KR102547782B1 - 일체형 펌프를 갖는 바이오프로세스 용기 - Google Patents

일체형 펌프를 갖는 바이오프로세스 용기 Download PDF

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마이클 씨. 가네
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알피니티 유에스에이, 인크.
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Abstract

바이오프로세스 용기는, 내부 체적을 획정하고 바닥 표면을 갖는 가요성 백 또는 실질적으로 강성 컨테이너를 포함하며, 바닥 표면은 유체의 통과를 위해 개방되거나 내부에 구멍을 포함한다. 펌프는 가요성 백 또는 실질적으로 강성 컨테이너의 바닥 표면에 고정된다. 일부 실시예에서, 가요성 백 또는 실질적으로 강성 컨테이너에 직접 고정된다. 다른 실시예에서, 펌프는, 예를 들어 바닥 표면 상의 구멍을 통해 연장되는 포트를 사용하여 가요성 백 또는 실질적으로 강성 컨테이너에 간접적으로 고정된다. 포트 또는 플랜지 표면은 또한 용기에 고정되는 펌프에 일체화될 수 있다. 임의의 혼합 어댑터가 가요성 백 또는 실질적으로 강성 컨테이너의 내부 체적 내에 제공되어 펌프로 이어지는 입구를 적어도 부분적으로 덮을 수 있다.

Description

일체형 펌프를 갖는 바이오프로세스 용기
관련 출원
본 출원은 2017년 1월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/452,783호를 우선권 주장하며, 이 출원은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 우선권은 35 U.S.C.§119 및 기타 적용 가능한 법령에 따라 청구된다.
기술 분야
본 발명의 분야는 전반적으로 제품의 제조, 생산, 또는 포획에 사용되는 유체 기반 시스템 및 프로세스에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 제약 및 생물학적 용례 또는 다른 위생 프로세스 산업과 관련하여 사용되는 바이오프로세스 유체 컨테이너, 배지(media) 및 버퍼 백, 반응기, 및 발효 유닛에 관한 것이다.
많은 상업용 제품은 화학적 프로세스 및 생물학적 프로세스를 사용하여 생산된다. 예를 들어, 제약은 스케일 업 반응기 및 기타 장비를 사용하여 상업용 수량으로 생산된다. 소위 생물학적 제제(biologics)는 세포 또는 조직과 같은 유기체(living entities)로부터 생성되거나 분리되는 약물 또는 다른 화합물이다. 생물학적 제제는 단백질, 핵산, 생체분자 또는 이들 물질의 복합 조합으로 구성될 수 있다. 생물학적 제제는 심지어는 세포와 같은 유기체를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상업적 규모로 생물학적 제제를 생산하기 위해, 정교하고 값비싼 장비가 요구된다. 예를 들어, 제약 및 생물학적 제제 모두에서, 최종 제품을 얻기 전에 다양한 프로세스를 행할 필요가 있다. 생물학적 제제의 경우, 포유 동물 세포는 성장 챔버, 반응기, 백 등과 같은 컨테이너에서 성장될 수 있으며 영양소는 세포를 보유하는 유닛 내로 조심스럽게 조절될 필요가 있을 수 있다.
중요하게도, 살아있는 세포 또는 다른 유기체에 의해 생산된 생물학적 제품은 여과, 추출, 농축 및 궁극적으로 성장 컨테이너로부터 회수될 필요가 있을 수 있다. 세포에 의해 생성된 폐기물은 통상적으로 성장 컨테이너로부터 제어 기반으로 제거되어야 한다. 통상, 세포 및/또는 폐기물에 의해 생성된 원하는 생물학적 제품은 세포를 수용하는 컨테이너에 대해 하류에 위치된 별개의 펌핑 디바이스를 사용하여 성장이 일어나는 컨테이너 밖으로 펌핑된다. 이 성장 챔버로부터 제거된 펌핑된 유체는 통상적으로 분리 또는 여과와 같은 하류 처리를 받는다. 여과는 유체 용액을 분리 또는 농축하기 위해 수행되며, 생명 공학 및 제약 제조 프로세스에서 약물 및 다른 바람직한 제품의 성공적이고 효율적인 생산에 중요하다.
세포 성장이 일어나는 컨테이너 유닛에서 펌핑된 유체를 처리하기 위해 다양한 분리 및 여과 디바이스가 사용될 수 있다. 유체로부터 성분을 여과 또는 분리하는 데에 사용되는 하나의 일반적인 기술은, 예를 들어 물리적 크기에 기초하여 유체에 함유된 종을 여과하기 위해 필터 또는 멤브레인이 사용되는 접선 유동 여과(tangential flow filtration)(TFF)이다. 필터 멤브레인을 막는 경향이 있는 폐기물, 죽은 세포 및 바이오필름의 축적을 감소시키기 위해 유동은 멤브레인에 접선 방향이다. 다른 분리 기술은 세포 수확 및 정화를 위해 음향파 분리(acoustic wave separation)(AWS) 기술을 이용한다. TFF와 같은 방법과 달리, AWS는 물리적 장벽 또는 필터를 사용하여 세포의 분리를 달성하는 것이 아니라, 고주파 공진 초음파를 사용하여 세포의 분리를 달성한다.
보다 최근에, 세포를 성장시키는 관류 방법이 개발되었다. 관류 방법에서, 영양소가 고갈되고 세포에 의해 생성된 폐기물을 함유하는 배양 배지는 세포 배양으로부터 연속적으로 제거되고 새로운 배양 배지로 대체된다. 관류 방법은 고농도의 세포를 달성할 수 있게 하고 배치 프로세스(batch process)와 달리 생산 프로세스가 연속적으로 실행되게 한다. 관류 방법에서, 생성된 약물 및 폐기물을 연속 순환 세포로부터 분리 및/또는 여과할 필요가 여전히 존재한다. 그러나, 관류 방법은, 배지를 세포로부터 분리시키는 분리 및/또는 여과 프로세스 동안 세포가 자주 손상되기 때문에 신뢰성이 낮은 것으로 알려져 있다. 관류 성장 방법의 공지된 단점을 해결하기 위해 다양한 해결책이 제안되어 왔다. 미국 특허 제6,544,424호는 관류 방법의 낮은 신뢰성을 해결하기 위해 시도하는 유체 여과 시스템을 개시하고 있다. '424 특허에 설명된 시스템은 일단부가 별개의 다이아프램 펌프에 커플링된 중공 섬유 모듈을 이용한다. 펌프는 추종 섬유 또는 필터 스크린을 가로질러 교번 유동을 생성하는 데에 사용된다.
'424 특허에 개시된 것과 같은 해결책의 문제점은 세포를 수용하는 용기의 하류에 위치된 별개의 펌프가 다양한 도관 및 중공 섬유 모듈을 통해 용기에 연결된다는 것이다. 펌프를 유체 경로에 통합하는 경우, 캐비테이션(cavitation), 진공 또는 펄스 유동 조건에 의해 유발되는 문제를 피하도록 그러한 시스템을 설계할 필요가 있다. 캐비테이션 및 비정상 유동 조건은 이들 제조 프로세스에 사용되는 섬세한 포유 동물 세포를 용해시키는 경향이 있다. 따라서, 이러한 문제를 피하도록 펌핑 및 용기 시스템을 설계해야 한다. 기술적으로, 이는, 펌프가 캐비테이션 또는 다른 불리한 유동 조건 없이 작동하는 것을 보장하기 위해 유효 흡입 양정(Net Positive Suction Head Available)(NPSHA)이 필요 흡입 양정(Net Positive Suction Head Available Required)(NPSHR )을 초과하도록 펌프 및 시스템이 설계되어야 함을 의미한다. 불행하게도, 펌프가 '424 특허에 개시된 것과 같은 컨테이너로부터 하류에 위치될 때, 이는, 불가피하게, 세포를 죽이거나 파괴하는 경향이 있는 캐비테이션, 진공, 및 문제가 있는 유동 조건을 생성하는 경향이 있다.
또한, 앞서 설명된 것과 같은 많은 세포 성장 시스템에서, 배관의 가요성 세그먼트는 세포 함유 용기를 펌프 및 임의의 관련된 여과/분리 디바이스에 연결한다. 불행하게도, 도 1에 도시된 바와 같이, 이 구성은, 상류의 "음의(negative)" 펌핑 압력으로 인해, 가요성 배관이 도 1의 삽도에서 확인되는 바와 같이 자체적으로 붕괴될 수 있다는 문제를 겪는다. 배관의 이러한 붕괴는 배관의 내부 표면이 서로 접촉되게 함으로써 배관 내에서 유체의 추가 유동을 방지한다. 배관이 완전히 폐쇄되지 않더라도, 그러한 배관의 존재는 캐비테이션 및 다른 유해한 박동 유동 조건을 초래할 수 있다. 예를 들어, 배관 또는 도관의 불규칙하고 흔히 구불구불한 경로는 세포의 취약한 상태를 파괴시킨다. 이들 유동 조건은 펌프에 손상을 유발할 뿐만 아니라 유체 중에 함유된 세포를 파괴하고 방해할 수 있다.
일 실시예에서, 생물학적 유체를 수용하기 위한 유체 용기는 유체 용기에 직접 또는 간접적으로 통합된 펌프를 포함한다. 일 실시예에서, 유체의 유출(또는 용기로의 유입)을 허용하는 홀 또는 구멍이 용기의 바닥 표면에 위치된다. 일부 실시예에서, 홀 또는 구멍은, 펌프가 부착되는 둘레 또는 원주방향 표면을 남겨 놓고, 실제로 용기의 바닥 표면의 대부분 또는 전부를 포함할 수 있다. 펌프는 용기의 바닥에 있는 구멍 또는 개구의 위치에서 용기에 통합된다. 일부 실시예에서, 펌프는, 구멍을 통과하고 유체 밀폐 구성으로 용기에 고정된(또는 용기와 함께 제조된) 포트 또는 플랜지와 같은 중간 구성요소를 통해 용기에 고정된다. 이어서, 펌프는 플랜지에 고정된다. 다른 실시예에서, 펌프는 용기에 직접 고정된다. 예를 들어, 펌프의 펌프 헤드는 제조 프로세스 동안 용기와 일체로 형성될 수 있다. 대안적으로, 또 다른 실시예에서, 펌프 헤드는 하나 이상의 파스너를 사용하여 용기에 고정될 수 있다. 펌프 헤드는 또한 열 접합, 접착제, 글루(glue), 용접 등을 사용하여 용기에 직접 접합될 수 있다.
일 실시예에서, 유체 용기는 실질적으로 강성 컨테이너이다. 예를 들어, 용기는 터브(tub), 바트(vat), 배럴(barrel), 병(bottle), 탱크, 플라스크(flask), 또는 액체를 보유하기에 적절한 다른 컨테이너의 형태를 취할 수 있다. 유체 용기는, 일부 실시예에서, 용기가 생물 반응기 또는 발효기로서 사용되는 프로세스에 통합될 수 있다. 유체 용기는 금속, 폴리머, 유리 등을 포함하는 임의의 수의 재료로 제조될 수 있다. 한가지 바람직한 실시예에서, 용기는 폴리머 또는 수지 재료로 형성되며 단일 사용 디바이스로서 제조된다. 마찬가지로, 용기에 직접 또는 간접적으로 고정되는 펌프의 하나 이상의 부분(예를 들어, 펌프 헤드)은 또한 용기에 대한 펌프의 일체화 또는 접합을 용이하게 하는 폴리머 또는 수지 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프와 용기 모두는 동일한 재료로 제조된다. 다른 실시예에서, 펌프와 용기는 상이한 재료로 제조된다.
다른 실시예에서, 유체 용기는 백과 같은 가요성 컨테이너이다. 백은 통상적으로 폴리머 또는 수지 재료(들)로 제조되고 임의의 수의 형상 및 크기를 가질 수 있다. 가요성 백은 다층으로 형성될 수 있다. 백은 백의 바닥 표면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 펌프를 포함한다. 백 및 부착형 또는 일체형 펌프는 백 및 펌프를 적절한 배향으로 유지하기 위해 트롤리, 돌리, 크래들, 카트, 홀더, 또는 다른 지지 컨테이너에서 운반될 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프와 백 모두는 동일한 재료로 제조된다. 다른 실시예에서, 펌프와 백은 상이한 재료로 제조된다.
일 실시예에서, 용기가 가요성인지 또는 실질적으로 강성인지에 관계 없이, 펌프는 펌프에 동력을 공급하여 작동시키는 데에 사용되는 별개의 모터를 포함한다. 예를 들어, 펌프의 한가지 바람직한 실시예는 작동 중에 생성되는 부드러운 유동 특성으로 인해 다이아프램 펌프이다. 다이아프램 펌프 또는 멤브레인 펌프는 유체를 펌핑하기 위해 밸브와 함께 움직이는 멤브레인을 사용하는 정변위 펌프로서 작동한다. 일 실시예에서, 모터의 구동 샤프트는 미동 디스크(nutating disk) 또는 워블 플레이트(wobble plate)를 구동하여 다이아프램 멤브레인을 작동시킴으로써 유체를 펌프를 통해 구동하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 서보모터 또는 전자/자기 액추에이터는 유사한 펌핑 작용을 달성하기 위해 다이아프램 멤브레인을 순차적으로 구동시키는 데에 사용될 수 있다. 펌프는 용기의 구멍 또는 개방된 용기 바닥을 통과하는 유입 유체를 수용하는 입구 포트 및 펌핑된 유체가 통과하는 출구 포트를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 용기 자체는 단일 사용 또는 일회용이 되도록 제조된다. 게다가, 펌프의 하나 이상의 구성요소가 일회용으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서 용기와 일체로 형성된 펌프 헤드는 일회용이거나 일회용 구성요소를 포함할 수 있다. 펌프 헤드가 용기에 고정되는 다른 실시예에서, 펌프 헤드는 또한 단일 사용 구성요소인 하나 이상의 구성요소로 형성될 수 있다. 대안적으로, 용기, 펌프, 및 포트 또는 플랜지와 같은 둘 사이의 임의의 계면 구성요소는 재사용을 위해 멸균될 수 있다. 펌프에 동력을 공급하고 작동시키는 데에 사용되는 모터 또는 다른 구동 메커니즘은 통상적으로 재사용 가능하다.
일 실시예에서, 일체형 펌프를 갖는 바이오프로세스 용기는 펌프를 통합하는 가요성 백이다. 가요성 백은 내부 체적을 획정하고 바닥 표면을 가지며, 바닥 표면은 유체의 통과를 위해 내부에 구멍을 포함한다. 바이오프로세스 용기는 입구 및 출구를 갖는 펌프를 포함하며, 펌프는 가요성 백의 바닥 표면에 고정되어 유체는 가요성 백의 내부 체적으로부터 펌프의 입구로 나아간다.
다른 실시예에서, 일체형 펌프를 갖는 단일 사용 바이오프로세스 용기가 개시된다. 단일 사용 바이오프로세스 용기는 내부 체적을 획정하고 바닥 표면을 갖는, 수지 또는 폴리머 재료로 형성된 실질적으로 강성 컨테이너를 포함한다. 단일 사용 바이오프로세스 용기는 입구 및 출구를 갖는 펌프를 포함하며, 펌프는 실질적으로 강성 컨테이너의 바닥 표면에 고정되어 유체는 실질적으로 강성 컨테이너의 내부 체적으로부터 펌프의 입구로 나아간다. 단일 사용 바이오프로세스 용기는 생물 반응기 또는 발효 유닛의 형태를 취할 수 있다.
본원에 설명된 용기는 용기 자체에 또는 펌프에 고정되는 임의의 혼합 어댑터를 포함할 수 있다. 혼합 어댑터는 펌프에 대한 입구의 일부를 적어도 부분적으로 덮는다. 혼합 어댑터는, 용기로 공급되는 고체 및 다른 재료가 유체와 적절히 혼합되기 전에 포트의 입구에 직접 진입하는 것을 방지하는 데에 사용될 수 있다.
본원발명의 일 실시예에 따르면, 일체형 펌프를 갖는 바이오프로세스 용기는, 내부를 획정하고 바닥 표면을 갖는 가요성 백으로서, 상기 바닥 표면은 유체의 통과를 위해 내부에 구멍을 포함하는, 가요성 백; 및 펌프 헤드를 구비하고 입구 및 출구를 갖는 펌프를 포함하고, 상기 펌프 헤드가 상기 가요성 백의 바닥 표면과 일체로 형성되거나 이에 접합되어 유체가 상기 가요성 백의 내부로부터 펌프의 입구로 이동하고, 상기 펌프 헤드는 복수의 다이아프램을 포함하고, 각각의 다이아프램은 관련된 체크 밸브를 구비한다. 바이오프로세스 용기는, 펌프 헤드에 고정되고 복수의 다이아프램을 순차적으로 작동시키기 위해 미동 디스크 또는 워블 플레이트를 구동하는 착탈 가능한 모터를 더 포함할 수 있다.
본원발명의 다른 실시예에 따르면, 일체형 펌프를 갖는 단일 사용 바이오프로세스 용기는, 내부를 획정하고 바닥 표면을 갖는, 수지 또는 폴리머 재료로 형성된 실질적으로 강성 컨테이너; 및 펌프 헤드를 구비하고 입구 및 출구를 갖는 펌프를 포함하고, 상기 펌프 헤드가 상기 실질적으로 강성 컨테이너의 바닥 표면과 일체로 형성되거나 이에 접합되어 유체가 상기 실질적으로 강성 컨테이너의 내부로부터 펌프의 입구로 이동하고, 상기 펌프 헤드는 복수의 다이아프램을 포함하고, 각각의 다이아프램은 관련된 체크 밸브를 구비한다. 단일 사용 바이오프로세스 용기는, 펌프 헤드에 고정되고 복수의 다이아프램을 순차적으로 작동시키기 위해 미동 디스크 또는 워블 플레이트를 구동하는 착탈 가능한 모터를 더 포함할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 백 및 펌프의 구성을 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 일체형 펌프를 포함하는 가요성 백 형태의 용기의 분해도를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 일체형 펌프를 갖는 가요성 백의 측면도를 도시한다.
도 2c는 도 2a의 일체형 펌프를 갖는 가요성 백의 단면도를 도시한다.
도 2d는 바닥 표면(포트는 도시되지 않음)에 형성된 구멍을 나타내는 가요성 백의 사시도를 도시한다.
도 2e는 가요성 백의 바닥 표면에 배치된 포트를 나타내는 가요성 백의 사시도를 도시한다.
도 2f는 일 실시예에 따른 가요성 백의 구멍 내에 배치된 포트의 사시도를 도시한다. 포트는 일 실시예에서 가요성 백에 용접, 접합 또는 달리 접착되는 플랜지 표면을 포함한다. 포트의 대향 단부는 펌프를 연결하는 데에 사용되는 커넥터 단부를 갖는다.
도 2g는 펌프 헤드의 일 실시예를 도시한다.
도 3a는 다른 실시예에 따른 일체형 펌프를 포함하는 가요성 백 형태의 용기의 분해도를 도시한다.
도 3b는 도 3a의 일체형 펌프를 갖는 가요성 백의 단면도를 도시한다.
도 3c는 일 실시예에 따른 혼합 어댑터의 사시도를 도시한다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 일체형 펌프를 포함하는 가요성 백 형태의 용기의 분해도를 도시한다.
도 4b는 다른 실시예에 따른 혼합 어댑터의 사시도를 도시한다.
도 4c는 도 4b의 혼합 어댑터의 다른 사시도(밑면을 도시함)를 도시한다.
도 5a는 다른 실시예에 따른 일체형 펌프를 포함하는 가요성 백 형태의 용기의 분해도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 일체형 펌프를 갖는 가요성 백의 단면도를 도시한다.
도 6a는 다른 실시예에 따른 일체형 펌프를 포함하는 가요성 백 형태의 용기의 분해도를 도시한다.
도 6b는 도 6a의 일체형 펌프를 갖는 가요성 백의 단면도를 도시한다.
도 6c는 도 6b의 실시예와 함께 사용되는 펌프 헤드의 사시도를 도시한다.
도 7a는 다른 실시예에 따른 일체형 펌프를 포함하는 탱크(예를 들어, 생물 반응기 또는 발효기) 형태의 용기의 분해도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 8a는 다른 실시예에 따른 일체형 펌프를 포함하는 탱크(예를 들어, 생물 반응기 또는 발효기) 형태의 용기의 분해도를 도시한다.
도 8b는 도 8a의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 9는 관류 생물 반응기로서 사용되고 테이블 또는 지지부 상에 장착된 용기의 일 실시예를 도시한다.
도 10은 일체형 펌프를 갖는 가요성 백을 유지하는 데에 사용되는 돌리 또는 트롤리 형태의 캐리어의 일 실시예를 도시한다.
도 2a 내지 도 2g는 일체형 펌프(14)를 포함하는 가요성 백(12) 형태의 용기(10)의 일 실시예를 도시한다. 가요성 백(12)은 내부에 유체를 유지하는 데에 사용되는 내부 체적을 획정한다. 가요성 백(12)의 내부는 유체 시약 또는 제품이 수용되는 멸균 또는 무균 환경을 규정한다. 가요성 백(12)은 다수의 측면(16) 뿐만 아니라 상부 표면(18) 및 바닥 표면(20)을 포함한다. 가요성 백(12)은 임의의 수의 형상 및 크기(예를 들어, 100 리터 이하 내지 수천 리터)를 가질 수 있다. 도 2a 내지 도 2e에 도시된 가요성 백(12)은 개별적인 표면(예를 들어, 상부, 측면, 바닥)을 갖지만, 일부 실시예에서는 그러한 개별적인 경계가 필요하지 않다. 가요성 백(12)은 일부 실시예에서 가요성 백(12)의 내부에 대한 액세스 통로를 규정하는 하나 이상의 포트(22)를 포함할 수 있는 상부 표면(18)을 포함한다. 포트(22)는 고체, 액체 및 기체를 포함하는 재료의 추가를 위한 액세스를 제공할 수 있다. 포트(들)(22)는 또한 가요성 백(12) 내에 수용된 유체를 샘플링하는 데에 사용될 수 있다. 포트(22)는 또한 가요성 백(12)의 내부 안의 상태를 모니터링하는 데에 사용되는 하나 이상의 프로브 또는 센서에 대한 액세스를 제공할 수 있다. 포트(22)는 또한 혼합기 또는 교반 디바이스에 대한 액세스를 제공할 수 있다. 포트(22)는 임의의 수의 상이한 크기 및 구성을 갖는다. 포트(22)가 상부 표면(18)에 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 포트(22)는 가요성 백(12)의 임의의 표면에 위치될 수 있다. 예를 들어, 포트(22)는 바닥 표면(20) 근방에서 가요성 백(12)의 측면에 위치되어 혼합기 디바이스 등에 대한 액세스를 제공할 수 있다.
가요성 백(12)은 또한 바닥 또는 하부 표면(20)을 포함한다. 바닥 표면(20)은 작동 상태로 배향될 때 가요성 백(12)의 최하부 표면을 지칭한다. 본원에 설명된 바와 같이, 가요성 백(12) 내에 수용된 유체는 바닥 표면(20)에서 가요성 백(12) 밖으로 펌핑된다. 이는 가요성 백 내에 수용된 유체가 항상 펌프(14)를 프라이밍하는 것을 보장한다. 게다가, 이는 가요성 백(12) 내에 수용된 모든 유체가 펌프(14)를 사용하여 가요성 백(12)으로부터 배출될 수 있는 것을 보장한다(즉, 시스템에서 임의의 무용 체적을 최소화하거나 제거함).
일 실시예에서, 가요성 백(12)은 하나 이상의 폴리머 또는 수지 재료로 제조된다. 예를 들어, 클래스 VI 표준을 준수하는 의료-등급 수지가 사용될 수 있다. 추가적인 예는 폴리에틸렌(예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene)(LDPE) 또는 초저밀도 폴리에틸렌(ultra-low density polyethylene)(ULDPE)) 또는 폴리프로필렌(polypropylene)(PP)를 포함하고, 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate)(EFA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)(PET), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate)(PVA), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride)(PVC) 등이 또한 고려된다. 일부 실시예에서, 가요성 백(12)은 다수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유체와 접촉하는 내부층은 LDPE로 제조될 수 있다. 폴리비닐 아세테이트(PVA) 또는 가요성 폴리염화비닐(PVC)의 제2 층이 중간층으로서 사용될 수 있다. LDPE 또는 PET의 외부층은 기계적 강도를 제공할 수 있다. 본원에 설명된 일체형 펌프(14)의 실시예는 가요성 백(12)에 대해 사용되는 임의의 수의 상이한 구성 유형, 재료 및 층과 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
펌프(14)는 본원에 설명되는 바와 같이 가요성 백(12)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 직접 연결은 펌프(14) 입구의 하나 이상의 표면을 가요성 백(12)에 연결한다. 이와 달리, 간접 연결은 펌프(14)를 포트(24)를 사용하여 가요성 백(12)에 연결한다. 도 2a 내지 도 2g에 도시된 실시예는 포트(24)를 이용한다. 어느 한 실시예에서는, 가요성 백(12)으로부터 펌프(14)의 입구에 연결되는 가요성 도관 또는 배관이 없다. 대신에, 펌프(14)의 입구가 가요성 백(12)에 대해 포트(24)를 통해 가요성 백(12)의 내부에 연결된다. 이와 관련하여, 도 1에 도시된 바와 같이 그 자체가 붕괴되는 가요성 배관에 대한 우려는 없다.
도 2d를 참조하면, 가요성 백(12)은 내부에 수용된 유체의 통과를 허용하고 펌프(14)에 대한 입구의 역할을 하는, 바닥 표면(20)에 형성된 구멍(26)을 포함한다. 이 예시에서, 포트(24)는 구멍(26)을 도시하기 위해 제거되어 있다는 점이 유념된다. 구멍(26)은 통상적으로 원형 형상이지만, 다른 형상이 또한 고려된다. 구멍(26)의 치수는 가요성 백(12)의 크기에 따라 달라질 수 있다. 도 2e는 포트(24)가 구멍 내에 배치된 가요성 백(12)을 도시한다.
도 2a 내지 도 2g에 도시된 실시예에서, 포트(24)는 구멍(26) 내부에 배치되고 펌프(14)에 대한 커넥터로서 사용되며 또한 가요성 백(12) 내에 수용된 유체의 통과를 허용한다. 도 2f는 포트(24)의 분리된 사시도를 도시한다. 포트(24)는 포트(24)를 통해 그리고 펌프(14) 내로 유체의 통과를 허용하는 중앙 구멍(25)을 포함한다. 포트(24)는, 예를 들어 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트, LDPE, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 다른 의료-등급 플라스틱 또는 수지와 같은 폴리머 재료를 포함하는 임의의 수의 재료로 제조될 수 있다. 포트(24)는 심지어는 일부 실시예에서 금속으로 형성될 수도 있다. 일부 실시예에서, 포트(24)는 가요성 백(12)에 사용된 것과 동일한 재료로 형성된다. 다른 실시예에서, 포트(24)는 가요성 백(12)과 상이한 재료로 형성된다. 도 2a 내지 도 2g의 실시예에서, 포트(24)는 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)에 고정되는 제1 플랜지 표면(28)을 포함한다. 제1 플랜지 표면(28)은 유체 밀폐 밀봉부로 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)에 고정된다. 제1 플랜지 표면(28)은 바닥 표면(20)의 내부 표면 또는 바닥 표면(20)의 외부 표면에 고정될 수 있다. 바닥 표면(20)과 유체 밀폐 밀봉부를 형성하는 임의의 수의 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 플랜지 표면(28)은 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)에 용접될 수 있다. 그러한 구성요소들을 함께 용접하는 임의의 공지된 방법은 열 용접, 저항 용접, 스핀 용접, 마찰 용접, 레이저 용접 등을 포함한다. 접착제가 또한 제1 플랜지 표면(28)을 바닥 표면(20)에 고정시키는 데에 사용될 수 있다. 대안적으로, 포트(24)는 제조 프로세스 동안(예를 들어, 가요성 백(12)의 성형 또는 형성 시에) 가요성 백(12)과 일체로 형성될 수 있다. 포트(24)는 또한 예를 들어 가해진 열에 응답하여 가요성 백(12)을 접합할 수 있는 폴리머 또는 수지 재료로 제조될 수 있다.
포트(24)는 포트(24)의 대향 단부에 위치되고 포트(24)에 대한 커넥터 단부의 역할을 하는 제2 플랜지 표면(30)을 포함한다. 제2 플랜지 표면(30)은 가요성 백(12) 외부에 배치되고 펌프(14)를 연결하기 위한 커넥터로서 사용된다. 일 실시예에서, 제2 플랜지 표면(30)은 바이오프로세스 및 제약 시스템에서 일반적으로 사용되는 트리-클램프(tri-clamp)(TC) 유형의 플랜지 표면(30)이다. 트리-클램프 연결에서, 2개의 정합하는 플랜지 표면들은 통상적으로 페룰 개스킷(33)(도 2a에 도시됨)을 수용하는 계면에서 서로 연결되고 별개의 클램프(32)가 2개의 구성요소들을 함께 고정하는 데에 사용된다. 도 2a 내지 도 2g의 실시예에서, 펌프(14)는 클램프(32)를 사용하여 제2 플랜지 표면(30)에 고정되는 대응하는 커넥터 단부(34)를 포함한다. TC 플랜지 표면(30)이 도시되어 있지만, 수형/암형 커넥터, 플랜지 커넥터 등과 같은 다른 위생 커넥터(전매 특허 커넥터를 포함)가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 바람직하게는, 포트(24)는 가요성 백(12)으로부터 멀리 연장되지 않는다(즉, 포트는 가능한 한 짧아야 하지만, 여전히 클램프(32)를 수용해야 한다). 커넥터 단부(30)가 펌프(14)와 인터페이싱하기 때문에, 이들 연결부는 통상적으로 클 수 있고, 예를 들어 펌프(14)의 크기에 따라 6", 8", 10" 또는 12" 직경의 개구일 수 있지만, 다른 크기가 고려된다.
도 2a 내지 도 2c 및 도 2g를 참조하면, 펌프(14)는 펌프(14)의 작동 구성요소를 집합적으로 수용하는 펌프 헤드(40) 및 펌프 케이싱(41)을 포함한다. 펌프 헤드(40)은 커넥터 단부(34)에 의해 가요성 백(12)에 커플링되는 입구(42)(도 2a 및 도 2g)를 포함한다. 유리하게는, 펌프에 대한 입구(42)는 커넥터 단부(34)를 통해 가요성 백(12)에 직접 연결되고; 펌프(4)와 가요성 백(12) 사이에 위치되는 개재 튜브 또는 도관이 없다. 펌프(14)의 출구(43)는 바이오제약 프로세스에 사용되는 다양한 단부 또는 커넥터에서 종결될 수 있다. 다양한 단부 또는 커넥터는 위생 커넥터, 미늘 잠금 장치, 호스 미늘, 플랜지, TC 커넥터, 일회용 무균 커넥터(disposable aseptic connector)(DAC) 등을 포함한다. 출구(43)는 출구(43)에 밸브를 직접 또는 간접적으로 포함하거나 통합할 수 있다. 배관 또는 다른 도관은 또한 (예를 들어, 출구(43) 등에 용접함으로써) 펌프(14)의 출구(43)와 직접 인터페이싱할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 펌프(14)의 출구(43)는 단순히 유체가 통과하는 구멍 또는 개구일 수 있다. 이 구멍 또는 개구는 출구(34)가 펌프(14)의 나사형 출구(34)와 인터페이싱하는 나사형 연결 구성요소 또는 인서트를 수용할 수 있도록 내부에 암나사가 형성될 수 있다. 이 구멍 또는 개구는 암나사형 출구(43)에 나사 결합되는 커넥터(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 나사형 연결 구성요소 또는 인서트는 본원에 설명된 것과 같은 바이오제약 프로세스에 사용되는 임의의 수의 단부 또는 커넥터를 포함할 수 있다.
출구(43)는 전체적으로 가요성 백(12)(또는 후술되는 바와 같이 실질적으로 강성 컨테이너)의 수직축에 대략 직교하게 배향된 것으로 도시되어 있다. 출구(43)는 펌프(14)에서 일정 각도로 빠져나갈 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 출구(43)는 보다 용이한 사용을 돕도록 하향으로 경사질 수 있다. (수평에 대해) 약 15°내지 45°의 각도가 일반적이지만, 다른 각도가 또한 고려된다.
일 실시예에서, 펌프(14)는 다이아프램 펌프로서 작동한다. 다이아프램 펌프는 펌프를 통해 유체의 부드러운 펌핑 작용을 생성하도록 순차적으로 구동되는 다수의 다이아프램(44)(도 2a 및 도 2c)의 구동에 의해 작동된다. 다이아프램(44)은 일 방향으로 펌프(14)를 통한 유체의 유동을 보장하도록 체크 밸브(46)와 함께 작동된다. 일 실시예에서, 다이아프램(44)의 구동은 축선을 중심으로 회전하여 다이아프램(44)을 순차적으로 활성화시키는 미동 또는 워블 플레이트(48)(도 2b 및 도 2c)에 의해 실행된다. 도 2a 내지 도 2c에서 확인되는 바와 같이, 모터(50)가 펌프(14)에 고정되고 구동 샤프트(도시되지 않음)를 통해 미동 디스크 또는 워블 플레이트(48)에 커플링되어 다수의 다이아프램(44)을 구동하고 유체를 펌프(14)를 통해 입구(42)로부터 출구(43)로 펌핑한다. 직류 모터, 교류 모터 등을 비롯하여 임의의 수의 유형의 모터(50)가 사용될 수 있다.
도 2a에 4개의 다이아프램(44)이 도시되어 있지만, 펌프 헤드(40)의 다른 구성은 더 적거나 더 많은 다이아프램(44)을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 추가적인 다이아프램(44)은 박동 유동 효과가 감소된 더욱 더 원활한 펌핑 작용을 만들 수 있다. 마찬가지로, 모터(50)가 미동 디스크 또는 워블 플레이트(48)를 구동하는 것으로 도시되어 있지만, 펌프(14)의 대안적인 구성은 회전 디스크 또는 워블 플레이트(48)에 대한 필요 없이 동일한 펌핑 작용을 달성하도록 다이아프램(44)을 순차적으로 구동시키는 데에 개별 액추에이터(예를 들어, 서보, 전기, 자기 또는 공압)를 이용할 수 있다. 따라서, 모터(50)는 하나 이상의 서보 액추에이터, 전기/자기 액추에이터 등으로 대체될 수 있다.
가요성 백(12)은 프로세스 작동 동안 백을 적절한 배향으로 유지하는 도 10에 도시된 것과 같은 외부 지지 컨테이너(150) 등에 수용될 수 있다(예를 들어, 바닥 표면(20)은 유체가 가요성 백(12)으로부터 펌핑될 때 유체의 표면이 상부에서 바닥으로 이동하도록 지면에 가장 가깝게 유지됨). 이들은 유체가 필요에 따라 프로세스 작동에 신속하게 연결/분리될 수 있도록 카트, 돌리, 트롤리 등에 위치될 수 있다. 도 2a에서 확인되는 바와 같이, 가요성 백(12)은, 일부 실시예에서, 가요성 백(12)이 매달릴 수 있는 하나 이상의 임의의 행잉 지점(52)을 포함할 수 있다. 펌프(14) 및 모터(50)의 중량 때문에, 모터(50)는 가요성 백(12)에 과도한 힘을 가하지 않도록 도 10에 개시된 바와 같이 지지 표면(160) 등에 고정될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 일 실시예에 따른 가요성 백(12)의 구멍(26)을 적어도 부분적으로 덮는 데에 사용되는 임의의 혼합 어댑터(60)를 도시한다. 혼합 어댑터(60)는 포트(22)를 통해 가요성 백(12)에 첨가될 수 있는 분말 또는 다른 고체 매체와 같은 재료가 구멍(26)으로 직접 떨어지지 않는 것을 보장하도록 사용된다 - 직접 떨어지는 경우, 재료가 펌프(14)의 작동을 방해할 수 있음 -. 혼합 어댑터(60)는 또한 유체의 혼합을 돕는다. 특히, 도 2c에서 확인되는 바와 같이, 혼합 어댑터(60)는 일 실시예에서 가요성 백(12)의 구멍(26)의 단면적을 적어도 부분적으로 덮는 상부 만곡 표면을 포함한다. 유체는 혼합 어댑터의 측면 주위에서 펌프(14)의 입구(42)에 진입할 수 있다. 도 2b 및 도 2c에서 확인되는 바와 같이, 혼합 어댑터(60)는 펌프 헤드에 고정되고 펌프(14)의 입구(42) 내에서 중앙으로 돌출될 수 있다. 혼합 어댑터(60)는 본원에서 설명된 것과 같은 폴리머 및 수지 뿐만 아니라 금속(예를 들어, 스테인리스강)을 포함하는 임의의 호환성 재료로 제조될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 일체형 펌프(14)를 포함하는 가요성 백(12) 형태의 용기(10)의 다른 실시예를 도시한다. 도 2a 내지 도 2g의 실시예의 요소와 유사한 요소는 명확성을 위해 동일한 참조 번호를 유지한다. 그러나, 도 2a 내지 도 2g의 실시예와 달리, 가요성 백(12)의 구멍(26)에 배치되는 별개의 포트(28)가 없다. 이 실시예에서, 펌프(14)의 펌프 헤드(40)은, 도 3a에서 확인되는 바와 같이, 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)의 대응하는 홀 또는 구멍을 통과하여 혼합 어댑터(72)와 맞물리는 복수의 파스너(70)를 사용하여 가요성 백(12)에 고정된다. 도 3c를 참조하면, 도시된 실시예에서의 혼합 어댑터(72)는, 파스너(70)를 수용하기 위한 구멍(74)을 내부에 포함하는 복수의 스탠드오프(73)(예를 들어, 다리, 포스트, 보스)와 함께 돔형 또는 만곡형 상부 표면을 포함한다. 파스너(70)는 혼합 어댑터(72)에 형성된 대응하는 홀 또는 구멍(74)과 인터페이싱하는 나사(또는 볼트)를 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 혼합 어댑터(72)는 또한 펌프(14)를 위한 연결점으로서 작용한다. 이와 관련하여, 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)은 펌프 헤드(40)과 혼합 어댑터(72) 사이에 개재되거나 끼워진다. 혼합 어댑터(72)는 그 표면에 펌프(14)의 입구(42)로의 유체의 통과를 허용하는 하나 이상의 홀(75)을 포함할 수 있다. 유체는 또한 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)과 혼합 어댑터(72) 사이에 형성된 간극을 따라 진입함으로써 펌프(14)의 입구(42)에 진입된다. 도 3a에서 확인되는 바와 같이, 원주방향 개스킷(76)이 펌프 헤드(40)과 가요성 백(12)의 바닥 표면(20) 사이에 개재된다. 가요성 백(12)의 내부에는, 개별 개스킷(77)이 혼합 어댑터(72)의 스탠드오프(73)와 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)의 내부 표면 사이에 개재되어 유체 밀폐 밀봉부를 제공한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3a 내지 도 3c의 실시예로부터 수정된 일체형 펌프(14)를 포함하는 가요성 백(12) 형태의 용기(10)의 다른 실시예를 도시한다. 다시, 도 3a 내지 도 3c의 실시예의 요소와 유사한 요소는 명확성을 위해 동일한 참조 번호를 유지한다. 이 대안 실시예에서, 도 4b 및 도 4c에서 가장 잘 확인되는 바와 같이, 혼합 어댑터(72)는 스탠드오프(73)에 고정되는 하부 원주방향 플랜지(78)를 포함한다. 원주방향 플랜지(78)는, 파스너(70)가 펌프 헤드(40)을 혼합 어댑터(72)에 고정시키는 데에 사용될 때, 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)과 원주방향 플랜지(78) 사이에 개재되는 대응하는 원주방향 개스킷(76)과 정합한다. 이 실시예에서, 별개의 개스킷(77)은 생략된다.
도 5a 및 도 5b는 일체형 펌프(14)를 포함하는 가요성 백(12) 형태의 용기(10)의 다른 실시예를 도시한다. 이전 실시예의 요소와 유사한 요소는 명확성을 위해 동일한 참조 번호로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 펌프(14)는 가요성 백(12)에 직접 접합되거나 그와 일체로 형성된다. 보다 구체적으로, 펌프 헤드(40)은 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)에 직접 접합된다. 이 실시예에서, 펌프 헤드(40)은 마찰 용접, 초음파 용접, 스핀 용접, 레이저 용접, 접착제 또는 글루의 사용, 또는 다른 공지된 접합 방법에 의해 가요성 백(12)에 고정된다. 펌프 헤드(40)은 또한 펌프 헤드(40) 및/또는 가요성 백(12)의 제조 동안 가요성 백(12)과 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 펌프 헤드(40)은 가요성 백(12)과 접촉하는 접촉 표면을 포함할 수 있는데, 접촉 표면은 가요성 백(12)에 사용된 것과 동일한 재료로 형성된다. 대안적으로, 펌프 헤드(40)은 가요성 백(12)과 접촉하는 접촉 표면을 포함할 수 있는데, 접촉 표면은 상이한 재료이지만 여전히 확실한 유체 밀폐 접합부를 제공한다. 도 5a 및 도 5b는 사용되는 임의의 혼합 어댑터(60)를 도시한다. 그러나, 펌프(14)는 여전히 혼합 어댑터(60) 없이 작동될 수 있음을 이해해야 한다.
도 6a 내지 도 6c는 일체형 펌프(14)를 포함하는 가요성 백(12) 형태의 용기(10)의 다른 실시예를 도시한다. 이전 실시예의 요소와 유사한 요소는 명확성을 위해 동일한 참조 번호로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 펌프(14)는 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)에 접합, 용접 또는 달리 고정되는 플랜지 단부(79)를 포함한다. 구체적으로, 펌프 헤드(40)은 반경방향 외향으로 연장되고 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)의 내부 또는 액체-대면 표면에 접합, 용접 또는 달리 고정되는 플랜지 단부(79)를 포함한다. 도 6a는 본 실시예에 따른 용기(10) 및 구성요소의 분해도를 도시한다. 펌프 헤드(40)은 도 6b에서 확인되는 바와 같이 가요성 백(12)에 접합, 용접 또는 달리 고정되는 플랜지 단부(79)를 그 단부에 포함한다. 도 6a에서 확인되는 바와 같이, 가요성 백(12)의 구멍(26)은 펌프 헤드(40)을 수용하기 위해 더 크다. 도 6c는 플랜지 단부(79) 뿐만 아니라 입구(42) 및 출구(43)를 갖는 펌프 헤드(40)을 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 플랜지 단부(79)가 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)의 내부(또는 액체 대면) 표면에 접합, 용접 또는 달리 고정되는 것을 도시하고 있지만, 플랜지 단부(79)는 또한 가요성 백(12)의 바닥 표면(20)의 외부 표면에 접합, 용접, 또는 달리 고정될 수 있음을 이해해야 한다.
도 7a 및 도 7b는 실질적으로 강성 컨테이너(80)에 직접 또는 간접적으로 고정되는 펌프(14)(도 7b에서 가장 잘 확인됨)를 포함하는 실질적인 강성 컨테이너(80) 형태의 용기(10)의 또 다른 실시예를 도시한다. 실질적으로 강성 컨테이너(80)는 터브, 바트, 배럴, 병, 탱크, 플라스크 등을 포함할 수 있다. 실질적으로 강성 컨테이너(80)는, 일 실시예에서, 생물 반응기 또는 발효기 형태로 제조될 수 있다. 탱크(82)는 하나 이상의 측면 및 펌프(14)가 위치되는 바닥 표면을 포함한다. 탱크(82)는 도시된 바와 같이 원형일 수 있고 다양한 체적을 가질 수 있다. 탱크(82)는 임의의 수의 기하학적 형상 및 크기를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 통상, 탱크(82)의 높이는 탱크(82)의 직경의 적어도 1.5 배이지만 다른 크기가 고려된다. 일 실시예에서, 실질적인 강성 컨테이너(80)는 액체 수용 탱크(82) 및 임의의 포트(86)를 포함하는 덮개(84)를 포함한다. 이들 포트(86)는 탱크(82) 내에 수용된 유체를 추가 또는 제거하기 위한 액세스를 제공할 수 있다. 포트(86)는 또한 탱크(82) 내부의 상태를 모니터링하는 데에 사용되는 센서 또는 프로브를 유지하거나 포함할 수 있다. 포트(86)는 또한 혼합기, 가스 도입기, 교반기, 가스 버블러(gas bubbler) 등에 대한 액세스를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 포트(86)는 바이오제약 프로세스에 사용되는 다양한 단부 또는 커넥터에서 종결될 수 있다. 다양한 단부 또는 커넥터는 위생 커넥터, 호스 미늘, 플랜지, TC 커넥터, 일회용 무균 커넥터(DAC) 등을 포함한다. 포트(86)는 덮개(84)에 도시되어 있지만, 일부 대안 실시예에서, 포트는 또한 탱크(82) 자체(예를 들어, 측벽)에 통합될 수 있다. 예를 들어, 포트(86)는 바닥 근방에서 탱크(82)의 측면에 위치되어 혼합기 디바이스 등을 위한 액세스를 제공할 수 있다.
탱크(82) 및 덮개(84)는 유리 또는 스테인리스강의 성능을 모방하는 폴리머, 플라스틱 재료 또는 수지로 제조될 수 있다. 폴리머 재료는 바람직하게는 클래스 IV 표준 또는 필요에 따라 보다 높은 수준의 생체 적합성 및 내화학성을 준수하며, 침출 및 추출 가능한 물질이 없거나 또는 소량 함유한다. 실질적으로 강성 컨테이너(80)를 형성하는 데에 사용될 수 있는 폴리머의 예는 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 뿐만 아니라 가요성 백(12) 실시예와 관련하여 앞서 언급된 물질을 포함한다. 클래스 VI 표준을 준수하는 의료-등급 수지가 또한 사용될 수 있다. 대안적으로, 탱크(82) 및/또는 덮개(84)는 스테인리스강과 같은 금속으로 제조될 수 있다. 탱크(82) 및/또는 덮개(84)는 또한 유리로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 용기(10)는 제품의 배치 또는 연속적인 실행이 완료된 후에 폐기되는 단일 사용 용기(10)로서 설계된다. 다른 실시예에서, 용기(10)는 멸균 및 재사용되도록 설계될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 7a에서 가장 잘 확인되는 바와 같이, 액체 수용 탱크(82)는 탱크(82)의 길이를 따라 길이방향으로 연장되고 그 위에 임펠러(90)가 장착된 샤프트(88)를 포함한다. 회전 샤프트(88)와 임펠러(90)는 탱크(82) 내에 수용된 유체를 혼합하는 데에 사용된다. 샤프트(88)는 모터(91)에 커플링되어 샤프트(88)와 임펠러(90)를 원하는 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 임펠러(90)가 위에 장착된 경사진 샤프트(88)에 의해 형성된 경사진 혼합기를 채용하는 실질적인 강성 컨테이너(80)(예를 들어, 탱크(82) 및 덮개(84))의 대안 실시예를 도시한다. 경사진 샤프트(88)는 모터(91)와 인터페이싱하는 곳에서 덮개(84)를 통과한다.
도 7b 및 도 8b에서 확인되는 바와 같이, 펌프(14)는 탱크(82)의 바닥 표면에 고정된다. 바닥 표면은 탱크(82)의 평탄한 바닥 표면일 수 있거나, 탱크(82)의 벽(들)에 의해 형성된 림(예를 들어, 원주방향 림)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에서 설명된 바와 같이, 펌프 헤드(92)은 탱크(82)의 바닥 표면의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 도 7a 및 도 8a에서 확인되는 바와 같이, 펌프(14)는 탱크(82)에 일체화되는 펌프 헤드(92) 또는 펌프 헤드(92)의 일부를 포함한다. 예를 들어, 탱크 펌프(92) 또는 그 일부는 탱크(82)와 일체로 형성될 수 있다. 이는 펌프 헤드(92)이 탱크(82)와 함께 일체로 제조되는 성형 작업(예를 들어, 유니바디(unibody) 구성) 중에 일어날 수 있다. 대안적으로, 펌프 헤드(92)은 마찰 용접, 초음파 용접, 스핀 용접, 레이저 용접, 접착제 또는 글루의 사용, 또는 다른 공지된 접합 방법에 의해 탱크(82)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 펌프 헤드(92) 또는 펌프 헤드 상의 일부(예를 들어, 후술되는 상부(94)). 또 다른 대안에서, 펌프 헤드(92)은 도 3a 내지 도 3c 또는 도 4a 내지 도 4c의 실시예와 유사한 하나 이상의 파스너를 사용하여 탱크(82)에 고정될 수 있다. 또 다른 대안에서, 펌프 헤드(92)은 도 2f의 포트(24)와 같은 포트를 사용하여 탱크(82)에 고정될 수 있다.
도 7a 및 도 8a에서 확인되는 바와 같이, 펌프 헤드(92)은 탱크(82)와 일체로 형성된 유체 출구(96)를 포함하는 상부 헤드부(94)를 포함한다. 펌프 헤드(92)은, 도시된 실시예에서 앞서 설명한 바와 같이 다이아프램 펌프인 펌핑 메커니즘을 포함하는 하부(98)를 포함하지만, 다른 펌프 유형이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 펌프 헤드(92)은 원심 펌프로서 작동할 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프 헤드(92)은 도시된 바와 같이 2-부품 구성 대신에 단일 또는 일체형 부품으로서 형성될 수 있다. 마찬가지로, 또 다른 실시예에서, 펌프 헤드(92)은 상부(94) 및 하부(98)보다 더 많이 가질 수 있다.
탱크(82)와의 일체형 형성은 제조 프로세스 중에 일어날 수 있거나, 펌프 헤드(92)(예를 들어, 상부(94) 또는 하부(98) 중 하나 이상)이 본원에 설명된 접합 기술들 중 하나 이상(예를 들어, 열 접합, 접착제, 글루, 용접 등)을 사용하여 함께 접합될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 펌프 헤드(92) 또는 그 일부, 예를 들어 상부(94) 및/또는 하부(98)는 탱크(82)를 형성하는 데에 사용되는 것과 동일한 폴리머 또는 수지 재료로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 헤드(92) 또는 그 일부는 탱크(82)에 대한 접합과 여전히 호환성이 있는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 탱크(82)와 접합, 용접, 접착 또는 일체화되는 펌프 헤드(92)의 부분(예를 들어, 상부 헤드부(94))은, 바람직하게는 용기(10) 내부에서 일어나는 바이오프로세스 또는 화학 프로세스와 또한 호환성이 있는 플라스틱 또는 수지 재료로 제조되어야 한다. 펌프 헤드(92)의 상부(94)는 탱크(82)의 내부로 개방되어 그 내부와 연통하는 펌프 입구(95)를 포함한다. 탱크(82)의 바닥은 가요성 백(12) 실시예의 구멍(26)과 같은 개구를 포함할 수 있거나, 또는 탱크(82)의 바닥은 완전히 개방되고 펌프 헤드(92)이 바닥에 고정될 때 밀봉될 수 있다. 유리하게는, 펌프(14)가 실질적인 강성 컨테이너(80)에 연결될 때 펌프 입구(95)와 탱크(82) 사이에 중간 도관 또는 라인이 존재하지 않는다.
도 7a 및 도 8a에서 확인되는 바와 같이, 펌프 헤드(92)은 펌핑 메커니즘 또는 구동 구성요소를 포함하는 하부 헤드부(98)를 포함한다. 한가지 바람직한 실시예에서, 하부 헤드부(98)는 앞서 설명한 바와 같은 다이아프램 펌프 구성요소를 포함한다. 여기에는 펌프(14)를 통한 유체의 부드러운 펌핑 작용을 생성하도록 본원에서 앞서 설명한 바와 같이 순차적으로 구동되는 다수의 다이아프램(44) 및 체크 밸브(46)가 포함된다. 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b의 실시예에서, 모터(102)는 복수의 파스너 등을 사용하여 하부 헤드부(98)에 고정된다. 모터(102)는 다이아프램(44)을 순차적으로 구동하여 유체를 탱크(82)로부터 출구(96)로 펌핑하는 데에 사용된다. 일 실시예에서, 다이아프램(44)의 구동은 축선을 중심으로 회전하여 다이아프램(44)을 순차적으로 활성화시키는 미동 또는 워블 플레이트(104)(도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b)에 의해 실행된다. 모터(102)가 미동 디스크 또는 워블 플레이트(104)를 구동하는 것으로 도시되어 있지만, 펌프(14)의 대안적인 구성은 회전 디스크 또는 워블 플레이트(104)에 대한 필요 없이 동일한 펌핑 작용을 달성하도록 다이아프램(44)을 순차적으로 구동시키는 데에 개별 액추에이터(예를 들어, 서보 또는 공압)를 이용할 수 있다.
펌프(14)의 출구(96)는 바이오제약 프로세스에 사용되는 다양한 단부 또는 커넥터에서 종결될 수 있다. 다양한 단부 또는 커넥터는 위생 커넥터, 호스 미늘, 플랜지, TC 커넥터, 일회용 무균 커넥터(DAC) 등을 포함한다. 이 실시예에서, 모터(102)는 탱크(82)가 실질적으로 직립 배향으로 유지될 수 있도록 견고한 표면 상에 장착될 수 있는 장착 플레이트(104)를 포함할 수 있다. 도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b에 도시된 실시예의 실질적인 강성 컨테이너(80)는, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 5a에 도시된 것과 같은 임의의 혼합 어댑터(60) 또는 펌프(14)의 입구(95)를 적어도 부분적으로 덮는 데에 사용되는 도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 4a, 도 4b, 도 4c에 도시된 임의의 혼합 어댑터(72)를 포함할 수 있다.
출구(96)는 밸브를 출구(96) 내에 직접 또는 간접적으로 포함하거나 통합할 수 있다. 배관 또는 다른 도관이 또한 (예를 들어, 출구(96)에 대한 용접 등에 의해) 펌프(14)의 출구(96)와 직접 인터페이싱될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 펌프(14)의 출구(96)는 단순히 유체가 통과하는 구멍 또는 개구일 수 있다. 이 구멍 또는 개구는 출구(96)가 펌프(14)의 나사형 출구(96)와 인터페이싱하는 나사형 연결 구성요소 또는 인서트를 수용할 수 있도록 내부에 암나사가 형성될 수 있다. 이 구멍 또는 개구는 암나사형 출구(96)에 나사 결합되는 커넥터(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 나사형 연결 구성요소 또는 인서트는 본원에 설명된 것과 같은 바이오제약 프로세스에 사용되는 임의의 수의 단부 또는 커넥터를 포함할 수 있다.
도 9는 생물 반응기로서 사용되는 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b의 실질적인 강성 컨테이너(80) 형태의 용기(10)의 일 실시예를 도시한다. 다양한 구성요소를 제자리에 유지하기 위한 테이블 또는 다른 지지부(110)가 제공된다. 이 실시예에서, 펌프(14)는 탱크(82)의 바닥에 도시되고 탱크(82)는 지지부(112)를 사용하여 테이블 또는 지지부(110)에 수직으로 장착되는 모터(102)에 의해 수직 방향으로 유지된다. 모터(102) 및/또는 펌프(14)는 테이블 또는 지지부(110)에 형성된 구멍(113)을 통과한다. 도 9에서 확인되는 바와 같이, 커버(84)의 포트(86) 중 하나는 연동 펌프(116)로 이어지는 도관(114)에 연결된다. 연동 펌프(116)는, 일 실시예에서, 탱크(82)로 전달될 새로운 매체를 보유하는 탱크(120)로 이어지는 다른 도관(118)을 통해 커플링된다. 이와 관련하여, 연동 펌프(116)는 새로운 유체 매체를 탱크(82)로 펌핑하는 데에 사용된다. 펌프 헤드(92)의 출구(96)는 클램프(124)를 통해 다이아프램 밸브(122)에 연결된다. 다이아프램 밸브(122)의 출구는 여과 또는 분리 유닛(128)으로 이어지는 도관(126)에 연결된다. 도 9에 도시된 실시예에서, 여과 또는 분리 유닛은 중공 섬유 필터 모듈(128)이다. 예를 들어, 여과 또는 분리 유닛은 상업적으로 이용 가능한 중공 섬유 접선 유동 필터 카트리지일 수 있다. 여과 또는 분리 유닛(128)은 임의의 유형의 필터 또는 분리 유닛일 수 있다. 이들은 종래의 접선 유동 여과 유닛, 음향 분리기 등을 포함한다. 여과 또는 분리 유닛(128)은 출구 포트(130)를 통해 원하는 최종 생성물(예를 들어, 약물) 또는 폐기물을 여과하는 데에 사용되는 반면, 여과되지 않은 세포는 도관(132)을 통해 탱크(82)로 다시 복귀될 수 있다. 도 9에 도시된 특정 구성은 예시적이며, 본원에 설명된 용기(10)(가요성 백(12) 및 강성 컨테이너(80)를 포함)는 이들이 사용되는 용례에 따라 임의의 수의 구성으로 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 9의 도관(114, 118, 126, 132)은, 보강되거나 보강되지 않을 수 있는 실리콘으로서 금속 또는 폴리머를 비롯하여 임의의 수의 생체 적합성 재료로 제조될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 도관(114, 118, 126, 132)은 실리콘과 같은 보강되지 않은 폴리머로 형성되고 국제 특허 공개 제WO 2016/100396 A1호; 또한 미국 특허 출원 제15/535,601호에 개시된 것과 같은 상호 연결된 강성 외부 재킷의 섹션 또는 세그먼트에 의해 둘러싸여 있는데, 상기 문헌들은 본원에 참조로 포함된다.
도 10은 일체형 펌프(14)를 갖는 가요성 백(12)을 유지하는 데에 사용되는 돌리 또는 트롤리 형태의 캐리어(150)의 일 실시예를 도시한다. 캐리어(150)는 가동형 또는 고정형일 수 있다. 도 10은 캐리어(150)가 이동될 수 있도록 복수의 휠(152)을 사용하는 가동형 캐리어(150)를 도시한다. 가요성 백(12)은 가요성 백(12)의 크기를 유지하거나 수용하도록 치수 결정된 프레임(155)에 의해 지지되는 통(154) 내에 수용된다. 캐리어(150)는 가요성 백(12) 내에 수용된 유체의 중량 및 일체형 펌프(14)를 수용할 수 있도록 금속 또는 플라스틱과 같은 견고한 재료로 형성된다. 도 10에서 확인되는 바와 같이, 통(154)은, 펌프(14) 및 부착된 모터(158)가 통(154)의 외부 및 그 아래에 위치되도록 바닥 표면에 형성된 구멍을 포함한다. 모터(158)는 캐리어(150)의 프레임(155)에 통합된 지지부(160)에 장착될 수 있다. 지지부(160)는, 펌프(14) 및 모터(158)가 대체로 수직 방향으로 배향되고 펌프(14) 및 모터(158)의 중량이 가요성 백(12)을 당기지 않는 것을 보장한다.
도 10은 도관(164)에 연결된 다이아프램 교체 밸브(162)에 연결된 펌프 출구(43)를 도시한다. 예를 들어, 다이아프램 교체 밸브는 네바다주 카슨 시티에 소재하는 Aquasyn LLC사에 의해 판매되는 다이아프램 교체 밸브(diaphragm replacement valve)(DRV)를 포함할 수 있다. 가요성 백(12) 상의 포트(22)는 또한 이 특정 도면에서, 다양한 도관, 배관 또는 커넥터(166, 168)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 다양한 도관, 배관 또는 커넥터는, 예를 들어 클램프(170)를 사용하여 포트(22)에 연결될 수 있다. 도관(164), 배관, 및 커넥터(166, 168)의 유형은 가요성 백(12)이 사용되는 특정 용례에 따라 달라질 수 있다. 도관(164), 배관, 및 커넥터(166, 168)는 금속(예를 들어, 스테인리스강)과 같은 강성 재료로 형성될 수 있거나 또는 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도관(164) 또는 배관은 단일 사용 용례를 위해 실리콘 등으로 형성될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 가요성 백(12), 펌프(14),
본원에 설명된 펌프(14)의 실시예는 다이아프램 펌프와 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 다이아프램 펌프로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 다른 펌프가 또한 사용될 수도 있다. 다른 펌프는, 예시로서, 원심 펌프, 또는 다른 정변위 펌프(positive displacement pump)를 포함한다. 예를 들어, 포유 동물 세포가 가요성 백(12)에 사용되지 않으면, 다이아프램 펌프의 부드러운 펌핑 작용이 필요하지 않을 수 있으며, 이 경우 원심 펌프와 같은 다른 펌프가 사용될 수 있다. 그러한 펌프는, 비록 상이한 펌핑 메커니즘을 사용하여 작동하지만, 본원에 설명된 것과 유사한 펌프 헤드을 사용하여 가요성 백(12) 또는 탱크(82)에 통합되거나 연결될 것이다. 게다가, 일체형 펌프(14)를 갖는 용기(10)의 실시예는 펌프(14)에 동력을 공급하기 위해 종래의 회전 모터를 사용하는 것으로 설명되었지만, 다른 실시예에서, 용기(10)로부터 유체를 펌핑하기 위해 상이한 유형의 펌프 구동기가 채용될 수 있다. 예를 들어, 다이아프램 펌프(14)에 대해, 다이아프램(44)은 동일한 펌핑 작용을 발생시키기 위해 각 다이아프램(44)과 관련된 서보를 사용하여 원하는 순서 및 속도로 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 더욱이, 일 실시예의 양태는 본원에 설명된 다른 실시예에서 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 일 실시예의 피쳐는 다른 실시예에서 대체되거나 사용될 수 있다. 피쳐는, 예로서, 혼합 어댑터, 포트, 펌프, 펌프 연결 유형, 모터 등을 포함한다. 게다가, 본원에 설명된 실시예는 주로 바이오프로세스 또는 제약 작업과 관련하여 사용되는 것으로 설명되었지만, 실시예는 이들 용례에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본원에 설명된 개념 및 실시예는 고순도 화학 시스템 또는 다른 산업에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 다음의 청구범위 및 그 균등물을 제외하고 제한되지 않아야 한다.

Claims (23)

  1. 일체형 펌프를 갖는 바이오프로세스 용기이며,
    내부를 획정하고 바닥 표면을 갖는 가요성 백으로서, 상기 바닥 표면은 유체의 통과를 위해 내부에 구멍을 포함하는, 가요성 백; 및
    펌프 헤드를 구비하고 입구 및 출구를 갖는 펌프를 포함하고, 상기 펌프 헤드가 상기 가요성 백의 바닥 표면과 일체로 형성되거나 이에 접합되어 유체가 상기 가요성 백의 내부로부터 펌프의 입구로 이동하고, 상기 펌프 헤드는 복수의 다이아프램을 포함하고, 각각의 다이아프램은 관련된 체크 밸브를 구비하는, 바이오프로세스 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌프 헤드가 용접에 의해 가요성 백의 바닥 표면에 접합되는, 바이오프로세스 용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펌프 헤드가 가요성 백의 바닥 표면에 일체로 형성되거나 이에 접합되는 플랜지 단부를 포함하는, 바이오프로세스 용기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 펌프 헤드에 고정되고 상기 가요성 백의 내부에 적어도 부분적으로 배치되는 혼합 어댑터를 더 포함하며, 상기 혼합 어댑터는 상부 만곡 표면을 갖고 펌프 헤드의 입구를 적어도 부분적으로 덮는, 바이오프로세스 용기.
  9. 제1항에 있어서, 백의 바닥 표면을 통해 연장되는 복수의 파스너를 통해 펌프 헤드에 고정되는 혼합 어댑터를 더 포함하고, 상기 혼합 어댑터는 상부 만곡 표면을 갖고 가요성 백의 내부에 배치되고 펌프 헤드의 입구를 적어도 부분적으로 덮는, 바이오프로세스 용기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 펌프 헤드에 고정되고 복수의 다이아프램을 순차적으로 작동시키기 위해 미동 디스크 또는 워블 플레이트를 구동하는 착탈 가능한 모터를 더 포함하는, 바이오프로세스 용기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 펌프는 다이아프램 펌프 또는 원심 펌프를 포함하는, 바이오프로세스 용기.
  12. 삭제
  13. 일체형 펌프를 갖는 단일 사용 바이오프로세스 용기이며,
    내부를 획정하고 바닥 표면을 갖는, 수지 또는 폴리머 재료로 형성된 실질적으로 강성 컨테이너; 및
    펌프 헤드를 구비하고 입구 및 출구를 갖는 펌프를 포함하고, 상기 펌프 헤드가 상기 실질적으로 강성 컨테이너의 바닥 표면과 일체로 형성되거나 이에 접합되어 유체가 상기 실질적으로 강성 컨테이너의 내부로부터 펌프의 입구로 이동하고, 상기 펌프 헤드는 복수의 다이아프램을 포함하고, 각각의 다이아프램은 관련된 체크 밸브를 구비하는, 단일 사용 바이오프로세스 용기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 펌프 헤드가 상기 실질적으로 강성 컨테이너와 동일한 재료로 제조되는, 단일 사용 바이오프로세스 용기.
  15. 제13항에 있어서, 상기 펌프 헤드가 용접에 의해 상기 실질적으로 강성 컨테이너의 바닥 표면에 접합되는, 단일 사용 바이오프로세스 용기.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제13항에 있어서, 상기 펌프 헤드에 고정되고 상기 실질적으로 강성 컨테이너의 내부에 배치되는 혼합 어댑터를 더 포함하며, 상기 혼합 어댑터는 상부 만곡 표면을 갖고 펌프에서 입구를 적어도 부분적으로 덮는, 단일 사용 바이오프로세스 용기.
  20. 삭제
  21. 제13항에 있어서, 내부에 형성된 하나 이상의 포트를 갖는 덮개를 더 포함하는, 단일 사용 바이오프로세스 용기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 덮개를 통해 그리고 상기 실질적으로 강성 컨테이너의 내부로 연장되며 상부에 임펠러를 갖는 회전 샤프트를 더 포함하는, 단일 사용 바이오프로세스 용기.
  23. 제13항에 있어서, 상기 펌프 헤드에 고정되고 복수의 다이아프램을 순차적으로 작동시키기 위해 미동 디스크 또는 워블 플레이트를 구동하는 착탈 가능한 모터를 더 포함하는, 단일 사용 바이오프로세스 용기.
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