本申請(qǐng)是申請(qǐng)日2011年8月24日、申請(qǐng)?zhí)?01180051283.7、發(fā)明名稱為“流體過濾系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)文獻(xiàn)的交叉引用

本申請(qǐng)要求申請(qǐng)?zhí)枮?1/376,810于2010年8月25提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益。

本發(fā)明涉及過濾系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于生物流體和產(chǎn)品的過濾系統(tǒng)，以及取樣歧管、泵系統(tǒng)和在上述系統(tǒng)中有用的改性模塊。

背景技術(shù)：

過濾通常被用來分離、澄清、改性或濃縮流體溶液、混合物或懸浮物。在生物制藥和醫(yī)療工業(yè)中，過濾對(duì)藥物、診斷、化學(xué)品以及許多其他產(chǎn)品的成功生產(chǎn)、加工和分析至關(guān)重要。作為例子，過濾可以用來對(duì)液體或氣體進(jìn)行滅菌，使復(fù)雜的懸浮液澄清為過濾的“清澈”部分和未過濾的部分；類似地，可以通過去除或“過濾出”懸浮介質(zhì)濃縮懸浮液中的成分。進(jìn)一步地，通過對(duì)過濾器材料、過濾器孔尺寸或其它過濾器變量的適當(dāng)選擇，已經(jīng)發(fā)展出許多其它專門的過濾器用途；這些用途可以包含對(duì)來自不同來源(包括微生物培養(yǎng)、血液以及其它可以是溶液混合物或懸浮液的流體)的成分的選擇性分離。隨著細(xì)胞和重組dna技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多新產(chǎn)品被開發(fā)出來，其中許多是如此復(fù)雜以致它們只能使用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、通過活細(xì)胞的復(fù)雜合成機(jī)制生產(chǎn)。通過在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)在高產(chǎn)率下保持高細(xì)胞濃度的培養(yǎng)并且通過提供更適于進(jìn)一步加工和提純的產(chǎn)品流，使得過濾可以被用于提高這種細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)率。

過濾器化學(xué)、配置和用途形態(tài)已經(jīng)得到了發(fā)展，以使根據(jù)材料的化學(xué)和物理性質(zhì)來分離材料更加便利；盡管過濾器技術(shù)廣泛發(fā)展，但它們普遍受限于它們易阻塞的趨勢(shì)；例如，當(dāng)過濾器用于過濾培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞的懸浮液時(shí)，所述過濾器趨于被死細(xì)胞、細(xì)胞碎片、聚集體、纖維狀生物分子或其它出現(xiàn)在復(fù)雜的培養(yǎng)“湯”中的成分阻塞。就這一點(diǎn)而言，過濾方法能夠?qū)^濾效率和膜壽命產(chǎn)生深刻影響。在一種過濾方法中，通常稱為“死端”過濾，整個(gè)流體垂直于膜表面穿過膜。碎片在表面迅速積聚，導(dǎo)致膜被迅速堵塞。通常，利用死端過濾的應(yīng)用涉及小樣品。該方法簡(jiǎn)單并且廉價(jià)。另一種過濾方法，通常被稱為切向流過濾(也稱為tff)，對(duì)死端過濾進(jìn)行了改善。在tff中，待過濾的流體通過泵再循環(huán)，通常，從貯液器穿過過濾器并返回貯液器。穿過過濾器的流動(dòng)與過濾器的表面平行。通過循環(huán)流體的沖刷作用有效移除任何碎片積聚；然而，其局限之一在于在過濾器表面有易于形成凝膠狀沉積物的趨勢(shì)，這可能限制過濾器的有效性并且最終使其阻塞。另一種方法，稱為交替切向流過濾，還提供了另一種過濾模型；它與tff的相似之處在于它產(chǎn)生平行于過濾膜表面的流動(dòng)形態(tài)；然而，它與tff的不同之處在于通過過濾器表面的流動(dòng)方向是不斷交替或反向的。如果使用復(fù)雜管路、閥和泵來描述流動(dòng)方向的變化，則這些組件在培養(yǎng)物流動(dòng)路徑中的布置使系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并提供用于細(xì)胞聚集的位置和潛在的阻塞位置，這些系統(tǒng)也不適于保持均勻的培養(yǎng)物。交替切向流過濾系統(tǒng)在專利no.6,544,424中被描述，該系統(tǒng)由過濾器元件構(gòu)成，通常為中空纖維筒，在一端，所述過濾器元件連接至含有待過濾的內(nèi)含物的貯存器，并且在另一端，所述過濾器元件連接至隔膜泵，所述隔膜泵能夠接收并可逆地排出在貯存器與泵之間穿過所述過濾器元件可逆流動(dòng)的未過濾液體。該系統(tǒng)已經(jīng)顯示出持續(xù)地過濾復(fù)雜混合物(包括細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基)的能力，即使當(dāng)該培養(yǎng)基擔(dān)載著高細(xì)胞濃度和其它細(xì)胞產(chǎn)品。然而，該系統(tǒng)受其應(yīng)用范圍的局限。

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的用途越來越多地用于不同細(xì)胞衍生生物制劑的生產(chǎn)，該細(xì)胞衍生生物制劑可以是天然的或被制造的，包括蛋白質(zhì)、核苷酸、代謝物和許多其它物質(zhì)。因此，生產(chǎn)的方法可能也不同。所述生產(chǎn)方法的范圍可以從“簡(jiǎn)單”分批式到連續(xù)過程。在普通分批式培養(yǎng)物生產(chǎn)過程中，首先將細(xì)胞接種到新鮮培養(yǎng)基中，之后細(xì)胞進(jìn)入指數(shù)增長(zhǎng)期。由于它們消耗培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物，廢物積聚；伴隨地，細(xì)胞從快速生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為靜止生長(zhǎng)期，接著進(jìn)入細(xì)胞衰減期。雖然已經(jīng)研發(fā)出若干優(yōu)化分批式培養(yǎng)產(chǎn)物的方法，但在每種情形中，這些過程仍經(jīng)歷快速生長(zhǎng)和衰減周期。另一種培養(yǎng)過程涉及連續(xù)使用一種通常稱為灌注的方法維持培養(yǎng)物。在灌注培養(yǎng)物法中，在截留細(xì)胞的同時(shí)，將由細(xì)胞產(chǎn)生的廢物從培養(yǎng)物中連續(xù)移除。用新鮮的培養(yǎng)基補(bǔ)充移除的廢培養(yǎng)基。采用這種方法，從而可能實(shí)現(xiàn)使細(xì)胞濃度和生產(chǎn)率被保持在平衡狀態(tài)中。通常，每天交換一到兩個(gè)培養(yǎng)體積，并且在灌注法中達(dá)到的細(xì)胞濃度通常為在分批式培養(yǎng)物的峰值處所達(dá)到的細(xì)胞濃度的2倍到超過10倍。然而，盡管灌注方法大有益處，但其驗(yàn)收慢，該驗(yàn)收慢的一個(gè)原因可能是其固有的，即絕大多數(shù)產(chǎn)品都小規(guī)模地源自分批式培養(yǎng)系統(tǒng)中，像“t”瓶。如果需要更多材料，通?？吭黾印皌”瓶的數(shù)量和尺寸或者將培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到滾動(dòng)瓶或旋轉(zhuǎn)瓶來生產(chǎn)，這兩種方式從本質(zhì)上說通常也是分批式培養(yǎng)。當(dāng)將培養(yǎng)物放大到生物反應(yīng)器的時(shí)候，該過程已經(jīng)很大程度上受到先前培養(yǎng)物處理的影響。因此，期望創(chuàng)建一種在小規(guī)模以及研究和開發(fā)水平上更易使用的一次性灌注系統(tǒng)。嘗試采用中空纖維生物反應(yīng)器或其它固定床生物反應(yīng)器解決該問題僅部分有效，在所述纖維生物反應(yīng)器或其它固定床生物反應(yīng)器中細(xì)胞逐漸被附著或截留到固定表面；所述反應(yīng)器固有的不均勻性和對(duì)細(xì)胞的不方便性限制了所述反應(yīng)器作為研究工具的有用性。期望創(chuàng)建一種容易縮小的系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以在連續(xù)灌注中保持培養(yǎng)物同質(zhì)，從而使得對(duì)培養(yǎng)物的任何部分的取樣、改性或監(jiān)測(cè)都將反映整個(gè)培養(yǎng)物的情況。當(dāng)存在對(duì)細(xì)胞、對(duì)分析或?qū)ζ谕a(chǎn)物的需要時(shí)，研究者可能借助這種連續(xù)培養(yǎng)物，以研究在連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)培養(yǎng)物中細(xì)胞的行為。研究者可以對(duì)這些培養(yǎng)物做出必要的調(diào)整進(jìn)而觀察培養(yǎng)物的反應(yīng)。除了驗(yàn)證用于生產(chǎn)產(chǎn)品的方法外，這種連續(xù)培養(yǎng)物還可以提供強(qiáng)大的研究和開發(fā)工具。被提議的發(fā)明通過提供灌注生物反應(yīng)器系統(tǒng)解決上述問題，通過該系統(tǒng)維持易用于處理、取樣和分析的同質(zhì)培養(yǎng)物。被提議的系統(tǒng)可以以易于使用和便于丟棄的方便無菌形式提供。

近些年隨著新材料、制造方法和需求的進(jìn)步，一次性設(shè)備的結(jié)構(gòu)和用途越發(fā)得到認(rèn)可。使用一次性袋作為細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器和貯存容器，已經(jīng)變得越發(fā)普遍了。這種一次性容器可以用最少的處理進(jìn)行“安裝”，并且不需要使用者進(jìn)行清洗或消毒。所述一次性容器以清潔、無菌并且易于使用的形式供應(yīng)，極大地節(jié)省了成本并且減少使用者的處理；此外，在使用完后，這些袋子可以無需拆卸或清洗，便于廢棄。盡管大的一次性袋的結(jié)構(gòu)已取得了顯著進(jìn)步，但是這些袋子的缺點(diǎn)在于它們固有的易碎性，這限制了它們的尺寸。這些袋子的另一個(gè)缺點(diǎn)在于攪動(dòng)或混合培養(yǎng)物的能力有限。隨著袋子尺寸增大，難以維持按線性比例放大的混合。當(dāng)袋子體積按立方增大時(shí)，培養(yǎng)物的頂部空間的表面積按平方增大；氧氣傳輸成為細(xì)胞生長(zhǎng)和生產(chǎn)率的限制。還存在對(duì)利用ph值、氧氣或其它探測(cè)器、能夠深刻地影響培養(yǎng)物的繁殖性并且限制培養(yǎng)物可達(dá)到的細(xì)胞濃度和生產(chǎn)率的因素來監(jiān)測(cè)培養(yǎng)物的情況的限制。一些袋子制造商們已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，通過在袋子中加裝葉輪以解決攪動(dòng)的問題，另外，正在開發(fā)用于取樣、監(jiān)測(cè)和使袋內(nèi)的培養(yǎng)物發(fā)生變化的方法；然而，盡管有這些進(jìn)展，但這些袋子仍被用于以分批或補(bǔ)料分批的方式使細(xì)胞生長(zhǎng)。

因此，將希望增加一種可以提高一次性袋或相似系統(tǒng)的產(chǎn)率并且減少它們的缺點(diǎn)的裝置。這種裝置的一些有利特征可以包含以下特征，包括：(i)便于在一次性袋內(nèi)混合培養(yǎng)物的能力、(ii)在連續(xù)灌注模式中截留細(xì)胞和維持培養(yǎng)物的能力、(iii)包括在外部使用的能力以便在中間過程中以對(duì)過程產(chǎn)生最小的干擾的方式(包括保持過程無菌)被替換、(iv)本質(zhì)上保持全部或部分一次性的。當(dāng)考慮到上述要求以及一次性系統(tǒng)時(shí)，可以想到在美國(guó)專利no.6,544,424中描述的交替切向過濾系統(tǒng)，因?yàn)樵谄湔f明書中，所述裝置并不局限于其構(gòu)造材料或其組裝方法；然而美國(guó)專利no.6,544,424中的系統(tǒng)并沒有描述可以用作完整的培養(yǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)，例如將所述培養(yǎng)皿和灌注設(shè)備并入或組合成單個(gè)裝置中的系統(tǒng)。將要描述的本發(fā)明可以被用作這種可以完全為一次性的裝置，該裝置除了提供用于連續(xù)培養(yǎng)物的手段外，還提供了其他的益處和用途。

壓力梯度變化和流動(dòng)均平行于(軸向流)和垂直于(跨膜流)膜表面，這是所述交變切向流(alternatingtangentialflow)過程中所固有的。在“壓力循環(huán)”的過程中，泵中的壓力大于滲余液貯存器中的壓力。所述滲余液從隔膜泵“向前流動(dòng)”，即穿過過濾器元件朝向滲余液貯存器流動(dòng)。同樣，一些液體受迫穿過過濾器膜進(jìn)入濾液區(qū)室。因此，由于濾液區(qū)室封閉，濾液的注入能夠使所述濾液區(qū)室增壓。相反，在所述交變切向流過濾過程的“排氣循環(huán)”過程中，所述泵的壓力小于所述滲余液貯存器中的壓力，以使液體從貯存器反向流向泵。此外，在所述排氣循環(huán)過程中，在先前的壓力循環(huán)期間被增壓的濾液區(qū)室流體也會(huì)從所述濾液區(qū)室反向流至所述滲余液區(qū)室。所述回流產(chǎn)生了回轉(zhuǎn)的沖刷組分，這些回轉(zhuǎn)的沖刷組分維護(hù)了所述膜并且抑制了膜的堵塞。該效果被另一種跨膜流所進(jìn)一步加強(qiáng)，所述跨膜流形成于所述中空纖維內(nèi)部或內(nèi)腔側(cè)對(duì)軸向流的阻力大于所述中空纖維的外部殼側(cè)時(shí)。因此，在壓力循環(huán)期間，受迫進(jìn)入所述中空纖維的入口的加壓流體將選擇阻力最小的路徑，或者按照阻力的比例選擇路徑，并且所述流體將不僅流過所述內(nèi)腔，如前所述也有部分穿過所述膜，進(jìn)入濾液側(cè)或殼側(cè)。軸向壓力梯度在過濾器的兩側(cè)形成，以使流體流向所述過濾器的出口端。朝著所述中空纖維的出口端，所述內(nèi)腔壓力降到最小。所述內(nèi)腔內(nèi)側(cè)相對(duì)于所述殼側(cè)的壓力降導(dǎo)致濾液重新進(jìn)入所述內(nèi)腔或進(jìn)入正去往所述滲余液貯存器的滲余液流中。從所述濾液側(cè)返回進(jìn)入滲余液側(cè)的流動(dòng)提供了額外的回轉(zhuǎn)沖刷作用。顯然這種流動(dòng)在排氣循環(huán)過程中也將觀察到，但是以相反的方向。由此通過所述方法在所述過濾器元件的兩端處提供了回轉(zhuǎn)沖刷能力。結(jié)果，很明顯，所描述的流動(dòng)在所述滲余液側(cè)和濾液側(cè)之間提供了很好的流體交換能力。這種交換對(duì)于處理流體是極為有益的。這也是本發(fā)明的目的，即使用交變切向流過濾系統(tǒng)的這種能力，通過以一定的方式改造該系統(tǒng)的構(gòu)造來穿過膜交換流體，所述方式將產(chǎn)生獨(dú)特的系統(tǒng)并且相比于現(xiàn)有的設(shè)備具有顯著的改進(jìn)，超出其先前的嚴(yán)格作為過濾設(shè)備的用途。

如即將示出的那樣，通過將所述交變切向流過濾過程進(jìn)行特定的區(qū)室化，能夠產(chǎn)生可以極大改善血液處理的系統(tǒng)，可以將該系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一次性的灌流生物反應(yīng)器，促進(jìn)某些生物反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)或者用于從生物或其它流體中提純或分離某些成分。其它方法和用途也可能是顯然的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的封閉的過濾系統(tǒng)發(fā)明是一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，雙腔室過濾器元件被封閉在被稱為反應(yīng)器腔室的腔室中，以便所述反應(yīng)器腔室和一個(gè)或兩個(gè)過濾器元件腔室可以從系統(tǒng)的外側(cè)經(jīng)由它們的端口接入。所述過濾器元件優(yōu)選為中空纖維過濾器濾筒，在所述中空纖維過濾器濾筒中內(nèi)部的中空纖維膜為半滲透的，并且所述過濾器濾筒外壁是半滲透或全滲透的。在一個(gè)實(shí)施方案中，這允許在濾液腔室中收集中間尺寸的分子或復(fù)合物并且在所述反應(yīng)器腔室中收集更小的分子或復(fù)合物。通過交變流泵控制流體流動(dòng)。

所述閉合的生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括3種類型的腔室：過濾滲余液腔室、基本上包圍所述過濾滲余液腔室的濾液腔室、和處理腔室，所述處理腔室基本上包圍所述濾液腔室但并未阻塞所述滲余液腔室的入口或出口。所述處理腔室提供了封閉空間，在所述封閉空間中流出所述過濾滲余液腔室的入口的流體被捕集。來自所述處理腔室的流體能夠從腔室的外部接近的唯一途徑是穿過一個(gè)或多個(gè)所述處理腔室壁中的端口。所述濾液腔室與所述過濾滲余液腔室被所述過濾滲余液腔室的半滲透膜分隔開，所述半滲透膜允許較小分子(這些小到足以穿過所述膜的孔的分子)從所述過濾滲余液腔室和處理腔室移動(dòng)至所述濾液腔室，經(jīng)由所述濾液腔室，它們可以從系統(tǒng)中被收集。交變流泵在交變的方向上從所述滲余液腔室向前或向后驅(qū)動(dòng)流體穿過所述過濾滲余液腔室。

歧管發(fā)明是可連接至流體源(比如生物反應(yīng)器、發(fā)酵罐或一些其它處理容器)、并且從所述源抽取流體、將被抽取的流體的大部分或全部返回所述流體源的設(shè)備；其中在源與所述歧管之間流體流動(dòng)的方向通過交變流泵控制；其中所述歧管進(jìn)一步包括端口，為了取樣或其它目的可以在所述端口處取出流體等分試樣，或者為了輸送至流體源可以在所述端口處添加流體等分試樣?？蛇x地，能夠篩選流體的低分子量物質(zhì)用于測(cè)試的過濾器元件是歧管的一部分；此外，所述歧管包括進(jìn)一步的端口，穿過所述端口可以添加傳感器以監(jiān)測(cè)在該設(shè)備內(nèi)流動(dòng)的流體；可選地，可以將帶有傳感器的相似端口添加至所述歧管以探測(cè)所述過濾器元件內(nèi)的濾液。

雙泵系統(tǒng)發(fā)明包括兩個(gè)串聯(lián)的泵，兩個(gè)泵的至少一個(gè)(第一泵)為交變流隔膜泵。所述第一泵經(jīng)由其泵室之一可以連接至生物反應(yīng)器的腔室。所述第一泵將經(jīng)由其另外的腔室連接至所述系統(tǒng)的第二泵的第一腔室。所述第二泵也可以是交變流隔膜泵，或者它可以是交變流機(jī)械泵。所述第二泵能夠被連接至壓力控制機(jī)構(gòu)，通常在電能作用下，所述第二泵交變地產(chǎn)生傳送至第一泵的正壓和負(fù)壓，并且經(jīng)由第一泵傳送至生物反應(yīng)器腔室，比如封閉的過濾系統(tǒng)或封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)的腔室。傳感器(比如近距離傳感器、機(jī)械傳感器、電子傳感器、光學(xué)傳感器、位置傳感器或其它設(shè)備)優(yōu)選地可以以指示所述第二泵中隔膜的位置的方式被整合進(jìn)所述第二泵中。通過在所述兩個(gè)泵之間使用非彈性聯(lián)接器，所述第一泵的隔膜運(yùn)動(dòng)將與所述第二泵的隔膜運(yùn)動(dòng)相一致。

改性劑模塊發(fā)明是設(shè)計(jì)在過濾和生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)使用的模塊，以便對(duì)所述系統(tǒng)中的一些(或者比較少見的，全部)成分進(jìn)行改性。所述模塊，優(yōu)選為圓柱形，包括支架和改性劑種群，所述改性劑種群既可以是同類的(所有的改性劑相同)，也可以是異種的(所有的改性劑不同)。改性劑的實(shí)例是抗體或酶。所述改性劑種群可以被束縛到所述支架上。在所述改性劑種群沒有被束縛到所述支架上的情形中，所述模塊進(jìn)一步包括半滲透或全滲透膜，以便所述膜部分或完全包圍所述支架并在所述支架與膜之間形成區(qū)室，以便當(dāng)所述改性劑被保存在所述區(qū)室內(nèi)時(shí)(優(yōu)選地抵靠所述支架堆積)，來自所述反應(yīng)器或處理腔室的組分可以在一個(gè)方向或兩個(gè)方向穿過所述膜以與所述改性劑相互作用。

附圖說明

圖1a示出了本發(fā)明的封閉過濾系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的剖面視圖，其中所述系統(tǒng)通過連接器管線連接至同樣示出為剖面視圖的存儲(chǔ)容器，并且通過連接器管線連接至壓縮空氣控制器；

圖1b示出了圖1a的封閉過濾系統(tǒng)的放大的剖面視圖；

圖1c為圖1b的封閉過濾系統(tǒng)的過濾器元件和過濾器元件適配器沿圖1b中的線1c-1c的截面視圖；

圖1d為圖1b的封閉過濾系統(tǒng)的過濾器元件沿圖1b中的線1d-1d的截面視圖；

圖1e為圖1b的封閉過濾系統(tǒng)沿圖1b中的線1e-1e的截面視圖；

圖1f為圖1b所示系統(tǒng)的局部放大剖面視圖；

圖1g為圖1b的封閉過濾系統(tǒng)的俯視圖；

圖1h為圖1a的封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)的一部分的局部剖面視圖，相比于圖1a，圖1h將所述系統(tǒng)的該部分進(jìn)行了放大；

圖1i示出了本發(fā)明的封閉過濾系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的剖面視圖，在該系統(tǒng)中適配器連接至第二連接器管線，并且在該系統(tǒng)中設(shè)有用于回收來自泵室的流體的導(dǎo)管；

圖2示出了本發(fā)明的封閉過濾系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的剖面視圖；

圖3示出了本發(fā)明的封閉過濾系統(tǒng)的一種實(shí)施方案的剖面視圖；

圖3a示出了與雙泵系統(tǒng)一起使用的封閉過濾系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的剖面視圖，在所述雙泵系統(tǒng)中兩個(gè)泵均為隔膜泵；

圖3b示出了與雙泵系統(tǒng)一起使用的封閉過濾系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的剖面視圖，其中兩個(gè)泵為通過由蠕動(dòng)泵控制的連接器管線連接的隔膜泵；

圖3c示出了可用在雙泵系統(tǒng)中的泵的一個(gè)實(shí)施例的部分剖面視圖和部分立體視圖，所述泵是由連接至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸的凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的活塞泵；

圖3d示出了圖3c的泵，但是所述凸輪和聯(lián)動(dòng)的活塞的位置不同；

圖3e示出了可用在雙泵系統(tǒng)中的泵的一個(gè)實(shí)施例的部分剖面視圖和部分立體視圖，所述泵是由可逆式螺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的活塞泵；

圖3f示出了圖3e的泵，但是所述螺桿和聯(lián)動(dòng)的活塞機(jī)構(gòu)的位置不同；

圖4a示出了本發(fā)明的封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)的剖面圖，所述系統(tǒng)的反應(yīng)器腔室連接至收獲管線；

圖4b是圖4a中的系統(tǒng)的橫截面的放大視圖；

圖4c是圖4a所示系統(tǒng)的一部分的剖面的放大視圖；

圖4d示出了圖4的系統(tǒng)的一部分的剖面視圖，所述系統(tǒng)帶有相當(dāng)于提升閥的附加部件；

圖4e為圖4d的系統(tǒng)的俯視圖；

圖4f示出了本發(fā)明的封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)的局部剖面示意圖，在所述系統(tǒng)中所述貯存器腔室為水平放置；

圖4g示出了本發(fā)明的封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)的局部剖面示意圖，在所述系統(tǒng)中所述泵處于上部的位置并且所述過濾器元件位于所述泵之下；

圖5a示出了局部剖面形式的本發(fā)明的歧管取樣系統(tǒng)的一種實(shí)施方案；

圖5b示出了局部剖面形式的本發(fā)明的歧管取樣系統(tǒng)的一種實(shí)施方案；

圖6a示出了本發(fā)明的流體過濾系統(tǒng)的剖面視圖，在所述系統(tǒng)中所述反應(yīng)器腔室包括能夠改變所述反應(yīng)器區(qū)室中流體成分的改性劑模塊；

圖6b示出了存儲(chǔ)盒中的改性劑模塊的剖面視圖；

圖6c示出了存儲(chǔ)盒中的改性劑模塊的剖面視圖；

圖6d示出了改性劑模塊的剖面視圖；

圖7示出了所述封閉過濾系統(tǒng)的剖面視圖，在所述系統(tǒng)中所述隔膜泵是獨(dú)立封閉的。

具體實(shí)施方式

詳細(xì)描述的內(nèi)容的表：

所述封閉的過濾系統(tǒng)和方法的詳細(xì)描述始于第16頁；

所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)和方法的詳細(xì)描述始于第40頁；

所述歧管系統(tǒng)和方法的詳細(xì)描述始于第56頁；

所述雙泵系統(tǒng)的詳細(xì)描述始于第62頁；

所述改性劑模塊系統(tǒng)的詳細(xì)描述始于第76頁；

術(shù)語

本發(fā)明的反應(yīng)器系統(tǒng)所處理的“流體”一般是含水溶液，所述流體可以包括或者可以不包括懸浮顆粒質(zhì)(比如細(xì)胞、細(xì)胞碎片、不溶的分子復(fù)合物、微?；蚩扇艿姆肿?。所述流體可以包含或者可以不包含溶解在所述流體中的分子。

一種“選擇性可滲透屏障”(或選擇性可滲透壁)是不會(huì)允許所有顆粒物穿過它并且/或者不會(huì)允許所有的溶解物穿過它的屏障。

通常，“選擇性可滲透屏障”在文中被用作對(duì)一種中空纖維的壁的描述，所述中空纖維是中空纖維過濾器濾筒的一部分。

“選擇性屏障”是本文中對(duì)選擇性可滲透屏障所使用的另一個(gè)術(shù)語。通?！斑x擇性屏障”在本文中被用作對(duì)中空纖維過濾器濾筒的外壁的描述。

全滲透屏障(或壁)是一種在屏障中的一個(gè)或多個(gè)開口處允許流體穿過而不會(huì)堵塞任何流體成分(無論是顆?；蛉芙馕?的通道的屏障。

全限制屏障不允許任何流體穿過它。必須在該屏障中設(shè)置開口(比如位于打開位置的收獲端口)以允許流體從該屏障的一側(cè)移動(dòng)至另一側(cè)。

在所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，所述中空纖維過濾器濾筒的外壁(即所述濾液腔室的外壁)，可以是選擇性可滲透的、全滲透的或全限制的。最常見的是全限制的。

封閉的過濾系統(tǒng)和方法

所述封閉的過濾系統(tǒng)(和以下討論的封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng))設(shè)有滲余液腔室和濾液腔室。實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)的最便利的方式是使用中空纖維過濾器。這種過濾器被制成濾筒，所述濾筒包括多個(gè)沿所述濾筒的長(zhǎng)度平行延伸并且嵌入所述濾筒的每個(gè)末端(優(yōu)選地使用灌封劑)的中空纖維(hf)；在所述hf的末端處的內(nèi)腔保持打開，從而形成從所述濾筒的一端穿過每個(gè)內(nèi)腔到達(dá)所述濾筒的另一端的連續(xù)通道，即從濾筒入口端到達(dá)濾筒出口端。所述中空纖維被所述濾筒的外壁(即濾筒壁)和位于所述中空纖維末端的灌封層封閉。結(jié)果，形成由所述濾筒壁和所述hf的外壁界定出的腔室。該腔室可以被用作濾液腔室。所述hf的內(nèi)腔(內(nèi)部)空間被整體地認(rèn)為在當(dāng)前的每個(gè)系統(tǒng)中構(gòu)成所述滲余液腔室的一部分。

所述滲余液系統(tǒng)通過與所述濾筒的每端適配的適配器延伸超過所述hf的內(nèi)部空間。每個(gè)適配器連同所述濾筒的末端限定出成為所述滲余液腔室的一部分的空間。根據(jù)流體流穿過所述纖維的方向，該空間或者用于(1)在流體流出所述纖維時(shí)收集流體，或者用于(2)使得來自外部源的流體到達(dá)與hf開口端的交界面，并且為了延續(xù)其朝向所述濾筒的另一端的路徑而將自身在這些hf之間分配。每個(gè)適配器會(huì)設(shè)有兩端，一端與所述濾筒適配并且另一端具有可連接至容器或泵的開口。通常所述容器通過允許流體流動(dòng)的管線連接至所述適配器，但如果需要，所述容器可以直接連接至所述適配器或者所述適配器可以形成所述容器的一部分，其中所述容器中的部分或全部?jī)?nèi)含物(content)可以被包含在所述適配器中。通常所述適配器直接連接至泵，但如果需要，所述泵可以經(jīng)由允許流體流動(dòng)的管線連接至所述泵。

當(dāng)連接管線被添加到適配器時(shí)，所述滲余液腔室延伸至還包括該連接管線的內(nèi)部空間。

當(dāng)連接管線在其一端連接至適配器并且在其另一端連接至容器(例如一個(gè)含有懸浮在生長(zhǎng)培養(yǎng)基中的細(xì)胞的容器)，可以將所述容器的內(nèi)部也視為所述滲余液腔室的進(jìn)一步延伸，但是在本文中為了描述和討論的目的，所述容器和所述滲余液腔室被當(dāng)作獨(dú)立的實(shí)體。

所述中空纖維過濾器的內(nèi)腔的壁是可滲透的，很方便地提供了一種全滲透或選擇性滲透的屏障。所述選擇性滲透的中空纖維壁的選擇性可調(diào)，其選擇性覆蓋膜孔尺寸(通常歸為滲透膜，從超濾微濾到粗濾)的整個(gè)范圍，其中，例如，超濾范圍包括從大約10到大約500kda的截留分子量范圍。0.2微米的孔尺寸通常可用于保留細(xì)胞但允許代謝物以及其它分子或分子復(fù)合物穿過所述孔。范圍在10kda到500kda的孔尺寸優(yōu)選地用于不僅保留細(xì)胞還保留大于所述孔尺寸的分子以及分子復(fù)合物。

所述過濾器濾筒的外壁通常是不可滲透的并且通常具有濾液可以從其中被排出和/或置換的端口。然而，為了所述封閉的過濾系統(tǒng)，所述過濾器濾筒包括構(gòu)成屏障的外壁，所述屏障可以是非選擇性的(全滲透的)但是優(yōu)選為半滲透的，(不允許大于所述屏障中孔尺寸的溶解物(例如分子和分子復(fù)合物)穿過所述屏障，并且不允許大于所述孔尺寸的顆粒物穿過所述屏障)。范圍在10kda到500kda的孔尺寸，優(yōu)選地用于僅保留大于所述孔尺寸的分子和分子復(fù)合物。然而，所述孔尺寸可以被分別制備得足夠小或足夠大，以使所述屏障是高度限制性的，僅允許小鹽類及其復(fù)合物穿過，或允許大于500kda的分子或顆粒穿過所述膜。這種膜選擇性不僅受限于孔尺寸也受限于其它膜性質(zhì)，包括：電荷、疏水性膜結(jié)構(gòu)、膜表面和孔極性等。所述封閉的過濾系統(tǒng)，在其總體方面(generalaspect)，是一種包括如下的系統(tǒng)：

1)滲余液腔室，所述滲余液腔室包括位于其入口端的入口和位于其出口端的出口，所述滲余液腔室包括滲余液腔室壁，所述壁的至少一部分是半滲透性的；

2)濾液腔室(例如在所述中空纖維過濾器濾筒內(nèi)部的位于中空纖維外部的部分)，所述濾液腔室至少部分地封閉所述滲余液腔室，所述濾液腔室包括濾液腔室內(nèi)壁和濾液腔室外壁，其中所述濾液腔室內(nèi)壁的至少一部分對(duì)應(yīng)所述滲余液腔室壁的半滲透部分；所述濾液腔室外壁包括濾液腔室外屏障(可以是全滲透的，但優(yōu)選是半滲透的)；

3)交變流泵，所述泵連接至所述滲余液腔室出口的外周(perimeter)，從而允許來自所述泵的流體進(jìn)入所述滲余液腔室并且允許來自所述滲余液腔室的流體流入所述泵；所述泵包括外壁、隔膜和兩個(gè)由所述隔膜分隔的腔室；

4)反應(yīng)器腔室，所述反應(yīng)器腔室被配置成以密封的方式至少部分地封閉濾液腔室和滲余液腔室，但不會(huì)阻擋流體流入和流出所述滲余液腔室入口，所述反應(yīng)器腔室包括反應(yīng)器腔室內(nèi)壁和反應(yīng)器腔室外壁，所述反應(yīng)器腔室內(nèi)壁包括濾液腔室外屏障，所述反應(yīng)器腔室外壁被密封至所述滲余液腔室的外部或所述濾液腔室的外部，所述反應(yīng)器腔室外壁可選地密封至所述交變泵外壁；

5)收獲端口，所述收獲端口附著至所述反應(yīng)器腔室外壁，從而允許流體離開或進(jìn)入所述反應(yīng)器腔室。

如以上所表明的，可以通過一個(gè)或多個(gè)端口進(jìn)入所述濾液貯存器，以移除所述濾液腔室中的濾液，或者向所述濾液腔室中添加濾液。

術(shù)語“密封”、“密封地”等指的是兩個(gè)腔室或其它系統(tǒng)組件的連接或接合不允許流體穿過該連接或接合泄露。

設(shè)有濾液貯存器的前述的封閉過濾系統(tǒng)和下述的變形在圖中進(jìn)行了例示，并且在以下進(jìn)行詳細(xì)討論。

所述封閉的過濾系統(tǒng)，在一方面指的是“濾液貯存器系統(tǒng)”，可以進(jìn)一步包括連接至所述濾液腔室的濾液貯存器，以允許流體直接在所述貯存器與濾液腔室之間流動(dòng)。在此，所述反應(yīng)器腔室外壁被密封至所述濾液腔室的外部，但不會(huì)封閉所述濾液腔室通向所述貯存器的部分。所述貯存器封閉所述濾液腔室通向所述貯存器的部分。所述貯存器與所述反應(yīng)器腔室分隔開，以便在所述貯存器與所述反應(yīng)器之間不會(huì)有直接的流體交換。除了連接至所述反應(yīng)器腔室的收獲/附加端口(第一組端口)，所述系統(tǒng)還包括連接至所述濾液貯存器并延伸至所述濾液貯存器外部的第二組端口。

所述濾液腔室外屏障的孔尺寸可以根據(jù)所述系統(tǒng)期望的用途改變。

在所述封閉的過濾系統(tǒng)以及所述濾液貯存器系統(tǒng)中，可能均存在第二收獲端口，所述端口附著到所述濾液腔室或貯存器腔室，以允許流體離開或進(jìn)入所述濾液腔室或貯存器腔室。

所述隔膜泵包括兩個(gè)泵室和位于所述兩個(gè)泵室之間的隔膜。一個(gè)泵室連接至所述滲余液腔室，以便可以通過所述泵限制并控制穿過所述滲余液腔室的流體流動(dòng)的方向。另一個(gè)泵室(驅(qū)動(dòng)腔室)，連接至交變的正壓或負(fù)壓源。

對(duì)于所述封閉的過濾系統(tǒng)和濾液貯存器系統(tǒng)，一種連接器管線(導(dǎo)管)通常連接至所述隔膜泵的外部連接腔室，或驅(qū)動(dòng)腔室，以作為該腔室與壓力控制器之間的連接的一部分。

對(duì)于所述封閉的過濾系統(tǒng)和濾液貯存器系統(tǒng)，一種連接器管線通常連接至所述滲余液腔室的端口。對(duì)于所述封閉的過濾系統(tǒng)和濾液貯存器系統(tǒng)，所述管線將用作與所述外部生物反應(yīng)器、容器或其它滲余液容器的連接的一部分。

對(duì)于所述封閉的過濾系統(tǒng)和濾液貯存器系統(tǒng)，在需要時(shí)使用附加的連接器管線和/或收獲管線。許多、但不是所有的這種可能性在本文中通過實(shí)例進(jìn)行了例示。

此外，所述封閉過濾系統(tǒng)和所述濾液貯存器系統(tǒng)，可以進(jìn)一步包括附加至所述滲余液區(qū)室、濾液區(qū)室和/或反應(yīng)器腔室的端口：用于插入探測(cè)器、儀器或設(shè)備，和/或用于添加或減少物質(zhì)。

類似于交變切向流過濾系統(tǒng)，所述封閉的過濾系統(tǒng)和濾液貯存器系統(tǒng)提供了穿過整個(gè)過濾器的均勻流。同樣類似于交變切向流過濾系統(tǒng)，本發(fā)明的封閉反應(yīng)器系統(tǒng)可以與不同類型過濾器一起使用。

使所述濾液腔室和所述滲余液腔室結(jié)合的設(shè)備在本文中被稱為“過濾器元件”。一個(gè)可能被使用的過濾器元件是中空纖維(hf)過濾器，其用途將在本文中廣泛描述。它們可以采用許多尺寸、構(gòu)造、材料、孔尺寸、孔隙率以及外殼。然而，本發(fā)明的系統(tǒng)并不要求一定使用中空纖維過濾器。也可能利用其它分離設(shè)備。一個(gè)這種設(shè)備可以是“板框式”過濾器。另一個(gè)設(shè)備是篩網(wǎng)模塊(screenmodule)，其包含用作分離膜的篩網(wǎng)(screenmesh)。

可以看出，所述反應(yīng)器腔室可以用作多種功能。例如，它可以用作永久或臨時(shí)儲(chǔ)存器。這使得其中的內(nèi)含物在返回至主工藝過程之前或被收獲之前可以進(jìn)行不同的改性或處理。

本發(fā)明的封閉過濾反應(yīng)器系統(tǒng)(和以下描述的封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng))可以用在其它的應(yīng)用中，所述其它的應(yīng)用包括但不限于腎透析、血液處理、水凈化濃縮、流體交換、或者各種其它的過濾應(yīng)用。舉例而言，在腎透析這種情形中，病人的循環(huán)系統(tǒng)可以被連接至所述滲余液腔室。所述反應(yīng)器腔室和/或所述濾液腔室是具有期望促進(jìn)所述透析過程的濃度或體積的特殊流體成分(電解質(zhì)、生物活性成分、吸附劑和其它)的來源。由于在交變切向流過程中所固有的“橫向”流，腔室之間的流量使所述區(qū)室之間容易快速平衡。位于所述滲余液腔室和濾液腔室之間的選擇性滲透屏障可以提供一個(gè)限制性的屏障?？蛇x地，所述濾液腔室與反應(yīng)器腔室之間的選擇性屏障提供了第二屏障；因此，選擇性與區(qū)室過程之間的快速平衡相結(jié)合提供了用于從循環(huán)中移除不想要的或有毒的副產(chǎn)物(即小到足以從所述滲余液腔室進(jìn)入所述濾液腔室和/或反應(yīng)器腔室的那些)的更有效的方法。

期望的是，本發(fā)明的封閉反應(yīng)器系統(tǒng)是可滅菌的，并且滅菌后，可以被充分密封地保存，以防止隨后其內(nèi)部被微生物或其它污染物污染，否則微生物或其它污染物將在其消毒后進(jìn)入所述系統(tǒng)的內(nèi)部。同樣期望的是，這些系統(tǒng)為這樣一種構(gòu)造并且由構(gòu)造材料(constructionmaterial)制成，即可以使得所述系統(tǒng)成為一次性的。

本發(fā)明使用所述封閉的過濾系統(tǒng)的方法

所述封閉的過濾系統(tǒng)方法，在總體方面，包括步驟：

1)使流體從滲余液腔室排出經(jīng)由流體連接器進(jìn)入容器(比如存儲(chǔ)容器)，以在所述排出期間，使所述流體的一部分被引導(dǎo)經(jīng)由半滲透屏障進(jìn)入濾液腔室，并且進(jìn)而經(jīng)由選擇性屏障被引入反應(yīng)器腔室，其中所述排出是由在所述流體連接器遠(yuǎn)端的位置被連接至所述滲余液腔室的隔膜泵所施加的力引起的；和

2)使由所述隔膜泵施加的力的方向反向，以使至少一些來自所述容器的流體回流進(jìn)入所述滲余液腔室，并且至少一些來自所述滲余液腔室的流體流入所述濾液腔室(并且優(yōu)選地，一些來自所述濾液腔室的流體流入所述反應(yīng)器腔室)；和

3)重復(fù)步驟(1)和(2)至少一次，其中從所述濾液腔室排出的流體選自由懸浮液和溶液組成的組，并且其中所述滲余液腔室、濾液腔室、反應(yīng)器腔室和隔膜泵為相同的封閉過濾系統(tǒng)的一部分(優(yōu)選地其中所述封閉的過濾系統(tǒng)的總體方面或第二方面在上文被描述)。

在前述和下述的方法中，流體在一個(gè)方向穿過屏障的一部分的這一事實(shí)不會(huì)妨礙并且經(jīng)常伴隨有流體在相反的方向、在所述屏障的另一部分的流動(dòng)。

通常，來自所述滲余液腔室、濾反應(yīng)器腔室和/或?yàn)V液腔室的物料將被收獲至少一次。

在所述封閉的過濾系統(tǒng)方法的變化中，可應(yīng)用于包括了濾液貯存器的系統(tǒng)的方法包括步驟：

1)使流體從滲余液腔室排出經(jīng)由流體連接器進(jìn)入容器，以在所述排出期間，使所述流體的一部分被引導(dǎo)經(jīng)由半滲透屏障進(jìn)入濾液腔室，以使部分被引入所述濾液腔室的流體經(jīng)由濾液腔室壁中的開口被引導(dǎo)至濾液貯存器，并且以使部分被引入所述濾液腔室的流體被引導(dǎo)經(jīng)由選擇性屏障進(jìn)入反應(yīng)器腔室，其中所述排出是由在所述流體連接器遠(yuǎn)端的位置被連接至所述滲余液腔室的隔膜泵所施加的力引起的；和

2)使由所述隔膜泵施加的力的方向反向，以使至少一些來自所述容器的流體回流進(jìn)入所述滲余液腔室，至少一些來自所述滲余液腔室的流體流入所述濾液腔室，至少一些來自所述濾液腔室的流體流入所述濾液貯存器，并且至少一些來自所述濾液腔室的流體流入所述反應(yīng)器腔室；和

3)重復(fù)步驟(1)和(2)至少一次，其中從所述濾液腔室排出的流體選自由懸浮液和溶液組成的組，并且其中所述滲余液腔室、濾液腔室、反應(yīng)器腔室和隔膜泵為相同的濾液貯存器系統(tǒng)的一部分，(優(yōu)選地其中所述貯存器系統(tǒng)如上文描述的那樣)。

通常，來自所述滲余液貯存器、濾液貯存器和反應(yīng)器腔室的物料將被收獲至少一次。

圖1a-1h例示了所述封閉的過濾系統(tǒng)以及連接至所述系統(tǒng)的設(shè)備的不同視圖(在這些視圖中的一個(gè)中所用的附圖標(biāo)記(例如所述滲余液腔室45)可以應(yīng)用于這些視圖的所有其它視圖中的相同組件)。

在圖1a中，封閉的流體過濾系統(tǒng)1經(jīng)由流體連接器3連接至處理容器(processvessel)2，所述處理容器2含有待處理的流體物料或滲余液9(在該系統(tǒng)處于使用并且含有滲余液的情況中，在圖1a、1b和1h中，數(shù)字9表示滲余液的位置，而不是滲余液本身(除容器2中所示的滲余液流體外))。所述流體過濾系統(tǒng)1包括至少三個(gè)腔室：容納有未過濾的物料的滲余液腔室45(在圖1b-1h中非常具體地示出)、位于所述過濾器元件5(例如中空纖維過濾器)之內(nèi)的濾液腔室10(在圖1b-1h中非常具體地示出)和反應(yīng)器腔室11，所述反應(yīng)器腔室11通過選擇性滲透可屏障19(例如中空纖維濾筒的外壁或其它膜)與所述過濾器元件分隔開。

所述流體過濾系統(tǒng)1由殼體15封閉，為封閉所述系統(tǒng)，所述殼體15的形狀、尺寸或朝向可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。所述殼體15可以由多種材料構(gòu)建，包括固體聚合物，比如聚碳酸酯或聚砜、柔韌的或彈性材料或任意其它材料或材料的復(fù)合物。所述處理容器2可以是任意適合的用于待處理流體的容器。例如，它可以是生物反應(yīng)器、循環(huán)系統(tǒng)或任意其它容器，包括但不限于罐、袋、瓶以及可以容納流體的類似物。所述處理容器2可以由任意合適的材料或材料組合物構(gòu)成，包括合成聚合物、惰性金屬(比如不銹鋼、玻璃等)；這些材料在用于處理容器時(shí)不應(yīng)受限于這些材料得形狀、尺寸或構(gòu)造。就易接近性而言，所述處理容器2也并不受限：它可以被改造以允許添加或減少容器的內(nèi)含物。例如管線或管道36和39可以被用于起到添加或減少所述處理容器2的內(nèi)含物的作用，例如使用泵來控制這種添加或減少。所有尺寸和構(gòu)型的這種容器都是可以商業(yè)購買到的，并且為本領(lǐng)域所熟知。所述流體連接器3用于引導(dǎo)流體從所述處理容器2經(jīng)由流體交換端口35到達(dá)所述過濾器元件5的入口端42(也相當(dāng)于所述滲余液腔室45的入口端)。入口42在用作腔室45的入口的同時(shí)，也可以用作滲余液的貯存器；其形狀和位置可以根據(jù)需要改變；其容積近似等于所述隔膜泵的位移容積，以促進(jìn)貯存器42與泵之間的配合，并且進(jìn)一步促進(jìn)滲余液更高水平的濃度和最終濃縮物的更好回收(圖1b；綜合考慮圖1b-1h可以對(duì)所述中空纖維過濾器的結(jié)構(gòu)有最好的理解)。所述端口35由入口端適配器40固定，所述入口端適配器40也可以用作入口端貯存器42的端蓋，所述入口端貯存器42轉(zhuǎn)而也用作過濾器元件5的蓋和入口端；35、40和42的組合用作穿過殼體15的頂板16的導(dǎo)管適配器，用于引導(dǎo)流體到達(dá)所述過濾器元件入口端42。作為貯存器，貯存器42可以設(shè)置在頂板15之上、穿過頂板15或在頂板15之下，并且其安裝和構(gòu)造不會(huì)妨礙來自所述濾液腔室或反應(yīng)器腔室的端口。流體流進(jìn)一步被引導(dǎo)穿過過濾器通道17，當(dāng)所述過濾器元件5相當(dāng)于中空纖維過濾器時(shí)，所述過濾器通道17相當(dāng)于過濾器元件5的中空纖維的內(nèi)腔的內(nèi)部。所述過濾器通道整體相當(dāng)于所述流體過濾系統(tǒng)的滲余液腔室45。在一個(gè)方向中，所述流體流行進(jìn)至所述過濾器元件5的出口端43并且從所述出口端43流出。位于所述過濾器元件5和滲余液腔室45的出口端43的適配器41將來自所述過濾器元件出口端43的流體引導(dǎo)至隔膜泵4的液體接收腔室7。適配器41并不局限于其示出的構(gòu)造或形狀；它可以直接或通過泵適配器29連接至泵4；或者它可以通過導(dǎo)管(未示出)將所述過濾器出口端43連接至泵4。

如先前在美國(guó)專利6,544,424中描述的，通過泵4產(chǎn)生穿過位于處理容器2與隔膜泵4(交變流泵)之間的過濾器元件5的流動(dòng)。泵4優(yōu)選地包括泵殼4，所述泵殼4被中間隔膜6分隔成第一內(nèi)部腔室8(也稱為“第一腔室”或“驅(qū)動(dòng)腔室”)和第二內(nèi)部腔室7(也稱為“第二腔室”或“液體接收腔室”)。在圖1a和1b中泵殼4由兩個(gè)殼體部件組成，即第一泵殼部件25和第二泵殼部件24。所述部件25和24分別包括法蘭26和27。在所述第一內(nèi)部腔室8中的壓力驅(qū)動(dòng)隔膜泵4內(nèi)的隔膜，而不會(huì)對(duì)所述第二內(nèi)部腔室7中的流體物造成污染。圖1a中示出的是空氣驅(qū)動(dòng)泵。壓縮空氣被控制器54引導(dǎo)穿過管線(管道)21，優(yōu)選地穿過無菌過濾器22和空氣入口23到達(dá)腔室8。增大腔室8內(nèi)相對(duì)于處理容器2的空氣壓力，驅(qū)使彈性隔膜6進(jìn)入腔室7，驅(qū)動(dòng)該腔室7中的液體穿過所述過濾器元件5到達(dá)容器2。通過減小腔室8內(nèi)相對(duì)于容器2的壓力產(chǎn)生從容器2到泵4的反向流動(dòng)。重復(fù)該循環(huán)。通過這種泵產(chǎn)生交變流已在美國(guó)專利6,544,424中被描述。

為使封閉的過濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，優(yōu)選地使用防泄漏連接在所述泵殼26和27(圖1b和1f)的外周安裝彈性隔膜外法蘭47(圖1f)；通常使用夾緊機(jī)構(gòu)來壓緊位于兩個(gè)泵半殼的法蘭26和27之間的隔膜。所述的兩個(gè)泵半殼包括腔室7和8。然而這種連接可以以許多方式完成，圖1b和1f中示出了一種實(shí)施例；如例示的，位于各自的隔膜泵半殼上的外圍法蘭26和27均包括“o”形環(huán)凹槽28，所述凹槽28被設(shè)計(jì)成用于接收在隔膜6的法蘭部分的配對(duì)“o”形環(huán)部分。根據(jù)外圍法蘭26和27以及“o”形環(huán)凹槽28的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，將所述外圍法蘭26和27連接在一起，并且同時(shí)使法蘭26和27之間的隔膜“o”形環(huán)法蘭47和“o”形環(huán)部分44束縛緊固；這可以通過如下所述的控制所述法蘭26和27的相鄰面之間的間距來完成：從所述隔膜6的外周邊向內(nèi)朝向所述隔膜泵4的中心軸，所述隔膜泵法蘭26和27相互分離一段稍微小于隔膜6法蘭部分47(即隔膜的法蘭部分)，包括其“o”形環(huán)部分44(圖1b和1f)的對(duì)應(yīng)厚度的距離。法蘭之間的間距減去隔膜厚度被稱為“壓縮距離”。從所述隔膜6的外周邊向外至法蘭26和27的外周邊，法蘭26和27的相向面之間的間距等于壓縮距離；因此，當(dāng)兩個(gè)相向法蘭26和27受力在一起時(shí)，它們將所述隔膜法蘭部分47和“o”形環(huán)部分44壓縮了所述壓縮距離，同時(shí)在兩個(gè)法蘭部分26和27之間形成接觸面48。一旦接觸，外圍法蘭26和27可以沿它們的接觸面48相互束縛；在該過程中，隔膜6被緊固地密封在泵的法蘭部分之間。該方法允許通過控制對(duì)應(yīng)且相鄰的泵法蘭部分之間的壓縮距離來設(shè)定施加于隔膜6法蘭47和“o”形環(huán)部分44的壓縮量。進(jìn)一步，為了確保兩個(gè)隔膜泵半殼的法蘭沿結(jié)合面48保持緊固結(jié)合，可以沿法蘭26和27的表面進(jìn)一步加固結(jié)合。這在圖1f中被例示，通過將法蘭26和27的末端抵靠所述殼體15的內(nèi)壁緊固結(jié)合，優(yōu)選地以防泄漏的方式沿表面49形成結(jié)合。該過程不僅可以使得所述隔膜固定在所述泵內(nèi)并且使得所述泵固定到束縛支架，還可以獲得其他獨(dú)特的好處。這種好處之一涉及使用圓柱形殼體15，所述圓柱形殼體15延長(zhǎng)了所述流體過濾系統(tǒng)1的長(zhǎng)度，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)(包括其所有的重要組件)形成封閉。所述圓柱形殼體15可以用作整個(gè)系統(tǒng)的支撐平臺(tái)，以使系統(tǒng)可以保持在垂直位置(如圖所示)或者可以保持在與之顛倒的位置。所述外圍法蘭26和27到殼體15的結(jié)合或固定使整個(gè)系統(tǒng)增加了結(jié)構(gòu)支撐，以保護(hù)其內(nèi)含物。另一個(gè)好處是形成反應(yīng)器腔室11的“基底”25(圖1b)。此外，通過提供具有頂部16的外殼15，可以完全封閉所述過濾器元件5和反應(yīng)器腔室11。殼體15和頂板16可以被構(gòu)造成期望的形式并被設(shè)計(jì)成接受不同元件、配件或插入物，以對(duì)腔室11進(jìn)行添加或減少，以監(jiān)控或影響所述腔室內(nèi)部的條件；所有這些，正如將會(huì)示出的，增加了系統(tǒng)的多功能性。圖1a示出了由壁15、基底25和頂板16形成的封閉11的實(shí)例；還示出了包含過濾器元件5的系統(tǒng)，所述過濾器元件5在一端連接至泵4并且在另一端連接至適配器40，所述適配器40穿過封閉頂板16并且形成到達(dá)導(dǎo)管3的通道。通過將頂板16和泵法蘭26和27結(jié)合或密封到殼體15，使所述過濾器元件5設(shè)置在所述反應(yīng)器腔室11內(nèi)，其中所述濾液腔室10(和所述過濾器元件5)與所述反應(yīng)器腔室11共用同一選擇性屏障19作為它們各自的壁的一部分(濾液腔室10由所述內(nèi)腔17的表面、濾筒外壁19和填充有封裝材料44的區(qū)域限定出)。通過控制選擇性屏障19的性質(zhì)，可以在反應(yīng)器器腔室11與濾液腔室10(從而與過濾器元件5)之間形成非常有用的選擇性屏障。正如將要示出的，利用所述過濾器元件5的已知功能和其對(duì)所述濾液腔室10與滲余液腔室45之間的成分選擇性分離的能力，以及在所述過濾器元件5與反應(yīng)器腔室11之間進(jìn)一步設(shè)置的選擇性屏障19得到了一種具有多種使用功能的獨(dú)特設(shè)備。

來自反應(yīng)器腔室11的收獲物經(jīng)由連接至收獲端口12的管線13收集，這使得所述腔室與該管線之間的流體可以交換，以允許流體進(jìn)入或離開所述反應(yīng)器腔室(對(duì)于穿過頂板16(或其相等物)的收獲端口12(或其相等物)的關(guān)系還參見圖1b)。

系統(tǒng)的殼體15、隔膜泵4、隔膜6、閥門、過濾器和其它組件可以由多種材料，優(yōu)選地由可以經(jīng)受在所述流體過濾系統(tǒng)1的運(yùn)行中產(chǎn)生的壓力的材料，優(yōu)選地由可以通過化學(xué)、蒸汽或放射滅菌的材料制備；例如，此種材料可以包括不銹鋼。然而，不銹鋼的一個(gè)主要的不足在于不能看見殼體15內(nèi)部或隔膜泵4內(nèi)部的內(nèi)含物。不銹鋼的一些其它不足是重量、成本以及難以形成特定形狀。因此，優(yōu)選地，特別是當(dāng)要求一次性系統(tǒng)時(shí)，使用諸如聚碳酸酯、聚砜或其它根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和透明度選擇的材料；這些材料可以容易成型為期望的形狀，輕且相對(duì)便宜，也能夠通過化學(xué)、放射或蒸汽滅菌。對(duì)構(gòu)造材料附帶的期望特征是其對(duì)制造技術(shù)的適應(yīng)能力、其對(duì)將其包裝、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)捻槒男裕约疤峁┓乐蛊茐幕蛭廴镜谋Ｗo(hù)。

圖1a-1h例示了用于本發(fā)明的中空纖維過濾器5(在圖1h中可見的結(jié)構(gòu)特征比在圖1b中示出的相同特征更容易看見)。所述過濾器5被制成濾筒，包括多個(gè)從濾筒入口端沿所述濾筒的長(zhǎng)度平行地延伸至濾筒出口端的中空纖維(hf)。通過與制造中空纖維濾筒時(shí)共同的方法，所述中空纖維的一部分從其外部被封裝在所述濾筒的兩端；所述中空纖維通過所述濾筒的壁和位于所述濾筒末端的封裝材料44封閉。封裝化合物的例子有環(huán)氧樹脂和聚氨酯。結(jié)果，形成以濾筒壁19、封裝端44和hf的壁17為邊界的腔室。該腔室可以被用作本發(fā)明的濾液腔室?？梢哉f存在多個(gè)滲余液腔室，每個(gè)對(duì)應(yīng)于單個(gè)hf內(nèi)腔空間。然而，為了描述的目的，在本發(fā)明的系統(tǒng)中這些內(nèi)腔空間被整體地認(rèn)為構(gòu)成滲余液腔室。

例示的中空纖維過濾器的內(nèi)腔(中空纖維)的壁17是選擇性可滲透的，方便地提供了在所述系統(tǒng)的描述中提及的選擇性可滲透壁。所述過濾器濾筒的外壁19(所述濾筒壁)包括在所述系統(tǒng)的描述中提及的選擇性屏障，該屏障也是選擇性可滲透的。

圖2同樣例示了圖1a到1h的封閉過濾系統(tǒng)，但示出了其增設(shè)的封蓋50和51。在圖2中，所述封閉過濾系統(tǒng)1連接至連接器管線3(即流體連接器管線)并且經(jīng)由收獲端口12連接至收獲管線13。此外，所述系統(tǒng)在每個(gè)末端都被封蓋50和51封閉，以便其不這樣便會(huì)被暴露的末端被完全封閉。所述流體連接器管線和收獲管線呈卷曲狀示出，原因是在該特殊實(shí)例中它們需要被卷曲，以便它們可以被封蓋封閉。流體連接器管線3和收獲管線13在它們的末端用防護(hù)物52保護(hù)。

圖2中的附圖標(biāo)記4、5和15應(yīng)用于它們?cè)趫D1a到1h中所指的相同組件。

圖3例示了在圖1a-1h中所示的封閉過濾系統(tǒng)1的變形。在圖3中示出的系統(tǒng)501具有沒有出現(xiàn)在圖1a-1h的系統(tǒng)中的濾液貯存器564。在圖3中，濾液貯存器564和反應(yīng)器腔室511通過分隔屏障560彼此分隔開，所述分隔屏障560不允許所述貯存器564與腔室511之間的直接流體交換。所述濾液貯存器564和反應(yīng)器腔室511均獨(dú)立地與所述過濾器元件505的濾液腔室510進(jìn)行流體交換。所述濾液腔室510與反應(yīng)器腔室511之間的流體交換通過所述過濾器元件505的一部分實(shí)現(xiàn)，所述過濾器元件505具有與圖1a-1h中的過濾器元件515的外壁結(jié)構(gòu)類似的外壁，即所述過濾器元件505的外壁是選擇性屏障。

相對(duì)地，所述濾液腔室510與所述濾液貯存器564之間的流體交換通過開口561實(shí)現(xiàn)，所述開口561提供了從所述濾液腔室510到貯存器564的直接途徑，其中可以經(jīng)由收獲端口562(“第二收獲端口”)和管線563收獲濾液。來自反應(yīng)器腔室511的收獲物經(jīng)由管線513收集，所述管線513可以穿過管道512進(jìn)入反應(yīng)器腔室，所述管道512延伸進(jìn)入所述腔室，起到端口的作用(“第一收獲端口”)。

在圖3的系統(tǒng)501中，所述殼體515類似于圖1a-1h中的殼體15。

在圖3中，示出的不同形式的關(guān)鍵連接(包括流體連接器部分503)、收獲管512、562、泵504、過濾器元件505和其它系統(tǒng)配件被封閉并且被封蓋550和551完全保護(hù)著。這種封蓋也可以封閉連接至所述系統(tǒng)或該系統(tǒng)的不同區(qū)室的其它管線或設(shè)備。這些管線或設(shè)備可能包括管道、傳感器、電線、過濾器等；這些設(shè)備可以進(jìn)一步被二級(jí)防護(hù)物封閉或保護(hù)；例如，流體連接器部分503和收獲管道563，在其末端可以進(jìn)一步用防護(hù)物552保護(hù)；因此，當(dāng)封蓋550被移除并且流體連接器部分503和收獲管線563被暴露時(shí)，它們的內(nèi)部體積保持免受污染，同時(shí)保持它們可以以無菌方式的連接至其配對(duì)物。

然而，可以看出，如圖1a-1h描述的封閉過濾系統(tǒng)1的許多其它部件和特征出現(xiàn)在了圖3的系統(tǒng)501中。例如，所述過濾器元件5的所有部件與圖3中的過濾器元件505基本相當(dāng)。同樣，隔膜泵4和504，以及過濾器元件與泵之間的相互連接，不僅出現(xiàn)在圖1a和1b中，也出現(xiàn)在圖3中。這種共用部件進(jìn)一步包括但不限于滲余液腔室45和545，以及選擇性可滲透屏障19和519。此外，圖1a-1h的流體交換端口35出現(xiàn)在圖3中。

圖2和3中示出的封閉的流體過濾系統(tǒng)和濾液貯存器系統(tǒng)可以分別封進(jìn)保護(hù)袋的內(nèi)部，用于對(duì)污染和誤操作進(jìn)行附加防護(hù)；整個(gè)系統(tǒng)可以一次滅菌。這種安全特征在可預(yù)見的應(yīng)用中是必要的，比如透析以及其它醫(yī)療或細(xì)胞培養(yǎng)相關(guān)應(yīng)用。在圖1a-1h，以及圖2和3(如果適用)中，所述流體連接器3的主要功能是提供一種可靠的、無菌的、低剪切力的流體導(dǎo)管。優(yōu)選地，它應(yīng)該允許處理容器與流體過濾系統(tǒng)1之間的雙向性流動(dòng)；此外，當(dāng)使用所述系統(tǒng)作為一次性單元時(shí)，在這種一次性單元與所述處理容器之間形成可靠且簡(jiǎn)便的連接變得很有必要。所述流體連接器503的一種優(yōu)選特征是能夠以無菌且可靠的方式在所述流體過濾系統(tǒng)1與處理容器2之間形成、破壞或再重新形成連接。存在許多眾所周知的用于以無菌的方式連接或破壞流體連接器的技術(shù)，包括管焊機(jī)、可sip閥門配件的使用、在生物安全罩內(nèi)連接或拆開無菌的管接頭、無菌連接器的使用，比如clean-pack(pall公司)或dactm(ge公司)，或者就此而言允許管道部分之間無菌的連接或斷開的任何其它設(shè)備；然而，這種連接并不排除使用流體連接器，所述流體連接器可以包括多于一個(gè)的流體連接器，其中一個(gè)或多個(gè)連接器用于將流體輸送到所述封閉過濾系統(tǒng)，并且一個(gè)或多個(gè)連接器用于輸送來自所述封閉過濾系統(tǒng)的流體；這種連接器可以包括各式的閥門、管接頭、或?qū)Υ┻^所述導(dǎo)管的流動(dòng)有影響的設(shè)備(包括止回閥、傳感器、限流器等)。當(dāng)需要時(shí)，所述流體連接器也可以被分配接入在處理容器或多個(gè)容器或多個(gè)封閉反應(yīng)器系統(tǒng)上的超過一個(gè)的端口。所述流體連接器也可以包含探測(cè)器，比如流量計(jì)(用于監(jiān)控穿過所述連接器的流速)、ph值探測(cè)器、溶解氧探測(cè)器等，用于監(jiān)控流過所述流體連接器的培養(yǎng)物的活性。容器與封閉的反應(yīng)器系統(tǒng)之間的快速流動(dòng)反映了所述封閉的反應(yīng)器系統(tǒng)和處理容器中的條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到將上述或相似改裝任意結(jié)合到所述的流體連接器。

對(duì)于所述封閉的過濾系統(tǒng)和濾液貯存器系統(tǒng)，連接器管線通常會(huì)經(jīng)由滲余液腔室入口端適配器連接至所述滲余液腔室的入口端。在所述封閉過濾系統(tǒng)的一種實(shí)施例中(被稱為改進(jìn)的適配器實(shí)施例)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：

1)貯存器適配器，作為其滲余液入口端適配器，以使所述貯存器適配器除了被連接至第一連接器管線外，還包括第二連接器管線；

2)引導(dǎo)管，在其兩個(gè)末端中的一個(gè)末端處連接至所述交變流泵的入口腔室，所述引導(dǎo)管延伸至位于所述封閉的過濾系統(tǒng)外部的點(diǎn)，以使在所述泵的入口腔室中的滲余液可以在所述系統(tǒng)的外部被收集。

圖1i例示了所述封閉過濾系統(tǒng)的改進(jìn)適配器實(shí)施方案的實(shí)例?？梢钥闯鰣D1i可以被認(rèn)為是圖1a-1h中例示的封閉過濾系統(tǒng)的改進(jìn)版。

其中所述系統(tǒng)包括貯存器適配器42。除了連接至所述貯存器適配器的連接器管線71外，還存在連接至所述貯存器適配器的第二連接器管線73。連接器管線71可以連接至諸如容器的流體外部源，但特別適合于經(jīng)由導(dǎo)管連接至人體血液流，在該情形中，所述連接器管線也將被連接至所述血液流。血液將經(jīng)由管線71進(jìn)入所述過濾系統(tǒng)并經(jīng)由管線73離開所述過濾系統(tǒng)。以這種模式，所述系統(tǒng)適合用于血液和腎透析。

在透析模式中，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于利用了交變切向流過濾系統(tǒng)的好處，但是病人體內(nèi)的血流通常是相同方向的。

當(dāng)管線71連接至所述系統(tǒng)外部的容器(比如圖1a中的容器)時(shí)，如果由于連續(xù)過濾出現(xiàn)小容量，所述改進(jìn)的適配器實(shí)施方案也非常適于從所述容器中回收這種小容量。

在該改進(jìn)的適配器實(shí)施方案中，可以在所述貯存器適配器中增加壓力傳感器。

從圖1i中可以看出，該實(shí)施方案也包括引導(dǎo)管60、62，所述引導(dǎo)管可以被認(rèn)為分別具有兩部分60和62。所述引導(dǎo)管可用于回收滲余液，特別是最終滲余液體積，并且一般可用于滲余液取樣。它還可用于稀釋所述滲余液。

所述貯存器適配器的體積優(yōu)選等于或略大于所述隔膜泵4的位移體積，但它可以是任意尺寸。

泵72和74允許對(duì)加入所述貯存液適配器的流體和從所述貯存器適配器中移除改性后的(濃縮)流體的速率進(jìn)行控制。所述兩個(gè)泵可以以一種允許貯存器適配器42增壓的方式被用作閥門。所述系統(tǒng)從而可以被增壓(要求沒有真空操作)，這在許多過濾應(yīng)用中有效。

隔膜泵(“所述貯存器泵”)可以被用于代替所述貯存器適配器，在這種情形中，所述系統(tǒng)將包括兩個(gè)這樣的泵。所述貯存器泵將具有兩個(gè)連接至其腔室之一的連接器管線。其它腔室將連接至所述過濾器元件。所述兩個(gè)泵的隔膜將同步移動(dòng)。

所述封閉過濾系統(tǒng)的特征促進(jìn)了它們的應(yīng)用范圍、儲(chǔ)存和可運(yùn)輸性。例如，如圖2和3中所示，整個(gè)系統(tǒng)可以被包裝在整裝的(self-contained)容器內(nèi)。所述泵、過濾器、流體連接器、收獲管線、改性劑模塊、改性劑懸浮溶液都可以方便地預(yù)裝配、封閉并且無菌地提供。

本發(fā)明的重要屬性在于所述封閉過濾系統(tǒng)的閉合特性(正如以下對(duì)封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)的描述)。所述系統(tǒng)的封閉特性同樣可以實(shí)現(xiàn)有害物質(zhì)(即腐蝕、易燃、生物有害等)的過濾應(yīng)用，如果適當(dāng)?shù)倪^濾器和所有其它部件是由與所述過程兼容的材料制成的話。這可能包括使用由金屬、陶瓷或其它材料制成的過濾器。相似地，所述系統(tǒng)的隔膜或其它部件也可以由任意數(shù)量的與所述過程的要求兼容的材料制成。如已經(jīng)描述過的，所有部件可以以這樣一種完全封閉所述過程的方式連接。

封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)和方法

所述封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)，在一個(gè)優(yōu)選方面，包括如下：

1)中空纖維過濾器元件(優(yōu)選為圓柱形中空纖維過濾器濾筒)，所述過濾器元件包括入口端和出口端，所述過濾器元件進(jìn)一步包括多個(gè)(多于一個(gè))過濾滲余液腔室，每個(gè)過濾滲余液腔室是一個(gè)兩端開口的中空纖維，所述纖維被配置成平行于所述過濾器元件的中心軸線(所述中心軸線從所述過濾器元件的一端延伸穿過所述圓筒的中心去往另一端)，其中所述纖維的每個(gè)在都所述過濾器元件的入口端具有入口并且在所述過濾器元件的出口端具有出口，并且其中每根纖維包括半滲透的外壁，所述過濾器元件進(jìn)一步包括濾液腔室，所述濾液腔室封閉所述纖維但卻不堵塞纖維的開口端，從而所述纖維的半滲透外壁也成為濾液腔室的一部分；

2)濾液收獲管道(優(yōu)選為硬質(zhì)的)，所述管道經(jīng)由所述過濾器元件入口端伸入所述過濾器元件及其濾液腔室，優(yōu)選地，所述管道沿所述過濾器元件的中心軸線配置；

3)交變流隔膜泵，所述泵連接至所述過濾器元件的出口端，以允許來自所述泵的流體進(jìn)入所述過濾滲余液腔室，所述泵包括泵殼、兩個(gè)腔室以及分隔所述腔室的隔膜；

4)處理腔室，所述處理腔室封閉所述濾筒，所述腔室包括基底、外壁(優(yōu)選為圓柱形)、基底和頂板，其中所述基底以密封的方式附著于所述外壁和泵殼，并且其中所述頂板被所述收獲管道穿透，以便流體可以從所述濾液腔室流到所述貯存器腔室的外部；

5)一個(gè)或多個(gè)處理腔室收獲管線和一個(gè)或多個(gè)處理腔室附加管線，所述收獲管線和附加管線穿透所述處理腔室的頂板、外壁或基底，以便流體可以從所述處理腔室被收獲或移出，或者可以被加入到所述處理腔室；

6)位于所述處理腔室的頂板(優(yōu)選的)、外壁或基底中的端口，氧氣可以通過該端口送入所述處理腔室，所述端口包括無菌過濾器以防止所述處理腔室被微生物污染；和

7)位于所述處理腔室的頂板(優(yōu)選的)、外壁或基底中的端口，傳感器可以通過該端口插入所述處理腔室。

優(yōu)選地，所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)的前述優(yōu)選方面包括管狀流體連接器，所述管狀流體連接器位于所述處理腔室內(nèi)部并且，優(yōu)選但不僅限于，繞所述過濾器元件配置，以便所述連接器不與所述過濾器元件直接接觸，所述連接器包括密封的出口端或密封端，和入口端，所述密封端被配置在所述處理腔室的頂板與所述過濾器元件的入口端之間，所述收獲管道穿透所述密封端，所述密封端用于使流出所述過濾器元件入口的流體偏轉(zhuǎn)，以便該流體流過將所述流體連接器和過濾器元件分離的分離空間，所述流體連接器包括開口端，所述偏轉(zhuǎn)的流體穿過所述開口端可以進(jìn)入所述處理腔室；

優(yōu)選地，所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)在其基底中包括多個(gè)分布器孔，這些孔用作部分端口，氧氣穿過所述孔送入所述處理腔室。

同樣優(yōu)選地，所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括位于所述貯存器腔室的外壁、頂板或基底中的附加端口，以使流體(或包含懸浮細(xì)胞的流體)可以被加入所述處理腔室。

同樣優(yōu)選地，所述封閉生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括攪拌裝置；通過位于所述貯存器腔室內(nèi)部并且包圍所述流體連接器管道的全部或一部分且端部開口的引流管(兩端開口；優(yōu)選圓柱形)例示，所述引流管不與所述流體連接器直接接觸，所述引流管通過連接至所述貯存器腔室的外壁的支撐架固定。

所述泵的出口優(yōu)選地受到過濾器的保護(hù)，所述過濾器防止微生物進(jìn)入所述泵。

在一種特殊實(shí)施方案中，所述流體連接器管道的密封端被改造，以使它包括提升閥，所述提升閥允許流體在一個(gè)方向上移動(dòng)，直接從所述處理腔室進(jìn)入所述閥與所述過濾器元件的入口端之間的空間。然而，所述提升閥不允許流體在相反的方向上流動(dòng)，使流出所述過濾器元件入口的流體偏轉(zhuǎn)，以使該流體流過分離所述管道與過濾器元件的空間，將從所述過濾器元件的入口端流出的流體引導(dǎo)至所述處理腔室。

一種封閉的生物反應(yīng)器在總體方面包括如下：

1)過濾器元件，所述過濾器元件包括位于入口端的入口和出口端的出口，所述過濾器元件進(jìn)一步包括多個(gè)過濾滲余液腔室(比如多個(gè)中空纖維)，其中所述過濾滲余液腔室的每個(gè)都包括在所述過濾器元件的入口端的入口和在所述過濾器元件的出口端的出口，所述過濾滲余液腔室的每個(gè)進(jìn)一步包括外壁，每個(gè)所述外壁包括半滲透部分，所述過濾器元件進(jìn)一步包括濾液腔室，所述濾液腔室封閉所述過濾滲余液腔室外壁的半滲透部分但卻不堵塞所述過濾滲余液腔室的出口或入口，從而所述過濾滲余液腔室的外壁的半滲透部分也成為濾液腔室壁的一部分；

2)濾液收獲管道，所述管道伸入所述過濾器元件及濾液腔室，以允許流體離開所述濾液腔室；

3)交變流泵，所述泵連接至所述過濾器元件的出口端，以允許來自所述泵的流體進(jìn)入所述過濾滲余液腔室，所述泵包括泵殼、兩個(gè)腔室以及分隔所述腔室的隔膜；

4)處理腔室，所述處理腔室封閉所述過濾器元件，所述腔室包括外壁，其中所述外壁以密封的方式附著于所述泵殼，其中所述外壁被所述收獲管道穿透，以使流體可以從所述濾液腔室流到所述貯存器腔室的外部；

5)處理腔室收獲管線和附加管線，所述收獲管線和附加管線穿透所述貯存器腔室的外壁，以使流體可以從所述處理腔室分別被收獲或移出，或者可以被加入到所述處理腔室；

6)位于所述貯存器腔室的壁中的端口，氧氣可以通過該端口送入所述貯存器腔室，所述端口包括無菌過濾器以防止所述貯存器腔室被微生物污染；和

7)位于所述處理腔室的頂板(優(yōu)選的)、外壁或基底中的端口，傳感器可以通過該端口插入所述處理腔室。

優(yōu)選地，對(duì)所述系統(tǒng)的總體方面進(jìn)行改造，以使它進(jìn)一步包括管狀流體連接器，所述管狀流體連接器位于所述處理腔室內(nèi)部并且優(yōu)選繞所述過濾器元件配置，以便所述連接器不與所述過濾器元件直接連接，所述連接器包括密封端和入口端，所述密封端被配置在所述處理腔室的壁與所述過濾器元件的入口之間，所述收獲管道穿透所述流體連接器，所述密封端用于使流出所述過濾器元件入口的流體偏轉(zhuǎn)，以便該流體優(yōu)選地流過將所述流體連接器和過濾器元件分離的空間，所述流體連接器包括開口端，所述偏轉(zhuǎn)的流體穿過所述開口端可以進(jìn)入所述貯存器腔室。

優(yōu)選地，對(duì)所述系統(tǒng)的總體方面進(jìn)行改造，以包括位于其壁中的單個(gè)或多個(gè)孔，氧氣穿過所述孔送入所述處理腔室。

同樣優(yōu)選地，對(duì)所述系統(tǒng)的總體方面進(jìn)行改造，以包括位于所述處理腔室的壁中的附加端口，以便流體(或包含懸浮細(xì)胞的流體)可以被加入所述貯存器腔室。

同樣優(yōu)選地，對(duì)所述系統(tǒng)的總體方面進(jìn)行改造，以包括攪拌裝置；通過位于所述處理腔室內(nèi)部并且包圍所述流體連接器管道的全部或一部分且端部開口的引流管(兩端開口)例示，所述引流管不與所述流體連接器直接接觸。

在所述封閉的生物反應(yīng)器發(fā)明的優(yōu)選方面或總體方面中，從所述泵延伸至外部控制器的管線優(yōu)選地包括防止微生物進(jìn)入所述泵的無菌過濾器。此外，在該優(yōu)選方面或總體方面中，所述流體連接器管道的密封端被改造，以使它包括提升閥，所述提升閥允許流體在一個(gè)方向上移動(dòng)，直接從所述處理腔室進(jìn)入所述閥與所述過濾器元件的入口端之間的空間。然而，所述提升閥不允許流體在相反的方向上流動(dòng)，使流出所述過濾器元件入口的流體偏轉(zhuǎn)，以使該流體流過分離所述管道與過濾器元件的空間。

在所述封閉生物反應(yīng)器發(fā)明的優(yōu)選方面或總體方面中，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括沿所述過濾器元件的中心軸線設(shè)置的硬質(zhì)收獲管道，所述管道從所述濾液腔室的內(nèi)部延伸穿過所述生物反應(yīng)器的頂部到達(dá)所述生物反應(yīng)器的外部。

在所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，所述處理腔室可以被用作生物反應(yīng)器。作為生物反應(yīng)器，它可以被用于培養(yǎng)各種細(xì)胞類型。所述過濾器元件(濾液腔室加滲余液腔室)將起到細(xì)胞分離設(shè)備的作用，用于移除消耗后的培養(yǎng)基和用新鮮培養(yǎng)基替換消耗后的培養(yǎng)基。所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)可以被用作一次性灌流生物反應(yīng)器。這樣一種系統(tǒng)可以極大地簡(jiǎn)化連續(xù)培養(yǎng)的過程。它可以消除在建立帶有生物反應(yīng)器的細(xì)胞分離系統(tǒng)時(shí)會(huì)涉及的常常復(fù)雜的設(shè)置。它可以減少用于維持連續(xù)培養(yǎng)中的細(xì)胞株(cellline)(如在研究、開發(fā)或生產(chǎn)中所需要的)所花費(fèi)的精力。

期望本發(fā)明的封閉反應(yīng)器系統(tǒng)是可滅菌的并且滅菌之后，它可以被充分密封地保存以防止隨后其內(nèi)部被外部微生物污染，否則這些微生物就將在其滅菌之后進(jìn)入所述系統(tǒng)的內(nèi)部。同樣期望這些系統(tǒng)是這樣一種使得所述系統(tǒng)成為一次性的構(gòu)造并且由使得所述系統(tǒng)成為一次性的材料制成。

所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)方法，在總體方面，包括使流體在處理腔室與多個(gè)封閉在所述處理腔室內(nèi)的過濾滲余液腔室之間向后及向前循環(huán)，其中流體經(jīng)由連接至所述過濾滲余液腔室的泵在交變的方向上驅(qū)動(dòng)，其中流體穿過所述過濾滲余液腔室的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致流體在所述過濾滲余液腔室與濾液腔室之間轉(zhuǎn)移，所述濾液腔室通過半透膜與所述過濾滲余液腔室分隔，所述濾液腔室被所述處理腔室封閉。

通常，來自所述濾液腔室的物料在培養(yǎng)物的處理過程中將至少收獲一次。

該過程優(yōu)選地使用本文所描述的封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施。

圖4a-4e顯示在圖1a-1h中所示的封閉的過濾系統(tǒng)的許多必要特征被保留。然而，在圖4a-4e的情形中，所述處理腔室211可以被用作包含動(dòng)物細(xì)胞或其它微生物的培養(yǎng)物的細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其中這種內(nèi)含物可以用作滲余液209。過濾器元件205像圖1a-1h中那樣呈現(xiàn)，處理腔室的尺寸、組成和構(gòu)造可以根據(jù)需要改變。所述處理腔室211在這里起到與圖1a所示處理容器2相同的作用。與圖1a-1h中系統(tǒng)的另一個(gè)相似之處是：就像所述流體連接器3在所述反應(yīng)器腔室11與處理容器2之間提供導(dǎo)管一樣，流體連接器203在過濾器元件205與所述處理腔室211之間提供導(dǎo)管。所述流體連接器203引導(dǎo)流體從過濾器元件205的入口端242進(jìn)入所述貯存器腔室211。所述流體連接器包括流體連接器入口和流體連接器出口。所述流體連接器203可以被進(jìn)一步以這樣一種方式配置，即引導(dǎo)排入腔室211的流體以使所述腔室內(nèi)的混合最大化并且增加轉(zhuǎn)移進(jìn)入在所述腔室內(nèi)部的培養(yǎng)物中的氧氣，同時(shí)使剪切力最小。如圖4a和4b中的一種形式所示，在過濾器元件205的壁219與流體連接器203之間，流體連接器203限定出允許流體流動(dòng)的分離空間284。進(jìn)一步，位于所述處理腔室211的基底243(和225)的泵204連接至所述過濾器元件205的出口端，與圖1a中過濾器元件5如何連接至泵4相似。圖1中泵、泵適配器、和泵殼、泵空氣入口的部件6、7、8、23、27和29分別與圖4a-4e中部件206、207、208、223、227和229相似。其它部件包括但不限于所述無菌過濾器222和管線(管道)221。另一個(gè)相似點(diǎn)在于設(shè)置在所述過濾器入口端242之上的流體連接器管道203的流體接收端。圖1a-1h示出的系統(tǒng)與圖4a-4e示出的系統(tǒng)之間的主要不同之處在于流體連接器管道203從入口端242處的延伸。其中在圖1a中，所述流體連接器延伸至外部容器2，在圖4a-4e中所述流體連接器203延伸進(jìn)入內(nèi)部容器，即貯存器腔室211。優(yōu)選地，所述流體連接器向下朝所述過濾器元件205的基底243并關(guān)于所述過濾器元件205對(duì)稱地(優(yōu)選但不排除其他方式)延伸，并且止于所述處理腔室的基底225之上的處理腔室中。

因此，在所述泵204的壓力循環(huán)期間，流體從泵室207流過起到過濾滲余液腔室的作用的中空纖維內(nèi)腔(圖4a、4b和4c，同樣參見圖1a-1h中的45、17)。所述流體然后經(jīng)由位于這些滲余液腔室的入口端271處的入口270(圖4d)在所述過濾器元件入口端242流出。所述流體然后被導(dǎo)入所述流體連接器203，隨后通過開口230(見圖4a)排入位于所述流體連接器另一端的處理腔室。圖4a中，配置在所述過濾器元件入口端242與頂板216之間的流體連接器被密封。因此，來自所述過濾器元件入口的流體不能穿過所述流體連接器的該端部流出，而是被朝開口230偏轉(zhuǎn)。

在所述隔膜泵的排氣循環(huán)期間，流體流的方向反向，從處理腔室211穿過開口230流入所述流體連接器203，穿過入口端242流入所述中空纖維，經(jīng)由它們位于它們的出口端273的出口272流出所述纖維，并且返回泵室207(所述纖維的出口和出口端的位置參見圖1)。除了提供用于過濾過程的切向流之外，由于排入所述反應(yīng)器腔室211的流體的速度，所述交變流也會(huì)在所述處理腔室211中形成混合。在圖4a中，除了由泵204和處理腔室之間的可逆流產(chǎn)生的混合外，可能需要進(jìn)一步的攪拌；圖4a和4b中示出了這樣的一種實(shí)例；示出的是存在位于所述處理腔室內(nèi)的兩端開口的管狀引流管，以促進(jìn)所述反應(yīng)器腔室內(nèi)的混合，所述引流管繞所述流體連接器203配置，但與所述流體連接器之間留有距離。所述引流管224包括敞開的引流管入口和敞開的引流管出口。空氣或氧氣穿過對(duì)稱設(shè)置在所述引流管外周的開口231鼓泡進(jìn)入所述處理腔室，提供了流體上升能，產(chǎn)生繞所述引流管的兩端的循環(huán)流；本領(lǐng)域可以充分理解該過程，并且該過程在后文中被進(jìn)一步描述。

在圖1a中，所述屏障19優(yōu)選為選擇性屏障，以調(diào)節(jié)所述濾液腔室10與反應(yīng)器腔室11之間的交換。然而，在圖4a的系統(tǒng)中，盡管可以使用選擇性屏障219，但屏障219通常會(huì)是非滲透性屏障，以防止相鄰的腔室210和211之間的混合。

盡管可以理解的是，可以以多種方式接入所述濾液腔室210或通過多種手段從所述系統(tǒng)移除濾液腔室210中的過濾物料，圖4a、4d和4e示出了一種實(shí)例：濾液收獲管線213連接至優(yōu)選地硬質(zhì)濾液收獲管道214，所述管線和管道提供了從所述濾液腔室210中移除濾液(例如無細(xì)胞的濾液)的途徑。從所述培養(yǎng)物中移除的培養(yǎng)基作為濾液被新鮮培養(yǎng)基，例如經(jīng)由連接至可用端口(也被稱為“導(dǎo)管”)之一的附加管線281，替換，該可用端口連接至所述處理腔室。收獲泵249控制濾液的移除速率。處理收獲管線244從所述系統(tǒng)外部延伸進(jìn)入處理腔室211。管線244可選地可以連接至下述類型的歧管或其它管線。

連接至收獲管線244的泵可以用于“抽取”所述培養(yǎng)物，這是用于控制細(xì)胞濃度的常用過程。使用常規(guī)的抽運(yùn)系統(tǒng)、程序和控制，可以手動(dòng)地或自動(dòng)地對(duì)添加到所述系統(tǒng)的流體，或者從所述系統(tǒng)移除的流體進(jìn)行控制。多個(gè)端口和導(dǎo)管可以被插入所述處理腔室的壁或頂板中，或者可以是連接至管線比如244的歧管的一部分(圖5中的端口245、246和247)。其它可用于介質(zhì)、懸浮物、基質(zhì)、氣體或其它添加物的添加。其它端口可以用作通風(fēng)孔238或用于取樣234(圖4a；同樣圖5a中的歧管)。將所述收獲管道214設(shè)置在所述濾液腔室210的中心，即沿所述過濾器元件205的中心軸線設(shè)置(圖4a、4d和4e)是有益的。在所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，通過使所述收獲管道需要穿透的壁的數(shù)量最小化，這種布置使整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組裝容易。它同樣消除了細(xì)胞可能附著并積聚在其上的障礙物，或使細(xì)胞可能附著并積聚的障礙物最小化，例如通過垂直于所述流體連接器203和處理腔室211中流道的收獲管道的布置可以現(xiàn)實(shí)。濾液收獲管道214，尤其為硬質(zhì)時(shí)，也可以用作流體連接器203的附著位置，所述管道在該位置穿透所述流體連接器。所述濾液收集管道還可以服務(wù)于用于控制穿過所述流體連接器或系統(tǒng)的其它部分的流動(dòng)的流動(dòng)控制設(shè)備的布置，如將被展示的。

必需維持細(xì)胞的高濃度和高活性的系統(tǒng)(比如在圖4a-4e中)也必需為培養(yǎng)物提供其基本需要，由于熟悉細(xì)胞培養(yǎng)或類似應(yīng)用的技術(shù)人員了解這些基本需要時(shí)什么，因此只給出了較少的實(shí)例：

氧氣-充足的氧氣水平是在高細(xì)胞濃度下維持培養(yǎng)物所需的關(guān)鍵要素。圖4a、4b和4c示出了一種加氧系統(tǒng)的實(shí)例，所示的是噴嘴環(huán)230通過孔231將氣體排入處理腔室211中。所述噴嘴環(huán)可以對(duì)稱設(shè)置在所述貯存器腔室211的基底225或泵法蘭226內(nèi)。通道232，可以從所述孔有效延伸至所述處理腔室的外壁215，供應(yīng)穿過通道232的氣體，所述通道232橫穿所述處理腔室壁215并且在其入口處包括過濾器233，以對(duì)流入氣體進(jìn)行滅菌。這種圓形管狀噴嘴環(huán)230和噴嘴孔231在所述泵法蘭226的生產(chǎn)過程中可以預(yù)成型在泵法蘭226中。

可以看出，所述孔231配置在所述處理腔室靠近所述隔膜泵的一端。

噴嘴孔231可以沿所述基底225布置，以使氧氣傳輸最大化，減小剪切力并增大攪拌。噴嘴孔231或空氣入口組件的其它部分可以配備單向止回閥，以保證僅在一個(gè)方向上流動(dòng)，防止反向流入所述噴嘴環(huán)230。另一種將氧氣輸入培養(yǎng)物的方法(未示出)可以包括在所述引流管支撐架252中形成通道，用于將氣體輸入所述引流管224自身中。這種引流管其自身可能以這樣一種方式配置，即，使得進(jìn)入所述引流管的氧氣可以經(jīng)由噴灑機(jī)構(gòu)或擴(kuò)散機(jī)構(gòu)以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式輸入所述培養(yǎng)物中。

攪拌-培養(yǎng)物的混合，也是懸浮培養(yǎng)的關(guān)鍵方面，它可以通過數(shù)個(gè)已知的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；圖4a-4b中示出了一個(gè)實(shí)例，其中引流管224以所述過濾器元件205為中心并圍繞所述過濾器元件205設(shè)置。在與所述噴嘴孔231的組合中，由上升的氣泡產(chǎn)生的上升流在所述引流管中形成流體流浮升力。流體上升流可以由所述引流管224外部的氣泡產(chǎn)生，并且在下降流中流體穿過位于所述引流管的底部與所述反應(yīng)器底部225之間的引流管出口229的中心返回，以恢復(fù)循環(huán)流。注意，隔膜泵法蘭226和反應(yīng)器基底225可以被成型為使形成的細(xì)胞積聚的死區(qū)最小化，并且促進(jìn)所述培養(yǎng)物的循環(huán)流。當(dāng)所述貯存器中存在液體時(shí)，所述引流管的頂端保持在液位237之下。這種“空氣-提升”的攪拌方法是很容易理解的過程并且可以被熟知該過程的技術(shù)人員改變。所述引流管的連接和布置可以以多種方式完成。如圖4a所示，它可以通過引流管支撐架252固定到所述反應(yīng)器壁215，或者通過其它附著件固定到頂板216或基底225。位于所述反應(yīng)器頂部的通氣管238將為添加的氣體或一般氣流提供通氣孔。

另一種可能的攪拌形式包括利用由所述隔膜泵形成的交變流。如圖4d和4e所示，可以將單向止回閥組件225整合到所述流體連接器203中，所述單向止回閥可以引導(dǎo)穿過所述流體連接器的流動(dòng)，并且在所述處理腔室211中引導(dǎo)流動(dòng)方向。如圖4a和4d所示：在泵204的排氣循環(huán)期間，總體流動(dòng)是從所述處理腔室211到泵室207。如前所述，至少部分流動(dòng)被引導(dǎo)穿過提升閥開口246并且部分流動(dòng)將繼續(xù)穿過開口230行進(jìn)。通過在所述流體連接器內(nèi)產(chǎn)生的相對(duì)于所述反應(yīng)器腔室的負(fù)壓，以及通過來自所述處理腔室211的流體在其去往泵室207的過程中流過端口246進(jìn)入所述過濾器元件205的流動(dòng)所產(chǎn)生的合力，將使可以是彈性材質(zhì)的提升閥228(見圖4d和4e)受力離開開口246(見圖4a)。另一方面，在泵的壓力循環(huán)期間，當(dāng)流動(dòng)方向反向時(shí)，來自泵室207的流動(dòng)流入所述過濾器元件205，出現(xiàn)在所述入口端242并且迫使提升閥228抵靠開口246，有效地阻擋流體進(jìn)一步流過這些開口；從而，流動(dòng)僅可以繼續(xù)行進(jìn)穿過所述流體連接器203，從開口230出現(xiàn)(見圖4a)。該過程使所述處理腔室211內(nèi)出現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)以促進(jìn)混合。所述閥225的定位或其構(gòu)造可以根據(jù)需要改變。其它常規(guī)的攪拌形式可以被用于促進(jìn)所述處理腔室內(nèi)的混合。

所述系統(tǒng)的溫度控制可以以不同的方式完成，包括使用熱包層、水或空氣夾套、加熱元件等。

所描述的封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)可以為不同的用途定制并且實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)果。

所述封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例如圖4f所示。圖4f中的實(shí)施例示出了一種封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述處理腔室211位于袋子215內(nèi)部，并且所述袋子215也用作整個(gè)系統(tǒng)的外殼，類似圖4a中的系統(tǒng)。然而，所述過濾器元件205的布置在本實(shí)施例中是水平的。同樣，在圖4中出現(xiàn)的引流管224和空氣噴射孔231在這里沒有出現(xiàn)，而是對(duì)培養(yǎng)物提供了其他形式的攪拌和氧氣輸送。所述泵204連接至所述過濾器元件的一端，即所述出口端243；在其另一端或入口端242，所述過濾器元件連接至流體連接器203，或者所述入口端可以直接排入所述袋子中。如前所述，由所述隔膜泵產(chǎn)生的流體流在泵室207與處理腔室211之間可逆地流過所述過濾器元件205。過濾出的收獲物可以從濾液腔室210利用端口212和收獲管線213以及泵204收集；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的添加或減少可以通過其它管線246、247(或者如果需要，其它管線)完成。此外，在圖4f中，部件54、206、208和219與圖4a、4b、4d和4e中部件54、206、208和219基本相同或功能相同。顯然，在圖4f中存在其它部件(盡管沒有標(biāo)記)，這些部件具有與圖4a、4b、4d和4e相同的意義。

相應(yīng)地，圖4f中的流體過濾系統(tǒng)可以被認(rèn)為是圖4a中的流體過濾系統(tǒng)的簡(jiǎn)化版。圖4f中缺少環(huán)繞所述過濾器元件205的連接器管道203、圓柱形引流管224、噴嘴環(huán)230和用于氧氣鼓泡進(jìn)入的孔231。

提供這些實(shí)施例是為了展示所述系統(tǒng)的一些、但不是所有的，可能配置?？梢韵胂笠环N泵位于上部位置而過濾器元件位于所述泵之下的系統(tǒng)。從所述隔膜泵排出的流體流入過濾器元件的頂部并在過濾器的下端排入所述反應(yīng)器腔室。這種實(shí)施方案在圖4g中被例示。注意，在圖4g中，端口250和管線244的端口僅在頂板216之下可見。這些端口在頂板216之上延伸，但是因?yàn)榘ㄓ胁糠直梅ㄌm的圓柱形部件226出于繪圖的目的遮蓋了這些端口，這些端口在頂板216之上的位置在圖4g中并不可見。

可以進(jìn)一步想象一種隔膜泵沒有直接連接至而是通過導(dǎo)管連接至所述過濾器元件的系統(tǒng)。其它實(shí)施例也是可能的。

取樣歧管和方法：

該歧管發(fā)明在總體方面包括：

(1)通道(比如管道的內(nèi)部通道)，所述通道包括第一端和第二端；

(2)連接至所述通道和管道的第一端的交變流隔膜泵，和

(3)設(shè)置在通道之上且位于通道的兩端之間的多個(gè)(多于一個(gè))探測(cè)器端口；其中通道的第二端口可以連接至流體源(比如容器或反應(yīng)器腔室)。

為了取樣或監(jiān)測(cè)通道內(nèi)流體的目的，端口提供了可以插入探測(cè)器或傳感器的位置。端口還提供了可以對(duì)通道中的內(nèi)含物進(jìn)行添加或減少的位置。當(dāng)被用于取樣時(shí)，每個(gè)探測(cè)器端口連接至探測(cè)器設(shè)備。每個(gè)探測(cè)器設(shè)備會(huì)是測(cè)量通道內(nèi)流體的物理或化學(xué)性質(zhì)的設(shè)備。所述測(cè)量包括但不限于對(duì)壓力、ph、或流體中存在的顆粒物質(zhì)的濃度的測(cè)量。

所述歧管發(fā)明可以進(jìn)一步包括位于其通道內(nèi)的過濾器元件和配置在所述過濾器元件與一個(gè)或多個(gè)端口之間的濾液腔室。例如，所述過濾器元件會(huì)是中空纖維過濾器濾筒。所述過濾器濾筒的外壁優(yōu)選為全滲透的，以便通過所述中空纖維的半滲透膜壁對(duì)較小物質(zhì)的尺寸選擇步驟進(jìn)行控制。

本發(fā)明的歧管取樣方法包括：

(1)使得來自容器(或腔室或區(qū)室)的流體進(jìn)入歧管通道；

(2)然后使得所述流體大部分或全部流出所述通道，以便返回所述容器，其中通過交變流隔膜泵控制所述流體的移動(dòng)；和

(3)當(dāng)所述流體位于所述通道中時(shí)，測(cè)量所述流體的性質(zhì)，通過連接至所述通道的探測(cè)器設(shè)備完成所述測(cè)量，所述探測(cè)器設(shè)備能夠測(cè)量所述流體的物理或化學(xué)性質(zhì)。

該方法優(yōu)選地利用上述的歧管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

在如本文所描述的交變切向流過程中，所述濾液腔室與滲余液區(qū)室(或腔室)之間的快速流體平衡可以促進(jìn)這種測(cè)量，以便可以在相同的樣品流中對(duì)滲余液和濾液進(jìn)行取樣。

圖5a和5b例示了取樣歧管259、260的兩種實(shí)施方式。從所述歧管到處理容器的連接244使易于從所述生物反應(yīng)器分離歧管，或從其與生物反應(yīng)器的連接分離歧管；并且使易于以無菌形式進(jìn)行該過程。通過使用可移除的取樣歧管，增強(qiáng)了所述生物反應(yīng)器系統(tǒng)(例如圖4a和4f)的可一次性利用的性質(zhì)，例如，所述取樣歧管可以經(jīng)由圖4a中管線244可逆地連接至生物反應(yīng)器，雖然可以直接將探測(cè)器插入處理腔室211(圖4a)，但這樣做并不方便。獨(dú)立的探測(cè)器可能很貴；并且如果用于所述生物反應(yīng)器會(huì)極大地增加所述系統(tǒng)的成本。探測(cè)器直接插入預(yù)消毒過的生物反應(yīng)器存在污染的風(fēng)險(xiǎn)；這種探測(cè)器可能在運(yùn)行中失效或漂移出校準(zhǔn)值，致使其無用并因此危害所述培養(yǎng)物。探測(cè)器可能很大，不容易如可能需要的那樣被小培養(yǎng)系統(tǒng)容納。因此，包含諸如本歧管發(fā)明的設(shè)備將是有益的，能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)無菌連接，對(duì)所述培養(yǎng)物頻繁取樣并通過分析樣品以監(jiān)測(cè)所述培養(yǎng)物的狀態(tài)。這種取樣將必須足夠快速以檢測(cè)培養(yǎng)物中的快速變化。在圖5a和5b中示出的歧管259和260能夠保有多個(gè)且不同的探測(cè)器比如261、263、264和265。來自探測(cè)器的輸出例如可以經(jīng)由管線262連接至控制器設(shè)備或能夠監(jiān)測(cè)這種輸出并提供數(shù)據(jù)輸出和對(duì)培養(yǎng)物參數(shù)(比如ph、do、co2及其它)的控制能力(未示出)。

歧管259和260都分別包括通道(比如管道)266和279，所述通道在一端(第一端)連接至泵274并且在另一端(第二端)可通過管線244連接至例如生物反應(yīng)器、生物反應(yīng)器系統(tǒng)或過濾系統(tǒng)，以便允許流體在所述歧管與生物反應(yīng)器之間流動(dòng)。通道266和279連接至隔膜泵274。這種泵類似于隔膜泵4和204，并且具有兩個(gè)由隔膜276分隔開的腔室277和278。如前對(duì)泵7和207所描述的，所述泵274能夠通過泵室277和處理腔室211接收并排出流體(見圖4a)。在容器與泵之間穿過管線244和探測(cè)器歧管的流體循環(huán)的頻率可以通過控制隔膜泵274的循環(huán)頻率控制。這提供了一種方便的控制所述培養(yǎng)物取樣速率的方法。探測(cè)器261、263、264和265可以被固定在所述歧管260中，其傳感端暴露在所述歧管通道266或279中。所述歧管通道266或279中的流體進(jìn)而可以被探測(cè)或監(jiān)測(cè)。在所述歧管內(nèi)的探測(cè)器必須以防止外部源對(duì)歧管內(nèi)流體的污染、并限制歧管內(nèi)的流體以免溢出的方式布置。盡管不是最優(yōu)選的，但使用連續(xù)泵(比如蠕動(dòng)泵)通過一個(gè)導(dǎo)管移除培養(yǎng)介質(zhì)，引導(dǎo)樣品穿過歧管260用于分析，然后通過另一個(gè)導(dǎo)管將樣品返回所述培養(yǎng)物容器，并不超出本發(fā)明構(gòu)思的保護(hù)范圍。

對(duì)于所描述的取樣歧管260，存在其它實(shí)質(zhì)性的好處。以下是一些例子：

1、所述取樣歧管也可以包含多個(gè)端口，比如267，用于例如經(jīng)由管線234、245或247，和例如泵248，對(duì)生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)物進(jìn)行添加和減少。從而可以極大地較少需要添加至所述封閉的反應(yīng)器系統(tǒng)的端口的數(shù)量，使該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便并簡(jiǎn)化其使用。

2、位于取樣歧管260與封閉的反應(yīng)器系統(tǒng)(比如圖4a中所示的201)之間的單個(gè)連接管線244，允許所述取樣歧管與使用常規(guī)的管焊機(jī)或相似的無菌連接器的容器之間快速附著或拆離。如果探測(cè)器失效或需要校準(zhǔn)，一個(gè)取樣歧管可以快速地被另一個(gè)替換，極大地降低培養(yǎng)物的風(fēng)險(xiǎn)。

3、這種取樣歧管可以與生物反應(yīng)器(比如圖4a中所示的201)分別制備和滅菌，極大地增加了它們的使用和滅菌的便利性。

4、所述取樣歧管易與一次性袋子一起使用。一次性袋子的一個(gè)局限是難以在所述袋子中設(shè)置多個(gè)探測(cè)器以及難以對(duì)袋子中的培養(yǎng)物條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。使用如所描述的探測(cè)器歧管可以減輕該障礙。

5、所描述的歧管可以以如圖5a所示的方式改造，包括位于通道266中過濾器元件285(比如中空纖維過濾器濾筒)。當(dāng)使用過濾器元件285時(shí)，優(yōu)選地使用包圍所述過濾器元件并且與端口263、264和267流體連接的歧管濾液腔室(或區(qū)室)286。雖然過濾器元件285在圖5a中的位置是個(gè)具體位置，然而所述過濾器元件和濾液腔室286可以類似地布置在腔室266中的別處。培養(yǎng)介質(zhì)將在含有培養(yǎng)物的腔室211與泵室277之間可逆地流動(dòng)。

6、從生物反應(yīng)器移除培養(yǎng)物樣品的能力提供給了用戶額外的診斷功能，當(dāng)探測(cè)器被固定在生物反應(yīng)器內(nèi)時(shí)，這種功能不是很容易就可實(shí)現(xiàn)的；例如，樣品的流動(dòng)，從生物反應(yīng)器流到泵，可能停留一段時(shí)間，在該時(shí)間內(nèi)可以監(jiān)測(cè)氧氣的衰減速率，反映培養(yǎng)物的情況；相似地，可以反復(fù)地監(jiān)測(cè)其它培養(yǎng)物參數(shù)(比如葡萄糖、co2、ph和其它)的變化速率，而不會(huì)干擾培養(yǎng)物。無需從生物反應(yīng)器中反復(fù)地移除樣品，因此減小了樣品污染和變化的風(fēng)險(xiǎn)。

7、通過過濾器元件285形成過濾流的能力能夠?qū)⒃撨^濾流通過濾液管線247引入第二分析設(shè)備(比如hplc)或一些其它分析儀器。

所述過濾器元件285通過兩個(gè)o形環(huán)258固定在通道266中。然而，所述過濾器也可以使用粘合劑或機(jī)械地設(shè)置并密封在通道266內(nèi)。

在所述過濾器與通道266的壁之間形成的歧管濾液腔室286可以被暴露于通道266中的探測(cè)器探測(cè)。優(yōu)選地，所述過濾器元件285具有全滲透外壁。腔室211與277之間的交變流促進(jìn)了歧管260中所述滲余液腔室與濾液腔室之間的流體通量(所述歧管的滲余液腔室是，例如，所述過濾器元件285的中空纖維的內(nèi)部空間加上通道266未被過濾器元件占據(jù)的部分)。

穿過位于所述生物反應(yīng)器與泵274之間的歧管的交變流使所述探測(cè)器歧管能夠準(zhǔn)確反映培養(yǎng)物的情況。也可以將上述構(gòu)思延伸至包括系統(tǒng)的滲余液腔室、濾液腔室或處理腔室中，以及如果期望的話在平行流中的培養(yǎng)物情況的監(jiān)測(cè)。通過使碎片在探測(cè)器上的積聚最小化，監(jiān)測(cè)過濾流(不含細(xì)胞碎片)中培養(yǎng)物的情況可以延長(zhǎng)探測(cè)器的壽命；所述過濾流也可以被引導(dǎo)致其他需要過濾樣品的分析儀器。這給用戶提供了在持續(xù)的基礎(chǔ)上監(jiān)測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)和培養(yǎng)物活性的能力。這種設(shè)備在圖5a和5b中被例示。

雙泵系統(tǒng)

雙泵發(fā)明

另一個(gè)發(fā)明是雙泵系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

1)第一泵，所述第一泵為兩腔室隔膜泵，所述第一泵包括第一腔室，所述第一腔室為可連結(jié)至流體源的泵貯存器腔室，所述第一泵進(jìn)一步包括第二腔室，所述第二腔室為可連結(jié)至導(dǎo)管的界面腔室，所述第一和第二腔室被可彈性變形的隔膜分隔開；

2)連接至所述第一泵的界面腔室的導(dǎo)管；和

3)第二泵，所述第二泵包括連接至所述導(dǎo)管的界面腔室，所述第二泵界面腔室包括可移動(dòng)元件，所述可移動(dòng)元件選自由彈性可變形隔膜或非彈性活塞式可移動(dòng)壁構(gòu)成的組，所述第二泵可連結(jié)至壓力控制機(jī)構(gòu)。

在一種實(shí)施方案中，所述壓力控制機(jī)構(gòu)僅連接至第二泵(不連接至第一泵)。在另一種實(shí)施方案中，所述壓力控制機(jī)構(gòu)連接至第一泵和第二泵，例如通過使用蠕動(dòng)泵。

流體源的實(shí)施例包括但不限于生物反應(yīng)器腔室，例如，如上所述的封閉的流體過濾系統(tǒng)或封閉的生物反應(yīng)器的滲余液腔室。

在一種實(shí)施方案中，所述第二泵也是交變流隔膜泵，這樣該泵包括彈性可變形隔膜。在另一種實(shí)施方案中，所述第二泵為機(jī)械泵，這樣該泵包括可移動(dòng)壁，通過十分成熟的方法實(shí)現(xiàn)所述可移動(dòng)壁的可逆移動(dòng)和泵吸作用。許多可行的機(jī)械泵的一個(gè)實(shí)施例是這樣的，其中所述可移動(dòng)壁是活塞(活塞壁)，所述活塞是由連接至馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)的凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的活塞泵的一部分。容易理解的是，所述可逆的活塞運(yùn)動(dòng)由凸輪行程決定。在可行的機(jī)械泵的另一個(gè)實(shí)施例中，所述可移動(dòng)壁包括直接或間接連接至螺桿或螺紋驅(qū)動(dòng)軸的連接，所述驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)而連接至馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)。所述驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)，以螺旋狀方式，使得壁移動(dòng)。軸旋轉(zhuǎn)的方向(以及因此壁移動(dòng)的方向)，與所述壁行進(jìn)的距離，可以通過機(jī)電旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)方向與持續(xù)時(shí)間，和/或通過螺旋軸的構(gòu)造進(jìn)行控制。以上兩個(gè)實(shí)施例的活塞運(yùn)動(dòng)的速率可以通過馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的速率，通過螺旋間距和螺距方向進(jìn)行控制；容易理解地是，所述第二泵的腔室和壁必需是密封且防漏的，以便將其所有能量傳送給所述第一泵。

優(yōu)選地，所述第一泵的界面腔室大于所述雙泵系統(tǒng)中的泵的任意其它腔室，從而將隔膜的行程限制在第一隔膜泵中。

優(yōu)選地，所述第一泵的界面腔室、所述第二泵的界面腔室，和連接兩者的導(dǎo)管，優(yōu)選地充滿不可壓縮介質(zhì)，優(yōu)選液體。

可選地，所述雙泵系統(tǒng)進(jìn)一步包括在一個(gè)或多個(gè)腔室中的傳感器，特別是在第二隔膜泵的界面腔室中，用于泵行動(dòng)的額外控制。同樣，可選地，通過能夠在多泵系統(tǒng)中控制泵的行動(dòng)的空氣、液體或機(jī)械連接，一個(gè)或多個(gè)附加泵被連接至所述雙泵系統(tǒng)的兩個(gè)泵。

所述雙泵泵吸方法包括，使第一和第二泵循環(huán)經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)泵循環(huán)，這些泵通過各自的界面腔室彼此連接，所述第一泵是兩腔室隔膜泵，除了其界面腔室外，還包括連接至外部流體源的泵貯存器腔室，其中所述第二泵的界面腔室暴露于源自外部壓力源(壓力控制機(jī)構(gòu))的壓力下，所述外部壓力源的壓力交替地小于或大于所述外部流體源的壓力。

使用由空氣壓力驅(qū)動(dòng)(例如在圖1a和4a中)的單泵系統(tǒng)(例如不是雙泵系統(tǒng))，已被證明非常有效，尤其在大尺寸上。然而，它也具有若干對(duì)其可靠性和泵精度起負(fù)面作用的特性。這些不足源于空氣所固有的可壓縮性。例如，參見圖1a和1b，在壓縮循環(huán)中，氣體(通常是空氣)流入泵的第一腔室8，在其中增壓并壓縮所述氣體。在所述泵的空氣第一腔室8與其第二腔室7之間所具有的彈性隔膜6，將腔室中的內(nèi)含物分隔開，并在第一腔室8增壓、同時(shí)從第二腔室7朝處理容器2驅(qū)動(dòng)流體的期間，允許第一腔室8的膨脹。產(chǎn)生的流速是第一腔室8與處理腔室2之間壓差δρ的函數(shù)。為了說明的目的，假設(shè)容器2中的壓力保持恒定，在腔室8中以特定速率驅(qū)動(dòng)隔膜6所需的壓力被稱為“驅(qū)動(dòng)壓力”；從而，隨著δρ增大，并且導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)壓力、及相應(yīng)的流速增大，控制隔膜位置也變得更為困難。使用的空氣壓力的輕微變化，傳感器、調(diào)節(jié)器、閥門或控制器電子器件的響應(yīng)的固有延遲，可能影響在壓力循環(huán)結(jié)束時(shí)所述隔膜的最終位置。

在排氣循環(huán)期間也存在相似的難點(diǎn)。由于泵第一內(nèi)部腔室8中的氣體壓力相對(duì)于處理容器2減小，流動(dòng)方向從容器2反向朝向所述隔膜泵4。流動(dòng)速率取決于容器2與隔膜泵4之間被稱為“負(fù)驅(qū)動(dòng)壓力”的δρ。

然而，由于氣體的可壓縮性，在壓力循環(huán)或排氣循環(huán)期間分別產(chǎn)生相似的+δρ或-δρ，不會(huì)在兩個(gè)方向上形成相同的流動(dòng)。為了確定流入和流出腔室8的流速，可以使用下述等式：

流速＝腔室8的置換容積/置換時(shí)間，

顯然，通過使流入和流出腔室8的流速保持相同，壓力循環(huán)和排氣循環(huán)各自的持續(xù)時(shí)間將不相同；相對(duì)于容器2對(duì)腔室8進(jìn)行加壓，壓縮了該腔室中的氣體；從而，增大腔室中的氣量；相反，轉(zhuǎn)換到排氣循環(huán)，減小腔室8中的壓力；實(shí)際上需要更長(zhǎng)的時(shí)間從腔室8中清除氣量。在加壓或排氣期間建立恒定的循環(huán)周期的努力可以實(shí)現(xiàn)，但是是在不同的氣流速率這種不良效果下實(shí)現(xiàn)的。

使用氣體驅(qū)動(dòng)單泵交變切向流系統(tǒng)的另一個(gè)效果在循環(huán)轉(zhuǎn)換期間被觀察到。轉(zhuǎn)換到壓力循環(huán)，第一內(nèi)部腔室8中的壓力需要從完全排氣驅(qū)動(dòng)壓力轉(zhuǎn)換到壓力驅(qū)動(dòng)壓力；相似地，轉(zhuǎn)換到排氣循環(huán)，腔室8中的壓力需要從完全壓力驅(qū)動(dòng)壓力轉(zhuǎn)換到負(fù)驅(qū)動(dòng)壓力；在交變流循環(huán)期間壓力的這種劇烈變化導(dǎo)致在循環(huán)轉(zhuǎn)換期間的短暫延遲，并且被稱為“軟轉(zhuǎn)換”。這種延遲在較高流速時(shí)變得嚴(yán)重，而流體流動(dòng)動(dòng)量對(duì)轉(zhuǎn)換的擾亂越來越明顯。存在可以極大地使循環(huán)流動(dòng)控制精度復(fù)雜化的因素。雖然軟轉(zhuǎn)換在許多應(yīng)用中有益，但在許多其它應(yīng)用中可能無益。眾所周知，例如在所述軟轉(zhuǎn)換期間，切向流的任何減少(技術(shù)上回到效率較低的“死端過濾”)，可能減小過濾器的壽命或減弱其過濾能力。

更期待的是不間斷或未延遲的循環(huán)轉(zhuǎn)換，特別是在交變切向流必須更一致的地方；這種未延遲的循環(huán)轉(zhuǎn)換被稱為“硬轉(zhuǎn)換”。

使用一個(gè)隔膜泵另外還潛在的問題是使用單個(gè)隔膜將所述泵分隔成空氣驅(qū)動(dòng)腔室和液體腔室所固有的問題。一旦所述隔膜破裂，加壓的氣體將不受限制地流入處理容器，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)。液體也可能朝所述控制器流動(dòng)，可能污染所述過程并毀壞所述控制器。

利用多種控制策略的傳感器、氣動(dòng)裝置、工藝改造或其它可能的方案，有可能彌補(bǔ)所述空氣驅(qū)動(dòng)單泵系統(tǒng)的一些不足。然而，如果在交變流循環(huán)期間可以對(duì)隔膜循環(huán)或流速進(jìn)行更精確或可靠地控制，將是更值得期待的。同樣優(yōu)選地是如果隔膜破裂，封閉反應(yīng)器系統(tǒng)的完整性會(huì)保持完好無損并且未受污染。在一些情形中，特別是在這些壓縮空氣或真空供給設(shè)施受限或不可用的情形中，如果泵吸能的輸入源(除了壓縮空氣或真空)被用于驅(qū)動(dòng)泵將是高度期待的。圖3a、3b、3c和3e提供了上述不采用所描述的直接空氣驅(qū)動(dòng)的單泵系統(tǒng)的方法的實(shí)例。

圖3a示出了包括雙泵系統(tǒng)的封閉過濾系統(tǒng)101，所述雙泵系統(tǒng)是對(duì)僅使用所述隔膜泵104所做出的改進(jìn)。

然而，可以看出，如圖1a-1h所描述的封閉過濾系統(tǒng)1的許多部件出現(xiàn)在了圖3a所示的系統(tǒng)101中。例如，圖1a中的部件3、4、5、6、7、8、9、11、12、13和14也分別作為部件103、104、105、106、107、108、109、111、112、113和114出現(xiàn)。進(jìn)一步的例子是，圖1a中的部件15、16、19、24、25、29、40、41、42和43分別作為部件115(雖然足夠長(zhǎng)以包括第二泵144)、116(盡管由于剖面視圖，它需要剖交叉影線)、119、124、125、129、140、141、142和143出現(xiàn)。圖1a和圖3a所共有的所有前述部件也出現(xiàn)在圖3b中。

然而，在圖3a中，包含了第二泵144，以形成雙泵系統(tǒng)，所述兩個(gè)泵通過導(dǎo)管135串聯(lián)。導(dǎo)管135可以是短的，以使圖3a中的兩個(gè)泵之間的連接的長(zhǎng)度最小化；這使得整個(gè)封閉反應(yīng)器系統(tǒng)能夠與兩個(gè)泵結(jié)合，以結(jié)合到一個(gè)模塊中。導(dǎo)管135可以是長(zhǎng)的，使得兩個(gè)泵能夠如圖3b中分離。導(dǎo)管的任一選擇使得對(duì)于驅(qū)動(dòng)所述泵的方法的選擇有較大的彈性，包括但不限于使用空氣、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)或其它機(jī)械裝置。

在圖3a和3b中，所述雙泵系統(tǒng)的實(shí)施例示出了使用與第一泵104相同的第二泵144，即所述第二泵也是兩腔室隔膜泵。就像第一泵104，第二泵144包括由隔膜136分隔開的兩個(gè)腔室137和138。第一泵104中的腔室107(在本文中也稱為“泵貯存器腔室”)保持與前述相同。所述腔室107繼續(xù)作為用于接收或排出流進(jìn)或流出容器(例如參見圖1a中的容器102)的滲余液的貯存器；然而，與前述的空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同，在第一泵104中的腔室108(在文中也稱為“第一泵的界面腔室”)通過導(dǎo)管135與第二泵144的腔室137(在文中也稱為“第二泵的界面腔室”)連接。此外，第一泵104的腔室108、第二泵的腔室137以及導(dǎo)管135優(yōu)選地填充有不可壓縮介質(zhì)，優(yōu)選液體(當(dāng)使用該實(shí)施例時(shí)，139指的是液體的位置)。通過利用空氣流進(jìn)或流出腔室138，或通過改變腔室137的體積(通過如所描述的一些其它機(jī)制)，第二泵144的第二腔室138可以驅(qū)動(dòng)交變泵104循環(huán)?？蛇x地，所述泵144的第二腔室138可以經(jīng)由無菌過濾器122和管線121連接至可以對(duì)第二腔室的內(nèi)含物施加正壓或負(fù)壓的空氣壓力控制機(jī)構(gòu)或設(shè)備,154。在使用氣體的情形中，將氣體加入腔室138會(huì)驅(qū)動(dòng)隔膜136并使得該腔室膨脹。這轉(zhuǎn)而將驅(qū)動(dòng)腔室137中的液體向外穿過導(dǎo)管135進(jìn)入腔室108，使該腔室膨脹。與之前所描述的那樣，腔室108的膨脹將朝容器102的方向驅(qū)動(dòng)腔室107中的滲余液，條件是腔室108中的壓力高于容器102中的壓力。反之，使腔室138排氣并減小其相對(duì)于容器102的壓力，將使得不可壓縮的液體從第一泵腔室108流入第二泵腔室137；滲余液轉(zhuǎn)而從容器102流入第一泵腔室107。所述雙泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：

一個(gè)好處是在位置139處的不可壓縮液體可以根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行改變；例如，當(dāng)用在細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中時(shí)，在位置139處的不可壓縮液體可以是pbs(磷酸鹽緩沖液)或培養(yǎng)介質(zhì)本身。為了進(jìn)一步的保護(hù)，在位置139處的不可壓縮液體可以與整個(gè)封閉反應(yīng)器系統(tǒng)同時(shí)滅菌，或者在滅菌之后以無菌方式通過專用端口(未示出)加入。因此，一旦隔膜106破裂，在位置139處的不可壓縮液體將流入滲余液通道109而不會(huì)傷害培養(yǎng)物。一旦隔膜106或136分別破裂，所述培養(yǎng)物將保持免受全部損失，并且可以在“安全”模式下繼續(xù)直到完成運(yùn)行，或允許破壞的封閉反應(yīng)器系統(tǒng)與新的封閉反應(yīng)器系統(tǒng)交換。

圖3a中示出的雙泵系統(tǒng)的另一個(gè)好處包括使用不同尺寸的腔室107和137；例如，腔室107的體積可以制備得比腔室108和137大。如果隔膜106進(jìn)入腔室107的膨脹必須受限，例如以防止其延伸至腔室壁，它將變得很有用。腔室108和137較小的最大體積，在其中使用無彈性流體連接，將置換小于腔室107的最大體積的體積。由于體積差，腔室107將保持未充滿的狀態(tài)，在以前，如果腔室108過壓(在高流速下普遍)，控制隔膜106位置多少存在困難；該隔膜通常將受力延伸至腔室107的壁，從而對(duì)培養(yǎng)的細(xì)胞產(chǎn)生潛在地有害影響。在改進(jìn)的系統(tǒng)中，具有較小腔室137的第二泵144將消除隔膜106的這種過分延伸。

所述雙泵系統(tǒng)的一些其它好處包括在控制交變切向流中增加的靈活性。例如，在圖3a中，兩個(gè)泵之間的導(dǎo)管135是無彈性的，它提供了用“遠(yuǎn)程的”第二泵144控制第一泵104的方法。也可以將傳感器146和147植入第二泵144，用于定位其中隔膜的位置。

該信息然后可以被用于第一泵104中隔膜的精確定位和控制。其中，在使用必需保持無菌的單泵時(shí)，傳感器的使用或插入受到極大地限制。第二泵的使用消除了這種限制。定位設(shè)備或許多其它設(shè)備中的基于近距離、壓力、接觸和視覺的傳感器可以被優(yōu)選地植入第二泵，而不會(huì)影響第一泵或其中的培養(yǎng)物，并且是對(duì)過程的影響最??；由于兩個(gè)泵被不可滲透的隔膜分隔開，這可以在系統(tǒng)滅菌之間或之后實(shí)現(xiàn)。此外，第二泵的使用開啟了使用靈敏傳感器或定位設(shè)備的可能性(如果不使用第二泵，所述靈敏傳感器或定位設(shè)備會(huì)被滅菌過程毀壞)；在這種情形中，第一泵可以通過常規(guī)手段滅菌，而第二泵可以接收不穩(wěn)定的(labile)、未滅菌的傳感器。相比而言傳感器在第二泵中的布置不是非常關(guān)鍵，因?yàn)槿缫呀?jīng)指出的，泵被不可滲透的屏障分隔開了。通過保持在位于兩個(gè)泵之間的位置139處提供的液體連接，在該液體中包含可以中和潛在污染物的藥劑也變?yōu)榭赡?。所提出的系統(tǒng)在保持對(duì)泵的高度控制時(shí)將防止培養(yǎng)物免受污染。

所述雙泵系統(tǒng)的另一個(gè)好處，如已經(jīng)指出的，包括將所述封閉反應(yīng)器系統(tǒng)結(jié)合到除壓縮空氣或真空的能量輸出源?？梢詫⒌谝槐?04通過關(guān)于第二泵144的液體連接結(jié)合至第二隔膜泵144，其中由如圖3b和3c所示的電動(dòng)馬達(dá)提供第二泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

圖3b示出了經(jīng)由電動(dòng)泵(此處為蠕動(dòng))152連接至第一泵104的第二泵178。第二泵腔室176與第一泵腔室108之間的液體流由電動(dòng)泵152(例如，可逆蠕動(dòng)泵)，經(jīng)過連接至兩個(gè)泵的界面腔室的導(dǎo)管171(例如管道)產(chǎn)生。在一個(gè)方向、“壓力”循環(huán)中，蠕動(dòng)泵152將液體從腔室176泵入腔室108。當(dāng)腔室176中的液體已被泵出時(shí)，腔室176上的傳感器179將產(chǎn)生用于改變泵吸方向的信號(hào)。同樣，傳感器180將產(chǎn)生排氣循環(huán)結(jié)束的信號(hào)。蠕動(dòng)泵可以被任意數(shù)量的泵吸機(jī)構(gòu)所取代。在圖3b中也出現(xiàn)了圖3a中的數(shù)字，表明許多但非所有的部件為兩圖中的系統(tǒng)所共有。

圖3b中的系統(tǒng)的其它部件是第一泵連接器管道170、第二泵連接器管道172、第二泵殼部件173和174、第二泵隔膜175、第二泵的第一腔室(界面腔室)176、第二泵的第二腔室177。

圖3c和3d示出了圖3a所示的雙泵系統(tǒng)的一種變形。圖3e和3f示出了圖3a所示的雙泵系統(tǒng)的另一種變形。圖3c-3d中的第二泵以及其結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域所熟知。

在圖3c和3d中，所述第二泵644是活塞泵。在所述雙泵系統(tǒng)的兩個(gè)泵之間存在液體連接621(例如管道)。在圖3c和3d中以兩種不同配置(configuration)(分別在插入物的左邊和右邊)所示的凸輪機(jī)構(gòu)，用638、630和634給其組件部分編號(hào)，連接至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸630并且被用于經(jīng)由凸角(lobe)634產(chǎn)生偏心行程，所述凸角634當(dāng)連接至第二泵644的活塞636(也稱為第二泵的活塞壁)時(shí)，可以被用于產(chǎn)生排氣或壓力行程。當(dāng)凸輪638移動(dòng)活塞636進(jìn)入泵腔室637，使該腔室中的內(nèi)含物朝第一泵104中的腔室108排出時(shí)，將產(chǎn)生壓力循環(huán)。通過凸輪機(jī)構(gòu)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)并從腔室637中退回活塞636產(chǎn)生排氣循環(huán)；在該過程中，腔室637擴(kuò)張接收流出腔室108的流體。腔室637的體積可以設(shè)為與腔室108的體積相等，從而設(shè)定第一泵104的位移行程；此外，然后流體流速可以通過控制電動(dòng)泵的旋轉(zhuǎn)速度而準(zhǔn)確地控制。

圖3e和3f示出了第二泵656的另一個(gè)實(shí)施例，所述第二泵656在此為活塞泵，由可逆螺桿傳動(dòng)(screwdrive)658驅(qū)動(dòng)。所述可逆螺桿傳動(dòng)連接至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸652。然后由馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速率、泵室654的尺寸和可逆螺桿658的螺紋間距和長(zhǎng)度確定活塞653(也稱為第二泵的活塞壁)在泵殼657內(nèi)的線性移動(dòng)。帶螺紋的螺桿658可以直接或間接連接至活塞653；在第一種情形中，所述螺桿可以通過穿過活塞653中帶螺紋的開口659連接至所述活塞，以便所述螺桿的旋轉(zhuǎn)可以導(dǎo)致活塞移動(dòng)；在第二種情形中，活塞被添加在所述螺桿658不帶螺紋的部分，未示出。在軸的螺紋部分設(shè)有獨(dú)立的螺紋連接(像第一種情形中的一樣)，并且就像第一中情形中的一樣，所述軸的旋轉(zhuǎn)造成螺紋連接移動(dòng)。螺紋連接與活塞之間的結(jié)合把螺紋連接的運(yùn)動(dòng)傳給活塞。間接連接簡(jiǎn)化了表面之間的密封，是更可取的。其中密封螺紋連接可能很復(fù)雜，而使用“o”形環(huán)、墊圈、機(jī)械偶聯(lián)等，相對(duì)于圓軸、可逆螺桿658的一部分密封圓管狀物體、活塞開口659，會(huì)更簡(jiǎn)單且可靠。同樣，圓形活塞的外周直徑可以相對(duì)于泵室壁657內(nèi)部的圓形密封。可以理解，圖3e和3f中的泵室654和圖3c和3d中的腔室637必須被密封，以將它們的能量通過導(dǎo)管651傳送到第一泵室108。消除滲漏以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的液體位移控制，或者流入或流出腔室637和腔室108的流動(dòng)控制。存在用于所述雙泵系統(tǒng)的兩個(gè)泵的液體導(dǎo)管651(例如管道)。

所述第二泵，例如泵144，只要它作為用于將液體可逆地泵入第一泵104的腔室108中的工具，不必假定一個(gè)具體形狀或由具體材料組成。

注意，在圖3c-3d和圖3e-3f中，636和653分別是可移動(dòng)活塞，中央的雜線(hash)代表“o”環(huán)或一些其它墊圈。腔室637和654類似于圖1a中的腔室7。這些腔室中的液體將從這些腔室流入第一泵腔室8，以驅(qū)動(dòng)第一泵中的隔膜。在圖3e-3f中，658是可逆地驅(qū)動(dòng)活塞653的可逆螺桿。

由于其本身性質(zhì)，凸輪或可逆螺桿確定活塞的行程；只要馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞向前或向后移動(dòng)設(shè)定的距離。使用如圖3a和3b中的空氣驅(qū)動(dòng)隔膜泵或可逆蠕動(dòng)泵，控制器需要知道什么時(shí)候行程結(jié)束，因此，使用諸如傳感器的設(shè)備，以通知控制器什么時(shí)候循環(huán)結(jié)束及其反向的時(shí)間。

圖3c、3d、3e和/或3f中的也出現(xiàn)在圖3a中的任何數(shù)字表示部件在它們所出現(xiàn)的系統(tǒng)中共有。所有未用數(shù)字標(biāo)記的共有部件仍然可作為共有部件識(shí)別。

文中對(duì)泵的描述并不限制可與第一泵104串聯(lián)或并聯(lián)使用的泵的數(shù)目。例如，第三泵可以通過不可壓縮連接用于驅(qū)動(dòng)第二隔膜泵。第二隔膜泵然后可以連接至第一泵，同樣通過不可壓縮連接。第三泵可以是活塞泵或隔膜泵，并且通過電動(dòng)馬達(dá)或其它方式驅(qū)動(dòng)；例如，如前所述，圖3a中第二隔膜泵144的腔室138可以通過液體導(dǎo)管連接至第三泵的活塞或隔膜腔室。腔室138將根據(jù)第三泵的活塞或隔膜的循環(huán)而循環(huán)。如前所述，第二泵144進(jìn)而可用于通過液體連接驅(qū)動(dòng)第一泵104。這樣一種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)Φ谝桓裟け煤偷诙裟け靡约八鼈冎g的液體連接進(jìn)行充分滅菌，并且在第二泵與第三泵之間仍然保持無非無菌(nonsterile)液體連接。以這種方式，一旦第一泵或第二泵的隔膜破裂仍可以保持無菌環(huán)境，并且在同時(shí)保持由電動(dòng)泵提供的泵吸準(zhǔn)確度和控制。這樣一種系統(tǒng)可以提供透析應(yīng)用、或者一些其它醫(yī)療或關(guān)鍵的非醫(yī)療應(yīng)用中所要求的高水平可靠性。

改性劑模塊(modifiermodule)發(fā)明

該發(fā)明是為在過濾和生物反應(yīng)器系統(tǒng)中使用而設(shè)計(jì)的改性劑模塊，以便調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)中的一些(或不太普遍地，所有)成分。

所述改性劑模塊(優(yōu)選為圓柱形)，在一個(gè)總體方面包括：

1)支架；和

2)被所述支架束縛的改性劑種群。

可選地，所述模塊進(jìn)一步包括半滲透膜，所述半滲透膜連同所述支架包圍并封閉改性劑種群。

所述改性劑模塊(優(yōu)選為圓柱形)，在另一個(gè)總體方面包括：

1)支架；和

2)半滲透膜，所述膜以允許所述膜與所述支架之間留有區(qū)室的方式部分或完全地包圍所述支架；和

3)位于所述區(qū)室中的改性劑種群；其中所述半滲透膜對(duì)所述改性劑是不可滲透的，但對(duì)于小到足以穿過所述膜的分子是可滲透的；并且其中所述改性劑種群被保留在所述區(qū)室內(nèi)(優(yōu)選地抵靠所述支架堆放)。

改性劑的實(shí)施例為抗體或酶類。

束縛于所述支架的改性劑種群可以涂敷在所述支架的表面(例如當(dāng)改性劑為樹脂)。

改性劑種群可以是珠子的一部分或者附著到珠子(bead)上，特別是當(dāng)它并不束縛于支架而是固定在膜-支架區(qū)室內(nèi)時(shí)。

所述改性劑優(yōu)選地選自由抗體、酶類、非酶催化劑、受體、配體、會(huì)改變生物分子的化學(xué)物質(zhì)、親和樹脂、和離子交換樹脂、生物受體、會(huì)結(jié)合至生物受體的配體、和會(huì)改變生物分子的化學(xué)物質(zhì)所構(gòu)成的組。

特別感興趣的是可以結(jié)合或改變成分(比如這些可以在腎或血液中積聚到不良水平并且可以使用過濾系統(tǒng)，比如文中所描述的封閉過濾系統(tǒng)，移除的成分)的改性劑。被認(rèn)為不良的成分包括但不限于毒素、炎性蛋白(比如血漿c反應(yīng)活性蛋白(crp)和淀粉樣蛋白a(saa))、菌落刺激或增長(zhǎng)因子、趨化因子(比如白細(xì)胞化療有吸引力的細(xì)胞因子的成員之一，同樣已知為cxc、cc、c和cx3c趨化因子)、促炎白細(xì)胞介素(例如il-1,il-6)、腫瘤壞死因子-α(tnf-α)、分泌型胰蛋白酶抑制物(psti),hdl膽固醇(hdl)、低密度脂蛋白(ldl)膽固醇、激素、尿素、鹽、毒品、和維生素。

本發(fā)明的改性(modification)方法包括步驟：

(1)使流體與本發(fā)明的改性劑模塊接觸，和

(2)使用半透膜過濾流體，其中改性劑模塊位于過濾系統(tǒng)的腔室或生物反應(yīng)器的腔室之內(nèi)，優(yōu)選地位于本發(fā)明的封閉的過濾系統(tǒng)的腔室或封閉的生物反應(yīng)器的腔室之內(nèi)。

關(guān)于文中描述的本發(fā)明的封閉的過濾系統(tǒng)，改性劑優(yōu)選的位置是反應(yīng)器腔室，并且優(yōu)選順序是步驟(2)接著步驟(1)。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括步驟(3)，在步驟(3)中過濾的或改性的流體用于人體給藥，特別是經(jīng)由透析、注射或口服。

反應(yīng)器腔室流體或其它流體的改性

圖6a示出了改性劑模塊351的潛在應(yīng)用。在該圖中，反應(yīng)器腔室311被設(shè)計(jì)成用以接收改性劑模塊350，所述改性劑模塊的功能主要是影響該腔室中流體的組成。相應(yīng)地，圖6a例示了本發(fā)明的封閉的過濾系統(tǒng)的一種實(shí)施方案。

圖6a中的封閉的過濾系統(tǒng)301的許多部件出現(xiàn)在了圖1a、1b、1c、1d、1e和1f的系統(tǒng)1中。部件303、306、307、308、309、312、313、314、315、316、321、322、323、324、325、326、327、329、335、340、341、342和343分別與圖1a、1b、1c、1d、1e和1f中部件3、6、7、8、9、12、13、14、15、16、21、22、23、24、25、26、27、29、35、40、41、42和43相同。圖6a中其它被標(biāo)記的部件在下文討論。

例如，改性劑模塊組成如下：改性劑模塊的主要部件可以包括支架主體354和改性劑種群352。

可選地，所述改性劑進(jìn)一步包括半滲透膜，所述半滲透膜連同所述支架包圍并封閉改性劑種群。

來自腔室311的成分穿過所述半滲透膜353與改性劑352反應(yīng)。類似波紋管的蓋(bellows-likecover)362包圍所述支架主體，以將它與外界環(huán)境的污染隔離(參見圖6a、6c)。

需要將整個(gè)改性劑模塊封閉以防止它受到污染。蓋362是最內(nèi)部的保護(hù)層，并且柔韌、類似波紋管。波紋管362(圖6c)以圖6a中的收縮形式(collapsedform)表現(xiàn)。當(dāng)所述改性劑通過開口358被插入反應(yīng)器腔室中時(shí)，蓋362(或370)在插入期間收縮而不暴露其中的改性劑。蓋365和366提供了硬質(zhì)封閉。定位器367用于將所述改性劑安裝并保持在硬質(zhì)殼365內(nèi)部。主體355通過壁架367固定。

適配器356內(nèi)的通道358引導(dǎo)所述改性劑支架末端354通過反應(yīng)器頂部中的端口331進(jìn)入反應(yīng)器腔室。

所述改性劑種群352可以是所述支架主體354的一部分，直接附著至所述支架主體354，或者未直接附著至所述支架主體354而是利用保留多孔的(全滲透)或半多孔的(半滲透)膜353抵靠所述支架主體354封閉(優(yōu)選抵靠所述支架主體354堆放)。

由于所述改性劑要比這些圖中示出的過濾系統(tǒng)、支架和其它項(xiàng)目小得多，在圖6a-6d中所述改性劑種群352被高度簡(jiǎn)要示出。在圖6c中，每個(gè)改性劑由一個(gè)小六邊形表示。如果所述改性劑例如是抗體，表示所述改性劑種群所需的六邊形的數(shù)量將會(huì)如此之多以致六邊形難以辨認(rèn)。然而，圖6c中的表現(xiàn)形式在圖6a-6d之中為討論所述改性劑到支架和包圍所述改性劑的任何半滲透膜的幾何關(guān)系提供了最清晰的基礎(chǔ)。

在圖6c中，所述改性劑種群352包括兩個(gè)亞種群：接觸所述支架354的改性劑亞種群和接觸所述半滲透膜353的改性劑亞種群。由此，它可以被認(rèn)為是堆放的改性劑種群的簡(jiǎn)要表現(xiàn)形式，所述改性劑種群通過所述膜保留在區(qū)室之內(nèi)并且靠所述支架354堆放。

在圖6c中，不考慮接觸半滲透膜353的改性劑亞種群將提供改性劑種群被束縛至所述支架的實(shí)施方案的簡(jiǎn)要表現(xiàn)形式。在該情形中，所述半滲透膜353可選地可以被移除，該決定部分基于通過該膜的過濾是否是想要的。

圖6a、6b和6d提供了束縛至所述支架的改性劑種群的簡(jiǎn)要表現(xiàn)形式。

支架354的一部分可以起到支架結(jié)構(gòu)的“頭”355的作用。如圖6b和6c所例示的，所述支架頭可以用作膜362的附著位置。如圖6c所示，所述支架頭在支架的上部可以具有比支架的下部更大的直徑，因此，支架頭提供了可以位于模塊支撐環(huán)367上的凸緣，所述環(huán)附著至存儲(chǔ)箱371的殼體，所述存儲(chǔ)箱適于存儲(chǔ)無菌改性劑模塊單元直至需要使用所述模塊。

在圖6c中，所述存儲(chǔ)箱371包括設(shè)計(jì)用于將所述改性劑模塊固定到位的附加部件：下部適配器356，其在殼體365內(nèi)的位置被附著至固定器356和存儲(chǔ)箱371的殼體365的圓形固定環(huán)368固定。

膜353的目的在于保持所述改性劑種群352抵靠所述支架和允許穿過其壁的流體交換。因此，如果圖6c中示出的模塊351被插入圖6a中的系統(tǒng)301的腔室311之中作為該圖中的模塊351，反應(yīng)器腔室311中的流體將自由地流過多孔的膜353，并且與所述改性劑種群352自由地接觸；從而，允許所述反應(yīng)器腔室流體中的成分與所述改性劑種群反應(yīng)。所述改性劑種群可以包括任何能夠與所述反應(yīng)器腔室流體中選定的成分起反應(yīng)或相互作用的改性劑。例如，所述改性劑可以是抗體，在這種情形中，它將被選為僅對(duì)所述反應(yīng)器腔室流體的某一成分有反應(yīng)活性。然而，作為替代方案，將改性劑(比如抗體)結(jié)合至某一固體樹脂可以使它更有效。在該情形中，所述樹脂可以直接結(jié)合至或涂敷于所述支架354。篩孔尺寸(screenporesize)將小于樹脂，以留住樹脂并允許穿過其表面的自由交換。所述篩或膜353的末端將相對(duì)于支架主體密封，以完全封閉并截留樹脂。

上述過程中產(chǎn)生的濾液可以被允許自由地或以選擇性的方式流過屏障319中的孔318，進(jìn)入所述反應(yīng)器腔室311，浸沒所述改性劑模塊350。如果假定所述樹脂上附著的抗體是針對(duì)由培養(yǎng)的細(xì)胞產(chǎn)生的分泌劑(secretedagent)，然后該分泌劑會(huì)被抗體捕獲并選擇性地從所述反應(yīng)器腔室流體中移除。圖6a中例示的系統(tǒng)301具有多種用途，其中之一是透析。當(dāng)在人的靜脈中插入導(dǎo)管時(shí)，所述導(dǎo)管便在所述系統(tǒng)與人之間提供直接或間接的流體連接器333。在該實(shí)施例中，反應(yīng)器腔室中設(shè)有已知成分的透析液溶液。這種溶液可以被定制以保護(hù)使用者，并在透析過程中提供幫助，提高改性劑的功效或以其它方式影響該過程。在該情形中，過濾器元件(例如hf過濾器濾筒的過濾器)的滲余液腔室345可以是濾膜或超濾膜。屏障(壁)319實(shí)際上也可以是選擇性的，以促進(jìn)血液成分的進(jìn)一步分離，使得只有期望的分子進(jìn)入所述反應(yīng)器腔室，以與所述改性劑反應(yīng)。血液將穿過過濾器元件305在交變泵304與靜脈系統(tǒng)之間可逆地循環(huán)。如前所述，在交變切向流過濾循環(huán)期間，流體不僅流過所述中空纖維的內(nèi)腔，同時(shí)也分別促進(jìn)了在兩個(gè)方向上穿過位于所述滲余液腔室與濾液腔室之間的過濾膜317、穿過位于所述濾液腔室310與反應(yīng)器腔室311之間的屏障315、和穿過屏障315或作為所述改性劑模塊的一部分的其它屏障的雙向流體通量；因此，所述交變流增強(qiáng)了系統(tǒng)區(qū)室之間的混合。使用具有適當(dāng)mwco(截留分子量)的中空纖維可以用于血液、細(xì)胞部分(cellularfraction)、蛋白質(zhì)等的必需成分的選擇性保留。同樣取決于膜的mwco，其它選擇性分子成分可以被允許穿過膜/選擇性滲透屏障317表面而交換。允許尿素、某些蛋白質(zhì)、激素、毒素、副產(chǎn)品等穿過過濾器膜317而交換也是可能的。選擇性膜319和潛在地選擇性膜353可以被用于進(jìn)一步控制指定成分從濾液腔室310到反應(yīng)器腔室311的流動(dòng)。膜/屏障319的選擇性可以通過控制其電荷屬性、滲透性、孔隙率、化學(xué)性質(zhì)等確定。可以改進(jìn)屏障319的結(jié)構(gòu)以增大其表面積。

一旦進(jìn)入反應(yīng)器腔室311中，目標(biāo)產(chǎn)品可以穿過屏障353自由地交換，以與改性劑種群352反應(yīng)或結(jié)合。一旦被束縛，所選定的產(chǎn)物被阻止返回滲余液或血液流。

另一個(gè)可能性是使用酶替代抗體作為改性劑。所述酶將對(duì)循環(huán)中的特定有害成分具有選擇性或影響一些有益于病人的關(guān)鍵代謝反應(yīng)。如果該成分從循環(huán)穿過選擇性膜進(jìn)入反應(yīng)器腔室，它將可以與附著的酶改性劑反應(yīng)。被改變的成分(滅活或變得更有效)將穿過屏障353、319和317自由地交換以重新進(jìn)入滲余液或血液流，或者在反應(yīng)器腔室中與第二改性劑模塊(未示出)反應(yīng)，用于流體的進(jìn)一步改性或移除，可以預(yù)見本發(fā)明所描述的結(jié)構(gòu)在醫(yī)療保健或其它領(lǐng)域的許多其它用途。

同樣預(yù)見到的是，無菌系統(tǒng)可以與預(yù)消毒的改性劑模塊350和351分開提供?？梢詮牟煌母男詣┠K中選擇，以進(jìn)一步增大系統(tǒng)的靈活性。由于可能出現(xiàn)的或基于即時(shí)需求的需要，將選擇的改性劑模塊351插入反應(yīng)器腔室351也變?yōu)榭赡?。這種模塊構(gòu)思，除了提供從多種潛在模塊351中選擇的能力外，還提供了使用含有不穩(wěn)定的改性劑種群352的改性劑模塊351的能力；比如蛋白質(zhì)，不能預(yù)安裝在系統(tǒng)中進(jìn)行常規(guī)滅菌，但可以采用不那么劇烈的方式滅菌或消毒，例如，改性劑模塊351的分開組裝可能包括對(duì)模塊351的穩(wěn)定部分使用蒸汽、放射物等消毒，對(duì)不穩(wěn)定成分使用過濾消毒，并且在無菌環(huán)境中組裝這兩部分。抗生素或其它預(yù)防藥的使用提供了其它衛(wèi)生處理選項(xiàng)。或者使用者可以以穩(wěn)定的形式(比如冰凍的或凍干的)保存不穩(wěn)定的改性劑，然后在使用前，改性劑可以與水結(jié)合并被活化。

有這樣的可能性，將所述改性劑模塊插入本發(fā)明的封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)可能必須發(fā)生在“野外”、開放、不受保護(hù)、未消毒的環(huán)境中，該過程具有導(dǎo)致系統(tǒng)污染的可能性。所描述的封閉的生物反應(yīng)器提供了以無菌的方式進(jìn)行該過程的能力。這種連接器是可以買到的clean-pack(來自pall,inc)和dac(來自ge公司)；從而，任何熟悉這種連接器的用途的人可以有效地將所述改性劑模塊以無菌的方式插入封閉的反應(yīng)器系統(tǒng)。