CN107202613A - 用于一次性容器的流量测量系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于连接到一次性容器的文丘里管式流量计。文丘里管式流量计包括由聚合物形成并且被构造成用于允许流体流动通过其中的仪表主体。第一环形膜片安装在仪表主体的内表面附近并且具有第一内直径。第二环形膜片安装在仪表主体的内表面附近并且具有与第一内直径不同的第二内直径。

Description

用于一次性容器的流量测量系统

背景技术

一次性容器，诸如生物反应器，用于生成和支持用于多种目的的生物反应。生命科学产业从由不锈钢制成的具有较大的原位清洗(CIP)基础设施的较大的资金密集型设备进步到使用用作生物反应器的聚合物袋或容器的较小的设备。生物反应袋被使用一次，然后丢弃。一次性生物反应器技术显著地减少工厂的成本。例如，在使用不锈钢CIP基础设施的现有设备中，达到操作设备的成本的90％可以由于原位清洗基础设施导致，原位清洗基础设施包括被设计成经受蒸汽清洗循环的非常高端的仪器。通过进步至可处理的一次性生物反应袋，资金的CIP部分可以被消除，并且设备可以是更灵活的和更小的，这又允许用于更具针对性的药物治疗和其它小规模应用的较小批次的产量。

由于制药厂商从较大的不锈钢工艺容器改变至较小体积的预灭菌的一次性塑料袋系统，所以需要测量这些系统中的工艺变量，以控制生长环境和紧接的工艺。通常地，制药厂商和生命科学产业一般一直使用相对便宜的传感器和来自流体隔离的相对天然的方法，诸如硅凝胶。这些方法可以导致不准确的测量值，这对于用于支持各种生物反应的生命科学产业是不可接受的。

发明内容

提供一种用于连接到一次性容器的文丘里管式流量计。文丘里管式流量计包括由聚合物形成并且被构造成用于允许流体流动通过其中的仪表主体。第一环形膜片安装在仪表主体的内表面附近并且具有第一内直径。第二环形膜片安装在仪表主体的内表面附近并且具有与第一内直径不同的第二内直径。

附图说明

图1是与生物反应袋结合使用的不锈钢耐久支持设备的图解视图，本发明的实施例特别适用于该不锈钢耐久支持设备。

图2是根据本发明的实施例的具有灭菌流量测量系统的一次性容器系统的图解视图。

图3是根据本发明的实施例的使用环形密封件的文丘里管式流量计的图解剖视图。

图4是根据本发明的实施例的生成关于来自一次性容器的流体流量或到一次性容器的流体流量的流量值的方法的流程图。

具体实施方式

诸如生物反应器的一次性容器的用户期望相对便宜的和相对精确的一系列用于该容器的仪器。用于该一次性塑料容器的重要动机是极大地降低资金成本，如上所述，不需要原位清洗基础设施、更快的批量周转时间以及更小和更灵活的工艺能力。尽管一些新产品已经被研发以提供关于一次性容器的较高质量的压力和液位测量，但是当前没有解决方案被提供以用于测量至该一次性容器的流体流量或来自该一次性容器的流体流量。

本发明的实施例大致提供用于测量关于诸如生物反应器的一次性容器的流量的有效解决方案。根据本发明的实施例，基于聚合物文丘里管的流量计与相对较高质量的压差测量装置结合使用。文丘里管式流量计的接触流动流体的部分被利用相对较低成本的聚合物构造，该聚合物诸如为塑料并且可以是预灭菌的。在一个实施例中，文丘里管式流量计然后流体地连接到相对较高质量的压差测量装置。注意到，尽管关于与文丘里管式流量计相关的测量压力的单个压差测量装置描述了本发明的实施例，但是可以利用通过单独的装置执行的该测量来实践本发明的实施例。

对于诸如生物反应器的一次性容器，流体流量测量呈现特定的困难。特别地，这些容器经常包括活细胞或有机体。随着该细胞或有机体流过系统，该细胞或有机体经常特别易受突然的应力或其它较大力的影响。因而，为有效地测量关于可以包括活细胞或有机体的液体的流量参数，重要的是尽可能在对流量分布较小干扰的情况下这样做。例如，在管中输送到生物反应器和/或从生物反应器输送的活细胞必须小心处理，使得活细胞不破裂或遭受其它不期望的作用。相应地，本发明的一些实施例通常提供具有适当地较大的扼流器的聚合物文丘里管，以最低限度地扰乱流体的流动。

图1是生物反应器的图解视图，本实施例特别适用于该生物反应器。生物反应器100包括刚性支架102，刚性支架102包括聚合物袋104和多个管106、108。生物反应器的多个传感器和/或管连接到分析器110，分析器110能够测量或以其它方式确定生物反应和/或在其中的生物流体的多个方面，并且提供关于生物反应和/或生物流体的信息。根据本发明的实施例的聚合物流量测量系统将通常附接至连接到聚合物袋104的管106、108的一个或多个。

图2是设置在刚性容器102中的聚合物生物反应袋104的图解视图。生物流体，诸如细胞培养物或发酵糊状液体112，设置在生物反应袋104中并且经历感兴趣的生物反应。管或软管114经由端口116连接到聚合物袋104的内部。相应地，任何适当的流体可以经由管道114流动到生物袋104或从生物袋104流动，如双向箭头115所示。

如图2所示，压力测量装置，诸如压差测量变送器130，经由液体填充脉冲管线134、136流体地连接到文丘里管式流量计132。在一个实施例中，液体填充脉冲管线134、136中的液体是大致不能压缩的，诸如与经由一对环形隔离膜片(图3示出)流过管道114的生物反应流体隔离的水或硅油。此外，可以使用在流过文丘里管式流量计132的流体的压力下大致不能压缩的任何流体。因而，如果文丘里管式流量计适合于相对低压的应用，然后管线134、136中的流体可以是稍微可压缩的，只要所述流体相对于流过文丘里管式流量计132的压力是几乎不能压缩的。

通过诸如已知的三夹具式联接件142、144的任何适当的联接件，文丘里管式流量计132连接到协作配件138、140。如关于图3和图4更详细地所述，随着流体流过文丘里管式流量计132，流体流量通过液体填充脉冲管线134、136生成不同的压力。在一个实施例中，管线134、136中的压力被压差测量变送器130感测到，并且指示被测量压差的值经由硬件、软件或其组合被转换成流量相关值，诸如流速或质量流量。进一步地，流体自身的压力也可以经由任何适当的技术被测量和指示。一旦压差测量变送器130已经测量或以其它方式确定流量相关值，则流量相关值可以本地地显示在生物反应器处，和/或传递到远程装置。进一步地，在一些实施例中，仪器130也可以执行关于装置自身的诊断和/或生物反应，以提供额外信息，而不是仅报告一次性生物反应袋104中的压力。更进一步地，仪器130还可以被构造成用于经由过程通信环路或区段向一个或多个额外的装置传输流量相关信息，诸如根据高速通道可定址远程转换器协议或FOUNDATIONTM现场总线协议的那些过程通信环路或区段。然而，可以使用根据本发明的实施例的其它适当的有线和/或无线的过程通信协议。此外，本文中描述的实施例还可以包括，根据诸如IEC62591的无线过程通信协议经由天线120，将该流量相关信息无线发送至任何适当的装置。在一个实施例中，仪器130是从明尼苏达州的Shakopee的Emerson Process Management公司获得的在商业名称型号3051下售卖的商业上可获得的清洁压力变送器。

图3是根据本发明的实施例的文丘里管式流量计的图解剖视图。在一个实施例中，文丘里管式流量计132由塑料形成，诸如通过使用伽玛辐射，塑料经受辐射灭菌。文丘里管式流量计132包括流体地连接到相应的液体填充脉冲管线134、136的一对环形膜片146、148。每个环形膜片都大致由挠性聚合物的矩形部形成，矩形部的更长侧边横向于仪表主体152的轴线对准，从而围绕仪表主体152的内直径形成环，或至少部分环。

尽管本发明的实施例可以被实践，其中环形膜片146和148不围绕仪表主体152的内直径完全地延伸，但是至少一个实施例包括围绕仪表主体152的内直径完全地延伸的环形膜片。另外地，如图3所示，在具有不同直径的位置处，环形膜片146、148围绕仪表主体152的内直径设置。如所示，环形膜片146设置在仪表主体152的内直径的相对较大直径的部分处，而环形膜片148设置在具有与连接环形膜片146的部分相比相对更小的直径的颈缩区域150处。在一个实施例中，环形膜片146、148由塑料构成，并且形成至仪表主体152的内表面，并且塑性焊接到位。相应地，每个环形膜片146、148响应于仪表主体152的压力改变而移动。该运动又经由液体填充脉冲管线134、136被传递到另一膜片，诸如压差测量变送器130中的感测膜片。文丘里管式流量计132提供具有令人满意的范围能力、高压恢复和强烈的信号发生的有效压差发生器。通过使用文丘里管上游的一个环形密封件和文丘里管下游的另一个环形密封件，传递到压差变送器130的压差信号容易地被压差变送器130转换成诸如流速或质量流量的流量相关值，并且被传递到任何适当的装置和/或被压差变送器130本地地指示。

根据本发明的实施例，仪表主体152和密封系统可以由足够低成本的材料形成，从而除了压差变送器130，整个系统可以被考虑一次性使用。在一个实施例中，文丘里管/密封系统在预灭菌条件下被传送至终端用户，并且准备连接至一次性容器。相反，压差变送器，诸如变送器130，是基础设施的支持生物反应工艺的耐久部件。该方法使用较高性能的压差变送器130，并且允许用户保持包括可能的FDA可追溯性的所有支持基础设施。

图4是根据本发明的实施例的测量关于流动至一次性容器的流体或从一次性容器流动的流体的流量数量的方法的流程图。方法200在方框202处开始，其中关于一次性容器的流量生成。该流量可以进入容器中或从容器出来。然后，在方框204处，经由流体填充隔离系统，第一文丘里管压力被传送至压力测量装置。方框204的示例是压力经由流体填充脉冲管线134从仪表主体152传送至压差测量变送器130。在方框206处，第二文丘里管压力经由第二流体填充系统被传送至压力测量装置。方框206的示例是压力经由流体填充脉冲管线136从环形膜片148传送至压差测量变送器130。然而，本领域的技术人员将认识到，可以使用两个不同的压力测量装置执行方框204和206。此外，第一压力和第二压力的描述不旨在指示一个在另一个之后发生。替代地，“第一”和“第二”仅被提供作为增加清楚性的标签。然后，在方框208处，测量由第一流体填充系统和第二流体填充系统提供的压力之间的压差。在一个实施例中，这通过直接地测量由流体填充脉冲管线134和136传送的压力之间的压差而实现。然而，在每个压力被分别测量并且差值被计算的情况下，本发明的实施例可以被实践。此外，通过分离的装置，每个单独的压力测量可以被完成，并且差值可以通过又一装置计算。

然后，在方框210处，基于测量的压差确定流量值。在一个实施例中，流量值可以是流速212，而在另一实施例中，流量值可以是质量流量214。最后，在方框216处，流量值被作为输出提供。该输出可以通过诸如压差测量变送器130的装置本地地提供至过程控制器，或远程地提供至过程控制器，或经由过程通信被提供至监控装置，如上所述。

本发明的实施例提供涉及诸如生物反应器的一次性容器的流量测量的较低成本解决方案。根据本发明的实施例构造的装置可以被在现场容易地灭菌，和/或在制造过程中容易地灭菌。当在制造过程中该装置被灭菌时，该装置可以被设置在无菌包装中，使得最终用户不必在使用之前执行任何灭菌。此外，系统可以被提供有预填充的液体填充脉冲管线，使得最终用户仅需要从每个管线移除装运盖并且抵靠压差变送器的相应的隔离膜片放置每个脉冲管线的隔膜或挠性膜片。当然，在调试过程中，在液体填充脉冲管线被填充在用户位置上的情况下，实施例也可以被实践。

虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行改变。

Claims (19)

1.一种用于连接到一次性容器的文丘里管式流量计，所述文丘里管式流量计包括：

仪表主体，所述仪表主体由聚合物形成并且被构造成用于允许通过其中的流体流量；

第一环形膜片，所述第一环形膜片安装在仪表主体的内表面附近并且具有第一内直径；和

第二环形膜片，所述第二环形膜片安装在仪表主体的内表面附近并且具有与第一内直径不同的第二内直径。

2.根据权利要求1所述的文丘里管式流量计，其中：

仪表主体由塑料形成。

3.根据权利要求1所述的文丘里管式流量计，其中：

第一环形膜片和第二环形膜片中的每个都用塑料构造。

4.根据权利要求1所述的文丘里管式流量计，其中：

第一环形膜片和第二环形膜片中的至少一个完全地围绕仪表主体的内直径延伸。

5.根据权利要求1所述的文丘里管式流量计，其中：

文丘里管式流量计被灭菌和设置在无菌包装中。

6.根据权利要求1所述的文丘里管式流量计，并且进一步地包括：

连接到第一环形膜片的第一脉冲管线，第一脉冲管线在其中具有大致不能压缩的流体。

7.根据权利要求6所述的文丘里管式流量计，并且进一步地包括：

连接到第二环形膜片的第二脉冲管线，第二脉冲管线在其中具有大致不能压缩的流体。

8.根据权利要求7所述的文丘里管式流量计，其中：

第一脉冲管线和第二脉冲管线中的每个都用水填充。

9.根据权利要求7所述的文丘里管式流量计，其中：

仪表主体、第一脉冲管线和第二脉冲管线被设置在无菌包装中。

10.根据权利要求7所述的文丘里管式流量计，其中：

第一脉冲管线和第二脉冲管线中的每个都流体地连接到压力测量仪器。

11.根据权利要求10所述的文丘里管式流量计，其中：

第一脉冲管线和第二脉冲管线中的每个都流体地连接到相同的压力测量仪器。

12.根据权利要求11所述的文丘里管式流量计，其中：

压力测量仪器是压差变送器。

13.根据权利要求12所述的文丘里管式流量计，其中：

压差变送器被构造成用于测量第一脉冲管线和第二脉冲管线中的压力之间的压差并且确定流量相关值输出。

14.根据权利要求13所述的文丘里管式流量计，其中：

流量相关值输出根据过程通信协议传送。

15.根据权利要求14所述的文丘里管式流量计，其中：

过程通信协议是无线过程通信协议。

16.一种测量生物反应流体的流量的方法，所述方法包括以下步骤：

提供由聚合物形成的文丘里管仪表主体；

生成生物反应流体的通过文丘里管仪表主体的流量；

测量关于仪表主体中的第一位置的第一文丘里管压力和关于仪表主体中的第二位置的第二文丘里管压力之间的差值，所述第二位置具有与仪表主体中的第一位置的直径不同的直径；

基于第一文丘里管压力和第二文丘里管压力中的测量差值来确定生物反应流体的流量相关值；并且

提供流量相关值作为输出。

17.根据权利要求16所述的方法，其中：

通过将位于第一位置处的环形膜片连接到压力测量仪器，来执行测量第一文丘里管压力。

18.根据权利要求17所述的方法，其中：

通过将位于第二位置处的环形膜片连接到压力测量仪器，来执行测量第二文丘里管压力。

19.根据权利要求16所述的方法，其中：

通过压差变送器执行确定流量相关值。