KR20230156776A

KR20230156776A - 일회용 가요성 스파저

Info

Publication number: KR20230156776A
Application number: KR1020237035091A
Authority: KR
Inventors: 마리사 메이허; 페레즈 스테파노 베르티; 앤 한센; 노아 레인; 에이미 메이; 수알리네스 갈라르자; 존 콜메어; 조셉 더블유 멀둔; 에이미 우드
Original assignee: 이엠디 밀리포어 코포레이션
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2023-11-14
Also published as: CN117241876A; CA3216823A1; JP2024514167A; EP4323093A1; WO2022221549A1; US20240042398A1

Abstract

하부 필름층(102), 중간 필름층(106) 및 상부 필름층(110); 하부 필름층과 중간 필름층 사이에 배치된 제1 내부 메시(104); 중간 필름층과 상부 필름층 사이에 배치된 제2 내부 메시(114); 및 상부 필름층과 하부 필름층 사이에 배치된 다층 가요성 스파저에 가스를 전달하는 것이 가능한 포트를 포함하고, 중간 필름층은 드릴 구멍을 포함하고 상부 필름층은 드릴 구멍을 포함하는, 다층 가요성 스파저(100)가 개시된다.

Description

일회용 가요성 스파저

본 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 2021년 4월 16일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/175,696호의 이익을 주장한다.

분야

본 명세서에 개시된 실시예는 생물학적 유체의 바이오프로세싱(bioprocessing)을 위한 디바이스에 관한 것이다. 더 구체적으로, 디바이스는 생물반응기(bioreactor), 예를 들어 50 내지 5000 리터의 체적을 갖는 일회용 교반 탱크 생물반응기와 같은 컨테이너(container) 또는 용기(vessel) 내에서 사용을 위한 통기 디바이스(aeration　devices)를 포함한다.

전통적으로 생물학적 재료와 같은 유체는 스테인리스 강 컨테이너 또는 용기를 이용하는 시스템에서 처리되어 왔다. 이들 컨테이너는 재사용될 수 있도록 사용 후 멸균된다. 멸균 절차는 비용이 많이 들고 성가실 뿐만 아니라 때로는 비효과적이다. 제조에 있어서 더 큰 유연성을 제공하고 장비의 유효한 재생을 실행하는 데 필요한 시간을 감소시키기 위해, 제조자는 1회용 멸균 컨테이너 및/또는 접이식 백과 같은 생물반응기를 이용하기 시작했는데, 이들은 일회용이고 이후에 폐기된다. 이들 1회용 또는 일회용 백의 사용의 예는 그 적어도 하나는 액체이고 다른 것(들)은 액체 또는 고체인 2개 이상의 성분을 혼합하기 위한 시스템에 있고, 백은 내용물이 가능한 한 균일하게 혼합되게 하기 위한 혼합 요소 등을 갖는다. 1회용 컨테이너의 예는 세포가 현탁액 내에 또는 마이크로캐리어 상에 있는 생물반응기 또는 발효기 백이고, 컨테이너는 액체, 기체 및 몇몇 경우에 컨테이너의 내부 내의 세포를 순환시키기 위한 혼합 시스템을 갖는다.

통상적으로 삼(3) 리터 내지 더 작고 오십(50) 리터 이상, 즉, 5000 리터의 크기의 범위인 많은 종래의 혼합 백은 실린더 형상이고, 백의 하부는 선택적으로 원추를 형성하여, 1회용 백이 대체하는 스테인리스 강 탱크의 형상을 모방한다. 원통형 형상 생물반응기는 백의 내용물이 효율적인 방식으로 혼합될 수 있게 한다. 통상적으로, 백은 백 내에 포함된 자기적으로 결합된 임펠러 및 원격으로 임펠러가 회전되게 하는 백 외부의 자기 모터와 같은, 내용물을 혼합하거나 순환시키기 위한 혼합기를 포함한다. 컨테이너는 또한 하나 이상의 통기 디바이스, 예를 들어 가스 스파저(spargers)를 포함할 수 있는데, 이를 통해 가스 기포가 컨테이너 내용물 내에 도입된다. 내용물은 통상적으로 바이오약품 또는 다른 생물학적 유체이다. 이러한 유체는 통상적으로 세포 배양 배지와 보조제를 포함한다. 컨테이너는 공기, 산소, 이산화탄소, 질소 등과 같은 가스를 포함한다. 50 내지 5000 리터 생물반응기와 함께 사용을 위한 스파저는 생물반응기의 하부를 통해 공급된 공기를 갖는다. 50 내지 5000 리터의 유체 압력으로 인해, 스파저는 체크 밸브를 갖거나 높은 압력을 사용하여 통기 중에 액체가 스파저 내로 역류하는 것을 방지하는 데 필요한 배압을 생성해야 한다.

생물반응기 내의 생물학적 유체의 통기는 예비 디바이스를 통해 세포 배양 산소화를 지원하는 데 통상적이다. 그러나, kLa로서 측정되는 높은 레벨의 산소화를 달성하는 데 사용되는 높은 가스 유량의 사용은 높은 속도 및 매우 작은 기포를 야기할 수 있는데, 이는 세포 전단을 유발하고 세포 사멸을 유도할 수 있고; 여기서 kLa는 가스 전달 계수, 예를 들어 배양물 내로 산소를 전달하는 생물반응기의 용량의 측정값이다. 높은 속도 및 작은 기포는 바람직하지 않은 바이오프로세스 제품 손실 또는 제품 품질의 변화를 야기할 수 있지만, 여전히, 높은 kLa가 예를 들어 관류 프로세스에서 높은 세포 밀도를 달성하기 위해 필수적이다. 따라서, 가스 유동의 분포는 특정 유동 요구 사항에 대해 적합한 살포를 사용하여 높은 kLa를 달성하기 위해 가스 전달을 최대화도록 달성될 수 있다.

살포 디바이스에 대한 과거 시도는 필름 또는 몰드로부터 생성된 드릴링 구멍 스파저를 포함한다. 이들 디바이스는 기포 크기 및/또는 공기의 출구 가스 속도를 제어하는 것을 목표로 했다. 그러나, 필름 스파저의 경우 필름 재료의 가요성은 스파저 영역을 가로질러 제어된 압력 구배의 결여를 야기하여, 더 낮은 산소 전달, 더 넓은 기포 크기의 분포 및 누설을 야기하였다. 성형된 디바이스는 고가이고 부피가 크며, 일회용 생물반응기 내부의 상당한 공간을 점유할 수도 있고, 운송 중에 생물반응기의 내부를 손상시킬 수도 있다. 2개의 필름층을 포함하는 다른 종래 기술의 가요성 스파저는 공기의 균등한 분포가 결여되었는데, 즉 공기 유동은 스파저의 최고 지점으로 나가고 공기를 스파저의 전체 영역, 예를 들어 개별 포켓에만 공기를 분배하지 않았다.

전술된 바와 같이, 통기된 가스의 기포 크기는 중요하다. 예를 들어, 생물반응기 용례에서, 상당한 전단 또는 발포와 같은 부정적인 배양 효과를 방지하면서 기액상으로부터 또는 그 반대로 물질 전달(mass transfer)이 프로세스를 위해 충분하도록 기포 수 및 크기를 관리하기 위한 균형이 존재한다. 일반적으로, 더 작은 기포 크기는, 증가된 표면적으로 인해, 기포로부터 액체 또는 생물학적 유체로 가스를 전달하는 데 더 효율적이다. 그러나, 기포가 작을수록, 이들의 세포와 유사한 크기 및 이들의 액체 표면 상에서 발포체의 축적을 촉진하는 잠재성으로 인해 더 큰 기포 크기에 비교하여 세포에 대한 잠재적 손상이 더 커진다. 유사하게, 배양 중인 세포와 같은 컨테이너의 내용물에 대해 일반적으로 균질한 환경을 생성하여 유지하는 것도 또한 생물반응기/바이오프로세싱 작업에서 중요하다. 생물반응기 내에서, 영역 및/또는 구배, 즉, 혼합(pH, 영양소 및 용해 가스), 전단, 온도 등의 차이를 갖는 것은 바람직하지 않다. 몇몇 세포 배양 프로세스는 최고 가능한 물질 전달 능력을 필요할 수도 있고, 반면 다른 프로세스들은 민감한 세포가 손상되지 않도록 충분히 큰 특정 기포 크기를 필요로 할 수도 있다. 지금까지, 기포 크기와 전단 및 발포체 발생을 균형화하기 위해 적합한 살포 디바이스는 없었다.

따라서, 생물학적 유체용 1회용 또는 일회용 컨테이너 또는 생물반응기와 같은 컨테이너 또는 생물반응기를 제공하는 것이 진보이며, 여기서 살포 디바이스(들)는 작고, 가요성이며, 기포 크기, 전단, 발포, 공기 분포 및 다른 바이오프로세싱 조건의 경쟁적 양태를 균형화할 수 있는 살포 디바이스를 제공함으로써 최적의 세포 배양 성장 성능 및 생존력을 보조한다.

청구범위에 더 완전하게 설명된 바와 같은, 실질적으로 도면 중 적어도 하나와 관련하여 도시되고 그리고/또는 설명된 바와 같은, 3개의 필름층과 2개의 메시층을 포함하는 다층 드릴링 구멍 가요성 스파저의 실시예가 개시된다. 본 개시내용의 신규하고 독창적인 특징, 뿐만 아니라 그 예시적인 실시예의 상세는 이하의 설명 및 도면으로부터 더 완전히 이해될 수 있을 것이다. 본 개시내용의 몇몇 실시예는 하부 필름층, 중간 필름층 및 상부 필름층; 하부 필름층과 중간 필름층 사이에 배치된 제1 내부 메시; 중간 필름층과 상부 필름층 사이에 배치된 제2 내부 메시; 및 상부 필름층과 하부 필름층 사이에 배치된 다층 가요성 스파저에 가스를 전달하는 것이 가능한 포트를 포함하고, 중간 필름층은 드릴 구멍을 포함하고 상부 필름층은 드릴 구멍을 포함하는, 다층 가요성 스파저를 포함한다. 본 개시내용의 몇몇 실시예는 하부 필름층, 중간 필름층 및 상부 필름층; 하부 필름층과 중간 필름층 사이에 배치되어 이들에 접합된 제1 내부 메시; 중간 필름층과 상부 필름층 사이에 배치되어 이들에 접합된 제2 내부 메시; 및 상부 필름층과 하부 필름층 사이에 배치된 다중 구역, 다층 가요성 스파저 내의 적어도 2개의 살포 구역에 가스를 전달하는 것이 가능한 포트를 포함하고, 중간 필름층은 드릴 구멍을 포함하고 상부 필름층은 드릴 구멍을 포함하는, 다중 구역, 다층 가요성 스파저를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 다층 가요성 드릴링 구멍 스파저는 일회용 스파저이다. 몇몇 실시예는 중간 필름층이 공기 유동에 저항하고 중간 필름층과 하부 필름층 사이에 배압을 생성하는 적은 수의 작은 드릴링 구멍을 포함하는 것을 포함한다. 중간층은 예를 들어, 상부층과 비교하여 드릴링 구멍 및/또는 더 작은 드릴링된 구멍의 1% 내지 50% 정도의 적은 수를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 중간층은 상부층의 5 내지 25% 정도의 구멍을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 중간층은 상부층의 10 내지 20% 정도의 구멍을 포함한다. 또한, 예를 들어, 5 내지 1000 미크론 사이의 직경을 갖는 드릴링 구멍은 중간층 위의 배압 및 가스 분포를 촉진한다. 본 개시내용의 실시예는 공기 유동에 저항하고 중간 필름층과 하부 필름층 사이에 배압을 생성하는 드릴링 구멍의 수와 크기를 갖는 중간 필름층을 포함한다. 또한, 예를 들어, 5 내지 1000 미크론 사이의 직경을 갖는 드릴링 구멍은 중간층 위의 배압 및 가스 분포를 촉진한다. 상부 필름층은 특정 출구 가스 속도 및 기포 크기에 대해 설계된 드릴링 구멍을 포함한다. 메시의 층이 상부 필름층과 중간 필름층 사이에 존재하여 필름에 대한 지지 및 공기 유동이 살포 영역을 가로질러 분포하게 하기 위한 필름층의 물리적 분리를 제공한다.

상부 필름층은 특정 출구 가스 속도 및 기포 크기에 대해 설계된 드릴링 구멍을 포함한다. 메시의 층이 상부 필름층과 중간 필름층 사이에 존재하여 필름에 대한 지지 및 공기 유동이 살포 영역을 가로질러 분포하게 하기 위한 필름층의 물리적 분리를 제공한다. 상부 및 중간 필름층은 스파저 배향에 무관하게 특정 영역으로의 공기 유동을 제한하는 섹션으로 접합된다. 적어도 3개의 필름층은 스파저의 주변부 주위 및 스파저의 중앙의 영역에서 접합된다. 본 명세서에 개시된 스파저의 실시예는 스파저 배향에 무관하게 스파저 전체에 걸쳐 가스 유량의 실질적으로 동일한 분포를 입증한다. 본 명세서에 개시된 스파저의 실시예는 가스 유량에 독립적으로 균일한 기포 크기를 제공한다. 본 명세서에 개시된 스파저의 실시예는 본 명세서의 스파저 설계가 최적 성능 윈도우를 넓히고, 증가된 세포 밀도를 위한 높은 kLa, 제조 용이성, 및 기존의 생물반응기 및 컨테이너 내의 통합의 용이성을 위한 유연성을 제공하기 때문에 기술을 진보시킨다. 몇몇 실시예는 하나의 생물반응기 내에 다수의 스파저의 사용을 포함한다. 몇몇 실시예는 상이한 공극 크기 및/또는 kLa 특성을 갖는 스파저 사이에서 전환하기 위한 수단을 포함한다. 이러한 수단은 마이크로프로세서 제어 생물반응기 및 질량 유동 제어기에 의해 제어되는 매니폴드 및 제어 방안을 사용하여 가스 유동 범위를 최적화하고 변경하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 원하는 kLa 특성은 마이크로프로세서 제어 생물반응기 및 질량 유동 제어기를 사용하여 달성되고, 또한 상이한 기포 크기를 생성하는 것이 가능한 다중 스파저와 조합된다. 본 명세서에 구현된 이들 진보 및 다른 진보는 아래의 설명, 청구범위 및 도면으로부터 명백해질 것이다. 본 개시내용의 다양한 이점, 양태, 신규하고 독창적인 특징, 뿐만 아니라 그 예시적인 실시예의 상세는 이하의 설명 및 도면으로부터 더 완전히 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특징이 상세히 이해될 수 있는 방식, 상기에 간략하게 요약된 본 개시내용의 실시예의 더 구체적인 설명은 첨부 도면을 참조하여 이루어질 수도 있다. 그러나, 첨부 도면은 본 개시내용의 단지 통상적인 실시예를 예시하고 있고, 따라서 그 범주의 한정으로 고려되어서는 안되며, 설명된 실시예에 있어서 다른 동등하게 효과적인 백, 바이오컨테이너, 필름, 및/또는 재료를 용인할 수도 있다는 것이 주목되어야 한다. 일 실시예의 요소 및 특징은 추가 설명 없이 다른 실시예에서 발견될 수도 있고, 가능한 경우, 동일한 참조 번호가 도면에 공통된 상응하는 요소를 나타내기 위해 사용되었다는 것이 또한 이해되어야 한다. 본 명세서에 사용될 때, 단수 형태의 표현은 문맥상 명백히 달리 지시되지 않으면 복수의 지시대상을 포함한다. 다르게 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 이들 실시예가 속한 분야의 통상의 숙련자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

도 1은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 다층 가요성 스파저의 측면 분해 사시도를 도시하고 있다.
도 2는 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 플랜지를 갖는 다층 가요성 스파저의 평면 사시도를 도시하고 있다.
도 3은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 도 2의 다층 가요성 스파저의 측면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 도 2의 다층 가요성 스파저의 평면도를 도시하고 있다.
도 5는 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 생물반응기 내에 배치된 다층 가요성 스파저의 측면도를 도시하고 있다.
도 6은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 2개의 다층 가요성 스파저 및 임펠러를 도시하고 있는, 도 5의 라인 6-6을 따라 취한 생물반응기의 하부 내부면의 확대 평면도를 도시하고 있다.
도 7은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 선택적인 위치설정 탭을 갖는 다층 스파저의 평면도를 도시하고 있다.
도 8a는 도 7의 다층 스파저의 평면 사시도를 도시하고 있다.
도 8b는 도 7의 다층 스파저의 상부 필름층 내의 드릴 구멍의 확대도를 도시하고 있다.
도 9는 도 7의 다층 스파저의 분해도를 도시하고 있다.
도 10은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 선택적인 위치설정 탭을 갖는 다중 구역, 다층 스파저의 평면도를 도시하고 있다.
도 11은 도 10의 다중 구역, 다층 스파저의 분해도를 도시하고 있다.

본 개시내용의 의미 내에서 필름이라는 용어는, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 폴리머 시트, 복합재, 라미네이트, 단층 및/또는 다층 폴리머 재료를 포함하는, 다른 가요성 필름과 융합되는 것이 가능한 임의의 가요성 재료를 의미한다. 이들 필름은 플라스틱 네팅(netting), 직포, 부직포, 니트 및/또는 금속 포일 및 다른 가요성 구조체 및 재료를 포함할 수도 있는 기재를 더 포함할 수도 있다. 필름은 예를 들어, 폴리올레핀 재료, 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 초고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 다른 폴리올레핀을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 가요성 필름은 외부 더 고융점 폴리머 내부에 더 저융점 재료를 갖는 라미네이트 필름 구조체를 포함한다. 또한, 몇몇 실시예에서, 가요성 필름은 더 고융점 직포, 니트 또는 부직포 재료를 둘러싸는 더 저융점 재료를 갖는 라미네이트 필름 구조체를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 하부 필름, 중간 필름, 또는 상부 필름 중 임의의 것 또는 모두는 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 WO 공보 WO2020101848A1에 설명된 바와 같은 임의의 필름을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 이들 필름 중 하나 이상은 미국 매사추세츠주 벌링턴 소재의 EMD Millipore Corporation에 의해 판매되는 바와 같은 PUREFLEX®, PUREFLEX PLUS® 또는 ULTIMUS® 필름과 실질적으로 유사하다. 본 명세서에 설명된 필름은 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸 비닐 알코올 및 다른 재료의 하나 이상의 층을 포함하는 다층 필름일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 하부 필름, 중간 필름 및/또는 상부 필름 중 임의의 것 또는 모두는 네팅, 직포, 부직포, 니트, 및 예를 들어 나일론, 폴리아미드, 및 다른 내연마성 재료로 다른 구조체인 기재를 포함하고, 여기서 다양한 타이층(tie layers), 예를 들어 폴리우레탄이 층들 사이에 배치될 수도 있다.

바이오컨테이너라는 용어는 내부 체적 또는 영역 내에 유체를 보유하는 것이 가능한 임의의 가요성 컨테이너 또는 용기로서 광범위하게 정의되고, 2차원, 3차원 및/또는 다면(multi-faceted) 백 또는 생물반응기의 형태일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 바이오컨테이너 또는 생물반응기는 그 내부에 통합된 배플을 갖고, 배플은 임펠러와 같은 혼합기가 액체를 혼합할 때 형성된 액체 내의 와류를 붕괴하는 것이 가능하다.

도 1은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 다층 가요성 스파저(100)의 측면 분해 사시도를 도시하고 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 다층 가요성 스파저는 지지 베이스로서 작용하는, 살포 구멍을 갖지 않는 하부 필름층(102)을 포함하고, 제1 내부 메시(104)가 하부 필름층(102)에 인접하게 배치된다. 제1 내부 메시(104)는 하부 필름층(102)을 지지하고 살포 영역을 가로질러 공기 유동을 분배하기 위한 수단이다(아래에 더 상세히 설명됨). 몇몇 실시예에서, 제1 내부 메시(104)는 전체 살포 영역을 가로질러 공기 유동을 분배한다. 다층 가요성 스파저는 하부 필름층(102)과 상부 필름층(110) 사이에 배치된 제2 필름(106)을 더 포함하고, 상부 필름층(110)은 다수의 드릴링 구멍(112)을 갖는다. 달리 말하면, 제2 필름층(106)은 중간 필름층이다. 중간 필름층(106)은 또한 몇몇 실시예에서, 일반적으로 상부 필름층(110)의 드릴링 구멍(112)의 수보다 적은 수의 다수의 드릴링 구멍(112)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 중간 필름층(106) 또는 상부 필름층(110) 모두에 대략 10 내지 50,000개의 드릴링 구멍이 있다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 중간 필름층(106)은 20 내지 200개의 드릴링 구멍을 포함한다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 상부 필름층(110)은 1000 내지 36,000개의 드릴링 구멍을 포함한다. 드릴링 구멍은 포로겐(porogen) 또는 다양한 레이저의 사용과 같은, 임의의 적합한 프로세스에 의해 형성될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 중간 필름층(106)은 더 적은 드릴링 구멍(112)을 포함하기 때문에, 중간층(106)은 공기 유동의 배압을 생성하는 것이 가능하다. 배압은 살포 영역을 가로지르는 가스 또는 공기 유동의 균일한 분포를 촉진한다. 몇몇 실시예에서, 가요성 스파저(100)는 중간 필름층(106)과 상부 필름층(110) 사이에 배치되는 제2 내부 메시(114)를 포함한다. 제1 내부 메시(104) 및 제2 내부 메시(114)의 두께는 또한 살포 성능에 영향을 미치도록 변경될 수도 있다. 이론에 의해 제한하려는 의도 없이, 더 두꺼운 메시가 하부 필름층(102)과 중간 필름층(106)을 더 멀리 이격하여 유지하여, 더 양호한 살포 성능을 야기할 수도 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 더 두꺼운 메시는 균등한 공기 유동 분포를 촉진하는 것으로 고려된다. 유사하게, 더 두꺼운 메시는 중간 필름층(106)과 상부 필름층(110)을 더 멀리 이격하여 유지하여, 더 양호한 살포 성능을 야기할 수도 있는 것으로 고려된다. 몇몇 실시예에서, 상부 필름층(110)은 하나의 특정 출구 가스 속도 및 기포 크기를 위해 설계된 드릴링 구멍(112)을 포함한다. 필름층 내의 드릴링 구멍(112)은 스파저 내의 부직포 구조체 또는 멤브레인 구조체에 대한 향상된 일관성을 제공하여, 일정하고 예측 가능한 기포 크기를 제공하는 것으로 또한 고려된다. 몇몇 실시예에서, 중간 필름층(106) 및 상부 필름층(110)은 가스 유동을 특정 영역으로 제한하기 위해 섹션으로 접합된다. 모든 3개의 필름층, 즉, 하부 필름층(102), 중간 필름층(106) 및 상부 필름층(110)은 가요성 스파저의 주변부 및 중앙에서 접합된다. 다층 가요성 스파저(100)는 또한 다층 가요성 스파저(100)가 생물반응기(도시되어 있지 않음) 내에 있는 배향에 무관하게 생물반응기 내로의 수직 가스 유동을 허용한다. 달리 말하면, 가스 또는 공기 유동은 배향에 무관하게 가요성 스파저를 가로질러 균일하게 유지된다. 또한 몇몇 다른 실시예에서, 가요성 스파저(100)는 중간 필름층(106)을 갖지 않는다. 달리 말하면, 다층 가요성 스파저(100)는 하부 필름층(102), 드릴 구멍(112)을 갖는 상부 필름층(110), 및 그 사이에 배치된 메시(114)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 중간 필름층(106) 내의 드릴링 구멍(112)은 직경이 10 미크론 내지 800 미크론의 크기의 범위이다. 몇몇 실시예에서, 상부 필름층(110) 내의 드릴링 구멍(112)은 직경이 10 미크론 내지 800 미크론의 범위이다. 몇몇 실시예에서, 상부 필름층(110) 내의 드릴링 구멍(112)은 직경이 100 미크론 미만이다. 본 명세서의 가요성 스파저의 모든 실시예는 가요성 스파저 내로 공기 또는 다른 가스를 공급하기 위한 포트를 포함한다. 포트는 가요성 스파저의 하부(상부 필름층의 중앙에서와 같은), 가요성 스파저의 하부(예를 들어, 하부 필름층의 중앙에서와 같은), 또는 가요성 스파저의 측면 상에 배치될 수도 있다. 가요성 스파저는 실질적으로 원형 형상, 또는 예를 들어 원형 형상 영역에 인접한 플랜지를 갖는 실질적으로 원형 형상(예를 들어, 우피 쿠션)을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 포트는 플랜지를 통해 가요성 스파저에 공기 또는 가스를 공급한다.

도 2는 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 플랜지(202)를 갖는 가요성 스파저(200)의 평면 사시도를 도시하고 있다. 가요성 스파저(200)는 실질적으로 원형이고, 반면 플랜지(202)는 임의의 적합한 형상일 수도 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 플랜지(202)는 직사각형 형상이다. 플랜지(202)는 플랜지(202)의 상부 부분으로부터 돌출하는 포트(204)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 포트(204)는 플랜지(202)의 하부 부분으로부터 돌출할 수도 있다. 포트(204)는, 공기 또는 산소와 같은 가스 공급원에 연결될 때, 공기를 가요성 스파저(200) 내로 전달한다. 몇몇 실시예에서, 포트(204)는 튜브(도시되어 있지 않음)와의 연결을 위한 미늘(206), 커넥터 또는 멸균 커넥터와 같은 커넥터를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 포트(204)는 중간 필름층(106) 및/또는 상부 필름층(110)에 연결된다.

몇몇 실시예에서, 제1 및/또는 제2 내부 메시는 직포 또는 압출 메시, 엠보싱 및/또는 천공된 필름, 또는 배압을 생성하기 위한 중간층으로서 낮은 개방 영역(가스 유동에 개방된 영역)을 갖는 멤브레인을 포함하여, 공기가 중간층 상의 모든 개구를 통해 분배되게 된다. 몇몇 실시예에서, 유동 포켓은 필름의 층을 함께 밀봉함으로써 생성되고, 여기서 공기 또는 가스 유동은 가요성 스파저의 특정 영역으로 지향되어, 가요성 스파저 내에서 가스 유동의 실질적으로 균등한 분포를 달성하여, 스파저 배향 각도, 가스 유량 또는 수두압(head pressure)에 무관하게 가요성 스파저의 표면을 가로질러 일관된 기포 크기 및 기포 속도를 야기한다. 예를 들어, 가요성 스파저(200)는 유동 포켓(208)을 더 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 8개의 유동 포켓(208)이 있다. 유동 포켓(208)은 초음파 용접, 열 용접, 접착제 등, 및 통상의 기술자들에게 알려진 바와 같은 플라스틱 필름을 결합하는 다른 방법에 의해 만들어질 수 있는 것과 같은, 접합부에 의해 형성된다. 몇몇 실시예에서, 접합부는 고주파/무선 주파수(RF) 접합을 사용하여 형성된다. 몇몇 실시예에서, RF 접합 프로세스는 2-단계 RF 접합 프로세스이다. 몇몇 실시예에서, RF 접합 프로세스는 3-단계 RF 접합 프로세스이다. RF 용접은 2개의 대향하는 금속 플레이트 사이의 플라스틱 재료의 배치이다. 압력이 플레이트에, 따라서 플라스틱 상에 인가되고, 반면 RF 파가 플레이트를 통해 송신되어, 플라스틱을 함께 융합하는 열을 생성한다. 접합부(210)는 가요성 스파저(200)의 주변부 바로 내부에 형성된다. 중앙 접합부(212)가 중앙에 형성되고, 여기서 모든 층이 함께 접합된다. 그리고 8개의 반경방향 레그(214)가 중앙 접합부(212)와 주변 접합부(210)로부터 돌출한다. 주변 접합부(210)는 하부 필름층(102), 중간 필름층(106), 및 상부 필름층(110)을 포함하여 형성된다. 유동 포켓(208)은 상부 필름층(110)과 중간 필름층(106)을 밀봉함으로써 형성된다. 선택적으로, 스폿 접합부(216)가 중간층(106)을 제2 내부 메시(114)와 접합함으로써 각각의 유동 포켓(208) 내에 형성된다.

도 3은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 도 2의 다층 가요성 스파저(200)의 분해 측단면도를 도시하고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 하부 필름층(102), 중간 필름층(106), 및 상부 필름층(110)은 다층 가요성 스파저(200) 내에 존재한다. 포트(204)는 플랜지 내에 통합되는 것으로서 도시되어 있다. 포트(204)는 미늘형 포트(206)이고 중간 필름층(106)과 상부 필름층(110)에 부착을 위한 숄더(218)를 포함한다. 포트(204)는 중간 필름층(106)과 하부 필름층(102) 사이에 돌출되기 때문에, 공기 또는 다른 가스가 마찬가지로 그 사이에 공급된다. 제1 내부 메시(104) 및 제2 내부 메시(114)가 또한 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서, 도시되어 있는 바와 같이, 제1 내부 메시(104) 및 제2 내부 메시(114)는 가요성 스파저(200)의 직경보다 작아 하부 필름층(102), 중간 필름층(106) 및 상부 필름층(110)이 주변 접합부(210)에서 접합될 수 있게 된다. 몇몇 실시예에서, 제1 내부 메시(104)와 제2 내부 메시(114)는 본질적으로 동일한 직경이고 따라서 주변 접합부(210)(도 3에는 도시되어 있지 않음)의 부분이 된다.

도 4는 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 도 2의 다층 가요성 스파저(200)의 평면도를 도시하고 있다. 평면도는 8개의 유동 포켓(208)의 각각 내에 그리고 외부 경계 및 중앙 접합부(212) 영역의 주변 접합부(210) 주위에 반경방향 레그(214)를 갖는 다층 가요성 스파저(200)를 도시하고 있다. 각각의 유동 포켓(208)에 대해 각각 하나씩 스폿 접합부(216)가 도시되어 있다. 포트(204)는 플랜지(202) 내에 도시되어 있다. 상부 필름층(110)과 중간 필름층(106) 사이에 있고 2개의 유동 포켓(208)을 완성하는 접합부(222)가 또한 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서 다층 가요성 스파저(100, 200)를 추가로 지지하는 선택적인 접합부가 접합부(222)의 2개의 대향 측면 사이에 배치된다.

도 5는 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 생물반응기(300) 내에 배치된 도 2의 다층 가요성 스파저(200)와 같은 가요성 스파저의 측면도를 도시하고 있다. 본 개시내용의 몇몇 실시예는 전술된 바와 같이 생물반응기 및 다층 가요성 스파저(100, 200)를 갖는 생물반응기 시스템을 포함한다. 다층 가요성 스파저(100, 200)는 생물반응기(300)의 하부 내부면 상에 배치될 수도 있다. 또한, 다층 가요성 스파저(100, 200)는 생물반응기의 기하학적 중심에 또는 중심에서 벗어나(도시되어 있는 바와 같이) 생물반응기(300)의 하부 내부면(308) 상에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 다층 가요성 스파저(100, 200)는 생물반응기(300)의 하부 내부면(308)에 부착되거나 생물반응기(300) 내에서 자유 부유한다. 몇몇 실시예에서, 복수의 다층 스파저(100, 200)가 생물반응기(300) 내에 배치된다. 예를 들어, 2개(도 6에 도시되어 있는 바와 같이) 내지 8개의 다층 스파저가 있다. 생물반응기(300)와 같은 본 명세서에 설명된 임의의 생물반응기는 50 리터 내지 3000 리터의 작업 체적(310)을 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 생물반응기(300)의 작업 체적(310)은 200 리터 내지 2000 리터이다. 도시되어 있는 바와 같이, 생물반응기(300)는 작업 체적(310)으로부터 가스 또는 액체를 전달하거나 제거하기 위한 포트(304)를 더 포함한다. 배플(302)이 도시되어 있다. 작업 체적(310) 내에서 액체를 혼합하기 위한 임펠러(306)가 또한 도시되어 있다.

도 6은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 2개의 다층 가요성 스파저(100, 200) 및 임펠러(306)를 도시하고 있는, 도 5의 라인 6-6을 따라 취한 생물반응기(300)의 하부 내부면(308)의 확대 평면도를 도시하고 있다. 다층의 가요성 스파저(100, 200)는 드릴링 구멍(112) 및 포트(204)를 나타내고 있다. 포트(204)는 포트(304) 또는 생물반응기(300) 외부에 있는 다른 포트에 의해 공급될 수 있다.

도 7은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 선택적인 위치설정 탭을 갖는 다층 스파저(400)의 평면도를 도시하고 있다. 다층 스파저(400)는 8개의 유동 포켓(448)의 각각에 인접하고 외부 경계 및 중앙 접합부(413a, 413b) 영역의 주변 접합부(442) 주위에 반경방향 레그(414)를 포함한다. 반경방향 레그(414)는 접합된 영역이다. 접합부는 다층 스파저(400)의 2개 이상의 층 내에 형성된다. 몇몇 실시예에서, 반경방향 레그(414)는 다층 스파저(400)의 모든 층을 접합하는 접합부이다. 다층 스파저(400)는 적어도 상부층(아래에 설명됨) 내에 드릴링 구멍(450)을 포함한다. 드릴링 구멍(450)은 또한 중간층(아래에 설명됨) 내에 있을 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 드릴링 구멍(450)은 5 미크론 내지 1000 미크론의 크기 또는 그 사이의 임의의 크기를 갖는다. 단순화를 위해, 드릴링 구멍(450)은 8개의 유동 포켓(448) 중 하나에 도시되어 있다. 드릴링 구멍(450)은 모든 유동 포켓(448) 내에 존재할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 드릴링 구멍(450)은 동일한 유동 포켓(448) 내에서 다양한 크기를 가질 수도 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 몇몇 실시예에서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍(450)의 수와 드릴 구멍(450)의 크기의 함수인 총 구멍 면적은 상부 필름층 내의 총 구멍 면적보다 작아, 배압이 생성되게 된다.

도시되어 있는 바와 같이, 다층 스파저(400)는 아치형 주변부를 갖는다. 중앙 접합부(413a, 413b)는 몇몇 실시예에서, 중앙 구멍(444)을 형성한다. 선택적인 중앙 구멍(444)은, 예를 들어 생물반응기(도시되어 있지 않음) 내의 포스트 상에 다층 스파저(400)를 위치설정하고, 결합하고, 해제 가능하게 부착하는 등을 위해 사용될 수 있다. 포트(404)가 플랜지(401) 내에 도시되어 있다. 플랜지(401)는 다층 스파저(400)를 형성하는 하나 이상의 층으로부터 형성된다. 모든 5개 층 사이에 있는 접합부(427)가 또한 도시되어 있다. 아래에 나타낸 바와 같이, 접합부(427)는 반드시 모든 5개의 층 내에 재료를 포함할 필요는 없다. 예를 들어, 윈도우(417)는 아래에 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예에서 몇몇 층 내에 존재한다. 또한, 몇몇 실시예에서, 탭(421)이 다층 스파저(400) 내에 선택적으로 배치된다.

도 8a는 도 7의 다층 스파저(400)의 평면 사시도를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 내부 메시(408) 및 제2 내부 메시(416)는 가요성 스파저(400)의 직경보다 더 작은 직경을 가져 하부 필름층(402), 중간 필름층(406) 및 상부 필름층(410)이 주변부를 따라 접합될 수 있게 된다. 몇몇 실시예에서, 도시되어 있는 바와 같이, 제1 내부 메시(408) 및 제2 내부 메시(416)는 하부 필름층(402), 중간 필름층(406) 및 상부 필름층(410)과 동일한 직경을 갖는다. 도시되어 있는 바와 같이, 제1 내부 메시(408), 제2 내부 메시(416), 하부 필름층(402), 중간 필름층(406) 및 상부 필름층(410)은 다층 스파저(400)의 중앙 구멍(444)을 형성하는 중앙 구멍(444a, 444b, 444c)을 포함한다. 다층 스파저(400)는 선택적으로 다층 스파저(400)의 주변부 상에 다양한 탭을 포함한다. 예를 들어, 하부, 중간 및 상부 필름층(402, 406, 410)은, 예를 들어 결합, 용접 등의 제조 중에 층을 위치설정하는 데 사용될 수 있는 선택적인 탭(403, 407, 409, 411)을 포함한다. 유사하게, 제1 내부 메시(408) 및 제2 내부 메시(416)는 또한 탭을 포함할 수도 있다. 도 8b는 도 7의 다층 스파저의 상부 필름층 내의 드릴 구멍의 확대도를 도시하고 있다. 단순화를 위해, 드릴 구멍(450)은 상부 필름층(410)의 하나의 섹션에 도시되어 있다. 모든 8개의 섹션 또는 섹션의 임의의 조합이 드릴 구멍(450)을 가질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 전술된 바와 같이, 중간 필름층(406)은 모든 섹션 또는 그 임의의 조합에 드릴 구멍(450)(이 도면에는 도시되어 있지 않음)을 포함할 수도 있다.

도 9는 도 7의 다층 스파저의 분해도를 도시하고 있다. 하부 필름층(402)은 플랜지(401) 및 탭(403)을 포함한다. 볼 수 있는 바와 같이, 중간 필름층(406) 내의 구멍(444b)은 제1 메시층(408) 내의 구멍(444c)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는다. 구멍(444c)의 더 큰 직경은 하부층(402)과 중간층(406) 사이에 더 강한 접합부를 생성하는 데 기여한다. 선택적으로 2개의 구멍을 포함하는 탭(419)은 제조 중에 상부 필름층(410)을 위치설정하고 포스트 또는 생물반응기 백의 다른 특징부에 부착하는 모두에 사용될 수 있다. 제1 메시층(408)은 또한 중앙 접합부(413c) 영역, 중앙 구멍(444c) 및 탭(405)을 포함한다. 중간층(406)은 또한 그에 부착된 포트(404)를 갖는다. 결합 중에, 포트(404)는 다른 층, 예를 들어 상부층(410)과 결합하기 전에 중간층(406)에 결합될 수도 있거나, 대안적으로 포트(404)는 모든 층에 동시에 결합, 예를 들어 RF 용접될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 제1 메시층(408)은 선택적으로 윈도우(417)를 더 포함한다. 윈도우(417)는 중간층(406)으로의 하부 필름층(402)의 더 쉬운 접합을 허용하는 제1 메시층(408)으로부터의 절결부이다. 중간 필름층(406)은 탭(407), 중앙 접합부(413b) 영역 및 구멍(444b)을 포함한다. 중간 필름층(406)의 하나의 부분에 드릴 구멍(450)이 또한 도시되어 있지만, 중간 필름층(406)의 모든 부분이 드릴 구멍(450)을 포함할 수도 있는 것이 이해된다. 도시되어 있는 바와 같이, 드릴 구멍(450)은 상부 필름층(410)의 하나의 섹션에 도시되어 있다. 모든 8개의 섹션 또는 섹션의 임의의 조합이 드릴 구멍(450)을 가질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 전술된 바와 같이, 중간 필름층(406)은 모든 섹션 또는 그 임의의 조합에 드릴 구멍(450)을 포함할 수도 있다.

포트 구멍(415b)은 조립 중에 포트(404)가 그를 통해 관통할 수 있게 한다. 제2 메시층(416)은 탭(409) 및 반경방향 레그(414)를 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 반경방향 레그(414)는 제2 메시층(416)으로부터의 절결부이다. 제2 메시층은 선택적으로 주변 절결부(438)를 포함하는데, 이는 인접한 층, 예를 들어 중간 필름층(406) 및 상부 필름층(410)에 대한 접합을 촉진할 수도 있다. 상부 필름층은 바이오프로세스 중에 생물학적 유체에 가스(들)를 전달하는 드릴 구멍(450)을 포함한다. 상부 필름층(410)은 포스트 구멍(444a) 및 포트 구멍(415a)을 둘러싸는 중앙 접합부(413a) 영역을 더 포함한다. 상부 필름층(410)은 생물반응기에 위치설정하기 위한 또는 고정하기 위한 2개의 구멍을 갖는 탭(419)을 더 포함한다. 상부 필름층(410)은 탭(411) 및 선택적으로 탭(421)을 더 포함한다. 또한, 탭(421)은 튜브 관리를 위해 사용될 수 있는 선택적인 슬릿(446), 즉, 포트(404)와 연결되는 가스 공급 튜브를 포함할 수도 있다. 포트(404)를 통해 다층 스파저(400) 내로 전달된 가스는 제1 메시층(408) 주위에서, 하부 필름층(402)과 중간 필름층(406) 사이에서 이동한다. 거기로부터, 가스는 중간 필름층(406) 내의 드릴 구멍(450)을 통해, 8개의 유동 포켓(448) 내로, 그리고 상부 필름층(410) 내의 드릴 구멍(450)을 통해 생물반응기 백 내의 유체 내로 이동할 수 있다.

도 10은 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 선택적인 위치설정 탭을 갖는 다중 구역, 다층 스파저(500)의 평면도를 도시하고 있다. 다중 구역, 다층 스파저(500)는 전술된 다층 스파저(400)와 유사하다. 다중 구역, 다층 스파저(500)는 단일 층을 갖는 4개의 다층 스파저(400)이다. 달리 말하면, 다중 구역, 다층 스파저(500)는 다층 스파저(400)와 유사한 재료, 층 및 특징을 갖는다. 다중 구역, 다층 스파저(500)는 중앙 영역(513)에 의해 둘러싸인 중앙 포트(504)를 포함하고, 포트(504)는 32개의 포켓(448)에 가스를 공급하고, 4개의 살포 구역의 각각 내에 8개의 포켓(448)이 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 중앙 포트(504)는 제1 메시층(408) 상에 있다. 그러나, 이는 편의를 위한 것이다. 실제로, 중앙 포트(504)는 조립 중에 제1 메시층(408) 상에 배치된다. 중앙 포트(504)는 열스테이킹(heatstaking) 또는 다른 접합에 의해 중간 필름층(406)에 부착될 수도 있다. 대안적으로, 5개의 층은 중앙 포트(504)가 그 사이에 배치된 상태로 적층될 수도 있고, 전체 조립체는 예를 들어 RF 용접에 의해 접합된다. 볼 수 있는 바와 같이, 중앙 영역(513)은 또한 4개의 접합부(517)를 포함하고, 여기서 접합부는 전술된 윈도우(417)와 유사하게 윈도우 위에 형성된다. 다중 구역, 다층 스파저(500)는 또한 선택적으로 튜브 관리를 위한 하나 이상의 탭(421)을 포함한다. 4개의 살포 구역의 각각은 또한 선택적으로 생물반응기 백과 결합하기 위한 중앙 구멍(444)을 포함한다. 임의의 적당한 수의 살포 구역이 스파저 내에 채용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개 또는 8개의 살포 구역이 있다.

도 11은 도 10의 다중 구역, 다층 스파저(500)의 분해도를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 상기에서와 같이, 제1 내부 메시(408) 및 제2 내부 메시(416)는 다중 구역, 다층 스파저(500)의 직경보다 더 작은 직경을 가져 하부 필름층(402), 중간 필름층(406) 및 상부 필름층(410)은 주변부를 따라 접합될 수 있게 되고, 이는 3개의 층과 임의의 다른 층, 예를 들어 제1 내부 메시(408) 및 제2 내부 메시(416)에 함께 접합된다. 몇몇 실시예에서, 도시되어 있는 바와 같이, 제1 내부 메시(408) 및 제2 내부 메시(416)는 하부 필름층(402), 중간 필름층(406) 및 상부 필름층(410)과 동일한 직경을 갖는다. 도시되어 있는 바와 같이, 제1 내부 메시(408), 제2 내부 메시(416), 하부 필름층(402), 중간 필름층(406) 및 상부 필름층(410)은 포트(504)를 수용하는 데 사용될 수 있는 중앙 구멍(513)을 포함한다. 구멍(413)은 생물반응기에 스파저(500)를 해제 가능하게 연결하기 위해 하나 또는 모두 사용될 수 있다. 상기에서와 같이, 다중 구역, 다층 가요성 스파저(500)는 직경이 10 내지 800 미크론인 중간 필름층(406) 내의 드릴 구멍(450)을 포함할 수 있다. 다중 구역, 다층 가요성 스파저(500)는 직경이 10 내지 800 미크론인 상부 필름층(410) 내의 드릴 구멍(450)을 포함할 수도 있다. 다중 구역, 다층 가요성 스파저(500)는 상부 필름층(410) 내의 드릴 구멍(450)보다 큰 중간 필름층(406) 내의 드릴 구멍(450)을 포함할 수도 있다. 다층 가요성 스파저(500)는 50 내지 800 미크론인 중간 필름층(406) 내의 드릴 구멍(450) 및 20 미크론인 상부 필름층(410) 내의 드릴 구멍(450)을 포함할 수도 있다. 다중 구역, 다층 가요성 스파저(500)는 80 내지 800개의 드릴링 구멍을 포함하는 중간 필름층(406) 및 4000 내지 144,000개의 드릴링 구멍을 포함하는 상부 필름층(410)을 포함할 수도 있다. 다중 구역, 다층 가요성 스파저(500)의 몇몇 실시예에서, 중간 필름층(406) 내의 드릴 구멍(450)의 수와 드릴 구멍(450)의 크기의 함수인 총 구멍 면적은 상부 필름층(410) 내의 총 구멍 면적보다 작아, 배압이 생성되게 된다. 다중 구역, 다층 가요성 스파저(500)는 다층 가요성 스파저(500)의 주변부 주위에 접합부를 더 포함한다.

게다가, 가요성 스파저(들)의 몇몇 실시예는 생물반응기의 경사, 압력 요구, 및/또는 드릴링 구멍 구성(들)에 따라, 상이한 수의 섹션 및 섹션 형상을 갖도록 설계될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 레이저 또는 바늘 천공된 필름, 직포 또는 압출 메시 또는 멤브레인의 2개의 접합된 단편 사이에 배치된 직포 또는 압출 메시, 엠보싱 및/또는 천공된 필름 또는 멤브레인은 가스 유동의 균등한 분포를 가능하게 하여 높은 kLa를 달성하기 위해 가스 전달을 최대화한다. 가요성 스파저에 의해 생성된 기포 크기는 메시(들) 및/또는 필름층 사이의 다소 개방된 영역(가스 유동에 개방된 영역)을 사용하여 제어될 수 있다. 부가적으로, 기포 크기는 상이한 형상, 예를 들어, 십자표, 슬롯 및/또는 갈고리의 형상 또는 프로파일의 개방 영역을 채용함으로써 제어될 수 있다. 개방 영역의 패턴과 간격(밀도)은 바이오프로세스의 가스 요구를 위해 kLa를 최적화하도록 조정될 수 있다. 가스 속도는 kLa의 중요한 인자로서 식별되어 왔다. 메시 또는 천공된 필름의 개방 영역의 패턴 및 간격은 다양한 유량에 대한 가스 속도 계산에 의해 주도된다. 개방 영역의 패턴과 간격 및 최대 유량으로부터의 계산된 가스 속도는 생물반응기 시스템의 일정한 속도 및 최대 유량(들)을 유지하는 것에 기초하여 50 내지 2000 L 생물반응기 크기의 확장 가능한 해결책(들)을 허용한다.

가요성 스파저의 총 살포 면적은 특정 유동 요구(예를 들어, 세포 밀도 주도)에 적합하도록 변경될 수 있어, 공기 또는 가스 유동의 범위를 가로지르는 일관된 기포 속도를 야기한다. 몇몇 실시예에서, 다수의 스파저(또는 다수의 섹션을 포함하는 단일의 가요성 스파저)는 단일 세트의 필름 시트로부터 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가요성 스파저의 하나 이상의 섹션은 낮은 가스 유량에서는 이용되지 않는다. 부분 밀봉부는 낮은 유량에서는 살포 섹션 사이의 분리를 유지하고 더 높은 가스 유량에서는 파열되어, 총 살포 면적을 증가시킴으로써 가스 유동 범위를 가로지르는 일관된 기포 속도를 허용한다.

본 명세서에 설명된 본 개시내용의 몇몇 실시예는, 새로운 질량 유동 제어기, 새로운 매니폴드, 및 새로운 제어 방안을 이용함으로써 컴퓨터화된 생물반응기 제어 플랫폼을 사용하는, 가스 유동 범위/요구에 의존하는 상이한 공극 크기와 kLa 성능을 갖는 스파저 사이를 전환하는 수단을 포함한다. 상이한 기포 크기를 갖는 다수의 스파저를 갖는 것은 상이한 kLa 성능을 생성한다. kLa 성능에 대한 다수의 옵션을 갖는 것은 특정 세포 라인에 대한 정밀한 제어를 허용한다. 가요성 스파저 설계는 kLa를 개선하기 위해 생물반응기 백의 하부의 최적화 가능한 형상 및 배치를 허용한다. 가요성 스파저(들)의 몇몇 실시예는 전단 또는 상당한 발포를 통해, 용기의 유체 내용물에 부정적인 영향을 미치지 않고 균질한 환경을 생성하면서 유체 샘플의 적절한 통기를 허용한다.

가스 속도는 kLa의 중요한 인자로서 식별된다. 메시 또는 천공된 필름의 개방 영역의 패턴 및 간격은 다양한 유량에 대한 가스 속도 계산에 의해 주도된다. 특정 세포 라인에서는, 높은 기포 속도가 전단의 원인이 될 수도 있고, 가스 속도를 30 m/s 동작 범위 미만으로 유지하는 것이 추천된다. 대부분의 세포 라인에 대해 세포를 안전하게 유지하고 가능한 최고 성능을 갖기 위해, 가요성 스파저의 몇몇 실시예는 생물반응기 시스템의 최대 유량에서 대략 일정한 가스 속도로 설계되었다. 더 높은 성능의 가요성 스파저의 경우, 시스템의 최대 유량보다는, 더 낮은 유량이 전단 한계를 결정하는 데 사용될 수도 있다.

, 여기서 m은 미터이고 s는 초를 나타낸다.

상기 가스 속도 수학식 내에서, 스파저의 개방 면적은 각각의 드릴링 구멍의 면적에 살포 영역 내의 드릴링 구멍의 간격과 패턴에 의해 정의된 구멍 수를 승산한 값에 의해 정의된다. 시스템의 최대 유동에서 일정한 30 m/s에 따라 가스 속도를 계산하고 드릴링 구멍 패턴을 정의하는 것은 예측 가능한 kLa 성능 및 확장성을 위한 전략을 식별하는 것과 같은 다수의 이점을 갖는다. 예를 들어, 구멍 크기 및 따라서 기포 크기를 변경함으로써 확장하는 대신, 확장성은 속도 계산을 사용하여 수행되고, 따라서 구멍의 수 및 구멍의 크기는 성능 한계 및 일정한 속도에 따라 각각의 규모에 대해 선택될 수도 있다. 이는 드릴링 구멍 스파저를 확장하는 데 성공적인 것으로 입증되었다.

그래프 1은 본 개시내용의 실시예에 따른, 4개의 200-리터 가요성 스파저에 대한 비교 데이터를 나타내고 있다.

그래프 1

그래프 2는 본 개시내용의 실시예에 따른, 200-리터 및 2000-리터 생물반응기용 가요성 스파저에 대한 비교 데이터를 나타내고 있다. 시스템의 최대 유량은 본 명세서에 정의된 바와 같이, kLa에 대해 플롯팅된다. 200 L 생물반응기 시스템의 경우, 0 내지 50 SLPM 범위가 표시되는데, 예를 들어 50 SLPM은 최대 유량의 100%이다. 볼 수 있는 바와 같이, 고전력에서 더 높은 성능의 스파저(즉, 최상의 경우) 및 저전력에서 더 낮은 성능의 스파저(즉, 최악의 경우)의 성능 곡선은 200 및 2000 L의 양 규모에 대해 실질적으로 유사하다. 결과는 크기 사이에 예측 가능하고 확장 가능한 kLa를 생성했다. 확장은 또한 일정한 면적을 각각 갖는 스파저의 수보다는 다른 생물반응기 크기에 대한 구멍의 수 및 살포 영역을 변경함으로써 행해질 수도 있다. 유량은 더 큰 생물반응기, 예를 들어 >1000 L의 경우 증가될 수 있거나, 또는 대안적으로, 지정된 유량과 협력하여 가요성 스파저의 수가 증가될 수 있다.

그래프 2

그래프 3은 본 명세서의 본 개시내용의 실시예에 따른, 성형된 스파저 대 성형된 스파저에 대한 신규한 다층 가요성 스파저에 대한 비교 데이터를 나타내고 있고, 여기서 유량(분당 표준 리터(SLPM))은 200 L 생물반응기에서 kLa에 대해 플롯팅되어 있다. 가요성 스파저는 공기 분포의 결여 및 살포 재료를 적절하게 유지할 수 없는 것에 의해 성능을 위태롭게 할 수도 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 실시예에 따른, 신규한 다층 가요성 스파저의 실시예의 성능(들)은 성형된 스파저와 상응하거나 우수하며, 가요성 스파저는 더 쉽게 제조되고 포장된다는 것이 주목되어야 한다. 더욱이, 몇몇 실시예는 5 미크론 내지 1000 미크론의 크기 또는 그 사이의 임의의 크기를 갖는 드릴링 구멍을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 드릴링 구멍은 직경이 20 미크론 내지 800 미크론이다. 몇몇 실시예에서, 드릴링 구멍은 20 미크론 내지 150 미크론 및 그 사이의 임의의 직경이다. 몇몇 실시예에서, 드릴링 구멍은 70 미크론 내지 150 미크론 및 그 사이의 임의의 직경이다. 몇몇 실시예에서, 드릴링 구멍은 150 미크론 내지 500 미크론 및 그 사이의 임의의 직경이다. 임의의 가요성 스파저에서, 공기 속도를 일정하게 유지함으로써 드릴링 구멍의 수가 선택될 수도 있다. 또한, 드릴링 구멍의 크기는 바이오프로세스에서 임의의 세포에 의해 견딜 수 있는 전단에 의존한다. 특히, 5 미크론 드릴링 구멍은 더 큰 전단을 생성한다. 따라서, 전단-민감성 세포는 예를 들어 20 미크론 드릴링 구멍을 갖는 가요성 스파저를 사용하여 더 양호하게 처리될 수도 있다. 2개의 20 미크론 곡선은 20 SLPM에서 45 kLa를 나타내고, 반면 2개의 150 미크론 곡선은 20 SLPM에서 대략 30 kLa를 나타낸다.

그래프 3

그래프 4는 업데이트된 가요성 프로토타입(prototype) 기포 크기 분석을 나타내고 있다. 기포 크기(마이크로미터 단위)는 유량(vvm에 의해 측정된 바와 같음)에 무관하게 표준 편차 내에서 일정하게 유지되는 것으로 판명되었다. 예를 들어, 분당 1 용기 체적(vvm)(L/L/m)는 1 분에 1 리터의 매체를 통과하는 1 리터의 공기가 있는 것을 의미한다. 이에 따라, 일정하고 예측 가능한 기포 크기가 알려져 있고 유지된다.

그래프 4

다른 스파저에 비한 다른 진보는, 더 크거나 더 작은 드릴링 구멍이 채용되는지 여부, 및 따라서 확장성에 무관하게 얼마나 많은 구멍이 사용되는지를 결정하기 위해 개방 영역을 일정하게 유지하는 것이 채용될 수 있다는 결정을 통한 것이라는 것이 또한 이해되어야 한다. 더욱이, 더 큰 백 또는 생물반응기, 예를 들어 2000 L의 경우, 더 큰 구멍을 갖는 단일 스파저를 사용하는 것에 대조적으로 더 많은 스파저, 예를 들어 4개, 5개 또는 6개의 스파저가 사용될 수도 있다.

그래프 5는 가요성 스파저의 상이한 실시예에 대한 10 내지 800 미크론 구멍 크기의 범위의 다양한 구멍 크기에 대해 30 m/s의 공기 유동에 대한 속도 제한에 기초하는 가요성 스파저 설계를 위한 구멍의 수(0 내지 8000개 구멍)를 선택하는 데 유용한 프로세스이다. 좌측으로부터 우측으로, 나타낸 곡선은 직경이 800 미크론, 150 미크론, 및 20 미크론이다.

그래프 5

그래프 6은 지정된 공기 유동 속도에서 200 L 생물반응기 및 2000 L 생물반응기에 대해 사용될 수도 있는 스파저의 수를 지정하는 데 유용한 프로세스이다. 하나의 스파저는 30 m/s의 공기 유동에서 200 L 생물반응기에 대해 사용될 수 있다. 30 m/s의 일정한 속도를 유지하기 위해, 4개의 스파저가 2000 L 규모에서 사용되거나, 4배의 구멍의 수를 갖기 위해 살포 영역을 증가시킨다. 몇몇 실시예에서, 복수의 스파저, 예를 들어 2 내지 8개의 스파저가 채용된다.

그래프 6

바이오프로세싱 중에, 다수의 동작 모드가 가능하다. 예를 들어, 생물반응기, 예를 들어 일회용 생물반응기로 내로의 살포는 연속 가스 유동 모드, 소프트웨어와 마이크로프로세서를 통한 레시피 모드 또는 피드백 제어 루프, 유량의 수동 동작, 및/또는 밸브 매니폴드의 사용에 의한 특정 스파저의 지정을 포함될 수 있다. 몇몇 바이오프로세스는 이들 살포 모드 중 2개 이상을 포함할 수 있다는 것이 추가로 이해되어야 한다.

본 명세서에 언급된 모든 범위는 그 사이의 범위를 포함하고, 종단점을 포함하거나 제외할 수 있다. 선택적 포함 범위는 그 사이(또는 하나의 원래 종단점 포함)의 정수 값으로부터, 언급된 크기의 차수 또는 다음으로 더 작은 크기의 차수로 이루어진다. 예를 들어, 더 낮은 범위 값이 0.2인 경우, 선택적 포함 종단점은 0.3, 0.4, ... 1.1, 1.2 등, 뿐만 아니라 1, 2, 3 등일 수 있고; 더 높은 범위가 8인 경우, 선택적 포함 종단점은 7, 6 등, 뿐만 아니라 7.9, 7.8 등일 수 있다. 3 이상과 같은 일측 경계(One-sided boundaries)는 유사하게 언급된 크기의 차수 또는 하나 더 낮은 정수 값에서 시작하는 일치하는 경계(consistent boundaries)(또는 범위)를 포함한다. 예를 들어, 3 이상은 4 이상, 또는 3.1 이상을 포함한다.

본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예", "특정 실시예", "하나 이상의 실시예", "몇몇 실시예" 또는 "실시예"의 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특징, 구조체, 재료, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 나타낸다. 따라서, 본 명세서의 전체에 걸쳐 "하나 이상의 실시예에서", "특정 실시예에서", "일 실시예에서", "몇몇 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 구문의 출현은 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서에 설명된 임의의 특징은 본 명세서에 개시된 임의의 실시예(들) 내에 통합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 인용된 특허 출원 및 특허의 공보 및 다른 비특허 참고 문헌은 각각의 개별 공보 또는 참고 문헌이 구체적이고 개별적으로 완전히 설명된 것으로서 본 명세서에 참조로서 합체되도록 나타낸 것처럼 인용된 전체 부분이 그대로 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다. 본 출원이 우선권을 주장하는 임의의 특허 출원은 또한 공보 및 참고 문헌에 대해 전술된 방식으로 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다.

Claims

다층 가요성 스파저이며,
하부 필름층, 중간 필름층, 및 상부 필름층;
하부 필름층과 중간 필름층 사이에 배치된 제1 내부 메시;
중간 필름층과 상부 필름층 사이에 배치된 제2 내부 메시; 및
상부 필름층과 하부 필름층 사이에 배치된 다층 가요성 스파저에 가스를 전달하는 것이 가능한 포트를 포함하고,
중간 필름층은 드릴 구멍을 포함하고 상부 필름층은 드릴 구멍을 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 하부 필름층과 중간 필름층 사이의 접합부를 더 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 상부 필름층과 중간 필름층 사이의 접합부를 더 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 포트를 수용하기 위한 플랜지를 더 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍의 총 면적은 상부 필름층 내의 드릴 구멍의 총 면적보다 더 작고, 배압이 생성되는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 직경이 10 내지 800 미크론인, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 상부 필름층 내의 드릴 구멍은 직경이 10 내지 800 미크론인, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 상부 필름층 내의 드릴 구멍보다 큰, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 상부 필름층 내의 드릴 구멍보다 작은, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 상부 필름층 내의 드릴 구멍보다 더 적은 양인, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 50 내지 800 미크론이고, 상부 필름층 내의 드릴 구멍은 20 미크론인, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중간 필름층은 20 내지 200개의 드릴링 구멍을 포함하고, 상부 필름층은 1000 내지 36,000개의 드릴링 구멍을 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 다층 가요성 스파저의 주변부 주위에 접합부를 더 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 상부 필름층, 중간 필름층 및 하부 필름층을 접합하는 다층 가요성 스파저의 주변부 주위의 접합부를 더 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 다층 가요성 스파저의 중앙의 중앙 접합부를 더 포함하고, 중앙 접합부는 상부 필름층으로부터 중간 필름층을 통해 형성되고 하부 필름층을 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중앙 접합부로부터 주변 접합부까지 그리고 상부 필름층 및 중간 필름층으로부터 연장하는 적어도 2개의 반경방향 접합부를 더 포함하고, 2개의 유동 포켓이 생성되는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 드릴 구멍은 십자표, 슬롯 및/또는 갈고리의 프로파일을 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 중앙 접합부로부터 주변 접합부까지 그리고 상부 필름층 및 중간 필름층으로부터 연장하는 적어도 8개의 반경방향 접합부를 더 포함하고, 8개의 유동 포켓이 생성되는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 유동 포켓에 스폿 접합부를 더 포함하는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 포트는 튜브, 커넥터 또는 멸균 커넥터에 부착되도록 구성되는, 다층 가요성 스파저.
제1항에 있어서, 다층 가요성 스파저에 가스를 전달하는 것이 가능한 포트가 상부 필름층과 중간 필름층 사이에 배치되는, 다층 가요성 스파저.
생물반응기 시스템이며,
생물반응기; 및
그 내부에 배치된 제1항의 다층 가요성 스파저를 포함하는, 생물반응기 시스템.
제22항에 있어서, 복수의 다층 가요성 스파저를 더 포함하는, 생물반응기 시스템.
제22항에 있어서, 생물반응기는 50 리터 내지 5000 리터의 작업 체적을 갖는, 생물반응기 시스템.
제22항에 있어서, 생물반응기는 200 리터 내지 2000 리터의 작업 체적을 갖는, 생물반응기 시스템.
다중 구역, 다층 가요성 스파저이며,
하부 필름층, 중간 필름층, 및 상부 필름층;
하부 필름층과 중간 필름층 사이에 배치되어 이들에 접합된 제1 내부 메시;
중간 필름층과 상부 필름층 사이에 배치되어 이들에 접합된 제2 내부 메시; 및
상부 필름층과 하부 필름층 사이에 배치된 다중 구역, 다층 가요성 스파저 내의 적어도 2개의 살포 구역에 가스를 전달하는 것이 가능한 포트로서, 중간 필름층은 드릴 구멍을 포함하고 상부 필름층은 드릴 구멍을 포함하는, 포트를 포함하는, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 4개의 살포 구역을 포함하는, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제27항에 있어서, 포트는 4개의 살포 구역의 중앙에 있는, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 직경이 10 내지 800 미크론인, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 상부 필름층 내의 드릴 구멍은 직경이 10 내지 800 미크론인, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 상부 필름층 내의 드릴 구멍보다 큰, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 50 내지 800 미크론이고, 상부 필름층 내의 드릴 구멍은 20 미크론인, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 중간 필름층은 80 내지 800개의 드릴링 구멍을 포함하고, 상부 필름층은 4000 내지 144,000개의 드릴링 구멍을 포함하는, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍은 10 내지 800 미크론이고, 상부 필름층 내의 드릴 구멍은 10 내지 800 미크론인, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 중간 필름층은 10 내지 800 미크론을 포함하고, 상부 필름층 내의 드릴 구멍은 10 내지 800 미크론인, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 다층 가요성 스파저의 주변부 주위에 접합부를 더 포함하는, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.
제26항에 있어서, 중간 필름층 내의 드릴 구멍의 총 면적은 상부 필름층 내의 드릴 구멍의 총 면적보다 더 작고, 배압이 생성되는, 다중 구역, 다층 가요성 스파저.