(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む、マイクロ流体酸素化装置：
第一の酸素フローチャンネルをその中に規定する第一のポリマー層；
第一の血液フローチャンネルをその中に規定する第二のポリマー層であって、第一の血液フローチャンネルが第一の酸素フローチャンネルと重なり合い、かつ第一の血液フローチャンネルが、該第一の血液フローチャンネルの第一の壁の長さに沿って連続して配置された、複数の受動的撹拌要素をさらに含み、該複数の受動的撹拌要素が、第一の血液フローチャンネルの高さの5％以上かつ30％に等しいかそれ未満の高さまたは深さを有し、該複数の受動的撹拌要素のそれぞれが、直線状の隆起、角をなして曲がった隆起、またはシェブロン型水路のうちの一つを含み、第一の血液フローチャンネルを通って流れる流体をチャンネル内で再分配するように構成されている、第二のポリマー層;及び
第一の酸素フローチャンネルと第一の血液フローチャンネルをこれらのチャンネルが重なり合う部分で分離する膜であって、第一の酸素フローチャンネルと第一の血液フローチャンネルの間の連通を可能にする、膜。
【請求項２】
複数の受動的撹拌要素が、第一の血液フローチャンネルの高さの20％以上かつ30％以下の高さまたは深さを有する、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
第一の流体が、第一の酸素フローチャンネルを通って流れ、第二の流体が、第一の血液フローチャンネルを通って流れる、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
第一の流体が酸素であり、第二の流体が脱酸素化血液である、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
第一の血液フローチャンネルの第一の壁が、該第一の血液フローチャンネルの床である、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
第一の血液フローチャンネルの高さが、10〜100μmである、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
膜の厚さが、10〜50μmである、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
第一の酸素フローチャンネル及び第一の血液フローチャンネルの長さが、1mm〜50mmである、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
第一の血液フローチャンネルの幅が、100μm〜200μmである、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
膜が、酸素透過性かつ二酸化炭素透過性である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第一の血液フローチャンネルの壁が、抗血液凝固剤でコーティングされている、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
装置が、第一の酸素フローチャンネルから第二の透過性膜によって分離されている第二の血液フローチャンネルを含む、請求項1に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
この出願は、2011年12月5日に出願された米国仮特許出願61/567,104号に基づいて優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
開示の背景
血液酸素化システムは、短期間の呼吸器補助、例えば、冠動脈バイパス移植手術の間または急性呼吸器促迫症候群の患者のために使用される。現在のシステムでは、内部のホローファイバーを通して酸素をポンピングし、内側のファイバーを被包する、より大きい外側のファイバーを通して血液をポンピングすることによって血液が酸素化される。内側ファイバーの壁は酸素透過性であり、内側ファイバーに近い血液の酸素化を可能にする。現在の酸素化システムは、血液の層流を維持し、透過性膜のごく近傍においてのみ赤血球の酸素化を可能にする。
【発明の概要】
【０００３】
開示の概要
開示の一つの局面によれば、マイクロ流体酸素化装置は、第一の酸素フローチャンネルを規定する第一のポリマー層を含む。装置はまた、第一の血液フローチャンネルを規定する第二のポリマー層を含む。第一の血液フローチャンネルは、第一の酸素フローチャンネルと重なり合い、これら二つのチャンネルは、重なり合う部分におけるチャンネル間の連通を可能にする透過性膜によって分離されている。さらに、第一の血液フローチャンネルは、少なくとも一つの壁に沿った少なくとも一つの受動的撹拌要素をさらに含む。受動的撹拌要素は、チャンネル内の第一の血液フローチャンネルを通って流れる流体を再分布させるように形成されている。
【０００４】
いくつかの実施において、受動的撹拌要素は、直線状の隆起、角をなして曲がった隆起、シェブロン型水路、円蓋、円錐、ピット、またはポストのうちの一つである。いくつかの実施において、第一の流体、例えば酸素は、第一の酸素フローチャンネルを通って流れ、第二の流体、例えば血液は、第一の血液フローチャンネルを通って流れる。
【０００５】
いくつかの実施において、受動的撹拌要素の高さまたは深さは、第一の血液フローチャンネルの高さの約30％未満であり、受動的撹拌要素は、第一の血液フローチャンネルの床に組み入れられる。他の実施において、第一の血液フローチャンネルの高さは約10〜100μmであり、膜の厚さは約10〜約50μmである。また他の実施において、第一の酸素フローチャンネル及び第一の血液フローチャンネルの長さは、約1mm〜50mmであり、幅は約100μm〜200μmである。
【０００６】
他の実施において、膜は酸素透過性であり、かつ二酸化炭素透過性である。また他の実施において、第一の血液フローチャンネルの壁は、抗血液凝固剤でコーティングされている。また他の実施において、装置は、第一の酸素フローチャンネルから、第二の透過性膜によって分離された第二の血液フローチャンネルを含む。
【０００７】
開示の他の局面によれば、脱酸素化血液を酸素化するための方法は、第一の酸素フローチャンネルを規定する第一のポリマー層と、第一の血液フローチャンネルを規定する第二のポリマー層とを含む、マイクロ流体装置を提供する段階を含む。第一の血液フローチャンネルは、少なくとも一つの受動的撹拌要素も含む。膜は、第一の酸素フローチャンネルと第一の血液フローチャンネルを分離し、第一の酸素フローチャンネルと第一の血液フローチャンネルの間の連通を可能にする。本方法は、部分的脱酸素化血液をマイクロ流体装置の近位端に導入する段階、及び部分的脱酸素化血液を装置に流す段階も含む。加えて、本方法は、第一の酸素フローチャンネルに酸素を流す段階を含む。最後に、酸素化血液は、マイクロ流体装置の遠位端で受け取られる。
【０００８】
いくつかの実施において、本方法はまた、患者から部分的脱酸素化血液を採取する段階、血液を再酸素化するために、部分的脱酸素化血液を第一の血液フローチャンネルに流す段階、及び再酸素化された血液を患者に戻す段階を含む。他の実施において、本方法は、部分的脱酸素化血液が第一の血液フローチャンネルを通って流れる時に、部分的脱酸素化血液から二酸化炭素を取り除く段階をさらに含む。
【０００９】
また他の実施において、本方法は、第一の方向から第一の酸素フローチャンネルに酸素を流す段階、及びこの第一の方向とは反対の第二の方向に、第一の血液フローチャンネルに血液を流す段階も含む。いくつかの実施において、第一の血液フローチャンネルに4〜5L/分で血液が流され、約150〜200mL/分の速度で血液に酸素が移される。
[本発明1001]
以下を含む、マイクロ流体酸素化装置：
第一の酸素フローチャンネルをその中に規定する第一のポリマー層；
第一の血液フローチャンネルをその中に規定する第二のポリマー層であって、第一の血液フローチャンネルが第一の酸素フローチャンネルと重なり合い、かつ第一の血液フローチャンネルが、該第一の血液フローチャンネルの第一の壁にまたは壁内に、少なくとも一つの受動的撹拌要素をさらに含み、受動的撹拌要素が、第一の血液フローチャンネルを通って流れる流体をチャンネル内で再分配するように構成されている、第二のポリマー層;及び
第一の酸素フローチャンネルと第一の血液フローチャンネルをこれらのチャンネルが重なり合う部分で分離する膜であって、第一の酸素フローチャンネルと第一の血液フローチャンネルの間の連通を可能にする、膜。
[本発明1002]
受動的撹拌要素が、直線状の隆起、角をなして曲がった隆起、シェブロン型水路、円蓋、円錐、ピット、またはポストのうちの一つである、本発明1001の装置。
[本発明1003]
第一の流体が、第一の酸素フローチャンネルを通って流れ、第二の流体が、第一の血液フローチャンネルを通って流れる、本発明1001の装置。
[本発明1004]
第一の流体が酸素であり、第二の流体が脱酸素化血液である、本発明1003の装置。
[本発明1005]
受動的撹拌要素の高さまたは深さが、第一の血液フローチャンネルの高さの約30％未満である、本発明1001の装置。
[本発明1006]
第一の血液フローチャンネルの第一の壁が、該第一の血液フローチャンネルの床である、本発明1001の装置。
[本発明1007]
第一の血液フローチャンネルの高さが、約10〜100μmである、本発明1001の装置。
[本発明1008]
膜の厚さが、約10〜約50μmである、本発明1001の装置。
[本発明1009]
第一の酸素フローチャンネル及び第一の血液フローチャンネルの長さが、約1mm〜約50mmである、本発明1001の装置。
[本発明1010]
第一の血液フローチャンネルの幅が、約100μm〜200μmである、本発明1001の装置。
[本発明1011]
膜が、酸素透過性かつ二酸化炭素透過性である、本発明1001の装置。
[本発明1012]
第一の血液フローチャンネルの壁が、抗血液凝固剤でコーティングされている、本発明1001の装置。
[本発明1013]
装置が、第一の酸素フローチャンネルから第二の透過性膜によって分離されている第二の血液フローチャンネルを含む、本発明1001の装置。
[本発明1014]
以下の段階を含む、脱酸素化血液を酸素化するための方法:
第一の酸素フローチャンネルを規定する第一のポリマー層と、
第一の血液フローチャンネルを規定する第二のポリマー層と、
第一の酸素フローチャンネルと第一の血液フローチャンネルを分離する膜と
を含むマイクロ流体装置を提供する段階であって、第一の血液フローチャンネルが、該第一の血液フローチャンネル内にまたは表面上に形成された、少なくとも一つの受動的撹拌要素をさらに含み、膜が、第一の酸素フローチャンネル及び第一の血液フローチャンネルの間の連通を可能にする、段階;
部分的脱酸素化血液を、マイクロ流体装置の近位端に導入する段階;
酸素を、第一の酸素フローチャンネルに流す段階;
部分的脱酸素化血液を、第一の血液フローチャンネルに流す段階;及び
酸素化された血液を、マイクロ流体装置の遠位端で受け取る段階。
[本発明1015]
部分的脱酸素化血液を患者から採取する段階;
血液を再酸素化するために、部分的脱酸素化血液を、第一の血液フローチャンネルに流す段階;及び
再酸素化された血液を患者に戻す段階
をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1016]
部分的脱酸素化血液が第一の血液フローチャンネルを通って流れる時に、部分的脱酸素化血液から、二酸化炭素を取り除く段階をさらに含む、本発明1015の方法。
[本発明1017]
第一の方向から、第一の酸素フローチャンネルに酸素を流す段階をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1018]
第一の方向とは反対の第二の方向に、第一の血液フローチャンネルに血液を流す段階をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1019]
4〜5L/分で、第一の血液フローチャンネルに血液を流す段階をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1020]
約150〜200mL/分の速度で、血液に酸素を移動させる段階をさらに含む、本発明1014の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
当業者は、本明細書に記載される図面が、例示目的のみのためであることを理解するであろう。いくつかの例において、記載された実施の種々の局面が、記載された実施の理解を容易にするために誇張され、または拡大されて示されているかもしれないことを理解するべきである。図面において、類似の参照表記は一般に、種々の図面を通して、類似の特徴、機能的に類似の及び／または構造的に類似の要素をさす。図面は、必ずしも等倍でなく、教示の原理を例示することに重点がおかれている。図面は、いかなる方法においても、本教示の範囲を限定することを意図していない。システム及び方法は、以下の図面を参照するともに、以下の例示からより理解されるであろう。
【図１Ａ】本開示の一つの例示的実施に基づいた、血液を酸素化するための装置の等角図である。
【図１Ｂ】本開示の一つの例示的実施に基づいた、血液を酸素化するための装置の断面図である。
【図１Ｃ】本開示の一つの例示的実施に基づいた、図1に描かれたような、血液を酸素化するための装置の端面図である。
【図２】本開示の一つの例示的実施に基づいた、受動的撹拌要素を有しない、血液酸素化装置における血流のパターンを例示する横断面図である。
【図３】本開示の一つの例示的実施に基づいた、図1A〜1Cに描かれたような、受動的撹拌要素を有する血液酸素化装置における血流のパターンを例示する横断面図である。
【図４Ａ】本開示の一つの例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｂ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｃ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｄ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｅ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｆ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｇ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｈ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｉ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図４Ｊ】本開示の例示的実施に従った、図１に描かれたような酸素化装置の例示的受動的撹拌要素の上面図及び等角図である。
【図５】本開示の例示的実施に従った、図1に描かれたような血液酸素化装置を用いた、脱酸素化血液を酸素化するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明
上記で導入され、下記でより詳細に記載される種々の概念は、数々の方法のうちのどの方法でも実施されるものであり得、記載された概念は、いかなる特定の実施の方法にも限定されない。特定の実施及び適用の実施例は、主に例示目的のために提供される。
【００１２】
本明細書で記載される本発明のシステムは概して、血液を酸素化するためのシステム及び方法に関する。したがって、種々の実施において、本開示は、血液が血液酸素化装置を通って流れる間に、受動的に血液が撹拌されることによって血液を酸素化することに関する。ある実施において本装置は、流れる血液を撹拌するために、装置の一つの壁に複数の受動的要素を含む。
【００１３】
図1A及び1Bは、血液酸素化装置100の等角図及びその断面図を示す。下記により詳細に記載するが、簡潔に述べると、装置100は、気体透過膜103によって、第二のフローチャンネル102から分離された第一のフローチャンネル101を含む。第二のフローチャンネル102の床105は、受動的撹拌要素106を含む。フローチャンネル101及び102は、ポリマー基材104内に作られている。
【００１４】
図1A及び1Bに示されかつ上述したように、装置100は、ポリマー基材104内に作られた第一のフローチャンネル101及び第二のフローチャンネル102を含む。いくつかの実施において、ポリマー基材104は、ポリスチレンまたはポリイミドのような熱可塑性プラスチック、ポリカプロラクトン（PCL）のような生物分解性ポリエステル、または、ポリグリセロールセバシン酸塩(PGS)のような軟質エラストマーである。他の実施においては、基材104は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)である。また他の実施において、基材104は、これに限られないが、セラミクス、金属、ガラス、例えば、炭素または酸化亜鉛から形成されたナノチューブまたはナノワイヤーのような非ポリマー材料、または他の非ポリマー材料を含む。
【００１５】
いくつかの実施において、装置100及び受動的撹拌要素106は、例えば、フォトリソグラフィ技術、射出成型、直接マイクロ加工、深堀RIEエッチング、熱エンボス加工、またはそれらの任意の組み合わせを用いて、基材104に作られる。
【００１６】
第一のフローチャンネル101は、第二のフローチャンネル102と、膜103を介して連通する。いくつかの実施において、膜103は、イオン、分子、細胞、またはそれらの任意の組み合わせについて、透過性または半透過性である。例えば膜103は、第一のフローチャンネル101から第二のフローチャンネル102に酸素を、第二のフローチャンネル102から第一のフローチャンネル101に二酸化炭素を、通過させることが可能であり得る。しかしいくつかの実施において、膜103は、赤血球については透過性でない。いくつかの実施において、膜103は、ポリエーテルスルホンまたはPDMSのような、半多孔性（semi-porous）または多孔性の材料から作られる。他の実施において、膜103は、ポリマーを電解紡糸し柔軟な多孔性ポリマーメッシュを製造することによって作成される。
【００１７】
装置100の第一のフローチャンネル101及び第二のフローチャンネル102は、実質的に互いに平行に伸びており、上述のように、重なり合った部分において、膜103により分離されている。いくつかの実施において、第一のフローチャンネル101は、三つの滑らかな壁と、膜103である第四の壁とを含む。他の実施においては、装置100は、第一のフローチャンネル101の左、右、及び／または上に、さらなるフローチャンネルを含む。これらの実施のいくつかにおいて、第一のフローチャンネル101はまた、これらのさらなるフローチャンネルから、透過膜103によって分離されている。他の実施において、第一のフローチャンネルは、ガスの流れ用に設計されている。例えば、第一のフローチャンネル101を通って酸素が流れ得る。他の実施において、第一のフローチャンネル101は、液体を流すために構成される。例えば、第一のフローチャンネルは、血液を流すように構成されうる。
【００１８】
第二のフローチャンネル102は、少なくとも一つの受動的撹拌要素106を、チャンネルの少なくとも一つの壁に沿って含む。装置100の実施において、床105は、受動的撹拌要素106(1)〜106(n)を含む。他の実施において、第一または第二のフローチャンネルの任意の壁は、受動的撹拌要素106を含むことができる。いくつかの実施において、受動的撹拌要素106を含む床または他の壁は交換可能であり、そのため異なる受動的撹拌要素の配置を異なる流体のために使用することができる。また他の実施において、装置100またはその構成要素は使い捨て可能である。
【００１９】
以下に述べるように、いくつかの実施において、受動的撹拌要素は、複数の隆起、チャンネル、突起、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施において、受動的撹拌要素106(1)〜106(n)は、フローチャンネルの長さ全体にわたる。他の実施において、撹拌要素106は、フローチャンネル102の全長の一部分のみをカバーする。また他の実施において、受動的撹拌要素106(1)〜106(n)はまとめられる。例えば、流体フローチャンネル102は、第一の型の受動的撹拌要素106をフローチャンネル102の第一の部分に沿って含み得、第二の型の受動的撹拌要素106をフローチャンネル102の第二の部分に沿って含み得る。
【００２０】
図1Cは、装置100の端面図を例示する。いくつかの実施において、装置100は頂部要素104(b)及び低部要素104(b)として作成され、これらは別々に作成され組み立てられて装置100を形成する。いくつかの実施において、要素104(a)、104(b)、及び膜103は、接着剤を用いて互いに付着している。例えば、装置100の要素は、化学的接着剤、プラズマ接着法、及び／または要素を一緒に締め付けることによって、一緒に結合させることができる。他の実施において、単一の連続した単位として、装置100を作成することができる。例えば、射出成型により装置100を作ることができる。また他の実施において、頂部104(b)及び低部104(a)は射出成型により形成される。いくつかの実施において、装置100が作成されたのち、チャンネルが抗血液凝固剤でコーティングされる。他の実施において、抗血液凝固剤はポリマー基材104に包埋される。
【００２１】
いくつかの実施において、受動的撹拌要素106の高さまたは深さは、フローチャンネル102の全高の約5%〜約10%、約10%〜約20%、または約20%〜30%である。いくつかの実施において、一つのチャンネルにおける各受動的撹拌要素は、同じ高さまたは深さである。一方、他の実施においては、受動的撹拌要素の高さまたは深さは、フローチャンネル102の長さにわたって変化する。
【００２２】
いくつかの実施において、第一のフローチャンネル101及び第二のフローチャンネル102の幅、高さ、及び長さは同じである。他の実施において、異なるフローチャンネル間で、寸法の一つまたはすべてが異なる。いくつかの実施において、フローチャンネルの高さは、約10μm〜25μm、約25μm〜50μm、または約50μm〜100μmである。いくつかの実施において、膜103の厚さは、約10μm〜25μm、約25μm〜50μm、または約50μm〜100μmである。いくつかの実施において、フローチャンネルの長さは、約1mm〜10mm、約10mm〜50mm、または約50mm〜100mmであり、幅は、約100μm〜200μm、200μm〜500μm、または約500μm〜1cmである。
【００２３】
図2は、類似の受動的撹拌要素無しで、流体がどのように血液酸素化装置を通って流れ得るのかを例示している。図2は、床105(b)に沿って受動的撹拌要素がない血液酸素化装置201を例示している。この事例では、脱酸素化血液(白丸)が第二のフローチャンネル202を通って流れる時に、酸素は第一のフローチャンネル201を通って流れる。第二のフローチャンネル201内の血液は、層状パターン203で流れる。血液細胞が実質的に膜204の近くを流れる場合は酸素化される(灰色の丸)。いくつかの実施において、膜204に距離が実質的に近いときにのみ酸素の拡散が起こり得るので、第二のフローチャンネル202の床に沿って流れる血液の部分は、全く酸素化されないかもしれない。
【００２４】
一方、図3は、血液が、血液酸素化装置100に類似の血液酸素化装置300をどのように通って流れるかを例示している。装置300の床105は、いくつかの受動的流動要素106を含む。これらの受動的流動要素106は、チャンネル102の流れに非層流301を作る。いくつかの実施において、これは、チャンネル102内に無秩序な流れを作る。例えばいくつかの実施においては、受動的撹拌要素106は、流体フローチャンネル102の底から膜103に向けて流体を動かす。いくつかの実施においては、受動的撹拌要素106は、フローチャンネル内に回転性の流れを作る。例えば、受動的撹拌要素106は、流れがフローチャンネル102で下方に流れる際に流体に渦を巻かせる、螺旋状にする効果を作り得る。いくつかの実施において、装置100は、流体の成分に機械的な損傷を引き起こすことなく、流体に撹拌を引き起こす。例えば、装置100の受動的撹拌要素106は、赤血球を出血または凝固させることなく膜103に向かって血液を動かし得る。
【００２５】
図3に例示されているように、受動的撹拌要素106を備える装置300は、受動的撹拌要素106を含まない装置200に比べると、より短い装置の長さで血液を完全に酸素化することができる。これはより短いチャンネルを可能にし、したがって、そのような受動的撹拌要素を持たないチャンネルよりも、より少ない血液を装置に注入することを可能にする。
【００２６】
図4A〜Jは、受動的撹拌要素106の、可能であり、非限定的な例の、上面図及び等角図を示す。図4A及び4Bは、交互の杉綾模様を例示する。このデザインは杉綾模様からなり、ここで杉綾模様の中心は、フローチャンネル102の長さにわたって、フローチャンネルの一方から他方に向けて移る。いくつかの実施において、交互の杉綾模様は、フローチャンネルの流体をフローチャンネルに入れさせ、第一の方向に回転させる。その後、流れている流体が別の杉綾模様に遭遇した時、この流体は、第一の回転方向とは反対の方向に回転させられる。例えば流体は、チャンネル102に入って層状に流れ、その後、連続するずれた杉綾模様に流体が遭遇するにつれて、時計回り及び反時計回りに回転が交互に変わり得る。いくつかの実施において、杉綾模様あたりのシェブロンの数及び／またはグループの数は、与えられた装置100の長さにわたって、特定のレベルの撹拌を作るように構成される。いくつかの実施において、杉綾模様は交互ではなく、フローチャンネルの長さにわたって一定である。これらの実施のうちのいくつかにおいて、杉綾模様の中心はチャンネルの中心であり、他の実施においては、パターンの中心はチャンネルに関して中心からずれている。
【００２７】
図4C及び4Dに示されるように、いくつかの実施において、斜めに走る隆起によって流体の撹拌がおこる。上述の杉綾模様に類似して、いくつかの実施において、斜めに走る隆起のパターンもまた、流体フローチャンネルの底から透過膜103に向かって流体を動かす、流体の渦巻き回転を形成する。いくつかの実施において、斜めに走る隆起の角度及び杉綾模様の角度は、約35〜約55度である。いくつかの実施において、隆起間の間隔は、約50μm〜約100μm、約100μm〜150μm、または約150〜約200μmである。いくつかの実施において、隆起の間隔は、2π/(チャンネルの幅)であり、したがって引き起こされた回転の直径は、チャンネルの幅または深さより短い。いくつかの実施において、上記実施の隆起は丸みを帯びている。
【００２８】
また他の実施において、受動的撹拌要素106は、流体を膜103に向けて動かす、渦巻き並びに他の高圧力部分及び低圧力部分を作るようにデザインされる。例えば、図4E及び4Fは、図3に示された実施のように、複数の隆起を含む。いくつかの実施において、隆起どうしは、約20μm〜約50μm、約50μm〜100μm、または約100μm〜500μm、離間している。
【００２９】
いくつかの実施において、受動的撹拌要素は、これに限られないが、ポスト、こぶ、傾斜部、くぼみ、円錐、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。図4G〜4Jは、可能なポスト及びこぶの実施を例示している。4G及び4Hに示される実施において、ポストの各列は、前の列から中心がずれている。これは、流体を上に動かすのに加えて、流体を横に撹拌する。他の実施において、図4I及び4Jに例示されるように、受動的撹拌要素は、前の列の受動的撹拌要素と整列している。
【００３０】
図5は、マイクロ流体装置を用いた血液の酸素化のための方法500のフローチャートである。まず、マイクロ流体装置が提供される(ステップ501)。続いて、部分的脱酸素化血液が、マイクロ流体装置の近位端に導入される(ステップ502)。部分的脱酸素化血液は、マイクロ流体装置の第一のチャンネルを通って流れ(ステップ503)、酸素がマイクロ流体装置の第二のチャンネルを通って流れる(ステップ504)。最後に、酸素化された血液が、マイクロ流体装置の遠位端で回収される(ステップ505)。
【００３１】
上述のように、そして図1を参照すると、部分的脱酸素化血液を酸素化するための方法500は、マイクロ流体装置を提供することから始まる(ステップ501)。いくつかの実施において、マイクロ流体装置は、上述の装置100に類似している。他の実施において、マイクロ流体装置は、複数の酸素チャンネル及び／または複数の血液フローチャンネルを含む。また他の実施において、マイクロ流体装置は、装置100に類似の装置のアレイである。また他の実施において、装置は、約500〜1000mL/分、約1〜4L/分、または約4〜5L/分の血液の流れを可能にするように構成されている。いくつかの実施において、装置は、約160〜約200mL/分で酸素が血液に移動するように構成されている。
【００３２】
次に、血液を酸素化する方法500は、部分的脱酸素化血液を、マイクロ流体装置の近位端に導入することに続く(ステップ502)。いくつかの実施において、血液は、患者から直接採取され装置に導入される。例えば、装置は、外科手術の最中に血液を酸素化する、心肺バイパスシステムの一部であり得る。他の実施において、血液は、採取され、保管され、そしてその後、後で酸素化される。例えば、血液は、献血で採取され、その後患者への輸血に先立って酸素化され得る。いくつかの実施において、血液は外部ポンプによって装置に能動的に注入され、他の実施において、血液は患者の心臓によって装置に注入される。
【００３３】
方法500は、部分的脱酸素化血液を、第一の血液フローチャンネルに流すことに続く（ステップ503)。上述のように、装置は、血液が装置の長さ方向へ移動する際にチャンネル内に撹拌を誘発する、少なくとも一つの受動的撹拌要素を含む。いくつかの実施において、血液は、血液希釈剤、例えばクマジンまたはヘパリンなどの薬物で希釈される。いくつかの実施において、血液フローチャンネルの壁は、抗血液凝固剤でコーティングされる。
【００３４】
第一の血液フローチャンネルに血液を流すのに応答して、方法500は、酸素を第一の酸素フローチャンネルに通すことに続く(ステップ504)。図1を参照すると、血液フローチャンネル及び酸素フローチャンネルは、透過膜で分離されている。酸素は、膜を通って拡散し、血液がチャンネルの長さ方向へ行くにつれて血液を酸素化する。いくつかの実施において、上述と類似の受動的撹拌要素によって、血液がチャンネル内で連続して撹拌される。いくつかの実施において、連続的撹拌は、異なる赤血球を、酸素が拡散できる膜近くの領域に連続的に曝露することにより、ある体積の脱酸素化血液をより効率的に酸素化する。他の実施において、膜はまた、二酸化炭素透過性であり、最初に脱酸素化血液内にある二酸化炭素は、酸素フローチャンネルに拡散する。また他の実施において、酸素及び血液は、異なる端部から始まって、マイクロ流体装置を通って流れる。例えば、血液は近位端から装置に入り得、酸素は装置の遠位端から装置に入り得る。
【００３５】
方法500は続き、マイクロ流体チャンネルの遠位端で酸素化された血液を回収する。いくつかの実施において、酸素化された血液は、血液を採取した患者に直接輸血される。他の実施において、血液は、採取され、後の輸血または実験のために保管される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図５】
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