CN1157634A - 生物处理分析用的新颖取样系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关一种取样装置，其中与微生物污染的环境分离的位置是在罩钟(7)下按照气体层流原理构成灭菌保护性气流，内管(11)与样品管(10)的连接位置是设计成可在罩钟(7)内且恰在其下，以固定地或不固定地连接，并在无固定连接情况下恰在框罩钟(7)下方进行自动化操作。

Description

生物处理分析用的   新颖取样系统
本发明是有关一种新颖的取样装置，它可从生物反应器或灭菌容器内对细胞培养基样品及其他液体介质进行灭菌取移，而通过灭菌过滤的惰性气流方式提供免受再污染的保护作用。
优化生物技术相关的制造方法主要取决于生物处理分析领域的进展，由于它可以发现引起改进生产过程控制的方法。逐渐地，为此使用现代分析方法如细胞荧光法(cytofluorometry)，高压液相色谱仪及生物感应器。对此先决条件是使用和发酵器内容物构成联结的适宜取样系统。在动物、细菌及植物细胞的培育中，用于发酵作用的无菌操作方法及灭菌装置特别重要，由于在整个发酵过程中样品要连续取出以测定重要参数如培养基的生长特性，有关细胞状态及代谢值的量。
由生物反应器确实取样是一种严格操作，因为它要突破该灭菌屏障而达到发酵器的内容物。因此，在发酵作用持续数周的情况下，或在高取样频率的情况下，简单和可靠的取样方法对过程的成功与否相当重要。
再者，取样必须是发酵物内容物的真实代表而且通常是可达到的，因而对使用自动化分析系统日益要求完全自动化取样的可能性。
迄今用于此目的的取样装置是由生物反应器的制造商所提供或由使用者自己设计。这些往往是临时辅助物，它仅可部分满足上述需求或具有下列缺点：
重要的设计特征为避免发酵物内容物因取样途径而反受污染，由于该取样构成对微生物污染环境开放的位置之故。
该问题可以各种方法解决：
在预灭菌样品安瓿上的隔膜或薄膜进行刺穿，此方法经常使用，特别是在细菌发酵中。但该方法是复杂且非常不易于操作，并还需要对刺穿用针进行化学或加热消毒如以火焰燃烧。
使用化学制剂如乙醇对取样途径进行消毒。此方法有使样品失真、不期望的化学品侵入的危险及样品容器再连接的高危险性。
使用具有安瓿或一次性使用针筒的密封式取样系统。在这种情况下，取样途径仅使用一次，接着就丢弃。因此此方法需要大尺寸的结构而且经常改变容器排列，并也会产生大量废弃物如针筒。
例如以蒸气对开口进行热消毒。此方法需要可气密的连接器例如适宜的管子且其在冷却时相当耗时，因而特别不适用于实验室反应器。
使用不渗透细菌的膜。此方法特别使用于已知如FLA(流动注射分析)分析方法中。但用该方法只能对无细胞样品取样。
一般而言，上述方法(除FIA系统外)由于需要手动操作而不适于自动化作用，因此无法普遍使用。
可商购的系统，描述于例如生物技术研究(Biotech-Forum)6，274-288(1989)中，并已由生物工程(Bioengineering)CH 8636 Wald公司出售。
因此本发明的目的是发现一种可满足下列最小要求的取样系统：
-小型结构，易装配
-通用于灭菌取样
-可靠操作模式
-化学剂不会污染样品物质
-易于处理且恒定的存取性
-不会累积用过的物质如消毒剂，针筒等，
-对经常性取样无限制
-完全自动化系统，例如可连接到用于线上分析的自动取样器。
根据本发明，该目的可通过下列事实而达到。本发明取样装置中，与微生物污染环境分离的点是构建成灭菌限定的保护性气流，该气流优选的是按层空气流原理由灭菌气体所构成，以使层保护性气流(参见例如Kohlbausch在实验物理(Praktische Physik)第138页，第1卷，由Teubner Stuttgart于1968年出版)有利地由上而下通过取样装置的方式，所述装置至少一个，但优选为两个同心配置的管，限定该灭菌气流的保护通风道的外管和内管的间隔和内管11连结到样品管10的连接位置是要使得它可以固定地或无任何固定连接而恰在罩钟7下方之内，并且，对自动化操作它恰在罩钟7下方进行而无任何固定连接。
在一优选的取样装置中，取样罩7最好由顶端固定在一起的两个同心装备好的管构成，优选的由玻璃制成。细管11(较好地也由玻璃制成)通过该双罩的正中心线以输送样品液。整个罩钟可经由所示的空气过滤器开口9永久性供应无湍流且灭菌过滤的保护性气体，较好为灭菌过滤的空气，而优选的该层气流是通过使气体通过排列在内管11端部上方的可渗透膜8而产生，且于罩钟的下端开口处再流出。该气流以特定流速向前取代微生物污染的周围空气且本身构成对取样位置免受再污染的防护作用。在使用于例如制造层状低湍流空气流的安全操作台中，其流速可方便地为0.1至2米/秒之间范围，但优选在0.4及0.6米/之间。
取样过程本身，即灭菌液体的转移具有下列可能性，它证明本装置具有大的通用性：
(a)由手固定连接样品容器
将灭菌样品管自下方插入罩钟7并连接到设于内罩管上的匹配螺纹或快速装配闭合器。这种情况下，要填充的容器经由该空气过滤器9.1换气。
(b)无固定连接的以手动转移样品
样品容器上缘挟持在罩钟7内部直接位于内管11下方，即在样品出口下方。
(c)无固定连接的自动装填样品管
该操作模式中，多个样品容器置于例如旋转样品传送盘(自动取样机)中，且自动地直接置于罩钟7下方。
图1及2说明本发明取样装置的优选具体例：
图1图示地表明与生物反应器相连的装置的整个功能。
(a)装置的灭菌作用
取样装置是通过适宜连接器3及管子(优选为硅氧烷管)连接到发酵器1的浸入取样管的出口，并且与发酵器一起高压灭菌。为了进行此动作，罩钟7之下端必须用适宜的覆盖物密封。接口3优选为标准市售的快速脱离的联接器(灭菌技术的接头)，如由美国Swagelock所制，必要时它可取代或随后加上灭菌装置。
(b)操作模式
灭菌作用后，惰性保护性气体，优选为灭菌压缩空气(如任何实验室都现有的)加到各保护性气体入口开口9的一个或多个中，优选为两个，该开口9优选为空气过滤器(Acrodisc，0.2微米孔宽，德国制)。同时或更好在移去用于灭菌作用的覆盖物之前，气体的预备压力调整至达到约0.5米/秒的气体速度。此设定维持在整个过程中，并可使通到发酵器内容物的通道维持恒定。
图2表明概要的取样装置：
罩钟7是由两个同心装备的管(优选是由耐热性玻璃制得)所构成，外管及内管的间隔形成灭菌气流的保护性通风道。于此特定例中，罩钟的外部尺寸为10cm长及4cm直径，但也可为其它尺寸。内罩钟部分，若需要可配置一个或多个空气阀9.1，它适当地与保护性气体入口开口相同装配，该内罩钟部分插有管11(如玻璃管)，它通过连接器例如硅氧烷管连接器并经快速脱离的联接头5连接到生物反应1。便利地位于快速脱离联接头5与取样装置间的蠕动泵6可将所需体积的样品直接输送至适宜的样品容器10中。通过由经过上述空气过滤器9的气流可使细胞培养液免受外界污染。有利地是，将例如聚二氟化乙烯或适宜玻璃料制得的可渗透膜8置于保护性罩钟7的外管及内管间隙中，以确保均匀的气体分布及层气流，此层气流流出置换周围空气并可靠地避免样品液体的感染。
意外地，保护性罩钟7的小护罩体积足以确使装置的可靠操作。于所述实施例中，外罩钟体积为110cm3。这可使装置结构小型化。
手工取样中，将预灭菌的样品容器10(理想上为15毫升的试管例如由Falcon所制)旋紧于内管的内罩环上，但亦可考虑其它类的连接物如弹簧接头闭合物，或简单地挟持在玻璃管11下方，适当地在罩钟7内侧。于固定连接的情况下，优选是经过滤器单元9.1进行通风，该过滤器单元9.1可适宜地整体成型。
自动取样中，样品容器10如所示放置并通过泵6的作用自动充填。样品容器是以1至50毫米间隔，优选为5至20毫米间隔排列在罩钟7的下方，使样品管被自动充填。
在任何情况下，各测量周期之前，为了获得代表性样品，第一次进行的特定体积要丢弃，该体积相当于上至发酵器的硅氧烷管的内容量。
根据本发明，该新颖取样装置具有下列特征：
-无机械性移动零件，
-在装置先经热失活后，优选使用无病原的过滤压缩空气或其它气体作为灭菌操作的唯一介质，
-上述罩钟下方的恒定限定的气流使预灭菌的样品容器可开放地处理，也就是无绝对必要和取样装置本身直接接触，
-样品可在未准备条件下随时取出且不耗时。

Claims (4)

1、一种用于生物处理分析的取样系统，其特征是，与微生物污染环境分离的位置是构建成按层空气流动原理的灭菌保护性气流，要使保护性气体层流经由至少一个同心配备的管所构成的取样装置，外管和内管间的间隙限定灭菌气流的保护性通风道而且内管(11)和样品管(10)的连接位置是使其以固定或无固定连接在罩钟(7)内部且恰在其下方而对自动操作，它在无固定连接下恰在罩钟(7)下方进行。
2、根据权利要求1的取样系统，其特征是，该罩钟(7)包括两个同心配备的管，外管与内管间的间隙限定灭菌气流的保护性通风道，而管(11)是导入内管中，所述管(11)是通过连接物和快速脱离的联接头(5)连接到生物反应器。
3、根据权利要求1或2的取样系统，其特征是，快速脱离联接头(5)和取样装置间设有蠕动泵(6)。
4、根据权利要求1至3的取样系统，其特征是，可渗透膜(8)是排列在保护性罩钟(7)的外管与内管间的间隙中。
CN95194973A 1994-09-13 1995-09-12 生物处理分析用的新颖取样系统 Pending CN1157634A (zh)

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