JP2023550226A - 流体輸送及び分配マニホールド - Google Patents

Abstract

垂直な、絡み合った流体導管の構造化アセンブリにより、導管間の接続が速やかに（かつ、場合によっては可視的に）確立されることを可能にし、これにより、認証または確認の自動化手段に、操作上の利便性及び従順性を付与する。【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年９月８日に出願された、米国シリアル番号第６３／０７５，４４７号に対する優先権とその利益を主張し、その全体を参照により、本明細書に組み込み、その開示全体が、参照により本明細書に組み込まれている。

本発明は概して、生物学的生産プロセスにおける流体輸送及び分配に関する。

バイオ製剤及びワクチンは一般に、製造プロセスの一部として、タンパク質または他の薬剤成分を発現させる、回収する、または安定化させることを目的とした、一連の操作を使用して生産または製造される。これらの操作は、生産プロセスにおいて特定の工程を支えるための、塩類、化学物質、及び他の物質の組み合わせを含む、１種以上の流体媒体及び緩衝液の送達、輸送、及び廃棄を伴う。このような操作の例としては、細胞培養または発酵、緩衝液交換、クロマトグラフィー、濃縮、沈殿、及び結晶化が挙げられる。バイオ製剤及びワクチンに対しては、無菌輸送及び処理の保証もまた重要である。

単一操作または複数操作において、これらの流体を分類して輸送するための一般的な方法には、貯蔵タンクなどのある場所から、流体を別の場所に運搬するための導管またはパイプを伴う。これらの運搬用導管は、蒸気、化学物質、熱、または組み合わせへの曝露を含む多数の方法により、洗浄して残留物質を取り除くことができる、ステンレス鋼または他の同様の不活性材料製であり得る。製造に必要な複数の工程の中の、いずれかの単一操作は、異なる流体を移動させてプロセスの完了を成し遂げる必要がある場合がある。流体から薬剤成分を回収する、または不純物を取り除くために樹脂を用いるクロマトグラフィー操作に関して、使用する緩衝液の数は、４～１０種類の流体の範囲となり得る。典型的な製造プロセスは、３～６種類、またはそれ以上の、この種の工程を含み得る。全体で、流体運搬導管の固有の数は、２～２０～１００、またはそれ以上の範囲であり得る。同様に、多数の緩衝液または流体を、タンジェンシャルフローフィルトレーション、限外濾過、ダイアフィルトレーション、膜分離、または、業界で一般的な他の濾過法などの非クロマトグラフィー分離操作に使用することができる。

使い捨て流体導管は、操作間に固定された導管を洗浄するために必要な化学廃棄物を減らし、無菌操作の保証を改善し、新しい薬剤成分に対する新しい製造場所またはプロセスを構築するために必要な時間を減らすことができる。これらの使い捨て流体導管は多くの場合、シリコーン管材または他のプラスチックなどの、生体適合材料を含む。導管は多くの場合、プロセス中の異なる装置に接続するために、長さ及び末端接続がカスタマイズされる。接続としては、別の導管への無菌接続を可能にするように設計された、バッグまたは容器または適合性コネクターなどの、他の使い捨て構成部品への直接接続を挙げることができる。この方法では、一連の組み立てられた導管を接続して、複数の流体の接続性、及び、バイオプロセスの１つ以上の操作に必要な輸送を可能にすることができる。

特定用途に必要な構成部品としては、チューブ、コネクター、バッグ、バルブなどを挙げることができ、これらの基本的な部材は、必要に応じて、複雑な流体輸送システムに組み立てて、用途の様々な操作段階に影響を及ぼすことができる。構成部品はとても単純かつ多機能な傾向があるために、組み立てられたシステムは不格好となり、再生産が困難となる可能性がある。オペレーターは、詳細な取扱説明書に従い、基本的なパーツのキットを組み立てて、複雑な機能的装置にすることが求められ得る。構成部品、または構成部品のサブアセンブリの接続におけるエラーは、操作の悪化をもたらし得、システムが、高レベルの保証を必要とする薬剤製造または他の生産ラインで使用不可能となる可能性がある。したがって、広範囲の実装において役割を果たすのに十分な多機能性を有し、オペレーターのエラーを減らす、または最小限にするのにも役立つ、柔軟でスケーラブルな、中レベルの流体輸送構成部品が必要とされている。

本発明の実施形態は、導管間の接続が速やかに（かつ、場合によっては可視的に）確立されることを可能にする、流体導管の構造化アセンブリを利用することで、認証または確認の自動化手段に、操作上の利便性及び従順性を付与する。

したがって、第１の態様では、本発明は、様々な実施形態において、支持体と、上記支持体を通過する、第１の複数の並行流体導管と、上記第１の流体導管に対して垂直、かつ、上記第１の流体導管と絡み合った上記支持体を通過する、第２の複数の平行流体導管と、を含む、流体輸送及び分配マニホールドに関し、第２の流体導管の少なくともいくつかは、第１の複数の流体導管の１つ以上に、選択可能に流体接続している。第１及び第２の導管は、縦管及び横管として交列させることができる。

様々な実施形態では、マニホールドは、マルチポートバルブヘッドと、バルブヘッドにて終了する、第１の複数の平行流体導管と、をさらに備える。第１の導管と第２の導管との流体接続は、これらの恒久接続により、または、調節可能な輸送弁により確立することができる。逆止弁であり得る輸送弁は、手動で、または電子的に調節可能であり得る。例えば、マニホールドは、ユーザーコマンドを受信するための回路構成要素と、当該コマンドに応答して、輸送弁のうちの少なくとも１つを電子的に調節するための回路構成要素と、をさらに含むことができる。このような回路構成要素は、ユーザーコマンドを受信する、例えば、輸送弁及びその開口度合いを規定するための、有線及び／または無線ネットワークインターフェースを含むことができる。

様々な実施形態では、第１の導管はそれぞれ、個別の輸送弁を介して、第２の導管の全てに接続される。支持体は、垂直に絡み合った構成の中で、第１及び第２の導管を保持するための剛性フレームを含むことができる。例えば、支持体は、導管を受け、垂直に絡み合った構成を強化するための、異なる深さを有する流路を備えることができる。いくつかの実施形態では、マニホールドは、支持体と一体化した、それぞれが、第１の導管のうちの１つの自由端に流体を接近させる、第１の複数の接続可能なポートを備える。マニホールドは、支持体と一体化した、第２及び第３の、複数の接続可能なポートを含むことができ、第２の接続可能なポートはそれぞれ、第２の導管のうちの１つの第１端に流体を接近させ、第３の接続可能なポートはそれぞれ、第２の導管のうちの１つの第２端に流体を接近させる。

別の態様では、本発明は、様々な実施形態において、第１及び第２の複数の並行流体導管を絡め合わせる工程であって、上記第１及び第２の複数の流体導管が、実質的に互いに垂直である、上記工程と、上記第２の流体導管の少なくともいくつかのそれぞれを、上記第１の複数の流体導管の１つ以上に流体接続する工程と、流体を、上記第１の流体導管の少なくともいくつかから、流体接続している第２の流体導管に流す工程と、を含む、流体輸送の方法に関する。流体接続は恒久的または調節可能であり、かつ、バルブ接続され得る。

本明細書で使用する場合、「およそ」という用語は±１０％を、及び、いくつかの実施形態では±５％を意味する。本明細書を通しての、「一実施例（ｏｎｅ ｅｘａｍｐｌｅ／ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ）」、または「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ／ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」とは、実施例と関連して説明される特定の形質、構造、または特徴が、本科学技術の少なくとも１つの例に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して、様々な場所で、「一実施例では（ｉｎ ｏｎｅ ｅｘａｍｐｌｅ／ｉｎ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ）」、または「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ／ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句の出現は必ずしも、同一実施例を全て言及しているものではない。さらに、特定の形質、構造、ルーチン、工程、または特性は、科学技術の１つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせることができる。本明細書で提供する見出しは単に便宜上のものであり、特許請求される科学技術の範囲または意味を限定、または解釈することを意図するものではない。

前述の、及び、以下の詳細の説明は、図面と合わせて読解したときに、より速やかに理解されるであろう。

本発明の実施形態に従った分配マニホールドの、部分的に透明な透視図である。 図１Ａに示した、操作のために作られた流体接続を含む、回転弁の拡大図である。 さらなる機械的形質を示す、図１Ａ及び１Ｂに示す回転弁の、別の拡大図である。 図１Ａに示す分配マニホールドの、プログラム可能なバージョンの概略図である。

まず、図１Ａ及び１Ｂを参照すると、例示的な流体輸送及び分配マニホールド１００が示されている。マニホールド１００は、支持体１１０と、マルチポートバルブヘッド１２５で終了する、１２０にて示す、第１の複数の（縦に）平行な流体導管と、を備える。支持体１１０は、後ろ板１３０と、隆起プラットフォーム１３５と、流体導管を保護しながら、バルブヘッド１２５を露出させて接近可能にする、カバープレート１４０と、を備える。カバープレート１４０は、ネジ（図示のとおり）、熱封止、接着剤、または、他の固定手段により、隆起プラットフォーム１３５に固定され得、透明であることで、漏洩の検出、及び、適切なアセンブリの認証をすることが可能となり得る。流体導管１２０の末端部分は、くぼんだ流路１４５の中に設置され、カバープレート１４０の縁の下を通過し、それぞれループ内に伸びて、バルブヘッド１２５のポートに接続する。回転弁ヘッド１２５は、出口または入口ライン１５５と、流体導管１２０のうちの１つとの、選択可能な流体接続を容易にする。図２に示すように、カバープレート１４０は、示した導管１２０が対応する回転弁ヘッド１２５の位置を特定する識別子（例えば、数、文字、または、機械読み取り可能な印）を備えることができる。図２に示すように、回転弁ヘッド１２５の正面が、所望の導管がホーム位置にもたらされるまで回転し、当該導管をライン１５５に流体接続する。導管１２０の、ループ状の末端部分は、この回転にストレスなく対応するために延びている。任意に、ロックレバー１５７を皿ばねスタック１５８に連結して、選択された位置で回転弁ヘッド１２５の回転をロックすることができる。一対のレバーストップ１５９が、指のゆとりを確保する。

第２の複数の（横に）平行な流体導管１６０は、第１の流体導管１２０に対して垂直であり、第１の流体導管１２０と絡み合った支持体１１０を通過する。絡み合いは、様々な形態を取ることができる。図１Ａに示すように、連続した導管１４０は交互に、導管１２０の背面と前面を通過する。これは、導管１６０を、交互に深い（例えば、導管１６０_Ｄ）、及び浅い（例えば、導管１６０_Ｓ）深さを有する流路に配置することにより実現される。流体導管１２０が通過する流路１４５は、中間の深さを有する。この構成において、流体導管１６０の半分は、垂直導管１２０の上に横たわり、半分は下に横たわる。あるいは、導管１２０は縦管を形成することができ、導管１６０は個別に、横管を通って織り込まれ（即ち、交列し）、または、導管１６０は縦管を形成することができ、導管１２０は、横管を通って個別に織り込まれる、即ち、ｘ－ｙ織りされる。より精巧な「ステッチパターン」が可能である、例えば、２つの織り込みのセットが交列され、互いに９０°回転する（即ち、対角線上にさらなる線ができる）。

接続は、縦の導管と横の導管との間で所望により行うことが可能であり、各横の導管は、１つ以上の縦の導管に接続されるか、または、他の導管に接続されない場合があり、同様に、各縦の導管は、１つ以上の横の導管に接続されるか、または、他の導管に接続されない場合がある。例えば、横の導管１６０は、様々な分析試薬を送達することができ、縦の導管１２０は、試験される試料を送達することができる。各試料は、個々の導管１４０を通って送達される１種または複数の試薬との混合が必要な場合がある。導管は、別の導管との接続箇所において終了してもよく、または、終了しなくてもよい。

縦の導管と横の導管との流体接続は恒久的、一時的、または、プログラム可能であることができる。導管の交列配置により、密集または干渉を避けながら、確立される隣接接続のための余地をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、接続は、例えば、両方の導管を貫通し、これらの間で流体密接続を確立する、恒久的なコネクターによりなされる。あるいは、図１Ａで示すように、接続は、Ｔコネクター１７０を使用して行うことができ、これは、関連する縦の導管１２０を終わらせ、横の導管１６０の内腔への流体道を作製する。これらのコネクターは、任意の所望の数及び構成で設置することができ、例えば、試料を含有する導管に試薬を入れることを可能にするが、試料の、（他の試料導管に供給し得る）試薬導管への逆移動を防ぐ逆止弁を備えることができる。

いくつかの実施形態では、接続は、調節可能な輸送弁により確立される。例えば、図３に示すシステム３００において、輸送弁３１０は、いくつかの、または全ての導管交差部分に配置され、コントローラー３２０により選択的にアクティベートされて、所望の接続パターンを実現することができる。特に、これらの弁３１０は手動で、及び／または、コントローラー３２０により電気的に調節可能であり、輸送率を、全く流れ無しから、導管間での最大流れまで選択可能とすることができる。一実装において、弁は電気的に作動させることができ、所望の弁作動状態のパターンは、コントローラー３２０に通信されて、関連する不揮発性（例えば、フラッシュ）メモリー３２５に記憶される。例えば、コントローラーは、従来の無線（または有線）インターフェース３３０を有することができ、例えば、電話またはタブレットを介しての、ユーザーからのコマンドを受信することができる。インターフェースを介して入力される、または、図形パターンとして通信されるこれらのコマンドは、制御された各弁３１０の状態（即ち、開口度合い）を指示する。コントローラーは、弁３１０にシグナルを送信し、弁３１０を、電子機械的にプログラムされた状態に配置し、これが持続する。弁３１０は、出力がコントローラー３２０により周期的に感知され、弁を最初に設定し、その後、記憶された作動パターンと確実に一致させる流れセンサーを備えることができ、検出された偏差は、逸脱した弁に送られる適切な制御シグナルにより修正され得る。コントローラー３２０及びメモリー３２５は、例えば、後ろ板１３０と、隆起プラットフォーム１３５との間に位置することができる。電子機械的に作動可能な好適な弁は従来のものであり、速やかに入手可能である。

流体導管１２０は、示すとおり、バルブヘッド１３０にて終了する。導管１２０のいくつかまたは全ての反対端もまた、マニホールド１００の縁で終了することができ、例えば、ルアーロックまたは同様の嵌め合いにおいて、流台密接続が確立されることを可能にする。流体導管１６０のいくつかまたは全ては同様に、一端または両端において、マニホールド１００の縁において、終了することができる。バルブヘッド１２５は任意であることが留意されなければならない。いくつかの実施形態では、流体導管１２０の全ての出口はマニホールド１００から出る、即ち、単独の導管１２０は選択されない。マニホールドは、交差する導管の間で選択可能な接続を確立する役割を果たす。

マニホールド１００は、製造で使用する別の構成部品への取り付けを可能にする形質を備えることができる。これらの形質としては、穴、ハンガー、ベルクロ、または他の取り付け部品が挙げられる。いくつかの実施形態では、マニホールド１００は、固定用の受け取り部品上のカスタム保持部品上に固定することができる。場合によっては、この形質は、取り付け後に、アレイを所定位置で保持する、従来の固定機構を含む。場合によっては、この部品は、電気または機械的センサーに接続される。

導管間の接続が手動でなされる実施形態では、接続パターンは、カバープレート１４０を通り目視可能であるのが望ましく、デジタルカメラ、スキャナー、ビデオ記録デバイス、または、他の画像キャプチャ手段にとり記録されることができ、コンピュータービジョンまたは他の認識システムにより解釈され、それぞれ、例えば特定用途に対応する、複数の可能な種類の間で、マニホールド１００をカテゴライズすることができる。これにより、製造及び分配が簡便となり、マニホールドが生産中に導入されるときに確認が可能にもなる。感知されたパターンは、プログラム可能な実施形態３００のコントローラー３２０に通信され、パターンを複製することができる。

あるいは、またはさらに、マニホールド１００に印を付けて、導入のための構造化アレイの向きを示す、または、もう１度、アセンブリの識別を確実にすることができる。場合によっては、マニホールド１００は、ＲＦＩＤ、または、他の受動シグナル伝達デバイスもまた備える（または、受けることができる）。場合によっては、マニホールド１００はバーコードで印が付けられる。いくつかの実施形態では、マニホールド、及び対応する支持体１１０の形状は、導管の数及び配置と関連する。

コントローラー３２０は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれら２つの組み合わせに実装することができる。機能が１つ以上のソフトウェアプログラムとして提供される実施形態に対しては、プログラムは、ＰＹＴＨＯＮ、ＰＡＳＣＡＬ、ＪＡＶＡ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＢＡＳＩＣ、様々なスクリプト言語、及び／またはＨＴＭＬなどの、多数の高レベルな言語のいずれかで書かれることができる。さらに、ソフトウェアは、目標のコンピューターにあるマイクロプロセッサに向けられるアセンブリ言語で実装されることができる。例えば、ソフトウェアはＩｎｔｅｌ ８０×８６アセンブリ言語で実装することができる。ソフトウェアは、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、または、現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むがこれらに限定されない製造物品で具現化することができる。ハードウェア回路構成要素を用いる実施形態は、例えば、１つ以上のＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、もしくはＡＳＩＣプロセッサ、または、従来のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラーを使用して実装することができる。

本明細書で用いた用語及び表現は、説明の用語及び表現として用いており、限定のものではない。このような用語及び表現を用いる場合、図示及び説明した特徴またはその一部の任意の均等物を除外する意図はない。加えて、本発明の特定の実施形態を説明したので、本明細書で開示した考え方を取り入れた他の実施形態を、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく用い得ることが当業者には明らかである。したがって、記載した実施形態は、あらゆる点で例示であり、限定的ではないとみなされるものである。

Claims (20)

1. 支持体と、
   前記支持体を通過する、第１の複数の平行流体導管と、
   前記第１の流体導管に対して垂直であり、前記第１の流体導管と絡み合った前記支持体を通過する、第２の複数の平行な流体導管であって、前記第２の流体導管の少なくともいくつかが、前記第１の複数の流体導管の１つ以上に、選択可能に流体接続されている、前記第２の複数の平行な流体導管と、
   を備える、流体輸送及び分配マニホールド。
2. マルチポートバルブヘッドをさらに備え、前記第１の複数の平行流体導管が前記バルブヘッドにて終了する、請求項１に記載のマニホールド。
3. 前記第１の流体導管と前記第２の流体導管との流体接続が、前記第１の流体導管と前記第２の流体導管との恒久接続により確立される、請求項１に記載のマニホールド。
4. 前記第１の流体導管と前記第２の流体導管との流体接続が、調節可能な輸送弁により確立される、請求項１に記載のマニホールド。
5. 前記輸送弁が手動で調節可能である、請求項４に記載のマニホールド。
6. 前記輸送弁が逆止弁である、請求項４に記載のマニホールド。
7. 前記輸送弁が電子的に調節可能であり、ユーザーコマンドを受信し、前記ユーザーコマンドに応答して、前記輸送弁の少なくとも１つを電子的に調節する回路構成要素をさらに備える、請求項４に記載のマニホールド。
8. 前記回路構成要素が、前記ユーザーコマンドを受信するためのネットワークインターフェースを備える、請求項７に記載のマニホールド。
9. 前記ネットワークインターフェースが有線である、請求項８に記載のマニホールド。
10. 前記ネットワークインターフェースが無線である、請求項８に記載のマニホールド。
11. 前記ユーザーコマンドがそれぞれ、輸送弁、及び、前記輸送弁の開口度合いを特定する、請求項７に記載のマニホールド。
12. 前記第１の導管がそれぞれ、個別の輸送弁を介して、前記第２の導管の全てに接続される、請求項４に記載のマニホールド。
13. 前記支持体が、前記垂直に絡み合った構成の中で、前記第１及び第２の導管を保持するための剛性フレームを備える、請求項１に記載のマニホールド。
14. 前記支持体が、前記導管を受け、前記垂直に絡み合った構成を強化するための、異なる深さを有する流路を備える、請求項１３に記載のマニホールド。
15. 前記支持体と一体化した、第１の複数の接続可能なポートであって、前記第１の接続可能なポートはそれぞれ、前記第１の導管のうちの１つの自由端に流体を接近させる、前記第１の複数の接続可能なポートをさらに備える、請求項１に記載のマニホールド。
16. 前記支持体と一体化した、第２及び第３の複数の接続可能なポートであって、前記第２の接続可能なポートはそれぞれ、前記第２の導管のうちの１つの第１端に流体を接近させ、前記第３の接続可能なポートはそれぞれ、前記第２の導管のうちの１つの第２端に流体を接近させる、前記第２及び第３の複数の接続可能なポートをさらに備える、請求項１に記載のマニホールド。
17. 前記第１及び第２の導管が、縦管及び横管として交列される、請求項１に記載のマニホールド。
18. 第１及び第２の複数の平行な流体導管を絡め合わせる工程であって、前記第１及び第２の複数の流体導管が、実質的に互いに垂直である、前記工程と、
    前記第２の流体導管の少なくともいくつかのそれぞれを、前記第１の複数の流体導管の１つ以上に流体接続する工程と、
    流体を、前記第１の流体導管の少なくともいくつかから、流体接続している第２の流体導管に流す工程と、
    を含む、流体輸送の方法。
19. 前記流体接続が恒久である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記流体接続が調節可能であり、かつバルブ接続されている、請求項１８に記載の方法。
    
    

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