CN113559585B - 高流量低阻延过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种过滤器装置，该过滤器装置具有导流器，该导流器由过滤器元件围绕，以提供较大的过滤器表面积和较小的流体容积，来实现试样流体的高效过滤和高回收率。该过滤器装置能构造有尺寸和密封表面，来功能性地作为用于常规用途的一次性过滤器瓶的预过滤器起作用。

Description

高流量低阻延过滤器
本申请为国际申请日2016年3月15日、申请号CN201680029210.0(PCT/US2016/022480)、标题为“高流量低阻延过滤器”的发明申请的分案申请。
技术领域
过滤器和预过滤器在小容积中具有较高表面积。在圆柱形过滤器内部使用导流器以使得最终小容积暴露于较大过滤器表面积，致使过滤器在流通和回收方面更有效。
背景技术
会难以从悬浮细胞培养产物中收集条件培养基。在真核或原核培养物中，总固体会相当高(10％)，且所需的颗粒清除水平可以是灭菌水平(例如，不超过1微米)的。末期培养物会包括快速地堵塞现有技术过滤器的细胞和碎片聚集体。早先，几乎已无法在末端过滤器变得堵塞之前、直接地过滤少量以上的细胞培养物收集物。通常，研究人员在试图结束过滤之前已首先通过离心从细胞培养物中去除大部分细胞和细胞碎片。然而，这是缓慢的、昂贵且劳动密集的。即使在离心步骤的情形下，在仅有少量滤液已通过过滤器之后，过滤器通常仍会变得堵塞。研究人员然后须抛弃第一过滤器并且利用一个或多个附加的过滤器来持续操作，直到工作完成为止。
增大能通过最终过滤器的滤液量并且延迟堵塞的一种方式是增大过滤器表面的面积。在Meyer等人(U.S.5,232,595)的文献中，过滤器表面通过以围绕中心空腔的打褶布置来设置大量过滤器材料而增大。试样流体流入到中心空腔中并且径向地过滤，且滤液在过滤器的外部上收集到密封滤筒中。仍存在堵塞的问题。此外，存在如下趋势：此类过滤器在过滤器的底部处、尤其是在过滤开始和结束时更大程度地过滤和堵塞。例如在收集最终试样容积(捕获在过滤器的堵塞底部处，例如试样泵充满空气并且不再能够传递液体)时，打褶的柱体设计存在严重的回收效率问题。
为了部分地缓解这些问题，大多数市场上可获得的一次性过滤器单元带有较大孔隙尺寸的可选“深度过滤器”，以放置在最终过滤器盘的前面。这在一些情形中可能有帮助，但仅仅较少百分比的附加容积会延迟堵塞，且对于大部分使用而言通常仍需要进行离心。例如，参见Davis等等(US 2005/0191619)，其中，较大孔隙尺寸的预过滤器放置在较小平均孔隙尺寸的最终过滤器的前面。通常，此种过滤器系统被预过滤器中的体细胞或者被仍堵塞最终过滤器的预过滤试样快速地堵塞。
据此，需要一种过滤器系统，该过滤器系统能在堵塞之前过滤大量试样。会期望具有如下过滤器设计：这些过滤器设计具有较小的残留容量，以例如增大整体试样滤液回收率。本发明提供阅读以下内容后显而易见的这些和其它特征。
发明内容
本发明的过滤装置例如在较低压差下提供高容积过滤流量并且具有较高的整体回收率。预过滤器的实质深度和/或表面积能接收大量粗试样，同时使得相对澄清的滤液通至用以醇化的最终过滤器而不会堵塞。本发明在处理粗试样(例如，末期细胞培养物或裂解物)方面良好地起作用，以至于在过滤之前可能无需离心步骤。
本发明的过滤装置可包括过滤器(例如，圆柱形的、多边形的或圆锥形的过滤器元件)、顶端部、底端部、外部过滤器表面、内部过滤器表面以及内部空间，该过滤器围绕过滤器中心轴线，而该内部空间在中心轴线和内部过滤器表面之间。在过滤器内部空间内，导流器能定位成与导流器朝着过滤器顶部取代相比、使得朝向过滤器的底端部更大程度地取代内部空间。在过滤结束时，中心套筒能插入到内部空间中，以使得滞留物进一步移位并且改进回收率。因此，与传统的过滤器相比，在过滤过程结束时，小容积试样暴露于较大过滤器表面积，以例如较小程度地堵塞并实现较高的回收率。
过滤器可为适用于待过滤试样的任何类型。例如，过滤器可以是过滤器板、深度过滤器、打褶板、开孔泡沫等等。过滤器褶皱或者折叠部可以例如水平地或垂直地引导。过滤器能成形、模制、打褶、折角等等，以功能性地装配到过滤器装置本体中、例如围绕中心过滤器轴线装配。在许多较佳实施例中，该过滤器能由过滤器隔膜的打褶板或过滤器材料的纤维垫制成。该过滤器材料通常形成为圆柱形、圆锥形或圆锥截面形状(但该过滤器材料也可具有其它合适的形状，例如侧向地围绕(例如，环绕)试样流体容积的形状)。在一个实施例中，过滤器是具有大体圆锥形形状的打褶类型，例如朝向过滤器的顶部扩开。替代地，过滤器可朝向底部扩开。过滤器通常实施为预过滤器(但这些过滤器可例如是最终的或仅有的过滤器)，例如这些预过滤器具有的平均孔隙尺寸通常范围从小于约3微米至大于10微米。
如这里所描述地，导流器可具有任何形状以将试样入流更有效地引导至过滤器表面。导流器通常并非仅仅是圆柱形或圆锥形过滤器的均匀管件或内部壳体支承件。导流器通常构造成与在过滤器的顶部处或附近的剩余内部空间相比、在过滤器的底部处在导流器和过滤器之间提供较小的剩余内部空间(并未由导流器占据)。例如，导流器可在通过过滤器的中心轴线的平面中具有抛物线或三角形横截面，且较狭窄端部向上。可选地是，此种特征(内部空间沿流动方向减小)通过过滤器元件向中心内部空间传出地(朝向远侧流或底部)更大程度侵入或者导流器传出地占据更多内部空间而获得。
过滤器装置通常在过滤器元件的顶部附近具有凸缘，以提供用于密封和安装其它装置元件的结构。例如，该装置可包括肩部凸缘，该肩部凸缘在垂直于中心轴线的平面中从过滤器顶部向外径向地延伸。此外，试样储存器能例如安装于凸缘的顶部侧部，且底部侧部可具有密封表面(例如，弹性垫圈)。底部侧向凸缘可从导流器的底部端部或者壳体底部或在其附近径向地向外延伸，且凸缘包括与过滤器底部端部密封接触的顶部表面。该凸缘可构造成密封抵靠于最终过滤器储存器的顶部边缘。间隔(环形)适配器可定位在过滤器装置和最终过滤器之间，以例如允许在最终过滤器储存器中具有较大过滤器。该凸缘可以是平坦的，或者例如描述圆锥截面。可选地是，过滤器壳体可在顶部和/或底部具有密封侧壁和连接器(气密地密封的系统)，以可密封地附连于培养容器、导管、泵和/或接收容器。
试样储存器可定位在过滤器顶端部上方并且气密地密封至过滤器顶端部或凸缘。该储存器所具有的容积通常范围从小于约10ml至10L或更大或者约50ml至2L。过滤器可例如使用聚合树脂或热熔热塑性塑料来密封至其它过滤器装置元件。
过滤器装置可定位在真空过滤器设备的储存器(例如，通常可获得的一次性最终过滤器瓶)中。真空泵(可选地是一次性的)或者滤液泵可功能性地整合到过滤器装置或者真空过滤器设备中。可选地是，过滤器装置可具有可移除或集成歧管，该可移除或集成歧管具有构造成用于连接于真空源的端口。
在替代方面中，过滤器装置可包括圆柱形或圆锥形过滤器元件，该圆柱形或圆锥形过滤器元件安装在圆柱形或圆锥形壳体内并且包括中心轴线、顶端部、底端部、外表面、内表面以及内部空腔，该内部空腔具有在中心轴线和过滤器内表面之间的容积。壳体可包括圆柱形或圆锥形本体和壳体顶端部，该圆柱形或圆锥形本体包括顶部、底部以及侧部，而该壳体顶端部包括肩部凸缘，该肩部凸缘从中心开口径向地延伸。壳体侧部(例如，在凸缘下方)能穿孔，以允许滤液从过滤器流出。过滤器元件可例如提供其自身的支承，具有稳固的支承层或者支承框架。该凸缘能从横贯过滤器顶端部的中心开口延伸，并且在超出本体的平面中径向地延伸。壳体底部端部能横贯圆柱形本体底部延伸，以相对于过滤器内部密封过滤器外部。壳体底部端部可包括用于通过内部过滤器组的滤液的出口端口(例如，定位成导流器)。
过滤器装置可具有导流器，该导流器包括顶端部和底端部并且安装在内部空腔内。该导流器可在顶端部(例如，朝向试样输入的端部)处比在底部端部(例如，朝向滤液出口的端部)处具有较小的横截面。也就是说，例如，通过导流器的垂直横截面可从底部向顶部渐缩。该导流器可具有呈现圆锥截面的通过中心的垂直横截面。导流器顶端部和过滤器之间的径向距离可例如是导流器底端部和过滤器之间径向距离的至少两倍或三倍。导流器的顶端部可例如在过滤器顶端部下方至少0.5英寸，而导流器的底端部距过滤器底端部不超过0.25英寸。该导流器可以是不可渗透的，或者用作第二(内部)过滤器元件。
过滤器元件可以是主体过滤器(块状过滤器)、深度过滤器、隔膜过滤器等等。在许多实施例中，该过滤器是过滤器隔膜和/或纤维材料的打褶板或被状物。该过滤器元件可适合于以20微米、5微米或更小的平均孔隙尺寸进行过滤。过滤器褶皱或主体过滤器介质的深度尺寸(横向地通过介质)的范围可以是从小于约0.05英寸至大于约2英寸或者约0.1英寸至约1英寸。内部空腔的尺寸的范围可以是从小于约0.5英寸至大于10英寸，或者从约1.5英寸至约3英寸。在一些方面中，过滤器元件可在传出过滤器元件(例如，共同层压的)内部包括一个或多个传入过滤器层，且穿入过滤器层的平均孔隙尺寸可大于传出过滤器元件的平均孔隙尺寸。替代地，该过滤器元件可具有从过滤器的内部向外部孔隙渐渐减小的孔隙尺寸梯度。
肩部凸缘直径范围可以是从小于约3英寸至约7英寸或更大。该肩部凸缘可从壳体本体径向地延伸一定距离，该距离的范围是从小于约0.25英寸至约3英寸或更大。肩部凸缘还可在凸缘超出本体的延伸部的平坦(或渐缩)底部侧部上包括密封表面。该凸缘底部侧部可包括弹性密封材料(例如，垫圈或硅酮层)。过滤器顶端部能流体地密封至肩部凸缘，而过滤器底端部流体密封至壳体底部端部。在一个实施例中，壳体底部并不包括外部密封表面，或者壳体底部并不包括径向地延伸超出壳体本体的凸缘。
本发明的过滤器装置能例如构造成功能性地安装在一次性过滤器瓶的接收器(试样储存器)内，该接收器所具有的平均孔隙尺寸比过滤器元件的平均孔隙尺寸小至少50％。可选地是，该过滤器装置可具有与最终过滤器系统的传入侧部密封地流体接触的带螺纹连接部或管件装配连接部。过滤器的此种密封型式可以是胶囊并且在使用中沿任何方向物理地定向。
定义
在详细地描述本发明之前，应理解的是，本发明并不局限于特定的装置，当然可以改变这些装置。应当理解本文中所使用的术语仅为了描述特定的实施例而并不旨在是限制性的。在本说明书和所附权利要求书中所用地，单数形式“一个”，“一种”和“该”包括复数参照物，除非上下文中有明确的另外说明。因此，例如，对于“表面”的参照可包括两个或多个表面的组合；对于“颗粒”的参照包括颗粒的混合物等。
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语的意义与本发明所属领域普通技术人员通常所理解的相同。虽然基于本发明可在无需过度实验的情形下实践与本文所述相似或等同的任何方法和材料，但这里描述了较佳的材料和方法。在描述和要求保护本发明的过程中，将依据以下定义使用以下术语。
如这里所使用，方向术语是指地球表面上的常见用法。例如，底部表面在底部表面上方。水平线垂直于重力，而垂直线在局部环境处平行于重力。通常，本发明的过滤器在试样流体顶表面水平、且滤液流大体垂直向下且大体平行于过滤器的中心轴线的情形下过滤液体试样。圆柱形或圆锥形物体的内表面是面向该物体的中心轴线的表面。径向是始于轴线并且向外延展的线。柱体的径向垂直于柱体的轴线。虽然过滤器装置在这里例如参照“垂直的”中心过滤器轴线进行描述，但这是用于对过滤器装置进行讨论的参照定向。注意到的是，具体地说，在过滤器储存器并未打开的情形下，过滤器的中心轴线可以并非是“垂直的”，因此，能例如利用囊状设计来消除溢出。注意到的是，过滤器元件的轴线在使用中能以任何角度倾斜。
如这里所使用地，“导流器”是过滤器的中心轴线和过滤器的内表面之间的空间内的本体，但该本体沿着该本体在过滤器内部的大部分表面或长度并不与该过滤器相接触。例如，在过滤器是中空柱体或中空椎体的情形下，导流器可位于过滤器的中空内部空间中，例如最大程度地与过滤器隔开或者最大程度地与打褶式过滤器的内部弯折部隔开。与在过滤器的顶部处或附近相比，导流器通常在过滤器的底部处或附近占据横贯中心轴线的较大横截面。这样，该导流器能用于例如在过滤过程达到结束时、利用较少量的试样润湿较大的过滤器表面。在一些实施例中，导流器在过滤器元件内部从顶部向底部占据大致相同的横截面空间，但例如由于过滤器元件朝向底部更为轴向地侵入，该内部空间传出地减小。
过滤器系统的“储存器”是这样的容器，该容器在试样经过滤之前将试样保持在过滤器的传入(近侧)侧部上。试样储存器可以是过滤器元件的顶部上方的腔室。
“预过滤器”是在过滤过程中顺序在最终过滤器之前的过滤器。通常，该预过滤器具有比最大过滤器大的平均孔隙尺寸。通常，预过滤器的滤液直接地流动到过程的下一过滤器(例如，最终过滤器)上，而无需将预滤液保持为过程中间体。
如现有技术中所理解地，装置的两个部件在相关联的工作流体于工作压力下并不通过这些部件的接触点时、在这些部件的接触点处“密封”。
附图说明
图1是具有圆柱形过滤器元件的过滤器装置的示意图。
图2是具有圆锥形过滤器和抛物线导流器的过滤器装置的示意图。
图3是作为预过滤器安装于一次性过滤器瓶单元的过滤器装置的视图。
图4是示例性的50ml和1L过滤器系统的示意图。图4A和4B示出50ml和1L过滤器的立体图。图4C示出1L过滤器的侧视图，且图4D是1L过滤器的俯视图。图4E示出50ml过滤器的侧视图，且图4F是50ml过滤器的俯视图。
图5是示出Harvest50过滤器系统的横截面的示意图。
图6是示出Harvest100过滤器系统的横截面的示意图。
图7是示例性的10L过滤器系统的示意图。
图8是可选地布置在过滤器装置过滤器元件和最终过滤器之间的打褶式补充过滤器的示意图。
图9A至9D是中心套筒的示例性视图，该中心套筒成形为将滞留物从预过滤器的内部空间、例如接近过滤结束时移除或者用于小试样。图9A是例如适合于减小这里描述的许多预过滤器的内部过滤器容积的代表性中心套筒的外部视图。图9B是套筒的侧视图。图9C和D示出套筒的俯视图和轴向剖视图。
图10A至10C是同时具有内部和外部过滤器元件的过滤器装置的示例性视图。图10A是预过滤器的立体图，该预过滤器例如在这里讨论的其它实施例中的导流器的位置相类似的位置处、具有外部过滤器元件并且还具有内部过滤器元件。图10B示出预过滤器的俯视图。图10C示出过滤器的轴向剖视图。
图11A至11C是粗过滤器的示例性视图，该粗过滤器适合于布置在本发明的预过滤器装置之前以去除大颗粒。图11A是粗过滤器的立体图，该粗过滤器具有围绕粗层压过滤器盘的外部密封环部。图11B示出粗过滤器的俯视图。图10C示出粗过滤器的剖视图。
具体实施方式
提供过滤器装置和方法，以良好的回收率高效地过滤具有高水平悬浮固体的液体试样。在许多情形中，过滤器装置能用作预过滤器，以从细胞培养物中清除足够的固体，以使得与不具有预过滤器相比、单个精细过滤器能完全地澄清和/或消毒多得多的产品。
过滤器装置能围绕导流器包括圆锥形或圆柱形的打褶式过滤器元件(或者围绕中心内部的其它形状的过滤器元件)，以有效地引导液体试样来实现高产出。替代地，过滤器并不打褶(例如，泡沫或扁平)和/或过滤器元件具有替代的合适形状。该过滤器装置可具有凸缘，以例如密封抵靠于最终过滤器试样储存器，以允许预过滤器能使用相同的真空(压力差)源来用于在单个步骤中进行预过滤和最终过滤。在一些实施例中，该过滤器装置可包括端口来接收真空源，以将滤液抽吸到容器中。其它过滤器装置包括预过滤器和/或后过滤器的装配件密封螺纹，以实现条件培养基从培养容器向接收容器的密封传递。
方法包括提供过滤器装置、将装置插入到最终过滤器的试样储存器中、利用细胞培养试样来填充该装置以及将真空施加于最终过滤器滤液(传出)侧部，由此体细胞和细胞碎片捕获在装置中而不会堵塞，且预滤液具有极少的固体和颗粒以致在最终过滤器中能净化或灭菌处理大量的条件培养基。在大多数情形中，无需初步离心步骤，以在使用过滤装置时获得高产出的条件培养基收获物。替代地，能使用真空、泵和/或重力来迫使滤液通过过滤器装置，以促使流体通过利用本领域通常可获得的连接器(螺纹和压配件)密封的系统中的过滤器。
过滤装置有效的过滤装置可包括互补特征件的组合，这些互补特征件一起简化过滤过程并且增大过滤过程的效率，这些过滤过程涉及含有大量颗粒的试样。这些装置可在壳体中具有例如圆锥形的打褶式过滤器元件，以提供用于密封至最终过滤器储存器的结构和凸缘。过滤器能在过滤器的内部空间中包括导流器，以将试样均匀地引导到过滤器上，并且当试样容积减小时(例如在过滤步骤结束时)增大过滤器表面区域接触。
如图1中所示，过滤装置10包括壳体11，该壳体支承圆柱形打褶式过滤器元件12。导流器13在过滤器元件内部，以引导抵靠于过滤器元件内表面的流体流。该壳体包括凸缘14，以将过滤器装置支承在一次性最终过滤器储存器的整个顶部上。凸缘的底部表面可密封抵靠于最终过滤器储存器，从而在预过滤和最终过滤两个步骤中均可与最终过滤器利用同一真空源。该过滤器装置可具有试样储存器15，以接收任何期望容积的试样来用于过滤。
I.过滤器元件通常构造成一般形貌，该一般形貌以内部过滤器表面来围绕所施加试样。例如，过滤器元件会具有入口端口(例如，顶部开口)来接收试样，然而，一旦试样在过滤器元件内部，该试样就由过滤器材料围绕360度。圆锥形或圆柱形过滤器元件会具有圆形横截面。替代地，过滤器能围绕具有其它几何形状的内部容积，这些其它形状例如具有椭圆形、三角形、正方形、六边形横截面等等。从而无需相对于环境来密封过滤器以防止溢出，入口端口通常位于过滤器元件的顶部处，以允许技术人员能简单地在入口端口上方将试样倾倒到过滤器元件或者储存器中。替代地，能通过密封流体流系统来施加试样。
过滤器元件能围绕试样，从而在小容积中增加过滤器表面积。过滤器元件能成形为容器或导管。过滤器元件的整体形貌能例如描述为圆柱体、圆锥体、方料导管、尖端移除的圆锥体、杯体、球体、抛物线轨道等等。在较佳的实施例中，过滤器元件具有圆柱形或圆锥体形状；这些形状能提供增强的表面容积比和对抗压力差的强度。在过滤器元件具有开口底部端部的情形下，开口通常利用壳体底板和/或导流器底部来密封。
过滤器元件通常是深度过滤器，该深度过滤器能够保持或捕获大容积颗粒材料。例如，过滤器材料可以是深层泡沫或随机定向纤维，且具有相对较大的平均孔隙尺寸。在一些情形中，过滤器中材料的孔隙尺寸可在过滤器内部表面和外部(传出)表面之间逐渐地变小(梯度孔隙尺寸)在较佳的实施例中，过滤器是打褶式柱体或椎体。打褶式锥体可通过将褶皱式柱体的顶端部扩开并利用导流器或壳体底壁来密封开口底端部而形成。
本发明的装置可用作初级或单个(最终)过滤器。通常，这些装置构造成用作具有深度过滤器属性或相对粗透性的预过滤器，以收集可能堵塞最终(例如，灭菌)过滤器的宏观和微观粒子。当旨在用作预过滤器时，过滤器元件会通常具有范围从例如大于100μm至小于0.1μm、大于50μm至小于1μm、从30μm至3μm、从20μm至5μm或者是约8μm的平均孔隙尺寸。当旨在用于条件培养基的最终过滤器时，孔隙尺寸会通常较小，例如在从小于约0.2μm或更小至3μm或更大的范围内。在一些情形中，过滤器元件可具有孔隙尺寸梯度，例如从过滤器内部表面向外部表面变小，例如在过滤器材料的整个厚度上范围从100μm至5μm。
可选地是，过滤器自身可具有粗预过滤器，以去除细胞和聚合物聚集体。例如，过滤器元件内部的顶部开口可包括粗过滤器，以防止较大聚集体从储存器通至过滤器元件内部空间。
虽然过滤器元件可能较长，但这些过滤器元件通常具有相同数量级的高度、宽度以及深度。高度(例如，从顶部至底部)的范围可以从大于约1m至小于约1cm、从50cm至2cm、从25cm至5cm或者是约10cm。例如，由于实验室过滤器系统的大体径向对称性，宽度和深度通常对于过滤器元件是大致相同的。过滤器元件的宽度和/或整体深度(在使用中垂直高度)的范围可以从大于约60cm至小于约0.5cm、30cm至小于约1cm、从25cm至3cm、从15cm至5cm或者是约10cm。
II.导流器装配在过滤器元件的内部空间内，并且在导流器和过滤器元件之间限定用于流体流的内部空间。导流器通常从过滤器元件的底部处或附近的区域延伸至过滤器元件的顶部处或附近的区域。在过滤器元件的底部附近，导流器更靠近或接触过滤器元件，而在过滤器底部处留下仅小容积来用于试样。越接近过滤器元件的顶部，导流器通常占据过滤器内部横截面的比例越小(或者不占据)，由此在过滤器元件的顶部附近留下较大容积的空间来用于试样。
导流器通常具有从底部向顶部在横截面上逐渐减小的形状。例如，导流器可具有呈现金字塔形、指向上圆锥体、半球、抛物线圆顶、倒置抛物线轨迹等等的形状。在某些较佳实施例中，导流器是抛物线圆顶，该抛物线圆顶从过滤器元件的底部延伸至过滤器元件顶部的高度。在其它实施例中，导流器从顶部至底部并不改变横截面积，例如具有圆柱形的形状。
导流器在从底部向顶部移动时通常占据较小的过滤器内部横截面。也就是说，例如这些导流器大体是锥形或渐缩的。在过滤器元件内部的底部处，导流器可接触该过滤器元件的底部。在过滤器元件内部的顶部处，导流器可仅仅占据点状空间，或者导流器可实际上并不一直延伸至内部空间的顶部。导流器的底部可占据过滤器元件的底部的横截面积的从约100％至小于约40％，或者从99％至50％、从95％至70％、从90％至80％。在大多数实施例中，导流器在过滤器元件的底部处占据内部空间的横截面积的所有部分或大部分。导流器的顶部可占据过滤器元件的顶部的横截面积的从约0％至小于约1％，或者面积的约2％、5％、10％、25％、50％或大于75％。导流器通常占据过滤器元件内部容积的一半以上，或者从大于90％至小于30％、从80％至40％或者是约75％。与在顶部处相比，较佳的导流器可在过滤器元件的下半部分处占据过滤器元件内部的更多容积。在一些实施例中，导流器在横截面上是均匀的，但内部空间横截面积由于过滤器远离导流器的增大间隔而增大。
导流器可具有大致相同的高度和宽度，但通常导流器的高度比宽度大。高度的范围可以从大于约1m至小于约1cm、从50cm至2cm、从25cm至5cm或者是约8cm。该高度可例如根据相关联的过滤器装置的整体尺寸而改变。导流器的存在可允许过滤器元件能较长，同时保持良好的试样回收率特征。导流器的宽度和/或总体深度的范围可以从大于约30cm至小于约1cm、从25cm至3cm、从10cm至4cm或者是约5cm。
导流器可在过滤器元件的底部处相对流体流密封。在一个方面中，例如如图2中所示，凸缘从导流器的底部径向延伸出，且过滤器元件密封至凸缘和/或由导流器凸缘支承。
III.过滤器装置可包括壳体(或框架构件，例如顶部和底部)，以例如提供结构并结合装置的元件。例如，壳体可提供为过滤器元件提供支承的总体结构，该总体结构可能并不牢固、尤其是在湿润时。该壳体也可具有延伸的顶部和/或底部凸缘，这些凸缘能提供密封表面。该壳体能提供用于安装导流器和/或试样储存器的结构支承件。
在某些实施例中，该壳体会具有在过滤器元件区域的顶部处或附近的高度处延伸出的凸缘。该凸缘能用作用于过滤器元件的顶部的密封表面，用作用于试样储存器的安装位置，和/或提供接触表面来用于将装置密封至最终过滤器试样储存器顶部边缘的顶部。该凸缘可以是平坦的。替代地，该凸缘可以是锥形的(例如，高达约30°)，以例如有助于装配和密封至最终过滤器的储存器。
底部凸缘能从过滤器元件区域的底部延伸出。该凸缘能用作用于过滤器元件的底部的密封表面和/或用作导流器(或第二中心过滤器)的底部的安装位置。在许多情形中，该底部凸缘扩展开并且安装于导流器的底部。
该壳体可具有结构元件，这些结构元件整合顶部和底部装置元件，并且支承过滤器元件。例如，圆柱形或圆锥形壁、屏或笼状件能在顶部和底部装置元件之间行进。该结构能加强整个装置。该结构能防止过滤器元件在工作压力差的力作用下下弯。该结构能允许滤液从过滤器渗透到收集容器或者最终过滤器试样储存器中。在某些实施例中，“壳体”包括顶部和底部元件，这些元件并不与其它壳体结构(壁、杆等等)连接，而是通过过滤器元件结构连接。
在某些实施例中，壳体侧壁并不穿孔，而是在过滤器元件的壁和外部表面之间提供密封空间。该壳体可包括带螺纹填充件(接头)或密封连接器，以提供例如通过管道、附加过滤器、流体泵和/或滤液接收容器的密封滤液流动通路。
IV.储存器可设置成在过滤正进行的同时保持附加容积的试样。可选地是，过滤器元件的内部空间能用作用于待过滤试样的储存器。如上所述，试样储存器能例如安装于过滤器元件的顶部或者顶部壳体凸缘，以在早先的试样滤液通过过滤器元件时提供附加的试样。储存器中的流体通常旨在通过重力馈送至过滤器。
根据过滤器元件的尺寸以及期望的堵塞率，储存器能在尺寸上显著地改变。在许多情形中，该储存器具有与最终过滤器储存器或者与最终过滤器滤液收集容器大致相同的容积，过滤器装置与该最终过滤器滤液收集容器配对成预过滤器。
在一些实施例中，在过滤器元件上方并不存在相当大的储存器空间，例如，试样从培养容器直接地或者通过传递导管泵送(或者通过重力馈送)至过滤器元件内部。
V.附加的方面。该过滤器装置可与最终过滤器配对以用作预过滤器。最通用的最终过滤器是普遍存在的市场上可获得的一次性瓶式过滤器。这些过滤器在上部试样储存器和下部滤液收集瓶之间包括盘式过滤器。过滤器位于壳体中，该壳体包括侧臂导管，该侧臂导管提供用于真空源的通路以排空收集瓶，以产生压力差来驱动过滤过程。例如，参见NALGENETM和MILLIPORETM的过滤器瓶。这些一次性过滤器单元容量范围从约50ml至100ml、150ml、250ml、500ml、1L、2L或更大。这些一次性过滤器单元的共同之处在于上部储存器(“漏斗”)，该上部储存器在水平平面中具有顶部边缘。这里描述的过滤器装置的上部凸缘可搁置并且密封抵靠于一次性过滤器顶部边缘，以使得由滤液装置预过滤器进行的过滤能通过用于驱动一次性最终过滤器中的过滤的同一真空来加速。
在另一方面中，本发明的过滤器或一次性最终过滤器可设有专用真空或压力泵。也就是说，除了通过真空软管从“壳体真空”系统提供真空以外，本发明的的过滤器系统能由可附加的或一次性的真空泵提供动力。在较佳的实施例中，与典型的壳体真空系统相比，该真空泵构造成能提供较大的压力差。该一次性泵可包括简单的一次性工作泵头部(例如，隔膜、叶片、活塞)，该一次性工作泵头部适合于用于非一次性动力单元。
在过滤器装置的替代构造中，过滤通过重力流动进行，而无需提供横贯过滤器元件的附加压力差。
这里描述的过滤器装置可用作最终过滤器，例如作为过滤器元件接合在一次性过滤器单元中。也就是说，本发明的的过滤器可替代通常设置在商用一次性过滤器系统中的盘式过滤器。壳体用作歧管并且包括侧臂导管，以允许从底部滤液容器中排出空气。
虽然本发明主要涉及细胞培养试样，但本发明的装置和方法并不受此限制。过滤器装置适合于过滤含有任何颗粒的任何流体。例如，过滤器装置能用于从空气中过滤出颗粒，过滤用于机加工的润滑剂和燃料，在食品处理方法中过滤流体和/或过滤任何数量的工业过程中的过程中间体或最终产品。
可设想的是，替代的过滤装置可构造成导流器和过滤器元件交换部位例如，在图1中，导流器13可与类似定位的过滤器交换，且过滤器12可以是导流器壁，该导流器壁例如提供从过滤器顶部向底部的连续减小试样空间。
VI.过滤方法能以各种方式使用这里描述的过滤装置。这些过滤装置可以是例如通过重力或通过压力差运行的初级独立过滤器。由于较大过滤器表面积和有效流体流动方向，这些装置也可用作预过滤器，以接收不同的试样、例如含有大量颗粒或细胞的试样。
在这些方法的一个方面中，壳体顶部凸缘的底部表面能放置在真空容器的嘴部之上，将试样倾倒到过滤器内部空间中，并且真空施加于容器以将滤液收集到容器中。替代地，过滤装置可包含诸如带螺纹装配件的装配件，以螺纹装配到真空容器上或者装配于滤液泵送系统。
可选地是，过滤器装置能用作预过滤器。表述宿主细胞能在液体悬浮培养物中生长至接近生长期结束。这里描述的过滤装置能放置成使得过滤器元件位于最终过滤器系统的试样储存器中，且顶部凸缘密封抵靠于最终过滤器储存器的顶部边缘。悬浮培养物(例如，未实现离心以沉淀细胞)能倾倒到过滤器装置的试样储存器中，并且真空施加于最终过滤器系统的滤液收集容器。收集容器中的较低压力能将空气从最终过滤器盘和本发明过滤器装置之间的空间抽出，以迫使顶部凸缘和最终过滤器顶部边缘之间形成更紧密的密封。在空间中产生相对真空时，条件培养基抽吸通过过滤器装置的过滤器元件，以收集在最终过滤器试样储存器中。由于大部分细胞从条件培养基中移除，整个滤液收集容器能通过最终过滤器盘填充，而不会产生堵塞事件。
示例
提供以下示例用于说明而非限制所要求的本发明。
示例1-具有抛物线导流器的圆锥形过滤器
如图2中所示，打褶式(折叠式)过滤器扩开成大体圆锥形形状，该大体圆锥形形状与导流器协配，以在过滤器和导流器之间提供渐缩试样空间。该设计进一步在底部处提供更外部空间，在底部处预期经受更大的滤液流。此外，该设计增强靠近过滤器元件顶部的初始流动，以使得较少材料聚集在过滤器的底部处，由此有助于在过滤步骤结束时过滤和收集残余试样容积。
过滤装置20包括圆锥形打褶式过滤器元件22。导流器23在过滤器元件内部，以将流体流引导抵靠于过滤器元件的内表面。该壳体包括上部凸缘24，该上部凸缘提供密封件26来与合适的一次性过滤器瓶的顶部边缘相互作用，从而密封过滤器元件的顶部，并且将试样储存器25安装于该顶部。该壳体能进一步包括肋部(未示出)，这些肋部作为加强件抵抗在过滤过程期间经受的压力差而在一些过滤器褶皱部内延伸设置。
示例2—用于一次性最终过滤器的过滤器装置预过滤
这里描述的过滤器装置能插入到最终过滤瓶系统中以用作预过滤器。
如图3中所示，这里描述的过滤器装置30放置到一次性最终过滤器系统31的试样储存器32中，且使得上部凸缘33与最终过滤器试样储存器的顶部边缘密封接触。
示例3-示例性培养物Harvest过滤器装置
在图4A至4F中示出Harvest Max 50和Harvest Max 100过滤器系统。刻度是[英寸]和毫米。
Harvest Max 50的过滤器40定尺寸成将50ml试样接收到试样储存器41中。储存器的内表面可包括内部螺纹，这些内部螺纹适合于功能性地与培养物瓶子的阳型外部螺纹相互作用，以例如用于将细胞培养物试样从培养物容器密封地传递至过滤器输入(传入)侧部。
在使用中，细胞培养物在培养物瓶中完成，并且过滤器装置的储存器端部附连于并且密封于培养物瓶的顶部开口。接下来，真空瓶密封至过滤器储存器的底部周围的凸缘。组件站立，且培养物瓶倒置在过滤器的顶部和真空瓶上。试样流入到过滤器储存器以及过滤器元件和导流器之间的空间内。试样滤液流过过滤器并且在组件的底部处流入到接收瓶中。
替代地，过滤器装置可具有非穿孔壳体，该非穿孔壳体完整地围绕过滤器元件42的外部。此外，壳体的底部43可相对于过滤器元件的内部密封，但向着过滤器元件的外部和非穿孔壳体壁之间的空间敞开。壳体底部还可包括带螺纹表面或密封件，该带螺纹表面或密封件适合于密封地附连于接收容器、例如真空瓶。从培养物瓶、通过过滤器并且进入接收容器的流动可通过重力、接收容器中的相对真空(小于环境压力)和/或过滤器的传入侧部上的压力泵来实现。
Harvest Max 50的过滤器的横截面在图5中示出。注意到的是，可选的多层预过滤器插入件44能安装在过滤器内部空间之上，以例如移除细胞的聚结物。如图8中所示，预过滤器自身能打褶。主要过滤器元件45的褶皱部是细小的深度过滤器介质，该细小的深度过滤器介质具有的孔隙定尺寸成移除大量剩余细胞、细胞碎片以及细小颗粒。
Harvest Max 100的过滤器50定尺寸成将1L试样接收到试样储存器51中。储存器的内表面可包括内螺纹，这些内螺纹适合于功能性地与培养物瓶子的阳型外螺纹相互作用，以例如直接地接收来自所附连培养物瓶子或泵软管适配器的试样。Harvest Max 100能构造成根据如上所述Harvest Max 50过滤器起作用。
Harvest Max 50过滤器的横截面在图6中示出。注意到的是，可选的多层预过滤器插入件52能安装在过滤器内部空间之上，以例如移除细胞的聚结物。主要过滤器元件53的褶皱部是细小的深度过滤器介质，该细小的深度过滤器介质具有的孔隙定尺寸成移除大量剩余细胞、细胞碎片以及细小颗粒。过滤器壳体的底部处的出口可例如具有内螺纹以螺接到滤液瓶上。替代地，过滤器底部能密封至最终过滤器的顶部。可选地是，该底部能具有装配件来与泵、例如与软管相互作用，从而将滤液传递至期望的接收容器。
注意到的是，过滤器装置搁置在最终过滤器单元的储存器55中，该最终过滤器单元具有最终过滤器56。
示例4-示例性过滤器装置
Harvest Max1000过滤器系统在图7中示出。
该系统包括过滤单元70和可选的单次使用泵头部71。Harvest Max1000过滤器系统能将1公升滤液接收到储存器72中，并且还可具有通过输入端口73泵送到储存器中的试样。过滤器装置通常具有可过滤高达例如10L的未经离心的末期真核细胞培养物的过滤器容量。
在使用中，试样能施加于试样储存器，以通过重力流入到接收容器中。可选地是，该试样能由接收容器中的相对真空抽吸通过过滤器，或者由安装在过滤器出口和接收容器入口之间的泵的力驱动。
注意到的是，该过滤器装置能构造成具有壳体(裙部)，该壳体从储存器向下以围绕过滤器元件的顶部部分，同时最终过滤器储存器围绕过滤器元件的底部部分。这样，与装配在最终过滤器储存器的高度内相比，能提供较长的过滤器元件。可选地是，所具有的过滤器元件过长以致无法装配在储存器中的过滤器装置能放置在适配器环部或柱体上，该适配器环部或柱体使得过滤器装置在最终过滤器储存器上方密封地隔开合适距离。
在许多实施例中，例如培养物容器较大或笨重(例如，10L培养物袋)的实施例中，可以使用泵来持续地或间断地填充过滤器试样储存器。此种预储存器泵能可选地提供驱动滤液通过过滤器元件的力。可选地是，能通过重力从安装在过滤器装置上方的培养物容器接收试样。
示例5-最终过滤器之前的补充过滤器
补充过滤器能位于过滤器元件和最终过滤器之间。该补充过滤器通常是水平盘，该水平盘构造成安装或搁置在最终过滤器之上。
图8示出示例性补充过滤器80，该补充过滤器用于横贯滤液流安装在过滤器装置的过滤器元件下方。过滤器材料81打褶并且由支承轴环82围绕。此种补充过滤器能用于进一步辅助HarvestMax过滤器系统来增大产出量。补充过滤器的平均孔隙尺寸通常在过滤器装置的过滤器元件的平均孔隙尺寸和最终过滤器的平均孔隙尺寸之间。该补充过滤器可具有任何合适的平均孔隙尺寸，例如0.2μ或0.45μ或0.65μ隔膜，该隔膜经打褶以具有100cm2或更大面积，从而进一步保护具有有限的面积、即60cm2的保护瓶中的最终过滤器。
示例6-标准培养物容器的附连件
细胞培养物产品、例如5L摇瓶容器可具有传递帽盖，用以直接地连接于过滤器装置的传入侧部，或者通过管状连接部进行连接。它们的5L单元的一个或两个能利用3/8"乐可利连接器从HarvestMax1000向5L单元的顶部一次一个地收集，3/8"乐可利连接器适配于3/8"透明乙烯基或者其它管件，其带有3/8"阴型QDC快速断开连接器，而5L单元的具有3/8"MQDC(阳型快速断开连接器)。通常，能实现直接连接来通过重力进行收集以实现净化。
此外关于HarvestMax1000，重要的是注意到，能经由袋上的阴型3/8"CPC连接器以及HarvestMax的顶部的适配器(乐可利X3/8"MQCD)从G.E或其它22L(10L工作容器)的细胞培养物袋中实现直接收获。
示例7-中心套筒
在过滤结束时，甚至在上文描述的低滞留物过滤器的情形下，可能会出现试样滞留物的高度下降到过滤器元件的顶部下方的地步。流量可能较慢，空气可能通过未经覆盖的顶部过滤器表面起泡，且剩余的滞留物会仅仅接触下方过滤器元件，在此孔隙可能被碎片堵塞。
如上所述，与标准过滤器系统相比，带有导流器的过滤器在过滤器的试样侧部上具有死点容积。然而，针对特别小或珍贵的试样，技术人员会试图冲洗过滤器的滞留物侧部以追出附加的试样。然而，这会稀释滤液。
为了解决上述问题，已开发中心套筒装置来占据例如在过滤器元件和导流器元件之间的内部容积。例如图9中所示，中心套筒90可设有非常接近过滤器和导流器之间的内部空间的形状。
该中心套筒可以是任何形状，该形状有效地使得相当大比例的滞留物从过滤器装置的过滤器部段的内部容积中移除。例如，套筒内表面91可定形成均匀地接触导流器表面，例如在导流器和套筒之间并不留下任何容积。该套筒能定形成使得外部套筒表面92均匀地接触过滤器元件内表面，或者接触打褶式过滤器的内部折叠部，例如在褶皱部之间留下最小容积的滞留物。
替代地，例如取决于碎片量或者试样的流动特征，套筒能定形成在套筒和过滤器之间留下小空间。例如，经安装套筒能在外部套筒和过滤器元件内表面之间留下小于0.1mm和10mm或更大之间的间隙；0.3mm和5mm、0.5mm和3mm之间或者约1mm的间隙。
在使用中，预过滤器装置能放置到最终过滤器的储存器中，且试样倾倒到预过滤器装置的试样储存器中。采用施加于最终过滤器的真空，将试样抽吸经过导流器并且通过预过滤器的过滤器元件。由于试样滞留物容积减小，顶部弯液面会下降到过滤器元件的顶部下方。过滤会由于减小的总体过滤器表面接触而减慢，且下部过滤器比上部过滤器元件更倾向于堵塞。根据过滤技术人员的决定，中心套筒能插入到预过滤器装置的例如在导流器和过滤器元件之间的内部空间中，以将滞留物移位至高达过滤器元件的较高水平。滤液流动会增大，避免空气进入到过滤器孔隙中，且滤液收集效率会增大。
示例8-具有内部和外部过滤器元件的过滤器
例如通过向第一外部过滤器元件内部的空间附加过滤器组件，能增大预过滤器装置中的过滤器表面积大小。例如，导流器可以是过滤器元件。
如图10中所示，预过滤器装置100可在外部过滤器元件102内部包括内部过滤器101。试样引入至储存器103，以通过内部和外部过滤器元件来进入内部空间104。滤液能通过内部或外部过滤器元件。通过内部过滤器元件101的滤液能例如通过滤液排出端口105通入到最终过滤器的储存器中。注意到，内部和外部过滤器元件之间的内部容积104能以与这里描述的具有导流器的过滤器相类似的方式朝向过滤器装置的底部渐缩。
示例9-允许在较小最终过滤器上使用预过滤器的适配器
会期望预过滤小容积来进入例如具有较小试样储存器的较小最终过滤器。该问题会在于，预过滤器元件可能过长以致无法允许预过滤器密封凸缘接触最终过滤器储存器开口。
在此种情形中，适配器环部能用于填充预过滤器密封凸缘和最终过滤器储存器的顶部之间的空间。此种环部可在顶部和/或底部表面上包括弹性密封表面，以有助于在适配器预过滤器界面和适配器最终过滤器储存器界面处进行密封。
示例10-预过滤器之前的粗过滤器
在某些情形中，例如在输入悬浮物包括相当量的团块或聚结材料的情形中，可通过穿入预过滤器包括粗过滤器盘来改进通过预过滤器装置的流动。在许多情形中，粗滤盘111(参见图11)可例如横贯预过滤器储存器的底部(进入过滤器元件内部空间的入口)定位，以在大颗粒能解除预过滤器的过滤器元件之前去除这些大颗粒。
在一实施例中，粗过滤器环部111包括安装在密封环部113中心的三层叠棉过滤器盘112。过滤器盘应比远侧预过滤器元件具有较大的平均孔隙尺寸。该环部可包括弹性密封表面。
应该理解，这里描述的示例和实施例仅用于说明的目的，并且会向本领域技术人员建议按照这些示例和实施例的各种修改或改变，且包括在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。
虽然为了清楚和理解的目的，详细描述了前述发明，然而对于本领域技术人员显而易见的是，通过阅读本发明内容，在不偏离本发明的真实范围的前提下，可对其进行形式上以及细节上的各种变化。例如，上述所有的技术和设备都能以各种组合来使用。本申请中提到的所有公开出版物、专利、专利申请和/或文献都通过引用全文纳入本文中，相当于所述各单独的公开出版物、专利、专利申请和/或文献都独立地通过引用纳入本文用于所有目的。

Claims (12)

1.一种过滤器装置，所述过滤器装置包括：
过滤器元件，所述过滤器元件围绕中心轴线并且包括顶端部、底端部、外部表面、内部表面以及内部空间，所述内部空间在所述中心轴线和所述内表面之间；
导流器，所述导流器是不可渗透的，并且所述导流器定位在所述内部空间内，并且与所述导流器朝向所述过滤器的顶部取代相比、所述导流器朝向所述过滤器的底端部取代更多的内部空间，以及
试样储存器，所述试样储存器位于所述过滤器元件的上方，并且具有比所述过滤器元件的最大径向直径更大的径向直径。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过滤器是打褶式过滤器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过滤器是圆柱形的、圆锥形的或者朝向所述顶部向外扩开的。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过滤器是深度过滤器，所述深度过滤器具有范围从3微米至10微米的孔隙尺寸。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导流器在通过所述中心轴线的平面中具有抛物线截面。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括肩部凸缘，所述肩部凸缘在垂直于所述中心轴线的平面中从所述过滤器的顶端部向外径向地延伸。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试样储存器定位在所述过滤器的顶端部上方并且气密地密封至所述过滤器的顶端部。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述储存器具有范围从50ml至2L的容积。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导流器的底端部包括径向地向外延伸的侧向凸缘，所述侧向凸缘包括与所述过滤器的底端部密封接触的顶部表面。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：集成真空泵。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置定位在真空过滤器设备的储存器中。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：中心套筒，所述中心套筒定形成装配到所述过滤器元件和所述导流器之间的内部空间中，由此将所述套筒定位到所述内部空间中使得试样向上移位以使与所述过滤器元件的接触改进。
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