本申請是申請日為2014年2月7日，發(fā)明名稱為“利用聲駐波的生物反應(yīng)器”的中國專利申請no.2014800196513的分案申請。相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2013年2月7日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號61/761,717的優(yōu)先權(quán)。本申請還是于2013年9月13日提交的美國專利申請序列號14/026,413、和于2013年3月15日提交的美國專利申請序列號13/844,754的部分延續(xù)案，所述美國專利申請序列號14/026,413要求于2012年10月2日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號61/708,641的優(yōu)先權(quán)，所述美國專利申請序列號13/844,754要求于2012年3月15日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號61/611,159、同樣于2012年3月15日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號61/611,240、和于2013年1月21日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號61/754,792的優(yōu)先權(quán)。這些申請的全部內(nèi)容均以引用的方式并入本文。
背景技術(shù)：
：在過去的20年間，生物
技術(shù)領(lǐng)域：
飛速發(fā)展。這種發(fā)展由許多因素導(dǎo)致，其中一些因素包括可用于生物反應(yīng)器的設(shè)備的改進(jìn)、對生物系統(tǒng)的了解增加、以及對各種物質(zhì)(例如單克隆抗體和重組蛋白)與人體各系統(tǒng)的相互作用的認(rèn)知提高。設(shè)備的改進(jìn)使得可大量和低成本地進(jìn)行生物衍生物質(zhì)的生產(chǎn)，例如重組蛋白。這在藥物領(lǐng)域尤其普遍，在藥物領(lǐng)域中，多種新藥治療的成功直接歸因于能夠通過基于蛋白的生產(chǎn)方法大量生產(chǎn)這些物質(zhì)。用于基于生物學(xué)的新藥的生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵因素之一是生物反應(yīng)器及與其相關(guān)的附屬工藝。生物反應(yīng)器領(lǐng)域的一部分發(fā)展是由于灌注式工藝。灌注式工藝由于其較低的資本成本和較高的生產(chǎn)量而區(qū)別于分批補(bǔ)料式(fed-batch)工藝。在分批補(bǔ)料式工藝中，將培養(yǎng)物接種于生物反應(yīng)器中。采用在生長周期過程中逐步添加大量新鮮的所選的營養(yǎng)物來提高生產(chǎn)率和生長。在收集培養(yǎng)物之后回收產(chǎn)物。由于分批補(bǔ)料式生物反應(yīng)器工藝簡單，并且由公知的發(fā)酵工藝發(fā)展而來，因此其是吸引人的。然而，分批補(bǔ)料式生物反應(yīng)器的啟動成本高，并且為了在生長周期結(jié)束時(shí)獲得具有成本效益的量的產(chǎn)物而具有大的體積。在分批補(bǔ)料完成后，生物反應(yīng)器必須清潔并滅菌，這導(dǎo)致非生產(chǎn)性停工期。灌注式生物反應(yīng)器處理被供入生物反應(yīng)器中的一批連續(xù)的新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)抑制生長的副產(chǎn)物被不斷地移除。灌注式生物反應(yīng)器工藝可以減少或消除非生產(chǎn)性停工期。灌注式培養(yǎng)所達(dá)到的細(xì)胞密度(3000-10000萬個(gè)細(xì)胞/ml)通常高于分批補(bǔ)料模式的細(xì)胞密度(500-2500萬個(gè)細(xì)胞/ml)。然而，灌注式生物反應(yīng)器需要細(xì)胞保持裝置以防止當(dāng)移除副產(chǎn)物時(shí)培養(yǎng)物逸出。這些細(xì)胞保持系統(tǒng)增加了灌注式工藝的復(fù)雜程度，并且需要管理、控制和維持以有效運(yùn)轉(zhuǎn)。以前，諸如細(xì)胞保持設(shè)備的故障或失靈等操作問題是灌注式生物反應(yīng)器的難題。這在過去限制了它們的吸引力。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在多個(gè)實(shí)施方案中，本公開涉及用于生產(chǎn)如重組蛋白或單克隆抗體等生物分子、以及用于從生物反應(yīng)器的細(xì)胞培養(yǎng)物中分離這些所需產(chǎn)物的系統(tǒng)。通常，包含細(xì)胞和所需產(chǎn)物的流體培養(yǎng)基經(jīng)過或流過過濾裝置。在多個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括生物反應(yīng)器和過濾裝置。所述生物反應(yīng)器包括反應(yīng)容器、攪拌器、供料入口和出口。所述過濾裝置包括：入口，其流體連接至所述生物反應(yīng)器出口以從所述生物反應(yīng)器接收流體；流動腔室，通過該流動腔室，所述流體能夠流動；和圍繞所述流動腔室的套管，所述套管包括至少一個(gè)超聲換能器以及位置與所述至少一個(gè)超聲換能器相對的反射器，所述至少一個(gè)超聲換能器被驅(qū)動以在所述流動腔室中產(chǎn)生多維駐波。所述過濾裝置還可以包括產(chǎn)物出口，通過該產(chǎn)物出口回收所需產(chǎn)物。所述過濾裝置還可以包括再循環(huán)出口，其用于將流體送回所述生物反應(yīng)器。所述多維駐波可以具有相同數(shù)量級的軸向分力和橫向分力。所述生物反應(yīng)器可以作為灌注式生物反應(yīng)器來運(yùn)轉(zhuǎn)。所述套管可以是與所述流動腔室可分離的。有時(shí)，所述過濾裝置還包括位于所述套管和所述流動腔室之間的夾套，該夾套用于調(diào)節(jié)所述流動腔室中的所述流體的溫度。所述夾套、所述套管和所述流動腔室可以是彼此可分離的，并且可以是一次性的。在具體的實(shí)施方案中，所述超聲換能器包括能夠以高階模態(tài)振動的壓電材料。所述壓電材料可以具有矩形形狀。所述超聲換能器可以包括：具有頂端、底端和內(nèi)部容積的外殼；和位于所述外殼的底端的晶體，該晶體具有暴露的外表面和內(nèi)表面，并且當(dāng)受到電壓信號驅(qū)動時(shí)，所述晶體能夠振動。在一些實(shí)施方案中，襯里層接觸所述晶體的所述內(nèi)表面，所述襯里層由基本上透聲的材料制成。所述基本上透聲的材料可以為輕木、軟木、或泡沫。所述基本上透聲的材料的厚度可以為至多1英寸。所述基本上透聲的材料可以為柵格的形式。在其他實(shí)施方案中，所述晶體的外表面由厚度為小于或等于半波長的磨損面材料覆蓋，所述磨損面材料為氨基甲酸酯涂層、環(huán)氧樹脂涂層、或硅酮涂層。在其他實(shí)施方案中，所述晶體不具有襯里層或耐磨層。所述多維駐波可以為三維駐波。所述反射器可以具有非平面表面。以下更具體地描述這些和其他非限制性特征。附圖說明以下是對附圖的簡單描述，其是為了說明本文所公開的示例性實(shí)施方案的目的，不旨在對其進(jìn)行限制。圖1示出由超聲換能器和反射器產(chǎn)生的單駐聲波。圖2為比較分批補(bǔ)料式生物反應(yīng)器系統(tǒng)和灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)的圖。圖3為示出生物反應(yīng)器的各部件的截面圖。圖4示出本公開的聲致泳動(acoustophoretic)過濾裝置的一個(gè)實(shí)施方案，其具有圍繞作為流動腔室并且為一次性的的管的套管。圖5示出本公開的聲致泳動過濾裝置的另一個(gè)實(shí)施方案，其顯示了圍繞流動腔室的夾套和圍繞該夾套的套管。所述套管含有用于調(diào)節(jié)經(jīng)過所述流動腔室的流體的溫度的流體。圖6為示出本公開的系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)包括具有聲致泳動分離裝置的灌注式生物反應(yīng)器、和再循環(huán)通路。圖7為常規(guī)超聲換能器的截面圖。圖8為常規(guī)換能器的耐磨板的照片。圖9為本公開的超聲換能器的截面圖。該換能器中存在氣隙，并且不存在襯里層或耐磨板。圖10為本公開的超聲換能器的截面圖。該換能器中存在氣隙，并且存在襯里層或耐磨板。圖11為以不同頻率驅(qū)動的正方形換能器的電阻抗振幅對頻率的圖。圖12示出圖11中的峰振幅中的七個(gè)的沿流體流的正交方向的捕獲線(trappingline)結(jié)構(gòu)。圖13為聲壓振幅(右手邊刻度為pa)和換能器面外位移(左手邊刻度為米)的計(jì)算機(jī)模擬。左手邊刻度頂部的文字為“x10-7”。左手邊刻度頂部帶有向上三角形的文字為“1.473x10-6”。左手邊刻度底部帶有向下三角形的文字為“1.4612x10-10”。右手邊刻度頂部的文字為“x106”。右手邊刻度頂部帶有向上三角形的文字為“1.1129x106”。右手邊刻度底部帶有向下三角形的文字為“7.357”。這些三角形示出圖中所示的給定刻度的最大值和最小值。水平軸為腔室中沿x軸的位置，單位為英寸；垂直軸為腔室中沿y軸的位置，單位為英寸。圖14示出晶體的面內(nèi)和面外位移，其中存在復(fù)合波。圖15示出具有一個(gè)流動腔室、用于執(zhí)行一些示例性分離的聲致泳動分離器的分解圖。圖16示出具有兩個(gè)流動腔室的堆疊聲致泳動分離器的分解圖。圖17為示出在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中利用beckmancoulter細(xì)胞活力分析儀獲得的從培養(yǎng)基中移除細(xì)胞的效果的圖。圖18為示出在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中利用beckmancoulter細(xì)胞活力分析儀獲得的從培養(yǎng)基中移除細(xì)胞的效果的圖。具體實(shí)施方式通過參照以下對所需實(shí)施方案及其所包括的例子的詳細(xì)描述，本公開將更加易于理解。在以下說明書及其所附權(quán)利要求中，提及了大量術(shù)語，其應(yīng)當(dāng)被定義為具有以下含義。雖然為了清楚起見在以下描述中使用了特定術(shù)語，但這些術(shù)語僅旨在指代被選擇在圖中示出的實(shí)施方案的特定結(jié)構(gòu)，而不旨在限定或限制本公開的范圍。在圖中以及下文的描述中，應(yīng)當(dāng)理解相同的數(shù)字標(biāo)號指代相同功能的部件。除非特別說明，否則單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“這種”包括復(fù)數(shù)的所指對象。本文所用術(shù)語“包括”是指存在所指部件，并且允許存在其他部件。術(shù)語“包括”應(yīng)當(dāng)被解釋為包括術(shù)語“由……構(gòu)成”，術(shù)語“由……構(gòu)成”只允許存在所指部件，以及來自所指部件制造過程中的任何雜質(zhì)。數(shù)值應(yīng)當(dāng)被理解為包括當(dāng)簡化為相同數(shù)目的有效數(shù)字時(shí)相同的那些數(shù)值，以及本申請中所述的用于確定所述值的常規(guī)測量技術(shù)實(shí)驗(yàn)誤差以內(nèi)的與所述值不同的數(shù)值。本文所公開的所有范圍包括所述的端點(diǎn)和獨(dú)立的組合(例如，范圍“2g至10g”包括端點(diǎn)2g和10g，以及所有中間的值)。本文公開的范圍的端點(diǎn)和任意值均不限制為精確的范圍或值；它們的不精確足以包括與這些范圍和/或值近似的值。與數(shù)量連用的修飾語“約”包括所述的值，并且具有上下文所指的含義(例如，其至少包括與特定數(shù)量的測量有關(guān)的誤差程度)。當(dāng)在范圍中使用時(shí)，還應(yīng)當(dāng)認(rèn)為修飾語“約”公開了由兩個(gè)端點(diǎn)的絕對值限定的范圍。例如，范圍“約2至約10”還公開了范圍“2至10”。應(yīng)當(dāng)注意到，本文所用的很多術(shù)語為相對術(shù)語。例如，術(shù)語“上部”和“下部”在位置上彼此相對，即，在給定的方向，上部部件位于比下部部件更高的高度，但如果裝置倒轉(zhuǎn)，這些術(shù)語可以改變。術(shù)語“入口”和“出口”是相對于流體流經(jīng)給定結(jié)構(gòu)而言的，例如，流體流過入口進(jìn)入結(jié)構(gòu)，并且流過出口流出結(jié)構(gòu)。術(shù)語“上游”和“下游”是相對于流體流過各部件的方向而言的，即，流體在流過下游部件之前流過上游部件。應(yīng)當(dāng)注意到，在環(huán)路中，第一部件可以被描述為第二部件的上游也可以被描述為第二部件的下游。本申請涉及“相同的數(shù)量級”。如果大數(shù)值除以小數(shù)值的商為小于10的值，那么兩個(gè)數(shù)值為相同的數(shù)量級。生物反應(yīng)器對于生產(chǎn)如重組蛋白或單克隆抗體等生物分子是有用的。通常，在具有培養(yǎng)基的生物反應(yīng)器容器中培養(yǎng)細(xì)胞以產(chǎn)生所需產(chǎn)物，然后通過從細(xì)胞和培養(yǎng)基中進(jìn)行分離來收集所需產(chǎn)物。已經(jīng)證明使用包括中國倉鼠卵巢(cho)、ns0雜交瘤細(xì)胞、嬰兒倉鼠腎(bhk)細(xì)胞和人細(xì)胞等哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)物對于生產(chǎn)/表達(dá)現(xiàn)今藥物所需的重組蛋白和單克隆抗體是非常有效的。有兩種常用類型的生物反應(yīng)器工藝：分批補(bǔ)料和灌注。雖然分批補(bǔ)料反應(yīng)器是目前的標(biāo)準(zhǔn)(主要由于其是許多科學(xué)家和技術(shù)人員所熟悉的工藝)，但灌注式技術(shù)正在非常迅速地發(fā)展。很多因素促進(jìn)了灌注式生物反應(yīng)器工藝的使用。與分批補(bǔ)料相比，灌注式生物反應(yīng)器的資金和啟動成本較低，需要較小的上游和下游容量，并且該工藝使用較小的體積和較少的接種步驟。灌注式生物反應(yīng)器工藝還使得其自身能夠更好地進(jìn)行發(fā)展、擴(kuò)大規(guī)模、優(yōu)化、參數(shù)靈敏度研究和確認(rèn)。近年來灌注式生物反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了其使用。用于灌注式生物反應(yīng)器的控制技術(shù)和普通的支持設(shè)備正在得到改進(jìn)，這增加了灌注式工藝的魯棒性。目前，灌注式工藝可以擴(kuò)大規(guī)模至體積高達(dá)1000升(l)的生物反應(yīng)器。與以前所見的情況相比，用于灌注式生物反應(yīng)器的更好的細(xì)胞保持系統(tǒng)導(dǎo)致更少的細(xì)胞損失和更大的細(xì)胞密度。現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)大于5000萬個(gè)細(xì)胞/ml的細(xì)胞密度，與此相比，分批補(bǔ)料的細(xì)胞密度為約2000萬個(gè)細(xì)胞/ml。更低的污染和感染率提高了灌注式生物反應(yīng)器的產(chǎn)量。因此，灌注式工藝實(shí)現(xiàn)了收集物中更高的產(chǎn)物濃度和更好的收率，而成本沒有顯著增加。使用高細(xì)胞濃度生物反應(yīng)器的一個(gè)獨(dú)立的方面為在生物反應(yīng)器運(yùn)行的最后進(jìn)行物質(zhì)的“排水”。從生物反應(yīng)器污泥中“排水”或去除間隙液體對于提高所需生物反應(yīng)器產(chǎn)物的回收效果是重要的。目前，在運(yùn)行的最后使用具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高能離心機(jī)(稱為疊盤式(diskstack)離心機(jī))來從生物反應(yīng)器污泥中去除間隙液體。疊盤式離心機(jī)的資金成本和操作成本是高的。需要一種不需要疊盤式離心機(jī)的高資金成本和高操作成本的、從剩余的生物反應(yīng)器污泥中去除間隙液體的簡單方法。此外，目前的過濾或離心方法會損壞細(xì)胞，將蛋白質(zhì)碎片和酶釋放到純化過程中，從而增加純化系統(tǒng)的下游部分的負(fù)荷。簡言之，本公開涉及由一個(gè)或多個(gè)壓電換能器產(chǎn)生三維(3-d)聲駐波，其中所述換能器以電或機(jī)械方式激發(fā)以使得它們以“鼓面(drumhead)”或多激發(fā)模式移動，而不是以“活塞式”或單激發(fā)模式移動。通過產(chǎn)生這種方式的波，與壓電換能器以僅產(chǎn)生一個(gè)大駐波的“活塞式”模式被激發(fā)相比，產(chǎn)生了更高的橫向捕獲力。因此，與單聲駐波相比，在相同的壓電換能器輸入功率下，3-d聲駐波能夠具有更高的橫向捕獲力。這可以用于促進(jìn)生物反應(yīng)器內(nèi)容物的蛋白質(zhì)流體的純化。因此，本公開涉及工藝系統(tǒng)，其包括生物反應(yīng)器和過濾裝置，所述過濾裝置利用聲致泳動來分離各種成分。通過利用引入3-d駐波的聲致泳動過濾裝置，還可以實(shí)現(xiàn)通量率的保持和多產(chǎn)物系統(tǒng)交叉污染風(fēng)險(xiǎn)的最小化。通過使用能夠產(chǎn)生3-d聲駐波的裝置，還可以實(shí)現(xiàn)其他優(yōu)點(diǎn)，例如標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(sop)中通常詳細(xì)說明和認(rèn)定的清潔過程和相關(guān)要求?？梢韵锓磻?yīng)器和外部工藝之間的交叉污染風(fēng)險(xiǎn)。聲致泳動是從流體分散體中去除顆粒的低功率、無壓降、不堵塞、固態(tài)的方法：即，其用于實(shí)現(xiàn)更通常使用多孔過濾器進(jìn)行的分離，但其不具有過濾器的缺點(diǎn)。具體地，本公開提供了適用于生物反應(yīng)器，并且在具有高流速的流動系統(tǒng)中進(jìn)行大規(guī)模分離的過濾裝置。聲致泳動過濾裝置被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生高強(qiáng)度三維超聲駐波，從而獲得大于流體動力阻力與浮力或重力的組合效果的聲學(xué)輻射力，因此能夠捕獲(即，保持固定)懸浮相(即，細(xì)胞)以獲得更多的時(shí)間使聲波增加顆粒聚集、凝聚和/或聚結(jié)。本發(fā)明的系統(tǒng)能夠產(chǎn)生超聲駐波場，其能夠捕獲顆粒以線性速度0.1mm/秒至速度超過1cm/秒存在于流動場中。該技術(shù)為分離次級相提供了綠色且持久的選擇，并且對能量的耗費(fèi)顯著降低。已證明獲得了優(yōu)異的顆粒分離效果，粒徑小到1微米。超聲駐波可以用于將次級相顆粒(即，細(xì)胞)捕獲(即，保持固定)在宿主流體流(例如細(xì)胞培養(yǎng)基)中。這是與以前的方法的重要區(qū)別，在以前的方法中，聲學(xué)輻射力的效果僅改變顆粒軌跡。從顆粒散射的聲場導(dǎo)致三維聲學(xué)輻射力，其用作三維捕獲場。當(dāng)顆粒相對于波長較小時(shí)，聲學(xué)輻射力與顆粒體積(例如半徑的立方)成比例。其與頻率和聲學(xué)對比系數(shù)成比例。其還與聲能(例如聲壓振幅的平方)成比例。對于諧波激勵(lì)，力的正弦空間變化驅(qū)動顆粒處于駐波內(nèi)的穩(wěn)定位置。當(dāng)施加于顆粒上的聲學(xué)輻射力強(qiáng)于流體動力阻力與浮力或重力的組合效果時(shí)，顆粒被捕獲在聲駐波場中。作用于被捕獲的顆粒上的聲學(xué)力的作用導(dǎo)致顆粒的聚集、凝聚和/或聚結(jié)。此外，次級的顆粒間力(例如bjerkness力)增加顆粒凝聚。通常，3-d駐波過濾系統(tǒng)在一定電壓下操作以使得產(chǎn)生蛋白的物質(zhì)(例如中國倉鼠卵巢細(xì)胞(cho細(xì)胞)，其為重組蛋白治療的工業(yè)生產(chǎn)中最常用的宿主)被捕獲在超聲駐波中，即，保留在固定的位置。在各個(gè)節(jié)平面中，cho細(xì)胞被捕獲在最小的聲輻射勢能中。與細(xì)胞懸浮在其中的培養(yǎng)基相比，大多數(shù)細(xì)胞類型都具有較高的密度和較低的壓縮率，因此細(xì)胞與培養(yǎng)基之間的聲學(xué)對比系數(shù)為正值。因此，軸向聲學(xué)輻射力(arf)驅(qū)動cho細(xì)胞朝向駐波聲壓節(jié)點(diǎn)(pressurenode)移動。聲學(xué)輻射力的軸向分力驅(qū)動具有正的對比系數(shù)的細(xì)胞朝向聲壓波節(jié)面(pressurenodalplane)移動，而具有負(fù)的對比系數(shù)的細(xì)胞或其他顆粒被驅(qū)動為朝向聲壓波腹平面(pressureanti-nodalplane)移動。聲學(xué)輻射力的徑向或橫向分力是捕獲細(xì)胞的力。arf的徑向或橫向分力大于流體動力阻力與重力的組合效果。對小細(xì)胞或乳濁液而言，阻力fd可以表示為：其中uf和up為流體和細(xì)胞速度，rp為顆粒半徑，μf和μp為流體和細(xì)胞的動力粘度，為動力粘度的比。浮力fb表示為：對于要在超聲駐波中捕獲的細(xì)胞，在細(xì)胞上的力平衡必須為0，由此可以得到橫向聲學(xué)輻射力flrf的表達(dá)式，如下：flrf＝fd+fb。對于已知大小和材料性質(zhì)的細(xì)胞，并且對于給定流速，該等式可以用于估計(jì)橫向聲學(xué)輻射力的大小。用于計(jì)算橫向聲學(xué)輻射力的理論模型基于由gor’kov17開發(fā)的公式。初級橫向聲學(xué)輻射力fa被定義為場勢能u的函數(shù)，fa＝-▽(u)，其中場勢能u被定義為f1和f2為單極和偶極貢獻(xiàn)，其被定義為其中p為聲壓，u為流動顆粒速度，λ為細(xì)胞密度ρp與流體密度ρf的比，σ為細(xì)胞聲速cp與流體聲速cf的比，vo為細(xì)胞體積，<>表示求經(jīng)過波周期的時(shí)間平均值。由本公開的超聲換能器產(chǎn)生的總聲學(xué)輻射力(arf)的橫向力是可觀的，并且足以克服線性速度高達(dá)1cm/秒的流體動力阻力。因此，該橫向arf可以用于在生物反應(yīng)器工藝連續(xù)進(jìn)行的同時(shí)將細(xì)胞保持在生物反應(yīng)器中。這對于灌注式生物反應(yīng)器而言尤其如此。本發(fā)明的使用超聲換能器和聲致泳動的過濾裝置還可以改善生物反應(yīng)器批次剩余物質(zhì)(即，生物反應(yīng)器污泥)的排水，因此可減少或消除疊盤式離心機(jī)的使用。這簡化了工藝并且降低了成本。在灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，希望能夠從流體流(即，細(xì)胞培養(yǎng)基)中的被表達(dá)的物質(zhì)中過濾和分離細(xì)胞和細(xì)胞碎片。被表達(dá)的物質(zhì)包含生物分子，例如重組蛋白或單克隆抗體，并且包含要收集的所需的產(chǎn)物。聲致泳動過濾裝置可以以至少兩種不同的方式使用。第一，駐波可用于捕獲表達(dá)的生物分子并且從細(xì)胞、細(xì)胞碎片和培養(yǎng)基中分離這些所需的產(chǎn)物。表達(dá)的生物分子隨后可以被轉(zhuǎn)移并收集以用于進(jìn)一步加工?？晒┻x擇地，駐波可以捕獲存在于細(xì)胞培養(yǎng)基中的細(xì)胞和細(xì)胞碎片。具有正對比系數(shù)的細(xì)胞和細(xì)胞碎片向駐波的波節(jié)(與波腹相對)移動。當(dāng)細(xì)胞和細(xì)胞碎片凝聚在駐波的波節(jié)時(shí)，還存在細(xì)胞培養(yǎng)基的物理洗滌作用，由此，由于細(xì)胞與已經(jīng)保持在駐波中的細(xì)胞接觸，因此更多的細(xì)胞被捕獲。這通常可從細(xì)胞培養(yǎng)基中分離細(xì)胞和細(xì)胞碎片。當(dāng)駐波中的細(xì)胞凝聚到質(zhì)量不能再由聲波保持的程度時(shí)，已被捕獲的凝聚的細(xì)胞和細(xì)胞碎片可以通過重力從流體流中落下，并且可以獨(dú)立地收集。為了幫助細(xì)胞和細(xì)胞碎片的重力沉降，可以中斷駐波以允許所有細(xì)胞從經(jīng)過過濾的流體流中落下。該過程可以用于排水。表達(dá)的生物分子可以預(yù)先移除，或者保留在流體流中(即，細(xì)胞培養(yǎng)基)。期望地，超聲換能器在流體中產(chǎn)生三維駐波，該三維駐波對懸浮的顆粒施加橫向力以伴隨軸向力，由此增加聲致泳動過濾裝置的顆粒捕獲能力。發(fā)表在文獻(xiàn)中的典型結(jié)果記載，橫向力比軸向力小兩個(gè)數(shù)量級。與此形成對比的是，本申請公開的技術(shù)提供了與軸向力相同數(shù)量級的橫向力。本公開的聲學(xué)過濾裝置被設(shè)計(jì)為保持高強(qiáng)度的三維聲駐波。該裝置由函數(shù)發(fā)生器和放大器(未示出)驅(qū)動。由計(jì)算機(jī)監(jiān)控和控制裝置性能。有時(shí)，由于聲流動，需要調(diào)整駐波的頻率和電壓振幅。這可以通過振幅調(diào)節(jié)和/或頻率調(diào)節(jié)來完成。駐波傳播的工作周期也可以用于實(shí)現(xiàn)捕獲物質(zhì)的一定結(jié)果。換言之，可以在不同頻率下打開和關(guān)閉聲束以實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果。圖1示出單駐波系統(tǒng)100，其包括反射器板101和設(shè)置為共振的超聲換能器103以形成駐波102。通過換能器103施加通常在幾百khz至幾十mhz范圍內(nèi)的激發(fā)頻率。在換能器103和反射器101之間產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)駐波。駐波是頻率和強(qiáng)度相等并且傳播方向相反(即，從換能器到反射器，以及相反)的兩個(gè)傳播波的總和。傳播波破壞性地相互干擾，由此產(chǎn)生駐波。虛線105用于指示振幅。波節(jié)為波具有最小振幅的點(diǎn)，其由參考標(biāo)號107示出。波腹為波具有最大振幅的點(diǎn)，其由參考標(biāo)號109示出。圖2為比較分批補(bǔ)料式生物反應(yīng)器系統(tǒng)201(左側(cè))和灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)202(右側(cè))的示意圖。從位于左側(cè)的分批補(bǔ)料式生物反應(yīng)器開始，生物反應(yīng)器201包括反應(yīng)容器220。通過供料入口222將細(xì)胞培養(yǎng)基供入反應(yīng)容器。攪拌器225用于使培養(yǎng)基在細(xì)胞培養(yǎng)物中循環(huán)。在此，攪拌器被示為一組旋轉(zhuǎn)葉片，但是可以預(yù)期任何類型的導(dǎo)致循環(huán)的系統(tǒng)。生物反應(yīng)器使得接種的培養(yǎng)物經(jīng)過生長/生產(chǎn)周期生長，在該過程中，碎片、廢物和沒用的細(xì)胞會積累在生物反應(yīng)器中，并且會產(chǎn)生所需產(chǎn)物(例如，如單克隆抗體、重組蛋白、激素等)。由于所述積累，分批補(bǔ)料式工藝的反應(yīng)容器通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于灌注式工藝的反應(yīng)容器。然后，在生產(chǎn)周期結(jié)束時(shí)收集所需產(chǎn)物。反應(yīng)容器220還包括用于移除物料的出口224?，F(xiàn)將說明位于右手邊的灌注式生物反應(yīng)器202，該生物反應(yīng)器包括反應(yīng)容器220，其具有細(xì)胞培養(yǎng)基的供料入口222。攪拌器225用于使培養(yǎng)基在細(xì)胞培養(yǎng)物中循環(huán)。反應(yīng)容器的出口224與過濾裝置230的入口232流體連接，并且連續(xù)將培養(yǎng)基(包含細(xì)胞和所需產(chǎn)物)供入過濾裝置。過濾裝置位于反應(yīng)容器的下游，將所需產(chǎn)物與細(xì)胞分離。過濾裝置230具有兩個(gè)分開的出口，為產(chǎn)物出口234和再循環(huán)出口236。產(chǎn)物出口234將過濾裝置230流體連接至位于該過濾裝置下游的收容容器240，該收容容器從過濾裝置接收集中的所需產(chǎn)物流(加上培養(yǎng)基)。從此處開始，可以進(jìn)一步進(jìn)行加工/純化以分離/回收所需產(chǎn)物。再循環(huán)出口236將過濾裝置230流體連接回反應(yīng)容器220的再循環(huán)入口226，再循環(huán)出口236用于將細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)基送回反應(yīng)容器中以進(jìn)行繼續(xù)的生長/生產(chǎn)。換言之，反應(yīng)容器與過濾裝置之間具有流體環(huán)路。灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)202的反應(yīng)容器220具有連續(xù)的產(chǎn)物生產(chǎn)量，因此可以做的更小。過濾工藝對于灌注式生物反應(yīng)器的生產(chǎn)量是至關(guān)重要的。差的過濾工藝僅可獲得低的生產(chǎn)量，并且導(dǎo)致所需產(chǎn)物的收率低。圖3是可用于本公開的系統(tǒng)的普通生物反應(yīng)器300的截面圖。如圖所示，該生物反應(yīng)器包括具有內(nèi)部容積323的反應(yīng)容器320。位于容器頂端的供料入口322用于將細(xì)胞培養(yǎng)基供入容器。具有攪拌器325。出口324示于容器的底部。熱夾套310圍繞反應(yīng)容器，其用于調(diào)節(jié)細(xì)胞/培養(yǎng)基的溫度。鼓風(fēng)器312位于容器的底部，用于將氣體提供至內(nèi)部容積。傳感器314被示為位于容器的頂部右側(cè)。示出用于將細(xì)胞培養(yǎng)基供入容器的泵316，另一個(gè)泵318用于將細(xì)胞培養(yǎng)基移出容器。本公開的灌注式系統(tǒng)還使用聲致泳動過濾裝置。使生物反應(yīng)器的內(nèi)容物連續(xù)地流過過濾裝置以捕獲所需產(chǎn)物。圖4為聲致泳動過濾裝置400的第一實(shí)施方案。該裝置包括流動腔室410，其在此被示為圓筒狀管道或管。供料入口412在此被示為位于流動腔室的底部，通過該入口接收來自生物反應(yīng)器的流體。出口414被示為位于流動腔室的頂部，箭頭(參考標(biāo)號415)示出流體流動的方向。套管420圍繞流動腔室。套管包括至少一個(gè)超聲換能器422以及至少一個(gè)反射器424，它們被設(shè)置為彼此相對。換能器與反射器一起產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)駐波425，其中反射器使最初的傳播波以相似的頻率和強(qiáng)度振動返回?fù)Q能器從而形成聲駐波。特別預(yù)期地，套管可以從流動腔室/管道分離下來。管道可以報(bào)廢并更換新的管道。這允許過濾裝置具有一次性部分，因此降低了永久性過濾器可能具有的清潔和滅菌成本。應(yīng)當(dāng)指出，如之前所述，過濾裝置可以包括圖中未示出的其他入口和出口。圖5為聲致泳動過濾裝置的第二實(shí)施方案。圖中，過濾裝置400還包括夾套430，其位于套管420和流動腔室410之間。夾套含有溫度調(diào)節(jié)流體432，其可以用于控制流過流動腔室的流體的溫度。在此方面，通常希望保持細(xì)胞培養(yǎng)物的溫度低于38℃以防止細(xì)胞受損。溫度調(diào)節(jié)流體與流過流動腔室410的細(xì)胞培養(yǎng)基/流體完全分離。應(yīng)當(dāng)指出，由換能器422和反射器424產(chǎn)生的駐波425會傳播通過夾套430及其中的溫度調(diào)節(jié)流體432，并且會在流動腔室中連續(xù)運(yùn)行以分離流動腔室中的目標(biāo)物質(zhì)。圖6示出本公開的示例性加工系統(tǒng)，其包括生物反應(yīng)器610和過濾裝置630。將系統(tǒng)安裝以作為灌注式生物反應(yīng)器使用。生物反應(yīng)器610包括反應(yīng)容器620，其具有供料入口622、出口624和再循環(huán)入口626。通過添加管650將培養(yǎng)基加入供料入口622。用攪拌器625混合反應(yīng)容器的內(nèi)容物(參考標(biāo)號605)。所需產(chǎn)物(例如重組蛋白)由位于容器620中的細(xì)胞連續(xù)地生產(chǎn)，并且存在于生物反應(yīng)器的培養(yǎng)基中。灌注式生物反應(yīng)器中的產(chǎn)物和細(xì)胞通過管652從反應(yīng)容器中抽出，并且通過入口632進(jìn)入聲致泳動過濾裝置630中。在那里，通過使用多維駐波將所需產(chǎn)物從細(xì)胞中分離。所需產(chǎn)物可以通過產(chǎn)物出口634和管654被排放入收容容器640。在分離之后，細(xì)胞從過濾裝置的再循環(huán)出口636通過管656到達(dá)反應(yīng)容器的再循環(huán)入口626，從而返回灌注式生物反應(yīng)器，這形成再循環(huán)通路。由于聲致泳動裝置的3-d駐波的增強(qiáng)的橫向捕獲力，3-d駐波使得灌注式反應(yīng)器獲得高的生產(chǎn)量。應(yīng)當(dāng)指出，雖然反應(yīng)容器出口624被示為位于該容器的頂部，再循環(huán)入口626被示為位于該容器的底部，但如果需要，這種排布是可以顛倒的。這可以取決于待獲得的所需產(chǎn)物?，F(xiàn)在更詳細(xì)地描述用于聲致泳動過濾裝置的超聲換能器可能是有幫助的。圖7為常規(guī)超聲換能器的截面圖。該換能器具有位于底端的耐磨板50、環(huán)氧樹脂層52、陶瓷晶體54(由例如鋯鈦酸鉛(pzt)制成)、環(huán)氧樹脂層56、和襯里層58。在陶瓷晶體的兩側(cè)具有電極：正電極61和負(fù)電極63。環(huán)氧樹脂層56將襯里層58附接到晶體54。整個(gè)組件被包括在可以由例如鋁制成的外殼60中。電適配器62為電線穿過外殼并連接至附接于晶體54上的導(dǎo)線(未示出)提供連接。通常，襯里層被設(shè)計(jì)為增加阻尼并形成在寬的頻率范圍內(nèi)具有均勻位移的寬帶換能器，并且被設(shè)計(jì)為抑制在特定的振動本征模式(vibrationaleigen-mode)下的激發(fā)。耐磨板通常被設(shè)計(jì)為阻抗變換器以更好地匹配介質(zhì)(換能器向其中進(jìn)行輻射)的特征阻抗。圖8為具有泡64的耐磨板50的照片，其中由于波動壓力和加熱，該耐磨板已經(jīng)從陶瓷晶體上分離。圖9為本公開的用于本公開的聲致泳動過濾裝置的超聲換能器81的截面圖。換能器81具有鋁外殼82。pzt晶體86限定了換能器的底端，并且其暴露于外殼的外部。晶體在其外周由位于晶體和外殼之間的小彈性層98(例如硅酮或相似的材料)支持。換言之，不存在耐磨層。螺絲(未示出)通過螺紋88將外殼的鋁頂板82a附接至外殼的殼體82b。所述頂板包括連接器84以將功率傳遞至pzt晶體86。pzt晶體86的底面和頂面各連接至電極(正和負(fù))，例如銀或鎳。卷繞電極片90連接至底部電極，并且與頂部電極絕緣。通過晶體上的電極將電能提供至pzt晶體86，其中卷繞片90為接地點(diǎn)。應(yīng)指出，晶體86不具有圖5中示出的襯里層或環(huán)氧樹脂層。換言之，在換能器中在鋁頂板82a和晶體86之間具有氣隙87(即，氣隙完全是空的)。如圖10所示，在一些實(shí)施方案中可以提供極小的襯里58和/或耐磨板50。換能器的設(shè)計(jì)可影響系統(tǒng)的性能。通常的換能器為層狀結(jié)構(gòu)，其中陶瓷晶體結(jié)合至襯里層和耐磨板。由于換能器負(fù)荷有駐波賦予的高機(jī)械阻抗，因此耐磨板的傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(例如，對于駐波應(yīng)用的半波長厚度或?qū)τ谳椛鋺?yīng)用的四分之一波長厚度)和制造方法可能是不合適的。相比較，在本公開的一個(gè)實(shí)施方案中，換能器不具有耐磨板或襯里，這使得晶體以其本征模式之一振動并具有高的q-因數(shù)。振動陶瓷晶體/盤直接暴露于流過流動腔室的流體。去除襯里(例如使晶體以空氣作為襯里)還使得陶瓷晶體以很小的阻尼以振動的高階模振動(例如高階模位移)。在晶體具有襯里的換能器中，晶體以更均勻的位移振動，就像活塞。去除襯里使得晶體以非均勻位移模式振動。晶體的模態(tài)的階越高，晶體就具有越多的波節(jié)線。盡管捕獲線與波節(jié)的關(guān)聯(lián)不一定是一對一的，并且以更高的頻率驅(qū)動晶體不一定產(chǎn)生更多的捕獲線，但晶體的高階模位移產(chǎn)生更多的捕獲線。在一些實(shí)施方案中，晶體可以具有極少地影響晶體的q-因數(shù)(例如小于5％)的襯里。襯里可以由基本上透聲的材料制成，例如輕木、泡沫或軟木，其使得晶體以高階模態(tài)振動并保持高的q-因數(shù)，同時(shí)還為晶體提供一定的機(jī)械支持。襯里層可以是實(shí)心的，或者可以是在層中具有孔的柵格，這樣?xùn)鸥窀S以特定的高階振動模式振動的晶體的波節(jié)，從而在波節(jié)位置提供支持，同時(shí)允許其余的晶體自由振動。柵格結(jié)構(gòu)或透聲材料的目的是提供支持，而不降低晶體的q-因數(shù)或干擾特定模態(tài)的激發(fā)。使晶體直接與流體接觸避免了環(huán)氧樹脂層和耐磨板的阻尼和能量吸收效應(yīng)，從而也提供了高的q-因數(shù)。其他實(shí)施方案可以具有耐磨板或耐磨表面以防止含有鉛的pzt接觸宿主流體。這在(例如)如分離血液的生物應(yīng)用中可能是希望的。這種應(yīng)用可以使用諸如鉻、電解鎳或非電解鎳的耐磨層。也可以使用化學(xué)氣相沉積涂覆聚(p-亞二甲苯)(例如parylene)或其他聚合物的層。諸如硅酮或聚氨酯等有機(jī)或生物相容性涂層也可用作耐磨表面。在一些實(shí)施方案中，超聲換能器具有1英寸的直徑和額定2mhz的共振頻率。各換能器可以消耗約28w的功率以使液滴限制為3gpm的流速。這換算為能量消耗為0.25kw時(shí)/m3。這表明所述技術(shù)具有非常低的能量消耗。期望地，各換能器由其自身的放大器供電和控制。在其他實(shí)施方案中，超聲換能器使用正方形晶體，例如1”x1”的尺寸?？晒┻x擇地，超聲換能器可以使用矩形晶體，例如1”x2.5”的尺寸。每個(gè)換能器的功率消耗為每1”x1”換能器截面面積和每英寸聲駐波跨度10w，從而得到足夠的聲學(xué)捕獲力。對于4”跨度的中規(guī)模系統(tǒng)，每1”x1”正方形換能器消耗40w。在中規(guī)模系統(tǒng)中，較大的1”x2.5”矩形換能器使用100w。三個(gè)1”x1”正方形換能器的陣列消耗總共120w，兩個(gè)1”x2.5”換能器的陣列消耗約200w。緊密間隔的換能器的陣列代表了所述技術(shù)的可選的潛在實(shí)施方案。換能器尺寸、形狀、數(shù)目和位置可以根據(jù)需要改變以產(chǎn)生所需的三維聲駐波樣式。換能器的尺寸、形狀和厚度決定了換能器在不同激發(fā)頻率下的位移，這進(jìn)而影響了分離效果。通常，換能器在接近厚度共振頻率(半波長)的頻率下運(yùn)行。換能器位移梯度(gradient)通常導(dǎo)致更多的對于細(xì)胞/生物分子的捕獲位置。高階模位移在聲場中在所有方向上產(chǎn)生具有強(qiáng)梯度的三維聲駐波，由此在所有方向上產(chǎn)生相等的強(qiáng)聲學(xué)輻射力，這導(dǎo)致了多個(gè)捕獲線，其中捕獲線的數(shù)目與換能器的特定的模態(tài)有關(guān)。為了研究換能器位移特性曲線對聲學(xué)捕獲力和分離效果的影響，使用1”x1”正方形換能器重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)10次，其中除了激發(fā)頻率以外所有條件均相同。將10個(gè)連續(xù)的聲共振頻率(圖11中以被圈起來的數(shù)字1-9和字母a示出)用作激發(fā)頻率。條件為：實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間30分鐘，1000ppm油濃度的約5微米sae-30油液滴，流速500ml/分鐘，輸入功率20w。由于油比水致密，并且能夠利用聲致泳動從水中分離，因此使用了油液滴。圖11示出所測量的正方形換能器的作為在2.2mhz換能器共振附近的頻率的函數(shù)的電阻抗振幅。換能器電阻抗的最小值對應(yīng)水柱的聲共振，并且其代表用于運(yùn)行的可能的頻率。數(shù)值模擬表明，換能器位移特性曲線在這些聲共振頻率處變化顯著，由此直接影響聲駐波和所得捕獲力。由于該換能器在接近其厚度共振下運(yùn)行，因此電極表面的位移是本質(zhì)上異相的。換能器電極的典型位移是不均勻的，并且根據(jù)激發(fā)頻率改變。作為一個(gè)例子，在一個(gè)激發(fā)頻率下，產(chǎn)生了單行被捕獲的油液滴，位移在電極的中間具有單一最大值，在換能器邊緣附近具有最小值。在另一個(gè)激發(fā)頻率下，換能器特性曲線具有多個(gè)最大值，這導(dǎo)致產(chǎn)生多行受捕獲的油液滴。更高階的換能器位移模式導(dǎo)致更高的捕獲力以及多個(gè)穩(wěn)定的被捕獲的油液滴捕獲線。作為換能器經(jīng)過的油-水乳液，觀察并研究了油液滴捕獲線的特征。如圖12所示，對圖11所發(fā)現(xiàn)的10個(gè)共振頻率中的七個(gè)進(jìn)行了捕獲線特征研究，包括對流動通道中的捕獲線數(shù)目進(jìn)行觀察和繪制圖案。換能器的不同位移特性曲線可在駐波中產(chǎn)生不同的(更多的)捕獲線，其中位移特性曲線存在更多梯度通常會產(chǎn)生更高的捕獲力和更多的捕獲線。圖13是示出匹配9條捕獲線模式的壓力場的數(shù)值模型。該數(shù)值模型為二維模型；因此只觀察到3條捕獲線。在垂直于頁面平面的第三維度還存在兩組3條捕獲線。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)在一定電壓下運(yùn)行從而使得顆粒(即生物分子或細(xì)胞)被捕獲在超聲駐波中，即，保持在固定的位置。顆粒沿著很好限定的捕獲線集中排列，這些捕獲線分開半個(gè)波長。在每個(gè)波節(jié)面中，顆粒被捕獲在最小聲輻射勢能處。聲輻射力的軸向分力驅(qū)動具有正對比系數(shù)的顆粒向聲壓波節(jié)面移動，而具有負(fù)對比系數(shù)的顆粒被驅(qū)動為向聲壓波腹平面移動。聲輻射力的徑向或橫向分力為捕獲顆粒的力。因此，其必須大于流體動力阻力和重力的組合效果。在使用通常的換能器的系統(tǒng)中，聲輻射力的徑向或橫向分力通常比聲輻射力的軸向分力小幾個(gè)數(shù)量級。然而，由本公開的換能器產(chǎn)生的橫向力能夠可觀地與軸向分力在一個(gè)數(shù)量級，并且足以克服在高達(dá)1cm/秒的線性速度下的流體動力阻力?？梢酝ㄟ^將換能器驅(qū)動為高階模態(tài)來提高橫向力，這種高階模態(tài)與其中晶體有效地像具有均勻位移的活塞那樣移動的振動形式不同。聲壓與換能器的驅(qū)動電壓成比例。電能與電壓的平方成比例。換能器通常為薄的壓電板，在z軸具有電場，在z軸具有初級位移。通常，換能器的一側(cè)與空氣(即，換能器中的氣隙)結(jié)合，另一側(cè)與細(xì)胞培養(yǎng)基中的流體結(jié)合。在所述板中所產(chǎn)生的波的類型被稱為復(fù)合波。壓電板中的一部分復(fù)合波與漏對稱(leakysymmetric)(還稱為壓縮或延伸)蘭姆波相似。所述板的壓電性質(zhì)通常導(dǎo)致對稱蘭姆波的激發(fā)。由于波輻射到水層中，因此它們發(fā)生泄漏，這導(dǎo)致在水層中產(chǎn)生聲駐波。蘭姆波存在于其表面處于無應(yīng)力狀態(tài)的無限廣度的薄板中。由于本實(shí)施方案的換能器實(shí)際上是有限的，因此實(shí)際的模態(tài)位移更加復(fù)雜。圖14示出板的厚度上的面內(nèi)位移(x-位移)和面外位移(y-位移)的典型變化，面內(nèi)位移是板的厚度的偶函數(shù)，面外位移是奇函數(shù)。由于板的有限尺寸，位移分量在板的寬度和長度上變化。通常，(m，n)模式是這樣的換能器位移模式，其中如圖14所示，隨著厚度變化，換能器位移在寬度方向上具有m個(gè)波動，在長度方向上具有n個(gè)波動。m和n的最大值是晶體尺寸和激發(fā)頻率的函數(shù)。換能器被驅(qū)動為使得壓電晶體以高階模通式(m，n)振動，其中m和n獨(dú)立地為1或更大。通常，換能器以大于(2，2)的高階模振動。高階模將產(chǎn)生更多的波節(jié)和波腹，從而在水層中產(chǎn)生三維駐波，該三維駐波的特征為在聲場中在所有方向上(不僅在駐波的方向上，也在橫向方向上)具有強(qiáng)的梯度。結(jié)果，聲學(xué)梯度導(dǎo)致在橫向方向上具有更強(qiáng)的捕獲力。在一些實(shí)施方案中，驅(qū)動換能器的脈沖電壓信號可以具有正弦、矩形、鋸齒或三角波形；并且頻率為500khz至10mhz。脈沖電壓信號可以用脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動，這產(chǎn)生任何所需的波形。脈沖電壓信號還可以具有振幅或頻率調(diào)制啟動/停止能力以消除流(streaming)。換能器用于建立可產(chǎn)生相同數(shù)量級的與駐波方向垂直和沿駐波方向的力的壓力場。當(dāng)力為大致相同數(shù)量級時(shí)，大小為0.1微米至300微米的顆粒更有效地向凝聚區(qū)域(“捕獲線”)移動。由于垂直聲致泳動分力具有相等的大梯度，因此在換能器與反射器之間具有在駐波方向上位置規(guī)則分布的“熱點(diǎn)”或顆粒集中區(qū)。熱點(diǎn)位于聲學(xué)輻射勢能最大或最小的位置。這些熱點(diǎn)代表顆粒集中位置，其使得能夠在集中過程中在換能器和反射器之間實(shí)現(xiàn)更好的波傳遞，以及更強(qiáng)的顆粒間作用力，這導(dǎo)致更快和更好的顆粒凝聚。圖15和圖16是示出聲致泳動分離器的各部分的分解圖。圖15只具有一個(gè)分離腔室，圖16具有兩個(gè)分離腔室。參照圖15，流體通過四端口入口191進(jìn)入分離器190。提供轉(zhuǎn)換件192以建立通過分離腔室193的活塞流。換能器40和反射器194位于分離腔室的相對的壁上。之后，流體通過出口195流出分離腔室193和分離器。圖16具有兩個(gè)分離腔室193。系統(tǒng)連接器196位于兩個(gè)腔室193之間以將其連接在一起。用不同的中國倉鼠卵巢(cho)細(xì)胞系測試了聲致泳動分離器。在一個(gè)實(shí)施方案中，利用圖15所示的系統(tǒng)對起始細(xì)胞密度為8.09×106個(gè)細(xì)胞/ml、濁度為1,232ntu、細(xì)胞活力約為75％的溶液進(jìn)行了分離。換能器為2mhz晶體，在大約2.23mhz下運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗24-28瓦。采用25ml/分鐘的流速。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果示于圖17。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對起始細(xì)胞密度為8.09×106個(gè)細(xì)胞/ml、濁度為1,232ntu、細(xì)胞活力約為75％的溶液進(jìn)行了分離。cho細(xì)胞系具有雙模態(tài)粒度分布(粒度12μm和20μm)。結(jié)果示于圖18。圖17和圖18由beckmancoulter細(xì)胞活力分析儀生成。其他測試顯示，在從流體中分離細(xì)胞方面，1mhz和3mhz的頻率不如2mhz那樣有效。在流速為10l/小時(shí)的其他測試中，捕獲了99％的細(xì)胞，并且證實(shí)細(xì)胞活力大于99％。流速為50ml/分鐘(即3l/小時(shí))的測試獲得了3×106個(gè)細(xì)胞/ml的最終細(xì)胞密度，活力接近100％，并且?guī)缀鯖]有或完全沒有溫度升高。在其他測試中，6l/小時(shí)的流速獲得了95％的濁度降低。進(jìn)行了進(jìn)一步的測試，利用酵母模擬cho進(jìn)行生物應(yīng)用。對于這些測試，流速為15l/小時(shí)，測試了不同的頻率和功率水平。表1示出了測試結(jié)果。表1：15l/小時(shí)流速下的2.5”x4”系統(tǒng)結(jié)果頻率(mhz)30瓦37瓦45瓦2.221193.981.484.02.228385.578.785.42.235689.185.881.02.24386.7-79.6在生物應(yīng)用中，預(yù)期所述系統(tǒng)的所有部分(例如流動腔室、導(dǎo)向或出自生物反應(yīng)器或過濾裝置的管道、包括超聲換能器和反射器的套管、溫度調(diào)節(jié)夾套等)都可以彼此分離，并且為一次性的。避免離心和過濾使得能夠更好地分離cho細(xì)胞而不會降低細(xì)胞活力。換能器還可以被驅(qū)動為產(chǎn)生迅速的壓力變化以防止或清除由于cho細(xì)胞凝聚而導(dǎo)致的堵塞。還可以改變換能器的頻率以在給定功率下獲得最佳效果。已經(jīng)參照示例性實(shí)施方案描述了本公開。顯然，通過閱讀并理解上文的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行改變或修改。本公開旨在被理解為包括所附權(quán)利要求及其等價(jià)形式的范圍以內(nèi)的所有這些改變和修改。當(dāng)前第1頁12