[發(fā)明專(zhuān)利]用于流體的切向流過(guò)濾的設(shè)備和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210585444.0
• 申請(qǐng)日: 2022-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115463545A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·西比利亞;S·斯托克利
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 萊維特朗尼克斯有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01D61/00
• 分類(lèi)號(hào): B01D61/00
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉茜璐;周學(xué)斌

提出流體的切向流過(guò)濾的設(shè)備，包括過(guò)濾單元，其具有流體的第一流體開(kāi)口和第二流體開(kāi)口以及過(guò)濾元件和用于排出從流體中過(guò)濾出的滲透物的滲透物開(kāi)口，其中設(shè)備還包括第一流體開(kāi)口通過(guò)其可連接到用于流體的貯液器的第一流連接部和第二流體開(kāi)口通過(guò)其可連接到用于流體的貯液器的第二流連接部，其中在第一流連接部設(shè)置第一離心泵，流體通過(guò)其可從貯液器輸送到過(guò)濾單元，其中設(shè)置第一控制單元用于致動(dòng)第一離心泵，其中過(guò)濾單元設(shè)計(jì)成使得用于過(guò)濾單元中的切向流過(guò)濾的流體可基本平行過(guò)濾元件流動(dòng)。在第二流連接部設(shè)置流體的第二離心泵，利用其可在第二流體開(kāi)口處產(chǎn)生反壓力，其中，設(shè)置用于致動(dòng)第二離心泵的第二控制單元。此外，提出切向流過(guò)濾的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及根據(jù)相應(yīng)類(lèi)別的獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的用于流體的切向流過(guò)濾的設(shè)備和方法。本發(fā)明還涉及用于這種設(shè)備的一組一次性使用部件。

背景技術(shù)

切向流過(guò)濾（也稱(chēng)為交叉流過(guò)濾）是一種眾所周知的過(guò)濾流體的方法，其在例如生物技術(shù)和化學(xué)工業(yè)以及食品和制藥工業(yè)中被使用。在切向流過(guò)濾中，待過(guò)濾的流體（例如懸浮液）以不是零的流速平行于過(guò)濾元件（例如過(guò)濾膜）被引導(dǎo)，并且，也稱(chēng)為濾液的滲透物橫向于流動(dòng)方向被去除。應(yīng)盡可能避免由于相對(duì)高的流速而使濾餅或覆蓋層在過(guò)濾元件上積累。

切向流過(guò)濾通常是作為批處理而進(jìn)行的，其中，待過(guò)濾的流體（例如懸浮液）是從貯液器中取出的，借助于輸送泵輸送通過(guò)其中設(shè)置有過(guò)濾元件的過(guò)濾單元，然后從過(guò)濾單元引導(dǎo)回貯液器。在過(guò)濾單元中橫向于流動(dòng)方向穿過(guò)過(guò)濾元件的滲透物通過(guò)滲透物開(kāi)口被排出或去除。通常選擇柔性管或柔性管連接來(lái)用于貯液器和過(guò)濾單元之間的流連接。

在這種處理中，切向流過(guò)濾可用于使例如懸浮液的流體濃縮，這是通過(guò)循環(huán)懸浮液若干次并在每種情況下過(guò)濾出在每種情況下作為滲透物去除的例如水或營(yíng)養(yǎng)溶液的液體成分，使得貯液器中的懸浮液變得越來(lái)越濃縮。然而，也可以通過(guò)切向流過(guò)濾去除待回收的物質(zhì)，例如作為滲透物的蛋白質(zhì)。

具體講，還已知在連續(xù)處理和批處理中，例如在用于培養(yǎng)細(xì)胞或其他生物材料的處理中，與生物反應(yīng)器組合地使用切向流過(guò)濾。例如，已知利用生物反應(yīng)器的灌注方法被用于連續(xù)培養(yǎng)細(xì)胞，由此，例如通過(guò)切向流過(guò)濾分離出細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，并將細(xì)胞引導(dǎo)回生物反應(yīng)器。例如，可以將細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)液連續(xù)地饋送到生物反應(yīng)器中，從而替換濾出的成分的質(zhì)量或體積。具體講，對(duì)于灌注生物反應(yīng)器中的這種應(yīng)用，目前有將設(shè)備的組件設(shè)計(jì)為一次性使用部件以避免或減少到最小耗時(shí)的滅菌過(guò)程的增加的趨勢(shì)。

顯著影響切向流過(guò)濾效率的一個(gè)參數(shù)是跨過(guò)濾元件的壓降，滲透物通過(guò)該壓降移動(dòng)通過(guò)該過(guò)濾元件。通常用作該參數(shù)的量度的變量是跨膜壓力（TMP），其被定義為跨過(guò)濾元件的壓降的算術(shù)平均值。如果我們用P1表示過(guò)濾元件入口處的流體壓力，用P2表示過(guò)濾元件出口處的壓力，用P3表示滲透物開(kāi)口處的壓力，則跨膜壓力TMP定義為：

TMP=（P1+P2）/2-P3

跨膜壓力也稱(chēng)為跨膜壓差。為了增加通過(guò)過(guò)濾元件的滲透物的流量，已知的措施是增加過(guò)濾單元下游的流體的流阻，由此增加過(guò)濾元件的出口處的壓力P2。因此，導(dǎo)致跨膜壓力TMP增加，由此滲透流量增大。

通常，過(guò)濾單元下游的流阻以及因此在過(guò)濾元件出口處的壓力P2是通過(guò)流體的自由流橫截面的變窄來(lái)實(shí)現(xiàn)的。已知通過(guò)使用比例閥或（管）節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)這種變窄。然而，這種技術(shù)具有較大的缺點(diǎn)。

由于節(jié)流閥的位置和跨膜壓力之間的關(guān)系是高度非線性的，即使在輸送泵的恒定輸送下，也僅能通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)期望的跨膜壓力。此外，對(duì)于節(jié)流閥的調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)只有非常窄的范圍，在該范圍內(nèi)，至少近似地調(diào)節(jié)期望的跨膜壓力是完全可靠地可能的。在已知的節(jié)流閥的情況下，該范圍可以例如對(duì)應(yīng)于明顯小于一毫米的節(jié)流設(shè)備的行程。

由于節(jié)流閥中的流橫截面變窄，因此會(huì)產(chǎn)生非常高的剪切力，這會(huì)對(duì)流體具有破壞性影響，例如對(duì)顆粒、細(xì)胞或大分子（例如包含在懸浮液中的蛋白質(zhì)）具有破壞性影響。因此，在流體中或在流體的成分中可能會(huì)發(fā)生不期望的降解。具體講，這些高剪切力也是由流橫截面的減小所導(dǎo)致的高流速引起的。