分子分離裝置制造方法及圖紙

分子分離裝置包括室，具有入口和出口，水懸浮液流經該室；以及多孔分離膜，與水懸浮液的流動基本正交地放置在室中。充電裝置，連接至分離膜以施加周期性電荷從而收集由多孔分離膜阻止的成分。同時也公開了相關的方法。

Molecular separation unit

The molecular separation device includes a chamber having an inlet and an outlet, a water suspension flowing through the chamber; and a porous separation film that is substantially orthogonal to the flow of the water suspension in the chamber. The charging device is connected to the separation film to apply periodic charges so as to collect components blocked by the porous separation film. Related methods are also disclosed.

【技術實現步驟摘要】
分子分離裝置相關申請的交叉引用本申請要求于2012年3月21日提交的第61/613578號美國臨時申請的優先權，其通過引用并入本文。
本專利技術使用穿孔的且選擇性帶電的膜來分離帶電粒種。特別地，本專利技術利用帶電的膜通過分子質量、分子大小和分子共振模式動態從溶液中分離生物活性蛋白。具體地，本專利技術利用帶電的膜來分離混合物(如離子、聚合物懸浮液和生物活性蛋白)，這些混合物目前很難從溶液中以有效的產率移除，并且需要使用大量的能量。
技術介紹
目前，生物活性蛋白質的隔離和回收是非常困難的。目前的解決方案依賴于能量密集型方法，如蒸發/擴散、電泳和多孔管粘附。這些方法用于從溶液中移除不期望的離子或混合物。該方法的一個示例為反滲透。在某些情況下，不存在移除不期望的離子或混合物的方法。由于產量低、需要勞動密集型操作以及成本，目前用于回收生物活性蛋白質以治療自身免疫缺乏、艾滋病(AIDS)、血友病狼瘡等的系統是不充分的。這些20-50納米長、50000道爾頓的蛋白質的具體示例為干擾素、胰島素和凝血因子VIII。目前的方法如多孔管粘附使用超過濾進行分離，然后手動地獲取蛋白質。遺憾的是，管的厚度妨礙溶劑血漿的流動并破壞蛋白質的完整性，從而導致該方法的低產率。大多數生物活性蛋白質的末端是離子帶電的。蛋白質是可適度溶于水的并且在該情況下保持極性。許多治療疾病的蛋白質從活體組織獲取或者大量存在于體外溶液中。這包括低動物血漿的懸浮液，包括但不限于干擾素(人類和選定的人科動物)、胰島素(牛科動物和合成的人科動物)以及用于血友病的級聯凝血因子VIII。目前的方法依賴于毛細管作用以使期望的蛋白質在特定的位置“停止”并喚起隨后的動作(如漂洗和/或擴散)，從而逐漸地回收所關注的分離蛋白質。所產生的蛋白質脫除經常使蛋白質損傷或變性。漂洗必須將蛋白質從其上擁有蛋白質的、數千納米深的孔隙表面“撕離”。典型的滲透(采集器的輸出)必須被進一步離心以遞送醫藥級的試劑。目前的隔離膜和多孔管被認為是相當厚的，因此它們的厚度比的流動效率較低。因此在該領域中需要更薄但仍允許有效地收集蛋白質的隔離膜。此外，在該領域中需要在收集和脫除期間不損壞蛋白質的分離蛋白質的裝置。
技術實現思路
根據以上所述，本專利技術的第一方面是提供分子分離裝置。本專利技術的另一方面是提供分子分離裝置的第一實施方式，其包括：室，具有入口和出口，其中水懸浮液流經該室；多孔分離膜，與水懸浮液的流動基本正交地放置在室中；以及充電裝置，連接到該分離膜以施加周期性電荷從而收集由多孔分離膜阻止的成分。本專利技術的用于上述實施方式的另一方面提供控制水懸浮液通過室的流動的泵。本專利技術的用于上述實施方式的又一方面是提供連接到泵和充電裝置的控制器，其中該控制器使水懸浮液通過室的流動和向多孔分離膜施加周期性電荷同步。本專利技術的用于上述實施方式的再一方面是提供設置在多孔分離膜的外圍上的至少一個收集井以收集由多孔分離膜阻止的成分。本專利技術的用于上述實施方式的再一方面是提供與每個收集井相關的導管以將所收集的成分傳輸至保持容器。本專利技術的第一實施方式的一個方面是提供為多孔石墨烯的多孔分離膜。本專利技術的第一實施方式的另一方面是提供使期望的分子發生遷移的周期性電荷以便這種遷移被調整為期望成分的不對稱標準模式，從而使期望的分子朝著用于分離的分離膜的外圍進行直線運動。本專利技術的第一實施方式的又一方面是通過控制從膜內徑向膜外徑散發的駐波來提供使期望的分子發生遷移的周期性電荷，從而使期望的分子朝著用于分離的分離膜的外圍進行直線運動。本專利技術的另一方面是提供用于從水溶液分離分子成分的方法，其包括將多孔分離膜放置在室中，使水溶液流動到分離膜上，以及向分離膜施加電荷以將由分離膜阻止的水溶液的成分遷移至分離膜的外圍。本專利技術的用于上述實施方式的又一方面是利用泵控制水溶液的流動，以及利用充電裝置控制電荷的施加。本專利技術的用于上述實施方式的再一方面是同時控制電荷的流動和施加以移動水溶液中被阻止的成分；或者以被阻止成分的經調整的不對稱標準模式來周期性地施加電荷，從而使被阻止的成分朝著分離膜的外圍進行直線運動；或者周期性地施加電荷以使被阻止的成分在駐波中進行遷移，從而使這些被阻止的成分朝著用于分離的膜的外圍進行直線運動，其中駐波從膜內徑散發至膜外徑。在替代的實施方式中，上述實施方式可將遷移成分收集在設置在分離膜的外圍上的至少一個收集井中，或者利用穿孔的石墨烯作為多孔分離膜。附圖說明參考以下描述、所附權利要求以及附圖，本專利技術的這些及其他特征和優點將被更好地理解，在附圖中：圖1是根據本專利技術構思的分子分離裝置的示意圖；圖2是保持根據本專利技術構思的分離膜的室的示意圖；圖3是由根據本專利技術構思的分離膜收集的蛋白質的示意表示；以及圖4示出了在操作根據本專利技術構思的裝置的過程中，蛋白質的“行走”或帶電遷移。具體實施方式現在參照圖1，可以看到根據本專利技術構思的分子分離裝置大體上由數字10表示。裝置10包括一端具有用于接收水懸浮液的入口14的室12，其中，水懸浮液包括將被移除的材料或成分。在本實施方式中，蛋白質將從懸浮液中分離。室12還設置有與入口相對的出口16，在其中副產物或“未過濾的”產物從室中排出或流出。分離膜18由室12保持以與水懸浮液的流動正交。在本實施方式中，分離膜為多孔材料，如碳膜。在另一實施方式中，使用石墨烯膜，以及在其他實施方式中可使用多層石墨烯材料。在本實施方式中，分離膜18是如通過引用并入本文的第8,361,321號美國專利中所描述的石墨烯膜。石墨烯膜是單原子層厚的碳原子層，碳原子結合在一起以限定片。可被稱作層或片的單個石墨烯膜的厚度約為0.2至0.3納米(nm)。在一些實施方式中，可形成多個石墨烯層，從而具有更大的厚度并相應地具有更大的強度。當膜產生或形成，并且通常被稱為少層石墨烯時，多個石墨烯片可設置在多個層中。或者可通過在另一石墨烯層之上層疊或放置一個石墨烯層來實現多個石墨烯片。對于本文所公開的所有實施方式，可使用單層石墨烯或多個石墨烯層。測試表明，可能作為自我粘附的結果，多層的石墨烯保持層的完整性和功能。這提高了膜的強度并且在一些情況下改善了流動特征。相對于聚酰胺或其他聚合物材料的過濾材料，穿孔的石墨烯高通量吞吐率材料提供了顯著提高的過濾性能。石墨烯層的碳原子限定由六個碳原子構成的六角環形結構(苯環)的重復型式，這形成碳原子的蜂窩晶格。間隙孔由片中的每六個碳原子環結構形成，并且此間隙孔的跨度小于1納米。事實上，本領域技術人員將會理解，間隙孔被認為在其最長尺寸處具有約0.23納米的跨度。因此，除非具有穿孔，否則間隙孔的尺寸和配置以及石墨烯的電子性質阻止任何分子跨過石墨烯厚度的運輸。間隙孔的尺寸太小而難以允許水或離子通過。為了形成穿孔的石墨烯膜，制成一個或多個穿孔。典型的大體上或名義上為圓形的孔或穿孔19通過石墨烯膜18限定。孔19的大體圓形的形狀受以下事實的影響，即孔的邊緣部分地由石墨烯膜18的六邊形碳環結構限定。孔尺寸可根據所接收的水懸浮液的組分和該懸浮液中期望被阻塞或過濾的成分或組分來選擇。因此，在一些實施方式中，孔19的尺寸可在0.5nm至1.2nm的范圍內變化，或者在其他實施方式中，在1.0nm至10nm的范圍內變化。并且在其他實施方式中，孔的尺寸可在10nm至1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分離膜，包括穿孔石墨烯，其中，所述穿孔石墨烯包括孔，所述孔的尺寸允許水懸浮液中的一些生物成分通過而阻止水懸浮液中的其他生物成分通過，并且其中，所述孔的尺寸允許胰島素穿過所述膜通過。

【技術特征摘要】
2012.03.21 US 61/613,5781.一種分離膜，包括穿孔石墨烯，其中，所述穿孔石墨烯包括孔，所述孔的尺寸允許水懸浮液中的一些生物成分通過而阻止水懸浮液中的其他生物成分通過，并且其中，所述孔的尺寸允許胰島素穿過所述膜通過。2.根據權利要求1所述的分離膜，其中，所述孔具有1nm至10nm的尺寸。3.根據權利要求1所述的分離膜，其中，所述膜包括一層或多層穿孔石墨烯。4.根據權利要求1所述的分離膜，其中，所述水懸浮液為血流。5.一種生物醫學裝置，包括根據權利要求1所述的分離膜。6.根據權利要求5所述的生物醫學裝置，其中，所述裝置還包括室，所述室放置為允許所述水懸浮液通過所述分離膜中的所述孔流動到所述室中。7.根據權利要求6所述的生物醫學裝置，還包括控制所述水懸浮液流動到所述室中的裝置。8.根據權利要求7所述的生物醫學裝置，還包括適于控制所述水懸浮液流動到所述室中的泵。9.一種分離膜，包括穿孔石墨烯，其中，所述穿孔石墨烯包括孔，所述孔的尺寸允許水懸浮液中的一些...

【專利技術屬性】
技術研發人員：小約翰·B·斯特森，莎拉·西蒙，
申請(專利權)人：洛克希德馬丁公司，
類型：發明
國別省市：美國,US