KR20200113248A - 유체에 현탁된 농축 입자의 회수를 위한 시스템, 방법, 및 제어기 - Google Patents

Abstract

실시예는 유체에 현탁된 입자를 농축하기 위한 농축기 시스템과 함께 사용하기 위한 유체 회수 시스템 및 방법을 제공하며, 이러한 현탁액은 농축기 시스템으로부터 드로우된 유체 스트림으로부터 회수된다. 제어기는, 유체 부피 이동에 기반하여, 회수 튜브룰 통하여 농축기 챔버로부터 회수 저장소로 드로우되고 있는 농축물의 방향을 지시하기 위해 밸브의 작동을 제어하도록 구성된다. 시스템은, 최소 희석으로 입자 회수를 극대화하기 위한 목표를 기반으로 하면서, 밀도 센서를 사용하여 유체 회수 튜브에서 유체의 밀도 전이를 감지하여 회수 튜브와 작동하고 있는 회수 밸브를 통과하고 있는 유체 현탁액에서 농축된 입자의 일부의 전단 및 후단 에지를 식별할 수 있다.

Description

유체에 현탁된 농축 입자의 회수를 위한 시스템, 방법, 및 제어기

본 발명의 기술 분야는 유체 현탁액에서 입자를 농축시키는 데 사용되는 장치로부터 유체를 회수하기 위한 시스템, 방법, 및 제어기이며, 시스템의 적용의 예는 생물학적 및 다른 작은 입자 분리 적용을 위한 역류 원심 분리 장치로 작동하기위한 것이다.

재생 의학 및 진보된 세포 요법은 살아있는 인체 유래 세포의 조작을 기반으로 구축물을 생성하고, 면역 원성 반응을 전달하거나 또는 환자 신체에서 회복 반응을 자극하는 의학적 치료 기술이다. 이러한 기술 중 일부는 단일 세포 공급원(동종 제품)에서 여러 환자에게 많은 용량을 제공할 수 있지만, 환자 또는 매칭된 공여자로부터 유래된 세포를 처리 및 전달하는 것이 안전하고 효과적이라는 인식이 증가하고 있다. 환자 또는 일치하는 공여자 특정 세포 제품(자가 제품)을 생산하려면 일반적으로 작은 배치 처리가 필요하다.

기존의 원심 분리 기술은 제품을 포함하는 용기가 원심 분리 장치 내외부로 수동으로 옮겨질 것을 요구한다. 기존의 원심 분리 시스템은 용기 단부에서 세포를 침전시켜 펠릿(pellet)을 형성한다. 제품을 추가 또는 제거하기 위해 용기에 접근하려면 용기를 개방 프로세스 단계로 열거나 무균 경로로 연결 및 분리해야 한다.

이러한 상호 작용을 피하기 위해 회전 시스템을 통한 유체 흐름이 통합된 역류 원심 분리기가 사용될 수 있다. 역류 원심 분리는 원심 가속 하의 유체에서 입자의 침전 속도가 지지 매체의 유동에 의해 반작용되는 기술이다. 따라서, 입자는 유동층에 현탁된다. 세포 요법의 경우, 유동층은 매체 유체에 현탁된 세포의 농도일 것이다. 세포는 기존의 원심 분리를 사용하여 생성된 것과 같이 펠릿이 아닌 유체에 현탁된 세포의 농측으로 회수된다.

역류 원심 분리는 세포가 배양되어 유동층 상태로 확장될 수 있도록 매우 완만하다. 세포 집합체는 전통적인 침전에 비해 크게 감소할 수 있다. 또한, 이러한 기술은 역류 원심 분리를 만드는 밀도와 형태 특성이 다르기 때문에 살아있는 세포에서 죽은 세포를 분리할 수 있으며, 세포 집단의 생존력을 높이기 위해 현재 사용 가능한 유일한 기술이다.

원심 가속 하에서 세포 또는 입자에 방사상 안쪽으로 유체 흐름을 전달하면 역류 상황이 발생한다. 각각의 입자에 가해지는 원심 가속도는 회전 중심에서 해당 입자의 반경 방향 거리에 비례한다. 유동화된 입자층을 생성하기 위해서는 각각의 회전 반경에 대해 반작용 유량을 조정해야 한다. 이는 일반적으로 원뿔의 팁이 반경 방향 바깥 쪽을 향하는 원뿔로 챔버를 성형함으로써 달성된다. 대향 유체 흐름은 원뿔의 팁을 통해 유입된다. 유체 흐름은 상대적으로 빠른 속도로 원뿔의 팁으로 들어가며, 투입 유체 흐름의 속도는 원뿔의 단면적 증가로 인해 반경 방향 안쪽으로 진행함에 따라 점진적으로 감소한다. 매체 유체에 현탁된 농축 입자는 유체 흐름을 반전시킴으로써, 그리고 원뿔형 분리 챔버의 팁으로부터 농축된 입자 현탁액 유체를 드로우(drawing)함으로써 회수된다. 유동층에서의 농축 세포 현탁액의 부피는 세포의 수 및 유동층 밀도에 의존할 것이며, 이러한 부피는 매우 작을 수 있다.

각각의 환자마다 배치(batch)로서 복잡한 의료 제품을 제조하는 것은 일회용 기능 폐쇄 시스템 내에서 세포 제품을 조작할 수 있는 장치에 대한 수요를 창출하고 있다. 역류 원심 분리는 많은 이점을 가지며 현재 상업적으로 이용 가능한 전용 기능 폐쇄 시스템에서 많이 사용된다. 그러나, 상업적으로 이용 가능한 역류 원심 분리 시스템은 전형적으로 자가 세포 요법에 바람직한 것보다 많은 부피를 사용하여 작동한다. 자가 세포 요법의 실질적인 상업적 실현을 가능하게 하기 위해 매우 적은 양의 농축 유체의 회수가 필요하다.

이러한 환자의 특정 세포 제품의 생산을 가능하게 하기 위해 일회용 소규모 배치 프로세싱 및 정확한 소량 회수를 위해 신뢰성 있게 이용될 수 있는 장비가 필요하다.

자가 생산 제품은 매우 소량의 유입 및 유출 세포 제품으로 구성될 수 있다. 성공적인 처리에는 최소 손실로 작은 세포 집단을 처리할 수 있는 방법과 최소한의 조작으로 모든 처리를 완료할 수 있는 방법이 필요하다. 세포 생성물 프로토콜의 최종 단계는 전형적으로 충전 및 마무리를 위한 최종 형성 단계를 지시하기 위해 세포 집단에 대한 지식을 필요로 한다. 시약과 최종 제품의 양은 유체량 조절에 세심한 주의를 기울여야 하는 1 ml 내지 2ml 범위에 있을 수 있다. 복수의 환자를 위한 환자 특정 제품 처리는 외부 환경에 노출되지 않도록 백(bag)과 튜브 안에 제품을 넣는 기능적으로 폐쇄된 처리 방법을 사용하여 일반적인 낮은 등급의 공간에서 배치를 병렬 처리함으로써 더욱 향상된다. 제품은 일회용 용기에서 처리됨으로써 무균 조작의 이점이 필요하다. 주요 이점은 일회용 제품 공급망의 일부로 배치를 시작하기 전에 처리 시스템 무균성을 사전 검증하는 것이다. 이를 통해 현장 멸균 및 검증 방법과 관련된 비용과 지연을 피할 수 있다.

본 발명은 일회용 역류 원심 분리 시스템 내에서 유동층으로 농축된 소세포 집단의 조작을 용이하게 하는 장비, 센서, 제어 전략, 및 처리 용기에 관한 것이다.

제 1 측면은 펌핑 기구와 일렬로 연결된 제1 유체 경로 및 제2 유체 경로를 갖는 농축 챔버를 포함하는 농축기 장치와 작동 가능하게 맞물리도록 구성된 유체 회수 시스템을 제공하여, 유체가 제2 유체 경로를 통해 농축 챔버를 빠져나가 유체 회수 튜브로 이동함에 따라, 유체가 제1 유체 경로를 통해 농축 챔버로 유입되는 농축 챔버에서 농축 유체를 회수하며, 회수 밸브 조립체 및 밸브 액츄에이터는 유체 회수 튜브로부터의 유체의 흐름을 2개 이상의 배출 유체 튜브 중 하나로 전환하도록 구성되고, 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 유체 포획 경로를 제공하고 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 비-포획 경로를 제공한다.

유체 회수 시스템은:

농축기 장치와 작동 가능하게 결합될 때 회수 밸브 조립체에 앞서 회수 튜브 내의 유체의 밀도를 감지하도록 구성된 밀도 센서; 및

제어기를 포함하고, 제어기는:

유체 회수 튜브에서 유체의 동적 유체 부피 이동을 결정하기 위해 유체 펌핑 기구의 작동을 모니터링하고,

밀도 센서가 유체 회수 튜브 내 유체 내에서 제1 밀도로부터 제2 밀도로의 제1 밀도 전이 - 제2 밀도는 제1 밀도보다 높고, 밀도 전이는 회수 튜브를 통과하는 유체에서 농축된 입자의 일부의 선단 에지를 나타냄 - 및 제2 밀도로부터 제3 밀도로의 제2 밀도 전이 - 제3 밀도는 제2 밀도보다 낮고, 밀도 전이는 회수 튜브를 통과하는 유체에서 농축된 입자의 일부의 후단 에지를 나타냄 - 를 식별하도록 모니터링하며,

농축 챔버 배출구와 회수 밸브 조립체 사이의 유체 부피에 기초하여 유체 회수 튜브 내의 유체 흐름을 유체 포획 경로로 전환하기 위한 제1 제어 이벤트를 결정하고,

제1 밀도 전이의 감지에 기초하여, 제2 밀도 전이 및 동적 유체량 운동, 회수 대상 물질을 포함하는 현탁액의 양을 결정하며, 회수 대상 물질을 함유하는 현탁액의 부피를 포획하기 위해 유체 회수 튜브의 유체 흐름을 유체 포획 경로에서 비-포획 경로로 전환하기 위한 제2 제어 이벤트를 결정하고,

비-포획 경로와 유체 포획 경로 사이를 전환하는 제1 제어 이벤트에 따라, 그리고 유체 포획 경로와 비-포획 경로 사이의 유체 흐름을 전환하기 위한 제2 제어 이벤트에 따라 밸브 액츄에이터의 작동을 제어하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 제어기는 동적 유체 부피 이동을 제어하기 위해 펌핑 기구를 작동시키도록 더 구성된다. 일부 실시예에서, 펌핑 기구는 연동 펌프이며, 펌프의 회전 위치에 기반하고 회전 위치를 모니터링하여 및/또는 펌프 튜브를 보정하며, 제어기는 동적 유체량 이동을 모니터링하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어기는 알려진 회전식 펌프 위치에 기초하여 동적 유체 부피 이동을 제어하도록 더 구성된다. 일부 실시예에서, 제어기는 펌프 폐쇄 부재의 알려진 회전 위치에 기초하여 동적 유체 부피 이동을 제어하도록 더 구성된다.

일부 실시예에서, 제어기는 수집 시작 트리거 이전의 계산된 부피 및 밀도 센서와 밸브 조립체 사이의 회수 튜브 내 유체 부피에 기초하여 유체 내에서 입자 농축물의 선단 에지에 대해 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제1 제어 이벤트를 결정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 수집 시작 트리거는 수집 임계 밀도이다. 밀도 센서가 광학 밀도 센서인 실시예에서, 밀도는, 유체가 튜브 내에 있을 경우, 투과율에 기반하여 결정된다. 임계 밀도는 "튜브 내의 투명 유체" 투과율 기준선에 대한 투과율이며, 제어기는 센서에 대한 절대적 보정 없이 투과율에 기초한 임계 레벨을 비율로 비교하는 것을 용이하게 하는 기준선 투과율을 축적하도록 구성된다.

제어기는 농축 유체의 후단에 대하여 "수집 중지" 트리거 이전의 계산된 부피 및 밀도 센서와 밸브 조립체 사이의 회수 튜브 내 유체 부피를 기반으로 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제2 제어 이벤트를 결정하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 수집 중지 트리거는 기준 밀도(또는 광학 센서 실시예에 대한 투과율)에 대한 농축 희석 임계 밀도이며, 제어기는 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제2 제어 이벤트를 결정하기 위해 농축물 희석 임계 밀도에 기초하여 제2 밀도 전이를 분석하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 농축물 희석 임계치의 선택은 유체 포획 경로로 전달되는 세포 밀도를 최대화할 수 있다.

일부 실시예에서, 제어기는 농축 챔버와 밸브 조립체 사이의 유체 부피 및 동적 유체 부피 이동에 기초하여 제1 제어 이벤트를 결정하도록 더 구성되고, 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 때 부피를 기준으로 밸브 액츄에이터를 작동시켜 수집 경로로 전환되게 한다. 제어기는 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 때 지정된 전달 부피에 기초하여 제2 제어 이벤트를 결정하도록 더 구성될 수 있다.

제2 측면은 농축 장치를 제공하며, 농축 장치는:

펌핑 기구;

농축 챔버에 유체를 도입하기 위해 펌핑 기구와 일렬로 연결된 제1 유체 경로 및 제2 유체 경로를 갖는 농축 챔버 - 유체가 제2 유체 경로를 통해 농축 챔버를 빠져나옴에 따라, 유체가 제1 유체 경로를 통해 농축 챔버로 들어가는 농축 챔버로부터 농축 유체가 회수됨 -;

농축 챔버의 제2 유체 경로에 연결된 유체 회수 튜브;

유체 회수 튜브로부터의 유체의 흐름을 2개 이상의 배출 유체 튜브 - 유체 포획 경로를 제공하는 적어도 하나의 유체 유출 튜브 및 비-포획 경로를 제공하는 적어도 하나의 유체 유출 튜브 - 중 하나로 전환 시키도록 구성되는 회수 밸브 조립체 및 밸브 액츄에이터;

농축 장치와 작동 가능하게 결합할 경우, 회수 밸브 조립체 앞의 회수 튜브 내 유체의 밀도를 감지하기 위해 위치하도록 구성된 밀도 센서; 및

제어기를 포함하고,

상기 제어기는,

유체 회수 튜브 내에서 유체의 동적 유체 부피 이동을 제어하기 위한 유체 펌핑 기구의 작동을 제어하고,

밀도 센서가 유체 회수 튜브 내에서 유체 내 제1 밀도로부터 제2 밀도로의 제1 밀도 전이 - 제2 밀도는 제1 밀도보다 높고, 밀도 전이는 회수 튜브를 통과하는 농축된 유체의 일부의 선단 에지를 나타냄 - 및 제2 밀도로부터 제3 밀도로의 제2 밀도 전이를 식별 - 제3 밀도는 제2 밀도보다 낮으며, 밀도 전이는 회수 튜브를 통과하는 농축 유체 일부의 후단 에지를 나타냄 - 하도록 밀도 센서를 모니터링하며,

농축 챔버 출구와 회수 밸브 조립체 사이의 유체 부피에 기초하여 유체 회수 튜브에서 유체 흐름을 유체 포획 경로로 전환하기 위한 제1 제어 이벤트를 결정하고;

제1 밀도 전이, 제2 밀도 전이 및 동적 유체 부피 이동의 감지에 기초하여 회수를 위한 표적 물질을 포함하는 현탁액 부피를 결정하며;

회수를 위해 표적 물질이 연속되는 현탁액의 부피를 포획하기 위해 유체 포획 경로로부터 비-포획 경로로 유체 회수 튜브 내의 유체 흐름을 전환하기 위한 제2 제어 이벤트를 결정하고;

비-포획 경로와 유체 포착 경로 사이를 전환하기 위해 제1 제어 이벤트에 따라 밸브 액츄에이터의 동작을 제어하며, 제2 제어 이벤트에 따라 유체 포획 경로와 비-포획 경로 사이의 유체 흐름을 전환하도록 구성된다.

일 실시예에서, 농축기 장치는 역류 원심 분리기이고 제어기는 농축 챔버 회전 및 펌핑 기구를 제어하도록 더 구성되며,

펌핑 기구는,

분리 작업 단계 중에, 역류 방향으로 유체 흐름을 유발하여 유체가 제2 유체 경로를 통해 농축 챔버로 들어가도록 하여 농축 챔버의 회전으로 인한 원심력을 유도하고, 역류 유체 흐름은 유체의 입자를 유동층으로 농축시켜 농축된 유체를 제공하며,

회수 작업 단계 중에, 유체가 농축 챔버에서 제2 유체 경로를 통해 드로우될 때 유체가 제1 유체 경로를 통해 챔버로 유입되도록 회수 방향으로 유체 흐름을 유도하고, 농축 챔버의 회전으로 인해, 유체 흐름 및 원심력은 농축 유체의 유동층이 제2 유체 경로로 이동하여 유체 회수 튜브를 통해 농축 챔버에서 드로우되게 하도록 제어된다.

농축기 장치의 일 실시예에서, 제어기는 회수 작동 단계 전에 유동층 역류 조건의 안정성을 유지하면서 시간 조정 방식으로 펌핑 기구 및 챔버 회전의 작동을 늦추도록 구성된다.

일 실시예에서, 역류 원심 분리기는 소형 역류 원심 분리기 시스템이며, 역류 원심 분리기는:

재사용 가능한 서브 시스템; 및

일회용, 교체 가능한 서브 시스템을 포함하고,

교체 가능한 서브 시스템은:

회전 모터 헤드;

연동 펌프;

밸브 조립체; 및

회전 헤드, 연동 펌프, 및 밸브 작동 조립체를 수용하는 케이스 하우징을 포함하며,

일회용, 교체 가능한 서브 시스템은:

넥 부분에 연결된 실질적으로 원뿔 모양의 유체 인클로저 부분을 포함하고, 원뿔형 유체 인클로저의 팁에 대한 유체 경로를 제공하기 위해 원뿔형 팁에서 넥을 통해 원뿔형 유체 인클로저를 통해 중앙으로 연장되는 딥 튜브를 갖는, 낮은 유체 부피와 작은 반경의 회전을 위해 구성되는 - 넥 부분은 용리 유체 경로를 포함함 - 분리 챔버,

분리 챔버와 유체 연통하도록 구성되는 제1 유체 포트 및 제2 유체 포트, 하나 이상의 유체 경로가 밸브 조립체와 맞물리도록 구성되어 제1 유체 포트 및 제2 유체 포트로 유체를 전달하거나 또는 제1 유체 포트 및 제2 유체 포트로부터 유체를 전달받기 위한 외부 유체 공급 구성 요소로의 연결을 위해 구성되는 복수의 유체 경로를 포함하고, 유체 경로는 밸브 조립체의 작동으로 선택적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있으며 연동 펌프와 유체 경로 사이의 작동 가능한 결합을 가능하게 하여, 연동 펌프의 작동에 의해 매니폴드 내에서 유체 흐름을 유도하도록 구성된 펌프 결합 부분으로 구성되는 유체 전달 매니폴드; 및

분리 챔버의 넥 부분을 유체 전달 매니폴드에 연결하고 딥 튜브와 제1 유체 포트 간에 제1 유체 연통 경로를 제공하며 용리 유체 경로 및 제2 유체 포트 간에 제2 유체 연통 경로를 제공하는 회전 결합부를 포함하고,

유체 전달 매니폴드가 케이스에 의해 고정된 위치에 고정되는 동안, 회전 결합부는 유체 전달 매니폴드에 대한 회전축을 중심으로 분리 챔버의 회전을 허용하도록 구성되며,

넥 부분은 회전축을 중심으로 분리 챔버의 회전을 유도하도록 회전 모터 헤드와 결합되도록 더 구성되고,

일회용 교체 가능한 서브 시스템은 역류 원심 분리 프로세스를 실행하기 위한 폐쇄된 환경을 제공한다.

농축기 장치의 이러한 실시예에서, 펌프, 밀도 센서, 및 밸브 조립체는, 밀도 센서 및 펌프 결합부를 지나 배출에 이르는 매니폴드를 통하여, 분리 챔버로부터의 회수 경로를 위한 짧은 유체 경로 길이를 제공하도록 배열될 수 있다.

제어기는, 연동 펌프의 회전 위치 및/또는 펌프 튜브의 보정에 기초하여 그리고 연동 펌프의 회전 위치 및/또는 펌프 튜브의 보정을 모니터링하여, 동적 부피 이동을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제어기는 회전 펌프 위치에 대한 지식을 기반으로 동적 유체 부피 이동을 제어하도록 더 구성될 수 있다. 제어기는 펌프 폐쇄 부재의 회전 위치에 대한 지식을 기반으로 동적 유체 부피의 이동을 제어하도록 더 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 제어기는 농축기 장치의 딥 튜브와 밸브 조립체 간의 알려진 부피에 기초하여 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제1 제어 이벤트를 결정하도록 구성된다. 수집 부피 시작 트리거는 농축된 입자가 회수 튜브에 존재하기 전에 이벤트 시작시 결정된 기준 광학 밀도에 대한 밀도 임계치일 수 있다. 수집 부피는 투과율이 기준 광학 밀도로 돌아가는 제2 광학 밀도 임계치에서 결정될 수 있다. 임계치는 광학 밀도 센서의 절대적 보정에 대한 민감도를 배제하기 위해 기준값의 백분율로 지정될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기는 광학 밀도 임계치 이벤트 간에 관찰된 부피 흐름으로부터 농축물 전달 부피를 결정한다.

일 실시예에서, 제어기는 농축물 전달 부피의 추가와 함께 제1 제어 이벤트에 기초하여 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제2 제어 이벤트를 결정하도록 구성 될 수 있다. 제1 제어 이벤트가 발생할 때 제2 밀도 임계치가 발생하지 않았을 수 있음을 이해해야 한다. 일 실시예에서, 제어기는 제1 제어 이벤트 이전에 제1 임계 이벤트가 발생했기 때문에 제2 임계 이벤트를 예상할 수 있다. 이러한 경우, 제2 광학 밀도 임계치 이벤트는 제1 제어 이벤트 이후에 전달될 농축액 전달 부피를 정의할 것이다. 수집 임계치 밀도 및 농축 희석 임계치 밀도는 수집 경로로 전달되는 유체의 농도를 최대화하기 위해 선택될 수 있다.

일 실시예에서, 제어기는 농축 챔버와 밸브 조립체 간의 유체 부피 및 동적 유체 부피 이동에 기초하여 제1 제어 이벤트를 결정하도록 더 구성되어, 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없는 경우, 부피에 기반하여 밸브 액추에이터의 작동이 수집 경로로 전환되도록 한다. 제어기는 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없는 경우 지정된 부피를 기반으로 제2 제어 이벤트를 결정하도록 더 구성될 수 있다.

또다른 측면은 농축 장치의 유체 회수 시스템에서 구현되는 농축 유체 회수 방법을 제공하고, 농축 장치는 펌핑 기구, 펌핑 기구와 연결되는 제1 유체 경로 및 제2 유체 경로를 갖는 농축 챔버를 포함하며, 이에 따라 농축된 유체가, 유체가 제2 유체 경로를 통해 농축 챔버로부터 유체 회수 튜브로 배출됨에 따라 유체가 제1 유체 경로를 통해 농축 챔버로 들어가는, 농축 챔버로부터 회수되고, 회수 밸브 조립체와 밸브 액츄에이터는 유체의 흐름을 유체 회수 튜브로부터 2개 이상의 배출 유체 튜브 중 하나로 전환하도록 구성되며, 하나 이상의 유체 배출 튜브는 유체 포획 경로를 제공하고 하나 이상의 유체 배출 튜브는 비-포획 경로를 제공하고, 밀도 센서는, 농축 장치와 작동 가능하게 결합될 경우, 회수 밸브 조립체 이전의 유체 회수 튜브를 따라 고정된 거리에서 회수 튜브의 유체 밀도를 감지하게 배치되도록 구성되고,

방법은:

제어기에 의해, 유체 회수 튜브에서 유체의 동적 유체 부피 이동을 결정하기 위하여, 유체 펌핑 기구의 작동을 모니터링하는 단계,

제어기에 의해, 밀도 센서를 사용하여 회수 튜브에 흐르는 유체의 밀도를 모니터링하는 단계,

유체 회수 튜브에서 유체의 제1 밀도 전이를 제1 밀도에서 제2 밀도로 식별하는 단계 - 제2 밀도는 제1 밀도보다 높고, 밀도 전이는 회수 튜브를 통과하는 농축된 유체의 일부 선단 에지를 나타냄 -,

제어기에 의해, 제1 밀도 전이의 감지에 기반하여, 동적 유체 체적 이동 및 밀도 센서 및 회수 밸브 조립체 간의 거리를 결정하는 단계 - 유체 회수 튜브 내 유체 흐름을 유체 포획 경로로 전환하기 위한 제1 제어 이벤트 -,

제2 밀도에서 제3 밀도로의 제2 밀도 전환을 식별하는 단계 - 제3 밀도는 제2 밀도보다 낮고, 밀도 전이는 회수 튜브를 통과하는 농축된 유체의 일부의 후단 에지를 나타냄 -,

제2 밀도 전이의 감지에 기반하여, 동적 유체 체적 이동 및 밀도 센서와 회수 밸브 조립체 간의 거리, 유체 회수 튜브 내의 흐르는 유체를 유체 포획 경로로부터 비-포획 경로로 전환하기 위한 제2 제어 이벤트를 결정하는 단계;

비-포획 경로와 유체 포획 경로 사이를 전환하기 위해 제1 제어 이벤트에 따라 밸브 액츄에이터의 작동을 제어하는 단계; 및

유체 포획 경로와 비-포획 경로 사이에서 유체 흐름을 전환하기 위해 제2 제어 이벤트에 따라 밸브 액츄에이터의 작동을 제어하는 단계를 포함한다.

방법은 펌프 작동을 제어하여 동적 유체 부피 이동을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

방법의 일 실시예에서, 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제1 제어 이벤트의 결정은 농축된 유체의 선단 에지와 밀도 센서와 밸브 조립체 간의 회수 튜브에 있는 유체의 부피를 기준으로 수집 시작 트리거 이전에 계산된 부피를 기반으로 한다. 방법의 일 실시예에서, 수집 시작 트리거는 기준점 밀도와 관련된 수집 임계치 밀도이다.

방법의 일 실시예에서, 밸브 액츄에이터 작동을 위한 제2 제어 이벤트 결정은 농축 유체의 후단 에지를 기준으로 수집 중지 트리거 이전에 계산된 부피를 기반으로 한다. 방법의 일 실시예에서, 수집 중지 트리거는 기준 밀도에 대한 희석 임계치 밀도이며, 방법은 제2 밀도 전이를 분석하고 수집 중지 트리거를 기반으로 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제2 제어 이벤트를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법의 일 실시예에서, 수집 임계치 밀도 및 희석 임계치 밀도는 튜브에서 농축액을 뒤따르는 유체에 의한 배출 생성물의 희석을 최소화하기 위해 선택된다.

방법의 일 실시예에서, 농축 챔버와 밸브 조립체 간의 유체의 부피 및 동적 유체 부피 이동에 기반하여, 제1 제어 이벤트를 결정하는 단계를 더 포함하고, 제1 제어 이벤트는, 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없는 경우, 부피에 기반하여 밸브 액츄에이터를 작동시켜 수집 경로로 전환되게 한다. 실시예는 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없는 경우 특정 포획 부피를 기반으로 제2 제어 이벤트를 결정하는 단계를 더 포함한다.

방법의 일 실시예에서, 농축기 장치는 역류 원심 분리기이고, 방법은 회수 작동 단계 이전에 유동층 역류 상태의 안정성을 유지하는 조정된 작용으로 펌핑기구의 작동 및 챔버 회전을 늦추는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 모든 측면을 포함하는 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 유체 회수 시스템의 실시예의 대표적인 블록 다이어그램이다.
도 2a는, 입자의 농축된 현탁액이 광학 센서를 통과할 때 시간 경과에 따른 유체 회수 튜브의 광 투과율 변화를 그래프로 표시하는, 광학 밀도 센서 출력 그래프의 예이다.
도 2b는 기준 판독값의 백분율로 특정된 수집 시작 및 수집 중단 임계치 트리거를 설정하기 위한 제어기 사용자 인터페이스의 예이다.
도 2c는 세포 수집을 위해 수집 챔버와 밸브 조립체 사이의 부피를 정의하는 밸브 설정을 선택하기 위한 사용자 인터페이스의 예이다.
도 2d는 농축물 밀도 기록을 나타내며, 시간 경과에 따른 회수 튜브(유체 내 농축 입자의 밀도를 나타냄) 내의 유체 투과율을 나타낸다.
도 2e는 농축 밀도 기록을 나타내며, 시간 경과에 따른 회수 튜브의 유체 투과율을 나타내어 광학 밀도 센서 기록에 대한 덩어리의 영향을 나타낸다.
도 3은 역류 원심 분리 프로세스와 관련된 기본 개념을 나타낸다.
도 4는 역류 원심 분리기와 작동 가능하게 결합된 유체 회수 시스템의 실시예의 블록도이다.
도 5a 및 5b는, 층류로 인한 슬러그에 대한 드로우 아웃(draw out) 효과를 입증하기 위해 챔버 배출구에서 튜브를 따라 다양한 거리에서 취해지고, 튜브 길이와 함께 증가하는, 동일한 부피의 입자 농축물 슬러그에 대한 광학 밀도 측정의 예를 나타낸다.
도 6a 내지 6c는, 도 6a에서 조립된 도구, 도 6b의 재사용 가능한 서브시스템, 및 도 6c의 일회용 키트를 나타내는, 유체 회수 시스템의 실시예에 통합되는 소형 역류 원심 분리기 및 관련 일회용 키트의 실시예이다.
도 7은 도 6a의 원심 분리기용 분리 챔버 장치의 예로서, 챔버 구성 및 챔버에 대한 유체 흐름 경로의 세부 사항을 나타낸다.
도 8은 도 6a 내지 6c에 나타난 유체 회수 시스템 및 밸브 조립체의 개략도이다.
도 9a 내지 9f는 분리 챔버의 팁에 형성된 유체 채널링 구조의 실시예를 도시한다.
도 10은 광학 밀도 센서의 설정예를 나타낸다.
도 11은 폴백 부피 트리거(fall-back volume trigger)가 사전 설정되어 있는 광학 밀도 부피 감지에 의해 회수 부피를 지시하는 수확 이벤트(Harvest event)의 순서도이다.

실시예는 유체에 현탁된 입자를 농축하기 위한 농축기 시스템과 함께 사용하기 위한 유체 회수 시스템 및 방법을 제공하며, 이러한 현탁액은 농축기 시스템에서 드로우된 유체 흐름에서 회수된다. 예를 들어, 유체 회수 시스템의 실시예는 농도 센서 및 농축 장치와 작동적으로 결합하도록 구성된 제어기를 포함한다. 도 1의 블록 다이어그램은, 유체에 현탁된 입자를 농축시키도록 구성되는, 농축기 장치(15)와 작동 가능하게 결합되는 제어기(10) 및 밀도 센서(20)를 포함하는, 유체 회수 시스템(5)을 나타낸다. 농축기 장치는 펌핑기구(30)와 일렬로 연결된 제1 유체 경로(42) 및 제2 유체 경로(45)를 갖는 농축 챔버(40)를 포함한다. 그러한 시스템에서, 농축 챔버로부터 농축 유체를 회수하기 위해, 유체는 유체가 제2 유체 경로(45)를 따라 농축 챔버에서 유체 회수 튜브(48)로 배출됨에 따라 제1 유체 경로(42)를 통해 농축 챔버(40)에 들어간다.

펌핑 기구(30)의 작동은 시스템을 통하여 유체가 흐르게 한다(즉, 챔버(40)를 통해, 제2 유체 경로(45) 및 회수 튜브(48)를 통해, 제1 유체 경로(42)로부터 흐르게 한다). 펌프 출력 유체 유량, 예를 들어, ml/s를 제어하기 위해 펌핑 기구가 제어될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 시스템의 다양한 세그먼트를 통과하는 유체 속도는 시스템 형상에 따라 다르며, 예를 들어, 유체는 더 넓은 챔버를 통한 유속에 비해 작은 튜브에서 더 빨리 흐른다. 역류 원심 분리기의 원뿔형 분리 챔버는 챔버 직경의 변화로 인해 챔버를 통과하는 다른 유속을 나타낸다. 시스템의 다양한 부분이 시스템 형상으로 인해 다른 유속을 가질 수 있더라도 시스템의 밀폐 된 유체 흐름 경로에서 펌프 유속은 시스템을 통해 이동하는 유체의 부피에 대응할 것이다. 펌프 속도와 그에 따른 유속의 변화는 이동하는 유체 부피의 상응하는 변화를 유발한다. 본 설명에서, 동적 유체 부피 이동이라는 용어는 유체 부피에서 이러한 변화 가능한 움직임의 순간적인 값을 지칭하기 위해 사용된다.

회수 밸브 조립체(50) 및 밸브 액츄에이터(미도시)는 2개 이상의 출력 유체 튜브 중 하나의 유체 회수 튜브(45)로부터의 유체 흐름을 전환하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 유체 배출 튜브(70)는 유체 포획 경로를 제공하고 적어도 하나의 유체 배출 튜브(60)는 비-포획 경로를 제공한다. 유체 회수 시스템이 농축 장치(15)와 작동 가능하게 결합될 때, 밀도 센서(20)는 회수 밸브 조립체(50) 이전에 회수 튜브(48)에서 유체의 밀도를 감지하도록 구성된다. 챔버 배출부(48)와 배출 밸브 조립체(50) 간에 알려진 체적의 유체(27)가 있다. 밀도 센서는 유체 회수 경로 내의 어느 곳에나 위치할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 밀도 센서는 회수 튜브를 통과하는 유체의 농축 입자 밀도의 표시를 제공한다. 유체 경로의 실제 위치는 중요하지 않다. 제어기는 광학 밀도 및 동적 유체 부피를 기반으로 회수될 농축 부피를 결정한다. 유체 회수는 임계 밀도 설정 사이의 현탁액에서 입자의 임계치 농도 감지를 기반으로 할 수 있다.

제어기(10)는 유체 회수 튜브 내의 동적 유체 이동 부피를 결정하기 위해 유체 펌핑 기구(30)의 작동을 모니터링하고 밀도 센서를 모니터링하도록 구성된다. 제어기는 밀도 센서 배출로부터 유체 회수 튜브 내의 유체의 제1 밀도 전이를 제1 밀도에서 제2 밀도로 식별하도록 구성되며, 제2 밀도는 제1 밀도보다 높고, 이러한 밀도 전이는 회수 튜브(48)를 통과하는 유체 현탁액에서 농축된 입자의 일부의 선단 에지를 나타낸다. 제어기는 또한 밀도 센서 출력으로부터 제2 밀도에서 제3 밀도로의 제2 밀도 전이를 식별하도록 구성되며, 제3 밀도는 제2 밀도보다 낮고, 이러한 밀도 전이는 회수 튜브(48)를 통과하는 농축된 유체 현탁액의 후단 에지를 나타낸다.

일 실시예에서, 밀도 센서(20)는 현탁액이 밀도 센서를 통과할 때 유체의 광 투과율의 변화를 감지하는 광학 밀도 센서일 수 있다. 도 2a의 투과율 그래프의 예에서, 광학 밀도 센서 출력의 예를 나타내고 있으며, 현탁액에서 농축된 입자의 슬러그가 광학 센서를 통과할 때 센서(81)를 통과한 유체 체적에 대한 유체 회수 튜브의 광 투과율(80) 변화 그래프를 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 슬러그 이전에 실질적으로 투명한 매체 유체에 대해 예상되는 것과 같이, 최초의 광 투과율(82)이 높다. 제1 밀도 전이(83)는 비교적 가파르며, 농축물이 밀도 센서(90)에 도달함에 따라 높은 투과율(82)에서 낮은 투과율로의 급격한 변화를 나타낸다. 제2 밀도 전이(85)는 슬러그의 후단 에지가 센서(91)를 통과할 때 발생하며, 무 입자 유체 매질의 낮은 투과율(84)에서 높은 투과율(89)로 돌아가는 전이(85)를 나타낸다. 시스템은, 제어된 동작의 시작시 관찰된 투명한 유체 투과율(82)에 대한 회수 튜브 내의 유체의 투과율에 기초하여, 농축물 감지 임계치(86) 및 농축물 통과된 임계치(88)를 식별하도록 구성될 수 있다.

동적 유체 부피와 동시에 밀도 임계치 전환 이벤트를 모니터링함으로써, 제어기는 임계치 설정에 의해 결정된 농축액을 나타내는 유체 볼륨을 결정한다.

밀도 기반 농축물 부피 감지 결정과 병행하여, 제어기(10)는, 챔버 출구와 밸브 조립체(50) 사이의 알려진 유체 부피(27)가 완성되었을 때를 결정하기 위해, 유체 회수 튜브(48)의 동적 유체 체적을 모니터링한다. 이러한 이벤트는 비-포획 경로에서 포획 경로로의 유체 흐름 전환을 트리거한다. 이때, 제어기는 밀도 센서가 결정한 부피가 전달되었는지 또는 사전에 설정된 부피 전달이 완료된 것과 같은 다른 이벤트가 있는지 확인하기 위해 동적 유체 부피 모니터링을 시작한다. 이러한 일이 발생하면, 제어기는 유체 포획 경로(70)로부터 비-포획 경로(60)로 유체 경로를 전환한다.

유체 회수 시스템 및 방법의 실시예는 농축 챔버로부터 회수되는 유체 스트림에서 농축 입자 현탁액의 선단 및 후단 에지를 감지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 밀도 센서(20)는 광학 밀도 센서이다. 광학 밀도 센서는, 예를 들어, 도 2a에 도시된 것처럼 회수 튜브에 흐르는 유체의 광 투과율을 측정한다. 회수 튜브를 통해 흐르는 유체는 전형적으로 매체 유체 내에 현탁된 입자의 농축에 선행하고 후행하는 입자가 거의 없는 매체 유체일 것이다. 예를 들어, 입자의 유동층은 현탁된 "슬러그" 전방과 현탁된 "슬러그" 후방의 튜브를 통해 흐르는, 실질적으로 입자가 없는 매체 유체와 비교하여 상대적으로 높은 농도로 부유된 입자의 "슬러그"로서 분리 챔버로부터 매체의 흐름에 의해 회수 튜브를 통해 드로우될 수 있다. 매체 유체에 현탁된 입자 농도의 광 투과율은 매체 유체 단독 또는 상대적으로 낮은 농도의 입자와는 다를 것으로 예상된다. 예를 들어, 광 투과율은 실질적으로 입자가 없는 선행 및 후속 매체 유체를 통하는 것 보다 높은 입자 농축 현탁액을 통과하는것이 낮다. 광 투과율은 불투명도 또는 투과율이라고도 한다. 유동층에 부유하는 입자의 농도는 일반적으로 주변 유체보다 더 불투명하게 보일 것이다.

제1 밀도 전이(83)는 광학 센서에 의해 감지된 광 투과율의 변화로부터 식별 될 수 있다. 예들 들어, 이는 회수 튜브를 통해 흐르는 유체의 광 투과율이 감소된 것일 수 있다.

살아있는 세포 프로토콜이 산출물에서 표적 세포 농도(cells/ml)를 찾는 것은 일반적이다. 세포가 희귀하고 귀중하여 세포를 회수하는 것이 특히 중요한 경우, 추가 농축 단계가 아닌 목표 최종 형성 부피로 희석될 수 있도록 가장 작은 실제 부피를 가질 수 있다.

농축 챔버가 세포로 가득 차 있을 것 같지 않다는 것도 이해해야 한다. 서로 다른 프로토콜 및 배치는 서로 다른 세포 집단을 유발하므로 회수하는 데 서로 다른 부피가 필요하다. 일 실시예에서, 역류 원심 분리 장치에 배치된 세포는 점진적으로 유동층을 구축하는 팁에서 농축 챔버에 축적된다. 이를 통해 사용 가능한 세포를 농축액 슬러그로 회수할 수 있다. 작동 조건과 현탁액 매체가 일치하는 경우, 농축 슬러그의 부피는 농축된 세포의 수를 나타낸다.

본 유체 회수 시스템의 실시예는 유체 회수 경로에 밀도 센서를 포함한다. 일 실시예에서, 이는 유체 회수 경로를 형성하는 일회용 튜브를 통해 광 투과율을 관찰하는 광학 센서이다.

또다른 실시예에서, 밀도의 변화는 색상의 변화로 감지될 수 있다. 또다른 실시예에서, 밀도의 변화는 특정 광자 파장에서 흡수의 변화로 감지될 수 있다. 또다른 실시예에서, 밀도의 변화는 유체를 통한 주파수 스펙트럼 투과율의 변화로 감지될 수 있다. 또다른 실시예에서, 밀도 센서(20)는 유체 현탁액에 집중된 상자성 입자를 감지하도록 구성된 자기 감수성 센서일 수있다. 또다른 실시예에서, 밀도는 입자에서 배출되는 광자의 강도로 관찰될 수 있다.

광투과율 실시예에서, 도 2a에 도시된 같이, 세포 농축물 "슬러그"가 최초로 광학 밀도 센서를 지나갈 때 광학 투과율이 빠르게 떨어진다. 마지막 농축 슬러그가 챔버에서 센서를 지나 이동함에 따라, 센서 앞에 있는 감소하는 세포 농도에 비례하여 센서가 관찰한 투과율의 회복이 있으며, 본원에서는 슬러그의 후단 에지(85)라고 한다.

일 실시예에서, 제어기는 농축 챔버 출구(48)와 밸브 조립체(50) 사이의 고정된 부피에 대한 지식을 사용한다. 대안적인 실시예에서, 제어기는 밸브 조립체로부터 고정된 거리에 있는 밀도 센서의 위치에 대한 지식을 사용하여 광학 센서와 밸브 조립체 간의 튜브의 부피를 알 수 있다. 이러한 고정 부피는 미리 결정될 수 있거나 또는 알려진 장비 형상(센서와 밸브 사이의 거리) 및 상이한 튜브가 이용될 수 있는 튜브 사양에 기반하는 튜브 내경을 기반으로 시스템 제어기에 의해 계산될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 튜브를 포함하는 일회용 키트 부품을 정의(예: 선택 목록 또는 메뉴에서 일회용 부품 키트를 선택)하기 위해 컨트롤러 데이터에 입력할 수 있고, 대응하는 튜브 사양은 제어기에서 부피를 계산하는 데 사용될 수 있다.

펌프 동작의 모니터링을 통하는 동적 유체 부피 이동의 상관 관계 및 제1 및 제2 밀도 전이의 감지을 통하여, 제어기는 센서를 가로지르는 농축액의 양을 결정할 수 있다.

펌프 동작의 모니터링을 통한 동적 유체 부피 이동의 상관 관계 및 농축 분리 챔버 출구(48) 및 밸브 조립체(50) 간의 유체 부피에 대한 지식을 통하여, (도 4에 도면부호 250으로 표시됨,) 제어기(10)는 밸브 조립체가 비-포획 경로(60)로부터 유체 포획 경로(75)로 유동을 전달하도록 작동하는 지점을 조정할 수 있다.

제1 임계치(90)가 발생하는 동적 유체 부피는 일반적으로 매우 예측 가능하다. 이를 통해, 밀도 기반 센서 이벤트와 독립적으로, 제1 제어 이벤트가 수행될 수 있다.

제어 설계의 추가 실시예는 농축물이 최대화되도록 관찰된 동적 유체 부피에 의해 전달 밸브의 개방을 조정하는 것이다. 센서와 원뿔의 팁 사이의 부피에 대한 지식을 적용하여(도 4의 도면부호 260), 이벤트(90)(도 2a)가 발생하는 동적 유체 부피는 제1 제어 이벤트를 지시할 수 있다. 이러한 수단과 농축물 밀도 프로파일의 추가 분석을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어는 최대 농축물 생성물이 전달 밸브에 제공될 때 발생하도록 제1 제어 이벤트를 지시할 수 있다.

목표 전달물 부피는 밀도 모니터링 도구에 의해 결정되고, 사용자 정의된 사전 설정과 같은, 제어 내에서 대안적인 정의 수단을 통해서 결정되거나, 또는 선행 프로세스 작업으로부터의 저장된 정보를 통해서 결정된다.

펌핑 동작 및 전달되어야 할 목표 부피에 대한 모니터링을 통하는 동적 유체 부피 이동의 상관 관계를 통해, 제어기는 밸브 조립체(50)가 유체 포획 경로(75)로부터 유체 비-포획 경로(60)로 작동할 지점을 조정할 수 있다. 예를 들어, 밸브 작동은 밸브에 도착하는 슬러그와 함께 조정되어 유체를 선행하고 후행하여 희석을 최소화 할 수 있다. 밀도 전이 감지를 구동하는 임계치를 조정하면 후행 입자 비용으로 최대 입자 농도 회수가 가능하다. 후행 임계치의 대안적인 조정은 후행 입자를 포함하여 입자 손실을 최소화하도록 설정될 수 있다.

유체 회수 시스템의 실시예는 유체에 현탁된 농축 입자를 회수하기 위한 임의의 농축 장치와 함께 사용될 수 있다. 실시예는 작은 부피의 농축 장치와 함께 사용하기에 특히 유리할 수 있다. 예를 들어, 현탁액에 대한 일부 의료 기술적인 회수 부피는 5ml 미만일 수 있다. 일부 세포 치료 적용예는 회수할 세포가 매우 적을 경우 1ml 미만의 원하는 회수 부피를 가질 수 있다.

모든 세포 농축 단계의 하나의 가치 기준은 세포가 얼마나 작은 부피에서 회수될 수 있는지이다. 따라서, 농축물 회수 프로세스의 목적은 농축물 회수 밸브를 통해 표적 세포를 포함하는 유체의 부피만 전달하는 것이다.

농축 챔버를 배출구 밸브에 연결하는 튜브의 물리적 부피를 기준으로, 제어기는 밸브 조립체에서 농축액의 선단 에지(83)로의 도착 및 유체 흐름을 회수 경로로 전환하기 위해 밸브를 작동해야 할 때를 예측할 수 있다.

세포 현탁액의 회수를 중단하기 위해 밸브 조립체를 작동시키는 제2 이벤트는 미리 지정된, 고정 부피 전달, 또는 밀도 전이 모니터링을 통해 결정된 부피를 기반으로 할 수 있다. 밀도 전이로부터 결정된 부피는 제1 이벤트가 발생할 때 완전히 정의되지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 제1 밀도 임계치 이벤트가 식별되었음의 인식은 "폴백(fall-back)" 부피 사전 설정이 아닌 밀도 기반 부피 제어를 사용하도록 제어 시스템에 지시하는 데 사용될 수 있다.

밸브가 이미 유체 포획 경로(70)로 배출물을 전달하기 시작했다고 하더라도, 밀도 기반 부피를 정의하는 제2 밀도 전이도 동적으로 결정될 수 있다.

일부 세포 생성물은 배양 중에 응집되어 분리 챔버(40)에서 정상 세포 현탁액과 함께 축적될 수 있는 물질의 "덩어리"를 생성하는 경향이 있다. 농축물 회수 동작이 발생하면, 유동화된 입자층 뒤에 덩어리가 뒤따르는 것이 일반적이다. 이는 밀도 센서에 의해 도 2e에 설명된대로 주요 이벤트 이후의 추가적인 낮은 투과율 이벤트로 관찰된다. 제어기(10)가 목표 부피가 전달되었다고 결정하기 전에 이러한 이벤트가 발생하면, 이러한 원료가 배출 원료로 손실되지 않도록 전달량이 증가할 수 있다. 도 2b에 도시된 사용자 정의 설정 "포획 덩어리 활성화(Enable Capture Clumps)"는 그러한 로직이 제어기(10)에 도입될 수 있는 맥락을 설명한다.

입자 현탁액 농축물의 후단이 센서(20)를 통과할 때, 그리고 임계치 설정이 범위 이내일 때, 제어기(10)는 농축물의 부피를 결정하기 위해 제2 밀도 전이를 기록할 것이다. 제어기(10)에 의한 펌프(30)의 조정을 통해, 농축액 부피가 유체 포획 경로(70)로 포획된 유체(75)로 전달되었을 경우, 밸브 제어기(50)는 유체 포획 경로(70)에서 비-포획 경로(60)로 유체 흐름을 재지정한다. 이러한 방식으로, 포획 된 유체(75)는 센서에 의해 관찰된 농축물의 부피를 나타낸다.

제어기(10)가 알려진 유체 부피(27)의 전달을 통해 밸브 조립체(50)를 전달하는 지점에 있지만 밀도 센서가 제1 전이를 감지하지 않은 경우, 입자 농축물의 임계치가 제1 밀도 전이를 인식하기에 충분하지 않음을 나타내며, 제어기(10)는 포획된 유체에 대해 미리 설정된 최소 부피의 사용을 포함하는 대안적인 조치를 취할 수 있다.

또다른 제어 시나리오에서, 농축액 회수 이벤트를 위해 포획된 유체 부피가 미리 설정될 수 있으며, 밀도 센서에 의해 감지된 농축액 부피는 기록되고 목표 포획 유체 입자 농도를 달성하기 위한 후속 희석 단계를 지시하는 데 사용될 수 있다. 또다른 실시예에서, 희석 단계는, 감지된 농축 부피를 기반으로 제어기(10)가 관리하는 알고리즘에 대한 응답으로, 유체 포획 경로(70)에서 비-포획 경로(60)로의 전환을 지연시킴으로써 하나의 입자 회수 단계에 통합될 수 있다.

유체가 세포 손상을 최소화하기 위해 저 전단 유체 취급(low shear fluid handling)에 필요함에 따라, 유체는 일반적으로 층류 유체 흐름 체제에 따라 농축물 분리 챔버(40)로부터 드로우될 것임을 이해해야 한다. 그러나, 층류 하에서 튜브를 통해 흐르는 생성물에는 튜브의 중심에서 흐르는 유체에 비해 튜브 표면에서 유체의 흐름을 지연시키는 튜브 벽 경계층 거동(tube wall boundary layer behaviour)이 일어난다. 이로 인해 세포 농축액의 "슬러그"가 진행됨에 따라 튜브 벽을 따라 드로우되어 후단 에지에서 체계적으로 희석된다. 도 5a 및 5b는, 층류에 의해 유발된 슬러그에 대한 드로우 효과를 나타내기 위해, 슬러그 투입으로부터 튜브를 따라 상이한 거리에서 취해진 동일한 부피의 슬러그에 대한 광학 밀도 측정의 예, 및 드로우 효과가 튜브 길이에 따라 어떻게 진행되는가를 나타낸다. 관찰되는 바와 같이, 도 5a에서 슬러그의 후단 에지를 나타내는 밀도 전이(510)는 도 5b의 대응하는 밀도 전이(520) 보다 더 가파르다. 이는 슬러그의 후단 에지가 더 많이 드로우되어 도 5b에서 보다 더 긴 튜브를 통과할 때 보다 더 희석된다는 것을 나타낸다.

밸브 조립체와 관련된 후단 에지의 도착을 관찰할 수 있는 기능은 슬러그의 희석된 후단이 얼마나 많이 회수되는지 제어될 수 있게 한다. 예를 들어, 최소 희석이 필요한 상황에서, 회수 밸브를 차단하는 제2 이벤트는 후단 에지가 밸브에 도달하기 전에 발생하도록 조정될 수 있다. 또다른 예에서, 제2 이벤트는 후단 에지에서 선택된 희석 임계치와 조정될 수 있으며, 희석 최소화와 입자 회수 최대화 사이의 절충안을 제공한다.

프로세스 튜빙(tubing)을 통하여 입자 농축물의 이동으로 인한 체계적인 손실 인식은 도 6a 내지 6c의 실시예의 디자인에 관한 것이며, 농축 챔버 출구에서 밸브 조립체까지의 경로가 매우 짧은, 도 8에 강조되었다. 농축액에서 드로우됨으로 인해 잠재적인 희석을 줄이기 위해 이러한 경로를 가능한 한 짧게 하는 것이 바람직하다.

농축의 시작과 종료를 감지하는 임계치가 회수 목표에 따라 조정될 수 있는,제어 인터페이스의 일 실시예가 도 2b에 도시되어 있다. 임계치는 농축액이 센서에 도달하기 전에 분리 챔버로부터의 흐름이 시작될 때 포획된 기준 센서 판독을 기반으로 한다. 회수 목표가 최대 세포수를 회수하는 것이라면, 수집 시작 트리거는 선단 에지의 시작에서 유체를 포착하도록 설정될 수 있고, 참조 판독의 90%라고 하며, 후단 에지에서의 종료 트리거는 98%라고 한다. 회수 목표가 희석을 최소화하는 것이라면, 복구 시작 트리거는 선단 에지의 단부일 수 있으며, 참조 판독의 30%라고 할 수 있고, 후단 에지의 시작인 종료 트리거는 50%라고 할 수 있다(후단 에지에서 매체 유체에 의해 희석 전에 차단됨).

상대적인 농도는 감지된 유체 밀도와 관련이 있으며, 광학 밀도 센서의 경우 투과율이 관련된다는 것을 이해해야 한다. 수집 시작 및 종료 트리거는 유체 현탁액의 입자 밀도를 기반으로 한다.

수집 시작 트리거는 감지된 최대 밀도에 대한 수집 임계치 밀도일 수 있다. 이러한 실시예에서, 제어기는 농축 유체의 최대 밀도를 결정하고 수집 임계 밀도에 기초하여 밸브 액츄에이터의 작동을 위한 제1 제어 이벤트를 결정하기 위해 제1 밀도 전이를 분석하도록 구성된다.

수집 시작 및 종료 트리거 설정을 위한 사용자 인터페이스의 예는 도 2b에 도시되어 있다. 도 2c는 유체 회수를 위해 작동할 밸브 조립체의 밸브를 선택하기 위해 밸브 조립체를 설정하는 예를 나타낸다.

수집 임계치 밀도 및 희석 임계치 밀도는 농축물 이전의 유체에 의한 배출 생성물의 희석을 최소화하기 위해 선택될 수 있다. 이러한 이벤트의 타이밍은 챔버에서 센서까지의 부피 거리로 예상할 수 있지만, 일부 환경에서 제어기가 광학 센서가 체적 결정에 의해 무시되어야 한다고 결론을 내리는 세포가 너무 적기 때문에, 선단 에지를 감지하는 것이 중요하다. 일부 사용 시나리오에서, 수집된 세포 또는 입자의 농도가 너무 낮아 현탁액의 선단 에지를 명확하게 식별하기 어렵거나 불가능할 수 있다. 그러한 경우, 밀도 센서 기반 수집을 재정의하는 기구를 갖는 것이 바람직하다. 이는 회수 단계의 시작에서 농축 챔버와 회수 밸브 조립체 간의 시스템 내에 알려진 부피의 유체가 있다는 사실에 기반한 부피 트리거가 될 수 있다. 이러한 경우, 제어기는 농축 챔버와 밸브 조립체 간의 유체 체적 및 동적 유체 체적 이동에 기반하여 제1 제어 이벤트를 결정할 수 있으며, 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없는 경우 부피에 기반하여 밸브 액츄에이터의 작동이 수집 경로로 전환되도록 한다. 포획 차단은 포획을 시작한 후 지정된 부피를 차단하는 부피 트리거일 수도 있다. 부피 회수는 예상되는 세포 회수와 농축 챔버 형상을 기반으로 하는 예상 유동층 크기를 기반으로 설정될 수 있다. 부피 회수는 회수를 최대화하면서 희석을 최소화하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 회수액 부피는 0.5 내지 2ml일 수 있으며, 이러한 값은 실시예에 따라 이러한 범위보다 많거나 적을 수 있다.

제어기는 펌프 보정 데이터를 사용하여 수집 트리거에 대한 응답으로 출력 밸브 액츄에이터를 언제 열고 닫을지 결정한다. 밸브 작동은 센서 임계치가 감지될 때 사전 설정 펌프 위치 레지스터를 통해 센서를 통과하는 농축액의 이동과 중복될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 펌프는 연동 펌프이다. 연동 펌프의 회전 위치를 모니터링하여 동적 유체 부피 이동을 결정할 수 있다. 펌프의 회전 위치를 제어하면 동적 유체 이동을 정밀하게 제어할 수 있다. 제어기는 밸브 작동으로 펌프 작동/이동을 조정할 수 있다.

이러한 전략은 2ml의 보수적인 추정치로 0.5ml의 부피로 세포 농축액을 전달할 수 있다. 프로세스를 관리하는 데 세포 농축액의 부피가 필요하지 않다. 필요한 경우 세포 농축액의 최종 전달 부피를 목표 부피로 증가시킬 수 있다. 슬러그 도착시 광학 밀도 센서를 트리거할 세포가 충분하지 않은 경우, 제어 장치는 챔버에서 센서까지의 부피 거리를 이해하여 이러한 오류를 감지한다. 이후에, 알고리즘은 기본적으로 부피 전달 전략을 사용한다.

유체 회수 시스템의 실시예는 유체에 현탁된 농축된 입자 집단을 회수하도록 구성된 임의의 시스템과 함께 사용될 수 있다. 유체 회수 시스템 및 방법의 실시예는 역류(역류라고도 함) 원심 분리기 형태의 농축기 장치와 조합하여 특히 유리할 수 있다.

도 3은 역류 원심 분리 프로세스와 관련된 기본 개념을 도시한다. 이는 세포를 포함하고 유체에 현탁된 투입 유체로부터 세포 집단을 분리하는 맥락에서 논의 될 것이다. 프로세스의 제1 단계에서, 현탁 세포가 있는 투입 유체는 분리 챔버(310)에 로드되고 챔버 세트는 축(350)을 중심으로 회전하며, 회전하는 동안 챔버의 팁이 축을 중심으로 하는 원형 경로를 따라가도록, 챔버는 축에 수직으로 배향되어, 원심 가속도가 생성된다. 원심 가속에 대응하기 위해, 유체(342)는 최외각 팁(340)을 위한 챔버로 펌핑되며, 이러한 유체는 초기 로딩에 사용되는 세포 현탁액이 될 수 있으며, 그에 따라 세포가 챔버로 계속 도입된다. 대안적으로, 챔버(310)에는 매체 용액(현탁 상태에 있는 세포가 없음)이 적재될 수 있고 회전 후 도입된 세포가 시작되었다. 원심 가속은 침전 방향과 반대 방향으로 유체 흐름(342)을 추가하여 세포가 챔버(310)의 외부 단부를 향해 침전되게 하고, 세포는 헌탁 상태로 유지될 수 있다. 챔버는 로컬 유체 속도(344)가 각각의 반경에서 원심 가속도(346)와 일치하도록 형성되어 작업 구역(345)을 생성한다. 정확한 유속, 유체 매체, 및 원심 분리 속도로, 세포는 작업 구역(345)에 축적되고 그 구역에서 안정적인 유동층을 형성한다. 구역에 들어가는 세포는 유동층(345)을 형성하고 유동층(345)에 결합될 것이다. 세포가 역류 유체 흐름에 의해 챔버로 도입됨에 따라, 이들 세포는 유체 흐름과 원심 가속의 결합된 작용에 의해 챔버로 들어갈 때 완전히 침전된 지점에 효과적으로 침전되어, 이러한 프로세스를 사용하는 최소의 "침전 시간(settling time)"이 있을 것임을 이해해야 한다.

유체는 이러한 유체로부터 침전되고 유동층에 축적되는 세포와 함께 챔버(310)를 통해 연속적으로 흐르고 있으며, 따라서 챔버(330)의 내부 단부에서, 유체에는 세포가 실질적으로 없어야 하며, 배출구는 이러한 정화된 유체(348)가 챔버(310)를 떠날 수 있도록 한다. 세포가 유동층에 축적되면, 회수 단계는 유체 흐름 방향(342)이 역전되는 농축물로서 세포를 회수하기 위해 사용된다. 유동화된 세포층은 유체 투입에 사용된 것과 동일한 유체 채널을 통해 원뿔의 팁(340)을 향해 이동하고 원뿔 밖으로 드로우된다. 역류 원심 분리는 챔버의 조건에 대한 반응으로 인해 서로 다른 세포 집단을 분리하는 데 사용될 수도 있다. 유동층이 형성된 역 류량을 증가시키면 초기에 층이 확장되고 각각의 세포 사이에 보다 많은 세포 간 공간이 생기고 층이 원뿔 위로 확장된다. 보다 작거나 "거친" 외부 토폴로지(topologies)를 가진 일부 세포는 침전 속도가 다르기 때문에 세포가 유동층에서 불안정하고 원뿔의 내부로부터 배출된다. 이러한 방식으로 챔버에서 세포를 세척하는 것은 세포 집단의 차등 선택을 위한 잘 알려진 프로토콜인 용리로 설명된다.

역류 원심 분리 기술을 사용하면 ml 당 1 x 10⁸ 개의 세포를 초과하는 농도에서 살아있는 세포의 희석된 현탁액을 유동층으로 포획할 수 있다. 이러한 상태에서, 세포는 용리, 매체 교환, 및 세척에 의한 세포 선택을 포함하는 다양한 전략으로 처리될 수 있다.

설명된 유체 회수 시스템 및 방법은 역류 원심 분리 시스템과 함께 사용하여 표준 원심 분리에 의해 생성되는 펠릿이 아닌 현탁액으로 고농도의 세포를 전달하는 세포 회수 프로세스를 제공할 수 있다.

도 4는 역류 원심 분리기에서 농축 입자의 현탁액 회수를 나타내는 블록 다이어그램이다. 블록 다이어그램은 현탁액에 있는 세포의 유동층의 미지의 부피(210)를 갖는 원추형 농축 챔버(240)를 나타낸다. 세포가 회수될 준비가 되면, 유동층을 지지하는 역류를 생성하는 펌프(230)는 반전되어 농축된 세포 생성물을, 기구의 밸브(270, 280)를 통해 임의의 대상 출력 용기로 리디렉션될 수 있는, 회수 경로(245)를 통해 원뿔(240) 밖으로 드로우한다. 유체 흐름 방향의 변화로 인해, 유동층을 형성하는 세포의 현탁액은 세포가 실질적으로 없는 유체가 선행하고 세포가 실질적으로 없는 유체가 후행하는 원뿔의 팁에서 드로우될 것이라는 것을 이해해야 한다. 최초에 밸브(280)는 폐쇄되고, 밸브(270)는 개방되어 매체 유체가 폐기물 또는 재활용 경로로 향하게 된다. 개방 밸브(280) 및 폐쇄 밸브(270)는 유체를 포획 용기(290)로 향하게 할 것이다.

외부 용기(290)로의 농축물로서 유동화된 세포층의 회수는 역류 펌프(230)를 반전시킴으로써 개시된다. 유동층은 즉시 원뿔(240)의 팁으로 구동되고, 챔버로부터의 유체의 지속적인 드로우는 세포가 유동화된 상태를 유지하고 회수 튜브를 통해 회수 밸브(280)로 드로우될 수 있게 한다.

유동층 농축의 한계는 궁극적으로 회수 단계에서 유체 경로의 차단을 방지하는 것이다. 유동층의 밀도는 회수 단계 전에 역류 펌프에 의해 조정되어 현탁액 농축물의 최적화가 가능하다. 역류 원심 분리기 프로세싱 속도는 역류 펌프 속도와 결합된 원심 분리기 속도로 정의된다. 세포 손상 위험을 최소화하기 위해 회수 단계 전에 조정된 조치로 처리 속도를 늦출 수 있다. 이러한 조정된 감속에는 원심 분리기 속도 및 역류 펌프 속도의 제어된 감속이 포함된다. 따라서, 펌프 속도[ml/분]을 원심 분리 속도로 나눈 비율(G 단위)은 일정하다(참고로 G는 원심 분리기 RPM의 제곱에 비례).

펌프는 유체가 저 전단 유체 취급에 필요한 층류 체제에 있도록 작동하여 세포 생존성을 향상시킨다. 층류 하에서 튜브를 통해 흐르는 모든 생성물은 튜브의 중심에서 흐르는 유체에 대해 튜브 표면에서 유체를 지연시키는 튜브 벽 경계층 동작을 겪는다. 그 결과 세포 농축액의 "슬러그"가 진행됨에 따라 세포 농축액이 튜브 벽을 따라 드로우된다. 이러한 드로우 아웃(draw out) 효과는 분리 챔버에서 "슬러그"의 출현과 포획 용기로의 전달 지점 사이의 가능한 가장 짧은 거리를 가짐으로써 최소화될 수 있다. 설명된 기구 및 키트 설계의 실시예는 농축물 회수를 위해 특별히 배치된 원뿔 팁과 밸브 사이의 가장 짧은 실제 유동 거리를 달성하도록 특별히 구성되었다.

제어기는 슬러그의 선단 및 후단 에지를 감지하기 위해 광학 밀도 센서를 모니터링하도록 구성된다. 제어기는, 슬러그의 선단이 밸브(280)에 접근함에 따라 회수를 시작하고 회수 밸브(280)를 통해 회수 용기(290)로 유체 흐름을 허용하도록 밸브(270, 280)의 작동을 트리거함으로써, 전술한 대로 농축물 포획을 제어한다. 또한, 후단 에지(또는 후단 에지의 임계 희석)가 회수 밸브를 통과할 때, 회수 밸브 폐쇄를 트리거하는 제어기에 의해 슬러그의 후단 에지의 감지에 기초하여 회수를 종료한다.

역류 원심 분리기의 경우 입자는 일반적으로 알 수 없는 부피를 갖는 유동층에 축적된다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 이러한 유체 회수 방법을 사용하여 회수된 농축액의 부피는 제어기에 의해 계산될 수 있다. 제어기의 실시예는 회수된 현탁액 부피 및 입자 밀도 추정에 기초하여 회수된 농축물에 대한 입자 수를 결정하도록 더 구성될 수 있다.

입자를 포함하는 치료 제품의 형태는 일반적으로 매체의 조합에서 입자의 제어된 농도를 생성하는 것을 기반으로 한다. 따라서 형성 단계에서는 입자가 혼합 될 유체 시약의 부피를 지시하기 위해 입자 수를 결정해야 한다. 시약이, 예를 들어, 입자 배양 전과 같은, 다른 프로세스 지점에서 입자와 상호 작용하는 프로세스에서는 유사한 작업이 일반적이다.

따라서, 현탁액의 입자 수를 이해해야 하는 필요성은 프로세스의 다음 단계를 지시하는 데 필요하기 때문에 입자 기반 치료제에 대해 수행되는 일반적인 품질 관리 측정이다. 이러한 입자 수는 일반적으로 알려진 총 부피의 희석된 현탁액의 작은 샘플을 취하고 작은 샘플의 입자를 결정하는 데 사용되는 기구 또는 수동 광학 방법을 사용하여 달성된다. 총 현탁액 부피의 입자 수는 작은 샘플 수를 기반으로 외삽(extrapolated)된다. 문제는 이러한 샘플링 및 입자 카운트 작업을 진행하기 전에 해당 정보를 획득할 때까지 초기 프로세스를 기다려야 한다는 것이다. 또한, 이러한 입자 카운트 방법은 측정 결정의 변동에 기여하는 많은 영향을 받아 +/-20% 범위의 카운트 변동이 발생한다. 동일한 생성물 및 프로세스 환경의 검증 데이터의 축적과 결합된 밀도 센서에 의한 전체 입자 집단의 간접 관찰은 프로세스 중 샘플링 없이 프로세스를 완료할 수 있는 충분한 신뢰도를 제공할 수 있다.

역류 원심 분리 프로세스에서, 회전 챔버에서 생성된 입자의 유동층은 입자의 속성(입자를 지지하는 유체 매체 내에서 스토크 침전 거동에 영향을 미치는 공칭 외부 치수 또는 직경, 벌크 밀도 및 외부 표면 형태)에 의해 특성화된다. 유체 매체 속성에는 밀도 및 점도(양쪽 모두 온도에 민감함) 및 요변성(thixotropy), 또는 점도의 전단 민감도(shear sensitivity)와 같은 2차 특성이 포함된다. 이러한 상호작용의 복잡성에도 불구하고, 대체로 일관된 투입 재료 및 작동 조건으로 프로세스를 복제하는 것은 단위 부피당 입자 수로 측정할 때 유동층에서 일관된 입자 밀도를 가져오는 일관된 유동층 거동을 제공한다(예를 들어, ml당 입자). 현탁액에있는 입자의 밀도는 일관된 투입 재료와 작동 조건을 사용하여 처리된 개별 배치(Batch) 간에 실질적으로 유사할 것이지만, 유동화의 부피는 입자 수의 변화를 반영하여 배치간에 크게 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다.

이러한 경우, 유체 회수 프로세스의 실시예는 입자 수 추정을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제어기는 또한 회수된 농축액 부피를 기반으로 입자 수를 결정하고 입자 특성 및 작동 파라미터를 기반으로 농축액에 대한 입자 밀도 추정을 결정하도록 구성된다. 입자 밀도 추정은 경험적 데이터, 예를 들어, 현재 처리 배치와 관련된 투입 재료 및 작동 조건을 갖는 이전 배치를 처리한 과거 데이터를 기반으로 할 수 있다. 예를 들어, 이러한 데이터는 외부에 축적되어 수행되는 특정 프로세스에 대한 프로세스 절차 데이터 및 파라미터와 함께 제어기에 입력될 수 있다. 대안적으로, 제어기는 프로세스 실행을 모니터링하고 실행된 각각의 프로세스에 대한 입자 밀도(예: 밀도 센서 출력, 입자 수 추정 또는 검증된 입자 수 데이터)를 특성화하는 데이터를 캡처하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제어기는 현재 처리 이벤트와의 조회 및 비교를 위해 데이터베이스 또는 기타 데이터 저장소에 이러한 데이터를 저장하여 하나 이상의 상관 관계가 있는 이전/이력 처리 이벤트를 식별하고 입자 밀도 추정에 사용할 현탁액 특성을 검색할 수 있다.

회수된 농축액 부피는 농축 선단 및 후단 에지의 감지와 제1 및 제2 제어 이벤트를 기반으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 슬러그의 선단 에지와 후단 에지의 식별과 유체 동적 부피를 통해 슬러그의 부피를 결정할 수 있다. 그러나, 제1 제어 이벤트 및 제2 제어 이벤트에 대하여 트리거가 각각의 유체 수집을 시작 및 중지하는 것은 세포 수확 이벤트에 대한 사용자 정의 설정에 따라 슬러그의 전단 및 후단 에지를 기준으로 어느 지점에서나 설정할 수 있다. 예를 들어, 슬러그의 선단 에지가 모든 선단 에지를 포획하기 위해 수집 밸브에 도달하면 수집이 시작될 수 있지만 슬러그의 후단 에지에서 약 50% 희석 후 수집이 중지된다. 슬러그의 크기와 슬러그의 상대적 시작 및 중지 수집 지점 결정에 기반하여, 현탁액의 부피를 정확하게 예측할 수 있고, 슬러그의 추정된 밀도를 곱하여 세포 수 추정(추정 세포 수라고도 함)이 제공될 수 있다. 현탁액 내의 회수된 부피는 제어기에 의해 결정될 수 있으므로, 제어기는 예상 입자 밀도를 사용하여 부피에 대한 입자 수를 자동으로 계산할 수 있다.

일 실시예에서, 제어기는 복수의 이력 프로세스 정보 데이터 세트의 데이터 저장소에 액세스하도록 구성된다. 각각의 데이터 세트는 입자 특성 데이터, 작동 파라미터 데이터, 및 공정에 대한 배출 입자 밀도를 포함하고, 입자 특성 및 작동 조건에 대한 하나 이상의 상관 관계 이력 프로세스 정보 데이터 세트를 식별한다. 제어기는 식별된 과거 처리 데이터 세트에서 입자 밀도 추정치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 입자 밀도 추정치는 작동 조건 및 입력에서 가장 가까운 상관 관계를 갖는 과거 처리 이벤트에 대해 조회된 입자 밀도값일 수 있다. 또다른 실시예에서, 입자 밀도 추정치는 과거 프로세스와 관련된 복수의 클로즈(closes) 입자 밀도의 평균으로 계산될 수 있다.

또다른 실시예에서, 과거 데이터에는 광학 밀도 센서 측정 데이터가 포함될 수 있고, 입자 밀도 추정은 현재 현탁액 밀도 데이터와 과거의 현탁액 밀도 데이터 간의 비교에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 참조를 위해 저장된 이력 데이터에는 처리 중에 캡처된 데이터와 확인된 후처리(예를 들어, 처리 후 검증된 실제 입자 밀도 데이터를 포함)가 포함될 수 있다. 시간이 지남에 따라, 과거 데이터의 본문이 누적되어 점진적으로 보다 정확한 추정 방법이 가능하다는 것을 이해해야 한다.

일 실시예에서, 각각의 과거 데이터 세트에는 적어도 결정된 입자 밀도가 포함되고, 제어기는, 현재 처리와 식별된 기록 처리 데이터 세트 간의 상관 관계를 확인하기 위해, 밀도 센서 출력을 식별된 이력 처리 데이터와 비교하도록 구성된다. 이는 또한 이력 데이터와 실제 이력 증거를 기반으로 한 추정치 간의 상관 관계에 대한 타당성 지표로 사용되는 선택적 단계일 수 있다. 예를 들어, 과거 기록이 프로세스 파라미터, 입력, 및 작동 조건을 기반으로 현재 프로세스와 상호 연관되는 경우, 과거에 기록된 데이터와 현재 측정의 광학 밀도 특성이 비교될 수 있다. 광학적 특성의 불일치는 처리 오류를 나타내거나 입자 밀도 추정에 잘못된 상관 관계 또는 가정이 사용되어 추가 조사에 대한 경고를 트리거할 수 있다. 따라서, 자동화된 프로세스는 어느 정도 자체 검증을 위해 구성될 수 있다.

실시예는 유동층에 현탁된 입자 농축물을 관찰하고 유동층의 부피를 측정하여 총 입자 수를 추정하는 것을 기반으로 입자 수 추정을 자동화할 수 있다. 외부 입자 카운트 수단과 상관 관계가 있는 프로세스의 반복 실행에 대한 이러한 조치의 추정은 외부 카운트 방법에 의해 달성된 것과 비슷하고 작업자 개입 없이 프로세스 진행에 충분한 입자 계수 프로세스 기능을 제공할 수 있다.

비교 가능한 프로세스의 예에는 다음이 포함될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다:

ㆍ동일한 프로세스 및 작동 조건을 사용하여 복수의 작은 배치로 처리되는, 하나의 배치의 투입 재료

ㆍ투입 재료 및 입자가 매우 일관된 것으로 알려진 복수의 배치 처리(즉, 서로 다른 개체 간의 세포 크기 또는 모양의 낮은 가변성, 일관된 입자 특성을 생성하는 화학 프로세스)

선택적인 입자 수 추정을 포함하는 역류 원심 분리 입자(예: 세포) 수확 이벤트의 예가 도 11에 도시된다. 원추형 분리 챔버 내의 유동층에 현탁된 입자를 축적하기 위한 처리 후, 흐름 방향이 반전되어 수확(1000)이 시작된다. 수확이 시작되면 즉시, 회수 밸브(1025)가 개방되여 회수 튜브(48)로부터의 유체 흐름이 유체 포획 경로(70)로 전환되는 때를 정의하는, 트리거 '1'(1005)이 정의될 수 있다.

제어기는 현탁액 슬러그의 선단 에지(1010)를 감지하기 위해 밀도 센서를 모니터링한다. 트리거 ''1'(1015)이 발생했을 때 선단 에지가 감지되지 않은 경우, 제어기는 농축액의 광학적 밀도가 너무 낮아 농축액의 선단 에지를 트리거할 수 없다고 가정해야 하므로 지정된 부피 사전 설정이 사용된다. 이는 기본 시스템 값(예: 농축 챔버 부피의 50% 또는 75%에 해당) 또는 사용자 지정 값일 수 있다. 예를 들어, 사용자는 수행되는 처리에 대한 이전 경험 또는 과거 데이터를 기반으로 예상되는 필요한 부피를 추정할 수 있다.

밀도 센서 출력에 따라 현탁액의 선단 에지(1010)가 감지되면, 제어기는 선단 에지 감지가 발생한 동적 부피를 기록하고, 농축물(1040)의 후단 에지를 감지하기 위해 광학 밀도 센서 모니터링을 시작한다.

광학 밀도 센서 모니터링과 병행하여, 제어기는 시간 트리거 '1'에서 회수 밸브(850)를 전환하여 회수 튜브(48)로부터의 유체가 유체 회수 경로(70) 및 적절한 리셉터클(75) 또는 추가로 연결된 처리 장비로 향하게 할 것이다.

제어기는, 광학 밀도 센서 축적기를 기반으로 결정된 부피가 전달되었을 때가지 또는 사전 설정된 부피가 전달되었을 때까지, 수집을 위해 농축물을 회수 밸브(850)를 통해 계속 전달할 것이다.

광학 밀도 센서 기반 트리거가 설정된 경우, 제2 밀도 전환 이벤트(슬러그의 후단 에지를 나타냄)가 아직 발생하지 않았다면, 제어기는, 유체가 회수 밸브를 통해 전달되는 동안, 유체 밀도 및 유체 부피 흐름(1030)을 계속 모니터링한다. 슬러그의 후단 에지가 감지되면(1040), 제어기는 회수(1055)를 중단하기 위해 회수 밸브 작동 트리거(1050)를 결정한다. 이러한 트리거는 후단 에지 감지 및 체적 유량을 기반으로 한다. 이러한 트리거는 후단 에지의 임계치 희석을 기반으로 할 수 있으며 임계치는 사용자 제어기 파라미터가 될 수 있다. 회수 중단은 회수 목표 및 트레이드 오프(trade-offs), 예를 들어, 희석 비용으로 세포 회수를 최대화하기 위해 일부 세포 회수 비용으로 최소 희석을 위한 스펙트럼 세트를 기반으로 설정될 수 있다.

일부 실시예에서, 추가 부피 트리거(1045)는 또한 세포 농도가 너무 낮아 선단 에지 이벤트를 트리거하는 이벤트를 처리하도록 설정될 수 있다.

제어된 양의 농축물을 제공하면서 광학 밀도 센서에 의해 감지된 양을 기록하는 것도 실용적인 전략이다. 이러한 방식으로 수집된 데이터는, 예를 들어, 후속 단계에서 최종 전달된 부피를 목표 농도로 조정하는 데 사용할 수 있다.

회수가 종료되면 회수된 용액의 부피가 알려져 있으며, 선단 및 후단 에지에 대한 밸브 작동에 기반하여 회수 용액 내에 포획되어 농축된 슬러그의 부피가 결정될 수 있다(1060). 이러한 결정은 사용 프로그래밍된 회수 파라미터에 따라 선단 및 후단 매체에 의한 희석을 고려할 수 있다. 회수된 용액에서 입자 수의 추정 (1070)은 결정된 회수된 현탁액 부피에 검색된 현탁액 밀도(예를 들어, 작업자 입력 처리 데이터에서 검색하거나 또는 현탁액 밀도 추정치를 조회하여 검색됨) 추정치(프로세싱 파라미터 및 이력 데이터에 기반함)를 곱하여 전술한 대로 이루어질 수 있다. 시스템은 총 회수된 부피, 농도 및 입자 수 추정치를 출력할 수 있다(1080).

제어기는 입자 카운트 추정을 수행하고 선택적으로 프로세싱을 계속하기 위한 단계를 더 실행하도록 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 투입 유체의 목표 농도가 필요한 경우, 제어기는 입자 카운트 추정치 및 회수된 부피에 기반하여 후속 희석 단계를 수행하고 회수된 현탁액을 목표 농도로 희석하기 위한 유체 량을 더 계산하도록 구성될 수 있다. 이러한 단계와 입자 카운트 계산은 회수 중에 발생할 수 있다. 예에서, 입자 카운트 추정은 슬러그의 선단 및 후단 에지 감지, 슬러그 부피 계산에 기반할 수 있다. 입자 카운트는 슬러그 부피 및 이력으로부터 파생된 밀도 추정치, 및 입자 카운트 추정치를 기반으로 결정되는 목표 농도에 필요한 총 부피를 기반으로 하여 계산될 수 있다. 이어서, 목표 회수 농도 및 후단 매체 유체의 계산된 희석 부피가 포획된 이후에 회수를 중단하기 위한 설정에 기반하여, 회수 종료 트리거가 결정될 수 있다.

유체 회수 시스템 및 방법론의 실시예는 농축 장치에 통합될 수 있다. 유체 회수 시스템을 역류 원심 분리기에 통합하는 예가 도 6a 내지 도 6c 내지 도 9를 참조하여 논의될 것이다. 소형 역류 원심 분리기 시스템의 일 실시예가 도 6a 내지 6c에 도시되어 있다. 이러한 시스템은, 호주 임시 특허 출원(출원번호 2017901771 및 2018900193, 각각 2017년 5월 19일 및 2018년 1월 22일에 출원됨)에서 우선권을 주장하는, 출원인의 공동 출원중인 국제 특허 출원(WO 2018/204992로 공개된 PCT/AU2018/050449)에 공개된 시스템을 기반으로 하며, 이들의 개시는 본원에 참조로 포함된다. 이러한 시스템은 회전하는 유체 흐름을 고정 유체 시스템으로 전달하기 위해 회전 결합을 사용한다. 회전 결합의 중앙 튜브는 차동 전단에 의해 방해받지 않는 경로를 제공한다. 중앙 유체 경로는 원추형 프로세스 챔버의 딥 튜브에 부착된다. 도 6a 내지 6c는 장치에 통합된 유체 회수 시스템의 실시예를 가진 역류 원심 분리기의 실시예를 도시한다. 도 8은 도 6a 내지 6c에 도시된 실시예에 의해지지되는 유체 회수 시스템 및 밸브 조립체의 대표적인 블록 다이어그램이다. 세포 분리를 위한 이들 역류 원심 분리기의 실시예의 작동은 도 6a 내지 6c를 참조하여 아래 단락에 설명되어 있다.

소형 역류 원심 분리 시스템(1100)은 재사용 가능한 서브 시스템(1200)과 일회용 교체 가능한 서브 시스템(1205)을 갖는다. 교체 가능한 서브 시스템은 적재를 위해 사전 조립 및 멸균할 수 있는 일회용 구성품으로 구성되어 적재 프로토콜을 단순화한다. 또한, 사전 조립은 인적 오류의 위험을 줄일 수 있다. 이는 또한 현재의 상업용 일회용 부품 키트에 비해 일회용 부품의 크기와 복잡성을 줄여 운영 비용을 낮출 수 있다. 재사용 가능한 서브 시스템은 회전 모터 헤드(1135), 연동 펌프(1110), 및 밸브 조립체(1120)를 포함하고, 케이싱(1130)은 이러한 시스템 구성 요소를 수용한다. 교체 가능한 서브 시스템은 분리 챔버(1140), 유체 전달 연결부(1152), 및 분리 챔버(1140)를 유체 연결부(1152, 1154)에 연결하는 회전 결합부(1160)를 포함한다. 일회용 교체 가능한 서브 시스템은 역류 원심 분리 프로세스의 실행을 위한 폐쇄된 환경을 제공한다.

분리 챔버(1140)는 작은 유체 부피 및 작은 반경 회전을 위해 구성된다. 분리 챔버의 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 분리 챔버(1140)는 넥 부분(1220)에 연결되는 실질적으로 원추형인 유체 인클로저 부분(1210)을 갖는다. 딥 튜브(1230)는, 원추형 유체 인클로저(1240)의 팁에 유체 경로(1250)를 제공하기 위해, 원추형 팁(1240)으로부터 넥(1220)을 통해 원추형 유체 인클로저(1210)를 통해 중심으로 연장된다. 넥 부분(1220)은 또한 용리 유체 경로(1260)를 포함한다. 넥 부분(1220)은 회전 결합부(1160)에 연결되어 챔버의 회전축이 넥을 통과한다(회전 반경을 챔버 길이로 줄인다). 넥 부분은 또한 회전축을 중심으로 분리 챔버의 회전을 유도하도록 회전 모터 헤드(1135)와 결합되도록 구성된다. 모터 헤드(1135)와 결합하기 위한 넥 부분 구성은 또한 로킹 기구(locking mechanism)를 포함할 수 있고 분리 챔버의 균형을 맞추기 위해 카운터 웨이트(counter weighted)될 수 있다.

유체 전달 매니폴드(1150)는 분리 챔버(1140)와 유체 연통하도록 구성된 제1 유체 포트(1170) 및 제2 유체 포트(1175), 및 제1 유체 포트(1170) 및 제2 유체 포트(1175)로 유체를 전달하거나 또는 제1 유체 포트(1170) 및 제2 유체 포트(1175)로부터 유체를 전달받기 위한 외부 유체 공급 요소(1180)로의 연결을 위해 구성된 복수의 유체 경로를 포함한다. 유체 경로 중 적어도 하나는 밸브 조립체의 작동에 의한 선택적인 개방 또는 폐쇄를 위해 밸브 조립체(1120)와 결합되도록 구성된다. 매니폴드는 또한, 연동 펌프(1110)의 작동에 의해 매니폴드(1150) 내에서 유체 흐름을 유발하기 위해, 연동 펌프(1110)와 유체 경로(1180) 사이의 작동 가능한 결합을 가능하게 하도록 구성된 펌프 결합부(1190)를 포함한다.

도 7에서, 회전 결합부(1160)는 분리 챔버(1140)를 유체 전달 매니폴드 연결부(1152, 1154)에 연결한다. 유체 전달 매니폴드가 케이스(1130)에 의해 고정된 위치에 유지되는 동안, 회전 결합부는 유체 전달 매니폴드(1150)와 관련되는 회전 축에 대하여 분리 챔버(1140)의 회전을 허용하도록 구성된다. 회전 결합부가 챔버의 넥에 연결되어 있으므로, 챔버의 회전축은 챔버의 넥을 통과한다. 따라서, 회전 반경은 축에서 챔버 팁의 외부 단부까지의 챔버의 길이이다. 회전 결합부(1160)는 또한 딥 튜브(1230)와 제1 유체 포트(1170) 사이의 제1 유체 연통 경로(1270) 및 용리 유체 경로(1260)와 제2 유체 포트(1175) 사이의 제2 유체 연통 경로(1275)를 제공한다. 이러한 유체 연통 경로는 회전 결합 내에 형성된다.

시스템의 이점은 실험실 유형 설정에서 완전히 확장된 상용 생산 시스템과 동일한 시스템 구성 요소 및 처리 기능을 활용할 수 있다는 것이다. 분리 챔버의 구성은 작은 회전 반경과 높은 회전 속도를 가능하게 한다. 분리 챔버의 예는 도 7에 도시되며, 분리 챔버(1140)는 실질적으로 원뿔형 유체 인클로저(1210) 및 넥 부분(1220)을 포함한다. 도시된 실시예에서는 원뿔형 유체 인클로저를 사용했지만, 실시예가 항상 완벽한 원뿔을 사용하는 것은 아니며, 이러한 구조의 일부 변형은 본 발명의 범위 내에서 고려된다는 것, 예를 들어, 짧은 직선 측면 부분은 원뿔의 넓은 단부 근처 또는 팁에서 사용될 수 있으며, 대안적으로 계단형 원뿔 구조가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 딥 튜브(1230)는 원뿔(1240)의 팁으로 유체를 전달하기 위해 넥으로부터 유체 인클로저(1210)를 통해 연장된다. 넥(1220)을 통해 용리 경로(1260)가 제공된다. 내부 딥 튜브(1230)를 사용하는 것은, 분리 챔버 외부에 유체 경로를 제공하고 분리 챔버가 역류 유체 흐름을 분리 챔버로 공급하기 위해 팁에 입구를 가지고 있는, 상업용 역류 원심 분리 구조와 상당한 차이가 있음을 인식해야 한다.

이러한 소형의 장치의 회전 원뿔(1210) 내의 세포가 경험하는 프로세스는 역류 원심 분리의 대규모 구현 내의 프로세스와 동일하다. 원뿔(1240)의 팁 부분에 들어가는 유체(1290)는 세포가 원뿔의 팁에서 점진적으로 형성되는 유동층에 축적되도록 하면서 원심 가속도에 역류를 일으킨다. 희석된 세포 현탁액이 처리 챔버(1210)에 제공될 때, 적절한 조건에서, 세포는 원뿔의 끝에서 점진적으로 형성되는 유동층으로서 챔버(1210)에 갇히게 될 것이다. 세포를 운반하는 매체는 원뿔의 보다 큰 내부 직경으로 진행하고 중앙 공급 장치와 동축인 유체 경로를 통해 회전 결합부를 통해 빠져나간다.

챔버에 갇힌 세포는 유동층을 형성하며, 여기서 세포는 프로세스 유체에 의해 서로 분리된다. 층의 밀도는 역류 유체 유량 또는 원심 분리기 속도를 변경하여 조정할 수 있다. 이는 층의 세포 농도(세포/ml)를 증가 또는 감소시킨다. 1 x 10⁸의 보존적인 농도는 안정적으로 관리될 수 있으며, 2 내지 5 미크론 크기 범위의 세포는 층 내 이러한 농도의 2 내지 4배에서 안정적으로 프로세스될 수 있다.

외부 용기에 대한 농축물로서 유동화된 세포층의 회수는 역류 펌프를 반전시킴으로써 시작된다. 유동층은 즉시 원뿔의 팁으로 구동되며, 챔버에서 지속적으로 유체를 드로우하면 세포가 유동 상태를 유지할 수 있다. 유동층은 회전식 결합부의 중앙 유체 라인을 통해 이동하여 농축된 세포의 "슬러그"로 나타난다.

도 7에 도시된 분리 챔버 설계는 원뿔의 팁에 유체를 연결하기 위해 내부 스트로(딥 튜브라고도 함)를 사용한다. 이는 다양한 중요한 이점을 제공한다:

ㆍ원뿔의 고압 영역에 외부 유체 연결이 없어 외부 배관 구성과 관련된 제조 및 취급 위험이 제거된다.

ㆍ유체 챔버로 들어가는 세포 현탁액의 유체 흐름 패턴은 원뿔형 챔버 형상에 맞추기 위해 자체적으로 다시 되돌아가하는 외부 배관의 형상에 영향을 받지 않는다.

ㆍ외부 유체 라인 및 관련 u-벤드로 인해 분리 챔버 외부에서 발생하는 가장 높은 원심 구역이 생성된다. 무거운 미립자와 세포 응집체는 가장 높은 원심 분리 구역에 축적된다. 알려진 상용 시스템에서, 이러한 가장 높은 원심 구역은 분리 챔버 외부, 예를 들어, 분리 챔버 팁의 유체 투입 근방 외부 배관의 굴곡에서 발생한다. 본 발명의 실시예에서, 이러한 중요한 가장 높은 원심 영역은 원뿔의 팁 부분에 있다. 원뿔이 투명하면, 이러한 가장 높은 원심 구역은 관리된 개입을 위해 명확하게 관찰될 수 있다.

ㆍ원뿔의 중앙 딥 튜브는 기술적으로 정밀하고 의약품 접촉용으로 승인되었으며 비용이 저렴할 수 있을만큼 충분한 양으로 제조된 피하 튜브로 이루어질 수 있다. 피하 튜브는 또한 사용 후 이러한 제품에 대한 유해 폐기물 흐름의 잘 알려진 구성 요소이다. 이는 분리 챔버 구성 요소의 초기 생산 비용과 폐기물 처리 비용 모두에 이점이 있을 수 있다.

원뿔 몰딩의 기능과 결합된 딥 튜브 설계는 유체 챔버에서 잘 제어된 재현 가능한 유체 흐름 형상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 딥 튜브와 섀시 구성 요소 간의 간섭 맞춤을 사용하여, 간섭 맞춤을 통해 튜브를 축 방향으로 재배치하면 튜브 절단 길이, 성형 기능, 및 조립 공차가 제거된다. 분리 챔버의 팁에 형성된 유체 채널링 구조의 실시예가 도 9a 내지 도 9f에 도시되어 있으며, 원뿔형 유체 인클로저의 팁(400)은 딥 튜브(410)로부터의 유체 배출을 수용하기 위한 중앙 부분(420) 및 원뿔형 유체 인클로저 주위로 유체 흐름을 분산시키기 위해 중앙 부분 주위에 이격된 로브(430)를 갖는 채널링 구조를 포함한다. 유체 채널링 구조는 또한 딥 튜브(410)를 위치시키고 지지하는 것을 보조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9b 내지 9f에 도시된 바와 같이, 중앙 부분(420)은, 원심력에 의해 제자리에 고정될 수 있는(도 9c 및 9f에 도시됨), 딥 튜브(410)의 단부를 수용할 수 있는 크기이다. 이러한 실시예에서, 중앙 부분(420)은 딥 튜브 축 방향 위치를 제어하고 딥 튜브(410)와 유체 챔버 사이의 일관된 개방 유체 연통 경로를 보장하기 위해 로브들(430) 간에 레지(440)를 포함한다. 딥 튜브로부터의 유체는 중앙 부분(420)으로 들어가 유체 인클로저에 개구를 제공하는 로브(430)를 통해 유출된다. 표시된 실시예는 팁 주위에 균일한 간격으로 배치된 3개의 로브가 사용되나, 다른 구조, 예를 들어, 4개 이상의 로브, 또는 균일하게 이격된 복수의 방사상 채널이 사용될 수 있다. 이러한 구조는 특히 딥 튜브(410)의 정밀한 배치를 보장하기 위해 조립 프로세스 동안 요구되는 정밀도를 감소시킴으로써 장치 제조 및 조립을 단순화할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

유체는 유체 흐름을 반전시켜 딥 튜브(410)를 통해 유동층(즉, 농축된 세포)을 드로우함으로써 챔버로부터 회수될 수 있다. 세포가 현탁된 매체 환경에 대한 방해를 최소화하고 회수 과정 동안 희석을 최소화하면서 원뿔에서 유동층을 드로우하는 것이 바람직하다는 것을 이해해야 한다. 층 내의 프로세스 조건은 원심 분리기 속도와 유체 유량에 의해 제어된다. 유사한 유동층 조건은 유속을 일치시킴으로써 다양한 속도에서 생성될 수 있다. 이를 통해, 유동층을 안정된 상태로 유지하지만 보다 느린 공정 속도로 회수 공정에 더 유리한 조건을 유지하면서, 원심 분리기 회전 속도와 유체 유속이 조정된 동작(예: 마이크로 프로세서 제어기에 의해 제어됨)으로 느려질 수 있다. 원심 회전 및 유속을 늦추면 회수 과정에서 세포 손상 위험을 줄일 수 있다. 농축된 유체 회수를 최대화하려면, 또한 마지막 유동층과 함께 딥 튜브로 드로우될 수 있는 세포가 없는 액체의 양을 줄이기 위해, 그리고 유동층 회수가 끝날 때까지 희석을 줄이기 위해, 딥 튜브와 원뿔 팁의 단부 간에 매우 작은 간격을 두는 것이 바람직하다.

원뿔 팁(400)의 구조는 양호한 회수 결과를 위해 갭을 최소화하도록 설계될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 딥 튜브를 지지하기 위한 채널링 구조는 지지 레지(440)로서 유리할 수 있으며, 로브(430) 구조는 유동층 뒤의 세포가 없는 액체에 대한 딥 튜브 입구 주변의 접근 영역을 줄인다는 것을 이해해야 한다. 중앙 부분은 유동층의 마지막 순간이 튜브에서 빠져 나올 때까지 유동층의 유체로 완전히 채워져야 한다. 유동층의 안정성을 유지하기 위해 유량을 제어하는 경우, 로브는 희석을 최소화하기 위해 모든 농축된 유체를 후단 세포가 없는 유체 앞에 있는 딥 튜브로 퍼널(funnel)해야 한다.

도 5a 및 도 5b를 참조하여 전술한 바와 같이, 분리 챔버와 회수 지점 간의 슬러그의 이동 거리는 특히 후단 에지에서 슬러그의 희석량에 영향을 준다. 이는 처리 및 회수 중에 세포 손상을 최소화하는 데 사용되는 층류 체계에 의해 악화된다. 층류 하에서 튜브를 통해 흐르는 모든 생성물은 튜브 중앙에서 흐르는 유체에 비해 튜브 표면의 유체의 흐름을 지연시키는 튜브 벽 경계층 거동을 겪게 된다. 그 결과 세포 콘크리트의 "슬러그"가 진행됨에 따라 튜브 벽을 따라 드로우된다. 이는 "슬러그"의 출현과 전달 지점 사이의 가능한 한 최단 거리를 가짐으로써 최소화될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기구 및 키트 디자인은 농축물 회수를 위해 특별히 위치한 원뿔 팁과 밸브(850) 간의 실제 유속 거리를 가장 짧게 하도록 특별히 구성되었다.

도 6a 내지 6c 및 도 8의 실시예에서, 장치(800)는 회수 경로(810) 길이를 최소화하도록 구성된다. 특히, 광학 밀도 센서(820), 펌프(830), 및 출력 밸브(850)를 통해 챔버(840)부터 배출구로 유체 회수 경로를 연결하는 데 필요한 배관의 길이를 줄이기 위해 시스템 구성 요소를 배열하는 단계이다. 회수 경로 튜브는 이러한 기구의 일회용/소모품 키트의 구성 요소이지만, 시스템 구성 요소의 고정된 구성은 회수 튜브 길이가 고정되어 있으므로 밀도 센서(820)와 배출 밸브(850) 사이의 부피가 알려져 있음을 의미한다는 것을 이해해야 한다. 소모품 키트가 미리 형성된 매니폴드로 제공되는 실시예는 또한 제조 공차 또는 사람의 설치로 인한 잠재적인 변동을 최소화하는 이점을 가질 수 있다.

유체 회수를 위해 펌프가 역전될 때 회수 단계를 시작하기 전에, 원뿔의 팁과 세포가 없는 배출 밸브 사이에 부피의 유체가 있다. 이러한 부피는 키트 제조업체에서 정의한 대로 매우 일관성이 있으며, 따라서 기구는 농축 "슬러그"가 접근 할 때 밸브를 열 때를 예상할 수 있다. 이러한 기능과 제어 시스템에 의한 펌프 위치의 면밀한 모니터링을 통해 출력 밸브를 통과하는 최종 공급량을 일정하게 제어 할 수 있다(예를 들어, +/- 0.2ml 이내).

또다른 고려사항은 원추형 프로세스 챔버(840)가 포괄적으로 세포로 가득 차있을 가능성이 없다는 것을 이해하는 것이다. 다른 프로토콜 및 배치는 주어진 역류 조건에서 농축될 때 챔버를 다른 레벨로 채울 다른 세포 집단을 생성한다.

살아있는 세포 프로토콜이 산출물에서 표적 세포 농도(cells/ml)를 찾는 것은 일반적이다. 세포가 희귀하고 귀중할 때, 추가 농축 단계가 아닌 목표 최종 형성 부피로 희석할 수 있도록 가장 작은 실제 부피로 보유한 세포를 회수하는 것이 특히 중요하다.

이 문제를 강조하기 위해, 기구는 회수 유체 경로(810)를 가로지르는 광학 밀도 센서(820)를 포함한다. 이러한 센서는 일회용 튜브(810)를 통해 빛의 투과성을 관찰한다. 세포 농축물 "슬러그"가 최초로 센서(820)를 지나 이동할 때, 투과율은 낮게 떨어진다. 이러한 이벤트의 타이밍은 챔버에서 센서까지의 부피 거리로 예상할 수 있지만, 회수 결과의 정확성을 최대화하기 위해 선단 에지를 감지하는 것이 중요하다. 일부 상황에서, 제어는 광학 센서가 부피 결정에 의해 무시되어야 한다고 결론을 내리는 세포가 너무 적다는 것을 이해해야 한다.

농축 슬러그의 마지막이 챔버에서 센서를 지나 이동함에 따라, 센서 앞에 있는 감소하는 세포 농도에 비례하여 센서가 관찰한 투과율의 회복이 있다. 예를 들어, 투과율 회복에 대한 임계치를 95%로 설정하면 세포 집단의 대부분이 센서를 통과하게 된다. 이어서, 이러한 트리거는 제어기에서 출력 밸브를 지나가는 부피를 정의하는 데 사용된다.

회수 제어 처리는 시스템 제어기에 통합되어 회수 밸브 작동을 트리거하고 펌프를 제어하기 위해 전술한 프로세스에 따라 수행된다.

시스템 제어기는 제1 밀도 변화를 감지하고 센서에서 농축된 유체의 선단을 기록하도록 구성될 수 있다. 시스템 제어기는 제2 밀도 전환을 기록하고 제2 밀도 전환을 감지하며 회수를 위한 농축액의 양을 결정하도록 구성될 수 있다. 이는 농축된 유체의 후단 에지에 대한 %희석 임계치를 기반으로 할 수 있다. 시스템 제어기는 센서 트리거 및 결정된 볼륨에 응답하여 출력 밸브(850) 액츄에이터를 언제 열고 닫을지를 결정하기 위해 펌프 보정 데이터를 사용하도록 구성될 수 있다. 밸브 작동은 센서를 통과하는 농축액의 이동과 겹칠 수 있다.

제어기는 회수 이벤트에 대한 부피 트리거를 모니터링하도록 구성될 수도 있고, 유체 회수가 시작될 때, 농축 챔버와 밸브 조립체 사이에서 회수되는 유체의 부피가 결정되며, 제1 밀도 전이가 감지되지 않은 경우, 회수 제어 이벤트 무시 트리거는 동적 유체 부피 이동에 따라 밸브 액츄에이터의 작동을 트리거하도록 설정된다.

일부 실시예에서, 시스템 제어기는 하나 이상의 유체 회수 이벤트를 실행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 원심 분리기가 밀도 구배 분리 프로토콜의 일부로 다른 유체 층의 분리에 사용되는 경우이다. 밀도 구배는 세포 집단을 분리하여 (즉, 다른 크기와 질량 밀도를 기반으로) 정밀하게 제어된 밀도 및 점도로 유체의 다른 층을 채운다. 각각의 유체층 및 관련 세포 집단을 다른 배출 경로로 선택적으로 회수하기 위해 회수 이벤트가 트리거될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 밸브 조립체는 단일 유입 유체 경로를 비-회수 경로 또는 2개의 개별 회수 경로 중 하나로 선택적으로 전환하도록 구성될 수 있다. 제1 슬러그의 감지에 기반하여 제1 회수 경로로의 전환이 트리거되며, 다른 광학 밀도의 감지를 기반으로 제2 회수 경로로 전환되고, 따라서, 제2 밀도 전환은 제1 및 제2 수집 경로 사이를 전환하기 위해 그에 따라 트리거되는 2개의 세포 집단과 수집 간의 전이를 나타낸다. 이러한 기술은 단일 개체군에 대한 슬러그의 다른 부분의 회수에도 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 제1 회수 경로는 최대 농도(선단 및 후단 에지 사이의 섹션)에서 현탁액을 포획하기 위해 사용될 수 있고, 제2 회수 경로는 현탁액의 다소 희석된 선행 및/또는 후단 에지 영역을 포획하는데 사용될 수 있다.

재순환 모드에서 역류 원심 분리기를 세포 포획 방향으로 되돌리면 프로세스 검증 목적으로 이러한 전략에 의해 포획되지 않은 모든 세포를 회수하거나 다음 세포 포획 프로세스 단계의 시작을 형성할 수 있다.

이러한 전략은 2ml의 보수적인 추정치로 0.5ml의 부피로 세포 농축액을 전달할 수 있다. 이러한 유체 회수 시스템 및 방법의 장점은 프로세스를 관리하는 데 세포 농축액의 부피가 필요하지 않다는 것이다. 따라서, 세포는 실제 세포 집단에 대한 사전 지식 없이 실행 가능한 최대 농도에서 회수될 수 있다. 필요한 경우, 세포 농축액의 최종 전달 부피를 목표 부피로 늘릴 수 있다. 농축 과정은 일반적으로 (희석보다) 세포 손상 또는 사망을 유발할 가능성이 더 높기 때문에, 추가 농축 단계를 필요로 하는 것보다 세포 요법이 회수된 집단을 희석하는 것이 바람직하다.

시스템의 실시예에서, 밸브가 부피 제어 하에서 전달 설정으로 변경되는 경우, 슬러그 도착시 광학 밀도 센서를 트리거할 세포가 충분하지 않은 경우, 제어 장치는 선단 에지 트리거가 관찰되지 않은 경우 이러한 오류를 감지한다. 제어기 회수 알고리즘은 기본적으로 부피 전달 전략을 사용할 수 있다.

도 10은 광학 센서의 선단 및 후단 에지의 감지를 위한 트리거 조건을 설정하기 위한 사용자 인터페이스의 예를 도시한다. 이는 실시예들 사이에서 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다. 광학 밀도 센서에 대한 첫 번째 고려 사항은 유체 매체를 운반하는 튜브에 대한 참조 기준을 결정하고 유지하는 것이다. 이는 튜브에 매체 유체만 있는 초기 설정 단계 동안 광학 센서 모니터링을 통해 얻을 수 있다. 제어기는 LED 안정화를 위한 실행 시간을 최소화하고 초기 기준선 밀도 기준을 결정할 목적으로 시스템 초기화의 일부로서 밀도 센서 초기화 프로세스를 실행하도록 구성될 수 있다(튜브 및 유체 매체 광학 특성 특성화). 이러한 기준은 드리프트를 감지하고 트리거 감지 설정의 손상을 방지하기 위해 광학 밀도 센서의 백그라운드 모니터링에 사용될 수 있다. 각각의 광학 밀도 센서 샘플에 대해 실행되는 백그라운드 동작에는 정의된 설정에 따라 유체 또는 건조(기포 포함)로 가득 찬 튜브의 인식이 포함될 수 있으며, 이는 전체 튜브 특성의 장기 평균화에 기여한다. 밀도 센서의 샘플링 속도는 처리 단계에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 분리 챔버 로딩 및 분리 단계 동안, 회수 단계 동안에 비해 더 낮은 샘플링 속도가 사용될 수 있다. 매체 유체의 기포를 모니터링하는 경우, 더 높은 샘플링 속도가 사용될 수도 있다.

유체 회수 중에 광학 센서의 샘플 속도를 증가시켜 슬러그 감지 및 회수 트리거링의 정확도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 트리거 활성화 단계 동안 모니터링 속도가 10msec로 증가한다. 슬러그의 존재는, 슬러그가 일반적으로 밀도의 지속적인 변화를 유발하므로, 기포 감지 응답과 제어기에 의해 구별될 수 있다. 제어기는 광 센서 출력을 분석하여 슬러그의 후단 에지를 나타내는 투과율로의 복귀를 인식하도록 구성된다. 슬러그 감지는 샘플 속도 증가를 트리거하여 후단 에지의 감지 및 전송률 회복 모니터링의 정확도를 개선하여 회수 종료 트리거를 결정할 수 있다.

본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 많은 수정이 이루어질 수 있다는 것이 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 이해될 것이다.

본 발명의 청구항 및 전술한 설명에서, 문맥이 표현 언어 또는 필요한 함축으로 인해 달리 요구하는 경우를 제외하고, 단어 "포함하다" 또는 "포함하는" 또는 "포함하고 있는"과 같은 변형은 포괄적인 의미로, 즉, 언급된 특징의 존재를 지정하지만 본 발명의 다양한 실시예에서 추가적인 특징의 존재 또는 추가를 배제하지 않기 위해 사용된다.

임의의 선행 기술이 본원에서 언급되는 경우, 그러한 참조는 선행 기술이 호주 또는 기타 국가에서 해당 기술 분야의 일반적인 지식의 일부를 형성하지 않음을 이해해야 한다.

Claims (49)

1. 농축 챔버-여기서 농축 챔버는 펌핑 기구와 일렬로 연결되는 제1 유체 경로 및 제2 유체 경로를 구비하여 유체가 상기 제2 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버로부터 유체 회수 튜브로 빠져나옴에 따라 유체가 상기 제1 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버로 들어가는 상기 농축 챔버로부터 농축된 유체를 회수함-, 및 상기 유체 회수 튜브로부터의 유체의 흐름을 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 유체 포획 경로를 제공하며 또한 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 비-포획 경로를 제공하는 2개 이상의 배출 유체 튜브 중 하나로 전환하도록 구성되는 회수 밸브 조립체 및 밸브 액츄에이터를 포함하는 농축기 장치와 동작 가능하게 결합되도록 구성되는 유체 회수 시스템로서,
   상기 유체 회수 시스템은:
   상기 농축기 장치와 작동 가능하게 결합되는 경우, 상기 회수 밸브 조립체 앞에 있는 상기 회수 튜브 내 유체의 밀도를 감지하도록 구성되는 밀도 센서; 및
   제어기를 포함하며,
   상기 제어기는:
   상기 유체 회수 튜브 내 유체의 동적 유체 부피 이동을 결정하기 위한 상기 유체 펌핑 기구의 동작을 모니터링하고,
   상기 유체 회수 튜브 내의 상기 유체 내에서의 제1 밀도로부터 제2 밀도로의 제1 밀도 전이-상기 제2 밀도는 상기 제1 밀도보다 높고, 상기 제1 밀도 전이는 상기 회수 튜브를 통과하는 상기 유체 내의 농축된 입자의 일부의 선단 에지(leading edge)를 나타냄-, 및 상기 제2 밀도로부터 제3 밀도로의 제2 밀도 전이-상기 제3 밀도는 상기 제2 밀도보다 낮으며, 상기 제2 밀도 전이는 상기 회수 튜브를 통과하는 상기 유체 내의 농축된 입자의 일부의 후단 에지(trailing edge)나타냄-를 식별하도록 상기 밀도 센서를 모니터링하며,
   상기 농축 챔버 출구와 회수 밸브 조립체 간의 유체 체적에 기반하여, 상기 유체 회수 튜브 내에서 유체 흐름을 상기 유체 포획 경로로 전환하기 위한 제1 제어 이벤트를 결정하고,
   상기 제1 밀도 전이, 상기 제2 밀도 전이, 및 동적 유체 부피 이동의 감지에 기반하여, 회수용 대상 물질을 포함하는 현탁액의 부피를 결정하며, 회수용 대상 물질을 포함하는 상기 현탁액의 부피를 포획하기 위하여 상기 유체 회수 튜브 내에서 유체 흐름을 상기 유체 포획 경로로부터 비-포획 경로로 전환하기 위한 제2 제어 이벤트를 결정하고,
   비-포획 경로와 유체 포획 경로 간을 전환하기 위한 상기 제1 제어 이벤트, 및 상기 유체 포획 경로와 상기 비-포획 경로 간의 유체 흐름을 전환하기 위한 상기 제2 제어 이벤트에 따라 상기 밸브 액추에이터의 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 동적 유체 부피 이동을 제어하기 위해 상기 펌핑 기구를 동작시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펌핑 기구는 연동 펌프이며, 상기 제어기는 상기 펌프의 회전 위치 및/또는 상기 펌프 튜브의 보정에 기반하여 모니터링하여, 상기 동적 유체 부피 이동을 모니터링하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 회전 펌프 위치에 대한 지식에 기반하여 동적 유체 부피 이동을 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
5. 제3항에 있어서, 상기 제어기는, 펌프 폐쇄 부재의 상기 회전 위치에 대한 지식에 기반하여 동적 유체 부피 이동을 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
6. 제3항에 있어서, 농축물 전단 에지 임계치 밀도를 나타내는 상기 제1 밀도 전이의 감지는, 농축물이 상기 센서에 의해 관찰될 수 있기 전에, 상기 회수 이벤트 시작시 결정된 기준 밀도에 대한 것임을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
7. 제6항에 있어서, 농축물 부피 시작 트리거가 상기 유체 내에서 상기 농축물의 최대 밀도를 인식하여 시작되고, 상기 제어기는 최대 농축이 일어나는 상기 동적 유체 부피를 결정하고 또한 상기 배출 밸브에서 상기 최대 농도의 도달에 맞추도록 상기 밸브 액츄에이터의 동작용 상기 제1 제어 이벤트를 결정하기 위해 상기 제1 밀도 전이를 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제어기는 농축된 입자의 추가적인 덩어리가 관찰되는 경우 밀도 기반 부피 결정을 무시하도록 구성되고, 선택적으로 모든 대상 물질이 회수될 때까지 상기 목표 회수 부피를 확장하는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 중지 트리거는 최대 감지된 밀도에 대한 희석 임계치 밀도이며, 상기 제어기는 상기 희석 임계치 밀도에 기반하여 상기 밸브 액츄에이터의 동작용 상기 제2 제어 이벤트를 결정하기 위해 상기 제2 밀도 전이를 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 수집 임계치 밀도 및 희석 임계치 밀도는 상기 농축물에 선행하는 유체에 의한 상기 배출 생성물의 희석을 최소화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 회수된 농축물 부피에 기반하여 입자 카운트를 결정하고, 입자 특성 및 동작 파라미터에 기초하여 상기 농축물에 대한 입자 밀도 추정치를 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 회수된 농축물 부피는 상기 농축물 선단 및 후단 에지의 감지와 제1 및 제2 제어 이벤트에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 제어기는:
    복수의 이력 프로세스 정보 데이터 세트-여기서 각각의 데이터 세트는 입자 특성 데이터 세트, 동작 파라미터 데이터, 및 프로세스용 배출 입자 밀도를 포함함-의 데이터 저장에 액세스하고,
    입자 특성 및 동작 조건에 대하여, 하나 이상의 연관된 이력 프로세싱 정보 데이터 세트를 식별하며,
    상기 식별된 이력 프로세싱 데이터 세트로부터 입자 밀도 추정치를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
14. 제13항에 있어서, 각각의 이력 데이터 세트는, 현재 프로세싱 데이터 세트와 식별된 이력 프로세싱 데이터 세트 간의 연관을 확인하기 위해, 밀도 센서 출력을 식별된 이력 프로세싱 데이터와 비교하도록 구성되는 상기 제어기를 위한 결정된 입자 밀도를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 밸브 액츄에이터의 작동이 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 때 부피에 기반하여 수집 경로로 전환시키기 위해, 상기 농축 챔버와 밸브 조립체 간의 유체의 부피에 기반하여 제1 제어 이벤트를 결정하고 또한 동적 유체 부피 이동을 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 제어기는 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 때 특정된 부피에 기반하여 제2 제어 이벤트를 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 회수 시스템.
17. 농축기 장치로서, 상기 농축기 장치는:
    펌핑 기구;
    농축 챔버-여기서 농축 챔버는 유체를 상기 농축 챔버에 도입하도록 상기 펌핑 기구와 일렬로 연결되는 연결되는 제1 유체 경로 및 제2 유체 경로를 구비하여, 상기 유체가 상기 제2 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버를 빠져나감에 따라, 상기 유체가 상기 제1 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버로 들어가는 상기 농축 챔버로부터 농축된 유체를 회수함-;
    상기 농축 챔버의 상기 제2 유체 경로에 연결되는 유체 회수 튜브;
    상기 유체 회수 튜브로부터 유체의 흐름을 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 유체 포획 경로를 제공하며 또한 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 비-포획 경로를 제공하는 2개 이상의 유체 배출 튜브 중 하나로 전환하도록 구성되는 회수 밸브 조립체 및 밸브 액츄에이터;
    상기 농축기 장치와 동작 가능하게 결합되는 경우, 상기 회수 밸브 조립체 앞에 있는 상기 회수 튜브 내 유체의 밀도를 감지하도록 구성되는 밀도 센서; 및
    제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는:
    상기 유체 회수 튜브 내 유체의 동적 유체 부피 이동을 제어하기 위한 상기 유체 펌핑 기구의 동작을 제어하며,
    상기 유체 회수 튜브 내의 상기 유체 내에서의 제1 밀도로부터 제2 밀도로의 제1 밀도 전이-상기 제2 밀도는 상기 제1 밀도보다 높고, 상기 제1 밀도 전이는 상기 회수 튜브를 통과하는 상기 유체 내의 농축된 입자의 일부의 선단 에지(leading edge)를 나타냄-, 및 상기 제2 밀도로부터 제3 밀도로의 제2 밀도 전이-상기 제3 밀도는 상기 제2 밀도보다 낮으며, 상기 제2 밀도 전이는 상기 회수 튜브를 통과하는 상기 유체 내의 농축된 입자의 일부의 후단 에지(trailing edge)나타냄-를 식별하도록 상기 밀도 센서를 모니터링하며,
    상기 농축 챔버 출구와 회수 밸브 조립체 간의 유체 체적에 기반하여, 상기 유체 회수 튜브 내에서 유체 흐름을 상기 유체 포획 경로로 전환하기 위한 제1 제어 이벤트를 결정하고,
    상기 제1 밀도 전이, 상기 제2 밀도 전이, 및 동적 유체 부피 이동의 감지에 기반하여, 회수용 대상 물질을 포함하는 현탁액의 부피를 결정하며,
    회수용 대상 물질을 포함하는 상기 현탁액의 부피를 포획하기 위하여 상기 유체 회수 튜브 내에서 유체 흐름을 상기 유체 포획 경로로부터 비-포획 경로로 전환하기 위한 제2 제어 이벤트를 결정하고,
    비-포획 경로와 유체 포획 경로 간을 전환하기 위한 상기 제1 제어 이벤트 및 상기 유체 포획 경로와 상기 비-포획 경로 간의 유체 흐름을 전환하기 위한 상기 제2 제어 이벤트에 따라 상기 밸브 액츄에이터의 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 농축기 장치는 역류 원심 분리기이고, 상기 제어기는
    분리 동작 단계 중에, 역류 방향으로 유체 흐름을 발생시켜 유체가 상기 제2 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버로 유입되게 하여, 상기 농축기 챔버의 회전으로 인한 원심력과 상기 역류 유체 흐름이 상기 농축된 유체를 제공하도록 상기 유체 내 입자를 유동층으로 농축되게 하고,
    회수 동작 단계 중에, 상기 제2 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버에서 유체가 드로우(drawn)됨에 따라, 회수 방향으로 유체 흐름을 일으켜 유체가 상기 제1 유체 경로를 통해 상기 챔버로 유입되도록 하여, 상기 농축 챔버의 회전으로 인한 상기 유체 흐름 및 원심력이 농축된 유체의 상기 유동층이 상기 제2 유체 경로로 이동하고 상기 유체 회수 튜브를 통해 상기 농축 챔버로부터 드로우되도록 농축 챔버 회전 및 상기 펌핑 기구를 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 회수 동작 단계 이전에, 유동층 역류 조건의 안정성을 유지하는 상기 펌핑 기구 및 챔버 회전의 동작을 늦추도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 역류 원심 분리기는: 재사용 가능한 서브시스템; 및
    일회용의 교체 가능한 서브 시스템
    을 포함하는 콤팩트형 역류 원심 분리기 시스템이고,
    상기 재사용 가능한 서브시스템은:
    회전 모터 헤드;
    연동 펌프;
    밸브 조립체; 및
    상기 회전 헤드, 연동 펌프, 및 밸브 조립체를 수용하는 케이스
    를 포함하며,
    상기 일회용의 교체 가능한 서브시스템은:
    넥 부분에 연결되는 실질적으로 원뿔형인 유체 인클로저 부분을 포함하고. 상기 원뿔형인 유체 인클로저 부분을 통해 원뿔형 팁으로부터 상기 넥 부분을 통해 중앙으로 연장되어 상기 원뿔형 유체 인클로저의 팁에 유체 경로를 제공하는 딥 튜브(dip tube)를 구비하되, 상기 넥 부분은 용리 유체 경로를 더 포함하는, 작은 유체 부피 및 작은 반경 회전을 위해 구성되는 분리 챔버;
    상기 분리 챔버와 유체 연통을 위해 구성되는 제1 유체 포트 및 제2 유체 포트, 상기 제1 유체 포트 및 상기 제2 유체 포트로부터 또는 상기 제1 유체 포트 및 상기 제2 유체 포트로 유체의 전달을 위한 외부 유체 공급 구성요소로의 연결을 위해 구성되는 복수의 유체 경로-여기서 상기 복수의 유체 경로 중 적어도 하나는 상기 밸브 조립체와 결합되도록 구성되어, 유체 경로가 상기 밸브 조립체의 동작에 의해 선택적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있음-, 펌프 결합부를 포함하는 유체 전달 매니폴드-여기서 상기 펌프 결합누는 상기 연동 펌프와 유체 경로 간에 동작 가능한 결합이 가능하게 하여 상기 연동 펌프의 동작에 의해 상기 매니폴드 내에서 유체 흐름을 일으키도록 구성됨-; 및
    상기 분리 챔버의 상기 넥 부분을 상기 유체 전달 매니폴드에 연결하고 또한 상기 딥 튜브와 상기 제1 유체 포트 간의 제1 유체 연통 경로 및 상기 용리 유체 경로와 상기 제2 유체 포트 간의 제2 유체 연통 경로를 제공하며, 상기 유체 전달 매니폴드가 상기 케이스에 의해 고정 위치에 유지되는 동안 상기 유체 전달 매니폴드에 대한 상기 넥을 통해 회전 축에 대해 상기 분리 챔버의 회전을 허용하도록 구성되는 회전 결합부
    를 포함하고,
    상기 넥 부분은 상기 분리 챔버를 상기 회전축에 대해 회전시키기 위해 상기 회전 모터 헤드와 결합되도록 더 구성되며,
    상기 일회용 교체 가능한 서브시스템은 역류 원심 분리 프로세스를 실행하기 위한 폐쇄된 환경을 제공하는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 펌프, 밀도 센서, 및 밸브 조립체는, 상기 밀도 센서 및 펌프 결합부를 지나서 상기 매니폴드를 통하여, 상기 분리 챔버로부터 배출구까지의 회수 경로에 대한 짧은 유체 경로 길이를 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 연동 펌프의 회전 위치 및/또는 상기 펌프 튜브의 보정에 기반하여 모니터링하여, 상기 동적 유체 부피 이동을 모니터링하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 제어기는 상기 회전 펌프 위치에 대한 지식에 기반하여 동적 유체 부피 이동을 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
24. 제22항에 있어서, 상기 제어기는 펌프 폐쇄 부재의 회전 위치에 대한 지식에 기반하여 동적 유체 부피 이동을 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
25. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 농축물이 상기 센서에 의해 관찰될 수 있기 전에, 상기 회수 이벤트의 시작시에 결정되는 기준 밀도에 대한 농축물 선단 에지 임계치 밀도를 나타내는, 상기 제1 밀도 전이를 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 유체 내 상기 농축의 최대 밀도의 인식에 의해, 농축물 부피 시작 트리거가 시작되고, 상기 제어기는, 최대 농축이 일어나는 상기 동적 유체 부피를 결정하고 또한 상기 배출 밸브에서 상기 최대 농도의 도달에 맞추도록 위해 상기 밸브 액츄에이터의 동작용 상기 제1 제어 이벤트를 결정하기 위해 상기 제1 밀도 전이를 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 제어기는 농축된 입자의 추가적인 덩어리가 관찰되는 경우 밀도 기반 부피 결정을 무시하도록 구성되며, 선택적으로 모든 대상 물질이 회수될 때까지 선택적으로 목표 회수 부피를 확장하는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 중지 트리거는 감지된 최대 밀도에 대한 희석 임계치 밀도이고, 상기 제어기는 상기 희석 임계치 밀도에 기반하여 상기 밸브 액츄에이터의 동작용 상기 제2 제어 이벤트를 결정하기 위해 상기 제2 밀도 전이를 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 수집 임계치 밀도 및 희석 임계치 밀도는, 상기 농축물에 선행하는 유체에 의한 상기 배출 생성물의 희석을 최소화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
30. 제17항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 회수된 농축물 부피에 기반하여 입자 카운트를 결정하며, 입자 특성 및 동작 파라미터에 기반하여 상기 농축물에 대한 입자 밀도 추정치를 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
31. 제30항에 있어서, 상기 회수된 농축물 부피는 상기 농축물 선단 에지 및 후단 에지 감지와 상기 제1 및 제2 제어 이벤트에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 제어기는:
    복수의 이력 프로세스 정보 데이터 세트-여기서 각각의 데이터 세트는 입자 특성 데이터 세트, 동작 파라미터 데이터, 및 프로세스용 배출 입자 밀도를 포함함-의 데이터 저장에 액세스하고,
    입자 특성 및 동작 조건에 대한 하나 이상의 연관되는 이력 프로세싱 정보 데이터 세트를 식별하며,
    상기 식별된 이력 프로세싱 데이터 세트로부터 밀도 입자 추정치를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
33. 제32항에 있어서, 각각의 이력 데이터 세트는 현재 프로세싱 데이터 세트와 식별된 이력 프로세싱 데이터 세트 간의 상관관계를 확인하기 위해, 밀도 센서 출력을 식별된 이력 프로세싱 데이터와 비교하도록 구성되는 상기 제어기에 대해 적어도 결정된 입자 밀도를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
34. 제17항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제어기는, 상기 밸브 액츄에이터의 작동이 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 때 부피에 기반하여 수집 경로로 전환시키기 위해, 상기 농축 챔버와 밸브 조립체 간의 유체의 부피에 기반하여 제1 제어 이벤트를 결정하고 또한 동적 유체 부피 이동을 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
35. 제34항에 있어서, 상기 제어기는 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 때 특정된 부피에 기반하여 제2 제어 이벤트를 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 농축기 장치.
36. 농축기 장치-여기서 농축기 장치는 펌핑 기구, 농축 챔버-여기서 농축 챔버는 상기 펌핑 기구와 일렬로 연결되는 제1 유체 경로 및 제2 유체 경로를 구비하여 유체가 상기 제2 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버를 빠져나감에 따라, 상기 유체가 상기 제1 유체 경로를 통해 상기 농축 챔버로 들어가는 상기 농축 챔버로부터 농축된 유체를 회수함-, 및 상기 유체 회수 튜브로부터의 유체의 흐름을 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 유체 포획 경로를 제공하며 또한 적어도 하나의 유체 배출 튜브는 비-포획 경로를 제공하는 2개 이상의 배출 유체 튜브 중 하나로 전환하도록 구성되는 회수 밸브 조립체 및 밸브 액츄에이터; 상기 농축기 장치와 동작 가능하게 결합되는 경우, 상기 회수 밸브 조립체 앞에 있는 상기 회수 튜브를 따라 고정 위치에 상기 회수 튜브 내 유체의 밀도를 감지하기 위해 위치되도록 구성되는 밀도 센서; 및 제어기를 포함함-의 유체 회수 시스템 내에서 구현되는 농축된 유체 회수 방법으로서,
    상기 방법은:
    상기 제어기에 의해, 상기 유체 회수 튜브 내 유체의 동적 유체 부피 이동을 결정하기 위한 상기 유체 펌핑 기구의 동작을 모니터링하는 단계;
    상기 밀도 센서를 사용하여 상기 제어기에 의해 상기 회수 튜브 내에서 흐르는 유체의 밀도를 모니터링하는 단계;
    상기 유체 회수 튜브에서 유체의 제1 밀도 전이를 제1 밀도에서 제2 밀도로 식별하는 단계-상기 제2 밀도는 상기 제1 밀도보다 높고, 상기 밀도 전이는 상기 회수 튜브를 통과하는 상기 유체 내 농축된 입자의 일부의 선단 에지를 나타냄-;
    상기 제어기에 의해, 상기 제1 밀도 전이, 동적 유체 부피 이동, 및 상기 농축 챔버 배출구와 회수 밸브 조립체 간의 유체 부피의 감지에 기반하여, 상기 유체 회수 튜브 내 유체 흐름을 상기 유체 포획 경로로 전환하기 위한 제1 제어 이벤트를 결정하는 단계;
    상기 제2 밀도로부터 제3 밀도로의 제2 밀도 전이를 식별하는 단계 - 상기 제3 밀도는 상기 제2 밀도보다 낮으며, 상기 밀도 전이는 상기 회수 튜브를 통해 흐르는 상기 유체 내 농축된 입자의 일부의 후단 에지를 나타냄 -;
    상기 제2 밀도 전이 및 동적 유체 부피 이동의 감지에 기반하여, 회수를 위한 대상 물질을 포함하는 현탁액의 부피를 결정하는 단계;
    회수를 위한 대상 물질을 포함하는 현탁액의 상기 부피를 포획하기 위해, 상기 유체 회수 튜브 내 유체 흐름을 상기 유체 포획 경로로부터 비-포획 경로로 전환하기 위한 제2 제어 이벤트를 결정하는 단계;
    비-포획 경로와 유체 포획 경로를 전환하기 위한 상기 제1 제어 이벤트에 따라, 상기 밸브 액츄에이터의 동작을 제어하는 단계; 및
    상기 유체 포획 경로와 비-포획 경로 간에 유체 흐름을 전환하기 위한 상기 제2 제어 이벤트에 에 따라, 상기 밸브 액츄에이터의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
37. 제36항에 있어서, 동적 유체 부피 이동을 제어하기 위해 펌프 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
38. 제36항 또는 제37항에 있어서, 상기 밸브 액츄에이터의 동작을 위해 상기 제1 제어 이벤트를 결정하는 단계는 상기 농축된 유체의 상기 선단 에지에 대한 수집 시작 트리거 이전에 계산된 부피 및 상기 밀도 센서 및 밸브 조립체 간의 상기 회수 튜브 내 상기 유체의 상기 부피에 기반하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
39. 제38항에 있어서, 농축물 선단 에지 임계치 밀도를 나타내는 상기 제1 밀도 전이는 농축물이 상기 센서에 의해 관찰될 수 있기 이전에, 상기 회수 이벤트 시작시 결정된 기준 밀도에 대한 것임을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
40. 제38항 또는 제39항에 있어서, 상기 밸브 액츄에이터의 작동을 위해 상기 제2 제어 이벤트를 결정하는 단계는, 농축된 입자의 추가 덩어리가 관찰되는 경우 밀도 기반 부피 결정을 무시하고, 선택적으로 모든 대상 물질이 회수될 때까지 목표 회수 부피를 확장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
41. 제38항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 중지 트리거는 감지된 최대 밀도에 대한 희석 임계치 밀도이고, 방법은 상기 제2 밀도 전이를 분석하고 상기 희석 임계치 밀도에 기반하여 상기 밸브 액츄에이터의 동작용 상기 제2 제어 이벤트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
42. 제41항에 있어서, 상기 수집 임계치 밀도 및 희석 임계치 밀도는 상기 농축 전에 유체에 의한 배출 생성물의 희석을 최소화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
43. 제36항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 회수된 농축물 부피에 기반하여 입자 카운트를 결정하고, 입자 특성 및 동작 파라미터에 기반하여 상기 농축물에 대한 입자 밀도 추정치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
44. 제43항에 있어서, 상기 회수된 농축물 부피는 상기 농축물 선단 및 후단 에지의 감지 및 제1 및 제2 제어 이벤트에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
45. 제43항 또는 제44항에 있어서,
    복수의 이력 프로세스 정보 데이터 세트를 저장하는 데이터에 액세스하는 단계-여기서 각각의 데이터 세트는 입자 특성 데이터, 동작 파라미터 데이터, 및 프로세스용 배출 입자 밀도를 포함함-;
    입자 특성 및 동작 조건에 대한 하나 이상의 연관된 이력 프로세싱 정보 데이터 세트를 식별하는 단계; 및
    상기 식별된 이력 프로세싱 데이터 세트로부터 입자 밀도 추정치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
46. 제45항에 있어서, 각각의 이력 데이터 세트는 현재 프로세스싱 데이트 세트와 식별된 이력 프로세싱 데이터 세트 간의 상관관계를 확인하기 위해 밀도 센서 출력을 식별된 이력 프포세싱 데이터와 비교하도록 구성되는 상기 제어기를 위한 결정된 입자 밀도를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
47. 제36항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 경우 부피에 기반하여 수집 경로를 전환하도록 상기 밸브 액츄에이터가 작동하게 하기 위해, 상기 농축 챔버와 밸브 조립체 간의 유체의 부피 및 동적 유체 부피 이동에 기반하여 제1 제어 이벤트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
48. 제47항에 있어서, 밀도 센서 기반 수집 트리거가 없을 경우 특정된 부피에 기반하여 제2 제어 이벤트를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.
49. 제38항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 농축기는 역류 원심 분리기이고, 상기 방법은, 상기 회수 동작 단계 이전에, 유동층 역류 조건의 안정성을 유지하면서 상기 펌핑 기구 및 챔버 회전의 작동을 늦추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 농축된 유체 회수 방법.

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