[发明专利]用于流体的切向流过滤的设备和方法

说明书

提出流体的切向流过滤的设备，包括过滤单元，其具有流体的第一流体开口和第二流体开口以及过滤元件和用于排出从流体中过滤出的渗透物的渗透物开口，其中设备还包括第一流体开口通过其可连接到用于流体的贮液器的第一流连接部和第二流体开口通过其可连接到用于流体的贮液器的第二流连接部，其中在第一流连接部设置第一离心泵，流体通过其可从贮液器输送到过滤单元，其中设置第一控制单元用于致动第一离心泵，其中过滤单元设计成使得用于过滤单元中的切向流过滤的流体可基本平行过滤元件流动。在第二流连接部设置流体的第二离心泵，利用其可在第二流体开口处产生反压力，其中，设置用于致动第二离心泵的第二控制单元。此外，提出切向流过滤的方法。

技术领域

本发明涉及根据相应类别的独立权利要求的前序部分的用于流体的切向流过滤的设备和方法。本发明还涉及用于这种设备的一组一次性使用部件。

背景技术

切向流过滤（也称为交叉流过滤）是一种众所周知的过滤流体的方法，其在例如生物技术和化学工业以及食品和制药工业中被使用。在切向流过滤中，待过滤的流体（例如悬浮液）以不是零的流速平行于过滤元件（例如过滤膜）被引导，并且，也称为滤液的渗透物横向于流动方向被去除。应尽可能避免由于相对高的流速而使滤饼或覆盖层在过滤元件上积累。

切向流过滤通常是作为批处理而进行的，其中，待过滤的流体（例如悬浮液）是从贮液器中取出的，借助于输送泵输送通过其中设置有过滤元件的过滤单元，然后从过滤单元引导回贮液器。在过滤单元中横向于流动方向穿过过滤元件的渗透物通过渗透物开口被排出或去除。通常选择柔性管或柔性管连接来用于贮液器和过滤单元之间的流连接。

在这种处理中，切向流过滤可用于使例如悬浮液的流体浓缩，这是通过循环悬浮液若干次并在每种情况下过滤出在每种情况下作为渗透物去除的例如水或营养溶液的液体成分，使得贮液器中的悬浮液变得越来越浓缩。然而，也可以通过切向流过滤去除待回收的物质，例如作为渗透物的蛋白质。

具体讲，还已知在连续处理和批处理中，例如在用于培养细胞或其他生物材料的处理中，与生物反应器组合地使用切向流过滤。例如，已知利用生物反应器的灌注方法被用于连续培养细胞，由此，例如通过切向流过滤分离出细胞的代谢产物，并将细胞引导回生物反应器。例如，可以将细胞的营养液连续地馈送到生物反应器中，从而替换滤出的成分的质量或体积。具体讲，对于灌注生物反应器中的这种应用，目前有将设备的组件设计为一次性使用部件以避免或减少到最小耗时的灭菌过程的增加的趋势。

显著影响切向流过滤效率的一个参数是跨过滤元件的压降，渗透物通过该压降移动通过该过滤元件。通常用作该参数的量度的变量是跨膜压力（TMP），其被定义为跨过滤元件的压降的算术平均值。如果我们用P1表示过滤元件入口处的流体压力，用P2表示过滤元件出口处的压力，用P3表示渗透物开口处的压力，则跨膜压力TMP定义为：

TMP=（P1+P2）/2-P3

跨膜压力也称为跨膜压差。为了增加通过过滤元件的渗透物的流量，已知的措施是增加过滤单元下游的流体的流阻，由此增加过滤元件的出口处的压力P2。因此，导致跨膜压力TMP增加，由此渗透流量增大。

通常，过滤单元下游的流阻以及因此在过滤元件出口处的压力P2是通过流体的自由流横截面的变窄来实现的。已知通过使用比例阀或（管）节流阀来实现这种变窄。然而，这种技术具有较大的缺点。

由于节流阀的位置和跨膜压力之间的关系是高度非线性的，即使在输送泵的恒定输送下，也仅能通过长时间调节节流阀来调节期望的跨膜压力。此外，对于节流阀的调节来说只有非常窄的范围，在该范围内，至少近似地调节期望的跨膜压力是完全可靠地可能的。在已知的节流阀的情况下，该范围可以例如对应于明显小于一毫米的节流设备的行程。

由于节流阀中的流横截面变窄，因此会产生非常高的剪切力，这会对流体具有破坏性影响，例如对颗粒、细胞或大分子（例如包含在悬浮液中的蛋白质）具有破坏性影响。因此，在流体中或在流体的成分中可能会发生不期望的降解。具体讲，这些高剪切力也是由流横截面的减小所导致的高流速引起的。