[发明专利]单次使用的生物反应器容器的有成本效益的拉曼探针组件

说明书

用于把光学采样探针耦合到一次使用的生物反应器包袋中的端口以进行过程中监测的系统和方法。可重复使用部件和一次性部件的组合在降低成本的同时保持精确度。由所述反应容器的所述端口接收的具有整合窗口的一次性浸探头与具有聚焦透镜的可重复使用的光学部件耦合。在将所述光学部件放入所述浸探头之前，使用单独的焦点对准工具将所述透镜位置设置到精确的焦点。固定装置包括用于模拟浸探头部件中的窗口的窗口、具有已知光谱特征的靶和耦合到光谱分析仪的探针头部。相对于所述间隔件部件调整所述透镜的所述轴向位置，以使来自样品靶的所述光谱特征最大化，然后所述间隔件部件结合到所述透镜安装件上。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2017年1月4日提交的美国专利申请No.15/398,096并要求其优先权权益，其公开内容在此通过引用以其整合并入。

技术领域

本发明大体涉及拉曼光谱技术和生物反应器，具体地涉及一次性生物反应器容器的拉曼探针组件。

背景技术

单次使用的一次性生物反应器容器使用包袋而非更昂贵的可重复使用的培养容器。包袋本身通常由柔性塑料制成，但是取决于所分析的实验或反应过程，可以将包袋封装在诸如摇床(rocker)或长方体或圆柱形钢支撑件的结构中。商用单次使用的生物反应器已有十余年的历史，现在由数家制造者市售。这样的包袋通常包括一个或多个“端口”，使得包袋的内容物能够被采样和监测。

拉曼光谱技术已成为与原位过程分析结合使用的强大工具。现在，复杂的光纤光学器件耦合拉曼探针通常用于各种行业的过程采样，包括生物反应器应用。例如，通过可用端口来将拉曼探针耦合到生物反应器包袋是非常有利的，但是在探针的费用和复杂性与被设计成一次性的包袋组件之间存在折衷。当然，拉曼探针本身不能是一次性的。尽管如此，但是如果探针的某些部件未在端口内精确地对准，则不能实现反应批次和探针之间所需的精确度、可重复性和反应模型的可转移性。

已经有多个尝试来提供与生物反应器容器端口的一次性联接器，但是这些尝试不利于精确的拉曼采样。例如，美国专利No.8,008,065公开了一种端口和传感器组件，其适用于基于光纤的相位荧光计或拉曼测量系统。用作激发光源的光纤或光纤束通过箍套或其它合适的固位系统锚固到一次性插入壳体中。来自光纤或光纤束的发散光优选地使用透镜或透镜系统准直，使得准直光入射在荧光染料点上。荧光团吸收激发光并发出荧光信号，该荧光信号作用于收集系统，其通过相同的透镜以及光纤或光纤束被聚焦返回光电二极管。荧光染料点和光纤被安装在一次性壳体中，该一次性壳体插入附接在一次性生物反应器内衬上的端口中。

虽然刚刚描述的系统提供有限程度的荧光检测，但它不能满足先进拉曼采样探针所要求的严格聚焦要求。在多变的浑浊的样品介质——诸如生物反应中进行有效率且可重复的拉曼采样需要探针从一次性端口窗口以非常短的深度聚焦到浑浊样品中。焦点太深会对测得的拉曼光谱的强度和形状产生负面影响。

发明内容

本发明涉及用于将拉曼探针耦合到含有反应介质的生物反应器容器中的端口的系统和方法。本发明适用于包含细胞培养介质和/或液体形式的其它生物介质的柔性包袋形式的单次使用的生物反应器容器。这样的一次性包袋通常设有中空的管状端口，其适于附接到各种形式的仪器上。根据本发明，拉曼或其它聚焦探针头部被耦合到端口，以进行过程中监测。

新颖性在于可重复使用和一次性部件的独特组合，以在保持精确度的同时降低成本。通过本发明实现的方案使用相当高精度厚度的窗口，其被密封到相对便宜的一次性浸探头(barb)中，该一次性浸探头插入反应容器的端口中。浸探头耦合到光学部件，该光学部件包括一个或多个昂贵的聚焦透镜。为了将透镜组件的焦点精确地定位在反应介质中的窗口外的精确的预定深度，使用有创造性的端部光学硬件和组装/对准工具。