背景技术

通常执行过滤以分离、澄清、改性和/或浓缩流体溶液、混合物或悬浮液。在生物技术和制药行业，过滤对于新药、诊断和其他生物产品的成功生产、处理和测试至关重要。例如，在制造生物制品的过程中，使用动物细胞培养物，进行过滤以从培养介质中澄清、选择性去除某些成分和浓缩某些成分，或者在进一步处理之前对培养介质进行改性。过滤也可以用于通过在高细胞浓度下维持灌注培养来提高生产率。

已经对过滤化学、构造和使用模式进行了研发，以便于根据材料的化学和物理性质来分离材料。尽管过滤技术有了广泛的发展，但是过滤器通常受到其易于阻塞的限制。例如，当用于过滤培养的哺乳动物细胞的悬浮液时，它们容易被死细胞、细胞碎片、聚集体、纤维生物分子或在培养物的复杂“汤液”中发现的其他成分阻塞。在这方面，过滤的方法会对过滤效率和隔膜的寿命产生深远的影响。在一种通常称为“死端”过滤的过滤过程中，整个流体垂直于隔膜表面穿过该隔膜。碎片迅速聚集在表面处，导致隔膜迅速堵塞。通常，使用死端过滤的应用涉及小样本。该工艺简单且相对便宜。另一种通常被称为切向流过滤(也称为TFF)的过滤过程提供了对死端过滤的改进。在TFF中，待过滤的流体通过泵再循环，通常从贮液器通过过滤器并返回贮液器。通过过滤器的流动平行于过滤器的表面。通过循环流体的“冲刷”作用有效地清除碎屑的任何积聚；然而，其限制之一是倾向于在过滤器表面上形成凝胶状沉积物，这可能会限制过滤器的有效性并最终阻塞它。另一种被称为交替切向流过滤(ATF)的过程提供了又一种过滤的模式。ATF与TFF相似，它产生平行于过滤隔膜表面的流动模式；然而，它与TFF的不同之处在于，流动的方向在过滤器表面上反复交替或反转。Shevitz的美国专利No.6,544,424(其全部内容并入本文)中描述的交替切向流过滤系统包括过滤器元件(通常是中空纤维筒)，其在一个端部连接到包含待过滤内容物的贮液器并且在另一端部处连接到隔膜泵，该隔膜泵能够接收并可逆地排出未过滤液体，所述未过滤液体在贮液器和泵之间可逆地流动通过过滤器元件。所述系统示出了维持过滤的复杂混合物的能力，所述复杂混合物包括细胞培养介质，即使该介质担负有高细胞浓度和其他细胞产物。然而，该系统的应用范围有限。

存在适用于对各种应用中的介质进行大规模过滤的各种各样的过滤系统。然而，这种系统需要正压和负压供应。正压和负压可以由设施提供，在该设施中，正压和负压被其他用户共享，并且由于距离压力源的距离而导致一致性上的变化。正压和负压也可以由发生器提供，在实验室环境中，发生器可能是吵闹且突兀的。目前的系统不能精确地调节正气流和负气流之间过渡的持续时间或气流的量。此外，目前的系统通常涉及复杂组件中的许多部件，这很难维护。另一方面，本公开的实施例允许精确控制所述过渡的持续时间和量，如下面更详细描述的。