陶瓷全血中空纖維膜過濾介質(zhì)及其用于自全血分離血漿/血清的用圖
【專利說明】陶瓷全血中空纖維膜過濾介質(zhì)及其用于自全血分離血漿/ 血清的用途 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及包含陶瓷材料的全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其孔徑確保全血的液體部 分、優(yōu)選血漿或血清及其分子成分的滲透性，但截留血細(xì)胞；并且設(shè)及所述全血中空纖維膜 過濾介質(zhì)用于自全血分離血漿或血清的用途。
[000引發(fā)明背景 在醫(yī)學(xué)技術(shù)中，不同類型的血液和血漿/血清分離和處理過程是已知的并且是現(xiàn)有技 術(shù)水平。自血液的液體部分中分離血細(xì)胞的最常用方法是離屯、。
[0003] 在輸血醫(yī)學(xué)中，過濾器用于自輸血的血液中去除白細(xì)胞并去除血凝塊和顆粒。此 夕F，例如在手術(shù)期間應(yīng)用動脈過濾器，W去除血凝塊、顆粒和氣泡。血漿置換過濾器用于清 潔來自患者的血漿或用人工血漿或來自供體的血漿替代來自患者的血漿，所述來自患者的 血漿被細(xì)菌、病毒或其它成分破壞，運對生命是危險的。
[0004] 此外，微型裝置已知用于全血分析，運基于測試條或忍片實驗室（1油-on-a-chip) 技術(shù)。當(dāng)使用運些裝置時，僅需幾微升的血液用于血液或血漿/血清分析。自全血分離血 漿/血清通常通過流體機(jī)械作用來進(jìn)行，例如不同表面的濕潤行為或應(yīng)用微通道。盡管該 方法對于快速獲得血液分析結(jié)果而言非常具有吸引力，但運些分析的結(jié)果僅限于少數(shù)的測 試特異性的組分。運些應(yīng)用不能用實驗室和醫(yī)院中的現(xiàn)有復(fù)雜系統(tǒng)替代基于血漿/血清的 血液分析，所述復(fù)雜系統(tǒng)包含對多種血液成分的分析并且能夠給出患者健康狀況的總體描 繪。此外，也對于微型裝置，自血液的液體部分分離血細(xì)胞的任務(wù)仍然沒有令人滿意地解 決。
[0005] 在許多國家，自患者抽取足夠量的血液W便能夠膽存所得血漿/血清樣品達(dá)一段 時間，用于在過一段時間后用所謂的保留樣品來檢查分析結(jié)果，運是必須的。然而，迄今為 止，獲取足夠的無細(xì)胞血漿/血清的任務(wù)僅能通過離屯、來完成。
[0006] 離屯、程序（其通常用于自全血分離血漿/血清）不僅麻煩，需要大量手工和機(jī)械 操作，而且也耗時，運在急診醫(yī)學(xué)中特別不利。
[0007] 血漿/血清分析器（其對于血漿/血清樣品具有大的容量）不能W滿載容量操作， 如果離屯、過程用于上游時，其分批起作用并且代表了血液樣品處理的瓶頸。用連續(xù)過濾方 法替代離屯、方法產(chǎn)生血漿/血清可能能夠克服該瓶頸問題。運樣的連續(xù)系統(tǒng)將允許靈活的 樣品分析：可更高優(yōu)先級處理來自急診患者的緊急樣品，而無需打斷運行離屯、過程。
[0008] 對于全血分離而言，簡單過濾方法的進(jìn)一步優(yōu)勢在于，在全血樣品采集后可W直 接將全血分離成血漿/血清和血細(xì)胞。運對于后續(xù)血液分析的質(zhì)量而言特別有利，因為隨 樣品膽存時間的增加，紅細(xì)胞穩(wěn)定性下降。當(dāng)血液樣品抽取后如不立即進(jìn)行血漿/血清分 離，而是延遲一段時間時，運可能影響血漿/血清組成。在農(nóng)村地區(qū)或在發(fā)展中國家，當(dāng)沒 有離屯、機(jī)可用于血漿/血清分離和當(dāng)血液樣品不得不長時間和/或距離運輸時，有時甚至 在炎熱和/或潮濕環(huán)境中，運一方面就很重要。
[0009] 對于醫(yī)療點（Point-of-Care)測試裝置，隨后將全血分離為血漿/血清可W是有 利的，所述裝置用于在患者上或附近提供快速血液分析，w得到臨床實驗室外的快速血液 分析結(jié)果，從而對于患者護(hù)理做出即時判斷。通常由非實驗室人員進(jìn)行醫(yī)療點測試。快速 的前述血漿過濾過程促進(jìn)快速血液分析和使得對于醫(yī)療點裝置而言的新的操作條件成為 可能，因為其大部分都用全血或前述微型裝置進(jìn)行工作，運導(dǎo)致非常小的血漿/血清體積 的收率。全血分離過程也可被整合到醫(yī)療點裝置中。
[0010] 因此，已經(jīng)開發(fā)了全血過濾方法作為自全血中得到血漿/血清的替代方法。然而 本領(lǐng)域已知的運些血漿/血清過濾方法對于例如血細(xì)胞濃度、血漿/血清收率、分子吸附容 量、溶血程度、和血細(xì)胞（紅細(xì)胞、血小板和白細(xì)胞）滲漏而言仍然有問題。溶血是重要問 題之一，因為紅細(xì)胞，如果破裂的話，將改變進(jìn)一步測試所需的某些血漿/血清分析物的濃 度，在一些情況下，使得使用光學(xué)測量技術(shù)的分析因釋放的血紅蛋白的紅色而成為不可能。 此外，血細(xì)胞的滲漏有問題，因為細(xì)胞或甚至其它顆?？蒞破壞血漿/血清分析器，因為靈 敏的毛細(xì)管和管道可能被堵塞。僅（基本上）無細(xì)胞和無溶血的血漿/血清可W用于可靠 的血液分析。
[0011] 允許自全血分離血漿而無需離屯、的中空纖維膜裝置已經(jīng)用于血漿交換治療 (PET)/血漿置換（apheresis)。在PET中，將分離的血漿去除掉并將分離的血細(xì)胞W及置 換液體返回患者。該中空纖維膜技術(shù)提供了離屯、和常規(guī)過濾技術(shù)的替代方案，用于生物分 離。
[0012]US5, 674, 394公開了自全血分離血漿的小體積一次性過濾技術(shù)。用于制備所述血 漿的系統(tǒng)包括單次使用的過濾單元，其具有彼此W流體相連的兩個入口、一個出口和一個 過濾膜，所述過濾膜對于血漿可選擇性滲透并將出口與入口分開。將手動操作的單次使用 的累連接到入口。流動路徑沿著累之間的膜而限定，藉此全血可W在兩個累之間被重復(fù)交 換，穿過膜，使血漿通過膜而流動并流出出口。
[0013]US5, 919, 356公開了用于流體、優(yōu)選體液例如血液的取樣的裝置，所述裝置具有用 于分離流體的成分的過濾設(shè)備，引導(dǎo)待取樣的流體從來源通過裝置而流動的管道，和可檢 測流體中的成分的存在的傳感設(shè)備。
[0014]US2003/0206828公開了具有自我填充能力的便攜式手持血液采樣裝置，其包括血 液分離濾器。該濾器具有多個孔，其尺寸允許所選的血液成分例如血漿通過裝置。該濾器 是中空纖維濾器，其在管中延伸并沿著管的長度延伸，該濾器在接近入口端的其第一端被 密封并在其第二端與出口流體連通。
[0015] 需要自全血分離血漿/血清的過濾介質(zhì)，其允許自全血中有效分離血漿/血清并 且其適用于快速、安全和穩(wěn)健方式W得到合適量的無細(xì)胞血漿/血清，而不導(dǎo)致溶血。用運 類過濾方法，可W避免自患者抽取血液后的血液質(zhì)量的下降或因在離屯、過程中的時間延遲 或因運輸所致的不恰當(dāng)?shù)姆治鼋Y(jié)果，因為在緊急情況下或在血液樣品采集點，血細(xì)胞分離 可W立即進(jìn)行，無需離屯、。
[0016] 因此本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供用于自全血分離血漿/血清的全血中空纖維膜過 濾介質(zhì)，其相對于現(xiàn)有技術(shù)是有利的，尤其是對于血細(xì)胞（紅細(xì)胞、血小板和白細(xì)胞）溶血 和滲漏的問題而言。
[0017] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清，例如通過錯流過濾，其中足夠量的無細(xì)胞血漿/血清的分離是可能的，而無或 基本上無溶血。
[0018] 另外，本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品 分離血漿/血清，其中選擇所述過濾介質(zhì)的材料和表面性質(zhì)，其方式使得因全血樣品與中 空纖維膜過濾介質(zhì)之間接觸所致的溶血得W減少或得W避免。運意味著負(fù)面效應(yīng)例如抑 改變、滲透性改變或多孔膜結(jié)構(gòu)所致的毛細(xì)管效應(yīng)得W減少。
[0019] 本發(fā)明的再一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清，其中血漿/血清的分離是可能的，優(yōu)選地W手動方式或W容易的自動化方式， 而不使用離屯、設(shè)備。
[0020] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清，其中所述分離耗時少于用常規(guī)方法例如離屯、方法的分離。
[0021] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清。應(yīng)當(dāng)注意，在運一點上，通常不需要回收血細(xì)胞，使得含有血細(xì)胞的全血中空 纖維膜過濾介質(zhì)可用作一次性醫(yī)療用品。
[0022] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清，并且其適于多種用途。
[0023] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于在急診情況下自 緊急全血樣品中分離血漿/血清。理想地，細(xì)胞分離可W在抽血現(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生。隨后所得 血漿/血清樣品可被立即處理并可W直接遞送到血漿/血清分析器，例如醫(yī)療點測試裝置。 術(shù)語急診情況不僅包括對事故的患者診斷，而且包括所有血液處理過程（當(dāng)其自醫(yī)務(wù)室或 醫(yī)院手術(shù)期間的患者控制提供時）。在運一點上，克服離屯、的瓶頸問題和/或避免因未分離 全血樣品的長處理或運輸所致的血液分析的歪曲（falsification)，也是一個目標(biāo)。
[0024] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清，而無過濾介質(zhì)的堵塞。
[0025] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清，其中所述全血中空纖維膜過濾介質(zhì)不導(dǎo)致例如因摩擦力或其它機(jī)械應(yīng)力所致 的紅細(xì)胞的破裂。
[0026] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其可用于自全血樣品分離 血漿/血清，并降低了紅細(xì)胞滲漏到濾液中的風(fēng)險。
[0027] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其適于提供含有血細(xì)胞的 濃縮物，用所述濃縮物可W進(jìn)行進(jìn)一步測試，如果需要的話。
[0028] 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供全血中空纖維膜過濾介質(zhì)，其產(chǎn)生無細(xì)胞或基本上無 細(xì)胞的血漿/血清作為濾液，其中所分析的分子成分的相對量在過濾時基本上保持不變。 理想地，全血中空纖維膜過濾介質(zhì)是惰性的和血液相容性的，不釋放可提取物或顆粒，也不 導(dǎo)致特定的血漿/血清成分吸附在其固體表面，也不導(dǎo)致特定的血漿/血清成分與其固體 表面交叉反應(yīng)。
[002引發(fā)明概述 本發(fā)明的上述目標(biāo)通過包含陶瓷材料的全血中空纖維膜過濾介質(zhì)來完成，所述介質(zhì)的 孔徑確保血漿或血清的滲透性，但截留血細(xì)胞，即所有Ξ類血細(xì)胞（紅細(xì)胞、血小板和白細(xì) 胞）。為了允許后續(xù)血漿/血清分析，所述孔徑確保所有的分子血漿/血清成分的滲透性。 血漿/血清成分可w分為不同組別，包括電解質(zhì)、脂質(zhì)代謝物、標(biāo)記物（例如感染或腫瘤的 標(biāo)記物）、酶、底物、蛋白質(zhì)和甚至藥物和維生素。
[0030] 孔結(jié)構(gòu)可W由例如W下來限定：孔的中位和平均直徑、孔徑分布和材料的孔隙度。 優(yōu)選地，選擇全血中空纖維膜過濾介質(zhì)的有關(guān)孔的中位直徑、孔徑分布和孔隙度的性質(zhì)，其 方式使得過濾介質(zhì)適于避免溶血和血細(xì)胞滲漏。此外，優(yōu)選地選擇全血中空纖維膜過濾介 質(zhì)的表面粗糖度，其方式使得血細(xì)胞不會因摩擦力而破裂。此外，可W優(yōu)選地是全血中空纖 維膜過濾介質(zhì)被改性而使其例如被預(yù)先潤濕或涂覆，W便得到某些可濕性、親水性/疏水 性、親脂性/疏脂性、或過濾介質(zhì)的某些表面電荷，運對于避免溶血和血細(xì)胞滲漏而言可W 是有利的。
[0031] 本發(fā)明的目標(biāo)也可通過使用本發(fā)明的全血中空纖維膜過濾介質(zhì)用于自全血樣品 分離血漿/血清而完成。優(yōu)選地，本發(fā)明的全血中空纖維膜過濾介質(zhì)用于通過錯流過濾而 自全血樣品分離血漿/血清，W避免堵塞過濾介質(zhì)。
[0032] 附圖簡述 圖1:包含不同量的血紅蛋白的參考溶液，用于測定血漿樣品中的溶血程度（參見/ieZhao, Quancheng Kan, Jianguo Wen, Yidong Li, Yunqiao Sheng, Li Yang, Jason Wu 和Shengjun Zhang: Hemolysis of Blood Samples has no Significant Impact on the Results of Pharmacokinetic Data(血液樣品的溶血對藥代動力學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果沒有顯著景多 響）.Bioequivalence & Bioavailability，2012)。
[0033] 圖2:用于實施例1、3、4、6和8的錯流過濾模塊，在過濾殼體內(nèi)包括單個全血中空 纖維膜過濾介質(zhì)。
[0034] 發(fā)明詳述 本文使用的術(shù)語"全血"是指由血漿（通常不會凝結(jié)）和細(xì)胞成分組成的血液。血漿占 約50至約60%體積，細(xì)胞成分，即紅細(xì)胞（紅血細(xì)胞、或RBC)、白細(xì)胞（白血細(xì)胞或WBC)、 和血小板（血小板），占約40至約50%體積。本文使用的術(shù)語"全血"可W指動物的全血， 但優(yōu)選指人類受試者的全血。
[0035] 紅細(xì)胞（其占所有血細(xì)胞總數(shù)的約90至約99%)具有雙凹盤狀形式，在未變形狀 態(tài)下，直徑約7化，厚度約2化。在骨髓中成熟期間，紅細(xì)胞失去其細(xì)胞核。它們含有血漿 膜蛋白血影蛋白和其它蛋白，W提供柔初性，如有必要可改變形狀。它們獨特的和柔初的形 狀使其能夠通過非常狹窄的毛細(xì)管并提供最大的表面積W傳遞氧氣和二氧化碳。運種柔初 性使得通過過濾自全血樣品中分離紅細(xì)胞特別困難，因為它們可W延長自身和將其直徑縮 短至約1. 5化。正常的全血每微升具有約4. 5至5. 5百萬個紅細(xì)胞。在循環(huán)的血流中，紅 細(xì)胞的生命周期為約120天。紅細(xì)胞的一種核屯、成分是血紅蛋白，其結(jié)合氧氣W運輸?shù)浇M 織，然后釋放氧氣并結(jié)合待遞送到肺作為廢產(chǎn)物的二氧化碳。血紅蛋白負(fù)責(zé)紅細(xì)胞的紅色 并因此負(fù)責(zé)總體血液的紅色。紅細(xì)胞是促使血液粘度的主要因素。
[0036] 白細(xì)胞占所有血細(xì)胞總數(shù)的小于約1%并且可W分化為不同的白細(xì)胞分組（淋己 細(xì)胞、粒細(xì)胞和單核細(xì)胞）。它們可經(jīng)由血細(xì)胞滲出而離開毛細(xì)管。此外，它們可W通過變 形蟲樣運動和正趨化性而穿過組織空間移動。它們的直徑為約6至約20化。白細(xì)胞參與 機(jī)體防御機(jī)制，例如針對細(xì)菌或病毒侵襲。
[0037] 血小板是最小的血細(xì)胞，長度約2至約4帕，厚度約0. 9至約1. 3化。它們是膜 結(jié)合的細(xì)胞碎片，含有對凝血而言重要的酶和其它物質(zhì)。具體地講，它們形成臨時的血小板 塞，有助于密封血管中的裂口。
[003引術(shù)語"血漿"或"血漿"是指血液和淋己液的液體部分，其占血液體積的約一半（例 如，約50至約60體積-9?))。血漿缺乏細(xì)胞，并且與血清不同，血漿不凝結(jié)。因此它含有所有 凝血因子，尤其是纖維蛋白原。它是澄清的淺黃色液體，包含約90至約95體積-%水。
[0039] 術(shù)語"血清"或"血清"是指當(dāng)血液允許完全凝結(jié)時自血液中分離的澄清液體，并 因此是在凝血期間已經(jīng)特別將纖維蛋白原從血漿中移出的血漿。與血漿相同，血清也是淺 黃色。
[0040] 分子的血漿/血清成分可W分為不同組別，包括電解質(zhì)、脂質(zhì)代謝物、標(biāo)記物（例 如感染或腫瘤的標(biāo)記物）、酶、底物、蛋白質(zhì)和甚至藥物和維生素。
[0041] 本文使用的