用于一次性柔性壁系統(tǒng)的溫度受控制的支承表面的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了用于化學(xué)、藥物或生物反應(yīng)器系統(tǒng)中的熱交換模塊，模塊構(gòu)造成設(shè)置在具有一次性柔性容器的反應(yīng)器系統(tǒng)中，并且包括：至少一個(gè)導(dǎo)熱表面，其適于接觸一次性柔性容器，以促進(jìn)熱傳遞；以及熱交換流體可循環(huán)通過(guò)其中的流體循環(huán)路徑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于一次性柔性壁系統(tǒng)的溫度受控制的支承表面
[0001]本申請(qǐng)要求2012年I月13日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/586，398和2012年12月3日提交的US 13/691，998的優(yōu)先權(quán)益處。US 13/691，998也要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/586，398的益處。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開(kāi)大體涉及生物化學(xué)處理系統(tǒng)和方法，并且具體而言，涉及用于控制反應(yīng)器器皿的溫度的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003]可獲得各種器皿用于操縱流體和/或執(zhí)行化學(xué)或生物反應(yīng)。例如，可使用傳統(tǒng)的或可拋棄的生物反應(yīng)器來(lái)處理諸如哺乳動(dòng)物、植物或昆蟲(chóng)細(xì)胞和微生物培養(yǎng)物的生物材料。雖然知道結(jié)合溫度控制系統(tǒng)的這樣的生物反應(yīng)器和其它流體操縱系統(tǒng)，但是需要改進(jìn)這樣的系統(tǒng)，特別是對(duì)于微生物生物反應(yīng)器。
[0004]因?yàn)槲⑸锱囵B(yǎng)物的生長(zhǎng)和繁殖的速度為哺乳動(dòng)物細(xì)胞的二十到四十(20至40)倍，所以微生物培養(yǎng)物的氧消耗和放熱速率為哺乳動(dòng)物發(fā)酵工藝的大約20至40倍。為了在微生物培養(yǎng)物中維持生長(zhǎng)，用于微生物系統(tǒng)的生物反應(yīng)器因此必須能夠以哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)物的氧供應(yīng)和熱移除速率的20至40倍將氧供應(yīng)到培養(yǎng)物流體和從培養(yǎng)物流體移除熱。在不銹鋼微生物發(fā)酵器中通過(guò)許多手段來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，包括例如:通過(guò)多個(gè)葉輪實(shí)現(xiàn)非常有力的攪動(dòng)，以消散空氣泡且增加細(xì)胞對(duì)氧的吸收；非常高流率的空氣，以供應(yīng)更多的氧；超冷卻表面，諸如冷卻螺旋管，以從培養(yǎng)物流體移除微生物細(xì)胞的新陳代謝和有力的攪動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱所產(chǎn)生的大量的熱。但是，在一次性生物處理袋中，熱移除是要面對(duì)的問(wèn)題，尤其對(duì)于微生物生物反應(yīng)器。
[0005]如諸如膜和柔性袋的聚合物或塑料材料的領(lǐng)域中的技術(shù)人員所熟知的那樣，聚合物或塑料膜為非常不良的熱導(dǎo)體。因此，冷卻容納可更換的容器(例如柔性塑料袋)的器皿內(nèi)部的流體可能需要特別地修改柔性袋和/或器皿的冷卻表面。越來(lái)越需要一種系統(tǒng)和方法來(lái)改進(jìn)微生物細(xì)胞培養(yǎng)物產(chǎn)生的大量的熱的移除。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開(kāi)了一種用于化學(xué)、藥物或生物反應(yīng)器系統(tǒng)中的方法和設(shè)備，以用于進(jìn)行溫度控制。在一方面，本發(fā)明包括熱交換模塊，其可設(shè)置在具有可更換的內(nèi)部反應(yīng)劑容器(諸如例如柔性袋或半剛性容器)的反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為用于具有一次性柔性容器的化學(xué)、藥物或生物反應(yīng)器系統(tǒng)中的熱交換模塊，模塊包括:本體，其具有構(gòu)造成接收一次性柔性容器的中心腔室，并且構(gòu)造成設(shè)置在反應(yīng)器器皿中，本體包括:構(gòu)造成與反應(yīng)器器皿的形狀相一致的外表面；至少一個(gè)導(dǎo)熱表面，其適于接觸一次性反應(yīng)劑容器，以促進(jìn)熱傳遞；以及至少一個(gè)整體式堅(jiān)固阻擋件，其形成進(jìn)入中心腔室中的突起；其中，本體為伸長(zhǎng)的本體，其具有頂部端和底部端且適于插入反應(yīng)器器皿中，使得本體延伸反應(yīng)器器皿的頂部和底部之間的距離的至少大部分；以及設(shè)置在本體的外表面處的熱交換器，熱交換器包括流體循環(huán)路徑，熱交換流體可通過(guò)流體循環(huán)路徑圍繞本文的周邊循環(huán)且進(jìn)入和離開(kāi)至少一個(gè)堅(jiān)固阻擋件中的通道，使得當(dāng)柔性容器插入腔室中時(shí)，柔性容器內(nèi)的流體被熱交換流體加熱或冷卻且被至少一個(gè)堅(jiān)固阻擋件阻擋。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，熱交換模塊本體構(gòu)造成延伸到與葉輪相對(duì)的位置，葉輪定位在一次性柔性容器的底部處或附近，以及至少一個(gè)整體式堅(jiān)固阻擋件構(gòu)造成阻擋葉輪產(chǎn)生的剪切場(chǎng)。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)方面為選自柔性生物反應(yīng)器袋、柔性混合器袋和柔性管道的容器，容器包括至少一個(gè)雙壁部分，至少一個(gè)雙壁部分包括內(nèi)部和外部壁，以及導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱材料附連到內(nèi)部壁和外部壁中的至少一個(gè)的一部分上或嵌在其中。
[0010]本發(fā)明的又一個(gè)方面為選自生物反應(yīng)器壁、混合器壁和管道壁的柔性聚合物壁，柔性壁包括導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱材料附連到柔性壁的一部分上或嵌在其中。
[0011]本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例為帶夾套的層疊阻擋件式生物反應(yīng)器罐包括:外部圓柱形夾套；以及圓柱形罐，其具有內(nèi)部罐表面和外部罐表面，內(nèi)部罐表面限定腔室，腔室構(gòu)造成支承設(shè)置在腔室內(nèi)的柔性袋，外部罐表面具有層疊阻擋件，層疊阻擋件構(gòu)造成圍繞整個(gè)外部罐表面引導(dǎo)熱交換流體，圓柱形罐沿軸向設(shè)置在外部圓柱形夾套內(nèi)，其中，外部圓柱形夾套以足以阻止或最大程度地減少熱交換流體的損失的方式密封到圓柱形罐上。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的以下更具體的描述，本發(fā)明的前述和其它非限制性目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)，實(shí)施例示出在附圖中，在附圖中，相同參考符號(hào)在所有不同的圖中表示相同的部件。附圖是示意性的，并且不意圖按比例繪制，重點(diǎn)而是放在示出本發(fā)明的原理上。附圖是示意性的，并且不意圖按比例繪制，重點(diǎn)而是放在示出本發(fā)明的原理上。結(jié)合一個(gè)示例性實(shí)施例示出或描述的特征可與其它實(shí)施例的特征結(jié)合。這樣的修改和變型意圖包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0013]圖1A是具有用于熱交換液體的蛇形流徑的示例性熱交換模塊的示意圖的透視圖，以及外部支承結(jié)構(gòu)或外部器皿壁的局部剖視圖。
[0014]圖1B是圖1A中顯示的熱交換模塊的俯視平面圖，并且描繪進(jìn)入和離開(kāi)與內(nèi)部支承壁集成在一起的堅(jiān)固阻擋件的內(nèi)部的熱交換流體流徑。
[0015]圖2是具有在層疊阻擋件結(jié)構(gòu)內(nèi)的非線性流徑、構(gòu)造成與窗對(duì)齊的開(kāi)口的示例性熱交換模塊的透視圖；以及外部支承結(jié)構(gòu)或外部器皿壁的局部剖視圖。
[0016]圖3是示例性熱交換模塊的示例性實(shí)施例的透視圖，其具有帶夾套的層疊阻擋件式生物反應(yīng)器罐，用于圍繞外部罐表面引導(dǎo)液體冷卻劑，罐具有窗。
[0017]圖4A是內(nèi)部或外部管道表面或內(nèi)部或外部袋膜表面的截面圖，其中導(dǎo)熱材料區(qū)段附連到膜上或嵌在膜中。
[0018]圖4B是內(nèi)部或外部管道表面或內(nèi)部或外部袋膜表面的截面圖，其中導(dǎo)熱材料區(qū)段附連到膜上或嵌在膜中。
[0019]圖5是示例性熱交換模塊的示意性正視圖，其中，用于容納熱交換流體的金屬管道以蛇形方式圍繞反應(yīng)器器皿或支承結(jié)構(gòu)的內(nèi)部壁且抵靠著內(nèi)部壁定向。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下是本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例的描述。將理解本發(fā)明的實(shí)施例以說(shuō)明的方式顯示且不限制本發(fā)明。在開(kāi)始時(shí)，下面以更詳細(xì)的描述在本發(fā)明的最寬的各方面描述本發(fā)明。將進(jìn)一步在權(quán)利要求中指出本發(fā)明的組成和方法的特征和其它細(xì)節(jié)。
[0021 ] 另外,本文給出的任何示例或說(shuō)明無(wú)論如何不應(yīng)當(dāng)看作對(duì)它們所使用的任何用語(yǔ)進(jìn)行約束、限制或表達(dá)限定。而是，這些示例或說(shuō)明應(yīng)當(dāng)看作關(guān)于一個(gè)特定實(shí)施例進(jìn)行描述且僅作為說(shuō)明。本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員將理解，這些示例或說(shuō)明所使用的任何用語(yǔ)將包含可能與其一起或在說(shuō)明書(shū)中其它處給出或未給出的其它實(shí)施例，并且所有這樣的實(shí)施例意圖包括在用語(yǔ)的范圍內(nèi)。指定這樣的非限制性示例和說(shuō)明的語(yǔ)言包括但不限于:“例如”、“諸如”和“在一個(gè)實(shí)施例中”。
[0022]如本文使用，用語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”或它們的任何其它變型意圖覆蓋非排它性的包括。例如，包括元件列表的工藝、物品或設(shè)備未必僅限于那些元件，而是可包括未明確列出的或這樣的工藝、物品或設(shè)備所固有的其它元件。另外，除非明確有相反陳述，否者“或”表示包括性的“或”而非排它性的“或”。
[0023]本文公開(kāi)了一種系統(tǒng)和方法用于容納和操縱流體，以及調(diào)節(jié)與化學(xué)、生物或藥物反應(yīng)或工藝相關(guān)聯(lián)的流體的溫度。本發(fā)明的某些實(shí)施例涉及一系列用于流體容納系統(tǒng)的改進(jìn)和特征，例如，通過(guò)提供包括熱交換器的支承結(jié)構(gòu)或剛性器皿，剛性器皿包圍和支承可呈柔性、可塌縮袋或剛性或半剛性容器的形式的容器或襯套。本發(fā)明的一些實(shí)施例包括中空的阻擋件(在襯套的內(nèi)部或外部，或兩者)，溫度控制流體(諸如冷卻劑)循環(huán)通過(guò)其中。
[0024]器皿或支承結(jié)構(gòu)
用語(yǔ)“支承結(jié)構(gòu)”、“器皿”和“罐”可在本文可互換地使用。可用來(lái)支承可塌縮袋的支承結(jié)構(gòu)可具有適于包圍和/或容納袋的任何適當(dāng)?shù)男螤?。在一些情況下，支承結(jié)構(gòu)可重復(fù)使用。支承結(jié)構(gòu)可由基本剛性材料形成?？捎脕?lái)形成支承結(jié)構(gòu)的材料的非限制性示例包括不銹鋼、鋁、玻璃、樹(shù)脂浸潰的玻璃纖維或碳纖維、聚合物(諸如高密度聚乙烯、丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、尼龍或其它聚酰胺、聚酯、苯酚聚合物)和它們的組合物。為了用于其使用環(huán)境中，可對(duì)材料進(jìn)行驗(yàn)證。例如，非蛻落性材料可用于需要產(chǎn)生最少顆粒的環(huán)境中。另外，支承結(jié)構(gòu)可包括用于使流體流動(dòng)和/或容納材料的其它構(gòu)件(諸如通道)，以修改支承結(jié)構(gòu)的屬性。
[0025]可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)或器皿可具有任何適當(dāng)?shù)娜莘e，并且在一些情況下，具有基本類(lèi)似于容納在支承結(jié)構(gòu)中的容器的體積的容積。可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)可具有的容積例如為大約5升至大約5000升。大于10000升的容積也是可行的。
[0026]本文使用的用語(yǔ)“器皿”表示支包圍和支承柔性袋的承結(jié)構(gòu)或罐。用語(yǔ)器皿意圖包含生物反應(yīng)器器皿以及在生物或生物化學(xué)處理中普遍使用的其它容器或管道，包括例如細(xì)胞培養(yǎng)/純化系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、介質(zhì)/緩沖液制備系統(tǒng)和過(guò)濾/純化系統(tǒng)，例如，色譜法和切向流過(guò)濾系統(tǒng)，以及它們的相關(guān)聯(lián)的流徑。在生物處理行業(yè)中，用語(yǔ)“器皿”通常用來(lái)限定其中需要調(diào)節(jié)溫度的任何封閉的生物處理容積。
[0027]柔性袋或容器用語(yǔ)“剛性”和“半剛性”在本文可互換地用來(lái)描述“不可塌縮的結(jié)構(gòu)”，即在正常力的作用下不會(huì)折疊、塌縮或以其它的方式變型而顯著減小它們的伸長(zhǎng)的尺寸的結(jié)構(gòu)。取決于內(nèi)容，“半剛性”也可表示比“剛性”元件更具柔性的結(jié)構(gòu)，例如，可彎曲的管或管道，但是仍然不會(huì)在正常狀況和力下沿縱向塌縮。如本文使用，用語(yǔ)“柔性容器”、“柔性袋”、“可塌縮袋”、“袋”和“容器”以相同的意義使用。袋或柔性容器或柔性袋為在不得益于單獨(dú)的支承結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)經(jīng)歷內(nèi)部壓力時(shí)不能保持其形狀和/或結(jié)構(gòu)完整性的容器，內(nèi)部壓力例如為容納在其中的液體或氣體的重量或流體靜力壓力產(chǎn)生的壓力。諸如剛性器皿或罐的可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)可用來(lái)包圍和支承可塌縮袋。
[0028]如本文描述，諸如可塌縮袋的容器可包括混合系統(tǒng)，用于混合袋的內(nèi)容物。在一些情況下，可用不止一個(gè)攪動(dòng)器或葉輪來(lái)增加混合功率，并且葉輪可為相同或不同的。在一些情況下，攪動(dòng)器可為其中可調(diào)節(jié)高度的攪動(dòng)器，例如，使得傳動(dòng)軸允許將葉輪升起到容器的底部上方和/或允許使用多個(gè)葉輪。容器的混合系統(tǒng)可為可拋棄的或意圖為一次性，在一些情況下，容器也是這樣。可在容器中實(shí)現(xiàn)用于混合流體的各種方法。例如，可使用基于磁性促動(dòng)、噴射和/或空氣提升的葉輪。也可使用直接軸驅(qū)動(dòng)混合器，其被密封且在磁性方面不耦合。另外或備選地，混合系統(tǒng)可包括具有不同的葉輪葉片構(gòu)造的葉輪。
[0029]許多公開(kāi)的示例包括使用可塌縮袋、襯套或柔性容器。另外，本發(fā)明的實(shí)施例可包括使用不可塌縮袋、剛性容器、半柔性容器和其它涉及液體容納的構(gòu)造的系統(tǒng)。
[0030]可塌縮袋可由固有地柔性的材料(諸如許多塑料)制成，或可由通?？醋鲃傂缘牟牧?諸如玻璃或某些金屬)制成，但是具有一定厚度或其它物理屬性，當(dāng)經(jīng)歷在運(yùn)行期間預(yù)期的壓力時(shí)，在不得益于單獨(dú)的支承結(jié)構(gòu)的情況下，使容器整體上不能夠保持其形狀或結(jié)構(gòu)完整性。在一些實(shí)施例中，可塌縮袋包括柔性材料和基本剛性材料(諸如剛性聚合物、金屬或玻璃)的組合。例如，可塌縮袋、襯套或其它容器可包括剛性構(gòu)件，諸如連接件、端口、用于混合的支承件和/或消泡沫系統(tǒng)。
[0031]在一些實(shí)施例中，剛性或半剛性容器或可塌縮袋包括聚合物材料，例如，作為大塊材料。諸如本文描述的那些的聚合物材料可選擇或配制成具有適當(dāng)?shù)奈锢砗蜋C(jī)械特性，例如，通過(guò)定制聚合物混合物的成分的量，以調(diào)節(jié)任何期望的交聯(lián)的程度。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可基于多種因素來(lái)選擇適當(dāng)?shù)木酆衔?，以用于容器中，因素為諸如聚合物的導(dǎo)熱性、與某些處理技術(shù)的相容性、與導(dǎo)熱材料的相容性、與容納在容器中的任何材料(諸如細(xì)胞、營(yíng)養(yǎng)基、溶劑)的相容性，以及與殺菌或與在容器內(nèi)部執(zhí)行反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的其它處理或預(yù)處理的相容性。
[0032]在一些實(shí)施例中，可塌縮袋由適當(dāng)?shù)娜嵝圆牧闲纬?，諸如均聚物或共聚物。柔性材料可為經(jīng)過(guò)USP VI類(lèi)驗(yàn)證的材料，例如，硅酮、聚碳酸酯、聚乙烯和聚丙烯。柔性材料的非限制性示例包括聚合物，諸如聚乙烯(例如，線性低密度聚乙烯和超低密度聚乙烯)、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二氯乙烯、聚偏二氯乙烯、乙烯醋酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、尼龍、硅酮橡膠、其它合成橡膠和/或塑料。柔性容器的一部分可包括基本剛性材料，諸如剛性聚合物，例如，高密度聚乙烯、金屬或玻璃?；緞傂圆牧峡捎糜谥С欣缗浼膮^(qū)域中。
[0033]在其它實(shí)施例中，容器為基本剛性材料?？蛇x地，所有或一部分的容器可透光，以允許觀察容器內(nèi)部的內(nèi)容物。用來(lái)形成容器的材料或材料組合可基于一個(gè)或多個(gè)屬性來(lái)選擇，諸如柔性、抗刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、透液體和氣體性、不透明性和對(duì)某些工藝(諸如用于形成無(wú)縫可塌縮袋的吹塑)的適應(yīng)能力。在一些情況下，容器可為一次性的或可拋棄的。
[0034]容器可具有用于保持液體的任何適當(dāng)?shù)暮穸?，并且可設(shè)計(jì)成針對(duì)在運(yùn)行期間或在被搬運(yùn)時(shí)的穿刺具有一定的阻力。諸如容器壁的材料的厚度通常以“密耳”為單位來(lái)規(guī)定。密耳為等于千分之一(10_3)英寸的長(zhǎng)度單位，其等于0.0254毫米。單位“千分之一米”在本文縮寫(xiě)為“毫米”。例如，適于本發(fā)明的實(shí)施例中使用的可塌縮袋的柔性壁部分的厚度可小于10密耳(小于0.254毫米)，或?yàn)榇蠹s10密耳至大約100密耳(大約0.254毫米至大約2.54毫米)或大約15密耳至大約70密耳(大約0.38毫米至大約1.78毫米)，或大約25密耳至大約50密耳(大約0.64毫米至大約1.27毫米)。在又一個(gè)示例中，容器的壁可具有大約250密耳的總厚度。
[0035]在一些實(shí)施例中，容器包括不止一層材料，其可層壓在一起或以其它方式附連到彼此上，以便對(duì)容器施加某個(gè)屬性。例如，一層可由基本不透氧的材料形成。另一層可由對(duì)容器施加強(qiáng)度的材料形成?？砂ㄓ忠粚?，以對(duì)可容納在容器中的流體施加抗化學(xué)性。容器的一個(gè)或多個(gè)層可包括導(dǎo)熱材料，以促進(jìn)熱傳遞到容器的內(nèi)部和從容器的內(nèi)部傳遞出容器的外部的環(huán)境，如下面更詳細(xì)地描述的那樣。
[0036]本文公開(kāi)的容器、襯套或其它物品可由任何適當(dāng)?shù)膶咏M合形成。非限制性示例包括包含I層至大約5層相同或不同的材料的物品。各個(gè)層可具有的厚度為例如大約3密耳至大約200密耳(大約0.076毫米至大約5.08毫米)或它們的組合。
[0037]與可塌縮袋或其它容器集成在一起的構(gòu)件可用任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?，該材料可為與袋或容器的材料相同或不同。在一個(gè)實(shí)施例中，容器由第一聚合物形成，而構(gòu)件由第二聚合物形成，第二聚合物例如在成分、分子量或化學(xué)結(jié)構(gòu)方面不同于第一聚合物。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將熟悉材料處理技術(shù)，并且將能夠在本文描述的方法中使用這樣的技術(shù)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾筒牧辖M合。
[0038]適于在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的剛性容器或可塌縮袋可具有用于容納液體的任何大小。例如，容器具有的容積可為大約0.1升至大約10000升(大約100立方厘米至大約I X 17立方厘米)。用語(yǔ)“立方厘米”將在本文縮寫(xiě)為“厘米3”。在其它非限制性示例中，容器具有的容積可為大約5升至大約5000升(大約5000厘米3至大約5 x 16厘米3)，或大約40升至大約1000升(大約4 X 14厘米3至大約I X 16厘米3)。大于10000升(I X 17厘米3)的容積也是可行的。適當(dāng)?shù)娜莘e可取決于容器的特定用途。例如，用作熱交換器的可塌縮袋可具有比用于容納和存儲(chǔ)大量流體的可塌縮袋更小的容積。
[0039]如果使用可塌縮袋，則可使其在填充液體之前基本縮癟，并且其在填充液體時(shí)可開(kāi)始膨脹。在其它實(shí)施例中，本發(fā)明可包括開(kāi)放的容器系統(tǒng)。
[0040]在一些實(shí)施例中，可特別制造無(wú)縫可塌縮袋，以配合具有與別個(gè)不同的形狀和構(gòu)造的特定的可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)?；就昝赖嘏浜系目伤s袋可例如用作生物反應(yīng)器系統(tǒng)或生物化學(xué)或化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的一部分。在一些情況下，無(wú)縫剛性或半剛性容器也可為有益的。
[0041]無(wú)縫容器的額外的描述可在G.Hodge等人2007年6月15日提交的名稱(chēng)為“Gas Delivery Configurat1ns, Foam Control Systems, and Bag Molding Methodsand Articles for Collapsible Bag Vessels and B1reactors (氣體輸送構(gòu)造、泡沫控制系統(tǒng)和袋用于可塌縮袋器皿和生物反應(yīng)器的模制方法和物品)”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.11/818,901中看到，其在2008年3月20日公開(kāi)為US2008/0068920 Al，其整個(gè)教導(dǎo)通過(guò)引用而結(jié)合在本文中。
[0042]本發(fā)明在以下示例中更詳細(xì)地描述，以說(shuō)明的方式來(lái)提供示例且示例不意圖以任何方式限制本發(fā)明。
[0043]本文公開(kāi)了一種系統(tǒng)，用于控制諸如可塌縮袋的容器的內(nèi)容物的溫度，同時(shí)允許在袋內(nèi)以液相進(jìn)行期望的工藝，諸如化學(xué)、生物化學(xué)或生物反應(yīng)?？伤s袋還可構(gòu)造成使得液體(諸如包括懸浮的細(xì)胞的液體介質(zhì))在使用期間保持基本僅接觸可塌縮袋，并且不接觸支承結(jié)構(gòu)。在這樣的實(shí)施例中，可塌縮袋可為可拋棄的和用于單個(gè)反應(yīng)或單個(gè)反應(yīng)序列，在此之后袋被丟棄。因?yàn)榭伤s袋中的液體在這樣的實(shí)施例中不接觸支承結(jié)構(gòu)，所以支承結(jié)構(gòu)可重復(fù)使用，而無(wú)需進(jìn)行清潔。在袋中進(jìn)行反應(yīng)之后，袋可從可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)中移除，并且可由第二個(gè)一次性或可拋棄的容器代替。第二反應(yīng)可在第二容器中進(jìn)行，而不需要清潔第一容器或可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)。
[0044]一個(gè)或多個(gè)可選的入口端口和一個(gè)或多個(gè)可選的出口端口可形成于容器和/或可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)或器皿中，并且可促進(jìn)更方便地引入液體或氣體和從容器中移除液體或氣體。例如，相對(duì)于袋定位在任何適當(dāng)?shù)奈恢蒙系亩鄠€(gè)入口端口可用來(lái)提供通過(guò)噴頭提供不同的氣體成分。管道可連接到入口和出口端口上，以形成輸送和收獲線路，以分別用于引入液體和從容器移除液體。容器中的端口還可用于對(duì)容器內(nèi)的液體進(jìn)行采樣，確定液體中溶解的氣體和/或分析狀況諸如PH值，或用于其它目的?？蛇x地，系統(tǒng)可包括公用塔，其促進(jìn)容器或支承結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)裝置與一個(gè)或多個(gè)泵、控制器或電子器件的互連，電子器件為諸如傳感器電子器件、電子接口和加壓氣體控制器或其它裝置。這樣的裝置可使用控制系統(tǒng)來(lái)控制。
[0045]大體上，如本文使用，創(chuàng)造性的系統(tǒng)的與一個(gè)或多個(gè)其它構(gòu)件“操作性地相關(guān)聯(lián)的”構(gòu)件表示這樣的構(gòu)件直接彼此連接，在不連接或附連到彼此上的情況下直接彼此物理地接觸，或不直接連接到彼此上或接觸彼此，而是在機(jī)械方面、在電方面、在流體方面或通過(guò)電磁信號(hào)遠(yuǎn)程地互連，以便使或允許這樣相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件執(zhí)行它們所意圖的功能。
[0046]反應(yīng)器系統(tǒng)中的熱交換模塊
如下面將更詳細(xì)地闡述的那樣，公開(kāi)的反應(yīng)器系統(tǒng)配備有熱交換模塊，其可包括本體，本體構(gòu)造成設(shè)置在具有可更換的內(nèi)部反應(yīng)劑容器的反應(yīng)器系統(tǒng)中，本體進(jìn)一步包括適于接觸內(nèi)部容器以促進(jìn)熱傳遞的至少一個(gè)導(dǎo)熱表面，以及設(shè)置在模塊本體處的熱交換器，熱交換器具有流體循環(huán)路徑，熱交換流體可循環(huán)通過(guò)流體循環(huán)路徑。
[0047]用語(yǔ)“反應(yīng)器”和“反應(yīng)器系統(tǒng)”可在本文互換地使用，并且意圖包含化學(xué)、藥物和生物反應(yīng)器，包括但不限于細(xì)胞培養(yǎng)和疫苗產(chǎn)生反應(yīng)器，如本領(lǐng)域已知的那樣。雖然本文大多數(shù)的描述涉及本發(fā)明的涉及生物反應(yīng)器和化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的示例性應(yīng)用，但是本發(fā)明和其使用不受此限制，并且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各方面還可在其它裝置中使用，包括大體涉及容納系統(tǒng)的那些，以及用于容納或混合或其它處理的系統(tǒng)。
[0048]如下面將詳細(xì)闡述的那樣，用于化學(xué)、藥物或生物反應(yīng)器系統(tǒng)中的熱交換模塊可包括本體，本體構(gòu)造成在反應(yīng)器系統(tǒng)中設(shè)置在外部支承結(jié)構(gòu)和可更換的內(nèi)部反應(yīng)劑容器之間。在一些實(shí)施例中，熱交換器模塊與支承器皿的內(nèi)部壁成整體。本體可進(jìn)一步包括至少一個(gè)導(dǎo)熱表面，其適于接觸可更換的內(nèi)部反應(yīng)劑容器，以促進(jìn)熱傳遞。此外，熱交換模塊可包括設(shè)置在模塊本體內(nèi)的熱交換器，并且可包括流體循環(huán)路徑，熱交換流體可循環(huán)通過(guò)流體循環(huán)路徑。熱交換模塊可從反應(yīng)器系統(tǒng)移除或可與反應(yīng)器支承結(jié)構(gòu)形成整體。熱交換模塊還可形成為對(duì)可更換的內(nèi)部容器中的流體或在器皿中循環(huán)的流體提供增強(qiáng)的混合。增強(qiáng)的混合可增加反應(yīng)器系統(tǒng)中的熱傳遞效率。
[0049]但是，在其它實(shí)施例中，反應(yīng)器系統(tǒng)不包括單獨(dú)的容器，例如，可塌縮袋和支承結(jié)構(gòu)，而是包括自支承式可拋棄容器。例如，可用來(lái)保持和/或存儲(chǔ)流體的容器可呈塑料器皿的形式，并且可以可選地包括整體地或可釋放地附連到其上的攪動(dòng)系統(tǒng)。攪動(dòng)系統(tǒng)可與容器一起為可拋棄的。在一個(gè)特定實(shí)施例中，這種系統(tǒng)包括磁性葉輪，其定位在聚合物容器或柔性袋中，并且由外部磁性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保持就位。在另一個(gè)實(shí)施例中，用作熱交換器的容器呈剛性容器的形式。因此應(yīng)當(dāng)理解，本文參照容器和支承結(jié)構(gòu)描述的器皿的許多方面和特征還可應(yīng)用于自支承式可拋棄容器。
[0050]反應(yīng)器系統(tǒng)典型地可包括溫度控制系統(tǒng)(未顯示在圖中)，其包括熱電偶和/或電阻溫度檢測(cè)器，以用于感測(cè)在反應(yīng)容器內(nèi)部的內(nèi)容物的溫度。熱電偶可操作性地連接到溫度控制器/熱交換器上，以控制容器中的內(nèi)容物的溫度。可選地，如本文描述，導(dǎo)熱材料可與容器的表面相關(guān)聯(lián)，以便提供熱傳遞表面，該熱傳遞表面往往克服典型地用來(lái)形成容器的一部分的聚合物材料的隔離作用。
[0051]如本文所用，用語(yǔ)“溫度控制表面”具有與“熱傳遞表面”相同的意思。在一個(gè)實(shí)施例中，在可塌縮袋中流動(dòng)的流體的溫度可通過(guò)使可塌縮袋的一個(gè)或多個(gè)表面與熱傳遞表面相關(guān)聯(lián)來(lái)改變，以促進(jìn)將熱傳遞到和/或傳遞出可塌縮袋。
[0052]在一些情況下，通過(guò)用于形成熱傳遞表面或容器的材料，使熱交換速率限于合乎需要的或最佳水平以下。例如，涉及使用呈可塌縮袋的形式的可拋棄襯套的系統(tǒng)大體由低導(dǎo)熱材料制成，諸如聚乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)或乙烯醋酸乙烯酯。另外或備選地，導(dǎo)熱材料可襯在容器的壁上。例如，導(dǎo)熱材料和容器的壁可形成層壓結(jié)構(gòu)。
[0053]為了增強(qiáng)熱傳導(dǎo)，溫度控制表面可包括由導(dǎo)熱材料(諸如例如多個(gè)顆粒804、814)形成的導(dǎo)熱表面，如分別在圖4A和4B中顯示。顆粒804、814分別在管道800中的區(qū)段中附連到柔性聚合物管道802的表面上或嵌在其中，或者在柔性袋810的區(qū)段中附連到膜812的表面上或嵌在其中。管道802和袋810可為單壁或雙壁式，并且在雙壁的情況下，導(dǎo)熱材料可嵌在內(nèi)部或外部壁中的至少一個(gè)中或附連到其上。溫度控制表面可包括導(dǎo)熱板，導(dǎo)熱板包括用于允許流體流過(guò)其中的通道、用于允許流體流過(guò)通道的與板不相關(guān)聯(lián)通道，以及前述內(nèi)容的組合。
[0054]在一些實(shí)施例中，導(dǎo)熱材料呈多個(gè)顆粒的形式。顆?？沙始{米顆粒、微粒、粉末等的形式。導(dǎo)熱材料還可為納米管、納米線材、納米桿、纖維、網(wǎng)或其它實(shí)體的形式。導(dǎo)熱材料可嵌在用來(lái)形成容器的材料中，例如，使得各個(gè)實(shí)體的所有或一部分被用來(lái)形成容器的材料所包圍或封閉。
[0055]在一些實(shí)施例中，嵌入的導(dǎo)熱材料基本均勻地分散在用來(lái)形成容器的材料的大部分中。“基本均勻地分散”這個(gè)背景下表示，在觀察任何這樣的材料的橫截面部分時(shí)，在橫截面包括材料的多個(gè)隨機(jī)橫截面位置的平均值的情況下，觀察處于特定尺寸的材料(例如，大約晶?；蛟?揭示了導(dǎo)熱材料在大塊材料中的基本均勻的分散。顯微照片、掃描電子顯微照片或其它類(lèi)似微尺度或納米尺度的觀察工藝可揭示基本均勻的分布。
[0056]應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，導(dǎo)熱材料不基本均勻地分散在用來(lái)形成熱傳遞表面的材料的大部分中。例如，可在熱傳遞表面的橫截面上形成顆粒的梯度。例如，導(dǎo)熱材料可構(gòu)造成使得熱傳遞表面的一部分包括導(dǎo)熱材料，并且容器或熱交換模塊的另一個(gè)相鄰部分也包括導(dǎo)熱材料。備選地，導(dǎo)熱材料可作為條帶、線材而存在，或可具有其它構(gòu)造，使得熱傳遞表面的一部分包括導(dǎo)熱材料，而容器或熱交換模塊的另一個(gè)相鄰部分不包括導(dǎo)熱材料。
[0057]在某些實(shí)施例中，導(dǎo)熱材料可封裝在兩個(gè)聚合物片材之間。導(dǎo)熱材料層和聚合物層的交替也是可行的。備選地，在一些實(shí)施例中，容器或襯套的外表面可包括導(dǎo)熱材料層，而容器或襯套的內(nèi)部表面不包括導(dǎo)熱材料。這個(gè)構(gòu)造可允許熱傳遞離開(kāi)(或進(jìn)入)容器或襯套的內(nèi)容物，同時(shí)避免或限制容器或襯套的內(nèi)容物和導(dǎo)熱材料之間的任何反應(yīng)。例如，銀具有高導(dǎo)熱性，并且可用作導(dǎo)熱材料，但是知道其具有抗菌作用。通過(guò)將銀定位在容器的外表面處(或嵌在兩個(gè)聚合物層之間)，但是不接觸容器內(nèi)部的任何內(nèi)容物，容器的導(dǎo)熱性可得到增強(qiáng)，而不會(huì)不利地影響容器內(nèi)部的內(nèi)容物(例如，細(xì)胞、蛋白質(zhì)等)。
[0058]導(dǎo)熱材料可具有任何適當(dāng)?shù)拇笮』虺叽??？蛇x擇導(dǎo)熱實(shí)體的大小，例如，以在用來(lái)形成熱傳遞表面的大塊材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)某個(gè)分散，例如梯度或基本均勻的分散，以阻止實(shí)體突起通過(guò)容器的一部分，或具有某個(gè)導(dǎo)熱材料表面面積與體積的比。例如，導(dǎo)熱材料具有的至少一個(gè)橫截面尺寸可小于500微米,或在另一個(gè)實(shí)施例中，小于I納米。
[0059]在本發(fā)明的實(shí)施例中，可用任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱材料作為導(dǎo)熱材料。導(dǎo)熱材料可基于以下因素來(lái)選擇，諸如，其導(dǎo)熱性、顆粒大小、磁性屬性、與某些處理技術(shù)的相容性(例如，通過(guò)某些淀積技術(shù)進(jìn)行淀積的能力)、與用來(lái)形成容器的大塊材料的相容性、與容納在容器中的任何材料的相容性、與和在容器內(nèi)執(zhí)行反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的任何處理或預(yù)處理的相容性，以及其它因素。
[0060]在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)熱材料包括金屬。在其它情況下，導(dǎo)熱材料包括半導(dǎo)體。潛在地適于用作導(dǎo)熱材料的材料包括例如在周期表的1-17族中的任何一個(gè)中的元素。典型的示例包括2-14族元素，或2、10、11、12、13、14、15族元素。周期表的2族中的潛在地適當(dāng)?shù)脑氐姆窍拗菩允纠ㄦV和鋇；10族中的包括鎳、鈕或鉬；11族中的包括銅、銀或金；12族中的包括鋅；13族中的包括硼、招和鎵；14族中的包括碳、娃、鍺、錫或鉛。在一些情況下，導(dǎo)熱材料為鋁、銅、鐵或錫。
[0061]導(dǎo)熱材料可包括一種或多種金屬。類(lèi)似地，在導(dǎo)熱材料包括半導(dǎo)體的情況下，可使用一種或多種半導(dǎo)體材料。另外，可使用合金，并且可使用金屬和半導(dǎo)體的混合物。即，導(dǎo)熱材料可為單種金屬、單種半導(dǎo)體或一種或多種金屬或一種或多種半導(dǎo)體的混合物。上面列出了適當(dāng)?shù)慕饘俚姆窍拗菩允纠⑶疑厦媪谐隽税雽?dǎo)體的適當(dāng)?shù)某煞?。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知可由上面列出的一個(gè)或多個(gè)元素或其它元素形成的半導(dǎo)體。
[0062]在某些情況下，導(dǎo)熱材料為非金屬。例如，導(dǎo)熱材料可包括碳。導(dǎo)熱材料可呈傳導(dǎo)性聚合物的形式，例如。傳導(dǎo)性聚合物的非限制性示例包括聚吡咯、聚苯胺、聚亞苯基、聚噻吩和聚乙炔。
[0063]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在沒(méi)有過(guò)度的負(fù)擔(dān)或過(guò)度的試驗(yàn)的情況下從上面描述的材料或本領(lǐng)域中已知的其它材料中選擇適當(dāng)?shù)慕饘?、半?dǎo)體和/或非金屬。本文描述的教導(dǎo)還使得相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠篩選材料，以適于與本文描述的實(shí)施例結(jié)合起來(lái)使用?？蛇x地，導(dǎo)熱材料可經(jīng)涂覆或處理，以增強(qiáng)材料的某些化學(xué)或物理屬性。例如，可用表面活性劑、氧化物或任何其它適當(dāng)?shù)牟牧咸幚韺?dǎo)熱材料的表面，以使材料的親水性更高、疏水性更高、活性更低、具有某個(gè)PH值等。這些和其它工藝可允許導(dǎo)熱材料與用來(lái)形成容器的材料和/或某些處理技術(shù)更相容。例如，導(dǎo)熱材料的處理可允許其粘附到用來(lái)形成容器的材料上達(dá)期望的程度，更可溶于特定溶劑中或更加可分散。
[0064]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括熱交換模塊，其適于接觸袋。有利地，熱交換器模塊可用于經(jīng)歷所述不合需要的熱傳遞特性的系統(tǒng)中。熱交換器模塊可形成和構(gòu)造成使得導(dǎo)熱材料適于將熱從容器的內(nèi)部傳導(dǎo)到容器的外部的環(huán)境，或?qū)釓娜萜鞯耐獠康沫h(huán)境傳導(dǎo)到容器中。在其中容器由可重復(fù)使用的支承結(jié)構(gòu)(例如，導(dǎo)熱板或不銹鋼罐)支承的實(shí)施例中，遠(yuǎn)離或進(jìn)入容器的熱傳導(dǎo)可通過(guò)聯(lián)接到支承結(jié)構(gòu)上的熱交換模塊來(lái)促進(jìn)。例如，來(lái)自容器內(nèi)部的內(nèi)容物的熱可通過(guò)容器的導(dǎo)熱材料消散到也可導(dǎo)熱的支承結(jié)構(gòu)。
[0065]熱交換模塊可促進(jìn)與內(nèi)部容器的熱傳遞，并且可用來(lái)以不同的程度改變流體的溫度。例如，流體的溫度可改變至少2°C、至少5°C、至少10°C、至少15°C、至少20°C或至少30。。。
[0066]在一些實(shí)施例中，熱交換模塊可形成在器皿或支承結(jié)構(gòu)的壁中，從而對(duì)內(nèi)部容器提供溫度調(diào)節(jié)夾套。在這些實(shí)施例中，突起可延伸到支承器皿的內(nèi)部中，使得當(dāng)柔性容器插入支承結(jié)構(gòu)器皿中時(shí)，柔性容器內(nèi)部的流體被阻擋且溫度得到調(diào)節(jié)。通過(guò)阻擋內(nèi)部容器，可改進(jìn)容器內(nèi)的混合。這個(gè)整體式系統(tǒng)為柔性容器提供物理支承，為反應(yīng)器系統(tǒng)提供溫度調(diào)節(jié)，并且可提供增強(qiáng)的混合。這個(gè)整體式冷卻阻擋件支承結(jié)構(gòu)可呈器皿、整體式襯套、平板系統(tǒng)或任何其它整體式構(gòu)造的形式。
[0067]應(yīng)當(dāng)理解，不是圖中顯示的所有特征都需要存在于本發(fā)明的所有實(shí)施例中，并且示出的元件可以其它方式定位或構(gòu)造。而且，額外的元件可存在于其它實(shí)施例中。
[0068]圖1A是具有蛇形流體流徑1016的示例性熱交換模塊1002的示意圖的透視圖，以及外部支承結(jié)構(gòu)或外部器皿壁1003的局部剖視圖。圖1B為圖1A中顯示的熱交換模塊1002的頂部平面圖1002B，并且描繪進(jìn)入和離開(kāi)堅(jiān)固阻擋件1010的內(nèi)部的熱交換流體流徑1016，堅(jiān)固阻擋件1010與器皿的內(nèi)部壁1004成整體。
[0069]圖1A和2描繪實(shí)施例，其中熱交換器模塊1002與外部支承結(jié)構(gòu)或外部器皿壁1003(以陰影顯示)成整體地形成，并且溫度控制流體流徑1016U016B分別形成于外部器皿壁1003和器皿的相應(yīng)的內(nèi)部壁1004、1040的表面之間。在圖1A和IB中，溫度控制流體的方向由箭頭1016顯示；并且填充有溫度控制流體的空間由內(nèi)部器皿壁1004和外部器皿壁1003之間的斑點(diǎn)或陰影顯示。顯示突起或整體式堅(jiān)固阻擋件1010突出到內(nèi)部器皿壁1004限定的中心腔室中。圖1B顯示進(jìn)入阻擋件通道1006且再次離開(kāi)的流體流1016。圖1B還顯示定位在熱交換器模塊本體1004的中心腔室內(nèi)的柔性袋912與堅(jiān)固阻擋件1010的形狀相一致，使得堅(jiān)固阻擋件1010在柔性袋912內(nèi)提供阻擋。知道這樣的阻擋會(huì)大大地改進(jìn)袋912內(nèi)的混合。
[0070]圖1A顯示具有整體式堅(jiān)固阻擋件1010的熱交換模塊1002提供非線性流體流徑1016，整體式堅(jiān)固阻擋件1010由沿豎向沿著阻擋件通道1006設(shè)置的各種分隔板1008形成。在這個(gè)實(shí)施例中，熱交換器模塊1002的內(nèi)部器皿壁1004再次整體地形成于外部器皿壁1003上。內(nèi)部器皿壁1004包括突起到器皿的內(nèi)部中的整體式堅(jiān)固阻擋件1010，堅(jiān)固阻擋件1010形成阻擋件通道1006。溫度控制流體可沿著本體1004的外部器皿壁1003和內(nèi)部器皿壁之間的路徑循環(huán)，包括通過(guò)阻擋件通道1006。分隔板1008可沿著阻擋件通道1006的長(zhǎng)度形成，以便在期望的路徑中引導(dǎo)流體流。在阻擋件通道1006中，分隔板1008將阻止流體沿豎向從熱交換模塊1002的底部1012流到熱交換模塊1002的頂部1014或從頂部流到底部。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到圍繞熱交換模塊1002引導(dǎo)流體流型以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的期望的熱傳遞特性的優(yōu)點(diǎn)。
[0071]在一些實(shí)施例中，熱交換模塊1002內(nèi)的流體流徑1016可沿非線性方向圍繞熱交換器模塊1002同心地定向。圖1A描繪螺旋通道結(jié)構(gòu)，其由突起1020形成來(lái)圍繞熱交換模塊1002引導(dǎo)溫度控制流體。分隔板1008可用來(lái)阻擋豎向流體流通過(guò)阻擋件通道1006，以阻止流體流沿豎向流過(guò)阻擋件1006，流體流沿豎向流過(guò)阻擋件1006可使夾套的其余部分被繞過(guò)。螺旋通道可與突起1020之間的內(nèi)部器皿壁1004整體地形成，或可與內(nèi)部器皿壁1004可移除地和分開(kāi)地形成。螺旋通道可形成于由金屬、塑料或任何其它非多孔非腐蝕性材料形成的帶、管、管道或其它突起1020之間，設(shè)置成通過(guò)熱交換模塊1002的同心環(huán)路，以沿著路徑1016引導(dǎo)流體。流體循環(huán)路徑1016應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地到達(dá)堅(jiān)固阻擋件通道1006，以在其中確保期望量的溫度控制。在其它實(shí)施例中，層疊通道結(jié)構(gòu)可用來(lái)產(chǎn)生非線性流體循環(huán)路徑。
[0072]圖2是示例性熱交換模塊1002的透視圖，其具有至少一個(gè)堅(jiān)固阻擋件1010和由突起1020形成的層疊通道結(jié)構(gòu)，非線性流徑1016B和至少一個(gè)開(kāi)口 1022構(gòu)造成與外部器皿壁1030(以陰影顯示)中的窗或門(mén)對(duì)齊。圖2中顯示層疊或疊層阻擋件式內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)形成于內(nèi)部器皿壁1040和外部器皿壁1030之間，由突起1020形成。內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)以非線性方式引導(dǎo)溫度控制流體圍繞熱交換器模塊1002且進(jìn)入堅(jiān)固阻擋件1010的內(nèi)部中，堅(jiān)固阻擋件1010突起到由內(nèi)部器皿壁1040形成的內(nèi)部腔室中。在這個(gè)實(shí)施例中，流體遵從非線性路徑1016B。通道結(jié)構(gòu)可具有在熱交換模塊1002的底部處的流體入口 1026和在熱交換模塊1002的頂部處的出口 1028，或者備選地，熱交換模塊1002可具有處于任何位置的溫度控制入口端口 1026和出口端口 1028，以便實(shí)現(xiàn)期望的熱傳遞結(jié)果。如顯示的那樣，熱交換模塊1002可形成為容納通入反應(yīng)器系統(tǒng)的內(nèi)部中的觀察窗1022，從而允許操作員監(jiān)測(cè)反應(yīng)。疊層阻擋件結(jié)構(gòu)可允許溫度控制流體循環(huán)路徑圍繞所述觀察窗1022定向，以避免觀察路徑被阻擋。這個(gè)非線性循環(huán)路徑1016B還可允許任何接近端口或探頭能夠在需要時(shí)接近外部器皿壁1030。
[0073]圖3是熱交換器模塊1002的示例性實(shí)施例的透視圖，其略微類(lèi)似于圖2中顯示的結(jié)構(gòu)。帶夾套的層疊阻擋件式生物反應(yīng)器罐1002包括外部圓柱形夾套1030 ;以及圓柱形罐1040，其具有限定腔室的內(nèi)部罐表面，以及外部罐表面，腔室構(gòu)造成支承設(shè)置在腔室內(nèi)的柔性袋(未顯示)，外部罐表面具有整體式層疊阻擋件1042，整體式層疊阻擋件1042由突起1020形成且構(gòu)造成圍繞整個(gè)外部罐表面而引導(dǎo)液體冷卻，如方向箭頭1016B所示，圓柱形罐1040沿軸向設(shè)置在外部圓柱形夾套1030內(nèi)，其中外部圓柱形夾套1030以足以阻止或最大程度地減少通過(guò)端口 1026進(jìn)入系統(tǒng)的液體冷卻劑的損失的方式密封到圓柱形罐1040上。在構(gòu)造系統(tǒng)時(shí)，帶1032用來(lái)幫助在罐1040插入夾套1030中之后將夾套1030附連到罐1040上。
[0074]熱交換器由內(nèi)部層疊的流體通道1042和外部支承結(jié)構(gòu)或外部器皿壁1030形成，溫度控制流體在它們之間流動(dòng)。熱交換模塊1002包括器皿或內(nèi)部器皿壁1040，其包括內(nèi)部層疊流體通道1042。入口管1026可構(gòu)造成允許溫度控制流體進(jìn)入由桶形罐或器皿1040和外部夾套1030形成的模塊1002。備選地，外部夾套1030可形成為圓錐形，從而利用現(xiàn)有技術(shù)中已知的密封件來(lái)密封模塊1002。
[0075]實(shí)施例包括帶夾套的層疊阻擋件式生物反應(yīng)器罐，其典型地對(duì)大約百分之100 (100%)的罐表面提供冷卻劑，從而將熱傳導(dǎo)遠(yuǎn)離設(shè)置在罐內(nèi)的柔性袋生物反應(yīng)器。
[0076]如上面更詳細(xì)地描述的那樣，圖4A和4B示出溫度控制表面可包括由導(dǎo)熱材料(諸如例如多個(gè)顆粒804、814)形成的導(dǎo)熱表面，分別如圖4A、4B所示。
[0077]圖5為示例性熱交換模塊1060的示意性正視圖，其中金屬管道1052、1058以蛇形的方式圍繞反應(yīng)器器皿1003的內(nèi)部壁1050的表面且抵靠著該表面而定向。在顯不的實(shí)施例中，溫度控制流體沿箭頭1026B所顯示的方向進(jìn)入管道1058，從而與定位在器皿1003內(nèi)的容器或袋(未顯示)交換熱，并且從管道1052離開(kāi),管道1052流體地連接到管道1058上或者為管道1058的一部分。溫度控制流體傳送通過(guò)管道，以便將熱傳遞到或傳遞出柔性袋(未顯示)，柔性袋定位在器皿1003內(nèi)且承靠在器皿的內(nèi)部壁1050上。
[0078]器皿1003的底部1054包括部分1056，其典型地支承在磁性方面聯(lián)接到柔性袋內(nèi)的攪動(dòng)器上的外部磁性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0079]雖然本文描述和示出了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地想到各種其它手段和/或結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行功能和/或獲得結(jié)果和/或一個(gè)或多個(gè)本文描述的優(yōu)點(diǎn)，并且這樣的變型和/或修改中的各個(gè)看作處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域那些技術(shù)人員將容易地理解，本文描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)造是示例性的，并且實(shí)際參數(shù)、尺寸、材料或構(gòu)造將取決于使用本發(fā)明的教導(dǎo)的具體應(yīng)用。本領(lǐng)域那些技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到或能夠使用不超過(guò)常規(guī)試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)本文描述的本發(fā)明的具體實(shí)施例有許多等效方案。因此，要理解，前述實(shí)施例僅作為示例來(lái)提供，并且在所附權(quán)利要求和其等效方案的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以特別描述和要求的方式以外的方式實(shí)踐。本發(fā)明涉及本文描述的各個(gè)單獨(dú)的特征、系統(tǒng)、物品、材料、套件和/或方法，以及前述的任何組合。
[0080]如本文在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用，除非清楚地有相反指示，否則不定冠詞“一個(gè)”和“一種”應(yīng)當(dāng)理解為表示“至少一個(gè)”。在本說(shuō)明書(shū)的整個(gè)描述和權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”、“由…構(gòu)成”和它們的變型表示“包括但不限于”，并且它們不意圖(并且不會(huì))排除其它部分、添加物、構(gòu)件、整數(shù)或步驟。在本說(shuō)明書(shū)的整個(gè)描述和權(quán)利要求中，單數(shù)包含復(fù)數(shù)，除非上下文有其它需要。具體而言，在使用不定冠詞的情況下，說(shuō)明書(shū)要理解為構(gòu)想到復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文有其它需要。
[0081]還應(yīng)當(dāng)理解，除非清楚地有相反指示，否則在本文要求保護(hù)的包括不止一個(gè)步驟或動(dòng)作的任何方法中，方法的步驟或動(dòng)作的順序不必限于敘述方法的步驟或動(dòng)作的順序。
[0082]結(jié)合本發(fā)明的特定方面描述的特征組要理解為可應(yīng)用于本文描述的任何其它方面，除非與其不相容。說(shuō)明書(shū)和和權(quán)利要求、摘要和附圖中公開(kāi)的所有特征和/或公開(kāi)的任何方法或工藝的所有步驟可以任何組合結(jié)合，除非是其中至少一些這樣的特征或步驟相互排斥的組合。本發(fā)明不限于任何前述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。本發(fā)明延伸到說(shuō)明書(shū)(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的特征中的任何新穎的特征或任何新穎的組合，或公開(kāi)的任何方法或工藝的步驟中的任何新穎的步驟或任何新穎的組合。本文所述的所有公開(kāi)和參考文獻(xiàn)通過(guò)引用而明確地以其整體結(jié)合在本文中。
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換模塊，其用于具有一次性柔性容器的化學(xué)、藥物或生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，所述模塊包括: 本體，其具有構(gòu)造成接收所述一次性柔性容器的中心腔室，并且構(gòu)造成設(shè)置在反應(yīng)器器皿中，所述本體包括: 外表面，其構(gòu)造成與所述反應(yīng)器器皿的形狀相一致； 至少一個(gè)導(dǎo)熱表面，其適于接觸所述一次性反應(yīng)劑容器，以促進(jìn)熱傳遞；以及 至少一個(gè)整體式堅(jiān)固阻擋件，其形成進(jìn)入所述中心腔室中的突起， 其中，所述本體為伸長(zhǎng)的本體，其具有頂部端和底部端，并且適于插入所述反應(yīng)器器皿中，使得所述本體延伸所述反應(yīng)器器皿的頂部和底部之間的距離的至少大部分；以及 熱交換器，其設(shè)置在所述本體的外表面處，所述熱交換器包括流體循環(huán)路徑，熱交換流體可通過(guò)所述流體循環(huán)路徑圍繞所述本體的周邊循環(huán)且進(jìn)入和離開(kāi)所述至少一個(gè)堅(jiān)固阻擋件中的通道，使得當(dāng)所述柔性容器插入所述腔室中時(shí)，所述柔性容器內(nèi)的流體被所述熱交換流體加熱或冷卻，并且被所述至少一個(gè)堅(jiān)固阻擋件阻擋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換模塊，其特征在于，所述流體循環(huán)路徑包括: 伸長(zhǎng)的管或通道，其沿軸向定位在所述本體的外表面處且基本延伸所述本體的長(zhǎng)度，所述伸長(zhǎng)的管或通道構(gòu)造成將所述熱交換流體輸送通過(guò)所述伸長(zhǎng)的管或通道；以及 所述熱交換流體的流徑，其從所述伸長(zhǎng)的管或通道的底部處的開(kāi)口通到所述本體的頂部端處的出口或出口管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換模塊，其特征在于，所述本體構(gòu)造成延伸到與葉輪相對(duì)的位置，所述葉輪定位在所述一次性柔性容器的底部處或附近，而所述至少一個(gè)整體式堅(jiān)固阻擋件構(gòu)造成阻擋所述葉輪產(chǎn)生的剪切場(chǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換模塊,其特征在于,所述熱交換模塊整體地形成為所述反應(yīng)器器皿的一部分，并且其中所述至少一個(gè)堅(jiān)固阻擋件包括適于接觸所述一次性柔性容器和促進(jìn)熱傳遞的導(dǎo)熱表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換模塊，其特征在于,所述熱交換模塊整體地形成為所述反應(yīng)器器皿的一部分，并且所述流體循環(huán)路徑進(jìn)一步包括設(shè)置在所述反應(yīng)器器皿的壁內(nèi)的至少一個(gè)非線性通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換模塊，其特征在于，所述非線性通道進(jìn)一步包括螺旋、蛇形和迷宮狀通路中的至少一個(gè)，它們構(gòu)造成使所述導(dǎo)熱表面保持處于期望溫度。
7.一種選自柔性生物反應(yīng)器袋、柔性混合器袋和柔性管道的容器，所述容器包括至少一個(gè)雙壁部分，所述至少一個(gè)雙壁部分包括內(nèi)部和外部壁，以及導(dǎo)熱材料，所述導(dǎo)熱材料附連到所述內(nèi)部壁和所述外部壁中的至少一個(gè)的一部分上或嵌在其中。
8.一種選自生物反應(yīng)器壁、混合器壁和管道壁的柔性聚合物壁，所述柔性壁包括附連到所述柔性壁的一部分上或嵌在其中的導(dǎo)熱材料。
9.一種帶夾套的層疊阻擋件式生物反應(yīng)器罐包括: 外部圓柱形夾套；以及 圓柱形罐，其具有內(nèi)部罐表面和外部罐表面，所述內(nèi)部罐表面限定腔室，所述腔室構(gòu)造成支承設(shè)置在所述腔室內(nèi)的柔性袋，所述外部罐表面具有層疊阻擋件，所述層疊阻擋件構(gòu)造成圍繞整個(gè)所述外部罐表面引導(dǎo)熱交換流體，所述圓柱形罐沿軸向設(shè)置在所述外部圓柱形夾套內(nèi)， 其中，所述外部圓柱形夾套以足以阻止或最大程度地減少所述熱交換流體的損失的方式密封到所述圓柱形罐上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的帶夾套的層疊阻擋件式生物反應(yīng)器罐，其特征在于，所述外部圓柱形夾套和所述圓柱形罐中的至少一個(gè)包括導(dǎo)熱材料。
【文檔編號(hào)】C12M1/02GK104379721SQ201380013816
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月13日
【發(fā)明者】P.M.加利赫, T.埃爾登堡格, C.R.托黑, J.D.克羅威爾, R.L.達(dá)姆倫 申請(qǐng)人:通用電氣醫(yī)療集團(tuán)生物科學(xué)公司