TW202327712A - 生物反應器內的粒子沉降裝置 - Google Patents

Abstract

用於自一散裝流體分離粒子之沉降或沉降器裝置應用於許多領域。該等裝置包含配置於一生物反應器內之一空間中之具有一弧形橫截面之傾斜滑塊。此等裝置可用於自一散裝流體分離小(毫米或微米大小)粒子，應用於許多領域，諸如生物(微生物、哺乳動物、植物、昆蟲或藻類)細胞培養、固體催化劑粒子自一液體或氣體分離及廢水處理、有機及水相乳液分離或其類似者。

Description

生物反應器內的粒子沉降裝置

本發明提供在多層傾斜表面上具有增強沉降之細胞或粒子沉降或沉降器裝置。本發明之此裝置在許多生物加工或生物製造應用中具有應用，包含：(i)將活及生產性微生物或哺乳動物細胞保留在生物反應器內，同時連續收穫分泌之蛋白質產物以及含有很少活細胞之一明顯澄清細胞培養液；(ii)在體外細胞擴增培養期間選擇性地移除較小、沉降較慢之死亡細胞及細胞碎片以提高細胞治療產物之生存能力，諸如間充質幹細胞(MSC)、誘導多能幹細胞(iPSC)、嵌合抗原受體T淋巴細胞(CAR-T細胞)等等；(iii)在幹細胞簇、細胞聚集體、類有機物(諸如β-胰島細胞、生長在微載體珠上之黏附細胞等等)之體外擴增中，在常規培養基交換協定期間移除用過之細胞培養基；及(iv)在生長至匯合之後收穫自微載體珠分離之黏附細胞，同時將剝去之微載體珠保留在生物反應器內。

在沉降或沉降器裝置之所有上述應用領域中，更直接適用之成熟領域係自重組微生物或哺乳動物細胞之懸浮培養物分泌之分泌生物蛋白、多肽或激素之生產。在重組哺乳動物細胞中生產分泌生物蛋白之最常見方法依賴於分批培養，其中細胞生長至高細胞密度且組成性表達之分泌蛋白積累，直至分批培養歸因於代謝廢物副產物之積累導致細胞死亡而終止。對於能夠分泌異源表達蛋白之重組微生物細胞(例如，酵母細胞)，通常使用分批補料生物反應器來達成高細胞密度且接著細胞通常暴露於一誘導培養基或誘導劑以觸發蛋白質之產生。若所需蛋白質自哺乳動物或微生物細胞分泌出來，則自一分批補料培養切換至一連續灌注培養更有利，其可在更長培養時間內保持高細胞密度及高生產率。在此連續灌注培養期間，活細胞及生產細胞可經保留或再回收回至生物反應器，而分泌蛋白質自生物反應器連續收穫用於下游純化過程。

連續灌注培養與分批補料培養之一些關鍵優點係：(i)分泌蛋白質產物自生物反應器連續移除，而不會使此等產物受自死細胞釋放至培養基中之蛋白水解酶及/或糖水解酶之潛在降解；(ii)在連續灌注生物反應器中保留或回收活細胞及生產性細胞以達成高細胞密度，其中其等在受控生物反應器環境內繼續生產有價值蛋白質持續更長培養時間，而非在各分批補料培養結束時自生物反應器移除；(iii)灌注生物反應器環境可保持在更接近一穩定狀態(藉由設計保持一恒定產物品質)，其中新鮮營養介質經連續供給且代謝有毒廢物副產物隨著收穫而經移除，與一分批補料培養中營養物及廢物之動態變化濃度不同；及(iv)利用細胞保留裝置之一子集，在此等細胞裂解並釋放其胞內酶之前，可自灌注生物反應器選擇性地移除較小死或死亡細胞，藉此在收穫細胞時保持細胞之一高存活率及分泌蛋白質產物之高品質。應注意，灌注生物反應器係利用連續細胞培養方法之裝置，其中活細胞及生產性細胞保留在生物反應器中或再回收回至生物反應器中，而分泌產物與用過之培養基及在選定例項中死細胞及細胞碎片一起連續移除。

在哺乳動物細胞培養行業中已開發許多細胞保留裝置，諸如內部旋轉過濾裝置(Himmelfarb等人，Science 164:555-557，1969)、外部過濾模組(Brennan等人，Biotechnol. Techniques，1(3)：169-174，1987)、中空纖維模組(Knazek等人，Science，178:65-67，1972)、一龍捲風中之重力沉降(Kitano等人，Appli. Microbiol. Biotechnol. 24,282-286，1986)、傾斜沉降器(Batt等人，Biotechnology Progress，6:458-464，1990)、連續離心(Johnson等人，Biotechnology Progress，12,855-864，1999)及聲波濾波(Gorenflo等人，Biotechnology Progress，19,30-36，2003)。儘管大多數此等裝置足以保留收穫之所有哺乳動物細胞，但此等裝置無法將生物反應器中所需之死細胞與活細胞分離。在哺乳動物細胞灌注生物反應器之延長培養時間內(通常在2至4週內)，所有過濾裝置經堵塞且需要一連續細胞流出流來移除積累死細胞及生產性活細胞。在哺乳動物細胞培養實驗(Kitano等人，1986)中使用之裝置大小及收穫流速下，發現龍捲風器無法產生足夠離心力用於充分細胞分離且在高效細胞分離所需之較高流速(及離心力)下，哺乳動物細胞受嚴重損壞(Elsayed等人，Eng. Life Sci.，6:347-354，2006)。連續離心機亦使哺乳動物細胞承受高剪切力。歸因於超音波之產生，聲波裝置受到過度發熱之困擾，其在更大範圍內成為一更大問題。

在當今可用之所有細胞保留裝置中，僅傾斜沉降器(Batt等人，1990及Searles等人，Biotechnology Progress,，10:198-206，1994)能夠選擇性地移除溢出或收穫流中較小死細胞及細胞碎片，而較大活細胞及生產性哺乳動物細胞連續經由底流回收回至灌注生物反應器。因此，在自傾斜沉降器之頂部連續收穫蛋白質產物時，在高存活率及高細胞密度下無限期地繼續灌注生物反應器操作係可行的。傾斜沉降器先前已經擴大為多板或層狀沉降器(Probstein，R.F.；Yung，D.美國專利4151084，1979年4月)且廣泛用於若干大規模工業過程，諸如廢水處理、飲用水澄清、金屬精整、採礦及催化劑回收(例如，Odueyngbo等人，美國專利申請案2004/0171702 A1，2004年9月)等等。引用吾人對一單板傾斜沉降器之首次演示(Batt等人，1990)以提高哺乳動物細胞培養應用中分泌蛋白質之生產力，一多板或層狀沉降器裝置已獲得專利用於擴大用於雜交瘤細胞培養之傾斜沉降器之規模(Thompson及Wilson，美國專利案第5,817,505號，1998年10月)。此等層狀傾斜沉降器裝置已用於在高生物反應器生產率(歸因於高細胞密度)及高存活率(＞90%)下長時間(例如，幾個月不需要終止灌注培養)運行連續灌注生物反應器。傾斜沉降器裝置之其他變體，諸如螺旋纏繞閉合軟管(Kauling等人，美國專利申請公開案第2011/0097800 A1號)及嵌套錐分離器(Thilly，PCT申請案第WO199106627號)尚未充分開發，亦未擴大更大應用。

與早期成功放大之傾斜沉降器設計不同，如堆疊或層狀直線設計及最近獲得專利之堆疊錐形及圓柱形設計且在外部附接至一生物反應器(Kompala，US 10576399B2，US10596492B2)，本發明揭示一種新穎螺旋滑動沉降器裝置設計，其可插入或併入任何懸浮生物反應器內。在一懸浮生物反應器內安裝此等螺旋載玻片之一個關鍵優點係，在其自身pH及溶解氧受控環境下，沉降在螺旋載玻片上之細胞位於生物反應器之受控生長環境內，從而消除對沒有此等環境控制之外部模組化沉降器之一主要擔憂。

因此，需要一種能夠在一生物反應器內一相對較小空間中利用離心力及重力作用於液體懸浮液中粒子之粒子沉降裝置。

本發明提供藉由在任何懸浮生物反應器內併入或插入一新設計版本之傾斜滑塊來將細胞或粒子保留在一懸浮生物反應器內之新穎裝置及方法。許多分層傾斜滑塊或板提高來自在一總成內向下或向上移動之散裝流體之粒子之沉降效率，其中液體體積逐漸圍繞沉降表面之周邊移動。內部細胞保留裝置可用於增加生物反應器內之活細胞及生產性細胞數目或濃度，同時細胞分泌至培養基中之有價值蛋白質或其他產物在一灌注過程中自生物反應器連續移除。替代地，此等細胞保留裝置可用於保留生物反應器內體外生長之活細胞、細胞簇或類有機物，同時自生物反應器連續移除死細胞及細胞碎片。進一步言之，此等保留裝置可用於保留微載體珠，其中附著黏附細胞在懸浮培養物中生長，同時將新鮮細胞培養基灌注或補料至生物反應器中且自生物反應器連續移除一明顯澄清或相對無細胞或微載體之廢培養基。

本發明之沉降器裝置(或沉降裝置)可包含一外殼，該外殼包圍定位於外殼內之一系列傾斜滑動沉降器(或滑塊)。本實施例之滑塊在系列中之連續滑塊之間以一定距離(或通道高度及寬度)支撐。滑塊可以一所需距離(例如所需通道高度及寬度)耦合至外殼或一內結構。

本發明之沉降器裝置可包含一外殼，該外殼包圍： 1)一第一系列之兩個或更多個傾斜滑塊，其位於由該外殼及一第一內結構界定之一空腔或環形空間內， 2)至少一個任選第二系列之兩個或更多個傾斜滑塊，其位於具小於該第一內結構之一直徑之一第二內結構內界定之一內空腔或內環空間內。

傾斜滑塊(在第一及任選第二系列之兩個或更多個傾斜滑塊兩者中)可分別耦合至該外殼及/或第一內結構、或該第一內結構及/或該至少一第二內結構，且較佳地以一實質上恒定距離耦合且以一大致相等大小形成以將各連續傾斜沉降器保持在所有傾斜滑塊之間約一相等間距處。較佳地，在各連續傾斜滑塊之間具有一實質上恒定間距。連續傾斜滑塊之間的垂直間距可在約1毫米(mm)至約5 mm之間或在4微米至500微米之間變化。較佳地，在大多數實施例中，該等傾斜滑塊(在該第一及任選第二系列之兩個或更多個傾斜滑塊兩者中)不耦合至相鄰滑塊，而直接耦合至該外殼及/或第一內結構、或該第一內結構及/或該至少一第二內結構。將傾斜滑塊耦合至相鄰滑塊可表示對沉降粒子或細胞沿該等傾斜滑塊之表面向下滑動之一阻礙。由該等傾斜滑塊提供之沉降表面之此配置對於分離應用特別有用，其中該粒子沉降裝置需要一緊湊設計以安裝在一生物反應器內。

當一散裝流體移動通過該沉降裝置時，該第一及任選第二系列之兩個或更多個傾斜滑塊之此配置顯著提高來自該散裝流體之粒子之沉降效率。隨著出口流體流量受控及該散裝液體(包含諸如細胞之粒子)緩慢向上回填該等傾斜沉降器，固體微載體粒子或半固體單細胞或細胞聚集體或類有機物將沉降在該等滑塊上。

此等裝置可按比例放大或縮小以適應不同行業或應用或大小之分離需求，因為相較於先前沉降裝置之更典型一維或二維縮放，分離表面在三維上按體積放大或縮小。本發明之裝置之放大可藉由增加外殼之直徑(且相應地增加該等傾斜沉降器之寬度或內部傾斜滑塊之環之數目)及/或增加該外殼之高度(其增加該第一及至少該第二系列之傾斜滑塊之一或兩者中之該等傾斜滑塊之高度)來簡單地執行。細胞沉降之有效投影面積與該外殼之平方直徑之增加成比例增加且與內圓筒之高度之增加成比例增加。本發明之緊湊型沉降裝置之有效沉降面積與該外殼直徑平方之增加成比例增加(假設該等傾斜滑塊之高度亦成比例增加)或與外殼之體積成比例相等。有效沉降面積之此三維或體積放大使得本發明之沉降裝置相較於先前傾斜沉降器裝置更緊湊。

該等沉降表面可為凸面或凹面，使得該傾斜滑塊之一橫截面界定一弧形線，其中特定細胞藉由凸面引導至一凹槽中。例如，該等沉降表面可具有一單一弧形形狀或由接縫分離之多個弧形形狀。弧形形狀可各包含位於該外殼及/或第一內結構、或該第一內結構及/或該至少一第二內結構之該等內表面及外表面之間的一中心位置中之一凹槽以引導粒子或細胞或替代地定位成更靠近該外殼及/或第一內結構、或該第一內結構及/或該至少一第二內結構之該等內表面及外表面以引導粒子或細胞。任選地，該等沉降表面可替代地為平坦或扁平，其中該沉降裝置依靠該外殼及/或第一內結構或該第一內結構及/或該至少一第二內結構之該等內表面及外表面以引導粒子或細胞。

該等沉降表面之傾斜角度可或可不恒定，範圍自垂直約15度至約75度之間(例如，如由該外殼之一縱向軸線界定)。對於黏性粒子(通常為哺乳動物細胞)之使用，傾斜角度可更接近垂直(即距垂直約15度)。對於非黏性固體催化劑粒子之使用，傾斜角度可更遠離垂直(例如，距垂直約75度)。在一些實施例中，該等滑塊具有一弧形縱向橫截面，使得相對於一縱向軸線之傾斜角度在約5度至約85度之間或約15度至約75度之間變化。

本發明之該等粒子沉降器裝置可包含一外殼及安置於該外殼內之至少一個內結構或垂直管道。例如，該沉降器裝置內之垂直管道之數目可在約2與約50之間。

本發明之所有沉降器裝置可包含在該外殼之一第一端或與該第一端相對之一第二端處之該外殼之至少一部分上方之一封閉件或蓋。在所有此等實施例中，該封閉件或蓋亦可包含用於移除液體及/或將液體進入該沉降器裝置中之埠。該外殼及/或該封閉件或蓋中之額外埠與該外殼之外部及內部流體連通以促進液體進出該沉降器裝置之該外殼，且在此等埠或入口/出口之各例項中，進出該外殼之此等通道可包含閥或其他機構，其可打開或關閉以停止或限制液體流入或流出本發明之該等沉降器裝置。在該外殼中具有實質上與該第一開口相對之至少一個額外開口。該沉降器裝置可包含在該外殼之與該第一開口相對之一端處之該外殼之至少一部分上方之一封閉件。該外殼中之至少一個額外開口可經組態以自該外殼之與至少一個內結構相切之一側打開，與該外殼之外部及內部流體連通。一流體收穫出口可形成於一封閉件中，與該外殼之外部及內部流體連通。

本發明之一個態樣係一種沉降裝置，其可可操作地用於生產細胞治療產物、分泌之生物蛋白、多肽或激素、疫苗、病毒載體或基因治療產物。該沉降裝置包括：(1)具有(i)一下端、(ii)一上端及(iii)一內表面或壁之一外殼；(2)安裝於該外殼中之至少一個內結構，其具有：(i)一下端、(ii)一上端及(iii)一外表面或壁；(3)由該外殼之該內表面及該至少一個內結構之該外表面界定之至少一個環形空間；(4)設置於該環形空間內之多個傾斜滑塊，各傾斜滑塊包含(i)具有一弧形表面之一主體，該弧形表面具有一凹槽及與一第一相鄰傾斜滑塊間隔開之側，及以下之至少一者：(ii)耦合至該外殼之該內表面之一邊緣及/或(iii)耦合至該至少一個內結構之該外表面之一邊緣及(iv)與一第二相鄰傾斜滑塊間隔開之一第二弧形表面；(5)耦合至該外殼之一第一端之一蓋或封閉件；及(6)一外部導管或埠，其自該蓋或封閉件延伸且任選地在該外殼之該內表面與該至少一個內結構之該外表面之間的該環形空間中向下延伸。

一埠或外導管可與該外殼之該縱向軸線大致同心對準。在有多個外導管的情況下，該多個埠之至少一些可與該外殼之該縱向軸線同心對準，或與一單獨共用縱向軸線對準。該外導管可包括一管腔及/或一孔口以自該沉降裝置抽出流體。當存在時，該孔口定位於該圓柱形部分之該上端與該下端之間以自該沉降裝置內之一預定液位抽出流體。

另外，或替代地，一感測器可與該埠或外導管相關聯以量測該沉降裝置內之一條件。在一個實施例中，該感測器可操作以量測pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之至少一者。該感測器可定位於該外殼之該上端與該下端之間。在一個實施例中，該感測器係一螢光探針。用於接收來自該螢光探針之光之一讀取器(或儀錶)可定位於該外導管中。任選地，該外導管係透明或半透明，使得來自該螢光探針之光可穿過其。該讀取器可將資料自該螢光探針傳輸至一控制系統。在一個實施例中，該讀取器包含用於將資料傳輸至該控制系統之一光纖或一電線。另外，或替代地，該讀取器可使用一無線構件來將該資料傳輸至該控制系統。

任選地，該沉降器裝置包含延伸至該環形空間中之多個埠或外導管。在一個實施例中，該等外導管之一第一者具有一第一長度且該等外導管之一第二者具有不同於該第一長度之一第二長度。依此方式，該第一外導管可在該外殼之一第一高度處對一條件進行採樣或抽取流體且一第二外導管可在該外殼之不同於該第一高度之一第二高度處對一條件進行採樣或抽取流體。

在一個實施例中，該蓋或頂部封閉件或上部具有錐形之一形狀。該錐形上部包含一第一端及一第二端。該第一端具有一第一直徑且該第二端具有大於該第一直徑之一第二直徑。在一個實施例中，該第一端朝向該底部封閉件或下錐形部分定向。

該沉降裝置任選地包含自該上部之該第一端延伸之一第二埠或導管。該第二導管向下延伸至界定於該至少一個內結構內之一中心柱或內環形空間或空腔中。在一個實施例中，該第二導管具有一第二長度，使得該第二導管之一第二端位於該外殼之一第二位準處。另外，該外導管可具有一第一長度，使得該外導管之一第一端位於該外殼之與該第二位準不同之一第一位準處。

在一個實施例中，該第二導管包含用於量測該中心柱中一流體條件之一感測器。該感測器可操作以量測pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之至少一者。該感測器可定位於該內結構之一上端與一下端之間。任選地，該第二導管係透明或半透明以將光自該感測器傳輸至定位於該第二導管內之一讀取器。另外，或替代地，該第二導管具有一管腔及一孔口以自該中心柱抽取流體。

任選地，該沉降器裝置包含延伸至中心柱中之複數個第二導管。在一個實施例中，該複數個第二導管之各者具有一不同長度，使得該等第二導管之各者可在該中心柱之一不同位準處對一條件進行採樣或抽取流體。

在一個實施例中，該沉降裝置進一步包括定位於該沉降裝置內之一第一分配器元件。該第一分配器元件可操作以將流體引入至該沉降裝置或自該沉降裝置抽出流體。該第一分配器元件包含經定大小用於一氣體流過其中之複數個孔。任選地，空氣、O ₂、CO ₂及N ₂之一或多者可透過該第一分配器元件引入至該沉降裝置中。

另外，或替代地，該沉降裝置可包含定位於該沉降裝置內之一第二分配器元件。在一個實施例中，該第二分配器元件與該第一分配器元件分離。在另一實施例中，該第二分配器元件可定位於該沉降裝置內與該第一分配器元件之該高度不同之一高度處。該第二分配器元件可操作以將流體引入至該沉降裝置中或自該沉降裝置抽出流體。該第二分配器元件包含經定大小用於一氣體流過其中之複數個孔。任選地，空氣、O ₂、CO ₂及N ₂之一或多者可透過該第二分配器元件引入至該沉降裝置中。

本發明之另一態樣係一種在一懸浮液中沉降粒子之方法，其包括：(1)將粒子之一液體懸浮液引入至一沉降裝置中，該沉降裝置包含：(i)具有一埠之一下區段；(ii)一外殼，其具有與該下部接觸且自該下部向上延伸之一下端、一上端及一內壁；(iii)設置於該外殼內之傾斜滑塊，各傾斜滑塊包含(a)具有一弧形表面之一主體，該弧形表面具有一凹槽及與一第一相鄰傾斜滑塊間隔開之側，及以下之至少一者(b)耦合至該外殼之該內表面之一邊緣及/或(c)耦合至安裝於該外殼內之至少一個內結構之該外表面之一邊緣及(d)與一第二相鄰傾斜滑塊間隔開之一第二弧形表面；(iv)連接至該外殼之該上端之一上部；(v)自該上部延伸之一第一導管；(vi)一第二導管，其在該外殼之該內壁與該至少一個內結構之一外表面之間的一環形空間中自該上部且向下延伸；及(vii)與該第二導管相關聯之一感測器；(2)使用與該外導管相關聯之該感測器量測該環形空間中之pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之一或多者；(3)透過該第一導管之該孔口收集一澄清液體；及(4)自該下部之該埠收集一濃縮液體懸浮液。

在一個實施例中，該液體懸浮液包括以下之至少一者：一重組細胞懸浮液、一酒精酵素、一固體催化劑粒子懸浮液、一都市廢水、工業廢水、哺乳動物細胞、細菌細胞、酵母細胞、植物細胞、藻類細胞、植物細胞、哺乳類細胞、小鼠雜交瘤細胞、幹細胞、CAR-T細胞、紅細胞前體及成熟細胞、心肌細胞、啤酒酵母及真核細胞。

另外，或替代地，該液體懸浮液可包括選自以下之至少一者之重組微生物細胞之一或多者：畢赤酵母、釀酒酵母、乳酸克魯維酵母、黑麯黴、大腸桿菌及枯草桿菌。

在一個實施例中，該液體懸浮液可包括以下之一或多者：微載體珠、親和配體及表面活化微球珠。在一些實施例中，該液體懸浮液可為有機相及水相之一乳液，其在透過本發明描述之沉降器內容易地分離成兩個單獨相。該水相通常係含有活細胞及生產細胞之細胞培養物或酵素液，而該有機相經添加至該生物反應器以擷取任何有毒代謝產物，諸如由代謝工程酵母細胞產生之萜烯。隨著有毒代謝物產物不斷擷取至該有機相中，其在水相中之濃度降低，藉此允許活酵母細胞在該灌注生物反應器中生長並產生更多代謝物產物。

另外，或替代地，該收集之澄清液體包括以下之至少一者：生物分子、有機或無機化合物、化學反應物、化學反應產物、烴(例如萜烯、類異戊二烯、類聚戊烯)、多肽、蛋白質(例如，銅蛋白、簇刺激因數)、醇、脂肪酸、激素(例如，胰島素、生長因數)、碳水化合物、糖蛋白(例如，促紅細胞生成素、單株抗體)、啤酒及生物柴油。

該方法可進一步包括控制該沉降器裝置內之pH、溶解氧、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺及氨之至少一者。在一個實施例中，該控制包括以下之至少一者：(i)操縱進入該沉降器裝置中之一氣體之流速；及(ii)操縱進入該沉降器裝置中之不同液體介質組分之流速。任選地，該氣體係空氣、O ₂、CO ₂及N ₂之至少一者。該氣體可透過一第一分配器元件引入。在一個實施例中，該等液體介質組分透過一第二分配器元件泵入。在一個實施例中，將粒子之一液體懸浮液引入該沉降裝置中包括將該液體懸浮液泵送通過定位於該沉降裝置內之一第二分配器元件。

在一些實施例中，該方法進一步包括使用與自該上部延伸之一第二導管相關聯之一感測器量測該外殼中之pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之一或多者。

另外，或替代地，該方法可包含使用定位於該外殼中之一感測器量測該外殼中之pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之一或多者。在一個實施例中，該感測器與該第一埠或管道相關聯。替代地，該感測器與自該蓋或頂部封閉件或上部延伸至該外殼中之一第三導管相關聯。

在一個實施例中，該蓋或頂部封閉件或上部具有錐形之一形狀。該錐形上部具有具有一第一直徑之一第一端及具有比該第一直徑大之一第二直徑之一第二端。在一個實施例中，該第一端朝向該下錐形部分定向。

本發明之另一態樣係一種粒子沉降裝置，其可包含(但不限於)一外殼，該外殼包含以下之一或多者：(1)一第一系列之傾斜滑塊；(2)一第二系列之傾斜滑塊；(3)一第一內結構，其中該第一系列之傾斜滑塊位於一外殼表面與該第一內結構之一第一表面之間；(4)一第二內結構，其中該第二系列之傾斜滑塊位於該第一內結構之一第二表面與該第二內結構之一表面之間；用於將一液體引入至該外殼中之至少一個輸入埠或導管；及(5)用於自該外殼移除材料之至少一個出口埠或導管。在一個實施例中，一第一出口埠與該第一系列之傾斜沉降器相關聯且一第二出口埠與一第二系列之傾斜沉降器相關聯。任選地，引入至該外殼中之該液體可為包含粒子之一液體懸浮液。該等粒子可具有複數個大小。

在一個實施例中，一第一出口埠可用於收穫一澄清液體。該澄清液體可包含粒子之一第一子集。粒子之該第一子集可包括細胞碎片、死細胞及其類似者。任選地，該第一出口埠可形成於耦合至該外殼之一封閉件中。該第一出口埠與該外殼之該外部及該內部流體連通。

任選地，在另一實施例中，一第二出口埠可用於收穫一濃縮液體。該濃縮液體可包含粒子之一第二子集，諸如活細胞。通常，粒子之該第二子集之粒子通常大於粒子之該第一子集之粒子。粒子之該第二子集之各粒子通常具有比粒子之該第一子集之該等粒子更大之一質量。該第二出口埠與該外殼之該外部及該內部流體連通。

任選地，該第一系列或該第二系列中之該等傾斜滑塊之一表面之一傾斜角度可在與垂直方向成約15度至約75度之間變化。在一個實施例中，該等傾斜滑塊之該表面係凸或凹，使得該傾斜滑塊之一橫截面界定一弧形線。在另一實施例中，該第一系列或該第二系列中之該等傾斜滑塊之該表面之該傾斜角度可在與垂直方向成15度與75度之間的任何角度下保持恒定。在一個實施例中，該第一系列或該第二系列中之該等傾斜滑塊之該表面之該傾斜角度約為45度。

在一個實施例中，該第一系列或該第二系列中之該等傾斜滑塊具有一實質上均勻間距。在一個實施例中，該第一系列中之該等傾斜滑塊較該第二系列中之該等斜滑塊具有一不同間距。

至少一個埠經組態為與該外殼之該外部及該內部流體連通之一入口埠。該至少一個埠可與該第一系列之傾斜滑塊、該第二系列之傾斜滑塊、界定於該外殼之側壁與該第一內結構之間的一第一空腔或界定於該第一內結構與該第二內結構之間的一第二空腔之至少一者相關聯。在一個實施例中，該至少一個埠之一第一入口與該第一空腔或該第二空腔之至少一者相關聯。在又一實施例中，該第二入口與該第一空腔或該第二空腔之至少一者相關聯。在另一實施例中，該至少一個埠經組態以與一可棄式生物反應器袋互連。該可棄式生物反應器袋可包括一塑料材料。

本發明之另一態樣係一種可操作用於生產細胞治療產物、分泌生物蛋白、多肽或激素之沉降裝置，其包括：(1)具有一中心埠及至少一個週邊埠之一頂部封閉件或上部；(2)一外殼或外結構；(3)至少一個內結構；(4)一底部封閉件或下部，其具有一中間埠及至少一個外埠；及(4)一系列滑塊，該系列之滑塊通常以由該外殼界定之該沉降裝置之一縱向軸線為中心且設置成與其傾斜。

在一個實施例中，該蓋或頂部封閉件或上部及/或該底部封閉件或下部經組態以經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合至該外殼。如熟習此項技術者將瞭解，將該蓋或頂部封閉件或上部及/或該底部封閉件或下部接合至該外殼之任何合適方式可與該沉降器裝置一起使用。任選地，在該沉降器裝置之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於該外殼與該頂部封閉件及/或該底部封閉件之間。

在一個實施例中，該沉降裝置包含具有一或多組葉片之一葉輪以攪拌輸入流體。在另一實施例中，該外殼及/或該內結構可包含經組態以在安裝至該外殼中時引導該等滑塊及/或在內部流體用一葉輪攪動時防止該等滑塊移動之對準翅片或支架。

本發明之另一態樣係一種沉降裝置，其包含(但不限於)：(1)一外殼；(2)可與該外殼互連之一頂部封閉件或上部，其包含至少一個埠或導管；一內結構或分離板，其經組態以將界定於該外殼內之一空腔分離成至少第一空腔部分及第二空腔部分；(3)位於該第一空腔部分內之一系列傾斜滑塊；及(4)位於該第二空腔部分內之一葉輪。任選地，該沉降裝置可包含(5)一底部封閉件或下部，其固定至該外殼或可互連至該外殼，且包含至少一個埠或導管。

在此等裝置中，一傾斜滑塊之一表面相對於由該外殼界定之一縱向軸線成大致15度至約75度之一角度。任選地，該傾斜滑塊係凹或凸，使得包含滑塊之一橫截面界定一弧形線。

在本發明之該等沉降器裝置之任何者中，該外殼及/或該等傾斜滑塊及/或該等沉降器裝置之任何其他組件可由一金屬或一塑膠組成。該塑膠可為聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯及其類似者之一或多者。任選地，該等塑膠組件可為可棄式。在一個實施例中，該沉降裝置完全由塑膠形成。在另一實施例中，至少一個傾斜滑塊至少部分由不銹鋼組成。該等金屬表面(特別係不銹鋼)可經電拋光以提供一光滑表面。類似地，在本發明之該等沉降器裝置之任何者中，該外殼及/或該等傾斜滑塊及/或該裝置之任何其他組件可完全或部分塗覆有一非黏性塑膠之一或多者，諸如聚四氟乙烯或矽酮。

在本發明之該等沉降器裝置之任何者中，該外殼可進一步包含與一外殼、一第一系列之傾斜滑塊、一第二系列之傾斜滑塊及/或一內結構之一或多者相關聯之一流體套。在一個實施例中，該流體套至少與該外殼相關聯。該流體套可包含至少一個埠以接收一預定溫度之一流體。任選地，該流體套可包含一第二埠以自該流體套擷取流體。水或其他流體可經引導至該流體套中以將該外殼及其所有內容物保持在一所需溫度範圍內。埠可形成於該外殼之該外壁中以到達該護套。該等埠可用作冷卻或加熱流體通過該護套回收之一入口埠或一出口埠。

在本發明之該等沉降器裝置之任何者中，一或多個感測器可經定位以監測該沉降器裝置之內部內之實體條件。另外，或替代地，至少一個感測器可經定位以監測與本發明之該等沉降器裝置互連之一管道線路內之條件。該管道線路可為與該沉降器裝置之一底部出口埠互連之一回流線路。

此等感測器可經選擇以判定該沉降器裝置之一外殼或連接至該沉降器裝置之一管道線路內之pH、溶解氧(DO)、葡萄糖、溫度、CO ₂(包含溶解CO ₂，稱為部分CO ₂)、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺及氨之一或多者。該等感測器可包含與該外殼或該管道線路內之一溶液接觸之一或多個探針。該探針可固定至該沉降器裝置或該管道線路之一內表面。在較佳實施例中，至少一個感測器及/或探針定位於該沉降器裝置之該底部封閉件或下部內，且可與一側埠或一底部埠之一或多者間隔開。

此等探針可在不接觸一讀取器之情況下傳輸資料。依此方式，該探針可量測該沉降器裝置及/或該線路內之一條件且將資料傳輸至該沉降器裝置外之該讀取器。該等探針之一或多者可為一螢光探針。pH、DO、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨、溫度及pCO ₂之一或多者可由該沉降器裝置內之該探針量測。該探針可固定至該外殼之一部分。該外殼之該部分可用於傳輸由該螢光探針產生之光。如本文中所描述，該外殼之一部分可為透明或半透明。該讀取器(或儀錶)接收來自該螢光探針之光。該讀取器亦可包含收集由該螢光探針傳輸之光之一光纖。

熟習此項技術者已知之任何合適感測器或探針可與本發明之該等沉降器裝置一起使用。合適探針及讀取器可自各種供應商獲得，包含Advanced Biosensors、Scientific Bioprocessing, Inc.及PreSens Precision Sensing GmbH。在另一組態中，該沉降器裝置內之該探針可藉由一網路連接將資料傳輸至該沉降器裝置外之該讀取器。例如，該探針可藉由WiFi、藍牙或任何其他有線或無線通訊方式與該讀取器通信。

在本發明之一沉降器裝置之操作中，來自此等感測器之資料可用於調整該流體套內之一流體溫度。在另一實施例中，來自該感測器之該資料可用於調整或控制該粒子沉降裝置內之pH、溫度、溶解氧濃度、溶解二氧化碳及營養物濃度之一或多者。例如，可改變流入或流出該沉降器裝置之流體流速以調整或控制該沉降裝置內之pH、溫度、溶解氧濃度、溶解二氧化碳及營養物濃度之一或多者。另外，或替代地，可調整進入該沉降裝置之空氣、O ₂、CO ₂及/或N ₂之至少一者之流速以控制該沉降裝置內之條件。

另一態樣係一種在一懸浮液中沉降粒子之方法，其包括：(1)將粒子之一液體懸浮液引入至一沉降器裝置中，該沉降器裝置包含：(i)具有一中心埠及至少一個週邊埠之一上部；(ii)一外殼及安裝於該外殼內之至少一個內結構；(iii)具有一中間埠及至少一個外埠之一下部；(iv)位於該外殼內之傾斜滑塊，各傾斜滑塊包含(a)具有一弧形表面之一主體，該弧形表面具有一凹槽及與一第一相鄰傾斜滑塊間隔開之側及以下之至少一者：(b)耦合至該外殼之該內表面之一邊緣及/或(c)耦合至安裝於該外殼內之至少一個內結構之該外表面之一邊緣及(d)與一第二相鄰傾斜滑塊間隔開之一第二弧形表面；及(e)用於攪拌粒子之該液體懸浮液之一葉輪；(2)自該上部之該中心埠收集一澄清液體；及(3)自該下部之該中間埠收集一濃縮液體懸浮液。

在一個實施例中，該液體懸浮液包括以下之至少一者：一重組細胞懸浮液、一酒精酵素、一固體催化劑粒子懸浮液、一都市廢水、工業廢水、哺乳動物細胞、細菌細胞、酵母細胞、植物細胞、藻類細胞、植物細胞、哺乳類細胞、小鼠雜交瘤細胞、幹細胞、CAR-T細胞、紅細胞前體及成熟細胞、心肌細胞、啤酒酵母及真核細胞。

在另一實施例中，該液體懸浮液包括以下之至少一者：(a)選自以下之至少一者之重組微生物細胞：畢赤酵母、釀酒酵母、乳酸克魯維酵母、黑麯黴、大腸桿菌及枯草桿菌；及(b)以下之一或多者：微載體珠、親和配體及表面活化微球珠。任選地，引入一液體懸浮液包括以一第一速率引導該液體懸浮液通過該下部之該至少一個外埠。在一個實施例中，該濃縮液體懸浮液以小於該第一速率之一第二速率自一中間埠收集，使得該澄清液體流出該上部之一中心埠。

在一個實施例中，該收集之澄清液體包括以下之至少一者：生物分子、有機或無機化合物、化學反應物、化學反應產物、烴(例如萜烯、類異戊二烯、類聚戊烯)、多肽、蛋白質(例如，銅蛋白、簇刺激因數)、醇、脂肪酸、激素(例如，胰島素、生長因數)、碳水化合物、糖蛋白(例如，促紅細胞生成素、單株抗體)、啤酒及生物柴油。

該方法任選地進一步包括自該沉降器裝置抽出液體。在一個實施例中，該方法包含由一感測器量測該沉降器裝置內之pH、溶解氧、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之至少一者。

在另一實施例中，將粒子之一液體懸浮液引入至該沉降器裝置中包括將該液體懸浮液泵送通過該下部之至少一個外埠且通過形成於一分配器元件之一主體中之複數個孔。在一個實施例中，該分配器元件之該主體包含(i)具有與該沉降裝置之該下部之一內表面接觸之一下突起之一下表面；及(ii)具有與一傾斜滑塊接觸之一上突起之一上表面。

本發明之一個態樣係一種用於濃縮流體及收穫細胞之沉降器裝置，其包含：間充質幹細胞(MSC)、誘導多能幹細胞(iPSC)、嵌合抗體受體T淋巴細胞(CAR-T細胞)及其他幹細胞或其產物，諸如類有機物或外來體及培養之肉或魚細胞。

該沉降器裝置經組態以：(i)減少該沉降器裝置內細胞之剪切應力，減少細胞之損傷及死亡；(ii)選擇性地移除任何先前產生之死亡細胞及/或細胞碎片；及(iii)將單個活細胞與較大微載體珠或細胞聚集體(例如類有機物)或亞細胞產物(例如胞外囊泡或胞外體)分離。藉由減少剪切應力及對細胞之損傷，與其他沉降器裝置相比，本發明之該等沉降器裝置提供一更高百分比之具有更高治療價值之活細胞治療產物，用於治療各種癌症及其他疾病。

該沉降器裝置可自該用過之培養基、自該微載體珠及自死細胞及細胞碎片輕輕分離所需細胞或粒子。

該沉降器裝置可回收該澄清上清液中約95%之分泌抗體。在一個實施例中，該沉降器裝置可將該上清液之濁度自約2,000 NTU之起始細胞培養液濁度降低至200 NTU以下，如作為一二級或最終澄清步驟之成功下游深度過濾所需。

本發明之另一態樣係一種沉降器裝置，其包含用於葡萄糖、溫度、pH及溶解氧之一次性可棄式感測器。該沉降器裝置內之葡萄糖、溫度、pH、溶解氧、溶解CO ₂、乳酸、穀氨醯胺及氨藉由操縱輸入營養介質及噴射至該沉降器裝置中之氣體混合物來控制。例如，藉由操縱透過一分配器引入至該沉降裝置中之空氣、O ₂、CO ₂及N ₂之至少一者之流速，或藉由操縱透過該分配器泵入之不同液體介質組分之流速。

本發明之另一態樣係提供一種生物反應器，其具有具有一內部沉降器總成之一外殼。該外殼可為一單件結構或可包含可分離之多個區段。該內部沉降器總成包含耦合至一內圓筒之傾斜弧形滑塊或沉降器板。該內部沉降器總成可分成可插入至該外殼中之多個區段。該等多個區段之各者可包含該內圓筒之一部分及一或多個滑塊。例如，該等區段之間的分隔線亦可與該一或多個滑塊相交且將該一或多個滑塊分成區段。藉由另一實例，該等區段之間的該分隔線可定位於滑塊之間的一間隙內，使得該等滑塊不相交。

本發明之另一態樣包含一種生物反應器，其具有具有一內部沉降器總成之一外殼。該外殼可為一單件結構或可包含可分離之多個區段。該內部沉降器總成包含包圍一內圓筒之環形滑塊或沉降器板。該等環滑塊包含相對於該內圓筒傾斜之一上表面。例如，該上表面可在朝向該內圓筒之一方向上傾斜或向下傾斜，使得沉降粒子可朝向該內圓筒引導且該環可被視為凹。藉由另一實例，該上表面可在遠離該內圓筒之一方向上傾斜或向上傾斜，使得沉降粒子可遠離該內圓筒引導且該環可被視為凸。

本發明之另一態樣包含一種生物反應器，其具有具有一內部沉降器總成之一外殼。該外殼可為一單件結構或可包含可分離之多個區段。該內部沉降器總成包含錐形滑塊或沉降器板。該等錐形滑塊可相對於該外殼之一頂部開口朝上或朝下。該外殼包含一頂蓋或封閉件。

本發明之另一態樣包含一種生物反應器，其具有具有內部沉降器總成之一外殼。該內部沉降器總成包含實質上平坦滑塊或沉降器板。該等實質上平坦滑塊可相對於該外殼之一頂面傾斜。在一些實施例中，該外殼包括具有一圓形或實質上圓形橫截面之一葉輪。該葉輪定位於該外殼內在該等滑塊或沉降器板下方，在該外殼之一下區段內，具有對應於該葉輪之該橫截面之一致動底面。該葉輪可使沉降粒子(諸如微載體粒子或半固體單細胞或細胞聚集體或類有機物)再回收，或可攪動流體且使該等沉降粒子在該外殼之該弧形第二區段之底部脫離以輸送至一出口埠(例如，其中該出口埠定位於該等滑塊或沉降器板之該底部邊緣與該葉輪之間的該底部區段內)。

在特定實施例中，揭示一種可操作地用於生產細胞治療產物、分泌生物蛋白、多肽或激素、疫苗、病毒載體或基因治療產物之沉降裝置。該沉降裝置包含一下區段。該沉降裝置包含一外殼，該外殼具有與該下區段接觸該下區段且自該下區段向上延伸之一下端、一上端及一外圓柱形壁。該沉降裝置包含定位於該外殼內之一內結構，其中該內結構包含一內圓柱形壁，且其中該內結構及該外殼沿由該外殼界定之一縱向軸線同心對準。該沉降裝置包含設置於由該外圓柱形壁之一內表面及該內圓柱形壁之一外表面界定之一空腔內之傾斜滑塊。該沉降裝置包含耦合至該外殼之該上端之一上區段。

在特定實施例中，揭示一種可操作地用於生產細胞治療產物、分泌生物蛋白、多肽或激素、疫苗、病毒載體或基因治療產物之生物反應器。該生物反應器包含一下區段。該生物反應器包含一外殼，該外殼具有與該下區段接觸且自該下區段向上延伸之一下端、一上端及一外圓柱形壁。該生物反應器包含定位於該外殼內之一內結構。該生物反應器包含設置於至少由該外圓柱形壁之一內表面界定之一空腔內之傾斜滑塊。該生物反應器包含定位於該空腔中之一葉輪，該葉輪包含一或多組葉片。該生物反應器包含耦合至該外殼之該上端之一上部。

在特定實施例中，揭示一種在一懸浮液中沉降粒子之方法。該方法可包含(但不限於)將粒子之一液體懸浮液引入至一沉降裝置中。該沉降裝置包含具有一第一埠之一下區段。該沉降裝置包含一外殼，該外殼具有與該下區段接觸且自該下區段向上延伸之一下端、一上端及一外圓柱形壁。該沉降裝置包含定位於該外殼內之一內結構，其中該內結構包含一內圓柱形壁，且其中該內結構及該外殼沿由該外殼界定之一縱向軸線同心對準。該沉降裝置包含設置於由該外圓柱形壁之一內表面及該內圓柱形壁之一外表面界定之一空腔內之複數個傾斜滑塊。該沉降裝置包含耦合至該外殼之該上端之一上區段，該上區段包含至少一第二埠。該沉降裝置包含一感測器。該方法可包含(但不限於)使用該感測器量測該空腔中之pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之一或多者。該方法可包含(但不限於)自該至少一第二埠收集一澄清液體。該方法可包含(但不限於)自該第一埠收集一濃縮液體懸浮液。

在特定實施例中，在一生物反應器內提供一沉降裝置用於生產細胞治療產物、分泌生物蛋白、多肽或激素、疫苗、病毒載體或基因治療產物，該沉降裝置包括具有一下端、一上端及一外圓柱形壁之一外殼。該沉降裝置包括定位於該外殼內之一內結構，該內結構包含一內圓柱形壁，其中該內結構及該外殼沿由該外殼界定之一縱向軸線同心對準。該沉降裝置包括設置於由該外圓柱形壁之一內表面及該內圓柱形壁之一外表面界定之一空腔內之複數個滑塊。該沉降裝置包括耦合至該外殼之該上端之一上區段。

在特定實施例中，一種可操作地用於生產細胞治療產物、分泌生物蛋白、多肽或激素、疫苗、病毒載體或基因治療產物之灌注生物反應器包括具有一下端、一上端及一外壁之一外殼。該灌注生物反應器包括設置於至少由該外壁之一內表面界定之一空腔內之複數個滑塊。為本發明之目的，一灌注生物反應器可被理解為當粒子自該流體沉降在該複數個滑塊上時使一流體貫穿該外殼回收之一裝置。

在特定實施例中，一種用於使一懸浮液中之粒子或細胞沉降之方法可包含(但不限於)將粒子或細胞之一液體懸浮液引入至一沉降裝置中。該沉降裝置可包括具有一下端、一上端及一外壁之一外殼。該沉降裝置可包括定位於該外殼內之一內結構，該內結構包含一內圓柱形壁，其中該內結構及該外殼沿由該外殼界定之一縱向軸線同心對準。該沉降裝置可包括設置於由該外壁之一內表面及該內圓柱形壁之一外表面界定之一空腔內之複數個滑塊。該沉降裝置可包括一感測器。該方法可包含(但不限於)使用該感測器量測該空腔中之pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之一或多者。該方法可包含(但不限於)自該至少一第二埠收集一澄清液體。該方法可包含(但不限於)自該第一埠收集一濃縮液體懸浮液。

前述係意欲提供對本發明之沉降器裝置之一些態樣之一理解之本發明之一簡化[發明內容]。本[發明內容]並非對本發明及其各個態樣、實施例及組態之一廣泛又詳盡概述。其意欲並非識別本發明之關鍵或重要元件，亦非描述本發明之範疇，而係依一簡化形式呈現本發明之選定概念，作為對以下呈現之更詳細描述之一介紹。如將瞭解，本發明之其他態樣、實施例及組態可單獨或組合使用上文闡述或下文詳細描述之特徵之一或多者。如將瞭解，其他實施例可單獨或組合使用上文闡述或本文中所描述之特徵之一或多者。例如，經考慮關於一個實施例所展示及/或所描述之各種特徵及裝置可與其他實施例之特徵或裝置組合或替代，而不管本文中是否具體展示或描述此一組合或替代。本發明之額外態樣將自[實施方式]變得更容易理解，特別係當與附圖結合時。

[相關申請案之交叉參考]

此美國非臨時專利申請案主張2021年10月18日申請之美國臨時專利申請案第63/256,924號之優先權，其全文以引用的方式併入本文中。

本申請案係關於：2021年3月18日申請之美國專利申請案17/205,858及具有一國際申請日2021年3月18日且指定美國之PCT申請案第PCT/US2021/023006號，其等各根據35 U.S.C. § 119(e)主張2020年3月19日申請之美國臨時專利申請案第62/991,976號之優先權權利；2019年4月4日申請之美國專利申請案16/375,683，現美國專利案第10,576,399號，其根據35 U.S.C. § 119(e)主張2018年4月18日申請之美國臨時專利申請案第62/659,295號之優先權權利；2017年5月4日申請之美國專利申請案第15/586,902號，現美國專利案第10,596,492號，該申請案係2017年1月5日申請之美國專利申請案第15/324,062號之一部分延續，其係具有一國際申請日2015年7月9日之PCT申請案第PCT/US2015/039723號之根據35 U.S.C. § 371之一國家級申請案，其指定美國，該PCT申請案主張2014年7月9日申請之美國臨時專利申請案第62/022,276號之權利；具有一國際申請日2015年12月1日之PCT申請案第PCT/US2015/063195號，其指定美國，該PCT申請案主張2014年12月1日申請之美國臨時專利申請案第62/086,122號之權利；2016年5月6日申請之美國臨時專利申請案第62/332,546號；2017年2月15日申請之美國臨時專利申請案號62/459,509號；及2014年8月14日申請之美國臨時專利申請案第62/037,513號；其全部揭示內容各以引用的方式併入本文中。

如本文中所使用之片語「至少一個」、「一或多個」及「及/或」係開放式表達，在操作中既合取又析取。例如，表達「A、B及C之至少一者」、「A、B或C之至少一者」、「A、B及C之一或多者」、「A、B或C之一或多者」及「A、B及/或C」之各者意謂單獨A、單獨B、單獨C、A及B一起、A及C一起、B及C一起或A、B及C一起。

如本文中所使用之術語「一」或「一個」實體係指該實體之一或多者。因而，術語「一」(或「一個」)、「一或多個」及「至少一個」在本文中可互換使用。

過渡術語「包括」與「包含」、「含有」或「其特徵在於」同義，係包含性或開放式且不排除額外、未列舉之元件或方法步驟。

除非另有指示，否則在說明書及申請專利範圍中使用之表達數量、尺寸、條件、比率、範圍等等之所有數字應理解為在所有例項中由術語「約」或「大致」修飾。據此，除非另有指示，否則說明書及申請專利範圍中使用之表達數量、尺寸、條件、比率、範圍等等之所有數字可增加或減少大致5%以達成令人滿意之結果。另外，當一般技術者將不明白如本文中所使用之術語「約」或「大致」之含義時，術語「約」及「大致」應被解釋為在所述值之正負5%內之含義。

應注意，包含一特定組件之1與n數目之間的系統及方法應理解為具有包含1、2……且直至一n數目個特定組件，其中n可為任何數目，而不脫離本發明之範疇。

在不偏離本發明之情況下，本文中所描述之所有範圍可經減少至該範圍之任何子範圍或部分，或該範圍內之任何值。例如，範圍「5至55」包含(但不限於)子範圍「5至20」以及「17至54」。

過渡片語「由……組成」排除申請專利範圍中未指明之任何元件、步驟或成分，但不排除與本發明無關之額外組件或步驟，諸如通常與其相關聯之雜質。

過渡片語「基本上由……組成」將一申請專利範圍之範疇限制在特定材料或步驟及不實質上影響主張發明之基本及新穎特性之材料或步驟。

本文中「包含」、「包括」或「具有」及其變體之使用意謂涵蓋其後列出之項目及其等效物以及額外項目。據此，術語「包含」、「包括」或「具有」及其變體在本文中可互換使用。

圖1A至圖14大體上繪示根據本發明之實施例之一粒子沉降器裝置100。除非另有提及，否則針對一生物反應器600、一生物反應器700、一生物反應器800、一生物反應器1000、一生物反應器1100、一生物沉降器1200及/或一生物反應器1300之實施例可應用於沉降器裝置100。特定言之，沉降器裝置100類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。在特定實施例中，生物反應器600、700、800、1000、1100、1300之一或多者可被視為一「商業生物反應器」，諸如當生物反應器之一或多個組件(例如，一外殼、蓋或封閉件或其類似者)係一商業可得產物時。

現參考圖1A至圖1D且繪示粒子沉降器裝置100之一傾斜螺旋滑動沉降器102 (或滑塊102)。應注意，如貫穿本發明之滑塊102可併入或插入至任何懸浮生物反應器中。

滑塊102包含一凸面或凹面104，使得滑塊102之一橫截面界定一弧形線。表面104包含一凹槽106及側面108。例如，凹槽106及側面108可為具有一恒定曲率半徑或多個曲率半徑之一弧形形狀。藉由另一實例，凹槽106可設置為與側面108成一定角度，其中凹槽106及/或側面108為一彎曲表面或一平坦或扁平表面。

粒子沉降器裝置100用於沉降粒子或細胞。表面104沿滑塊102之長度引導粒子110 (例如自粒子沉降器裝置100之一較高位準至粒子沉降器裝置100之一較低位準)。例如，如由圖1A及圖1C中之箭頭所表示，側面108可將粒子110向內引導朝向凹槽106，且凹槽106可沿滑塊102之長度引導粒子110。

滑塊102在一特定方向上在特定沉降器裝置100內定向及配置。例如，如圖1A及圖1B中所繪示，滑塊102可在一順時針方向上定向及配置。藉由另一實例，如圖1C及圖1D中所繪示，滑塊102可在一逆時針方向上定向及配置。儘管本發明在圖2至圖34中繪示滑塊102之順時針組態。應注意，順時針滑塊102 (例如，如圖1A及圖1B中所繪示)或逆時針滑塊102 (例如，如圖1C及圖1D中所繪示)之定向及配置同樣較佳且可用於如通過本發明描述之沉降器裝置100內。

現參考圖2至圖7，繪示具有各種數目個滑塊102之沉降器裝置100。沉降器裝置100包含一外殼或外部結構(例如外圓筒) 200。滑塊102裝配在由外殼200及一內圓筒202 (或內結構202)界定之一空腔或環形空間204內。例如，滑塊102包含接觸外殼200之一外殼壁208之一內表面206之一邊緣112及接觸內圓筒202之一內圓筒壁212之一外表面210之一邊緣114。例如，在外殼200係一圓筒或外圓筒的情況下，外殼壁208係一圓柱形壁或外圓柱形壁。藉由另一實例，內圓筒202可為中空(例如，界定一空腔214)或實心。滑塊102相對於外殼200及/或內圓筒202之縱向軸線定向及配置成一定角度。然而，應注意，滑塊102可大體上經定向及配置以便與外殼200及/或內圓筒202之一縱向軸線同心或平行。應注意，沉降器裝置100之組件(例如，包含外殼200及/或內圓筒202)可在圖1至圖14中為簡潔起見繪示為透明，但熟習此項技術者將理解此並非對本發明之限制。

在三個實例實施例中，外殼200包含如圖2中所繪示之一單一滑塊102、如圖3中所繪示之三個滑塊102及如圖4至圖7中所繪示之多個滑塊102。

在圖2中，一單一滑塊102位於外殼200與內圓筒202之間的環形空間204內。滑塊102為細胞提供一受限傾斜沉降表面104以使其沉降，同時防止歸因於攪拌一葉輪而產生之沉降，用於在一典型圓柱形生物反應器內進行混合。

在圖3中，三個滑塊102A至102C位於外殼200與內圓筒202之間的環形空間204內。滑塊102A至102C經由各自邊緣112A至112C及114A至114C在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造並固定在環形空間204內。例如，滑塊102可為3D列印或注塑或依其他方式以一固定垂直間距附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼200及/或內圓筒202。例如，固定垂直間距之範圍可為1毫米(mm)至20 mm。在一個較佳實例實施例中，垂直間距可為5 mm。作為另一實例，實驗或計算類比可比較不同大小之細胞或粒子，其範圍自4微米(例如，一酵母細胞)至15微米或更大(例如，對於一哺乳動物細胞)至500微米(例如，對於微載體珠，表面上生長或不生長黏附細胞)。應注意，垂直間距可不固定(例如，恒定)，但代替地可變，而不脫離本發明。另外，應注意，滑塊102可耦合或依其他方式組態以與如突起之支撐件(例如，墊片、凸塊、脊、凸緣、肋條或其類似者)互動，滑塊位於或耦合於支撐件上，或滑塊設置於其中之凹槽。

在圖4至圖7中，多個滑塊102A至102n，其中「n」表示任何數目個滑塊102，位於外殼200與內圓筒202之間的環形空間204內。滑塊102A至120n經由各自邊緣112A至112n及114A至114n製造且固定在環形空間204內，其中，如關於圖3所描述，判定製造技術類型及固定點。可選擇n個滑塊102以保持在螺旋通道之間上下移動之液體之一相對恒定靜態或爬行流速分佈。參考圖5之橫截面圖，應注意，各滑塊102之曲率可為對稱(例如，各彎曲滑塊102之底部可位於環形空間204之中心處)或不對稱(例如傾斜靠近內圓柱形壁210，或傾斜靠近外殼壁208)。另外，應注意，各橫截面之曲率可或可不為一中心底部點周圍之一鏡像。例如，如圖4至圖6之實例實施例中所展示，內圓筒202處之垂直角可比外殼200處之垂直角更陡。應注意，滑塊102A至102n可具有類似於如貫穿本發明所描述之滑塊402A至402n、滑塊1112A至1112n、滑塊1208A至1208n及/或滑塊1308A至1308n之特徵。

現參考圖7，一實例實施例包含安裝於外殼200內之滑塊102A至102n之同心內圓筒202_1、202_2、202_3。與內環相比，外環將具有更多螺旋滑塊102。螺旋滑塊102之多個同心環在各各自環內之相鄰螺旋滑塊102之間提供一更均勻或更小垂直間距變化。應注意，本發明不限於如圖7中所繪示之三個同心環之滑塊102，但在不背離本發明之情況下沉降器裝置100可包含任何n個同心環之滑塊102。

現參考圖8及圖9，繪示具有圖7之實例實施例之粒子沉降器裝置100。沉降器裝置100包含一頂部封閉件300及一底部封閉件302。例如，頂部封閉件300及/或底部封閉件302可為錐形，如圖8中所繪示。例如，錐形頂部封閉件300及/或底部封閉件302可包含具有一小開口之一頂部及具有一大開口之一基底之一主體。另外，錐形頂部封閉件300可具有具有一第一直徑之一第一端及具有大於第一直徑之一第二直徑之一第二端，第一端朝向錐形底部封閉件302定向。藉由另一實例，頂部封閉件300及/或底部封閉件302可為平坦或扁平。

在一個實例實施例中，底部封閉件302可為沉降器裝置100之一下區段，其具有一埠306。外殼200可具有與底部封閉件302接觸且自底部封閉件302向上延伸之一下端、一上端及一外殼壁208。複數個傾斜滑塊102可設置於由外殼壁208之一內表面206及一內圓柱形壁212之一外表面210界定之一環形空間204內。複數個傾斜滑塊102之各者可包含具有一弧形表面104之一主體，該弧形表面104具有與一第一相鄰傾斜滑塊102間隔開之一凹槽106及側面108，耦合至外殼102之內表面208之一邊緣112及/或耦合至至少一個內結構104之外表面212之一邊緣114之至少一者，及與一第二相鄰傾斜滑塊102間隔開之一第二弧形表面。頂部封閉件300可為沉降器裝置100之一上區段，其具有至少一個埠304。

應注意，頂部封閉件300及/或底部封閉件302可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)至外殼200。如熟習此項技術者將瞭解，將蓋或頂部封閉件或上部300及/或底部封閉件或下部302接合至外殼200之任何適當方式可與沉降器裝置100一起使用。另外，在沉降器裝置100之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於外殼200與頂部封閉件300及/或底部封閉件302之間。

頂部封閉件300包含至少一個埠304，及/或底部封閉件302包含至少一個埠306。任選地，一埠304及一埠306可大體上同心對準或與外殼200及/或內圓筒202之一縱向軸線平行。另外，一埠304及/或一埠306可相對於外殼200及/或內圓筒202之縱向軸線成角度。藉由另一實例，至少一個埠304可為一單一埠或在與滑塊102互動之前分離成多個埠，及/或至少一個埠306可為一單一埠或在與滑塊102互動之後重新加入至一單一埠中。

在如圖8中所繪示之一個實例實施例中，含有細胞或粒子之液體或流體自傾斜頂部側埠304A泵送或強制進入沉降器裝置100中且向下流入沉降器裝置100之中心圓柱形部分。經由中心底部埠306之出口流體流以比頂部側入口流速慢之一流速控制(例如，藉由一下游泵或其類似者)，迫使一些液體/流體向上流過滑塊102A至102n之同心環202_1、202_2、202_3。固體微載體粒子或半固體單細胞或細胞聚集體或類有機物將隨著流體緩慢向上流動滑塊而在滑塊102上沉降。沉降細胞110或粒子藉由沿沉降器裝置100螺旋下降之各滑塊102之曲率而經濃縮且積聚至底部錐形部分302中且經由底部中心埠308退出。

在如圖9中所繪示之另一實例實施例中，頂部封閉件300可導致彎曲頂部流出管。在圖8之實例實施例中之一獨立沉降器裝置100之一稍微複雜表現形式中，可藉由一單獨管收集來自滑塊102之各同心環之頂部之澄清上清液，以及與液體一起進入頂部側入口埠304A且經由頂部中心埠304B移除之任何氣泡(例如，如圖8中所展示)，而濃縮細胞或粒子經由圖8中所展示之底部中心埠306移除。

現參考圖10及圖11，繪示粒子沉降器裝置400之一傾斜螺旋滑動沉降器402 (或滑塊402)。應注意，如貫穿本發明所描述之滑塊402可併入或插入至任何懸浮生物反應器中，及/或可具有類似於如貫穿本發明所描述之滑塊102A至102n、滑塊1112A至1112n、滑塊1208A至1208n及/或滑塊1308A至1308n之特徵。

滑塊402包含多個凸面或凹面404，使得滑塊402之一橫截面界定由一接縫405分離之一弧形線。表面404各包含一凹槽406及側面408。例如，各組可包含一凹槽406及對應側面408，其可為具有一恒定曲率半徑或多個曲率半徑之一弧形。藉由另一實例，各組可包含與對應側面408成角度設置之一凹槽406，其中凹槽406及/或側面408形成一彎曲表面或一平坦或扁平表面。

表面404沿滑塊402之長度引導粒子(例如自粒子沉降器裝置100之一較高位準至粒子沉降器裝置100之一較低位準)。滑塊402在一特定方向上在特定沉降器裝置100內定向及配置。例如，滑塊402可在一順時針方向上定向及配置，或在一逆時針方向上定向並配置。滑塊402以相對於外殼200及/或內圓筒202之縱向軸線之一角度定向及配置。然而，應注意，滑塊402可大體上經定向及配置以便與外殼200及或內圓筒202之一縱向軸線同心或平行。

滑塊402裝配在由外殼200及內圓筒202界定之環形空間204內。滑塊402包含接觸外殼200之一外殼壁208之一內表面206之一邊緣412及接觸內圓筒202之一內圓筒壁212之一外表面210之一邊緣414。例如，滑塊402可在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處接觸具有邊緣412之內表面206及/或具有邊緣414之外殼壁208。例如，滑塊402可為3D列印或注塑或依其他方式以一固定垂直間距附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼200及/或內圓筒202。例如，固定垂直間距之範圍可自1毫米(mm)至20 mm。在一個較佳實例實施例中，垂直間距可為5 mm。藉由另一實例，實驗或計算類比可比較不同大小之細胞或粒子，其範圍自4微米(例如，一酵母細胞)至15微米或更大(例如，對於一哺乳動物細胞)至500微米(例如，對於微載體珠，表面上生長或不生長黏附細胞)。應注意，垂直間距可不固定(例如，恒定)，但代替地可變，而不脫離本發明。另外，應注意，滑塊402可耦合或依其他方式經組態以與滑塊所在或耦合之如突起之支撐件(例如，墊片、凸塊、脊、凸緣、肋或其類似者)或滑塊設置於其中之凹槽互動。

在此方面，較大環形空間204可填充有一單一滑塊402，各滑塊上具有多個凹槽404，而非安裝多個圓筒202，其各自環形空間204填充有單一凹槽滑塊102 (例如，如圖7至圖9之實例實施例中所繪示)。儘管本發明在圖2至圖9及圖12至圖34中繪示滑塊102，滑塊102 (例如，如圖1A至圖1D中所繪示)或滑塊402 (例如，如圖10及圖11中所繪示)同等較佳且可用於如透過本發明所描述之沉降器裝置100內。在此方面，儘管未提供圖2至圖9及圖12至圖34之同等滑塊402版本，然缺少附圖不應解釋為限制本發明。

現參考圖12至圖14，沉降器裝置100包含位於外殼200與內圓筒202之間的單凹槽滑塊102之一單環。沉降器裝置100包含具有多個埠304之一平坦或扁平頂部封閉件300及具有一埠306之一錐形底部封閉件302。

在圖12及圖13中，沉降器裝置100可包含位於頂部中心處之一入口埠304A及兩個出口埠，一個出口經由底部中心埠306載送濃縮細胞或粒子懸浮液，且另一出口經由頂部埠304B自容納滑塊102之環形空間204上方之頂部環形空間500載送澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物，諸如氨及乳酸或氣體，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片之澄清培養液)。特定言之，圖13繪示經由入口埠304A及兩個出口輸入之含細胞或粒子流體。底部中心埠306可用作濃縮流體之出口，且頂部側埠304B可用作相對澄清或無細胞(或降低細胞濃度)或無粒子(或顯著降低之粒子濃度)上清液之出口。

在圖14中，除出口埠304B之外，沉降器裝置100包含具有多個入口埠304A、304C、304D及一氣體覆蓋入口埠304E之一頂部封閉件300。一些過程應用可需要經由多個入口埠304A、304C及304D混合兩種或多種入口液體(例如，酸及/或堿以及細胞培養液以促進細胞在較低pH下聚集)。另外，亦可將空氣、O ₂、CO ₂及N ₂之一受控混合物泵入氣體覆蓋埠304E中以控制沉降器裝置100內之培養上清液之pH及DO。此類細胞聚集體將更快地沉降且在滑塊102上更快地下滑以提供一更快速之高澄清上清液出口速率(含有分泌蛋白質產物及極少細胞)。

沉降器裝置100之元件(諸如滑塊102、402及外殼200及內圓筒202)可由一次性塑料製成。替代地，沉降器裝置100之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，沉降器裝置100之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

沉降器裝置100內之表面(諸如表面104、404、外殼壁208之內表面206及內圓筒壁212之外表面210)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、特氟隆®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。沉降器裝置100可容易地縮放至任何所需大小。

應注意，埠304、306之一或多者可經組態以(例如，機械地、流體地或其類似者)耦合至外部管道線路。此管道線路可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，埠304、306之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力，及連續量測液體pH及DO用於輸入至一電腦控制之多氣體質量流量控制器。線路可任選地包含定位於一中空內部內之至少一個感測器。感測器可與線路內之流體及/或粒子接觸。任選地，感測器可配置於線路之一內表面上，然亦可考慮其他組態。感測器可用於監測線路中之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂(包含溶解或部分CO ₂)之一或多者。任選地，感測器之一或多者可包括一螢光探針，該螢光探針發射基於由探針感測之一條件而變化之光。光可由一讀取器或儀錶收集。任選地，光可由一任選光纜收集且傳輸至儀錶。儀錶可操作以報告或顯示由螢光探針感測之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂之至少一者之位準。管道線路可包括透明或至少半透明之一材料。因此，由一感測器產生之光可穿過線路。替代地，一線路之至少一部分係透明或至少係半透明，類似於一視窗。據此，由一感測器產生之光可透過視窗部分傳輸且由儀錶收集。

外殼200及/或內圓筒202可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼200及/或內圓筒202及沉降器裝置100內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼200及/或內圓筒202之一或多者以調整沉降器100內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠304、306。

圖15至圖22大體上繪示根據本發明之實施例之一生物反應器600。應注意，圖15至圖20中之生物反應器600之部分(例如，外殼602及/或蓋或頂部封閉件604，包含埠616、618以及內部組件，諸如(但不限於)葉輪620)係由Sartorius製造及/或銷售之Ambr®250微載體及/或哺乳動物血管之組件之實例表示，作為其在一生物安全櫃中自動控制之多工生物反應器之部分。提供表示作為滑塊102可組態用於Ambr®250微載體及/或哺乳動物血管之組件之一實例。

另外，除非另有提及，否則針對沉降器裝置100、生物反應器700、生物反應器800、生物反應器1000、生物反應器1100、生物沉降器1200及/或生物反應器1300之實施例可應用於生物反應器600。特定言之，生物反應器600類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。

生物反應器600包含一外殼602及界定一空腔606之一蓋或頂部封閉件604。例如，頂部封閉件604及/或一底部封閉件可為平坦或扁平。藉由另一實例，頂部封閉件604及/或底部封閉件可為圓錐形、半球形、半球狀或圓頂形，或本技術已知之其他三維形狀。本文中應注意，頂部封閉件604及/或底部封閉件可形成為外殼602之部分。應注意，生物反應器600之組件(例如，包含外殼602)可在圖15至圖22中為簡潔起見繪示為透明，但熟習此項技術者將理解此並非限制本發明。

外殼602經組態以接收多個滑塊102A至102n，如貫穿本發明所描述。滑塊102A至102n安裝於空腔606之一空腔部分608A內。空腔部分608A經由一分離板610 (或內結構610)與空腔606之一空腔部分608B分離。例如，分離板610可與外殼602之一縱向軸線大體上對準或平行。

滑塊102A至102n經由邊緣112A至112n及114A至114n在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造且固定在空腔部分608A內。例如，滑塊102A至102n可為3D列印或注塑或依其他方式附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼602之一內表面612及/或分離板610之一表面614。應注意，內表面612可包含對準翅片或支架614，其經組態以當安裝於外殼中時引導滑塊及/或防止滑塊102A至102n在空腔部分608A內移動。

生物反應器600包含頂部封閉件604內之一或多個入口埠616及外殼602內之一或多個出口埠618A及/或頂部封閉件604內之出口埠618B。例如，包含細胞或粒子之流體、將混合之多個入口流體及/或覆蓋氣體可經由一或多個入口埠616輸入至外殼602中，而濃縮細胞或粒子懸浮液及/或澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸鹽或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)可經由一或多個出口埠618A自外殼602及/或經由一或多個出口埠618B自頂部封閉件604輸出。

生物反應器600包含一葉輪620，葉輪620具有安裝於空腔部分608B內之一或多組葉片622。葉輪620由一動力傳輸裝置624旋轉。例如，動力傳輸裝置624可為一電動機、一渦輪、一感應裝置或能夠由電力、流體或磁力驅動之其他裝置。葉輪620攪拌流體且使微載體粒子或半固體單細胞或細胞聚集體或類有機物沉降在滑塊102A至102n上。應注意，生物反應器600可包含用於將澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)自外殼602取出之其他出口。

外殼602包含與頂部604介接之一唇部或凸緣626。應注意，頂部封閉件604可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)至外殼602。例如，頂部封閉件604可包含與凸緣626匹配之一組件，或凸緣626上或附近之一突起或凹槽。如熟習此項技術者將瞭解，將蓋或頂部封閉件或上部604及/或一底部封閉件或下部接合至外殼602之任何合適方式可與生物反應器600一起使用。另外，應注意，在生物反應器600之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於凸緣626上或於外殼602與頂部封閉件604之間的凸緣626中之一凹槽內(未展示)。

在一個實例實施例中，分離板610可經輪廓化。分離板610可包含一或多個弧形形狀。弧形形狀可包含一初級弧形形狀628及次級弧形形狀630A、630B。例如，初級弧形形狀628及次級弧形形狀630A、630B可為具有一恒定曲率半徑或多個曲率半徑之一弧形形狀。藉由另一實例，初級弧形形狀628及次級弧形形狀630A、630B可包含與側部分成一定角度設置之一中心部分，其中中心部分及/或側部分為一彎曲表面或一平坦或扁平表面。

在另一實例實施例中，分離板610可包含一或多個凹口或凹槽632，該凹口或溝槽632經組態以接受葉輪620之一對應葉片組622。在此方面，生物反應器600可為更緊湊設計，比已知生物反應器需要更少材料及空間。另外，緊湊設計可促進將分離板610及滑塊102改裝成已知生物反應器。應注意，具有滑塊102A至102n之分離板610可為本發明之目的被視為一沉降總成634。

生物反應器600之元件(諸如滑塊102、外殼602及分離板610)可由一次性可棄式塑料製成。替代地，生物反應器600之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，生物反應器600之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

生物反應器600內之表面(諸如滑塊102之表面104、外殼602之內表面612及分離板610之外表面614)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、聚四氟乙烯®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。生物反應器600可容易地縮放至任何所需大小。

應注意，埠616、618之一或多者可經組態以耦合(例如，機械地、流體地或其類似者)至外部管道線路。此管道線路可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式經組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，埠616、618之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力，及連續量測液體pH及DO用於輸入至一電腦控制之多氣體質量流量控制器中。線路可任選地包含定位於一中空內部內之至少一個感測器。感測器可與線路內之流體及/或粒子接觸。任選地，感測器可配置於線路之一內表面上，然考慮其他組態。感測器可用於監測線路中之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂(包含溶解或部分CO ₂)之一或多者。任選地，感測器之一或多者可包括一螢光探針，該螢光探針發射基於由探針感測之一條件而變化之光。光可由一讀取器或儀錶收集。任選地，光可由一任選光纜收集且傳輸至儀錶。儀錶可操作以報告或顯示由螢光探針感測之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂之至少一者之位準。管道線路可包括透明或至少半透明之一材料。因此，由一感測器產生之光可穿過線路。替代地，一線路之至少一部分係透明或至少半透明，類似於一視窗。據此，由一感測器產生之光可透過視窗部分傳輸且由儀錶收集。

外殼602及/或分離板610可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼602及/或分離板610及生物反應器600內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼602及/或分離板610之一或多者以調整生物反應器600內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠616、618。

圖23至圖28大體上繪示根據本發明之實施例之一生物反應器700。應注意，圖25至圖28中之生物反應器700之部分(例如，包含埠714、716以及內部組件(諸如(但不限於)葉輪720)之蓋或頂部封閉件712)係由Eppendorf製造及/或銷售之BioBLU®一次性生物反應器之組件之實例表示。提供表示作為外殼702及經安裝滑塊102 (例如，如貫穿本發明所描述之3D列印或依其他方式製造)可組態用於BioBLU®一次性生物反應器之組件之一實例。

另外，除非另有提及，否則針對沉降器裝置100、生物反應器600、生物反應器800、生物反應器1000、生物反應器1100、生物沉降器1200及/或生物反應器1300之實施例可應用於生物反應器700。特定言之，生物反應器700類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。

生物反應器700包括界定一環形空間706之一外殼702及一內圓筒704。例如，外殼702可為一外圓筒702，且內圓筒704及外圓筒702可大體上對準或共用一縱向軸線。環形空間706經組態以接收多個滑塊102A至102n，如貫穿本發明所描述。應注意，生物反應器700之組件(例如，包含外殼702及/或內圓筒704)在圖23至圖28中為簡潔起見可繪示為透明，但熟習此項技術者將理解此並非限制本發明。

滑塊102A至102n經由邊緣112A至112n及114A至114n在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造並固定在環形空間706內。例如，滑塊102A至102n可為3D列印或注塑或依其他方式附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼702之一內表面708及/或內圓筒704之一外表面710。

生物反應器700包含一蓋或頂部封閉件712及一底部封閉件。例如，頂部封閉件814及/或底部封閉件可為平坦或扁平。藉由另一實例，頂部封閉件814及/或底部封閉件可為圓錐形、半球形、半球狀或圓頂形，或本技術已知之其他三維形狀。本文中應注意，頂部封閉件及/或底部封閉件可形成為外殼702之部分。

生物反應器700包含頂部封閉件712、外殼702及/或內圓筒704內之一或多個入口埠714及一或多個出口埠716。例如，包含細胞或粒子之流體、將混合之多個入口流體及/或覆蓋氣體可經由一或多個入口埠714輸入，而濃縮細胞或粒子懸浮液及/或澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸鹽或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)可經由一或多個出口埠716輸出。

應注意，頂部封閉件712可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)至外殼702。如熟習此項技術者將瞭解，將蓋或頂部封閉件或上部712及/或底部封閉件或下部接合至外殼702之任何合適方式可與生物反應器700一起使用。另外，應注意，在生物反應器700之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於外殼702上或於外殼702與頂部封閉件712之間的外殼702之一輪緣或凸緣中之一凹槽內(未展示)。

內圓筒704係中空且界定一內環形空間718。生物反應器700包含一葉輪720，葉輪720具有安裝於內環形空間718內之一或多組葉片722。葉輪720由一動力傳輸裝置旋轉。例如，動力傳輸裝置可為一電動機、一渦輪、一感應裝置或能夠由電力、流體或磁力驅動之其他裝置。葉輪720攪拌流體且使微載體粒子或半固體單細胞或細胞聚集體或類有機物沉降在滑塊102A至102n上。應注意，生物反應器700可包含用於將澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)自外殼702取出之其他出口。

生物反應器700之元件(諸如滑塊102、外殼702及內圓筒704)可由一次性可棄式塑料製成。替代地，生物反應器700之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，生物反應器700之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

生物反應器700內之表面(諸如滑塊102之表面104、外殼702之內表面708及內圓筒704之外表面710)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、聚四氟乙烯®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。生物反應器700可容易地縮放至任何所需大小。

應注意，埠714、716之一或多者可經組態以耦合(例如，機械地、流體地或其類似者)至外部管道線路。此管道線路可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式經組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，埠714、716之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力，及連續量測液體pH及DO用於輸入至一電腦控制之多氣體質量流量控制器中。線路可任選地包含定位於一中空內部內之至少一個感測器。感測器可與線路內之流體及/或粒子接觸。任選地，感測器可配置於線路之一內表面上，然考慮其他組態。感測器可用於監測線路中之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂(包含溶解或部分CO ₂)之一或多者。任選地，感測器之一或多者可包括一螢光探針，該螢光探針發射基於由探針感測之一條件而變化之光。光可由一讀取器或儀錶收集。任選地，光可由一任選光纜收集且傳輸至儀錶。儀錶可操作以報告或顯示由螢光探針感測之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂之至少一者之位準。管道線路可包括透明或至少半透明之一材料。因此，由一感測器產生之光可穿過線路。替代地，一線路之至少一部分係透明或至少半透明，類似於一視窗。據此，由一感測器產生之光可透過視窗部分傳輸且由儀錶收集。

外殼702及/或內圓筒704可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼702及/或內圓筒704及生物反應器700內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼702及/或內圓筒704之一或多者以調整生物反應器700內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠714、716。

圖29至圖34大體上繪示根據本發明之實施例之一生物反應器800。應注意，圖29至圖31中之生物反應器800之部分(例如，外殼802、蓋或頂部封閉件814及/或底部封閉件816)係由Bioengineering AG製造及/或銷售之KLF生物反應器之組件之實例表示。提供表示作為滑塊102及外殼802、蓋或頂部封閉件814及/或底部封閉件816 (例如，如貫穿本發明所描述之3D列印或依其他方式製造)可組態以可更換用於KLF生物反應器之玻璃容器且可用於KLF生物反應器之內部組件(為簡潔起見，圖中未展示)的一實例。

另外，應注意，圖32中之生物反應器800之部分(例如外殼802)係由Eppendorf製造及/或銷售之BioFlo®/CelliGen®生物反應器系列之組件之一實例表示。提供表示作為滑塊102及外殼802 (例如，如貫穿本發明所描述之3D列印或依其他方式製造)可組態以可更換用於KLF生物反應器之玻璃容器且可用於BioFlo®/CelliGen®生物反應器系列之一成形(例如半球形)底部的一實例。

另外，除非另有提及，否則針對沉降器裝置100、生物反應器600、生物反應器700、生物反應器1000、生物反應器1100、生物沉降器1200及/或生物反應器1300之實施例可應用於生物反應器800。特定言之，生物反應器800類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。

生物反應器800包含界定一空腔806之一外殼802及一內圓筒804。例如，內圓筒804及外殼802可大體上對準或共用一縱向軸線。

在一些實施例中，內圓筒804包含與外殼802不同之一橫截面。例如，內圓筒804可包含一恒定外徑，而外殼802包含靠近外殼802之緯度中心之一第一較大直徑及靠近外殼802之一端之至少一第二較小直徑。歸因於橫截面之差異，空腔806包含一空腔部分808A及至少一個空腔部分808B。空腔部分808A經組態以接收多個滑塊102A至102n，如貫穿本發明所描述。在其他實施例中，內圓筒804包含與外殼802類似之一橫截面，而不脫離本發明之範疇。

應注意，生物反應器800之組件(例如，包含外殼802及/或內圓筒804)在圖29至圖34中為簡潔起見可繪示為透明，但熟習此項技術者將理解此並非限制本發明。

滑塊102A至102n經由邊緣112A至112n及114A至114n在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造並固定在空腔部分808A內。例如，滑塊102A至102n可為3D列印或注塑或依其他方式附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼802之一內表面810及/或內圓筒804之一外表面812。

生物反應器800包含一蓋或頂部封閉件814及一底部封閉件816。例如，頂部封閉件814及/或底部封閉件816可為平坦或扁平。藉由另一實例，頂部封閉件814及/或底部封閉件816可為圓錐形、半球形、半球狀或圓頂形，或本技術已知之其他三維形狀。本文中應注意，頂部封閉件814及/或底部封閉件816可與外殼802分離或形成為外殼802之部分。

生物反應器800包含外殼802、內圓筒804、頂部封閉件814及/或底部封閉件816內之一或多個入口埠及一或多個出口埠。例如，包含細胞或粒子之流體、將混合之多個入口流體及/或覆蓋氣體可經由一或多個入口埠輸入，而濃縮細胞或粒子懸浮液及/或澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸鹽或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)可經由一或多個出口埠輸出。

應注意，頂部封閉件814及/或底部封閉件816可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)至外殼802。如熟習此項技術者將瞭解，將蓋或頂部封閉件或上部814及/或底部封閉件或下部816接合至外殼802之任何合適方式可與生物反應器800一起使用。另外，應注意，在生物反應器800之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於外殼802上或於外殼802與頂部封閉件814及/或底部封閉件816之間的外殼802之一輪緣或凸緣中之一凹槽內(未展示)。

內圓筒804係中空且界定一內空腔818。生物反應器800包含一葉輪820，葉輪820具有安裝於內空腔818內之一或多組葉片822。葉輪820由一動力傳輸裝置旋轉。例如，動力傳輸裝置可為一電動機、一渦輪、一感應裝置或能夠由電力、流體或磁力驅動之其他裝置。如圖33及圖34中所繪示，葉輪820在隔離或併入期間攪拌流體且在併入期間使微載體粒子或半固體單細胞或細胞聚集體或類有機物沉降在滑塊102A至102n上。例如，內圓筒804可包含一或多個開口824以促進流體在內空腔818與空腔806之間流動。應注意，生物反應器800可包含用於將澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)自外殼802取出之其他出口。

生物反應器800之元件(諸如滑塊102及外殼802及內圓筒804)可由一次性可棄式塑料製成。替代地，生物反應器800之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，生物反應器800之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

生物反應器800內之表面(諸如滑塊102之表面104、外殼802之內表面810及內圓筒804之外表面812)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、聚四氟乙烯®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。生物反應器800可容易地縮放至任何所需大小。

應注意，生物反應器800之埠之一或多者可經組態以耦合(例如，機械地、流體地或其類似者)至外部管道線路。此管道線路可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式經組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，生物反應器800之埠之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力，及連續量測液體pH及DO用於輸入至一電腦控制之多氣體質量流量控制器中。線路可任選地包含定位於一中空內部內之至少一個感測器。感測器可與線路內之流體及/或粒子接觸。任選地，感測器可配置於線路之一內表面上，然考慮其他組態。感測器可用於監測線路中之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂(包含溶解或部分CO ₂)之一或多者。任選地，感測器之一或多者可包括一螢光探針，該螢光探針發射基於由探針感測之一條件而變化之光。光可由一讀取器或儀錶收集。任選地，光可由一任選光纜收集且傳輸至儀錶。儀錶可操作以報告或顯示由螢光探針感測之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂之至少一者之位準。管道線路可包括透明或至少半透明之一材料。因此，由一感測器產生之光可穿過線路。替代地，一線路之至少一部分係透明或至少半透明，類似於一視窗。據此，由一感測器產生之光可透過視窗部分傳輸且由儀錶收集。

外殼802及/或內圓筒804可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼802及/或內圓筒804及生物反應器800內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼802及/或內圓筒804之一或多者以調整生物反應器800內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠。

圖35繪示根據本發明之實施例之包含一生物反應器600、700、800、1000、1100及/或1300之一流體系統900之一實例示意圖。一生物反應器600、700、800經由一輸入線路902及一補料泵903自一儲液器901接收一第一介質。生物反應器600、700、800經由一輸出線路904及一收穫泵905輸出澄清收穫。感測器906及907讀取量測pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之至少一者。儘管感測器906及907在圖35中繪示為量測pH值及DO，但標籤並不意欲限制性。另外，應注意，圖35中流體系統900之佈局並不意欲限制性，且在不脫離本發明之範疇之情況下，可改變佈局。

圖36至圖44大體上繪示根據本發明之實施例之一生物反應器1000。應注意，圖36至圖44中之生物反應器1000之部分(例如，外殼1002或其類似者)係可操作以替換一更窄(或更小直徑)之圓柱形容器(諸如由Eppendorf製造及/或銷售之容器)之一擴張細胞培養容器之實例表示。

另外，除非另有提及，否則針對沉降器裝置100、生物反應器600、生物反應器700、生物反應器800、生物反應器1100、生物沉降器1200及/或生物反應器1300之實施例可應用於生物反應器1000。特定言之，生物反應器1000類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。

生物反應器1000包含一外殼1002、一分離圓筒或內圓筒1004及界定於外殼1002之側壁與內圓筒1004之間的一空腔1006。例如，外殼1002可包含類似於一圓筒之部分，且外殼1002之內圓筒1004及外圓筒部分可大體上對準或共用一縱向軸線。

在一些實施例中，外殼1002可分成多個區段，包含(但不限於)一上外殼區段1008A及一下外殼區段1008B。為了幫助外殼區段1008A/1008B之接合，上外殼區段1008A可包含一上凸緣1010A且下外殼區段1008B可包含一下凸緣1010B。應注意，上凸緣1010A及/或下凸緣1010B可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)。如熟習此項技術者將瞭解，將上外殼區段1008A及下外殼區段1008B接合之任何適當方式可與生物反應器1000一起使用。另外，應注意，在生物反應器1000之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於上外殼區段1008A之凸緣1010A (或之輪緣中之一凹槽內)及/或下外殼區段1008B之輪緣或凸緣1010B上。在其他實施例中，外殼1002係一單件結構。

在特定實施例中，內圓筒1004係中空且界定一空腔1012。例如，空腔1012可為主要生物反應器空間，其中細胞懸浮在一培養基中且作為單細胞生長。在一些實施例中，內圓筒1004具有自內圓筒1004之一內表面1016向內延伸之翅片或突起1014。例如，當安裝於生物反應器1000內之一葉輪旋轉時，翅片或突起1014可用於增加混合及/或避免渦流。在其他實施例中，內表面1016係平滑或實質上平滑。

在特定實施例中，內圓筒1004包含與外殼1002不同之一橫截面。例如，內圓筒1004可包含一恒定外徑，而外殼1002包含靠近外殼1002之緯度中心之一第一、較大直徑及靠近外殼1002之一端之至少一第二、較小直徑。歸因於橫截面之差異，空腔1006包含一空腔部分1018A及至少一個空腔部分1018B。

空腔部分1018A經組態以接收多個滑塊102A至102n，如貫穿本發明所描述。在其他實施例中，內圓筒1004包含與外殼1002類似之一橫截面，使得僅在外殼1002之 側壁與內圓筒1004之間界定空腔1018A (其中滑塊102A至102n安裝於空腔1018A之一部分或全部中)，而不脫離本發明之範疇。

滑塊102A至102n經由邊緣112A至112n及114A至114n在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造並固定在空腔部分1018A內。例如，滑塊102A至102n可為3D列印或注塑或依其他方式附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼1002之一內表面1020及/或內圓筒1004之一外表面1022。

在特定實施例中，滑塊102A至102n以一單件結構(例如，如圖38中繪示)作為一沉降總成1024製造並固定至內圓筒1004。在其他實施例中(如圖41至圖44中繪示)，滑塊102A至102n在兩個或更多個區段1026A至1026n中製造並固定至內圓筒1004。歸因於內圓筒1004之外表面1022上之滑塊102A至102n之向下成角度或傾斜組態(其中滑塊102A至102n相對於外殼1002之縱向軸線成角度)，將沉降總成1024分成區段1026可導致與一分割切口相交以在相鄰區段1026之間分裂之滑塊102A至102n。例如，圖41至圖44繪示滑塊102A至102n相對於內圓筒1004定向成一第一角度，且相對於內圓筒1004以一第二不同角度定向之一分割切口1028。歸因於角度之差異，分割切口1028將內圓筒1004及多個滑塊102A至102n分成不同相鄰區段1026。然而，應注意，區段1026A至1026n不限於圖41至圖44中所描繪之實施例。例如，分割切口1028可與滑塊102A至102n對準及/或可僅切割內圓筒1004，使得滑塊102A至102n完全分離至沉降總成1024之一特定區段1026上。一般而言，在不脫離本發明之範疇之情況下，區段1026A至1026n可經製造成比圖41至圖44中所描繪更大之區段、更小之區段及/或不同形狀之區段用於插入至外殼1002中。

如圖43及圖44中繪示，沉降總成1024之截面可促進提高沉降總成1024之安裝難度及/或可促進將現有生物反應器改裝為沉降總成1024。例如，在生物反應器1000之外殼1002為一市售產品時，生物反應器1000之內部可經由安裝沉降總成1024之區段1026而用改良滑塊102A至102n改裝。藉由另一實例，區段1026可透過外殼1002之一開口裝配，而無需拆卸或破壞外殼1002，當完全構造在外殼1002內時，該開口之直徑小於沉降總成1024之直徑。

在一些實施例中，區段1026A至1026n可實質上相同以增加製造之容易性且潛在地降低沉降總成1024之製造成本(例如，藉由製造較不複雜之區段1026而非一次製造整個沉降總成1024)。在其他實施例中，當在生物反應器1000內沉降粒子時，區段1026可專門組態用於一特定用途。在此方面，區段1026可根據特定用途之需要定制。應注意，翅片或突起1014可在各個區段1026A至1026n之間分離或可特定於一特定區段1026。

在一些實施例中，生物反應器1000包含一蓋或頂部封閉件及一底部封閉件。例如，頂部封閉件及/或底部封閉件可為平坦或扁平。藉由另一實例，頂部封閉件及/或底部封閉件可為圓錐形、半球形、半球狀或圓頂形，或本技術已知之其他三維形狀。本文中應注意，頂部封閉件及/或底部封閉件可形成為外殼1002之部分。貫穿本發明之與各種頂部封閉件相關之討論被認為類似地適用於生物反應器1000，其中生物反應器1000包含一蓋或頂部封閉件及/或一底部封閉件。

在一些實施例中，生物反應器1000包含一頂部凸緣1028A及/或一底部凸緣1028B。在一些實施例中，生物反應器1000可包含外殼1002、內圓筒1004、頂部封閉件及/或底部封閉件內之一或多個入口埠及一或多個出口埠。例如，包含細胞或粒子之流體、將混合之多個入口流體及/或覆蓋氣體可經由一或多個入口埠輸入，而濃縮細胞或粒子懸浮液及/或澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸鹽或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)可經由一或多個出口埠輸出。貫穿本發明之與各種入口埠及出口埠相關之討論被認為類似地適用於生物反應器1000，其中生物反應器1000包含入口埠及出口埠。

應注意，頂部封閉件及/或底部封閉件可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)至外殼1002。如熟習此項技術者將瞭解，將蓋或頂部封閉件或上部及/或底部封閉件或下部接合至外殼1002之任何合適方式可與生物反應器1000一起使用。另外，應注意，在生物反應器1000之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於外殼1002上或於外殼1002與頂部封閉件及/或底部封閉件之間的外殼1002之一輪緣或凸緣中之一凹槽內(未展示)。

在一些實施例中，由內圓筒1004界定之空腔1012可經組態以接收具有一或多組葉片及相關葉輪組件之一葉輪。貫穿本發明之與各種葉輪及相關葉輪組件相關之討論被認為類似地適用於生物反應器1000，其中生物反應器1000包含葉輪及相關葉輪組件。

生物反應器1000之元件(諸如滑塊102、外殼1002及內圓筒1004)可由一次性可棄式塑料製成。替代地，生物反應器1000之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，生物反應器1000之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

生物反應器1000內之表面(諸如滑塊102之表面104、外殼1002之內表面1020及內圓筒1004之外表面1022)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、聚四氟乙烯®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。生物反應器1000可容易地縮放至任何所需大小。

應注意，生物反應器1000之埠之一或多者可經組態以耦合(例如，機械地、流體地或其類似者)至外部管道線路。此管道線路可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式經組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，生物反應器1000之埠之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力，及連續量測液體pH及DO用於輸入至一電腦控制之多氣體質量流量控制器中。線路可任選地包含定位於一中空內部內之至少一個感測器。感測器可與線路內之流體及/或粒子接觸。任選地，感測器可配置於線路之一內表面上，然考慮其他組態。感測器可用於監測線路中之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂(包含溶解或部分CO ₂)之一或多者。任選地，感測器之一或多者可包括一螢光探針，該螢光探針發射基於由探針感測之一條件而變化之光。光可由一讀取器或儀錶收集。任選地，光可由一任選光纜收集且傳輸至儀錶。儀錶可操作以報告或顯示由螢光探針感測之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂之至少一者之位準。管道線路可包括透明或至少半透明之一材料。因此，由一感測器產生之光可穿過線路。替代地，一線路之至少一部分係透明或至少半透明，類似於一視窗。據此，由一感測器產生之光可透過視窗部分傳輸且由儀錶收集。

外殼1002及/或內圓筒1004可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼1002及/或內圓筒1004及生物反應器1000內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼1002及/或內圓筒1004之一或多者以調整生物反應器1000內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠。

圖45至圖50大體上繪示根據本發明之實施例之一生物反應器1100。應注意，圖45至圖50中之生物反應器1100之部分(例如外殼1102)係可操作以替代一更窄(或更小直徑)圓柱形容器(諸如由Eppendorf製造及/或銷售之彼等)之一擴增細胞培養容器之實例表示。在圖36至圖44中，外殼1002之頂部及底部開口之直徑小於外殼1002之空腔1006之直徑，使得沉降總成1024可插入於區段1026A至1206n中。然而，在圖45至圖50中，至少頂部開口1120之直徑更靠近(或實質上等於)外殼1102內之一空腔1106之一直徑，使得一沉降總成1126可作為一完整組件或區段插入。

另外，除非另有提及，否則針對沉降器裝置100、生物反應器600、生物反應器700、生物反應器800、生物反應器1000、生物沉降器1200及/或生物反應器1300之實施例可應用於生物反應器1100。特定言之，生物反應器1100類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。

生物反應器1100包含一外殼1102、一分離圓筒或內圓筒1104及界定在外殼1102之側壁與內圓筒1104之間的一空腔1106。例如，外殼1102可包含類似於一圓筒之部分，且外殼1102之內圓筒1104及外圓筒部分可大體上對準或共用一縱向軸線。在特定實施例中，內圓筒1104係中空且界定一空腔1108。

在特定實施例中，內圓筒1104包含與外殼1102不同之一橫截面。例如，內圓筒1104可包含一恒定外徑，而外殼1102包含靠近外殼1102之緯度中心之一第一、較大直徑及靠近外殼1102之一端之至少一第二、較小直徑。歸因於橫截面之差異，空腔1106包含一空腔部分1110A及至少一個空腔部分1110B。

空腔部分1110A的一空腔區段1122經組態以接納多個滑塊1112A至1112n，其中「n」表示任何數目個滑塊1112。應注意，滑塊1112A至1112n可包含與如貫穿本發明所描述之滑塊102A至102n、滑塊402A至402n、滑塊1208A至1208n及/或滑塊1308A至1308n類似之特徵。在其他實施例中，內圓筒1104包含與外殼1102類似之一橫截面，使得在外殼1102之側壁與內圓筒1104之間僅界定空腔1110A (其中滑塊1112A至1112n安裝於空腔1110A之一部分或全部中)，而不脫離本發明之範疇。

如圖45至圖50中所繪示，滑塊1112A至1112n係環形。滑塊1112A至1112n包含具有一實質上圓形橫截面之一主體，該主體具有相對邊緣1114A至1114n及邊緣1116A至1116n以及表面1118A至1118n。為了促進粒子之沉降，在一些實施例中，邊緣1114A至1114n或邊緣1116A至1116n可分別與外殼1102之內表面1120及/或內圓筒1104之外表面1124間隔開一預定距離。此間距與外殼1102及/或內圓筒1104之表面1118A至1118n之各自方向組合促進粒子之沉降。

特定言之，在圖45至圖47中，滑塊1112A至1112n係面向下之環，其中邊緣1114A至1114n比滑塊1112A至1112n之邊緣1116A至1116n更靠近外殼1102之一頂部開口1120，使得表面1118A至1118n朝向外殼1102之一下端向下傾斜，相對於外殼1102之縱向軸線成角度。表面1118A至1118n可在朝向內圓筒1104之一方向上向下傾斜，使得沉降粒子可朝向內圓筒1104引導。在圖45至圖47中所描繪之實施例中，滑塊1112A至1112n可被認為係凹的。

另外，在圖48至圖50中，滑塊1112A至1112n係面向上之環，邊緣1116A至1116n比滑塊1112A至1112n之邊緣1114A至1114n更靠近外殼1102之一頂部開口，使得表面1118A至1118n朝向外殼1102之一上端向上傾斜，相對於外殼1102之縱向軸線成角度。表面1118A至1118n可在朝向內圓筒1104之一方向上向上傾斜，使得沉降粒子可遠離內圓筒1104引導。在圖48至圖50中所描繪之實施例中，滑塊1112A至1112n可被認為係凸的。

應注意，與形狀更平坦(例如，分別具有平坦表面或弧形表面)之滑塊102A至102n及402A至402n相比，具有傾斜表面1118A至1118n之沉降器1112A至1112n可理解為表示圓錐形滑塊之區段。另外，經考慮，當在一次性使用之可棄式生物反應器中製造薄塑膠膜時，沉降器1112A至1112n可具有增加用途。

滑塊1112A至1112n經由邊緣1114A至1114n及1116A至1116n在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造並固定在空腔部分1110A的空腔區段1122內。例如，滑塊1112A至1112n可為3D列印或注塑或依其他方式附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼1102之一內表面1120及/或內圓筒1104之一外表面1124。例如，滑塊1112A至1112n可在三個或更多個間斷位置處焊接或依其他方式附接至內圓筒1104之外表面1124。應注意，滑塊1112A至1112n可包含至少為內圓筒1104之外徑之一內徑，以促進滑塊1112A至1112n在內圓筒1104周圍定位。應注意，為本發明之目的，滑塊1112A至1112n及內圓筒1104可被視為一沉降總成1126。

環形之滑塊1112A至1112n可促進一增加沉降總成1126之安裝難度及/或可促進具沉降總成1126之現有生物反應器之改進。例如，在其中生物反應器1100之外殼1102係一商業可用產物的情況下，生物反應器1100之內部可經由將各個別滑塊1112 (或滑塊群組1112)安裝於一經安裝內圓筒1104周圍而用經改良滑塊1112A至1112n改進。滑塊1112可實質上相等以增加沉降總成1126之製造容易性並潛在地降低沉降總成1126之製造成本(例如藉由製造不太複雜之滑塊1112及內圓筒1104而非一次製造整個沉降總成1126)。

在一些實施例中，外殼1102被分成多個區段，包含(但不限於)一上外殼區段及一下外殼區段。在一些實施例中，內圓筒1104具有自內圓筒1104之一內表面向內延伸之翅片或突起。在其他實施例中，內表面係光滑或實質上光滑。

在一些實施例中，生物反應器1100可包含一蓋或頂部封閉件及一底部封閉件。例如，頂部封閉件及/或底部封閉件可為平坦或扁平。藉由另一實例，頂部封閉件及/或底部封閉件可為圓錐形、半球形、半球狀或圓頂形，或本技術已知之其他三維形狀。本文中應注意，頂部封閉件及/或底部封閉件可形成為外殼1102之部分。貫穿本發明之與各種頂部封閉件相關之討論被認為類似地適用於生物反應器1100，其中生物反應器1100包含一蓋或頂部封閉件及/或一底部封閉件。

在一些實施例中，生物反應器1100包含一頂部凸緣1128A及/或一底部凸緣1128B。在一些實施例中，生物反應器1100可包含外殼1102、內圓筒1104、頂部封閉件及/或底部封閉件內之一或多個入口埠及一或多個出口埠。例如，包含細胞或粒子之流體、將混合之多個入口流體及/或覆蓋氣體可經由一或多個入口埠輸入，而濃縮細胞或粒子懸浮液及/或澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸鹽或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)可經由一或多個出口埠輸出。貫穿本發明之與各種入口埠及出口埠相關之討論被認為類似地適用於生物沉降器1100，其中生物沉降器1100包含入口埠及出口埠。

應注意，頂部封閉件及/或底部封閉件可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)至外殼1102 (例如，分別至頂部凸緣1128A及/或底部凸緣1128B)。如熟習此項技術者將瞭解，將蓋或頂部封閉件或上部及/或底部封閉件或下部接合至外殼1102之任何合適方式可與生物反應器1100一起使用。另外，應注意，在生物反應器1100之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於外殼1102上或於外殼1102與頂部封閉件及/或底部封閉件之間的外殼1102之一輪緣或凸緣中之一凹槽內(未展示)。

在一些實施例中，由內圓筒1104界定之空腔1108可經組態以接納具有一或多組葉片及相關葉輪組件之一葉輪。貫穿本發明之與各種葉輪及相關葉輪組件相關之討論被認為類似地適用於生物反應器1100，其中生物反應器1100包含葉輪及相關葉輪組件。

生物反應器1100之元件(諸如滑塊1112及外殼1102及內圓筒1104)可由一次性可棄式塑料製成。替代地，生物反應器1100之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，生物反應器1100之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

生物反應器1100內之表面(諸如滑塊1112A至1112n之上表面1500A至1500n、外殼1102之內表面1120及內圓筒1104之外表面1124)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、聚四氟乙烯®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。生物反應器1100可容易地縮放至任何所需大小。

應注意，生物反應器1100之埠之一或多者可經組態以耦合(例如，機械地、流體地或其類似者)至外部管道線路。此管道線路可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式經組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，生物反應器1100之埠之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力，及連續量測液體pH及DO用於輸入至一電腦控制之多氣體質量流量控制器中。線路可任選地包含定位於一中空內部內之至少一個感測器。感測器可與線路內之流體及/或粒子接觸。任選地，感測器可配置於線路之一內表面上，然考慮其他組態。感測器可用於監測線路中之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂(包含溶解或部分CO ₂)之一或多者。任選地，感測器之一或多者可包括一螢光探針，該螢光探針發射基於由探針感測之一條件而變化之光。光可由一讀取器或儀錶收集。任選地，光可由一任選光纜收集且傳輸至儀錶。儀錶可操作以報告或顯示由螢光探針感測之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂之至少一者之位準。管道線路可包括透明或至少半透明之一材料。因此，由一感測器產生之光可穿過線路。替代地，一線路之至少一部分係透明或至少半透明，類似於一視窗。據此，由一感測器產生之光可透過視窗部分傳輸且由儀錶收集。

外殼1102及/或內圓筒1104可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼1102及/或內圓筒1104及生物反應器1100內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼1102及/或內圓筒1104之一或多者以調整生物反應器1100內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠。

圖51至圖53大體上繪示根據本發明之實施例之一沉降裝置或生物沉降器1200。應注意，圖51至圖53中之生物沉降器1200之部分可附接至任何懸浮生物反應器(例如，圖15至圖22中描繪之生物反應器600或其類似者)，如貫穿本發明所描述。參考生物反應器600，在一個非限制性實例中，生物沉降器1200可用於代替生物反應器600之沉降總成634，至少如圖21及圖22中所描繪。

另外，除非另有提及，否則針對粒子沉降器裝置100、生物反應器600、生物反應器700、生物反應器800、生物反應器1000、生物反應器1100及/或生物反應器1300之實施例可應用於生物沉降器1200。特定言之，生物沉降器1200類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。

生物沉降器1200包含一外殼1202及界定在外殼1202內之一空腔1204。例如，外殼1202可包含類似於一圓筒之部分。應注意，生物沉降器1200之組件(例如，包含外殼1202)可在圖51中為簡潔起見可繪示為透明，但熟習此項技術者將理解此並非限制本發明。

在特定實施例中，外殼1202包含沿其長度之一不同橫截面。例如，外殼1202可包含靠近外殼1202之緯度中心之一第一、較大直徑及靠近外殼1202之一端之至少一第二、較小直徑。例如，具有靠近外部1202之端之至少一第二、較小直徑之外殼1202之部分可為圓錐形或錐形，自外殼1202之第一部分之直徑至外殼1202之端逐漸變細。歸因於橫截面之差異，空腔1204包含一空腔部分1206A及至少一個空腔部分1206B。

空腔部分1206A經組態以接納多個滑塊1208A至1208n，其中「n」表示任何數目個滑塊1208。應注意，滑塊1208A至1208n可包含與如貫穿本發明所描述之滑塊102A至102n、滑塊402A至402n、滑塊1112A至1112n及/或滑塊108A至1208n類似之特徵。在其他實施例中，外殼1202包含沿其長度之一實質上恆定橫截面，使得在外殼1202內僅界定空腔1206A，而不脫離本發明之範疇。

如圖51至圖53中所繪示，滑塊1208A至1208n係圓錐形或錐形。特定言之，在圖51至圖53中，滑塊1208A至1208n係面向下之圓錐體，其中具有一第一直徑之上開口1210A至1210n比具有一第二較小直徑之下開口1214A至1214n定位成更靠近外殼1202之一頂部開口1212。然而，應注意，滑塊1208A至1208n可為面向上之圓錐體，其中上開口1210A至1210n具有一第一直徑且下開口1212A至1212n具有一第二較大直徑，而不脫離本發明之範疇。

在一些實施例中，滑塊1208A至1208n具有自輪廓壁1216A至1216n延伸之翅片或突起1214A至1214n。例如，一第一滑塊1208之翅片或突起1214可與一相鄰滑塊1208之輪廓壁1216接觸。在一些實施例中，滑塊1208A至1208n具有翅片或突起1214A至1214n及在輪廓壁1216A至1216n內之相對凹部或孔1218A至1218n。例如，一第一滑塊1208之翅片或突起1214可至少部分插入於一相鄰滑塊1208之對應凹部或孔1218內。藉由另一實例，翅片或突起1214可抵靠外殼1202之一內表面1220安置。在此等實施例中，翅片或突起1214A至1214n用於將滑塊1208定位於外殼1202內且以一偏移位置使相鄰滑塊1208間隔開。在其他實施例中，滑塊1208A至1208n具有平滑或實質上平滑輪廓表面，而不脫離本發明之範疇。

在特定實施例中，滑塊1208A至1208n在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造並固定在空腔部分1204內。例如，滑塊1208A至1208n可為3D列印或注塑或依其他方式附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼1202之內表面1220。然而，應注意，滑塊1208A至1208n可定位在外殼1202內，而無需額外固定，而不脫離本發明之範疇。

環形之滑塊1208A至1208n可促進一增加安裝難度及/或可促進現有生物反應器之改進。例如，在其中生物沉降器1200之外殼1202係一商業可用產物的情況下，生物沉降器1200之內部可經由各個別滑塊1208 (或滑塊群組1208)之安裝而用經改良滑塊1208A至1208n改進。滑塊1208可實質上相等以增加製造容易性並潛在地降低製造成本。

生物沉降器1200包含一蓋或頂部封閉件1222。例如，頂部封閉件1222可為平坦或扁平、圓錐形、半球形、半球狀或圓頂形，或本技術已知之其他三維形狀。本文中應注意，頂部封閉件1222可與外殼1202分離或形成為外殼1202之部分。另外，應注意，外殼1202之具有至少一第二較小直徑之部分可形成為外殼1202之部分，或可為一單獨底部封閉件。貫穿本發明之與各種頂部封閉件相關之討論被認為類似地適用於生物沉降器1200。

生物沉降器1200包含外殼1202、內圓筒1204及/或頂部封閉件1214內之一或多個埠1224 (例如，入口埠及/或出口埠)。例如，包含細胞或粒子之流體、將混合之多個入口流體及/或覆蓋氣體可經由一或多個入口埠輸入，而濃縮細胞或粒子懸浮液及/或澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸鹽或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)可經由一或多個出口埠輸出。貫穿本發明之關於各種入口埠及出口埠之討論被認為類似地適用於生物沉降器1200。

在一個非限制性實例中，至少一個埠1224可耦合至生物沉降器1200內之內部管道1226。例如，一埠1224A可耦合至透過滑塊1208A至1208n之一輪廓表面1230中之一孔1228路由之內部管道1226A。另外，一埠1224B可耦合至穿過滑塊1208A至1208n之下開口1214A至1214n之內部管道1226B。進一步言之，一埠1226C可耦合至通常安置於外殼1202內及/或抵靠滑塊1208A至1208n之輪廓表面1230之內部管道1226C。應注意，表面1230可被認為係傾斜，相對於外殼1202之一縱向軸線成角度。

應注意，頂部封閉件1222可經由一可移除或可釋放互鎖裝置(例如，一凸緣及鎖扣或鉤總成、一突片及凹槽總成、配合螺紋、一緊固件或其類似者)或經由不可移除方式(例如，一黏著劑、一膠水、一焊接(例如，熱焊接或音波焊接或其類似者)耦合(例如，機械地或其類似者)至外殼1202。如熟習此項技術者將瞭解，將蓋或頂部封閉件或上部1222接合至外殼1202之任何合適方式可與生物沉降器1200一起使用。另外，應注意，在生物沉降器1200之組裝期間，一墊圈或墊片可定位於外殼1202上或於外殼1202與頂部封閉件1222之間的外殼1202之一輪緣或凸緣中之一凹槽內(未展示)。

生物沉降器1200之元件(諸如滑塊1208及外殼1202)可由一次性可棄式塑料製成。替代地，生物沉降器1200之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，生物沉降器1200之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

生物沉降器1200內之表面(諸如滑塊1208之表面1230及外殼1202之一內表面1220)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、聚四氟乙烯®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。生物沉降器1200可容易地縮放至任何所需大小。

應注意，生物沉降器1200之埠之一或多者可經組態以耦合(例如，機械地、流體地或其類似者)至外部管道線路。此管道線路可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式經組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，生物沉降器1200之埠之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力。

外殼1202可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼1202及生物沉降器1200內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼1202以調整生物沉降器1200內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠。

圖54至圖55大體上繪示根據本發明之實施例之一生物反應器1300。應注意，圖54至圖55中之生物反應器1300之部分(例如外殼1302)係由PBS Biotech®製造及/或銷售之一Vertical-Wheel®生物反應器之組件之實例表示。提供表示作為生物反應器1300之滑塊1308可組態用於由PBS Biotech®製造及/或銷售之Vertical-Wheel®生物反應器之組件之一實例。

另外，除非另有提及，否則針對粒子沉降器裝置100、生物反應器600、生物反應器700、生物反應器800、生物反應器1000、生物反應器1100及/或生物沉降器1200之實施例可應用於生物反應器1300。特定言之，生物反應器1300類似於本文中所描述之其他沉降器裝置或生物反應器且包含許多相同或類似特徵。

生物反應器1300包含一外殼1302及界定在外殼1302內之一空腔1304。應注意，生物反應器1300之組件(例如，包含外殼1302)在圖54中為簡潔起見可繪示為透明，但熟習此項技術者將理解此並非限制本發明。

在特定實施例中，外殼1302包含沿其高度之一不同橫截面。例如，外殼1302可包含靠近外殼1302之緯度中心具有一第一、較大寬度之一第一部分及靠近外殼1302之一端具有至少一第二、較小直徑之一第二部分。例如，外殼1302之第二部分可為半球形，具有實質上等於外殼1302之第一區段之寬度之一直徑且基於一對應半徑將一弧跟蹤至外殼1302之端，使得外殼1302靠近端之第二部分之總寬度沿第二部分之高度連續減小。歸因於橫截面之差異，空腔1304包含一空腔部分1306A及至少一個空腔部分1306B。

空腔部分1306A經組態以接納多個滑塊1308A至1308n，其中「n」表示任何數目個滑塊1308。應注意，滑塊1308A至1308n可包含與如貫穿本發明所描述之滑塊102A至102n、滑塊402A至402n、滑塊1112A至1112n及/或滑塊1208A至1208n類似之特徵。在其他實施例中，外殼1302包含沿其長度之一實質上恒定橫截面，使得在不脫離本發明之範疇之情況下，僅在外殼1302內界定空腔1306A。

如圖54至圖55中繪示，滑塊1308A至1308n實質上平坦且相對於外殼1302之一頂面1310傾斜。特定言之，在圖54至圖55中，滑塊1308A至1308n相對於頂面1310向下傾斜，其中一上邊緣1312A至1312n比一下邊緣1314A至1314n定位成更靠近外殼1302之頂面1310。然而，應注意，滑塊102A至102n可代替滑塊1308A至1308n用於生物反應器1300中，而不脫離本發明之範疇。

在特定實施例中，滑塊1308A至1308n在透過實驗或計算類比判定之位置及/或間距處製造並固定在空腔部分1304內。例如，滑塊1308A至1308n可為3D列印或注塑或依其他方式附接(例如，膠合、熱焊接或音波焊接)至外殼1302之一前表面1318或一後表面1320之一內表面1316。然而，應注意，滑塊1308A至1308n可定位在外殼1302內，而無需額外固定，而不脫離本發明之範疇。

儘管本發明之實施例繪示頂面1310與外殼1302之前表面1316、後表面1318及/或側表面1320一起形成或整合在一起，但在不脫離本發明之範疇的情況下，本文中應注意，頂面1310可為與外殼1302分離且耦合至外殼1302之一蓋或頂部封閉件。例如，頂部封閉件可為平坦或扁平、圓錐形、半球形、半球狀或圓頂形，或本技術已知之其他三維形狀。本文中應注意，具有至少一第二、較小直徑之外殼1302之第二部分亦可形成為外殼1302之部分，或可為一單獨底部封閉件。貫穿本發明之關於各種頂部封閉件之討論被認為類似地適用於生物反應器1300，其中頂面1310係一蓋或頂部封閉件。

生物反應器1300包含外殼1302及/或頂面1310內之一或多個埠1322 (例如，入口埠及/或出口埠)。一或多個埠1322可為孔或可為安裝於孔內之實體組件。例如，包含細胞或粒子之流體、將混合之多個入口流體及/或覆蓋氣體可經由一或多個入口埠輸入，而濃縮細胞或粒子懸浮液及/或澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸鹽或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)可經由一或多個出口埠輸出。貫穿本發明之關於各種入口埠及出口埠之討論被認為類似地適用於生物反應器1300。

在一個非限制性實例中，至少一個埠1322可耦合至生物反應器1300內之內部管道1324。例如，一埠1322A可耦合至透過滑塊1308A至1308n中之孔1326佈線且耦合(例如，機械地、流體地或其類似者)至額外外部管道線路1328的內部管道1324A。另外，一埠1322B可耦合至安置於滑塊1308A至1308n上方之內部管道1324B，其中內部管道1324B亦自外殼1302向外延伸。進一步言之，一埠1324C可耦合至透過滑塊1308A至1308n中之孔1326佈線之內部管道1324C，其中內部管道1324C亦自外殼1302向外延伸。

應注意，外部管道線路1328可與本發明之緊湊型細胞沉降器裝置之任何者互連。線路可具有一直徑或依其他方式經組態以與本發明之實施例之任何埠互連。任選地，生物反應器1300之埠之一或多者可用於對生物反應器內容物進行採樣，例如，用於檢查細胞活力，及連續量測液體pH及DO用於輸入至一電腦控制之多氣體質量流量控制器中。線路可任選地包含定位於一中空內部內之至少一個感測器。感測器可與線路內之流體及/或粒子接觸。任選地，感測器可配置於線路之一內表面上，然考慮其他組態。感測器可用於監測線路中之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂(包含溶解或部分CO ₂)之一或多者。任選地，感測器之一或多者可包括一螢光探針，該螢光探針發射基於由探針感測之一條件而變化之光。光可由一讀取器或儀錶收集。任選地，光可由一任選光纜收集且傳輸至儀錶。儀錶可操作以報告或顯示由螢光探針感測之pH、DO、葡萄糖、溫度及CO ₂之至少一者之位準。管道線路可包括透明或至少半透明之一材料。因此，由一感測器產生之光可穿過線路。替代地，一線路之至少一部分係透明或至少半透明，類似於一視窗。據此，由一感測器產生之光可透過視窗部分傳輸且由儀錶收集。

在空腔1304之至少一部分中，生物反應器1300可容納具有一或多個翅片或葉片1332之一葉輪1330。在一個非限制性實例中，葉輪1330可定位於滑塊1308A至1308n下方之空腔1304內，類似於對應於外殼1302之弧形第二區段之一水輪。葉輪1330可使沉降粒子(諸如微載體粒子或半固體單細胞或細胞聚集體或類有機物)再回收。替代地，葉輪1330可攪動流體且使沉降粒子在外殼1302之弧形第二區段之底部脫離以輸送至一出口埠1322 (例如，其中出口埠1322定位於滑塊1308A至1308n之底部邊緣與葉輪1330之間)。應注意，生物反應器1300可包含用於將澄清上清液(例如，含有任何代謝廢物產物，諸如氨及乳酸或氣體之澄清培養液，以及任何尚未沉降之較小死細胞及細胞碎片)自外殼1302取出之其他出口。在特定實施例中，葉輪1330可由一動力傳輸裝置(未繪示)旋轉。例如，動力傳輸裝置可為一電動機、一渦輪、一感應裝置或能夠由電力、流體或磁力驅動之其他裝置。在特定實施例中，葉輪1330可由自滑塊1302A至1302n落下之沉降粒子推動。貫穿本發明之關於各種葉輪及相關葉輪組件之討論被認為類似地適用於生物反應器1300。

生物反應器1300之元件(諸如滑塊1308、外殼1302及具葉片1332之葉輪1330)可由一次性可棄式塑料製成。替代地，生物反應器1300之元件之一或多者可由一金屬製成，諸如一不銹鋼合金或玻璃。取決於製造材料，生物反應器1300之元件之至少一部分可對一預定波長範圍之光部分或完全透明或至少半透明。

生物反應器1300內之表面(諸如滑塊1308之表面1334、外殼1302之一內表面1310及葉輪1330之葉片1332之表面1336)可完全或部分塗覆有熟習此項技術者已知之一不黏塑料、聚四氟乙烯®、矽樹脂及類似材料之一或多者。另外或替代地，表面(特別係當由不銹鋼形成時)可經電拋光以提供一平滑表面。生物反應器1300可容易地縮放至任何所需大小。

外殼1302可任選地包含一流體套(未繪示)。流體套可操作使得水或其他流體可透過一或多個埠引導至流體套中以將外殼1302及生物反應器1300內之內容物保持在一所需溫度範圍內。任選地，一加熱器可連接至外殼1302以調整生物反應器1300內之液體溫度。例如，在一個實施例中，用於加熱或冷卻入口細胞培養基之一熱交換器可連接至埠。

現描述使用本發明之沉降器裝置之例示性方法。一含粒子液體(包含(例如)細胞培養液、廢水或含有固體催化劑粒子之反應流體等等)透過一埠引入本發明之一沉降器裝置中。大致50%至99%之進入液體(通常約90%)透過沉降器之底部處之一埠移除，而剩餘1%至50% (通常約10%)液體透過沉降器裝置之頂部處之一埠移除。一泵(例如一蠕動泵或其類似者)可用於將液體自頂部埠吸引或吸出，而離開底部之濃縮液體可歸因於重力而離開外殼之底部出口，而無需一泵。替代地，含有沉降細胞或粒子之液體可以約50%至99%之進入液體流速自沉降器裝置之一底部埠泵出，且剩餘澄清液體(1%至50%)可經由一頂部埠離開。任選地，離開埠之流體可經泵出至一收穫線路中。

大多數進入細胞(或粒子)在進入時透過離心力抵靠內結構之壁(例如，內圓筒202、704、804、分離板610或其類似者)推動，最初透過一緩慢渦流運動使內結構沉降，隨著液體及粒子/細胞下降並經由一底部埠離開而變得更快。未沉降之細胞或粒子將向上移動通過傾斜滑塊102、404。當液體通過傾斜滑塊102、404緩慢向上移動時，較大粒子(例如活細胞)將沉降在傾斜滑塊102、404之表面上，且沿傾斜滑塊102、404向下滑動或落在傾斜滑塊102、404與外殼102或內結構之表面之間的任何小空間中。此等沉降粒子下落，直至其等到達底部埠。

藉由增加透過底部埠之液體入口流速，可減少液體在傾斜沉降器區內之停留時間，使得當液體到達沉降區之頂部時，較小粒子(例如死細胞及細胞碎片或其類似者)不會沉降，且因此此等較小粒子經由一頂埠離開沉降器裝置。此特徵提供一種簡單方法來選擇性地經由頂埠將較小粒子移動至一收穫流中，而較大粒子(例如活細胞及生產性細胞)自底埠返回至另一容器(諸如一生物反應器)。

因此，在此等方法中，將一液體懸浮液引入至此等沉降器裝置中之步驟可包含將一液體懸浮液自一塑膠生物反應器袋引到至粒子沉降器裝置中。藉由與埠或開口液體連通之一或多個泵(例如一蠕動泵)，可將液體引到至或抽出沉降器裝置中之任何埠或開口。此等泵或使液體流入或流出沉降器裝置之其他構件可連續或間歇操作。若間歇操作，在泵關閉期間，粒子或細胞之沉降發生，而周圍流體靜止。此促進已沉降之彼等粒子或細胞不受液體向上流動之阻礙而滑下傾斜滑塊。間歇操作具有以下優點：其可提高細胞向下滑動之速度，藉此提高細胞活力及生產率。在一具體實施例中，使用一泵將細胞之一液體懸浮液自一生物反應器或酵素培養基引導至本發明之沉降器裝置中。

可在使用本發明之沉降器裝置之此等方法中調整之一個參數係進出沉降器裝置之液體流速。液體流速將完全取決於裝置之特定應用且速率可變化以保護粒子自澄清液體沉降及分離。明確言之，可需要調整流速以保護活細胞之生存力，活細胞可在本發明之沉降器裝置中分離且返回至一細胞培養物中，但亦應調整流速以防止大量細胞或粒子在沉降器裝置中堆積或堵塞將液體輸送至沉降器裝置中及輸送出沉降器裝置之導管。

在此等方法中，自沉降器裝置收集之澄清液體可包含以下之至少一者：生物分子、有機或無機化合物、化學反應物及化學反應產物。自沉降器裝置收集之澄清液體可包含以下之至少一者：烴、多肽、蛋白質、醇、脂肪酸、激素、碳水化合物、抗體、類異戊二烯、生物柴油及啤酒。在此等方法之實例中，自沉降器裝置收集之澄清液體包含以下之至少一者：胰島素或其類似物、單株抗體、生長因數、亞單位元疫苗、病毒、病毒樣粒子、簇刺激因數及紅細胞生成素(EPO)。

本文引用之各出版物或專利之全部內容以引用的方式併入本文中。另外，應注意，計算流體動力學(CFD)模擬已證實透過本發明之沉降器裝置之流動通道之流體之流動模式且廣泛用於指導本發明之沉降器裝置之實施例之元件之設計。

許多自體及同種異體細胞治療生產方案需要在一無菌、封閉流通裝置中緩慢分離細胞及粒子。例如，在一懸浮生物反應器中之微載體珠上之間充質幹細胞(MSC)之離體擴增之後，在其等在珠上達到匯合之後，進行細胞之一酶促分離且隨後自珠分離MSC。目前，自微載體珠(~500微米)分離幹細胞(~20微米)藉由將混合物通過具有約100微米之開口之無菌鋼網來執行，其導致對幹細胞之顯著剪切損傷及透過此分離過程收穫之約15%之擴增幹細胞之損失。另一實例係誘導多能幹細胞(iPSC)生長成細胞團或類器官。iPSC之生長需要每天更換培養基以支持其等在小型生物反應器(諸如T形瓶或搖瓶)中之快速生長。然而，在其等每天更換培養基期間，很難將細胞團保留在生物反應器內。即使非常小心，在自燒瓶緩慢移取用過之培養基期間，亦經歷細胞團(~100微米)之顯著損失。

相比之下，本發明之沉降器裝置導致較少細胞損失及損傷。更明確言之，本發明之沉降器裝置可將死細胞及細胞碎片(＜ 8微米)與活細胞(＞ 12微米)分離。在一些實施例中，本發明之沉降器裝置亦可自500微米珠分離20微米細胞。進一步言之，在併入用於pH及溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸鹽、穀氨醯胺、氨及溫度之感測器之一些實施例中，對本發明之沉降器裝置內之此等培養參數之控制促進內部各種幹細胞(iPSC、MSC)之生長且消除對細胞、細胞簇及微載體珠之剪切損傷。感測器可即時或定期採樣，快速偵測由如微生物之外來物質造成之任何污染。另外，本發明之一沉降器裝置可用於幹細胞擴增、分化、濃縮及收穫，而無需將沉降器裝置保持在一培養箱中或在一培養箱或一生物安全櫃之間運輸沉降器裝置。

在一個實施例中，本發明之沉降器裝置可在灌注生物反應器應用中操作以在連續移除廢培養基及將活細胞及生產性細胞(12至24微米)再迴圈回至沉降器裝置中期間，自沉降器裝置分離及移除死細胞及細胞碎片(大小＜10微米)。依此方式，本發明之沉降器裝置消除由許多幹細胞擴增及收穫方案所經歷之兩個主要問題：(i)在一生物安全櫃中進行培養基更換操作以維持細胞擴增之日常開放式操縱步驟；及(ii)在廢培養基移除過程期間幹細胞及細胞簇之反復損失。更明確言之，在一些實施例中，本發明之沉降器裝置消除此等兩個問題，因為其無需在一生物安全櫃中進行任何開放式操縱且在移除用過之培養基期間沒有活幹細胞或細胞簇損失。

本發明之沉降器裝置提供額外益處，包含沉降器裝置內液體培養基之細胞培養參數之桌面控制。相比之下，所有其他市售組織培養瓶需要放在一培養箱中。進一步言之，在本發明之沉降器裝置內之傾斜滑動表面上生長之黏附細胞上緩緩流下之液體用新鮮氧化培養基灌注細胞，而其他細胞培養系統將培養基在黏附細胞上保持靜止或未混合約24小時。

在本發明之沉降器裝置之任何者中，液體可藉由與埠或開口液體連通之一或多個泵(例如一蠕動泵)引導至或抽出沉降器裝置之外殼中之埠或開口之任何者。此等泵或使液體流入或流出沉降器裝置之其他構件可連續或間歇操作。若間歇操作，在泵關閉期間，粒子或細胞之沉降發生，而周圍流體靜止。此促進已沉降之彼等粒子或細胞不受液體向上流動之阻礙而滑下傾斜滑塊表面。間歇操作具有以下優點：其可提高細胞向下滑動之速度，藉此提高細胞活力及生產率。在一具體實施例中，使用一泵將細胞之一液體懸浮液自一生物反應器或酵素培養基引導至本發明之沉降器裝置中。

藉由自其他埠泵入新鮮培養基，可自本發明之沉降器裝置連續移除用過之培養基。此防止在移除用過之培養基期間任何活細胞或細胞簇之損失。所有其他可擴展黏附細胞培養物堆疊必須運送至一生物安全櫃中用於內部之日常人工培養基更換操作。

最後，藉由將所需酶溶液添加至本發明之沉降器裝置中且促進分離細胞沿傾斜滑塊緩慢下滑並離開沉降器裝置，可容易地實現在擴增幹細胞在可用生長表面上生長至匯合之後之收穫。相比之下，其他黏附細胞培養系統必須放入生物安全櫃中且廣泛操作以收穫分離幹細胞。

自本發明之實施例之沉降器裝置之測試獲得之樣品之大小分佈資料提供約50%之活細胞，展示死細胞(8至10微米)之一小峰且沉降器之頂部流出物非常清楚地展示較小死細胞及細胞碎片(小於8微米)在頂部流出物中優先移除。進一步言之，在附接有本發明之一沉降器裝置之吾人灌注生物反應器中，在打開灌注流且逐漸增加以選擇性地自生物反應器移除死細胞及細胞碎片之後，細胞之存活百分比自其在7天補料分批培養中之典型下降恢復至約90%。

本發明之沉降器裝置可操作為一一體式生物反應器/沉降器，其有益地替代兩個單獨裝置且消除許多蠕動泵，該等蠕動泵先前在兩個現有裝置之間運輸細胞培養液所需。因此，沉降器裝置可用於細胞治療製造中之若干重要應用，諸如(但不限於)：(i)自微載體珠緩慢分離單幹細胞，(ii)在一灌注操作中連續移除用過之培養基時完全保留細胞簇，(iii)在沒有任何剪切損傷之情況下濃縮及收穫幹細胞及(iv)藉由在沉降器裝置內安裝感測器以量測pH、DO、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸鹽、穀氨醯胺、氨及T在傾斜沉降表面內之大面積上生長黏附幹細胞且藉由噴射空氣、O ₂、CO ₂、N ₂及空氣之一操縱混合物及/或藉由操縱泵入沉降器裝置中之不同液體培養基成分之流速來控制此等培養參數。

併入生物反應器內之本發明之沉降器裝置對於提取有毒代謝物可為有利的且允許酵母細胞(例如釀酒酵母)進一步生長並產生更多產物。沉降器裝置及生物反應器中之攪拌可導致外殼內形成一油-水乳液，其可經分解以允許連續收穫具有一形成有毒產物之有機相。為了有助於乳液之分解，水相(例如含酵母細胞之一酵素液)經返回至生物反應器用於在一連續灌注過程中進一步生長及生產。如貫穿本發明所描述之滑塊之定位將允許以下之一組合(1)沉降器裝置及生物反應器中間之酵母發酵及(2)如貫穿本發明所描述之沉降器裝置及生物反應器之周邊周圍滑塊中之乳狀液破裂或分離。

生物反應器內之本發明之沉降器裝置可有利於自沉降器裝置及生物反應器之外殼內之一週邊連續分離及收穫具有提取產物之一較輕水相，同時亦製備一中心攪拌發酵區以使細胞生長及將一分泌產物提取至較輕相中用於在週邊沉降區中分離。

沉降器裝置提供許多優於當前技術水平之優點，包含消除以下之任何需要：(i)將沉降器裝置保持在一培養箱內以控制沉降器裝置內之所有培養參數，(ii)將沉降器裝置保持在一生物安全櫃內用於無菌液體處置及細胞收穫及(iii)在一培養箱與生物安全櫃之間來回運輸沉降器裝置用於日常培養基更換。

經考慮圖15至圖34及圖54至圖55中之生物反應器600、700、800、1300之實例實施例提供如貫穿本發明所描述之滑塊應理解為在不脫離本發明之範疇的情況下可用任何現有或市售生物反應器或類似產品來組態，生物反應器600、700、800、1300表示部分市售產品，包含由Sartorius製造及/或銷售之Ambr®250微載體及/或哺乳動物容器、由Eppendorf製造及/或銷售之BioBLU®一次性生物反應器、由Bioengineering AG製造及/或銷售之KLF生物反應器、由Eppendorf製造及/或銷售之BioFlo®/CelliGen®系列生物反應器及由PBS Biotech®製造及/或銷售之Vertical-Wheel®生物反應器。

為提供額外背景、上下文，且進一步滿足35 U.S.C. § 112之書面描述要求，以下之全部內容以引用的方式併入本文中：歐洲專利案EP0521583B1、美國專利案1,701,068、美國專利案2,230,386、美國專利案2,261,101、美國專利案2,307,154、美國專利案2,651,415、美國專利案5,624,580、美國專利案5,840,198、美國專利案5,948,271、美國專利案6,146,891、美國專利申請公開案2005/0194316、美國專利申請公開案2007/0246431、美國專利申請公開案2009/159523、美國專利申請公開案2011/097800、美國專利申請公開案2012/180662、美國專利申請公開案2014/011270、美國專利申請公開案2014/0225286及美國專利申請公開案2017,0090490。

出於圖解說明及描述之目的，已呈現本發明之前述實例。此等實例並不意欲將本發明限於本文中所揭示之形式。因此，與本發明之描述之教導以及相關領域之技術或知識相稱之變體及修改在本發明之範疇內。在本文中提供之實例中描述之具體實施例意欲進一步解釋已知用於實施本發明之最佳模式且使本領域之其他技術者能夠在此等或其他實施例中利用本發明且根據本發明之特定應用或使用需要進行各種修改。意欲將隨附申請專利範圍解釋為包含先前技術允許範圍內之替代實施例。

100:粒子沉降器裝置 102:滑塊 102A:滑塊 102A_1: 滑塊 102A_2: 滑塊 102A_3: 滑塊 102B:滑塊 102C:滑塊 102n:滑塊 102n_1:滑塊 102n_2:滑塊 102n_3:滑塊 104:凸面或凹面 106:凹槽 108:側面 110:粒子 112:邊緣 112A:邊緣 112B:邊緣 112C:邊緣 112n:邊緣 114:邊緣 114A:邊緣 114n:邊緣 200:外殼或外部結構(例如外圓筒) 202:內圓筒/內結構 202_1:同心內圓筒 202_2:同心內圓筒 202_3:同心內圓筒 204:空腔或環形空間 204_1: 空腔 204_2: 空腔 204_3: 空腔 206:內表面 208:外殼壁 210:外表面 210_1: 外表面 210_2: 外表面 210_3: 外表面 212:內圓筒壁 212_1: 內圓筒壁 212_2: 內圓筒壁 212_3: 內圓筒壁 214:空腔 300:頂部封閉件 302:底部封閉件 304A:頂部側入口埠 304B:頂部中心埠 304C:入口埠 304D:入口埠 304E:氣體覆蓋入口埠 306:埠 308:滑塊 402:滑塊 404A:凸面或凹面 404B:凸面或凹面 404C:凸面或凹面 405A:接縫 405B:接縫 406: 凹槽 406A: 凹槽 406B: 凹槽 406C: 凹槽 408:側面 408A: 側面 408B: 側面 408C: 側面 412:邊緣 414:邊緣 500:頂部環形空間 600:生物反應器 602:外殼 604:蓋或頂部封閉件 606:空腔 608A:空腔部分 608B:空腔部分 610:分離板/內結構 612:內表面 614:表面 616:埠 618A:出口埠 618B:出口埠 620:葉輪 622:葉片 624:動力傳輸裝置 626:唇部或凸緣 628:初級弧形形狀 630A:次級弧形形狀 630B:次級弧形形狀 632:凹口或溝槽 634:沉降總成 700:生物反應器 702:外殼 704:內圓筒 706:環形空間 708:內表面 710:外表面 712:蓋或頂部封閉件 714:入口埠 716:出口埠 718:內環形空間 720:葉輪 722:葉片 800:生物反應器 802:外殼 804:內圓筒 806:空腔 808A:空腔部分 808B:空腔部分 808C: 空腔部分 810:內表面 812:外表面 814:蓋或頂部封閉件 816:底部封閉件 818:內空腔 820:葉輪 822:葉片 824:開口 900:流體系統 901:儲液器 902:輸入線路 903:補料泵 904:輸出線路 905:收穫泵 906:感測器 1000:生物反應器 1002:外殼 1004:分離圓筒或內圓筒 1006:空腔 1008A:上外殼區段 1008B:下外殼區段 1010A:上凸緣 1010B:下凸緣 1012:空腔 1014:翅片或突起 1016:內表面 1018A:空腔部分 1018B:空腔部分 1020:內表面 1022:外表面 1024:沉降總成 1026:區段 1026A:區段 1026n:區段 1028:分割切口 1028A:頂部凸緣 1028B:底部凸緣 1100:生物反應器 1102:外殼 1104:分離圓筒或內圓筒 1106:空腔 1108:空腔 1110A:空腔部分 1110B:空腔部分 1112A:滑塊 1112n:滑塊 1114A:邊緣 1114n:邊緣 1116A:邊緣 1116n:邊緣 1118A:表面 1118n:表面 1120:內表面/頂部開口 1122:空腔區段 1124:外表面 1126:沉降總成 1128A:頂部凸緣 1128B:底部凸緣 1200:生物沉降器 1202:外殼 1204:空腔 1206A:空腔部分 1206B:空腔部分 1208:滑塊 1208A:滑塊 1208n:滑塊 1210n:上開口 1212:頂部開口 1214:翅片或突起 1214A:翅片或突起 1214n:翅片或突起 1216:輪廓壁 1216A:輪廓壁 1216n:輪廓壁 1218:凹部或孔 1218A:凹部或孔 1218n:凹部或孔 1220:內表面 1222:頂部封閉件 1224:埠 1224A:埠 1224B:埠 1224C:埠 1226:內部管道 1226A:內部管道 1226B:內部管道 1226C:內部管道 1228:孔 1230:表面 1300:生物反應器 1302:外殼 1304:空腔 1306A:空腔部分 1306B:空腔部分 1308:滑塊 1308A:滑塊 1308n:滑塊 1310:頂面 1312A:上邊緣 1312n:上邊緣 1314A:下邊緣 1314n:下邊緣 1316:前表面 1318:後表面 1320:側表面 1322:出口埠 1322A:埠 1322B:埠 1322C:埠 1324:內部管道 1324A:內部管道 1324B:內部管道 1324C:內部管道 1326:孔 1328:外部管道線路 1330:葉輪 1332:葉片 1334:表面 1336:表面

圖1A係根據本發明之實施例之一粒子沉降裝置之一單順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一俯視圖；

圖1B係圖1A之單順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一側視圖；

圖1C係根據本發明之實施例之一粒子沉降裝置之一單逆時針彎曲螺旋滑動沉降器之一俯視圖；

圖1D係圖1C中之單逆時針彎曲螺旋滑動沉降器之一側視圖；

圖2係根據本發明之實施例之具有一單順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一粒子沉降裝置之一部分；

圖3係根據本發明之實施例之具有三個順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一粒子沉降裝置之一部分；

圖4係根據本發明之實施例之具有順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一粒子沉降裝置之一部分；

圖5係圖4之粒子沉降裝置之一側視圖之一橫截面圖；

圖6係圖4之粒子沉降裝置之一俯視平面圖；

圖7係根據本發明之實施例之一粒子沉降裝置之一俯視平面圖；

圖8係根據本發明之實施例之一粒子沉降裝置之一側視透視圖；

圖9係具有多個頂部埠之圖8之一粒子沉降裝置之一部分之一側視透視圖；

圖10係根據本發明之實施例之具有一單順時針彎曲多脊螺旋滑動沉降器之一粒子沉降裝置之一側視透視圖；

圖11係圖10之粒子沉降裝置之一俯視平面圖；

圖12係根據本發明之實施例之具有多個頂部埠之一粒子沉降裝置之一側視透視圖；

圖13係圖12之粒子沉降裝置之一側視透視圖之一橫截面圖；

圖14係圖12之粒子沉降裝置之一側視透視圖之一橫截面圖；

圖15係根據本發明之實施例之具有多個滑塊之一生物反應器之一前視圖；

圖16係圖15之生物反應器之一側視透視圖；

圖17係圖15之生物反應器之一右後透視圖；

圖18係圖15之生物反應器之一左後透視圖；

圖19係圖15之生物反應器之左後透視圖，其中一頂部已移除；

圖20係圖15之生物反應器之一部分之一俯視平面圖；

圖21係圖15之生物反應器之順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一前視透視圖；

圖22係圖15之順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一後下透視圖；

圖23係根據本發明之實施例之具有一單逆時針彎曲螺旋滑動沉降器之一生物反應器之一部分之一透視圖；

圖24係圖23之生物反應器之一部分之一透視圖，該生物反應器具有多個逆時針彎曲螺旋滑動沉降器；

圖25係圖23之生物反應器之一透視圖；

圖26係圖25之生物反應器之一側視平面圖；

圖27係圖25之生物反應器之前視圖之一橫截面；

圖28係圖25之生物反應器之一俯視平面圖；

圖29係根據本發明之實施例之具有一單順時針彎曲螺旋滑動沉降器之一生物反應器之一透視圖；

圖30係圖29之生物反應器之一透視圖，該生物反應器具有多個順時針彎曲螺旋滑動沉降器；

圖31係圖30之生物反應器之一側視透視圖之一橫截面；

圖32係圖30之生物反應器之一部分變體之一側視透視圖之一橫截面；

圖33係根據本發明之實施例之隔離攪拌期間一生物反應器之一部分之一側視平面圖之一橫截面；

圖34係圖33之生物反應器之一部分在混合攪拌期間之一側視平面圖之一橫截面；

圖35係根據本發明之實施例之一生物反應器內包含一沉降器裝置之一灌注生物反應器系統之一實例示意圖；

圖36係根據本發明之實施例之一生物反應器之一側視透視圖，該生物反應器具有圍繞一分離圓筒之多個順時針螺旋滑動沉降器；

圖37係圖36之生物反應器之一俯視透視圖；

圖38係一生物反應器及圖36之分離圓筒周圍之多個順時針螺旋滑動沉降器之一分解側視透視圖；

圖39係圖36之生物反應器之一俯視平面圖，包含截面線B-B；

圖40係自圖39之藉面線B-B觀察之圖36之生物反應器之一側視平面圖；

圖41係圖36之生物反應器之分離圓筒周圍之多個順時針螺旋滑動沉降器之一俯視透視圖；

圖42係分成區段之圖41之分離滾筒周圍之多個順時針螺旋滑動沉降器之一俯視透視圖；

圖43係圖38之生物反應器之一俯視平面圖，其描繪多個順時針螺旋滑動沉降器之區段安裝於分離圓筒周圍；

圖44係圖38之生物反應器之一俯視平面圖，其描繪分離圓筒周圍之多個順時針螺旋滑動沉降器之安裝區段；

圖45係根據本發明之實施例之一分離圓筒周圍之多個環形滑動沉降器之一側視透視圖；

圖46係安裝於一生物反應器內之圖45之分離圓筒周圍之多個環形滑動沉降器之側視透視圖之一部分橫截面；

圖47係安裝於圖46之生物反應器內之圖45之分離圓筒周圍之多個環形滑動沉降器之一橫截面；

圖48係圖45之分離滾筒之一變型之一側視透視圖，多個環形滑動沉降器在分離滾筒周圍；

圖49係安裝於生物反應器內之圖48之分離圓筒周圍之多個環形滑動沉降器之側視透視圖之一部分橫截面；

圖50係安裝於圖49之生物反應器內之圖48之分離圓筒周圍之多個環形滑動沉降器之一橫截面；

圖51係根據本發明之實施例之具有多個向下指向之錐形滑動沉降器之一生物沉降器之一側視透視圖；

圖52係具有圖51之多個向下指向之錐形滑動沉降器之生物沉降器之側視透視圖之一部分橫截面；

圖53係具有圖51之多個向下指向之錐形滑動沉降器之生物沉降器之側視透視圖之一橫截面；

圖54係根據本發明之實施例之具有滑動沉降器板之一生物反應器之一透視圖；及

圖55係具有圖54之滑動沉降器板之生物反應器之一橫截面圖。

100:粒子沉降器裝置

102A:滑塊

102n:滑塊

112A:邊緣

112n:邊緣

200:外殼或外部結構(例如外圓筒)

202:內圓筒/內結構

204:空腔或環形空間

206:內表面

208:外殼壁

210:外表面

212:內圓筒壁

Claims (20)

1. 一種可操作地設置於一生物反應器內用於生產細胞治療產物、分泌生物蛋白、多肽或激素、疫苗、病毒載體或基因治療產物之沉降裝置，其包括： 一外殼，其具有一下端、一上端及一外壁； 一內結構，其定位於該外殼內，該內結構包含一內壁，其中該內結構及該外殼沿由該外殼界定之一縱向軸線對準； 複數個傾斜滑塊，其設置於由該外壁之一內表面及該內壁之一外表面界定之一空腔內。
2. 如請求項1之沉降裝置，該複數個傾斜滑塊之各傾斜滑塊包括擁有具有一凹槽及側面之一第一弧形表面之一主體，該第一弧形表面與一第一相鄰傾斜滑塊間隔開，耦合至該外殼之該內表面之一邊緣或耦合至該內結構之該外表面之一邊緣之至少一者，及與一第二相鄰傾斜滑塊間隔開之一第二弧形表面。
3. 如請求項1之沉降裝置，該複數個傾斜滑塊之各傾斜滑塊包括擁有具有複數個凹槽及對應側面之一第一弧形表面之一主體，該第一弧形表面與一第一相鄰傾斜滑塊間隔開，耦合至該外殼之該內表面之一邊緣或耦合至該內結構之該外表面之一邊緣之至少一者，及與一第二相鄰傾斜滑塊間隔開之一第二弧形表面。
4. 如請求項1之沉降裝置，該複數個傾斜滑塊之各傾斜滑塊包括一環形滑塊，其包含具有一實質上圓形橫截面之一主體且包含與一相鄰環形滑塊間隔開之一傾斜表面，其中該傾斜表面朝向該外殼之該主體之該下端向下傾斜或朝向該外殼之該主體之該上端向上傾斜。
5. 如請求項1之沉降裝置，其進一步包括以下之至少一者： 一上區段，其耦合至該外殼之該上端；及 一下區段，其中該外殼之該下端接觸該下區段且自該下區段向上延伸。
6. 如請求項5之沉降裝置，其中該下區段進一步包括一第一埠，且該上區段包括至少一第二埠，其自該上區段且在該外殼之該內表面與該內結構之該外表面之間的一環形空間中向下延伸。
7. 如請求項6之沉降裝置，其中該第一埠或該至少一第二埠之一或多者大致平行於該縱向軸線定向。
8. 如請求項6之沉降裝置，其進一步包括與該第一埠或該至少一第二埠相關聯之一感測器以量測該外殼內之一條件，其中該感測器可操作以量測pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之至少一者。
9. 如請求項8之沉降裝置，其中該感測器定位於該外殼之該上端與該下端之間。
10. 如請求項1之沉降裝置，其中該內結構係一第一內結構，且該複數個傾斜滑塊係第一複數個傾斜滑塊，該沉降裝置進一步包括： 定位於該第一內結構內之一第二內結構，該第二內結構包含一第二壁，其中該第一內結構及該第二內結構沿一縱向軸線同心對準；及 第二複數個傾斜滑塊，其設置於由該第一內結構之一內表面及該第二壁之一外表面界定之一內空腔內。
11. 如請求項10之沉降裝置，該第二複數個傾斜滑塊之各傾斜滑塊包括擁有具有一凹槽及側面之一第一弧形表面之一主體或包括擁有具有複數個凹槽及對應側面之一第一弧形表面之一主體。
12. 一種可操作地用於生產細胞治療產物、分泌生物蛋白、多肽或激素、疫苗、病毒載體或基因治療產物之灌注生物反應器，其包括： 一外殼，其具有一下端、一上端及一外壁；及 複數個傾斜滑塊，其設置於至少由該外壁之一內表面界定之一空腔內。
13. 如請求項12之灌注生物反應器，其進一步包括： 定位於該空腔中之一葉輪，該葉輪包含一或多組葉片， 該內結構包括一內壁，其中該內結構及該外殼沿由該外殼界定之一縱向軸線同心對準， 該空腔由該外壁之該內表面及該內壁之一外表面界定。
14. 如請求項13之灌注生物反應器，該空腔係一外空腔，該複數個傾斜滑塊定位於該外空腔中，該內結構為中空且界定一內空腔，該葉輪定位於該內空腔內，該內結構包含一或多個孔以促進流體自該內空腔流動至該外空腔。
15. 如請求項13之灌注生物反應器，該內結構包含一分離板，該分離板界定該空腔之一第一空腔部分及一第二空腔部分，該複數個傾斜滑塊定位於該第一空腔部分中且該葉輪定位於該第二空腔部分中，該分離板包含用於該葉輪之該一或多組葉片之至少一者之一凹口。
16. 如請求項12之灌注生物反應器，該複數個滑塊之各滑塊包括一錐形滑塊，該錐形滑塊包含具有一傾斜表面之一主體，該傾斜表面經由來自該傾斜表面之一或多個突起與一相鄰錐形滑塊間隔開。
17. 一種在一懸浮液中沉降粒子或細胞之方法，其包括： 將粒子或細胞之一液體懸浮液引入至一沉降裝置中，該沉降裝置包含： 一外殼，其具有一下端、一上端及一外壁； 一內結構，其定位於該外殼內，該內結構包含一內壁，其中該內結構及該外殼沿由該外殼界定之一縱向軸線同心對準； 複數個傾斜滑塊，其設置於由該外壁之一內表面及該內壁之一外表面界定之一空腔內；及 一感測器； 使用該感測器量測該空腔中之pH、溶解氧(DO)、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺、氨及溫度之一或多者； 自該至少一第二埠收集一澄清液體；及 自該第一埠收集一濃縮液體懸浮液。
18. 如請求項17之方法，其中該液體懸浮液包括以下之至少一者： 一重組細胞懸浮液、一酒精酵素、一固體催化劑粒子懸浮液、一都市廢水、工業廢水、哺乳動物細胞、細菌細胞、酵母細胞、植物細胞、藻類細胞、植物、哺乳動物細胞，小鼠雜交瘤細胞、幹細胞、CAR-T細胞、紅血前體及成熟細胞、心肌細胞、啤酒酵母及真核細胞； 重組微生物細胞，其選自畢赤酵母、釀酒酵母、乳酸克魯維酵母、黑麯黴、大腸桿菌及枯草桿菌之至少一者；及 微載體珠、親和配體及表面活化微球之一或多者；及 其中該經收集澄清液體包括以下之至少一者：生物分子、有機或無機化合物、化學反應物、化學反應產物、碳氫化合物(例如萜烯、類異戊二烯、類聚戊烯)、多肽、蛋白質(例如布拉澤素、簇刺激因數)、醇、脂肪酸、激素(例如胰島素、生長因數)、碳水化合物、糖蛋白(例如促紅細胞生成素、單株抗體)、啤酒及生物柴油。
19. 如請求項17之方法，其進一步包括藉由操縱引入至該沉降裝置中之空氣、O ₂、CO ₂及N ₂之至少一者之流速或操縱不同液體介質組分之流速來控制該沉降裝置內之pH、溶解氧、溶解CO ₂、葡萄糖、乳酸、穀氨醯胺及氨之至少一者。
20. 如請求項17之方法，其中將粒子之一液體懸浮液引入至該沉降裝置中包括透過位於該上區段中之至少一第三埠泵送該液體懸浮液。