CN108367301A - 用于离心机的可移除设备和使用该可移除设备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种逆流离心机的设备可以包括至少一个容器、把手组件和多个管，该多个管延伸通过把手组件并且到容器。当该设备被插入到逆流离心机的转鼓中时，该容器可以以把手组件的两倍速度旋转。

Description

用于离心机的可移除设备和使用该可移除设备的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年10月9日提交的并且题为“Removable Apparatus for aCentrifuge and Method of Using Same”的美国非临时申请No.14/879163的优先权，该美国非临时申请通过引用整体并入这里。
发明内容
在一个实施例中，本公开总体上涉及其中设备可插入到转鼓中且从转鼓可移除的离心机，和安装或使用该离心机的方法。
处理动物和人细胞的能力是实验室研究、细胞扩增和细胞治疗市场的主要要求。越来越多地将活的来自动物和人的细胞用于治疗用途。这种使用产生对独特地协作以便处理活细胞作为最终产品的技术的需要。已知生物制药制造方法的例子在美国专利No.7588692和美国专利申请公开No.2011/0207225中被公开，这两个文献各在这里通过引用整体并入。
逆流离心分离是产生其中诸如粒子(例如，活细胞)的材料被悬浮在离心力和作为流化床的向内流动的悬浮液流体之间的环境的技术。流化床可以用于俘获该细胞并且允许它们被支撑在其中的介质的交换。离心机的工作或操作条件的改变可以用于选择性地从流化床驱动细胞群、洗提、和/或将细胞保持在该床中。逆流离心分离实现微粒污染物从细胞悬浮液的移除，并且通过选择性移除死细胞而实现被保持的细胞群的增加的生存能力。对于活细胞处理来说重要的是该系统是无菌的。
为了实现耐用的、封闭的和/或无菌的流体系统，本领域技术人员可以知道在逆流离心分离系统中使用“跳绳”管道系统设计(见例如Schimmelpfennig等人的美国公开No.2010/0261596)。这种设计消除静止的元件和旋转的元件之间的滑动密封件的需要。目前可用的系统需要复杂的、费时的且易出错的过程来安装该“跳绳”，并且被限制到单个容器尺寸(这限制功能)。
本发明克服目前可用的技术的上面提出的缺点，并且实现上面的和其它的目标。例如，在一个实施例中，本申请涉及逆流离心机系统，该逆流离心机系统实现包括逆流离心分离的完全无菌的一次性装置被供应而不需要另外的无菌连接，并且旋转的逆流离心机元件的安装可以作为单个大大简化的步骤被实现。这种设计促进该技术被用户采用并且该技术集成为没有复杂的安装程序或不需要无菌连接的较大处理系统的一部分。
附图说明
当结合附图阅读时，本发明的前述总结以及以下详细描述将被更好地理解。为了说明本发明，在附图中示出各种说明性实施例。然而，应当理解，本发明不限于示出的精确布置和仪器。在附图中：
图1是根据本公开的实施例的设备的顶视透视图；
图2是图1的设备的剖视图；
图3是图1的设备的部分分解视图；
图4是图1的设备的侧视图；
图5是至少部分地插入到转鼓中的设备的顶视透视图；
图6是至少部分地布置在转鼓内的设备的另一顶视透视图，其中离心机的盖被示出为处于打开位置；
图7是布置在转鼓内的设备的另一顶视透视图，其中离心机的盖被示出为处于关闭位置；并且
图8是设备的驱动系统的至少若干部分的另一透视图。
具体实施方式
某些术语在以下描述中仅仅为了方便被使用并且不是限制性的。词“下”和“上”指定所参考的图中的方向。除非在这里特别阐明，术语“一”、“一个”和“该”不限于一个元件，而是应当被解读为意指“至少一个”。该术语包括上述词、其派生词和类似含义的词。
在一个实施例中，本发明包括被构造用来与离心机的转鼓一起使用的一次性或可移除的外壳或设备的组合。该设备可以包括附接到把手组件的单个塑料转子的一个、两个相对的、或更多个容器形成部分。该转子可以通过把手组件无菌地连接到两个、四个或更多个固定的管。该管可以提供该容器的流体入口和出口。转子可以安装到齿轮并且以把手组件的两倍旋转速度由齿轮驱动。把手组件可以包含用于齿轮并且因此转子以其为中心枢转的轴承。把手组件可以主要负责在旋转期间保持该管可旋转地安装，并且防止管不希望地扭曲。
被包含在一次性外壳中的转子轴承和“跳绳”管使用单次锁入动作促进一次性设备快速且容易地装载到伴随的离心机转鼓组件中。该设备允许取决于选择的一次性尺寸变体的各种处理量。在一个实施例中，通过在分离的流体回路上提供两个分离的容器，该设备也允许两个同时过程。
更具体地，在一个实施例中，该设备可以是包含两个相对的容器的刚性的塑性成型转子。该容器的尺寸可以根据用户的过程要求被修改。四个聚合物管可以无菌地连接到成型的转子的入口。该管可以被构造用来从该容器的每一个来回运送过程流体。该管可以以“跳绳”方式延伸该设备的全长，并且可以穿过该设备的所有部件，最特别地主转子轴承。主转子轴承可以附接到连接到成型的转子的下半部的用于组件的聚合物驱动齿轮。该齿轮可以与伴随的离心机转鼓组件中的另一齿轮界面连接或接合。
把手组件可以包含或支撑该齿轮的下半部。把手组件可以被紧固到轴承组件。把手组件可以支撑且保护管和包围该管的任何护套。把手组件可以包括定位和锁定构件，该定位和锁定构件与伴随的离心机转鼓相互作用以布置且固定该设备。该护套可以由各种聚合物部件形成，并且可以连接到齿轮组件的下侧。该管可以延伸通过护套中的通路。该护套可以包括轴承，该轴承与把手组件中的构件界面连接。该护套可以终止于锚定构件，该锚定构件将管和护套固定在伴随的离心机转鼓组件上的静止位置中。
在操作中，该设备可以被装载到离心机转鼓组件中。该设备然后可以被锁定到离心机转鼓中的位置中，诸如通过把手组件上的一个或更多个构件且/或通过固定锚定部件。该管可以预先连接到离心机装置上的管组。该管组可以控制流量，连接各种流体，和/或控制往返该容器的一个或更多个流体路径。离心机转鼓和把手组件可以以设定的旋转速度一起旋转。离心机转鼓中的传动装置可以与该设备的至少一部分界面连接，因此引起至少转子和容器以把手组件的两倍速率旋转。通过该管的“跳绳”构造，这个速度差允许该管的锚定端部(例如，上端部)维持静止，同时成型的转子以离心机转鼓(和把手组件)的两倍速度旋转而不扭曲。通过改变旋转速度和流量，可以执行各种细胞处理程序。
本公开的设备是对已有技术的改进，至少因为外壳组件促进该设备快速且容易地装载到伴随的离心机转鼓组件中。此外，成型的转子允许取决于选择的容器尺寸和/或形状的各种处理条件。此外，具有两个分离的容器的成型的转子允许两个过程在分离的容器回路上的单个设备中同时运行。因此，与现有技术相比，该设备允许更快速且更容易的使用，以及更大的功能和灵活性。该设备可以用于执行多种细胞处理程序，诸如细胞/粒子清洗或介质交换，细胞/粒子体积减小，细胞/粒子分离(洗提)，细胞/粒子去除(例如，红血细胞(RBC)消蚀)，和/或通过逆流离心机(CFC)室的细胞/粒子悬浮液的再循环。
在其它实施例中，把手组件可以由完全封闭的圆柱形或其它形状的外壳取代。替代地，把手组件可以被简化到仅仅包封或支撑齿轮和下护套轴承。伴随的离心机装置可以包封或支撑任何剩余部件。把手组件也可以包括替代的轴承保持构件，诸如一个或更多个夹子、压配合件等等。
在一个实施例中，一种组合可以包括具有转鼓和驱动系统的逆流离心机。一种设备被构造用来用于逆流离心机。该设备可以包括至少两个容器。每一个容器可以包括入口和出口。齿轮可以固定地附接到每一个容器的至少一部分，使得齿轮的旋转使该容器旋转。该齿轮可以被构造用来通过逆流离心机的驱动系统被驱动旋转。把手组件可以以可旋转的方式附接到齿轮。把手组件可以被构造用来通过逆流离心机的驱动系统被驱动旋转。多个管可以延伸通过把手组件且到达该容器。该多个管的一个可以连接到每一个容器的入口并且该多个管的一个可以连接到每一个容器的出口。在一个实施例中，当该设备被插入到逆流离心机的转鼓中时，齿轮可以以把手组件的两倍速度被旋转，从而当包含材料的流体从储器流动通过该管并且进入该容器时使该材料悬浮在该至少一个容器中。
在一个实施例中，每一个容器具有第一端部和相对的第二端部。每一个容器的第一端部可以是入口。每一个容器的第二端部可以是出口。第一端部的直径可以小于第二端部的直径以形成基本上圆锥形形状。第一端部可以被布置成接近该板的外周边。该多个管的第一个可以连接到第一容器的第一端部。该管的第二个可以连接到第二容器的第一端部。该管的第三个可以连接到第一容器的第二端部。该管的第四个可以连接到第二容器的第二端部。
图1-图8示出根据本公开的一个实施例的总体上标示为10的一次性设备。设备10可以被构造用来用于逆流离心机20，并且可以使用多种制造技术(诸如注射成型，吹塑成型，机加工，3D打印等等)的任何技术被制造。设备10可以包括一个、两个相对的、三个或四个容器12。在一个实施例中，容器12由两个相对的板12a、12b形成。板12a、12b可以被固定地附接。当被组合或附接时，板12a、12b可以形成通道或通路13，该通道或通路允许流体流过。
在一个实施例中，每一个容器12可以具有圆锥形形状，其中圆锥的尖端或小的端部从每一个板12a、12b的几何中心向外地布置，并且每一个圆锥的较宽的端部被布置成接近每一个板12a、12b的几何中心。在一个实施例或构造中，流体被设计用来在圆锥的尖端流入每一个圆锥，并且在每一个圆锥的较宽的端部处的开口流出每一个圆锥。在另一实施例或构造中，该流动可以被反向(即，进入较宽的端部且离开尖端)，例如用来俘获小的流体块中的细胞群。容器12不限于这里示出且描述的尺寸、形状和/或构造，而是可以包括多种尺寸、形状和/或构造的任何。此外，每一个容器12可以具有一个、两个或更多个入口和/或出口。
设备10可以包括把手组件14。把手组件14可以被设计用来当将设备10插入到逆流离心机20中和从逆流离心机20移除设备10时被用户抓住。突起或夹子32可以被布置在把手组件14上以促进至少与逆流离心机20的转鼓18的接合和从逆流离心机20的把手组件14的移除。夹子32可以至少暂时地接合例如逆流离心机20内的壁架(未示出)。夹子32可以是弹簧偏压的。如下面描述的，把手组件14可以是轴承支撑机构。
多个管16(例如，四个)可以延伸通过把手组件14。更具体地，每一个管16可以从管组(未示出)延伸，通过把手组件14，并且到容器12的至少一个。该管组可以包括控制器或由控制器操作以决定流量、流动路径和/或被供应的流体的类型。每一个管16可以被构造用来允许流体在管组和/或一个或更多个储器50(在图8中被示意性地示出且被本领域技术人员理解)和容器12中的至少一个容器之间流动。在一个实施例中，储器50可以容纳流体，该流体包括活细胞或其它材料。该流体可以被泵送或另外被引起流入管16中的至少一个管。在包括四个管16和两个容器12的实施例中，该流体可以被泵送到管16的两个中。每一个管16可以对应于或连接到通道13的一个，并且每一个管16可以由柔性材料形成。管16可以布置在护套17中以保护管16。
在该实施例的一个中，第一管16连接到容器12的第一个的圆锥的尖端，并且第二管16连接到容器12的第二个的圆锥的尖端。此外，第三管16连接到容器12的第一个的圆锥的较宽的端部处的开口，并且第四管16连接到容器12的第二个的较宽的端部处的开口。因此，流体通过第一管和第二管16流入容器12，并且流体通过第三管和第四管16离开容器12。
第一轴承26可以位于把手组件14的上部部分内，第二轴承28可以位于把手组件14的下部部分内，并且第三轴承30可以定位成靠近齿轮24和/或在齿轮24(在下面被详细描述)内。每一个管16可以延伸通过第一、第二和第三轴承26、28的每一个。
如图3和图8中示出的，齿轮24可以附接到每一个容器12，使得齿轮24的旋转使容器12旋转。更具体地，齿轮24可以被布置在把手组件14的一部分内并且齿轮24的延伸部或小齿轮24a可以向上延伸通过把手组件14的开口并且接合底板12b的底部部分。齿轮24的至少一部分可以由把手组件14的另一开口(例如，窗口25)暴露。结果，齿轮24可以配合地接合逆流离心机20的或逆流离心机内的总体上标识为40的转子和/或驱动系统(见图8)，和/或该转子和/或驱动系统驱动。把手组件14可以由逆流离心机20的另一部分(诸如逆流离心机20内的驱动系统的不同部分)驱动。驱动系统的齿轮比可以确定2:1速度比，使得减速传动装置精确地维持2:1比率。在一个实施例中，驱动系统可以包括第一驱动系统和第二驱动系统，使得两个驱动系统是分离的且独立的。
识别装置34(诸如无线射频识别(RFID)芯片)可以位于该设备的一部分中以包含且记录某些信息(诸如逆流离心机20内的设备10的序号、使用的小时数和/或旋转数)。识别装置34可以具有读/写能力。
在操作中，设备10被构造用来插入逆流离心机20的转鼓18中和从逆流离心机20的转鼓18被移除。当设备10插入到逆流离心机20的转鼓18中时，齿轮24和每一个容器12可以以把手组件14的两倍速度被驱动系统驱动旋转，该把手组件被驱动系统的分离部分(例如，齿轮)旋转。流体可以沿与被施加到容器12的离心力相反的方向被供应到或注射到容器12中(向着几何中心向内对离开几何中心向外)。流体流动可以增加直到在流体流动的力和离心力之间建立平衡。这允许材料(例如，细胞)被保持或悬浮在介质中，并且如果希望，该介质可以被改变或替换。当盖子22(见图7)处于关闭位置时，离心机20可以产生用于该设备10的温度控制环境。温度(或温度范围)可以选择性地由用户调节或被自动地设定。设备10可以被构造用来在单次使用之后被丢弃。
在一个实施例中，转子(并且因此齿轮24和容器12)可以以达到数千(例如，近似3000)每分钟转数(rpm)旋转，其中把手组件14可以以那个速度的一半被旋转。更具体地，在一个实施例中，第一轴承26可以沿第一方向(例如，逆时针)以近似1500rmp旋转，并且第二轴承28可以沿第二方向(例如，顺时针)以近似1500rpm旋转。容器12和把手组件14可以绕相同的旋转轴线旋转。
本公开的一种方法包括打开逆流离心机20的盖子22和将该设备10至少部分地插入到逆流离心机20的转鼓18中。接下来，盖子22可以被关闭以包围设备10，其中管16的至少一部分向上延伸通过盖子22中的开口。设备10的齿轮24然后可以被驱动使得两个相对的容器12以把手组件10的两倍旋转速度旋转。在齿轮34的旋转之前、之后或同时地，流体可以从储器50被泵送到管16的一个、两个或更多个中。换句话说，两个相对的容器12可以被旋转使得离心力平衡牵引力，允许一层粒子或细胞被保持在悬浮液中。把手组件14可以以齿轮34的一半速度旋转以维持从外部环境到每一个旋转的容器12的封闭的流体路径，而不需要旋转的密封件。一旦生物制药程序(例如，将材料悬浮在容器12中的流体中)被完成，盖子22就可以打开并且设备10就可以从逆流离心机20被移除。最后，设备10可以被丢弃。
本领域技术人员将理解，可以对上面描述的实施例作出改变而不偏离其广义发明构思。因此，应当理解，本发明不限于公开的特别实施例，而是意图涵盖如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (20)

1.一种设备，所述设备包括：
至少一个容器，所述容器包括入口和出口；
齿轮，所述齿轮固定地附接到所述容器的至少一部分，使得所述齿轮的旋转使所述容器旋转，所述齿轮被构造为由驱动系统驱动旋转；
以可旋转的方式附接到所述齿轮的把手组件，所述把手组件被构造成由所述驱动系统驱动旋转；和
多个管，所述多个管延伸通过所述把手组件并且到达所述容器，所述多个管中的一个管连接到所述容器的入口，并且所述多个管中的一个管连接到所述容器的出口，
其中，当所述设备被插入到转鼓中时，所述齿轮以所述把手组件的两倍速度旋转，以使材料悬浮在所述至少一个容器中。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：位于所述把手组件的上部部分内的第一轴承，位于所述把手组件的下部部分内的第二轴承，和定位成接近所述齿轮的第三轴承，所述多个管延伸通过所述第一轴承、所述第二轴承和所述第三轴承中的每一个。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备被构造用来插入到所述转鼓中和从所述转鼓被移除，并且其中所述设备被构造用来在单次使用之后被丢弃。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个管包括四个管，所述四个管被构造用来允许包含所述材料的流体行进到所述至少一个容器和离开所述至少一个容器。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个容器包括第一容器和第二容器，所述第一容器和第二容器由两个相对的板形成。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，每一个容器具有第一端部和相对的第二端部，每一个容器的所述第一端部是所述入口，每一个容器的所述第二端部是所述出口，所述第一端部的直径小于所述第二端部的直径，所述第一端部被布置成接近所述板的外周边。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个管包括四个管，每一个管由基本上柔性的材料形成，并且操作性地连接到容纳流体的至少一个储器。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个管中的第一个管连接到所述第一容器的第一端部，所述多个管中的第二个管连接到所述第二容器的第一端部，所述多个管中的第三个管连接到所述第一容器的第二端部，并且所述多个管中的第四个管连接到所述第二容器的第二端部。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述流体通过每一个容器的第一端部流入每一个容器并且通过每一个容器的第二端部流出每一个容器。
10.一种用来执行逆流离心分离的方法，所述方法包括：
将设备插入到转鼓中，所述设备包括：两个间隔开的容器，把手组件，和四个管，每一个管从至少一个储器延伸、通过所述把手组件并且到达所述容器中的至少一个，所述储器容纳流体；
将流体从所述储器泵送到所述四个管中的两个管中；
相对的两个间隔开的所述容器以所述把手组件的两倍旋转速度旋转，以使材料悬浮在所述容器中的流体的中；
从所述转鼓移除所述设备；和
丢弃所述设备。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，每一个容器具有第一端部和相对的第二端部，所述第一端部的直径小于所述第二端部的直径。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，流体在每一个容器的第一端部流入每一个容器，并且其中流体在每一个容器的第二端部流出每一个容器。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述设备通过注射成型、吹塑成型、机加工和三维打印中的至少一种而形成。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，固定地附接到所述容器的至少一部分的齿轮被驱动系统驱动旋转，并且其中所述把手组件被所述驱动系统驱动旋转，所述驱动系统形成离心机的至少一部分。
15.一种逆流离心机，所述逆流离心机包括：
转鼓；
驱动系统；和
被构造用来在所述转鼓中使用的设备，所述设备包括：
至少两个容器，每一个容器包括入口和出口；
齿轮，所述齿轮固定地附接到每一个容器的至少一部分，使得所述齿轮的旋转使所述容器旋转，所述齿轮被构造成由所述驱动系统驱动旋转；
以可旋转的方式附接到所述齿轮的把手组件，所述把手组件被构造用来由所述驱动系统驱动旋转；和
多个管，所述多个管延伸通过所述把手组件并且到达所述容器，所述多个管中的一个管连接到每一个容器的所述入口，并且所述多个管中的一个管连接到每一个容器的所述出口，
其中，当所述设备被插入到所述转鼓中时，所述齿轮以所述把手组件的两倍速度旋转，以当包含材料的流体从储器流过所述多个管并且进入所述容器时，使所述材料悬浮在所述至少一个容器中。
16.根据权利要求15所述的组合，其中，所述转鼓和所述把手组件以相同的旋转速度旋转。
17.根据权利要求15所述的组合，其中，当所述设备被适当地插入到所述转鼓中时，所述把手组件的突起接合所述转鼓的至少一部分。
18.根据权利要求17所述的组合，其中，所述突起是弹簧偏压的。
19.根据权利要求15所述的组合，其中，所述设备包括：位于所述把手组件的上部部分内的第一轴承，位于所述把手组件的下部部分内的第二轴承，和定位成靠近所述齿轮的第三轴承。
20.根据权利要求15所述的组合，还包括被布置在所述设备上或布置在所述设备中的无线射频识别(RFID)芯片。
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