设计降低支柱505的纵横比而不降低过滤器面积和深度，且可使得装置制造各易和稳固。在本发明的另一实施方案中，过滤器模块包括滞留物室130、包括筛网过滤器的过滤器131和控制穿过筛网过滤器131的流量的滤液室132 (图IlA和11B)。流动室130、132包括含凹陷的层133、134。滤液室132包括层134中逐渐加深的凹陷，其配置成汲取少量流通过过滤器131。过滤器131夹在滞留物室层133与滤液室层134之间。此实施方案允许大过滤器面积，且可达成极高容量和通量。此实施方案的变化包括夹在滞留物室层133与滤液室层134之间的多孔过滤器层131 (图IlC和11D)。多孔过滤器层可包括例如径迹蚀刻膜或激光加工的金属薄片等。所述层可胶合、粘合或简单地压在一起(图IlC和11D)。过滤器131上的孔可如图11A-11D中所示规则地间隔，或者可随机分布，如辐射径迹蚀刻膜过滤器。本发明的上述实施方案可适用作用于浓缩粒子或从滤液粒子群移除滞留物粒子群的装置。然而，在一些情况下，可能需要从滞留物群耗乏滤液群，或分离不同流体中的滞留物粒子。举例来说，在一些情况下，可能需要从全血分离有核血液细胞和尽可能移除多种去核红血球。可将载体流体522引入滞留物室501中(图13)。在一个实施方案中，滞留物流动室501除包括至少一个进料入口 502外，还包括至少一个载体流入口 521。此处，载体流体522可注射到滞留物室501中且与进料流物流523并排形成层流物流522。层流条件可引起载体流522与进料流523并排移动而不对流混合。两个物流522、523之间的界面在图13示出为虚线524。滞留物粒子531可由包括支柱505的过滤器保留且从进料物流523移动到载体物流522中。在滞留物出口 503处，滞留物粒子531处于载体流522中，由此基本去除了滤液群。取决于期望的纯度要求，载体流体流速可小于、等于或大于滞留物流体流速。应了解，载体流可以类似方式应用于本发明的任何实施方案，且不限于任何特定实施方案。还可引入载体流以洗涤、处理或标记滞留物粒子。在一些实施方案中，可引入多于一种载体流以处理滞留物粒子。举例来说，可使用本发明的一些实施方案来以连续流方式标记和洗涤细胞。含有针对特定滞留物细胞的抗体标记或染色剂的溶液可与进料流并排引入作为第一载体流，且可在第一载体流之后引入洗涤溶液作为第二载体流。由于流动排阻作用，滞留物细胞可从进料流迁移到第一载体流中，在第一载体流中细胞被染色或标记，且接着可从第一载体流迁移到第二载体流中，在第二载体流中对细胞进行洗涤。可在滞留物室使用多于一个入口以引入载体流用于本发明的任何实施方案。双重过滤器模块在一些实施方案中，可组合两个基本相同的过滤器模块以形成“双重过滤器模块”。在一个实施方案中，两个过滤器模块可相对于彼此形成镜像且共享一个滞留物室以形成“双重过滤器模块”(图14A)。滞留物室501可具有至少一个入口 502和一个出口 503。进料粒子可进入所述入口 502且可使用例如流体流、压降、流体动力学压力、压力源、真空、头高、重力、离心力、电场、电泳场、电动力、电渗力、毛细管作用或上述作用的组合朝向出口 503驱动通过流动室501。滞留物流动室501可由过滤器508与两个滤液流动室504各自分离，且可关于中心线514对称排列。过滤器508的实施方案可包括约10到约100，000个支柱 505，例如 10、20、50、100、200、500、1，000,2, 000,5, 000,10, 000,20, 000 或 100，000 个支柱的排列。支柱之间的开口可构成过滤器508的孔506。滤液流动室504可设计成汲取少量流通过各孔506，且通过滤液出口 507移除滤液粒子。通过各孔506的流速可设计为滞留物流动室501处的流速的小分数(例如1/10、1/20、1/30、1/50、1/100、1/200、1/300、1/500、1/1，000、1/2，000、1/5，000、1/10，000、1/20，000、1/50，000 或 1/100，000)以促进流动排阻。在任何双重过滤器模块实施方案中，滞留物室可还包括载体流入口 521 (图14B)。载体流522可在两个进料流523之间引入，以使得滞留物粒子在滞留物出口 503处收集于载体流522中。此实施方案可能够产生高纯度滞留物粒子。双重过滤器模块的另一实施方案于图15中示出，其中两个过滤器模块形成镜像且共享一个滤液室。包括滤液出口 507的滤液室504可安置于两个滞留物室501之间。滤液室504可在过滤器508处汲取少量流通过各孔506以促进流动排阻作用。进料流可通过入口 502进入滞留物室501。滞留物粒子可在滞留物出口 503处收集；滤液粒子可在滤液出口 507处收集。此实施方案可还包括至少一个载体流入口 521 (图15B)。载体流物流522可与进料流物流523并排建立，以使得滞留物粒子收集于载体流物流522中。此外，载体流增加滞留物粒子的纯度。多重过滤器模块两个双重过滤器模块可进一步共享滞留物室或滤液室以形成多重过滤器模块(图16)。在图16A中所示的实施方案中，两个双重过滤器模块(图14A)共享滤液室且形成在模块中具有四个过滤器的多重过滤器模块。此外，多于两个双重过滤器模块也可共享滞留物室或滤液室以形成多重过滤器模块(图16B)。双重过滤器模块设计还可与过滤器模块组合以形成包括三个过滤器的多重过滤器模块。多重过滤器模块设计还可与过滤器模块以类似方式组合。过滤器级联模块
在一些实施方案中，两个或多个过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块可串联连接形成“过滤器级联模块”。在图17A中所示的实施方案中，两个基本相同的过滤器模块171、172串联连接。第二模块172的入口 177与第一模块171的出口 503、507流体连接。进料粒子可进入第一模块171的入口 502且可由第一过滤器173分离成滞留物和滤液。当装置以层流条件操作时，滞留物和滤液在分离后可形成两个并排的层流而不对流混合。当两个粒子物流进入第二模块172时，来自第一模块171的滤液可遭遇第二过滤器174，一些粒子可由所述第二过滤器174保留。过滤器级联模块170的滞留物可在出口 503处收集。过滤器级联模块170的滤液可整体通过两个过滤器173、174且可在出口 507处收集。此实施方案增加滞留物粒子的回收产率，因为可能未由第一过滤器173保留的粒子可由第二过滤器174保留。类似地，两个或多个双重过滤器模块可串联组合形成过滤器级联模块(图17B)。第二模块172的入口 177可与第一模块171的出口 503、507流体连接。多于两个双重过滤器模块可以类似方式连接。其它过滤器配置(诸如多重过滤器模块)也可串联组合形成过滤器级联模块。应了解，串联连接形成过滤器级联模块的过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块可能或可能不基本相同，且可能具有或可能不具有基本相同的有效孔径或滞留尺 寸。在任何过滤器级联模块实施方案中，模块的滞留物室可还包括载体流入口。图17C示出包括两个双重过滤器模块171、172的过滤器级联模块实施方案。双重过滤器模块172包括载体流入口 175，其可包括通道和通孔176。图17D示出包括两个包括两个载体流体入口521,175的双重过滤器模块的过滤器级联模块实施方案。可组合具有基本不同的有效孔径或滞留尺寸的不同过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块以形成可将进料分级分离成多个部分的过滤器级联模块。在图18A中所不的一个实施方案中，级联模块180包括第一过滤器模块181和第二模块182。第一模块181包括含用于进料的入口 502和用于第一滞留物(在本文中称为“部分I”)的出口 503的第一室501。第一过滤器508安置于第一室501与第二室504之间。第二室可设计成在第一过滤器508处汲取少量流通过孔以促进流动排阻，且可接纳来自第一过滤器的滤液作为第一滤液。第一模块181的滤液出口 183与第二模块182的入口 184流体连接。第二模块182包括可保留第一滤液的亚群作为“部分2”的过滤器509，所述“部分2”在出口 510处收集。第三室511可经过安置以接纳第二过滤器509的滤液，且可汲取少量流通过第二过滤器的孔以促进流动排阻。第二过滤器509的滤液可通过出口 507离开，且在本文中称为“部分3”。第二模块182可采用比第一模块181的滞留尺寸小的滞留尺寸。两个模块181、182可经过排列以减小第二室504的长度(图18B)。在图18C中所示的本发明的另一实施方案中，级联模块180包括第一过滤器模块181和第二模块182。第二模块182的入口 184连接于第一模块181的出口 183、186。当模块180在层流条件下操作时，来自第一模块181的滤液和滞留物可作为两个分开的流动物流并排流动而不对流混合。两个物流之间的界面以虚线185不出。级联模块180可将进料粒子分级分尚成三个不同部分,部分I、部分2和部分3，其可分别通过出口 503、510和507收集。为增加部分I的纯度，可通过入口 521引入载体流体。图18D定性描绘当将稀刚性球形粒子分离成三个部分时级联模块可达成的尺寸分布结果。诸如血液等复杂进料可分离成三个或多个部分。分离可基于若干因素，包括粒子-粒子相互作用、粒子的变形和/或非牛顿流体行为。可串联布置双重过滤器模块和多重过滤器模块以形成过滤器级联模块，类似于过滤器模块可采取的方式。图19示出两个所述实施方案。图19A示出表示图18C中所示的在共享滞留物室501的情况下两个过滤器级联模块的镜像排列的实施方案。粒子经过分级分离且在出口 503、510、507处收集。类似地，图18C的两个过滤器级联模块可共享室504以形成图19B中所示的实施方案。过滤器级联模块可适用于根据粒子的机械性质(例如尺寸、形状、可变形性、柔韧性、弹性和/或粘度)将粒子分离成三个或多个部分。举例来说，过滤器级联模块可将全血分级分离成淋巴细胞、粒细胞和红细胞群。过滤器级联模块的另一实施方案可将经过酶消化的脂肪组织分级分离成脂肪细胞、包括脂肪干细胞的基质血管组分和血液细胞。过滤器级联模块的另一实施方案于图20A中示出。滞留物室501可在入口 502处接纳进料流体。可针对第一过滤器508驱动进料。第一滤液室504可配置成汲取少量流通过第一过滤器508的孔以促进流动排阻作用，和收集来自第一过滤器508的滤液。第一过滤 器508的滞留物可针对第二过滤器509进入第二过滤器模块。第二滤液室516可配置成汲取少量流通过第二过滤器509的孔，和通过出口 513收集来自第二过滤器509的滤液。第一过滤器508的有效孔径可配置成小于第二过滤器509的有效孔径。第二过滤器的滞留物可通过出口 503在滞留物室501处收集。图20A的实施方案可因层流操作条件而简化成图20B中所示者。具有不同滞留尺寸的两个过滤器508、509的滤液可由相同的滤液室504收集。两种滤液可未对流混合且因此可通过两个出口 541、542单独收集。在图20A和20B中所示的实施方案中，进料粒子可分级分离成三个部分第一过滤器508的滤液(部分3)、第二过滤器509的滤液(部分2)和第二过滤器509的滞留物(部分I)。对于包括刚性球形粒子的进料，三个部分的尺寸分布的实例定性描绘于图20C中。应了解，过滤器级联模块可形成双重过滤器级联模块(图21)，正如两个过滤器模块可形成双重过滤器模块(图14、15)。图20A和20B中的双重过滤器模块可以图14A的两个双重过滤器模块可形成图17B中所示的级联模块的相同方式进一步串联布置以形成级联模块。应了解，过滤器级联模块可包括两个或多个过滤器模块、双重过滤器模块或多重过滤器模块的级联。过滤器级联模块的上述实施方案还可采用一个载体流或多个载体流以增加滞留物的纯度、洗涤粒子、以不同试剂作为载体流处理粒子、或标记粒子。应了解，双重过滤器级联模块可包括具有多于两种滞留尺寸的过滤器，以将进料分离成多于三个部分。还应了解，尽管上述双重过滤器级联模块的实施方案关于中心线对称，但双重过滤器级联模块可为不对称的，或甚至可在中心线的相对侧上包括具有不同有效孔径的过滤器。其它模块配置在本发明的另一实施方案中，包括滞留物室、过滤器和滤液室的过滤器模块可为弯曲状的。所述过滤器模块实施方案可具有当需要长过滤器长度时占地面积减小的优势。或者，过滤器模块和过滤器级联模块可排列成蛇形。模块可以获得不同过滤器特征的方式组合。举例来说，图22A示出有效浓缩滞留物粒子的本发明的实施方案。进料可通过入口 220进入第一模块221。第一模块可浓缩进料中的靶粒子作为其滞留物。滞留物可作为进料进入第二模块222且可在通过出口 225离开之前再次浓缩。如果各模块浓缩其进料的体积缩减倍数为5，那么两个模块一起可将体积缩减25倍。更多模块(例如3、4或5个)可以类似方式连接在一起以获得甚至更浓缩的输出。如果三个模块以类似方式串联布置且如果各模块的体积缩减倍数为4，那么三个模块一起可将体积缩减64倍。应了解，模块不必将粒子浓缩相同倍数。图22B示出可有效洗涤滞留物粒子的本发明的实施方案。进料可通过入口 227进入第一模块223。载体流体可通过入口 226引入。第一模块的滞留物可由载体流“洗涤”，且可进入第二模块224。第二模块可包括用于第二载体流的入口 228。在所述实施方案中，入口 228可包括通孔。第二载体流可与或可不与第一载体流相同。来自第一模块223的滞留物可在第二模块224中由第二载体流洗涤。此实施方案可用于更完全地耗乏滤液粒子群且使滞留物粒子群获得更高程度的纯化。其还可用于使用载体流处理、洗涤或标记滞留物粒子。举例来说，载体流可包括针对滞留物群上的靶抗原的抗体。当滞留物粒子移动到载 体流物流中时，靶粒子可由所述抗体标记。应了解，多于两个模块可以类似方式串联布置。图23A、23B和23C示出双重过滤器模块的实施方案，其中构成模块彼此偏离。在图23B中所示的实施方案中，进料粒子可通过入口 230进入滞留物室236。粒子可由过滤器237分离成滞留物部分和滤液部分。滤液可流过滤液室231且可进入另一室232。尽管此室232可允许来自第一过滤器237的滤液通过，但室232也可充当第二过滤器238的滞留物室。因为存在层流条件，所以滞留物和滤液可不对流混合，且可在其流过滞留物室232之后收集。来自第一过滤器237和第二过滤器238的滤液部分可分别通过第一出口 235和第二出口 234离开，而两个过滤器237、238的滞留物部分可通过出口 233收集。类似地，在图23C中所示的实施方案中，来自第一滞留物室236的滞留物和来自第一滤液室231的滤液可并排流过第二滞留物室232。在层流条件下，滞留物和滤液不发生对流混合。虚线239示出滞留物与滤液之间的流体界面，所述滞留物与滤液可分别通过两个不同出口 233、235离开。图23D示出多重过滤器模块的实施方案。此模块包括两个图23C中所示的模块作为相对于彼此的镜像。共享滤液室231和滞留物室232。因为流动为层状的，所以滤液和滞留物物流可不发生对流混合。所述物流之间的界面以虚线239示出。滤液物流可通过出口234,235收集，而滞留物物流可通过出口 233收集。图23E示出过滤器级联模块的实施方案。此过滤器级联模块包括两个模块2310、2311，各模块包括图23C中所示的模块。应了解，上述各种过滤器模块设计和配置仅作为实例，且不欲具有限制性。在本发明的精神范围内，过滤器可包括具有各种横截面的支柱，如图9中所示。模块可以各种方式组合和/或串联布置以形成双重过滤器模块、多重过滤器模块、各种过滤器级联模块等。可向各种模块引入一个载体流或多个载体流以促进滤液群耗乏、滤液群移除、粒子洗涤、粒子标记、粒子处理等。流动排阻的结构条件为达成基本小于物理孔径的有效孔径，过滤装置的滤液室可配置成逐渐扩大。本领域的技术人员可考虑在本发明的实施方案中当流动排阻作用可发生时的条件。
不受限于任何特定数学表达式、方程、推导和理论，以下描述可促进流动排阻作用的条件。举例来说，让我们考虑图12中所示的实施方案。因为通过孔的流量受室的扩张和收缩(例如滤液室的加宽和/或滞留物室的缩窄)控制，所以我们将“比例滤液室横截面积”w定义为滤液室横截面积与所有室的横截面积之间的比率，其中所取的横截面基本垂直于平均流动方向。当过滤模块具有深度基本恒定的室时，如在图12中所示的实施方案中，“比例滤液室横截面积” w为

其中a为滞留物室的宽度且b为在相关横截面处滤液室的宽度。作为室中总流量的分数的通过孔的流量基本取决于围绕孔的“比例滤液室横截面积”的增量。在图12中所示的实施方案中，增量指定为

另一方面，因为汲取通过孔的流量与孔开口的面积和通过孔的平均流动速度大致成比例，并且因为进入室的流量与室的总横截面积和室中平均流动速度大致成比例，所以预期作为室中流量的分数的通过孔的流量基本与物理孔径的平方除以室的总横截面积成比例。因为当通过孔的流量弱于物理孔径时可允许发生流动排阻作用(图4)，因此一种
发生实质性流动排阻作用的条件可为
分母处的因数3为由电脑模拟估算的比例因数(图4)。此标准在本文中称为“滤液室扩张标准”。在本发明的一些实施方案中，过滤模块包括滞留物室、滤液室和包括支柱和含物理孔径的孔的过滤器，其中滤液室以满足“滤液室扩张标准”的比率扩张。在本发明的一些实施方案中，滤液室加宽的角度(即，过滤器与滤液室侧壁之间的变化或固定角度)极小，例如为约0. I度、0.2度、0.3度、0.5度、0.7度、I度、I. 5度、2度、2. 5度、3度或5度。可促进流动排阻作用的另一条件为在过滤模块中并入较大数量的孔，因为当存在更多孔时，通过各孔的流可减弱且可发生流动排阻作用。类似于先前的推导，预期流动排阻作用可能需要的孔数目基本取决于在滤液室处收集的流量和由包括物理孔径的孔允许的流量。因此，流动排阻作用可能需要的孔的最小数目可基本与滤液室出口的横截面积与物理孔径平方之间的比率成比例。因此，实质性流动排阻作用的另一条件可为
其中N为模块中孔的数目，且k为过滤模块的出口侧上的“比例滤液室横截面积”。比例因数3是使用电脑模拟所估算。此标准在本文中称为“最小孔数目标准”。对于图12
中所示的实施方案，实质性流动排阻作用的条件可为
权利要求
1.一种过滤装置，其包括 第一流动室，其包括 至少一个配置成接纳包括粒子和流体的进料的入口，和 至少一个滞留物出口； 第二流动室，其包括 具有至少一个滤液出口的远端，和 定位于所述第一流动室与所述第二流动室之间的过滤器；所述过滤器包括 第一列支柱，和 多个由相邻支柱之间的间隔界定的孔， 其中所述多个孔中的各孔包括 由界定所述孔的所述相邻支柱之间的距离界定的物理孔径，和 小于所述物理孔径的有效孔径；和 用于使所述进料移动通过所述过滤装置的构件； 其中所述第一流动室、所述第二流动室、所述过滤器和用于使所述进料移动通过所述过滤装置的所述构件配置成将尺寸大于所述孔的所述有效孔径且小于所述孔的所述物理孔径的粒子的实质性部分作为滞留物保留于所述第一流动室中，且放过所述流体的实质性部分作为滤液进入所述第二流动室。
2.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述第一流动室包括第一基本恒定的深度，其中所述第二流动室包括第二基本恒定的深度，其中所述过滤器与所述第一流动室的侧壁之间的距离沿所述至少一个入口到所述至少一个滞留物出口的长度减小，且其中所述过滤器与所述第二流动室的侧壁之间的距离沿所述第二流动室的近端到所述远端的长度增加。
3.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述第二流动室的侧壁的切线与所述支柱列的切线之间的角度小于约5度。
4.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述孔的子集具有基本相同的物理孔径。
5.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述孔的子集具有基本相同的有效孔径。
6.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述第一列支柱占存在于所述过滤装置中的所有所述支柱的多于约10%。
7.根据权利要求I所述的过滤装置，其具有由所述第一流动室的长度和所述第二流动室的长度中的较大者界定的装置长度和由所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度在所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，所述装置长度与所述装置宽度的比率大于约6。
8.根据权利要求I所述的过滤装置，其中各孔具有小于所述孔的所述物理孔径的约80%的有效孔径。
9.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述第一室包括不同于所述至少一个入口的至少一个载体流体入口。
10.根据权利要求I所述的过滤装置，所述第一流动室和所述过滤器各自在通过所述装置的流动路径中不含曲率半径小于约I μ m的任何前缘。
11.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述孔的第一子集具有与所述孔的第二子集不同的有效孔径。
12.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述过滤装置还包括第二过滤器和第三流动室，其中所述第二过滤器安置于所述第一流动室与所述第三流动室之间，其中所述第三流动室包括近端和远端，所述远端具有至少一个出口，且其中所述第三室沿所述近端到远端的长度加宽。
13.根据权利要求12所述的过滤装置，其具有由所述第一流动室的长度界定的装置长度和由所述第一流动室的宽度、所述第二流动室的宽度和所述第三流动室的宽度在所述第一流动室的宽度、所述第二流动室的宽度和所述第三流动室的宽度的总和最大的点上的总和界定的装置宽度，所述装置长度与所述装置宽度的比率大于约5。
14.根据权利要求12所述的过滤装置，其具有少于约5，OOO个支柱。
15.根据权利要求12所述的过滤装置，其中所述第一过滤器和所述第二过滤器包括包括于所述过滤装置中的所有支柱的多于约15%。
16.根据权利要求12所述的过滤装置，其中所述过滤装置关于通过所述第一流动室的中心线的镜面基本对称。
17.根据权利要求12所述的过滤装置，其中由所述第一列支柱界定的切线和由所述第二列支柱界定的切线不平行。
18.根据权利要求I所述的过滤装置，其中所述过滤装置还包括第二过滤器、第三流动室和第四流动室，其中所述第二过滤器安置于所述第三流动室与所述第四流动室之间，其中所述第三流动室包括至少一个入口和至少一个出口，且其中所述第四流动室包括至少一个出口。
19.根据权利要求18所述的过滤装置，其具有由所述第一流动室的长度和所述第三流动室的长度的总和界定的装置长度和由所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度在所述第一流动室的宽度与所述第二流动室的宽度的总和最大的点上的总和和所述第三流动室的宽度与所述第四流动室的宽度在所述第三流动室的宽度与所述第四流动室的宽度的总和最大的点上的总和中较大者界定的装置宽度，所述装置长度与所述装置宽度的比率大于约10。
20.根据权利要求18所述的过滤装置，其具有少于约5，000个支柱。
21.根据权利要求18所述的过滤装置，其中所述第一过滤器和所述第二过滤器包括包括于所述过滤装置中的所有支柱的不少于10%。
22.根据权利要求18所述的过滤装置，其中所述第三流动室的所述至少一个入口与所述第一流动室的所述至少一个出口和与所述第二流动室的所述至少一个出口流体连接。
23.根据权利要求22所述的过滤装置，其中所述第三流动室还包括不同于所述至少一个入口的至少一个载体流体入口。
24.一种用于粒子过滤的方法，其包括 提供包括至少一个过滤单元的过滤装置，各过滤单元包括第一流动室，所述第一流动室包括 进料入口，和 滞留物出口， 包括滤液出口的第二流动室，和 包括多个具有物理孔径的孔的过滤器，所述过滤器安置于所述第一流动室与所述第二流动室之间； 将包括进料流体和至少一群浸没于所述进料流体中的尺寸小于所述物理孔径的粒子的进料通过所述进料入口引入所述装置中； 施加驱动力以驱动所述进料通过所述过滤装置，和 使所述进料通过所述过滤装置以使得所述至少一群的所述粒子的实质性部分作为滞留物保留于所述第一流动室中，且所述进料流体的实质性部分通过所述过滤器作为滤液进入所述第二流动室中； 在所述滞留物出口处收集所述滞留物；和 在所述滤液出口处收集所述滤液。
25.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供包括多于10个过滤单元的过滤装置。
26.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将细胞的液体悬浮液引入所述第一流动室中。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述进料包括活细胞，其中所述方法更包括自所述进料分离细胞，且其中至少约90%的所述活细胞在分离后保持有活力。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述方法更包括自所述进料分离所述细胞，且其中少于约O. 03%的所述细胞由所述过滤装置溶解。
29.根据权利要求26所述的方法，其中少于约O.03%的所述细胞截留于所述过滤装置中。
30.根据权利要求26所述的方法，其中使所述进料通过所述过滤装置包括每秒使多于IO5个细胞通过所述过滤装置。
31.根据权利要求30所述的方法，其中使所述进料通过所述过滤装置包括每秒使多于IO6个细胞通过所述过滤装置。
32.根据权利要求31所述的方法，其中使所述进料通过所述过滤装置包括每秒使多于IO7个细胞通过所述过滤装置。
33.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供包括至少一个具有小于O. 8微升的滞留体积的过滤单元的过滤装置。
34.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供具有占地面积和基本恒定的室深度的过滤装置，且其中使所述进料通过所述过滤装置包括使细胞以每秒每立方毫米多于10，000个细胞的校正处理速度通过所述过滤装置，所述校正处理速度定义为每秒通过所述过滤装置的细胞数除以所述基本恒定的室深度与所述占地面积的乘积。
35.根据权利要求24所述的方法，其中提供所述过滤装置包括提供具有特征性室深度、占地面积和过滤单元密度的过滤装置，所述过滤单元密度定义为包括于所述过滤装置中的过滤模块数除以所述特征性室深度与所述占地面积的乘积，其中所述过滤单元密度大于每立方厘米400个过滤单元。
36.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将包括骨髓的进料液体引入所述第一流动室中。
37.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将包括血液的进料液体引入所述第一流动室中。
38.根据权利要求24所述的方法，其中引入所述进料包括将包括脐带血的进料液体引入所述第一流动室中。
39.根据权利要求24所述的方法，其中引入所述进料包括将包括干细胞的进料液体引入所述第一流动室中。
40.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将羊水引入所述第一流动室中。
41.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将经过消化的脂肪组织引入所述第一流动室中。
42.根据权利要求24所述的方法，其中将所述进料引入所述装置中包括将以下一种引入所述第一流动室中细胞、血液细胞、脐带血细胞、骨髓细胞、红细胞、白细胞、淋巴细胞、上皮细胞、干细胞、癌细胞、肿瘤细胞、循环肿瘤细胞、祖细胞、细胞前体、脐带血干细胞、造血干细胞、间叶干细胞、脂肪干细胞、多能性干细胞、诱导的多能性干细胞、胚胎干细胞、来源于脐带的细胞、来源于脂肪组织的细胞、基质血管组分(SVF)中的细胞、羊水中的细胞、月经血中的细胞、脑脊髓液中的细胞、尿液中的细胞、骨髓干细胞、周边血液干细胞、CD34+细胞、群落形成细胞、T细胞、B细胞、神经细胞、免疫细胞、树突细胞、巨核细胞、固定化骨髓细胞、血小板、精子、卵子、卵母细胞、微生物、微生物体、细菌、真菌、酵母、原生动物、病毒、细胞器、细胞核、核酸、线粒体、微胞、脂质、蛋白质、蛋白质复合体、细胞碎片、寄生虫、脂肪滴、多细胞生物体、孢子、藻类、上述物质的簇集、聚集体、工业粉末、聚合物、粉末、乳液、小液滴、粉尘、微球体、粒子和胶体。
43.根据权利要求24所述的方法，其更包括收集包括以下一种的滞留物细胞、⑶34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。
44.根据权利要求43所述的方法，其中收集滞留物包括收集细胞且其中所述滞留物中多于约95%的所述细胞有活力。
45.根据权利要求24所述的方法，其更包括收集包括以下一种的滤液细胞、⑶34+细胞、基质血管组分、干细胞、祖细胞、群落形成细胞、造血干细胞、脂肪干细胞、间叶干细胞、羊膜干细胞、血浆、血小板、红血球、有核细胞、白细胞、淋巴细胞、癌细胞、肿瘤细胞、树突细胞、死细胞、活细胞、正分裂的细胞、网状细胞、红血球、脂肪细胞和脂肪滴。
46.根据权利要求45所述的方法，其中收集所述滤液包括收集细胞且其中所述滤液中多于约95%的所述细胞有活力。
47.根据权利要求24所述的方法，其中提供过滤装置包括提供滞留尺寸显著小于所述物理孔径的过滤装置。
48.一种用于脐带血体积缩减的方法，其包括 获取包括具有至少一群有核细胞的脐带血的样品，所述样品具有样品体积； 提供过滤装置，所述过滤装置包括 第一收集容器， 第二收集容器， 进料存取构件，和至少三个过滤单元，各过滤单元具有微流体流动室，所述微流体流动室包括 进料入口， 滞留物出口，和 滤液出口， 其中各微流体流动室包括至少一个垂直于其长度的小于约I毫米的尺寸， 其中所述进料入口与所述进料存取构件流体连通， 其中所述滞留物出口与所述第一收集容器流体连接，且 其中所述滤液出口与所述第二收集容器流体连接； 使用所述进料存取构件将所述样品引入所述过滤单元的所述进料入口； 向所述样品施加驱动力； 使所述样品通过所述过滤装置的所述微流体流动室； 产生引导所述样品体积的实质性部分到所述滤液出口和引导所述至少一群有核细胞的实质性部分到所述滞留物出口的层流条件； 将来自所述滞留物出口的流体输出收集于所述第一收集容器中；和 将来自所述滤液出口的流体输出收集于所述第二收集容器中。
49.根据权利要求48所述的方法，其中收集来自所述滞留物出口的所述流体输出包括将来自所述样品的所述有核细胞的多于70%以小于所述样品体积的25%的体积收集于所述第一收集容器中。
50.根据权利要求48所述的方法，其中所述至少一群有核细胞包括CD34+细胞且收集来自所述滞留物出口的所述流体输出包括将来自所述样品的所述CD34+细胞的多于75%收集于所述第一收集容器中。
51.根据权利要求48所述的方法，其中所述方法更包括自所述样品分离活细胞，且其中至少约95%的所述活细胞在分离后保持有活力。
52.根据权利要求48所述的方法，其中获取样品包括获取包括具有大于约95%活力的脐带血有核细胞的样品，且其中收集来自所述滞留物出口的所述流体输出包括收集具有大于约95%活力的有核细胞。
53.根据权利要求48所述的方法，其中使所述样品通过所述微流体流动室包括每秒使多于10，000, 000个血液细胞通过所述过滤装置。
54.一种粒子过滤设备，其包括 共用进料入口； 共用滤液出口； 共用滞留物出口 ；和 至少一个包括多个过滤单元的高模块密度装置，所述过滤单元各自包括 第一流动室，其包括 至少一个配置成接纳包括进料粒子于进料流体中的进料的入口，和 至少一个滞留物出口； 第二流动室，其包括 近端， 具有至少一个滤液出口的远端，和定位于所述第一流动室与所述第二流动室之间的第一过滤器，所述第一过滤器包括 第一列支柱，和 多个由所述支柱列的相邻支柱之间的间隔界定的孔； 其中多个孔中的各孔包括由界定所述孔的所述相邻支柱之间的距离界定的物理孔径; 用于使所述进料移动通过所述多个过滤单元的构件； 其中所述第一流动室、所述第二流动室、所述过滤器和用于使所述进料移动通过所述多个过滤单元的所述构件配置成 具有小于所述孔的有效孔径的滞留尺寸，且 将尺寸大于所述滞留尺寸的所述进料粒子的实质性部分作为滞留物保留于所述第一流动室中，且放过所述进料流体的实质性部分作为滤液进入所述第二流动室中； 其中所述多个过滤单元的所述至少一个入口各自与所述共用进料入口流体连通； 其中所述多个过滤单元的所述至少一个滤液出口各自与所述共用滤液出口流体连通；且 其中所述多个过滤单元的所述至少一个滞留物出口各自与所述共用滞留物出口流体连通。
55.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其还包括 管； 管帽；和 管插件； 其中所述高模块密度装置配置成安装于所述管插件内； 其中所述管配置成容纳所述管插件； 其中所述管插件包括与所述共用进料入口流体连接的进料储积器；且 其中所述管帽配置成覆盖所述管和所述管插件。
56.根据权利要求55所述的粒子过滤设备，其中所述管配置成接纳来自所述高模块密度装置的滞留物，且其中所述管插件还包括配置成接纳来自所述高模块密度装置的滤液的滤液储积器。
57.根据权利要求55所述的粒子过滤设备，其中所述管配置成接纳来自所述高模块密度装置的滤液，且其中所述管插件还包括配置成接纳来自所述高模块密度装置的滞留物的滞留物储积器。
58.根据权利要求55所述的粒子过滤设备，其中所述管插件还包括配置成向至少一个第一流动室的入口供应载体流体的载体流体储积器。
59.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其还包括 与所述共用滞留物出口流体连接的滞留物收集袋；和 与所述共用滤液出口流体连接的滤液收集袋。
60.根据权利要求59所述的粒子过滤设备，其还包括与至少一个第一流动室的入口流体连接的共用载体流体入口。
61.根据权利要求60所述的粒子过滤设备，其还包括配置成向所述载体流体共用入口供应载体流体的载体流体容器。
62.根据权利要求59所述的粒子过滤设备，其还包括配置成在进料收集袋与所述共用进料入口之间建立流体连接的适配器。
63.根据权利要求59所述的粒子过滤设备，其还包括与所述共用进料入口流体连接的进料收集袋。
64.根据权利要求63所述的粒子过滤设备，其中所述进料收集袋包括至少一个配置成将进料汲取到所述进料收集袋中的针。
65.根据权利要求63所述的粒子过滤设备，其中所述进料收集袋含有抗凝血剂。
66.根据权利要求63所述的粒子过滤设备，其中所述进料收集袋含有流体。
67.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其还包括 与所述共用进料入口流体连通且配置成流体储积器的第一孔； 与所述共用滞留物出口流体连通且配置成流体储积器的第二孔；和 与所述共用滤液出口流体连通且配置成流体储积器的第三孔。
68.根据权利要求67所述的粒子过滤设备，其中所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔配置成多孔板格式。
69.根据权利要求67所述的粒子过滤设备，其还包括与至少一个第一流动室的所述入口流体连通且配置成向至少一个第一流动室供应载体流体的第四孔。
70.根据权利要求67所述的粒子过滤设备，其还包括配置成封闭所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔中的至少一种的帽。
71.根据权利要求70所述的粒子过滤设备，其中所述帽包括空气和蒸气基本不可渗透且配置成密封所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔中的所述至少一种的箔。
72.根据权利要求70所述的粒子过滤设备，其中所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔中的至少一种含有流体。
73.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述多个过滤单元中的各过滤单元具有小于I微升的滞留体积。
74.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述高模块密度装置具有大于每立方厘米500个过滤单元的过滤单元密度。
75.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述高模块密度装置包括多于30个过滤单元。
76.根据权利要求54所述的粒子过滤设备，其中所述高模块密度装置具有大于约.0. 5mm 2的设计效率指数。
全文摘要
本发明的实施方案的特征在于包括用于粒子过滤的过滤模块的过滤系统和使用所述装置分离粒子(例如活细胞)的方法。有利的是，所述装置的实施方案提供大体积样品的高通量过滤，同时保留细胞活力并提供高产率。
文档编号B01D29/50GK102791616SQ201080064293
公开日2012年11月21日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月23日
发明者L·黄 申请人:西托维拉公司