ES2943611T3 - Deflector de película flexible en biorreactor de un solo uso - Google Patents

Abstract

Un recipiente, como un biorreactor desechable o de un solo uso, que tiene opcionalmente una o más entradas y una o más salidas y un mezclador asociado con el recipiente para mezclar, dispersar, homogeneizar y/o hacer circular uno o más ingredientes contenidos o agregados a El contenedor. El recipiente incluye un deflector flexible conformado y colocado dentro del recipiente para mejorar el mezclado, particularmente para mejorar el mezclado con bajo cizallamiento. El deflector se coloca dentro del recipiente para interrumpir el vórtice formado por el mezclador o evitar la formación de un vórtice. El deflector tiene una forma con elementos tanto horizontales como verticales para mejorar la interrupción del vórtice en toda la altura del recipiente y proporcionar una mezcla homogénea en todos los volúmenes operativos. En ciertas realizaciones, el deflector tiene forma de X. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Deflector de película flexible en biorreactor de un solo uso

Campo

Las realizaciones divulgadas en el presente documento se refieren a un recipiente útil como biorreactor. En particular, las realizaciones divulgadas en el presente documento incluyen un deflector de película flexible, que tiene componentes verticales y horizontales cuando se coloca en el recipiente, especialmente adecuado para su uso en un biorreactor de tanque agitado de un solo uso.

Antecedentes

Tradicionalmente, los fluidos se han procesado en sistemas que utilizan recipientes de acero inoxidable. Estos recipientes se esterilizan después de su uso para que puedan ser reutilizados. Los procedimientos de esterilización son costosos y engorrosos además de ser ineficaces a veces.

Con el fin de proporcionar una mayor flexibilidad en la fabricación y reducir el tiempo necesario para efectuar una regeneración válida del equipo, los fabricantes han comenzado a utilizar recipientes desechables esterilizados, tales como bolsas que se usan una vez con un lote de producto y se desechan después.

Un ejemplo de uso de estas bolsas desechables es en un sistema para mezclar dos o más ingredientes, al menos uno de los que es líquido y el (los) otro(s) es (son) líquido(s) o sólido(s), y la bolsa tiene un elemento mezclador o similar para hacer que el contenido se mezcle de la forma más uniforme posible.

Por ejemplo, en la producción de vacunas, los líquidos involucrados contienen a menudo sal de aluminio como adyuvante. La sal de aluminio mejora la eficacia de la vacuna al potenciar la respuesta inmunitaria del organismo. Desafortunadamente, la sal de aluminio tiene tamaños de partículas superiores a 0,2 um y, por tanto, el filtrado estéril generalmente no es una opción. Como resultado, a menudo es ventajoso minimizar el número de recipientes a los que se debe transferir la vacuna, ya que cada transferencia representa una posible ruptura de la esterilidad y la contaminación resultante no se puede filtrar. En consecuencia, es ventajoso poder mezclar vacunas en el mismo recipiente, tal como una bolsa flexible, desechable, en que se envían.

Otro ejemplo es un biorreactor o fermentador en el que las células están en suspensión o en microvehículos y la bolsa tiene un miembro circulante para hacer circular el líquido, los gases, y en algunos casos, las células alrededor del interior de la bolsa.

Algunos biorreactores convencionales incluyen un manguito para sostener un inserto de metal rígido que actúa como un deflector para mejorar la mezcla. Sin embargo, los biorreactores de gran volumen, por ejemplo, biorreactores de 1000 L y 2000 L de volumen, presentan desafíos para implementar un deflector tan rígido, ya que la mayor altura de estos sistemas dificulta la introducción del inserto rígido por la parte superior del biorreactor. De forma adicional, la mezcla de abajo hacia arriba que se ve en las escalas más pequeñas se vuelve aún más pronunciada a medida que aumenta la altura total del biorreactor, incluso con las relaciones de aspecto reducidas de alto a ancho.

Una buena mezcla es fundamental para la optimización de un proceso de biorreactor. Un sistema de mezcla bien diseñado proporciona tres funciones básicas: creación de condiciones de vida constantes (nutrientes, pH, temperatura, etc.) en una distribución homogénea; dispersión de gas para el suministro de O₂ y extracción de CO₂ ; y optimización de la transferencia de calor. Proporcionar una mezcla aceptable, sin impartir efectos de cizallamiento dañinos, se vuelve más desafiante a medida que aumenta la escala del recipiente del biorreactor. Algunas plataformas de biorreactores comerciales incluyen un único impulsor montado en la parte inferior. La formación de un vórtice, con zonas estancadas, se asocia a menudo con este único agitador. Se puede agregar un deflector para suprimir la formación de vórtices y permitir el movimiento del fluido en un patrón de flujo preferido de flujo axial y radial. La inclusión de un deflector bien diseñado permitirá una mejor eficiencia de mezcla sin el riesgo adicional de cizallamiento alto asociado con múltiples impulsores y/o impulsores de alta velocidad.

Por lo tanto, sería deseable proporcionar un recipiente desechable o de un solo uso para fluidos con un sistema deflector mejorado para lograr la mezcla homogénea necesaria para el rendimiento óptimo del crecimiento del cultivo celular en biorreactores.

El documento US 2012/027324 A1 divulga una bolsa de biorreactor desechable con un rompiente de vórtice desechable. Este último está diseñado como una hoja plana provista de perforaciones, en donde la dirección de la anchura de la hoja se dispone verticalmente.

El documento US 8057092 B2 divulga un aparato utilizado para agitar células suspendidas en medios de cultivo. El aparato incluye una vasija, que comprende deflectores menores que sobresalen de la pared exterior. Un impulsor accionado magnéticamente que incluye palas proporciona una agitación suave para evitar el cizallamiento y mantener las células suspendidas en un medio de cultivo.

El documento CN 202 072 696 U divulga un digestor de biogás que incluye una cámara de fermentación microbiológica. Para evitar que se forme una costra de espuma en la parte superior del líquido en la cámara de fermentación, lo que evitaría que el biogás que se genera en la cámara de fermentación llegue a una cámara de almacenamiento de biogás, una protuberancia se proyecta desde la superficie de la pared interior del digestor de biogás para romper la escoria.

El documento US 1940752 A divulga un agitador para su montaje en un recipiente cilíndrico. El agitador consiste en dos barras longitudinales dispuestas diametralmente, conectadas por dos tirantes metálicos diagonales, y que discurren a lo largo de la pared lateral del recipiente. Dos elementos deflectores rígidos, que no están relacionados con los tirantes, se aseguran en las barras, extendiéndose radialmente hacia dentro desde allí.

Sumario

La invención se refiere al uso de un recipiente con un fluido como se define en la reivindicación 1 y a un método para mezclar un fluido en un recipiente como se define en la reivindicación 7. Las versiones ventajosas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con determinadas realizaciones, en el presente documento se divulga un recipiente, tal como un recipiente desechable o de un solo uso, que tiene opcionalmente una o más entradas y una o más salidas y un mezclador asociado con el recipiente para provocar la mezcla, dispersión, homogeneización y/o circulación de uno o más ingredientes contenidos o añadidos al recipiente. De acuerdo con determinadas realizaciones, el recipiente incluye un deflector flexible conformado y colocado dentro del recipiente para mejorar la mezcla, particularmente, para mejorar la mezcla de bajo cizallamiento. De acuerdo con determinadas realizaciones, el deflector se coloca dentro del recipiente para interrumpir el vórtice formado por el mezclador o evitar la formación de un vórtice. De acuerdo con determinadas realizaciones, el deflector se usa con un solo impulsor para limitar los efectos de cizallamiento.

El deflector se conforma tanto con elementos horizontales como verticales para mejorar la interrupción del vórtice en toda la altura del recipiente y proporcionar una mezcla homogénea en todos los volúmenes operativos. El deflector tiene forma de X.

También se divulga un método para mezclar un fluido en un recipiente con un conjunto de impulsor y un deflector colocado en el recipiente para romper, evitar o minimizar la formación de cualquier vórtice formado durante la mezcla. El método incluye introducir un fluido en un recipiente, en donde un conjunto de impulsor está contenido al menos parcialmente y está sellado en el recipiente, y acciona las palas o álabes del conjunto de impulsor para agitar el fluido en la bolsa. El deflector en el recipiente rompe cualquier vórtice que pueda formarse por las palas giratorias, o evita o minimiza la formación de cualquier vórtice. En determinadas realizaciones, el impulsor del conjunto de impulsor es externo a la bolsa y acciona el conjunto de impulsor magnéticamente.

Las realizaciones divulgadas en el presente documento dan como resultado un estado de mezcla homogéneo proporcionado por el deflector y pueden proporcionar una distribución uniforme de las matrices de soporte para las células adherentes, tales como los microvehículos, que aumentan el potencial para un buen crecimiento de ciertas células, incluyendo, pero sin limitarse a las células madre. Se puede obtener una buena distribución de microvehículos con menores entradas de energía, reducir el nivel de cizallamiento en el sistema y reducir así los riesgos de daño a los microvehículos y/o el desplazamiento de las células fuera de los vehículos.

Para ciertos procesos o líneas celulares con mayor sensibilidad al cizallamiento, la entrada de energía general se puede reducir mientras se mantiene una buena mezcla. Una entrada de energía más baja se traduce en un menor cizallamiento. Esto proporciona una buena solución para procesos extremos, es decir, procesos que requieren menor entrada de energía. Con una mezcla más homogénea a una menor entrada de energía, se proporciona una ventana de proceso más grande para los procesos de cultivo celular, proporcionando una mayor flexibilidad para encontrar las condiciones óptimas del proceso. Para procesos diseñados para lograr altas densidades celulares, se puede obtener una buena mezcla sin necesidad de aumentar la entrada de energía.

Tiempos de mezcla inferiores a 30 segundos (para 1000 L y menos) para la condición nominal de 14 W/m3 pueden lograrse.

Breve descripción de los dibujos

la Figura 1 es una vista en sección transversal de un recipiente que tiene un deflector de acuerdo con determinadas realizaciones;

la Figura 2 es una vista en sección transversal de un deflector de acuerdo con determinadas realizaciones; la Figura 3 es un gráfico del espesor del deflector frente al volumen del recipiente, de acuerdo con determinadas realizaciones, y un gráfico del área superficial del deflector frente a la columna del recipiente, de acuerdo con determinadas realizaciones;

la Figura 4 es un gráfico de varios diseños de deflectores que muestra los tiempos de mezcla;

la Figura 5 es una curva de respuesta que relaciona el tiempo de mezcla con la entrada de energía;

la Figura 6 es un gráfico que muestra el rendimiento de tres sistemas (sin deflector, deflector de paletas, deflector en X) en volúmenes de 200 L a 2000 L; y

la Figura 7 es un gráfico de la comparación de un deflector de paletas y un deflector en forma de X en volúmenes de 200 L a 2000 L.

Descripción detallada

El recipiente desechable diseñado para recibir y contener un fluido puede estar formado por paredes flexibles monocapa o multicapa formadas por una composición polimérica tal como polietileno, incluyendo polietileno de ultra alto peso molecular, polietileno lineal de baja densidad, polietileno de baja o media densidad; polipropileno; acetato de etilenvinilo (EVOH); cloruro de polivinilo (PVC); acetato de polivinilo (PVA); copolímeros de etileno acetato de vinilo (copolímeros EVA); mezclas de varios termoplásticos; coextrusiones de diferentes termoplásticos; laminados multicapa de diferentes termoplásticos; o similares. Por "diferente" se pretende incluir diferentes tipos de polímeros, tales como capas de polietileno con una o más capas de EVOH, así como el mismo tipo de polímero pero de diferentes características, tal como peso molecular, polímero lineal o ramificado, cargas y similares. Normalmente, se utilizan plásticos de grado médico y preferiblemente libres de animales. Por lo general, son esterilizables tal como por vapor, óxido de etileno o radiación tal como radiación beta o gamma. La mayoría tiene buena resistencia a la tracción, baja transferencia de gas y son transparentes o al menos translúcidos. Preferiblemente, el material es soldable y no tiene soporte. Preferiblemente, el material es transparente o translúcido, permitiendo el seguimiento visual de los contenidos. El recipiente puede estar provisto de una o más entradas, una o más salidas y uno o más pasajes de ventilación opcionales. El recipiente tiene un tamaño suficiente para contener el fluido, tal como células y un medio de cultivo, que se va a mezclar. En determinadas realizaciones, el recipiente puede ser un biorreactor capaz de soportar un entorno biológicamente activo, tal como uno capaz de hacer crecer células en el contexto de cultivos celulares.

En determinadas realizaciones, el recipiente puede ser una bolsa desechable, deformable, plegable que define un volumen cerrado, que es esterilizable para un solo uso, capaz de alojar contenidos, tales como fluidos biofarmacéuticos, en estado fluido, y que puede alojar un dispositivo mezclador parcial o completamente dentro del interior del recipiente. En determinadas realizaciones, el volumen cerrado se puede abrir, tal como por válvulas adecuadas, introducir un fluido en el volumen y expulsar fluido del mismo, tal como después de que se completa la mezcla.

En determinadas realizaciones, el recipiente puede ser una bolsa bidimensional o de "almohada", o puede ser una bolsa tridimensional. La geometría particular del recipiente no está particularmente limitada. En determinadas realizaciones, el recipiente puede incluir una base rígida, lo que proporciona puntos de acceso como puertos o respiraderos. Cada recipiente puede contener una o más entradas y salidas y, opcionalmente, otras características, tales como respiraderos y puertos de gas estéril para la detección del líquido dentro del recipiente para parámetros tales como conductividad, pH, temperatura, gases disueltos y similares.

En determinadas realizaciones, cada recipiente contiene, ya sea parcial o totalmente dentro de su interior, un conjunto de impulsor para mezclar, dispersión, homogeneizar y/o hacer circular uno o más líquidos, gases y/o sólidos contenidos en el recipiente. De acuerdo con determinadas realizaciones, el conjunto de impulsor puede incluir una o más palas, que son móviles, tal como por rotación u oscilación alrededor de un eje. En determinadas realizaciones, el conjunto de impulsor convierte el movimiento de rotación en una fuerza que mezcla los fluidos con los que está en contacto. El conjunto de impulsor puede tener una campana protectora formada sobre al menos una parte de las palas con un espacio contenido entre la superficie inferior de la campana y la dimensión exterior de las palas para permitir el libre movimiento de las palas y el líquido entre las palas y la superficie inferior de la campana. La campana sirve para proteger el recipiente de las palas que, de otro modo, podrían dañar el recipiente.

De acuerdo con determinadas realizaciones, el recipiente incluye al menos un miembro deflector, estando el miembro deflector colocado en el recipiente de tal forma que cuando el recipiente contiene fluido, el miembro deflector tiene componentes tanto horizontales como verticales sumergidos en el fluido. De acuerdo con determinadas realizaciones, una porción menor que la totalidad del miembro deflector no está sumergida en el fluido. De acuerdo con determinadas realizaciones, el deflector se extiende hasta las dimensiones radiales internas del recipiente. De acuerdo con determinadas realizaciones, el miembro deflector tiene forma de X.

El diseño y la implementación adecuados de la combinación impulsor/deflector proporcionan una solución de mezcla en un amplio rango de volúmenes y relaciones de aspecto, permitiendo el desarrollo de una familia de sistemas de biorreactores con excelente escalabilidad y rendimiento bien definido.

De acuerdo con determinadas realizaciones, el miembro deflector se coloca en el recipiente de forma que una pata de la "X" se extienda a través de la superficie del fluido cerca o en el lugar donde se formaría el vórtice al accionar el conjunto de impulsor. Esta colocación, que tiene un elemento tanto vertical como horizontal del deflector que corta la superficie del fluido, actúa como un rompiente de vórtice, interrumpiendo la trayectoria de flujo circular del fluido. La forma de X, en comparación con otras configuraciones de deflectores estrictamente verticales o estrictamente horizontales, permite una mejor interrupción de las trayectorias de flujo dentro de la mayor parte del fluido, reduciendo la tendencia a la mezcla de abajo hacia arriba (con el impulsor ubicado en la parte inferior del recipiente) y proporcionando una distribución más homogénea en un período de tiempo más corto.

De acuerdo con determinadas realizaciones, el miembro deflector debe ser lo suficientemente ancho (con respecto a la dimensión radial del recipiente) para interrumpir la formación de vórtices en la superficie del fluido, pero no demasiado ancho para bloquear el flujo de lado a lado dentro del recipiente, lo que aumentaría el tiempo para mezclar todo el volumen.

Volviendo ahora a la Figura 1, se muestra un recipiente 1 que tiene un conjunto de impulsor 10 que tiene una base 14 y una o más palas o álabes móviles 16. El número y forma de las palas 16 no está particularmente limitado, siempre que proporcionen suficiente agitación del fluido dentro del recipiente cuando se accionan. La base y la pala o palas pueden estar construidas de material plástico, tal como polietileno, o cualquier polímero resistente a la radiación gamma, tal como un copolímero de polipropileno. En determinadas realizaciones, la base 14 incluye un miembro 22 que se extiende axialmente que aloja la base magnética del impulsor, tal como un imán sobremoldeado de impulsor de mezcla, en donde las palas 16 se extienden axialmente por encima del miembro 22 donde pueden girar libremente cuando el impulsor magnético es accionado por un imán de accionamiento. En determinadas realizaciones, cuando el conjunto de impulsor 10 está instalado en el recipiente desechable 1, el miembro de extensión 22 sobresale fuera del recipiente 1 y el mismo y/o la base 14 se sellan con respecto al recipiente 1. El resto del conjunto de impulsor 10 está alojado dentro del recipiente 1. Preferiblemente, el conjunto de impulsor se coloca en o cerca la parte inferior del recipiente, cuando el recipiente está en posición de mezcla (tal como una posición colgante) y muy cerca de una entrada 30 del recipiente.

En la realización mostrada en la Figura 1, el recipiente desechable 1 está hecho de plástico soldable tal como polietileno y está sellado. El acceso de fluidos al interior del recipiente 1 se realiza a través de una entrada 30 que está sellada a un primer conducto (no mostrado), y el acceso de fluidos fuera de dicho recipiente es a través de una salida que está sellada a un segundo conducto (no mostrado). En determinadas realizaciones, el recipiente 1 tiene un volumen de trabajo mínimo de 200 L y un volumen de trabajo máximo de 1000 L. En determinadas realizaciones, al menos una porción del conjunto de impulsor está dentro del recipiente, y el accionador del ensamblaje de impulsor está fuera del recipiente 1.

Se han demostrado tiempos de mezcla relativamente cortos con dispersión homogénea incluso en los puntos desafiantes de relación de aspecto de 0,2:1 y volúmenes altos de hasta 2000 L.

La Figura 2 ilustra una realización del deflector 50. En determinadas realizaciones, el deflector es una película hecha de plástico soldable como polietileno. El deflector 50 incluye una primera pata 51 y una segunda pata 52 que interseca y, opcionalmente, se une a la primera pata 51. En determinadas realizaciones, la ubicación de la unión de las patas 51 y 52 es en el punto medio longitudinal 53 de ambas patas. Sin embargo, no es necesario que las dos patas realmente contacten o se unan entre sí. Cada extremo terminal T de cada pata está preferiblemente doblado en un ángulo de aproximadamente 45° con respecto al cuerpo principal de cada pata.

Cada uno de estos extremos terminales se puede fijar a la pared interna del recipiente, tal como por soldadura, para fijar el deflector en su lugar en el recipiente 1. En determinadas realizaciones, donde el recipiente es una bolsa, los extremos terminales están termosellados dentro de las costuras de la bolsa. Como se ejemplifica en la Figura 2, en determinadas realizaciones, estas costuras se alinean detrás del impulsor (a las 12 en punto) y a través de la bolsa a las 6 en punto. La parte inferior se fija en el nivel más bajo de la bolsa y la parte superior en un nivel que está por encima del volumen máximo de la bolsa. Son posibles otras ubicaciones de fijación, incluida la fijación del deflector directamente a la base del sistema que soporta el recipiente y/o a la parte superior del recipiente en lugar de a los lados. De hecho, hacerlo puede introducir "holgura" en el deflector, lo que puede ser aceptable. Independientemente de las ubicaciones de fijación particulares, se prefiere que las patas superiores se extiendan fuera del fluido, es decir, por encima del volumen máximo de la bolsa (en lugar de estar completamente sumergidas en el fluido). Esto reduce el tiempo de mezcla en aproximadamente un 50 %.

Las dimensiones particulares del deflector dependen al menos en parte del tamaño del recipiente. Como se muestra en la Figura 3, el espesor del deflector es proporcional al volumen del recipiente y está relacionado con el volumen del recipiente por la ecuación y = 0,0006x 0,9098 (R2 = 0,9959). De forma similar, el área superficial del deflector es proporcional al volumen del recipiente y está relacionado con el volumen del recipiente por la ecuación y = 0,1601x 33,869 (R2 = 0,9858).

Preferiblemente, el deflector se coloca en el recipiente de tal forma que se extienda a través del vórtice (o la región donde se formaría el vórtice en ausencia del deflector) en algún nivel. La posición del vórtice cambia con la relación de aspecto. La región donde se formaría el vórtice en ausencia del deflector se puede determinar a partir de la experiencia, o mezclando fluido en el recipiente en condiciones de mezcla similares a las que se usarán en la operación, pero en ausencia del deflector, y observando dónde se forma el vórtice. Se puede crear un "mapa de vórtice", que documenta la ubicación del vórtice para una relación de aspecto de recipiente, volumen del recipiente, posición del impulsor y tamaño del impulsor dados. Para una relación de aspecto de 1:1 en un recipiente de 1000 L, el vórtice generalmente se encuentra en la posición de las 6 en punto. Para una relación de aspecto de 2:1 en un recipiente de 2000 L y para una relación de aspecto de 1,6:1 en un recipiente de 200 L, el vórtice generalmente se encuentra en la posición de las 9 en punto.

Aunque los deflectores en forma de "X" colocados correctamente en el recipiente proporcionan tiempos de mezcla relativamente bajos con un mezclado homogéneo, otras formas también son adecuadas, siempre que el deflector interseque la región de formación de vórtice. Las formas adecuadas incluyen deflectores en zigzag, triangulares y diagonales.

EJEMPLO 1

Se evaluó el tiempo de mezcla y la calidad de lo producido por una muestra de deflectores flexibles en un tanque lleno de 200 L, con los resultados mostrándose la Figura 4. A y B representan las varillas de metal que sujetan el deflector de película en su lugar dentro del tanque. Estas se ejecutaron como controles para garantizar que cualquier efecto sobre la mezcla fuera causado por los deflectores y no por los soportes. E representa el deflector de paleta rígido estándar.

La Tabla 2 muestra los espesores de los deflectores utilizados en cada una de las muestras de la Figura 4. La mayoría de los deflectores eliminaron el vórtice, pero los tiempos de mezcla variaron ampliamente. El deflector en forma de X tuvo el tiempo de mezcla más bajo con una mezcla homogénea.

EJEMPLO 2

Este ejemplo se llevó a cabo para caracterizar el rendimiento de mezcla de un biorreactor con un impulsor de 33,02 cm (13") y un deflector en forma de X para determinar cómo los cambios en la entrada de energía afectan el rendimiento de la mezcla y para determinar la efectividad del diseño del impulsor/deflector en el rango de volúmenes desde 200 L a 2000 L.

Los parámetros para bioprocesos convencionales incluyen a menudo especificaciones de temperatura, nivel de oxígeno, pH y entrada de energía, entre otros factores. La entrada de energía generalmente se incrementa para mejorar el rendimiento de la mezcla. Sin embargo, a medida que aumenta la entrada de energía, también se puede aumentar el riesgo de daño celular debido al cizallamiento. Para comprender completamente las capacidades de un sistema de biorreactor, es útil entender la relación entre el tiempo de mezcla y la entrada de energía, para permitir que el usuario final optimice las condiciones del proceso para satisfacer mejor las necesidades de su línea celular particular.

Se llevó a cabo una prueba para caracterizar el rendimiento de la mezcla en una amplia variedad de condiciones con una amplia selección de equipos. Basándose en esta prueba, uno de los diseños elegidos se basó en un impulsor de 4 palas de 33,02 cm (13"), con un deflector en forma de X.

La caracterización de este diseño incluye la medición del tiempo de mezcla en las entradas de energía de menos de 10 W/m3 a como máximo 30 W/m3, al volumen de 1000 L. De forma adicional, el tiempo de mezcla para volúmenes variables (a una energía constante de 10 W/m3) también fue registrado.

Se realizaron estudios de mezcla de fenolftaleína para evaluar la eficacia de la mezcla con el impulsor de 33,02 cm (13") y un deflector en forma de X. El software de control Levitronix® se usó para monitorear los factores de rendimiento del impulsor, incluyendo la velocidad y las corrientes de accionamiento. Estos datos se utilizaron para calcular la energía en cada rpm donde se realizaron las pruebas, de acuerdo con la siguiente fórmula:

Energía = Par * Velocidad de rotación

Par=(Corriente de accionamiento A Corriente de accionamiento B) /2 * Constante de par/100

Constante de par definida por Levitronix® como 21,32 para el motor LPS-4000

Velocidad de rotación = 2 * 3,14/60 * rpm

Mediante el uso de un indicador de fenolftaleína, es posible observar patrones de mezcla a medida que las adiciones de ácido y base cambian el pH del líquido en las vasijas. El tiempo de mezcla se define como el tiempo para el cambio de color completo en todo el volumen. Se empleó el método de mezcla de fenolftaleína (phth) para obtener resultados visuales, información colorimétrica sobre el tiempo de mezcla y la calidad. Este protocolo se describe de la siguiente manera:

Materiales:

- Solución de fenolftaleína: 0,5 % en peso. 1L de solución phth = 5g phth 600ml de etanol volumen restante de agua DI

- Hidróxido de sodio 6M (NaOH)

- Ácido clorhídrico 5M (HCl)

- Agua DI

- Temporizador con indicador en segundos

- Capacidad de vídeo

- Medidor de pH para monitorear el pH

Métodos:

1. Llenar el tanque hasta el volumen deseado con agua. Por cada 100 L de agua en el tanque, agregar 21 ml de solución phth.

2. Encender el mezclador para asegurar un ambiente homogéneo en el tanque, tomar después una muestra del agua y medir el pH.

3. Añadir ácido/base para ajustar el nivel de pH a aproximadamente 6,9.

4. Encender el vídeo. Por cada 100 L de agua en el tanque, agregar 4 ml de NaOH 6M (la solución se vuelve rosa).

5. Mientras el tanque se mezcla, observar los patrones de mezcla a medida que la solución cambia de color y anotar cualquier efecto de zona observado. Registrar el tiempo que se tarda en lograr una mezcla completa (se puede usar la reproducción de vídeo para registrar este tiempo con mayor precisión). Apagar el vídeo.

6. Dejar que el tanque se mezcle durante aproximadamente un minuto adicional para garantizar un entorno homogéneo. Encender el vídeo. Por cada 100 L de agua en el tanque, agregar 3,4 ml de HCl 5M (la solución se aclara). 7. Repetir etapa 5.

OBSERVACIÓN: Este proceso es repetible para múltiples ensayos. Sin embargo, el pH debe verificarse periódicamente para asegurarse de que la operación esté en la ventana de aproximadamente 6,9 a 8,5 (el cambio de color ocurre a pH = 8,2). Ajuste el pH total según sea necesario. Después de una cierta cantidad de tiempo, el tanque puede llegar a su capacidad de tamponamiento y será necesario vaciar el tanque y comenzar de nuevo.

Tabla 3. Volúmenes de phth, ácido y base necesarios para los volúmenes comunes utilizados en estos estudios de mezcla:

En la mayoría de los casos, los datos son un promedio de 3 intentos con un intervalo de confianza de una desviación estándar.

La curva de respuesta que relaciona el tiempo de mezcla con la entrada de energía para un impulsor de 33,02 cm (13") y un deflector en forma de X a 1000 L se muestra en la Figura 5. Esta curva muestra claramente que se cumple el objetivo de tiempo de mezcla de 30 segundos o menos para una entrada de energía de 10 W/m3 y mayor. En todas las condiciones, la adición del deflector en X crea una mezcla homogénea.

EJEMPLO 3

Una segunda serie de ensayos de caracterización analizó la eficacia del deflector en forma de X en todo el rango de volúmenes de 200 L a 2000 L. Con el diámetro del tanque constante, el cambio de volumen corresponde a un cambio de relación de aspecto, con el volumen más bajo de 200 L a 0,2:1 y el más alto de 2000 L a 2:1. Los resultados de la Figura 6 demuestran la efectividad del deflector en X en todo este rango de relaciones de aspecto, especialmente en comparación con un deflector de paleta tradicional y sin deflector.

La Figura 7 es una vista más cercana a los datos solo para los sistemas con deflectores. Aquí se revela que el deflector en X es menos sensible al aumento de volumen, con un tiempo de mezcla relativamente constante de 30 segundos para todos los volúmenes de 200 L a 1000 L. Esto se compara con el deflector de paletas con un tiempo de mezcla a 200 L de 36 segundos, aumentando en más del 15 % a 42 segundos a 1000 L. En el volumen más alto de 2000 L, el valor del deflector en X es más evidente. Con el deflector de paletas, el tiempo de mezcla de 200 L a 2000 L aumenta en un 145 %, mientras que el aumento con el deflector en X es solo del 67 %. El deflector en X proporciona un sistema con un rendimiento de mezcla constante tanto en las relaciones de aspecto más bajas como en las más altas.

La ventana de proceso para este biorreactor podría abrirse ya que el tiempo de mezcla es inferior a 30 segundos para una entrada de energía tan baja como 10 W/m3. El diseño del impulsor/deflector en X es al menos efectivo para volúmenes de aproximadamente 200 L a aproximadamente 2000 L, con relaciones de aspecto de aproximadamente 0,2:1 a aproximadamente 2:1.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Uso de un recipiente con un fluido,

comprendiendo dicho recipiente: un volumen formado por un material flexible, una o más entradas en dicho recipiente, una o más salidas en dicho recipiente, un conjunto de impulsor montado al menos parcialmente dentro de dicho volumen de dicho recipiente, y un deflector flexible en dicho volumen de dicho recipiente, estando dicho deflector en forma de X para tener elementos con componentes horizontales y verticales en dicho recipiente, durante el uso de dicho recipiente, estando un volumen de fluido en dicho recipiente y estando dicho deflector flexible solo parcialmente sumergido en dicho volumen de fluido y teniendo un elemento del deflector un componente horizontal y vertical que corta la superficie del fluido.

2. El uso de la reivindicación 1, en donde dicho volumen es un volumen cerrado.

3. El uso de la reivindicación 1, en donde dicho recipiente se utiliza como un biorreactor.

4. El uso de la reivindicación 1, en donde dicho fluido comprende células.

5. El uso de la reivindicación 4, en donde dicho fluido comprende además microvehículos para dichas células.

6. El uso de la reivindicación 1, en donde dicho deflector se extiende hasta las dimensiones radiales internas de dicho recipiente.

7. Un método de mezclar un fluido en un recipiente, que comprende:

proporcionar un recipiente que define un volumen;

proporcionar un conjunto de impulsor montado al menos parcialmente dentro de dicho volumen de dicho recipiente; colocar un deflector flexible en forma de X en dicho volumen de dicho recipiente para tener elementos con componentes horizontales y verticales en dicho recipiente;

introducir fluido a mezclar en dicho recipiente hasta un nivel que sumerja solo parcialmente dicho deflector; y

accionar dicho conjunto de impulsor para mezclar dicho fluido;

por lo que dicho deflector minimiza la formación de cualquier vórtice durante dicha mezcla porque un elemento del deflector que tiene un componente horizontal y vertical corta la superficie del fluido.

8. El método de la reivindicación 7, en donde dicho recipiente se utiliza como un biorreactor.

9. El método de la reivindicación 7, en donde dicho fluido comprende células.

10. El método de la reivindicación 9, en donde dicho fluido comprende además microvehículos para dichas células.

11. El método de la reivindicación 7, en donde dicho deflector está colocado en dicho volumen de dicho recipiente para extenderse hasta las dimensiones radiales internas de dicho recipiente.