(57)【要約】  ナノサイズの成分を含む１ミクロン未満の成分を溶液から取得するための採取器は、内側の穴を有するシリンダーと、シリンダーの一端部から延在するニードルと、内側の穴にニードルと反対側のシリンダーの端部において受容されているプランジャと、を有している。フィルタカートリッジがニードルとシリンダーとの間に配置されている。フィルタカートリッジは、２つの特定サイズ範囲の細孔を有する少なくとも１つの膜を保持している。溶液をシリンダー内へと引き込むプランジャの操作により、２つの特定サイズ範囲の間のサイズを有する１ミクロン未満又はナノサイズの成分を保持することが可能とされる。
2017512128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口部と、出口部と、第１の特定サイズ範囲の細孔を有する第１膜部と、第２の特定サイズ範囲の細孔を有する第２膜部と、を備えたフィルタカートリッジにおいて、
前記第１膜部と前記第２膜部は、前記第１膜部と前記第２膜部のうちの一方のみが前記入口部及び前記出口部と常に流体連通するように、前記入口部と前記出口部との間に選択的に位置決めされ得る、
フィルタカートリッジ。
【請求項２】
前記第１膜部と前記第２膜部は、単一の膜アセンブリに設けられている、
請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
【請求項３】
前記フィルタカートリッジは、前記膜アセンブリを受容する、選択的に位置決め可能な膜アセンブリホルダを有している、
請求項２に記載のフィルタカートリッジ。
【請求項４】
前記第１膜部は第１の膜アセンブリに設けられ、前記第２膜部は第２の膜アセンブリに設けられている、
請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
【請求項５】
前記フィルタカートリッジは、前記第１の膜アセンブリを受容する、第１の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダと、前記第２の膜アセンブリを受容する、第２の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダと、を有している、
請求項４に記載のフィルタカートリッジ。
【請求項６】
前記フィルタカートリッジはチャンバを更に備え、
前記第１の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダは、前記チャンバの一側に配置され、
前記第２の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダは、前記チャンバの反対側に配置されている、
請求項５に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項７】
第１の対向ギアが、前記第１の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダを備え、
第２の対向ギアが、前記第２の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダを備え、
前記各ギアは、前記第１膜部及び前記第２膜部のそれぞれを位置決めして前記チャンバを閉鎖するように回動可能である、
請求項５に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項８】
前記第１膜部と前記第２膜部は、それぞれ二次元材料からなるシートから構成されている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のフィルタカートリッジ。
【請求項９】
前記第１膜部と前記第２膜部の前記細孔のサイズは、それぞれ５乃至１０００オングストロームであり、
前記第１膜部と前記第２膜部のうちの一方の細孔は、前記第１膜部と前記第２膜部のうちの他方の細孔より大きい、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１０】
内側の穴を有するシリンダーであって、前記穴の直径が当該シリンダーのネック部の端部において縮径している、シリンダーと、
前記ネック部の端部の反対側の前記シリンダーの端部において前記内側の穴に受容されているプランジャと、
ニードルと、
前記ニードルと前記シリンダーとの間に保持されたフィルタカートリッジであって、第１の特定サイズ範囲の細孔を有する第１膜部と、第２の特定サイズ範囲の細孔を有する第２膜部とを有するフィルタカートリッジと、
を備えた、１ミクロン未満の成分を溶液から取得するための採取器において、
前記第１膜部と前記第２膜部は、前記第１膜部と前記第２膜部のうちの一方のみが前記ニードル及び前記シリンダーと常に流体連通するように、前記ニードルと前記シリンダーとの間に選択的に位置決めされ得る、
採取器。
【請求項１１】
前記第１膜部と前記第２膜部は、単一の膜アセンブリに設けられている、
請求項１０に記載の採取器。
【請求項１２】
前記フィルタカートリッジは、前記膜アセンブリを受容する、選択的に位置決め可能な膜アセンブリホルダを有している、
請求項１１に記載の採取器。
【請求項１３】
前記第１膜部は第１の膜アセンブリに設けられ、前記第２膜部は第２の膜アセンブリに設けられている、
請求項１０に記載の採取器。
【請求項１４】
前記フィルタカートリッジは、前記第１の膜アセンブリを受容する、第１の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダと、前記第２の膜アセンブリを受容する、第２の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダと、を有している、
請求項１３に記載の採取器。
【請求項１５】
前記フィルタカートリッジは、更に、
チャンバと、
前記チャンバの一側に配設された前記第１の膜アセンブリと、
前記チャンバの反対側に配設された前記第２の膜アセンブリと、を備えている、
請求項１４に記載の採取器。
【請求項１６】
前記第１膜はノズルに最も近接して配置されており、
前記第１の特定サイズ範囲は前記第２の特定サイズ範囲より大きい、
請求項１５に記載の採取器。
【請求項１７】
第１対向ギアが、前記第１の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダを備え、
第２対向ギアが、前記第２の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダを備え、
前記各ギアは、前記第１膜部及び前記第２膜部のそれぞれを位置決めして前記チャンバを閉鎖するように回動可能である、
請求項１５に記載の採取器。
【請求項１８】
前記第１膜部と前記第２膜部は、それぞれ二次元材料からなるシートを備えている、
請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の採取器。
【請求項１９】
前記第１膜部の前記孔及び前記第２膜部の前記細孔のサイズは、それぞれ５オングストローム乃至１０００オングストロームであり、
前記第１膜部と前記第２膜部のうちの一方の細孔は、前記第１膜部と前記第２膜部のうちの他方の細孔より大きい、
請求項１０乃至１８のいずれか一項に記載の採取器。
【請求項２０】
請求項８乃至１６のいずれか一項に記載の採取器を準備する工程と、
溶液を、第１の特定細孔サイズ範囲を有する第１膜部及び第２の特定細孔サイズ範囲を有する第２膜部に通過させて、前記２つの特定サイズ範囲の間のサイズを有する１ミクロン未満の成分を保持する工程と、
を備えた、所定のサイズ範囲を有する１ミクロン未満の成分を溶液から取得する方法。
【請求項２１】
前記溶液を少なくとも１つの前記膜に通過させる前に、プランジャをシリンダーに配置してニードルを前記溶液に差し込む工程、
を更に備えた請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の特定の細孔サイズを有する前記第１膜部を前記ニードルと前記シリンダーとの間に選択的に位置決めする工程と、
前記シリンダーに支持されたプランジャを引いて前記溶液を前記第１膜部に通過させ、これにより、前記第１の特定細孔サイズ範囲よりも小さい１ミクロン未満の成分が前記シリンダーに導入される工程と、
前記第２の特定の細孔サイズを有する前記第２膜部を前記ニードルと前記シリンダーとの間に選択的に位置決めする工程と、
前記第１の特定孔サイズ範囲及び前記第２の特定細孔サイズ範囲との間のサイズを有する成分がシリンダーに保持されるように、前記プランジャを押して、前記第２の特定細孔サイズ範囲よりも小さい、１ミクロン未満の導入された成分を前記シリンダーから出す工程と、
を更に備えた請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記シリンダーに保持された成分を取り出す工程、
を更に備えた請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記フィルタカートリッジはチャンバを更に備え、前記第１の膜アセンブリは前記チャンバの一側に配設され、前記第２の膜アセンブリは前記チャンバの反対側に配設されている方法において、
プランジャを前記シリンダーに配置する工程と、
前記ニードルを前記溶液に差し込む工程と、
前記プランジャを第１の距離だけ引いて、前記第１膜部を介して前記溶液を前記チャンバへと引き込む工程と、
を更に備えた請求項２０乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ニードルを前記溶液から取り出す工程と、
前記プランジャを第２の距離だけ引いて、前記溶液を前記第２膜部を介して前記シリンダーへと更に引き込み、前記２つの特定サイズ範囲の間のサイズを有する１ミクロン未満の成分が前記チャンバに保持される工程と、
を更に備えた請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ナノサイズの成分が取得される、
請求項２０乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１膜又は第２膜、若しくは前記第１膜部又は第２膜部は、グラフェンをベースとする材料から構成されている、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の装置、又は請求項２０乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１膜又は第２膜、若しくは前記第１膜部又は第２膜部は、グラフェンから構成されている、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の装置、又は請求項２０乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年２月２８日出願の米国特許出願番号１４／１９３，００７号の一部継続出願であり、当該出願は参照によりその全体が本明細書に取り込まれる。
【０００２】
本発明は、概して採取器に関する。具体的には、本発明は、ナノサイズの材料を含む１ミクロン未満の材料を溶液から捕捉する採取器に関する。より具体的には、本発明は、特定サイズ範囲の分子を選択的に収集するための細孔サイズを有する膜を備えた採取器に関する。
【背景技術】
【０００３】
最新の医療検査技術は高度に専門的であり、検査を実施するために多くの個別の装置や方策が必要である。医療検査において、ウィルス、細菌又は毒素等の特定物質の試験や定量評価分析を行うことが望ましい。現行のテスト方法は、効果的ではあるけれどもいくつかのデメリットも有する電気化学的技術及び医薬技術に依存している。
【０００４】
十分理解されているように、評価分析とは、ターゲット（標的）実在物の存在や量又は機能的活動を定性的に査定し又は定量的に測定する医学的検査、薬理学、環境生物学及び分子生物学における調査／分析行為である。ターゲット実在物は、検体、又は分析の測定量又はターゲットと称されることもある。換言すれば、ターゲット実在物は、溶液又は他の媒体に含まれており、ターゲット実在物を更に分析可能とするために、ターゲット実在物は選択的に蓄積されなくてはならない。評価分析プロセスとしての１つの重要なプロセスは、更なる分析のためにサンプルを収集することである。現行のシステムでは、選択されたサイズ範囲の分子を迅速且つ明確な態様で収集することはできない。例えば、直径１５乃至２５ナノメートルのサイズ範囲の分子を分析することが望ましい場合がある。過去の方法では、２５ナノメートルまでの分子を収集することしかできず、したがって直径１５ナノメートル未満のサイズの分子が更に収集されるであろうが、このような不適切な小さいサイズの分子はサンプルの検査を混乱させてしまうことがある。例えば、特定物質の存在のための一般的な試験として、病原体を血漿から分離することが望ましいことがある。実際に、巨大分子（例えば重金属毒素）、タンパク質（例えば狂牛病の原因となるプリオン）、及びインフルエンザやＨＩＶを含む特定のウィルスは、１０オングストローム乃至１０００オングストロームのサイズ分布における特定の帯域を占めている。
【０００５】
したがって、当技術分野において、特定サイズ範囲の材料を選択的に取得することができる採取器に対する必要性が存在している。更に、当技術分野において、ナノメートル範囲のサイズの分子を選択的に取得する必要性が存在している。
【発明の概要】
【０００６】
上記に鑑みて、本発明の態様は、選択的な評価分析のためのナノサイズの材料を取得するための採取器、及び関連する使用方法を提供することである。
【０００７】
本発明の他の態様は、ナノサイズの成分を溶液から取得するための採取器を提供することである。この採取器は、シリンダー内部を有するシリンダーと、シリンダーの一端部から延在するニードルと、ニードルと反対側のシリンダーの端部においてシリンダー内部に受容されたプランジャと、ニードルとシリンダーとの間に保持されたフィルタカートリッジと、を備えている。フィルタカートリッジは、２つの特定サイズ範囲の細孔を有する少なくとも１つの膜を保持している。溶液をシリンダー内部に引き込むプランジャの操作により、前記２つの特定サイズ範囲の間のサイズを有するナノサイズの成分を得ることが可能となる。
【０００８】
本発明の更に他の態様は、所定のサイズ範囲を有する１ミクロン未満又はナノサイズの成分を溶液から取得するための方法を提供する。この方法は、フィルタカートリッジを有する採取器を準備する工程であって、フィルタカートリッジは採取器のニードルとシリンダーとの間に保持されている工程と、フィルタカートリッジに保持された少なくとも１つの膜をニードルとシリンダーとの間に位置決めする工程であって、少なくとも１つの膜は２つの特定サイズの細孔を有している工程と、溶液を、第１の特定細孔サイズ範囲を有する少なくとも１つの膜と、第２の特定細孔サイズ範囲を有する少なくとも１つの前記膜に通過させて、２つの特定サイズ範囲の間のサイズを有する１ミクロン未満又はナノサイズの成分を保持する工程と、を備えている。更なる実施形態において、プランジャの移動により生成される求心力に代えて、遠心力がフィルタリングの実施に利用される。
【０００９】
本発明の更なる態様は、入口部と、出口部と、第１の特定サイズ範囲の細孔を有する第１膜部と、第２の特定サイズ範囲の細孔を有する第２膜部と、を備えたフィルタカートリッジにおいて、前記第１膜部と前記第２膜部は、前記第１膜部と前記第２膜部のうちの一方のみが前記入口部及び前記出口部と常に流体連通するように、前記入口部と前記出口部との間に選択的に位置決めされ得る、フィルタカートリッジを提供する。前記第１膜部と前記第２膜部は、単一の膜アセンブリに設けられ得る。或いは、第１及び第２膜部は、第１及び第２の膜アセンブリにそれぞれ設けられ得る。一実施形態において、入口部と出口部との間に膜部を通過する流体の流れ用の流路があるとき、膜部は入口部及び出口部と流体連通している。
【００１０】
一実施形態において、フィルタカートリッジは、前記単一の膜アセンブリを受容する選択的に位置決め可能な膜アセンブリホルダを有している。他の実施形態において、フィルタカートリッジは、第１膜及び第２膜アセンブリをそれぞれ受容する第１の膜アセンブリホルダ及び第２の膜アセンブリホルダを有している。より具体的な実施形態において、膜アセンブリホルダは回動可能である。
【００１１】
一実施形態において、フィルタカートリッジは、第１の側と、反対側の第２の側とを有するチャンバを更に備えている。一実施形態において、前記第１の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダは、前記チャンバの一側に配置され、前記第２の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダは、前記チャンバの反対側に配置されている。一実施形態において、第１の対向ギアが、前記第１の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダを備え、第２の対向ギアが、前記第２の選択的に回動可能な膜アセンブリホルダを備え、前記各ギアは、前記膜部のそれぞれを位置決めして前記チャンバを閉鎖するように回動可能である。
【００１２】
具体的な実施形態において、前記第１膜部と前記第２膜部は、それぞれ二次元材料からなるシートから構成されている。具体的な実施形態において、第１膜部と第２膜部のそれぞれは、グラフェンをベースとした材料から構成されている。具体的な実施形態において、第１膜部と第２膜部のそれぞれは、グラフェンから構成されている。
【００１３】
具体的な実施形態において、第１膜部と第２膜部における細孔のサイズは、それぞれ５乃至１０００オングストロームである。具体的な実施形態において、第１膜部における細孔のサイズは、第２膜部における細孔よりも大きい。具体的な実施形態において、第１膜部と第２膜部は単一の膜に配置されており、この単一の膜の配向により、本明細書で記載されるような第１膜部及び第２膜部の位置決めが可能とされる。一実施形態において、第１膜部と第２膜部は、別々の膜に配置されている。一実施形態において、第１膜部と第２膜部は、間にチャンバを有する別々の離間した膜に配置されている。一実施形態において、第１膜部及び第２膜部は別々の離間した膜に配置されており、第１又は第２膜のそれぞれは、入口部又は出口部を通過する流れを遮断することにより入口部又は出口部と流体連通していない。
【００１４】
他の態様において、本発明は、上述のフィルタカートリッジを備えた、１ミクロン未満又はナノサイズの成分を溶液から取得するための採取器を提供する。
【００１５】
関連する態様において、本発明は、内側の穴を有するシリンダーであって、前記穴の直径が当該シリンダーのネック部の端部において縮径しているシリンダーと、前記ネック部の端部の反対側の前記シリンダーの端部において前記内側の穴に受容されているプランジャと、ニードルと、前記ニードルと前記シリンダーとの間に保持されたフィルタカートリッジであって、第１の特定サイズ範囲の細孔を有する第１膜部と、第２の特定サイズ範囲の細孔を有する第２膜部とを含むフィルタカートリッジと、を備えた、１ミクロン未満の成分を溶液から取得するための採取器において、前記第１膜部と前記第２膜部は、前記第１膜部と前記第２膜部のうちの一方のみが前記ニードル及び前記シリンダーと常に流体連通するように、前記前記ニードルと前記シリンダーとの間に選択的に位置決めされ得る採取器を提供する。
【００１６】
他の態様において、本発明は、上述の採取器を準備する工程と、第１の特定細孔サイズ範囲を有する第１膜部及び第２の特定細孔サイズ範囲を有する第２膜部に溶液を通過させて、前記２つの特定サイズ範囲の間のサイズを有する１ミクロン未満の成分を保持する工程と、を備えた、所定のサイズ範囲を有する１ミクロン未満の成分を溶液から取得する方法を提供する。
【００１７】
本発明の他の態様は、図面及び明細書に記載の詳細な説明を参照することにより、当業者に明らかであろう。
【００１８】
本発明の上述及び他の特徴及び利点は、以下の説明、別記の請求項、及び添付図面を参照してよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の概念に基づいて作製された採取器を示す部分切欠き斜視図。
【図１Ａ】本発明の概念に基づくフィルタカートリッジを全体的に表示する採取器の詳細図。
【図２】本発明の概念に基づくフィルタカートリッジに使用されるグラフェンシートの概略図。
【図３】本発明の概念に基づくフィルタカートリッジに使用される膜アセンブリの斜視図。
【図３Ａ】膜アセンブリの展開斜視図。
【図４】本発明の概念に基づく採取器の断面図。
【図４Ａ】フィルタカートリッジの詳細図。
【図５】本発明の概念に基づく採取器の分解斜視図。
【図６】本発明の概念に基づいて作製された採取器を示す部分切欠き斜視図。
【図６Ａ】切欠部の詳細図。
【図７Ａ】本発明の概念に基づく採取器の操作段階図。
【図７Ｂ】本発明の概念に基づく採取器の操作段階図。
【図７Ｃ】本発明の概念に基づく採取器の操作段階図。
【図７Ｄ】本発明の概念に基づく採取器の操作段階図。
【図７Ｅ】本発明の概念に基づく採取器の操作段階図。
【図７Ｆ】本発明の概念に基づく採取器の操作段階図。
【図８】本発明の概念に基づいて作製された別の採取器の断面図。
【図８Ａ】本発明の概念に基づいて作製された別のフィルタカートリッジの詳細図。
【図８Ｂ】本発明の概念に基づく別のフィルタカートリッジに組み込まれるギアの正面図。
【図９】本発明の概念に基づいて作製された別の採取器の展開斜視図。
【図９Ａ】本発明の概念によるフィルタカートリッジの一部である取り外し可能なチャンバの詳細図。
【図１０】本発明の概念に基づいて作製された別の採取器の展開斜視図。
【図１１Ａ】本発明の概念に基づく別の採取器のフィルタカートリッジにおいて使用される膜アセンブリ。
【図１１Ｂ】本発明の概念に基づく別の採取器のフィルタカートリッジにおいて使用される別の膜アセンブリ。
【図１２Ａ】本発明の概念に基づく別の採取器の操作段階図。
【図１２Ｂ】本発明の概念に基づく別の採取器の操作段階図。
【図１２Ｃ】本発明の概念に基づく別の採取器の操作段階図。
【図１２Ｄ】本発明の概念に基づく別の採取器の操作段階図。
【図１２Ｅ】本発明の概念に基づく別の採取器の操作段階図。
【図１２Ｆ】本発明の概念に基づく別の採取器の操作段階図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
一態様において、本発明は、皮下又は他のタイプの採取器であって、採取器のニードルとシリンダー（barrel）との間に交換可能なフィルタカートリッジを設けられた採取器に関する。カートリッジは交換可能又は取り外し可能であり得るとともに、異なる穿孔サイズを有する１ミクロン未満又はナノフィルタを含む１つ又は複数の膜を有し得る。簡潔に言えば、本装置の操作は以下の工程において実施される。穿孔サイズＡを有する膜を採取器内に配置する。血漿等の試料をこの膜を介して採取器内に導入する。膜は、穿孔サイズＡより概して大きい粒子や溶解分子を拒絶しつつ、穿孔サイズＡと概して等しい又はこれより小さい材料の通過を許容する。穿孔サイズＡより小さい穿孔サイズＢを有する別のフィルタを、採取器内に配置する。次いで、採取器が操作され、これにより採取器に残る内容物は、穿孔サイズＢと穿孔サイズＡとの間の寸法を有する分子材料のみを含むこととなる。したがって、選択された１ミクロン以下又はナノサイズの材料は、特定サイズ範囲を有することができ、そしてこの材料を更に評価したり処理したりすることができる。本明細書において、「溶液」という用語は、概して、採取器に採取可能であるような実質的に液体の材料を指すために使用されるが、材料という用語又は他の類似の用語でも称され得る。「溶液」は、イオン（カチオン又はアニオン）、分子（小分子、又はペプチド、タンパク質核酸（ＲＮＡ、ＤＮＡ）、多糖、デンプン、毒素、ウィルス、及び他の生物高分子等の生体分子）、又はフィルタカートリッジに補足することが望まれる他の同等のサイズを有する材料等の成分を含有している。「溶液」とは、その中に溶解している分子又はイオンを含む水やアルコール、又はこれらの混合体等の溶媒、又は成分がその中に懸濁している及び／又は溶解している懸濁液であり得る。例えば、血液サンプルは、ナノサイズの成分とナノサイズより大きい成分とを含有し得る。そして、このような「溶液」は、溶解成分や懸濁成分を含有し得る。
【００２１】
一実施形態において、本発明は、一般的に、液体（水、アルコール等の溶媒、又はこれらの混合体）に含まれる、約１００ｎｍ（１０００オングストローム）までのサイズ範囲を有する成分（イオン、分子、粒子、ウイルス等）であるナノサイズの成分の補足に関する。
【００２２】
本発明は、１ミクロン未満又はナノサイズの成分の分離を達成するために、膜部及び複数の細孔を有する二次元材料からなる膜を利用する。本発明において有用な二次元材料の変形例は本技術分野において公知である。多くの実施形態において、二次元材料は、グラフェン、硫化モリブデン、又は窒化ホウ素からなる。一実施形態において、二次元材料は、グラフェンをベースとした材料である。より具体的な実施形態において、二次元材料はグラフェンである。本発明の開示の実施形態によるグラフェンは、単層グラフェン、複層グラフェン、又はこれらの組合せを含み得る。また、拡大された二次元分子構造を有する他のナノ材料も、本発明の開示の種々の実施形態における二次元材料を構成し得る。例えば、硫化モリブデンは、二次元分子構造を有する代表的なカルコゲニドであるが、他の様々なカルコゲニドが本発明の開示の実施形態における二次元材料を構成し得る。特定の応用に好適な二次元材料の選択は、グラフェン又は他の二次元材料が最終的に分散される化学的及び物理的環境を含む多くのファクターによって決定され得る。
【００２３】
一実施形態において、膜において有用な二次元材料は、グラフェンをベースとした材料（グラフェンベース材料）からなるシートである。グラフェンベース材料は、単層グラフェン、複層グラフェン、又は相互接続された単層又は複層グラフェンのドメイン、及びこれらの組合せを含むがこれらに限定されない。一実施形態において、グラフェンベース材料は、また、単層又は複層グラフェンシートを積層することにより形成された材料を含む。いくつかの実施形態において、複層グラフェンは、２乃至２０個の層、２乃至１０個の層、又は２乃至５個の層を含む。いくつかの実施形態において、グラフェンは、グラフェンベース材料における主要材料である。例えば、グラフェンベース材料は、少なくとも３０％のグラフェン、又は少なくとも４０％のグラフェン、又は少なくとも５０％のグラフェン、又は少なくとも６０％のグラフェン、又は少なくとも７０％のグラフェン、又は少なくとも８０％のグラフェン、又は少なくとも９０％のグラフェン、又は少なくとも９５％のグラフェンから構成される。いくつかの実施形態において、グラフェンベース材料は、３０％乃至９５％、４０％乃至８０％、５０％乃至７０％、６０％乃至９５％、又は７５％乃至１００％から選択された範囲のグラフェンから構成される。
【００２４】
本明細書において、「ドメイン」とは、原子が均一に配置されて結晶格子を構成している材料の領域を指す。あるドメインはその境界内で均一であるが、隣接する領域から異なっている。例えば、単一の結晶材料は、単一の配置原子ドメインを有している。一実施例において、グラフェンドメインの少なくともいくつかは１乃至１００ｎｍ又は１０−１００ｎｍのドメインサイズを有するナノ結晶である。一実施例において、グラフェンドメインの少なくともいくつかは、１００ｎｍ乃至１ミクロン、又は２００ｎｍ乃至８００ｎｍ、又は３００ｎｍ乃至５００ｎｍより大きいドメインサイズを有している。結晶学的欠損により各ドメインの縁部に形成された「粒界」が、隣接する結晶格子同士を区別する。いくつかの実施形態において、第１結晶格子は、シート面に対して直交する軸を中心とした回転により、第２結晶格子に対して回転され得る。これにより、これら２つの格子は、「結晶格子配向」において異なることとなる。
【００２５】
一実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートは、単層又は複層グラフェン又はこれらの組合せからなるシートを備えている。一実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートは、単層又は複層グラフェン又はこれらの組合せからなるシートである。別の実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートは、複数の相互接続された単層又は複層グラフェンドメインを備えたシートである。一実施形態において、相互接続されたドメインは、互いに共有結合されてシートを形成している。シートにおけるドメインが結晶格子配向において異なる場合、シートは多結晶質である。
【００２６】
いくつかの実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートの厚さは、０．３４乃至１０ｎｍ、０．３４乃至５ｎｍ、又は０．３４乃至３ｎｍである。一実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートは、固有欠損を有している。固有欠損とは、グラフェンベース材料からなるシート又はグラフェンからなるシートに選択的に導入される穿孔に対して、グラフェンベース材料の調製に起因するものである。このような固有欠損には、格子異常、孔、裂傷、亀裂又は皺傷が含まれるがこれらに限定されない。格子異常には、６個以外の員環（例えば、５、７又は９個の員環）を有する炭素環、空孔、（非炭素原子包含格子を含む）格子間欠損、及び粒界が含まれ得るがこれらに限定されない。
【００２７】
一実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートの膜又は膜部は、更に、グラフェンベース材料のシートの表面に配置された非グラフェン炭素をベースとする材料（非グラフェン炭素ベース材料）から構成されている。一実施形態において、非グラフェン炭素ベース材料は長い領域オーダーを有さず、非晶質として分類され得る。いくつかの実施形態において、非グラフェン炭素ベース材料は、炭素及び／又は炭化水素以外の元素を更に備えている。非グラフェン炭素に含有され得る非炭素元素には、水素、酸素、ケイ素、銅及び鉄が含まれるがこれらに限定されない。いくつかの実施形態において、非グラフェン炭素ベース材料は炭化水素から構成される。いくつかの実施形態において、炭素は非グラフェン炭素ベース材料における主要材料である。例えば、非グラフェンベース材料は、少なくとも３０％の炭素、又は少なくとも４０％の炭素、又は少なくとも５０％の炭素、又は少なくとも６０％の炭素、又は少なくとも７０％の炭素、又は少なくとも８０％の炭素、又は少なくとも９０％の炭素、又は少なくとも９５％の炭素から構成される。いくつかの実施形態において、非グラフェン炭素ベース材料は、３０％乃至９５％、又は４０％乃至８０％、又は５０％乃至７０％の選択された範囲の炭素から構成される。
【００２８】
本明細書において、孔が意図的に形成されている二次元材料を、例えば、「穿孔グラフェンベース材料」、「穿孔二次元材料」、又は「穿孔グラフェン」のように、「穿孔（された）」と称する。本発明の開示は、また、穿孔グラフェン、穿孔グラフェンベース材料、及び、約５乃至約１００オングストロームのサイズ範囲を有する複数の細孔（又はホール）を含む他の穿孔二次元材料に関する。更なる実施形態において、孔のサイズは、１００ｍｎ乃至１０００ｎｍ、又は１００ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲に亘っている。本発明の開示は、更に、穿孔グラフェン、穿孔グラフェンベース材料、及び約５乃至１０００オングストロームのサイズ範囲を有する複数の孔を含む他の穿孔二次元材料であって、１−１０％のサイズ偏差又は１−２０％のサイズ偏差を含むがこれに限定されない狭いサイズ分布を有する他の穿孔二次元材料に関する。一実施形態において、孔の特有の寸法は５乃至１０００オングストロームである。円形の孔に関して、特有の寸法とは孔の直径である。非円形孔に関する実施形態において、特有の寸法とは、孔における最大距離、孔における最小距離、孔における最小距離及び最小距離の平均、又は細孔の面内領域に基づく同等の直径として捉えられる。本明細書で使用されるように、穿孔グラフェンベース材料には、非炭素原子が細孔の縁部において含まれている材料が含まれる。
【００２９】
図１を参照すると、本発明の概念に基づく採取器が、全体として符号２０により示されている。採取器２０は、管状構成を有するシリンダー２２を有している。シリンダー２２は、ニードル端部２６と反対側のプランジャ端部２４を有している。シリンダー２２は、開放内部２８を有している。フランジ３０は、プランジャ端部２４から径方向に延在している。
【００３０】
プランジャ３４が、摺動可能にシリンダー２２に受容されている。プランジャ３４は、一端部にプランジャ先端部３６を有している。プランジャ先端部３６は、内部２８において摺動移動が可能とされるようなサイズの外径を有している。プランジャ先端部３６のサイズは、内部２８から材料が移動しないようとするのに十分なシールを形成するとともに、プランジャが引かれるとニードル端部２６において吸引力を生じさせるようなものとされていることが当業者に理解されるであろう。押圧端部３８が、プランジャ先端部３６の反対側にある。押圧端部３８はユーザにより又は自動機構その他により、プランジャ先端部３６を所望の方向において移動させるように操作され得ることが当業者に理解されるであろう。シリンダー内部のプランジャ以外の吸引機構を、本明細書に開示されるような細孔を有する膜を介して材料を押し出す又は引き込むために利用してもよい。
【００３１】
フィルタカートリッジ４０が、シリンダー２２のネック部の端部２６に保持されている。以下に詳述するように、フィルタカートリッジ４０は、分子等の所望のサイズの成分又は分子等のサイズ範囲の成分を、内部２８又は適当なチャンバに保持することができるように、移動可能及び／又は交換可能であり得る。この保持方法の詳細、及びフィルタカートリッジの関連する構造的な特徴は、追って以下の説明に記載される。
【００３２】
ハブ４４が、シリンダーのニードル端部２６の反対側においてフィルタカートリッジ４０の端部に接続されている。ニードル開口部５２を有するニードル５０が、ハブ４４から延在している。
【００３３】
採取器２０は、概して標準的な採取器と同様に動作する。最初に、プランジャ先端部３６を、フィルタカートリッジ４０に可能な限り近接した位置まで移動させる。ニードル５０を、分子材料を有する溶液を含む溶液に差し込み、次いでプランジャ又は押圧端部３８を移動させて、これにより、溶液がニードル開口部を介して、次いでフィルタカートリッジ４０を介して、そしてシリンダー内部２８へと引き込まれる吸引力が生成される。
【００３４】
図２を参照すると、膜が全体として符号６０で示されている。膜６０は、フィルタカートリッジ４０に支持されて独特の構造的及び操作的特徴を提供する。
【００３５】
研究開発努力により、グラフェン等の二次元材料の形成、及び、特に、膜として利用され得るグラフェン材料からなる一貫性を有する均一のシート及び／又は長さを比較的大量に生産可能な製造方法がもたらされた。
【００３６】
膜６０は、二次元材料からなるシートから構成されている。種々の実施形態において、二次元材料は、グラフェン、硫化モリブデン、又は窒化ホウ素からなる。より具体的な実施形態において、二次元材料はグラフェンである。種々の実施形態において、二次元材料は、グラフェンベース材料からなるシートから構成されている。一実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートは、単層又は複層グラフェンからなるシート、又は複数の相互接続された単層又は複層グラフェンドメインからなるシートから構成されている。いくつかの実施形態において、複層グラフェンドメインは、２乃至５個の層、又は２乃至１０個の層を有している。一実施形態において、グラフェンベース材料からなるシートを備えた層は、更に、グラフェンベース材料からなるシートの表面に配置された非グラフェン炭素ベース材料から構成されている。一実施形態において、非グラフェン炭素ベース材料の量は、グラフェンの量より少ない。いくつかの実施形態において、グラフェンベース材料におけるグラフェンの量は、６０％乃至９５％、又は７５％乃至１００％である。
【００３７】
一実施形態において、膜は、相互接続された六角形のリングで表される格子又は層の形状にあり得るグラフェンからなるシートから構成されている。開示された実施形態において、グラフェンシートは、炭素原子の単層、又は「数層グラフェン」と称されることもある炭素原子の複層から構成され得る。より大きい厚さ及びこれに対応するより大きい強度を有する単層又は複層グラフェンシートが形成され得ることが当業者に理解されるであろう。複数のグラフェンシートを、シートが成長又は形成される複数の層において提供可能である。或いは、複数のグラフェンシートを、単層グラフェン又は数層グラフェンであり得るシートを上下に積層又は配置することにより達成可能である。本明細書で開示される全ての実施形態に関して、単一のグラフェンシート又は複数のグラフェンシートを使用することができ、積層されたシートを何個でも使用することができる。複層グラフェンは、自己接着性によりその完全性を維持して機能することが、実験によりわかっている。これによりシートの強度が向上する。図２に示すように、膜６０の炭素原子が、６個の炭素原子から構成される、炭素原子のハニカム格子を形成する六角リング構造の反復パターンを画成し得る。格子間細孔６２が、シートにおいて６個の炭素原子からなる各リング構造により形成され得る。この格子間細孔は、直径において１ナノメートル未満である。実際に、格子間細孔は、その最長寸法において約０．２３ナノメートル（２．３オングストローム）であると信じられていることが当業者に理解されるであろう。図２にはグラフェンシートの理想的な構成が示されているが、炭素原子の他の炭素原子への不完全な結合が１つ又は複数のシートにおける対応する不完全性の原因となり得るとともに、これにより格子間細孔のサイズが変わり得ることが当業者に理解されるであろう。
【００３８】
開示された実施形態に関して、膜６０は、２つの異なる細孔サイズを有し得る。具体的には、膜６０は、格子間細孔より比較的大きい細孔６４（１つのみが図示されている）を有し得る。このような細孔６４は、５オングストローム乃至１０００オングストローム（０．５ｎｍ乃至１０ｎｍ）の範囲に亘り得る。また、膜６０は、細孔６４より比較的大きい細孔６６（１つのみが図示されている）を有している。説明される実施形態のいずれにおいても、細孔６６のサイズは、５オングストローム乃至１０００オングストローム（０．５ｎｍ乃至１００ｎｍ）またはこれ以上の範囲に亘り得る。理解されるように、開示された採取器の実施形態における細孔サイズは、重複しないが互いに関連し合っている。更に、細孔サイズは、所与の範囲内であり得る。非制限的な例として、細孔６４は１０乃至１５オングストロームのサイズであり得るのに対し、細孔６６は４５乃至５０オングストロームのサイズであり得る。したがって、４０オングストロームまでの異なるサイズの一連の分子や他の種を取得することができる。非制限的な例として、細孔６４は１０乃至２０オングストロームのサイズであり得るのに対し、細孔６６は９０乃至１００オングストロームのサイズであり得る。したがって、８０オングストロームまでの異なるサイズの一連の分子や他の種を取得することができる。非制限的な例として、細孔６４は３０乃至４０オングストロームのサイズであり得るのに対し、細孔６６は６０乃至７０オングストロームのサイズであり得る。したがって、３０オングストロームまでの異なるサイズの一連の分子や他の種を取得することができる。非制限的な例として、細孔６４は１０乃至２０オングストロームのサイズであり得るのに対し、細孔６６は１０００オングストローム以上のサイズであり得る。したがって、１０−２０オングストロームの細孔を通過するように十分小さい分子や他の種が除去可能とされるとともに、より大きいナノサイズの分子や他の種が保持可能とされる。更なる実施形態において、より小さい細孔は０．５ｎｍ乃至１００ｎｍであり、より大きいサイズの細孔は２００ｎｍ乃至５００ｎｍである。したがって、１００ｎｍの細孔を通過するように十分小さい分子や他の種が除去可能とされるとともに、より大きい１ミクロン未満の分子や他の種が保持可能とされる。２つの膜の間に保持されない１ミクロン未満又はナノサイズの成分が、そのサイズにより他の成分から効果的に分離され、所望の応用例において採用され得ることが容易に理解されるであろう。当然ながら、より小さい又はより大きい範囲を得ることができる。あるいくつか実施形態において、細孔６４の範囲は最小に維持されることが好ましいが、細孔６４のより広い範囲が特定の応用例において許容され得る。同様に、細孔６６のサイズ範囲も、所定の範囲において異なるサイズ範囲を有し得る。
【００３９】
細孔６４及び６６を画成する炭素原子に対して、特定の機能を付与する処理をしてもよいことが当業者に理解されるであろう。例えば、ある成分が膜を通過することを許容又は促進し、好ましくない成分の通過を阻む又は妨害するように、溶液に含まれる成分の通過を阻む／妨害する、又は引き付ける／促進するようにしてもよい。例えば、マイナスに帯電したカルボキシレート基（−ＣＯＯ−）等の構成成分により機能付与された細孔は、プラスに帯電した（陽イオンの）種を阻む又は妨害することができる。
【００４０】
細孔を生成する及び細孔に機能付与する種々の方法が開発されており、これらを本明細書で開示される採取器に使用される膜を得るように利用することができる。
【００４１】
図３及び３Ａを参照すると、膜アセンブリが全体として符号７０により示されている。膜アセンブリ７０はフィルタカートリッジ４０に支持されるとともに、膜６０が２つのメッシュ材料スクリーン７２Ａ及び７２Ｂの間に挟持されるように構成されている。各スクリーン７２Ａ／７２Ｂは対応するスクリーン開口部７４Ａ／７４Ｂを有しており、これらは膜６０が有する細孔６４／６６より顕著に大きい。多くの実施形態において、スクリーン７２は膜６０に構造的支持を提供するように設けられた不織布材料であり得る。開口部７４と膜６０の細孔６４／６６とは特に整列しているものではないということが理解されるであろう。この特定の実施形態において、唯一の特別な制限は、細孔６４が膜６０の一方の側、一部分又は半部に配置されているのに対し、他方の細孔６６が他方の側、他の部分又は他の半部に配置されているということである。細孔６４を有する部分と細孔６６を有する部分が等しくある必要はない。以下の説明から明らかになるように、異なるサイズの細孔を２つの側、２つの部分又は２つの半部に隔離するメリットが明らかになるであろう。膜アセンブリ７０は、楕円形又は他の非円形形状を有し得る。
【００４２】
図４−６を参照すると、フィルタカートリッジ４０の詳細が示されている。フィルタカートリッジ４０は、シリンダー内部２８のニードル端部に、又はそのごく近傍に受容され得る。具体的には、ニードル端部２６は、全体として符号８０により示されるネック部を備えている。ネック部８０はシリンダー内部２８から軸方向に延在しているとともに、内方に延在するリム８２を有している。リム８２は、シリンダー内部及びニードル開口部５２と同軸のリム開口部８４を有している。ネック部８０は、このネック部から径方向外方に延在する環状突起８６を有している。また、ネック部８０はネック部端部８８を有している。図５に最も良く示されるように、ネック部端部８８はネック切欠９０を有している。切欠９０は、ネック部端部８８に連結された対向する側面９２と、側面９２同士を互いに連結するノッチ端部９４とを有している。ネック部８０は実質的に管状であり、切欠９０は約１５乃至３５度の開口部を提供している。開口部の他のサイズが可能であり、そのような開口は１０乃至９０度の範囲に亘り得ることが当業者に理解されるであろう。
【００４３】
符号１００により全体的に示される膜アセンブリホルダが、ネック部８０に受容可能とされている。膜アセンブリホルダ１００は、リム開口部８４内で摩擦嵌めされつつ移動可能なサイズとされたホルダ本体１０２を有している。ホルダ本体１０２は、その内部を貫通する本体キャビティ１０４を有している。本体キャビティ１０４は、リム開口部８４及びシリンダー内部２８と軸方向に整列している。ホルダ本体１０２の一端部は、楕円又は他の円形形状の差し込み部１１０を有している。差し込み部１１０は、膜アセンブリがホルダ本体１０２の端部と実質的に同一平面となり、且つその内部で移動したり回動したりしないような態様で、膜アセンブリ７０を受容する。
【００４４】
また、ホルダ本体１０２は、一端部から軸方向内方に、対向する本体の反対側の端部へと、ホルダ本体１０２の外面において延在するホルダチャネル１１２を有している。Ｏリング１１４が、ネック部８０に嵌合するサイズとされている。Ｏリング１１４は、切欠端部９４と環状突起８６との間に嵌合されるであろう。
【００４５】
カートリッジキャップが全体として符号１２０により示されている。カートリッジキャップ１２０は、ネック部８０にスナップ嵌めされる。カートリッジキャップ１２０は、その内部を軸方向に貫通するキャップ開口部１２２を備えている。開口部１２２は、ニードル開口部５２及びシリンダー内部２８と実質的に整列している。キャップ１２０は、キャップカラー１２６を有している。カートリッジキャップは可撓性材料から形成されており、特にキャップカラーが環状突起８６に対して撓むことができるようにキャップカラー１２６は可撓性材料から形成されていることが当業者に理解されるであろう。したがって、軸方向力を加えるだけでカートリッジキャップをネック部に嵌合することができ、これにより環状突起８６が突起用溝に受容される。同様の可撓性によってキャップカラーを取り外すことができる。
【００４６】
キャップカラー１２６は、内面１３０の反対側の外面１２８を有している。内面１３０には、突起用溝１３２が保持されている。溝１３２は、環状構成を有して内面１３０の周囲に３６０度に亘って延在している。同様に、内面１３０はリング用溝１３４を有している。リング用溝１３４はＯリング１１４を受容する。突起用溝１３２は、環状突起８６に嵌合するようなサイズとされている。したがって、カートリッジキャップ１２０をネック部８０に対して押圧すると、膜アセンブリホルダ１００はそれらの間に挟持される。
【００４７】
キャップカラー１２６は、キャップカラーを径方向に通過して延在するノブスロット１３８を有している。ノブスロット１３８は、ノブシャフト１４０を受容するように設けられている。ノブシャフト１４０は、その内部を径方向に延在するノブクロスホール１４１を有している。キャップカラー１２６は、径方向内方に延在するキャップベース１４２を有している。キャップベース１４２は、キャップ１２０がネック部８０に組み付けられた際に、膜アセンブリ７０及び膜アセンブリホルダ１００を所定位置に保持する内側保持面１４４を有している。ノブクロスホール１４１に整列された枢動ピンホール１４６がキャップベース１４２を通過して延在している。
【００４８】
枢動ピン１４７がピンホール１４６に受容可能とされており、これにより、ノブシャフト１４０の先端部がホルダチャネル１１２に受容されて維持される。枢動ピン１４７は、ノブクロスホール１４１に受容され、ノブシャフト１４０が枢動ピン１４７を中心として枢動することを許容する。枢動ピンを中心とするノブシャフトの枢動により、膜アセンブリホルダ１００の制御された回動又は移動が可能とされる。特に、ノブの先端部がホルダチャネル１１２に受容され、ピン１４７の撓み又は枢動がネック部８０内でのホルダ本体１０２のわずかな回動又は再位置決めを許容する。したがって、ノブシャフトのチャネル１１２の一方の側への位置決めにより、比較的大きな開口部６６を有する膜６０の半部が、シリンダー内部の全長に亘ってニードル開口部５２に整列することになる。ノブシャフトのチャネル１１２の反対側への反対方向における移動により膜アセンブリが移動し、これにより比較的小さい細孔がシリンダー内部及びニードル開口部に整列することになる。
【００４９】
キャップカラー１２６は、キャップベース１４２から延在するとともに先細状の構成を有するキャップスリーブ１４８を有している。キャップスリーブは、これを貫通するスリーブ開口部１５０を有しており、このスリーブ開口部１５０は、キャップ開口部１２２、リム開口部８４及びシリンダー内部２８と同軸である。ハブ４４は、その内部を貫通するハブ開口部１５２と、ニードル５０に固定されたニードル端部１５６とを有している。
【００５０】
図７Ａ−Ｆを参照して採取器２０の動作を説明する。最初に、プランジャ先端部３６がニードル端部２６にできるだけ近接して配置されるように、プランジャをシリンダー内部にいっぱいに押し込む。この状態で、図７Ｂに示すように、ノブシャフト１４０を移動して、膜アセンブリ７０と特に膜６０が、例えば２５乃至３０オングストロームのより大きい細孔６６が採取器のそれぞれの開口部と整列するような態様で配置されるようにする。換言すれば、膜６０は、保持されるべき所望の成分を有する材料又は溶液がプランジャによって引き込まれ細孔６６を通過するような態様で位置合わせされる。図７Ａに最もよく示されるように、ニードル５０を、更に評価することが望まれる特定のサイズを有する材料を含んだ溶液を収容している瓶１６０又は他の容器に差し込む。そして、ユーザ又は自動装置が端部３８を引き寄せ、これにより、材料をニードル５０内に引き込み更にフィルタカートリッジ４０を通過させる吸引力を生成させる。具体的には、材料が膜６０を介して引き込まれ、細孔６６の特定サイズ範囲より小さいサイズの材料が更にシリンダー内部２８へと引き込まれる一方、細孔よりも大きいサイズの材料は膜アセンブリの表面又はニードルの内部に堆積し、シリンダー内部に入ることはできない。膜アセンブリの表面に堆積した大きいサイズの材料（成分）は、このプロセスによって小さいサイズの材料（成分）から分離され、所望であれば何らかの応用のために集められる。
【００５１】
図７Ｃ及び７Ｄを参照すると、ノブシャフト１４０が、切欠９０の反対側へと押され又は枢動されて膜アセンブリホルダ１００を移動させ、これにより、膜６０と、特に例えばほんの１０乃至１５オングストロームのサイズを有し得る細孔６４を有する膜の部分を採取器の種々の開口部と整列させる。具体的には、細孔６４をニードル開口部、シリンダー内部、スリーブ開口部、ハブ開口部１５２及びリム開口部８４と整列させる。そして、図７Ｅ及び７Ｆに示すように、ニードル５０を回収皿１６２上に配置する。これにより、プランジャを内部２８に向かって戻すように移動させることで、シリンダーに収容されている材料であって細孔６４より小さい材料が採取器から押し出される。したがって、シリンダーに残った材料は、例えば１５乃至３０オングストローム等の所望のサイズ範囲を有することとなる。細孔６４よりも小さいサイズの材料をシリンダーから押し出すプランジャの移動が完了したとき、シリンダーに残っている材料は、適切なサイズ範囲を有する所望の材料である。次いで、所望のサイズの材料を、プランジャを完全に押し込んで材料を適当な容器に注ぎ出すことにより、又はキャップ１２６及びホルダを取り外して材料を適当な容器に注ぎ出すことにより、回収することができる。吸引装置を使用して所望のサイズ範囲の材料を引き出してもよい。採取器から取り出されたより小さいサイズの成分は、シリンダーに保持されているより大きいサイズの成分、及び最初にシリンダーに入ることができなかったより大きいサイズの成分から分離されているということが明らかであろう。取り出されたより小さいサイズの材料を、所望であれば回収し任意の目的のために利用することができる。
【００５２】
図８、８Ａ、８Ｂ、９及び９Ａを参照すると、別の採取器が全体として符号２００で示されている。特に指定しない限り、採取器内部の前述の実施形態と同一の部品は同一の識別番号を有している。本実施形態において、採取器２００は、前述の実施形態と同様にシリンダーとハブとの間に配置され得るフィルタカートリッジ２０２を有している。簡潔に言えば、採取器のシリンダーに保持されている所望の材料の代わりに、カートリッジはシリンダーとハブとの間に維持され、操作が完了すると、所望の材料はカートリッジから取り出される。
【００５３】
本実施形態において、シリンダー２２は、符号２０４により全体的に示されるネック部へと延在している。ネック部は、径方向外方に延在する環状突起２０６を有しており、ネック部は端部２０８において終了する。リム２１０が端部２０８から内方に延在し、リム２１０はその内部を貫通するリム開口部２１０を有している。図９に最も良く示されるように、クレードル（受け台）２１４がネック部端部２０８から延在している。
【００５４】
図示の実施形態において、クレードル２１４は１８０度より大きい角度で延在している。換言すれば、クレードル側面の対向する縁部同士の間に約９０乃至１８０度の開口部が存在する。クレードル２１４は、整列スロット２１６を有している。
【００５５】
カートリッジ２０２は、クレードル２１４に受容可能であるとともに取外し可能であるチャンバ２２０を有している。チャンバ２２０はチャンバハウジング２２２を有し、チャンバハウジング２２２はその下側に整列リブ２２４を有している。この整列リブ２２４は整列スロット２１６に受容可能である。整列リブ２２４がクレードル２１４に受容されているとき、整列リブ２２４は、チャンバハウジング２２２が片側から片側へ、又は横方向に回動することを防止する。チャンバハウジング２２２は、その各端部に対向するチャンバ壁２２６を有している。ギアリップ２３０Ａ、２３０Ｂがチャンバ壁２２６から反対方向に延在している。具体的には、リップはチャンバ壁の底縁から延在し、チャンバハウジング２２２の外径に一致するように曲線形状を有している。チャンバハウジングの外径及び／又は半径は、クレードル２１４に摺動可能に受容されるようなサイズとされていることが更に理解されるであろう。図１０に最も良く示されるように、チャンバ壁２２６のそれぞれは、その中心に配置されたチャンバ開口部２３２を有している。これらのチャンバ開口部２３２は、リム開口部２１２及びシリンダーの内部と整列している。また、各チャンバは軸方向開口部２３４を有している。ギアワッシャ２３８が各軸方向開口部２３４の周囲に設けられている。ギア２５０が、各軸方向開口部２３４に受容されている。ギア２５０Ａはニードルに近く、ギア２５０Ｂはシリンダーに近く配置されている。図８Ｂに最も良く示されるように、各ギア２５０は、流体のスムーズな流れを許容するギア開口部２５２を有している。ギア２５０は、これを貫通する開口を有するギア差し込み部２５４も有している。差し込み部は、対応する膜アセンブリ２５６を受容する。換言すれば、膜アセンブリ２５６Ａが差し込み部２５４Ａに受容される一方、膜アセンブリ２５６Ｂが差し込み部２５４Ｂに受容される。ギア歯車２５８が、ギア２５０Ａ／Ｂの外周の周囲に配置されている。対応する軸方向開口部２３４に受容可能な可撓性ギアピン２６０が、ギアの中心から軸方向に延在している。本実施形態において、ギアピン２６０は可撓性ヘッドを有しており、これによりギアはチャンバハウジングに、特にチャンバ壁２２６にスナップ嵌めされ得る。採取器が完全に組み立てられると、ギアピンの嵌合により、ギア２５０がそれぞれのギアピンを中心として回動可能となる。
【００５６】
図１１Ａ及び１１Ｂに示すように、各膜アセンブリ２５６Ａ及び２５６Ｂは、スクリーン２６２Ａとスクリーン２６２Ｂとを有している。より大きい細孔２６６を有する膜２６４Ａが、膜アセンブリ２５６Ａにおいてスクリーン２６２Ａとスクリーン２６２Ｂとの間に配置される。同様に、膜アセンブリ２５６Ｂは、比較的小さい細孔２６８を有する膜２６４Ｂを含んでおり、膜２６４Ｂは、対応するスクリーン２６２Ａとスクリーン２６２Ｂとの間に挟持される。上述の実施形態と同様に、スクリーンの開口は、膜２６４Ａ／Ｂに設けられた開口より顕著に大きい。したがって、保持されるべき溶液成分はメッシュを介して容易に流れるが、膜に設けられた細孔のサイズに応じて適切に濾過される又は阻止される。細孔２６６及び２６８は、上述の細孔６６及び６４と同様のサイズとされ得る。
【００５７】
ギア付きノブ２８０が、チャンバ２２０をニードル５０と採取器シリンダー２２との間に挟持するように使用される。ギア付きノブ２８０は、この内部を軸方向に貫通して延在するノブ開口部を有している。ギア付きノブ２８０は、更に、ノブカラー２８４を有しており、ノブカラー２８４は内面２８８と反対側の外面２８６を有している。ノブカラー２８４は可撓性であるため、クレードル２１４に嵌合する。突起用溝２９０及びリング用溝２９２が内面２８８に設けられている。Ｏリング２９４がリング用溝２９２に受容される一方、突起用溝２９０は環状突起２０６に嵌合する。したがって、ギア付きノブ２８０はシリンダーの端部に嵌合し、これによりチャンバ２２０はそれらの間に挟持される。
【００５８】
図１０に最も良く示されるように、ノブカラー２８４は、両ギア２５０Ａ／Ｂのギア歯車２５８とかみ合う複数の内側ギア歯車３００を備えている。ノブカラーはノブベース３０２を有しており、ノブベース３０２はノブカラー２８４から径方向内方に延在している。内側保持面３０４が、チャンバ２２０及び特にリップ２３０を捕捉しこれによりチャンバ２２０を所定位置に保持する。ギア付きノブがネック部を中心として回動可能であり、これにより、開口部２５２と、膜アセンブリ２５６と、又は採取器の整列された開口部に対するギアのブロック部の選択的な位置決めを可能とするギアの回動が許容されることが当業者に理解されるであろう。したがって、ギア付きノブを選択的に位置決めすることにより、又はギア付きノブを選択的に回動させることにより、ユーザはチャンバハウジング２２２内の所望の材料を捕捉することができる。換言すれば、ノブカラー２８４の一方向における回動により、開口部２５２Ａ及び膜アセンブリ２５４Ｂが、採取器の全ての同軸開口部と整列する。ノブカラーの反対方向における回動により、開口２５２Ｂ及び膜アセンブリ２５４Ａが、採取器の全ての同軸開口部と整列する。
【００５９】
キャップスリーブ３０６がギア付きノブ２８０から延在しており、キャップスリーブ３０６はその内部を貫通する開口部３０８を有している。キャップスリーブ３０６は、ノブ端部３１０を有しており、このノブ端部はハブ４４に受容される。ハブ４４は、ニードル端部１５６に連結されたハブ開口部１５２を有している。
【００６０】
図１２Ａ−Ｆを参照して、採取器２００の動作を説明する。図１２Ａ及び１２Ｂに最も良く示されるように、膜アセンブリ２５６Ａ及び開口部２５２Ｂが、採取器の種々の開口部と整列するようにギア付きノブを回動させる。具体的には、膜アセンブリが、シリンダー内部２８、リム開口部２１２、チャンバ開口部２３２、ノブ開口部２８２、キャップスリーブ開口部３０８、ハブ開口部１５２及びニードル開口部５２と整列する。本実施形態において、次いで、ニードル５０が所望の溶液の瓶内にある状態で、ユーザがプランジャ端部３８を引く。端部が引かれるにつれて吸引力が発生し、これにより瓶の中の材料がチャンバハウジングへ、そしてシリンダー内部２８へと引き込まれる。したがって、膜アセンブリ２５６Ａの有する細孔２６４Ａよりも小さいサイズの材料がチャンバハウジング２２２に受容される。
【００６１】
図１２Ｃ及び１２Ｄを参照すると、採取器のニードルが選択された材料から引き上げられ、ギア付きノブが回動され得る状態が示されている。したがって、ギア２５０Ａがチャンバハウジングの一側（ニードル側）を閉鎖し、膜アセンブリ２５６Ｂがシリンダー内部２８と整列する。次いで、プランジャの端部が更に引かれ、これにより、細孔２６４Ｂよりも小さい選択された材料はシリンダー内部２８に引き込まれるが、細孔２６４Ｂより大きい所望のサイズの分子はチャンバに保持される。別の実施形態において、溶液流をシリンダー内部に駆動するために用いられる力が遠心分離器において生成される。次いで、図１２Ｅに示すように、ギア付きノブを回動させて両ギア２５０Ａ及び２５０Ｂを閉鎖位置へと移動させる。この状態で、図１２Ｆに示すように、ギア付きノブを採取器から取り外すことができ、チャンバハウジングをクレードルから引き出すことができる。チャンバハウジングに保持されている材料は、こうして評価のために移載され得る。
【００６２】
本発明の利点は容易に理解される。いずれの実施形態においても、異なるサイズ範囲の分子の補足が可能とされる。例えば、一方の膜が約５０ナノメートルのサイズの細孔を有するのに対し、他方の膜が約２５ナノメートルの分子を保持するようなサイズを有している場合、本明細書に開示された採取器の動作によって、２５乃至５０ナノメートルのサイズの分子の保持が可能となる。膜の細孔サイズを選択的に選ぶことによっていかなるサイズ範囲でも採用され得ることが当業者に理解されるであろう。したがって、開示された採取器の簡単な使用により、様々な生物医学的分析機能を実施することができる。このような構成は、現在利用されている従来の多くの検査手順に取って代わるものである。実際に、このような保持システム及び方法により、ウィルス、細菌及び毒素を含む生物学的作用物質の存在に対する試験や、血液、尿、髄液等の定量分析の実施が可能となる。
【００６３】
したがって、本発明の目的が、上記の構成やその使用法によって達成されることが理解されるであろう。特許法に基づいて、最適な態様及び好適な実施形態のみを呈示し詳細に説明したが、本発明はこれらに又はこれらのために制限されることはないことを理解されたい。したがって、本発明の正確な範囲及び広さの理解のために以下の請求項を参照されたい。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【国際調査報告】
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