裝置和方法
【專利說明】裝置和方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及制造陶瓷過濾器的方法，設(shè)及由運樣的方法制造的過濾器，并且設(shè)及 結(jié)合運樣的過濾器的醫(yī)療器械。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 已知使用徑跡蝕刻(track-etch)技術(shù)由薄塑料膜制造過濾器，用帶電粒子轟擊膜 并且隨后進行化學(xué)蝕刻。另一種技術(shù)使用激光束在聚合物膜中鉆孔。第Ξ種方法是采用光 亥IJ。然而，運些過濾器傾向于是易壞的、昂貴的并且對于許多應(yīng)用不適用。
[0004] 原則上，陶瓷材料應(yīng)當(dāng)是對微濾有利的，但是不存在容易的制造所需孔徑的技術(shù)。
[0005] 背景現(xiàn)有技術(shù)可W發(fā)現(xiàn)于：
[0006]
[0007]~另外的背景現(xiàn)有技術(shù)可W發(fā)現(xiàn)于："412〇3、412〇3-51〇2和412〇3-高嶺±中空纖維' 膜的制備、表征和滲透性質(zhì)（Pr邱aration,化aracterization And 化rmeation P;rope;rty Of A12o3,A12o3-Sio2And A12o3-Kaolin Hollow Fiber Membranes)"，化η等人，Journal Of Membrane Science，372卷，1-2期，2011年4月15日，154-164頁；W及。用于從水中高效吸 收聚芳族控的混合超支化聚合物/陶瓷過濾器的優(yōu)化（Optimization Of Hybrid Hyperbranched Polymer/Ceramic Filters For The Efficient Absorption Of Polyaromatic Hydrocarbons From Water)"，Tsetsekou A等人，Journal Of Membrane Science, 311卷，1-2 期，2008年 3 月20 日，128-135 頁。
[000引發(fā)明概述
[0009]根據(jù)本發(fā)明，因此提供了一種制造具有受控過濾器通道開口尺寸的陶瓷過濾器的 方法，所述方法包括:制造陶瓷前體元件，所述前體元件具有包括第一和第二表面的結(jié)構(gòu)W 及在所述第一和第二表面之間延伸的呈卿趴形展開的孔的排列，其中所述呈卿趴形展開的 孔的頂點朝向所述第一表面并且所述呈卿趴形展開的孔的底部朝向所述第二表面并且大 于所述頂點，其中所述呈卿趴形展開的孔含有聚合物材料并且所述呈卿趴形展開的孔之間 的區(qū)域包含陶瓷材料；W及燒結(jié)所述陶瓷前體元件W使所述陶瓷材料融合并且移除所述聚 合物材料;所述方法還包括移除所述第一表面的受控厚度部分W使所述呈卿趴形展開的孔 開口至所述受控過濾器通道開口尺寸。
[0010] 在實施方案中，通過將滲雜劑(dope)形成為元件所需的形狀來制造陶瓷前體元 件，所述滲雜劑包含陶瓷材料、聚合物、和用于聚合物的溶劑。之后在其中溶劑(但不是聚合 物)可溶混的液體浴中處理所形成的形狀。例如，可W采用與水性(水)浴組合的極性溶劑。 一般來說，在處理期間，W形成對流單體的方式在浴中用液體(水)代替溶劑，留下在前體元 件的表面之間延伸的大體上錐形的孔的基本上規(guī)則的排列。原則上，可W采用除陶瓷材料 外的無機材料。如果元件包括非常薄的膜，呈卿趴形展開的孔的頂點不完全達到第一表面， 盡管在實施方案中它們可W正好與該表面相交，留下非常小的孔，例如小于ο.?μπι。在灼燒 期間，將聚合物材料燒盡，在燒結(jié)的陶瓷中留下呈卿趴形展開的孔。之后通過從第一表面移 除材料的受控厚度層，可W將呈卿趴形展開的孔打開至所需的程度。
[0011] 在實施方案中，前體元件可W包括材料的薄片或膜、或材料的管。可W通過將溶劑 沉積至該表面上(優(yōu)選與在陶瓷前體中相同的種類(極性的或非極性的）），并且留下溶劑W 溶解第一表面的薄層，任選通過振蕩輔助，來移除第一表面的一部分。例如，可W將溶劑傾 倒至膜的頂部或者可W將管狀纖維浸入至溶劑中。將溶劑留下例如約1分鐘至約24小時的 時間段，通過將陶瓷前體放置到用于燒結(jié)的烘箱中停止溶解過程。
[0012] 另外地或備選地，可W例如，借助受控高度切割器如在可調(diào)節(jié)導(dǎo)螺桿上的刀片，物 理移除陶瓷前體元件的第一表面的一部分一-運樣的布置通?？蒞將被移除的材料的厚 度控制為好于Ιμπι。在燒結(jié)之前，該過程可W干燥進行或者利用潤滑劑進行。在燒結(jié)之后，通 過例如使用可控高度旋轉(zhuǎn)研磨盤如金剛石拋光機研磨，或者通過采用利用與過濾器中陶瓷 材料類似的材料的陶瓷粒子(例如，微米尺度或亞微米尺度氧化侶粒子、金剛石、和/或氧化 娃）的砂紙狀研磨工藝，可W將材料移除。在另一種方法中，可W使用光纖拋光膜（lapping film)研磨表面;運可W采用多種材料，如氧化娃、金剛石、氧化侶、二氧化鐵、等。
[0013] 本發(fā)明還提供一種陶瓷過濾器，所述陶瓷過濾器具有包括第一和第二表面的結(jié)構(gòu) W及在所述第一和第二表面之間延伸并且與所述第一和第二表面連接的呈卿趴形展開的 通道的排列。
[0014] 在實施方案中，陶瓷前體中的錐形孔全部為基本上相同的尺寸并且在頂點具有基 本上相同的夾角。因此，通過從第一表面移除材料，可W準(zhǔn)確地控制孔的尺寸一一盡管在實 施中，我們描述的技術(shù)的實施方案傾向于對孔的開口的最大尺寸(直徑)設(shè)置上限一一運對 于過濾器來說是有用的性質(zhì)。
[0015] 過濾器結(jié)構(gòu)的實施方案具有呈卿趴形展開的通道，其可用于降低阻塞/阻擋的風(fēng) 險。典型的過濾器孔直徑在0.1-20WI1的范圍內(nèi)，盡管可W制造較大的孔(受在第二表面的孔 的尺寸限制，其取決于元件的厚度）。因此，在通過該過程制造的過濾器的實施方案中，呈卿 趴形展開的通道是大體上圓形的并且多于90%具有大于0.化111、0.241]1、0.541]1或化1]1的直徑 (在一端或兩端）。在實施方案中，通道的開口可W具有小于100皿、50皿、30皿、20皿、10皿、5 WI1或2皿的直徑(在一端或兩端）。運是可用的，因為難W通過其他技術(shù)可靠地制造運樣的孔 徑。
[0016] 通過上述技術(shù)制造的過濾器的一個有利的應(yīng)用是分離血液組分，尤其是將紅細胞 與其他血液組分分離。例如，血小板可W具有小于Ιμπι的直徑，紅細胞可W具有大約7μπι的尺 寸，并且白細胞W及血液中的其他細胞如干細胞可W具有在10-2化m的范圍內(nèi)的尺寸。因 此，通過選擇小于扣m、4μπι、3μπι或2μπι的孔徑(可W將紅細胞擠壓通過小至1 -3μπι的孔），可W 制造白細胞去除（1 eukoreduct ion)過濾器。常規(guī)血液過濾裝置在過濾過程中可能會損失約 5-10%的紅細胞，但是結(jié)合了我們已經(jīng)描述的類型的陶瓷過濾器的血液過濾裝置可W是基 本上更高效的。此外，提高了殘留物的質(zhì)量并且可W回收殘留物W提取材料如干細胞或白 細胞，例如用于研究。
[0017] 盡管我們已經(jīng)描述的技術(shù)的實施方案尤其可用于制造具有受控孔徑的過濾器，它 們可W更通常用于制造陶瓷過濾器元件而不必須控制孔徑，并且可能地，采用除陶瓷材料 外的其他無機材料。
[0018] 因此，在另一個方面中，本發(fā)明提供一種制造無機過濾器的方法，所述方法包括： 制造前體元件，所述前體元件具有包括第一和第二表面的結(jié)構(gòu)W及在所述第一和第二表面 之間延伸的呈卿趴形展開的孔的排列，其中所述呈卿趴形展開的孔的頂點朝向所述第一表 面并且所述呈卿趴形展開的孔的底部朝向所述第二表面并且大于所述頂點，其中所述呈卿 趴形展開的孔含有聚合物材料并且所述呈卿趴形展開的孔之間的區(qū)域包含無機材料；W及 燒結(jié)所述前體元件W使所述無機材料融合并且移除所述聚合物材料;所述方法還包括移除 所述第一表面的一部分W使所述呈卿趴形展開的孔開口。
[0019] 之前描述的技術(shù)均可W用于本發(fā)明的運個方面的實施方案中。尤其是，可W在燒 結(jié)之前和/或燒結(jié)之后，尤其是使用之前描述的技術(shù)物理和/或化學(xué)移除第一表面的一部 分。W運種方式制造的過濾器同樣通?？蒞用于，例如血液過濾裝置或細胞分離。
[0020] 在制造過程的典型實施方案中，在第二表面上留下薄的（例如2-3μπι)蒙皮(skin)。 在存在的情況下，運可W在燒結(jié)之前或之后通過如上所述的方法移除W制造過濾器結(jié)構(gòu)。 備選地，可W將其留在適當(dāng)位置W使得能夠制造一組可控孔的呈卿趴