CN117479990A - 用于切向流深度过滤的***和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于包括生物处理和制药应用在内的各种应用的包括中空纤维切向流深度过滤器单元的中空纤维切向流过滤器单元，采用此类过滤器的***，以及使用此类过滤器的过滤方法。

Description

用于切向流深度过滤的***和方法

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求2021年4月13日提交的美国临时申请No.63/174,418的权益，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及用于过滤的***和方法，尤其涉及切向流深度过滤(TFDF)。

背景技术

通常进行过滤以分离、澄清、修饰和/或浓缩流体溶液、混合物或悬浮液。在生物技术和制药行业，过滤对于成功生产、处理和测试新药、诊断剂和其他生物产品至关重要。例如，在使用动物或微生物细胞培养物制造重组蛋白的过程中，进行过滤以从培养基中澄清、选择性去除和浓缩某些成分，或者在进一步处理之前对培养基进行修饰。过滤还可以用于通过将培养物保持在高细胞浓度的灌注中来提高生产率。

切向流过滤(也称为交叉流过滤或TFF)***广泛用于分离悬浮在液相中的颗粒，并具有重要的生物处理应用。与使单个流体进料通过过滤器的无端过滤***相反，切向流***的特征在于流体进料流过过滤器的表面，从而将进料分离为两种组分：已通过过滤器的渗透物组分和未通过过滤器的渗余物组分。与无端***相比，TFF***不易结垢。通过如由Repligen Corporation(马萨诸塞州沃尔瑟姆)商业化的XCell^TM交替切向流(ATF)技术中那样改变流体进料流过过滤元件的方向，通过反洗通过过滤器的渗透物和/或通过定期洗涤，可以进一步减少TFF***的结垢。

现代的TFF***通常利用包括一个或更多个管状过滤元件的过滤器，例如中空纤维或管状膜。在使用管状过滤元件的情况下，通常将它们一起包装在较大的流体容器中，并且被放置成在一端处与进料流体连通，并在另一端处与用于渗余物的容器或流体路径流体连通；渗透物流动通过纤维壁上的孔流入纤维之间以及较大的流体容器内的空间。管状过滤元件相对于其可以容纳的进料体积提供大且均匀的表面区域，并且利用这些元件的TFF***可以容易地从开发规模扩大到商业规模。尽管具有优点，但当超过过滤器通量极限时，TFF***过滤器可能会结垢，并且TFF***的处理能力有限。过滤通量和结垢之间的关系使提高TFF***处理能力变得更难。

申请人Repligen Corporation(马萨诸塞州沃尔瑟姆)最近将一项新技术商业化，该技术克服了影响TFF***的一些挑战。切向流深度过滤(TFDF^TM)利用厚壁中空纤维过滤器元件。TFDF流动路径表面上类似于传统的TFF***，但是过滤器本身在关键方面(包括纤维厚度和孔结构)可能不同，这将在本文中更详细地描述。

申请人和其他人已经证明TFDF支持在非常高的细胞密度下在连续和分批培养中的病毒生产，并且允许以比标准TFF过滤器高得多的通量进行快速澄清和收获。(参见，例如，Williams,et al.Cell&Gene Therapy Insights 2020；6(3),455-467；DOI:0.18609/cgti.2020.053)这些发现表明了TFDF在生物处理应用中的前景，但是仍然需要使TFDF***和方法适应行业中的不同的生产、澄清和收获需求。

发明内容

在本公开的一个方面，用于生物处理应用的中空纤维切向流过滤器单元包括具有内部的壳体、流体入口、渗余物流体出口、渗透物流体出口和至少一个中空纤维。中空纤维可以包括由多个挤出的聚合物长丝形成的多孔壁。该至少一个中空纤维可以具有内表面、外表面和壁厚。壁厚范围可以为1至10mm。内表面可以形成宽度范围为0.75mm至30.0mm的内管腔。内表面可以延伸穿过至少一个中空纤维。该至少一个中空纤维的平均孔径范围可以为5-150微米。中空纤维可以位于壳体内部。流体入口和渗余物流体出口可以与至少一个中空纤维的内管腔流体连通。渗透物流体出口可以与壳体内部和多孔壁的外表面流体连通。

在上述和其它方面，挤出的聚合物长丝可以包括单组分长丝。该至少一个中空纤维可以包括不同密度的两个或更多个层。内管腔可以包括具有非圆形周边的横截面。挤出的聚合物长丝可以包括双组分长丝。双组分长丝可以包括聚烯烃和聚酯。双组分长丝可以包括聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。挤出的聚合物长丝可以是熔喷长丝。多个挤出的聚合物长丝可以在间隔开的接触点处彼此粘结，以限定多孔壁。多个挤出的聚合物长丝可以在间隔开的接触点处彼此热粘结，以限定多孔壁。中空纤维可以通过以下方式形成：(a)将挤出的聚合物长丝组装成管状形状，以及(b)加热挤出的聚合物长丝使得挤出的聚合物长丝彼此粘结。壁厚范围可以为2至3mm，或2至8mm。在一些实施例中，壁厚可以为约5mm。该至少一个中空纤维的平均孔径范围可以为20-100微米。该至少一个中空纤维的平均孔径范围可以为15-50微米。该至少一个中空纤维的平均孔径范围可以为20-40微米。内管腔的宽度范围可以为1至2mm，或2至10mm，或5至20mm。在一些实施例中，内管腔的宽度可以为约5mm。中空纤维切向流过滤器单元可以包括多个所述中空纤维。中空纤维切向流过滤器单元可以包括位于壳体内部的入口腔室。入口腔室可以与流体入口流体连通。中空纤维切向流过滤器单元可以包括位于壳体内部的出口腔室。出口腔室可以与渗余物流体出口流体连通。多个中空纤维可以在入口腔室和出口腔室之间延伸。入口腔室和出口腔室可以与内管腔流体连通。挤出的聚合物长丝可以沿着至少一个中空纤维的纵向长度变化。内管腔可以包括一个或更多个表面特征。内管腔可以包括一个或更多个***、起伏、拐角等。中空纤维可以包括沿着其纵向长度变化的亲和力。中空纤维切向流过滤器单元的用途可以包括将包括大尺寸颗粒和小尺寸颗粒的流体分离成包括小尺寸颗粒的渗透物和包括大尺寸颗粒的渗余物。流体可以进一步包括中等尺寸颗粒，这些颗粒可以被截留在至少一个中空纤维的壁中。大颗粒可以包括真核和/或原核细胞。流体可以包括絮凝剂。中等尺寸颗粒可以包括细胞碎片。小颗粒可以包括蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA和细胞代谢产物中的一种或更多种。

中空纤维切向流过滤器单元的用途可以包括将包括大尺寸颗粒和中等尺寸颗粒的流体分离成包括中等尺寸颗粒的渗透物和包括大尺寸颗粒的渗余物。流体可以进一步包括小尺寸颗粒，这些颗粒可以被截留在至少一个中空纤维的壁中。大颗粒可以包括微载体或细胞团块。中等颗粒可以包括细胞。中等颗粒可以包括但不限于哺乳动物细胞。在一些实施例中，哺乳动物细胞可以包括CHO细胞或HEK293细胞。流体可以包括裂解细胞，该裂解细胞可以经由化学或物理手段裂解。流体可以包括可以进入渗透物的小尺寸颗粒。小尺寸颗粒可以包括蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA和细胞代谢产物中的一种或更多种。

使用中空纤维切向流过滤器单元的过滤方法可以包括将包括大尺寸颗粒和小尺寸颗粒的流体引入流体入口。流体可以被分离成包括小颗粒的渗透物。渗透物可以通过渗透物流体出口离开中空纤维切向流过滤器单元。渗余物可以包括大颗粒。渗余物可以通过渗余物流体出口离开中空纤维切向流过滤器单元。流体进一步可以包括中等尺寸颗粒。至少一部分中等尺寸颗粒可以被截留在中空纤维切向流过滤器单元的壁中。大颗粒可以包括微载体和/或细胞团块。微载体可以携带哺乳动物细胞。小颗粒可以包括蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA和细胞代谢产物中的一种或更多种。大颗粒和小颗粒可以具有相同的组成。小颗粒可以包括胶体薄片。基于向流体中添加絮凝剂，可以从流体中分离出胶体薄片。大颗粒和小颗粒可以选自陶瓷颗粒、金属颗粒、用于药物递送的脂质体结构、可生物降解的聚合物颗粒和微胶囊。大颗粒可以包括细胞。中等尺寸颗粒可以包括细胞碎片。小颗粒可以包括蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA和细胞代谢产物中的一种或更多种。大颗粒、小颗粒和中等尺寸颗粒可以具有相同的组成。大颗粒、小颗粒和中等尺寸颗粒可以选自陶瓷颗粒、金属颗粒、用于药物递送的脂质体结构、可生物降解的聚合物颗粒和微胶囊。流体可以以脉冲方式引入流体入口中。

切向流过滤***可以包括泵和中空纤维切向流过滤器单元。

生物反应器***可以包括一个或更多个(a)生物反应器容器，该生物反应器容器被配置为容纳生物反应器流体，(b)切向流过滤***，该切向流过滤***包括泵和中空纤维切向流过滤器单元，和/或(c)控制***。生物反应器容器可以具有生物反应器出口。生物反应器可以具有生物反应器入口。生物反应器出口可以与流体入口流体连通。生物反应器入口可以与渗余物出口流体连通。

生物反应器流体可以包括哺乳动物细胞或细菌细胞。控制***可以被配置为操作泵，使得生物反应器流体的第一流从生物反应器出口被泵送到流体入口中，由此将生物反应器流体的第一流分离成渗余物流和渗透物流。渗余物流可以从渗余物出口再循环到生物反应器入口。渗透物流可以从渗透物流体出口收集。该***可以被配置为以脉冲方式泵送生物反应器流体的第一流。

根据本公开的另一方面，中空纤维切向流过滤***可以包括具有内部的壳体、流体入口、渗余物流体出口、渗透物流体出口和至少一个中空纤维。该至少一个中空纤维可以包括多孔壁，该多孔壁具有内表面、外表面和壁厚。壁厚范围可以为1至10mm。内表面可以形成宽度范围为0.75mm至30.0mm的内管腔。内管腔可以延伸穿过至少一个中空纤维。该至少一个中空纤维的平均孔径范围可以为5-150微米。该至少一个中空纤维可以位于壳体内部。流体入口和渗余物流体出口可以与至少一个中空纤维的内管腔流体连通。渗透物流体出口可以与壳体内部和多孔壁的外表面流体连通。中空纤维切向流过滤***可以进一步包括泵送***，该泵送***被配置为向流体入口提供脉冲流。

根据本公开的上述和其他方面，泵送***可以包括脉动泵。脉动泵可以是蠕动泵泵送***可以包括泵和使泵提供所述脉冲流的流量控制器。流量控制器可以包括致动器，该致动器被配置为周期性地限制流进入和/或离开泵。流量控制器由此可以向流体入口提供脉冲流。流量控制器可以位于泵入口处。致动器可以选自电控制的致动器、气动控制的致动器或液压控制的致动器。流量控制器可以包括伺服阀或电磁阀。流量控制器可以被配置为提供脉冲流，该脉冲流具有以每分钟1次循环至每分钟1000次循环的速率脉动的流速。脉动泵可以包括响应于流体中的粘度的变化而可配置的脉冲速率。该至少一个中空纤维可以包括由粘结在一起的多个颗粒和/或长丝形成的多孔壁。多个颗粒和/或长丝可以热粘结在一起。

生物反应器***可以包括(a)生物反应器容器，该生物反应器容器被配置为容纳生物反应器流体，和(b)至少上述方面的中空纤维切向流过滤***。生物反应器容器可以具有生物反应器出口和生物反应器入口。生物反应器出口可以与流体入口流体连通并且生物反应器入口可以与渗余物出口流体连通。泵送***可以被配置为将生物反应器流体的脉冲流提供到流体入口。泵送***由此可以将生物反应器流体的脉冲流分成渗余物流和渗透物流。渗余物流可以从渗余物出口再循环到生物反应器入口。渗透物流可以从渗透物流体出口收集。

根据本公开的另一方面，过滤包括大尺寸颗粒和小尺寸颗粒的流体的方法可以使用中空纤维切向流过滤器单元，该单元包括(a)具有内部的壳体，(b)流体入口，(c)渗余物流体出口，(d)渗透物流体出口，和(e)至少一个中空纤维。该至少一个中空纤维可以包括多孔壁，该多孔壁具有内表面、外表面和壁厚。厚度范围可以为1至10mm。内表面可以形成宽度范围为0.75mm至30.0mm的内管腔。内管腔可以延伸穿过至少一个中空纤维。该至少一个中空纤维可以位于壳体内部。流体入口和渗余物流体出口可以与至少一个中空纤维的内管腔流体连通。渗透物流体出口可以与壳体内部和多孔壁的外表面流体连通。该方法可以包括将流体的脉冲流泵送到流体入口中，由此将流体分离成包括大颗粒的渗余物流和包括小颗粒的渗透物流。脉冲流可以以基于流体的粘度的脉冲速率设定。

在本公开的上述和其他方面，脉冲流可以具有以高于每分钟1000次循环的速率脉动的流速。该至少一个中空纤维可以包括多孔壁。该多孔壁可以由粘结在一起的多个颗粒和/或长丝形成。该多孔壁可以由热粘结在一起的多个颗粒和/或长丝形成。流体可以包括中等尺寸颗粒，这些颗粒可以被截留在至少一个中空纤维的壁中。大颗粒可以包括真核或原核细胞。中等尺寸颗粒可以包括细胞碎片。小颗粒可以包括蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA和/或细胞代谢产物中的一种或更多种。流体可以是来自生物反应器的流体。渗余物流可以循环回到生物反应器中。脉冲流可以以基于粘度传感器(粘度计)对粘度变化的测量的脉冲速率设定。

在另一方面，中空纤维切向流过滤***可以包括具有内部的壳体、流体入口、渗余物流体出口、渗透物流体出口和至少一个中空纤维。中空纤维可以包括多孔壁，该多孔壁具有内表面、外表面和范围为1至10mm的壁厚。内表面可以形成宽度范围为0.75mm至30.0mm的内管腔。内表面可以延伸穿过至少一个中空纤维。该至少一个中空纤维的平均孔径范围可以为5-150微米。该至少一个中空纤维可以位于壳体内部。流体入口和渗余物流体出口可以与至少一个中空纤维的内管腔流体连通。渗透物流体出口可以与壳体内部和多孔壁的外表面流体连通。中空纤维切向流过滤***可以包括泵送***，该泵送***被配置为以基于流体粘度的速率将脉冲流提供到流体入口。

在至少上述方面，中空纤维切向流过滤***可以包括控制器。中空纤维切向流过滤***可以包括通信联接到控制器的粘度传感器。控制器可以被配置为基于粘度传感器的测量来调节脉冲流的速率。

根据至少一个附加的方面，从裂解细胞收获生物材料的方法可以包括测量包括裂解细胞的流体的粘度，并基于测量值和切向流深度过滤器的中空纤维的宽度计算流速。该方法可以包括使流体以该流速沿着中空纤维的外表面通过。该方法可以包括从通过中空纤维的流体中收集的渗透物中收获生物材料。

根据这个和其他方面，生物材料可以包括病毒载体。生物材料可以包括质粒DNA。生物材料可以包括至少一种细胞内蛋白质。该方法可以进一步包括测量流体的第二粘度。该方法可以进一步包括基于第二粘度调节流速。

根据本公开的又另一方面，一种灌封垫圈可以包括模制硅酮部件和***凸缘，该模制硅酮部件限定了至少一个孔，该至少一个孔被配置为与至少一个相应的中空纤维联接，该***凸缘被配置为与过滤器壳体联接。

在本公开的上述和其他方面，灌封垫圈可以被配置为通过与过滤器壳体的凸缘形成过盈配合来与过滤器壳体联接。灌封垫圈可以被配置为通过与过滤器端盖的凸缘形成过盈配合来与过滤器壳体联接。灌封垫圈可以在过滤器壳体的凸缘和过滤器端盖的凸缘之间被压缩。基于围绕过滤器壳体的凸缘和过滤器端盖的凸缘的外表面的压紧环的紧固，灌封垫圈可以在过滤器壳体的凸缘和过滤器端盖的凸缘之间被压缩。

更换灌封垫圈的方法可以包括从过滤器单元的过滤器端盖移除压紧环从而从垫圈移除压力，移除过滤器端盖，以及移除垫圈，可选地连同与垫圈联接的一个或更多个中空纤维一起移除。

在本公开的上述和其他方面，培养基可以包括哺乳动物细胞培养物或细菌细胞培养物。

在附加的方面，一种方法可以包括通过在培养基中的一个或更多个细胞裂解之前或之后将絮凝剂添加到培养基中并基于添加絮凝剂来调节培养基的通量，使培养基中的多个悬浮颗粒剥落。

在本公开的上述和其他方面，培养基可以包括哺乳动物细胞培养物或细菌细胞培养物。

在又另一方面，一种对过滤***进行缩放的方法可以包括用第二灌封垫圈替换第一灌封垫圈，第二灌封垫圈被配置为与第一灌封垫圈相比配合不同数量的中空纤维。

在上述和其他方面，灌封垫圈可以包括模制硅酮构件。灌封垫圈可以包括***凸缘，该***凸缘被配置为与过滤***的壳体、过滤***的端盖或两者形成过盈配合。第一灌封垫圈可以被配置为与第一组中空纤维联接。第二灌封垫圈可以被配置为与第二组中空纤维联接。

根据至少一个附加方面，一种***可以包括过滤器壳体、过滤器端盖和设置在它们之间的硅酮灌封垫圈。灌封垫圈可以被配置为固持一个或更多个中空纤维，该一个或更多个中空纤维限定位于过滤器壳体的渗余物腔室内的渗透物通道。中空纤维可以通向过滤器端盖的渗透物腔室。硅酮灌封垫圈可以被配置为与过滤器壳体、过滤器端盖或两者形成过盈配合。

在至少这个方面，该***可以包括压紧环，该压紧环被配置为装配到过滤器壳体和过滤器端盖中的一个或两者的外表面。压紧环可以被配置为减小过滤器壳体和过滤器端盖之间的距离，从而压缩硅酮灌封垫圈。过滤器端盖的外表面可以包括弯曲或角度。压紧环可以包括弯曲或成角度的表面，该表面被配置为适应过滤器端盖的弯曲或角度。

在又另一方面，收获细胞内产物的方法可以包括检测细胞培养基的第一粘度测量值，该细胞培养基包括包含细胞内产物的至少一个细胞；裂解包含细胞内产物的至少一个细胞；检测细胞培养基的第二粘度测量值；以及基于第一粘度测量值和第二粘度测量值之间的差异调节细胞培养基流过中空纤维过滤器的湍流。

根据上述和其他方面，细胞内产物可以包括AAV颗粒。该至少一个细胞可以包括HEK293细胞。调节湍流可以包括经由与通信联接到泵的控制器自动影响细胞培养基的流速。

附图说明

从下面结合附图给出的详细描述中，本公开的上述和其他方面将更加显而易见，其中：

图1A是根据本公开的中空纤维切向流深度过滤器的示意性剖视图；

图1B是类似于图1A中所示的切向流过滤器内的三个中空纤维的示意性局部剖视图。

图2是类似于图1A中所示的切向流深度过滤器内的中空纤维的壁的示意性剖视图。

图3是根据本公开的生物反应器***的示意图。

图4A是根据本公开的切向流过滤***的一次性部分的示意图。

图4B是根据本公开的可重复使用的控制***的示意图。

图5示出了根据本文描述的一个或更多个实施例的各向异性过滤器的示例。

图6A-6F示出了根据本文描述的各种实施例的中空纤维的各种横截面。

图7示出了根据本文描述的一个或更多个实施例的湍流状态下的生物反应器进料。

图8示出了根据本文描述的一个或更多个实施例从生物反应器进料中收获细胞。

图9A示出了根据本文描述的一个或更多个实施例的垫圈。

图9B示出了根据本文描述的一个或更多个实施例的垫圈和过滤器壳体。

图10A示出了根据本文描述的一个或更多个实施例的替代垫圈。

图10B示出了根据本文描述的一个或更多个实施例的具有过滤器壳体的图10A的替代垫圈的剖视图。

图10C示出了根据本文描述的一个或更多个实施例的垫圈以及过滤器壳体、过滤器端盖和压紧环。

图11是示出CHO细胞通过不同密度的TFDF过滤器的条形图。对于试验1-4、5-7和8-10，TFDF过滤器密度分别为35％、25％和53％。

具体实施方式

概述

本公开描述了用于收获和/或灌注生物材料的新装置、***和方法。本公开的各种实施例包括切向流过滤器，并且特别是中空纤维(HF)切向流过滤器。切向流过滤传统上已经被用于比如免疫学、蛋白质化学、分子生物学、生物化学和微生物学等领域中的生物分子的分离和纯化的各种应用中。

然而，目前公开的实施例可以实现优于传统***的一个或更多个益处，例如，提高收获和/或灌注方法的效率，实现从细胞培养物中收获和/或分离生物材料的新方法，提高在灌注和分批培养中可实现的活细胞密度等。

以示例的方式并且不希望受任何特定理论的束缚，厚壁中空纤维和包含厚壁中空纤维的TFDF单元的容量(例如，通过最大过滤器通量测量)和/或性能(例如，随着时间的推移通过过滤器通量的减少或进料通道中背压的增加测量)可以与可用于接触相关流体的中空纤维的表面区域成比例，并且可以通过改变“由内向外”TFDF***中使用的厚壁中空纤维的相对内表面区域来增加或减少，在该TFDF***中，流体被供给到纤维的管腔中并且渗透物穿过纤维的壁到达纤维至少部分地设置在其中的外部空间。

因此，本公开的某些实施例包括具有内表面和/或外表面的厚壁中空纤维，所述内表面和/或外表面包括增加或减少可用于与通过纤维内管腔的流体进料相互作用的表面积的特征。增加可用表面积的结构特征可以包括但不限于一个或更多个褶皱、起伏、***、凸起、凹坑等，它们可以沿着中空纤维表面的部分或全部纵向长度延伸。例如，中空纤维可以包括多边形、星形、波浪形或沿着其周边不均匀的其他形状的内表面和/或外表面。本公开的各种实施例的表面特征可以通过用于形成中空纤维的挤出工艺产生。例如，具有内部星形表面的中空纤维可以通过挤出工艺在单个步骤中形成。替代地或附加地，表面特征可以在挤出工艺之后形成。例如，中空纤维可以被挤压出具有过大的直径，然后可以被切掉以形成一个或更多个表面特征。根据本公开，可以使用加法和/或减法工艺来产生一个或更多个表面特征。实施例不限于此上下文中。替代地或附加地，可以通过消除比如上述的表面不均匀性，或通过用相对于纤维的未处理的内表面呈现出降低的孔隙率或降低的孔径的材料涂覆纤维内表面的至少一部分来降低纤维内表面的面积。

通常地，所描述的用于切向流深度过滤(TFDF)的厚壁中空纤维是“各向同性的”，因为它们的化学性质和孔结构(虽然是非均匀的)沿着它们的长度和宽度基本上是相似的。然而，在一些实施例中，化学或物理特性的各向异性或非均匀性可能是提高性能或赋予新特性所需要的。作为一个非限制性示例，本公开的纤维可以包括表面(例如，内壁表面、孔表面)，该表面被官能化以允许非共价(例如，离子)键合，或共价交联或接合到功能部分(比如离子交换或亲和配体)，或接合到待过滤流体的成分。这可以通过任何合适的方法来实现，包括但不限于结合各种层和/或各向异性化学物质，这可以定制和/或提高过滤***相对于传统***的亲和力和/或效率。

例如，当细胞培养物通过中空纤维时，二氧化硅和/或硅藻土层可以保留来自细胞培养物的带负电荷的细胞碎片。在另一示例中，可以将孔径小于中空纤维的膜添加到中空纤维的外壁和/或内壁。因此，穿过中空纤维壁的培养基的浊度可以随着其流动通过壁而浊度降低。

在一些实施例中，可以产生沿着其纵向长度具有各向异性特性的中空纤维。例如，第一端部可以包括第一孔隙率，第二端部可以包括第二孔隙率，从而使得不同尺寸的产品能够沿着其长度逐渐通过。在另一示例中，第一端部可以包括第一带电层，第二端部可以包括第二带电层，从而使得不同带电的产品能够沿着其长度逐渐通过。各种膜、层等可以分布在不同的和/或逐渐中间的部分中的整个中空纤维中。

在一些实施例中，本文公开的各向异性中空过滤器元件可以将各种过滤元件的效果结合到单个单元中，从而减少TFF/ATF***的占地面积。在一些实施例中，几个过滤步骤可以被结合到单个步骤中，例如，通过结合各种中空纤维层和/或沿着长度变化的中空纤维的长度过滤流体。在各种实施例中，中空纤维的至少一个端部可以是闭合的，例如在3D深度过滤器中。

在根据本公开的一些实施例中，用于大孔切向流深度过滤(LPTFDF)的装置、***和/或方法可以实现改进的和/或新的收获方法(比如哺乳动物细胞改进的和/或新的收获方法)，和/或改进的细胞分选方法(比如分化和/或其他方式的生长细胞的改进的细胞分选方法)。

以前，细胞收获的方法仅限于小规模和小批量(例如，比如离心、细胞分离、活组织检查和其他直接收获方法等方法)。使用深度过滤的收获方法容易结垢。由于传统的TFF/ATF***被配置为收获具有小于哺乳动物细胞的典型尺寸的内含物的渗透物(例如，病毒、蛋白质等，其例如可以具有在5纳米至500纳米之间的直径，而哺乳动物细胞可以具有在10微米至100微米之间的直径，尽管红细胞可以具有大约8微米的直径)，因此TFF/ATF***在传统上不适用于实现整个收获方法的规模化。然而，目前发现增加过滤器的孔径可以使得TFF/ATF***能够用于从细胞培养基中分离完整的哺乳动物细胞。例如，孔或目前公开的过滤器可以包括直径在5-120微米、10-100微米、10-50微米、20-40微米等范围内的孔。

增加TFF/ATF***的孔径可以替代地或附加地使得TFF/ATF***能够用于选择性地收获特定大小和/或生长阶段的细胞的方法中。通常地，细胞分选的方法(比如荧光激活细胞分选(FACS)和磁激活细胞分选(MACS)，浮力激活细胞分选(BACS))是昂贵的，而用微流体装置分选和/或单细胞分选仅适用于处理非常小体积的细胞培养物。因此，细胞分选很难(即使不是不可能)扩大到工业规模。然而，LPTFDF可以允许将单个细胞收获到渗透物中，同时将携带生长细胞的细胞团块和/或微载体保留在渗余物中。此外，可以认识到，当细胞分化和生长时可能从细胞团块或微载体上剥离，此时它们可以经由LPTFDF被收集到渗余物中。因此，细胞可以在同一生物反应器中生长和直接收获，而不需要在收获步骤之前从微载体支架上分离、洗涤或浓缩细胞。因此，LPTFDF可以提供一种经济有效的方法，例如，根据细胞的分化状态来选择性地分离单个细胞。本公开的装置和方法可以容易地缩放，例如，以处理10L、50L、100L、200L、500L、1000L、2000L、5000L或之间的任何体积的培养物。

附加地或替代地，本公开的各种实施例可以提供用于从具有高粘度的培养物中收获和/或灌注生物物质的方法和装置的改进，所述高粘度由细胞裂解释放细胞外物质而引起。例如，可以裂解培养物中的细胞以释放细胞内物质用于收获，比如在本领域已知的从HEK293细胞中AAV收获，例如在疫苗生产过程中。然而，细胞裂解可能进一步释放细胞碎片，如DNA、破裂的细胞膜等，这可能增加培养物的粘度并增加过滤过程中的结垢率。

各种实施例可以通过在过滤期间利用湍流和/或非层流的目标水平，使得能够从高度混浊的培养物(例如，包括裂解细胞及其内含物)或者含有絮凝剂和所得胶体薄片的培养基中收获生物材料。在一些实例中，可以测量培养物的粘度，并且作为响应，可以调节培养物的非层流速率，以便提高其过滤速率。实施例不限于此上下文中。

一些实施例可以采用如本文所述的灌封中空纤维的改进的装置、***和/或方法。传统的灌封方法可能永久地和/或不可逆地将中空纤维相对于彼此联接和/或联接到过滤器壳体。因此，每个过滤器壳体单元传统上可用于单一规模的处理。然而，根据本公开，一个或更多个中空纤维可以被封装或灌封在垫圈(例如模制硅酮垫圈)中。垫圈可以可选地与过滤器壳体、过滤器端盖或两者可移除地联接(例如通过过盈配合)。在一些实施例中，压紧环可以相对于彼此固定过滤器壳体、端盖和/或垫圈，从而提高过滤器承受内部压力的能力。垫圈可以是可替换的，例如，用被配置为与不同数量的中空纤维接合的替代垫圈。因此，过滤***可以容易地进行缩放。在一些实施例中，垫圈可以兼作卫生垫圈，从而降低过滤***的总体成本。实施例不限于此上下文中。

本公开的原理可以对传统***和/或方法进行新颖的改进，无论是单独采取还是以任意组合采取。因此，本公开的装置和***可以针对期望的收获、灌注和/或分选方法进行定制和/或优化。

切向流过滤

各种传统的切向流过滤器(TFF)可以被配置为收获和/或纯化生物制品，比如蛋白质产品、病毒和其他小规模生物产品。例如，在其他实施方式中，可以执行生物流体的过滤以将血液分离成血细胞和血浆。对于生物医学应用，重要的是能够有效地进行过滤以便获得精确量的所需材料。

流体的交替切向流动可以用于执行过滤。更具体地，通过使流体的切向流交替通过过滤元件，可以实现连续过滤。例如，在Shevitz的美国专利No.6,544,424中描述了一种交替切向流***，其全部内容结合于此用于背景、装置和技术内容。通常地，交替切向流过滤(ATF)包括使流体(比如细胞培养基)以交替方向通过膜或其他可渗透结构。流体的体积的一部分(包括悬浮或溶解在其中的一种或更多种组分)通过膜，产生滤液或渗透物(这两个术语在此可互换使用)，其中，一种或更多种悬浮或溶解的组分以比原始流体中更高的浓度存在。没有通过过滤器的流体体积的部分被称为渗余物，包括渗余物并部分由膜限定的空间被称为进料通道和/或渗余物腔室。膜的相对侧的空间被称为渗透物腔室或滤液腔室。

通过对进料通道的一部分交替施加正压和负压，产生了穿过膜的交替流动。可以使用任何合适的方法来提供交替压力，包括但不限于通过可逆泵，比如隔膜泵，或活塞或柱塞泵。其他泵可以包括可逆的蠕动泵或磁力泵。本领域技术人员将会理解，合适的泵结构可以是不专用于泵送或过滤的其他装置的元件。这些其他装置可以包括但不限于移液器(也称为移液管)和注射器，并且可以由用户手动地或自动地致动。以下将更详细地讨论本公开的这些方面。

可以进行过滤以纯化、选择性去除不需要的成分，和/或以高细胞浓度保持或灌注细胞培养基中的细胞。可以使用各种类型的过滤器，包括包含捆扎在一起的多个中空纤维的中空纤维过滤器。使用前述交替切向流的过滤可以例如通过较大规模的设备(比如泵和离心机)来进行。

本文所述的各种中空纤维可以是厚壁中空纤维。在各种示例中，相对于本领域中使用的其他过滤器，中空纤维的壁的厚结构可以允许使用更高的流速。厚结构可以附加地或替代地允许中空纤维在结垢之前捕获更大体积的颗粒。也就是说，相对于本领域中使用的其他过滤元件，该过滤器可以具有更高的“污物负载能力”。污物负载能力可以定义为在达到最大允许背压之前过滤器可以截留的颗粒物质的量。

附图中示例的描述

在转向详细示出示例性实施例的附图之前，应当理解，本申请不限于说明书中阐述的或附图中示出的细节或方法。应当理解，术语是为了描述，不应当被认为是限制性的。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例不意味着是限制性的。在不脱离这里给出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。将容易理解的是，如本文一般描述的和在附图中示出的，本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合和设计，所有这些都被明确地预期并构成本公开的一部分。

如本文和所附权利要求中所使用的，在描述元件的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)，单数冠词比如“一(a)”和“一(an)”和“所述”以及类似的指代物应被解释为涵盖单数和复数，除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾。除非本文中另有说明，否则本文中数值范围的叙述仅旨在用作单独引用落入该范围内的每个单独数值的简写方法，并且每个单独数值都被结合到说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行。除非另有说明，本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“比如”)的使用仅旨在更好地说明实施例，而不是对权利要求的范围进行限制。说明书中的任何语言都不应被解释为将任何未要求保护的元素指示为必要的。

除非另有说明，否则说明书和权利要求中使用的表示性质、参数、条件等的数量的所有数字应理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在以下说明书和所附权利要求中列出的数值参数是近似值。任何数值参数至少应根据报告的数字的有效数字并通过应用普通的舍入技术来解释。术语“约”用在数字名称(例如温度、时间、量和浓度，包括范围)之前时，表示近似值，其可以变化(+)或(-)10％、5％或1％，或在1的范围内。

如本领域技术人员将理解的，对于任何和所有目的，特别是在提供书面描述方面，本文公开的所有范围还包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围都可以容易地被认为是充分描述了并且能够将相同的范围分解为至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性示例，本文讨论的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域技术人员还将理解，比如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”等的所有语言都包括所列举的数字，并且指的是随后可以被分解为如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。

此外，虽然本文的描述通常涉及中空纤维过滤器的使用，但是应当理解，本文描述的各种实施例、方法等可以替代地或附加地适用于平面过滤器膜。例如，关于图5描述的多层过滤器膜可以是平面膜。实施例不限于此上下文中。

本文的描述可以指各种类型的过滤和/或过滤器，例如ATF、TFF、LPTFDF等。为了简洁而非限制的目的，人们将会理解本文关于一种这样的过滤器类型描述的方法和/或部件可以替代地或附加地分别应用于其他过滤器类型。

图1A示出了根据本公开的中空纤维切向流过滤器单元30的示意性剖视图。中空纤维切向流过滤器单元30包括平行的中空纤维60，该中空纤维在入口腔室30a和出口腔室30b之间延伸，该入口腔室和出口腔室由各自的端盖33a和33b限定在过滤器壳体31的端部。流体入口端口32a向入口腔室30a提供流12，渗余物流体出口端口32d接收来自出口腔室30b的渗余物流16。中空纤维60通过入口腔室30a接收流12。流12被引入每个中空纤维60的中空纤维内部60a，渗透物流24穿过中空纤维60的壁70进入过滤器壳体31内的渗透物腔室61。渗透物流24行进到渗透物流体出口端口32b和32c。尽管在图1A中使用两个渗透物流体出口端口32b和32c来移除渗透物流24，但是在其他实施例中，可以仅使用单个渗透物流体出口端口。过滤后的渗余物流16从中空纤维60进入出口腔室30b，并通过渗余物流体出口端口32d从中空纤维切向流过滤器单元30中释放。

图1B是类似于图1A所示的中空纤维切向流过滤器单元内的三个中空纤维60的示意性局部剖视图，并且示出了将包含大颗粒74和目标颗粒72a的入口流12(也称为进料)分离成包含一部分小颗粒的渗透物流24和包含大颗粒74和没有通过中空纤维60的壁70的一部分目标颗粒72a的渗余物流16。

根据本公开的切向流过滤器包括具有适用于本文讨论的应用的深度和平均孔径(例如，由泡点测试限定)的切向流过滤器，例如，排除大颗粒(例如，细胞团块、微载体或其它大颗粒)，截留中等尺寸颗粒(例如，细胞碎片或其他中等尺寸颗粒)，并允许目标颗粒(例如，单个细胞、具有可溶性和不溶性细胞代谢产物的细胞和由细胞产生的其他产物，包括表达的蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA或其他小颗粒)通过。例如，本文描述的过滤器的平均孔径可以为5微米至20微米，或15微米至150微米，或20微米至50微米，或30微米至40微米，或其他包括端值的范围。类似地，TDF 100可以具有任何合适的壁厚(例如在0.1mm和10mm之间)、任何合适的内径(例如在0.75mm到35.0mm之间，比如25.4mm)、以及任何合适的长度(例如在20-200cm之间)。如本文所使用的“微载体”是允许贴壁细胞在生物反应器中生长的颗粒支持物。

在这方面，图2是与类似于图1A的中空纤维切向流过滤器单元30结合使用的中空纤维60的壁70的示意性剖视图。在图2中，包括大颗粒74、目标颗粒72a和中等尺寸颗粒72b的流12被引入中空纤维切向流过滤器单元30的流体入口端口32a中。大颗粒74沿着形成中空纤维的中空纤维内部60a(本文中也称为纤维内管腔)的壁70的内表面通过，并最终在渗余物流中释放。壁70包括曲折路径71，当流12的一部分通过中空纤维切向流过滤器单元30的壁70时，该曲折路径捕获流12的某些成分(即，中等尺寸颗粒72b)，同时允许其他颗粒(即，目标颗粒72a)作为渗透物流24的一部分通过壁70。在图2的示意性剖视图中，沉降区73和狭窄通道75被示为捕获进入曲折路径71的中等尺寸颗粒72b，同时允许较小颗粒72a通过壁70，由此截留中等尺寸颗粒72b并使渗透物流24中的中等尺寸颗粒72b与较小颗粒72a分离。因此，此方法不同于通过标准薄壁中空纤维切向流过滤器单元膜的表面获得的过滤，在标准薄壁中空纤维切向流过滤器单元膜中，中等尺寸颗粒72b可能会在壁70的内表面处积聚，堵塞曲折路径71的入口。

在这方面，对于各种过滤过程(包括对细胞培养液的过滤，比如在细胞培养液的灌注和收获中过滤的细胞培养液)，最成问题的领域之一是由于过滤器结垢而降低了目标分子或颗粒的传质。本公开通过将切向流过滤的优点与深度过滤的优点相结合而克服了许多这些障碍。与使用切向流过滤的标准薄壁中空纤维过滤器一样，细胞被泵送通过中空纤维的内管腔，沿着中空纤维的内表面扫过，允许它们被回收用于进一步生产。然而，代替在中空纤维的内表面处形成结垢凝胶层的蛋白质和细胞碎片，壁可以添加本文所称的“深度过滤”特征，该特征将细胞碎片截留在壁结构内部，从而在本公开的各种实施例中使得能够增加体积通过量，同时保持典型目标蛋白接近100％通过率。这种过滤器在本文中可以称为切向流深度过滤器(TFDF)。

TFDF***可以由几个过滤器参数和操作变量来表征。过滤器参数包括TDF内径(d)、TDF长度(l)、TDF横截面积(A)和过滤器中TDF单元的数量(N)。操作变量包括进料流速(QF)、运动粘度(μ)、每TDF进料速度(VF)、剪切速率(γ)和雷诺数(Re)。过滤器参数和操作变量之间的关系如表1所示：

表1：过滤参数和操作变量关系

TDF横截面积(A)

剪切速率(γ)

雷诺数(Re)

雷诺数是流体流动行为的预测值。当应用于管状***中的流体流动时，雷诺数低于大约2300时预计出现层流，雷诺数高于4000时预计出现湍流，并且在这些值之间发生层流到湍流的过渡。虽然注意到TDFs中的层流和湍流行为可能与不可渗透管状***的建模行为有些不同，但是发明人已经发现，当入口流12的雷诺数高于层流范围时，例如高于大约2300、2500、3000、3500、4000等时，根据本公开的TFDF***容许非常高的通量而不会结垢。虽然不希望被任何理论约束，但相信湍流进料流可以产生从壁70通过中空纤维60到整体流的增强的颗粒传输，这与层流相比可以减少结垢。因此，本公开的各种实施例可以涉及操作TFDF***的方法，该TFDF***利用湍流或在层流到湍流的过渡区域内(例如，其Re值高于2000、2300、2500、3000、3500、4000等)的进料流。因为Re随着进料速度、剪切速率和/或TDF内径的增加而增加，所以本公开的某些方法涉及以选择的进料速度或剪切速率操作TFDF***以产生高于2000、2300、2500、3000、3500、4000等的Re值。因为稀释的水溶液具有大约1厘沲(cSt)的运动粘度，所以该方法的某些实施例涉及在进料速度和TDF直径的乘积大于2000、2300、2500、3000、3500或4000mm2s-1的条件下操作TFDF***。在其他实施例中，该方法包括在进料速度比运动粘度与TDF内径之比(μ/d)大2000、2300、2500、3000、3500或4000倍的条件下操作TFDF***，该商大约等于稀释的水溶液的运动粘度。

本公开的附加实施例涉及TFDF***，其被配置用于在Re值超过2000、2300、2500、3000、3500、4000等的条件下操作。在某些实施例中，进料速度和TDF直径的乘积大于2000、2300、2500、3000、3500或4000mm2s-1。本公开的其他实施例涉及被配置为在进料速度比运动粘度与TDF内径之比大2000、2300、2500、3000、3500或4000倍的条件下操作的***。

本公开的某些实施例利用被选择以促进非层流的TDF几何形状。例如，在给定的剪切速率下，内径的增加将倾向于促进更多的湍流。本公开的实施例中使用的TDF可以具有大于1mm的内径和/或厚度大于0.1mm的壁，以承受高通量条件下的操作。本公开的***和方法可以在交替切向流(ATF)设置中，或者在恒定切向流下采用，并且可以采用任何合适的泵技术来驱动进料流。TDF壁可以具有恒定或可变的密度，并且因此在其长度和/或圆周上具有恒定或可变的平均和最大孔径。TDFs的孔隙率可以通过在TDF壁表面涂覆一层或多层涂层来进一步控制。本领域技术人员将理解，TDF表面的附加修饰可以是可能的，包括但不限于使用亲和试剂选择性地纯化特定分子种类(例如，蛋白A涂层可以用于降低人IgG)。

本领域技术人员将理解，对于雷诺数为约2300或稍高于约2300的转变值的进料流，在TDFs的长度上的速度的降低可能导致TDFs内的流低于2300Re转变值。在一些示例中，在Re值低至2300的进料处观察到过滤能力和结垢行为的改善，这表明湍流不一定需要在整个TDF长度上保持，并且穿过TDF的长度的一部分的湍流可能足以在一定程度上改善过滤能力和结垢行为。因此，在本公开的某些实施例中，TFDF***在进料处的VF在2300和2500之间，或在2300和3000之间的条件下操作。在一些实施例中，TFDF******作为使得在过滤器中的TDF单元的长度的一部分上产生湍流。

在一些实施例中，可以将絮凝剂添加到包含真核和/或原核细胞的培养基中。应当认识到，从添加絮凝剂的培养基中“剥落”的絮凝物或胶体颗粒可能会使传统的过滤***结垢。然而，在根据本公开的一些实施例中，可以配合向培养基中添加絮凝剂来调节培养基的通量。例如，在对培养物的预期絮凝物的算法估计中可以考虑絮凝剂的量和/或类型，这可以用于确定通量的变化，这对于保持过滤器的结垢率或将结垢率保持在预定范围内可能是必要的。基于所确定的流量变化，可以相应地调节培养基的湍流和/或流速。因此，本公开的实施例可以通过减轻过滤器结垢的风险的相关变化来改进应用(包括向培养基中添加絮凝剂)。

在一些示例中，例如，可以将培养基添加到生物反应器中以基于渗透物收集速率来替代渗透物体积，以便保持细胞培养物的总体积。在各种示例中，表面活性剂可以与替代培养基一起添加到生物反应器中。当从裂解的细胞中收获时，表面活性剂可以进一步降低TDF***的结垢风险。

TDF***可以包括粘度传感器和/或控制器，使得期望的湍流计算可以自动化。在各种实施方案中，TFF/ATF***可以包括混合器和/或用于实现培养基湍流的其他器件。混合器和/或用于实现培养基湍流的其他器件可以通信地联接到控制器，该控制器用于计算期望的湍流，并被配置为基于期望的湍流计算来调节培养基的湍流。本领域技术人员将认识到，本文描述的动态流量调节方法可使TDF***能够用于过滤否则不可接受的粘性培养基，例如，具有比如50％、53％、60％等的孔密度的中空纤维，尽管中空纤维可以替代地或附加地具有比如本文关于中空纤维(比如大孔深度过滤切向过滤器的中空纤维)所讨论的孔密度。

根据本公开的TFDF***可以用于过滤各种流体和分离各种可溶性或颗粒物质。这些包括但不限于哺乳动物细胞或其他真核细胞、微生物细胞(包括细菌细胞(比如大肠杆菌))，和/或合成纳米颗粒(比如用于药物递送的颗粒)，以及生物分子(比如多肽、多核苷酸、多糖)，和一种或更多种这些的复合物。在不限制前述内容的情况下，本公开的***和方法可以用于生产和纯化重组蛋白(例如免疫球蛋白或其功能片段)。应当认识到，本公开的各种实施例可以使得能够对来自同一生物反应器的细胞培养物进行灌注、生长和收获。例如，可以灌注HEK293细胞，使其生长至期望的群体(例如4000万)，裂解，并使用基于细胞培养基动态粘度的湍流状态收获其表达的蛋白质。本领域技术人员将会理解，本公开的***和方法可以应用于目前使用中空纤维TFF***的任何环境中，例如澄清动物或微生物培养物、浓缩和分离如上所述的物质。

如图2中示意性示出，根据本公开的各种实施例的切向流深度过滤器不具有精确限定的孔结构。大于过滤器“孔径”的颗粒将停止在过滤器的表面处。另一方面，大量中等尺寸颗粒进入过滤器的壁，并在从壁的相对表面出来之前被截留在壁内。较小颗粒和可溶性物质可以通过渗透物流中的过滤器材料。与现有技术中的许多其他过滤器相比，该过滤器具有更厚的结构和更高的孔隙率，因此可以展现出更高的流速和污物负载容量。

尽管缺少精确限定的孔结构，但可以通过被称为“泡点测试”的广泛使用的孔径检测方法来客观地确定给定过滤器的孔径。泡点测试基于以下事实：对于给定的流体和孔径，在恒定润湿的情况下，迫使气泡通过孔的所需的压力与孔直径成反比。实际上，这意味着可以通过用流体润湿过滤器材料并测量在气体压力下首先在润湿的过滤器的下游看到连续气泡流的压力来确定过滤器的最大孔径。第一气泡流从过滤器材料中流出的点反映了过滤器材料中的最大孔，压力和孔径之间的关系基于泊肃叶定律，其可以简化为P＝K/d，其中P是气泡流出现时的气体压力，K是取决于过滤器材料的经验常数，d是孔直径。在这方面，本文使用实验方法确定的孔径是基于压力扫描方法使用POROLUXTM 1000孔度计(PorometerNV，比利时)测量的(其中在测试期间不断测量增加的压力和所产生的气体流量)，该孔径提供的数据可以用于获得关于第一泡点尺寸(FBP)、平均流量孔径(MFP)(在本文中也称为“平均孔径”)和最小孔径(SP)的信息。这些参数在毛细管流测孔法技术中是众所周知的。

在各种实施例中，用于本公开的中空纤维的平均孔径可以为例如范围从5微米(μm)或更小至50微米或更大，例如7至10微米、10至20微米、或20至30微米、或20至40微米、或30至50微米、或30至60微米、或40至60微米，以及其他可能的值，例如高达150微米。

在各种实施例中，用于本公开的中空纤维的壁厚范围可以为例如1mm至10mm，例如约2mm至约3mm、约2mm至约8mm、或约5mm，以及其他值。

在各种实施例中，用于本公开的中空纤维的内径(即，内管腔直径)范围可以为例如0.75mm至30.0mm，例如1mm至3.5mm、2mm至10mm、5mm至20mm，以及其他值，例如约4.6mm、约5mm或约25mm。通常，内径的减小将导致剪切速率的增加。不希望受到理论的约束，相信剪切速率的增加可以增强中空纤维壁上的细胞和细胞碎片的冲洗。

用于本公开的中空纤维可以使用多种工艺形成由多种材料形成。

例如，中空纤维可以通过将许多颗粒、长丝或颗粒和长丝的组合组装成管状形状来形成。由颗粒和/或长丝形成的中空纤维的孔径和分布将取决于被组装以形成中空纤维的颗粒和/或长丝的尺寸和分布。由长丝形成的中空纤维的孔径和分布还将取决于被组装以形成中空纤维的长丝的密度。例如，可以通过改变长丝密度来产生范围为0.5微米至150微米的平均孔径，比如范围为15至80微米、5至150微米、15至150微米、30至40微米、30至50微米、20至60微米、20至50微米、20至40微米等。

适用于本公开的颗粒和/或长丝包括无机颗粒和有机颗粒和/或长丝两者。在一些实施例中，颗粒和/或长丝可以是单组分颗粒和/或单组分长丝。在一些实施例中，颗粒和/或长丝可以是多组分(例如，双组分、三组分)颗粒和/或长丝。例如，可以采用具有由第一组分形成的芯和由第二组分形成的涂层或皮的双组分颗粒和/或长丝，以及许多其他可能性。

在各种实施例中，颗粒和/或长丝可以由聚合物制成。例如，颗粒和/或长丝可以是由单种聚合物形成的聚合物单组分颗粒和/或长丝，或者它们可以是由两种、三种或更多种聚合物形成的聚合物多组分(即双组分、三组分等)颗粒和/或长丝。多种聚合物可以用于形成单组分和多组分颗粒和/或长丝，包括聚烯烃(比如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯(比如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚酰胺(比如尼龙6或尼龙66)、含氟聚合物(比如聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE))等。

可以通过使用例如管状模具将颗粒形成为管状形状。一旦形成管状形状，可以使用任何合适的工艺将颗粒粘结在一起。例如，可以通过将颗粒加热到颗粒部分熔融并在不同的接触点处粘结在一起的点(称为烧结的过程)，可选地同时压缩颗粒，来将颗粒粘结在一起。作为另一示例，可以通过使用合适的粘合剂将颗粒在不同的接触点处彼此粘结，可选地同时压缩颗粒，来将颗粒粘结在一起。例如，可以通过将许多不规则颗粒组装成管状形状并通过加热颗粒同时压缩颗粒将颗粒粘结在一起来形成具有类似于图2中示意性示出的壁70的壁的中空纤维。

可以用于形成管状形状的基于长丝的制造技术包括例如从多个挤出模头同时挤出(例如，熔融挤出、基于溶剂的挤出等)，或者静电纺丝或静电喷涂到棒状基材(比如心轴)上(随后将其移除)等。

可以使用任何合适的工艺将长丝粘结在一起。例如，可以通过将长丝加热到长丝部分熔融并在不同的接触点处粘结在一起的点，可选地同时压缩长丝，来将长丝粘结在一起。作为另一示例，可以通过使用合适的粘合剂将长丝在不同的接触点处彼此粘结，可选地同时压缩长丝，来将长丝粘结在一起。

在特定实施例中，许多细的挤出长丝可以在各个点处粘结在一起以形成中空纤维，例如，通过由挤出的长丝形成管状形状并加热长丝以将长丝粘结在一起以及其他可能性。

在某些情况下，挤出的长丝可以是熔喷长丝。如本文所用，术语“熔喷”是指在长丝处于熔融状态时在长丝挤出模头的出口处使用气流来使长丝衰减或变薄。熔喷长丝例如在Berger的美国专利No.5607766中予以描述。在各种实施例中，当单组分或双组分长丝离开挤出模头时，使用已知的熔喷技术对其进行衰减以产生长丝集合。接着可以将长丝集合以中空纤维的形式粘结在一起。

在某些有益的实施例中，中空纤维可以通过组合具有第一材料的皮的双组分长丝来形成，所述第一材料可以在比芯材料的熔点更低的温度下粘结。例如，中空纤维可以通过以下方式来形成：将双组分挤出技术与熔喷衰减相结合以产生缠结的生物组分长丝的纤网，接着将所述纤网成形和加热(例如，在烤箱中或使用加热的流体，比如蒸汽或加热的空气)，以使长丝在其接触点处粘结。美国专利No.5,607,766示意性地示出了皮芯型熔喷模头的示例，其中将熔融皮形成的聚合物和熔融芯形成的聚合物送入模头中并从模头中挤出。将熔融的双组分皮芯长丝挤出到高速气流中，该气流使长丝衰减，从而能够生产出细双组分长丝。Berger的美国专利No.3,095,343示出了一种设备，该设备用于收集和热处理复丝纤网以形成主要沿着纵向方向随机定向的长丝的连续管状本体(例如，中空纤维)，其中，长丝的本体作为整体是纵向对准的，并且总体上沿着平行定向，但是它们的短部分在非平行的发散和会聚方向上或多或少地随机延伸。以这种方式，可以将皮芯型双组分长丝的纤网拉入密闭区域(例如，使用具有中央通道形成构件的锥形喷嘴)，在该密闭区域中将纤网聚集成管状棒形状并加热(或以其他方式固化)以粘结长丝。

在各种实施例中，可以定制贯穿中空纤维的接触点的密度，以便产生特定的孔密度、平均孔径等。例如，根据本公开的这些方面的各种实施例可以利用包括烧结或熔喷聚合物的中空过滤器，其中中空纤维的密度可选地为聚合物的等效实心体积密度的10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％。在一些实施例中，中空纤维的孔径或第一泡点尺寸在1至150微米之间，并且/或内径在0.75至35.0mm之间(比如25.4mm)，并且/或长度在200至2000mm之间。

各种材料和/或材料的分布可以各向异性或各向同性地组合，以便为特定的过滤亲和力定制中空纤维的一个或更多个区域。例如，一根或更多根长丝可以以不同的密度施加在中空纤维的表面上，或者不同类型的长丝可以施加在同心层中或者表面上两者。此类示例在图5中示出，其中，壁70包括三个层82、84和86。层82、84和86中的每一层可以包括彼此相同或不同的材料。在图5的非限制性示例中，可以看到层82、84和86中的每一层具有不同的平均孔径。例如，可以看到层84沿着其纵向轴线(为简化起见，图中未示出该轴线)具有不同的密度，并且特别地，顶部部分处的密度高于底部部分处的密度。层86可以具有比层82更高的密度。在一些示例中，层82、84或86中的一层或每一层可以包括与生物反应器进料12的一种或更多种颗粒结合的不同电荷和/或化学亲和力(例如，一层或更多层可以包括至少一种亲和配体，其可以跨层一致或不一致)。例如，层84可以包括电荷，该电荷为该层提供了比层82更高的对中等尺寸颗粒72b的结合亲和力，比如如果层84包括硅藻土或其他带正电荷的组分，该组分被配置为结合带负电荷的细胞碎片但允许其他产物(例如，质粒DNA、病毒载体或细胞内蛋白质)通过。

目前可以设想，包括较低密度的中空纤维的渗余物侧壁可以使得较高的流体通量通过，这在一些示例中可以降低过滤器结垢的风险。因此，中空纤维的内层(例如，层82)可以形成为比外层密度低，或者平均孔径小于内层的外层可以环绕内层。例如，过滤器的内层可以包括1至150微米范围内的平均孔径，而外层(例如，层86)可包括0.2微米、0.8微米等的平均孔径。

本文描述的各向异性中空纤维可以被配置为深度过滤器(例如无端深度过滤器)，使得深度过滤器元件的各层能够与生物反应器流体不同地相互作用。目前设想各向异性中空纤维的各种实施例因此可以使多个过滤步骤有效地同时进行。实施例不限于此上下文中。

在某些示例中，形成的中空纤维可以在纤维的内部或外部进一步涂覆有合适的涂层材料(例如，PVDF)，如果需要，该涂覆过程还可以用来减小中空纤维的孔径。

在一些实施例中，中空纤维可以形成为具有各种横截面，如图6A-6F所示。例如，中空纤维可以包括具有圆形周边内壁(如图6A所示)、具有任何数量或构造的边的多边形内壁(比如图6B的多边形内壁)、具有任何数量的脊或边的星形内壁(比如图6C的4点星形内壁，图6D的7点星形内壁，或图6E的16点星形内壁)等的横截面。可选地或附加地，纤维的外壁可以包括如关于内壁所讨论的任何取向的非圆形横截面(比如图6F的多边中空纤维横截面)形状。因此，可以调节中空纤维的表面积以提高通过中空纤维的过滤效率。应当进一步理解，比如图6A-6F所示的横截面形状可以完全或部分地沿着中空纤维的纵向长度延伸。

比如上面描述的中空纤维可以用于构造用于生物处理和制药应用的切向流过滤器。可以采用这种切向流过滤器的生物处理应用的示例包括处理细胞培养液以将细胞与较小颗粒(比如蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA、其他代谢产物或其他细胞)分离的应用。

这种应用包括灌注应用，其中较小颗粒作为渗透物流体连续地从细胞培养基中移除，而细胞则保留在返回生物反应器的渗余物流体中(并且其中通常将当量体积的培养基同时加入到生物反应器中，以保持总体反应器体积)。这种应用还包括澄清或收获应用，其中较小颗粒(通常是生物产品)作为渗透物流体从细胞培养基中更快速地移除。

比如上面描述的中空纤维可以用于构造用于颗粒分离、浓缩和洗涤的切向流深度过滤器。可以采用这种切向流过滤器的应用示例包括使用这种切向流深度过滤器从较大颗粒中移除小颗粒，使用这种切向流深度过滤器浓缩微粒，以及使用这种切向流过滤器洗涤微粒。

在根据本公开的原理的一些实施例中，切向流过滤器可以形成为包括多个中空纤维，如上所述，这些中空纤维彼此并排布置。在各种实施例中，多个中空纤维可以被布置成彼此平行或近似平行。多个中空纤维可以永久地或可移除地(例如，通过灌封、密封剂、框架、垫圈等)固定在相对于彼此、过滤器壳体或两者的位置，或固定在顶部、底部处或沿着中空纤维纵向长度的任何其他位置。

参考图9A-10C，可移除的垫圈90、100可以包住一个或更多个中空纤维60的至少一端，从而将一个或更多个中空纤维60的端部固定在相对于彼此、过滤器壳体31或两者的位置。例如，垫圈90包括多个孔92，这些孔被配置为与相应的中空纤维60形成过盈配合，而垫圈100包括被配置为与单个中空纤维60配合的单个孔92。在各种实施例中，一个或更多个孔92可以包括与相应的中空纤维相同、基本上相同或略微小的直径(未示出)，该直径被配置为与该中空纤维相配合。例如，孔92可以包括比相应的中空纤维的直径小0.1-5.0％的直径，并且该孔被配置为当中空纤维延伸穿过该孔时围绕该直径拉伸。因此，垫圈90、100可以被配置为围绕一个或更多个中空纤维60形成流体密封配合或以其他方式固定配合。除了容纳的中空纤维的数量之外，垫圈90和100可以理解为包括如本文描述的彼此的一个或更多个相似之处。

可移除的垫圈90、100可以由单个构件(例如模制硅酮件)形成，其可以被配置为装配到过滤器壳体31或与过滤器壳体联接。例如，***垫圈凸缘94可以被配置为在相应的界面处(比如过滤器壳体31的凸缘106的***104)与过滤器壳体31形成过盈配合，如图10B所示。目前设想了垫圈90、100与过滤器壳体31的替代联接，比如螺纹联接、夹紧联接、鲁尔联接、胶合联接、焊接联接、夹紧联接或其他配合联接(为了附图简洁起见未示出)。在一些实施例中，如图10C所示，垫圈90、100可以用压紧环110抵靠相应的端盖33a、33b固定到过滤器壳体31，在一些实施例中，压紧环可以是一次性的。例如，端盖33a、33b可以包括***凸缘106，垫圈90、100可以装配到该***凸缘。

凸缘106和108可以与压紧环110一起作用，以将垫圈90、100分别固定在凸缘106和108的上表面和下表面之间。在一些实施例中，凸缘106、108可以以略微小于垫圈凸缘94的相应厚度的距离彼此间隔开，使得当两个面对的***凸缘106、108被压紧环110压在一起时(例如，通过围绕凸缘106和108中的一个或两个的相应接合的外表面旋拧或以其他方式装配压紧环110)，它们压缩以挤压两个凸缘106、108之间的垫圈凸缘94。该压缩可以在垫圈90、100和过滤器壳体31和/或盖33a、33b之间产生流体密封。例如，10-30％的压缩或垫圈凸缘94可能足以密封渗透物腔室61和相应的入口腔室或出口腔室30a、30b。

在一些实施例中，压紧环110可以被配置为附加地承受渗透物腔室61和相应的入口腔室30a或出口腔室30b中的一个或两个的高压，例如，通过包括弯曲的或以其他非线性的内壁112，该内壁被配置为接触或以其他方式容纳过滤器壳体31或盖33a、33b的弯曲的或成角度的外表面。因此，内壁112可以形成配合表面，该配合表面被配置为在高压条件下加强过滤器壳体和/或相应的盖33a、33b。实施例不限于此上下文中。

应当认识到，本文描述的垫圈90、100可以提供优于传统过滤***的灌封中空纤维的改进的装置、***和/或方法。例如，垫圈90、100可以兼作中空纤维切向流过滤器单元30的卫生垫圈。垫圈90、100的可移除性可以实现过滤器单元的快速缩放修改。例如，在按比例缩小的方法中，垫圈90和相应的多个装配的中空纤维60可以从中空纤维切向流过滤器单元30中移除，并由被配置为装配或预装配更少的中空纤维60的替代垫圈100代替。因此，单个过滤器壳体可以用于多种操作或方法。

垫圈90、100可以是可消毒的，并且可以是一次性使用的或可重复使用的。例如，可以从垫圈90、100中替换单个中空纤维，或者可以从垫圈90、100中替换多个中空纤维60，从而能够快速和/或容易地替换中空纤维切向流过滤器单元30的中空纤维60。在一些实施例中，一个或更多个中空纤维60可以预装配和/或永久地联接到垫圈90、100。在该示例中，垫圈90、100可以从中空纤维切向流过滤器单元30中移除和/或作为单个单元与配合的中空纤维60一起替换。例如，压紧环110可以从凸缘106、108周围移除，盖33a、33b可以移除，并且具有任何联接的中空纤维60的垫圈90、100可以从过滤器壳体31移除。除了缩放之外，实施例不限于此上下文中。

现在将描述与本公开结合使用的生物反应器***10的具体示例。参考图3、图4A和图4B，生物反应器***10包括包含生物反应器流体13的生物反应器容器11、切向流过滤***14和控制***20。切向流过滤***14连接在生物反应器出口11a和生物反应器入口11b之间，以通过生物反应器管道15从生物反应器11接收生物反应器流体12(也称为生物反应器进料)，该生物反应器流体包含例如细胞、细胞碎片、包括废物代谢产物的细胞代谢产物、表达的蛋白质等，并且使过滤后的流16(也称为渗余物流或生物反应器回流)通过回流管道17返回到生物反应器11。生物反应器***10使生物反应器流体循环通过切向流过滤***14，该***从生物反应器流体中移除各种物质(例如，细胞碎片、可溶性和不溶性细胞代谢产物以及由细胞产生的其他产物，包括表达的蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA或其他小颗粒)并使细胞返回，以允许生物反应器容器11中的反应继续进行。移除废物代谢产物允许细胞在生物反应器内继续增殖，从而允许细胞继续表达重组蛋白、抗体或其他相关生物材料。

生物反应器管道15可以例如连接到生物反应器11的最低点或汲取管，而返回管道17可以例如在生物反应器体积的上部分中连接到生物反应器11，并且浸没在生物反应器流体13中。

生物反应器***10包括组件，该组件包括中空纤维切向流过滤器单元30(在上面更详细地描述)、泵26以及相关联的配件和连接件。可以与本公开结合使用任何合适的泵，包括例如蠕动泵、正排量泵和泵头内部具有悬浮转子的泵等。作为特定示例，泵26可以包括低剪切、伽马辐射稳定的一次性悬浮泵头26a，例如，由美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市的Levitronix制造的型号为200SU的低剪切再循环泵。/>200SU包括位于一次性泵头内部的磁悬浮转子以及在泵体中的定子绕组，从而允许轻松移除和更换泵头26a。

生物反应器流体12的流从生物反应器容器11流到切向流过滤***14，并且生物反应器流体16的回流从切向流过滤***14流回生物反应器容器11。渗透物流24(例如，包含可溶性和不溶性细胞代谢产物和由细胞产生的其他产物，包括表达的蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLPs)、外来体、脂质、DNA或其他小颗粒，或包含直径低于阈值的细胞或颗粒，或两者)通过切向流过滤***14从生物反应器材料12的流中汽提并通过管道19从切向流过滤***14带走。渗透物流24通过渗透物泵22从中空纤维切向流***14吸入到储存容器23中。

在所示的实施例中，切向流过滤***14(参见图4A)包括一次性泵头26a，该泵头简化了初始设置和维护。泵头26a使生物反应器流体12循环通过中空纤维切向流过滤器单元30并返回生物反应器容器11。非侵入式跨膜压力控制阀34可以设置成与中空纤维切向流过滤器单元30到生物反应器容器11的流16成一条直线，以控制中空纤维切向流过滤器单元30内的压力。例如，阀34可以是非侵入式阀，其位于输送回流16的管道的外部，该回流挤压管道以限制和控制该流，从而允许阀调节施加在膜上的压力。替代地或附加地，流量控制器36可以设置在泵头26a的入口处，以便向中空纤维切向流过滤器单元30提供脉冲流，如下面更详细地描述。渗透物流24可以连续地从流动通过中空纤维切向流过滤器单元30的生物反应器流体13中移除。泵头26a和渗透物泵22由控制***20控制，以保持通过中空纤维切向流过滤器单元30的所需流量特性。

切向流过滤***14中的泵头26a和中空纤维切向流过滤器单元30可以通过柔性管道连接，从而允许容易地更换元件。在中空纤维切向流过滤器单元30被材料堵塞的情况下，这种管道允许对中空纤维切向流过滤器单元30进行无菌更换，并因此提供了对新的中空纤维组件的轻松更换。

切向流过滤***14可以例如使用伽马辐照、电子束辐照或ETO气体处理来进行灭菌。

再次参考图1，在一些实施例中，在操作期间，可以采用两个渗透物流体出口端口32b和32c来移除渗透物流24。在其他实施例中，可以仅采用单个渗透物流体出口端口。例如，渗透物流24可以仅从上部渗透物端口32c收集(例如，通过关闭渗透物端口32b)，或者可以仅从下部渗透物端口32b收集(例如，通过在渗透物端口32c关闭或保持打开的同时，从下部渗透物端口32b排出渗透物流24)。在某些有益的实施例中，渗透物流24可以从下部渗透物端口32b排出以减少或消除斯特林(Sterling)流，斯特林流是中空纤维60的上游(下部)端(高压端)产生反吹中空纤维60的下游(上部)端(低压端)的渗透物的现象。从下部渗透物端口32b排出渗透物流24使得空气与中空纤维60的上部端接触，从而最小化或消除斯特林流。

在某些实施例中，生物反应器流体12可以以恒定的流速被引入中空纤维切向流过滤器单元30中。

在某些实施例中，生物反应器流体可以以脉动方式(即，在脉冲流条件下)被引入中空纤维切向流过滤器单元30，这已经示出增加渗透速率和体积通过能力。如本文所使用,“脉冲流”是一种流动状态，其中被泵送的流体(例如，进入中空纤维切向流过滤器单元的流体)的流速被周期性地脉冲化(即，该流具有周期性的峰和谷)。在一些实施例中，可以以范围每分钟小于或等于1次循环至每分钟大于等于2000次循环的频率(例如，每分钟1至2至5至10至20至50至100至200至500至1000至2000次循环)(即，介于前述值中任意两个值之间)来脉冲化流速。在一些实施例中，与谷相关联的流速小于与峰相关联的流速的90％，小于与峰相关联的流速的75％、小于与峰相关联的流速的50％、小于与峰相关联的流速的25％、小于与峰相关联的流速的10％、小于与峰相关联的流速的5％，或者甚至小于与峰值相关联的流速的1％，包括零流量和脉冲之间的回流时间。在各种实施例中，如上所述，流速可以以比运动粘度与TDF内径之比大至少2000、2300、2500、3000、3500或4000倍的频率脉动。

可以通过任何合适的方法产生脉冲流。在一些实施例中，可以使用固有地产生脉冲流的泵(比如蠕动泵)来产生脉冲流。例如，申请人已经进行测试，该测试示出在恒定的慢速条件下，从具有如上描述的磁悬浮转子的泵切换到蠕动泵(其提供每分钟约200次循环的脉冲速率)会增加在结垢之前切向流深度过滤器可以操作的时间量(并且由此增加可以收集的渗透物的量)。

在一些实施例中，可以使用泵(例如，正排量泵、包括磁悬浮泵的离心泵等)产生脉冲流，否则将通过采用合适的流量控制器控制流速来提供恒定或基本恒定的输出。这种流量控制器的示例包括具有电控制的致动器(例如伺服阀或电磁阀)、气动控制的致动器或液压控制的致动器以周期性地限制流体进入或离开泵的流量控制器。例如，在某些实施例中，流量控制器36可以如上文描述的(例如，图4A中泵头26a的上游)被放置在泵26的上游(例如，入口处)或下游(例如，出口处)，并由控制器20控制，以提供具有所需流量特性的脉动流。

在其他实施例中，可以在整个过滤循环中调节脉冲流，例如，基于生物反应器流体13的粘度测量。例如，控制器36可以基于粘度传感器38的测量来调节脉冲流。控制器36可以基于粘度传感器38的测量值手动地调节，或者控制器36可以与粘度传感器36通信联接，以便基于例如在生物反应器进料12的动态流动期间的测量值自动调节脉冲流。

例如，如图7所示，生物反应器进料12可以处于湍流或非层流状态，这可以防止培养基内含物(比如裂解细胞76和/或细胞外物质78比如DNA)使壁70结垢。裂解细胞76可能包括哺乳动物细胞(例如HEK293或CHO细胞)，或其他细胞类型(比如细菌细胞)，它们中的任何一种或每一种都可以适用于收获质粒DNA、细胞内蛋白质等。在一些实施例中，厚壁70可以捕获和/或容纳一些裂解细胞76和/或细胞外物质78，并且在一些实施例中，它们可以通过厚壁进入渗透物24(裂解细胞76和细胞外物质78未示出在生物反应器流体12中)，从而降低生物反应器流体12的浊度。如上关于图4A-4C描述的，控制器36然后可以基于生物反应器流体12的粘度变化来调节其流速。

在另一示例中，如图8所示，生物反应器进料12可以是层流或非层流(未示出)。壁70的大孔可以允许中等尺寸颗粒72b通过，该颗粒可以是例如直径范围为5微米至150微米的细胞。同时，壁70可以防止大颗粒74(比如微载体或细胞团块)从中穿过。在一些示例中，用于形成壁70的长丝可以包括电荷和/或亲和配体，其可以将一个或更多个小颗粒72a截留在壁70内，允许仅包括中等尺寸颗粒的选择性渗透。本领域技术人员将会认识到，此类配置可以用于例如在分选过程中选择性地收获细胞。例如，单个细胞，比如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞，可以在它们分化时从生物反应器流体12中的细胞团块脱落，并且它们然后可以通过壁70。在一些实施例中，经由TDF***选择性去除分化细胞可以降低生物反应器流体12的浊度和/或生物负荷，以便促进生物反应器流体12中增加或维持的生长速率。实施例不限于此上下文中。

在图11所示的实施例中，约60E6 VCD的CHO细胞通过具有不同密度的TFDF过滤器的TDF***。图11的条形图中示出的结果表明，35％密度的过滤器(试验1-4)使约80％的细胞通过渗透物，25％密度的过滤器(试验5-7)使100％的细胞通过，并且53％密度的过滤器有效地不使细胞通过(试验8-10)。所有三个TFDF过滤器都保留。附加地，所有三个过滤器都保留了150μm的聚苯乙烯乳胶珠。由于CHO细胞大约为15μm，结果示出25-35％密度的过滤器足以通过单个哺乳动物细胞，同时保留较大的颗粒(比如微载体或细胞团块)。

应当理解，上面讨论的各种示例是非限制性的，并且本文讨论的概念的任何组合都在本公开的范围内。

Claims (68)

1.一种用于生物处理应用的中空纤维切向流过滤器单元，包括：

(a)壳体，所述壳体具有内部，

(b)流体入口，

(c)渗余物流体出口，

(d)渗透物流体出口，

(e)至少一个中空纤维，所述中空纤维包括多孔壁，纤维由多个挤出的聚合物长丝形成，其中，所述至少一个中空纤维具有内表面和外表面，所述内表面形成内管腔，所述内管腔具有范围从约0.75mm至约30.0mm的并且延伸穿过所述至少一个中空纤维的宽度，并且所述至少一个中空纤维具有范围从约5微米至约150微米的平均孔径，

其中，所述至少一个中空纤维位于所述壳体的内部中，其中，所述流体入口和所述渗余物流体出口与所述至少一个中空纤维的内管腔流体连通，并且其中，所述渗透物流体出口与所述壳体内部和所述多孔壁的外表面流体连通。

2.根据权利要求1所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述挤出的聚合物长丝是单组分长丝或双组分长丝。

3.根据权利要求2所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述双组分长丝包括聚烯烃和聚酯。

4.根据权利要求2或3所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述双组分长丝包括聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述至少一个中空纤维包括不同密度的两个或更多个层。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述平均孔径范围从约15微米至约80微米、从约20微米至约60微米，或从约30微米至约50微米。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述中空纤维的密度为等效实心体积纤维的密度的约10％至约40％、或约15％、约20％、约25％、约30％或约35％。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述中空纤维的密度为等效实心体积纤维的密度的约50％-60％。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述挤出的聚合物长丝是熔喷长丝。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，多个挤出的聚合物长丝在间隔开的接触点处彼此粘结，以限定所述多孔壁。

11.根据权利要求10所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述挤出的聚合物长丝是热粘结的。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述纤维具有范围从约1mm至约10mm、从约2mm至约3mm、从约2mm至约10mm、从约5至约10mm、或约5mm的壁厚。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述内管腔具有范围从约1mm至约2mm、从约2mm至约10mm、从约5mm至约20mm、或约5mm的宽度。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，包括多个中空纤维。

15.根据权利要求14所述的中空纤维切向流过滤器单元，进一步包括入口腔室，所述入口腔室位于所述壳体的内部中并且与所述流体入口流体连通；出口腔室，所述出口腔室位于所述壳体的内部中并且与所述渗余物流体出口流体连通，其中，所述多个中空纤维在所述入口腔室和出口腔室之间延伸，并且其中，所述入口腔室和所述出口腔室与所述内管腔流体连通。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述中空纤维切向流过滤器单元被配置为与硅酮灌封垫圈联接。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述中空纤维包括电荷亲和力的各向异性的布置。

18.根据权利要求1-17中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元，其中，所述过滤器是中空纤维切向流深度过滤器。

19.一种中空纤维切向流过滤***，包括：

(a)根据权利要求1-18中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元；和

(b)泵送***，所述泵送***被配置为向流体入口提供脉冲流。

20.根据权利要求19所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述至少一个中空纤维包括挤出的单组分长丝或挤出的双组分长丝。

21.根据权利要求20所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述双组分长丝包括聚烯烃和聚酯。

22.根据权利要求20或21所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述双组分长丝包括聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述至少一个中空纤维包括不同密度的两个或更多个层。

24.根据权利要求19-23中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述平均孔径范围从约15微米至约80微米、从约20微米至约60微米，或从约30微米至约50微米。

25.根据权利要求19-24中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，所述中空纤维的密度为等效实心体积纤维的密度的约10％至约40％，或约15％、约20％、约25％、约30％或约35％。

26.根据权利要求19-25中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，所述中空纤维的密度为等效实心体积纤维的密度的约50％-60％。

27.根据权利要求19-26中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，所述挤出的聚合物长丝是熔喷长丝。

28.根据权利要求19-27中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，多个挤出的聚合物长丝在间隔开的接触点处彼此粘结，以限定所述多孔壁。

29.根据权利要求28所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，所述挤出的聚合物长丝是热粘结的。

30.根据权利要求19-29中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，所述纤维具有范围从约1mm至约10mm、或从约2mm至约3mm、或从约2mm至约8mm、或约5mm的的壁厚。

31.根据权利要求19-30中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，所述内管腔具有范围从约1mm至约2mm、或从约2mm至10mm、或从约5mm至约20mm、或约5mm的宽度。

32.根据权利要求19-31中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，包括多个所述中空纤维。

33.根据权利要求32所述的中空纤维切向流过滤器***，进一步包括：入口腔室，所述入口腔室位于所述壳体的内部中并且与所述流体入口流体连通；出口腔室，所述出口腔室位于所述壳体的内部中并且与所述渗余物流体出口流体连通，其中，所述多个中空纤维在所述入口腔室和出口腔室之间延伸，并且其中，所述入口腔室和所述出口腔室与所述内管腔流体连通。

34.根据权利要求19-33中任一项所述的中空纤维切向流过滤器***，其中，所述中空纤维切向流过滤器单元被配置为与硅酮灌封垫圈联接。

35.根据权利要求19-34中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述中空纤维包括电荷亲和力的各向异性的布置。

36.根据权利要求19-35中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述过滤器是中空纤维切向流深度过滤器。

37.根据权利要求19-36中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述泵送***包括脉动泵。

38.根据权利要求37所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述脉动泵是蠕动泵。

39.根据权利要求19-38中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述泵送***包括能够提供和调节脉冲流的流量控制器。

40.根据权利要求39所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述流量控制器包括致动器，所述致动器选自电控制的致动器、气动控制的致动器或液压控制的致动器。

41.根据权利要求39或40所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述流量控制器被配置为提供脉冲流，所述脉冲流具有以范围从每分钟1次循环至每分钟1000次循环的速率来脉动的流速。

42.根据权利要求39-41中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述流量控制器被配置为当所述***中存在流体时，以由粘度变化确定的速率提供脉冲流。

43.根据权利要求39-42中任一项所述的中空纤维切向流深度过滤***，进一步包括粘度传感器。

44.根据权利要求19-43中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述泵送***被配置为以基于所述***中存在的流体的粘度的速率向流体入口提供脉冲流。

45.根据权利要求44所述的中空纤维切向流过滤***，进一步包括通信联接到第二控制器的粘度传感器，其中，所述第二控制器被配置为基于粘度传感器的测量来调节脉冲流的速率。

46.根据权利要求19-45中任一项所述的中空纤维切向流过滤***，其中，所述***是中空纤维切向流深度过滤器***。

47.一种过滤方法，所述方法包括：

(a)在适于将所述流体分离成包括小颗粒的渗透物和包括大颗粒的渗余物的切向流条件下，将包括大尺寸颗粒和小尺寸颗粒的流体引入到权利要求1-18中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元的流体入口；以及

(b)通过渗透物流体出口收集所述渗透物，通过渗余物流体出口收集所述渗余物。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述流体进一步包括中等尺寸颗粒，并且其中，所述中等尺寸颗粒的至少一部分被截留在所述至少一个中空纤维的壁中。

49.根据权利要求47或48所述的方法，其中，所述大颗粒包括微载体或细胞团块。

50.根据权利要求47-49中任一项所述的方法，其中，所述小颗粒包括蛋白质、细胞、病毒、病毒样颗粒(VLP)、外来体、脂质、DNA和细胞代谢产物中的一种或更多种。

51.根据权利要求48所述的方法，其中，所述大颗粒包括细胞，所述中等尺寸颗粒包括细胞碎片，并且所述小颗粒包括蛋白质、病毒、病毒样颗粒(VLP)、外来体、脂质、DNA和细胞代谢产物中的一种或更多种。

52.根据权利要求49所述的方法，其中，所述小颗粒包括细胞。

53.根据权利要求48所述的方法，其中，大颗粒、小颗粒和中等尺寸颗粒具有相同的组成。

54.根据权利要求52所述的方法，其中，所述大颗粒、小颗粒和中等尺寸颗粒选自陶瓷颗粒、金属颗粒、用于药物递送的脂质体结构、可生物降解的聚合物颗粒和微胶囊。

55.根据权利要求47-54中任一项所述的方法，其中，基于所述流体的粘度以脉冲流速泵送所述流体。

56.根据权利要求54或55所述的方法，其中，所述脉冲流速高于每分钟1000次循环。

57.根据权利要求47-56中任一项所述的方法，其中，所述流体从生物反应器引入，并且其中，所述渗余物循环回到所述生物反应器中。

58.一种从培养物中收获生物物质的方法，包括：

(a)将连续培养物进料以一定流速引入权利要求1-18中任一项所述的中空纤维切向流过滤器单元的流体入口中，所述流速基于所述培养物进料在其进入所述流体入口之前的粘度和所述中空纤维的内管腔的直径；

(b)使所述培养物进料流过所述过滤器，以获得包括用于收获的生物物质的渗透物和渗余物；

(c)通过渗透物流体出口收集所述渗透物，通过渗余物流体出口收集所述渗余物；以及

(d)从所述渗透物中收获所述生物物质。

59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述培养物进料是生物反应器进料。

60.根据权利要求58所述的方法，其中，所述培养物包括裂解细胞。

61.根据权利要求58所述的方法，其中，所述生物物质是蛋白质、病毒、病毒样颗粒或病毒载体。

62.根据权利要求58-61中任一项所述的方法，所述方法包括测量所述渗余物的粘度，并基于所述渗余物粘度调节所述培养物进料的流速。

63.根据权利要求62所述的方法，所述方法包括将所述渗余物循环至所述过滤器的流体入口使得渗余物与连续培养物进料混合，以及在与所述培养物进料的混合之前基于渗余物的粘度调节流速。

64.根据权利要求58-63中任一项所述的方法，其中，所述生物物质包括AAV颗粒。

65.根据权利要求58-64中任一项所述的方法，其中，所述培养物进料包括HEK293细胞或CHO细胞。

66.一种灌封垫圈，包括模制硅酮部件和***凸缘，所述模制硅酮部件限定至少一个孔，所述至少一个孔被配置为与至少一个相应的中空纤维联接，所述***凸缘被配置为与过滤器壳体联接。

67.根据权利要求66所述的灌封垫圈，其中，所述灌封垫圈被配置为通过与所述过滤器壳体的凸缘形成过盈配合来与所述过滤器壳体联接。

68.一种更换过滤器单元的灌封垫圈的方法，所述方法包括：

从过滤器单元的过滤器端盖移除压紧环，从而从所述垫圈移除压力；

移除所述过滤器端盖，以及

移除所述垫圈，可选地连同与所述垫圈联接的一个或更多个中空纤维一起移除。