[发明专利]液体过滤和泵系统

说明书

本发明的液体过滤系统包括：注射泵，其包括气体腔室和可移动柱塞，其中所述气体腔室在第一端具有孔，并且所述柱塞在所述腔室的内壁内形成密封；液体腔室，其具有两个开口，所述开口位于所述腔室的相对端，并且第一开口连接至所述气体腔室的所述孔；生物反应器，其与所述液体腔室的第二开口流体连通；过滤器，其被布置成过滤在所述生物反应器与所述液体腔室之间通过的液体，所述过滤器包括用于移出经过滤的液体的渗透物出口；其中，在使用中，所述柱塞可以以引起气体的相应运动的往复运动来移动，所述气体的相应运动在所述液体腔室与所述生物反应器之间交替地驱动液体，使得液体通过所述过滤器，并且经过滤的液体可以经由所述渗透物出口移出。

发明领域

本发明涉及用于过滤液体的液体过滤系统，所述液体例如是容纳于生物反应器内的细胞培养物。

发明背景

用于过滤液体的系统在本领域中是众所周知的，其中它们采用具有分离，浓缩或去除液体、混合物或悬浮液的组成元素的典型功能的许多不同形式。此类系统应用于生物技术和制药工业中以提取某些生物产物，例如在生物反应器内使用细胞培养物产生的蛋白质。

在传统的分批进料生物反应器系统中，细胞分批培养，由此细胞接种至新鲜培养基中，并且细胞迅速进入生长期，在此生长期期间它们消耗培养基营养物质并且除了所分泌的目的蛋白质之外，废物积累于培养物中。在一段时间之后，细胞过渡至稳定期，随后由于细胞培养物耗尽进入衰退期。在运行结束时，将蛋白质作为一个批次从细胞培养物中分离。此类系统的问题，尤其是在通常具有较低生产率的动物细胞培养物的情况下，在于可以实现的目的生物产物的有限的产率。

灌注生物反应器是已知的可替代系统，其中细胞保持在培养物中同时补充培养基，从而使得在较长的时间段内维持高的细胞浓度，提供较高产率的所需生物产物。为了维持稳定的细胞培养条件，需要过滤以用于细胞培养基的某些成分的净化、选择性去除和浓缩，使得可以用新鲜培养基补充细胞培养物并且可以去除用过的培养基。

灌注生物反应器中采用的典型过滤系统利用泵，其通过过滤器将细胞培养液从生物反应器中移出，其中包括废物或目标产物的滤液从系统中移出，并且包括活细胞的滞留物返回至生物反应器。然后可以通过单独的系统补充培养基营养物以将细胞培养物维持在稳定的平衡状态。此类现有技术装置通常采用切向流过滤，其中大部分进料流切向地穿过过滤器的表面。这种系统提供了一种温和的过滤方法，该方法不会使脆弱的动物细胞受到可能损害细胞的很大的力。此外，液体穿过过滤器的切向流动确保过滤器中的可能导致堵塞的沉积物在过滤过程中被冲走，增加了过滤系统可持续运行的时间长度。此类系统可以布置成使得液体的流动在围绕回路的一个方向上，从生物反应器循环通过过滤器并返回至生物反应器(其将称为通用术语“切向流过滤”或TFF)。或者可以使用这样的布置，其中仅使用生物反应器与过滤器之间的单一连接并且流动方向交替，使得液体从生物反应器行进至过滤器并沿着相同的线路返回到生物反应器(称为“交替切向流过滤”或ATF)。

在现有技术系统中使用一系列泵来执行细胞灌注。通常基于ATF的工艺使用隔膜泵，而TFF工艺可以使用蠕动泵、多室隔膜式泵或具有叶轮的泵，其在需要一次性使用的细胞接触部件的情况下被磁性驱动。然而，此类现有技术灌注泵存在许多问题。

使用一次性使用的生物反应器变得越来越普遍，避免了在运行之间清洁反应器和传感器的需要，从而提供较高的生产量。然而，上面列出的现有技术泵通常采用与细胞培养物接触的运动部件，以提供必要的力使液体在系统周围移动。因此，泵需要在运行之间彻底清洁以确保不存在可能导致运行不得不中止的系统污染。类似地，运动部件的任何故障或破损，例如由于磨损，将导致泵和细胞培养物的污染，导致在清洁组件时相当长的停机时间。

此外，用于工艺开发的高生产量系统通常使用较小的生物反应器，其限制了在这种物理约束环境中使用的泵的尺寸。因此，许多上述现有技术泵由于太大而不合适，并且不可能将它们缩放到合适的尺寸或者不能与此类小系统中所需的相对低的流速兼容。