CN106457078A

CN106457078A - 使用包括穿孔二维材料的滤膜分离和测定目标实体

Info

Publication number: CN106457078A
Application number: CN201580021974.0A
Authority: CN
Inventors: 莎拉·西蒙; 小约翰·B·斯特森
Original assignee: Lockheed Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 2014-05-01
Filing date: 2015-05-01
Publication date: 2017-02-22
Also published as: EP3137188A1; JP2017519974A; CA2947029A1; EP3137188A4; WO2015168653A1; AU2015252784A1

Abstract

穿孔石墨烯和其他穿孔二维材料可用于隔绝具有特定尺寸范围和化学特性的目标实体。隔绝在其上的目标实体可以被进一步测定以用于定量/定性。使用多个滤膜可以允许分离并且进一步分析特定尺寸范围或化学特性的目标实体。用于测定目标实体特别是生物目标实体的方法可以包括提供彼此串行设置的一个或多个滤膜，滤膜包括穿孔二维材料，滤膜具有在预期流体流的方向上减小的有效孔尺寸；以及使流体穿过滤膜。该方法还可以包括测定滤膜上的至少一种目标实体。

Description

使用包括穿孔二维材料的滤膜分离和测定目标实体

相关申请的交叉引用

本申请要求以下专利申请的优先权：于2014年5月1日提交的61/987,410号美国临时申请；及于2015年2月27日提交的PCT/US2015/18114号国际申请，其又要求于2014年2月28日提交的14/193,007号美国申请的权益。将这些申请中的每一个通过引用的方式整体并入本文。

背景技术

本公开整体涉及配置用于流体特别是医疗流体的吸取和配发及其分析的设备，并且更具体地涉及应用一个或多个二维分离膜的注射器和其他设备及使用其来分离和测定各种尺寸或各种化学活性的目标实体的方法。本文的设备包括可以从流体获取亚微米材料包括纳米材料的那些设备。本文的设备可以用于可选地采集一个或多个预定尺寸范围内的目标实体。这些预定尺寸范围可以代表特定实体类型、生物细胞(原生动物、真菌、细菌、哺乳动物细胞、瘤细胞)、病毒(逆转录酶病毒、包膜病毒)、生物分子(例如蛋白质、多肽、核酸、多糖、缩氨酸毒素)、小分子(例如药物、化学毒素)、原子物种(例如卤化物离子、金属离子)。按尺寸范围采集的目标实体可以受到适合于所采集的实体的类型和尺寸的一个或多个测定。

当执行各种类型的测定时，通常可能希望基于成分的尺寸和/或化学特性(例如电荷状态、与另一个化学或生物物种的结合或者以其他方式相互作用的能力等等)来分离成分。在宏观上，可以经由多个技术实现分离。相反，在纳米或分子尺寸级别上(大约1000纳米到0.5nm，特别是500nm到1nm)，分离可能变得困难得多。特别是，可能难以开发具有这样的孔的分离膜，即该孔提供足够的分辨率以考虑较大分子而允许通过较小分子，或者允许从尺寸高于和低于目标尺寸的多个分子中分离具有目标尺寸的分子的子集。特别是当分析生物材料时，如果小于分离膜的闭塞尺寸的目标实体(在本文中又被称为分析物)穿过用于执行分离过程的膜，则它们有时可能在分析中导致干扰。当在测定之前通过尺寸范围来分离目标实体时，可以获得对分析的有效性和选择性的益处，因为可以更有可选地应用适用于特定尺寸范围的目标实体(例如生物细胞)的测定。

虽然存在可能希望分子级别上的分离的多个领域，但是各种医疗应用和其他生物材料分离可能受益于分离和分析具有不同分子尺寸的目标实体，特别是各种生物分子，例如病毒、细菌、原生动物、真菌、蛋白质、抗体、缩氨酸、核酸(DNA、RNA)等等。可能还希望分离和分析可能对生物生命形式有害的各种毒素。这些材料具有各种尺寸和形状并且具有变化的化学特性。

当前，可能很难基于目标实体的分子尺寸或化学特性将各种目标实体相互分离与分析，例如来自血液样品或其他生物流体中的生物分子或其他目标实体，从而允许从其做出知情决定(例如建议疗程)。虽然当前的医疗测试技术通常可能是有效的，但是它们通常是高度专用的并且需要大量单独的设备和策略来执行测试。结果，当前医疗测试技术可能通常相当慢并且仅提供关于特定类型分子实体的输入。此外，它们可能还受到来自存在于生物流体中的非目标实体的干扰。

鉴于前文的描述，用于从流体分离和测定各种目标实体、尤其是从生物或医疗流体分离和测定生物分子的方法将在本领域中具有可观的益处。更具体地，用于从流体和非目标实体分离和测定、尤其是从生物介质分离具有特定尺寸或具有具体化学特性的目标实体的设备和方法将在本领域中具有可观的益处。根据多个尺寸范围来在给定流体中分离不同尺寸的多种目标实体以允许可选地测定这种按尺寸分离的目标实体的进一步的能力，将在本领域中具有附加的益处。在一些情况中，例如在分离设备实现为注射器或其他采样机构的情况下，上述尺寸分离与用于吸取流体样品的方法的结合将提供附加的益处。本公开满足了前文所述的需求并且还提供了相关的优点。

发明内容

本公开描述了用于彼此分离和测定具有不同尺寸和/或化学特性的目标实体的过滤器设备配置和方法。在一些实施方式中，过滤器设备配置包括彼此串行设置的一个或多个滤膜(又被称为分离膜)，其中，滤膜包括穿孔二维材料，并且其中滤膜具有在预期流体流的方向上减小的有效孔尺寸。在具体实施方式中，过滤器设备配置包括多于的两个滤膜，用于尺寸分离并且组合地将中的实体(包括目标实体)流体分离到一种或者优选地多于一种选定的尺寸范围的实体库(包括一种或多种实体)中。

在一些实施方式中，该方法可以包括提供彼此串行设置的一个或多个滤膜，其中滤膜包括穿孔二维材料，并且滤膜具有在预期流体流的方向上减小的有效孔尺寸；使流体穿过滤膜；并且可选地测定由滤膜隔绝的至少一种目标实体。测定可以发生在当至少一种目标实体被隔绝在滤膜上时或者至少一种目标实体从其释放之后。在相关实施方式中，隔绝的至少一种目标实体可以选择性地经历导致其产物实体的改变，产物实体可以经历后续尺寸分离和/或经历一个或多个合适的测定。

在更具体的实施方式中，串行设置多于两个滤膜，其中过滤器的有效孔尺寸在流体流的方向上减小，其中，滤膜组合地作用以将流体中的多种实体分离或隔绝到选定的尺寸范围的实体库(包括一种或多种实体)中。可以对一个或多个选定的尺寸的实体库应用一个或多个测定。测定可以在当至少一种目标实体被隔绝在滤膜上时或实体从其释放之后执行。

本公开还描述了用于向患者施用流体的方法。在各种实施方式中，该方法可以包括提供包含穿孔二维材料的至少一个滤膜，以及在将流体穿过至少一个滤膜之后向患者施用流体，其中，至少一个滤膜从流体去除至少一种生物材料或毒素。

前文的描述已经相当广泛地概述了本公开的特征以便于更好地理解下文的详细描述。下文将描述本公开的附加的特征和优点。这些和其他优点和特征将从下文的描述变得更加显而易见。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考结合用于描述本公开的具体实施方式的附图的以下描述，其中：

图1A显示了包含可附接滤膜的标准接口的注射器的说明性示意图；图1B显示了具有包含与之附接的穿孔二维材料的可去除滤膜的注射器的说明性示意图；

图2A-2C显示了包含设置在两层支撑件之间的穿孔二维材料滤膜的说明性示意图；

图3和3B显示了基于设置在卢尔锁外壳中的基于石墨烯的滤膜的说明性示意图；

图4显示了串行设置的基于石墨烯的滤膜的说明性示意图，其中孔尺寸可以相同或不同；

图5显示了串行设置的多个滤膜的说明性示意图，其中，有效孔尺寸在预期流动流的方向上减小；

图6显示了用于示出孔尺寸减小的效果的示意图，其中，逐渐变小的分子实体被吸留在过滤器中；

图7显示了可以通过电流来刺激图5的滤膜配置以改进其中的目标实体的释放和分析的说明性示意图；以及

图8显示了一系列滤膜堆叠在一起以隔绝不同有效尺寸的生物实体的说明性示意图。

具体实施方式

本公开部分地涉及包括包含二维材料的一个或多个滤膜的设备。本公开还部分地涉及使用一个或多个滤膜从流体介质特别是生物流体分离和可选地测定具有限定的尺寸或化学特性的目标实体的方法，其中，每个滤膜配置为分离具有限定的尺寸或化学特性的目标实体。

石墨烯由于其受欢迎的机械和电子性质而对于在大量应用中的使用受到广泛关注。石墨烯表示原子级薄度的碳层，其中碳原子在规则的格状位置作为紧密间隔的原子而存在。该规则的格状位置可能具有出现在其中的多个缺陷，其可以是天然出现的或者有意地引入到石墨烯基面的。该缺陷在本文又被等效称为“孔眼”、“穿孔”或“孔洞”。术语“穿孔石墨烯”将在本文中用于表示在基面中具有缺陷的石墨烯薄片，而不管该缺陷是天然出现的还是有意产生的。除了该孔眼之外，石墨烯和其他二维材料可以表示对许多物质的不可渗透层。因此，如果适当地设置它们的尺寸，则不可渗透层中的孔眼则可以用于保持大于有效孔尺寸的目标实体。就这点而言，开发了大量技术来在石墨烯和其他二维材料中引入多个孔眼，其中，孔眼具有关于孔眼周长的希望的尺寸、数量和化学性。孔眼的化学修饰还可以允许优先保留或拒绝具有特定化学特性的目标实体。

本发明使用包括穿孔二维材料的滤膜，穿孔二维材料带有多个孔，以实现亚微米或纳米成分的分离。可用于本发明中的各种二维材料在本领域中是已知的。在各个实施方式中，二维材料包括石墨烯、硫化钼或者氮化硼。在实施方式中，二维材料是基于石墨烯的材料。在更具体的实施方式中，二维材料是石墨烯。根据本公开的实施方式的石墨烯可包括单层石墨烯、多层石墨烯或者它们的任意组合。在本公开的各个实施方式中，具有扩展二维分子结构的其他纳米材料也可构成二维材料。例如，硫化钼是具有二维分子结构的代表性硫族化物，并且在本公开的实施方式中，其他各种硫族化物可构成二维材料。用于特定应用的合适二维材料的选择可由多种因素确定，包括最后使用石墨烯或其他二维材料的化学和物理环境。

在实施方式中，可用在本文中的膜中的二维材料是基于石墨烯的材料薄片。基于石墨烯的材料包括，但不限于，单层石墨烯、多层石墨烯或者互连的单层或多层石墨烯畴(domain)以及它们的组合。在实施方式中，基于石墨烯的材料也包括通过将单层或多层石墨烯薄片堆叠起来而形成的材料。在实施方式中，多层石墨烯包括2到20层、2到10层，或者2到5层。在实施方式中，石墨烯是基于石墨烯的材料中的主要材料。例如，基于石墨烯的材料包括至少30％的石墨烯、或至少40％的石墨烯、或至少50％的石墨烯、或至少60％的石墨烯、或至少70％的石墨烯、或至少80％的石墨烯、或至少90％的石墨烯，或者至少95％的石墨烯。在实施方式中，基于石墨烯的材料包括从30％到95％中、或从40％到80％中、从50％到70％中、从60％到95％中或者从75％到100％中选择的石墨烯范围。

本文中使用的“畴”是指原子一致地排列到晶格中的材料区域。畴在它的边界内是一致的，但与邻近区域不同。例如，单晶体材料具有排列原子的单畴。在实施方式中，石墨烯畴中的至少一些畴是纳米晶体，具有从1到100nm或10到100nm的畴尺寸。在实施方式中，石墨烯畴中的至少一些畴具有大于100nm到1微米、或从200nm到800nm、或者从300nm到500nm的畴尺寸。由每个畴的边缘处的结晶缺陷形成的“晶界”区分邻近晶格。在一些实施方式中，通过围绕与薄片的平面垂直的轴线旋转，第一晶格可相对于第二晶格旋转，从而使得两个晶格的“晶格取向”不同。

在实施方式中，基于石墨烯的材料薄片包括单层或多层石墨烯薄片或者它们的组合。在实施方式中，基于石墨烯的材料薄片是单层或多层石墨烯薄片或者它们的组合。在另一实施方式中，基于石墨烯的材料薄片是包括多个互连的单层或多层石墨烯畴的薄片。在实施方式中，互连的畴共价键合在一起，以形成薄片。当薄片中的畴在晶格取向方面不同时，薄片是多晶的。

在实施方式中，基于石墨烯的材料薄片的厚度是从0.34到10nm、从0.34到5nm，或者从0.34到3nm。在实施方式中，基于石墨烯的材料薄片包括本征缺陷。与可选地引入到基于石墨烯的材料薄片或石墨烯薄片中的孔眼相比，本征缺陷是得自制备基于石墨烯的材料的那些。此类本征缺陷包括，但不限于，晶格异常、孔、裂缝、裂纹或皱纹。晶格异常可包括，但不限于，带有不同于6元的碳环(例如，5元环、7元环或9元环)、空位、填隙缺陷(包括在晶格中并入非碳原子)，以及晶界。

在实施方式中，包括基于石墨烯的材料薄片的膜或膜部分进一步包括位于基于石墨烯的材料薄片的表面上的非石墨烯碳基材料。在实施方式中，非石墨烯碳基材料并不拥有长程有序性，并且可被分类为非结晶。在实施方式中，非石墨烯碳基材料进一步包括除了碳和/或烃之外的元素。可并入到非石墨烯碳中的非碳元素包括，但不限于，氢、氧、硅、铜和铁。在实施方式中，非石墨烯碳基材料包括烃。在实施方式中，碳是非石墨烯碳基材料中的主要材料。例如，非石墨烯碳基材料包括至少30％的碳、或至少40％的碳、或至少50％的碳、或至少60％的碳、或至少70％的碳、或至少80％的碳、或至少90％的碳，或者至少95％的碳。在实施方式中，非石墨烯碳基材料包括从30％到95％中、或从40％到80％中，或者从50％到70％中选择的碳范围。

其中故意形成孔的二维材料在本文中称为“穿孔”，诸如，“穿孔基于石墨烯的材料”、“穿孔二维材料”或“穿孔石墨烯”。本公开还部分涉及含有尺寸在约5到约1000埃的范围内的多个孔(或孔洞)的穿孔石墨烯、穿孔基于石墨烯的材料以及其他穿孔二维材料。在又一实施方式中，孔洞尺寸在从100nm直到1000nm或从100nm到500nm的范围内。本公开进一步部分涉及含有尺寸在约5到1000埃的范围内的多个孔洞并且具有窄尺寸分布的穿孔石墨烯、穿孔基于石墨烯的材料以及其他穿孔二维材料，所述窄尺寸分布包括，但不限于，1％到10％的尺寸偏差或1％到20％的尺寸偏差。在实施方式中，孔洞的特征尺寸介于5到1000埃。对于圆形孔洞而言，特征尺寸是孔洞的直径。在与非圆形孔相关的实施方式中，特征尺寸可被视作跨越孔洞的最大距离、跨越孔洞的最小距离、跨越孔洞的最大和最小距离的平均值，或者基于孔的平面内区域的等效直径。如本文中使用，穿孔基于石墨烯的材料包括其中在孔的边缘并入非碳原子的材料。

如上文所讨论的，在大量实例中尤其在生物分离过程中可能希望分离各种目标实体。

可以应用具有彼此串行设置的一个或多个或者优选地多于两个滤膜的过滤器设备实现这种分离，滤膜彼此间隔开，并且滤膜具有在预期流体流方向上减小的选定的有效孔洞尺寸，其中，过滤器的有效孔洞尺寸被选择为提供流体成分到预定尺寸范围的库中的分离。滤膜被间隔开，以使得穿过前一个膜或前几个膜的孔洞的给定尺寸的实体捕获或者隔绝在，具有尺寸被设置为使得该实体不能从其穿过的孔洞的下一个膜上。在实施方式中，每个滤膜包括用于尺寸选择的穿孔二维材料。滤膜的间隔开可以提供对于在从流体分离之后隔绝在过滤器上的实体的污染的间隔和包围。通常可以进入该间隔或包围，以便采集、分析和/或识别隔绝的实体，例如以便采集全部或部分隔绝的实体，以便引入(选定的波长或波长范围的)光线来执行测定，以便引入试剂或其他材料执行测定，或者以便观察引入的光线的颜色、波长或与测定相关联的其他指示符的改变。在实施方式中，间隔和包围可以进入以修饰在其中隔绝的一个或多个实体。修饰可以包括，除了别的以外，与试剂或其他添加的化学或生物分子的反应或相互作用、进行辐射以破坏一个或多个结合、通过引入反应物释放或制止结合、引入选定的波长的光、引入配体或抗体来结合到所隔绝的一个或多个实体。在具体实施方式中，修饰涉及应用电流到一个或多个滤膜。

在实施方式中，每个滤膜包括功能化的穿孔二维材料，并且其中，滤膜用于按尺寸和/或化学特性进行分离。功能化包括孔的附近的功能化和/或在滤膜的其他部分上的功能化。滤孔的功能化可以通过本领域已知的任意方式实现。功能化包括附接羧酸盐或者相关的酸性或带负电的化学物种或附接胺或相关的基质或带正电的化学物种的功能化。附加的功能化可以包括利用疏水基的功能化或者利用亲水基的功能化，其中各种上述的基是本领域已知的。附加的功能化可以包括利用极性基的功能化或者利用非极性基的功能化，其中各种上述基是本领域已知的。附加的功能化包括，除了别的以外，硼酸盐、硫酸盐、亚砜和有机硅烷。功能化可以包括利用有机聚合物或生物聚合物的功能化。功能化包括附接选择性地结合到一种或多种目标实体的蛋白质受体、配体、抗体或其他化学或生物物种的功能化。典型地经由用于将功能化物与过滤器表面间隔的连接(linking)物种将功能化物附接到滤膜或其中的孔。各种连接物是本领域已知的并且包括碳氢化合物连接物、天空醚连接物、硫醚连接物。例如连接物可以包含与一个或多个-O-,-S-,-CO-,-COO-,-NH-,-NH-CO-结合的多个-CH₂-部分。示例性连接物可以包含2-50个碳原子和2-20个选自氧、氮和硫的杂原子。

示例性的可用尺寸范围库包括(1)将完整细胞与被破坏细胞的残留(例如细胞器官、细胞部分或细胞成分)或细胞中包含的生物分子(例如核酸、蛋白质、蛋白质聚集体)或小分子如药物或毒素分离的那些；(2)分离不同尺寸的生物分子(例如不同尺寸的蛋白质、不同尺寸的核酸、不同尺寸的碳水化合物)的那些；(3)将聚合体生物分子(蛋白质、核酸、多糖)与非聚合体生物分子(如氨基酸、小肽、核苷酸、核苷、小核酸(例如具有2-20个基质)、单糖、二糖等等)分离的那些；(4)将聚合体生物分子与小分子如药物或非缩氨酸毒素分离的那些；或(5)将蛋白质受体与潜在地结合到这样的受体的配体分离的那些。对本领域普通技术人员将显而易见的是提供多个其他尺寸范围库是可以有用的。

在具体实施方式中，尺寸范围库包括一个或多个库，一个或多个库包含尺寸范围如下的实体：大于1000nm；小于1000nm；大于500nm；小于500nm；大于100nm；小于100nm；大于50nm；小于50nm；大于20nm；小于20nm；大于10nm；小于10nm；大于5nm；小于5nm；大于1nm；小于1nm；1000到500nm；500到100nm；100到20nm；20nm到10nm；20nm到5nm；5nm到1nm；7到15nm。在具体实施方式中，大于1000nm或大于500nm的范围可以用于捕获生物细胞。在具体实施方式中，大于20nm、100到20nm的范围或50到20nm的范围可以用于捕获病毒。在具体实施方式中，小于20nm或4-20nm的范围可被选择用于捕获蛋白质。滤膜的有效孔尺寸能被选择以提供到这些示例性尺寸范围库的分离。对本领域普通技术人员将显而易见的是可以对多个其他尺寸范围库感兴趣并且可以通过有效孔尺寸的合适选择来提供。

在具体实施方式中，过滤器设备包括流体联通并且沿预期流体流的方向彼此串行设置的多个过滤器模块，其中，每个过滤器模块包括穿孔二维材料和用于保持穿孔二维材料的就位的过滤器外壳，其中，串行设置的模块的穿孔二维材料的有效孔尺寸在预期流的方向上减小。在具体实施方式中，过滤器外壳配置为用于与相邻过滤器外壳串行接合或接口，以形成它们之间的密封，以当流体穿过过滤器设备时防止流体泄露。在具体实施方式中，每个过滤器模块配备有可选地阀控入口和可选地阀控出口，以助于流体流过该设备。阀控入口和阀控出口可以根据希望选择性地打开或关闭。关闭模块中的入口和出口阀可用于将其中的实体与其他模块中的实体隔离。在具体实施方式中，过滤器设备包括第一过滤器模块和最后一个过滤器模块以及中间过滤器模块，其中，第一模块配备有可选地阀控流体入口以助于流体流过该设备，并且其中，最后一个模块(具有最小孔尺寸)配备有可选地阀控流体出口。

本文的入口和出口被可选地阀控，以允许选择性地打开和关闭它们。这些阀的启动可以通过任意已知的方式并且可以是如本领域已知的自动化，并且选定的阀的打开和关闭可以是如本领域已知的可选地同步的。本文的入口和出口可以可选地设置为单向阀，例如以实现在一个选定方向上的流体流(或者主要流体流)。

过滤器设备的至少一个过滤器模块可以进一步包括进入端口，提供对滤膜上采集的实体的进入。在实施方式中，进入端口被定位为使得其不处在经过该设备的流体流的预期方向上。在实施方式中，进入端口开口与经过该设备的流体流的预期方向垂直。进入端口可用于去除或添加过滤器模块。进入端口可用于去除滤膜上的一个或多个目标实体中的全部或部分。进入端口可以用于添加光线，特别是选定波长的光线，例如UV-VIS，以便例如修饰或测定一种或多种目标实体。进入端口可以用于观察颜色改变，用于采集光线和测量波长和/或强度，用于采集在滤膜上隔绝的实体或从实体生成的产物。

过滤器设备的至少一个过滤器模块进一步包括形成为与滤膜相邻的腔室，并且其中可以包围在滤膜上采集的实体。该腔室必须供流体流在流体流的预期方向上经过该设备，并且这样可选地配备有选择阀控入口和出口。然而该腔室可以形成在经由防止流体泄露的连接器或密封件来彼此接口的两个相邻过滤器模块之间。

过滤器模块可以配备有可选地阀控的交叉流入口和/或可选地阀控的交叉流出口。该入口和出口可以允许流体的交叉流如冲洗流，而不是目标实体要从其分离或隔绝的流体。交叉流出口的操作可用于通过设置在设备中的后续过滤器模块选择性地使流体流与通道偏离。交叉流入口和出口的协同操作可用于使流体流过折叠部并且横穿滤膜，以便例如从膜表面释放包括目标实体的实体。交叉流还可用于向过滤器模块引入一个或多个选定的试剂或反应物，以助于在膜的表面上隔绝的包括目标实体的实体的测定。从交叉流出口发出的流可以引导到贮液器或者其他容器以用于所希望的采集、处置或附加处理。从交叉流出口发出的流可以引导到该设备的另一个过滤器模块中或者引导到独立的过滤设备中，或者引导到分析仪器(即气相色谱仪(GC)、质谱仪(MS)或GC/MS)中，以便分析或进一步分析。流出过滤设备的流体可以引导到贮液器或者其他容器以用于所希望的采集、处置或附加处理，或者流出流体可以引导到分析仪器以便分离和/或分析。

在具体实施方式中，滤膜的有效孔尺寸范围从0.5nm到1000nm。在其他具体实施方式中，滤膜的有效孔尺寸范围从0.5nm到500nm或从0.5到100nm或从0.5到50nm或从0.5到20nm。

在实施方式中，过滤设备的过滤器模块可以去除或者可以与另一个过滤器模块替换。在实施方式中，可以通过去除一个或多个选定的模块或者通过增加一个或多个附加模块来选择性地改变过滤设备中的过滤器模块的数量。因此，可以通过增加或减少一个或多个过滤器模块来调整给定的过滤器设备可以分离的尺寸范围。在实施方式中，过滤设备可以配备有一组过滤器模块以提供第一组预定尺寸范围的分离，并且可以通过增加或减少用于不在所述第一组中的选定的尺寸范围的一个或多个过滤器模块来进行修饰，以提供第二组预定尺寸范围的分离。过滤器设备的模块化配置在塑造要分离到尺寸范围库中的尺寸范围方面提供了显著的灵活性。

在具体实施方式中，在过滤器设备的一个或多个过滤器模块中执行一个或多个测定。在具体实施方式中，在本发明的一个或多个过滤器模块中执行一个或多个比色测定。在实施方式中，过滤器设备的一个或多个过滤器模块的外壳是透明的，以允许观察与测定相关联的颜色改变。各种比色测定(其中颜色改变识别一种或多种目标实体的特性)在本领域是已知的并且可以容易地适应于在本文的设备和方法中使用。

在具体实施方式中，本发明的过滤器设备实现为注射器配置。在该配置中，可以应用卢尔锁装配作为预期方向中的流体流的入口。在该配置为中，可替换地，包含在注射器针筒中的流体可以用于提供经过过滤器设备的流体流。在注射器实施方式中，可以通过注射器活塞的操作将流体抽取到过滤器设备中。可替换地，抽取到注射器针筒中的流体此后可以通过注射器活塞的操作而推送经过过滤器设备。

2015年2月27日提交的国际申请PCT/US2015/18114和2014年2月18日递交的美国申请14/193,007，包含用于实现适用于本发明的过滤设备的注射器实施方式的附加描述。注意到本发明的过滤设备可以在实施方式中应用如这些专利文件中描述的过滤器筒来实现。将这些专利文件中的每一个通过引用的方式整体并入本文，用于注射器以及它们的操作的描述，以便描述特定过滤器筒并且以便描述特定过滤应用。

装配有包含石墨烯的可替换的过滤器筒的注射器可以例如用于分离具有特定尺寸范围或者特定化学特性的目标实体。可以按类似的方式使用其他穿孔二维材料。过滤器筒可以与具有不同的穿孔尺寸和/或化学性的滤膜互换，使得可以实现希望的分离过程。

在实施方式中，在以上基于尺寸的应用中描述的注射器和过滤器模块或筒，具有第一穿孔尺寸的滤膜***到注射器中，并且流体抽取到注射器主体中，使得在膜上拒绝大于第一穿孔尺寸的目标实体。可以例如吸取血浆样品使得小于第一穿孔尺寸的血浆目标实体被抽取到注射器主体中。此后，可以利用具有小于第一穿孔尺寸的第二穿孔尺寸的滤膜来转换滤膜。将注射器放空然后拒绝滤膜上的小于第二穿孔尺寸目标实体，并且配发第一穿孔尺寸和第二穿孔尺寸之间的分子实体以便分析。可替换地，可以进一步分析抽取到注射器中的流体，而无需经历后续分离过程(例如无需通过具有第二穿孔尺寸的滤膜配发)，但是该方法具有被否则将利用第二滤膜去除的更小的目标实体的干扰的可能。如果希望，则可以在分析特定成分之前进行流体的进一步分离。例如，可以通过常规生物分离技术从配发的流体中分离病毒，并且剩余成分可以随后经历分析如具体的定量或定性蛋白质分析。通过本文描述的技术可以测定任意数量的生物实体，如例如细菌、病毒、原生动物、蛋白质、抗体等等。

如本文所使用的，测定是实验室医学、药理学、环境生物学和分子生物学中用于定性地评估或定量地测量目标实体、特别是分子实体的存在或量、或功能活动的研究/分析程序。目标实体有时候被称为分析物或被测变量或者测定目标。在执行测定时，介质如流体介质中的目标实体通常需要被积聚并且与其他流体成分分离，使得可以以充分的检测灵敏度进一步分析目标实体。分离出的目标实体的进一步的分析可以代表常规医疗测定技术或者基于纳米技术的分析。

在各种实施方式中，可以使用可以允许各种合适尺寸的滤膜附接到注射器的连接机构，将合适的滤膜***到或附接到注射器。合适的连接机构将是本领域普通技术人员所熟知的。在某些实施方式中，合适的连接机构可以包括卢尔锁装配。其他摩擦或压缩装配连接也可以例如适用于实施本文所述的实施方式。

此外，虽然参考用于吸取和配发流体并分离其中的目标实体(可选地接着对其分析)的注射器来示出了本文描述的特定实施方式，但是要认识到在本文描述的实施方式中可以使用能够吸取和/或配发流体的任意设备。在注射器领域，流体的吸取和/或配发可以例如无需使用针头来执行。类似地，其他合适的吸取和配发设备可以类似地用作注射器，但无需直接组装成标准皮下注射器配置，如IV包或类似的流体输液泵。为了简化起见，本文的描述将参考注射器来给出，因为标准注射器通常用于医疗领域并且代表用于实施本文描述的各种实施方式的廉价方法。

此外，虽然本文的描述主要涉及穿孔石墨烯，但是要认识到可以以类似方式处理其他二维材料或近似二维材料。即，包含其他穿孔二维材料的滤膜可以以类似方式结合本文描述的实施方式来使用。

在本文描述的实施方式中，包含石墨烯和/或另一二维材料的一个或多个滤膜可以堆叠在彼此上。在一些实施方式中，可以经由位于将滤膜保持在其中的外壳上的标准的装配如卢尔锁装配来做出滤膜之间的连接。滤膜可以包括单片穿孔石墨烯或其他二维材料，或多片(高达大约20片)。当存在多片时，每片中的穿孔尺寸(有效孔尺寸)可以相同或不同，这可以允许改变层间流。此外，每个滤膜中的穿孔尺寸也可以如下文中描述的相同或不同。在一些实施方式中，滤膜可以设置为垂直于流体流路径(即流体流穿过针头进入滤膜并且随后进入注射器主体)。在可替换的实施方式中，可以使用交叉流过滤配置。交叉流可用于清洗或冲洗垂直设置的滤膜。

在一些实施方式中，可以将石墨烯和其他二维材料功能化。具体地，可以将石墨烯中的孔隙的周长功能化。用于将石墨烯功能化的合适的技术将是本领域普通技术人员熟悉的。此外，给定本文公开的益处和与本领域普通技术人员一致的理解，熟练技术人员将能够选择合适的功能化来产生与流体如生物流体中的目标实体的希望的相互作用。例如，石墨烯中的孔隙可以被功能化为使得它们考虑到类似尺寸的其他生物实体优选地与蛋白质或一类蛋白质相互作用，从而允许发生基于化学特性的分离。因此，可以将目标实体捕获在滤膜中以便进行进一步分析，如果期望的话，可选地通过将膜材料功能化。在一些实施方式中，本文描述的方法可以进一步包括从膜材料释放目标实体或者信号发出实体，以便进行分析。在其他各种实施方式中，当目标实体设置在滤膜上时可以进行分析。

在一些实施方式中，可以利用化学实体将石墨烯或其他二维材料功能化，使得功能化优选地与特定类型的生物目标实体相互作用(例如通过化学相互作用)。在一些或其他实施方式中，石墨烯或其他二维材料可以功能化为使得其与生物目标实体电子地相互作用(例如通过优选的静电相互作用)。可以利用特定功能化来处理石墨烯或其他二维材料，以抑制/阻止或吸引/助于流体中包含的成分的通过，例如允许或助于特定成分穿过膜，同时抑制或阻止不希望的成分的通过。例如利用带负电的基团例如羧基(-COO-)来功能化的孔可以抑制或阻止带正电的物种(阳离子)。可替换地，利用带正电的物种如质子化胺基来功能化的孔可以抑制或阻止带负电的物种(阴离子)。

在一些实施方式中，石墨烯或其他二维材料可以安装在多孔基板上，以除了别的益处以外，提供机械支撑。多孔基板具有足够大的孔以允许意图在滤膜中分离的任意实体通过。在实施方式中，进行将要穿过过滤器设备的流体的预过滤的步骤，以去除大型颗粒材料。将要认识到，预过滤应该被选择为避免去除目标实体。在实施方式中，已穿过过滤设备的流体此后可以经历一个或多个附加的过滤步骤。可以使用类似的过滤设备配置或不同的过滤设备配置来实现一个或多个附加过滤步骤。例如，穿过本发明的过滤设备的流体接下来可以穿过消毒过滤器(如本领域已知的)以确保消除/排除不希望的微生物。

在一些实施方式中，石墨烯或其他二维材料可以安装在助于检测而不仅仅是特定目标实体的隔绝的基板上。用于助于检测的合适的基板可以包括用于提供可视的、比色的、荧光的、UV-VIS或其上的具体目标实体的结合的其他确认和定量的那些基板，特别是具有的尺寸大于石墨烯的穿孔尺寸的那些基板。用于该检测机构的测定的启动可以通过任意数量的因子来发生，如例如时间、温度、电气启动等等。例如，电能(例如由电池供电)可用于溶解细胞以释放分子、修饰功能化以释放染料分子或可用于指示结合的其他信号发出实体，或者简单地助于到石墨烯的结合。染料分子的释放可以例如用于指示目标实体在石墨烯上的存在或不存在。

如上文所描述的，配置为用于可变化尺寸或化学特性的目标实体的检测的滤膜可以堆叠在彼此上，其中，经过滤膜的流动路径从最大有效孔尺寸渐进到最小有效孔尺寸。例如，在非限制性实施方式中，配置为用于保持和测定对象血液的细菌(例如大肠杆菌)、病毒(例如肝炎或HIV)和放射性同位素或重金属的滤膜可以如图8中描述地彼此串行设置。也可以以类似的方式分离和分析其他生物实体如抗体等等。

在一些实施方式中，包含要分析的目标实体的流体可以抽取到附接到多个滤膜的注射器中，其中，滤膜的有效孔尺寸从最大渐进到最小。例如，针头可以附接到具有最大有效孔尺寸的滤膜，并且注射器可以附接到具有最小有效孔尺寸的滤膜。陷落在滤膜中的目标实体可以随后经历如下文所述的进一步的分析，或者可以测定注射器中的流体。通过将滤膜彼此分离以便测定，可以独立地分析陷落在其中的目标实体，从而减小分析干扰的可能。

在其他实施方式中，包含要分析的目标实体的流体可以抽取到注射器或类似的流体吸取设备中而无需首先被过滤。此后，多个滤膜可以附接到注射器，其中，滤膜的有效孔尺寸从最大渐进到最小，并且具有最大有效孔尺寸的滤膜附接到注射器。在可替换的实施方式中，滤膜可以最初连接到注射器并且按相同次序彼此连接，但是当最初将流体抽取到注射器中时可以绕过滤膜。在任意情况中，注射器中的流体可以穿过从最大有效孔尺寸开始并且继续到最小有效孔尺寸的滤膜。如前文所述，陷落的目标实体可以随后经历进一步分析。

不管目标实体如何变成被隔绝到各种滤膜上，随后都可以根据本文所描述的实施方式来测定目标实体。可以使用本领域普通技术人员熟悉的普通测定技术如科学文献中普通的测定以及在实验室中常规实施的测定来进行测定。就这点而言，可以通过时间、温度、电气或如本文以上描述的其他启动机构来启动测定。在一些实施方式中，该特征可能导致固定/电静止石墨烯或基底，从而导致各种部分的分离。然后可以通过任意适合的分析技术(包括基于纳米技术的那些分析技术)来执行所分离的目标实体的测定。

因此，本文描述的实施方式提供了套件，其表示可设置的并且易于读取结果的模块化测试，其中有机会使得各种等级的客户化和修饰以适合特定的测试应用。

另外，本文描述的滤膜可用于进一步改进患者安全性。例如，滤膜可用于从向患者施用的流体中去除病毒、细菌或其他病原体，从而防止疾病传播。虽然注射器可用于向患者施用流体，但是要认识到可以类似地使用其他配发设备如IV包、灌输泵等等。

现将进一步参考附图给出本文描述的实施方式。

图1A显示了包含标准接口的注射器(10)的说明性示意图，标准接口可附接例如过滤器模块(30)中的滤膜。注射器包括被显示为附接到注射器的针头(20)。图1B显示了具有如图所示位于过滤器模块(30)中的可去除滤膜的注射器的说明性示意图，滤膜包含与之附接的穿孔二维材料。现在参考图1A和图1B，通常将可用于本发明的注射器指示为标号10。注射器(10)具有筒状结构的针筒(12)。针筒(12)具有与针头端部(16)相对的活塞端部(14)。针筒(12)提供开口内部18。法兰(19)从活塞端部(14)径向延伸以助于活塞(24)的手动操作。轮轴(17)提供到针头(20)的连接，该连接可以通过各种标准连接接口(21)包括卢尔锁连接来完成。活塞(24)可滑动地接收在针筒(12)中。活塞(24)包括活塞尖端部(26)，其在一端的外径尺寸被设置为允许在内部(18)之内的可滑动移动。如本领域将认识到的，活塞尖端部(26)的尺寸被设置为创建足够的密封以阻止材料从内部(18)之内移出，同时当拉动活塞时还在针头端部(16)处生成吸力。与活塞尖端部(26)相对的是推动端部(28)。将要认识到推动端部(28)可以由用户或自动机构等等操作，以在希望的方向上移动活塞。可以利用除了针筒中的活塞之外的吸取机构来拉动或抽取材料经过过滤器模块或如本文所公开的具有孔的滤膜。

一个或多个过滤器模块(30)保持在针筒(12)的针头端部(16)处。轮轴17连接到过滤器模块30的与针筒的针头端部16相对的端部。过滤器模块配备有连接器31(其可以是流体密封的任意标准接口，如卢尔锁装配)。如图所示通过活塞的操作，以抽取流体到针头中，经过过滤器模块并且进入注射器的针筒，在注射器设备中实现过滤。可替换地，流体可以在附接过滤器模块之前首先被抽取到注射器针筒中，然后可以附接过滤器模块并且流体可以推动通过过滤器模块。这些可替换的操作模式中的流体流方向是处于相对的方向，从而适当地调整用于尺寸范围分离的多个过滤器模块的次序。在尺寸范围分离中，滤膜(以及包含它们的过滤器模块)被串行设置，滤膜孔尺寸在流动流方向上减小。

如将更详细地描述的，过滤器模块(30)可以是可移动的和/或可替换的，从而允许保持希望尺寸的成分如分子或希望尺寸范围的成分如分子。在本文的注射器实施方式中，注射器用于经过一过滤器模块、串行的多个过滤器模块或过滤器设备的流体流控制。将要认识到，可以利用多种过滤器流控制设备(例如具有可选的流控制的一个或多个泵)来实现本发明的一个或多个过滤器模块，并且可以提供合适的流体导管来实现流体流控制。

图2A-2C显示了包含设置在两层多孔支撑件(41A-C和42A-C)之间的穿孔二维材料(45A-C)的滤膜(40A-C)的说明性示意图。虽然滤膜被示出为特定形状，但是滤膜可以是任意形状。流的方向显示为43A。注意到，可以优选地应用单层支撑件(层41A-41C)。

图2A中的滤膜具有被穿孔以具有孔隙或孔46的二维材料45A。图2B中的滤膜具有被穿孔以具有孔隙或孔47的二维材料45B。不同模块中的滤膜的孔尺寸一般不同并且如本文所讨论的被选择为不同。在图2A和2B所示实施方式中，孔46的有效孔尺寸大于孔47的有效孔尺寸。将图2A的滤膜与图2B的滤膜串行放置，其中图2A的滤膜在是流体流方向中的第一个并且图2B的滤膜是第二个，将捕获在孔46的孔尺寸和孔47的孔尺寸之间的实体的尺寸范围库。

图2C示出了可用于本发明的滤膜的具体实施方式，其使用已经在要求2014年2月28日提交的美国专利申请14/193,007的优先权的2015年2月27日提交的国际申请PCT/US2015/18114中进行了描述。这些专利文献通过引用的方式并入本文，用于该滤膜的描述。在该示出的实施方式中的滤膜45C包括两个部分：一个部分中的孔46大于第二部分中的孔47。该滤膜可用于这样一种过滤器模块中，其中滤膜安装在具有用于切换滤膜的两个部分进出流体流的机械机构的保持器中。在上文引用的专利文献中显示各种这样的机构。

图3A和3B显示了设置在具有卢尔锁装配(33)的卢尔锁外壳(32)中的基于穿孔石墨烯的滤膜(40)的说明性示意图。卢尔锁装配提供示例性入口。滤膜(40)被显示为支撑在多孔支撑层(41)上。该模块具有腔室49，其过滤之后包围在滤膜上隔绝的实体。

图3B示出了可替换的过滤器模块，其具有可用于用模块进入腔室的侧面端口(55)。该侧面端口可用于可选地阀控入口和出口并且这样还可以用于引入其他组件如缓冲器，或者用于例如交叉流冲洗。可以在给定过滤器模块中提供多个该侧面端口。

图4显示了串行设置的基于石墨烯的过滤器模块(30/50)的说明性示意图，每个过滤器模块携带滤膜，其中孔尺寸可以相同或不同。在具体实施方式中，串行模块的孔尺寸在经过过滤器模块的流的方向上减小。在所示的流方向中，在该实施方式中，孔尺寸A大于孔B大于孔尺寸C。在过滤器设备中可以实现多个所示过滤器模块，其中，该模块经由流体密封机构彼此接口。该过滤器设备可以进一步配备有各种可选的阀入口和出口中的任意一个，以助于经过过滤器的流体流。可以应用注射器在过滤器设备中实现多个过滤器模块，以提供流体流。图5显示了串行设置的多个滤膜(30/50)的说明性示意图，具有第一模块和最后模块以及中间模块(30/50A-E)，其中，有效孔尺寸在预期流动流的方向上减小。在具体实施方式中，第一模块可以配备有可选地阀控入口(56)并且串行的最后模块可以配备有可选地阀控出口(57)。该配置提供过滤器设备70。

图6显示了用于示出减小孔尺寸的效果的示意图，其中，逐渐变小的分子实体被吸留在过滤器中。

在一些实施方式中，目标实体与滤膜的结合可以导致释放染料或类似的信号发出实体，其可以被检测以指示目标实体在滤膜上的存在、不存在或饱和。在一些实施方式中，如下文和本文的其他地方讨论的，染料可以在滤膜的进一步的刺激事件期间释放。在一些或其他实施方式中，由滤膜吸留目标实体的可以允许执行福斯特共振能量传递分析。如本领域普通技术人员将认识到的，这样的测量基于荧光分子和淬火剂之间的距离。因此，通过测量荧光，可以确定目标实体的存在或不存在。也可以设想用于测定滤膜上的目标实体的其他合适的分析技术。

图7显示了可以通过电流来刺激图5的滤膜配置以改进包围在其中的目标实体的释放和/或分析的说明性示意图。可选的间隔器(60和61)可用于助于电池(52)连接到包括多个过滤器模块(30/50)的过滤器设备(70)。如上文所讨论的，电刺激仅仅是可用于进行进一步测定目标实体的一种技术。可以设想电功率的其他来源，如到AC或DC电源的直接电连接、发电机、手摇发电机等等。在示例性实施方式中，电压的应用可能导致细胞溶解以释放分子、修饰滤膜以释放目标实体或者染料/视觉化分子、或固定/静止/密封石墨烯以使得滤膜彼此可分离。相信图5和7的配置所提供的同时检测和分析代表了在分析可能通常出现在生物介质中的复杂混合物中的特定优点。

图8显示了一系列过滤器模块堆叠在一起形成过滤器设备80的说明性示意图。该过滤器模块配置被显示为隔绝不同有效尺寸的生物实体，并且过滤膜孔尺寸在流的方向上减小。模块75A隔绝生物细胞如埃希氏大肠杆菌(可替换地可以隔绝哺乳动物细胞，包括瘤细胞)。模块75B-75C示出为隔绝变化尺寸的病毒和/或生物聚合物如蛋白质。模块75E示出为隔绝小分子、原子或离子，如重金属原子或离子。图8还示出了可被执行的测定类型可以被选择为适于在给定模块中隔绝的物种的尺寸和种类。图8中示出的测定是说明性的。例如，模块75A中隔绝的细胞可以用标准方法从模块去除并且识别。可替换地，在模块75A中捕获的细胞可以被溶解(化学地或经由电流的应用)，以采集核酸或可通过公知的方法测定的其他生物聚合物。对于核酸可以应用杂交测定或PCR(聚合酶链反应)方法来识别已经捕获的细胞。注意到用于培养细胞获取的中间步骤可用于助于识别捕获的细胞。

在具体实施方式中，可以在第一过滤器模块上捕获细胞，并且例如通过将电流应用到滤膜上来溶解所捕获的细胞。然后可以通过将载体流体应用到另一个过滤器模块或者一系列过滤器模块来冲洗细胞的溶解产物，以在溶解产物上执行尺寸范围分离。可以在尺寸范围选定的溶解产物成分上执行各种已知的测定，如放射性同位素测定、化学测定、配体结合测定等等。

如果希望的话，可以应用用于病毒的存在的各种测定(HIV测试、丙肝测试)。可以应用对于选定的蛋白质的存在的各种测试，例如对于给定蛋白质的选择性的抗体测定。可以在流体样品上应用放射性同位素测定，该流体样品包含富含这样同位素的成分或者其中一个或多个选定的成分被处理为包含特定放射性同位素。

在具体实施方式中，在不同模块中捕获的实体上执行一系列比色测定，并且可以通过观察模块中或者给定滤膜上的颜色改变来观察任意颜色改变的结果。在实施方式中，过滤器模块的外壳是透明的，以允许观察该颜色改变。在另一实施方式中，应用用于实现荧光改变的一个或多个测定，并且模块中或者滤膜上的荧光的改变可以通过本领域已知的方法观察和检测。在另一实施方式中，过滤器设备被配置为使得可以通过光线例如UV-VIS光谱的照射来测定在滤膜上的模块中捕获的或者从滤膜释放的实体。

可以在用于提供多个过滤器模块的套件中实现本发明的过滤器设备，其中，选定尺寸的过滤器用于构造用于选定尺寸范围的实体的分离的过滤器设备。例如，套件可以提供具有孔尺寸A1-A20的一组过滤器模块，其中，A1是最大孔尺寸并且A20是最小孔尺寸。过滤器模块的孔尺寸可以被选择为覆盖希望的尺寸范围，例如从1到1000nm，并且模块的孔尺寸可以设置为该范围中的中间孔尺寸(例如A20处于50nm，A19处于100nm，A18处于150nm……，A1处于1000nm)，并且两个或更多个过滤器模块可以按照尺寸减小的次序设置，以形成选定的过滤器设备来提供希望的尺寸范围库(例如A20、A15、A10、A5、A1串行；或者A18、A7、A5、A2、A1串行)。将要认识到可以组合过滤器模块的各种组合以实现希望尺寸范围的分离。

关于到给定过滤器模块的电流的应用，滤膜可以配备有用于该电流的应用的电极。应用电流以及加工合适的电极的各种方式是本领域已知的。图7示出了将电流应用到全部过滤器模块。然而，将要认识到，电流可以应用到少于全部过滤器模块的模块。在该实施方式中，将要认识到，应用了电流的过滤器模块必须与未应用电流的那些过滤器模块电绝缘。用于实现电绝缘的合适的绝缘方法和材料是本领域已知的。当在滤膜应用导电二维材料时，如基于石墨烯的材料或石墨烯，则可以提供适于滤膜自身的电导线以向其提供电流。

尽管本公开已结合所公开的实施方案进行描述，但是本领域技术人员将容易理解，这些对于本公开仅仅是例证性的。应理解，在不脱离本公开精神的情况下可以进行多种修改。可以修改本公开以并入多种至今尚未被描述的变化、改变、替代或等同排列，但是其与本公开的精神和范围是相称的。此外，尽管已经描述了本发明的多个实施方案，但是应理解，本公开的一些方面可以仅包括所描述的实施方案当中的一些。因此，本公开不应视为受前述描述的限制。

所描述或示例的成分的每种配方或组合都可以用于实施本发明，除非另有说明。化合物的具体名称意图是示例性的，因为本领域技术人员已知会不同地命名同一化合物。当本文描述化合物使得该化合物的具体同分异构体或对映体未被指定时，例如，在化学式或化学名称中，该描述意图包括单独或任何组合描述的化合物的每种同分异构体或对映体。本领域技术人员应理解，除具体示例之外的那些方法、装置元件、起始材料和合成方法可用于实施本发明，而无需付诸过度的实验。任何此类方法、装置元件、起始材料和合成方法的所有本领域已知的功能等同物，均意图包括在本发明中。每当说明书中给出范围时，例如，温度范围、时间范围或组分范围，该给定范围中所包括的所有中间范围和子范围，以及所有单个数值均意图包括在本公开当中。当本文使用马库什组或其它分组时，该组的所有单个成员和该组可能的所有组合和子组合，均意图单独地包括在本公开当中。

如本文所用，“包含(comprising)”与“包括(including)”，“含有(containing)”或“通过.....来表征(characterized by)”同义，是包括性或开放式的，且不排除其它未记载的元件或方法步骤。如本文所用，“由.....组成(consisting of)”排除权利要求元素未指明的任何元件、步骤或成分。如本文所用，“基本由.....组成(consisting essentiallyof)”不排除不实质影响权利要求的基本特征和新颖性特征的材料或步骤。术语“包含(comprising)”在本文的任何记载中，尤其在描述组合物成分或描述装置元件中，应被理解为涵盖基本由所记载的成分或元件组成和由其组成的那些组合物和方法。本文示例性描述的发明，在缺少本文未具体公开的任何元件、限制的情况下，仍可被适当地实施。

采用的术语和表述用作描述方面而非限制，并且在使用此类术语和表述中没有意图排除所示和所描述的特征或其部分的任何等同物，但是应认识到，在本发明所要求保护的范围内的各种修改都是可能的。因此，应理解，尽管本发明已通过优选实施方案和可选特征被具体公开，但是本领域技术人员可以进行本文公开的概念的修改和变化，并且这样的修改和变化被认为在所附权利要求书限定的本发明范围内。

通常，本文使用的术语和短语具有其在本领域内公认的含义，这样的含义可以通过参考标准教科书、期刊文献以及本领域技术人员已知的内容查阅。提供前述定义是为了阐明其在本发明背景下的特定用途。

本申请中的全部参考文献，例如专利文件，包括公布或授权的专利或等同物；专利申请出版物以及非专利文献文件或原始资料均通过引用整体并入本文，如同通过引用而单独并入，至每篇参考文献至少部分地不与本申请中的公开内容不一致的程度(例如，通过引用并入部分不一致的参考文献，则该参考文献所述部分不一致的部分除外)。

说明书中提到的全部专利和出版物均表明本发明所属领域的技术人员水平。将本文引用的参考文献通过引用整体并入本文以表明本领域的现有技术(在某些情况下自其申请日开始)，以及意图是该信息可用于本文中(如果需要的话)以排除(例如，放弃)现有技术的具体实施方案。例如，当保护化合物时应当理解，现有技术已知的化合物，包括本文公开的参考文献(尤其是所引用的专利文献)中公开的某些化合物，不意图包括在权利要求书当中。

Claims

1.一种方法，包括：

提供彼此串行设置的一个或多个滤膜，所述滤膜包括穿孔二维材料，并且所述滤膜具有在预期流体流的方向上减小的有效孔尺寸；并且

使其中包含一种或多种目标实体的流体穿过串行的滤膜以便从所述流体分离至少一种目标实体。

2.如权利要求1所述的方法，提供两个或更多个滤膜，其中，每个滤膜的有效孔尺寸被选择为供所述流体中的目标实体分离到预定尺寸范围的库中。

3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括测定一个或多个滤膜上的至少一种目标实体。

4.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括修饰一个或多个滤膜上的目标实体，并且此后测定所述修饰的至少一个产物实体。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述目标实体中的至少一种是生物细胞。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述目标实体中的至少一种是生物细胞，所述方法进一步包括溶解所述生物细胞并且此后测定从通过所述溶解的所述细胞释放的至少一个产物实体。

7.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括通过应用冲洗流体的交叉流来从所述滤膜冲洗隔绝在一个或多个滤膜上的一种或多种目标实体的步骤。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一种目标实体包括生物物质。

9.如权利要求1或2所述的方法，其中，使流体穿过所述滤膜包括通过应用吸取或真空来抽取流体经过所述滤膜。

10.如权利要求1或2所述的方法，其中，使流体穿过所述滤膜包括应用泵控制流体流经所述滤膜。

11.如权利要求1或2所述的方法，其中，使流体穿过所述滤膜包括将流体抽取到注射器中。

12.如权利要求1或2所述的方法，其中，使流体穿过所述滤膜包括将流体抽取到注射器中并且随后经过所述滤膜配发所述流体。

13.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括与测定相结合地从至少一个滤膜的至少一部分释放成分。

14.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述二维材料包括基于穿孔石墨烯的材料。

15.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述二维材料包括穿孔石墨烯。

16.如权利要求3-13中的任意一项所述的方法，其中，所述二维材料包括基于穿孔石墨烯的材料。

17.如权利要求3-13中的任意一项所述的方法，其中，所述二维材料包括穿孔石墨烯。

18.一种方法，包括：

提供包括穿孔二维材料的至少一个滤膜；并且

在将流体穿过所述至少一个滤膜之后向患者施用所述流体，所述至少一个滤膜从所述流体去除至少一种生物分子或者毒素。

19.如权利要求18所述的方法，其中，提供两个或更多个滤膜。

20.如权利要求1-19中的任意一项所述的方法，其中，所述滤膜的有效孔尺寸的尺寸范围在0.5nm到1000nm。

21.一种过滤器设备，包括彼此串行设置的多于两个的滤膜，所述滤膜均包括穿孔二维材料，并且所述滤膜具有在预期流体流的方向上减小的选定的有效孔尺寸，其中，过滤器的有效孔尺寸被选择为供流体成分分离到预定尺寸范围的库中。

22.如权利要求21所述的过滤器设备，包括设置为沿预期流体流的方向彼此串行并且流体联通的多个过滤器模块，其中，每个过滤器模块包括穿孔二维材料和用于保持所述穿孔二维材料就位的过滤器外壳，其中，串行设置的模块的所述穿孔二维材料的有效孔尺寸在预期流的方向上减小。

23.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，至少一个过滤器模块进一步包括进入端口，所述进入端口提供对所述滤膜上采集的实体的进入，所述进入端口被定位为使其不处于流体流的预期方向上。

24.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，至少一个过滤器模块进一步包括形成为与所述滤膜相邻的腔室，并且所述滤膜上采集的实体包围在所述腔室中。

25.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，至少一个过滤器模块进一步包括形成为与所述滤膜相邻的腔室，并且所述过滤器模块的所述滤膜上采集的实体包围在所述腔室中，并且其中，所述腔室包括可选地阀控的交叉流入口。

26.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，至少一个过滤器模块进一步包括与所述滤膜相邻的腔室，并且所述过滤器模块的所述滤膜上采集的实体包围在所述腔室中，并且其中，所述腔室包括可选地阀控的交叉流出口。

27.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，至少一个过滤器模块进一步包括与所述滤膜相邻的腔室，并且所述过滤器模块的所述滤膜上采集的实体包围在所述腔室中，并且其中，所述腔室包括可选地阀控的交叉流出口和可选地阀控的交叉流出口。

28.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，至少一个过滤器模块进一步包括电气连接，用于向其中的所述滤膜选择性地应用电流。

29.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，所述滤膜的有效孔尺寸的尺寸范围在0.5nm到1000nm。

30.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，所述滤膜包括基于穿孔石墨烯的材料。

31.如权利要求21或22所述的过滤器设备，其中，所述滤膜包括穿孔石墨烯。

32.如权利要求21或22所述的过滤器设备，进一步包括用于接收所述预期方向上的流体流的入口。

33.如权利要求21或22所述的过滤器设备，进一步包括卢尔锁装配作为入口，以用于所述预期方向上的流体流。

34.如权利要求21或22所述的过滤器设备，进一步包括流体出口，以及可选地包括贮液器，用于在流体穿过所述过滤器模块之后接收流体。

35.如权利要求21或22所述的过滤器设备，进一步包括流体出口和贮液器，所述贮液器是注射器针筒。