KR20150092135A - 온도 제어 표면 및 지지 구조 - Google Patents

온도 제어 표면 및 지지 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20150092135A
KR20150092135A KR1020157014321A KR20157014321A KR20150092135A KR 20150092135 A KR20150092135 A KR 20150092135A KR 1020157014321 A KR1020157014321 A KR 1020157014321A KR 20157014321 A KR20157014321 A KR 20157014321A KR 20150092135 A KR20150092135 A KR 20150092135A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchange
exchange module
thermally conductive
module
fluid
Prior art date
Application number
KR1020157014321A
Other languages
English (en)
Inventor
리차드 엘 댐렌
토마스 에덴버거
콜린 알 튜이
조셉 디 크로웰
패리쉬 엠 갈리헐
케네스 클앱
피터 미첼
Original Assignee
지이 헬스케어 바이오-사이언시즈 코프.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/691,998 external-priority patent/US9340763B2/en
Application filed by 지이 헬스케어 바이오-사이언시즈 코프. filed Critical 지이 헬스케어 바이오-사이언시즈 코프.
Publication of KR20150092135A publication Critical patent/KR20150092135A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/006—Baffles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/14—Bags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/22—Transparent or translucent parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/26—Constructional details, e.g. recesses, hinges flexible
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/28—Constructional details, e.g. recesses, hinges disposable or single use
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/20—Baffles; Ribs; Ribbons; Auger vanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/24—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes inside the vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/06—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with the heat-exchange conduits forming part of, or being attached to, the tank containing the body of fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00083—Coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00085—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/00768—Baffles attached to the reactor wall vertical

Abstract

본 발명에 따르면, 화학적, 약학적 또는 생물학적 반응기 시스템에 사용하기 위한 열교환 모듈은 내부 교체 가능 용기를 갖는 반응기 시스템 내에 배치되도록 구성될 수 있는 몸체를 포함할 수 있다. 몸체는 열전달을 촉진하기 위해 내부 교체 가능 반응물 용기와 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 열전도성 표면을 더 포함할 수 있다. 또한, 열교환 모듈은 모듈 몸체 내에 배치되는 열교환기를 포함할 수 있으며, 열교환 유체가 순환될 수 있는 유체 순환 경로를 포함할 수 있다.

Description

온도 제어 표면 및 지지 구조{TEMPERATURE CONTROLLING SURFACES AND SUPPORT STRUCTURES}
본 출원은 2011년 12월 2일 및 2012년 1월 13일 출원된 미국 가출원 번호 61/566,187 및 61/586,398의 우선권 이익을 청구하며, 이들 각각의 교시는 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다. 또한, 본 출원은 2008년 3월 25일자로 출원된 미국 가출원 번호 61/039,382의 우선권 이익을 청구하는 2009년 3월 25일 출원된 미국 특허 출원 번호 12/410,724의 일부 계속 출원으로서, 이들 각각의 교시는 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본 출원의 개시는 일반적으로 생화학적 처리 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특히 반응기 수용기(reactor vessel)의 온도를 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.
유체의 조작을 위한 그리고/또는 화학적 또는 생물학적 반응의 수행을 위한 다양한 용기가 이용 가능하다. 예컨대, 생물학적 물질, 예컨대 포유류, 식물 또는 곤충 세포 및 미생물 배양물은 전통적인 또는 일회용 생물반응기를 사용하여 처리될 수 있다. 온도 제어 시스템을 포함하는 이러한 생물반응기 및 다른 유체 조작 시스템이 공지되어 있지만, 이러한 시스템에 대한 개선 요구가 존재한다.
미생물 배양물은 포유류 세포보다 이십 내지 사십 (20 내지 40)배 더 빨리 성장하고 증식하기 때문에, 미생물 배양물의 산소 소모 및 열 발생(heat evolution) 속도는 모두 포유류 발효 공정보다 약 20 내지 40배 더 크다. 따라서 미생물 배양물에서 성장을 지속하기 위해, 미생물 시스템을 위한 생물반응기는 포유류 세포 배양물을 위한 산소 공급 및 열 제거 속도보다 20 내지 40배 더 빠르게 배양 유체에 산소를 공급하고 배양 유체로부터 열을 제거할 수 있어야 한다. 이는 예컨대, 공기 버블을 분산시키고 세포에 의한 산소의 흡수를 증가시키기 위한 다중 임펠러에 의한 매우 격렬한 교반, 더 많은 산소를 공급하기 위한 공기의 매우 높은 유량, 미생물 세포의 대사에 의해 그리고 격렬한 교반에 의해 발생되는 마찰 열에 의해 발생되는 많은 양의 열을 배양 유체로부터 제거하기 위한 냉각 코일과 같은 추가의 냉각 표면을 포함하는 많은 수단을 통해 스테인리스 스틸 미생물 발효기 내에서 달성된다. 그러나, 1회-사용 생물학적 처리 백(bioprocessing bag)에 있어서, 특히 미생물 생물반응기에 대해서 열 제거는 진행중인 문제이다.
예컨대 필름 및 가요성 백과 같은 중합체 또는 플라스틱 물질 분야의 숙련된 기술자에게 널리 공지된 바와 같이, 중합체 또는 플라스틱 필름은 열에 대해 상대적으로 매우 열등한 전도체이다. 따라서, 교체 가능 용기, 예컨대 가요성 플라스틱 백을 포함하는 수용기 내에서 유체를 냉각시키는 것은 가요성 백 및/또는 수용기의 냉각 표면의 특정한 변형을 요구할 수 있다. 미생물 세포 배양물에 의해 발생되는 많은 양의 열의 제거를 향상시키기 위한 시스템 및 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
온도 제어를 위한 화학적, 약학적 또는 생물학적 반응기 시스템에서 사용하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 일 양태에 있어서, 본 발명은 예컨대, 가요성 백 또는 반강성(semi-rigid) 용기와 같은 내부 교체 가능 반응물 용기를 갖는 반응기 시스템에서 배치될 수 있는 열교환 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 화학적, 약학적 또는 생물학적 반응기 시스템에 사용하기 위한 열교환 모듈로서, 이 열교환 모듈은, 지지 구조를 포함하며 내부 교체 가능 또는 1회 사용 반응물 용기를 갖는 반응기 수용기 내에 배치되도록 구성되고, 열 전달을 촉진하기 위해 내부 교체 가능 용기와 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 열전도성 표면 및 반응기 수용기의 형상과 일치하도록 구성되는 적어도 하나의 표면을 포함하는 몸체와; 열교환 유체가 순환할 수 있는 유체 순환 경로를 포함하는 모듈 몸체 내에 배치되는 열교환기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 화학적, 약학적 또는 생물학적 반응기 시스템에 사용하기 위한 열교환 모듈로서, 이 열교환 모듈은, 지지 구조를 가지며 내부 교체 가능 또는 1회 사용 반응물 용기를 구비하는 반응기 수용기 내에 배치되도록 구성되며, 열교환을 촉진하기 위해 내부 교체 가능 반응물 용기와 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 열전도성 표면을 더 포함하는 몸체와, 열교환 유체가 순환될 수 있는 유체 순환 경로를 포함하는 모듈 몸체 내에 배치되는 열교환기를 포함한다.
또한, 본원에는 적어도 하나의 이중벽 부분을 포함하는 가요성 생물반응기 또는 혼합기 백이 개시되는데, 상기 이중벽 부분은 이중벽 부분 내에 사행식 유체 유동 채널을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 가요성 생물반응기 백, 가요성 혼합기 백 및 가요성 튜브로부터 선택되는 용기로서, 상기 용기는 내부 및 외부 벽을 포함하는 적어도 하나의 이중 벽 부분과 상기 내부 벽과 외부 벽 중 적어도 하나의 일부분에 부착되는 열 전도 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 생물반응기 벽, 혼합기 벽, 및 튜브 벽으로부터 선택되는 가요성 중합체 벽으로서, 상기 가요성 벽은 가요성 벽의 일부분에 부착되는 열전도성 물질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 재킷형의 계단식 배플 생물반응기 탱크로서, 상기 탱크는 외부 원통형 재킷과; 챔버를 형성하는 내부 탱크 표면으로서 상기 챔버는 챔버 내부에 배치되는 가요성 백을 지지하도록 구성되는, 내부 탱크 표면 및 단층식 배플을 갖는 외부 탱크 표면으로서 상기 단층식 배플은 상기 외부 탱크 표면의 전체 주위에 액체 냉각제를 발송하도록 구성되는, 외부 탱크 표면을 갖는 원통형 탱크를 포함하고, 상기 원통형 탱크는 외부 원통형 재킷 내에 축방향으로 배치되고, 상기 외부 원통형 재킷은 액체 냉각제의 손실을 방지 또는 최소화하기에 충분한 방식으로 상기 원통형 탱크를 밀봉된다. 가요성 생물학적 처리 백이 상기 재킷 내의 순환 냉각제에 의해 냉각되게 하기 위해 재킷형의 계단식 배플 생물반응기 탱크 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 상기한 그리고 다른 비제한적인 목적, 특징 및 이점은 유사한 도면 부호가 다른 도면 전체에 걸쳐 동일한 부품을 지칭하는 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도시를 위한 실시예의 후속하는 더욱 특정된 설명으로부터 명확해 질 것이다. 도면은 개략적이며 비례에 맞춰 도시되지 않았으며, 대신에 본 발명의 원리를 도시함에 있어서 강조가 사용되었다. 도면은 개략적이며 비례에 맞춰 도시되지 않았으며, 대신에 본 발명의 원리를 도시함에 있어서 강조가 사용되었다. 일 예시적 실시예와 함께 도시 또는 설명된 특징은 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다. 이러한 변경 및 변형은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 구조 내에 수용되는 용기를 포함하는 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물학적, 화학적 및 생화학적 처리를 포함하는 유체 조작을 수행하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 적어도 하나의 열교환 모듈을 갖는 반응기 시스템의 예시적 실시예의 평면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 적어도 하나의 열교환 모듈을 갖는 예시적 실시예의 측단면도이다.
도 4b는 유체 순환 경로를 제공하도록 구성되고 모듈 몸체 내에 배치되는 열교환기 또는 냉각 완드의 상부 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열교환 모듈의 일 실시예의 부분 사시도로서, 모듈 몸체는 외부 지지 구조의 형상과 일치하도록 형성된 표면을 가지며, 열교환기는 반응기 수용기의 저부에 도달한 것이 도시된다.
도 6a는 반응기 시스템 내에 삽입된 열교환 모듈과의 커플링된 위치에 있는 도 4a의 열교환 모듈의 부분 사시도이다.
도 6b는 유체 순환 경로를 도시하는 열교환 모듈의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 반응기 시스템에 사용하기 위한 열교환 모듈의 다른 예시적 실시예의 사시도이다.
도 8은 외부 지지 구조에 포함되는 예시적 열교환 모듈의 부분 사시도이다.
도 9는 외부 지지 구조 내에 포함되는 열교환 모듈을 갖는 예시적 반응기 시스템의 평면도이다.
도 10은 사행식 유동 경로를 갖는 예시적 열교환 모듈의 사시도이다.
도 11은 창과 정렬하도록 형성된 개방부 및 비선형 유동 경로를 갖는 예시적 열교환 모듈의 사시도이다.
도 12는 외부 탱크 표면 주위에 액체 냉각제를 발송하기 위한 재킷형이며 계단식인 배플 생물 반응기 탱크를 갖는 반응기 시스템의 예시적 실시예의 사시도이다.
도 13은 라이너를 포함하는 예시적 열교환 모듈의 분해도이다.
도 14a는 본 발명에 따른 수직 채널 세그먼트를 갖는 라이너를 포함하는 열교환 모듈의 단면도이다.
도 14b는 예시적 반응기 시스템 내에 배치된 도 14a의 라이너의 평면도이다.
도 15a는 본 발명에 따른 수평 채널 세그먼트를 갖는 라이너를 포함하는 열교환 모듈의 단면도이다.
도 15b는 예시적 반응기 시스템 내에 배치된 도 15a의 라이너의 단면도이다.
도 16a는 본 발명에 따른 나선형 채널 세그먼트를 갖는 라이너를 포함하는 열교환 모듈의 단면도이다.
도 16b는 예시적 반응기 시스템 내에 배치된 도 16a의 라이너의 단면도이다.
도 17은 창과 정렬하도록 형성된 라이너를 포함하는 열교환 모듈의 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 예시적 라이너 세그먼트의 단면도이다.
도 19a는 필름에 부착된 열전도성 물질의 섹션을 갖는 내부 또는 외부 튜브 필름의 단면도이다.
도 19b는 필름에 부착된 열전도성 물질의 섹션을 갖는 내부 또는 외부 백 필름의 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예의 설명이 후속된다. 본 발명의 특정 실시예가 설명으로써 도시되었으며 본 발명을 제한하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 도입부에서, 본 발명은 가장 광범위한 전체 양태들로 설명되며, 더 상세한 설명은 후속될 것이다. 본 발명의 구성 및 방법의 특징 및 다른 세부 사항은 청구항에서 추가로 적시될 것이다.
또한, 본원에 제공된 어떠한 예 또는 예시도 함께 사용된 임의의 용어 또는 용어들을 제한하거나, 그에 제한적이거나, 그의 정의를 나타내는 어떠한 방식으로도 간주되지 않아야 한다. 대신에, 이러한 예 또는 예시는 하나의 특정한 실시예와 관련하여 그리고 단지 예시로서 기재되는 것으로 간주되어야 한다. 본 기술 분야의 통상의 숙련된 기술자들이라면 이들 실시예 또는 예시가 그와 함께 이용되는 임의의 용어 또는 용어들이 명세서에서 그와 함께 또는 다른 부분에서 제공될 수 있거나 제공되지 않을 수 있는 다른 실시예를 포함할 것이고 모든 이러한 실시예는 그 용어 또는 용어들의 범위 내에 포함되도록 의도되었다는 것을 알 수 있다. 비제한적 예 및 예시를 지칭하는 언어는 "예를 들어", "예컨대", "예로서" 및 "일 실시예에 있어서"를 포함하지만 그에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 용어 "구성하다", "구성하는", "포함하다", "포함한", "갖다", "갖는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 배타적이지 않은 포함을 커버하는 것으로 의도되었다. 예컨대, 요소의 목록을 포함하는 공정, 제품, 또는 장치는 단지 이들 요소에 반드시 제한되지 않으며 이러한 공정, 제품, 또는 장치에 대해 명확하게 열거되지 않았거나 내재되지 않는 다른 부재를 포함할 수 있다. 또한, 반대로 달리 명확하게 기재되지 않는 한, "또는"은 포괄적인 "또는"을 의미하거나 배타적인 "또는"을 의미하지 않는다.
본원에서 유체를 함유 및 조작하기 위한 그리고 화학적, 생물학적, 또는 약학적 반응 또는 공정과 관련하여 유체의 온도를 조절하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 특정 실시예는 예컨대, 가요성이며 절첩식 백이나 또는 강성 또는 반강성인 열교환 모듈의 형태일 수 있는 열교환기를 포함하는 수용기를 제공함으로써 유체 격납 시스템을 위한 일련의 개선 및 특징을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예는 냉각제가 순환되는 중공 배플(라이너의 내측 또는 외측 또는 양측 모두)을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는, 탱크 표면의 100%에 냉각제를 제공하여 탱크 내에 배치된 가요성 백 생물반응기로부터 외부로 열을 전도하는 재킷형의 계단식 배플 생물반응기 탱크를 포함한다.
본원에서 많은 개시내용이 생물반응기 및 화학적 반응 시스템과 관련된 본 발명의 예시적 적용을 포함하지만, 본 발명 및 본 발명의 사용은 매우 제한적이지 않고, 본 발명의 양태는 일반적으로 격납 시스템뿐만 아니라 겹납용 또는 혼합 또는 다른 처리용 시스템을 포함하는 설비를 포함하는 다른 설비에서 사용될 수도 있는 것이 이해되어야 한다.
용어 "강성" 및 "반강성"은 본원에서 "비절첩식" 구조, 즉 접하지 않거나 절첩되지 않거나 또는 긴 치수가 실질적으로 감소되게 하는 정상 힘 하에서 변형하지 않는 구조를 설명하는데 화환적으로 사용된다. 내용에 따라, "반강성"은 또한 굽힘 가능한 튜브 또는 도관과 같은 "강성" 요소보다는 더 가요성이지만, 정상 조건 및 힘 하에서 종방향으로 절첩되지 않는 구조를 지칭할 수 있다. 본원에 사용된 "가요성 용기", "가요성 백" 또는 "절첩식 백"은 내부 압력, 예컨대 별개의 지지 구조의 혜택이 없는 상태에서 내부에 수용된 액체 또는 가스의 유체 정역학적 압력 또는 중량으로부터 초래되는 압력을 받을 때 그 형상 및/또는 구조적 완전성을 유지하지 못하는 용기 또는 백을 나타낸다. 강성 수용기 또는 탱크와 같은 재사용 가능 지지 구조가 절첩식 백을 둘러싸고 지지하는데 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "수용기"은 일반적으로 가요성 백을 둘러싸고 지지하는 지지 구조 또는 탱크를 지칭한다. 용어 수용기는 생물반응기 수용기뿐만 아니라 예컨대 세포 배양/정제 시스템, 혼합 시스템, 배지/완충액 제조 시스템, 및 여과/정제 시스템, 예컨대 크로마토그래피 및 접선 유동 필터 시스템 및 그의 연관된 유동 경로를 포함하는 생물학적 또는 생화학적 처리에서 통상적으로 사용되는 다른 용기 또는 도관을 포함하는 것으로 의도된다. 생물학적 처리 산업에서, 용어 "수용기"는 온도를 조절하는 것이 요구되는 임의의 봉입된 생물학적 처리 체적을 형성하는데 종종 사용된다. 용어 "반응기" 및 "반응기 시스템"은 본원에서 호환적으로 사용되고 화학적, 약학적 및 생물학적 반응기를 포함하도록 의도되며, 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 세포 배양 및 백신 생성 반응기를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
상세하게 후술되는 바와 같이, 화학적, 약학적 또는 생물학적 반응기 시스템에서 사용하기 위한 열교환 모듈은 외부 지지 구조와 내부 교체 가능한 반응물 용기 사이의 반응기 시스템 내에 배치되도록 구성된 몸체를 포함할 수 있다. 몸체는 열 전달을 촉진하기 위해 내부 교체 가능한 반응물 용기와 접촉하도록 구성된 하나 이상의 열전도성 표면을 더 포함할 수 있다. 또한, 열교환 모듈은 모듈 몸체 내에 배치된 열교환기를 포함할 수 있고, 열교환 유체가 순환할 수 있는 유체 순환 경로를 포함할 수 있다. 열교환 모듈은 반응기 시스템으로부터 제거될 수 있거나 반응기 지지 구조와 일체형으로 형성될 수 있다. 또한, 열교환 모듈은 내부 교체 가능 용기 내의 유체 또는 수용기 내에서 순환하는 유체에 대한 증가된 혼합을 제공하기 위해 형성될 수 있다. 증가된 혼합은 반응기 시스템 내에서 열 전달의 효율을 증가시킬 수 있다.
접철식 백을 지지하기 위해 사용될 수 있는 지지 구조가 백을 둘러싸고 그리고/또는 수용할 수 있는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 일부의 경우에, 지지 구조는 재사용 가능하다. 지지 구조는 실질적으로 강성 물질로 형성될 수 있다. 지지 구조를 형성하는데 사용될 수 있는 물질의 비제한적 예는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 유리, 수지-함침된 섬유유리 또는 탄소 섬유, 중합체, 예컨대 고밀도 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 나일론 또는 다른 폴리아미드, 폴리에스테르, 페놀성 중합체, 및 그의 조합을 포함한다. 상기 물질은 물질이 사용되는 환경에서의 사용을 위해 보정될 수 있다. 예컨대, 비-쉐딩(non-shedding) 물질은 최소 미립자 발생이 요구되는 환경에서 사용될 수 있다. 또한, 지지 구조는 지지 구조의 특성을 변경하기 위한 물질을 수용하고 그리고/또는 유체를 유동시키기 위한 채널과 같은 다른 구성 요소를 포함할 수 있다.
재사용 가능한 지지 구조 또는 수용기는 임의의 적합한 체적을 가질 수 있으며, 일부의 경우에 지지 구조 내에 수용되는 용기의 체적과 실질적으로 유사한 체적을 갖는다. 재사용 가능한 지지 구조는 예컨대, 약 5 리터 내지 약 5,000 리터의 체적을 가질 수 있다. 10,000 리터를 초과하는 체적도 사용될 수 있다.
하지만, 다른 실시예에서 반응기 시스템은 별개의 용기, 예컨대 절첩식 백 및 지지 구조를 포함하지 않는 대신에 자체-지지식 일회용 용기를 포함한다. 예컨대, 유체를 보유 및/또는 저장하는데 사용될 수 있는 용기가 플라스틱 수용기의 형태일 수 있고 선택적으로는 일체형으로 또는 해체 가능하게 부착되는 교반 시스템을 포함할 수 있다. 교반 시스템은 용기와 함께 폐기될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 이러한 시스템은, 중합체 용기 또는 가요성 백 내에 위치되고 외부 자기 구동 시스템에 의해 정위치에 유지되는 자기 임펠러를 포함한다. 다른 실시예에서, 열교환기로 사용되는 용기가 강성 용기의 형태이다. 따라서, 용기 및 지지 구조를 참조하여 본원에 개시된 수용기의 많은 양태 및 특징은 자체-지지식 일회용 용기에도 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본원에 개시된 바와 같이, 절첩식 백과 같은 수용기는 수용기의 내용물을 혼합하기 위한 혼합 시스템을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 하나보다 많은 교반기 또는 임펠러가 혼합력을 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 임펠러는 동일하거나 상이할 수 있다. 일부의 경우에, 교반기는 예컨대 구동 샤프트가 탱크의 저부 위로 임펠러가 상승하는 것을 허용하고 그리고/또는 다수의 임펠러가 사용되도록 허용하기 위해, 높이가 조절될 수 있는 교반기일 수 있다. 수용기의 혼합 시스템은 일부의 경우에 용기와 함께, 일회용일 수 있거나 또는 1회 사용하도록 의도될 수 있다. 유체를 혼합하기 위한 다양한 방법이 용기 내에서 구현될 수 있다. 예컨대, 자기 작동, 살포 및/또는 공기-부양(air-lift)을 기초로 하는 임펠러가 사용될 수 있다. 밀봉된 그리고 자기적으로 커플링되지 않은 직접 축 구동 혼합기(direct shaft-drive mixer)가 사용될 수도 있다. 추가로 또는 대안적으로, 혼합 시스템은 가변 임펠러 블레이드 구성을 갖는 임펠러를 포함할 수 있다.
많은 개시된 예들은 절첩식 백, 라이너 또는 가요성 용기의 사용을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 비절첩식 백, 강성 용기, 반강성 용기 및 액체 격납을 포함하는 다른 구성을 사용하는 시스템을 포함할 수 있다.
접철식 백은 본질적으로 가요성인 물질, 예컨대 많은 플라스틱으로 이루어질 수 있거나, 통상적으로 고려되는 유리 또는 특정한 금속과 같은 강성 물질이지만 별개의 지지 구조의 혜택이 없는 상태에서 작동 중에 예상되는 내부 압력을 받을 때 용기가 전체적으로 그 형상 또는 구조적 완전성을 유지할 수 없게 하는 두께 또는 다른 물리적 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 절첩식 백은 가요성 물질 및 실질적으로 강성인 물질, 예컨대 강성 중합체, 금속 또는 유리의 조합을 포함한다. 예컨대, 절첩식 백, 라이너 또는 다른 용기는 강성 구성 요소, 예컨대 혼합 및/또는 소포 시스템을 위한 연결부, 포트, 지지부를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 강성 용기 또는 절첩식 백은 예컨대, 벌크 물질로서 중합체 물질을 포함한다. 본원에 개시된 바와 같은 중합체 물질은 예컨대, 임의의 예상된 가교 결합의 정도를 조절하기 위해 중합체 블렌드의 성분의 양을 맞춤으로써 적합한 물리적 그리고 기계적 특징을 갖도록 선택 또는 제형화될 수 있다. 예컨대, 본 기술 분야의 통상의 숙련된 기술자라면, 중합체의 열 전도성, 특정 처리 기술과의 상용성, 열전도성 물질과의 상용성, 용기 내에 수용되는 세포, 영양소, 용매와 같은 임의 물질과의 상용성, 및 멸균 또는 용기 내에서 반응을 수행하는 것과 연관된 다른 처리 또는 예비-처리와의 상용성과 같은 인자를 기초로 용기 내에서 사용하기에 적합한 중합체를 선택할 수 있다.
일부 실시예에서, 절첩식 백은 단일중합체 또는 공중합체와 같은 적합한 가요성 물질로 형성된다. 가요성 물질은 실리콘, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌과 같은 USP 클래스 VI 등급인 물질일 수 있다. 가요성 물질의 비제한적인 예에는 폴리에틸렌 (예컨대, 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 초저밀도 폴리에틸렌), 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐디클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리카르보네이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 알콜, 나일론, 실리콘 고무, 다른 합성 고무 및/또는 플라스틱과 같은 중합체가 포함된다. 가요성 용기의 일부는 실질적으로 강성 중합체와 같은 강성인 물질, 예컨대 고밀도 폴리에틸렌, 금속, 또는 유리를 포함할 수 있다. 실질적으로 강성인 물질은 예컨대 설비품을 지지하기 위한 영역에서 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 용기는 실질적으로 강성인 물질이다. 선택적으로, 용기의 전부 또는 일부는 용기 내부의 내용물을 조망할 수 있도록 광학적으로 투명할 수 있다. 용기를 형성하는데 사용되는 물질 또는 물질의 조합은 하나 이상의 특성, 예컨대 가요성, 천공 강도, 인장 강도, 액체 및 기세 투과성, 불투명도 및 이음매없는 절첩식 백을 형성하기 위한 블로우 몰딩과 같은 특정 공정에 대한 적응성을 기초로 선택될 수 있다. 욕기는 일부의 경우에 1회 사용되거나 일회용일 수 있다.
용기는 액체를 보유하기 위한 임의의 적합한 두께를 가질 수 있으며 작업 도중 또는 취급되는 동안 천공에 대한 특정한 저항을 갖도록 설계될 수 있다. 용기 벽과 같은 물질의 두께는 종종 "밀(mil)"로 구체화된다. 밀은 0.0254 밀리미터에 상응하는 1/1000(10-3) 인치와 동일한 길이의 단위이다. 단위 "밀리미터"는 본원에서 "mm"로서 약칭된다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서 사용하기에 적합한 접철식 백의 가요성 벽 부분의 두께는 10 밀 미만(0.254mm 미만)일 수 있거나, 또는 약 10 밀 내지 약 100 밀(약 0.254mm 내지 약 2.54mm)일 수 있거나 또는 약 15 밀 내지 약 70 밀(약 0.38mm 내지 약 1.78mm)일 수 있거나 또는 약 25 밀 내지 약 50 밀(약 0.64mm 내지 약 1.27mm)일 수 있다. 또 다른 예에서, 용기의 벽은 약 250 밀의 총 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 용기는 용기에 특정한 특성을 부여하기 위해 함께 적층되거나 또는 서로에 대해 부착될 수 있는 한 층보다 많은 물질을 포함한다. 예컨대, 한 층은 실질적으로 산소 불투과성인 물질로 형성될 수 있다. 다른 층은 용기에 강도를 부여하기 위한 물질로 형성될 수 있다. 또 다른 층은 용기에 수용될 수 있는 유체에 대한 화학적 저항을 부여하기 위해 포함될 수 있다. 용기의 하나 이상의 층은 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이 용기의 내부로의 열전달 그리고 용기의 내부로부터 용기의 외부 환경으로의 열전달을 촉진하기 위해 열전도성 물질을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 용기, 라이너, 또는 다른 제품은 임의의 적합한 층 조합으로 형성될 수 있다. 비제한적인 예는 1 층 내지 약 5 층의 동일하거나 상이한 물질을 포함하는 제품을 포함한다. 각각의 층은 예컨대, 약 3 밀 내지 약 200 밀(약 0.076mm 내지 약 5.08mm)의 두께 또는 이들의 조합을 가질 수 있다.
접철식 백 또는 다른 용기와 일체형인 구성 요소는 백 또는 용기의 물질과 동일하거나 상이할 수 있는 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 용기가 제1 중합체로 형성되고 구성 요소가 예컨대 조성, 분자량, 또는 화학적 구조에 있어서 제1 중합체와 상이한 제2 중합체로 형성된다. 본 기술 분야의 통상의 숙련된 기술자라면, 물질 처리 기술에 익숙할 것이며, 적합한 물질 및 물질의 조합을 선택하기 위해 본원에 기재된 방법에 있어서 이러한 기술을 사용할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에서 사용하기에 적합한 강성 용기 또는 접철식 백은 액체를 수용하기 위한 임의의 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 용기는 약 0.1 리터 내지 약 10,000 리터의 체적(약 100 입방 센티미터 내지 약 1 x 107 입방 센티미터)를 가질 수 있다. 용어 "입방 센티미터"는 본원에서 "cm3"로서 약칭될 것이다. 다른 비제한적인 예에서, 용기는 약 5 리터 내지 약 5,000 리터(약 5,000cm3 내지 약 5 x 106cm3) 또는 약 40 리터 내지 약 1,000 리터(약 4 x 104cm3 내지 약 1 x 106cm3)의 체적을 가질 수 있다. 10,000 리터(1 x 107cm3)를 초과하는 체적도 가능하다. 적절한 체적이 용기의 특정한 용도에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 열교환기로서 사용되는 접철식 백은 다량의 유체를 보유 및 저장하는데 사용되는 접철식 백보다 작은 체적을 가질 수 있다.
접철식 백이 사용되는 경우, 절첩식 백은 액체로 충진되기 전에 실질적으로 수축될 수 있고, 액체가 충진됨에 따라 팽창하기 시작할 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명은 개방 용기 시스템을 포함할 수 있다.
많은 기존의 절첩식 백은 2개의 종방향 이음부를 갖는 용기를 형성하도록 열적 또는 화학적 접합에 의해 결합되는 플라스틱 물질의 2개의 시트로 구성된다. 따라서, 이러한 시트의 개방 단부는 공지된 기술을 이용하여 밀봉되며, 접근 개구가 용기 벽을 통과하도록 형성된다. 일부 실시예에서, 이음매 없는 접철식 백은 독특한 형상 및 구성을 갖는 특정한 재사용 가능 지지 구조에 끼워맞춤되도록 특정적으로 제조될 수 있다. 실질적으로 완벽하게 끼워맞춤된 접철식 백은 예컨대 생물반응기 시스템 또는 생화학적 또는 화학적 반응 시스템의 일부로서 사용될 수 있다. 이음매 없는 강성 또는 반강성 용기가 일부 경우에서 유리할 수도 있다.
이음매 없는 용기에 대한 추가의 개시는 2007년 6월 15일에 출원되어 2008년 3월 20일에 US2008/0068920 A1로 공개되었으며 발명의 명칭이 "접철식 백 수용기 및 생물반응기를 위한 기체 전달 구성, 발포체 조절 시스템, 및 백 몰딩 방법 및 제품"인 G. Hodge 등의 미국 특허 출원 번호 11/818,901에서 발견될 수 있는데, 그 전체 교시는 참조로서 본원에 포함된다.
본 발명은 예시로써 제공되며 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하려는 것으로 의도되지 않은 후속하는 예에서 상세하게 설명된다. 일 실시예에서, 일정 체적의 액체를 수용하도록 구성된 수용기가 생물반응기 시스템의 일부이다. 이제 도면으로 돌아가서, 도 1의 개략도는 재사용 가능한 지지 구조(14)를 포함하는 수용기(10)를 도시한다. 지지 구조(14)의 일 예는 용기(18)를 둘러싸고 수용하는 스테인리스 스틸 탱크 또는 수용기이다. 일부 실시예에서, 용기(18)는 절첩식 백 또는 라이너, 예컨대 중합체 백으로 구성되며, 튜브, 자기 드라이브 펌프 및/또는 소포기(foam breaker)를 선택적으로 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 용기(18)는 실질적으로 강성인 물질로 이루어진다. 용기(18)는 일회용일 수 있으며, 지지 구조로부터 용이하게 제거될 수 있도록 또는 지지 구조에 비가역적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
절첩식 백이 용기(18)로 사용되는 경우, 절첩식 백은 반응물, 매체 또는 소정의 공정, 예컨대 화학적, 생화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위해 필요한 다른 성분을 함유할 수 있는 액체(22)를 수용하도록 구성 및 배열될 수 있다. 또한, 절첩식 백은, 액체(22)가 실질적으로 사용 도중 절첩식 백과의 접촉만을 유지하고 지지 구조(14)와는 접촉하지 않도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 절첩식 백은 일회용일 수 있으며 단일 반응 또는 단일 시리즈의 반응을 위해 사용될 수 있으며, 이후에 상기 백은 폐기된다. 이러한 실시예에서는, 절첩식 백 내의 액체가 지지 구조(14)와 접촉하지 않기 때문에, 지지 구조(14)는 세척없이 재사용될 수 있다. 반응이 용기(18) 내에서 발생한 후에, 용기(18)는 재사용 가능 지지 구조(14)로부터 제거되고 제2 일회용 용기로 교체될 수 있다. 제2 반응이 제1 용기(18) 또는 재사용 가능 지지 구조(14)를 세척할 필요없이 제2 용기 내에서 수행될 수 있다. 특정 실시예에서, 임의의 액체(22)가 상기 백으로부터의 누설로 인해 재사용 가능 지지 구조와 접촉하는 경우, 수용기(10)와 관련된 하나 이상의 누설 검출 시스템이 누설을 검출하고 적절한 수단이 취해질 수 있도록 사용자에게 통지한다.
또한, 용기(18) 또는 재사용 가능 지지 구조(14) 내에 형성될 수 있으며 용기(18)로부터 액체(14) 또는 가스의 더욱 편리한 도입 및 제거를 촉진할 수 있는 선택적인 유입구 포트(42) 및 선택적인 유출구 포트(46)가 도 1에 도시된다. 용기(18)는 임의의 적절한 수의 유입구 포트(42) 및 임의의 적절한 수의 유출구 포트(46)를 가질 수 있다. 예컨대, 복수의 유입구 포트(42)는 복수의 다공 분산관(47)을 통해 상이한 가스 조성물들을 제공하거나 또는 용기(18) 내로 그들을 도입하기 전에 가스의 분리를 허용하는데 사용될 수 있다. 이러한 포트는 용기(18)에 관한 임의의 적절한 위치에 위치 설정될 수 있다. 예컨대, 다공 분산관(47)을 포함하는 특정 수용기에 있어서, 용기(18)는 용기(18)의 저부 부분에 위치된 하나 이상의 가스 유입구 포트를 포함할 수 있다. 튜브는 용기(18)로부터 액체를 제거 및 도입하기 위해 각각 전달 및 적출(harvest) 라인을 형성하도록 유입구 및 유출구 포트(42, 46)에 연결될 수 있다. 선택적으로, 용기(18) 또는 지지 구조(14)는 유틸리티 타워(50)를 포함할 수 있는데, 이 유틸리티 타워는 하나 이상의 펌프, 제어기 또는 전자기기, 예컨대 센서 전자기기, 전자 인터페이스 및 가압 가스 제어기 또는 다른 장치와 용기(18) 또는 지지 구조(14) 내부의 하나 이상의 장치의 상호 연결을 촉진한다. 이러한 장치는 제어 시스템(34)을 사용하여 제어될 수 있다. 제어 시스템(34)은 또한 주름 제거 시스템 및 누설 검출 시스템으로 신호를 전송하고 그로부터 신호를 수신하는데 사용될 수 있다.
다수의 다공 분산관(47)을 포함하는 시스템에 있어서, 제어 시스템(34)은 다공 분산관(47)의 각각과 작동식으로 연관될 수 있으며 서로 독립적으로 다공 분산관(47)을 작동하도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 용기(18) 내로 도입되는 다중 가스를 제어할 수 있다.
일반적으로, 본원에서 사용되었을 때, 하나 이상의 다른 구성 요소와 "작동식으로 연관된" 본 발명의 시스템의 구성 요소는, 그러한 구성 요소들이 서로 직접적으로 연결되거나, 서로에 대해 연결 또는 부착되지 않은 상태에서 서로 간접적인 물리 접촉을 하거나, 또는 서로 직접적으로 연결 또는 접촉되지 않은, 하지만 구성 요소들이 그들의 의도된 기능을 수행하게 하기 위해, 구성 요소들을 연관되게 하거나 연관되게 할 수 있도록 전자기 신호를 통해 기계적으로, 전기적으로, 유체 유동적으로 또는 원격으로 상호 연결된 것을 나타낸다.
수용기(10)는 용기(18) 외부에 존재할 수 있는 모터(52)를 이용하여 축을 중심으로 회전될 수 있는 임펠러(51)와 같은 혼합 시스템을 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 임펠러(51) 및 모터(52)는 자기적으로 커플링된다. 혼합 시스템은 제어 시스템(34)에 의해 제어될 수 있다. 혼합 시스템은 더욱 상세하게 후술된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 용기(10)는 기계적 소포 장치와 같은 소포 시스템을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 소포 장치는 예컨대, 용기(18) 외부에 존재할 수 있는 모터(62)를 이용하여 자기적으로 회전될 수 있는 임펠러(61)를 포함할 수 있다. 임펠러(61)는 용기(18)의 헤드 공간(63) 내에 수용되는 발포체를 붕괴시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 소포 시스템은 제어 시스템(34)를 통해 센서(43), 예컨대 발포체 센서와 전기적으로 통신한다. 센서(43)는 예컨대, 용기(18) 내의 압력 또는 헤드 공간(63) 내의 발포체의 수준 또는 양을 결정할 수 있다. 센서(43)에 의한 결정은 소포 시스템의 조절 또는 제어를 촉발할 수 있다. 다른 실시예에서, 소포 시스템은 임의의 센서와 독립적으로 작동된다.
지지 구조(14) 및/또는 용기(18)는 또한 일부 실시예에서 액체(22) 내의 용해된 가스의 양 또는 pH와 같은 조건을 샘플링, 결정 및/또는 분석하기 위해 또는 다른 목적을 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 포트(54)를 포함할 수 있다. 지지 구조(14)는 또한 용기(18) 내에 액체(22)의 수준을 조망하기 위한 하나 이상의 위치 창(site window)(60)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 연결부(64)가 용기(18)의 상부 부분 또는 임의의 다른 적절한 위치에 위치 설정될 수 있다. 연결부(64)들은 개방부, 튜브 및/또는 액체, 가스 등을 용기(18)로부터 인출 또는 추가하기 위한 밸브를 포함할 수 있는데, 그 각각은 유동 센서 및/또는 필터(도시 생략)를 선택적으로 포함할 수 있다. 지지 구조(14)는 수용기(10)의 운송을 촉진하기 위해 휠(68)을 선택적으로 구비하는 복수의 레그(66)를 더 포함할 수 있다.
더 상세하게 후술되는 바와 같이, 본 발명의 수용기 또는 반응기 시스템은 내부 교체 가능 반응물 용기를 갖는 반응기 시스템 내에 배치되도록 구성되는 몸체를 포함할 수 있는 열교환 모듈을 구비하는데, 상기 몸체는 열교환을 촉진하기 위해 내부 용기와 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 열전도성 표면, 및 열교환 유체가 순환할 수 있는 유체 순환 경로를 갖는 모듈 몸체 내에 배치되는 열교환기를 더 포함한다.
도 1에 도시된 형상부의 전부가 본 발명의 모든 실시예에 존재할 필요가 있는 것은 아니며 도시된 요소들은 다르게 위치되거나 구성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본원에 개시된 요소들과 같은 추가의 요소들이 다른 실시예에 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1에 도시된 하나 이상의 구성 요소는 도 2에 도시되고 상세하게 후술되는 바와 같이 생물반응기 시스템(100)의 일부가 되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본원에 개시된 열교환 시스템은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 생물반응기 시스템(100)과 같은 생물반응기 시스템의 하나 이상의 구성 요소와 유체 소통한다. 예컨대, 용기(18)는 도 3 내지 도 18과 함께 기술된 열교환기(200)를 포함할 수 있는 온도 제어기(106)와 유체 소통하고 그리고/또는 그와 작동적으로 연관될 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 폐쇄식 루프 물 재킷, 전기 가열 블랭킷, PELTIER 가열기 또는 냉각기 또는 본 기술 분야의 통상의 숙련된 기술자에게 공지된 다른 온도 제어 시스템이 용기(18)와 조합하여 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 인터쿨러가, 유입구 살포 가스 및/또는 헤드 공간 가스가 생물반응기에 진입하기 전에 유입구 살포 가스 및/또는 헤드 공간 가스의 냉각을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 인터쿨러의 이러한 사용은 냉각된 가스가 생물반응기를 통과할 때 생물반응기 내의 액체로부터 추가의 열 제거를 제공한다. 외부 공급으로부터의 공기와 같은 가스로 생물반응기의 헤드 공간을 세척(sweeping)하는 것은 헤드 공간으로부터 이산화탄소를 제거하고 생물반응기 내의 액체의 pH를 감소시키는 것을 도울 수 있다. 헤드 공간에 진입하는 냉각된 공기는 또한 헤드 공간에서의 응축을 증가시킬 것이며, 이는 진출 공기 응축기 상의 습기 부하(moisture load)를 감소시킬 것이다. 인터쿨러로 사용하기에 적합한 장치의 일 예가 2010년 9월 30일 출원되어 WO/2011/041508로 2011년 4월 7일 영어로 공개된 국제 출원 번호 PCT/US2010/050859에 개시되는데, 이 출원의 전체 교시는 참조로서 본원에 포함된다.
온도 제어 시스템은 또한 용기(18) 내부의 내용물의 온도를 감지하기 위한 열전쌍 및/또는 저항 온도 검출기를 포함할 수 있다. 열전쌍은 용기(18) 내의 내용물의 온도를 제어하기 위해 온도 제어기/열교환기에 작동하도록 연결될 수 있다. 선택적으로는, 본원에 개시된 바와 같이 열전도성 물질이 용기(18) 부분을 형성하는데 사용되는 중합체 물질의 절연 효과를 극복하기 위해, 예컨대 열전달 표면(도 2의 104 및 104A, 또는 도 19A 및 도 19B의 804 및 814)을 개별적으로 제공하도록 용기(18)의 표면과 연관될 수 있다.
일부의 경우에, 센서(108) 및/또는 탐침이 센서 전자기기 모듈(132)에 연결될 수 있는데, 그 출력은 단말 보드(130) 및/또는 릴레이 박스(128)로 송출될 수 있다. 예컨대, 온도, 압력, pH, 용존 산소(DO), 용해된 이산화탄소(DCO2), 혼합 비율 및 가스 유량과 같은 용기 내부의 하나 이상의 파라미터를 제어 및/또는 감시하기 위한 다양한 센서 및/또는 탐침이 사용될 수 있다. 감지 작동의 결과는 온도 및 중량/체적 측정과 같은 다양한 파라미터의 계산 및 제어를 위해 그리고 디스플레이 및 사용자 인터페이스를 위해 컴퓨터 또는 컴퓨터-실행식 제어 시스템(115)에 입력될 수 있다. 또한, 이러한 제어 시스템(115)은 공정 작업의 환경 파라미터를 안정화 또는 제어하는데 요구되는 것으로서 용기(18)로 전달되거나 용기로부터 인출되는 열, 공기 또는 액체를 제어하기 위해 전자, 기계 및/또는 공압 시스템의 조합을 포함할 수 있다. 제어 시스템(115)은 다른 기능을 수행할 수 있으며 임의의 특정한 기능 또는 기능의 세트를 갖는 것에 제한되지 않는다.
하나 이상의 제어 시스템(115)은 상술된 기능 또는 상술된 기능들의 임의의 적절한 조합을 수행하기 위해 마이크로코드 또는 소프트웨어를 이용하여 프로그램된 프로세서를 이용하여 예컨대 전용 하드웨어 및/또는 펌웨어와 함께 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 제어 시스템(115)은 생물학적 또는 화학적 반응을 위한 단일 반응기의 하나 이상의 작동 또는 분리되었거나 상호 연결된 다수의 반응기의 하나 이상의 작동을 제어할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예는 교반기/임펠러 시스템을 위한 구동 모터(112), 드라이브를 제어하기 위한 제어기(114) 및 모터(112)를 제어하기 위한 드라이브(116)를 포함하는 드라이브 제어 시스템(110)을 도시한다.
예컨대, 도 2에 도시된 본원에 기술된 시스템의 각 실시예 및 그 구성 요소는 C, C#, C++, Java 또는 이들의 조합과 같은 소프트웨어, 하나 이상의 주문형 집적 회로와 같은 하드웨어, 전기적으로 프로그램된 메모리(electrically-programmed memory)와 같은 펌웨어 또는 이들의 조합을 포함하는 다양한 기술 중 임의의 기술을 이용하여 구현될 수 있다.
본원에 개시된 다양한 실시예는 하나 이상의 컴퓨터 시스템 상에서 구현될 수 있다. 예컨대, 이러한 컴퓨터 시스템은 예컨대, PENTIUM® 또는 XSCALE®(인텔 코퍼레이션 인크.)과 같은 INTEL® 프로세서 기반의 컴퓨터와 같은 범용 컴퓨터일 수 있다. 임의의 유형의 컴퓨터 시스템 중 하나 이상이 본원에 개시된 다양한 실시예를 구현하는데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 컴퓨터 시스템은 특별하게 프로그램된 특정 목적의 하드웨어, 예컨대 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 다양한 구성 요소가 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수 있다. 또한, 그러한 방법, 작동, 시스템, 시스템 요소 및 이들의 구성 요소는 독립적인 구성 요소로서 또는 상술된 컴퓨터 시스템의 일부로서 구현될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서는 수용기가 예컨대, 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 암모니아 또는 이들의 혼합물과 같은 하나 이상의 가스(118, 124)의 소스에 연결될 수 있다. 가스는 예컨대 압축되거나 펌핑될 수 있다. 이러한 가스는 예컨대, 용기(18) 내부에서 생성물을 생성하기 위해 적절한 성장 또는 반응 조건을 제공하는데 사용될 수 있다. 또한, 가스는 혼합을 위해 또는 다른 목적으로 용기 내부의 내용물에 살포(sparging)를 제공하는데 사용될 수 있다.
도 2에서, 가스(118, 124)의 소스로부터의 유입구 가스는 필터(120) 및/또는 유량계 및/또는 밸브(122)를 선택적으로 통과할 수 있는데, 이는 용기(18)에 진입하기 전에 제어 시스템(115)에 의해 제어될 수 있다. 밸브(122)는 예컨대, 압축 공기, 이산화탄소 또는 다른 가스(124)에 의해 작동되는 공압 액추에이터일 수 있는데, 이는 솔레노이드 밸브(126)에 의해 제어될 수 있다. 솔레노이드 밸브(126)는 단말 보드(130)에 연결된 릴레이(128)에 의해 제어될 수 있는데, 상기 단말 보드는 제어기 시스템(115)에 연결된다. 단말 보드는 예컨대, PCI 단말 보드 또는 USB/페러렐 또는 연결부의 파이어 포트 단말 보드(fire port terminal board)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 분출 폐쇄 밸브(flush closing valve)가 추가의 포트, 적출 및 샘플링 밸브를 위해 사용될 수도 있다. 유동을 정확하게 계량할 수 있는 점진적인 튜브 핀치 밸브(progressive tubing pinch valve)가 사용될 수도 있다. 일부 실시예에서는, 예컨대 유입구 포트, 유출구 포트 및 샘플링 포트를 위해, 밸브들이 분출 폐쇄 밸브일 수 있다. 유입구 가스는 수용기의 임의의 적절한 유입구에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 유입구 가스는 상세하게 후술되는 바와 같이 독립적으로 제어될 수 있는 하나 이상의 다공 분산관과 연관된다.
도 2에 도시된 예시적 실시예에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 용기(18) 및 지지 구조(14)는 전체 생물반응기 시스템(100)의 일부로서 다양한 구성 요소와 작동하게 연관될 수 있다. 따라서, 도 2에서는 용기(18) 및/또는 지지 구조(102)는 액체 매체, 가스 등과 같은 반응자(reagent)를 제공하기 위한 라인에 대한 연결뿐만 아니라, 필터, 센서 및 혼합기와 같은 기능적 구성 요소에 대한 연결을 용이하게 하기 위한 여러 설비를 포함할 수 있다. 용기(18) 및 상기 설비는 외부의 공기 매개 오염물로부터 용기(18) 내부의 내용물을 보호하는 "살균 인벨로프"를 제공하기 위해 사용하기 전에 살균될 수 있다. 일부 실시예에서, 용기(18) 내의 내용물은 재사용 가능 지지 구조(102)와 접촉하지 않기 때문에, 재사용 가능 지지 구조(102)는 살균되지 않은 상태에서 특정한 화학적 또는 생물학적 반응을 수행한 후에 재사용될 수 있는 반면에, 용기(18) 및/또는 용기(18)에 연결된 설비는 폐기될 수 있다. 다른 실시예에서, 용기, 설비 및/또는 재사용 가능 지지 구조(102)는 (예컨대, 세척 및 살균 후에) 재사용될 수 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 "온도-제어 표면"은 "열전달 표면"과 동일한 의미를 갖는다. 온도-제어 표면은 절첩식 백 또는 튜브의 하나 이상의 외부 또는 내부 표면과 접촉할 수 있다. 온도-제어 표면은 예컨대 도 19a 및 19b 각각의 복수의 입자(804, 814)와 같은 열전도성 물질로 형성된 열전도성 표면을 포함할 수 있다. 입자(804, 814)는 각각 튜브(800)의 섹션 내의 가요성 중합체 튜브의 표면(802)에 또는 가요성 백(810)의 섹션 내의 필름의 표면(812)에 매립된다. 튜브(802) 및 백 (810)은 단일-벽이거나 이중-벽일 수 있고, 이중-벽의 경우에, 열전도성 물질은 내부 또는 외부 벽 중 적어도 하나에 매립될 수 있다. 온도-제어 표면은 유체가 관통하여 유동할 수 있는 채널을 포함하는 열전도성 플레이트를 포함할 수 있는데, 상기 채널은 플레이트 및 상기의 조합과 연관되지 않는다.
일 실시예에서, 접철식 백(18) 내에서 유동하는 유체의 온도는 접철식 백(18)으로 및/또는 절첩식 백으로부터 열의 전달을 증진하기 위해 접철식 백의 하나 이상의 표면과 열 전달 표면을 연관시킴으로써 변경될 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 시스템은 백(18)과 접촉하도록 구성된 열교환 모듈을 포함한다.
열 전도를 향상시키기 위해, 절첩식 백의 하나 이상의 표면이 열전달 표면, 예컨대 열전도성 물질과 연관될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서 절첩식 백을 형성하는데 사용된 물질은 그 내부에 매립되는 열전도성 입자를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 절첩식 백의 외부 표면은 또한 열교환 모듈 상에 배치되는 열전도성 표면과 같은 열전도성 물질을 포함하는 온도 제어 표면과 접촉한다.
일부의 경우, 열교환 비율은 열전달 표면 또는 용기를 형성하는데 사용된 물질에 의해 원하는 또는 최적의 수준 미만으로 제한된다. 예컨대, 절첩식 백 형태의 일회용 라이너의 사용을 포함하는 시스템은 일반적으로 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 또는 에틸렌 비닐 아세테이트와 같은 낮은 열전도성 물질로 이루어진다. 이러한 문제를 다루기 위해, 절첩식 백 또는 강성 용기와 같은 본원에 개시된 표면은 특정 실시예에서 그들 사이에서 연관된 하나 이상의 열전도성 물질(들)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 표면은 상기 표면의 적어도 일부분에 매립되는 열전도성 물질을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 열전도성 물질은 용기의 벽에 라이너로 형성될 수 있다. 예컨대, 용기의 벽 및 열전도성 물질은 라미네이트 구조를 형성할 수 있다.
유리하게는, 열교환 모듈은 상기 바람직하지 않은 열전달 특성을 경험하는 시스템 내에서 사용될 수 있다. 열교환 모듈은, 열전도성 물질이 용기의 내부로부터 용기의 외부 환경으로 열을 전도하게 또는 용기의 외부 환경으로부터 용기의 내부로 열을 전달하게 구성되도록 형성 및 구성될 수 있다. 용기가 재사용 가능 지지 구조, 예컨대 열전달 플레이트 또는 스테인리스 스틸 탱크에 의해 지지되는 실시예에서, 용기로부터의 또는 용기 내로의 열전도는 지지 구조에 커플링된 열교환 모듈에 의해 촉진될 수 있다. 예컨대, 용기 내부의 내용물로부터의 열은 용기의 열전도성 물질을 통해 역시 열전도성일 수 있는 지지 구조로 소산될 수 있다.
일부 실시예에서, 열전도성 물질은 복수의 입자 형태이다. 입자는 나노입자, 마이크로입자, 분말 등의 형태일 수 있다. 열전도성 물질은 또한 나노튜브, 나노와이어, 나노막대, 섬유, 메시, 또는 다른 개체의 형태일 수 있다. 열전도성 물질은 예컨대 각각의 개체의 모두 또는 일부가 용기를 형성하기 위해 사용된 물질에 의해 봉입되거나 둘러싸이도록, 용기를 형성하는데 사용된 물질 내에 매립될 수 있다.
일부 실시예에서, 매립된 열전도성 물질은 용기를 형성하는데 사용된 물질의 벌크 부분에 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산된다. 이러한 문맥에서, "실질적으로 균일하게 분산된"은 단면이 물질의 다수의 무작위 단면 위치의 평균 구조를 포함하는 경우에 이러한 임의의 물질의 단면을 조망할 때, 원자 또는 예컨대 입자류의 크기 특이성에서 물질을 조사하면 벌크 물질 내의 열전도성 물질이 기본적으로 균일하게 분산되어 있다는 것으로 판명되는 것을 의미한다. 현미경 사진, 스캐닝 전자 현미경, 또는 다른 유사한 마이크로정도 또는 나노정도의 조사 공정이 기본적으로 균일한 분포를 나타낼 수 있다.
다른 실시예에서, 열전도성 물질이 열 전달 표면을 형성하는데 사용된 물질의 벌크 부분에 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산되지 않는 것으로 해석되어야 한다. 예컨대, 열전도성 물질은, 입자의 구배는 열 전달 표면의 단면을 가로질러 형성될 수 있다. 예컨대, 열 전달 표면의 한 부분이 열전도성 물질을 포함하고 용기 또는 열교환 모듈의 다른 인접한 부분도 열전도성 물질을 포함하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 열전도성 물질은 스트립, 와이어로서 존재할 수 있거나, 열 전달 표면의 한 부분이 열전도성 물질을 포함하고, 용기 또는 열교환 모듈의 다른 인접한 부분이 열전도성 물질을 포함하지 않게 하는 다른 구성을 가질 수 있다.
열전도성 물질은 특정한 실시예에서 두 중합체 시트들 사이에서 캡슐화될 수 있다. 열전도성 물질 및 중합체 층의 교호 층이 또한 가능하다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 용기 또는 라이너의 외부 표면이 열전도성 물질의 층을 포함할 수 있는 반면에, 용기 또는 라이너의 내부 표면은 열전도성 물질을 포함하지 않는다. 이러한 구성은 용기 또는 라이너의 내용물과 열전도성 물질 사이의 임의의 반응(reactivity)을 예방하거나 제한하면서 용기 또는 라이너의 내용물로부터 (또는 내용물로) 열이 전도되게 할 수 있다. 예컨대, 은은 높은 열전도율을 갖고 열전도성 물질로서 사용될 수 있지만, 항균 효과를 갖는 것으로 공지되어 있다. 용기의 외부 표면에 은을 위치시키지만(또는 두 중합체 층 사이에 매립시키지만), 용기 내부의 임의의 내용물과 접촉하지 않게 함으로써, 용기 내의 내용물(예컨대, 세포, 단백질 등)에 악영향을 미치지 않으면서 용기의 열 전달이 증진될 수 있다.
열전도성 물질은 임의의 적합한 크기 또는 치수를 가질 수 있다. 열전도성 개체의 크기는 용기의 일부분을 통한 개체의 돌출을 방지하거나 또는 특정한 표면적 또는 체적에 대한 열전도성 물질의 비율을 갖도록, 예컨대 열 전달 표면을 형성하기 위해 사용된 벌크 물질 내에서 특정한 분산, 예컨대 구배 또는 실질적으로 균일한 분산을 달성하게 선택될 수 있다. 예컨대, 열전도성 물질은 500 미크론 미만인 적어도 하나의 단면 치수를 가질 수 있거나 또는 다른 실시예에서는 1 나노미터 미만인 적어도 하나의 단면 치수를 가질 수 있다.
임의의 적절한 열 전달 물질이 본 발명의 실시예에서 열전도성 물질로서 사용될 수 있다. 열전도성 물질은 열전도율, 입자 크기, 자기 특성, 특정한 가공 기술과의 상용성, 예컨대 특정한 적층 기술에 의한 적층성, 용기를 형성하는데 사용된 벌크 물질과의 상용성, 용기 내에 함유된 임의의 물질과의 상용성, 용기 내부에서 반응을 수행하는 것과 연관된 임의의 처리 또는 예비-처리와의 상용성과 같은 인자뿐만 아니라 다른 인자를 기초로 선택될 수 있다.
한 일련의 실시예에서, 열전도성 물질은 금속을 포함한다. 다른 경우에서, 열전도성 물질은 반도체를 포함한다. 열전도성 물질로서 사용하기에 잠재적으로 적합한 물질은 예컨대 주기율표의 1 내지 17족 중 임의의 족의 원소를 포함한다. 전형적인 예는 2족 내지 14족 원소, 또는 2족, 10족, 11족, 12족, 13족, 14족, 15족 원소를 포함한다. 주기율표의 2족으로부터의 잠재적으로 적합한 원소의 비제한적인 예는 마그네슘 및 바륨을 포함하고, 10족으로부터의 잠재적으로 적합한 원소의 비제한적인 예는 니켈, 팔라듐, 또는 백금을 포함하고, 11족으로부터의 잠재적으로 적합한 원소의 비제한적인 예는 구리, 은, 또는 금을 포함하고, 12족으로부터의 잠재적으로 적합한 원소의 비제한적인 예는 아연을 포함하고, 13족으로부터의 잠재적으로 적합한 원소의 비제한적인 예는 붕소, 알루미늄, 및 갈륨을 포함하고, 14족으로부터의 잠재적으로 적합한 원소의 비제한적인 예는 탄소, 규소, 게르마늄, 주석, 또는 납을 포함한다. 일부 경우에서, 열전도성 물질은 알루미늄, 구리, 철, 또는 주석이다.
열전도성 물질은 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 유사하게, 열전도성 물질이 반도체를 포함하는 경우, 하나 이상의 반도체 물질이 사용될 수 있다. 추가적으로, 합금이 사용될 수 있고, 금속 및 반도체의 혼합물이 사용될 수 있다. 즉, 열전도성 물질은 단일 금속, 단일 반도체, 또는 혼합된 하나 이상의 금속 또는 하나 이상의 반도체일 수 있다. 적합한 금속의 비제한적인 예가 상기 열거되었으며, 반도체의 적합한 성분이 상기 열거되었다. 본 기술 분야의 통상의 숙련된 기술자는 상기 열거된 원소 중 하나 이상 또는 다른 원소로부터 형성될 수 있는 반도체를 양지하고 있다.
특정 경우에서, 열전도성 물질은 비금속이다. 예컨대, 열전도성 물질은 탄소를 포함할 수 있다. 열전도성 물질은 예컨대 전도성 중합체의 형태일 수 있다. 전도성 중합체의 비제한적인 예에는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리페닐렌, 폴리티오펜 및 폴리아세틸렌을 포함한다.
본 기술 분야의 통상의 숙련된 기술자는 과도한 부담 또는 과도한 실험 없이 상기 기재된 물질 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 물질로부터, 적합한 금속, 반도체, 및/또는 비금속을 용이하게 선택할 수 있다. 또한, 본원에 기재된 교시는 관련 기술 분야의 숙련된 기술자가 본원에 기재된 실시예와 관련한 적합한 사용을 위해 물질을 선별하는 것을 가능하게 한다. 선택적으로, 열전도성 물질은 물질의 특정한 화학적 또는 물리적 특성을 향상시키기 위해 코팅되거나 처리될 수 있다. 예컨대, 열전도성 물질의 표면은 예컨대, 물질이 더욱 친수성이 되게 하고, 더욱 소수성이 되게 하고, 덜 반응적이 되게 하고, 특정한 pH를 갖게 되게 하기 위해 계면활성제, 산화물 또는 임의의 다른 적합한 물질로 처리될 수 있다. 이들 및 다른 공정은 열전도성 물질이 용기를 형성하는데 사용된 물질 및/또는 특정 가공 기술과 더 큰 상용성을 갖게 할 수 있다. 예컨대, 열전도성 물질의 처리에 의해 열전도성 물질은 용기를 형성하는데 사용된 물질에 목적하는 정도로 부착되거나, 특정 용매에 더욱 가용성이 되거나, 또는 더욱 분산 가능하게 될 수 있다.
도 1 및 도 2의 구성 요소는 본원에 개시된 열교환 모듈과 조합하여 사용될 수 있다. 열교환 모듈은 내부 용기와의 열 전달을 촉진할 수 있고, 유체의 온도를 다양한 정도로 변경하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 유체의 온도는 적어도 2℃, 적어도 5℃, 적어도 10℃, 적어도 15℃, 적어도 20℃, 또는 적어도 30℃만큼 변경될 수 있다.
도 3의 예시적 실시예의 평면도에 도시된 바와 같이, 반응기 시스템(300)은 본원에서 탱크 또는 수용기로도 지칭되는 외부 지지 구조(302)와, 가요성 백과 같은 내부 교체 가능 또는 1회-사용 용기(도시 생략)와, 내부 반응기 용기(도시 생략)와 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 열교환 모듈(304)을 포함할 수 있다. 열교환 모듈(304)은 몸체(306) 및 몸체(306) 내에 배치되는 열교환기(308)를 포함할 수 있다. 몸체(306)는 열교환을 촉진하도록 내부 용기와 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 열전도성 표면(310)을 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 상기 적어도 하나의 열전도성 표면(310)은 도 1에 도시된 절첩식 백(18)의 일부와 접촉하도록 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 하나의 열교환 모듈(304)은 본원에서 온도 제어 유체로도 지칭되는 가열 또는 냉각 유체 소스(312)와 유체 소통될 수 있으며, 반응기 시스템의 내부와 지지 구조(302) 사이에 배치될 수 있다.
반응기 시스템이 가변 개수의 열교환 모듈과 맞춰질 수 있다. 도 3에 도시된 비 제한적 실시예는 네 개(4)의 열교환 모듈(304)을 포함한다. 다른 실시예에서, 원하는 수준의 온도 조절은 하나(1)의 열교환 모듈에 의해 달성될 수 있지만, 시스템은 임의 수의 모듈을 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면 소정의 작동 파라미터에 대한 상기 시스템의 적응성을 인지할 것이다. 열교환 모듈(304)은 선택적으로 후크에 의해 수용기에 부착 또는 커플링되거나 반응기 시스템으로부터 제거될 수 있다. 내부 용기 또는 가요성 백과 열교환 모듈(304)은 제1 조작 공정 이후에 제거될 수 있으며, 상기 시스템의 임의의 구성 요소를 세척할 필요없이 제2 공정에 대해 살균된 환경을 유지하기 위해 새로운 용기 또는 열교환 모듈(304)로 교체될 수 있다.
관장(wand) 실시예
도 4a는 적어도 하나의 열교환 모듈(404)을 갖는 예시적 반응기 시스템(400)의 측단면도로서, 열교환 모듈(404)은 저부 부분(424)이 지지 구조(402)의 형상과 일치하도록 구성되는 관장형 몸체(406)를 포함한다. 몸체(406)는 커플러(410)를 이용하여 도시된 바와 같이 내부 용기(408)의 내부와 외부 지지 구조(402) 사이에 수직으로 배치될 수 있으며, 지지 구조(402)의 상부(412)와 저부(414) 사이의 거리의 적어도 상당한 부분을 연장하도록 신장될 수 있다.
몸체(406) 내에 배치된 열교환기(416)가, 온도 제어 유체가 열교환 모듈(404)을 통해 순환하는 유체 유동 경로를 생성할 수 있다. 열교환기는 온도 제어 유체 소스와 유체 소통할 수 있으며 유입구(420) 및 유출구(418)를 가질 수 있다. 또한, 몸체(406)는 열교환기(416)와 열적으로 소통하는 열전도성 표면(422)을 포함할 수 있다. 열전도성 표면(422)은 열교환 모듈(404)과 내부 용기(408) 사이의 열전달을 촉진하기 위해 내부 용기(408)의 표면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 열전도성 표면(422)은 상술된 바와 같이 공지된 전도성 물질로 형성될 수 있다. 관장형 몸체(404)의 단부(424)는 외부 지지 구조(414, 426)의 저부의 곡률에 맞춰지도록 구성될 수 있다.
도 4b는 유체 순환 경로를 제공하도록 구성되고 모듈 몸체(406) 내에 배치되는 열교환기 또는 냉각 관장(404)의 평단면도이다. 액체 냉각제 공급 또는 열교환 유체는 냉각제 광장 몸체(406)의 저부까지 실질적으로 연장하는 긴 냉각제 공급 침지 튜브(dip tube)(420)에 진입하고, 공급 튜브(420)의 저부에 있는 개방부로부터 유출하여, 냉각제 관장 몸체의 내측 저부 영역을 가로질러 유동하고 유출구 또는 유출구 튜브(418)를 향해 상향 유동한다. 열교환 유체가 도 4b에 도시된 바와 같이 백(18) 및 도 4a에 도시된 바와 같이 백(408)에 인접한 냉각 관장 몸체(406)의 측면을 따라 상향 유동함에 따라, 유체는 생물반응기 백 내에 생성되는 열의 일부를 가져온다. 또한, 도 4b는 냉각 관장의 선택적 굽힘 지지부(424)를 도시하는데, 그 곡률은 둥근 지지 수용기 벽(414)에 부합된다.
도 5는 열교환 모듈(404)의 일 실시예의 부분 사시도로서, 관장형 몸체(406)는 외부 지지 구조(402, 414)의 형상과 부합하도록 구성되는 그 저부 팁에 표면(424)을 갖는다. 몸체(406)를 지지 구조(402)에 부합되도록 특정적으로 윤곽 형성함으로써, 내부 용기/가요성 백(18)(도 4b)에 대한 핀칭(pinching) 및 손상이 유체로 인한 백의 팽창 시에 예방될 수 있다.
도 6a에는, 열교환 모듈(404)이 반응기 시스템(400) 내에 삽입된 커플링 위치에서의 열교환 모듈(404)의 다른 부분적인 사시도가 도시된다. 이 예시적 실시예에서, 몸체(406)는 커플러(410)를 통해 외부 지지 구조(402)에 커플링된다. 여기서, 커플러(410)는 브래킷 또는 행거 플랜지이며, 시스템(400)으로부터의 열교환 모듈(404)의 용이한 제거가 가능하도록 설계된다. 커플러(410)는 행거 플랜지, 볼트형 체결구, 케이블 타이, 홈 내 설부(tongue-in-groove), 용접 또는 임의의 적절한 커플러와 같은 본 기술 분야에 공지된 임의 유형의 커플러일 수 있다. 시스템(400)으로부터의 열교환 모듈(404)의 제거는 세척을 예로 들 수 있지만 그에 제한되지 않는 다양한 이유로 인해 요구될 수 있다.
도 6b는 온도 제어 유체 소스(620)와 유체 소통하는 열교환 모듈(600)의 사시도이다. 이 예시적 열교환 모듈(600)은 모듈 몸체(404)를 통과하는 유체 순환 경로(620, 619, 618)를 포함한다. 일 실시예에서, 온도 제어 유체는 유입구(420)를 통해 열교환 모듈(600)에 진입한다. 이 실시예에서, 유입구(420)는 몸체(404)의 실질적인 길이를 연장하는 온도 제어 유체 공급 침지 튜브(420B)에 연결되어, 몸체(404)의 단부(426)으로 온도 제어 유체를 운반한다. 상기 공급 침지 튜브(430)를 빠져나온 후에, 온도 제어 유체는 상기 공급 침지 튜브(420B)의 개방부(420)로부터 몸체(404)의 반대편 단부에 있는 유출구 튜브(418)로의 유체 유동 경로를 형성하는 모듈 몸체(404)의 열교환기 부분(620, 619, 618)을 통해 순환한다. 열 교환기 부분 또는 전체 몸체(404)는 물과 압력 밀폐식이어서, 온도 제어 유체가 전체 열교환기(416)를 충진하는 것을 허용한다. 온도 제어 유체가 전체 몸체(404)를 충진하는 것을 허용함으로써, 몸체(404)의 열전도성 표면(422)의 온도는 효율적으로 조절될 수 있다. 대안적으로, 몸체(404)는 라디에이터 판, 유체 코일 또는 사형 파이프, 또는 다른 금속-대-금속 전도 전달 요소와 같은 임의의 공지된 열교환기를 포함할 수 있다.
일체형 배플 실시예
일부 실시예에서, 열교환 모듈은 내부 용기에 온도 조절 재킷을 제공하는 수용기 또는 지지 구조의 벽에서 형성될 수 있다. 상술된 바와 같이 이러한 실시예에서는, 돌출부가 지지 수용기의 내부로 연장될 수 있어, 가요성 용기가 지지 구조 수용기로 삽입될 때, 가요성 용기 내부의 유체는 흐름 변경되고(baffled) 온도 조절된다. 내부 용기에 흐름 변경을 가함으로써, 용기 내의 혼합이 개선될 수 있다. 이러한 일체형 시스템은 가요성 용기를 위한 물리적 지지부 및 반응기 시스템의 온도 조절을 제공하고, 증가된 혼합을 제공할 수 있다. 이러한 일체형 냉각 배플 지지 구조는 수용기, 일체형 라이너, 편평한 플레이트 시스템, 또는 임의의 다른 일체형 구성의 형태일 수 있다.
도 7은 반응기 시스템(700) 내에서 사용하기 위한 열교환 모듈(702)의 다른 예시적 실시예의 사시도로서, 열교환 모듈(702)은 외부 지지 구조(704) 내에 일체로 형성된다. 이 예시적 실시예에서, 반응기 시스템(700)은 (은선으로 도시된) 외부 지지 구조(704)와 열교환 모듈(702)을 포함하며, 열교환 모듈(702)은 외부 지지 구조(704)와 일체로 형성되고 몸체(706) 및 열교환기(708)를 포함한다. 열교환 모듈(702)은 복수의 열전도성 표면(712)을 제공하는 배플 구조(710)를 갖는 몸체(706)를 포함한다. 배플 구조(710)는 지지 구조(704)의 내부 표면 상에 배치되었을 때 내부 용기(도시 생략)와 접촉하도록 구성된다. 이 실시예에서, 열교환 모듈(702)은 외부 지지 구조 주위에 동심으로 배치된 코일식 유체 유동 경로(714)를 더 포함한다. 상기 경로(714)는 유입구(716) 및 유출구(718)를 구비하며, 이를 통해 온도 제어 유체가 순환한다.
도 8은 예컨대, 도 7에서 은선으로 도시된 지지 구조와 같은 외부 지지 구조(704) 내에 합체된 예시적 열교환 모듈(702)의 부분 사시도로서, 배플 구조(710)는 지지 구조(702)를 따라 수직으로 정렬된 삼각형 돌출부를 형성한다. 대안적으로, 배플 구조(710)는 임의의 기하학적 형상, 예컨대 원형 또는 사각형일 수 있다. 일부 실시예에서, 배플(710)은 또한 온도 제어 유체가 통과하여 유동하는 것을 허용하도록 중공일 수 있다. 열교환 모듈(702)은 외부 지지 구조(704)와 일체로 형성되며, 열교환 모듈(702)은 도 7에 도시된 바와 같이 몸체(706) 및 상기 몸체 내에 배치되는 열교환기를 포함한다. 여기서, 몸체(706)는 각각의 배플 사이의 내부 표면(720) 또는 배플(710) 상에 배치될 수 있는 열전도성 표면(712)을 포함한다. 상기 몸체는 내부 표면(720)과 외부 지지 구조(704) 사이의 공간을 통과하는 유체 순환 경로를 포함한다.
도 9는 내부 반응기 용기(722)를 구비하는 도 7 및 도 8에 도시된 예시적 반응기 시스템(700)의 평면도이다. 상기 시스템은 외부 지지 구조(704)의 일부로서 일체로 형성된 열교환 모듈(702)을 포함하며, 상기 열교환 모듈(702)은 내부 용기(722)와 접촉한다. 열교환 모듈(702)의 배플형 부분(710)은 내부 용기(722)의 내부 상에 배플 구조를 제공하여 혼합을 증가시키는 방식으로 내부 용기(722)와 접촉한다.
도 10 및 도 11은 열교환 모듈(1002)이 (은선으로 도시된) 외부 지지 구조와 일체로 형성되고 온도 제어 유체 유동 경로가 외부 지지 구조와 열교환 모듈 몸체(1004) 표면 사이에 형성되는 실시예를 도시한다. 도 10에서, 배플 채널(1006)을 따라 수직으로 배치되는 다양한 분리기 플레이트(1008)에 의해 생성되는 비선형 유체 유동 경로를 구비한 일체형 배플(1006)을 갖는 예시적 열교환 모듈(1002)이 도시된다. 이 실시예에서, 열교환 모듈(1002)의 몸체(1004)는 다시 외부 지지 구조(도시 생략) 상에 일체로 형성된다. 몸체(1004)는 수용기의 내부의 돌출부(1010)를 포함하는데, 이것이 배플 채널(1006)을 형성한다. 온도 제어 유체는 몸체(1004)의 표면과 외부 지지 구조(도시 생략) 사이의 경로를 따라 순환할 수 있는데, 이는 배플 채널(1006)을 통과하는 것을 포함한다. 분리기 플레이트(1008)은 소정의 경로로 유체의 유동을 안내하기 위해 배플 채널(1006)의 길이를 따라 형성될 수 있다. 배플 채널(1006) 내에서, 분리기 플레이트(1008)는 유체가 열교환 모듈(1002)의 저부(1012)로부터 열교환 모듈(1002)의 상부(1014)로 또는 열교환 모듈의 상부로부터 열교환 모듈의 저부로 수직 유동하는 것을 정지시킬 것이다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 상기 시스템을 위한 소정의 열전달 특징을 달성하기 위해 열교환 모듈(1002) 주위의 유체 유동 패턴을 안내하는 장점을 인지할 것이다.
일부 실시예에서, 열교환 모듈(1002) 내의 유체 유동 경로(1016)는 열교환 모듈(1002) 주위에서 동심으로 비선형 방향으로 안내될 수 있다. 도 10은 외부 지지 표면(도시 생략)과 일체로 형성된 열교환 모듈(1002) 주위로 온도 제어 유체를 안내하는 나선형 채널 구조(1018)을 도시한다. 분리기 플레이트(1008)는 유체가 배플(1006)을 통해 수직으로 유동하는 것을 방지하기 위해 배플 채널(1006)을 통과하는 수직 유체 유동을 차단하는데 사용될 수 있는데, 상기한 수직 유동은 재킷의 잔여부로의 단축경로일 수 있다. 나선형 채널 구조(1018)는 몸체(1004)와 일체로 형성될 수 있거나 또는 몸체(1004)로부터 제거 가능하고 개별적으로 형성될 수 있다. 나선형 채널 구조(1018)는 금속, 플라스틱 또는 임의의 다른 비공성, 비부식성 재료로 형성되는 스트립, 튜브, 파이프 또는 다른 돌출부를 포함할 수 있는데, 이는 경로(1016)를 따라 유체를 안내하도록 열교환 모듈(1002)을 통해 동심 루프 내에 배치된다. 유체 순환 경로(1016)는 내부에서 원하는 양의 온도 제어를 보장하기 위해 돌출된 배플 채널(1006)에 도달하는 것이 보장되어야 한다. 다른 실시예에서는, 계단식 채널 구조가 비선형 유체 순환 경로를 생성하는데 사용될 수 있다.
도 11은 외부 지지 구조(은선으로 도시됨) 내에서 창과 정렬하도록 구성된 적어도 하나의 개방부(1022) 및 비선형 유동 경로(1016)를 갖는 계단식 채널 구조(1020) 및 적어도 하나의 배플(1006)를 구비하는 예시적 열교환 모듈(1002)의 사시도이다. 열교환 모듈(1002) 주위로 그리고 수용기(1024)의 내부로 연장하는 돌출부(1010) 내로 온도 제어 유체를 안내하는 계단식 또는 테라스식인 내부 채널 구조(1020)가 도 11에 도시된다. 이 실시예에서, 유체는 비선형 경로(1016)를 따른다. 채널 구조(1020)는 열교환 모듈(1002)의 상부에 유출구(1028) 및 열교환 모듈(1002)의 저부에 유체 유입구(1026)를 가질 수 있거나, 대안적으로 열교환 모듈(1002)은 원하는 열전달 결과를 얻기 위해 임의의 위치에 온도 제어 유입구(1026) 및 유출구(1028) 포트를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 열교환 모듈(1002)은 반응기 시스템(1024)의 내부로의 조망 창(1022)을 수용하도록 형성될 수 있어서, 작동자가 반응을 감시할 수 있게 한다. 테라스식 배플 구조는 조망 경로가 방해 받는 것을 방지하기 위해 온도 제어 유체 순환 경로가 상기 조망 창(1022) 주위로 안내되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 비선형 순환 경로(1016)는 또한 필요에 따라 임의의 액세스 포트 또는 탐침이 지지 구조(도시 생략)의 외측에 액세스 가능하게 할 수 있다.
도 12는 열교환 모듈(1002)의 예시적 실시예의 사시도이다. 재킷형의 계단식 배플, 생물반응기 탱크(1002)가 외부 원통 형상 재킷(1030)과, 챔버를 형성하는 내부 탱크 표면으로서, 상기 챔버는 챔버 내부에 배치된 가요성 백을 지지하도록 구성되는 내부 탱크 표면 및 계단식 배플(1006)을 갖는 외부 탱크 표면으로서, 상기 계단식 배플은 외부 탱크 표면의 전체 주위에 방향 화살표(1016)에 의해 도시된 바와 같이 액체 냉각제를 발송하도록 구성되는 외부 탱크 표면을 갖는 원통형 탱크(1020)를 포함하고, 상기 원통형 탱크는 외부 원통 형상 재킷(1030) 내에 축방향으로 배치되고, 외부 원통 형상 재킷(1030)은 시스템 관통 포트(1026)에 진입하는 액체 냉각제의 손실을 방지 또는 최소화하기에 충분한 방식으로 상기 원통형 탱크에 밀봉된다. 상기 시스템을 구성함에 있어서, 스트랩핑(1032)이 재킷 내로의 삽입에 후속하여 탱크(1020)에 재킷(1030)을 부착하는 것을 돕는데 사용된다.
열교환기는 내부의 계단식 유체 채널(1020) 및 외부 지지 구조(1030)와 이들 사이를 유동하는 온도 제어 유체로부터 형성된다. 열교환 모듈(1002)은 내부 계단식 유체 채널을 포함하는 몸체(1020)를 포함한다. 유입구 튜브(1026)는 온도 제어 유체가 외부 재킷(1030) 및 배럴(1020)에 의해 형성된 모듈(1002)에 진입하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 외부 재킷(1030)은 모듈(1002)를 밀봉하기 위해 본 기술 분야에 공지된 시일을 사용하여 원뿔형으로 형성될 수 있다.
라이너 실시예
도 13에 도시된 바와 같이, 열교환 모듈(1300)의 일부 실시예는 내부 용기(1302)와 외부 지지 구조(1306) 사이에 배치될 수 있는 제거 가능하고 일체형이 아닌 라이너(1304)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 라이너(1304)는 가요성 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 라이너는 비절첩식 라이너일 수 있다. 예컨대, 라이너(1304)는 원통형으로 형성된 반강성 재료로 이루어질 수 있다. 라이너(1304)는 임의의 적절한 방법 예컨대, 마찰, 압력(예컨대, 절첩식 백의 팽창 시 표면에 가해지는 압력), 중력, 스크루, 걸이못, 클램프 등에 의한 체결 및 접착제 사용에 의해 외부 지지 구조(1306)와 내부 반응기 수용기 또는 용기(1302) 사이에 유지될 수 있다. 라이너(1304)는 온도 제어 유체 유입구(1308) 및 유출구(1310)를 포함할 수 있는데, 이들은 포트(1314, 1316)를 통해 공급 받을 수 있다.
라이너는 유입구(1308) 및 유출구(1310) 사이의 비선형 유동 경로를 생성하는 채널 세그먼트(1312)를 가질 수 있다. 용접부(welds) 또는 채널이 없는 라이너와 비교할 때, 라이너 내의 채널의 존재는 벌크 유체 유동을 위한 더 긴 경로를 초래하여, 유체가 긴 기간 동안 균일하게 냉각 또는 가열되는 것을 허용한다. 또한, 채널이 예컨대, 유체의 불균일한 가열 또는 냉각으로 이어질 수 있는 "데드 존(dead zone)"을 방지 또는 감소시킬 수 있다.
채널이 라이너를 통과하는 벌크 유체 유동 경로를 형성하는데, 즉 라이너의 제1 부분으로부터 제2 부분으로 유동하는 유체는 사전에 결정된 방향으로 및/또는 상기 제1 및 제2 부분 사이의 압력 차를 적용함으로써 사전에 결정된 유량으로 유동할 수 있다. 채널을 포함하는 이러한 구성 및 다른 구성은 절첩식 라이너 내에서 무작위 또는 비방향성 유체 유동, 예컨대, 난류, 소용돌이 등의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 온도 제어 유체가 가요성 라이너 내에 생성된 채널을 통해 펌핑될 수 있다.
도 14a 내지 도 16b에 도시된 바와 같이, 채널 세그먼트(1402)은 임의의 비선형 유체 유동 경로를 형성할 수 있다. 도 14a는 수직 채널 세그먼트(1402)를 갖는 라이너(1404)를 포함하는 열교환 모듈(1400)의 단면도이다. 용접부(1406)는 라이너(1404) 내에 채널 세그먼트(1402)를 형성하여, 유입구(1408) 및 유출구(1410)를 연결하는 원하는 유체 유동 경로를 생성한다. 유입구(1408) 및 유출구(1410)는 유입구(1408)와 유출구(1410) 사이에서 유체가 유동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 배치될 수 있다. 예컨대, 유입구(1408) 및 유출구(1410)는 라이너의 상부, 저부 또는 측부 상에 배치될 수 있으며, 유입구(1408) 및 유출구(1410) 양자 모두는 동일하거나 다른 측면 상에 배치될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 유입구(1408) 및 유출구(1410)의 배치는 임의의 작동 가능 위치에 위치될 수 있으며 작동자의 사용의 편리함을 위해 선택될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 14a의 라이너는 외부 지지 구조(1414)와 수용기(1416)의 내부 사이에 배치되도록 구성된 원통형 모듈(1412)을 형성하도록 구성될 수 있는데, 내부 용기(도시 생략)가 배치될 수 있다. 도 14b는 상기 원통형 방식으로 배치되었을 때의 도 14a의 라이너(1404)의 평면도이다. 도 14a의 구획식 라이너(1404)의 좌측 단부(1418) 및 우측 단부(1420)는 원통형 모듈(1412)을 형성하도록 결합 및 융합된다. 그렇게 함으로써, 채널 세그먼트(1402)는 수용기(1416)의 내부와 대면하여 수직 세그먼트 또는 주름부를 형성하도록 구성될 수 있다.
도 15a는 수평 채널 세그먼트(1502)를 갖는 라이너(1504)를 포함하는 열교환 모듈(1500)의 단면도이다. 라이너(1504)는 유입구(1508) 및 유출구(1510) 사이에 유체 유동 경로를 생성하며, 세그먼트(1502)는 비선형 유동 경로를 형성한다. 도 15a의 구횐된 라이너(1504)의 좌측 단부(1518) 및 우측 단부(1520)는 원통형 모듈(1512)을 형성하도록 결합 및 융합된다. 그렇게 함으로써, 채널 세그먼트(1502)는 수용기의 내부와 대면하여 수평 세그먼트 또는 주름부(1502)를 형성하도록 구성될 수 있다. 도 15b는 수평 세그먼트(1502)를 갖는 도 15a의 원통형으로 형성된 라이너의 단면도이다.
도 16a는 나선 채널 세그먼트(1602)를 갖는 라이너(1604)를 포함하는 열교환 모듈(1600)의 단면도이다. 라이너(1604)는 유입구(1608)와 유출구(1610) 사이에 유체 유동 경로를 생성하고, 세그먼트(1602)는 비선형 유동 경로를 형성한다. 도 16a의 구획식 라이너(1604)의 좌측 단부(1618) 및 우측 단부(1620)는 원통형 모듈(1612)을 형성하도록 결합 및 융합된다. 이렇게 함으로써, 채널 세그먼트(1602)는 수용기(1616)의 내부와 대면하여 나선 세그먼트 또는 주름부(1602)를 형성하도록 구성될 수 있다. 도 16b는 예시적 반응기 시스템에 배치되었을 때의 도 16a의 원통형으로 형성된 라이너(1612)의 단면도이다.
도 17은 창(도시 생략)과 정렬하도록 구성되는 라이너(1702)를 포함하는 열교환 모듈(1700)의 단면도이다. 라이너(1702)는 유입구(1704), 유출구(1706), 유입구(1704)와 유출구(1706)를 연결하는 구획식 유동 경로(1708) 및 라이너(1702)를 통한 조망에 대한 방해물이 없는 창 부분(1710)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자가 외부 지지 구조(도시 생략), 라이너(1702)를 통한 그리고 내부 용기(도시 생략) 내로의 조망 경로를 가질 수 있도록 라이너(1702)를 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 이는 창 부분(1710)에 라이너 재료를 갖지 않음으로써 달성될 수 있는데, 이때 창 부분의 에지는 라이너 내로 또는 라이너로부터 누설되는 유체가 없도록 밀봉 및 융합된다.
도 18은 본 발명에 따른 예시적 라이너 채널 세그먼트의 단면도이다. 용접부(210)는 임의의 적절한 공정에 의해 형성될 수 있으며, 일부의 경우에는 용기를 형성하는데 사용되는 열전도성 재료와 같은 특정한 재료에 따라 결정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 용접부(210)는 둘 이상의 벽 부분, 예컨대, 용기의 둘 이상의 내부 표면 부분의 임의의 적절한 결합을 포함할 수 있으며, 예컨대 열 용접 및 초음파 용접을 포함하는 용접, 접착제 사용, 클램핑, 체결 또는 다른 부착 기술과 같은 방법에 의해 달성될 수 있다.
라이너 내에 형성된 채널의 단면 치수는 특정한 유량, 내부 압력 및/또는 백 내부에서의 유체 유동의 시간 길이를 허영하도록 설계될 수 있다. 따라서, 이러한 파라미터들은 예컨대, 백 내에서 유동되는 특정한 유체, 절첩식 백의 체적, 원하는 온도 변화 등에 따라 선택될 수 있다. 따라서, 상기한 그리고 다른 인자에 따라, 절첩식 백의 채널(211)은 절첩식 백이 완전히 팽창하거나 완전히 절첩되었을 때 예컨대, 약 1 센티미터 내지 약 20 센티미터인 채널(211)의 중심선에 수직하게 취해진 최대 단면 치수(258)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 채널(211) 부분의 최대 단면 치수(258)는 약 5 센티미터 내지 약 10 센티미터이다. 가요성 라이너 채널 세그먼트는 열전도성 표면을 포함할 수 있다. 열전도성 표면(254)은 본원에 개시된 바와 같이 열전도성 재료를 포함할 수 있다.
위에서 더욱 상세하게 기술된 바와 같이, 도 19a 및 19b는 온도-제어 표면이 예컨대, 도 19a 및 도 19b 각각의 복수의 입자(804, 814)와 같은 열전도성 물질로 형성된 열전도성 표면을 포함할 수 있다는 것을 도시한다.
본 발명의 여러 실시예가 본원에 기술 및 도시되었지만, 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면 본원에 기술된 하나 이상의 장점 및/또는 결과를 취득하고 및/또는 그 기능을 수행하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 고안할 것이며, 그러한 변경 및/또는 변형의 각각은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 본원에 개시된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시적인 것이며, 실제 파라미터, 치수, 재료 또는 구성은 본 발명의 교시가 이용되는 특정한 용도에 따라 결정될 것이라는 것을 쉽게 이해할 것이다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 일상적인 실험만을 이용하여 본원에 개시된 발명의 특정 실시예에 대한 많은 균등물을 인지하거나 찾아낼 수 있을 것이다. 따라서, 전술된 실시예들은 단지 예로서 제공되었으며, 첨부된 청구항 및 그의 균등물의 범주 내에서 본 발명은 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다르게 실행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 본원에 기재된 각각의 개개의 특징, 시스템, 제품, 물질, 키트, 및/또는 방법, 및 상기의 임의의 조합에 관한 것이다.
본원에 기재된 바와 같은 단수 용어는 명세서 및 특허청구범위에서 명백하게 달리 나타내지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서의 개시내용 및 특허청구범위에 걸쳐, 표현 "구성한다", "함유하다", "포함하다", "갖는", "이루어진" 및 그의 변형은 "포함하지만 그에 제한되지 않음"을 의미하고, 이들은 다른 모이어티, 첨가물, 성분, 정수 또는 단계를 배제하는 것을 의미하지 않는다(배제하지 않는다). 본 명세서의 상세한 설명 및 청구범위에 전체에 걸쳐, 단수 표현은 문맥에서 달리 요구되지 않는 한 복수 표현을 포함한다. 특히, 단수로 표시된 경우, 문맥상 달리 요구되지 않는다면 본 명세서에서는 단수형뿐만 아니라 복수형도 고려되는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명백하게 달리 나타내지 않는 한, 하나보다 많은 단계 또는 작용을 포함하는 본원에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계 또는 작용의 순서는 반드시 방법의 단계 또는 작용이 기술된 순서에 제한되지는 않는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 특정한 양태와 함께 기재된 특징 그룹은 그와 비상용성이지 않는 한 본원에 기재된 임의의 다른 양태에 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 명세서 및 특허청구범위, 요약서 및 도면에 개시된 모든 구성 및/또는 개시된 임의의 방법 또는 공정의 모든 단계는 이러한 구성 또는 단계 중 적어도 일부가 상호 배타적인 경우의 조합을 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 본 발명은 임의의 상기 실시예의 세부 사항에 제한되지 않는다. 본 발명은 (임의의 수반되는 청구범위, 요약서 및 도면 포함하는) 본 명세서에 개시된 임의의 신규한 구성, 또는 이의 임의의 신규한 조합으로 확장되며, 또는 개시된 임의의 방법 또는 공정의 임의의 신규한 단계 또는 이의 임의의 신규한 조합으로 확장된다. 본원에 인용된 모든 공보 및 문헌은 그의 전체가 참조로서 본원에 명확하게 포함된다.

Claims (26)

  1. 화학적, 약학적 또는 생물학적 반응기 시스템에 사용하기 위한 열교환 모듈이며,
    지지 구조를 포함하며 내부 교체 가능 또는 1회 사용 반응물 용기를 갖는 반응기 수용기 내에 배치되도록 구성되는 몸체로서, 상기 몸체는 열전달을 촉진하기 위해 내부 교체 가능 용기와 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 열전도성 표면 및 반응기 수용기의 형상에 부합하도록 구성되는 적어도 하나의 표면을 포함하는, 몸체와,
    열교환 유체가 순환할 수 있는 유체 순환 경로를 포함하는 모듈 몸체 내에 배치되는 열교환기를 포함하는 열교환 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 몸체는 상부 단부 및 저부 단부를 갖는 긴 몸체이며 몸체가 반응기 수용기의 상부와 저부 사이의 거리의 적어도 상당한 부분에 연장되도록 반응기 수용기 내로 삽입되게 구성되는 열교환 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 몸체는 반응기 수용기에 상기 모듈을 부착하기 위한 커플러를 더 포함하는 열교환 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 커플러는 반응기 수용기의 상부 부분에 상기 모듈을 부착하기 위한 브래킷 또는 후크인 열교환 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 유체 순환 경로는
    몸체 내에 축방향으로 위치되어 실질적으로 몸체의 길이에 연장되는 긴 튜브로서, 상기 긴 튜브는 열교환 유체를 상기 긴 튜브를 통해 상기 긴 튜브의 저부에 있는 개방부로 전달하도록 구성되는, 긴 튜브와,
    긴 튜브의 저부에 있는 개방부로부터 몸체의 상부 단부에 있는 유출구 또는 유출구 튜브로의 열교환 유체의 유동 경로를 포함하는 열교환 모듈.
  6. 제2항에 있어서, 몸체는 내부 교체 가능 용기의 저부에 또는 그 부근에 위치되는 임펠러의 반대편 위치로 연장하도록 구성되고, 몸체는 임펠러에 의해 생성되는 전단 영역(shear field)에 흐름 변경을 제공하는 배플로 구성되는 열교환 모듈.
  7. 화학적, 약학적 또는 생물학적 반응기 시스템에 사용하기 위한 열교환 모듈이며,
    내부 교체 가능 또는 1회 사용 반응물 용기를 가지며 지지 구조를 포함하는 반응기 수용기 내에 배치되도록 구성되는 몸체로서, 상기 몸체는 열전달을 촉진하기 위해 내부 교체 가능 반응물 용기와 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 열전도성 표면을 더 포함하는, 몸체와,
    열교환 유체가 순환될 수 있는 유체 순환 경로를 포함하는 모듈 몸체 내에 배치되는 열교환기를 포함하는 열교환 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 열교환 모듈은 반응기 수용기의 일부로서 일체로 형성되고 내부 교체 가능 반응물 용기와 접촉하고 열교환을 촉진하도록 구성되는 열전도성 표면을 제공하는 적어도 하나의 배플을 더 포함하는 열교환 모듈.
  9. 제7항에 있어서, 열교환 모듈은 반응기 수용기의 일부로서 일체로 형성되고 유체 순환 경로는 반응기 수용기의 벽 내에 배치되는 적어도 하나의 비선형 채널을 더 포함하는 열교환 모듈.
  10. 제7항에 있어서, 비선형 채널은 원하는 온도로 열전도성 표면을 유지하도록 구성되는 나선형, 사형 및 미로형 경로 중 적어도 하나를 더 포함하는 열교환 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 모듈은 내부 교체 가능 반응물 용기의 관찰을 용이하게 하기 위해 외부 지지 구조 내의 창과 정렬하도록 구성되는 개방부를 더 포함하는 열교환 모듈.
  12. 제7항에 있어서, 상기 모듈은 반응기 수용기의 적어도 일부분과 내부 교체 가능 반응물 용기의 적어도 일부분 사이에 배치되도록 구성되는 라이너를 더 포함하는 열교환 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 라이너는 적어도 하나의 유입구, 적어도 하나의 유출구 및 상기 유입구와 유출구 사이에 비선형 내부 유체 유동 채널을 형성하는 벽 구조를 더 포함하는 열교환 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 라이너는 상기 유입구와 유출구 사이에 비선형 내부 유체 유동 채널을 형성하는 상호 연결된 세그먼트의 주름식 벽 구조를 갖는 중합체 재료를 더 포함하는 열교환 모듈.
  15. 제13항에 있어서, 상기 세그먼트는 수평으로, 수직으로 또는 나선형으로 배향되는 열교환 모듈.
  16. 제13항에 있어서, 재킷이 내부 교체 가능 반응물 용기의 측벽을 실질적으로 둘러싸도록 구성되는 열교환 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 재킷은 내부 용기의 관찰을 용이하게 하기 위해 외부 지지 구조 내의 창과 정렬하도록 구성되는 적어도 하나의 개방부를 더 포함하는 열교환 모듈.
  18. 제16항에 있어서, 재킷은 열전도성 재료를 더 포함하는 열교환 모듈.
  19. 제18항에 있어서, 열전도성 재료는 상기 모듈의 표면상에 배치되거나 표면에 매립되는 복수의 열전도성 입자 또는 열전도성 재료의 층을 더 포함하는 열교환 모듈.
  20. 제16항에 있어서, 재킷은 내부 교체 가능 반응물 용기와 결합하도록 구성되는 복수의 내부 돌출부를 더 포함하는 열교환 모듈.
  21. 적어도 하나의 이중벽 부분을 포함하며, 상기 이중벽 부분은 이중벽 부분 내에 사행식 유체 유동 채널을 포함하는 는 가요성 생물반응기 또는 혼합기 백.
  22. 가요성 생물반응기 백, 가요성 혼합기 백 및 가요성 튜브로부터 선택된 용기로서, 상기 용기는 내부 벽 및 외부 벽을 포함하는 적어도 하나의 이중 벽 부분과, 상기 내부 벽 및 외부 벽 중 적어도 하나의 일부분에 부착되는 열전도성 재료를 포함하는 용기.
  23. 생물반응기 벽, 혼합기 벽 및 튜브 벽으로부터 선택된 가요성 중합체 벽으로서, 상기 가요성 벽은 가요성 벽의 일부에 부착된 열전도성 재료를 포함하는 가요성 중합체 벽.
  24. 재킷형의 계단식 배플, 생물반응기 탱크이며,
    외부 원통 형상의 재킷과,
    원통형 탱크를 포함하고,
    상기 원통형 탱크는, 챔버를 형성하는 내부 탱크 표면으로서 상기 챔버가 챔버 내에 배치되는 가요성 백을 지지하도록 구성되는 내부 탱크 표면과, 외부 탱크 표면으로서, 상기 외부 탱크 표면의 전체 주위에 액체 냉각제를 발송하도록 구성되는 계단식 배플을 갖는 외부 탱크 표면을 구비하며,
    상기 원통형 탱크는 외부 원통 형상 재킷 내에 축방향으로 배치되고,
    외부 원통 형상 재킷은 액체 냉각제의 손실을 방지 또는 최소화하기에 충분한 방식으로 상기 원통형 탱크에 밀봉되는 재킷형의 계단식 배플, 생물반응기 탱크.
  25. 제24항에 있어서, 외부 원통 형상의 재킷 및 원통형 탱크 중 적어도 하나는 열전도성 재료를 포함하는 재킷형의 계단식 배플, 생물반응기 탱크.
  26. 제25항에 있어서, 열전도성 재료는 금속을 포함하는 재킷형의 계단식 배플, 생물반응기 탱크.
KR1020157014321A 2012-12-03 2013-12-03 온도 제어 표면 및 지지 구조 KR20150092135A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/691,998 2012-12-03
US13/691,998 US9340763B2 (en) 2008-03-25 2012-12-03 Temperature controlling surfaces and support structures
PCT/US2013/072742 WO2014089000A2 (en) 2012-12-03 2013-12-03 Temperature controlling surfaces and support structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150092135A true KR20150092135A (ko) 2015-08-12

Family

ID=50030441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157014321A KR20150092135A (ko) 2012-12-03 2013-12-03 온도 제어 표면 및 지지 구조

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP2926076B1 (ko)
JP (1) JP6938007B2 (ko)
KR (1) KR20150092135A (ko)
CN (2) CN104903674A (ko)
BR (1) BR112015012611B8 (ko)
WO (1) WO2014089000A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200052381A (ko) * 2017-10-03 2020-05-14 아벡, 아이엔씨. 반응기 시스템
IT202100014714A1 (it) * 2021-06-08 2021-09-08 Biagi Angelo Zullo Reattore di plastica incamiciato per la produzione di olive da mensa

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190194589A1 (en) * 2016-05-13 2019-06-27 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Support vessels for single use bioreactors and mixers
US20190316073A1 (en) * 2016-12-09 2019-10-17 Chin-Hsing CHUO Fermentation tank
JP7393802B2 (ja) * 2020-06-12 2023-12-07 亞太燃料電池科技股▲分▼有限公司 熱エネルギー転送装置
DE102020005550A1 (de) 2020-09-10 2022-03-10 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Bioreaktorsysteme sowie Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3963690A (en) * 1974-10-07 1976-06-15 The Dow Chemical Company Polymerization of ethylene in stirred autoclave with cooled inner wall
JPS54124096U (ko) * 1978-02-20 1979-08-30
US4808159A (en) * 1987-03-16 1989-02-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Apparatus and method for admixture blood warming
CN2311745Y (zh) * 1997-10-22 1999-03-24 周通 搪玻璃复合套筒式换热器
WO2001078890A2 (en) * 2000-04-13 2001-10-25 Arencibia Jose P Jr Temperature controlled reaction vessel
US6351381B1 (en) * 2001-06-20 2002-02-26 Thermal Corp. Heat management system
US6837610B2 (en) * 2002-09-27 2005-01-04 Ilc Dover Lpp Bioprocess container, bioprocess container mixing device and method of use thereof
US7870891B2 (en) * 2004-05-29 2011-01-18 Kilr-Chilr, Llc Systems, devices and methods for regulating temperatures of tanks, containers and contents therein
CA2569405C (en) * 2004-06-04 2011-05-03 Xcellerex, Inc. Disposable bioreactor systems and methods
SG176507A1 (en) * 2006-05-13 2011-12-29 Advanced Tech Materials Disposable bioreactor
US20080068920A1 (en) 2006-06-16 2008-03-20 Xcellerex, Inc. Gas delivery configurations, foam control systems, and bag molding methods and articles for collapsible bag vessels and bioreactors
US20100075405A1 (en) * 2007-02-15 2010-03-25 Broadley-James Corporation Bioreactor jacket
CN101303213A (zh) * 2007-05-11 2008-11-12 湖南工业大学 一种重污垢型螺旋流道结构高效传热装置
EP2018906A1 (en) * 2007-07-19 2009-01-28 Methanol Casale S.A. Heat exchange unit for isothermal chemical reactors
US20090134173A1 (en) * 2007-11-26 2009-05-28 Paul Mueller Company Baffle System for a Vessel
CN201170676Y (zh) * 2008-01-17 2008-12-24 黄洪滔 一种蓄冷箱
JP5148718B2 (ja) * 2008-01-25 2013-02-20 エクセレレックス インク． 袋体の皴除去及び漏れ検知システム、及び液体収容のための電磁攪拌システム
US20090242173A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Peter Mitchell Temperature control system
WO2011041508A1 (en) 2009-09-30 2011-04-07 Xcellerex, Inc. Disposable bioreactor condenser bag and filter heater

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200052381A (ko) * 2017-10-03 2020-05-14 아벡, 아이엔씨. 반응기 시스템
IT202100014714A1 (it) * 2021-06-08 2021-09-08 Biagi Angelo Zullo Reattore di plastica incamiciato per la produzione di olive da mensa

Also Published As

Publication number Publication date
BR112015012611B1 (pt) 2020-09-01
BR112015012611A2 (pt) 2017-07-11
JP2016500433A (ja) 2016-01-12
BR112015012611B8 (pt) 2020-09-24
EP2926076B1 (en) 2020-06-03
JP6938007B2 (ja) 2021-09-22
CN104903674A (zh) 2015-09-09
CN110849172A (zh) 2020-02-28
WO2014089000A3 (en) 2014-09-18
EP2926076A2 (en) 2015-10-07
WO2014089000A2 (en) 2014-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9340763B2 (en) Temperature controlling surfaces and support structures
KR102021628B1 (ko) 일회용 가요성 벽 시스템을 위한 온도 조절된 지지체 표면
US20090242173A1 (en) Temperature control system
US9534196B2 (en) Temperature controlled support surfaces for single use flexible wall systems
KR20150092135A (ko) 온도 제어 표면 및 지지 구조
US8381780B2 (en) Lift and support assemblies and methods for collapsible bag containers of vessels and bioreactors
US10767154B2 (en) Temperature controlling surfaces and support structures
US20090188211A1 (en) Bag wrinkle remover, leak detection systems, and electromagnetic agitation for liquid containment systems
WO2009093995A1 (en) Bag wrinkel remover, leak detection systems, and electromagnetic agitation for liquid containment systems
CN111801411B (zh) 包括具有通道的可伸缩孔板的一次性容器
US20220258166A1 (en) Reinforced component for cell cultivation bioreactor
CN116457450A (zh) 具有一体式流体导管的生物处理器皿

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application