[发明专利]自主过滤器元件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张2009年2月13日提交的美国临时专利申请序列号61/152,329和2009年9月10日提交的美国临时专利申请序列号61/241,053的优先权，上述申请所公开的内容在此以整体引入作为参考。

技术领域

本发明涉及自主过滤器元件。

背景技术

过滤器已被广泛应用，从去除红酒中的结晶，到去除饮用水和电机油中的杂质，到从生物反应器，发酵罐或其它化学过程中去除颗粒物。

用于这些应用中的每一种应用中的过滤器都会有与其用途相关的问题。在一些情况下，这些问题可能是针对由其特定用途的。例如，一定数目的容器，包括但不限于制药容器，例如生物反应器和缓冲罐，需要能够将其内部的气体排到外部环境中、或是从容器外部获取新鲜气体。为达到这一目的并保持无菌状态，通常容器上具有一个无菌通风过滤器。在一些情况下，在反应中产生的过量的气体，例如二氧化碳或是水蒸汽，必须要从容器中排出。在另一些情况下，喷射或是填充气体，诸如氧气或空气，被有意地添加入到容器中。

这些通风过滤器特有的一个问题是维持一种令人满意的气体流动。常见的问题是容器内的物料，通常是水蒸汽，可能易于凝结，因为在大部分应用中，操作过程中的气体温度高于环境温度(例如对于生物反应器而言通常为35℃，而对于WFI槽而言通常为80℃)。如果这种物料凝结在通风过滤器上，将会因堵塞过滤器的孔而限制容器与外部环境之间的气体流动，由此减少其用于气体输送的有效表面积。

另外，生物制造过程中产生的天然起泡会积聚在过滤器上并限制空气传输。这些泡沫通常通过以下几种方法之一来控制。首先，可以向容器中加入抗起泡剂(anti-foaming agent)以减少表面张力从而不会产生泡沫。可选择的另一种方法就是，可以将容器或过滤器壳体设计成能够在泡沫上移到过滤器膜之前破坏泡沫的形成。这些手段均增加了通风过滤器和反应过程设计的复杂性。

为了消除这些现象，通风过滤器通常由能够防止过滤器孔结构内发生凝结的疏水性膜制成。然而，尽管使用了疏水性膜，可知的是，通风过滤器元件上仍然会发生凝结或堵塞。一种可能解决这一问题的方案是使用额外的加热元件，其用来提升过滤器元件的温度，由此减少在该元件上的凝结。

这些外部加热元件通常在过滤器已安装之后再实施，并且可能遇到几种失效模式。在一些情况下，外部加热元件上的温度传感器会失效，导致过滤器过热，并潜在地危及过滤器的完整性。在另一些情况下，传感器失效会导致加热器不工作，不能实现所需的功能。在另一些情况下，加热元件只能监测过滤器元件周围不锈钢壳体的热度。因此，通过过滤器的气流的变化影响到过滤器的温度，但气流的变化不能通过外部加热元件来测量或检测。根据过滤器中流体的流率，这可能会导致缺少足够的热量或是加热过度。

另一种情况是，在大型容器中，通风过滤器可以在物理上是远离操作人员的，例如在建筑物的不同楼层上，且由此操作人员不能容易地对过滤器进行检查。因此，完整性或流率的问题在它们通过当前常用手段加以检测到之前会持续一段时间。

其它的过滤器应用可能存在其它的特有的问题。例如，切向流过滤器(TFF过滤器)可能会被其过滤的蛋白质堵塞。保持适当的背压能够有助于减缓这一问题。

除在应用中的特殊问题之外，全部的过滤器都存在共有的问题。例如，所有的应用都存在完整性的问题。过滤器膜的细小破口会导致颗粒物通过过滤器。这样的破口就其应用而言可能是灾难性的。例如，如果该过滤器是用于确保无菌接口或边界，则这样的破口是无法接受的。

第二种共有的问题是由于过量的颗粒物被过滤器膜捕获而导致的流率降低。这一问题使得许多过滤器供应商建议定期更换过滤器。例如，汽车的油过滤器应当按照使用时间或使用里程决定的间隔进行更换。类似地，冰箱的水过滤器也具有按照使用的月数或过滤水的加仑数而计的一个寿命周期。

今天，大部分的过滤器具有两种操作模式。第一种模式是正常操作模式。在该模式下，过滤器正常操作，按预期地去除目标颗粒物。在许多具体实施方式中，这是过滤器的缺省操作，无需其它来确保过滤器保持在这一模式。然而，在一些应用中，可能必需执行额外的维护措施来确保过滤器保持在操作模式。例如，可能必需对过滤器元件加热以确保被过滤的流体保持在一个特定状态(例如液态或气态)，正如上文中关于通风过滤器所述的那样。