CN106040055B - 用于生物处理的推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于生物容器的流体推进器、包括推进器和生物容器的生物处理单元、以及推进器的使用方法。

Description

用于生物处理的推进器
技术领域
本发明公开了用于生物容器的流体推进器、包括推进器和生物容器的生物处理单元、以及推进器的使用方法。
背景技术
流体的制备，尤其是药物和生物医药工业中的溶液和悬浮液的制备，通常涉及彻底混合以提供配料在产品中的期望分配。在生物反应器袋中利用混合推进器执行许多混合操作，该混合推进器安装在容器的基部附近。具有不同尺寸推进器毂、推进器叶片和/或叶片构造的多种推进器可以用来进行混合。
然而，需要改进的推进器和包括推进器的生物反应器袋。
本发明改善了现有技术中的至少一些缺陷。从以下的说明中，本发明的这些和其它优点将会变得明显。
发明内容
根据本发明的实施例，一种用于生物容器的推进器包括：(a)毂，该毂包括顶端部和底端部，以及至少第一推进器臂狭槽和第二推进器臂狭槽，所述第一推进器臂狭槽和第二推进器臂狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；(b)从毂延伸的至少第一推进器叶片和第二推进器叶片，每个推进器叶片包括叶片表面、臂，该臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，其中第一端部与叶片表面相邻，第二端部延伸到推进器狭槽中，该臂接合在狭槽中，并且其中第一推进器叶片的臂的第二端部与另一个推进器叶片的臂的凹口接合。
在另一个实施例中，提供一种生物处理单元，其包括生物反应器袋(生物容器)和搅拌器，该搅拌器包括：推进器，其包括毂和推进器叶片；壳体组件；以及可转动的轴，其包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部和第二端部，该轴具有竖直旋转轴线，该轴穿过生物容器的底壁，使得第二端部延伸到底壁的外部；毂安装到可转动的轴的第一端部，毂包括顶端部和底端部以及至少第一和第二推进器臂狭槽，所述第一和第二推进器臂狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；其中壳体组件联接到生物容器的底壁，壳体组件密封地支撑可转动的轴，其中轴的第二端部穿过壳体组件。
根据本发明的另一个实施例的制备用于进行生物处理的混合流体的方法，其包括：(a)使至少一种流体和待与流体混合的至少一种成分穿过至少一个端口而进入生物容器，该生物容器包括封闭的容器，该容器具有内部体积，该容器包括：底壁、顶壁、至少一个壁，侧壁连接到顶壁和底壁；以及至少进入端口和排放端口，排放端口布置在底壁中，其中该生物容器还包括搅拌器；以及(b)使推进器旋转，将所述至少一种流体和待与流体混合的所述至少一种成分混合，形成混合流体。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的推进器的俯视图，该推进器包括毂和3个推进器叶片，其中叶片接合在毂的狭槽中，每个叶片都具有表面、臂和凹口，一个推进器叶片臂的端部与另一个推进器叶片臂的凹口接合。
图2A示出了图1所示的推进器的透视图(所示的毂包括螺栓或铆钉，该螺栓或铆钉穿过叶片以将叶片进一步保持就位)，图2B示出了2个推进器叶片被移除的局部分解图。
图3示出了图2所示的推进器叶片的俯视图，还示出了具有凹口的推进器叶片臂，该凹口的角度为120°。
图4A和4B分别示出了毂和用于驱动(转动)毂的轴的仰视分解图和俯视透视图。图4C示出了毂的俯视图，其中具有三个狭槽(每个狭槽用于接纳推进器叶片)，各个狭槽绕毂的中心以120°的角度定位。图4D示出了推进器叶片以及毂和轴的局部剖视图。图4E示出了包括轴的推进器壳体组件的剖视图。
图5A和5B示意性地示出了4个推进器叶片，其中一个推进器叶片臂的端部与另一个推进器叶片臂的凹口接合。图5A示出了4个相同的叶片，图5B示出了2个不同的叶片，其中一对叶片中的叶片是相同的。
图6A和6B示出了根据本发明另一个实施例的包括3个推进器叶片的推进器，该推进器还包括毂顶盖，毂顶盖与毂接合并且进一步将叶片保持就位。图6A示出了包括桩的顶盖，桩可以“卡扣配合”到毂的接纳孔中，图6B示出了具有突出部的顶盖，该突出部可以焊接到毂和叶片的凹槽中。
图7示出了包括图1所示的生物容器和推进器的生物处理单元的实施例。
具体实施方式
根据本发明的实施例，一种用于生物容器的推进器包括：(a)毂，该毂包括顶端部和底端部，以及至少第一推进器臂狭槽和第二推进器臂狭槽，所述第一推进器臂狭槽和第二推进器臂狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；(b)从毂延伸的至少第一推进器叶片和第二推进器叶片，每个推进器叶片包括叶片表面、臂，该臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，其中第一端部与叶片表面相邻，第二端部延伸到推进器狭槽中，该臂接合在狭槽中，并且其中第一推进器叶片的臂的第二端部与另一个推进器叶片的臂的凹口接合。
在一个实施例中，毂包括竖直地布置的第三推进器臂狭槽，推进器还包括第三推进器叶片，该第三推进器叶片包括叶片表面、臂，第三推进器叶片的臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，第三推进器叶片的第二端部延伸到推进器狭槽中，该臂接合在狭槽中，其中第一推进器叶片的臂的第二端部与第三推进器叶片的臂的凹口接合，第三推进器叶片的臂的第二端部与第二推进器叶片的臂的凹口接合，并且第二推进器叶片的臂的第二端部与第一推进器叶片的臂的凹口接合。
在另一个实施例中，提供一种生物处理单元，其包括生物反应器袋(生物容器)和搅拌器，该搅拌器包括：推进器，其包括毂和推进器叶片；壳体组件；以及可转动的轴，其包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部和第二端部，该轴具有竖直旋转轴线，该轴穿过生物容器的底壁，使得第二端部延伸到底壁的外部；毂安装到可转动的轴的第一端部，毂包括顶端部和底端部以及至少第一和第二推进器臂狭槽，所述第一和第二推进器臂狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；其中壳体组件联接到生物容器的底壁，壳体组件密封地支撑可转动的轴，其中轴的第二端部穿过壳体组件。
根据本发明的另一个实施例，一种用于进行生物处理的生物处理单元包括：(a)生物容器，该生物容器包括封闭的容器，该容器具有适于容纳流体的内部体积，该容器包括：底壁、顶壁、至少一个侧壁，侧壁连接到顶壁和底壁；以及至少进入端口和排放端口，排放端口布置在底壁中，其中该生物容器还包括：(b)可转动的搅拌器，该搅拌器包括(i)可转动的轴，该轴包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部和第二端部，该轴具有竖直旋转轴线，该轴穿过生物容器的底壁，使得第二端部延伸到底壁的外部；(ii)推进器，该推进器包括安装在可转动的轴的第一端部上的毂，该毂包括顶端部和底端部以及至少第一推进器臂狭槽和第二推进器臂狭槽，所述第一推进器臂狭槽和第二推进器臂狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；(iii)从毂延伸的至少第一推进器叶片和第二推进器叶片，每个推进器叶片包括叶片表面、臂，该臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，其中第一端部与叶片表面相邻，第二端部延伸到推进器狭槽中，该臂接合在狭槽中，其中一个臂的第二端部与另一个臂的凹口接合；以及(iv)壳体组件，该壳体组件联接到生物容器的底壁，该壳体组件密封地支撑可转动的轴，其中轴的第二端部穿过壳体组件。
在生物处理单元的优选实施例中，推进器包括第三推进器叶片，其中毂包括竖直地布置的第三推进器臂狭槽，该推进器还包括第三推进器叶片，该第三推进器叶片包括叶片表面、臂，第三推进器叶片的臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，第三推进器叶片的第二端部延伸到推进器狭槽中，该臂接合在狭槽中，其中第一推进器叶片的臂的第二端部与第三推进器叶片的臂的凹口接合，第三推进器叶片的臂的第二端部与第二推进器叶片的臂的凹口接合，并且第二推进器叶片的臂的第二端部与第一推进器叶片的臂的凹口接合。
根据本发明的另一个实施例的制备用于进行生物处理的混合流体的方法，其包括：(a)使至少一种流体和待与流体混合的至少一种成分穿过至少一个端口而进入生物容器，该生物容器包括封闭的容器，该容器具有内部体积，该容器包括：底壁、顶壁、至少一个侧壁，侧壁连接到顶壁和底壁；以及至少进入端口和排放端口，排放端口布置在底壁中，其中该生物容器还包括搅拌器；以及(b)使推进器旋转，将所述至少一种流体和待与流体混合的所述至少一种成分混合，形成混合流体。
有利地，相同的毂设计可以用于多种不同的叶片尺寸和构造(例如，不同的叶片表面角度)，从而降低成本。
以下将更详细地描述本发明的各个组成部分，其中相似的部件具有相似的附图标记。
虽然推进器的实施例具有至少两个推进器叶片，并且可以具有任意数量的额外的叶片，但是根据图1所示的实施例，推进器500包括毂50以及从毂延伸的第一、第二和第三推进器叶片100、200、300。示例性地参考图1、2B和3(图2B和3示出了叶片300，其中叶片100和200具有与叶片300相同的结构)，每个推进器叶片包括叶片表面100A、200A、300A、臂110、210、310，该臂具有第一端部101、201、301和第二端部102、202、302以及处于第一和第二端部之间的凹口150、250、350，其中第一端部相邻于(示出为还连接到)叶片表面，第二端部延伸到毂中的推进器狭槽51、52、53内。在图2A和2B图示的实施例中，毂包括顶端部50A和底端部50B，推进器狭槽竖直地布置，从顶端部朝向底端部延伸。
参考示出了叶片300的图2B所示的推进器的实施例，每个臂包括延伸部115(叶片100)、215(叶片200)和315(叶片300)，以从顶端部向底端部基本上填充毂狭槽的长度，在图2A和2B所示的实施例中，毂和延伸部均包括通孔，该通孔例如用于铆钉或螺栓，以进一步将叶片固定到毂。然而，如图2B和4D所示，延伸部可以包括腿部320(例如，延伸部的一部分包括凹口)，该腿部没有从顶端部向底端部、朝向毂的外边缘基本上填充毂狭槽的长度。
如上所述，推进器具有两个或更多个推进器叶片。图1、2A、6A、6B和7示出了3个叶片，图5A和5B示出了4个叶片。处于臂的第一和第二端部之间的推进器臂中的凹口的角度通常为360°除以叶片的数量。因此，例如图3(示出了用于推进器的3个叶片实施例中的推进器叶片)示出了凹口的角度为120°。相似地，毂中的狭槽绕毂的中心以相同的角度定位。因此，例如示出了具有3个狭槽的毂的图4C示出了狭槽绕毂的中心以120°的角度定位。参考图5A和5B所示的4个叶片的实施例，角度优选地为90°。
优选地，在具有2个推进器叶片或奇数个叶片(3个，5个，7个等)的实施例中，所有的叶片都是相同的。例如，在图1、2A、5A、6A、6B和7所示的实施例中，叶片是相同的。然而，在具有偶数个、4个或更多个叶片(4个，6个，8个等)的实施例中，可以使用2种不同的叶片，一对叶片中的叶片是相同的。例如，图5B所示的实施例示出了2种不同的叶片(“A”和“B”)，其中一对叶片(A，A；B，B)中的叶片是相同的。
或者，推进器叶片可以具有任何合适的构造。例如，虽然图2B示出了叶片300具有以大约45°的角度倾斜的表面300A，但是本发明并不限于此。
在图2A和2B所示的实施例中，毂和推进器叶片延伸部均包括通孔，该通孔例如用于铆钉或螺栓，以进一步将叶片固定到毂。然而，在其它实施例中，不需要通孔和/或铆钉和/或螺栓。例如，根据图6A和6B所示的实施例，推进器还包括毂顶盖，该毂顶盖与毂的顶端部接合并且将叶片进一步保持就位。图6A示出了包括桩(仅仅示出了一个桩56)的顶盖55，桩可以“卡扣配合”到毂的接纳孔57中，图6B示出了具有突出部58的顶盖55A，该突出部可以焊接到毂59A和叶片59B的凹槽中。
根据本发明的推进器的实施例可以用于具有不同构造和/或体积的各种生物反应器，其中参考图4A和4B，可转动的轴60包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部61和第二端部62，该轴具有竖直旋转轴线，驱动(转动)推进器，其中该轴的第一端部插入到毂50(位于生物反应器袋的内部体积中)中，该轴的第二端部延伸到生物反应器的底壁的外部，并且该第二端部直接地或间接地附接到使轴转动的马达。
例如，根据本发明的实施例，可以设有搅拌器，该搅拌器包括：推进器，其包括毂和推进器叶片；壳体组件；以及可转动的轴，其包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部和第二端部，该轴具有竖直旋转轴线，该轴穿过生物容器的底壁，使得第一端部延伸到容器的内部体积中并且第二端部延伸到底壁的外部；毂安装到可转动的轴的第一端部，毂具有与轴的竖直旋转轴线垂直的水平轴线，毂包括顶端部和底端部以及至少第一和第二推进器臂狭槽，所述第一和第二推进器臂狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；其中壳体组件能够联接到生物容器的底壁，壳体组件密封地支撑可转动的轴，其中轴的第二端部穿过壳体组件。通常，壳体组件包括轴承和至少一个密封件。多种壳体组件是合适的。图4E示出了示例性的壳体组件600，其包括：上部壳体部分610，其包括上部部分密封组件611；下部壳体部分620，其包括下部部分密封组件621(每个密封组件包括中心通道、具有环形开口的密封件和轴承)；以及中心通道650，其穿过密封壳体组件以及上部和下部壳体部分。图4E还示出了处于中心通道650中的可转动的轴60，该轴具有第一端部61和第二端部62。壳体组件可以经由例如锁定环(未示出)安装到生物反应器袋。
生物反应器袋(或生物容器或生物处理容器)，是柔性的(例如，塑料)，可以具有任何合适的形状(例如，圆柱形(具有例如单个连续侧壁)、正方形或矩形)，并且在图7中示出为具有多个侧壁的大致矩形立方体形状。
生物反应器袋的实施例可以具有任何适合数量和位置的额外的端口，例如任何以下端口中的一个或多个：液体入口端口、气体入口端口、气体出口端口、粉末入口端口、酸/碱入口端口、探针端口和/或样品端口。
图7示出了生物反应器1000(或生物处理单元)的实施例，其包括：生物反应器袋900(生物容器)，其包括顶壁901、底壁902和侧壁903A、903B、903C和903D、排放端口951、介质进入端口952、通风过滤器连接端口953；搅拌器800，其包括推进器500和壳体组件600，该推进器包括毂50以及第一、第二和第三推进器叶片；以及可转动的轴60，其包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部和第二端部，该轴具有竖直旋转轴线，该轴穿过生物容器的底壁902，使得第二端部延伸到底壁的外部；毂安装到可转动的轴的第一端部，毂具有与轴的竖直旋转轴线垂直的水平轴线，毂包括顶端部和底端部以及至少第一和第二推进器臂狭槽，所述第一和第二推进器臂狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；其中壳体组件联接到生物容器的底壁，壳体组件密封地支撑可转动的轴，其中轴的第二端部穿过壳体组件。
根据本发明的实施例可以处理和/或制备(包括混合)各种流体。应用包括例如细胞培养(例如，包括悬浮和附着细胞系的批料和分批补料操作)，制备无菌流体以用于药物和/或生物医药工业，包括药品、疫苗和静脉内液、含抗体和/或蛋白质的流体、和/或用于食物和饮料工业的流体。根据本发明实施例混合的流体还可以例如用作介质和/或缓冲剂，例如色谱缓冲剂。
例如，制备用于生物处理的混合流体的方法包括：(a)使至少一种流体和待与流体混合的至少一种成分穿过一个或多个端口而进入膨胀的生物容器；以及(b)使推进器旋转，将所述至少一种流体和待与流体混合的所述至少一种成分混合，形成可以根据期望使用的混合流体。
以下的实例进一步示出了本发明，但是这些实例当然不应当被理解为以任何方式限制本发明的范围。
本文所引用的所有参考文献，包括公开、专利申请和专利，通过参考并入本文，就像每篇参考文献单独地且具体地通过参考而并入且其全文列在本文中。
在描述本发明的内容中(尤其是在以下权利要求的内容中)使用术语“一”和“该”和“至少一个”以及类似表达被认为是覆盖单数和复数形式，除非文中另有说明或者明显与内容相矛盾。使用后面跟随一个或多个项目列表的术语“至少一个”(例如A和B中的至少一个)指的是从所列的项目中选择一个项目(A或B)或者所列的项目中的两个或更多个的任何组合(A和B)，除非本文中另外指明或者本文中清楚地表示出相反的意义。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”被认为是开放性的术语(即意思是“包括但不限于”)，除非另有说明。本文中数值范围的描述仅仅是用作单独参考落在范围内的每个单独值的简化方法，除非本文另外指明，并且每个单独的值并入到说明中就像其在本文中被单独引用。本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非本文另外指明，或者明显与内容矛盾。本文所提供的任何和所有实例或示例性语言(如“例如”)的使用仅仅只是为了更好地阐明本发明，并且不是对本发明的范围的限制，除非另外指明。说明书中的语言不应当被认为是表明任何未提及的元件对本发明的实施是必要的。
这里描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的实施本发明的最佳模式。在阅读前述说明的情况下这些优选实施例的变化对本领域普通技术人员而言是明显的。发明人期望技术人员适当地采用这样的变化，并且发明人期望以除了本文具体描述以外的方式来实施本发明。因此，本发明包括法律所允许的所附权利要求中引用的主题的所有修改和等效。此外，上述元件在其所有可能变化中的任何组合都被本发明所涵盖，除非本文另外指明，或者明显与内容矛盾。

Claims (8)

1.一种用于生物容器的推进器，其包括：
(a)毂，该毂包括顶端部和底端部，以及至少第一推进器狭槽和第二推进器狭槽，所述第一推进器狭槽和第二推进器狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；
(b)从毂延伸的至少第一推进器叶片和第二推进器叶片，每个推进器叶片包括叶片表面、臂，该臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，其中第一端部与叶片表面相邻，第二端部延伸到推进器狭槽中，该臂接合在推进器狭槽中，并且其中第一推进器叶片的臂的第二端部与另一个推进器叶片的臂的凹口接合。
2.根据权利要求1所述的推进器，其中毂包括竖直地布置的第三推进器狭槽，推进器还包括第三推进器叶片，该第三推进器叶片包括叶片表面、臂，第三推进器叶片的臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，第三推进器叶片的臂的第二端部延伸到推进器狭槽中，该第三推进器叶片的臂接合在推进器狭槽中，其中第一推进器叶片的臂的第二端部与第三推进器叶片的臂的凹口接合，第三推进器叶片的臂的第二端部与第二推进器叶片的臂的凹口接合，并且第二推进器叶片的臂的第二端部与第一推进器叶片的臂的凹口接合。
3.根据权利要求1或2所述的推进器，其还包括可转动的轴，该轴包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部和第二端部，该轴具有竖直旋转轴线，其中毂安装在可转动的轴的第一端部上。
4.根据权利要求1或2所述的推进器，其还包括用于将臂固定到毂的铆钉或螺栓。
5.根据权利要求1或2所述的推进器，其还包括与毂的顶端部接合的毂顶盖。
6.一种用于进行生物处理的生物处理单元，其包括：
(a)生物容器，该生物容器包括封闭的容器，该封闭的容器具有适于容纳流体的内部体积，该封闭的容器包括：底壁、顶壁、至少一个侧壁，侧壁连接到顶壁和底壁；以及至少进入端口和排放端口，排放端口布置在底壁中，其中该生物容器还包括：
(b)可转动的搅拌器，该搅拌器包括
(i)可转动的轴，该轴包括圆柱形元件，该圆柱形元件具有第一端部和第二端部，该轴具有竖直旋转轴线，该轴穿过生物容器的底壁，使得第二端部延伸到底壁的外部；
(ii)推进器，该推进器包括安装在可转动的轴的第一端部上的毂，该毂包括顶端部和底端部以及至少第一推进器狭槽和第二推进器狭槽，所述第一推进器狭槽和第二推进器狭槽竖直地布置并且从顶端部向底端部延伸；
(iii)从毂延伸的至少第一推进器叶片和第二推进器叶片，每个推进器叶片包括叶片表面、臂，该臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，其中该臂的第一端部与叶片表面相邻，该臂的第二端部延伸到推进器狭槽中，该臂接合在推进器狭槽中，其中一个臂的第二端部与另一个臂的凹口接合；以及
(iv)壳体组件，该壳体组件联接到生物容器的底壁，该壳体组件密封地支撑可转动的轴，其中轴的第二端部穿过壳体组件。
7.根据权利要求6所述的生物处理单元，其中推进器包括第三推进器叶片，其中毂包括竖直地布置的第三推进器狭槽，该推进器还包括的第三推进器叶片包括叶片表面、臂，第三推进器叶片的臂具有第一端部和第二端部以及处于第一端部和第二端部之间的凹口，第三推进器叶片的臂的第二端部延伸到推进器狭槽中，该第三推进器叶片的臂接合在推进器狭槽中，其中第一推进器叶片的臂的第二端部与第三推进器叶片的臂的凹口接合，第三推进器叶片的臂的第二端部与第二推进器叶片的臂的凹口接合，并且第二推进器叶片的臂的第二端部与第一推进器叶片的臂的凹口接合。
8.一种制备用于进行生物处理的混合流体的方法，其包括：(a)使至少一种流体和待与流体混合的至少一种成分穿过至少一个端口而进入根据权利要求6或7所述的生物处理单元的生物容器；以及(b)使推进器旋转，将所述至少一种流体和待与流体混合的所述至少一种成分混合，形成混合流体。
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