專利名稱：用于單用途生物反應器/混合器的可拆裝式溶解氧傳感器的制作方法
用于單用途生物反應器/混合器的可拆裝式溶解氧傳感器對相關申請的交叉引用本申請基于并要求于2010年12月17日提交的美國臨時申請序號61/424，261的權益，所述申請的內(nèi)容通過弓I證完整地結合于此。
背景技術：
氧是受到極大關注的氣體，簡單地是因為它在所有生命有機體的循環(huán)中的作用。在眾多應用中對氧濃度或分壓的測量是重要的。在一些應用中，直接測量氣態(tài)氧濃度。在其他的應用中，測量溶于液體中的氧的濃度。重要的是明白術語“溶解氧”是指溶于水中的氣態(tài)氧，并且不應當將它與如在水分子(H2O)中發(fā)現(xiàn)的化合氧(combined oxygen)混淆。測量溶解氧的一種有前途的應用是在生物樣品中。這些生物樣品可以是實驗室中的體外樣品，或患者中的體內(nèi)樣品。測量生物樣品中的溶解氧為醫(yī)護人員提供重要的診斷信息，和/或關于特定治療效力的信息。經(jīng)常地，生物樣品包含在生物反應器/混合器內(nèi)，并且溶解氧的測量提供關于包含在其中的生物量的狀態(tài)的重要信息。

發(fā)明內(nèi)容
提供用于與單用途生物反應器/容器一起使用的溶解氧傳感器。該生物反應容器包括塑料壁，所述塑料壁限定其中的生物反應室，并且具有穿過的孔。膜支架被固定到塑料壁的內(nèi)表面。膜支架具有穿過所述孔的圓柱形部分。傳感器窗膜被連接到緊鄰孔的膜支架。傳感器窗膜具有高的透氧性，但是與膜支架一起形成防水密封。


圖1是示例性的安培計傳感器(amperometric sensor)的簡圖,采用所述安培計傳感器的本發(fā)明的實施方案尤其有用。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于測量單用途生物反應器內(nèi)的生物樣品的溶解氧含量的安培計溶解氧傳感器的簡圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于測量生物樣品的溶解氧的常規(guī)溶解氧傳感器的簡圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的與單用途生物反應器/混合器的壁或塑料片材連接的傳感器窗支架的橫截面簡圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的與單用途生物反應器混合器/容器的壁連接合的感測膜的簡圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的與單用途生物反應器/混合器連接的溶解氧傳感器的簡圖。
具體實施方式
圖1是典型的安培計傳感器的簡圖，采用該安培計傳感器的本發(fā)明的實施方案尤其有用。傳感器I包括傳感器體部10和感測膜16，傳感器體部10和感測膜16協(xié)作提供其中保持有支持電解質(zhì)12的室。感測電極14被布置在緊鄰感測膜16的室內(nèi)。傳感器I被認為是安培計溶解氧傳感器。自二十世紀六十年代起，這樣的傳感器已經(jīng)被開發(fā)用于許多應用。安培計氧傳感器的原理顯示在圖1中。具體地，感測膜16具有規(guī)定的透氧性，其控制擴散通過膜16的氧分子20的流動。一旦氧分子到達感測膜16的內(nèi)側(cè)，則它由于電極反應(顯示在圖1中)被感測電極14還原并且產(chǎn)生電流信號。電流信號的幅度與感測膜16處的氧分壓成比例。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于測量單用途生物反應器內(nèi)的生物樣品的溶解氧含量的安培計溶解氧傳感器的簡圖。溶解氧傳感器40被安裝在單用途生物反應器50內(nèi)并且被布置成提供樣品52的溶解氧含量的電流指示。傳感器40與操作傳感器40的溶解氧分析器54相連。分析器54使用傳感器40測量樣品52的溶解氧并且提供樣品52溶解氧含量的讀數(shù)或其他合適的指示。在生物反應器50的單用途性質(zhì)以及常規(guī)操作與將溶解氧傳感器插入到生物反應器中之間存在設計上的矛盾。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，溶解氧傳感器不需要與單用途生物反應器中的介質(zhì)有直接的物理接觸。以此方式，可以插入或移去溶解氧傳感器而不需要滅菌過程。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于測量試驗介質(zhì)或生物樣品的溶解氧的常規(guī)溶解氧傳感器的簡圖。溶解氧傳感器I可以是任何合適的溶解氧傳感器，包括以上關于圖1描述的溶解氧傳感器。傳感器I被安裝或以其他方式固定在傳感器窗支架60內(nèi)。傳感器窗支架60被焊接、粘合或以其他方式機械固定到生物反應器/混合器50的壁62。孔68穿過壁62形成，具有與傳感器窗支架60的部分64的外徑近似相等的直徑。傳感器窗支架60被焊接、粘合或以其他方式機械固定到位于界面66和/或孔68與外徑64之間的界面處的壁62。常規(guī)溶解氧傳感器I可以從多種單用途生物反應器的傳感器窗支架60移去并且被重新安裝到多種單用途生物反應器的傳感器窗支架60。傳感器窗支架60還包括傳感器窗70，傳感器窗70被布置成與試驗介質(zhì)或生物樣品72接觸并且優(yōu)選地提供高的氧滲透。當常規(guī)氧傳感器的感測膜與感應窗70進行接觸時，將能夠測量穿過窗70的介質(zhì)的氧含量。在一個實施方案中，傳感器窗膜70由具有高的氧滲透的材料制成。優(yōu)選地，將傳感器窗膜70的透氧性限定為:當被安裝在具有直徑為0.275英寸的感測電極的安培計傳感器上時，在空氣中在海平面在25°C膜70將產(chǎn)生至少20微安(μΑ)。該電流限定了在此條件下穿過膜的氧流。當需要時，關于圖3顯示的實施方案允許溶解氧傳感器I與容器50分開。在蒸汽滅菌或?qū)θ萜?0的Y射線輻照期間，可以簡單地將傳感器I從容器50移走。此外，可以在任何時間將傳感器I從容器50移走用于校準而不中斷容器50內(nèi)部的過程。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的與單用途生物反應器/混合器50的壁62或塑料片材連接的傳感器窗支架60的橫截面簡圖。在圖4中顯示的實施方案的許多方面與在圖3中顯示的那些類似，并且相似的組件具有同樣的編號。具體地，容器的塑料片材或壁62被設置有孔，所述孔的尺寸被制成為大致超過圓柱形部分78的外徑64。圓柱形部分78與凸緣構件74相連，凸緣構件74提供被密封到單用途生物反應器50內(nèi)部的面76?？梢允褂萌魏魏线m的方法密封凸緣構件74，所述方法包括熱粘合/膠粘劑粘合、機械方法如超聲焊接，或其他合適方法。此外，將感測膜70密封到凸緣74以形成防水連接。具體地，當感測膜70被固定到凸緣構件74，并且凸緣構件74被固定到單用途生物反應器50的壁62的內(nèi)表面時，包含在單用途生物反應器內(nèi)的生物樣品的試驗介質(zhì)不能漏出。在圖4中，感測膜70通過成為膜支架60的組件而整合到單用途生物反應器中。生物反應器的感測膜70、膜支架60和塑料片材62通過熱粘合/膠粘劑粘合或任何其他合適的機械方式全部連接在一起。此外，可以為了增強而改進感測膜70。在此構造中，感測膜70可以通過Y射線輻照或其他合適的方式與單用途生物反應器/容器一起滅菌。在使用單用途生物反應器期間，可以安裝電解質(zhì)和感測電極以用于氧測量而不需要如在圖4中所示的額外的滅菌過程。在很多實施方案中，感測膜典型地將由具有相對低的透氧性的聚四氟乙烯(PTFE)或類似聚合物制成。大部分其他聚合物如聚丙烯或聚乙烯具有高若干數(shù)量級的透氧性。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案，如在圖5中圖解的，可以通過簡單地使感測膜與單用途生物反應器的塑料片材的壁粘合而將感測膜整合到單用途生物反應器中。在圖5中，與單用途生物反應器的塑料片材相比，感測膜具有相對低的透氧性。這種情況的一個實例將是感測膜由聚四氟乙烯構造而成而單用途生物反應器的塑料片材由聚丙烯或聚乙烯構造而成。傳感器體部和電極的其余部分可以被布置在塑料片材或感測膜的任一側(cè)上。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的與單用途生物反應器/混合器連接的溶解氧傳感器的簡圖。關于圖6顯示的實施方案與在圖3中顯示的實施方案類似，然而主要的區(qū)別在于在圖6中顯示的溶解氧傳感器的感測膜80通過凸緣74粘合或以其他方式附著到單用途生物反應器的塑料壁。比較起來，顯示在圖3中的常規(guī)溶解氧傳感器I具有自己的感測膜，該感測膜鄰接傳感器窗70以致氧穿透傳感器窗70和常規(guī)溶解氧傳感器I的感測膜。如在圖6中所示，氧僅僅通過感測膜80并且基本上被感測電極立即還原以產(chǎn)生電流信號。以此方式，相比使用常規(guī)溶解氧傳感器的實施方案，顯示在圖6中的實施方案可以稍微更快地反應。本領域技術人員將理解傳感器體部82和電極84不包括完整的溶解氧傳感器。因此，為了有助于關于圖6顯示的實施方案，傳感器體部82、電極84和支持電解質(zhì)12基本上作為成套用具被提供，所述成套工具可以與包括或以其他方式使用如在圖6中所示的膜支架60和感測膜80的單用途生物反應器連接。因此，當單用途生物反應器準備好被使用時，傳感器體部82與其中的電極84 —起穿入或以其他方式可拆卸地固定到膜支架60。一旦相連，傳感器體部82和膜支架60與感測膜80 —起形成液密室。然后將支持電解質(zhì)12導入到室中從而提供功能完整的溶解氧傳感器。一旦完成或以其他方式終止反應，可以從膜支架60中取出傳感器體部82以將其與另一個單用途生物反應器一起使用，或者當同一生物反應器被滅菌或以其他方式接受Y射線輻照時，可以簡單地從那個單用途生物反應器移走傳感器體部82。盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施方案描述了本發(fā)明，但本領域技術人員將認識到可以在形式上和細節(jié)方面作出改變而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種生物反應容器，所述生物反應容器包括: 塑料壁；以及 氧感測膜，所述氧感測膜被布置成緊鄰所述塑料壁，所述氧感測膜具有已知的透氧性。
2.權利要求1所述的生物反應容器，其中所述塑料壁包括穿過所述塑料壁的孔，而所述氧感測膜被布置成緊鄰所述孔。
3.權利要求2所述的生物反應容器，并且所述生物反應容器還包括具有穿過所述孔的圓柱形部分的膜支架以及被固定到所述塑料壁的內(nèi)表面的凸緣部分，其中所述膜支架使所述氧感測膜與所述塑料壁的內(nèi)表面相連接。
4.權利要求3所述的生物反應容器，并且所述生物反應容器還包括連接到所述圓柱形部分的傳感器體部。
5.權利要求4所述的生物反應容器，其中所述傳感器體部與所述圓柱形部分可拆裝地連接。
6.權利要求4所述的生物反應容器，并且所述生物反應容器還包括感測電極，所述感測電極被布置在緊鄰所述感測膜的室內(nèi)。
7.權利要求6所述的生物反應容器，并且所述生物反應容器還包括分析器，所述分析器與所述電極可操作地相連以基于通過所述電極的電流測量生物樣品中的溶解氧。
8.—種生物反應容器，所述生物反應容器包括: 塑料壁，所述塑料壁限定了其中的生物反應室，并且具有穿過所述塑料壁的孔； 固定到所述塑料壁的膜支架，所述膜支架具有穿過所述孔的圓柱形部分；以及 與緊鄰所述孔的所述膜支架相連接的傳感器窗膜，所述傳感器窗膜具有高的透氧性，但是與所述膜支架一起形成防水密封。
9.權利要求8所述的生物反應容器，并且所述生物反應容器還包括安培計溶解氧傳感器，所述安培計溶解氧傳感器被布置在所述膜支架的所述圓柱形部分中。
10.權利要求9所述的生物反應容器，其中所述安培計溶解氧傳感器穿入所述圓柱形部分。
11.權利要求10所述的生物反應容器，并且所述生物反應容器還包括分析器，所述分析器與所述溶解氧傳感器相連以測量所述生物反應容器中的生物樣品的溶解氧。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于與單用途生物反應器/容器一起使用的溶解氧傳感器。生物反應容器包括塑料壁，所述塑料壁限定其中的生物反應室，并且具有穿過塑料壁的孔。膜支架被固定到塑料壁的內(nèi)表面。膜支架具有穿過所述孔的圓柱形部分。傳感器窗膜連接到緊鄰孔的膜支架。傳感器窗膜具有高的透氧性，但是與膜支架一起形成防水密封。
文檔編號G01N27/26GK103163190SQ201210085580
公開日2013年6月19日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者馮昌東 申請人:羅斯蒙德分析公司