具有自清洁功能的纳米过滤器及使用方法

本申请涉及纳米过滤器，特别是指具有自清洁功能的纳米过滤器及使用方法。

背景技术：

1、一些疾病在患者患病初期，存在症状不明显、不易诊断等特点，例如结膜炎、结核病、阿尔茨海默病、癌症等，但是当患者出现较为明显的症状时，往往错失了治疗的最佳时期，早期诊断可以有效预防症状的恶化，对提高康复率具有重要的意义。蛋白质、外泌体、细菌、病毒、循环肿瘤细胞等作为早期诊断重要的生物物质，对于它们的研究一直是医学、生命科学、药物学等领域的热点。

2、细胞外囊泡(extracellular vesicles，evs)是细胞向细胞的外环境释放出来的一种具有膜结构的物质，其参与细胞之间的通讯，从原核生物、高等真核生物和植物，均可形成evs。根据尺寸大小，将直径范围在30-180nm的纳米囊泡，称为外泌体。目前的研究表明，外泌体与肿瘤的发生与转移、炎症的产生、适应性免疫等方面发挥了重要的作用，因此受到了诸多关注。外泌体广泛存在于血液、尿液、脊髓液和胸腔积水等体液中，在外泌体内含有丰富的生物标志物，例如蛋白质、脂质、dna和rna等，反映了其来源的细胞或者组织内部的组成，其多样的生物标志物与多种疾病的产生相关，对于肿瘤液体活检、神经系统疾病和呼吸系统疾病的早期诊断具有重要意义。

3、然而，目前缺少标准化的工具，能够持续分离高产量、高纯度、形状完整的外泌体，这对其下游的分析构成了较大的障碍。根据外泌体的密度、尺寸、表面特异性标志物等物理化学性质，主要有超速离心法、差速离心法、化学沉淀法、免疫吸附法、惯性流粘弹性流方法。目前，超速离心是研究领域最常用的分离方式，尽管能处理大量样本，无需添加其他试剂，但是它与临床应用的标准非常不符，主要缺点在于劳动强度大、消耗时间长，而且分离出的evs纯度低、产量低，甚至会破坏外泌体的完整性。差速离心与超速离心类似，需要大量的操作和昂贵的设备。化学沉淀法利用盐溶液或者聚合物，通常为聚乙二醇作为沉淀剂，将外泌体从溶液中沉淀出来，尽管使用这种方法操作简单，但主要缺点是沉淀剂对于下游分析的干扰，同时非外泌体颗粒(包括蛋白质和聚合物)的共沉淀会导致外泌体分离率降低。免疫吸附法一般是利用修饰在微球或微结构上的抗体，与外泌体表面特异性抗原结合，尽管这种方法分离效率很高，但其试剂的成本过高，鉴定不同类型的外泌体前，必须寻找对应的抗体-抗原。而惯性流与粘弹性流利用外泌体在流体中的力学特征实现分离，该方法最大的优点是通量很高，可以在短时间内处理大量样本。但它的分辨率有限，当粒径太小时就达不到分离的目的。

4、除了外泌体，在分离蛋白质、细菌、病毒、循环肿瘤细胞等等颗粒，通常也会面临以上一些分离方法的限制。因此，急需寻找能够实现高通量、高分辨率、高回收率、高纯度的方法，来解决上述面临的问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的以上问题，本申请提供一种具有自清洁功能的纳米过滤器及使用方法，不仅可以实现过滤分离，还可以实现自清洁，以保证高通量。

2、为达到上述目的，本申请第一方面提供了一种具有自清洁功能的纳米过滤器，包括：

3、盖体，盖体下方为容器，盖体与容器形成密封的腔体，盖体上具有进样口；

4、所述腔体内设置有滤膜支架，所述滤膜支架具有网状支撑部，所述滤膜支架的网状支撑部上固定有纳米滤膜，所述滤膜支架和纳米滤膜将所述腔体分割为上下两部分；

5、至少一体声波谐振器，所述体声波谐振器的声波可与所述腔体的上部分内的流体耦合，在所述纳米滤膜表面处产朝向所述纳米滤膜的声辐射力和平行所述纳米滤膜的声拖拽力，以及在所述纳米滤膜孔内产所述纳米滤膜的声辐射力；

6、所述腔体的下部分包括一真空腔和一废液腔，所述滤膜具有一通孔，所述滤膜支架对应所述纳米滤膜的通孔处连通废液腔，且所述滤膜支架对应所述通孔处具有一阀片；

7、所述腔体下部分的真空腔位于所述滤膜支架的网状支撑部的下方；

8、所述腔体下部分的真空腔和废液腔分别连通第一真空泵和第二真空泵。

9、由上，本申请可以实现过滤分离功能，例如过滤分离出外泌体、蛋白质、细菌、病毒、循环肿瘤细胞等等颗粒。并且，通过体声波谐振器影响所述腔体的上部分内的流体，可以在过滤过程中，扰动流体，降低在滤膜表面的沉积，减小滤膜表面的沉积以及滤膜孔内部堵塞的影响，利于过滤功能的持久，高通量。另外，在子清洁过程中，通过体声波谐振器在纳米滤膜表面处产朝向所述纳米滤膜的声辐射力和平行所述纳米滤膜的声拖拽力，以及在所述纳米滤膜孔内产所述纳米滤膜的声辐射力，去除或降低滤膜表面及滤膜孔内部沉积的颗粒、滤饼，从而回复高通量的过滤性能。

10、作为第一方面的一种可能的实现方式，所述体声波谐振器位于所述盖体下表面设置，且对应所述纳米滤膜均匀分布。

11、由上，通过均匀分布的多个体声波谐振器，可以有效、均匀的作用于除纳米滤膜表面及滤膜孔内部沉积物，从而去除或降低滤膜表面及孔内部沉积的颗粒、滤饼。

12、作为第一方面的一种可能的实现方式，所述滤膜支架包括朝上设置的卡接部，所述卡接部卡接一垫圈，所述垫圈下端压紧所述纳米滤膜。

13、作为第一方面的一种可能的实现方式，所述阀片为可控的关闭或打开，以对应所述纳米过滤器处于过滤状态或自清洁状态。

14、本申请第二方面提供了一种具有自清洁功能的纳米过滤器的使用方法，所述纳米过滤器处于过滤状态时，包括：

15、关闭所述滤膜支架对应所述滤膜支架的通孔处的阀片，关闭与废液腔连通的第二真空泵；

16、开启与真空腔连通的第一真空泵，通过负压使通过所述进样口进入的液体经过所述纳米滤膜过滤。

17、作为第二方面的一种可能的实现方式，所述纳米过滤器处于自清洁状态时，包括：关闭所述滤膜支架对应所述滤膜支架的通孔处的阀片，关闭与废液腔连通的第二真空泵，关闭与真空腔连通的第一真空泵；

18、使通过所述进样口进入腔体上部分的流体位于所述纳米滤膜上方；启动体声波谐振器工作，产生的声波与所述腔体的上部分内的流体耦合，在所述纳米滤膜表面处产朝向所述纳米滤膜的声辐射力和平行所述纳米滤膜的声拖拽力，以及在所述纳米滤膜孔内产所述纳米滤膜的声辐射力；

19、打开所述滤膜支架对应所述滤膜支架的通孔处的阀片，开启与废液腔连通的第二真空泵，通过负压使所述腔体的上部分内的流体排入废液腔。

20、作为第二方面的一种可能的实现方式，所述纳米过滤器处于过滤状态时，还包括：启动体声波谐振器工作，产生的声波与所述腔体的上部分内的流体耦合，扰动所述腔体的上部分内的流体。

技术特征：

1.一种具有自清洁功能的纳米过滤器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的纳米过滤器，其特征在于，所述体声波谐振器位于所述盖体下表面设置，且对应所述纳米滤膜均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的纳米过滤器，其特征在于，所述滤膜支架包括朝上设置的卡接部，所述卡接部卡接一垫圈，所述垫圈下端压紧所述纳米滤膜。

4.根据权利要求1所述的纳米过滤器，其特征在于，所述阀片为可控的关闭或打开，以对应所述纳米过滤器处于过滤状态或自清洁状态。

5.一种权利要求1-4任一所述的具有自清洁功能的纳米过滤器的使用方法，其特征在于，所述纳米过滤器处于过滤状态时，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纳米过滤器处于自清洁状态时，包括：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纳米过滤器处于过滤状态时，还包括：

技术总结
本申请涉及一种具有自清洁功能的纳米过滤器，盖体与容器形成密封的腔体，盖体上具有进样口；腔体内设置有滤膜支架，滤膜支架具有网状支撑部，滤膜支架的网状支撑部上固定有纳米滤膜，滤膜支架和纳米滤膜将腔体分割为上下两部分；体声波谐振器，体声波谐振器的声波可与腔体的上部分内的流体耦合；腔体的下部分包括一真空腔和一废液腔，滤膜具有一通孔，滤膜支架对应纳米滤膜的通孔处连通废液腔，且滤膜支架对应通孔处具有一阀片；真空腔位于滤膜支架的网状支撑部的下方；真空腔和废液腔分别连通第一真空泵和第二真空泵。通过体声波谐振器可以在所述纳米滤膜表面处产生声辐射力和声拖拽力，作用于滤膜表面的滤饼及膜孔内部的堵塞，实现自清洁。

技术研发人员：段学欣,何心源,魏巍,李全宁,陈雪娇
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/20