JP2020534519A - 使い捨て流体測定用の小型センサーコネクタ - Google Patents

Abstract

使い捨て容器（１０２）を測定機器（１０４）に結合するためのコネクタ（２００）は、コネクタ領域（２１０）を含む。上記コネクタ（２００）は、上記コネクタ領域（２０２）に対してシールされ且つ媒体サンプルに接触するように構成された撓み可能なダイアフラム（２０８）を含む。

Description

使い捨て（単回使用）容器、例えばバイオリアクターは、多数の目的に対する生物学的反応を生成及び支援するのに有用である。生物学的反応は、圧力、及び／又は温度の僅かな変化の影響を受けうる。更に、バイオ反応を実行する手順又は反応自体が、バイオリアクター内の様々なパラメータ（例えば圧力）を変化させる可能性がある。したがって、生物学的反応の圧力又は他の変数を監視することは重要である。

ライフサイエンス産業は、大規模な定置洗浄（ＣＩＰ：Clean In Place）設備を備えたステンレス鋼製の大規模で資本集約的な施設から、バイオリアクターとして機能するポリマーバッグ又は容器を使用する小規模な施設に移行しつつある。バイオリアクターバッグは、一度使用され、その後廃棄される。この使い捨てバイオリアクター技術は、プラントの資本コストを大幅に削減する。例えば、ステンレス鋼のＣＩＰ設備を用いる既存の施設において、施設の運用コストの９０％までが、水蒸気洗浄サイクルに耐えるように設計された非常に高性能な実装を含んでいるところの定置洗浄設備によるものである。使い捨ての１回使用バイオリアクターバッグに移行することによって、その資本のＣＩＰ部分を除去することができ、施設はより柔軟ではるかに小さなものになりうる。このことは、より目的が絞られた薬物療法及び別の小規模なアプリケーションにとって必要な小規模なバッチ生産を可能にする。

製薬メーカーが、大型のステンレス製の処理容器から、より少量の滅菌済みの使い捨てプラスチックバッグシステムに移行する時、成長環境及び後続のプロセスを制御するために、これらのシステムの圧力、及び／又は、その他の変数を測定する必要がある。通常、製薬メーカー及び一般的なライフサイエンス業界は、事前に滅菌され且つ1回使用後に使い捨てられるところの低価格で精度の低い圧力センサーを用いている。このような安価なセンサーは、流体分離に関して比較的大雑把な方法を用いている。これらの方法は不正確な測定をもたらす可能性があり、様々な生物学的反応をサポートするためのライフサイエンス業界では一般的には受け入れられない。

使い捨て容器を測定機器に結合するためのコネクタは、コネクタ領域を含んでいる。上記コネクタは、上記コネクタ領域に対してシールされ且つ媒体サンプルに接触するように構成された、撓み可能なダイアフラムを含んでいる。

本発明の１実施形態が特に適用可能である使い捨て容器（例えばバイオリアクター）の概略図である。 測定機器の一部分へ連結されている使い捨て容器のホースを示す概略図である。 本発明の１実施形態による、コネクタ領域とダイアフラムとを有するコネクタの概略図である。 本発明の１実施形態による、コネクタ領域とダイアフラムとを有するコネクタの断面図である。 本発明の別の実施形態による、コネクタ領域とダイアフラムとを有するコネクタの断面図である。 本発明の別の実施形態による、コネクタ領域とダイアフラムとを有するコネクタの概略図である。 本発明の１実施形態による、コネクタ領域とダイアフラムとを有するコネクタの断面図である。 本発明の１実施形態による、プロセス測定センサーに結合されたコネクタの概略図である。

使い捨て容器内での生物学的反応の間、様々なパラメータの中から、例えば、圧力、温度、溶存酸素、ｐＨなどの反応の様々なパラメータを監視することが、重要であることが多い。

本発明の１実施形態によれば、測定機器と使い捨て容器からの媒体サンプルとの間のインターフェースを保持するところのコネクタが提供される。一例において、センサーコネクタは、測定機器が、一方で使い捨てコネクタ内の媒体の完全性を維持しつつ、センサーコネクタのダイアフラムを介して媒体サンプルのパラメータを監視することを可能にする。しかし、センサーコネクタは、センサーコネクタに取り付けられる測定機器の有無にかかわらず、媒体の完全性を維持すると考えられている。さらに、センサーコネクタは、媒体との直接的な接触に起因する悪影響（例えば、汚染又は腐食）から測定機器を保護する。

本発明の実施形態は、測定機器が反応の少なくとも1つのパラメータを監視している間、使い捨てバッグ、管類、又はその他の容器が、永続的にシール（封止）され及び滅菌され、且つ反応の間この状態を維持することを可能にすると考えられる。さらに、高品質の再利用可能な機器（例えば、プロセス可変圧力送信器）は、再利用可能な機器の滅菌を最初に必要とせずに、ダイアフラムのセンサーインターフェイスで使用されるか又はそのセンサーインターフェイスに結合されうる。以下の説明では生物学的反応とバイオリアクターについて説明するが、実施形態は、低コストのセンサーコネクタが低コストの封じ込めシステムと精密測定機器との間に必要とされる場合には、いつでも使用されうると考えられる。

図１Ａは、本発明の実施形態による使い捨て容器（例えば、バイオリアクター）の概略図である。生体反応システム１００は、管類１０６を介して測定機器（図１Ｂに示される）に連結された、生物学的反応を実行するように構成されたバイオリアクター１０２を含む。

バイオリアクター１０２は、例示的に、その中に配置された使い捨て生体反応バッグ１１０に対してシェルを形成するように比較的堅固である壁を備えた外側支持容器１０８を含んでいる。支持容器１０８は一般に、使い捨て生体反応バッグ１１０の寸法及び機能に適合され、生体反応バッグ１１０内で反応を受ける生物学的サンプル１１２を支持する。動作中、支持容器１０８は通常、再利用可能な物であるが、使い捨て生体反応バッグ１１０は、一般的に、サンプル１１２内で生物学的反応が起こった後に廃棄されるポリマーバッグである。生体反応バッグ１１０が支持容器１０８なしで用いられることが意図されたいくつかの例がある。

図１Ｂは、測定機器１０４（その一部分が図１Ｂに示されている）に結合された使い捨て容器の管類を示す概略図である。管類１０６は、センサーコネクタ２００に結合され、センサーコネクタ２００内の生物学的サンプル１１２を測定機器１０４からシールし、隔離する一方で、測定機器１０４が、生物学的サンプル１１２に関する有用な情報を検知又は変換することを可能にする。

測定機器１０４は、温度、圧力、溶存酸素、ｐＨなどを含みうるところの、生物学的サンプル１１２のパラメータを測定しうる。さらに、測定機器１０４は、温度、及び／又は他の環境変数の変動を補償するために、例えば特性、及び／又は較正情報を利用して付加的な信号処理を実行しうる。測定機器１０４は、測定値及びその他の有用なデータを適用可能なプロセスへ伝達し、機器を監視、及び／又は制御する。

図２Ａは、本発明の１実施形態による、コネクタ領域とダイアフラムとを有するセンサーコネクタの概略図である。センサーコネクタ２００は、例示的に、サンプルに接触するように構成されているところのダイアフラム２０８に対してシールされたフランジ２０６（即ち、液密且つ気密な配設）を有するコネクタ領域２０２を含む。コネクタ領域２０２は、生体反応バッグに接続された、チューブ又は他の流体結合機構を受け取り且つ保持するように構成された、返し部（barb）２０４又は他の接続方法を含む。実施形態は一般的にホースの返し部を使用するとして説明されるが、他の接続形状（標準及び非標準の両方）が、本発明の実施形態に従って実施されうる。

動作中、返し部２０４を生体反応バッグに取り付けられた流体結合機構へ結合すると、コネクタ領域２０２は、生体反応バッグから媒体のサンプルを受け取り、上記コネクタ領域内において、サンプルは撓み可能なダイアフラム２０８の内部に直接当たる。次いで、ダイアフラム２０８の外部に動作可能に結合された測定機器（例えば圧力センサー）は、ダイアフラム２０８の特性変化に基づいてサンプルのパラメータ（例えば圧力）を測定することができる。

本構成において、測定機器は、媒体自体に直接に接触することなく、媒体のパラメータ（例えば圧力）を測定することができる。その結果、比較的高精度の測定機器は、高品質の媒体測定値を取得でき、媒体に直接接触することなく機器を監視、及び／又は制御するための指示を提供できる。このようにして、測定機器は、コネクタ２００に結合された後に再利用され得、測定機器を多くの機能を実行できる比較的複雑で機能豊富なデバイスにすることができる。加えて、コネクタ２００は、生物学的反応が使い捨て容器内で生じた後に、使い捨て容器とともに捨てることができる使い捨て部品として設計されうる。

撓み可能なダイアフラム２０８は、媒体へ曝されるのに適した任意の材料で形成され得、その反対側に置かれた測定機器が、媒体に関して意味のある情報を変換することを可能にできる。これは、1つの均一な材料又は複数の異なる材料を含みうる。例えば、ダイアフラム２０８の内部は、ダイアフラム２０８の外部と比較して異なる材料で形成されてもよい。材料の例としては、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、様々なデュロメータウレタン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びＰｅｂａｘ（商標）が含まれる。撓み可能なダイアフラム２０８及びコネクタ領域２０２は、単一の一体部品であってもよい。

更に、ダイアフラム２０８は、製造プロセス中、強度、耐久性、適合性、又は他の特性を最適化するように取扱われうる。例えば、ダイアフラム２０８は、製造プロセス中、繊維によって強化されてもよい。更に、ダイアフラム２０８の可撓性材料は媒体と反応せず、したがって化学的にダイアフラム２０８は、媒体サンプルに接触しても同じままであると考えられる。

１例において、コネクタ領域２０２は、コネクタ２００が媒体に直接接触することを可能にするプラスチック、金属、又はその他の材料で作られうる。コネクタ２００はまた、何れか特定の媒体用途に対して機械的、化学的、又はその他の特性を最適化するように複数の材料で作成されうる。また、コネクタ２００の内面２１０は、何れか特定の媒体用途に対してより良好に適合するように施されたコーティングを有しうる。

図２Ｂは、本発明の１実施形態による、円筒形コネクタ領域とダイアフラムとを有するコネクタの断面図である。図示されているように、コネクタ２００は、コネクタ領域２０２のフランジ２０６に対してシールされたダイアフラム２０８を含んでいる。コネクタ領域２０２は、コネクタ２００の第１端部２１２からダイアフラム２０８の内面２１４にまで延在する通路２１０を含んでいる。通路２１０は、生体反応バッグに取り付けられた流体結合機構（例えば、ホース、チューブ、バッグなど）から媒体サンプルを受け取ることができ、その結果、媒体サンプルはダイアフラム２０８の内面２１４に接触する。続いて、ダイアフラム２０８の外面２２２に結合されたセンサーは、内面２１４に接触する媒体から生じるダイアフラム２０８の特性（例えば、圧力又は温度）の変化を検出しうる。

図２Ｂに示されるように、フランジ２０６は、フランジ２０６に対するダイアフラム２０８の表面の結合を正しく位置決め又は促進するために、ダイアフラム２０８の環状リング２１８を受け入れるように構成された表面構成又は溝２１６を含むことができる。更にこれは、フランジ２０６とダイアフラム２０８との間の表面領域を増加させる。１例において、ダイアフラム２０８をフランジ２０６に結合することは、単回の恒久的な嵌合がダイアフラム２０８とフランジ２０６との間に作られることを可能にするように、ダイアフラム２０８をフランジ２０６上にオーバーモールド（被覆成形）することを含む。しかし、ダイアフラム２０８は、接着剤又は溶接を用いてフランジ２０６に結合されうることも考えられる。図示された例において、ダイアフラム２０８はフランジ２０６上にオーバーモールドされ、且つダイアフラム２０８はフランジ２０６を完全には包み込めないことが考えられる。例えば、ダイアフラム２０８は、コネクタ領域２０２の開口部２１０にオーバーモールドされうるのみである。ダイアフラム２０８は、フランジ２０６に沿って、又はフランジ２０６のテーパー部分２２０まで及びそれを越えて全体的に延在しうる。

図３は、本発明の１実施形態による、コネクタ領域及びダイアフラムを有するコネクタの断面図である。図示されているように、ダイアフラム２０８は、フランジ２０６に沿って延在し、且つコネクタ領域２０２の内壁に沿って延在する延長部分を含む。この実施形態において、ダイアフラム２０８は、コネクタ領域２０２を有する単一部品と見なすことができる。ダイアフラム２０８の延長部分は、例示的に通路２１０を全体に裏打ちするが、図４Ａ及び４Ｂに関してより詳細に示されるように、ダイアフラム２０８は、通路２１０の一部分のみを裏打ちすることもでき、あるいは代替的に、通路２１０の外側へ且つ返し部３０４の周りに折り返し延在しうることも考えられる。

この実施形態において、生体反応バッグから媒体サンプルを受け取ると、通路２１０内の圧力は、ダイアフラム２０８及びその延長部分が通路２１０に沿って延在するので、ダイアフラム２０８がコネクタ領域２０２から分離させられない。さらに、ダイアフラム２０８及びコネクタ領域２０２は、コネクタ２００を流体結合機構（例えば、バッグ、チューブ、ホースなど）に結合する直前に組み合わせられるところの２つの別個の部品として製造されうる。しかし一度、ダイアフラム２０８がコネクタ領域２０２に結合されると、これらは、流体結合機構に永続的に固定されうるところの単回の永続コネクタ２００を形成する。次に、クランプが、コネクタ２００を測定機器にしっかりと保持するように追加されてもよい。

動作中、コネクタ２００（本明細書に提示された実施形態のいずれかに従う）が、一度、生体反応バッグの流体結合機構に結合されると、システム全体は、シールされていると見なされ、且つ滅菌されることができる。１例において、コネクタ２００は、コネクタ２００が同じ滅菌処置を施されるように、使い捨て容器、及び／又は流体連結機構の滅菌の直前に、流体連結機構に連結されうる。１例において、滅菌はガンマ線の利用を含みる。滅菌されると、本システムは、シールされたユニットを保つように構成され、滅菌された内部状態を維持する。

更に、使い捨て容器及びコネクタ２００の滅菌プロセスの間に、電子機器又は高度なデバイスは、本システムに結合されないことに留意されたい。そのようにして、高品質のセンサーは、このセンサーを滅菌する必要がないように、ダイアフラム２０８に取り付けられ、取り外され、且つ再取り付けされうる。更に、電子デバイスの損傷のリスクが軽減される。

図４Ａは、本発明の別の実施形態による、コネクタ領域及びダイアフラムを有するコネクタの概略図である。図４Ａ及び４Ｂに示された実施形態は、図２Ａ、２Ｂ、及び図３に関して説明された実施形態といくつかの類似点を有し、同様の構成要素には同様の符号が付けられている。図示されているように、コネクタ３００は、ダイアフラム３０８及びコネクタ領域３０２、並びに返し部３０４及びコネクタ領域３０２の部分を包む可撓性材料３０３を含んでいる。可撓性材料３０３は、撓み可能なダイアフラム３０８が構築される材料と同じでも又は異なってもよい。ダイアフラム３０８は、コネクタ領域３０２と同じ材料又は異なる材料で形成されてもよい。更に、図４Ｂに関して説明するように、可撓性材料３０３は、コネクタ３００内の開口部３１０を裏打ちしてもよい。しかし、可撓性材料３０３は、ダイアフラム３０８の内部から、コネクタ３００の内部通路３１０に沿って、コネクタ領域３０２の外部（コネクタ領域３０２の返し部３０４及び他の部分を含みうる）まで延在してもよい。

図４Ｂは、本発明の実施形態による、コネクタ領域及び撓み可能なダイアフラムを有するコネクタの断面図である。図示されたように、形状適合可撓性材料３０３は、開口部３１０を裏打ちし、返し部３０４及びコネクタ領域３０２の部分を包み込む。この実施形態において、可撓性材料３０３は、コネクタ領域３０２を包み込むように、引っ張られるか又はそうでなければ変形されるところの「手袋」とみなされうる。可撓性材料３０３は、コネクタ領域３０２、又は例示的に示されるようにコネクタ領域３０２の指定部分を完全に包み込みうる。材料３０３がコネクタ領域３０２の材料と異なる実施形態において、そこへ結合された撓み可能なダイアフラムを有する材料３０３の予備成形挿入部は、開口部３１０を通して通過され、次いでホース返し部３０４上に折り返されうる。別の例において、可撓性材料をホース返し部３０４上に折り返す代わりに、可撓性材料は別の継手に、場合によってはその継手のホース返し部上に結合されうる。

図５は、本発明の実施形態による、測定機器に結合されたセンサーコネクタの概略図である。測定機器４００は圧力センサーとして図示されているが、別のタイプのセンサーも同様に用いられうることが明確に意図されている。動作中、測定機器４００は、テーパー部分２２０及び測定機器４００のテーパー部分４０３に接触することにより測定機器４００を取り付けるところの、クランプ機構又は別の適切な構造を介してコネクタ２００のダイアフラム２０８に結合される。しかし、別の接続機構が同様に用いられうる。コネクタ２００は、流体結合機構から媒体サンプルを受け取るように構成されたコネクタ領域２０２（ダイアフラム２０８に結合されている）を含む。さらに、図示されたように、測定機器４００のダイアフラム結合部４０８は、ダイアフラム２０８に結合するように構成されている。

動作中、流体結合機構から受け取られた媒体サンプルに起因してコネクタ領域２０２内の圧力が変化すると、ダイアフラム２０８は、圧力センサーの検知素子に圧力をかける。次に、センサーの電気出力は、コネクタ２００内の圧力に対応する。さらに、この実施形態において、測定機器４００は、媒体サンプル自体に直接曝されるのではなく、単にその圧力自体に曝される。

この実施形態において、使い捨て容器内で生物学的反応が完了すると、圧力センサー４００は、コネクタ２００から切り離され、後の反応において再利用されうる。このことは、圧力センサー４００を、異なる使い捨て容器に結合された追加のコネクタ２００へ結合することを包含しうる。

Claims (21)

1. 使い捨て容器を測定機器へ結合するためのセンサーコネクタであって、前記コネクタは、
   コネクタ領域、及び
   前記コネクタ領域に対してシールされ且つ媒体サンプルに接触するように構成された撓み可能なダイアフラム、
   を含んでいる、
   上記センサーコネクタ。
2. 前記コネクタ領域は円筒形であり、且つ前記撓み可能なダイアフラムは、前記測定機器と前記媒体サンプルとに同時に接触するように構成されている、請求項１に記載のセンサーコネクタ。
3. 前記ダイアフラムは、前記円筒形コネクタ領域の内部通路に沿って延在している、請求項２に記載のセンサーコネクタ。
4. 前記測定機器は、前記撓み可能なダイアフラムの撓みに基づいて前記媒体サンプルの圧力を測定するように構成された圧力センサーを含んでいる、請求項２に記載のセンサーコネクタ。
5. 前記撓み可能なダイアフラムは、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、デュロメータウレタン、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレートからなるグループから選択される材料を含んでいる、請求項１に記載のセンサーコネクタ。
6. 前記コネクタ領域は、使い捨て容器に取り付けられた管類を受け入れて保持するように構成された返し部を含んでいる、請求項１に記載のセンサーコネクタ。
7. 前記測定機器は、クランプ機構を介して前記コネクタに結合するように構成されている、請求項１に記載のセンサーコネクタ。
8. 前記コネクタ領域は、ステンレス鋼、プラスチック、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリフッ化ビニリデンからなるグループから選択された材料で形成されている、請求項１に記載のセンサーコネクタ。
9. 前記コネクタ領域は、前記撓み可能なダイアフラムを前記コネクタ領域と位置合わせするために、前記撓み可能なダイアフラムを受け取るように構成された表面形状を有するフランジを含んでいる、請求項１に記載のセンサーコネクタ。
10. 前記撓み可能なダイアフラムは、前記撓み可能なダイアフラムと前記コネクタ領域とが単回の永続的な嵌合を形成するように、前記コネクタ領域上にオーバーモールドされている、請求項９に記載のセンサーコネクタ。
11. 前記撓み可能なダイアフラムは、前記コネクタ領域の前記フランジに沿ってオーバーモールドされている、請求項１０に記載のセンサーコネクタ。
12. 前記撓み可能なダイアフラムに結合され、且つ前記コネクタ領域の内部開口部を裏打ちする可撓性材料をさらに含む、請求項１に記載のセンサーコネクタ。
13. 前記可撓性材料は、前記コネクタ領域の外面上のホース返し部を覆って延在する、請求項１２に記載のセンサーコネクタ。
14. 使い捨て検知アセンブリであって、
    使い捨て容器、
    対象物のパラメータを監視するように構成されたセンサー、及び
    前記使い捨て容器をシールしつつ前記センサーを前記使い捨て容器に同時に結合するように構成されたコネクタであって、前記コネクタは、前記センサーと前記使い捨て容器との間に配置された撓み可能なダイアフラムを含んでいるもの、
    を備えている、
    上記使い捨て検知アセンブリ。
15. 前記センサーは圧力センサーである、請求項１４に記載の使い捨て検知アセンブリ。
16. 前記コネクタは、前記使い捨て容器からサンプルを受け取るように構成されたコネクタ領域を含む、請求項１４に記載の使い捨て検知アセンブリ。
17. 前記コネクタ領域は、前記使い捨て容器に取り付けられた管類を受け入れて保持するように構成された返し部を含む、請求項１６に記載の使い捨て検知アセンブリ。
18. 使い捨て容器アセンブリであって、
    使い捨て容器、
    前記使い捨て容器に取り付けられた管類、及び
    前記管類に結合されたコネクタであって、前記コネクタは、前記管類に結合されたコネクタ領域と前記コネクタ領域に対してシールされた撓み可能なダイアフラムとを含んでいるもの、
    を備えている、
    上記使い捨て容器アセンブリ。
19. 前記コネクタ領域は、返し部を含む、請求項１８に記載の使い捨て容器アセンブリ。
20. 前記撓み可能なダイアフラムは、媒体サンプルと前記サンプルの特性を監視するように構成されたセンサーとに同時に接触するように構成されている、請求項１９に記載の使い捨て容器アセンブリ。
21. 前記ダイアフラムは、単一の可撓性材料を含む、請求項２０に記載の使い捨て容器アセンブリ。

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