CN118019577A - 中空轴叶轮 - Google Patents

Abstract

中空轴叶轮(100)，其具有中空叶轮壳体(120)、磁体(108)、叶轮帽(102)、叶轮保持件(106)以及多个叶轮叶片(134)。叶轮壳体具有限定出内部容积(128)的轮毂(130)以及提供了对该内部容积的访问的叶轮孔。磁体可以被定尺寸为被设置在内部容积内。叶轮帽可以邻近叶轮孔被可移除地联接到中空叶轮壳体。叶轮保持件可以被可移除地联接到磁体并被定尺寸为被设置在内部容积内。多个叶轮叶片可以从轮毂突出。可选地，翅片(140)可以被设置在多个叶轮叶片中的每个上。

Description

中空轴叶轮

相关申请的交叉引用

本申请要求标题为“中空轴叶轮”并且于2021年12月22日提交的美国临时专利申请序列号63/292,445的优先权，其公开内容出于所有目的通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本申请涉及生物处理容器，例如存储罐、生物反应器和其它器皿。特别地，本文中公开的技术的实施例涉及在生物处理容器中有用的混合器。

背景技术

在制药和生物制药工业中，在生物反应器和其它器皿内制造包括细胞和其它病毒载体的生物学流体。以前的生物反应器是刚性不锈钢或玻璃，其具有高度受控的处理参数，包括pH、氧气和二氧化碳浓度、浊度以及温度，这些参数由内置到刚性生物反应器中的永久传感器监测和控制。在生物处理期间，例如，在生物反应器中的生物学流体内的细胞生长期间，通过混合来维持温度、气体和营养物的均匀分布。合适的混合系统提供三个功能：以均匀分布创建稳定环境(营养物、pH、温度等)、分散气体(即，供应O₂和提取CO₂)以及优化热传递。许多组分被混合到生物学流体中，例如缓冲剂、佐剂、氧气、细胞培养基及类似物。随着生物反应器容器的规模增加，提供可接受的混合而不赋予破坏性剪切效应变得更具挑战性。包含良好设计的叶轮允许更好的混合效率，而没有与高速叶轮相关联的高剪切风险。

混合系统典型地包括具有轴的叶轮，以及从轴突出的叶片，其被连接到定位在生物反应器外侧的马达。多次使用的不锈钢反应器在重复使用之前要求彻底的清洁和灭菌。叶轮、喷雾器和传感器(例如气体、温度和pH传感器)也是多次使用部件，在每批处理之后要求灭菌。生物处理的最新发展引入了单次使用的生物反应器的出现，其可以提供制造中更大的灵活性并且减少实现设备的有效再生或灭菌所需的时间。处理者已经开始利用一次性的灭菌容器，例如使用一次并丢弃的袋，也使用与马达连接的轴，典型地是顶部装载的。单次使用的生物反应器采用由薄的柔性聚合物膜构成的一次性袋。预灭菌的、单次使用的袋，包括各部件(例如，单次使用的传感器和叶轮)，消除了对清洁、灭菌和验证的需要。因此，它们的使用导致制造和维护成本的显著节省。与单次使用的袋和部件相关联的生物处理挑战是灭菌后部件在柔性生物反应器内的定位。在灭菌后，柔性生物反应器被存储和运输。与刚性的不锈钢容器不同，生物反应器袋不具有结构刚性并且经受磨损和撕裂。

大体上，生物反应器部件如叶轮轴、喷雾器和传感器通过螺纹柱、螺栓、夹具和/或具有密封件和轴承的其它接合方法被附接在刚性容器内侧。这些方法不适用于柔性生物反应器袋，因为它们将导致在处理之前和期间均对柔性生物反应器袋的损坏、泄漏、污染及其它故障模式。

均匀混合是重要的。然而，充分混合可能通过引入高剪切量而破坏细胞。许多混合操作在具有靠近器皿底部安装的混合叶轮的生物反应器中进行。具有不同尺寸和形状的叶轮毂、叶轮叶片和轴的各种叶轮对于在许多不同尺寸和形状的生物反应器内进行混合是必要的。过去的现有技术生物处理包括搅拌罐和完成混合过程的系统。这种系统通过使用机械搅拌器实现混合，该机械搅拌器通过器皿顶部的开口下降到生物学流体中并通过外部马达旋转以创建期望的混合动作。这种系统也是低效率的，并且要求额外的马达和部件。

解决这些问题的尝试由使用与轴和导电元件磁耦合的旋转磁性叶轮混合生物学流体的系统。磁性叶轮被放置在器皿中并邻近导电元件定位。器皿被密封使磁性叶轮在其中，其中生物学流体在密封后被输送。然而，该方法的局限性在于，仅磁性相互作用提供磁性叶轮的“支撑”。这些系统控制叶轮的竖直悬浮，但受到缺乏的侧向控制。特别是在较高速度下，悬浮叶轮晃动，这导致对单次使用的生物反应器的损坏。外轴承环接下来用于侧向地稳定磁性叶轮，其不能很好地工作，该外轴承环是重的，并且要求大量的扭矩。利用反馈控制的微处理器对于稳定轴承环型叶轮也是必要的，其是昂贵的。一些过去的叶轮试图通过提供穿过轴的流动路径来解决这些处理问题，该流动路径是晃动的并且也不能经受湍流。

提供一种用于针对生物学流体处理的单次使用的容器或生物反应器的改进的混合系统，其具有新颖的叶轮，该叶轮克服先前的缺点以实现最佳细胞培养生长所必要的均匀混合，这代表本领域的进步。现在实现了效率的显著增加、更短的混合时间、减少的动力使用和更高的动力输送、减少的剪切和叶轮晃动，以及易于使用，并且显著地扩展可以使用先进混合系统的潜在应用。而且，本文中描述的新颖的和创造性的实施例可用于能够保持大于10升的流体容积的器皿、容器和/或生物反应器。在一些实施例中，流体容积为10L至50L。在一些进一步的实施例中，流体容积为40L至200L。在一些更进一步的实施例中，流体容积为100L至500L。在一些另外的实施例中，流体容积为200L至1000L。此外，在一些实施例中，流体容积为400L至2000L。应当理解，能够保持例如50L的容器或生物反应器有时可以处理显著更少的流体，例如10L。

发明内容

公开了叶轮，其可包括叶轮帽、可选的垫圈、叶轮保持件以及圆形磁体，所有这些可至少部分地容纳在中空叶轮壳体内。中空叶轮壳体可包括叶轮孔和轮毂。圆形磁体可包括孔并且可被放置在叶轮孔内。叶轮帽可以与可选的垫圈或O形环配合，并且可以与叶轮保持件一起被至少部分地设置在叶轮孔内。叶轮可进一步包括多个叶轮叶片，其中多个叶轮叶片可从轮毂突出，如结合附图中的至少一个所示和/或所述。从以下描述和附图将更全面地理解本公开的新颖性和创造性特征以及其示例性实施例的细节。

在至少一个实施例中，中空轴叶轮包括中空叶轮壳体、磁体、叶轮帽、叶轮保持件以及多个叶轮叶片。中空叶轮壳体可具有限定出内部容积的轮毂以及提供对该内部容积的访问的叶轮孔。磁体可被定尺寸为被设置在该内部容积内。另外，叶轮帽可邻近叶轮孔被可移除地联接到中空叶轮壳体。叶轮保持件可以被可移除地联接到磁体并且可被设定尺寸为使得其可被设置在内部容积内。多个叶轮叶片可以从中空叶轮壳体的轮毂突出。

在一些情况下，多个叶轮叶片包括三个、四个、五个或更多叶轮叶片。在一些进一步的情况下，至少一个翅片可被设置在多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片上，其中至少一个翅片可以为三角形形状的。在一些更进一步的情况下，至少一个翅片可被设置在多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片上在多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片的顶部边缘与底部边缘之间。该至少一个翅片可被设置在多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片的叶片面上并从该叶片面延伸。

在又一些进一步的情况下，中空轴叶轮进一步包括联接到叶轮帽的垫圈。垫圈可以被构造成与叶轮帽一起在叶轮孔处密封内部容积。在一些另外的情况下，垫圈可以为O形环。在一些更进一步的情况下，垫圈包括弹性体材料，例如但不限于乙烯基材料、聚乙烯材料、聚丙烯材料、尼龙材料、硅材料、聚四氟乙烯材料或橡胶材料。

在一些其它情况下，叶轮保持件可包括圆形凸缘，该圆形凸缘具有顶表面、相反的底表面、从圆形凸缘的顶表面突出的凸台以及从圆形凸缘的底表面下降的筒部。当叶轮保持件被设置在内部容积内时，凸台可被构造成与叶轮帽相互作用。叶轮保持件的筒部可包括围绕筒部的外部表面设置的多个轨道。在一些进一步的情况下，磁体可包括居中地设置在磁体上的孔和围绕孔的周边设置的多个槽。筒部和多个轨道可被键接到磁体的孔和多个槽，使得磁体的孔和多个槽被构造成至少部分地接收叶轮保持件的筒部和多个轨道。在一些另外的情况下，当叶轮保持件的筒部和多个轨道被设置在磁体的孔和多个槽内时，磁体可被联接到叶轮保持件。

在一些更进一步的情况下，叶轮帽可包括围绕叶轮帽设置的帽梁和帽槽。另外，中空轴叶轮的叶轮孔可包括围绕叶轮孔设置的轮毂梁和轮毂槽。帽梁可被构造成当叶轮帽被联接到中空叶轮壳体时被设置在轮毂槽内，并且轮毂梁可被构造成当叶轮帽被联接到中空叶轮壳体时被设置在帽槽内。

这些进步和本文中体现的其它进步将从下面的描述、权利要求书和附图变得清楚。从以下描述和附图将更全面地理解本公开的各种益处、方面、新颖性和创造性特征以及其示例性实施例的细节。通过参照附图，可以获得能够详细理解本文中公开的特征的方式(即，以上简要概述的本公开的实施例的更具体的描述)。然而，应注意，附图仅示出本公开的典型实施例，并且因此不应视为限制其范围。所描述的实施例可允许其它等效的袋、生物容器、膜和/或材料。还应当理解，一个实施例的元件和特征可以在其它实施例中找到，而不需要进一步叙述，并且在可能的情况下，相同的附图标记已用于指示附图中共有的可比较的元件。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文另外明确指出。除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与这些实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本公开中，参考了一体或整体件。出于本文的目的，整体或一体件表示无法在不损坏该件的情况下被拆卸的件。例如，具有可被添加到轮毂或从轮毂减去的叶轮臂的轮毂不是一体的或整体的。相反，具有无法添加到轮毂或从轮毂减去的叶轮臂的轮毂是整体的和/或一体的。在一些实施例中，通过单个制造工艺形成一体的或整体件，例如，在单个注射成型循环中注射成型轮毂和叶轮臂。

附图说明

参照以下附图和描述，可以更好地理解本文中呈现的设备、系统、装置和部件。应当理解，各图中的一些元件可能不一定按比例绘制，并且重点已经放在示出本文中公开的原理上。在各图中，类似的附图标记在不同的视图中指代对应的部分/步骤。

图1描绘根据本公开的一些实施例的中空轴叶轮的分解侧透视图；

图2描绘根据本公开的一些实施例的轮毂和具有翅片的叶轮叶片的侧视图的一部分；

图3描绘根据本公开的一些实施例的用于中空轴叶轮的帽的俯视透视图；

图4描绘根据本公开的一些实施例的中空轴叶轮的俯视透视图；以及

图5描绘根据本公开的一些实施例的生物处理系统的侧透视图，该生物处理系统包括单次使用的生物反应器以及具有叶轮叶片的中空轴叶轮，该叶轮叶片进一步包括翅片。

图6描绘根据本公开的一些实施例的描绘在测试的旋转速度下叶轮的倾斜参数的图表。

具体实施方式

本文中描述的是叶轮的一些实施例，其中叶轮可与具有与旋转驱动轴的直接连接的系统以及包括磁体的磁耦合、悬浮的中空轴叶轮二者一起使用。根据本公开的一些叶轮的实施例包括中空轴。一些叶轮的实施例包括中空轴，该中空轴进一步包括放置在中空轴上的帽。一些叶轮的实施例包括中空轴，该中空轴进一步包括三节距叶片或四节距叶片叶轮。一些叶轮的实施例包括中空轴，该中空轴进一步包括在一个或更多叶片上具有一个或更多翅片的三节距叶片或四节距叶片叶轮。中空轴可以由帽密封，该帽实质上防止液体进入，其中空气腔平衡和/或稳定浸没在液体中的叶轮，而没有实心轴的附加重量或流通轴的伴随晃动。而且，附加重量要求附加扭矩，这导致附加的成本并且不利地促进叶轮晃动。还据信中空轴(多个中空轴)更好地分配扭矩。在底部安装的叶轮的情况下，中空轴设计减少晃动并减少混合时间。此外，晃动的减少有助于在处理期间保护容纳中空轴叶轮的袋。在本公开内设想了中空轴叶轮的许多实施例。例如，本文中公开了中空轴上各种尺寸的叶片、各种形状的叶片、设置在叶片上或中空轴上的各种尺寸的翅片，以及设置在叶片上的翅片的各种定位。例如，本公开的实施例包括轴上的一个或更多翅片、叶片(多个叶片)的顶部上的一个或更多翅片、叶片(多个叶片)的底部上的一个或更多翅片，和/或叶片(多个叶片)的中部上的一个或更多翅片。叶轮(多个叶轮)的一些实施例的另外的发明特征包括具有销和孔设计的帽，以及在中空轴中的内部筒部，用于传递扭矩、维持稳定性以及保持例如马达磁体就位。本文中公开的中空轴的实施例重量较轻、具有较少的材料、具有较高的极惯性矩、具有较高的回转半径并且具有较高的抗扭强度。本公开的实施例还展现出用于200L至2000L以及更高尺寸的生物反应器中的叶轮的较短的混合时间、较高的功率输送和显著减小的晃动。一些中空轴叶轮的实施例，其中叶轮叶片具有定位在叶轮叶片宽度的中心线的大约10％内的翅片，展现出很少的晃动，并且即使在高的每分钟转数(RPM)(例如，100-120RPM)下也不会被下推。具有叶轮叶片的中空轴叶轮，该叶轮叶片进一步包括定位在叶轮叶片宽度的中心线的10％内的翅片，即使在高RPM下也展现出如此少的晃动，以致叶轮叶片和/或翅片不撞击生物反应器袋或生物容器的底部，如下面更充分描述的。

术语生物容器被定义为能够在内部容积或区域内保持流体的任何反应器、容器或器皿，并且可以是二维、三维和/或多面袋或生物反应器的形式。在一些实施例中，生物容器或生物反应器是柔性的，并具有结合在其中的隔板，其中隔板能够破坏当混合器、例如叶轮混合液体时形成的液体内的涡流。而且，一些实施例包括用于将气体输送和分配到生物反应器中的喷射器。生物反应器或容器可以包括膜。在本公开的含义内，术语膜是指能够与另一柔性膜熔合的任何柔性材料，包括但不限于聚合物片材、复合材料、层压材料、单层和/或多层聚合物材料。这些膜可以进一步包括基底，该基底可包括塑料网、织造物、非织造物、针织物和/或金属箔以及其它柔性结构和材料。在一些实施例中，柔性膜包括层压膜结构，该层压膜结构在外部的较高熔点聚合物内部具有较低熔点材料。而且，在一些实施例中，柔性膜包括层压膜结构，该层压膜结构具有围绕较高熔点的织造、针织或非织造材料的较低熔点的材料。在一些实施例中，底部膜、中间膜或顶部膜中的任一个包括如WO2020101848A1中描述的任何膜，其通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中，这些膜中的一个或更多大致上类似于由EMD Millipore Corporation，Burlington，MA，USA销售的PUREFLEX/>或/>膜。

图1描绘根据本公开的一些实施例的中空轴叶轮100的侧分解透视图。中空轴叶轮100包括可选地与垫圈104配合的叶轮帽102。例如，叶轮帽102可包括凹槽103以容纳垫圈104。在一些实施例中，垫圈104为O形环。在一些实施例中，垫圈104或O形环由弹性体材料制成，该弹性体材料例如乙烯基材料、聚乙烯材料、聚丙烯材料、尼龙材料、硅材料、聚四氟乙烯材料、橡胶材料和/或本领域技术人员已知的其它聚合物材料。叶轮保持件106包括圆形凸缘110，该圆形凸缘110包含顶部圆形表面110a和相反的底部圆形表面110b。如所示，凸台107从顶部圆形表面110a突出。叶轮保持件106进一步包括从底部圆形表面110b下降或突出的筒部116。筒部116可包括围绕筒部116的外部表面设置的多个轨道112。圆形凸缘110进一步包括与中空轴叶轮100内部上的旋钮(在该视图中未示出)相互作用的切口114，以及形成在圆形凸缘110的周边上的定心构件118。筒部116的多个轨道112被构造成键接到围绕居中地设置在圆形磁体108中的孔126的周边形成的多个槽122中。从而，圆形磁体108的孔126可以被构造成至少部分地接收叶轮保持件106的筒部116，而多个槽122被构造成至少部分地接收筒部116的多个轨道112。当叶轮保持件106的筒部116和多个轨道112被设置在磁体108的孔126和多个槽122内时，磁体108被可移除地联接到叶轮保持件106。

中空叶轮壳体120可进一步包括可限定出内部容积128的轮毂130和提供对内部容积128的访问的叶轮孔。叶轮保持件106和圆形磁体108被定尺寸和形状成被设置在内部容积128内，使得叶轮保持件106和圆形磁体108被构造成被容纳在中空叶轮壳体120内。叶轮帽102可在叶轮孔处被可移除地联接到中空叶轮壳体120，其中垫圈104可被构造成邻近叶轮孔形成密封以密封内部容积128。

根据本文中公开的一些实施例，并且如先前所解释的，中空叶轮壳体120可包括轮毂130，该轮毂130包括顶端、底端以及大致上竖直地布置并从顶端朝向底端延伸的至少第一和第二叶轮臂槽132。叶轮帽102可被放置在轮毂130的顶端上以便密封其中的空气腔。而且，至少第一和第二叶轮叶片134在臂槽132处从轮毂130延伸。如图1中示出的实施例中所示，轮毂130包括四个臂槽132和四个叶轮叶片134。每个叶轮叶片134包括叶片面136。另外，每个叶轮叶片134可具有外边缘138、与外边缘138相反的内边缘142、跨越在外边缘138与内边缘142之间的底边缘145以及与底边缘145相反并且也跨越在外边缘138与内边缘142之间的顶边缘147。叶轮叶片134的内边缘142可以延伸到槽132中，在该槽132处内边缘142可以接合在槽132中。在一些实施例中，叶轮叶片134的内边缘142可以与另一个叶轮叶片接合。如下面进一步详细地解释的，每个叶轮叶片134可以进一步包括设置在叶片面136上并从其突出/延伸的翅片140。

本文中设想，叶轮叶片134和轮毂130可以是单个整体件，即，经由注射成型工艺制成的塑料件，其中该塑料件无法在不损坏的情况下被拆卸。翅片140可随后被附接到叶轮叶片134。例如，翅片140可以使用螺钉、螺栓、铆钉、粘合剂、悬臂梁、卡扣配合和/或本领域技术人员已知的其它附接手段被附接。可替代地，叶轮叶片134和翅片140可以成型为单个整体件，并且随后被附接到轮毂130。如先前解释的，具有成型为单个整体件的翅片140的叶轮叶片134可以使用螺钉、螺栓、铆钉、粘合剂、悬臂梁、卡扣配合和/或本领域技术人员已知的其它附接手段被附接。在一些实施例中，螺钉、螺栓、铆钉、粘合剂、悬臂梁、卡扣配合和/或本领域技术人员已知的其它附接手段可用于将叶轮叶片134附接到轮毂130并将翅片140附接到叶轮叶片134。此外，尽管所示出的实施例包括四个叶片134，但是中空轴叶轮100可包括任何数量的叶片134，包括但不限于三个叶片134、四个叶片134、五个叶片134等。

在一些实施例中，翅片140可以各自为大致上三角形形状的，并且具有边缘140a、140b和140c，其中边缘140a被附接到叶轮叶片134。边缘140a、140b和140c可以是线性的，或者可替代地，形成弯曲或抛物线函数。如所示，翅片140的边缘140b开始于距轮毂130一定距离处，并终止于叶轮叶片134的外边缘138处。进一步设想翅片140不需要延伸到外边缘138。此外，翅片140可以延伸得更靠近或正好到达轮毂130的表面。进一步设想，翅片140可以与叶轮叶片134形成直角α，或者形成大于或小于90°的角度α。例如，在一些实施例中，角度α为大约50-80°。在一些示例性实施例中，当观察叶轮叶片134的外边缘138并朝向轮毂130时，相对于顺时针旋转轴线角度α为76°。

图2描绘根据本公开的一些实施例的轮毂130和具有翅片140的叶轮叶片134的侧透视图的一部分。叶轮叶片134具有高度BH、长度BL和中心线162。另外，翅片140具有长度FL和沿着叶轮叶片134的高度BH的高度定位FH。在一些实施例中，翅片140定位在叶轮叶片134的底部边缘145与顶部边缘147之间的大约一半处。如所示，翅片140定位在距底部边缘145沿着叶轮叶片高度BH大约40％处。在其它实施例中，翅片140可定位在距底部边缘145沿着叶轮叶片高度BH大约60％处。在一些实施例中，翅片140沿着叶轮叶片134的高度FH可以在叶轮叶片134的高度BH的大约25％至75％之间。翅片140可沿着叶轮叶片高度BH定位成使得翅片140被设置成与叶轮叶片134的中心线162相距距离164。轮毂130的外径可以在大约2厘米(cm)与15厘米之间。在一些实施例中，轮毂130的外径可以为大约10-11cm。叶轮叶片134的长度BL可以为大约1cm至15cm。在一些实施例中，中空轴叶轮100包括四个叶轮叶片134，这四个叶轮叶片134围绕轮毂130设置使得各叶轮叶片134彼此等距地间隔开。在一些实施例中，中空轴叶轮100的总直径为大约40-45cm，其中轮毂130的外径为大约10-30cm，并且直径上相反的各个叶轮叶片134的长度各为大约12cm。在一些示例性实施例中，轮毂130的外径为12cm。

叶轮叶片134具有厚度T。总体上，厚度T对于不同的叶轮是可缩放的，例如，厚度T可以为大约0.20至0.5cm。翅片140具有厚度t，其总体上小于叶轮叶片134的厚度T，例如0.15至0.4cm。在一些实施例中，翅片140具有长度FL，其为叶轮叶片134的长度BL的50％。在其它实施例中，长度FL可以为叶轮叶片134的长度BL的90％。如图2所示，长度FL为长度BL的大约90％。应当理解，如果长度FL小于长度BL，则长度FL可在轮毂130近侧的点处开始或者在轮毂130远侧的点处开始。在一些示例性实施例中，长度BL可以为叶轮叶片134的长度BL的大约60％-80％。叶轮叶片134可以在轮毂130上定向使得叶轮叶片134与轮毂130的底部边缘149成角度θ。在一些示例性实施例中，角度θ可以在60-80°之间。在一些示例性实施例中，角度θ可以为76°。

图3描绘根据本公开的一些实施例的用于中空轴叶轮100的叶轮帽102的俯视透视图。叶轮帽102具有用于在使用期间将中空轴叶轮100与流体密封的表面150。叶轮帽102还包括凹槽103以容纳垫圈104。叶轮帽102可选地包括用于将叶轮帽102锁定在轮毂130的孔144内(在图4中最佳地示出)的螺柱152。叶轮帽102可进一步包括帽梁148和帽槽153，用于与对应的轮毂梁155和轮毂槽146(在图4中最佳地示出)锁定。更具体地，帽梁148可被构造成当叶轮帽102被可移除地联接到中空叶轮壳体120时被设置在轮毂槽146内，并且轮毂梁155可被构造成当叶轮帽102被可移除地联接到中空叶轮壳体120时被设置在帽槽153内。

图4描绘根据本公开的一些实施例的用于中空轴叶轮100的轮毂130的一部分的俯视透视图。轮毂130包括具有内部容积128(如上文参照图1描述)的上部157以及下部159。轮毂130的上部157在底部边缘149处与轮毂130的下部159相接。如所示，包括凸台107的叶轮保持件106被放置在轮毂130的内部容积128的内侧。虽然未示出，但是以上讨论并在图1中示出的圆形磁体108通过叶轮保持件106在轮毂130的内部容积128内保持就位。如先前解释的，圆形磁体108被构造成键接到从圆形凸缘110的底部圆形表面110b突出的筒部116。从而，当被设置在轮毂130的内部容积128内时，圆形磁体108被设置在叶轮保持件106的圆形凸缘110下方。叶轮保持件106的凸台107被构造成与叶轮帽102的表面150相互作用，以在叶轮帽102被联接到轮毂130时将叶轮保持件106和设置在叶轮保持件106的圆形凸缘110下方的圆形磁体108二者保持在轮毂130的内部容积128内。该布置防止圆形磁体108在中空轴叶轮100内上下移动。叶轮保持件106的圆形凸缘110进一步用于使圆形磁体108在轮毂130的内部容积128中居中。

图5描绘根据本公开的一些实施例的生物处理系统200的侧透视图，其包括单次使用生物反应器袋202和具有包括翅片140的叶轮叶片134的中空轴叶轮100。生物处理系统200进一步包括具有第一端和第二端的旋转轴，该旋转轴具有竖直旋转轴线，如本领域技术人员已知的。生物反应器袋202可具有10升(L)至10,000L的内部容积。在一些实施例中，生物反应器袋202进一步包括用于增强混合的隔板204。本文中公开的叶轮的实施例包括中空轴以及叶轮叶片上的翅片。应注意，特别对于具有大于200L的内部容积的生物反应器，在叶片上有或没有翅片的中空轴叶轮100是特别有效的。

图6示出根据本公开的实施例的描绘105RPM下的叶轮的倾斜参数的图表。倾斜参数是无量纲数，其量化叶轮自身所经历的倾斜量。为了量化倾斜的极限，叶轮被向下推动，直到叶片接触罐或杯的侧面，这被认为是最坏的情况或最大倾斜参数。图6的图表中的数据由具有叶轮叶片134的4节距中空轴叶轮100产生，每个叶片134进一步包括定位在叶轮叶片134中间的一个翅片140。如所示，测试了三种不同尺寸的翅片140。对于一些示例性实施例，所测试的叶轮的尺寸具有16”直径并且被放置在2000L生物反应器袋202内。图6的图表中的数据表示带有不同尺寸的翅片140的中空轴叶轮100所经历的叶轮晃动的不同量。所有三种不同尺寸的翅片140在最大值105RPM下表现出可接受的倾斜参数，并且显示出相对于不包括用于稳定器的翅片的包括中空轴叶轮的其它叶轮的改进。所研究的翅片140的最小尺寸包括大约21.9cm²或3.4in²的翅片面积。研究的小翅片包括大约41.3cm²或6.4in²的翅片面积。研究的大翅片包括大约69.7cm²或10.8in²的翅片面积。图6图表中的条从左到右为没有翅片、设置在叶片的中部的最小的翅片、设置在叶片的中部的小翅片以及设置在叶片的中部的大翅片。如图6的图表所示，小翅片特别有效，并在叶轮倾斜/晃动方面产生最佳改进。

本文中叙述的表达方式的所有范围包括其间的范围，并且可以包括或排除端点。可选的包括范围是从其间的整数值(或包括一个原始端点)、处于所述的数量级或下一个更小的数量级。例如，如果下限值为0.2，则可选包括的端点可以为0.3、0.4、...1.1、1.2及类似，以及1、2、3及类似；如果较高范围为8，则可选包括的端点可以为7、6及类似，以及7.9、7.8及类似。单侧边界例如3或更多，类似地包括以所述数量级或更低的整数开始的一致边界(或范围)。例如，3或更多包括4或3.1或更多。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或更多实施例”、“一些实施例”或“实施例”的引用表明结合实施例描述的特征、结构、材料或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现的短语例如“在一个或更多实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”、“一些实施例”或“在实施例中”不一定是指相同的实施例。

尽管以上已经讨论了一些实施例，但是其它实现和应用也在以下权利要求书的范围内。尽管本说明书参照特定实施例进行了描述，但是应当理解，这些实施例仅仅是本公开的原理和应用的说明。因此，应当进一步理解，可以对说明性实施例进行许多修改，并且可以设计其它布置和模式，而不脱离根据本公开的实施例的精神和范围。此外，特定的特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式组合在任何一个或更多实施例中。

本说明书中引用的专利申请和专利的出版物以及其它非专利参考文件在此通过引用整体并入本文，如同每个单独的出版物或参考文件被具体地和单独地指示为通过引用整体并入本文。本申请要求其优先权的任何专利申请也以上述出版物和参考文献的方式通过引用并入本文。

Claims (20)

1.中空轴叶轮，包括：

中空叶轮壳体，其具有限定出内部容积的轮毂以及提供对所述内部容积的访问的叶轮孔；

磁体，其被定尺寸为可设置在所述内部容积内；

叶轮帽，其邻近所述叶轮孔被可移除地联接到所述中空叶轮壳体；

叶轮保持件，其被可移除地联接到所述磁体并被定尺寸为被设置在所述内部容积内；以及

从所述轮毂突出的多个叶轮叶片。

2.根据权利要求1所述的中空轴叶轮，其中所述多个叶轮叶片包括三个、四个或五个叶轮叶片。

3.根据权利要求1所述的中空轴叶轮，进一步包括设置在所述多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片上的至少一个翅片。

4.根据权利要求3所述的中空轴叶轮，其中所述至少一个翅片是三角形形状的。

5.根据权利要求3所述的中空轴叶轮，其中所述至少一个翅片被设置在所述多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片上在所述多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片的顶部边缘与底部边缘之间。

6.根据权利要求3所述的中空轴叶轮，其中所述至少一个翅片被设置在所述多个叶轮叶片中的每个叶轮叶片的叶片面上并从所述叶片面延伸。

7.根据权利要求1所述的中空轴叶轮，进一步包括垫圈，所述垫圈被联接到所述叶轮帽并被构造成与所述叶轮帽一起在所述叶轮孔处密封所述内部容积。

8.根据权利要求7所述的中空轴叶轮，其中所述垫圈为O形环。

9.根据权利要求7所述的中空轴叶轮，其中所述垫圈包括弹性体材料。

10.根据权利要求9所述的中空轴叶轮，其中所述弹性体材料为乙烯基材料、聚乙烯材料、聚丙烯材料、尼龙材料、硅材料、聚四氟乙烯材料或橡胶材料。

11.根据权利要求1所述的中空轴叶轮，其中所述叶轮保持件包括：

具有顶表面和相反的底表面的圆形凸缘。

12.根据权利要求11所述的中空轴叶轮，其中所述叶轮保持件进一步包括：

从所述圆形凸缘的所述顶表面突出的凸台。

13.根据权利要求12所述的中空轴叶轮，其中，当所述叶轮保持件被设置在所述内部容积内时，所述凸台被构造成与所述叶轮帽相互作用。

14.根据权利要求11所述的中空轴叶轮，其中所述叶轮保持件进一步包括：

从所述圆形凸缘的所述底表面下降的筒部。

15.根据权利要求14所述的中空轴叶轮，其中所述叶轮保持件的所述筒部包括：

围绕所述筒部的外部表面设置的多个轨道。

16.根据权利要求15所述的中空轴叶轮，其中所述磁体包括：

居中地设置在所述磁体上的孔；以及

围绕所述孔的周边设置的多个槽。

17.根据权利要求16所述的中空轴叶轮，其中所述筒部和所述多个轨道被键接到所述磁体的所述孔和所述多个槽，使得所述磁体的所述孔和所述多个槽被构造成至少部分地接收所述叶轮保持件的所述筒部和所述多个轨道。

18.根据权利要求17所述的中空轴叶轮，其中，当所述叶轮保持件的所述筒部和所述多个轨道被设置在所述磁体的所述孔和所述多个槽内时，所述磁体被联接到所述叶轮保持件。

19.根据权利要求1所述的中空轴叶轮，其中所述叶轮帽包括：

围绕所述叶轮帽设置的帽梁和帽槽。

20.根据权利要求19所述的中空轴叶轮，其中所述中空轴叶轮的所述叶轮孔包括：

围绕所述叶轮孔设置的轮毂梁和轮毂槽，其中，所述帽梁被构造成当所述叶轮帽被联接到所述中空叶轮壳体时被设置在所述轮毂槽内，并且所述轮毂梁被构造成当所述叶轮帽被联接到所述中空叶轮壳体时被设置在所述帽槽内。