JP2023547057A - モジュレート流路を備えたインライン・フィルタキャップ - Google Patents

Abstract

フィルタキャップ２００、４００、５００、６００、７００内に保持された膜フィルタの表面上の流れ特性を調節する内部形状を含むフィルタキャップ２００、４００、５００、６００、７００が提供される。内部形状は、場合によっては、フィルタキャップ２００、４００、５００、６００、７００内の再循環をもたらし、フィルタの目詰まりを低減するフィルタ膜を横断する交差流要素を提供する。

Description

バイオプロセッシングおよびその関連技術。

バイオプロセッシングおよび関連技術において、インライン（直列）フィルタキャップのいくつかの設計が何年にもわたって使用されてきた。知られているフィルタキャップの１つに、正圧を使用して少量の液体を精密ろ過するために設計されているＷｈａｔｍａｎ（登録商標）Ｓｗｉｎ－Ｌｏｋフィルタホルダがある。これらのホルダは、実験室での液体または気体の無菌サンプリング、またはサンプルを収集して現場で処理する必要がある場合に使用される。用途に応じて、Ｎｕｃｌｅｐｏｒｅ（登録商標）やＣｙｃｌｏｐｏｒｅ（登録商標）トラックエッチ（track-etch）、セルロース、ガラス繊維フィルタなど、さまざまなタイプのメンブレン（膜）がこのホルダで使用され得る。フィルタは、組立リング１０１、キャップ１０２、上部支持グリッド１０３、フラットガスケット１０４、膜１０５、Ｏリング１０６、下部支持グリッド１０７、およびベース１０８を含む。別のタイプのインライン・フィルタキャップは、図１Ｂに示されるように、Ｓｗｉｎｎｅｘフィルタホルダとして知られている。Ｓｗｉｎｎｅｘフィルタ１１４は、注射器の接続を可能にするように構成された入口１１２、円錐形の入口１１０、ベース１１１、および出口１１３を有する。これらのフィルタはデッドエンド（dead-end）ろ過をもたらし、フィルタ表面に堆積物が集まることによる目詰まりをしばしば引き起こし得る。

本発明者らは、インライン・フィルタキャップがフィルタ界面（interface）で目詰まりを生じさせるという問題に気付いた。使い捨て無菌製品に関しては、処理中にフィルタを交換する必要があることは特に不利益を生じる。これらの問題および関連する問題は、フィルタ前の保持液に細胞デブリなどの粒子状物質が含まれている場合により顕著である。

国際公開第２０１５／１９５９２４号

本明細書に記載の例によるフィルタキャップは、ベースに取り付けられ、操作中にキャップとベースとの間にフィルタを保持し、フィルタキャップは、フィルタキャップ内に所望の流れ成分をもたらす少なくとも１つの機構を含む。フィルタキャップは、円錐形状がフィルタ膜の表面上に流体を分配するように構成される、円錐形状部分と、円錐形状部分内の少なくとも１つの流れ導管であって、再循環流（recirculating flow）、渦流（vortex flow）、らせん流（spiral flow）、および／または、膜を横切る交差流（cross-flow）のうちの少なくとも１つをもたらすことができる、少なくとも１つの流れ導管とを含み得る。

流れ導管は、フィルタキャップ内に渦流をもたらすように構成された渦機構を含み、渦機構はらせん構造とされ得る。フィルタキャップは、再循環構造を含み、再循環構造は、らせん構造から半径方向外側に位置するチャネルである。流れ導管は、フィルタキャップ内に交差流を与えるための二重円錐形構造（dual cone structure）を含み得る。二重円錐形構造の場合、フィルタキャップの中央領域に再循環チャネルが設けられ得る。交差流は、膜を通過する流れに対して、膜の表面を横切る流れを増加させる。流れ導管は、再循環導管または流れ制限機構（例えば、ベンチュリ収縮部）、或いは、再循環導管および流れ制限機構の両方を含み得る。フィルタキャップは、膜横断流（cross-membrane flow）を増加させるためにらせん状ガイドベーンを含み得る。

フィルタキャップは、少なくとも１つの付加製造ステップ（additive manufacturing step）を使用して製造され得る。付加製造ステップは、選択的レーザー焼結（selective laser sintering：ＳＬＳ）ステップ、ステレオリソグラフィー（stereolithography：ＳＬＡ）ステップ、デジタル光投影（digital light projection：ＤＬＰ）ステップ、連続液体界面プログラミング（continuous liquid interface programming：ＣＬＩＰ）ステップ、バインダージェッティング（binder jetting）ステップ、選択的高温焼結（selective hot sintering：ＳＨＳ）ステップ、溶融堆積モデリング（fused deposition modeling：ＦＤＭ）ステップ、直接金属レーザー焼結（direct metal laser sintering：ＤＭＬＳ）ステップ、または、指向性エネルギー堆積（directed energy deposition：ＤＥＤ）ステップを含み得る。

従来のＷｈａｔｍａｎ（登録商標）Ｓｗｉｎ－Ｌｏｋフィルタキャップを示す。 従来の「Ｓｗｅｅｎｅｙ」フィルタキャップを示す。 本明細書に記載の例による断面を有するフィルタキャップの斜視図を示す。 本明細書に記載の実施例による膜を有するフィルタハウジング内のフィルタキャップを示す。 図２Ａのフィルタキャップ内の流れのシミュレーションに使用される流体ドメイン（fluid domain）を示す。 図２Ａのフィルタキャップの再循環に対する流速および乱流に対するシミュレートされた効果を示す。 図２Ａのフィルタキャップ内の流れの流量関数としての静圧を示す。 図２Ａのフィルタキャップの膜表面を横切るシミュレートされた流れを示す。 図２Ａ（渦トップ）および図６Ａ（二重円錐形）のフィルタキャップの再循環と流量の関係を示す。 図２Ａ（渦トップ）および図６Ａ（二重円錐形）のフィルタキャップのパーセンタイル（Percentile）再循環と流量の関係を示す。 本明細書に記載の一例によるフィルタキャップを作製するために使用され得る付加製造技術（additive manufacturing technique）のインターフェースを示す図である。 本明細書に記載される一例による、図３Ａに示される付加製造技術を実施するための装置を示す。 本明細書に記載の例による断面を有するフィルタキャップの斜視図を示す。 本明細書に記載の例による断面を有するフィルタキャップの斜視図を示す。 図５Ａに示す二重円錐形フィルタキャップの流れベクトルを示す。 図５Ａに示す二重円錐形フィルタキャップのフィルタ表面上の流れベクトルを示す。 本明細書に記載の例による断面を有するフィルタキャップの斜視図を示す。 図６Ａのフィルタキャップの再循環に対する流速と乱流に対するシミュレートされた効果を示す。 図６Ａのフィルタキャップ内のシミュレートされた流速を示す。 図６Ａのフィルタキャップの膜表面を横切るシミュレートされた流れを示す。 本明細書に記載の例による断面を有するフィルタキャップの斜視図を示す。 図７Ａに示す二重円錐形ＡＢフィルタキャップの流れベクトルを示す。 図７Ａに示す二重円錐形ＡＢフィルタキャップのフィルタ表面上の流れベクトルを示す。

例えば、フィルタキャップがベースに対してフィルタ膜を保持し、流体がフィルタキャップからフィルタを通ってベースの外に出るインライン・フィルタキャップ・アセンブリにおいて有用なフィルタハウジングを参照して、様々な実装および詳細が説明される。フィルタハウジングは、インライン・フィルタキャップ・アセンブリを通る流体の流れを変更するように構成された円錐形で、流路を含み得る。発明者らは、フィルタハウジング内のフィルタ膜上で制御された流体の流れを可能にするフィルタハウジングの必要性を認識した。この流体の流れは、使用中のフィルタ膜の表面に接線方向の流れまたは交差流の成分を与え得る。流体の流れはまた、キャップ内の流体の再循環を伴い得る。キャップ内の流れ態様は、層流または乱流であり得、その流れ態様は、流量、圧力降下、および／または、フィルタハウジングの内部流路の形状を変更することによって制御され得る。場合によっては、乱流への移行により、フィルタキャップ内に再循環流が発生する。フィルタキャップは、たとえば、ポンプやその他の外部エネルギー源を追加する必要なく、フィルタキャップへの液体の流量を制御することによる、パッシブシステム（passive system）での再循環を実現できる。

本明細書で使用される「円錐形状」という用語は、その狭い端部で導管形状から始まり、大きい端部で膜の表面上に流体を広げる構造を意味する。円錐形という用語は、フィルタ膜の表面全体に流体を分配するように構成された内部構造に適用されることを意味し、フィルタハウジングの外形とは無関係であり得る。例えば、フィルタキャップの外面は、円筒形でありながら円錐形の内部導管を含み得る。「円錐形」という用語は、一般的な形状を表しており、数学的に正確な円錐形の形状を示すものではない。むしろ、より段階的なサイズの増加に比べて、流体流路の拡大に伴う圧力降下を減少させるために、より狭い導管から膜への滑らかな移行が望ましい。

発明者らは、所望の流れ特性を付与するために利用され得るフィルタハウジング・アセンブリのキャップのためのいくつかのフィルタ構造を考えてきた。多くの場合、構造は付加製造を必要とするジオメトリ（幾何形状）を利用している。例えば、内部形状は、単一の「プル平面（pull plane）」を持たない構造的構成を含み、射出成形された特徴が金型から解放され得る。図１Ａ～１Ｂを参照して上述した以前のフィルタハウジング・アセンブリおよびフィルタキャップは、従来の射出成形技術を使用して構築できる対称構造を含む。多くの場合、本明細書に記載の実施例のフィルタハウジングの構造上の複雑さは、コンポーネント（構成部品）が金型から解放されるのを妨げ、そのため射出成形技術を使用した製造を妨げる。

３Ｄ印刷としても知られる付加製造のためのいくつかの技術は、何年も前には利用できなかったレベルの複雑な内部形状を有する物品の設計を可能にした。これらの技術は、概して、付加プロセスで物品を層ごとに構築することを含む。ターゲット市場向けのプラスチック部品の付加製造技術の例として、選択的レーザー焼結（selective laser sintering：ＳＬＳ）、ステレオリソグラフィー（stereolithography：ＳＬＡ）、デジタル光投影（digital light projection：ＤＬＰ）、連続液体界面プログラミング（continuous liquid interface programming：ＣＬＩＰ）、バインダージェッティング（binder jetting）、選択的高温焼結（selective hot sintering：ＳＨＳ）、溶融堆積モデリング（fused deposition modeling：ＦＤＭ）がある。これらの処理の一部では、通常、粉末を除去し得る溶剤による洗浄、または、ポリマーを完成品に硬化させるなどの後処理が必要である。金属物品の場合、直接金属レーザー焼結（direct metal laser sintering：ＤＭＬＳ）または指向性エネルギー堆積（directed energy deposition：ＤＥＤ）などの他の既知の技術が使用され得る。しかしながら、ほとんどのフィルタハウジングの用途では、プラスチック付加製造技術が使用されると考えられる。いくつかの場合では、付加技術は、犠牲型（sacrificial mold）を使用してフィルタハウジングを成形した後、溶解によって除去され得る材料を印刷できる犠牲型の構築を含み得る。１つの付加技術は別の付加技術よりも有利である一方、本明細書に記載のフィルタハウジングは、任意の付加製造技術または付加技術の組み合わせによって作製され得る。

図２Ａは、本明細書に記載の例によるフィルタハウジング・アセンブリと共に使用されるフィルタキャップ２００を示している。図２Ｂは、フィルタキャップ２００がフィルタベース２１４に固定されたフィルタハウジング２１５を示す。フィルタキャップ２００は、ベース２１４とフィルタキャップ２００との間に保持された多孔質膜２１０を有するフィルタベース２１４上に嵌合するように構成される。フィルタキャップ２００は、Ｏリング２１１を受容するように構成され得る溝２０５を含む。フィルタは、ベースのねじ部分（図示せず）と接合するねじ付きリング（図示せず）を使用して、動作中に従来の方法でベース２１４に対してクランプできるエッジ２０７を有し得る。フィルタキャップ２００は、入口（inlet）２０３を含む。フィルタキャップ２００の入口の外側は、入口チューブまたは注射器（syringe）と接続するように構成された溝２０８を含む。フィルタキャップ２００は、特定の流れ条件下で所望の流れを作り出し得る、内部通路２０４および内部リッジ２０９を含む。フィルタキャップ２００は、内部チャネル２０２を含む。乱流を含む特定の流れ条件下で、内部チャネル２０２は、フィルタハウジング内の流れの再循環を可能にする。

フィルタキャップ２００を使用したフィルタハウジング２１５内の流れは、異なる流速でシミュレートされた。図２Ｃは、計算メッシュ（computational mesh）からの流体容積を示している。問題のジオメトリの各設計について流体容積が抽出された。計算メッシュ内の不良セルを回避するために、ジオメトリに小さな変更が加えられた。変更は、流れ場に影響を与えないほど小さいと見なされた。入口と出口には一定の圧力が与えられ、流速は、シミュレートされた圧力低下につながる多孔質領域（膜）の抵抗を変更することによって調整された。シミュレーションは、各設計形状が膜の表面を横切る接線方向の流れに影響を与えること、およびフィルタハウジング内で再循環が発生するかどうかを示した。さらに、シミュレーションは、これらの流れ態様が、特定のフィルタハウジング設計の圧力低下および／または流量によって制御されることを示している。異なる流れ態様間の流量カットオフは、フィルタキャップの形状によって異なる。したがって、特定の設計のサイズまたは角度が変更された場合、さまざまな流れ態様を定義する流量も変更されることが予想される。多くの場合、流量は、その設計で意図した効果（再循環など）が達成される流量を特定するために必要な範囲でのみ重要である。

図２Ｄ～２Ｆは、流速が増加する条件下での図２Ａのフィルタキャップ２００内のシミュレートされた流れを示す。２０ｍｌ／分の流速では、流れはキャップを通る層流であり、再循環は達成されない。流量が６０ｍｌ／分に増加すると、流れは乱流に移行し、再循環が発生し始める。５００ｍｌ／分では、図２Ｃに示されるように大幅な再循環が達成される。フィルタキャップ２００の再循環流速は、８２ｍｌ／分であり、５００ｍｌ／分での総流量の１６％であった。３つの異なる流量に対する速度フィールドの動作には、いくつかの違いがある。内側らせん状の回転流運動は、流量とともに増加する。最大速度は、流量増加とともに、入口から内側らせんの始まりに移動する。図２Ｅは圧力低下を示しており、低圧ゾーンが旋回によりらせんの上部に現れ、その圧力差が十分に大きくなると、再循環が発生し始める。フィルタキャップ２００上の圧力低下は６５０Ｐａであった。

図２Ｆは、２０ｍｌ／分、６０ｍｌ／分、および５００ｍｌ／分の流速のそれぞれについて、膜上０．２５ｍｍで変化する流速を示す。膜を通過する流れは場合によって変化する。２０ｍｌ／分は層流から生じるパターンを示し、６０ｍｌ／分の場合は流れが乱流に移行する際に同様のパターンを示す。５００ｍｌ／分の場合は、乱流と再循環に起因する無秩序な挙動を示す。再循環の流量は、フィルタキャップ２００（渦トップ）の６０ｍｌ／分の流量で発生し始め、その後、図２Ｇに示されるように、流量とともに二次的に増加する。図２Ｈに示されるように、再循環率は流量とともに増加する。

上述したように、実施例によるフィルタハウジングおよびフィルタキャップは、一般に付加製造プロセスを使用して製造され得る。使用され得る付加製造プロセスの１つにＣＬＩＰがあり、これは、Ｃａｒｂｏｎ３Ｄが販売する付加製造機械で行うことができ、２０１５年６月１８日にＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０３６４４４として出願された、「重合性液体の相互供給による三次元印刷」と題する国際公開第２０１５／１９５９２４号（特許文献１）に記載されている。ＣＬＩＰプロセスの詳細に関する教示のために、この参照により、本明細書に組み込まれる。図３Ａは、ＣＬＩＰプロセスにおいて材料がどのように構築されるかを示し、図３Ｂは、ＣＬＩＰプロセスを実行するための装置を示す。

ＣＬＩＰプロセスは、３次元物体を形成する方法を提供し、この方法は、（１）キャリア３０１と構築面３０６を有する光学的に透明な部材とを準備するステップであって、キャリア３０１と構築面３０６との間に構築領域を画定するステップと、（２）構築領域を重合性液体３０４で満たすステップであって、光学的に透明な部材を通して構築領域に光３０８を連続的または断続的に照射して、重合性液体３０４から固体ポリマーを形成するステップと、（３）キャリア３０１を構築表面から離して、連続的または断続的に（例えば、照射ステップと連続してまたは同時に）前進させて固体ポリマーから三次元物体３０２を形成するステップとを含む。

照明は、連続的に、好ましくはより高い強度で（例えば、「ストロボ」モードで）実行され得る。以下でさらに説明するように、製造は、ベースゾーンから任意の遷移ゾーンを経て本体ゾーンまで、２つまたは３つの連続したパターンで実行され得る。キャリアは、構築面に対して垂直に往復運動して、重合性液体による構築領域の再充填を促進または加速し得る。ＣＬＩＰプロセスはまた、充填、照射、および／または前進ステップを含み、同時に、（ｉ）ビルド表面と接触する重合性液体のデッドゾーン（不感帯）（dead zone）を継続的に維持し、（ｉｉ）重合ゾーン３０３の勾配を継続的に維持し（以下で説明するように、成長する三次元物体の底部のアクティブな表面として説明され得る）、デッドゾーンと固体ポリマーとの間で、それらのそれぞれと接触し、重合ゾーン３０３の勾配は、部分的に硬化した形態の重合性液体を含む。

別の言い方をすれば、ＣＬＩＰのいくつかの好ましい実施形態では、三次元物体、または少なくともそのいくつかの連続部分は、その場（in situ）で形成または生成される。本明細書で使用される「その場（in situ）」は、化学工学分野での意味を有し、「元の位置」を意味する。例えば、三次元物体の成長部分と構築表面の両方（典型的には、それらの間に介在する活性表面または重合勾配（gradient of polymerization）３０３、およびデッドゾーン（dead zone）３０５を有する）が、三次元物体の少なくとも一部の形成中に適所に維持される場合、物体、または三次元物体内の断層線または面の形成を回避するのに十分な場所に配置する。たとえば、いくつかの例では、最終的な三次元物体で互いに隣接している三次元物体の異なる部分は、重合または活性表面３０３の勾配から、またはその勾配内で、両方とも連続的に形成され得る。さらに、三次元物体の第１の部分は、重合勾配３０３内に留まるか、または活性表面と接触している一方で、第１の部分に隣接する第２の部分が重合勾配３０３内に形成される。したがって、三次元物体は、重合または活性表面の勾配から連続的に遠隔で構築、成長、または製造され得る（別個の層で構築されるのではない）。デッドゾーン３０５および重合ゾーン／活性表面３０３の勾配は、例えば（およびいくつかの実施形態では）少なくとも５、１０、２０、または３０秒、いくつかの実施形態では、少なくとも１分または２分の時間、作製される物体の形成の一部またはすべてを通して維持され得る。

ＣＬＩＰを行うための装置を図３Ｂに示す。それは、反射ミラー１３を介して、壁１４によって画定される構築チャンバと、液状レジン１６を充填した構築チャンバの底部を形成する剛性構築プレート１５とを照明する電磁放射１２を提供するデジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）などの放射源１１を備える。チャンバ１５の底部は、以下でさらに論じられるように、半透過性部材を含む構築プレートで構築される。構築中の物体１７の上部はキャリア１８に取り付けられている。キャリアはリニアステージ１９によって垂直方向に駆動されるが、以下で論じるように別の構造も使用され得る。

一態様では、図２Ａに示されるフィルタキャップは、ＣＬＩＰプロセスを使用して作製され得る。そのような場合、フィルタキャップは、図３Ａに示されるように、キャリア上に部品を層ごとに構築することによって作製され得る。連続する断面または構築された層は、らせん形状を有する内部ジオメトリを画定する。付加製造は、層ごとに連続して構築することによってこれらの形状を画定するため、製品は、射出成形などの従来の技術やＣＮＣフライス加工などの減法技術では作成できなかった内部構造を有するフィルタキャップである。本明細書では、ＣＬＩＰは、実施例に従ってフィルタハウジング構成要素およびフィルタキャップを製造するための有利な方法として説明されているが、上述した他の付加製造プロセスも利用され得る。記載されたプロセスのうち、ＳＬＳ、ＳＬＡ、およびＤＬＰは、本明細書に記載の実施例によるフィルタキャップがプラスチックから作られる場合に特に適している。特に、製品は、付加製造されたフィルタキャップ部分、および従来の方法で製造された部品を含み得る。例えば、支持メッシュおよび膜フィルタが配置されるベースは、射出成形され得る。さらに、犠牲型（sacrificial mold）の場合、部品全体を、熱可塑性材料を使用して射出成形され得る。

図４は、一例によるキャップ４００を示す。このフィルタキャップ４００は、図２Ａのフィルタキャップ２００と同様の内側らせん構造を含むが、再循環チャネルを含まない。フィルタキャップ４００は、ベースとフィルタキャップとの間に保持された多孔質膜（図示せず）を有するベース（図示せず）上に嵌合するように構成される。フィルタキャップ４００は、Ｏリングを受容するように構成された溝４０５を含む。フィルタは、ベースのねじ部分（図示せず）と接合するねじ付きリング（図示せず）を使用して、動作中に従来の方法でベースに対してクランプされ得るエッジ４０７を有し得る。フィルタキャップ４００は、入口４０３を含む。フィルタキャップ４００の入口の外側は、入口チューブまたは注射器と接続するように構成されたルアーロックねじなどの溝４０８を含む。或いは、溝は、チューブを所定の位置に保持するためのとげ（barbs）に置換され得るか、または、滑らかな表面を有し得る。フィルタキャップ４００は、内部通路４０４と、特定の流れ条件で多孔質膜の表面上に渦流を生成し得る内側らせん通路４０８を有する内部リッジ（隆起部）４０９とを含む。

内部リッジ４０９は、必要に応じて調整され得る。キャップ内の流体の滞留時間を長くしたい場合は、流体がキャップの周囲をより横方向の流れのパターンで移動するように、リッジ４０９の角度は減少され得る。場合によっては、迎角（angle of attack）が小さくなると、キャップ内のリッジ４０９の数が多くなり得る。この場合、流体は膜表面上に出現し、横方向の運動成分が大きくなる。例えば、フィルタキャップ４００の中心軸に垂直な平面に対して約５°または１０°から約３０°、約５°、１０°、１５°などから約１０°、２０°、３０°、４０°、４５°までの角度を有する、１つまたは複数の内部リッジ４０９が設けられ得る。或いは、リッジ４０９の角度は、必要に応じて大きくされ得る。この場合、流体は膜表面上に出現し、運動の垂直成分が大きくなる。例えば、フィルタキャップ４００の中心軸に垂直な平面に対して約４５°または５０°から約７５°まで、約４５°、５０°、５５°、６０°などから約５０°、６０°、７０°、８０°、８５°、９０°までの角度を有する、１つまたは複数の内部リッジ４０９が設けられ得る。用途に応じて、これらの要因が調整されて、フィルタの再循環、流量、および、目詰まり傾向が促進され得る。

図５Ａは、一例による二重円錐形フィルタキャップ５００を示す。フィルタキャップ５００は、ベースとフィルタキャップとの間に保持された多孔質膜（図示せず）を有するベース（図示せず）上に嵌合するように構成される。フィルタキャップ５００は、Ｏリングを受容するように構成された溝５０５を含む。フィルタは、ベースのねじ部分（図示せず）と接合するねじ付きリング（図示せず）を使用して、動作中に従来の方法でベースに対してクランプされ得るエッジ５０７を有し得る。フィルタキャップ５００は、入口５０３を含む。フィルタキャップ５００の入口の外側は、入口チューブまたは注射器と接続するように構成されたルアーロックねじなどの溝５０８を含む。或いは、溝は、チューブを所定の位置に保持するためのとげに置換され得るか、または滑らかな表面を有し得る。フィルタキャップ５００は、内部通路５０４と、流れのための流体通路５０４を形成し得る内部コーン（円錐形）５０９とを含む。

図５Ｂおよび図５Ｃは、フィルタキャップ５００内のシミュレートされた流路を示す。シミュレートされた流路は、フィルタ膜を横切る接線方向の流れを示し、これは特定の用途にとって望ましい場合がある。この場合、膜を横切る純粋な放射状の流れである。これは、膜を通る流れに対して膜を横切る流れを増加させる回転流を生じさせる設計と比較され得る。

図６は、一例による二重円錐形再循環フィルタキャップ６００を示す。フィルタキャップ６００は、ベースとフィルタキャップとの間に保持された多孔質膜（図示せず）を有するベース（図示せず）上に嵌合するように構成される。フィルタキャップ６００は、Ｏリングを受容するように構成された溝６０５を含む。フィルタは、ベースのねじ部分（図示せず）と接合するねじ付きリング（図示せず）を使用して、動作中に従来の方法でベースに対してクランプされ得るエッジ６０７を有し得る。フィルタキャップ６００は入口６０３を含む。フィルタキャップ６００の入口の外側は、入口チューブまたは注射器と接続するように構成されたルアーロックねじなどの溝６０８を含む。或いは、溝は、チューブを所定の位置に保持するためのとげに置換され得る、または滑らかな表面を有し得る。

フィルタキャップ６００は、内部入口通路６０４と、キャップの外壁との間に流路用の流体通路６０８を形成し得る内部コーン６０９とを含む。キャップ６００はまた、中央再循環チャネル６０９と、再循環流体が内部通路６０８に入る流路を提供する上部再循環チャネル６１０とを含む。上部再循環チャネル６１０は、作動中にキャップを通る再循環流が調節され得る、流れ制限機構６１１または収縮ベンチュリを含み得る。チャネル６１０は、図示されたように流れ制限６１１の中心で流体通路６０８と交差するように配置され得る。或いは、チャネル６１０は、流量制限機構６１１の下流または直後で流体通路６０８と交差するように配置され得る。この変更により、流量制限機構によって作成された低圧ゾーンにより、再循環率が増加する。

図６Ｂ～６Ｅは、流速が増加する条件下での図６Ａのフィルタキャップ内のシミュレートされた流れを示す。再循環は、図６Ｂに示されている。流線は、再循環チャネル内の流量が１ｍｌ／分までと低いため、（再循環が始まる）１３５ｍｌ／分の場合の再循環フローを示していない。図６Ｃに示されるように、流れが１３５ｍｌ／分では乱流である必要はないが、ベンチュリ収縮部を超える速度は、再循環を駆動するために必要な圧力差を生成するのに十分な大きさである。１３５ｍｌ／分および ５００ｍｌ／分の場合は、ベンチュリ収縮部上で最大速度になる。これが、再循環を促進するために必要な圧力低下を引き起こす。２０ｍｌ／分の場合、ベンチュリ収縮部の前に最大値が発生する。１３５ｍｌ／分と５００ｍｌ／分の両方の場合には、最低圧力は、ベンチュリ収縮部の後にみられる。この挙動が１３５ｍｌ／分の場合に見られることは、再循環が非常に小さい（～１ｍｌ／分）ため、再循環流れではなく、ベンチュリ収縮部によるものであることを示唆している。再循環出口を移動しても、最低圧力は同じ場所になる傾向がある。

図６Ｃは、膜表面から０．２５ｍｍ上の流れを示す。前の画像とは対照的に、１３５ｍｌ／分の場合の膜上の流れは、５００ｍｌ／分の場合とは異なる。実際、再循環チャネルのない二重円錐形の流れと同じように動作する（図５Ａ、５Ｃ）。１３５ｍ／分では、流れが乱流に移行し始めたばかりであるため、１３５ｍｌ／分および５００ｍｌ／分の場合には大きな差がある。

図２Ａおよび図６Ａの再循環フィルタキャップは、異なる用途に望ましいと考えられる、異なる流れ特性を提供する。再循環は、渦トップ（Vortex top）では約６０ｍｌ／分、二重円錐形では約１３５ｍｌ／分の流量で開始する。図２Ｇ。パーセンタイル（percentile）再循環は、二重円錐形よりも渦トップの方が高くなっている。図２Ｈ。パーセンタイル再循環は、両方の設計で流量とともに増加するが、約２５０ｍｌ／分以降、二重円錐形の増加率は低くなる。乱流が完全に発達すると、流量をさらに増加させても、再循環をさらに増加させることなく、圧力損失だけが犠牲になる。したがって、特定の設計には、圧力損失を最小限に抑えながら再循環を実現するための最適な流量がある。

図７Ａは、一例によるフィルタキャップ７００を示す。フィルタキャップ７００は、ガイドベーンを備えた二重円錐形構成を有する。フィルタキャップ７００は、図５Ａの二重円錐形フィルタ５００の入口通路よりも大きい入口通路７０４を有する。フィルタキャップ７００は、ベースとフィルタキャップとの間に保持された多孔質膜（図示せず）を有するベース（図示せず）上に嵌合するように構成される。フィルタキャップ７００は、Ｏリングを受容するように構成された溝７０５を含む。フィルタは、ベースのねじ部分（図示せず）と接合するねじ付きリング（図示せず）を使用して、動作中に従来の方法でベースに対してクランプされ得るエッジ７０７を有し得る。フィルタキャップ７００は、入口７０３を含む。フィルタキャップ７００の入口の外側は、入口チューブまたは注射器と接続するように構成された溝７０８を含む。フィルタキャップ７００は、入口通路７０４と、流路のための流体通路７０８を形成し得る内部コーン７０９とを含む。フィルタキャップ７００は、多孔性膜の表面上の流体通路７０８を出る流体にらせん流を生じさせるらせんガイドベーン７１０を含む。この流れパターンは、膜を直接通過する流体と比較して、膜表面上を接線方向に移動する流体の量を増加させる。

図７Ｂおよび図７Ｃは、フィルタキャップ７００内のシミュレートされた流路を示す。シミュレートされた流路は、特定の用途に望ましいと考えられるフィルタ膜上のらせん流を示す。

本発明の他の実施形態および使用は、本明細書に開示された本発明の仕様および実施を考慮すれば、当業者には明らかであろう。すべての米国および外国の特許および特許出願を含む、本明細書で引用されるすべての参考文献は、具体的かつ完全に、この参照により本明細書に組み込まれる。明細書および実施例は、添付の特許請求の範囲によって示される本発明の真の範囲および精神とともに、単なる例示と見なされることが意図されている。

１１ 放射源
１２ 電磁放射
１３ 反射ミラー
１４ 壁
１５ チャンバ、剛性構築プレート
１６ 液状レジン
１７ 物体
１８ キャリア
１９ リニアステージ
２００、４００、５００、６００、７００ フィルタキャップ
２０２ 内部チャネル
２０３、４０３、５０３、７０３ 入口
２０４、４０４、６０８ 内部通路
２０５、２０８、４０５、４０８、５０８、６０５、７０５ 溝
２０７、４０７、５０７、６０７、７０７ エッジ
２０９、４０９ 内部リッジ
２１０ 多孔質膜
２１１ Ｏリング
２１４ フィルタベース
２１５ フィルタハウジング
３０１ キャリア
３０２ 三次元物体
３０３ 重合勾配
３０４ 重合性液体
３０５ デッドゾーン
３０６ 構築面
５０４、６０８ 流体通路
５０９、６０９ 内部コーン
６１０ 上部再循環チャネル
６１１ 流れ制限機構
７０４、７０８ 入口通路

Claims (21)

1. バイオプロセッシング用のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）において、
   円錐形状部分であって、円錐形状がフィルタ膜の表面上に流体を分配するように構成されている、円錐形状部分と、
   前記円錐形状部分内の少なくとも１つの流れ導管（２０４、４０４、５０４、６０８、７０８）であって、再循環流（recirculating flow）、渦流（vortex flow）、螺旋流（spiral flow）、および／または、膜を横切る交差流（cross-flow）のうちの少なくとも１つをもたらすことができる、少なくとも１つの流れ導管（２０４、４０４、５０４、６０８、７０８）と、
   を含んでなることを特徴とする、フィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
2. 前記流れ導管（２０４、４０４、５０４、６０８、７０８）は、当該フィルタキャップ内に渦流をもたらすように構成された渦機構（２０９、４０９、５０９、６０９、７０９）を含む、請求項１に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
3. 前記渦機構（２０９、４０９、５０９、６０９、７０９）は、フィルタキャップ４００の中心軸に垂直な平面に対して約５°または１０°から約３０°まで、および／または、約５°、１０°、１５°、２５°から約１０°、２０°、３０°、４０°、４５°まで、および／または、約４５°または５０°から約７５°まで、および／または、約４５°、５０°、５５°、６０°、７０°、８０°から約５０°、６０°、７０°、８０°、８５°、９０°までの角度を有する、１つまたは複数の内部リッジ４０９を備えている、請求項２に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
4. 前記渦機構（２０９、４０９、５０９、６０９、７０９）は、らせん構造（４０８）である、および／または、らせん構造（４０８）をもたらしている、請求項２または３に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
5. 前記流れ導管（２０４、４０４、５０４、６０８、７０８）は再循環構造を含み、前記再循環構造が、前記らせん構造（４０８）から半径方向外側に配置されたチャネル（２０２、６０９、６１０）を備えている、請求項４に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
6. 前記流れ導管（２０４、４０４、５０４、６０８、７０８）は、膜を横切る交差流をもたらすことができ、前記交差流が、膜を通過する流れに対して、膜の表面を横切る流れを増加させる、請求項１～５のいずれか一項に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
7. 前記流れ導管（２０４、４０４、５０４、６０８、７０８）は、再循環導管（６０８）を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
8. 前記再循環導管（６０８）が流量制限機構（６１１）を含む、請求項７に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
9. 前記流量制限機構（６１１）がベンチュリ収縮部である、請求項８に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
10. 当該フィルタキャップはらせん状ガイドベーン（７１０）を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）の製造方法であって、少なくとも１つの付加製造ステップを含む、方法。
12. 前記付加製造ステップが、選択的レーザー焼結（selective laser sintering：ＳＬＳ）ステップ、ステレオリソグラフィー（stereolithography：ＳＬＡ）ステップ、デジタル光投影（digital light projection：ＤＬＰ）ステップ、連続液体界面プログラミング（continuous liquid interface programming：ＣＬＩＰ）ステップ、バインダージェッティング（binder jetting）ステップ、選択的高温焼結（selective hot sintering：ＳＨＳ）ステップ、溶融堆積モデリング（fused deposition modeling：ＦＤＭ）ステップ、直接金属レーザー焼結（direct metal laser sintering：ＤＭＬＳ）ステップ、または、指向性エネルギー堆積（directed energy deposition：ＤＥＤ）ステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記付加製造ステップが、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）ステップと、ステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）ステップと、デジタル光投影（ＤＬＰ）ステップと、連続液体界面プログラミング（ＣＬＩＰ）ステップと、バインダージェッティングステップと、選択的高温焼結（ＳＨＳ）ステップとを含む、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 請求項１から１０のいずれかに記載のフィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）を用いた、濾過の方法。
15. 前記濾過は、生物学的製品を濾過することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記生物学的製品は、使い捨ての無菌の生物学的製品である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記フィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）はフィルタアセンブリで使用され、流量が少なくとも６０ｍｌ／分である、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記濾過は再循環をもたらし、再循環なしの濾過と比較して、フィルタ媒体の長期使用を可能にする、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 流量は、前記フィルタキャップ（２００、４００、５００、６００、７００）内で再循環するレベルである、請求項１４～１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 流量が少なくとも５００ｍｌ／分である、請求項１４～１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 流量が少なくとも１０００ｍｌ／分である、請求項１４～２０のいずれか一項に記載の方法。

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