公开了一种用于使多种流体在单个通道中流动而基本保持流体分离的设备。在一种构造中，该设备包括对第一流体具有吸引力的第一内表面部分和对第二流体具有吸引力的第二内表面部分。在另一种构造中，该设备包括第一流体通道部分、螺旋缠绕在第一流体通道部分上的第二流体通道部分以及它们之间的开口。还公开了一种保持流体路径中基本均匀的流体流动的设备，该设备具有第一流动阻力器部分、第二流动阻力器部分以及在它们之间的流体通道。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112368079 A (43)申请公布日 2021.02.12 (21)申请号 0.9 克里斯滕 ·勒罗伊明 ·董 塞缪尔 ·哈林顿 ·瓦尔纳 (22)申请日 2019.04.29 安德鲁 ·埃文 ·卡姆霍尔茨 (30)优先权数据 布兰登 ·约翰逊 62/664,494 2018.04.30 US (74)专利代理机构 上海弼兴律师事务所 31283 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 代理人 王卫彬高晓莉 2020.12.28 (51)Int.Cl. (86)PCT国际申请的申请数据 B01L 3/00 (2006.01) PCT/US2019/029736 2019.04.29 A61M 1/34 (2006.01) (87)PCT国际申请的公布数据 A61M 1/36 (2006.01) WO2019/212989 EN 2019.11.07 (71)申请人 联合治疗学有限公司 地址 美国马里兰州 (72)发明人 安娜 ·加利亚 约瑟夫 ·比福德 ·帕尔斯 凯莉 ·施滕格尔 权利要求书2页 说明书12页 附图16页 (54)发明名称 用于控制流体流动的设备和方法 (57)摘要 公开了一种用于使多种流体在单个通道中 流动而基本保持流体分离的设备。在一种构造 中，该设备包括对第一流体具有吸引力的第一内 表面部分和对第二流体具有吸引力的第二内表 面部分。在另一种构造中，该设备包括第一流体 通道部分、螺旋缠绕在第一流体通道部分上的第 二流体通道部分以及它们之间的开口。还公开了 一种保持流体路径中基本均匀的流体流动的设 备，该设备具有第一流动阻力器部分、第二流动 阻力器部分以及在它们之间的流体通道。 A 9 7 0 8 6 3 2 1 1 N C CN 112368079 A 权利要求书 1/2页 1.一种用于使多种流体在单个通道中流动而基本保持流体分离的设备，包括： 流体通道，被构造成接收第一流体和第二流体， 其中，所述流体通道的至少一部分具有第一内表面部分和第二内表面部分， 其中，所述第一内表面部分被构造成对所述第一流体具有吸引力，所述第二内表面部 分被构造成对所述第二流体具有吸引力，并且所述第一内表面部分和所述第二内表面部分 具有不同的流体吸引力，以及 其中，所述流体通道的至少一部分，包括所述第一内表面部分和所述第二内表面部分， 被构造成在所述流体通道的至少一部分内保持所述第一流体和所述第二流体的基本稳定 的流动。 2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一内表面部分是疏油的和疏水的中的一 种，所述第二内表面部分是疏油的和疏水的中的另一种。 3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一内表面部分是亲水的和疏水的中的一 种，所述第二内表面部分是亲水的和疏水的中的另一种。 4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括： 第一涂层，施加到所述流体通道的至少一部分上以提供所述第一内表面部分；以及 第二涂层，施加到所述流体通道的至少一部分上以提供所述第二内表面部分。 5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体通道的至少一部分具有宽度w和高度h， 宽度w和高度h的比值在1:2至10:1的范围内。 6.根据权利要求5所述的设备，宽度w和高度h的比值基本为2:1。 7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流体通道被构造成允许所述第一流体和所述 第二流体在所述流体通道的至少一部分中的体积流量相等，第一流体的动力粘度u 和第二 1 流体的动力粘度u之间的关系满足u 2u 的条件。 2 1 2 8.一种用于使多种流体在单个通道中流动而基本保持流体分离的设备，包括： 流体通道，包括： 第一流体通道部分，被构造成接收第一流体； 第二流体通道部分，被构造成螺旋缠绕在所述第一流体通道部分上并被构造成接收第 二流体；以及 开口，被构造成允许流过所述第一流体通道部分的所述第一流体与流过所述第二流体 通道部分的所述第二流体之间的流体接触。 9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述流体通道被构造成在所述流体通道内保持所 述第一流体和所述第二流体的基本稳定的流动。 10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第一流体通道部分基本是直的。 11.根据权利要求8所的设备，其中，所述第一流体通道部分和所述第二流体通道部分 均具有基本圆形的横截面。 12.一种用于保持流体路径中基本均匀的流体流动的设备，包括： 第一流体输入； 第一组流体路径，与所述第一流体输入流体连通，其中，所述第一组流体路径中的每一 个流体路径包括： 至少一个第一流动阻力器部分，被构造成引起穿过所述第一组流体路径的基本均匀的 2 2 CN 112368079 A 权利要求书 2/2页 流体流动；以及 流体通道，布置在所述第一流动阻力器的下游。 13.根据权利要求12所述的设备，进一步包括多个流体输出，其中，多个所述流体输出 中的每一个仅对应于多个流体路径中的一个。 14.根据权利要求12所述的设备，其中，每个所述流体通道基本是直的。 15.根据权利要求14所述的设备，其中，每个所述流体通道基本平行地延伸。 16.根据权利要求12所述的设备，其中，每个所述第一流动阻力器部分具有蛇形形状。 17.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第一组流体路径中的每一个流体路径包括 至少一个第二流体阻力器部分，所述第二流体阻力器部分布置在所述流体通道的下游，并 且被构造成引起穿过所述第一组流体路径的基本均匀的流体流动。 18.根据权利要求17所述的设备，其中，每个所述第二流动阻力器部分具有蛇形形状。 19.根据权利要求12所述的设备，进一步包括： 第二流体输入； 第二组流体路径，与所述第二流体输入流体连通；其中，所述第二组流体路径中的每一 个流体路径包括： 至少一个第一流动阻力器部分，被构造成引起穿过所述第二组流体路径的基本均匀的 流体流动；以及 流体通道，布置在所述第一流动阻力器的下游， 其中，所述第一和第二组流体路径的流体通道重合，以促进所述第一组和第二组流体 路径中的流体之间的分子运输。 20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述第二组流体路径中的每一个流体路径包括 至少一个第二流体阻力器部分，所述第二流体阻力器部分布置在所述流体通道的下游，并 且被构造成引起穿过所述第二组流体路径的基本均匀的流体流动。 3 3 CN 112368079 A 说明书 1/12页 用于控制流体流动的设备和方法 相关申请的交叉引用 [0001] 本申请要求于2018年4月30日提交的美国临时专利申请62/664,494的优先权，该 申请的全部内容通过引用合并于此。 技术领域 [0002] 本公开总体上涉及用于使多种流体在单个通道中流动而基本上保持流体分离的 设备和方法，并且还涉及用于在流体路径中保持基本上均匀的流体流动的设备和方法。 背景技术 [0003] 在某些应用中，理想的是使两种或多种流体在单个通道中流动而基本上没有流体 的混合。一种这样的应用涉及使血液和第二流体在单个通道中流动以促进血液和第二流体 之间的分子运输。血液是一种非牛顿流体，包括血浆和悬浮在血浆中的血细胞。红细胞 (RBC)具有两面凹的圆盘形状，并且在血液流动过程中会变形和翻滚。由于红细胞的动量与 周围流体的动量分开，因此红细胞倾向于在血液流动过程中穿过流线或流体层。另外，在流 动过程中，红细胞倾向于从流体中的高剪切力区域滚落。 [0004] 血液和第二流体的流体流动的先前方法涉及使用物理膜来确保血液和第二流体 之间的流体分离(即，防止流体混合)。然而，这种方法致使难以或不能促进血液和第二流体 之间的分子运输。同样，这样的方法可能导致血液与物理膜之间的接触引起物理膜的生物 结垢和血液中的血栓形成。 [0005] 因此，需要设备和方法，用于使包括血液在内的多种流体在单个通道中流动，以促 进多种流体之间的分子运输，同时保持流体分离并基本避免血液中的凝结。另外，需要这种 设备和方法是清洁的。 [0006] 为了增加吞吐量，可能需要提供多个平行延伸的单个通道。为了将流体供应到这 样的单个通道，将流体供给到输入中并且通过单独的输入通道将流体散布到每个平行通道 可能是有效的。然而，难以在平行通道中维持基本均匀的流体流动。通常，在流体系统中，由 于每个平行通道中存在不同水平的流体阻力，导致多个平行通道中的流量水平不均匀。具 有较小的最小流体阻力的通道将允许较大的流量，相反，具有较大的流体阻力的流体通道 将具有较低的流量。 [0007] 先前的方法通常需要在流体通道中使用窄点(也称为“夹点”)形式的流动阻力器， 这会在流体通道上产生更大的压降。与没有流动阻力器的情况相比，流体通道上更大的压 降会导致流体流动的较小波动，从而对通道中的流量产生较小的影响。然而，夹点不适用于 医疗设备(例如，用于血液流动的设备)，因为夹点会产生高剪切速率的区域，从而导致溶血 (即，血液中血细胞的破裂或破坏)。 [0008] 因此，需要用于确保同时流过多个平行通道的流体平衡和均匀流动而不会在流体 流中产生高剪切速率的区域的设备和方法。 4 4 CN 112368079 A 说明书 2/12页 发明内容 [0009] 本公开的至少一个方面涉及一种用于使多种流体在单个通道中流动而基本保持 流体分离的设备的示例性实施例。该设备包括被构造成接收第一流体和第二流体的流体通 道。流体通道的至少一部分具有第一内表面部分和第二内表面部分。第一内表面部分被构 造成对第一流体具有吸引力，第二内表面部分被构造成对第二流体具有吸引力，并且第一 内表面部分和第二内表面部分具有不同的流体吸引力。流体通道的至少一部分，包括第一 内表面部分和第二内表面部分，被构造成在流体通道的至少一部分内保持第一流体和第二 流体的基本稳定的流动。 [0010] 本公开的另一方面涉及一种用于使多种流体在单个通道中流动而基本保持流体 分离的设备的示例性实施例。该设备包括流体通道，所述流体通道包括：第一流体通道部 分，被构造成接收第一流体；第二流体通道部分，被构造成螺旋缠绕在所述第一流体通道部 分上并被构造成接收第二流体；以及开口，被构造成允许流过所述第一流体通道部分的所 述第一流体与流过所述第二流体通道部分的所述第二流体之间的流体接触。 [0011] 本公开的另一方面涉及一种用于保持流体路径中基本均匀的流体流动的设备的 示例性实施例。该设备包括：第一流体输入；第一组流体路径，与所述第一流体输入流体连 通，其中，所述第一组流体路径中的每一个流体路径包括：至少一个第一流动阻力器部分， 被构造成引起基本均匀的流体流过所述第一组流体路径；以及流体通道，布置在所述第一 流动阻力器部分的下游。 附图说明 [0012] 图1为被构造为允许多种流体在流体通道中流动而基本保持流体分离的设备的实 施例的主视图。 [0013] 图2为图1所示设备中的流体通道的流体输入部分的实施例的立体图。 [0014] 图3为图1所示的流体通道的流体输出部分的立体图。 [0015] 图4(a)-(c)示出了图1所示的流体通道的实施例的剖视图。 [0016] 图5为图1所示的流体通道的高度和宽度的计算的图表。 [0017] 图6为图1所示的流体通道的一实施例的剖视图。 [0018] 图7为图1所示的流体通道的一实施例的剖视图。 [0019] 图8为图1所示的流体通道的一实施例的剖视图。 [0020] 图9为设备的实施例的立体图，该设备被构造成允许多种流体在流体通道中流动 而基本保持流体分离。 [0021] 图10为图7所示的设备的流体通道的一部分的实施例的主视图。 [0022] 图11为图10所示的流体通道的一部分的剖视图。 [0023] 图12为用于保持通道中的流体基本均匀流动的设备的实施例的主视图。 [0024] 图13为图12所示的设备的一部分的实施例的立体图。 [0025] 图14为图12所示设备的流体输入和流体通道的实施例的立体图。 [0026] 图15为图12所示设备的第一流体阻力器部分与直通道部分的连接的实施例的主 视图。 [0027] 图16为图15所示的第一流体阻力器部分与直通道部分的连接的立体图。 5 5 CN 112368079 A 说明书 3/12页 [0028] 图17为图12所示设备的直通道部分和第二流体阻力器部分的连接的实施例的立 体图。 [0029] 图18为图12所示设备的相应流体路径的实施例的示意图。 [0030] 图19为图12所示设备的相应流体路径的另一个实施例的示意图。 [0031] 图20为图12所示设备的相应流体路径的又一个实施例的示意图。 具体实施方式 [0032] 总体上参照附图，示出并描述了用于使多种流体在单个流体通道中流动以促进流 体之间的分子运输，同时基本上保持流体分离的设备。同样，示出并描述了一种设备，该设 备平衡了多个通道中的流体流动。 I.用于使多种流体在单个通道中流动的设备的第一实施例 A.概述 [0033] 本文公开了一种设备的实施例，该设备用于使多种流体(优选不混溶的流体)在单 个通道中流动而基本上保持流体分离。多种不混溶的流体可以是例如血液和第二种流体 (例如全氟碳化物(perflourodecalin))，但是可以是其他流体，例如油和水。使血液和第二 流体流动的设备非常重要，这是由于血液和第二流体之间的分子运输(例如，将氧气分子转 运到血液中并将二氧化碳分子转运出血液)需要在清洁的环境中进行(例如，避免污染血液 或对流体膜造成生物结垢)。 [0034] 稳流或层流是指这样的流体流，其中流动中的流体层在彼此之间平滑滑移而不会 引起流体层之间的破坏。换句话说，层流的特征是有序且可预测的流体流。相反，湍流是指 这样的流体流，其中，流体层以使流动难以精确描述的方式相互干扰，这是因为这种流动的 特点是不规则、随机和混乱。在本文公开的设备中，优选地，设备内的流体流动的特征在于 约10的雷诺数。 [0035] 可以例如通过独特的微流体(或中流体)构型获得这种流体流。微流体(或中流体) -3 涉及在横截面尺寸通常约为0.75到1.5毫米的通道网中操纵和控制通常在毫升(10 )范围 内的流体。由于微流体的规模小，作用在小通道内的主要力是表面张力。在这种情况下，在 同一通道中流动的不混溶流体的体积流量(volumetric flow rate)和相对粘度决定了每 种流体将在通道内占据的通道横截面总量。如果多种流体之间的界面没有跨过通道(即，从 通道的一侧到通道的第二相对侧)，则由于流体界面充当伪膜(pseudo-membrane)而将基本 上保持流体分离，因此可以在通道中保持稳定的流体流动。伪膜存储与伪膜的表面积相关 联的能量，并在多种流体之间产生与伪膜的曲率有关的压力差。该压力差使界面从与界面 相对的通道边缘向内弯曲和向外弯曲。 [0036] 已经确定的是，通过将内表面构造成对不同的不混溶的流体具有不同的吸引力， 能够在单个通道中获得稳定的流体流动。相应地，第一不混溶流体沿第一流体与之具有吸 引力的一个或多个第一内表面流动，第二不溶混流体沿第二流体与之具有吸引力的一个或 多个第二内表面流动。 B.壳体 [0037] 图1示出了设备20的主视图，该设备20被构造成允许多种流体在同一个流体通道 21中流动。在其中一种流体是血液的情况下，设备20对于多种流体流动特别有用。设备20包 6 6 CN 112368079 A 说明书 4/12页 括可以支撑该流体通道21的壳体30，该壳体30被构造成有助于两种流体流过该通道。 [0038] 壳体30还可以支撑用于将流体供应到流体通道21的结构。例如，第一流体输入22A 和第二流体输入22B可以分别与输入通道24A和输入通道24B流体连通。进而，输入通道24A 和输入通道24B与流体通道21流体连通。 [0039] 输入22A和22B中的每一个都可以通过常规方式构造，以与相应的流体源(未示出) (例如，IV袋等)连接，以使得流体输入22A和22B分别从流体源接收第一流体和第二流体。如 图2所示，第一和第二流体分别通过各自的输入通道24A和24B流入流体通道21。 [0040] 壳体30还可以支撑用于从流体通道21接收流体的结构。例如，输出通道25A和输出 通道25B与流体通道21流体连通。进而，输出通道25A和输出通道25B与第一流体输出23A和 第二流体输出23B流体连通。 [0041] 如图3所示，例如，输出通道25A和25B从流体通道21接收相应的流体。输出通道25A 和25B分别将相应的流体提供给第一流体输出23A和第二流体输出23B。流体输出23A和23B 被构造成排出从设备流出的流体。流体输出23A和23B可以通过常规方式构造成与另外的用 于流体的管道或其他容器连接。 [0042] 优选地，壳体30支撑流体通道21，使得流体可以被泵送以流过流体通道，从而使得 系统(特别是流体流动)不受重力影响。 C.流体通道 [0043] 流体通道21被构造成允许多种流体(例如，第一和第二流体)流动而基本保持流体 分离。因此，可以促进两种流体之间的分子运输，而不会发生流体混合。 [0044] 流体通道21可以形成为多种构造。例如，它可以是柔性或刚性通道。另外，它可以 具有多种横截面形状，但是优选具有四个侧面的矩形横截面形状。流体通道21可以由用于 运输生物材料的任何合适的材料形成。 [0045] 图4(a)-(c)示出了流体通道21的实施例的剖视图。例如，如图4(a)-(c)所示，流体 通道21具有矩形横截面。流体通道21具有宽度w  35和一半宽度w/2  36，以及高度H  37。此 外，流体通道21具有至少一个第一内表面31和至少一个第二内表面32。 [0046] 至少一个第一内表面31具有对第一流体的吸引力，并且至少一个第二内表面32具 有对第二流体的吸引力。内表面32的吸引力可以以多种方式建立。例如，吸引力可以通过流 体通道21的对应部分的材料来建立。例如，亲水表面可以由水凝胶，聚酰胺或羟基化聚氨酯 制成。作为另一个例子，疏水表面可以由聚四氟乙烯或聚甲烯制成。可选择地，吸引力可以 通过施加到流体通道21的内部的诸如涂层的处理来建立。这样的处理包括等离子体或电晕 处理，或用水凝胶、聚酰胺或羟基化聚氨酯涂覆表面(以形成亲水表面)或用聚四氟乙烯或 聚甲烯涂覆表面(以形成疏水表面)。例如，可以通过在至少一个第一内表面上施加第一涂 层并且在至少一个第二内表面上施加第二涂层来建立每个内表面的吸引力。作为一个更具 体的例子，上述物质可以以任何合适的顺序使用，并带有适当的遮盖物(例如，在第一内表 面上施加或涂覆第一涂层，遮盖第一涂层，并在第二内表面上施加或涂覆第二涂层)。 [0047] 作为流体表面吸引力的一个例子，至少一个第一内表面31可以被构造成疏油的和 疏水的中的一种，并且至少一个第二内表面32可以被构造成疏油的和疏水的中的另一种。 在另一示例中，至少一个第一内表面31可以被构造成亲水的和疏水的中的一种，并且第二 内表面32可以被构造成亲水的和疏水的中的另一种。例如，对于亲水性，与水的接触角优选 7 7 CN 112368079 A 说明书 5/12页 不大于50度，对于疏水性，与水的接触角优选大于110度。 [0048] 当多种不混溶的流体在流体通道21中流动时，由第一流体和第二流体产生流体界 面38。取决于参数，例如流体通道21的构造、流量和所使用的流体，流体界面可以出现在流 体通道21内的不同位置。例如，参数可以使流体界面38A存在于图4(a)所示的流体通道21A 中的位置处。作为另一个示例，参数可以使流体界面38B存在于图4(b)所示的流体通道21B 中的位置处。作为又一示例，这些参数可使流体界面38C存在于图4(c)所示的流体通道21C 中的位置处。 [0049] 流体界面38的形状近似为圆的一部分。然而，使用抛物线形状来估计第一流体延 伸到第二流体中的程度将高估流体界面的高度，这是因为与圆相对的弦的部分的高度小于 抛物线的高度。因此，这种方法将提供额外的余量以防止流体界面穿过流体通道。 [0050] 抛物线)定义：y＝f(x)，其中函数f(x)的通常具有给定的 形式，使得相对于图2中的尺寸，抛物线 y＝Cx –h，在关系式(2)中使用已知坐标(y＝0,x＝w/2)，关系式(3)得出值C＝4h/w 。 [0051] 结果，界面的形状(由抛物线) 因此，位于抛物线内的第一流体的面积(即，流体通道21的在流体界面38上方并且在内 表面部分31下方的区域中)由关系式(5)给出： A ＝2/3hw 1 因此，第二流体占据了流体通道21中的剩余空间，该区域由关系式(6)描述： A ＝Hw-2/3hw 2 [0052] 假定相等的体积流量(第一流体的体积流量等于第二流体的体积流量)，第一流体 和第二流体在流体通道21中所占的面积之比由第一流体的粘度和第二流体的粘度确定，粘 度相对较大的流体占比例更大的面积。这可以通过关系式(7)表示： A /u ＝A/u 1 1 2 2 [0053] 使用关系式(7)将关系式(5)与关系式(6)相关联，可以得出关系式(8)的以下推 导： 2/3hw/u ＝Hw/u-2/3hw/u 1 2 2 以及关系式(9) h/u ＝3/2(H/u-2/3h/u)＝3/2H/u –h/u 1 2 2 2 2 以及关系式(10) h(1/u +1/u)＝3/2H/u 1 2 2 [0054] 求解流体界面的高度h 34产生关系式(11)： h＝3/2H u /(u+u) 1 1 2 [0055] 因此，当关系式(12)成立时，流体界面的高度h 34等于通道的高度H 37： 3/2u/(u+u)–1＝0 1 1 2 [0056] 当关系式(13)为线)成立。换句话说，当第一流体的动力粘 度等于第二流体的动力粘度的两倍时，流体界面38将从流体通道21的一侧到达相对的一 侧。 [0057] 因此，假设第一流体的体积流量等于第二流体的体积流量，只要第一流体的动力 8 8 CN 112368079 A 说明书 6/12页 粘度小于第二流体的动力粘度的两倍，也就是说，两种流体的动力粘度的关系满足u 2u 的 1 2 条件，其中u 是第一流体的动力粘度，而u 是第二流体的动力粘度，则流体界面将保持基本 1 2 稳定(即，流体界面将不会穿过流体通道)。 [0058] 图5是示出关于流体通道20的宽度35与高度37之比以保持界面的理想稳定性，从 而使界面保持在通道的边缘内，并且不会进入流体通道的相对边缘的经验结果的图表。根 据经验，如果宽高比在1：2至10：1(包括1：2和10：1)的范围内，则可以保持界面的基本稳定 性。优选地，该比率是3：2。更优选地，该比率是2：1，在该比率下，将界面推向相对边缘所需 的流体界面处的压差最大。 [0059] 图6-8示出了流体通道21的三个示例性实施例。在这些实施例的每一个中，流体通 道的不同内表面部分均被构造成对不同流体具有吸引力。第一内表面部分对第一流体(例 如，水性流体)具有吸引力，而第二内表面部分对第二流体(例如，油性流体)具有吸引力。在 一些实施例中，第一内表面部分对水性流体具有吸引力，而第二内表面部分对油性流体具 有吸引力。 [0060] 因为第一流体和第二流体是不混溶的，所以第一内表面部分和第二内表面部分具 有不同的流体吸引力。此外，第一内表面部分和第二内表面部分被构造成基本维持流体通 道中的两种不混溶流体的稳定的流体流动。 [0061] 根据图6所示的实施例用于控制流体流动的设备和方法pdf，内表面41被构造成对第一流体44具有吸引力。一个或多个 内表面42被构造成对第二流体45具有吸引力。当不混溶的流体44和45在流体通道21中流动 时，这些流体形成产生伪膜的流体界面43。 [0062] 根据图7所示的实施例，流体通道21的内表面51A和51B被构造成对第一流体54具 有吸引力。内表面51A和51B是流体通道21的相对侧。流体通道21的内表面52A和52B被构造 成对第二流体55具有吸引力，并且内表面52A和52B是通道21的另外的相对侧。当不混溶的 流体54和55在流体通道21中流动时，流体形成产生伪膜的流体界面53A和53B。由于沿流体 界面53A和53B存在的压力差引起的高力，伪膜基本上保持了流体分离。只要流体界面53A和 53B不相交，基本上就可以在流体通道21中保持稳定的、分离的流体流动。 [0063] 根据图8所示的实施例，流体通道21具有彼此相邻的内表面61A和61B，并被构造成 对第一流体64具有吸引力。另外，流体通道21具有彼此相邻的内表面62A和62B，并且被构造 成对第二流体65具有吸引力。当不混溶的流体64和65在流体通道21中流动时，流体形成产 生伪膜的流体界面63。由于沿流体界面63存在的压力差导致的高力，伪膜基本上维持流体 分离。只要流体界面63不延伸到内表面62A或62B中的任何一个并与之接触，基本上就可以 在流体通道21中保持稳定的、分离的流体流动。 [0064] 如本文所述，可以构造其中多种流体在单个通道21中流动，而基本上保持流体分 离的实施例。尽管期望保持100％的流体分离，但是应理解，足够的流体分离可以是小于 100％的流体分离的分离量，同时仍然是商业上或对于特定应用可接受的。在一些实施例 中，可以存在至少90％的流体分离。在一些实施例中，可以存在至少95％的流体分离。在一 些实施例中，可以存在至少98％的流体分离。在一些实施例中，可以存在至少99％的流体分 离。 II.用于使多种流体在单个通道中流动的设备的第二实施例 A.概述 9 9 CN 112368079 A 说明书 7/12页 [0065] 本文公开了一种设备的实施例，该设备用于使多种流体(优选不混溶的流体)在单 个通道中流动而基本上保持流体分离。多种不混溶的流体可以是例如血液和第二种流体， 例如全氟碳化物(perflourodecalin)，但是可以是其他流体，例如油和水。使血液和第二流 体流动的设备非常重要，这是由于血液和第二流体之间的分子运输(例如，将氧气分子转运 到血液中并将二氧化碳分子转运出血液)需要在清洁的环境中进行(例如，避免污染血液或 对流体膜造成生物结垢)。 [0066] 通过构造流体通道的物理结构以利用由于血液中红细胞(RBC)引起的异常血液流 动特性(例如，在流动过程中红细胞的变形和翻滚，以及红细胞远离高剪切区域的翻滚)，可 以将两种不混溶的流体(其中一种最好是血液)的分离流体流保持在单个流体通道中。流体 通道被构造成采用螺旋流动，使得第一流体在内部中央直路径中流动，第二流体在内部中 央直路径周围的外部螺旋路径中流动。例如，第一流体是血液，并且血液与第二流体之间的 流体分离基本上得以维持，因为血液中的红细胞将趋于在中央直路径中跌落至流动的中 间。在另一个示例中，第二种流体是血液，基本上保持血液与第一种流体之间的流体分离， 这是因为在外部螺旋路径中血液中的红细胞的旋转流动将趋向于向外部流动路径的外侧 跌落并远离第一流体。 [0067] 由于需要在不使用物理膜的情况下防止红细胞与另一种流体混合，因此这种设备 可用于血液透析和血液氧合。 B.壳体 [0068] 图9示出了用于使多种流体在单个流体通道75中流动而基本保持流体分离的设备 70的立体图。在其中一种流体是血液的情况下，设备70对于使多种流体流动特别有用。设备 70包括壳体130，该壳体130可以支撑流体通道75，该流体通道75被构造成有助于两种流体 流过该通道。 [0069] 壳体130还可支撑用于将流体供应到流体通道75的结构。例如，第一流体输入72A 和第二流体输入72B可以分别与输入通道71和输入通道73流体连通。进而，输入通道71和输 入通道73与流体通道75流体连通。 [0071] 壳体130还可以支撑用于从流体通道75接收流体的结构。例如，输出通道83和输出 通道84与流体通道75流体连通。进而，输出通道83和输出通道84与第一流体输出74A和第二 流体输出74B流体连通。 [0072] 例如，如图9和10所示，输出通道83和84从流体通道75接收相应的流体。输出通道 83和84分别将相应的流体提供给第一流体输出74A和第二流体输出74B。流体输出74A和74B 被构造成排出从设备流出的流体。流体输出74A和74B可以通过常规方式构造成与另外的用 于流体的管道或其他容器连接。 [0073] 优选地，壳体130支撑流体通道75，使得流体可以被泵送以流过第一通道，从而使 得系统(特别是流体流动)不受重力影响。 C.流体通道 [0074] 流体通道75被构造为允许多种流体(例如，第一和第二流体)流动而基本上保持流 体分离。因此，可以促进两种流体之间的分子运输，而不会发生流体混合。流体通道75可包 括第一流体通道部分75’和第二流体通道部分75”。 1.第一流体通道部分 10 10 CN 112368079 A 说明书 8/12页 [0075] 图10示出了流体通道75的第一流体通道部分75’的示例性实施例。在一个优选实 施例中，第一流体通道部分75’是输入通道71和输出通道83的延续或延伸(例如，具有相同 的中心轴和/或相同的横截面尺寸)。然而，第一流体通道部分75’具有允许与第二流体通道 部分75”流体连通的开口81(如图11所示)。 [0076] 优选地，第一流体通道部分75’基本是直的。如图11所示，第一流体通道部分75’优 选地具有直径为D1的基本圆形的横截面。第一流体通道部分75’可以具有被构造成有助于 第一流体(例如血液或油性流体)流过第一流体通道部分75’的任何合适的横截面形状或尺 寸。 [0077] 第一流体通道部分75’被构造成从输入通道71接收第一流体。第一流体通道部分 75’被构造成使得第一流体通道部分75’的一部分通过开口81与第二流体通道部分75”流体 连通。第一流体通道部分75’引导第一流体流入输出通道83以离开设备。 2.第二流体通道部分 [0078] 图10示出了流体通道75的第二流体通道部分75”的示例性实施例。在一个优选实 施例中，第二流体通道部分75”是输入通道73和输出通道84的延续或延伸(例如，具有相同 的中心轴和/或相同的横截面尺寸)；然而，第二流体通道部分75”具有开口81，该开口81允 许与第一流体通道部分75’流体连通。 [0079] 如图11所示，第二流体通道部分75”优选具有直径为D2的基本圆形的横截面。第二 流体通道部分75”可以具有任何合适的横截面形状或尺寸，被构造成有助于第二流体(例 如，血液或油性流体)流过第二流体通道部分75”。在一些实施例中，第二流体通道部分75” 的尺寸与第一流体通道部分75’的尺寸相同，但是可以想象，在某些实施例中，它们可以不 同。 [0080] 第二流体通道部分75”被构造成从输入通道73接收不同于第一流体的第二流体。 第二流体通道部分75”被构造成使得第二流体通道部分75”的开口81与第一流体通道部分 75’流体连通。第二流体通道75”引导第二流体流入输出通道84以离开设备。 [0081] 如图10所示，第二流体通道部分75”优选地被构造成以角度76螺旋地缠绕在第一 流体通道部分75’的上。第二流体通道部分75”相对于第一流体通道部分75’的角度可以是 任何合适的角度尺寸。 3.开口 [0082] 如图11所示，开口81允许在第一流体通道部分75’中流动的第一流体与在第二流 体通道部分75”中流动的第二流体之间的流体连通。具体地，流体连通通过沿着第一流体通 道部分75’的边缘和第二流体通道部分75”的边缘开口81进行。开口81具有宽度W，该宽度W 具有任何合适的尺寸，以使得可以在第一流体和第二流体之间发生分子传输，而基本上保 持第一流体和第二流体之间的流体分离。优选地，开口81的尺寸和构造允许在第一流体和 第二流体之间的分子传输。 [0083] 参考图10，表1报告了根据该第二实施例的第一流体通道部分和第二流体通道部 分的示例性尺寸。长度L优选小于100mm。直径D1和D2优选小于1mm，并且角度76优选地是用 于预期目的的任何合适的角度。 [0084] 表1   角度76 直径D1 直径D2 长度L 宽度W 11 11 CN 112368079 A 说明书 9/12页 设计1 45° 0.6mm 0.6mm 50mm 0.4mm 设计2 30° 0.4 mm 0.6mm 50mm 0.25mm [0085] 如本文所述，可以构造其中多种流体在单个通道75中流动而基本上保持流体分离 的实施例。尽管期望保持100％的流体分离，但是应理解，足够的流体分离可以是小于100％ 的流体分离的分离量，同时仍然是商业上或对于特定应用可接受的。 III.用于保持流体路径中基本均匀的流体流动的设备的实施例 A.概述 [0086] 为了增加吞吐量，可能期望提供一种具有多个流体路径的设备，其优选每个都包 括例如上述的流体通道21和75。为了将流体供应到这样的流体通道，将流体供给到输入中 并且经由单独的流体路径将流体散布到每个流体通道可能是有效的。 [0087] 为了维持穿过流体路径的基本均匀的流体流动，公开了一种用于平衡流体流动的 设备。通常，在流体系统中，由于每个流体路径中存在不同水平的流体阻力，导致平行流体 路径中的流量水平不均匀。具有较小流体阻力的流体路径将允许较大的流量，相反，具有较 大流体阻力的流体路径将具有较低的流量。 [0088] 在本文公开的设备中，在每个流体路径中都设置了流动阻力器部分。流动阻力器 部分可以使每个流体通道中存在的流体阻力水平相等，从而使穿过流体通道的流体基本上 保持均匀。例如，流动阻力器部分可向每个流体路径中的流体流增加压力降。 [0089] 该设备可具有多于一组的流体路径。将描述具有两组流体路径的实施例。将详细 描述第一组流体路径，应当理解，第二组流体路径可被构造成具有基本相同的结构。可替代 地，第二组流体路径可以被构造成具有不同的结构，如下面更详细地描述。每组流体路径可 以接收相应的流体。例如，第一组流体路径可以接收第一流体，而第二组流体路径可以接收 第二流体。根据优选实施例，第一流体可以是血液，第二流体可以是全氟化碳 (perfluorocarbon)。第一组流体路径中的每个流体路径可以具有与第二组流体路径中的 流体路径的相应流体通路重合的流体通路，以促进第一组第二组流体路径中的流体之间的 分子运输。 B.壳体 [0090] 图12示出了用于维持流体路径中的基本均匀的流体流动的设备90的实施例。设备 90优选地包括壳体230，该壳体支撑第一组流体路径，以及为此的流体输入91和流体输出 103A、103B、103C。在更优选的实施例中，设备90还包括壳体230’(图13)，该壳体230’支撑第 二组流体路径，以及用于其的流体输入91’和流体输出(未示出)。壳体230、230’可以是适合 于支撑流体路径、输入和输出的任何结构。 [0091] 优选地，壳体230、230’支撑流体路径，使得流体可以被泵送以流过流体路径，从而 使得系统(特别是流体流动)不受重力影响。 C.流体输入 [0092] 设备90具有流体输入91和91’，被构造成从外部源接收流体。流体输入91和91’中 的每一个都可以通过常规方式构造，以与相应的流体源(未示出)(例如，IV袋等)连接，使得 流体输入91和91’分别从流体源接收第一流体和第二流体。图13示出了设备90的立体图，该 设备90具有被构造成接收第一流体的流体输入91和被构造成接收第二流体的流体输入 91’。 12 12 CN 112368079 A 说明书 10/12页 [0093] 流体输入91和91’分别与第一和第二组流体路径流体连通。 D.第一组流体路径 [0094] 图12示出了第一组流体路径。尽管描绘了三个流体路径，但可能会有更多或更少。 每个流体路径优选地包括输入通道93A、93B、93C，第一流动阻力器部分95A、95B、95C，流体 通道97A、97B、97C，第二流动阻力器部分99A、99B、99C和输出通道101A、101B、101C。每个输 入通道93A、93B、93C与流体输入91流体连通，以从流体输入91接收流体。每个输入通道93A、 93B、93C与相应的第一流动阻力器部分95A、95B、95C流体连通，该第一流动阻力器部分95A、 95B、95C又与相应的流体通道97A、97B、97C流体连通，该流体通道97A、97B、97C又与对应的 第二流动阻力器部分99A、99B、99C流体连通，该第二流动阻力器部分99A、99B、99C又与对应 的输出通道101A、101B、101C流体连通。 1.第一流动阻力器部分 [0095] 第一流动阻力器部分95A、95B、95C被构造成增加流体路径中的流体阻力。在图示 的实施例中，每个第一流动阻力器部分95A、95B、95C通过改变流体路径中的流动方向来增 加流体阻力。例如，第一流动阻力部分95A,95B,95C可以具有蛇形形状，其改变了流体流动 的方向并增加了流体路径的长度。优选地，每个第一流动阻力器部分95A、95B、95C被构造成 避免在任何转向或方向改变时过度的剪切速率。优选地，每个第一流动阻力器部分95A、 -1 95B、95C被构造成保持的剪切速率小于2000每秒(s )。 [0096] 在一些实施例中，第一流动阻力器部分95A、95B、95C可以具有近似正方形的横截 面形状，但是可以利用其他合适的横截面形状。优选地，每个第一流动阻力器部分95A、95B、 95C具有在0.4至1.0mm范围内的宽度和高度，并且更优选地，具有约0.8mm的宽度和约 0.75mm的高度。但是，可以适当地使用其他合适的尺寸。 2.流体通道 [0097] 流体通道97A、97B、97C与第一流动阻力器部分95A、95B、95C流体连通并位于下游， 以从第一流动阻力器部分95A、95B、95C接收流体。图15和图16示出了中央流体路径的一部 分，其中第一流动阻力器部分95B将流体供应到流体通道97B中。流体通道97A、97B、97C各自 优选地基本是直的且彼此平行地延伸。 [0098] 流体通道97A、97B、97C每个可以是完全封闭的通道以容纳流体。但是，在图示的实 施例中(参见图15和16)，流体通道97A、97B、97C在一侧是敞开的，以允许与第二组流体路径 的流体通道(在图15和16中仅示出了97B)流体连通。在图示的实施例中，第一组流体路径的 每个流体通道和第二组流体路径的相应流体通道可以合并，以形成具有与上述关于用于使 多种流体在单个通道中流动的设备的第一实施例的流体通道21相同构造的流体通道。作为 另一种选择，第一和第二组流体路径的流体通道可被重新构造并合并以形成具有与上述关 于使多种流体在单个通道流动的设备的第二实施例所述的流体通道75相同的构造的流体 通道。 3.第二流动阻力器部分 [0099] 第二流动阻力器部分99A、99B、99C被构造成增加流体路径中的流体阻力。优选地， 第二流动阻力器部分99A、99B、99C与流体通道连通并且位于下游，以从流体通道97A、97B、 97C接收流体。图17示出了中央流体路径的一部分，其中第二流动阻力器部分99B从流体通 道97B接收流体。在所示的实施例中，每个第二流动阻力器部分99A、99B、99C通过改变流体 13 13 CN 112368079 A 说明书 11/12页 路径中的流动方向来增加流体阻力。例如，第二流动阻力部分99A、99B、99C可以具有蛇形形 状，其改变了流体流动的方向并增加了流体路径的长度。例如，第一流体流动阻力器部分 95A、95B、95C和第二流体流动阻力器部分99A、99B、99C的组合可将流体路径的总长度相对 如果第一和第二流阻器部分是直的而不是蛇形的总长度增加3倍。优选地，每个第二流动阻 力器部分99A、99B、99C被构造成避免在任何转向或方向改变时过度的剪切速率。优选地，每 -1 个第二流动阻力器部分99A、99B、99C构造成保持的剪切速率小于2000每秒(s )。 [0100] 在一些实施例中，第二流动阻力器部分99A、99B、99C可以具有近似正方形的横截 面形状，但是可以利用其他合适的横截面形状。优选地，每个第二流动阻力器部分99A、99B、 99C具有在0.4至1.0mm范围内的宽度和高度，并且更优选地，具有约0.8mm的宽度和约 0.75mm的高度。但是，可以适当地使用其他合适的尺寸。 E.流体输出 [0101] 对于第一和第二组流体路径中的每一个，设备90可以具有单个流体输出。在图12 所示的更优选的实施例中，第一组流体路径具有多个流体输出103A、103B、103C，其允许流 体离开第一组流体路径中的对应的一个。可以通过常规方式将流体输出构造成与用于流体 的其他管道或容器连接。第二组流体路径可具有相似的流体输出。 F.第二组流体路径 [0102] 图13和图14示出了第二组流体路径的一部分，每个优先地包括输入通道93A’、 93B’、93C’，第一流动阻力器部分95A’、95B’、95C’，流体通道(图15、16和17中仅显示97B’)， 第二流动阻力器部分(图17中仅显示99B’)和输出通道(未显示)。第二组流体路径的部件与 第一组流体路径基本相同，除了第二组流体路径被支撑在壳体23’上。除了在相应的流体通 道内的某些实施例之外，第一和第二组流体通道不流体连通。 G.流动阻力器部分的构造 [0103] 在上述实施例中，第一组流体路径中的流体路径和第二组流体路径中的对应流体 路径可以具有相同的构造，例如，对于第一流动阻力器部分、流体通道和第二流阻器部分， 两个相应的流体路径将具有相同的构造。然而，可以预期的是，相应的流体路径可以具有不 同的构造，例如，流动阻力器部分的差异，以实现在相应的流体路径上的平衡和/或期望的 流动。一些预期的实施例在下面更具体地描述。 [0104] 例如，图18示出了一个实施例，其中第一和第二组流体路径的两个对应的流体路 径对于第一流动阻力器部分、流体通道和第二流动阻力器部分将具有相同的构造。特别地， 第一组流体路径中的一个流体路径包括具有P 的相关压力301的流体输入91、输入通道 1 93A、具有ΔP 的相关压差311的第一流动阻力器部分95A，具有P的相关压力303的流体通道 1 3 97A、具有ΔP 的相关压差313的第二流阻器部分99A、输出通道101A、具有P的相关压力304 3 4 的流体输出103A。第二组流体路径中的相应流体路径包括具有P 的相关压力302的流体输 2 入91’、输入通道93A’、具有ΔP 的相关压差312的第一流动阻力器部分95A’、具有P 的相关 2 3 压力303的流体通道97A’、具有ΔP 的相关压差314的第二流阻器部分99A’、输出通道4 101A’、具有P 的相关压力305的流体输出103A’。由于第一流体和第二流体在流体通道97A 5 和97A’重合的位置处于流体连通状态，在流体通道97A和97A’的重合区域第一流体和第二 流体都将具有基本相同的P 的压力303。如果第一和第二流体具有基本相同的粘度，则这种 3 构造将提供期望的操作。 14 14 CN 112368079 A 说明书 12/12页 [0105] 然而，如果第二流体比第一流体更具粘性，则该构造可能不是最佳的。例如，如果 将流体输出103A设置为大气压(即，流体输出103A向大气开放)，则以下关系式(14)成立： P ＝0 4 以及关系式(15)： P ＝P+ΔP 3 4 3 以及关系式(16)： P ＝P-ΔP. 5 3 4 将关系式(14)和(15)代入关系式(16)会产生关系式(17)： P ＝P+ΔP-ΔP＝ΔP-ΔP 5 4 3 4 3 4. 由于第二种流体比第一种流体更具粘性，因此关系式(18)也成立： ΔPΔP . 4 3 给定关系式(18)，则关系式(19)如下： P 0, 5 从而指示第二组流体路径中的流体路径的流体输出103A’处于线A’处于真空中是不合需要的，因为，特别是当每个流体路径包括挠性管时，该管在受到 线] 为了避免与流体输出103A’在真空下相关的问题，可以将较小的电阻器部分用于 第二流体在其中流动的流体路径。例如，如图19所示，第二组流体路径中的流体路径包括第 二电阻器部分99A”而不是第二电阻器部分99A’。第二电阻器部分99A”具有与图18所示的Δ P 的压差314不同的ΔP的压差315。在这个方面，可以将ΔP和ΔP 设置为使得ΔP 等于Δ 4 5 5 3 5 P ，或者使得流体输出103A’具有不下降到零以下的P 的压力306。 3 6 [0107] 避免与在线A’相关联的问题的另一种选择，第二流体在其中 流动的流体路径可以完全省略第二流阻器部分99A’。例如，如图20所示，第二组流体路径中 的流体路径包括与流体通道101A’直接流体连通的流体通道97A’，而在它们之间没有中间 的第二流动阻力器部分99A’。 [0108] 如各种示例性实施例中所示的设备和方法的构造和布置仅是说明性的。尽管在本 公开中仅详细描述了几个实施例，但是许多变型是可能的(例如，各种元件的尺寸、规模、结 构、形状和比例的变化，参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等)。例如，元件的位置 可以颠倒或以其他方式改变，并且离散元件的性质或数量或位置可以改变或改变。因此，所 有这样的变型旨在被包括在本公开的范围内。根据替代实施例，任何过程或方法步骤的顺 序或顺序可以改变或重新排序。在不脱离本公开的范围的情况下，可以在示例性实施例的 设计，操作条件和布置中进行其他替换、变型、改变和省略。 15 15 CN 112368079 A 说明书附图 1/16页 图1 图2 16 16 CN 112368079 A 说明书附图 2/16页 图3 图4(A) 17 17 CN 112368079 A 说明书附图 3/16页 图4(B) 图4(C) 18 18 CN 112368079 A 说明书附图 4/16页 图5 图6 19 19 CN 112368079 A 说明书附图 5/16页 图7 图8 20 20 CN 112368079 A 说明书附图 6/16页 图9 21 21 CN 112368079 A 说明书附图 7/16页 图10 图11 22 22 CN 112368079 A 说明书附图 8/16页 图12 23 23 CN 112368079 A 说明书附图 9/16页 图13 24 24 CN 112368079 A 说明书附图 10/16页 图14 25 25 CN 112368079 A 说明书附图 11/16页 图15 26 26 CN 112368079 A 说明书附图 12/16页 图16 27 27 CN 112368079 A 说明书附图 13/16页 图17 28 28 CN 112368079 A 说明书附图 14/16页 图18 29 29 CN 112368079 A 说明书附图 15/16页 图19 30 30 CN 112368079 A 说明书附图 16/16页 图20 31 31

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