液体过滤和泵系统技术方案

本发明专利技术的液体过滤系统包括：注射泵，其包括气体腔室和可移动柱塞，其中所述气体腔室在第一端具有孔，并且所述柱塞在所述腔室的内壁内形成密封；液体腔室，其具有两个开口，所述开口位于所述腔室的相对端，并且第一开口连接至所述气体腔室的所述孔；生物反应器，其与所述液体腔室的第二开口流体连通；过滤器，其被布置成过滤在所述生物反应器与所述液体腔室之间通过的液体，所述过滤器包括用于移出经过滤的液体的渗透物出口；其中，在使用中，所述柱塞可以以引起气体的相应运动的往复运动来移动，所述气体的相应运动在所述液体腔室与所述生物反应器之间交替地驱动液体，使得液体通过所述过滤器，并且经过滤的液体可以经由所述渗透物出口移出。

Liquid filtration and pump system

The liquid filtering system of the present invention includes: an injection pump, which comprises a gas chamber and a movable plunger, wherein the gas chamber has a hole at the first end and the plunger forms a seal in the inner wall of the chamber; a liquid chamber has two openings, the opening is located at the opposite end of the chamber, and the first opening is connected to the hole of the gas chamber; Bioreactor, which is connected with the second opening fluid of the liquid chamber; filter, which is arranged to filter the liquid passing between the bioreactor and the liquid chamber, includes a permeate outlet for removing the filtered liquid; in use, the plunger can move back and forth with the reciprocating motion causing the corresponding movement of the gas, as described above. The corresponding movement of the gas alternately drives the liquid between the liquid chamber and the bioreactor so that the liquid passes through the filter and the filtered liquid can be removed through the permeate outlet.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】液体过滤和泵系统专利
本专利技术涉及用于过滤液体的液体过滤系统，所述液体例如是容纳于生物反应器内的细胞培养物。专利技术背景用于过滤液体的系统在本领域中是众所周知的，其中它们采用具有分离，浓缩或去除液体、混合物或悬浮液的组成元素的典型功能的许多不同形式。此类系统应用于生物技术和制药工业中以提取某些生物产物，例如在生物反应器内使用细胞培养物产生的蛋白质。在传统的分批进料生物反应器系统中，细胞分批培养，由此细胞接种至新鲜培养基中，并且细胞迅速进入生长期，在此生长期期间它们消耗培养基营养物质并且除了所分泌的目的蛋白质之外，废物积累于培养物中。在一段时间之后，细胞过渡至稳定期，随后由于细胞培养物耗尽进入衰退期。在运行结束时，将蛋白质作为一个批次从细胞培养物中分离。此类系统的问题，尤其是在通常具有较低生产率的动物细胞培养物的情况下，在于可以实现的目的生物产物的有限的产率。灌注生物反应器是已知的可替代系统，其中细胞保持在培养物中同时补充培养基，从而使得在较长的时间段内维持高的细胞浓度，提供较高产率的所需生物产物。为了维持稳定的细胞培养条件，需要过滤以用于细胞培养基的某些成分的净化、选择性去除和浓缩，使得可以用新鲜培养基补充细胞培养物并且可以去除用过的培养基。灌注生物反应器中采用的典型过滤系统利用泵，其通过过滤器将细胞培养液从生物反应器中移出，其中包括废物或目标产物的滤液从系统中移出，并且包括活细胞的滞留物返回至生物反应器。然后可以通过单独的系统补充培养基营养物以将细胞培养物维持在稳定的平衡状态。此类现有技术装置通常采用切向流过滤，其中大部分进料流切向地穿过过滤器的表面。这种系统提供了一种温和的过滤方法，该方法不会使脆弱的动物细胞受到可能损害细胞的很大的力。此外，液体穿过过滤器的切向流动确保过滤器中的可能导致堵塞的沉积物在过滤过程中被冲走，增加了过滤系统可持续运行的时间长度。此类系统可以布置成使得液体的流动在围绕回路的一个方向上，从生物反应器循环通过过滤器并返回至生物反应器(其将称为通用术语“切向流过滤”或TFF)。或者可以使用这样的布置，其中仅使用生物反应器与过滤器之间的单一连接并且流动方向交替，使得液体从生物反应器行进至过滤器并沿着相同的线路返回到生物反应器(称为“交替切向流过滤”或ATF)。在现有技术系统中使用一系列泵来执行细胞灌注。通常基于ATF的工艺使用隔膜泵，而TFF工艺可以使用蠕动泵、多室隔膜式泵或具有叶轮的泵，其在需要一次性使用的细胞接触部件的情况下被磁性驱动。然而，此类现有技术灌注泵存在许多问题。使用一次性使用的生物反应器变得越来越普遍，避免了在运行之间清洁反应器和传感器的需要，从而提供较高的生产量。然而，上面列出的现有技术泵通常采用与细胞培养物接触的运动部件，以提供必要的力使液体在系统周围移动。因此，泵需要在运行之间彻底清洁以确保不存在可能导致运行不得不中止的系统污染。类似地，运动部件的任何故障或破损，例如由于磨损，将导致泵和细胞培养物的污染，导致在清洁组件时相当长的停机时间。此外，用于工艺开发的高生产量系统通常使用较小的生物反应器，其限制了在这种物理约束环境中使用的泵的尺寸。因此，许多上述现有技术泵由于太大而不合适，并且不可能将它们缩放到合适的尺寸或者不能与此类小系统中所需的相对低的流速兼容。相关地，如果将泵并入一次性使用的系统中，则需要简单、低成本的泵，其(或者其某些组件)可以与系统的其他组件一起被丢弃。目前已知的泵太复杂或太昂贵而无法并入或不适合应用于一次性使用的系统中。另一个问题是在没有明显的配置改变的情况下，在TFF和ATF系统中都不能应用单一的现有技术泵。最后，现有技术的泵例如蠕动泵、隔膜泵或叶轮泵对细胞培养物内的细胞施加显著的机械应力，这可能潜在地损伤细胞。因此对并入灌注泵的灌注系统存在需求，所述灌注泵具有简单、低成本的配置，使得其可以应用于一次性使用的系统中。进一步期望泵能够缩放至足够小的尺寸，使得其可以在小型工艺开发生物反应器的物理约束内操作。还需要提供其中泵的运动部件与细胞培养物之间的接触被最小化的系统，以及此外可以在对泵布置具有小的适应性的TFF和ATF配置中操作的系统。
技术实现思路
本专利技术旨在提供过滤系统，其并入了具有简单设计的低成本泵，使得其可以在液体接触(润湿)部件有可能在使用后被丢弃的一次性使用的系统中实施。另一个重要目的是提供泵，其中运动部件不直接接触在系统周围移动的液体，从而使在使用期间污染细胞培养物的风险最小化。本专利技术进一步旨在提供易于可规模化的简单设计，使得其可以与较小的生物反应器、典型的工艺开发系统一起使用。有利地是，该系统可以配置用于对所需的泵或系统具有小的适应性的ATF和TFF模式中。根据本专利技术的第一方面，提供了液体过滤系统，其包括：注射泵，其包括气体腔室和可移动柱塞，其中所述气体腔室具有在第一端的孔，并且所述柱塞在所述腔室的内壁内形成密封；液体腔室，其具有两个开口，所述开口位于所述腔室的相对端，并且第一开口连接至所述气体腔室的所述孔；生物反应器，其与所述液体腔室的第二开口流体连通；过滤器，其布置成过滤在所述生物反应器与所述液体腔室之间通过的液体，所述过滤器包括用于移出经过滤的液体的渗透物出口；其中，在使用中，所述柱塞可以以引起气体的相应运动的往复运动来移动，所述气体的相应运动在所述液体腔室与所述生物反应器之间交替地驱动液体，使得液体通过所述过滤器，并且可以经由所述渗透物出口移出经过滤的液体。对于本专利技术的液体过滤系统，首先所使用的注射泵具有简单的设计，其可以缩放至适合在小型工艺开发生物反应器系统中应用的尺寸。降低的复杂性进一步降低了导致运行之间停机的泵故障的可能性。另一个重要方面在于泵的运动部件与待过滤的液体之间没有直接接触；而是通过气体腔室与液体腔室之间的空气运动将泵的驱动力转移至液体。与现有技术系统不同，没有与液体直接接触的运动部件，例如隔膜。后一特征意味着泵的运动部件不需要在使用之间进行消毒或更换，并且此外，与液体接触的系统的部分，例如液体腔室，可以提供作为一次性使用的产品的一部分，其在使用后被丢弃。由于泵与细胞培养物之间没有接触，因此不存在来自培养物的泵污染风险以及来自泵侧的非无菌空气的培养物污染风险。这种泵布置的另一个重要优点是其避免了其它泵(例如蠕动泵，隔膜泵或叶轮泵)中固有的对细胞的机械应力。本专利技术的布置不需要任何止回阀，液体的正确运动由泵和适当的连接驱动。这减小了施加至细胞的应力，因为当液体的成份通过时止回阀对液体的成分施加了很大的力。本专利技术的液体过滤系统也可以应用于很少或没有改进的TFF和ATF工艺中，使得其适合用于结合了TFF和ATF的阶段的过滤方法。本专利技术的注射泵布置的功能接近正排量泵的功能。因此所述系统提供有效的泵送作用，由此如果柱塞移动15ml，相应的培养物流量实际上为15ml。在本专利技术的某些优选实施例中，所述注射泵是通杆活塞泵，其中所述柱塞安装在杆上，所述杆轴向移动通过腔室。附图简述现在将仅通过实施例参考附图描述本专利技术的实施方式，其中：图1示意性地示出了本专利技术的液体过滤系统的第一实施例；图2示意性地示出了本专利技术的泵的操作；图3示意性地示出了本专利技术的液体过滤的实施例，其并入了两个注射泵；以及图4示意性地示出了本专利技术的液体过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.液体过滤系统(100)，包括：注射泵(110)，其包括气体腔室(111)和可移动柱塞(112)，其中所述气体腔室(111)在第一端具有孔(113)，并且所述柱塞(112)在所述腔室(111)的内壁内形成密封；液体腔室(120)，其具有两个开口(121、122)，所述开口位于所述腔室的相对端，并且第一开口(121)连接至所述气体腔室(111)的所述孔(113)；生物反应器(130)，其与所述液体腔室(120)的第二开口(122)流体连通；过滤器(140)，其配置成过滤在所述生物反应器(130)与所述液体腔室(120)之间通过的液体，所述过滤器(140)包括用于移出经过滤的液体的渗透物出口(141)；其中所述柱塞(112)是以引起气体的相应运动的往复运动而可移动的，所述气体的相应运动在所述液体腔室(120)与所述生物反应器(130)之间交替地驱动液体，使得液体通过所述过滤器(140)，并且经过滤的液体可以经由所述渗透物出口(141)移出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.19 EP 16180187.31.液体过滤系统(100)，包括：注射泵(110)，其包括气体腔室(111)和可移动柱塞(112)，其中所述气体腔室(111)在第一端具有孔(113)，并且所述柱塞(112)在所述腔室(111)的内壁内形成密封；液体腔室(120)，其具有两个开口(121、122)，所述开口位于所述腔室的相对端，并且第一开口(121)连接至所述气体腔室(111)的所述孔(113)；生物反应器(130)，其与所述液体腔室(120)的第二开口(122)流体连通；过滤器(140)，其配置成过滤在所述生物反应器(130)与所述液体腔室(120)之间通过的液体，所述过滤器(140)包括用于移出经过滤的液体的渗透物出口(141)；其中所述柱塞(112)是以引起气体的相应运动的往复运动而可移动的，所述气体的相应运动在所述液体腔室(120)与所述生物反应器(130)之间交替地驱动液体，使得液体通过所述过滤器(140)，并且经过滤的液体可以经由所述渗透物出口(141)移出。2.如权利要求1所述的液体过滤系统，进一步包括：第二注射泵(210)；第二液体腔室(220)，其具有两个开口(221、222)，所述开口位于所述腔室(220)的相对端，其中第一开口(221)连接至所述第二注射泵(210)的孔(213)；并且第二开口与所述生物反应器(130)和过滤器(140)流体连通；其中所述第一注射泵和第二注射泵协同作用以驱动所述系统中的液体。3.如权利要求1或2所述的液体过滤系统，进一步包括：液体摄取线路(151)，其提供从所述生物反应器(130)至一个或多个所述液体腔室(120、220)的流体连通；液体返回线路(152)，其提供从一个或多个所述液体腔室(120、220)至所述生物反应器(130)的流体连通，所述过滤器(140)位于所述液体摄取线路(151)或返回线路(152)上；以及阀系统(160)，其包括一个或多个阀，所述阀系统配置成将从腔室排出的液体引导进入所述返回线路(152)并确保将液体从摄取线路(151)抽入腔室中。4.如权利要求1所述的液体过滤系统，进一步包括：第二孔(213)，其在所述气体腔室(111)中，所述第二孔(213)位于所述气体腔室(111)的与所述第一孔(113)相对的端并通过所述柱塞(112)与所述第一孔(113)隔开；以及第二液体腔室(220)，其具有在所述腔室(220)的相对端的两个开口(221、222)，第一开口(221)连接至所述气体腔室(111)的第二孔(114)，并且第二开口(222)与所述生物反应器(130)和所述过滤器(140)流体连通；液体摄取线路(151)，其提供从所述生物反应器(130)至所述液体腔室(120、220)的流体连通；液体返回线路(152)，其提供从所述液体腔室(120、220)至所述生物反应器(130)的流体连通，所述过滤器(140)位于所述液体摄取线路(151)或返回线路(152)上；以及阀系统(160)，其包括一个或多个阀，所述阀系统配置成将从腔室排出的液体引导进入所述返回线路(152)并确保将液体从所述摄取线路(151)抽入腔室中；其中在使用中，所述柱塞(112)通过所述气体腔室(111)的运动导致液体从一个液体腔室(120、220)排出进入所述返回线路(152)，同时将液体从所述摄取线路(151)抽入另一个液体腔室(220、120)中，因此所述柱塞(112)的往复运动提供所述系统内的基本上连续的液体流动。5.如权利要求3或4所述的液体过滤系统，其中所述阀系统包括一个或多个夹阀(162、163、160)，所述夹阀配置成：当液体离开所述液体腔室(120、220)时，关闭从所述液体腔室(120、220)至所述摄取线路(151)的连接并且打开与所述返回线路(152)的连接；以及当液体进入所述液体腔室(120、220)时，打开从所述液体腔室(120、220)至所述摄取线路(151)的连接并且关闭与所述返回线路(152)的连接。6.如前述权利要求中任一项所述的液体过滤系统，进一步包括：一个或多个气体连接阀(161)，其位于所述气体腔室(111)与所述液体腔室(120)之间，所述气体连接阀(161)配置成将所述气体腔室(111)密封与剩余系统隔离，使得所述柱塞(112)复位，同时保持所述液体腔室(120、220)中的压力。7.如前述权利要求中任一项所述的液体过滤系统，进一步包括：无菌过滤器(170)，其位于所述气体腔室(111)的孔(113、114、213)与每个液体腔室(120、220)的第一开口之间，所述无菌过滤器(170)配置成允许气体通过，同时保持液体路径内无菌。8.如前述权利要求中任一项所述的液体过滤系统，进一步包括：一个或多个加热器元件(171)，其配置成加热一个或多个所述无菌过滤器(170)。9.如前述权利要求中任一项所述的液体过滤系统，进一步包括：排放出口(B)，其位于所述液体返回线路(152)上，所述排放出口(B)配置成提供将返回至所述生物反应器(130)的液...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·格兰特，
申请(专利权)人：自动化合作关系剑桥有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB