CN109715124B - 利用声泳的治疗细胞洗涤、浓缩和分离 - Google Patents

利用声泳的治疗细胞洗涤、浓缩和分离 Download PDF

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Abstract

公开了用于从宿主流体连续地分离第二流体或粒子的多级声泳装置。还公开了操作该多级声泳装置的方法。系统包括以串联彼此流体连接的多个声泳装置，每个声泳装置包括流动腔室、能够产生多维声驻波的超声换能器以及反射器。该系统还可以包括泵和流量计。

Description

利用声泳的治疗细胞洗涤、浓缩和分离
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月3日提交的美国临时专利申请序列号62/330,947和2016年7月6日提交的美国临时专利申请序列号62/359,182以及2016年8月15日提交的美国临时专利申请序列号62/374,910的优先权。这些申请的公开内容由此通过引用以其整体被完全并入本文中。
背景技术
浓缩治疗细胞并将它们从一种溶液转移到另一种溶液中(通常称为洗涤)是在细胞的生产和使用的多个阶段涉及的两个过程。细胞处理中材料的洗涤和分离是所选的细胞治疗的总体功效的重要部分。具体地，治疗细胞最初可以悬浮在生长血清中或者在类似二甲基亚砜(DMSO)的防腐剂材料中。将细胞从这些流体分离以使细胞可以被进一步处理在使用这种细胞材料的整个治疗过程中是重要的。在一个实例中，例如在制造CAR-T细胞中，细胞典型地从生物反应器回收、浓缩并在转导之前从培养介质被转移到电穿孔缓冲液中。细胞在最终制造步骤扩增之后，取决于所期望的应用，它们被浓缩并且被转移到适当溶剂中。
治疗细胞被储存在专门的介质中以通过冷藏和/或冷冻方法来延长这些细胞的活力。当将治疗细胞引入患者体内时，这种专门的介质可能不相容。因此，将治疗细胞在与治疗细胞和患者均生物相容的缓冲液或洗涤介质中同时洗涤和浓缩可能是有帮助的。这些洗涤和浓缩方法常规地涉及离心和物理过滤的使用。洗涤步骤可以重复多次。例如，可以通过多个洗涤步骤完全移除特定介质(其可以是热原的或以其它方式有害的)，并且可以将细胞悬浮在新的缓冲液或洗涤溶液中。在该洗涤方法中，细胞中的许多通过离心和物理过滤方法而被降解或破坏。此外，过滤方法可能相当低效并且可能向用于批量处理的环境中带来非无菌的侵入，由此细胞培养物暴露于可能的病原体或者会对目标细胞培养物有害的外部细胞影响。此外，利用这些物理过滤方法，通过多个物理过滤器的使用生成了生物废物，这可能出现用于适当处理的附加步骤。该方法的成本和及时性也不利于制备用于引入患者的细胞的快速或低成本方法。
发明内容
本公开提供了用于以更简单、更低成本和更友好的用于粒子(例如治疗细胞)的处理来代替或增强伴随多个洗涤步骤的常规离心和物理过滤处理的方法和系统。该方法/处理可以在无菌环境中并且以连续的形式执行。
本文中公开的是洗涤粒子的方法，其包括将第一介质和粒子的初始混合物馈送通过声泳装置的流动腔室。例如，第一介质可能含有诸如二甲基亚砜(DMSO)的防腐剂，其对于粒子(例如细胞)的未来应用/使用是不期望的。声泳装置还包括至少一个超声换能器，该超声换能器包括压电材料，该压电材料被配置成被驱动以在流动腔室中产生多维声驻波。所述至少一个超声换能器被驱动以在流动腔室中产生多维声驻波，使得粒子中的至少一部分被捕获在多维声驻波中。随后被捕获的粒子与第二介质混合以洗涤捕获的粒子(例如从粒子移除第一介质)。
在一些实施例中，初始混合物通过流动腔室以获得粒子在减小体积的第一介质中的中间混合物。然后收集该中间混合物，并与第二介质一起混合以形成二级混合物。然后将二级混合物馈送通过流动腔室以获得粒子在减小体积的第二介质中的最终混合物。
在其它实施例中，在初始混合物被馈送通过流动腔室之后，第二介质被馈送到流动腔室中。在此，第二介质取代第一介质，或者逐渐取代第一介质。
还在其它实施例中，声泳装置还包括位于所述至少一个超声换能器下方的收集器，使得随着被捕获的粒子形成簇并且生长到临界尺寸并且随后从多维声驻波脱离时，所述簇落入收集器中。收集器通向收集容器，该收集容器包含第二介质，将粒子的簇与第二介质混合在一起。
所述第二介质可以是生物相容性洗涤溶液或缓冲溶液。
所述粒子可以是细胞。所述细胞可以是中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、NS0杂交瘤细胞、幼仓鼠肾(BHK)细胞、人类细胞、调节性T细胞、Jurkat T细胞、CAR-T细胞、B细胞或NK细胞、外周血单核细胞(PBMC)、藻类、植物细胞、细菌或病毒。所述细胞可以附着到微载体。
有时，所述至少一个超声换能器的压电材料是由多个压电元件形成的压电阵列的形式。每个压电元件可以通过灌封材料与周围的压电元件物理分离。压电阵列可以存在于单晶上，其中一个或多个通道将压电元件彼此分离。每个压电元件可以被单独连接到其自身的一对电极。压电元件可以彼此同相操作，或者彼此异相操作。声泳装置还可以包括用于冷却所述至少一个超声换能器的冷却单元。
还公开了将微载体与细胞分离的方法，该方法包括将第一介质和与带有其上附着细胞的微载体的初始混合物馈送通过声泳装置的流动腔室。同样，声泳装置还包括至少一个超声换能器，该超声换能器包括压电材料，该压电材料被配置成被驱动以在流动腔室中产生多维声驻波。所述至少一个超声换能器被驱动以在流动腔室中产生多维声驻波，并且在多维声驻波中捕获带有附着细胞的微载体的至少一部分。然后通过使第二介质流动通过流动腔室来洗涤被捕获的带有附着细胞的微载体以移除第一介质。接下来，含有酶的第三介质流动通过流动腔室以将细胞与微载体分离。
在一些实例中，微载体保持被捕获在多维声驻波中，并且细胞与微载体和/或流体分离。可替代地，细胞保持被捕获在多维声驻波中，并且微载体流动通过该装置。然后可以回收细胞和第三介质的混合物。第二介质和第三介质可以是相同的，或者可以是不同的。在具体实施例中，所述酶是胰蛋白酶。
本文中还公开了培养袋，其包括：包围内部体积的侧壁，所述内部体积包括上部和下部；在培养袋的上端处在上部中的填充口；在培养袋的下端处在下部中的排放口；以及位于上部的底端处在填充口和排放口之间的洗涤出口；其中所述上部可以具有比下部大的直径。
洗涤出口可以被连接到位于培养袋的下部中的洗涤入口。下部可以包括内部体积的从约1％至约5％。
还公开了使用上述培养袋的声泳系统。该系统还包括：至少一个超声换能器，该超声换能器包括压电材料，该压电材料被配置成被驱动以在培养袋中产生多维声驻波；以及用于使所述至少一个超声换能器相对于培养袋在培养袋的上端和下端之间移动的装置。
声泳系统还可以包括培养袋可以被放置到其中的罐。用于移动所述至少一个超声换能器的装置可以是位于该罐外侧的传送系统。
声泳系统还可以包括用于将培养袋密封在其上部和下部之间的装置。例如，加热棒可用于将培养袋的两个相对侧熔化在一起，将上部与下部分离。
本文中还公开了声泳系统，其包括：声泳装置，其包括馈送端口、位于馈送端口下方并且被配置成同时操作为洗涤入口和浓缩物出口的排放端口、洗涤出口以及至少一个超声换能器，该超声换能器包括压电材料，该压电材料被配置成被驱动以产生多维声驻波；通向声泳装置的馈送端口的馈送线路；从声泳装置的废物出口引出的废物线路；以及通向声泳装置的排放端口的洗涤线路；以及从声泳装置的排放端口引出的浓缩线路。各种线路通向向声泳装置提供各种材料/从声泳装置接收各种材料的容器。
声泳系统还可以包括阀以在洗涤线路和浓缩线路之间切换。
可替代地，在声泳系统中，馈送线路和洗涤线路可以穿过流入选择器阀。声泳系统还可以包括在流入选择器阀上游的馈送选择器阀。废物线路和浓缩线路也可以穿过流出选择器阀。
以下更具体地描述了这些和其它非限制性特征。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一幅以彩色完成的附图。具有彩色附图(多幅彩色附图)的该专利或专利申请公开的副本将在请求和支付必要费用时由专利局提供。
以下是附图的简要描述，所述附图出于说明本文中公开的各示例实施例的目的而给出，而不是出于限制本文中公开的各示例实施例的目的。
图1示出了使用换能器和反射器产生声驻波的示例声泳方法，该声驻波用于捕获粒子并通过增强的重力沉降而将该粒子与流体分离。
图2示出了根据本公开的使用声泳的示例细胞浓缩和洗涤方法(“渗滤”)。
图3示出了根据本公开的使用声泳的另一个示例细胞浓缩和洗涤方法(推动通过)。
图4示出了六张照片，其从左到右和从上到下示出了在第二介质混合物(染成蓝色)流入装置中并逐渐取代第一介质(染成红色)之前被捕获在声泳装置中的细胞的进展。
图5是根据本公开的一个示例声泳装置的透视图。
图6是图5中的声泳装置的横截面图示。
图7是示出图5中的声泳装置的性能的图表。x轴是经过的时间(分钟)并且以5为增量从0到40。左侧y轴是渗透物密度减小(％)并且以10为增量从0到100。右侧y轴是渗透细胞密度(×106个细胞/mL)并且以0.20为增量从0.00到2.00。最上面的实线代表渗透物减小密度(％)。最下面的实线代表渗透细胞密度。跨越页面大致水平地延伸的中间线代表馈送细胞密度以供参考。
图8是超声换能器中使用的常规单件式单片压电材料。
图9是在本公开的换能器中使用的具有16个压电元件的示例矩形压电阵列。
图10是在本公开的换能器中使用的具有25个压电元件的另一个示例矩形压电阵列。
图11是示出具有以异相模式操作的16个压电元件的压电材料的图解。暗元件表示0°相角并且亮元件表示180°相角。
图12示出了切口压电材料(顶部)与具有通过灌封材料接合在一起的压电元件的换能器阵列(底部)的对比。
图13是示出根据本公开的具有16个元件压电阵列的声泳装置的性能的图表，其中所述元件彼此同相操作。x轴是经过的时间(分钟)并且以10为增量从0到60。左侧y轴是渗透物密度减小(％)并且以10为增量从0到100。右侧y轴是渗透细胞密度(×106个细胞/mL)并且以0.50为增量从0.00到2.50。最上面的实线代表渗透物减小密度(％)。最下面的实线代表渗透细胞密度。跨越页面大致水平地延伸的中间线代表馈送细胞密度以供参考。
图14是示出根据本公开的具有低细胞密度培养物的声泳方法的T细胞浓缩性能的图表。x轴是经过的时间(分钟)并且以5为增量从0到25。左侧y轴是减小百分比(％)并且以10为增量从0到100。右侧y轴是细胞密度(×106个细胞/mL)并且以0.20为增量从0.00到1.60。上面的实线代表渗透物减小(％)。下面的实线代表渗透细胞密度。虚线代表馈送细胞密度以供参考。
图15是示出对于根据本公开的声泳方法的密度减小百分比(PDR)关于浓度和流速的关系的图表。x轴是时间(分钟)并且以5为增量从0到40。Y轴是渗透物密度减小(％)并且以10为增量从0到100。具有圆形数据点的线代表具有5×106个细胞/mL的初始细胞浓度的混合物。具有x形数据点的线代表具有3×106个细胞/mL的初始细胞浓度的混合物。具有三角形数据点的线代表在20mL/分钟的流速下具有1×106个细胞/mL的初始细胞浓度的混合物。具有菱形数据点的线代表在10mL/分钟的流速下具有1×106个细胞/mL的初始细胞浓度的混合物。
图16是示出根据本公开的具有高细胞密度培养物的声泳方法的T细胞性能的图表。x轴是经过的时间(分钟)并且以5为增量从0到25。左侧y轴是减小百分比(％)并且以10为增量从0到100。右侧y轴是细胞密度(×106个细胞/mL)并且以0.50为增量从0.00到3.00。上面的实线代表渗透物密度减小(％)。下面的实线代表渗透细胞密度。虚线代表馈送细胞密度以供参考。
图17是根据本公开的示例声泳装置的透视图，其包括用于冷却换能器的冷却单元。
图18是示出没有主动冷却的声泳装置的温度分布的图表。x轴是经过的时间(分钟)并且以2.00为增量从0.00到20.00。y轴是温度(℃)并且以2.00的增量从17.00到33.00。沿着该图表的右侧的最下面的线代表馈送温度(℃)。沿着该图表右侧的最上面的线代表芯部温度(℃)。沿着该图表的右侧的中间线代表渗透物温度(℃)。
图19是示出具有换能器的主动冷却的声泳装置的温度分布的图表。x轴是经过的时间(分钟)并且以以2.00为增量从0.00到20.00。y轴是温度(℃)并且以2.00为增量从17.00到33.00。沿着该图表的右侧的最下面的线代表馈送温度(℃)。沿着该图表的右侧的最上面的线代表芯部温度(℃)。沿着该图表的右侧的中间线代表渗透物温度(℃)。
图20示出了根据本公开的用于浓缩、洗涤和/或分离微载体和细胞的方法。最左边的部分代表从生物反应器接收被生物反应器血清包围的微载体和细胞并且在根据本公开的声泳装置中浓缩带有附着细胞的微载体的第一步骤。中间部分代表洗涤被浓缩的带有附着细胞的微载体以移除生物反应器血清的第二步骤。最右边的部分代表胰蛋白酶处理微载体的第三步骤以及在第四骤中将微载体与细胞分离。底部部分代表根据需要可以采取的最终洗涤和浓缩步骤。
图21示出了根据本公开的声泳装置中的介质交换。“浓缩物”照片示出了被第一介质(染成红色)包围的浓缩物(例如，被浓缩的带有附着T细胞的微载体)。“洗涤通过1”照片示出了在使用第二介质(染成蓝色)的第一洗涤通过后带有附着T细胞的微载体。“洗涤通过2”照片示出了在第二洗涤通过后带有附着T细胞的微载体。最右边的“洗涤通过3”照片示出了在第三洗涤通过后带有附着T细胞的微载体，并且该微载体几乎完全是蓝色。
图22示出了图21中所示的介质交换的显微图像。图22示出了在馈送中和在三次洗涤通过期间带有附着T细胞的微载体以及在渗透物中被分离的微载体和T细胞的浓度的显微图像。
图23示出了在声泳之前(照片的顶行)和在一次声泳通过之后(照片的底行)声泳装置中T细胞的浓度。
图24示出了在进入声泳装置的馈送物(照片的顶行)中带有附着T细胞的微载体的浓度以及从声泳装置抽出的渗透物(照片的底行)中被分离的微载体和T细胞的浓度。暗圆形物表示微载体，并且较亮区域表示T细胞。
图25示出了在馈送物中带有附着T细胞的微载体的浓度和在渗透物中被分离的微载体和T细胞的浓度的显微图像。
图26是根据本公开的一个示例声泳系统的示意图。
图27是根据本公开的另一个示例声泳系统的示意图，其包括废物和浓缩物转移袋。
图28是根据本公开的一个示例声泳系统的示意图，示出了馈送材料通过系统的流动路径。
图29是图28中的示例声泳系统的示意图，示出了洗涤材料通过系统的流动路径。
图30是图28中的示例声泳系统的示意图，示出了系统的排放。
图31示出了用于根据本公开的声泳系统中的培养袋。
图32示出了图31中的浓缩物转移袋，其被设置在填充有流体的罐内，还示出了用于使换能器相对于袋移动的传送系统。
图33示出了将换能器从袋的上部移动到袋的下部以将细胞材料浓缩在袋的下部中。
图34示出了将细胞材料浓缩在袋的下部中以及在上部和下部之间将袋密封。
图35示出了经由废物出口将废物从袋的下部移除，经由排放端口引入新的洗涤缓冲液，以及然后将包含被浓缩的细胞材料的袋的下部与袋的上部分离。
具体实施方式
通过参考包括在本文中的期望实施例和示例的以下详细描述可以更容易地理解本公开。在以下说明书和随后的权利要求书中，将参考许多术语，这些术语应被定义为具有以下含义。
尽管为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但是这些术语旨在仅指代在附图中为了说明而选择的各实施例的具体结构，并且并不旨在限定或限制本公开的范围。在下面的附图和以下描述中，应理解，相似的附图标记是指具有相似功能的部件。此外，应该理解，附图未按比例绘制。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个指示物。
如在说明书中和在权利要求书中所使用的，术语“包括”可以包含“由......组成”和“基本上由......组成”的实施例。如本文中所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”，“带有”、“可以”、“含有”及其变型旨在是需要被命名的部件/步骤的存在并且允许其它部件/步骤的存在的开放式过渡短语、术语或单词。然而，这样的描述应该被解释为还将组合物或方法描述为“由所列举的部件/步骤组成”和“基本上由所列举的部件/步骤组成”，其允许仅有所命名的部件/步骤以及可能由其产生的任何杂质的存在，并排除其它部件/步骤。
数值应该被理解为包括当被减少到重要附图的相同数量时相同的数值，以及与所声明的数值差异小于本申请中为了确定值所描述的常规测量技术的实验误差的数值。
本文中公开的所有范围包括所列举的端点并且独立地可组合(例如，“从2克至10克”的范围包括端点2克和10克，以及所有中间值)。
由一个或多个术语(例如“约”和“大致上”)修饰的值可以不限于所指定的精确值。近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。修饰语“约”也应该被视为公开由两个端点的绝对值限定的范围。例如，表述“从约2至约4”也公开了范围“从2到4”。
应该注意，本文中使用的术语中许多是相对术语。例如，术语“上”和“下”在位置上相对于彼此，例如，在给定定向上上部件位于比下部件更高的高度，但是如果设备被翻转，则这些术语可以改变。术语“入口”和“出口”是相对于关于给定结构流动通过它们的流体，例如，流体通过入口流入结构和通过出口从结构流出。术语“上游”和“下游”是相对于流体流动通过各种部件的方向，例如，在流动通过通过下游部件之前，流动通过上游部件。应该注意，在循环中，第一部件可以被描述为同时在第二部件的上游和下游。
术语“水平”和“竖直”用于指示相对于绝对参考(例如地面)的方向。术语“向上”和“向下”也与绝对参考相关；向上流动总是抵抗地球的引力。
本申请参考“相同的数量级”。如果较大数字除以较小数字的商是至少为1且小于10的值，则两个数字具有相同的数量级。
本公开的声泳技术采用声驻波来浓缩、洗涤和/或分离初级或宿主流体中的材料(例如粒子或次级流体)。具体地，如图1中的左上图(A)所示，超声换能器T在流体中产生声波，该声波与位于超声换能器对面的反射器R相互作用以产生声驻波。尽管图1中示出了反射器R，但是可以使用另一个换能器来反射和/或生成声能以形成声驻波。
如图1中的右上图(B)所示，当宿主流体和夹带在宿主流体中的材料向上流动通过声驻波时，声驻波(多个声驻波)捕获(保留或保持)所述材料(例如，次级相材料，包括流体和/或粒子)。声场离开材料的散射产生三维声辐射力，该三维声辐射力充当三维捕获场。
与超声驻波相结合生成的三维声辐射力在本公开中被称为三维或多维驻波。当粒子相对于波长较小时，声辐射力与材料的粒子体积(例如半径的立方)成比例。声辐射力与频率和声学对比因子成比例。声辐射力与声能(例如声压幅度的平方)成比例。对于谐波激励，力的正弦空间变化将粒子驱动到驻波内的稳定位置。当施加在粒子上的声辐射力强于流体拖曳力与浮力和重力的组合效应时，粒子可以被捕获在声驻波场内，如图1中的右上图(B)所示。
如在图1中的左下图(C)中可以看出，该捕获导致被捕获粒子的聚结、结块、凝聚、附聚和/或聚集。另外，次级粒子间力(例如Bjerkness力)有助于粒子附聚。
随着粒子继续聚结、结块、凝聚、附聚和/或聚集，粒子可以生长到一定的尺寸，在该尺寸下，粒子簇上的重力克服声辐射力。在这样的尺寸下，粒子簇可以脱离声驻波，如图1中的右下图(D)所示。
期望地，超声换能器(多个超声换能器)在流体中生成三维或多维声波驻波，该声驻波在悬浮粒子上施加侧向力以伴随轴向力，以便增加驻波的粒子捕获能力。平面或一维声驻波可以提供轴向或波传播方向上的声力。平面或一维声波生成中的侧向力可以比轴向力小两个数量级。多维声驻波可以提供显著大于平面声驻波的侧向力。例如，该侧向力可以为与多维声驻波中的轴向力相同的数量级。
本公开的声驻波可用于捕获悬浮在驻波中的第一介质中的粒子(例如治疗细胞，例如T细胞、B细胞、NK细胞)。然后可以用第二介质(例如，生物相容性洗涤溶液或缓冲溶液)取代第一介质。换句话说，可以取代粒子的宿主流体。在用第二介质取代第一介质之前，可以使用声泳来执行渗滤方法，如图2所示。
在图2中，以具有例如小于1×106个细胞/mL的低细胞密度的初始混合物开始，可以使用声泳来减小初始混合物的体积，例如减小至少10倍，包括20倍和高达100倍或更多。细胞浓度可以被增加至少10倍，包括20倍和高达100倍或更多。该初始减小方法是第一体积减小步骤(A)。接下来，可以引入第二介质(例如，生物相容性洗涤溶液或缓冲溶液)以至少部分地取代第一介质，如步骤(B)中所示。接下来，可以使细胞和第二介质的新混合物经受声泳体积减小步骤(C)。这一系列操作被称为“渗滤”方法。
图3示出了单步骤推动通过方法，其中粒子/细胞被捕获在声驻波中并且被保持在声泳装置中。然后将第二介质(例如，生物相容性洗涤溶液或缓冲溶液)流入声泳装置中以有效地“涤除”第一介质。通过该推动通过方法，可以从粒子/细胞中移除第一介质中的超过90％、包括高达99％或更多。推动通过方法可以被采用为连续的一次性方法，其使用比图2中的渗滤方法少的缓冲溶液和少的时间。
图4示出了六张照片，从左到右和从上到下，示出了在第二介质混合物(染成蓝色)流入装置中并且逐渐取代第一介质(染成红色)之前，被捕获在声泳装置中的细胞的进展。在图4中，为第二介质使用150mL馈送体积和80mL电穿孔介质洗涤。以10mL/分钟的流速抽出浓缩物。如在这些图片中可以看出，第一介质随着时间被第二介质取代。
现在参考图5和图6，描绘了用于粒子/细胞从流体的分离的声泳装置100的第一示例实施例。声泳装置100包括具有至少一个入口和至少一个出口的流动腔室110。在该实施例中，流动腔室110包括入口112、渗透物出口114、浓缩物出口116、超声换能器120和反射器130。在某些实施例中，入口112可以起到将被第一介质围绕的细胞引入流动腔室110中另外将第二介质引入流动腔室110中的双重功能。可替代地，可以使用分离的入口来引入第一介质和第二介质。
流动腔室110是装置100的被第一介质包围的细胞通过其流动的区域。在该实施例中，流动腔室110由入口112、渗透物出口114和浓缩物出口116限定。流动腔室110进一步由侧壁115限定，超声换能器120和反射器130被耦合到该侧壁115。如此处所见，侧壁的形状被设计成使得超声换能器和反射器位于其相对侧上。
入口112位于流动腔室110的第一端106处。在具体实施例中，材料通过入口112的进入可以被配置成朝向入口112的底端发生，使得流体进入流动腔室110的流入发生于比流动腔室110的顶端更靠近该流动腔室110的底端。
如图5和图6中所描绘的，入口112沿着装置100的第一侧107定位。装置的第一侧107还容纳反射器130，而装置的与其第一侧相对的第二侧109容纳超声换能器120。入口112可以可替代地沿着装置的第二侧109(例如，在与超声换能器的同一侧上)或在装置的另一侧上定位。
在图5中描绘的实施例中，渗透物出口114位于流动腔室100的第二端108处。渗透物出口114总体上用于从流动腔室110回收第一介质和残余细胞。相比之下，浓缩物出口116位于入口112和渗透物出口114之间，在超声换能器120和反射器130下方。浓缩物出口116总体上被配置成从流动腔室110回收细胞。然而，在某些实施例中，可能期望从装置回收其它材料(例如，微载体)，在这种情况下，微载体可以通过浓缩物出口被回收而细胞可以经由渗透物出口与介质一起被回收。如在此所见，渗透物出口114大体上位于超声换能器120和反射器130上方，并且同时浓缩物出口116大体上位于超声换能器120和反射器130下方。
在图5和图6中描绘的实施例中，装置100竖直定向，使得装置的第一端106是其底端并且装置的第二端108是其顶端。以这种方式，被第一介质包围的细胞被引入装置100的底端并且从入口112朝向渗透物出口114竖直向上流动通过流动腔室。
如在图6中最佳可见，装置100还包括收集器140。收集器140位于流动腔室110中在入口112与超声换能器120和反射器130之间。收集器140位于浓缩物出口116上方，并且具体地由通向浓缩物出口116的成角度的壁142限定。换句话说，收集器140通向由成角度的壁142限定的公共井，该公共井在横截面面积上向下逐渐变细(即，较大面积到较小面积)到收集器的底部处的顶点，所述公共井经由流动路径119流体地连接到浓缩物出口116并从一侧排出到浓缩物出口116中。以这种方式，多维声驻波可以将被浓缩的细胞引导到收集器140，用于经由浓缩物出口116从流动腔室110收集和移除。环形气室117包围收集器140，允许宿主流体/细胞的混合物从入口112围绕收集器140流动到流动腔室110中。
在一些实施例中，收集器通向填充有第二介质的收集容器。以这种方式，第二介质不流动通过装置的流动腔室。相反，当细胞被捕获在声驻波中并且形成生长到临界尺寸的簇并且随后从多维声驻波脱离时，细胞簇落入收集器中并且被引导到收集容器中。收集容器可以与装置的其余部分可分离。
如此处所见，优选地，流体向上流动通过装置。被第一介质包围的细胞通过装置的底端处的入口112进入装置并且然后急转弯向上流动。这种方向上的改变理想地减少了湍流，产生了通过装置向上的近塞流。流动继续向上通过环形气室117并向上进入流动腔室110中。在流动腔室110中，细胞遇到如本文中所述的捕获细胞的多维声驻波(多个多维声驻波)。细胞的浓缩发生在声驻波(多个声驻波)内，这也可以造成细胞的聚结、结块、凝聚、附聚和/或聚集。
当细胞被浓缩时，它们最终克服流体流动拖曳力和声辐射力的组合效应，并且它们向下落入收集器140中。然后它们可以流动通过流动路径119并且在浓缩物出口116处被收集。在较小的体积中获得了高得多数量的细胞(即，目标细胞被浓缩)。
图7是示出图5中的声泳装置的性能的图表。该装置在2.234MHz的固定频率下操作以用于具有约1.5×106个细胞/mL的馈送细胞密度的混合物。如可以看出，该装置实现了在约35分钟内大于95％的渗透物密度减小(PDR)以及在相同的时间段内小于0.10×106个细胞/mL的渗透细胞密度。
本公开的声泳装置和系统的压电换能器(多个压电换能器)可以是单个单片压电材料或者可以由压电材料的阵列制成。所述压电材料可以是陶瓷材料、晶体或多晶，例如PZT-8(锆钛酸铅)。图8示出了单片、单件式、单电极压电晶体200。该压电晶体具有大致上正方形的形状，具有大致上彼此相等(例如约1英寸)的长度203和宽度205。晶体200具有内表面202，并且晶体还具有在该晶体的相反侧上的外表面204，该外表面204通常暴露于流动通过声泳装置的流体。外表面和内表面在面积上相对较大，并且晶体相对较薄(例如，对于2MHz晶体约0.040英寸)。
图9示出了由压电材料的阵列制成的压电晶体200'。该压电晶体200'的内表面202被分成具有多个(即至少两个)压电元件208的压电阵列206。然而，该阵列仍然是单晶。压电元件208通过内表面202中的一个或多个通道或切口210而彼此分离。通道(即各压电元件之间)的宽度可以在从约0.001英寸至约0.02英寸的量级。通道的深度可以为从约0.001英寸至约0.02英寸。在一些例子中，灌封材料212(例如，环氧树脂、硅胶及类似物)可以被插入各压电元件之间的通道210中。灌封材料212是不导电的，用作各相邻压电元件208之间的绝缘体，并且还用于将各分离的压电元件208保持在一起。在此，阵列206包含十六个压电元件208(尽管任何数量的压电元件是可能的)，所述十六个压电元件208以矩形4×4配置(正方形是矩形的子集)布置。各压电元件208中的每一个具有彼此大致相同的尺寸。整个阵列200'具有与图8中所示的单晶相同的长度203和宽度205。
图10示出了换能器200”的另一个实施例。换能器200”大致上类似于图9中的换能器200'，除了阵列206由5×5配置的25个压电元件208形成。同样，整个阵列200”具有与图8中所示的单晶相同的长度203和宽度205。
本公开的压电阵列中的每个压电元件可以具有独立的电附件(例如电极)，使得每个压电元件可以被单独地控制频率和功率。这些元件可以共享公共接地电极。该配置不仅允许多维声驻波的生成，而且还允许对声驻波的改进的控制。以这种方式，可以以任意相位和/或不同或可变频率和/或以各种异相模式驱动各独立压电元件(或多个分离的超声换能器)。例如，图11示出了一种示例性的0-180-0-180模式，但是可以根据期望采用另外的模式，例如0-180-180-0模式。例如，对于5×5阵列，可以根据期望使用另外的模式，例如0-180-0-180-0模式、0-0-180-0-0模式、0-180-180-180-0模式或0-90-180-90-0模式。阵列还可以例如被驱动使得采用相位的棋盘图案，如图11中所示。总之，可以操作已经被分成有序阵列的单个超声换能器使得阵列中的一些部件与阵列中的其它部件异相。
压电阵列可以通过跨越一个表面进行切割而由单片压电晶体形成，以便将压电晶体的表面分成分离的元件。表面的切割可以通过锯、端铣刀或其它装置的使用来执行以从表面移除材料并将压电晶体的离散元件留在因此形成的通道/凹槽之间。
如以上所解释的，灌封材料可以被结合到各元件之间的通道/凹槽中以形成复合材料。例如，灌封材料可以为聚合物，例如环氧树脂。在具体实施例中，压电元件208彼此单独地物理隔离。该结构可以通过用灌封材料填充通道210，然后将外表面204向下切割、打磨或研磨到通道来获得。作为结果，压电元件通过灌封材料彼此接合，并且每个元件是阵列中的单独部件。换句话说，每个压电元件通过灌封材料与周围的压电元件物理分离。图12是比较这两个实施例的横截面视图。在顶部，示出了如图9所示的晶体。晶体在内表面202上被切割成四个分离的压电元件208，但是这四个元件共享一个公共外表面204。在底部，四个压电元件208通过灌封材料212彼此物理隔离。没有公共表面在四个元件之间共享。
图13是示出根据本公开的具有16个元件压电阵列的声泳装置的性能的图表。压电阵列在2.244MHz的固定频率下操作用于具有约2.00×106个细胞/mL的馈送细胞密度的混合物。可以看出，该装置实现了在约60分钟内约95％的渗透物密度减小(PDR)以及在相同时间段内约0.10×106个细胞/mL的渗透细胞密度。
测试了声泳装置的浓缩效率。首先，使用具有1×106个细胞/mL的细胞密度的T细胞悬浮液。在10-15mL/分钟的流速下使用约500至1000mL之间的馈送体积。结果在图14中以图表描绘。该装置在十分钟的测试内展现出10倍至20倍之间的浓缩因子、90％的细胞回收率和77％的涤除效率(即，被第二介质取代的第一介质的量)。观察到10℃的温度升高。
然后使用酵母混合物来测试密度减小百分比(PDR)对浓度和流速的关系。结果在图15中以图表描绘。如此处看出，越高的初始细胞浓度大体上导致越高的PDR。另外，变化的流速(从20mL/min到10mL/min)对PDR没有观察到的影响。
再次以更高的细胞密度测试了声泳装置的浓缩效率。使用了具有5×106个细胞/mL的细胞密度的T细胞悬浮液。在10-15mL/分钟的流速下使用了1000mL的馈送体积。结果在图16中以图表描绘。该装置在一小时的测试内展现出优于10倍的浓缩因子、90％的细胞回收率和77％的涤除效率。再次观察到10℃的温度升高。
在测试期间，还发现超声换能器的主动冷却导致更大的产量和效率以及更多的能力。这样，开发了用于主动冷却换能器的冷却单元，例如耦合到图17中描绘的声泳装置7000的后壁7013的冷却单元7060。冷却单元7060包括独立的流动路径，该流动路径与通过装置的含有待暴露于多维声驻波的流体的流动路径分离。冷却剂入口7062适于允许冷却流体到冷却单元中的进入。冷却剂出口7064用作冷却剂和废热通过其排出冷却单元的出口。在此，冷却剂入口位于冷却剂出口下方，但是该路径可以根据期望变化。流动通过冷却单元的冷却剂可以是任何合适的流体。例如，所述冷却剂可以是水、空气、醇、乙醇、氨或它们的一些组合。在某些实施例中，冷却剂可以是液体、气体或凝胶。冷却剂可以是不导电的流体以防止电短路。冷却单元可以用于冷却超声换能器，当装置以重复处理和再循环连续运行一段延长的时间(例如灌注)时，这可以是特别有利的。如果期望，冷却单元还可以用于冷却流动通过装置7000的宿主流体。
在图18和图19中可以看出为换能器提供冷却单元的优点。图18以图表示出了在没有任何主动冷却的情况下(例如，在没有用于换能器的冷却单元的情况下)声泳装置的温度分布。如图18所示，馈送物和芯部(例如换能器)之间的温差为8.6℃。图19以图表示出了具有主动冷却(例如，具有用于换能器的冷却单元)的声泳装置的温度分布。如图19所示，通过主动冷却的使用，馈送物和芯部之间的温差减小至6.1℃。
图20示出了用于从细胞浓缩、洗涤和分离微载体的四步方法(具有可选的第五步骤)。该方法中的第一步骤涉及将带有附着细胞的微载体在声泳装置(例如本文中所述的那些)中浓缩。通过接收来自生物反应器的带有附着细胞的微载体，可以将微载体和附着细胞引导到声泳装置。在生物反应器中，将微载体和细胞悬浮在第一介质(例如，用于保持细胞在生物反应器中存活的生长血清或防腐剂材料)中。被第一介质包围的带有附着细胞的微载体通过在声泳装置中生成的声驻波(多个声驻波)而被浓缩。在第二步骤中，然后用第二介质洗涤被浓缩的带有附着细胞的微载体以移除第一介质(例如，生物反应器生长血清或防腐剂材料)。然后第三步骤将含有酶的第三介质引入声泳装置中以通过第二介质的酶促反应将细胞与微载体分离。在具体实施例中，胰蛋白酶是用于酶促地将细胞与微载体分离的酶。然后可以使用多维声驻波将细胞与微载体分离。通常，这通过在多维声学驻波中捕获微载体来完成，而被分离的细胞随着第三介质通过。然而，如果期望，可以代替地捕获细胞。最后，根据期望，被分离的细胞可以可选地被浓缩并再次洗涤。
在被浓缩和捕获/保持在多维声驻波中之后，微载体可以聚结、结块、凝聚、附聚和/或聚集至临界尺寸，此时由于增强的重力沉降微载体从声驻波脱离。微载体可落入声泳装置的位于声驻波下方的收集器中，以从流动腔室移除。
在测试期间，使用红色和蓝色食用染料执行步骤1和2(即浓缩和洗涤)以制得有色流体。浓缩混合物包括红色流体中的SoloHill微载体。洗涤混合物包括蓝色流体并且通过该装置三次。在显微镜下观察浓缩物，如图21中的最左侧图像所示。浓缩步骤被示出为具有99％的效率。图21中的其余三个图像分别示出在第一次、第二次和第三次洗涤通过之后的显微图像。如图21中从左到右看出，第一介质(染成红色)在一系列洗涤通过后被第二介质(染成蓝色)逐渐涤除。吸光度数据如下表中所示。
Figure BDA0001917486000000161
Figure BDA0001917486000000171
红色吸光度的减小和蓝色吸光度的增加证明了洗涤步骤的可行性。
图22示出了浓缩和洗涤步骤期间微载体和附着细胞的显微图像。具体地，顶行中最左边的图像示出了在引入声泳装置之前馈送物中微载体和附着细胞。顶行中最右边的图像示出了在声泳装置中浓缩之后渗透物中的微载体和附着细胞。图像中的底行从左到右示出了在洗涤步骤期间(即在第一次、第二次和第三次洗涤通过期间)装置中的微载体和附着细胞。
图23示出了在声泳装置中被分离之后T细胞的浓度。图像中的顶行示出了声泳之前具有1.14±0.03×106个细胞/mL的浓度的T细胞。图像中的底行示出了声泳之后具有1.13±0.02×106个细胞/mL的浓度的T细胞。相当的浓度证明大致上所有细胞都通过声泳装置，因为浓度大致上没有被声泳改变。
图24示出了在4倍放大率下声泳装置中SoloHill微载体和T细胞的存在。图像中的顶行示出了在声泳之前馈送物中的微载体和细胞。图像中的底行示出了在细胞已经通过声泳被分离之后渗透物中的微载体和细胞。通过声泳的应用微载体数量上的差异证明了使用该装置来捕获装置中的微载体并将细胞与微载体分离的可行性。该技术的可行性和结果被图25中的图像进一步证明，其从左到右示出了在浓缩和第一次、第二次、第三次洗涤之后馈送物(图像的顶行)和渗透物(图像的底行)中的微载体和细胞的显微图像。
声泳浓缩、洗涤和分离方法的测试示出该方法适用于细胞治疗和微载体应用。以大于99％的所得效率执行浓缩和洗涤步骤，并且以大于98％的效率执行分离步骤(例如，将细胞与微载体分离)。
图26描绘了采用声泳装置A(例如先前描述的声泳装置)的声泳系统/方法3100的一个示例实施例。总体上，装置A包括馈送端口3102、排放端口3104、洗涤出口3108和超声换能器3120，所述超声换能器3120被配置成在装置中产生多维声驻波，如在本文中非常详细地解释的。
该示例实施例的馈送端口3102总体上被配置成操作为入口以将流体引入装置中，其中所述流体典型地包括夹带在其中的材料，例如细胞和/或微载体。如在此可以看出的，馈送端口3102被连接到馈送线路3112。在该示例实施例中，馈送线路3112以在馈送端口3102上游的可擦拭倒钩阀D(Halkey Roberts)开始。在该示例实施例中还包括在馈送端口3102上游的馈送线路3112中的是一次性泵头C(NaoPump)和温度传感器B(SciLogSciTemp)。泵C可以例如用于调节声泳装置的流速使得重力/浮力可以作用在细胞簇上。馈送线路3112大体上终止于装置A的馈送端口3102处。
该示例实施例的排放端口3104总体上被配置成操作为从装置A抽出浓缩物的浓缩物出口。如在此可以看出的，排放端口3104被连接到浓缩线路3114。在该示例实施例中。浓缩线路3114在装置A的排放端口3104处开始并且以排放端口3104下游的可擦拭倒钩阀D(Halkey Roberts)终止。
该示例实施例的洗涤出口3108总体上被配置成从装置A移除材料，例如被分离的细胞以及被涤除的流体和介质。如在此可以看出的，洗涤出口3108被连接到洗涤线路3118。在该示例实施例中，洗涤线路3118在装置A的洗涤出口3108处开始。在该示例实施例中还包括在废物出口3108下游的废物线路3118中的是温度传感器B(SciLog SciTemp)和可擦拭倒钩阀D(Halkey Roberts)。
该示例实施例的馈送线路3112、浓缩线路3114和废物线路3118习惯上由管道、优选生物制药级管道(例如，具有3.18mm内径和6.35mm外径的AdvantaHex生物制药级TPE管道)制成。
现在转到图27，描绘了声泳系统/方法3200的另一个示例实施例。图27中的声泳装置3200非常类似于图26中的声泳系统/方法3100。然而，图32中描绘的声泳系统/方法3200包括排放端口3104，该排放端口3104被配置成同时操作为洗涤入口和浓缩物出口。以这种方式，排放端口3104用于将洗涤介质/缓冲液引入装置A中并从装置A抽出浓缩物。由于排放端口3104的双重目的，如在此可以看出的，排放端口3104被同时连接到浓缩线路3114和洗涤线路3116。浓缩线路3114和洗涤线路3116通过阀/旋塞阀F而在排放端口3104的上游接合在一起。如在此可以看出的，该示例实施例的洗涤线路3116在可擦拭倒钩阀D(HalkeyRoberts)处开始，通过旋塞阀F(Halkey Roberts)延伸，并且在排放端口3104处终止。另一方面，浓缩线路3114在排放端口3104处开始，通过旋塞阀F延伸，并且在收集容器E(Charter医疗转移袋，400mL)处终止。以这种方式，浓缩线路3114和洗涤线路3116共享阀/旋塞阀F，其中两条线路在旋塞阀F和排放端口3104之间接合并且共享共同的管道。另外，通过用系统3200中的收集容器E(Charter医疗转移袋，400mL)取代系统3100中废物线路1318的端部处的倒钩阀，该声泳系统/方法3200不同于图31中描绘的声泳系统/方法3100。馈送线路3112、浓缩线路3114、洗涤线路3116和废物线路3118习惯上由管道、优选生物制药级管道(例如具有3.18mm内径和4.76mm外径的Escelero RNT清洁柔性PVC管道)制成。
在浓缩物和废物线路的末端处收集容器E的使用有利地产生了封闭的初级环境，在该环境内可以发生细胞和细胞材料的浓缩、洗涤和/或分离，这有助于防止细胞/细胞培养物/细胞材料暴露于可能的侵入物、病原体或外部细胞影响，这些影响会是有害的。
图28-30示出了声泳系统/方法2800的另一个示例实施例，其包括具有螺线路管夹管阀的一次性声泳装置2810，所述螺线路管夹管阀控制通过其中的流体的流动。从图28的左手侧开始，该系统包括馈送罐2820、洗涤罐2830和进气口2805。进气口2805通过进气阀2804延伸。馈送线路2821从馈送罐2820延伸。进气口和馈送线路2821通过Y形连接器接合在一起进入公共馈送线路2811，该公共馈送线路2811延伸到馈送选择器阀2801中。洗涤线路2831从洗涤罐2830延伸，并且也延伸到馈送选择器阀2801中。馈送选择器阀2801仅允许一条线路在给定时间打开(阀2802、2803也以这种方式操作)。洗涤线路2831和馈送线路2811通过馈送选择器阀2801下游的Y形连接器接合在一起进入输入线路2812中。输入线路2812穿过泵2806到流入选择器阀2802，所述流入选择器阀2802在馈送选择器阀2801的下游和声泳装置2810的上游。流入选择器阀2802选择性地控制馈送物或洗涤物通过馈送端口2602或洗涤/排放端口2604到声泳装置2810中的流入。馈送线路2813从流入选择器阀2802延伸到馈送端口2602。洗涤线路2814从流入选择器阀2802延伸到公共线路2815并进入洗涤物/排放端口2604中。
在图28的右手侧，流出选择器阀2803位于声泳装置2810的下游并且控制流体从其的流出。废物线路2816从废物端口2608延伸通过流出选择器阀2803并且随后延伸到废物罐2850。公共线路2815延伸到排放线路2817中，然后该排放线路2817穿过流出选择器阀2803并且随后延伸到浓缩物罐2840。这些罐2840、2850可以例如是诸如培养袋的袋，其将在本文中在图31中被进一步描述。流出选择器2803由此选择性地控制流体到浓缩物罐和废物罐的流动。
图28还示出了馈送材料通过系统的流动路径。在该示例实施例中，馈送选择器阀2801在底部打开(并且顶部关闭)的情况下操作，使得来自馈送罐2820的馈送物流动通过。流入选择器阀2802在顶部打开(并且底部关闭)的情况下操作，使得馈送材料经由馈送端口2602进入声泳装置2810。流出选择器阀2803也在顶部打开(并且底部关闭)的情况下操作，使得馈送材料的流体/第一介质流动通过到废物罐2850。馈送材料中的目标粒子(例如，微载体或细胞)通过多维声驻波(多个多维声驻波)的作用而被捕获在声泳装置2810中，如本文中被详细解释的。
图29示出了洗涤材料通过系统的流动路径。馈送选择器阀2801在顶部打开(并且底部关闭)的情况下操作，使得来自洗涤罐2830的洗涤材料流动通过。流入选择器阀2802在底部打开(并且顶部关闭)的情况下操作并且流出选择器阀2803在顶部打开(并且底部关闭)的情况下操作。作为结果，洗涤材料经由洗涤/排放端口2604进入声泳装置2810，所述洗涤/排放端口2604操作为洗涤入口。注意到，关闭的流出选择器阀2803防止洗涤材料进入浓缩物罐2840。然后洗涤材料可以通过声泳装置2810并且移除第一介质(例如，生物反应器血清或防腐剂材料)。洗涤材料然后经由废物端口2608排出，并流到废物罐2850。目标粒子保持被捕获在声泳装置2810中。
图30示出了系统的排放(例如，目标粒子的收集)。进气阀2804打开。馈送选择器阀2801在底部打开(并且顶部关闭)的情况下操作，并且流入选择器阀2802在顶部打开(并且底部关闭)的情况下操作，使得空气经由馈送端口2602进入声泳装置2810。空气总体上有助于从声泳装置2810移出目标粒子簇。流出选择器阀2803在底部打开(并且顶部关闭)的情况下操作。目标粒子通过公共线路2815流出洗涤/排放端口2604、通过排放线路2817并且随后流到浓缩物罐2840。
图31描绘了可以在图28中的声泳装置2810中使用的培养袋3700的一个示例实施例。培养袋由包围内部体积3705的侧壁3710形成。袋3700可以被认为具有上部3740和下部3750。培养袋3700包括在其上端3701处的填充端口3702，以及在袋3700的下端3703处的排放端口3704。袋3700的上端3701和下端3703位于彼此相对的位置。
袋3700还包括在上部3740的底端3705处的洗涤出口3706。如此处所见，洗涤出口3706大体上位于袋3700的排放端口3704上方。管将洗涤出口3706连接到位于袋的下部3750中的洗涤入口3708。
袋的上部3740包括填充端口3702和洗涤出口3708。下部3750包括洗涤入口3708和排放端口3704。在具体说明性实施例中，上部3740可以具有约880mL的体积并且下部3740可以具有约20mL的体积，但是应该理解袋3700的尺寸和体积可以根据期望和/或根据具体应用而变化。在具体实施例中，下部包括内部体积的从约1％至约5％，而上部包括内部体积的从约95％至约99％。
袋3700总体上由大致上声学透明的材料(例如聚合物材料)形成。例如，袋可以由至少一个聚合物层(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基戊烯及类似物)制成。袋可以是多层袋(例如，由多层不同功能的聚合物层制成)。这些聚合物层可以用作防水层，用作提供强度的层等。例如，在某些例子中，袋的外部(即最外层)是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物。袋的中间或中央层可以典型地是乙烯-乙烯醇(EVOH)或聚乙酸乙烯酯(PVA)。内部层可以典型地是聚乙烯聚丙烯，例如低密度聚乙烯或极低密度聚乙烯。该袋具有较大的内部体积，大体上至少一升、多达1000升，并且根据期望甚至更大的内部体积。袋3700可以由适合于允许由本公开的换能器(多个换能器)生成的声驻波(多个声驻波)通过其中的任何材料形成。
培养袋3700可以用于图28中的声泳装置2810中，或者可以用于浓缩物罐2840或废物罐2850中。如果在浓缩物罐中使用，则培养袋3700可以被进一步处理成甚至更加浓缩目标粒子。该附加处理在如图32所示的系统中示出。
如图32中的左侧图像所示，该系统包括容器3800，该容器3800填充有诸如水的流体。还提供了超声换能器3820。总体上，提供了用于使换能器3820(当期望时与反射器一起)相对于容器的内部移动的装置。例如，换能器3820被协作地附接到传送系统3850，该传送系统3850被配置成相对于容器3800竖直地并且如箭头所示地移动换能器3820。换能器可以产生如前所述的多维声驻波。
图32中的右侧图像示出了设置在容器3800内在使用中的培养袋3700。总体上，换能器相对于袋的移动产生了从上端3701到下端3703(即，从袋3700的上部3740到下部3750)通过袋3700中的介质和粒子的“清扫效果”，或反之亦然，其取决于竖直移动的方向。袋中介质的这种“清扫”改善了设置在介质内的粒子材料(例如，细胞、细胞材料)的沉降或浮力。虽然在此描绘了用于使换能器相对于容器和袋移动的传送系统，但是应该理解，可以使用其它合适的结构来实现相同的装置。
图33示出了造成袋3700中的材料沉降到下部3750中的过程。如在左手侧所见，超声换能器3820在容器的顶部处开始，并且向下朝向下部3750移动。超声换能器3820生成声驻波，该声驻波造成粒子3790沉降。如在右手侧所见，超声换能器3820在生成声驻波的同时的移动导致上部3740包含带有减小浓度的粒子的介质，并且下部3750包含带有增加浓度的粒子的介质。
现在参照图34的左手侧，超声换能器3820已经结束其循环，并且粒子存在于下部3750中。如图34的右手侧所示，装置4000可以被提供在系统中用于将培养袋密封在上部3740和下部3750之间。例如，在一个实施例中，装置4000可以是加热棒，其将培养袋的两侧夹在一起并加热袋以便在上部和下部之间形成密封。在其它实施例中，装置4000可以是射频(RF)密封器或超声密封器。
现在转到图35，应该注意到，废物入口3708仍然是现在密封的下部3750的一部分。如在此示出的，可以将洗涤流体或缓冲液经由洗涤/排放端口3704引入袋3700的下部3750中。该洗涤流体或缓冲液取代最初存在于下部3750中的介质。初始介质经由洗涤入口3708和洗涤出口3706排出。因此，在某些实施例中，洗涤/排放端口3704可以起到同时用作浓缩物出口和洗涤入口的双重功能，如前所解释的。在洗涤袋3700的下部3750中的材料之后，袋的上部和下部可以彼此分离，如图35中的右手侧所示。上部3740总体上包含残留介质，而下部3750包含可以被移除的目标粒子。在移除之后，下部中的目标粒子(例如治疗细胞)可以被进一步处理和制备以供患者使用。
已经参考各示例性实施例描述了本公开。在阅读和理解前面的详细描述时，其他人可能会想到修改和变动。本公开旨在被解释为包括所有这些修改和变动，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (21)

1.一种洗涤粒子的方法，所述方法包括：
将第一介质和粒子的初始混合物提供到声泳装置的腔室，所述声泳装置还包括包含压电材料的至少一个超声换能器；
驱动所述至少一个超声换能器以在所述腔室中产生声驻波，使得所述粒子的至少一部分被捕获在所述声驻波中；
形成被捕获的粒子的簇以在尺寸上生长以获得被浓缩的粒子；以及
将被浓缩的粒子与第二介质混合以洗涤所述被浓缩的粒子。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
将所述初始混合物提供到所述腔室以获得所述被捕获的粒子在减小体积的所述第一介质中的中间混合物；
收集所述中间混合物；
将所述中间混合物与所述第二介质混合以形成二级混合物；以及
将所述二级混合物提供到所述腔室以获得所述被捕获的粒子在减小体积的所述第二介质中的最终混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述初始混合物提供到所述腔室之后，将所述第二介质提供到所述腔室。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述声泳装置还包括用于在其中收集被浓缩的所述粒子的收集器，所述收集器位于所述至少一个超声换能器下方；并且
其中所述收集器通向包含所述第二介质的收集容器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二介质是生物相容性洗涤溶液或缓冲溶液。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述粒子是细胞。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述细胞是中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、NS0杂交瘤细胞、幼仓鼠肾(BHK)细胞、人类细胞、调节性T细胞、Jurkat T细胞、CAR-T细胞、B细胞或NK细胞、外周血单核细胞(PBMC)、藻类、植物细胞、细菌或病毒。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述细胞附着于微载体。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个超声换能器的压电材料呈由多个压电元件形成的压电阵列的形式。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述压电元件彼此异相操作。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述声泳装置还包括用于冷却所述至少一个超声换能器的冷却单元。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述声驻波是多维声驻波。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，随着时间推移，在声泳装置的流动腔室中所述第二介质逐渐取代所述第一介质。
14.一种将微载体与细胞分离的方法，其包括：
将第一介质和带有附着其上的细胞的微载体的初始混合物馈送通过声泳装置的流动腔室，所述声泳装置包括至少一个超声换能器，所述超声换能器包括压电材料，所述压电材料被配置成被驱动以在所述流动腔室中产生多维声驻波；
驱动所述至少一个超声换能器以在所述流动腔室中产生多维声驻波，并且在所述多维声驻波中捕获带有附着细胞的所述微载体的至少一部分；
在所述多维声驻波中形成带有附着细胞的所述微载体的所述至少一部分的簇以在尺寸上生长以获得被浓缩的微载体；
通过使第二介质流动通过所述流动腔室来洗涤被浓缩的带有附着细胞的所述微载体以移除所述第一介质；以及
使含有酶的第三介质流动通过所述流动腔室以将所述细胞与所述微载体分离。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述微载体保持被捕获在所述多维声驻波中，并且所述方法还包括回收所述细胞和所述第三介质的混合物。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述酶是胰蛋白酶。
17.一种声泳系统，其包括：
声泳装置，其包括：馈送端口；位于所述馈送端口下方的排放端口，并且所述排放端口被配置成操作为(i)洗涤入口和(ii)浓缩物出口；废物出口；以及至少一个超声换能器，所述至少一个超声换能器包括压电材料，所述压电材料被配置成被驱动以产生多维声驻波；
通向所述声泳装置的馈送端口的馈送线路；
从所述声泳装置的废物出口引出的废物线路；以及
通向所述声泳装置的排放端口的洗涤线路；以及
从所述声泳装置的排放端口引出的浓缩线路；以及
所述声泳装置可配置成将洗涤材料源经由所述洗涤线路连接到所述排放端口。
18.根据权利要求17所述的声泳系统，其还包括阀以在所述洗涤线路和所述浓缩线路之间切换。
19.根据权利要求17所述的声泳系统，其中所述馈送线路和所述洗涤线路穿过流入选择器阀。
20.根据权利要求19所述的声泳系统，其还包括在所述流入选择器阀上游的馈送选择器阀。
21.根据权利要求19所述的声泳系统，其中所述废物线路和所述浓缩线路穿过流出选择器阀。
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