CN111886076A - 用于悬浮在流体中的浓缩颗粒回收的系统、方法和控制器 - Google Patents

Abstract

实施例提供了一种与浓缩器系统一起使用的流体回收系统和方法，浓缩器系统用于浓缩悬浮在流体中的颗粒，并且其中该悬浮从自浓缩器系统抽出的流体流中回收。控制器被配置为控制阀致动以基于流体体积运动将从浓缩器腔室抽出的浓缩物通过回收管引导至储存器。该系统可以使用密度传感器来检测流体回收管中流体的密度转变，以识别通过回收管的流体悬浮物中一部分浓缩颗粒的前缘和尾缘，并基于以最小稀释最大化颗粒回收的目标来致动回收阀。

Description

用于悬浮在流体中的浓缩颗粒回收的系统、方法和控制器

技术领域

本发明的技术领域是一种从用于浓缩流体悬浮物中的颗粒的设备回收流体的系统、方法和控制器，该系统的应用实例是与用于生物和其他小颗粒分离应用的逆流离心设备一起操作。

背景技术

再生医学和先进的细胞疗法是新兴的医学治疗技术，其建立在对人源活细胞的操纵上，以创建构建体，传递免疫原性应答或刺激患者体内的修复应答。尽管这些技术中的一些可以从单一细胞源(同种异体产品)向多个患者输送许多剂量，但人们日益认识到，处理和输送源自患者或相配供体的细胞是安全且有效的。为了生产患者或匹配供体专用的细胞产品(自体产品)，通常需要进行小批量处理。

传统的离心技术需要将包含产品的容器手动移入和移出离心装置。传统的离心机系统会使细胞沉淀在容器末端并形成小粒。进入容器以添加或移除产品需要打开容器作为开放的处理步骤，或者将其联接至无菌路径以及断开与无菌路径的连接。

可以使用带有通过旋转系统的集成流体流的逆流离心来避免这些相互作用。逆流离心是一种通过支撑介质的流动来抵消在离心加速度下的流体中颗粒的沉降速度的技术。从而将颗粒悬浮在流化床中。在细胞疗法的情况下，流化床是悬浮在介质流体中的细胞的浓缩物。细胞作为悬浮在流体中的细胞浓缩物而不是使用传统离心法产生的沉淀，而被回收。

逆流离心是如此温和，从而可以培养细胞，使其在流化床状态下扩张。相对于传统沉淀，细胞聚集可以大大减少。此外，由于不同的密度和形态特征，该技术能够使死细胞与活细胞分离，从而使逆流离心成为目前唯一可用于增加细胞群体生存力的技术。

在离心加速度下将流体流径向向内输送到细胞或颗粒会产生逆流情况。每个颗粒经历的离心加速度与该颗粒距旋转中心的径向距离成比例。为了形成流化颗粒床，需要针对每个旋转半径调整抵消的流率。这是通过将腔室通常成形为带有尖端的圆锥来实现的，圆锥的尖端沿径向指向外。逆流流体流通过圆锥尖端输入。该流体流以相对较高的速度进入圆锥的尖端，并且由于圆锥的横截面增大，输入流体流的速度随着其沿径向向内前进而逐渐减小。悬浮在介质流体中的浓缩颗粒通过使流体流反向并从圆锥分离腔室的尖端抽出浓缩颗粒悬浮物流体来回收。流化床中浓缩细胞悬浮物的体积将取决于细胞的数量和流化床密度，并且该体积可能非常小。

为每位患者批量生产复杂的医疗产品正在产生对可在单次使用功能封闭系统中操纵细胞产品的装置的需求。逆流离心具有许多优点，并且目前在许多可商购获得的专用功能封闭系统中使用。但是，可商购获得的逆流离心机系统通常使用比自体细胞疗法所需的更大的体积来操作。需要回收非常少量的浓缩流体，以实现自体细胞疗法的实际商业变现。

存在对于一种能够可靠地用于单次使用小批量处理和准确的小体积回收的设备的需要，以能够生产这种患者专用细胞产品。

自体产品可包括非常少量的输入和输出细胞产品。成功的处理需要能够以最小的损失处理小细胞群体的方法以及能够以最少的操作次数完成所有处理的能力。细胞产品方案的最终步骤通常需要了解细胞群体，以指导最终的配制步骤准备好进行填充和完成。试剂量和最终产品可以在1到2毫升之间的范围中，需要密切注意流体的体积控制。通过使用功能封闭的处理方法(该方法在袋和管内部包含该产品，以避免暴露于外部环境)在共同的低级空间中进行并行批处理，进一步促进为多个患者处理患者专用的产品。需要无菌操作的产品通过在单次使用容器中进行处理而受益。关键好处是在批量处理开始之前，作为单次使用产品供应链的一部分，对处理系统的无菌性进行了资格预审。这避免了与就地灭菌和验证方法相关联的成本和延迟。

本发明描述了设备、传感器、控制策略和处理容器，它们有助于操纵已经在单次使用逆流离心系统中作为流化床浓缩的小细胞群体。

发明内容

第一方面提供了一种流体回收系统，该流体回收系统配置成与浓缩器设备操作性地接合，该浓缩器设备包括：具有与泵送机构成直线连接的第一流体路径和第二流体路径的浓缩腔室，从而为了从浓缩腔室中回收浓缩流体，在流体通过第二流体路径离开该浓缩腔室到达流体回收管时，该流体通过第一流体路径进入该浓缩腔室；回收阀组件和阀致动器，其配置为将流体流从流体回收管切换至两个或更多个输出流体管中的一个，至少一个流体输出管提供流体捕获路径，且至少一个流体输出管提供非捕获路径；

该流体回收系统包括：

密度传感器，其配置成当与浓缩器设备操作性地接合时，检测在回收阀组件之前的回收管中的流体的密度；和

控制器，配置为：

监测流体泵送机构的操作，以确定流体回收管中流体的动态流体体积运动，

监测密度传感器以识别：

流体回收管中流体的从第一密度到第二密度的第一密度转变，第二密度高于第一密度，该密度转变指示通过回收管的流体中的一部分浓缩颗粒的前缘；和

从第二密度到第三密度的第二密度转变，第三密度低于第二密度，该密度转变指示通过回收管的流体中的一部分浓缩颗粒的尾缘；以及

基于浓缩腔室出口和回收阀组件之间的流体体积，确定用于将流体回收管中的流体流切换至流体捕获路径的第一控制事件；

基于第一密度转变、第二密度转变和动态流体体积运动的检测，确定包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积，确定用于将流体回收管中的流体流从流体捕获路径切换到非捕获路径的第二控制事件，以捕获包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；和

根据第一控制事件控制阀致动器的操作以在非捕获路径和流体捕获路径之间切换，并根据第二控制事件来控制阀致动器的操作以在流体捕获路径和非捕获路径之间切换流体流。

在一些实施例中，控制器还被配置为操作泵送机构以控制动态流体体积运动。在一些实施例中，泵送机构是蠕动泵，并且控制器配置成基于并监测泵的旋转位置和/或泵管的校准来监测动态流体体积运动。在一些实施例中，控制器还被配置为基于对旋转泵位置的了解来控制动态流体体积运动。在一些实施例中，控制器还被配置为基于对泵阻塞构件的旋转位置的了解来控制动态流体体积运动。

在一些实施例中，控制器被配置为基于在收集开始触发之前相对于流体中的颗粒浓缩物的前缘计算出的体积和密度传感器与阀组件之间的回收管中的流体体积，来确定用于阀致动器的操作的第一控制事件。在一个实施例中，收集开始触发与收集阈值密度有关。在其中密度传感器是光学密度传感器的实施例中，基于管中的流体的透射率来确定密度。阈值密度是相对于“管中透明流体”透射率基准的透射率，并且控制器被配置为累积基准透射率，该基准透射率便于将基于透射率的阈值水平作为比率进行比较，而无需对传感器进行绝对校准。

控制器可以被配置为基于“收集停止”触发之前相对于浓缩流体的尾缘计算出的体积以及在密度传感器和阀组件之间的回收管中的流体的体积，来确定用于阀致动器的操作的第二控制事件。在一个示例中，收集停止触发与基准密度(或光学传感器实施例的透射率)的浓缩物稀释阈值密度有关，并且控制器配置成分析第二密度转变以基于浓缩物稀释阈值密度确定用于阀致动器的操作的第二控制事件。在一些实施例中，浓缩物稀释阈值的选择可以使递送至流体捕获路径的细胞密度最大化。

在一些实施例中，控制器还被配置成基于浓缩腔室和阀组件之间的流体体积以及动态流体体积运动来确定第一控制事件，以在缺少基于密度传感器的收集触发的情况下，使阀致动器的致动基于体积切换到收集路径。控制器还可被配置为在不存在基于密度传感器的收集触发的情况下，基于指定的输送体积来确定第二控制事件。

第二方面提供了一种浓缩器设备，其包括：

泵送机构；

浓缩腔室，其具有与泵送机构成直线连接的第一流体路径和第二流体路径，以将流体引入浓缩腔室，从而为了从浓缩腔室回收浓缩流体，在流体经由第二流体路径离开浓缩腔室时，该流体经由第一流体路径进入浓缩腔室；

流体回收管，其连接至浓缩腔室的第二流体路径；

回收阀组件和阀致动器，其配置为将来自流体回收管的流体流切换至两个或更多个输出流体管中的一个，至少一个流体输出管提供流体捕获路径，且至少一个流体输出管提供非捕获路径；

密度传感器，其配置成当与浓缩器设备操作性地接合时，被定位成检测在回收阀组件之前的回收管中的流体的密度；和

控制器，其配置为：

控制流体泵送机构的操作，以控制流体回收管中流体的动态流体体积运动，

监测密度传感器以识别：

流体回收管中的流体的从第一密度到第二密度的第一密度转变，第二密度高于第一密度，该密度转变指示通过回收管的一部分浓缩流体的前缘；和

从第二密度到第三密度的第二密度转变，第三密度低于第二密度，该密度转变指示通过回收管的一部分浓缩流体的尾缘；和

基于浓缩腔室出口和回收阀组件之间的流体体积，确定用于将流体回收管中的流体流切换至流体捕获路径的第一控制事件；

基于第一密度转变、第二密度转变和动态流体体积运动的检测，确定包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；

确定第二控制事件，以用于将流体回收管中的流体流从流体捕获路径切换到非捕获路径，以捕获包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；和

根据第一控制事件控制阀致动器的操作以在非捕获路径和流体捕获路径之间切换，以及根据第二控制事件来控制流体致动器的操作，以在流体捕获路径和非捕获路径之间切换流体流。

在一个实施例中，浓缩器设备是逆流离心机，并且控制器还被配置为控制浓缩腔室旋转和泵送机构以：

在分离操作阶段期间，使流体沿逆流方向流动，以使流体通过第二流体路径进入浓缩腔室，从而由于浓缩腔室的旋转和逆流流体流而产生的离心力使流体中的颗粒浓缩进入流化床而提供浓缩流体，以及

在回收操作阶段期间，当流体通过第二流体路径从浓缩腔室抽出时，导致流体沿回收方向流动，从而导致流体通过第一流体路径进入腔室，由此由于浓缩腔室旋转而产生的离心力和流体流动会导致浓缩流体的流化床移动到第二流体路径，并通过流体回收管从浓缩腔室抽出。

在浓缩器设备的实施例中，控制器配置成以时间协调的方式减慢泵送机构的操作和腔室旋转，从而在回收操作阶段之前维持流化床逆流条件的稳定性。

在一个实施例中，逆流离心机是紧凑的逆流离心机系统，其包括：

可重用子系统；和

单次使用的可更换子系统，

该可重用子系统包括：

旋转的马达头；

蠕动泵；

阀组件；和

容纳旋转头、蠕动泵和阀操作组件的壳体，以及

所述单次使用的可更换子系统包括：

分离腔室，其配置成用于低流体体积和小半径旋转，其包括连接到颈部部分的基本圆锥流体封闭部分，并具有汲取管，该汲取管从圆锥尖端经过颈部居中地延伸通过圆锥流体封闭件，以提供通向圆锥流体封闭件的尖端的流体路径，颈部部分进一步包括洗脱流体路径。

流体输送歧管，包括：第一流体端口和第二流体端口，该第一流体端口和第二流体端口配置为与分离腔室流体连通；多个流体路径配置为连接到外部流体供应部件，以用于向第一流体端口和第二流体端口或从第一流体端口和第二流体端口输送流体，流体路径中的至少一个配置为与阀组件接合，由此可以通过阀组件的操作来选择性地打开或关闭流体路径；以及泵接合部分，其配置为能够在蠕动泵和流体路径之间进行可操作的接合，以通过蠕动泵的操作使流体在歧管内流动；和

旋转联接器，其将分离腔室的颈部部分联接至流体输送歧管，并在汲取管和第一流体端口之间提供第一流体连通路径，并在洗脱流体路径和第二流体端口之间提供第二流体连通路径，该旋转联接器配置成允许分离腔室绕旋转轴线相对于流体输送歧管旋转，同时流体输送歧管被壳体保持在固定位置。

颈部部分进一步被配置成与旋转的马达头接合以引起分离腔室绕旋转轴线旋转，

该单次使用的可更换子系统为执行逆流离心处理提供封闭的环境。

在浓缩器设备的该实施例中，泵、密度传感器和阀组件可以布置成为回收路径提供短的流体路径长度，该回收路径从分离腔室通过歧管经过密度传感器和泵接合部分到达输出。

控制器可以被配置为基于并且监测蠕动泵的旋转位置和/或泵管的校准来监测动态流体体积运动。控制器可以进一步被配置为基于对旋转泵位置的了解来控制动态流体体积运动。该控制器可以进一步被配置为基于对泵阻渣料构件的旋转位置的了解来控制动态流体体积运动。

在一个实施例中，控制器配置成基于浓缩器设备中的汲取管和阀组件之间的已知体积来确定用于阀致动器的操作的第一控制事件。收集体积开始触发可以与基准光学密度的密度阈值有关，该基准光学密度在事件开始时在回收管中存在浓缩颗粒之前确定。可以从第二光学密度阈值确定收集体积，其中透射率返回到基准光学密度。可以将阈值指定为基准值的百分比，以排除对光学密度传感器的绝对校准的敏感性。在一个实施例中，控制器从在光学密度阈值事件之间观察到的体积流量确定浓缩物的输送体积。

在一个实施例中，控制器可以配置成基于第一控制事件以及浓缩物输送体积的增加来确定用于阀致动器的操作的第二控制事件。必须理解的是，当第一控制事件发生时，第二密度阈值可能尚未出现。在一个实施例中，由于第一阈值事件已经在第一控制事件之前发生，所以控制器可以预期第二阈值事件。在这种情况下，第二光学密度阈值事件将限定首次控制事件后应输送的浓缩物输送体积。可以选择收集阈值密度和浓缩物稀释阈值密度以最大化输送到收集路径的流体的浓缩物。

在一个实施例中，控制器还被配置为基于浓缩腔室和阀组件之间的流体体积和动态流体体积运动来确定第一控制事件，以在缺少基于密度传感器的收集触发的情况下使阀致动器的致动基于体积切换到收集路径。控制器还可被配置为在不存在基于密度传感器的收集触发的情况下基于指定的体积来确定第二控制事件。

另一个方面提供了在浓缩器设备的流体回收系统中实现的浓缩流体回收方法，该浓缩器设备包括：泵送机构；具有与该泵送机构成直线连接的第一流体路径和第二流体路径的浓缩腔室，由此为了从浓缩器腔室回收浓缩流体，当流体经由第二流体路径离开浓缩腔室到达流体回收管时，该流体经由第一流体路径进入浓缩腔室；以及回收阀组件和阀致动器，其被配置成将来自流体回收管的流体流切换至两个或更多个输出流体管中的一个，至少一个流体输出管提供流体捕获路径，且至少一个流体输出管提供非捕获路径；密度传感器，其配置成当与浓缩器设备操作性地接合时，沿着回收阀组件之前的流体回收管以一定距离检测回收管中的流体的密度；和控制器；

该方法包括以下步骤：

通过控制器监测流体泵送机构的操作，以确定流体回收管中流体的动态流体体积运动，

通过控制器使用密度传感器监测在回收管中流动的流体的密度；

识别流体回收管中的流体从第一密度到第二密度的第一密度转变，第二密度高于第一密度，该密度转变指示通过回收管的一部分浓缩流体的前缘；

通过控制器基于第一密度转变、动态流体体积运动以及密度传感器与回收阀组件之间的距离的检测，确定用于将流体回收管中的流体流切换至流体捕获路径的第一控制事件；

识别从第二密度到第三密度的第二密度转变，第三密度低于第二密度，该密度转变指示通过回收管的一部分浓缩流体的尾缘；

基于第二密度转变、动态流体体积运动以及密度传感器与回收阀组件之间的距离的检测，确定用于将流体回收管中的流体流从流体捕获路径切换到非捕获路径的第二控制事件；和

根据第一控制事件控制阀致动器的操作以在非捕获路径和流体捕获路径之间切换，以及

根据第二控制事件控制阀致动器的操作，以在流体捕获路径和非捕获路径之间切换流体流。

该方法可以进一步包括控制泵的操作从而控制动态流体体积运动的步骤。

在该方法的实施例中，确定用于阀致动器的操作的第一控制事件是基于在收集开始触发之前相对于浓缩流体的前缘计算出的体积和密度传感器与阀组件之间的回收管中的流体体积。在该方法的实施例中，收集开始触发与基准密度的收集阈值密度有关。

在该方法的实施例中，基于在收集停止触发之前相对于浓缩流体的尾缘计算出的体积来确定用于阀致动器的操作的第二控制事件。在该方法的实施例中，收集停止触发与基准密度的稀释阈值密度有关，该方法还包括以下步骤：分析第二密度转变并基于收集停止触发来确定用于阀致动器的操作的第二控制事件。在该方法的实施例中，选择收集阈值密度和稀释阈值密度以最小化由管中的浓缩物尾缘的流体引起的输出产品的稀释。

该方法的实施例还包括以下步骤：基于浓缩腔室与阀组件之间的流体的体积以及动态流体体积运动确定第一控制事件，以便在没有基于密度传感器的收集触发的情况下，使阀致动器的致动基于体积切换到收集路径。实施例还包括以下步骤：在不存在基于密度传感器的收集触发的情况下，基于指定的捕获体积来确定第二控制事件。

在其中浓缩器设备是逆流离心机的方法的实施例中，该方法进一步包括以下步骤：在协调作用下减慢泵送机构的操作和腔室旋转，以在回收操作阶段之前维持流化床逆流条件的稳定性。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参照附图来描述结合了本发明所有方面的实施例，在附图中：

图1是流体回收系统的实施例的代表性框图；

图2a是光学密度传感器输出曲线图的示例，其示出了随着颗粒的浓缩悬浮物通过光学传感器，流体回收管上的光透射率随时间的变化；

图2b是控制器用户界面的示例，该控制器用户界面用于设置指定为基准读数的百分比的开始收集和结束收集阈值触发；

图2c是用于选择阀设置的用户界面的示例，该阀设置限定了收集腔室和阀组件之间的用于细胞收集的体积；

图2d示出了浓缩物密度迹线，其示出了回收管中的流体随时间的透射率(指示流体中的浓缩颗粒的密度)；

图2e示出了浓缩物密度迹线，示出了回收管中的流体随时间的透射率，其显示了团块对光学密度传感器迹线的影响；

图3示出了逆流离心处理中包含的基本原理；

图4是与逆流离心机操作性地接合的流体回收系统的实施例的框图；

图5a和5b显示了沿着管在距腔室出口的不同距离处获得的相同体积的颗粒浓缩物的渣料(slug)的光学密度测量的示例，以例示层流引起的渣料的抽出效应随管长而增加；

图6a-c是紧凑的逆流离心仪器和结合了流体回收系统的实施例的相关的单次使用套件的实施例的示例，示出了图6a中的组装仪器、图6b中的可重用子系统和图6c中的单次使用套件；

图7是用于图6a的离心机的分离腔室设备的示例，其示出了腔室构造和用于腔室的流体流动路径的细节；

图8是图6a-c中所示的流体回收系统和阀组件的示意图；

图9a至图9f示出了形成在分离腔室的尖端中的流体通道结构的实施例；

图10示出了光学密度传感器的设置的示例；且

图11是收获(Harvest)事件的流程图，该事件通过预先设置后备体积触发的光学密度体积检测来指导回收体积。

具体实施方式

本实施例提供了一种与用于浓缩悬浮在流体中的颗粒的浓缩器系统一起使用的流体回收系统和方法，并且其中该悬浮物回收自从浓缩器系统抽出的流体流。例如，流体回收系统的实施例包括密度传感器和配置为与浓缩器设备操作性地接合的控制器。图1的框图表示流体回收系统5，该流体回收系统5包括与浓缩器设备15操作性地接合的控制器10和密度传感器20，该浓缩器设备15被配置为浓缩悬浮在流体中的颗粒。浓缩器设备包括浓缩腔室40，该浓缩腔室40具有与泵送机构30成直线连接的第二流体路径45和第一流体路径42。在这种系统中，为了从浓缩腔室回收浓缩流体，当流体通过第二流体路径45离开浓缩腔室到达流体回收管48时，该流体通过第一流体路径42进入浓缩腔室40。

泵送机构30的操作导致流体流过系统，即，从第一流体路径42，通过腔室40，通过第二流体路径45和回收管48。应当理解，可以控制泵送机构来控制泵输出流体流率，例如ml/s。但是，通过系统各个部分的流体速度将根据系统几何形状而变化，例如，与通过较宽腔室的流率相比，流体在小管中将流动更快。逆流离心机的圆锥分离腔室由于腔室变化的直径而呈现通过腔室中的不同的流速。应当理解，在系统的密封的流体流动路径中，即使系统的各个部分可能由于系统几何形状而经历不同的速度，泵的流率也将对应于运动通过系统的流体的体积。泵速以及因此流率的变化会导致所移动的流体体积的相应的变化。在本说明书中，术语动态流体体积运动用于表示流体体积中这种可变化的运动的瞬时值。

回收阀组件50和阀致动器(未示出)可以被配置成将来自流体回收管45的流体的流切换至两个或更多个输出流体管中的一个，至少一个流体输出管70提供流体捕获路径，并且至少一个流体输出管60提供非捕获路径。当流体回收系统与浓缩器设备15操作性地接合时，密度传感器20配置成检测在回收阀组件50之前的回收管48中的流体密度。在腔室输出48和回收阀组件50之间存在已知体积的流体27。应当理解，密度传感器可以在流体回收路径内定位在任何位置。密度传感器将提供通过回收管的流体中的浓缩颗粒的密度的指示。流体路径中的实际位置并不重要。控制器将基于光学密度和动态流体体积确定要回收的浓缩物体积。流体回收可以基于阈值密度设置之间的悬浮物中的颗粒的阈值浓缩物的检测。

控制器10被配置为监测流体泵送机构30的操作以确定流体回收管中的动态流体运动体积，并监测密度传感器。控制器被配置为从密度传感器输出识别流体回收管中的流体从第一密度到第二密度的第一密度转变，第二密度高于第一密度，该密度转变指示通过回收管48的流体悬浮物中的一部分浓缩颗粒的前缘。控制器还配置为从密度传感器输出识别从第二密度到第三密度的第二密度转变，第三密度低于第二密度，该密度转变表示通过回收管48的浓缩流体悬浮物的尾缘。

在一个实施例中，密度传感器20可以是光学密度传感器，其在悬浮物通过密度传感器时检测流体的光透射率的变化。透射率曲线图的一个示例在图2a中显示，该图显示了光学密度传感器输出的一个示例，图示了在悬浮物中的浓缩颗粒的渣料通过光学传感器时，横跨流体回收管的光透射率80的变化与已经经过传感器的流体体积81的关系。如图2a所示，起初，光透射率很高82，如对于渣料之前的基本上透明的介质流体所期望的那样。第一密度转变83相对陡峭，表明当浓缩物到达密度传感器90时，透射率从高82到低84迅速变化。第二密度转变85在渣料的尾缘经过传感器91时发生，显示出从低透射率84返回到无颗粒流体介质的高透射率89的转变85。该系统可以被配置为基于回收管中的流体的透射率相对于在受控动作开始时观察到的透明流体透射率82，来识别浓缩物检测阈值86和浓缩物通过阈值88。

通过与动态流体体积同时监测密度阈值转变事件，控制器确定代表阈值设置所确定的浓缩物的流体体积。

与基于密度的浓缩物体积检测的确定并行，控制器10监测流体回收管48中的动态流体体积，以确定在腔室出口与阀组件50之间的已知流体体积27何时已经完成。此事件触发将流体流从非捕获路径切换到捕获路径。那时，控制器开始监测动态流体体积，以确定密度传感器确定的体积是否已经输送或一些其他事件，例如预设的输送体积已完成。当发生这种情况时，控制器将流体路径从流体捕获路径70切换到非捕获路径60。

流体回收系统和方法的实施例配置成检测从浓缩腔室回收的流体流中的浓缩颗粒悬浮物的前缘和尾缘。在一个实施例中，密度传感器20是光学密度传感器。光学密度传感器测量在回收管中流动的流体的光透射率，例如，如图2a所示。流过回收管的流体将通常是在悬浮在介质流体中的颗粒浓缩物之前和之后的、基本上不含颗粒的介质流体。例如，可以通过来自分离腔室的介质流将颗粒的流化床作为与基本上无颗粒的介质流体相比以相对较高的浓度悬浮的颗粒“渣料”通过回收管而抽出，该基本上无颗粒的介质流体在悬浮物“渣料”之前以及悬浮物“渣料”之后流过管。预期悬浮在介质流体中的颗粒的浓缩物的光透过率与单独的介质流体或具有相对较低的颗粒浓缩物(颗粒浓度)的介质流体的光透过率不同，例如，通过较高颗粒浓度的悬浮物的光透射率要比通过介质流体之前和之后的基本上没有颗粒的情况更低。光透过率也可以称为不透明度或透射率。悬浮在流化床中的颗粒浓缩物通常会比周围的流体看起来更不透明。

可以从由光学传感器感测到的光透射率的变化来识别第一密度转变83。在一个示例中，这可能是流过回收管的流体的光透射率的降低。

活细胞方案通常会在输出产品中寻找目标细胞浓度(细胞/毫升)。当细胞稀少且珍贵时，回收细胞特别重要，您必须以最小的实际体积实现稀释至目标最终制剂体积，而不是额外的浓缩步骤。

还应该理解，浓缩腔室不可能完全充满细胞。不同的方案和批次将导致不同的细胞群体，且因此需要回收不同的体积。在一实施例中，在逆流离心装置中部署的细胞从逐渐建立流化床的尖端聚集在浓缩腔室中。这允许将那些可用的细胞回收为浓缩物的渣料。当操作条件和悬浮物介质一致时，则浓缩物渣料的体积代表已浓缩的细胞的数量。

本流体回收系统的实施例包括横跨流体回收路径的密度传感器。在一个实施例中，这是一种光学传感器，其观察经过形成流体回收路径的单次使用管道的光的透射率。

在另一个实施例中，可以将密度变化检测为颜色变化。在另一个实施例中，可以将密度变化检测为在特定光子波长下的吸收变化。在另一个实施例中，可以将密度变化检测为通过流体的频谱透射率的变化。在另一个实施例中，密度传感器20可以是磁化率传感器，其被配置为检测浓缩在流体悬浮物中的顺磁性颗粒。在另一个实施例中，可以作为来自颗粒的光子发射的强度观察密度。

在光透射率的实施例中，如图2a所示，当细胞浓缩物“渣料”最初移动经过光学密度传感器时，光透射率迅速下降。当最后的浓缩物渣料从腔室移过传感器时，通过传感器观察到有透射率的回收，该透射率的回收与在其前面的减少的细胞浓度成比例，在此称为渣料的尾缘85。

在一个实施例中，控制器使用浓缩腔室出口48和阀组件50之间的固定体积的知识。在备选实施例中，控制器使用与阀组件有固定距离的密度传感器的位置的知识，从而使得能够已知光学传感器和阀组件之间的管的体积。该固定体积可以是预定的，或者可以由系统控制器基于已知的设备几何形状(传感器和阀之间的距离)以及基于其中可以使用不同管的管规格由管内径来计算。例如，用户可以将数据输入到控制器中以限定包括管的一次性套件零件(即，从选择列表或菜单中选择零件的一次性套件)，控制器可以使用相应的管规格来计算体积。

通过经由监测泵动作得到的动态流体体积运动与第一和第二密度转变的检测的相关性，控制器可以确定经过传感器的浓缩物的体积。

通过经由监测泵动作得到的动态流体体积运动与浓缩物分离腔室出口48和阀组件50之间的流体体积的知识(参见图4中的项目250)的相关性，控制器10可以协调阀组件致动的点，从而将流动从非捕获路径60转移到流体捕获路径75。

第一阈值90发生时的动态流体体积通常是非常可预测的。这使得能够独立于基于密度的传感器事件来进行第一控制事件。

控制设计的另一实施例是通过观察的动态流体体积来调节输送阀的开度，以使浓缩物最大化。通过应用关于传感器和圆锥尖端之间的体积的知识(图4，项目260)，事件90(图2a)发生时的动态流体体积可以指导第一控制事件。通过这种方式以及对浓缩物密度曲线的进一步分析，如图2d所示，当最大浓度产品提供给输送阀时，控制器可以指导发生第一控制事件。

目标输送体积由密度监测工具并通过控制器中的备选限定方式(例如用户限定的预设)或通过来自先前处理操作的存储信息来确定。

通过经由监测泵的动作得到的动态流体体积运动和要输送的目标体积的相关性，控制器可以协调阀组件50将从流体捕获路径75到流体非捕获路径60致动所处的点。例如，阀致动可以与到达阀的渣料协调，以最小化前后流体所导致的稀释。调节驱动密度转变检测的阈值使得可最大程度地回收颗粒浓缩物，但以尾部颗粒为代价。可以设置尾部阈值的备选调节，以通过包含尾部颗粒来最小化颗粒损失。

流体回收系统的实施例可与任何浓缩器设备一起使用，以回收悬浮在流体中的浓缩颗粒。实施例对于与小体积浓缩器设备一起使用可能是特别有利的。例如，某些医疗技术的悬浮物回收体积可能低于5ml。如果要回收的细胞很少，则某些细胞疗法的应用实例可能具有低于1ml的期望的回收量。

任何细胞浓缩步骤的一个价值标准是可以回收多少小体积的细胞。因此，浓缩物回收处理的目标是仅将包含目标细胞的那些流体体积转移通过浓缩物回收阀。

基于将浓缩腔室联接到出口阀的管道的物理体积，控制器可以预测浓缩物的前缘83到达阀组件以及何时操作阀来将流体流转移到回收路径。

操作阀组件以停止回收细胞悬浮物的第二事件可以基于预先确定的固定体积输送、或者通过监测密度转变确定的体积。必须认识到，当第一事件发生时，由密度转变确定的体积可能未完全限定。对已经识别出第一密度阈值事件的认识可以用于指导控制系统部署基于密度的体积控制，而不是预设的“后备”体积。

即使阀已经开始将输出传递到流体捕获路径70，也可以动态确定限定基于密度的体积的第二密度转变。

一些细胞产品在培养期间倾向于聚集，从而形成可以在分离腔室40中与正常细胞悬浮物一起积累的材料“团块”。当发生浓缩物回收作用时，通常团块跟随在流化颗粒床后面。这被密度传感器作为主要事件之后的另外的低透射率事件而观察到，如图2e所示。如果这些事件在控制器10已经确定目标体积已经被输送之前发生，则可以增加输送体积以确保这些材料不会丢失到输出材料中。图2b中示出的用户限定的设置“启用捕获团块”示出了可以将这种逻辑引入控制器10的环境。

当颗粒悬浮物浓缩物的尾缘通过传感器20，并且阈值设置在范围内时，控制器10将记录第二密度转变以得出浓缩物的体积。通过控制器10对泵30的协调，当浓缩物体积已经被转移至流体捕获路径70而到达捕获流体75时，阀组件50将使流体流从流体捕获路径70重定向至非捕获路径60。以这种方式，捕获的流体75代表由传感器观察到的浓缩物的体积。

如果控制器10处于通过输送已知流体体积27转移阀组件50但是密度传感器尚未检测到第一转变的点，这表明颗粒浓缩物不足以使阈值识别出第一密度转变，则控制器10可以采取备选动作，包括部署用于捕获流体的预设最小体积。

在另一种控制方案中，可以针对浓缩物回收事件预设捕获的流体体积，并且可以记录由密度传感器检测到的浓缩物体积，并将其用于指导后续的稀释步骤以实现目标捕获流体颗粒浓度。在另一实施例中，可以响应于由控制器10基于检测到的浓缩物体积而管理的算法，通过延迟从流体捕获路径70到非捕获路径60的转变来将稀释步骤整合到颗粒回收步骤中。

应当理解，流体通常将根据层流流体状态从浓缩物分离腔室40中抽出，这是低剪切流体处理所需要的，以使细胞损伤最小化。然而，在层流下流经管道的产品经受管壁边界层性状影响，这会相对于在管中心流动的流体延迟在管表面处的流体。这导致细胞浓缩物的“渣料”随着其前进而沿管壁被抽出，从而在尾缘处引起系统稀释。图5a和5b显示了从渣料输入开始沿着管在不同距离处获取的相同体积的渣料的光学密度测量的示例，以示意层流引起的对渣料的抽出效应，以及其随管长度如何变化。如可以观察到的，指示图5a中的渣料的尾缘的密度转变510比图5b中的对应的密度转变520更陡峭。这表明，渣料的尾缘被拉出更多，因此在图5b中经过更长的管时被稀释得更多。

观察尾缘相对于阀组件的到达的能力允许控制渣料的该稀释后的尾端有多少被回收。例如，在需要最小稀释的情况下，关闭回收阀的第二事件可以被协调为在尾缘到达阀之前发生。在另一个示例中，第二事件可以与尾缘上的选定稀释阈值相协调，从而提供在最小化稀释和最大化颗粒回收之间的折衷。

认识到由于颗粒浓缩物通过处理管道的输送而引起的系统性损失已指导了图6a-c所示并在图8中突出显示的实施例设计，其中从浓缩腔室出口到阀组件的路径非常短。希望使该路径尽可能短，以减少从浓缩物中抽出而引起的潜在稀释。

控制界面的一个实施例在图2b中示出，其中可以基于回收目标来调整用于检测浓缩物的开始和结束的阈值。阈值基于在浓缩物到达传感器之前流动从分离腔室开始处捕获的基准传感器读数。如果回收目标是回收最大数量的细胞，则可以设置收集开始触发以在前缘的开始捕获流体(即参考读数的90％)和尾缘结束时的结束触发(即98％)。如果回收目标是最小化稀释，则回收开始触发可能是前缘的结束，即参考读数的30％，结束触发是尾缘的起点，即50％(在尾缘处被介质流体稀释之前被截止)。

应当理解，相对浓度与感测的流体密度相关，在光学密度传感器的情况下，是透射率。收集开始和结束触发基于流体悬浮物中的颗粒密度。

收集开始触发可以是相对于最大检测密度的收集阈值密度。在该实施例中，控制器配置成分析第一密度转变以确定浓缩流体的最大密度，并基于收集阈值密度确定用于阀致动器的操作的第一控制事件。

设置开始和结束收集触发的用户界面的示例在图2b中显示。图2c示出了设置阀组件以选择阀组件的阀来致动进行流体回收的示例。

可以选择收集阈值密度和稀释阈值密度以最小化浓缩物之前的流体对输出产品的稀释。虽然可以通过从腔室到传感器的体积距离来预测此事件的时间，但重要的是要检测到该前缘，因为在某些情况下，存在非常少的细胞，从而控制器必须得出结论：光学传感器必须被体积决定覆盖。在某些使用情况下，收集到的细胞或颗粒浓度可能会很低，以至于很难或不可能清楚地分辨出悬浮物的前缘。如果是这样，则需要一种机制来覆盖基于密度传感器的收集。这基于以下事实可能是体积触发：在回收阶段开始时，系统中在浓缩腔室和回收阀组件之间存在已知体积的流体。在这种情况下，控制器可以基于浓缩腔室和阀组件之间的流体体积和动态流体体积运动来确定第一控制事件，以在不存在基于密度传感器的收集触发的情况下，使阀致动器的致动下基于体积来切换到收集路径。捕获截止也可以是体积触发，以在启动捕获后截止指定的体积。可以基于预期的细胞回收和基于浓缩腔室几何形状的预期流化床尺寸来设置体积回收。体积回收可以被设置成最小化稀释同时最大化回收。例如，回收流体积可以在0.5至2ml之间，该值可以取决于实施例而大于或小于该范围。

控制器使用泵校准数据来确定何时响应收集触发来打开和关闭输出阀致动器。当检测到传感器阈值时，阀致动可能会通过预设泵位置寄存器来叠置传送通过传感器的浓缩物的运送。在本发明的一些实施例中，泵是蠕动泵。蠕动泵的旋转位置可以被监测以确定动态流体体积运动。控制泵的旋转位置允许对动态流体运动的高精度控制。控制器可以通过阀致动来协调泵的操作/运动。

该策略可以低至0.5ml的体积(其中保守估计为2ml)输送细胞浓缩物。不需要细胞浓缩物的体积来管理该处理。如果需要，可以将细胞浓缩物的最终输送体积增加至目标体积。如果没有足够的细胞在渣料到达时触发光学密度传感器，则控制器会通过了解从腔室到传感器的体积距离来检测此故障。然后，该算法默认为体积输送策略。

流体回收系统的实施例可以与被配置为回收悬浮在流体中的颗粒的浓缩群体的任何系统一起使用。流体回收系统和方法的实施例与逆流(也称为反向流)离心式浓缩器设备相结合可以是特别有利的。

图3示出了逆流离心处理中涉及的基本概念，这将在将细胞群体与包含细胞并悬浮在流体中的输入流体分离的背景下进行讨论。在该处理的第一阶段，将具有悬浮细胞的输入流体加载到围绕轴线350旋转的腔室组和分离腔室310中，该腔室垂直于该轴线而定向，使得在旋转期间，该腔室的尖端遵循围绕轴线的圆形路径，以产生离心加速度。为了对抗离心加速度，针对最外部尖端340，流体342被泵入腔室中，该流体可以是用于初始加载的细胞悬浮物流体，从而继续将细胞引入腔室中。备选地，腔室310可以加载有介质溶液(没有任何悬浮物中的细胞)，并且在旋转之后开始引入细胞。离心加速度将导致细胞朝着腔室310的外端沉降，通过在与沉降方向相反的方向上增加流体流342，可以使细胞保持悬浮。腔室的形状使得在每个半径处局部流体速度344与离心加速度346相匹配以产生工作区345。在正确的流率、流体介质和离心速度的情况下，细胞将积聚在工作区345中并在该区域中形成稳定的流化床。进入该区域的细胞将形成并连接流化床345。应当理解，当细胞通过逆流流体流被引入腔室时，这些细胞在它们通过流体流和离心加速度的联合作用进入腔室时将有效地沉淀在完全沉降的点上，因此使用此处理存在最短的“沉降时间”。

流体持续地流过腔室310，其中细胞从该流体中沉降并积聚在流化床中，因此在腔室330的内端，流体应基本不含细胞，出口允许该澄清的流体348离开腔室310。一旦细胞已经在流化床中积累，则使用回收步骤来作为浓缩物回收细胞，其中流体流动方向342反向。流化的细胞床经由用于流体输入的相同流体通道朝向圆锥尖端340移动并从圆锥中抽出。逆流离心也可以由于它们对腔室内条件的响应而用于分离不同的细胞群体。在已经形成流化床的地方增加逆流流率将首先导致床扩张，每个细胞之间有更多的细胞间空间，床使圆锥向上扩张。某些可能较小或具有“更粗糙”外部拓扑的细胞可能具有不同的沉降速度，从而导致它们在流化床中不稳定并被逐出圆锥—向内。以这种方式将细胞从腔室中洗出称为淘析，这是用于细胞群体差异选择的众所周知的方案。

逆流离心技术使得能够活细胞的稀释悬浮液以每毫升超过1x10⁸个细胞的浓度捕获到流化床中。在这种状态下，可以通过多种策略处理细胞，包括通过淘析、介质交换和洗涤进行细胞选择。

所描述的流体回收系统和方法可以与逆流离心机系统一起使用，以提供一种细胞回收处理，该处理以悬浮物的形式输送高浓度的细胞，而不是通过标准离心所产生的小粒。

图4是说明从逆流离心机回收浓缩颗粒的悬浮物的框图。该框图表示圆锥浓缩腔室240，其具有悬浮物中细胞流化床的未知体积210。当细胞准备好回收时，产生支持流化床的逆流的泵230被反转，通过回收路径245将浓缩的细胞产品从圆锥240中抽出，在这里可以通过仪器上的阀270和280将其重新定向到任何目标输出容器。应当理解，由于流体流动方向的改变，形成流化床的细胞悬浮物将从圆锥尖端抽出，随后是基本上没有细胞的流体，且然后是基本上没有细胞的流体。最初，阀280将关闭，而阀270打开，以使介质流体被引导至废物或再循环路径。打开阀280和关闭阀270将使流体被引导至捕获容器290。

通过将逆流泵230换向来开始将流化细胞床作为浓缩物回收到外部容器290。流化床被立即驱动到圆锥240的尖端，并且从腔室中持续抽出流体使细胞能够保持在流化状态，并通过回收管抽出到回收阀280。

流化床浓缩物的极限是最终避免在回收步骤期间阻塞流体路径。可以在回收步骤之前通过逆流泵调节流化床的密度，从而能够优化悬浮物浓缩物。逆流离心机的处理速率由离心速度与逆流泵速率的组合来限定。可以在回收步骤之前将处理速率作为协调动作放慢，以使细胞损伤的风险最小化。这种协调的减慢包括控制离心机速度和逆流泵速率的减慢，因此泵速率[毫升/分钟]除以G's形式的离心机速度的比率是恒定的。(请注意，G's与离心机RPM的平方成正比)

操作泵，使得流体处于低剪切流体处理所需的层流状态，旨在提高细胞存活率。在层流下流经管道的所有产品均受到管壁边界层性状的影响，该性状会相对于在管中心流动的流体延迟在管表面处的流体。这导致细胞浓缩物“渣料”随着其前进而沿着管壁被抽出。可以通过在从分离腔室中出现“渣料”与输送到捕获容器的点之间具有最短的可能距离来最大程度地减小这种抽出效果。所描述的仪器和套件设计的实施例已进行了特殊配置，以在圆锥尖端和专门定位成用于浓缩物回收的阀之间实现最短的实际流动距离。

控制器被配置为监测光学密度传感器以检测渣料的前缘和尾缘。控制器如上所述通过触发阀270、280的致动来开始回收并允许流体在渣料的前缘接近阀280时经由回收阀280流向回收容器290，来控制浓缩物捕获。而且，当尾缘(或尾缘的阈值稀释)通过回收阀时，基于渣料尾缘的检测通过控制器触发关闭回收阀来结束回收。

应当理解，对于逆流离心机，颗粒堆积在通常具有未知体积的流化床中。但是，使用这种流体回收方法，可以由控制器计算出回收的浓缩物的体积。控制器的实施例可以进一步被配置为基于回收的悬浮物体积和颗粒密度估计来确定回收的浓缩物的颗粒计数。

包含颗粒的治疗产品的配置通常基于在介质组合中产生受控浓度的颗粒。因此，配制步骤需要确定颗粒计数以指导将要与颗粒混合的流体试剂的体积。在试剂在其他处理点(诸如，例如在培养颗粒之前)与颗粒相互作用的处理中，类似的动作很常见。

因此，了解悬浮物中的颗粒计数的需要是对基于颗粒的治疗产品进行的常见质量控制测量，因为需要其来指导处理的后续步骤。通常通过在总的已知体积中获得少量的稀释悬浮物样品以及用于确定小样品中颗粒的仪器或手动光学方法，来实现此类颗粒计数。然后根据少量的样品量推断总悬浮物中的颗粒计数。问题在于，这种采样和颗粒计数操作需要主要处理进行等待，直到获取到该信息后再继续。此外，这些用于颗粒计数的方法会受到许多影响，这些影响会导致测量确定发生变化，导致范围为+/-20％的计数变化。通过密度传感器间接观察整个颗粒计数量并结合相同产品和处理环境的验证数据的积累，可以提供足够的信心来完成整个处理，而无需进行处理中的采样。

在逆流离心分离处理中，旋转腔室中产生的颗粒流化床的特征将在于颗粒的属性—标称的外部尺寸或直径、堆积密度和外表面形态，这些特征会影响支撑颗粒的流体介质中的冲程沉降性状。流体介质属性包括密度和粘度(均对温度敏感)以及诸如触变性或粘度的剪切敏感性的二级特征。尽管这些相互作用非常复杂，但在输入材料和操作条件很大程度上一致的情况下进行的处理重复仍将提供一致的流化床性状，当以每单位体积的一定数量的颗粒(例如每毫升颗粒计数)进行测量时，其在流化床中产生一致的颗粒密度。应当理解，悬浮物中颗粒的密度在使用一致的输入材料和操作条件处理的单独的批次之间将基本相似，但是流化的体积在批次之间可以显著变化，这反映了颗粒计数量的变化。

在这样的情况下，流体回收处理的实施例可以包括颗粒计数估计。在这些实施例中，控制器还被配置为基于回收的浓缩物体积确定颗粒计数，并基于颗粒特征和操作参数确定浓缩物的颗粒密度。颗粒密度估计可以基于经验数据，例如来自处理先前批次的历史数据，该先前批次具有与当前处理批次相关的输入材料和操作条件。例如，可以在外部累积这样的数据，并将其与处理程序数据和针对所执行的特定处理的参数一起输入到控制器。备选地，控制器可以被配置为监测处理执行和捕获数据，其针对每个执行处理表征颗粒密度(例如密度传感器输出、颗粒计数估计或已验证的颗粒计数数据)。在这样的实施例中，控制器可以将这样的数据存储在数据库或其他数据存储库中以用于查找和与当前处理事件进行比较，从而识别一个或多个相关的先前/历史处理事件，并查找悬浮物特征以用于颗粒密度估计。

可以基于浓缩物的前缘和尾缘检测以及第一和第二控制事件来确定回收的浓缩物体积。例如，识别渣料的前缘和尾缘以及流体动态体积使得能够确定渣料的体积，如图2a所示。但是，可以根据用户为细胞收获事件限定的设置，在相对于渣料的前缘和尾缘的任意点设置用于第一控制事件和第二控制事件以分别开始和结束收集流体的触发。例如，可在渣料的前缘到达收集阀来捕获所有前缘时开始收集，但是在渣料的尾缘处稀释约50％后结束。基于确定渣料的大小以及渣料上的相对开始和结束收集点，可以准确预测悬浮物的体积，且将其乘以渣料的估计密度，以提供细胞计数估计(也称为伪细胞计数)。由于可以通过控制器确定悬浮物中颗粒的回收体积，因此控制器可以使用估计的颗粒密度自动计算该体积的颗粒计数。

在一个实施例中，控制器被配置为访问多个历史处理信息数据集的数据存储，每个数据集包括颗粒特征数据、操作参数数据和该处理的输出颗粒密度，并针对颗粒特征和操作条件识别一个或多个相关的历史处理信息数据集。控制器然后可以从所识别的历史处理数据集确定颗粒密度估计。例如，颗粒密度估计可以是针对在操作条件和输入中具有最密切相关性的历史处理事件查找到的颗粒密度值。在另一个示例中，颗粒密度估计可以作为多个最密切相关的历史处理的颗粒密度的平均值来计算。

在另一个示例中，历史数据可以包括光学密度传感器测量数据，并且颗粒密度估计可以至少部分地基于当前悬浮物密度数据和历史悬浮物密度数据之间的比较。存储以供参考的历史数据可以包括在处理和经验证的后处理期间捕获的数据，例如，包括在处理后验证的实际颗粒密度数据。应当理解，随着时间的流逝，历史数据的主体可以被累积以实现逐渐更加准确的估计方法。

在一个实施例中，每个历史数据集至少包括确定的颗粒密度，并且控制器被配置为将密度传感器输出与所识别的历史处理数据进行比较，以验证当前处理与所识别的历史处理数据集之间的相关性。这也可以是一个可选步骤，用作基于历史数据进行的估计与实际历史证据之间的相关性的有效性指标。例如，在基于处理参数、输入和操作条件将历史记录与当前处理相关的情况下，可以对历史记录数据中的光学密度特征与当前测量值进行比较。光学特征的差异可能表示处理错误，或者表示用于颗粒密度估计的不正确的相关性或假设，从而触发操作员警报以进行进一步调查。因此，可以将自动化处理配置为在某种程度上进行自我验证。

实施例使得能够基于对悬浮在流化床中的颗粒浓缩物的观察以及测量流化床的体积以估计总颗粒计数，而自动进行颗粒计数估计。与外部颗粒计数装置相关的、来自针对该处理的重复操作的该动作的估计可以提供与通过外部计数方法获得的颗粒计数处理能力相当的颗粒计数处理能力，并且无需操作员干预就足以进行处理。

相当处理的示例可以包括但不限于：

·使用相同的处理和操作条件将一批输入材料分为多个较小的批次进行处理

·处理多个批次，其中已知输入材料和颗粒高度一致(即，不同个体之间细胞大小或形状的变化性低，化学处理产生一致的颗粒特征)

包括可选的颗粒计数估计在内的逆流离心机颗粒(例如细胞)收获事件的示例如图11所示。在处理而将悬浮在圆锥分离腔室内的流化床中的颗粒堆积起来后，将流动方向反转以开始收获1000。启动收获可以立即限定触发“1”1005，触发“1”1005限定了回收阀何时打开1025，以将来自回收管48的流体流切换到流体捕获路径70。

控制器监测密度传感器以检测悬浮物渣料的前缘1010。如果在触发“1”1015发生时未检测到前缘，则控制必须假定光学密度太低而无法触发浓缩物的前缘，因此将使用预设的指定体积。这可以是默认系统值(例如，等于浓缩腔室容积的50％或75％)或用户指定的值。例如，用户可以基于先前的经验或用于执行的处理的历史数据来估计预期的需求体积。

当基于密度传感器的输出检测1010到悬浮物的前缘时，控制器会记录发生前缘检测所处的动态体积，并开始监测光学密度传感器以检测浓缩物的尾缘1040。

与光学密度传感器监测并行，控制将在时间触发“1”时切换回收阀850，以使来自回收管48的流体被引导至流体回收路径70以及适当的容器75或进一步连接的处理设备。

该控制将继续通过回收阀850输送浓缩物以进行收集，直到已经输送了基于光学密度传感器聚积器确定的体积，或者已经输送了预设体积。

当基于光学密度传感器的触发被设置时，如果第二密度转变事件(指示渣料的尾缘)还没有发生，则控制器在流体通过回收阀输送的同时继续监测流体密度和流体体积流量1030。当检测1040到渣料的尾缘时，控制器确定回收阀致动触发1050以停止回收1055。该触发基于尾缘检测和体积流量。该触发可以基于尾缘上的阈值稀释，并且该阈值可以是用户控制器参数。可以基于回收目标和折衷来设定回收的停止，例如，以一些细胞回收为代价的用于最小稀释的、直至以稀释为代价而使细胞回收最大化的光谱组。

在一些实施例中，还可以设置进一步的体积触发1045以解决其中细胞浓度太低而无法触发前缘事件的事件。

输送受控体积的浓缩物但记录光学密度传感器检测到的体积也是可行的策略。例如，作为后续步骤，以此方式收集的数据可用于针对目标浓缩物调整最终输送的体积。

在回收终止时，已知回收溶液的体积，此外，可以基于相对于前缘和尾缘的阀致动来确定1060捕获在回收溶液中的浓缩物渣料的体积，该确定可以考虑根据使用的编程回收参数通过领头和末尾的介质进行的稀释。如上所述，可以通过将确定的回收的悬浮物体积乘以取得的悬浮物密度估计(例如，从操作员输入的处理数据或查找的悬浮物密度估计(基于处理参数和历史数据)而取得)，对回收溶液中的颗粒计数1070进行估计。然后该系统可以输出1080总回收体积、浓度和颗粒计数估计。

应当理解，控制器可以被配置为执行颗粒计数估计并且可选地执行进一步的步骤以继续进行处理。例如，在需要输出流体的目标浓度的情况下，控制器可以配置为基于颗粒计数估计和回收体积执行后续的稀释步骤，并计算进一步的流体量，以将回收的悬浮物稀释至目标浓度。该步骤和颗粒计数的计算可以在回收期间进行。在该示例中，颗粒计数估计可以基于对渣料的前缘和尾缘的检测、渣料体积的计算。可以基于渣料体积和历史得出的密度估计来计算颗粒计数，以及基于颗粒计数估计确定的目标浓度所需的总体积。然后可以基于目标回收浓度确定回收结束触发，并将其设置为在也捕获了尾缘介质流体的计算出的稀释体积后截止回收。

流体回收系统和方法的实施例可以集成到浓缩物设备中。现在将参考图6a-c至9讨论将流体回收系统集成到逆流离心机中的示例。图6a-c示出了紧凑的逆流离心机系统的实施例。该系统基于申请人的共同未决的国际专利申请PCT/AU2018/050449(公开为No.WO2018/204992)所公开的内容，其要求分别于2017年5月19日和2018年1月22日提交的澳大利亚临时专利申请No.2017901771和No.2018900193的优先权，其公开内容以引用方式并入。该系统采用旋转联接器，以将旋转的流体流传递至固定的流体系统。旋转联接器的中心管呈现出不受剪切差影响的路径。中心流体路径附接到圆锥处理腔室的汲取管(dip tube)。图6a-c示出了逆流离心机的实施例的示例，其中流体回收系统的实施例集成到该装置中。图8是由图6a-c所示的实施例支撑的流体回收系统和阀组件的代表性框图。在下面的段落中参照图6a-c描述了这两种用于细胞分离的逆流离心机实施例的操作。

紧凑型逆流离心机系统1100具有可重用的子系统1200和单次使用可更换子系统1205。可更换子系统包括可以被预组装和消毒以用于加载的一次性构件，从而简化了加载方案。进一步的预组装可以减少人为错误的风险。与当前的商用一次性构件套件相比，这还可以通过减小单次一次性构件的尺寸和复杂性来提供较低的操作成本。

可重用的子系统包括旋转的马达头1135、蠕动泵1110和阀组件1120，外壳1130容纳这些系统构件。可更换子系统包括分离腔室1140、流体输送连接件1152和将分离腔室1140连接到流体连接件1152和1154的旋转联接器1160。单次使用的可更换子系统为执行逆流离心处理提供了封闭的环境。

分离腔室1140配置成用于低流体体积和小半径旋转。分离腔室的实施例的示例在图7中示出。分离腔室1140具有连接至颈部部分1220的基本圆锥流体封闭部分1210。汲取管1230居中地延伸经过圆锥流体封闭件1210，从圆锥尖端1240通过颈部1220，以提供到圆锥流体封闭件1240的尖端的流体路径1250。颈部部分1220还包括洗脱流体路径1260。颈部部分1220连接到旋转联接器1160，因此腔室的旋转轴线经过颈部(将旋转半径减小到腔室的长度)。颈部部分还配置成与旋转的马达头1135接合，以引起分离腔室绕旋转轴线的旋转。与马达头1135接合的颈部部分构造还可包括锁定机构并且被配重以平衡分离腔室。

流体输送歧管1150包括：配置成用于与分离腔室1140流体连通的第一流体端口1170和第二流体端口1175；以及配置成用于连接到外部流体供应部件1180以用于向或从第一流体端口1170和第二流体端口1175输送流体的多个流体路径。流体路径中的至少一个配置为与阀组件1120接合，以通过阀组件的操作选择性地打开或关闭。歧管还包括泵接合部分1190，该泵接合部分1190配置成实现蠕动泵1110与流体路径1180之间的可操作的接合，以通过蠕动泵1110的操作引起歧管1150内的流体流动。

在图7中，旋转联接器1160将分离腔室1140连接到流体输送歧管连接件1152和1154。旋转联接器配置成在流体输送歧管由壳体1130保持在固定位置时允许分离腔室1140绕旋转轴线相对于流体输送歧管1150旋转。由于旋转联接器连接到腔室的颈部，腔室的旋转轴线经过腔室的颈部—因此旋转半径仅是从轴线到腔室尖端的外端的腔室长度。旋转联接器1160还在汲取管1230和第一流体端口1170之间提供第一流体连通路径1270，并且在洗脱流体路径1260和第二流体端口1175之间提供第二流体连通路径1275。这些流体连通路径形成于旋转联接器中。

该系统的优点在于，在实验室类型的设置中可以使用与完全规模化的商业生产系统相同的系统构件和处理功能。分离腔室的构造使得能够有小的旋转半径和高的旋转速度。分离腔室的示例在图7中示出，分离腔室1140包括基本圆锥流体封闭件1210和颈部部分1220。应当理解，尽管所示实施例使用了圆锥流体封闭件，但是实施例可能并不总是使用理想的圆锥，在本发明的范围内考虑了对该结构的一些改变，例如可以在圆锥的宽端附近或在尖端处使用短的直边部分，或者可以使用阶梯状的圆锥结构。汲取管1230从颈部延伸经过流体封闭件1210，以用于将流体输送到圆锥1240的尖端。洗脱路径1260通过颈部1220而提供。应当理解，通过使用内部汲取管1230显著不同于商业逆流离心架构，商业逆流离心架构提供了分离腔室外部的流体路径，并且分离腔室在尖端处具有入口，以将逆流流体流供应到分离腔室。

该小型装置的旋转圆锥1210内的细胞所经历的处理与逆流离心的较大实施方式中的处理相同。在圆锥1240的尖端处进入的流体1290引起与离心加速度的逆流，从而导致细胞积聚在从圆锥的尖端逐渐建立的流化床中。当将细胞的稀释悬浮物提供给处理腔室1210时，在合适的条件下，细胞将被作为从圆锥尖端逐渐建立的流化床而捕获在腔室1210中。承载细胞的介质行进到圆锥的内部较大直径，并通过与中心供应同轴且经过旋转联接器的流体路径离开。

捕获在腔室中的细胞形成流化床，在此处细胞彼此之间被处理流体分开。床的密度可以通过改变逆流流体流率或离心速度来调节。这会增加或减少床上的细胞浓度(细胞/毫升)。可以可靠地管理1x10⁸的保守浓度，并且可以在床中以2倍到4倍于这些的浓度来舒适地处理2到5微米大小范围内的细胞。

通过使逆流泵反向，开始将流化细胞床作为浓缩物回收到外部容器。流化床立即被驱动到圆锥的尖端，持续不断地从腔室抽出流体使细胞能够保持在流化状态。流化床行进经过旋转联接器的中心流体管线，并以“渣料”浓缩细胞的形式出现。

图7所示的分离腔室设计使用内部吸管(也称为汲取管)将流体连接到圆锥的尖端。这带来了一系列显著的好处：

·没有外部流体连接到圆锥的高压区域，从而消除了与外部管道配置相关的制造和处理风险。

·进入流体腔室的细胞悬浮物的流体流动模式不受外部管道的几何形状的影响，外部管道的几何形状需要自身重新打开以便与圆锥腔室几何形状匹配。

·外部流体管线和相关的U型弯折导致分离腔室外部出现最高离心区。重的颗粒和细胞聚集体聚集在该最高离心区中。在已知的商业系统中，该最高离心区出现在分离腔室的外部，例如在外部管道中弯折处靠近分离腔室的尖端处的流体输入。在本发明的实施例中，该临界最高离心区在圆锥的尖端内。在圆锥透明的地方，也可以清楚地观察到该最高离心区，以进行有管理的干预。

·圆锥中的中心汲取管可以由技术上精密的皮下注射管制成，其已批准用于医疗产品接触并以足够的量制造以降低成本。皮下注射管也是这些产品在使用后的一种公知的有害废物流的组成部分。这对于分离腔室构件的初始生产成本和废物处理成本均具有优势。

汲取管设计与圆锥模中的特征相结合，可以在流体腔室中创建良好受控的、可重现的流体流动几形状。例如，通过在汲取管和盒式构件之间使用过盈配合，通过利用该过盈配合，通过管的轴向重新定位，可以消除管切割长度、模制特征和装配的公差。在图9a至9f中示出了形成在分离腔室的尖端中的流体通道结构的实施例，圆锥流体封闭件的尖端400包括具有中心部分420和叶430的通道结构，该中心部分420用于接收从汲取管410输出的流体，叶430围绕中心部分间隔开以在圆锥流体封闭件周围分散流体流。该流体通道结构还可被配置成帮助定位和支撑汲取管410。例如，如图9b和9f所示，中心部分420的尺寸被设置为容纳汲取管410的端部，该端部可通过离心力被保持固定到位(如图9c和9f所示)。在该实施例中，中心部分420在叶430之间包括凸出部440，以控制汲取管的轴向位置并确保汲取管410和流体腔室之间的一致的开放流体连通路径。来自汲取管的流体进入中心部分420，并通过叶430流出，叶430向流体封闭件提供开口。所示的实施例使用围绕尖端均匀间隔的三个叶，然而，也可以使用其他结构，例如，四个或更多个叶、或多个均匀间隔的径向通道。应当理解，这种结构可以简化装置的制造和组装，特别是通过降低在组装处理期间确保汲取管410正确放置所需的精度来简化装置的制造和组装。

通过使流体流反向以通过汲取管410将流化床(即浓缩的细胞)抽出，可以从腔室中回收流体。应当理解，希望以最小的干扰将流化床从圆锥中抽出到细胞悬浮于其中的介质环境，并且在回收处理期间最小化稀释。床内的处理条件由离心速度和流体流率控制。通过匹配流率，可以在一定的速度范围内产生相似的流化床条件。这允许离心机的旋转速度和流体流率减慢，因为协调动作(例如，由微处理器控制器控制)将流化床保持在稳定状态，但处理速度较慢，从而为回收处理创造了更有利的条件。缓慢的离心旋转和流率还可以降低回收处理期间细胞受损的风险。为了最大化浓缩流体回收，还需要在汲取管和圆锥尖端的端部之间具有非常小的间隙，以减少可能在流化床的最后被吸入汲取管的无细胞流体的数量，并在流化床回收即将结束时减少稀释。

圆锥尖端400的结构可以被设计成最小化间隙，以获得良好的回收结果。应当理解，如图9所示的用于支撑汲取管的通道结构可以是有利的，因为支撑凸出部440和叶430结构减小了用于流化床后面的无细胞液体的汲取管入口周围的进入区域。中心部分应完全被流化床的流体所占据，直到流化床被从管中抽出的最后一刻。如果控制流率以保持流化床的稳定性，则叶应将所有浓缩流体在最后的无细胞流体之前集中到汲取管中，以最小化稀释。

如上面参考图5a和5b所述，渣料在分离腔室和回收点之间的行进距离影响渣料的稀释量，特别是在尾缘处。用于在处理和回收期间最小化细胞损伤的层流方案使情况更加恶化。在层流下流经管道的所有产品均受到管壁边界层形状的影响，其会相对于在管中心流动的流体延迟在管表面处的流体。这导致随着其进行，细胞“渣料”固块沿着管壁被抽出。这只能通过使“渣料”的出现与输送点之间的距离尽可能地最短来最小化。在这个实施例中，仪器和套件设计经过特殊配置，以在圆锥尖端和专门针对浓缩物回收定位的阀850之间实现最短的实际流动距离。

在图6a-c和图8所示的实施例中，装置800被配置为最小化回收路径810的长度。特别地，布置系统构件以减少将流体回收路径从腔室840经由光学密度传感器820、泵830和输出阀850连接到输出所需的管道的长度。应当理解，尽管回收路径管道是该仪器的一次性/消耗性套件的构件，系统构件的固定配置意味着回收管的长度是固定的，且因此密度传感器820和出口阀850之间的体积是已知的。其中消耗性套件被提供为预制歧管的实施例还可具有使由于制造公差或人工安装而引起的潜在变化最小化的优点。

在当泵反转以进行流体回收的开始回收阶段之前，在圆锥的尖端和出口阀之间有一定体积的流体，其中没有细胞。该体积与其由套件制造商所限定的非常一致，因此，仪器可以预期何时正好在浓缩物“渣料”接近时打开阀。此特征和控制系统对泵位置的密切监测允许通过输出阀的最终输出受控体积保持一致，例如在+/-0.2ml之内。

另一个考虑是要理解圆锥处理腔室840不太可能完全充满细胞。不同的方案和批次将产生不同的细胞群体，当以给定的逆流条件进行浓缩时，该细胞群体会将腔室充填到不同的水平。

活细胞方案通常会在输出产品中寻找目标细胞浓度(细胞/毫升)。当细胞稀有和珍贵时，特别重要的是，以最小的实际体积回收您所拥有的细胞以能够稀释至目标最终制剂体积，而不是额外的浓缩步骤。

为了解决这个问题，该仪器包括横跨回收流体路径810的光学密度传感器820。该传感器观察通过单次使用管道810的光的透射率。当细胞浓缩物“渣料”最初移动经过传感器820时，透射率降低。虽然可以通过从腔室到传感器的体积距离来预测此事件的时间，但重要的是要检测该前缘，以最大化回收结果的准确性。还应该理解，在某些情况下，存在的细胞太少，以至于控制必须得出结论：光学传感器必须被体积决定所覆盖。

当最后的浓缩物渣料从腔室移过传感器时，将存在对传感器所观察到的透射率的回收，其正比于其前面的减少的细胞浓度。例如，通过将透射率回收的阈值设置为95％，大部分细胞群体将通过传感器。然后，该触发将由控制用于限定被引导通过输出阀的体积。

回收控制处理被集成到系统控制器中，以触发回收阀致动并根据上述处理执行泵的控制。

系统控制器可以被配置为检测第一密度转变并在传感器处记录浓缩流体的前缘。系统控制器可以被配置为检测第二密度转变并记录第二密度转变，并确定要回收的浓缩物的体积，这可以基于浓缩流体的尾缘上的稀释百分比阈值。该系统控制器可以被配置为响应于传感器触发和确定的体积而使用泵校准数据来确定何时打开和关闭输出阀850致动器。阀致动可能会使浓缩物通过传感器的传送重叠。

控制器还可被配置为监测回收事件的体积触发，其中，在启动流体回收时，确定浓缩腔室和阀组件之间的回收中的流体体积，并设置回收控制事件覆盖触发，以便在没有检测到第一密度转变的情况下，基于动态流体体积运动来触发阀致动器的操作。

在一些实施例中，系统控制器可以被配置为执行超过一个的流体回收事件。例如，如果将离心机用于分离不同的流体层，则作为密度梯度分离方案议的一部分。密度梯度分离细胞群体(即，基于不同的大小和质量密度)，以利用仔细控制的密度和粘度群体化(populate)流体的不同层。可以触发回收事件以选择性地将每个流体层和相关的细胞群体回收到不同的输出路径。例如，在这样的实施例中，阀组件可以被配置成将单个进入的流体路径选择性地切换到非回收路径或两个单独的回收路径之一。到第一回收路径的该切换是基于检测到第一渣料触发的，且切换到第二回收路径是基于检测到不同的光学密度，因此第二密度转变将指示两个细胞群体和因此触发的收集之间的转变，以在第一和第二收集路径之间切换。应当理解，这样的技术也可以用于针对单个群体回收渣料的不同部分。例如，第一回收路径可用于捕获最大浓度的悬浮物(前缘和尾缘之间的部分)，而第二回收路径用于捕获稍稀释的悬浮物的前缘和/或尾缘部分。

以循环模式将逆流离心机返回到细胞捕获方向，使得能够回收未被此策略捕获的任何细胞，以用于处理验证目的，或形成下一个细胞捕获处理步骤的开始。

该策略可输送体积低至0.5ml、保守估计为2ml的细胞浓缩物。应当理解，该流体回收系统和方法的优点是不需要细胞浓缩物的体积来管理该处理。因此，无需事先了解实际细胞群体，就可以以最大可行浓度回收细胞。如果需要，可以将细胞浓缩物的最终输送体积增加至目标体积。细胞疗法优选稀释回收的群体，而不需要进一步的浓缩步骤，因为(与稀释相比)浓缩处理通常更可能引起细胞损伤或死亡。

在该系统的实施例中，如果在渣料到达时没有足够的细胞来触发光学密度传感器，则当在体积控制下将阀改变为输送设置时未观察到前缘触发时，控制会检测到该故障。然后，控制器回收算法可以默认为体积输送策略。

图10显示了用于设置触发条件的用户界面的示例，该触发条件用于通过光学传感器检测前缘和尾缘。应当理解，这可以在实施例之间有所不同。光学密度传感器的第一个考虑因素是确定并保持用于承载流体介质的管的基准参考。这可以通过在初始设置阶段期间仅通过管道中的介质流体进行光学传感器监测来实现。控制器可以配置为作为系统开启的一部分执行密度传感器开启处理，其目标是最小化LED稳定化的操作时间，确定初始基准密度参考值—表征管和流体介质的光学特征。该基准可用于光学密度传感器的背景监测，以检测漂移并避免损害触发检测设置。对每个光学密度传感器样品执行的背景活动可包括基于限定的设置识别充满流体的或干的(包括气泡)管，从而有助于对整个管特征进行长期平均。可以基于处理阶段来改变对密度传感器的采样率。例如，在分离腔室加载和分离阶段期间，与回收阶段期间相比，可以使用较低的采样率。如果监测介质流体中的气泡，则可以使用更高的采样率。

在流体回收期间，可以增加光学传感器的采样率，以提高渣料检测和回收触发的准确性。例如，在启用触发步骤期间，将监测速率提高到10毫秒。控制器可以将渣料的存在与气泡检测响应区分开，因为渣料通常会引起密度的持续变化。控制器被配置为分析光学传感器的输出，以识别指示渣料的尾缘的透射率的返回。渣料检测可能会触发采样率的提高，以提高尾缘检测和透射率回收监测的准确性，从而确定回收结束触发。

本发明所属领域的技术人员将理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行许多修改。

在所附的权利要求书和前面的本发明的说明书中，除非上下文因表达语言或必要的暗示而另行要求，否则词语“包括”或诸如“包含有”或“囊括”之类的变体以包含性含义使用，即指定在本发明的各种实施例中所陈述特征的存在，但不排除其他特征的存在或增加。

应当理解，如果在本文中引用了任何现有技术出版物，则该引用并不意味着承认该出版物在澳大利亚或任何其他国家构成了本领域公知常识的一部分。

Claims (49)

1.一种流体回收系统，其配置成与浓缩器设备操作性地接合，所述浓缩器设备包括：具有与泵送机构成直线连接的第一流体路径和第二流体路径的浓缩腔室，从而为了从所述浓缩腔室回收浓缩流体，当流体经由所述第二流体路径离开所述浓缩腔室到达流体回收管时，所述流体通过所述第一流体路径进入所述浓缩腔室；以及回收阀组件和阀致动器，所述回收阀组件和阀致动器被配置为将来自所述流体回收管的流体流切换到两个或更多个输出流体管中的一个，至少一个流体输出管提供流体捕获路径，且至少一个流体输出管提供非捕获路径；

所述流体回收系统包括：

密度传感器，所述密度传感器配置成当与所述浓缩器设备操作性地接合时，检测在所述回收阀组件之前的回收管中的流体的密度；和

控制器，所述控制器配置为：

监测流体泵送机构的操作，以确定所述流体回收管中流体的动态流体体积运动，

监测所述密度传感器以识别：

所述流体回收管中的流体从第一密度到第二密度的第一密度转变，所述第二密度高于所述第一密度，所述密度转变指示所述流体中通过所述回收管的一部分浓缩颗粒的前缘；和

从所述第二密度到第三密度的第二密度转变，所述第三密度低于所述第二密度，该密度转变指示通过所述回收管的流体中的一部分浓缩颗粒的尾缘；以及

基于所述浓缩腔室出口和所述回收阀组件之间的流体体积，确定用于将所述流体回收管中的流体流切换至流体捕获路径的第一控制事件；

基于所述第一密度转变、所述第二密度转变和动态流体体积运动的检测，确定包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积，确定用于将所述流体回收管中的流体流从所述流体捕获路径切换到非捕获路径的第二控制事件，以捕获包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；和

根据所述第一控制事件控制所述阀致动器的操作以在非捕获路径和流体捕获路径之间切换，以及根据所述第二控制事件来控制所述阀致动器的操作以在所述流体捕获路径和非捕获路径之间切换流体流。

2.根据权利要求1所述的流体回收系统，其中，所述控制器还被配置为操作所述泵送机构以控制所述动态流体体积运动。

3.根据前述权利要求中任一项所述的流体回收系统，其中，所述泵送机构是蠕动泵，并且所述控制器被配置为基于并监测所述泵的旋转位置和/或所述泵管的校准来监测所述动态流体体积运动。

4.根据权利要求3所述的流体回收系统，其中，所述控制器还被配置为基于对所述旋转泵位置的了解来控制动态流体体积运动。

5.根据权利要求3所述的流体回收系统，其中，所述控制器还被配置为基于对泵阻塞构件的旋转位置的了解来控制动态流体体积运动。

6.根据权利要求3所述的流体回收系统，其中，在所述传感器能够观察到浓缩物之前，表示浓缩物前缘阈值密度的所述第一密度转变的检测与回收事件开始时确定的参考密度有关。

7.根据权利要求6所述的流体回收系统，其中，通过识别流体中的浓缩物的最大密度来开启浓缩物体积开始触发，所述控制器被配置成在出现所述最大浓度时分析所述第一密度转变以确定所述动态流体体积，并确定用于所述阀致动器的操作的所述第一控制事件，以与输出阀处最大浓度的到达匹配。

8.根据权利要求6或7所述的流体回收系统，其中，所述控制器被配置为在观察到额外的浓缩颗粒团块时覆盖基于密度的体积确定，并且可选地扩展目标回收体积，直到回收所有目标材料。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的流体回收系统，其中，收集停止触发与最大检测密度的稀释阈值密度有关，并且所述控制器被配置成分析所述第二密度转变以基于稀释阈值密度确定用于所述阀致动器的操作的所述第二控制事件。

10.根据权利要求8或9所述的流体回收系统，其中，选择所述收集阈值密度和稀释阈值密度以最小化所述浓缩物之前的流体对所述输出产品的稀释。

11.根据前述权利要求中任一项所述的流体回收系统，其中，所述控制器还被配置为基于回收的浓缩物体积确定颗粒计数，并且基于颗粒特征和操作参数确定所述浓缩物的颗粒密度估计。

12.根据权利要求11所述的流体回收系统，其中，基于所述浓缩物前缘和尾缘检测以及第一控制事件和第二控制事件来确定回收的浓缩物体积。

13.根据权利要求11或12所述的流体回收系统，其中，所述控制器被配置为：

访问多个历史处理信息数据集的数据存储，每个数据集包括用于该处理的输出颗粒密度、颗粒特征数据和操作参数数据；

针对颗粒特征和操作条件，识别一个或多个相关的历史处理信息数据集；和

从识别的历史处理数据集确定颗粒密度估计。

14.根据权利要求13所述的流体回收系统，其中，每个历史数据集至少包括确定的颗粒密度，所述控制器被配置为将密度传感器输出与识别的历史处理数据进行比较，以验证当前处理的数据集与识别的历史处理数据集之间的相关性。

15.根据前述权利要求中任一项所述的流体回收系统，其中，所述控制器还被配置为基于所述浓缩腔室和阀组件之间的流体体积和动态流体体积运动来确定第一控制事件，以引起所述阀致动器的致动，以便在没有基于密度传感器的收集触发的情况下基于体积而切换至收集路径。

16.根据权利要求15所述的流体回收系统，其中，所述控制器还被配置为在没有基于密度传感器的收集触发的情况下，基于指定的体积来确定第二控制事件。

17.一种浓缩器设备，包括：

泵送机构；

浓缩腔室，所述浓缩腔室具有与泵送机构成直线连接的第一流体路径和第二流体路径，以将流体引入所述浓缩腔室，从而为了从所述浓缩腔室回收浓缩流体，当流体经由所述第二流体路径离开所述浓缩腔室时，所述流体经由所述第一流体路径进入所述浓缩腔室；

流体回收管，所述流体回收管连接至所述浓缩腔室的所述第二流体路径；

回收阀组件和阀致动器，所述回收阀组件和阀致动器配置为将来自所述流体回收管的流体流切换到两个或更多个输出流体管中的一个，至少一个流体输出管提供流体捕获路径，且至少一个流体输出管提供非捕获路径；

密度传感器，所述密度传感器配置成当与所述浓缩器设备操作性地接合时，检测在所述回收阀组件之前的回收管中的流体的密度；和

控制器，所述控制器配置为：

控制流体泵送机构的操作，以控制所述流体回收管中流体的动态流体体积运动，

监测所述密度传感器以识别：

所述流体回收管中的流体从第一密度到第二密度的第一密度转变，所述第二密度高于所述第一密度，该密度转变指示通过所述回收管的流体中的一部分浓缩颗粒的前缘；和

从所述第二密度到第三密度的第二密度转变，所述第三密度低于所述第二密度，该密度转变指示通过所述回收管的流体中的一部分浓缩颗粒的尾缘；和

基于所述浓缩腔室出口和回收阀组件之间的流体体积，确定用于将所述流体回收管中的流体流切换至所述流体捕获路径的第一控制事件；

基于所述第一密度转变、所述第二密度转变和动态流体体积运动的检测，确定包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；

确定第二控制事件，以将所述流体回收管中的流体流从所述流体捕获路径切换到非捕获路径，以捕获包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；和

根据所述第一控制事件控制所述阀致动器的操作以在非捕获路径和流体捕获路径之间切换，以及根据所述第二控制事件来控制所述阀致动器的操作，以便在所述流体捕获路径和非捕获路径之间切换。

18.根据权利要求17所述的浓缩器设备，其中，所述浓缩器设备是逆流离心机，并且所述控制器还被配置为控制浓缩腔室旋转和所述泵送机构以：

在分离操作阶段期间，引起沿逆流方向的流体流动，以使流体通过所述第二流体路径进入浓缩腔室，从而由于所述浓缩腔室的旋转和逆流流体流而产生的离心力使所述流体中的颗粒浓缩成为流化床，以提供浓缩流体，以及

在回收操作阶段期间，当流体通过所述第二流体路径从所述浓缩腔室抽出时，导致流体沿回收方向流动，从而导致流体通过所述第一流体路径进入所述腔室，由此所述流体流和由于所述浓缩腔室的旋转引起的离心力使浓缩流体的流化床移动到所述第二流体路径，并通过所述流体回收管从所述浓缩腔室抽出。

19.根据权利要求18所述的浓缩器设备，其中，所述控制器配置成使所述腔室旋转和泵送机构的操作减慢，从而在所述回收操作阶段之前维持所述流化床逆流条件的稳定性。

20.根据权利要求19所述的浓缩器设备，其中，所述逆流离心机是紧凑的逆流离心机系统，所述逆流离心机系统包括：

可重用子系统；和

单次使用的可更换子系统，

所述可重用子系统包括：

旋转的马达头；

蠕动泵；

阀组件；和

容纳所述旋转头、蠕动泵和阀操作组件的壳体，以及

所述单次使用的可更换子系统包括：

分离腔室，所述分离腔室配置成用于低流体体积和小半径旋转，包括连接到颈部部分的基本圆锥流体封闭部分，并具有汲取管，该汲取管从所述圆锥尖端经过所述颈部居中地延伸通过所述圆锥流体封闭件，以提供通向所述圆锥流体封闭件的尖端的流体路径，所述颈部部分进一步包括洗脱流体路径；

流体输送歧管，所述流体输送歧管包括：第一流体端口和第二流体端口，该第一流体端口和第二流体端口配置为与分离腔室流体连通；多个流体路径，该多个流体路径配置为连接到外部流体供应部件，以用于向第一流体端口和第二流体端口或从第一流体端口和第二流体端口输送流体，所述流体路径中的至少一个配置为与阀组件接合，从而能够通过所述阀组件的操作来选择性地打开或关闭流体路径；以及泵接合部分，该泵接合部分配置为能够在所述蠕动泵和流体路径之间进行可操作的接合，以便通过所述蠕动泵的操作使流体在所述歧管内流动；和

旋转联接器，所述旋转联接器将所述分离腔室的颈部部分连接至所述流体输送歧管，并在所述汲取管和第一流体端口之间提供第一流体连通路径，以及在所述洗脱流体路径和所述第二流体端口之间提供第二流体连通路径，所述旋转联接器配置成允许所述分离腔室围绕通过颈部的旋转轴线相对于所述流体输送歧管旋转，同时所述流体输送歧管被所述壳体保持在固定位置；

所述颈部部分进一步被配置成与旋转的马达头接合以引起所述分离腔室绕所述旋转轴线旋转，

所述单次使用的可更换子系统为执行逆流离心处理提供封闭的环境。

21.根据权利要求20所述的浓缩器设备，其中，所述泵、密度传感器和阀组件布置成为回收路径提供短的流体路径长度，该回收路径从所述分离腔室通过所述歧管经过所述密度传感器和泵接合部分到达输出。

22.根据权利要求20或21所述的浓缩器设备，其中，所述控制器配置成基于并监测所述蠕动泵的旋转位置和/或所述泵管的校准来监测动态流体体积运动。

23.根据权利要求22所述的浓缩器设备，其中，所述控制器还被配置为基于对所述旋转泵位置的了解来控制动态流体体积运动。

24.根据权利要求22所述的浓缩器设备，其中，所述控制器还被配置为基于对泵阻塞构件的旋转位置的了解来控制所述动态流体体积运动。

25.根据权利要求17至24中任一项所述的浓缩器设备，其中，所述控制器被配置为：在能够通过所述传感器观察到浓缩物之前，检测相对于所述回收事件开始时确定的参考密度的、表示浓缩物前缘阈值密度的所述第一密度转变。

26.根据权利要求25所述的浓缩器设备，其中，通过识别所述流体中的浓缩物的最大密度来开启浓缩物体积开始触发，所述控制器被配置为分析所述第一密度转变以确定最大浓度出现时的动态流体体积，并确定所述阀致动器的操作的第一控制事件，以与输出阀处最大浓度的到达匹配。

27.根据权利要求25或26所述的浓缩器设备，其中，所述控制器被配置为在观察到额外的浓缩颗粒团块时覆盖基于密度的体积确定，并且可选地扩展所述目标回收体积，直到回收所有目标材料。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的浓缩器设备，其中，收集停止触发是与最大检测密度有关的稀释阈值密度，并且所述控制器被配置成分析所述第二密度转变，以基于稀释阈值密度确定用于阀致动器的操作的所述第二控制事件。

29.根据权利要求28所述的浓缩器设备，其中，选择所述收集阈值密度和稀释阈值密度以最小化所述浓缩物之前的流体对输出产品的稀释。

30.根据权利要求17至29中任一项所述的浓缩器设备，其中，所述控制器还被配置为基于回收的浓缩物体积确定颗粒计数，并基于颗粒特征和操作参数确定所述浓缩物的颗粒密度估计。

31.根据权利要求30所述的浓缩器设备，其中，基于浓缩物前缘检测和浓缩物尾缘检测以及第一控制事件和第二控制事件来确定回收的浓缩物体积。

32.根据权利要求30或权利要求31所述的浓缩器设备，其中，所述控制器被配置为：

访问多个历史处理信息数据集的数据存储，每个数据集包括用于处理的输出颗粒密度、颗粒特征数据和操作参数数据；

针对颗粒特征和操作条件，识别一个或多个相关的历史处理信息数据集；和

从识别的历史处理数据集确定颗粒密度估计。

33.根据权利要求32所述的流体回收系统，其中，每个历史数据集至少包括确定的颗粒密度，所述控制器被配置为将密度传感器输出与识别的历史处理数据进行比较，以验证当前处理的数据集与识别的历史处理数据集之间的相关性。

34.根据权利要求17至33中任一项所述的浓缩器设备，其中，所述控制器还被配置为基于所述浓缩腔室和阀组件之间的流体体积和动态流体体积运动来确定第一控制事件，以引起所述阀致动器的致动，以便在没有基于密度传感器的收集触发的情况下基于体积切而换至收集路径。

35.根据权利要求34所述的浓缩器设备，其中，所述控制器还被配置为在没有基于密度传感器的收集触发的情况下，基于指定体积来确定第二控制事件。

36.一种在浓缩器设备的流体回收系统中实现的浓缩流体回收方法，该浓缩器设备包括：泵送机构；浓缩腔室，该浓缩腔室具有与所述泵送机构成直线连接的第一流体路径和第二流体路径，从而为了从所述浓缩腔室回收浓缩流体，在流体通过第二流体路径离开所述浓缩腔室到达流体回收管时，所述流体通过所述第一流体路径进入所述浓缩腔室；以及回收阀组件和阀致动器，所述回收阀组件和致动器配置为将来自流体回收管的流体流切换到两个或更多个输出流体管中的一个，至少一个流体输出管提供流体捕获路径，且至少一个流体输出管提供非捕获路径；密度传感器，该密度传感器配置成当与所述浓缩器设备操作性地接合时，定位成在所述回收阀组件之前沿着所述流体回收管以固定距离检测所述回收管中的流体密度；和控制器；

所述方法包括以下步骤：

通过控制器监测流体泵送机构的操作，以确定所述流体回收管中流体的动态流体体积运动，

通过控制器使用所述密度传感器监测在所述回收管中流动的流体的密度；

识别所述流体回收管中的流体从第一密度到第二密度的第一密度转变，所述第二密度高于所述第一密度，该密度转变指示通过所述回收管的流体中的一部分浓缩颗粒的前缘；

通过控制器基于所述第一密度转变、动态流体体积运动以及所述浓缩腔室出口与回收阀组件之间的流体体积的检测，确定用于将所述流体回收管中的流体流切换至所述流体捕获路径的第一控制事件；

识别从所述第二密度到第三密度的第二密度转变，所述第三密度低于所述第二密度，该密度转变指示通过所述回收管的流体中的一部分浓缩颗粒的尾缘；

基于所述第二密度转变和动态流体体积运动的检测，确定包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；

确定第二控制事件，以便将所述流体回收管中的流体流从流体捕获路径切换到非捕获路径，以捕获包含用于回收的目标材料的悬浮物的体积；和

根据所述第一控制事件控制所述阀致动器的操作，以在非捕获路径和流体捕获路径之间切换，以及

根据所述第二控制事件控制所述阀致动器的操作，以在所述流体捕获路径和非捕获路径之间切换流体流。

37.根据权利要求36所述的方法，还包括控制泵操作从而控制动态流体体积运动的步骤。

38.根据权利要求36或37所述的方法，其中，确定用于所述阀致动器的操作的所述第一控制事件基于在收集开始触发之前相对于所述浓缩流体的前缘计算出的体积以及所述密度传感器和阀组件之间的回收管中的流体的体积。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，在能够观察到浓缩物之前，检测表示浓缩物前缘阈值密度的第一密度转变与在回收事件开始时确定的参考密度有关。

40.根据权利要求38或39所述的方法，其中，确定用于所述阀致动器的操作的所述第二控制事件包括：当观察到额外的浓缩颗粒团块时，覆盖基于密度的体积确定；以及可选地扩展所述目标回收体积，直到所有目标材料被回收。

41.根据权利要求38至40中任一项所述的方法，其中，收集停止触发与最大检测密度的稀释阈值密度有关，所述方法还包括以下步骤：分析所述第二密度转变并基于稀释阈值密度确定用于所述阀致动器的操作的所述第二控制事件。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，选择所述收集阈值密度和稀释阈值密度以最小化所述浓缩物之前的流体对所述输出产品的稀释。

43.根据权利要求36至42中任一项所述的方法，还包括以下步骤：基于回收的浓缩物体积确定颗粒计数，以及基于颗粒特征和操作参数确定所述浓缩物的颗粒密度估计。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，基于浓缩物前缘检测和浓缩物尾缘检测以及第一控制事件和第二控制事件来确定回收的浓缩物体积。

45.根据权利要求43或权利要求44所述的方法，还包括以下步骤：

访问多个历史处理信息数据集的数据存储，每个数据集包括用于处理的输出颗粒密度、颗粒特征数据和操作参数数据；

为颗粒特征和操作条件识别一个或多个相关的历史处理信息数据集；和

从识别的历史处理数据集确定颗粒密度估计。

46.根据权利要求45所述的方法，其中，每个历史数据集至少包括确定的颗粒密度，所述控制器被配置为将密度传感器输出与识别的历史处理数据进行比较，以验证当前处理的历史处理数据集与识别的历史处理数据集之间的相关性。

47.根据权利要求36至46中任一项所述的方法，还包括以下步骤：基于所述浓缩腔室和所述阀组件之间的流体体积和动态流体体积运动来确定第一控制事件，以在没有基于密度传感器的收集触发的情况下基于体积引起所述阀致动器的致动，以便切换到收集路径。

48.根据权利要求47所述的方法，还包括以下步骤：在没有基于密度传感器的收集触发的情况下，基于指定体积来确定第二控制事件。

49.根据权利要求36至48中任一项所述的方法，其中，所述浓缩器设备是逆流离心机，所述方法还包括以下步骤：减慢所述泵送机构的操作和腔室旋转，从而在回收操作阶段之前维持所述流化床逆流条件的稳定性。

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