CN103163190A - 用于单用途生物反应器/混合器的可拆装式溶解氧传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于与单用途生物反应器/容器一起使用的溶解氧传感器。生物反应容器包括塑料壁，所述塑料壁限定其中的生物反应室，并且具有穿过塑料壁的孔。膜支架被固定到塑料壁的内表面。膜支架具有穿过所述孔的圆柱形部分。传感器窗膜连接到紧邻孔的膜支架。传感器窗膜具有高的透氧性，但是与膜支架一起形成防水密封。

Description

用于单用途生物反应器/混合器的可拆装式溶解氧传感器

对相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2010年12月17日提交的美国临时申请序号61/424,261的权益，所述申请的内容通过引证完整地结合于此。

背景技术

氧是受到极大关注的气体，简单地是因为它在所有生命有机体的循环中的作用。在众多应用中对氧浓度或分压的测量是重要的。在一些应用中，直接测量气态氧浓度。在其他的应用中，测量溶于液体中的氧的浓度。重要的是明白术语“溶解氧”是指溶于水中的气态氧，并且不应当将它与如在水分子(H₂O)中发现的化合氧(combined oxygen)混淆。

测量溶解氧的一种有前途的应用是在生物样品中。这些生物样品可以是实验室中的体外样品，或患者中的体内样品。测量生物样品中的溶解氧为医护人员提供重要的诊断信息，和/或关于特定治疗效力的信息。

经常地，生物样品包含在生物反应器/混合器内，并且溶解氧的测量提供关于包含在其中的生物量的状态的重要信息。

发明内容

提供用于与单用途生物反应器/容器一起使用的溶解氧传感器。该生物反应容器包括塑料壁，所述塑料壁限定其中的生物反应室，并且具有穿过的孔。膜支架被固定到塑料壁的内表面。膜支架具有穿过所述孔的圆柱形部分。传感器窗膜被连接到紧邻孔的膜支架。传感器窗膜具有高的透氧性，但是与膜支架一起形成防水密封。

附图说明

图1是示例性的安培计传感器(amperometric sensor)的简图，采用所述安培计传感器的本发明的实施方案尤其有用。

图2是根据本发明的实施方案的用于测量单用途生物反应器内的生物样品的溶解氧含量的安培计溶解氧传感器的简图。

图3是根据本发明的实施方案的用于测量生物样品的溶解氧的常规溶解氧传感器的简图。

图4是根据本发明的实施方案的与单用途生物反应器/混合器的壁或塑料片材连接的传感器窗支架的横截面简图。

图5是根据本发明的实施方案的与单用途生物反应器混合器/容器的壁连接合的感测膜的简图。

图6是根据本发明的实施方案的与单用途生物反应器/混合器连接的溶解氧传感器的简图。

具体实施方式

图1是典型的安培计传感器的简图，采用该安培计传感器的本发明的实施方案尤其有用。传感器1包括传感器体部10和感测膜16，传感器体部10和感测膜16协作提供其中保持有支持电解质12的室。感测电极14被布置在紧邻感测膜16的室内。传感器1被认为是安培计溶解氧传感器。自二十世纪六十年代起，这样的传感器已经被开发用于许多应用。安培计氧传感器的原理显示在图1中。具体地，感测膜16具有规定的透氧性，其控制扩散通过膜16的氧分子20的流动。一旦氧分子到达感测膜16的内侧，则它由于电极反应(显示在图1中)被感测电极14还原并且产生电流信号。电流信号的幅度与感测膜16处的氧分压成比例。

图2是根据本发明的实施方案的用于测量单用途生物反应器内的生物样品的溶解氧含量的安培计溶解氧传感器的简图。溶解氧传感器40被安装在单用途生物反应器50内并且被布置成提供样品52的溶解氧含量的电流指示。传感器40与操作传感器40的溶解氧分析器54相连。分析器54使用传感器40测量样品52的溶解氧并且提供样品52溶解氧含量的读数或其他合适的指示。

在生物反应器50的单用途性质以及常规操作与将溶解氧传感器***到生物反应器中之间存在设计上的矛盾。根据本发明的实施方案，溶解氧传感器不需要与单用途生物反应器中的介质有直接的物理接触。以此方式，可以***或移去溶解氧传感器而不需要灭菌过程。

图3是根据本发明的实施方案的用于测量试验介质或生物样品的溶解氧的常规溶解氧传感器的简图。溶解氧传感器1可以是任何合适的溶解氧传感器，包括以上关于图1描述的溶解氧传感器。传感器1被安装或以其他方式固定在传感器窗支架60内。传感器窗支架60被焊接、粘合或以其他方式机械固定到生物反应器/混合器50的壁62。孔68穿过壁62形成，具有与传感器窗支架60的部分64的外径近似相等的直径。传感器窗支架60被焊接、粘合或以其他方式机械固定到位于界面66和/或孔68与外径64之间的界面处的壁62。常规溶解氧传感器1可以从多种单用途生物反应器的传感器窗支架60移去并且被重新安装到多种单用途生物反应器的传感器窗支架60。传感器窗支架60还包括传感器窗70，传感器窗70被布置成与试验介质或生物样品72接触并且优选地提供高的氧渗透。当常规氧传感器的感测膜与感应窗70进行接触时，将能够测量穿过窗70的介质的氧含量。在一个实施方案中，传感器窗膜70由具有高的氧渗透的材料制成。优选地，将传感器窗膜70的透氧性限定为：当被安装在具有直径为0.275英寸的感测电极的安培计传感器上时，在空气中在海平面在25℃膜70将产生至少20微安(μA)。该电流限定了在此条件下穿过膜的氧流。当需要时，关于图3显示的实施方案允许溶解氧传感器1与容器50分开。在蒸汽灭菌或对容器50的γ射线辐照期间，可以简单地将传感器1从容器50移走。此外，可以在任何时间将传感器1从容器50移走用于校准而不中断容器50内部的过程。

图4是根据本发明的实施方案的与单用途生物反应器/混合器50的壁62或塑料片材连接的传感器窗支架60的横截面简图。在图4中显示的实施方案的许多方面与在图3中显示的那些类似，并且相似的组件具有同样的编号。具体地，容器的塑料片材或壁62被设置有孔，所述孔的尺寸被制成为大致超过圆柱形部分78的外径64。圆柱形部分78与凸缘构件74相连，凸缘构件74提供被密封到单用途生物反应器50内部的面76。可以使用任何合适的方法密封凸缘构件74，所述方法包括热粘合/胶粘剂粘合、机械方法如超声焊接，或其他合适方法。此外，将感测膜70密封到凸缘74以形成防水连接。具体地，当感测膜70被固定到凸缘构件74，并且凸缘构件74被固定到单用途生物反应器50的壁62的内表面时，包含在单用途生物反应器内的生物样品的试验介质不能漏出。

在图4中，感测膜70通过成为膜支架60的组件而整合到单用途生物反应器中。生物反应器的感测膜70、膜支架60和塑料片材62通过热粘合/胶粘剂粘合或任何其他合适的机械方式全部连接在一起。此外，可以为了增强而改进感测膜70。在此构造中，感测膜70可以通过γ射线辐照或其他合适的方式与单用途生物反应器/容器一起灭菌。在使用单用途生物反应器期间，可以安装电解质和感测电极以用于氧测量而不需要如在图4中所示的额外的灭菌过程。

在很多实施方案中，感测膜典型地将由具有相对低的透氧性的聚四氟乙烯(PTFE)或类似聚合物制成。大部分其他聚合物如聚丙烯或聚乙烯具有高若干数量级的透氧性。根据本发明的至少一个实施方案，如在图5中图解的，可以通过简单地使感测膜与单用途生物反应器的塑料片材的壁粘合而将感测膜整合到单用途生物反应器中。在图5中，与单用途生物反应器的塑料片材相比，感测膜具有相对低的透氧性。这种情况的一个实例将是感测膜由聚四氟乙烯构造而成而单用途生物反应器的塑料片材由聚丙烯或聚乙烯构造而成。传感器体部和电极的其余部分可以被布置在塑料片材或感测膜的任一侧上。

图6是根据本发明的实施方案的与单用途生物反应器/混合器连接的溶解氧传感器的简图。关于图6显示的实施方案与在图3中显示的实施方案类似，然而主要的区别在于在图6中显示的溶解氧传感器的感测膜80通过凸缘74粘合或以其他方式附着到单用途生物反应器的塑料壁。比较起来，显示在图3中的常规溶解氧传感器1具有自己的感测膜，该感测膜邻接传感器窗70以致氧穿透传感器窗70和常规溶解氧传感器1的感测膜。如在图6中所示，氧仅仅通过感测膜80并且基本上被感测电极立即还原以产生电流信号。以此方式，相比使用常规溶解氧传感器的实施方案，显示在图6中的实施方案可以稍微更快地反应。本领域技术人员将理解传感器体部82和电极84不包括完整的溶解氧传感器。因此，为了有助于关于图6显示的实施方案，传感器体部82、电极84和支持电解质12基本上作为成套用具被提供，所述成套工具可以与包括或以其他方式使用如在图6中所示的膜支架60和感测膜80的单用途生物反应器连接。因此，当单用途生物反应器准备好被使用时，传感器体部82与其中的电极84一起穿入或以其他方式可拆卸地固定到膜支架60。一旦相连，传感器体部82和膜支架60与感测膜80一起形成液密室。然后将支持电解质12导入到室中从而提供功能完整的溶解氧传感器。一旦完成或以其他方式终止反应，可以从膜支架60中取出传感器体部82以将其与另一个单用途生物反应器一起使用，或者当同一生物反应器被灭菌或以其他方式接受γ射线辐照时，可以简单地从那个单用途生物反应器移走传感器体部82。

尽管已经参照优选实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将认识到可以在形式上和细节方面作出改变而不背离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种生物反应容器，所述生物反应容器包括：

塑料壁；以及

氧感测膜，所述氧感测膜被布置成紧邻所述塑料壁，所述氧感测膜具有已知的透氧性。

2.权利要求1所述的生物反应容器，其中所述塑料壁包括穿过所述塑料壁的孔，而所述氧感测膜被布置成紧邻所述孔。

3.权利要求2所述的生物反应容器，并且所述生物反应容器还包括具有穿过所述孔的圆柱形部分的膜支架以及被固定到所述塑料壁的内表面的凸缘部分，其中所述膜支架使所述氧感测膜与所述塑料壁的内表面相连接。

4.权利要求3所述的生物反应容器，并且所述生物反应容器还包括连接到所述圆柱形部分的传感器体部。

5.权利要求4所述的生物反应容器，其中所述传感器体部与所述圆柱形部分可拆装地连接。

6.权利要求4所述的生物反应容器，并且所述生物反应容器还包括感测电极，所述感测电极被布置在紧邻所述感测膜的室内。

7.权利要求6所述的生物反应容器，并且所述生物反应容器还包括分析器，所述分析器与所述电极可操作地相连以基于通过所述电极的电流测量生物样品中的溶解氧。

8.一种生物反应容器，所述生物反应容器包括：

塑料壁，所述塑料壁限定了其中的生物反应室，并且具有穿过所述塑料壁的孔；

固定到所述塑料壁的膜支架，所述膜支架具有穿过所述孔的圆柱形部分；以及

与紧邻所述孔的所述膜支架相连接的传感器窗膜，所述传感器窗膜具有高的透氧性，但是与所述膜支架一起形成防水密封。

9.权利要求8所述的生物反应容器，并且所述生物反应容器还包括安培计溶解氧传感器，所述安培计溶解氧传感器被布置在所述膜支架的所述圆柱形部分中。

10.权利要求9所述的生物反应容器，其中所述安培计溶解氧传感器穿入所述圆柱形部分。

11.权利要求10所述的生物反应容器，并且所述生物反应容器还包括分析器，所述分析器与所述溶解氧传感器相连以测量所述生物反应容器中的生物样品的溶解氧。

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