KR20170074960A - 음향 침강식 액체-액체 샘플 정제 시스템 - Google Patents
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Abstract
샘플 정제 시스템은 샘플 정제 구획을 획정하고 상단부 및 대향하는 하단부를 갖는 용기 어셈블리를 포함하며, 샘플 정제 구획은 혼합 구역들 및 침강 구역들을 포함한다. 인접한 혼합 구역 및 침강 구역을 적어도 부분적으로 분리시키기 위해 또는 인접한 혼합 구역을 분리시키기 위해 복수의 차폐 요소가 샘플 정제 구획 내에 위치되며, 상기 혼합 구역들은 상기 침강 구역들과 유체 연통된다. 혼합 요소는 각각의 혼합 구역 내에 배치된다. 음향파 새틀러는 용기 어셈블리의 일부와 정렬되며, 상기 음향파 새틀러는 용기 어셈블리의 일부 및 거기에 배치된 혼합물을 통해 음향파를 방출하도록 구성되고, 음향파는 유체 상 액적의 부력 또는 밀도를 증가시키기 위해 혼합물에 배치된 유체 상 액적을 합체한다.
Description
본 개시내용은 일반적으로 샘플 정제 및 샘플 정제 시스템, 및 더 구체적으로는, 액체-액체 추출 및/또는 2상 샘플 정제 및 이를 실행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 2상, 연속류, 액체-액체 공급 정제 시스템 및 이를 실행하는 방법에 관한 것이다.
기존의 액체-액체 추출 시스템 또는 칼럼은 (예를 들어, 1가지 이상의 오염물질로부터 관심 대상의 분자를 정제하기 위해) 제1 액체상으로부터 제2 액체상으로 관심 대상의 분자를 전달하는 것을 수행하도록 설계된다. 전형적으로, 비혼화성 제1상과 제2상은 능동 혼합 구역에서 함께 반복적으로 혼합되고, 이어서, 수동 침강 구역에서 합체 또는 "침강"하도록 허용한다. 혼합 동안, 하나의 상은 다른 상에서 (더 작은 액적으로서) 분산된다. 상대적으로 작은 액적 크기는 관심 대상 분자가 더 큰 표면적-대-용적비를 통해 새로운 상으로 더 용이하게 이동하도록 허용함으로써 정제 속도 및 효율을 증가시킨다. 이어서, 혼합된 샘플은 인접한 침강 구역 내 혼합 구역으로부터 차폐 또는 방해된다. 이런 방해는 분산된 액적이 더 큰 액적으로 함께 합체되게 한다.
종국적으로, 더 크게 분산된 상 액적의 부력 또는 더 크게 분산된 상 액적과 주변 연속상 사이의 밀도 차이는 분산된 액적상 상에서 주위 상으로부터의 항력(drag force)을 극복하기에 충분히 클 수 있다. 따라서, 더 크게 분산된 상 액적은 연속상을 통해 향류(counter-current)로, 그리고 혼합과 침강 주기가 반복되는 인접한 혼합 구역 내로 유동할 수 있다. 임의의 이론에 의해 구속되는 일 없이, 두 액체상의 이런 향류 유동을 유지하는 것은 두 공급 저장액의 연속적, 다단계, 정제에 필수적이다. 정제 또는 분자 전달이 완료된 후에, 혼합물은 종국적으로 서로 분리될 수 있는 별도의 상으로 수동으로 침강되도록 허용된다.
따라서, 기존의 시스템은 지정된 상 침강 구역 내 분산된 상 액적의 수동 합체 및 혼합된 2상 샘플의 별개의 상으로의 종국적인 침강에 의존한다. 구체적으로, 기존의 액체-액체 추출기 또는 칼럼은 침강 구역 내 샘플의 혼합을 저해하기 위해 교번의(능동) 샘플 혼합 구역과 (수동) 샘플 침강 구역 사이의 물리적 장벽 또는 배플(baffle)에 의존하며, 연속적, 다단계, 정제에 필수적인 중질 및 경질상의 반대방향 유동을 유지하기 위해 더 작은 분산된 상 액적의 더 큰 액적으로의 합체를 허용한다. 이 장벽의 차폐 또는 방해 효과는 더 크게 분산된 상 액적의 부력이 주변, 연속상의 항력을 극복하기에 충분하고, 그것을 통해 향류로 유동할 때까지, 작은 분산상 액적을 큰 액적 내로 합체시킴으로써 두 상 사이에서 높은 계면 장력을 지니는 혼합된 샘플이 더 낮은 밀도의 상부상 및 더 밀집한 또는 더 많이 밀집한 하부상 내로 자연적으로 및/또는 자발적으로 침강하도록 허용한다.
기존 시스템의 한 가지 단점은 두 상 사이에서 낮은 계면 장력을 갖는 혼합된 샘플이 분리된 상으로 침강되거나, 또는 심지어 분산된 상 액적이 합체된다면 몇 분 내지 한 시간, 또는 심지어 몇 시간이 걸릴 수 있다는 것이다. 예를 들어, 관심 대상의 샘플을 함유하는 중질의 수성상이 유기(예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(PEG)) 상과 혼합되어 유기상 내로 분자의 전달을 달성할 때, 중질 및 경질상 내로의 혼합된 샘플의 수동 침강은 상업적으로, 경제적으로 및 실행적으로 시간- 및/또는 비용적으로 터무니 없을 수 있다. 분자 전달을 (효율적으로) 실시하기 위해, 두 상은 격렬하게 혼합됨으로써, 분산상 및/또는 연속상의 매우 작은, 마이크로 액적을 형성할 수 있다. 이 격렬하게 혼합된 샘플은 연속류, 연속 혼합/침강, 2상 액체-액체 추출기 시스템(예를 들어, 시간 및 공간(침강 구역 크기 및 수)이 실행적 및/또는 상업적 오염물질에 의해 제한되는 경우)에서 적절하게 그리고 충분하게 합체 및/또는 침강되지 않을 수도 있다. 샘플을 정제하기 위해 필요한 시간이 감소될 수 있도록 혼합된 샘플의 능동 침강을 제공할 수 있는 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다.
유사하게, 기존의 시스템은 상의 수동 합체 및 침강을 허용하기에 충분히 느린 연속 샘플 유동 속도로 제한된다. 예를 들어, 기존의 시스템의 공급 유동 속도가 너무 높거나, 또는 유동 교반이 너무 크다면, 분산된 액적은 주변, 연속상의 항력을 극복하기 위해 침강 구역에서 충분히 합체되지 않을 수도 있다. 따라서, 분산된 액적(특히 마이크로 액적)은 주변, 연속상의 흐름에 트래핑되어(즉, 비말동반되어), 상의 축 혼합, 및 종국적으로 시스템 플러딩(flooding) 또는 비말동반의 형태의 실패를 야기한다. 칼럼 직경을 증가시킴으로써 시스템의 유동 속도를 증가시키는 시도는 단지 축 혼합의 문제를 악화시킬 수 있고/있거나 동등한 정제를 유지하기 위한 칼럼 높이의 비용이 드는, 급격한 증가를 필요로 한다.
일부 이전의 시스템은 또한 샘플을 효율적으로 그리고 충분하게 정제하지 못하였다(예를 들어, 비용 효과적 방식으로 목적으로 하는 정제 수준을 달성하지 못하였다). 예를 들어, 기존의 시스템은 FDA, EPA 또는 다른 조절 또는 품질 제어 표준에 의해 필요로 되는 샘플 순도 수준을 달성하는 데 필요한 이론적 정제 단계의 수를 제공하기 위해 다층 정제 칼럼 및 지지 구조가 필요할 수 있다. 더 작은 일렬의 또는 나란히 있는 시스템은 전체 방 또는 작업 공간을 채워서, 재료가 불충분하게 사용되도록 한다. 칼럼 높이 및/또는 시스템 크기의 이러한 극적인 증가는 비현실적이고/이거나 바람직하지 않을 수 있고, (예를 들어, 특히 낮은 계면 장력 시스템에서) 샘플 정제의 성공을 보장하지 않을 수도 있다. 마찬가지로, 오염물질로부터 떨어진 관심 대상 분자의 결합, 세척 및 용리를 통해 정제를 달성하도록 설계된 크로마토그래피의 친화도 및 다른 형태는 (예를 들어, 특히 상업적 항체 정제의 경우에) 상업적 수준까지 정률 증가하는 것이 어렵고 비쌀 수 있다.
따라서, 상대적으로 짧은 양의 시간에 작고, 편리한 작업 공간에서 고순도의 샘플 순도를 달성하고/하거나 동시에 샘플 정제 비용을 감소시킬 수 있는 샘플 정제 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명은, 상대적으로 짧은 양의 시간에 작고, 편리한 작업 공간에서 고순도의 샘플 순도를 달성하고/하거나 동시에 샘플 정제 비용을 감소시킬 수 있는 샘플 정제 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시내용의 다양한 실시형태는 (예를 들어, 연속류, 다단계, 정제 칼럼 또는 시스템에서) 오염물질(들)로부터 관심 대상 분자(들)의 빠른 정제를 허용할 수 있는 상의 음향파-보조, 능동 합체, 침강 및/또는 분리를 이용함으로써, 당업계에서의 앞서 언급한 문제 또는 다른 문제 중 하나 이상을 극복하거나 또는 해결한다. 예를 들어, 음향파(들)는 액적 또는 몸체(body)의 부력 및/또는 상 사이의 밀도가 두 상이 향류로 흐르도록 야기(예를 들어, 종국적으로 더 중질의, 밀집한 상을 침강시키고, 더 경질의, 덜 밀집한 상을 처리하는 것(즉, 유체 샘플의 상부로 상승시키는 것)을 야기)할 때까지 하나 이상의 더 큰 액적 또는 상 몸체로 더 작은 상 액적의 공동국소화 및/또는 합체를 유도, 야기할 수 있고, 추가로 향상 및/또는 증가시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "향류" 흐름, "향류로" 유동하는 및 유사한 용어는 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 상의 적어도 일부에 대해 수직으로 위쪽으로 이동하는 제1상 및 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부, 또는 제1상 및 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부에 대해 수직으로 하향 이동하는 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 부분의 적어도 일부를 지칭한다. 적어도 하나의 실시형태에서, 더 작은 상 액적은 (예를 들어, 전형적인 유동 속도 하에서 및/또는 경제적으로-적절한 또는 적합한 시간 기간 내에 기존의 수동 침강 시스템에서 침강하지 않을 수도 있는) 미세액적을 포함할 수 있다. 따라서, 2상 액체-액체 추출에 대한 음향파-구동 상 침강의 적용은 시간 및/또는 비용을 감소시킬 수 있고/있거나 샘플 정제의 효율 및/또는 수준을 증가시킬 수 있다.
본 개시내용의 실시형태는 (i) 추출 또는 정제의 속도 및/또는 효율을 증가시킴으로써, (ii) 시스템(이의 성분 및 사용되는 시약)의 크기 및/또는 비용을 감소시킴으로써, 그리고/또는 (iii) 이전에 추출을 이용할 수 없었던(예를 들어, 화학공학에서의 제한 때문에) 관심 대상 분자를 추출하기 위한 시스템 및/또는 방법을 제공함으로써 기존의 시스템 및/또는 방법 이상으로 유리할 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 일부 실시형태의 실행은 시스템 운영자가 관습적, 전형적 또는 기존의 시스템 및/또는 칼럼 크기, 침강 및/또는 시스템(구성 성분) 체류 시간, (샘플 유체) 유동 속도, 및/또는 샘플 혼합 속도를 유지하게 할 수 있는 한편, 샘플 정제 또는 추출의 수율, 순도(스테이지 및/또는 시스템 당) 효율 및/또는 다른 기준(들)을 증가시킬 수 있다. 유사하게, 본 개시내용의 특정 실시형태의 실행은 시스템 운영자가 시스템 및/또는 칼럼 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적, 용적 등)를 감소시키고/시키거나, 침강 및/또는 시스템(구성요소) 체류 시간을 감소시키고/시키거나, (샘플 유체) 유속을 증가시키고/시키거나, 샘플 혼합 속도를 증가시키도록 할 수 있는 한편, 샘플 정제 또는 추출의 수율, 순도, (스테이지 및/또는 시스템 당) 효율, 및/또는 다른 기준(들)을 유지(또는 심지어 증가)시킬 수 있다. 대응하는 결점(들) 또는 제한 없이 이러한 효율-향상, 시간-, 공간-, 비용- 및/또는 재료-절약 결과, 성과 및/또는 매개변수 등의 제공 및/또는 달성은 이전에 얻을 수 없었다.
이전의 샘플 정제 칼럼은 상 분리를 수행하기 위해 샘플 또는 혼합물의 수동 침강에 의존하였다. 그러나, 본 샘플 정제 시스템의 실시형태는 이후에 서로 분리될 수 있는 2 이상의 액체상을 별개의(중질 및 경질) 상으로 능동적으로 분리시키기 위해 음향파를 사용할 수 있다. 이러한 공정은 관심 대상의 하나 이상의 분자를 1가지 이상의 오염물질로부터 정제함에 있어서 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 제1상, 일정량의 관심 대상의 적어도 하나의 분자(예컨대 생물학적 분자(예를 들어, 항체), 유기 분자, 무기 분자 또는 탄화수소), 및 일정량의 1가지 이상의 오염물질을 포함하는 제1 액체를 제2상을 포함하는 제2 액체와 혼합하는 것은 일정량의 관심 대상의 분자(들)/또는 오염물질(들)의 적어도 일부를 제2 액체 또는 이의 상 내로 전달하도록 야기하거나 또는 허용할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "분자" 또는 "관심 대상 분자"뿐만 아니라 유사한 용어는 세포, 입자, 화합물, 결정, 응집물 등을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 다른 관심 대상을 포함한다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시형태에서, 관심 대상 분자는 상품 화학물질 또는 시약(예를 들어, 아세톤, 암모늄, 아세트산(식초) 등)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 관심 대상 분자는 탄화수소(예를 들어, 원유 또는 가공유, 분지 및/또는 비분지 탄화수소(들), 알칸(들), 방향족 또는 축합-고리 화합물(들), 정유 가스(들), 페트롤, 나프타(들), 파라핀(들), 디젤 오일(들), 윤활유(들), 연료유(들), 그리스, 왁스, 역청 등)를 포함할 수 있다. 추가로, (단일) 관심 대상 분자에 대한 언급은 단일 관심 대상 분자뿐만 아니라 추가적인 관심 대상 분자의 집단 또는 양에 대한 구체적 언급을 포함한다. 따라서, "분자" 또는 "관심 대상 분자"에 대한 언급은 (단일) 분자 그 자체로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 용어는 액체 공급물 또는 샘플에 포함된 임의의 물질(substance) 또는 물질(matter)을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, "혼합하는" 및 유사한 용어는 혼화성 혼합과 비혼화성 혼합을 둘 다 포함하는, 배합 및/또는 함께 섞임의 임의의 적합한 형태를 포함한다. 예를 들어, 2 이상의 성분을 혼합하는 것은 용액, 현탁액, 콜로이드, 에멀전 또는 다른 혼합물의 형성을 포함하거나 또는 초래할 수 있다. 추가로, 혼합하는 것은 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 혼합하기 위한 이러한 수단은, 예를 들어 하나 이상의 혼합 요소를 포함할 수 있다. 혼합 요소는 사실상 능동적이거나 또는 정적일 수 있다. 능동 혼합 요소는, 예를 들어, 회전 부재, 발진(oscillating) 부재, 진동(vibrating) 부재, 교반 부재, 진탕 부재 및/또는 음파 부재를 포함할 수 있다. 이러한 요소는 하나 이상의 임펠러, 블레이드, 핀, 패들, 립, 날개 등을 포함할 수 있다. 능동 혼합 요소는 또한 하나 이상의(수직으로 또는 측면으로) 교반, 왕복 및/또는 펄싱(다공성) 플레이트 또는 다른 적합한 부재, 하나 이상의(편평한) 회전 원판 등을 포함할 수 있다. 정적 혼합 요소는 (칼럼) 패킹, 장애 등을 포함할 수 있고/있거나 2 이상의 성분이 통과하는 구불구불한 경로를 생성하고, 이에 의해 혼합될 수 있다.
정적 혼합은 또한 두 성분이 함께 혼합되도록 두 성분을 공간 내로 도입하는 것을 수반할 수 있다. 일부 실시형태에서, 두 액체가 공동국소화(co-localize)되도록 두 액체는 혼합 면적(또는 구역) 내로 액체를 통과시킴으로써 혼합될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 액체는 하나 이상의 정적 혼합 요소를 통과할 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 다양한 실시형태는 (예를 들어, 연속류, 다단계, 정제 칼럼 또는 시스템에서) 오염물질(들)로부터 관심 대상 분자(들)의 빠른 정제를 허용할 수 있는 상의 음향파-보조, 능동 합체, 침강 및/또는 분리를 이용함으로써, 당업계에서의 앞서 언급한 문제 또는 다른 문제 중 하나 이상을 극복하거나 또는 해결한다. 예를 들어, 음향파(들)는 액적 또는 몸체(body)의 부력 및/또는 상 사이의 밀도가 두 상이 향류로 흐르도록 야기(예를 들어, 종국적으로 더 중질의, 밀집한 상을 침강시키고, 더 경질의, 덜 밀집한 상을 처리하는 것(즉, 유체 샘플의 상부로 상승시키는 것)을 야기)할 때까지 하나 이상의 더 큰 액적 또는 상 몸체로 더 작은 상 액적의 공동국소화 및/또는 합체를 유도, 야기할 수 있고, 추가로 향상 및/또는 증가시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "향류" 흐름, "향류로" 유동하는 및 유사한 용어는 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 상의 적어도 일부에 대해 수직으로 위쪽으로 이동하는 제1상 및 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부, 또는 제1상 및 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부에 대해 수직으로 하향 이동하는 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 부분의 적어도 일부를 지칭한다. 적어도 하나의 실시형태에서, 더 작은 상 액적은 (예를 들어, 전형적인 유동 속도 하에서 및/또는 경제적으로-적절한 또는 적합한 시간 기간 내에 기존의 수동 침강 시스템에서 침강하지 않을 수도 있는) 미세액적을 포함할 수 있다. 따라서, 2상 액체-액체 추출에 대한 음향파-구동 상 침강의 적용은 시간 및/또는 비용을 감소시킬 수 있고/있거나 샘플 정제의 효율 및/또는 수준을 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, "미세액적" 및 유사한 용어는 합체 및/또는 침강을 위해 장기간의 시간이 필요한(것으로 알려진), 분산이든 연속적이든, 중질이든 또는 경질이든, 일반적으로 상 액적을 지칭한다. 예를 들어, 미세액적은 직경이 약 30 마이크론 미만, 약 25 마이크론 미만, 약 20 마이크론 미만, 약 15 마이크론 미만, 약 10 마이크론 미만, 약 5 마이크론 미만 또는 약 2 마이크론 미만일 수 있다. 장기간의 시간은 5분 초과, 10분 초과, 15분 초과, 20분 초과, 25분 초과, 30분 초과, 35분 초과, 40분 초과, 45분 초과, 50분 초과, 55분 초과, 1시간 초과, 1.5시간 초과, 2시간 초과 등의 시간일 수 있다. 예로서, 특정의 낮은 계면 장력 시스템에서, a 내지 10 마이크론 액적은 침강되는 데 1시간 초과가 필요할 수 있다.
추가로, 미세액적은 직경이 매우 작아서 액적의 침강 속도가 매우 낮고 수동 수단에 의해 액적을 침강시키는 데 충분한 시간을 허용하기에 상업적으로 비합리적일 수 있다. 예를 들어, 미세액적은 침강 속도가 약 1(또는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9) x10-4,10-5,10-6,10-710-8m/s이하일 수 있다. 또한 평균 액적 크기가 평균 액적 크기보다 일부는 크고/크거나 일부는 작고/작거나 일부는 동일한 액적 집단을 고려한다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 약 30마이크론의 평균 액적 크기는 또한 약 10마이크론 이하인 액적의 일부 분획(예를 들어, 10%)이 있을 수 있다는 것을 의미한다.
본 개시내용의 실시형태는 (i) 추출 또는 정제의 속도 및/또는 효율을 증가시킴으로써, (ii) 시스템(이의 성분 및 사용되는 시약)의 크기 및/또는 비용을 감소시킴으로써, 그리고/또는 (iii) 이전에 추출을 이용할 수 없었던(예를 들어, 화학공학에서의 제한 때문에) 관심 대상 분자를 추출하기 위한 시스템 및/또는 방법을 제공함으로써 기존의 시스템 및/또는 방법 이상으로 유리할 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 일부 실시형태의 실행은 시스템 운영자가 관습적, 전형적 또는 기존의 시스템 및/또는 칼럼 크기, 침강 및/또는 시스템(구성 성분) 체류 시간, (샘플 유체) 유동 속도, 및/또는 샘플 혼합 속도를 유지하게 할 수 있는 한편, 샘플 정제 또는 추출의 수율, 순도(스테이지 및/또는 시스템 당) 효율 및/또는 다른 기준(들)을 증가시킬 수 있다. 유사하게, 본 개시내용의 특정 실시형태의 실행은 시스템 운영자가 시스템 및/또는 칼럼 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적, 용적 등)를 감소시키고/시키거나, 침강 및/또는 시스템(구성요소) 체류 시간을 감소시키고/시키거나, (샘플 유체) 유속을 증가시키고/시키거나, 샘플 혼합 속도를 증가시키도록 할 수 있는 한편, 샘플 정제 또는 추출의 수율, 순도, (스테이지 및/또는 시스템 당) 효율, 및/또는 다른 기준(들)을 유지(또는 심지어 증가)시킬 수 있다. 대응하는 결점(들) 또는 제한 없이 이러한 효율-향상, 시간-, 공간-, 비용- 및/또는 재료-절약 결과, 성과 및/또는 매개변수 등의 제공 및/또는 달성은 이전에 얻을 수 없었다.
본 개시내용의 실시형태를 상세하게 기재하기 전에, 이 개시내용은 물론 다를 수 있는 특별히 예시된 장치, 시스템, 방법 또는 처리 매개변수로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 또한 본 명세서에 사용된 용어는 단지 본 개시내용의 특정 실시형태의 목적을 위한 것이며, 개시내용 또는 청구된 발명의 범주를 제한하는 것으로 반드시 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 특정 구성, 실시형태 및/또는 그의 실행을 참조하여 상세하게 설명되지만, 그 설명은 단지 예시적인 것이며 첨부된 청구범위에서 청구된 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
상기에서든 또는 이하에서든, 모든 문헌, 특허, 및 특허 출원은 각각의 개별적인 문헌, 특허, 또는 특허 출원이 참고로 인용되는 것으로 특정하게 개별적으로 지시되는 바와 동일한 정도로 그들의 전문이 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 출원 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, "할 수 있는" 및 "할 수도 있는"이라는 단어는 의무적인 의미(즉, 의미가 있어야 하는)보다는 허용적인 의미(즉, 잠재적 가능성을 갖는 의미)로 사용된다. 또한, "포함하는(including)", "가지고 있는(having)", "포함하는(involving)", "함유하는(containing)", "특징으로 하는" 및 그 변형예(예를 들어, "포함하다(includes)", "가지다(has)", 및 "포함하다(involve)", "함유하다(contains)" 등) 및 청구범위를 포함하여 여기에 사용된 유사한 용어는 포괄적이거나 제한이 없으며 "포함하는" 및 그 변형(예를 들어, "포함하다(comprise)" 및 "포함하다(comprises)")과 동일한 의미를 가지며, 예시적으로, 인용되지 않은 추가 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태 표현은 그 내용이 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 예를 들어, "음향파 발생기"에 대한 언급은 1, 2개 이상의 음향파 발생기를 포함한다. 유사하게, 복수의 지시 대상에 대한 언급은 내용 및/또는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 단일 지시 대상 및/또는 복수의 지시 대상을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, "음향파 발생기"에 대한 언급은 복수의 이러한 음향파 발생기를 반드시 필요로 하지 않는다. 대신에, 컨쥬게이션과 독립적으로; 하나 이상의 음향파 발생기가 본 명세서에서 고려됨을 이해할 것이다.
명세서 및 첨부하는 청구범위에 사용되는 바와 같은, 방향 용어, 예컨대 "상부", "하부", "좌", "우", "상향", "하향", "위쪽", "아래쪽", "근위", "원위" 등은 단지 본 명세서에서 상대적 방향을 나타내기 위해 사용되고, 개시내용 또는 청구범위의 범주를 나타내는 것으로 달리 의도되지 않는다.
가능하다면, 요소의 동일한 넘버링이 다양한 도면에서 사용되었다. 더 나아가, 요소 및 모 요소의 하위-요소의 다수 경우는 각각 요소 번호에 첨부된 별개의 글자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 요소 "91"의 두 가지 경우는 "91a" 및 "91b"로서 표지될 수 있다. 해당 경우에, 요소 표지는 일반적으로 요소 또는 요소 중 임의의 하나의 경우를 지칭하기 위해 첨부되는 글자(예를 들어, "91") 없이 사용될 수 있다. 첨부된 글자를 포함하는 요소 표지(예를 들어, "91a")는 요소의 특정 예를 지칭하거나 또는 구별하거나 또는 요소의 다수 용도에 대한 주의를 끌기 위해 사용될 수 있다. 더 나아가, 첨부된 글자를 지니는 요소는 첨부된 글자가 없는 요소 또는 특징의 대안의 설계, 구조, 기능, 실행 및/또는 실시형태를 표기하기 위해 사용될 수 있다. 마찬가지로, 첨부된 글자가 있는 요소 표지는 모 요소의 하위 요소를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 요소 "36"은 하위 요소 "36a" 및 "36b"을 포함할 수 있다.
본 장치 및 시스템의 다양한 양상은 함께 결합, 부착 및/또는 연결되는 성분을 기재함으로써 예시될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은, 용어 "결합", "부착" 및/또는 "연결된"은 두 성분 사이의 직접적 연결 또는 적절한 경우, 개재 또는 중간의 성분을 통한 서로에 대한 간접적 연결을 나타내기 위해 사용된다. 대조적으로, 성분이 다른 성분에 "직접적으로 결합된", "직접적으로 부착된" 및/또는 "간접적으로 연결된" 것으로 언급될 때, 개재된 요소는 존재하지 않는다. 더 나아가, 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "연결", "연결된" 등은 반드시 둘 이상의 요소 사이의 직접적 접촉을 의미하지는 않는다.
장치, 시스템 및 방법을 포함하는 본 개시내용의 다양한 양상은 사실상 예시적인 하나 이상의 실시형태 또는 실행을 참고로 하여 예시될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은, 용어 "예시적인"은 "예, 경우 또는 예시로서 작용하는"을 의미하고, 본 명세서에 개시된 다른 실시형태 이상으로 바람직하거나 또는 유리한 것으로 반드시 해석되지는 않는다. 추가로, 본 개시내용 또는 본 발명의 "실행"에 대한 언급은 이의 하나 이상의 실시형태에 대한 구체적 언급 및 그 반대를 포함하고, 첨부하는 청구범위에 청구되는 바와 같은 본 발명의 범주를 제한하는 일 없이 예시적 실시예를 제공하는 것으로 의도된다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 개시내용이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에 기재된 것과 유사 또는 동일한 방법 및 물질의 수가 본 개시내용의 실행에서 사용될 수 있지만, 특정 물질 및 방법만이 본 명세서에 기재된다.
특정 실시형태에서, 본 발명의 시스템(또는 이의 일부(들)) 처리 중인 물질과 접촉하는 적어도 일부의 성분이 각각의 사용 후에 배치될 수 있도록 설계된다. 그 결과, 본 개시내용의 일부 실시형태는 통상적인 스테인레스강 혼합 및 처리 시스템에 의해 필요로 되는 세정 및 멸균 부담을 실질적으로 제거한다. 이 특징은 또한 멸균이 다중 배취(batch)의 반복된 처리 동안 지속적으로 유지될 수 있다는 것을 보장한다. 앞서 언급한 것 및 특정 실시형태를 용이하게 예측 가능할 수 있다는 사실을 고려하여, 상대적으로 저비용이며, 용이하게 작동되는 본 개시내용의 일부 실시형태는 앞서 이러한 처리를 위탁한 다양한 산업 및 연구 시설에서 사용될 수 있다. 더 나아가, 본 명세서에 사용된 바와 같은 하나 이상의 "일회용" 성분에 대한 언급은 성분(들)이 단일 사용 용도를 위해 설계되고/되거나 상업적으로 양립가능하다는 것을 상정한다. 따라서, 엄격히 말해서, 모든 물질은 기술적으로 처분가능하며, 당업자라면 일회용 및/또는 단일 사용 설계가 단지 의도된 사용 이상을 포함한다는 것을 인식할 것이다. 오히려, 이러한 성분은 단일 용도 후 경제적 처분 가능성에 구조적으로 적합하다.
본 개시내용의 실시형태는 적어도 하나의 유체 샘플 및 유체 샘플 내로 적어도 하나의 음향파를 방출하도록 구성된 적어도 하나의 음향파 세퍼레이터를 수용하기 위한 (칼럼과 유사하게 작동할 수 있는) 용기를 갖는 샘플 정제 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 또한 용기를 수용하고/하거나 (구조적으로) 지지하도록 구성된 강성 하우징(또는 탱크)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 시스템은 또한 하우징 또는 용기(예를 들어, 정지 프레임 또는 이동 트롤리)를 지지하기 위한 기저, 용기 내 유체 샘플을 혼합하기 위한 수단(예를 들어, 믹서 시스템 또는 이의 혼합 요소), 용기 내로 유체(들)를 도입하기 위한 하나 이상의 펌프(예를 들어, 유체 펌프), 하나 이상의 응축기, 압축기, 냉각기, 냉동계 및/또는 히터(예를 들어, 샘플 온도를 조절하기 위함), 시스템을 작동시키기 위한 하나 이상의 사용자 인터페이스(예를 들어, 컴퓨터 또는 운영자 제어 시스템), 칼럼 작동을 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서, 정제, 상 침강 및/또는 상 혼합, 및/또는 하우징에 요소(들)를 장착, 부착 또는 연결시키기 위한 하나 이상의 수단을 포함할 수 있다.
본 발명은, 상대적으로 짧은 양의 시간에 작고, 편리한 작업 공간에서 고순도의 샘플 순도를 달성하고/하거나 동시에 샘플 정제 비용을 감소시킬 수 있는 샘플 정제 시스템을 제공한다.
본 개시내용의 다양한 실시형태는 (예를 들어, 연속류, 다단계, 정제 칼럼 또는 시스템에서) 오염물질(들)로부터 관심 대상 분자(들)의 빠른 정제를 허용할 수 있는 상의 음향파-보조, 능동 합체, 침강 및/또는 분리를 이용함으로써, 당업계에서의 앞서 언급한 문제 또는 다른 문제 중 하나 이상을 극복하거나 또는 해결한다. 예를 들어, 음향파(들)는 액적 또는 몸체(body)의 부력 및/또는 상 사이의 밀도가 두 상이 향류로 흐르도록 야기(예를 들어, 종국적으로 더 중질의, 밀집한 상을 침강시키고, 더 경질의, 덜 밀집한 상을 처리하는 것(즉, 유체 샘플의 상부로 상승시키는 것)을 야기)할 때까지 하나 이상의 더 큰 액적 또는 상 몸체로 더 작은 상 액적의 공동국소화 및/또는 합체를 유도, 야기할 수 있고, 추가로 향상 및/또는 증가시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "향류" 흐름, "향류로" 유동하는 및 유사한 용어는 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 상의 적어도 일부에 대해 수직으로 위쪽으로 이동하는 제1상 및 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부, 또는 제1상 및 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부에 대해 수직으로 하향 이동하는 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 부분의 적어도 일부를 지칭한다. 적어도 하나의 실시형태에서, 더 작은 상 액적은 (예를 들어, 전형적인 유동 속도 하에서 및/또는 경제적으로-적절한 또는 적합한 시간 기간 내에 기존의 수동 침강 시스템에서 침강하지 않을 수도 있는) 미세액적을 포함할 수 있다. 따라서, 2상 액체-액체 추출에 대한 음향파-구동 상 침강의 적용은 시간 및/또는 비용을 감소시킬 수 있고/있거나 샘플 정제의 효율 및/또는 수준을 증가시킬 수 있다.
본 개시내용의 실시형태는 (i) 추출 또는 정제의 속도 및/또는 효율을 증가시킴으로써, (ii) 시스템(이의 성분 및 사용되는 시약)의 크기 및/또는 비용을 감소시킴으로써, 그리고/또는 (iii) 이전에 추출을 이용할 수 없었던(예를 들어, 화학공학에서의 제한 때문에) 관심 대상 분자를 추출하기 위한 시스템 및/또는 방법을 제공함으로써 기존의 시스템 및/또는 방법 이상으로 유리할 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 일부 실시형태의 실행은 시스템 운영자가 관습적, 전형적 또는 기존의 시스템 및/또는 칼럼 크기, 침강 및/또는 시스템(구성 성분) 체류 시간, (샘플 유체) 유동 속도, 및/또는 샘플 혼합 속도를 유지하게 할 수 있는 한편, 샘플 정제 또는 추출의 수율, 순도(스테이지 및/또는 시스템 당) 효율 및/또는 다른 기준(들)을 증가시킬 수 있다. 유사하게, 본 개시내용의 특정 실시형태의 실행은 시스템 운영자가 시스템 및/또는 칼럼 크기(예를 들어, 길이, 폭, 면적, 용적 등)를 감소시키고/시키거나, 침강 및/또는 시스템(구성요소) 체류 시간을 감소시키고/시키거나, (샘플 유체) 유속을 증가시키고/시키거나, 샘플 혼합 속도를 증가시키도록 할 수 있는 한편, 샘플 정제 또는 추출의 수율, 순도, (스테이지 및/또는 시스템 당) 효율, 및/또는 다른 기준(들)을 유지(또는 심지어 증가)시킬 수 있다. 대응하는 결점(들) 또는 제한 없이 이러한 효율-향상, 시간-, 공간-, 비용- 및/또는 재료-절약 결과, 성과 및/또는 매개변수 등의 제공 및/또는 달성은 이전에 얻을 수 없었다.
본 개시내용의 상기 및 다른 이점 및 특징을 더 명확하게 하기 위해, 본 발명의 더 구체적인 설명은 본 명세서에 위치된 도면에 도시된 구체적 실시형태를 참고로 하여 제공될 것이다. 이들 도면은 본 개시내용의 전형적인 실시형태를 도시하고, 따라서 그의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않는다는 것이 인식된다. 본 개시내용은 수반하는 도면의 용도 전체적으로 추가적인 특수성 및 상세한 설명에 의해 기재 및 설명할 것이다:
도 1은 본 개시내용의 실시형태에 따른 샘플 정제 시스템의 투시도를 도시한 도면;
도 2는 도 1의 샘플 정제 시스템의 믹서 시스템과 결합된 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 3은 붕괴된 입체배치에서 도 2의 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 4a는 도 2에 나타낸 믹서 시스템의 분해 조립도를 도시한 도면;
도 4b는 도 4a의 믹서 시스템의 믹서 어셈블리의 분해 조립도를 도시한 도면;
도 5a는 도 1에 도시된 시스템과 함께 사용될 수 있는 가요성 드라이브를 갖는 대안의 혼합 시스템의 부분적 횡단면 측면도를 도시한 도면;
도 5b는 도 5a에 도시된 혼합 시스템 부분의 분해 조립도를 도시한 도면;
도 6A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 차폐 요소(shielding element)의 투시도를 도시한 도면;
도 6B는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 6C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 6D는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 6E는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 7A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 음향 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 7B는 도 7A의 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 7C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 7D는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 8은 도 1에 나타낸 샘플 정제 시스템의 대안의 실시형태의 투시도를 도시한 도면;
도 9A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 9B는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 9C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 10A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 10B는 도 10A의 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 10C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 10D는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 11은 도 1에 나타낸 샘플 정제 시스템의 다른 대안의 실시형태의 투시도를 도시한 도면;
도 12는 도 11의 유체 처리 시스템의 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 13은 붕괴된 입체배치에서 도 12의 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 14는 본 개시내용의 일 실시형태에 따른 모듈 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 15는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 샘플 정제 시스템의 투시도를 도시한 도면;
도 16은 본 개시내용의 실시형태에 따른 샘플을 정제하는 방법을 약술하는 도면;
도 17A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 17B는 도 17A의 차폐 요소의 구성요소의 횡단면도를 도시한 도면;
도 17C는 도 17A의 차폐 요소에서 사용하는 데 적합한 다른 요소의 횡단면도를 도시한 도면; 및
도 18은 본 개시내용의 실시형태에 따른 샘플 정제 시스템의 다른 실시형태의 개략적 표현을 도시한 도면.
도 1은 본 개시내용의 실시형태에 따른 샘플 정제 시스템의 투시도를 도시한 도면;
도 2는 도 1의 샘플 정제 시스템의 믹서 시스템과 결합된 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 3은 붕괴된 입체배치에서 도 2의 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 4a는 도 2에 나타낸 믹서 시스템의 분해 조립도를 도시한 도면;
도 4b는 도 4a의 믹서 시스템의 믹서 어셈블리의 분해 조립도를 도시한 도면;
도 5a는 도 1에 도시된 시스템과 함께 사용될 수 있는 가요성 드라이브를 갖는 대안의 혼합 시스템의 부분적 횡단면 측면도를 도시한 도면;
도 5b는 도 5a에 도시된 혼합 시스템 부분의 분해 조립도를 도시한 도면;
도 6A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 차폐 요소(shielding element)의 투시도를 도시한 도면;
도 6B는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 6C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 6D는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 6E는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 7A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 음향 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 7B는 도 7A의 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 7C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 7D는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 8은 도 1에 나타낸 샘플 정제 시스템의 대안의 실시형태의 투시도를 도시한 도면;
도 9A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 9B는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 9C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 10A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 10B는 도 10A의 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 10C는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 10D는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 음향 어셈블리의 측면 횡단면도를 도시한 도면;
도 11은 도 1에 나타낸 샘플 정제 시스템의 다른 대안의 실시형태의 투시도를 도시한 도면;
도 12는 도 11의 유체 처리 시스템의 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 13은 붕괴된 입체배치에서 도 12의 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 14는 본 개시내용의 일 실시형태에 따른 모듈 용기 어셈블리의 투시도를 도시한 도면;
도 15는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 샘플 정제 시스템의 투시도를 도시한 도면;
도 16은 본 개시내용의 실시형태에 따른 샘플을 정제하는 방법을 약술하는 도면;
도 17A는 본 개시내용의 실시형태에 따른 다른 차폐 요소의 투시도를 도시한 도면;
도 17B는 도 17A의 차폐 요소의 구성요소의 횡단면도를 도시한 도면;
도 17C는 도 17A의 차폐 요소에서 사용하는 데 적합한 다른 요소의 횡단면도를 도시한 도면; 및
도 18은 본 개시내용의 실시형태에 따른 샘플 정제 시스템의 다른 실시형태의 개략적 표현을 도시한 도면.
이제 도면으로 돌아가서, 본 발명의 유체 정제 시스템(10)의 다양한 실시형태를 이제 논의할 것이다. 도 1에서 본 개시내용의 일부 특징을 포함하는 유체 정제 시스템(10a)의 일 실시형태가 도시된다. 일반적으로, 유체 정제 시스템(10a)은 강성의 지지 하우징(14) 내에 선택적으로 배치된 용기 어셈블리(12)를 포함한다. 시스템(10a)은 용기 어셈블리(12) 내로 적어도 부분적으로 연장되는 하나 이상의 믹서 시스템(18) 및/또는 용기 어셈블리(12)의 일부를 통해 음향파를 통과시키기 위한 하나 이상의 음향 새틀러(acoustic settler)(16)를 추가로 포함할 수 있다. 유체 정제 시스템(10a)의 다양한 성분은 이제 도면을 참고로 하여 더 상세하게 논의할 것이다.
지지 하우징
도 1에 도시한 바와 같이, 유체 정제 시스템(10a)은 강성의 지지 하우징(14)을 포함한다. 강성의 지지 하우징(14)은 용기 어셈블리(12)를 수용하고 지지하도록 구성된다. 도시된 실시형태에서, 강성의 지지 하우징(14)은 강성의 지지 하우징(15a 및 15b)를 포함한다. 지지 하우징(15a 및 15b)은 실질적으로 동일하고, 동일한 참조 특징은 동일한 요소를 확인하기 위해 사용된다. 각각의 지지 하우징(15)은 상단부(22)와 대향하는 하단부(24) 사이에서 연장하는 실질적으로 원통형인 측벽(20)을 포함한다. 상단부(22)는 단부면(32)에서 종결되는 반면, 하단부(24)는 바닥(26)에서 종결된다.
지지 하우징(15)은 챔버(30)를 획정하는 내면(28)을 가진다. 개구부(34)는 챔버(30)에 대한 접근을 제공하도록 단부면(32) 상에 형성된다. 트랜스퍼 슬롯(45)은 챔버(30)와 연통하도록 측벽(20)을 통해 연장된다. 일 실시형태에서, 트랜스퍼 슬롯(45)은 측벽(20)을 통해 하단부(24)로부터 단부면(32)까지 연장된다. 따라서 지지 하우징(15)은 그것이 트랜스퍼 슬롯(45)을 가로지르는 경우 실질적으로 C-형 횡단면을 가진다. 대안의 실시형태에서, 트랜스퍼 슬롯(45)은 단부면(32)을 통해 연장될 필요는 없지만, 지지 하우징(15)이 트랜스퍼 슬롯(45)을 둘러싸도록 이의 단축을 중단시킬 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시형태에서, 개구부(34)는 지지 하우징(15)의 하단부(24)에 위치될 수 있다. 따라서, 지지 하우징(15)의 상단부(22)는 특정 실시형태에서 폐쇄된 구성을 포함할 수 있다. 유사하게, 상단부 및 하단부(22, 24)는 용기 어셈블리(12)가 트랜스퍼 슬롯(45)을 통해 지지 하우징(15)의 챔버(30) 내로 삽입될 수 있도록 폐쇄된 구성을 포함할 수 있다.
이하에서 더 상세하게 논의하는 바와 같이, 사용 동안, 지지 하우징(15a 및 15b)은 전형적으로 약간 이격되어 배치되면서 트랜스퍼 슬롯(45)과 서로 접한다. 용기 어셈블리(12)의 일부가 트랜스퍼 슬롯(45)을 통해 측면으로 통과하도록 용기 어셈블리(12)는 격벽(30) 내에 수용된다. 지지 하우징(15)을 분리된 그리고 별도의 부재로서 나타내지만, 그들은 함께 연결되거나 또는 일체형의, 단일 일원화 구조로서 형성될 수 있거나, 함께 연결될 수 있다.
도시한 바와 같이, 각각의 지지 하우징(15a 및 15b)은 베이스(36a 및 36b)에 제거 가능하게 또는 일체형으로 고정될 수 있다. 베이스(36) 정지 또는 이동 프레임, 카트 또는 트롤리를 포함할 수 있거나, 또는 하나 이상의 커넥터(40)에 의해 지지 하우징(15)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 지지 하우징(15)의 바닥(26)은 바퀴(38) 및/또는 그것으로부터 연장된 발(39)을 지니는 베이스(36) 상에 의지할 수 있다. 베이스(36a, 36b)는 하나 이상의 커넥터를 통해 연결되고/되거나 함께 고정될 수 있다. 따라서, 베이스(36)는 지지 하우징(15)의 선택적 이동 및 위치 결정/고정을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 대안의 실시형태에서, 지지 하우징(14)은 단일 베이스(36) 상에 의존할 수 있거나 또는 베이스(36) 상에는 의존하지 않지만 바닥 또는 다른 지지 구조 상에 직접적으로 의존할 수 있다.
각각의 지지 하우징(15)이 실질적으로 원통형인 구형을 갖는 것으로 나타나지만, 대안의 실시형태에서 각각의 지지 하우징(15)은 챔버(30)를 부분적으로 획정할 수 있는 임의의 목적으로 하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 측벽(20)은 원통형일 필요는 없지만, 다양한 다른 가로 놓인, 횡단면 구성, 예컨대 다각형, 타원형 또는 불규칙 형상을 가질 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 정사각형 또는 직사각형 횡단면을 지니는 측벽(20)을 갖는 지지 하우징(15c 및 15d)을 포함하는 강성의 지지 하우징(14)을 갖는 유체 정제 시스템(10b)이 도시된다. 따라서 측벽(20)은 편평한 측면을 가진다. 지지 하우징(15c 및 15d)의 다른 특징, 요소 및/또는 양상은 본 명세서에 기재된 지지 하우징(15a 및 15b)과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1로 돌아가서, 각각의 지지 하우징(15)은 임의의 목적으로 하는 크기로 등급화될 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 챔버(30)가 50 리터 미만 또는 1,000 리터 초과 또는 그 사이의 임의의 용적을 보유할 수 있도록 지지 하우징(15)은 크기가 조절될 수 있다는 것이 생각된다. 지지 하우징(15)은 전형적으로 금속, 예컨대 스테인레스강으로 이루어지지만, 또한 본 개시내용의 적용된 부하를 견뎌낼 수 있는 다른 물질로 이루어질 수 있다.
지지 하우징(15)은 측벽(20) 및 바닥(26) 상에서 형성된 하나 이상의 개구부(46)를 가질 수 있다. 개구부(들)(46)는 다양한 외부 가스선, 유체선, 프로브 및/또는 센서가 용기 어셈블리(12)와 결합할 수 있도록 (예를 들어, 용기 어셈블리(12)가 지지 하우징(15) 내에 있을 때) 용기 어셈블리(12)에 대한 접근을 제공한다.
특정 실시형태에서, 지지 하우징(15a 및 15b)(및 지지 하우징(15c 및 15d))은 서로 거울상일 수 있다. 그러나, 다양한 요소의 구성, 위치 및 수의 차이는 본 개시내용의 범주로부터 벗어나는 일 없이 수용 부재 간에 다를 수 있다는 것을 인식할 것이다.
용기 어셈블리
도 1에 도시되는 바와 같이, 유체 처리 시스템(10a)는 지지 하우징(15) 내에 적어도 부분적으로 배치된 용기 어셈블리(12)를 포함한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 용기 어셈블리(12)는 제1 하위 용기(17a), 제2 하위 용기(17b), 및 그 사이에서 연장되는 복수의 도관(13a 내지 13e)을 포함한다.
하위 용기(17a 및 17b)는 서로 실질적으로 동일하고(전형적으로 서로 거울상임), 동이한 요소는 동일한 참조 특징에 의해 확인된다. 각각의 하위 용기(17)는 상단부(56)로부터 대향하는 하단부(57)까지 연장되는 측벽(55)을 가진다. 각각의 하위 용기(17)는 또한 외면(8) 및 내면(9)을 가진다. 내면(9)은 믹서 시스템(18)의 일부가 배치된 하위 구획(50)을 획정된다.
이하에 추가로 상세하게 논의하는 바와 같이, 각각의 하위 구획(50)은 하나 이상의 혼합 구역(31) 및 하나 이상의 침강 구역(33)의 적어도 일부를 포함할 수 있는데, 혼합 구역(31)은 침강 구역(33)과 유체 연통한다. 예를 들어, 하위 용기(17)의 하위 구획(50)은 하단부(57)와 대향하는 상단부(56) 사이에서 연장되는 복수의 교번의 혼합 구역(31a 내지 31c) 및 침강 구역(33a 및 33b)을 가질 수 있는 반면, 하위 용기(17b)의 하위 구획(50b)은 하단부(57)와 반대편 상단부(56) 사이에서 연장되는 복수의 교번의 혼합 구역(31d 및 31e) 및 침강 구역(33c 내지 33e)을 가질 수 있다.
교번의 구역은 수직의 또는 부분적으로 수직의 배향일 수 있거나 또는 다르게는 하위 구획(50) 내에서 유체 유동 경로를 따라서 교번으로 생길 수 있다. 도시된 실시형태에서, 하위 용기(17a)의 혼합 구역(31)은 하위 용기(17b)의 침강 구역(33)과 수평으로 정렬되고 하위 용기(17a)의 침강 구역(33)은 하위 용기(17b)의 혼합 구역(31)과 수평으로 정렬된다. 수평으로 배열되고/되거나 일렬의, 나란한, 믹서/새틀러 시스템이 또한 본 명세서에서 상정된다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 교번의 혼합 및 침강 구역은 하나 이상의 구획, 용기, 하위 용기 및/또는 용기 어셈블리 내에서 또는 사이에서 하나 이상의 샘플 또는 유체 흐름을 따르는 것을 포함하는 임의의 적합한 방식으로 배열될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 침강 구역은 하나 이상의 믹서 요소로부터 적어도 부분적으로 차폐된 유체 처리 시스템의 임의의 면적을 포함할 수 있다. 예를 들어, 침강 구역은 교반 믹서 요소로부터의 더 적은 전단력, 난류 등이 있는 믹서 요소 사이에 공간을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 침강 구역은 분산된 상 액적의 합체가 다른 면적에 비해 향상된 유체 처리 시스템의 임의의 공간을 포함할 수 있다. (분산된 상 액적의 합체가 침강 구역/공간에 비해 감소된 경우) 이러한 다른 면적은 적어도 하나의 실시형태에서 혼합 구역을 지칭할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 혼합 구역은 적어도 부분적으로 배치된 믹서 요소를 가진다.
하위 용기(17)는 하나 이상의 투명, 반투명 또는 불투명한 물질을 포함할 수 있고, 자외선 또는 다른 저해 특성(예를 들어, 그에 포함된 저해제)을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 사용 방법은 하위 용기(17)를 형성하기 위해 사용되는 물질을 결정할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 각각의 하위 용기(17)는 용기 어셈블리(12)의 단일 사용 및/또는 일회용 용도를 허용하지만, 강성의 지지 하우징(15)과 함께 사용될 용기 어셈블리(12)를 필요로 할 수 있는 가요성 중합체 시트 또는 필름으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 하위 용기(17)는 가요성, 불투수성 물질, 예컨대 두께가 약 0.1㎜ 내지 약 5㎜의 범위이고, 약 0.2㎜ 내지 약 2㎜가 가장 흔한 저밀도 폴리에틸렌 또는 다른 중합체 시트 또는 필름으로 구성될 수 있다. 다른 두께가 사용될 수 있다. 물질은 단일 겹의 물질로 구성되거나, 또는 이중 벽 용기를 형성하도록 서로 밀봉되거나 또는 분리된 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 층들이 서로 밀봉된 경우, 물질은 적층 또는 압출성형된 물질을 포함할 수 있다. 적층된 물질은 후속적으로 접착제에 의해 함께 고정되는 2 이상의 별개로 형성된 층을 포함한다.
적어도 하나의 실시형태에서, 하위 용기(17)는 하위 용기(17)로 조립, 제작, 용접 또는 달리 형성된 압출성형 물질을 포함할 수 있다. 압출성형된 물질은 접착층에 의해 분리될 수 있는 상이한 물질의 2 이상의 층을 포함하는 단일 일체형 시트를 포함할 수 있다. 모든 층들은 동시에 공압출될 수 있다. 본 개시내용에서 사용될 수 있는 압출성형된 물질의 일례는 유타주 로건에 소재한 라이프 테크놀로지즈 코포레이션(Life Technologies Corporationis)으로부터 입수 가능한 HyQ CX3-9 필름이다. HyQ CX3-9 필름은 cGMP 시설에서 생산된 3층의, 9 밀(mil) 캐스트 필름이다. 외부 층은 초저밀도 폴리에틸렌 제품 접촉층과 공압출된 폴리에스터 탄성중합체일 수 있다. 본 개시내용에서 사용될 수 있는 압출성형된 물질의 다른 예는 또한 라이프 테크놀로지즈 코포레이션으로부터 입수 가능한 HyQ CX5-14 캐스트 필름이다. HyQ CX5-14 캐스트 필름은 폴리에스터 탄성중합체 외부 층, 초저밀도 폴리에틸렌 접촉층, 및 그 사이에 배치된 EVOH 장벽층을 포함한다.
물질은 또한 멸균 조건에서 용액, 샘플 또는 유체를 유지할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 물질은 또한, 예컨대 (감마) 방사선, 고압살균, 세척 등에 의해 멸균 가능할 수 있다. 다른 실시형태는 ((전체적으로) 멸균되지 않을지라도) 무균 방식으로 세정 및 사용될 수 있는 물질 및/또는 요소를 포함할 수 있다. 상이한 상황에서 사용될 수 있는 물질의 예는 2000년 7월 4일자로 발행된 미국 특허 제6,083,587호 및 2003년 4월 24일자로 공개됨 미국 특허 공개 제2003-0077466 A1호에 개시되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 구체적 참고문헌으로 본 명세서에 포함된다.
적어도 하나의 실시형태에서, 각각의 하위 용기(17)는 원주 구성으로 구성, 제작, 형성 및/또는 제조된 중합체 백(bag)을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 하위 용기(17)는 2차원 베개 방식 백을 포함하되, 물질의 2개 시트는 중복 관계에 놓여있고, 두 시트는 그들의 주변부에서 함께 접하여 내부 구획을 형성한다. 대안적으로, 물질의 단일 시트는 폴드 오버될 수 있고, 주변부 주위를 접합하여 내부 구획(50)을 형성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 하위 용기(17)는 중합체 물질의 연속적 관 압출로부터 형성될 수 있는데, 이는 길이로 절단되고, 단부에서 폐쇄되도록 접합된다.
또 다른 실시형태에서, 각각의 하위 용기(17)는 고리 모양 측벽뿐만 아니라 2차원 상단부벽 및 2차원 하단부 벽을 갖는 3차원 백을 포함할 수 있다. 3차원 용기는 복수의 별도의 패널, 전형적으로 3개 이상, 및 더 통상적으로는 4 또는 6개를 포함한다. 각각의 패널은 실질적으로 동일하고, 용기의 측벽, 상단부 벽, 및 하단부 벽의 일부를 포함한다. 각각의 패널의 대응하는 주위 에지는 함께 접합된다. 접합부는 전형적으로 당업계에 공지된 방법, 예컨대 열 에너지, RF 에너지, 음향 공학 또는 다른 밀봉 에너지를 이용하여 형성된다.
대안의 실시형태에서, 패널은 다양한 상이한 패턴으로 형성될 수 있다. 본 개시내용의 실시형태에 적합한 용기를 형성, 제작, 제조, 구성, 조립 및/또는 용접하기 위한 이들 및 다른 기법은 당업계에 공지되어 있다. 따라서, 이를 형성하기 위한 특정 단계 및 조건은 상세하게 기술될 필요가 없다. 3차원 백을 제조하기 위한 한 가지 방법에 관한 추가적인 개시내용은 2002년 9월 19일자로 공개된 미국 특허 공개 제2002-0131654 A1호에 개시되어 있으며, 이의 전체 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.
대안의 실시형태에서, 하위 용기(17)는, 자기-지지성인, 즉, 그 자체의 중량 하에서 붕괴되지 않는 하위 용기(17)가 충분히 강성이 되게 할 수 있는 유리, 열가소성, 수지, 스테인레스강, 알루미늄 또는 다른 강성 또는 반강성 물질(들)로 구성될 수 있다. 그렇게 해서, 하위 용기(17)는 강성의 지지 하우징(15)에서 필수적으로 위치 또는 삽입되는 일 없이 사용될 수 있다.
또한 각각의 하위 용기(17)는 사실상 임의의 목적으로 하는 크기, 형상 및 구성을 갖도록 제조될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 10리터, 30리터, 100리터, 250리터, 500리터, 750리터, 1,000리터, 1,500리터, 3,000리터, 5,000리터, 10,000리터 또는 다른 목적으로 하는 용적으로 크기가 조절된 구획을 갖는 하위 용기(17)가 형성될 수 있다. 하위 구획(50)의 크기는 또한 상기 용적 중 임의의 둘 사이의 범위일 수 있다. 하위 용기(17)가 임의의 형상일 수 있지만, 일 실시형태에서, 각각의 하위 용기(17)는 지지 하우징(15)의 챔버(30)에 대해 상보적으로 또는 실질적으로 상보적이 되도록 특별히 구성된다(도 1 참조). 또한 일부 실시형태에서 하위 용기(17)가 챔버(30) 내에 수용될 때, 하위 용기(17)는 적어도 일반적으로 지지 하우징(15)에 의해 균일하게 지지되는 것이 바람직할 수 있다.
이제 도 2로 되돌아가면, 하위 용기(17) 사이의 유체 연통을 가능하게 하기 위해 도관(13)은 하위 용기(17a 및 17b) 사이에서 연장된다. 더 구체적으로, 구역(31 및 33) 사이의 유체 연통을 가능하게 하기 위해 각각의 도관(13)은 하위 용기(17a)의 혼합 구역(31)과 하위 용기(17b)의 침강 구역(33) 사이 또는 하위 용기(17a)의 침강 구역(33)과 하위 용기(17b)의 혼합 구역(33) 사이에서 연장된다. 따라서, 하위 용기(17a)의 혼합 구역(31a) 내에 배치된 유체 샘플은 도관(13a)를 통해 하위 용기(17)의 침강 구역(33c) 내로 유동할 수 있고, 그 반대일 수도 있다. 도관(13)은 하위 용기(17)의 외벽(55)으로부터 측면으로 및/또는 방사상으로 연장될 수 있다.
그러나, 도관(13)은 또한 침강 구역을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일부 실시형태에서, 도관(13) 및 그의 대응하는, 인접한 침강 구역(33)은 단일 침강 구역을 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 일부의 실시형태에서, 유체 처리 시스템(10)은 복수의 교번의 혼합 구역들 및 침강 구역들을 포함할 수 있다.
각각의 도관(13)은 제1 단부(152)와 대향하는 제2 단부(154) 사이에서 연장되는 내면(150)을 가진다. 내면(150)은 유체가 도관(13)을 통해 유동하는 유체 통로(156)를 획정한다. 일부 실시형태에서, 도관(13)의 유체 통로(156)는 침강 구역의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 도관(13)은 강성, 반강성 및/또는 가요성 물질(들)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 도관(13)(또는 이의 일부(들))은 구조적 형태 또는 구성을 유지하기 위해 자기-지지성인 강성 물질, 예컨대 유리, 중합체, 플라스틱 또는 수지 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 도관(13)이 플라스틱 변형 없이 접힘, 굽힘 또는 달리 붕괴될 수 있도록 도관(13)은 가요성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도관(13)은 가요성 배관 또는 호스를 포함할 수 있다. 도관(13)은 또한 중합체 시트 또는 필름, 예컨대 하위 용기(17)에 대해 상기 논의한 바와 동일한 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 도관(13)의 일 부분은 강성 물질로부터 형성될 수 있는 반면, 다른 부분은 가요성 물질로부터 형성될 수 있다.
도관(13)은 예시한 바와 같이 원통형일 수 있다. 그러나, 도관(13)은 또한 원형 이외의 가로 놓인 횡단면 구성, 예컨대 타원형, 긴타원형, 다각형을 가질 수 있거나 또는 다른 기하학적 또는 다른 비곡선 구성을 가진다. 도관(13)은 또한 그들의 길이를 따라 구성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 도관(13)의 대향하는 단부는 원통형일 수 있는 한편, 중앙 부분은 하나 이상의 음향 새틀러(16)와 부착, 정렬 또는 달리 맞물리기 위해 하나 이상의 편평한 측면 내지 2 이상의 반대편의 편평한 측면을 갖는 정사각형, 직사각형, 다각형 또는 다른 구성을 가진다. 실질적으로 또는 전체적으로 비곡선(예를 들어, 정사각형 등) 도관(13)이 또한 본 명세서에서 상정된다.
적어도 하나의 실시형태에서, 해당 위치에서 도관의 횡단면이 유체 정제 시스템(10)의 작업 조건 하에서 위치가 변하지 않도록 도관(13)은 충분히 강성인 적어도 하나의 표면(또는 이의 일부)을 제공할 수 있다. 음향파의 사용은 고정적인 파절에서 능동 액적 합체, 및 결국 상 침강 또는 분리를 실시하기 위해 정확환 구성 및 교정을 필요로 한다. 가요성 또는 반가요성 물질은 음향파가 그를 통해 인가될 때 일관성 없는 결과를 야기할 수 있다. 추가로, 도관(13)의 강성 특성, 구조 및/또는 구성(적어도 일부)은 이들에 대한 하나 이상의 음향 새틀러(16)의 안정한 장착, 연결 및/또는 부착을 허용한다.
도관(13)의 직경, 길이, 폭, 횡단면 또는 다른 적절한 측정은 또한 실시형태에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 도관(13)은 최대 직경이 30㎝ 미만, 25㎝ 미만, 20㎝ 미만, 15㎝ 미만, 12㎝ 미만, 10㎝ 미만, 7㎝ 미만, 5㎝ 미만, 2㎝ 미만, 1㎝ 미만, 0.5㎝ 내지 30㎝, 1㎝ 내지 20㎝, 5㎝ 내지 18㎝, 또는 10㎝ 내지 15㎝일 수 있다. 일부 실시형태에서, 도관(13)은 최대 직경이 30㎝보다 클 수 있다(예를 들어, 35㎝, 40㎝, 45㎝, 50㎝, 60㎝, 70㎝, 80㎝, 90㎝, 1m, 2 m, 5m, 10m 등). 더 나아가, 적어도 하나의 실시형태에서, 도관(13)의 직경은 이의 길이를 따라 변할 수 있다.
일부 실시형태에서, 도관(13)의 크기 또는 직경은 도관(13) 내에서 유체에 대한 음향파의 효능을 최적화하도록 선택된다. 너무 큰 도관은 음향파에 의해 생성된 침강 효율을 감소시킬 수 있다. 너무 작은 도관은 난류를 유도할 수 있고, 음향파에서 액적의 트래핑을 방해할 수 있다. 원형 또는 원통형 실시형태에서 직경에 대한 언급은 본 개시내용의 범주로부터 벗어나는 일 없이 다른 실시형태에서 길이, 폭, 횡단면 또는 다른 적절한 측정으로서 해석될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 도관(13)은 임의의 목적으로 하는 길이일 수 있지만, 도관(13)은 전형적으로 약 10㎝ 내지 약 100㎝ 범위의 길이를 가지며, 약 20 내지 약 60㎝가 더 바람직하다. 다른 길이가 또한 사용될 수 있다.
도관(13)은 다양한 상이한 방법에서 하위 용기(17)에 연결될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 개구부(134)를 갖는 포트(132)(예컨대 포트(132a 및 132b))는 혼합 구역(31) 및 침강 구역(33)과 연통하도록 목적으로 하는 위치에서 하위 용기(17a 및 17b) 상에 장착될 수 있다. 포트(132)는, 예컨대 용접, 접착 또는 다른 전통적인 기법에 의해 하위 용기(17)에 연결될 수 있고, 도관(13)에 전형적으로 압입(press fit), 프릭션 피트(press fit), 나사 연결, 크림핑(crimping), 클램프 등에 의해 연결될 수 있는, 통상적인 바브 포트(barb port), 관 포트 등과 같은 임의의 유형의 관 이음부(tubular fitting)를 포함할 수 있다. 포트(132)는 전형적으로 하위 용기(17)에 연결된 플랜지를 방사상으로 둘러싸는 관형 스템(tubular stem)을 포함한다. 스템을 통해 연장되는 개구부(134)는 원형일 수 있거나 또는 다각형, 타원형, 불규칙형 또는 다른 횡단면을 가진다. 대안적으로, 도관(13)의 대향하는 단부는, 예컨대, 용접, 접착제 등에 의해 하위 용기(17)에 직접적으로 연결될 수 있다.
앞서 언급한 것을 고려하여, 용기 어셈블리(12)는 샘플 정제 구획(136)을 획정한다. 구획(136)은 하위 용기(13a)의 하위 구획(50a), 하위 용기(13b)의 하위 용기(50b), 및 각각의 도관(13)의 유체 통로(156)를 포함한다.
용기 어셈블리(12)는 또한 포트를 통해 연장된 개구부를 갖고 하위-구획(50)과의 유체 연통에서 각각의 하위 용기(17) 상에 배치된 복수의 포트(51)를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 각각의 포트(51)는 하위 구획(50)과 연통하도록 해당 하위 용기(17)와 연결되는 이음부, 예컨대 바브 포트, 관 포트 또는 다른 통상적인 포트를 포함한다. 포트(51)는 포트(132)와 동일한 구성을 가질 수 있다. 다수의 포트(51)는 임의의 요망되는 수의 위치에서, 예컨대 상단부(56), 하단부(57) 및/또는 측벽(55)을 따라서 하위 용기(17) 상에 장착될 수 있다. 포트(51)는 강성의 지지 하우징(15) 상에서 개구부(46)와 정렬될 수 있고(도 1 참조) 따라서 포트(51)는 용이하게 접근될 수 있다.
포트(51)는 동일한 구성 또는 상이한 구성을 가질 수 있고, 다양한 상이한 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 포트(51)는 처리된 액체상을 하위 용기(17) 내로 전달하기 위해 그리고 처리된 액체상을 하위 용기로부터 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하위 용기(50a)의 상단부(56)에 위치된 포트(51a)는 제1 유입구를 포함할 수 있는 반면, 하위 용기(50b)의 상단부(56)에 위치된 포트(51b)는 제1 유출구를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 하위 용기(50a)의 하단부(57)에 위치된 포트(51c)는 제2 유입구를 포함할 수 있는 반면, 하위 용기(50b)의 하단부(56)에 위치된 포트(51d)는 제2 유출구, 유입구 및 유출구를 포함할 수 있는데, 이들 모두는 샘플 정제 구획(136)과 유체 연통한다. 그러나, 유입구, 유출구 및/또는 기타 포트는 상단부(56) 및/또는 하단부(57)에 위치될 필요가 없다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 특정 포트(51)는 하나 이상의 중간 위치에(예를 들어, 측벽(55)을 따라서) 위치될 수 있다. 따라서, 처리될 액체상을 상 혼합 및/또는 상 침강 구역 내로 직접적으로 전달하기 위해 포트(51)가 사용될 수 있다. 다른 유체, 예컨대 매질, 배양물, 혼합물, 시약 및/또는 다른 성분을 샘플 정제 구획(136) 내로 그리고 밖으로 전달하기 위해 포트(51)가 또한 사용될 수 있다.
하나 이상의 프로브를 하위 용기(17)에 결합하기 위해 포트(51)가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로브, 예컨대 온도 프로브, pH 프로브, 용존 산소 프로브 등을 결합하기 위해 포트(51)가 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 포트(51)는 스템(stem)을 통해 연장되는 채널(97)을 획정하고 그리고 방사상으로 외측으로 돌출되면서 둘러싸는 장착 플랜지(96)를 갖는 스템(93)을 포함한다. 장착 플랜지(96)는 용접되거나 또는 하위 용기(17)에 다르게 고정될 수 있다.
일 실시형태에서, 스파저(54)는 액체상을 하위 용기(17a) 내로 살포하기 위해 하위 용기(17a)의 상부 및/또는 하단부 상에 장착될 수 있다. 스파저(54)는 액체상이 하위 용기(17a) 상에 제공됨에 따라 상 액체를 분산 또는 "버블링"하는, 예를 들어, 작은 액적의 상 액체를 제공하거나 또는 하위 용기(17a) 내로 버블링하는 용융, 천공, 기체 투과성 또는 다른 통상적인 스파저를 포함할 수 있다. 액적이 작을 수록 정제 속도는 증가될 수 있는데, 관심 대상 분자가 제1상으로부터 제2상으로 더 효율적으로 이동되기 때문이다. 이론에 구속되는 일 없이, 작은 액적의 고표면적 대 용적비는 분자 전달 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 일 실시형태에서, 스파저(54)는 샘플 정제 구획(136)에 대해 제1상 및/또는 제2상 유입구를 포함할 수 있다.
스파저(54)의 예 및 그들이 본 개시내용의 실시형태에서 사용될 수 있는 방법은 2006년 11월 30일자로 공개된 미국 특허 공개 제2006-0270036호 및 2006년 10월 26일자로 공개된 미국 특허 공개 제2006-0240546호에 개시되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 구체적 참고문헌으로서 본 명세서에 포함되어 있다.
샘플 정제 구획(136)은 밀폐될 수 있고, 용기 어셈블리(12)는 예컨대 방사선에 의해 멸균되어서, 멸균 유체를 처리하는 데 사용될 수 있다. 사용 동안, 용기 어셈블리(12)는 도 1에 도시되는 바와 같은 지지 하우징(15)의 챔버(30) 내에 배치될 수 있고, 따라서 도관(13)은 지지 하우징(15a 및 b) 사이에 개방적으로 노출되고 연장된다. 용기 어셈블리(12)는 후속적으로 단일 사용 후 배치될 수 있고, 이어서, 새로운 용기 어셈블리로 대체될 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 실시형태에서, 용기 어셈블리(12)는 유체 처리 동안 1회 초과로 사용될 수 있고, 이어서, 폐기를 위해 지지 하우징(15)으로부터 제거된다. 또한 용기 어셈블리(12)는 또한 재사용되고/되거나 세척가능하고/하거나 멸균 가능한 물질을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
차폐 요소
차폐 요소(61)는 하위 용기(17)의 하위 구획(50) 내에 배치될 수 있다. 차폐 요소(61)는 다양한 기능성 목적을 제공할 수 있고, 다양한 구조적 구성을 가진다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 차폐 요소(61)는 혼합 구역(31)과 침강 구역(33) 사이의 분리를 돕고, 용기 어셈블리(12) 내에서 유체 샘플의 유동을 적어도 부분적으로 제어할 수 있다. 이하에 논의하는 다른 실시형태에서, 차폐 요소(61)는 혼합 구역(31) 사이에서 분리를 보조할 수 있다. 차폐 요소(61)는 또한 하나 이상의 방향으로 유체 흐름을 조장하도록 그리고/또는 용기 어셈블리(12) 내에서 하나 이상의 상이한 방향으로 유체 유동을 제한하도록 구성될 수 있다.
차폐 요소(61)는 배플, 장벽 또는 다른 난류-진정 또는 유체-폐색 요소를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 침강 구역(33)은 적어도 하나의 차폐 요소(61)에 의해 획정되고, 그 안에 직접적으로 배치된 혼합 요소가 결여된 하위 구획(50) 또는 샘플 정제 구획(136)의 일부 또는 그 안에서 유체를 직접적으로 혼합하는 혼합 요소를 포함한다. 침강 구역(33)은 2개의 차폐 요소(61) 사이에, 하나의 차폐 요소와 하위 용기(17)의 벽 사이에 또는 차폐 요소(61)와 하위 구획(50) 또는 샘플 정제 구획(136) 내의 일부 다른 구조 사이에 획정될 수 있다.
마찬가지로, 혼합 구역(31)은 적어도 하나의 차폐 요소(61)에 의해 획정되고, 그 안에 직접적으로 배치된 혼합 요소를 갖는 하위 구획(50) 또는 샘플 정제 구획(136)의 일부 또는 그 안에서 유체를 직접적으로 혼합하는 혼합 요소를 포함한다. 혼합 구역(31)은 2개의 차폐 요소(61) 사이에, 하나의 차폐 요소와 하위 용기(17)의 벽 사이에 또는 차폐 요소(61)와 하위 구획(50) 또는 샘플 정제 구획(136) 내의 일부 다른 구조 사이에 획정될 수 있다. 본 명세서에 개시된 이러한 그리고 다른 실시형태에서, 다수의 혼합 구역 및 침강 구역이 사용될 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 샘플 정제 시스템은 2 내지 60개의 혼합 구역 및 침강 구역(각각)이 있을 수 있지만, 더 통상적으로는 2 내지 20 또는 2 내지 10개일 수 있다. 다른 수가 또한 사용될 수 있다.
차폐 요소(61)의 진정 영향 또는 장벽 효과와 조합된 침강 구역(33) 내의 혼합 요소 결여는 침강 구역(33) 내에서 유체 샘플의 침강을 허용할 수 있다. 일 실시형태에서, 도관(13) 내에서 유체 경로(156)는 독립적인 침강 구역으로 고려될 수 있거나 또는 더 큰 침강 구역을 형성하기 위해 침강 구역(33)과 조합될 수 있다. 예를 들어, 유체 경로(156)는 또한 그의 크기 또는 구성 때문에 및/또는 도관(13)의 개구부(들)에서 또는 근처에서 더 작은 차폐 요소(61)를 위치시킴으로써 혼합 요소의 교반 영향으로부터 차폐될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 침강 구역은 혼합 요소(84) 및/또는 도관(13)의 유체 경로(156)의 적어도 일부가 결여된 또는 없는 하위 구획(50)의 일부를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서 도관(13)의 유체 경로(156)는 침강 구역(33) 또는 혼합 구역(31)으로부터 분리된 것으로 고려될 수 있다.
도 6A 내지 도 6E로 되돌아가면, 차폐 요소(61)는 주위 에지(142)로 연장되는 대향하는 면(138 및 140)을 갖는 몸체(71)를 포함할 수 있다. 몸체(71)는 패널을 포함할 수 있되, 대향하는 면(138 및 140)은 실질적으로 편평하고, 서로 실질적으로 평행하다. 다른 실시형태에서, 면(138 및 140)은 편평할 필요는 없지만, 윤곽이 나타나거나 또는 다르게 구성될 수 있거나, 또는 면에 부착된, 댐핑 또는 혼합을 향상시키는 부재를 가진다. 개구부(67)와 떨어져서 이격된 하나 이상은 유체가 그것을 통과하도록 면(138 및 140) 사이에서 연장된다. 적어도 하나의 실시형태에서, 용기 어셈블리(12) 내에서 혼합물(또는 이의 상)의 유동에 대해 제어를 수행 또는 실행하기 위해 유체 혼합물 중에서의 경질상 대 중질상의 비에 따라 개구부(67)는 크기가 조절될 수 있다.
차폐 요소(61)는 또한 그 안에 혼합 시스템(18)의 적어도 일부를 수용하기 위해 하나 이상의 추가적인 개구부(65)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이하에 더 상세하게 논의하는 바와 같이, 회전 가능한 허브(63)를 통해 연장되는 개구부(65)를 갖는 회전 가능한 허브는 몸체(71) 상에서 중앙에 장착될 수 있다. 베어링은 허브(63)의 자유 회전을 허용하도록 허브(63)와 몸체(71) 사이에 위치될 수 있다.
차폐 요소(61)는 강성, 반강성 또는 가요성 물질로 형성될 수 있고, 임의의 적합한 크기로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 물질은 자기-지지성인 금속, 유리, 플라스틱 등일 수 있다. 다른 실시형태에서, 차폐 요소(61)는 가요성 중합체 시트 또는 필름, 예컨대 상기 논의한 바와 같은 하위 용기(17)을 형성하기 위해 사용되는 것을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 차폐 요소(61)는 하위 구획(30) 내에 파묻혀서 끼워지도록 구성되고 크기가 조절된 원형판을 포함한다. 따라서, 차폐 요소(61)의 직경은 하위 구획(30)(또는 이의 하위 용기)의 직경과 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 차폐 요소(61)는 또한 본 개시내용의 범주로부터 벗어나는 일 없이 용기(12)보다 더 작은 또는 더 큰 직경을 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 차폐 요소(61)는 도관(13)의 개구부 내의 또는 인접한 위치일 수 있다(도 2 참조). 따라서, 차폐 요소(61)는 또한 도관(13)의 직경과 동일하거나, 더 크거나, 더 작거나 또는 실질적으로 유사한 직경을 가질 수 있다.
차폐 요소(61)는 전형적으로 그에 용접됨으로써 하위 용기(17)에 고정된다. 예를 들어, 주위 에지(142)는 하위 용기(17)의 내면에 용접될 수 있거나 또는 하위 용기(17)는 주위 에지(142)에 인접한 차폐 요소(61)의 대향하는 면(138 및 140)에 용접된 별도의 부문을 형성할 수 있다. 부착을 위한 다른 기법이 또한 사용될 수 있다.
차폐 요소(61)의 개구부(67)는 몸체(71) 내에 구멍, 틈 및/또는 보이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차폐 요소(61a)는 몸체(71) 내에 작은 구멍 같은 개구부를 포함하는 개구부(67a)를 포함할 수 있는 반면, 차폐 요소(61b)는 개구부(67a)보다 더 큰 개구부(67b)를 포함할 수 있다. 차폐 요소(61c)는 원형 개구부(67c)를 포함할 수 있고, 차폐 요소(61d)는 초승달 모양 개구부(67d 및 67e)를 포함할 수 있다. 따라서, 개구부(67)는 모두 동일한 크기 및 형상일 수 있거나, 또는 상이한 크기 및/또는 형상일 수 있다. 다른 개구부(67)와 같이 개구부(67d)는 개구부(67d)를 통한 유체 유동을 감소 또는 저해하도록 구성될 수 있는 개구부에 맞추 조정되거나 또는 배치된 필터(69), 예컨대 스크린, 배플링, 필터 등을 가질 수 있다.
개구부(들)(67)는 몸체(71) 내 또는 부근의 임의의 적합한 위치에 위치되거나 또는 배치될 수 있다. 예를 들어, 개구부(들)(67)는 몸체(71)의 중앙에 인접한, 또는 다른 적합한 자리 또는 위치에서 몸체(71)의 주위 에지 주변에 위치될 수 있다. 가드는 각각과 공동으로 사용될 수 있거나 또는 혼합 구역(31) 내 혼합 요소(84)에 의해 생성된 난류로부터 침강 구역(33)을 추가로 차폐하기 위해 개구부(67)를 선택할 수 있다. 예를 들어, 이하에 추가로 상세하게 논의되는 바와 같이 제1 유체 및 제2 유체의 혼합 영역이 유체 3 또는 4의 각각의 유출구 내로 인출되는 것을 방지하거나 또는 늦추기 위해 가드가 하나 이상의 개구부(67)에 적용될 수 있다. 또한 유체 1 및 2의 혼합물의 유체 3 및 4 내로의 침강을 개선시키기 위해 침강 구역 내에서 유체 3 또는 4의 더 두꺼운 또는 더 밀집한 층을 유지하기 위해 또는 그 사이에 생성물 또는 오염물질 분자를 전달하기 위해 가드가 적용될 수 있다.
예를 들어, 도 17A 내지 도 17C에서 예시하는 바와 같이, 차폐 요소(61k)는 하나 이상의 개구부(67f)를 덮거나 또는 결합된 하나 이상의 가드(73)를 갖는 몸체(71)를 포함한다. 가드(73)는 혼합 구역(31) 내 혼합 요소(84)에 의해 생성된 난류로부터 침강 구역(33)을 추가로 차폐하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 17B는 채널(173a)을 획정하고 개구부(67f)와 정렬된 관형 스템(171a)을 갖는 가드(73a)를 도시한다. 스템(171a)은 몸체(71)에 고정된 제1 단부(180) 및 대향하는 제2 단부(182)로부터 연장된다. 복수의 방사상으로 이격된 개구부(들)(181)는 제2 단부(182)에서 스템(171a)을 통해 측면으로 연장된다.
가드(73a)는 또한 상부(184a) 및 그로부터 돌출된 고리 모양 위어(weir)(179a)를 갖는 캡(175a)을 포함한다. 상부(184a)는 그 곳에서 채널(173a)을 폐쇄하기 위해 스템(171a)의 제2 단부(182)에 고정된다. 위어(179a)는 그의 주위 에지 상부(184a)로부터 몸체(71)의 뒤쪽으로 돌출된다. 위어(179a)는 스템(171a)으로부터 이격되지만, 지나친 개구부(들)(181)를 돌출시키고, 따라서 개구부(들)(181)를 통과한 유체는 그것이 상승할 수 있기 전에 위어(179a) 주위를 이동하여야 한다. 이 구성에서, 가드(73a)는 인접한 혼합 구역과 침강 구역 사이에 차폐를 형성한다. 더 나아가, 개구부(67f)를 통해 유입되는 난류 유체는 개구부(들)(181)를 통해 측면으로 이동함으로써 방향을 변화시키도록 강제되기 때문에 진정될 수 있고, 이어서, 위어(179a)를 돌아서 가드(73a)를 나갈 수 있다.
도 17C는 가드(73b)의 대안의 실시형태를 도시한다. 구체적으로, 가드(73b)는 채널(173a)을 갖는 스템(171a)을 포함하지만, 측면 개구부(들)(181)는 제거되었다. 캡(175b)은 스템(171a)의 제2 단부(182)보다 높은 다리(186), 다리(186)로부터 연장되고 스템(171a)의 제2 단부(182) 위로 통과하는 상부(184b) 및 스템(171a)으로부터 이격되지만 스템(171a)의 제2 단부(182)를 지나서 상부 주위(184b)로부터 몸체(71) 쪽으로 돌출된 위어(179b)를 포함한다. 또한, 가드(73b)는 인접한 혼합 구역과 침강 구역 사이에 차폐를 형성한다. 더 나아가, 개구부(67f)를 통해 유입되는 난류는 가드(73b)를 통한 구불구불한 경로를 따라서 이동함으로써 방향을 변화시키도록 강제되기 때문에 진정될 수 있다. 가드(73)는 유체가 유동할 수 있는 비선형 유동 경로를 각각 형성하는 다양한 상이한 구성에 들어올 수 있다는 것이 인식된다.
도 18에 도시되는 바와 같이, 대안의 차폐 요소(61l)는 하나 이상의 (수직) 위어(179c, 179d)(예를 들어, 이의 하나 이상의 표면으로부터 연장됨)를 포함할 수 있다. 위어(179c)는 상부면 차폐 요소(61l)로부터 (위쪽으로) 연장될 수 있고/있거나 위어(179d)는 차폐 요소(61l)의 하부면으로부터 (아래쪽으로) 연장될 수 있다. 위어(179c, 179d)는 차폐 요소(61l)의 제1 측면으로부터 차폐 요소(61l)의 제2 측면으로 또는 쪽으로 연장되는 길이를 가질 수 있고, 임의의 적합한 높이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 위어(179c, 179d)는 (예를 들어, 위어(197c, 179d)가 원형 차폐 요소(61l)의 활선 또는 코드에 대응하도록) 차폐 요소(61l)의 일부를 전체적으로 가로질러 연장될 수 있다. 따라서, 차폐 요소(61l)가 용기(12a) 내에 배치될 때, 위어(179c, 179d)는 용기 일부를 가로질러 (전체적으로) (예를 들어, 측벽의 제1 부분으로부터 측벽의 제2 부분까지) 연장될 수 있다. 따라서, 위어(179c, 179d)는 (부분적) 장벽을 포함할 수 있다. 위어(179c, 179d)는 또한 비원형 용기(12a)를 가로질러 연장될 수 있다.
위어(179c, 179d)의 높이는 적어도 하나의 실시형태에서 차폐 요소(61l)와 인접한 차폐 요소 사이의 거리의 거의 절반까지일 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같은, 차폐 요소(61l)는 거리만큼 분리될 수 있다. 따라서, 특정 실시형태에서, 위어(179c, 179d)의 높이는 분리 거리의 50% 이하에 대응하거나 또는 50% 이하일 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 개구부(67g 또는 67h)를 각각 통과하기 위해 위어(179c) 위로(또는 위어(179d) 아래로) 유동하기 전에 위어(179c, 179d)는 위어(179c, 179d) 뒤로 (합체된 및/또는 합체 중인 중질 또는 경질) 위쪽으로 풀링을 강제함으로써 침강을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 개구부(67g)는 경질의 상에 대해 위쪽 유동 통로를 포함할 수 있고/있거나 개구부(67h)는 중질상에 대해 아래쪽 유동 통로를 포함할 수 있다. 합체된 상의 풀링은 작고, 분산된 상 액적이 다른 작고, 분산된 상 액적보다 큰, 풀링된 몸체에 의해 더 용이하게 합체되게 할 수 있다.
위어(179c, 179d)는 위쪽 또는 아래쪽으로 배향될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 위어(179c, 179d)는 분산된 상의 풀링 또는 수집을 야기하도록 배향될 수 있다. 따라서, 분산된 상이 (더) 경질의 또는 덜 밀집한 상이라면, 합체된 경질상의 질량, 크기 및/또는 양이 위어(179d)의 높이를 초과할 때까지, 위어(179d)는 경질상의 합체된 몸체가 위어(179d) 뒤로 트래핑되도록 아래쪽으로 배향될 수 있다. 일단 합체된 경질상의 질량, 크기 및/또는 양이 위어(179d)의 높이를 초과하면, 합체된 경질상은 개구부(67g)를 통과하기 위해 위어(179d) 주위 또는 주변으로(예를 들어, 아래로) (향류로) 유동하기 시작할 수 있다. 대안적으로, 중질의 분산된 상은 그것이 상부 위로 그리고 개구부(67h)를 통해 유동할 때까지 위쪽으로 배향된 위어(179c) 뒤로 풀링된 몸체에 합체될 수 있다. 유사하게, 위어(179c, 179d)는 더 경질이든 또는 더 중질이든, 연속상의 풀링 또는 수집을 야기하도록 배향될 수 있다. 위어(179c, 179d)는 또한 용기(12a)의 하나 이상의 표면(예를 들어, 인접한 유출구 포트(들)(51d, 51d))으로부터 연장될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
도 18에 추가로 도시하는 바와 같이, 하나 이상의 수직으로 배향된 차폐 요소(61m, 61n)는 차폐 요소(61l) 및/또는 용기(12a)의 표면 중 하나 이상으로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 차폐 요소(61m)는 상부면 차폐 요소(61l)로부터 (위쪽으로) 및/또는 용기(12a)의 하부 내면으로부터 (위쪽으로) 연장될 수 있다. 유사하게, 차폐 요소(61n)는 하부 표면 차폐 요소(61l)로부터 (아래쪽으로) 및/또는 용기(12a) 상부 내면으로부터 (아래쪽으로) 연장될 수 있다. 수직으로 분리된 혼합 구역과 침강 구역 사이에 배플을 포함 및/또는 제공하는 차폐 요소(61l)와 달리, 차폐 요소(61m, 61n)는 수평으로 분리된 혼합 구역과 침강 구역 사이에 배플을 포함 및/또는 제공한다.
차폐 요소(61m, 61n)는 개구부(67i)를 형성하는 데 충분한 거리만큼 적어도 부분적으로 (수직으로 및/또는 수평으로) 분리될 수 있다. 따라서, (예를 들어, 혼합 구역(31i) 내에서) 혼합된 (상) 샘플은 개구부(67i)를 통해 (예를 들어, 침강 구역(33m) 내로) 보내질 수 있다. 개구부(67i)는 일부 실시형태에서 차폐 요소(61m, 61n)의 기능성을 무효화하지 않는다. 예를 들어, 차폐 요소(61m, 61n)의 구성, 배향 및/또는 위치는 (예를 들어, 혼합 구역(31i)와 침강 구역(33m) 사이에서) 차폐 및/또는 방해 효과를 유지할 수 있다. 따라서, (예를 들어, 침강 구역(33m)에서) 합체 및/또는 침강 상 샘플은 (예를 들어, 혼합 요소(85)에 의해 그리고/또는 혼합 구역(31i)에서 생성된) 난류 및/또는 교반으로부터 차폐될 수 있다. 차폐 요소(61m, 61n)는 또한 (예를 들어., 침강 구역(33m) 내) 합체 및/또는 침강 상 샘플이 차폐 요소(61m, 61n)를 지나쳐 및/또는 개구부(67i)를 통해(예를 들어, (다시) 혼합 구역(31i) 내로) 유동하는 것을 저해 및/또는 실질적으로 방지할 수 있다.
믹서 시스템
이제 도 1로 되돌아가면, 유체 정제 시스템(10)은 믹서 시스템(18)을 포함할 수 있다. 믹서 시스템(18)은 용기 어셈블리(12) 내에서 유체를 혼합 및/또는 현탁하도록 설계 또는 구성될 수 있다(또는 혼합 및/또는 현탁하도록 구성 및/또는 작동될 수 있다). 구체적으로, 믹서 시스템(18)은 주변의 제2 상을 통해 제1상의 액적을 능동적으로 분산시킬 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 믹서 시스템(18)은 정제 속도 및/또는 효율을 증가시키기 위해 액적 크기를 감소시키도록 설계 또는 구성될 수 있다. 예를 들어, 액적 크기가 작을수록 관심 대상의 제1상으로부터 제2상으로의 전달 속도를 증가시킬 수 있다.
믹서 시스템(18)은 하나 이상의 브라켓 또는 다른 지지 부재(53)를 통해 지지 하우징(15) 상에 또는 지지 하우징에 장착된 하나 이상의 구동 모터 어셈블리(59)를 포함할 수 있다. 그러나, 대안의 실시형태에서, 구동 모터 어셈블리(59)는 지지 하우징(15)에 인접한 별개의 구조(도시하지 않음) 상에 장착될 수 있다.
이하에 더 상세하게 논의될 바와 같이, 믹서 시스템(18)은 또한 (예를 들어, 하위-구획(50)에 결합되고/되거나 하위 구획 내에 적어도 부분적으로 배치되고/되거나 하위 구획 내로 돌출된) 하나 이상의 믹서 어셈블리(78) 및 (예를 들어, 구동 모터 어셈블리(59)와 접하고/하거나 연장되는) 하나 이상의 구동 축을 포함할 수 있다. 또한 이하에 더 상세하게 논의할 바와 같이, 믹서 시스템(18)의 일부 다른 구성요소가 또한 용기 어셈블리(12) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 믹서 시스템(18)의 일부가 용기 어셈블리(12)(또는 이의 하위-구획(50)) 내에 배치될 수 있는 한편, 다른 구성요소는 용기 어셈블리(12)(또는 이의 하위-구획(50)) 외부에 배치될 수 있다는 것을 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 개시내용의 실시형태에 따르는 예시적인 믹서 시스템(18)의 구성요소를 도시한다. 믹서 시스템(18)은 용기 각각의 혼합 구역(31) 내에서 유체, 혼합물 또는 용액을 혼합 및/또는 현탁시키기 위해 사용될 수 있다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 믹서 시스템(18)은 일반적으로 구동 모터 어셈블리(59), 믹서 어셈블리(78) 및 구동축(72)을 포함하며, 이들 각각은 이제 이하에 상세하게 논의할 것이다.
구동 모터 어셈블리(59)는 구동 모터(70)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 구동 모터 어셈블리(59)는 상부 표면(62) 및 대향하는 하부 표면(64)과 함께 표면(62 및 64) 사이에 하우징(60)을 통해 연장되는 개구부(66)를 갖는 하우징(60)을 포함한다. 관 모터 장착부(68)는 하우징(60)의 개구부(66) 내에서 회전 가능하게 고정된다. 구동 모터(70)는 하우징(60) 상에 장착되고, 하우징(60)에 대한 모터 장착부(68)의 선택 회전을 가능하게 하기 위해 모터 장착부(68)와 맞물린다. 구동 모터 어셈블리(59)는 구동축(72)에 의해 믹서 어셈블리(78)와 접하도록 구성될 수 있다. 특정 실시형태는 또한 구동 모터 어셈블리(59) 또는 이의 구동 모터(70)를 결합시키고/시키거나 작동시키기 위한 개스킷(gasket), 밀봉부, 고리, 와셔(washer) 및/또는 임의의 다른 필수적 구성요소를 포함할 수 있다.
믹서 어셈블리(78)는 이의 하나의 단부 또는 단부 둘 다에 고정된 회전 어셈블리(82), 및 커넥터(80)에 또는 커넥터를 따라서 고정된 하나 이상의 혼합 요소(84)를 갖는 세장형 관형 커넥터(80)를 포함한다. 관형 커넥터(80)는 자기 지지성인 강성 물질을 포함할 수 있지만, 더 통상적으로는 플라스틱 변형 없이 폴딩될 수 있는 가요성 관으로 이루어진다. 적어도 하나의 실시형태에서, 세장형 관 커넥터(80)는 혼합 요소(84) 및/또는 차폐 요소(61)의 대향하는 측면 사이에서 연장되고 연결되는 복수의 별개의 세장형 관형 커넥터를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 세장형 관형 커넥터(80)는 혼합 요소(84) 및/또는 차폐 요소(61)를 통과하는 일원화 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 관형 커넥터(80)는 각각의 차폐 요소(61)의 허브(63)의 대향하는 측면 상을 통과하거나 또는 연결될 수 있다(도 6A). 다른 부착 방법이 또한 사용될 수 있다.
도 4b에 추가로 도시하는 바와 같이, 믹서 어셈블리(78)의 회전 어셈블리(82)는 외부 케이싱(86), 및 외부 케이싱(86)을 통해 중앙으로 연장되고 그에 회전 가능하게 결합되는 관형 허브(88)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 다이나믹 씰(dynamic seal)이 외부 케이싱(86) 및 관형 허브(88) 사이에 형성될 수 있고, 따라서 멸균 밀봉이 그 사이에서 유지될 수 있다. 정적 씰(static seal)과 대조적으로, 다이나믹 씰은 밀봉되는 접합면 사이에서 상대적 움직임을 허용한다. 특히, 다이나믹 O-링 씰은 본 명세서에 기재된 매우 다양한 실시형태에 적용될 수 있다. 다른 동적 씰은 왕복 씰, 부동 공압 피스톤 씰(floating pneumatic piston seal), 회전 씰, 진동 씰 등을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 외부 케이싱(86)과 관형 허브(88) 사이에 하나 이상의 베어링이 또한 배치될 수 있다. 회전 어셈블리(82)(또는 이의 외부 케이싱(86))는 하위 용기(17)에 고정될 수 있고, 따라서 허브(88)와 결합된 관형 커넥터(80)는 용기(12)의 구획(50) 내로 연장된다(도 2 참조).
적어도 하나의 실시형태에서, 회전 어셈블리(82)는 관형 커넥터(80)의 대향하는 단부가 이의 허브(88)에 연결되면서 하위 용기(17)의 상단부(56) 및 하단부(57)에 고정될 수 있다(도 2). 그렇게 해서, 커넥터(80)는 하위 용기(17)의 대향하는 단부 사이에서 연장될 수 있다. 대안적으로, 회전 어셈블리(82)는 상단부(56)에만 연결될 수 있으며 커넥터(80)가 그에 결합된다. 따라서 커넥터(80)의 대향하는 단부는 하단부(57)로부터 이격된 하위 용기(17) 내에 배치된다(도 4a).
혼합 요소(84)는 다양한 기능성 목적을 제공할 수 있고, 다양한 구조적 구성을 가진다. 예를 들어, 예시적인 혼합 요소(84)는 하위 용기(17) 내에서 유체 샘플의 흐름을 적어도 부분적으로 제어할 수 있다. 혼합 요소(84)는 하나 이상의 방향으로 흐름을 조장하도록 그리고/또는 하나 이상의 상이한 방향으로 흐름을 제한하도록 구성될 수 있다. 혼합 요소(84)는 또한 복수의 유체, 샘플, 액체, 상, 혼합물 등과 함께 교반, 유화, 혼합, 조합 및/또는 배합될 수 있다.
혼합 요소(84)는 하나 이상의 임펠러 블레이드 또는 그에 장착된 핀을 갖는 임펠러를 포함할 수 있다. 혼합 요소(84)는 또한 패들, 립, 날개 등과 같이 회전될 때 혼합될 수 있는 임의의 다른 구조를 포함한다. 혼합 요소(84)가 용기 어셈블리(12)의 각각의 혼합 구역(31) 내에 배치되고, 임의의 침강 구역(33) 내에 배치되지 않도록, 혼합 요소(84)는 커넥터(80)를 따라서 배치되고/되거나 이격될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 용기(12)의 구획(50) 내에서 커넥터(80)에 연결된 복수의 혼합 요소(84)를 도시한다. 혼합 요소(84)는 혼합 구역(31)으로 국한되며, 차폐 요소(61)에 의해 침강 구역(33)으로부터 분리된다. 도 2는 또한 용기(12)의 상부벽 및 하부벽에 각각 연결된 상부와 하부 회전 어셈블리(82) 사이에서 연장되는 커넥터(50)를 도시한다. 다른 한편으로 도 4a는 상부 회전 어셈블리(82)로부터 연장되고 하부 혼합 요소(84)에서 끝나는 커넥터(80)를 도시한다. 커넥터(80)는 하나 이상의 차폐 요소(61)에서 개구부(65)를 통해 연장될 수 있다.
도 4b에 도시하는 바와 같이, 예를 들어, 혼합 요소(84)는 모두 동일한 크기를 가질 수 있다. 대안의 실시형태에서, 혼합 요소(84)는 여러 크기를 가질 수 있다(예를 들어, 더 작은 및/또는 더 큰 믹서 요소). 적어도 하나의 실시형태에서, 예를 들어, 동일한 혼합 속도가 주어질 때, 더 작은 믹서 요소는 더 큰 상대보다 더 적은 혼합 에너지를 적용한다. 따라서, 모든 믹서 요소가 동일한 속도로 회전되는 동안, 각각의 혼합 구역(31)에 대한 혼합 에너지의 양은 그에 배치된 혼합 요소(84)의 크기에 따라 다를 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 더 큰 믹서 요소(들)는 연속상 및/또는 분산 상 유입구 및/또는 유출구에 가장 가까운 혼합 구역(들)에 포함될 수 있다. 다른 실시형태에서, 더 작은 믹서 요소(들)는 연속상 및/또는 분산 상 유입구 및/또는 유출구에 가장 가까운 혼합 구역(들)에 포함될 수 있다. 일부 실시형태는 연속상 및/또는 분산상의 (향류) 유동 경로를 따라서 혼합 요소의 크기의 점진적인 증가 및/또는 감소를 포함할 수 있다. 다른 실시형태는 연속상 및/또는 분산상의 (향류) 유동 경로를 따라 증가된 다음 감소되거나 또는 감소된 다음 증가되는 혼합 요소를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 혼합 요소(84)는 하나 이상의 회전 부재, 발진 부재, 진동 부재, 교반 부재, 진탕 부재 및/또는 음파 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합 요소(84)는 수직으로 교반되는(또는 펄스가 왔다 갔다 하는) 다공성 플레이트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 혼합 요소(84)는 편평한, 회전 원판을 포함할 수 있다. 따라서, 혼합 요소(84)는 (예를 들어, 당업계에 공지되고/되거나 액체-액체 추출과 양립 가능한) 임의의 적합한 혼합 수단을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이하에 추가로 상세하게 논의하는 바와 같이, 수성 2상 샘플의 혼합은, 예를 들어, 두 비혼화성 상의 에멀전, 현탁액 또는 다른 유체 혼합물을 형성할 수 있다. 혼합은 두 상 사이의 접점에 대한 표면적 대 용적비를 실질적으로 증가시켜 하나의 상으로부터 다른 상까지의 관심 대상 분자의 전달을 향상시킬 수 있다. 사실, 격렬한 혼합은 일부 실시형태에서 하나 이상의 상의 표면적 대 용적비 및/또는 평균 액적 크기를 추가로 감소시킴으로써 효율적인 전달을 추가로 향상시킬 수 있다. 그러나, 격렬한 혼합은 또한 다른 상의 합체된 몸체에 트래핑될 수 있는 상 중 하나 이상의 미세액적을 형성할 수 있다. 반대의 상에 의한 미세-액적 오염물질은 특정 실시형태에서 불순물 또는 오염물질의 농도를 증가시키고/시키거나 관심 대상 분자의 수율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 혼합 속도는 다수의 결과를 실행하는 엄격하게 통제된 매개변수일 수 있다.
관형 커넥터(80)는 그 안에서 구동축(72)의 적어도 일부를 수용하도록 구성된다. 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 구동축(72)은 함께 연결되거나 또는 단일 조각으로서 일체형으로 형성된 헤드 부문(74) 및 축 부문(76)을 포함할 수 있다. 구동축(72)의 일부(예를 들어, 헤드 부문(74))는 구동 모터 어셈블리(59)의 모터 장착부(68)를 통과하도록(그리고 그에 따라 하우징(60)을 통과하도록) 구성될 수 있다. 도 4b는 헤드 부문(74)이 회전 어셈블리(82)의 허브(88)와 맞물리는 구동 부분(90)을 포함할 수 있다는 것을 도시한다. 마찬가지로, 구동축(72)은 열쇠 끼워맞춤(key-fit) 맞물림을 형성함으로써 각각 혼합 요소(84a, 84b, 84c)와 맞물리는 길이를 따라서 하나 이상의 구동 부분(91a 내지 91c)을 포함한다. 즉, 구동 부분(90 및 91)은 허브(88) 및 혼합 요소(84) 내의 상보적 채널 내에 수용된 다각형 또는 다른 비원형 구성을 가진다. 부착을 위한 다른 기계가 또한 사용될 수 있다. 도 4b는 또한 커넥터(80)가 그에 연결되고/되거나 그 사이에 배치된(예를 들어, 계면 또는 연결 지점(35)에서) 혼합 요소(84a, 84b, 84c)를 각각 갖는 커넥터 부문(80a, 80b 및 80c)을 포함할 수 있다는 것을 도시한다.
구동축(72)이 혼합 요소(들)(84) 및 허브(88)와 맞물리면, 구동축(72)의 회전은 외부 케이싱(86), 하위 용기(17) 및 차폐 요소(61)에 대한 허브(88), 관형 커넥터(80) 및 혼합 요소(84)의 회전을 가능하게 한다. 믹서 시스템(18)은 또한 모터 장착부(68)에 구동축(72)을 고정시키기 위한 캡(81), 및 캡(81)을 뒤덮기 위한 커버(83)를 포함할 수 있다.
사용 동안, 믹서 어셈블리(78)가 고정된 용기 어셈블리(12)는 상기 논의한 바와 같은 지지 하우징(15)의 챔버(30) 내에 위치될 수 있다. 이어서, 회전 어셈블리(82)의 케이싱(86)은 구동 모터 어셈블리(59)의 하우징(60)의 하부면(64)에 제거 가능하게 연결된다(예를 들어, 따라서 허브(88)는 모터 장착부(68)와 정렬된다). 이어서, 구동축(72)의 원위 단부는 모터 장착부(68)를 통해, 회전 어셈블리(82)의 허브(88)를 통해, 그리고 관형 커넥터(80)를 통해 아래로 전진할 수 있고, 따라서 구동축(72)은 각각의 혼합 요소(84)와 맞물린다. 이 어셈블리에서, 드라이브 모터(59)의 활성화는 구동축(72)의 회전을 야기하며, 이는 결국 회전 혼합 요소(84)를 야기한다.
구동축(72)이 모터 장착부(68)를 완전히 통과하고, 구동축(72)의 헤드 부문(74)이 모터 장착부(68)에 맞물리면, 구동 모터(59)는 모터 장착부(68)의 회전을 가능하게 하도록 가동될 수 있다. 결국, 모터 장착부(68)의 회전은 허브(88), 커넥터(80) 및 혼합 요소(84)의 회전을 가능하게 하는 구동축(72)의 회전을 가능하게 한다. 혼합 요소(84)의 회전은 용기 어셈블리(12)의 하위 구획(50) 내에서 유체의 혼합 및 현탁을 가능하게 한다. 믹서 시스템(18) 및 이의 작동에 관한 추가 개시내용, 및 이의 대안의 실시형태는 2011년 8월 4일자로 공개된 미국 특허 공개 제2011-0188928 A1호에 개시되어 있으며, 이의 전체 개시내용은 본 명세서에 구체적 참고문헌에 의해 포함된다.
인식될 바와 같이, 상기 기재한 실시형태 중 일부는 믹서 시스템(18)의 특정 구성요소가 용기 어셈블리(12) 내에서 밀봉되도록 허용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 용기 어셈블리(12)는 (적어도 부분적으로) 그것에 배치된 커넥터(들)(80), 혼합 요소(84) 및/또는 차폐 요소(61)를 가질 수 있다. 다른 구성요소는 또한 용기 어셈블리(12) 내에 배치될 수 있다. 용기 어셈블리(12) 내 이러한 구성요소의 포함은 용기 어셈블리(12)의 단일 사용 또는 다른 일회용 용도를 허용할 수 있다. 예를 들어, 용기 어셈블리(12), 커넥터(80), 혼합 요소(84) 및/또는 차폐 요소(61)는 1회 이상의 사용 후에 이의 폐기가 비용 효과적이고, 시간을 절약하는 접근일 수 있도록 저렴한, 중합체 또는 다른 일회용 물질을 포함하거나 또는 이들로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 사용(들) 후에, 구동 모터 어셈블리(59), 구동축(72) 및 음향 새틀러 또는 어셈블리(16)는 용기(12)에 대한 그들의 부착으로부터 제거될 수 있다. 용기 어셈블리(12)는 또한 하우징(14)(적용 가능한 경우)으로부터 제거될 수 있고, 여전히 그 안에 배치된 커넥터(80), 혼합 요소(84) 및/또는 차폐 요소(61)는 제거될 수 있다.
상기 기재된 믹서 시스템(18) 및 그에 대한 대안은 용기 어셈블리(12) 내에 그리고 더 구체적으로는 혼합 구역(31) 내에 수용된 혼합 유체에 대한 수단의 일 실시형태를 포함한다. 대안의 실시형태에서, 믹서 시스템(18)은 다양한 다른 혼합 시스템으로 대체될 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 믹서 시스템(18)은 커넥터(들)(80)의 회전 없이 혼합 요소의 회전을 허용할 수 있다. 다시 말해서, 특정 실시형태에서, 혼합 요소(84)는 회전(7) 축 주위로 회전 가능할 수 있는 반면, 커넥터(들)(80) 및/또는 차폐 요소(61)는 실질적으로 고정된 위치이고, 실질적으로 정지되게 남아있도록 구성되고/되거나 구동축(72), 또는 믹서 어셈블리(11), 구동 시스템(18), 용기(12) 및/또는 유체 처리 시스템(10)에 회전 가능하게 연결되지 않는다.
일부 실시형태에서, 믹서 시스템(18)은 다이나믹 씰을 통해 용기 어셈블리(12) 내로 돌출되는 통상적인 강성 구동축으로 대체될 수 있고, 그에 직접 연결된 혼합 요소(84)를 가진다. 따라서 구동축의 외부 회전은 용기(12) 내에서 유체를 혼합 및/또는 현탁하는 혼합 요소(84)의 회전을 가능하게 한다.
상기 나타낸 바와 같이, 커넥터(80) 및 도관(13)은 가요성 물질로 구성될 수 있는 한편, 하위 용기(17)는 가요성 백을 포함할 수 있다. 이 실시형태에서, 용기 어셈블리(12)는, 예컨대 주름 접힘, 롤링 및/또는 폴딩 등에 의해 붕괴될 수 있다. 도 3은 본 개시내용의 실시형태에 따라 부분적으로 붕괴된 구성에서의 용기 어셈블리(12)를 도시한다. 붕괴된 실시형태에서, 용기(12)의 상단부(56) 및 하단부(57)는 용기 높이를 감소시키기 위해 근위로 운반되거나 될 수 있다.
용기 어셈블리(12)의 붕괴는 용기 어셈블리(12)의 사용, 저장, 운반 및/또는 수송에서 감소 비용 및/또는 노력을 허용할 수 있다. 예를 들어, (완전히) 확장된 구성에서, 용기 어셈블리(12)는 높이(즉, 상단부(56)와 하단부(57) 사이)가 몇 미터일 수 있다. 그러나, 붕괴 가능한 실시형태는 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 이상까지 또는 초과로 용기(12)의 높이를 감소시킬 수 있다.
도 5a 및 도 5b에서 대안의 혼합 시스템이 도시된다. 구체적으로, 도 5a에서 용기 어셈블리(17b)가 배치된 지지 하우징(15b)이 도시된다. 차폐 요소(61)는 그림을 단순화하기 위해 제거하였다. 이 실시형태에서, 구동축(72)과 함께 사용되는 관형 커넥터(80)는 구동축(72)을 수용하지 않는 가요성 구동선(80d)으로 대체되었다. 구동선(80d)은 다양한 상이한 가요성 물질로 이루어질 수 있다. 예로서 그리고 제한 없이, 일 실시형태에서, 구동선(80d)은 브래드(braded) 물질, 예컨대 케이블, 코드 또는 줄로부터 이루어질 수 있다. 브래드 물질은 목적으로 하는 강도 및 가요성 특성을 갖는 금속, 중합체 또는 다른 물질로 구성된 스탠드로 이루어질 수 있고, 멸균될 수 있다. 예를 들어, 스탠드는 스테인레스강으로 이루어질 수 있다. 다른 실시형태에서, 구동선(80d)은 가요성 관, 단일 고체 중심 선으로 이루어질 수 있고, 예컨대 중합체 물질, 결합, 예컨대 보편적 이음부, 또는 다른 가요성 또는 힌지 부재의 사슬 또는 결합으로 이루어질 수 있다.
일 실시형태에서, 구동선(80d)은 이의 플라스틱 변형 없이 적어도 45°, 90°, 180° 이상의 각도에 걸쳐 중앙 세로축을 따라서 구부러질 수 있다. 다른 실시형태에서, 구동선(80d)의 적어도 일부는 충분히 가요성이고, 따라서 구동선(80d)의 가요성 부분은 이의 플라스틱 변형 없이 적어도 45°, 90°, 180°, 360°, 720° 이상의 각도에 걸쳐 이의 세로축 주위의 비틀림 하에 꼬일 수 있다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 가요성 구동선(80d)의 제1 단부(200)는 회전 어셈블리(82)에 의해 하위 용기(17b)의 상단부 벽에 고정된다. 이격된 위치에서 가요성 구동선(80d) 상에 혼합 요소(84)가 장착된다. 하위 용기(17b)의 하위 구획(50) 내에서 구동선(80d)을 안정화시키기 위해, 측면 지지 어셈블리(402A 내지 402C)는 이의 길이를 따라서 이격 위치에서 가요성 구동선(80d)과 결합된다. 각각의 측면 지지 어셈블리(402A 내지 402C)는 하위 용기(17b)의 측면에 고정된 제1 단부(405) 및 가요성 구동선(80d)에 고정된 대향하는 제2 단부(407)를 갖는 체류 어셈블리(403)을 포함한다. 측면 지지 어셈블리(402)는 또한 대응하는 체류 어셈블리(403) 내에 선택적으로 수용되고 고정된 지지봉(406)(도 5b)을 포함한다. 각각의 체류 어셈블리(403)는 하위 용기(17b)의 측면과 결합된 제1 단부(405)에서의 포트 피팅부(410), 가요성 구동선(80d)에 장착된 제2 단부(407)에서의 수용부(409), 및 포트 피팅부(410)와 수용부(409) 사이에서 연장되는 가요성 관(412)을 포함한다.
수용부(409)는, 예컨대, 크림핑, 접착제, 클램프, 파스너(fastener) 등에 의해 가요성 구동선(80d)에 단단히 고정된 내부 하우징(414)을 포함한다. 수용부(409)는 또한 내부 하우징(414)을 둘러싸는 외부 하우징(416)을 포함한다. 베어링, 예컨대 스러스트 볼 베어링, 롤러 스러스트 베어링 또는 다른 유형의 베어링은 내부 하우징(414)과 외부 하우징(416) 사이에 배치된다. 베어링은 내부 하우징(414) 및 구동선(80d)이 외부 하우징(416)에 대해 동시에 회전하는 것을 가능하게 한다.
복수의 관형 잠금 피팅부(460)가 지지 하우징(15b) 상에 장착된 그리고 지지 하우징을 통해 연장된다. 사용 동안, 하위 용기(17b)는 지지 하우징(15b)의 챔버(114) 내에 수용된다. 이어서, 각각의 포트 피팅부(410)는 지지 하우징(15b)의 내부 상에서 대응하는 잠금 피팅부(460)에 고정된다. 도 5b에 도시하는 바와 같이, 각각의 지지봉(406)은 제1 단부(502)와 대향하는 제2 단부(504) 사이에서 연장되는 선형축(500)을 포함한다. 잠금 나사(506)는 제2 단부(504) 상에 형성된다. 잠금 아암(508)은 제1 단부(502)로서 축(500)으로부터 방사상으로 바깥쪽으로 돌출된다. 지지봉(406)은 전형적으로 금속으로 구성되지만, 다른 강성 또는 반강성 물질이 또한 사용될 수 있다.
일단 각각의 포트 피팅부(410)가 지지 하우징(15b)의 내부 상에서 대응하는 잠금 피팅부(460)에 고정된다면, 각각의 지지봉(406)은 잠금 피팅부(460) 및 대응하는 측면 지지 어셈블리(402)를 통해 전진된다. 이어서, 지지 로드(406)는 회전되어 제2 단부(504)가 수용부(416)의 외부 하우징(416)과 나사에 의해 맞물리게 한다. 동시에, 제1 단부(502)는 잠금 피팅부(460) 상에서 잠금 슬롯(450) 내에 수용 중인 잠금 아암(508)의 결과로서 잠금 피팅부에 단단히 맞물린다. 이 구성에서, 측면 지지 어셈블리(402) 및 지지봉(406)의 조합은 하위 용기(17b) 내에서 가요성 구동선(80d)을 중앙에 보유하지만, 여전히 구동선(80d)이 회전되게 한다. 결국, 구동선(80d)의 회전은 혼합 요소(84)의 회전을 가능하게 한다.
구동선(80d)을 회전시키기 위해, 회전 어셈블리(82)의 허브(88)에 맞물리도록 짧은 구동축을 사용하지만, 구동선(80d)으로 연장되지 않는다. 모터 어셈블리(59)(도 4a)는 구동축에 맞물리고, 회전시키는데, 이는 결국 구동선(80d)을 회전시킨다. 가요성 구동선을 지지 및 회전시키는 상기 어셈블리 및 대안의 방법의 추가 상세한 설명은 본 명세서에 구체적 참고문헌으로서 포함된 2013년 10월 10일자로 공개된 국제 특허 출원 공개 WO2013/151733호에 개시되어 있다.
다른 실시형태에서, 용기 어셈블리(12) 내로 돌출된 믹서 시스템(18)의 부분은 유체를 혼합하기 위해 용기 어셈블리(12) 내에 위치된 혼합 요소(84)를 반복적으로 상승 및 하강시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 자기 교반 부재는 용기 어셈블리(12)의 하위 구획(50) 내에 배치되고, 용기 어셈블리(12) 바깥쪽에 배치된 자기 믹서에 의해 회전될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 용기 어셈블리(12)의 하위 구획(50) 내로 돌출된 교반 바, 패들 등은 유체를 혼합하기 위해 회전되거나, 빙빙 돌거나 또는 달리 움직일 수 있다. 다른 혼합 기법이 또한 사용될 수 있다.
본 개시내용에서 사용될 수 있는 지지 하우징, 용기 어셈블리 및 혼합 시스템의 추가 개시내용 및 대안의 실시형태는 2008년 6월 10일자로 발행된 미국 특허 제7,384,783호; 2010년 3월 23일자로 발행된 미국 특허 제7,682,067호; 및 2006년 9월 7일자로 발행된 미국 특허 공개 제2006/0196501호에 개시되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 본 명세서에 구체적 참고문헌으로서 포함된다.
음향 새틀러(acoustic settler)
도 1은 용기 어셈블리(12)의 일부에 부착되고, 지지 하우징(15)의 외벽(20a)에 부착된 지지 부재(172)에 의해 지지된 음향 새틀러(16)를 추가로 도시한다. 당업자라면 음향 새틀러(16)가 본 개시내용의 실시형태에서 사용하기에 적합한 임의의 적합한 음향파 발생기를 나타내고, 이러한 음향파 발생기의 실제, 구조적 구성을 반드시 반영 및/또는 나타내지 않는다는 것을 인식할 것이다. 음향 새틀러(16)는 용기 어셈블리(12)의 도관(13)과 정렬되고, 그 안에서 유체 경로(156)를 통해 적어도 하나의 고정 음향파를 생성하도록 구성된다. 특히, 도 7A 및 도 7B에 도시한 바와 같이, 음향 새틀러(16)는 도관(13)의 한 측면 상에 배치된 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b)와 일직선으로 도관(13a)의 대향하는 측 상에 배치된 음향파 반사 장치(116b)를 포함한다. 음향 새틀러(16), 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b)는 정사각형 형상 외면을 갖는 것으로 도시되지만, 원통형 또는 다른 형상의 외면이 또한 본 명세서에서 상정된다는 것을 인식할 것이다.
적어도 하나의 실시형태에서, 음향파 변환기(116a)가 작동할 때, 도관(13a) 내에 배치된 유체를 통과하고, 음향파 반사 장치(116b)에 도달되는 음향파를 생성한다. 이어서, 음향파는 음향파 반사 장치(116b)에 의해 도관(13a) 내의 유체를 통해 다시 방향을 바꾸거나 또는 반사될 수 있다. 추가적인 음향파는 고정파가 생성될 때까지 (주기적으로) 전송될 수 있다. 더 구체적으로, 압전(전류를 기계적 변위로 바꾸는 물질) 공진기에 특정 전압을 인가하거나 또는 전압을 달리함으로써, 특정 공명 주파수에서 고정파가 생성될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 음향 새틀러(들)는 (예를 들어, 도관(13a) 내에서) 음향파(들)의 노드 배열을 생성할 수 있는데, 이는 분산상 액적의 정렬을 야기하고/하거나 근접 또는 회합을 향상시킬 수 있다. 이어서, 밀접하게-회합된 액적은 이러한 몸체의 부력이 두 상의 향류 유동을 유도하기에 충분할 때까지, 점점 더 큰 상 액적 또는 몸체로 합체될 수 있다.
대안의 실시형태에서, 음향파 반사 장치(116b)가 필요하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 노드 배열은 음향파 변환기(116a)에서 파장의 특성을 감지함으로써(예를 들어, 그리고 그에 따른 파장 출력을 조절함으로써) 제어될 수 있다. 게다가, 일부 실시형태에서, 음향 새틀러(들)(16)는 대안적으로 또는 추가적으로 하나 이상의 침강 구역(33) 주위로 배치될 수 있다. 더 나아가, 음향 새틀러(들)(16)는 대안적으로 또는 추가적으로 (예를 들어, 적어도 부분적으로 추출 및/또는 정제된 샘플이 시스템의 후부 상에 및/또는 하나 이상의 음향파를 이용하여 분산상 미세액적을 (특이적으로) 표적화하기 위해 음향적으로 침강될 수 있도록) 유출구 포트(51)를 통해 용기(12)에 연결될 수 있다.
도 7A 내지 도 7D는 일원화된 구성요소로서 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b)를 도시한다. 그러나, 이는 단순함 및 명확함을 위한다는 것을 이해할 것이다. 적어도 하나의 실시형태에서, 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b)는 다수의 별도 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시형태에서, 음향 새틀러(16a)는 다중의 상보적인, 별도의 음향파 반사 장치(116b)와 함께 다중의(예를 들어, 2, 3, 4개 이상의) 별도의 음향파 변환기(116a)를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 다수의 별개의 음향 새틀러(16a)(예를 들어, 2, 3, 4개 이상)는 각각의 도관에 부착될 수 있다. 이들 구성은 유리한 다중 노드 시스템 및/또는 더 큰 합체 또는 침강 속도(예를 들어, 심지어 더 빠른 공급/샘플 유동 속도에서)의 생성을 허용할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 다중 노드 시스템은 단일 음향 셀 내에서 생성될 수 있다.
추가적으로, 적어도 하나의 실행에서, 개개 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b) 중 하나 이상은 도관(13a) 내에서 유체와 직접적으로 접촉될 수 있다. 특히, 하나 이상의 개개 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b)는, 그들이 도관(13a) 내이거나 또는 도관(13a) 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 위치될 수 있다. 적어도 하나의 실행에서, 보호층은 유체로부터의 오염물질 또는 부식을 방지하도록 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b) 중 하나 이상을 뒤덮을 수 있다.
대조적으로, 적어도 하나의 실행에서, 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b)는 도관(13a)의 외부 상에 위치될 수 있다. 그렇게 해서, 유체가 유입되기 전에 음향파는 도관(13a) 벽을 통해 처음에 이동하여야 한다. 유사하게, 반사되기 전에, 음향파는 도관(13a) 벽을 통과하고, 음향파 반사 장치(116b)로부터 반사된 다음, 도관(13a) 벽을 다시 통과하여야 한다.
음향파의 노드 배열에 대한 유체 샘플의 노출은 이의 적어도 하나의 물리적 특성(예를 들어, 두 액체상 사이의 밀도 및/또는 압축률 차이)에 기반하여 유체 내에서 별개의 상이 분리 또는 합체되게 하는 상이한 압력의 면적을 생성한다. 예를 들어, 음향파는 분산상의 액적 또는 입자를 응집 또는 합체할 수 있다. 합체된 액적은 견인력보다 더 지배적인 부력 또는 밀도 차이를 가져서, 용기 어셈블리(12) 또는 이의 구획(50)의 하부에 대해 더 밀집한 또는 더 밀집한 상의 향류 유동 및 종국적인 침강을 초래할 수 있다. 마찬가지로, 덜 밀집한 상은 용기 어셈블리(12) 또는 이의 구획(50)의 상부에서 더 밀집한 상 초과로 향류로 유동하고 종국적으로 침강할 수 있다.
적어도 하나의 실행에서, 별개 크기의 입자 또는 분자가 음향파 내의 특정 지점에서 모이게 하는 다중 노드 파장이 형성될 수 있다. 그렇게 해서, 음향파는 하나 이상의 상의 더 작은 액적을 더 큰 액적 몸체로 합체, 응집 또는 조합하는 것을 야기, 향상, 증가 및/또는 증대시킬 수 있다. 각각의 상 내에서 가용성 분자는 그들의 대응하는 상에 의해 올라가거나 또는 침강될 수 있고, 따라서 상의 혼합물 내에 존재하는 분자의 분리를 수행한다. 유체, 혼합물 또는 상 내의 입자 또는 분자는 또한 하나 이상의 분자 특성에 기반하여 정렬, 조직화, 침강 및/또는 분리될 수 있다. 따라서, 유체 처리 시스템(10)은 음향파-보조 처리 및/또는 이의 용기(12) 내에 배치된 유체 샘플의 침강을 위해 구성될 수 있다. 예시적인 음향 세퍼레이터의 추가적인 설명은 미국 특허 공개 제 2014/0011240 A1호에서 찾을 수 있으며, 이의 전체 개시내용은 특정 참고문헌에 의해 본 명세서에 포함된다.
음향 새틀러(16)는 다수의 상이한 방법으로 도관(13)에 부착되거나 또는 도관과 정렬될 수 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 도 7B는 도 7A에 도시된 음향 새틀러(16)의 횡단면도를 도시한다. 도 7B에 도시하는 바와 같이, 음향파 변환기(116a) 및 음향파 반사 장치(116b)는 부착 기계(19a)에 의해 함께 연결될 수 있고, 따라서 그들은 도관(13a)을 둘러싼다.
도 7C는 음향파 변환기(116c) 및 이의 반대편에 의치된 대향하는 음향파 반사 장치(116d)를 포함하는 대안의 음향 새틀러(16b)의 횡단면도를 도시한다. 변환기(116C) 및 반사 장치(116d)는 서로 연결되는 일 없이 부착 기계(19b)를 통해 도관(13a)의 대향하는 측면에 연결되거나 또는 장착된다. 그렇게 해서, 변환기(116C) 및 반사장치(116d)는 도관(13a)을 둘러싸지 않는다. 도 7D는 도관(13a)의 대향하는 측면 상에 배치되도록 지지체(19c) 상에 장착되지만, 도관(13)에 직접 연결되지 않는 음향파 변환기(116e) 및 음향파 반사 장치(116f)를 포함하는 다른 음향 새틀러(16c)의 횡단면도를 도시한다. 이 마지막 실시형태에서, 음향파 변환기(116e) 및 음향파 반사 장치(116f)는 도관(13a)으로부터 이격되거나 또는 도관에 대해 압착될 수 있다.
앞서 언급한 것을 고려하여, 일부 실시형태에서, 도관(13)을 통과하는 유체는 음향 세퍼레이터가 (외부로) 부착되는 부문을 통과하도록 음향 세퍼레이터(16)는 도관(13)에 또는 도관 주위에 클리핑되거나 또는 부착될 수 있다. 대안의 실시형태에서, 도관(13)을 통과하는 유체가 음향 세퍼레이터(16)를 통과하도록 도관(13)은 음향 세퍼레이터(16)에 또는 음향 세퍼레이터 주위에 부착될 수 있다. 따라서, 결합 부재 또는 씰은 분할 도관(13)의 단부에 음향 세퍼레이터를 부착할 수 있다. 음향 세퍼레이터(16)는 또한 본 개시내용의 다양한 실시형태에서 하나 이상의 챔버, 파장 발생기, 반사 장치 또는 편향기 등을 가질 수 있다.
적어도 하나의 대안의 실시형태에서, 음향 세퍼레이터(16)는 음향파 변환기에 의해 생성된 음향파의 하나 이상의 특성을 감지하도록 구성된 음향파 변환기(예를 들어, 116a)를 포함한다. 더 나아가, 이에 의해 생성된 음향파는 본 개시내용의 실시형태에 적합한 음향파를 생성하기 위해 감지된 특성에 따라 조절될 수 있다. 따라서, 음향 세퍼레이터(16)는, 적어도 하나의 실시형태에서 (예를 들어, 압전, 음향파 변환기 상에서 임피던스를 측정함으로써) 반사 장치 없이 구동될 수 있다.
이론으로 구속되는 일 없이, 임피던스는 전기 회로에 의한 인가 전압과 반대이다. 압전기 물질에서, 예를 들어, 임피던스는 압전의 기계적 변위 또는 진동과 연결된다. 압전 변환기와 접촉된 유체는 점성, 밀도, 압출률 및 액적 또는 입자 크기 또는 함량이 변하기 때문에, 따라서 압전 변환기를 진동 또는 변위시키기 위한 임피던스는 변할 것이다. 이 방식에서, 압전 변환기에 인가된 전압은 음향 세퍼레이터의 분리 능력이 가장 강력한 특정 공명 주파수에 도달되도록 변형될 수 있다.
게다가, 적어도 하나의 실시형태에서, 변환기는 (구체적으로) 분산상 미세액적을 표적화하도록 위치결정되고/되거나 구성되고/되거나, 조절되고/되거나 최적화될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 음향 세퍼레이터(16)는 대다수의 분산상이 주변 연속상을 침강시킨 시스템의 후부에 배치될 수 있다. 구체적으로, (예를 들어, 교번의 혼합 및 침강 단계를 통해) 특정 다수의 단계가 완료된 후에, (중량 또는 용적으로) 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 92% 초과, 95% 초과, 96% 초과, 97% 초과, 또는 98% 초과의 분산상이 이미 혼합물을 침강시켰다. 남은 부분(예를 들어, 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 4%, 적어도 5%, 적어도 6%, 적어도 7%, 적어도 8%, 적어도 9%, 적어도 10% 이상)의 분산상은 미세액적으로서 연속상에 트래핑될 수 있는데, 시스템 매개변수(예를 들어, 계면 장력, 유속, 혼합 속도 등)는 (예를 들어, 경제적으로 적절한 시간 기간 내에) 주변 연속상을 침강시키지 않았기 때문이다(일부 경우에 결코 침강시키지 않았기 때문이다). 따라서, 후부 음향은 분산상의 남아있는 부분의 분리를 달성할 수 있다. 마찬가지로, 음향파는 (예를 들어, 노드 공동국소화 등을 통해) 분산상 미세액적의 더 큰 액적으로의 합체를 향상시키는 데 좋은 하나 이상의 특정 공명 주파수로 조절될 수 있다.
방법
특정 실시형태에 따른 샘플 정제 시스템(10)을 이용하는 예시적인 방법은 (1) 본 명세서에 기재된 샘플 정제 시스템(10)을 제공하는 단계, (2) 제1 유체를 제1 개구부를 통해 시스템 내로 도입하는 단계로서, 제1 액체는 제1 밀도를 갖는 제1상 및 일정량의 제1 분자 및 일정량의 제2 분자를 갖는 다성분 샘플을 포함하는, 도입하는 단계, (3) 제2 유체를 제2 개구부를 통해 시스템 내로 도입하는 단계로서, 제2 액체는 제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 갖는 제2상을 포함하는, 도입하는 단계, (4) 시스템의 적어도 하나의 혼합 구역에서 제1 액체를 제2액체와 혼합하여 혼합물 및/또는 에멀전을 형성하는 단계(예를 들어, 일정량의 제1 분자의 적어도 일부는 제1상으로부터 제2상까지 전달됨), (5) 적어도 하나의 음향파를 침강 구역에서 혼합물의 일부에 인가하는 단계, 및/또는 (6) 혼합물을 제3 액체 및 제4 액체로 분리시킴으로써 샘플을 정제하는 단계로서, 제3 액체는 제1상 및 일정량의 제2 분자의 적어도 일부를 포함하고, 제4 액체는 제2상 및 일정량의 제1 분자의 적어도 일부를 포함하며, 적어도 하나의 음향파가 혼합물의 제3 액체 및 제4 액체로의 분리를 향상시키는, 샘플을 정제하는 단계를 포함하되 그리고/또는 제1상과 제2상은 비혼화성이다.
비혼화성 상이 기술적, 분자적 의미에서 별개로 남아있지만; 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "상 분리" 및 유사한 용어는 두 상의 또는 두 상 사이의 향류 유동 또는 움직임을 지칭한다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 상 분리는 두 상 사이의 밀도 차이가 향류 유동을 유도하거나 또는 회복하기에 충분할 때까지의 상 중 하나 또는 둘 다의 합체를 포함한다. 구체적으로, 상 분리는 하나 이상의 더 큰 상 몸체의 중력 및/또는 부력이 주변의, 연속상에 의해 발휘되는 항력(들)을 극복하기에 충분할 때까지 하나 이상의 더 큰 상 몸체로 더 작은 분산상 액적의 합체를 포함하고(예를 들어, 분산상 액적 또는 몸체가 수직으로 위쪽 또는 아래쪽으로 이동하거나 또는 위쪽 또는 아래쪽으로 침강하게 함), 이에 의해, 경질의 상 및 중질상의 향류 유동을 유도한다.
당업자라면 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "중력"이 덜 밀집한 상 미만으로 더 밀집한 상(몸체)의 하강 또는 침강 및/또는 더 밀집한 상 초과로 더 적게 밀집한 상(몸체)의 부력을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, "중력" 및 유사한 용어는 (예를 들어, 중력장 또는 중력 때문에 또는 그 결과로서 생기는) 위쪽으로 향하는 힘과 아래쪽으로 향하는 힘을 둘 다 포함한다. 대조적으로, "항력", "마찰력" 및 유사한 용어는 중력장 또는 중력의 존재에 반드시 의존하지 않는 접촉력을 포함한다.
도 16은 제1 액체 및 제2 액체를 포함하는 샘플을 정제하는 방법(400)을 약술한다. 방법(400)은 사용자가 제1 액체와 제2 액체를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계(401), 사용자가 음향파를 혼합물에 인가하는 단계(404), 및 사용자가 혼합물을 제3 액체와 제4 액체로 분리시키는 단계(408)를 포함한다. 본 명세서에 기재된 다른 단계 및 특징은 본 개시내용의 특정 방법 실시형태에 포함 및 통합될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 개시내용의 시스템, 방법 및 장치는 (예를 들어, 샘플 정제 시스템에서) 연속류 유체 처리의 원칙에서 작동할 수 있다. 도 1 및 도 2에 관해, 예를 들어, 제1 액체(제1 밀도를 갖는 제1상 및 일정량의 제1 분자 및 일정량의 제2 분자를 갖는 다성분 샘플을 포함함)는 제1 유입구(51a)를 통해 용기 어셈블리(12)의 하위 용기(17a) 내로 연속적으로 도입될 수 있고, 제2 액체(제1 밀도와 상이한 제2 밀도를 갖는 제2상을 포함함)는 제2 유입구(51c)를 통해 용기 어셈블리(12)의 하위 용기(17a) 내로 연속적으로 도입될 수 있다. 따라서, 제1상은 제2의, "경질상"의 밀도 보다 더 큰 밀도를 갖는 "중질상"을 포함할 수 있다. 그러나, 적절하다면, 경질상(제2 유입구(51c)를 통해 용기 어셈블리(12)의 하위 용기(17a) 내로 도입됨)은 제1상일 수 있고, 중질상(제1 유입구(51a)를 통해 용기 어셈블리(12)의 하위 용기(17a) 내로 도입)은 제2상일 수 있다는 것을 인식할 것이다.
두 상 사이의 밀도 차이는 두 상 사이의 반대방향 흐름 유동을 개시할 수 있다. 구체적으로, 하위 용기(17a)의 하단부(57)에 도입된 액체상은 이의 상단부(56)로 또는 상단부 쪽으로 부력을 상승시키는 경향이 있을 수 있는 반면, 하위 용기(17a)의 상단부(56)에 도입된 중질상은 이의 하단부(57)로 또는 하단부 쪽으로 하강시키는 경향이 있을 수 있다. 이하에 추가로 상세하게 논의할 바와 같이, 이 향류 유동은 상이 일련의 교번의 혼합 및 침강 구역을 통과하게 할 수 있다.
예시적 실시형태에서, 제1상 및 제2상은 제1상으로부터 제2상까지 일정량의 제1 분자의 적어도 일부의 전달을 실행하기 위해(예를 들어, 한편으로 제1상과 함께 일정량의 제2 분자의 적어도 일부를 보유함) 시스템(10a)의 샘플 정제 구획(136) 내에서 반복적으로 혼합 및 침강 또는 분리될 수 있다. 따라서, 혼합물은 복수의 교번의 혼합 구역(31) 및 침강 구역(33)에서 처리될 수 있다. 예를 들어, 혼합물의 일부는 혼합 구역(31b)에서 혼합 요소(84)에 의해 혼합될 수 있다. 혼합 구역(31b) 내 혼합물의 일부는 (위쪽의) 침강 구역(33b)으로부터의 제1상의 적어도 일부 및 (아래쪽의) 침강 구역(33a)으로부터의 제2상의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 혼합 구역(31b)을 획정하는 차폐 요소(61a)를 통해 연장되는 개구부(67)는 제1상 및 제2상이 인접한 침강 구역(33a, 33b)으로부터 혼합 구역(31b) 내로 통과하게 한다.
적어도 하나의 실시형태에서, 제1 유입구(51a) 및/또는 제2 유입구(51c)는 혼합 구역(31b)에 연결되고/되거나 정렬되고/되거나, 결합되고/되거나 유체 연통될 수 있다. 따라서, 제1상을 포함하는 제1 액체 및/또는 제2상을 포함하는 제2 액체는 용기 어셈블리(12) 및/또는 이의 하위 용기(17a)의 혼합 구역(31b) 내로 연속적으로 도입될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제1 유입구(51a) 및/또는 제2 유입구(51c)는 침강 구역(33b)에 연결되고/되거나 정렬되고/되거나, 결합되고/되거나 유체 연통될 수 있다. 따라서, 제1상을 포함하는 제1 액체 및/또는 제2상을 포함하는 제2 액체는 용기 어셈블리(12) 및/또는 이의 하위 용기(17a)의 침강 구역(33b) 내로 연속적으로 도입될 수 있다. 따라서, 상단부(56) 및/또는 하단부(57)에 인접한 실질적으로 정제된 샘플(들)은 단부(들)에 대해 원위에 하나 이상의 샘플 유입구(51)를 위치시킴으로써 비정제 샘플 스트림(들)과 혼합되지 않을 수도 있다.
혼합 요소(84)는 제1상으로부터 제2상까지 제1 분자의 적어도 일부의 전달을 향상 및/또는 실행할 수 있다. 구체적으로, 혼합 요소(84)는 제1상 및 제2상의 나머지에서 제1상 및 제2상 중 하나를 분산시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 중질상은 연속상을 포함할 수 있는데, 이때 경질상이 (예를 들어, 액적으로서) 분산될 수 있다. 분산될 상은 제1상과 제2상 사이의 용적 비에 의해 그리고 이차적으로 두 상의 조성에 의해 대체로 결정될 수 있다. 따라서, 경질상이 중질상 내 (작은) 액적으로서 분산되거나 또는 중질상이 혼합 구역 내에서 경질상 내 (작은) 액적으로서 분산되도록, 혼합 요소(84)는 중질상과 경질상을 혼합할 수 있다. 제1상으로부터 제2상까지 제1 분자의 적어도 일부의 전달이 향상되도록 제1상 및 제2상의 나머지 내에서 제1상 또는 제2상의 분산, 및 혼합 요소에 의한 분산 크기의 후속적 감소는 이의 표면적 대 용적비를 증가시킨다.
제1상으로부터 제2상까지 제1 분자의 적어도 일부의 전달을 달성시키는 것에 추가로, 혼합 구역(31b)에서 (예를 들어, 그에 배치된 혼합 요소(84)를 통해) 혼합물의 일부를 혼합하는 것은 또한 도관(13c)의 유체 경로(156)를 통해 그리고 하위 용기(17b)의 침강 구역(33d) 내로 혼합물 일부의 유동을 적어도 부분적으로 지시하고/하거나 촉진시키고/시키거나 실행할 수 있다. 구체적으로, 혼합된, 분산상 액적의 크기는 혼합 구역(31b)에서 위쪽으로 액상의 부력, 반대방향 흐름을 방지하기에 충분히 작을 수 있고, 따라서, 차폐 요소(61a)에서 개구부(67)를 통해 위쪽으로의 경질상의 흐름을 방지할 수 있다. 따라서, 혼합 요소(84)는 분산상의 크기를(예를 들어, 작은 액적으로) 감소시킬 수 있고, 이에 의해 혼합 구역(31b) 내 향류 유동을 감소 또는 저해할 수 있다. 따라서, 혼합 요소(84)는 혼합 구역(31) 내로 그리고 밖으로 유체의 유동을 지시하도록 특별히 설계 및/또는 구성될 수 있다.
차폐 요소(61a)는 또한 난류 또는 교반 생성 혼합 요소(84)로부터 혼합물의 일부를 (적어도 부분적으로) 보호 또는 차폐할 수 있다. 예를 들어, 침강 구역(33b) 내 혼합물의 일부는 혼합 요소(84)에 의해 생성되는 혼합 난류 또는 교반으로부터 차폐될 수 있다. 마찬가지로, 도관(13c) 및/또는 침강 구역(33d) 내 혼합물의 일부는 혼합 요소(84)에 의해 생성되는 혼합 난류 또는 교반으로부터 차폐될 수 있다. 예를 들어, 도관(13c) 내에서 유체 경로(156)는 이의 개구부(159)의 크기 때문에 차폐될 수 있고/있거나 이와 관련된 차폐 요소(예를 들어, 배플)를 가질 수 있다. 따라서, 혼합물이 도관(13c)에 유입됨에 따라, 이는 혼합 요소(84)(또는 이에 의해 생성되는 난류)로부터 적어도 부분적으로 차폐될 수 있다.
혼합 난류로부터의 도관(13c) 내 혼합물의 차폐는 분산상 액적의 더 큰 상 몸체로의 합체를 허용한다. 적어도 하나의 실시형태에서, 합체는 혼합물 밖의 제1상 및/또는 제2상의 침강을 야기할 수 있다. 예를 들어, 제1상은 밀도가 제2상의 밀도를 초과하는 연속상을 포함할 수 있다. 비혼화성 상을 혼합하는 것은 (더 중질의) 연속상 내에서 제2, (더) 경질상을 분산시킬 수 있다. 반면에, 유체 난류로부터 혼합물을 차폐하는 것은 분산상(액적)의 합체를 가능하게 하거나 또는 허용할 수 있다. 분산된 제2상 액적이 점점 더 큰 몸체로 합체됨에 따라, 제1상에 대한 제2상의 중력(예를 들어, 부력)은 종국적으로 제2상 상에서 작용하는 제1상으로부터의 견인력을 초과한다. 따라서, (합체된) 제2상의 적어도 일부는 연속적, 중질, 제1상의 상부로 상승하거나 또는 하부로 하강될 수 있고, 이에 의해 혼합물을 제1상 및 제2상으로 침강 또는 분리시킨다. 대안의 실시형태에서, 분산상은 연속상 초과의 밀도를 가질 수 있다.
혼합물이 도관(13c)을 통과함에 따라, 음향파는 앞서 논의한 바와 같이 하나 이상의 음향기(16)에 의해 혼합물에 인가된다. 음향 새틀러(16)에 의해 생성된 고정 음향파에 혼합물을 노출시킴으로써, 분산상(액적)의 합체는 (예를 들어, 상 액적이 파장 노드(들)에 근접하여 정렬되고 운반됨에 따라) 상당히 향상될 수 있다. 이 합체는 (1) 분산상 상에서 발휘된 중력과 (2) 연속상 또는 주변상에 의해 분산상 상에 부여된 항력 간의 차이를 향상시킴으로써, (예를 들어, 침강 구역(33d)에서) 반대방향 흐름 및 가능하게는 종국적인 침강을 회복한다. 적어도 하나의 실시형태에서, 중력은 항력과 적어도 부분적으로 반대일 수 있다.
일부 실시형태와 관련하여 반대방향 흐름을 회복 및/또는 유도하는 것이 언급될 수 있지만; 다른 실시형태는 반대방향 흐름을 향상 및/또는 유지하는 것을 수반할 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 따라서, 본 개시내용의 특정 실시형태에 따라 음향파는 달리 존재하지 않는 반대방향 흐름을 유도하고/하거나, 방해된 반대방향 흐름을 회복하고/하거나, 존재하는 반대방향 흐름의 방해를 막고(예를 들어, 유지하고)/하거나, 존재하는 반대방향 흐름을 향상시킨다(증대, 강화 등). 따라서, 음향파는 다양한 방법으로 및/또는 다양한 메커니즘을 통해 반대방향 흐름을 가능하게 할 수 있다.
이어서, 침강 혼합물은 도관(13c) 밖으로 그리고 침강 구역(33d) 내로 통과한다. 그러나, 특정 실시형태에서, 음향파는 (예를 들어, 도관(13c)에 추가로 또는 도관 대신에) 침강 구역(33d) 내 혼합물에 인가된다. 예를 들어, 음향 새틀러(16)는 (예를 들어, 도관(13c)에 추가로 또는 대신에) 침강 구역(33d) 주위에 배치 및/또는 정렬될 수 있다. 추가적인 음향 새틀러(16)는 (예를 들어, 도관(13a, 13b, 13d, 13e)에 추가로 또는 대신에) 다른 침강 구역(33a, 33b, 33c, 33e) 주위에 배치 및/또는 정렬될 수 있다. 다른 실시형태에서, 음향파는 (예를 들어, 도관(들)(13) 및/또는 침강 구역(들)(33)에 추가로 또는 대신에) 시스템의 후부 상의 혼합물에 인가된다. 예를 들어, 음향 새틀러(16)는 하나 이상의 유출구 포트(51b, 51d)에 배치되고/되거나 유체 연결될 수 있다. 따라서, 부분적으로 정제된 샘플(들), 액체(들), 또는 상(들)(예를 들어, 인접한 상단부(56) 및/또는 하단부(57))은 샘플을 추가로 정제하기 위해 음향파에 노출될 수 있다. 이러한 추가 정제는 (예를 들어, 경제적으로 적절한 시간 기간 내에 달리 침강되지 않을 수도 있는) 주변 연속상에서 트래핑된 분산상 미세액적의 집단 또는 양을 음향적으로 합체 및/또는 침강시키는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 이러한 추가 정제는 90% 초과, 92% 초과, 95% 초과, 96% 초과, 97% 초과, 98% 초과, 또는 99% 초과의 생성물 수율, 순도, 및/또는 다른 기준 측정을 달성할 수 있다.
침강 구역(33d)은 임의의 혼합 구역, 특히 혼합 구역(31b, 31d 및/또는 31e)에서 혼합 요소(84)에 의해 생성된 난류로부터 적어도 부분적으로 차폐된다. 구체적으로, 상부 및 하부 차폐 요소(61a)는 혼합 구역(31e 및 31d)에서 각각 생성된 난류를 약화시킨다. 유체 난류로부터 차폐되면, 혼합물은 분산상의 적어도 일부를 연속상의 적어도 일부 초과로 또는 상부로 상승시키거나 또는 연속상의 적어도 일부 미만으로 또는 하부로 하강시키는데 충분하게 침강 또는 분리될 수 있다. 따라서, 덜 밀집한 상의 적어도 일부는 침강 구역(33d) 상부로 상승할 수 있고, 혼합 구역(31e) 내로 상부 차폐 요소(61a)를 통과한다. 마찬가지로, 더 밀집한 상의 적어도 일부는 침강 구역(33d)의 하부로 침강할 수 있고, 혼합 구역(31d) 내로 하부 차폐 요소(61a)를 통과한다. 반대의 수직 방향에서 중질 및 경질상의 이런 움직임은 샘플 정제 구획(136)과의 전반적인 반대방향 흐름에 기여한다.
일부 실시형태에서, 혼합 구역(31d 및 31e) 내에 배치된 혼합 요소(84)는 각각의 차폐 요소(61a)를 통해, 그리고 각각의 혼합 구역(31d, 31e) 내로 각각의 상의 통과를 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 혼합 요소(84)는 하부 침강 구역(33)으로부터 유체를 인출하거나 또는 끌어당기고/당기거나 상부 침강 구역(33)으로부터 유체를 인출하거나 또는 끌어당기도록 구성될 수 있다. 따라서, 혼합 요소(84)는 유체 경로(156)를 따라서 혼합물의 유동 또는 움직임을 적어도 부분적으로 지시하거나 또는 촉진시키도록 구성될 수 있다.
혼합 구역(31d 및 31e)은 각각 상기 기재한 혼합 구역(31b)과 유사하게 구성될 수 있다. 사실, 용기 어셈블리(12)의 각각의 혼합 구역(31)은 (i) 적어도 하나의 인접한 침강 구역(33)으로부터 (예를 들어, 혼합 요소(84)에 의해) 혼합물의 일부를 인출하거나 또는 끌어당기고/당기거나; (ii) 제1상 및 이의 제2상의 혼합물 또는 일부를 혼합하여 제1상으로부터 제2상 내로 일정량의 제1 분자의 전달을 실행하고/하거나, (iii) 경질상의 부력을 감소시킴으로써, 샘플 정제 구획(136)을 통해 상(들)의 부적절한 움직임을 방지 또는 저해하고/하거나, (iv) 인접한 도관(13)의 유체 경로(156)를 통해 혼합물을 그 다음에 (예를 들어, 대향하는 또는 인접한 하위 용기(17)에서) 인접한 침강 구역(33)에 보내거나, 촉진시키거나 또는 강제하도록 구성될 수 있다. 용기 어셈블리(12)의 각각의 침강 구역(33)은, 마찬가지로: (i) 인접한 혼합 구역(31)으로부터 (예를 들어, 그 사이에 배치된 도관(13)을 통해) 혼합물의 합체 및/또는 침강을 수용하고; (ii) (예를 들어, 차폐 요소(들)(61)에 의해) 인접한 혼합 구역에 비해 유체 난류가 감소된 환경을 제공하고/하거나; 그리고/또는 (iii) 그에 배치된 유체가 그로부터 하나 이상의 인접한 혼합 구역(31) 내로 이동, 유동 및/또는 인출되도록 구성될 수 있다.
추가적인 제1 액체 및/또는 추가적인 제2 액체는 시스템 내의 다양한 위치에 위치된 하나 이상의 유입구에 의해 시스템에 첨가될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시형태에서, 추가적인 제1 액체 및/또는 추가적인 제2 액체는 그와 유체 연통하는 하나 이상의 포트를 통해 하나 이상의 혼합 구역 및/또는 침강 구역 내로 직접적으로 첨가될 수 있다.
특정 실시형태가 복수의 혼합 구역(31) 내 유체 혼합물의 일부의 연속적 혼합 및 복수의 침강 구역(33) 내 유체 혼합물의 일부의 연속적 침강을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 특정 실시형태는: (i) 복수의 침강 구역에서 혼합물을 제1상 및 제2상으로 침강시키는 단계; (ii) 제1상 및 제2상을 인접한 혼합 구역(31) 쪽으로 보내서 추가적인 제2상 및 제1상과 각각 혼합하는 단계; 및 (iii) 추가 침강을 위해 제1상 및 제2상을 인접한 침강 구역(33) 쪽으로 보내는 단계를 반복하는 것을 포함할 수 있다.
혼합물이 일련의 대안의 혼합 구역(31) 및 침강 구역(33)을 통해(예를 들어, 샘플 정제 구획(136)의 S-형 유체 경로를 통해) 처리됨에 따라(즉, 반복적으로 혼합되고 침강됨에 따라), 제2의, 경질상은 용기 어셈블리(12)(또는 이의 하위 용기(13b))의 상부로 점진적으로 상승될 것이고, 여기서 이는 제2상 및 제1 분자의 적어도 일부를 포함하는 제3 액체로서 제1 유출구(51b)를 통해 제거될 수 있다. 유사하게, 제1의, 중질상은 용기 어셈블리(12)(또는 이의 하위 용기(13b))의 하부로 점진적으로 침강될 것이며, 이는 제1상 및 제2 분자의 적어도 일부를 포함하는 제4 액체로서 제2 유출구(51d)를 통해 제거될 수 있다.
따라서, 실시형태는 또한 시스템의 하나 이상의 부분으로부터의 추출물 및 시스템의 하나 이상의 부분으로부터의 적층물을 채취 또는 제거하는 것을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 추출물은 제2상 및 제1 분자의 적어도 일부를 포함하는 제3 액체를 포함하고, 적층물은 제1상 및 제2 분자의 적어도 일부를 포함하는 제4 액체를 포함한다. 그러나, 다른 실시형태에서, 추출물은 제4 액체를 포함할 수 있고, 적층물은 제3 액체를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 유사하게, 일부 실시형태에서 제1 액체는 제2 유입구(51c)를 통해 도입될 수 있고, 제2 액체는 제1 유입구(51a)를 통해 도입될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 이는 제2상이 제1상보다 더 큰 밀도를 갖는 경우에 행해질 것이다. 따라서, 다양한 변경, 변형 및/또는 치환이 또한 당업자에게 명확할 본 개시내용의 범주 내에서 상정된다.
본 명세서에서 사용되고 당업계에 공지된 용어 "상"은 (예를 들어, 물질의 하나 이상의 물리적 특성이 전체적으로 본질적으로 균일한) 액체 또는 유체 담체의 유형을 지칭한다. 본 개시내용의 실시형태는 하나 이상의 별개의 특성을 갖는 2 이상의 비혼화성 액체상을 포함한다. 액체상 사이의 차이(들)는 특정 실시형태 (예를 들어, 상 중 적어도 하나의 및/또는 상 중 적어도 하나에 배치되고/되거나 용해된 적어도 하나의 분자의) 두 상, 액체-액체 추출 및/또는 정제를 수행하기 위해 실행될 수 있다.
본 개시내용의 다양한 실시형태에서, 액체상의 밀도는 주된 중요성을 가질 수 있다. 각각의 액체상은 적어도 제1 밀도를 갖는 제1 성분 및 선택적으로, 제2 밀도를 갖는 제2 성분을 포함할 수 있다. 상의 밀도는 유체 및/또는 상에 포함되거나 또는 존재하는 성분의 농도에 의해 결정되고/되거나 이로부터 초래될 수 있다. 예를 들어, 제1상 및 제2상 중 하나 이상은 물로 구성될 수 있다. 제1상 및 제2상 중 하나 이상은 중합체(예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)) 및/또는 유기 분자(예를 들어, 부탄올, 톨루엔 등) 및/또는 무기 분자(예를 들어, 금, 은 등)으로 구성될 수 있다. 따라서, 제1상 및 제2상은 거기에 포함된 물, 중합체, 유기 분자, 및/또는 추가적인 성분(들)의 양에 적어도 부분적으로 기반하여 상이한 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1상 및 제2상 중의 물의 양은 이의 밀도를 결정하고/하거나 기여할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, (예를 들어, 하나 및/또는 다른 상의 밀도가 변한다고 할지라도, 하나 및/또는 다른 상의 하나 이상의 성분의 농도가 변한다고 할지라도, 그리고/또는 하나 및/또는 다른 상에 배치된 관심 대상의 분자의 양이 변한다고 할지라도) 하나의 상의 밀도는 다른 상의 밀도보다 더 크게 남아있다.
임의의 이론으로 구속되는 일 없이, 극성인 수성(또는 수계) 용액은 비극성 유기 용매(클로로폼, 톨루엔, 헥산 등)와 비혼화성이고, 2상 시스템을 형성한다. 그러나, 수성 2상(ATP) 시스템에서, 비혼화성 성분은 둘 다 수계이다. 따라서 별도의 상의 형성은 2가지 성분 또는 이들의 혼합물의 pH, 온도 및/또는 이온 강도에 의해 가능하게 되고/되거나 영향받을 수 있다. 따라서, 존재하는 중합체의 양이 특정 제한 농도(상기 인자에 의해 결정됨)를 초과할 때 분리가 일어난다.
상 성분은 당업계에 공지되어 있으며, 임의의 적합한 주요 및/또는 소수의(희석) 성분(들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 상은 전체적으로 또는 거의 전체적으로 물, 부탄올, 톨루엔 등을 포함하거나 또는 구성될 수 있다. 다른 상은 상 성분의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상은 50% 초과 및 100% 미만의 물을 포함할 수 있으며, 적어도 일부 다른 상 성분(예를 들어, PEG, 아세톤 등)은 50% 미만이다. 상 성분의 다른 농도는 당업계에 공지되어 있으며, 본 명세서에 상정된다. 예를 들어, 50% 이하 및/또는 다른 상 성분(들)의 미만 또는 초과 또는 동일한 농도로 물을 갖는 상이 또한 본 명세서에서 상정된다.
일부 실시형태에서, 상은 둘 다 50% 초과의 물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1상은 50% 초과의 물 및 20% 초과의 중합체 또는 유기 분자를 포함할 수 있고/있거나 제2상은 50% 초과의 물 및 8% 미만의 중합체 또는 유기 분자를 포함할 수 있거나, 또는 그 반대이다. 특정 실시형태에서, 제1상 및 제2상 중 하나는 5% 초과의 염 및/또는 20% 초과의 중합체 또는 유기 분자를 포함할 수 있는 반면, 제1상은 8% 미만의 중합체 또는 유기 분자를 포함하거나, 또는 그 반대이다. 하나 이상의 실시형태는 중합체/염(예를 들어, PEG/인산염) 시스템, 중합체/중합체(예를 들어, PEG/덱스트란) 시스템, 및/또는 이온성 액체(예를 들어, 이미디졸륨 클로라이드) 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 상은 제1 염(예를 들어, 염화나트륨(NaCl))을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상 중 하나(예를 들어, 더 중질의, 더 밀집한, 및/또는 더 수성/덜 유기의 상)는 더 고농도의 제2(용매 구동) 염, 예컨대 인산염, 황산염, 탄산염, 시트르산염을 가질 수 있다. 당업자라면 이러한 염의 특정 농도가 ATP 시스템의 작동에 필수적일 수 있다는 것을 인식할 것이다(예를 들어, 이때 상(또는 액체)는 (대부분) 물을 포함함). 예를 들어, ATP 시스템에서 이러한 염의 효과는 물 분자를 차폐 및/또는 격리시킬 수 있다(예를 들어, 두 상 사이에 비혼화성을 제공함).
적어도 하나의 실시형태에서, 제1 유체는 적어도 제1상, 예컨대 수성 상을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "수성상", "수상" 등은 대부분 물(즉, 50% 초과)을 포함하며, 제2상 중의 물 농도 백분율보다 더 큰 물의 (중량으로 또는 용적으로) 농도 백분율을 갖고/갖거나 제2상의 밀도 초과의 밀도를 갖는, 유체 담체를 지칭한다. 제2상은 제1 (수성) 상보다 더 높은 또는 더 큰 농도의 중합체, 유기 성분 또는 다른 밀도 변형 분자 또는 성분을 함유할 수 있다. 따라서, 제2상은 적절하다면(예를 들어, (i) 50% 초과의 상이 유기 분자(들) 또는 오일(들) 등을 포함하거나, (ii) 상이 다른 상보다 더 고농도 또는 백분율의 유기, 중합체 또는 다른 밀도-변경 분자 또는 성분을 갖거나, 또는 (iii) 상이 제1상보다 더 저밀도를 갖는 경우) "유기상", "오일상", "경질상"으로 지칭될 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1상과 제2상은 둘 다 수성상, 유기상 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1상은 (예를 들어, 대략 0% 중합체, 유기 또는 다른 분자를 갖는) 수상을 포함할 수 있고, 제2상은 대략 70% 물 및 대략 30% 중합체, 유기 또는 다른 분자(예를 들어, PEG)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제1상은 70% 물 및 30% PEG를 포함할 수 있고, 제2상은 70% 물 및 30% 덱스트란을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제1상 및 제2상은 50% 초과의 중합체, 유기 또는 다른 분자를 각각 포함하거나 또는 이들로 구성될 수 있다(예를 들어, 이의 첨가는 물의 밀도를 감소시킨다). 게다가, 0% 내지 100%의 상 성분의 임의의 적합한 농도가 본 명세서에서 상정된다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 실시형태는 수성-수성 2상 추출, 유기-유기 2상 추출, 수성-유기 2상 추출, 액체-액체 추출 또는 임의의 다른 적합한 조합을 포함할 수 있다.
제1상과 제2상 사이의 밀도 차이에 기인하여, 분산상 액적의 합체, 상 침강 및/또는 (예를 들어, 계면에서 분리된 2개의 별개의 상으로의) 2상 혼합물의 분리를 통한 반대방향 흐름이 특정 실시형태에서 가능하게 될 수 있다. 이러한 분리는 혼합물을 침강시킴으로써(즉, 혼합물의 교반을 중단, 제거 및/또는 저해) 장기간의 시간에 걸쳐 수동으로 일어날 수 있다. 특히 낮은 계면 장력을 갖는 상에 대해 충분하고/하거나 효과적이고/이거나 완전한 수동 분리는 몇 분 또는 심지어 몇 시간이 걸릴 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 특정 실시형태는 혼합물에 적어도 하나의 음향파를 인가함으로써 합체 및/또는 상 분리의 능동 형태를 사용한다. 음향파(들)는 상 간의 밀도 차이가 덜 밀집한 상이 향류로 지나쳐서 유동하고 종국적으로 더 밀집한 상 꼭대기에서 침강을 야기할 때까지 훨씬 낮은 계면 장력 상 액적의 응집 또는 합체를 진행, 야기 및/또는 유도할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, "낮은 계면 장력" 및 유사한 용어는 약 20 다인/㎝ 또는 약 20 밀리뉴턴(mN)/미터(m), 미만, 바람직하게는 약 18, 약 15, 약 12, 약 10, 약 5, 약 4, 약 3, 약 2, 약 1, 약 0.5, 약 0.25, 약 0.1, 약 0.075, 또는 약 0.05 다인/㎝(또는 mn/m) 미만의 계면 장력을 지칭할 수 있다. 이러한 낮은 계면 장력 값 사이의 범위에서 계면 장력은 또한 본 개시내용의 범주 내에서 상정되며, 적절한 경우 "낮은 계면 장력"의 정의에 포함된다.
일부 실시형태에서, 유체 샘플(들)(예를 들어, 제1 액체 및 제2 액체 중 하나 이상)은 관심 대상의 적어도 하나의 분자 및/또는 적어도 하나의 오염물질의 양 또는 집단을 포함할 수 있다. 특히, 제1 유체는 제1상에서 관심 대상의 적어도 하나의 분자 및 적어도 하나의 오염물질을 포함할 수 있다. 제2 유체는 제2상을 포함할 수 있되, 제1 유체 및 제2 유체의 혼합물은 관심 대상의 분자(들)의 양 및/또는 제1 유체로부터의 오염물질(들)의 제2 유체로의 전달을 야기하고/하거나 허용할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 관심 대상의 분자(들) 및/또는 오염물질(들)은 제2 유체에서보다 제1 유체(또는 이들의 각각의 상)에서 더 안정할 수 있다. 따라서, 혼합물은 관심 대상의 분자(들) 및/또는 오염물질(들)이 제1 액체에서보다 제2 액체(또는 이들의 각각의 상)에서 더 안정하게 되도록 야기하기에 충분한 다른 분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유체 및 제2 유체의 혼합물에서 염 또는 다른 오염물질(들)의 농도는 관심 대상의 분자(들)가 제1상에서보다 제2상에서 더 안정하게 되도록 야기할 수 있다.
이론으로 구속되는 일 없이, 염 또는 다른 성분(들)의 농도는 혼합물에서 전하 차폐를 실행할 수 있다. 예를 들어, 혼합물의 이온 강도는 관심 대상 분자(들) 및/또는 오염물질(들)이 제1상 또는 제2상에 유입, 배출 및/또는 결합되는지의 여부를 결정할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 고농도의 염은 제1상으로부터 제2상 내로 관심 대상의 특정 분자를 (예를 들어, 물을 포함하는 수성 중질상으로부터 수성, 중질상보다는 물 및 PEG, 및 선택적으로 고농도의 염(예를 들어, 인산염, 황산염 또는 다른 용매 이송 염)을 포함하는 유기 또는 경질상 내로) 이송할 수 있다. 특히, 수성상 내 이온 농도는 관심 대상 분자를 수 상에서보다 PEG-함유 상에서 더 가용성으로 만든다.
적어도 하나의 실시형태에서, 혼합물 또는 하나 이상의 액체 또는 이들의 상에서 염 또는 다른 분자의 농도를 조절하는 것은 관심 대상 분자(들) 및/또는 그 안의 오염물질의 용해도를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 염 농도는 제1상으로부터 제2상 내로 각각의 관심 대상 분자 및 오염물질의 양의 전달을 향상시킬 수 있다. 제2 염 농도는 (후속적으로) 제2상으로부터 제1상 내로 관심 대상 분자 또는 오염물질 중 하나의 전달을 향상시킬 수 있다. 따라서, 다단계, 다단 및/또는 일렬의 샘플 정제가 본 명세서에서 상정된다.
유사하게, 염 또는 다른 성분(들)의 농도는 2상 시스템의 완전성 및 비혼화성을 부분적으로 유지할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시형태에서, 제1, 수 상 및 제2, 물/PEG 상은 이온 차폐의 공급원 없이 혼화성일 수 있다. 따라서, 이러한 2상 시스템에 대한 염 또는 다른 분자의 첨가는 제1상에 의한 제2상의 희석을 방지할 수 있다.
일부 실시형태에서, 적어도 하나의 리간드, 분자 또는 다른 성분의 농도는 수소 결합(또는 이의 결여), 정전기적 상호작용, 소수성 및/또는 (생물학적 및/또는 분자적) 친화도에 영향을 미침으로써, 두 상 중 하나에서 관심 대상 분자(들) 및/또는 오염물질(들)을 안정화시킬 수 있다. 따라서, 제2 분자는 이온, 친화도, 이중특이성, 소수성, 친수성, 분자 크기 배제, 자기 화합물 및/또는 두 상 중 하나에서 관심 대상 분자(들) 및/또는 오염물질(들)을 안정화시키는데 적합한 다른 분자 또는 화합물을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 제1 및 제2 유체의 적합한, 적절한 및/또는 충분한 혼합물은 관심 대상 분자(들) 집단의 적어도 일부를 제2상 내로(또는 결합되거나 용해되도록) 이송할 수 있다. 따라서, (예를 들어, 혼합물 및/또는 전달에 후속적으로) 혼합물로부터 또는 혼합물 밖에서 제1상 및 제2상의 분리 또는 침강은 유체 샘플 중에서 관심 대상 분자의 적어도 일부의 정제, 단리 및/또는 처리를 초래할 수 있다. 더 나아가, 2상의 반복적 및 교번의 혼합 및 침강은 제2상 내로 점점 더 많은 관심 대상 분자를 이송함으로써, 고수준의 순도를 달성할 수 있다. (예를 들어, 음향파의 인가에 의한) 상의 활성 침강은 제1상으로부터 제2상 내로의 관심 대상 분자의 전달과 관련된 시간 및 비용을 극적으로 감소시킬 수 있다(이에 의해 오염물질로부터 관심 대상 분자를 정제한다). 대안의 실시형태에서, 오염물질은 관심 대상 분자로부터 정제될 수 있다(이에 의해 제1상 내에서 관심 대상 분자를 정제한다).
일부 실시형태에서, 관심 대상 분자는 항체(Ab) - 단클론성 또는 다클론성 - 또는 면역글로불린(Ig)(예를 들어, IgG, IgA, IgD, IgE 및/또는 IgM), 항생제, 비타민, 호르몬 또는 다른 생물학적 분자를 포함할 수 있거나 또는 이들 일 수 있다. 인간에 대한 이러한 면역글로불린의 투여는 미국 연방 약물 관리청(Federal Drug Administration: FDA)에 의해 규제되는데, 이는 역치 수준의 순도 및 다른 품질 제어 기준을 필요로 한다. 본 개시내용의 특정 실시형태의 설계는 생물학적 분자의 순도를 극적으로 증가시킬 수 있는 한편, 동시에 정제와 관련된 비용 및 시간을 감소시킴으로써, 상업적 규모 생산 효율을 증가시킨다.
예를 들어, 상업적-규모 항체 정제를 위한 이전의 시스템은 항체에 결합하기 위해 패킹된 크로마토그래피 내 단백질 A-컨쥬게이팅 비드를 사용하였고, 오염물질로부터의 Ig의 정제를 허용한다. Ig를 포함하는 샘플은 완충제 중에서 그리고 단백질 A에 대한 Ig의 결합을 허용하기에 충분한 유혹으로 칼럼을 통과한다. 이어서, 상기 공정은 Ig-결합 칼럼의 세척 및 (예를 들어, 단백질 A에 대한 Ig의 결합을 반전시키기에 충분히 낮은 pH를 갖는) 용리 완충제의 적용을 통한 칼럼으로부터의 Ig의 용리를 수반한다. 그러나, 단백질 A는 상대적으로 비쌀 수 있다(예를 들어, 단백질 A 크로마토그래피 수지의 리터 당 약 $12,000 - 일부 수성 2상 시스템에 대한 리터 당 약 $6과 비교). 따라서, 단백질 A를 통한 Ig의 대규모 정제는 비용이 터무니 없을 수 있다.
단백질 A-매개 정제는 또한 단백질 A-컨쥬게이팅 비드로부터 결합된 Ig를 용리시키는데 필요한 pH의 변화 때문에 바람직하지 않을 수 있다. pH의 작은 변화조차도 샘플 또는 혼합물 중에 존재하는 관심 대상 분자에 대해 손상적이고, 해롭거나 또는 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있다. 따라서, pH 수준 변화와 관련된 잠재적으로 해로운 효과 또는 위험 없이 고순도, 고수율 Ig를 수득할 수 있는 시스템이 바람직할 수 있다.
대안의 시스템에서 상업적 항체를 정제하기 위한 시도는 비용, 시간 및/또는 작업 공간이 터무니 없을 수 있고/있거나 다른 대응하는 또는 관련된 부정적인 결과를 가진다. 예를 들어, 2상, 액체-액체 추출 시스템에서 항체의 효과적인 정제는 종종 낮은 계면 장력을 갖는 2상의 사용을 필요로 한다(항체 및 다른 단백질은 높은 계면 장력 시스템에서 변성될 수 있고/있거나 부정적으로 영향을 받을 수 있다). 이들 낮은 계면 장력 시스템에서, 수동 침강을 통한 2상의 적절한 침강은 수 분 또는 심지어 몇 시간이 걸릴 수 있다. 높은 계면 시스템이 침강 시간을 감소시키지만, 그들은 종종 단지 양립 불가능한 담체 용액을 허용함으로써 항체 정제를 무효화한다.
더 나아가, 이러한 대안의 추출 시스템의 비용은 턱없이 높을 수 있다. 예를 들어, FDA 또는 다른 조절 항체에 의해 지시된 정제 수준을 달성하기 위해, 샘플은 종종 수많은 정제 단계를 통한 처리를 필요로 할 것이다. 배취형 정제 단계는 (1) 제1상으로부터 제2상으로 항체(또는 오염물질)의 양을 전달하도록 플라스크 또는 다른 적합한 용기에서 2상 샘플을 혼합하는 단계, (2) 혼합물을 하부(중질) 및 상부(경질) 상 내로 수동으로 침강 및 분리시키는 단계, 및 (3) 분리된 상을 채취하는 단계의 공정을 반복함으로써 수행 또는 달성될 수 있다. 효과적인 정제에 필수적인 정제 단계의 수를 제공하는 것과 관련된 비용, 시간 및 공간은 또한 (특히, 이를 수행하는 데 필수적인 자원이 없는, 시장에 들어가는 것을 추구하는 더 작은 또는 시작하는 회사에 대해) 상업적으로 터무니 없을 수 있다.
유사하게, 칼럼형, 연속류, 높은 및/또는 낮은 계면 장력, 2상 액체-액체 추출은 본 개시내용의 일부 실시형태에 비해 비효율적이고, 비효과적이며, 믿을 수 없게 비쌀 수 있다. 각양각색의 액체-액체 추출 칼럼은 당업계에 공지되어 있다. 그들은 정적 칼럼(예를 들어, 체판, 무작위 패킹 및 구조화된 (SMVP) 패킹 칼럼)뿐만 아니라 교반 칼럼(예를 들어, KARR(등록상표), 샤이블(SCHEIBEL)(등록상표), 회전판 컨트랙터(rotating disc contractor: RDC), 펄스 및 기타 특별히 설계된 칼럼)을 포함한다. 그러나 당업자라면 이러한 칼럼이 전형적으로 본 개시내용의 특정 실시형태에 비해 낮은 계면 장력 시스템과 관련하여 효율적인 그리고 적합한 샘플 정제를 실행함에 있어서 효과적이지 않다는 것을 인식할 것이다.
일반적으로, 예시적인 액체-액체 추출 칼럼은 상부, 중질상 유입구, 하부, 경질상 유입구(또는 일부 경우에 스파저), 상부, 경질상 유출구, 하부, 중질상 유출구 및 복수의 대안의 샘플 또는 상 혼합 및 샘플 또는 상 침강 구역을 포함한다. 중질 또는 경질상 액체는 상 중 하나가 충전된 칼럼 내에서 더 고농도로 존재하도록 칼럼 내로 펌핑된다. 더 고농도의 상은 연속 상을 지칭하며, 더 저농도의 상은 분산상을 지칭한다. 중질상 및 경질상이 칼럼 내로 펌핑됨에 따라, 상 혼합 구역 내 2상 샘플을 혼합하기 위한 수단은 2상을 혼합하고, 상 혼합 구역 내 샘플의 일부를 계속해서 혼합한다. 그러나, 상-침강 구역 내 샘플의 일부는 혼합하기 위한 수단으로부터 차폐 또는 달리 분리되어, 분산 및 연속상에 2개의 별개의 상으로 수동으로 합체 또는 침강되는 시간을 제공한다. 이어서, 중질상은 칼럼을 통해(다음의, 인접한, 하부 혼합 구역 쪽으로) 침강 및 유동하는 한편, 경질상은 칼럼을 통해(다음의, 인접한, 상부 구역 쪽으로) 침강 및 유동한다. 칼럼은 정적 상태 또는 항상성이 달성될 때까지 작동될 수 있다. 이어서, 칼럼으로부터의 연속적 첨가 및 추출이 개시될 수 있다.
제1상 또는 제2상 중 하나에 도입된 관심 대상 분자(또는 제1상 또는 제2상 중 하나에 포함된 오염물질)는 (예를 들어, 상이한 상이 본래의 상보다 관심 대상 분자 또는 오염물질(의 용해도)에 더 바람직한 조건을 제공한다면) 적절한, 적합한, 충분한 또는 완전한 혼합 시 상이한 상으로 전달될 수 있다. 다단 추출기 시스템에서, 각각의 혼합 단계는 관심 대상 분자 또는 오염물질에 대한 두 상 사이의 농도차의 새로운 설정을 제공한다. 따라서, 상승 및 하강 상이 복수의 혼합 및 침강 구역을 통과함에 따라, 점점 더 많은 관심 대상 분자 또는 오염물질이 상이한 상으로 전달될 수 있다.
그러나, 관심 대상 분자의 상업적으로 실행 가능한 샘플을 생성하는 데 필요한 시간, 공간 및 비용은 수동 침강 시스템에서 터무니 없게 높을 수 있다. 예를 들어, (당업계에서 배취 정제의 이론적 단계의 수에 의해 나타난) 배취 시스템에 대해 상기 기재한 정제 수준을 제공하기 위해, 수동-침강 액체-액체 추출 칼럼이 높이로 10미터 이상까지 필요할 수 있다. 마찬가지로, 칼럼 및 별도의 믹서 및 수동 새틀러를 포함하는 다중 일렬의, 나란히 있는 믹서 새틀러는 사용자가 정제를 수행하는 전체 작업 공간, 방, 바닥 또는 면적을 차지할 수 있다. 이러한 시스템을 작동시키고 유지하는(예를 들어, 거대 이송 트레인을 보수 및/또는 대체하는) 물질의 비용은 유사하게 당업계에서 사용자를 방해한다.
더 나아가, 이러한 수동 시스템에 의해 달성되는 정제 수준은 이상적이지 않다. 예를 들어, 이들 시스템에서 샘플 또는 유체 유동의 연속적 특성 때문에, 샘플은 유동 또는 움직임이 일정하다. 따라서, 샘플은 연속상으로부터 분상상을 합체 및 분리시키는 데 충분히 긴 수동 침강 구역에 남아있지 않을 수도 있다. 따라서, 하부, 중질상 유출구로부터 채취된 샘플의 일부는 또한 그와 관련된 일부 바람직하지 않은 경질상을 포함할 수 있다. 유사하게, 샘플이 복수의(교번의) 상 혼합 및 상 침강 구역을 통과함에 따라 채취된 경질상은 효과적으로 분리되지 않는 중질상에 의해 오염될 수 있다. 예를 들어, 침강 구역(들)에서 혼합 샘플의 체류 시간은 연속상으로 향류로 유동하는 데 충분한 질량 또는 밀도를 갖는 몸체로 분산상 미세액적이 공동국소화 및 응집하는 데 충분하지 않을 수도 있고, 또는 그 반대일 수도 있다. 반대상에 의한 이 상 오염물질은 불순물 또는 오염물질 농도를 증가시키고/시키거나 관심 대상 분자 수율을 감소시킬 수 있다. 당업자는 통상적으로 이러한 상 오염물질을 "플러딩(flooding)" 또는 "비말동반"으로서 지칭할 수 있다.
이 문제를 극복하기 위해, 사용자는 (칼럼 내 및 칼럼 밖에서) 샘플 유속을 감소시킴으로써, 침강 구역 내 혼합 샘플의 체류 시간을 증가시킬 수 있다. 불행하게도, 유속을 감소시키는 것은 처리 시간을 증가시키는데, 이는 상업적 생산 비용을 증가시킬 수 있다. 추가로, 유속을 감소시키는 것을 또한 관심 대상 분자의 응집을 증가시키고/시키거나(예를 들어, 승인된 조절 수준 이상, 예컨대 정제된 IgG에 대해 1%) 분자-함유 상이 칼럼 내부에 들러붙음에 따른 칼럼의 습윤화에 기인하여 생성물 수율을 감소시킨다.
사용자는 대안적으로 샘플 유속에서 앞서 언급한 감소 없이 (예를 들어, 더 큰 및/또는 더 많은 침강 구역을 통해) 증가된 체류 시간을 제공하기 위해 칼럼 크기를 증가시킬 수 있다. 사실, 상기 나타낸 바와 같이, 특정의 존재하는 칼럼은 높이로 10미터 이상까지일 수 있다. 이러한 칼럼 크기, 및 이와 관련된 체류 시간은 일부 적용에서 합리적이지 않을 수도 있다. 사실, 상업적 생산 공간은 상대적으로 작을 수 있다(예를 들어, 표준 천장 높이가 2.4 미터 내지 3.2 미터인 방). 게다가, 증가된 체류 시간은 처리 시간을 증가시키는데, 이는 상업적 생산 비용을 더 증가시킨다.
추가로, 사용자는 (예를 들어, 교반을 감소시키거나 또는 샘플을 혼합하기 위한 덜 응집하는 수단을 혼입함으로써) 혼합을 감소시킬 수 있다. 더 낮은 교반 속도는 상 1 또는 2의 더 큰 액적 크기를 유지하고, 따라서, 합체 및/또는 침강 속도 및/또는 정도를 증가시킨다. 그러나, 이는 불완전한 혼합 및 더 낮은 속도의 분자 또는 오염물질 전달을 초래할 수 있다. 따라서, 적층물은 여전히 실질적인 양의 관심 대상 분자를 함유할 수 있는 반면, 추출물은 여전히 실질적인 양의 오염물질을 함유할 수 있다. 더 낮은 혼합 속도는 또한 상기 기재한 바와 같이 응집을 증가시킬 수 있다. 따라서, 높은 샘플 수율 및/또는 순도, 및/또는 저수준의 분자 응집을 달성하기 위해 체류 시간 증가 없이 또는 감소된 체류 시간에 의해, 및/또는 칼럼 크기 증가 없이 또는 감소된 칼럼 크기에 의해 샘플의 응집적 교반 또는 혼합이 높은 분자 전달 속도를 실행하도록 허용하는 효율적이고, 비용 효과적이며, 상업적으로 실행 가능한 추출에 대한 필요가 존재한다.
따라서, 본 개시내용의 실시형태는 높은 샘플 수율 및/또는 순도를 달성하기 위해 체류 시간 증가 없이 또는 감소된 체류 시간에 의해, 및/또는 칼럼 크기 증가 없이 또는 감소된 칼럼 크기에 의해, 및/또는 저수준의 분자 응집에 의해 두 상 샘플의 응집적 교반 또는 혼합이 고속의 분자 전달을 실행하도록 허용하는 효율적이고, 비용 효과적이며, 상업적으로 실행 가능한 샘플 정제를 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
또한 본 개시내용의 특정 실시형태는 2 초과의 상, 예컨대 3, 4, 5개 이상의 상을 포함하거나 또는 수반할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 사실, 특정 석유 용도에서, 적어도 하나의 관심 대상 분자(예를 들어, 탄화수소)의 추출 및/또는 정제를 달성하기 위해 3개 이상의 상이 혼합될 수 있다. 예를 들어, 제1상은 처음에 관심 대상 분자 및 적어도 2종의 오염물질을 포함할 수 있다. 제2상은 제1 오염물질의 용해도 및/또는 추출을 위해 구성될 수 있고, 제3상은 제2 오염물질의 용해도 및/또는 추출을 위해 구성될 수 있으며, 이에 의해 제1상, 제2상 및 제3상의 혼합물로부터 관심 대상 분자를 처리, 정제 및/또는 추출할 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시형태는 혼합물의 별개의 및/또는 별도의 상으로의 음향파-보조, 능동 침강이 있는 2상 액체-액체 추출 칼럼에 의한 이런 및 다른 문제들을 극복한다. 본 명세서에 기재된 특정 실시형태는 상기 구역(들)에서 샘플의 일부가 이에 의해 생성된 음향파(들)에 노출되도록 하나 이상의 침강 구역에 인접하거나, 내이거나 또는 달리 관련된 음향파 발생기 또는 새틀러를 포함한다. 음향파(들)는 하나 이상의 중간 침강 구역 및/또는 하나 이상의 말단 또는 단부의 침강 구역에서 샘플에 인가될 수 있다.
음향파(들)에 대한 샘플의 노출은 더 큰 상 몸체를 형성하기 위해 상(들)의 합체를 향상시킴으로써 상을 적절하게 분리하는데 필요한 시간의 양을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 음향 침강이 샘플의 음향 혼합의 초음파 또는 다른 형태를 포함하지 않는다는 것이 인식될 것이다. 이러한 음향 혼합이 본 명세서에서 상정되지만, 혼합된, 2상 샘플의 음향 침강은 상의 혼합물이 아닌 분리를 향상시키는 것을 지칭한다. 또한 2 초과의 상이 또한 본 개시내용의 일부 실시형태에 포함될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
이러한 능동 음향 침강은 기존의 샘플 정제 칼럼의 또는 기존의 샘플 정제 칼럼에 비해 칼럼 높이(및/또는 폭, 직경, 반경 등)를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 20 내지 40 다인/㎝의 계면 장력을 갖거나 또는 나타내는 2상의 혼합물을 포함하는 샘플을 처리하도록 구성된 전형적인 또는 예시적인 샤이블(등록상표) 칼럼은 이론적 단계 당 약 0.5 내지 2.0의 비로 수행될 수 있다. 10 내지 30 다인/㎝의 계면 장력을 갖거나 또는 나타내는 2상의 혼합물을 포함하는 샘플을 처리하도록 구성된 전형적인 또는 예시적인 KARR(등록상표) 칼럼은 마찬가지로 이론적 단계 당 약 0.5 내지 2.0의 비로 수행될 수 있다.
그러나, 본 개시내용의 특정 실시형태는 8 다인/㎝, 5 다인/㎝, 4 다인/㎝, 3 다인/㎝, 2 다인/㎝, 1 다인/㎝, 0.5 다인/㎝, 0.25 다인/㎝, 0.1 다인/㎝, 또는 0.05 다인/㎝만큼 낮은 계면 장력(들)을 갖거나 또는 나타내는 2 이상의 상의 혼합물을 포함하는 샘플을 처리하도록 구성될 수 있고/있거나 이론적 단계 당 약 0.1 내지 0.5, 0.1 내지 0.4, 0.1 내지 0.3, 0.1 내지 0.25, 0.1 내지 0.2 또는 0.1 내지 0.15 미터의 비로 수행될 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 일부 실시형태는 기존의 시스템보다 더 낮은 계면장력(들)을 갖거나 또는 나타내는 2 이상의 상의 혼합물을 포함하는 샘플을 처리할 수 있고(처리하도록 구성될 수 있고) 효율적으로, 충분히, 적합하게 그리고/또는 바람직하게 처리하도록 구성되거나 또는 처리할 수 있다. 마찬가지로, 본 개시내용의 일부 실시형태는 기존의 시스템보다 더 낮은 비에서 수행할 수 있고(수행하도록 구성될 수 있고), 효율적으로, 충분히, 적합하게 그리고/또는 바람직하게 수행하도록 구성되거나 또는 수행할 수 있다.
더 나아가, 본 개시내용의 일부 실시형태는 높이(및/또는 폭, 직경, 반경 등) 분율에서 성능 수준을 기준의 칼럼 이상으로 제공할 수 있다(제공하도록 구성될 수 있다). 예를 들어, 본 개시내용의 일부 실시형태는 유체 샘플의 능동 음향 침강을 위해 구성된 샘플 정제 칼럼 및 적어도 하나의 음향 침강 요소를 포함하는 유체 처리 시스템을 포함할 수 있다. 유체 처리 시스템은 이론적 단계 당 약 0.1 내지 0.5, 0.1 내지 0.4, 0.1 내지 0.3, 0.1 내지 0.25, 0.1 내지 0.2 또는 0.1 내지 0.15 미터의 칼럼 높이의 비에서 수행될 수 있는(수행하도록 구성될 수 있는) 한편 능동 음향 침강 없이 유체 샘플을 처리하는데 필요한 칼럼 높이의 약 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% 또는 5%의 칼럼 높이를 가지며, 동일한 수준의 성능 또는 정제 수준을 달성한다.
본 개시내용의 특정 실시형태는 (생성물 유입의 수율% 및/또는 수득한 생성물의 순도%에 대해) 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.9% 이상까지 관심 대상 분자의 정제를 유사하게 수행하거나 또는 실행할 수 있다. 일부 실시형태는 높이가 6미터 미만, 5미터 미만, 4미터 미만, 3미터 미만, 2미터 미만, 1.5미터 미만, 1.25미터 미만, 1미터 미만, 0.15 미터 내지 4미터, 0.5미터 내지 3미터 또는 1미터 내지 2미터인 샘플 정제 칼럼에서 이러한 수준의 정제를 수행 또는 실행할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시형태는 액체-액체 추출 칼럼 정제 환경에서 가능한 정제 수준, 효율 및/또는 성능을 극적으로 개선시킬 수 있고, 기존 시스템의 비용, 크기, 공간, 시간 및/또는 (이론적 단계 당 칼럼 높이 미터의) 비를 감소시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 능동 음향 분리의 첨가는 혼합물의 샘플의 (예를 들어, 산업적 수준으로의) 정률증가를 허용하거나 또는 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 능동 음향 분리의 첨가는 (예를 들어, 높이의 실질적인 또는 상당한 증가 없이) 칼럼의 폭(또는 직경, 반경 등)을 증가 또는 확장시킴으로써 처리 용적이 증가되는 것을 허용 또는 가능하게 할 수 있다. 특정 실시형태는 (예를 들어, 높이의 실질적인 또는 상당한 증가 없이) 칼럼의 폭(또는 직경, 반경 등)을 증가 또는 확장시킴으로써 처리 용적을 증가시키기 위해 (예를 들어, 크기에서) 음향 새틀러의 증가 및/또는 확장을 필요로 하고/하거나 수반할 수 있다. 일부 실시형태는 연구실, 세탁실, 창고 또는 기타 방에서의 및/또는 바닥에 놓인 작업 의자, 스탠드, 기저부 또는 카트 상에서의 작업에 적합한 높이를 갖는 칼럼을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태는 표준 천장 높이가 6미터 미만, 바람직하게는 2미터 내지 4.4미터, 더 바람직하게는 2.2미터 내지 3.8미터, 훨씬 더 바람직하게는 2.4미터 내지 3.2미터인 방 내에서 적합할 수 있는 칼럼을 포함한다.
기존의 시스템(예를 들어, KARR(등록상표) 칼럼 등)에서, 성능, 효율 및 정제를 유지하기 위해, (예를 들어, 폭, 직경, 반경 등을 증가시킴으로써) 칼럼의 처리 용적을 증가시키는 것은 종종 칼럼 높이의 극적인 증가를 필요로 한다. 칼럼의 직경이 증가함에 따라, 칼럼 효율을 감소된다. 따라서, 적합한 효율 수준을 유지하기 위해, 칼럼의 사용을 통해 달성 가능한 정제의 이론적 단계의 수를 유지하기 위해 칼럼 높이는 증가되어야 한다. 예를 들어, 표준 KARR(등록상표) 칼럼의 직경을 증가시키고, 성능, 효율 및 정제 수준을 유지하기 위해, 칼럼의 높이는 직경 증가에 비해 파워 3까지 증가될 필요가 있을 것이다. 종국적으로, 이러한 정률 증가는 구성, 조작, 세정, 유지, 멸균 등에 너무 크고, 너무 비싸고, 너무 불편한 시스템을 초래한다. 추가로, 이러한 칼럼은 일반적으로 낮은 계면 시스템과 양립 가능한 것으로 알려져 있지 않다. 따라서, 기존의 칼럼 시스템은 당업자가 정제 시스템의 정률 증가를 추구하고, 낮은 계면 장력 시스템에서 고수준 또는 생성물 순도를 얻고/얻거나 분자를 추출하는데 다수의 문제 및 단점을 제공한다.
예시적 예로서, (예를 들어, 약 1 다인 미만에서) 낮은 계면 장력 시스템은 경질상이 중질상 내로 분산될 때 0.02m/s 내지 0.03m/s의 최종 액적 속도 및 약 1㎜, 2㎜ 또는 3㎜의 최종 액적 크기, 또는 중질상이 경질상 내에서 분산될 때 0.008m/s 이하의 최종 액적 속도 및/또는 약 1㎜, 2㎜ 또는 3㎜의 최종 액적 크기를 가질 수 있다. 다음의 예시적 목적을 위해, 단지 더 통상적으로 및/또는 전형적으로 더 빨리 침강할수록 중질상 내에서 분산된 경질상이 고려될 것이다.
하나의 상으로부터 다른 상까지 생성물(예를 들어, 관심 대상 분자) 또는 오염물질의 효율적인 전달을 실행 및/또는 가능하게 하기 위한 2상 시스템의 혼합은 (예를 들어, 직경이 약 10 마이크론 내지 약 80 마이크론, 또는 그 미만 중 어떤 평균 액적 크기를 갖는) 미세액적의 형성을 초래할 수 있는데, 이는 훨씬 더 작은 침강 속도를 갖고/갖거나 대응할 수 있다(예를 들어, 최종 액적 속도보다 약 7x10-6m/s내지 1.6x10-4m/s;1000-배 이상까지 더 느림). 10 마이크론 액적 내지 심지어 100 마이크론 액적의 합체 및/또는 응집은, 예를 들어, 액적의 침강 속도를 7x10-6m/s내지 2.2x10-4m/s(즉, [(점적 직경/2)^(3/2)]에 따라)로 증가시킬 수 있다; 침강 속도가 31x 증가. 침강 속도의 이 증가는 필요한 침강 시간의 감소와 상관관계가 있는데, 이는 필요한 침강 구역, 및 따라서 칼럼 크기의 감소와 상관관계가 있다.
본 개시내용의 실시형태는 미세액적의 합체 및/또는 응집을(예를 들어, 최종 액적 크기까지) 향상시키기 위해 음향파를 인가하도록 구성된다. 예를 들어, 본 개시내용의 실시형태는 공동국소화된 액적이 90, 100, 150, 200, 250, 300 마이크론 이상(또는 초과)의 직경을 갖는 하나 이상의 액적 또는 몸체에 그리고 5, 4, 3 또는 2분 이하 또는 90, 75, 60, 45, 30, 20, 15, 10 또는 5 초 미만에 합체 및/또는 응집할 수 있도록, 직경이 약 80, 50, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 4, 3, 2 또는 1 마이크론 이하인 상 미세액적을 음향으로 공동국소화할 수 있다. 예시적으로, 침강 속도가 약 2.23x10-7m/s인 1 마이크론 상 액적은 약 10초 미만에 약 1.16x10-3m/s의 침강 속도(또는 침강 속도의 5200x 증가)를 갖는 300 마이크론까지 액적을 (다른 액적(예를 들어, 이의 상)과 함께) 음향으로 공동국소화, 합체 및/또는 응집할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시형태는 약 10초 미만에 적어도 5x, 10x, 15x, 20x, 25x, 30x, 40x, 50x, 100x, 500x, 1000x, 2000x, 3000x, 4000x, 5000x 이상만큼 미세액적의 침강 속도를 증가시킬 수 있다. 게다가, 본 개시내용의 실시형태에서 액적 크기 및 침강 속도를 증가시키기 위한 음향파의 인가는 효율 및/또는 성능을 개선시키고/시키거나, 불순물, 응집물 및/또는 시스템(예를 들어, 추출 칼럼) 크기를 감소시키고/시키거나 상당한 양의 시간, 인력, 비용 및 자원을 절약할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 액체-액체 추출 시스템에서 음향-보조 합체 및/또는 침강은 기존의 시스템 이상으로(예를 들어, 동등한 침강 거동을 유지 또는 개선시키면서) 더 효율적인 질량 전달 및/또는 더 짧은 기간의 시간을 실행하기 위해 교반을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 예시적인, 기존의 액체-액체 추출 시스템은 약 91 마이크론의 평균 액적 크기를 유지하기 위해 76 Watt/㎥의 속도로 2상 혼합물을 교반시킬 수 있다. 시스템을 통한 전형적인 샘플 유속 및 시스템 내의 체류 시간에서, 91마이크론 액적 크기는 실질적으로 완전한 상 분리를 허용할 수 있지만, (예를 들어, 액적 크기가 약 1분 동안 혼합을 통해 유지된다면) 단지 약 19%의 스테이지 당 효율을 초래할 수 있다. 전형적으로, 평균 91 마이크론 액적 크기를 갖는 액적의 집단은 (예를 들어, 다른, 공동국소화된 액적과 함께 및/또는 최종 액적 크기로) 완전히 침강되는 데 5분 이상을 필요로 할 수 있다. 주어진 관심 대상의 예시적인 생성물을 정제하기 위해, 5분 침강 시간, 10개의 이론적 추출 단계가 필요할 수 있다. 따라서, 19% 단계 효율 시스템은 추출의 10개 이론적 단계를 달성하기 위해 약 53개의 물리적 단계를 필요로 할 수 있다.
낮은 교반 속도 때문에, 만약에 있다면, 단지 소량의(예를 들어, 2% 미만), 반대 상 미세액적이 각각의 상을 오염시킬 수 있다. 그러나, 53개의 물리적 단계는 보통 다량의 공간(예를 들어, 작업 표면적, 칼럼 높이/폭 등)을 차지할 것이다. 예를 들어, 산업 표준 1분 혼합 체류 시간 및 5분 침강 체류 시간을 지니고, 20,000리터 생물반응기(예를 들어, 1일 당 2회 채취)를 처리하도록 크기가 조절된 53개의 물리적 단계 시스템은 약 18.8미터 이상의 추출 칼럼 높이를 필요로 할 수 있다(예를 들어, 표준 설계에 따라; 예를 들어, 도 15의 용기 어셈블리(12g) 참조). 이러한 칼럼의 작동은 천장 높이가 제한된 산업적 정제(세정) 세트에 대해 실행 불가능할 것이다. 추가로, 이러한 메가 칼럼이 특정 작업 조건 하에서 20% 초과의 효율을 달성할 수 있지만, 시스템은 목적으로 하는 결과를 달성하기 위한 세트업, 스타트업 및 작업 시간을 필요로 할 수 있다. 따라서, 이러한 작업은 공간, 시간 및 비용이 터무니 없어서 시스템을 실행 불가능하게 만들 수 있다.
단계 효율을 증가시키고, 이에 의해 필요한 물리적 단계의 수뿐만 아니라 상기 시스템과 관련된 시간, 공간 및 비용을 감소시키기 위해, 샘플은 더 격렬하게 교반되어 더 적은(예를 들어, 평균 직경이 80, 70, 60, 50, 40 또는 30마이크론 이하) 액적을 생성할 수 있고, 상 사이에서 분자의 더 효율적인 전달을 가능하게 한다. 그러나, 작은 액적은 더 많은 침강 시간을 필요로 하며, 더 큰 칼럼 및 더 긴 체류 시간을 필요로 한다. 따라서, 사용자는 단계 효율 및 시간, 공간, 자원 등 중에서 선택하도록 맡긴다.
본 개시내용의 음향-보조 실시형태는 약 2000 Watt/㎥의 속도로 교반될 수 있는데, 예를 들어, 이는 평균 액적 크기를 약 25 마이크론으로 감소시킬 수 있고, (예를 들어, 액적 크기가 1분 동안 혼합을 통해 유지된다면) 단계 효율 51%에 대응하고/하거나 초래할 수 있다. 이어서, 음향파는 액적을 기존 시스템의 91마이크론 이상으로 응집시켜, 동일한 5분 침강 시간 기간 내에, 그러나 기존의 시스템의 엄청나게 큰 칼럼 크기를 필요로 하는 일 없이 침강을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 음향-보조 시스템은 본 실시예에서와 같이 53개 대신에 단지 약 20개의 물리적 단계(물리적 단계, 또는 물리적 정제 시스템 용적 수의 2.65x 감소, 단계 당 효율의 적어도 약 2.5x 이상까지의 증가)를 필요로 할 수 있다.
직접적 비교에 의해, 20,000 리터 생물반응기를 처리하도록(예를 들어, 1일 당 2회 채취) 동등하게 크기가 조절된 20개의 물리적 단계 시스템은 단지 약 7.1 미터의 추출 칼럼 높이를 필요로 할 수 있다. 따라서, 이러한 음향 침강 칼럼의 작업은 제한된 천장 높이 내에서 산업적 정제(세정) 세트에 적합하게 될 수 있다. 본 개시내용의 실시형태는 약 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 또는 50% 이상의 단계 당 효율을 달성할 수 있다. 게다가, 앞서 언급한 효율은 약 50, 45, 40, 35, 30, 25 또는 20회 이하의 물리적 단계에 의해 달성될 수 있다. 실시형태는 또한 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 또는 5마이크론 이하로 상 액적의 형성 공간을 제공할 수 있고, 여전히 30, 25, 20, 15, 10, 5, 4, 3 또는 2분 이하의 침강 시간을 달성할 수 있다. 본 개시내용의 실시형태는 추가로 (예를 들어, 평균 액적 크기가 약 10마이크론 내지 약 80마이크론인 상 액적을 의도적으로 생성하기 위해) 약 76 Watt/㎥ 내지 적어도 약 2000, 3000 또는 4000 Watt/㎥의 범위에 있는 속도로 교반되어, (예를 들어, 1분 동안 혼합을 통해 평균 액적 크기를 유지함으로써) 약 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55% 또는 60%이상, 그 사이, 상기 백분율에서의 단계당 효율을 초래할 수 있다. 일부 실시형태에서, 혼합 또는 교반 속도는 액체 및/또는 상을 혼합하기 위한 칼럼 시스템 내 임펠러 회전의 전력 입력(또는 출력)에 대응할 수 있다. 다른 실시형태에서, 혼합 또는 교반 속도는 (예를 들어, 정적 혼합 시스템에서) 이에 의해 혼합될 칼럼을 통해 액체에 힘을 가하는 전력 입력(또는 산출)에 대응할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시형태는 추가로 약 76 Watt/㎥ 미만(예를 들어, 약 10 내지 50 Watt/㎥)의 속도로 교반될 수 있다. 이들 더 낮은 혼합 속도는 액적 크기를 적어도, 또는 약 250 마이크론까지 생성할 수 있다.
따라서 본 개시내용의 음향 시스템은 비음향 시스템의 또는 비음향 시스템 이상으로 동일한 또는 개선된 성능을 전달할 수 있지만, 증가된 크기의 필요 없이, 실내의, 통제된, 천장 높이가 제한된 생명공학(세정) 시설 내에서 칼럼이 적합하게 할 수 있다. 또한 비음향 시스템의 증가된 크기(즉, 2.65x 초과 용적)는 정상 상태 거동에 도달되도록 스타트업 작동 동안 2.65x 이상의 시간을 필요로 한다는 것을 주목할 만하다. 주로 배취 공정인 약제학적 및 생명공학 적용을 위해, 이 스타트업 작업은 2주마다 또는 더 짧게 행해져야 한다. 증가된 스타트업 시간은 공정 지연을 초래한다.
다른 방법에 비해, 음향 및 비음향 시스템은 둘 다 20개의 물리적 단계로 크기가 조절되어 10개의 이론적 단계에서 음향 보조된 칼럼 및 3.8개의 이론적 단계에서 비음향 칼럼을 유지할 수 있다. 정제 공정에서의 모델 치료 항체는 약 85% 이상의 순도 수준에서 95% 초과의 생성물 수율을 갖는 10개의 이론적 단계 생성물 상을 남길 수 있다. 그러나, 3.8개의 이론적 단계 시스템은 50% 이하의 순도 수준에서 생성물의 80%만을 수득할 수 있다.
추가로, 관신 대상 생성물은 추출 용액(들) 중에서 완전히 안정하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 정제 작동 동안(생성물이 늘 그렇듯이 차가움을 유지하지 않는 경우), 치료 항체는 기하 급수적으로 더 높은 속도로 응집할 수 있다. 칼럼 크기의 2.65x 증가는 칼럼 내에서 2.65x 초과 시간에 대응한다. 항체에 대한 응집물의 전형적인 백분율은 (총 항체의) 약 0.1%, 0.5% 또는 1%일 수 있다. 비음향 시스템의 시간-소모 작업은 0.5% 이상만큼 응집을 증가시킬 수 있다. 그러나, 더 빠른 음향 보조 시스템은 단지 0.25% 이하만큼 응집을 증가시킬 수 있다. 산업 표준 및/또는 정부 규제는 응집에 대한 기준 제한을 시작할 수 있다. 예를 들어, 미식품 의약국(U.S. Food and Drug Administration: FDA)은 1% 미만의 치료 항체 산물이 응집 형태일 것으로 명령한다. 따라서, 비음향 시스템의 경우에 추가적인 0.25% 응집은 인간 주사용의 정제 약물에 대해 진행 중인 상당한 문제를 야기할 수 있다. 따라서 본 개시내용의 실시형태는 생성물 응집의 (예를 들어, 비슷한 생성물 수율 및/또는 순도를 제공하는 기존의 시스템 이상으로) 0.1%, 0.2%, 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1%, 1.25%, 1.5%, 1.75% 또는 2%까지의 감소를 제공할 수 있다. 일부 실시형태는 채취 생성물에서 응집물 백분율의 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% 또는 90%까지 또는 초과의 감소를 제공할 수 있다.
더 나아가, 약 30마이크론의 예시적인 평균 액적 크기에서, 대다수의 액적은 약 2, 5 또는 10분 내에 침강될 수 있다. 그러나, 경질상의 2% 내지 15%는 여전히 중질상 내에서 현탁될 것이고/이거나 중질상의 2 내지 15%는 (예를 들어, 30 마이크론의 평균 액적 크기보다 훨씬 더 작은 미세액적으로서) 경질상 내에서 현탁된다. 반대상에서 트래핑된 액체상의 2% 내지 15%는 생성물의 2% 내지 15% 상실 또는 생성물의 오염에 직접적으로 대응한다. 2% 내지 15%는 산업적 용도에서 허용 가능하지 않은 수준 또는 생성물 상실 및/또는 생성물 오염을 나타낸다.
표준 시스템에서, 상기의 수율 및/또는 오염 문제에 대항하는 것은 액적 크기를 증가시키기 위해 교반 속도가 감소될 것을 필요로 할 수 있다. 그러나, 액적 크기의 증가는 단계 효율마다 감소되어, 수율 및 순도 수준을 유지하기 위해 추가적인 물리적 단계를 필요로 한다. 대안적으로, 침강(체류) 시간은 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 45분, 1시간 이상으로 증가될 수 있다. 증가된 침강 시간은 칼럼 또는 침강 구역의 크기를 증가시킴으로써 본래 이상으로 유속을 늦추거나 또는 침강 또는 체류시간을 증가시킴으로써(예를 들어, 3x 내지 15x 이상 만큼) 가능하게 되고/되거나 실행될 수 있다.
그러나, 본 개시내용의 음향 보조 시스템에서, 크기가 30 마이크론 미만인 액적은 평균 액적 크기가 약 30마이크론 이상일 때까지, 음향파에서 포획되고, 다른 공동국소화된 액적과 합체될 수 있다. 이에 의해 음향 시스템은 본래 목표로 한 2, 5 또는 10분 침강 시간을 유지할 수 있는 한편, 남아있는 상 액체를 지니는 2% 내지 15% 생성물 또는 오염을 포획할 수 있다. 추가로 심지어 20 또는 30분 증가된 침강 시간에, 1% 내지 2% 생성물 수율 상실 또는 오염은 2마이크론 미만의 작은 수의 액적 직경에 의해 일어날 수 있는데, 이는 기존 시스템에서 수동으로 침강하는데 12시간 초과로 걸릴 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 그러나, 본 개시내용의 실시형태는 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 생성물 수율 및/또는 순도까지 달성하도록 심지어 이들 미세액적을 포획할 수 있다.
기타 실시형태
앞서 언급한 바와 같이, 도 8에서 본 개시내용의 특징을 포함하는 유체 정제 시스템(10b)의 대안의 실시형태가 도시된다. 강성 지지 하우징(14)(지지 하우징(15c 및 15d)를 포함), 지지 하우징(14) 내에 부분적으로 배치된 용기 어셈블리(12b), 용기 어셈블리(12b)와 연통하는 믹서 시스템(18), 용기 어셈블리(12b) 내에 배치된 차폐 요소(61) 및 용기 어셈블리(12b)의 각각의 도관(13)과 결합된 음향 새틀러(16b)를 포함하는 유체 정제 시스템(10b). 이하에 언급하는 것을 제외하고, 유체 정제 시스템(10b)은 유체 정제 시스템(10a)과 실질적으로 동일하고, 따라서 유체 정제 시스템(10a)에 관해 본 발명자들이 논의한 사용, 작업 및 대안의 모든 구성요소, 어셈블리, 방법의 상기 논의는 또한 유체 정제 시스템(10b)에 적용 가능하다.
유체 정제 시스템(10b)은 도관(13f 내지 13g)이 하위 용기(17c 및 17d) 사이에서 연장되는 정사각형 또는 직사각형의 횡단면을 갖는 것으로 도시된다는 점에서 유체 정제(10a)와 상이하다. 그렇게 해서, 도관(13f 내지 13g)은 음향 새틀러(16b)가 위치결정 또는 부착되는 대향하는 편평한 면을 가진다. 대향하는 편평한 면이 있는 도관(13)을 형성하는 것은 음향 새틀러(16b)가 정렬 및/또는 부착되는 것을 용이하게 하며, 도관(13)을 통과한 유체에 음향파가 적절하게 실시된다는 것을 보장하게 한다.
추가로 유체 정제 시스템(10b)과 대조적으로, 지지 하우징(15c 및 15d)은 각각 실질적으로 정사각형 또는 직사각형의 횡단면을 갖는 챔버(30b)를 획정한다. 따라서 지지 하우징(15c 및 15d)의 측벽의 내면은 하나 이상의 편평한 면을 가지며, 전형적으로 복수의 편평한 면을 포함한다. 하위 용기(17c 및 17d)가 챔버(30) 내에 위치될 때, 하위 용기(17c 및 17d)는 실질적으로 편평한 면을 갖도록 몰딩된다. 즉, 하위 용기(17c 및 17d)는 하나 이상의 편평한 면을 가질 수 있고, 전형적으로 복수의 편평한 면을 포함한다. 하위 용기(17c 및 17d)가 또한 형성될 수 있는데, 따라서 그들이 지지 하우징(15)의 외부에서 팽창될 때, 그들은 둥근 코너를 지니는 실질적으로 정사각형 또는 직사각형의 횡단면을 가진다. 하나 이상의 실질적으로 편평한 면을 갖는 하위 용기(17)를 형성 또는 몰딩함으로써, 정사각형 횡단면을 갖는 도관(13)을 편평한 면에 부착하는 것을 더 용이하게 만든다. 이는 도관(13)의 단부를 편평한 면에 직접적으로 용접함으로써 또는 용기의 도관에 연결된 포트를 이용함으로써 행해질 수 있다.
하위 용기(17c 및 17d)는 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 횡단면을 갖기 때문에, 상보적 구성을 갖는 차폐 요소(61)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 9A 내지 도 9C는 도 6A 내지 도 6D에 도시한 차폐 요소(61)에 대해 앞서 논의한 바와 같은 동일한 대안의 유형의 개구부를 갖는 복수의 편평한 측면 에지를 지니는 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 구성을 갖는 차폐 요소(61e 내지 61g)의 실시형태를 도시한다. 다른 구성 및 개구부가 또한 사용될 수 있다.
도 10A 내지 도 10D는 정사각형 또는 직사각형 횡단면을 갖는 도관(13f)과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 음향 새틀러(16e)를 도시한다. 예를 들어, 도 10A는 도관(13f)에 장착, 연결 및/또는 결합된 음향 새틀러(16e)의 투시도를 도시한다. 도 10B는 도 10A에 도시한 음향 새틀러(16e)의 횡단면도를 도시한다. 도 10B에 도시한 바와 같이, 음향파 변환기(116g) 및 음향파 반사 장치(116h)는 부착 기계(19a)에 의해 함께 연결될 수 있고, 따라서 그들은 도관(13f)을 둘러싼다.
도 10C는 음향파 변환기(116i) 및 이의 반대편에 위치된 대향하는 음향파 반사 장치(116j)를 포함하는 대안의 음향 새틀러(16b)의 횡단면도를 도시한다. 변환기(116i) 및 반사 장치(116j)는 서로 연결되는 일 없이 부착 기계(19b)를 통해 도관(13f)의 대향하는 측면에 연결되거나 또는 장착된다. 그렇게 해서, 변환기(116i) 및 반사장치(116j)는 도관(13f)을 둘러싸지 않는다. 도 10D는 도관(13f)의 대향하는 측면 상에 배치되도록 지지체(19e) 상에 장착되지만, 도관(13)에 직접 연결되지 않는 음향파 변환기(116i) 및 음향파 반사 장치(116j)를 포함하는 다른 음향 새틀러(16)의 횡단면도를 도시한다. 이 마지막 실시형태에서, 음향파 변환기(116i) 및 음향파 반사 장치(116j)는 도관(13f)으로부터 이격되거나 또는 도관에 대해 압착될 수 있다.
도 11은 본 개시내용의 특징을 포함하는 유체 처리 시스템(10c)의 대안의 실시형태를 도시한다. 유체 처리 시스템(10a 및 10c) 사이의 동일한 요소는 동일한 참조 특징을 지니는 것으로 확인되며, 시스템(10a)의 구성요소에 대한 모든 상기 논의는 또한 시스템(10C)의 동일한 구성요소에 적용 가능하다. 유체 처리 시스템(10C)은 그 안에 적어도 부분적으로 배치된 용기 어셈블리(12e)를 갖는 강성 지지 하우징(15e)을 포함한다. 강성 지지 하우징(15e)은 원통형 측벽(20e)을 포함하는 강성 지지 하우징(15a)과 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 그렇게 해서, 하우징(15a 및 15e) 사이의 동일한 요소는 동일한 기준 특징에 의해 확인되고, 이하에 언급한 것을 제외하고, 본 발명자가 하우징(15a)에 대해 논의한 사용, 작업 및 대안의 모든 구성요소, 어셈블리, 방법이 또한 하우징(15e)에 적용 가능하다.
하우징(15a 및 15e) 사이의 주된 차이는 단일 트랜스퍼 슬롯(45)을 갖는 것과 대조적으로, 하우징(15)이 이의 대향하는 측면 상에 형성된 트랜스퍼 슬롯(45a 및 45b)을 가진다는 것이다. 결과로서, 측벽(20)은 제1 측벽 패널(20c) 및 제2 측벽 패널(20d)을 그 사이에 배치된 트랜스퍼 슬롯(45a 및 45b)과 함께 포함한다. 트랜스퍼 슬롯(45a 및 45b)은 이하에 추가로 논의하는 바와 같이 트랜스퍼 슬롯(45) 밖으로 돌출된 도관(13h)을 수용하도록 구성될 수 있다. 필요하다면, 측벽 패널(20c 및 20d)은 트랜스퍼 슬롯(45a 및 45b)을 가로질러 측벽 패널(20c 및 20d) 사이에서 연장된 하나 이상의 지지 부재(21)에 의해 함께 고정될 수 있다. 일 실시형태에서, 지지 부재(21)는 측벽 패널(20c 또는 20d)에 부착된 하나 이상의 스트랩(27) 및 다른 패널(20c 또는 20d) 및 맞물리는 스트랩(27)에 고정된 파스너(23)를 포함할 수 있다. 용기 어셈블리(12e)가 하우징(15e) 내에 위치되고 유체로 충전될 때, 제1 측벽 패널(20c 및 20d)이 목적으로 하는 구성으로 유지, 고정 또는 지지되도록 다른 지지 부재가 또한 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 제1 측벽 패널(20c 및 20d)은 굽힘, 휨, 젖힘, 볼록함 또는 서로로부터 달리 이동되는 것이 억제된다.
용기 어셈블리(12e)는 동일한 구성을 갖고, 동일한 물질로 이루어지며, 상기 논의한 하위 용기(17a)와 동일한 대안을 갖는 용기(17e)를 포함한다. 용기 어셈블리(12e)는 믹서 시스템(18)(앞서 논의함)을 용기(17e)에 부착된 믹서 어셈블리(78)와 함께 포함한다. 유체가 통과할 수 있는 개구부(67a)가 연장되지 않는다는 것을 제외하고 앞서 논의한 것과 동일한 차폐 요소(61a)인 복수의 차폐 요소(61h)가 용기(17e)의 구획(50e) 내에 배치된다. 앞의 차폐 요소(61)의 설계, 배치, 부착(둘 다 용기(17e) 및 관형 커넥터(80)), 조성 등에 대해 앞서 논의한 모든 다른 대안이 또한 차폐 요소(61h)에 적용 가능하다. 차폐 요소(61h)는 구획(50c)을 후속적으로 배치되는 복수의 혼합 구역(31f 내지 31h) 및 용기(17e)의 대향하는 단부에 배치된 침강 구역(33f)으로 나눈다.
도관(13h) 유체는 구획(50c)의 인접한 혼합 구역(31f 내지 31h)에 연결된다. 예를 들어, 도 12는 혼합 구역(31f)과 연통하도록 용기(17e)의 외부에 결합된 하나의 단부 유체를 갖고, 혼합 구역(31g)과 연통하도록 용기(17e)의 외부에 결합된 대향하는 제2 단부 유체를 갖는 도관(13h)을 도시한다. 그렇게 해서, 혼합 구역(31f 및 31g)는 용기(17e)의 밖으로(예를 들어, 구획(50c)의 밖으로) 연장되는 도관(13h)과 함께 결합된 유체이다. 다른 도관(13h)은 혼합 구역(31g 및 31h) 사이, 구역(31h 및 33g) 사이 및 구역(33f 및 31f) 사이에서 유사하게 연장된다. 그렇게 해서, 모든 혼합 구역(31) 및 침강 구역(33)은 도관(13h)을 통해 연속해서 함께 결합된 유체일 수 있다. 여기서 이하에 추가로 논의하는 바와 같이, 도관(13h), 특히 혼합 구역(31) 사이에서 연장되는 것 내의 유체 경로(156)의 일부는 침강 구역(33)과 같은 복수의 침강 구역으로서 작용한다는 것이 주목된다. 즉, 그 안에 배치된 유체 혼합물은 다음 혼합 구역(31) 내로 재도입되기 전에 유체 경로(156) 내에서 침강된다. 도관(13h)은 동일할 수 있고, 본 명세서에서 논의되는 다른 도관(13)과 동일한 대안을 모두 가질 수 있다.
도관(13h)의 제1 세트는 용기(17)의 제1 측면을 따라서 연속해서 연장될 수 있어서 그들은 트랜스퍼 슬롯(45a) 내에서 수용될 수 있는 반면, 도관(13h)의 제2 세트는 용기(17e)의 대향하는 제2 측면을 따라서 연속해서 연장될 수 있어서 그들은 트랜스퍼 슬롯(45b) 내에서 수용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 다른 세트의 도관(13h)이 또한 사용될 수 있다. 본 명세서에서 앞서 논의한 임의의 다른 음향 새틀러와 동일할 수 있는 음향 새틀러(16f)는 각각의 도관(13h)과 정렬되고, 따라서 음향파는 앞서 논의한 바와 같이 통과하는 유체를 침강시키는 것을 돕도록 통과될 수 있다. 음향 새틀러(16f)는 지지 하우징(15e)에 결합될 수 있고/있거나 도관(13h)에 직접 결합될 수 있는 지지체(160) 상에 장착될 수 있다. 음향 새틀러(16f)는 또한 지지체(들)(160) 및/또는 베이스(36)에 결합될 수 있는 지지체(봉)(25a)에 장착될 수 있다.
앞서 언급한 것을 고려하여, 혼합 구역(31)은 도관(13h) 내에서 유체 경로(156)를 포함하는 침강 구역을 통해 서로 유체 연통할 수 있다. 혼합 구역(31)은 실질적으로 수직인 관계로 배열될 수 있고, 도관(13h)은 용기(17e)(또는 이의 외벽)로부터 적어도 부분적으로 측면으로(또는 방사상으로) 및/또는 하부 혼합 구역(31)으로부터 인접한 상부 혼합 구역(31)으로 또는 인접한 혼합 구역 쪽으로 적어도 부분적으로 축 방향으로 연장될 수 있다. 침강 구역(33/156)이 혼합 구역(31)과 별개이고/이거나 분리되도록 도관(13h)이 구획(50c)의 바깥쪽으로 연장되는 루프를 형성할 수 있다. 도관(13h)은 원형, 정사각형, 다각형 등을 포함하는 임의의 바람직한 횡단면을 가질 수 있다. 추가로, 본 개시내용의 다양한 실시형태는 임의의 적합한 수의 도관(13)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시형태는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 이상의 도관(13)을 가질 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서, 각각의 도관(13h) 내의 혼합 구역(31), 침강 구역(33) 및 유체 경로(156)를 용기 어셈블리(12e)의 샘플 정제에 조합하였다. 용기 어셈블리(12e)의 부재는 가요성이 되도록 형성될 수 있기 때문에, 용기 어셈블리(12e)는 용기 어셈블리(12)에 대해 앞서 논의한 것과 동일한 방법으로 도 13에 도시한 바와 같이 붕괴될 수 있다.
유체 처리 시스템(10c)은 유체 처리 시스템(10a)과 실질적으로 동일한 방법으로 작동한다. 구체적으로, 제1 액체는 제1 개구부(51a)를 통해 용기 어셈블리(12e)의 침강 구역(33g) 내로 도입되고, 제2 액체는 제2 개구부(51c)를 통해 용기 어셈블리(12e)의 침강 구역(33f) 내로 도입된다(또는 상의 밀도에 따라서 그 반대이다). 제1상의 밀도는 그것이 용기 어셈블리(12e)의 하부로 침강되게 하는 반면, 제2상의 밀도는 그것이 용기 어셈블리(12e)의 상부로 상승하게 한다. 차폐 요소(61h)는 유체 유동을 방지하도록 설계되기 때문에, 이에 의해, 제1상 및 제2상은 용기 어셈블리(12e)를 따라서 유동하도록 도관(13h)을 통과하여야 한다.
따라서, 제1상은 그 사이에서 연장되는 도관(13h)을 통해 침강 구역(33g)으로부터 혼합 구역(31h)으로 이어서, 그 사이에서 연장되는 도관(13h)을 통해 혼합 구역(31g)으로, 그 사이에서 연장되는 도관(13h)을 통해 혼합 구역(31f) 으로, 및 최종적으로 그 사이에서 연장되는 도관(13h)을 통해 침강 구역(33f)으로 순차적으로 통과한다. 유사하게, 제2상은 침강 구역(33f)으로부터 혼합 구역(31f)으로, 이어서, (31g), 이어서, (31h) 및 최종적으로 그 사이에 배치된 도관(13h) 유체를 통해 침강 구역(33g)으로 순차적으로 통과한다.
각각의 혼합 구역(31f 내지 31h)에서, 제1상 및 제2상은 혼합 구역에 배치된 각각의 혼합 요소(84)를 통해 혼합되어 제1상 및 제2상 중 하나로부터 다른 상까지 관심 대상 분자의 전달을 실행한다. 혼합 난류는 또한 유체 혼합물의 도관(13h)내로의 유동을 촉진시키는데, 이는 혼합 구역(31)의 유체 난류로부터 차폐된다. 따라서, 도관(13h) 내에 배치된 유체 경로(156)의 적어도 일부는 혼합 구역(31) 사이에 배치된 복수의 침강 구역을 포함한다.
도 11에 관해, 도관(13h)에 부착된 하나 이상의 음향 새틀러(16f)는 각각의 도관(13h) 내 혼합물의 일부에 음향파를 인가한다. 분산상 액적이 음향 새틀러(16f)에 의해 향상된 각각의 도관(13h)에서 합체됨에 따라, 제1상은 도관(13h)에서 침강하고, 하부 혼합 구역(31)으로 유입 또는 재유입되는 한편, 제2상은 도관(13h)에서 상승하고 상부 혼합 구역(31)으로 유입 또는 재유입된다.
용기 어셈블리(12e)의 하단부(57)에 도달되는 제1상의 일부는 유체 유출구(51d)를 통해 용기 어셈블리로부터 제거된다. 유사하게, 용기 어셈블리(12e)의 상단부(56)에 도달되는 제2상의 일부는 유체 유출구(51b)를 통해 용기 어셈블리로부터 제거된다.
적어도 하나의 실시형태에서, 용기 어셈블리(12)는 모듈 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시한 바와 같이, 용기 어셈블리(12f)는 하나 이상의 혼합 모듈(131a), 선택적으로 하나 이상의 침강 모듈(131b), 상부 모듈(131c) 및 하우 모듈(131d)을 포함하는 복수의 적층 가능한 모듈(131)을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 목적으로 하는 다수의 혼합 구역(131a) 또는 대안의 혼합 모듈 및 침강 모듈(131b)은 수직 관계로 적층되어 복수의 수직으로 배열된 혼합 구역(31)(및 선택적 침강 구역(33))을 형성할 수 있다.
각각의 혼합 모듈(131a) 및 침강 모듈(131b)은 차폐 요소(61i), 및 대향하는 하부 차폐 요소(61j), 및 그 사이에서 둘러싸는 측벽(166)을 포함한다. 차폐 요소(61i 및 61j)는 앞서 논의한 것과 동일한 차폐 요소(61h)일 수 있다. 본 개시내용의 일 실시형태에서, 모듈(131)을 함께 고정시키기 위한 수단이 제공된다. 이러한 수단의 일 실시형태에서, 상부 차폐 수단(61i)은 이의 주위 에지 주변에서 곧게 선 고리 모양 플랜지(168)를 가질 수 있다. 플랜지(168)는 하부 차폐 요소(61j)가 플랜지(168)에 의해 획정되는 오목부 내에 수용될 수 있고, 따라서 모듈(131a 및 131b)이 함께 포개지도록 구성된다. 대안의 실시형태에서, 적층된 모듈(131)을 함께 고정시키기 위해 다수의 패스너, 파스너, 클램프, 결합 등이 사용될 수 있다.
측벽(166)은 , 예컨대 하위 용기(17)를 생산하기 위해 사용되는 가요성 중합체 시트 또는 필름으로 구성될 수 있거나, 또는 자기-지지성 물질, 예컨대 유리 또는 사출성형된 플라스틱으로 구성될 수 있다. 관형 커넥터 부문(80a)은 차폐 요소(61i 및 61j) 사이에서 연장되며, 그 위에 회전 가능하게 장착된 허브(6)에 결합된다. 혼합 요소(84)는 혼합 모듈(131a)의 혼합 구역(31) 내의 커넥터 부문(80a) 상에 장착되는 반면, 혼합 요소는 침강 모듈(131b)의 침강 구역(33) 내에 있지 않다.
상부 모듈(131c) 및 하부 모듈(131d)은 차폐 요소(61i 및 61j) 중 하나가 측벽(166)과 동일한 물질로 이루어질 수 있는 단부 벽(170)으로 대체된다는 것을 제외하고 모듈(131a 및 131b)과 실질적으로 동일하다. 단부 벽(170)의 둘 다 또는 하나에 회전 어셈블리(82)가 장착된다. 관형 커넥터 부문(80a)은 대향하는 차폐 요소(61i 또는 61j) 상에서 회전 가능하게 장착된 허브(63)와 회전 어셈블리(82) 사이에 연장된다. 모듈(131)이 함께 적층될 때, 관형 커넥터(80)는, 예컨대 결합(143)의 사용에 의해 함께 정렬 및 결합되고, 따라서 구동축(72)은 그를 통과하고, 선택 회전을 위해 각각의 혼합 요소(84)와 맞물릴 수 있다.
허브(63)는 차폐 요소(61) 주위에 회전 가능하게 장착된 필요가 없다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 허브(63)는 회전 관형 커넥터 부문(80)의 접촉 및/또는 소모를 방지하기에 충분히 큰 관통 구멍을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 샘플이 완전히 통과하는 것을 방지하지 않을 수도 있지만, 임의의 효율 상실이 10%, 5%, 2.5%, 1%, 0.5%, 0.25%, 0.1% 등 미만으로 유지될 수 있는 허브(63) 내 관통 구멍 크기에 비해 도관(13)은 충분히 클 수 있다.
포트(132)는 측벽(166) 상에 형성된다. 일단 모듈이 함께 적층 및 결합된다면, 도관(13c)은 포트(132)에 결합될 수 있고, 따라서 도관은 인접한 모듈(131) 사이에서 연장된다. 따라서, 도관(13c)은 용기 어셈블리(12e)에 관해 앞서 논의한 것과 실질적으로 동일한 방법으로 인접한 혼합 구역(31) 사이에서 또는 혼합 구역(31)과 침강 구역(33) 사이에서 연장된다. 따라서 조립된 용기 어셈블리(12f)는 앞서 논의한 바와 같은 샘플 정제 시스템(10c)과 동일한 방법으로 작동할 수 있다.
도 15에서 본 개시내용의 특징을 포함하는 샘플 정제 시스템(10d)의 다른 대안의 실시형태가 도시된다. 시스템(10d)은 상단부(56)와 대향하는 하단부(57) 사이에서 연장되는 측벽(55)에 의해 획정된 구획(50f)을 갖는 용기(17f)를 포함하는 용기 어셈블리(12g)를 포함한다. 구획(50f)은 샘플 정제 구획을 포함한다. 이 실시형태에서, 용기(17f)는 강성 자기 지지성 구조이다. 예를 들어, 용기(17f)는 형성될 때 자기 지지성인 유리 또는 투명한 중합체로 구성될 수 있었다. 용기 어셈블리(12g)는 또한 상단부(56)에서 용기(17f) 상에 배치된 제1 유입구(51a) 및 제1 유출구(51b) 및 하단부(57)에서 용기(17f) 상에 배치된 제2 유입구(51c) 및 제2 유출구(51d)를 포함한다. 일부 실시형태에서 용기(17f)는 또한 베이스(36c)에 의해 지지된다.
구획(50f) 내에 그를 통해 연장되는 개구부(67)를 갖는 복수의 차폐 요소(61)가 배치된다. 도 6A 내지 도 6D에 관해 앞서 논의한 차폐 요소(61)는 본 명세서에 논의된 다른 실시형태에 따라 본 실시형태에서 작용할 수 있다. 차폐 요소(61)는 구획(50f)을 혼합 구역(31j 및 31k) 및 침강 구역(33j 내지 33l)으로 나눈다. 차폐 요소(61)는, 예컨대 용기(17f)의 내부에 용접 또는 달리 부착됨으로써 용기(17f)에 고정될 수 있다. 대안적으로, 세장형 지지체(184)는 차폐 요소(61) 사이에서 또한 인접한 차폐 요소(61) 내 용기(17f)의 바닥 사이에서, 그리고 용기(17f)의 상단부 벽(82)과 인접한 차폐 요소(61) 사이에서 연장될 수 있다. 따라서 지지체(184)는 구획(50f) 내에서 수직으로 이격된 배향으로 차폐 요소(61)를 유지한다.
강성의 구동축(180)은 구획(50f)의 길이 내에서 그리고 길이를 따라서 중앙에서 연장되고, 다이나믹 씰(188)을 통해 용기(17f)의 상단부 벽을 통과한다. 다이나믹 씰(188)은 구동축(180)이 용기(17f)에 대해 회전하게 하는 반면, 구획(50f)이 여전히 멸균을 유지하게 한다. 혼합 요소(84)는 혼합 구역(31j 및 31k) 내에서 구동축(180) 상에 장착된다. 구동 모터(186)는 구동축(180)을 회전시키기 위한 용기(17f) 바깥쪽으로 돌출된 구동축(180)의 일부에 결합하는데, 이는 결국 혼합 구역(31j 및 31k) 내에서 혼합 요소(84)를 회전시킨다.
혼합 및/또는 침강 구역과 결합된 도관 상에 장착된 일부 선행 실시형태와 대조적으로, 본 실시형태에서, 음향 새틀러(16g)는 각각의 침강 구역(33j 내지 33l)과 인접한 용기(17g)에 직접적으로 장착 또는 배치된다. 구체적으로, 각각의 음향 새틀러(16g)는 각각의 침강 구역(33)의 한 측면 상에 배치된 음향 변환기(116m) 및 음향 변환기(116m)과 정렬하여 침강 구역(33)의 대향하는 면 상에 배치된 음향 반사 장치(116n)를 포함한다. 다른 실시형태에 대해 앞서 논의한 바와 같이, 음향 새틀러(16g)는 그 안에서 액체의 침강을 향상 또는 촉진시키기 위해 침강 구역(33) 내에서 음향 정재파를 생성하는 작용을 한다. 게다가, 음향 새틀러(16g)는 지지체(봉)(25b)을 통해 용기(17f)에 및/또는 베이스(36c)에 (직접적으로) 장착 또는 연결될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 용기 어셈블리(12g), 용기(17f), 구획(50f) 및/또는 침강 구역(33)의 직경은 (음향 새틀러(16g)에 의해) 그 안에서 정재파의 형성을 허용하기에 충분히 작을 수 있다. 예를 들어, 음향 변환기(116m)에 의해 생성된 파장이 음향 반사 장치(116n)에 의해 반사되도록, 음향 반사장치(116n) 및 음향 변환기(116m)가 위치될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시형태에서, 음향 새틀러(16g)는 이에 의해 생성된 파장 중 하나 이상의 특성을 감지하도록 구성된 음향 변환기(116m)를 포함한다. 예를 들어, 음향파 변환기(116m)는 용기 어셈블리(12g), 용기(17f), 구획(50f) 및/또는 침강 구역(33) 내에서 분자 또는 입자에 의해 변환기 상으로 다시 반사된 파장의 하나 이상의 특성을 감지할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 용기 어셈블리(12g), 용기(17f), 구획(50f) 및/또는 침강 구역(33)의 직경은 30㎝ 미만, 25㎝ 미만, 20㎝ 미만, 15㎝ 미만, 12㎝ 미만, 10㎝ 미만, 7㎝ 미만, 5㎝ 미만, 2㎝ 미만, 1㎝ 미만, 0.5㎝ 내지 30㎝, 1㎝ 내지 20㎝, 5㎝ 내지 18㎝, 또는 10㎝ 내지 15㎝일 수 있다. 일부 실시형태에서, 용기 어셈블리(12g), 용기(17f), 구획(50f) 및/또는 침강 구역(33)의 직경은 30㎝보다 클 수 있다(예를 들어, 35㎝, 40㎝, 45㎝, 50㎝, 60㎝, 70㎝, 80㎝, 90㎝, 1m, 2m, 5m, 10m 등). 더 나아가, 적어도 하나의 실시형태에서, 용기 어셈블리(12g), 용기(17f), 구획(50f) 및/또는 침강 구역(33)의 직경은 이의 길이를 따라서 변할 수 있다.
모든 다른 실시형태에 의해, 목적으로 하는 다수의 혼합 구역(31) 및 침강 구역(33)이 구획(50f) 내에서 형성될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 혼합된 샘플이 그 안에서 (예를 들어, 채취되기 전에) 침강 및/또는 분리될 수 있도록 구획(50)(또는 이의 하나 이상의 하위-구획) 내에서 가장 위쪽 및/또는 가장 아래쪽 구역은 침강 구역을 포함한다. 더 나아가, 목적으로 하는 다수의 음향 새틀러(16)(또는 대응하는 음향 변환기 및 반사 장치)는 각각의 침강 구역(33)과 정렬될 수 있다. 침강 구역(33) 내의 유체에 대한 음향 새틀러(16g)의 유효성을 최적화하기 위해, 각각의 침강 구역(33)은 전형적으로 최대 직경이 30㎝ 미만이고, 더 통상적으로는 25㎝ 미만 또는 20㎝ 미만이다. 그러나, 다른 치수가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 침강 구역(33)은 최대 직경이 100㎝, 50㎝, 45㎝, 40㎝, 35㎝, 15㎝ 또는 10㎝ 미만일 수 있다.
작동 동안, 샘플 정제 시스템(10d)은 앞서 기재한 실시형태와 유사한 방식으로 작동한다. 예를 들어, 제1 액체는 유입구(51a)를 통해 용기 어셈블리(12g)(또는 이의 구획(50f))의 침강 구역(33l) 내로 도입되고, 제2 액체는 유입구(51c)를 통해 용기 어셈블리(12g)(또는 이의 구획(50f))의 침강 구역(33j) 내로 도입된다(또는 상 밀도에 따라서 반대일 수 있다). 제1상의 밀도는 그것이 용기 어셈블리(12g)의 하부로 침강되게 하는 반면, 제2상의 밀도는 그것이 용기 어셈블리(12g)의 상부로 상승하게 한다. 차폐 요소(61)는 개구부(67)에 의해 그것을 통한 유체 유동을 허용하도록 설계된다.
따라서, 제1상은 침강 구역(33l)으로부터 혼합 구역(31k)으로, 이어서, 침강 구역(33k)으로, 이어서, 혼합 구역(31j), 및 최종적으로 그 사이에 배치된 각각의 차폐 요소(61)를 통해 침강 구역(33j)으로 순차적으로 통과한다. 유사하게, 제2상이 침강 구역(33j)으로부터, 혼합 구역(31j)으로, 이어서, 침강 구역(33k), 이어서, 혼합 구역(31k), 및 최종적으로 침강 구역(33l)으로 순차적으로 통과한다.
각각의 혼합 구역(31j 내지 31k)에서, 제1상 및 제2상은 혼합 구역에 배치된 각각의 혼합 요소(84)를 통해 혼합되어 제1상 및 제2상 중 하나로부터 다른 상까지 관심 대상 분자의 전달을 실행한다. 혼합 난류는 또한 유체 혼합물의 인접한 침강 구역(33) 내로의 유동을 촉진시키는데, 이는 혼합 구역(31)의 유체 난류로부터 차폐된다. 추가로, 측벽(55)의 외부에 부착된 하나 이상의 음향 새틀러(16g)(또는 이의 구성요소(116m 및 116n))는 각각의 침강 구역(33)에서 혼합물의 일부에 음향파를 인가한다. 음향 새틀러(16g)에 의해 향상된 분산상 액적이 각각의 침강 구역(33)에서 합체함에 따라, 제1상은 용기 어셈블리(12g)에서 침강하고, 하부 혼합 구역(31)으로 유입 또는 재유입되는 반면, 제2상은 용기 어셈블리(12g)에서 상승되고, 상부 혼합 구역(31)에 유입 또는 재유입된다.
용기 어셈블리(12g)의 하단부(57)에 도달되는 제1상의 일부는 유체 유출구(51d)를 통해 용기 어셈블리로부터 제거된다. 유사하게, 용기 어셈블리(12g)의 상단부(56)에 도달되는 제2상의 일부는 유체 유출구 (51b)를 통해 용기 어셈블리로부터 제거된다.
일부 실시형태에서, (예를 들어, 각각의 혼합 구역 내 혼합 요소에 의한) 제1상 및 제2상의 혼합은 제1상 및 제2상 중 하나로부터 다른 상으로 관심 대상 분자(들)의 전달을 달성할 수 있지만, 이러한 혼합은, 특히 격렬하게 수행될 때, (예를 들어, 일부 음향-향성 침강 조건 하에서 조차) 합체에 저항할 수 있는 분산상 미세액적의 형성을 야기하고/하거나 유도할 수 있다. 예를 들어, 작은 분산상 액적의 (주변의) 연속상의 적어도 일부에 의해 인가된 항력(들)을 극복하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 더 큰 액적 및/또는 (분산상) 몸체로의 상대적으로 빠른 합체 및/또는 침강은 아래쪽으로의 중질상 및 위쪽으로의 경질상의 반대방향 흐름을 야기, 개시 및/또는 회복할 수 있다. 그러나, 반대방향 흐름의 빠른 유도 및/또는 회복은 훨씬 더 작은, 분산상 미세액적이 그에 대해 (주변의) 연속상에 의해 인가된 항력(들)을 극복하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖지 않는 연속상에서 트래핑된 채로 유지되도록 야기 및/또는 허용한다. 이어서, 연속상은, 격렬한 교반이 미세액적의 크기를 유지 및/또는 추가로 감소시키는 인접한 혼합 구역 내로 이들 미세액적을 운반한다. 반대방향 흐름의 후속적 및/또는 반복된(빠른) 합체 및 유도 및/또는 회복은 연속상으로부터 이들 미세액적의 합체, 침강 및/또는 분리를 실질적으로 방지할 수 있다.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 (중간) 침강 구역 및/또는 우선 도로 도관에서 음향파의 첨가는 분산상 액적의 빠른 합체를 추가로 향상시킬 수 있지만, 연속상으로부터의 분산상 마이크로 액적 제거의 허용 가능한 수준을 결코 달성할지 못할 수도 있다. 예를 들어, (채취된 연속상으로부터 관심 대상 분자의 정제 전에) 관심 대상 분자의 분산상 밖으로의 그리고 연속상 내로의 전달이 바람직한 실시형태에 대해, 연속상 내에서 분산상 미세액적의 체류는 (예를 들어, 오염물질-함유 분산상 미세액적이 샘플-함유 연속상과 함께 채취 및 정제되기 때문에) 관심 대상 분자와 함께 분산상 오염물질의 정제를 초래하여 샘플 순도의 감소를 야기할 수 있다.
대안적으로, (채취된 분산상으로부터 관심 대상 분자의 정제 전에) 오염물질(들)의 분산상 밖으로의 그리고 연속상 내로의 전달이 바람직한 실시형태에서, 연속상 내에서 분산상 미세액적의 체류는 (예를 들어, 관심 대상 분자-함유 분산상 미세액적이 분산상 샘플과 함채 채취 및 정제되는 대신 연속상에서 보유되기 때문에) 분자 수율의 상당한 상실을 초래할 수 있다.
유사하게, (채취된 분산상으로부터 관심 대상 분자의 정제 전에) 관심 대상 분자의 연속상 밖으로의 그리고 분산상 내로의 전달이 바람직한 실시형태에서, 연속상 내에서 분산상 미세액적의 체류는 (예를 들어, 관심 대상 분자-함유 분산상 미세액적이 분산상 샘플과 함채 채취 및 정제되는 대신 연속상에서 보유되기 때문에) 분자 수율의 상당한 상실을 초래할 수 있다.
게다가, (채취된 연속상으로부터 관심 대상 분자의 정제 전에) 오염물질(들)의 연속상 밖으로의 그리고 분산상 내로의 전달이 바람직한 실시형태에 대해, 연속상 내에서 분산상 미세액적의 체류는 (예를 들어, 오염물질-함유 분산상 미세액적이 샘플-함유 연속상과 함께 채취 및 정제되기 때문에) 관심 대상 분자와 함께 분산상 오염물질의 정제를 초래하여 샘플 순도의 감소를 야기할 수 있다.
또한 연속상(예를 들어, 대규모 시스템 상에서)이 반대상(예를 들어, 대규모 시스템 상의 분산상)에서 분산, 트래핑 및/또는 비말동반될 수 있는 미세액적을 형성할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이러한 경우에, 시스템 연속상은 국소, 분산상을 포함할 수 있고, 그 반대일 수 있다. 따라서, 당업자라면 본 개시내용의 실시형태가 밀도 및/또는 시스템 또는 국소화된 농도와 상관없이 음향적으로 공동국소화, 합체 및/또는 응집할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 개시내용의 특정 실시형태는 국소화된 분산상 미세액적의 국소화된 (주변의) 연속상에 의해 인가된 항력(들)을 극복하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 몸체로의 합체를 유도하는데 적합한 하나 이상의 추가적인 및/또는 음향 침강 구역을 제공한다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 용기의 상단부(56) 및/또는 하단부(57)는 하나 이상의 추가적인 침강 구역(33)(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 추가적인 침강 구역(33)은 그 사이에 배치된 추가적인 차폐 요소(61)에 의해 분리될 수 있다. 추가적인 침강 구역(33) 중 하나 이상은 또한 그의 외부에 부착된 그리고/또는 그에 맞춰 조정된 음향 새틀러(16)(또는 이의 구성요소(116))를 가질 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 실시형태에서, 상단부(56) 및/또는 하단부(57)에 인접한 단지 하나 이상의(추가적인) 침강 구역(33)은 이의 외부에 부착된 및/또는 그와 정렬된 음향 새틀러(16)(또는 이의 구성요소(116))를 가질 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, (예를 들어, 상단부(56) 및/또는 하단부(57)가 (예를 들어, 내부 배치된 혼합구역(31) 없이) 둘 또는 셋 이상의 인접한 침강 구역(33)을 포함하도록) 상단부(56) 및/또는 하단부(57)는 하나 또는 둘 이상의 추가적인 침강 구역(33)을 포함할 수 있다.
작동 동안, 상기 기재한 샘플 정제 시스템은 앞서 기재한 실시형태와 유사한 방식으로 작동한다. 그러나, 분산상 액적이 상부 침강 구역(33)에서 합체함에 따라, 예를 들어, 제1상의 밀도는 차폐 요소(61)를 통해 인접한 혼합 구역(31) 내로 다시 침강되게 야기한다. 그러나, 제2상의 밀도는 추가적인 차폐 요소(61)(도시하지 않음)를 통해 그리고 인접한 혼합 구역(31)과 대향하는 상부 침강 구역(33) 위로 배치된 제1 추가적인 침강 구역(33)(도시하지 않음) 내로 상승되도록 야기한다. 이런 제1의 추가적인 침강 구역(33)에서, 제2상은 하나 이상의 음향파에 노출될 수 있다. 예를 들어, 음향 새틀러(16)(또는 이의 구성요소(116))는 제1 추가적인 침강 구역(33)의 외부에 부착되고/되거나 정렬될 수 있고/있거나 제1 추가적인 침강 구역(33) 내 혼합물의 일부에 음향파를 인가할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 음향 새틀러(16)(또는 이의 구성요소(116))는 침강 구역에 배치된 그리고/또는 그를 통과하는 혼합물의 일부가 정재파에 노출되도록 제1 추가적인 침강 구역(33) 내에서 정재파를 형성할 수 있다.
이전의 실시형태와 유사하게, 음향파는 제1 추가적인 침강 구역(33) 내 혼합물의 일부에서 임의의 분산상 액적의 합체를 향상시킬 수 있다. 그러나, 혼합 구역(31)과 대향하는 적어도 하나의 추가적인 침강 구역(33)을 제공함으로써, 추가적인 침강 구역(들)(33) 내 샘플 또는 혼합물의 일부는 (예를 들어, 혼합 구역에 인접한 침강 구역에서) 수동으로 합체하기에 적합한 분산상 액적이 실질적으로 없을 수 있다. 따라서, 여기에 인가되는 음향파(들)는 (주변의) 연속상에 의해 그에 인가된 항력(들)을 극복하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 몸체로의 분산상 미세액적의 합체를 유도하도록 조율되고/되거나 중점을 두고/두거나 달리 적합하게 될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시형태에서, 음향파(들)는 (노드) 정렬을 야기하고/하거나 분산상 미세액적의 근접성 또는 결합을 향상시킬 수 있는 (예를 들어, 추가적인 침강 구역(들)(33) 내에서) 음향파(들)의 하나 이상의 노드 배열을 생성하기에 적합할 수 있다. 이어서, 밀접하게-회합된 미세액적은 이러한 몸체의 부력이 두 상의 분리 및/또는 향류 유동을 유도하기에 충분할 때까지, 점점 더 큰 상 액적 또는 몸체로 합체될 수 있다.
추가로, 샘플 유입구 포트(51)는 상부 침강 구역(33)(또는, 추가적인 및/또는 음향 침강 구역(33) 아래에 배치된 다른 위치)에서 배치될 수 있기 때문에, 추가적인 샘플은 추가적인 및/또는 음향 침강 구역(33) 내로 또는 위로 도입되지 않을 수도 있다. 따라서, 시스템 내로 도입된 추가적인 샘플은 추가적인 및/또는 음향 침강 구역(33) 내에서 음향으로 침강된 샘플을 오염시키지 않을 수도 있다. 일부 실시형태에서 샘플 유입구 포트(51)는 또한 혼합 구역(31)에 배치될 수 있다. 더 나아가, 더 경질상 샘플의 적어도 일부는 추가적인 및/또는 음향 침강 구역(33)으로부터 그에 연결되고/되거나 그에 결합되고/되거나 그와 유체 연통하는 유출구 포트(51)에 의해 채취 및/또는 달리 제거될 수 있다.
다른 실시형태는 상부 침강 구역(33)과 대향하는 제1 추가적인 침강 구역(33) 위로 배치된 제2 추가적인 침강 구역(33)(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 제2 추가적인 침강 구역(33)은 선택적으로 그의 외부에 부착된 그리고/또는 그에 맞춰 조정된 음향 새틀러(16)(또는 이의 구성요소(116))를 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 샘플 혼합물(예를 들어, 더 경질상 샘플)의 적어도 일부는 제2 추가적인 침강 구역(33)으로부터 그에 연결되고/되거나 그에 결합되고/되거나 그와 유체 연통하는 유출구 포트(51)에 의해 채취 및/또는 달리 제거될 수 있다.
추가적인 침강 구역의 유사한 배열은 시스템의 하단부(57)에 적용될 수 있다. 추가로, 추가적인 침강 구역의 유사한 배열은 본 개시내용의 다른 실시형태(예를 들어, 본 명세서에 기재된 것)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시형태는 제1 유출구 포트와 제1 유입구 포트 사이에 연결된 음향 침강 샘플 루프를 포함한다. 일부 실시형태에서 음향 침강 샘플 루프는 샘플 용기 및/또는 샘플 정제 구획의 부분 또는 일부일 수 있거나 또는 포함할 수 있다. 다시 말해서, 구성요소가 동일한 칼럼 유닛 및/또는 시스템의 부분이 되도록 음향 루프는 다른 혼합 및/또는 침강 구역과 유동적으로 결합될 수 있다. 따라서, 일정량의 분산된-농도 상 미세액적이 배치된 연속-농도상을 포함하는 혼합물의 일부 또는 부분적으로 처리된 샘플은 음향 루프를 통해(예를 들어, 유출구 포트를 통해, 음향 새틀러를 통해 및/또는 유입구 포트를 통해) 통과될 수 있다. 따라서 음향 루프(또는 이의 유체 도관)는 침강 구역을 포함할 수 있다.
음향파(들)는 앞서 기재한 바와 같이 분산상 미세액적의 더 큰 액적 또는 몸체로의 합체를 유도할 수 있다. 이어서, 음향 처리된 샘플 또는 음향 합체된 몸체는 (예를 들어, 유입구 포트를 통해) 샘플 구획 내로 재도입될 수 있고/있거나 (연속으로 재순환된) 연속상 샘플이 분산상 미세액적이 실질적으로 없게 되도록 샘플의 일부와 혼합된다. 예를 들어, 실질적으로 분산상 미세액적이 없는 부분이 채취되는 한편, 음향 합체된 분산상 몸체-함유 부분이 샘플 구획 내로 재도입되도록 음향 처리된 샘플은 분할될 수 있다. 대안적으로, 채취될 특정 용도 및 상에 따라서, 음향 합체된 분산상 몸체-함유 부분은 채취될 수 있는 한편, 실질적으로 분산상 미세액적이 없는 부분은 샘플 구획 내로 재도입되거나, 또는 그 반대이다.
예를 들어, 도 18은 본 개시내용의 특징을 포함하는 유체 정제 시스템(10e)의 다른 실시형태를 개략적으로 도시한다. 유체 정제 시스템(10e)은 샘플 정제 구획(136a)을 획정하는 용기(12a)를 포함한다. 시스템(10a)과 유사하게, 시스템(10e)은 (용기(12a)에 배치된 (실질적으로 구불구불한) 샘플 유동 경로를 따라서) 복수의 교번의 혼합 및 침강 구역 및 이중 혼합 시스템(18)(각각 샘플 정제 구획(136a)을 통해 적어도 부분적으로 연장되는 믹서 어셈블리(78)를 가짐)을 포함한다. 믹서 어셈블리(78)는 용기(12a) 또는 이의 샘플 정제 구획(136a)의 각각의 혼합 구역에 배치된 혼합 요소(84)를 포함한다. 그러나, 시스템(10a)과 달리, 시스템(10e)의 용기(12a)는 별개의 하위 용기 또는 칼럼(예를 들어, 그 사이에서 연장되는 도관에 의해 연결됨)을 포함하지 않는다. 오히려, 이중 믹서 어셈블리(78), 혼합 구역, 및 침강 구역은 단일 용기에 배치되고, 복수의 차폐 요소(61)에 의해 분리된다. 그러나, 시스템(10e)은 대안적으로 앞서 기재한 별개의 하위 용기 또는 칼럼(예를 들어, 그 사이에서 연장된 도관에 의해 연결됨)을 포함할 수 있다는 것은 인식할 것이다.
상기 기재한 바와 같이, 차폐 요소(61l)는 수직으로 분리된 혼합 구역과 침강 구역 사이에 배플을 포함 및/또는 제공하고, 차폐 요소(61m, 61n)는 수평으로 분리된 혼합 구역과 침강 구역 사이에 배플을 포함 및/또는 제공한다. 추가로, 위어(179c 및 179d)는 상 풀링의 합체를 향상시키기 위해 장벽을 포함 및/또는 제공할 수 있다. 시스템의 작동은 앞서 기재한 바와 같이 일어난다. 그러나, 유출구 포트(51b)로부터 채취된 경질상-함유 액체 샘플 및/또는 유출구 포트(51d)로부터 채취된 중질상-함유 액체 샘플은 음향 세퍼레이터(16d)를 포함하는 음향 루프(96)를 (각각) 통과할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 이어서, 음향 침강된 샘플의 순수한 부분이 (예를 들어, 추가 처리, 분석, 사용 등을 위해) 채취될 수 있다. 대안적으로, 도 18에서 도시한 바와 같이, 음향 침강된 샘플이 또한 (예를 들어, 침강 구역(33m) 내로 및/또는 유입구 포트(51f)를 통해) 재도입될 수 있으며, 여기서 샘플의 음향 합체된 부분(예를 들어, 더 큰 액적으로 음향 합체된 실효적 및/또는 농도-분산 상 미세액적)은 거기에 배치된 상 몸체(또는 더 큰 액적)로 추가로 합체할 수 있다.
예시적인 작업에서, 제1, 중질상(사선 해칭으로 표시), 일정량의 관심 대상 분자(예를 들어, IgG), 및 1가지 이상의 불순물(예를 들어, 오염물질)을 포함하는 제1 액체(L1)는 유입구 포트(51a)를 통해 용기(12a) 내로 도입된다. 제2, 경질상(역 슬래시 해칭으로 표시)을 포함하는 제2 액체(L2)는 유입구 포트(51c)를 통해 용기(12a)에서 도입된다. 예시적으로, 중질상이 연속상을 형성하고, 경질상이 분산상을 형성하는 데 충분한 농도로 제공되도록 용기(12a)가 충전된다. 각각의 혼합 구역에서 2상의 에멀전을 형성하기 위해 그리고/또는 제1상으로부터 제2상 내로 분자 또는 관심 대상의 전달을 실행하기 위해 혼합 시스템(18)은 제1 액체 및 제2 액체를 혼합하도록 작동된다. 차폐 요소(61l, 61m, 61n)는 혼합 구역(31i, 31j, 31k, 31l, 31m)을 침강 구역(33m, 33n, 33o, 33p, 33q)으로부터 분리시킨다. 따라서, 혼합상은 본 명세서에 기재된 바와 같은 반대방향 흐름을 유도하기 위해 침강 구역에서 합체 및/또는 침강할 수 있다. 혼합 시스템(18)은 용기(12a) 및/또는 이의 샘플 정제 구획(136a) 내에서 정상 상태(또는 항상성)에 도달하기에 충분한 시간 동안 작동할 수 있다.
(정상 상태) 시스템은 (이어서) 연속류에서 작동하도록 구성(또는 재구성)될 수 있다. 구체적으로, 부분적으로 정제된 제3 액체(L3) 및 부분적으로 정제된 제4 액체(L4)는 각각 유출구 포트(51d 및 51b)를 통해 침강 구역(33m 및 33q)으로부터 제거된다. 부분적으로 정제된 제3 액체(L3)는 (연속상 농도로) 중질상, 일정량의 1가지 이상의 불순물 또는 오염물질, 및 제1 양의 분산된 경질상 미세액적을 포함한다. 부분적으로 정제된 제4 액체(L4)는 (연속상 농도로) 경질상, 적어도 일부량의 관심 대상 분자, 및 제1 양의 분산된 중질상 미세액적을 포함한다.
초기에, 부분적으로 정제된 제3 액체(L3) 및 부분적으로 정제된 제4 액체(L4)는 각각 유입구 포트(51e 및 51f)를 통해 각각 침강 구역(33m 및 33q) 내로 (예를 들어, 전체적으로) 재도입된 음향 루프(96, 97)를 각각 통과한다. 그러나, 부분적으로 정제된 제3 액체(L3) 및 부분적으로 정제된 제4 액체(L4) 내 분산상 미세액적 양의 적어도 일부는 이에 의해 적어도 부분적으로, 더 큰 분산상 액적으로 음향으로 합체되었다. 따라서, 침강 구역(33m 및 33q) 내로 각각 재도입 시, 더 큰, 분산상 액적은 그에 배치된 동일한 상 몸체(또는 더 큰 액적)과 합체될 가능성이 더 크다. 적합한 시간 기간 후에, 실질적으로 정제된 제5 액체(L5) 및 실질적으로 정제된 제6 액체(L6)는 시스템(10e)으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 밸브(52)는 실질적으로 정제된 액체를 음향 루프 밖으로 우회시키도록 적어도 부분적으로 개방될 수 있다. 액체(즉, 부분적으로 정제된 액체)의 (실질적인) 부분은 각각 침강 구역(33m 및 33q) 내로 계속해서 도입되어, 높은 정제 수준(예를 들어, 고수율, 고순도, 저응집 등)이 시스템에서 유지되는 것을 보장할 수 있다.
펌프(95)는 유출구 포트(51b, 51d)에 연결되어 음향 루프(96, 97)를 통한 샘플 유동을 가능하게 할 수 있다. 대안의 실시형태에서, (예를 들어, 유출구 포트(51b 및 51d)는 채취 포트 전용일 수 있고/있거나 밸브(52)는 반드시 필요하지 않도록) 음향 루프(96, 97)는 별개의 유출구 포트(51)를 통해 유체 결합될 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 실시형태는 복수의 혼합 구역 및 침강 구역을 갖는 샘플 정제 시스템(예를 들어, 칼럼), 및 (주변의) 연속상에 의해 인가된 항력(들)을 극복하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 몸체로 분산상 미세액적의 합체를 유도하기에 적합한 적어도 하나의 음향 침강 구역을 포함할 수 있다. 상기 방법은 적어도 하나의 음향파는 음향 침강 구역 내 혼합물의 일부에 인가되거나 또는 혼합물의 일부가 (예를 들어, 혼합 구역 또는 침강 구역으로부터) 음향 침강 구역 내로 통과함에 따라 혼합물의 일부를 (예를 들어, 혼합 구역 또는 침강 구역으로부터) (예를 들어, 혼합 구역 또는 침강 구역에 인접한) 음향 침강 구역 내로 통과시키는 것을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 대안의 실시형태에서, 시스템은 당업계에 공지된 바와 같이 (예를 들어, 도관, 관 등과 유체 연결된) 일련의 일렬의, 독립적, 별도의 및/또는 나란히 등의 혼합 장치 및 침강 용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시한 작업장소는 제1 액체 및 제2 액체를 도입하기 위해 하나 이상의 유입구 개구부를 갖는 제1 혼합 장치, 혼합 장치 내에 배치된 하나 이상의 혼합 요소, 및 혼합 장치 밖으로, 통로를 통해 및/또는 제1 침강 용기 내로 제1 액체 및 제2 액체(또는 이의 제1상 및 제2상)의 혼합물을 통과시키기 위한 하나 이상의 유출구 개구부를 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 일부 실시형태에서, 혼합물이 음향 침강될 수 있도록 통로 및/또는 제1 침강 용기는 그에 연결된 및/또는 그 주위에 배치된 하나 이상의 음향 새틀러를 가질 수 있다. 침강된 샘플의 적어도 일부는 제2 혼합 장치 내로 통과될 수 있으며, 여기서 정제 공정은 계속될 수 있다. 다른 실시형태에서, 하나 이상의 음향 새틀러는 시스템으로부터 제거(예를 들어, 연속상 샘플의 채취, 재순환 또는 배치) 전에 연속상 샘플로부터 능동으로, 음향 침강된 분산상 미세액적에 대한 시스템(또는 이의 구성요소)의 후부 상에 배치될 수 있다.
앞서 기재된 시스템 매개변수(예를 들어, 크기, 비, 역학, 속도, 유동 속도 등) 및/또는 결과(예를 들어, 순도, 수율, 응집 등)는 시스템 및/또는 방법을 포함하는 임의의 앞서 언급한 실시형태의 실행을 통해 달성될 수 있다는 것을 주목한다. 따라서, 이러한 매개변수 및/또는 결과는 본 명세서에 기재된 대안의 시스템 및 방법을 포함하는 각각의 실시형태에 대해 반복될 필요가 없다.
앞서 언급한 개시내용은 2상, 액체-액체 추출 및/또는 정제 시스템의 설명을 포함하되, 제1상 및 적어도 하나의 관심 대상 분자를 포함하는 제1 액체는 제2상을 포함하는 제2 액체와 혼합된다. 특정 실시형태에서, 제1 액체는 제1 분자(예를 들어, 생물학적 관심 대상 분자) 및 제2 분자(예를 들어, 오염물질)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태는 적어도 하나의 오염물질(예를 들어, 단백질)로부터 떨어진 생물학적 관심 대상 분자(예를 들어, 면역글로불린)의 추출 및/또는 정제를 수반한다.
그러나, 다른 실시형태에서, 하나 이상의 상은 정제 및/또는 추출의 대상일 수 있다. 예를 들어, 오염물질(예를 들어, 물)은 2상 액체-액체 추출을 통해 액체상(또는 그 반대)으로부터 또는 밖으로 추출 및/또는 정제될 수 있다. 따라서, 다양한 실시형태는 관심 대상 및 제1 분자의 상을 포함하는 제1 액체를 포함하고, 제2 액체는 제2상을 포함할 수 있다. 따라서, 당업자라면 본 명세서에 개시 및/또는 기재된 본 발명의 개념 및 원칙이 각각 본 명세서에서 상정되는 매우 다양한 실시형태에 양립 가능하다는 것을 인식할 것이다.
또한, 본 개시내용의 특정 실시형태의 다양한 특징, 부재, 요소, 부품 및/또는 부분은 본 개시내용의 다른 실시형태와 양립 가능하고/하거나 조합될 수 있고/있거나, 포함될 수 있고/있거나 다른 실시형태에 포함될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 특정 실시형태에 대한 소정의 특징, 부재, 요소, 부품 및/또는 부분의 개시는 상기 특징, 부재, 요소, 부품 및/또는 부분의 적용 또는 포함을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 다른 실시형태는 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 상기 특징, 부재, 요소, 부품 및/또는 부분을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또한, 본 개시내용은 그의 정신 또는 본질적인 특징으로부터 벗어나는 일 없이 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 기재된 실시형태들은 모든 점에서 단지 예시적인 것으로서 고려되며 제한이 아니다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상기의 설명에 의하기보다는 첨부된 청구범위에 의해 지정된다. 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에 있는 모든 변화는 그의 범주 내에서 포괄될 것이다.
Claims (66)
- 2상 시스템에서 샘플을 정제하는 방법으로서, 하기 단계들을 포함하는, 샘플을 정제하는 방법:
제1 액체 및 제2 액체를 제공하는 단계로서, 상기 제1 액체는 제1 유체상 및 상기 제1상에 배치된 일정량의 제1 분자를 포함하고, 상기 제2 액체는 제2 유체 상을 포함하며, 상기 제1상은 제1 밀도를 가지고, 상기 제2상은 제2 밀도를 가지며, 상기 제2 밀도는 상기 제1 밀도와는 상이하고, 상기 제1상과 상기 제2상은 비혼화성인, 상기 제1 액체 및 제2 액체를 제공하는 단계;
상기 제1 액체를 상기 제2 액체와 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 혼합물은 상기 제1상, 상기 제2상, 및 상기 일정량의 상기 제1 분자를 포함하며, 상기 일정량의 상기 제1 분자의 적어도 일부는 상기 제2상에 배치되는, 상기 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물의 제1 부분을 부분적으로 정제된 제1상 샘플 부분 및 부분적으로 정제된 제2상 샘플 부분으로 침강시키는 단계로서, 상기 부분적으로 정제된 제2상 샘플 부분은 상기 제2상의 일부, 상기 일정량의 상기 제1 분자의 일부, 및 제1 양의 제1상 액적을 포함하고, 상기 제1 양의 제1상 액적은 제1 평균 직경을 갖는, 상기 침강시키는 단계; 및
상기 부분적으로 정제된 제2상 샘플 부분의 일부에 음향파를 인가하여 제1 음향 처리된 샘플 부분을 형성하는 단계로서, 상기 제1 음향 처리된 샘플 부분은 상기 제2상의 일부, 상기 일정량의 상기 제1 분자의 일부, 및 제2 양의 제1상 액적을 포함하며, 상기 제2 양의 제1상 액적은 제2 평균 직경을 갖고, 상기 제2 양은 상기 제1 양 미만이며, 상기 제2 평균 직경은 상기 제1 평균 직경보다 크고, 상기 음향파는 상기 제1 양의 상기 제1상 액적의 적어도 일부의 공동국소화(co-localization)를 향상시킴으로써, 상기 제1 양의 상기 제1상 액적의 적어도 일부의 합체를 향상시키는, 상기 제1 음향 처리된 샘플 부분을 형성하는 단계. - 제1항에 있어서, 하기 단계들을 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법:
상기 제1 음향 처리된 샘플 부분을 상기 혼합물의 제2 부분과 조합하는 단계로서, 상기 혼합물의 상기 제2 부분은 실질적으로 정제된 제2상 샘플 부분과 제1상 부분을 포함하는, 조합하는 단계; 및
상기 제2 양의 제1상 액적의 적어도 일부를 상기 제1상 부분과 합체시켜서 제1상 몸체(body)를 형성하는 단계로서, 상기 제1상 몸체는 실질적으로 정제된 제2상 샘플 부분과 향류(counter-current)로 유동하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖는, 상기 제1상 몸체를 형성하는 단계. - 제2항에 있어서, 상기 실질적으로 정제된 제2상 샘플의 적어도 일부를 채취하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 실질적으로 정제된 제2상 샘플 부분은 상기 제2상의 일부, 상기 일정량의 상기 제1 분자의 일부, 및 제3 양의 제1상 액적을 포함하고, 상기 제3 양의 제1상 액적은 제3 평균 직경을 가지며, 상기 방법은 하기 단계들을 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법:
상기 음향파를 상기 실질적으로 정제된 제2상 샘플 부분의 일부에 인가하여 제2의 음향 처리된 샘플 부분을 형성하는 단계;
상기 제2 음향 처리된 샘플 부분을 상기 혼합물의 제3 부분과 조합하는 단계로서, 상기 혼합물의 상기 제2 부분은 상당히 정제된 제2상 샘플 부분 및 제1상 부분을 포함하는, 상기 조합하는 단계. - 제1항에 있어서, 적어도 부분적으로 정제된 제2상 샘플의 연속적 루프(continuous loop)를 음향 처리하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 부분적으로 정제된 제1상 샘플 부분은 상기 제1상의 일부 및 제1 양의 제2상 액적을 포함하고, 상기 제1 양의 제2상 액적은 제4 평균 직경을 가지며, 상기 방법은 상기 부분적으로 정제된 제1상 샘플 부분의 일부에 음향파를 인가하여 제3 음향 처리된 샘플 부분을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제3 음향 처리된 샘플 부분은 상기 제1상의 일부 및 제2 양의 제2상 액적을 포함하며, 상기 제2 양의 제2상 액적은 제5 평균 직경을 갖고, 상기 제2 양은 상기 제1 양 미만이고, 상기 제5 평균 직경은 상기 제4 평균 직경보다 더 크며, 상기 음향파는 상기 제1 양의 제2상 액적의 적어도 일부의 공동국소화를 향상시킴으로써 상기 제1 양의 제2상 액적의 상기 적어도 일부의 합체를 향상시키는, 샘플을 정제하는 방법.
- 2상 시스템에서 샘플을 정제하는 방법으로서, 하기 단계들을 포함하는, 방법:
제1 액체를 제2 액체와 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계로서, 상기 제1 액체는 제1상 및 일정량의 제1 분자를 포함하고, 상기 제2 액체는 제2 밀도를 갖는 제2상을 포함하며, 상기 제1상은 제1 밀도를 갖고, 상기 제2 밀도는 상기 제1 밀도와는 상이하며, 상기 제1상과 상기 제2상은 비혼화성이고, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 상기 혼합은 상기 제1상 및 상기 제2상 중 하나의 상의 상기 제1상 및 상기 제2상 중 다른 하나의 상으로의 분산이고, 상기 제1상 및 상기 제2상 중 상기 하나의 상은 분산상을 포함하며, 상기 제1상 및 상기 제2상의 상기 다른 하나의 상은 연속상을 포함하는, 상기 혼합물을 형성하는 단계;
적어도 하나의 음향파를 상기 혼합물의 제1 부분에 인가하는 단계;
상기 분산상의 합체된 몸체가 상기 연속상으로 향류로 유동하도록 상기 혼합물의 상기 제1 부분에서 상기 연속상의 적어도 일부에 의해 인가된 항력(drag force)을 극복하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 몸체로 상기 혼합물의 상기 제1 부분에서 상기 분산상의 일부를 합체시키는 단계;
상기 합체된 몸체의 적어도 일부를 상기 혼합물의 제2 부분과 혼합하는 단계;
적어도 하나의 음향파를 혼합·합체된 몸체의 일부 및 상기 혼합물의 제2 부분에 인가하는 단계; 및
상기 혼합·합체된 몸체의 일부 및 상기 혼합물의 제2 부분을 제3 액체 및 제4 액체로 분리시키는 단계로서, 상기 제3 액체는 상기 제1상을 포함하고, 상기 제4 액체는 상기 제2상 및 상기 일정량의 상기 제1 분자의 적어도 일부를 포함하는, 상기 분리시키는 단계. - 제7항에 있어서, 상기 제1 액체를 상기 제2 액체와 혼합하는 단계는 상기 제1 액체로부터 상기 제2 액체 내로 또는 상기 제1상으로부터 상기 제2상 내로 상기 일정량의 상기 제1 분자의 적어도 일부의 전달을 유도 또는 향상시키는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향파를 상기 혼합·합체된 몸체의 일부 및 상기 혼합물의 제2 부분에 인가하는 단계는 상기 혼합·합체된 몸체 및 상기 혼합물의 제2 부분의 상기 제3 액체 및 상기 제4 액체로의 분리를 향상시키는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 혼합물의 상기 제1 부분에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 단계는 상기 분산상의 합체를 향상시키는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체는 가요성 백(bag)의 구획 내에서 혼합되는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 혼합물의 상기 제1 부분에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 단계는 상기 혼합물의 상기 제1 부분이 하나 이상의 용기에 결합된 도관을 통과함에 따라 상기 도관에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 것을 포함하고/하거나 상기 혼합·합체된 몸체의 일부 및 상기 혼합물의 제2 부분에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 단계는 상기 혼합·합체된 몸체의 일부 및 상기 혼합물의 제2 부분이 하나 이상의 용기에 결합된 도관을 통과함에 따라 상기 도관에 적어도 하나의 음향파를 인가하는 것을 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 혼합물의 상기 제1 부분에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 단계는 상기 혼합물의 상기 제1 부분이 배치된 용기에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 것을 포함하고/하거나 상기 혼합·합체된 몸체의 일부 및 상기 혼합물의 제2 부분에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 단계는 상기 혼합·합체된 몸체의 일부 및 상기 혼합물의 제2 부분이 배치된 용기에 상기 적어도 하나의 음향파를 인가하는 단계를 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 분자는 상기 제3 액체에서보다 상기 제4 액체 중에서 더 안정하고/하거나 가용성이며, 상기 혼합물은 일정량의 제2 분자를 더 포함하고, 상기 일정량의 상기 제2 분자는 상기 제1 분자가 상기 제3 액체보다 상기 제4 액체 중에서 더 안정하고/하거나 가용성이 되기에 충분한, 샘플을 정제하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 분자는 적어도 하나의 염을 포함하며, 상기 일정량의 상기 제2 분자는 약 5중량% 초과의 농도를 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 분자는 이온성 분자, 친화도 분자, 생체특이성 분자, 소수성 분자, 친수성 분자, 분자 크기 배제 분자 및 자기 분자로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 분자를 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1상은 상기 제2상과는 상이한 물 농도를 갖는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 향류로 유동하는 것은 상기 제1상 및 상기 제2상 중 더 밀집한 상의 적어도 일부에 비해서 수직으로 위쪽으로 이동하는 상기 제1상 및 상기 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부, 또는 상기 제1상 및 상기 제2상 중 상기 덜 밀집한 상의 상기 적어도 일부에 비해서 수직으로 아래쪽으로 이동하는 상기 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 상의 적어도 일부를 포함하며, 상기 적어도 하나의 음향파는 상기 연속상의 상기 일부에 의해 상기 인가된 항력을 극복하기에 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 상기 몸체로의 상기 분산상의 상기 일부의 상기 공동국소화 또는 합체를 향상시킴으로써 향류 유동을 유도, 유지 또는 증가시키는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 혼합물의 상기 제3상 및 제4상으로의 분리는,
상기 연속상의 일부에 의해 상기 인가된 항력을 극복하는 데 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 몸체로의 상기 분산상의 일부의 합체;
상기 제1상 및 상기 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부의 위쪽 수직으로의 이동 및 상기 제1상 및 상기 제2상 중 더 밀집한 상의 적어도 일부의 아래쪽 수직으로의 이동;
상기 제1상과 상기 제2상 사이에서 실질적으로 수평인 계면의 형성; 및
덜 밀집한 상이 더 밀집한 상 위로 실질적으로 수직으로 위치되도록 하는 상기 혼합물의 침강 중 하나 이상을 포함하며,
상기 적어도 하나의 음향파는 상기 연속상의 일부에 의해 상기 인가된 항력을 극복하는 데 충분한 부력 또는 밀도를 갖는 몸체로의 상기 분산상의 일부의 상기 합체, 상기 제1상과 상기 제2상 사이에서 상기 실질적으로 수평인 계면의 상기 형성, 및 덜 밀집한 상이 더 밀집한 상 위로 실질적으로 수직으로 위치되도록 하는 상기 혼합물의 상기 침강 중 하나 이상을 향상시키는, 샘플을 정제하는 방법. - 제7항에 있어서, 상기 제1상, 상기 제2상, 및 상기 제1 분자 중 하나 이상은 생물학적 분자, 탄화수소, 중합체, 무기 생성물, 약제학적 약물, 폐기물, 식품 생성물, 살충제, 제초제, 정제 산물, 관심 대상 분자 및 오염물질로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 액체는 제2 분자를 더 포함하되, 상기 제2 분자는 생물학적 분자, 탄화수소, 중합체, 무기 생성물, 약제학적 약물, 식품 생성물, 살충제, 제초제, 정제 산물, 관심 대상 분자, 오염물질 및 폐기물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 분자는 효소, 바이러스 입자, 치료 단백질, 핵산 또는 면역글로불린을 포함하고, 그리고 상기 제2 분자는 오염물질을 포함하거나, 또는 그 반대인, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 분자는 오염물질을 포함하고, 그리고 상기 제2 분자는 탄화수소를 포함하거나, 또는 그 반대인, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 분자는 오염물질을 포함하고, 상기 상기 제2 분자는 영양 보충물, 향미 첨가제, 식용 제품 또는 식품 샘플을 포함하거나, 또는 그 반대인, 샘플을 정제하는 방법.
- 제7항에 있어서, 샘플 정제 시스템에서 수행되되, 상기 시스템은 하기를 포함하는, 샘플을 정제하는 방법:
상기 제1 액체 및 제2 액체가 배치되는 샘플 정제 구획을 적어도 부분적으로 획정하는 용기 어셈블리로서, 상기 용기 어셈블리는 상단부 및 대향하는 하단부를 갖고, 상기 샘플 정제 구획은 혼합 구역들 및 침강 구역들을 포함하고, 상기 용기 어셈블리는 상기 샘플 정제 구획의 상기 상단부 및 상기 하단부 중 하나에 배치된 제1 유입구 및 제1 유출구 및 상기 샘플 정제 구획의 상기 상단부 및 상기 하단부 중 다른 하나에 배치된 제2 유입구 및 제2 유출구를 더 포함하며, 상기 제1 유입구 및 상기 제2 유입구와 상기 제1 유출구 및 상기 제2 유출구는 상기 샘플 정제 구획과 유체 연통하는, 상기 용기 어셈블리;
인접한 혼합 구역 및 침강 구역을 적어도 부분적으로 분리시키기 위해 또는 인접한 혼합 구역을 적어도 부분적으로 분리시키기 위해 상기 샘플 정제 구획 내에 위치된 복수의 차폐 요소(shielding element)로서, 상기 혼합 구역들은 상기 침강 구역들과 유체 연통하는, 상기 복수의 차폐 요소;
상기 혼합 구역들 내에 배치된 혼합 요소; 및
상기 용기 어셈블리의 일부와 정렬된 제1 음향파 새틀러(acoustic wave settler)로서, 상기 적어도 하나의 음향파를 방출하도록 구성된, 상기 제1 음향파 새틀러. - 제25항에 있어서, 하기 단계들을 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법:
상기 제1 액체를 상기 제1 유입구를 통해 상기 샘플 정제 구획 내로 유동시키는 단계;
상기 제2 액체를 상기 제2 유입구를 통해 상기 샘플 정제 구획 내로 유동시키는 단계;
상기 복수의 혼합 구역에서 상기 제1 액체를 상기 제2 액체와 혼합하는 단계; 및
제1 혼합 구역으로부터 상기 제1 혼합 구역에 인접한 적어도 제1 침강 구역으로 상기 혼합물의 일부를 통과시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 음향파는 상기 제1 침강 구역에서 상기 혼합물의 일부에 인가되거나 또는 상기 혼합물의 일부가 상기 제1 혼합 구역으로부터 상기 제1 침강 구역으로 통과함에 따라 인가되는, 상기 혼합물의 일부를 통과시키는 단계. - 제26항에 있어서, 상기 방법은 하기 단계들을 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법:
상기 제1상 및 제2상 중 덜 밀집한 상의 적어도 일부가 상기 제1상 및 제2상 중 더 밀집한 상의 적어도 일부까지 향류로 상기 제1 침강 구역에서 위쪽으로 수직으로 이동하도록 상기 제1 침강 구역 내 상기 혼합물의 상기 일부에서 상기 분산상의 일부를 합체시키는 단계;
상기 제1 침강 구역에서 상기 덜 밀집한 상의 적어도 일부를 인접한 상부 혼합 구역 내로 위쪽으로 통과시키는 단계;
상기 제1 침강 구역 내 상기 더 밀집한 상의 적어도 일부를 인접한 하부 혼합 구역 내로 아래쪽으로 통과시키는 단계;
상기 상부 혼합 구역 내 상기 혼합물의 상기 일부가 상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 덜 밀집한 상의 상기 일부를 포함하도록 상기 상부 혼합 구역에서 상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 덜 밀집한 상의 상기 일부를 상기 혼합물의 일부와 조합 및 혼합하는 단계;
상기 하부 혼합 구역 내 상기 혼합물의 상기 일부가 상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 더 밀집한 상의 상기 일부를 포함하도록 상기 하부 혼합 구역에서 상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 더 밀집한 상의 상기 일부를 상기 혼합물의 일부와 조합 및 혼합하는 단계;
상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 덜 밀집한 상의 상기 일부를 포함하는 상기 상부 혼합 구역 내 상기 혼합물의 제1 부분을 상기 상부 혼합 구역으로부터 상기 제1 침강 구역 내로 다시 통과시키고, 상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 덜 밀집한 상의 상기 일부를 포함하는 상기 상부 혼합 구역 내 상기 혼합물의 제2 부분을 상기 상부 혼합 구역으로부터 상기 상부 혼합 구역에 인접한 상부 침강 구역으로 통과시키는 단계;
상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 더 밀집한 상의 상기 일부를 포함하는 상기 하부 혼합 구역 내 상기 혼합물의 제1 부분을 상기 하부 혼합 구역으로부터 상기 제1 침강 구역 내로 다시 통과시키고, 상기 제1 침강 구역으로부터의 상기 더 밀집한 상의 상기 일부를 포함하는 상기 하부 혼합 구역 내 상기 혼합물의 제2 부분을 상기 하부 혼합 구역으로부터 상기 하부 혼합 구역에 인접한 하부 침강 구역으로 통과시키는 단계;
상기 덜 밀집한 상의 적어도 일부가 상기 상부 침강 구역 내 상기 더 밀집한 상의 적어도 일부 위로 실질적으로 수직으로 위치되도록 상기 상부 침강 구역에서 상기 혼합물의 일부를 침강시키는 단계; 및
상기 덜 밀집한 상의 적어도 일부가 상기 하부 침강 구역 내 상기 더 밀집한 상의 적어도 일부 위로 실질적으로 수직으로 위치되도록 상기 하부 침강 구역에서 상기 혼합물의 일부를 침강시키는 단계. - 제27항에 있어서, 상기 적어도 하나의 음향파는 상기 복수의 침강 구역의 각각에서 상기 혼합물의 일부에 인가되거나 또는 상기 혼합물의 일부가 상기 복수의 혼합 구역의 각각으로부터 대응하는 침강 구역으로 통과함에 따라 인가되는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 제1 유출구로부터 상기 제3 액체를 채취하는 단계 및 상기 제2 유출구로부터 상기 제4 액체를 채취하는 단계를 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법.
- 제27항에 있어서, 하기 단계들을 더 포함하는, 샘플을 정제하는 방법:
상기 제1 액체를 상기 제1 유입구를 통해 상기 샘플 정제 구획 내로 유동시키는 단계;
상기 제2 액체를 상기 제2 유입구를 통해 상기 샘플 정제 구획 내로 유동시키는 단계;
상기 복수의 혼합 구역에서 상기 제1 액체를 상기 제2 액체와 혼합하는 단계;
상기 혼합물의 일부를 제1 혼합 구역으로부터 상기 제1 혼합 구역에 인접한 제1 침강 구역 내로 통과시키는 단계;
상기 혼합물의 상기 일부를 상기 제1 침강 구역에서 부분적으로 침강시키는 단계; 및
상기 혼합물의 상기 부분적으로 침강된 부분을 제1 침강 구역으로부터 상기 제1 침강 구역에 인접한 음향 침강 구역 내로 통과시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 음향파는 상기 음향 침강 구역 내 상기 혼합물의 상기 부분적으로 침강된 부분에 인가되는, 상기 통과시키는 단계. - 하기를 포함하는, 샘플 정제 시스템:
샘플 정제 구획을 획정하고, 상단부 및 대향하는 하단부를 갖는 용기 어셈블리로서, 상기 샘플 정제 구획은 혼합 구역들 및 침강 구역들을 포함하고, 상기 용기 어셈블리는 상기 샘플 정제 구획의 상기 상단부 및 상기 하단부 중 하나에 배치된 제1 유입구 및 제1 유출구 및 상기 샘플 정제 구획의 상기 상단부 및 상기 하단부 중 다른 하나에 배치된 제2 유입구 및 제2 유출구를 더 포함하며, 상기 제1 유입구 및 제2 유입구와 상기 제1 유출구 및 제2 유출구는 상기 샘플 정제 구획과 유체 연통하는, 상기 용기 어셈블리;
인접한 혼합 구역 및 침강 구역을 적어도 부분적으로 분리시키기 위해 또는 인접한 혼합 구역을 분리시키기 위해 상기 샘플 정제 구획 내에 위치된 복수의 차폐 요소로서, 상기 혼합 구역들은 상기 침강 구역들과 유체 연통하는, 상기 복수의 차폐 요소;
각각의 상기 혼합 구역에서 액체를 혼합하기 위한 수단; 및
상기 용기 어셈블리의 일부와 정렬된 제1 음향파 새틀러로서, 음향파를 방출하도록 구성된, 상기 제1 음향파 새틀러. - 제31항에 있어서, 상기 용기 어셈블리는 하기를 포함하는, 샘플 정제 시스템:
상기 상단부와 상기 대향하는 하단부 사이에서 연장되는 제1 하위-구획을 획정하는 제1 하위 용기로서, 혼합 구역들로부터 선택된 제1 혼합 구역이 상기 제1 하위-구획 내에 배치된, 상기 제1 하위 용기;
상기 상단부와 상기 대향하는 하단부 사이에서 연장되는 제2 하위 구획을 획정하는 제2 하위 용기로서, 제1 침강 구역은 상기 제2 하위 구획 내에 배치된 상기 침강 구역들로부터 선택되고, 상기 제2 하위 용기는 상기 제1 하위 용기로부터 이격된, 상기 제2 하위 용기;
제1 유체 경로를 획정하는 제1 도관으로서, 상기 제1 도관은 상기 제1 하위 용기의 상기 제1 혼합 구역 및 제2 하위 용기의 상기 제1 침강 구역과 유체 결합되어 유체가 그 사이에서 유동될 수 있고, 상기 샘플 정제 구획은 상기 제1 하위-구획, 상기 제2 하위-구획 및 상기 제1 유체 경로를 포함하는, 상기 제1 도관; 및
작동 동안 상기 제1 도관의 상기 제1 유체 경로 내로 상기 음향파를 방출하도록 상기 제1 도관과 정렬된 상기 제1 음향파 새틀러. - 제32항에 있어서, 상기 제1 음향파 새틀러와 정렬된 상기 제1 도관의 적어도 일부는 적어도 하나의 편평한 표면 또는 적어도 하나의 둥근 표면을 갖는, 샘플 정제 시스템.
- 제32항에 있어서, 하기를 더 포함하는, 샘플 정제 시스템:
상기 제1 하위 용기의 상기 제1 하위 구획 내에 배치된 상기 침강 구역으로부터 선택된 제2 침강 구역으로서, 상기 제1 혼합 구역 및 제2 침강 구역은 적어도 하나의 복수의 차폐 요소에 의해 적어도 부분적으로 분리되며, 상기 적어도 하나의 복수의 차폐 요소는 상기 제1 하위 구획 내에 위치된, 상기 제2 침강 구역;
상기 제2 하위 용기의 상기 제2 하위 구획 내에 배치된 혼합 구역으로부터 선택된 제2 혼합 구역으로서, 상기 제1 침강 구역과 상기 제2 혼합 구역은 적어도 하나의 복수의 차폐 요소에 의해 분리되며, 상기 적어도 하나의 복수의 차폐 요소는 상기 제2 하위 구획 내에 위치된, 상기 제2 혼합 구역;
제2 유체 경로를 획정하는 제2 도관으로서, 상기 제1 하위-용기의 상기 제2 침강 구역 및 상기 제2 하위-용기의 상기 제2 혼합 구역과 유체 결합되어 유체가 그 사이에서 유동될 수 있는, 상기 제2 도관; 및
상기 제2 도관과 정렬된 제2 음향파 새틀러로서, 음향파를 방출하도록 구성되는, 제2 음향파 새틀러. - 제32항에 있어서, 상기 제1 하위-용기 및 상기 제2 하위-용기는 각각 중합체 필름으로 구성된 가요성 백을 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제32항에 있어서,
상기 제1 하위-용기가 지지된 제1 강성 지지체 하우징; 및
제2 하위-용기가 지지된 제2 강성 지지 하우징을 더 포함하는, 샘플 정제 시스템. - 제32항에 있어서, 각각의 상기 복수의 차폐 요소는 유체가 통과할 수 있는 연장된 개구부들을 갖는, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 용기 어셈블리는 하기를 포함하는, 샘플 정제 시스템:
외면을 갖고 상기 상단부와 상기 대향하는 하단부 사이에서 연장된 구획을 획정하는 용기로서, 상기 혼합 구역은 상기 구획 내에 배치되고, 상기 복수의 차폐 요소는 상기 구획 내에 위치되어서 상기 차폐 요소 중 적어도 하나는 인접한 혼합 구역 사이에 위치된, 상기 용기;
상기 침강 구역들로부터 선택된 제1 침강 구역을 획정하는 제1 도관으로서, 상기 제1 도관은 상기 용기의 외부에 적어도 부분적으로 배치되고, 상기 구획 내에서 상기 혼합 구역들 중 두 개의 혼합 구역과 유체 결합되어 유체가 상기 혼합 구역들 사이에서 유동될 수 있고, 상기 샘플 정제 구획은 상기 구획 및 상기 제1 침강 구역을 포함하는, 상기 제1 도관; 및
작동 동안 상기 음향파를 상기 제1 도관의 상기 제1 침강 구역 내로 방출하도록 상기 제1 도관과 정렬된 상기 제1 음향파 새틀러. - 제38항에 있어서, 하기를 더 포함하는 샘플 정제 시스템:
상기 침강 구역들로부터 선택된 제2 침강 구역을 획정하는 제2 도관으로서, 상기 제2 도관은 상기 용기의 외부에 적어도 부분적으로 배치되고, 상기 구획 내에서 상기 혼합 구역들 중 두 개의 혼합 구역과 유체 결합되어 유체가 상기 혼합 구역들 사이에서 유동될 수 있고, 상기 샘플 정제 구획은 상기 제1 구획, 상기 제1 침강 구역 및 상기 제2 침강 구역을 포함하는, 도관; 및
작동 동안 상기 제2 도관의 상기 제2 침강 구역 내로 음향파를 방출할 수 있도록 상기 제2 도관과 정렬된 제2 음향파 새틀러. - 제38항에 있어서, 상기 용기는 중합체 필름으로 구성된 가요성 백을 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제40항에 있어서, 상기 용기가 지지되는 강성 지지 하우징을 더 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제38항에 있어서, 상기 유체가 상기 제1 도관을 통해 유동함으로써 상기 혼합 구역들 내에서 단지 유동할 수 있도록 상기 차폐 요소는 상기 혼합 구역들 사이의 상기 구획 내에서 유체의 상기 유동을 차단하는, 샘플 정제 시스템.
- 제38항에 있어서, 하기를 더 포함하는 샘플 정제 시스템:
상기 용기의 상기 구획 내에 배치된 상기 침강 구역들로부터 선택된 제2 침강 구역으로서, 상기 복수의 차폐 요소 중 적어도 하나는 상기 제2 침강 구역과 상기 혼합 구역들 중 하나의 혼합 구역 사이에 배치된, 상기 제2 침강 구역;
상기 용기의 외부에 적어도 부분적으로 배치되고 그리고 상기 구획 내에서 상기 제2 침강 구역, 및 상기 혼합 구역들 중 하나의 혼합 구역에 유체 결합되어 유체가 이들 사이에서 유동될 수 있도록 하는 제2 도관,
작동 동안 상기 제2 도관 내로 음향파를 방출할 수 있도록 상기 제2 도관과 정렬된 제2 음향파 새틀러. - 제31항에 있어서, 상기 용기 어셈블리는 하기를 포함하는, 샘플 정제 시스템:
상기 샘플 정제 구획을 획정하고 상기 상단부와 상기 대향하는 하부 사이에서 연장되는 둘러싸인 측벽을 갖는 용기로서, 상기 복수의 차폐 요소는 상기 혼합 구역들과 침강 구역들 사이의 상기 샘플 정제 구획 내에 위치되는, 상기 용기; 및
작동 동안 상기 침강 구역들 중 제1 침강 구역 내로 상기 음향파를 방출할 수 있도록 상기 샘플 정제 구획 내에서 상기 제1 침강 구역과 정렬되는 상기 제1 음향파 새틀러. - 제44항에 있어서, 작동 동안 상기 제2 침강 구역 내로 음향파를 방출할 수 있도록 상기 용기 내에서 상기 침강 구역들 중 제2 침강 구역과 정렬된 제2 음향파 새틀러를 더 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제44항에 있어서, 상기 용기는 자기-지지성이 되기에 충분히 강성인, 샘플 정제 시스템.
- 제44항에 있어서, 상기 제1 침강 구역의 적어도 일부는 직경이 30㎝ 미만인, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 혼합하기 위한 수단은 회전 부재, 발진(oscillating) 부재, 진동(vibrating) 부재, 교반 부재, 진탕 부재 및/또는 음파 부재로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 혼합 부재를 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 혼합하기 위한 수단은 각각의 상기 혼합 구역들 내에 배치된 혼합 요소를 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제49항에 있어서, 상기 혼합하기 위한 수단은 상기 혼합 요소와 결합되고 상기 복수의 차폐 요소 중 적어도 하나의 차폐 요소를 통해 회전 가능하게 연장된 구동축을 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 수직으로-인접한 혼합 구역 및 침강 구역을 적어도 부분적으로 분리시키기 위해 또는 수직으로-인접한 혼합 구역을 분리시키기 위해 상기 복수의 차폐 요소 중 적어도 세 개의 차폐 요소가 상기 샘플 정제 구획 내에서 수평으로 배치된, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 복수의 혼합 구역 및 침강 구역은 적어도 2개의 혼합 구역 및 적어도 3개의 침강 구역을 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 혼합 구역들 및 상기 침강 구역들은 교호로 수직 정렬된, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 침강 구역들 내에는 혼합 요소가 없는, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 제1 음향파 새틀러는 상기 용기 어셈블리에 대해서 직접 배치된, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 제1 음향파 새틀러는 상기 용기 어셈블리에 결합된, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 제1 음향파 새틀러는 상기 용기 어셈블리의 한쪽 측면 상에 배치된 제1 음향파 변환기 및 상기 제1 음향파 변환기와 일직선인 상기 용기 어셈블리의 대향하는 측면 상에 배치된 제1 음향파 반사 장치를 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 제1 음향파 새틀러는 상기 용기 어셈블리의 일 측면 상에 배치된 제1 음향파 변환기를 포함하고, 상기 제1 음향파 변환기는 이에 의해 생성된 음향파의 하나 이상의 특성을 감지하도록 구성된, 샘플 정제 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 용기 어셈블리는 상기 샘플 정제 구획과 유체 연통하는 음향 침강 루프를 더 포함하고, 상기 제1 음향파 새틀러는 상기 음향 침강 루프와 정렬된, 샘플 정제 시스템.
- 제59항에 있어서, 유체가 상기 샘플 정제 구획으로부터, 상기 음향 침강 루프를 통해, 상기 샘플 정제 구획으로 다시 유동될 수 있도록 상기 음향 침강 루프의 대향하는 단부들은 상기 샘플 정제 구획과 유체 연통하는, 샘플 정제 시스템.
- 제59항에 있어서, 상기 용기 어셈블리는 상기 샘플 정제 구획에서 제3 유입구 및 제3 유출구를 더 포함하며, 상기 음향 침강 루프는 상기 제3 유입구 및 상기 상기 제3 유출구에 유체 결합되는, 샘플 정제 시스템.
- 제59항에 있어서, 상기 음향 침강 루프는 상기 제2 유입구 및 상기 제2 유출구와 유체 결합되는, 샘플 정제 시스템.
- 제59항에 있어서, 상기 음향 침강 루프는 유체 도관을 포함하고, 상기 제1 음향파 새틀러는 상기 유체 도관의 일부 주위에 배치된, 샘플 정제 시스템.
- 제59항에 있어서, 상기 음향 침강 루프를 통과하기에 적합한 유체 펌프를 더 포함하는, 샘플 정제 시스템.
- 제59항에 있어서, 상기 음향 침강 루프는 제1 음향 침강 루프를 포함하고, 상기 시스템은 상기 샘플 정제 구획과 유체 연통하는 제2 음향 침강 루프를 더 포함하며, 제2 음향파 새틀러는 상기 제2 음향 침강 루프와 정렬되는, 샘플 정제 시스템.
- 제65항에 있어서, 상기 제1 음향 침강 루프는 가장 하부의 침강 구역에 유체 연결되고, 그리고 상기 제2 음향 침강 루프는 가장 상부의 침강 구역에 유체 연결된, 샘플 정제 시스템.
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