EP4061514A1 - Filtration device - Google Patents

Filtration device

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Publication number
EP4061514A1
EP4061514A1 EP20811255.7A EP20811255A EP4061514A1 EP 4061514 A1 EP4061514 A1 EP 4061514A1 EP 20811255 A EP20811255 A EP 20811255A EP 4061514 A1 EP4061514 A1 EP 4061514A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
filtration device
filter module
centrifugal pump
adapter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20811255.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dejan Nikolic
Alexander Heide
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Unicyte EV AG
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Original Assignee
Unicyte EV AG
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unicyte EV AG, Fresenius Medical Care Deutschland GmbH filed Critical Unicyte EV AG
Publication of EP4061514A1 publication Critical patent/EP4061514A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/18—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/10—Specific supply elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/24—Specific pressurizing or depressurizing means
    • B01D2313/243—Pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/10—Cross-flow filtration

Definitions

  • the present invention relates to a filtration device for filtering liquids with a filter module and with a pump, the pump being arranged in such a way that it conveys the liquid into the filter module.
  • TFF tangential flow filtration
  • Such a TFF method which is the subject of the present invention in a preferred embodiment, is known, for example, from WO 2017/117585 A1.
  • this outlet must also be oriented vertically if a centrifugal pump with a tan gential outlet is directly connected.
  • centrifugal rotor pumps generally have a housing with an essentially cylindrical cavity in which the pump rotor moves and through which the medium to be pumped is moved. If a tangential outlet is to be oriented vertically, it cannot be attached to the highest point of the housing - then it would be a radial outlet.
  • the present invention is therefore based on the object of developing a filtration device of the type mentioned at the outset in such a way that the accumulation of air within the pump is reliably prevented even at lower speeds of the impeller.
  • the filter module is arranged vertically and that the pump is a centrifugal pump which has a tangential outlet which forms the highest point of the centrifugal pump.
  • the vertical arrangement of the filter module according to the invention ensures the most uniform possible filtration.
  • the arrangement or rotation of the centrifugal pump from a vertical position of the outlet to a position in which the tangential outlet forms the highest point on the housing of the pump chamber has the advantage that the air bubbles upwards out of the without further action due to gravity escape through the tangential outlet, which is not possible if the outlet does not form the highest point of the pump or the pump housing.
  • the “highest point” of the pump is understood to mean the highest point of the delivery area of the pump, ie the highest point of the area in which the impeller is located, preferably the pump head. In other words, it is the highest point of the housing of the pump chamber to which the outlet is attached.
  • the "vertical arrangement” also includes cases in which the filter module is essentially vertical, e.g. at an angle of ⁇ 10 ° to 15 ° relative to the vertical.
  • the tangential outlet of the pump is in an inclined position, i.e. not pointing vertically upwards or horizontally to the side.
  • a hose section or a pipe socket which is preferably an integral part of the centrifugal pump, is preferably connected to the outlet.
  • Other connection elements that connect to the outlet are also included in the invention.
  • the hose piece or the pipe socket extends relative to the horizontal at an angle between 35 ° and 55 °, preferably at an angle between 40 ° and 50 °, i.e. neither vertically nor horizontally.
  • an adapter is located between the centrifugal pump and the filter module.
  • the adapter is curved or angled.
  • the adapter preferably connects the hose section or the pipe section to the inlet of the filter module, for example by means of flange connections. It is also conceivable that the adapter is arranged directly at the outlet of the pump.
  • connection in particular Luer lock connections
  • Luer lock connections are arranged on the adapter. These can be used, for example, to arrange one or more sensors and / or sampling points on the adapter without a flange connection of the adapter being necessary for this.
  • the filter module is a hollow fiber module, as is known, for example, from the field of hemodialysis.
  • the present invention also relates to a filtration device for filtering liquids with a filter module and with a pump, the pump being arranged such that it conveys the liquid into the filter module, the pump being a centrifugal pump, which has a tangential Has outlet which forms the highest point of the centrifugal pump and that there is a curved or angled adapter between the centrifugal pump and the filter module.
  • the filtration device is designed according to one of claims 1 to 9.
  • the present invention also relates to a method for purifying substances, such as extracellular vesicles, from a biological fluid by means of a TFF purification process, the biological fluid being conveyed by means of a centrifugal pump.
  • a peristaltic pump is that no significant pressure pulses are generated that could damage sensitive components of the fluid, such as extracellular vesicles, for example.
  • the centrifugal pump rotor is preferably an impeller.
  • the centrifugal pump is equipped with a radially pumping impeller and this impeller is designed as an impeller.
  • the impeller is also called the impeller of the pump.
  • An impeller can preferably be designed with a hollow center.
  • such an impeller can be essentially disk-shaped and have essentially radially extending impeller blades which entrain a pump medium to be conveyed when the pump wheel rotates. That is, a first disk forms a base on which airfoils are arranged. In other words, the blades are on the first disk.
  • the end of the impeller blades remote from the first disk plane can in turn be connected to a further disk arranged parallel to the first disk.
  • a second disk can connect the ends of the blades opposite the first disk, so to speak form a closure.
  • the second disk is then parallel to the first disk and the blades lie between the two disks.
  • An embodiment with two disks arranged parallel to one another is just as conceivable as an embodiment with only one disk on which the impeller blades are arranged while the end of the impeller blades remote from the disc is free.
  • a first variant of such a disk has a central recess, that is, roughly speaking, is ring-shaped.
  • An alternative variant of such a disc is designed as a circular disc, so it just has no central recess.
  • an impeller with a hollow center is to be understood as meaning that the impeller blades do not extend towards the center as far as the axis of rotation, but that a macroscopically recognizable area on and / or immediately around the axis of rotation of the impeller is free of blades is.
  • the hollow center is also not filled with a solid solid, such as a solid cylinder. Rather, the center is hollow so that the liquid to be pumped can flow through the hollow center. It is conceivable that a solid body lies exactly on the axis of rotation of the pump wheel, for example an axis or a shaft. Then the hollow center is the area located centrally around the axis of rotation between the solid body and the blades - i.e. the area through which the liquid to be pumped can flow freely.
  • the hollow center can then be designed, for example, essentially like a cylinder jacket with a finite jacket thickness.
  • the housing of the filter module has an internal support plate with openings which are arranged between the centrifugal pump rotor and the filter bundle so that liquid flows from the centrifugal pump rotor through the openings and then to the fibers of the filter when the centrifugal pump rotor is rotating is offset.
  • the impeller is magnetically levitated.
  • Examples of a magnetically floating impeller pump are described, inter alia, in EP1930034.
  • the biological fluid to be cleaned or processed is, for example, cell culture supernatants, blood components such as blood serum or plasma or urine.
  • the biological materials to be purified are biological macromolecules and biological microstructures, in particular antibodies, antibody conjugates, antibody fragment conjugates, virus particles, ribonucleic acid (short RNA for “ribonucleic acid”), deoxyribonucleic acid (short DNA for “deoxyribonucleic” acid “), plasmids, vaccines, extracellular vesicles, liposomes, secretomes, coagulation factors and albumin.
  • extracellular vesicles are preferably extracellular vesicles, preferably nano-vesicles (which are to be purified, i.e. concentrated) from the supernatant of a cell culture.
  • extracellular vesicles also includes exosomes, microvesicles and apoptotic bodies.
  • membranes with an exclusion limit (also molecular weight cut-off MWCO) of 100-1000 kDalton are preferably used.
  • the highest possible concentration of substances to be purified such as vesicles, ie the smallest possible amount of liquid, is aimed for. It is conceivable, for example, that a batch of 9 l is reduced according to the invention to a volume of approx. 100 ml, which leads to a corresponding increase in the density or concentration of the substances to be purified.
  • liquids other than cell supernatants can also be used, such as blood serum or plasma.
  • the present invention relates to the use of a centrifugal pump for carrying out a method according to one of Claims 12 to 14.
  • Figure 1 a schematic view of the centrifugal pump head with a vertical outlet as well as with an inclined outlet
  • FIG. 2 a schematic view of the centrifugal pump head with a vertical outlet and an inclined outlet, pipe section and a filter module directly connected to it
  • FIG. 3 a schematic view of the centrifugal pump head with a sloping outlet, pipe section, adapter and a filter module connected to the adapter.
  • Figure 1 a) shows a schematic sectional view of a centrifugal pump head with housing 10, rotating impeller 20 and outlet 30, the outlet pointing vertically upwards, i.e. the liquid leaves the pump head vertically upwards.
  • This has the disadvantage that air L can accumulate inside the pump head, which is undesirable.
  • the arrangement according to Figure 1 a) is not according to the invention.
  • the outlet 30 forms the highest point of the pump housing or the pump head, which - as shown in FIG. 1 b) - can be achieved, for example, by rotating the pump, for example, by 45 °. As can be seen from FIG. 1 b), the outlet 30 now forms the highest point, so that air can leave the pump head through the outlet 30 due to gravity.
  • FIG. 2 a shows an arrangement of the pump not according to the invention, a pipe section 40, on which the filter module 50 is arranged, being connected to the outlet.
  • the adapter 60 is angled or curved, so that the filter module 50 is vertical in spite of the inclined pipe section 40 or the outlet 10 arranged at the top.
  • the curved adapter is provided with flanges on both sides, by means of which it is fastened on the one hand to the pipe section 40 and on the other hand to the filter module 50.
  • the illustrated Luer-Lock outlet 70 of the adapter 60 can be used, for example, to arrange a pressure sensor or a sampling point without the need for a further flange connection.
  • the adapter 60 can be expanded from a small diameter or flange to a larger diameter or flange (preferably continuously).

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Abstract

The present invention relates to a filtration device for filtering fluids, having a filter module and a pump, the pump being arranged such that it conveys the fluid into the filter module, the filter module being arranged vertically, the pump being a centrifugal pump which has a tangential outlet forming the highest point of the centrifugal pump.

Description

Filtrationsgerät Filtration device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtrationsgerät zur Filtration von Flüssigkeiten mit einem Filtermodul und mit einer Pumpe, wobei die Pumpe derart angeordnet ist, dass diese die Flüssigkeit in das Filtermodul fördert. The present invention relates to a filtration device for filtering liquids with a filter module and with a pump, the pump being arranged in such a way that it conveys the liquid into the filter module.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, biologische Flüssigkeiten durch ein TFF („tangential flow filtration“) Verfahren zu reinigen bzw. aufzubereiten. Hierbei wird ähnlich wie bei einer Dialyse eine Substratflüssigkeit in einem Kreislauf geführt und dabei mittels einer Pumpe mehrfach durch ein Flohlfasermembranmodul geleitet. Da bei tritt ein Teil der Flüssigkeit sowie kleine Moleküle durch die Membran hindurch auf die Permeatseite über. Dadurch verringert sich das Volumen des Retentats, so dass die aufzureinigenden biologischen Materialien in einem verringerten Volumen, bereinigt um die kleinen Moleküle in dem Substrat auf der Substratseite verbleiben. It is known from the prior art to clean or process biological fluids using a TFF (“tangential flow filtration”) process. Similar to dialysis, a substrate liquid is circulated and passed through a flea fiber membrane module several times by means of a pump. Some of the liquid and small molecules pass through the membrane to the permeate side. This reduces the volume of the retentate, so that the biological materials to be purified remain on the substrate side in a reduced volume, adjusted for the small molecules in the substrate.
Ein derartiges TFF-Verfahren, das in bevorzugter Ausgestaltung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist beispielsweise aus der WO 2017/117585 A1 bekannt. Steht das Filtermodul senkrecht, um eine möglichst gleichmäßige Filtration zu errei chen, bedeutet dies bei einem direkten Anschluss einer Zentrifugalpumpe mit tan gentialem Auslass, dass dieser Auslass ebenfalls vertikal ausgerichtet sein muss. Dies ist allerdings mit dem Nachteil verbunden, dass es zu einer unerwünschten An sammlung von Luft in der Zentrifugalpumpe kommen kann. Zentrifugalrotorpumpen weisen prinzipbedingt in der Regel ein Gehäuse mit einem im Wesentlichen zylinder förmigen Hohlraum auf, in dem sich der Pumprotor bewegt und durch den das zu pumpende Medium bewegt wird. Soll ein tangentialer Auslass vertikal ausgerichtet sein, so kann er nicht am höchsten Punkt des Gehäuses angebracht sein - dann wäre es ein radialer Auslass. Such a TFF method, which is the subject of the present invention in a preferred embodiment, is known, for example, from WO 2017/117585 A1. If the filter module is vertical in order to achieve the most even filtration possible, this means that this outlet must also be oriented vertically if a centrifugal pump with a tan gential outlet is directly connected. However, this has the disadvantage that it can lead to an undesirable accumulation of air in the centrifugal pump. In principle, centrifugal rotor pumps generally have a housing with an essentially cylindrical cavity in which the pump rotor moves and through which the medium to be pumped is moved. If a tangential outlet is to be oriented vertically, it cannot be attached to the highest point of the housing - then it would be a radial outlet.
In Anwendungsfällen mit einer sehr hohen Drehzahl fällt dies nicht sehr stark ins Gewicht, da die Luftblasen durch den hohen Fluss aus der Pumpe gespült bzw. mit gerissen werden, bei geringeren Drehzahlen kommt es jedoch zu einer unerwünsch ten Luftansammlung in der Pumpe. In applications with a very high speed, this is not very important, since the high flow rinses the air bubbles out of the pump or is torn with it. At lower speeds, however, there is an undesirable accumulation of air in the pump.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filtrationsgerät der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Luftansammlung in nerhalb der Pumpe zuverlässig auch bei geringeren Drehzahlen des Impellers ver hindert wird. The present invention is therefore based on the object of developing a filtration device of the type mentioned at the outset in such a way that the accumulation of air within the pump is reliably prevented even at lower speeds of the impeller.
Diese Aufgabe wird durch eine Filtrationsanordnung mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst. This object is achieved by a filtration arrangement having the features of claim 1.
Danach ist vorgesehen, dass das Filtermodul vertikal angeordnet ist und dass es sich bei der Pumpe um eine Zentrifugalpumpe handelt, die einen tangentialem Auslass aufweist, der den höchsten Punkt der Zentrifugalpumpe bildet. It is then provided that the filter module is arranged vertically and that the pump is a centrifugal pump which has a tangential outlet which forms the highest point of the centrifugal pump.
Die erfindungsgemäß vertikale Anordnung des Filtermoduls gewährleistet eine mög lichst gleichmäßige Filtration. Die Anordnung bzw. Drehung der Zentrifugalpumpe aus einer vertikalen Position des Auslasses in eine Position, in der der tangentiale Auslass den höchsten Punkt am Gehäuse der Pumpenkammer bildet, hat den Vor teil, dass die Luftblasen ohne weiteres Zutun schwerkraftbedingt nach oben aus dem tangentialem Auslass entweichen, was nicht möglich ist, wenn der Auslass nicht den höchsten Punkt der Pumpe bzw. des Pumpengehäuses bildet. Unter dem „höchsten Punkt“ der Pumpe ist der höchste Punkt des Förderbereiches der Pumpe zu verste hen, d.h. der höchste Punkt des Bereiches, in dem sich der Impeller befindet, vor zugsweise somit der Pumpenkopf. Mit anderen Worten es handelt sich um den höchsten Punkt des Gehäuses der Pumpenkammer an dem der Auslass angebracht ist. The vertical arrangement of the filter module according to the invention ensures the most uniform possible filtration. The arrangement or rotation of the centrifugal pump from a vertical position of the outlet to a position in which the tangential outlet forms the highest point on the housing of the pump chamber has the advantage that the air bubbles upwards out of the without further action due to gravity escape through the tangential outlet, which is not possible if the outlet does not form the highest point of the pump or the pump housing. The “highest point” of the pump is understood to mean the highest point of the delivery area of the pump, ie the highest point of the area in which the impeller is located, preferably the pump head. In other words, it is the highest point of the housing of the pump chamber to which the outlet is attached.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die „vertikale Anordnung“ auch Fälle mit einschließt, bei denen das Filtermodul im Wesentlichen vertikal steht, z.B. um ± 10° bis 15° gegenüber der Vertikalen schräg steht. At this point it is pointed out that the "vertical arrangement" also includes cases in which the filter module is essentially vertical, e.g. at an angle of ± 10 ° to 15 ° relative to the vertical.
Vorzugsweise befindet sich der tangentiale Auslass der Pumpe in einer schrägen Position, d.h. weist nicht vertikal nach oben oder horizontal zur Seite. Preferably the tangential outlet of the pump is in an inclined position, i.e. not pointing vertically upwards or horizontally to the side.
Vorzugsweise schließt sich an den Auslass ein Schlauchstück oder ein Rohrstutzen an, der vorzugsweise einteiliger Bestandteil der Zentrifugalpumpe ist. Auch andere Anschlusselemente, die sich an den Auslass anschließen, sind von der Erfindung mit umfasst. A hose section or a pipe socket, which is preferably an integral part of the centrifugal pump, is preferably connected to the outlet. Other connection elements that connect to the outlet are also included in the invention.
Wie ausgeführt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Schlauchstück oder der Rohrstutzen relativ zur Florizontalen in einem Winkel zwischen 35° und 55°, vorzugs weise in einem Winkel zwischen 40° und 50° verläuft, d.h. weder vertikal noch hori zontal. As stated, it is preferably provided that the hose piece or the pipe socket extends relative to the horizontal at an angle between 35 ° and 55 °, preferably at an angle between 40 ° and 50 °, i.e. neither vertically nor horizontally.
Um ein Anschluss der Zentrifugalpumpe an das Filtermodul zu ermöglichen, ist vor zugsweise vorgesehen, dass sich zwischen der Zentrifugalpumpe und dem Filtermo dul ein Adapter befindet. Um eine Verbindung zwischen dem vorzugsweise schräg stehenden Auslass bzw. Schlauchstück oder Rohrstutzen um dem vertikalen Filter modul zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Adapter gekrümmt bzw. gewinkelt ist. Vorzugsweise verbindet der Adapter das Schlauchstück oder das Rohrstück mit dem Einlass des Filtermoduls, z.B. mittels Flanschverbindungen. Auch ist es denkbar, dass der Adapter unmittelbar am Auslass der Pumpe angeordnet ist. In order to enable the centrifugal pump to be connected to the filter module, it is preferably provided that an adapter is located between the centrifugal pump and the filter module. In order to achieve a connection between the preferably inclined outlet or hose piece or pipe socket around the vertical filter module, it is preferably provided that the adapter is curved or angled. The adapter preferably connects the hose section or the pipe section to the inlet of the filter module, for example by means of flange connections. It is also conceivable that the adapter is arranged directly at the outlet of the pump.
Vorteilhaft ist es, wenn an dem Adapter ein oder mehrere Anschlüsse, insbesondere Luer-Lock-Anschlüsse angeordnet sind. Diese können beispielsweise genutzt wer den, um an dem Adapter ein oder mehrere Sensoren und/oder Probenahmestellen anzuordnen, ohne dass dazu eine Flanschverbindung des Adapters notwendig ist. It is advantageous if one or more connections, in particular Luer lock connections, are arranged on the adapter. These can be used, for example, to arrange one or more sensors and / or sampling points on the adapter without a flange connection of the adapter being necessary for this.
Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei dem Filtermodul um ein Hohlfasermo- dul handelt, wie es beispielsweise aus dem Bereich der Flämodialyse bekannt ist. It is particularly preferred if the filter module is a hollow fiber module, as is known, for example, from the field of hemodialysis.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Filtrationsgerät zur Filtration von Flüssigkeiten mit einem Filtermodul und mit einer Pumpe, wobei die Pumpe derart angeordnet ist, dass diese die Flüssigkeit in das Filtermodul fördert, wobei es sich bei der Pumpe um eine Zentrifugalpumpe handelt, die einen tangentialen Auslass aufweist, der den höchsten Punkt der Zentrifugalpumpe bildet und dass sich zwi schen der Zentrifugalpumpe und dem Filtermodul ein gekrümmter oder gewinkelter Adapter befindet. The present invention also relates to a filtration device for filtering liquids with a filter module and with a pump, the pump being arranged such that it conveys the liquid into the filter module, the pump being a centrifugal pump, which has a tangential Has outlet which forms the highest point of the centrifugal pump and that there is a curved or angled adapter between the centrifugal pump and the filter module.
Dabei ist es bevorzugt, dass das Filtrationsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. It is preferred that the filtration device is designed according to one of claims 1 to 9.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufreinigung von Stoffen, wie z.B. von extrazellulären Vesikeln aus einer biologischen Flüssigkeit mit tels eines TFF-Aufreinigungsverfahrens, wobei die biologische Flüssigkeit mittels ei ner Zentrifugalpumpe gefördert wird. Der Vorteil gegenüber dem Einsatz einer peri staltischen Pumpe liegt darin, dass keine wesentlichen Druckimpulse erzeugt wer den, die z.B. empfindliche Komponenten der Flüssigkeit, wie extrazelluläre Vesikel schädigen könnten. The present invention also relates to a method for purifying substances, such as extracellular vesicles, from a biological fluid by means of a TFF purification process, the biological fluid being conveyed by means of a centrifugal pump. The advantage over the use of a peristaltic pump is that no significant pressure pulses are generated that could damage sensitive components of the fluid, such as extracellular vesicles, for example.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels eines Filtrationsgerätes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt. Bevorzugt ist der Zentrifugalpumpenrotor ein Impeller. Das heißt, dass die Zentrifu galpumpe mit einem radial pumpendem Pumpenrad ausgestattet ist und dieses Pumpenrad ist als Impeller ausgestaltet. Das Pumpenrad wird auch Laufrad der Pumpe genannt. Bevorzugt kann ein Impeller mit hohlem Zentrum gestaltet sein. Bei spielsweise kann ein solcher Impeller im Wesentlichen scheibenförmig sein und im Wesentlichen radial verlaufende Schaufelblätter aufweisen, welche ein zu förderndes Pumpmedium bei einer Drehbewegung des Pumpenrads mitnehmen. Das heißt, dass eine erste Scheibe eine Basis formt, auf der Schaufelblätter angeordnet sind. In anderen Worten stehen die Schaufelblätter auf der ersten Scheibe. Das von der ersten Scheibenebene entfernte Ende der Schaufelblätter kann wiederum mit einer weiteren, parallel zur ersten Scheibe angeordneten Scheibe verbunden sein. Optio nal kann also eine zweite Scheibe die der ersten Scheibe gegenüberliegenden En den der Schaufelblätter verbinden, sozusagen einen Abschluss bilden. Die zweite Scheibe ist dann parallel zur ersten Scheibe und die Schaufelblätter liegen zwischen den beiden Scheiben. Eine Ausführung mit zwei parallel zueinander angeordneten Scheiben ist ebenso denkbar wie eine Ausführung mit nur einer Scheibe, an der die Schaufelblätter angeordnet sind, währenddessen das scheibenferne Ende der Schaufelblätter frei ist. Eine erste Variante einer solchen Scheibe weist eine zentrale Ausnehmung auf, ist also grob gesagt ringförmig. Eine alternative Variante einer sol chen Scheibe ist als Kreisscheibe ausgeführt, weist also gerade keine zentrale Aus nehmung auf. The method according to the invention is preferably carried out by means of a filtration device according to one of claims 1 to 11. The centrifugal pump rotor is preferably an impeller. This means that the centrifugal pump is equipped with a radially pumping impeller and this impeller is designed as an impeller. The impeller is also called the impeller of the pump. An impeller can preferably be designed with a hollow center. For example, such an impeller can be essentially disk-shaped and have essentially radially extending impeller blades which entrain a pump medium to be conveyed when the pump wheel rotates. That is, a first disk forms a base on which airfoils are arranged. In other words, the blades are on the first disk. The end of the impeller blades remote from the first disk plane can in turn be connected to a further disk arranged parallel to the first disk. Optionally, a second disk can connect the ends of the blades opposite the first disk, so to speak form a closure. The second disk is then parallel to the first disk and the blades lie between the two disks. An embodiment with two disks arranged parallel to one another is just as conceivable as an embodiment with only one disk on which the impeller blades are arranged while the end of the impeller blades remote from the disc is free. A first variant of such a disk has a central recess, that is, roughly speaking, is ring-shaped. An alternative variant of such a disc is designed as a circular disc, so it just has no central recess.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung ist unter einem Impeller mit hohlem Zentrum zu verstehen, dass die Schaufelblätter sich zum Zentrum hin nicht bis zur Rotations achse erstrecken, sondern dass ein makroskopisch erkennbarer Bereich an und / oder unmittelbar um die Rotationsachse des Impellers herum frei von Schaufelblät tern ist. Das hohle Zentrum ist aber auch nicht mit einem festen Volumenkörper, etwa einem massiven Zylinder, ausgefüllt. Vielmehr ist das Zentrum hohl, sodass die zu pumpende Flüssigkeit durch das hohle Zentrum strömen kann. Es ist denkbar, dass ein massiver Körper genau auf der Rotationsachse des Pumpenrads liegt, z.B. eine Achse oder eine Welle. Dann ist das hohle Zentrum der zentral um die Rotations achse liegende Bereich zwischen dem massiven Körper und den Schaufelblättern - also der Bereich, den die zu pumpende Flüssigkeit frei durchströmen kann. Das hohle Zentrum kann dann beispielsweise im Wesentlichen wie ein Zylindermantel mit endlicher Manteldicke gestaltet sein. In the context of the present application, an impeller with a hollow center is to be understood as meaning that the impeller blades do not extend towards the center as far as the axis of rotation, but that a macroscopically recognizable area on and / or immediately around the axis of rotation of the impeller is free of blades is. However, the hollow center is also not filled with a solid solid, such as a solid cylinder. Rather, the center is hollow so that the liquid to be pumped can flow through the hollow center. It is conceivable that a solid body lies exactly on the axis of rotation of the pump wheel, for example an axis or a shaft. Then the hollow center is the area located centrally around the axis of rotation between the solid body and the blades - i.e. the area through which the liquid to be pumped can flow freely. The hollow center can then be designed, for example, essentially like a cylinder jacket with a finite jacket thickness.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse des Filtermoduls eine in nere Stützplatte mit Öffnungen auf, die zwischen dem Zentrifugalpumpenrotor und dem Filterbündel so angeordnet sind, dass Flüssigkeit vom Zentrifugalpumpenrotor durch die Öffnungen und dann zu den Fasern des Filters strömt, wenn der Zentrifu galpumpenrotor in Drehung versetzt ist. In a preferred embodiment, the housing of the filter module has an internal support plate with openings which are arranged between the centrifugal pump rotor and the filter bundle so that liquid flows from the centrifugal pump rotor through the openings and then to the fibers of the filter when the centrifugal pump rotor is rotating is offset.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Impeller magnetisch schwe bend gelagert. Beispiele für eine magnetisch schwebend gelagerte Impellerpumpe sind unter anderem in EP1930034 beschrieben. In a particularly preferred embodiment, the impeller is magnetically levitated. Examples of a magnetically floating impeller pump are described, inter alia, in EP1930034.
Bei der zu reinigenden bzw. aufzubereitenden biologischen Flüssigkeit handelt es sich beispielsweise um Zellkulturüberstände, Blutkomponenten, wie Blutserum oder -plasma oder Urin. The biological fluid to be cleaned or processed is, for example, cell culture supernatants, blood components such as blood serum or plasma or urine.
Bei den aufzureinigenden biologischen Materialien handelt es sich um biologische Makromoleküle und biologischer Mikrostrukturen, insbesondere um Antikörper, Anti körper-Konjugate, Antikörperfragment-Konjugate, Viruspartikel, Ribonukleinsäure (kurz RNA für Englisch „ribonucleic acid“), Desoxyribonukleinsäure (kurz DNA für Englisch „deoxyribonucleic acid“), Plasmide, Impfstoffe, Extrazelluläre Vesikel, Lipo some, Sekretome, Gerinnungsfaktoren und Albumin. The biological materials to be purified are biological macromolecules and biological microstructures, in particular antibodies, antibody conjugates, antibody fragment conjugates, virus particles, ribonucleic acid (short RNA for “ribonucleic acid”), deoxyribonucleic acid (short DNA for “deoxyribonucleic” acid “), plasmids, vaccines, extracellular vesicles, liposomes, secretomes, coagulation factors and albumin.
Bevorzugt handelt es sich um extrazelluläre Vesikel, vorzugsweise nano-Vesikel (die aufzureinigen, d.h. aufzukonzentrieren sind) aus dem Überstand einer Zellkultur. Der Begriff der extrazellulären Vesikel umfasst dabei auch Exosomen, Mikrovesikel und apoptotische Körper. They are preferably extracellular vesicles, preferably nano-vesicles (which are to be purified, i.e. concentrated) from the supernatant of a cell culture. The term extracellular vesicles also includes exosomes, microvesicles and apoptotic bodies.
Zur Aufreinigung von extrazellulären Vesikeln werden bevorzugt Membranen mit ei ner Ausschlussgrenze (auch molecular weight cut-off MWCO) von 100-1000 kDalton eingesetzt. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß eine möglichst hohe Konzentration an aufzur einigenden Stoffen, wie z.B. Vesikeln, d.h. eine möglichst geringe Flüssigkeitsmenge angestrebt. Denkbar ist beispielsweise, dass ein Batch von 9 I erfindungsgemäß auf ein Volumen von ca. 100 ml reduziert wird, was zu einem entsprechenden Anstieg der Dichte bzw. Konzentration der aufzureinigenden Stoffe führt. For the purification of extracellular vesicles, membranes with an exclusion limit (also molecular weight cut-off MWCO) of 100-1000 kDalton are preferably used. Preferably, according to the invention, the highest possible concentration of substances to be purified, such as vesicles, ie the smallest possible amount of liquid, is aimed for. It is conceivable, for example, that a batch of 9 l is reduced according to the invention to a volume of approx. 100 ml, which leads to a corresponding increase in the density or concentration of the substances to be purified.
Auch für das Substrat, d.h. für die Flüssigkeit kommen auch andere Flüssigkeiten als Zellüberstände in Betracht, wie z.B. Blutserum oder -plasma. For the substrate, i.e. for the liquid, liquids other than cell supernatants can also be used, such as blood serum or plasma.
Auch der Einsatz der Erfindung in therapeutischen Verfahren, wie z.B. der Dialyse ist denkbar und von der Erfindung umfasst. The use of the invention in therapeutic methods such as dialysis is also conceivable and encompassed by the invention.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Zentrifugalpumpe zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 14. Finally, the present invention relates to the use of a centrifugal pump for carrying out a method according to one of Claims 12 to 14.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente. At this point, it should be noted that the terms “a” and “an” do not necessarily refer to exactly one of the elements, although this represents a possible embodiment, but can also designate a plurality of the elements. The use of the plural also includes the presence of the element in question in the singular, and conversely, the singular also includes several of the elements in question.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Further details and advantages of the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 : eine schematische Ansicht des Zentrifugalpumpenkopfes mit verti kalem Auslass sowie mit schräg gestelltem Auslass, Figure 1: a schematic view of the centrifugal pump head with a vertical outlet as well as with an inclined outlet,
Figur 2: eine schematische Ansicht des Zentrifugalpumpenkopfes mit vertikalem Auslass sowie mit schräg gestelltem Auslass, Rohrstück und daran unmit telbar angeschlossenem Filtermodul, Figur 3: eine schematische Ansicht des Zentrifugalpumpenkopfes mit schräg ver laufendem Auslass, Rohrstück, Adapter sowie an dem Adapter ange schlossenem Filtermodul. FIG. 2: a schematic view of the centrifugal pump head with a vertical outlet and an inclined outlet, pipe section and a filter module directly connected to it, FIG. 3: a schematic view of the centrifugal pump head with a sloping outlet, pipe section, adapter and a filter module connected to the adapter.
Figur 1 a) zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Zentrifugalpumpenkopf mit Gehäuse 10, rotierendem Impeller 20 und Auslass 30, wobei der Auslass vertikal nach oben weist, d.h. die Flüssigkeit verlässt den Pumpenkopf vertikal nach oben. Dies hat den Nachteil, dass sich innerhalb des Pumpenkopfes Luft L ansammeln kann, was unerwünscht ist. Die Anordnung gemäß Figur 1 a) ist nicht erfindungsge mäß. Figure 1 a) shows a schematic sectional view of a centrifugal pump head with housing 10, rotating impeller 20 and outlet 30, the outlet pointing vertically upwards, i.e. the liquid leaves the pump head vertically upwards. This has the disadvantage that air L can accumulate inside the pump head, which is undesirable. The arrangement according to Figure 1 a) is not according to the invention.
Um dieses Problem zu beheben, bildet der Auslass 30 erfindungsgemäß den höchs ten Punkt des Pumpengehäuses bzw. des Pumpenkopfes, was - wie in Figur 1 b) gezeigt - z.B. dadurch erreicht werden kann, dass die Pumpe z.B. um 45° gedreht wird. Wie dies aus Figur 1 b) hervorgeht, bildet nun der Auslass 30 den höchsten Punkt, so dass Luft schwerkraftbedingt den Pumpenkopf durch den Auslass 30 ver lassen kann. In order to remedy this problem, the outlet 30 according to the invention forms the highest point of the pump housing or the pump head, which - as shown in FIG. 1 b) - can be achieved, for example, by rotating the pump, for example, by 45 °. As can be seen from FIG. 1 b), the outlet 30 now forms the highest point, so that air can leave the pump head through the outlet 30 due to gravity.
Figur 2 a) zeigt eine nicht erfindungsgemäße Anordnung der Pumpe, wobei sich an den Auslass ein Rohrstück 40 anschließt, an das das Filtermodul 50 angeordnet ist. FIG. 2 a) shows an arrangement of the pump not according to the invention, a pipe section 40, on which the filter module 50 is arranged, being connected to the outlet.
Aus Figur 2 b) ergibt sich eine Anordnung mit schräg gestellter Pumpe, allerdings verbunden mit dem Nachteil, dass die schräge Anordnung des Filtermoduls einen unvorteilhaften Raumbedarf mit sich bringt. An arrangement with an inclined pump results from FIG. 2 b), but with the disadvantage that the inclined arrangement of the filter module entails an unfavorable space requirement.
Erfindungsgemäß ist die Anordnung gemäß Figur 3. Wie aus dieser Figur ersichtlich, befindet sich an dem Rohrstück 40, das an dem Auslass 10 ansetzt und einteiliger Bestandteil des Gehäuses 10 ist, ein Adapter 60, der mit seinem anderen Ende an dem Filtermodul 50 angebracht ist. Der Adapter 60 ist gewinkelt bzw. gekrümmt, so dass das Filtermodul 50 trotz des schräg verlaufenden Rohrstückes 40 bzw. des oben angeordneten Auslasses 10 vertikal steht. Der gekrümmte Adapter ist beidseitig mit Flanschen versehen, mittels derer dieser einerseits an dem Rohrstück 40 und andererseits an dem Filtermodul 50 befestigt ist. According to the invention, the arrangement is according to FIG . The adapter 60 is angled or curved, so that the filter module 50 is vertical in spite of the inclined pipe section 40 or the outlet 10 arranged at the top. The curved adapter is provided with flanges on both sides, by means of which it is fastened on the one hand to the pipe section 40 and on the other hand to the filter module 50.
Der dargestellte Luer-Lock Abgang 70 des Adapters 60 kann beispielsweise genutzt werden, um einen Drucksensor oder eine Probenahmestelle anzuordnen, ohne dass dazu eine weitere Flanschverbindung notwendig ist. The illustrated Luer-Lock outlet 70 of the adapter 60 can be used, for example, to arrange a pressure sensor or a sampling point without the need for a further flange connection.
Wie aus Figur 3 weiter ersichtlich, kann der Adapter 60 von einem kleinen Durch messer bzw. Flansch auf einen größeren Durchmesser bzw. Flansch (vorzugsweise stufenlos) erweitert sein. As can also be seen from FIG. 3, the adapter 60 can be expanded from a small diameter or flange to a larger diameter or flange (preferably continuously).

Claims

Ansprüche Expectations
1. Filtrationsgerät zur Filtration von Flüssigkeiten mit einem Filtermodul und mit einer Pumpe, wobei die Pumpe derart angeordnet ist, dass diese die Flüssig keit in das Filtermodul fördert, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermo dul vertikal angeordnet ist und dass es sich bei der Pumpe um eine Zentrifu galpumpe handelt, die einen tangentialen Auslass aufweist, der den höchsten Punkt der Zentrifugalpumpe bildet. 1. Filtration device for filtering liquids with a filter module and with a pump, the pump being arranged such that it conveys the liquid into the filter module, characterized in that the filter module is arranged vertically and that the pump is is a centrifugal pump, which has a tangential outlet that forms the highest point of the centrifugal pump.
2. Filtrationsgerät nach Anspruch 1 , dass sich an den Auslass ein Schlauchstück oder ein Rohrstutzen anschließt, der vorzugsweise einteiliger Bestandteil der Zentrifugalpumpe ist. 2. Filtration device according to claim 1, that the outlet is followed by a hose piece or a pipe socket, which is preferably an integral part of the centrifugal pump.
3. Filtrationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchstück oder der Rohrstutzen relativ zur Florizontalen in einem Winkel zwischen 35° und 55°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 40° und 50° verläuft. 3. Filtration device according to claim 2, characterized in that the hose piece or the pipe socket extends relative to the horizontal at an angle between 35 ° and 55 °, preferably at an angle between 40 ° and 50 °.
4. Filtrationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass sich zwischen der Zentrifugalpumpe und dem Filtermodul ein Adapter befindet. 4. Filtration device according to one of the preceding claims, characterized in that there is an adapter between the centrifugal pump and the filter module.
5. Filtrationsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter gekrümmt ist. 5. Filtration device according to claim 4, characterized in that the adapter is curved.
6. Filtrationsgerät nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Adapter zwischen dem Schlauchstück oder dem Rohrstück und dem Fil termodul befindet. 6. Filtration device according to claim 2 and 4, characterized in that the adapter is located between the hose section or the pipe section and the Fil termodul.
7. Filtrationsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Adapter ein oder mehrere Anschlüsse, insbesondere Luer-Lock- Anschlüsse angeordnet sind. 7. Filtration device according to one of claims 4 to 6, characterized in that one or more connections, in particular Luer lock connections, are arranged on the adapter.
8. Filtrationsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oder den Anschlüssen ein oder mehrere Sensoren und/oder Probenahmestellen angeordnet sind. 8. Filtration device according to claim 7, characterized in that one or more sensors and / or sampling points are arranged on the connection or connections.
9. Filtrationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass es sich bei dem Filtermodul um ein Flohlfasermodul handelt. 9. Filtration device according to one of the preceding claims, characterized in that the filter module is a flea fiber module.
10. Filtrationsgerät zur Filtration von Flüssigkeiten mit einem Filtermodul und mit einer Pumpe, wobei die Pumpe derart angeordnet ist, dass diese die Flüssig keit in das Filtermodul fördert, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Pumpe um eine Zentrifugalpumpe handelt, die einen tangentialen Auslass aufweist, der den höchsten Punkt der Zentrifugalpumpe bildet und dass sich zwischen der Zentrifugalpumpe und dem Filtermodul ein gekrümmter oder ge winkelter Adapter befindet. 10. Filtration device for filtering liquids with a filter module and with a pump, the pump being arranged such that it conveys the liquid into the filter module, characterized in that the pump is a centrifugal pump that has a tangential outlet has, which forms the highest point of the centrifugal pump and that there is a curved or ge angled adapter between the centrifugal pump and the filter module.
11. Filtrationsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtra tionsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. 11. Filtration device according to claim 10, characterized in that the Filtra tion device according to one of claims 1 to 9 is designed.
12. Verfahren zur Aufreinigung von Stoffen, insbesondere extrazellulären Vesi- keln aus einer biologischen Flüssigkeit mittels eines TFF- Aufreinigungsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die biologische Flüssigkeit mittels einer Zentrifugalpumpe gefördert wird. 12. A method for purifying substances, in particular extracellular vesicles, from a biological fluid by means of a TFF purification process, characterized in that the biological fluid is conveyed by means of a centrifugal pump.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels eines Filtrationsgerätes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 durch geführt wird. 13. The method according to claim 12, characterized in that the method is carried out by means of a filtration device according to one of claims 1 to 11.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der biologischen Flüssigkeit um Zellkulturüberstände, Blutkomponenten o- der Urin handelt und/oder dass es sich bei den aufzukonzentrierenden Kom ponenten um biologische Makromoleküle und biologischer Mikrostrukturen, insbesondere um extrazelluläre Vesikel handelt. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the biological fluid is cell culture supernatants, blood components or urine and / or that the components to be concentrated are biological macromolecules and biological microstructures, in particular extracellular vesicles acts.
15. Verwendung einer Zentrifugalpumpe zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 14. 15. Use of a centrifugal pump for carrying out a method according to any one of claims 12 to 14.
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