CN113164980B - 离心分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于分离细胞培养混合物的离心分离器(100)。该分离器包括固定框架(30)、可旋转组件(101)和用于使可旋转组件(101)相对于框架(30)围绕竖直旋转轴线(X)旋转的驱动单元(34)。可旋转组件(101)包括转子壳体(2)，其包围分离空间(17)，分离盘的叠堆(19)布置在分离空间中以围绕旋转轴线(X)旋转；所述转子壳体(2)还包括机械气密密封入口(20)以及第一机械气密密封液体出口(21)和第二机械气密密封液体出口(22)。所述第二机械气密密封出口(22)布置在所述转子壳体(2)的相对的轴向端(6)处，并且布置成使得分离的细胞相在旋转轴线(X)处排出。可旋转组件(101)包括可更换分离插入件(1)和可旋转构件(31)。

Description

离心分离器

技术领域

本发明构思涉及离心分离器的领域。

更具体地，它涉及一种用于分离细胞培养混合物的离心分离器。

背景技术

离心分离器通常用于从液体混合物或气体混合物中分离液体和/或固体。在操作期间，将要被分离的流体混合物被引入到旋转碗中，并且由于离心力，重颗粒或诸如水的密度较大的液体聚集在旋转碗的外围处，而密度较小的液体聚集在更靠近旋转中心轴线处。这允许例如借助于分别布置在外围和靠近旋转轴线处的不同出口来收集分离的部分。

WO 2015/181177公开了一种用于离心处理诸如发酵液的药物产品的分离器。该分离器包括可旋转的外滚筒和布置在外滚筒中的可更换的内滚筒。内滚筒包括用于澄清可流动产品的装置。外滚筒由布置在外滚筒下方的马达经由驱动心轴驱动。内滚筒竖直地向上延伸穿过外滚筒，该外滚筒的流体连接件布置在分离器的上端处。

然而，处理诸如来自发酵液的细胞培养混合物的细胞培养混合物可导致细胞的过度破碎，因为例如哺乳动物细胞和CHO细胞可能对离心场中经历的剪切力敏感。这因此导致分离的细胞相的可重复使用性降低。因此，本领域需要用于分离细胞培养混合物的改进的离心分离器。

发明内容

本发明的一个目的是至少部分地克服现有技术的一个或多个缺陷。特别地，本发明的一个目的是提供一种用于分离细胞培养混合物的离心分离器，其降低了在分离器中正被处理的细胞破碎的风险。

作为本发明的第一方面，提供了一种用于分离细胞培养混合物的离心分离器，其包括固定框架、可旋转组件和用于使可旋转组件相对于框架围绕旋转轴线(X)旋转的驱动单元，其中可旋转组件包括

包围分离空间的转子壳体，在该分离空间中，分离盘的叠堆布置成围绕竖直旋转轴线(X)旋转；所述转子壳体还包括

机械气密密封入口，其用于向所述分离空间供应所述哺乳动物细胞培养混合物；

第一机械气密密封液体出口，其用于排出分离的液相；和第二机械气密密封液体出口，其用于排出分离的细胞相；所述细胞相的密度高于所述液相；

其中，所述气密密封入口布置在所述转子壳体的第一轴向端处，并且布置成使得待分离的细胞培养混合物在旋转轴线(X)处进入所述转子壳体；

其中，所述第二机械气密密封出口布置在与所述第一端相对的所述转子壳体的第二轴向端处，并且布置成使得所述分离的细胞相在旋转轴线(X)处排出；并且

其中，可旋转组件包括可更换分离插入件和可旋转构件；所述插入件包括所述转子壳体并由所述可旋转构件支撑。

离心分离器的固定框架是非旋转零件，并且可旋转组件例如借助于至少一个滚珠轴承由框架支撑。

离心分离器还包括驱动构件，该驱动构件布置成用于旋转可旋转组件，并且可包括电动马达或者布置成通过诸如皮带或齿轮传动装置的合适的传动装置来旋转可旋转组件。

可旋转组件包括分离在其中发生的转子壳体。转子壳体包围分离空间，在该分离空间中发生诸如细胞培养混合物的流体混合物的分离。转子壳体可为实心转子壳体，并且没有用于分离的相的任何另外的出口。因此，实心转子壳体可为实心的，因为它没有用于排出例如聚集在分离空间的外围处的污泥相的任何外围端口。然而，在实施例中，转子壳体包括外围端口，用于从分离空间的外围间歇地或连续地排出分离的相。

分离空间包括围绕旋转轴线(X)居中地布置的分离盘的叠堆。叠堆可包括截头圆锥形分离盘。

分离盘因此可具有截头圆锥形形状，这是指具有圆锥的平截头体的形状的形状，圆锥的平截头体是去除了窄端或尖端的圆锥的形状。因此，截头圆锥形形状具有假想的顶点，对应的圆锥形的尖端或顶点位于该假想顶点处。截头圆锥形形状的轴线与实心转子壳体的旋转轴线轴向地对齐。截头圆锥形部分的轴线是对应的圆锥形状的高度的方向或穿过对应的圆锥形状的顶点的轴线的方向。

分离盘可备选地是围绕旋转轴线布置的轴向盘。

分离盘可例如包括金属或具有金属材料，诸如不锈钢。分离盘还可包括塑料材料或具有塑料材料。

机械气密密封入口用于接收待分离的流体并将流体引导至分离空间，第一机械气密密封液体出口用于排出分离的液相，并且第二机械气密密封液体出口用于排出分离的细胞相。

入口布置在转子壳体的第一轴向端(诸如下部轴向端)处，而第二机械气密密封液体出口布置在转子的相对轴向端(诸如上部轴向端)处。用于排出分离的液相的第一机械气密密封液体出口可布置在转子壳体的下部轴向端或上部轴向端处。

机械气密密封件是指这样的密封件，该密封件应该在固定部分和转子壳体之间产生不透气的密封，并防止来自转子壳体外部的空气污染进料。因此，转子壳体可布置成在操作期间完全被诸如细胞培养混合物的液体填充。这意味着在操作期间在转子壳体中不存在空气或自由液体表面。

因此，如本文所用，与半气密密封件或水-气密密封件相比，机械气密密封件是完全气密密封件。

本发明的第一方面基于这样的认识，即对于诸如细胞培养混合物的剪切敏感液体的分离，如果细胞能够在径向中心(即在旋转轴线(X))处进入和离开分离器的旋转零件，则是有利的。这赋予离开分离器的分离的细胞较少的旋转能量，并且因此降低了细胞破碎的风险。因此，细胞在旋转轴线(X)处从转子壳体和可旋转组件中排出。

“在旋转轴线处”排出或供应的相包括在包括旋转轴线的某个直径内排出或供应的相。

在本发明的第一方面的实施例中，机械气密密封出口没有用于增加压力以排出分离的液相和分离的细胞相的任何装置。

用于增加或增强压力的装置可为泵轮或任何向心泵，诸如在离心分离器的领域中常用的配水盘。当从离心分离器中排出分离的细胞相时，具有没有用于增加或增强压力的任何装置的出口进一步降低了细胞破碎的风险。

在本发明的第一方面的实施例中，转子壳体还包括至少一个出口导管，用于将分离的细胞相从分离空间输送到第二机械气密密封液体出口，所述导管从所述分离空间的径向外部位置延伸到所述第二机械气密密封液体出口。

因此，可存在至少一个出口导管，其布置用于将分离的细胞相从分离空间输送到第二机械气密密封液体出口。该至少一个导管从分离空间中的径向外部位置延伸到重相出口，该重相出口因此在径向内部位置处。

作为示例，导管入口可布置在径向外部位置处，并且导管出口可布置在径向内部位置处。此外，该至少一个出口导管可布置成从导管入口到导管出口向上倾斜。

因此，相对于径向平面，导管可从分离空间中的导管入口轴向地向上倾斜到重相出口处的导管出口。这可有利于分离的细胞相在导管中的输送。

导管入口可布置在分离空间中的轴向上部位置处。导管入口可布置在分离空间具有其最大内径的轴向位置处。

出口导管可为管道。作为示例，由转子壳体支撑的插入件可包括单个出口导管。在其它示例中，插入件可包括至少两个这样的出口导管，诸如至少三个，诸如至少五个出口导管。

作为示例，该至少一个出口导管相对于径向平面以至少2度的向上倾角倾斜。作为示例，该至少一个出口导管可相对于径向平面以至少5度(诸如至少10度)的向上倾角倾斜。

该至少一个出口导管可有利于分离空间中分离的重相向重相出口的输送。

在本发明的第一方面的实施例中，离心分离器还包括用于将所述入口密封和连接到固定入口导管的第一可旋转密封件，其中所述固定入口导管的至少一部分围绕旋转轴线(X)布置。因此，固定入口导管可与旋转轴线对齐。

因此，第一可旋转密封件可为机械气密密封件，该密封件是用于将入口连接和密封到固定入口导管的可旋转密封件。第一可旋转密封件可布置在转子壳体和框架的固定部分的边界处，并且因此可包括固定零件和可旋转零件。

固定入口导管因此也可为固定框架的一部分，并且布置在旋转轴线(X)处。

第一可旋转密封件可为双重密封件，其也密封用于排出分离的液相的第一机械气密密封液体出口。

在本发明的第一方面的实施例中，离心分离器还包括第二可旋转密封件，用于将所述第二机械气密密封液体出口密封并连接到围绕旋转轴线(X)布置的固定出口导管。因此，固定出口导管可与旋转轴线对齐。

类似地，第二可旋转密封件也可为机械气密密封，其是用于将出口连接和密封到固定出口导管的可旋转密封件。第二可旋转密封件可布置在转子壳体和框架的固定部分的边界处，并且因此可包括固定零件和可旋转零件。

固定出口导管因此也可为固定框架的一部分，并且布置在旋转轴线(X)处。

根据本发明的第一方面，可旋转组件包括可更换分离插入件和可旋转构件；所述插入件包括所述转子壳体并由所述可旋转构件支撑。

因此，可更换分离插入件可为安装在可旋转构件中的预组装插入件，其可用作插入件的可旋转支撑件。因此，可更换插入件可作为单个单元容易地插入可旋转构件和从可旋转构件脱离。

根据实施例，可更换分离插入件是单次使用的分离插入件。因此，插入件可适于单次使用，并且是一次性插入件。因此，可更换插入件可用于处理一个产品批次，诸如制药工业中的单个产品批次，然后被处置。

可更换分离插入件可包括聚合材料或者由聚合材料组成。作为示例，转子壳体和分离盘的叠堆可包括聚合材料，或者具有聚合材料，诸如聚丙烯、铂固化的硅酮或不含BPA的聚碳酸酯。插入件的聚合物零件可注射成型。然而，可更换分离插入件也可包括金属零件，诸如不锈钢。例如，分离盘的叠堆可包括不锈钢盘。

可更换插入件可为密封的无菌单元。

此外，包括可更换分离插入件的转子壳体可布置成仅由外部轴承在外部支撑。

此外，可更换分离插入件和可旋转构件可没有布置成由外部轴承支撑的任何可旋转轴。

作为示例，可更换插入件的外表面可接合在可旋转构件的支撑表面内，从而将所述可更换插入件支撑在所述可旋转构件内。

因此，离心分离器可为模块化离心分离器，或者包括基本单元和包括可更换分离插入件的可旋转组件。基本单元可包括固定框架和用于围绕旋转轴线旋转可旋转组件的驱动单元。可旋转组件可具有第一轴向端和第二轴向端，并且可至少在径向方向上界定内部空间，该内部空间被构造成用于在其中接收可更换分离插入件的至少一部分。可旋转组件可在第一轴向端处设置有到内部空间的第一贯穿开口，并且被构造成用于可更换分离插入件的第一流体连接件，以延伸穿过第一贯穿开口。可旋转组件还可包括在第二轴向端处到内部空间的第二贯穿开口，并且被构造成用于可更换分离插入件的第二流体连接件，以延伸穿过第二贯穿开口。

作为本发明的第二方面，提供了一种用于分离细胞培养混合物的系统，该系统包括

-根据本发明的第一方面的离心分离器；

-发酵器，其用于容纳细胞培养混合物；

-从发酵器的底部到离心分离器的连接件，其布置成使得待分离的细胞培养混合物被供应到在离心分离器的轴向下端处的入口。

发酵器可为发酵器罐。

该连接可为任何合适的连接，诸如管道或管。该连接可为发酵器和离心分离器之间的直接连接。

作为另一方面，可提供一种用于分离细胞培养混合物的方法，包括以下步骤：

a)提供根据上述第一方面的离心分离器；

b)将待分离的所述细胞培养混合物供应到所述入口；和

c)经由所述第二机械气密密封液体出口排出分离的细胞相并经由所述第一气密密封液体出口排出液相。

该另一方面可大体上呈现与先前的方面相同或对应的优点。与该另一方面结合使用的术语和定义与结合上述第一方面讨论的相同。

作为示例，细胞培养混合物可包括剪切敏感细胞。

剪切敏感细胞可选自中国仓鼠卵巢(CHO)细胞和哺乳动物细胞。

附图说明

参照附图，通过以下说明性的和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明构思的上述以及附加的目的、特征和优点。在附图中，除非另有说明，相同的附图标记将用于相同的元件。

图1是形成用于分离细胞培养混合物的离心分离器的可更换分离插入件的转子壳体的示意性外部侧视图。

图2是包括如图1所示的可更换插入件的离心分离器的示意性截面图。

图3是如图1所示的可更换分离插入件的示意性截面图。

图4是用于分离细胞培养混合物的离心分离器的示意图。

图5是用于分离细胞培养混合物的系统的示意图。

具体实施方式

在上文中，主要参照有限数量的示例描述了发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求书限定的发明构思的范围内，除了上面公开的示例之外的其它示例同样是可能的。

图1示出了呈可更换分离插入件1形式的可旋转构件的外部侧视图，其可在本公开的离心分离器中使用。

如在由旋转轴线(X)限定的轴向方向上看到的，插入件1包括布置在第一下部固定部分3和第二上部固定部分4之间的转子壳体2。第一固定部分3在插入件1的下部轴向端5处，而第二固定部分4布置在插入件1的上部轴向端6处。

在该示例中，进料入口布置在轴向下端5处，并且进料经由布置在第一固定部分3中的固定入口导管7供应。固定入口导管7布置在旋转轴线(X)处。第一固定部分3还包括用于较低密度的分离液相的固定出口导管9，该分离液相也称为分离的液态轻相。

还存在布置在上部固定部分4中的固定出口导管8，用于排出较高密度的分离相，也称为液态重相。因此，在该实施例中，进料经由下部轴向端5供应，分离的轻相经由下部轴向端5排出，而分离的重相经由上部轴向端6排出。

转子壳体2的外表面包括第一截头圆锥形部分10和第二截头圆锥形部分11。第一截头圆锥形部分10轴向地布置在第二截头圆锥形部分11下方。外表面布置成使得第一截头圆锥形部分10和第二截头圆锥形部分11的假想顶点都沿着旋转轴线(X)指向相同的轴向方向，在这种情况下，该轴向方向朝向插入件1的轴向下端5轴向地向下。

此外，第一截头圆锥形部分10的张角大于第二截头圆锥形部分11的张角。第一截头圆锥形部分的张角可与包含在转子壳体2的分离空间17内的分离盘的叠堆的张角基本上相同。第二截头圆锥形部分11的张角可小于包含在转子壳体2的分离空间内的分离盘的叠堆的张角。作为示例，第二截头圆锥形部分11的张角可使得外表面与旋转轴线形成角度α，该角度小于10度，诸如小于5度。转子壳体2具有两个截头圆锥形部分10和11(其假想顶点指向下方)允许插入件1从上方插入到可旋转构件30中。因此，外表面的形状增加了与外部可旋转构件30的相容性，该外部可旋转构件30可接合转子壳体2的外表面的全部或一部分，诸如接合第一截头圆锥形部分10和第二截头圆锥形部分11。

在下部密封外壳12内布置有将转子壳体2与第一固定部分3分开的下部可旋转密封件，并且在上部密封外壳13内布置有将转子壳体2与第二固定部分4分开的上部可旋转密封件。下部密封外壳12内的密封接口的轴向位置表示为15c，并且上部密封外壳13内的密封接口的轴向位置表示为16c。因此，形成在第一可旋转密封件15和第二可旋转密封件16的这种固定零件15a、16a和可旋转零件15b、16b之间的密封接口也形成转子壳体2与插入件1的第一固定部分15和第二固定部分16之间的接口或边界。

还存在另外的密封流体入口15d和密封流体出口15e，用于向第一可旋转密封件15供应和抽取诸如冷却液体的密封流体，并且类似地，还存在密封流体入口16d和密封流体出口16e，用于向第二可旋转密封件16供应和抽取诸如冷却液体的密封流体。

图1还示出了包围在转子壳体2内的分离空间17的轴向位置。在该实施例中，分离空间基本上定位在转子壳体2的第二截头圆锥形部分11内。分离空间17的重相收集空间(17c)从第一下部轴向位置17a延伸到第二上部轴向位置17b。分离空间17的内周表面可与旋转轴线(X)形成角度，该角度基本上等于角度α，即第二截头圆锥形部分11的外表面和旋转轴线(X)之间的角度。分离空间17的内径因此可从第一轴向位置17a到第二轴向位置17b连续地增加。角度α可小于10度，诸如小于5度。

可更换分离插入件1具有紧凑的形式，这增加了插入件1的可操纵性和操作者对插入件1的抓握。作为示例，分离空间17和第一固定部分3之间在插入件的下部轴向端5处的轴向距离可小于20cm，诸如小于15cm。该距离在图1中表示为d1，并且在该实施例中是从分离空间17的重相收集空间(17c)的最低轴向位置17a到第一可旋转密封件15的密封接口15c的距离。作为另一示例，如果分离空间17包括截头圆锥形分离盘的叠堆，则在该叠堆中轴向最低且最靠近第一固定部分3的截头圆锥形分离盘可布置成假想顶点18定位在距第一固定部分3的轴向距离d2处，该距离小于10cm，诸如小于5cm。在该实施例中，距离d2是从轴向最低分离盘的假想顶点18到第一可旋转密封件15的密封接口的距离。

图2示出了插入离心分离器100内的可更换分离插入件1的示意图，该离心分离器100包括固定框架30和可旋转构件31，该可旋转构件31借助于呈上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b形式的支撑装置由框架支撑。还存在驱动单元34，在这种情况下，驱动单元34布置成经由传动带32围绕旋转轴线31旋转可旋转构件31。然而，其它驱动装置是可能的，诸如电直接驱动。

可更换分离插入件1被插入并固连在可旋转构件31内。可旋转构件31因此包括用于与转子壳体2的外表面接合的内表面。上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b都轴向地定位在转子壳体2内的分离空间17下方，使得转子壳体2的外表面的圆柱形部分14轴向地定位在轴承平面处。圆柱形部分14因此有利于将插入件安装在至少一个大滚珠轴承内。上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b可具有至少80mm(诸如至少120mm)的内径。

此外，如图2中所见，插入件1定位在可旋转构件31内，使得最低分离盘的假想顶点18轴向地定位在上滚珠轴承33a和下滚珠轴承33b的至少一个轴承平面处或下方。

此外，分离插入件安装在分离器1内，使得插入件1的轴向下部5轴向地定位在支撑装置(即上轴承33a和下轴承33b)的下方。在该示例中，转子壳体2布置成仅由可旋转构件31在外部支撑。

分离插入件1进一步安装在分离器100内，以允许容易地接近在插入件1的顶部和底部处的入口和出口。

图3示出了本公开的可更换分离插入件1的实施例的横截面的示意图。插入件1包括转子壳体，该转子壳体布置成围绕旋转轴线(X)旋转，并且布置在第一下固定部分3和第二上固定部分4之间。第一固定部分3因此布置在插入件的下部轴向端5处，而第二固定部分4布置在插入件1的上部轴向端6处。

在该示例中，进料入口20布置在轴向下端5处，并且进料经由布置在第一固定部分3中的固定入口导管7供应。固定入口导管7可包括配管，诸如塑料配管。

固定入口导管7布置在旋转轴线(X)处，使得待分离的材料在旋转中心处被供应。进料入口20用于接收待分离的流体混合物。

在该实施例中，进料入口20布置在入口圆锥10a的顶点处，入口圆锥10a在插入件1的外侧也形成第一截头圆锥形外表面10。还存在布置在进料入口中的分配器24，用于将流体混合物从入口24分配到分离空间17。

分离空间17包括外部重相收集空间17c，其从第一下部轴向位置17a轴向地延伸到第二上部轴向位置17b。分离空间还包括由叠堆19的分离盘之间的空隙形成的径向内部空间。

在该实施例中，分配器24具有圆锥形外表面，其顶点在旋转轴线(X)处，并且指向插入件1的下端5。分配器24的外表面具有与入口圆锥10a相同的锥角。还存在沿着外表面延伸的多个分配通道24a，用于将待分离的流体混合物从在入口处的轴向下部位置连续地轴向向上引导到分离空间17中的轴向上部位置。该轴向上部位置与分离空间17的重相收集空间17c的第一下部轴向位置17a基本上相同。分配通道24a可例如具有直的形状或弯曲的形状，并且因此在分配器24的外表面和入口圆锥24a之间延伸。分配通道24可从轴向下部位置分叉到轴向上部位置。此外，分配通道24可为从轴向下部位置延伸到轴向上部位置的管的形式。

还存在同轴地布置在分离空间17中的截头圆锥形分离盘的叠堆19。叠堆19中的分离盘布置成假想顶点指向分离插入件的轴向下端5，即朝向入口20。叠堆19中最低分离盘的假想顶点18可布置在距插入件1的轴向下端5中的第一固定部分3小于10cm的距离处。叠堆19可包括至少20个分离盘，诸如至少40个分离盘，诸如至少50个分离盘，诸如至少100个分离盘，诸如至少150个分离盘。为了清楚起见，图1中仅示出了几个盘。在该示例中，分离盘的叠堆19布置在分配器24的顶部上，并且因此分配器24的圆锥形外表面相对于旋转轴线(X)可具有与截头圆锥形分离盘的圆锥形部分相同的角度。分配器24的圆锥形状的直径大约等于或大于叠堆19中的分离盘的外径。因此，分配通道24a可因此布置成将待分离的流体混合物引导至分离空间17中的轴向位置17a，该轴向位置17a处于径向位置P₁，该径向位置在叠堆19中的截头圆锥形分离盘的外圆周的径向位置的外侧。

在该实施例中，分离空间17的重相收集空间17c具有从第一下部轴向位置17a到第二上部轴向位置17b连续地增加的内径。还存在用于从分离空间17输送分离的重相的出口导管23。该导管23从分离空间17的径向外部位置延伸到重相出口22。在该示例中，导管是从中心位置径向地向外延伸到分离空间17中的单个管道的形式。然而，可存在至少两个这样的出口导管23，诸如至少三个，诸如至少五个出口导管23。因此，出口导管23具有布置在径向外部位置处的导管入口23a和布置在径向内部位置处的导管出口23b，并且出口导管23布置成从导管入口23a到导管出口23b向上倾斜。作为示例，出口导管可相对于径向平面以至少2度、诸如至少5度、诸如至少10度的向上倾角倾斜。

出口导管23布置在分离空间17中的轴向上部位置处，使得出口导管入口23a布置成用于从分离空间17的轴向最上部位置17b输送分离的重相。出口导管23进一步径向地向外延伸到分离空间17中，使得出口导管入口23a布置成用于从分离空间17的外围(即从在分离空间17的内表面处的分离空间中的径向最外侧位置)输送分离的重相。

固定出口导管23的导管出口23b终止于重相出口22，重相出口22连接到布置在第二上部固定部分4中的固定出口导管8。分离的重相因此经由分离插入件1的顶部(即在轴向上端6处)排出。

此外，已经在分离空间17中径向地向内穿过分离盘的叠堆19的分离的液态轻相被收集在布置在转子壳体2的轴向下端处的液态轻相出口21中。液态轻相出口21连接到布置在插入件1的第一下部固定部分3中的固定出口导管9。因此，分离的液态轻相经由可更换分离插入件1的第一下部轴向端5排出。

布置在第一固定部分3中的固定出口导管9和布置在第二固定部分4中的固定重相导管8可包括配管，诸如塑料配管。

还存在布置在下部密封外壳12内的将转子壳体2与第一固定部分3分开的下部可旋转密封件15，以及布置在上部密封外壳13内的将转子壳体与第二固定部分4分开的上部可旋转密封件。第一可旋转密封件15和第二可旋转密封件16是气密密封件，因此形成机械气密密封的入口和出口。

下部可旋转密封件15可直接附接到入口圆锥10a，而不需要任何额外的入口管道，即入口可形成在入口圆锥的顶点处，在下部可旋转密封件15的轴向正上方。这种布置使得下部机械密封件能够以大直径牢固附接，以最小化轴向跳动。

下部可旋转密封件15将入口20密封和连接到固定入口导管7，并将液态轻相出口21密封和连接到固定液态轻相导管9。下部可旋转密封件15因此形成同心双机械密封件，这允许用较少的零件容易地组装。下部可旋转密封件15包括布置在插入件1的第一固定部分3中的固定零件15a和布置在转子壳体2的轴向下部部分中的可旋转零件15b。在该实施例中，可旋转零件15b是布置在转子壳体2中的可旋转密封环，并且固定零件15a是布置在插入件1的第一固定部分3中的固定密封环。存在另外的装置(未示出)，诸如至少一个弹簧，用于使可旋转密封环和固定密封环彼此接合，从而在环之间形成至少一个密封接口15c。所形成的密封接口相对于旋转轴线(X)基本上平行于径向平面延伸。该密封接口15c因此形成转子壳体2和插入件1的第一固定部分3之间的边界或接口。存在布置在第一固定部分3中的另外的连接件15d和15e，用于向下部可旋转密封件15供应液体，诸如冷却液体、缓冲液体或隔离液体。该液体可被供应到密封环之间的接口15c。

类似地，上部可旋转密封件16将重相出口22密封和连接到固定出口导管8。上部机械密封件也可为同心双机械密封件。上部可旋转密封件16包括布置在插入件1的第二固定部分4中的固定零件16a和布置在转子壳体2的轴向上部部分中的可旋转零件16b。在该实施例中，可旋转零件16b是布置在转子壳体2中的可旋转密封环，并且固定零件16a是布置在插入件1的第二固定部分4中的固定密封环。存在另外的装置(未示出)，诸如至少一个弹簧，用于使可旋转密封环和固定密封环彼此接合，从而在环之间形成至少一个密封接口16c。所形成的密封接口16c相对于旋转轴线(X)基本上平行于径向平面延伸。该密封接口16c因此形成转子壳体2和插入件1的第二固定部分4之间的边界或接口。存在布置在第二固定部分4中的另外的连接件16d和16e，用于向上部可旋转密封件16供应液体，诸如冷却液体、缓冲液体或隔离液体。该液体可被供应到密封环之间的接口16c。

此外，图3示出了处于运输模式的可更换分离插入件。为了在运输期间将第一固定部分3固连到转子壳体2，存在呈卡扣配合形式的下部固连装置25，其将下部可旋转密封件15轴向地固连到转子壳体2的圆柱形部分14。在将可更换插入件1安装在旋转组件中时，卡扣配合25可被释放，使得转子壳体2变得能够在下部可旋转密封件处围绕轴线(X)旋转。

此外，在运输期间，存在上部固连装置27a、27b，其固连第二固定部分4相对于转子壳体2的位置。上部固连装置呈布置在转子壳体2上的接合构件27a的形式，该接合构件27a与第二固定部分4上的接合构件27b接合，从而固连第二固定部分4的轴向位置。此外，存在套筒构件26，该套筒构件26在运输或装设位置中布置成与转子壳体2和第二固定部分4密封抵接。套筒构件26还是回弹性的，并且可呈橡胶套筒的形式。套筒构件能够从运输或装设位置移除，以允许转子壳体2相对于第二固定部分4旋转。因此，在装设或运输位置中，套筒构件26径向地抵靠转子壳体2密封，并径向地抵靠第二固定部分4密封。在将可更换插入件1安装在旋转组件中时，可移除套筒构件，并且可在接合构件27a和27b之间产生轴向空间，以便允许转子壳体2相对于第二固定部分4旋转。

下部可旋转密封件15和上部可旋转密封件16是机械密封件，气密地密封入口和两个出口。

在操作期间，插入到可旋转构件31中的可更换分离插入件1围绕旋转轴线(X)旋转。待分离的液体混合物经由固定入口导管7供应到插入件的入口20，然后由分配器24的引导通道24引导到分离空间17。因此，待分离的液体混合物仅沿着从入口导管7到分离空间17的向上路径被引导。由于密度差，液体混合物被分成液态轻相和液态重相。装配在分离空间17中的叠堆19的分离盘之间的空隙有利于这种分离。分离的液态重相通过出口导管22从分离空间17的外围收集，并经由布置在旋转轴线(X)处的重相出口22被压出至固定的重相出口导管8。分离的液态轻相被迫径向向内通过分离盘的叠堆19，并经由液态轻相出口21引出至固定轻相导管9。

因此，在该实施例中，进料经由下部轴向端5供应，分离的轻相经由下部轴向端5排出，而分离的重相经由上部轴向端6排出。

此外，由于如上文所公开的入口20、分配器24、分离盘的叠堆19和出口导管23的布置，可更换分离插入件1被自动脱气，即气穴的存在被消除或减少，使得转子壳体内存在的任何空气被迫不受阻碍地向上行进并经由重相出口出来。因此，在静止状态下，没有气穴，并且如果插入件1通过进料入口充满，所有空气都可通过重相出口22排出。这也有利于在静止时填充分离插入件1，并且当待分离的液体混合物或液体混合物的缓冲流体存在于插入件1内时开始旋转转子壳体。

同样如图3中所见，可更换分离插入件1具有紧凑的设计。作为示例，叠堆19中的最低分离盘的假想顶点18与第一固定部分3之间的轴向距离可小于10cm，诸如小于5cm，即距下部可旋转密封件15的密封接口15c小于10cm，诸如小于5cm。

此外，第一可旋转密封件的可旋转零件可直接布置在转子壳体的轴向下部部分上。

图4示出了用于分离细胞培养混合物的离心分离器100。分离器100包括框架30、由框架30可旋转地支撑在底部轴承33b和顶部轴承33a中的中空心轴40、以及具有转子壳体2的可旋转构件1。转子壳体2邻接心轴40的轴向上端，以与心轴40一起围绕旋转轴线(X)旋转。转子壳体2包围分离空间17，分离盘的叠堆19布置在分离空间17中，以实现被处理的细胞培养混合物的有效分离。叠堆19的分离盘具有截头圆锥形形状，其假想顶点轴向地向上指向，并且是分离表面扩大插入件的示例。叠堆19居中地且与转子壳体2同轴地装配。在图4中，仅示出了几个分离盘。叠堆19可例如包含100个以上的分离盘，诸如200个以上的分离盘。

转子壳体2具有用于排出分离的液态轻相的机械气密密封液体出口21，以及用于排出比分离的液态轻相密度更高的细胞相的重相出口22。

因此，液态轻相可包含在发酵期间已经由细胞表达的细胞外生物分子。

在所公开的实施例中，存在呈管道形式的单个出口导管23，用于从分离空间17输送分离的重相。该导管23从分离空间17的径向外部位置延伸到重相出口22。导管23具有布置在径向外部位置处的导管入口23a和布置在径向内部位置处的导管出口23b。此外，出口导管23从导管入口23a到导管出口23b以相对于径向平面的向上倾角布置。在其它示例中，转子壳体可包括至少两个这样的出口导管23，诸如至少三个，诸如至少五个出口导管23。

还存在机械气密密封入口20，用于经由分配器24向所述分离空间17供应待处理的细胞培养混合物。在该实施例中，入口20连接到延伸穿过心轴40的中心管路41，因此该心轴40采取中空管状构件的形式。从底部引入细胞培养混合物提供了细胞培养的温和加速。心轴40还经由气密密封件15连接到在分离器100的底部轴向端处的固定入口管道7，使得待分离的细胞培养混合物可例如借助于泵输送到中心管路41。在该实施例中，分离的液态轻相经由所述心轴40中的外部环形管路42排出。因此，分离的低密度液相经由分离器100的底部排出。

第一机械气密密封件15布置在底端处，以将中空心轴40密封到固定入口管道7。气密密封件50是围绕心轴40的底端和固定管道7的环形密封件。第一气密密封件15是同心双密封件，其将入口21密封到固定入口管道7，并将液态轻相出口21密封到固定出口管道9。还存在第二机械气密密封件16，其将在分离器100的顶部处的重相出口22密封到固定出口管道8。

如在图4中所见，入口20和细胞相出口22以及用于排出分离的细胞相的固定出口管道8都围绕旋转轴线(X)布置，使得待分离的细胞培养混合物在旋转轴线(X)处进入所述转子壳体2，如由箭头“A”所示，并且分离的细胞相在旋转轴线(X)处排出，如由箭头“B”所示。排出的液态轻相在离心分离器100的底端处排出，如由箭头“C”所示。

离心分离器100还设置有驱动马达34。该马达34可例如包括固定元件和可旋转元件，该可旋转元件围绕并连接到心轴40，使得它在操作期间将驱动扭矩传递到心轴40并因此传递到转子壳体2。驱动马达34可为电动马达。此外，驱动马达34可通过传动装置连接到心轴40。传动装置可呈蜗轮的形式，该蜗轮包括小齿轮和连接到心轴40的元件，以便接收驱动扭矩。传动装置可备选地采取推进器轴、传动带等的形式，并且驱动马达34可备选地直接连接到心轴40。

在图4中分离器的操作期间，通过从驱动马达34传递到心轴40的扭矩导致可旋转构件1和因此转子壳体2旋转。经由心轴40的中心管路41，待分离的细胞培养混合物经由入口20进入分离空间17。入口20和分离盘的叠堆19布置成使得细胞培养混合物在径向位置处进入分离空间19，该径向位置在分离盘的叠堆19的外半径处或径向外侧。

然而，分配器24也可布置成在分离盘的叠堆内的径向位置处将待分离的液体或流体供应到分离空间，例如通过分配器和/或分离盘的叠堆中的轴向分配开口。这种开口可在叠堆内形成轴向分配通道。

在机械气密类型的入口20中，液体材料的加速在小半径处开始，并在液体离开入口并进入分离空间17时逐渐增加。分离空间17旨在在操作期间完全充满液体。原则上，这意味着优选地在转子壳体2内不存在空气或自由液体表面。然而，当转子已经以其操作速度运行或停止时，可引入细胞培养混合物。因此，细胞培养混合物可连续地引入转子壳体2。

由于密度差，细胞培养混合物被分成液态轻相和更高密度的细胞相。装配在分离空间17中的叠堆19的分离盘之间的空隙有利于这种分离。分离的细胞相通过导管23从分离空间17的外围收集，并被迫通过布置在旋转轴线(X)处的出口22排出，而分离的液态轻相被迫径向地向内通过叠堆19，然后通过心轴40中的环形外部管路42排出。

图5是用于分离细胞培养混合物的系统300的示意图。该系统包括发酵器罐200，发酵器罐200布置成容纳细胞培养混合物。发酵器罐200具有轴向上部部分和轴向下部部分200a。发酵可例如用于从哺乳动物细胞培养混合物中表达细胞外生物分子，诸如抗体。在发酵后，细胞培养混合物在根据第一方面和/或结合图1至图3讨论的离心分离器100中分离。如图5中所见，发酵器罐200的底部经由连接件201连接到分离器100的底部，这可因此减少系统300的占地面积和复杂性。连接件201可为直接连接或经由诸如罐的任何其它处理设备的连接。因此，连接件201允许将细胞培养混合物从发酵器罐200的轴向下部部分200a供应到在离心分离器100的轴向下端处的入口，如由箭头“A”所示。在分离后，较高密度的分离的细胞相在分离器的顶部处排出，如由箭头“B”所示，而较低密度的分离的液态轻相，包括表达的生物分子，经由在分离器100的底部处的液态轻相出口排出，如由箭头“C”所示。分离的细胞相可被排放到罐203中，以便在随后的发酵过程中再次使用，例如在发酵器罐200中。分离的细胞相可进一步再循环到分离器100的进料入口，如由连接件202所示。分离的液态轻相可被排放到另外的处理设备，以用于表达的生物分子的后续纯化。

在上文中，主要参照有限数量的示例描述了发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求书限定的发明构思的范围内，除了上面公开的示例之外的其它示例同样是可能的。

Claims (10)

1.一种用于分离细胞培养混合物的离心分离器(100)，所述离心分离器(100)包括固定框架(30)、可旋转组件(101)和用于使所述可旋转组件(101)相对于所述框架(30)围绕旋转轴线(X)旋转的驱动单元(34)，其中，所述可旋转组件(101)包括：

转子壳体(2)，其包围分离空间(17)，分离盘的叠堆(19)布置在所述分离空间(17)中，以围绕竖直旋转轴线(X)旋转；所述转子壳体(2)还包括：机械气密密封入口(20)，其用于将所述细胞培养混合物供应到所述分离空间(17)；机械气密密封的第一液体出口(21)，其用于排出分离的液相；和机械气密密封的第二液体出口(22)，其用于排出分离的细胞相；所述细胞相的密度高于所述液相；

其中，所述机械气密密封入口(20)布置在所述转子壳体(2)的第一轴向端(5)处，并且布置成使得待分离的所述细胞培养混合物在所述旋转轴线(X)处进入所述转子壳体(2)；

其中，机械气密密封的所述第二液体出口(22)布置在与所述第一轴向端(5)相对的所述转子壳体(2)的第二轴向端(6)处，并且布置成使得所述分离的细胞相在所述旋转轴线(X)处排出；并且

其中，所述可旋转组件(101)包括可更换分离插入件(1)和可旋转构件(31)；所述可更换分离插入件(1)包括所述转子壳体(2)并由所述可旋转构件(31)支撑。

2.根据权利要求1所述的离心分离器(100)，其特征在于，机械气密密封的所述第一液体出口(21)和所述第二液体出口(22)没有用于增加压力以排出所述分离的液相和所述分离的细胞相的任何装置。

3.根据权利要求1所述的离心分离器(100)，其特征在于，所述转子壳体(2)还包括至少一个出口导管(23)，用于将所述分离的细胞相从所述分离空间(17)输送到机械气密密封的所述第二液体出口(22)，所述导管(23)从所述分离空间(17)的径向外部位置延伸到机械气密密封的所述第二液体出口(22)。

4.根据权利要求3所述的离心分离器(100)，其特征在于，所述导管(23)包括布置在所述径向外部位置处的导管入口(23a)和布置在径向内部位置处的导管出口(23b)，并且其中，所述至少一个出口导管(23)布置成从所述导管入口(23a)到所述导管出口(23b)向上倾斜。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器(100)，其特征在于，所述离心分离器(100)还包括用于将所述机械气密密封入口(20)密封和连接到固定入口导管(7)的第一可旋转密封件(15)，其中，所述固定入口导管(7)的至少一部分围绕旋转轴线(X)布置。

6.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器(100)，其特征在于，还包括第二可旋转密封件(16)，用于将机械气密密封的所述第二液体出口(22)密封和连接到围绕旋转轴线(X)布置的固定出口导管(8)。

7.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器(100)，其特征在于，所述可更换分离插入件(1)的外表面接合在所述可旋转构件(31)的支撑表面内，从而将所述可更换分离插入件支撑在所述可旋转构件(31)内。

8.根据权利要求1-4中的任一项所述的离心分离器(100)，其特征在于，分离盘的所述叠堆(19)包括截头圆锥形分离盘。

9.一种用于分离细胞培养混合物的系统，包括：

-根据权利要求1至8中任一项所述的离心分离器；

-发酵器，其用于容纳细胞培养混合物；

-从所述发酵器的底部到所述离心分离器的连接件，其布置成使得待分离的所述细胞培养混合物被供应到在所述离心分离器的轴向下端处的入口。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述发酵器是发酵器罐。

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