阅读说明：本技术 一种可调式纳米分子直径选择性过滤器及筛选工艺 (Adjustable nano molecular diameter selective filter and screening process ) 是由 杨文博 邓享誉 邵增务 卿湘城 张志才 黄玮 梁航 钟彬龙 黄欣 王尚玉 程成 于 2019-05-10 设计创作，主要内容包括：一种可调式纳米分子直径选择性过滤器及筛选工艺,过滤器包括容器,容器包括混合池、筛选池和小分子池三部分,混合池和筛选池、筛选池和小分子池之间分别设置过滤器连通,过滤器在长度方向上位于中部设置两头通透的圆柱形连接孔,连接孔内在两头分别套接混合池和筛选池的外壁、或套接筛选池和小分子池的外壁,过滤器上平行于两头在中部设置插孔,插孔内嵌入滤板。筛选工艺,包括以下步骤：1)预混合；2)混匀；3)安装滤板；4)推压混合液；5)收集样品；6)容器的清洗灭菌。本发明可以解决电子显微镜判断纳米分子直径结果不准确、电子显微镜仪器匮乏且使用步骤繁多的技术问题。(The utility model provides a nanometer molecular diameter selectivity filter and screening process with adjustable, the filter includes the container, the container is including mixing the pond, screening pond and little molecular pool triplex, mix pond and screening pond, set up the filter intercommunication respectively between screening pond and the little molecular pool, the filter lies in the middle part on length direction and sets up the penetrating cylindrical connecting hole in two, the outer wall in mixing pond and screening pond is cup jointed respectively at the inherent two of connecting hole, or cup joint the outer wall in screening pond and little molecular pool, be on a parallel with the two on the filter and set up the jack in the middle part, the filter plate is embedded in the jack. The screening process comprises the following steps: 1) premixing; 2) mixing uniformly; 3) installing a filter plate; 4) pushing and pressing the mixed solution; 5) collecting a sample; 6) and (5) cleaning and sterilizing the container. The invention can solve the technical problems of inaccurate nanometer molecular diameter judgment result of an electron microscope, lack of electron microscope instruments and various using steps.)

一种可调式纳米分子直径选择性过滤器及筛选工艺

技术领域

本发明涉及纳米分子直径选择领域，具体为一种可调式纳米分子直径选择性过滤器及筛选工艺。

背景技术

纳米分子在很多方面都具有较为广泛的应用，如化学工业、材料学及医学方面等等。纳米分子由于其特殊的物理化学性质，可以实现很多非纳米分子无法完成的功能，如高效的催化能力，良好的光热效应，良好的光动力效应，良好的载药能力等。其中一些纳米分子的特殊功能，如光热效应、光动力效应以及载药能力现阶段被应用于医学中，最常见应用的方面是肿瘤的靶向治疗。然而实现这些生物医学方面的功能一个比较关键的方案就是确定其物理化学性质，如大小、厚度、表面电位、表面修饰分子等等。这其中一个比较重要的物理性质就是纳米分子的大小，即纳米分子的直径。

以氧化石墨烯纳米分子为例，氧化石墨烯纳米分子的直径与其在靶向抗肿瘤中的作用直接相关。纳米分子的直径越大，其进入肿瘤细胞难度越大，且光热效应越来越差，然而若纳米分子的直径过小，则其载药能力会受到一定的影响，检测也变得更加困难，实验的不确定性因素会增加。因此，比较理想的氧化石墨烯纳米分子的直径应当控制在某一数值范围之内，目前的很多利用氧化石墨烯纳米分子抗肿瘤实验中，所采用的纳米氧化石墨烯的直径多在50nm-100nm之间。在目前的大多数实验中，分子直径只能作为一个测量结果，最常用的测量方法是扫描电子显微镜，通过电子显微镜拍照，确定制作出的分子直径。扫描电子显微镜的工作原理见相关资料及专利，本发明中不再详述。

在现有的实验过程中，纳米分子制备完成后，往往是直接放置于电子显微镜下确定大小，这种大小可能是完全不符合要求的(如其中较大比例的直径过大或过小的分子)，更多出现的情况是不均一的分子直径，其中有一定比例的分子直径是符合要求的，也有不符合要求的，出现这种情况主要是因为在实验过程中没有进行分子直径的筛选，主观因素较大。这无疑会对实验结果造成较大的影响，由于不符合要求的分子直径的纳米分子并不能实现预期的实验功能，可能会使实验产生假阳性或者假阴性的结果，影响实验结果的判定。此外在现实实验中，电子显微镜属于比较紧缺的资源，其使用也十分复杂，需要经过繁琐的取材、制片环节。使用本发明可以对分子直径进行筛选，筛选后的分子符合要求的概率更大，可以减少电子显微镜的使用频次，使实验过程更加简洁、节约。

发明内容

为了克服上述技术的缺陷和不足，本发明提供一种可调式纳米分子直径选择性过滤器及筛选工艺，以解决电子显微镜判断纳米分子直径结果不准确、电子显微镜仪器匮乏且使用步骤繁多的技术问题。

本发明采用以下的技术方案：

一种可调式纳米分子直径选择性过滤器，包括容器，所述容器包括混合池、筛选池和小分子池三部分，所述混合池和筛选池、筛选池和小分子池之间分别设置过滤器连通，

所述容器为胶囊形，所述筛选池为两头通透的圆柱形壳，所述混合池和小分子池均为一头通透、一头呈球面封闭的壳体，所述过滤器为长方体，

所述过滤器在长度方向上位于中部设置两头通透的圆柱形连接孔，所述连接孔内在两头分别套接所述混合池和筛选池的外壁、或套接所述筛选池和小分子池的外壁，所述过滤器上平行于两头在中部设置插孔，所述插孔在过滤器的一侧开口、其余侧封闭，所述插孔内嵌入滤板，所述滤板包括边缘部和所述边缘部中部固定的中心片，所述中心片与连接孔孔壁轮廓重合设置，所述边缘部与过滤器的插孔孔壁之间密封设置；

所述混合池池壁上设置通气口和连接口，所述筛选池池壁上设置连接口，所述小分子池池壁上设置通气口和连接口，

各所述连接口和通气口上均设置阀门；

所述中心片为带孔滤网或无孔板材，所述中心片为带孔滤网时、所述混合池和筛选池之间的滤网孔径大于所述筛选池和小分子池之间的孔径。

所述边缘部两侧固定密封垫。

所述混合池前端呈球面的池壁中部及边缘分别设置连接口一和连接口二、侧壁上设置通气口一，所述筛选池侧壁设置连接口三，所述小分子池末端呈球面的池壁中部设置连接口四、侧壁上设置通气口二。

所述过滤器上位于插孔的开口两侧沿滤板插入方向设置内凹部，所述滤板的尾部位于所述内凹部内。

一种可调式纳米分子直径选择性过滤器的筛选工艺，包括以下步骤：

1)预混合：混合池的连接口一、连接口二和通气口一的阀门打开，容器的其余阀门关闭，在过滤器的插孔内插入中心片为无孔板材的滤板；取注射器将待处理的纳米分子溶液从所述连接口一注入所述混合池内，再取另一注射器将稀释液从所述连接口二注入所述混合池内，关闭所述连接口一和连接口二的阀门；

2)混匀：将所述容器放入超声池或震荡池中进行震荡混匀，待所述混合池内的纳米分子溶液和稀释液充分混匀后，且所述通气口一不再放气时关闭通气口一阀门；

3)安装中心片为带孔滤网的滤板：将所述容器垂直竖起，使所述混合池内溶液集中于前端，将步骤1)中的两块所述中心片为无孔板材的滤板取出，分别换成所述中心片为带孔滤网的滤板，且所述混合池和筛选池之间的滤网孔径大于所述筛选池和小分子池之间的孔径；

4)推压混合液：用注射器将空气从所述混合池的连接口二推入，反复多次直至将所述步骤2)中混合池和筛选池中液体全部挤压至小分子池内；

5)收集样品：取注射器吸取一定量的纯水或生理盐水或有机溶剂从连接口三注入，待所述筛选池内物质溶解于纯水或生理盐水或有机溶剂后，取新的注射器从所述连接口三将所述筛选池内溶液吸出；所述小分子池内的液体丢弃；

或：取注射器吸取一定量的纯水或生理盐水或有机溶剂分部从连接口三和连接口四注入，待所述筛选池和小分子池内物质溶解于纯水或生理盐水或有机溶剂后，取新的注射器分别从所述连接口三和连接口四将所述筛选池和小分子池内溶液吸出；

6)容器的清洗灭菌：所述容器的连接口一和连接口四的阀门打开，其余阀门关闭，用注射器依次将材料洗脱剂、纯水从连接口四注入，所述材料洗脱剂或纯水依次经小分子池、筛选池、混合池后从连接口一流出，重复多次后进行消毒灭菌。

所述步骤1)中的所述稀释液为纯水或生理盐水。

本发明有以下积极有益效果：

1)能够获得计划直径的分子；

2)能够梯度筛选分子；

3)使用本发明对分子直径进行筛选后的分子符合要求的概率更大，可以减少电子显微镜的使用频次，使实验更加经济、快捷，同时可以增强实验的可信度，也可以根据实验要求，设置不同直径纳米分子的对照组，使实验过程更加简洁、节约。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明过滤器的结构示意图；

图3为本发明滤板的结构示意图；

图4为图3的A-A位置剖面图；

图5为本发明的滤板插入插孔内的结构示意图；

图6为本发明两处过滤器的连接结构示意图；

图7为使用本发明过滤器进行混合操作的示意图。

附图编号：1-混合池，11-连接口一，12-连接口二，13-通气口一，2-筛选池，21-连接口三，3-小分子池，31-连接口四，32-通气口二，4-过滤器，41- 连接孔，42-插孔，43-内凹部，5-滤板，51-边缘部，52-中心片，53-密封垫， 6-注射器。

具体实施方式

下面将结合文中的各项附图对本发明的技术方案进行系统的描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在实际科研工作中可根据需要灵活应用。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是根据附图所进行的单纯的方位描述，并不具有机械工程方面的强制性，在实际的构造、操作及应用中不应因此受到限制，因此本文对这些方位属于的描述不能理解为对本发明的应用限制。此外，若文中出现术语“第一”、“第二”、“第三”则仅用于描述目的，其排列并非根据重要性做先后顺序的安排。

在本发明的描述中，还需要说明的是，由于本发明部分结构为全新设计，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，附图中的一些机械结构同理也作为广义理解。例如，相连可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是焊接；可以是通过各种方式直接相连，也可以通过螺钉间接相连，也可以通过各项工程用具试两个元件内部的连通。再如附图中所绘制螺钉在现实制造中可以是铆钉等其他任何可以实现本发明实际临床用途的连接工具。因此对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，而不应因文中附图作为实际制作中的限制。

本发明旨在设计一种控制纳米分子直径的分子过滤器，完成本发明所示设计后，符合直径要求的纳米分子将会被留在筛选池中，且正确操作的过程中筛选池中的纳米分子不会出现被不符合直径要求的纳米分子再次混合污染的情况，进而有效提高实验效率，增加实验可信度。

参见图1-6，一种可调式纳米分子直径选择性过滤器，包括容器，所述容器包括混合池1、筛选池2和小分子池3三部分，所述混合池1和筛选池2、筛选池2和小分子池3之间分别设置过滤器4连通，

参见图1、2，所述容器为胶囊形，所述筛选池2为两头通透的圆柱形壳，所述混合池1和小分子池3均为一头通透、一头呈球面封闭的壳体，所述过滤器4为长方体，

参见图2、3、4、5，所述过滤器4在长度方向上位于中部设置两头通透的圆柱形连接孔41，参见图,6，所述连接孔41内在两头分别套接所述混合池 1和筛选池2的外壁、或套接所述筛选池2和小分子池3的外壁，所述过滤器 4上平行于两头在中部设置插孔42，所述插孔42在过滤器4的一侧开口、其余侧封闭，所述插孔42内嵌入滤板5，所述滤板5包括边缘部51和所述边缘部51中部固定的中心片52，所述中心片52与连接孔41孔壁轮廓重合设置，所述边缘部51与过滤器4的插孔42孔壁之间密封设置；

参见图1，所述混合池1池壁上设置通气口和连接口，所述筛选池2池壁上设置连接口，所述小分子池3池壁上设置通气口和连接口，

各所述连接口和通气口上均设置阀门；

所述中心片52为带孔滤网或无孔板材，所述中心片52为带孔滤网时、所述混合池1和筛选池2之间的滤网孔径大于所述筛选池2和小分子池3之间的孔径。

所述边缘部51两侧固定密封垫53。

所述混合池1前端呈球面的池壁中部及边缘分别设置连接口一11和连接口二12、侧壁上设置通气口一13，所述筛选池2侧壁设置连接口三21，所述小分子池3末端呈球面的池壁中部设置连接口四31、侧壁上设置通气口二 32。

所述过滤器4上位于插孔42的开口两侧沿滤板5插入方向设置内凹部43，所述滤板5的尾部位于所述内凹部43内。

如图1所示，该图即为此控制纳米分子直径的分子过滤器的整体示意图，该过滤器容器1主要由三部分组成，即混合池1、筛选池2、小直径分子池3。

需要被强调的是，本发明除可用于筛选一定分子直径的分子，同时也可以梯度筛选分子直径，如需要将位于多个区间内直径的分子便捷、快速地分离，本发明也适用。

下说明以筛选一定分子直径的分子为例，本例筛选的纳米分子直径为 50-100nm，但需要强调的是这仅是作为举例，其他区间的筛选同样可以适用本发明完成。

以筛选纳米分子直径为50-100nm为例，在使用过程中，制备好的预筛选材料一般先需要进行稀释、混匀，必要时需要超声或震荡混匀，以增加过滤效率，最大限度提取符合直径要求的材料分子，节约材料。预筛选材料分子一般置于注射器中，因为材料制备出来后，保存浓度一般都比较大，注射器连接于连接口一11，预备用于稀释的超纯水或者生理盐水(或其他根据实验需要的有机溶剂等)置于另一注射器中。

本段描述混合池的具体构造。按上述说明连接好注射器及相应材料。混合池主要包括连接口一11、连接口二12、通气口一13及各口上的阀门，连接口一11、连接口二12均为医用注射器标准针管接口，可以连接目前市面上通用的医用注射器。阀门用以控制连接口一11、连接口二12的开/关，与现有的医用阀门结构和原理相同。混合池1的内壁表面应当是光滑的平面，避免残留过多的纳米材料分子，造成不必要的浪费。混合池11的通气口一13的作用是起到调整混合池1内气压的作用。通气口一13出口处设置通气网，通气网采用市售的防水透气膜(呼吸纸)，是一种新型高分子材料，该网状结构只允许气体通过，不允许液体即材料分子通过。

筛选池2，包括池体及两头的过滤器4、和连接口三21及阀门。过滤器4 包含了连接孔41、插孔42。混合池1的池壁端部嵌套在连接孔41内(相应的，小分子池7的池壁端部也嵌套在连接孔41内)。筛选池2的池壁两端均嵌套在其两头的连接孔41内。连接口三21也是医用注射器通用连接口，用于最终收集材料使用。本段的所述阀门用以控制连接口三21的开/关，与现有的医用阀门结构和原理相同。

需要被强调的是，本发明利用可替换的滤板5来实现某一区间的直径的分子的筛选工作。本发明预备设计一组不同孔径的滤网作为中心片52，例如 10nm，20nm，50nm，100nm，150nm，200nm等。

使用实施例一

以本例筛选50-100nm区间直径的分子为例。为实现本实例说描述之目的，需使用带有50nm滤网及100nm滤网的滤板5各一个，同时需要两个带有无孔板的滤板5。滤网前的数字代表滤网能通过的最大分子直径，如50nm的滤网，滤网的孔径即为50nm，其余的以此类推。滤网的厚度设计应当小于或等于插孔42厚度，而插孔42边缘应当被削成凹面，以方便滤板5的取出。根据不同的目的选取不同孔径的滤网的滤板5插入插孔42。具体的实现过程将在后段中叙述。

小分子池3包括池体及通气口二32及阀门、连接口四31及阀门7.5。

本发明的一种可调式纳米分子直径选择性过滤器可以用于：

1.获得计划直径的分子。如使用实施例一所述，进入筛选池2中的纳米分子直径即不超过100nm，分子直径小于50nm的材料分子将进入小直径分子池 3，最终筛选池2里的分子直径为50-100nm，即所需要的直径的分子将被留在筛选池2内；

2.梯度筛选分子。如使用实施例一所述，混合池1、筛选池2及小分子池 3中的纳米分子直径是梯度分布的，梯度的设置即为过滤网直径的设置，不同梯度层次的纳米分子提取过程均为使用一定量合适溶剂注入溶解后吸出；

3.更容易调整大小做不同的对照实验。部分需要将不同直径纳米分子分别应用的效果进行对比的实验，应用此设备会使实验简单化，并且可信度增高。

本发明的一种可调式纳米分子直径选择性过滤器使用方法如下：

以上述筛选50-100nm直径粒子为例：本发明的功能实现主要分为预混合、收集样品、清洗三个阶段。预混合阶段如图7所示，依据前文述，连接口一 11的注射器6中是预备筛选的材料，连接口二12的注射器6中是预备使用的稀释液。

一种可调式纳米分子直径选择性过滤器的筛选工艺，包括以下步骤：

1)预混合：混合池1的连接口一11、连接口二12和通气口一12的阀门打开，容器的其余阀门关闭，在过滤器4的插孔42内插入中心片52为无孔板材的滤板5；取注射器6将待处理的纳米分子溶液从所述连接口一11注入所述混合池1内，再取另一注射器6将稀释液从所述连接口二12注入所述混合池1内，关闭所述连接口一11和连接口二12的阀门；

2)混匀：将所述容器放入超声池或震荡池中进行震荡混匀，待所述混合池1内的纳米分子溶液和稀释液充分混匀后，且所述通气口一13不再放气时关闭通气口一13阀门；

3)安装中心片52为带孔滤网的滤板5：将所述容器垂直竖起，使所述混合池1内溶液集中于前端，将步骤1)中的两块所述中心片52为无孔板材的滤板5取出，分别换成所述中心片52为带孔滤网的滤板5，且所述混合池1 和筛选池2之间的滤网孔径大于所述筛选池2和小分子池3之间的孔径；

4)推压混合液：用注射器6将空气从所述混合池1的连接口二12推入，反复多次直至将所述步骤2)中混合池1和筛选池2中液体全部挤压至小分子池3内；

5)收集样品：取注射器6吸取一定量的纯水或生理盐水或有机溶剂从连接口三21注入，待所述筛选池2内物质溶解于纯水或生理盐水或有机溶剂后，取新的注射器6从所述连接口三21将所述筛选池2内溶液吸出；所述小分子池3内的液体丢弃；

或：取注射器6吸取一定量的纯水或生理盐水或有机溶剂分部从连接口三21和连接口四31注入，待所述筛选池2和小分子池3内物质溶解于纯水或生理盐水或有机溶剂后，取新的注射器6分别从所述连接口三21和连接口四31将所述筛选池2和小分子池3内溶液吸出；

6)容器的清洗灭菌：所述容器的连接口一11和连接口四31的阀门打开，其余阀门关闭，用注射器6依次将材料洗脱剂、纯水从连接口四31注入，所述材料洗脱剂或纯水依次经小分子池3、筛选池2、混合池1后从连接口一11 流出，重复多次后进行消毒灭菌。

所述步骤1)中的所述稀释液为纯水或生理盐水。

本发明使用了多个注射器6，除非两个操作中注射器对实验结果不产生影响，否则不可混用。基于实验严谨的原则，本发明的多个注射器6均为只容纳一种物质的一次性注射器。