KR20220091598A - 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈의 용도 - Google Patents

생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈의 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR20220091598A
KR20220091598A KR1020227019031A KR20227019031A KR20220091598A KR 20220091598 A KR20220091598 A KR 20220091598A KR 1020227019031 A KR1020227019031 A KR 1020227019031A KR 20227019031 A KR20227019031 A KR 20227019031A KR 20220091598 A KR20220091598 A KR 20220091598A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
centrifugal pump
liquid
pump rotor
filtration
Prior art date
Application number
KR1020227019031A
Other languages
English (en)
Inventor
알렉산더 하이데
데잔 니콜리치
Original Assignee
프레제니우스 메디칼 케어 도이칠란드 게엠베하
유니사이트 이브이 에이지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프레제니우스 메디칼 케어 도이칠란드 게엠베하, 유니사이트 이브이 에이지 filed Critical 프레제니우스 메디칼 케어 도이칠란드 게엠베하
Publication of KR20220091598A publication Critical patent/KR20220091598A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
    • A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
    • A61M1/16—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes
    • A61M1/1621—Constructional aspects thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
    • A61M1/36—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits
    • A61M1/3621—Extra-corporeal blood circuits
    • A61M1/3627—Degassing devices; Buffer reservoirs; Drip chambers; Blood filters
    • A61M1/3633—Blood component filters, e.g. leukocyte filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/20—Type thereof
    • A61M60/205—Non-positive displacement blood pumps
    • A61M60/216—Non-positive displacement blood pumps including a rotating member acting on the blood, e.g. impeller
    • A61M60/226—Non-positive displacement blood pumps including a rotating member acting on the blood, e.g. impeller the blood flow through the rotating member having mainly radial components
    • A61M60/232—Centrifugal pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/18—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/021—Manufacturing thereof
    • B01D63/022—Encapsulating hollow fibres
    • B01D63/0222—Encapsulating hollow fibres using centrifugal forces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F04D13/024—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling a magnetic coupling
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/75—General characteristics of the apparatus with filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/80—Constructional details other than related to driving
    • A61M60/802—Constructional details other than related to driving of non-positive displacement blood pumps
    • A61M60/818—Bearings
    • A61M60/824—Hydrodynamic or fluid film bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/20—Specific housing
    • B01D2313/201—Closed housing, vessels or containers
    • B01D2313/2011—Pressure vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/24—Specific pressurizing or depressurizing means
    • B01D2313/243—Pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/90—Additional auxiliary systems integrated with the module or apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/10—Cross-flow filtration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

오염 위험이 낮고 동시에 최적의 흐름 프로파일이 달성될 수 있는 생명공학적 여과 가능성들을 제공하기 위해 필터 모듈(100)의 용도가 제안되고, 후자는 생명공학적 제조 방법을 위해, 중공 섬유의 다발(114)을 지닌 필터 하우징(110)내의 필터 및 원심 펌프 로터(132)를 가지며, 생명공학 액체(L)의 여과를 위한 필터 모듈(100)은 필터 하우징(110), 중공 섬유의 다발(114)을 갖는 필터 하우징(110) 내에 배열된 필터, 중공 섬유들(114)의 내부에 유체적으로 연결되도록 필터 하우징(110) 내에 배열된 원심 펌프 로터(132)를 갖고, 원심 펌프 로터(132)는 중공 섬유들(114)을 통해 액체(L)를 밀어낼 수 있도록 자기적으로 구동될 수 있고, 여과될 생명공학적 액체의 공급을 위한 제1 포트(102)는 필터의 중공 섬유들(114)의 내부에 유체적으로 연결되고, 여과될 생명공학적 액체(L)의 제거를 위한 제2 포트(104)는 필터의 중공 섬유들(114)의 내부에 유체적으로 연결되며, 침전된 폐액을 제거하기 위한 제3 포트(107)는 중공 섬유들(114)의 외부에 유체적으로 연결되고, 여과 장치(1100, 1200, 1300)는 구동 유닛에 결합될 수 있는 필터 모듈(100)과, 필터 모듈(100)의 원심 펌프 로터(132)를 자기적으로 구동하는 구동 유닛을 가지며, 구동 유닛은 필터 모듈(100)이 구동 모듈에 결합될 때, 원심 펌프 로터(132)를 자기적으로 구동하고 자기적으로 지지하기 위한 동적 자기장들을 생성할 수 있다.

Description

생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈의 용도
본 발명은 필터 모듈의 용도 그리고 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 이러한 필터 모듈을 갖는 여과 장치에 관한 것이다.
생명공학적 액체들의 처리를 위한 생명공학적 방법들은, 예를 들어 접선 흐름 여과(tangential flow filtration; TFF) 방법에 의해 생명공학적 액체들을 정제하거나 처리하기 위한 선행 기술로부터 알려져 있다. 후자의 경우, 투석과 유사하게, 기질 액체(substrate liquid)는 순환되고, 중공-섬유 막(hollow-fibre membrane) 모듈을 통해 펌프에 의하여 여러 번 이송된다. 액체와 작은 분자들의 일부는 막을 통과하여 투과물 측으로 향한다. 투과물은 막들을 통과하는 물질에 부여된 명칭이다. 투과물 측은 주요한 생명공학적 액체가 중공 섬유의 내부로 이송될 때 중공 섬유의 외측이다. 따라서, 순환로(circuit)에 남아 있고 중공 섬유들의 막들을 통과하지 못하는 액체의 일부 부피가 감소한다. 액체의 이러한 일부를 잔류물(retentate)이라고 한다. 따라서, 잔류물의 부피 감소는 작은 분자들이 제거된 감소된 부피에서 정제될 생명공학적 물질들이 잔류물 측 상의 잔류물에 남아 있음을 의미한다. 다시 말해서, 투과물이 침전됨에 따라, 잔류물에서 바람직한 성분들의 농도가 증가한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 청구 대상인, 이러한 종류의 TFF 방법은 예를 들어, WO 2017/117585 A1으로부터 알려져 있다.
더욱이, 펌프 헤드의 내부 내에 회전 가능한 구성요소들을 갖는 원심 펌프들 및 원심 펌프들을 갖는 펌프 장치들은 알려져 있으며, 이송될 매질(medium)은 상기 구성요소들의 회전에 의해 동반되고 따라서 회전하도록 또한 설정된다. 회전 운동의 결과로서, 회전하는 기준계에서 원심력들로 나타나는 구심력들이 이송될 동반된 매질에 작용한다. 이송될 매질이 회전축 근처를 통과하여 이러한 원심 펌프의 내부로 들어갈 때, 회전에 의한 원심력들에 의해 이송될 매질이 외부로 밀려나서 이송, 즉 펌핑된다.
알려진 생명공학적 여과 방법들 및 여과 장치들의 문제점은 여과를 위한 흐름도(flow diagram) 또는 흐름 순환로(flow circuit)를 설정할 때 펌프와 필터가 상호 연결되어, 회오리(eddies)가 발생하는 데드 스페이스(dead space) 또는 에지들(edges)이 형성되고, 흐름 프로파일(flow profile)에 부정적인 영향을 끼치면서 오염의 위험 지점들을 구성한다. 펌프를 필터에 연결하려면 기계적 인터페이스가 일반적으로 필요하다. 이러한 목적을 위해 플랜지(flange)가 보통 이용된다. 원심 펌프 로터와 필터 사이에 라인 섹션이 추가로 놓이는 장치들도 알려져 있다. 이러한 연결에서, 적어도 두 개의 인터페이스들 예를 들어, 위에서 언급한 단점들을 지닌 원심 펌프 로터와 필터 사이의 플랜지가 존재한다. 다시 말해, 오염에 대한 두 개의 진입점들이 있으므로, 위생이 감소하고 액체에 대한 데드 스페이스가 훨씬 더 커진다.
따라서, 본 발명의 목적은 오염 위험이 낮고 동시에 최적의 흐름 프로파일이 달성될 수 있는 생명공학적 여과 가능성들을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 제1항에 따른 생명공학적 제조 방법을 위해, 중공 섬유의 다발을 지닌 필터 하우징 내의 필터 및 원심 펌프 로터를 갖는 필터 모듈의 용도에 의해 달성된다. 이러한 목적은 또한 제6항에 따른 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 제14항에 따른 여과 장치에 의해 달성된다.
중공 섬유의 다발을 갖는 필터 하우징 내의 필터 및 원심 펌프 로터를 갖는, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈의 용도가 개시된다.
또한, 하우징, 중공 섬유의 다발을 갖는 하우징 내에 배열된 필터, 중공 섬유들의 내부에 유체적으로 연결되도록 하우징 내에 배열된 원심 펌프 로터를 갖는 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈이 개시되고, 원심 펌프 로터는 중공 섬유들을 통해 액체를 밀어낼 수 있도록 자기적으로 구동될 수 있으며, 여과될 생명공학적 액체의 공급을 위한 제1 포트는 필터의 중공 섬유들의 내부에 유체적으로 연결되고, 여과될 생명공학적 액체의 제거를 위한 제2포 트는 필터의 중공 섬유들의 내부에 유체적으로 연결되며, 침전된 폐액을 제거하기 위한 제3 포트는 중공 섬유들의 외부에 유체적으로 연결된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
중공 섬유의 다발을 갖는 필터 하우징 내의 필터 및 원심 펌프 로터를 갖는, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈의 용도, 및 원심 펌프 로터가 내부에 배열된 하우징 및 중공 섬유 다발을 갖는 하우징 내에 배열된 필터를 갖는 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈은, 원심 펌프 로터와 필터 사이의 연결을 위한 기계적 인터페이스가 없기 때문에 특히 유리하게는 위생 증가 및 오염 감소를 허용한다.
본 발명에 따른 이용에서, 필터의 섬유 다발의 섬유들은 바람직하게는 지표면에 대해 수직으로, 즉 중력에 대한 로컬 힘(local force)의 방향에 평행하게 배향되고 원심 펌프 로터는 펌프 작동 중, 액체가 위로 흐를 수 있도록 다발 아래에 동축으로 다발의 종축 상에 배열된다. 원심 펌프 로터와 필터 섬유들의 수직 배열은 액체에 존재하는 모든 가스 축적물들이 부력에 의해 그리고 동시에 펌프에 의해 생성된 액체 흐름에 의해 위로 멀리 운반되는 이점을 제공한다. 이러한 가스 축적물들은 바람직하지 않다. 필터의 섬유들은 바람직하게는 원심 펌프 로터의 회전 축에 평행하게 배열된다. 이 경우 원심 펌프 로터는 필터로부터 다운스트림에 배열된다. 필터는 장치가 세워져 있는 평면과 관련하여 원심 펌프 로터 위에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 액체는 중력 방향에 대해 원심 펌프 로터에서 필터 카운터(filter counter)로 펌핑된다. 이것은 특히 유체의 흐름 방향에 의해 도움을 받아 기체 기포들이 중력에 반하여 위로 상승하는 이점을 갖고 있다.
원심 펌프 로터는 바람직하게는 자기 부상에 의해 지지될 수 있고 자기적으로 구동될 수 있는 임펠러 로터(impeller rotor)이다. 이러한 설계에서, 원심 펌프 로터의 지지 및 구동은 완전히 자기적이다. 따라서, 기계적 베어링들(bearings)이 없다. 따라서, 마찰력들로 인해 샤프트 또는 차축이 있는 원심 펌프 로터의 기계적 베어링의 경우와 같이 국부적 열원도 존재하지 않는다. 이는 원심 펌프 로터와 접촉하는 생명공학적 액체의 손상을 줄이는 이점을 제공한다. 결국, 열은 생명공학적 액체들 대부분에 해를 끼친다.
본 발명에 따른 필터에서, 섬유의 다발은 섬유들이 서로 평행하게 연장되도록 배열된다. 섬유들은 기복(undulation)이 있거나 직선일 수 있다. 그것들이 기복이 있어도, 거시적으로 보면 거의 직선으로 연장되어 있다. 필터의 종축은 다발의 섬유들과 평행하게 연장된다. 다발이 원통 모양의 섬유들 배열에 해당하는 경우, 종축은 원통의 회전 축과 동일해야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 여과 장치의 필터 하우징은 기다랗고, 이것의 종방향은 이러한 다발의 종축을 따라 연장된다.
섬유 다발의 각 중공 섬유는 이것의 내부에 공동을 정의한다. 섬유 내부의 공동과 섬유 외부 사이에는 섬유 벽이 있다. 벽은 바람직하게는 막이다. 막은 바람직하게는 다공성(porous)이다. 필터가 중공 섬유의 다발로부터 형성되면, 섬유들의 막들이 필터의 막을 형성한다.
본 출원의 일 양태에 따르면, 중공 섬유의 다발을 지닌 필터 하우징 내의 필터 및 원심 펌프 로터를 지닌, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈의 용도와 관련하여 그리고 생명공학적 액체 또는 여과 장치의 여과를 위한 필터 모듈과 관련하여, 필터 모듈의 필터는 바람직하게는 100-1000 kDa의 배제 한계(exclusion limit) 또는 분자량 컷오프(molecular weight cut-off; MWCO)를 갖는다. 예를 들어, 이 범위의 배제 한계는 특히 유리하게는 생명공학적 제조 방법들 또는 생명공학적 여과 방법들을 허용한다. 즉, 이러한 바람직한 경우에, 필터의 막은 100-1000 kDa 범위의 배제 한계를 갖는다.
본 출원의 맥락에서, 필터 모듈, 필터 모듈의 용도 및 여과 장치는 생물학적 액체들 및 생명공학적 액체들과 관련하여 이해되어야 한다. 생공학(biotechnical)은 생명공학(biotechnological)의 단축된 형태로 간주되므로 의미가 동일하다. 일반적으로 생명공학적 액체와 생물학적 액체의 구분이 확립되어 있지 않기 때문에 둘 다 생물학적 구성 요소들을 갖는 액체들로 간주한다. 생공학은 생명공학의 단축된 형태이며 의미가 동일하다. 중공 섬유의 다발을 갖는 필터 하우징 내의 필터 및 원심 펌프 로터를 갖는, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈의 용도를 위해 그리고 하우징, 중공 섬유의 다발을 지닌 필터 및 하우징 내에 배열된 원심 펌프 로터를 갖는 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈을 위해, 본 출원의 맥락에서 필터 하우징 상에 적어도 3개의 포트들이 있는 것이 필수적이며, 이를 통해 생명공학적 액체 또는 침전된 폐액이 전달된다. 필터의 섬유 다발의 중공 섬유들 내부에 적어도 2개의 포트들이 유체적으로 연결되고, 적어도 하나의 포트는 필터의 섬유 다발의 중공 섬유들 내부로부터 유체적으로 분리되지만, 동시에 섬유 다발의 중공 섬유들 외부에 유체적으로 연결된다. 내부에 연결된 적어도 2개의 포트들은 섬유들의 반대편 단부들(opposite ends)에 배열되도록 배열된다. 즉, 액체가 섬유 다발을 통해 한 방향으로 흐르면 내부에 연결된 하나의 포트가 섬유 다발로부터의 업스트림(upstream)에 있고, 내부에 연결된 다른 포트는 섬유 다발로부터의 다운스트림(downstream)에 있다. 이것은 중공 섬유들의 내부에 연결된 2개의 포트들이 내부를 통해 섬유들을 따라 액체의 흐름을 허용하는 역할을 하기 때문에 요구된다. 제3 포트는 섬유들의 외부에 유체적으로 연결되지만, 내부에는 연결되지 않는다. 섬유들의 외부로부터 액체를 제거하는 역할을 한다. 생명공학적 제조 방법에 이용될 때, 섬유들을 통과한 액체는 일반적으로 폐기물로 간주된다. 목적은 생명공학적 액체로부터 상기 액체를 제거해서 후자를 농축하는 것이다. 섬유들을 통과한 액체는 투과물이라고도 한다. 투과물은 필터 하우징 상에 배열된 제3 포트를 통해 제거될 수 있다. 이러한 제3 포트는 제1 단부 캡, 제2 단부 캡 또는 중간 부분 상에 배열될 수 있다. 이러한 제3 포트는 필터의 섬유 다발의 섬유들 외부에 유체적으로 연결되고 동시에 섬유 다발의 중공 섬유들 내부에 유체적으로 직접 완전히 연결되지 않아야 하지만, 대신에 중공 섬유들의 벽, 즉 막에 의해 섬유 다발의 중공 섬유들 내부로부터 분리된다.
원심 펌프 로터는 바람직하게는 임펠러이다. 즉, 원심 펌프에는 반경방향(radially)으로 펌핑되는 펌프 휠이 장착되고, 상기 펌프 휠은 임펠러로 구성된다. 펌프 휠은 펌프의 주행 휠(running wheel)이라고도 한다. 임펠러는 바람직하게 중공 중심으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 임펠러는 실질적으로 디스크 형상일 수 있고, 펌프 휠의 회전 운동 중 이송될 펌핑된 매질을 동반하는 실질적으로 반경방향으로 연장된 블레이드들(blades)을 가질 수 있다. 즉, 제1 디스크는 블레이드들이 배열된 베이스를 형성한다. 즉, 블레이드들은 제1 디스크 상에 세워져 있다. 제1 디스크 평면으로부터 멀리 떨어진 블레이드들의 단부는 차례로 제1 디스크에 평행하게 배열된 추가 디스크에 연결될 수 있다. 따라서, 선택적으로 제2 디스크는 제1 디스크로부터 반대편 블레이드들의 이러한 단부들을 연결할 수 있는데 즉, 이들은 폐쇄(closure)를 형성할 수 있다. 제2 디스크는 제1 디스크와 평행하고, 블레이드들은 두 디스크들 사이에 있다. 서로 평행하게 배열된 2개의 디스크를 갖는 실시예는 블레이드가 배열되어 있는 하나의 디스크만을 갖는 실시예와 마찬가지로 상정할 수 있으며, 디스크로부터 멀리 떨어진 블레이드들의 단부는 자유롭다. 이러한 디스크의 제1 변형에는 중심 클리어런스(clearance)가 있는데 즉, 대략적으로 말하면 링-모양이다. 이러한 디스크의 대안적 변형은 원형 디스크로 구성되는데 즉, 중심 클리어런스가 없다.
본 출원의 맥락에서, 중공 중심을 갖는 임펠러는 블레이드들이 회전축까지 중심으로 연장되지 않는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 하지만, 그 대신 직접적으로 임펠러의 회전 축 및/또는 그 주위에서 거시적으로 감지할 수 있는 영역에는 블레이드들이 없다. 그러나, 중공 중심은 또한 예를 들어 솔리드 실린더인 솔리드 3차원 바디(solid three-dimensional body)로 채워지지 않는다. 대신에, 중심이 비어 있어 펌핑될 액체가 중공 중심을 통해 흐를 수 있다. 솔리드 바디가 펌프 휠 예를 들어, 차축 또는 샤프트의 회전 축 상에 정확히 놓여 있다고 상정할 수 있다. 중공 중심은 솔리드 바디와 블레이드들 사이의 회전 축 주위 중심에 있는 영역, 즉 펌핑될 액체가 자유롭게 흐를 수 있는 영역이다. 그 후, 중공 중심은 예를 들어 실질적으로 한정된 재킷(jacket) 두께를 갖는 실린더 재킷으로 구성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 필터 모듈의 하우징은 원심 펌프 로터와 필터 다발 사이에 배열된 개구들을 갖는 내부 지지 플레이트를 가지며 원심 펌프 로터가 회전하도록 설정된 경우, 액체가 원심 펌프 로터로부터 개구들을 통해 필터의 섬유들로 흐르도록 한다.
본 출원의 일 양태에 따르면, 원심 펌프 로터와 필터 모듈의 섬유 다발은 동축으로 배열된다. 이것은 원심 펌프 로터를 통해 섬유 다발의 중공 섬유들 내부로 액체의 특히 대칭적인 흐름을 허용한다. 이러한 상황에서 액체의 역평행 동축 흐름들이 일부 섹션들에 존재한다. 액체는 원심 펌프 로터의 회전축과 일치하는 섬유 다발의 종축 상에서 원심 펌프 로터로 흐르고, 원심 펌프 로터를 떠난 후, 평행하지만 반대 방향인 섬유 다발로 흐르도록 편향된다. 섬유 다발은 바람직하게는 거시적 수준에서 거의 원통형이다. 원심 펌프 로터는 이러한 대칭 흐름 배열에 의해 수압적으로 안정화된다. 이것은 원심 펌프 로터의 잠재적인 흔들림(fluttering)을 최소화한다. 원심 펌프 로터의 흔들림은 생명공학적 액체가 손상될 수 있다. 따라서, 생명공학적 액체에 대한 잠재적 손상도 방지된다. 본 출원의 추가 양태에 따르면, 특히 자기 부상에 의해 지지되는 원심 펌프 로터들의 경우, 편심 베어링 모멘트(eccentric bearing moment)들이 덜 발생하거나, 편심 베어링 모멘트들이 덜 강한 장점도 존재한다. 따라서, 원심 펌프 로터를 구동하고 지지하는 데 덜 강한 자기장들로 충분하다. 덜 강한 자기장들은 차례로 더 적은 에너지 및/또는 더 적은 전류가 구동 유닛의 교번 자기장들의 생성기에 필요하다는 것을 의미한다.
본 출원의 맥락에서, 필터 모듈 또는 필터 모듈을 갖는 여과 장치에 관하여, 자기 부상에 의해 지지되는 원심 펌프 로터가 필터 하우징 내에 배열되고, 필터 모듈이 여과 장치에 결합될 때만 완전한 기능의 원심 펌프가 형성되어 여과 시스템의 구동 유닛이 동적 자기장들에 의해 원심 펌프 로터를 구동할 수 있고/있거나 자기 부상에 의해 이를 지지할 수 있도록 제공될 수 있다. 즉, 구동 유닛과 필터 모듈이 결합되지 않으면, 기능적 펌프가 형성되지 않는다. 원심 펌프 로터는 그 자체로 완전한 기능의 펌프가 아니다. 유사하게, 원심 펌프 로터가 없는 여과 장치의 구동 유닛은 완전한 기능의 펌프가 아니다.
생명공학적 제조 방법은 여과가 될 수 있다. 생명공학적 방법에 의한 여과에서, 예를 들어 생명공학적 액체는 여과, 정제 또는 조절된다.
본 출원의 맥락에서, 생명공학적 액체는 또한 생물학적 액체로서 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, 생물학적 액체는 생명공학적 방법에 의해 생명공학적 액체가 될 수 있다. 따라서, 본 출원의 맥락에서, 생명공학적 방법을 위한 필터 모듈의 용도가 언급될 때, 이는 방법의 시작되는 액체가 생명공학적 액체 또는 생물학적 액체인 방법들을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 유사하게, 본 출원의 맥락에서, "생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈"이라는 표현은 또한 "생물학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 액체가 여과되면, 액체 성분들 중 일부가 필터를 통과한다. 결과적으로, 필터를 통과하지 못한 액체의 성분들이 농축된다. 액체의 어떤 성분들이 바람직한지에 따라, 이러한 방법은 또한 액체 성분들의 정제에 대응한다. 여과, 농축, 정제 또는 조절될 생물학적 또는 생명공학적 액체는 예를 들어, 세포 상청액들(cell supernatants), 혈청 또는 혈장과 같은 혈액 성분들 또는 소변이거나 이를 함유하는 액체이다.
본 출원의 일 양태는 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들의 여과 또는 농축을 위한 방법에 관한 것이다. 생명 공학 액체들 내에 존재하고 정제, 농축 또는 여과될 생물학적 물질들은 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세 구조들이다. 특히, 이들은 다음의 물질들: 항체들, 항체 접합체들, 항체 단편 접합체들, 바이러스 입자들, 리보핵산(ribonucleic acid; RNA), 데옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid; DNA), 플라스미드들(plasmids), 백신들, 세포외 소포들, 리포솜들(liposomes), 세크레톰들(secretomes), 응고 인자들(clotting factors) 및 알부민(albumin) 중 하나 이상일 수 있다. 본 출원의 맥락에서, 세포외 소포들은 엑소좀들(exosomes) 및/또는 미세소포들 및/또는 세포자멸체들(apoptotic bodies)이다. 본 출원의 맥락에서, 용도는 세포 배양물의 상청액으로부터 수득되거나 세포 배양물의 상청액인 생물학적 또는 생명공학적 액체의 생명공학적 제조 방법 또는 여과 방법을 위한 것이다.
본 발명에 따르는 목적은 바람직하게는 정제될 물질들, 예를 들어, 소포들 즉 가능한 액체의 가장 작은 양의 가능한 최고 농도를 달성하는 것이다. 예를 들어, 9리터의 배치(batch)가 본 발명에 따라 ca. 100 ml의 부피로 감소되며 이는 정제될 물질들의 밀도 또는 농도가 상응하게 증가하는 것으로 상정할 수 있다.
기질의 경우, 즉 액체의 경우에도 세포 상청액들 이외의 액체들 예를 들어, 혈청 또는 혈장을 이용할 수 있다.
치료 방법들에서의 본 발명의 용도, 예를 들어 투석도 가능할 수 있으며 본 발명에 포함된다.
본 발명에 따른, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈 용도의 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 여과 방법이다.
본 발명에 따른, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈 용도의 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 접선 흐름 여과(tangential flow filtration; TFF) 방법이다.
본 발명에 따른, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈 용도의 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법이다.
본 발명에 따른, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈 용도의 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과 방법이다.
본 발명에 따른 필터 모듈의 바람직한 실시예에서, 원심 펌프 로터는 필터의 종축 상에서 유체적으로 다운스트림 또는 업스트림에 배열된다. 일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 모듈의 바람직한 실시예에서, 원심 펌프 로터의 작동과 관련된 원심 펌프 로터의 축은 필터의 종축 상에 놓여 있다. 일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 모듈의 바람직한 실시예에서, 필터는 혈액투석을 위한 투석기이다. 이는 특히 유리하게 필터를 압력차들에 대해 더욱 견고하게 만든다. 일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 모듈의 바람직한 실시예에서, 원심 펌프 로터는 자기 부상에 의해 지지되는 방법으로 작동 및/또는 구동될 수 있는 방식에 대해 영구 자석들이 장착된다. 자기 부상에 의한 지지는 특히 유리하게 기계적 베어링들의 생략을 허용하고 따라서 이송된 액체에 근접한 열원들(heat sources)의 생략을 허용한다. 따라서, 이송된 액체에 대한 잠재적인 열 손상을 방지할 가능성이 있다. 일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 모듈의 바람직한 실시예에서, 하우징은 제1 단부 캡을 갖고, 이는 원심 펌프 로터에 대한 액체(L)의 입구 흐름 경로(inlet flow path)를 정의하여, 액체(L)가 필터의 종축에 수직인 하우징 내로 흐를 수 있으며, 원심 펌프 로터의 종축에 평행한 원심 펌프 로터로 흐르도록 편향될 수 있다.
일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 모듈의 바람직한 실시예에서, 하우징은 제1 단부 캡을 갖고, 이는 원심 펌프 로터에 대한 액체(L)의 입구 흐름 경로를 정의하여, 액체(L)가 필터의 종축에 수직인 하우징 내로 흐를 수 있으며, 종축에 평행한 원심 펌프 로터로 흐르도록 편향될 수 있고, 액체가 원심 펌프 로터의 중심으로 흐르도록 입구 흐름 경로가 설계된다. 일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 필터 모듈의 바람직한 실시예에서, 하우징은 제1 단부 캡을 갖고, 이는 원심 펌프 로터에 대한 액체(L)의 입구 흐름 경로를 정의하여, 액체가 필터의 종축에 수직인 하우징 내로 흐를 수 있으며, 종축에 평행한 원심 펌프 로터로 흐르도록 편향될 수 있고, 원심 펌프 로터 및 단부 캡은 흐름 경로를 정의하여, 액체가 필터의 종축에 수직인 원심 펌프 로터의 외부로 원심적으로 흐를 수 있고 그 이후에 액체가 필터의 종축과 평행하게 흐르고 원심 펌프 로터가 회전할 때 필터의 중공 섬유들로 들어가도록 편향된다. 개발에 있어서, 입구 흐름 경로는 액체가 원심 펌프 로터의 중심으로 흐르도록 추가로 설계될 수 있다. 일 양태에 따르면, 이러한 필터 모듈은 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 여과 장치는 구동 유닛에 결합될 수 있는 본 발명에 따른 필터 모듈 및 필터 모듈의 원심 펌프 로터를 자기적으로 구동하기 위한 구동 유닛을 갖고, 구동 유닛은 필터 모듈이 구동 모듈에 결합될 때, 원심 펌프 로터를 자기적으로 구동하고 자기적으로 지지하기 위한 동적 자기장들을 생성할 수 있다. 여과 장치가 작동하는 동안, 필터 모듈은 구동 유닛에 결합되고, 구동 유닛은 필터 모듈의 원심 펌프 로터를 부상에 의해 자기적으로 구동 및/또는 자기적으로 지지하는 동적 자기장들을 생성한다. 일 양태에 따르면, 이러한 여과 장치는 특히 생명공학적 여과 방법, 특히 접선 흐름 여과(TFF) 방법, 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 방법 또는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과(TFF) 방법에 대해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 이용의 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 필터 모듈 또는 본 발명에 따른 여과 장치는 생명공학적 액체에서 생물학적 거대분자들 및/또는 생물학적 미세구조들의 농축 또는 여과를 위한 생명공학적 여과 방법에 이용된다. 생물학적 거대분자들 및/또는 생물학적 미세구조들은 바람직하게는 다음의 물질들: 항체들, 항체 접합체들, 항체 단편 접합체들, 바이러스 입자들, 리보핵산(ribonucleic acid; RNA), 데옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid; DNA), 플라스미드들(plasmids), 백신들, 세포외 소포들, 리포솜들(liposomes), 세크레톰들(secretomes), 응고 인자들(clotting factors) 및 알부민(albumin) 중 하나 이상이다. 세포외 소포들은 예를 들어, 엑소좀들 및/또는 미세소포들 및/또는 세포자멸체들이다.
이 시점에서 부정관사는 비록 가능성이 있더라도 요소들 중 정확히 하나를 지칭할 필요는 없고 대신에 복수의 요소들을 지정할 수도 있다는 점에 유의해야 할 것이다. 유사하게, 복수의 이용도 문제의 요소가 단수로 존재하는 것을 포함하고, 반대로 단수도 문제의 복수의 요소들을 포함한다.
본 발명의 추가 세부사항들 및 이점들은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 더 상세히 설명된다.
장치 및 방법은 도면을 참조로 하여 아래에 기술된다:
도 1은 (제1 실시예에서) 생명공학적 액체의 여과에 이용하기 위한 본 발명에 따른 필터 모듈의 개략도를 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 필터 모듈의 예시적인 실시예의 제1 단부 캡의 영역을 통한 단면도를 도시하고,
도 3은, 개구들을 갖는 선택적인 내부 지지 플레이트가 제1 단부 캡에서 추가적으로 보일 수 있는 투시도에서의 도 2와 동일한 배열을 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 원심 펌프 로터의 예시적인 실시예를 도시하고,
도 5는, 필터 하우징 내의 중공 섬유의 다발을 지닌 필터 및 원심 펌프 로터를 갖는, 본 발명에 따른 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈의 용도에 쓰이는, 본 발명에 따른 여과 장치의 예시적인 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 6은 필터 모듈의 필터가 혈액투석을 위해 알려진 투석기와 같이 구성된 본 발명에 따른 여과 장치의 특정 실시예의 흐름도를 도시하고, 여기서 여과 장치는 투과물 포트(port)로부터 다운스트림(downstream)에 추가 펌프를 갖고,
도 7은, 투과물 제거를 위해 포트에 있는 추가 펌프의 다운스트림(downstream)에 배열되는 선택적 체크 밸브(check valve)를 추가적으로 갖는 도 6의 흐름도를 도시한다.
위 도면에서, 동일하거나 유사한 요소들은 동일한 참조 부호들로 지칭될 수 있다.
도 1은 제1 단부 캡(120), 제2 단부 캡(140) 및 단부 캡들 사이의 중간 부분(112)을 갖는 하우징(110)을 갖는 생명공학적 액체(L)의 여과를 위한 필터 모듈(100)을 도시한다. 중공 섬유의 다발(114)은 하우징의 중간 부분(112)을 통해 제1 단부 캡(120)으로부터 제2 단부 캡(140)까지 종축으로 연장되도록 그 내부에 배열된다. 제1 단부 캡(120)은 원심 펌프 로터 하우징(130)을 가지며, 그 안에 원심 펌프 로터(132), 바람직하게는 임펠러(impeller)가 배열된다. 또한, 제1 단부 캡(120)에는 여과될 생명공학적 액체를 공급하는 역할을 하고 필터의 중공 섬유들(114)의 내부에 유체적으로 연결되는 제1 포트(102)가 배열된다. 여과될 생명공학적 액체(L)의 제거를 위한 제2 포트(104)가 제2 단부 캡(140)에 배열되고, 포트(104)는 마찬가지로 필터의 중공 섬유들(114)의 내부에 유체적으로 연결된다. 장치가 생명공학적 액체(L)의 여과에 이용되는 경우, 원심 펌프 로터(132)가 회전하고, 제1 포트(102)를 통해 유입되는 생명공학적 액체(L)를 섬유 다발의 섬유들(114) 내부의 공동(cavity)으로 펌핑한다. 액체(L)의 일부는 섬유 벽들을 통하여 섬유들 외부로 들어간다. 섬유들을 통과한 액체, 일반적으로 폐기물로 간주되는 액체 투과물은 필터 하우징(110) 상에 배열된 제3 포트(107)를 통해 제거될 수 있다. 이러한 제3 포트(107)는 제1 단부 캡(120)(107a로 도시됨), 제2 단부 캡(140)(미도시) 또는 중간 부분(112)(예를 들어, 107b로 도시됨) 상에 배열될 수 있다. 도 1은 제3 포트(107)가 배열될 수 있는 두 가지 대안들을 도시하지만, 도시된 포트들 중 하나만 요구된다. 이는 본 출원에 필요한 2개의 제3 포트들(107a, 107b)의 서술로부터 추론될 수 없다. 오히려, 이것은 다양한 가능성들을 설명하는 역할을 한다. 이러한 제3 포트(107)의 중요한 양태는 이것이 필터의 섬유 다발(114)의 섬유들 외부에 유체적으로 연결되고 동시에 섬유 다발의 중공 섬유들의 내부로부터 막(membrane)에 의해 분리된다는 것이다. 제2 단부 캡(140)에서, 섬유 벽을 통과하지 않고 내부에 남아 있는 생명공학적 액체의 부분인 잔류물은 다시 섬유 다발을 떠나 제2 포트(104)를 통해 필터 모듈로부터 제거될 수 있다. 생명공학적 여과 과정에서, 생명공학적 액체는 일반적으로 생명공학적 액체(L)에서 바람직한 농도를 달성하기 위해 필터 모듈(100)을 여러 번 통과해야 한다. 따라서, 알려진 생명공학적 여과 배열에서, 액체가 필터 모듈을 통해 여러 번 펌핑될 수 있도록 펌프 및 저장소가 있는 순환로가 종종 형성된다. 이러한 종류의 순환로는 도 1에 도시되어 있지 않지만, 도 5, 도 6 및 도 7에는 도시된다.
도 2는 본 발명에 따른 필터 모듈(100)의 예시적인 실시예의 제1 단부 캡(120)의 영역을 통한 단면도를 도시한다. 도 2에서의 목적은, 필터 모듈(100)이 예를 들어, 액체(L)를 위한 입구 흐름 경로가 형성되고, 이에 따라 액체(L)가 필터(114)의 종축에 수직인 하우징(110)으로 흐를 수 있고 그러나 그 후에 액체(L)가 중공 섬유의 다발(114) 및 따라서 필터 모듈(100)의 종축에 평행한 원심 펌프 로터(132) 상으로 흐를 수 있도록 편향될 수 있는, 제1 단부 캡(120) 및 원심 펌프 로터 하우징(130)의 영역에서 설계될 수 있는 방식을 나타내는 것이다. 여기서, 도면 부호(115)는 하우징(110) 내에 섬유 다발의 섬유들(114)을 고정하기 위한 수단을 지칭한다. 혈액투석을 위한 투석기의 경우, 이것은 포팅(potting)이라 불리는 것을 포함할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 실시예는 액체(L)가 원심 펌프 로터(132)의 중심으로 흐를 수 있도록 설계된다. 더욱이, 도 2에 도시된 실시예는 원심 펌프 로터(132), 원심 펌프 로터 하우징(130) 및 단부 캡(120)이 액체 경로를 정의하도록 설계되어, 액체(L)가 필터의 종축에 수직인 원심 펌프 로터(132)의 외부로 원심적으로 흐를 수 있고 원심 펌프 로터(132)의 다운스트림(downstream)에서 섬유들(114)로 진입하기 전에 원심 펌프 로터(132)가 회전할 때 필터(114)의 종축에 평행하게 흐르도록 액체가 편향된다. 제1 단부 캡(120), 원심 펌프 로터(132) 및 원심 펌프 로터 하우징(130)의 영역에서 필터 하우징(110)의 전체 기계적 구성은 한 섹션에서 동축(coaxial) 및 역평행(antiparallel)으로 설명될 수 있는 흐름 경로를 만든다: 도면의 방향에서, 원심 펌프 로터의 내부 또는 중공 중심은 위에서 아래로 수직으로 흐를 수 있고, 펌핑된 액체(L)는 원심 펌프 로터(132)가 회전할 때, 원심 펌프 로터(132)로부터 반경방향(radially) 외측으로 이송되고, 그리고 도면의 방향에서, 그 이후 필터의 섬유 다발의 중공 섬유들(114)에 수직이면서 위로 흐를 수 있도록 편향된다. 원심 펌프 로터(132)의 축 상에서, 원심 펌프 로터(132)의 입구 측 상의 액체는 원심 펌프 로터(132)의 축에 대해 중심 아래쪽으로, 동축으로 그리고 환형(annularly)으로 흐른다; 원심 펌프 로터(132)의 출구측 상의 액체는 수직이면서 위로 흐른다. 원심 펌프 로터와 섬유 다발의 중공 섬유들(114)의 수직 배열은, 액체(L) 내에 존재하는 가스 축적물들이 부력에 의해 그리고 동시에 펌프의 원심 펌프 로터(132)에 의해 생성된 액체 흐름에 의해 멀리 위로 운반되는 이점을 제공한다. 원심 펌프 로터(132)와 섬유 다발의 전술한 동축 배열은 원심 펌프 로터(132)를 통해 섬유 다발의 중공 섬유들(114) 내부로 액체(L)의 특히 대칭적인 흐름을 허용한다. 도 2로부터 알 수 있듯이, 이러한 상황에서 일부 섹션들에서는 액체의 역평행 동축 흐름들이 존재한다. 액체는 원심 펌프 로터의 회전축과 일치하는 섬유 다발의 종축 상에서 원심 펌프 로터로 흐르고, 원심 펌프 로터를 떠난 후에는, 편향되어 평행하지만 반대 방향인 섬유 다발로 흐른다. 섬유 다발은 바람직하게는 거시적 수준에서 거의 원통형이다. 원심 펌프 로터는 이러한 대칭 흐름 배열에 의해 수압적으로 안정화된다. 이것은 원심 펌프 로터의 잠재적인 흔들림(fluttering)을 최소화한다. 원심 펌프 로터의 흔들림은 생명공학적 액체가 손상될 수 있다. 따라서, 생명공학적 액체에 대한 잠재적 손상도 방지된다. 특히 자기 부상에 의해 지지되는 원심 펌프 로터들의 경우, 편심 베어링 모멘트들이 덜 발생하거나, 편심 베어링 모멘트들이 덜 강한 장점도 존재한다. 따라서, 원심 펌프 로터를 구동하고 지지하는 데 덜 강한 자기장들로 충분하게 된다. 덜 강한 자기장들은 차례로 더 적은 에너지 및/또는 더 적은 전류가 구동 유닛의 교번 자기장들의 생성기에 필요하다는 것을 의미한다. 원심 펌프 로터(132)의 실질적으로 환형인 유출 영역(128)에서의 개선된 흐름 전도를 위해, 선택적인 내부 지지 플레이트(121)가 제1 단부 캡(120)에 제공될 수 있다. 선택적인 밀봉부(170)는 중공 섬유들(114)의 섬유 다발과 제1 단부 캡(120) 또는 선택적인 포팅(115)의 벽 사이에 제공될 수 있다.
도 3은 투시도에서 도 2와 동일한 배열을 나타낸다. 개구들(123)은 도 3의 제1 단부 캡(120)의 선택적인 내부 지지 플레이트(121)에서 추가적으로 보여질 수 있으며, 개구들(123)은 원심 펌프 로터(132)와 필터 다발(114) 사이에 배열되어, 원심 펌프 로터(132)가 회전하도록 설정되었을 때 액체(L)는 원심 펌프 로터(132)로부터 개구들(123)을 통해 그 후 필터의 섬유들(114)로 흐른다. 화살표들은 원심 펌프 로터가 회전할 때 생명공학적 액체(L)의 흐름을 나타낸다. 예를 들어, 원심 펌프 로터(132)는 액체가 디스크(133)의 중심 개구(134)를 통해 회전축 상에서 원심 펌프 로터(132)의 중심 공동으로 공급되도록 흐르게 한다.
도 4는 본 발명에 따른 원심 펌프 로터의 예시적인 실시예를 도시한다. 이것은 중공 중심을 지닌 임펠러 로터의 형태를 취한다. 도 4는 원심 펌프 로터의 블레이드들(135)이 예를 들어, 나선형으로 구부러질 수 있는 방법을 도시한다. 블레이드들은 2개의 디스크들 사이에 배열되며, 도면의 하부 디스크는 원심 펌프 로터에 배열된 영구 자석들(136)에 인접하고, 상부 디스크(133)는 펌핑될 액체가 원심 펌프 로터(132)의 중공 중심으로 흐를 수 있는 중심 개구(134)를 갖는다.
도 5는 본 발명에 따른 여과 장치(1100)의 실시예의 흐름도를 개략적으로 도시한다. 필터 모듈(100) 외에, 예를 들어, 유출수(300)와 액체(L)를 위한 저장소(200)가 존재한다. 여과 배열(1100)은 여과 또는 정제될 생명공학적 액체(L)에 대한 순환로로서 설정된다. 도 5는, 원심 펌프 로터(132)가 있는 펌프를 갖는 순환로로서 그리고 상기 순환로에서 순환하는 생명공학적 액체(L)를 위한 저장소를 갖는 순환로로서 형성되는 생명공학 여과 배열(1100)을 도시하고, 여기서 여과될 액체(L)는 필터 모듈(100)을 통해 여러 번 펌핑될 수 있다. 점선은 원심 펌프 로터와 중공 섬유들(114)의 다발이 있는 필터가 공통 필터 하우징(110) 내에 배열되어 있음을 나타낸다. 도 5는, 필터 모듈(100)이 결합될 수 있고, 원심 펌프 로터(132)가 영구 자석들을 갖기 때문에 원심 펌프 로터(132)를 자기적으로 구동 및/또는 부상에 의해 자기적으로 지지할 수 있는 동적 자기장을 생성할 수 있는 구동 유닛을 도시하지 않는다.
도 6는 본 발명에 따른 여과 장치(1200)의 특정 실시예의 흐름도를 개략적으로 도시한다. 여기서, 필터 모듈(100)의 필터는 알려진 혈액투석용 투석기와 같이 구성된다. 생명공학적 여과 장치들에 일반적으로 이용되는 종류의 필터들과 비교하여 투석기는 특히 유리하게는 압력 차이들과 관련하여 더 안정적인 섬유 배열을 갖고 있다: 섬유들(114)은 외경과 관련하여 더 작은 섬유 내경을 갖는다. 이것은 중공-섬유 막들의 증가된 안정성을 제공한다. 또한, 투석기의 섬유들(114)은 일반적으로 더 짧고, 이는 또한 안정성을 증가시킨다. 더 짧은 섬유들(114)과 더 두꺼운 막 벽들을 보상(compensate)하기 위해, 여과 수율과 관련하여 투석기는 더 많은 수의 섬유들(114)을 갖는다. 필터 모듈(100)에서 필터로서 투석기의 이용을 통해 섬유들(114) 내부/외부의 압력차들에 대한 안정성 증가로부터 추가 펌프(400)는 침전된 폐액의 제거를 위한 포트(107) - 포트(107)는 중공 섬유들(114)의 외부에 유체적으로 연결됨 - 에 연결되도록 배열될 수 있다. 펌핑 방향은 투과물이 섬유들(114)의 외부로부터 흡입되도록 선택된다. 추가 펌프(400)가 알려진 여과 장치들에서 작동된다면, 이러한 배열은 막들의 손상을 초래할 것이다. 특히 유리하게는, 투과물 제거를 위한 포트(107)에서 이러한 추가 펌프(400)의 배열이, 추가 펌프(400)가 없는 경우보다 농축될 생명공학 액체(L)의 더 적은 통과들로 정의된 농도가 달성되도록 허용하는 효과를 갖는다. 반면에, 정의된 농도에 도달하는데 필요한 시간은 따라서 특히 유리하게 감소된다. 반면에, 생명공학적 액체(L)는 필터를 덜 통과하여 손상을 덜 받는다는 특별한 이점이 있다. 생명공학적 액체가 필터를 더 자주 통과할수록 잠재적인 손상이 커진다. 이러한 배열의 또 다른 이점은 추가 펌프(400)가 농축될 생명공학적 액체(L)에 추가 손상을 일으키지 않는다는 것이다: 추가 펌프(400)는 폐기물인 투과물에만 접촉하게 된다.
도 7은, 투과물의 제거를 위한 포트(107)에서 추가 펌프(400)로부터 다운스트림에 배열된 선택적 체크 밸브(500)를 추가로 갖는 도 6의 여과 장치(1300)의 흐름도를 도시한다. 체크 밸브(500)는 추가 펌프(400)와 유출수(300) 사이의 투과 라인 상에 위치한다. 이러한 선택적 추가 체크 밸브(500) 덕분에, 필터의 막에서의 압력 비율들은 특히 유리하게는 추가 펌프(400)와 상호작용하여 조정될 수 있다. 이를 위해, 추가 펌프(400)로부터 적절하게 선택된 최소 압력을 받을 때 열리는 체크 밸브(500)가 이용된다.

Claims (15)

  1. 중공 섬유의 다발(114)을 지닌 필터 하우징(housing)(110) 내의 필터 및 원심 펌프 로터(132)를 갖는, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈(100)의 용도.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은 여과 방법인, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈(100)의 용도.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방법은 접선 흐름 여과(tangential flow filtration; TFF) 방법인, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈(100)의 용도.
  4. 제3항에 있어서, 상기 방법은 생명공학적 액체(L) 내에서, 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포(vesicles)들의 여과 또는 농축을 위한 방법인, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈(100)의 용도.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방법은 생명공학적 액체(L) 내에서, 생물학적 거대분자들 및 생물학적 미세구조들, 특히 세포외 소포(vesicles)들의 여과 또는 농축을 위한 접선 흐름 여과 방법인, 생명공학적 제조 방법을 위한 필터 모듈(100)의 용도.
  6. 생명공학적 액체(L)의 여과를 위한 필터 모듈(100)에 있어서,
    a. 필터 하우징(110),
    b. 상기 필터 하우징(110) 내에 배열된, 중공 섬유의 다발(114)을 지닌 필터,
    c. 상기 중공 섬유들(114)의 내부에 유체적으로 연결되도록 상기 필터 하우징(110) 내에 배열된 원심 펌프 로터(132) - 상기 원심 펌프 로터(132)는 상기 중공 섬유들(114)을 통해 액체(L)를 밀어낼 수 있도록 자기적으로 구동될 수 있음 -,
    d. 여과될 생명공학적 액체(L)의 공급을 위한 제1 포트(102) - 상기 제1 포트(102)는 상기 필터의 상기 중공 섬유들(114)의 상기 내부에 유체적으로 연결됨 -,
    e. 여과될 생명공학적 액체(L)의 제거를 위한 제2 포트(104) - 상기 제2 포트(104)는 상기 필터의 상기 중공 섬유들(114)의 상기 내부에 유체적으로 연결됨 -,
    f. 침전된 폐액의 제거를 위한 제3 포트(107) - 상기 제3 포트(107)는 상기 중공 섬유들(114)의 외부에 유체적으로 연결됨 -,
    를 갖는 필터 모듈(100).
  7. 제6항에 있어서, 상기 원심 펌프 로터(132)는 상기 필터의 종축 상에서 유체적으로 다운스트림(downstream) 또는 업스트림(upstream)에 배열되는 필터 모듈(100).
  8. 제7항에 있어서, 상기 원심 펌프 로터(132)의 작동과 관련된 상기 원심 펌프 로터(132)의 축은 상기 필터의 종축 상에 놓이는 필터 모듈(100).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터는 혈액투석용 투석기인 필터 모듈(100).
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 펌프 로터(132)는 자기 부상에 의해 지지되는 방법으로 작동 및/또는 구동될 수 있는 방식으로 영구 자석들이 장착되는 필터 모듈(100).
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(110)은 제1 단부 캡(120)을 갖고, 이는 상기 원심 펌프 로터(132)에 대한 액체(L)의 입구 흐름 경로(inlet flow path)를 정의하여, 액체(L)가 상기 필터의 종축에 수직인 상기 하우징(110) 내로 흐를 수 있고 상기 종축에 평행한 상기 원심 펌프 로터(132)로 흐르도록 편향될 수 있는 필터 모듈(100).
  12. 제11항에 있어서, 상기 입구 흐름 경로는 상기 액체(L)가 상기 원심 펌프 로터(132)의 중공 중심(131)으로 흐르도록 설계되는 필터 모듈(100).
  13. 제11 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서, 원심 펌프 로터(132) 및 단부 캡(120)은 액체 경로를 정의하여, 액체(L)가 상기 필터의 상기 종축에 수직인 상기 원심 펌프 로터(132)의 외부로 원심적으로 흐를 수 있고 그 이후에 상기 액체(L)가 상기 필터의 상기 종축과 평행하게 흐르고 상기 원심 펌프 로터(132)가 회전할 때 상기 필터의 상기 중공 섬유들(114)로 들어가도록 편향되는 필터 모듈(100).
  14. 여과 장치(1100, 1200, 1300)에 있어서,
    a. 구동 유닛에 결합될 수 있는 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 필터 모듈(100) 및
    b. 상기 필터 모듈(100)의 원심 펌프 로터(132)를 자기적으로 구동하기 위한 구동 유닛 - 상기 구동 유닛은 상기 필터 모듈(100)이 상기 구동 모듈에 결합될 때, 상기 원심 펌프 로터(132)를 자기적으로 구동하고 자기적으로 지지하기 위한 동적 자기장들을 생성할 수 있음 -,
    을 갖는 여과 장치(1100, 1200, 1300).
  15. 생명공학적 액체(L)에서 생물학적 거대분자들 및/또는 생물학적 미세 구조들의 농축 또는 여과를 위한 생명공학적 여과 방법을 위한, 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 필터 모듈(100)의 용도 또는 제14항에 따른 여과 장치(1100, 1200, 1300)의 용도.
KR1020227019031A 2019-11-12 2020-11-05 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈의 용도 KR20220091598A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19208713.8A EP3821972B1 (de) 2019-11-12 2019-11-12 Verwendung eines filtermoduls zur filtration einer biotechnologischen flüssigkeit und filtermodul zur filtration einer biotechnologischen flüssigkeit
EP19208713.8 2019-11-12
PCT/EP2020/081082 WO2021094185A1 (de) 2019-11-12 2020-11-05 Verwendung eines filtermoduls zur filtration einer biotechnologischen flüssigkeit und filtermodul zur filtration einer biotechnologischen flüssigkeit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220091598A true KR20220091598A (ko) 2022-06-30

Family

ID=68581325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227019031A KR20220091598A (ko) 2019-11-12 2020-11-05 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈의 용도

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230142123A1 (ko)
EP (1) EP3821972B1 (ko)
JP (1) JP2023502903A (ko)
KR (1) KR20220091598A (ko)
CN (1) CN114630704A (ko)
TW (1) TW202128265A (ko)
WO (1) WO2021094185A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113388515A (zh) * 2021-05-21 2021-09-14 瑞太生物科技(沈阳)有限公司 一种用于外泌体生产制备的系统及其制备外泌体的方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3923692A1 (de) * 1989-07-18 1991-01-24 Helmut Prof Dr Ing Reul Medizinisches geraet fuer den stoff- und/oder waermeaustausch
US5263924A (en) * 1991-09-25 1993-11-23 Baxter International Inc. Integrated low priming volume centrifugal pump and membrane oxygenator
JPH05177117A (ja) * 1991-10-23 1993-07-20 Hisateru Takano 物質交換装置
WO1994003266A1 (en) * 1992-08-03 1994-02-17 Maloney James V Jr Improved mass and thermal transfer means for use in heart lung machines, dialyzers, and other applications
WO1997026870A1 (en) * 1996-01-26 1997-07-31 California Institute Of Technology Sol-gel encapsulation of lipid vesicles, lipid membranes and proteins
DE60207411T2 (de) * 2002-09-11 2006-06-29 Gambro Lundia Ab Kappe für einen Dialysator, Dialysator und Verfahren zur Entfernung von Gasblasen
US7022284B2 (en) * 2003-05-09 2006-04-04 Cardiovention, Inc. Extracorporeal blood handling system with integrated heat exchanger
EP1888211B1 (en) * 2005-04-21 2014-01-08 University of Pittsburgh of the Commonwealth System of Higher Education Paracorporeal respiratory assist lung
DE102005039446B4 (de) * 2005-08-18 2009-06-25 Ilias-Medical Gmbh Vorrichtung zur An- und Abreicherung von Stoffen in einer Flüssigkeit
EP1930034B1 (en) * 2006-12-07 2012-11-14 Thoratec LLC An integrated centrifugal blood pump-oxygenator, an extracorporeal life support system and a method of de-bubbling and priming an extracorporeal life support system
US9345826B2 (en) * 2011-09-15 2016-05-24 Deka Products Limited Partnership Recirculating fluid filtration system
US10426884B2 (en) * 2015-06-26 2019-10-01 Novaflux Inc. Cartridges and systems for outside-in flow in membrane-based therapies
CN108883138A (zh) 2015-12-30 2018-11-23 加利福利亚大学董事会 增强细胞衍生的囊泡的生产和分离的方法
WO2017218987A1 (en) * 2016-06-16 2017-12-21 Ension, Inc. Adult and pediatric extracorporeal life support system with heparin treated oxygenator surface and magnetic levitation motor
IT201800000660A1 (it) * 2018-01-10 2019-07-10 Dab Pumps Spa Assemblato di pompa con carcassa perfezionata di alloggiamento del motore elettrico

Also Published As

Publication number Publication date
EP3821972B1 (de) 2024-07-10
WO2021094185A1 (de) 2021-05-20
JP2023502903A (ja) 2023-01-26
US20230142123A1 (en) 2023-05-11
TW202128265A (zh) 2021-08-01
CN114630704A (zh) 2022-06-14
EP3821972A1 (de) 2021-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7531094B2 (en) Two stage hemofiltration that generates replacement fluid
US7425265B2 (en) Vortex-enhanced reverse osmosis filtration device and methods
US7182867B2 (en) Shear-enhanced systems and methods for removing waste materials and liquid from the blood
CA1261765A (en) Method and apparatus for separation of matter from suspension
US20070193941A1 (en) Vortex-enhanced filtration devices
JP2002512109A (ja) 流通型内側部材を備えた回転濾過装置
JPH0559746B2 (ko)
WO2008116410A1 (fr) Procédé et appareil destinés à la séparation de membrane appliquant une polarisation de concentration, et extracteur utilisé spécialement pour celle-ci
KR20220091598A (ko) 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈 및 생명공학적 액체의 여과를 위한 필터 모듈의 용도
JP3229599B2 (ja) 血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓
CN219072595U (zh) 过滤设备
US20150122714A1 (en) Systems and methods for performing hemodialysis
JP4964133B2 (ja) 交換液を生成する２段階血液濾過
JP2013252478A (ja) 油分含有排水の処理方法及び処理装置
JP2008155079A (ja) 中空糸膜を利用した孔拡散型膜分離システム