CN108350405A - 支持生物活性的一次性生物处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由一次性使用生物反应器、一次性使用泵和一次性使用的微生物保留过滤器组成的一次性生物处理系统，最适合于在微生物浓度高的液体培养基中以连续处理的灌注模式培养悬浮微生物以表达生物材料，液体一次性使用泵的入口端口利用阀门通过一个液体输送端口连接到一次性使用生物反应器的液体培养基储液器，用于液体泵送的一次性使用泵的出口端口通过阀门连接到微生物保留过滤器。以及一种用于以连续处理的灌注模式操作所述无菌一次性生物处理系统的方法。

Description

支持生物活性的一次性生物处理系统

技术领域

本发明涉及由一次性使用的生物反应器、一次性使用的泵送装置和一次性使用的微生物保留过滤器组成的一次性生物处理系统。最适合于在高微生物浓度的液体培养基中培养悬浮微生物以表达生物材料，以及一种用于在连续处理中操作所述一次性生物处理系统的方法。

背景技术

在制药生物反应器和发酵器中，目标是培养或发酵微生物，用于生产医疗上应用的生物材料或生物量。这些医疗应用如再生医学和治疗应用或药物，或用作治疗或作为药物的活细胞或分子微生物的更传统表达。

作为生物反应器或发酵器的可重复使用的非一次性搅拌罐式反应器(STR)尺寸从不到一升到超过200升，由不锈钢和优质玻璃制成。实验室规模的STR版本的典型容积为1-20升，包括一个悬挂在可拆卸不锈钢顶板下的玻璃外壳/容器，整个STR悬挂在三脚金属结构中。顶板包含用于传感器、取样、气体交换、培养基交换和用于外部安装的伺服电机连接以确保培养基在STR内搅动的中心定向轴的端口。温度通过STR的电加热毯或冷却管进行调节。

最近90年代中期，一次性搅拌罐式反应器被认为是一种新颖的，甚至可能是超越的趋势。随着一次性使用的生物反应器(SUB)的成熟，一次性使用的设备的市场接受度迅速扩大。在许多情况下，转向一次性生产设备是由交叉污染问题、蒸汽灭菌和清洁要求的成本降低、工厂灵活性的提高、成本的降低以及最终产品的更快上市时间所驱动的。

现有技术

·来自Millipore Corp的US2009/0311776和EP2141224描述了由两部分组成的预消毒的一次性生物反应器，这两部分是硬性塑料顶盖和在壳体中具有一个或多个流体端口的硬性塑料主体，所述顶盖集成传感器端口并且所有端口都有一个盖子；

·来自Corning公司的US2008/0131957的一次性对称圆柱形塑料旋转瓶容器，具有在柔性轴上的叶轮、集成产生湍流的挡板的三个容器壁和没有传感器端口的盖子；

·New Brunswick Scientific的型号为BioFlo310的发酵器壳体模型由金属夹套底部组件、玻璃圆筒和金属顶板组成。除了两个水加热/冷却端口以外的所有端口均安装在顶板上。此外，驱动电机被布置在顶板中；

·来自Refined Technology Co.的US6,544,424公开了一种液体过滤系统，其包括培养储存容器、中空纤维过滤器模块和隔膜泵，其组合为用于高细胞密度培养的细胞保留系统，在此系统中，泵送装置以交替的方式进行无阀门操作，以供培养基再循环；

·来自Artelis S.A.的WO 2010055143描述了一种一次性培养壳体，其具有至少一个整合了传感器、培养区域和转移区域的外壁，其作为具有高细胞密度的细胞保留系统和用于培养基再循环的离心泵；

·来自Sartorius Stedim Biotech GmbH的US7,425,441描述了一种生物反应器，在邻近培养容器处布置有一个或多个具有注射器的通气管；

·来自DASGIP Information and Process Technology GmbH的EP2674480描述了设计用于安装在平行块体中的小型一次性生物反应器(STR)(如图5所示)。产品Bioblock执行温度控制，也可以驱动搅拌或搅动装置。Bioblock是被设计用于并行操作4个封装在STR容器底部的STR或SUB。

在高细胞密度下以半连续处理模式/灌注模式操作搅拌罐式反应器需要额外的技术和设备，例如细胞保留装置。将具有外部布置的、独立的以及交替流动方向的泵的搅拌罐反应器和错流过滤器相结合，证明其具有中等到高的细胞密度和数周的灌注模式操作。ATF是美国新泽西州Refined Technology公司的交替切向流动(Alternating-Tangential-Flow)概念，在业界广为人知并占据主导地位，可实现高细胞数量和无细胞产物的收获。所有提供的ATF都是可重复使用的不锈钢和玻璃设计，不可完全作为一次性使用的装置。

业内越来越需要不断的处理和快速的多重测试，令人惊讶的是，这没有促进集成泵的搅拌罐式反应器和在所有预消毒的一次性包装中的细胞保留装置的开发。目前，该行业已经具备了传统的基于玻璃和钢材的ATF，该ATF需要随后频繁耗时和昂贵的蒸汽灭菌。任何需要无菌处理的STR或ATF部件的重复使用都涉及污染和昂贵培养损失的问题。

与本发明相关的定义：

·这里使用的术语“一(a)”或“一(an)”表示一个或多个或至少一个。

·这里使用的术语“交替”描述了双向方向的液体流动。一个特定且相同的量向前和向后移动，不包括用于流向控制的阀门。

·行业和本文所使用的术语“ATF”表示交替切向流动，这是一个概念，其中泵的比容是恒定的，并且该比容是交替的、来回地(前进和后退)改变，隔膜只能在两个终端位置之间移动，不会有新的新鲜液体或培养基直接添加到泵中，不包括阀门。

·术语“回流”用于描述微量的回流，增加TMP、跨膜压力稍微有助于沿膜的高速流动去除沉积物。不应将回流与(硬性)膜工业中广泛使用的术语“回洗”混淆，尽管“回洗”在“中空纤维模块”等弹性膜上是不可用的。

·本文中使用的术语“分批操作”是指具有恒定WV并且没有往其中添加新的培养基和没有移除使用过的培养基和/或液体的操作方法，通常在培养诸如CHO细胞的微生物时持续少于一周。

·本文使用的术语“生物材料”描述了有机化合物、组织、细胞组分、身体相容性流体、生物量、生物复合材料、生物相容性材料、一般的抗体、DNA、RNA、蛋白质、以治疗为目的的分子等。

·本文使用的术语“生物反应器”是指物理装置，其生物活性环境适于培养微生物，该微生物执行悬浮在由叶轮搅动的液体培养基中的所需的过程。

·本文使用的术语“液体培养基(broth)”是指未过滤的液体、发酵器或生物反应器中的培养汤，其由细胞、碎片、微生物、带营养物质的培养基、废物、收获物等组成。液体培养基、原料进入CFF并且通过错流过滤膜，由此液体培养基在CFF出口处变成稍微浓缩的保留物，并因此返回到生物反应器中的液体培养基中并与其再混合。

·术语“CHO”是指中国仓鼠卵巢细胞(Chinese hamster ovary cells)，是一种“微生物”和哺乳动物细胞系，其作为制药业的蛋白质表达平台非常受欢迎。

·本文使用的术语“容器”是指中空壳体，具有内部储存器的主体，其可以是开放的或封闭的，例如但不限于烧杯、烧瓶、瓶子、管、器皿、罐、具有形成储存器的臂的聚合物材料隔膜袋。例如当作为搅拌罐式反应器操作时，容器通常布置有一垂直壁和一朝下的水平底壁，使得在操作模式期间容器中的液体或流体主要保持在容器内。该容器可以是圆柱形设计、或非圆柱形设计(例如锥形设计)或方盒形设计、柔性隔膜袋或组合物。该容器可以包围或环绕SUB、SUP、CFF。

·本文使用的术语“容器体积”(CV)是指当用作生物反应器或发酵器或混合器时壳体的总体积。

·本文使用的术语“错流过滤器”(CFF)是一种过滤装置，一种分离装置，其允许液体和液体中的悬浮的可选择组分经过分离装置，其中通过错流将液体体积分离到装置的另一侧，穿过、通过具有特定规格的装置，清除期望的不通过分离装置的悬浮组分。该装置具有用于液体培养基的第一入口和用于保留物的第二出口。在液体培养基第一入口和保留物第二出口之间进一步有用于产物、滤液、已经通过装置的收获物的第三渗透物出口。

·术语“培养(cultivation)”或“培养(culturing)”是指将微生物(例如哺乳动物细胞)容纳于生物反应器中以用作生产目的，例如由所述微生物获得的产物的表达或所述微生物的增殖。

·本文所用的术语“沉积物”或“膜涂层”或“滤饼”是指溶质、颗粒、微生物沉积到膜表面(例如错流过滤器膜表面)上，或甚至是沉积到膜孔中的过程，某种程度上会降低膜的性能并且使跨膜压力增加到不希望得到的水平。这种沉积物可以通过增加的剪切力除去，例如用于洗涤的再循环液体培养基的高速度。

·本文使用的术语“隔膜”是圆形的、稍微像圆顶形的橡胶材料片，优选在圆周上具有密封布置。隔膜在壳体内部运作，并且从驱动流体侧分离出具有来自SUB的液体培养基的湿侧。

·术语“一次性”是指通常由合成材料制造的产品，优选以低成本制造并且在使用后报废。这里介绍的一次性生物反应器装置是进一步装袋的和预先灭菌准备使用的。

·术语“外部设施”(区域)是指实验室、生产设施、测试设施，在这些空间内使用一次性生物处理装置。下游工序也可能在外部设施中进行。

·本文使用的术语“分批补料”操作指的是在生物反应器或发酵器中添加新鲜培养基并以最小量的培养基开始该过程，并且直到该处理终止之后才去除液体。壳体内的最小量培养基用微生物接种，并作为种子培养物出现，直到处理终止前达到最大WV。普通的操作时间是分批操作的2-3倍。

·本文使用的术语“发酵器”是指适用于微生物发酵的物理装置、容器，当微生物悬浮在液体培养基中并且由涡轮机搅动时，其执行发酵过程。

·本文使用的术语“发酵”是指在表达产物的发酵器中容纳微生物，例如活的单细胞生物、原核生物、用作工业目的的细菌。

·这里使用的术语“过滤器装置”是被称为CFF的错流过滤器。

·术语“流体”是指气体或液体，诸如可变体积的空气或氮气等气体，或液体，例如恒定体积的水和/或油，或气体和液体的混合物。

·本文使用的术语“玻璃”是指通常具有优异耐腐蚀性的基于透明二氧化硅的非晶态脆性和固体材料。

·本文使用的术语“收获”是指液体培养基的产物部分(例如蛋白质)，其是由在生物反应器中培养或在发酵罐中发酵的微生物所产生的预期产物。可以通过膜和/或CFF过滤将收获物(滤液、渗透物)与液体培养基分离。当从CFF中除去渗透物时，然后液体培养基被浓缩。

·本文使用的术语“中空纤维模块”是指由具有端盖的外部硬性壁管制成的装置，该装置在由多孔弹性材料如聚醚砜或其他聚合物制成的一束薄壁管内。该管束是密封的，浇注到端盖中，将管内部与管外部分隔开，并由此表现为错流式过滤器。

·术语“叶轮”是指配备有动叶(blade)或静叶(vane)的低速流体搅动装置，在用于液体填充容器内旋转以达到搅动、混合、泵送、液体循环目的。

·本文使用的术语“液体吸入管”是指从容器抽吸、输送培养基的液体入口、管道或管子。液体吸入管将液体通过入口阀门输送到泵送装置的入口。

·本文使用的术语“培养基(media)”、“生长培养基”和“营养物”可互换使用，并且是指主要含有水、碳源、多种气体(如氧气)和添加剂(如无机盐、维生素、激素、生长因子、动物血清、抗生素、抗氧化剂、消泡剂、细胞稳定剂和用于培养“微生物”的其他组分)的无菌复合混合物。一些培养基是基于血清的，一些是无血清的、无动物的、无蛋白质或化学成分确定的介质。在培养期间，组合的培养基和微生物以及多种碎片被命名为“培养基”。

·术语“隔膜”是指边界层，当暴露于驱动力(如由泵提供)的作用下时，该边界层用作选择性屏障并且使特定或期望的颗粒、分子或物质不可渗透。多孔膜由多种柔性和硬性材料制成，如聚合物、陶瓷和金属。在技术术语“错流过滤器(CFF)设备”中进一步出现。膜澄清了的一部分液体培养基被称为收获物。

·本文使用的术语“膜污染”是指当固体、细胞、细胞部分、细胞膜、聚集体等在多孔膜入口表面上产生层、生物膜、碎片块时的效应。这种效应需要更高的TMP以克服组合膜和沉积物上增加的阻力，并且如果需要的话保持恒定流量不变。膜沉积物可以通过高剪切力、高液体培养基速度和/或回洗来去除。

·术语“微载体”是指一个微生物供养装置或生长主体，其允许培养附着的依赖微生物。通常在100-1000μm的尺寸范围，由明胶、胶原、纤维素或聚合物材料或玻璃组成的，并可进一步用一个或多个涂层进行官能化。

·本文使用的术语“微生物”或“细胞”或“生物细胞”可互换使用，并且通常分为：1、活的单细胞生物体、微生物，如：真菌、藻类、苔藓、浮游生物、酵母、原生动物、真核生物、古生菌、微生物、极端微生物和植物细胞等。2.贴壁或半贴壁或悬浮的活细胞，如动物细胞、昆虫细胞、哺乳动物细胞、人类细胞、干细胞。3.原核生物和多种细菌，如大肠杆菌等。上述大多数通过转基因来解决特定的任务和产物需求。

·本文使用的术语“灌注”或“细胞/微生物保留灌注”模式操作是指STR、SUB的操作方法或原理，其中在整个培养期间依次交换培养基、依次添加新鲜营养物、使用过的培养基/收获物被去除。保留在STR、SUB中的微生物持续时间通常比分批处理长4-8倍，比补料分批处理长2-4倍。

·本文所用的术语“渗透物”是指可以穿过膜的混合物、液体培养基、原料的特定部分，也称为滤液。

·本文使用的术语“可渗透膜”是指多孔壁，“膜”允许液体和选定的颗粒(尺寸分离)通过膜和不允许某些颗粒通过多孔壁、屏障、分离壁。

·这里使用的术语“端口”是指壁中的任何位置处的孔，从而允许连接选自以下的合适的配件或相关的传感器或通用连接件：PG 13.5螺纹端口、锁定端口、压入式端口或包含Luer-Loc配件、连接配件、无菌配件、软管、管、软管倒钩等的端口。

·术语“PG 13.5”是一种经典的传感器(RUS)或具有螺纹机械连接件的端口。PG是被称为Stahl-Panzer-Rohr-Gewinde的标准技术术语。

·本文使用的术语“PCS”或“处理控制系统(Process-Control-System)”是指可编程逻辑控制器(PLC)、个人计算机(PC)、嵌入式计算机(EC)，它们都集成具有计算能力的中央处理单元(CPU)电子设备。PLC具有多种输入输出(I/O)，是用于处理控制的多种传感器输入和多种致动器输出。PCS将软件、算法、处理方法集成到内置存储器中，用于根据处理方法对培养或发酵处理管理、分析以调整正在进行的处理。PCS与多种传感器和致动器相对应，以改变处理参数。

·本文使用的术语“PTF”是指新的工业术语，本发明中指的是脉冲切向流动。PFT处理涉及带有第一入口阀门和第二出口阀门的泵，以确保通过CFF的单向液体流动。

·本文使用的术语“保留物”指的是被“膜”阻挡的液体培养基、原料内混合物的部分、微载体、颗粒、“微生物”、碎片，并且由于它的大小、形状或电荷以至于不能通过膜。

·本文使用的术语“可扩展”是指当CV和WV未锁定到固定的玻璃容器尺寸时的特征。进一步表示容器直径和高度之间的比率可以改变，以适应终端用户的要求。

·本文使用的术语“传感器”是指这样的设备，其能够在线测量在给定工艺内相关联的质量处理变量，诸如pH水平、溶解氧(DO)、生物量/细胞密度、电容、电导率、溶解二氧化碳、乳酸盐、葡萄糖、谷氨酰胺、谷氨酸盐、氨气、压力、液位、流体质流、速度、温度、粘度等。用于测量SUP性能的传感器可以是接近度传感器、距离传感器，是机械的、光学的、电气的(例如三角形激光传感器、压力敏感电平传感器或基于电容或超声波的距离传感器)。传感器通常可以是可重复使用的传感器也可以是一次性使用的传感器。

·本文使用的术语“一次性使用”是指设计为单次使用的产品，并且使用后被处理，通常会被“消毒”后并准备使用，诸如“一次性使用的生物反应器”(SUB)和“一次性使用的传感器“(SUS)。

·本文使用的术语“一次性使用的传感器”(SUS)是指能够在线测量分析、处理条件、流体浓度并传递信号(诸如相对于测量的浓度的电信号)的一次性装置。便宜的SUS主体主要由聚合物材料设计，预先安装在SUB或SUF中，用于同时灭菌，全部封装在双层或三层薄膜袋中，为终端用户带来方便，避免在使用前消毒。

·本文使用的术语“一次性使用的生物反应器”(SUB)指的是包括STR或生物反应器或一次性发酵器的薄膜袋，并且优选预先安装有泵送装置和一个或多个全部由一次性材料制成的“一次性使用的传感器”，并经过消毒处理，可随时使用，取消了传统的内部加热消毒。

·本文使用的术语“一次性使用的泵”(SUP)指的是至少部分由一次性材料制造的流体输送装置。例如蠕动泵或离心泵或管泵或隔膜泵或活塞泵或直接气-液表面驱动的气柱泵等，其包括一次性湿部件和可重复使用的非湿部件以及流向控制阀门。

·本文使用的术语“不锈钢”是指主要基于镍、铬、钒、碳和钢的合金化金属，其至少具有优异的耐腐蚀性。

·本文所用术语“灭菌”是指消除(去除)或杀死(去活化)所有形式的生命和其他生物因子的任何过程。可通过以下一项或多项措施实现灭菌：高温、化学药品、辐照、高压和过滤。

·本文所用术语“无菌的”是指封装在塑料薄膜袋中并遭受灭菌方法的产品，其确保袋内物是无菌的。产品在所述薄膜袋中提供给终端用户以准备打开和使用。由此，终端用户避免了类似于传统在高压蒸汽灭菌器中利用可重复使用的处理设备进行处理的麻烦热灭菌方法。

·术语“搅拌罐式反应器”(STR)是广泛使用的表述，并且如本文所用，是指具有“容器体积”(CV)的生物反应器或发酵器，集成了通风装置和搅动或混合装置，用于在所述培养基内强制性地将营养物和气体与“微生物”交换。STR主要由不锈钢和玻璃制成。

·本文所用的术语“悬浮(suspension)”或“悬浮的(suspended)”是指颗粒、人造颗粒、微载体、微生物，优选依赖于均匀悬浮或流动在STR或SUB或“容器”中的液体(在液体培养基中)”。

·本文所使用的术语“切向流动过滤器”(TFF)是一种装置，其允许处于压力下的可选组分从一个液体体积穿过“膜”(错流过滤器)进入另一液体体积中，从而消除了一些组分穿过该膜。这种膜或过滤装置可以基于筛网、多孔材料片，其集成进盒中，或成形为平板或圆板、管、波纹管或堆叠的中空纤维，而形成为筒。

·本文使用的术语“顶盖”是指典型的上顶板，例如传统STR的扁平金属盘。顶盖不受限制地选自由Sartorius、Applikon、Finesse、Broadley-James以及70年代以来应用的20个其他供应商所提供的占主导地位的不锈钢/玻璃STR设计。可用PG 13.5端口的数量受顶盖直径的影响，通常为三至四个端口。顶盖可以采用除扁平盘之外的其他形状并且配备有一个或多个端口。

·本文使用的术语“TMP”或“跨膜压力”描述了膜污染的优良指标。在膜表面积累细胞、碎片、颗粒。TMP增加以补偿恒定流量下的膜污染。

·本文使用的术语“工作体积”(WV)是指培养基体积、处理流体、液体培养基，在它们中培养发生在STR或SUB的内部。此外，“顶部体积”+工作体积＝容器体积(CV)。

附图说明

图1示出了操作集成SUP和CFF的SUB的完整PTF；

图2示出了穿过容器垂直侧壁的管；

图3示出了穿过容器垂直侧壁的管；

图4示出了连接到单向阀门和泵的管；

图5示出了安装在并行操作生物组块中的本发明装置；

图6示出了在SUB和CFF之间安装有隔膜SUP的PTF；

图7示出了安装有阀门和错流过滤器的PTF泵；

图8示出了可能的流程和工艺图。

发明内容

本发明涉及一种支持生物活性的一次性生物处理系统，其包括流体密封容器，该流体密封容器包括由壁包围的一个处理液体培养基体积，该壁将内部处理液体体积与外部设施区域分隔开，其中所述处理液体体积与第一液体阀门和输送液体泵送装置连通，泵送装置用于沿远离内部处理液体的方向泵送处理液体；并且所述处理液体体积与第二液体阀门和过滤器装置连通，过滤器装置将内部处理液体体积与外部设施区域隔开，其中从所述流体密封容器的内部处理液体到所述泵送装置的液体连通机构，另一非过滤液体连通机构从所述泵送装置延伸到所述过滤器装置的非过滤第一液体连通端口，以及用于未过滤的保留液体通过所述过滤器的第二液体连通端口回到所述容器的内部处理液体空间进行再循环的另一机构，所述过滤器装置包括至少一个第三渗透出口端口，用于将过滤后的处理液体作为收获的产物输送到所述外部设施区域，其中所述第一液体阀门控制所述内部处理液体体积和泵送装置间的连通，其中第二液体阀门控制泵送装置和过滤器装置之间的连通，并且其中过滤器出口在过滤器装置和外部设施区域之间连通。

具体实施方式

本发明的一个目的是提供一种支持生物活性的一次性生物处理系统，其包括：流体密封容器，其包括由壁包围的一个处理液体培养基体积，该壁将内部处理液体体积与外部设施区域分隔开，其中所述处理液体体积与第一液体阀门和输送液体泵送装置连通，泵送装置用于沿远离内部处理液体的方向泵送处理液体；并且所述处理液体体积与第二液体阀门和过滤器装置连通，过滤器装置将内部处理液体体积与外部设施区域隔开，其中从所述流体密封容器(12a)的内部处理液体体积(12d)到所述泵送装置(15)的液体连通机构，另一非过滤液体连通机构从所述泵送装置(15)延伸到所述过滤器装置(16)的非过滤第一液体连通端口，以及用于未过滤的保留液体通过所述过滤器装置的第二液体连通端口(16a)回到所述容器的内部处理液体体积进行再循环的另一机构，所述过滤器装置包括至少一个第三渗透出口端口(16d，16e)，用于将过滤后的处理液体作为收获的产物输送到所述外部设施区域；

其中所述第一液体阀门控制所述内部处理液体体积和所述泵送装置之间的连通，其中所述第二液体阀门控制所述泵送装置和所述过滤器装置之间的连通，并且其中过滤器出口端口在过滤器装置和外部设施区域之间连通。

所提出的发明是用于制药工业中的微生物连续处理的一次性生物处理装置，其集成了一次性使用的生物反应器(SUB)、一次性使用泵(SUP)和一次性使用的基于CFF的微生物保留装置。经过一次性生物处理装置的脉动切向流动(PTF)的操作为终端用户提供的好处、便利和特点如下：

·由于PTF发明是预装配的、预消毒的，可立即投入使用，因此取消了传统耗时的蒸汽灭菌，从而降低实验室的使用成本和提高产量；

·消除交叉污染，预装配和预消毒的概念有利于研发和全面生产；

·由于PTF细胞保留系统将SUP和CFF集成在SUB内部或SUB容器外部，这也允许安装在并联块或机器人设备中以用于期望的灌注模式处理，从而使安装时间最小化；

·利用传感器在线测量SUP内部液位(可以通过隔膜或活塞进行分离)，对经过CFF的液体培养基的流速和体积的非平行控制，以进行不同的收获和清洗循环；

·一次性生物处理装置可快速评估多种微生物培养物，提高细胞株发育的生产率，并显着节省材料和人工。

制药行业需要一个支持提高容积效率的SUB平台，于是更多的在线分析仪测量都是一次性使用设计，并具有用于在灌注模式操作中保留微生物的功能。可以与半自动机器人并行处理，如DASGIP并行操作生物块或全自动TAP生物装置(来自Sartorius StedimBiotech)或单独执行连续处理等。由于不明原因，目前尚不存在此处介绍的这种一次性生物处理系统产品。

本发明涉及一种一次性生物处理系统，其包括用于培养的SUB或用于生物量发酵的SUF以及具有(下面简要描述的)优点的选定组分，例如：

·包含一系列端口的容器，这些端口是与具有内部储液器的中空塑料容器机械连接，或是该中空塑料容器上的一个集成部分，内部储液器可选地具有一个或多个侧壁端口。该容器具有可选择的直径或横截面(例如圆形、圆柱形或非圆柱形，例如方形设计)和高度，以提供期望的内部储存器和相应的体积；

·可选地，在所述容器内垂直布置的导流管定子与在所述导流管定子外部空间垂直和径向布置的一个或多个挡板一起运转，所述导流管定子具有容纳流体运动的内部空间、搅动机构。内部储液器的流体搅动装置产生培养基的径向涡流，导流管定子将其转换为轴向流体运动并且更有效地混合轴向涡流；

·可选地，在所述容器内垂直布置的挡板，作为从所述容器侧壁向内延伸的SUB来操作；

·流体运动搅动装置，其设置在旋转轴上，所述旋转轴连接到包括磁体和与容器底部接触的轴承的部件上，用于穿过由外部磁性装置驱动的底壁进行磁能传递；

·流体运动搅动装置，其设置旋转轴上，该旋转轴通过轴承/密封装置穿过容器顶部，用于动力输入；

·在所述容器内垂直布置的管子，用于提供混合气体添加物以确保细胞安全增氧；

·容器的液体培养基和一次性使用泵送装置之间的液体连通，所述SUP设计有液体输送装置或/和一个液体方向控制装置，以便于泵送操作。所述SUP装置可以布置在容器内部或容器外部；

·所述容器、一次性错流过滤装置、所述CFF装置和一个或多个液体输送装置或/和泵送装置以及液体方向控制装置之间的液体连通，以便在灌注模式操作下促进有利的微生物保留。所述CFF装置(一个或多个)可以布置在容器内部和/或容器外部；

·由一次性的并经过消毒供给终端用户的材料制成，以提供经济实惠的一次性用途。

SUB容器的尺寸不受限制，但可以对应于可安装STR的Bioblock或机器人组件的优选尺寸。容器提供具有外壁的内部空间，和两个原则上扁平的端盖作为顶盖和底盖。容器、壳体组件的直径尺寸范围为10-500mm，例如20-200mm，高度范围为10-1.000mm，例如50-500mm。或容器的横截面为1至2.000平方厘米。或者容器的体积为几毫升到2.000升的范围。

本发明的一次性生物处理系统还包括多种附加布置的装置和特征，以便将简单分批操作扩展到更有利的灌注模式操作。如一个或多个如储液器、错流过滤装置、通风装置、仪器、传感器、液体输送装置、阀门、致动器、流体储存器等用于调节处理机构的中空体。

此外，本发明的一次性生物处理装置包括用于微生物保留灌注模式操作的一次性生物反应器、液体输送或泵送装置和错流过滤器装置。这种CFF可由硬性多孔陶瓷载体制成，所述硬性多孔陶瓷载体将多微孔膜集成到蜂窝模块中，或由柔性半渗透扁平或圆形膜或中空纤维捆成一盒状。CFF以与处理液体培养基液体接触的方式布置在SUB内部或SUB外部，或在SUB上方靠近SUB，其中具有来自SUB于容器培养基液位的上方或下方的排出物。从而CFF暴露于由液体输送装置从SUB处理液体储存器穿过阀门机构输送到和占据CFF保留物通道的整个内部保留物隔室的液体进料中。在部分或全部关闭液体输送入口和CFF出口阀门之后，液体输送在CFF膜上形成TMP。其允许来自悬浮在培养基中的所表达和期望的蛋白质的至少一部分通过膜并由此转化为渗透物、收获物。CFF内剩余的富含微生物的液体和悬浮碎片同时转化为保留物，并以合适的速度进行液体输送操作通过CFF出口冲洗回到储液器。

为了克服TMP损失，CFF的渗透侧可以优选暴露于低于保留物液体压力的压力下。事实上-优选地渗透侧的力有助于克服半透膜的TMP，这主要是因为膜污染以及由CFF保留侧上的培养基产生的沉积物，使得有限的液体通过膜。

本发明的一次性生物处理系统支持多种要求并促进用于制造基本部件的多种硬性或半硬性或柔性产品。如形成本发明的一个或多个部分的聚合物材料是但不限于如以下的材料：聚碳酸酯、聚酯、尼龙、聚酰胺、PTFE树脂和其他氟聚合物、丙烯酸和甲基丙烯酸树脂和共聚物、聚砜、聚醚砜、聚芳砜、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、ABS及其合金和共混物、聚烯烃、优选的聚乙烯(如线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯和共聚物)、聚丙烯和共聚物、以及茂金属聚烯烃。或部分为半硬性材料，如硅树脂、橡胶和其他弹性材料。

容器的基本单个部件通过以下方法制造或组装：

·基础部件的注塑或吹塑成型或真空热成型；

·将基础部件焊接在一起；

·通过注塑工艺将基本部件一起成型；

·用例如O形圈或平垫圈或隔膜等弹性元件密封装配表面之间的基本部件，弹性元件可以是丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、乳胶橡胶、EPDM或其他弹性材料；

·使用如UV固化粘合剂或环氧树脂或其组合等的粘合材料密封装配表面之间的基本部件。

在第一实施例中，本发明的一次性生物处理系统提供根据本发明的容器，其由适合于微生物保留灌注模式的一次性材料制成，在液体循环中包括：

·布置在所述第一容器外壁上的各个端口，用于实现测量处理参数的传感器；

·还有多种管子、软管、穿过其外壁，其中的一些延伸到第一容器内部空间和/或从第一容器内部空间伸出，用于与外部装置进行多种流体连通，诸如用于连接到作为SUP操作的第二容器的液体吸入管；

·进一步在第一容器中加入第二管状容器作为具有合适的内部体积的SUP进行操作，包括第一入口端口和第二出口端口，并且所述容器由底盖、顶盖封闭并包括液位传感器；

·进一步第一容器和第二容器以液体连续的方式布置，CFF装置包括壳体、微孔内部分隔壁、第一入口端口、第二出口端口和第三收获端口；

·进一步所述第一和第二容器和CFF装置这样布置，设置有第一阀门，用于沿一个方向从第一容器到第二容器引导液体培养基，和第二阀门，用于从第二容器向一个方向输送液体培养基到CFF装置和输送来自CFF装置的液体连接返回到所述第一容器，从而闭合液体循环。

在第二实施例中，本发明的一次性生物处理系统提供适用于微生物灌注模式操作的第一容器，其包括：

·安装在第一容器外壁上的多个PG 13.5端口，用于实现测量多种处理参数的传感器；

·穿过所述第一容器外壁的进一步的各种管子、软管，有一些管子、软管延伸到所述第一容器的内部空间和/或从所述第一容器的内部空间延伸出，用于与外部装置的多种流体连通。

·设置在第一容器外壁上的端口，用于设置一根将液体培养基输送到作为SUP进行操作的第二容器的液体培养基吸入管。来自所述第一容器的所述液体培养基入口包括一根位于所述第一容器内部的吸入管，所述吸入管不受约束地穿透所述第一容器上部外壁，本发明和所展示的一次性生物处理系统也不受第一容器外形尺寸约束——本发明的一个有价值的特征；

·进一步，在第一容器中加入第二管状容器作为具有合适的内部体积的SUP进行操作，包括第一入口端口和第二出口端口，并且所述容器由底盖、顶盖封闭并包括液位传感器；

·进一步，第一容器和第二容器以液体连续的方式布置，CFF装置包括壳体、微孔内部分隔壁、第一入口端口、第二出口端口和第三收获端口；

·CFF第二出口端口将处理后的液体通过管子返回到第一容器，实现PTF概念；

·CFF第三出口被视为收获端口；

·SUP和CFF容器彼此独立排列；

·液体搅拌叶轮或涡轮机，布置在第一容器的储液器内的轴上，所述轴由外部机构驱动旋转；

本发明的一次性生物处理系统的第一液体输送变化利用了作为液体培养基输送泵进行操作并且与所述第一容器通过液体连接地串联布置的第二容器。所述第二容器的内部空间代表第一液体培养基和第二驱动气体隔室。处理液体培养基来自所述容器并包含有微生物和多种碎片。作为SUP的第二容器包括：

·第一入口阀门，其输送来自第一容器液体培养基储液器的液体；

·第二出口阀门，其将液体培养基输送至CFF装置第一入口端口；

·与外部驱动气体控制机构对应的驱动气体连接连续地调节液体培养基的水平高度、液体培养基的体积和液体培养基的输送速度，液体培养基是通过泵送装置在往复运动中传送的，进行依次持续、单程、单向液体移动(与双向液体运动的交替液体运动相反)；

·SUP活动传感器-例如液面高度测量传感器或液体体积测量传感器，如内部或外部安置的一次性使用的传感器或可重复使用的传感器。

所述CFF装置第二出口侧对应于可选的第三阀门，所述第三阀门出口对应于第一容器处理液体培养基储液器，从而完成封闭的液体循环。SUP容器以及阀门和CFF装置可以布置在SUB容器的外部或内部。并且SUP和CFF中的每一个都可以与SUB结合或集成在SUB内。以任何合适的组合和数字来促进这一处理。

如果需要，在第二容器内的驱动气体隔室和液体培养基隔室之间可以存在分离装置。如一隔膜、一活塞、一圆盘、其一面湿的另一面干燥、半干的。

培养开始时根据预定的方法灌输所需量的培养基，至少覆盖SUB中传感器和搅动装置。当所需的生物量和WV达到目标时，该处理从分批处理转换为保留灌注模式操作。

本发明的灌注过程是几种不同操作模式的组合，原理如下：1、培养模式(通常在SUB中持续数周)，2、收获-CFF中低速的“膜输送模式”。3、沉积物去除-CFF中的高速的“膜清洁模式”。

在所需的间隔下彼此不同且独立的操作模式如下描述：

·所述SUB的处理液体与一个第一阀门相对应，确保从SUB到SUP的单程、单向流体路径；

·所述第一阀门对应于一个相关联的液体输送SUP；

·所述液体输送SUP具有可变容量和/或压力，该压力施加到通过所述第一阀门从所述SUB输送的处理液体培养基；

·所述液体输送SUP沿一个方向(不交替)输送处理液体培养基通过第二阀门并且到达所述CFF装置的第一入口且进一步通过所述CFF入口通道、穿过所述膜；

·到达所述CFF装置的保留物侧，通过降低了的压力沿着CFF装置的保留物侧传送至与所述CFF装置相对的第二出口/端口；

·所述处理过的流体返回到所述SUB-当处于膜清洁模式时，从而利用高速冲洗去除膜污染、沉积物，处理后的流体返回到SUB；

·在保留物/CFF出口后面包括可选的第三阀门，当至少部分关闭时，允许液体输送SUP向所述CFF装置的所述膜的保留物侧施加更高的压力，将其穿过其孔进行分离，避免微生物和其他颗粒通过所述膜，通过了膜的液体被认为是收获或收获产物-当处于膜输送模式时；

·所述收获的产物从所述CFF装置的渗透侧分离并在外部收集并转送至下游处理；

·将来自所述可扩展的一次性使用生物反应器中的培养液(cultivation broth)(细胞排出物)作为废物从而被去除，以便减少指数生长并将总的期望生物量保持在期望的水平；

·添加相应体积的新鲜培养基，并相应地补充到第一容器、SUB；

·完成一个周期。

从短SUB分批培养时间(一周)和低微生物数量/高生物量(5-10×10E6个细胞/毫升)开始，实际的PTF操作细胞密度范围为20-100×10E6个细胞/毫升，优选用在线生物量传感器测量，高细胞密度通常意味着SUB的生产率更高，更长的培养时间意味着更多的生产量，花费在开始每次培养上的时间更少。常规的分批处理持续一周，加上一周时间用于清洁和重新开始处理，在PTF处理开始之前需要7-10天的分批培养，5-6周的连续处理时间与一批次生产的细胞密度的5-10倍有关，对于本发明仅需一天开始下一步处理，将一批次生产的量与PTF进行比较，PTF是生产和收获细胞数量的30倍。

作为气柱驱动液体输送SUP的第二容器的优点(图1)是：对于悬浮细胞的低剪切力，能够处理微载体，既没有微载体或细胞受损也没有经过蠕动泵，CFF的时钟没有问题，因为该设置不是死端过滤、无液体交替流动、操作简单、液体流速控制良好、最重要的简单性和低成本使得SUP设备可以由塑料设计并完全集成在一次性生物处理系统中并在其中进行灭菌。

对于第一容器、SUB的通常情况，是单个微生物可以保持悬浮状态，或者多个微生物聚集在菌落中保持悬浮状态，或者多个微生物粘附在微载体上保持悬浮状态。

如果需要，第三实施例包括一个或多个容器，其具有不同的直径和高度以及内部空间体积。彼此外部或者第一容器布置在由第一容器围绕的第二容器的外部。第一容器内部空间容纳包括微生物的处理液体培养基，并且第二容器是输送液体培养基的SUP，第三容器或可选的第四容器是CFF装置。第二容器内部空间代表泵送储液器的空气驱动SUP。第二容器包括驱动气体入口、第一处理液体培养基入口和第二处理液体培养基出口。所述SUP的第一处理液体入口经由第一阀门对应于第一SUB容器的储液器，并且穿过第二阀门的输送处理液体经由与第一CFF装置的液体培养基侧的第一入口对应的第二处理液体出口对应。所述CFF装置将液体培养基输送至保留物第二出口并被返回到SUB。所述CF装置从其渗透物第三出口输送不含微生物的液体，通过与外部收获机构适当连接以将收获物从所有无菌装置中取出。

向第二SUP容器顶部空间供应可控制的无菌驱动气体和压力，允许压力控制处理液体培养基上方的顶部空间体积。对顶部空间驱动气体压力进行控制从而控制处理液面高度。由于第一容器中的处理液位低于第二容器液位，并且处理流体必须经过第一阀门以输送到第二容器内部空间中，所以这全部由第二容器顶部空间气体压力控制。顶部空间气体压力的变化调节液位，并结合可选的第三阀门为收获物供应在TMP控制下的处理液体。或供应高速处理流体以去除保留侧上的膜表面上的沉积物。CFF得益于在保留物出口处的可选受控制的第三阀门，液体出口连接至第一容器处理液体储存器。当第三阀门打开时，高速液体的膜清洁脉冲返回、被输送回第一容器的处理流体储存器。

运行灌注处理需要第一容器容纳处理液体和悬浮的微生物以作为培养液进行培养。从而至少一个CFF操作将微生物(或微载体)与处理液体分离，并由此在任何时间将微生物主要地保持在第一容器内部空间内。如果需要，一个或多个SUP和一个或多个CFF可以并行操作，甚至具有不同的规格和不同的控制参数。

终端用户的体验是，传统和唯一商用的不锈钢外壳包装的CFF可以缩短了对延伸的膜沉积问题进行处理的时间。当唯一的CFF装置模块失去输送能力时，无法更换CFF以及无法在无菌条件下重新插入新的CFF装置。

本发明通过多个在第一容器内部以及外部预先安装的CFF而促进延长培养时间。该特征允许用户根据已连接、已安装的CFF模块数量来扩大灌注模式下的第一容器的处理操作时间。

本发明允许一个液体输送第二SUP容器与一个或多个CFF装置连接。可以连续监测每个CFF的性能，例如通过压降(TMP)和质量流量传感器。CFF可以具有不同的尺寸和不同的规格。当第一CFF的使用寿命达到跨膜压力的相关上限时，所述CFF被第三阀门阻塞，并且下一个新的CFF被投入使用-而不会损害/危害无菌设置。第一和第二阀门优选是集成在本发明中的低成本阀门。第三、第四和更多的阀门可以是受控制的软管/夹管阀门，从而允许如图8所示的整个循环过程被预先组装并且预先消毒，由此创建一个无菌组件，完全消除了进一步局部消毒的需要。

在第四优选实施例中(参见图6)，提供了基于SUP的自由浮动且不可控制的隔膜，其将来自SUB的液体培养基输送到CFF并穿过CFF。SUP包括两个壳体部件，每个壳体部件具有内部腔室和用于在圆周上的O形环密封的凹槽，当由弹性元件组装时被分隔并密封。所述弹性元件是与圆周上的密封O形环集成的模压薄柔性片。材料优选适合生物处理的要求。一次性使用的弯曲圆顶上部部件包括两个端口；通过第一单向阀门用于SUB连接的第一入口端口和通过单向阀门用于CFF连接的第二出口端口。可重复使用的壳体下部部件包括用于驱动气体连接的端口。如控制真空与压缩空气之间的驱动气体压力。隔膜具有两个位置，最大限度地扩展到由两个泵壳体部件内部尺寸确定的两个端部位置中的每一个端部位置。

所述SUB是通过容器底板传递磁力搅动的容器。可以将多种搅动装置添加到SUB上，例如所示的旋转轴，其安装有叶轮并且由外部旋转力驱动。吸入管穿过SUB壁进入SUB内部液体培养基中以吸取液体培养基。吸入管通过软管输送液体培养基到位于SUP圆顶外侧的第一单向进口阀门，到达弹性隔膜和上部圆顶壳体之间的SUP上内部液体腔室。弹性隔膜将无菌、湿润的环境分隔在上侧以及在非湿润的非无菌驱动气体隔室的下方。SUB吸入管端部进入连接到第一阀门入口倒钩的软管。第一阀门允许液体培养基从SUB单向流入SUP腔室。第二阀门允许液体培养基从SUP泵室单向流入CFF入口端口。CFF使液体培养基沿着其通道通过CFF出口，软管保证现在的保留物被引导回到SUB中并与液体培养基混合，从而完成液体循环。

进一步，在第五优选实施例中(参见图7)，用于在灌注处理设置中的组合的SUB和CFF操作的SUP是隔膜泵。WO2010/069321中描述了一个SUP实例，其是自由浮动的，并且提供运动和位置控制的弹性隔膜，其将来自SUB的液体培养基输送到CFF并穿过CFF。SUP包括两个壳体部件，每个壳体部件具有内部腔室和用于在圆周上的O形环密封的凹槽，当由弹性元件组装时被分隔并密封。所述弹性元件是与圆周上的密封O形环集成的模压薄柔性片。材料优选适合生物处理的要求。一次性使用的弯曲圆顶上部部件包括两个端口；通过第一单向阀门用于SUB连接的第一入口端口和通过单向阀门用于CFF连接的第二出口端口。下部壳体部件包括用于驱动气体连接的端口。如控制真空与压缩空气之间的驱动气体压力。可重复使用的下部泵壳配备有传感器，用于实时确定弹性隔膜的位置，精度可达0.1毫米。来自位置传感器的数据可通过现代电子设备对SUP进行速度和体积控制，现代电子设备能够根据PID算法计算输入和输出，以实时调节定量阀门开启，以便在隔膜未润湿的一侧调节可变驱动气体压力。所述隔膜将相应地改变位置并且根据选定的隔膜位置分别移动所需的部分液体。隔膜式泵与阀门串联运行，并布置在SUB和CFF之间，SUP的入口侧有一个第一阀门，泵出口侧有一个面向CFF保留物入口侧的第二阀门。可选地，CFF出口侧有用于TMP控制的的第三阀门。隔膜泵与第一和第二阀门串联协作和运行。允许控制和确保单向流动是本发明的PTF概念。SUP控制经过CFF的液体培养基的液体体积和速度以及CFF保留侧的收获物和再循环体积。SUP提供了压力以克服在收获的情况下逐渐增加的TMP。从而液体培养基的速度能够冲掉收集的膜沉积物，恢复CFF跨膜压力至其初始阶段。

当SUP装满处理液体培养基并且CFF装满处理液体培养基和第一阀门关闭、第二阀门打开和第三可选阀门部分关闭时，能够克服增加的TMP。膨胀控制所述泵的隔膜将增加系统压力并克服TMP并且膜将输送液体并因此将保留物转换为渗透物，作为期望类型的收获物。

一种实用的方法是当SUP隔膜处于松弛阶段并且泵室和CFF充满处理液体培养基并且仅第一阀门关闭时，可选的第三阀门布置在CFF的与泵相关的另一端，打开并允许利用一个或多个脉冲将高速液体(例如1至20m/s)泵送经过CFF。所述液体培养基通过打开的第三阀门并返回到SUB储液器中，将例如从CFF保留物膜表面收集的细胞材料、沉积物拖走。液体循环是所有组分都是以闭环形式供应和运行的。膜沉积物的去除不需要液体的交替流动。本发明的PTF装置中只有一个液体方向，以此方式特定地改善在总体系统中的CFF性能，作为“新的”处理液体培养基用于接下来的膜清洁。

在隔膜泵的实施例中的SUP是基于柔性和/或弹性元件作为隔膜，当暴露于范围从真空到大气超压的驱动气体压力时，隔膜能够膨胀到期望的形状和/或返回到期望的形状。柔性和/或弹性元件在一侧上具有驱动气体并且在另一侧上具有处理液体，柔性和/或弹性元件的运动将未消毒的、未润湿的一侧与润湿且无菌的环境分开。此外，隔膜可以具有不同的形状并且可以布置在容器的外部以及内部的任何地方，或者布置在硬性的容器壁上或部分地布置在容器壁的外部和内部。隔膜可以是弹性材料片形状、球形形状、部分球形形状、管形形状，圆柱形形状、部分为一端封闭的圆柱形的形状。

对于本发明的PTF，第一和第二阀门可以是在工业中称为伞形阀门或球形阀门或buck bill阀门的无源单向阀门。或者通过外部机构控制的阀门，如夹管阀门或软管阀门或表阀或提升阀门或其组合。

在使用膜过滤方面有经验的人知道沉积物、碎片、堵塞是一个重大问题。在处理期间弹性膜上的沉积物可以通过控制液体培养基流速的快速变化而除去。在市场上使用的来自美国加利福尼亚州Spectrum Laboratories Inc和Refined Technology公司(现美国马萨诸塞州的Repligen Corp)细胞保留CFF装置不允许液体培养基速度发生快速变化。Spectrum Laboratories使用离心泵和Refined Technology的运动隔膜泵的灵活性有限。

本发明受益于沿CFF膜表面经过的液体培养基速度快速变化(以米/秒测量)的巨大跨度。对于收获模式，0.01到1m/s的低速就足够了。对于清洁循环，更高的速度将促进沉积物在1至20米/秒或更高的速度下被去除。该系统的SUP能够控制从最低到最高速度、从一个泵送循环到下一个泵送循环的各个泵送循环之间的更换速度。由此产生“收获周期”和“清洁周期”。在积累的CFF沉积物对处理效果造成限制和培养终止之前，利用到更好的CFF性能和更长的处理生命周期。

培养基储存器的热能交换，例如用于培养的加热和用于发酵的冷却可以通过装有加热毯或冷却管系统的SUB来进行。

热控制也可用于控制液体培养基中的总生物量、细胞密度。例如哺乳动物细胞系，如CHO细胞在37℃下以最大细胞生长速率运行。它们或多或少地每24小时分裂一次，并且因此呈指数级增长，并且最终会阻塞SUB。将温度降低3至10℃将使数周内SUB中的细胞密度、细胞数量保持稳定，例如20至100x10E6细胞/毫升。

进一步地，用于插入本发明的一次性生物处理系统的桌面布置的并行块、插座、工作站和机器人将提供诸如更简单的采样、传感器与电缆以及关联的PCS的简化连接等优点。并行操作设置可以采用任何便于安装SUB主体的形状。SUB可以布置在两个方向上排列的一个或多个行中，从而在一次设置中创建具有1到48个SUB或更多的组件。

交替切向流动细节

来自Refined Technology的市场主导的交替切向流动概念“ATF”是一种双向流动方向，即脉冲双向流动概念。ATF减少了错流过滤装置内部的液体交换，使得在每次冲程CFF内部体积不会与新的液体充分交换。CFF内部进行不受控制的稀释。

进一步地，ATF的隔膜泵为弹性隔膜仅提供两个位置。除了总体积之外，两个终端位置之间没有可以作为计量泵的优点的功能。ATF隔膜泵只能泵送等同于泵体积大小的特定体积。鉴于此，不同的CFF尺寸和不同的STR需要一系列的泵尺寸。在参考文献中或者在实践中没有描述用于流量控制或流动方向的阀门。ATF概念泵不允许对精确和选定的泵送体积进行编程以实现最佳灌注效果，并且不会结合高速度来控制沉积物的去除从而延长CFF的使用寿命。

具有细胞保留CFF装置的ATF灌注系统操作传统的玻璃/钢STR，实验室规模从3升到500升，全部钢铁生产规模体积包含了5种不同的泵尺寸。5种泵尺寸的整个ATF选择称为ATF-2、4、5、8、10，包括了在整个范围内可扩展的应用因子1：55。ATF泵只能上提供以泵容量计的一次全冲程而不是一部分冲程。对于每个冲程，泵ATF-2交换0.1升、ATF-4交换0.4升、ATF-6交换1.3升、ATF-8交换2.5升、ATF-10交换5.5升。5种不同的泵中的每一种均可向STR提供单个应用因子1：5的可扩展性。每个ATF泵必须连接到一个最大表面积为泵限制的±10％(应用0.1或0.75或2.5或4.2或10平方米)的特定尺寸CFF。ATF系统(泵壳、CFF外壳、连接件)可预先组装和预先消毒和一次性设计。ATF可由不锈钢制得以用于手动安装、插入CFF模块、蒸汽灭菌以及与STR或大型钢制容器进行相当复杂的连接。

脉动切向流动细节

相比之下，本PTF发明利用一个液体流动方向、单向的脉冲流动方向。每次从SUP出现脉冲时，本发明使用整个CFF液体培养基体积交换。新的液体培养基、液体总是添加到由阀门控制的SUP。当集成传感器时，本发明允许由SUP执行对速度和体积的完全控制，速度从0.01到20m/sec。

以PTF模式操作的本发明的一次性生物处理系统利用多种泵原理。

在本发明中，当集成传感器时，第二容器SUP(图1-5)也是计量泵，其能够不受时间影响流过期望的和预控制的体积。SUP可以在每个脉冲交换一定的体积，例如CFF内部的确切液体培养基体积。图1所示的实施例的冲程分辨率为0.1mm、最大冲程为150mm，在这种情况下，仅在一个SUP尺寸中给出了1:1.500的体积变化。另外一个泵的尺寸将能够满足很大范围内的CFF模块的要求，CFF模块具有因子为1：50的表面积和范围为1：50的SUB，这都可以减少终端用户的投资。

本发明的灌注系统(PTF)将允许SUB尺寸减小至0.25升的SUB实验室规模VV，并且具有仅仅一个SUP大小以及具有因子500的可升级尺寸。

本发明将SUB与SUP、一系列SUS、一次性使用的CFF、所有软管和所有连接结合在一起，经过完全预先组装、预先消毒和完全一次性使用，其在终端客户处非常简单易用且具有较高的生产量。

在本发明中，隔膜泵(图6和7)在集成传感器时，利用在泵送速度和测量体积上的出色性能，能够不受时间限制地进行期望的和预控制的体积流动，范围从几毫升/小时到几升每冲程。每个具有直径/体积为例如100毫米/0.5升、150毫米/1.7升、220毫米/5.5升的隔膜SUP，可在动态范围内达到1：5.000。原则上只需要一个220毫米的SUP，覆盖从0.1平方米到10平方米表面的整个CFF范围。

操作方法

一般而言，包含悬浮微生物作为生物量的生物反应器或发酵器的3种最常用的培养、发酵和操作模式是：

·具有恒定工作体积(WV)的分批处理，并且通常一次收获5mio细胞/ml(如果成功的话，为10mio细胞/ml)；

·连续地以最小的WV和处理培养基开始分批补料，以在逐渐增加的工作体积和一次收获中获得以指数增加的生物量；

·灌注非常高浓度的典型悬浮生物量，连接CFF装置以保持高浓度的微生物保留物、工作体积，从而继续进行培养基交换以及继续收获。

灌注培养-另外，有经验的用户将优选地使用本发明的一次性生物处理系统平台作为PTF灌注模式操作的SUB，在该一次性生物处理系统平台中期望平均量的微生物、生物量在进行培养。尽管正在连续收获，但为了进一步下游处理，将被表达的产物依次移除。SUB内的微生物继续呈指数级增长，并继续表达他们期望的产品。就此而言，必须从SUB中去除一定量的包含细胞的液体培养基，并添加新的培养基。该处理部分会失去生物量和产物，但这是公认的方法。对此，微生物保留灌注过程不是在稳态条件下执行的连续过程。通常使用一个或多个CFF装置用于从含有浓缩微生物、营养物、废物、产物等的培养基WV中分离出期望的所表达的产物。保留物的浓缩物在保留在CFF之后返回到SUB。CFF从而暴露于来自SUB内部的液体原料、处理流体中，从而将悬浮的微生物/保留物与目前没有悬浮的微生物的收获物/渗透物分离。CFF装置(一个或多个)最好是一次性使用的，并集成在SUB内，并且所有组件组装在一起和在双层薄膜袋中进行消毒。通过并沿着CFF装置中的一个或多个通道输送来自SUB WV的含微生物的培养基可以通过一个或多个流体输送SUP装置来执行。沿着和穿过CFF的压力差将确保来自SUB WV的液体输送并占据CFF通道的整个内部隔室以进行净化。CFF的渗透侧可以永久或循序地暴露于低于容器中的(常常是大气压)压力的压力下。膜表面上的沉积物/滤渣的去除是通过沿着膜表面的高速的液体急流和/或脉冲流动来进行，使得粘附到膜上的颗粒被冲洗掉，冲回到SUB容器WV中。用本文描述的细胞保留系统培养哺乳动物细胞，通常生物量浓度在20至100×10⁶个细胞/毫升或更多的范围内。

SUP优选地也是一次性部件并且利用一个传感器能够给控制装置或PCS提供在线信息，控制装置或PCS可以用于所述SUP的速度、体积和压力控制。优选用本发明设置的低成本SUS或者高精度的可重复使用传感器。使用高精度三角激光距离传感器可获得良好的结果，该传感器能够测量长度为30到200毫米、分辨率为0.1毫米的：

·SUP管状圆柱体的动态液位高度，具有优于0.1秒响应时间；

·在弹性隔膜下方的SUP主体内的动态隔膜位置。

尺寸在图1所示的第一实施例的SUP供应有1至8Bar的合适驱动压力能够实现以每小时1冲程至每秒一冲程，在该CFF中速度达到20m/s，是一个具有12根纤维管的中空纤维模块，每根纤维管内径为0.5至1毫米，长度为400毫米。如图1所示，带有34mm内径管的气柱驱动SUP的容量范围为每冲程几毫升/小时至150ml/sec。中空纤维管的规格可根据SUB体积和CFF表面来改变。

尺寸如图6和7所示的第二实施例的SUP，表示一个能够以可程控的速度输送可程控的体积的精密泵。提供1至8Bar的合适驱动压力，SUP可实现在每小时1次冲程至每秒一次冲程，在连接的CFF装置中达到0.01至20m/s或更高的速度。体积取决于隔膜直径和膨胀率，范围从数ml每冲程到数升每冲程。

获知活塞表面、液面、隔膜表面的实时位置，然后通过计算机进行简单的数学计算，可以获得关于运动、速度、体积等的准确信息。

所述活塞表面、液面、隔膜表面的运动通过范围从绝对压力到超过大气压力的驱动气体压力来激活。通过压力调节阀门进行压力控制，优选的是定量阀门。所述阀门由所述计算机或PCS控制。

本发明的一次性生物处理系统的上述实施例优选地连接到PCS，该PCS控制处理变量并整合处理信息，例如在处理方法中描述的信息：

·连接到集成在所述SUB和SUP和CFF中的多个传感器的PCS，PCS从所述SUB和SUP和CFF中连续收集处理变量的数据；

·一次性生物处理系统的操作参数不断地改变，是通过所述PCS与集成在所述SUB、CFF和/或SUP内部或集成在所述一次性生物处理系统外部的多种用于处理参数控制的致动器、装置通讯来实现的。

PCS包含用于多种输入和输出通道的控制，多种输入和输出通道如：

·多种电子模拟以及数字输入通道，用于测量从一系列传感器处收集的数据；

·多种气动、气体、电子模拟的以及数字输出，以对多个致动器进行控制。

附图说明

图1以X射线图的形式示出了供应给终端用户的完全组装的本发明无菌一次性生物处理装置11(这里显示为没有薄膜保护袋)。SUB 12的容器12a包括传感器13a、传感器13b和生物质传感器13c、安装在轴17a上的双叶轮17c、17d和穿过顶盖12b安装的通气管13e。SUB 12包括具有竖直侧壁12c的容器12a和在容器内部的储液器12d和水平底壁12e。可选的SUP吸入管12f通过布置在储液器12d内的90度弯角弯头连接并且经由端口12g穿过容器12a的垂直侧壁12c到达在SUP 15前的第一单向SUP 15的入口阀门14a。SUP 15包括SUP15外壳15b内部的电子液位/体积传感器15a以及与外部和未示出的驱动气体控制装置串联的无菌过滤器15c。CFF装置16与SUP 15的第二单向出口阀门14d串联布置。CFF 16通过SUP15第二出口阀门接收培养基。CFF 16液体保留物通过出口16b并且经由软管16c和SUB 12垂直外侧壁12c的入口16c被引导回到SUB 12并且倾倒在SUB 12的液体培养基储液器12d中。CFF16渗透出口16h和16g通过管16e和调整管16f输送收获的产物。四个外部布置的软管18a、18b、18c、18d允许终端用户将其从容器12a顶盖12b连接到外部泵和多种培养基容器(未示出)。SUB 12包括经由轴承17e延伸穿过顶盖12b进入容器12a的轴17a，其中所述轴17a配备有从所述的轴17a径向延伸的提供搅动的机构，例如一个或多个叶轮17c、17d。

图2示出了作为容器22的下部的横截面图，容器22具有垂直容器壁22a和布置在容器22的底壁22e中的支撑轴承27b，用于支撑旋转轴27a。所述轴27a安装有两个叶轮27c、27d。示出了一个PG 13.5尺寸传感器23b尖端。第一阀门主体24a布置在容器22顶盖(未示出)和底壁22e之间的垂直壁22a的外侧上。阀门主体24a布置在容器22壁22a内侧的第一支撑脚24b和容器壁22a外侧的第二支撑脚24c之间。入口支脚24b和入口单向阀门24以及出口支脚24c的组件将液体培养基从储存器22d沿一个方向输送到SUP 15。SUP 15入口22f的垂直布置的吸入管22f的顶部固定在储液器22d内的弯头22g上，并且以距离底壁22e适当的高度固定在容器内侧壁22c上。吸入管22f自由悬挂在底壁22e的容器内侧上适当的距离22h。

图3示出了的SUB 32的下部的横截面图，SUB 32包括圆柱形容器32a。垂直布置的吸入管32f的上端位于容器32a内的成角度的弯头主体32g中，并固定在容器壁32c的内侧上。吸入管32f通过容器壁32c中的端口32d与布置在支撑脚34b内的第一入口阀门34a对应，所述支撑脚布置在容器壁32c的外侧上。支撑脚34b进一步支撑在上外侧的SUP垂直圆柱体35。

图4示出了本发明一个实施例中PTF灌注系统的横截面图，其中SUB 41具有容器壁42a和底壁上的支撑轴承47b，旋转轴47a被支撑在轴承中。轴47a配备有两个叶轮47c、47d和安装在盖壁42h中的顶板驱动轴承支撑件47e，支撑件47e便于在外顶部安装伺服马达(未示出)。示出了基于PG13.5的传感器43b和类似尺寸的生物量传感器43c，其穿过顶盖壁42h延伸到液体培养基储液器42b中。示出了第一入口阀门44a主体，其布置在容器42a的外侧壁的外部，位于SUP 45与SUB 41之间，以确保从培养基储液器42b抽出的液体单向流动。垂直布置的吸入管42f固定在成90度角的液体输送主体42g中和固定在容器42a侧壁内侧上。SUP圆柱体45在布置SUB 42外部上的第一入口阀门44a之后，并接收来自SUB 41内的培养基储液器42b并经过第一入口阀门44a的处理液体培养基。

图5示出了本发明的一个实施例，具有一个或多个安装在设计用于热控制和机械支撑的块59a中的一次性生物处理系统51。如果还需要用于搅动的话，可由PCS(未示出)并行操作一个或多个(59a、59b、59c、59d)一次性生物处理装置51。如图所示的安装在SUB 59a上仅包括CFF 56的SUP 55和CFF 56返回连接到软管56a。所有其他软管和附件和传感器没有简单示出。

图6示出了PTF装置中的实施例和再循环液体流动路径。SUP 62在SUB 60和CFF 64之间输送液体培养基并且将液体返回到SUB 60。

SUB 60容器利用安装在由外部机构(未示出)驱动的轴61b上的叶轮61a连续地搅动液体培养基，所述轴附接到旋转磁性装置61c。吸入管62b穿过SUB 60盖壁60a进入SUB 60内部液体培养基储液器60b。SUP 62通过管62d从SUB 60液体储液器60a吸取液体培养基并通过软管62c将液体培养基输送到位于SUP 62顶壁62d上的所述第一阀门62a。所述第一单向阀门62a接收来自SUB 60的液体培养基，并且当SUP 62处于吸入、填充模式时，将液体培养基体积进一步传送到SUP 62的内部泵室。第二单向阀门62e接收来自SUP62出口的液体培养基，并在SUP62处于泵送模式时打开第二单向阀门并输送来自SUP62内部泵室的液体培养基。出于操作目的，端口62g允许驱动气体进入SUP 60。所述液体培养基传送到CFF 64的液体培养基入口64a，并且所述CFF 64沿其内部多孔膜(不可见)将液体培养基在CFF 64的管状容器64b内输送，在该管状容器中CFF 64将液体培养基转化为保留物和渗透物。CFF 64出口64c处的所述保留物通过软管64d返回到SUB 60，从而结束处理液体循环。所述CFF 64允许一定量的液体培养基穿过CFF多孔膜并通过渗透物出口64e、64f中的一个或两个。为了简化，仅示出了一个穿过盖壁60a进入容器的储液器60b的传感器60c，未示出其他必需的软管和传感器，没有示出SUP64内部的传感器。

图7在7a中示出了组装连接了CFF 74的SUP 72和在7b中示出了组装之前的各个单独部件。

SUP 72包括膨胀的、弧形的弹性隔膜72a，其将上壳体圆顶部分72b和下壳体部分72c分开并悬置在两者之间。圆顶72b通过联轴器(未示出)机械地固定在可重复使用的SUP下部壳体部分72c上，该下部壳体部分72c为垂直布置的CFF 74提供了平衡和支撑。SUP 72还具有用于从外部来源(未显示)供应驱动气体的端口72d(62g)。圆顶72b外壁配备有第一入口阀门72e壳体和直接连接到CFF 74液体培养基入口端口74a的第二出口阀门72f。弧形的一次性圆顶72b位于扁平圆周壁72g的内侧上，圆顶72b流体密封地与弧形弹性薄隔膜72a附接，弧形弹性薄隔膜72a将隔膜内侧上的无菌湿润环境72h与隔膜外侧的未润湿的非无菌的驱动气体隔室72i分开。SUB 60吸入管62b接着软管62c，软管62c经由第一入口端口72l延续到SUP 62/72入口阀门62a/72e。第一入口阀门72e允许液体培养基从SUB 60沿一个方向流入SUP 62/72。SUP 72的第二出口阀门72f允许液体培养基从SUP 72的泵送室72h沿一个方向经由第二出口端口72m输送到CFF 74的第一入口端口74a。CFF 74使液体培养基沿着其内部多孔膜表面(未示出)流到CFF 74的第二出口74b，软管64d确保该保留物从CFF 74的第二出口74b引导、输送回SUB 60的储液器并与液体培养基混合，从而完成PTF液体循环。CFF74的第三和第四渗透物出口端口74c、74d将过滤后的处理液体作为收获产物输送到所述外部设施区域。

SUP 72可重复使用的下壳体部件72c包括用于控制SUP 72活动的驱动气体连接端口72d和适于与隔膜72a圆周密封部72k气密连接的壳体凸缘72j。

进入SUP 72泵送室72h的液体培养基被封闭、保持在弹性自由浮动隔膜72a和一次性硬性圆顶上壳体部分72b之间。

图8的框图示出并描述了一个相关且实用的流程图，用于在闭合处理液体循环中利用第一容器SUB 80、液体输送第二容器SUP 82和第三容器CFF 84进行连续培养和收获处理。

第一容器80进行生物活性处理并将培养的液体培养基输送到第二容器SUP 82。该SUP将液体培养基泵送至第三容器CFF 84用于分离出收获物和通过返回循环返回到SUB 80的处理液体。第一容器SUB 80包括液体培养基出口端口80a、新培养基泵80b和入口端口80c、由伺服马达80e驱动的搅动装置80d、葡萄糖传感器86a、乳酸盐传感器86b、双生物量传感器86c、pH传感器86d、溶解氧传感器86e、86f温度传感器，SUB温度是通过加热元件86g控制。通过泵80b添加新的培养基，使用过的培养基(包括细胞)、废物通过泵80f除去。通风气体通过控制阀门80g加入到SUB中并喷入处理液体培养基80h的液体体积中，并通过排气过滤器80i排出。

第二容器SUP 82进行泵送处理并且包括液体培养基体积82a和驱动气体体积82b、驱动气体入口82c、与第一入口阀门82e关联的第一入口端口82d、与第二出口阀门82g关联的第二出口端口82f、液体传感器82h、压力传感器82i、连接到外部安装的双重定量阀门82k、82l(一个用于产生真空，一个用于向驱动气体加压)的驱动气体端口82j。液体传感器82h实时向PCS(未示出)提供关于液位高度的信息，PCS使用该信息通过外部双阀门装置82k、82l调节SUP 82驱动气体压力(从绝对压力到超过大气压力)。

第三容器CFF84进行分离处理并且包括在CFF外壳84b内部的分离多孔膜84a，其具有液体培养基侧84c和渗透侧84d。CFF容器84包括液体培养基入口端口84e和双渗透物出口端口84f、84g和一个保留物出口端口84h。在渗透物出口端口84g和保留物出口端口84h之间安装有TMP传感器84i。CFF 84保留物出口端口84h将处理液体循环中的保留物引导至SUB80，并且可选地使用保留物返回线路84k中的控制阀门84j进行多种处理调整。所述CFF装置84在其渗透侧84d上具有一个或多个出口84f、84g以通过可选的控制泵(或可选的阀门)84n、84o去除产物。

通常，该机械设计是不受限制的，并且可以在没有任何PCS或控制包或与一次性生物处理装置实施例相关联的外部储液器的情况下进行。

尽管已经结合本发明的特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下做出许多改变和修改。

Claims (25)

1.支持生物活性的一次性生物处理系统,包括：

a)流体密封容器，所述流体密封容器包括内部处理液体培养基，所述内部处理液体培养基由壁围绕，所述壁将所述内部处理液体培养基与外部设施区域分开，其中所述处理液体培养基与以下部件连通：

b)第一液体阀门，和

c)输送液体泵送装置，用于将处理液体培养基沿一个方向从内部处理液体中泵出，

d)第二液体阀门，和

e)将内部处理液体培养基与外部设施区域分开的过滤装置，其中从所述流体密封容器(12a)的内部处理液体培养基(12d)到所述液体泵送装置(15)的液体连通机构，从所述泵送装置(15)延伸到所述过滤装置(16)的非过滤第一液体连通入口端口(16a)的非过滤液体连通机构，以及用于将非过滤的液体保留物经由所述过滤装置的第二液体连通出口端口(16b)再循环回到所述容器的内部处理液体培养基的机构，所述过滤装置包括第三渗透物出口端口(16e，16f)，用于将过滤后的处理液体作为收获产物输送到所述外部设施区域；

其中所述第一液体阀门控制所述内部处理液体培养基和所述泵送装置之间的连通，其中所述第二液体阀门控制所述泵送装置和过滤装置之间的连通，并且其中过滤出口端口在所述过滤器和所述外部设施区域之间连通。

2.根据权利要求1所述的一次性生物处理系统，其中所述流体密封容器包括将所述内部处理液体培养基与所述外部区域分开的壁和一顶板壁，所述容器壳体具有侧壁和与所述顶板壁相对的底壁，诸如一次性使用的生物反应器，其中端口布置在所述容器的壁中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中所述容器内的处理液体培养基与所述泵送装置和过滤装置连通，其中所述泵送装置和/或所述过滤装置中的一个或两个布置在所述一次性生物处理系统容器内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中所述容器内的所述液体培养基与外部布置的泵送装置连通，所述连通端口延伸穿过所述容器壁并且所述泵送装置与过滤装置连通，所述过滤装置穿过所述容器壁与所述容器内的内部液体培养基连通以及与外部设施区域连通。

5.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中所述容器内的液体培养基与内部布置的泵送装置连通，所述泵的连通端口与过滤装置连通，所述过滤装置与所述容器内的内部液体培养基连通并穿过容器壁与外部设施区域连通。

6.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中，一个或多个端口被布置在所述容器壁中，为传感器集成提供空间，所述传感器如一次性使用传感器或可重复使用传感器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中，所述一次性生物处理系统由包括容器壳体和顶板盖壁的部件组装而成，所述容器壳体具有整体底部(底壁和侧壁)，其中所述顶板与容器壳体组装以形成封闭且流体密封的一次性生物处理系统。

8.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中所述容器包括布置在侧壁中的端口，并且其中所述一个或多个端口允许所述容器的内侧和外侧之间的流体连通。

9.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，还包括容器内部的旋转装置，所述旋转装置暴露于所述处理液体培养基并且被所述处理液体培养基包围，用于为所述处理液体培养液的搅动供应动能。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一次性生物处理系统，其中旋转装置包括一穿过所述容器壁延伸到所述处理液体培养基中的轴，其中所述轴配备有从所述轴径向延伸的提供搅动的机构，如涡轮和/或叶轮的设计。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的一次性生物处理系统，其中旋转装置附接到一轴，所述轴包括磁性部件，所述磁性部件与位于所述容器壁外部的旋转磁性部件驱动源相互作用旋转，其中轴配备有搅动机构，所述搅动机构从所述轴径向延伸并提供搅动，例如涡轮和/或叶轮的设计。

12.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中所述液体培养基连通机构配备有阀门，所述阀门能够在所述容器内部的处理液体培养基和液体泵送装置和错流过滤器装置之间输送液体培养基。

13.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中泵送装置和过滤装置与容器结合，并且其中所述泵送装置是沿一个方向输送处理液体培养基的处理液体泵送装置，并且其中，过滤装置能够通过膜接收和处理所述处理液体培养基，通过分离处理获得保留物和渗透物。

14.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中作为处理液体输送装置的泵送装置包括处理液体入口阀门和处理液体出口阀门，并且所述一个或多个泵送装置被连接到受控的驱动气体供应以改变液体体积。

15.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中过滤装置包括渗透膜，所述渗透膜包括第一液体培养基入口端口和第二渗透物出口端口以及第三渗透物出口端口，其中所述错流过滤器与所述容器内部的液体体积中的液体培养基液体进行处理液体连通，所述过滤装置将所述培养基通过(跨过)所述过滤装置隔膜屏障进行输送，使所述培养基中包含的微生物分离出来，所述过滤装置在保留侧上接收经过加压处理的液体培养基，并且所述过滤装置将处理液体培养基转化为在所述膜屏障的渗透侧上的不含微生物的收获液体。

16.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其集成用于测量处理变量的传感器，处理变量如pH、溶解氧(DO)、生物量/细胞密度、电容、电导率、溶解的二氧化碳、乳酸盐、葡萄糖、谷氨酰胺、谷氨酸盐、氨、压力、液位、流体质量流量、速度、温度、粘度。

17.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其主要由硬性或半硬性塑料材料制成。

18.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中所述容器主要为圆形或圆柱形。

19.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，其中所述容器主要为非圆形形状，例如正方形、矩形、箱形、细长箱形。

20.根据前述权利要求中任一项所述的一次性生物处理系统，所述一次性生物处理系统在制造和组装后被装入用于运输的膜、箔、薄片状和密封的袋中，并且在受控的预先灭菌的阶段中供应到终端用户以随时可以使用。

21.一种通过在生物处理中培养或发酵微生物来生产生物材料的方法，其包括以连续处理模式和/或灌注模式操作权利要求1-18中任一项所述的一次性生物处理系统以及使来自容器内部的处理液体流过泵和过滤装置，其特征在于，所述液体的流动是朝一个方向，并且同时一次性生物处理系统将无微生物生物产物作为收获物。

22.一种操作权利要求1-19中任一项所述的一次性生物处理系统的方法，在由处理控制系统控制的灌注模式原理之后，所述处理控制系统连续控制和调节处理变量并整合处理信息，如在处理方法中所述的：

·所述处理控制系统连接到集成在所述一次性生物处理系统中的传感器，处理控制系统从传感器处连续收集处理变量的数据；

·所述一次性生物处理系统的操作参数通过所述处理控制系统不断地改变，所述处理控制系统与多种致动器和/或泵通信以进行处理参数控制；

培养开始时根据预定的方法灌输所需量的培养基液体，至少覆盖传感器和搅动装置，当所需的生物量和工作体积达到其最大时，从分批处理或分批补料处理转换为灌注模式操作。

23.一种操作权利要求1-19中任一项所述的一次性生物处理系统的方法，在由处理控制系统控制的灌注模式原理之后，所述处理控制系统连续控制和调节处理变量并整合处理信息，如在处理方法中所述的：

·所述处理控制系统连接到集成在所述一次性生物处理系统中的传感器，处理控制系统从传感器处连续收集处理变量的数据；

·所述一次性生物处理系统的操作参数通过所述处理控制系统不断地改变，所述处理控制系统与多种致动器和/或泵通信以进行处理参数控制；

培养开始时根据预定的方法灌输所需量的培养基液体，至少覆盖传感器和搅动装置，当所需的生物量和工作体积达到其最大时，该处理转换为灌注模式操作，如果所述灌注模式操作需要“膜清洁模式操作”和“膜输送模式(收获)操作”，则这两种不同且独立的操作模式以本文所述的期望的时间间隔彼此相继进行。

24.收获(膜输送模式)操作：

·所述一次性生物处理系统的处理液体对应于确保单向液体流动路径的一个第一阀门；

·所述第一阀门对应于一个关联的液体输送装置；

·所述液体输送、泵送装置(一个或多个)具有可选和可变的容量和施加至处理液体的压力，所述泵送装置通过所述第一阀门从所述容器输送所述液体培养基；

·所述液体输送装置进一步通过一个第二阀门沿一个方向将处理液体输送到所述过滤装置的入口端口以及；

·处理液体进一步以可控的量和速度通过过滤装置的保留物出口端口到达所述过滤装置的保留侧；

·将液体培养基沿所述过滤装置的膜的保留侧传送至出口端口，通过可选的第三阀门，并且所述经过处理的培养基液体返回到所述容器；

·所述可选的第三阀门在至少部分关闭时允许所述液体输送装置向所述过滤装置的所述膜的保留侧施加较高的压力，通过分离使收获物通过其孔隙，从而避免微生物和其他颗粒通过所述膜，当所述液体在通过膜时所述液体被认为是收获的产物；

·所述收获的产物从所述过滤装置的渗透侧释放并在外部收集，并且所表达的生物材料被转送至进一步的下游处理；

·随后将来自所述处理控制系统中的培养基液体作为废物去除以便减少和保持总生物量恒定；

·将新的液体培养基添加到处理控制系统中，以保持容器工作体积不变。

25.相继的膜沉积物去除(膜清洁)操作：

·所述一次性生物处理系统的处理液体与一个确保单向液体流动路径的第一阀门相对应；

·所述第一阀门对应于一个关联的液体输送装置，

·所述液体输送、泵送装置具有大容量和施加至处理液体的高压力，所述泵送装置通过所述第一阀门从所述容器输送所述液体培养基；

·所述液体输送装置还通过一个第二阀门沿一个方向将处理液体输送到所述过滤装置的入口并进一步高速输送；

·通过过滤装置保留物出口端口以可控的体积和高速度(例如1-10m/s)到达所述过滤装置的保留侧；

·沿着所述过滤装置的膜的保留侧传送液体培养基，用于将沉积物移除到出口端口，返回到所述容器的所述处理过的培养基液体包括膜沉积物。