具有管轴叶轮的系统以及其相关联的方法与流程

物理化学装置的制造及其应用技术1.本公开内容涉及叶轮系统，且更特别地涉及具有管轴叶轮的系统以及使用此类系统的相关联的方法。此外，更特别地，公开一种具有管轴叶轮的生物反应器系统。背景技术：2.生物反应器用来处理生物材料(例如，用来生长植物、动物细胞等)，其包括例如哺乳动物、植物或昆虫细胞和微生物培养物。此类装置还可用于无菌混合以及非无菌混合应用。一些传统的生物反应器设计为固定的加压器皿，其可通过若干备选手段来混合。一些其它传统的生物反应器设计为一次性(disposable)生物反应器，其使用塑料无菌袋而不是由不锈钢或玻璃制成的培养器皿。3.摇摆器式生物反应器是具有在其上放置器皿/袋的平台的一类反应器，其通过使用电动马达来提供围绕一个或多个轴线的移动。因为细胞不直接暴露于叶轮叶片的快速移动的末端，摇摆器式生物反应器为细胞产生低剪切的环境。然而，摇摆过程是受限的，并且不能以迅速且高效的方式使用。特别地，为了不使系统加应力，摇摆运动受限于低数量的来回移动。搅拌储箱式生物反应器(stbr)是其中通过使用叶轮装置的内部机械搅动来在加压器皿/袋中实现混合的反应器。叶轮必须提供足够快的搅动以分散所有化合物并在生物反应器内部实现有效(effectively)均匀的浓度。单次使用的stbr典型地使用柔性塑料袋作为由不锈钢支承器皿所包围的反应器器皿。搅动典型地由磁力驱动的旋转叶轮来提供。4.使用叶轮装置的常规生物反应器典型地使用磁搅拌器来用于在加压器皿内混合。由于使用轴承和轴的搅拌器结构(其剧烈搅动对剪切敏感的微载体)，基于磁搅拌器的生物反应器不适合于微载体的培养。此外，此类搅拌器产生较高的摩擦，且存在由于叶轮部件所造成的培养基质(medium)污染的可能性。因此，此类搅拌器不是完全无菌的。技术实现要素：5.根据一个实施例，公开一种装置。装置包括具有开口的基部连接器和联接到基部连接器的叶轮连接器。叶轮连接器具有与基部连接器的开口对准的贯穿通路。此外，装置包括具有第一端和第二端的柔性管，其中，柔性管的第一端联接到叶轮连接器。此外，装置包括密封构件和叶轮，其联接到柔性管的第二端。另外，装置包括包围件(enclosure)，其设置成包围叶轮、柔性管、叶轮连接器和基部连接器。6.根据另一实施例，公开一种系统。系统包括具有基部支承件的基部模块和设置在基部支承件内的叶轮驱动单元。此外，系统包括具有直部分和弯曲部分的驱动轴，其中，直部分直接地联接到叶轮驱动单元。此外，系统包括具有基部连接器和联接到基部连接器的叶轮连接器的装置，该基部连接器具有开口。叶轮连接器具有与基部连接器的开口对准的贯穿通路。此外，装置包括具有第一端和第二端的柔性管，其中，柔性管的第一端联接到叶轮连接器。此外，装置包括密封构件和叶轮，其联接到柔性管的第二端。另外，装置包括包围件，其设置成包围叶轮、柔性管、叶轮连接器和基部连接器。7.根据又另一实施例，公开一种方法。方法包括由基部模块的叶轮驱动单元经由驱动轴来驱动叶轮。驱动轴包括直部分和弯曲部分，其中，直部分直接地联接到叶轮驱动单元。基部模块还包括联接到叶轮连接器的基部连接器，该叶轮连接器进一步联接到密封的柔性管的第一端。驱动轴延伸穿过基部连接器的开口、叶轮连接器的贯穿通路以及柔性管。叶轮经由密封的柔性管的第二端来联接到驱动轴的弯曲部分。方法还包括由叶轮来搅拌填充在包围件内部的基质。包围驱动轴的弯曲部分的所密封的柔性管的一部分连同叶轮和驱动轴一起旋转。附图说明8.图1示出根据本公开内容的一个实施例的系统(例如，生物反应器)的基部模块和器皿的示意性透视图；图2示出根据本公开内容的一个实施例的图1中示出的系统的装置的示意性透视图；图3示出根据本公开内容的一个实施例的具有驱动轴的装置的示意性透视图；图4示出根据本公开内容的一个实施例的装置的局部示意性透视图；图5示出根据本公开内容的一个实施例的柔性管和叶轮连接器的局部示意性透视图；图6示出根据本公开内容的图1-5的实施例的系统的示意性透视图；以及图7是根据本公开内容的图1-6的实施例的系统10的局部示意性透视图。具体实施方式9.根据本公开内容的实施例，公开一种装置。装置包括具有开口的基部连接器和联接到基部连接器的叶轮连接器。叶轮连接器具有与基部连接器的开口对准的贯穿通路。装置还包括具有第一端和第二端的柔性管，其中，柔性管的第一端联接到叶轮连接器。装置还包括密封构件和叶轮，其联接到柔性管的第二端。此外，装置包括包围件，其设置成包围叶轮、柔性管、叶轮连接器和基部连接器。根据本公开内容的另一实施例，公开一种具有基部模块和示例性装置的系统。根据又另一实施例，公开一种用于操作具有基部模块和示例性装置的系统的方法。10.图1示出根据本公开内容的一个实施例的示例性系统10的基部模块12和器皿14的示意性透视图。在示出的实施例中，系统10是生物反应器。系统10包括基部模块12和器皿14，基部模块12和器皿14配置成支承且基本上包围包围件(未在图1中示出)。在一个实施例中，包围件是袋，例如，生物反应器袋。在示出的实施例中，器皿14示为在关闭位置中。器皿14的尺寸可取决于应用来变化。在另一实施例中，包围件是容器，例如，金属容器(诸如不锈钢容器)。在此类实施例中，可以不需要器皿14。11.基部模块12包括基部支承件16和设置在基部支承件16内的叶轮驱动单元18。器皿14包括配合连接装置(未示出)，其联接到基部支承件16的对应的配合连接装置(未示出)。在一个实施例中，器皿14的下边缘可联接到形成在基部支承件16中的槽(未示出)。因此，器皿14由基部支承件16稳定地支承。器皿14包括圆柱形侧壁20，其具有经由多个铰链26来联接到彼此的第一侧壁22和第二侧壁24。第二侧壁24可打开以接入器皿14的内部并用于装载和卸载包围件。圆柱形侧壁20的直径可取决于应用来变化。在另一实施例中，器皿14可具有单个集成的圆柱形侧壁而不是多个侧壁。12.第一侧壁22和第二侧壁24中的每个还可包括开口(例如，开口28)以用于提供到器皿14内部的接入。在一个实施例中，第一侧壁22和第二侧壁24可通过塑料注射模制来制造。在一个特定实施例中，热塑性材料可用于模制器皿14的第一侧壁22和第二侧壁24。在另一实施例中，器皿14的第一侧壁22和第二侧壁24可通过压制金属片或者通过塑料或金属的3d打印来形成。13.此外，参照多个铰链26，第一侧壁22和第二侧壁24的相反侧边缘设置有锁定装置(未示出)，使得第一侧壁22和第二侧壁24可以可拆卸地锁定在关闭位置中。在一个实施例中，锁定装置可包括协同操作的磁体，其设置在第一侧壁22和第二侧壁24两者的侧边缘上。在另一实施例中，锁定装置可包括卡扣锁或外部标准闩锁以使第一侧壁22和第二侧壁24抵靠彼此锁定在关闭位置中。在另一实施例中，器皿14可具有不同配置的侧壁，例如，方形形状的侧壁而不是圆柱形侧壁。本文中应注意的是，本文中在示例性实施例中论述的器皿14不应解释为对公开内容的范围的限制。在公开内容的范围内还设想到器皿的其它适合的设计。14.器皿14可包括一个或多个柔性加热器垫(未示出)，其设置在圆柱形侧壁20的内表面上。柔性加热器垫配置成当包围件装载在器皿14内时加热包围件。在一些实施例中，柔性加热器垫围绕所装载的包围件对称地设置。在一个实施例中，柔性加热器垫由(但不限于)硅酮、聚酰亚胺或其它柔性耐热聚合物(其设置成包围典型为传导纤维或膜的电加热元件)制成。在一些实施例中，器皿14可另外包括柔性冷却夹套，其设置到圆柱形侧壁20。15.在一个实施例中，器皿14包括传感器支承件(未示出)，其联接到圆柱形侧壁20。在一个特定实施例中，杆可沿器皿14的圆柱形侧壁20设置，且传感器支承件附接到杆，使得它可沿杆滑动以便调节传感器支承件的高度位置。传感器支承件包括伸长的水平轨道，传感器可安装到该伸长的水平轨道上。传感器(诸如但不限于(例如)ph和溶解氧传感器)可安装到传感器支承件。在一些实施例中，传感器支承件可从器皿14向外突出。在某些实施例中，传感器支承件可以是围绕到杆的附接点可旋转的。16.如较早提到的，基部模块12包括基部支承件16和设置在基部支承件16内的叶轮驱动单元18。在一个实施例中，叶轮驱动单元18包括马达。17.图2是根据本公开内容的一个实施例的装置30的示意性透视图。装置30包括具有开口33的基部连接器32。在一个实施例中，基部连接器32是具有开口33的板。基部连接器32可由取决于应用的任何适合的材料制成。在其它实施例中，可设想到其它类型的基部连接器32。叶轮连接器(未在图2中示出)联接到基部连接器32。特别地，叶轮连接器包括与基部连接器32的开口33对准的贯穿通路(未在图2中示出)。18.此外，装置30包括柔性管34，其具有联接到叶轮连接器的第一端36。柔性管34可由提供柔性性质的任何适合的材料制成。此外，装置30包括密封构件38，其联接到柔性管34的第二端40。结果，柔性管34是密封的柔性管。在另一实施例中，柔性管的第二端40可通过焊接来密封。另外，叶轮42联接到柔性管34的第二端40。叶轮42包括多个可旋转导叶44，其可以是沿顺时针方向或逆时针方向可旋转的。在一个实施例中，可旋转叶片44是沿竖直方向定位的平的可旋转叶片。在另一实施例中，参照竖直轴线，可旋转叶片44以倾斜的角度(例如，45度)定位。在又另一实施例中，可旋转叶片44中的每个包括前面，其可为平的或凹形状的，而后侧为凸形状的。可旋转叶片44的设计可取决于应用来变化。19.此外，装置30包括包围件46，其设置成包围叶轮42、柔性管34、叶轮连接器和基部连接器32。在一个实施例中，包围件46是用于生物反应器中的一次性袋。在一个实施例中，包围件46是预灭菌的袋。在另一实施例中，包围件46可为容器。在一个实施例中，器皿14还可包括喷洒器，参照叶轮42，该喷洒器定位在下方，以用于使填充在包围件46内部的基质曝气。由叶轮42提供的基质的搅动促进从喷洒器发出的气泡的分布。20.在一个实施例中，装置30包括摩擦减小构件48，其设置在柔性管34的内周表面50上。在一个示例中，摩擦减小构件48是施加在柔性管34的内周表面50上的润滑涂层。在其它示例中，还可设想到其它类型的摩擦减小构件，诸如轴承。参照随后的图来详细地解释装置30连同器皿14和驱动轴一起的组装。21.图3是根据本公开内容的一个实施例的装置30的示意性透视图。如先前论述的，装置30包括联接到基部连接器32的叶轮连接器(未在图3中示出)。此外，柔性管34的第一端36联接到叶轮连接器。此外，密封构件38联接到柔性管34的第二端40。另外，具有多个导叶44的叶轮42联接到柔性管34的第二端40。此外，袋46设置成包围叶轮42、柔性管34、叶轮连接器和基部连接器32。22.在示出的实施例中，还示出基部模块12(在图1中示出)的驱动轴52。驱动轴52包括直部分54和弯曲部分56。本文中应注意的是，参照直部分54，弯曲部分56以预先限定的角度倾斜。驱动轴52延伸穿过基部连接器32、叶轮连接器以及柔性管34。特别地，驱动轴52延伸穿过基部连接器32的开口33、叶轮连接器的贯穿通路以及柔性管34。23.因为柔性管34具有弹性性质，柔性管34符合驱动轴52的轮廓。特别地，柔性管34具有联接到叶轮连接器的第一部分58和设置成包围驱动轴52的弯曲部分56的第二部分60。柔性管34的第一部分58符合叶轮连接器和驱动轴52的直部分54的轮廓，而柔性管34的第二部分60符合驱动轴52的弯曲部分的轮廓。在本文中，更特别地，叶轮42经由柔性管34的第二端40来联接到驱动轴52的弯曲部分56。24.此外，包围件46用基质62(诸如但不限于用于生物反应器中的培养基质)填充。在此类实施例中，包围件46可为预灭菌的袋，例如，通过伽马辐射来预灭菌的袋。本文中应注意的是，柔性管34是密封的管，且因此防止填充在包围件46中的基质62与驱动轴52接触。25.图4是根据本公开内容的一个实施例的装置30的局部示意性透视图。在示出的实施例中，装置30包括联接到基部连接器32的叶轮连接器64。在一个实施例中，叶轮连接器64集成到基部连接器32以在制造期间形成单个模制构件。在另一实施例中，叶轮连接器64和基部连接器32是单独的构件，且可拆卸地联接到彼此。此外，柔性管34的第一端36联接到叶轮连接器64。另外，叶轮42联接到柔性管34的第二端40。此外，包围件46设置成包围叶轮42、柔性管34、叶轮连接器64和基部连接器32。26.在示出的实施例中，驱动轴52延伸穿过基部连接器32、叶轮连接器64以及柔性管34。特别地，驱动轴52延伸穿过基部连接器32的开口33、叶轮连接器64的贯穿通路66以及柔性管34。27.特别地，柔性管34具有联接到叶轮连接器64的第一部分58和设置成包围驱动轴52的弯曲部分56的第二部分60。在一个实施例中，驱动轴52的弯曲部分56接触柔性管34的内周表面50。本文中应注意的是，柔性管34的第一部分58不是可旋转的，因为第一部分58联接到叶轮连接器64，而柔性管34的第二部分60可连同驱动轴52和叶轮42一起旋转。在本文中，更特别地，叶轮42经由柔性管34的第二端40来联接到驱动轴52的弯曲部分56。28.图5是根据本公开内容的图4的实施例的柔性管34和叶轮连接器64的示意性透视图。在示出的实施例中，柔性管34的第一端36联接到叶轮连接器64。在一个实施例中，叶轮连接器64是(但不限于)管倒钩。在其它实施例中，还设想到其它类型的叶轮连接器。29.如较早论述的，驱动轴52延伸穿过基部连接器32、叶轮连接器64以及柔性管34。特别地，驱动轴52延伸穿过基部连接器32的开口33、叶轮连接器64的贯穿通路66以及柔性管34。30.图6是根据本公开内容的图1-5的实施例的系统10的示意性透视图。如较早论述的，系统10包括基部模块12和器皿14，基部模块12和器皿14配置成支承且基本上包围装置30的包围件46。基部模块12包括基部支承件16和设置在基部支承件16内的叶轮驱动单元18。器皿14和装置30由基部支承件16稳定地支承。器皿14包括圆柱形侧壁20，其具有经由多个铰链26来联接到彼此的第一侧壁22和第二侧壁24。第二侧壁24可打开以接入器皿14的内部并用于装载和卸载具有包围件46的装置30。31.如较早提到的，装置30包括包围件46，其设置成包围叶轮42、柔性管34、叶轮连接器64和基部连接器32。在一个实施例中，包围件46是用于生物反应器中的一次性袋。在另一实施例中，包围件46可为容器。驱动轴52延伸穿过基部连接器32、叶轮连接器64以及柔性管34。特别地，驱动轴52延伸穿过基部连接器32的开口33、叶轮连接器64的贯穿通路66以及柔性管34。驱动轴52的直部分54具有直接地联接到叶轮驱动单元18的联接器。在一个实施例中，驱动轴52的直部分54基本上垂直于基部支承件16。32.图7是根据本公开内容的图1-6的实施例的系统10的局部示意性透视图。如较早论述的，系统10包括基部模块12和器皿14，基部模块12和器皿14配置成支承且基本上包围装置30的包围件46。基部模块12包括基部支承件16和设置在基部支承件16内的叶轮驱动单元18。器皿14和装置30由基部支承件16稳定地支承。第二侧壁24可打开以接入器皿14的内部并用于装载和卸载具有包围件46的装置30。如较早提到的，装置30包括包围件46，其设置成包围叶轮42、柔性管34、叶轮连接器64和基部连接器32。驱动轴52延伸穿过基部连接器32、叶轮连接器64以及柔性管34。驱动轴52的直部分54直接地联接到叶轮驱动单元18。33.在系统10的操作期间，叶轮驱动单元18由功率源提供功率。在一个实施例中，叶轮驱动单元18包括马达。结果，叶轮驱动单元18经由驱动轴52来驱动叶轮42。具有多个可旋转叶片44的叶轮42用来搅拌基质62，诸如(例如)填充在包围件46内部的培养基质。本文中应注意的是，柔性管34的第一部分58不是可旋转的，因为第一部分58联接到叶轮连接器64，而柔性管34的第二部分60可连同驱动轴52和叶轮42一起旋转。根据本公开内容的实施例，驱动轴52的直部分54围绕基本上竖直的轴线旋转，促使驱动轴52的弯曲部分56、柔性管34的第二端40以及叶轮42在水平面中围绕基本上竖直的轴线转动。此外，因为驱动轴52由密封的柔性管34所包围，柔性管34防止基质62与驱动轴52接触。此外，即使驱动轴52的弯曲部分56接触柔性管34的内周表面50，摩擦减小构件48允许减小驱动轴52的弯曲部分56与柔性管34之间的摩擦。此外，由于驱动轴52的弯曲部分56相对于驱动轴52的直部分54以预先限定的角度倾斜，叶轮42与基质62的接触面积在搅拌过程期间增加。结果，在包围件46内的基质62的搅动也增加。34.根据本文中论述的实施例，示例性系统10具有叶轮驱动单元，其直接地联接到驱动轴以用于将驱动运动传递到叶轮。结果，与常规的基于磁搅拌器的搅动器相比，系统10不需要额外的轴承和磁体来用于传递驱动运动。因此，与常规系统相比，示例性系统10具有更少且更小的摩擦部件。此外，因为驱动轴由密封的柔性管所包围，柔性管防止基质与驱动轴接触。因此，最大限度地减少由于叶轮部件所造成的污染。本文中应注意的是，虽然本文中主要地论述生物反应器，示例性系统10可适用于其中需要防止搅拌基质接触到驱动轴的任何应用。









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