KR102566691B1 - 원심 분리기 - Google Patents

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KR102566691B1
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페테르 토르비드
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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

본 발명은 세포 배양 혼합물의 분리를 위한 원심 분리기(100)를 제공한다. 분리기는 고정 프레임(30), 회전 가능 조립체(101) 및 수직 회전축(X) 주위로 프레임(30)에 대해 회전 가능 조립체(101)를 회전시키기 위한 구동 유닛(34)을 포함한다. 회전 가능 조립체(101)는 분리 디스크의 스택(19)이 회전축(X) 주위로 회전하도록 배열되어 있는 분리 공간(17)을 에워싸는 회전자 케이싱(2)을 포함하고, 상기 회전자 케이싱(2)은 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구(20) 및 제1 및 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(21, 22)를 더 포함한다. 상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 출구(22)는 대향하는 상기 회전자 케이싱(2)의 축방향 단부(6)에 배열되고 분리된 세포상이 회전축(X)에서 배출되도록 배열된다. 회전 가능 조립체(101)는 교환 가능한 분리 인서트(1) 및 회전 가능 부재(31)를 포함한다.

Description

원심 분리기
본 발명의 개념은 원심 분리기의 분야에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 원심 분리기에 관한 것이다.
원심 분리기는 일반적으로 액체 혼합물 또는 기체 혼합물로부터 액체 및/또는 고체의 분리를 위해 사용된다. 동작 중에, 분리될 유체 혼합물은 회전 보울(bowl) 내로 도입되고, 원심력으로 인해 무거운 입자 또는 물과 같은 고밀도 액체가 회전 보울의 주연부에 축적되고, 반면 저밀도 액체는 중심 회전축에 더 가깝게 축적된다. 이는 예를 들어 각각 주연부에 배열되고 회전축에 가까운 상이한 출구에 의해 분리된 분획물의 수집을 허용한다.
WO 2015/181177은 발효액과 같은 제약 제품의 원심 처리를 위한 분리기를 개시하고 있다. 분리기는 회전 가능 외부 드럼 및 외부 드럼 내에 배열된 교환 가능한 내부 드럼을 포함한다. 내부 드럼은 유동성 제품을 정화하기 위한 수단을 포함한다. 외부 드럼은 외부 드럼 아래에 배열된 모터에 의해 구동 스핀들을 통해 구동된다. 내부 드럼은 유체 연결부가 분리기의 상부 단부에 배열되어 있는 외부 드럼을 통해 수직 상향으로 연장된다.
그러나, 발효액으로부터 세포 배양 혼합물과 같은 세포 배양 혼합물을 처리하는 것은, 예를 들어 포유류 세포 및 CHO 세포가 원심 분리 필드 내에서 경험되는 전단력에 민감할 수도 있기 때문에, 세포의 과도한 파괴를 유도할 수도 있다. 이는 따라서 분리된 세포상의 감소된 재사용 가능성을 유도한다. 따라서, 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 개선된 원심 분리기에 대한 요구가 관련 기술분야에 존재한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 한계를 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 분리기 내에서 처리중인 세포를 파괴할 위험을 감소시키는 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 원심 분리기를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 제1 양태로서, 고정 프레임, 회전 가능 조립체 및 회전축(X) 주위로 프레임에 대해 회전 가능 조립체를 회전시키기 위한 구동 유닛을 포함하는 세포 배양 혼합물의 분리용 원심 분리기이며, 회전 가능 조립체는
분리 디스크의 스택이 수직 회전축(X) 주위로 회전하도록 배열되어 있는 분리 공간을 에워싸는 회전자 케이싱으로서, 상기 회전자 케이싱은
상기 분리 공간으로의 상기 포유류 세포 배양 혼합물의 공급을 위한 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구;
분리된 액체상의 배출을 위한 제1 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구 및 분리된 세포상의 배출을 위한 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구를 더 포함하고; 상기 세포상은 상기 액체상보다 더 높은 밀도를 갖는, 회전자 케이싱을 포함하고;
상기 밀폐식으로 밀봉된 입구는 상기 회전자 케이싱의 제1 축방향 단부에 배열되고, 분리될 세포 배양 혼합물이 회전축(X)에서 상기 회전자 케이싱에 진입하도록 배열되고;
상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 출구는 상기 제1 단부에 대향하는 상기 회전자 케이싱의 제2 축방향 단부에 배열되고, 상기 분리된 세포상이 회전축(X)에서 배출되도록 배열되고;
회전 가능 조립체는 교환 가능한 분리 인서트 및 회전 가능 부재를 포함하고; 상기 인서트는 상기 회전자 케이싱을 포함하고 상기 회전 가능 부재에 의해 지지되는, 원심 분리기가 제공된다.
원심 분리기의 고정 프레임은 비회전 부품이고, 회전 가능 조립체는 예를 들어 적어도 하나의 볼 베어링에 의해 프레임에 의해 지지된다.
원심 분리기는 회전 가능 조립체를 회전시키기 위해 배열된 구동 부재를 더 포함하고 전기 모터를 포함하거나 벨트 또는 기어 변속기와 같은 적합한 변속기에 의해 회전 가능 조립체를 회전시키도록 배열될 수도 있다.
회전 가능 조립체는 분리가 발생하는 회전자 케이싱을 포함한다. 회전자 케이싱은 세포 배양 혼합물과 같은 유체 혼합물의 분리가 발생하는 분리 공간을 에워싸고 있다. 회전자 케이싱은 중실 회전자 케이싱일 수도 있고 분리된 상을 위한 임의의 다른 출구가 없을 수도 있다. 따라서, 중실 회전자 케이싱은 예를 들어, 분리 공간의 주연부에 축적된 슬러지상을 배출하기 위한 임의의 주연 포트가 없다는 점에서 중실일 수도 있다. 그러나, 실시예에서, 회전자 케이싱은 분리 공간의 주연부로부터 분리된 상의 간헐적 또는 연속적인 배출을 위한 주연 포트를 포함한다.
분리 공간은 회전축(X) 주위로 중앙에 배열된 분리 디스크의 스택을 포함한다. 스택은 절두 원추형 분리 디스크를 포함할 수도 있다.
따라서, 분리 디스크는 절두 원추형 형상을 가질 수도 있는데, 이는 좁은 단부, 또는 팁이 제거되어 있는 원추의 형상인, 원추의 절두체의 형상을 갖는 형상을 칭한다. 따라서 절두 원추형 형상은 대응 원추형 형상의 팁 또는 정점이 위치되는 가상 정점을 갖는다. 절두 원추형 형상의 축은 중실 회전자 케이싱의 회전축과 축방향으로 정렬된다. 절두 원추형 부분의 축은 대응 원추형 형상의 높이의 방향 또는 대응 원추형 형상의 정점을 통과하는 축의 방향이다.
분리 디스크는 대안적으로 회전축 주위에 배열된 축방향 디스크일 수도 있다.
분리 디스크는 예를 들어, 금속을 포함하거나 스테인리스 강과 같은 금속 재료로 이루어질 수도 있다. 분리 디스크는 플라스틱 재료를 더 포함하거나 플라스틱 재료로 이루어질 수도 있다.
기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구는 분리될 유체를 수용하고 분리 공간, 분리된 액체상의 배출을 위한 제1 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구 및 분리된 세포상의 배출을 위한 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구로 유체를 안내하기 위한 것이다.
입구는 회전자 케이싱의 하부 축방향 단부와 같은 제1 축방향 단부에 배열되고, 반면 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구는 회전자의 상부 축방향 단부와 같은 대향 축방향 단부에 배열된다. 분리된 액체상의 배출을 위한 제1 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구는 회전자 케이싱의 하부 축방향 단부 또는 상부 축방향 단부에 배열될 수도 있다.
기계적 밀폐식 밀봉부는 고정부와 회전자 케이싱 사이에 기밀 밀봉부를 발생시키고 회전자 케이싱 외부로부터의 공기가 공급물을 오염시키는 것을 방지하도록 되어 있는 밀봉부를 칭한다. 따라서, 회전자 케이싱은 동작 중에 세포 배양 혼합물과 같은 액체로 완전히 충전되도록 배열될 수도 있다. 이는 동작 중에 회전자 케이싱 내에 공기 또는 자유 액체 표면이 존재하지 않도록 의도된 것을 의미한다.
따라서, 본 명세서에 사용될 때, 기계적 밀폐식 밀봉부는 반밀폐식 밀봉부 또는 수밀 밀봉부에 비교할 때, 완전 밀폐식 밀봉부이다.
본 발명의 제1 양태는 세포 배양 혼합물과 같은 전단 민감성 액체의 분리를 위해 세포가 반경방향 중심에서, 즉 회전축(X)에서 분리기의 회전부에 진입하고 나올 수 있으면 장점이 있다는 식견에 기초한다. 이는 분리기를 떠나는 분리된 세포에 더 적은 회전 에너지를 부여하고 따라서 세포 파괴의 위험을 감소시킨다. 따라서 세포는 회전축(X)에서 회전자 케이싱으로부터, 그리고 회전 가능 조립체로부터 배출된다.
"회전축에서" 배출 또는 공급되는 상은 회전축을 포함하는 특정 직경 내에서 배출 또는 공급되는 상을 포함한다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 출구는 분리된 액체상 및 분리된 세포상을 배출하기 위한 압력을 추가하기 위한 임의의 수단이 없다.
압력을 추가하거나 부스트하기 위한 수단은 펌프 휠 또는 원심 분리기의 분야에서 통상적으로 사용되는 페어링 디스크(paring disc)와 같은 임의의 구심 펌프일 수도 있다. 압력을 추가하거나 부스트하기 위한 임의의 수단이 없는 출구를 갖는 것은 원심 분리기로부터 분리된 세포상을 배출할 때 세포 파괴의 위험을 더 감소시킨다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 회전자 케이싱은 분리 공간으로부터 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구로 분리된 세포상을 수송하기 위한 적어도 하나의 출구 도관을 더 포함하고, 상기 도관은 상기 분리 공간의 반경방향 외부 위치로부터 상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구로 연장한다.
따라서, 분리 공간으로부터 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구로 분리된 세포상을 수송하기 위해 배열된 적어도 하나의 출구 도관이 존재할 수도 있다. 적어도 하나의 도관은 분리 공간 내의 반경방향 외부 위치로부터 중질상(heavy phase) 출구까지 연장되고, 이는 따라서 반경방향 내부 위치에 있다.
예로서, 도관 입구는 반경방향 외부 위치에 배열되고 도관 출구는 반경방향 내부 위치에 배열될 수도 있다. 또한, 적어도 하나의 출구 도관은 도관 입구로부터 도관 출구까지 상향 경사를 갖고 배열될 수도 있다.
따라서, 반경방향 평면에 대해, 도관은 분리 공간 내의 도관 입구로부터 중질상 출구의 도관 출구까지 축방향으로 상향으로 경사질 수도 있다. 이는 도관 내의 분리된 세포상의 수송을 용이하게 할 수도 있다.
도관 입구는 분리 공간 내의 축방향 상부 위치에 배열될 수도 있다. 도관 입구는 분리 공간이 최대 내경을 갖는 축방향 위치에 배열될 수도 있다.
출구 도관은 파이프일 수도 있다. 예로서, 회전자 케이싱에 의해 지지되는 인서트는 단일 출구 도관을 포함할 수도 있다. 다른 예에서, 인서트는 적어도 2개의 이러한 출구 도관, 예로서 적어도 3개 또는 예로서 적어도 5개의 출구 도관을 포함할 수도 있다.
예로서, 적어도 하나의 출구 도관은 반경방향 평면에 대해 적어도 2도의 상향 경사를 갖고 경사진다. 예로서, 적어도 하나의 출구 도관은 반경방향 평면에 대해 적어도 5도, 예로서 적어도 10도의 상향 경사를 갖고 경사질 수도 있다.
적어도 하나의 출구 도관은 중질상 출구로의 분리 공간 내의 분리된 중질상의 수송을 용이하게 할 수도 있다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 원심 분리기는 상기 입구를 고정 입구 도관에 밀봉하여 연결하기 위한 제1 회전 가능 밀봉부를 더 포함하고, 상기 고정 입구 도관의 적어도 일부는 회전축(X) 주위에 배열된다. 따라서, 고정 입구 도관은 회전축과 정렬될 수도 있다.
따라서, 제1 회전 가능 밀봉부는, 입구를 고정 입구 도관에 연결하여 밀봉하기 위한 회전 가능 밀봉부인 기계적 밀폐식 밀봉부일 수도 있다. 제1 회전 가능 밀봉부는 회전자 케이싱과 프레임의 고정부의 경계에 배열될 수도 있고, 따라서 고정부 및 회전 가능부를 포함할 수도 있다.
따라서 고정 입구 도관은 또한 고정 프레임의 부분일 수도 있고 회전축(X)에 배열된다.
제1 회전 가능 밀봉부는 또한 분리된 액체상을 배출하기 위해 제1 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구를 밀봉하는 이중 밀봉부일 수도 있다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에서, 원심 분리기는 상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구를 회전축(X) 주위에 배열된 고정 출구 도관에 밀봉하여 연결하기 위한 제2 회전 가능 밀봉부를 더 포함한다. 따라서, 고정 출구 도관은 회전축과 정렬될 수도 있다.
유사하게, 제2 회전 가능 밀봉부는 또한, 출구를 고정 출구 도관에 연결하여 밀봉하기 위한 회전 가능 밀봉부인 기계적 밀폐식 밀봉부일 수도 있다. 제2 회전 가능 밀봉부는 회전자 케이싱과 프레임의 고정부의 경계에 배열될 수도 있고, 따라서 고정부 및 회전 가능부를 포함할 수도 있다.
따라서 고정 출구 도관은 또한 고정 프레임의 부분일 수도 있고 회전축(X)에 배열된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 회전 가능 조립체는 교환 가능한 분리 인서트 및 회전 가능 부재를 포함하고; 상기 인서트는 상기 회전자 케이싱을 포함하고 상기 회전 가능 부재에 의해 지지된다.
따라서 교환 가능한 분리 인서트는, 인서트에 대한 회전 가능 지지부로서 기능할 수도 있는 회전 가능 부재 내에 장착되는 미리 조립된 인서트일 수도 있다. 따라서 교환 가능한 인서트는 단일 유닛으로서 회전 가능 부재로부터 쉽게 삽입 및 분리될 수도 있다.
실시예에 따르면, 교환 가능한 분리 인서트는 단일 사용 분리 인서트이다. 따라서, 인서트는 단일 사용을 위해 구성되고, 일회용 인서트일 수도 있다. 따라서 교환 가능한 인서트는 제약 산업에서 단일 제품 배치(batch)와 같은 하나의 제품 배치의 처리하기 위한 것일 수도 있고, 이어서 폐기될 수도 있다.
교환 가능한 분리 인서트는 폴리머 재료를 포함하거나 폴리머 재료로 구성될 수도 있다. 예로서, 회전자 케이싱 및 분리 디스크 스택은 폴리프로필렌, 플래티늄 경화 실리콘 또는 BPA가 없는 폴리카보네이트와 같은 폴리머 재료를 포함하거나 이들로 구성될 수도 있다. 인서트의 폴리머 부분은 사출 성형될 수도 있다. 그러나, 교환 가능한 분리 인서트는 스테인리스 강과 같은 금속 부분을 또한 포함할 수도 있다. 예를 들어, 분리 디스크의 스택은 스테인리스 강의 디스크를 포함할 수도 있다.
교환 가능한 인서트는 밀봉된 무균 유닛일 수도 있다.
또한, 교환 가능한 분리 인서트를 포함하는 회전자 케이싱은 외부 베어링에 의해 외부에서만 지지되도록 배열될 수도 있다.
더욱이, 교환 가능한 분리 인서트, 및 회전 가능 부재는 외부 베어링에 의해 지지되도록 배열된 임의의 회전 가능 샤프트가 없을 수도 있다.
예로서, 교환 가능한 인서트의 외부면은 회전 가능 부재의 지지 표면 내에 맞물려, 이에 의해 상기 회전 가능 부재 내에서 상기 교환 가능한 인서트를 지지할 수도 있다.
결과적으로, 원심 분리기는 모듈식 원심 분리기이거나 베이스 유닛 및 교환 가능한 분리 인서트를 포함하는 회전 가능 조립체를 포함할 수도 있다. 베이스 유닛은 고정 프레임 및 회전축을 중심으로 회전 가능 조립체를 회전시키기 위한 구동 유닛을 포함할 수도 있다. 회전 가능 조립체는 제1 축방향 단부 및 제2 축방향 단부를 가질 수도 있고, 적어도 반경방향으로 내부 공간을 경계 한정할 수도 있으며, 내부 공간은 그 내에 교환 가능한 분리 인서트의 적어도 하나의 부분을 수용하기 위해 구성된다. 회전 가능 조립체는 제1 축방향 단부에 내부 공간으로의 제1 관통 개구를 구비할 수도 있고, 교환 가능한 분리 인서트의 제1 유체 연결부가 제1 관통 개구를 통해 연장하게 하기 위해 구성될 수도 있다. 회전 가능 조립체는 제2 축방향 단부에 내부 공간으로의 제2 관통 개구를 또한 포함할 수도 있고, 교환 가능한 분리 인서트의 제2 유체 연결부가 제2 관통 개구를 통해 연장하게 하기 위해 구성될 수도 있다.
본 발명의 제2 양태로서, 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 시스템이며,
- 본 발명의 제1 양태에 따른 원심 분리기;
- 세포 배양 혼합물을 호스팅하기 위한 발효기;
- 분리될 세포 배양 혼합물이 원심 분리기의 축방향 하부 단부에 있는 입구에 공급되도록 배열된 발효기의 하부로부터 원심 분리기로의 연결부를 포함하는, 시스템이 제공된다.
발효기는 발효기 탱크일 수도 있다.
연결부는 파이프 또는 튜브와 같은 임의의 적합한 연결부일 수도 있다. 연결부는 발효기와 원심 분리기 사이의 직접 연결부일 수도 있다.
다른 양태로서, 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 방법이며,
a) 상기 제1 양태에 따른 원심 분리기를 제공하는 단계;
b) 분리될 상기 세포 배양 혼합물을 상기 입구에 공급하는 단계; 및
c) 상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구를 통해 분리된 세포상을 그리고 상기 제1 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구를 통해 액체상을 배출하는 단계를 포함하는 방법이 제공될 수도 있다.
다른 양태는 일반적으로 이전의 양태와 동일하거나 대응하는 장점을 제시할 수도 있다. 다른 양태와 관련하여 사용된 용어 및 정의는 상기 제1 양태와 관련하여 설명된 것과 동일하다.
예로서, 세포 배양 혼합물은 전단 민감성 세포를 포함할 수도 있다.
전단 민감성 세포는 중국 햄스터 난소(CHO) 세포 및 포유류 세포로부터 선택될 수도 있다.
본 발명의 개념의 상기, 뿐만 아니라 부가의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이하의 예시적이고 비한정적인 상세한 설명을 통해 더 양호하게 이해될 수 있을 것이다. 도면에서, 달리 언급되지 않으면, 동일한 참조 번호가 동일한 요소에 대해 사용될 것이다.
도 1은 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 원심 분리기용 교환 가능한 분리 인서트를 형성하는 회전자 케이싱의 개략 외측면도이다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 교환 가능한 인서트를 포함하는 원심 분리기의 개략 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 교환 가능한 분리 인서트의 개략 단면도이다.
도 4는 세포 배양 혼합물의 분리를 위한 원심 분리기의 개략도이다.
도 5는 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 시스템의 개략도이다.
상기에 본 발명의 개념이 제한된 수의 예를 참조하여 주로 설명되었다. 그러나, 통상의 기술자에 의해 즉시 이해할 수 있는 바와 같이, 상기에 개시된 것들 이외의 다른 예가 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같이, 본 발명의 개념의 범주 내에서 동등하게 가능하다.
도 1은 본 개시내용의 원심 분리기에 사용될 수도 있는 교환 가능한 분리 인서트(1)의 형태의 회전 가능 부재의 외측면도를 도시하고 있다.
인서트(1)는 회전축(X)에 의해 규정된 축방향에서 볼 때, 제1 하부 고정부(3)와 제2 상부 고정부(4) 사이에 배열된 회전자 케이싱(2)을 포함한다. 제1 고정부(3)는 인서트(1)의 하부 축방향 단부(5)에 있고, 반면 제2 고정부(4)는 인서트(1)의 상부 축방향 단부(6)에 배열된다.
공급물 입구는 본 예에서 축방향 하부 단부(5)에 배열되고, 공급물은 제1 고정부(3) 내에 배열된 고정 입구 도관(7)을 통해 공급된다. 고정 입구 도관(7)은 회전축(X)에 배열된다. 제1 고정부(3)는 또한 분리된 액체 경질상(liquid light phase)이라고도 지칭되는 더 낮은 밀도의 분리된 액체상을 위한 고정 출구 도관(9)을 더 포함한다.
또한 액체 중질상이라고도 지칭되는 더 높은 밀도의 분리된 상의 배출을 위해 상부 고정부(4) 내에 배열된 고정 출구 도관(8)이 또한 존재한다. 따라서, 본 실시예에서, 공급물은 하부 축방향 단부(5)를 통해 공급되고, 분리된 경질상은 하부 축방향 단부(5)를 통해 배출되고, 반면 분리된 중질상은 상부 축방향 단부(6)를 통해 배출된다.
회전자 케이싱(2)의 외부면은 제1 및 제2 절두 원추형 부분(10, 11)을 포함한다. 제1 절두 원추형 부분(10)은 제2 절두 원추형 부분(11) 아래에 축방향으로 배열된다. 외부면은 제1 및 제2 절두 원추형 부분(10, 11)의 가상 정점이 모두, 이 경우에 인서트(1)의 하부 축방향 단부(5)를 향해 축방향으로 아래로 향하는 회전축(X)을 따라 동일한 축방향을 지향하도록 배열된다.
더욱이, 제1 절두 원추형 부분(10)은 제2 절두 원추형 부분(11)의 개방각보다 더 큰 개방각을 갖는다. 제1 절두 원추형 부분의 개방각은 회전자 케이싱(2)의 분리 공간(17) 내에 포함된 분리 디스크 스택의 개방각과 실질적으로 동일할 수도 있다. 제2 절두 원추형 부분(11)의 개방각은 회전자 케이싱(2)의 분리 공간 내에 포함된 분리 디스크 스택의 개방각보다 작을 수도 있다. 예로서, 제2 절두 원추형 부분(11)의 개방각은 외부면이 10도 미만, 예로서 5도 미만인 회전축과의 각도(α)를 형성하도록 이루어질 수도 있다. 하향으로 지향하는 가상 정점을 갖는 2개의 절두 원추형 부분(10, 11)을 갖는 회전자 케이싱(2)은 인서트(1)가 위에서부터 회전 가능 부재(30) 내로 삽입될 수 있게 한다. 따라서, 외부면의 형상은 제1 및 제2 절두 원추형 부분(10, 11)과 맞물리는 것과 같이, 회전자 케이싱(2)의 외부면의 전체 또는 일부와 맞물릴 수도 있는 외부 회전 가능 부재(30)와의 호환성을 증가시킨다.
제1 고정부(3)로부터 회전자 케이싱(2)을 분리하는 하부 밀봉 하우징(12) 내에 배열된 하부 회전 가능 밀봉부 및 제2 고정부(4)로부터 회전자 케이싱(2)을 분리하는 상부 밀봉 하우징(13) 내에 배열된 상부 회전 가능 밀봉부가 존재한다. 하부 밀봉 하우징(12) 내의 밀봉 계면의 축방향 위치는 15c로 나타내고, 상부 밀봉 하우징(13) 내의 밀봉 계면의 축방향 위치는 16c로 나타낸다. 따라서, 제1 및 제2 회전 가능 밀봉부(15, 16)의 이러한 고정부(15a, 16a)와 회전 가능부(15b, 16b) 사이에 형성된 밀봉 계면은 또한 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제1 및 제2 고정부(15, 16) 사이의 계면 또는 경계를 형성한다.
냉각 액체와 같은 밀봉 유체를 제1 회전 가능 밀봉부(15)에 공급 및 회수하기 위한 밀봉 유체 입구(15d) 및 밀봉 유체 출구(15e) 및 유사하게, 냉각 액체와 같은 밀봉 유체를 제2 회전 가능 밀봉부(16)에 공급 및 회수하기 위한 밀봉 유체 입구(16d) 및 밀봉 유체 출구(16e)가 또한 존재한다.
회전자 케이싱(2) 내에 에워싸인 분리 공간(17)의 축방향 위치가 또한 도 1에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 분리 공간은 실질적으로 회전자 케이싱(2)의 제2 절두 원추형 부분(11) 내에 위치된다. 분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)은 제1 하부 축방향 위치(17a)로부터 제2 상부 축방향 위치(17b)까지 연장된다. 분리 공간(17)의 내주면은 각도(α)와 실질적으로 동일한 회전축(X)과의 각도, 즉 제2 절두 원추형 부분(11)의 외부면과 회전축(X) 사이의 각도를 형성할 수도 있다. 따라서, 분리 공간(17)의 내경은 제1 축방향 위치(17a)로부터 제2 축방향 위치(17b)로 연속적으로 증가할 수도 있다. 각도(α)는 10도 미만, 예로서 5도 미만일 수도 있다.
교환 가능한 분리 인서트(1)는 조작자에 의한 인서트(1)의 조작성과 취급성을 증가시키는 소형 형태를 갖는다. 예로서, 인서트의 하부 축방향 단부(5)에서 분리 공간(17)과 제1 고정부(3) 사이의 축방향 거리는 20 cm 미만, 예로서 15 cm 미만일 수도 있다. 이 거리는 도 1에 d1로 나타내고, 본 실시예에서 분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)의 최저 축방향 위치(17a)로부터 제1 회전 가능 밀봉부(15)의 밀봉 계면(15c)까지의 거리이다. 다른 예로서, 분리 공간(17)이 절두 원추형 분리 디스크의 스택을 포함하면, 스택에서 축방향으로 최저에 있고 제1 고정부(3)에 가장 가까운 절두 원추형 분리 디스크는 10 cm 미만, 예로서 5 cm 미만인 제1 고정부(3)로부터의 축방향 거리(d2)에 위치된 가상 정점(18)을 갖고 배열될 수도 있다. 거리 d2는 본 실시예에서 축방향 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18)으로부터 제1 회전 가능 밀봉부(15)의 밀봉 계면까지의 거리이다.
도 2는 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)의 형태의 지지 수단에 의해 프레임에 의해 지지되는 고정 프레임(30) 및 회전 가능 부재(31)를 포함하는 원심 분리기(100) 내에 삽입되는 교환 가능한 분리 인서트(1)의 개략도를 도시하고 있다. 이 경우에 구동 벨트(32)를 통해 회전축(31) 주위로 회전 가능 부재(31)를 회전시키기 위해 배열된 구동 유닛(34)이 또한 존재한다. 그러나, 전기 다이렉트 드라이브(direct drive)와 같은 다른 구동 수단이 가능하다.
교환 가능한 분리 인서트(1)는 회전 가능 부재(31) 내에 삽입되고 고정된다. 따라서, 회전 가능 부재(31)는 회전자 케이싱(2)의 외부면과 맞물리기 위한 내부면을 포함한다. 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)은 모두 회전자 케이싱(2) 내의 분리 공간(17) 아래에 축방향으로 위치되어, 회전자 케이싱(2)의 외부면의 원통형 부분(14)이 베어링 평면에 축방향으로 위치되게 된다. 따라서, 원통형 부분(14)은 적어도 하나의 대형 볼 베어링 내에 인서트의 장착을 용이하게 한다. 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)은 적어도 80 mm, 예로서 적어도 120 mm의 내경을 가질 수도 있다.
또한, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 인서트(1)는 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18)이 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)의 적어도 하나의 베어링 평면에 또는 그 아래에 축방향으로 위치되도록 회전 가능 부재(31) 내에 위치된다.
더욱이, 분리 인서트는 인서트(1)의 축방향 하부 부분(5)이 지지 수단, 즉 상부 및 하부 베어링(33a, 33b) 아래에 축방향으로 위치되도록 분리기(1) 내에 장착된다. 본 예에서 회전자 케이싱(2)은 회전 가능 부재(31)에 의해 외부에서만 지지되도록 배열된다. 분리 인서트(1)는 인서트(1)의 상부 및 하부에 있는 입구 및 출구로의 용이한 액세스를 허용하도록 분리기(100) 내에 또한 장착된다.
도 3은 본 개시내용의 교환 가능한 분리 인서트(1)의 실시예의 단면의 개략도를 도시하고 있다. 인서트(1)는 회전축(X) 주위로 회전하도록 배열되고 제1 하부 고정부(3)와 제2 상부 고정부(4) 사이에 배열된 회전자 케이싱을 포함한다. 따라서, 제1 고정부(3)는 인서트의 하부 축방향 단부(5)에 배열되고, 반면 제2 고정부(4)는 인서트(1)의 상부 축방향 단부(6)에 배열된다.
공급물 입구(20)는 본 예에서 축방향 하부 단부(5)에 배열되고, 공급물은 제1 고정부(3) 내에 배열된 고정 입구 도관(7)을 통해 공급된다. 고정 입구 도관(7)은 플라스틱 배관과 같은 배관을 포함할 수도 있다. 고정 입구 도관(7)은 분리될 재료가 회전 중심에서 공급되도록 회전축(X)에 배열된다. 공급물 입구(20)는 분리될 유체 혼합물을 수용하기 위한 것이다.
공급물 입구(20)는 본 실시예에서 입구 원추(10a)의 정점에 배열되고, 이는 인서트(1)의 외부에서 또한 제1 절두 원추형 외부면(10)을 형성한다. 입구(24)로부터 분리 공간(17)으로 유체 혼합물을 분배하기 위해 분배기(24)가 또한 공급물 입구에 배열되어 있다.
분리 공간(17)은 제1 하부 축방향 위치(17a)로부터 제2 상부 축방향 위치(17b)까지 축방향으로 연장하는 외부 중질상 수집 공간(17c)을 포함한다. 분리 공간은 스택(19)의 분리 디스크 사이의 사이공간에 의해 형성된 반경방향 내부 공간을 더 포함한다.
분배기(24)는 본 실시예에서 회전축(X)에서 정점을 갖고 인서트(1)의 하부 단부(5)를 향해 지향하는 원추형 외부면을 갖는다. 분배기(24)의 외부면은 입구 원추(10a)와 동일한 원추각을 갖는다. 입구에서 축방향 하부 위치로부터 분리 공간(17) 내의 축방향 상부 위치로 연속적으로 축방향 상향으로 분리될 유체 혼합물을 안내하기 위해 외부면을 따라 연장하는 복수의 분배 채널(24a)이 또한 존재한다. 이 축방향 상부 위치는 분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)의 제1 하부 축방향 위치(17a)와 실질적으로 동일하다. 분배 채널(24a)은 예를 들어 직선형 형상 또는 곡선형 형상을 가질 수도 있고, 따라서 분배기(24)의 외부면과 입구 원추(24a) 사이에서 연장된다. 분배 채널(24)은 축방향 하부 위치로부터 축방향 상부 위치로 분기될 수도 있다. 더욱이, 분배 채널(24)은 축방향 하부 위치로부터 축방향 상부 위치로 연장하는 튜브의 형태일 수도 있다.
분리 공간(17) 내에는 동축으로 배열된 절두 원추형 분리 디스크의 스택(19)이 또한 존재한다. 스택(19) 내의 분리 디스크는 분리 인서트의 축방향 하부 단부(5)로 지향하는, 즉 입구(20)를 향하는 가상 정점을 갖고 배열된다. 스택(19) 내의 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18)은 인서트(1)의 축방향 하부 단부(5)에서 제1 고정부(3)로부터 10 cm 미만인 거리에 배열될 수도 있다. 스택(19)은 적어도 20개의 분리 디스크, 예로서 적어도 40개의 분리 디스크, 예로서 적어도 50개의 분리 디스크, 예로서 적어도 100개의 분리 디스크, 예로서 적어도 150개의 분리 디스크를 포함할 수도 있다. 명확성을 위해, 도 1에는 단지 몇 개의 디스크만이 도시되어 있다. 본 예에서, 분리 디스크의 스택(19)은 분배기(24)의 상부에 배열되고, 분배기(24)의 원추형 외부면은 따라서 절두 원추형 분리 디스크의 원추형 부분과 회전축(X)에 대해 동일한 각도를 가질 수도 있다. 분배기(24)의 원추형 형상은 스택(19) 내의 분리 디스크의 외경과 대략 동일하거나 더 큰 직경을 갖는다. 따라서, 분배 채널(24a)은 따라서 스택(19) 내의 절두 원추형 분리 디스크의 외부 원주의 반경방향 위치 외부에 있는 반경방향 위치(P1)에 있는 분리 공간(17) 내의 축방향 위치(17a)로 분리될 유체 혼합물을 안내하도록 배열될 수도 있다.
분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)은 본 실시예에서 제1 하부 축방향 위치(17a)로부터 제2 상부 축방향 위치(17b)로 연속적으로 증가하는 내경을 갖는다. 분리 공간(17)으로부터 분리된 중질상을 수송하기 위한 출구 도관(23)이 또한 존재한다. 이 도관(23)은 분리 공간(17)의 반경방향 외부 위치로부터 중질상 출구(22)까지 연장된다. 본 예에서, 도관은 중앙 위치로부터 분리 공간(17) 내로 반경방향 외향으로 연장하는 단일 파이프의 형태이다. 그러나, 적어도 2개의 이러한 출구 도관(23), 예로서 적어도 3개 또는 예로서 적어도 5개의 출구 도관(23)이 존재할 수도 있다. 따라서, 출구 도관(23)은 반경방향 외부 위치에 배열된 도관 입구(23a) 및 반경방향 내부 위치에 있는 도관 출구(23b)를 가지며, 출구 도관(23)은 도관 입구(23a)로부터 도관 출구(23b)까지 상향 경사를 갖고 배열된다. 예로서, 출구 도관은 반경방향 평면에 대해 적어도 2도, 예로서 적어도 5도, 예로서 적어도 10도의 상향 경사를 갖고 경사질 수도 있다.
출구 도관(23)은 분리 공간(17)의 축방향 상부 위치에 배열되어, 출구 도관 입구(23a)는 분리 공간(17)의 축방향 최상부 위치(17b)로부터 분리된 중질상을 수송하기 위해 배열되게 된다. 출구 도관(23)은 또한 분리 공간(17) 내로 반경방향 외향으로 연장되어, 출구 도관 입구(23a)가 분리 공간(17)의 주연부로부터, 즉, 분리 공간(17)의 내부면에서 분리 공간 내의 반경방향 최외측 위치로부터 분리된 중질상을 수송하기 위해 배열된다.
고정 출구 도관(23)의 도관 출구(23b)는 제2 상부 고정부(4) 내에 배열된 고정 출구 도관(8)에 연결되는 중질상 출구(22)에서 종료한다. 따라서 분리된 중질상은 분리 인서트(1)의 상부, 즉 상부 축방향 단부(6)를 통해 배출된다.
더욱이, 분리 디스크(19)의 스택을 통해 분리 공간(17) 내에서 반경방향 내향으로 통과된 분리된 액체 경질상은 회전자 케이싱(2)의 축방향 하부 단부에 배열된 액체 경질상 출구(21) 내에 수집된다. 액체 경질상 출구(21)는 인서트(1)의 제1 하부 고정부(3) 내에 배열된 고정 출구 도관(9)에 연결된다. 따라서, 분리된 액체 경질상은 교환 가능한 분리 인서트(1)의 제1 하부 축방향 단부(5)를 통해 배출된다.
제1 고정부(3) 내에 배열된 고정 출구 도관(9) 및 제2 고정부(4) 내에 배열된 고정 중질상 도관(8)은 플라스틱 배관과 같은 배관을 포함할 수도 있다.
제1 고정부(3)로부터 회전자 케이싱(2)을 분리하는 하부 회전 가능 밀봉부(15)가 하부 밀봉 하우징(12) 내에 또한 배열되고, 제2 고정부(4)로부터 회전자 케이싱을 분리하는 상부 회전 가능 밀봉부가 상부 밀봉 하우징(13) 내에 배열된다. 제1 및 제2 회전 가능 밀봉부(15, 16)는 밀폐식 밀봉부이고, 따라서 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구 및 출구를 형성한다.
하부 회전 가능 밀봉부(15)는 임의의 부가의 입구 파이프 없이 입구 원추(10a)에 직접 부착될 수도 있는데, 즉 입구는 하부 회전 가능 밀봉부(15) 바로 축방향으로 위의 입구 원추의 정점에 형성될 수도 있다. 이러한 배열은 축방향 런아웃(run-out)을 최소화하기 위해 큰 직경으로 하부 기계적 밀봉부의 견고한 부착을 가능하게 한다.
하부 회전 가능 밀봉부(15)는 입구(20)를 고정 입구 도관(7)에 밀봉하여 연결하고, 액체 경질상 출구(21)를 고정 액체 경질상 도관(9)에 밀봉하여 연결한다. 따라서, 하부 회전 가능 밀봉부(15)는 동심 이중 기계적 밀봉부를 형성하는데, 이는 적은 부품으로 용이한 조립을 허용한다. 하부 회전 가능 밀봉부(15)는 인서트(1)의 제1 고정부(3) 내에 배열된 고정부(15a)와 회전자 케이싱(2)의 축방향 하부 부분 내에 배열된 회전 가능부(15b)를 포함한다. 회전 가능부(15b)는 본 실시예에서 회전자 케이싱(2) 내에 배열된 회전 가능 밀봉 링이고, 고정부(15a)는 인서트(1)의 제1 고정부(3) 내에 배열된 고정 밀봉 링이다. 회전 가능 밀봉 링과 고정 밀봉 링을 서로 맞물리게 하여, 이에 의해 링들 사이에 적어도 하나의 밀봉 계면(15c)을 형성하기 위한 적어도 하나의 스프링과 같은 다른 수단(도시되어 있지 않음)이 존재한다. 형성된 밀봉 계면은 회전축(X)에 대해 반경방향 평면과 실질적으로 평행하게 연장된다. 따라서, 이 밀봉 계면(15c)은 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제1 고정부(3) 사이의 경계 또는 계면을 형성한다. 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체와 같은 액체를 하부 회전 가능 밀봉부(15)로 공급하기 위해 제1 고정부(3) 내에 배열된 다른 연결부(15d, 15e)가 존재한다. 이 액체는 밀봉 링들 사이의 계면(15c)에 공급될 수도 있다.
유사하게, 상부 회전 가능 밀봉부(16)는 중질상 출구(22)를 고정 출구 도관(8)에 밀봉하여 연결한다. 상부 기계적 밀봉부는 또한 동심 이중 기계적 밀봉부일 수도 있다. 상부 회전 가능 밀봉부(16)는 인서트(1)의 제2 고정부(4) 내에 배열된 고정부(16a)와 회전자 케이싱(2)의 축방향 상부 부분 내에 배열된 회전 가능부(16b)를 포함한다. 회전 가능부(16b)는 본 실시예에서 회전자 케이싱(2) 내에 배열된 회전 가능 밀봉 링이고, 고정부(16a)는 인서트(1)의 제2 고정부(4) 내에 배열된 고정 밀봉 링이다. 회전 가능 밀봉 링과 고정 밀봉 링을 서로 맞물리게 하여, 이에 의해 링들 사이에 적어도 하나의 밀봉 계면(16c)을 형성하기 위한 적어도 하나의 스프링과 같은 다른 수단(도시되어 있지 않음)이 존재한다. 형성된 밀봉 계면(16c)은 회전축(X)에 대해 반경방향 평면과 실질적으로 평행하게 연장된다. 따라서, 이 밀봉 계면(16c)은 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제2 고정부(4) 사이의 경계 또는 계면을 형성한다. 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체와 같은 액체를 상부 회전 가능 밀봉부(16)로 공급하기 위해 제2 고정부(4) 내에 배열된 다른 연결부(16d, 16e)가 존재한다. 이 액체는 밀봉 링들 사이의 계면(16c)에 공급될 수도 있다.
더욱이, 도 3은 수송 모드에서 교환 가능한 분리 인서트를 도시하고 있다. 수송 중에 회전자 케이싱(2)에 제1 고정부(3)를 고정하기 위해, 회전자 케이싱(2)의 원통형 부분(14)에 하부 회전 가능 밀봉부(15)를 축방향으로 고정하는 스냅 끼워맞춤부의 형태의 하부 고정 수단(25)이 존재한다. 회전 조립체에 교환 가능한 인서트(1)의 장착시에, 스냅 끼워맞춤부(25)가 해제될 수도 있어 회전자 케이싱(2)이 하부 회전 가능 밀봉부에서 축(X) 주위로 회전 가능하게 된다.
더욱이, 수송 중에, 회전자 케이싱(2)에 대한 제2 고정부(4)의 위치를 고정하는 상부 고정 수단(27a, 27b)이 존재한다. 상부 고정 수단은, 제2 고정부(4) 상의 맞물림 부재(27b)와 맞물려, 이에 의해 제2 고정부(4)의 축방향 위치를 고정하는 회전자 케이싱(2) 상에 배열된 맞물림 부재(27a)의 형태이다. 또한, 회전자 케이싱(2) 및 제2 고정부(4)와의 밀봉 맞접부에서 수송 또는 셋업 위치에 배열된 슬리브 부재(26)가 존재한다. 슬리브 부재(26)는 또한 탄성이고 고무 슬리브의 형태일 수도 있다. 슬리브 부재는 회전자 케이싱(2)이 제2 고정부(4)에 대해 회전하는 것을 허용하기 위해 수송 또는 셋업 위치로부터 제거 가능하다. 따라서, 슬리브 부재(26)는 셋업 또는 수송 위치에서 회전자 케이싱(2)에 대해 반경방향으로 그리고 제2 고정부(4)에 대해 반경방향으로 밀봉된다. 회전 조립체에 교환 가능한 인서트(1)의 장착시에, 슬리브 부재는 제거될 수도 있고, 제2 고정부(4)에 대한 회전자 케이싱(2)의 회전을 허용하기 위해 맞물림 부재(27a, 27b) 사이의 축방향 공간이 생성될 수도 있다.
하부 및 상부 회전 가능 밀봉부(15, 16)는 입구와 2개의 출구를 밀폐식으로 밀봉하는 기계적 밀봉부이다.
동작 중에, 회전 가능 부재(31) 내에 삽입된 교환 가능한 분리 인서트(1)는 회전축(X) 주위로 회전하게 된다. 분리될 액체 혼합물은 고정 입구 도관(7)을 통해 인서트의 입구(20)로 공급되고, 이어서 분배기(24)의 안내 채널(24)에 의해 분리 공간(17)으로 안내된다. 따라서, 분리될 액체 혼합물은 입구 도관(7)으로부터 분리 공간(17)으로 상향 경로를 따라서만 안내된다. 밀도 차이로 인해, 액체 혼합물은 액체 경질상과 액체 중질상으로 분리된다. 이러한 분리는 분리 공간(17) 내에 끼워진 스택(19)의 분리 디스크 사이의 사이공간에 의해 용이하게 된다. 분리된 액체 중질상은 출구 도관(22)에 의해 분리 공간(17)의 주연부로부터 수집되고 회전축(X)에 배열된 중질상 출구(22)를 통해 고정 중질상 출구 도관(8)으로 강제 배출된다. 분리된 액체 경질상은 분리 디스크의 스택(19)을 통해 반경방향 내향으로 가압되고 액체 경질상 출구(21)를 통해 고정된 경질상 도관(9)으로 유출된다.
결과적으로, 본 실시예에서, 공급물은 하부 축방향 단부(5)를 통해 공급되고, 분리된 경질상은 하부 축방향 단부(5)를 통해 배출되고, 반면 분리된 중질상은 상부 축방향 단부(6)를 통해 배출된다.
또한, 상기에 개시된 바와 같은 입구(20), 분배기(24), 분리 디스크의 스택(19) 및 출구 도관(23)의 배열로 인해, 교환 가능한 분리 인서트(1)는 자동으로 탈기되는데, 즉 공기 포켓의 존재가 제거되거나 감소되어 회전자 케이싱 내에 존재하는 임의의 공기가 중질상 출구를 통해 상향으로 그리고 외부로 방해받지 않고 이동하도록 가압된다. 따라서, 정지 상태에서, 공기 포켓이 없고, 인서트(1)가 공급물 입구를 통해 충전되면 모든 공기가 중질상 출구(22)를 통해 배기될 수도 있다. 이는 또한 정지 상태에서 분리 인서트(1)를 충전하는 것을 용이하게 하고 분리될 액체 혼합물 또는 액체 혼합물을 위한 완충 유체가 인서트(1) 내에 존재할 때 회전자 케이싱을 회전시키기 시작한다.
도 3에 또한 도시되어 있는 바와 같이, 교환 가능한 분리 인서트(1)는 소형 디자인을 갖는다. 예로서, 스택(19) 내의 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18) 사이의 축방향 거리는 제1 고정부(3)로부터 10 cm 미만, 예로서 5 cm 미만, 즉 하부 회전 가능 밀봉부(15)의 밀봉 계면(15c)으로부터 10 cm 미만, 예로서 5 cm 미만일 수도 있다.
또한, 제1 회전 가능 밀봉부의 회전 가능부는 회전자 케이싱의 축방향 하부 부분 상에 직접 배열될 수도 있다.
도 4는 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 원심 분리기(100)를 도시하고 있다. 분리기(100)는 프레임(30), 하부 베어링(33b) 및 상부 베어링(33a)에서 프레임(30)에 의해 회전 가능하게 지지되는 중공 스핀들(40), 및 회전자 케이싱(2)을 갖는 회전 가능 조립체(101)를 포함한다. 회전자 케이싱(2)은 회전축(X) 주위로 스핀들(40)과 함께 회전하기 위해 스핀들(40)의 축방향 상부 단부에 인접한다. 회전자 케이싱(2)은 처리되는 세포 배양 혼합물의 효과적인 분리를 달성하기 위해 분리 디스크의 스택(19)이 배열되는 분리 공간(17)을 에워싼다. 스택(19)의 분리 디스크는 축방향 상향으로 지향하는 가상 정점을 갖는 절두 원추형 형상을 갖고 분리 표면 확장 인서트의 예이다. 스택(19)은 회전자 케이싱(2)과 동축으로 중앙에 끼워진다. 도 4에는, 단지 몇 개의 분리 디스크만이 도시되어 있다. 스택(19)은 예를 들어 100개 초과의 분리 디스크, 예로서 200개 초과의 분리 디스크를 포함할 수도 있다.
회전자 케이싱(2)은 분리된 액체 경질상의 배출을 위한 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(21), 및 분리된 액체 경질상보다 더 높은 밀도의 세포상의 배출을 위한 중질상 출구(22)를 갖는다. 따라서 액체 경질상은 발효 중에 세포에 의해 발현된 세포외 생체 분자를 함유할 수도 있다.
개시된 실시예에서, 분리 공간(17)으로부터 분리된 중질상을 수송하기 위한 파이프의 형태의 단일 출구 도관(23)이 존재한다. 이 도관(23)은 분리 공간(17)의 반경방향 외부 위치로부터 중질상 출구(22)까지 연장된다. 도관(23)은 반경방향 외부 위치에 배열된 도관 입구(23a) 및 반경방향 내부 위치에 배열된 도관 출구(23b)를 갖는다. 또한, 출구 도관(23)은 도관 입구(23a)로부터 도관 출구(23b)까지 반경방향 평면에 대해 상향 경사를 갖고 배열된다. 다른 예에서, 회전자 케이싱은 적어도 2개의 이러한 출구 도관(23), 예로서 적어도 3개 또는 예로서 적어도 5개의 출구 도관(23)을 포함할 수도 있다.
분배기(24)를 통해 상기 분리 공간(17)으로의 처리될 세포 배양 혼합물의 공급을 위한 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구(20)가 또한 존재한다. 입구(20)는 본 실시예에서 스핀들(40)을 통해 연장하는 중앙 덕트(41)에 연결되고, 따라서 중공 관형 부재의 형태를 취한다. 하부로부터 세포 배양 혼합물을 도입하는 것은 세포 배양의 완만한 가속을 제공한다. 스핀들(40)은 밀폐식 밀봉부(15)를 통해 분리기(100)의 하부 축방향 단부에서 고정 입구 파이프(7)에 또한 연결되어, 분리될 세포 배양 혼합물이 예를 들어 펌프에 의해 중앙 덕트(41)로 수송될 수도 있게 된다. 분리된 액체 경질상은 본 실시예에서 상기 스핀들(40)의 외부 환형 덕트(42)를 통해 배출된다. 따라서, 더 낮은 밀도의 분리된 액체상이 분리기(100)의 하부를 통해 배출된다.
제1 기계적 밀폐식 밀봉부(15)는 고정 입구 파이프(7)에 대해 중공 스핀들(40)을 밀봉하기 위해 하부 단부에 배열된다. 밀폐식 밀봉부(50)는 스핀들(40)의 하부 단부와 고정 파이프(7)를 둘러싸는 환형 밀봉부이다. 제1 밀폐식 밀봉부(15)는 고정 입구 파이프(7)에 대해 입구(21)를 그리고 고정 출구 파이프(9)에 대해 액체 경질상 출구(21)를 밀봉하는 동심 이중 밀봉부이다. 고정 출구 파이프(8)에 대해 분리기(100)의 상부에 있는 중질상 출구(22)를 밀봉하는 제2 기계적 밀폐식 밀봉부(16)가 또한 존재한다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 입구(20) 및 세포상 출구(22) 뿐만 아니라 분리된 세포상을 배출하기 위한 고정 출구 파이프(8)는 모두 회전축(X) 주위로 배열되어, 분리될 세포 배양 혼합물이 화살표 "A"에 의해 지시된 바와 같이, 회전축(X)에서 상기 회전자 케이싱(2)에 진입하게 되고, 분리된 세포상은 화살표 "B"에 의해 지시된 바와 같이, 회전축(X)에서 배출되게 된다. 배출된 액체 경질상은 화살표 "C"에 의해 도시되어 있는 바와 같이, 원심 분리기(100)의 하부 단부에서 배출된다.
원심 분리기(100)는 구동 모터(34)를 더 구비한다. 이 모터(34)는 예를 들어 고정 요소 및 회전 가능 요소를 포함할 수도 있고, 이 회전 가능 요소는 동작 중에 스핀들(40) 및 따라서 회전자 케이싱(2)에 구동 토크를 전달하도록 스핀들(40)을 둘러싸고 그에 연결된다. 구동 모터(34)는 전기 모터일 수도 있다. 더욱이, 구동 모터(34)는 변속 수단에 의해 스핀들(40)에 연결될 수도 있다. 변속 수단은 구동 토크를 수용하기 위해 스핀들(40)에 연결된 요소 및 피니언을 포함하는 웜 기어의 형태일 수도 있다. 변속 수단은 대안적으로 프로펠러 샤프트, 구동 벨트 등의 형태를 취할 수도 있고, 구동 모터(34)는 대안적으로 스핀들(40)에 직접 연결될 수도 있다.
도 4의 분리기의 동작 중에, 회전 가능 부재(1) 및 따라서 회전자 케이싱(2)은 구동 모터(34)로부터 스핀들(40)로 전달되는 토크에 의해 회전하게 된다. 스핀들(40)의 중앙 덕트(41)를 통해, 분리될 세포 배양 혼합물이 입구(20)를 통해 분리 공간(17) 내로 유도된다. 분리 디스크의 입구(20) 및 스택(19)은 세포 배양 혼합물이 분리 디스크의 스택(19)의 외부 반경에 있는 또는 반경방향 외부에 있는 반경방향 위치에서 분리 공간(19)에 진입하도록 배열된다.
그러나, 분배기(24)는 또한 예를 들어 분배기 및/또는 분리 디스크의 스택 내의 축방향 분배 개구에 의해, 분리 디스크의 스택 내에 있는 반경방향 위치에서 분리 공간으로 분리될 액체 또는 유체를 공급하도록 배열될 수도 있다. 이러한 개구는 스택 내에 축방향 분배 채널을 형성할 수도 있다.
기계적 밀폐형의 입구(20)에서, 액체 재료의 가속은 작은 반경에서 개시되고, 액체가 입구를 떠나 분리 공간(17)에 진입하는 동안 점진적으로 증가된다. 분리 공간(17)은 동작 중에 액체로 완전히 충전되도록 의도된다. 원리적으로, 이는 바람직하게는 공기 또는 자유 액체 표면이 회전자 케이싱(2) 내에 존재하지 않도록 의도된 것을 의미한다. 그러나, 회전자가 미리 그 동작 속도에서 운전중이거나 또는 정지 상태에 있을 때 세포 배양 혼합물이 도입될 수도 있다. 따라서 세포 배양 혼합물은 회전자 케이싱(2) 내에 연속적으로 도입될 수도 있다.
밀도 차이로 인해, 세포 배양 혼합물은 액체 경질상과 더 높은 밀도의 세포상으로 분리된다. 이러한 분리는 분리 공간(17) 내에 끼워진 스택(19)의 분리 디스크 사이의 사이공간에 의해 용이하게 된다. 분리된 세포상은 도관(23)에 의해 분리 공간(17)의 주연부로부터 수집되고 회전축(X)에 배열된 출구(22)를 통해 강제 배출되고, 반면 분리된 액체 경질상은 스택(19)을 통해 반경방향 내향으로 가압되고 이어서 스핀들(40) 내의 환형 외부 덕트(42)를 통해 유출된다.
도 5는 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 시스템(300)의 개략도이다. 시스템은 세포 배양 혼합물을 수납하도록 배열된 발효기 탱크(200)를 포함한다. 발효기 탱크(200)는 축방향 상부 부분 및 축방향 하부 부분(200a)을 갖는다. 발효는 예를 들어 포유류 세포 배양 혼합물로부터의 항체와 같은 세포외 생체 분자의 발현을 위한 것일 수도 있다. 발효 후, 세포 배양 혼합물은 제1 양태에 따라 및/또는 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이 원심 분리기(100)에서 분리된다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 발효기 탱크(200)의 하부는 연결부(201)를 통해 분리기(100)의 하부에 연결되는데, 이는 따라서 시스템(300)의 푸트프린트 및 복잡성을 감소시킬 수도 있다. 연결부(201)는 직접 연결부 또는 탱크와 같은 임의의 다른 처리 장비를 통한 연결부일 수도 있다. 따라서, 연결부(201)는 화살표 "A"로 지시된 바와 같이, 발효기 탱크(200)의 축방향 하부 부분(200a)으로부터 원심 분리기(100)의 축방향 하부 단부에 있는 입구로의 세포 배양 혼합물의 공급을 허용한다. 분리 후, 더 높은 밀도의 분리된 세포상은 화살표 "B"로 지시된 바와 같이, 분리기의 상부에서 배출되고, 반면 발현된 생체 분자를 포함하는 더 낮은 밀도의 분리된 액체 경질상은 화살표 "C"로 지시된 바와 같이, 분리기(100)의 하부에서 액체 경질상 출구를 통해 배출된다. 분리된 세포상은 후속 발효 프로세스에서, 예를 들어 발효기 탱크(200)에서 재사용을 위해 탱크(203)로 배출될 수도 있다. 분리된 세포상은 또한 연결부(202)에 의해 지시된 바와 같이, 분리기(100)의 공급물 입구로 재순환될 수도 있다. 분리된 액체 경질상은 발현된 생체 분자의 후속 정화를 위해 다른 프로세스 장비로 배출될 수도 있다.
상기에 본 발명의 개념이 제한된 수의 예를 참조하여 주로 설명되었다. 그러나, 통상의 기술자에 의해 즉시 이해할 수 있는 바와 같이, 상기에 개시된 것들 이외의 다른 예가 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같이, 본 발명의 개념의 범주 내에서 동등하게 가능하다.

Claims (10)

  1. 고정 프레임(30), 회전 가능 조립체(101) 및 회전축(X) 주위로 프레임(30)에 대해 회전 가능 조립체(101)를 회전시키기 위한 구동 유닛(34)을 포함하는 세포 배양 혼합물의 분리용 원심 분리기(100)이며, 회전 가능 조립체(101)는
    분리 디스크의 스택(19)이 수직 회전축(X) 주위로 회전하도록 배열되어 있는 분리 공간(17)을 에워싸는 회전자 케이싱(2)으로서, 상기 회전자 케이싱(2)은 상기 분리 공간(17)으로의 상기 세포 배양 혼합물의 공급을 위해 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구(20); 분리된 액체상의 배출을 위한 제1 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(21) 및 분리된 세포상의 배출을 위한 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(22)를 더 포함하고; 상기 세포상은 상기 액체상보다 더 높은 밀도를 갖는, 회전자 케이싱(2)을 포함하고;
    상기 밀폐식으로 밀봉된 입구(20)는 상기 회전자 케이싱(2)의 제1 축방향 단부(5)에 배열되고, 분리될 세포 배양 혼합물이 회전축(X)에서 상기 회전자 케이싱(2)에 진입하도록 배열되고;
    상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 출구(22)는 상기 제1 축방향 단부(5)에 대향하는 상기 회전자 케이싱(2)의 제2 축방향 단부(6)에 배열되고, 상기 분리된 세포상이 회전축(X)에서 배출되도록 배열되고;
    회전 가능 조립체(101)는 교환 가능한 분리 인서트(1) 및 회전 가능 부재(31)를 포함하고; 상기 인서트(1)는 상기 회전자 케이싱(2)을 포함하고 상기 회전 가능 부재(31)에 의해 지지되는, 원심 분리기(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(21, 22)는 분리된 액체상 및 분리된 세포상을 배출하기 위한 압력을 추가하기 위한 임의의 수단이 없는, 원심 분리기(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전자 케이싱(2)은 분리 공간(17)으로부터 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(22)로 분리된 세포상을 수송하기 위한 적어도 하나의 출구 도관(23)을 더 포함하고, 상기 출구 도관(23)은 상기 분리 공간(17)의 반경방향 외부 위치로부터 상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(22)로 연장하는, 원심 분리기(100).
  4. 제3항에 있어서, 상기 출구 도관(23)은 반경방향 외부 위치에 배열된 도관 입구(23a) 및 반경방향 내부 위치에 있는 도관 출구(23b)를 포함하고, 적어도 하나의 출구 도관(23)은 도관 입구(23a)로부터 도관 출구(23b)까지 상향 경사를 갖고 배열되는, 원심 분리기(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원심 분리기(100)는 상기 입구(20)를 고정 입구 도관(7)에 밀봉하여 연결하기 위한 제1 회전 가능 밀봉부(15)를 더 포함하고, 상기 고정 입구 도관(7)의 전체 또는 일부는 회전축(X) 주위에 배열되는, 원심 분리기(100).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(22)를 회전축(X) 주위에 배열된 고정 출구 도관(8)에 밀봉하여 연결하기 위한 제2 회전 가능 밀봉부(16)를 더 포함하는, 원심 분리기(100).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 교환 가능한 인서트(1)의 외부면은 회전 가능 부재(31)의 지지 표면 내에 맞물려, 이에 의해 상기 회전 가능 부재(31) 내에서 상기 교환 가능한 인서트를 지지하는, 원심 분리기(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 디스크의 스택(19)은 절두 원추형 분리 디스크를 포함하는, 원심 분리기(100).
  9. 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 시스템이며,
    - 제1항 또는 제2항에 따른 원심 분리기;
    - 세포 배양 혼합물을 호스팅하기 위한 발효기;
    - 분리될 세포 배양 혼합물이 원심 분리기의 축방향 하부 단부에 있는 입구에 공급되도록 배열된 발효기의 하부로부터 원심 분리기로의 연결부를 포함하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 발효기는 발효기 탱크인, 시스템.
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