CN112105924A - 一次性生物反应器/混合器的可拆式溶解氧传感器接口 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于将溶解氧传感器(108)连接至一次性生物反应器容器(104)的接口(100)。溶解氧(DO)窗膜(112)可操作地连接至一次性容器(104),并被配置成将DO传感器(108)至少部分地定位在一次性容器(104)内。在一些实施例中,DO窗主体(250)将DO窗膜(272)安装在其远端处。DO窗主体(250)可包括滑动锁(265),用于促进DO传感器(260)在DO窗主体(250)内的定位。另外,DO窗主体(250)可包括至少一个热交换散热片(276)。
Description
背景技术
仅因为氧气在所有生物体的循环中的作用,所以其是重要的气体。在各种各样的应用中,氧浓度或分压的测量是重要的。在某些应用中,直接测量气态氧的浓度。在其他应用中,测量溶解在液体中的氧的浓度。重要的是要意识到术语“溶解氧”是指溶解在水中的气态氧分子,并且其不应与水分子H2O中存在的结合氧原子混淆。
用于测量溶解氧的良好的应用前景是在生物标本中。这些生物标本可以是实验室中的体外标本,或者是患者体内的体内标本。生物标本中的溶解氧的测量为保健提供者提供了重要的诊断信息,和/或提供了有关具体治疗功效的信息。通常,生物标本包含在生物反应器/混合器中,并且溶解氧测量值提供了有关其中所含生物质的状态的重要信息。
生命科学行业正在从大型的资本密集型设施转向小型设施,该资本密集型设施由不锈钢制成并具有大量原地清洁(CIP)基础设施,该小型设施使用聚合物基的袋或容器作为一次性生物反应器。一次性生物反应器的袋或容器可以使用一次,然后被处置。使用一次性生物反应器可以大大降低工厂所需的资本成本。例如,在使用不锈钢CIP基础设施的现有设施中,高达90%的运营成本可能与CIP基础设施有关,包括被设计成承受蒸汽清洁循环的高端仪器。通过转为可处置的一次性生物反应器容器,可以消除资本成本的CIP部分,设施可以灵活且更小,这转而允许例如针对性更强的药物治疗和其他小规模应用所需的较小批次的生产。
在美国专利号8,828,202中提供了一种已知的溶解氧传感器。在上述专利的设计中,传感器窗膜被放置在容器的壁上,并且溶解氧(DO)传感器完全位于容器的外部。尽管此布置对于在一次性使用环境中感测溶解氧很有用,但可以进行改进。
发明内容
提供了一种用于将溶解氧传感器连接至一次性生物反应器容器的接口。溶解氧(DO)窗膜可操作地连接至一次性容器,并且被配置成将DO传感器至少部分地定位在一次性容器内。在一些实施例中,DO窗主体将DO窗膜安装在其远端处。DO窗主体可以包括滑动锁,用于促进DO传感器在DO窗主体内的定位。另外,DO窗主体可以包括至少一个热交换散热片。
附图说明
图1A和图1B是将已知的设计(图1A)与根据本发明的实施例(图1B)的设计进行对比的示意性截面图。
图2A和图2B分别是根据本发明的实施例的溶解氧传感器的示意性正视图和截面图。
图3是示出根据本发明的实施例的溶解氧传感器的锁定特征的示意性俯视平面图。
图4A是根据本发明的实施例的用于DO传感器的滑动锁的示意图。
图4B是根据本发明的实施例的在DO传感器上使用的滑动锁的示意图。
图5A至图5D是根据本发明的实施例的固定在DO窗上的DO膜的示意图。
图6A和图6B是根据本发明的实施例的通过可拉伸且弹性的感测窗膜将常规DO传感器与生物反应器容器互接的图示。
具体实施方式
本文描述的实施例总体上涉及经由传感器连接窗膜和膜保持器将溶解氧传感器连接至一次性生物反应器容器的系统和方法。在一个实施例中,该系统将传感器连接窗膜和溶解氧传感器延伸到一次性生物反应器容器内,该一次性生物反应器容器被认为提供了更好的温度补偿。如本文所使用的,一次性生物反应器容器旨在涵盖适合于一次性处理并且在使用后被丢弃而不是被再利用的任何容器或保持器皿。优选的示例是具有柔性聚合物壁的袋。另外,一些实施例还提供了一种锁定机构,以将溶解氧传感器固定到传感器窗口中。
温度是溶解氧测量的重要参数。温度通过更改传感器膜的渗透性和氧在水中的溶解度来影响测量。因此,在溶解氧(DO)传感器中内置了内部温度元件。
已知的溶解氧(DO)传感器设计通常提供一种经由传感器连接窗膜和膜保持器将DO传感器附接到一次性生物反应器容器的方法。然而,传感器窗膜通常位于容器的壁上,以及DO传感器(及其内部温度元件)完全位于容器的外部。这可能在温度补偿方面潜在地产生问题。对于典型的生物反应器容器,内部处理控制为36.5C,而室温通常为20-25C。因此,整个附接的溶解氧传感器都存在温度梯度,以及溶解氧传感器的温度补偿是不准确的。在一次观察中,生物反应器容器的温度为36.5C,而DO传感器的温度读数仅为28.1C。这种温度差异可能会导致明显的测量误差。
为了解决这个问题,本文描述的至少一些实施例提供了延伸到一次性容器中的膜保持器和传感器连接窗膜,以使得连接窗膜、DO传感器膜和传感器内部温度元件可以随着处理达到热平衡。这样可以提供更好的传感器温度补偿,从而导致更高的测量精度。
图1A和图1B是将已知的设计(图1A)与根据本发明的实施例(图1B)的设计进行对比的示意性截面图。在图1A中,已知的溶解氧安装系统100连接至一次性容器104的侧壁102。系统100包括管状传感器容纳部分106,该管状传感器容纳部分106的尺寸适于容纳溶解氧传感器108。系统100还包括凸缘部分110,该凸缘部分110安装至一次性容器104的侧壁102。凸缘部分110还包括透氧膜112,该透氧膜112流体地密封容器,但是以其他方式允许氧气从中通过,以使得传感器108可以测量容器104内的样品114的DO含量。为了示意性目的,在传感器108内示出了温度传感器116,用于补偿就温度而言的DO值。然而,如图1A所示,温度传感器116在容器104的外部,因此温度传感器116易受环境温度118的影响,这可能导致温度传感器116读取不同于样本114和膜112的温度的值。
图1B是根据本发明的实施例的DO传感器保持器的示图。图1B中所示的一些元件类似于图1A的元件,并且相似的组件被类似地编号。更具体地,可以看出,连接至系统100的相同的DO传感器108可以连接至溶解氧传感器安装系统200。然而,系统200将传感器108安装在将传感器移动到容器104中的位置处。系统200包括管状传感器容纳套筒或管状传感器容纳部分206,该管状传感器容纳套筒或管状传感器容纳部分206的尺寸适于容纳DO传感器108。部分206连接至凸缘210,该凸缘210连接至容器104的侧壁102。然而,管状传感器容纳部分206还包括在凸缘210的相对侧上且远离容器的内部延伸的部分。这样,管状传感器容纳部分206的至少一部分被配置成定位在容器内并被样品114环绕。此外,传感器108的温度敏感元件116比在安装系统100中更靠近样品114定位。这有助于确保元件116更准确地指示样品114和/或膜112的温度。
图2A和图2B分别是根据本发明的实施例的溶解氧传感器的示意性正视图和截面图。DO窗主体250被插入到生物反应器容器凸缘252内,该生物反应器容器凸缘252包括凸缘部分253,该凸缘部分253被固定并密封到一次性容器的壁。窗主体250优选地通过弹性塑料管254(以虚线示出)固定至生物反应器容器凸缘252,该弹性塑料管254覆盖窗主体250的外部的一部分。密封槽264被配置成接收并保持O形圈以防止样品从一次性容器中漏出。将DO传感器(其可以是现在已知的或以后研发的任何合适的DO传感器)插入DO窗主体250内,并通过传感器适配器258固定。传感器适配器258包含拇指按压件262,该拇指按压件262有助于D0传感器260的插入和对准。在一个实施例中,传感器适配器258还包含特征262(在图3中更详细地示出),该特征262防止DO传感器260在窗主体250内转动。
如图2A和图2B所示,在传感器适配器258的底部附近提供了辅助密封元件(例如,O形圈)256,以防止大气中的氧气向下到达DO传感器尖端以引起干扰。使用膜盖274将DO窗膜272固定到DO窗主体250的端部,这将根据图5A至图5D更详细地描述。DO窗主体250可以包括或可以不包括多个热交换散热片276。在所示的实施例中,散热片276以围绕DO窗主体250的多个环形圈的形式提供。然而,明确地考虑到散热片276可能另外地或交替地沿DO窗主体250的轴线纵向地延伸。热交换散热片276被配置成与样品114直接接触,并有助于改善向DO传感器内的温度敏感元件(例如元件116)的热流动。
图3是示出根据本发明的实施例的溶解氧传感器的锁定特征的示意性俯视平面图。滑动锁265可沿箭头300的方向在第一位置和第二位置之间移动。在第一位置中,滑动锁265允许DO传感器108插入DO窗主体250或从DO窗主体250中抽出。另外,在第一位置中,DO传感器108可以在DO窗口传感器主体250内转动。然而,当滑动锁265滑动到第二位置时,较小的直径302与DO传感器108的一部分接合并防止轴向运动和转动运动。这样,DO传感器108被锁定就位。
图4A和图4B是根据本发明的实施例的分别用于DO传感器的滑动锁和在DO传感器上使用的滑动锁的示意图。滑动锁265包括侧壁320,该侧壁320在基座322内滑动。滑动还受到滑动锁265上的脊324的约束,该脊与基座322的凸耳326相互作用。另外,如图4A所示,滑动锁265还可以包括标记,该标记向用户提供与锁定位置/解锁位置相对应的滑动方向的指示。
滑动锁265有助于在操作期间将DO传感器108固定就位,并为终端用户提供锁止/标定功能。锁止/标定是安全程序,以确保正确地关闭危险机器并在完成维护或维修之前无法再次启动。在该实施例中,滑动锁265可包括孔,机械锁通过该孔固定,以将滑动锁265保持在特定的定向。当机械锁通过滑动锁265中的孔固定时,滑动锁265可能不会切换位置。因此,DO传感器可以根据需要锁定在里面或锁定在外面。这样,滑动锁265中的孔促进了机械锁与滑动锁265的连接,从而有助于锁止/标定。滑动锁265还确保DO传感器108以精确的长度插入DO窗主体250内,以使得DO传感器108的氧感测尖端可以适当地与DO窗口膜272互接(如图2A和图2B所示)。
图5A至图5D是根据本发明的实施例的固定至DO窗的DO膜的示意图。DO窗膜272经由盖350固定到DO窗主体250,该盖连接至DO窗主体250。盖350可以任何合适的方式附接。例如,如图5B所示,盖350可以被超声焊接到DO窗主体250。可替代地,如图5C所示,盖350可以被拧到DO窗主体250上。此外,如图5d所示,盖350还可以被卡扣到DO窗主体250上。然而,在所有图示的实施例中,附加的密封元件(O形圈352)被压缩并将DO窗膜272和盖350密封到DO窗主体250。
图6A和图6B是根据本发明的实施例的通过可拉伸且弹性的感测窗膜将常规DO传感器与生物反应器容器互接的图示。根据本发明的另一个实施例,可拉伸的弹性感测窗膜可用于使DO传感器与生物反应器互接。图6A和图6B是通过可拉伸且弹性的感测窗膜402将常规DO传感器108与生物反应器容器400互接的图示。在该实施例中,DO传感器窗主体和盖被去除,但是DO传感器108使用可拉伸的弹性感测窗膜402与生物反应器互接。当不存在DO传感器时,该膜处于其松弛形式,但仍将容器的内部与外部环境隔离开。当将DO传感器108放置在感测窗膜402中(如图6B所示)时,如图所示,膜402将被拉伸并因此缠绕在DO传感器108周围。膜402由使其对氧气具有高渗透性的材料构成,以允许来自样品/处理的氧气到达DO传感器108的氧传感尖端。然而,膜402还(通过材料选择和/或厚度)设计成具有足够的强度和弹性以防止破裂。
如上所述,本文描述的实施例总体上提供了DO传感器的DO窗主体、DO膜和温度元件,该DO窗主体、DO膜和温度元件被插入到容器内,而不是沿着容器的壁表面放置。而且,至少一些实施例在DO窗主体的底部上提供像散热片的特征,以允许DO窗主体的更好的热交换特性。此外,一些实施例提供了滑动锁,以允许DO氧传感器的可选的插入或抽出。实施例还包括这些特征的组合。
尽管已经参考优选实施例描述了本发明,但是本领域技术人员将认识到,在不背离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行改变。例如,可以提供容器凸缘,其中DO传感器具有添加到传感器壳体的机械特征,该机械特征与容器凸缘相互作用。由于容器在使用过程中被加压,因此唯一需要关注的连接点是到容器的附接。这样可以省去塑料紧固装置(例如扎带等),以确保将传感器固定就位。
Claims (21)
1.一种用于将溶解氧传感器连接至一次性容器的接口,所述接口包括:
溶解氧(DO)窗膜,所述溶解氧窗膜可操作地连接至所述一次性容器,并且所述溶解氧窗膜被配置成将DO传感器至少部分地定位在所述一次性容器内。
2.根据权利要求1所述的DO传感器接口,还包括DO窗主体,所述DO窗主体被配置成连接至所述一次性容器的端口,所述DO窗主体将所述DO窗膜安装在一端部处,该端部被配置成穿过所述一次性容器的所述端口并布置在所述一次性容器内。
3.根据权利要求2所述的DO传感器接口,还包括传感器适配器,所述传感器适配器封装到所述DO窗主体并且被配置成容纳所述DO传感器。
4.根据权利要求1所述的DO传感器接口,还包括DO传感器,所述DO传感器布置在所述DO窗主体内,所述DO传感器具有DO传感器膜,所述DO传感器膜位于所述DO窗膜附近,所述DO传感器具有温度敏感元件,所述温度敏感元件相对于所述一次性容器的所述端口布置在所述一次性容器内。
5.根据权利要求1所述的DO传感器接口,还包括端盖,所述端盖将所述DO窗膜密封地连接至所述DO窗主体。
6.根据权利要求5所述的DO传感器接口,其中,所述端盖被配置成经由卡扣操作连接至所述DO窗主体。
7.根据权利要求5所述的DO传感器接口,其中,所述端盖被焊接至所述DO窗主体。
8.根据权利要求5所述的DO传感器接口,其中,所述端盖被配置成与所述DO窗主体螺纹接合。
9.根据权利要求5所述的DO传感器接口,还包括密封圈,所述密封圈设置在所述端盖和所述DO窗主体之间,以产生液密密封。
10.一种溶解氧传感器窗组件,包括:
溶解氧窗主体,所述溶解氧窗主体被配置成容纳溶解氧传感器,所述溶解氧窗主体具有远端部分,所述远端部分被配置成延伸穿过生物反应器容器凸缘;并且
其中,所述溶解氧传感器主体的所述远端部分包括至少一个热交换散热片。
11.根据权利要求10所述的溶解氧传感器窗组件,其中,至少一个热交换散热片形成为环绕所述溶解氧窗主体的所述远端部分的环形圈。
12.根据权利要求10所述的溶解氧传感器窗组件,还包括形成为环形圈的多个热交换散热片,每个环形圈围绕所述远端部分,所述多个热交换散热片在所述溶解氧窗主体的外表面上间隔开。
13.根据权利要求10所述的溶解氧传感器窗组件,还包括溶解氧传感器,所述溶解氧传感器布置在所述溶解氧窗主体内,所述溶解氧传感器具有位于至少一个热交换散热片附近的温度感测元件。
14.根据权利要求10所述的溶解氧传感器窗组件,还包括溶解氧窗膜,所述溶解氧窗膜布置在所述远端部分处。
15.一种溶解氧传感器窗组件,包括:
溶解氧窗主体,所述溶解氧窗主体被配置成容纳溶解氧传感器,所述溶解氧传感器主体具有一远端,所述远端被配置成延伸穿过生物反应器容器凸缘;以及
滑动锁,所述滑动锁被配置成接合溶解氧传感器,以在所述滑动锁被接合时阻止所述溶解氧传感器相对于所述溶解氧窗主体的轴向运动。
16.根据权利要求15所述的溶解氧传感器窗组件,其中,所述滑动锁包括孔,所述溶解氧传感器穿过所述孔。
17.根据权利要求16所述的溶解氧传感器窗组件,其中,所述滑动锁具有第一位置和第二位置,在所述第一位置处,所述溶解氧传感器能够相对于所述溶解氧窗主体轴向运动和转动运动,在所述第二位置处,所述溶解氧传感器相对于所述溶解氧窗主体的轴向运动和转动运动被阻止。
18.根据权利要求17所述的溶解氧传感器窗组件,其中,所述滑动锁通过滑动能够在所述第一位置和所述第二位置之间移动。
19.根据权利要求18所述的溶解氧传感器窗组件,其中,所述滑动锁在所述溶解氧窗主体上的一对基座之间滑动。
20.根据权利要求19所述的溶解氧传感器窗组件,其中,所述滑动锁包括至少一个脊,所述至少一个脊与布置在基座上的至少一个凸耳相互作用,以限制所述滑动锁的滑动运动。
21.根据权利要求15所述的溶解氧传感器,其中,所述滑动锁包括表面标记,所述表面标记指示与所述第一位置和所述第二位置相对应的运动。
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