CN115090114A - 过滤系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及过滤系统及其控制方法，包括：过滤器组件，所述过滤器组件包括中空纤维过滤器；联接到过滤器组件的容器；联接到过滤器组件的泵，用于在过滤器组件和容器之间移动物料；与过滤器组件相关联的重量传感器，用于感测过滤器组件的重量；和控制器，所述控制器联接到重量传感器，用于从重量传感器接收表示过滤器组件的重量的重量信息，并且用于基于接收到的重量信息，确定在过滤器组件和容器之间的物料流，所述控制器联接到泵，用于基于确定的物料流控制泵以控制在过滤器组件和容器之间的物料流。

Description

过滤系统及其控制方法
本申请是标题为“交变切向流隔膜泵的致动方法”、国际申请日为2018年08月02日、国际申请号为PCT/US2018/045033、国家申请号为202010126693.4的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月3日提交的美国临时专利申请第62/541,023号和2018年2月8日提交的美国专利申请第15/892,214号的权益和优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本申请总体上涉及隔膜泵的致动，并且更具体地涉及针对隔膜泵的方法、设备和系统。
背景技术
隔膜操作的泵使用正向和负向空气流提供液体输送。然而，常规系统不能精确控制正向和负向空气流之间的变化或正向和负向空气流的量。而且，这样的系统通常具有难以制造和维护的复杂结构且包括气流限制。
发明内容
本申请公开了一种控制单元，所述控制单元包括：第一连接器，所述第一连接器被构造成将比例压力调节器连接至正压力供应部；第二连接器，所述第二连接器被构造成将比例压力调节器连接至负压力供应部；至少一个传感器，所述至少一个传感器被构造成检测连接至比例压力调节器的输出部的气流管线内的正向或负向空气流量(每单位时间的体积)；第三连接器，所述第三连接器被构造成将气流管线连接至隔膜的空气侧；以及控制器，所述控制器被编程为至少控制比例压力调节器的打开和关闭功能，以在气流管线内获得期望的正向或负向空气流量(每单位时间的体积)。
本申请还公开了一种致动隔膜泵的方法，所述方法包括：选择隔膜泵的容积或尺寸；选择要由隔膜泵在给定时间段内驱排的流体体积；选择泵送操作的持续时间，所述持续时间与在所述持续时间内要驱排的流体的期望体积一起生成适合于特定应用的执行简档(performance profile)；通过在于一端连接至隔膜泵的空气侧并且于相对端连接至气流调节器的输出部的气流管线中交替供应正向和负向空气流来致动泵送操作；监测气流管线内的空气流量，以维持或改变气流管线内每单位时间流动的空气体积；可选地，监测隔膜泵的隔膜在其位移的一个末端或两个末端处的位置；以及可选地，改变气流管线内每单位时间流动的空气体积，以：影响隔膜在其位移的一个末端或两个末端处的位置；或者影响位移的部分或完整(partial or full)循环的持续时间；或者影响两者。
本申请还进一步公开了一种控制隔膜泵的方法，所述方法包括：通过经由连接至气流调节器的输出部的气流管线将正向和负向空气流交替供应到隔膜泵的空气侧来致动从第一容器泵送流体的泵送操作；通过向隔膜泵的空气侧施加负向空气流的供应而从第一容器抽吸流体；调节隔膜泵的位移的部分或完整循环的持续时间；过滤从第一容器抽吸的流体；以及提取经过滤的流体，以便将经过滤的流体的一部分引导回第一容器，并且将经过滤的流体的一部分引导至第二容器。
本申请还公开了一种利用控制器来控制隔膜泵的方法，所述方法包括：在将正向空气流供应到隔膜泵的空气侧和将负向空气流供应到隔膜泵的空气侧之间交替，以致动与生物反应器相关联的流体的泵送；通过向隔膜泵的空气侧施加负向空气流的供应而从生物反应器抽吸流体；过滤从生物反应器抽吸的流体；提取经过滤的流体，以将其引导至容器；以及调节隔膜泵的位移的部分或完整循环的持续时间，其中，控制器根据处理要求控制经过滤流体到容器的输送。
可以以各种方式修改和采用所公开的实施例。例如，各种构造是显而易见的，包括在网络环境中可以控制多个泵的多路泵送系统。替代示例性实施例涉及权利要求中陈述的其他特征和特征的组合。
附图说明
结合附图从以下详细描述将更加充分地理解本公开，其中，除非上下文另有指示，否则相似的附图标记、符号或术语通常标识相似的部件，并且：
图1描绘了根据示例性实施例的控制系统。
图2描绘了图1中所示的控制系统，其中，壳体的侧面板被移除以揭示壳体内的元件的一种构造。
图3描绘了根据示例性实施例的交变切向流控制系统。
图4描绘了根据示例性实施例的控制方法。
图5描绘了根据示例性实施例的示意图。
具体实施方式
优选实施例涉及一种控制单元，所述控制单元包括：第一连接器，所述第一连接器被构造成将比例压力调节器连接至正压力供应部；第二连接器，所述第二连接器被构造成将比例压力调节器连接至负压力供应部；至少一个传感器，所述至少一个传感器被构造成检测连接至比例压力调节器的输出部的气流管线内的正向或负向空气流量(每单位时间的体积)；第三连接器，所述第三连接器被构造成将气流管线连接至隔膜的空气侧；以及控制器，所述控制器被编程为至少控制比例压力调节器的打开和关闭功能，以在气流管线内获得期望的正向或负向空气流量(每单位时间的体积)。
另一优选实施例涉及一种致动隔膜泵的方法，所述方法包括：选择泵的容积或尺寸；选择要由隔膜泵在给定时间段内驱排的流体体积；选择泵送操作的持续时间，所述持续时间与在所述持续时间内要驱排的流体的期望体积一起生成适合于特定应用的执行简档；通过在于一端经由连接器4连接至隔膜泵的空气侧并且于相对端连接至气流调节器的输出部的气流管线中交替供应正向和负向空气流来致动泵送操作；监测气流管线内的空气流量，以维持或改变气流管线内每单位时间流动的空气体积；可选地，监测隔膜在其位移的两个末端处的位置；以及可选地，改变气流管线内每单位时间流动的空气体积，以：影响隔膜在其位移的一个末端或两个末端处的位置；或者影响位移的部分或完整循环的持续时间；或者影响两者。
又一优选实施例涉及一种控制隔膜泵的方法，所述方法包括：通过经由连接至气流调节器的输出部的气流管线交替向隔膜泵的空气侧供应正向和负向空气流来致动从第一容器泵送流体的泵送操作；通过向隔膜泵的空气侧供应负向空气流而从第一容器抽吸流体；调节隔膜泵的位移的部分或完整循环的持续时间；过滤从第一容器抽吸的流体；以及提取经过滤的流体，以便将所述流体的一部分引导回第一容器，并且将所述流体的一部分引导至第二容器。
再一优选实施例涉及一种利用控制器控制隔膜泵的方法，所述方法包括在向隔膜泵的空气侧施加正向和负向空气流之间交替，以致动与生物反应器相关联的流体的泵送；通过向隔膜泵的空气侧施加负向空气流从生物反应器抽吸流体；过滤从生物反应器抽吸的流体；提取经过滤的流体，以将所述流体引导至容器；以及调节隔膜泵的位移的部分或完整循环的持续时间，其中，控制器根据处理要求控制经过滤流体到容器的输送。
详细描述
在转向详细示出示例性实施例的附图之前，应当理解本申请不限于说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应当理解术语仅出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是可以以各种不同的构造来布置、替换、组合和设计如本文概述的和在附图中示出的本公开的各方面，所有布置、替换、组合和设计都被明确地构想和构成本公开的一部分。
除其他实施方式外，可执行生物流体的过滤以将血液分离成血细胞和血浆。对于生物医学应用而言重要的是要能够有效清洁用于这种过滤的系统，以便根据药品生产质量管理规范(GMP)准则达到无菌或基本无菌的条件并防止污染。例如，交变切向流系统包括通过蒸汽或伽马射线辐照而灭菌的不锈钢部件。特别地，交变切向流系统的“单次使用”部件可以通过伽马射线辐照进行灭菌。
流体的交变切向流可用于执行过滤。更特别地，通过使流体的切向流交替通过过滤器元件，可以实现连续过滤。例如，在Shevitz名下的美国专利No.6,544,424中描述了交变切向流系统，所述专利的全部内容在此结合作为背景、设备和技术内容。
可以执行过滤以用于纯化，选择性去除不需要的成分和/或用于在高细胞浓度下使培养物保持灌注状态。可以使用各种类型的过滤器，所述过滤器包括中空纤维过滤器，所述中空纤维过滤器包含捆绑在一起的多个中空纤维。例如，可以通过隔膜泵来进行使用上述交变切向流的过滤，在该隔膜泵中以交替的方式输送正向和负向空气流以激活液体转移。当前系统不能精确地调节正向空气流和负向空气流之间的过渡持续时间或空气流量。此外，当前系统通常在复杂的组件中涉及许多难以维护的部件。另一方面，本公开的实施例允许对过渡的持续时间和量进行精确控制，并且除其他益处之外还允许自清洁，如下文更详细所述。
图1描绘了根据示例性实施例的系统100。图1中所示的系统100的某些部件可以设置在壳体7内。然而，应当理解的是在某些实施例中，系统100可以包括位于控制器壳体7外部的泵送模块部件，所述泵送模块部件可以直接或间接地与壳体7内的部件通信。系统100包括第一连接器，所述第一连接器被构造成将容纳在壳体7内的比例压力调节器6连接至正压力供应部1。所述比例压力调节器6也可以被称为比例压力阀。在至少一个实施例中，比例压力调节器6是TR气动压力控制系统，型号为TR-010-g10-s，由美国康涅狄格州谢尔顿的
Figure BDA0003716886840000061
Technologies制造。该系统还包括第二连接器，所述第二连接器被构造成将比例压力调节器6连接至负压力供应部2。正压力供应部1和负压力供应部2被构造成分别提供正向和负向空气流，如下文更详细讨论。正负空气压力供应部1、2的构造使得不限制流向隔膜的空气流，从而允许在较低的进入正负压力下操作，由此增强了系统安全性。图2描绘了系统100的示例性表示，其中，壳体的侧面板被移除。
系统100包括至少一个传感器3和第三连接器，所述至少一个传感器被构造成检测壳体7中的气流管线8内的正向或负向空气流量(每单位时间的体积)，所述第三连接器被构造成将壳体连接至隔膜泵的空气侧。更具体地，气流管线8设置在壳体中并且布置在比例压力调节器6与第三连接器之间，使得气流管线8连接至比例压力调节器6的输出部。气流管线8施加作用在隔膜泵上的空气流。另外，所述系统包括控制器(也可以称为控制系统、控制模块或控制单元)5，所述控制器被编程为至少控制比例压力调节器6的打开和关闭功能以达到气流管线8中的期望的正向或负向空气流量(每单位时间的体积)。
此外，控制器5被编程为通过控制经由上述第三连接器施加的正向和负向空气流来调节隔膜泵的流体流。因此，控制器5调节隔膜泵的操作。此外，控制器5可以调节来自隔膜泵的流体流，以满足处理要求。例如，响应于由用户输入的设置，控制器5可以使隔膜泵在预定时间段内输出指定体积的流体(例如，一天中为100L)。操作者可以向控制器5提供输入以指定期望的输出体积，并且控制器5被编程为控制隔膜泵以实现期望的量。例如，控制器5被编程为根据用户输入确定泵送循环次数(例如，每分钟的循环次数)以实现指定输出。此外，控制器5被构造成调节泵的操作以及正向和负向空气流的供应以考虑到变化。例如，在诸如一天的时间段内，流体粘度可能随时间而变化，并且控制器5被编程为自动控制流体流以考虑到这种变化，以为了实现由用户指定的流量输出。
控制器可以包括：被构造成运行操作系统的处理器或微处理器；专用集成电路(ASIC)；现场可编程门阵列(FPGA)等；或其组合。控制器可以包括存储器，所述存储器可以包括但不限于电子、光学、磁性或能够向处理器、ASIC、FPGA等提供程序指令的任何其他存储或传输设备。存储器可以包括存储器芯片、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、闪速存储器或控制器可以从其读取指令的任何其他合适的存储器。指令可以包括来自任何合适的编程语言的代码。
此外，在某些实施例中，提供了用户接口16，在所述用户接口处控制系统100的用户可以输入和/或监测控制系统100以及相关联的泵的操作的各个方面。例如，用户接口16可以被编程为显示由控制器5接收和分析的数据的一个或多个图形输出。用户接口16还可以显示存储在控制器5的存储器中的其他数据，所述数据包括与在多个处理步骤中的每个步骤处分别由正压力供应部1和负压力供应部2供应的正向和负向空气流的持续时间和量相关的数据。可以在用户接口16上显示的其他信息包括示出最小和最大空气流量和体积的数据，所述最小和最大空气流量和体积包括空气流的公差范围。更进一步，可以在用户接口16处向用户显示的附加参数包括针对一个或多个处理步骤的流量和循环时间。在控制系统100附近的站处可以可选地提供用户接口16。在一些实施例中，用户接口16可以与连接至服务器SV、交换机SW和无线路由器R的用户接口12通信。用户接口12可位于远离工作站的位置。在一些实施例中，用户接口12可以用于所有输入和/或监测功能，并且用户接口16可以不存在。例如，在一些实施例中，用户接口12可以是诸如笔记本电脑或平板电脑的移动计算单元，并且用户接口16可以包括定位在控制系统100附近的小型交互式显示器。
此外，某些示例性实施例的用户接口12、16允许用户控制由控制器5执行的控制过程的开始或停止。在一些实施例中，可以通过设置在例如触摸屏显示器上的按钮来控制开始和停止功能。用户接口12、16还允许输入(录入)指定的控制参数。例如，用户可以在用户接口12、16处将期望大小的正或负压力输入控制器5。当隔膜连接至壳体7时，期望量的正向或负向空气流与隔膜在其位移的两个末端处的位置相关联。
特别地，例如用户可以在用户接口12、16处指示控制器5向壳体7中的第一连接器施加恒定的正向空气流而向第二连接器施加恒定的负向空气流。用户可以最初设置与第三连接器连接的隔膜泵的尺寸(例如，就体积而言)。控制器5基于泵的尺寸自动地重置隔膜的排量。接下来，用户可以设置要由隔膜泵在给定时间段内排出的流体体积，其中，流量是每分钟的完整循环次数与每个循环的排出体积的乘积。控制器还被编程为在单个泵送循环或多个泵送循环中调节隔膜位移的完整循环的持续时间，并且控制在预定时间段内排出一定体积的流体。
另外，手动地或者根据算法或数学方案，用户可以进一步输入泵送操作的期望持续时间，其与在所述持续时间内要被驱排的流体的期望体积一起生成适合于特定应用的执行简档，例如细胞收获。执行简档可至少部分地基于一个或多个泵的位移的部分或完整循环的确定持续时间。传感器3监测每个步骤的空气流并允许将实际检测到的空气流与预定阈值(例如，对应于允许压力的空气流)进行比较。此外，在至少一个实施例中，控制系统100允许根据执行简档以恒定或可变流通过泵来泵送流体。执行简档基于多个处理步骤的确定的持续时间和强度。例如，可以基于泵送操作的持续时间的选择来生成执行简档，所述执行简档包括在给定的处理步骤的预定正向和负向空气流量。控制器5还允许用户根据隔膜泵的位移的部分或完整循环的持续时间来调节调节器6的打开和/或关闭的程度，这可以根据执行简档来执行。更进一步地，控制器5允许根据施加正向空气流和负向空气流的供应之间的过渡来调节比例压力调节器6从打开到关闭的过渡。因此，可以精确地控制正向空气流和负向空气流之间的“转换”。特别地，控制器5被构造成调节隔膜泵的位移的部分或完整循环的持续时间以满足处理要求。因此，可以根据处理要求控制经过滤流体到容器的输送。
控制系统100还可以被构造成从传感器3以外的一个或多个传感器向控制器5提供信息。例如，在至少一个实施例中，控制器5被构造成从至少一个接近传感器接收指示。接近传感器布置在隔膜附近，并且被构造成检测隔膜在其位移(即，在正负压力下在隔膜的端部位置处获得的位移)的一个或两个末端处的位置。例如，控制器5响应于接近传感器的输出，所述接近传感器布置在隔膜附近并且被构造成至少检测在从负向空气流过渡到正向空气流时隔膜在其位移的末端(“底部”位移)处的位置和/或在从正向空气流过渡到负向空气流时隔膜在其位移的末端(“顶部”位移)处的位置。因此，接近传感器将指示隔膜的相对位置的信息提供给控制器5。控制器5响应于接近传感器对位置的检测来调节流体流量。特别地，隔膜端部位置可以由接近传感器连续监测。
隔膜位置必须达到其最大端部位置，以便在每个循环内获得全位移并在给定时间段内获得全流动。当控制器5基于来自接近传感器的信息确定不满足一个或多个端部位置时，控制器被构造成自动调节调节器6的开度以增加正向或负向空气流量。当控制器检测到故障时，例如，当隔膜在给定次数的循环中未能达到正确位置时，控制器5可以使系统100发出声音警告。作为其它示例，控制器5可以从被构造成检测在系统100中流动的流体的性质的探针，例如被设计成指示流体的葡萄糖含量的葡萄糖探针接收信息。
此外，控制系统100还可被构造成从压力或接近传感器以外的一个或多个传感器向控制器5提供信息。例如，在至少一个实施例中，控制器5被构造成从至少一个液体流量计(流量传感器)接收指示，所述液体流量计被构造成检测流体流量和/或隔膜泵排量(displacement)。流量与由正向和负向空气流控制的隔膜泵排量直接相关。滤液侧的附加流量计(流量传感器)可在任何给定时间告知用户最终产品的体积。
此外，至少一个实施例允许执行清洁功能。特别地，控制器5控制压力供应部1、2，以便在指定时间传递突发(burst)空气压力，以清洁泵的过滤器。控制器5被编程为使泵执行定期的过滤器清洁循环，以便从过滤器去除不想要的微粒或碎屑。清洁周期可以手动启动，例如，通过在用户接口上选择“清洁周期”选项，也可以自动启动，例如，当控制器基于数据收集或自上次清洁以来的时间间隔确定应当执行清洁周期时。此外，控制器被编程为使相应的压力供应部1、2以第一流量供给正向或负向空气流中的至少一个并通过以大于第一流量的第二流量输送至少一股突发空气流来清洁过滤器。例如，可以通过施加负向空气流并随后以大于第一流量的第二流量输送至少一股突发正向空气流来清洁过滤器。例如，在至少一个实施例中，可以以至少是第一流量两倍的第二流量提供突发空气流。另外，可以使用泵进行清洁。例如，控制器5可以控制泵以使泵送流量短暂增加而后返回到较低的恒定流量，这可以有利地提高过滤器的预期寿命。特别地，泵使滤液流前进到第二容器，并且泵可以停止或反向运行以增加背压，从而生成回流，并产生期望的清洁效果。此外，可以通过彼此结合利用如上所述的空气突发和泵流控制两者来执行有效的清洁过程。更进一步，作为清洁处理的一部分，除了使泵反向运行或停止之外，控制器5还可以控制突发流体流的正时(timing)。
另外，控制器5被编程为控制空气压力输送的正时，以实现将预定量的空气流输送到壳体7中的气流管线。也就是说，除了指定的量和流量之外，用户还可以在用户接口处输入正时信息(开始、停止、持续时间)。例如，用户可以输入开始和停止时间以定义预定时间段，然后控制器可以实现对压力供应部1、2的控制，以在预定时间段内输出连续的空气流。特别地，控制器5调节正向或负向空气流量，以便在第一时间段内以第一速率输出空气流，而在第二时间段内以第二速率输出空气流，其中，第一时间段比第二时间段短，并且第一速率高于第二速率，反之亦然。
如上所述，在至少一个实施例中，控制器被构造成执行对交变切向流泵的控制。然而，在至少一个实施例中，控制器被构造成以连续方式而不是往复动作来激活切向过滤流。此外，在至少一个实施例中，控制器被构造成通过激活和控制独立泵来使独立泵根据交变切向过滤流功能或切向过滤流功能操作。当根据切向过滤流功能操作泵时，控制器执行启动过程以使泵开始切向过滤流。此后，控制器执行流动的监测。在这样的实施例中，当执行切向过滤流功能时，比例压力调节器6不被致动。
现在转向图3，根据示例性实施例，图1中所示的系统100可以被设置在生物反应器控制系统中。至少一个实施例的生物反应器控制系统是多路系统并且可以被包括在具有多个泵送模块26的生物反应器中，或者一个控制器5为两个或更多个生物反应器服务。特别地，在至少一个实施例中，壳体7可以容纳多个泵送模块，从而允许与多个泵送模块26连接。控制器5确定每个泵的操作速度。生物反应器控制系统的其他部件包括生物反应器18和生物反应器控制器28、秤30、中空过滤器模块22和用于其的平台24，所述平台的高度可调节。
此外，控制系统允许用户启动灌注过程。灌注过程包括供应培养基并在培养基中不存在葡萄糖或不存在所需量的葡萄糖时供应葡萄糖。灌注过程进一步包括进行细胞分离、渗透收获和细胞排出(bleeding)。为了保持恒定的反应器体积，上述灌注过程的步骤必须协调。例如，应该以与渗透物流出系统的速率基本相同的速率添加培养基。另外，可以根据葡萄糖含量和细胞排出速率调节培养基的添加速率，以确保反应器具有恒定的体积。间歇进行细胞排出和/或葡萄糖添加以维持所需的细胞密度。此外，细胞分离本身是使用交变切向流完成的。交变切向流是通过振荡隔膜的动作建立，这使细胞培养物往复通过过滤器的中空纤维膜。渗透泵的流量可以与隔膜动作同步，以实现期望的渗透流量。
图5描绘了根据示例性实施例的生物反应器控制系统的示意图。该生物反应器控制系统包括多个泵，所述多个泵包括培养基泵MP、葡萄糖泵GP、排出泵BP和灌注泵PP。一个控制器(例如，控制器5)可以使用多个流量计。
如图5进一步所示，包含新鲜培养基FM的容器连接至培养基泵和至少一个流量控制器FC。包含葡萄糖G的容器连接至葡萄糖泵和另一个流量控制器FC。葡萄糖流动的速度和正时可由操作员控制。新鲜培养基容器、葡萄糖容器及其各自的泵流体连接至生物反应器，如图5中所示的备有夹套的混合容器的形式。可以使用一个或多个调节器来控制物料流向生物反应器和流出生物反应器的方向。可以使用重量变送器或重量传感器WT对流入或流出生物反应器的物料进行称重，并且可以将测得的重量传输到控制器或视觉显示在与控制器分开的秤指示器上。另外，生物反应器与生物反应器下游的分析仪发射器AT和流量控制器FC通信。操作员可以向分析仪发射器AT提供输入，例如有价值的细胞密度(VCD)设定点(SP)。生物反应器下游的分析仪发射器AT和流量控制器FC被构造成连接至排出泵BP。排出泵BP又被构造成将排出废物BW排放到排出废物箱。流体通道将隔膜调节器连接至生物反应器，其中，流量计FM1(第一流量计)布置在流体通道中，以测量从生物反应器流出的流体的流体特性。
该系统还包括连接至调节器(对应于比例压力调节器6)的正空气压力供应部(空气供应部A)(如供应管线B所示)和负空气压力供应部(例如，来自真空V)(如供应管线C所示)。为了说明起见，图5中的调节器显示在外壳的外部。调节器连接至灌注泵PP并且连接至至少一个流量计(流量变送器或流量传感器)，例如第二流量计FM2。例如，如图5中所示，在生物反应器附近设置有流量变送器FT1(第一流量变送器)，而在灌注泵PP附近设置有流量变送器FT2(第二流量变送器)。灌注泵流体连接至容纳收获培养基HM的容器。至少一个流量控制器(例如，诸如控制器5之类的控制器)被构造成接收可由操作员例如在用户接口12、16处输入的体积和速度设置。例如，设置可以包括设置每日容器容积(WD)设定点。例如，可以布置压力变送器(压力传感器)PT1、PT2、PT3A以分别测量生物反应器与过滤器之间、过滤器与调节器之间以及过滤器与灌注泵之间的压力。压力变送器PT1是第一压力变送器，PT2是第二压力变送器，而PT3A是第三压力变送器。此外，至少一个流量控制器被构造成接收作为输入的系统内流体流的期望剪切速率，所述期望剪切速率可以在用户接口12、16处输入。此外，流量控制器被构造成接收作为输入的每日容器值(VVD)。每日容器值是经过滤的体积量，所述经过滤的体积量通常对应于容器的容积。例如，控制器5还被构造成接收诸如有价值的细胞密度(VCD)和/或设定点(SP)之类的参数作为输入。
可以使用与具有处理器的一个或多个远程计算机的逻辑连接在网络环境中实践这样的实施例。本领域技术人员将理解的是这样的网络计算环境可以涵盖许多类型的计算机，其包括个人计算机、手持式设备、多处理器系统、基于微型处理器的或可编程的消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机等。也可以在分布式计算环境中实践实施方式，在分布式计算环境中，由通过通信网络(例如，局域网(LAN)14)链接(通过硬连线链接、无线链接或通过硬连线链接或无线链接的组合)的本地和远程处理设备执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储装置中。
生物反应器控制系统还包括至少一个通信单元，所述至少一个通信单元可以耦合到交换机SW和路由器R，用于提供系统与网络之间的通信链路。这样，通信单元使处理器能够与耦合到网络的其他电子系统进行有线或无线通信。例如，通信单元可以耦合到将系统连接至因特网或另一个网络的以太网线。在其他实施方式中，通信单元可以耦合到天线(未示出)并提供通过关于网络的可选的无线通信接口10(无线用户接口)发送和接收信息的功能。可以使用无线用户接口10代替用户接口12和/或用户接口16。
在各种实施方式中，通信单元可以包括一个或多个收发器，所述一个或多个收发器被构造成根据一个或多个通信协议来执行数据通信，所述一个或多个通信协议包括但不限于WLAN协议(例如，IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ad、IEEE 802.16、IEEE 802.20等)。因此，生物反应器控制系统允许在整个网络环境中监测和控制泵送操作。还可以对多个泵送模块进行数据收集和分析。此外，诸如来自内置于或附接到隔膜壳体的隔膜压力传感器的感测压力水平的信息也可以被传送到控制器5。也可以获得指示在保持隔膜泵的壳体处的流体流量的感测数据并且将其提供给控制器。
作为进一步的示例，控制器5可以经由网络连接至另一个控制器，例如生物反应器容器的独立控制器。此外，在至少一个实施例中，控制器5可以与一组传感器通信，所述一组传感器监测操作温度、流体水平和流体的流变性。例如，可以提供光学浊度监测器，所述光学浊度监测器将浊度数据发送到控制器5。另外，关于生物流体的成分的信息也可以被中继到控制器5并通过用户接口16传送给用户。例如，可以确定生物流体中的细胞密度并将其显示给用户。另外，可以执行数据分析以便基于来自生物反应器控制系统的泵送系统的多个泵的数据来确定执行简档。此外，可以基于来自多个泵的数据来生成关注的统计分布，并且可以将其用于评估泵系统的性能。
此外，生物反应器控制系统包括多个容纳装置(容器)。例如，在至少一个实施例中，控制系统包括存储未过滤物料的第一容器以及存储经过滤物料的第二容器。该物料可以是生物流体，例如包含动物、人类或微生物细胞的流体。激活泵，以便从第一容器泵送部分流体通过过滤器，并将经过滤的流体输送到第二容器。更具体地，通过向壳体7中的气流管线8施加负向空气流，可以从第一容器抽吸流体。可以根据交替供应正向和负向空气流量控制流体从第一容器输送到隔膜泵或另一个容器。可以以与输送流体相同的方式控制从泵或容器排出流体。因此，在至少一个实施例中，生物流体从生物反应器抽吸至容器，并且流体的一部分可以返回至生物反应器，并且另一部分可以引导至容器(例如，第二容器)。在一些实施例中，第二容器可以被冷藏。例如，过滤器(例如中空纤维过滤器)可用于分离生物流体并将部分滤液引导至第二容器。交变切向流可用于连续过滤流体，直到其到达第二容器。
另外，可以操作泵将部分流体从第一容器泵送回第一容器(返回流)。此外，控制器5可操作以允许或限制来自第二容器的流体的流动，以允许或限制流体从第二容器到第一容器的回流(返回流)。当不使用回流功能来清洁过滤器时(即，当控制系统在清洁状态下暂时不使用回流功能时)，控制器5可以限制回流。
图4描绘了根据实施例的控制处理400。处理400涉及配备有隔膜的泵的致动操作。该处理包括选择泵的容积或尺寸(步骤401)和选择流量(每分钟体积)(步骤402)。该处理还包括选择泵送操作的持续时间(包括在给定的处理步骤处的预定正向和负向空气流量)，以生成适合于特定应用的执行简档(步骤403)。另外，该处理包括通过经由容纳在壳体内的调节器交替供应正向和负向空气流来致动泵送操作(步骤404)。此外，该处理包括监测壳体中的气流管线内的正向或负向空气流量，以维持或改变气流管线内每单位时间流动的空气体积(步骤405)。可选地，可以执行附加的处理步骤。例如，控制处理400还包括可选地监测隔膜在其位移的一个末端或两个末端处的位置(步骤406)以及可选地改变气流管线内每单位时间流动的空气体积，以：影响隔膜在其位移的一个末端或两个末端处的位置；或影响位移的部分或完整循环的持续时间；或影响两者(步骤407)。
尽管本说明书包含特定的实施细节，但是这些不应被解释为对要求保护的范围的限制，而应被解释为特定于特定实施方式的特征的描述。在本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地在多个实施方式中或以任何合适的子组合来实施。而且，尽管上文可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在某些情况下，来自要求保护的组合的一个或多个特征可以从组合去除，并且要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或相继顺序执行这样的操作或者执行所有示出的操作以实现期望的效果。在某些情况下，上述实施方式中各个系统部件的分离不应当理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的部件和系统通常可以集成在单个产品中或包装到多个产品中。
如本文所用，术语“基本”和类似术语旨在具有广泛含义，以与本公开主题所属领域的普通技术人员的普遍和公认用法一致。审阅本公开的本领域技术人员应当理解的是这些术语旨在允许对描述和要求保护的某些特征的说明，而不将这些特征的范围限于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为处于所附权利要求书中所述的本发明的范围内。
如本文所用，术语“联接”、“连接”等是指两个部件直接或间接地彼此连结。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除或可释放)。这样的连结可以通过两个部件或两个部件和任何附加中间部件(其彼此或与两个部件形成为一体)或两个部件和任何附加中间部件(其彼此附接)而实现。
如本文所用，术语“流体联接”、“流体连通”等是指两个部件或对象具有在两个部件或对象之间形成的路径，在所述路径中诸如水、空气、生物流体等的流体可流动，而或有或没有中间部件或对象。用于实现流体连通的流体联接器或构造的示例可以包括用于使流体从一个部件或对象流向另一个部件或对象的管道、通道或任何其他合适的部件。
重要的是要注意，在各种示例性实施方式中示出的系统的构造和布置在特性上仅是说明性而不是限制性的。期望保护在所描述实施方式的精神和/或范围内的所有改变和修改。应当理解的是某些特征不是必需的，并且可以想到缺少各种特征的实现方式，其也处于本申请的范围内，所述范围由所附权利要求书限定。在阅读权利要求书时，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”之类的词语时，除非在权利要求书中有相反的明确说明，否则无意将权利要求限制为仅一项。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，除非有相反的明确说明，否则项目可以包括一部分和/或整个项目。

Claims (20)

1.一种过滤系统，包括：
过滤器组件，所述过滤器组件包括中空纤维过滤器；
联接到过滤器组件的容器；
联接到过滤器组件的泵，用于在过滤器组件和容器之间移动物料；
与过滤器组件相关联的重量传感器，用于感测过滤器组件的重量；和
控制器，所述控制器联接到重量传感器，用于从重量传感器接收表示过滤器组件的重量的重量信息，并且用于基于接收到的重量信息，确定在过滤器组件和容器之间的物料流，
所述控制器联接到泵，用于基于确定的物料流控制泵以控制在过滤器组件和容器之间的物料流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还包括处理器，所述处理器被编程为执行指令以用于控制泵。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器还包括调节器，用于控制相对于泵的气流以用于控制泵。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述处理器被编程为执行指令以用于控制调节器，以控制在过滤器组件和容器之间的物料流中流动的物料。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器被编程为执行指令以用于控制调节器，以致使泵在过滤器组件内引起交变切向流。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述重量信息视觉显示在与控制器分开的秤指示器上。
7.一种过滤系统，包括：
过滤器组件，所述过滤器组件包括中空纤维过滤器；
联接到过滤器组件的容器；
联接到过滤器组件的泵，用于在过滤器组件和容器之间移动物料；
用于获得关于物料成分的信息的传感器；和
控制器，所述控制器联接到所述传感器，用于从所述传感器接收成分信息，
所述控制器联接到泵，用于基于所述成分信息来控制泵以控制在过滤器组件和容器之间的物料流。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括联接到控制器的用户接口，用于通过用户接口将成分接口传送给用户。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述成分信息包括表示物料中的细胞密度的信息。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述传感器是细胞密度传感器。
11.根据权利要求7所述的系统，所述控制器还包括处理器，所述处理器被编程为执行指令以用于控制泵。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括调节器，所述处理器被编程为执行指令以用于控制调节器以控制相对于泵的气流，从而控制泵。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器被编程为执行指令以用于控制调节器，以致使泵在过滤器组件内引起交变切向流。
14.一种用于控制过滤系统的方法，包括：
使物料在容器和过滤器组件之间流动，所述过滤器组件包括中空纤维过滤器；
感测过滤器组件的特性和物料的特性中的至少一者；
基于感测到的特性，确定在过滤器组件和容器之间的物料流，和
基于确定的物料流调节泵的操作以控制在过滤器组件和容器之间的物料流。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述过滤器组件的特性包括过滤器组件的重量。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括基于过滤器组件的重量变化来确定在过滤器组件和容器之间的物料流。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述物料的特性包括物料中的细胞密度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中调节泵的操作包括调节相对于泵的隔膜部分的气流。
19.根据权利要求14所述的方法，还包括控制泵以在过滤器组件内引起交变切向流。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括向用户显示过滤器组件的特性和物料的特性中的至少一者。
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