JP7279147B2 - 混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッグ内の培地の溶解を促進するための混合装置に関する。
本発明は、特に食品および飲料、生物医薬品、化粧品、病院の分野に適用可能であるが、診断、ヘルスケア、および即時の培地調製のための研究、例えば病原体試験、バイオバーデンおよび無菌試験にも適用可能である。

本発明の混合装置は、閉じたバッグの内部容積内で連続的な液体の動きを作り出して、液体中の物質の溶解時間を短縮し、溶液を均質化し、または粒子を懸濁状態に保つための単純な装置である。

上記の分野では、液体培地が調製され、ボトル、バイアル、またはバッグに保管されることがよくある。培地は、液体、通常は水または溶媒、または他の物質と溶解および／または混合される、濃縮された液体溶液または粉末または造粒材料の形態であり得る。

上記の分野で特に興味深い傾向は、便利で安全かつ低コストの解決策、高濃度の培地ストック溶液を作成するための大量の水に溶解できる造粒粉末培地を含むバッグを使用した培地の調整をサポートすることである。高濃度であることはコンパクトなパッケージングの利点があり、出荷コストを削減し、濃縮物の成長のリスクを回避する。

バッグ内の粉末の溶解には、多くの場合、マッサージ工程が必要であり、これは、総溶解時間中の数分間に繰り返し実行する必要がある。もちろん、溶解時間は、培地の配合、粒度分布（粉末または顆粒）、水温、およびその他の要因に大きく依存する可能性がある。手によるマッサージは退屈で制御されていない操作であり、溶解の質と溶解した培地を最初に使用するまでの時間にさらに影響を与える可能性がある。さらに、この分野における人件費は高いので、この種の仕事で資格のある人員の労働時間を占めることは効果的ではない。

バッグ内に波を発生させる目的でバッグ全体を攪拌するための装置を含む多くの自動的な解決策が存在する。ＵＳ２００５－０６３２５０Ａは、発酵槽、混合バッグ、貯蔵バッグなどの使い捨てバイオバッグと組み合わせて選択的に加圧および収縮することができる1つまたは複数のバッグを備えた装置を開示している。

圧力バッグは、バイオバッグの選択された外側部分を取り囲むか、またはそのようなバイオバッグの内側部分内に含まれ得る。圧力バッグを選択的に加圧および収縮させることにより、バイオバッグ内での流体運動を達成することができ、それにより、剪断力を損なうまたは泡を生成することなく、バッグ内の細胞懸濁、混合およびガス移動を確実にする。

別の種類のプロセスは、バイオバッグが置かれる支持体を含む機械的ロッキング装置を含み、ロッキングメカニズムがバッグと共に支持体を前後に動かし、それによってバッグに含まれる液体に波のような動きを誘発する。そのような装置の例は、ＷＯ２０１２／０００５０２Ａ１またはＵＳ６１９０９１３Ｂに開示されている。

支持体は通常、さまざまなサイズのバッグを受け入れるように設計されているため、これらの以前の装置は比較的大きく、可能な最大サイズのバッグを収容するように設計されているか、または、装置が小さすぎて特定のバッグを処理できないかである。したがって、装置は、特に使用されていない場合、実験室でかなりの設置面積を消費する。

本発明は、使いやすく、安全に使用でき、低コストで提供でき、最小の保管スペースを必要とするバッグの内容物を攪拌するための混合装置を提供することを目的としている。

本発明は、請求項１に記載の特徴を備えた混合バッグを提供する。好ましい実施形態は、従属請求項に定義されている。
本発明のバッグの内容物を攪拌するためにバッグの外面に周期的に力を与えるための混合装置は：ピボットを中心に旋回できるように支持されたレバー；レバーの第１側に設けられた重り；レバーと連動するように配置されているドライバー；重力に逆らって重りでレバーの第１側を持ち上げ、バッグの外面に対して第１側を落下させるための、ドライバーを動かすためのモーター；およびレバーの第１側が落下運動でバッグの外面に接触できるように混合装置を支持するためのホルダーを含む。

本発明の混合装置は、自動的に操作することができ、その後自由に解除されてバッグ層に激しく衝撃を与え変形させるために使用できる単純な電動アクセサリであり、それにより、バッグ内の未溶解の粉末を懸濁状態にする液体フラックスを生成することによってその内容物を攪拌し、特に乾燥材料と水との接触を増やし、粒子の周りの局所濃度勾配を減らすことによって溶解を助ける。

バッグの外面に力を与えることは、好ましくは、駆動機構のモーターの動作を制御するためのコントローラーが含まれている場合、完全に溶解するまで繰り返すことができる。
本発明の混合装置は、バッグに対して容易に移動でき、バッグの最適な溶解点、例えば、いくつかの粉末沈降点の１つ、またはバッグ層の変形がバッグ内に最大フラックスを誘発する場所に配置することができる。使用後は最小限のスペースに簡単に収納できる。

複数の混合装置を同じバッグの異なる位置に配置することができ、有用な場合は、同相または逆相に設定できる異なる混合サイクルで操作することができる。動作を改善するために、混合装置が使用されるバッグは、好ましくは、内部に空気がないか、または最小限の量しか含まない。代替的に、バッグ全体の体積のサイズは、バッグ内の液体の体積と比較して比較的大きくなければならない、すなわち、バッグは、好ましくは、充填不足（underfilled）であるべきである。

本発明の混合装置は、バッグが表面、すなわちテーブルまたは作業台に置かれ、手動マッサージを自動機械化マッサージに置き換える任意のプロセスで使用することができる。これにより、最終的には使用者の筋肉の外傷性疾患を回避でき、手動による人間の操作と比較して、一貫性があり、再現性があり、制御可能なマッサージの強度と持続時間を提供できる。

混合装置は輸送可能な装置であるため、混合装置をバッグが保管されている場所に持ち込むことができるが、その逆はできない。
本発明の混合装置は、バッグの外面または層に作用するため、例えば、マグネチックスターラーをバッグ内で使用できない状況で使用することができる。手動操作と比較して、全体的な溶解時間を短縮することができ、混合装置は、上記の使用分野で通常遭遇するあらゆるバッグサイズに効果的な互換性がある。

その携帯性および小さな設置面積のために、本発明の混合装置は、処理中の混合のためにインキュベーター内で容易に使用することができ、自動マッサージ中のバッグの摩擦を最小限に抑えることができる。
レバーの重りの設定は一般的なバッグに合わせて設計でき、衝撃力は一度決定されると一定であるため、混合装置は不注意によるバッグの穿孔や損傷を回避できる。

好ましくは、ドライバーは、レバーと係合、または、ピボットから離間した位置、好ましくは、第１側からピボットの反対側のレバーの第２側で、またはレバーのピボット軸で、レバーと係合およびレバーから解放されるように配置されており、モーターが、ドライバーをレバーと係合させるか、またはドライバーをレバーと係合させたり外したりするように周期的に動かすように、または、重力に逆らって重りを具備する第１側を持ち上げ、重りの重力によって第１側をバッグの外面に対して落下させるように、レバーのピボット軸を周期的に動かすように配置されている。

重りを具備するレバーの第１側を持ち上げる力は、ピボットから離間されたレバーの任意の点に加えることができ、これは、持ち上げる力がレバーに導入される点の距離が大きくなるほど、てこの効果を利用できる利点がある。レバーを持ち上げるための力または運動量は、ピボット軸に直接導入することもできる。

好ましくは、ドライバーは、モーターによって回転するように配置されたカムを備える。
好ましくは、ドライバーは、モーターの軸から偏心して配置され、軌道運動を実行できるようにモーターの軸に接続された１つまたは複数のピンまたは歯を備える。
好ましくは、ドライバーは、レバーの第１側の重りが最持ち上げ位置にあるときに、レバーまたはピボット軸からのドライバーの解放が突然起こるように配置される。

好ましくは、混合装置は、最落下位置でのレバーの落下運動を制限するための支台（abutment）をさらに備える。
好ましくは、ホルダーは、バッグの下に置かれるように配置されたスタンドと、スタンドに接続され、バッグが間に配置された状態でバッグの上のレバーを支持するブラケットとを備える。
好ましくは、スタンドおよび／またはブラケットの水平方向の延長部は、異なるサイズのバッグ用の装置を収容するために調整可能である。
好ましくは、ホルダーのスタンドの上のレバーの最落下位置における重りの垂直方向の間隔は、調整可能である。

好ましくは、重りを有するレバーの第１側は、動作中にバッグの外面に当たることを意図した部分を備えたヘッドを有する。
好ましくは、バッグの外面に当たることを意図した部分は、バッグへの損傷を回避するように形成され、好ましくは、丸みを帯びているおよび／またはコーティングされている。
好ましくは、重りは、少なくとも０．５ｋｇ、好ましくは少なくとも１ｋｇの質量を有する。
好ましくは、モーターは電気または空気圧モーターであり、混合装置はモーターを操作するためのコントローラーを含み、コントローラーは操作のタイミング、好ましくは、サイクル周波数および／またはサイクルパターンおよび／または動作期間の設定を可能にする。

好ましくは、混合装置は、バッグの内容物の混合状態を検出するためのセンサー構成を含み、該センサー構成は、コントローラと連動して、検出結果に応じてモータの動作を制御したり、検出結果を示す信号を発したりするように配置されている。好ましくは、モーターは、装置が電力供給なしで動作できるように手動で作動させることができるぜんまい仕掛けのモーターである。

詳細な説明は、添付の図面を参照することにより、特定の実施形態に関連して説明される。

図１は、好ましい実施形態による混合装置の斜視上面図である。 図２Ａ～Ｃは、動作の典型的な段階を説明するための第１の実施形態と同様の混合装置の概略図である。 図３は、別の実施形態による混合装置の駆動機構の変形図である。 図４は、さらに別の実施形態による混合装置の駆動機構の変形例である。

バッグの内容物Ｃを攪拌するためにバッグＢの層の外面Ａに周期的に力を与えるための、図１および図２Ａ～Ｃに示される本発明による混合装置１は、概してレバー２を備える。レバー２は、ピボット３の周りを回転できるように装置１に支持されている。重りまたは質量４は、レバー２の第１側に設けられている。

ドライバー５は、レバー２と連動するように配置され、モータ６は、ドライバー５を動かして、重力に逆らって重り４を具備するレバー２の第１側を持ち上げ、バッグＢの外面Ａに対する重り４の重力により、第１側を解除または落下させるために設けられる。

混合装置１は、レバー２の第１側が落下運動でバッグＢの外面Ａに接触できるように混合装置１を支持するためのホルダー７をさらに備える。ホルダー７はまた、以下に記載されるように、混合装置をバッグに固定するのに役立つ。
重り４は、レバー２の第１側の実質的に先端に配置することができる。それは、レバーに沿ってピボット３に向かって、およびピボット３から離れる位置を変更して、ピボット３の周りの重りによって生成される運動量を変更するために、固定または可動であり得る。

この場合、ドライバー５は、モーター６の軸８から偏心して配置されたピン５ａの形態であり、モーター６が動作するときに軌道運動を実行できるように、モーター６の軸８に接続されている。ドライバー５、またはこの例では、ピン５ａは、第１側からのピボット３の反対側のレバー２の第２側との間で周期的に係合／解放されるように配置されている。

モーター６は、回転すると、ドライバー５をレバー２の第２側との係合の内外に周期的に動かして、重力に逆らって重り４で第１側を持ち上げ、重りに作用する重力で第１側をバッグＢの外面Ａに当たるように急激に落とす。

かかる順序を図２Ａ～Ｃに示す。持ち上げる力がドライバーを介して導入されるレバー（２）の点は、てこの効果を利用するために、ピボット（３）から離れていることが望ましい任意の点に位置決めできる。力は、実施形態に示されるように、第２側に導入され得るが、重りが置かれるのと同じ側（すなわち、第１側）にも導入され得る。

それは、ピボットから実質的に距離がないか、またはまったくない状態で、運動量としてピボット軸に導入されることさえあり得る。レバーは、示されているように、ピボットを通る長手方向対称軸に関して多かれ少なかれ対称に形成され得るか、または対称線からずれた位置にあるアーム部分に持ち上げる力の導入点を配置するために非対称に形成され得る。

偏心ピン５ａの代替構成では、ドライバー５は、図４に示すように、レバー２の第２側と周期的に係合して、重り４でレバー２の第１側を持ち上げるように配置されるカム５ｃを備えることができ、窪みのあるカム５ｃの部分がレバー２の第２側から外れる位置に回されたときに、第１側を突然落下させる。

カム５ｃと同様のドライバー５のさらに別の代替物は、図３に示されるように、レバー２の第２側で嵌合歯２ｄと係合する１つまたは複数の歯５ｄを備えたスプロケット（sprocket）５ｂの形態のドライバーである。レバー２の第２側の歯２ｄ間の対応する窪みと係合するスプロケット５ｂの回転は、レバー２を回転させ、その結果、重り４を備えたその第１側が持ち上げられる。

スプロケット５ｂは、レバーの第１側が最持ち上げ位置にある直後にスプロケットの歯のレバーの歯からの解放が行われるように配置されたその周囲の特定の部分に歯を有さず、それによって第１側がバッグの表面に向かって突然落下する。スプロケット５ｂは、その周辺の特定の部分に歯がなく、スプロケットの歯のレバーの歯からの解放が、レバーの第１側が最持ち上げ位置にある直後に起こるように配置され、それにより、第１面がバッグの表面に向かって突然落下する。

したがって、ドライバー５とレバー２との間の相互作用は、レバーが最持ち上げ位置に旋回されて、レバーの第１側が最持ち上げ位置にあるときに、係合を解除してレバーを落下させる限り、一般に周期的型および／または摩擦ロック型係合である。。

ドライバーは、モーターによるドライバーの回転時に説明されるように、レバーを旋回させるように配置された１つまたは複数のピンまたは歯を備え得る。混合装置は、好ましくは、レバー２の第１側の落下運動を制限するための支台９を備える。支台９は、固定位置にあるか、またはレバーの落下高さおよびその第１側の最落下位置を調整できるように異なる位置間で移動可能であるように配置され得る。

ドライバーを備えたモーターは、図２Ａ～Ｃの断面図に概略的に示されているケーシング内に配置することができる。図１および図２Ａ～Ｃの実施形態では、ピン５ａが脱離して、図２Ｂに示される位置でレバーの第２側から解除されると、レバー２が解放される。

ホルダー７は、バッグＢの下に置かれるように配置されたスタンド７ａと、スタンド７ａに接続され、混合装置、特にレバー２および好ましくは、バッグがその間に配置された状態で、バッグの上のモーター６およびドライバー５（駆動機構）（図２Ａを参照）を支持するブラケット７ｂとを含む。ブラケット７ｂおよび／またはスタンド７ａの水平方向の延長は、レバーの第１側、特に落下する重りがバッグの表面のさまざまな領域に到達できるように、混合装置をバッグに配置できるようにするために調整可能である。

同様に、ホルダー７のスタンド７ａの上のその最落下位置における重り４の垂直方向の間隔は、バッグの異なるサイズまたは厚さおよび充填度に対応するために調整可能であり、重りがバッグの形状に必要な量だけ当たって変形することを確実にする。

それは、例えば、ブラケット７ｂをその垂直方向の延長を調整可能にすることによって、または混合装置に交換可能に取り付け可能な異なるサイズのブラケットを提供することによって実現することができる。
ホルダー７は、混合装置をバッグの任意の位置、すなわち、中央、側面または角に配置および固定化することを可能にする。

重り４を有するレバー２の第１側は、動作中にバッグＢの外面Ａに当たるように意図された部分１０を備えたヘッドを有する。外面Ａに当たることを意図した部分１０は、バッグ層への／の損傷（破裂）を回避するように形成され、滑らかな表面を有するように丸みを帯びていることが好ましい。代替的に、または追加的に、バッグの表面を保護する柔らかくて弾力性のある材料でコーティングすることができる。

代替的に、ホルダーは、落下するレバーによって当たることを意図された表面上のその位置に混合装置を固定するために、バッグの周りに引きまわされ得るベルトまたはバンドの形で具体化され得る。

さらに、代替的に、ホルダーは、クリップ（clipping）システムの形態であり得るし、（実施形態に示されるように）混合装置をバッグ自体に取り付けるのに必ずしも適切ではなく、他の任意の適切な固定面に取り付けることが必ずしも適切であるように配置された固定装置、例えば、バッグが配置されるプレートであってもよい。したがって、ホルダーは、バッグに対して混合装置を固定するように設計することができる。

一実施形態では、バッグの角は、バッグの溶接されたエッジをブロックする磁石を使用して固定される。
混合装置と組み合わせて使用するバッグは、理想的には空気を含まないか、最小限の量の空気のみを含むか、落下するレバー／重りによってバッグを変形させ、バッグ内の液体（内容物）を移動させるために必要な強度を最小限に抑えるために、充填不足にするべきである。

充填されたバッグの高さは、バッグの平面寸法よりも大幅に低くする必要があり、理想的には、最持ち上げ位置と最落下位置の間の重りの垂直変位に近い必要がある。

本発明の混合装置によってバッグ内で攪拌される物質の例は、溶媒中で攪拌されない限りそれ自体では溶解しない粉末形態の培地を含む。他の有用な応用分野は、乾燥粉末からの無菌のベビーフード調製物、例えば粉乳または代用乳であり得る。乾燥粉末に水を加えた後、本発明の混合装置を使用して、自動バッグ混合を行い、粉末の溶解を加速することができる。

他の応用分野は、バイオリアクターを供給するための培地調製物、例えば、細胞培養培地、食品中の病原体または全生存生物試験のためのまたは細胞を含む培養バッグの混合のための培養培地調製物、例えば真核細胞または原核細胞であり、細胞を懸濁状態に保ち、生体分子の成長／生成、または化学溶液の調製を改善し、化学溶液は、洗浄緩衝液、溶出緩衝液、抗体の精製のためのクロマトグラフィー精製用途のための貯蔵緩衝液であり得る。

レバーの適切な重りは、混合装置のサイズと、それを操作するバッグの厚さ／体積によって異なる。典型的な重りは、充填容量が２０リットルのバッグの場合、０．５ｋｇ以上、好ましくは１ｋｇ以上の質量を有することができる。
駆動機構のモーターは、電気モーターまたは空気圧モーターであり得る。

混合装置は、そのようなモーターを操作するためのコントローラーを備えてもよく、コントローラーは、操作のタイミング、好ましくはサイクル周波数および／またはサイクルパターンおよび／または操作の動作期間を設定できるように構成することができる。設定は、バッグの表面に重りを当てるサイクルをバッグ内の所望の用途／物質に適合させるための、それぞれのパラメータのための事前定義されたプログラムまたはプログラミング関数の形であり得る。

混合装置は、例えば、放射および反射光、または溶解状態に応じて変化する超音波に関連して、バッグの内容物の半透明性および／または反射率に基づいて液体中の固体粒子の内容物を検出するための、光または超音波エミッターおよびレシーバーであり得るセンサー構成１１（図２Ｂに概略的に示されている）を備え得る。

センサ装置１１は、コントローラと連動して、検出結果に応じてモーターの動作を自動制御するように、および／または内容物が所望の溶液状態にあるかどうかをユーザに警告するために、検出結果を示す信号を発行するように構成することができる。

非常に単純な実施形態では、モーターは、手動で負荷を掛けるまたは作動され、一定期間ドライバーの回転を実行することができるコイルばねによって駆動することができる純粋に機械的なぜんまい仕掛けのモーターであり得る。そのような実施形態は、いかなる電力供給からも独立しており、電気が利用できない閉鎖環境、すなわち、加温チャンバーまたはインキュベーター内、または電気が利用できない場所で混合装置を使用する場合に有益であり得る。

センサー配置およびモーターとのその連動の使用は、例えば、バッグの内容物が完全に溶解したときに混合装置の自動停止を可能にする。

Claims (15)

1. バッグ（Ｂ）の内容物（Ｃ）を攪拌するためにバッグ（Ｂ）の外面（Ａ）に周期的に力を与えるための混合装置（１）であって、該混合装置（１）は：
   ピボット（３）を中心に旋回できるように支持されたレバー（２）；
   レバー（２）の第１側に設けられた重り（４）；
   レバー（２）と連動するように配置されているドライバー（５）；
   重力に逆らって重り（４）でレバー（２）の第１側を持ち上げ、バッグ（Ｂ）の外面（Ａ）に対して第１側を落下させるための、ドライバー（５）を動かすためのモーター（６）；および
   レバー（２）の第１側が落下運動でバッグ（Ｂ）の外面（Ａ）に接触できるように混合装置（１）を支持するためのホルダー（７）
   を含む、前記混合装置。
2. ドライバー（５）が、レバー（２）と係合、または、ピボット（３）から離間した位置、好ましくは、第１側からピボット（３）の反対側のレバー（２）の第２側で、またはピボット軸で、レバー（２）と係合およびレバー（２）から解放されるように配置されており、
   モーター（６）が、ドライバー（５）をレバー（２）と係合させるか、またはドライバー（５）をレバー（２）と係合させたり外したりするように周期的に動かすように、または、重力に逆らって重り（４）を具備する第１側を持ち上げ、重り（４）の重力によって第１側をバッグ（Ｂ）の外面（Ａ）に対して落下させるように、レバー（２）のピボット軸を周期的に動かすように配置されている、請求項１に記載の混合装置（１）。
3. ドライバー（５）が、レバー（２）の第１側の重り（４）が最持ち上げ位置にあるときに、レバー（２）からの、またはレバーのピボット軸（２）からのドライバー（５）の解放が突然起こるように配置されている、請求項２に記載の混合装置（１）。
4. ドライバー（５）が、モーター（６）によって回転するように配置されたカム（５ｃ）を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の混合装置（１）。
5. ドライバー（５）が、モーター（６）の軸（８）から偏心して配置されて軌道運動を実行できるようにモーター（６）の軸（８）に接続された、１つまたは複数のピン（５ａ）または歯（５ｂ）を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の混合装置（１）。
6. 最落下位置でのレバー（２）の落下運動を制限するための支台（９）をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の混合装置（１）。
7. ホルダー（７）が、バッグ（Ｂ）の下に置かれるように配置されたスタンド（７ａ）と、スタンド（７ａ）に接続され、バッグ（Ｂ）をその間に置いてバッグ（Ｂ）の上のレバー（２）を支持するブラケット（７ｂ）とを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の混合装置（１）。
8. スタンド（７ａ）および／またはブラケット（７ｂ）の水平方向の延長が調整可能である、請求項７に記載の混合装置（１）。
9. ホルダー（７）のスタンド（７ａ）の上のレバー（２）の最落下位置における重り（４）の垂直方向の間隔が調整可能である、請求項７または８に記載の混合装置（１）。
10. 重り（４）を有するレバー（２）の第１側が、動作中にバッグ（Ｂ）の外面（Ａ）に当たるように意図された部分（１０）を備えたヘッドを有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の混合装置（１）。
11. バッグ（Ｂ）の外面（Ａ）に当たることを意図した部分（１０）が、バッグ（Ｂ）への損傷を回避するために形成され、好ましくは丸みを帯びているおよび／またはコーティングされている、請求項１０に記載の混合装置（１）。
12. 重り（４）が、少なくとも０．５ｋｇ、好ましくは少なくとも１ｋｇの質量を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の混合装置（１）。
13. モーター（６）が、電気または空気圧モーターであり、混合装置（１）が、モーター（６）を操作するためのコントローラーを含み、該コントローラは、動作のタイミング、好ましくはサイクル周波数および／またはサイクルパターンおよび／または動作期間の設定を可能にする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の混合装置（１）。
14. 混合装置（１）が、バッグ（Ｂ）の内容物（Ｃ）の混合状態を検出するためのセンサー構成（１１）を含み、該センサー構成（１１）は、コントローラと連動して、検出結果に応じてモータ（６）の動作を制御するように、および／または検出結果を示す信号を発するように構成されている、請求項１３に記載の混合装置（１）。
15. モーター（６）が、ぜんまい仕掛けのモーターである、請求項１～１２のいずれか一項に記載の混合装置（１）。

Images