CN221094179U - 一种切向流过滤器及反应器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种切向流过滤器及反应器，切向流过滤器包括封闭式外壳、设在封闭式外壳内的电动伸缩杆、设在封闭式外壳上的连接接口、设在封闭式外壳内的波纹软管以及中空式纤维过滤柱，波纹软管的开放端与连接接口的第一端连接，封闭端与电动伸缩杆连接，第一连接端与连接接口的第二端连接，第二连接端用于与反应容器连接，中空式纤维过滤柱还包括废液端。本申请公开的切向流过滤器及反应器，通过使用线性驱动单元和线性抽吸的方式来实现对培养液中液体与细胞的分离，这种方式能够有效避免培养液在流动过程中的参数变化，用以保证细胞的存活率。

Description

一种切向流过滤器及反应器

技术领域

本申请涉及微生物培养技术领域，尤其是涉及一种切向流过滤器及反应器。

背景技术

细胞灌流培养工艺是目前为止最常用的连续哺乳动物细胞培养生物工艺，其通常使用切向流过滤或其它方式从耗竭的培养基中分离细胞，在培养液收获的同时，连续补加新鲜培养基，从而维持恒定的细胞生长环境，并及时收获产物。

在一些现有技术中，记载了一种流体过滤组件包括过滤器壳体，该过滤器壳体具有用于与流体存储容器流体连接的第一端。过滤器滤芯在过滤器壳体内是一次性的，柱塞泵联接在过滤器壳体的第二端。柱塞泵包括具有刚性部分和柔性部分的壳体。柔性部分具有用于联接到致动器的柱塞接合部分。柔性部分经由致动器相对于刚性部分选择性地移动。滤芯可以是中空纤维过滤器。柱塞泵可以被配置为在组件的至少一部分中诱导交替的切向流动。流体过滤组件可以作为一次性装置提供。

在另一些公开技术中，记载了一种交替切向流罐装培养装置及其控制方法，反应釜的出口连接过滤器组件的上端，过滤器组件的下端连接交替式卫生隔膜泵；所述的反应釜的出口与过滤器组件上端连接的管路上设置有蒸汽进口以及冷凝水收集管路；反应釜内设置有搅拌装置。本发明可以在实现交替式切向流罐装培养装置的反应和过滤的同时对反应釜和过滤器组件分别进行高温消毒，并及时将***内的冷凝水排出；所采用的隔膜泵对体系的排液量大大提升，密封性增强，膜片使用寿命延长。

然而，目前切向流过滤的动力源有气源和隔膜泵等，气源和隔膜泵在稳定性上存在一定欠缺。气源在输送过程中存在压降，执行部件在动作时会导致压降，压降会导致执行部件的动作不线性，进而导致参与过滤的培养液不稳定，影响细胞的存活率；隔膜泵工作时依靠挤压输送管道的方式驱动管道内的培养液前进，该过程会导致管道内培养液的挤压力有突变，同样会影响细胞的存活率。

为了提高稳定性，目前较为常用的解决方式是增加流量计等监控设备，同时使用闭环控制来尽可能的实现稳定，但是在效果上任然存在一定的欠缺。

实用新型内容

本申请提供一种切向流过滤器及反应器，通过使用线性驱动单元和线性抽吸的方式来实现对培养液中液体与细胞的分离，这种方式能够有效避免培养液在流动过程中的参数变化，用以保证细胞的存活率。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种切向流过滤器，包括：

封闭式外壳；

电动伸缩杆，设在封闭式外壳上或者封闭式外壳内部；

连接接口，设在封闭式外壳上；

波纹软管，设在封闭式外壳内，波纹软管的第一端与连接接口的第一端连接，波纹软管的第二端与电动伸缩杆连接；以及

中空式纤维过滤柱，第一连接端与连接接口的第二端连接，第二连接端用于与反应容器连接；

其中，中空式纤维过滤柱还包括废液端；波纹软管位于电动伸缩杆的下方。

在第一方面的一种可能的实现方式中，中空式纤维过滤柱包括：

外壳；以及

纤维柱，设在外壳内并将外壳内的空间分为第一空间与第二空间；

其中，第一空间与连接接口连通；

第二空间与废液端连通且用于与反应容器连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括设在外壳上的切换阀，切换阀的第一个连接端与第二空间连通，第二个连接端与废液端连通，第三个连接端用于与反应容器连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，连接接口的第一端的最大流通面积大于位于连接接口的第二端的最大流通面积。

在第一方面的一种可能的实现方式中，连接接口的第一端的最大流通面积是位于连接接口的第二端的最大流通面积的2～5倍。

在第一方面的一种可能的实现方式中，连接接口的第一端的最大流通面积是位于连接接口的第二端的最大流通面积的3倍。

在第一方面的一种可能的实现方式中，靠近连接接口的第二端的方向上，连接接口的第一端的流通面积趋于减小。

在第一方面的一种可能的实现方式中，波纹软管的流通面积大于连接接口的最大流通面积。

在第一方面的一种可能的实现方式中，波纹软管的流通面积是连接接口的最大流通面积的4倍。

第二方面，本申请提供了一种反应器，包括如第一方面及第一方面任意实现方式中所述的切向流过滤器。

关于本公开中所涉及的实施例中的有益效果，整体而言，本申请公开的切向流过滤器及反应器，通过使用线性驱动单元和线性抽吸的方式来保证细胞与培养液的分离过程以及细胞返回培养罐过程中培养液能够以稳定的速度流动，同时培养液提供的液压不会出现大幅度的变化，这种方式能够有效保证细胞的存活率。

附图说明

图1是本申请提供的一种切向流过滤器的结构性示意图。

图2是本申请提供的一种波纹软管处于伸长状态时的示意图。

图3是本申请提供的一种波纹软管处于压缩状态时的示意图。

图4是本申请提供的一种过滤阶段时培养液的流动路径示意图。

图5是本申请提供的一种反冲洗阶段培养液的流动路径示意图。

图6是本申请提供的一种中空式纤维过滤柱的结构性示意图。

图7是本申请提供的一种带有切换阀的中空式纤维过滤柱的结构性示意图。

图中，1、封闭式外壳，2、电动伸缩杆，3、连接接口，4、波纹软管，5、中空式纤维过滤柱，51、废液端，52、外壳，53、纤维柱，54、切换阀，521、第一空间，522、第二空间，601、反应容器。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

本申请公开了一种切向流过滤器，请参阅图1(图中的虚线表示连接管道)，切向流过滤器由封闭式外壳1、电动伸缩杆2、连接接口3、波纹软管4和中空式纤维过滤柱5等组成，电动伸缩杆2与封闭式外壳1的连接方式有两种：

例如，第一种是电动伸缩杆2安装在封闭式外壳1上，也就是电动伸缩杆2的主体部分位于封闭式外壳1的外部，活塞能够穿过封闭式外壳1后伸入到封闭式外壳1的内部；

例如，第二种是电动伸缩杆2整体的位于封闭式外壳1内。

在一些实施例中，第一种方式中电动伸缩杆2的活塞处要密封，使得封闭式外壳1能够提供无菌环境。

在一些实施例中，连接接口3安装在封闭式外壳1上，此处为了描述方便，将连接接口3的两端分别称之为连接接口3的第一端和连接接口3的第二端。

在一些实施例中，波纹软管4位于封闭式外壳1内，此处将波纹软管4的两端分别称为波纹软管4的第一端和波纹软管4的第二端，波纹软管4的第一端与连接接口3的第一端连接；波纹软管4的第二端封闭端与电动伸缩杆2连接，此处需要说明，波纹软管4的第二端可以是开放端，也可以是封闭端。

在一些实施例中，电动伸缩杆2的活塞动作时，波纹软管4的长度会增加或者缩短，相应的，波纹软管4内的空间会增大或者减小，对比图2和图3。

在一些实施例中，中空式纤维过滤柱5具有三个连接端，分别是第一连接端、第二连接端和废液端51(图1所示)，中空式纤维过滤柱5的第一连接端与连接接口3的第二端连接，中空式纤维过滤柱5的第二连接端用于与反应容器601连接，中空式纤维过滤柱5的废液端51用于排出滤出的废液，例如可以和废液桶连接。

在一些实施例中，如图4所示，结合一个具体的过程，电动伸缩杆2首先动作，驱动波纹软管4的长度增加，此时中空式纤维过滤柱5会形成负压，反应容器601内的培养液会流入到中空式纤维过滤柱5内。中空式纤维过滤柱5会将培养液与培养液中的细胞分离，此处将经过分离的培养液称为废液。

在一些实施例中，废液同时存在于中空式纤维过滤柱5内和波纹软管4内，因为空式纤维过滤柱5内和波纹软管4连通。分离过程完成后，电动伸缩杆2会驱动波纹软管4的长度减小，此时波纹软管4内的废液会再次进入到中空式纤维过滤柱5内，将中空式纤维过滤柱5内的废液通过废液端51排出，剩余的培养液再次返回到反应容器601内，如图5所示。

该过程中，流回到中空式纤维过滤柱5内的废液还会对中空式纤维过滤柱5内的过滤膜进行反向冲洗，此处可以将该过程视为中空式纤维过滤柱5内的过滤膜的再生过程。

应理解，电动伸缩杆2能够提供线性移动，这也就意味着波纹软管4内空间的变化速度可以趋于线性，这样可以使培养液以恒定的速度流入到中空式纤维过滤柱5内并以恒定的速度从中空式纤维过滤柱5内流出。

这种恒定流入流出的方式可以使培养液提供的压力很定，保证了培养液内细胞的存活率，因为培养液内的细胞非常脆弱，要避免外界压力的急剧波动，因为当外界压力波动明显时会直接导致培养液内的细胞死亡甚至大面积死亡。

在一些实施例中，本申请中的波纹软管4位于电动伸缩杆2的下方，这种位置关系可以保证培养液流入到波纹软管4内后，波纹软管4内始终存在一节气体，当波纹软管4缩短时，这节气体会推动波纹软管4内的培养液回流到中空式纤维过滤柱5内。

这种方式可以使中空式纤维过滤柱5内滤出的细胞不会沉在中空式纤维过滤柱5的底部，同时通过对波纹软管4的伸缩行程控制，可以保证波纹软管4内的气体始终留存。

应理解，传统的挤压方式是通过挤压柔性容器底部，驱动液体吸入或排出；当排出液体的时候，因为液体重力，隔膜表面和内腔体之间会有部分残留细胞的液体，影响细胞生长。

在一些实施例中，另外容器顶部如有空气，也会挤压进入纤维柱，导致气泡产生，影响过滤效果。

在一些例子中，请参阅图6，中空式纤维过滤柱5由外壳52和纤维柱53等组成，纤维柱53位于外壳52内并将外壳52内的空间分为第一空间521与第二空间522，第一空间521与连接接口3连通，第二空间522与废液端51连通且用于与反应容器601连接。

在一些实施例中，借助于可以伸缩的波纹软管4，中空式纤维过滤柱5内的过程分为两个阶段，分别是过滤阶段和反冲洗阶段。

在一些实施例中，在过滤阶段，培养罐中的培养液进入到外壳52内后，首先进入第二空间522，然后部分培养液会穿过纤维柱53进入第一空间521，这部分培养液就是前文中提到的废液。培养液中的细胞被纤维柱53截留在第二空间522内。

在一些实施例中，在反冲洗阶段，第一空间521的一部分废液通过废液端51流出，另一部分废液穿过纤维柱53进入第二空间522，该过程中，纤维柱53上的附着会与纤维柱53脱离接触(前文中提到的再生过程)。该过程中，第二空间522内的培养液会返回到培养罐内。

进一步地，请参阅图7，在外壳52上增加了切换阀54，切换阀54的第一个连接端与第二空间522连通，第二个连接端与废液端51连通，第三个连接端用于与反应容器601连接。

在一些实施例中，通过单独对切换阀54进行控制，可以实现前文中提到的过滤阶段和反冲洗阶段，相比于使用多个阀体进行控制，使用一个切换阀54在结构上会更加简单，控制也会更加方便。

在一些例子中，连接接口3的第一端的最大流通面积大于连接接口3的第二端的最大流通面积，这种形式的优势是：可以缩短电动伸缩杆2的行程和波纹软管4的长度，使电动伸缩杆2可以控制长度大于其行程的中空式纤维过滤柱5；电动伸缩杆2在伸长时，可以得到更快的废液流动速度，使废液可以对纤维柱53的整个表面进行反向冲洗。

进一步地，波纹软管4的流通面积大于连接接口3的最大流通面积。

在一些可能的实现方式中，请参阅图2和图3，靠近连接接口3的第二端的方向上，连接接口3的第一端的流通面积趋于减小，类似于锥形。

本申请还公开了一种反应器，包括上述内容中记载的任意一种切向流过滤器。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种切向流过滤器，其特征在于，包括：

封闭式外壳(1)；

电动伸缩杆(2)，设在封闭式外壳(1)上或者封闭式外壳(1)内部；

连接接口(3)，设在封闭式外壳(1)上；

波纹软管(4)，设在封闭式外壳(1)内，波纹软管(4)的第一端与连接接口(3)的第一端连接，波纹软管(4)的第二端与电动伸缩杆(2)连接；以及

中空式纤维过滤柱(5)，第一连接端与连接接口(3)的第二端连接，第二连接端用于与反应容器连接；

其中，中空式纤维过滤柱(5)还包括废液端(51)；

波纹软管(4)位于电动伸缩杆(2)的下方。

2.根据权利要求1所述的切向流过滤器，其特征在于，中空式纤维过滤柱(5)包括：

外壳(52)；以及

纤维柱(53)，设在外壳(52)内并将外壳(52)内的空间分为第一空间(521)与第二空间(522)；

其中，第一空间(521)与连接接口(3)连通；

第二空间(522)与废液端(51)连通且用于与反应容器连接。

3.根据权利要求2所述的切向流过滤器，其特征在于，还包括设在外壳(52)上的切换阀(54)，切换阀(54)的第一个连接端与第二空间(522)连通，第二个连接端与废液端(51)连通，第三个连接端用于与反应容器连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的切向流过滤器，其特征在于，连接接口(3)的第一端的最大流通面积大于连接接口(3)的第二端的最大流通面积。

5.根据权利要求4所述的切向流过滤器，其特征在于，连接接口(3)的第一端的最大流通面积是连接接口(3)的第二端的最大流通面积的2～5倍。

6.根据权利要求4所述的切向流过滤器，其特征在于，连接接口(3)的第一端的最大流通面积是连接接口(3)的第二端的最大流通面积的3倍。

7.根据权利要求4所述的切向流过滤器，其特征在于，靠近连接接口(3)的第二端的方向上，连接接口(3)的第一端的流通面积趋于减小。

8.根据权利要求1所述的切向流过滤器，其特征在于，波纹软管(4)的流通面积大于连接接口(3)的最大流通面积。

9.根据权利要求8所述的切向流过滤器，其特征在于，波纹软管(4)的流通面积是连接接口(3)的最大流通面积的4倍。

10.一种反应器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的切向流过滤器。