KR20210003169A - 입자 침강 장치 - Google Patents

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KR20210003169A
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cone
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디나카르 에스 콤팔라
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수딘 바이오파마
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Abstract

다수의 분야에 적용되는, 벌크 유체로부터 입자를 분리하기 위한 침강 장치가 제공된다. 입자 침강 장치는 상향으로 또는 하향으로 배향되는 작은 개구를 갖는 원뿔의 제1 적층물을 포함한다. 임의적으로, 침강 장치는 하향으로 또는 상향으로 배향되는 작은 개구를 갖는 원뿔의 제2 적층물을 포함한다. 원뿔은 오목하거나 볼록할 수 있다. 이들 장치는 작은(밀리미터 또는 미크론 크기의) 입자를 벌크 유체로부터 분리하는데 유용하고, 다수의 분야, 예컨대 생물(미생물, 포유동물, 식물, 곤충 또는 조류) 세포 배양, 액체 또는 기체로부터의 고체 촉매 입자 분리, 및 폐수 처리에 적용된다.

Description

입자 침강 장치
본원은 다층화된 경사 표면 상에서 침강이 증진된 세포 또는 입자 침강 장치를 제공한다. 본원의 장치는 다음과 같은 다수의 분야에 적용된다: (i) 폴리펩티드, 호르몬, 단백질 또는 당단백질, 백신 또는 백신-유사 입자, 또는 에탄올, 이소부탄올, 이소프레노이드(isoprenoid), 향미 및 방향 화합물 등과 같은 기타 작은 화학 제품을 분비하는 높은 세포 밀도의 생물(포유동물, 미생물, 식물 또는 조류) 세포 배양; (ii) 고체 입자를 둘러싸는 액체 또는 기체 상에서 화학 반응을 촉매화하는 다공성 또는 비다공성 고체 촉매 입자를 분리하고 재생하는 공정; (iii) 주변의 액체 상으로부터 결정화, 응집, 결집, 침전 등과 같은 물리적 변형으로 새롭게 형성된 고체를 분리하고 수집하는 공정; (iv) 친화도 리간드, 예컨대 미소구체 비이드 상에 고정화된 단백질 A 상에서의 분비된 단백질, 예컨대 단일클론성 항체, 및 기타 물질의 포획 및 정제; (v) 다양한 포유동물 세포, 예컨대 인간 중간엽 줄기 세포, 분화된 인간 세포(예를 들어 심근세포 또는 적혈구), 변형된 인간 세포(예를 들어 자가유래 또는 동종이계 세포 치료법 적용을 위한 키메라성 항원 수용체 형질감염된 T 림프구 또는 CAR-T 세포 등)의 시험관내 확장; 및 (vi) 생물 공동체 또는 활성화된 슬러지 또는 기타 고체 입자를 침강시키고 제거함으로써 대규모 지방 자치 또는 상업용 폐수 처리 공장에서 공정 용수를 정화하는 공정.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(e)에 의거하여 2018년 4월 18일자로 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 제62/659,295호를 우선권 주장하고, 2017년 5월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/586,902호(이는 2017년 1월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/324,062호의 일부 연속 출원임), 및 국제 출원일이 2015년 12월 1일이고 미국을 지정하는 PCT 출원 번호 PCT/US2015/063195호에 관련된 것이다. 본 출원은 또한 2016년 5월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/332,546호 및 2017년 2월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/459,509호에 관련된 것이다. 미국 특허 출원 번호 제15/324,062호는 35 U.S.C. 371에 의거하여 국제 출원일이 2015년 7월 9일이고 미국을 지정하는 PCT 출원 번호 PCT/US2015/039723호의 국내 단계 출원이며, 이러한 PCT 출원은 2014년 7월 9일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/022,276호, 및 2014년 8월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/037,513호를 우선권 주장한다. PCT 출원 번호 PCT/US2015/063195호는 2014년 12월 1일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/086,122호를 우선권 주장한다. 모든 이들 출원은 본원에 참고로 그의 전체가 편입된다.
침강 장치에 대하여 상기 언급된 적용 분야중에서, 더욱 즉각적으로 적용가능한 확립된 분야는 재조합 미생물 또는 포유동물 세포의 현탁 배양액으로부터 분비된 생물학적 단백질, 폴리펩티드 또는 호르몬을 생산하는 것이다. 재조합 포유동물 및 미생물 세포에서 생물학적 단백질을 생산하는 가장 흔한 방법은 유가(fed-batch) 배양에 의존하고, 여기서 세포는 높은 세포 밀도로 성장하고, 이어서 전형적으로 유도 배지 또는 유도제에 노출되어 단백질 생산을 개시한다. 원하는 단백질이 세포 밖으로 분비된다면, 유가 배양을 연속 관류 배양으로 바꾸는 것이 더욱 유리한데, 이는 훨씬 더 긴 배양 기간에 걸쳐 높은 세포 밀도 및 높은 생산성을 유지시킬 수 있다. 연속 관류 배양 동안에, 살아있는 생산성 세포는 생물반응기에 보유되거나 이로 재순환되는 반면, 분비된 단백질은 다운스트림 정제 공정을 위하여 생물반응기로부터 연속적으로 수거된다.
유가 배양을 뛰어넘는 연속 관류 배양의 몇몇 핵심적인 이점은 다음과 같다: (1) 분비된 단백질 생성물은, 죽은 세포로부터 배양 배지로 방출되는 단백질분해성 및/또는 당분해성 효소에 의한 잠재적 분해에 노출되지 않고 연속적으로 생물반응기로부터 제거되고; (2) 살아있는 생산성 세포는 보유되거나 다시 재순환되어 연속 관류 생물반응기에서 높은 밀도를 달성하며, 여기서 이들은, 각각의 유가 배양의 종료시에 죽게되거나 생물반응기로부터 제거되기 보다는, 귀중한 단백질을 제어된 생물반응기 환경내에서 훨씬 더 긴 배양 기간 동안 계속 생산하고; (3) 관류 생물반응기 환경은, 유가 배양에서 영양분 및 폐기물의 농도가 역동적으로 바뀌는 것과는 달리, 연속적으로 신선한 영양 배지가 첨가되고 수거된 단백질 생성물과 함께 폐기물이 제거되므로 정상 상태 조건에 더욱 가까이 유지될 수 있으며(이로써 더욱 일관된 설계 기반된 생성물 품질이 유지됨); (4) 세포 보유 장치의 일부에 의해, 더 작은 죽거나 죽어가는 세포가 용해되어 이들의 세포내 효소를 방출하기 이전에 관류 생물반응기로부터 이러한 세포가 선택적으로 제거될 수 있고, 이로써 세포의 높은 생존률, 및 단백질 생성물 수거시 이들의 높은 품질을 유지할 수 있다.
많은 세포 보유 장치가 포유동물 세포 배양 산업에서 개발되어 왔고, 예컨대 내부 스핀 필터 장치[힘멜파브(Himmelfarb) 등의 문헌 "Science 164: 555-557, 1969"], 외부 여과 모듈[브렌난(Brennan) 등의 문헌 "Biotechnol. Techniques, 1 (3): 169-174, 1987"], 중공 섬유 모듈[나젝(Knazek) 등의 문헌 "Science, 178: 65-67, 1972"], 사이클론(cyclone)에서의 중력에 의한 침강[기타노(Kitano) 등의 문헌 "Appli. Microbiol. Biotechnol. 24, 282-286, 1986"], 경사 침강기[바트(Batt) 등의 문헌 "Biotechnology Progress, 6:458-464, 1990"], 연속 원심분리[존슨(Johnson) 등의 문헌 "Biotechnology Progress, 12, 855-864, 1999"], 및 음향 여과[고렌플로(Gorenflo) 등의 문헌 "Biotechnology Progress, 19, 30-36, 2003"]이다. 사이클론은 포유동물 세포 배양 실험에서 사용되는 장치 크기 및 수거 유량에서 충분히 세포를 분리하기에 충분한 원심력을 생산할 수 없고[기타노 등의 문헌(1986)], 포유동물 세포는 효율적 세포 분리에 필수적인 더 높은 유량(및 원심력)에서 심각하게 손상되는 것으로 밝혀졌다[엘세예드(Elsayed) 등의 문헌 "Eng. Life Sci., 6: 347-354, 2006"]. 나머지 장치중 대부분은 수거로부터 모든 포유동물 세포를 적절히 보유하지만, 이들 장치는 생물반응기에서 원하는 생 세포로부터 사 세포를 분리할 수 없다. 결과적으로, 사 세포는 관류 생물반응기 내부에 축적되고, 막 필터는 막히게 되며, 전형적으로는 포유동물 세포를 배양한지 3주 또는 4주 이내에 연속 관류 생물반응기를 종결시켜야 한다.
오늘날 이용가능한 모든 세포 보유 장치들 중에서, 단지 경사 침강기[상기 바트 등의 문헌(1990), 및 시어레스(Searles) 등의 문헌 "Biotechnology Progress, 10: 198-206, 1994"]만이 범람되거나 수거되는 스트림에서 더 작은 사 세포 및 세포 찌거기를 선택적으로 제거할 수 있는 반면, 더 크고, 살아있는 생산성 포유동물 세포는 관류 생물반응기로 다시 복류를 통해 계속해서 재순환된다. 따라서, 단백질 생성물을 경사 침강기의 정상부로부터 연속적으로 수거하면서 높은 생존률 및 높은 세포 밀도로 관류 생물반응기 작동을 무기한으로 지속시키는 것이 실현가능하다.
경사 침강기는 이전에 다중-플레이트 또는 또는 박판 침강기로서 규모 확대되었고[프롭스타인(Probstein, R. F.), 미국 특허 번호 제4,151,084호, 1979년 4월], 몇몇 대규모 산업 공정, 예컨대 폐수 처리, 음용가능한 물 정화, 금속 표면처리, 채굴 및 촉매 재순환에 광범위하게 사용된다[예를 들어 오두엥보(Odueyngbo) 등, 미국 특허 번호 제7,078,439호, 2006년 7월].
포유동물 세포 배양 적용시에 분비된 단백질의 생산성을 증진시키는 단일 플레이트 경사 침강기[바트 등의 문헌(1990)]에 대한 본 발명자들의 첫 번째 증거를 들자면, 다중플레이트 또는 박판 침강기 장치는 혼성 세포 배양에 사용하기 위한 경사 침강기의 규모 확대에 대하여 특허받았다[톰슨(Thompson) 및 윌슨(Wilson), 미국 특허 제5,817,505호, 1998 10월]. 이러한 박판 경사 침강기 장치는 재조합 포유동물 세포를 연속 관류 생물반응기에서 높은 생물반응기 생산성(높은 세포 밀도에 기인함) 및 높은 생존률(> 90%)에서 오랜 기간 동안(예를 들어 관류 배양을 종결시켜야할 필요 없이 수 개월 동안) 배양하기 위해 사용되어 왔다. 카울링(Kauling) 등의 미국 특허 공고공보 번호 제2011/0097800호는 경사각으로 싸여진 원통형 관을 사용하는 경사 침강기의 규모-확대 형태를 기재한다. 이러한 장치는 더 큰 포유동물 세포, 예컨대 CHO, BHK, HEK, HKB, 혼성 세포, 섬모충류, 및 곤충 세포의 배양에 유용한 것으로 기재되어 있다.
이들 세포 보유 장치중 어느 것도 분비된 단백질 생성물을 더 작은, 따라서 더 까다로운 미생물 세포의 관류 생물반응기 배양에서 수거하는 것으로 입증된 바 없다. 박판 침강기는 세포 침강을 연구하기 위해 효모 세포로 시험하였으나 성공은 제한적이었다[분게이(Bungay) 및 밀스파우(Millspaugh)의 문헌 "Biotechnology and Bioengineering, 23: 640-641, 1984"]. 하이드로사이클론은, 주로 효모 세포를 맥주로부터 분리하기 위해 효모 현탁액에서 시험되었고, 역시 성공은 매우 제한적이었다[유안(Yuan) 등의 문헌 "Bioseparation, 6: 159-163, 1996"; 실리어스(Cilliers) 및 해리슨(Harrison)의 문헌 "Chemical Engineering Journal, 65: 21-26, 1997"].
사이클론 내부에 나선형 수직 플레이트를 갖는 변형 사이클론은 폐수 처리에서 분리 효율을 향상시키는 것으로 제안되었고[볼디레브(Boldyrev VV), 다비도브(Davydov EI), 침강 탱크, 러시아 특허 번호 제2,182,508호에 기재된 바와 같음], 이러한 배열의 초기 설명은 액체 현탁액에서 고체의 경사분리(decantation)에 대해 기재하였다(미국 특허 번호 제4,048,069호, 1977년 9월). 러시아 특허 번호 제2,182,508호에 개시된 변형된 사이클론은 원뿔형 바닥부를 갖는 수직 원통형 통에 내장된 나권형 플레이트를 포함한다. 슬릿은 중심 폐수 유입구 관의 전체 높이를 따라 제공되고, 이는 폐수를 유입구 관으로부터 수직 나권형 플레이트내로 보내기 위해 바닥부에서 마개로 막혀있다. 나선은 중심 관에서 시작하여 원통형 하우징(housing)의 벽에서 끝나서, 입자를 담은 폐수가 유동되는 채널을 형성한다. 입자는 나선형 채널의 수직 침적 칼럼에 침강된다. 침강기 대역의 높이는 나선형 플레이트의 수직 높이이고, 채널의 폭은 나권형 플레이트의 벽에 의해 형성되는데, 이는 그의 길이 전체를 통해 일정하게 유지된다. 정제된 물을 제거하기 위한 파이프는 원통형 몸체의 상부 부분에 설치된다. 침적물을 제거하기 위한 도관은 원뿔형 바닥 부분의 바닥에 설치된다. 작동시, 폐수는 중심 관을 통해 진입하고, 슬릿 또는 개구를 통해 나선형 대역으로 진입한다. 나선형 채널은 유동 경로를 증가시키는 작용을 하고, 이에 따라 침강기에서 액체의 체류 시간을 증가시킨다. 나선은 또한 유체에 대한 접촉 (벽) 면적을 증가시키는 작용을 한다. 정화에서 주된 구동력은 현탁액의 입자에 작용하는 중력인데, 현탁액이 나권형 수직 침적 칼럼을 돌아 가기 때문이다. 나선의 벽 위에 또는 채널내에 남아 있는 슬러리는 침강기의 원뿔형 바닥부로 떨어지고, 주기적으로 침강기로부터 제거된다. 정제된 물은 정상부 주변의 원통형 하우징의 측부상의 파이프로부터 빼내어 진다.
러시아 특허 문헌에 기재된 바와 같이, 고체를 함유한 폐수의 유동 패턴은, 오염된 물이 중심 관를 통해 중심으로 진입하여 슬릿을 통해 나선형 채널내로 진입되고, 정제된 물은 정제수 파이프를 통해 수직 원통형 몸체의 주변으로부터 또는 바깥으로 제거되므로, 통상의 사이클론의 전형적인 유동 패턴과 반대이다. 이러한 변형된 역-유동 사이클론 장치는 폐수 처리 이외의 어떠한 분야를 위해서도 제안되거나 적용되지 않았다.
따라서, 비교적 작은 공간에서 액체 현탁액중의 입자에 대한 원심력 및 중력에 영향을 줄 수 있는 입자 침강 장치가 요망된다.
본원은 하우징내에 배열된 다층화된 경사 표면 상에서 침강이 증진된 세포 또는 입자 침강 장치를 제공한다. 하우징은 사이클론 하우징일 수 있다. 본원의 입자 분리 장치는 다수의 적용 분야에 사용될 수 있고 선행 기술의 분리 장치에 비해 큰 개선점을 나타낸다. 이들 침강 장치에서, 경사 표면은 복수개의 수직 원통형 플레이트에 부착될 수 있다. 침강 장치는 나선형 원뿔형 표면, 또는 나선의 바닥부에 연결된 각진 원뿔형 표면에 가까운 수 개의 경사된 플레이트를 포함할 수 있다. 다수의 층상화된 경사된 플레이트는, 액체 부피가 원뿔형 또는 나선형 침강 표면의 주변으로부터 침강기 장치의 중심으로 점진적으로 이동하는 원뿔형 조립물 내부에서 하향 또는 상향으로 움직이는 벌크 유체로부터의 입자의 침강 효율을 증진시킨다.
본원의 침강기 장치는 수직 플레이트가 없고, 중심 개구쪽으로 아래로 점점 가늘어지는, 하우징 내부에 위치된 일련의 포개진 원뿔을 둘러싼 하우징을 포함할 수 있다. 이러한 실시태양의 원뿔은, 적층물에서 연속하는 원뿔 사이에 거리(채널 폭)를 유지시키는 지지체에 의해 적층물에서 위 아래로 지지된다. 지지체는 원하는 거리(원하는 채널 폭)를 두고 연속하는 원뿔을 위치시키도록 하나 이상의 원뿔의 상부 및/또는 하부 표면에 부착되는 세개 이상의 돌출부를 포함할 수 있다. 임의적으로, 지지체는 원뿔의 끝이 절단된 정점과 멀리 있는 각각의 원뿔의 표면에 상호연결된 적어도 3개의 L-모양의 구성요소를 포함할 수 있다. L-모양의 구성요소는 정점에서 제1 측부에 상호연결된 제2 측부를 포함하고 표면에 상호연결되어, 제1 측부가 원뿔의 적층물에서 제2 원뿔을 지지하도록 한다. 제2 측부는 원뿔의 표면에 실질적으로 평행하다. 임의적으로, 제2 측부는 하우징의 내부 표면으로부터 원뿔을 떨어뜨려 놓도록 원뿔 너머로 돌출된다. 몇몇 실시태양에서, 포개진 원뿔형 표면으로부터 중심 개구를 향해 액체 또는 현탁된 입자가 유동되는 것을 방지하는 마개 또는 다른 방해물은 존재하지 않는다.
본원의 침강기 장치는:
1) 각각 중심 개구를 갖는 2개 이상의 포개진 원뿔의 제1 적층물, 및
2) 각각 중심 개구를 갖는 2개 이상의 포개진 원뿔의 임의적인 제2 적층물을 둘러싸는 하우징을 포함할 수 있고, 하우징의 바닥부에서 중심 개구를 향해 아래로 점점 가늘어지는 원뿔형 표면과 이들의 바닥부 또는 근처에서 접합된다.
포개진 원뿔(2개 이상의 포개진 원뿔의 제1 및 임의적인 제2 적층물 둘 다에서)은 적층물에서 바로 다음의 연속하는 원뿔 위에 각각의 원뿔을 지지하는 적어도 3개의 돌출부를 포함한다. 돌출부는 바람직하게는 실질적으로 일정한 거리로 위치되고, 일반적으로 동일한 크기로 형성되어, 적층물에서 모든 원뿔 사이에 거의 동일한 간격으로 각각의 연속하는 원뿔을 적층물에 유지시킨다. 하나의 실시태양에서, 각각의 연속하는 원뿔을 적절히 지지하기 위해 각각의 원뿔에 대해 적어도 3개의 돌출부가 존재하지만, 각각의 원뿔은 원뿔을 적당하게 또는 적절하게 지지하기 위해 요구되는 경우 3개 보다 많은 돌출부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 각각의 원뿔은 그 다음의 연속하는 원뿔을 적층물에서 지지하기 위해 4개의 돌출부를 포함할 수 있거나, 8개의 돌출부를 포함할 수 있다.
돌출부, 또는“수직 지지체"는 침강된 입자 또는 세포가 중심 개구, 또는 하우징 및 원뿔 사이에서 하우징의 내부 원주 둘레의 갭을 향해 원뿔의 표면 아래로 미끄러지는 것에 대한 방해물을 나타낸다. 이들 돌출부는 원뿔의 한 표면에 부착되지만, 이들 돌출부는 원뿔의 적층물에서 또 다른 원뿔에 부착될 필요는 없다. 이와 같이, 이들 돌출부는 적층물에서 2개 이상의 원뿔을 서로 부착시킬 필요가 없고, 대부분의 실시태양에서 부착시키지 않는다.
각각의 연속하는 원뿔을 원뿔의 적층물에서 지지하는 돌출부에 의해 생성되는 각각의 연속하는 원뿔형 표면 사이에 실질적으로 일정한 간격이 존재하는 것이 바람직하다. 연속하는 원뿔 사이의 간격은 약 1 mm 내지 약 2.5 cm 사이에서 다양할 수 있다.
각각 그 다음의 연속하는 원뿔에 의해 지지되지만 그 다음의 연속하는 원뿔에 영구적으로 부착되지는 않는, 원뿔의 연속하는 적층물에 의해 제공되는 침강 표면의 이러한 배열은, 입자 침강 장치, 및 그 내부의 원뿔형 표면이 규칙적이거나 되풀이되는 작업, 예컨대 침강기 장치에서의 원뿔형 침강 표면의 해체 및 세정을 필요로 하는 분리 적용 분야를 위해 특히 유용하다.
원뿔의 제1 및 임의적인 제2 적층물의 이러한 배열은 벌크 유체가 침강 장치를 통해 이동하는 경우 벌크 유체로부터의 입자의 침강 효율을 유의적으로 증진시킨다. 입자, 예컨대 세포를 포함하는 벌크 액체가 본원의 침강기 장치의 포개진 원뿔을 통해 이동하는 경우, 더 큰 입자(예를 들어, 살아있는 생산성 세포)는 원뿔의 표면 상에 침강된다. 원뿔의 상부 또는 제1 적층물 아래로 미끄러진 세포는, 원뿔형 표면 아래로 원뿔의 외부 가장자리를 향해 미끄러지고, 수직으로 하우징의 원뿔형 구간내로 떨어진다. 추가적으로, 원뿔의 하부 또는 제2 적층물 아래로 미끄러진 세포는, 원뿔형 표면 아래로 원뿔의 중심 개구를 향해 미끄러지고, 수직으로 하우징의 중심 개구를 향해 떨어진다.
이들 장치는 상이한 산업 또는 적용 분야 또는 크기에 대한 분리 요구를 맞추도록 규모 확대되거나 축소될 수 있는데, 이는 이전의 침강 장치의 더욱 전형적인 1차원 또는 2차원적 규모 조정과 비교하여, 분리 표면이 3차원으로 부피적으로 규모 확대 또는 축소될 수 있기 때문이다.
본원의 장치의 규모 확대는 간단히 하우징의 직경을 증가시키고(상응하여 내부에 포개진 원뿔의 직경을 증가시키고)/시키거나 하우징의 높이를 증가시킴으로써(이는 원뿔의 제1 및 제2 적층물중 하나 또는 둘 다에서 원뿔의 수를 증가시킴) 수행될 수 있다. 세포 침강을 위해 효과적인 돌출된 면적은 하우징의 직경의 제곱에 비례하여 증가하고, 내부 원통의 높이에 비례하여 증가한다. 본원의 소형 침강 장치의 효과적인 침강 면적은 하우징 직경의 세제곱에 비례하거나(내부 침강기의 높이가 또한 비례적으로 증가되는 것으로 가정함) 또는 하우징의 부피와 동일하게 규모 확대된다. 효과적인 침강 면적의 이러한 3차원적 또는 부피의 규모 확대는 본원의 침강 장치를 이전의 경사 침강기 장치와 비교하여 더욱 소형화시킨다.
상이한 원통 또는 원뿔 사이의 고리 모양의 영역에서 방사상 간격은 약 1 cm 내지 약 10 cm일 수 있고, 최적값은 약 2.5 cm이다. 경사 침강 원뿔 및 그 다음의 연속하는 원뿔의 내부 표면 사이의 약 1 mm의 작은 여유는, 시종일관 원뿔의 바닥부로 미끄러지기 보다는, 침강된 입자(예를 들면 세포)가 원뿔의 표면 아래로 미끄러져 측부상에서 원뿔을 빠져나가기 위해 유용한 공간을 제공한다. 측부를 빠져나간 세포는 수직으로 각각의 원통의 내부를 따라 침강된다. 이들 침강 세포가 각각의 원통의 바닥부에서 원뿔형 표면에 도달될 경우, 이들은 원뿔상의 경사 표면 위에서 사이클론 하우징의 바닥부에 있는 중심 개구를 향해 아래로 미끄러진다. 유체 속력은 증가하면서 중심 개구를 향해 경사진 원뿔형 표면 아래로 내려가는 이점은, 더 빠른 액체 속력에 의해 축적되기 보다는 원뿔 아래로 미끄러지는 증가된 수의 침강 세포가 중심 개구로 쓸려 내려간다는 것이다.
침강 표면에 대한 경사각은 일정하거나 일정하지 않을 수 있고, 수직으로부터 약 15 도 내지 약 75 도 사이의 범위이다. 더 점착성이 큰 입자(전형적으로 포유동물 세포)를 사용하는 경우, 경사각은 수직에 가까울 수 있다(즉, 수직으로부터 대략 15 도). 비-점착성 고체 촉매 입자를 사용하는 경우, 경사각은 수직으로부터 더 멀어질 수 있다(예를 들어, 수직으로부터 대략 75 도). 몇몇 실시태양에서, 원뿔형 표면은 경사각이 종방향 축에 대하여 약 10 도 내지 약 80 도, 또는 약 15 도 내지 약 75 도 사이에서 다양하도록 아치형의 종방향 단면을 갖는다.
본원의 모든 침강기 장치는 제1 개구 반대쪽의 하우징의 단부에서 하우징의 적어도 일부 위에 폐쇄부 또는 뚜껑을 포함할 수 있다. 모든 이들 실시태양에서, 폐쇄부 또는 뚜껑은 액체를 제거하거나 액체를 침강기 장치내로 진입시키는 유출구 또는 포트를 또한 포함할 수 있다. 하우징 및/또는 뚜껑에 있는 개구 및 추가적인 포트 또는 유출구는 하우징의 외측 및 내측과 액체 소통되어 침강기 장치의 하우징의 안쪽으로 및/또는 바깥쪽으로 액체의 통과를 허용하고, 이러한 개구 또는 유입구/유출구의 각각의 경우에, 하우징 안쪽으로 및 바깥쪽으로의 통과 방식은 본원의 침강기 장치의 안쪽으로 또는 바깥쪽으로의 액체의 유동을 중단시키거나 제한하기 위해 개방되거나 폐쇄될 수 있는 밸브 또는 기타 기작을 포함할 수 있다.
본원의 입자 침강 장치는 하우징 및 하우징 내부에 위치된 적어도 1개의 수직 관을 포함할 수 있고, 적어도 1개의 수직 관은 사이클론 하우징내의 제1 개구를 향해 아래로 점점 가늘어지는 원뿔형 표면과 한쪽 단부에서 접합된다. 적어도 1개의 추가적인 개구가 실질적으로 제1 개구의 반대쪽에서 하우징에 존재한다.
원뿔형 표면의 경사각은 하나의 실시태양에서 수직으로부터 약 45 도이거나, 또는 수직으로부터 약 15 도 내지 수직으로부터 약 75 도 사이에서 다양할 수 있다. 임의적으로, 원뿔형 표면 및/또는 하우징의 정상부 또는 바닥부는, 경사각이 수직으로부터 약 15 도 내지 수직으로부터 약 75 도 사이에서 다양할 수 있도록 볼록하거나 오목한 모양을 가질 수 있다.
인접한 수직 관 사이에 형성된 고리형 채널의 폭은 약 1 mm 내지 약 50 mm이다. 침강기 장치내의 수직 관의 수는 약 2 및 약 30개일 수 있다.
침강기 장치는 제1 개구의 반대쪽의 하우징의 단부에서 하우징의 적어도 일부 위에 폐쇄부를 포함할 수 있다. 하우징에서 적어도 1개의 추가적인 개구는 적어도 1개의 수직 관에 접선방향인 하우징의 측부로부터 개방되어 하우징의 외측 및 내측과 액체 소통되도록 구성될 수 있다.
액체 수거 유출구는 폐쇄부에 형성되어 하우징의 외측 및 내측과 액체 소통될 수 있다.
본원의 또 다른 양태는, 제한되는 것은 아니지만, 다음중 하나 이상을 포함하는 하우징을 포함할 수 있는 입자 침강 장치이다: (1) 제1 원뿔형 부분; (2) 제2 원뿔형 부분; (3) 제1 및 제2 원뿔형 부분 사이에 위치된 원통형 부분; (4) 액체를 하우징내로 도입하기 위한 적어도 1개의 유입구; (5) 제1 유출구 포트; (6) 제2 유출구 포트; 및 (7) 하우징내에 위치된 원뿔의 제1 적층물. 하나의 실시태양에서, 제1 유출구 포트는 제1 원뿔형 부분과 연결되고 제2 유출구 포트는 제2 원뿔형 부분과 연결된다. 임의적으로, 하우징내로 도입되는 액체는 입자를 포함하는 액체 현탁액일 수 있다. 입자는 여러 가지 크기일 수 있다.
하나의 실시태양에서, 제1 유출구 포트는 정화된 액체를 수거하기 위한 것일 수 있다. 정화된 액체는 입자의 제1 부분집합을 포함할 수 있다. 입자의 제1 부분집합은 세포 찌꺼기, 사 세포 등을 포함할 수 있다. 임의적으로, 제1 유출구 포트는 하우징의 폐쇄부에 형성될 수 있다. 제1 유출구 포트는 하우징의 외측 및 내측과 액체 소통된다.
임의적으로, 또 다른 실시태양에서, 제2 유출구 포트는 농축된 액체를 수거하기 위한 것일 수 있다. 농축된 액체는 입자, 예컨대 생 세포의 제2 부분집합을 포함할 수 있다. 전형적으로, 입자의 제2 부분집합의 입자는 일반적으로 입자의 제1 부분집합의 입자에 비해 더 크다. 입자의 제2 부분집합의 각각의 입자는 일반적으로 입자의 제1 부분집합의 입자에 비해 더 큰 질량을 갖는다. 제2 유출구 포트는 하우징의 외측 및 내측과 액체 소통된다.
원뿔의 제1 적층물은 제1 원뿔형 부분의 적어도 일부분을 차지한다. 임의적으로, 원뿔의 제1 적층물은 원통형 부분의 적어도 일부분을 차지한다. 임의적으로, 원뿔의 제1 적층물의 1개 이상의 원뿔은 제1 유출구 포트를 향해 배향된 끝이 잘린 정점을 포함한다. 추가적으로, 또는 다르게는, 원뿔의 제1 적층물의 적어도 1개의 원뿔에는 중심 개구가 없다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔의 제1 적층물의 각각의 원뿔은 제2 유출구 포트를 향해 배향된 개방 밑면을 포함한다. 원뿔의 제1 적층물의 원뿔은 일반적으로 하우징의 중심에 있고, 예를 들어, 원뿔의 제1 적층물의 원뿔은 1개 이상의 원뿔의 끝이 절단된 정점에 의해 형성된 실질적인 중심 개구에 맞춰 중심을 둔다.
임의적으로, 하우징은 추가로 원뿔의 제2 적층물을 포함할 수 있다. 원뿔의 제2 적층물은 제2 원뿔형 부분의 적어도 일부분을 차지할 수 있고, 원통형 부분의 적어도 일부분을 차지할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물의 각각의 원뿔은 원뿔의 제1 적층물의 원뿔에 횡방향으로 놓인다.
임의적으로, 원뿔의 제1 적층물에서 원뿔의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 15 도 내지 약 75 도 사이에서 다양할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 표면은 원뿔 표면의 횡단면이 아치형 라인을 한정하도록 볼록하거나 오목하다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔의 경사각은 수직으로부터 15 도 내지 75 도 사이의 임의의 각으로 일정할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 경사각은 약 45 도이다.
또 다른 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물의 각각의 원뿔은 제2 유출구 포트를 향해 배향된 끝이 절단된 정점을 포함한다. 원뿔의 제2 적층물의 각각의 원뿔은 또한 제1 유출구 포트를 향해 배향된 개방 밑면을 포함할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물의 원뿔은 일반적으로 하우징의 중심에 위치된다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물의 원뿔은 1개 이상의 원뿔의 끝이 절단된 정점에 의해 형성된 실질적인 중심 개구에 맞춰 중심을 둔다.
하나의 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물에서 원뿔의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 15 도 내지 약 75 도이다. 원뿔의 제2 적층물에서 원뿔의 경사각은 약 45 도일 수 있다.
하나의 실시태양에서, 원뿔의 제1 적층물의 원뿔은 실질적으로 균일한 간격을 갖는다. 추가적으로, 원뿔의 제2 적층물의 원뿔은 실질적으로 균일한 간격을 가질 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 제1 적층물의 원뿔은 원뿔의 제2 적층물의 원뿔과 비교하여 상이한 간격을 갖는다.
적어도 1개의 유입구는 하우징의 외측 및 내측과 액체 소통되는 유입구 포트로서 구성된다. 적어도 1개의 유입구는 하우징의 제1 원뿔형 부분, 제2 원뿔형 부분, 및 원통형 부분중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 적어도 1개의 유입구의 제1 유입구는 하우징의 원통형 부분과 연결된다. 또 다른 실시태양에서, 적어도 1개의 유입구의 제2 유입구는 제1 및 제2 원뿔형 부분중 하나와 연결된다. 역시 또 다른 실시태양에서, 제2 유입구는 제2 원뿔형 부분과 연결된다. 또 다른 실시태양에서, 적어도 1개의 유입구는 일회용 생물반응기 백에 상호연결되도록 구성된다. 일회용 생물반응기 백은 플라스틱 물질을 포함할 수 있다.
본원의 입자 침강 장치의 배치구성은: (a) 제1 원뿔형 부분; (b) 제2 원뿔형 부분; (c) 제1 및 제2 원뿔형 부분 사이에 위치된 원통형 부분; (d) 액체 현탁액이 하우징에 진입하기 위한 적어도 1개의 유입구; (e) 정화된 액체를 수거하기 위한 제1 유출구 포트; (f) 농축된 액체 현탁액을 방출하기 위한 제2 유출구 포트; 및 (g) 하우징내에 위치된 원뿔의 제1 적층물을 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 이러한 장치에서, 원뿔의 제1 적층물은 제1 원뿔형 부분의 적어도 일부를 차지하고, 원통형 부분의 적어도 일부를 차지할 수 있다. 원뿔의 제1 적층물의 각각의 원뿔은 (i) 제2 원뿔형 부분에 멀리 떨어져 위치된 끝이 절단된 정점, 및 (ii) 제2 원뿔형 부분에 근접하여 위치된 개방 밑면을 포함한다. 임의적으로, 제1 적층물의 원뿔은 일반적으로 원뿔의 제1 적층물중의 각각의 원뿔에서 끝이 절단된 정점에 의해 형성된 실질적인 중심 개구에 맞춰 중심을 둔다.
원뿔의 제1 적층물에서 원뿔의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 15 도 내지 약 75 도 사이에서 다양할 수 있다. 예를 들어, 원뿔 표면의 횡단면은 아치형 라인을 한정한다. 이들 원뿔은 볼록하거나 오목한 표면을 가질 수 있다. 다른 실시태양에서, 원뿔의 경사각은 일정하고, 예를 들어, 약 45 도일 수 있다. 원뿔의 제1 적층물의 원뿔은 바람직하게는 실질적으로 균일한 간격을 갖는다.
원뿔의 제2 적층물에서 원뿔의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 15 도 내지 약 75 도 사이에서 다양할 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물에서 원뿔의 경사각은 약 45 도이다.
본원의 또 다른 양태는: (A) 하우징; (B) 하우징 내부에 위치된 적어도 2개의 원뿔형 플레이트; (C) 하우징중의 제1 개구; 및 (D) 하우징중의 제2 개구를 포함하는 입자 침강 장치이다. 하나의 실시태양에서, 적어도 2개의 원뿔형 플레이트는 1개가 나머지 위에 포개진다. 바람직하게는, 하우징은 약 3 내지 약 30개의 원뿔형 플레이트를 포함한다. 적어도 2개의 원뿔형 플레이트는 실질적으로 일정한 거리에 의해 분리될 수 있다. 임의적으로, 적어도 2개의 원뿔형 플레이트의 인접한 표면 사이에 형성된 채널의 폭은 약 1 mm 내지 약 50 mm이다. 3개 이상의 지지체는 적층물에서 각각의 원뿔형 플레이트를 유지시킬 수 있다.
각각의 원뿔형 플레이트는 제1 개구에 근접한 끝이 절단된 정점 및 제1 개구에 멀리 떨어져 위치된 개방 밑면을 포함할 수 있다. 원뿔형 플레이트는 일반적으로 하우징의 중심에 있을 수 있고, 하우징내에서 실질적으로 수직 위치로 배열된다. 적어도 2개의 원뿔형 플레이트 각각의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 15 도 내지 약 75 도 사이에서 다양할 수 있다. 원뿔형 플레이트는 종방향 축에 대해 오목한 모양을 가질 수 있다. 원뿔형 플레이트는 종방향 축에 대해 볼록한 모양을 가질 수 있다. 따라서, 원뿔형 플레이트의 횡단면은 아치형 라인을 한정할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔형 플레이트는 적어도 1개의 곡률 반경에 의해 한정된 모양을 갖는다.
이들 장치에서, 하우징은 원통형 부분 및 원뿔형 부분을 포함한다. 제1 개구는 원뿔형 부분과 연결될 수 있다. 임의적으로, 제2 개구는 원통형 부분과 연결될 수 있다. 제2 개구는 원통형 부분의 측벽에 위치될 수 있다. 제2 개구는 원통형 부분의 개방 단부와 연결된 뚜껑에 위치될 수 있다. 제2 개구는 원뿔형 부분에 위치될 수 있다.
본원의 또 다른 양태는, 제한되지 않지만: (1) 제1 원뿔형 부분; 제1 원통형 부분; 및 적어도 1개의 포트를 포함하는 상부 하우징; (2) 상부 하우징과 상호연결될 수 있고: 제2 원뿔형 부분; 제2 원통형 부분; 및 적어도 1개의 포트를 포함하는 하부 하우징; 및 (3) 침강 장치내에 위치된 원뿔의 적층물을 포함하고, 이때 원뿔의 적층물의 각각의 원뿔이 제1 원뿔형 부분을 향해 배향된 작은 개구 및 제2 원뿔형 부분을 향해 배향된 큰 개구를 포함하고, 원뿔의 제1 적층물이 침강 장치의 종방향 축에 일반적으로 중심을 두는 침강 장치이다. 임의적으로, 상부 하우징은 하부 하우징의 제2 플랜지(flange)와 맞물리도록 구성된 제1 플랜지를 추가로 포함한다. 상부 하우징은 영구적으로 하부 하우징에 접합될 수 있다.
이들 장치에서, 원뿔의 제1 적층물의 원뿔의 표면은 종방향 축에 대하여 대략 15 도 내지 약 85 도 사이의 각으로 존재한다. 임의적으로, 제1 및 제2 원뿔형 부분은 종방향 축을 향해 안쪽으로 오목하다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 몸체의 종방향 단면은 아치형 모양을 갖는 라인을 형성한다.
추가적으로, 또는 다르게는, 제1 원뿔형 부분은 종방향 축을 향해 안쪽으로 오목하고, 제2 원뿔형 부분은 종방향 축으로부터 바깥쪽으로 볼록하다. 하나의 실시태양에서, 침강 장치는 침강 장치내에 위치된 원뿔의 제2 적층물을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물의 각각의 원뿔은 제1 원뿔형 부분으로부터 먼쪽에 배향된 작은 개구 및 제1 원뿔형 부분을 향해 배향된 큰 개구를 포함한다. 임의적으로, 원뿔의 제2 적층물의 원뿔은 종방향 축으로부터 바깥쪽으로 오목한 몸체를 갖는다.
본원의 임의의 침강기 장치에서, 장치의 하우징 및/또는 원뿔 및/또는 임의의 기타 구성성분은 금속 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 등중 하나 이상일 수 있다. 하나의 실시태양에서, 침강 장치는 전체가 플라스틱으로 형성된다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔의 적층물의 적어도 1개의 원뿔은 적어도 부분적으로 스테인레스 스틸로 이루어진다. 금속 표면(특히 스테인레스 스틸)은 평활한 표면을 제공하기 위해 전기연마(electropolishing)될 수 있다. 유사하게, 본원의 임의의 침강기 장치에서, 장치의 하우징 및/또는 원뿔 및/또는 임의의 기타 구성성분은 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 비-점착성 플라스틱, 예컨대 테플론(Teflon) 또는 실리콘에 의해 코팅될 수 있다.
본원의 임의의 침강기 장치에서, 하우징은 제1 원뿔형 부분, 제2 원뿔형 부분, 및/또는 원통형 부분중 하나 이상과 연결된 유체 자켓(fluid jacket)을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 유체 자켓은 제2 원뿔형 부분 및 원통형 부분과 연결된다. 유체 자켓은 예정된 온도의 유체를 수용하기 위해 적어도 1개의 포트를 포함할 수 있다. 임의적으로, 유체 자켓은 유체 자켓으로부터 유체를 추출하기 위한 제2 포트를 포함할 수 있다. 물 또는 기타 유체는 유체 자켓내로 인도되어 사이클론 하우징 및 그의 모든 내용물을 원하는 온도 범위내에서 유지시킬 수 있다. 포트는 자켓에 도달하도록 사이클론 하우징의 외부 벽에서 형성될 수 있다. 포트는 자켓을 통해 유체를 냉각 또는 가열시키는 순환을 위한 유입구 또는 유출구로서 작용할 수 있다.
본원의 임의의 침강기 장치에서, 침강기 장치 내부의 물리적 조건을 모니터링하기 위해 1개 이상의 센서가 위치될 수 있다. 추가적으로, 또는 다르게는, 적어도 1개의 센서는 본원의 침강기 장치에 상호연결된 배관 라인내의 조건을 모니터링하기 위해 위치될 수 있다. 배관 라인은 침강기 장치의 바닥부 유출구 포트에 상호연결된 회수 라인일 수 있다.
이들 센서는 하우징 또는 배관 라인내의 pH, 용존 산소(DO), 글루코스, 온도, 및 CO2(부분 CO2로서 공지된 용존 CO2 포함)중 하나 이상을 결정하기 위해 선택될 수 있다. 센서는 하우징 또는 배관 라인내의 용액과 접촉하는 하나 이상의 프로브를 포함할 수 있다. 프로브는 침강기 장치 또는 배관 라인의 내부 표면에 부착될 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 적어도 1개의 센서 및/또는 프로브는 침강기 장치의 하부 원뿔형 부분내에 위치되고, 측부 포트 및 바닥부 포트중 하나 이상으로부터 이격될 수 있다.
이들 프로브(들)는 판독기와 접촉하지 않고서 데이터를 전송할 수 있다. 이러한 방식에서, 프로브는 침강기 장치 및/또는 라인내의 조건을 측정하고 데이터를 침강기 장치 바깥쪽에 있는 판독기에 전송할 수 있다. 1개 이상의 프로브는 형광 프로브일 수 있다. pH, DO, 글루코스, 온도, 및 pC02중 하나 이상은 사이클론 하우징내의 프로브에 의해 측정될 수 있다. 프로브는 하우징의 한 부분에 부착될 수 있다. 하우징의 그러한 부분은 형광 프로브에 의해 생산된 빛을 전송하도록 작동될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 하우징의 한 부분은 투명하거나 반투명할 수 있다. 판독기(또는 계량기)는 형광 프로브로부터의 빛을 수신한다. 판독기는 형광 프로브에 의해 전송되는 빛을 수집하는 광섬유를 또한 포함할 수 있다. 적합한 프로브 및 판독기는 프리센스 프리시즌 센싱 게엠베하(PreSens Precision Sensing GmbH)를 비롯한 다양한 판매 회사로부터 입수가능하다. 또 다른 배치구성에서, 침강기 장치내의 프로브는 네트워크 접속에 의해 데이터를 침강기 장치 바깥쪽에 있는 판독기로 전송할 수 있다. 예를 들어, 프로브는 와이파이, 블루투스, 또는 임의의 다른 무선 통신 방식에 의해 판독기와 소통될 수 있다.
본원의 침강기 장치의 작동시, 이들 센서(들)로부터의 데이터는 유체 자켓내의 유체의 온도를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 센서로부터의 데이터는 pH, 온도, 용존 산소 농도, 용존 이산화탄소, 및 영양분 농도중 하나 이상을 입자 침강 장치내에서 조절하기 위해 사용될 수 있다.
본원의 또 다른 양태는 액체 현탁액에서 입자 또는 세포를 침강시키는 방법을 제공한다. 이러한 방법은, 제한되는 것은 아니지만, (i) 입자의 액체 현탁액을 본원의 입자 침강 장치내로 도입하는 단계; (ii) 입자를 침강기 장치의 하우징중의 제1 개구로부터 수집하는 단계; 및 (iii) 액체를 침강기 장치중의 또 다른 개구로부터 수집하는 단계를 포함한다. 액체는 제1 개구의 반대쪽의 하우징 단부에서 하우징의 적어도 일부분을 덮는 폐쇄부중의 개구로부터 수집될 수 있다. 액체는 하우징중의 적어도 1개의 추가적인 개구로부터 수집될 수 있고, 이러한 개구는 하우징의 측부로부터 개방되도록 구성된다. 이들 방법에서, 액체 현탁액을 침강기 장치내로 도입하는 단계는 액체 현탁액을 플라스틱 생물반응기 백으로부터 입자 침강 장치내로 인도함을 포함할 수 있다.
본원의 관련된 양태는 현탁액에서 입자를 침강시키는 방법을 제공한다. 이러한 방법은: (a) (i) 제1 원뿔형 부분, 제1 원통형 부분, 및 적어도 1개의 포트를 갖는 상부 하우징; (ii) 상부 하우징과 상호연결될 수 있고, 제2 원뿔형 부분, 제2 원통형 부분, 및 적어도 1개의 포트를 포함하는 하부 하우징; 및 (iii) 침강 장치내에 위치된 원뿔의 적층물을 포함하고, 이때 원뿔의 적층물의 각각의 원뿔이 제1 원뿔형 부분을 향해 배향된 작은 개구를 포함하고, 침강 장치의 종방향 축을 향해 안쪽으로 오목한 몸체를 갖는 침강 장치내로 입자의 액체 현탁액을 도입하는 단계; (b) 정화된 액체를 상부 하우징의 적어도 1개의 포트로부터 수집하는 단계; 및 (c) 농축된 액체 현탁액을 하부 하우징의 적어도 1개의 포트로부터 수집하는 단계중 하나 이상을 포함한다.
이들 방법에서, 정화된 액체는 현탁액의 입자의 제1 부분집합을 포함할 수 있다. 입자의 제1 부분집합은 세포 찌꺼기, 사 세포 등을 포함할 수 있다.
농축된 액체는 또한 현탁액의 입자의 제2 부분집합을 포함할 수 있고, 입자의 제2 부분집합은 생 세포를 포함할 수 있다. 입자의 제2 부분집합의 입자는 입자의 제1 부분집합의 입자에 비해 더 클 수 있다. 입자의 제2 부분집합의 각각의 입자는 입자의 제1 부분집합의 입자에 비해 더 큰 질량을 가질 수 있다.
이들 방법에서, 원뿔의 제2 적층물은 임의적으로 침강 장치내에 위치될 수 있다. 원뿔의 제2 적층물을 형성하는 이들 원뿔은 침강 장치의 종방향 축으로부터 바깥쪽으로 오목한 몸체를 가질 수 있다.
임의의 이들 방법에서, 액체 현탁액은 재조합 세포 현탁액, 알코올 발효액, 침전 단백질 용액, 세포를 함유한 수성 유체 및 세포에 의해 생산된 추출된 유기 생성물을 함유한 유기 층의 혼합물, 대부분의 생성물 및 고갈된 반응물을 함유한 액체 혼합물중의 고체 촉매 입자의 현탁액, 세포 배양 브로스(broth)로부터의 단일클론성 항체에 결합할 수 있는 단백질 A 분자에 의해 코팅된 미소구체의 현탁액, 비이드 상에 부착되어 성장하는 포유동물 세포와 미립담체 비이드의 현탁액, 지방 자치 폐수, 및 산업 폐수중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 방법에서, 액체 현탁액은 포유동물 세포, 박테리아 세포, 효모 세포, 식물 세포, 조류 세포, 인간 줄기 세포 또는 분화된 인간 세포, 및/또는 곤충 세포중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 방법에서, 액체 현탁액은 바이오디젤(biodiesel)-생산 조류 세포, 재조합 포유동물 및/또는 뮤린 혼성 세포, 분비된 유기 생성물을 생산하는 대사적으로 조작된 효모 세포, 및 맥주 효모중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 방법에서, 액체 현탁액은 피키아 파스토리스(Pichia pastoris), 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis), 아스페르길루스 니거(Aspergillus niger), 에세리키아 콜라이(Escherichia coli), 및 바실루스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로부터 선택된 재조합 미생물 세포를 포함할 수 있다.
이들 방법에서, 침강기 장치로부터 수집된 액체는 생물학적 분자, 유기 또는 무기 화합물, 화학 반응물, 및 화학 반응 생성물중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 방법에서, 침강기 장치로부터 수집된 액체는 탄화수소, 폴리펩티드, 단백질, 알코올, 지방산, 호르몬, 탄수화물, 항체, 테르펜(terpene), 이소프레노이드, 바이오디젤, 폴리프레노이드(polyprenoid), 및 맥주중 적어도 하나를 포함한다. 이들 방법에서, 침강기 장치로부터 수집된 액체는 바이오디젤 성분, 분비된 치료학적 단백질 또는 호르몬, 예컨대 인슐린 또는 그의 유사체, 항체, 단일클론성 항체, 성장 인자, 서브-유닛 백신, 바이러스, 바이러스-유사 입자, 콜로니 자극 인자, 에리트로포이에틴(EPO: erythropoietin), 분비된 향미 또는 방향 화합물, 예컨대 제라니올(geraniol), 미르센(myrcene), 감미제 단백질 브라제인(brazzein) 등중 적어도 하나를 포함한다.
이들 방법에서, 본원의 침강기 장치는 포유동물 세포, 예컨대 자가유래 세포 치료법을 위한 줄기 세포 및 CAR-T 세포의 시험관내 확장을 위한 독립형의 관류 생물반응기로서 작용할 수 있다. 본원의 침강기 장치의 이들 예에서, 무혈청 또는 동물 단백질-부재의 세포 배양 배지의 유입물은 연속적으로 침강기/관류 생물반응기내로 바닥부 포트 및/또는 측부 포트를 통해 펌핑될 수 있다. O2, CO2, 및 N2의 제어된 혼합물은 또한 침강기/생물반응기 내부의 배양 상청액의 pH 및 DO를 제어하기 위해 안으로 펌핑될 수 있다. 시험관내 세포 확장의 종료시, 바닥부에 수집된 농축된 침강된 세포는 바닥부 포트로부터 수거될 수 있다.
전술된 내용은 본원의 침강기 장치의 몇몇 양태를 이해시키기 위한 본원의 간략화된 요약이다. 이러한 요약은 본 발명 및 그의 다양한 양태, 실시태양, 및 배치구성에 대한 광범위하거나 완전무결한 개요는 아니다. 이는 본원의 핵심 또는 중요한 구성요소를 확인하거나 본원의 범주를 기술하고자 하는 것이 아니고, 하기 제시된 더욱 상세한 설명에 대한 소개로서 간략화된 형태로 본원의 선택된 개념을 제시하려는 것이다. 이해될 수 있듯이, 본원의 다른 양태, 실시태양, 및 배치구성은 상기 제시되거나 아래에 상세히 기재되는 하나 이상의 특징을 단독으로 또는 조합하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시태양에 대하여 제시되고/되거나 기재된 다양한 특징 및 장치는 다른 실시태양의 특징 또는 장치와 조합되거나 이로 대체될 수 있는 것으로 고려되어야 하고, 이는 이러한 조합 또는 대체가 본원에 구체적으로 제시되거나 기재되는지의 여부와 무관하다. 본 발명의 추가적인 양태는, 특별히 도면과 함께, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본원의 또 다른 배치구성의 침강기 장치에 대한 정면 투시도이다;
도 2는 침강기 장치내의 볼록한 원뿔의 적층물을 도시하는, 도 1의 침강기 장치에 대한 부분 단면 정면 투시도이다;
도 3은 도 2의 침강기 장치에 대한 또 다른 부분 단면 정면 투시도이다;
도 4는 도 1의 침강기 장치에 대한 분해 조립 정면 투시도이다;
도 5a는 도 1의 침강기 장치의 하우징에 대한 투시도이다;
도 5b는 도 5a의 하우징에 대한 상면도이다;
도 5c는 도 5a의 하우징에 대한 측면 입면도이다;
도 6은 도 1의 침강기 장치에 대한 상면도이다;
도 7은 도 6의 라인 7-7을 따라 취해진 침강기 장치에 대한 횡단 정면 입면도이고, 명확성을 위해 원뿔의 적층물은 제거되었다;
도 8a는 도 7의 한 부분에 대한 상세한 횡단 정면 입면도이다;
도 8b는 도 7의 한 부분에 대한 또 다른 상세한 횡단 정면 입면도이다;
도 9a는 도 1의 침강기 장치의 원뿔에 대한 상면도이다;
도 9b는 도 1의 침강기 장치의 원뿔에 대한 저면도이다;
도 9c는 도 1의 침강기 장치의 원뿔에 대한 측면 입면도이다;
도 9d는 9a의 라인 9d-9d를 따라 취해진 침강기 장치의 원뿔에 대한 횡단 측면 입면도이다;
도 10은 본원의 또 다른 배치구성의 침강기 장치에 대한 정면 투시도이다;
도 11은 도 10의 침강기 장치에 대한 부분 단면 정면 입면도이다;
도 12는 침강기 장치내의 원뿔의 상부 적층물 및 원뿔의 하부 적층물을 나타내는, 도 10의 침강기 장치에 대한 또 다른 부분 단면 정면 투시도이다;
도 13은 도 10의 침강기 장치의 하부 하우징에 대한 부분 횡단 투시도이고 원뿔의 하부 적층물을 보여준다;
도 14 및 15는 도 10의 침강기 장치의 하부 원뿔에 대한 도면이다;
도 16은 본원의 또 다른 배치구성의 침강기 장치에 대한 정면 투시도로서, 침강기 장치의 내부 구성요소를 가상의 라인으로 나타낸다.
도 17은 도 16의 침강기 장치에 대한 횡단 정면 입면도이다;
도 18은 도 16의 침강기 장치에 대한 분해 조립 정면 투시도로서, 침강기 장치내에 위치하도록 조정된 원뿔의 임의적인 제2 집합을 나타낸다;
도 19a 및 19b는 도 16의 침강기 장치와 사용하도록 구성된 본원의 하나의 실시태양의 원뿔에 대한 투시도이다;
도 20a 및 20b는 본원의 침강기 장치와 함께 사용하기 위한 임의적인 도관에 대한 투시도이다;
도 21a 및 21b는 침강기 장치와 함께 사용하도록 구성된 본원의 하나의 실시태양의 디퓨저(diffuser)를 개괄적으로 나타내는 투시도이다;
도 22는 본원의 실시태양의 또 다른 침강기 장치에 대한 정면 투시도로서, 침강기 장치의 몇몇 구성요소를 가상의 라인으로 나타낸다;
도 23은 도 22의 침강기 장치에 대한 횡단 정면 입면도이다;
도 24는 본원의 소형 세포/입자 침강기 장치의 모듈식 생물반응기로의 부착에 대한 개략도이다;
도 25는 완전히 패킹된 소형 세포 침강기를 세포 보유 장치로서 갖고 도 24에 도시된 바와 같이 설치된, 효모 피키아 파스토리스 세포의 관류 생물반응기 배양의 결과를 보여주는 그래프이다;
도 26은 도 24에 도시된 바와 같이 설비된 장비로부터의 생물반응기 및 침강기 방출물로부터 채취된 샘플에 대한 입자 크기 분석을 보여준다.
용어 "하나" 또는 "한 개"의 실체는 하나 이상의 그러한 실체를 지칭한다. 이런 식으로, 용어 "하나"(또는 "한 개"), "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 본원에서 상호교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "포함한", "비롯한" 및 "갖는"은 상호교환적으로 사용될 수 있다.
"적어도 하나", "하나 이상", 및 "및/또는"은 사용시 연결적이자 택일적인 제약이 없는 표현이다. 예를 들어, "A, B 및 C중 적어도 하나", "A, B, 또는 C중 적어도 하나", "A, B, 및 C중 하나 이상", "A, B, 또는 C중 하나 이상" 및 "A, B, 및/또는 C"라는 각각의 표현은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 또는 A, B 및 C 함께를 의미한다.
"비롯한", "함유한" 또는 "특징으로 한"과 유의어인 전환적 용어 "포함한"은 포괄적이거나 제약이 없고, 추가적인 제한받지 않는 구성요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
전환적 어구인 "∼로 이루어진"은 청구범위에 명시되지 않은 임의의 구성요소, 단계, 또는 성분을 배제하지만, 본원과 관련되지 않는 추가적인 구성성분 또는 단계, 예컨대 통상적으로 이와 연관되는 불순물을 배제하지 않는다.
전환적 어구인 "∼로 본질적으로 이루어진"은 특정화된 물질 또는 단계 및 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특징(들)에 크게 영향을 주지 않는 것들로 청구의 범주를 제한한다.
이제 도 1에 있어서, 입자 또는 세포를 침강시키는데 유용한 본원의 침강기 장치(300)의 배치구성이 도시된다. 침강기 장치(300)는 일반적으로 상부 하우징(301A) 및 하부 하우징(301B)을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상부 및 하부 하우징(301A, 301B)은 실질적으로 동일하다. 따라서, 하나의 실시태양에서, 하우징(301A, 301B)은 일반적으로 상호교환가능하다.
이제 도 2 내지 9에 있어서, 하우징(301A, 301B)은 일반적으로 원뿔형 부분(303A, 303B), 원통형 부분(308a, 308b), 제1 포트(353A, 353B), 및 제2 포트(354A, 354B)를 포함한다.
임의적으로, 제1 포트(353)는 일반적으로 하우징(301)의 종방향 축과 중심이 정렬된다. 제1 포트(353)는 유입구 뿐만 아니라 유출구로서 사용될 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 제2 포트(354)는 원뿔형 부분(303)을 통해 연장된다. 제2 포트(354)는 또한 액체, 기체 및 고체를 침강기 장치(300)에 도입하거나 이로부터 제거하기 위해 사용될 수 있다. 임의적으로, 제2 포트(354)는 일반적으로 세포 침강기 장치의 종방향 축(350)과 평행하게 정렬될 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 제2 포트(354)는 원통형 부분(308)을 통해 연장된다. 제1 및 제2 포트(353, 354)의 다른 배치구성이 고려된다. 하우징(301)은 또한 2개 보다 많은 포트를 가질 수 있다. 포트(353, 354)는 배관 라인에 상호연결되도록 구성된다.
이러한 배관 라인은 본원의 임의의 소형 세포 침강기 장치에 상호연결될 수 있다. 라인은 직경을 갖거나, 다르게는 본원의 실시태양의 임의의 포트에 상호연결되도록 구성될 수 있다. 라인은 임의적으로 중공 내부에 위치된 적어도 1개의 센서를 포함할 수 있다. 센서는 유체 및/또는 입자와 라인내에서 접촉될 수 있다. 임의적으로, 센서는 라인의 내부 표면상에 정렬될 수 있지만, 다른 배치구성이 고려될 수 있다. 센서는 라인에서 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2(용존 또는 부분 CO2를 포함함)중 하나 이상을 모니터링하도록 작동될 수 있다. 임의적으로, 하나 이상의 센서는 프로브에 의해 감지된 조건에 기초하여 달라지는 빛을 발산하는 형광 프로브를 포함할 수 있다. 빛은 판독기 또는 계량기에 의해 수집될 수 있다. 임의적으로, 빛은 광섬유 케이블에 의해 수집되어 계량기로 전송될 수 있다. 계량기는 형광 프로브에 의해 감지된 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2중 적어도 하나의 수준을 기록하거나 표시하도록 작동가능하다. 배관 라인은 투명하거나 적어도 반투명한 물질을 포함할 수 있다. 이와 같이, 센서에 의해 생산된 빛은 라인을 통해 통과될 수 있다. 다르게는, 라인의 적어도 일부분은 윈도우(window)와 유사하게 투명하거나 반투명하다. 따라서, 센서에 의해 생산된 빛은 윈도우 부분을 통해 전송되고 계량기에 의해 수집될 수 있다.
원뿔(309)은 침강기 장치(300)내에 위치될 수 있다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 원뿔(309)은 상부 하우징(301A)의 제1 포트(353A)를 향해 배향된 개방 정점(342) 및 하부 하우징(301B)의 제1 포트(353A)를 향해 배향된 밑면 또는 큰 개구(346)를 갖는 적층물로 배열될 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 3개 내지 25개의 원뿔(309)이 침강기 장치(300)내에 적층물로 배열된다. 그러나, 하우징(301)은 침강기 장치(300)가 도 4에 도시된 바와 같이 조립될 경우 임의의 수의 원뿔(309)을 수용하도록 크기-조정될 수 있다.
침강기 장치(300)의 구성요소, 예컨대 하우징(301) 및 원뿔(309)은, 한번 사용하는 일회용 플라스틱으로 제작될 수 있다. 다르게는, 하우징(301) 및 원뿔(309)중 하나 이상은 금속, 예컨대 스테인레스-스틸 합금, 또는 유리로 제작될 수 있다. 원뿔(309)의 표면, 및 하우징(301)의 내부 표면은 비-점착성 플라스틱, 테플론, 실리콘 및 당분야의 숙련가에게 공지된 유사한 물질중 하나 이상에 의해 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 추가적으로, 또는 다르게는, 표면(특히 스테인레스 스틸로 형성된 경우)은 평활한 표면을 제공하기 위해 전기연마될 수 있다. 이들 침강기 장치는 임의의 원하는 크기로 쉽게 규모-조정될 수 있다.
하우징(301)은 임의적으로 유체 자켓(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 유체 자켓은 물 또는 기타 유체가 유체 자켓내로 하나 이상의 포트를 통해 인도되어 하우징(301) 및 내용물을 침강기 장치(300)내에서 원하는 온도 범위로 유지시키도록 작동될 수 있다.
이제 도 5a 내지 5c에 있어서, 복수개의 스페이서(spacer)(315)는 하우징(301)의 내부 표면으로부터 안쪽으로 돌출될 수 있다. 스페이서(315)는 침강기 장치(300)내에 있는 원뿔의 적층물(309)이 하우징(301A, 301B)의 내부 표면에 기대어 지는 것을 방지하도록 구성된다. 임의적으로, 스페이서(315)는 침강기 장치(300)의 종방향 축(350)에 거의 평행할 수 있다. 스페이서(315)의 다른 배치구성이 고려된다. 스페이서(315)는 침강기 장치(300)내에서의 액체 및 현탁된 입자의 움직임 또는 유동이 간섭되는 것을 방지하거나 최소화하도록 실질적으로 얇은 횡단면을 갖는다.
이제 도 7에 있어서, 스페이서(315)는 복수개의 제1 스페이서(315a), 제2 스페이서(315b), 및 제3 스페이서(315c)를 포함할 수 있다. 개괄적으로 도시된 바와 같이, 하나의 실시태양에서, 제1 스페이서(315a)는 각각 원통형 부분(308)의 내부 표면의 적어도 일부를 따라서 연장된다. 제2 스페이서(315b)는 원통형 부분(308)에 근접한 원뿔형 부분(303)의 내부 표면으로부터 연장된다. 제3 스페이서(315c)는 제2 스페이서(315b)로부터 분리될 수 있다. 구체적으로, 하나의 실시태양에서, 제3 스페이서(315c)는 원통형 부분(308) 보다는 제1 포트(353)에 더 가깝게 배열된다.
하나의 실시태양에서, 상부 하우징(301A) 및 하부 하우징(301B)은 고정적으로 접합된다. 예를 들어, 상부 및 하부 하우징(301)은 함께 접착제로 붙여지거나, 열 용접되거나, 초음파 용접될 수 있다.
다르게는, 다시 도 1에 있어서, 임의적으로 플랜지(318)는 하우징(301)의 일반적으로 원통형인 부분(308)으로부터 연장될 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 플랜지는 종방향 축(350)에 거의 수직으로 연장된다. 임의적인 플랜지(318a)는 상부 하우징(301A)을 하부 하우징(301B)의 플랜지(318b)에 상호연결시키도록 구성된다. 플랜지(318a, 318b)는 도 5a에서 가장 잘 제시된 돌출부(320)를 임의적으로 포함할 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 캐치(catch) 또는 후크(hook)(322)는 각각의 돌출부(320)의 자유단에 형성된다.
적어도 1개의 돌기부(324)는 또한 플랜지(318)상에 형성될 수 있다. 돌기부(324)는 일반적으로 원통형의 모양을 가질 수 있다. 돌기부(324)는 또 다른 플랜지의 상응하는 오목부(326)에 수용되도록 조정된다. 추가적으로, 또는 다르게는, 플랜지(318)는 상부 및 하부 하우징(301A, 301B)을 정렬시키도록 조정된 특징부(332, 334)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 이러한 특징부는 탭(332) 및 연관된 함몰부(depression)(334)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 하우징(301A, 301B)이 정렬될 경우, 탭(332)은 반대쪽 플랜지의 함몰부(334)내로 정합된다.
임의적으로, 플랜지 돌기부(324) 및 오목부(326)는 구멍을 포함할 수 있다. 돌출부 및 오목부의 구멍은 상부 하우징(301A)의 돌기부(324)가 하부 하우징(301B)의 오목부(326)에 수용될 경우 정렬되도록 구성된다(도 8a에 도시된 바와 같음). 이러한 방식에서, 고정재(328), 예컨대 볼트(bolt)는 정렬된 구멍을 통해 통과할 수 있다. 이어서 너트(nut)(330)는 고정재(328)에 상호연결되어 하우징(301A, 301B)을 풀릴 수 있게 함께 잠근다. 개괄적으로 도 8b에 도시된 바와 같이, 플랜지(318)의 돌출부(320)는 상부 하우징(301A)이 하부 하우징(301B)과 정렬될 때 서로 맞물리도록 구성된다. 구체적으로, 하나의 실시태양에서, 돌출부(320)의 후크(322)는 풀릴 수 있게 서로 맞물린다.
홈(groove)(336)은 임의적인 플랜지(318)에 형성될 수 있다. 홈(336)은 개괄적으로 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이 상부 및 하부 하우징(301A, 301B) 사이에 위치되는 세척기 또는 가스켓(338)을 보유하도록 구성된다.
하나의 실시태양에서, 하우징(301)의 원뿔형 부분(303)은 선형이 아니다. 더욱 구체적으로, 원뿔형 부분(303)은 원통형 부분(308)에 근접한 최대 직경으로부터 제1 포트(353)에 근접한 최소 직경까지 아치형 길을 따라 점점 가늘어진다. 더욱 구체적으로, 이제 도 5c 및 7에 있어서, 하우징(301)의 원뿔형 부분(303)의 종방향 단면은 원통형 부분(308) 및 제1 포트(353) 사이에 아치형 모양을 갖는 라인을 한정한다. 하나의 실시태양에서, 원뿔형 부분(303)은 침강기 장치(300)의 중심을 향해 안쪽으로 오목하다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔형 부분(303)은 일정한 곡률 반경을 가질 수 있다. 임의적으로, 또 다른 실시태양에서, 원뿔형 부분(303)은 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 원뿔형 부분(303)은 원통형 부분(308)에 근접한 제1 곡률 반경 및 제1 포트(353)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 하우징의 내부에 위치된다. 임의적으로, 원뿔형 부분(308)의 기울기는 종방향 축(350)에 대하여 대략 15°내지 대략 85°사이에서 다양하다. 하나의 실시태양에서, 원뿔형 부분(303)은 제1 포트(353)에 근접하여 볼록한 부분을 포함한다. 볼록한 부분은 중심점이 하우징의 바깥쪽에 있는 곡률 반경을 갖는다.
이제 도 9a 내지 9d에 있어서, 원뿔(309)은 일반적으로 작은 개구(344)가 있는 정점(342) 및 큰 개구(346)가 있는 밑면을 갖는 몸체(340)를 포함한다. 임의적으로, 각각의 원뿔은 별도로 형성된다. 예시적인 실시태양에서, 원뿔은 실질적으로 동일한 크기 및 모양을 갖는다.
몇몇 실시태양에서, 몸체(340)는 작은 개구 및 큰 개구(344, 346) 사이에서 선형이 아닐 수 있다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 몸체(340)의 종방향 단면은 아치형 모양을 갖는 라인을 형성한다. 각각의 원뿔(309)의 아치형 모양은 하우징(301)의 원뿔형 부분(303)과 거의 동일할 수 있다.
몇몇 실시태양에서, 몸체(340)는 종방향 축(350)을 향해 안쪽으로 오목하다. 이와 같이, 큰 개구(346)에서의 한 점으로부터 작은 개구(344)에서의 한 점까지 그려진 직선은 몸체의 내부에 있다.
임의적으로, 몸체(340)는 일정한 곡률 반경을 갖는다. 다르게는, 몸체는 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 이와 같이, 몸체는 작은 개구(344)에 근접한 제1 곡률 반경 및 큰 개구(346)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 원뿔(309)의 내부에 위치된다. 이러한 방식에서, 작은 개구(344)에 근접한 몸체(340)의 한 부분은 큰 개구에 근접한 몸체의 기울기와 상이한 기울기를 가질 수 있다. 예를 들어, 작은 개구(344)에 근접하여, 몸체는 종방향 축(350)에 대하여 적어도 대략 40°의 각도로 정렬될 수 있다. 대조적으로, 큰 개구(346) 가까이에서, 몸체는 수직(또는 종방향 축)에 가까울 수 있다. 더욱 구체적으로, 몸체는 큰 개구(346)에 근접한 지점에서 종방향 축에 대하여 대략 45°미만의 각도로 기울어질 수 있다. 임의적으로, 몸체(340)의 기울기는 종방향 축에 대하여 대략 5°내지 대략 85°사이에서 다양할 수 있다.
도 9b, 9d에 제시된 바와 같이, 각각의 원뿔(309)은 인접한 원뿔에 접촉하도록 구성된 돌출부(313)를 포함하여 원뿔의 적층물에서 각각의 연속하는 원뿔(309)을 실질적으로 동일한 간격으로 유지시킬 수 있다. 하나의 실시태양에서, 돌출부(313)는 몸체(340)의 내부 표면으로부터 안쪽으로 연장된다. 돌출부(313)는 인접한 원뿔의 몸체(340)의 외부 표면에 접촉하도록 구성된다. 다르게는, 돌출부(313)는 몸체(340)의 외부 표면으로부터 연장될 수 있다.
돌출부(313)는 인접한 원뿔 사이에서 임의의 원하는 간격을 제공하도록 크기-조정될 수 있다. 임의적으로, 돌출부(313)는 인접한 원뿔을 대략 1 mm 내지 대략 2.5 cm의 거리로 분리하도록 구성된다. 예시적인 실시태양에서, 각각의 원뿔(309)은 적어도 3개의 돌출부(313)를 포함한다.
이제 도 2 및 3에 있어서, 원뿔(309)이 상부 하우징(301A)내에 위치되는 경우, 바닥부 원뿔(309a)의 몸체(340)는 하부 하우징(301B)의 제2 스페이서(315b)에 의해 지지된다. 적어도 하부 하우징(301B)의 원뿔형 부분(303) 및 원통형 부분(308a, 308b)의 일부는 원뿔의 비어 있는 공간일 수 있다. 따라서, 배양중인 세포는 침강기 장치(300)에 보유될 수 있다.
도 1 내지 9d에 도시된 실시태양의 침강기 장치(300)의 작동 동안, 무혈청 또는 동물 단백질-부재의 세포 배양 배지는 침강기 장치(300)내로 하부 하우징(301B)의 제1 및 제2 포트(353, 354)중 하나 이상을 통해 펌핑될 수 있다. 세포 배양 배지는 연속적으로 또는 주기적으로 침강기 장치(300)내로 펌핑될 수 있다. 구체적으로, 침강기 장치(300)는 회분 방식 또는 연속 방식으로 작동될 수 있다.
또한 O2, CO2, 및 N2의 제어된 혼합물은 침강기 장치(300)내로 펌핑되어 침강기 장치(300) 내부의 배양 상청액의 pH 및 DO를 제어할 수 있다. 임의적으로, 제2 포트(354A, 354B) 및 하부 하우징(301B)의 제1 포트(353B)중 하나 이상은, 예를 들면 컴퓨터-제어된 다중-기체 질량 유동 제어기로의 입력을 위한 액체 pH 및 DO의 연속적 측정, 및 세포 생존률의 체크를 위해 생물반응기 내용물을 샘플링하는데 사용될 수 있다.
시험관내 세포 확장의 종료시, 하부 하우징(301B)내의 침강기 장치(300)의 바닥부에서 수집된 농축된 침강된 세포는 하부 하우징의 제1 포트(353B)로부터 수거될 수 있다. 아직 침강되지 않은 임의의 더 작은 사 세포 및 세포 찌꺼기와 함께, 임의의 대사 폐기물, 예컨대 암모니아 및 락트산염, 또는 기체를 함유한 정화된 배양 유체는 상부 하우징(301A)의 제1 포트(353A)를 통해 제거될 수 있다.
임의적으로, 침강기 장치(300)는 독립형의 생물반응기/세포 분류기 조합체로서 사용될 수 있다. 성장 배지는 제1 및 제2 포트(353, 354)중 하나 이상을 통해 세포 침강기 장치에 첨가될 수 있다. 따라서, 침강기 장치(300)는 관류 생물반응기 없이 사용될 수 있다.
하나의 실시태양에서, 센서는 침강기 장치(300)내에 위치될 수 있다. 임의적으로, 센서는 하우징(301A, 301B)중 하나 이상의 내부 표면상에 배열될 수 있다. 하우징(301)의 적어도 일부분은 플라스틱을 포함할 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 전체 하우징은 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 플라스틱은 투명하거나 적어도 반투명하다. 임의적으로, 하우징(301)의 적어도 일부분은 투명하거나 반투명하다. 예를 들어, 투명하거나 반투명한 물질은 윈도우와 유사한 하우징(301)의 애퍼튜어(aperture)에 상호연결될 수 있다. 투명한 부분은 유리, 플라스틱, 또는 임의의 다른 적합한 물질을 포함할 수 있다. 투명한 부분은 예정된 파장 범위의 빛에 대해 투명한 물질로 형성될 수 있다.
존재할 경우, 센서는 침강기 장치(300)내의 배지와 접촉하여 위치된다. 센서는 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2(용존 또는 부분 CO2 포함)중 하나 이상을 침강기 장치(300)에서 모니터링하도록 작동가능하다.
임의적으로, 하나 이상의 센서는 형광 프로브에 의해 감지된 조건에 기초하여 달라지는 빛을 방출하도록 작동가능한 형광 프로브를 포함할 수 있다. 형광 프로브는 침강기 장치(300)내에서 다양한 상이한 위치에 배열될 수 있다. 더욱 구체적으로, 형광 프로브는 상이한 조건, 또는 조건의 변화를 세포 침강기 장치내의 상이한 영역에서 측정하도록 배열될 수 있다. 임의적으로, 적어도 1개의 형광 프로브는 하부 하우징(301B)의 원뿔형 부분(303B)의 내부 표면에 부착된다.
형광 프로브에 의해 발산된 빛은 하우징(301)의 표면(또는 하우징의 투명한 부분)을 통해 통과하고, 판독기 또는 계량기에 의해 수집될 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 계량기는 침강기 장치(300)내에서 형광 프로브에 의해 감지되는 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2중 적어도 하나의 수준을 기록하거나 표시하도록 작동될 수 있다. 임의적으로, 형광 프로브에 의해 발산된 빛은 광섬유 케이블에 의해 수집되어 계량기로 전송될 수 있다.
이제 도 10 내지 15에 있어서, 세포 또는 입자를 침강시키는데 유용한 본원의 침강기 장치(400)의 또 다른 배치구성이 도시된다. 침강기 장치(400)는 일반적으로 상부 하우징(301) 및 하부 하우징(401)을 포함한다. 상부 하우징(301)은 원뿔의 제1 적층물(309)을 포함하고, 하부 하우징(401)은 원뿔의 제2 적층물(409)을 포함한다. 상부 하우징(301) 및 원뿔(309)은 도 1 내지 9d와 관련하여 기재된 하우징(301) 및 원뿔(309)과 동일하거나 유사하다.
하부 하우징(401)은 일반적으로 원뿔형 부분(403), 원통형 부분(408), 제1 포트(453) 및 제2 포트(454)를 포함한다. 포트(453, 454)는 배관 라인에 상호연결되도록 구성된다.
하나의 실시태양에서, 하부 하우징(401)은 상부 하우징(301)에 고정적으로 접합된다. 예를 들어, 하부 하우징 및 상부 하우징은 용접되거나(열 용접), 접착제로 붙여지거나, 또는 당분야의 숙련가에게 공지된 또 다른 수단에 의해 접합된다.
다르게는, 하부 하우징(401)은 임의적으로 플랜지(418)를 포함할 수 있다. 임의적인 플랜지(418)는 하우징(301)의 임의적인 플랜지(318)에 풀릴 수 있게 상호연결되도록 구성된다. 따라서, 플랜지(418)는 플랜지(318)의 특징부와 유사한 작용을 하는 후크형 돌출부, 돌기부, 오목부, 탭, 및 함몰부를 포함할 수 있다. 임의적으로, 스페이서(415)는 안쪽으로 원통형 부분(408)으로부터 연장될 수 있다.
이제 도 13에 있어서, 하우징(401)의 원뿔형 부분(403)은 안쪽으로 종방향 축을 향해(450) 볼록하다. 구체적으로, 제1 포트(453)에 근접한 원뿔형 부분의 한 점으로부터 원뿔형 부분이 원통형 부분(408)을 교차하는 지점까지 그려진 직선은 하우징(401)의 바깥쪽에 놓일 것이다.
원뿔형 부분(403)은 일정한 곡률 반경을 가질 수 있다. 다르게는, 원뿔형 부분(403)은 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 원뿔형 부분(403)은 원통형 부분(408)에 근접하여 제1 곡률 반경을 갖고 제1 포트(453)에 근접하여 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 하우징(401)의 바깥쪽에 위치된다. 하나의 실시태양에서, 원뿔형 부분(403)은 제1 포트(453)에 근접한 지점에서 종방향 축(450)에 대하여 대략 45°미만의 각도로 기울어진다. 임의적으로, 원통형 부분(408)에 근접한 지점에서, 원뿔형 부분은 종방향 축에 대하여 대략 45°보다 더 큰 기울기를 갖는다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔형 부분(403)의 기울기는 종방향 축에 대하여 대략 15°내지 대략 85°사이에서 다양할 수 있다.
예시적인 실시태양에서, 센서는 침강기 장치(400)내에 위치될 수 있다. 센서는 하우징(301, 401)의 하나 이상의 내부 표면상에 배열될 수 있다. 센서는 침강기 장치(400)내의 배지와 접촉하도록 배열될 수 있다. 센서는 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2(용존 또는 부분 CO2를 포함함)중 하나 이상을 침강기 장치(400)에서 모니터링하도록 작동될 수 있다. 센서는 본원에 기재된 다른 센서와 동일할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 센서는 형광 프로브에 의해 감지된 조건에 기초하여 달라지는 빛을 발산하도록 작동가능한 형광 프로브를 포함할 수 있다. 빛은 하우징(301, 401)의 투명한 부분을 통해서 또는 하우징중의 윈도우를 통해 전송될 수 있다.
도 12 및 13에 도시된 바와 같이, 원뿔(409)은 하부 하우징(401)에서 포개진다. 원뿔(409)은 제1 포트(453)에 근접하여 위치된 작은 개구(444)와 배향된다. 각각의 원뿔(409)의 몸체(440)는 일반적으로 하우징 원뿔형 부분(403)의 모양에 상응하는 모양을 갖는다. 구체적으로, 원뿔 몸체(440)는 하우징의 원뿔형 부분의 적어도 일부분에 상응하는 아치형 모양을 가질 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 원뿔 몸체는 안쪽으로 종방향 축(450)을 향해 볼록하다. 임의적으로, 원뿔 몸체는 일정한 곡률 반경을 갖는다. 다르게는, 원뿔 몸체는 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 하나의 실시태양에서, 몸체의 기울기는 종방향 축에 대하여 대략 5°및 대략 85°사이에서 다양할 수 있다.
돌출부(413)는 인접한 원뿔이 예정된 거리로 분리되도록 원뿔 몸체(440)상에 형성될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 돌출부(413)는 원뿔 몸체의 내부 표면으로부터 안쪽으로 연장된다. 추가적으로, 또는 다르게는, 돌출부(413)는 임의적으로 원뿔 몸체의 외부 표면상에 형성될 수 있다. 원뿔이 함께 포개진 경우, 돌출부(413)는 인접한 원뿔이 예정된 거리로 분리되도록 하부 원뿔의 내부 표면에 접촉한다. 최하부 원뿔(409a)의 돌출부(413)는, 원뿔이 하우징(401)내에 위치될 경우, 원뿔형 부분(403)의 내부 표면에 접촉할 것이다. 최상부 원뿔(409E)은 큰 개구(446)를 지나 연장되는 돌출부(448)를 임의적으로 포함할 수 있다. 도 12에 제시된 바와 같이, 최상부 원뿔(409E)의 돌출부(448)는 원뿔(309)의 상부 적층물의 최하부 원뿔(309a)의 내부 표면에 접촉할 수 있다. 돌출부(448) 및 원뿔(309a) 사이의 접촉은 원뿔의 적층물(409)이 의도치 않게 또는 부주의하게 움직이는 것을 방지한다.
도 14 및 15에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시태양에서, 원뿔(409)은 상이한 직경을 갖는다. 최하부 원뿔(409a)은 적층물중의 다른 원뿔에 비해 더 큰 직경을 가질 수 있다. 원뿔(409b 내지 409E)은 각각 연속적으로 더 작아지는 직경을 가질 수 있고, 최상부 원뿔(409E)이 가장 작은 직경을 갖는다. 하나의 실시태양에서, 6개의 원뿔(409a 내지 409E)은 하부 하우징(401)에서 포개질 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 하부 하우징에서 원뿔의 적층물(409)은 4개 내지 10개의 원뿔을 포함할 수 있다.
하우징(301, 401) 및 원뿔(309, 409)을 포함하는 침강기 장치(400)는 본원에 기재된 다른 실시태양과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 하나 이상의 하우징 및 원뿔은 한번 사용하는 일회용 플라스틱으로 제작된다. 다르게는, 하나 이상의 하우징 및 원뿔은 금속, 예컨대 스테인레스-스틸 합금, 또는 유리로 제작된다. 원뿔(309, 409)의 표면, 및 하우징(301, 401)의 내부 표면은 비-점착성 플라스틱, 테플론, 실리콘 및 당분야의 숙련가에게 공지된 유사한 물질중 하나 이상에 의해 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 침강기 장치(400)의 표면(특히 스테인레스 스틸로 형성된 경우)은 평활한 표면을 제공하기 위해 전기연마될 수 있다. 침강기 장치(400)는 임의의 원하는 크기로 쉽게 규모-조정될 수 있다.
침강기 장치(400)는 침강기 장치(300)와 동일하거나 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 구체적으로, 무혈청 또는 동물 단백질-부재의 세포 배양 배지는 침강기 장치(400)내로 하부 하우징(401)의 제1 및 제2 포트(453, 454)중 하나 이상을 통해 펌핑될 수 있다. 세포 배양 배지는 또한 연속적으로 또는 주기적으로 침강기 장치(400)내로 펌핑될 수 있다. 구체적으로, 침강기 장치(400)는 회분 방식 또는 연속 방식으로 작동될 수 있다.
또한 O2, CO2, 및 N2의 제어된 혼합물은 침강기 장치(400)내로 펌핑되어 세포 침강기 장치 내부의 배양 상청액의 pH 및 DO를 제어할 수 있다. 임의적으로, 제2 포트(354, 454) 및 하부 하우징(301)의 제1 포트(353)중 하나 이상은, 예를 들면 컴퓨터-제어된 다중-기체 질량 유동 제어기로의 입력을 위한 액체 pH 및 DO의 연속적 측정, 및 세포 생존률의 체크를 위해 생물반응기 내용물을 샘플링하는데 사용될 수 있다.
시험관내 세포 확장의 종료시, 침강기 장치(400)의 바닥부에서 수집된 농축된 침강된 세포는 하부 하우징(401)의 제1 포트(453)로부터 수거될 수 있다. 아직 침강되지 않은 임의의 더 작은 사 세포 및 세포 찌꺼기와 함께, 임의의 대사 폐기물, 예컨대 암모니아 및 락트산염, 또는 기체를 함유한 정화된 배양 유체는 상부 하우징(301)의 제1 포트(353)를 통해 제거될 수 있다.
임의적으로, 침강기 장치(400)는 독립형의 생물반응기/세포 분류기 조합체로서 사용될 수 있다. 성장 배지는 제1 및 제2 포트(353, 354, 453, 454)중 하나 이상을 통해 첨가될 수 있다. 따라서, 침강기 장치(300)는 관류 생물반응기 없이 사용될 수 있다.
이제 도 16 내지 21에 있어서, 본원의 입자 또는 세포를 위한 침강기 장치(500)의 또 다른 배치구성이 도시된다. 침강기 장치(500)는 본원의 침강기 장치(300, 400)와 동일하거나 유사한 구성요소를 포함한다. 더욱 구체적으로, 침강기 장치(500)는 일반적으로 상부 원뿔형 부분(503A), 원통형 부분(508), 및 하부 원뿔형 부분(503B)(이는 일반적으로 중공 내부를 한정함)을 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상부 및 하부 원뿔형 부분(503A, 503B)은 실질적으로 동일하다. 원뿔의 적어도 1개의 적층물(509)은 침강기 장치(500)내에 위치된다.
원뿔형 부분(503A, 503B)은 일반적으로 제1 포트(553) 및 임의적으로 제2 포트(554)를 포함한다. 임의적으로, 제1 포트(553)는 침강기 장치(500)의 종방향 축(550)에 실질적으로 중심이 맞도록 정렬된다. 제1 포트(553)는 유입구 뿐만 아니라 유출구로서 사용될 수 있다.
제2 포트(554)는 액체, 기체 및 고체를 침강기 장치(500)의 중공 내부에 도입하거나 이로부터 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 제2 포트(554)는 원뿔형 부분(503)을 통해 연장된다. 임의적으로, 제2 포트(554)는 일반적으로 세포 침강기 장치의 종방향 축(550)에 평행하게 정렬될 수 있다. 다른 실시태양에서, 제2 포트(554)는 원통형 부분(508)을 통해 연장될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 제2 포트(554)는 종방향 축(550)에 횡방향으로 또는 수직으로 배향될 수 있다. 제1 및 제2 포트(553, 554)의 다른 배치구성이 고려된다. 침강기 장치(500)는 또한 4개 보다 많은 포트를 가질 수 있다.
포트(553, 554)는 배관 라인에 상호연결되도록 구성된다. 이러한 배관 라인은 본원의 임의의 소형 세포 침강기 장치에 상호연결될 수 있다. 배관 라인은 동일한 직경을 갖거나 다르게는 본원의 실시태양의 임의의 포트에 상호연결되도록 구성될 수 있다. 라인은 중공 내부에 위치된 적어도 1개의 센서를 임의적으로 포함할 수 있다. 센서는 라인내에서 유체 및/또는 입자와 접촉할 수 있다. 임의적으로, 센서는 라인의 내부 표면상에 배열될 수 있지만, 다른 배치구성이 고려될 수 있다. 센서는 라인에서 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2(용존 또는 부분 CO2를 포함함)중 하나 이상을 모니터링하도록 작동될 수 있다.
임의적으로, 하나 이상의 센서는 프로브에 의해 감지된 조건에 기초하여 달라지는 빛을 발산하는 형광 프로브를 포함할 수 있다. 빛은 판독기 또는 계량기에 의해 수집될 수 있다. 임의적으로, 빛은 광섬유 케이블에 의해 수집되어 계량기로 전송될 수 있다. 계량기는 형광 프로브에 의해 감지된 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2중 적어도 하나의 수준을 기록하거나 표시하도록 작동가능하다. 라인은 투명하거나 적어도 반투명한 물질을 포함할 수 있다. 이와 같이, 센서에 의해 생산된 빛은 라인을 통해 통과될 수 있다. 다르게는, 라인의 적어도 일부분은 윈도우와 유사하게 투명하거나 반투명하다. 따라서, 센서에 의해 생산된 빛은 윈도우 부분을 통해 전송되고 계량기에 의해 수집될 수 있다.
도관(560)은 임의적으로 침강기 장치(500)의 내부에서 적어도 1개의 제2 포트(554)에 상호연결될 수 있다. 본원의 도관(560)의 하나의 실시태양은 개괄적으로 도 20a, 20b에 도시된다. 내관(562)은 도관을 통해 연장된다. 하나의 실시태양에서, 도관(560)은 선형이 아니다. 더욱 구체적으로, 도관(560)은 구부러질 수 있다. 이러한 방식에서, 개괄적으로 도 17에 도시된 바와 같이, 도관은 종방향 축(550)에 근접하여 위치된 도관의 자유단(564)에 의해 침강기 장치(500)내에서 안쪽으로 연장되도록 구성된다. 따라서, 도관(560)을 통한 내관(562)은 침강기 장치(500)의 내측 부분, 예컨대 원뿔(509)의 내부에 유체를 주입하거나 이로부터 빼내기 위해 위치될 수 있다. 이러한 방식에서, 침강기 장치(500)로부터 도관(560)을 통해 유체를 빼내는 것은, 유체내의 세포 또는 입자가 원뿔상으로 침강하고 하부 원뿔형 부분(503B)을 향해 이동하게 되도록 침강기 장치내에서 유체의 상향 유동을 용이하게 만들 수 있다.
침강기 장치(500)는 또한 개괄적으로 도 21a, 21b에 예시된 바와 같이 중공 내부에 위치된 디퓨저(570)를 포함할 수 있다. 디퓨저(570)는 제2 포트중 하나, 예컨대 하부 제2 포트(554B)와 연결될 수 있다. 유체는, 하부 원뿔형 부분(503B)에 근접하여 침강된 입자 또는 세포를 흩뜨리지 않으면서 디퓨저를 통해 침강기 장치(500)로부터 빼내어지거나 주입될 수 있다. 유체가 침강기 장치(500)내로 디퓨저를 통해 주입될 경우, 세포 또는 입자를 함유할 수 있는 유체는 침강기의 하부 원뿔형 부분(503B) 전반에 걸쳐 균일하게 분배된다.
이제 도 21a, 21b에 있어서, 디퓨저는 스템(572)으로부터 연장되는 원환체 또는 고리(574)를 포함할 수 있다. 스템(572)은 일반적으로 선형일 수 있고, 종방향 축(550)에 대해 평행하게 배향되도록 구성될 수 있다. 고리(574)는, 디퓨저(570)가 침강기 장치(500)에 상호연결될 경우, 종방향 축(550) 둘레로 연장되도록 구성될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 고리(574)는 실질적으로 종방향 축과 중심이 갖도록 조정된다.
애퍼튜어(576)는 디퓨저를 통한 유체, 세포 또는 입자의 수송을 용이하게 하기 위해 고리(574)를 통해 형성된다. 하나의 실시태양에서, 애퍼튜어(576)는 스템(572)에 연결된 고리의 측부상에 형성된다. 이러한 방식에서, 애퍼튜어(576)는 디퓨저가 하부 제2 포트(554)에 상호연결되는 경우, 하부 제1 포트(553B)를 향해 배향될 수 있다. 애퍼튜어(576)는 단일 채널 또는 홈으로서 구성될 수 있다. 홈은 고리 둘레로 실질적으로 연속적으로 연장될 수 있다.
다르게는, 고리는 복수개의 개별적인 애퍼튜어(576)를 포함할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 애퍼튜어는 일반적으로 종방향 축에 평행하게 유체를 배출하도록 축방향으로 배향된다. 애퍼튜어(576)는 모두 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 다르게는, 일부 애퍼튜어는 상이하거나 반대쪽 방향으로 대향할 수 있다. 임의적으로, 1개 이상의 애퍼튜어(576)는 종방향 축(550)에 횡방향으로 배향될 수 있다. 추가적으로, 또는 다르게는, 일부 애퍼튜어는 방사상으로 또는 축방향으로 배향될 수 있다.
다시 도 17에 있어서, 원뿔(509)은 침강기 장치(500)내에 위치되고 상부 원뿔형 부분(503A) 및 하부 원뿔형 부분(503B)중 하나 이상에 대향하도록 배향될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 침강기 장치는 하부 원뿔형 부분(503B)의 하부 제1 포트(553B)를 향해 배향된 원뿔(509b)의 작은 단부 또는 정점(542)을 갖는 원뿔의 적층물을 포함한다. 이러한 실시태양에서, 원뿔의 밑면 또는 큰 개구(546)는 상부 원뿔형 부분(503A)의 상부 제1 포트(553A)를 향해 배향된다. 예시적인 실시태양에서, 3 내지 25개의 원뿔(509)은 적층물로 침강기 장치(500)내에서 배열된다. 또 다른 실시태양에서, 적층물은 6 내지 14개의 원뿔, 또는 10개의 원뿔을 포함한다. 그러나, 침강기 장치(500)는, 침강기 장치(500)가 도 16 내지 17에 도시된 바와 같이 조립될 경우, 임의의 수의 원뿔(509)을 수용하도록 크기-조정될 수 있다. 하부 원뿔형 부분(503B)의 적어도 일부분은 원뿔의 빈 공간일 수 있다. 더욱 구체적으로, 최하부 원뿔(509)은 하부 원뿔형 부분(503B)의 내부 표면으로부터 예정된 거리로 이격될 수 있다. 따라서, 배양중의 세포는 침강기 장치(500)에, 예를 들어, 하부 제1 포트(553B)에 근접하여 보유될 수 있다.
원뿔(509b)이 하부 제1 포트(553B)에 근접하여 이들의 정점(542)이 배향될 경우, 바닥부 원뿔(509)의 몸체(540)는 디퓨저(570)에 의해 지지될 수 있다. 더욱 구체적으로, 개괄적으로 도 17에 도시된 바와 같이, 바닥부 원뿔(509)은 원뿔 몸체(540)가 디퓨저 고리에 접촉하도록 디퓨저 고리(574)를 통해 연장될 수 있다. 바닥부 원뿔은 디퓨저 고리에 접합되거나 용접될 수 있다. 이러한 방식에서, 디퓨저(570)는 바닥부 원뿔(509)을 하부 원뿔형 부분(503B)의 내부 표면으로부터 예정된 거리에 위치시키도록 작동될 수 있다.
다시 도 17에 있어서, 임의적으로 플랜지(518)는 침강기 장치의 원뿔형 부분(503)의 큰 단부로부터 연장될 수 있다. 플랜지(518)는 원통형 부분(508)의 외부 직경과 거의 동일하지만 더 큰 내부 직경을 가질 수 있다. 하나의 실시태양에서, 침강기 장치가 조립될 경우, 플랜지(518)는 원통형 부분(508)의 외부 표면 밖으로 종방향 축(550)에 거의 평행하게 연장된다. 임의적인 플랜지(518)는 연결된 원뿔형 부분(503)을 원통형 부분(508)에 상호연결시키도록 구성된다. 예를 들어, 원뿔형 부분(503)은 플랜지(518)에 근접한 원통형 부분(508)에 용접되거나 달리 고정될 수 있다.
추가적으로, 또는 다르게는, 플랜지(518)는 연결된 원뿔형 부분(503)을 원통형 부분(508)과 정렬시키도록 조정된 특징부를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시태양에서, 이러한 특징부는 원통형 부분중의 상응하는 오목부에 맞물리도록 구성된 돌출부를 포함한다.
플랜지는 원뿔형 부분 및 원통형 부분 사이에 위치된 세척기 또는 가스켓을 보유하도록 구성된다. 가스켓은 개괄적으로 도 8a 및 8b에 도시된 가스켓(338)과 동일하거나 유사할 수 있다.
하나의 실시태양에서, 침강기 장치(500)의 하나 이상의 원뿔형 부분(503)은 선형이 아니다. 더욱 구체적으로, 원뿔형 부분(503)은 원통형 부분(508)에 근접한 최대 직경으로부터 제1 포트(553)에 근접한 최소 직경까지 아치형 길을 따라 점점 가늘어진다. 더욱 구체적으로, 다시 도 17에 있어서, 원뿔형 부분(503)의 종방향 단면은 원통형 부분(508) 및 제1 포트(553) 사이에 아치형 모양을 갖는 라인을 한정한다. 하나의 실시태양에서, 원뿔형 부분(503)은 침강기 장치(500)의 중심을 향해 안쪽으로 오목하다. 또 다른 실시태양에서, 원뿔형 부분(503)은 일정한 곡률 반경을 가질 수 있다. 임의적으로, 또 다른 실시태양에서, 하나 이상의 원뿔형 부분(303)은 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 원뿔형 부분(503)은 원통형 부분(508)에 근접한 제1 곡률 반경 및 제1 포트(553)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 침강기 장치(500)의 내부에 위치된다. 임의적으로, 원뿔형 부분(508)의 기울기는 종방향 축(550)에 대하여 대략 5°내지 대략 85°사이에서 다양하다. 하나의 실시태양에서, 원뿔형 부분(503)은 제1 포트(553)에 근접한 볼록한 부분을 포함할 수 있다. 볼록한 부분은 중심점이 침강기 장치(500)의 바깥쪽에 있는 곡률 반경을 갖는다.
이제 도 19a 및 19b 있어서, 원뿔(509)은 일반적으로 작은 개구(544)가 있는 정점(542) 및 큰 개구(546)가 있는 밑면을 갖는 몸체(540)를 포함한다. 임의적으로, 각각의 원뿔은 별도로 형성된다. 예시적인 실시태양에서, 원뿔은 실질적으로 동일한 크기 및 모양을 갖는다.
몇몇 실시태양에서, 몸체(540)는 작은 개구 및 큰 개구(544, 546) 사이에서 선형이 아닐 수 있다. 개괄적으로 도 17에 도시된 바와 같이, 몸체(540)의 종방향 단면은 아치형 모양을 갖는 라인을 형성할 것이다. 각각의 원뿔(509)의 아치형 모양은 침강기 장치(500)의 하나 이상의 원뿔형 부분(503)과 거의 동일할 수 있다.
몇몇 실시태양에서, 몸체(540)는 종방향 축(550)을 향해 안쪽으로 오목하다. 이와 같이, 큰 개구(546)에서의 한 점으로부터 작은 개구(544)에서의 한 점까지 그려진 직선은 몸체의 내부에 있다.
임의적으로, 몸체(540)는 일정한 곡률 반경을 갖는다. 다르게는, 몸체는 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 이와 같이, 몸체는 작은 개구(544)에 근접한 제1 곡률 반경 및 큰 개구(546)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 원뿔(509)의 내부에 위치된다. 이러한 방식에서, 작은 개구(544)에 근접한 몸체(540)의 한 부분은 큰 개구에 근접한 몸체의 기울기와 상이한 기울기를 가질 수 있다. 예를 들어, 작은 개구(544)에 근접하여, 몸체는 종방향 축(550)에 대하여 적어도 대략 40°의 각도로 정렬될 수 있다. 대조적으로, 큰 개구(546) 가까이에서, 몸체는 수직(또는 종방향 축)에 가까울 수 있다. 더욱 구체적으로, 몸체는 큰 개구(546)에 근접한 지점에서 종방향 축에 대하여 대략 45°미만의 각도로 기울어질 수 있다. 임의적으로, 몸체(540)의 기울기는 종방향 축에 대하여 대략 5°내지 대략 85°사이에서 다양할 수 있다.
도 19a, 19b에 제시된 바와 같이, 각각의 원뿔(509)은 인접한 원뿔에 접촉하도록 구성된 돌출부(513)를 포함하여 원뿔의 적층물에서 각각의 연속하는 원뿔(509)을 실질적으로 동일한 간격으로 유지시킬 수 있다. 하나의 실시태양에서, 돌출부(513)는 몸체(540)의 외부 표면으로부터 바깥쪽으로 연장된다. 돌출부(513)는 인접한 원뿔의 몸체(540)의 내부 표면에 접촉하도록 구성된다. 다르게는, 돌출부(513)는 몸체(540)의 내부 표면으로부터 연장될 수 있다. 몇몇 실시태양에서, 돌출부(513)는 일반적으로 종방향 축(550)에 평행하게 배향된다.
돌출부(513)는 인접한 원뿔 사이에서 임의의 원하는 간격을 제공하도록 크기-조정될 수 있다. 임의적으로, 돌출부(513)는 인접한 원뿔을 대략 1 mm 내지 대략 2.5 cm 사이의 거리로 분리하도록 구성된다. 예시적인 실시태양에서, 각각의 원뿔(509)은 적어도 3개의 돌출부(513)를 포함한다.
돌출부(513)는 임의적으로 제1 원뿔을 제2 원뿔에 대해 고정시키도록 구성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 돌출부(513)는 플랜지(532) 및 홈(536)을 포함할 수 있다. 제1 원뿔의 홈(536)은 개괄적으로 도 19a에 도시된 바와 같이 제2의 인접한 원뿔의 플랜지(532)를 수용할 수 있다.
이제 도 18에 있어서, 침강기 장치(500)는 임의적으로 원뿔(509a)의 제2 적층물을 포함할 수 있다. 원뿔의 제2 적층물의 원뿔(509a)은 원뿔(509b)과 동일할 수 있다. 다르게는, 원뿔(509a)은 원뿔(509b)과 상이한 크기 또는 모양을 가질 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물의 원뿔(509a)은 각각 상이한 크기일 수 있다. 예를 들어, 원뿔(509a)의 최상부의 원뿔은 원뿔의 하부에 있는 원뿔에 비해 더 큰 직경을 가질 수 있다. 유사하게, 원뿔(509a)의 최하부의 원뿔은 원뿔의 제2 적층물의 나머지 원뿔에 비해 더 작은 직경을 가질 수 있다
임의적으로, 하나 이상의 스페이서(도시되지 않음)는 침강 장치(500)의 내부 표면으로부터 안쪽으로 돌출될 수 있다. 스페이서는, 침강기 장치(500)내에 위치된 원뿔(509)의 적층물이 원뿔형 부분(503) 또는 원통형 부분(508)의 내부 표면에 기대어 지는 것을 방지하도록 구성된다. 임의적으로, 스페이서는 침강기 장치(300)의의 종방향 축(550)에 거의 평행할 수 있다. 스페이서는 침강기 장치(500)내에서 액체 및 현탁된 입자의 움직임 또는 유동에 대한 간섭을 방지하거나 최소화하기 위해 실질적으로 얇은 횡단면을 가질 수 있다. 도 16 내지 18에 도시되지는 않았지만, 스페이서는 도 5a, 5b, 및 7에 도시되고 본원에 기재된 스페이서(315)와 동일하거나 유사할 수 있다.
침강기 장치(500)의 구성요소, 예컨대 원뿔형 부분(503), 원통형 부분(508), 및 원뿔(509)은 한번 사용하는 일회용 플라스틱으로 제작될 수 있다. 다르게는, 원뿔형 부분(503), 원통형 부분(508), 및 원뿔(509)중 하나 이상은 금속, 예컨대 스테인레스-스틸 합금, 또는 유리로 제작될 수 있다. 원뿔(509)의 표면, 및 원뿔형 부분(503) 및 원통형 부분(508)의 내부 표면은 비-점착성 플라스틱, 테플론, 실리콘 및 당분야의 숙련가에게 공지된 유사한 물질중 하나 이상에 의해 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 추가적으로, 또는 다르게는, 표면(특히 스테인레스 스틸로 형성된 경우)은 평활한 표면을 제공하기 위해 전기연마될 수 있다. 이들 침강기 장치는 임의의 원하는 크기로 쉽게 규모-조정될 수 있다.
하나의 실시태양에서, 원뿔형 부분은 용접(예컨대 초음파 용접 또는 열 용접), 접착제, 또는 아교에 의해 고정적으로 접합된다. 임의적으로, 1개 이상의 원뿔이 침강기 장치의 내부 표면에 접합될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시태양에서, 원뿔의 적층물에서 최상부 원뿔(509)의 부분은, 개괄적으로 도 17에 도시된 바와 같이, 상부 원뿔형 부분(503A)의 내부 표면과 접촉하고 이에 고정될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔은 원뿔의 적층물을 형성하도록 함께 접합될 수 있다.
침강기 장치(500)는 임의적으로 유체 자켓(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 유체 자켓은 원뿔형 부분(503) 및 원통형 부분(508)중 하나 이상과 연결될 수 있다. 물 또는 기타 유체가 유체 자켓내로 하나 이상의 포트를 통해 인도되어 침강기 장치(500) 및 그의 내용물(내부의 유체 포함)을 원하는 온도 범위에서 유지시킬 수 있다.
도 16 내지 18에 도시된 실시태양의 침강기 장치(500)의 작동 동안, 무혈청 또는 동물 단백질-부재의 세포 배양 배지는 침강기 장치(500)내로 하부 원뿔형 부분(503B)의 제1 및 제2 포트(553B, 554B)중 하나 이상을 통해 펌핑될 수 있다. 세포 배양 배지는 연속적으로 또는 주기적으로 침강기 장치(500)내로 펌핑될 수 있다. 구체적으로, 침강기 장치(500)는 회분 방식 또는 연속 방식으로 작동될 수 있다.
또한 O2, CO2, 및 N2의 제어된 혼합물은 침강기 장치(500)내로 펌핑되어 침강기 장치(500) 내부의 배양 상청액의 pH 및 DO를 제어할 수 있다. 임의적으로, 제2 포트(554A, 554B) 및 하부 원뿔형 부분(503B)의 제1 포트(553B)중 하나 이상은, 예를 들면 컴퓨터-제어된 다중-기체 질량 유동 제어기로의 입력을 위한 액체 pH 및 DO의 연속적 측정, 및 세포 생존률의 체크를 위해 생물반응기 내용물을 샘플링하는데 사용될 수 있다.
시험관내 세포 확장의 종료시, 하부 원뿔형 부분(503B)내의 침강기 장치(500)의 바닥부에서 수집된 농축된 침강된 세포는 침강기 장치(500)의 제1 포트(553B)로부터 수거될 수 있다. 아직 침강되지 않은 임의의 더 작은 사 세포 및 세포 찌꺼기와 함께, 임의의 대사 폐기물, 예컨대 암모니아 및 락트산염, 또는 기체를 함유한 정화된 배양 유체는 상부 원뿔형 부분(503A)의 제1 포트(553A)를 통해 제거될 수 있다.
임의적으로, 침강기 장치(500)는 독립형의 생물반응기/세포 분류기 조합체로서 사용될 수 있다. 성장 배지는 제1 및 제2 포트(553, 554)중 하나 이상을 통해 세포 침강기 장치에 첨가될 수 있다. 따라서, 침강기 장치(500)는 관류 생물반응기에 연결되지 않고 사용될 수 있다.
하나의 실시태양에서, 센서는 침강기 장치(500)내에 위치될 수 있다. 임의적으로, 센서는 원뿔형 부분(503) 및 원통형 부분(508)중 하나 이상의 내부 표면상에 배열될 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 침강기 장치(500)의 적어도 일부분은 플라스틱을 포함할 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 전체 하우징은 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시태양에서, 플라스틱은 투명하거나 적어도 반투명하다. 임의적으로, 침강기 장치(500)의 적어도 일부분은 투명하거나 반투명하다. 예를 들어, 투명하거나 반투명한 물질은 윈도우와 유사한 침강기 장치(500)의 애퍼튜어에 상호연결될 수 있다. 투명한 부분은 유리, 플라스틱, 또는 임의의 다른 적합한 물질을 포함할 수 있다. 투명한 부분은 예정된 파장 범위의 빛에 대해 투명한 물질로 형성될 수 있다.
존재할 경우, 센서는 침강기 장치(500)내의 배지와 접촉하여 위치된다. 센서는 침강기 장치(500)에서 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2(용존 또는 부분 CO2 포함)중 하나 이상을 모니터링하도록 작동될 수 있다.
임의적으로, 하나 이상의 센서는 형광 프로브에 의해 감지된 조건에 기초하여 달라지는 빛을 방출하도록 작동가능한 형광 프로브를 포함할 수 있다. 형광 프로브는 침강기 장치(500)내에서 다양한 상이한 위치에 배열될 수 있다. 더욱 구체적으로, 형광 프로브는 상이한 조건, 또는 조건의 변화를 세포 침강기 장치내의 상이한 영역에서 측정하도록 배열될 수 있다. 임의적으로, 적어도 1개의 형광 프로브는 침강기 장치의 하부 원뿔형 부분(503B)의 내부 표면에 부착된다.
형광 프로브에 의해 발산된 빛은 침강기 장치의 표면(또는 침강기 장치의 투명한 부분)을 통해 통과하고, 판독기 또는 계량기에 의해 수집될 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 계량기는 침강기 장치(500)내에서 형광 프로브에 의해 감지되는 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 CO2중 적어도 하나의 수준을 기록하거나 표시하도록 작동될 수 있다. 임의적으로, 형광 프로브에 의해 발산된 빛은 광섬유 케이블에 의해 수집되어 계량기로 전송될 수 있다.
이제 도 22 및 23에 있어서, 본원의 또 다른 침강기 장치(600)가 개괄적으로 도시된다. 침강기 장치(600)는 침강기 장치(500)와 유사하고 많은 동일한 특징부를 포함한다. 예를 들어, 침강기 장치(600)는 일반적으로 상부 원뿔형 부분(503A), 원통형 부분(508), 및 하부 원뿔형 부분(503B)(이는 일반적으로 중공 내부를 한정함)을 포함한다. 디퓨저(570)는 하부 제2 포트(553B)와 유체 소통되는 중공 내부에 위치될 수 있다.
원뿔(509a)의 적층물은 침강기 장치(600)내에 위치될 수 있다. 특히, 원뿔(509a)은 이들의 정점(542)이 원뿔형 부분(503A) 및 제1 상부 포트(553A)에 근접하여 배향된다.
원뿔(509a)은 상부 원뿔형 부분(503A)의 내부 표면에 고정될 수 있다. 더욱 구체적으로, 하나의 실시태양에서, 원뿔은 본원에 기재된 바와 같은 돌출부(513)를 포함한다. 상부 원뿔(509a)의 돌출부(513)는, 개괄적으로 도 23에 도시된 바와 같이, 상부 원뿔형 부분(503A)의 내부 표면에 고정되거나 용접될 수 있다.
임의적으로, 원뿔의 제2 적층물(도시되지 않음)이 침강기 장치(600)내에 위치될 수 있다. 원뿔의 제2 적층물의 원뿔은 이들의 정점이 하부 원뿔형 부분(503B)에 근접하여 배향될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 원뿔의 제2 적층물의 원뿔은 원뿔(509a)과 동일하거나 유사하다. 다르게는, 원뿔의 제2 적층물의 원뿔은 원뿔(509a)과 상이한 크기 또는 모양일 수 있다. 하나의 실시태양에서, 제2 원뿔은 도 14 및 15에 도시된 원뿔(409)과 유사한 연속적으로 감소하는 직경을 가질 수 있다
각각의 본원의 실시태양에서, 포개진 원뿔의 원뿔형 표면의 표면 경사각은 수직으로부터 약 30 도 내지 약 60 도일 수 있다. 특정 실시태양에서, 포개진 원뿔의 원뿔형 표면의 표면 경사각은 수직으로부터 약 45 도이다. 또 다른 실시태양에서, 경사각은 약 15 도 내지 약 75 도 범위이다. 상기 기재된 바와 같이, 더욱 점착성인 입자(전형적으로 포유동물 세포)의 분리를 위해, 경사각은 바람직하게는 수직에 가깝다(즉, 수직으로부터 약 30 도). 점착성이 덜한 고체 입자(예를 들어, 촉매 입자)의 경우, 경사각은 수직으로부터 더 멀어질 수 있다(바람직하게는, 수직으로부터 약 60 도).
하우징, 원뿔, 및/또는 침강기 장치의 임의의 추가적인 구성성분을 비롯하여, 본원의 임의의 침강기 장치를 구성하는 물질은 스테인레스 스틸(특히 스테인레스 스틸 316), 또는 미생물 또는 포유동물 세포 배양에 적용하기 위해 사용되는 유사한 물질, 뿐만 아니라 화학 공정 산업, 예컨대 촉매 분리 및 재순환에 적용하기 위해 사용되는 기타 물질일 수 있다. 스테인레스 스틸 표면은 부분적으로 또는 완전히 전기연마되어, 세포 또는 입자가 액체 현탁액으로부터 침강된 후 미끄러져 내려올 수 있는 평활한 표면을 제공할 수 있다. 본원의 침강기 장치의 표면 일부 또는 모두는 비-점착성 플라스틱 또는 실리콘, 예컨대 디메틸디클로로실란으로 코팅될 수 있다. 다르게는 또는 추가적으로, 이들 본원의 침강기 장치의 구성 물질은 플라스틱, 예컨대 한번 사용하는 일회용 플라스틱을 비롯하여 비-금속일 수 있다. 본원의 금속 침강 장치는 각진 강철 플레이트를 나선형 플레이트의 바닥부에 표준 플레이트 롤링하거나 용접함으로써 만들어질 수 있는 반면, 본원의 플라스틱 침강기 장치 또는 이의 개별 부품은, 예를 들어, 사출 성형 또는 3차원 인쇄 기술을 사용하여, 연속적으로 일체 성형품(single piece)으로서 더욱 쉽게 제작될 수 있다.
본원의 임의의 침강기 장치에서, 액체는 침강 장치의 하우징중의 임의의 포트 또는 개구와 액체 소통되는 하나 이상의 펌프(예를 들면 연동 펌프)에 의해 그러한 포트 또는 개구내로 인도되거나 밖으로 배출될 수 있다. 이러한 펌프, 또는 액체를 침강기 장치 안으로 또는 밖으로 유동시키는 기타 수단은 연속적으로 또는 간헐적으로 작동할 수 있다. 간헐적으로 작동된다면, 펌프가 꺼진 기간 동안, 입자 또는 세포의 침강은 발생하는 반면 주변의 유체는 정지된다. 이는 이미 침강되어진 이들 입자 또는 세포가 액체의 상향 유동에 의해 드러난 경사진 원뿔형 표면을 미끄러져 내려가도록 허용한다. 간헐적 작동은 세포가 아래로 미끄러져 내려가는 속도를 개선시킴으로써 세포 생존률 및 생산성을 증진시킬 수 있다는 점에서 유리하다. 하나의 구체적인 실시태양에서, 펌프는 세포의 액체 현탁액을 생물반응기 또는 발효 배지로부터 본원의 침강기 장치내로 인도하기 위해 사용된다.
본원의 임의의 침강기 장치의 하우징내에 위치된 원뿔을 구성하는 물질의 두께는 하우징 내부에서 지지되는 원뿔의 중심이 같은 적층물의 중량을 최소화하고 모양의 견고성을 유지시키기에 필요한 만큼 얇은 것이 바람직하다. 이들 장치의 반경 및 높이는 경사 플레이트 침강기에 대해 제공되는 예측 식으로부터 계산될 수 있는 바와 같이[바트(Batt) 등의 상기 문헌(1990)] 큰 규모의 공정을 위해 필요한 만큼 크게 독립적으로 규모 확대될 수 있다.
본원의 침강기 장치에서 입자 분리를 일으키는 중요한 인자는 경사 표면상에서의 증진된 침적이고, 이는, 단일클론성 항체를 생산하는 혼성 세포를 사용하여 바트 등(1990년도 상기 문헌)에 의해 성공적으로 입증된 바와 같이, 경사진 직사각형 표면 상에서 혈액 세포를 사용하여 보이코트(Boycott)(Nature, 104: 532, 1920)에 의해 성공적으로 입증되었다. 세포/입자 분리를 증진시키는 추가적인 인자는, 연속하는 원통 사이의 고리형 영역을 이동하는 동안 세포/입자상에 가해지는 원심력, 및 침강 표면상의 중력에 기인한 침강이다.
박판 플레이트는 독립적으로 경사 플레이트 침강기를 각각의 차원으로 규모 확대(즉 각각의 플레이트의 상부에 포개진 플레이트의 길이, 폭, 또는 수를 증가)시키기 위해 사용될 수 있는 반면, 나선형 원뿔형 침강 대역은 단순히 이러한 장치의 수평 반경을 증가시킴으로써 3차원으로 동시에 규모 확대될 수 있다. 장치의 수평 반경이 증가함에 따라, 수직 및 원뿔형 표면의 수는 연속하는 나선 사이에서 일정한 거리(또는 채널 폭)를 유지시킴으로써 비례적으로 증가될 수 있다. 입자 분리 효율은 경사 침강 표면의 돌출된 전체 수평 면적에 직접 비례한다. 장치 반경을 증가시킴으로써, 돌출된 수평 면적은 반경의 제곱에 비례하여 증가하고, 이로써 단순히 반경을 증가시킴으로써 돌출된 전체 면적이 3차원으로(즉 반경의 세제곱에 비례하여) 규모 확대된다.
침강기 장치(600)는 본원의 다른 침강기 장치와 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 침강기 장치(600)는 침강기 장치(300, 400, 500)와 관련하여 기재된 바와 같이 사용되고 작동될 수 있다.
사용 방법 및 공정 작동
이제 본원의 침강 장치를 사용하는 예시적인 방법이 기재된다. 입자를 함유한 액체(예를 들어, 세포 배양액, 폐수 또는 고체 촉매 입자를 함유하는 반응 유체 등)는 본원의 침강기 장치내로 포트를 통해 도입된다. 진입하는 액체의 대략 50% 내지 99%(전형적으로 약 90%)는 포트를 통해 침강기 장치의 바닥부에서 제거되는 반면, 액체의 나머지 1% 내지 50%(전형적으로 약 10%)는 포트를 통해 장치의 정상부에서 제거된다. 펌프(예컨대 연동 펌프)는 액체를 정상부 포트 밖으로 석션(suction)하기 위해 사용될 수 있는 반면, 바닥부에 존재하는 농축된 액체는 중력에 기인하여 펌프를 필요로 하지 않으면서 사이클론 하우징의 바닥부 유출구에서 배출될 수 있다. 다르게는, 침강된 세포 또는 입자를 함유한 액체는 진입하는 액체 유량의 약 50% 내지 99%가 원뿔형 침강기의 바닥부 포트로부터 펌핑되어 나올 수 있고, 남아있는 정화된 액체(1% 내지 50%)는 정상부 포트를 통해 배출될 수 있다. 임의적으로, 포트로부터 배출된 유체는 수거 라인으로 펌핑될 수 있다.
진입하는 세포(또는 입자)의 대부분은 진입시 원심력을 통해 침강기 장치 조립부의 벽에 대해 가압되고, 초기에 온화한 와류 운동을 통해, 액체 및 입자/세포가 내려감에 따라 좀더 빠르게 원뿔형 부분 아래로 침강되고, 바닥부 포트를 통해 배출된다. 침강되지 않은 세포 또는 입자는 원뿔의 적층물을 통해 위로 이동될 것이다. 액체가 원뿔의 적층물을 통해 위로 천천히 이동됨에 따라, 더 큰 입자(예를 들어, 생 세포)는 원뿔의 표면상에 침강되어, 원뿔 아래로 미끄러지거나 또는 사이클론 하우징의 외부 벽 및 원뿔 사이에 제공된 작은 공간으로 떨어질 것이다. 이들 침강된 입자는, 이들이 조립물의 바닥부 원뿔형 구간에 도달되어 원뿔형 구간 아래로 바닥부 포트로 미끄러질 때까지, 외부 원통형 벽을 따라서 수직으로 떨어진다.
포트를 통한 액체 유입구 유량을 증가시킴으로써, 액체가 침강 대역의 정상부에 도달되는 시간까지 더 작은 입자(예를 들면 사 세포 및 세포 찌꺼기)가 침강되지 않고, 이에 따라 이러한 더 작은 입자가 정상부 포트를 통해 침강 장치로부터 배출되도록 경사진 침강 대역 내부에서의 액체의 체류 시간을 감소시키는 것이 가능하다. 이러한 특징은, 더 작은 입자(예컨대 사 세포 및 세포 찌꺼기)를 선택적으로 정상부 포트를 통해 수거 스트림으로 제거하는 한편, 더 큰 입자(예컨대 살아있는 생산성 세포)를 바닥부 포트로부터 또 다른 용기(예컨대 생물반응기)로 회수하는 간단한 방법을 제공한다.
이와 같이, 이들 방법에서, 액체 현탁액을 이들 침강기 장치내로 도입하는 단계는 액체 현탁액을 플라스틱 생물반응기 백으로부터 입자 침강 장치로 인도함을 포함할 수 있다.
액체는 침강 장치중의 임의의 포트 또는 개구와 액체 소통되는 하나 이상의 펌프(예를 들면 연동 펌프)에 의해 그러한 포트 또는 개구내로 인도되거나 밖으로 배출될 수 있다. 이러한 펌프, 또는 액체를 침강기 장치 안으로 또는 밖으로 유동시키는 기타 수단은 연속적으로 또는 간헐적으로 작동할 수 있다. 간헐적으로 작동된다면, 펌프가 꺼진 기간 동안, 입자 또는 세포의 침강은 발생하는 반면 주변의 유체는 정지된다. 이는 이미 침강되어진 이들 입자 또는 세포가 액체의 상향 유동에 의해 드러난 경사진 원뿔형 표면을 미끄러져 내려가도록 허용한다. 간헐적 작동은 세포가 아래로 미끄러지는 속도를 개선시킴으로써 세포 생존률 및 생산성을 증진시킨다는 점에서 유리하다. 하나의 구체적인 실시태양에서, 펌프는 세포의 액체 현탁액을 생물반응기 또는 발효 배지로부터 본원의 침강기 장치내로 인도하기 위해 사용된다.
본원의 침강기 장치를 사용하는 이러한 방법에서 조정될 수 있는 하나의 매개변수는 침강기 장치의 안으로 및 밖으로의 액체 유량이다. 액체 유량은 전적으로 장치의 특별한 적용 분야에 의존할 것이고, 정화된 액체로부터 침강되고 분리된 입자를 보호하기 위해 달라질 수 있다. 구체적으로, 유량은 본원의 침강기 장치에서 분리되어 세포 배양물로 회수될 수 있는 살아있는 세포의 생존률을 보호하도록 조절될 필요가 있지만, 유량은 상당량의 세포 또는 입자가 침강기 장치내에 쌓이거나 액체를 침강기 장치 안으로 및 밖으로 전달시키는 도관을 막는 것을 방지하도록 조절되어야 한다.
이들 방법에서, 침강기 장치로부터 수집된 정화된 액체는 생물학적 분자, 유기 또는 무기 화합물, 화학 반응물, 및 화학 반응 생성물중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 침강기 장치로부터 수집된 정화된 액체는 탄화수소, 폴리펩티드, 단백질, 알코올, 지방산, 호르몬, 탄수화물, 항체, 이소프레노이드, 바이오디젤, 및 맥주중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 방법의 예에서, 침강기 장치로부터 수집된 정화된 액체는 인슐린 또는 그의 유사체, 단일클론성 항체, 성장 인자, 서브-유닛 백신, 바이러스, 바이러스-유사 입자, 콜로니 자극 인자, 및 에리트로포이에틴(EPO)중 적어도 하나를 포함한다.
본원에 인용된 각각의 공개 문헌 또는 특허는 본원에 참고로 그의 전체가 편입된다. 이제 본원의 침강 장치는 단지 본원의 실시태양의 특정 양태를 예시할 목적으로 포함된 하기 실시예를 참고하여 더욱 쉽게 이해될 것이다. 당분야의 숙련가라면 상기 교시 및 하기 실시예로부터 다른 기법 및 방법이 청구범위를 만족시킬 수 있고 본원의 범주로부터 벗어나지 않고 이용될 수 있음을 인식할 수 있을 것이므로, 본 실시예는 본원을 제한하려는 것이 아니다.
실시예
실시예 1
효모 또는 단백질 생성물을 분비하는 기타 미생물 세포
이종성 단백질(예를 들어, 인슐린 또는 브라제인) 또는 천연 분비 효소(예를 들어 아스페르길루스 니거, 바실루스 서브틸리스 등)를 분비하도록 조작된 재조합 미생물 세포, 예컨대 효모 또는 곰팡이(피키아 파스토리스, 사카로마이세스 세레비지애, 클루이베로마이세스 락티스, 아스페르길루스 니거 등), 또는 박테리아(에세리키아 콜라이, 및 바실루스 서브틸리스) 세포를 본원의 소형 침강기 장치에 부착된 생물반응기에서 성장시켜, 살아있는 생산성 세포를 다시 생물반응기로 재순환시킬 수 있고, 이로써 높은 세포 밀도 및 높은 생산성을 달성할 수 있다. 신선한 영양 배지를 높은 세포 밀도의 생물반응기 내부의 살아있는 생산성 세포에게 연속적으로 공급하고, 분비된 단백질 또는 효소를 정상부 포트(또는 정상부-측부 유출구 353A, 354A, 553A, 554A)로부터 정화된 유출물로 연속적으로 수거하는 한편, 농축된 살아있는 생산성 세포를 생물반응기로 다시 회수한다. 사 세포 및 적은 비율의 생 세포를 연속적으로 생물반응기로부터 수거 유출구를 통해 제거하고, 실제로 생물반응기 작동을 종결시킬 필요없이 세포 성장 및 단백질 생산을 무기한으로 유지할 수 있다. 효모 피키아 세포를 사용하여 본원의 원뿔형 침강기 장치에 의해 작동시키는 경우, 관류 생물반응기는 한달 이상동안 작동되고 있다. 미생물 세포는 현탁 배양으로 성장하고 세포 보유 장치는 임의의 원하는 크기로 규모 확대될 수 있으므로, 본원의 침강기를 실험실 규모(< 1 리터) 내지 산업 규모(> 50,000 리터)의 다양한 크기, 또는 높은 세포 밀도 관류 배양을 달성하기 위한 그 사이의 임의의 크기의 현탁액 생물반응기에 부착시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 효모 피키아 파스토리스 세포의 관류 생물반응기 배양이 기재된다. 효모 피키아 파스토리스 세포를 초기에 회분 방식으로 5-리터의 컴퓨터-제어된 생물반응기에서 처음 50 시간 동안 접종물로부터 세포를 성장시키고, 이어서 그 다음 100 시간 동안 천천히 유가 방식으로 부착된 12-리터 세포 침강기에 충전시키고, 이어서 본원의 소형 세포 침강기에 의해 연속 관류 방식으로 더 작은 사 세포를 제거하고 더 큰 생 세포를 다시 생물반응기로 재순환시켰다. 본원의 소형 세포/입자 침강기의 임의의 모듈식 생물반응기로의 부착에 대한 전형적인 개략도는 도 24에 도시된다.
도 24에 있어서, 효모 피키아 파스토리스 세포를 관류 생물반응기(218)에서 성장시켰다. 성장 배지를 투입 라인(201)에 상호연결된 제1 펌프(202)를 통해 배지 저장소(200)로부터 생물반응기(218)에 첨가하였다. 용존 산소 함량 및 pH를 생물반응기(218)에서 용존 산소 모니터(206) 및 pH 모니터(204)에 의해 연속적으로 모니터링하였다. 생물반응기(218)로부터의 효모 세포 배양액을 라인(212)과 상호연결된 제2 펌프(214)를 통해 본원의 12-리터 소형 세포 침강기(208)로 전달시켰다. 더 작은 사 세포를 함유한, 소형 세포 침강기(208)로부터 방출물을 방출물 라인(210)에 의해 비워 내었다. 더 큰 생 세포를 세포 침강기(208)로부터 다시 생물반응기(218)로 제3 펌프(216) 및 회수 라인(217)을 통해 재순환시켰다. 과량의 세포 배양액을 제4 펌프(220) 및 제거 라인(222)을 통해 포획 또는 폐기되도록 제거함으로써 생물반응기(218)에서 배지 및 세포 배양액 수준을 제어하였다.
본원의 소형 세포/입자 침강기가 설치된 이러한 관류 생물반응기에 의해 수득된 결과는 도 25에 제시된다. 원은 600 nm에서 측정된 생물 반응기 샘플의 광학 밀도를 나타내는데, 약 150 시간의 초기의 회분 및 유가 배양 동안, 이어서 1600 시간까지 또는 2개월 이상의 연속 관류 작동이 수반되는 동안 축적된 것이다. 침강기 유입 펌프 설정 및/또는 침강기 재순환 펌프 설정을 조작함으로써 침강기 방출 또는 수거 속도를 조절한다. 세포 농도(600 nm에서 OD에 의해 측정됨) 및 크기 분포를 생물반응기로부터 진입하는 세포의 수거 유량 및 세포 크기 분포, 및 기타 인자, 예컨대 침강기로부터의 재순환 비에 의해 결정한다. 관류 속도가 2000 ㎖/일에서 6,000 ㎖/일로 점진적으로 증가되는 동안에도, 0 내지 30 범위의 매우 낮은 OD에 의해 측정되는 바와 같이, 방출물 스트림은 세포를 거의 함유하지 않는다. 이들 결과로부터 대부분의 생 세포가 생물반응기로 다시 재순환되고 더 작은 사 세포 및 세포 찌꺼기가 선택적으로 제거됨으로 인해 매우 높은 세포 밀도가 생물반응기에서 수득되고 유지됨을 알 수 있다. 이러한 관류 속도의 증가시에도, 생물반응기는 생물반응기를 종결시킬 어떠한 이유(예컨대 막-기반의 세포 보유 장치에서 막이 막힘) 없이 높은 세포 밀도에서 무기한으로 작동될 수 있다.
동일한 시점에서 취해진 생물반응기 및 침강기 방출물로부터의 샘플을 입자 크기 분석기로 분석하였다. 도 26에 제시된 정규화된 세포 크기 분포 결과는, 침강기 방출물이 생물반응기에서 세포에 대해 발견되는 것과 비교하여 유의적으로 더 작은 세포 크기 분포를 함유함을 명확히 보여준다. 이들 결과로부터 침강기는 더 작은 사 세포 및 임의의 세포 찌꺼기를 방출물에서 우선적으로 제거하는 반면, 더 큰 생 세포는 우선적으로 생물반응기로 회수됨을 알 수 있다. 이와 같이, 생물반응기는 침강기 방출물에 의한 사 세포 및 세포 찌꺼기의 선택적 제거에 의해 연속적으로 세정되고, 결과적으로 모든 다른 세포 보유 장치에 의해 일상적으로 발생하는 바와 같은 사 세포 및 세포 찌꺼기의 생물반응기내 축적이 일어나지 않는다.
관류 배양 동안의 초기 시점으로부터의 생물반응기 및 침강기 방출물 샘플을 수집하고 작은 2 ㎖ 바이알에서 원심분리하였다. 침강기 장치(208)의 방출물로부터 펠릿화된 세포 및 생물반응기(218)로부터 펠릿화된 세포는, 생물반응기로부터 펠릿화된 세포가 바이알중의 패킹된 습윤 세포 부피의 거의 50%를 차지하는 반면 침강기 방출물에서 펠릿화된 세포가 패킹된 습윤 세포 부피의 단지 5%를 차지함을 보여준다. 다시 이들 결과는, 생물반응기로부터의 온전한 더 작은 세포의 매우 적은 비율만이 침강기 방출물에서 제거되는 반면 더 큰 온전한 세포의 대부분이 우선적으로 생물반응기로 회수되는 것을 확인시킨다.
이러한 2-개월의 장기 관류 작동 동안에 생물반응기 및 침강기 방출물에서의 전체 단백질 농도를 측정하였고, 이는 초기 회분 및 유가 작동 이후에, 즉 장기간의 관류 작동 동안에, 침강기 장치(208)로부터의 방출물 샘플에서의 전체 단백질 함량이 생물반응기(218)로부터의 샘플에서의 전체 단백질 함량에 비해 일관되게 더 크다는 것을 보여준다. 이들 결과는 포유동물 세포의 관류 배양에서 막-기반의 세포 보유 장치, 예컨대 ATF에 의해 흔히 관찰되는 바와 같이, 침강기(208) 내부에서 단백질 체질(sieving)이 존재하지 않음을 매우 강하게 시사한다. 추가로, 이들 결과는, 침강기(208)에서 일부 추가적인 단백질이 생산됨에 따라 방출물 단백질 농도가 동일한 시간에서의 생물반응기(218)중의 단백질 농도에 비해 지속적으로 더 높음을 시사한다.
도 24에 도시된 연속 관류 생물반응기 배치구성으로부터의 수거 스트림에서 축적된 전체 단백질은, 158 시간 또는 거의 6일 이상 수행되고 1600 시간의 동일한 배양 기간에 걸쳐 계속 반복된 단일 유가 생물반응기(218)의 무세포 상청엑에서 수거된 단백질과 비교될 수 있다. 유가 배양이 전형적으로 생물반응기를 수거하거나 비우고, 내부 표면을 세정하며, 스팀으로 제자리에서 멸균하고, 냉각하며, 생물 반응기를 멸균 배지로 충전하고, 생물반응기에 신선한 세포를 접종하며, 이어서 단백질 역가에서 유의적인 증가를 보기 위해 충분히 높은 세포 밀도로 세포를 성장시키기 위해 오랜 비작동 기간을 갖는 반면, 연속 관류 생물반응기는 배양 작동 전반에 걸쳐 높은 세포 밀도 및 높은 생산 속도에서 방해되지 않고 계속 작동한다. 결과적으로, 연속적으로 수거된 생성물 스트림에서 축적된 전체 단백질은, 관류 속도가 증가함에 따라 유의적으로 더 빠른 속도로 증가하고, 동일한 5 리터 생물반응기에서 8회 반복된 유가 배양 작동으로부터의 무세포 상청액에서 수거될 수 있는 것 보다 5배 더 높은 단백질 양인 160 g으로 축적된다.
실시예 2
맥주로부터의 효모 세포의 제거
대규모의 양조 작업에서는, 규칙적으로 막히게 되는 여과 장치 또는 고가의 고속 기계 장치인 원심분리 장치에 의해 효모 세포를 생성물인 맥주로부터 제거한다. 이전에, 상기 적용 분야를 위해 하이드로사이클론이 시험되었으나 성공적이지 않았다[유안 등의 문헌(1996); 실리어스 및 해리슨의 문헌(1997)]. 이들 장치는 맥주를 정상부 유출구로부터 정화시키고 농축된 효모 세포 현탁액을 바닥부 유출구로부터 제거하는 본원의 침강기 장치에 의해 쉽게 대체될 수 있다. 본원의 원뿔형 침강기 대역에서 체류 시간이 증가하고 침적이 증진되기 때문에, 본 발명은 세포 배양 액체로부터 효모 세포를 성공적으로 분리하여, 침강기 장치에 진입하는 세포의 약 5%만을 함유하는 배양 상청액을 이의 제1 작동시 수거한다. 장치는 그의 세포 분리 효율을 증가시키거나 감소시키기 위해 규모 확대 또는 축소될 수 있으므로, 원할 경우 수거 포트로부터 완전한 무세포 맥주를 수득하는 것이 실현가능하다. 이와 같이, 본원의 장치는 맥주의 양조, 뿐만 아니라 맥주의 정화, 및 연속적인 양조 설비에 특히 유용하다.
실시예 3
포유동물 세포 배양 브로스로부터의 세포의 정화 또는 제거
상기 실시예 2와 유사하게, 유가 생물반응기 배양의 종료시 세포 배양 브로스로부터의 포유동물 세포의 정화는 분비된 생성물, 예컨대 항체 또는 치료학적 당단백질의 수거에 있어서 필수적인 첫번째 단계이고, 이후 다른 일련의 다운스트림 가공 작업이 수반된다. 현재, 포유동물 세포 및 세포 찌꺼기를 세포 배양 브로스로부터 제거하기 위해 원심분리 및 심층 여과를 공통의 단위 작업으로서 사용한다. 그러나, 연속적인 원심분리 공정으로부터 축적된 세포를 주기적으로 제거하는 것은 정화된 세포 배양 상청액으로 세포가 반복적으로 쏟아지게 만든다. 본원의 침강기 장치는, 포유동물 세포가 장치 내부에 쉽게 침강되므로, 연속적으로 정화된(무세포 또는 유의적으로 세포가 고갈된) 상청액을 생산한다. 이들 소형 침강기 장치는 세포 배양 브로스로부터 세포를 더욱 일관되게 제거하므로, 잠재적으로는 원심분리에 대한 요구를 대체하고, 남아있는 세포 및 모든 세포 찌꺼기를 완전히 제거하기 위한 2차적인 심층 여과 작업에 필요한 막 면적의 양을 감소시킨다. 아래에 기재된 바와 같이 관류 생물반응기에서 회분 작동 또는 연속 작동으로 정화될 수 있다.
실시예 4
포유동물 세포 관류 배양
경사 침강기에서 뮤린 혼성 및 재조합 포유동물 세포의 증진된 침적은 이미 성공적인 것으로 입증되었고[바트 등의 문헌(1990) 및 시어레스 등의 문헌(1994)], 박판 침강기에서 규모 확대되었다[톰슨 및 윌슨, 미국 특허 번호 제5,817,505호]. 박판 침강기는 독립적으로 3차원으로 규모 확대되지만, 본원의 원뿔형 침강기 장치는, 상기 논의된 바와 같이, 단순히 그의 반경을 증가시킴으로써 동시에 3차원으로 규모 확대될 수 있다. 이와 같이, 본원의 침강기는 더욱 소형이고, 더 작은 공간 상에서 침강을 위해 훨씬 많은 경사 표면을 가지며, 당단백질, 예컨대 단일클론성 항체 및 기타 치료학적 단백질을 분비하는 포유동물 세포 배양에서의 적용성이 입증된 더욱 쉽게 규모 조정이 가능한 세포 보유 장치이다. 분비된 단백질이 함유된 정상부 포트로부터의 정화된 수거 산출물은 연속적으로 세포 보유 장치로부터 수거되는 반면, 바닥부 유출구로부터의 농축된 세포는 생물반응기로 다시 재순환되어, 무기한으로 사용될 수 있는(즉 수 개월 이상의 연속 관류 작동되는) 높은 세포 밀도의 관류 생물반응기를 생성한다. 1000-리터 들이 단일형 고 세포 밀도 관류 생물반응기로부터의 연속적인 높은 역가의 수거량은 큰(> 20,000 리터) 유가 생물반응기로부터의 축적된 생산에 비해 1년 단위로 더 높을 수 있다.
치료학적 당단백질의 과발현 및 분비에 흔히 사용되는 재조합 중국 햄스터 난소 세포를 도 24에 개략적으로 제시된 4” 소형 세포 침강기가 부착된 1-리터 제어 생물반응기에서 배양하였다. 생물반응기, 침강기 정상부 방출물, 및 생물반응기로의 침강기 바닥부 회수물에서 생존가능한 세포 밀도를 측정하였다. 60 시간에 관류 작동을 시작한 직후, 침강기 정상부 방출물로부터 생 세포는 거의 제거되지 않았고, 생존가능한 세포의 증가된 양이 침강기 바닥부 유출구로부터 생물반응기로 회수되었다. 결과적으로, 생물반응기의 생존가능한 세포 밀도(VCD)는 관류 작동이 시작된 이후 점진적으로 증가하고, 더욱 극적으로 관류가 시작될 때 생물반응기에서의 생존률(다이아몬드)이 증가한다.
세포 크기 분포를 생물반응기 및 침강기 정상부 방출물로부터의 샘플에 대해 5 일째 측정하였고, 생물반응기 샘플에 대하여 베크만-쿨터 다중크기 분석기(Beckman-Coulter Multisize Analyzer)에 의해 측정된 세포/입자 크기의 히스토그램은, 약 16 미크론의 피이크를 갖는 약 10 미크론 내지 약 30 미크론 범위 크기의 생 세포 및 가능하게는 이중물의 넓은 분포, 8 내지 9 미크론 크기의 사 세포의 예리한 피이크, 및 8 미크론 보다 더 작은 크기 범위의 세포 찌꺼기의 거대한 테일(tail)을 보여준다. 소형 세포 침강기(208)의 정상부 포트 방출물로부터의 샘플 에 대하여 동일한 기기에 의해 측정된 세포/입자 크기의 또 다른 히스토그램은, 8 내지 9 미크론 크기의 사 세포의 증진된 피이크, 8 미크론 보다 더 작은 크기의 세포 찌꺼기의 테일, 및 극적으로 약 16 미크론의 생 세포에 대한 임의의 피이크의 완전한 부재를 보여준다. 이들 크기 측정값은, 침강기 정상부 방출물이 관류 생물반응기(218)로부터 선택적으로 더 작은 사 세포 및 세포 찌꺼기를 제거하는 반면, 더 큰 생 세포가 연속적으로 관류 생물반응기(218)로 회수됨을 강하게 입증한다. 더 작은 사 세포 및 세포 찌꺼기의 이러한 선택적 제거는 경사된 플레이트 침강기에 의해 입증되었다[바트 등의 문헌(1990) 및 시어리스 등의 문헌(1994)]. 본원의 소형 세포 침강기는 이러한 연속하는 결과를 더욱 소형이고 더욱 쉽게 규모 조정가능한 설계에서 다시 재현하였다. 포유동물 세포에 대하여 오늘날 이용가능한 나머지 세포 보유 장치들중 어느 것도 더 작은 사 세포 및 세포 찌꺼기만을 제거하는데 있어서 이러한 선택성을 나타내지 않는다.
실시예 5
백신, 바이러스 또는 바이러스-유사 입자 또는 유전자 치료 벡터 생산
백신, 예컨대 바이러스 또는 바이러스-유사 입자(VLP), 또는 유전자 치료 벡터, 예컨대 아데노-연관된 바이러스(AAV), 렌티-바이러스 등의 생산은 대체적으로 살아있는 포유동물 또는 곤충 세포의 감염 및 용해에 의해 회분 또는 유가 생물반응기 배양으로 실행된다. 바이러스 또는 바이러스-유사 입자는 이들 바이러스 또는 바이러스-유사 입자의 큰 세포내 생산 이후 용해 과정에서 감염된 세포로부터 방출된다. 살아있는 포유동물 또는 곤충 세포의 크기(약 5 내지 20 미크론)와 비교되는 이들 입자의 크기(서브-미크론 또는 나노미터 규모)에서의 큰 차이로 인해, 회분 또는 유가 생물반응기 배양으로부터 바이러스 또는 바이러스-유사 입자를 분리하는 것은 매우 간단하다. 세포 찌꺼기와 함께, 대부분 바이러스 또는 VLP가 함유된 정화된 세포 배양 브로스의 연속적인 수거 또는 유출 속도를 제어함으로써, 성장하는 생 세포와 함께 생물반응기 내부에 더 작은 수의 감염성 입자를 보유하여, 바이러스 및 VLP의 연속적인 수거를 위한 본원의 침강기 장치에 부착된 연속 관류 생물반응기에서 연속적인 감염 및 백신 생산이 또한 가능하다.
실시예 6
고체 촉매 입자 분리 및 재순환
액체 상 화학 반응, 예컨대 피셔-트로프슈(Fischer-Tropsch) 합성을 추가로 촉매화하는데 있어서 반응기로의 재순환 및 재사용을 위한 고체 촉매 입자의 분리는 박판 침강기에 의해 이전에 입증되었다(미국 특허 번호 제6,720,358호, 2001). 액체 또는 기체 상 반응에서 고체 촉매 입자가 관여하는 많은 이러한 2-상 화학 반응은 더욱 소형의 입자 분리 장치를 제공하는 본원의 입자 침강 장치에 의해 향상되어 박판 침강기에 의해 입증된 바와 같은 고체 분리 및 재순환을 달성할 수 있다.
실시예 7
식물 및 조류 세포 수거
귀중한 생성물을 분비하지만 아직까지 상업적으로는 실행가능하지 않은 재조합 식물 세포 배양은 본원의 침강 장치에 대한 또 다른 잠재적 적용 분야이다. 경사 침강기는 몇몇 식물 세포 배양 적용 분야에 사용되어 왔다. 이러한 장치는 더욱 소형의 본원의 원뿔형 나선형 침강기 장치에 의해 대체될 수 있다. 식물 세포의 크기는 효모 또는 포유동물 세포의 크기에 비해 더 크기 때문에, 세포 분리 효율은 단일 식물 세포 또는 식물 조직 배양에 의해 더 높을 것이다.
본원의 침강기 장치의 더욱 당면한 상업적 적용 분야는 대규모 경작 연못으로부터 조류 세포를 수거하여 바이오디젤 생성물을 조류 세포내에서 수거하는 것이다. 태양 에너지를 세포내 지방 또는 지방산 저장물로 전환시키는, 크고(에이커 크기) 얕은 연못중의 비교적 묽은 조류 세포 덩어리를 본원의 원뿔형 나선형 침강기 장치내로 쉽게 수거할 수 있고, 농축된 조류 세포를 바닥부 유출구로부터 수거할 수 있다.
실시예 8
지방 자치 폐수 처리
대규모 지방 자치 폐수 처리 공장(하수 또는 폐수에서 생물 및 유기 폐기물을 분해하기 위하여 다중 박테리아 종의 공동체 또는 활성화된 슬러지를 사용함)은 흔히 큰 침강 탱크를 사용하고, 이들 공장의 더욱 현대식 형태는 박판 침강기를 사용하여 정화된 물을 슬러지로부터 제거한다. 본원의 원뿔형 나선형 침강기 장치는 이들 공장에서 요구되는 더 큰 크기로 규모 확대될 수 있는 반면, 이들 처리 공장에서 현재 사용되는 큰 침강 탱크 또는 박판 침강기에 비해 크기가 더 작게 유지된다.
실시예 9
산업 공정수 정화
산업 폐수 또는 현탁된 고체가 함유된 혼탁한 물의 천연 공급원을 세정하는 큰 규모의 물 처리 공장은 대규모 침강 탱크 또는 박판 경사 침강기를 사용한다. 이제 이들 대규모 장치는 더욱 소형인 본원의 원뿔형 나선형 침강기 장치로 대체되어 산업 재사용을 위한 물의 정화 또는 신선한 물의 지방 자치 공급이라는 동일한 목표를 달성할 수 있다.
실시예 10
단백질 A 코팅된 비이드 상에서의 단일클론성 항체의 포획 및 정제
단일클론성 항체를 함유하는 세포 배양 상청액을 단백질 A 코팅된 미소구체 또는 비이드(40 내지 200 미크론)와 본원의 침강기 내부에서 2개의 상이한 유입구를 통해 접촉시킬 수 있고, 예를 들어 정상부 유입구로부터 들어오는 비이드 및 바닥부 포트를 통해 들어오는 세포 배양 상청액을 접촉시켜 이들의 접촉 및 포획 효율을 최대화시키킬 수 있다. 단백질 A 비이드상에서의 단일클론성 항체의 포획은 매우 신속하고, 전형적으로 경쟁 친화도 크로마토그래피 칼럼 내부의 체류 시간의 10 분 미만이다. 단백질 A-코팅된 미소구체 비이드는 신속히 침강될 것이고, 현탁액에 유지되고, 잘 혼합되어, 바닥부 유입구로부터 세포 배양 상청액을 펌핑함으로써 이와 접촉된다. 고갈된 세포 배양 상청액을 본원의 세포 침강기의 정상부 유출구로부터 회분 적재 작동으로 연속적으로 제거할 수 있다. 상향-유동 액체에 동반된 임의의 비이드는 경사 표면상에 침강되고 바닥부의 교반되는 영역으로 회수된다. 첨가 비이드의 최대 결합 용량에 가깝게 적재한 후, 비이드를 침강기의 약 3 내지 5배 부피의 전형적인 세척 용액으로 세척하여 결합되지 않은 숙주 세포 단백질을 상청액에 존재하는 사 세포 찌꺼기와 함께 정상부 유출구를 통해 제거할 수 있다.
철저한 세척을 완료한 후, 용출 배지를 천천히 펌핑하여 결합된 항체를 액체 배지내로 제거하고 농축된 항체 용액을 정상부 포트를 통해 제거하는 반면, 비이드는 침강기 내부에 보유된다. 용출이 완료된 후, 바닥부 유입구로부터 평형화 용액을 펌핑함으로써 비이드의 평형을 수행하는 한편, 비이드는 이러한 유입 용액에 의해 현탁액에 유지된다. 평형화 후, 세포 배양 상청액의 다음 회분을 침강기에 적재하여, 크로마토그래피 칼럼에서 사용되는 순서와 유사한, 상기 4-단계 공정을 반복한다. 단일클론성 항체 포획을 위하여 본원의 세포 침강기 장치를 사용하는 몇몇 이점은 다음과 같다: (i) 세포 배양 상청액을 직접 적재하여 상청액에 흔히 존재하는 사 세포 또는 세포 찌꺼기를 제거할 필요없이 단백질 A 비이드와 접촉시키고; (ii) 칼럼의 후반부에서 비이드의 고정된 층으로 단일클론성 항체가 점진적이거나 지연되어 노출되기 보다는, 유입되는 상청액과 모든 현탁된 비이드의 접촉이 더욱 효율적이고 즉각적이다. 친화도 칼럼 크로마토그래피를 본원의 실시태양의 침강기 장치 내부에 현탁된 단백질 A 비이드에 의한 항체의 친화도 포획으로 대체할 경우, 사 세포 및 세포 찌꺼기를 제거하기 위해 현재 요구되는 원심분리 및/또는 심층 여과의 단위 작동을 제거함으로써 상당한 비용 절감을 초래할 것이다.
세척, 용출 및 재생 단계가 수반되는, 단백질 A 코팅된 비이드에 의한 분비된 항체 생성물의 이러한 친화도 포획은 단일 침강기에서 일련의 회분 작동으로 또는 연속적으로 일련의 침강기에서 실행될 수 있다. 작동시, 단백질 A 비이드는 하나의 침강기로부터 그 다음의 침강기로 정확히 역류 또는 직교류 작동으로 본원의 실시태양의 각각의 침강기에서 세포 배양 브로스 또는 상이한 완충액과 함께 유동될 것이다.
실시예 11
세포로부터 분비된 유기 생성물의 제자리 추출을 위한 경사분리기/세포 침강기
몇몇 방향 및 향미 화합물의 생산 및 분비는 미생물 효모 세포, 예컨대 사카로마이세스 세레비지애로 대사적으로 조작된다. 이들 화합물중 몇몇은 세포에 더욱 독성일 수 있고, 유기 액체내로 쉽게 추출될 수 있어 세포 독성을 감소시킬 뿐만 아니라 효모 세포의 생산성을 증가시킬 수 있다. 분비된 생성물이 함유된 유기 액체, 및 교반 탱크 생물반응기로부터의 생산성 미생물 세포가 함유된 수성 층의 유화액을 본원의 소형 세포 침강기 장치의 유입구 포트내로 펌핑할 수 있다. 침강기의 고요한 대역내에서, 유화액은 정상부상에 부유하고 정상부 포트를 통해 수거되는 유기 층 및 바닥부로 침강되고 생물반응기로 바닥부 포트를 통해 재순환되는 살아있는 생산성 세포가 함유된 수성 층으로 쉽게 분리된다. 임의의 세포 찌꺼기는 유기 층으로 분별되고 침강기의 정상부로부터 쉽게 제거될 것이다. 수성 층중의 살아있는 생산성 세포는 생물반응기로 회수되어 관류 생물반응기 내부의 세포 밀도 및 생산성을 증가시킨다.
실시예 12
독립형 관류 생물반응기로서 사용되는 소형 세포 침강기에서의 다양한 포유동물 세포의 시험관내 확장
현재, 다양한 포유동물 세포, 예컨대 줄기 세포 및 CAR-T 세포의 시험관내 확장의 분야는, 혼합을 위해 고정 플랫폼 상에 위치되거나 pH 제어를 위해 CO2 항온처리기 내부에 위치된 생물반응기로서의 한번 사용하는 멸균 일회용 배양 백에 의해 신속히 늘어나고 있다. 이러한 백 생물반응기는 축적된 폐기 대사 부산물, 예컨대 암모니아 및 락트산염을 제거하기 위해 증진적으로 연속 관류 방식으로 작동되고, 확장 동안 높은 세포 생존률을 유지시키기 위해 백상에 세포 보유 장치로서 정밀여과 막을 사용한다. 그러나, 연장된 관류 작동 동안, 사 세포 및 세포 찌꺼기는 이들 백에 축적되고 백상의 정밀여과 막을 통해 제거될 수 없다. 본원의 세포 침강기 장치는 연속 관류로 작동되는 독립형의, 에어-리프트(air-lift) 생물반응기로서 효과적으로 작동되어 신선한 영양분을 들여오고 대사 폐기물을 제거할 뿐만 아니라, 선택적으로 임의의 사 세포 및 세포 찌꺼기를 제거할 수 있다. 바닥부 포트는 다중 기체 CO2, O2 및 N2의 제어된 혼합물을 위한 유입구로서 사용되어 원하는 pH 및 DO를 생물반응기에서 유지시킬 수 있다. 중심 부분을 통해 상승하는 공기는 세포 배양 액체 일부를 동반하거나 실어 나르고, 생물반응기에서 영양분의 온화한 혼합을 제공하며, 정상부 유출구를 빠져나가는 반면, 액체는 침강기의 원통형 부분에서 빠져나와 원뿔형 침강기 상으로 재순환된다. 회수되는 세포 배양 액체는 pH, DO의 연속적 측정을 위해, 유입 기체 혼합물을 제어하는 컴퓨터로의 투입을 위해 샘플링되거나, 원하는 경우 세포 밀도 및 생존률을 위해 가끔씩 샘플링된다. 원하는 세포 확장 후, 기체 유동을 세포 수집 백으로 전환시킴으로써 바닥부 포트를 통해 농축된 생 세포를 수집한다. 본원의 세포 침강기/생물반응기의 주요 이점은, 사 세포 및 세포 찌꺼기를 독성 대사적 폐기 부산물과 함께 용이하게 제거하여, 자가유래 세포 치료법을 위한 시험관내 확장 이후 생 세포의 높은 세포 밀도를 제공할 수 있다는 것이다.
실시예 13
침전되고 농축된 치료학적 단백질의 연속 분리
몇몇 치료학적 단백질[예를 들어 인슐린 유사체 글라진(glargine) 및 단일클론성 항체]은 pH를 조절하는 단순염(예를 들어 글라진을 위한 염화 아연, 또는 항체를 위한 황산 암모늄), 및 다른 용매(예를 들어 글라진을 위한 m-크레졸 또는 다른 페놀계 물질 및 항체를 위한 에탄올)를 첨가함으로써 침전될 수 있다. 이러한 침전은 이들 치료학적 단백질을 위한 다운스트림 정제 공정에서 크로마토그래피에 대한 저-비용 대체법이다. 현재, 이들 침전 단계는 회분 방식으로 실행되고, 침전물로부터 상청액을 제거하기 위해 원심분리 또는 경사분리가 수반된다.
본원의 분리 장치를 사용하여, 연속적인 분리 공정이 실행될 수 있다. 단백질이 다량 함유된 수거 배지(정밀여과 또는 원심분리 또는 기타 방법에 의해 임의의 세포를 제거한 후)를, 다른 필요한 화학물질, 예컨대 용매, 또는 pH-개질 용액중의 염, 예컨대 NaOH 또는 HCl과 함께, 본원의 소형 세포 침강기내로 투입한다. 침전 공정은 침강기 내부에서 일어날 것이고, 단백질-다량 함유 침전물은 바닥부 유출구에서 단백질-고갈된 상청액으로부터 연속적으로 제거될 수 있고, 이는 연속적으로 정상부 유출구로부터 제거된다.
실시예 14
미립담체 비이드상의 중간엽 기질/줄기 세포(MSC)의 생체외 확장 및 확장된 줄기 세포의 정제
MSC는 적합한 성장 배지의 존재하에 생체외 확장이 가능하고, 흔히 표면, 예컨대 조직 배양 플라스크, 페트리 디쉬, 롤러 보틀(roller bottle), 세포 큐브(cell cube), 및 미립담체 비이드에 부착되어 성장한다. 미립담체 비이드(100 미크론 내지 500 미크론 범위의 크기)상에 부착된 성장은, 이들이 진탕되거나 교반되는 생물반응기에서 현탁되고, 최적의 성장 조건, 예컨대 pH, 온도, 용존 산소 농도 및 영양분 농도에 대해 제어되므로 쉽게 규모 조정가능한다. 그러나, 미립담체로부터의 확장된 줄기 세포의 분리는 까다롭고, 효소적 탈착, 과량의 효소의 신속한 세척, 및 미립담체 비이드로부터의 줄기 세포의 분리를 필요로 한다. 이들 상이한 단계는 현재 노동-집약적이고 오염-경향이 큰 회분 가공 단계를 사용하여 시도된다. 이러한 어려운 각각의 단계는 사이클론 하우징내에 위치된 센서 프로브를 포함할 수 있는 본원의 생물반응기/세포 침강기 장치에서 더욱 쉽게 달성될 수 있다. 하나의 실시태양에서, 센서 프로브는 pH, 용존 산소(DO), 글루코스 농도, 온도, 및 CO2 수준중 하나 이상을 사이클론 하우징에서 측정하기 위한 형광 프로브를 포함한다. 더욱 구체적으로, 이들 침강기 장치내에서: (i) 과량의 효소는 신선한 영양 배지를 바닥부 포트를 통해 공급함으로써 정상부 포트를 통해 매우 쉽게 세척되거나 제거되는 반면, 더 느리게 설정된 탈착된 세포 및 빠르게 설정된 금방 노출된 미립담체 비이드는 침강기 내부에서 순환이 유지되고, (ii) 노출된 미립담체 비이드(100 내지 500 미크론)는 줄기 세포(10 내지 20 미크론)에 비해 훨씬 신속하게 침강될 것이고, 바닥부 포트로부터 제거될 수 있는 반면, 줄기 세포는 현탁액에서 순환되고, (iii) 최종적으로, 확장된 줄기 세포는 후속적인 세포 치료법 적용을 위해 원하는 농도에서 바닥부 포트를 통해 수거될 수 있다.
실시예 15
다른 분화된 세포, 예컨대 T-림프구 또는 심근세포의 시험관내 확장 또는 성장을 지원하기 위해 필수적인 성장 인자를 분비하는 미립담체 비이드 상에서의 기질 세포의 공-배양
다능성 줄기 세포의 심근세포 또는 활성화된 림프구(CAR-T 세포)로의 성장 및 분화를 위해서는 고가의 성장 인자가 성장 생물반응기에 보강되어야 한다. 이러한 비용은 성장 배지내로 원하는 성장 인자를 분비하는 조작된 중간엽 줄기 세포(MSC)와 함께 원하는 세포를 공-배양함으로써 감소될 수 있다. 이들 성장 인자 분비 세포는 다른 원하는 세포, 예컨대 CAR-T 세포, 심근세포 등의 성장을 지원한다. 이러한 공-배양은 본원의 생물반응기/세포 분류기 조합 장치 내부에서 실행될 수 있고, 이러한 세포의 생산 또는 확장 비용은 크게 감소된다. 확장된 세포는 확장된 단일 세포 또는 세포 응집물을 제거하기 위해 필요한 유량으로 신선한 배지를 공급함으로써 공-배양물로부터 쉽게 제거될 수 있는 반면, 더 큰 미립담체 비이드는 생물반응기/세포 침강기 내부에 유지된다.
실시예 16
예컨대 골수로부터의 임의의 혼합된-세포 집단의 원하거나 원치않는 특징을 갖는 몇몇 개별적인 하위-집단으로의 분별 또는 분류
본원의 임의의 생물반응기/세포 침강기 장치에 혼합된 세포 집단(예컨대 골수 세포)의 일부 초기 분량을 적재한 후, 가장 작은 세포(예를 들어 혈소판, 적혈구 등)가 가장 낮은 유량에서 정상부 방출물 스트림을 통해 이탈한 후, 더 큰 세포 유형(림프구, 단핵 세포 등)이 점차 더 높은 유량에서 이탈하고, 이어서 가장 큰 세포 유형(예컨대 대식세포, 거핵세포 등)이 가장 높은 유량에서 이탈하도록, 신선한 영양 배지를 느린, 단계식으로 증가하는 유량으로 공급할 수 있다. 느리게 증가하는 단계식 유량으로 영양분 공급물 및 정상부 방출물 유량을 증가시킴으로써, 생물반응기/세포 분류기 장치를 이탈한 단일한 원하는 세포 유형의 비교적 순수한 집단이 후속 사용을 위해 추가로 증식될 수 있는 건강한 세포 배양 성장 배지에서 수득된다.
실시예 17
만능(universal) 적혈구의 시험관내 생산
조혈 줄기 세포의 적혈구 세포 계통으로의 분화를 위해 신규한 유전자 조작 방법이 개발중에 있다. 적혈구생성에서 가장 초기에 관여되는 단계인 전적혈모구(proerythroblast) 세포는 정상 백혈구에 비해 약간 더 크고(12 내지 20 미크론), 3배까지 더 크다. 적혈구 계통에서 후속 단계인 다염성(polychromatophilic) 정적아구는 전적혈모구 세포에 비해 더 작다(12 내지 15 미크론). 정염성(orthochromatophilic) 정적아구 세포, 핵형성 적혈구 전구체 세포는 더 더욱 작고(8 내지 12 미크론), 더욱 더 작은 성숙한 제핵 적혈구가 뒤따른다[가일러(Geiler, C.) 등의 문헌 "International Journal of Stem Cells, 9: 53-59"]. 본원의 생물반응기/세포 분류기 장치의 크기 분별 능력에 기반하여, 모든 더 큰 전구체 세포가 보유되고, 가장 작은 성숙한 제핵 적혈구만이 장치의 정상부 방출물로부터 제거되는 반면, 모든 더 큰 전구체 세포는 생물반응기/세포 분류기 장치 내부에서 계속 반복되어 확장된다.
실시예 18
대규모 혈소판 생산
제어된 생물반응기 배양 조건에서의 고-배수성(ploidy) 거핵구 세포의 생체외 확장 및 이들의 더 작은 혈소판 세포로의 전단(shearing)은 기초적인 수준에서 점차 이해되고 있다[파누간티(Panuganti, S.) 등의 문헌 "Tissue Engineering Part A, 19: 998-1014"]. 이러한 이해가 더욱 더 발전함에 따라, 이들 필수적인 배양 매개변수는 거핵구 세포의 성장 및 분화를 위한 생물반응기/세포 분류기 장치 내부에서 수득되고 제어될 수 있는 반면, 성숙한 전단된 더 작은 혈소판만이 침강기로부터 정상부 유출구를 통해 수거된다.
추가적인 배경 및 내용을 제공하고, 35 U.S.C. §112에 의거한 상세한 설명의 기재 요건을 추가로 충족시키기 위해, 다음의 참조문헌이 참고로 본원에 이들의 전체가 편입된다: 미국 특허 제5,624,580호, 미국 특허 출원 공개공보 제2009/159523호, 미국 특허 출원 공개공보 제2011/097800호, 미국 특허 출원 공개공보 제2012/180662호, 및 미국 특허 출원 공개공보 제2014/011270호.
본원의 전술된 실시예는 예시 및 설명을 목적으로 제시되었다. 이들 실시예는 본원에 개시된 형태로 본원을 제한하려는 것이 아니다. 결과적으로, 본원의 설명의 교시와 상응하는 변화 및 변형, 및 관련 분야의 기술 또는 지식은 본원의 범주내에 속한다. 본원에 제공된 실시예에 기재된 특정 실시태양은 본원을 실행하기 위해 공지된 최적의 방식을 추가로 설명하고, 당분야의 숙련가가 이러한 또는 다른 실시태양으로 본원의 특별한 적용 또는 용도에 의해 요구되는 다양한 변형을 갖고 본원을 이용할 수 있게 하려는 것이다. 첨부된 청구범위는 다른 실시태양을 선행 기술에 의해 허용되는 정도로 포함하는 것으로 해석되고자 한다.

Claims (23)

1개 이상의 포트(port)를 갖는 상부 원뿔형(upper conical) 부분;
원통형(cylindrical) 부분;
1개 이상의 포트를 갖는 하부 원뿔형(lower conical) 부분; 및
침강 장치 내부에 위치된 원뿔의 적층물(stack)
을 포함하는 침강 장치로서, 이때 상기 원뿔의 적층물의 각각의 원뿔이 작은 개구(opening) 및 큰 개구를 포함하고, 상기 작은 개구가 상부 원뿔형 부분 및 하부 원뿔형 개구 중 하나를 향해 배향되고, 상기 원뿔의 적층물이 침강 장치의 종방향 축에 일반적으로 중심을 두는, 침강 장치.
제1항에 있어서,
상기 원뿔의 적층물의 1개 이상의 원뿔이 금속, 플라스틱, 및 유리중 하나로 이루어지는, 침강 장치.
제1항에 있어서,
상부 하우징(housing)이, 하부 하우징의 제2 플랜지(flange)에 맞물리도록 구성된 제1 플랜지를 추가로 포함하는, 침강 장치.
제1항에 있어서,
원뿔의 제1 적층물의 원뿔의 표면이 종방향 축에 대하여 대략 25 도 내지 약 85 도의 각도로 위치하는, 침강 장치.
제1항에 있어서,
제1 및 제2 원뿔형 부분이 종방향 축을 향해 안쪽으로 오목한, 침강 장치.
제6항에 있어서,
원뿔의 몸체의 종방향 단면이 아치형 모양을 갖는 라인을 형성하는, 침강 장치.
제1항에 있어서,
제1 원뿔형 부분이 종방향 축을 향해 안쪽으로 오목하고, 제2 원뿔형 부분이 종방향 축으로부터 바깥쪽으로 오목한, 침강 장치.
제7항에 있어서,
상기 침강 장치가 침강 장치 내에 위치된 원뿔의 제2 적층물을 추가로 포함하고, 상기 원뿔의 제2 적층물의 각각의 원뿔이 제1 원뿔형 부분으로부터 먼쪽에 배향된 작은 개구 및 제1 원뿔형 부분 쪽으로 배향된 큰 개구를 포함하는, 침강 장치.
제8항에 있어서,
원뿔의 제2 적층물의 원뿔이 종방향 축으로부터 바깥쪽으로 오목한 몸체를 갖는, 침강 장치.
제1항에 있어서,
상기 침강 장치 내의 조건을 측정하기 위한 센서
를 추가로 포함하는 침강 장치.
제10항에 있어서,
상기 센서가 형광 프로브를 포함하고; 이때, 상기 센서에 근접한 제2 원뿔형 부분의 적어도 일부가 투명하거나 반투명하고; 상기 제2 원뿔형 부분이 투명하거나 반투명한, 침강 장치.
제10항에 있어서,
상기 센서가 pH, 용존 산소(DO), 글루코스, 온도, 및 용존 CO2(pC02)중 하나 이상을 측정하도록 작동가능한, 침강 장치.
(a) 침강 장치 내로 입자의 액체 현탁액을 도입하는 단계로서, 이때
상기 침강 장치가
제1 원뿔형 부분, 제1 원통형 부분, 및 1개 이상의 포트를 갖는 상부 하우징;
상기 상부 하우징과 상호연결될 수 있고, 제2 원뿔형 부분, 제2 원통형 부분, 및 1개 이상 포트를 포함하는 하부 하우징; 및
상기 침강 장치 내에 위치된 원뿔의 적층물
을 포함하고,
상기 원뿔의 적층물의 각각의 원뿔이 상기 제1 원뿔형 부분을 향해 배향된 작은 개구를 포함하고, 상기 침강 장치의 종방향 축을 향해 안쪽으로 오목한 몸체를 갖는 것인, 단계;
(b) 상기 상부 하우징의 1개 이상의 포트로부터 정화된 액체를 수집하는 단계; 및
(c) 상기 하부 하우징의 1개 이상의 포트로부터 농축된 액체 현탁액을 수집하는 단계
를 포함하는, 현탁액에서 입자를 침강시키는 방법.
제13항에 있어서,
상기 액체 현탁액이 재조합 세포 현탁액, 알코올 발효액, 고체 촉매 입자의 현탁액, 지방 자치 폐수, 산업 폐수, 포유동물 세포, 박테리아 세포, 효모 세포, 식물 세포, 조류 세포, 식물 세포, 포유동물 및/또는 뮤린 혼성 세포(murine hybridoma cell), 줄기 세포, CAR-T 세포, 적혈구 전구체 및 성숙 세포, 심근세포, 또는 미립담체 비이드상에 부착되어 성장하는 부착-경향의 기타 세포, 맥주 효모, 및 진핵생물 세포중 하나 이상을 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 액체 현탁액이
(a) 피키아 파스토리스(Pichia pastoris), 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis), 아스페르길루스 니거(Aspergillus niger), 에세리키아 콜라이(Escherichia coli), 바실루스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 및 기타 미생물 세포중 하나 이상으로부터 선택된 재조합 미생물 세포; 및
(b) 비-세포 입자, 예컨대 부착되는 줄기 세포 성장을 위한 미립담체 비이드, 친화도 리간드 코팅된 미소구체 비이드 또는 수지, 및 표면 활성화된 미소구체 비이드
중 하나 이상을 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
액체 현탁액을 도입하는 단계가, 액체 현탁액을 플라스틱 일회용 생물반응기 백(bag)으로부터 상기 침강 장치 내로 인도함을 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
수집된 정화된 액체가 생물학적 분자, 유기 또는 무기 화합물, 화학 반응물, 및 화학 반응 생성물중 하나 이상을 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
수집된 정화된 액체가 탄화수소, 폴리펩티드, 단백질, 알코올, 지방산, 호르몬, 탄수화물, 항체, 당단백질, 테르펜(terpene), 이소프레노이드(isoprenoid), 폴리프레노이드(polyprenoid), 방향 및 향미 화합물, 및 맥주중 하나 이상을 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
수집된 정화된 액체가 바이오디젤, 인슐린 또는 그의 유사체, 브라제인(brazzein), 항체, 성장 인자, 콜로니 자극 인자, 및 에리트로포이에틴(EPO: erythropoietin)중 하나 이상을 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 상부 하우징 및 상기 하부 하우징 중 하나 이상과 연결된 유체 자켓으로 유체를 도입하는 단계
를 추가로 포함하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 침강 장치 내에 위치된 센서로부터 데이터를 수집하는 단계
를 추가로 포함하고, 이때 상기 센서가 pH, DO, 글루코스, 온도, 및 pC02중 하나 이상을 측정하도록 작동가능한 것인, 방법.
제21항에 있어서,
상기 침강 장치 내의 pH, 온도, 용존 산소 농도, 용존 이산화탄소, 및 영양분 농도중 하나 이상을 조절하기 위해 상기 센서로부터 수신된 데이터를 사용하는 단계
를 추가로 포함하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 침강 장치 내에 원뿔의 제2 적층물을 위치시키는 단계
를 추가로 포함하고, 이때 상기 원뿔의 제2 적층물의 원뿔이 상기 침강 장치의 종방향 축으로부터 바깥쪽으로 오목한 몸체를 갖는, 방법.
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