DE60202517T2 - Trennvorrichtung und verfahren - Google Patents

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DE60202517T2
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    • A61M1/3678Separation of cells using wave pressure; Manipulation of individual corpuscles

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 25. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtrennen eines Fluids, das suspendierte Teilchen aufweist, in Fraktionen mit einer höheren und einer geringeren Konzentration dieser suspendierten Partikel unter Verwendung stehender Ultraschallwellen und Mikrotechnologie.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass, wenn Teilchen in einem Fluid einem stehenden akustischen Wellenfeld ausgesetzt sind, die Teilchen zu Orten bei den Knoten der stehenden Welle oder relativ zu diesen verschoben werden. Es ist eine Anzahl von Versuchen bekannt, stehende Ultraschallwellenfelder zur Manipulation oder Separation bzw. zum Abtrennen zu verwenden.
  • In der WO 00/04978 wird eine Vorrichtung zum Durchführen der Manipulation von Teilchen beschrieben, die in einem Fluid suspendiert sind. Sie umfasst einen Kanal für den Fluss eines Fluids, in dem Teilchen suspendiert sind und einen akustischen Geber und einen Reflektor zum Aufbau eines stehenden akustischen Wellenfelds über die Breite des Kanals hinweg, wobei die lichte Weite zwischen dem Geber und dem Reflektor 300 μm oder weniger beträgt.
  • In einem Abstract der vierten jährlichen European Conference on micro & nanoscale Technologies for the Bioschiences (Nano Tech 2000) beschreiben Hawkes und Coakley einen Kraftfeld-Partikelfilter, der einen laminaren Fluss und stehende Ultraschallwellen kombiniert ("Force field particle filter, combining laminar flow and ultrasound standing waves") mit einer akustischen Pfadlänge im rechten Winkel zum Fluss von 0,25 mm.
  • In der WO 98/50133 wird eine Vorrichtung zur Durchführung der Manipulation von Teilchen beschrieben, die in einem Fluid suspendiert sind. Sie umfasst einen Kanal für den Fluss eines Fluids, in dem Teilchen suspendiert sind, wobei dieser Kanal Mittel zum Aufbau eines stehenden akustischen Wellenfelds aufweist, so dass die Partikel so verschoben werden, dass sie parallele Bänder bilden. Der Kanal umfasst eine Breitenerweiterung.
  • In dem IBM technical disclosure bulletin Vol. 25, Nr. 1, Juni 1982, Seiten 192/193 wird ein kontinuierlich arbeitender Ultraschall-Plasmapherese-Separator offenbart, der zwei rechtwinklig angeordnete Ultraschallgeber umfasst, mit jeweils einem Reflektor und einem dazwischen befindlichen Volumen, in dem eine verdünnte Suspension einem stehenden akustischen Wellenfeld ausgesetzt ist.
  • In der JP 06241977 A wird ein Kleinpartikelmessgerät beschrieben, das stehende Ultraschallwellen verwendet, das einen Knoten im Zentrum einer Strömungszelle verwendet, um kleine Partikel zu zentrieren und zu konzentrieren.
  • In den EP 0 773 055 A2 und A3 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Handhaben von Teilchen durch von akustischer Strahlung hervorgerufene Kräfte beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Kammer zum Beherbergen eines Fluids, das die Teilchen, die aufkonzentriert, gefiltert oder angeordnet werden sollen, enthält, und eine Mehrzahl von Ultraschallquellen, die so angeordnet sind, um in direkten oder indirekten Kontakt mit dem Fluid zu treten. Die Vorrichtung umfasst zudem eine Regel- bzw. Steuervorrichtung zum Regeln bzw. Steuern der Ultraschallquellen, um einen Ultraschallstrahl zu erzeugen, der durch ein Überlagern von Ultraschallstrahlen dieser Ultraschallquellen aufeinander erhalten wird, wobei die Strahlen jeweils eine spezifische Intensität, eine spezifische Frequenz und eine spezifische Phase aufweisen.
  • In den WO 93/19367 A2 und A3 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aggregieren von Teilchen beschrieben, wobei die Vorrichtung eine Röhre zur Aufnahme einer Probe einer Flüssigkeit und einen Ultraschallgeber umfasst, der so angeordnet ist, dass er ein stehendes Ultraschall-Wellenfeld erzeugt, das quer zur Röhre verläuft. Die stehende Welle zeigt eine fortschreitende Änderung in der Druckamplitude senkrecht zur Röhre, so dass, wenn die Vorrichtung im Einsatz ist, suspendierte Teilchen senkrecht zur Röhre in eine oder mehrere vorbestimmte Regionen verschoben werden. Sind die Teilchen nicht mehr der stehenden Welle ausgesetzt, so können sie sich absetzen und können dann untersucht werden. Eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung umfasst das Ausführen von Immunoagglutinations-Assays. Die Druckschrift basiert auf der US 5,665,605 und der US 5,912,182 .
  • In der JP 07 047259 A ist eine Vorrichtung zum Transportieren kleiner Teilchen in einem Fluid mittels Ultraschallwellen beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Elementen zur Erzeugung von Ultraschallwellen, die zweidimensional auf zwei flachen Platten angeordnet sind. Zwischen den Platten kann eine Lösung eingebracht werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 bzw. dem im Anspruch 25 zur Verfügung. Sie stellt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtrennen von Partikeln aus einem Fluid unter Verwendung von Ultraschall, laminarem Fluss und stationären Welleneffekten zur Verfügung und umfasst mikrotechnologische bzw. mikrotechnologisch gefertigte Kanäle, die in den Oberflächenabschnitt einer Platte eingeformt sind, mit integrierten Verzweigungspunkten oder Verzweigungsgabelungen und einer Ultraschallquelle, die in engem Kontakt zu einer gegenüberliegenden Oberfläche der Platte angeordnet ist.
  • In den Kanälen werden stehende Wellen erzeugt, so dass Partikel, die in dem Fluid suspendiert sind, in bestimmte Bereiche bzw. Strömungsstränge des Fluids gebracht werden und so, dass ein Strömungsstrang oder mehrere Strömungsstränge sich frei von Teilchen ausformen oder sich so ausformen, dass sie Partikel mit anderen Eigenschaften transportieren als die zuerst erwähnten. Diese Strömungsstränge sind folglich senkrecht zu der Platte angeordnet; das ist bedeutsam, da das Verzweigen eines Kanals innerhalb der Platte stattfinden muss, so dass eine Verbindung mit einem anderen Kanal ebenfalls innerhalb der gleichen Platte stattfinden kann. Die daraus resultierenden Vorteile werden nach dem unten Stehenden offensichtlich werden.
  • Eines der Charakteristika der Erfindung ist, dass die Ultraschallquelle in senkrechtem Kontakt mit der Platte angeordnet ist und sie so Ultraschallenergie in eine Richtung überträgt, die senkrecht zu der Platte verläuft. Die Erfinder haben durch Tests herausgefunden und nachgewiesen, dass bei der vorliegenden Erfindung in Folge der Abmessungen des Kanals und der Eigenschaften der Platte und des Ultraschallgebers eine stehende Welle erzeugt wird, die sich von einer Seite eines Kanals auf die gegenüberliegende Seite des gleichen Kanals erstreckt. Normalerweise wäre zu erwarten, dass eine derartige Anordnung (lediglich) eine stehende Welle erzeugt, die von der Bodenwand zu einer Deckenwand des Kanals reicht, und die sich in eine Richtung des ursprünglichen Energieflusses fortsetzt.
  • Die Erfinder haben zudem die große Wichtigkeit dieses Konzepts erkannt. Da erfindungsgemäß die Ultraschallquelle nicht mehr Teil der Ebene oder der Schicht sein muss, in dem sich die Kanäle befinden, und dadurch Raum für die Anordnung von mehr Kanälen in einem begrenzten Raum verfügbar wird, verbessert dies die Möglichkeiten der Fertigung von Bauteilen mit einer Vielzahl paralleler Kanäle mit einer hohen Leistungsfähigkeit bezüglich der Partikeltrennung beträchtlich. Ein hohes Maß an Partikeltrennung kann zudem leicht durch eine serielle Anordnung von Abtrenneinheiten bereitgestellt werden, wie weiter unten näher erläutert wird. Die Möglichkeit paralleler und serieller Verarbeitung eines Fluids mit hohem Durchsatz unter Verwendung von Ultraschall ist daher ein zentrales Element und eine zentrale Konsequenz des erfinderischen Konzepts.
  • Das oben Genannte ist deshalb möglich, weil die Kanäle und Verzweigungspunkte in eine Platte eingeformt sind, die einstückig ist oder aus mehreren Materialstücken besteht, die innig miteinander verbunden sind. Es werden keine speziellen Reflektoren oder ähnliches verwendet. Es kann zudem möglich sein, mehr als eine Ultraschallquelle zu verwenden. Es werden dünne Trennelemente angeordnet, um die laminaren Ströme hinter den Verzweigungspunkten zu trennen und dadurch die Effektivität des Bauteils zu erhöhen. Das Bauteil wird vorzugsweise unter Verwendung von Siliziumtechnologie gefertigt, wobei die Möglichkeiten ausgenutzt werden können, in kleinen Abmessungen präzise zu fertigen, und die Ultraschallenergie wird vorzugsweise durch ein piezoelektrisches Element bereitgestellt, das wiederum von einer Regel- bzw. Steuereinheit geregelt bzw. gesteuert werden kann, die ausgebildet ist, um elektrische Energie einer bestimmten Wellenform, einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Leistung zu liefern.
  • Die Erfindung wird in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 25 definiert, bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird weiter unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine Draufsicht einer Systemanordnung mit gekreuzten Kanälen zeigt;
  • 2 eine perspektivische Ansicht auf das Objekt in 1 zeigt;
  • 3 eine Ansicht von unten auf das Objekt in 1 zeigt;
  • 4 eine Seitenansicht des Objekts in 1 zeigt;
  • 5 eine Draufsicht auf eine wiederholte Anordnung zeigt;
  • 6 eine Draufsicht einer parallelen Anordnung von Verzweigungspunkten im Detail zeigt;
  • 7 eine stehende Welle in dem Raum zwischen zwei Wänden zeigt;
  • 8 eine Querschnittsansicht des Bauteils zeigt;
  • 9 schematisch das Abtrennen mittels einer stehenden Welle zeigt, die einen Knoten aufweist;
  • 10 schematisch das Abtrennen mittels einer stehenden Welle zeigt, die zwei Knoten aufweist;
  • 11 schematisch einen dreischrittigen seriellen Wäscher mit einem Knoten zeigt;
  • 12 schematisch einen dreischrittigen Konzentrator mit einem Knoten zeigt;
  • 13 schematisch einen vierschrittigen integrierten Wäscher mit einem Knoten und
  • 14 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform mit benannten Verzweigungs winkeln zeigt;
  • 15 eine parallele Anordnung von acht Kanaleinheiten zeigt;
  • 16 die parallele Anordnung aus 15 in einer perspektivischen Ansicht zeigt;
  • 17 schematisch eine serielle Anordnung von zwei Kanaleinheiten zeigt;
  • 18 eine Abtrennung von zwei verschiedenen Arten von Partikeln mit unterschiedlichen Dichten zeigt;
  • 19 eine Kanaleinheit mit den Einlässen und Auslässen darstellt;
  • 20 die Kanaleinheit aus 19 mit Partikeln darstellt;
  • 21 schematisch eine radiale Anordnung der Kanaleinheiten zeigt;
  • 22 die Ausführungsform von 21 in einer perspektivischen Ansicht zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Mit Bezug auf die 1, 2 und 8 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung eine Platte 51, 851 mit einem integrierten Kanalsystem mit einem Grundastkanal 110 und einem linken Arm 120, einem rechten Arm 130 und einem zentralen Arm 140. Die Wände des Grundasts 810, 820 verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu der Platte 51 und parallel oder annährend parallel zueinander und zu dem Fluss, was eine Voraussetzung für die Ausbildung stehender Wellen über den Kanal hinweg und entlang seiner gesamten Tiefe und Länge ist, siehe hierzu unten.
  • Auf der Rückseite der Platte 51 ist ein Mittel zum Bereitstellen von Ultraschallenergie an die Platte in Form eines piezoelektrischen Elements 150, 853 angeordnet. Das Bauteil funktioniert dabei wie folgt:
    Ein Fluid mit darin suspendierten Partikeln tritt in den Grundast 110 beim Einlass 160 ein und fließt aufgrund eines angelegten Druckgradienten auf den Verzweigungspunkt 175 zu, wobei der Gradient beispielsweise durch eine Saugpumpe, eine Druckpumpe, eine Spritze oder durch Schwerkraft hergestellt werden kann. Durch Regeln bzw. Steuern der Frequenz des Ultraschalls und durch Verwrendung gewisser Frequenzen, die den Abmessungen des Grundasts 110 und insbesondere der Breite 185 des Grundasts 110 angepasst sind, bildet sich ein stationäres Wellenmuster im Fluid innerhalb des Grundastkanals 110. Besonders dort bildet sich ein stationäres Wellenmuster senkrecht zu der Richtung des Flusses zwischen einer linken Seitenwand 810 und einer rechten Seitenwand 820 des Grundastkanals 110. Druckknoten bilden sich in einer größeren Anzahl im mittleren Teil des Kanals als an den Wänden, wo sich die Druckantiknoten ausbilden. Während dieses Durchflusses neigen die Teilchen in dem Fluid dazu, sich in den Knoten dieses stationären Wellenmusters oder in bestimmen Schichten in Abhängigkeit von der Teilchendichte bzw. den Teilchendichten bzw. den akustischen Impedanzen relativ zum umgebenden Fluid relativ zu den Knoten anzuhäufen. Teilchen mit einer höheren Dichte als das umgebende Fluid tendieren dazu, sich in den Knoten anzuhäufen, wohingegen Teilchen mit einer Dichte, die geringer ist als die des umgebenden Fluids dazu tendieren, sich in den Antiknoten anzuhäufen. Die im Folgenden diskutierten Fluidschichten sind die Schichten, die parallel zu den Seitenwänden 810, 820 des Grundastkanals 110 verlaufen.
  • In Abhängigkeit von der Dichte/akustischen Impedanz, der Größe und dem Gewicht der Teilchen formen sich gewisse Anhäufungsmuster an Teilchen. Das stellt ein Vorteil dar, da, wenn Teilchen eines gewissen Gewichts und/oder einer gewissen Form aus einem Medium, das ein Spektrum an Teilchen verschiedener Dichten/akustischer Impedanzen aufweist. Im Allgemeinen häufen sich Partikel, die eine höhere Dichte als das umgebende Fluid aufweisen, in den Knoten an und Teilchen, die eine Dichte aufweisen, die unter der des Fluids ohne Teilchen liegen, häufen sich in den Antiknoten an. Durch Vorsehen einer Verzweigungsgabelung mit zwei seitlichen Verzweigungen oder Seitenarmen und einer zentralen Verzweigung bzw. einem zentralen Arm 140, wie in den 1, 6 oder 8 gezeigt, ist es möglich, derartige Teilchen abzutrennen. Die Arme oder Kanäle hinter dem Verzweigungspunkt weisen bevorzugt einen Abstand auf, der an die Wellenlänge angepasst ist, das heißt einen Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt von ungefähr 3/8 einer Wellenlänge.
  • Abhängig von den Resonanzbedingungen, vgl. 7, werden von den obigen Resultaten abweichende Resultate erhalten. Unter Bedingungen, wo nur ein einzelner Knoten vorliegt, ist das Ergebnis des oben Beschriebenen, dass die Fluidschicht nahe bei den Wänden des Grundastkanals 110 eine abnehmende Konzentration von Partikeln mit einer hohen Dichte enthält, wenn das Fluid entlang des Grundastkanals 110 auf den Verzweigungspunkt 175 zuströmt. Am Verzweigungspunkt 175 bewegt sich das Fluid, das von den zentralen Teilen des Fluidflusses im Grundastkanal 110 stammt, aufgrund des laminaren Flusses gerade aus weiter und tritt in den zentralen Arm 140 ein. Fluid, das von dem Fluidfluss stammt, der in der Nähe der Wende des Grundastkanals 110 erscheint, wird (von der linken Wand) in den linken Arm 120 und (von der rechten Wand) in den rechten Arm abgeleitet. Fluidfraktionen, die eine geringe Konzentration an Teilchen mit einer hohen Dichte enthalten, können dann am linken Auslass 170 und am rechten Auslass 180 abgegriffen werden. Die Fluidfraktion, die eine hohe Konzentration an Teilchen mit einer hohen Dichte enthält, kann am oben liegenden Auslass 190 abgegriffen werden. Die 9 zeigt, wie eine Zahl von Teilchen mit hoher Dichte (einer höheren Dichte als das umgebende Fluid) sich in einem zentralen Abschnitt oder Kanal mit einem zentralen Auslass 190 anhäuft, wohingegen Fluid mit einer geringen oder einer verschwindenden Konzentration dieser Partikel im seitlichen Abschnitt und an den Auslässen 92 abfließt. Im Vergleich dazu zeigt 10 eine Möglichkeit, ein stehendes Wellenmuster mit zwei Knoten zu verwenden, um die Teilchen so zu bewegen, dass sie in zwei seitlichen Abschnitten, die mit Auslässen 102 versehen sind, abgegriffen werden können. Fluid mit einer geringen oder verschwindenden Konzentration an derartigen Teilchen fließt im zentralen Abschnitt und aus Auslass 101 ab. Ein ähnlicher Effekt kann durch Verwenden von fünf Abschnitten bzw. Kanälen erreicht werden, wobei die zu äußerst liegenden Kanäle und der zentrale Kanal Fluid mit einer geringen oder verschwindenden Konzentration an Partikeln hoher Dichte sammelt und die beiden anderen Kanäle Fluid mit einer hohen Konzentration an Partikeln sammelt, das heißt, unten ist in diesem Fall n = 3.
  • Durch Regeln bzw. Steuern der Frequenz des Ultraschalls, der das stehende Wellenfeld erzeugt, ist es möglich, eine stehende Welle zwischen den Seitenwänden des Grundastkanals 110 mit einer Wellenlänge von 0,5, 1,5, 2,5 etc. Wellenlängen zu erzeugen, das heißt n mal 0,5 Wellenlängen mit n = 1, 3, 5, 7, vergleiche 7. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die sich die Eignung der Erfindung zunutze macht, Teilchen in den Knoten und in den Antiknoten zu separieren bzw. abzutrennen, kann daher eine Vielzahl von Kanälen hinter dem Verzweigungspunkt aufweisen, die mit der Zahl der Knoten plus der Zahl der Antiknoten im stehenden Wellenfeld korrespondiert. Beispielsweise können Frequenzen mit 0,5, 1,5, 2,5 Wellenlängen quer zum Grundastkanal 110 3, 5 bzw. 7 Kanäle aufweisen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung umfassen daher Mittel zum Regeln bzw. Steuern der Frequenz des Ultraschall-Erzeugungsmittels. In 8 ist gezeigt, wie eine Regel- bzw. Steuereinheit 863 (die in einem anderen Maßstab gezeigt ist), mit dem piezoelektrischen Element 853 verbunden werden kann. Die Regel- bzw. Steuereinheit 863 ist ausgebildet, um elektrische Energie an das Element 853 zu liefern. Die elektrische Energie ist hinsichtlich der Wellenform, der Frequenz und der Leistung regel- bzw. steuerbar, wobei die Wellenform so regel- bzw. steuerbar ist, dass sie eine Sinuswelle, eine Dreieckwelle oder eine Rechteckwelle sein kann, aber nicht sein muss.
  • Andere Ausführungsformen der Erfindung umfassen Bifurkationen und „Trifurkationen" verschiedener Gestalt, die auf dem gleichen Stück Material integriert sind und den allgemeinen Zweck haben, den laminaren Fluss des Fluids zu teilen.
  • In 6 ist ein Detail einer weiteren Ausführungsform gezeigt, bei der der Verzweigungspunkt das Verzweigen des Grundastkanals 110 direkt in drei parallele Arme 610, 620, 630 umfasst, die durch dünne Trennwände voneinander getrennt sind. Durch die weiter unten beschriebenen Techniken ist es möglich, diese dünnen Trennwände mit einer Dicke von hinab zu 1 μm und sogar noch weniger anzuordnen. Dünne Wände ergeben eine höhere Leistungsfähigkeit, da das laminare Flussprofil über die volle Kanalbreite besser erhalten bleibt.
  • 14 zeigt eine Ausführungsform mit einem linken Verzweigungswinkel a1 zwischen einem linken Arm 143 und einem zentralen Arm 144 und mit einem rechten Verzweigungswinkel a2 zwischen dem zentralen Arm 144 und einem rechten Arm 145. Durch Variieren der Winkel a1 und a2 ist es möglich, die Faktoren, wie beispielsweise den Grad der Partikelkonzentration, zu optimieren. Es kann jedoch schwierig sein, gewisse Winkel mit gewissen Herstellungsverfahren zu fertigen. Winkel zwischen 0° und 90° zeigen eine gute Fähigkeit, Flüsse zu trennen.
  • In 3, die das Bauteil von unten zeigt, sind die Verbindungen 3134 an den Einlass 160 und an die Auslässe 170, 180, 190 aus 1 gezeigt. Das piezoelektrische Element ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
  • In 4 ist das Bauteil von der Seite gezeigt. Das Bauteil umfasst vorzugsweise zwei Schichten, eine Schicht 51, die das Kanalsystem umfasst und beispielsweise aus Silizium hergestellt ist, und eine Siegelschicht 52, die beispielsweise aus Glas hergestellt ist und es ermöglicht, den Prozess visuell zu inspizieren. Die Glassiegelschicht kann bevorzugt mit bekannten Techniken mit der Basisschicht 51 verbunden werden. Das piezoelektrische Element 53 ist in akustischem Kontakt mit der Basisschicht 51 angeordnet.
  • In den 5, 11, 12 und 13 sind Anordnungen gezeigt, in denen gewisse Effekte durch eine Abfolge oder serieller Verwendung sich wiederholender Strukturen erreicht werden können. Beispielsweise können Teilchen mit einer hohen und einer niedrigen Dichte durch Verwenden der Anordnung nach der 5 abgetrennt werden (hohe und niedrige Dichte bezeichnen dabei lediglich die Dichte relativ zum umgebenden Fluid). Hier wird Fluid durch einen Haupteinlass 60 eingebracht. Sofern Resonanzbedingungen mit (genau) einem Knoten vorliegen, reichert sich Fluid mit einer hohen Konzentration an Teilchen mit einer hohen Dichte am Auslass 61 an. Fluid mit einer geringen Konzentration an Partikeln mit einer hohen Dichte reichert sich zusammen mit einer hohen Konzentration an Partikeln mit einer geringen Dichte am Auslass 62 an und Fluid mit einer mittleren Konzentration an Partikeln mit einer hohen Dichte reichert sich am Auslass 63 an. Ein piezoelektrisches Element 65 ist in akustischem Kontakt mit der gemeinsamen Stützstruktur angeordnet und erzeugt so ein stehendes Wellenfeld in Kanälen mit geeigneten Abmessungen, das heißt den Kanalabschnitten 66 und 68. Um Fluidverluste zu kompensieren, sind Einlässe 69 zum Zuführen reinen Fluids, das keine Teilchen enthält, vorgesehen. Die Einlässe können auch zum Reinigen des Systems verwendet werden.
  • Parallele Anordnungen von einzelnen oder seriellen Strukturen, wie sie in den 5, 11, 12 und 13 gezeigt sind, können leicht erhalten werden. Kanalsysteme gemäß Ausführungsformen der Erfindung können beispielsweise abfolgend oder untereinander verbunden angeordnet sein und die Oberfläche der Platte ausfüllen, wobei die Platte beispielsweise einen Siliziumwafer oder andere flächige Beläge oder Scheiben aus anderen Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, umfassen. Parallele Anordnungen erhöhen die Kapazität, das heißt, dass ein höheres Fluidvolumen in einem gegebenen Zeitintervall verarbeitet werden kann.
  • 11 zeigt schematisch einen dreischrittigen Wäscher mit einem Knoten. Kontaminiertes Fluid mit Partikeln, die gesichert bzw. abgetrennt werden sollen (beispielsweise rote Blutzellen), tritt im Einlass 111 ein. Kontaminiertes Fluid mit einer geringen oder verschwindenden Konzentration an Teilchen tritt an den Auslässen 112 aus. Die Teilchen fließen weiter und fließen am Einlass 113 vorbei, der den Partikeln sauberes Fluid hinzufügt und verbleibenden Kontaminationen werden dadurch verdünnt. Die Abtrennung wird in einem zweiten Schritt wiederholt, in dem kontaminiertes Fluid mit einer geringen oder einer verschwindenden Konzentration an Teilchen durch die Auslässe 114 entweicht. Die Teilchen fließen weiter und passieren den Einlass 115, der sauberes Fluid den Partikeln hinzufügt und sollten noch verbleibende Kontaminierungen vorhanden sein, so werden diese nochmals weiter verdünnt. Die Abtrennung wird dann in einem dritten Schritt wiederholt und Teilchen, die nunmehr in einem sehr sauberen Fluid suspendiert sind, verlassen die Vorrichtung am Auslass 117.
  • 12 zeigt schematisch einen dreischrittigen Konzentrator mit einem Knoten. Kontaminiertes Fluid mit Partikeln, die gesichert werden sollen (beispielsweise rote Blutzellen), treten im Einlass 121 ein. Die Teilchen werden an den Auslässen 122, 124, 128 konzentriert. Kontaminiertes Fluid wird an den Auslässen 126 entfernt.
  • 13 zeigt schematisch einen vierschrittigen integrierten Wäscher und Konzentrator. Kontaminiertes Fluid mit Teilchen, die gesichert werden sollen (beispielsweise rote Blutzellen), tritt im Einlass 131 ein. Kontaminiertes Fluid mit einer geringen oder verschwindenden Konzentration dieser Partikel verlässt die Vorrichtung in diesen Auslässen 132. Sauberes Fluid wird im Einlass 134 hinzugefügt. In einem zweiten Schritt entweicht (weniger) kontaminiertes Fluid mit einer geringen oder einer verschwindenden Konzentration an Teilchen aus der Vorrichtung durch den Auslass 133. Sauberes Fluid wird durch den Einlass 136 hinzugefügt. In den Schritten 3 und 4 werden Partikel konzentriert und durch die Auslässe 137 und 138 entfernt. Überschüssiges Fluid wird durch die Auslässe 139 entfernt.
  • Wieder mit Bezug auf 1 umfasst das Kanalsystem einen Grundastkanal 110 und einen Verzweigungspunkt und ist bevorzugt auf einem einzelnen Stück eines homogenen Materials 51 in 4 integriert. Das bringt den Vorteil der Erleichterung mit sich, eine Anzahl Kanalsysteme wiederholt anzuordnen und dadurch auf leichte Art und Weise die Kapazität einer Abtrennvorrichtung, welche die Erfindung einsetzt, zu erhöhen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen umfassen Ausführungsformen mit Kanalsystemen, die auf einem einzelnen Substrat integriert sind oder auf einem Substrat durch eine fortgesetzte Serie kompatibler Prozesse abgeschieden worden sind.
  • Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel in Silizium gefertigt sein. Die Anforderung, die Wände des Grundastkanals (810, 820) im Wesentlichen senkrecht zu der Platte und parallel oder annährend parallel zueinander zu fertigen, wird leicht dadurch erfüllt, dass Silizium mit <110> Kristallstruktur und gut bekannte Ätztechnologien verwendet werden. Die gewünschte beschriebene Kanalwandstruktur kann auch durch reaktives Ionen-Tiefätzen (deep reactive ion etching, DRIE) realisiert werden.
  • Es ist auch möglich, die Schichten aus Kunststoffmaterial zu formen, beispielsweise durch Verwenden einer Siliziummatrix. Viele Kunststoffe haben vorteilhafte chemische Eigenschaften. Die Siliziumschichtstruktur kann unter Verwendung bekannter Technologien produziert werden. Kanäle und Kavitäten können auch durch anisotrope Ätztechniken oder Plasma-Ätztechniken produziert werden. Die Siliziumschicht kann gegen das Ätzen durch eine Oxidschicht geschützt werden, das heißt durch Ausbilden einer SiO2-Schicht. Strukturen können in der SiO2-Schicht durch lithographische Technologien angeordnet werden. Das Ätzen kann auch selektiv durch Dotieren des Siliziums unter Verwendung eines pn-Ätzstopps oder anderer Ätzstopp-Technologien gestoppt werden. Da alle diese Prozessschritte im Stand der Technik bekannt sind, werden sie hier nicht im Detail beschrieben.
  • Die oben beschriebene Technologie ist hier auch zur Herstellung einer Matrix oder einer Form zum Abformen oder Gießen von Bauteilen gemäß der Erfindung, beispielsweise in Kunststoff, geeignet.
  • Das piezoelektrische Element, das die mechanischen Schwingungen bereitstellt, ist vorzugsweise vom sogenannten Multilayertyp, aber ein bimorphes, piezokeramisches Element kann ebenso verwendet werden, wie andere Arten von Ultraschall-Erzeugungselementen mit geeigneten Abmessungen.
  • Eine günstige Anwendung einer Ausführungsform der Erfindung liegt im Reinigen des Blutes eines Patienten während einer chirurgischen Operation. Das Ziel ist in diesem Fall, die roten Blutzellen aus dem kontaminierten Plasma auszusortieren. Die Kontamination kann beispielsweise Luftbläschen, Fettpartikel, Koagulationsprodukte, und anderes nicht erwünschtes biologisches Material umfassen. Die roten Blutzellen werden danach in den Blutkreislauf des Patienten zurückgebracht. Ein Nachteil des Standes der Technik in Form von Zentrifugen ist, dass die roten Blutzellen deformiert werden können, ein Nachteil, der mit einer Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht auftritt.
  • Abhängig von der Anwendung können die Gestalt und die Abmessungen des Kanals, die Länge des Grundastkanals 110 und der Arme 120, 130, 140 und der Frequenz des Ultraschalls variieren. In einer Anwendung zum Abtrennen roter Blutzellen aus verdünntem Blut, das aus einem Patienten während einer chirurgischen Operation entnommen wird, weist der Kanal bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt auf und der Grundastteil des Kanals hat eine Breite von 700 μm für ein stehendes Ultraschallfeld mit einem Knotenpunkt. Größere Breiten sind geeignet für ein stehendes Ultraschallwellenfeld mit mehreren Knotenpunkten.
  • Die mechanischen Toleranzen der Breite des Kanals sind wichtig. Die Unterschiede sollten bevorzugt kleiner sein als wenige Prozent der Hälfte der Wellenlänge der Frequenz, die im betreffenden Material/Fluid verwendet wird.
  • 15 zeigt eine Abtrenneinheit, die acht Kanaleinheiten 15011508 umfasst, deren Kanaleinheiten mit einem Fluid aus einer Verteilerkavität 1510 versorgt werden, die einen Einlass 1512 und acht Auslässe 15211528 aufweist. Jede Kanaleinheit 15011508 weist drei Auslässe auf, einen zentralen Auslass 1541 und zwei seitliche Auslässe. Diese seitlichen Auslässe sind paarweise verbunden, mit Ausnahme der beiden zuäußerst liegenden Auslässe der Abtrenneinheit 1500, so dass neun Zwischenauslässe 15311539 gebildet sind. Diese Zwi schenauslässe sind an eine (nicht eingezeichneten) schnell sammelnden Kavität oder alternativ einen (nicht eingezeichneten) Sammler angeschlossen. Die zentralen Auslässe 15411548 sind mit einer zweiten sammelnden Kavität oder alternativ mit einem zweiten Sammler verbunden (beide nicht eingezeichnet).
  • 16 zeigt die Abtrenneinheit 1500 aus 15 in einer perspektivischen Ansicht. Die Platte 1602, in die die Separationseinheit 1500 eingeformt ist, ist auf einer Ultraschallquelle 1620, bevorzugt einem piezoelektrischen Element 1620 und einer Stützstruktur 1612 angeordnet. Eine Einlassröhre 1610 ist mit dem Einlass 1542 der Verteilerkavität verbunden, um einen Einlass für das Fluid bereitzustellen, der an außen liegende Anschlüsse anschließbar ist.
  • Eine erste Auslassröhre 1631 stellt eine Verbindung von den neun Zwischenauslässen 15311539 über einen ersten Sammler hin zu einem freien Ende 1641 der ersten Auslassröhre 1631 bereit. Eine zweite Auslassröhre 1632 stellt eine Verbindung von den acht zentralen Auslässen 15411548 über einen zweiten Sammler hin zu einem freien Ende 1642 der zweiten Auslassröhre 1632 zur Verfügung.
  • 17 zeigt eine serielle Anordnung von zwei Kanaleinheiten in einer Platte 1701, die dazu dient, die Abtrennung von Partikeln aus einem Fluid zu verbessern. Eine erste Kanaleinheit 1710 ist in die Platte 1702 eingeformt, die einen zentralen Zweig 1712 aufweist, der mit einem Basiskanal 1721 einer zweiten Kanaleinheit 1720 verbunden ist. Jede Kanaleinheit wird mit Ultraschallenergie durch piezoelektrische Elemente versorgt, die unter der Platte 1701 in Positionen angeordnet sind, die ungefähr, wie durch die Rechtecke 1716, 1726 gezeigt, unter einem Abschnitt des Basiskanals jeder Kanaleinheit liegen.
  • 18 zeigt eine Kanaleinheit 1800, die zum Abtrennen eines Fluids verwendet wird, das zwei Arten von Teilchen enthält, die schwarz und weiß dargestellt sind.
  • Wenn das Fluid in der Richtung des Pfeils 1804 fließt, trennen stehende Ultraschallwellen die Partikel in der Kanaleinheit in drei Fluidschichten 18011803. Die Position der Ultraschallquelle ist durch das Rechteck 1810 dargestellt.
  • Der beschriebene Prozess, der zwei Arten von Partikeln trennt, zeigt eine Lösung auf für das Bedürfnis auf dem Gebiet der Medizintechnik, Blutkomponenten voneinander zu trennen, beispielsweise rote und weiße Blutzellen und Blutplättchen (Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten), die auch als korpuskuläre Bestandteile bezeichnet werden.
  • Der Stand der Technik auf diesem Gebiet umfasst hauptsächlich oder ausschließlich Lösungen, die auf Zentrifugieren basieren. Ein Nachteil ist, dass es sehr schwierig ist, eine komplette Trennung der korpuskulären Bestandteile zu erhalten, stattdessen wird ein sogenannter Leukozytenfilm (buffy coat) erhalten. Dieser Leukozytenfilm umfasst eine hohe Konzentration an Thrombozyten, Leukozyten und eine geringe Konzentration an Erythrozyten. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die empfindlichen Thrombozyten zentrifugiert worden sind und hohen g-Kräften ausgesetzt wurden, was möglicherweise Fehlfunktionen der Erythrozyten hervorgerufen haben kann.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eingesetzt werden, um Thrombozyten und Leukozyten von Erythrozyten zu trennen, da diese eine unterschiedliche Dichte besitzen, was aus Tabelle 1 zu ersehen ist. Blut besteht aus Plasma und korpuskulären Bestandteilen. Tabelle 1
    Figure 00150001
    Relative Dichte. Quelle: Geigy Scientific Tables
  • Andere Lösungen sind möglich, jodkontrollierende Wirkstoffe.
  • Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, haben die unterschiedlichen Komponenten verschiedene Dichten. Die Variationen in den Dichten sind sehr klein für die Tabelleneinträge. Wenn normales Blut getrennt wird, trennt eine Kanaleinheit alle korpuskulären Bestandteile auf die gleiche Art und Weise, da deren Dichten höher sind als die des Mediums, in dem sie suspensiert sind, das heißt dem Plasma.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist das Medium modifiziert, das heißt das Plasma ist so modifiziert, dass seine Dichte verändert ist, was die Möglichkeit eröffnet, die verschiedenen Blutzellen zu trennen. Dies wird durch Zugabe einer Dichte erhöhenden Flüssigkeit zum Plasma erreicht, wodurch das Plasma auf eine geringere Konzentration verdünnt wird, es aber eine höhere Dichte aufweist.
  • Beispiele
  • Man nehme 100 ml Blut mit einem Hämatokritwert von 40%. Das bedeutet, dass 60% (= 60 ml) des Bluts Plasma ist. Das Plasma hat eine Dichte von 1,0269. Durch Hinzufügen von 30 ml einer 50%-igen Glukosesiruplösung wird entsprechend der folgenden Formel erhalten:
    Figure 00160001
    wobei
  • v1
    das Volumen des ersten Fluids ist,
    d1
    die Dichte des ersten Fluids ist,
    v2
    das Volumen des zweiten Fluids ist,
    d2
    die Dichte des zweiten Fluids ist,
    dtot
    die Dichte der Mischung ist.
  • Die Dichte des gemischten Mediums ergibt sich zu 1,0746.
  • Wenn diese Mischung in eine Ausführungsform gegeben wird, wird eine Trennung erreicht, bei der Thrombozyten und Erythrozyten in zwei separate Zweige geleitet werden, da nun die Thrombozyten leichter als das Medium sind.
  • Es handelt sich hierbei selbstverständlich lediglich um ein Beispiel. Es ist auch möglich, Leukozyten abzutrennen, da sie ein spezifisches Gewicht aufweisen, das von dem der Erythrozyten und Thrombozyten abweicht. Es sollte auch möglich sein, Bakterien und Viren mit diesem Verfahren abzutrennen. Das Verfahren kann auf alle Lösungen angewendet werden, mit Ausnahme der Lösungen, bei denen es unmöglich oder aus anderen Gründen unangemessen ist, die Dichte der Lösung zu manipulieren. Es ist auch möglich, Bakterien und Stammzellen aus ihren entsprechenden Kulturen abzutrennen, wenn beide in einer entsprechenden Lösung suspendiert sind.
  • 19 und 20 zeigen eine Kanaleinheit mit drei Einlässen A, B, A und drei Auslässen C, D, C. Ein erstes Fluid wird in die Kanaleinheit durch beide A-Einlässe geführt und ein zweites Fluid wird durch den B-Einlass eingeführt. Auf dieser Mikroskala vermischen sich die Fluide nicht.
  • 20 zeigt, wie Teilchen aus dem Fluid, das durch die A-Einlässe eingeführt wurde, durch das stehende Ultraschallfeld gezwungen werden, in das Fluid hinüber zu migrieren, das durch den B-Einlass eingeführt wurde. Diese Art von „Abtrennung" ist insbesondere dann nützlich, wenn es das Ziel ist, korpuskuläre Bestandteile des Bluts zu erhalten und das Plasma zu verwerfen, wie beispielsweise in der Plasmapherese und in Blutwäscheanwendungen, bei denen Blutzellen in kontaminiertem Plasma (A) in eine saubere Lösung (B) bewegt werden und schließlich Blutzellen in einem sauberen Medium (D) hergestellt werden. Das Abfallplasma (C) wird verworfen. Das Verfahren ermöglicht eine hoch effiziente Blutwäsche mit sehr geringen Mengen an benötigter Waschsubstanz.
  • Die 21 und die 22 zeigen eine radiale Anordnung der Kanaleinheiten, wobei diese Anordnung besonders vorteilhaft ist, wenn das Grundmaterial der Platten kreisförmige Scheiben oder ähnliche sind.
  • Der Durchschnittsfachmann erkennt, dass die Struktur der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung etliche Vorteile hat, insbesondere die leichte Herstellung und das Lösen des Problems, Partikel zu trennen, die bei Filter- und Zentrifugierprozessen disintegrieren können.

Claims (36)

  1. Vorrichtung zum Abtrennen suspendierter Teilchen aus einem Fluid, aufweisend eine in einer Platte (51) angeordnete Kanaleinheit mit einer ersten und einer zweiten großen Oberfläche, die einander gegenüberliegen, wobei die Kanaleinheit einen Grundastkanal (110) mit im Wesentlichen parallelen oder annähernd parallelen Wänden (810, 820) hat, die senkrecht zu den genannten Oberflächen stehen, wobei der Grundastkanal einen Einlass (160) und gegenüber diesem Einlass einen Verzweigungspunkt (175) aufweist, der Anschluss zu zwei oder mehr verschiedenen Auslässen (170, 180, 190) hat, und Ultraschallmittel (53, 150) zur Abgabe mechanischer Energie an ein Fluid in der Kanaleinheit in der Weise, dass die Teilchen sich im Grundastkanal in laminaren Schichten, die im wesentlichen parallel zu den Grundastwänden sind, konzentrieren, wobei der Verzweigungspunkt dazu bestimmt ist, Teilchen, die sich in den laminaren Schichten in dem Fluid befinden, das durch den Grundastkanal fließt, auf die verschiedenen Auslässe aufzuteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanaleinheit als Teil einer Materialschicht ausgebildet ist, die der ersten großen Oberfläche eng benachbart ist, und dass die Ultraschallmittel in Kontakt mit der zweiten großen Oberfläche angeordnet sind, um mechanische Energie auf die Platte zu übertragen, so dass zwischen den Grundastwänden ein Stehwellenfeld erzeugt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmittel so angeordnet sind, dass sie mechanische Energie in eine Richtung abgeben, die senkrecht zu der ersten und der zweiten Oberfläche der Platte steht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung (863) besitzt, welche die Ultraschallmittel so steuern kann, dass sie mechanische Energie mit gesteuerter Frequenz und Stärke im Ultraschallfrequenzband abgeben, wobei die Frequenz so an die Abmessungen der Kanaleinheit angepasst wird, dass in der Breite (185) des Kanals zwischen den Grundastwänden (810, 820) ein Feld stehender Schallwellen erzeugt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe von Kanaleinheiten in derselben Platte (51) angeordnet sind, welche mechanische Energie aus einem einzigen Ultraschallmittel (53, 150) erhalten, was den Einbau einer großen Anzahl von Kanaleinheiten für Trennzwecke in eine einzige Platte ermöglicht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanaleinheit mit einem Einlass (160) und drei Auslässen (170, 180, 190) versehen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte ein Stück aus einem homogenen Material ist, in dem die Kanaleinheit ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche der Platte (51) mit einer Glasschicht (52) bedeckt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte und die Glasschicht (52) miteinander verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (51) aus Silicium gefertigt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (51) aus Kunststoff gefertigt ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzweigungspunkt (175) kreuzförmig ist und dass der Einlass (160) sich am unteren Ende des Grundasts (110) des Kreuzes und die drei Auslässe (170, 180, 190) sich oben am Kreuz befinden.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzweigungspunkt (149) den Grundast (142) in drei Arme (143, 144, 145) teilt, die miteinander den Winkel a1 bzw. a2 einschließen, und dass die Winkel a1 und a2 zwischen 0 und 90 Grad liegen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzweigungspunkt auch die unmittelbare Aufteilung des Grundasts (110) in drei parallele Kanäle (610, 620, 630) beinhaltet, die durch dünne Trennwände (615, 625) getrennt sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnen Wände (615, 625) eine Dicke zwischen 1 und 40 Mikrometern und vorzugsweise von 20 Mikrometern haben.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (185) des Kanals zwischen 60 und 1400 Mikrometern liegt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (185) des Kanals 700 Mikrometer beträgt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallmittel ein piezoelektrisches Element (853) enthält.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Energie innerhalb des Ultraschallfrequenzbands eine gesteuerte Frequenz und eine gesteuerte Stärke hat.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie hinsichtlich Wellenform, Frequenz und Stromstärke steuerbar ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Wellenform entweder eine Sinuswelle, eine Dreieckswelle oder eine Rechteckwelle einstellbar ist, die Wellenform jedoch nicht darauf beschränkt ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maße der Kanaleinheit, d.h. die Breite (185) und die Höhe des Kanals, die Frequenz des Oszillationsmittels und die Durchflussrate, so gewählt werden, dass als Fluid Blut aufgenommen werden kann und die roten Blutkörperchen die aus dem Fluid abzutrennenden Teilchen sind.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maße der Kanaleinheit, d.h. die Breite (185) und die Höhe des Kanals, die Frequenz des Oszillationsmittels und die Durchflussrate so eingestellt werden, dass ein Fluid behandelt werden kann, das Teilchen eines fetthaltigen biologischen Stoffs enthält.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanaleinheit mit drei Einlässen (A, B, A) und drei Auslässen (C, D, C) versehen ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Maße der Kanaleinheit, d.h. die Breite (185) und die Höhe des Kanals, und die Frequenz des Oszillationsmittels so gewählt werden, dass ein Fluid behandelt werden kann, das Plättchen enthält.
  25. Verfahren zum Abtrennen von Teilchen aus Fluiden unter Nutzung von Ultraschall-, laminaren Strömungs- und Stehwelleneffekten, mit den folgenden Schritten: – Einspeisen eines Fluids in eine Vorrichtung nach Anspruch 1; – Anlegen eines Feldes oszillierender Ultraschallwellen an die zweite Oberfläche, wodurch das Fluid auf einer Fließstrecke in der Kanaleinheit einem Ultraschall-Stehwellenfeld ausgesetzt wird, wodurch die Teilchen zu einer ungleichmäßigen Verteilung in der zu den Oberflächen parallelen und zur Fließrichtung senkrechten Trennrichtung gezwungen werden; und – Auftrennen des zweiten laminaren Flusses in einen ersten und einen zweiten abgetrennten Fluss in der Weise, dass die Teilchenkonzentration im ersten abgetrennten Fluss größer ist als im zweiten abgetrennten Fluss.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld oszillierender Ultraschallwellen in eine Frequenz versetzt wird, die der Breite (185) der Kanaleinheit angepasst ist, so dass Schwingungen in der Platte das zu der Platte parallele Wellenfeld erzeugen.
  27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld oszillierender Ultraschallwellen senkrecht zu den Oberflächen der Platte angelegt wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Teilchen einer fetthaltigen biologischen Substanz aus einem Fluid abgetrennt werden.
  29. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, das Teilchen aus Blut abgetrennt werden.
  30. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Bakterien aus einer Flüssigkeit abgetrennt werden.
  31. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Stammzellen aus einem Fluid abgetrennt werden.
  32. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Plättchen aus einem Fluid abgetrennt werden.
  33. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass dem ursprünglichen Fluid eine Lösung zugesetzt wird, die eine andere Dichte als die ursprüngliche Lösung hat, um die Dichte des Fluids, aus dem Teilchen abzutrennen sind, zu verändern.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Reihe von Stufen wiederholt wird.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Wiederholen der Schritte neues Fluid eingespeist wird.
  36. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ultraschallstehwellenfeld zugeführte Energie durch Steuern von Wellenform, Frequenz und Stärke der elektrischen Energie gesteuert wird, die in ein piezoelektrisches Element eingespeist wird, das seine mechanische Energie auf das Fluid und seine Umgebung überträgt.
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