一种基于脉冲切向流多级过滤的全自动外泌体提取装置

1.本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种基于脉冲切向流多级过滤的全自动外泌体提取装置。


背景技术：

2.外泌体是直径在30～150nm的胞外囊泡，广泛存在于尿液、胸腹腔积液、乳汁、唾液等体液中，而且很多细胞可以分泌外泌体，如mscs、血细胞、内皮细胞、神经细胞、肿瘤细胞等。外泌体携带大量胞内和胞外的生物信息，可作为细胞通讯和细胞外基质重塑的媒介，与人类健康和疾病息息相关，近些年来外泌体在临床诊断、疾病治疗、组织再生等方面逐渐凸显出重要的价值。
3.传统的外泌体分离方法有超速离心法、过滤法、免疫磁珠法、微流控芯片等，超速离心法因为仪器设备昂贵难以大范围普及，免疫磁珠法由于夹杂其他外来成分难以进行临床应用，微流控芯片法虽然分离纯度高，但是提取量很小，难以大量推广，相较之下，过滤法应用更加广泛，但是过滤法目前大多处于手工处理阶段，费力、费时且容易造成污染，且往往是通过水平设置的过滤膜实现过滤，大颗粒物质容易堆积堵塞膜孔，需要频繁清理，且设备体型较大，不便于移动。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对上述问题，提出一种基于脉冲切向流多级过滤的全自动外泌体提取装置，该装置能有效节省人工成本，提取的外泌体纯度高、无污染，且基于切向流使液体流动在过滤介质表面产生剪切力，减小堆积，保证了稳定的过滤速度，无需频繁维护，工作效率高、安全性高、体型小，并有助于提高外泌体制备量，适用于临床高效、快速、安全应用的要求。
5.为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
6.本实用新型提出的一种基于脉冲切向流多级过滤的全自动外泌体提取装置，包括：
7.箱体，包括底板和隔离仓，隔离仓安装于底板上；
8.容置组件，安装于底板上并位于隔离仓的前侧，包括第一容置罐、第二容置罐、第三容置罐和第四容置罐，各容置罐的顶部均开设有进液口和出气口，且第一容置罐、第二容置罐和第三容置罐的顶部还开设有出液口；
9.传动机构，包括直线传动机构、第一连接板、第二连接板、第一注射器、第二注射器和第三注射器，各注射器并排设置隔离仓的前侧，且注射器的筒体与第二连接板连接，注射器的柱塞杆与第一连接板连接，第二连接板与隔离仓连接，直线传动机构内置于隔离仓，并通过第一连接板带动各注射器的柱塞杆同步上下运动；
10.第一切向流过滤机构，包括第一过滤支座、第一盖板、第二盖板、第一过滤膜和第一压板，第一过滤支座为环状结构并通过第一过滤板划分为第一腔室和第二腔室，且第一
过滤支座的侧壁设有第一管接头、第二管接头和第三管接头，第一管接头朝向上方，并与第二管接头和第三管接头相对设置，第一管接头和第二管接头均与第一腔室连通，第三管接头与第二腔室连通，第一过滤膜夹持于第一压板和第一过滤板之间，第一盖板和第二盖板分别与第一过滤支座的两端密封连接；
11.第二切向流过滤机构，包括第二过滤支座、第三盖板、第四盖板、第二过滤膜、第二压板、第三过滤膜和第三压板，第二过滤支座为环状结构，并通过并排设置的第二过滤板和第三过滤板依次划分为第三腔室、第四腔室和第五腔室，且第二过滤支座的侧壁设有第四管接头、第五管接头、第六管接头、第七管接头和第八管接头，第四管接头和第五管接头均朝向上方，并与第六管接头、第七管接头和第八管接头相对设置，第四管接头和第六管接头均与第三腔室连通，第五管接头和第七管接头均与第四腔室连通，第八管接头与第五腔室连通，第二过滤膜夹持于第二压板和第二过滤板之前，第三过滤膜夹持于第三压板和第三过滤板之间，第三盖板和第四盖板分别与第二过滤支座的两端密封连接；
12.其中，第一注射器分别与第一容置罐的出液口和第一管接头通过设有单向阀的管路连接，第二注射器分别与第二容置罐的出液口和第四管接头通过设有单向阀的管路连接，第三注射器分别与第三容置罐的出液口和第五管接头通过设有单向阀的管路连接，第二管接头与第一容置罐的进液口通过设有稳压阀的管路连接，第三管接头与第四管接头通过管路连接，第六管接头与第二容置罐的进液口通过设有稳压阀的管路连接，第七管接头与第三容置罐的进液口通过设有稳压阀的管路连接，第八管接头与第四容置罐的进液口通过管路连接。
13.优选地，箱体还包括第一罩壳、对开门和过滤网，对开门安装于第一罩壳的前侧，底板、隔离仓、第一罩壳和对开门共同形成封闭壳体，容置组件、传动机构、第一切向流过滤机构和第二切向流过滤机构内置于箱体，过滤网穿设于第一罩壳的上壁并位于容置组件的上方。
14.优选地，容置组件还包括第一环形安装座、第二环形安装座、第三环形安装座和第四环形安装座，第一容置罐、第二容置罐、第三容置罐和第四容置罐一一对应套设于环形安装座内，各环形安装座与底板固定连接。
15.优选地，各容置罐的罐底为圆锥形。
16.优选地，直线传动机构为丝杠螺母机构。
17.优选地，传动机构还包括用于对直线传动机构进行上下限位的限位机构。
18.优选地，第一切向流过滤机构和第二切向流过滤机构均与隔离仓可拆卸连接。
19.优选地，第一过滤膜的孔径为450nm，第二过滤膜的孔径为150nm，第三过滤膜的孔径为30nm。
20.优选地，隔离仓的前侧设有相机或两个压力传感器，用于检测第一腔室和第三腔室的压力。
21.优选地，隔离仓的前侧还设有触摸屏、第一管路固定架和第二管路固定架，第一管路固定架和第二管路固定架均垂直于隔离仓设置并开设有若干个通孔，各管路通过穿设通孔进行形状矫正。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
23.1)该装置采用非接触式设计，通过闭环控制实现对外泌体的一次性过滤，能有效
节省人工成本，使得提取的外泌体纯度高、无污染，达到临床所需外泌体标准，且通过第一切向流过滤机构和第二切向流过滤机构实现对外泌体多级过滤，基于脉冲切向流使液体流动在过滤介质表面产生剪切力，起到冲刷过滤膜表面堆积的外泌体颗粒的作用，持续保持过滤膜表面洁净，减小堆积，达到顺利过滤的效果，保证了稳定的过滤速度，无需频繁维护，并通过单向阀防止逆流，通过稳压阀与对应容置罐的连接回收腔室内的沉积物质并重复利用过滤，可大大提高外泌体的利用率，减少资源浪费，且有助于实现小型轻量化，适用于临床高效、快速、安全应用的要求，便于搬运；
24.2)各注射器通过同一直线运动机构带动实现同步作业，有助于降低时间成本和生产成本，提高工作效率；
25.3)采用相机或压力传感器对容置罐内部压力进行监测，大大提高安全性；
26.4)通过第一管路固定架和第二管路固定架对各管路进行形状矫正，避免管路变形影响作业。
附图说明
27.图1为本实用新型全自动外泌体分离装置的结构示意图；
28.图2为本实用新型全自动外泌体分离装置的内部结构示意图；
29.图3为本实用新型隔离仓的内部结构示意图；
30.图4为本实用新型传动机构的结构示意图；
31.图5为本实用新型第一切向流过滤机构的结构示意图；
32.图6为本实用新型第一切向流过滤机构的剖视图；
33.图7为本实用新型第一过滤支座的结构示意图；
34.图8为本实用新型第一压板的结构示意图；
35.图9为本实用新型第二切向流过滤机构的结构示意图；
36.图10为本实用新型第二切向流过滤机构的剖视图；
37.图11为本实用新型第二过滤支座的结构示意图；
38.图12为本实用新型第三过滤板结构示意图。
39.附图标记说明：1、箱体；2、容置组件；3、传动机构；4、第一切向流过滤机构；5、第二切向流过滤机构；11、底板；12、隔离仓；13、第一罩壳；14、对开门；15、过滤网；11a、电源；11b、驱动器；11c、控制器；121、第一支撑板；122、第二支撑板；123、背板；121a、触摸屏；121b、第一管路固定架；121c、相机；121d、压力传感器；121e、第二管路固定架；121f、第一安装座；121g、第二安装座；121h、第三安装座；21、第一环形安装座；22、第二环形安装座；23、第三环形安装座；24、第四环形安装座；25、第一容置罐；26、第二容置罐；27、第三容置罐；28、第四容置罐；31、直线传动机构；32、第一连接板；33、第二连接板；34、第一注射器；35、第二注射器；36、第三注射器；37、第一行程开关；38、第二行程开关；39、感应板；41、第一过滤支座；42、第一盖板；43、第二盖板；44、第一压板；45、第一密封圈；46、第二密封圈；47、第三密封圈；41a、第一管接头；41b、第一凸台；41c、第二管接头；41d、第三管接头；41e、第一过滤板；51、第二过滤支座；52、第三盖板；53、第四盖板；54、第三过滤板；55、第三压板；56、第二压板；51a、第四管接头；51b、第五管接头；51c、第二凸台；51d、第六管接头；51e、第七管接头；51f、第八管接头；51g、第二过滤板；51h、限位凸台；57a、第四密封圈；57b、第五密封圈；
57c、第六密封圈；57d、第七密封圈；57e、第八密封圈。
具体实施方式
40.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
41.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。
42.如图1-12所示，一种基于脉冲切向流多级过滤的全自动外泌体提取装置，包括：
43.箱体1，包括底板11和隔离仓12，隔离仓12安装于底板11上；
44.容置组件2，安装于底板11上并位于隔离仓12的前侧，包括第一容置罐25、第二容置罐26、第三容置罐27和第四容置罐28，各容置罐的顶部均开设有进液口和出气口，且第一容置罐25、第二容置罐26和第三容置罐27的顶部还开设有出液口；
45.传动机构3，包括直线传动机构31、第一连接板32、第二连接板33、第一注射器34、第二注射器35和第三注射器36，各注射器并排设置隔离仓12的前侧，且注射器的筒体与第二连接板33连接，注射器的柱塞杆与第一连接板32连接，第二连接板33与隔离仓12连接，直线传动机构31内置于隔离仓12，并通过第一连接板32带动各注射器的柱塞杆同步上下运动；
46.第一切向流过滤机构4，包括第一过滤支座41、第一盖板42、第二盖板43、第一过滤膜和第一压板44，第一过滤支座41为环状结构并通过第一过滤板41e划分为第一腔室和第二腔室，且第一过滤支座41的侧壁设有第一管接头41a、第二管接头41c和第三管接头41d，第一管接头41a朝向上方，并与第二管接头41c和第三管接头41d相对设置，第一管接头41a和第二管接头41c均与第一腔室连通，第三管接头41d与第二腔室连通，第一过滤膜夹持于第一压板44和第一过滤板41e之间，第一盖板42和第二盖板43分别与第一过滤支座41的两端密封连接；
47.第二切向流过滤机构5，包括第二过滤支座51、第三盖板52、第四盖板53、第二过滤膜、第二压板56、第三过滤膜和第三压板55，第二过滤支座51为环状结构，并通过并排设置的第二过滤板51g和第三过滤板54依次划分为第三腔室、第四腔室和第五腔室，且第二过滤支座51的侧壁设有第四管接头51a、第五管接头51b、第六管接头51d、第七管接头51e和第八管接头51f，第四管接头51a和第五管接头51b均朝向上方，并与第六管接头51d、第七管接头51e和第八管接头51f相对设置，第四管接头51a和第六管接头51d均与第三腔室连通，第五管接头51b和第七管接头51e均与第四腔室连通，第八管接头51f与第五腔室连通，第二过滤膜夹持于第二压板56和第二过滤板51g之前，第三过滤膜夹持于第三压板55和第三过滤板54之间，第三盖板52和第四盖板53分别与第二过滤支座51的两端密封连接；
48.其中，第一注射器34分别与第一容置罐25的出液口和第一管接头41a通过设有单向阀的管路连接，第二注射器35分别与第二容置罐26的出液口和第四管接头51a通过设有
单向阀的管路连接，第三注射器36分别与第三容置罐27的出液口和第五管接头51b通过设有单向阀的管路连接，第二管接头41c与第一容置罐25的进液口通过设有稳压阀的管路连接，第三管接头41d与第四管接头51a通过管路连接，第六管接头51d与第二容置罐26的进液口通过设有稳压阀的管路连接，第七管接头51e与第三容置罐27的进液口通过设有稳压阀的管路连接，第八管接头51f与第四容置罐28的进液口通过管路连接。
49.其中，该全自动外泌体分离装置还包括电源11a、驱动器11b、控制器11c，如电源11a、驱动器11b和控制器11c均位于底板11上并内置于隔离仓12。电源11a通电时，控制器11c通过控制驱动器11b驱动直线传动机构31的电机启停，从而带动注射器的柱塞杆上下运动实现抽吸作业。隔离仓12可为分体式结构，如包括依次固定连接的第一支撑板121、第二支撑板122和背板123，第一支撑板121和背板123前后并排布置，第二支撑板122为开口朝下的u形板，隔离仓12安装于底板11的上方，与底板11共同组成腔室。且第一支撑板121的后侧壁还安装有第二安装座121g和第三安装座121h，第三安装座121h包括安装板和两个沿左右方向并排分布的侧板，安装板固定于两侧板的后侧，且与第一支撑板121平行，注射器的筒体与第二连接板33连接，可为固定连接或可拆卸连接，第二连接板33与安装板固定连接，直线传动机构31内置于隔离仓12，并通过第一连接板32带动各注射器的柱塞杆同步上下运动，第一连接板32可为任意形状。底板11的底部还可设置若干个地脚，便于调平。
50.第一容置罐25初始状态下用于盛放原始外泌体(如从自体脂肪干细胞中提取的外泌体溶液等，自体脂肪来源广泛，且容易获取，同时不会产生排异性，便于应用)，在制备完成后，第一容置罐25、第二容置罐26分别留存有中间处理液，第三容置罐27用于存放制备好的外泌体，第四容置罐28用于存放废液，第一切向流过滤机构4和第二切向流过滤机构5均竖向放置，即各过滤板竖向设置，基于切向流(指液体流动方向与过滤方向呈垂直方向的过滤形式)进行过滤，区别于现有技术中过滤板水平设置，不易造成堵塞。第一压板44位于第一腔室内，第二压板56位于第三腔室内，第三压板55位于第五腔室内，还可根据实际需求调整。各过滤板上开设有若干个通孔，第一过滤板41e与第一过滤支座41一体成型，第二过滤板51g与第二过滤支座51一体成型，各压板的外形与过滤支座的内壁匹配，且其上开设有若干个通孔，通孔可为任意形状。各过滤板上还开设有若干个同心环状凹槽，位于放有过滤膜的一侧，便于过滤。
51.各切向流过滤机构还进行密封设置，避免漏液，具体地，各盖板上均设有环状凸台，如第一盖板42的环状凸台的外侧壁与第一过滤支座41的内侧壁之间通过夹持的第三密封圈47进行密封，第二盖板43的环状凸台的外侧壁与第一过滤支座41的内侧壁之间通过夹持的第一密封圈45进行密封，第一压板44与第一过滤板41e之间通过夹持的第二密封圈46进行密封。第三盖板52的环状凸台的外侧壁与第二过滤支座51的内侧壁之间通过夹持的第四密封圈57a进行密封，第四盖板53的环状凸台的外侧壁与第二过滤支座51的内侧壁之间通过夹持的第七密封圈57d进行密封，第二压板56与第二过滤板51g通过夹持的第八密封圈57e进行密封，第三压板55与第三过滤板54之间通过夹持的第六密封圈57c进行密封。为便于第三过滤板54的定位，第二过滤支座51的内侧壁还设有环状限位凸台51h，第三过滤板54与限位凸台51h之间通过夹持的第五密封圈57b进行密封。
52.该装置采用非接触式设计，通过闭环控制实现对外泌体的一次性过滤，能有效节省人工成本，使得提取的外泌体纯度高、无污染，达到临床所需外泌体标准，且通过第一切
向流过滤机构和第二切向流过滤机构实现对外泌体多级过滤，通过稳压阀配合实现脉冲切向流使液体流动在过滤介质表面产生剪切力，起到冲刷过滤膜表面堆积的外泌体颗粒的作用，持续保持过滤膜表面洁净，减小堆积，达到顺利过滤的效果，保证了稳定的过滤速度，无需频繁维护，并通过单向阀防止逆流，且稳压阀还与对应容置罐的连接回收腔室内的沉积物质并重复利用过滤，可大大提高外泌体的利用率，从而提高外泌体的制备量，减少资源浪费，且有助于实现小型轻量化，适用于临床高效、快速、安全应用的要求，便于搬运；且各注射器通过同一直线运动机构带动实现同步作业，有助于降低时间成本和生产成本，提高工作效率。
53.在一实施例中，箱体1还包括第一罩壳13、对开门14和过滤网15，对开门14安装于第一罩壳13的前侧，底板11、隔离仓12、第一罩壳13和对开门14共同形成封闭壳体，容置组件2、传动机构3、第一切向流过滤机构4和第二切向流过滤机构5内置于箱体1，过滤网15穿设于第一罩壳13的上壁并位于容置组件2的上方。
54.其中，第一罩壳13为开口朝下的u形板，底部与底板11固定连接，后侧通过隔离仓12的背板密封，前侧安装对开门14，对开门14上设有门把手，即起到密封保护作用，又方便打开操作。过滤网15用于过滤空气，保持装置内空气处于无菌的环境。
55.在一实施例中，容置组件2还包括第一环形安装座21、第二环形安装座22、第三环形安装座23和第四环形安装座24，第一容置罐25、第二容置罐26、第三容置罐27和第四容置罐28一一对应套设于环形安装座内，各环形安装座与底板11固定连接。
56.其中，如图2所示，第一容置罐25、第二容置罐26、第三容置罐27和第四容置罐28由左向右依次设置，第一环形安装座21、第二环形安装座22、第三环形安装座23和第四环形安装座24也是由左向右依次设置，容置罐和环形安装座一一对应安装，通过环形安装座对各容置罐进行限位，便于拆卸维护容置罐。
57.在一实施例中，各容置罐的罐底为圆锥形。各容置罐的罐底为圆锥形，便于吸尽罐底的液体，减少浪费。
58.在一实施例中，直线传动机构31为丝杠螺母机构。需要说明的是，直线传动机构31还可为现有技术中的其他机构，如齿轮齿条机构、同步带传动机构等。
59.在一实施例中，传动机构3还包括用于对直线传动机构31进行上下限位的限位机构。其中，限位机构包括第一行程开关37、第二行程开关38和感应板39，第一行程开关37和第二行程开关38并排安装于隔离仓12的内壁上，可直接连接或通过转接板进行转接，如直线传动机构31为丝杠螺母机构时，感应板39与直线传动机构31的螺母固定连接，通过螺母带动感应板39运动与第一行程开关37和第二行程开关38感应实现上下极限限位。
60.在一实施例中，第一切向流过滤机构4和第二切向流过滤机构5均与隔离仓12可拆卸连接。
61.其中，本实施例中第一切向流过滤机构4和第二切向流过滤机构5前后并排设置，第一过滤支座41的相对侧壁(如左侧壁和右侧壁)上分别竖向设有第一凸台41b，第二过滤支座51相对侧壁(如左侧壁和右侧壁)上分别竖向设有第二凸台51c。隔离仓12的前侧安装有第一安装座121f，第一安装座121f上开设有多个滑槽，第一过滤支座41通过第一凸台41b与滑槽配合滑动连接，第二过滤支座51通过第二凸台51c与滑槽配合滑动连接。需要说明的是，第一切向流过滤机构4和第二切向流过滤机构5还可与第一安装座121f卡合连接，为本
领域技术人员熟知技术，在此不再赘述。
62.在一实施例中，第一过滤膜的孔径为450nm，第二过滤膜的孔径为150nm，第三过滤膜的孔径为30nm。通过设置不同孔径的过滤膜，完成外泌体的逐级过滤，获得满足条件的外泌体。
63.在一实施例中，隔离仓12的前侧设有相机121c或两个压力传感器121d，用于检测第一腔室和第三腔室压力。通过相机121c或压力传感器121d进行压力监测，有利于保证安全性。如采用两个压力传感器121d分别对第一腔室和第三腔室的压力进行检测。或采用相机121c可进行拍照，通过分析照片中管路的直径大小即可判断出当前压力状态，用拍照方法进行非接触式测量，便于切向流过滤机构的更换。
64.在一实施例中，隔离仓12的前侧还设有触摸屏121a、第一管路固定架121b和第二管路固定架121e，第一管路固定架121b和第二管路固定架121e均垂直于隔离仓12设置并开设有若干个通孔，各管路通过穿设通孔进行形状矫正。
65.其中，隔离仓12的第一支撑板121上穿设有触摸屏121a，便于操作。各管路通过穿设于第一管路固定架121b和第二管路固定架121e的通孔进行形状矫正，避免产生形变造成的堵塞，保证作业顺利进行。
66.该装置的工作原理：
67.当直线传动机构31带动各注射器上移时，将第一容置罐25中的原始外泌体抽吸入第一注射器34的筒体，当直线传动机构31带动各注射器下移时，将筒体内的原始外泌体注入第一切向流过滤机构4的第一腔室进行第一次过滤，并在压力作用下将第一腔室的原始外泌体过滤至第一切向流过滤机构4的第二腔室形成一级外泌体，颗粒大小小于450nm，同时将一级外泌体注入第二切向流过滤机构5的第三腔室进行第二次过滤，此时的液体颗粒大小小于450nm，通过直线传动机构31的上下往复运动，在压力作用下，一级外泌体进入第四腔室形成二级外泌体，二级外泌体为30～150nm的颗粒，可以在第四腔室循环过滤，达到浓缩外泌体的作用，二级外泌体经过第三次过滤进入第五腔室形成三级外泌体，三级外泌体为小于30nm的颗粒即为废液，最终流入第四容置罐28，第四腔室中的液体为30-150nm的合格外泌体，可存放于第三容置罐27中，各单向阀用于防止回流，各稳压阀有助于保证各腔室压力恒定，当各腔室的压力超过稳压阀的预设阈值时，稳压阀打开，沉积的大颗粒外泌体流入对应连接的容置罐中，并在直线传动机构31的上下往复运动，重新将第一容置罐25、第二容置罐26和第三容置罐27回收的大颗粒外泌体再次抽吸进入切向流过滤机构的相应腔室重新过滤，如此往复，可大大提高外泌体的利用率，减少资源浪费。
68.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
69.以上所述实施例仅表达了本技术描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。