CN116157205A - 连续生物处理离心机转子 - Google Patents

Abstract

一种转子组件(10、150、270、310)和使用所述转子组件(10、150、270、310)的方法。所述转子组件(10、150、270、310)包含生物处理袋(48)、接收所述袋(48)的下部部分的滚筒(46)以及压力环(50)。固持器(54、182)将所述袋(48)的上部部分耦合到所述压力环(50)。所述压力环(50)耦合到所述滚筒(46)以限定容纳所述袋(48)的内部空间。液体输送组件(35、178、272)穿过所述固持器(54、182)中的开口，使得液体可添加到所述袋(48)和从所述袋中移除，而无需从所述离心机移除所述转子(16、154)。所述固持器(54、182)中的轴承组件(190)将所述液体输送组件(35、178、272)耦合到所述转子(16、154)，并且使得所述液体输送组件(35、178、272)能够在所述转子(16、154)围绕其旋转时保持静止。一个或多个密封组件(276、312)抵着所述液体输送组件(35、178、272)的外部部分提供不漏流体的密封，并防止流体在离心期间从所述袋(48)泄漏。

Description

连续生物处理离心机转子

技术领域

本发明大体上涉及离心机转子，并且更具体地说，涉及被配置成用于离心机中的生物悬浮液的连续处理的转子。

背景技术

生物反应器和发酵器用于生长包含悬浮于液体介质中的细胞或微生物的生物悬浮液。一旦生物悬浮液已充分生长，它通常分离成液体和固体组分。接着收集分离的组分以用于后续分析或使用。离心是用于分离例如细胞、细胞器和生物聚合物——包含分散在生物悬浮液中的蛋白质、核酸、脂质和碳水化合物——等生物组分的常见技术。

离心通常涉及将一定量的悬浮液从生物反应器或发酵器施配到例如瓶或袋等处理容器中。然后将容器封闭并使其在离心机中自旋。通过使离心机中的转子自旋而产生的离心力使悬浮液中的固体朝向容器的底部沉降出来并形成大体上固体的沉淀物。包括密度比沉淀物小的液体的上清液汇集在容器中在沉淀物上方。在其它情况下，悬浮液中可形成密度梯度，其中含有类似密度的固体的液体的等密度层在彼此顶部上形成。在任一情况下，一旦上清液和沉淀物或等密度层已经形成，分离的组分就可通过从容器倾倒、泵送或以其它方式移除每种组分来倾析。

常规离心过程具有许多缺点。例如，为了增加处理量，通常希望容器容纳尽可能多的悬浮液。然而，随着容器大小的增加，操作者将容器放入离心机和从离心机移除容器变得更加困难。增加装载到离心机中的容器数目也可增加处理量。然而，具有大量容器还会增加操作者装载和从离心机卸载每一批容器所花费的时间量。

离心的另一问题是如何在不干扰其它组分的情况下移除各种分离的组分中的每一者。此问题在容器较大或者归因于容器的积垢增加而难以从离心机移除的情况下可能加剧，这可能会引起分离的组分的再混合。

因此，需要用于生物悬浮液的离心的改进方法和系统。

发明内容

本发明克服了迄今为止已知用于生物悬浮液的离心的离心机转子的上述和其它不足和缺点。虽然将结合某些实施例来讨论本发明，但是应当理解，本发明不限于本文所述的具体实施例。

在本发明的实施例中，提供一种用于离心液体介质的转子组件。所述转子组件包含生物处理袋、滚筒和固持器。所述生物处理袋具有下部部分和上部部分。所述生物处理袋的上部部分包含连接到所述生物处理袋下部部分的轴向对齐的颈部，以及从轴向对齐的颈部向外延伸的径向对齐的裙缘。所述滚筒包含具有外轮缘的第一底座和从所述外轮缘向上延伸的第一周向壁。所述第一周向壁包含第一外表面和第一内表面，其中所述第一内表面限定接收生物处理袋的下部部分的第一开口，压力环包含第一径向对齐的凸缘和第二周向壁。所述第一径向对齐的凸缘包含第一上表面、外边缘和限定第二开口的内边缘。第二周向壁从外边缘向下延伸，并具有与滚筒的第一周向壁的第一外表面接合的第二内表面。所述固持器包含具有面向外的表面的第三周向壁和具有第一下表面的第二径向对齐的凸缘。所述第二径向对齐的凸缘从所述第三周向壁的上部部分向外延伸，并且所述面向外的表面和所述第一下表面中的至少一者将所述生物处理袋的上部部分以操作方式耦合到压力环。

在本发明的一个方面，所述转子组件还可包含具有第二上表面的压缩环，所述第二上表面具有凹入环形区。所述凹入环形区可在压缩环的轴向侧开放，并且结合所述固持器的第二径向对齐的凸缘的第一下表面限定径向对齐的周向通道。所述径向对齐的周向通道可被配置成接收所述生物处理袋的径向对齐的裙缘的至少一部分。

在本发明的另一方面，固持器的第二径向对齐的凸缘和压缩环可各自包含多个直通孔，并且所述转子组件还可包含多个保持螺栓和具有多个带螺纹孔的保持环，每个带螺纹孔被配置成接收相应一个保持螺栓。每个保持螺栓可穿过第二径向对齐的凸缘和压缩环的相应直通孔，并且压缩环可经受第二径向对齐的凸缘和保持环响应于保持螺栓的紧固而施加的压缩力。

在本发明的另一方面，所述压力环可包含从第一径向对齐的凸缘的第一上表面向上突出的周向脊，并且可包含轴向对齐的面向内的表面，所述轴向对齐的面向内的表面被配置成使保持环围绕由所述压力环的内边缘限定的第二开口居中。

在本发明的另一方面，所述滚筒可包含多个轴向对齐的挡板。

在本发明的另一方面，所述生物处理袋的下部部分可包含多个内袋和多个外袋，每个外袋位于两个相邻的内袋之间，并且每个外袋可被配置成接合滚筒的相应一个轴向对齐的挡板。

在本发明的另一方面，每个轴向对齐的挡板可包含中空部，第一底座可包含具有进入每个轴向对齐的挡板的中空部中的第三开口的第二下表面，并且所述转子组件还可包含具有第三上表面的转矩传递模块，所述第三上表面具有多个突出部，每个突出部被配置成接合第一底座的第二下表面中的相应第三开口。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含具有罩盖和被配置成接收所述罩盖的第二底座的壳体，并且生物处理袋、滚筒、压力环和固持器可包括在所述壳体内旋转的转子。

在本发明的另一方面，固持器的第三周向壁可包含限定第四开口的面向内的表面，并且所述转子组件还可包含穿过罩盖和第四开口的倾析组件。所述倾析组件可具有输入通口，通过所述输入通口从生物处理袋移除第一液体介质。第一底座可包含具有面向上的碗形状的第四上表面，所述面向上的碗形状限定接近转子的旋转轴线的集水区，并且倾析组件的输入通口可位于所述集水区近处。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含穿过罩盖和第四开口的馈料组件。所述馈料组件可包含馈料组件输出通口，通过所述馈料组件输出通口向生物处理袋提供第二液体介质。

在本发明的另一方面，所述第一液体介质可以是上清液，并且所述第二液体介质可以是悬浮液。

在本发明的另一方面，所述馈料组件还可包含馈料组件输入通口和具有带第一直径的第三内表面的馈料管，并且所述倾析组件可包含倾析管，所述倾析管具有带小于第一直径的第二直径的第二外表面并且纵向穿过所述馈料管。沿着倾析管的至少一部分，第一直径可大于第二直径，使得倾析管和馈料管在倾析管的第二外表面与馈料管的第三内表面之间限定环形通道。所述环形通道可将馈料组件输入通口流体耦合到馈料组件输出通口。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含轴承组件、液体输送组件，所述液体输送组件穿过罩盖和轴承组件并且包含借以从生物处理袋移除第一液体介质的第一通口和借以向生物处理袋提供第二液体介质的第二通口。

在本发明的另一方面，所述固持器可包含具有第一圆柱形环形区的下部区段和包含第二圆柱形环形区的上部区段。第一圆柱形环形区和第二圆柱形环形区可限定中心腔，所述中心腔在下部区段耦合到上部区段时容纳轴承组件。

在本发明的另一方面，所述轴承组件可包含具有带第一孔洞的第一内环的上轴承、具有带第二孔洞的第二内环的下轴承，以及相对于下轴承将上轴承竖直定位以使得第一孔洞和第二孔洞将轴承组件耦合到液体输送组件的圆柱形间隔件。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含具有第五上表面和第三下表面的密封轴承。所述密封轴承可通过第五上表面耦合到壳体的罩盖，并且通过第三下表面与固持器旋转接触。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含具有第三外表面和第四下表面的密封驱动毂，并且所述密封驱动毂可通过第三外表面耦合到壳体的罩盖并且可通过第四下表面耦合到第五上表面。

在本发明的另一方面，第四下表面可包含一个或多个突出部，第五上表面可包含一个或多个凹口，并且每个突出部可接合相应凹口以使得防止密封轴承相对于密封驱动毂旋转。

在本发明的另一方面，密封驱动毂还可包含被配置成将热传导离开密封轴承的一个或多个热管。

在本发明的另一方面，所述壳体的罩盖可包含第一中心孔，并且所述转子组件还可包含将密封驱动毂耦合到第一中心孔的扭矩保持毂。

在本发明的另一方面，扭矩保持毂可包含具有非圆形形状的第二中心孔，并且密封驱动毂的第三外表面可具有非圆形形状且被配置成接合扭矩保持毂的第二中心孔，使得通过所述非圆形形状防止密封驱动毂相对于扭矩保持毂旋转。

在本发明的另一方面，密封驱动毂可包含带螺纹孔洞，液体输送组件可包含具有第四外表面的一体式套环，所述第四外表面具有被配置成以螺纹方式接合密封驱动毂的带螺纹孔洞的带螺纹部分，并且液体输送组件可通过密封驱动毂耦合到壳体的罩盖。

在本发明的另一方面，所述液体输送组件可包含具有带光滑部分的第四外表面的一体式套环，所述密封轴承可包含内凹槽，并且所述转子组件还可包含位于所述密封轴承的内凹槽中的弹性部件，所述弹性部件在密封轴承与液体输送组件的一体式套环的第四外表面的光滑部分之间提供不漏流体的密封。

在本发明的另一方面，所述固持器可包含液体输送组件从中穿过的第一中心开口，并且所述转子组件还可包含：具有第一内凹槽和与固持器旋转接触的第二上表面的密封轴承；以及位于密封轴承的第一内凹槽中将所述密封轴承耦合到液体输送组件的第一弹性部件。

在本发明的另一方面，所述固持器可包含耦合到第三周向壁的下部部分的下部板，其中所述中心开口处于所述下部板中。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含第二弹性部件，所述第二弹性部件被配置成推动密封轴承以与固持器的下部板旋转接触。

在本发明的另一方面，转子组件还可包含保持器，所述保持器具有带内表面的第一圆柱形套筒和第一环形凸缘，所述第一环形凸缘从第一圆柱形套筒的底部部分径向向内延伸以限定第二中心开口，所述第二中心开口提供与液体输送组件的摩擦配合或滑动配合。第一圆柱形套筒可具有足以在第一圆柱形套筒的内表面与液体输送组件之间限定环形空间的内径，并且第二弹性部件的第一末端可保持在环形空间中。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含轴承支撑件，所述轴承支撑件具有第二圆柱形套筒和从所述第二圆柱形套筒的顶部部分径向向内延伸的第二环形凸缘。第二环形凸缘可包含上表面、下表面，并且限定提供与液体输送组件的滑动配合的第三中心开口。所述轴承支撑件可被配置成使得第二弹性部件的第二末端接合第二环形凸缘的下表面，并且所述第二环形凸缘的上表面接合密封轴承的底部表面。

在本发明的另一方面，第二圆柱形套筒可具有大于第一圆柱形套筒的外径的内径，并且在第一圆柱形套筒与第二圆柱形套筒之间提供滑动配合。

在本发明的另一方面，所述转子组件还可包含第三弹性部件，所述第二环形凸缘可包含第二内凹槽，并且所述第三弹性部件可位于所述第二内凹槽中并将轴承支撑件耦合到液体输送组件。

在本发明的另一方面，第一和第三弹性部件可以是O形环，并且第二弹性部件可以是螺旋弹簧。

在本发明的另一实施例中，提供一种对包含第一组分和第二组分的液体介质进行离心的方法。所述方法包含：向转子提供第一量的液体介质；在一个或多个阶段中加速转子，直到转子达到使液体介质的至少一部分分离成第一组分和第二组分的第一角速度；以及在一个或多个阶段中使转子减速，直到转子达到小于第一角速度的第二角速度。当转子以第二角速度旋转时，所述方法从转子移除第一组分的至少一部分，并且在从转子移除第一组分的所述部分之后向转子添加第二量的液体介质。所述方法随后在一个或多个阶段中加速转子，直到转子达到使第二量的液体介质的至少一部分分离成第一组分和第二组分的第一角速度，使得第二组分在转子中累积。

在本发明的另一方面，在一个或多个阶段中加速转子直到转子达到第一角速度可包含：在第一角加速度速率下加速转子，直到转子达到第三角速度；使转子在第一时间段内以第三角速度旋转；以及在第一时间段到期之后，在大于第一角加速度速率的第二角加速度速率下加速转子，直到转子达到第一角速度。

在本发明的另一方面，第三角速度可在转子以第三角速度旋转时使液体介质的表面具有抛物线形状，并且第一角速度可在转子以第一角速度旋转时使液体的表面具有圆柱形形状。

在本发明的另一方面，第三角速度可以是大约每分钟100转，并且第一角速度可以是每分钟在5,000转与5,500转之间。

在本发明的另一方面，在一个或多个阶段中减速转子直到转子达到第二角速度可包含：在第三角加速度速率下减速转子，直到转子达到第四角速度；使转子在第二时间段内以第四角速度旋转；以及在第二时间段到期之后，在小于第三角加速度速率的第四角加速度速率下减速转子，直到转子达到第二角速度。

在本发明的另一实施例中，提供另一种对包含第一组分和第二组分的液体介质进行离心的方法。所述方法包含：将第一批液体介质添加到包含具有多个内袋的生物处理袋的转子；在一个或多个阶段中加速转子，直到转子达到使液体介质的至少一部分分离成第一组分和第二组分的第一角速度；以及使第二组分累积在所述多个内袋中。

在本发明的一个方面，所述方法还可包含：在一个或多个阶段中使转子减速，直到转子达到小于第一角速度的第二角速度，以及当转子以第二角速度旋转时，从转子移除第一组分的部分。在从转子移除第一组分的部分之后，所述方法可将第二批液体介质添加到转子，在一个或多个阶段中加速转子直到转子达到第一角速度，以及使第二批液体介质的第二组分累积在多个内袋中。

在本发明的另一方面，所述方法还可包含重复以下步骤：将转子减速到第二角速度；从转子移除第一组分的部分；将另一批液体介质添加到转子；将转子加速到第一角速度；以及使第二组分累积在多个内袋中并且从转子移除第二组分。

在本发明的另一方面，从转子移除第二组分可包含停止转子的旋转以及从转子移除生物处理袋。

附图说明

并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的某些实施例并且与上文给出的对本发明的总体描述和下文给出的详细描述一起用来解释本发明。

图1是根据本发明的实施例的连续流密封转子组件的透视图。

图2是图1的转子组件的部分拆解透视图，描绘了转子组件的罩盖、转子、底座和安全壳(containment shell)。

图3是图2的转子的拆解透视图。

图4是图1的转子组件的示意性横截面图。

图5是图1的转子组件的另一示意性横截面图，示出图4中未能看清楚的额外细节。

图6是图5的转子组件的一部分的放大图，示出其额外细节。

图7是图5的转子组件的另一部分的放大图，示出其额外细节。

图8是根据本发明的另一实施例的连续流密封转子组件的透视图。

图9是图8的转子组件的部分拆解透视图，描绘了转子组件的罩盖、转子、底座和安全壳。

图10是图8的转子组件的示意性横截面图。

图11是图10的转子组件的一部分的放大图，示出其额外细节。

图12是图10的转子组件的另一部分的放大图，示出其额外细节。

图13是图10的转子组件的又一部分的放大图，示出其额外细节。

图14是图10的转子的液体输送组件的示意性横截面图。

图15是图8的转子组件的子组件的透视图，包含液体输送组件、生物处理袋和固持器。

图16是图15的子组件的拆解透视图。

图17是图15的子组件的示意性横截面图。

图18是根据本发明的又一实施例的连续流密封转子组件的透视图。

图19是图18的转子组件的部分拆解透视图，描绘了转子组件的罩盖、转子、底座和安全壳。

图20是图18的转子组件的示意性横截面图。

图21是图20的转子组件的一部分的放大图，示出其额外细节。

图22是图18的转子组件的示意性横截面图，包含下部密封组件。

图23是图22的转子组件的一部分的放大图，示出其额外细节。

图24-27是根据本发明的实施例的可与图1-23的转子组件一起用于液体介质的离心的过程的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及使用密封转子组件形式的处理容器连续处理生物悬浮液的转子。密封转子组件可实现“即插即用”离心系统，最大限度地减少转子组件用户所需的工作量。

图1-7描绘根据本发明的实施例的连续流密封转子组件10。转子组件10包含包括罩盖12和底座14的壳体11、转子16和安全壳18。底座14可包含具有带槽口17的外表面的周向轮缘15。罩盖12可具有直径比周向轮缘15略大的开口19。开口19的直径可允许罩盖12通过弹性部件20(例如，垫片)耦合到底座14，所述弹性部件在罩盖12的内表面与底座14的槽口17之间提供摩擦配合。罩盖12和底座14可由此彼此以操作方式耦合，使得壳体11提供密封室22以用于容纳转子16。

如最佳由图6所示，由槽口17限定的凸缘21可为罩盖12的下边缘23提供止挡，使得罩盖12在轴向方向上相对于底座14可靠地定位。罩盖12可包含一个或多个手柄24和具有多个(例如两个)带螺纹孔洞28、30的加强板26。带螺纹孔洞28、30可被配置成分别接收馈料组件32和倾析组件34。加强板26、馈料组件32和倾析组件34可包括用于对进出转子组件10的液体介质进行馈送和倾析的液体输送组件35。

底座14可通过例如螺母和螺栓等一个或多个紧固件36耦合到安全壳18。底座14和安全壳18可各自包含相应的中心孔38、40，转子16可通过所述中心孔耦合到离心机。中心孔38、40可使转子16能够在壳体11和安全壳18保持静止时在密封室22内旋转。安全壳18可被配置成汇集从密封室22泄漏出来的任何材料。

如最佳由图3-5所示，转子16可包含转矩传递模块42、驱动毂44、滚筒46、生物处理袋48、压力环50、保持环52、固持器54、压缩环55和加强件56。转矩传递模块42可充当压力板和转矩传递部件两者。转矩传递模块42可包含中心孔58、以中心孔58为中心的键合(keyed)凹部60以及具有多个突出部62的上表面，所述突出部被配置成接合滚筒46中的匹配凹部64，如图5所示。

驱动毂44可包含：孔洞66，其被配置成接收离心机的主轴；以及键合凸缘68，其被配置成接合转矩传递模块42的键合凹部60。驱动毂44的带螺纹部分可被配置成接收保持螺母70。保持螺母70可被配置成以螺纹方式接合驱动毂44的带螺纹部分。响应于紧固保持螺母70，提供键合凹部60的下表面的转矩传递模块42的一部分可被压缩在驱动毂44的键合凸缘68与保持螺母70的上表面之间。转子16可由此通过保持螺母70安全地耦合到驱动毂44。

滚筒46可包含具有上表面80、下表面71、外轮缘73的大体上圆形底座72以及具有内表面75和外表面77的周向壁74(参见图3-5)。周向壁74可大体上从外轮缘73向上突出以限定开口76(图3)，并且可向内成角度，使得滚筒46的开口76具有小于滚筒46的底座72的直径。多个轴向对齐的挡板78可从周向壁74的内表面75径向向内突出。滚筒46的每个挡板78可以是中空的并且在其底座处包含开口，所述开口提供与转矩传递模块42的相应突出部62接合的凹部64，如上文所描述并在图5中所示。

底座72的上(或内)表面80可具有浅的面向上的碗形状，所述面向上的碗形状限定接近转子组件10的旋转轴线82的集水区81，如图4和5所示。为此，上表面80可具有接近滚筒46的底座72的中心的大体上为零的径向斜率(即，在水平面中大体上平坦)。所述径向斜率可随着距底座72中心的径向距离的增加而增加，使得当转子组件10静止时，滚筒46容纳的液体介质将被重力推向底座72的中心。

馈料组件32可包含呈馈料阀84(例如，球阀)形式的输入通口，所述输入通口通过外部馈料管88耦合到馈料配件86的入口。馈料组件32可包含呈喷嘴90形式的出口通口，所述出口通口通过内部馈料管92耦合到馈料配件86的出口。内部馈料管92可被配置成对喷嘴90进行定向，使得所述喷嘴在从旋转轴线82大体向外的方向上施配液体介质。

倾析组件34可包含通过外部倾析管98耦合到倾析配件96的出口的呈倾析阀94(例如，球阀)形式的输出通口以及通过内部倾析管102流体耦合到倾析配件96的入口的输入通口100。内部倾析管102可被配置成使得倾析组件34的输入通口100最优地定位以在离心过程期间移除液体介质(例如，上清液)。例如，内部倾析管102可被配置成将倾析组件34的输入通口100定位成接近滚筒46的集水区81。有利地，相比于利用不具有此特征的转子将可能实现的情况，通过允许输入通口100在转子16中定位得较低并且通过使液体介质围绕输入通口100集中，通过集水区81可使倾析组件34能够从转子16倾析较大百分比的液体介质。

如图3-5所示，生物处理袋48可包含下部部分104和上部部分108。生物处理袋48的下部部分104可包含多个内袋106。生物处理袋48的上部部分108可包含轴向对齐的颈部110和从颈部110的顶部向外延伸的径向对齐的裙缘112。生物处理袋48的颈部110可限定开口，液体介质可通过所述开口添加到生物处理袋48中并且液体介质的已处理组分可通过所述开口从所述生物处理袋移除。生物处理袋48的相邻内袋106之间的外袋114可被配置成接合滚筒46的挡板78。这种接合可防止生物处理袋48在转子16经受离心机的角加速度时相对于滚筒46移动或旋转。

如最佳由图7所示，压力环50可包含限定开口118的径向对齐的凸缘116，以及从凸缘116的外边缘大体向下延伸的周向壁120。开口118可被配置成接收生物处理袋48的轴向对齐的颈部110。以转子组件10的旋转轴线82为中心的周向脊122可从凸缘116的上表面向上突出。周向脊122可包含轴向对齐的面向内的表面124，所述面向内的表面被配置成使保持环52围绕压力环50的开口118居中。

保持环52可在其下部面上包含周向通道130和各自被配置成以螺纹方式接合保持螺栓133的多个带螺纹孔132。固持器54可包含轴向对齐的周向壁134和径向对齐的凸缘136。周向壁134可包含限定转子16的开口139的面向内的表面138以及接合生物处理袋48的颈部110的面向外的表面140。凸缘136可连接到周向壁134的上部部分并从所述上部部分径向向外延伸，并且包含被配置成使保持螺栓127通过的多个直通孔135。

压缩环55可包含上表面141、下表面143和被配置成使保持螺栓133通过的多个直通孔126。压缩环55的上表面141可包含竖直凹入环形区142，所述环形区向压缩环55的轴向侧开放。竖直凹入环形区142可与固持器54的凸缘136的下表面144协作工作以提供接收生物处理袋48的裙缘112的至少外部部分的径向对齐的周向通道。

保持环52和固持器54可被配置成与压力环50和压缩环55协作工作以将生物处理袋48固定在转子16内。当保持螺栓133被紧固同时与保持环52的带螺纹孔132螺纹接合时，压缩环55可经受保持环52的上表面145与凸缘136的下表面144之间的压缩力。此压缩力可将生物处理袋48的裙缘112固定在压缩环55的竖直凹入环形区142与凸缘136的下表面144之间。周向壁134的面向外的表面140可抵着压力环50按压生物处理袋48的颈部110，并且确保将生物处理袋48的裙缘112完全并且均匀地插入到压缩环55与固持器54的凸缘136之间限定的周向通道中。

加强件56可包含一个或多个螺旋线圈，所述一个或多个螺旋线圈围绕滚筒46的周向壁74、120和压力环50延伸。加强件56可使用例如环氧树脂涂覆的碳纤维等合适的材料通过长丝缠绕工艺随后通过压缩模制工艺来形成。例如，可在将树脂涂覆的碳纤维层压材料层放置到或将一个或多个碳纤维股线缠绕到周向壁74的面向外的表面上之后将加强件56压缩模制到转子16上。加强件56可被配置成承载置于转子16上的大部分离心力。使用长丝缠绕工艺形成用于离心转子的加强件的方法通过于2012年12月4日公布的美国专利第8,323,169号详细描述，所述美国专利的公开内容通过引用以其整体并入本文。

图8-17描绘根据本发明的替代实施例的连续流密封转子组件150，其中相同附图标记指代转子组件10的相同部件。转子组件150包含包括底座14和罩盖152的壳体151、转子154和安全壳156。

如最佳由图8-10所示，罩盖152可包含封盖158和筒160。筒160可包含上边缘161、下边缘162和一个或多个凸缘163，例如三个凸缘。每个凸缘163可包含带螺纹孔洞165，并且从筒160的上边缘161径向向内延伸。如最佳由图11所示，周向槽口164可位于筒160的面向内的表面上，靠近筒的下边缘162。周向槽口164可在周向槽口164的径向对齐的表面中包含周向凹槽166。周向凹槽166可被配置成接收底座14的周向轮缘15。底座14的凸缘21可为筒160的下边缘162提供止挡。

周向槽口164和周向凹槽166可协作操作以在筒160以操作方式耦合到底座14时相对于底座14轴向和径向定位筒160。有利地，具有周向槽口164和周向凹槽166配置的本发明的实施例可避免使用弹性部件(例如，弹性部件20)来将罩盖152耦合到底座14。

如最佳由图12和13所示，封盖158可包含具有直径d₁的中心孔168和具有被配置成接收例如O形环等弹性部件174的凹槽172的周向边缘170。中心孔168可被配置成接收衬套176，所述衬套例如通过使液体输送组件178在中心孔168中居中而相对于封盖158定位液体输送组件178。为此，衬套176可具有与中心孔168的直径d₁大致相同大小的外径d₂、被配置成提供与液体输送组件178的摩擦配合的内径d₃，以及径向延伸超出外径d₂并且相对于封盖158轴向定位衬套176的上凸缘179a和下凸缘179b。封盖158可通过紧固件180(例如，螺栓)以操作方式耦合到筒160，所述紧固件螺纹接合筒160的凸缘163中的带螺纹孔洞165。弹性部件174可提供不漏流体的密封，使得一旦组装，底座14、封盖158和筒160就形成壳体151，所述壳体提供转子154在其中旋转的密封室22。

如最佳由图10、16和17所示，转子154可包含具有下部区段184和上部区段186的固持器182。当以操作方式耦合在一起时，固持器182的下部区段184和上部区段186可限定被配置成容纳轴承组件190的中心腔188，以及环绕中心腔188的环形腔192。

固持器182的下部区段184可包含轴向对齐的周向壁196、从周向壁196的上部部分径向向外延伸的径向对齐的凸缘194以及耦合到周向壁196的下部部分的下部板198。下部板198可包含中心开口200，液体输送组件178可插入穿过所述中心开口。中心腔188的下部部分可由从下部板198向上突出的圆柱形环形区202限定。凸缘194可包含被配置成使保持螺栓133的轴杆通过的一个或多个(例如，四个)孔203。保持螺栓133可通过接合保持环52的带螺纹孔132而将下部区段184以操作方式耦合到所述保持环。

固持器182的上部区段186可包含周向壁204和上部板206。上部板206可耦合到周向壁204的上部部分。周向壁204的直径可使得上部区段186的周向壁204配合在下部区段184的周向壁196内。上部板206可包含中心开口208，液体输送组件178可插入穿过所述中心开口。圆柱形环形区210可从上部板206向下突出以限定中心腔188的上部部分。

固持器182可被配置成使得当组装时，上部板206的中心开口208与下部板的中心开口200轴向对齐。这种对齐可允许液体输送组件178插入穿过固持器182，使得当固持器182定位在转子组件150中时，液体输送组件178的下部部分突出到生物处理袋48中。下部板198的圆柱形环形区202和上部板206的圆柱形环形区210也可轴向对齐以限定中心腔188。固持器182的上部区段186可抵着固持器182的下部区段184通过衬套176的下表面施加于上部区段186的压力、通过与液体输送组件178的摩擦配合或通过任何其它合适的方式保持在适当位置。

轴承组件190可被配置成有助于转子154在离心机的操作期间围绕液体输送组件178的旋转。为此，并且如最佳由图13所示，轴承组件190可包含由圆柱形间隔件216轴向间隔开的上轴承212和下轴承214。每个轴承212、214可包含提供孔洞220的内环218和将轴承212、214定位在中心腔188内的外环222。每个轴承212、214的孔洞220可被配置成允许液体输送组件178穿过轴承组件190。

内环218和外环222可各自具有上表面和下表面。轴承212、214的外部环222的大小和形状可设计成通过与中心腔188的竖直表面接触而将轴承组件190径向保持在适当位置。圆柱形间隔件216的长度可使得上轴承212的上表面和下轴承214的下表面接合中心腔188的相应水平表面。轴承组件190由此可通过中心腔188的上下水平表面轴向保持在适当位置。

每个轴承212、214可被配置成允许内环218和外环222相对于彼此旋转。为此，内环218可具有内圈228并且外环222可具有外圈230，所述内圈和外圈协同操作以容纳相应的轴承部件232，例如滚珠、辊子等。由内圈228和外圈230容纳的轴承部件232可相对于彼此通过笼架和导向环(未示出)中的一者或多者保持在大体固定的位置。

如最佳由图10和14所示，液体输送组件178可包含倾析组件234和馈料组件236。倾析组件234可包含倾析管238，所述倾析管在其下部末端具有输入通口240(例如，开口)并在其上部末端具有输出通口242(例如，带倒钩喷嘴)。倾析管238可延伸到生物处理袋48中某一距离，所述距离足以最优地定位输入通口240以在离心期间移除液体介质(例如上清液)，例如使得输入通口240接近于滚筒46的集水区81。

馈料组件236可包含以操作方式耦合到输入通口246的馈料管244。馈料组件236的输入通口246可包含通过侧向开口250耦合到馈料管244的内部的配件248(例如，带倒钩喷嘴)。侧向开口250可接近馈料管244的上部末端252。配件248可被配置成接收柔性管，通过所述柔性管向转子组件150提供液体介质(例如，生物悬浮液)。接近馈料管244的下部末端256的一个或多个(例如，三个)侧向开口254可提供输出通口258，液体介质可通过所述输出通口提供到生物处理袋48。馈料组件236的输出通口258可被配置成使得液体介质在面向外的径向方向上施配到生物处理袋48中。

定位于馈料管244的上部末端252与下部末端256之间(例如，大致中间位置)的馈料管244的区段可包含具有大于馈料管244的上部和下部部分的外径的一体式套环259。馈料管244的一体式套环259可在馈料管244与衬套176的内表面之间提供摩擦配合。一体式套环259可通过允许馈料管244的此区段具有小于衬套176的内径的外径而促进液体输送组件178的下部部分穿过衬套176。

倾析管238可纵向穿过馈料管244，并且沿其至少一部分具有小于馈料管244的内径d₆的外径d₅。倾析管238和馈料管244可由此在倾析管238的外表面与馈料管244的内表面之间限定环形通道260。环形通道260可将馈料组件236输入通口246流体耦合到馈料组件236的输出通口258。

馈料管244的内径可在接近馈料管上部末端252和下部末端256处减小。这种减小的内径可引起馈料管244的内表面在接近馈料管244的上部末端和下部末端处与倾析管238的外表面接触。倾析管238的内表面与馈料管244的外表面之间的接触可密封环形通道260的上部末端和下部末端，使得流入馈料组件236的输入通口246的悬浮液被引导通过环形通道260并通过馈料组件236的输出通口258施配到生物处理袋48中。在替代实施例中，环形通道260的上部末端和下部末端可通过套筒、O形环、增加倾析管238的外径或任何其它合适的方法中的一者或多者密封。因此，本发明的实施例不限于其中环形通道260的上部末端和下部末端被具有减小的内径的倾析管238的区段密封的液体输送组件178。

图18-21描绘了根据本发明的另一替代实施例的连续流密封转子组件270，其中相同的附图标记指代上文所描述的转子组件10、150的相同部件。转子组件270包含具有一体式套环274的液体输送组件272和上部密封组件276。一体式套环274可包含具有带螺纹部分275和光滑部分277的外表面。密封组件276可包含扭矩保持毂278、密封驱动毂280和上密封轴承282。

扭矩保持毂278可被配置成由半刚性材料(例如，硬橡胶)制成的封盖158的中心孔168接收，并且包含被配置成接收密封驱动毂280的中心孔279。扭矩保持毂278的中心孔279可具有非圆形形状，例如，椭圆形、多边形(例如，六边形)或抵抗旋转的另一合适的形状。

密封驱动毂280可包含带螺纹孔洞284、外表面286和包含一个或多个突出部290的下表面288。密封驱动毂280的带螺纹孔洞284可被配置成与一体式套环274的带螺纹部分275螺纹接合。密封驱动毂280的外表面286可具有非圆形横截面形状(例如，六边形)，其被配置成接合扭矩保持毂278的中心孔。密封驱动毂280的外表面286的非圆形形状可防止密封驱动毂280相对于扭矩保持毂278旋转。

密封轴承282可包括周向环296，所述周向环包含具有被配置成接收突出部290的一个或多个凹口294的上表面292。密封驱动毂280的每个突出部290可接合密封轴承282的相应凹口294，由此防止密封轴承282相对于密封驱动毂280旋转。密封轴承282的周向环296还可包含定位弹性部件300(例如，硅O形环)的内凹槽298以及光滑的下表面302。密封轴承282可围绕旋转轴线82保持在固定角位置，并且在转子154旋转时向下按压在固持器182的上部区段186上。由密封组件276提供的压力可促使转子组件的驱动毂44在离心期间保持安放在离心机主轴上。

密封驱动毂280可被配置成将密封轴承282的下表面302与固持器182的上部区段186之间的摩擦产生的热传导离开密封轴承282。为了增加密封驱动毂280的热导率，密封驱动毂280可包含嵌入式热管。可包含于本发明的实施例中的用于控制密封轴承282中的热的额外特征可包含调整密封驱动毂280上的扭矩的量，或在密封轴承282中使用高温材料。

有利地，由密封组件276在转子154的内部和外部提供的密封可防止由于转子154的旋转而导致馈料排放。密封组件276可以是一次性转子组件的部分，在这种情况下，密封轴承282可能只需要具有足以处理足够的悬浮液以使生物处理袋48的沉淀物填充量达到最大的操作寿命即可，例如，约六个操作小时。为了降低成本，密封组件276可包括模制塑料，例如提供“扣合(snap together)”设计的注模塑料部件。

有利地并且特定参考图20，液体传送组件272在转子154自旋时保持静止。液体传送组件272提供上清液可借以离开转子154的内路径，以及围绕内路径的环形路径，传入的液体(例如上清液中的细胞悬浮液)可通过所述环形路径进入转子154。

图22和23描绘根据本发明的另一替代实施例的连续流密封转子组件310，其中相同附图标记指代上文所描述的转子组件10、150、270的相同部件，并且其中转子组件310包含下部密封组件312。下部密封组件312可单独操作或结合上部密封组件276操作以防止由于转子154的旋转而导致馈料排放。下部密封组件312可包含下部密封轴承314和支撑组件316。支撑组件316可沿着液体输送组件272在轴向方向上向上推动密封轴承314，以在密封轴承314与固持器182的下部区段184之间提供可靠接合。

密封轴承314可包括包含光滑的上表面320的周向环318、定位弹性部件324(例如，硅O形环)的内凹槽322以及光滑的下表面326。密封轴承314可围绕旋转轴线82保持在固定角位置，并且可在转子154旋转时向上按压在固持器182的下部板198上。

上部密封轴承282和下部密封轴承314可由产生非细胞毒性、VI级等磨损产物的材料制成，以促进在下游过程中从离心液体介质组分中移除所述磨损产物。密封轴承282、314可由高性能塑料(例如聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯并咪唑(PBI)等)或内部润滑缩醛基材料制成，例如

其可从俄亥俄州克利夫兰的Aetna Plastics Corp购得。

支撑组件316可包含保持器328和轴承支撑件330。保持器328可包含圆柱形套筒332和从圆柱形套筒332的底部部分径向向内延伸的环形凸缘334。环形凸缘334可限定中心开口336，液体输送组件178可插入穿过所述中心开口。中心开口336可具有略微大于馈料管244的外径的直径。保持器328的中心开口336由此可提供与液体输送组件272的馈料管244的摩擦配合或滑动配合。中心开口336的直径可足够接近馈料管244的外径以防止保持器328的侧向移动。保持器328可通过接合馈料管244的外表面中的凹槽340的保持环338沿着馈料管244定位。

保持器328的圆柱形套筒332可具有比馈料管244的外径足够大的内径以在圆柱形套筒332的内表面与馈料管244的外表面之间限定环形空间342。中心开口336可被配置成将圆柱形套筒332与馈料管244同心对齐，使得环形空间342围绕馈料管244的外表面均匀分布。环形空间342可被配置成接收弹性部件344，例如螺旋弹簧。保持器328可相对于馈料管244定位弹性部件344，使得当弹性部件344被压缩时，所述弹性部件在向上的方向上推动密封轴承314。

轴承支撑件330可包含圆柱形套筒346和从圆柱形套筒346的顶部部分径向向内延伸的环形凸缘348。环形凸缘348可包含定位弹性部件352(例如，硅O形环)的内凹槽350，并限定液体输送组件272可插入穿过的中心开口354。中心开口354可具有略微大于馈料管244的外径的直径。轴承支撑件330的中心开口354由此可提供与液体输送组件178的馈料管244的滑动配合，这允许轴承支撑件330的轴向移动。中心开口354的直径可足够接近馈料管244的外径以防止轴承支撑件330的显著侧向移动。中心开口354可由此促成维持轴承支撑件330与保持器328之间的轴向对齐。

轴承支撑件330的圆柱形套筒346可具有足够大于保持器328的圆柱形套筒332的外径的内径，以提供圆柱形套筒332、346之间的滑动配合，这允许轴承支撑件330的轴向移动。圆柱形套筒332、346由此可促成保持器328与轴承支撑件330之间的轴向对齐，同时允许轴承支撑件330的轴向移动。为了确保轴承支撑件330的移动自由，可选择保持环338沿着馈料管244的位置以在保持器328的套筒332的顶部与凸缘348的底部表面之间提供顶部空间356。

转子154在其中自旋的离心机可被配备成经由环形路径将悬浮液例如从生物反应器泵送或以其它方式输送到转子154中。离心机还可被配备成通过内路径将上清液输送出转子154。传入和传出液体可分别在合适的流率下和在合适的时间段中输送到转子154中和从所述转子输送出来，下文结合图24和25描述其示例。

与本发明的实施例一起使用的离心机可包含主轴、限定被配置成接收转子组件的室的壳体、驱动单元、被配置成能够将转子组件装载到所述室中和从所述室中移除转子组件的盖，以及控制器。壳体和室可各自由任何合适的材料制成。例如，壳体可由镀锌的和粉末涂覆的高强度钢制成，而室可由不锈钢制成。

驱动单元可包含电机(例如，感应电机)和响应于来自控制器的信号而将电力提供到电机的驱动电路。电机可包含以操作方式耦合到主轴的输出轴，以及以操作方式耦合到驱动电路的一个或多个输入端子。控制器可将使电机选择性地将扭矩施加于主轴的信号提供到驱动电路。控制器由此可根据编程到控制器中的离心过程控制转子的角加速度和速度。

所述盖可被配置成将转子组件固定到离心机。为此，盖可包含防止盖在转子旋转时打开的锁定机构，以及被配置成容纳液体输送组件的开口。盖和壳体中的一者或两者可包含检测盖是否关闭和锁定的传感器。控制器能以操作方式耦合到传感器和锁定机构，并且被配置成使得离心机的盖除非在离心机接通并且转子完全停止时才能打开。控制器还可防止离心机启动，直到盖已正确关闭。锁定机构可包含允许此锁定特征被超驰控制的机械释放件，以便在紧急情况下能够打开盖。例如，机械释放件可允许打开盖，使得可在电力中断期间移除转子组件。

控制器可包含处理器、存储器和输入/输出(I/O)接口。处理器可包含基于存储于存储器中的内部逻辑或操作指令而对数据执行操作的一个或多个装置。存储器可包含能够存储数据的单个存储器装置或多个存储器装置。体现为驻存于存储器中的一个或多个计算机软件应用程序的计算机程序代码可具有由处理器执行的指令。一个或多个数据结构也可驻存在存储器中，并且可由处理器或应用程序用来存储或操控数据。

I/O接口可提供将处理器以操作方式耦合到例如传感器、驱动单元和用户接口等其它装置和系统的机器接口。应用程序由此可通过经由I/O接口通信来与外部装置和系统协作工作以提供本发明的实施例的各种特征、功能、应用、过程或模块。

用户接口可被配置成使得用户能够选择或以其它方式将操作参数编程到离心机中，所述操作参数例如运行速度、相对离心力(RCF)、运行时间、运行温度、运行分布(加速度和制动曲线)等。为此，用户接口可包含小键盘、小键盘锁、选项指示器、显示器、菜单键、功能键或用于从用户接收输入和将信息提供到用户的任何其它合适的装置中的一者或多者。例如，显示器可包含字母数字或点阵显示器、触摸屏、发光二极管等中的一者或多者，以用于显示关于离心机的操作状态的信息。用户接口可提供用户可选的数个预设加速度和制动曲线(例如，九个加速度和十个减速曲线)。用户接口还可被配置成允许用户存储离心程序以供未来使用，以及选择先前存储的离心程序以供控制器执行。

加速度和制动曲线可包含慢启动、慢停止和制动关闭曲线。慢启动曲线可在低速度范围内(例如，从0到250RPM)提供平缓的加速，并在高于低范围的速度下过渡到标称或最大速率的角加速度(例如，从250RPM到最大RPM，可能在6,000到10,000RPM的范围内)。在离心过程期间由离心机提供的慢启动加速度速率可由选定的加速度曲线限定。例如，加速度分布可被编号(例如，从一到九)，其中最低的数字提供最低的慢启动加速度速率，并且每个连续的数字提供逐渐增加直到最高数字的慢启动加速度速率。

类似地，慢停止曲线可在另一低速度范围中(例如，从0到500RPM)提供平缓的减速和从运行速度到低范围的高端值的标称减速制动。也就是说，对于0到500RPM的减速低范围和6,000RPM的运行速度，当转子组件的转子降到500RPM时，慢停止曲线可从标称减速度速率过渡到较低的慢停止减速度速率。慢停止减速度速率可通过选择多个编号的减速分布(例如，从一到十)中的一者来限定，其中最小数目提供最低慢停止减速度速率。

选择制动关闭曲线可解除激活标称减速制动以从任何指定速度滑行停止。在此情况下，转子组件的转子停止所花费的时间可能取决于转子的指定过渡速度、风阻、摩擦和惯性。制动关闭过渡速度可独立于运行速度而设置，并且可不受运行速度变化的影响。如果过渡速度设置成高于运行速度，则在运行终止时，离心机可能会在离心步骤或过程结束时从运行速度滑行停止。

离心机的控制器可以操作方式耦合到包含一个或多个泵、阀、歧管和管的液体处理系统。液体处理系统可被配置成选择性地限定流动路径，所述流动路径将馈料组件的输入通口耦合到待处理的液体介质(例如悬浮液)的源，并且将倾析组件的输出通口耦合到用于接收例如上清液或沉淀物等已处理的液体介质的容器。使离心机的控制器能够控制何时将液体介质添加到生物处理袋48以及从生物处理袋移除液体介质可有助于液体介质的连续流和批处理的自动化。具体地说，离心机的控制器可在离心过程中的特定点处例如在指定的转子速度下或在指定的处理步骤期间将液体介质添加到转子组件以及从转子组件移除已处理的液体介质。

图24-27描绘根据本发明的实施例的用于分离液体介质的组分的示例性离心过程410、430。虽然在下面的描述中为了清楚起见可能参考了图20和22的流动路径，但应了解，本发明的实施例不限于这些图描绘的特定流动路径。因此，另外应了解，还可使用其它适合的流动路径，例如由本文所描述的其它示例性液体输送组件35、178提供的流动路径以及其它类似流动路径。

现在参考图24和25，在过程410的步骤一处，转子154可以是空的并且静止的。虽然转子组件270、310处于此初始状态，但过程410可进行到步骤二，并例如通过液体传送组件272的内路径或环形路径中的一者将初始量(例如，25升)的悬浮液412装载到生物处理袋48中。悬浮液412可例如通过重力馈送或通过将悬浮液412从生物反应器或其它悬浮液源泵送到馈料组件236的输入通口246中来装载。在静止时，悬浮液412与密封室中的空气之间的空气-液体界面414可基本上是平的。

在初始量的悬浮液412已装载到生物处理袋48中之后，过程410可进行到步骤三，并且开始将转子154加速到传送旋转速率，例如，100-150转每分钟(RPM)。在此初始加快自旋阶段中的角加速度速率可相对较低(例如，0.15弧度/秒²)以避免由于生物处理袋48相对于悬浮液412的移动而过度搅动悬浮液412。

响应于悬浮液412的角速度增加到传送旋转速率，悬浮液412的空气-液体界面414可能开始出现抛物线形状。此抛物线形状可由悬浮液412响应于因悬浮液412相对于固定参考系的旋转所产生的离心力而产生。随着旋转速率增加，离心力还可引起接近旋转轴线的空气-液体界面414沿着液体输送组件272的下部部分向下移动。随着旋转速率增加，抛物线形状深度的这种增加可使倾析组件234的输入通口240变得部分或完全未被悬浮液412覆盖。

在传送旋转速率下的一段时间(例如，3到5分钟)之后，过程410可进行到步骤四并将转子154加速到操作旋转速率(例如，5,000到5,500RPM)。悬浮液412由于增加的离心力而移动到生物处理袋48的内袋106中可允许在这个操作加速自旋阶段中相对较高的角加速度速率(例如，6.0弧度/秒²)。操作旋转速率可产生足够的离心力以使悬浮液412的空气-液体界面414呈现圆柱形形状，以及使悬浮固体与悬浮液体分离并沉降到生物处理袋48的内袋106中。

一旦转子154已达到操作旋转速率，过程410就可进行到步骤五，并将操作旋转速率维持一个离心周期，例如30分钟。在此阶段期间，悬浮液412中具有比悬浮液体更高密度的固体可能往往会下沉(例如，径向向外移动)，而比悬浮液体轻的固体可能往往会漂浮(例如，径向向内移动)。通过用更强的离心力代替或补充重力，操作旋转速率可显著地增加固体与悬浮液体分离的速率。离心可由此实现仅具有微小密度差异的液体介质的组分的分离，其中在固体与液体之间具有更大密度差异的悬浮液以更快的速率分离。当悬浮固体汇集于生物处理袋48的内袋106中时，沉淀物416可在每个内袋106中形成于一层上清液418下方。沉淀物416可通过具有取决于旋转速率的新角(neo-angle)的沉淀物-上清液界面420与上清液418分离。

尽管进行离心的液体介质经历足够离心力以使液体介质的空气-液体界面呈圆柱形或截头圆锥形形状，但液体介质可在很大程度上容纳于生物处理袋48的内袋106内。与其中空气-液体界面414呈现抛物线形状或以其它方式从生物处理袋48的内袋106中显现的旋转速率相比，这种容纳可允许更高的角加速度和减速度速率而不会引起已分离出来的液体介质的各种组分(例如，沉淀物416和上清液418)的不当湍流以及因此混合。

在转子154在操作旋转速率下旋转了所述离心周期之后，过程410可进行到步骤六并且开始转子154的多阶段减速。过程410最初可使转子154以例如1.5弧度/秒²的中等角减速度速率从操作旋转速率减速到过渡旋转速率(例如，800RPM)。过渡旋转速率可以是上清液418开始从生物处理袋48的内袋106显现的旋转速率。

一旦转子154已减慢到过渡旋转速率，过程410就可进入另一减速阶段，其中减速度速率比初始减速阶段慢，例如0.15弧度/秒²。在此减速阶段期间，过程410可将旋转速率从过渡速率减慢到传送旋转速率，例如100RPM。当转子154以传送旋转速率旋转时，离心力可足够低以使空气-液体界面414重新呈现抛物线形状。流体的所得分布可使倾析组件234的输入通口240浸没在上清液418中，同时将沉淀物416维持在生物处理袋48的内袋106的下拐角中。

当转子154以传送速率旋转时，过程410可激活排放泵或以其它方式使上清液418通过倾析组件从生物处理袋48倾析。一旦上清液418已从生物处理袋48中倾析，过程410就可进行到步骤七。

在步骤七中，上清液418可在很大程度上从生物处理袋48移除，并且沉淀物416可保持在内袋106的下拐角中。此时，过程410可用新制悬浮液再填充生物处理袋48并且返回到步骤三。过程410可由此重复分离阶段并继续在生物处理袋48的内袋中累积沉淀物材料。在已汇集足够量的沉淀物材料之后(例如，生物处理袋48的内袋106达到或接近最大容量)，过程410可使转子154减慢到零RPM，使得可移除沉淀物416。例如，如果传入的悬浮液含有5％到10％的细胞或其它沉淀物形成组分，则可预期进行五轮或大于五轮悬浮液引入、离心和上清液倾析，之后在最后一轮离心结束时，生物处理袋48的内袋106被填充到或接近沉淀物416的最大容量。在任何情况下，一旦移除了沉淀物416，就可用新的生物处理袋48替换生物处理袋48，使得可重新使用转子组件270、310。

对于某些类型的沉淀物材料，在最后一轮离心结束时用缓冲溶液冲洗沉淀物416也可能是可行的。缓冲溶液可经由馈料组件236(例如，通过环形路径)引入，并经由倾析组件234(例如，通过内路径)移除。一旦沉淀物416被冲洗，就可引入一轮或多轮新鲜悬浮液并进行离心，在某些情况下随后进行一轮或多轮上清液倾析。

有利地，通过使生物处理袋48中的上清液清空并用新鲜悬浮液替换而不从转子组件270、310移除转子154或从离心机移除转子组件270、310，过程410可实现大量悬浮液的自动处理。这在处理具有相对低百分比的固体的悬浮液时可能特别有利，使得可在生物处理袋48含有足够量的需要替换的沉淀物416之前处理大量悬浮液。

现在参考图26和27，在过程430的步骤一处，转子154可以是空的并且静止的。当转子组件270、310处于此初始状态时，过程430可进行到步骤二并例如通过液体传送组件272的内路径或环形路径中的一者将初始量(例如，20升)的密度梯度溶液432装载到生物处理袋48中。此初始量可小于转子154的总容量以允许在稍后阶段添加另一种溶液。密度梯度溶液432可例如通过重力馈送或通过将密度梯度溶液432泵送到馈料组件236的输入通口246中来装载。在静止时，密度梯度溶液432与密封室中的空气之间的空气-液体界面434可基本上是平的。

在初始量的密度梯度溶液432已装载到生物处理袋48中之后，过程430可进行到步骤三，并且开始将转子154加速到传送旋转速率，例如，100-150转每分钟(RPM)。在此初始加快自旋阶段中的角加速度速率可相对较低(例如，0.15弧度/秒²)以避免由于生物处理袋48相对于密度梯度溶液432的移动而过度搅动密度梯度溶液432。

响应于密度梯度溶液432的角速度增加到传送旋转速率，密度梯度溶液432的空气-液体界面434可能开始出现抛物线形状。此抛物线形状可由密度梯度溶液432响应于因密度梯度溶液432相对于固定参考系的旋转所产生的离心力而产生。随着旋转速率增加，离心力还可引起接近旋转轴线的空气-液体界面434沿着液体输送组件272的下部部分向下移动。随着旋转速率增加，抛物线形状深度的这种增加可使倾析组件234的输入通口240变得部分或完全未被密度梯度溶液432覆盖。

在传送旋转速率下的一段时间(例如，3到5分钟)之后，过程430可进行到步骤四并将转子154加速到操作旋转速率(例如，5,000到5,500RPM)。密度梯度溶液432由于增加的离心力而移动到生物处理袋48的内袋106中可允许在这个操作加速自旋阶段中相对较高的角加速度速率(例如，6.0弧度/秒²)。操作旋转速率可产生足够的离心力以使密度梯度溶液432的空气-液体界面434呈现圆柱形形状。一旦转子154已达到操作旋转速率，过程430就可允许密度梯度溶液432稳定2-3分钟的时段以便沿着径向方向形成密度梯度。

在密度梯度溶液形成密度梯度之后，过程430可进行到步骤五，并且将一定量的悬浮液436(例如，5升)添加到转子154中，使流体总量达到转子的容量(例如，25升)。响应于悬浮液436被添加到转子154，可开始在悬浮液436与密度梯度溶液432之间的界面处形成区域性梯度。

过程430可进行到步骤6并且在例如60分钟的离心周期中维持操作旋转速率。在此阶段期间，区域性流体颗粒可开始朝向转子154的最大半径沉降。随着时间的推移，这些部分可能会产生根据其相对密度排序的圆柱形等密度层438-441。这可在密度梯度溶液432中的固体寻求其层级时发生，其中较密的固体往往会(例如，通过径向向外移动)沉入密度梯度溶液432的较低层，而不大密的固体往往会保持在较不大密的层中。通过用更强的离心力代替或补充重力，操作旋转速率可显著地增加固体分离成等密度层438-441的速率。

在转子154已在操作旋转速率下旋转了所述离心周期之后，过程430可进行到步骤七，并且开始将转子154缓慢减速到零rpm。响应于离心力的减小，等密度层438-441可形成基于其相对密度而一个堆叠在另一个之上的水平层。一旦转子153停止，过程430就可在单独的阶段中泵出等密度层438-441。

在步骤八中，等密度层438-441可在很大程度上从生物处理袋48中移除。此时，过程430可用新制密度梯度溶液432再填充生物处理袋48并且返回到步骤三。过程430可由此重复分离阶段并继续处理悬浮液436。在替代实施例中，可用新的生物处理袋48替换生物处理袋48，使得可重新使用转子组件270、310以例如处理不同悬浮液。

虽然已通过描述其具体实施例来说明本发明且虽然已相当详细地描述实施例，但并不打算将所附权利要求书的范围限制或以任何方式限制为此类细节。本文中所论述的各种特征可单独使用或以任何组合使用。另外的优点和修改将是本领域技术人员容易了解的。因此，本发明在其更广方面并不限于具体细节、代表性设备和方法以及所示和描述的说明性示例。因此，可在不脱离整体发明概念的范围或精神的情况下对此类细节进行变更。

Claims (40)

1.一种用于离心液体介质的转子组件，其包括：

生物处理袋，其包含下部部分和上部部分，所述生物处理袋的所述上部部分包含连接到所述生物处理袋的所述下部部分的轴向对齐的颈部和从所述轴向对齐的颈部向外延伸的径向对齐的裙缘；

滚筒，其包含具有外轮缘的第一底座和从所述外轮缘向上延伸的第一周向壁，所述第一周向壁包含第一外表面和第一内表面，所述第一内表面限定接收所述生物处理袋的所述下部部分的第一开口；

压力环，其包含第一径向对齐的凸缘和第二周向壁，所述第一径向对齐的凸缘包含第一上表面、外边缘和限定第二开口的内边缘，所述第二周向壁从所述外边缘向下延伸并具有与所述滚筒的所述第一周向壁的所述第一外表面接合的第二内表面；以及

固持器，其包含具有面向外的表面的第三周向壁和具有第一下表面的第二径向对齐的凸缘，所述第二径向对齐的凸缘从所述第三周向壁的上部部分向外延伸，所述面向外的表面和所述第一下表面中的至少一者将所述生物处理袋的所述上部部分以操作方式耦合到所述压力环。

2.根据权利要求1所述的转子组件，其另外包括：

压缩环，其包含具有凹入环形区的第二上表面，所述凹入环形区在所述压缩环的轴向侧开放并结合所述固持器的所述第二径向对齐的凸缘的所述第一下表面限定径向对齐的周向通道，所述径向对齐的周向通道被配置成接收所述生物处理袋的所述径向对齐的裙缘的至少一部分。

3.根据权利要求2所述的转子组件，其中所述固持器的所述第二径向对齐的凸缘和所述压缩环中的每一者包含多个直通孔，并且所述转子组件另外包括：

多个保持螺栓；以及

保持环，其包含多个带螺纹孔，每个带螺纹孔被配置成接收所述保持螺栓中的相应一者，每个保持螺栓穿过所述第二径向对齐的凸缘和所述压缩环的相应直通孔，

其中所述压缩环经受所述第二径向对齐的凸缘和所述保持环响应于所述保持螺栓的紧固而施加的压缩力。

4.根据权利要求3所述的转子组件，其中所述压力环包含从所述第一径向对齐的凸缘的所述第一上表面向上突出的周向脊，并且包含轴向对齐的面向内的表面，所述轴向对齐的面向内的表面被配置成使所述保持环围绕由所述压力环的所述内边缘限定的所述第二开口居中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子组件，其中所述滚筒包含多个轴向对齐的挡板。

6.根据权利要求5所述的转子组件，其中所述生物处理袋的所述下部部分包含多个内袋和多个外袋，每个外袋位于两个相邻的内袋之间，所述外袋中的每一者被配置成接合所述滚筒的所述轴向对齐的挡板中的相应一者。

7.根据权利要求5或6所述的转子组件，其中所述轴向对齐的挡板中的每一者包含中空部，并且所述第一底座包含具有进入每个轴向对齐的挡板的所述中空部中的第三开口的第二下表面，并且所述转子组件另外包括：

转矩传递模块，其包含具有多个突出部的第三上表面，每个突出部被配置成接合所述第一底座的所述第二下表面中的相应第三开口。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的转子组件，其另外包括：

壳体，其包含罩盖和被配置成接收所述罩盖的第二底座，

其中所述生物处理袋、所述滚筒、所述压力环和所述固持器包括在所述壳体内旋转的转子。

9.根据权利要求8所述的转子组件，其中所述固持器的所述第三周向壁包含限定第四开口的面向内的表面，并且所述转子组件另外包括：

倾析组件，其穿过所述罩盖和所述第四开口并且具有输入通口，通过所述输入通口从所述生物处理袋移除第一液体介质，

其中所述第一底座包含具有面向上的碗形状的第四上表面，所述面向上的碗形状限定接近所述转子的旋转轴线的集水区，并且

所述倾析组件的所述输入通口位于所述集水区近处。

10.根据权利要求9所述的转子组件，其另外包括：

馈料组件，其穿过所述罩盖和所述第四开口并且包含馈料组件输出通口，通过所述馈料组件输出通口向所述生物处理袋提供第二液体介质。

11.根据权利要求10所述的转子组件，其中所述第一液体介质是上清液，并且所述第二液体介质是悬浮液。

12.根据权利要求10或11所述的转子组件，其中：

所述馈料组件另外包含馈料组件输入通口和具有带第一直径的第三内表面的馈料管，

所述倾析组件包含倾析管，所述倾析管具有带小于所述第一直径的第二直径的第二外表面，所述倾析管纵向穿过所述馈料管，

沿着所述倾析管的至少一部分，所述第一直径大于所述第二直径，使得所述倾析管和所述馈料管在所述倾析管的所述第二外表面与所述馈料管的所述第三内表面之间限定环形通道，并且

所述环形通道将所述馈料组件输入通口流体耦合到所述馈料组件输出通口。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的转子组件，其另外包括：

轴承组件；

液体输送组件，其穿过所述罩盖和所述轴承组件并且包含借以从所述生物处理袋移除第一液体介质的第一通口和借以向所述生物处理袋提供第二液体介质的第二通口。

14.根据权利要求13所述的转子组件，其中所述固持器包括：

下部区段，其包含第一圆柱形环形区；以及

上部区段，其包含第二圆柱形环形区，

其中所述第一圆柱形环形区和所述第二圆柱形环形区限定中心腔，所述中心腔在所述下部区段耦合到所述上部区段时容纳所述轴承组件。

15.根据权利要求13或14所述的转子组件，其中所述轴承组件包括：

上轴承，其包含具有第一孔洞的第一内环；

下轴承，其包含具有第二孔洞的第二内环；以及

圆柱形间隔件，其相对于所述下轴承将所述上轴承竖直定位，

其中所述第一孔洞和所述第二孔洞将所述轴承组件耦合到所述液体输送组件。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的转子组件，其另外包括：

密封轴承，其具有第五上表面和第三下表面，所述密封轴承通过所述第五上表面耦合到所述壳体的所述罩盖并且通过所述第三下表面与所述固持器旋转接触。

17.根据权利要求16所述的转子组件，其另外包括：

密封驱动毂，其包含第三外表面和第四下表面，所述密封驱动毂通过所述第三外表面耦合到所述壳体的所述罩盖并且通过所述第四下表面耦合到所述第五上表面。

18.根据权利要求17所述的转子组件，其中：

所述第四下表面包含一个或多个突出部，

所述第五上表面包含一个或多个凹口，并且

所述突出部中的每一者接合相应凹口以使得防止所述密封轴承相对于所述密封驱动毂旋转。

19.根据权利要求17或18所述的转子组件，其中所述密封驱动毂另外包含：

一个或多个热管，其被配置成将热传导离开所述密封轴承。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的转子组件，其中所述壳体的所述罩盖包含第一中心孔，并且所述转子组件另外包括：

扭矩保持毂，其将所述密封驱动毂耦合到所述第一中心孔。

21.根据权利要求20所述的转子组件，其中：

所述扭矩保持毂包含具有非圆形形状的第二中心孔，

所述密封驱动毂的所述第三外表面具有所述非圆形形状且被配置成接合所述扭矩保持毂的所述第二中心孔，使得通过所述非圆形形状防止所述密封驱动毂相对于所述扭矩保持毂旋转。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的转子组件，其中：

所述密封驱动毂包含带螺纹孔洞，

所述液体输送组件包含具有第四外表面的一体式套环，所述第四外表面具有被配置成以螺纹方式接合所述密封驱动毂的所述带螺纹孔洞的带螺纹部分，并且

所述液体输送组件通过所述密封驱动毂耦合到所述壳体的所述罩盖。

23.根据权利要求16至22中任一项所述的转子组件，其中所述液体输送组件包含具有带光滑部分的第四外表面的一体式套环，所述密封轴承包含内凹槽，并且所述转子组件另外包括：

弹性部件，其位于所述密封轴承的所述内凹槽中，所述弹性部件在密封轴承与所述液体输送组件的所述一体式套环的所述第四外表面的所述光滑部分之间提供不漏流体的密封。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的转子组件，其中所述固持器包含第一中心开口，并且所述转子组件另外包括：

液体输送组件，其穿过所述第一中心开口并且包含借以从所述生物处理袋移除第一液体介质的第一通口和借以向所述生物处理袋提供第二液体介质的第二通口；

密封轴承，其包含第一内凹槽和与所述固持器旋转接触的第二上表面；以及

第一弹性部件，其位于所述密封轴承的所述第一内凹槽中，将所述密封轴承耦合到所述液体输送组件。

25.根据权利要求24所述的转子组件，其中所述固持器包含耦合到所述第三周向壁的下部部分的下部板，并且所述第一中心开口处于所述下部板中。

26.根据权利要求25所述的转子组件，其另外包括：

第二弹性部件，其具有第一末端和第二末端，并且被配置成推动所述密封轴承与所述固持器的所述下部板进行所述旋转接触。

27.根据权利要求26所述的转子组件，其另外包括：

保持器，其包含具有内表面的第一圆柱形套筒和从所述第一圆柱形套筒的底部部分径向向内延伸的第一环形凸缘，

所述第一环形凸缘，其限定第二中心开口，所述第二中心开口提供与所述液体输送组件的摩擦配合或滑动配合，以及

所述第一圆柱形套筒，其具有足以在所述第一圆柱形套筒的所述内表面与所述液体输送组件之间限定环形空间的内径，

其中所述第二弹性部件的所述第一末端保持在所述环形空间中。

28.根据权利要求27所述的转子组件，其另外包括：

轴承支撑件，其包含第二圆柱形套筒和从所述第二圆柱形套筒的顶部部分径向向内延伸的第二环形凸缘，

所述第二环形凸缘，其具有上表面、下表面，并且限定提供与所述液体输送组件的滑动配合的第三中心开口，

其中所述第二弹性部件的所述第二末端接合所述第二环形凸缘的所述下表面，并且所述第二环形凸缘的所述上表面接合所述密封轴承的底部表面。

29.根据权利要求28所述的转子组件，其中所述第二圆柱形套筒具有大于所述第一圆柱形套筒的外径的内径，并且在所述第一圆柱形套筒与所述第二圆柱形套筒之间提供滑动配合。

30.根据权利要求28或29所述的转子组件，其另外包括：

第三弹性部件，其中

所述第二环形凸缘包含第二内凹槽，并且

所述第三弹性部件位于所述第二内凹槽中并将所述轴承支撑件耦合到所述液体输送组件。

31.根据权利要求30所述的转子组件，其中所述第一和第三弹性部件是O形环，所述第二弹性部件是螺旋弹簧。

32.一种对包含第一组分和第二组分的液体介质进行离心的方法，其包括：

将第一量的所述液体介质提供到转子；

在一个或多个阶段中加速所述转子，直到所述转子达到使所述液体介质的至少一部分分离成所述第一组分和所述第二组分的第一角速度；

在一个或多个阶段中使所述转子减速，直到所述转子达到小于所述第一角速度的第二角速度；

当所述转子以所述第二角速度旋转时：

从所述转子移除所述第一组分的至少一部分，

在从所述转子移除所述第一组分的所述部分之后，向所述转子添加第二量的所述液体介质；以及

在一个或多个阶段中加速所述转子，直到所述转子达到使所述第二量的所述液体介质的至少一部分分离成所述第一组分和所述第二组分的所述第一角速度，使得所述第二组分在所述转子中累积。

33.根据权利要求32所述的方法，其中在一个或多个阶段中加速所述转子直到所述转子达到所述第一角速度包括：

以第一角加速度速率加速所述转子，直到所述转子达到第三角速度；

使所述转子在所述第三角速度下旋转第一时间段；以及

在所述第一时间段到期之后，在大于所述第一角加速度速率的第二角加速度速率下加速所述转子，直到所述转子达到所述第一角速度。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第三角速度在所述转子以所述第三角速度旋转时使所述液体介质的表面具有抛物线形状，并且所述第一角速度在所述转子以所述第一角速度旋转时使所述液体的所述表面具有圆柱形形状。

35.根据权利要求33或34所述的方法，其中所述第三角速度是约每分钟100转，并且所述第一角速度是每分钟在5,000转与5,500转之间。

36.根据权利要求32至35中任一项所述的方法，其中在一个或多个阶段中减速所述转子直到所述转子达到所述第二角速度包括：

以第三角加速度速率减速所述转子，直到所述转子达到第四角速度；

使所述转子在所述第四角速度下旋转第二时间段；以及

在所述第二时间段到期之后，在小于所述第三角加速度速率的第四角加速度速率下减速所述转子，直到所述转子达到所述第二角速度。

37.一种对包含第一组分和第二组分的液体介质进行离心的方法，其包括：

将第一批所述液体介质添加到包含具有多个内袋的生物处理袋的转子；

在一个或多个阶段中加速所述转子，直到所述转子达到使所述液体介质的至少一部分分离成所述第一组分和所述第二组分的第一角速度；以及

使所述第二组分在多个内袋中累积。

38.根据权利要求37所述的方法，其另外包括：

在一个或多个阶段中使所述转子减速，直到所述转子达到小于所述第一角速度的第二角速度；

当所述转子以所述第二角速度旋转时，从所述转子移除所述第一组分的所述部分，并且在从所述转子移除所述第一组分的所述部分之后向所述转子添加第二批所述液体介质；

在所述第二批所述液体介质已添加到所述转子之后，在一个或多个阶段中加速所述转子，直到所述转子达到所述第一角速度；以及

使所述第二批所述液体介质的所述第二组分在所述多个内袋中累积。

39.根据权利要求38所述的方法，其另外包括：

重复以下步骤：使所述转子减速到所述第二角速度，从所述转子移除所述第一组分的所述部分，将另一批所述液体介质添加到所述转子，将所述转子加速到所述第一角速度，以及使所述第二组分累积在所述多个内袋中；以及

从所述转子移除所述第二组分。

40.根据权利要求39所述的方法，其中从所述转子移除所述第二组分包含停止所述转子的旋转以及从所述转子移除所述生物处理袋。

Images