CN105008890A - 用于从过程容器汲取液体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从过程容器(1),特别是要被保护免于污染的过程容器,汲取液体的装置,包括:第一接受器(9),其用于容纳从过程容器(1)汲取的液体(10);第一液体管线(2),其将过程容器与第一接受器(9)连接并且具有能够连接到过程容器(1)的第一端和通向第一接受器(9)的第二端;以及至少一个第一阀组件(3),其布置在第一液体管线(2)的第一端和第二端之间并且设计成可替代地阻断或允许液体穿过第一液体管线(2)的输送,该装置包括至少一个压力传感器(6),其与第一接受器(9)连接,特别是为了检测第一接受器(9)内存在的压力,其和/或布置在第一液体管线(2)的第二端,该装置设计成在第一操作模式中从过程容器(1)向第一接受器(9)输送液体,其特征在于,该装置设计成在第二操作模式中阻断液体从过程容器(1)向第一接受器(9)的输送,该装置设计成使得,在第一操作模式和第二操作模式两者中并且只要第一液体管线(2)的第一端与过程容器(1)连接并且只要过程容器(1)要被保护免于污染,在第一液体管线(2)的第一端和第二端之间存在大于或等于零的压差(P1-P2),特别是大于特定的可允许最小值的压差(P1-P2)。

Description

用于从过程容器汲取液体的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于从过程容器汲取液体的装置和方法。本发明还涉及一种包括用于从过程容器汲取液体的装置和用于处理汲取的液体的装置的***。
背景技术
在分析测量技术中,例如在工业化学、生物技术、制药和食品技术过程中、在实验室和在环境监测中使用自动或半自动分析测量***。这些通常设计成预处理待分析的液体样品(可选地,添加了试剂),使得在样品中存在分析物时,借助于物理方法,例如光学方法可检测的化学反应发生。样品的分析物含量可以例如通过利用来自辐射源的电磁辐射(例如可见光)照射液体样品来确定,并且反射的辐射在与样品相互作用之后被合适的接收器接收。接收器产生测量信号,该测量信号取决于接收的辐射的强度且样品的分析物含量可以从测量信号得出。
例如,为了对于工业应用或在实验室中以自动方式使用分析方法,期望提供以自动方式执行必要的分析方法的合适的自动或半自动分析测量***。这种装置从例如DE 10 2009 029305 A1、DE 10 201111007011 A1、DE 10 2011 075 762 A1、DE 10 2011 003 615 A1和DE 102011 005 957 A1是已知的。
在待分析的液体样品被供应到分析器之前,样品通常被预处理,例如,通过过滤进行预处理。为此,可以使用自动或半自动样品预处理装置。
在许多情形中,待分析的液体样品从过程容器(例如介质承载管或反应容器)汲取。例如,反应容器可以是生物反应器或发酵罐。通过环境的容器的微生物污染和容器含量通常必须被防止用于在生物过程中在实验室中使用的过程或用于工业应用。因此,在这样的过程中需要无菌取样。而且,化学过程通常需要在取样期间和取样之后被保护免于化学再污染。
D.Kuystermans、Mohd A.、M.Al-Rubeai的文章“Automated flowcytometry for monitoring CHO cell cultures(用于监测CHO细胞培养物的自动流式细胞仪)”,Methods(方法)56(3),2012,第358-365页,指出用于在生物反应器中的生物过程的更好监控和控制的(准)实时测量的自动取样同时防止生物反应器的污染的重要性。这在经受(现行)药品生产管理规范(cGMP)指导的应用中具有特定重要性。该文章阐述了某些商业可利用的取样装置,对这种商业可利用的取样装置的应用性在这种cGMP应用中尚未说明。
国际专利申请WO2010/108091A2描述了包括取样管线的自动取样装置,取样管线连接过程容器,将利用一个或多个样品容器从过程容器汲取样品。液体样品通过能够双向操作的取样管线传输。在该过程中,泵意图将液体样品时时往回冲洗到样品容器。取样管线和样品容器被气密密封。开到取样管线内的通风管道具有除菌过滤器,使得没有未除菌的物质可以进入取样管线。整个取样装置应被除菌。
然而,该取样装置的缺点是不想要的(特别是未除菌的物质)由于将汲取的液体往回运输到过程容器内的选择引起的进入过程容器的潜在危险。例如,如果取样装置还没有成功地除菌,则该危险存在,或者取样装置具有允许未除菌的物质渗透到取样管线内的泄漏。
德国专利申请DE 10 2006 19 242 A1公开了具有可除菌的取样阀的取样装置和用于将样品供应到各种分析器的输送***。取样阀设计成固定在生物反应器的标准发酵罐适配器上。其具有指定容积的样品室、前密封元件和后密封元件,其中所述前密封元件经由连接轴朝向生物反应器内侧打开且同时后密封元件抵住样品室密封。在关闭阀之后,后密封元件释放至附接的输送管线的路径。
尽管DE 10 2006 19 242 A1中描述的装置很适合于工业过程中的应用,但是其用途在实验室中小的发酵罐中,尤其是在过程开发中是有问题的,因为小的发酵罐通常不具有合适的标准发酵罐适配器来将装置连接到发酵罐。此外,类似于WO 2010/108091 A2中公开的装置,该装置不具有在取样阀或相关管线没有除菌的情况下防止生物反应器污染的安全机构。
德国专利申请DE 102 46 262 A1公开了用于经由借助于负压的过滤膜从填充有介质(特别是发酵罐)的容器汲取液体样品的取样装置,其中布置在样品探针内的过滤膜由作为无菌边界的材料制成,并且其中气体供给管线和样品排放管线布置在过滤膜的无菌边界侧。
为了在排放管线中输送液体,通过泵将负压施加到它。如此传递到排放管线内的液体进一步通过引入过压气体(例如压缩空气)经由供给管线来运输,其中气体在进入样品探针之前穿过除菌过滤器。洗涤液体可以经由供给管线在过滤膜的后边界内时时地传送到排放管线。洗涤液体由泵运输。在洗涤过程之后,压缩空气在过滤膜的后边界内穿过供给管线引导到排放管线以在液体样品再次从容器汲取之前移除洗涤液体。
在由DE 102 46 262 A1公开的装置的操作期间,洗涤液体和压缩空气在过滤膜的无菌边界处到达容器。此处的缺点是与疏水压缩空气相反,亲水性洗涤液体可以很好地穿透同样亲水的过滤膜。通过这种质量传递,可能的是,洗涤液体稀释介质,因此影响分析物含量或者介质与洗涤液体一起被排放,这也可以影响生物过程。而且,在膜中泄漏的情形中,或者在包含膜的取样探针内的情形中,此处如果洗涤液体和压缩空气由于在管中的泄漏或除菌过滤器的故障而被污染,非除菌的物质穿透到容器内也可能不被排除。
发明内容
因此,本发明的目的是提出一种装置,其意图从过程容器汲取液体并且保护过程容器的内含物被保护免于污染,比现有技术已知的抵抗污染和/或再污染--特别是在装置中发生的化学或生物污染--的一般装置达到甚至更大程度,并且该装置可以连续地监测该保护措施的维持。
该目的通过根据权利要求1的用于从过程容器汲取液体的装置和根据权利要求13的用于操作装置的方法来实现。本发明还涉及根据权利要求20的包括用于从过程容器汲取液体的装置和用于处理移除的液体的装置的***以及根据权利要求27的用于操作这种***的方法。
用于从过程容器汲取液体的本发明装置,包括:
第一接受器,其用于接收从所述过程容器汲取的液体;
第一液体管线,其将所述过程容器与所述第一接受器连接,并且具有能够连接到所述过程容器的第一端和通向所述第一接受器的第二端;以及
至少一个第一阀组件,其布置在所述第一液体管线的第一端和第二端之间,并且适合于选择性地阻断或允许液体穿过所述第一液体管线的输送,
其中,所述装置包括至少一个压力传感器,所述至少一个压力传感器与所述第一接受器连接,特别是用于检测所述第一接受器内的压力,和/或布置在所述第一液体管线的第二端,
其中,所述装置设计成在第一操作模式中从所述过程容器向所述第一接受器输送液体,
以及其中,所述装置设计成在第二操作模式中阻断液体从所述过程容器向所述第一接受器的输送,其中,所述装置设计成使得,在所述第一操作模式和所述第二操作模式两者中并且只要所述第一液体管线的第一端与所述过程容器连接并且只要所述过程容器必须被保护免于污染,在所述第一液体管线的第一端的压力p1和所述第一液体管线的第二端的压力p2之间存在大于或等于零,尤其是大于预定的可允许最小值的压差p1-p2
过程容器此处和下面指的是包含特别是可以是例如在生物或生物化学过程中使用或产生的介质的待监测的介质的容器。过程容器例如可以是由钢制成的大型生物反应器或发酵罐、由一次性膜或玻璃本体制成的生物反应器或发酵罐,特别是用于实验室应用或过程开发的发酵罐,或者承载介质的管或软管管线。优选地,容纳在过程容器中的介质要被保护免于污染,特别是化学或生物污染的化学、生物或生物化学过程的过程介质。
过程容器和接受器可以设计成封闭容器,其可选地经由除菌过滤器与压力均衡开口或与压力换能器,例如气体压力调节器,连接,气体压力调节器设计成控制和/或调节在容器中的每一个中的压力至可预定的值。
待汲取的液体可以是基本上无颗粒的液体或者也可以是包含颗粒的液体。例如,颗粒可以是细胞、细胞成分或细胞团块。
布置在第一液体管线的第一端和第二端之间并且设计成选择性地阻断或允许穿过第一液体管线输送液体的第一阀组件将液体管线分成从过程容器开始直到阀组件的第一部分和从第一阀组件直到第一接受器的第二部分。阀组件在此和下面指的是提供阀功能的组件,即使能或停用液体或气体管线。其可以包括至少一个阀,即,其可以由单个阀形成或者包括一个或多个阀。除阀之外,阀组件还可包括具有其它功能的另外的部件。这允许中断液体从过程容器的移除,其中在第一液体管线的第一端和第二端之间存在的压差,即,在第一液体管线的第一端的压力p1和第一液体管线的第二端的压力p2之间形成的压差p1-p2大于零或者允许的最小值,甚至在液体的移除中断时,即第一液体管线被阀组件阻断时,只要液体管线的第一端连接到过程容器并且只要过程容器必须被保护免于污染。
在第一液体管线的第二节段内侧的至少汲取的液体介质通过在包括布置在第一液体管线的第一端和第二端之间的至少一个第一阀组件是第一液体管线的第一端和第二端之间的压差p1-p2大于零或大于或等于特别是在装置的第一操作模式和第二操作模式中正的允许最小值,即,在两种操作模式中在第一液体管线的第一端的压力p1大于在第一液体管线的第二端的压力p2,而穿过第一液体管线的第二部分从过程容器输送到第一接受器。这确保介质,特别是在第一液体管线的第二部分内汲取的液体,即在第一阀组件和第一接受器之间延伸的液体管线的部分中汲取的液体,被输送离开过程容器并且不返回到过程容器。因此,过程容器的化学或生物污染被有效地防止,即使其在与第一接受器持续接触并且因此由于第一接受器或第一液体管线的第二部分或相关部件的泄漏或缺乏除菌而更易于污染的第一液体管线的第二部分中发生。
允许的最小值可以,特别是,除了零。为了设定压差的允许的最小值,在第一液体管线的第一端和第二端占主要的流体静压压力和在第一接受器和过程容器中各自的气体压力是至关重要的。在没有开始考虑在容器i中占主要的气体压力的情况下,一般分析得出压差ΔpHydro,i,其由于如图1a中示出的在通向具有液体的容器i的液体管线的端部的占主要的流体静压压力作用,并且由穿过存在于液体管线中的液体柱的流体静压压力pHydro,Leitung,i和穿过在管线的端部和容器中的液体表面之间在容器i中管线外侧的液体柱的流体静压压力之间的差引起:
如果第一容器,例如提到的过程容器1,和第二容器,例如第一接受器9,通过液体管线2连接,如图1b中示出的,则有效的流体静压压差ΔpHydro-eff.由ΔpHydro,1和ΔpHydro,2之间的差引起。
ΔpHydro-eff.=ΔpHydro,1-ΔpHydro,2   (2)
气体压力pG1也在第一容器中占主要以及气体压力pG2在第二容器中占主要。在连接到所述过程容器1(第一容器)的液体管线的第一端占主要的压力p1由pG1和ΔpHydro,1之间的差给定,而在连接到所述第一接受器9(第二容器)的液体管线的第二端占主要的压力p2相应地由pG2和ΔpHydro,2之间的差给定。如果确保了第一容器中的气体压力pG1和有效的流体静压压差ΔpHydro-eff.之间的差大于第二容器中的气体压力pG2,则在第一液体管线的第一端和第二端之间的压差,即p1-p2,大于零或者大于或等于特别是在装置在其第一操作模式和第二操作模式中操作期间正的允许最小值:
pG1-ΔpHydro-eff.>pG2   (3)
压差的允许的最小值可以具体规定为用于调节压差的设定点。允许的最小值优选地对于第一操作模式和第二操作模式是相同的。然而,可以对于第一操作模式和第二操作模式规定不同的允许最小值。
另外的安全性通过与第一接受器连接和/或布置在液体管线的第二端的压力传感器提供。基于由该传感器产生的测量信号,可以监测在液体管线的第一端和第二端之间的压差。因此,压力传感器的测量信号特别是可以用于检测泄漏,例如,第一接受器的泄漏、液体管线或布置在液体管线中的阀组件的泄漏。这可以通过操作者或自动控制单元完成。
特别是,装置也可以设计成基于由压力传感器输出的测量信号控制和/或调节第一液体管线的第一端和第二端之间的压差p1-p2。利用压力传感器信号,在所述第一液体管线中到接受器的液体输送的监控和/或控制也可以进行。
在有利的实施方式中,装置可包括控制单元,所述控制单元特别是设计成基于来自压力传感器的测量信号监测第一液体管线的第一端和第二端之间的压差p1-p2,和/或控制和/或调节该压差。为了控制和/或调节液体管线的第一端和第二端之间的压差,控制单元可以基于在液体管线的第一端和/或第二端占主要的压力的测量,或代表它们的测量变量来直接地调节压差。控制单元可以用于调节所述压差,以及影响压差的一个或多个变量,例如,以控制和/或调节在第一接受器中占主要的气体压力和/或在过程容器中占主要的气体压力,或者在过程容器中的、在液体管线中的或在第一接受器中的液位。在通过控制和/或调节影响压差的变量进行的压差的这种控制和/或调节的情形中,控制变量(设定点)可以被具体规定,使得在液体管线的第一端和第二端之间的压差大于零,特别是对于预定的最小值。
控制单元可包括一个或多个气体压力调节器或与一个或多个气体压力调节器连接,该一个或多个气体压力调节器与第一(封闭)接受器连接使得一个或多个气体压力调节器可以影响第一接受器内的至少气体压力pG2,且因此影响在第一液体管线的第二端的压力p2。控制单元还可以设计成使得其基于来自压力传感器的测量信号检测装置中的泄漏。
控制单元可包括电子数据处理装置,诸如变送器、可编程逻辑控制器(PLC)、过程控制计算机、PC、笔记本计算机、平板PC或智能电话。特别是,控制单元还可以包括相互连接以通信的多个分离单元,诸如中心变送器或控制计算机,其连接到一个或几个控制器。控制单元可包括计算机程序,计算机程序用于处理来自压力传感器的测量信号,用于监测第一液体管线的第一端和第二端之间的压差和/或用于检测任何泄漏,且可以例如存储在控制单元的一个或多个相互连接的或空间上分离的存储器中,并且控制单元可以配置成执行该计算机程序。控制单元,特别是,计算机程序,可以配置成在检测到泄漏,例如检测到压降或超出规定的容差范围时输出报警信号。
装置设计成确保第一液体管线的第一端和第二端之间的压差在任何时间大于或等于零,特别是大于或等于在装置的第一操作模式和第二操作模式中允许的最小值,只要过程容器必须被保护免于污染并且输送管线的第一端连接到过程容器,造成潜在污染的物质可从第一液体管线进入过程容器的危险。为此,第一液体管线可以通向过程容器并且第一接受器可以相对于过程容器以由于过程容器和第一液体管线中的流体静压压力从开始确保允许的压差的方式布置。这种布置例如在图1c中示意性地显示。
如果已经提到的装置包括控制单元,则还可能的是,控制单元设计成控制和/或调节第一液体管线的第一端和第二端之间的压差使得其总是大于零,尤其是大于允许的最小值,只要第一液体管线的第一端连接到过程容器并且过程容器必须被保护免于污染。为此,控制单元可包括设计成基于来自压力传感器的测量信号将第一接受器中的气体压力调节到预定值的气体压力调节器。设定点可以基于在过程容器中已知的压力或测量的压力和基于在过程容器中液位的已知数据和过程容器和第一接受器的几何条件来确定和具体规定。
只要待从装置汲取的液体存在于过程容器中,则过程容器的污染必须特别地被避免。当过程容器和连接的第一液体管线的除菌以及连接到液体管线的第一接受器的除菌(所谓的SIP(在线除菌))在过程容器中开始实际过程之前完成时,过程容器的污染也可以被避免。
装置可以设计成基于控制信号确定过程容器在给定的时间是否必须要被保护免于污染,以便确保在装置的第一操作模式和第二操作模式两者中在且只要第一过程容器必须被保护免于污染,则在第一液体管线的第一端和第二端之间存在压差。例如,控制信号可以通过操作者的手动输入来产生。可替代地,控制信号可以通过装置的过程控制***,例如在过程容器中执行的过程的过程控制来提供。
例如,控制信号可以代表时间间隔的开始,过程容器在该时间间隔期间必须要被保护免于污染。控制单元可以设计成在接收到控制信号时在所有时间维持液体管线的第一端和第二端之间的压差大于零。控制单元也可以适合于在接收到代表在其间过程容器必须要被保护免于污染的时间间隔结束的第二控制信号时,不再主动地控制或调节压差。
可替代地,控制信号可代表在其间容器必须被保护免于污染的预定的时间间隔的开始和结束。控制单元可以在该情形中设计成在预定的时间间隔期间在任何给定的时间将第一液体管线的第一端和第二端之间的压差控制和/或调节到大于零的值。
如果装置包括上面已经提到的控制单元,则其可以设计成接收和评估控制信号,且基于该控制信号,执行第一液体管线的第一端和第二端之间的压差的监控、控制和/或调节,或者对压差有作用的至少一个变量的监控、控制和/或调节,以便在第一操作模式和第二操作模式两者中并且只要第一过程容器必须被保护免于污染,确保第一液体管线的第一端和第二端之间的压差大于或等于零,特别是,大于预定的可允许最小值。为此目的,已经提到的控制单元可以特别是调节在第一接受器和/或在过程容器中的气体压力,因为在第一接受器和在第一过程容器中占主要的气体压力作用于如上描述的第一液体管线的第一端和第二端之间的压差。
如果因为清洁和除菌介质被供给到过程容器,而不是因为例如过程容器在用于执行过程之前被清洁和/或除菌,而需要保护过程容器免于污染,则维持第一液体管线的第一端和第二端之间的压差大于零也不是必要的。在通常在压力下执行的除菌之前和除菌期间,过程容器不需要通过使介质从第一液体管线流回而被保护免于污染。
在装置的一个实施例中,第一液体管线的第一端通向过程容器。在该实施例中,液体管线的第一端总是连接到过程容器。
在可替代的实施例中,第一液体管线可以具有闸阀,所述闸阀设计成将第一液体管线的第一端与过程容器连接或者从过程容器切断第一液体管线的第一端。为此,闸阀设计成在第一位置和第二位置之间横穿第一液体管线的第一端,所述第一位置缩回到过程容器内并且在所述第一位置中第一端连接到过程容器,所述第二位置从过程容器伸出并且在所述第二位置中所述第一端不连接到所述过程容器。如果第一液体管线的第一端通过闸阀与过程容器分离,则没有液体可以被移除且污染的液体回流到过程容器被防止。因此,在该状态下,装置的第一端和第二端之间的压差不需要被维持。
如果装置具有上述的控制单元,则可能的是,其自己控制闸阀或连接到闸阀的控制***以连通。在两种情形中,控制单元可以设计成基于闸阀当前的位置确定第一液体管线的第一端是否连接到过程容器,且只要是这种情形,监测或控制和/调节液体管线的第一端和第二端之间的压差。
在一种可能的实施例中,第一液体管线的第一端和第二端之间的压差通过第一液体管线通向在装置的操作期间填充有液体的过程容器的一部分内且设计成使得基于上述公式(1)和(2)获得负有效的流体静压压差ΔpHydro-eff的事实来实现。如果过程容器中的气体压力pG1和第一接受器中的气体压力pG2相同,则液体以这种方式从过程容器朝向第一接受器输送,第一接受器优选地经由除菌过滤器与周围环境连接以用于压力均衡。过程容器中的气体压力pG1可以利用过程控制***调节到预定值。在此实施例中,压力传感器可以布置在第一液体管线的第二端以监控其中的压力并检测任何泄漏。
在另一种可能的实施例中,特别是可以借助于在装置的第一操作模式和第二操作模式两者期间提到的控制单元通过在第一接受器中占主要的气体压力被调节使得在第一液体管线的第二端占主要的压力大于在第一液体管线的第一端处的压力至少可允许的最小值的事实来实现第一液体管线的第一端和第二端之间的压差。为此目的,在第一接受器中可以产生低于在过程容器中占主要的气体压力pG1和在公式(2)中定义的有效的流体静压压差ΔpHydro-eff之间的差至少预定的最小值M(参见公式(3))的气体压力:
pG2=pG1-ΔpHydro-eff.–M   (4)
为此,在过程容器中占主要的气体压力pG1可以被测量且有效的流体静压压差ΔpHydro-eff.可以被确定。如果在过程容器中占主要的压力是已知的,则在第一过程容器中占主要的气体压力的测量可以被省略。例如,在具有细胞培养的生物过程中,在过程容器中占主要的内部压力通常被调节到20mbar和100mbar之间的略微正压力。调节的控制变量(设定点)然后可以作为已知值输入第一接受器中的气体压力的控制和/或调节。有效的流体静压压差ΔpHydro-eff.可以从过程容器、第一接受器和第一液体管线之间的几何布置足够逼近地确定。液体管线的端部占主要的压力的测量当然是可能的。如果必要,过程容器和第一接受器中液体的液位也可以被测量。预定的最小值M对应于在第一逼近中第一液体管线的第一端和第二端之间的压差的可允许的最小值。在该实施例中,压力传感器与容纳在第一接受器中的气体体积相互关联以用于检测在第一接受器内占主要的气体压力。特别是,控制单元可以配备有气体压力调节器以控制和/或调节在第一接受器中占主要的气体压力pG2—在装置的第一操作模式和第二操作模式中只要过程容器要被保护免于污染并且只要液体管线的第一端连接到过程容器—使得该气体压力pG2下降到在压力容器中占主要的气体压力pG1和公式(2)中的有效的流体静压压差ΔpHydro-eff之间的差以下至少预定的最小值M,参见公式(4)。
装置可包括气体管线,该气体管线通向第一接受器并且可用于调整,特别是控制或调节在第一接受器中占主要的气体压力。压力传感器可以经由该气体管线连接到第一接受器以监测在第一接受器中占主要的气体压力。
气体管线可以将第一接受器与气体压力调节器连接,气体压力调节器用于控制和/或调节第一接受器中占主要的气体压力,特别是基于由压力传感器输出的测量信号来控制和/或调节。气体压力调节器可以是前述的控制单元的部件。
气体压力调节器可以设计成控制或调节在第一接受器中占主要的气体压力使得在第一接受器中占主要的气体压力导致在第一液体管线的第二端占主要的压力低于在第一液体管线的第一端占主要的压力至少最小的允许值。为此,气体压力调节器可以设计成根据公式(4)设定第一接受器中的气体压力。例如,气体压力调节器可以包括泵装置,特别是,真空泵、隔膜泵或蠕动泵,其连接到控制单元。控制单元可以是泵装置的部件或者从泵装置空间地分离但为了数据通信而连接的前述控制单元的一部分。
在气体管线内,特别是在气体压力调节器和第一接受器之间,布置有除菌过滤器。优选地,压力传感器也通过除菌过滤器与第一接受器分离,只要其经由气体管线连接到第一接受器。
在有利的实施例中,第一液体管线可以具有恒定的和/或可调节的和/或可控制的流阻,特别是可调节的软管夹阀。这可用于在液体移除期间调节第一液体管线中期望的流阻,其中阀组件打开以允许更精确计量。
第一液体管线的第二端可以通向第一接受器以使得离开此处的液体穿过重力节段。这样,第一接受器中包含的任何化学或生物污染被防止到达第一液体管线,因为第一接受器的液位没有与第一液体管线的第二端接触。
在一个实施例中,装置可包括用于检测在第一接受器中容纳的液体的液位的液位检测器。特别是,装置可以设计成当水平超出预定的阀值时发出报警。基于该报警,操作者或装置的控制单元可以通过在装置中执行操作而防止第一液体管线的第二端与容纳在第一接受器中的液体接触。
装置可包括第二液体管线,所述第二液体管线不同于第一液体管线,通向第一接受器,并且用于从第一接受器引出液体。该第二液体管线可以通过阀组件关闭。在有利的实施例中,其端部不通向第一接受器的第二液体管线具有用于将第一接受器与分析器或用于处理容纳在第一接受器中的液体的装置连接的联接装置。而且,该装置可以具有另外的液体管线,该另外的液体管线不同于第一液体管线和第二液体管线,通向第一接受器,可以通过阀组件关闭且其第二端连接到包含洗涤和/或清洁溶液的容器。该实施例允许在两个取样操作之间洗涤和/或清洁第一接受器,同时在第一液体管线的第一端和第二端之间的压差被维持大于零。
在装置的有利实施例中,第一接受器和第一液体管线可以与气体管线连接,且可选地与除菌过滤器连接,以便允许更换和除菌。有利地,第一接受器、第一液体管线、气体管线、除菌过滤器和第二液体管线设计成可以通过自身或与过程容器结合除菌的模块化单元。
在用于操作用于从过程容器汲取液体的装置的方法,特别是用于操作根据上述实施例中任一个所述的装置的方法中,要被保护免于污染的过程容器和用于接收从过程容器抽出的液体的第一接受器借助于第一液体管线连接,所述第一液体管线具有能够与过程容器连接的第一端和通向第一接受器内的第二端,在第一操作模式中液体从过程容器输送到第一接受器,并且
其中在第二操作模式中液体从所述过程容器到所述第一接受器的输送被阻断,
其中在所述第一操作模式和所述第二操作模式两者中并且只要所述第一液体管线的第一端连接到所述过程容器并且只要所述过程容器要被保护免于污染,在所述第一液体管线的第一端和第二端之间施加大于零的压差,尤其是大于或等于预定的可允许最小值的压差,
其中,借助于阀组件阻断从所述过程容器到所述第一接受器的液体输送,所述阀组件布置在所述液体管线的第一端和第二端之间,并且适合于阻断或释放穿过所述第一液体管线的液体输送。
所述压差可以借助于与第一接受器连接的,特别是用于检测在第一接受器中占主要的压力的,压力传感器来监测。
允许的最小值优选地根据上述公式(3)对于第一操作模式和第二操作模式是相同的。然而,允许的最小值可以对于第一操作模式和第二操作模式不同地设定。
在方法的该实施例中,第一液体管线的第一端和第二端之间的压差在所有时间大于或等于在装置的第一操作模式和第二操作模式中在装置的操作期间可允许的最小值,其中该压差可以借助于压力传感器的测量信号来监测。
在一个实施例中,压差或影响压差的变量可以特别是基于压力传感器的测量信号而被控制和/或调节,使得其大于零,尤其是大于或等于预定的可允许最小值。
如之前描述的,第一液体管线的第一端和第二端之间的压差可以在其中不需要保护过程容器免于污染的过程步骤的执行期间,例如在过程容器的除菌之前或过程容器的除菌期间,小于零或低于允许的最小值,使得来自第一接受器或来自第一液体管线的液体可以进入过程容器。因此,压差的监测或其控制和/或调节或者影响压差的变量的控制和/或调节可以被省略,只要过程容器不被保护免于污染,例如,去清洁和除菌措施期间,或者只要第一液体管线的第一端例如通过之前提到的闸阀与过程容器分离。
压力传感器可以与第一接受器连接,特别是用于检测接受器内的压力,和/或布置在第一液体管线的第二端。
在方法的有利实施例中,通过在第一接受器中产生低于在过程容器中占主要的气体压力pG2和有效的流体静压压差ΔpHydro-eff之间的差至少预定的最小值M(参见公式(4))的气体压力来控制和/或调节压差。预定的最小值对应于在第一逼近中在第一液体管线的第一端和第二端之间的压差的允许的最小值。
在该方法中,可以总是根据需要类似地或不同地定尺寸的具体规定的液体体积可以从过程容器重复地传递到第一接受器。
此处,液体的输送可以通过控制的压差的增加而从过程容器到第一接受器进行。
为了从过程容器汲取指定体积的液体并将该液体传递到第一接受器,在第一步骤中,随着第一液体管线被阻断,在第一液体管线的第一端和第二端之间的压差增加。在第二步骤中,第一液体管线被释放,从而液体从过程容器朝向第一接受器输送。在第三步骤中,第一液体管线再次被阻断。这确保了该压差在任何时间小于允许的最小值。
在该方法的有利实施例中,从过程容器汲取的液体体积基于在液体输送期间由压力传感器检测的在第一接受器中的气体压力的增加而确定。
本发明还涉及一种***,包括根据前述实施例中任一个所述的用于从过程容器汲取液体的装置和用于处理抽出的液体的装置。
在***的一个实施例中,用于处理液体的装置包括至少第二接受器,其不同于第一接受器并且特别是以可拆卸的方式经由通向第二接受器的第三液体管线连接到第一接受器,以便将液体从第一接受器输送到第二接受器。借助于联接装置,第三液体管线可以以可拆卸的方式连接到通向第一接受器的第二液体管线。可替代地,第二液体管线和第三液体管线也可以形成为单个液体管线的节段。
用于处理液体的装置可以设计成从液体分离颗粒,特别是细胞、细胞成分和/或细胞团块,特别是在液体的给定单位体积中包含颗粒物质的至少25%。优选地,装置设计成分离在液体的给定单位体积中包含颗粒物质的至少50%,优选地至少75%。
用于处理液体的装置可包括与第二接受器连接、用以设定第二接受器中的气体压力的气体压力控制单元。类似于连接到第一接受器的气体压力调节器,气体压力控制单元可包括可以具有例如连接到控制单元的泵送装置,特别是真空泵、隔膜泵或蠕动泵的气体压力调节器。控制单元可以是泵装置的部件或者从泵装置空间地分离但被连接用于数据通信的控制单元的一部分。特别是,该控制单元可以与之前描述的用于从过程容器汲取液体的装置的控制单元相同,或者被连接到它以用于通信。第一接受器和第二接受器之间的液体传输的控制和调节可以基于与第一接受器通信的压力传感器的测量信号和与第二接受器通信的压力传感器的测量信号来执行。
用于处理液体的装置可具有用于分离颗粒的至少一个颗粒分离模块,特别是包括除菌过滤器。颗粒分离模块可包括,特别是一个或多个过滤膜。而且,颗粒分离模块可以包括由于其惯性通过例如利用沉淀或离心方法分离颗粒的装置。
用于处理液体的装置可包括第四液体管线,其与第三液体管线不同,通向第二接受器并且特别是经由联接装置在颗粒分离模块上以可拆卸的方式与第五液体管线连接。检测第二接受器中的气体压力的压力传感器可以允许在第五液体管线内的液体输送的监控、控制和调节。
第五液体管线可包括第一分支点,例如T形件,液体能够在第一分支点上从第五液体管线汲取。例如,第一分支点可以与分析器,特别是包括生物传感器的自动分析器连接。液体可以以这种方式作为待分析的液体样品供应到分析器。
第五液体管线可以包括第二分支点,第五液体管线可以在第二分支点上与容纳清洁和/或消毒液体的至少一个储器连接。
用于从过程容器汲取液体的装置的液体管线中的至少一个和/或用于处理液体的装置的液体管线中的至少一个可包括至少一个传感器,特别是电导传感器,所述电导传感器设计成检测液体管线的液位。如果在电导传感器的安装位置处存在气体而不是在液体管线中待输送的液体或者如果在电导传感器的安装位置处存在的液体具有气泡,则布置在液体管线中的电导传感器的测量信号显示清楚地可注意的变化。因此,至少一个电导传感器的信号可用于控制液体输送,尤其是具有避免气体或气泡泵送到颗粒分离模块内的目的。电导传感器的测量信号可以可替代地或另外地用于监测和/或控制预定体积的液体的输送,其中能够基于测量信号来确定何时可输送的液体体积已经达到电导传感器的安装位置或者何时液体体积已经越过电导传感器的安装位置。
用于从过程容器汲取液体的装置和/或用于处理液体的装置可设计成在每一种情形中从***的其余部分可分离的模块。根据具体的分析应用的要求,用于从过程容器汲取液体的装置和用于处理液体的装置可以经由至少一个液体管线相互连接且布置成在空间上彼此分离。
用于操作特别是根据权利要求上述实施例中任一个所述的***的方法,所述***包括用于从过程容器汲取液体的装置,特别是根据上述实施例中任一个上述的装置,和用于处理抽出的液体的装置,所述方法包括:第一操作模式,其中液体通过液体管线从用于从过程容器汲取液体的装置的第一接受器输送到第二接受器内,所述液体管线连接到第一接受器和用于处理抽出的液体的装置的第二接受器,其中用于输送液体的在第二接受器中占主要的气体压力被调节使得其低于在第一接受器中占主要的气体压力。
用于操作***的方法的第一操作模式可包括将液体从第二接受器输送到经由颗粒分离模块与第二接受器连接的液体管线的另一步骤。液体可以经由液体管线的分支移除并且特别是供给到连接到***的分析器。
用于操作***的方法可包括第二操作模式,在所述第二操作模式中,颗粒分离模块被反冲洗以用于清洁和/或消毒。反冲洗指在第二接受器的方向上液体穿过颗粒分离模块,特别是过滤膜的输送。
用于操作***的方法的第二操作模式还可包括使用清洁和/或消毒液体处理至少***的表面的与液体接触的部分。特别是,清洁和/或消毒液体可以从至少一个储器输送,该至少一个储器在经由颗粒分离模块通向第二接受器的液体管线的分支点上与第二接受器连接。
在另一实施例中,反冲洗还可以包括液体穿过第三液体管线朝向所述第二接受器的输送。为此,第三液体管线可包括另外的分支点,在该另外分支点上,液体管线可以与容纳清洁和/或消毒液体的至少一个储器连接。
液体管线的不想要的封闭和/或过滤膜的堵塞通过清洁而被防止。消毒代表***免于污染的另外保护且也防止通过在两个取样和处理过程之间任何微生物活动造成的对待分析的液体样品的污染。例如,70vol-%的乙醇或异丙醇可以用作消毒液体。
作为清洁液体,优选地具有对应于自来水的电导率的500μs/cm至700μs/cm的电导率的纯水和/或磷酸盐缓冲盐水,和/或10mM三羟甲基氨基甲烷缓冲液和/或具有0.7mM tri-Na-EDTA的0.5mM焦磷酸钠在每一种情况下可以可选地与至少一种表面活性剂--诸如Tween 20或Tween 80--一起使用。另外或者可替代地,使用高浓度的缓冲盐水作为清洁液体可能是有利的。在利用这种液体的反冲洗期间,高渗透压力梯度在保留在颗粒分离模块中的包含细胞的颗粒中发展,因而将水从包含细胞的颗粒的内部挤压出。这导致允许通过反冲洗进行的颗粒的移除的体积减少。
在另一种实施例中,反冲洗过程可以与使用用于清洁液体的另外的温度控制相关联,其中清洁液体在清洁过程期间逐渐地加热,从在室温范围内或低于室温范围的低温开始到至少50℃至80℃。
附图说明
下面参考附图中示出的示范性实施例更详细地解释本发明。下面显示了:
图1a是用于解释在引入容器内的液体管线末端处流体静压的相互作用的示意图;
图1b是用于从过程容器汲取液体的第一装置的示意图;
图1c是用于从过程容器汲取液体的第二装置的示意图;
图2是用于从过程容器汲取液体的第三装置的示意图;
图3是包括用于汲取液体的装置和用于处理汲取的液体的装置的***的示意图;
图4是图3中显示的***的示意图,其中示出了可能的模块化结构;
图5a和图5b显示了在第一实施例中闸阀的示意图;
图6a和图6b显示了在第二实施例中闸阀的示意图。
具体实施方式
图1a示意性地显示了由于在通常开入容器i内的液体管线的末端处占主要的流体静压,而不考虑气体压力,造成的压差ΔpHydro,i的关联。这从在管线的末端和在容器的液体表面之间在穿过在液体管线中存在的液体柱的流体静压pHydro,Leitung,i和穿过在容器i中在管线外侧的液体柱的流体静压之间的差计算出。
图1b示意性地显示了用于从过程容器1汲取液体并将其传递到接收汲取的液体10的接受器9的装置。过程容器1经由液体管线2与接受器9连接,液体管线2具有连接到过程容器1的第一端和通向接受器9的第二端。在该示例中,液体管线2的第一端设计成下降到容纳在过程容器中的液体内的立管。有效流体静压压差ΔpHydro-eff由ΔpHydro,1和ΔpHydro,2之间的差得到,即,ΔpHydro,1-ΔpHydro,2,并且在该实施例中是正的(根据公式(1)和(2))。气体压力pG1在过程容器1中占主要且气体压力pG2在接受器9中占主要。在图1b中显示的装置的操作期间,在所有时间确保了液体管线2的第一端和第二端之间的压差p1-p2大于零,特别是大于或等于允许的最小值(根据公式(3)或(4))。在液体管线2的第二端处布置在接受器9内的压力传感器6用于监测与该条件的符合性。在液体管线2的第二端处的压力必须低于液体管线2的第一端处的压力以便将液体从过程容器输送到接受器9内。为此目的,在液体管线2的第二端处的压力p2或者在接受器9中的气体压力pG2在所示的实施例中被相应地设定。如果这借助于控制单元自动化,则代表在第一容器1中--特别是在液体管线2的第一端处--占主要的压力P1的压力值可以为此目的被提供到控制单元。
图1c显示了用于从过程容器1汲取液体和将液体从过程容器1传递到接受器9内的装置的示例,接受器9经由液体管线2连接到过程容器1并设计成使得在连接到过程容器1的液体管线2的第一端和通向接受器9内的液体管线2的第二端之间出现压差p1-p2,其中所述压差造成液体从过程容器1传递到接受器9,而不需要用于调节压差的任何另外的机构,特别是不需要控制或调节在第二端处占主要的压力或在接受器9中占主要的压力。液体管线2在其第一端处通向过程容器1的下部区域,其在装置的操作期间通常低于容纳在过程容器1中的液体的水平。液体管线2还延伸使得在液体管线2的第二端处占主要的压差ΔpHydro,2高于在液体管线的第一端处相应的压差ΔpHydro,1,使得(根据公式(2)),有效流体静压压差ΔpHydro-eff是负的。在该示例中,大气压力在过程容器1和接受器9中占主要,且因此气体压力是同样的。因而,其等于在该情形中的大气压力的、在过程容器1中占主要的气体压力pG1和有效流体静压压差ΔpHydro-eff之间的差总是大于大气压力,且因此总是大于pG2,这是因为接受器在大气压力下与周围环境接触(参见公式(3))。
这总是确保在液体管线2的第一端占主要的压力P1和在液体管线的第二端处占主要的压力P2之间的压差P1-P2大于零或大于或等于预定的可允许最小值。布置在液体管线2的第二端处的压力传感器6用于监测与压差的符合性。
在图2中,示意性地显示了用于从过程容器1汲取液体的装置的第三实施例。除过程容器1、接受器9和将它们彼此连接的第一液体管线2--其也存在于上述的实施例中--之外,该装置另外包括阀组件3,该阀组件3在液体流动方向上布置在过程容器1和接受器9之间,设计成可选地打开或阻断液体管线2并且将第一液体管线分离成从过程容器开始直到阀组件3的第一节段2A和在阀组件3之后朝向第一接受器的第二节段2B。通向第一接受器9且其端部通向第一接受器9的第二液体管线8伸入到第一接受器9内其浸入在第一接受器9中容纳的液体10中的程度。通向接受器9的第二液体管线8的端部可以例如设计成立管。而且,液体管线8可以通过阀组件7打开或关闭。
第一液体管线2通向接受器9,使得穿过液体管线2进入接受器的液体9通常横穿重力节段。为此,第一液体管线2通向接受器9,其清楚地定位在容纳在接受器9中的液体10的预期液位上方。
将接受器与气体压力调节器5和压力传感器6连接的气体管线4通向接受器9。例如,压力传感器6可以是气体压力传感器。当压力传感器6经由气体管线4与接受器9的气体相连通时,压力传感器6检测在第一接受器9中占主要的气体压力。基于压力传感器6的测量信号,在接受器9中占主要的气体压力被监测和/或借助于气体压力调节器5进行调整或调节到预定值。在该情形中,气体压力被控制使得其根据公式(3)或(4)下降到在过程容器1中占主要的气体压力和有效流体静压压差之间的差以下至少预定的最小值M(参见公式(4))。这总是确保在液体管线1的第一端占主要的压力p1和在液体管线2的第二端占主要的压力p2之间的压差p1-p2大于零或大于或等于允许的预定最小值。
气体压力调节器5可以包括泵,特别是,真空泵、隔膜泵或蠕动泵。其还可以包括电子控制或调节电路,其配置成基于由压力传感器6提供的测量信号致动泵来设定期望的气体压力。相应的控制电路也可以至少部分地是较高等级控制单元,例如连接到气体压力调节器5并且例如与用于从过程容器汲取液体的装置分离的过程控制或变送器的部件。如此处显示的示例中的,还可能的是,这种远程控制单元51与气体压力调节器5连接并与压力传感器6连接用于通信并接收和处理压力传感器6的测量信号,以及控制气体压力调节器5。
在该示例中,控制单元51还与阀组件3和6连接,并且用于操作阀组件3,释放或阻断液体从过程容器1向第一接受器9的输送或者打开阀组件6用于从接受器汲取液体或者阻断液体从第一接受器9的移除。控制单元51包括计算机程序,其可以被控制单元执行并用于控制用于从过程容器汲取液体的装置,特别是阀组件3、7和气体压力调节器5。
借助于气体压力调节器5,在第一液体管线的端部之间下降到在公式(2)中定义的在过程容器1中占主要的气体压力和有效流体静压压差之间的差以下至少预定的最小值的气体压力可以在接受器9中被设定。预定的最小值对应于需要经由液体管线2将液体从过程容器1输送到接受器9的最小值。特别是,其取决于液体管线的几何形状以及过程容器中液位。在液体管线的第一端占主要的压力可以充分逼近等于在过程容器1中占主要的气体压力--其显示了已知的轻微过压或者与在作为过程容器的生物反应器或发酵罐中执行,特别是用于在可任意处理的发酵罐中的柔性容器壁的生物化学或生物学过程的许多情形中的环境压力一致--和在第一液体管线的第一端处的所述压差ΔpHydro,1--其可以被确定为非常接近于过程容器中的液位和液体管线的几何形状--之间的差。在通向过程容器1的液体管线2的第一端的区域中的压力测量因此对于设定、控制和/调节压差不是不须的,但是当然其是可以的。
在连接到过程容器1的液体管线2的第一端和接受器9中的第二端之间的大于零的压差在图2中显示的装置的操作期间被维持并且借助于压力传感器6的测量信号来监测,只要液体管线2的第一端连接到过程容器1并且只要过程容器1要被保护免于污染,即使阀组件3关闭液体管线2,以便防止液体穿过在阀组件3后面朝向接受器9的液体管线2的第二节段2B的传输。如上面描述的,这用于确保防止过程容器1的污染,甚至在阀组件3故障的情况下。
在位于其第一节段2A内的第一液体管线内的液体可以往回流动到过程容器的事实在某些情形中不能够完全被排除,甚至当在第一操作模式和第二操作模式中第一液体管线的第一端和第二端之间的压差大于零或者特别是正的可容许最小值时。例如,当阀组件3包括软管夹阀时,或者在第一液体管线的第一节段2A的直径非常大的情况下,这可能是这种情形。然而,在任何回流的情况下,仅在之前的移除过程期间汲取的非污染的液体总是往回流入过程容器,以便有效地防止过程容器的任何污染。
控制单元51也可以用于控制在过程容器1中执行的过程。在此情形中,其可以设计成维持过程容器和接受器9之间的压差,且因此也借助于气体压力调节器5维持液体管线的第一端和第二端之间的压差在过程的所有阶段中大于零或超过预定的最小值,其中过程容器1将被保护免于任何污染。如果在过程容器1中执行的过程借助于不同于控制单元51的过程控制来控制,例如远程过程控制计算机,则这种过程控制可以连接到控制单元51用于通信。在此情形中,控制单元51可以基于控制单元51确定过程容器1在给定的时间点或在时间间隔期间是否要被保护免于污染而接收来自过程控制的一个或多个控制信号。因此,控制单元51除别的以外还借助于气体压力调节器5以在其中过程容器1要被保护免于污染的过程阶段期间或在任何时间液体管线2的第一端和第二端之间的压差超过零或超过预定的最小值的这种方式来控制装置。
对于在装置的第一操作模式中从过程容器1汲取液体,液体管线的第一端和第二端之间的压差借助于由阀组件3关闭的液体管线2增加。此后,液体管线2借助于阀组件3增加,借此,液体穿过液体管线2从过程容器1输送到接受器9。移除通过再次借助于阀组件3关闭液体管线2而终止。压力传感器6的信号增加可以用于监测移除,特别是以确定液体的移除的体积。移除可以通过阀组件3和气体压力调节器5的手动操作完成或者借助于已经提到的控制单元51自动完成。液体的移除可以包括汲取预定体积的液体。例如,装置可以***作使得预定体积的液体在预定的时间间隔被从过程容器重复地汲取并输送到接受器9内。在每一种情形中,可能在抽出之间存在较长的取样间隔,在此期间,装置在第二操作模式中操作,其中液体穿过液体管线2的输送被阀组件3阻断。而且在该第二操作模式中,第一接受器9中的气体压力可以借助于气体压力调节器5设定使得没有下降到允许的最小值以下的压差存在于液体管线2的第一端和第二端之间。所有这些步骤可以借助于控制单元51自动地执行。
在图3中,构成用于从过程容器汲取液体的装置和用于处理移除的液体的装置的***被示意性地示出。该***可以例如用作用于分析器的取样和样品准备装置,取出的和处理的液体作为液体样品被供应到分析器以执行分析测量。
用于从过程容器汲取液体的装置具有与参考图2示出的实施例的设计非常相似的设计。相同的附图标记表示具有相同设计的部件。该装置包括第一液体管线2和阀组件3,第一液体管线2将过程容器1与第一接受器9连接并且其第一端通向过程容器1且第二端通向第一接受器9,阀组件3用于阻断或释放穿过液体管线2的液体输送。此外,装置包括除菌过滤器13,其布置在气体管线4中并且将第一接受器9与气体压力调节器5和压力传感器6分离,气体压力调节器5和压力传感器6可以与参考图2显示的实施例相同地设计。除菌过滤器13可以具有例如0.2微米的孔尺寸。
为了减少在从过程容器1移除液体期间的体积流,且因此增加取出的液体体积的计量精度,第一液体管线2具有静态和/或可调节的和/或可控制的流阻11,其可以以例如可调节地电子控制的软管夹阀的形式实施。在第一液体管线2打开的情况下,即在可以如参考图2已经描述的执行的再填充操作期间,流阻11可以通过借助于打开或关闭软管夹阀确定第一接受器9中的实际压力增加来控制。
可以用于控制利用液体10填充第一液体管线2的电导传感器12布置在通向第一接受器9内的第一液体管线2的第二端附近。基于电导传感器12的信号,特别是可以检测液体、气体或包含气泡的液体是否在电导传感器12的安装位置处存在。
相似于参考图2示出的实施例,用于从过程容器1取出液体的装置包括连接到可控制的部件--特别是阀组件3、7和流阻11--的控制单元51以及传感器11、6和用于控制它们的气体压力调节器5。
通向第一接受器9且其端部通向第一接受器9的第二液体管线8设计成伸入到第一接受器9到其浸入容纳在第一接受器9中的液体10的程度的立管。容纳在第一接受器9中的液体10可以经由该第二液体管线8被汲取并传递到处理装置。管线8可以通过阀组件7打开或关闭。
在有利的实施例中,第一液体管线2、第一接受器9、气体管线4、除菌过滤器13和第二液体管线8可以在相互连接状态下被除菌和更换。为此,液体管线主要由软管制成,该软管由塑料材料,诸如PTFE、PFA或硅树脂制成。液体管线至少在用于液体管线的阀组件3、7的区域中由诸如硅树脂的弹性塑料材料制成,其在有利的实施例中代表电磁软管夹阀。
第二液体管线8包括在其端部的联接装置14,联接装置14连接到另一液体管线并且借助于联接装置14,用于从过程容器1汲取液体的装置可以与用于处理液体的装置连接。在此处显示的示范性实施例中,联接装置14连接到另一液体管线,该另一液体管线又经由联接装置14与第三液体管线连接。第三液体管线通向第二接受器22。该第二接受器22是用于处理液体的装置的一部分且用于接收待处理的液体。可以用于监测第三液体管线的液位的另一电导传感器21布置在第三液体管线中。在该情形中,电导传感器21的测量信号可以以与电导传感器12相同的方式评估。
用于处理液体的装置可以借助于较高等级的控制单元来控制,较高等级的控制单元包括例如存储器可编程逻辑控制器或变送器,使得液体处理可以自动地执行。其可以连接到控制单元51用于通信。如此外在示例中显示的,还可能的是,控制单元51进行整个***的控制,即用于从容器抽出液体的装置和用于液体处理的过程容器。为此目的,控制单元51具有可以通过它执行的合适的计算机程序。
通向第二接受器22且其端部通向第二接受器22内的第四液体管线26伸入第二接受器22到其浸入容纳在接受器22中的液体中的程度。第四液体管线26以可拆卸的方式经由颗粒分离模块28和阀组件29借助于另一联接装置14与第五液体管线32连接。颗粒分离模块28可以包括用于从液体分离颗粒的一个或多个膜。在第四液体管线26中,另一电导传感器27位于第二接受器22和颗粒分离模块28之间。
第五液体管线32具有例如设计成T形件的第一分支点,借助于该第一分支点,液体可以被从第五液体管线32移除且例如引导到分析器。分支液体管线可以通过阀30切断。
第五液体管线32具有第二分支点,液体管线32可以在第二分支点上连接到容纳清洁液体的储器35。第五液体管线32可以通过阀组件33从储器35切断。
第二接受器22经由第六液体管线23连接到第三接受器36,第三接受器36用于保持丢弃的液体和/或用过的清洁液体。第六液体管线23可以通过阀组件24关闭。在阀组件24和第三接受器26之间,布置有电导传感器25,其信号可以用于确定容纳在第二接受器中的液体何时完全地排空到第三接受器36内。
第五液体管线32经由布置在阀组件24和第三接受器之间的分支点通向第六液体管线23,使得还没有经由第一分支点从液体管线32汲取的液体可以被排放到第三接受器。第五液体管线32可以通过阀组件34从第三接受器36切断。
将容纳在接受器22中的气相与气体压力调节器17和压力传感器26连接的气体管线通向第二接受器22。压力传感器26用于监测在接受器22中占主要的气体压力。气体压力调节器17可以包括泵,特别是隔膜泵、蠕动泵或真空泵。借助于气体压力调节器17,可以在第二接受器22内设定和/或调节期望的气体压力。
在一个实施例(此处未显示)中,气体压力调节器可以设计成选择性地在容纳在接受器22中的气相内产生正压或负压。可替代地,如此处显示的,气体管线可以经由分支连接到另一气体压力调节器19,其设计成将加压气体(例如压缩空气)供给到第二接受器22。为此目的,气体压力调节器19可以包括加压介质源,例如压缩空气源。气体管线可以通过阀组件18从另一个气体压力调节器19切断。另一个气体压力调节器19经由可以借助于另一阀组件20关闭的气体管线与容纳清洁液体的储器35连接。
类似于气体压力调节器5,气体压力调节器17和气体压力调节器19可以包括它们自己的电子控制或调节电路,特别是被设计成基于压力传感器16的测量信号以期望的气体压力在第二接受器22中被设定这种方式控制气体压力调节器17的泵或气体压力调节器19的加压介质源。较高等级的控制单元51可以连接到气体压力调节器5、17、19的控制和调节电路用于通信,以便控制它们。可替代地,控制或调节电路可以整个地或部分地被包括在连接到气体压力调节器17和/或气体压力调节器19的较高等级的控制单元中。
下面,将更详细地解释借助于上述的装置从过程容器1汲取并且传递到第一接受器9的液体10的处理方法。描述的所有的过程步骤可以借助于与阀组件18、29、30、33、34、23、传感器12、21、25、27、31和用于利用传感器信号控制它们的气体压力调节器17、19连接的控制单元51自动地执行。为更清楚,在图3中没有详细显示阀组件和传感器的连接。
容纳在第一接受器9中并且从过程容器汲取的液体10通过利用在第二接受器22中的气体压力调节器17设定小于第一接受器9中的气体压力的气体压力而经由第二液体管线8输送到第二接受器22,使得一旦阀组件7被打开以释放第二液体管线8则设定体积的液体10被输送到第二接受器22。输送过程的终止时间由布置在通向第二接受器22内的第三液体管线中的电导传感器21的测量信号确定。当利用测量信号在第三液体管线中没有检测到更多液体时,液体输送被终止。
通过借助于气体压力调节器19设定第二接受器22中的过压且通过打开阀组件18、29和34,容纳在第二接受器中的液体经由第四液体管线26,通向第二接受器22,穿过颗粒分离模块28和相关的第五液体管线32朝向第三接受器36输送。优选地,从第二接受器22输送的液体体积被定尺寸使得第五液体管线32被填充液体到可以提供在随后的分析操作中需要的体积的这种程度。阀组件30和33被关闭且从第五液体管线32阻断用于移除液体的引流管和储器35。
当穿过颗粒分离模块28时,容纳在液体中的颗粒,特别是,细胞、细胞成分和/或细胞团块基于在预定体积的液体中的颗粒计数分离至少25%、优选地50%,更优选地75%。这优选地通过至少一个膜过滤以尺寸排阻来实现,其中模块包括至少一个除菌过滤器。
基于在第四液体管线26中布置在第二接受器22和颗粒分离模块28之间的电导传感器27的测量信号,液体的输送通过颗粒分离模块28控制使得在输送过程结束时没有空气进入模块。基于电导传感器27的测量信号,尤其可以确定在泵送的液体中是否包含气泡。如果在电导测量的基础上发现气泡的存在或液体的缺乏,则立即停止从第二接受器22泵送液体。
阀组件30和34被打开以穿过第五液体管线32的第一分支点从第一液体管线32移除液体。例如,借助于从第五液体管线32汲取液体的泵(在图中未显示)可以汲取液体。
可以通过布置在用于移除的分支点附近的电导传感器31来监测无气泡移除。如果在电导测量的基础上发现气泡的存在或缺乏液体,则利用测量***进行的后续分析操作不被执行。
***可以被时时地清洁。为此目的,过压借助于气体压力调节器19施加到储器35和/或在第二接受器22处借助于气体压力调节器17设定负压。阀组件20、33和29的打开导致清洁液体在第二接受器22的方向上从储器35的输送。在此情形下,颗粒分离模块28用清洁液体反冲洗。该反冲洗可以设计成使得一方面实现大的压力下降,造成颗粒分离模块28(模块24打开)的一个或多个过滤膜的颗粒填充孔的冲洗和/或用预定体积的清洁溶液填充第二接受器22(模块24关闭),且大的压力下降然后仅经由第六液体管线23排空到第三接受器36。排空过程借助于布置在第六液体管线23中的电导传感器25的信号来控制。
作为清洁液体,优选地具有对应于自来水的电导率的500μs/cm至700μs/cm的电导率的纯水和/或磷酸盐缓冲盐水(例如pH7.2至pH7.4的0.1M磷酸盐缓冲液,具有0.137M NaCl和2.7mM KCl),和/或10mM三羟甲基氨基甲烷缓冲液和/或具有0.7mM tri-Na-EDTA的0.5mM焦磷酸钠在每一种情况下可以可选地与至少0.5vol.-%的表面活性剂(诸如Tween 20或Tween 80)一起使用。使用高浓度缓冲盐水(例如1M至3M NaCl溶液)作为清洁液体可能也是有优势的,其通过占主要的高渗透压力梯度从包含细胞的颗粒中挤压水,且因此造成颗粒体积的减小,以便使得更容易通过反冲洗来移除它们。在另一实施例中,反冲洗操作可以通过使用用于具有温度梯度的清洁液体的另外的温度控制,通过在反冲洗期间将冷的清洁液体连续地加热到至少50℃直到80℃来进行。
根据应用需要,部分步骤或整个序列可以被执行,通过操作者手动地控制(实验室条件)或自动地重复运行(工业过程条件)。为此目的,图3中显示的***可以包括一个或多个控制单元。例如,可设想,用于从过程容器汲取液体的装置具有第一电子控制单元,其至少部分地控制装置的操作。同样,用于处理液体的装置可以包括第二另外的电子控制单元,其至少部分地控制该装置的操作。该控制单元可以以与第一控制单元相同的方式配置。
此外,或者如在该示例中的,可替代地,图3中示出的***可以具有至少控制***的操作的部分步骤的中心控制单元。该控制单元也可以配置为常规的计算机、变送器、可编程逻辑控制器或另外地为合适的电子数据处理装置的形式。
用于从过程容器汲取液体的装置和/或用于处理液体的装置可以配置成模块化单元。这样,它们可以经由在一个液体管线相互连接地布置,特别是彼此空间上分离。这通过包围模块的虚线矩形在图4中示意性示出。为更清楚,控制单元和附图标记在该图中没有显示。然而,图4中显示的***的细节与图3中显示的***的细节一致。该模块化设计允许单个模块与适合于各个应用的另一装置组合。例如,用于汲取液体的装置可以用可除菌的取样阀替代,类似于在DE 10 200619 242 A1中描述的可除菌的取样阀,用于在大型生产过程中应用。
第一液体管线2的第一端可以借助于闸阀与过程容器连接。这种闸阀可以例如在之前参考图1至4描述的示例中使用。在图5a和图5b中示意性地显示了这种闸阀38的可能的基本结构。
在图5a中,在第一位置显示了闸阀38,在该第一位置,第一液体管线2的第一端***过程容器1中。闸阀38具有可附接到过程容器1的壳体39。为此,过程容器1可以具有例如在此没有详细显示的喷嘴。在此显示的示例中,第一液体管线2的第一端设计成在壳体39中在如图5a中显示的缩进到过程容器1内的第一位置和如图5b中显示的从过程容器1伸出的第二位置之间轴向地可移动的浸管41的前(过程侧)端。为此,闸阀38具有此处没有显示的且可以手动地操作或自动地操作的驱动器。在其过程端,浸管41朝向过程容器1打开且浸入存在于过程容器中的液体10中使得在浸管的第一位置(图5a),在施加大于或等于在第一液体管线2的第一端和通向第二接受器22的第一液体管线2的第二端之间的允许的最小值的压差时,液体10在由箭头指向的方向中从过程容器1输送穿过液体管线2。
在浸管41的第二位置(图5b),在过程侧打开的第一液体管线2的第一端借助于封闭物40与过程容器1分离,使得没有来自容器1的液体10可以进入第一液体管线2。这通过提供封闭壳体38的过程侧开口的锁定机构来实现,浸管41在浸管41缩回期间穿过壳体38的过程侧开口被引导以缩回到过程容器1。
壳体39可以具有通向液体管线2的另一供给管线42。供给管线42可用于均衡压力以允许特别是液体的介质也在浸管41的第二位置穿过第一液体管线2输送。例如热蒸汽的清洁或除菌介质也可以经由供给管线供应到第一液体管线2。
图6a和图6b示意性地示出在用于从过程容器移除液体的装置中使用的闸阀38’的另一实施例。闸阀38’包括壳体39’,壳体39’可以借助于标准连接器44与过程容器的互补适配器(此处未显示)连接。在壳体39’中,浸管41’布置成在缩进过程容器内的第一位置(图6a)和从过程容器伸出的第二位置(图6b)之间轴向地可移动。浸管41’和壳体39’可以例如由不锈钢制成。在浸管41’中,将过程容器与第一接受器连接的液体管线2的终端节段2’例如设计成玻璃管,且设计成与浸管41’一起可移动。玻璃管的过程侧端同时形成液体管线2的第一端。
在其过程侧端,浸管41’经由杆与柱体40’连接,柱体40’在浸管41’的第二位置(图6b)从壳体的内部和通过与布置在壳体39’内的密封件43连结地作用缩进到壳体内部的第一液体管线2的端部切断过程容器。在浸管41’的第一位置(图6a),第一液体管线2的开口端与过程容器的内部接触。此处,浸管41’的外侧邻接密封件43使得壳体39’的内部也在该位置从过程容器切断。如果第一液体管线2的端部浸入容纳在过程容器中的液体中,则在施加在第一液体管线2的第一端和通向第一接受器内的第一液体管线2的第二端之间的压差时,液体可以从过程容器输送到第一接受器。
腔室47在壳体内侧,供给管线45和排放管线导向腔室47。清洁或消毒介质可以穿过供给管线45引入到腔室47内以清洁和/或消毒腔室和/或第一液体管线2。供应和排放管也可以用作压力均衡管以也在闸阀38’的第二位置允许液体输送穿过第一液体管线2。
参考图2至4描述的用于从过程容器汲取液体的装置可以包括这种闸阀,借助于这种闸阀,第一液体管线2的第一端可以连接到过程容器。该闸阀可以被另外提供到阀组件3。为了在装置的正常操作期间抽取液体,形成第一液体管线的第一端的浸管41的过程侧端优选地总是缩回到过程容器1中,因此浸管处于其第一位置(图5a)。在该位置,第一液体管线2的第一端连接到过程容器1。在浸管41的第二位置,可以将第一液体管线2的第一端与过程容器分离以用于延长持续时间来执行清洁或除菌。在该位置,第一液体管线2的第一端和第二端之间的压差可以被调节使得其大于或等于允许的最小值。然而,还可以让压差下降到在浸管的该位置中的最小值以下。
在此处描述的示例中,闸阀也借助于控制单元51来操作。因此,控制单元51具有关于液体管线2的第一端何时连接到过程容器的信息,因此也具有何时维持第一液体管线2的第一端和第二端之间的压差大于零的信息,至少只要过程容器1必须被保护免于污染,且在此阶段,液体管线2的第一端不连接到过程容器1使得压差也可以下降到低于最小值。

Claims (30)

1.一种用于从过程容器(1)汲取液体的装置,所述过程容器(1)特别是要被保护免于污染的过程容器,包括:
-第一接受器(9),所述第一接受器(9)用于接收从所述过程容器(1)汲取的液体(10);
-第一液体管线(2),所述第一液体管线(2)将所述过程容器与所述第一接受器(9)连接,并且具有能够连接到所述过程容器(1)的第一端和通向所述第一接受器(9)的第二端;以及
-至少一个第一阀组件(3),所述第一阀组件(3)布置在所述第一液体管线(2)的第一端和第二端之间,并且适合于选择性地阻断或允许液体穿过所述第一液体管线(2)的输送,
其中,所述装置包括至少一个压力传感器(6),所述至少一个压力传感器(6)与所述第一接受器(9)连接,特别是用于检测所述第一接受器(9)内的压力,和/或布置在所述第一液体管线(2)的第二端,
其中,所述装置设计成在第一操作模式中从所述过程容器(1)向所述第一接受器(9)输送液体,
其特征在于,所述装置设计成在第二操作模式中阻断液体从所述过程容器(1)向所述第一接受器(9)的输送,其中,所述装置设计成使得,在所述第一操作模式和所述第二操作模式两者中并且只要所述第一液体管线(2)的第一端与所述过程容器(1)连接并且只要所述过程容器(1)必须被保护免于污染,在所述第一液体管线(2)的第一端和第二端之间存在大于或等于零的压差(p1-p2),尤其是大于预定的可允许最小值的的压差(p1-p2)。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置设计成基于由所述压力传感器(6)输出的测量信号来监测所述第一液体管线(2)的第一端和第二端之间的压差,和/或控制和/或调节所述压差,特别是在所述第一操作条件和所述第二操作条件中并且只要所述液体管线的第一端连接到所述过程容器并且只要所述过程容器必须被保护免于污染。
3.根据权利要求2所述的装置,还包括控制单元(51),所述控制单元(51)设计成,尤其是基于所述压力传感器(6)的测量信号,控制和/或调节所述第一液体管线(2)的第一端和第二端之间的压差,使得所述压差大于零,特别是大于或等于所述预定的可允许最小值。
4.根据权利要求3所述的装置,其中,所述控制单元(51)还设计成,基于控制信号,尤其是由控制在所述过程容器(1)中执行的过程的过程控制***所提供的或通过操作者的输入命令所提供的控制信号,来确定所述过程容器(1)在特定的时间点或在确定的时间间隔中是否必须被保护免于污染。
5.根据权利要求3或4所述的装置,其中,所述控制单元(51)还设计成,基于控制信号,尤其是基于由控制在所述过程容器(1)中执行的过程的过程控制***所提供的或通过操作者的输入命令所提供的控制信号,来控制和/或调节在特定的时间点或在确定的时间间隔中在所述第一液体管线的第一端和第二端之间的压差,使得所述压差大于零,尤其是大于或等于所述预定的可允许最小值,
其中,所述控制信号代表在其间所述过程容器(1)必须被保护免于污染的时间间隔。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置,其中,所述第一液体管线具有闸阀(38、38’),所述闸阀(38、38’)设计成在第一位置和第二位置之间横穿所述第一液体管线(2)的第一端,所述第一位置缩回到所述过程容器(1)内并且在所述第一位置中所述第一端连接到所述过程容器(1),所述第二位置从所述过程容器(1)伸出并且在所述第二位置中所述第一端不连接到所述过程容器(1)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置,其中,所述压力传感器(6)与容纳在所述第一接受器(9)中的气体体积相互关联以用于检测在所述第一接受器(9)内占主要的气体压力。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置,其中,所述第一接受器(9)特别是经由通向所述第一接受器(9)的气体管线(4)与气体压力调节器(5)连接,所述气体压力调节器(5)用于,尤其是基于由所述压力传感器(6)输出的测量信号,控制和/或调节在所述第一接受器(9)中占主要的气体压力。
9.根据权利要求8所述的装置,其中,所述气体压力调节器(5)设计成控制或调节在所述第一接受器(9)中占主要的气体压力,使得在所述第一接受器(9)中占主要的气体压力导致在所述第一液体管线(2)的第二端占主要的压力(p2)相比于在所述第一液体管线(2)的第一端占主要的压力(p1)低至少所述最小允许值。
10.根据权利要求8或9所述的装置,其中,在所述气体压力调节器(5)和所述第一接受器(9)之间,特别是在所述气体管线(4)内,布置有除菌过滤器(13)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置,其中,所述第一液体管线(2)包括恒定的和/或可调节的和/或可控制的流阻(11),特别是可调节的软管夹阀。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置,其中,所述第一液体管线(2)的第二端以从所述第一液体管线(2)的第二端排出的液体穿过重力节段的方式通向所述第一接受器(9)。
13.一种用于操作用于从过程容器(1)汲取液体的装置的方法,特别是用于操作根据前述权利要求中任一项所述的装置的方法,
其中,要被保护免于污染的所述过程容器(1)和用于接收从所述过程容器(1)抽出的所述液体(10)的第一接受器(9)借助于第一液体管线(2)连接,其中,所述液体管线(2)具有能够与所述过程容器(1)连接的第一端和通向所述第一接受器(9)内的第二端,
其中,在第一操作模式中,液体从所述过程容器(1)输送到所述第一接受器(9),并且
其中,在第二操作模式中,从所述过程容器到所述第一接受器的液体输送被阻断,
并且其中,在所述第一操作模式和所述第二操作模式两者中并且只要所述第一液体管线(2)的第一端连接到所述过程容器并且只要所述过程容器要被保护免于污染,在所述第一液体管线(2)的第一端和第二端之间施加大于零的压差,尤其是大于或等于预定的可允许最小值的压差,
其中,借助于阀组件(3)阻断从所述过程容器到所述第一接受器的液体输送,所述阀组件(3)布置在所述液体管线的第一端和第二端之间,并且适合于阻断或释放穿过所述第一液体管线(2)的液体输送。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述压差借助于与所述第一接受器连接的,特别是用于检测在所述接受器中占主要的压力的,压力传感器(6)来监测。
15.根据权利要求13或14所述的方法,其中,所述压差能够基于所述压力传感器的测量信号而被控制和/或调节,使得所述压差大于零,尤其是大于或等于预定的可允许最小值。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法,其中,在所述第一操作模式或所述第二操作模式中通过在所述第一接受器(9)中产生、控制或调节气体压力来施加所述压差,因此导致在所述第一液体管线(2)的第二端占主要的压力(p2)相比于在所述第一液体管线(2)的第一端占主要的压力(p1)低至少允许的最小值。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法,其中,所述液体在所述第一操作模式中通过所述压差的控制的增加而从所述过程容器(1)输送到所述第一接受器(9)。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法,其中,为了从所述过程容器(1)汲取指定体积的所述液体并且将所述液体传递到所述第一接受器(9),
在第一步骤中,在所述第一液体管线(2)的第一端和第二端之间的压差随着所述第一液体管线(2)被阻断而增加,
在随后的第二步骤中,所述第一液体管线(2)被释放,从而液体从所述过程容器(1)朝向所述第一接受器(9)输送,
在随后的第三步骤中,所述第一液体管线(2)再次被阻断,
因此确保了所述压差决不会下降低于零和/或允许的最小值。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,从所述过程容器(1)汲取的所述液体体积基于在液体输送期间由所述压力传感器(6)所检测的在所述第一接受器(9)中的气体压力的增加而确定。
20.一种***,包括根据权利要求1至12中任一项所述的用于从过程容器(1)汲取液体的装置和用于处理抽出的液体的装置,其中,所述用于抽出液体的装置包括第二液体管线,所述第二液体管线不同于所述第一液体管线,通向所述第一接受器,用于从所述第一接受器引出液体并且经由联接装置连接到所述用于处理抽出的液体的装置。
21.根据权利要求20所述的***,其中,所述用于处理液体的装置设计成从所述液体分离颗粒,特别是细胞、细胞成分和/或细胞团块,特别是在所述液体的给定单位体积中包含的颗粒物质的至少25%。
22.根据权利要求20或21中任一项所述的***,其中,所述用于处理液体的装置具有第二接受器(22)和与所述第二接受器(22)连接、用于设定所述第二接受器(22)中的气体压力的气体压力控制机构,以及通向所述第二接受器并且与所述第二液体管线连接的第三液体管线。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的***,其中,所述用于处理液体的装置具有用于分离所述颗粒的至少一个颗粒分离模块,特别是包括除菌过滤器。
24.根据权利要求23所述的***,其中,所述用于处理液体的装置包括通向所述第二接受器(22)的第四液体管线(26),所述第四液体管线(26)经由所述颗粒分离模块(28)特别是以可拆卸的方式与第五液体管线(32)连接,以及
其中,所述第五液体管线(32)具有第一分支点,液体能够在第一分支点上被从所述第五液体管线(32)汲取,特别是用于传递到分析器。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的***,其中,在所述用于从过程容器(1)汲取液体的装置的液体管线中的至少一个和/或所述用于处理液体的装置的液体管线中的至少一个中包括至少一个电导传感器,所述电导传感器设计成检测在所述电导传感器的区域中所述液体管线的液位。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的***,其中,所述用于从过程容器(1)汲取液体的装置和/或所述用于处理抽出的液体的装置设计成从所述***的其余部分可分离的模块,其中,所述模块能够布置成在空间上与所述***的其余部分分离并且经由液体管线与所述***的其余部分连接。
27.一种用于操作根据权利要求20至26中任一项所述的***的方法,所述***包括用于从过程容器(1)汲取液体的装置和用于处理抽出的液体(10)的装置,特别是用于随后的分析器,所述方法包括:
第一操作模式,在所述第一操作模式中液体(10)经由第二液体管线(8)从用于从过程容器(1)汲取液体的装置的第一接受器(9)输送到第二接受器(22)内,所述第二液体管线(8)连接在所述第一接受器(9)和所述用于处理抽出的液体(10)的装置的第二接受器(22)之间,其中所述液体(10)通过将在所述第二接受器(22)中占主要的气体压力设定为低于在所述第一接受器(9)中占主要的气体压力而被输送。
28.根据权利要求27所述的方法,其中,所述第一操作模式包括将液体(10)从所述第二接受器(22)输送到经由颗粒分离模块(28)与所述第二接受器(22)连接的液体管线(26)的另一步骤。
29.根据权利要求27或28所述的方法,包括第二操作模式,在所述第二操作模式中,为了清洁,所述颗粒分离模块(28)被反冲洗,特别是使用清洁和/或消毒液体。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的方法,其中,所述第二操作模式还包括使用清洁和/或消毒液体处理至少所述***的表面的与液体接触的部分。
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