本申請要求2014年1月20日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/929,357的優(yōu)先權(quán)，所述申請以引用的方式整體并入本文。

關(guān)于聯(lián)邦政府贊助研究的聲明

本發(fā)明是在由國防部授予的聯(lián)邦STTR合同號W81XWH-1l-C-0008下由美國政府支持來進行的。美國政府可以具有本發(fā)明中一定的權(quán)利。

發(fā)明背景

在水性懸浮液或漿料中根據(jù)尺寸操縱顆?？梢跃哂袕V泛的應用?？梢詫㈩w粒濃縮或保留以用于后續(xù)處理、診斷測試或存儲，例如，藻類孢子濃縮、循環(huán)腫瘤細胞(CTC)富集、全血處理等等。不希望的顆?？梢耘c其他組分分離，例如，從發(fā)酵培養(yǎng)液提取抗生素、DNA純化、血漿清潔、廢水處理等等。

宏觀法諸如終端過濾和離心可能比較耗時，可能不適于連續(xù)處理，可能會讓顆粒暴露于不希望的條件諸如大的剪切力或長時間與外部表面接觸，可能會引起過濾器結(jié)垢，并且可能需要體積龐大、價格昂貴的設備。切向流或交叉流過濾對于許多應用，特別是對于因污染或無菌性考慮所致的一次性使用要求(例如，血細胞分離)來說可能不是成本有效的。

連續(xù)微流體技術(shù)可以包括使用磁力、聲場力、介電泳力或其他力的有源裝置，但是可能要求復雜的設備或不希望的溶液制備步驟，并且還可能具有較低的生產(chǎn)量。無源技術(shù)可以使用微流體現(xiàn)象，諸如確定性橫向位移(DLD)、Zweifach-Fung效應、收縮流分選、水動力過濾等；或慣性聚焦，諸如管狀收縮效應和迪恩流分級。然而，微流體對于低于～5μm的小顆粒來說可能是有問題的，從而導致使用高壓可能會損壞敏感顆粒，諸如血小板或細胞。微流體裝置可能要求計算流體動力學(CFD)模擬，特別是在操縱具有特定尺寸的顆粒的情況下。這類CFD技術(shù)可能是復雜的、耗時的，并且可能受到顆粒異質(zhì)性(尤其是對于生物學應用)的限制，以及有限計算能力的約束的限制。

需要改進的顆粒分離技術(shù)的一個領域是血細胞分離。在美國每年要輸注超過3000萬個獨立單位的三種主要血液組分-紅細胞(RBC)、血小板濃縮物(PC)和血漿。在美國國內(nèi)接近捐獻的所有全血(WB)的70％是在移動獻血車上采集的，所述移動獻血車往往距離集中血庫設施超過100英里。由于最佳存儲條件存在顯著差異(RBC是1-6℃，血小板是22±2℃，血漿是-18℃)，應該快速分離WB。當前用于將WB處理成血液組分的基于離心的設備尤其是對于移動血液采集車輛來說可能具有以下特點：價格異常昂貴、體積龐大、耗費人工以及能耗較大。

另外，用于WB分離的高速離心可能會使血液細胞經(jīng)受損壞性的物理力，可能要求兩個離心階段：將WB分離為濃縮的RBC和富血小板血漿(PRP)，之后將PRP分離為PC和貧血小板血漿(PPP)。

本申請認識到在水性懸浮液或漿料中根據(jù)尺寸操縱顆?？赡苁且豁椨刑魬?zhàn)性的任務。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個實施方案中，提供受控增量過濾(CIF)裝置。CIF裝置可以被配置用于調(diào)節(jié)微流體流中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度。CIF裝置可以包括襯底。襯底可以包括至少一個CIF模塊。襯底可以在每個CIF模塊中限定中心通道。中心通道可以沿中心通道流輸入與中心通道流輸出之間的流動路徑延伸。襯底可以限定鄰近中心通道的多個微特征結(jié)構(gòu)。多個微特征結(jié)構(gòu)可以限定多個間隙。多個微特征結(jié)構(gòu)可以將中心通道與至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡隔開。多個間隙可以被配置來將中心通道流體聯(lián)接到至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡。至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以沿中心通道延伸到至少一個側(cè)通道輸出。至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以包括第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分和第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分中的一個或多個。

在CIF裝置中，第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分可以包括：鄰近中心通道的多個側(cè)通道彎曲部、多個微特征結(jié)構(gòu)的至少一部分和多個間隙的至少一部分。多個側(cè)通道彎曲部可以通過沿流動路徑減小的多個對應的長度來表征。每個側(cè)通道彎曲部可以將第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分中的多個間隙中的至少一個間隙流體聯(lián)接到以下各項中的一項或多項：多個間隙中的鄰近間隙和多個彎曲部中的鄰近彎曲部。

在CIF裝置中，第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分可以包括：鄰近中心通道的側(cè)通道、多個微特征結(jié)構(gòu)的至少一部分和多個間隙的至少一部分。側(cè)通道可以通過流動截面來表征。流動截面可以沿流動路徑增加，以使得第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分中的多個間隙通過以下各項中的一項或多項來表征：一致流動分數(shù)f_間隙和多個不同間隙體積流速。

在CIF裝置中，至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以通過有效用于調(diào)節(jié)微流體流中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度，沿流動路徑的至少一部分減小的流動阻力來表征。

在另一個實施方案中，提供了用于受控增量過濾(CIF)的方法。所述方法可以調(diào)節(jié)流體中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度。所述方法可以包括提供包含具有所希望的尺寸的顆粒的流體。所述方法可以包括使包括具有所希望的尺寸的顆粒的流體沿流動路徑流過中心通道。中心通道可以包括將中心通道流體聯(lián)接到至少一個鄰近側(cè)通道網(wǎng)絡的多個間隙。所述方法可以包括為了有效調(diào)節(jié)顆粒的濃度而通過使包含具有所希望的尺寸的顆粒的流體與多個間隙接觸來沿流動路徑的至少一部分減小流動阻力。所述方法可以包括選擇多個間隙，所述間隙包括大于具有所希望的尺寸的顆粒的平均流動截面。所述方法可以包括在多個間隙的至少一部分當中產(chǎn)生不同間隙體積流速。所述方法可以包括使中心通道中的一致流動分數(shù)f_間隙橫穿多個間隙中的每個間隙并且沿流動路徑流過至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡。

在一個實施方案中，提供了用于設計受控增量過濾(CIF)裝置的方法。CIF裝置可以調(diào)節(jié)流體中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度。所述方法可以包括為CIF裝置的設計做準備。CIF裝置的設計可以包括中心通道。所述中心通道可以沿中心通道流輸入與中心通道流輸出之間的流動路徑延伸。CIF裝置的設計可以包括鄰近中心通道的至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡。至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以沿流動路徑延伸到至少一個側(cè)通道輸出。中心通道可以通過多個微特征結(jié)構(gòu)而與至少一個側(cè)通道隔開。多個微特征結(jié)構(gòu)可以限定多個間隙i。多個間隙可以被配置來通過多個微特征結(jié)構(gòu)來將中心通道和至少一個側(cè)通道流體聯(lián)接起來。所述方法可以包括為CIF裝置選擇所希望的流動分數(shù)f_間隙。所述方法可以包括確定沿流動路徑的多個調(diào)節(jié)的尺寸。所述方法可以包括使CIF裝置設計適于結(jié)合多個調(diào)節(jié)的尺寸，所述多個調(diào)節(jié)的尺寸有效用于提供沿流動路徑的至少一部分減小的流動阻力，從而有效調(diào)節(jié)流體中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度。

在另一個實施方案中，提供試劑盒。所述試劑盒可以包括受控增量過濾(CIF)裝置，所述CIF裝置被配置用于調(diào)節(jié)微流體流中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度。CIF裝置可以包括襯底。襯底可以包括至少一個CIF模塊。襯底可以在每個CIF模塊中限定中心通道。中心通道可以沿中心通道流輸入與中心通道流輸出之間的流動路徑延伸。襯底可以限定鄰近中心通道的多個微特征結(jié)構(gòu)。多個微特征結(jié)構(gòu)可以限定多個間隙。多個微特征結(jié)構(gòu)可以將中心通道與至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡隔開。多個間隙可以被配置來將中心通道流體聯(lián)接到至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡。至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以沿中心通道延伸到至少一個側(cè)通道輸出。至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以包括第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分和第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分中的一個或多個。

在CIF裝置中，第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分可以包括：鄰近中心通道的多個側(cè)通道彎曲部、多個微特征結(jié)構(gòu)的至少一部分和多個間隙的至少一部分。多個側(cè)通道彎曲部可以通過沿流動路徑減小的多個對應的長度來表征。每個側(cè)通道彎曲部可以將第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分中的多個間隙中的至少一個間隙流體聯(lián)接到以下各項中的一項或多項：多個間隙中的鄰近間隙和多個彎曲部中的鄰近彎曲部。

在CIF裝置中，第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分可以包括：鄰近中心通道的側(cè)通道、多個微特征結(jié)構(gòu)的至少一部分和多個間隙的至少一部分。側(cè)通道可以通過流動截面來表征。流動截面可以沿流動路徑增加，以使得第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分中的多個間隙通過以下各項中的一項或多項來表征：一致流動分數(shù)f_間隙和多個不同間隙體積流速。

在CIF裝置中，至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以通過有效用于調(diào)節(jié)微流體流中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度，沿流動路徑的至少一部分減小的流動阻力來表征。

試劑盒可以包括一套說明書。所述套說明書可以包括用于提供包含具有所希望的尺寸的顆粒的流體的用戶指南。所述套說明書可以包括用于使包括具有所希望的尺寸的顆粒的流體沿流動路徑流過中心通道的用戶指南。所述套說明書可以包括用于為了有效調(diào)節(jié)顆粒的濃度而通過使包含具有所希望的尺寸的顆粒的流體與多個間隙接觸來沿流動路徑的至少一部分減小流動阻力的用戶指南。所述套說明書可以包括用于選擇包括相對于具有所希望的尺寸的顆粒而言更大的平均流動截面的多個間隙的用戶指南。所述套說明書可以包括用于在多個間隙的至少一部分當中產(chǎn)生不同間隙體積流速的用戶指南。所述套說明書可以包括用于使中心通道中的一致流動分數(shù)f_間隙橫穿多個間隙中的每個間隙并且沿流動路徑流過至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡的用戶指南。

附圖簡述

結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成本說明書一部分的附圖示出示例方法和設備，并且僅用于說明示例實施方案。

圖1-A、1-B、1-C、1-D、1-E、1-F、1-G和1-H描畫示例性CIF裝置的各種視圖。

圖1-A是示出示例性CIF裝置的方框圖。

圖1-B是示出示例性CIF裝置的第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分的圖。

圖1-C是示出示例性CIF裝置的第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分的圖。

圖1-D是沿示例性CIF裝置的流動路徑的側(cè)視截面圖。

圖1-E是沿示例性CIF裝置的流動路徑的特寫頂視圖。

圖1-F是示例性CIF裝置的特寫透視圖。

圖1-G是沿示例性CIF裝置的流動路徑的頂視圖。

圖1-H是垂直于示例性CIF裝置的流動路徑的截面圖。

圖2-A是包括以串聯(lián)方式流體聯(lián)接的兩個CIF模塊的CIF裝置的方框圖。

圖2-B是包括以并聯(lián)方式流體聯(lián)接的兩個CIF模塊的CIF裝置的方框圖。

圖3是包括至少一個附加分離裝置的CIF裝置的方框圖。

圖4是描畫用于受控增量過濾的示例性方法的流程圖。

圖5是描畫用于設計CIF裝置的示例性方法的流程圖。

圖6是示出包括CIF裝置以及用于實施用于受控增量過濾的示例性方法的說明書的示例性試劑盒的方框圖。

圖7A描畫根據(jù)各種容器針對當量體積WB(3mL)的縱橫比進行的WB的沉降。

圖7B是示出沉降速度對容器針對當量體積WB(3mL)的縱橫比的依賴性的曲線圖。

圖8描畫在55分鐘沉降之后擠入3mL注射器中的示例性PRP層。

圖9示出用于使用1xg沉降來將500mL單位的WB分離為RBC和PRP的示例性第1階段模塊。

圖10-A-10-D是示出裝置長度和側(cè)通道寬度對輸入?yún)?shù)諸如所希望的裝置深度d和流動分數(shù)f_間隙程度的依賴性的一系列曲線圖。

圖10-A是展示用于實現(xiàn)給定總顆粒過濾/富集程度的間隙總數(shù)與f_間隙值之間的逆相關(guān)的曲線圖，所述f_間隙在曲線中從左到右從5.76x10^-3線性地下降至9.6x 10^-5。

圖10-B是展示針對如圖10-A中的相同的f_間隙值，側(cè)通道寬度w_s(i)可能在每個后續(xù)間隙處增加，而側(cè)通道流與中心通道流之比可能朝向單元端點條件增加的曲線圖。

圖10-C是展示w_s(i)曲線對各種深度(從左到右：150μm、100μm、50μm、25μm、10μm、5pm)的深度依賴性，而f_間隙保持恒定在1.76xl0^-4上的曲線圖。

圖10-D是展示當f_間隙保持恒定時，圖10-C中的六種情況產(chǎn)生相同的相對流動分數(shù)曲線，而與裝置深度無關(guān)的曲線圖。

圖11是展示中心通道寬度對流動分數(shù)f_間隙的影響的條形圖。

圖12-A-12-C展示用于有效創(chuàng)建血小板富集裝置的兩步驟方法。

圖12-A是示出在一定范圍流動分數(shù)f_間隙值和給定w_c值下，測試裝置區(qū)段的平行陣列中的中心通道(左圖)中的血小板保留部分與血小板損失部分(右圖)之間的過渡的顯微照片。

圖12-B是示出具有給定參數(shù)的長度較長的裝置對于光掩模制造來說更容易圖案化的示意圖。

圖12-C是操作期間代表性裝置的輸出的顯微圖像，其示出超過85％的血小板可能被保留在中心通道中，從而表明顆粒濃縮物的大約三倍的富集。

圖13-A-13-C示出CIF裝置。選擇f_間隙值，所述值對應于介于5.9μm至8.3μm之間的保留的粒徑，并且將所述值用于對全長裝置的～90％的總過濾部分圖案化。

圖13-A是示出端部側(cè)通道寬度遠遠大于中心通道的CIF裝置的示意圖。

圖13-B是示出中心通道中的1.5-4μm血小板和8.3μm顆粒的CIF裝置的輸入的圖像。

圖13-C是示出比血小板大8.3μm直徑的顆粒的選擇性保留和濃縮的CIF裝置的輸出的圖像。

發(fā)明詳述

圖1-A、1-B、1-C、1-D、1-E、1-F、1-G和1-H描畫示例性CIF裝置100或其部分的各種視圖。圖1-A是示出示例性CIF裝置100的縱橫比的方框圖101A。CIF裝置100可以被配置用于調(diào)節(jié)微流體流104中具有所希望的尺寸的顆粒102的濃度。應理解，微流體流104可以包括用于測試例如以確定是否存在大量具有所希望的尺寸的顆粒102的流體。CIF裝置100可以包括襯底106。襯底106可以包括至少一個CIF模塊108。襯底106可以在每個CIF模塊108中限定中心通道110。中心通道110可以沿中心通道流輸入114與中心通道流輸出116之間的流動路徑112延伸。襯底106可以限定鄰近中心通道110的多個微特征結(jié)構(gòu)122。多個微特征結(jié)構(gòu)122可以限定多個間隙124。多個微特征結(jié)構(gòu)122可以將中心通道110與至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡117隔開。多個間隙124可以被配置來將中心通道110流體聯(lián)接到側(cè)通道網(wǎng)絡117。側(cè)通道網(wǎng)絡117可以沿中心通道110延伸到至少一個側(cè)通道輸出120。側(cè)通道網(wǎng)絡117可以包括第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a和第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b中的一個或多個。在CIF裝置100中，側(cè)通道網(wǎng)絡117可以通過有效用于調(diào)節(jié)微流體流104中具有所希望的尺寸的顆粒102的濃度，沿流動路徑112的至少一部分減小的流動阻力來表征。在各種實施例中，第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a中的多個間隙124a通過以下各項中的一項或多項來表征：一致流動分數(shù)f_間隙和多個不同間隙體積流速。在一些實施例中，側(cè)通道網(wǎng)絡117中的多個間隙124通過以下各項中的一項或多項來表征：一致流動分數(shù)f_間隙和多個不同間隙體積流速。

圖1-B是示出第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a的各個方面的示意性頂視圖101B，包括圖1-A中以方框形式示出的特征結(jié)構(gòu)，諸如微流體流104、襯底106、CIF模塊108、中心通道110、流動路徑112、多個微特征結(jié)構(gòu)122a以及多個間隙124a。另外，例如，第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a可以包括鄰近中心通道110的多個側(cè)通道彎曲部119。第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a可以包括多個微特征結(jié)構(gòu)122a的至少一部分和多個間隙124a的至少一部分。多個側(cè)通道彎曲部119可以通過沿流動路徑112減小的多個對應的長度121a來表征。每個側(cè)通道彎曲部119可以將第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a中的多個間隙124a中的至少一個間隙流體聯(lián)接到以下各項中的一項或多項：多個間隙124a中的鄰近間隙和多個彎曲部119中的鄰近彎曲部。

圖1-C是示出第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b的各個方面的示意性頂視圖101C，包括圖1-A中以方框形式示出的特征結(jié)構(gòu)，諸如顆粒102、微流體流104、襯底106、CIF模塊108、中心通道110、流動路徑112、中心通道流輸入114、中心通道流輸出116、多個微特征結(jié)構(gòu)122a、多個間隙124a以及側(cè)通道輸出120。另外，例如，第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b可以包括鄰近中心通道110的側(cè)通道118。第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b可以包括多個微特征結(jié)構(gòu)122b的至少一部分。第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b可以包括多個間隙124b的至少一部分。側(cè)通道118可以通過流動截面139(參見圖1-H)來表征。流動截面139可以沿流動路徑112增加，以使得第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b中的多個間隙124b通過以下各項中的一項或多項來表征：一致流動分數(shù)f_間隙和多個不同間隙體積流速。

再次參考圖1-A，在一些實施方案中，側(cè)通道網(wǎng)絡117可以包括沿流動路徑112按順序先后出現(xiàn)的第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a和第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b。在若干實施方案中，CIF裝置100可以包括側(cè)通道網(wǎng)絡117、117'中的兩個。側(cè)通道網(wǎng)絡117、117'可以鄰近中心通道110。例如，兩個側(cè)通道網(wǎng)絡117、117'可以被中心通道110隔開，并且可以位于中心通道110的任一側(cè)。

參考圖1-B，例如，對于兩個側(cè)通道網(wǎng)絡117、117'，襯底106可以限定兩個第一側(cè)通道網(wǎng)絡117a、117a'，包括鄰近中心通道110的至少兩組多個側(cè)通道彎曲部119、119'以及至少兩組多個微特征結(jié)構(gòu)122a、122a'。至少兩組多個側(cè)通道彎曲部119、119'可以通過沿流動路徑112減小的至少兩組多個對應的長度121a、121a'來表征。中心通道110可以通過每組多個微特征結(jié)構(gòu)122a、122a'而與至少兩組多個側(cè)通道彎曲部119、119'中的每一個隔開。至少兩組多個微特征結(jié)構(gòu)122a、122a'可以限定至少兩組多個間隙124a、124a'。至少兩組多個間隙124a、124a'可以被配置來通過多個微特征結(jié)構(gòu)122a、122a'將中心通道110與多個側(cè)通道彎曲部119、119'流體聯(lián)接起來。多個側(cè)通道彎曲部119、119中的每一個可以將第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a中的多個間隙124a、124a'中的至少一個對應的間隙流體聯(lián)接到以下各項中的一項或多項：多個間隙124a、124a'中的鄰近對應的間隙和多個側(cè)通道彎曲部119、119'中的鄰近對應的彎曲部。

參考圖1C，例如，對于側(cè)通道網(wǎng)絡117、117'，襯底106可以限定兩個第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b、117b'，包括鄰近中心通道110的至少兩個側(cè)通道118、118'以及至少兩組多個微特征結(jié)構(gòu)122b、122b'。中心通道110可以通過每組多個微特征結(jié)構(gòu)122b、122b'而與側(cè)通道118、118'中的每一個隔開。多個微特征結(jié)構(gòu)122b、122b'可以限定至少兩組多個間隙124b、124b'。多個間隙124b、124a'可以被配置來通過多個微特征結(jié)構(gòu)122b、122b'將中心通道110與側(cè)通道118、118'流體聯(lián)接起來。

在各種實施方案中，對應的相關(guān)聯(lián)的特征結(jié)構(gòu)在附圖中可以通過相似的特征結(jié)構(gòu)編號和相似的描述舉例來指示，例如，微特征結(jié)構(gòu)122和122'，但是主要符號要區(qū)分開來。例如，襯底106可以限定至少兩個側(cè)通道118、118'，本文中提及至少一個側(cè)通道118或與至少一個側(cè)通道118相關(guān)聯(lián)的特征結(jié)構(gòu)諸如微特征結(jié)構(gòu)122'的任何描述都可以對應地擴展到至少一個側(cè)通道118'或其對應的特征結(jié)構(gòu)，諸如微特征結(jié)構(gòu)122'。另外，例如，其中襯底106可以限定至少兩個側(cè)通道118、118'，每個側(cè)通道118、118'及其對應的相關(guān)聯(lián)的特征結(jié)構(gòu)可以是相同的或不同的。例如，側(cè)通道118及其相關(guān)聯(lián)的特征結(jié)構(gòu)可以相對于側(cè)通道118'成鏡像，并且其沿流動路徑112的至少一部分穿過中心通道110的對應的相關(guān)聯(lián)的特征結(jié)構(gòu)(例如，深度142和142')可以是相同的或不同的，例如是相同的。另外，例如，多個微特征結(jié)構(gòu)122和多個間隙124可以沿流動路徑112的至少一部分與多個微特征結(jié)構(gòu)122'和多個間隙124'相比較具有相同或不同的尺寸，例如是相同的。此外，例如，多個微特征結(jié)構(gòu)122和多個間隙124沿流動路徑112的至少一部分相對于多個微特征結(jié)構(gòu)122'和多個間隙124'可以是對準的或偏移的，例如是對準的。在各種實施方案中，中心通道110的對應的特征結(jié)構(gòu)與側(cè)通道118和/或118'的對應的特征結(jié)構(gòu)可以是相同的或不同的，例如是相同的。例如，深度140、142和142’可以是相同的或不同的，例如是相同的。明確涵蓋的是，本文中由相似特征結(jié)構(gòu)編號指出和由主要符號區(qū)分的所有對應的相關(guān)聯(lián)的特征結(jié)構(gòu)可以依據(jù)這種方式而為相同的或不同的。

圖1-D是沿流動路徑112的截面圖101D，其示出示例性CIF裝置100的各個方面。圖1-E是沿流動路徑112的特寫頂視圖101E，其詳細示出示例性CIF裝置100的各個方面。每個CIF模塊108中的多個間隙124可以通過平行于流動路徑112的平均間隙截面區(qū)域126來表征。與具有所希望的尺寸的顆粒102相比較，平均間隙截面區(qū)域126的尺寸可以被設定成有效用于減輕或消除多個間隙124因顆粒102所致的結(jié)垢。例如，具有與所希望的尺寸相當?shù)某叽绲拈g隙可能會發(fā)生顆粒102結(jié)垢或被所述顆粒102阻塞。選擇大于顆粒102的平均間隙截面區(qū)域126可以減輕或消除這種結(jié)垢。與具有所希望的尺寸的顆粒102相比較，平均間隙截面區(qū)域126的尺寸可以被設定成有效用于減輕或消除多個間隙124對顆粒102的空間排阻。例如，常規(guī)尺寸排阻過濾器通過通過基于尺寸使用小于有待排除的顆粒的間隙在物理上或在空間上排除顆粒來起作用。選擇大于顆粒102的平均間隙截面區(qū)域126可以減輕或消除這種空間尺寸排阻，以使得間隙124可以基于CIF裝置100中的微流體流行為而排除顆粒102，甚至是在平均間隙截面區(qū)域126大于顆粒102的情況下。第一側(cè)通道網(wǎng)絡117a和第二側(cè)通道網(wǎng)絡117b中的一個或多個中的多個間隙124中的每個間隙可以通過平行于流動路徑112的平面中的基本上相同的截面流動區(qū)域126來表征。例如第一側(cè)通道網(wǎng)絡117a和第二側(cè)通道網(wǎng)絡117b中的一個或多個中的多個間隙124沿流動路徑112可以是基本上等距間隔開的。每個CIF模塊108中的多個間隙124可以包括至少約為以下各項中的一項或多項的間隙124數(shù)目：50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、2,500、5,000、7,500、10,000、50,000、100,000、500,000以及1,000,000、或先前值中任兩個之間的范圍。

在各種實施方案中，第一側(cè)通道網(wǎng)絡117a和第二側(cè)通道網(wǎng)絡117b中的一個或多個中的多個間隙124可以通過每個間隙124平行于流動路徑112的寬度144與襯底106中每個間隙124的深度142的平均縱橫比來表征。寬度144與深度142的縱橫比可以是小于約以下各項中的一項或多項：約16:1、15:1、10:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、1:15、1:20、1:25以及1:30。多個間隙124可以通過襯底106中的平均間隙深度142來表征。通道110可以通過襯底106中的深度140來表征。平均間隙深度142可以是深度140的約以下各項中的一項或多項的百分比：5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90以及100。深度140可以是以μm計的大于以下各項中的一項或多項的值：約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、75、100、125、150、200、250、300、400以及500。

在一些實施方案中，中心通道110和多個間隙124在第一側(cè)通道網(wǎng)絡117a和第二側(cè)通道網(wǎng)絡117b中的一個或多個中可以分別通過垂直于流動路徑112和中心通道110的深度140兩者的中心通道寬度136來表征。中心通道110和多個間隙124可以通過平行于流動路徑112的平均間隙寬度144來表征。平均間隙寬度144可以大于以下各項中的一項或多項的百分比的深度136：約10、20、21、22、23、24、25、30、35、40、45以及50。

圖1-F是沿流動路徑112的特寫透視圖101F，其示出示例性CIF裝置100的各個方面。在各種實施方案中，每個CIF模塊108中的中心通道110可以通過中心通道流輸入114流體聯(lián)接到輸入源128。另外，例如，側(cè)通道網(wǎng)絡117可以通過中心通道110的多個間隙124流體聯(lián)接到輸入源128。中心通道110可以流體聯(lián)接到保留物輸出貯存器130。側(cè)通道網(wǎng)絡117可以流體聯(lián)接到濾液輸出貯存器132。

參考圖1-G，流動路徑112可以包括襯底106中的一個或多個曲折部134。每個CIF模塊108可以被配置來提供以cm計的為以下各項中的至少一項或多項的流動路徑長度：約0.1、0.5、0.75、1、2、2.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、250、500以及1000、或先前值中任兩個之間的范圍。

圖1-H是垂直于流動路徑112的截面圖101H，其示出示例性CIF裝置100中的第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b的各個方面。在若干實施方案中，第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b可以通過側(cè)通道118的截面區(qū)域139與中心通道110的截面區(qū)域137之比來表征。截面區(qū)域137、139可以垂直于流動路徑112。截面區(qū)域137、139之比可以沿流動路徑112的至少一部分增加。在一些實施方案中，截面區(qū)域137、139之比可以沿流動路徑112的至少一部分根據(jù)至少一個側(cè)通道118的寬度138和中心通道110的寬度136來增加。每個寬度136、138可以垂直于流動路徑112和襯底106中的中心通道110的深度140兩者。流動截面區(qū)域137可以沿流動路徑112，例如沿第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b保持恒定。另外，例如，側(cè)通道118的流動截面區(qū)域139可以沿流動路徑112增加。每個CIF模塊108可以沿第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b通過中心通道110垂直于流動路徑112的流動截面區(qū)域137來表征。流動截面區(qū)域137可以沿流動路徑112例如保持恒定、增加或減少。另外，例如，側(cè)通道118的截面區(qū)域139可以沿流動路徑112保持恒定、增加或減少。

在若干實施方案中，CIF裝置100可以至少部分表征為根據(jù)下式的f_間隙的函數(shù)：

以及

符號R_c可以表示中心通道110的流動阻力。符號R_s(i-1)可以表示至少一個側(cè)網(wǎng)絡117在多個間隙124中的間隙i-l與間隙i之間的一部分中的流動阻力。增量符號i可以沿流動路徑112針對多個間隙124中的每個間隙增加1。符號R_s(i)可以表示至少一個側(cè)網(wǎng)絡117在多個間隙124中的間隙i與間隙i+1之間的一部分中的流動阻力。符號R(w,d,μ,L)可以表示中心通道110或至少一個側(cè)網(wǎng)絡117的一部分中的通道區(qū)段的阻力。符號w可以表示對應于將通道區(qū)段近似地視為矩形通道的寬度。符號d可以表示對應于將通道區(qū)段近似地視為矩形通道的深度。符號L可以表示對應于將通道區(qū)段近似地視為矩形通道的長度。符號μ可以表示流體的粘度。每個L可以對應于與多個側(cè)通道彎曲部119對應的多個長度121a中的一個。每個L可以對應于沿側(cè)通道118在多個間隙124中的一對對應的間隙之間的通道區(qū)段的長度。

在各種實施方案中，CIF裝置100可以表征如下。多個間隙124的至少一部分可以通過將在間隙i處流過中心通道110的流動分數(shù)f_間隙與體積流量Q_c(i)進行比較來表征。流動分數(shù)f_間隙可以小于以下各項中的一項或多項：約0.01、0.0075、0.005、0.0025、0.001、0.00075、0.0005、0.00025、0.0001、0.000075、0.00005、0.000025以及0.00001。在使用1％w/w 4μm聚苯乙烯微珠在水中的混合物在25℃溫度下以及在2PSI流動壓力下引導微流體流通過每個CIF模塊108之后，流動分數(shù)f_間隙可以是通過多個間隙124當中小于約±1、2.5、5、7.5、10、15和20的百分比的標準偏差表征的平均值。每個CIF模塊108可以在使用1％w/w 4μm聚苯乙烯微珠在水中的混合物在25℃溫度下以及在2PSI流動壓力下引導微流體流之后被配置來濃縮微流體流104中具有所希望的尺寸的顆粒102。從中心通道流輸入114處的起始顆粒濃度到中心通道流輸出116處的最終濃度的濃縮可以包括以下各項中的一項或多項的濃縮系數(shù)：約1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、50:1、75:1、100:1、125:1、150:1、200:1以及250:1。每個CIF模塊108可以被配置來保留微流體流104中一定百分比的顆粒102。所保留的顆粒102的百分比可以是以下各項中的至少一項或多項：約50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、97.5、99以及100。

在各種實施方案中，顆粒102的所希望的尺寸可以通過以μm計的大于以下各項中的一項或多項的有效平均直徑來表征：約0.5、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、125以及150。多個間隙124可以在每個CIF模塊108中被配置成具有平行于流動路徑112的平均間隙截面區(qū)域126。平均間隙截面區(qū)域126可以大于有待從微流體流中分離的顆粒102的所希望的尺寸。平均間隙截面區(qū)域126可以比顆粒102的所希望的尺寸大以下各項中的一項或多項的倍數(shù)：約2:1、3:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1以及20:1。

在各種實施方案中，顆粒102可以包括以下各項中的一項或多項：紅細胞、血小板、白細胞、循環(huán)腫瘤細胞、干細胞、衰竭存儲紅細胞、來自自體T細胞擴張的T細胞、有機微顆粒、無機微顆粒、有機金屬微顆粒、金屬微顆粒、氣溶膠顆粒、細菌、酵母、真菌、藻類、病毒、微型無脊椎動物或其蛋類、花粉、細胞或組織片段、細胞團、細胞碎片(例如，與DNA或RNA純化相關(guān)聯(lián)的細胞碎片)、生物反應器產(chǎn)生的細胞或微粒、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)聚集體、朊病毒、囊泡、脂質(zhì)體、沉淀物(例如，來自血液或血液片段的沉淀物，工業(yè)過程沉淀物，廢水沉淀物等等)、來自發(fā)酵食品的微粒或細胞(例如，來自發(fā)酵飲料的微粒或細胞)、大分子、大分子聚集體、DNA、細胞器、孢子、干細胞、氣泡、液滴以及外來體。微流體流104可以包括流體中的顆粒102。流體可以包括以下各項中的一項或多項：全血或其部分；羊水；臍帶血；膽汁；腦脊液；皮膚細胞；滲出物；糞便；胃液；淋巴液；乳液；粘液；腹膜液；血漿；胸膜液；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；淚液；尿液；水；緩沖液；地下水；海水；雨水；細胞液；動物組織勻漿、提取液或擠壓液；植物組織勻漿、提取液或擠壓液；廢水；工業(yè)過程流體或流體產(chǎn)物；發(fā)酵液；結(jié)晶或沉淀流體；食品或食品加工中間體(例如，發(fā)酵飲料)；油；無機溶劑；有機溶劑；離子溶劑；蜂蜜；糖漿；淋巴液；血清；以及溶解產(chǎn)物。

在各種實施方案中，CIF模塊108可以被配置成能夠?qū)⑺鑫⒘黧w流實施為以下各項中的一項或多項：重力定向流、真空定向流、電滲定向流、電動定向流、例如使用注射器泵的機械泵運流；等等。每個CIF模塊108可以被配置成使得中心通道流輸出116的體積流量和至少一個側(cè)通道輸出120的體積流量是基本上相等的。

在若干實施方案中，襯底106可以包括CIF模塊108、108'中的兩個或更多個。襯底106可以包括以串聯(lián)或并聯(lián)形式流體聯(lián)接的兩個或更多個CIF模塊108、108'的陣列。例如，襯底106可以包括如圖2A中所描畫以串聯(lián)形式流體聯(lián)接的兩個或更多個CIF模塊108、108'的陣列200A。襯底106可以包括如圖2-B中所描畫以并聯(lián)形式流體聯(lián)接的兩個或更多個CIF模塊108、108'的陣列200B。圖2-A和圖2-B中所描畫的布置和流動僅是示例性的，并且也期望其他布置和流動。

CIF裝置100還可以包括如圖3中所描畫的至少一個附加分離裝置302。分離裝置302、302’、302”可以流體聯(lián)接到以下各項中的一項或多項：中心通道流輸入114、中心通道流輸出116和至少一個側(cè)通道流輸出120。附加分離裝置302、302’、302”可以包括以下各項中的一項或多項：過濾器、離心機、電泳裝置、色譜柱、流體蒸發(fā)器、沉降裝置、確定性橫向位移裝置、血漿撇清器、邊集裝置、磁力分離器、超聲波聚焦裝置、密度梯度分離器等等。

襯底106可以包括以下各項中的一項或多項：玻璃、聚合物、金屬、陶瓷以及半導體。襯底106可以包括熱塑性聚合物，例如，聚碳酸酯、或彈性體橡膠，例如聚二甲基硅氧烷。CIF裝置100可以被配置成是以下各項中的一項或多項：一次性的、無菌的和可滅菌的。

圖4是示出用于受控增量過濾的方法400的流程圖。在各種實施方案中，方法400可以濃縮流體中具有所希望的尺寸的顆粒。方法400可以包括402提供包括具有所希望的尺寸的顆粒的流體。應理解，“包括具有所希望的尺寸的顆粒的流體”可以包括用于測試例如以確定是否存在大量具有所希望的尺寸的顆粒的流體。方法400可以包括404使包含具有所希望的尺寸的顆粒的流體沿流動路徑流過中心通道。中心通道可以包括將中心通道流體聯(lián)接到至少一個鄰近側(cè)通道網(wǎng)絡的多個間隙。方法400可以包括406為了有效調(diào)節(jié)顆粒的濃度而通過使包含具有所希望的尺寸的顆粒的流體與多個間隙接觸來沿流動路徑的至少一部分減小流動阻力。方法400可以包括408、408A選擇多個間隙，所述間隙包括大于具有所希望的尺寸的顆粒的平均流動截面。方法400可以包括408、408B在多個間隙的至少一部分當中產(chǎn)生不同間隙體積流速。方法400可以包括408、408C使中心通道中的一致流動分數(shù)f_間隙橫穿多個間隙中的每個間隙并且沿流動路徑流過至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡。

方法400可以包括提供至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡。至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以包括第一通道網(wǎng)絡部分。第一通道網(wǎng)絡部分可以包括鄰近中心通道的多個側(cè)通道彎曲部。多個側(cè)通道彎曲部可以通過為了有效減小流體阻力而沿流動路徑減小長度來表征。至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡可以包括第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分。第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分可以包括鄰近中心通道的側(cè)通道。側(cè)通道可以通過為了有效引起以下各項中的一項或多項而沿流動路徑增加流動截面來表征：一致流動分數(shù)f_間隙和多個不同間隙體積流速。所述方法可以包括使流體沿流動路徑按順序先后流過第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分和第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分。

在一些實施方案中，方法400可以包括選擇多個間隙，所述間隙包括大于具有所希望的尺寸的顆粒的平均間隙截面區(qū)域。與小于顆粒的間隙相比較，較大的平均間隙截面區(qū)域可以有效用于減輕或消除多個間隙因顆粒所致的結(jié)垢。較大的平均間隙截面區(qū)域還可以有效用于減輕或消除多個間隙對顆粒的空間排阻。

在若干實施方案中，方法400可以包括提供每個間隙沿流動路徑的寬度與每個間隙的深度的小于以下各項中的一項或多項的平均縱橫比：16:1、15:1、10:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、1:15、1:20、1:25以及1:30。中心通道可以包括以μm計的大于以下各項中的一項或多項的深度：約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、75、100、125、150、200、250、300、400以及500。多個間隙的平均深度可以比中心通道的深度大以下各項中的一項或多項的百分比：約5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90以及100。多個間隙沿流動路徑的平均間隙寬度可以比中心通道的寬度大以下各項中的一項或多項的百分比：約20、21、22、23、24、25、30、40、50、60、70、80、90以及100。平均間隙流動截面可以比具有所希望的尺寸的顆粒大以下各項中的一項或多項的倍數(shù)：約2:1、3:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1以及20:1。

在各種實施方案中，方法400可以包括沿流動路徑提供鄰近中心通道的兩個側(cè)通道網(wǎng)絡。所述方法可以包括提供以cm計的為以下各項中的至少一項或多項的流動路徑長度：約0.1、0.5、0.75、1、2、2.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、250、500以及1000。所述方法可以包括為至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡中的每一個提供多個間隙，所述間隙包括為以下各項中的至少約一項或多項的間隙數(shù)目：50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、2,500、5,000、7,500、10,000、50,000、100,000、500,000以及1,000,000。所述方法可以包括沿流動路徑增加至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域與中心通道的截面區(qū)域之比。至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域與中心通道的截面區(qū)域之比可以沿流動路徑根據(jù)至少一個側(cè)通道的寬度和中心通道的寬度來增加。所述方法可以包括沿流動路徑增加所述比率，這包括使中心通道的截面區(qū)域沿流動路徑保持恒定，并且沿流動路徑增加至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域。所述方法可以包括沿流動路徑增加所述比率，這包括沿流動路徑減小中心通道的截面區(qū)域，并且沿流動路徑維持或增加至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域。所述方法可以包括沿流動路徑增加所述比率，這包括沿流動路徑維持、增加或減小中心通道的截面區(qū)域。所述方法可以包括沿流動路徑增加所述比率，這包括沿流動路徑維持、增加或減小至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域。

在各種實施方案中，所述方法可以包括沿流動路徑增加至少一個側(cè)通道的流體阻力與中心通道的流體阻力之比。

在一些實施方案中，方法400可以包括使流體流動至少部分表征為根據(jù)以下各項中的一項或多項的f_間隙的函數(shù)：

以及

符號R_c可以表示中心通道110的流動阻力。符號R_s(i-1)可以表示至少一個側(cè)網(wǎng)絡117在多個間隙中的間隙i-1與間隙i之間的一部分中的流動阻力。增量符號i可以沿流動路徑針對多個間隙中的每個間隙增加1。符號R_s(i)可以表示至少一個側(cè)網(wǎng)絡在多個間隙中的間隙i與間隙i+1之間的一部分中的流動阻力。符號R(w,d,u,L)可以表示中心通道或至少一個側(cè)網(wǎng)絡的一部分中的通道區(qū)段的阻力。符號w可以表示對應于將通道區(qū)段近似地視為矩形通道的寬度。符號d可以表示對應于將通道區(qū)段近似地視為矩形通道的深度。符號L可以表示對應于將通道區(qū)段近似地視為矩形通道的長度。符號μ可以表示流體的粘度。

在方法400的一些實施方案中，間隙i處的流動分數(shù)f_間隙可以比間隙i處流過中心通道的體積流量Q_c(i)少以下各項中的一項或多項：約0.01、0.0075、0.005、0.0025、0.001、0.00075、0.0005、0.00025、0.0001、0.000075、0.00005、0.000025以及0.00001。所述方法可以包括使流動分數(shù)f_間隙在多個間隙當中具有小于約以下各項中的一項或多項的百分比的標準偏差：±1、2.5、5、7.5、10、15以及20。所述方法可以包括使多個間隙中的每個間隙具有基本上相同的流動截面。所述方法可以包括使多個間隙沿流動路徑基本上等距地間隔開。

在各種實施方案中，方法400可以包括實施至少一次附加分離。可以在使包括具有所希望的尺寸的顆粒的流體流過中心通道之前或之后實施至少一次附加分離。附加分離可以包括以下各項中的一項或多項：過濾、離心、電泳、色譜、流體蒸發(fā)、沉降、確定性橫向位移、血漿撇清、邊集、磁力分離、超聲波聚焦裝置、密度梯度分離等等。

在一些實施方案中，方法400可以包括依據(jù)以下各項中的一項或多項的濃縮系數(shù)來濃縮中心通道中的流體中具有所希望的尺寸的顆粒：約1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、50:1、75:1、100:1、125:1、150:1、200:1以及250:1。所述方法可以包括保留中心通道中的流體中具有所希望的尺寸的為以下各項中的至少一項或多項的百分比的顆粒：約50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、97.5、99以及100。

在方法400的若干實施方案中，顆粒的所希望的尺寸可以通過以μm計的大于以下各項中的一項或多項的有效平均直徑來表征：約0.5、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、125以及150。顆粒可以包括以下各項中的一項或多項：紅細胞、血小板、白細胞、循環(huán)腫瘤細胞、干細胞、衰竭存儲紅細胞、來自自體T細胞擴張的T細胞、有機微顆粒、無機微顆粒、有機金屬微顆粒、金屬微顆粒、氣溶膠顆粒、細菌、酵母、真菌、藻類、病毒、微型無脊椎動物或其蛋類、花粉、細胞或組織片段、細胞團、細胞碎片(例如，與DNA或RNA純化相關(guān)聯(lián)的細胞碎片)、生物反應器產(chǎn)生的細胞或微粒、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)聚集體、朊病毒、囊泡、脂質(zhì)體、沉淀物(例如，來自血液或血液片段的沉淀物，工業(yè)過程沉淀物，廢水沉淀物等等)、來自發(fā)酵食品的微?；蚣毎?例如，來自發(fā)酵飲料的微粒或細胞)、大分子、大分子聚集體、DNA、細胞器、孢子、干細胞、氣泡、液滴、外來體等等。流體可以包括以下各項中的一項或多項：全血或其部分；羊水；臍帶血；膽汁；腦脊液；皮膚細胞；滲出物；糞便；胃液；淋巴液；乳液；粘液；腹膜液；血漿；胸膜液；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；淚液；尿液；水；緩沖液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織勻漿、提取液或擠壓液；植物組織勻漿、提取液或擠壓液；廢水；工業(yè)過程流體或流體產(chǎn)物；發(fā)酵液；結(jié)晶或沉淀流體；食品或食品加工中間體(例如，發(fā)酵飲料)；油；無機溶劑；有機溶劑；離子溶劑；蜂蜜；糖漿；淋巴液；血清；溶解產(chǎn)物；等等。

在各種實施方案中，方法400可以包括收集來自中心通道的保留物部分以及來自至少一個側(cè)網(wǎng)絡的濾液部分中的一個或多個。所述方法可以包括收集包含濃度增加或減小的具有所希望的尺寸的顆粒的流體部分。所述方法可以包括使流體流動，這包括實施以下各項中的一項或多項：重力流、真空流、電滲流、電動流、(例如使用注射器泵的)機械泵運流等等。所述方法可以包括在中心通道流的輸出處和在至少一個側(cè)通道的輸出處提供基本上體積相等的流體流。所述方法可以包括按以下各項中的一項或多項方式操作所述方法的兩個或更多個步驟：并聯(lián)操作和串聯(lián)操作。所述方法可以包括通過沿流動路徑中的一個或多個曲折部流動來使包括具有所希望的尺寸的顆粒的流體流動。

圖5是示出用于設計CIF裝置的方法500的流程圖。CIF裝置可以調(diào)節(jié)流體中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度。方法500可以包括502為CIF裝置的設計做準備。CIF裝置設計可以包括中心通道。所述中心通道可以沿中心通道流輸入與中心通道流輸出之間的流動路徑延伸。CIF裝置設計可以包括鄰近中心通道的至少一個側(cè)通道。至少一個側(cè)通道可以沿流動路徑延伸到至少一個側(cè)通道輸出。中心通道可以通過多個微特征結(jié)構(gòu)而與至少一個側(cè)通道隔開。多個微特征結(jié)構(gòu)可以限定多個間隙i。多個間隙可以被配置來通過多個微特征結(jié)構(gòu)來將中心通道和至少一個側(cè)通道流體聯(lián)接起來。方法500可以包括504為CIF裝置選擇所希望的流動分數(shù)f_間隙。方法500可以包括506確定沿流動路徑的多個調(diào)節(jié)的尺寸。方法500可以包括508使CIF裝置設計適于結(jié)合多個調(diào)節(jié)的尺寸。結(jié)合調(diào)節(jié)的尺寸可以有效用于為CIF裝置的設計提供沿流動路徑的至少一部分的減小的流動阻力，從而有效調(diào)節(jié)流體中具有所希望的尺寸的顆粒的濃度。

在方法500的各種實施方案中，沿流動路徑的調(diào)節(jié)的尺寸可以包括第一側(cè)網(wǎng)絡部分中多個側(cè)通道彎曲部中的每一個的減小的長度。多個側(cè)通道彎曲部在第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分中可以鄰近中心通道。沿流動路徑的調(diào)節(jié)的尺寸可以包括第二側(cè)網(wǎng)絡部分中至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域與中心通道的截面區(qū)域的增加的比率。至少一個側(cè)通道在第二側(cè)網(wǎng)絡部分中可以鄰近中心通道。

在一些實施方案中，方法500可以包括提供一個或多個測試用CIF裝置。測試用CIF裝置中的每一個可以通過對應的測試流動分數(shù)f_間隙來表征。所述方法可以包括使流體中具有所希望的尺寸的顆粒流過一個或多個測試用CIF裝置。所述方法可以包括基于一個或多個測試用CIF裝置中的每一個對應的測試流動分數(shù)f_間隙來為CIF裝置的設計確定所希望的流動分數(shù)f_間隙。

在若干實施方案中，方法500可以包括通過確定中心通道流動阻力R_c來確定多個調(diào)節(jié)的尺寸。所述方法可以包括在沿流動路徑的多個間隙中的第一鄰近間隙對之間確定對應于第一側(cè)通道區(qū)段的第一側(cè)通道區(qū)段流動阻力。第一流動阻力可以根據(jù)以下各項之間的第一函數(shù)關(guān)系來確定：流體的粘度；對應于第一側(cè)通道區(qū)段處的第一截面區(qū)域的第一有效側(cè)通道寬度w和第一有效通道深度d；以及第一側(cè)通道區(qū)段的長度L。所述方法可以包括在沿流動路徑的多個間隙中的第二鄰近間隙對之間確定對應于第二側(cè)通道區(qū)段的第二側(cè)通道區(qū)段流動阻力。第二側(cè)通道區(qū)段可以緊靠第一側(cè)通道區(qū)段下游定位。第二側(cè)通道區(qū)段流動阻力可以根據(jù)以下各項之間的第二函數(shù)關(guān)系來確定：中心通道流動阻力、第一側(cè)通道區(qū)段流動阻力和CIF裝置的所希望的流動分數(shù)f_間隙。所述方法可以包括使用包括以下各項中的一項或多項的一個或多個的調(diào)節(jié)的尺寸來重新計算第一函數(shù)關(guān)系：第二有效側(cè)通道寬度w；第二有效通道深度d；以及第二側(cè)通道長度L。一個或多個調(diào)節(jié)的尺寸可以有效用于使第一側(cè)通道區(qū)段流動阻力根據(jù)第一函數(shù)關(guān)系等于第二側(cè)通道區(qū)段流動阻力。一個或多個調(diào)節(jié)的尺寸可以有效用于使第二側(cè)通道區(qū)段流動阻力根據(jù)第二函數(shù)關(guān)系比第一側(cè)通道區(qū)段流動阻力低根據(jù)第二函數(shù)關(guān)系確定的數(shù)量。所述方法可以包括將先前步驟中的一個或多個進行多次迭代以計算多個調(diào)節(jié)的尺寸。

在各種實施方案中，方法500可以包括使中心通道的截面區(qū)域沿流動路徑和每個有效通道深度d保持恒定，以使得比率根據(jù)以下各項中的一項或多項來增加：增加第二有效側(cè)通道寬度w；以及減小第二側(cè)通道長度L。側(cè)通道網(wǎng)絡可以包括通過多個側(cè)通道彎曲部長度表征的多個側(cè)通道彎曲部。多個側(cè)通道彎曲部可以鄰近中心通道。所述方法可以包括沿流動路徑逐步減小多個側(cè)通道彎曲部長度。側(cè)通道網(wǎng)絡可以包括鄰近中心通道的側(cè)通道。所述方法可以包括沿流動路徑逐步增加側(cè)通道的寬度。所述方法可以包括針對每個函數(shù)關(guān)系將每個通道區(qū)段近似地視為矩形通道。所述方法可以包括通過對一個或多個調(diào)節(jié)的尺寸在數(shù)值上求解第一函數(shù)關(guān)系來重新計算第一函數(shù)關(guān)系。

在方法500的一些實施方案中，第一函數(shù)關(guān)系可以由下式表示

$R(w,d,\mathrm{\μ},L)=\frac{12\mathrm{\μ}L}{{\mathrm{dw}}^3}{\[1-\frac{192w}{d}\·{\mathrm{\Σ}}_{n=1,3,5,...}^{\mathrm{\∞}}\frac{\tanh \left(\frac{n\mathrm{\π}d}{2w}\right)}{{\left(n\mathrm{\π}\right)}^5}\]}^{-1}.$

第二函數(shù)關(guān)系由下式表示：

符號R_s(i-1)可以表示第一側(cè)通道區(qū)段流動阻力。符號R_s(i)可以表示第二側(cè)通道區(qū)段流動阻力。

在若干實施方案中，方法500可以包括為CIF裝置的設計選擇通過沿流動路徑平行于中心通道的平均間隙截面區(qū)域表征的多個間隙?？梢赃x擇大于具有所希望的尺寸的顆粒的平均間隙截面區(qū)域，所述平均間隙截面區(qū)域有效用于減輕或消除多個間隙因顆粒所致的結(jié)垢?？梢赃x擇大于具有所希望的尺寸的顆粒的平均間隙截面區(qū)域，所述平均間隙截面區(qū)域有效用于減輕或消除多個間隙對顆粒的空間排阻。

在方法500的各種實施方案中，CIF裝置的設計可以包括鄰近中心通道的至少兩個側(cè)通道網(wǎng)絡以及至少兩組多個對應的微特征結(jié)構(gòu)。中心通道可以通過每組多個微特征結(jié)構(gòu)而與至少兩個側(cè)通道中的每一個隔開。至少兩組多個微特征結(jié)構(gòu)可以限定至少兩組多個間隙。至少兩組多個間隙可以被配置來通過至少兩組多個微特征結(jié)構(gòu)來將中心通道和至少兩個側(cè)通道流體聯(lián)接起來。CIF裝置的設計可以包括流動路徑中的一個或多個曲折部。

在方法500的一些實施方案中，CIF裝置的設計中的多個間隙中的每個間隙可以通過平行于流動路徑的平面中的基本上相同的截面流動區(qū)域來表征。例如，CIF裝置的設計中的多個間隙可以沿流動路徑基本上等距地間隔開。CIF裝置的設計可以被配置來提供以cm計的為以下各項中的至少一項或多項的流動路徑長度：約0.1、0.5、0.75、1、2、2.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、250、500以及1000。CIF裝置的設計的多個間隙可以包括至少約為以下各項中的一項或多項的間隙數(shù)目：50、75、100、150、200、250、500、750、1,000、2,500、5,000、7,500、10,000、50,000、100,000、500,000以及1,000,000。CIF裝置的設計可以通過垂直于流動路徑的中心通道的截面區(qū)域來表征。中心通道的截面區(qū)域可以沿流動路徑保持恒定、增加或減小。CIF裝置的設計可以通過垂直于流動路徑的至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域來表征。至少一個側(cè)通道的截面區(qū)域可以沿流動路徑保持恒定、增加或減小。CIF裝置的設計中的多個間隙可以通過每個間隙平行于流動路徑的寬度與每個間隙的深度的小于約以下各項中的一項或多項的平均縱橫比來表征：約16:1、15:1、10:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:10、1:15、1:20、1:25以及1:30。CIF裝置的設計中的多個間隙可以通過平均間隙深度來表征。平均間隙深度可以大于約為以下各項中的一項或多項的百分比的中心通道的深度：5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90以及100。中心通道可以通過以μm計的大于以下各項中的一項或多項的深度來表征：約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、75、100、125、150、200、250、300、400以及500。

在方法500的若干實施方案中，中心通道和多個間隙可以分別通過以下各項來表征：(1)垂直于流動路徑和襯底中的中心通道的深度兩者的中心通道寬度，以及(2)平行于流動路徑的平均間隙寬度。平均間隙寬度可以大于為以下各項中的一項或多項的百分比的中心通道的寬度：約10、20、21、22、23、24、25、30、35、40、45以及50。CIF裝置的設計可以被配置成使得與間隙i處流過中心通道的體積流量Q_c(i)相比較，將所希望的流動分數(shù)f_間隙選擇為小于以下各項中的一項或多項：約0.01、0.0075、0.005、0.0025、0.001、0.00075、0.0005、0.00025、0.0001、0.000075、0.00005、0.000025以及0.00001。CIF裝置的設計可以被有效配置來在多個間隙當中提供已實現(xiàn)的流動分數(shù)f_間隙，所述流動分數(shù)通過小于約±1、2.5、5、7.5、10、15和20的百分比的標準偏差來表征。CIF裝置的設計可以被有效配置來從中心通道流輸入處開始顆粒濃縮到中心通道流輸出處結(jié)束濃縮為止依據(jù)以下各項中的一項或多項的濃縮系數(shù)來濃縮微流體式流體流中具有所希望的尺寸的顆粒：約1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、50:1、75:1、100:1、125:1、150:1、200:1以及250:1。CIF裝置的設計可以被有效配置來保留微流體式流體流中的一定百分比的顆粒，所保留的顆粒的百分比是以下各項中的至少一項或多項：約50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、97.5、99以及100。

在方法500的各種實施方案中，多個間隙可以被配置成具有平行于流動路徑的平均間隙截面區(qū)域。平均間隙截面區(qū)域可以大于顆粒的所希望的尺寸?？梢詫㈩w粒的所希望的尺寸選擇成具有以μm計的大于以下各項中的一項或多項的有效平均直徑：約0.5、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、7.5、10、15、20、25、50、75、100、125以及150。平均間隙截面區(qū)域可以比顆粒的所希望的尺寸大以下各項中的一項或多項的倍數(shù)：約2:1、3:1、4:1、5:1、7.5:1、10:1、15:1以及20:1。所述顆?？梢园ㄒ韵赂黜椫械囊豁椈蚨囗棧杭t細胞、血小板、白細胞、循環(huán)腫瘤細胞、干細胞、衰竭存儲紅細胞、來自自體T細胞擴張的T細胞、有機微顆粒、無機微顆粒、有機金屬微顆粒、金屬微顆粒、氣溶膠顆粒、細菌、酵母、真菌、藻類、病毒、微型無脊椎動物或其蛋類、花粉、細胞或組織片段、細胞團、細胞碎片(例如，與DNA或RNA純化相關(guān)聯(lián)的細胞碎片)、生物反應器產(chǎn)生的細胞或微粒、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)聚集體、朊病毒、囊泡、脂質(zhì)體、沉淀物(例如，來自血液或血液片段的沉淀物，工業(yè)過程沉淀物，廢水沉淀物等等)、來自發(fā)酵食品的微?；蚣毎?例如，來自發(fā)酵飲料的微?；蚣毎?、大分子、大分子聚集體、DNA、細胞器、孢子、干細胞、氣泡、液滴、外來體等等。流體可以包括以下各項中的一項或多項：全血或其部分；羊水；臍帶血；膽汁；腦脊液；皮膚細胞；滲出物；糞便；胃液；淋巴液；乳液；粘液；腹膜液；血漿；胸膜液；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；淚液；尿液；水；緩沖液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織勻漿、提取液或擠壓液；植物組織勻漿、提取液或擠壓液；廢水；工業(yè)過程流體或流體產(chǎn)物；發(fā)酵液；結(jié)晶或沉淀流體；食品或食品加工中間體(例如，發(fā)酵飲料)；油；無機溶劑；有機溶劑；離子溶劑；蜂蜜；糖漿；淋巴液；血清；溶解產(chǎn)物；等等。

在方法500的一些實施方案中，CIF裝置的設計可以被有效配置來無源地將微流體式流體流引導為以下各項中的一項或多項：重力流、真空流、電滲流、電動流、(例如使用注射器泵的)機械泵運流等等。CIF裝置的設計可以被配置成使得中心通道流輸出的體積流量和至少一個側(cè)通道輸出的體積流量是基本上相等的。

圖6是示出試劑盒600的方框圖。試劑盒600可以包括本文描述的CIF裝置例如CIF裝置100的任何方面。例如，試劑盒600可以包括CIF裝置100，所述CIF裝置100被配置用于調(diào)節(jié)微流體流104中具有所希望的尺寸的顆粒102的濃度。CIF裝置100可以包括襯底106。襯底106可以包括至少一個CIF模塊108。襯底106可以在每個CIF模塊108中限定中心通道110。中心通道110可以沿中心通道流輸入114與中心通道流輸出116之間的流動路徑112延伸。襯底106可以限定鄰近中心通道110的多個微特征結(jié)構(gòu)122。多個微特征結(jié)構(gòu)122可以限定多個間隙124。P多個微特征結(jié)構(gòu)122可以將中心通道110與至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡117隔開。多個間隙124可以被配置來將中心通道110流體聯(lián)接到至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡117。側(cè)通道網(wǎng)絡117可以沿中心通道110延伸到至少一個側(cè)通道輸出120。側(cè)通道網(wǎng)絡117可以包括第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a和第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a中的一個或多個。

在CIF裝置100中，第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a可以包括：鄰近中心通道110的多個側(cè)通道彎曲部119、多個微特征結(jié)構(gòu)122a中的至少一部分和多個間隙124a中的至少一部分。多個側(cè)通道彎曲部119可以通過沿流動路徑112減小的多個對應的長度121a來表征。每個側(cè)通道彎曲部119可以將第一側(cè)通道網(wǎng)絡部分117a中的多個間隙124a中的至少一個間隙流體聯(lián)接到以下各項中的一項或多項：多個間隙124a中的鄰近間隙和多個彎曲部119中的鄰近彎曲部。

在CIF裝置100中，第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b可以包括：鄰近中心通道110的側(cè)通道118、多個微特征結(jié)構(gòu)122b中的至少一部分和多個間隙124b中的至少一部分。側(cè)通道118可以通過流動截面139來表征。流動截面139可以沿流動路徑112增加，以使得第二側(cè)通道網(wǎng)絡部分117b中的多個間隙124b通過以下各項中的一項或多項來表征：一致流動分數(shù)f_間隙和多個不同間隙體積流速。

在CIF裝置100中，至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡117可以通過有效用于調(diào)節(jié)微流體流104中具有所希望的尺寸的顆粒102的濃度，沿流動路徑112的至少一部分減小的流動阻力來表征。

試劑盒600可以包括一套說明書602。說明書602可以包括附有操作如本文所述的CIF裝置的任何方面，例如方法400的任何方面的用戶指南。例如，所述套說明書602可以包括用于提供包括具有所希望的尺寸的顆粒102的流體的用戶指南。說明書602可以包括用于使包括具有所希望的尺寸的顆粒的流體沿流動路徑流過中心通道的用戶指南。所述套說明書602可以包括用于為了有效調(diào)節(jié)顆粒的濃度而通過使包含具有所希望的尺寸的顆粒的流體與多個間隙接觸來沿流動路徑的至少一部分減小流動阻力的用戶指南。所述套說明書602可以包括用于選擇包括相對于具有所希望的尺寸的顆粒而言更大的平均流動截面的多個間隙的用戶指南。所述套說明書602可以包括用于在多個間隙的至少一部分當中產(chǎn)生不同間隙體積流速的用戶指南。所述套說明書602可以包括用于使中心通道中的一致流動分數(shù)f_間隙橫穿多個間隙中的每個間隙并且沿流動路徑流過至少一個側(cè)通道網(wǎng)絡的用戶指南。

在各種實施方案中，本文描述的CIF裝置可以通過允許每個側(cè)通道網(wǎng)絡從中心通道獲取等量流體(例如，在包括至少兩個側(cè)通道的實施方案中)來提高中心通道中的顆粒濃縮的效率和可預測性。

在一些實施方案中，本文描述的CIF裝置設計的方法可以用于使用軟平版印刷術(shù)、微型CNC機器加工、激光燒蝕或其他熟知的模型制造技術(shù)來產(chǎn)生CIF裝置模型。這類技術(shù)可以簡化設計方法并且可以允許通過改變一些例如一個或多個參數(shù)來產(chǎn)生裝置。本文描述的CIF裝置設計的方法可以促進快速成型。本文描述的CIF裝置設計的方法可以有助于產(chǎn)生與較短流動路徑相比較能夠進行更大顆粒富集的較長CIF裝置流動路徑。本文描述的CIF裝置設計的方法可能比復雜的CFD模型技術(shù)更為簡單，所述CFD模型技術(shù)在計算上可能受到幾打過濾點或間隙的限制。通過比較，本文描述的CIF裝置設計的方法可能需要較少計算并且可以用于快速產(chǎn)生包括數(shù)千個過濾點的設計。本文描述的CIF裝置設計的方法與這類復雜的CFD模型技術(shù)相比較可以減少設計參數(shù)的數(shù)目，從而促成快速、遞歸、數(shù)值型方法，進而產(chǎn)生所希望的CIF裝置的CAD圖。本文描述的CIF裝置設計的方法還可能比這類復雜的CFD模型技術(shù)更為有效，特別是在預測預期CIF設計的有效性方面。本文描述的CIF裝置設計的方法可以實現(xiàn)具有所希望的體積吞吐量的裝置，所述裝置可以通過適度壓力、無源方法，例如通過重力壓力來驅(qū)動。

在若干實施方案中，本文描述的CIF裝置可以在中心流動通道中濃縮所希望的尺寸高于鄰近側(cè)通道的顆粒。中心通道和側(cè)通道可以通過間隙隔開，所述間隙與可能主要依賴于簡單的尺寸排阻的已知的交叉流過濾相對比可以比所關(guān)注顆粒大幾倍。本文描述的CIF裝置可以包括寬度沿裝置的流動路徑逐步增加的側(cè)通道，以提供對應于具有所希望的尺寸的顆粒的過濾尺寸截留值。這種架構(gòu)可以有助于計算適于在每個間隙處提供一致過濾器部分f_間隙的尺寸。本文描述的CIF裝置設計的方法與已知的設計技術(shù)相比較可以通過在數(shù)值上確定側(cè)通道寬度來允許較大間隙作為過濾點。因此，本文描述的CIF裝置設計的方法可以允許構(gòu)造與已知的設計技術(shù)相比較具有更深通道的CIF裝置，所述更深的通道可以減輕或避免特征結(jié)構(gòu)在脫模時發(fā)生塌縮或粘附。

在各種實施方案中，分析型求解方法可以用于在先鑒別后實現(xiàn)的兩步驟方法中產(chǎn)生CAD圖。例如在已知CFD技術(shù)中對流動動力學的預測往往是無效的，因此根據(jù)本文描述的方法的測試步驟可以有助于選擇合適的f_間隙值以用于產(chǎn)生具有所希望的總過濾/富集程度的完整設計。利用許多過濾點快速產(chǎn)生CAD設計使得人們能夠在單一裝置中更高程度地過濾和/或富集較小顆粒。

通過控制中心通道流體中流過每個過濾點(f_間隙)的部分，本文描述的方法和裝置允許使用遠大于所關(guān)注顆粒的間隙，而不會在裝置的側(cè)通道中損失大量顆粒。這種大間隙可以允許制造更深的裝置，所述更深的裝置可以增加吞吐量并且擴展CIF裝置的可行應用。例如，本文描述的CIF裝置設計的方法可以在可管理的占用空間中提供有效的CIF裝置，所述CIF裝置不只是能夠用于‘芯片上實驗室’應用，例如，甚至是在所關(guān)注的相關(guān)顆粒的尺寸可能遠遠更小，諸如血小板的情況下應用。本文描述的CIF裝置設計的方法可以提供與宏觀交叉流過濾相比較更易于調(diào)節(jié)的CIF裝置。本文描述的CIF裝置設計的方法可以允許CIF裝置由廉價材料諸如注塑塑料制成，而不用高度專業(yè)化的過濾膜。

實施例

對裝置設計和制作的實驗考慮

本文描述的CIF裝置可以從復雜的水性懸浮液或漿料中保留或耗盡具有規(guī)定尺寸的顆粒。如圖1-E和圖1-F中所示，中心流動通道可以具有恒定寬度(w_c)并且可以側(cè)接寬度緊靠間隙i的下游的側(cè)通道，w_s(i)對應于所希望的f_間隙值，并且側(cè)通道寬度緊靠先前間隙w_s(i-1)的下游。這種用于計算側(cè)通道寬度的遞歸方法可以允許使用少量支配方程和簡化假設來快速建立裝置設計的CAD圖。例如，允許易于實現(xiàn)的模型的假設是將間隙之間的空間視為節(jié)點，所述節(jié)點可以允許在裝置的整個寬度上均衡壓力。在不希望受到理論限制的情況下，應相信例如，在主要通道寬度大約為100μm的情況下，可以使用開口相對較大(～20μm)的間隙，所述間隙僅對流過每個間隙的少量流體流呈現(xiàn)少量阻力，從而促進壓力均衡。在不希望受到理論限制的情況下，應相信在每個間隙處從中心通道去除大約0.05％流體(即，f_間隙為～5x10^-4)的裝置可能是希望的。因此，可以使用用于側(cè)通道和中心通道中在間隙i處的體積流量的遞歸方程式[分別為Q_s(i)和Q_c(i)]。一旦擴展開來，遞歸方程式可以描述沿裝置的長度在對應于一致的例如恒定的f_間隙的側(cè)通道寬度中的生長：

Q_s(i)＝Q_s(i-1)+f_間隙·Q_c(i-1)

先前的關(guān)系可以就間隙i與間隙i+1之間的壓力差異ΔP(i)、緊靠間隙i的下游的側(cè)通道區(qū)段的阻力R_s(i)和中心通道區(qū)段阻力R_c來表達為：

假設是不可壓縮流體，那么流過具有兩個側(cè)通道的CIF裝置的三個通道區(qū)段的體積流量的總和可以等于常數(shù)。因此，ΔP(i-1)與ΔP(i)之比可以等于(1-2·f_間隙)^-1。先前的關(guān)系可以重新用公式表示為：

例如，用于確定側(cè)通道的寬度的方法可以開始于i＝1處的任意側(cè)通道寬度，例如接近或等于零。隨后，方程式1可以用于通過以下方式確定后續(xù)側(cè)通道的寬度w_s(i)：在w_s(i-1)的值上加上較小數(shù)量直到R_s(i)的值根據(jù)以下方程式2也滿足方程式1為止。這種方法可以編碼在任何數(shù)目的能夠數(shù)值求解的軟件包中，諸如MATLAB(MathWorks，Natick，MA)。

每個通道區(qū)段的流體阻力(R)可以通過經(jīng)由針對矩形通道分析得到的求解方法來從對應的寬度(w)和深度(d)計算：

其中μ是流體的粘度，并且L是通道長度，所述通道長度在一個實施方案中被簡單地假設成等于沿如圖l-F中所示的微特征結(jié)構(gòu)(例如，裝置中的微型柱狀物)的流動方向的長度。在各種實施方案中，μ或L兩者都不影響側(cè)通道寬度計算，其中μ和L的值在所有通道區(qū)段上可以被視作是恒定的。在不希望受到理論限制的情況下，μ的值在所有通道區(qū)段上可以被視作是恒定的假設可能不對應于在中心通道中高度濃縮且在側(cè)通道中耗盡的微粒解決方案。在各種實例中，可以在方程式中顛倒d和w，而不會影響方程式(2)的有效性，從而使得與其他R(w)處理相對比能夠獨立于溶液縱橫比。

圖10-A-D是示出側(cè)通道寬度沿裝置的長度出現(xiàn)的逐步增加之間的關(guān)系的一系列曲線圖，所述關(guān)系計算為裝置深度和f_間隙的函數(shù)。圖10-A-D中的每條曲線僅使用以上方程式1和2來產(chǎn)生，其中初始側(cè)通道寬度為零并且中心通道寬度為100μm。

實施例1：CIF裝置制作

將所希望的裝置參數(shù)輸入到自定義編寫的MATLAB軟件中，并且導出所得的設計特征結(jié)構(gòu)坐標以用于產(chǎn)生每個裝置的CAD。之后將CAD裝置設計的玻璃上鉻光掩模用于使微通道圖案在光致抗蝕劑(SU8 3050，約100-150μm深)中圖案化，所述光致抗蝕劑旋涂到標準4”硅晶片上并且經(jīng)受UV(i-line)暴露。創(chuàng)建晶片/光致抗蝕劑主模的反向聚二甲基硅氧烷(PDMS；SylGard 184，Dow Corning，Midland，MI)模型并且通過空氣等離子體氧化而將所述模型密封至涂布PDMS的載玻片。在密封之前通過活檢打孔器在約5mm厚的PDMS中產(chǎn)生輸入和輸出流體端口。然后在引入所關(guān)注的微粒懸浮液之前，利用聚乙二醇(PEG)處理PDMS裝置。通過將長度適當、直徑為1.5mm的聚乙烯管插入到輸入端口中來驅(qū)使流體穿過裝置，所述聚乙烯管附接至10mL塑料容器并且懸掛在比所述裝置高1英寸到5英尺的高度處。管道和容器兩者中都填充有對于正研究的顆粒類型來說適當?shù)囊后w緩沖液。在足夠體積的流體穿過給定裝置之后，從輸出端口中的每一個收集樣品以供分析。

雖然以上方法結(jié)合了用于快速成型式實驗室規(guī)模的微流體裝置的一種標準方法，但是例如通過電成型也可以創(chuàng)建更大和更為耐用的金屬主模。這類金屬主模對于通過例如注塑或熱壓印大規(guī)模生產(chǎn)塑料裝置而言可能是更為適當?shù)?，因為通過固化PDMS生產(chǎn)裝置是耗時的并且在許多應用中不是成本有效的。也可以使用本領域中已知用于大規(guī)模生產(chǎn)聚合物裝置的其他方法。

實施例2A：用于聚苯乙烯珠粒分離的CIF兩步驟設計方法

在第一步驟中，同時測試多個過濾通道，每個過濾通道具有不同的f_間隙值。通過觀察隨著f_間隙的變化哪些顆粒被維持在或未被維持在中心通道中，選擇適當?shù)膄_間隙值以用于在第二步驟中對整個裝置圖案化。

圖11呈現(xiàn)了在具有不同的中心通道寬度(100μm、125μm和150μm)的三個微通道陣列中對具有各種直徑的珠粒執(zhí)行第一步驟所獲得的結(jié)果。在每種情況下，33個測試裝置的平行陣列被設計來探索每個間隙的廣泛范圍程度的過濾，其中裝置f_間隙值的范圍從6.4x 10^-5(裝置#1)線性下降至5.76x 10^-4(裝置#33)。根據(jù)方程式1和2設計具有給定參數(shù)的裝置陣列并且創(chuàng)建所述裝置陣列來用于測試。在視覺上通過觀察在它之下珠粒被一致地維持在中心流動通道中的f_間隙來確定具有各種直徑的聚苯乙烯珠粒的f_間隙截留閾值(f^*_間隙)的值。在中心通道的寬度增加或顆粒的尺寸減小時，觀察到f_間隙限值減小，在處于所述f_間隙限值時，開始會連同流體流一起拖著顆粒穿過間隙。還可以測試f_間隙值的范圍以便于確定所關(guān)注的顆粒的所希望的值。

實施例2B：基于聚苯乙烯珠粒和血小板分離來應用CIF兩步驟設計

實施例2A中的結(jié)果給出了可用于研究比鹽水溶液中的簡單珠粒更為復雜的顆粒富集/過濾應用的近似指導值。實際上廣泛關(guān)注的一個這樣的應用是在PRP的懸浮液中進一步富集血小板以使其水平高于PC中的AABB標準。血小板具有近似圓盤狀的而且高度可變的、不均勻的和動態(tài)的形狀，所述形狀的有效直徑為～1.5-4μm。研究流過如圖11中所描述的相同的三個陣列的PRP的行為，其中特別關(guān)注范圍在#2至#10內(nèi)的裝置，所述裝置對應于～1-2x 10^-4的f_間隙值。所研究的受試者的血小板一致地保留在以下裝置#9(w_c＝100μm)、#8(125μm)和#5(150μm)的中心流動通道中，所述裝置分別對應于1.92x 10⁴、1.76x 10^-4和1.28x 10^-4的f^*_間隙值。圖12-A展示了流過裝置#4與#5的血小板之間的差異，所述差異顯示在無損過濾程度與裝置#5(其中w_c＝150μm并且d＝150μm)周圍發(fā)生的過度過濾程度之間的過渡處。在左側(cè)圖(裝置#4)的障礙物間間隙中未觀察到存在血小板，但是在右側(cè)圖(裝置#5)中觀察到存在血小板，這表明在裝置#5中f_間隙不希望的部分正變得大于希望的部分。

實施例3A：在RBC沉降之后將血小板富集在PRP懸浮液中

針對實施例2A、2B中的珠粒和血小板富集確立的w_c和f_間隙的指導值用于通過以上方程式1和2來設計較長的CIF裝置，其目標是將所希望數(shù)量的血漿從PRP樣品中過濾出去，同時將PC保留在中心通道中以供收集。因此設計的CIF裝置結(jié)合以下用于將WB分離為RBC和富集血小板血漿(PRP)的沉降過程一起使用。比較具有不同內(nèi)徑的圓柱形容器中的3mL體積的新鮮的人WB[血細胞比容(HCT)＝0.42；血小板計數(shù)(PLT)＝409x 103/μL](對應的WB柱高：40、17和8mm)的沉降動力學。RBC在短/寬8mm柱中在約35分鐘內(nèi)實現(xiàn)沉降，并且17mm高柱差不多在60分鐘內(nèi)結(jié)束沉降，而高/窄40mm柱持續(xù)沉降，如圖7A中所描畫和如圖7B中所繪制。在所有三個容器中，濃縮的RBC具有的HCT為～0.7，并且PLT的范圍為83-123xl03/μL(低于WB)。PRP層具有處在1,093-l,174x l03/μL內(nèi)的PLT，這意味著血小板在沉降期間被主動擠出濃縮RBC的層。圖9是示出寬縱橫比容器900的示意圖，這包括寬度902和深度904。這個實施例證明500mL WB在WB擴散到直徑約為25cm的容器中的約10mm高的圓柱形柱中的情況下可以如圖9中所示在小于60分鐘內(nèi)在1xg處完全分離為濃縮的RBC和PRP。

使用改良型140mL注射器對來自7名不同供體(4名女性、3名男性)的8mL體積(柱高為～10mm)WB執(zhí)行附加實驗。受試者當中的WB的參數(shù)發(fā)生顯著變化(HCT＝0.42±0.02，PLT＝220±96x l03/μL，血小板活化3.8％)。針對每個實驗，在55分鐘沉降之后，如圖8中所示將PRP層擠入到3mL注射器中。所得的濃縮的RBC部分的平均HCT是0.67±0.06，并且上層PRP具有～5％的血小板活化和552±174K/μL的平均PLT值，這對應于2.5倍富集。未觀察到溶血。

實施例3B：用于RBC沉降的裝置設計

測量沉降時間T_s和HCTRBC(RBC部分的HCT)對WB柱的高度的依賴性。測試用WB柱的高度在使用10mL體積從知情同意的志愿者(n＝10，存在男性和女性以捕獲RBC沉降的性別間差異)采集的新鮮的WB的圓柱形容器中在5mm至15mm之間變化。量化T_s和HCTRBC在使用成型為傳統(tǒng)錐形或倒錐形的容器時為5mm、10mm或15mm的給定WB柱高下對沉降容器的形狀的依賴性，所述錐形的開口角度的范圍是30°至180°。錐形形狀的容器通過用硅酮彈性體(Rhodorsil V-1082，利用基于錫的催化劑濃縮-固化PDMS，BluestarSilicones，York，SC)對使用3D原型打印機產(chǎn)生的近似形狀的模具澆鑄來制作。在一個實例中，第1階段裝置模塊通過標準的注塑技術(shù)來制作并且使用γ輻射來滅菌。第一階段模塊能夠直接接受捐贈的WB或接受來自標準采血袋的捐贈的WB。第一階段模塊在填充之后不久起始RBC分離。

實施例3C：RBC沉降的產(chǎn)物

在正常重力下靜置～60分鐘T_s之后，全血被動地分離為以下組分：底部的濃縮的RBC和PRP覆蓋層。在RBC沉降完成之后將PRP擠出略微成錐形的裝置的頂部以使沉降之后的兩相溶液的混合最小化。將PRP定向至基于CIF的裝置中以用于如實施例3D中所描述進行進一步處理。將更重的、更粘稠的RBC層擠入到標準血袋中以用于低溫存儲。

實施例3D：使用CIF裝置進行PRP富集

在用于血小板富集應用的CIF裝置設計的第二步驟中，將從以上實施例2A、2B的第一步驟中發(fā)現(xiàn)的三個f_間隙的閾值用于對所有裝置中的對應的中心通道寬度中的每一個圖案化。在單次穿過給定裝置之后，選擇相關(guān)聯(lián)的最終的側(cè)通道寬度以產(chǎn)生所希望的水平的顆粒富集。近似70％總體積的輸入PRP用于去除目的并且最終的側(cè)通道寬度使用以上方程式2來計算，以使得側(cè)通道流動阻力與中心通道流動阻力之比在裝置的端部處的每個通道中產(chǎn)生所希望的相對體積流速。如果顆粒沒有與去除的流體一起流失的話，那么從輸入樣品去除近似70％總體積的流體有望將主要通道中的顆粒計數(shù)增加約3.33倍。圖12-B示出根據(jù)上文描述的建模方法編寫的軟件產(chǎn)生的成比例的所有三個裝置，其中每個裝置的流動路徑結(jié)合若干個曲折部以與光刻法中的標準4”晶片配合。每個曲折部可以包括側(cè)通道寬度在整個曲折部線路上的適當變動，這可以通過使曲折部的內(nèi)側(cè)通道具有比進一步遠離所述曲折部的焦點的通道更短的總路徑長度(以及因此阻力)來有效避免。

為了實現(xiàn)所希望的過濾總量，f^*_間隙值越小，裝置就必須越長。對于這個實施例，在另外考慮了通常伴有更高w_c值的增加的吞吐量之后，選擇f*_間隙值為1.76x 10^-4的125μm寬的中心通道作為最佳中心通道。所希望的顆粒具有遠遠更小的有效尺寸的應用將有可能使用每個間隙的更為保守的過濾部分。圖12-C示出基于這些參數(shù)創(chuàng)建的裝置的輸出的代表性圖像。輸入血小板計數(shù)(PLT)是354K/μL，側(cè)通道的組合輸出PLT值是68K/μL，并且中心通道輸出是999K/μL。這些結(jié)果證明樣品的PLT增加～3倍，其中側(cè)通道中損失了非常少的血小板(<15％)。

實施例4：將具有限定尺寸的珠粒保留在中心通道中

將裝置創(chuàng)建成具有125μm寬的中心通道，所述中心通道具有4.52x 10^-4的f_間隙值和150μm的通道深度，以展示總體復雜混合物內(nèi)高于某一尺寸的顆粒的濃縮。對裝置圖案化，以使側(cè)通道的寬度沿流動路徑增加至中心通道的2.5倍，這對應于比中心通道高5倍的流率。將直徑為8.3μm的珠粒添加至PRP懸浮液，并且使所述珠粒穿過裝置，從而導致原始體積流體的～90％的去除。

圖13示出裝置的示意圖和流入輸出收集通道的代表性圖像。這個實施例顯示直徑典型低于4μm的血小板被拉到側(cè)向/過濾通道中，而更大的8.3μm的珠粒被維持在中心/濃縮通道中，這與圖11中所示的第一步驟的測試結(jié)果相一致。因此，根據(jù)相對于較小血小板的對應的更大的f^*_間隙值，在相同的裝置占用空間中使用CIF方法將在更大程度上濃縮較大的顆粒。這個實施例證明使用基于CIF的裝置可以將尺寸特定的亞群體從具有各種尺寸的顆粒的混合物中富集出來?？梢园创?lián)方式采用若干這種裝置以對所希望范圍的顆粒尺寸實現(xiàn)更為復雜的選擇性的去除或富集，例如，以分離或濃縮范圍例如高于3μm且低于10μm的顆粒。

實施例5：有助于大規(guī)模制造的CIF裝置的輸入設計

CIF裝置開始的側(cè)通道寬度可以被設計成開始非常接近或處于零。圖13-B中所示的裝置具有～8μm的初始側(cè)通道寬度。然而，這種初始寬度可能會令人不希望地使希望用于濃縮的顆粒轉(zhuǎn)向進入側(cè)通道中。實際上，通過光刻法或其他方法進行的微型裝置構(gòu)造在設計中可能會受到最小特征結(jié)構(gòu)尺寸的限制?？赡苡杏玫氖?，使最小特征結(jié)構(gòu)尺寸盡可能大以促進裝置制造。一般而言，較大的最小特征結(jié)構(gòu)尺寸會增加通道的深度，所述深度可以是合理地制作。根據(jù)主模制作和可靠地從模具取出由襯底材料諸如PDMS、熱塑材料等模制而成的部件的能力兩者的技術(shù)約束，這可以對應于微型裝置的縱橫比的實際上限。

在增加CIF裝置的最小特征結(jié)構(gòu)尺寸的一個實例中，可以在裝置的輸入處通過調(diào)節(jié)側(cè)通道的長度而非其寬度(這是先前實施例中描述的情況)來適應設計考慮。在圖1-B中針對一個特定CAD設計示出了這種情況的結(jié)果。此處，方程式1用于確定每個過濾點處的側(cè)通道尺寸。側(cè)通道寬度初始被設定為等于設計的陣列的間隙尺寸。通過在裝置架構(gòu)中每隔一個間隙減小每個過濾點處的總側(cè)通道長度來實現(xiàn)側(cè)通道阻力的逐步減小。與先前實施例中描述的寬度依賴性計算相似，可以重復地從側(cè)通道長度的初始值減去較小數(shù)量。相對于中心通道尺寸，將初始長度設定在較大值上，以在第一開口處使最少量的流體流進入到側(cè)通道中。重復地從側(cè)通道長度的初始值減去較小數(shù)量直到方程式2中計算的側(cè)通道阻力的值滿足方程式1為止。在每個過濾點處重復這個過程。自定義編寫的軟件通過繪制以下的側(cè)通道來構(gòu)造具有所計算長度的側(cè)通道，所述側(cè)通道引導其流體流首先遠離裝置的主流，并且之后朝向所述主流返回，如圖XYZ中所示。方程式2的更為高級的公式表述在考慮了側(cè)通道幾何形狀的非線性情況下可以促進側(cè)通道阻力的準確估測。這種方法可以編碼在CIF裝置設計軟件中以在開始使用裝置時進行所述方法直到所計算的側(cè)通道區(qū)段長度不大于對應的中心通道區(qū)段長度為止。在CIF設計過程經(jīng)過那個點之后，將如以上實施例中所描述允許逐步增加側(cè)通道寬度。

預示實施例6：具有減小的中心通道寬度的CIF裝置的設計

在一些應用或?qū)嵤┓桨钢?，可能希望同樣逐步減小中心通道寬度，同時增加側(cè)通道寬度。這可以在或沒有維持總裝置寬度的情況下完成。這種類型的改良方法和相似公式表述可以編碼到軟件中以用于通過采用針對上文描述的恒定寬度中心通道實施例描述的相同的增量計算來進行后續(xù)CAD繪圖和裝置制造。

對于說明書或權(quán)利要求書中使用術(shù)語“包括(includes)”或“包括(including)”，此類術(shù)語意圖類似于當術(shù)語“包含”被用作權(quán)利要求書中的過渡詞時解釋的術(shù)語“包含”的方式是包含性的。另外，對于采用術(shù)語“或”(例如，A或B)，意圖說明“A或B或兩者”。當申請人意圖指示“僅A或B但不是兩者”時，那么將采用術(shù)語“僅A或B但不是兩者”。因此，在本文中使用術(shù)語“或”是包含性的而不是排他性用途。參見Bryan A.Garner，A Dictionary of Modern Legal Usage 624(1995年第2版)。此外，對于說明書或權(quán)利要求書中使用術(shù)語“在……中”或“進入到……中”，意圖另外說明“在……上”或“來到……上”。對于說明書或權(quán)利要求書中使用術(shù)語“選擇性”，意圖指代部件的狀態(tài)，其中設備的用戶可以在使用設備時根據(jù)需要或期望激活或禁止所述部件的特征或功能。對于說明書或權(quán)利要求書中使用術(shù)語“可操作地聯(lián)接”或“可操作地連接”，意圖說明鑒別的部件以執(zhí)行指定功能的方式連接。另外，例如，對于說明書或權(quán)利要求書中使用術(shù)語“流體聯(lián)接”或“流體連接”，意圖說明鑒別的部件以允許交換或轉(zhuǎn)移流體或流體特性，例如提供流體流、傳輸流體壓力等等的方式連接。對于說明書或權(quán)利要求書中使用術(shù)語“基本上”，意圖說明鑒別的部件以如將在主題行業(yè)中可接受的誤差程度指示的相關(guān)性或品質(zhì)。

如說明書和權(quán)利要求書中所使用，除非明確規(guī)定單數(shù)之外，否則單數(shù)形式“一個(a)”、“一種(an)”和“所述”包括復數(shù)。例如，對“化合物”的提及可以包括兩種或更多種化合物的混合物、以及單一化合物。

如本文所使用，結(jié)合數(shù)字使用的術(shù)語“約”意圖包括所述數(shù)字的±10％。換言之，“約10”可以意指9至11。

如本文所使用，術(shù)語“任選的”和“任選地”意指可能發(fā)生或未發(fā)生隨后描述的情況，以使得所述描述包括發(fā)生所述情況的例子和未發(fā)生所述情況的例子。

如上所述，雖然已通過本申請的實施方案的描述說明了本申請，并且雖然已經(jīng)用相當多的細節(jié)描述了實施方案，但是申請人并不意圖將隨附權(quán)利要求書的范圍限制于或以任何方式限制于這類細節(jié)。只要從本申請有所獲益，那么本領域技術(shù)人員將很容易想到附加優(yōu)點和修改。因此，本申請在其更廣泛的方面并不限于特定細節(jié)、所示的說明性實施例或提及的任何設備。在不脫離總的發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍的情況下可以脫離這類細節(jié)、實施例和設備。

本文公開的各種方面和實施方案是出于說明目的，并且不意圖具有限制性，其中真實的范圍和精神由以下權(quán)利要求書來指明。