KR20220010716A - 생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체 - Google Patents

생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체 Download PDF

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KR20220010716A
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sparger
gas
electrode
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KR1020217037364A
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안드레아스 카스탄
리차드 담렌
Original Assignee
글로벌 라이프 사이언시즈 솔루션즈 유에스에이 엘엘씨
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Abstract

생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체(800)가 제1 크기의 복수의 기공(808)을 갖는 제1 층(806), 및 제1 층 위에 배치되고 제1 크기보다 큰 제2 크기의 복수의 홀(812)을 가지는 제2 층(810)을 포함한다. 제1 층의 기공 및 제2 층의 홀은 스파지 가스가 제1 층 및 제2 층을 통과할 수 있게 한다.

Description

생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체
본 발명의 실시형태는 일반적으로 생물 프로세싱 시스템 및 방법, 그리고 보다 특히, 단일-사용 생물반응기 시스템용 임펠러 및 스파저 조립체에 관한 것이다.
생화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 실행하기 위한 및/또는 그러한 프로세스의 액체 및 다른 생성물을 조작하기 위한 다양한 용기, 장치, 구성요소 및 유닛 동작이 알려져 있다. 생물 약제 제조 프로세스에서 사용된 용기의 멸균 처리와 연관된 시간, 비용 및 어려움을 피하기 위해서, 단일-사용 또는 일회용 생물반응기 백 및 단일-사용 혼합기 백이 그러한 용기로서 이용된다. 예를 들어, 포유류, 식물 또는 곤충 세포 및 미생물 배양체를 포함하는 생물학적 재료(예를 들어, 동물 및 식물 세포)가 일회용 또는 단일-사용 혼합기 및 생물반응기를 이용하여 프로세스될 수 있다.
생물 약제 산업에서, 단일 사용 또는 일회용 컨테이너가 점점 더 많이 사용되고 있다. 그러한 컨테이너는, 스테인리스 강 외피(shell) 또는 용기와 같은 외부의 강성 구조물에 의해서 지지되는 가요성 또는 압궤성(collapsible)의 플라스틱 백일 수 있다. 멸균 처리된 일회용 백의 사용은, 용기를 세정하는 시간-소모적 단계를 제거하고, 오염 기회를 감소시킨다. 백은 강성 용기 내에 배치될 수 있고 혼합하기 위한 희망 유체로 충진될 수 있다. 백 내에 배치된 교반기 조립체를 이용하여 유체를 혼합한다. 기존 교반기는 (하나 이상의 임펠러가 장착된, 백 내로 하향 연장되는 샤프트를 갖는) 상단-구동형 또는 (백 및/또는 용기의 외부에 배치된 자기 구동 시스템 또는 모터에 의해서 구동되는, 백의 하단부에 배치된 임펠러를 가지는) 하단-구동형이다. 대부분의 자기 교반기 시스템은 백 외부의 회전 자기 구동 헤드 및 백 내의 (이러한 맥락에서 "임펠러"로도 지칭되는) 회전 자기 교반기를 포함한다. 자기 구동 헤드의 운동은 토크를 전달할 수 있고 그에 따라 자기 교반기의 회전을 가능하게 하여, 교반기가 용기 내의 유체를 혼합하게 할 수 있다. 백 및/또는 생물반응기 용기 외부의 구동 시스템 또는 모터에 대한 백 내측의 교반기의 자기적 커플링은 오염 문제를 제거할 수 있고, 그에 따라 완전히 폐쇄된 시스템을 가능하게 할 수 있고 누출을 방지할 수 있다. 교반기를 기계적으로 회전시키기 위해서 생물반응기 용기 벽을 침투하는 구동 샤프트를 가질 필요가 없기 때문에, 자기적으로 커플링된 시스템은 또한 구동 샤프트와 용기 사이에서 밀봉부를 가질 필요성을 제거할 수 있다.
프로세스되는 유체에 따라, 생물반응기 시스템은 많은 수의 유체 라인, 및 모니터링, 분석, 샘플링 및 액체 전달을 위해서 백과 커플링되는 상이한 센서들, 탐침들 및 포트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수확 포트(harvest port)가 일반적으로 일회용 백 및 용기의 하단부에 위치되고, 백의 수확 및 배액(draining)을 위해서 수확 라인이 백에 연결될 수 있게 한다. 또한, 기존 생물반응기 시스템은 일반적으로 제어된 양의 특정 가스 또는 가스들의 조합을 생물반응기 내로 도입하기 위해서 스파저를 이용한다. 스파저는, 액체를 교반 및/또는 가스를 액체 내로 용해시키기 위해서, 작은 가스 기포를 액체 내로 출력한다. 스파저를 통한 가스의 전달은 물질의 혼합을 도와서, 백의 내측부 전체를 통해서 균질한 환경을 유지하는데 도움을 주고, 종종 생물반응기 내의 세포의 성장에 필수적이다. 이상적으로, 스파저 및 교반기가 가까이 밀접하여, 컨테이너 전체를 통한 가스의 최적의 분포를 보장한다.
많은 세포 배양 프로세스에서 이용되는 하나의 알려진 유형의 스파저는 드릴 가공된 홀 스파저이다. 이러한 유형의 스파저는 생물반응기 용기를 통해서 공칭 가스 유동을 전달하는데 매우 적합하고, 이는 이산화탄소의 부분압을 제어하는데 필요하다. 그러나, 하나의 단점은, 스파저 내의 홀의 크기로 인해서, (특히, 스파지 가스가 턴 오프되거나 감소될 때) 액체가 용기/프로세싱 환경으로부터 홀을 통해서 가스 공급 라인 내로 역으로 누출될 수 있다는 것이다. 일부 상황에서, 액체는 가스 공급 라인을 통해서 이동할 수 있고, 질량 유동 제어기와 같은 상류 구성요소에 잠재적으로 도달하여 그 동작에 영향을 미칠 수 있다.
기존 스파저 조립체의 전술한 단점에 더하여, 많은 기존 스파저 조립체는 고정된 기공/홀 직경을 가지며, 이는 생물반응기 용기 내에서 고정된 기포 직경의 분포를 생성한다. 이러한 제약으로 인해서, 생물반응기 동작 조건의 범위에 걸쳐 효과적인 기포 직경의 분포를 생성하는 하나의 스파저를 선택하기 위해서, 주어진 생물반응기 내에서 이용하기 위한 스파저의 선택에서 종종 절충을 하여야 한다. 일부 생물반응기 시스템은, 더 넓은 범위의 동작 조건을 수용하기 위한 노력에서, 단일 생물반응기 내에서 상이한(즉, 다수의) 스파저들을 이용할 수 있게 한다. 그러나, 이러한 옵션들 모두는, 생물 프로세싱 백의 제조 전에, 설계 프로세스 중에 스파저 선택이 이루어질 것을 요구한다. 상이한 스파지 가스 대량 전달 요건들 하에서 상이한 기포 직경 분포들을 이렇게 생성할 수 없는 것은, 생물반응기의 표면 상의 과다한 폼 형성(foaming)과 같은, 바람직하지 못한 많은 수의 영향을 유발할 수 있다.
전술한 것과 관련하여, 고성능 생물반응기 시스템은, 큰 가스 표면적 및 기포 크기 분포를 달성하기 위해서, 그리고 그에 따라 집중적인 세포 배양 및/또는 미생물 적용예에서 요구되는 큰 산소 전달률 및 kLa(주어진 동작 조건의 세트에서 산소가 생물반응기에 전달될 수 있게 하는 효율을 설명하는 부피 질량-전달 계수) 값을 제공하기 위해서, 효율적인 가스 분산과 조합된 양호한 벌크 혼합을 제공하여야 한다. 큰 kLa 값을 달성하기 위한 통상적인 해결책은 단일 샤프트 상에 장착된 다수의 임펠러를 이용한다. 그러나, 단일-사용 생물반응기에서, 다수의 임펠러를 이용하는 것은 일회용 백의 큰 부피의 포맷을 초래하고, 이는 효율적으로 압궤될 수 없다. 또한, 다수의 임펠러를 갖는 더 긴 샤프트는 안정화를 필요로 하고, 이는 용기 및 백 설계의 복잡성 및 비용을 증가시키고, 백 설치를 보다 번거롭게 하고 덜 사용자 친화적이 되게 한다.
전술한 내용에 비추어 볼 때, 증가된 세포 배양 세포 밀도를 지원하기 위해서 생물반응기 시스템에서 증가된 산소 전달률 및 kLa 값을 제공하는 임펠러 및/또는 스파저 조립체가 필요하다. 또한, 생물반응기 용기로부터 스파지 가스 공급 라인으로의 액체의 역류를 방지하거나 억제하고, 세포 배양 프로세스 중에 스파지 가스 기포 직경 및/또는 분포가 선택적으로 조정될 수 있게 하는 스파저 조립체가 필요하다.
실시형태에서, 생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체가 제공된다. 스파저 조립체는 제1 크기의 복수의 기공을 갖는 제1 층, 및 제1 층 위에 배치되고 제1 크기보다 큰 제2 크기의 복수의 홀을 가지는 제2 층을 포함한다. 제1 층의 기공 및 제2 층의 홀은 스파지 가스가 제1 층 및 제2 층을 통과할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 생물 프로세싱 시스템이 제공된다. 생물 프로세싱 시스템은 용기, 용기 내에 배치될 수 있는 가요성 생물 프로세싱 백, 및 가요성 생물 프로세싱 백의 하단부에 배치되는 스파저 조립체를 포함한다. 스파저 조립체는 제1 크기의 복수의 기공을 갖는 제1 층, 및 제1 층 위에 배치되고 제1 크기보다 큰 제2 크기의 복수의 홀을 가지는 제2 층을 포함하고, 제1 층의 기공 및 제2 층의 홀은 스파지 가스가 제1 층 및 제2 층을 통과할 수 있게 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 스파저 조립체가 제공된다. 스파저 조립체는 기부 층, 기부 층 위에 배치된 유전체 층, 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층, 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극, 및 스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 생물 프로세싱 시스템이 제공된다. 그러한 시스템은 용기, 용기 내에 배치될 수 있는 가요성 생물 프로세싱 백, 및 가요성 생물 프로세싱 백의 하단부에 배치되는 스파저 조립체를 포함한다. 스파저 조립체는 기부 층, 기부 층 위에 배치된 유전체 층, 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층, 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극, 및 스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함한다
또 다른 실시형태에서, 생물 프로세싱 방법이 제공된다. 그러한 방법은 스파저 조립체를 생물반응기 용기 내에 배치하는 단계로서, 스파저 조립체는 기부 층, 기부 층 위에 배치된 유전체 층, 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층, 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극, 및 스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함하는, 단계, 적어도 하나의 전극을 전압원에 전기적으로 연결하는 단계, 및 상단 층의 상부 표면 상에 형성된 기포의 직경을 조정하기 위해서 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 첨부 도면을 참조하여, 비제한적인 실시형태에 관한 이하의 설명을 읽을 때 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 생물반응기 시스템의 전방 입면도이다.
도 2는 도 1의 생물반응기 시스템의 단순화된 측면 입면의, 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른, 도 1의 생물반응기 시스템과 함께 이용하기 위한 스파저 조립체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 스파저 조립체의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 스파저 조립체의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 스파저 조립체의 사시도이다.
도 9는, 임펠러 조립체가 장착되어 도시된, 본 발명의 실시형태에 따른 스파저 조립체의 사시도이다.
도 10은 도 9의 스파저 조립체의 상면 평면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른, 도 1의 생물반응기 시스템과 함께 이용하기 위한 임펠러 조립체의 사시도이다.
도 12는 도 11의 임펠러 조립체의 상면 평면도이다.
도 13은 도 11의 임펠러 스파저 조립체의 측면 입면도이다.
도 14는 도 13의 지역(A)의 확대된 상세도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 도 1의 생물반응기 시스템과 함께 이용하기 위한 임펠러 조립체의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 도 1의 생물반응기 시스템과 함께 이용하기 위한 임펠러 조립체의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 도 1의 생물반응기 시스템과 함께 이용하기 위한 임펠러 조립체의 사시도이다.
도 18은 도 17의 임펠러 조립체의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 도 1의 생물반응기 시스템과 함께 이용하기 위한 임펠러 조립체의 사시도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 도 1의 생물반응기 시스템과 함께 이용하기 위한 임펠러 조립체의 사시도이다.
도 21은 본 발명의 실시형태에 따른, 스파저 요소/폭기 매니폴드(aeration manifold) 내의 개구들의 배열의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 실시형태에 따른, 스파저 조립체의 폭기 매니폴드들의 하나의 배열의 상면 평면도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체의 사시도이다.
도 24는, 가요성 생물반응기 백에서 이용되는 것으로 도시된, 도 23의 스파저 조립체의 측면 입면도이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체의 개략도이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체의 개략도이다.
도 27은, 에너지화된 상태(energized state)의, 도 26의 스파저 조립체의 개략도이다.
첨부 도면에 예가 도시된, 본 발명의 예시적인 실시형태를 이하에서 구체적으로 참조할 것이다. 가능한 경우에, 동일한 또는 유사한 부분을 지칭하기 위해서, 도면 전체를 통해서 동일한 참조 문자가 이용된다.
본원에서 사용된 바와 같이, "가요성" 또는 "압궤성"이라는 용어는 유연한 또는 파괴 없이 굽혀질 수 있는 구조물 또는 재료를 지칭하고, 또한 압축 또는 팽창 가능 재료를 지칭할 수 있다. 가요성 구조물의 예로서 폴리에틸렌 필름으로 형성된 백이 있다. "강성" 및 "반-강성(semi-rigid)"이라는 용어는 본원에서, "비-압궤성" 구조물, 즉 긴 쪽 치수를 실질적으로 줄이기 위한 수직 힘들 하에서 접히지 않거나, 압궤되지 않거나, 달리 변형되지 않는 구조물을 설명하기 위해서 상호 교환 가능하게 사용된다. 문맥에 따라, "반-강성"은 또한, "강성" 요소보다 더 가요적인 구조물, 예를 들어 굽힘 가능한, 그러나 여전히 수직 조건 및 힘 하에서 길이방향으로 압궤되지 않는 관 또는 도관을 나타낼 수 있다.
본원에서 사용되는 용어와 같은 "용기"는, 경우에 따라, 가요성 백, 가요성 컨테이너, 반-강성 컨테이너, 강성 컨테이너, 또는 가요성 또는 반-강성 배관을 의미한다. 본원에서 사용된 바와 같은 "용기"라는 용어는, 예를 들어 세포 배양/정제 시스템, 혼합 시스템, 매체/버퍼 준비 시스템, 및 여과/정제 시스템, 예를 들어 크로마토그래피 및 접선 방향 유동 필터 시스템, 그리고 그 연관된 유동 경로를 포함하는, 생물학적 또는 생화학적 프로세싱에서 일반적으로 이용되는 가요성 또는 반-강성의, 단일 사용 가요성 백뿐만 아니라 다른 컨테이너 또는 도관인, 벽 또는 벽의 일부를 갖는 생물반응기 용기를 포함하기 위한 것이다. 본원에서 사용된 바와 같이, "백"이라는 용어는, 예를 들어, 내부의 내용물을 위한 생물반응기 또는 혼합기로서 이용되는 가요성 또는 반-강성 컨테이너 또는 용기를 의미한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "제거 가능하게 연결된" 또는 "제거 가능하게 커플링된"이라는 용어는, 폭기 매니폴드/스파저 요소 및 기부 판이, 특별한 공구가 없이 용이하게 연결 및/또는 제거되어 스파저 조립체의 용이한 사용자 맞춤을 가능하게 하는 방식으로 연결되는 것을 의미한다. 다시 말해서, "제거 가능하게 연결된"은 "영구적으로 연결된"의 반대이다.
본 발명의 실시형태는 생물반응기 시스템 및 생물반응기 시스템용 스파저 조립체를 제공한다. 실시형태에서, 생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체는 기부 판, 및 기부 판에 대해서 수직으로 이격되어 기부 판에 연결된 적어도 하나의 폭기 매니폴드를 포함한다. 각각의 폭기 매니폴드는 가스를 수용하기 위한 적어도 하나의 유입구 및 가스를 생물 프로세싱 시스템 내의 유체에 전달하기 위한 복수의 가스 배출 개구부를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 생물반응기 시스템(10)이 도시되어 있다. 생물반응기 시스템(10)은, 복수의 다리부(16)를 갖는 기부(14)의 상단에 장착되는 일반적으로 강성인 생물반응기 용기 또는 지지 구조물(12)을 포함한다. 용기(12)는, 예를 들어, 스테인리스 강, 중합체, 복합체, 유리 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 원통형 형상일 수 있으나, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 다른 형상이 또한 이용될 수 있다. 용기(12)는, 용기(12) 내에 배치된 단일-사용의 가요성 백(20)에 대한 지지를 제공하는 리프트 조립체(lift assembly)(18)를 구비할 수 있다. 용기(12)는, 단일-사용 가요성 생물반응기 백(20)을 지지할 수만 있다면, 임의의 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 용기(12)는 10 내지 2000 L의 가요성 또는 압궤성 생물 프로세스 백 조립체(20)를 수용하여 지지할 수 있다.
용기(12)는, 가요성 백(20) 내의 유체 레벨을 관찰할 수 있게 하는 하나 이상의 관찰 창(22), 및 용기(12)의 하부 지역에 배치되는 창(24)을 포함할 수 있다. 창(24)은, 다양한 센서 및 탐침(미도시)을 가요성 백(20) 내에 삽입 및 배치하기 위한, 그리고 유체, 가스, 및 기타를 가요성 백(20)에 첨가하거나 그로부터 회수하기 위해서 하나 이상의 유체 라인을 가요성 백(20)에 연결하기 위한, 용기(12)의 내측부에 대한 접근을 가능하게 한다. 중요 프로세스 매개변수를 모니터링하고 제어하기 위한 센서/탐침 및 제어부가: 예를 들어, 온도, 압력, pH, 용존 산소(DO), 용존 이산화탄소(pCO2), 혼합 속도, 및 가스 유량 중 임의의 하나 이상, 및 조합을 포함한다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 생물반응기 시스템(10)의 개략적인 측면 입면 절취도가 도시되어 있다. 여기에서 도시된 바와 같이, 단일-사용, 가요성 백(20)이 용기(12) 내에 배치되고 그에 의해서 구속된다. 실시형태에서, 단일-사용, 가요성 백(20)은, 동종 중합체 또는 공중합체와 같은, 적합한 가요성 재료로 형성된다. 가요성 재료는, 인증된 USP 등급 VI의 재료, 예를 들어 실리콘, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌일 수 있다. 가요성 재료의 비제한적인 예는 중합체, 예를 들어 폴리에틸렌(예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 초저밀도 폴리에틸렌), 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐디클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 알코올, 나일론, 실리콘 고무, 기타 합성 고무 및/또는 플라스틱을 포함한다. 일 실시형태에서, 가요성 재료는, 예를 들어 GE Healthcare Life Sciences로부터 입수가능한 FortemTM, BioclearTM 10 및 Bioclear 11 라미네이트(laminate)와 같은, 몇몇 상이한 재료들의 라미네이트일 수 있다. 가요성 컨테이너의 부분들이, 강성 중합체, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌, 금속 또는 유리와 같은 실질적으로 강성인 재료를 포함할 수 있다. 가요성 백은, 예를 들어 감마선 조사를 이용하여, 미리-멸균 처리되어 공급될 수 있다.
가요성 백(20)은 백의 내측의 하단 중심에서 자기 허브(30)에 부착된 임펠러(28)를 포함하고, 그러한 임펠러는, 백(20)의 내측 하단부에 또한 배치된 임펠러 판(32) 상에서 회전된다. 임펠러(28) 및 허브(30)(그리고 일부 실시형태에서, 임펠러 판(32))이 임펠러 조립체를 함께 형성한다. 용기(12) 외부의 자기 구동부(34)가, 가요성 백(20)의 내용물을 혼합하기 위해서 자기 허브(30) 및 임펠러(28)를 회전시키기 위한 원동력을 제공한다. 도 2가 자기적으로-구동되는 임펠러의 이용을 도시하지만, 상단-구동형 임펠러를 포함하는 다른 유형의 임펠러 및 구동 시스템이 또한 가능하다.
실시형태에서, 임펠러 판(32)은, 유체를 교반하기 위해서 및/또는 공기 또는 가스 유체 내로 용해시키기 위해서 특정 가스 또는 공기를 백(20) 내의 유체 내로 도입하기 위해 이용되는 스파저 조립체로서 구성될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 임펠러 및 스파저, 그리고 그 구성요소는 조합된 임펠러/스파저 조립체를 형성한다. 다른 실시형태에서, 스파저 조립체 및 임펠러 조립체는 분리된 및/또는 구분된 구성요소들일 수 있다. 그 둘 모두의 구현예에서, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 백(20) 전체를 통한 가스의 최적의 분포를 보장하기 위해서, 스파저 조립체 및 임펠러 조립체는 가까이 근접하여 위치된다. 후술하는 바와 같이, (임펠러를 지지하는 임펠러 판으로서의 역할을 또한 할 수 있는) 스파저 조립체가 다양한 구성 중 하나를 취할 수 있을 것으로 예상된다.
예를 들어, 도 3은, 가요성 백(20) 및 생물반응기/생물 프로세싱 시스템(10)과 함께 이용될 수 있는 스파저 조립체(100)의 일 실시형태를 도시한다. 여기에서 도시된 바와 같이, 스파저 조립체(100)는 기부 판(110), 및 기부 판(110)에 연결된 복수의 폭기 채널 또는 중공형 폭기 요소 또는 매니폴드(112, 114)를 포함한다. 일 실시형태에서, 폭기 매니폴드(112, 114)는, 폭기 매니폴드(112, 114)가 기부 판(110)에 대해서 수직-이격 관계(즉, 그 위로 상승된 관계)로 지지되도록 기부 판(110)의 상응 스탠드-오프(stand-off) 또는 장착 포스트(118) 상에 수용되는 복수의 받침부(feet)(116)를 포함한다. 일 실시형태에서, 폭기 매니폴드(112, 114) 및 기부 판(110)은 일체의 단일 구성요소로서 제조될 수 있다. 다른 실시형태에서, 폭기 매니폴드(112, 114)는, 받침부(116) 및 포스트(118)를 이용하는 스냅 핏, 클립, 나사 또는 다른 연결 수단을 통해서 기부 판(110)에 제거 가능하게 커플링될 수 있는 분리된 구성요소들로서 제조될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 폭기 매니폴드(112, 114)의 각각은 원호-형상일 수 있다. 일 실시형태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 매니폴드(112, 114)는 반-원형 원호일 수 있고, 그 상단 표면에서 복수의 가스 배출 개구부 또는 개구(120)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 가스 배출 개구부(120)는 다공성 플릿(porous frit) 내의 기공일 수 있다. 폭기 매니폴드(112, 114)는 또한, 가스를 폭기 매니폴드(112, 114)에 전달하기 위해서 가스 공급 라인(미도시)과 교합 연결되도록 구성된 유입구를 형성하는 하나 이상의 관 연결부(122)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 관 연결부(122)는 호스 미늘 연결부이나, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 당업계에 알려진 다른 연결부 유형이 또한 이용될 수 있다.
일 실시형태에서, 가스 배출 개구부들(120)이 모두 같은 크기일 수 있다. 다른 실시형태에서, 제1 폭기 매니폴드(112)의 가스 배출 개구부(120)는 제2 폭기 매니폴드(114)의 배출 개구부(120)와 상이한 크기일 수 있다. 예를 들어, 제1 폭기 매니폴드(112)의 가스 배출 개구부(120)는 제2 폭기 매니폴드(114)의 가스 배출 개구부(120)보다 작을 수 있다. 그에 따라, 그러한 구현예에서, 비교적 작은 가스 기포를 생성하는 비교적 작은 가스 배출 개구부(120)를 갖는 제1 폭기 매니폴드(112)를 이용하여 산소를 공급할 수 있는 한편, 비교적 큰 가스 기포를 생성하는 비교적 큰 가스 배출 개구부(120)를 갖는 제2 폭기 매니폴드(114)는 예를 들어 공기로 CO2를 제거하거나 밀어내는데 특히 적합하다. 다공성 플릿이 사용되는 경우에, 개구부/기공은 동일한 크기를 가지지 않을 것이나, 다양한 폭기 매니폴드는 동일하거나 상이한 평균 크기를 갖는 개구부를 가질 수 있다.
도 3을 더 참조하면, 기부 판(110)은, 생물 프로세싱 시스템의 임펠러를 폭기 매니폴드와 밀접하게 연관되게 스파저 조립체에 커플링시킬 수 있는 장착 장치를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 장착 장치는, 2개의 원호-형상의 매니폴드들(112, 114) 사이의 중앙에 위치된 수직-연장 장착 샤프트(124)이다. 샤프트(124)는 임펠러(예를 들어, 임펠러(28))의 자기 허브(예를 들어, 허브(30))를 수용하도록, 그리고 임펠러 블레이드의 하부 연부가 매니폴드(112, 114)의 상단 표면의 바로 위로 상승되어 배치되는 위치에서 임펠러를 지지하도록 구성된다. 본원에서 설명된 실시형태가 임펠러 조립체를 수용하기 위한 장착 샤프트를 가지는 것으로 스파저 조립체를 개시하지만, 다른 협력 장착 기구들도 가능하다. 예를 들어, 본원에서 개시된 스파저 조립체는, 임펠러에 고정된 샤프트를 수용하도록 구성된 함몰된 베어링 또는 수용부 구조물을 가질 수 있다. 다른 커플링 기구가 또한 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도 가능할 수 있고, 임펠러 및 기부 판을 서로 커플링시키기 위해서 유지 요소를 이용하는 임의의 구성을 포함할 수 있다.
실시형태에서, 기부 판(110)은, 가요성 백(20)의 내용물을 배액 또는 수확하기 위해서 배액 배관과 유체 커플링되는 개구(126) 또는 피팅을 더 포함할 수 있다. 임펠러 장착 샤프트(124) 및 배액 개구(126)를 기부 판(110) 내로 통합하는 것은 가요성 백(20)을 생물반응기 용기(10) 내에 배치하는 것을 돕고, 가요성 백(20) 내에서 자기 구동 시스템 및 배액 포트를 갖는 자기 허브(30)를 생물반응기 용기(20)의 하단부에 연결된 배액 배관과 정렬시키는 것을 돕는다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체(200)가 도시되어 있다. 여기에서 도시된 바와 같이, 스파저 조립체(200)는 기부 판(210), 및 기부 판(210)에 연결된 복수의, 즉 4개의 폭기 채널 또는 중공형 폭기 매니폴드(212, 214, 216, 218)를 포함한다. 일 실시형태에서, 폭기 매니폴드(212, 214, 216, 218)는, 전술한 바와 같이, 폭기 매니폴드가 기부 판(210)에 대해서 수직-이격 관계(즉, 그 위로 상승된 관계)로 지지되도록 기부 판(210)의 상응 스탠드-오프 또는 장착 포스트(222) 상에 수용되는 복수의 받침부(220)를 포함한다. 또한 전술한 바와 같이, 폭기 매니폴드 및 기부 판은, 받침부(220) 및 포스트(222)를 이용하는 스냅 핏, 클립, 나사 또는 다른 연결 수단을 통해서 기부 판(210)에 제거 가능하게 커플링될 수 있는 일체형의 단일 구성요소로서 또는 분리된 구성요소들로서 제조될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 폭기 매니폴드의 각각은 1/4-원형 원호일 수 있고, 그 상단 표면에서 복수의 가스 배출 개구부 또는 개구(224)를 포함할 수 있다. 폭기 매니폴드(212, 214, 216, 218)는 또한, 가스를 폭기 매니폴드에 전달하기 위해서 하나 이상의 가스 공급 라인, 예를 들어 라인(228, 230)과 교합 연결되도록 구성된 유입구를 형성하는 하나 이상의 관 연결부(226)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 관 연결부(226)는 호스 미늘 연결부이나, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 당업계에 알려진 다른 연결부 유형이 또한 이용될 수 있다.
도 3의 실시형태와 유사하게, 각각의 폭기 매니폴드의 가스 배출 개구부(224)가 동일한 크기일 수 있다. 다른 실시형태에서, 폭기 매니폴드 중 적어도 하나의 가스 배출 개구부(224)의 크기는 폭기 매니폴드 중 적어도 다른 하나의 가스 배출 개구부(224)의 크기와 상이할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 대향되는 폭기 매니폴드들, 예를 들어 기부 판(210) 상의 매니폴드들의 배열에 의해서 형성된 원의 대향 측부들 상의 폭기 매니폴드들(212, 214)의 제1 쌍은, 대향되는 폭기 매니폴드들, 예를 들어 기부 판 상의 매니폴드들의 배열에 의해서 형성된 원의 대향 측부들 상의 폭기 매니폴드들(216, 218)의 제2 쌍의 가스 배출 개구부(224)의 크기와 상이한, 제1 크기의 가스 배출 개구부(224)를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 더 작은 가스 배출 개구부를 갖는 폭기 매니폴드는 산소를 공급하기 위해서 이용될 수 있는 한편, 더 큰 가스 배출 개구부를 갖는 폭기 매니폴드는 예를 들어 공기로 CO2를 제거하거나 내는 밀어내기 위해서 이용될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 폭기 매니폴드들, 예를 들어 폭기 매니폴드들(212, 216)의 바로 인접한 쌍이 제1 크기의 가스 배출 개구부(224)를 가질 수 있는 한편, 폭기 매니폴드들, 예를 들어 폭기 매니폴드들(214, 218)의 다른 바로 인접한 쌍은 제2 크기의 가스 배출 개구부를 가질 수 있고, 여기에서 제2 크기는 제1 크기와 상이하다. 기부 판(210) 및 폭기 매니폴드(212, 214, 216, 218)의 구성, 그리고 폭기 매니폴드의 선택적으로 제거 가능한 특성은, 스파저 조립체(200)의 구성이 사용자 선호에 따라 용이하게 조정될 수 있게 한다. 특히, 이러한 설계는 플러그-앤-플레이(plug-and-play) 유사 기능을 가능하게 하여, 사용자가 폭기 매니폴드의 다양한 조합을 기부 판(210)에 장착하여 다양한 구성의 스파저 조립체를 제공할 수 있게 한다. 예를 들어, 사용자는, 희망하는 경우에, 스파저 조립체(200)에 대한 가스 전달의 속도를 조정할 필요가 없이, 더 큰 가스 배출 개구부(224)를 갖는 하나의 폭기 매니폴드와 조합된 더 작은 가스 배출 개구부(224)를 갖는 3개의 폭기 매니폴드를 용이하게 장착하여 시스템에 대한 산소 전달을 증가시킬 수 있거나, 더 작은 가스 배출 개구부(224)를 갖는 하나의 폭기 매니폴드와 조합된 더 큰 가스 배출 개구부(224)를 갖는 3개의 폭기 매니폴드를 장착하여 CO2 제거를 개선할 수 있다.
도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 기부 판(210)은, 임펠러 조립체를 수용하기 위해서 폭기 매니폴드들 사이의 중앙에 위치되는 수직-연장 장착 샤프트(232)를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 기부 판(210)은, 가요성 백(20)의 내용물을 배액 또는 수확하기 위해서 배액 배관과 유체 커플링되는 개구(234) 또는 피팅을 더 포함할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체(300)가 도시되어 있다. 스파저 조립체(300)는 도 4의 스파저 조립체(200)와 구성이 유사하고, 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다. 그러나, 각각의 폭기 매니폴드가 가스 공급 라인과의 연결을 위한 호스 미늘 연결부를 갖는 대신, T-피팅(310)을 이용하여 2개의 인접한 폭기 매니폴드들(예를 들어, 폭기 매니폴드(212) 및 폭기 매니폴드(216), 그리고 폭기 매니폴드(214) 및 폭기 매니폴드(218))을 유체적으로 상호 연결하고, 가스 공급 라인들(228, 230)을 폭기 매니폴드에 각각 연결한다. 일 구현예에서, 유체적으로 상호 연결된 폭기 매니폴드들이 동일 크기의 가스 배출 개구부(224)를 각각 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 상호 연결된 폭기 매니폴드들(예를 들어, 폭기 매니폴드(212, 216))의 제1 쌍은, 상호 연결된 폭기 매니폴드들(예를 들어, 폭기 매니폴드(214, 218))의 제2 쌍의 가스 배출 개구부(224)의 크기와 상이한 크기의 가스 배출 개구부(224)를 가질 수 있다. 또 다른 구현예에서, 모든 매니폴드들이 동일 크기의 가스 배출 개구부(224)를 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체(400)가 도시되어 있다. 스파저 조립체(400)는 도 4의 스파저 조립체(200)와 구성이 유사하고, 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다. 그러나, 각각의 폭기 매니폴드가 가스 공급 라인과의 연결을 위한 호스 미늘 연결부를 갖는 대신, 엘보 피팅(410)을 이용하여 가스 공급 라인들(228, 230)을 폭기 매니폴드(212, 214, 216, 218)에 각각 연결한다. 예를 들어, 엘보 피팅(410)을 이용하여 제1 가스 공급 라인(228)을 폭기 매니폴드(212, 216)에 연결할 수 있고, 제2 가스 공급 라인(230)을 폭기 매니폴드(214, 218)에 연결할 수 있다. 전술한 바와 같이, 폭기 매니폴드 중 일부는, 다른 폭기 매니폴드의 가스 배출 개구부의 크기와 상이한 크기를 갖는 가스 배출 개구부(224)로 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 공통 공급 라인에 연결된 폭기 매니폴드들이 동일한 크기의 가스 배출 개구부(224)를 가질 수 있다.
도 3 내지 도 6이 2개 또는 4개의 구분된 폭기 매니폴드를 갖는 스파저 조립체를 도시하지만, 임의의 부분적인-원(즉, 원의 임의의 단편) 형상의 3개 또는 4개 초과의 폭기 매니폴드를 수용하도록 구성된 지지 포스트(222)로 기부 판이 제조될 수 있다는 것이 고려된다. 특히, 스파저 조립체는, 중단된(또는 중단 없는) 원호를 함께 형성하는 임의의 수의 원호-형상의 폭기 매니폴드를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 개별적인 원호 구성요소는 전반적으로 원형 또는 환형인 원호로 격리된 구성요소들일 수 있고, 이들은 적층 제조 기술을 통해서 제조될 수 있다. 그에 따라, 기부 판은 스파저 조립체가 사용자 선호에 따라 용이하게 조립될 수 있게 하고, 특히 생물반응기 시스템(210)의 외부에서 실행되는 생물 프로세스에 맞춰 용이하게 구성될 수 있게 한다. 전술한 바와 같이, 폭기 매니폴드는, 스파저 조립체의 용이한 맞춤화가 가능하도록, 기부 판에 대한 제거 가능한 연결을 위해서 구성될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체(500)가 도시되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 스파저 조립체(500)는 전반적으로 원형인 기부 판(510) 및 기부 판(510)에 제거 가능하게 연결되는 환형 폭기 매니폴드(512)를 포함한다. 전술한 실시형태와 유사하게, 폭기 매니폴드(512)는 복수의 가스 배출 개구부(514)를 포함하고 기부 판(510) 위로 상승된다. 일 실시형태에서, 폭기 매니폴드(512)는, 매니폴드(510)를 기부 판에 대해서 수직-이격 관계로 지지하기 위해서 기부 판(510)의 스탠드-오프 또는 포스트(518)에 의해서 수용되는 복수의 받침부(516)를 포함할 수 있다. 폭기 매니폴드(510)는 또한, 전술한 방식으로, 하나 이상의 가스 공급 라인을 폭기 매니폴드(510)에 연결하기 위한 하나 이상의 배관 연결부(520)를 포함할 수 있다. 전술한 실시형태와 유사하게, 기부 판(510)은, 임펠러 조립체를 수용하기 위해서 폭기 매니폴드(512)의 중심에 위치되는 수직-연장 장착 샤프트(522)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체(600)가 도시되어 있다. 스파저 조립체(600)는 기부 판(610) 및 기부 판(610)에 연결된 포개진 폭기 매니폴드(612, 614)의 쌍을 포함한다. 전술한 실시형태와 유사하게, 각각의 폭기 매니폴드(612, 614)는 복수의 가스 배출 개구부(616)를 포함하고 기부 판(610) 위로 상승된다(예를 들어, 기부 판(610)으로부터 위쪽으로 연장되는 돌출 포스트(618) 상에서 지지된다). 일 실시형태에서, 폭기 매니폴드(612, 614)는 기부 판(610)에 제거 가능하게 커플링되고, 전술한 방식으로, 하나 이상의 가스 공급 라인(미도시)을 폭기 매니폴드(612, 614)에 연결하기 위한 배관 연결부(미도시)를 포함한다. 전술한 실시형태와 유사하게, 기부 판(610)은, 생물반응기 시스템(10)의 임펠러 조립체를 수용하기 위해서 폭기 매니폴드(612, 614)의 중심에 위치되는 수직-연장 장착 샤프트(620)를 포함할 수 있다. 또한, 기부 판(610)은, 가요성 백(20)의 내용물을 배액 또는 수확하기 위해서 배액 배관과 유체 커플링되는 개구(622) 또는 피팅을 더 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 폭기 매니폴드(612, 614)는 주름형 또는 스프로켓 형상을 가질 수 있다. 특히, 일 실시형태에서, 외부 폭기 매니폴드(612)는, 전반적으로 스프로켓 형상인 내부 주변부를 가질 수 있고, 내부 폭기 매니폴드(614)는, 마찬가지로 전반적으로 스프로켓 형상인 외부 주변부를 가질 수 있다. 내부 폭기 매니폴드(614)는, 내부 폭기 매니폴드(614)의 '치형부' 또는 피크(624)가 외부 폭기 매니폴드(612) 내의 상응 함몰부 또는 홈(626) 내에 수용되도록 하는 크기 및 배향을 가질 수 있다. 일 실시형태에서, 폭기 매니폴드(612, 614)의 가스 배출 개구부(616)는 동일한 또는 상이한 크기일 수 있다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른, 기부 판(710) 및 기부 판(710)에 대해서 수직으로 상승되거나 이격된 관계로 기부 판 상에서 지지되는 복수의 폭기 매니폴드를 가지는, 스파저 조립체(700)의 또 다른 실시형태를 도시한다. 여기에서 도시된 바와 같이, 폭기 매니폴드들은 복수의 외부 궁형-형상의 폭기 매니폴드(712), 및 외부 폭기 매니폴드(712)와 포개지거나 그 내부의 반경방향 위치에 배치되는 복수의 내부 궁형-형상의 매니폴드(714)를 포함할 수 있다. 폭기 매니폴드(712, 714)의 각각은 적어도 하나의 가스 배출 개구부(716)를 포함하고, 그 기능에 대해서는 전술하였다. 폭기 매니폴드(712, 716)는, 마찬가지로 전술한 바와 같이, 복수의 포스트 또는 돌출부(미도시)에 의해서 기부 판(710) 위의 상승된 위치에서 지지된다.
일 실시형태에서, 내부 폭기 매니폴드(714) 및 외부 폭기 매니폴드는 실질적으로 동일한 거리로 지지 판(710) 위로 상승된다. 다른 실시형태에서, 도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 내부 폭기 매니폴드(714)는, 외부 폭기 매니폴드(712)보다, 기부 판(710)의 상단 표면에 더 가까이 배치된다. 이와 관련하여, 외부 폭기 매니폴드는, 내부 폭기 매니폴드보다 더 먼 거리로, 기부 판(710) 위로 상승된다. 이러한 구성은, 내부 폭기 매니폴드(714)가 (허브(744)를 통해서) 임펠러 지지 샤프트(718) 상에 수용된 임펠러 조립체(740)의 블레이드 아래에 배치될 수 있게 하고, 내부 폭기 매니폴드(714)로부터의 가스가 임펠러 조립체(740)의 블레이드(742) 아래에서 그 가스 배출 개구부(716)를 통해서 방출될 수 있게 한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 외부 폭기 매니폴드(712)를 임펠러 블레이드의 반경방향 외측에 배치하는 것으로 인해서, 외부 폭기 매니폴드(712)로부터의 가스는 임펠러 조립체(740)의 블레이드(742) 외측의 반경방향 위치에서 그 가스 배출 개구부(716)를 통해서 방출될 수 있다.
본 발명의 스파저 조립체가, 원호형 또는 궁형 형상이고 원 또는 원호의 일부를 형성하는 방식으로 배열된 스파저 요소/폭기 매니폴드를 가지는 것으로 앞서 설명되었지만, 본 발명은 이와 관련하여 그러한 것으로 제한되지 않는다. 특히, 폭기 매니폴드 자체는 임의의 희망하는 형상(예를 들어, 직사각형, 삼각형, 난형(ovular) 등)을 가질 수 있고, 환형, 원형, 직사각형 또는 임의의 다각형 형상으로 배열될 수 있다. 기부 판 상의 폭기 매니폴드의 다른 배열이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 22는, 전반적으로 직사각형 형상이고 기부 판(754)에 제거 가능하게 장착되어 전반적으로 직사각형 어레이를 형성하는 폭기 매니폴드(752)를 갖는 스파저 조립체(750)를 도시한다. 임의의 실시형태에서, 각각의 폭기 매니폴드가 가스 또는 가스들의 공급부에 분리되어 또는 개별적으로 연결될 수 있고, 따라서 희망에 따라 다수의 가스가 각각의 폭기 매니폴드 단편에 전달될 수 있다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체(760)가 도시되어 있다. 그러나, 기부 판에 수직-이격 관계로 장착되는 폭기 매니폴드를 가지는 대신, 스파저 조립체(760)는, 허브(예를 들어, 자기 허브(30)) 및 허브(30)로부터 반경방향으로 연장되는 스파저 요소 또는 폭기 매니폴드(764)를 갖는, 기부 판(762)을 포함한다. 기부 판(762)의 평면형 부분에 장착되지는 않지만, 폭기 매니폴드는 기부 판으로부터 수직으로 이격된다. 폭기 매니폴드(764)는, 전술한 바와 같이, 가스가 가요성 생물반응기 백(20)의 내측부 내로 분산될 수 있게 하는 가스 배출 개구부(766), 홀 또는 기공을 갖는다. 폭기 매니폴드(764)는 허브(30)에 제거 가능하게 커플링될 수 있으나, 일부 실시형태에서, 폭기 매니폴드(764)는 허브(30)에 영구적으로 부착될 수 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 그리고 전술한 바와 같이, 자기 허브(30)는, 임펠러(28)를 회전 구동하기 위해서 임펠러(28)의 자석(770)과 협력하는 자석(768)을 포함할 수 있다.
전술한 실시형태와 관련하여, 기부 판으로부터(또는 적어도 용기의 하단 표면 위로) 상승되는 가스 분포를 위한 폭기 매니폴드를 포함하는 스파저 조립체를 제공하는 것에 의해서, 스파지 가스가 임펠러와 밀접하게 연관되어 생물반응기 내로 입력될 수 있고, 이는, 큰 가스 표면적 및 기포 크기 분포를 달성하기 위한 더 효율적인 가스 분산을 제공한다. 또한, 폭기 매니폴드가 기부 판에 제거 가능하게 연결되기 때문에, 스파저 조립체는 일반적으로 원하는 거의 모든 가스 분포 프로파일을 제공하도록 구성될 수 있고 적응될 수 있다. 특히, 본원에서 설명된 스파저 조립체(즉, 기부 판 및 제거 가능한 폭기 매니폴드)의 모듈형 특성은, 가스 배출구 높이, 가스 배출 개구부 위치, 스파징 '밀도' 등의 맞춤화를 포함하는, 스파저 조립체의 용이한 맞춤 및 생성을 가능하게 한다.
전술한 임의의 실시형태에서, 폭기 매니폴드의 내측부는, 예를 들어, 압력 손실 감소를 촉진하는 매니폴드 홈 시스템을 이용하는 것과 같이, 최적화된 유동 분포를 위해서 설계될 수 있다. 일부 실시형태에서, 폭기 매니폴드를 포함하는 스파저 조립체의 여러 구성요소는 적층 제조를 통해서 제조될 수 있고, 적층 제조는 고체로부터 유체 채널이 통합된 다공성 재료로의 전환을 제공하기 위해서 이용될 수 있고, 그에 따라 부품의 수를 줄일 수 있고 조립을 용이하게 할 수 있다. 전술한 실시형태가 가스 배출 개구부를 갖는 중공형 폭기 매니폴드를 개시하지만, 매니폴드가 또한 다공성 플릿으로 구성될 수 있고, 여기에서 가스 방출을 위한 개구부는 다공성 플릿 내의 기공이다.
일 실시형태에서, 본원에서 설명된 스파저의 폭기 매니폴드 내의 개구, 홀 또는 기공의 패턴은 임의의 규칙적인 기하형태적 패턴 또는 무작위적인 패턴일 수 있다. 일 실시형태에서, 폭기 매니폴드 중 하나 이상의 개구들이 패턴으로 배열될 수 있고, 그러한 패턴은, 개구들, 홀들, 또는 기공(s)들 사이의 간격이, 직경(d)의 개구, 홀 또는 기공에 의해서 생성되는 가스 기포의 직경보다 크도록 구성된다. 가스 기포 직경보다 큰 개구들, 홀들 또는 기공들 사이의 간격을 갖는 것은, 인접 가스 기포들이 응집되는 것을 방지하는데 도움을 주는데, 이는 그러한 간격에 의해서 스파저 요소/폭기 매니폴드의 표면에서 기포들이 서로 접촉되는 것이 방지되기 때문이다. 특정 직경의 개구, 홀 또는 기공에 의해서 생성되는 가스 기포의 직경은 홀 또는 기공의 직경에 따라서 달라질 뿐만 아니라, 스파저를 구성하는 재료의 표면 에너지와 같은 인자 및 기포가 내부에서 생성되는 액체의 물리적 및 화학적 특성에 의해서 크게 영향을 받는다(그러한 특성이 가스 기포 표면의 공기/액체 계면의 표면 장력에 영향을 미치기 때문이다).
도 21을 참조하면, 폭기 매니폴드의 표면 내의 개구부, 홀 또는 기공의 위치에 대한 기하형태적 패턴의 예가 도시되어 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 스파저 요소/폭기 매니폴드(예를 들어, 폭기 매니폴드(112)) 내의 홀(예를 들어, 홀(224))의 수는 홀들을 정삼각형 패턴으로 배열하는 것에 의해서 최대화되고, 여기에서 홀들은 삼각형의 정점에 위치된다. 이러한 패턴은 종종 육각형 패턴으로도 지칭된다. 이러한 패턴은, 특정 표면적을 갖는 스파저 요소 내에서 생성될 수 있는 홀의 수를 최대화한다. 도 21의 정삼각형 패턴에서, 모든 개구부, 홀 또는 기공은 인접한 개구부, 홀 또는 기공으로부터 동일한 거리에 위치된다. 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 단순한 직사각형 그리드와 같은 다른 기하형태적 패턴이 또한 이용될 수 있다. 홀 또는 기공이 직사각형 그리드의 모서리에 위치될 때, 스파저 요소 내의 인접 홀들은, 2개의 상이한 거리들에, 희망하는 수평 및 수직 거리에, 그리고 대각선 상에서 더 먼 거리들에 위치된다. 따라서, 인접 홀들 사이의 특정 희망 최소 간격을 위해서, 대각선 상의 홀들의 간격은 희망 최소 거리보다 먼 거리일 수 있다. 그러한 직사각형 패턴은, 더 효율적인 정삼각형 패턴의 경우에서보다, 특정 표면적의 스파저 요소 내에서 더 적은 수의 홀을 초래할 수 있다.
이제 도 11 내지 도 18을 참조하면, 생물반응기/생물 프로세싱 시스템(10)의 임펠러 조립체의 다양한 구성이 도시되어 있다. 도 11 내지 도 14를 구체적으로 참조하면, 일 실시형태에서, 임펠러 조립체(800)는 허브(810) 및 허브(810)로부터 반경방향으로 연장되는 적어도 하나의 블레이드(812)를 포함한다. 허브(810)는, 허브(810)의 중심을 통해서 연장되는 수직 축(814)을 중심으로 회전될 수 있다. 일 실시형태에서, 허브(810)는, 가요성 백(20) 및 용기(12)의 외부에 배치된 자기 구동 시스템 또는 모터(예를 들어, 도 2의 모터(34))에 의해서 구동되도록 구성된 자기 허브일 수 있다.
임펠러 조립체(800)가 도 11 내지 도 14에서 3개의 블레이드(812)를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 임펠러 조립체(800)는 3개 미만의 블레이드(예를 들어, 하나의 블레이드 또는 2개의 블레이드) 또는 3개 초과의 블레이드를 가질 수 있다. 블레이드들(812)은 허브(810) 주위에서 서로 동일하게 이격될 수 있다. 예를 들어, 임펠러 조립체(800)가 3개의 블레이드(812)를 가지는 경우에, 블레이드들(812)은 120°로 이격될 수 있다. 블레이드(812)의 각각은 제1의 실질적으로 수직 부분(816), 및 제1 부분(816)으로부터 위쪽으로 연장되는 제2의 비-수직, 비-수평, 각도 부분(818)을 포함한다. 제1 부분(816) 및 제2 부분(818)이 실질적으로 평면형인 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시형태에서, 블레이드(812)의 제1 및 제2 부분(816, 818)의 하나 또는 둘 모두가 곡선형 또는 궁형 형상을 가질 수 있다는 것이 고려된다. 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제2의 각도 부분(818)은 블레이드(812)의 원위 단부에서 반경화된 부분(radiused portion)(820)을 포함한다. 반경(822)이 또한 제1 수직 부분(816)과 제2 각도 부분(818) 사이의 교차부에 형성된다.
구체적으로 도 13 및 도 14를 참조하면, 임펠러 조립체(800)는, 블레이드 선단부로부터 블레이드 선단부까지의 가장 긴 선형 치수로서 정의되는 직경(d)을 갖는다. 일 실시형태에서, 임펠러의 직경(d)은 용기(12)의 내경의 약 1/4 내지 약 1/2의 범위일 수 있다. 여기에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 제1 수직 부분(816) 및 제2 각도 부분은 그 사이에서 각도(α)를 형성한다. 일 실시형태에서, 각도(α)는 약 100도 내지 약 180도이다. 일 실시형태에서, 각도(α)는 약 135도이고, 그에 따라 제2 각도 부분은 수평선으로부터 약 45도의 상향 각도로 연장된다.
전술한 바와 같이, 임펠러 조립체(800)는 스파저 조립체와 밀접하게 연관되어 가요성 백(20)의 하단부에 안착될 수 있다. 예를 들어, 임펠러 조립체(800)는, 임펠러 블레이드(812)가 스파저 조립체의 가스 배출 개구부와 밀접하게 연관되도록, 본원에서 개시된 스파저 조립체 중 하나의 기부 판에 연결될 수 있다. 테스팅을 통해서, 임펠러 조립체(800)의 블레이드(812)의 수직으로 직선형인 부분(816)이, 스파저 조립체에 의해서 가요성 백(20) 내로의 기포 입력을 파괴하는데 있어서 특히 효율적이라는 것 그리고 큰 파워를 생물반응기 시스템(10)에 전달한다는 것이 확인되었다. 또한, 테스팅은, 블레이드(812)의 각도 부분(818)이 가요성 백(20)의 내용물의 혼합을 촉진한다는 것을 보여 주었다. 따라서, 직선형 및 각도형 블레이드 부분의 조합은 최적의 파워 소비로 (즉, 전단 손상(shear damage)을 유발할 수 있고 세포에 유해한 에디(eddy)를 생성할 수 있는, 큰 파워 입력 또는 매우 빠른 속력의 교반을 필요로 하지 않으면서) 기포 파괴 및 효율적인 가스 분포(kLa)를 개선하였다.
이와 관련하여, 임펠러 조립체(800)는 가스 스파저에서 벌크 혼합 및 효율적인 가스 분포를 최적화하고, 그에 따라, 집중적인 세포 배양 및/또는 미생물 적용예에서 바람직할 수 있는, 빠른 산소 전달 속도 및 kLa 값을 제공한다. 기존 시스템 및 장치와 대조적으로, 임펠러 조립체(800)는, 비교적 낮은 프로파일을 유지하면서, 이러한 성능을 달성한다(즉, 이는 여전히 하단 구동되고 백(20)의 하단부에 근접하여 안착되며, 그에 따라 백이 저장 및 운반을 위해서 여전히 용이하게 압궤될 수 있게 한다). 이러한 단순한 설계는 또한 용이한 사용자 설치 및 구성을 가능하게 한다. 특히, 일부 실시형태에서, 임펠러 조립체(800)는, 전술한 방식으로, 스파저 조립체의 기부 판의 장착 샤프트 상에 신속하고 용이하게 배치될 수 있다.
이제 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 임펠러 조립체(850)가 도시되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 임펠러 조립체(850)는 허브(852) 및 허브(852)에 연결된 적어도 하나의 블레이드(854)를 포함한다. 도 11 내지 도 14의 실시형태와 유사하게, 허브(852)는, 허브(852)의 중심을 통해서 연장되는 수직 축을 중심으로 회전될 수 있다. 일 실시형태에서, 허브(852)는, 가요성 백(20) 및 용기(12)의 외부에 배치된 자기 구동 시스템 또는 모터(예를 들어, 도 2의 모터(34))에 의해서 구동되도록 구성된 자기 허브일 수 있다. 일 실시형태에서, 허브(852)는 전반적으로 편평한 디스크(856)로서 형성되고(또는 달리 그와 통합되고), 블레이드(854)는 그러한 디스크까지 연장된다.
블레이드(854)는 도 11 내지 도 14의 임펠러 조립체(800)의 블레이드(812)와 실질적으로 유사하고, 블레이드의 각각은 제1의 실질적으로 수직 부분(858), 및 제1 부분(816)으로부터 위쪽으로 연장되는 제2의 비-수직, 비-수평, 각도 부분(860)을 포함한다. 제1 부분(858) 및 제2 부분(860)이 실질적으로 평면형인 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시형태에서, 블레이드(854)의 제1 및 제2 부분(858, 860)의 하나 또는 둘 모두가 곡선형 또는 궁형 형상을 가질 수 있다는 것이 고려된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 실시형태에서, 제1 수직 부분(858)은 분포 디스크(856)로부터 하향 연장되는 한편, 제2 부분(860)은 분포 디스크(856)로부터 각도를 이루어 위쪽으로 연장된다. 블레이드(854)는 분포 디스크(856)의 외부 주변부에서 종료될 수 있거나, 도 15에 도시된 바와 같이, 소정 범위까지 그러한 외부 주변부를 넘어서 연장될 수 있다.
이제 도 16를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 다른 임펠러 조립체(870)가 도시되어 있다. 임펠러 조립체(870)는 도 15의 임펠러 조립체(850)와 실질적으로 유사하고, 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다. 그러나, 도 16에 도시된 바와 같이, 분포 디스크(856)는, 블레이드(854)의 각각(또는 적어도 일부)에 인접한 반경방향 슬롯(872)을 더 포함할 수 있다.
도 15 및 도 16의 임펠러 조립체(850, 870)가 6개의 블레이드를 가지지만, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 임펠러 조립체는 6개 초과 또는 미만의 블레이드를 가질 수 있다. 도 15 및 도 16의 실시형태에서, 블레이드의 수직 블레이드 부분은 효율적인 반경방향 액체 유동을 제공하는 한편, 각도형 블레이드 부분은 축방향 유체 유동을 가능하게 한다. 또한, 분포 디스크(856)는 스파저 조립체로부터의 공기/가스 기포를, 그 분산 전에, 포획하고 부화(enrich)하는 기능을 한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 분포 디스크(856) 내의 슬롯(872)은 상이한 기포 분포 패턴을 가능하게 한다. 이러한 임펠러 조립체 설계는 산소의 적절한 혼합 및 가스 상으로부터 액체 상으로의 대량의 전달을 제공하고, 이는, 매우 높은 세포 농도에서 산소 및 균일 혼합에 대한 요구가 매우 높은, 예를 들어 생물 약제 제조를 위한 세포 배양에서 필수적이다. 또한, 본원에서 제시된 임펠러 조립체는, 전단 손상을 유발할 수 있고 유해한 에디를 생성할 수 있는 매우 빠른 속력으로 교반하지 않고도, 가스 기포를 스파저로부터 효과적으로 분산시키고 효율적으로 혼합한다.
이제 도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 임펠러 조립체(900)가 도시되어 있다. 임펠러 조립체(900)는 허브(910), 및 허브에 부착되고 허브(910)로부터 반경방향 외측으로 연장되는 복수의 블레이드(912, 914)를 포함한다. 일 실시형태에서, 허브(910)는, 전술한 바와 같이, 외부 자기 구동 시스템 또는 모터에 의해서 구동되도록 구성된 자기 허브이다. 도 17이 6개의 블레이드(912, 914)를 가지는 임펠러 조립체(900)를 도시하지만, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 임펠러 조립체는 6개 미만 또는 초과의 블레이드를 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 하나 이상의 블레이드(912, 914)가, 임펠러 축으로부터 연장되는 반경방향 라인으로부터 오프셋된 각도로 허브(910)에 연결된다. 예를 들어, 블레이드(912)는 임펠러 조립체(900)의 회전 방향(916)에 대해서 임펠러 축으로부터 연장되는 반경방향 라인의 전방으로 각도를 형성할 수 있는 한편, 블레이드(914)는 임펠러 조립체(900)의 회전 방향(916)에 대해서 임펠러 축으로부터 연장되는 반경방향 라인의 후방으로 각도를 형성할 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 블레이드는 전방-각도형 또는 후방-각도형 사이에서 교번적일 수 있다. 그러한 구현예에서, 이러한 블레이드 구성은, 그러한 각도형 또는 경사형 블레이드가 없는 경우의 블레이드 선단부들 사이의 균일한 거리에 비해서, 더 먼 그리고 더 짧은 블레이드들의 선단부들 사이의 거리를 초래한다. 예를 들어, (임펠러 조립체(900)의 회전 방향으로 이동할 때) 후방-각도형 블레이드(914)와 다음의 인접한 전방-각도형 블레이드(912)의 선단부 사이의 거리(d1)는, 블레이드들이 허브(910)의 중심으로부터 연장되는 반경방향 라인을 따라서 배향되는 경우의 블레이드 선단부들 사이의 거리에 비해서, 증가된다. 또한, (임펠러 조립체(900)의 회전 방향으로 이동할 때) 전방-각도형 블레이드(912)와 다음의 인접한 후방-각도형 블레이드(914)의 선단부 사이의 거리(d2)는, 블레이드들이 허브(910)의 중심으로부터 연장되는 반경방향 라인을 따라서 배향되는 경우의 블레이드 선단부들 사이의 거리에 비해서, 감소된다. 이와 관련하여, 임펠러 조립체(900)는 블레이드들의 선단부들 사이에서 교번적인 더 먼 거리 및 더 짧은 거리를 갖는다.
임펠러 조립체의 블레이드(912, 914)의 이러한 경사 구성은 도 18에서 더 명확하게 확인된다. 여기에 도시된 바와 같이, 교번적인 블레이드들(912)이, 임펠러 조립체(900)의 중앙 축(920)으로부터 연장되는 진정한 반경방향 라인(918)에 대해서, 선행 각도(leading angle)(β1)로 배향된다. 대조적으로, 교번적인 블레이드들(914)이, 임펠러 조립체(900)의 중앙 축(920)으로부터 연장되는 진정한 반경방향 라인(918)에 대해서, 후행 각도(lagging angle)(β2)로 배향된다. 일 실시형태에서, 블레이드(912)의 선행 각도(β1)는 블레이드(914)의 후행 각도(β2)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 선행 각도(β1) 및 후행 각도(β2)는 약 5도 내지 약 30도일 수 있다. 다른 실시형태에서, 선행 각도(β1) 및 후행 각도(β2)는 약 5도 내지 약 10도일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 선행 각도(β1) 및 후행 각도(β2)는 약 7도일 수 있다. 다른 실시형태에서, 블레이드(912)의 선행 각도(β1)는 블레이드(914)의 후행 각도(β2)와 상이할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 블레이드(912)의 하나 이상이, 적어도 다른 블레이드(912)와 상이한 선행 각도(β1)를 가질 수 있다. 유사하게, 블레이드(914)의 하나 이상이, 적어도 다른 블레이드(914)와 상이한 선행 각도(β2)를 가질 수 있다. 선행 각도를 갖는 블레이드의 수가 후행 각도를 갖는 블레이드의 수와 동일하거나 상이할 수 있는 것이 고려된다.
동작 시에, 중앙 축(920)으로부터 연장되는 진정한 반경방향 라인(918)에 대해서 선행 각도로 배향된 블레이드(912)는, 도 18에 도시된 바와 같이, 화살표(B)의 방향으로 허브(910)를 향해서 내측으로 액체를 당기는 기능을 한다. 역으로, 중앙 축(920)으로부터 연장되는 진정한 반경방향 라인(918)에 대해서 후행 각도로 배향된 블레이드(914)는, 도 18에 도시된 바와 같이, 화살표(C)의 방향으로 허브(910)로부터 멀리 액체를 미는 기능을 한다. 따라서, 임펠러 조립체(900)를 이용하여 혼합 효과를 높일 수 있고, 이는 생물반응기 시스템(10) 내의 산소 전달을 개선할 수 있다. 본 발명의 블레이드 배향/경사 양태를 당업계에 알려진 기존 블레이드 기하형태/형상/구성과 함께 이용하여 임펠러 혼합 능력을 개선할 수 있는 것이 고려된다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 임펠러 조립체가 도시되어 있다. 임펠러 조립체(1000)는 허브(1010), 및 허브(1010)에 장착된 복수의 블레이드(1012)를 포함한다. 도 19의 임펠러 조립체(1000)가 3개의 블레이드(1012)를 가지지만, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 3개 미만 또는 초과의 블레이드가 이용될 수 있다. 일 실시형태에서, 임펠러 조립체(1000)는 궁형 또는 곡선형 블레이드(1012)를 갖는 해양-유형(marine-type)의 임펠러이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 일 실시형태에서, 블레이드(1012)의 하나 이상이 복수의 슬롯(1014)을 포함한다. 일 실시형태에서, 슬롯(1014)은 일반적으로 수직으로-연장되는 슬롯이고, 스파지 가스가 가요성 백(20) 내로 방출되는 스파저 조립체 상의 위치와, 수직 방향으로, 일반적으로 정렬되는 블레이드(1012) 상의 위치에 배치된다. 일 실시형태에서, 슬롯(1014)은 블레이드(1012)의 전방 또는 선행 연부에 형성된다.
사용 시에, 임펠러 조립체(1000)는, 전술한 바와 같이, 스파저 조립체의 장착 샤프트에 장착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 슬롯(1014)은, 블레이드(1012)가 회전될 때 슬롯(1014)이 스파저 조립체 내의 가스 배출 개구부 위를 가까이에서 지나도록, 배치된다.
도 20을 참조하면, 유사한 임펠러 조립체(1100)가 도시되어 있다. 그러나, 블레이드(1012)의 전방 연부 내에서 슬롯을 가지는 대신, 요홈부, 홀 또는 개구(1110)의 어레이가 블레이드(1012)의 선행 연부 내에 형성될 수 있다. 도 19의 실시형태와 유사하게, 개구(1110)는, 임펠러 조립체(1100)가 배치되는 스파저 조립체의 가스 배출 개구부의 위치에 일반적으로 상응하는 위치에 배치된다.
슬롯 또는 개구가, 생물반응기 시스템을 위한 임의의 기존 임펠러 설계 또는 구성뿐만 아니라, 본원에서 설명된 임펠러 조립체 구성과 통합될 수 있다는 것이 고려된다. 스파저 조립체의 가스 배출 개구부 위를 가까이 지나가는 블레이드의 지역 내에서 슬롯 또는 개구를 갖는 임펠러를 이용하는 것에 의해서, 임펠러의 블레이드와 가요성 백(20) 내의 유체 사이의 계면 접촉이 증가될 수 있다. 따라서, 임펠러 조립체(1000, 1100)는 가스 스파저에서 더 효율적인 가스 분포를 제공하고, 그에 따라, 임펠러 구동 시스템에서의 파워 요건을 증가시키지 않으면서, 향상된 세포 배양을 위해서 요구되는 큰 산소 전달 속도 및 kLa 값을 제공한다.
본원에서 개시된 임펠러 조립체 및 스파저 조립체의 실시형태는, 집중적인 세포 배양 및/또는 미생물 적용예를 지원하기 위한 생물반응기 시스템의 kLa를 증가시키는(즉, 더 효율적인 가스 분포를 달성하는) 다양한 수단을 제공한다. 본원에서 개시된 임펠러 조립체가 임의의 기존 스파저 조립체와 함께 이용될 수 있다는 것이 고려된다. 유사하게, 본원에서 개시된 스파저 조립체는 많은 수의 기존 임펠러 조립체와 함께 이용될 수 있다. 또한 추가적으로, 본원에서 개시된 임의의 임펠러 조립체를 본원에서 개시된 임의의 스파저 조립체와 함께 이용하여 개선된 벌크 혼합 및 효율적인 가스 분산 모두를 달성할 수 있다는 것이 예상된다. 이와 관련하여, 본 발명의 임펠러 조립체 및 스파저 조립체 모두의 구성은, 조합된 임펠러 및 스파저 조립체의 단순한 사용자 조작 또는 구성을 촉진한다. 특히, 본 발명의 임펠러 및/또는 스파저 조립체는 (예를 들어, 스파저 상의 폭기 매니폴드를 상호 교환하는 것 및/또는 상이한 임펠러들을 스파저 기부 판에 연결하는 것에 의해서) 용이하게 조작될 수 있고, 그에 따라, 생물 프로세싱 시스템(10)에서 실행되는 특정 세포 배양 또는 생물 프로세싱 동작에 따라서, 희망하는 벌크 혼합 또는 가스 분산의 거의 모든 레벨을 달성할 수 있다.
전술한 임펠러 및 스파저 조립체에 더하여, 본 발명은, 기존 스파저 장치보다 우수한 부가적인 동작적 장점을 제공하는 다양한 스파저 조립체 구성을 더 제공한다. 예를 들어, 도 25는, 기존 드릴 가공된 홀 스파저와 유사한, 그러나 유리하게, 적은 또는 0의 유량을 포함하여, 생물반응기 용기로부터 스파지 가스 공급 라인으로의 액체의 역류를 억제하거나 방지하는 방식으로, 스파지 가스를 생물반응기 용기에 제공하는 스파저 조립체(800)를 도시한다.
도 25에 도시된 바와 같이, 스파저 조립체(800)는, 가스 공급 라인(미도시)과 교합 연결되도록 구성된 유입구를 형성하는 하나 이상의 관 연결부(804)를 갖는 하우징을 포함하고, 그에 따라 공급부로부터의 스파지 가스가 하우징(802)에 전달될 수 있게 한다. 일 실시형태에서, 관 연결부(802)는 호스 미늘 연결부이나, 본 발명의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 당업계에 알려진 다른 연결부 유형이 또한 이용될 수 있다. 하우징(802)은, 원형과 같이, 당업계에 일반적으로 알려진 임의의 형상을 가질 수 있다. 스파저 조립체(800)는, 제1 크기의 복수의 기공(808)을 가지고 하우징(802) 내에 장착되는 제1 층 또는 섹션(806), 및 하우징 내에 장착되고 제1 층(806) 위에 배치되며 그 사이에서 샌드위치를 형성하며, 제2 크기의 복수의 기공, 개구 또는 개구부(812)를 갖는 제2 층 또는 섹션(810)을 더 포함한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 제2 층(810) 내의 개구부(812)의 크기는 제1 층(806) 내의 개구부 또는 기공(808)의 크기보다 크다.
일 실시형태에서, 제1 층 또는 섹션(806)은 소수성 재료로 형성되고, 예를 들어, 다공성 플릿과 같은 소결된 부품일 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 층(806)은, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 플루오로카본 등을 포함하는 중합체 재료와 같은 다양한 소수성 재료로부터 형성될 수 있고, 기공은 당업계에 알려진 임의의 수단을 통해서 내부에 형성될 수 있다. 이용되는 특정 재료 및 제조 방법과 관계없이, 제1 층(806) 내의 기공(808)은, 제1 층(806)이 물 불투과성 및 가스 투과성이 되도록, 그 크기가 결정되며, 이는 물이 제1 층(806)을 통과하는 것이 방지되나 가스(예를 들어, 산소 또는 이산화탄소)는 기공(808)을 통해서 제1 층(806)을 통과할 수 있다는 것을 의미한다. 일 실시형태에서, 제1 층(806) 내의 기공(808)의 크기는 약 2 내지 약 20 마이크로미터이다. 일 실시형태에서, 제1 층(806)은 소수성 재료로 형성되고 3-차원적으로 상호 연결된 기공 구조를 가지며, 그에 따라 가스는 상호 연결된 기공들을 선형적으로 및/또는 지그-재그로 또는 횡단 방식으로 통과할 수 있고, 그에 따라 제1 층(806)의 하단부로부터 진입할 수 있고 제1 층(806)의 상단부를 빠져 나올 수 있다.
제2 층 또는 섹션(810)은, 전술한 바와 같이, 가스의 통과를 허용하는 (그리고, 일부 실시형태에서, 마찬가지로 물의 통과를 허용하는) 크기의 개구부(812)를 갖는다. 실시형태에서, 제2 섹션(810)은, 크기/직경이 단일 분산인 제2 섹션(810)을 통한 복수의 구분된 홀들을 갖는, 드릴 가공된 홀, 매크로 스파저의 형태를 취할 수 있다. 일 실시형태에서, 제2 층 내의 개구부(812)의 크기는 약 100 내지 약 500 마이크로미터의 직경을 갖는다.
동작 시에, 스파저 조립체(800)는 당업계에 이미 알려진 방식으로 생물반응기 용기의 내측에, 예를 들어 생물반응기/생물 프로세싱 시스템(10)의 가요성 백(20)의 내측에 배치된다. 이어서, 당업계에 알려진 바와 같이, 다양한 생물 프로세싱 또는 세포 배양 동작이 가요성 백(20) 내에서 실행될 수 있다. 스파지 가스(814)가 연결부(804)를 통해서 하우징(802)에 공급되고, 다공성 제1 층(806)을, 그리고 그 후에 제2 층(810) 내의 개구부(812)를 통과하며, 여기에서 희망 크기의 기포(816)가 형성되고 가요성 백(20)의 내측부(820) 내의 액체 내로 분산된다. 제2 층(810) 내의 개구부(812)의 크기, 및 가스의 유량은 (예를 들어, 이산화탄소의 부분압을 제어하기 위해서 백의 내측부(820) 내의 액체를 통한 공칭 가스 유동을 제공하도록 하는 것과 같은) 희망하는 크기의 기포(816)를 생성하도록 선택된다. 일반적으로, 그러한 드릴 가공된 홀, 매크로 스파저 내의 개구부의 크기는, 특히 작은 가스 유량에서 또는 스파징이 중단될 때, 백의 내측부로부터의 액체가 스파저를 넘어서 가스 공급 라인 내로 누출될 수 있도록, 결정된다. 그러나, 제2 층 또는 섹션(810) 아래의 소수성 제1 층(806)의 존재는 (스파징 중에 하우징(802)으로부터 백의 내측부(820) 내로의 스파지 가스의 통과를 동시에 허용하면서) 액체가 제1 층(806)을 지나서 누출되는 것을 방지한다.
그에 따라, 본 발명의 스파저(800)는 기존의 드릴 가공될 홀, 매크로 스파저의 전형적인 희망 크기의 기포를 형성할 수 있게 하나, 또한 프로세싱 부피로부터 스파지 가스 공급 또는 전달 라인 내로 액체가 역류하는 것을 억제하거나 방지한다. 그러한 샌드위치된-층 스파저 구성이 본원에서 설명된 임의의 스파저 구성에 (그리고 예를 들어 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이) 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
이제 도 26 및 도 27을 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스파저 조립체(850)가 도시되어 있다. 스파저 조립체(850)는, 이하에서 설명되는 바와 같이, 세포 배양 프로세스 중에 스파지 가스 기포 직경 및/또는 분포가 선택적으로 조정될 수 있게 한다. 여기에 도시된 바와 같이, 스파저 조립체(850)는 기부 층(852), 기부 층 위에 배치된 유전체 층(854), 및 유전체 층(854) 위에 배치된 상단 층(856)을 포함한다. 일 실시형태에서, 상단 층(856)은 소수성 재료로 형성된다. 적어도 하나의 개구부(858)가 적어도 상단 층(856)을 통해서 연장되고, 스파지 가스를 생물 프로세싱 용기(예를 들어, 가요성 백(20))의 내측부(880)에 전달하기 위해서 스파지 가스의 공급원과 유체 연통된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 개구부(858)는 각각의 층(예를 들어, 기부 층(852)의 하단 표면으로부터, 소수성 층(856)의 상부 표면(861)까지) 연장될 수 있다. 도 26 및 도 27이 단일 개구부(858)를 도시하지만, 스파저 조립체(850)는 스파저 조립체의 표면 지역을 통해서 배치된 복수의 개구부를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 개구부(들)(858)는 (산소 전달 또는 이산화탄소 제거와 같은 특정 적용예/목적에 따라) 약 50 마이크로미터 내지 약 3 밀리미터의 직경을 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 층(852, 854, 856)은 함께 샌드위치될 수 있고, 스파지 가스의 공급부에 대한 선택적인 연결을 위한 관 연결부를 가지는 스파저 하우징(미도시) 내에 장착되거나 수용될 수 있다. 예를 들어, 하우징 및 관 연결부는 도 25의 스파저 조립체에 도시된 것과 유사하게 구성될 수 있다.
도 26에 더 도시된 바와 같이, 스파저 조립체(850)는, 개구부(들)(858)과 밀접하게 연관되거나 둘러싸는 유전체 층(854)과 접촉되는 복수의 전극(860)을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 전극(860)은 기부 층(852)과 유전체 층(854) 사이에 샌드위치된다. 전극(860)은, 후술하는 바와 같이, 전극에 에너지를 공급하기 위해서 전압원과 전기 연통된다.
전극(860)이 몇 가지 형태를 가질 수 있고 상이한 형상들을 이용할 수 있는 것으로 예상된다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 전극(860)은 개구부(858) 주위에 위치된 둘 이상의 동심적인 링으로 배치될 수 있다. 일 실시형태에서, 스파저의 표면 상의 모든 동심적인 링을 둘러싸는 더 큰 공통 평면을 가지고 각각의 개구부를 폐쇄 방식으로 둘러싸는 동심적인 링이 있을 수 있다. 개구부를 둘러싸는 링은, 링들 사이에서 연장되는 서로 맞물린 핑거들(interdigitated fingers)을 갖는 동심적인 링들과 같은, 더 복잡한 형상을 가질 수 있다. 일 실시형태에서, 전극 대 전극 간격은 예를 들어 50 um만큼 작을 수 있다.
일부 실시형태에서, 개구부(858)에 가장 가까운 전극(860)은 개구부와 접촉되거나 개구부의 50 um 이내에 있을 수 있다. 개구부에 가장 가까운 전극은 개구부와 접촉될 수 있고, 그에 따라 이는 개구부의 부분이 되고 도금된(plated) 관통-홀의 형태를 갖는다.
일 실시형태에서, 기부 층(852)은, 예를 들어 폴리이미드(Kapton), 유리 에폭시, 및/또는 이산화규소(SiO2)와 같이 전자 산업에서 일반적으로 사용되는 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 생체 적합성이 의심스러운/검증되지 않은 임의의 기부 층 재료는, 생성물이 접촉될 수 있는 모든 영역에서, 폴리디메틸실록산(PDMS), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)와 같은 다른 생체 적합성 재료로 캡슐화/코팅될 수 있다. 생물반응기 백 내측의 유체와 접촉되는 전극은, 이들을 생체 적합성이 되게 할 수 있는 금으로 도금될 수 있다. 기부 층이 폴리이미드 또는 유리 에폭시인 실시형태에서, 인쇄회로기판 제조 기술을 이용하여 스파저 조립체(850)를 구성할 수 있다(예를 들어, 스핀 코팅 후 오븐 건조를 이용하여 다른 두 층 위에 소수성 층을 오버레이할 수 있다).
동작 시에, 스파저 조립체(850)는 당업계에 이미 알려진 방식으로 생물반응기 용기의 내측에, 예를 들어 생물반응기/생물 프로세싱 시스템(10)의 가요성 백(20)의 내측에 배치된다. 이어서, 당업계에 알려진 바와 같이, 다양한 생물 프로세싱 또는 세포 배양 동작이 가요성 백(20) 내에서 실행될 수 있다. 스파지 가스는, 하우징(미도시)에 공급될 때, 스파저 조립체(850) 내의 개구부(858)를 통과하여, 상단 층(856)의 노출된 상부 표면(861) 상에서 기포, 예를 들어 기포(862)를 초기에 형성한다. 기포(858)는 그 후에 상단 층(856)의 상부 표면(861)으로부터 방출되고 생물반응기 용기 내의 액체에 진입한다.
기포(862)가 상단 층(856)의 상부 표면(861)과 만드는 접촉 각도는, 기포가 형성되는 방식을 그리고 그에 따라 기포가 상부 표면(861)으로부터 탈착되기 전에 기포가 크게 성장하는 방식을 제어하는 통제 인자 중 하나이다. 일 실시형태에서, 전압이 전극(860)에 인가되고, 이는 기포(들)(862)와 상부 표면(861) 사이의 접촉 각도를 변경한다. 그에 따라, 개구부(들)(858)를 둘러싸는 전극(860)에 전압을 인가하는 것은 기포의 직경/크기가 변경되게 할 수 있다. 이러한 것이 도 27에 도시되어 있고, 그에 의해서 전압(V)을 인가하는 것에 의해서 전극(860)을 에너지화하는 것은 기포와 상단 층(856)의 상부 표면(861)의 접촉 각도를 변경한다. 결과적으로, 더 큰 직경을 갖는 기포(866)가 형성된다.
그에 따라, 본 발명의 스파저 조립체(850)는, 개구부(들)(858)의 직경과 관계 없이(즉, 고정된 개구부 직경에서도), 전극에 인가되는 전압을 변경하는 것에 의해서 기포 직경이 선택적으로 변경될 수 있게 한다. 이는, 필요에 따라, 생물반응기의 작동 중에 산소 대량 전달 요건 및/또는 이산화탄소 제거 요건을 만족시키기 위해서, 스파저 조립체(850)에 의해서 생성되는 스파지 가스 기포 직경 분포가 연속적으로 조정될 수 있게 한다.
스파저 조립체(850)의 동작 원리는, 미세유체 장치에서 유체를 조작하기 위해서 현재 이용되는 유전체 상의 전자습윤(electrowetting on dielectric)(EWOD) 기술과 유사하다. 현재, 약제 산업을 포함하여, 많은 생물 프로세싱 분야에서 이용되는 스파저는, 스파저 요소에서, 고정된 직경의, 원형, 기공/홀을 이용한다. 그러나, 본원에서 설명된 EWOD 기술을 상이한 기공/개구부 기하형태(예를 들어, 로브형(lobed) 횡단면을 갖는 홀) 및 상보적인 전극 기하형태/패턴과 함께 이용하여, 더 큰 기포 직경 또는 기포 직경의 더 정확한 제어를 달성할 수 있다는 것이 고려된다.
일 실시형태에서, 스파저 조립체(850)는 스파지 가스 기공/개구부의 구분된 세트(또는 하나)와 연관된 다양한 전극의 어레이를 포함할 수 있다. 전극의 어레이는 제어기(900) 또는 마이크로프로세서에 의해서 개별적으로 각각 제어될 수 있고, 즉 전극의 각각의 어레이가 전자적으로 동적으로 어드레스될 수 있다. 이는, 개별적인 기공/개구부들 또는 기공/개구부의 그룹들이 상이하게 활성화될 수 있게 하며, 그에 따라 희망에 따라 상이한 기포 직경의 분포를 생성하기 위해서, 단일 스파저 요소 또는 조립체 상의 개별적인 기공/개구부의 섹션들 또는 패턴들이 조정될 수 있게 한다.
전체 스파저 조립체에 걸친 기포 직경을 제어할 수 있는, 그리고 심지어 스파저 조립체에 걸친 특정의 구분된 지역들에서의 기포 직경을 스파저 조립체의 다른 구분된 지역에 비해서 변경할 수 있는 능력은, 기존 장치 및 특히 고정된 홀/개구부 크기를 갖는 스파저 장치로 이제까지 가능하였던 것보다, 더 넓은 범위의 동작 효율을 제공한다. 스파지 가스의 기포 직경을 선택적으로 변경할 수 있는 능력은, 예를 들어 세포 배양 프로세스의 시작에서 효율적이고 세포 밀도가 낮을 때 과다한 형성을 유발하지 않는 직경을 갖는 기포를 생성할 수 있게 하고, 그리고 세포 밀도가 높을 때 더 효율적인 다른 직경을 갖는 기포를 생성하기 위해서 중간-프로세스를 실시간으로 선택적으로 조정할 수 있게 한다. 일부 실시형태에서, 기포 직경은 생물 프로세싱 동작 중에 보다 양호하고 보다 효율적인 대량 전달 제어를 제공하기 위해서 임펠러 속력을 변경하는 것과 함께 본원에서 설명된 방식으로 조정될 수 있다.
도 26 및 도 27에 도시된 스파저 구성이 본원에서 설명된 임의의 스파저 구성에 (그리고 예를 들어 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이) 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
실시형태에서, 생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체가 제공된다. 스파저 조립체는 제1 크기의 복수의 기공을 갖는 제1 층, 및 제1 층 위에 배치되고 제1 크기보다 큰 제2 크기의 복수의 홀을 가지는 제2 층을 포함한다. 제1 층의 기공 및 제2 층의 홀은 스파지 가스가 제1 층 및 제2 층을 통과할 수 있게 한다. 실시형태에서, 제1 크기는, 제1 층을 통한 가스의 통과를 허용하기에 그리고 제1 층을 통한 물의 통과를 방지하기에 충분하다. 일 실시형태에서, 제1 층은 소결된 소수성 재료로 형성된다. 일 실시형태에서, 제2 층은 드릴 가공된 홀 스파징 요소로 구성된다. 일 실시형태에서, 제1 크기는 약 2 내지 약 20 마이크로미터이다. 일 실시형태에서, 제2 크기는 약 100 내지 약 500 마이크로미터이다. 일 실시형태에서, 스파저 조립체는 또한 제1 층 및 제2 층을 수용하는 하우징을 포함하고, 하우징은 스파지 가스를 공급부로부터 수용하도록 구성되고, 하우징에 공급되는 스파지 가스는 제1 층 및 제2 층을 통과하여 생물 프로세싱 용기 내로 전달될 수 있고, 제1 층의 제1 기공 크기는, 물이 생물 프로세싱 용기로부터 제1 층을 통과할 수 없도록 한다. 일 실시형태에서, 제1 층은 가스 투과성 및 물 불투과성이다. 일 실시형태에서, 제2 층은 가스 및 물 투과성이다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 생물 프로세싱 시스템이 제공된다. 생물 프로세싱 시스템은 용기, 용기 내에 배치될 수 있는 가요성 생물 프로세싱 백, 및 가요성 생물 프로세싱 백의 하단부에 배치되는 스파저 조립체를 포함한다. 스파저 조립체는 제1 크기의 복수의 기공을 갖는 제1 층, 및 제1 층 위에 배치되고 제1 크기보다 큰 제2 크기의 복수의 홀을 가지는 제2 층을 포함하고, 제1 층의 기공 및 제2 층의 홀은 스파지 가스가 제1 층 및 제2 층을 통과할 수 있게 한다. 일 실시형태에서, 제1 층은 가스 투과성 및 물 불투과성이다. 일 실시형태에서, 제2 층은 가스 및 물 투과성이다. 일 실시형태에서, 제1 층은 소결된 소수성 재료로 형성된다. 일 실시형태에서, 제2 층은 드릴 가공된 홀 스파징 요소로 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 스파저 조립체가 제공된다. 스파저 조립체는 기부 층, 기부 층 위에 배치된 유전체 층, 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층, 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극, 및 스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함한다. 일 실시형태에서, 상단 층은 소수성 재료로 형성된다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 전극이 전압원에 전기적으로 커플링되고, 전압원은 적어도 하나의 전극에 전압을 공급하도록 제어될 수 있고, 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 것은 상단 층의 상부 표면 상에 형성되는 기포의 직경을 변경한다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 개구부는, 적어도 개구부의 제1 어레이 및 개구부의 제2 어레이를 포함하는 복수의 개구부이고, 적어도 하나의 전극은, 적어도 개구부의 제1 어레이와 연관된 전극의 제1 어레이 및 개구부의 제2 어레이와 연관된 전극의 제2 어레이를 포함하는 복수의 전극이다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 전극은 기부 층과 유전체 층 사이에 샌드위치된다.
또 다른 실시형태에서, 생물 프로세싱 시스템이 제공된다. 그러한 시스템은 용기, 용기 내에 배치될 수 있는 가요성 생물 프로세싱 백, 및 가요성 생물 프로세싱 백의 하단부에 배치되는 스파저 조립체를 포함한다. 스파저 조립체는 기부 층, 기부 층 위에 배치된 유전체 층, 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층, 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극, 및 스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함한다. 일 실시형태에서, 상단 층은 소수성 재료로 형성된다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 전극이 전압원에 전기적으로 커플링되고, 전압원은 적어도 하나의 전극에 전압을 공급하도록 제어될 수 있고, 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 것은 상단 층의 상부 표면 상에 형성되는 기포의 직경을 변경한다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 전극은 기부 층과 유전체 층 사이에 샌드위치된다.
또 다른 실시형태에서, 생물 프로세싱 방법이 제공된다. 그러한 방법은 스파저 조립체를 생물반응기 용기 내에 배치하는 단계로서, 스파저 조립체는 기부 층, 기부 층 위에 배치된 유전체 층, 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층, 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극, 및 스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함하는, 단계, 적어도 하나의 전극을 전압원에 전기적으로 연결하는 단계, 및 상단 층의 상부 표면 상에 형성된 기포의 직경을 조정하기 위해서 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 스파저 조립체를 스파지 가스의 공급원에 유체 연결하는 단계를 더 포함한다. 일 실시형태에서, 방법은 상단 층의 상부 표면 상에서 제1 직경을 갖는 제1 기포를 형성하기 위해서 스파지 가스를 스파저 조립체에 공급하는 단계, 및 상단 층의 상부 표면 상에서 제2 직경을 갖는 제1 기포를 생성하기 위해서 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 단계를 더 포함하고, 제1 직경은 제2 직경과 상이하다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 개구부는, 적어도 개구부의 제1 어레이 및 개구부의 제2 어레이를 포함하는 복수의 개구부이고, 적어도 하나의 전극은, 적어도 개구부의 제1 어레이와 연관된 전극의 제1 어레이 및 개구부의 제2 어레이와 연관된 전극의 제2 어레이를 포함하는 복수의 전극이다. 방법은 제1 직경을 갖는 복수의 기포를 생성하기 위해서 제1 전압을 전극의 제1 어레이에 공급하는 단계, 및 제1 직경과 상이한 제2 직경을 갖는 복수의 기포를 생성하기 위해서 제1 전압과 상이한 제2 전압을 전극의 제2 어레이에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 명백하게 배제하지 않는 한, 본원에서 사용된 바와 같은, 단수형으로 인용된 그리고 부정관사("a" 또는 "an")가 선행하는 요소 또는 단계가 그러한 요소 또는 단계의 복수형을 배제하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 또한, 본 발명의 "일 실시형태"에 대한 언급이, 인용된 특징을 또한 포함하는 부가적인 실시형태의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이다. 또한, 명백하게 반대로 기술되어 있지 않는 한, 특별한 성질을 가지는 요소 또는 복수의 요소를 "포함하는", "포괄하는", 또는 "가지는" 실시형태가 그러한 성질을 가지지 않는 부가적인 그러한 요소를 포함할 수 있을 것이다.
이렇게 기술된 설명은, 최적 모드를 포함하는 본 발명의 몇몇 실시형태를 개시하기 위해서, 그리고 또한, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하는 것 또는 임의의 포함된 방법을 실시하는 것을 포함하여, 본 발명의 실시형태를 당업자가 실시할 수 있게 하기 위해서, 예를 이용한다. 발명의 특허받을 수 있는 범위가 청구범위에 의해서 규정되고, 당업자에게 안출될 수 있는 다른 예를 포함할 수 있을 것이다. 그러한 다른 예가 청구범위의 문헌적 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 포함하는 경우에, 또는 그러한 다른 예가 청구범위의 문헌적 언어와 사소한 차이를 가지는 균등한 구조적 요소를 포함하는 경우에, 그러한 다른 예가 청구범위의 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (29)

  1. 생물 프로세싱 시스템용 스파저 조립체이며:
    제1 크기의 복수의 기공을 갖는 제1 층; 및
    상기 제1 층 위에 배치되고 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 복수의 홀을 가지는 제2 층을 포함하고;
    상기 제1 층의 기공 및 상기 제2 층의 홀은 스파지 가스가 상기 제1 층 및 상기 제2 층을 통과할 수 있게 하는, 스파저 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 크기는, 상기 제1 층을 통한 가스의 통과를 허용하기에 그리고 상기 제1 층을 통한 물의 통과를 방지하기에 충분한, 스파저 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 층은 소수성이고, 3-차원적으로 상호 연결된 기공 구조를 가지는, 스파저 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 층은 소결된 소수성 재료로 형성되는, 스파저 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 층은 상기 제2 층을 통한 복수의 구분된 홀을 가지는, 스파저 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 층은 드릴 가공된 홀 스파징 요소로서 구성되는, 스파저 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 크기는 약 2 내지 약 20 마이크로미터의 직경인, 스파저 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 크기는 약 100 내지 약 500 마이크로미터의 직경인, 스파저 조립체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 층 및 상기 제2 층을 수용하는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징은 스파지 가스를 공급부로부터 수용하도록 구성되고;
    상기 하우징에 공급되는 스파지 가스는 상기 제1 층 및 상기 제2 층을 통과하여 생물 프로세싱 용기 내로 전달될 수 있고; 그리고
    상기 제1 층의 제1 기공 크기는, 물이 상기 생물 프로세싱 용기로부터 상기 제1 층을 통과할 수 없도록 하는, 스파저 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 층이 가스 투과성 및 물 불투과성인, 스파저 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 층이 가스 및 물 투과성인, 스파저 조립체.
  12. 생물 프로세싱 시스템이며:
    용기;
    상기 용기 내에 배치될 수 있는 가요성 생물 프로세싱 백; 및
    상기 가요성 생물 프로세싱 백의 하단부에 배치되는 스파저 조립체를 포함하고, 상기 스파저 조립체는:
    제1 크기의 복수의 기공을 갖는 제1 층; 및
    상기 제1 층 위에 배치되고 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기의 복수의 홀을 가지는 제2 층을 포함하고;
    상기 제1 층의 기공 및 상기 제2 층의 홀은 스파지 가스가 상기 제1 층 및 상기 제2 층을 통과할 수 있게 하는, 생물 프로세싱 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 층이 가스 투과성 및 물 불투과성인, 생물 프로세싱 시스템.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제2 층이 가스 및 물 투과성인, 생물 프로세싱 시스템.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 층은 소결된 소수성 재료로 형성되는, 생물 프로세싱 시스템.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 층은 드릴 가공된 홀 스파징 요소로서 구성되는, 생물 프로세싱 시스템.
  17. 스파저 조립체이며:
    기부 층;
    상기 기부 층 위에 배치된 유전체 층;
    상기 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층;
    상기 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극; 및
    스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상기 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함하는, 스파저 조립체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상단 층이 소수성 재료로 형성되는, 스파저 조립체.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극이 전압원에 전기적으로 커플링되고;
    상기 전압원은 상기 적어도 하나의 전극에 전압을 공급하도록 제어될 수 있고; 그리고
    상기 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 것이 상기 상단 층의 상부 표면 상에 형성되는 기포의 직경을 변경하는, 스파저 조립체.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스파지 가스 개구부는, 적어도 개구부의 제1 어레이 및 개구부의 제2 어레이를 포함하는 복수의 개구부이며; 그리고
    상기 적어도 하나의 전극은, 적어도 상기 개구부의 제1 어레이와 연관된 전극의 제1 어레이 및 상기 개구부의 제2 어레이와 연관된 전극의 제2 어레이를 포함하는 복수의 전극인, 스파저 조립체.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극이 상기 기부 층과 상기 유전체 층 사이에 샌드위치되는, 스파저 조립체.
  22. 생물 프로세싱 시스템이며:
    용기;
    상기 용기 내에 배치될 수 있는 가요성 생물 프로세싱 백; 및
    상기 가요성 생물 프로세싱 백의 하단부에 배치되는 스파저 조립체를 포함하고, 상기 스파저 조립체는:
    기부 층;
    상기 기부 층 위에 배치된 유전체 층;
    상기 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층;
    상기 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극; 및
    스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상기 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 상기 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함하는, 생물 프로세싱 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 상단 층이 소수성 재료로 형성되는, 생물 프로세싱 시스템.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극이 전압원에 전기적으로 커플링되고;
    상기 전압원은 상기 적어도 하나의 전극에 전압을 공급하도록 제어될 수 있고; 그리고
    상기 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 것이 상기 상단 층의 상부 표면 상에 형성되는 기포의 직경을 변경하는, 생물 프로세싱 시스템.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극이 상기 기부 층과 상기 유전체 층 사이에 샌드위치되는, 생물 프로세싱 시스템.
  26. 생물 프로세싱 방법이며:
    스파저 조립체를 생물반응기 용기 내에 배치하는 단계로서, 상기 스파저 조립체는 기부 층, 상기 기부 층 위에 배치된 유전체 층, 상기 유전체 층 위에 배치되고 상부 표면을 갖는 상단 층, 상기 유전체 층과 접촉되는 적어도 하나의 전극, 및 스파지 가스를 생물반응기 용기 내로 도입하기 위해서 상기 상단 층의 상부 표면 상의 스파지 가스의 기포 형성을 촉진하기 위한 적어도 소수성 층 내의 적어도 하나의 스파지 가스 개구부를 포함하는, 단계;
    상기 적어도 하나의 전극을 전압원에 전기적으로 연결하는 단계; 및
    상기 상단 층의 상부 표면 상에 형성된 기포의 직경을 조정하기 위해서 상기 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 스파저 조립체를 스파지 가스의 공급원에 유체적으로 연결하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 상단 층의 상부 표면 상에서 제1 직경을 갖는 제1 기포를 형성하기 위해서 상기 스파지 가스를 상기 스파저 조립체에 공급하는 단계; 및
    상기 상단 층의 상부 표면 상에서 제2 직경을 갖는 제2 기포를 생성하기 위해서 상기 적어도 하나의 전극에 공급되는 전압을 조정하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제1 직경이 상기 제2 직경과 상이한, 방법.
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부는, 적어도 개구부의 제1 어레이 및 개구부의 제2 어레이를 포함하는 복수의 개구부이며; 그리고
    상기 적어도 하나의 전극은, 적어도 상기 개구부의 제1 어레이와 연관된 전극의 제1 어레이 및 상기 개구부의 제2 어레이와 연관된 전극의 제2 어레이를 포함하는 복수의 전극이고; 그리고
    상기 방법은 제1 직경을 갖는 복수의 기포를 생성하기 위해서 제1 전압을 상기 전극의 제1 어레이에 공급하는 단계, 및 제1 직경과 상이한 제2 직경을 갖는 복수의 기포를 생성하기 위해서 상기 제1 전압과 상이한 제2 전압을 상기 전극의 제2 어레이에 공급하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102626095B1 (ko) * 2022-09-21 2024-01-17 세드나이엔지(주) 마그네틱 교반기 및 마그네틱 교반 시스템

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11535421B2 (en) * 2019-12-30 2022-12-27 Global Life Sciences Solutions Usa Llc System and method for packaging a bioprocessing bag and associated components, and packaging for a bioprocessing bag
CZ35565U1 (cs) * 2021-09-30 2021-11-22 Nutristamina S.R.O. Generátor kapaliny sycené plynem

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI49704C (fi) * 1974-01-23 1975-09-10 Nokia Oy Ab Kuplia kehittävä ilmastin.
US4557879A (en) * 1984-09-24 1985-12-10 Wilfley Weber, Inc. Gas diffuser with indefinite life and mixed bubble size capacity
KR20000010032A (ko) * 1998-07-29 2000-02-15 전주범 공기방울 드럼 세탁기
CN1631551A (zh) * 2003-12-23 2005-06-29 明基电通股份有限公司 流体喷射装置及其制造方法
WO2008088371A2 (en) * 2006-06-16 2008-07-24 Xcellerex, Inc. Gas delivery configurations, foam control systems, and bag molding methods and articles for collapsible bag vessels and bioreactors
DE102009052670B4 (de) * 2009-11-12 2017-10-05 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Begasungsvorrichtung für Bioreaktoren
CN103391994B (zh) * 2011-01-11 2015-07-22 通用电气医疗集团生物科学公司 可线性缩放规模的单次使用的生物反应器系统
US20160244710A1 (en) * 2013-10-30 2016-08-25 Emd Millipore Corporation Modular Aeration Device
US9643142B2 (en) * 2014-07-01 2017-05-09 Advanced Scientifics, Inc. Plunge-mixing bag arrangement and plunge-mixing system
GB201420200D0 (en) * 2014-11-13 2014-12-31 Acal Energy Ltd Device for generating bubbles
MX2017013253A (es) * 2015-04-16 2018-05-23 Bsn Medical Gmbh Aparato de acumulacion de oxido nitrico.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102626095B1 (ko) * 2022-09-21 2024-01-17 세드나이엔지(주) 마그네틱 교반기 및 마그네틱 교반 시스템

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