CN107663502A - 一种细胞截留装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞截留装置，该装置由以直线电机作动力的驱动装置、转换装置、两个包含中空纤维过滤柱和隔膜泵的过滤器组成；驱动装置驱动隔膜泵使含有细胞的流体通过中空纤维过滤柱进入隔膜泵，该过程也可反向；通过一个转换装置，驱动装置可只驱动其中任何一个隔膜泵运行或两个隔膜泵同时运行，转换可以是手动或自动的；当其中一个隔膜泵运行时，另一个过滤器可以进行耗材更换、故障排除、灭菌等操作，不必中断生产；并可调节膈膜片位移、隔膜泵运行速度及加速度、驱动力矩。本装置操作简单、运行平稳、对细胞无瞬时剪切力产生，可连续不中断生产、自动化程度高、生产效率高。

Description

一种细胞截留装置

技术领域

本发明涉及一种细胞截留装置，属于制药设备领域。

背景技术

近年来，对连续工艺的兴趣在不断增加。与批量或补料分批相比，灌流的主要区别优势在于目的产物在生物反应器内更短的滞留时间、更高的细胞密度及相应的更高的每日单位体积产率、更长的培养时间、更健康的细胞状态以及对细胞生长环境更好的控制。

在哺乳动物细胞灌流中，细胞分离设备可按不同的物理原理进行分类：过滤、加速/重力及、电场。在大规模培养中，将分离设备安装在反应器外部的主要优势是设备操作更方便，特别是在设备性能开始出现下降时，可方便地进行更换或重新灭菌。

在大规模的悬浮细胞培养中，更多使用的是ATF、TFF、旋转滤器或倾斜沉降等。基于中空纤维的灌流技术，是唯一支持极高细胞密度培养的方法。应用ATF、TFF过程中膜污染而导致的目的产物部分截留也时有发生。现有ATF设备和TFF设备无法实现在不中断的情况下进行中空纤维柱更换，且现有ATF设备依靠压缩空气及真空气源为动力驱动膈膜泵运行，在膈膜泵运行换向时，动力由正压的压缩空气切换为负压的真空；膈膜泵运行换向时产生较大震动，且给膈膜片及培养细胞产生较大瞬时剪切力，这降低了膈膜片的使用寿命，也增加了细胞因过大剪切力被破坏的可能。

发明内容

本发明涉及一种过滤系统，更确切地说，本发明涉及一种用于流体的特别是生物流体的过滤系统。该过滤系统包括两个过滤器，过滤器的一端连接到生物反应器，另一端与驱动装置连接。本发明的一种形式是两个过滤器分列两侧，驱动装置位于中间；驱动装置运动，可以同时驱使两个或只驱使其中任意一个过滤器工作；使流体从生物反应器内流向并通过两个或其中任意一个过滤器，流体随驱动装置的往复运动而交替变换流向。驱动装置可以以设定的加速度或时间来加速或减速至设定运行速度，亦可以设定的力矩输出。

上述的过滤器包括一个中空纤维过滤柱，一个隔膜泵，以及为适应连接到生物反应器和驱动装置所需的接头、适配器，为便于观察、检测系统运行状态所需的仪表、仪器。中空纤维过滤柱的一端(亦即中空纤维过滤柱的入口端，以下简称入口端)通过管路连接件连接到生物反应器，另一端(中空纤维过滤柱的出口端，以下简称出口端)连接隔膜泵；隔膜泵的膈膜片连接到驱动装置。

本发明具有一些其它系统所不具备的优势，包括可以获得一个恒定且低的剪切力输出，这更有利于如动物细胞和生物分子等脆性材料的加工。该系统的其他好处还体现在本发明的自动化以及高效率性；即两个过滤器可同时运行亦可任一过滤器单独运行，其好处在于：1)同时运行将显著提高生产效率；2)少量生产时可运行其中一个过滤器，以节约资源成本；3)其中一个过滤器发生堵塞等故障时可以自动停止该过滤器的运行，以更换耗材和/或排除故障，而不影响另一过滤器的运行，即生产不中断。其他好处还包括可以精确控制膈膜片运行速度及速度变化，膈膜泵换向平稳，能延长膈膜片的寿命。

附图说明

图1为细胞截留装置正视结构示意图

图2为过滤系统结构示意图

图3为驱动装置结构示意图

图4为双侧运行时转换装置结构示意图

图5为单左侧运行时转换装置结构示意图

图6为单右侧运行时转换装置结构示意图

具体实施方式

下面结合附图举例说明本发明的具体实施方式，本发明的保护范围不局限于以下所述。

图1是根据本发明表示的具有一个储液容器(生物反应器)，具有两个过滤器，该两个过滤器同时运行，流体排除口在中空纤维过滤柱上部的过滤系统的实例。

该过滤系统包含两个过滤器A和B，过滤器A与过滤器B具有一样的对流体过滤的效用；为达到该效用，两套过滤器A和B可以具有相同或不同的结构和组成部分，也不排除其组成部分在尺寸、规格上具有不同。为便于叙述，图1表示的是其中一种情况，即过滤器A和B具有相同的结构和组成部分。

管路连接件2连接一个生物反应器器1与中空纤维过滤柱3和中空纤维过滤柱4。

管路连接件2的一端通过至少一个阀35与生物反应器1连接，在另一端通过一种包含但不限于三通的装置40分为两个端口，分别与中空纤维过滤柱3的入口端38连接、及中空纤维过滤柱4的入口端39连接。但管路连接件2并不限于以上的形式，亦可从生物反应器1上的两个出口分别连接至两个中空纤维过滤柱3、4的入口端，而无需通过类似于三通的装置。灭菌介质可以通过阀36、阀37进入并通过管路连接件2流至中空纤维过滤柱3、4的入口端。

由于本文表述的是过滤器A和过滤器B具有相同的结构及组成部分，为简化叙述，此处只对过滤器A做附图说明。如图2表示的是过滤器A。

中空纤维过滤柱3的出口端41连接隔膜泵7，隔膜片18将隔膜泵7分隔为上隔室17和下隔室19，流体能从中空纤维过滤柱3的出口端流入上隔室17，也能从上隔室17流入中空纤维过滤柱3的出口端；下隔室19的壁上开设有孔24，供空气或其它介质进入和排出下隔室，一种包括但不限于阀的装置可以连接在孔24上。

推杆11的一端穿过隔膜泵壳体43进入下隔室17并通过一种方式与膈膜片18连接；这种方式可以是任何适合二者连接的方式，包括但不限于嵌入、抱紧式连接、螺纹连接、真空吸附。推杆11的另一端通过一种适合的方式与推板15连接，这种适合的方式可以是可分离的连接和焊接等不可分离的连接，亦不排除推杆11与推板15是一个整体零件。

图3表示的是驱动装置。直线电机9包含定子32和动子31；定子32安装在支撑装置45上固定不动；动子31可以按照设定的速度、加速度、时间、行程作往复直线运动，动子31的一端与驱动板14连接，当动子31运动时也带动驱动板14同步运动。

一种转换装置48安装在驱动板14上，该转换装置48包含定子10和动子13；动子13可作往复直线运动，并能在设定的位置停留；本发明所述的要求动子13至少有图4、图5、图6所示的三个工作位置。

如图4所示，此时转换装置48的动子13位于中间位置，并将推板15、推板16与驱动板14连接，则直线电机9的动子31运动时能驱动推板15与推板16同时运动，过滤器A、B同时工作。

如图5所示，此时转换装置48的动子13位于左侧位置，并将推板15与驱动板14连接，而将推板16与驱动板14脱离，则直线电机9的动子31运动时只能驱动推板15同步运动，过滤器A工作。

如图6所示，此时转换装置48的动子13位于右侧位置，并将推板16与驱动板14连接，而将推板15与驱动板14脱离，则直线电机9的动子31运动时只能驱动推板16同步运动，过滤器B工作。

上文所述的过滤器可以简化，如可以由直线电机9直接驱动膈膜片18、21，或直接驱动能推动膈膜片18、21的装置，而无需使用转换装置。

上文所述的直线电机9及转换装置48可以是任何一种能产生直线运动的装置，包括但不限于各类直线电机、丝杠机构、曲柄滑块机构、滑轮机构、凸轮机构、带传动机构、绳传动机构、齿轮齿条机构、气缸、液压缸、电动缸、电动推杆。

Claims (7)

1.一种细胞截留装置：

a)至少一个直线运动装置，该直线运动装置的运动部分可以在设定的运动行程内，以设定的速度或时间、设定扭力、加速度或加速时间作往复直线运动，并可在行程内的任意位置停止；

b)至少一个转换装置，当过滤器出现堵塞的情况下，直线运动装置在固定的扭力和时间下运动行程会发生改变，在达到设定的改变次数后可通过转换装置自动转换过滤器，并通过控制器显示屏提示或报警；

c)至少一个转换装置，转换装置可以使a所述的直线运动装置与过滤系统的隔膜泵联动和脱离联动；进一步说，转换装置可以使直线运动装置与两个隔膜泵联动或只与其中任意一个膈膜泵联动。

2.根据权利要求1所述的一种细胞截留装置中，至少一个空气口与隔膜泵相连，气体可从该空气口进入和排出隔膜泵。

3.根据权利要求1所述的一种细胞截留装置中，至少一个到6个灭菌介质出口(或入口)与隔膜泵连接。

4.根据权利要求1所述的一种细胞截留装置中，直线运动装置的运动部分通过转换装置与隔膜泵内的膈膜片直接连接。

5.根据权利要求1所述的一种细胞截留装置中，直线运动装置的运动部分通过转换装置与连接膈膜片的零件连接。

6.根据权利要求1所述的一种细胞截留装置中，一个特制的厚度渐变的隔膜片，具有一个可与驱动连接杆相连的对接头。

7.根据权利要求1所述的一种细胞截留装置中，与隔膜泵连接的过滤器可采用自带外壳或不锈钢壳体。