CN107398358B - 具有部分通道的离心转子芯 - Google Patents

Abstract

提供的转子芯具有沿旋转轴限定的转子长度及多个分离通道。这些分离通道沿旋转轴延伸一段距离，其延伸的长度为通道长度，小于转子长度。同样提供的转子总成包括如可从外壳自由拆除的转子芯。

Description

具有部分通道的离心转子芯

技术领域

本发明是关于离心机转子芯。更具体而言，本发明是关于具有部分通道的离心机转子芯。

背景技术

在生物和化学科学中，常常需要分离悬浮在溶液中的颗粒物质。例如，在生物实验中，颗粒通常是细胞、亚细胞器、病毒、病毒样颗粒和大分子，例如DNA片段。离心工艺通常用于从溶液中分离这些组分。

一个常见的离心技术是试管转子离心，该技术使转子转动或旋转一个或多个试管，这些试管中包含一种或多种想要分离的分析物。这种试管转子离心技术对于分离体积较小的物质非常有用，因此可能在产品开发期间供实验室使用，但是对于诸如生产环境中常见的某些用途，该技术可能被认为速度不够和/或成本效益不够。因此，试管转子离心技术通常被证实无法简单地从台式或实验室环境扩展到生产环境。

另一种常见的离心技术是连续流动离心，该技术使转子和转子芯进行转动或旋转，从而让想要的一种或多种分析物持续流动，在转子总成内形成一个密度梯度。这种持续流动离心技术可能包括各种不同的程序步骤，包括但不限于静态梯度加载、静态梯度卸载、纯粹或不连续梯度加载、分层或分步骤梯度加载、动态梯度加载、动态梯度卸载、混合或线性或持续梯度加载，以及它们的任意组合。

本文已全文收纳美国第2003/0114289A1号出版物，该出版物通常由发明申请人拥有，陈述了在某些情况下，持续流动离心可以配置为线性扩展，以使用相同或相似的离心系统来分离不同的体积或数量，例如，从实验室规模到中试规模到工业规模，或者从工业规模到中试规模到实验室规模。该方法和设备在转子壳体内交换不同尺寸和配置的转子芯(至少是交换部分转子芯)，允许将相同的离心机系统用于各种规模的沉降程序，同时让每一个程序保持大致相同的分离特性。

本发明已确定，本文中公开的转子芯包括部分通道，增强并改进了现有技术可扩展持续流动离心。

发明内容

提供一种具有多个部分通道的转子，即延伸长度小于整个转子芯长度的通道。

提供一种转子总成，在其外壳内安放一个可拆卸的转子芯。该转子芯具有多个部分通道，即延伸长度小于整个转子芯长度的通道。

这种方法可在离心过程中实现产品颗粒的线性尺度分离。该方法包括根据要分离的产品，使用某些预定参数操作离心机设备；将第一转子芯放置在转子壳体中，以定义具有第一体积容量的第一转子总成；旋转离心机设备中的第一转子总成，从而实现产品的第一颗粒分离；从转子壳体中拆下第一转子芯，并在转子壳体中放置第二转子芯，以定义具有第二体积容量的第二转子总成；以及旋转离心机设备中的第二转子总成，从而实现产品的第二颗粒分离，并且这是与第一颗粒分离相关的线性尺度。第一和第二转子芯具有相同的转子长度，并且每一个转子芯都具有多个带通道长度的通道。在第一和第二转子芯中，至少有一个转子芯的通道长度小于这个相同的转子长度。此外，第一转子芯的多个通道的通道长度与第二转子芯的多个通道的通道长度不同。

下文提供详细的描述、图纸和附加要求，精通该技术的人可以由此理解和领会本发明的上述及其他特征和优势。

附图说明

图1是本发明中离心机设备的正视图；

图2是本发明中转子总成的示例性实施例的剖视图；

图3是本发明中转子芯的示例性实施例的俯视透视图；

图4是图3中转子芯的部分部件分解图；

图5是通过图3中转子芯的流动路径第一个示例性实施例的示意图；

图6是通过图3中转子芯的流动路径备用示例性实施例的示意图；

图7是本发明中转子芯的备用示例性实施例的俯视透视图；

图8是图7流动通道图解中转子芯的视图；

图9是图7中转子芯的侧视图；

图10是图7中转子芯的剖视图；

图11是本发明中转子芯的另一个备用示例性实施例的俯视透视图；

图12是图11流动通道图解中转子芯的视图；

图13是图11中转子芯的侧视图；

图14是图11中转子芯的剖视图；

图15是用来与图11中转子芯相比较的现有技术转子芯的俯视透视图；

图16是图11和图15中转子芯的性能比较图；

图17是本发明中转子芯的另一个备用示例性实施例的仰视透视图；

图18是图17中转子芯的俯视透视图；而

图19是图17流动通道图解中转子芯的视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

请参考图纸，特别同时参考图1-4，其中显示了本发明中的离心机装置10，并使用了具有本文中定义的多个分离通道14的转子芯12的示例性实施例。

转子芯12的优势在于，允许在分离产品样本组分的过程中使用离心机设备10，产品样本的体积可以放大或缩小，并同时保持选择大致相同的程序分离参数，或者让一个离心机可用于多规模程序，不一定需要可扩展性，但应该具有相似的运行程序。

本发明中的转子芯12包含具有通道长度(CL)的通道14，其延伸长度小于转子芯的整体长度，在本文中称为转子长度(RL)。因此，本发明中的转子芯12被称为具有“部分通道”，即具有的通道14的延伸长度小于转子芯的整个长度。在一些实施例中，通道长度 (CL)介于转子长度(RL)的5％和90％之间，较好情况下是介于20％和80％之间，最好情况下是介于25％和75％之间，也可以是这些范围中包括的任何较小范围。

将具有离心机总成10中包含带第一部分通道长度(CL)的通道14的转子芯12，与包含带第二通道长度(CL)的通道14的转子芯12进行交换(第二通道长度可能比第一通道长度长，也可能比第一通道长度短)，可以使用线性缩放的基本相似的方式，处理体积不同的一种或多种分析物。

转子芯12包含带通道宽度(CW)的通道14，而通道宽度(CW)与通道长度(CL)以及通道数量定义了转子芯的体积。由于本发明提供具有部分通道14的转子芯12，因此增加了通道宽度(CW)，可提供与具有更长通道的转子芯相同的体积。换言之，通过提供包含带部分或有限通道长度(CL)的通道14的转子芯12，转子芯的通道宽度增加或增宽 (CW)。本文中使用的通道宽度(CW)定义为在转子芯12的外直径测量的通道14弧长。

由于不希望被任何特定理论所束缚，本发明的具有部分通道14转子芯12被认为在离心机设备10旋转期间，提高了分离梯度的稳定性。简言之，本发明的部分通道14比现有技术的通道更短，但具有相同的通道体积，因此比现有技术的通道更宽。据信，本发明的部分通道14短且宽，在离心机设备10旋转期间，提高了分离梯度的稳定性。

此外，在提高了梯度稳定性的环境中，密度梯度“曲线”的保留时间得以大幅度提高，从而在处理过程中，可以成功收集一种或多种分析物，并且彼此之间的梯度曲线会保持基本相似。这表示在每一个操作规模中，一种或多种分析物的累积和杂质的解决基本上相同，因此它们是线性尺度。

在一些实施例中，转子芯12通道宽度(CW)与通道长度(CL)的纵横比是10:1到 1:10，在较好情况下是1:1到1:10，在更好情况下是1:1到1:5，在最好情况下是1:1 到1:3，也可以是这些范围中包括的任何较小范围。

离心机10包括一个箱体总成，其中装有驱动电机16和转子总成18。驱动电机16使用足以分离预期的一种或多种分析物的速度，旋转转子总成18。

转子总成18包括一个外转子壳体20，其中装有可拆卸的转子芯12。壳体20包括一个中心部分22和一对端盖24、26。端盖24、26中至少有一个可以选择性地从中心部分22上拆除，从而可以将转子芯12插入壳体20或从中拆除。在一些实施例中，端盖24、 26中有一个可以永久地与中心部分22连接或一体成型。

在一些实施例中，离心机设备10可能包括一个升降总成28，以升高一个或多个驱动电机16和转子总成18。此外，离心机设备10可以包括与驱动电机16连通的控制台总成30，并可能包括升降总成28，以控制各自的功能。

通过这种方式，转子总成18可以接收包含带不同通道长度(CL)的通道14的转子芯12，并且转子总成可以安装在离心机设备10中，以处理不同体积的一种或多种分析物 (最好采用线性缩放方式)。

在一些实施例中，转子总成18在转子芯12的第一面34和/或第二面36上包括插入件32。在图示说明的实施例中，插入件32可在转子芯12的孔38中拆除，并由一对销40、一个弹簧42以及一个密封件或O形环44固定。弹簧42通常从面34、36沿着销40向上推动插入件32。通过这种方式，插入件32可以协助将转子芯12以想要的方式固定在壳体20和端盖24、26中。

图2中说明了在面34、36都有插入件32的转子芯12，本发明考虑了转子芯至少有一个一体成型的插入件的情况，如图5-6所示。由于不希望被任何特定理论所束缚，本发明中至少在面34、36之一具有不可或缺的插入件32的转子芯12，被认为通过消除可能在插入件周围形成的减缓流动区域(即，死角)，以改进通过转子总成18的流动。虽然没有说明，但是本发明考虑了两个插入件32对转子芯12缺一不可的情况。

图5说明通过图3中转子芯12的流动路径的第一个示例性实施例，而图6说明通过转子芯的备用相反流动路径。

图3-4和5-6的转子芯12包括一个流动路径，使用一个轴向通道44、多个径向通道46、多个分离通道14、多个端面通道48进行定义，而当存在插入件32时，定义项还包括多个插入件通道50。分离通道14的数量最好与径向和端面通道数量46、48相同。当然，本发明考虑了转子芯12不包括插入件32的情况，在本文中，转子芯包括所有想要的端面通道48数量，例如六个或更少的通道，最好情况下为4个通道。

如图5中所示，可以操作离心机设备10，以便使一种或多种分析物的流动通过流动路径，在接近面36的插入件32位置进入转子芯12，经由轴向通道44轴向穿过转子芯，经由径向通道46径向穿过转子芯，并进入分离通道14。通过包括密度梯度的分离通道14 后，所有未分离的分析物和/或流动经由端面通道48通过面34，然后经由插入件通道50 通过插入件32，最后退出转子总成18。

转子芯12最好包括连接径向通道46和分离通道14的端口或开口52，该分离通道包含锥度，以便在具有分离通道14的接口上，端口更宽。由于不希望被任何特定理论所束缚，当流动路径如图5中所示时，端口52的锥度将一种或多种分析物中的颗粒分散到更广泛的分离梯度区域，这可以减小颗粒对梯度的影响，并保持梯度的分离性能(例如，稳定性)。简言之，径向向外部运动的分析物和/或流动的动量被认为可能中断或切断分离通道14中的梯度。端口52的锥度被认为可通过将动量分散到更广泛的梯度区域来减小这种影响。

应该确定的是，图示说明的径向通道46垂直于转子芯12的旋转轴(A)。当然，本发明考虑了径向通道46与通过轴(A)的法线(N)之间存在一个角度的情况。例如，本发明考虑了径向通道46与法线(A)之间存在介于±30度之间的角度，更好情况下是介于±10度之间，最好情况下是介于±5度之间，也可以是这些范围中包括的任何较小范围。

此外，由于不希望被任何特定理论所束缚，径向通道46的角度被认为可以用来减缓或减小分析物和/或流动用以影响分离通道14中梯度的动量。例如，可以使径向通道与法线(A)之间具有一个向下的角度，从而减缓通过图5中径向通道46的动量。

相反，如图6中所示，可以操作离心机设备10，以便分析物流动通过流动路径，在接近面34的插入件32位置进入转子芯12。本文中的流动或分析物经由插入件通道50通过插入件32，经由端面通道48通过面34，并流动进入分离通道14。通过包括离心梯度的分离通道14后，所有未分离的分析物和/或流动经由径向通道46通过进入转子芯12，流动进入径向通道44，并在面36的插入件32位置退出转子芯12。

现在，请参考图7至10，显示了转子芯112的另一个备用实施例。在本文中，转子芯112与图3至6中显示的转子芯12具有相同的几何形状和尺寸，包括转子长度(RL) 和通道宽度(CW)。然而，转子芯112包含带通道长度(CL)的部分通道114，因此转子芯112的体积为100ml。

由此可以看出，在离心机总成10中使用转子总成18可以很容易地使用线性方式缩放，图3至6中转子芯12的体积为50ml，而图7至10中转子芯112的体积为100 ml。

应该确定的是，本发明已在上文中图示说明转子芯12和112，它们分别使用三个分离通道14、114。当然，本发明考虑了转子芯具有任意数量分离通道的情况。

例如，请参考图11至14，显示了转子芯212的另一个备用实施例。在本文中，转子芯212包括通道长度(CL)为转子长度(RL)25％的六个部分通道214。此外，本发明考虑了转子芯212具有小于转子长度(RL)的任何预期通道长度(CL)的情况。

图11至14中的转子芯212具有部分通道214，可以与图15中显示的现有技术转子芯212'进行比较。申请人使用商品名称PK3-400市售转子芯212'。

为了便于比较，转子芯212和转子芯212'具有相同的转子体积，即400ml。在本文中，转子芯212具有通道长度(CL)小于转子长度(RL)的部分通道214。相比之下，现有技术转子芯212'具有通道长度(CL)等于转子长度(RL)的通道214'，即缺少本发明中的部分通道。因此通道212的通道宽度(CW)实际上比转子芯212'的通道宽度(CW) 宽，但具有相同的体积。

图16是转子芯212与现有技术转子芯212'的性能比较图。在比较测试期间，转子芯212配置的流动方向如图5中所示。两项测试的标准化参数包括使用市售的PKII超速离心机，转子转速为35,000rpm，分离梯度包括200ml负载容量的55％(w/w)蔗糖溶液以及200ml负载容量的水。

如图16中所示，从这两项测试中收集的梯度表明，该收集是专为申请专利而进行，彼此之间呈线性。因此，图16中的比较结果表明，使用具有完整长度通道214'的现有技术转子芯212'时，以及使用本发明中具有更短、更宽的部分通道214的转子芯212时，这两种分离之间存在线性关系。

图17至19说明了本发明中部分通道转子芯的更多特征。转子芯314说明了与法线(A)成正角的径向通道346的一个示例。

转子芯314在通道314内包括一个锥形区域354。锥形区域354可用来为转子芯314提供进一步的体积可扩展性。

在一些实施例中，轴向通道346在与分离通道314的接口处具有端口352，且终止于锥形区域。此外，由于不希望被任何特定理论所束缚，端口352终止于锥形区域354被认为可减小或缓解分析物和/或流动动量对通道314中梯度的影响。

还应该注意的是，本文中可能使用术语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”以及类似术语，以修饰各种要素。除非特别说明，否则这些修饰语不暗示所修饰要素的空间、顺序或层次顺序。

虽然本发明在描述过程中引用了一个或多个示范性实施例，但是精通该技术的人能够理解，在不超出本发明范围的情况下，可能进行各种更改，并且可能使用相当项目取代各要素。此外，可能会进行许多修改，以适应本发明理论的特定情况或材料，只要不背离其范围。因此，本发明不仅限于考虑最佳情况下的特定实施例，还包括在所附加要求范围内的所有实施例。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (25)

1.转子芯，具有

沿旋转轴限定的转子长度；

轴向通道，其被限定为穿过旋转轴；

多个分离通道，所述分离通道沿旋转轴延伸一段距离，其延伸的长度为通道长度，小于转子长度；以及

多个径向通道，从轴向通道径向穿过转子芯分别至分离通道。

2.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，所述通道长度为转子长度的5％至90％。

3.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，所述多个分离通道具有通道宽度，转子芯的通道宽与通道长之比为10:1至1:10。

4.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，还包括第一端面和第二端面。

5.根据权利要求4所述的转子芯，其特征在于，多个分离通道仅与第一和第二端面中的一个相交。

6.根据权利要求4所述的转子芯，其特征在于，第一和/或第二端面包括一个插入件。

7.根据权利要求6所述的转子芯，其特征在于，插入件是第一和/或第二端面不可或缺的部分。

8.根据权利要求6所述的转子芯，其特征在于，插入件与第一和/或第二端面连接，但却与第一和/或第二端面相偏离。

9.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，还包括受轴向通道、多个径向通道、多个分离通道、多个端面通道限定的流动路径，

这些端面通道被限定在第一端面内，且将进口或出口流道与这些分离通道相连接，

而这些分离通道将多个端面通道与多个径向通道相连，

这些径向通道将多个分离通道与轴向通道相连，而轴向通道则被限定为穿过旋转轴，并且

轴向通道将这些径向通道与第二端面相连。

10.根据权利要求9所述的转子芯，其特征在于，第一端面包括第一插入件，而流动路径还包括多个插入件通道，这些插入件通道可将多个端面通道与进口或出口流道相连。

11.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，多个分离通道数量与多个径向和端面通道的数量相对应。

12.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，还包括连接多个径向通道和多个分离通道的端口，该端口具有锥度，因此端口与多个分离通道连接的接口要宽于端口与多个径向通道相连接的接口。

13.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，多个径向通道与旋转轴垂直。

14.根据权利要求1所述的转子芯，其特征在于，多个径向通道与通过旋转轴的法线之间存在一定的角度。

15.根据权利要求14所述的转子芯，其特征在于，角度在±30之间。

16.根据权利要求14所述的转子芯，其特征在于，多个第一分离通道具有锥形区域。

17.根据权利要求16所述 的转子芯，其特征在于，还包括一锥形端口，该锥形端口将多个分离通道与流动路径连接，且该锥形端口被限定在多个分离通道的锥形区域内。

18.转子总成，包括：

外壳；

可在外壳中自由拆卸的第一转子芯，且该转子芯可绕旋转轴在外壳中旋转，第一转子芯具有沿旋转轴限定的转子长度，而且第一转子芯具有多个第一分离通道，而这些第一分离通道沿旋转轴延伸的长度小于转子长度，被限定为穿过旋转轴的轴向通道，以及多个径向通道，多个径向通道从轴向通道径向穿过转子芯分别至分离通道。

19.根据权利要求18所述的转子总成，其特征在于，第一转子芯包括第一端面和第二端面、多个仅与第一和第二端面其中之一相交的第一分离通道。

20.根据权利要求18中的转子总成，其特征在于，还包括：

可在外壳中自由拆卸的第二转子芯，且该转子芯可绕旋转轴在外壳中旋转，第二转子芯具有转子长度，而且第二转子芯具有多个第二分离通道，而这些第二分离通道沿旋转轴延伸的长度小于转子长度。

21.根据权利要求20所述的转子总成，其特征在于，第一通道长度与第二通道长度不同。

22.根据权利要求20所述的转子总成，其特征在于，多个第一分离通道具有第一通道宽度，而多个第二分离通道则具有第二通道宽度，其中，第一通道宽度可与第二通道宽度相同或不同。

23.根据权利要求18所述的转子总成，其特征在于，外壳包括中心部位和一对端盖，其中，这一对端盖中至少有一个端盖可选择性地从中心部位拆除。

24.根据权利要求23所述的转子总成，其特征在于，一对端盖中的其中一个为永久与中心部分连接或与中心部分一体成型。

25.一种在离心分离过程中，使产品的颗粒达到线性尺度分离的方法，包括：

选择具有普通转子长度的第一转子芯和第二转子芯，且每个转子芯拥有多个有通道长度的分离通道，其中第一和第二转子芯中的至少一个通道长度要小于普通转子长度，而且第一转子芯的多个分离通道的通道长度与第二转子芯的多个分离通道的通道长度不同；

将第一转子芯放置在转子壳体中，以限定第一转子总成具有第一体积容量；

让第一转子总成绕旋转轴旋转，同时产品通过限定为穿过第一转子总成的旋转轴的轴向通道，并通过径向穿过轴向通道和多个分离通道之间的第一转子芯的径向通道，以达到产品的第一体积的第一颗粒分离；

将第一转子芯从转子壳体拆除，然后将第二转子芯放置在转子壳体中以限定第二转子总成具有第二体积容量，第二体积容量与第一体积容量不同；并

让第二转子总成绕旋转轴旋转，同时产品通过限定为穿过第二转子总成的旋转轴的轴向通道，并通过径向穿过轴向通道和多个分离通道之间的第二转子芯的径向通道，以达到产品的第二体积的第二粒子分离，此为关于第一粒子分离的线性分离。

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