具体实施方式

在下面的详细描述中，参考形成本公开的一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的符号通常标识相似的部件。在详细描述，附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。详细描述意在作为示例性实施例的描述，而不意在代表可以实践的仅有的实施例。如本文中所使用的，术语“示例性”是指“用作示例，实例或说明”，并且不必一定被解释为比其他实施例优选或有利。在不脱离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如本文一般描述和附图所示，本公开的各个方面可以以各种不同的配置进行布置，替换，组合和设计，所有这些均被明确地构想并形成本公开的一部分。

本文所述的实施方案通常涉及用于由干成分制备溶液的装置/设备，系统和方法的过滤和/或灭菌部件，例如，由干粉状细胞培养基中的细胞培养培养基或干粉缓冲剂中的缓冲溶液。所提供的实施方案中的一个或多个可以克服本领域在重构溶液方面，特别是在以干形式重构细胞培养基，包括干粉培养基方面存在的一种或多种缺点，局限性或不足。例如，在本文描述的一些实施例中，部件可以促进从用于重构粉末的设备中排出诸如空气的气体，使得重构更有效地进行并产生一种溶液，例如，该溶液不含不需要的泡沫或捕获的气体，例如空气。

本公开在从粉末状细胞培养基制备液体细胞培养基的上下文中参考本文描述的系统和方法。但是，应当理解，本文所述的系统和方法可以适于制备其他类型的溶液。例如，本文描述的系统和方法可以用于制备用于色谱法和生物制药原料药物质的下游处理的缓冲液。作为另一个示例，本文描述的系统和方法可以用于制备各种“生物过程溶液”，或在使用活细胞或其组分以获得所需产物的过程中使用的溶液。此外，可以预期的是，本文所述的系统和方法可以适用于许多更广泛的商业或工业应用。例如，许多液体药物在医院药房中以一定的频率和数量制备。盐溶液，营养制剂，显像剂，染料，灭菌溶液和麻醉剂被重新制成液体。附加的替代应用包括但不限于农药，肥料的制备，以及通常由粉末制成的各种饮料(例如，牛奶，冰茶等)中的任何一种，所有这些都可以使用本文描述的系统和方法的实施例来重构。在这方面，可以使用本系统和方法重构的干成分不限于粉末状细胞培养基，并且可以包括干粉培养基，干缓冲粉，粒状培养基，干盐，干化学药品，干组分，干物质，和无水成分。

图1是混合设备10的一个实施例的整体系统图。优选地，混合设备10由适合于细胞培养环境的材料制成，例如无毒，不会污染介质的医用级塑料或其他无毒材料。混合设备10包括第一混合室12，第二混合室14和通过各种长度的管道18(例如，挠性软管)连接在一起的过滤器单元16。管道还包括设置在其中的各种阀20，以选择性地允许(例如，当阀处于打开位置时)和停止(例如，当阀处于关闭位置时)通过阀的流体流动。在示例性实施例中，阀是夹管阀，尽管在其他实施例中，阀可以是或包括其他类型的阀，例如球阀。在各种实施例中，混合设备10被设计用于将粉末状细胞培养基重构为液体培养基。例如，混合设备10可以是一次性使用的设备，其中预先包装有必要的培养基组分(例如粉末状细胞培养基，碳酸氢钠等)。然而，本领域技术人员将理解，混合设备10还可以用于重构其他形式的未溶解的细胞培养基(例如，粒化的细胞培养基)，从干燥形式制备生物过程缓冲液，或更一般地从粉末重构液体。

首先，在各种实施例中，第一混合室12容纳要被重构为液体介质的干粉介质。例如，第一混合室12可以设置有预定量的干粉介质。在一些实施例中，第一混合室12可以预先包装有已经在其中的预定量的干粉介质。附加地，在各种实施例中，第一混合室12被设计成促进介质与纯净水和/或与其他粉末或液体，例如溶解的碳酸氢钠或补充剂的混合。例如，第一混合室12可包括分别连接至第一混合腔室12的顶端和/或底端的顶部和/或底部锥体，以便于在流体进入第一混合室12时促进涡旋运动的产生。涡旋运动有助于促进干粉介质，纯净水，溶解的碳酸氢钠，补充剂等的混合。在2016年3月31日提交的标题为“Media MixingChamber”的美国专利申请No.15/087,826中描述了第一混合室12的各种构造和实施例，在此通过引用将其整体并入本文。

第一混合室12还包括各种端口，诸如顶部端口，上部端口和下部端口，流体可由此流入和流出第一混合室12。在示例性实施例中，端口中的至少一些可定位在第一混合室12上，使得流体以与第一混合室的内壁基本相切的角度进入第一混合室12，这可以进一步促进第一混合室中各种介质组分的混合。附加地，第一混合腔室12经由至少一些端口与管道18连接到各种入口22，这些入口又可以连接到用于重构过程的各种流体源，诸如水，细胞培养基的补充剂和压缩空气，一旦重构过程完成就将从设备10中冲洗掉剩余的培养基。

在各种实施方案中，第二混合室14包含细胞培养基的添加剂。在示例性实施例中，第二混合室14容纳碳酸氢钠粉末，并且第二混合室14被设计为促进碳酸氢钠与纯净水的混合。附加地，第二混合室14可以在其中预先包装有预定量的碳酸氢钠。在一些实施例中，第二混合室14被配置为类似于第一混合室12(例如，包括分别联接至第二混合室14的顶端和/或底端的顶部和/或底部锥体，以当流体进入第二混合室14时促进产生涡旋运动)。在其他实施例中，第二混合室14配置为与第一混合室12不同。第二混合室14的各种构造和实施例也在2016年3月31日提交的标题为“Media Mixing Chamber”的美国专利申请15/087,826中描述，如上所述，其全部内容并入本文。

类似于第一混合室12，第二混合室14包括各种端口，例如顶部端口和下部端口，流体可由此流入和流出第二混合室。附加地，端口中的至少一些也可以定位在第二混合室14上，使得流体以相对于混合室的内壁大致切线的角度进入第二混合室14。第二混合室14还经由至少一些具有管道18的端口连接到各种入口22，例如连接到水源的入口。而且，如图1所示，第一混合室12和第二混合室14可通过它们各自的具有管道18的端口彼此连接。

设备10还包括位于设备10的出口24之前的过滤器单元16。过滤器单元16被配置为过滤流入过滤器单元16的重构溶液。例如，在图1所示的实施例中，流体可以从第一混合室12和/或水源流入过滤器单元16。过滤器单元16可以进一步被配置为对流入过滤器单元16的溶液进行消毒。附加地，如下面进一步详细描述的，过滤器配置为从溶液中去除空气或其他气体。一旦重构的溶液已经由过滤器单元16过滤和/或消毒，则溶液经由出口24流出设备10，并且例如被引导到消毒存储容器中。

附加地，在各种实施例中，混合设备10可以包括用于在混合设备10中进行测量的各种传感器。这些传感器可以包括例如压力传感器(例如，用于检测设备10内的水压)，电导率传感器(例如，用于检测设备10内溶液的电导率，从而检测溶液的浓度)，累积体积传感器，例如旋转流量计(例如，用于检测混合过程中消耗的流体的体积和流速)，pH传感器(例如，用于检测设备10中溶液的pH)，粘度计(例如，用于测量设备10中的流体的粘度)等等。例如，在图1的实施例中，设备10包括如管道18中所示定位的传感器26。这些传感器26可以包括：配置为测量流入过滤器单元16的流体的压力的加压传感器(例如，以确保过滤器单元16的背压不会变得太高)；电导率传感器，其配置为测量流入过滤器单元16的溶液的电导率，从而间接测量流入过滤器单元16并最终流出设备10的溶液的浓度；以及体积传感器，其被配置为测量混合过程中消耗的水的体积和流速。

在各种实施例中，粉末状介质也通过自动化方法在混合设备10中混合成液体介质。例如，计算系统可以控制阀的打开和关闭以及自动化方法期间使用的流体源(例如，水源，压缩空气源，补充源)，以控制粉末状介质的混合。该计算系统可以响应于各种触发器来打开和/或关闭阀和组分源。例如，计算系统可以从混合设备10接收与混合过程有关的测量结果(例如，从压力传感器，电导率传感器和体积传感器获得)。然后，响应于接收到某些水平，低于或高于某些水平，在某些范围内等的测量，计算系统可以打开和/或关闭阀和/或流体源。作为另一个示例，计算系统可以响应于一定量的经过时间来打开和/或关闭阀和/或流体源。

使用混合设备10通过自动化方法从干粉状介质制备液体介质是对当前领域的改进，因为它允许容易且有效的液体介质制备。附加地，具有控制该自动化方法的编程逻辑(例如，由执行存储在非暂时性机器可读介质上作为计算系统的一部分的指令的处理电路来实现)，使得从干粉状介质制备液体介质可重复且一致。关于混合设备10的各种构造和实施例以及与混合设备10一起使用的自动化方法的附加细节，在2018年6月25日提交的标题为“Automated Method and Apparatus for Preparing Bioprocess Solutions”的美国专利申请16/017,014中进行了描述，在此全文引入本文。

在封闭或基本封闭的系统(例如，混合设备10)中水合和过滤粉末，例如粉末状细胞培养基，需要排出气体，例如空气。空气在正常操作压力下不会通过典型的用于消毒过滤水性液体的消毒过滤器(例如，过滤器单元16)的亲水性隔膜。如果没有通过排气除去空气，则过滤器流量将减少，并最终停止，因为空气将水性液体排到了过滤器的上游侧。附加地，亲水膜的干燥区域将不允许水性液体通过。

这样，为了允许液体有效地流过混合设备，该设备的过滤器需要排气口。但是，排气口必须对外部空气具有选择性的渗透性，而对于内部微生物则不能具有选择性的渗透性，这可能会污染设备中的溶液并损害密闭系统。附加地，排气口应防止排出混合设备中混合的水性液体。

在这种情况下，已确定采用具有足够小孔(例如，0.2μm或更小)的半渗透性疏水膜可以选择性地允许空气或其他气体排出，并防止进入的微生物污染和水性液体的排出，只要膜基本上是干燥的并且没有泡沫。但是，粉末(例如，粉末状细胞培养基)的水合会产生液体和空气的混合物，该混合物会产生非常小的气泡和泡沫(例如，包含捕获的空气的溶液液体)，从而阻止空气通过疏水膜排出。泡沫和气泡会润湿膜，而疏水膜的润湿区域将不允许空气通过。排气流速的降低引起系统中空气的积聚，如上所述，该空气积聚将水性液体置换在亲水性过滤器的上游侧，并最终降低了水性液体滤液的流速。这样，进一步确定了通过在疏水性排气过滤器的紧邻上游采用消泡装置可以维持足够的排气。通过帮助破裂小气泡和泡沫，该装置有效地使水性液体与空气分离，并可以防止疏水性排气过滤器弄湿。

图2是结合了这些有利特征的过滤器单元16的详细视图。在各种实施例中，过滤器单元16包括亲水性过滤器100，消泡装置102和疏水性排气过滤器104。亲水性过滤器100是消毒过滤器，并且包括用于对进入的溶液进行消毒的膜。在一些实施例中，亲水性过滤器100包括中空的柱形过滤器元件100b(在图2中未示出)。图3和图4的横截面图描绘了柱形过滤器元件100b，其包括打褶的膜100c(例如，在过滤器元件的外表面处)。如图5所示，亲水性过滤器100包括柱形过滤器元件100b，该柱形过滤器元件100b装配到柱形过滤器容器100a中，使得在过滤器元件100b和过滤器容器100a之间存在空间。柱形过滤器元件100b包括对进入亲水性过滤器100的溶液进行消毒的膜100c。例如，进入亲水性过滤器100的水性液体以5-15L/min的速度通过柱形过滤器元件100b的该膜100c。因此，在各种实施方式中，溶液经由入口106进入亲水性过滤器100，进入过滤器容器100a和过滤器元件100b之间的空间，通过穿过过滤器元件100b的膜100c进入过滤器元件100b的中空中心而被消毒，并经由出口108从亲水性过滤器100排放。在各种实施例中，亲水性过滤器元件100b至少部分地由诸如聚醚砜(“PES”)之类的亲水性材料构成。

再次参考图2，消泡装置102包含消泡物质110，该消泡物质110被配置为使溶液中的小气泡和泡沫破裂以释放被困在其中的空气。例如，在一些实施例中，消泡物质可以是钢丝绒或不锈钢屑。因此，消泡装置102被配置为从亲水性过滤器100接收至少一些溶液，包括与溶液混合的任何泡沫和空气，并且破碎溶液中的气泡和泡沫以从溶液中释放空气。作为说明，消泡物质110可以被配置为通过流动溶液的动力和消泡物质110的结构的组合来使气泡和泡沫破裂。

疏水性排气过滤器104被配置为从设备10中混合的溶液中排出空气或其他气体。例如，在一些实施例中，疏水性排气过滤器104在混合过程中可以排出多达50L的空气。如图5所示，在一些实施例中，疏水性排气过滤器104包括装配到柱形过滤器容器104a的柱形过滤器元件104b(包括在过滤器元件104b的外表面上的膜，类似于过滤器元件100b和膜100c)。因此，在各种实施方式中，来自亲水性过滤器100的空气(以及偶然被推入或喷射到疏水性排气过滤器104中的任何溶液)进入疏水性排气过滤器104，进入过滤器容器104a与过滤器元件104b之间的空间。空气然后流过过滤器元件104b的膜进入过滤器元件104b内部的中空中心，然后通过位于疏水性排气过滤器104(例如，作为过滤器容器104a的一部分并入)顶部的排气口112从疏水性排气过滤器104、从而从设备10流出。附加地，膜104c将过滤器单元16的内部与过滤器单元16的外部分离，使得例如微生物和不需要的颗粒不会进入设备10，并且不会损害设备10的封闭系统。在各种实施例中，疏水性排气过滤器元件104b至少部分地由诸如聚四氟乙烯(“PTFE”)或聚偏二氟乙烯(“PVDF”)之类的疏水性材料构成。

图5示出了通过过滤器单元16的溶液和空气的流动。在图5的实施例中，由实心箭头200示出了未消毒溶液的流动，由虚线箭头202示出了空气或其他气体的流动，并且虚线箭头204示出了消毒溶液的流动。附加地，图5示出了用于亲水性过滤器100和疏水性排气过滤器104中的每一个的过滤器容器100a，104a和过滤器元件100b，104b。如图所示，亲水性过滤器100包括亲水性过滤器容器100a和亲水性过滤器元件100b，疏水性排气过滤器104包括疏水性过滤器容器104a和疏水性过滤器元件104b。

如图5所示，未消毒溶液200和空气或其他气体202通过入口106进入亲水性过滤器100。未消毒溶液200填充了亲水性过滤器容器100a和亲水性过滤器元件100b之间的空间。未消毒溶液200穿过亲水性过滤器元件100b的膜100c(例如，以5-15L/min的速率)，从而被消毒，并进入亲水性过滤器元件100b内的中空中心。然后通过流过出口108(例如，联接至亲水性过滤器容器100a上的出口，通过该出口将消毒溶液204从亲水性过滤器100排放)，消毒溶液204从过滤器单元16排放。然后可以将消毒滤液204收集在消毒容器中，并且例如用作生物过程的一部分。

附加地，未消毒溶液200和任何空气或其他气体202可以从亲水性过滤器100流入消泡装置102中。例如，实际上，空气和任何气泡或泡沫可以从亲水性过滤器中的未消毒溶液200中上升到消泡装置102中。消泡装置102中的消泡物质110使溶液中的气泡和泡沫破裂，从而释放捕获在其中的空气202，并使未消毒溶液流回到亲水性过滤器100中。

然后，空气或其他气体202流入疏水性排气过滤器104中(例如，连同也被推入或喷射到疏水性排气过滤器104中的少量未消毒溶液一起)。如图5所示，空气202流入疏水过滤器容器104a与疏水过滤器元件104b之间的空间。空气流过疏水性过滤器元件104b的膜104c进入疏水性过滤器元件104b的中空中心。疏水性过滤器元件104b的膜(例如，0.2μm的屏障)防止细菌和其他微生物进入设备10。然后，空气从疏水性过滤器元件104b的中心流出并通过排气口112，从而离开设备10。

以此方式，过滤器单元16能够从混合溶液中分离并排出空气，以及对溶液进行消毒，同时保持混合设备10的封闭系统。由亲水性过滤器100，消泡装置102和疏水性排气过滤器104构成的过滤器单元16因此提供了上面讨论的技术优点。另外，在一些实施例中，过滤器单元16的上述构造代表了在混合过程期间用于溶液消毒和空气排出的不寻常的方法，因为许多疏水性过滤器可能被推荐仅用于在干燥条件下的性能。例如，尽管可以对疏水过滤器进行测试以测量水的最小“穿透压力”，但建议不要将许多疏水过滤器弄湿，因为水分可能会影响疏水过滤器的性能。相比之下，在上述过滤器单元16中，虽然疏水性排气过滤器104并未直接配置为接收未消毒溶液的流量，但疏水性排气过滤器104仍可接触来自消泡装置102的一些未消毒溶液(例如，因为未消毒溶液的流动的动力将未消毒溶液喷洒到疏水性排气过滤器104中)。这样，过滤器单元16的上述构造在过滤系统中可能是不寻常的。然而，如上所述，这种构造可以允许设备10有效地排出空气，以及从混合溶液中分离出所捕获的空气，同时将溶液保持在设备10内部并保持封闭的系统。因此，该配置对于设备10的许多应用可能是有利的。

可替代地，在一些实施例中，过滤器单元16可以不包括消泡装置102。相反，亲水性过滤器100可以直接连接至疏水性排气过滤器104(未示出)。在这样的实施例中，未消毒溶液更可能喷洒或流入疏水性排气过滤器104中，因此增加了使用这种配置的意外性。但是，这种配置可以使溶液得到有效的消毒和排气，例如，在起泡不太重要或问题较少的情况下。

还应当理解，在一些实施方式中，过滤器单元16可以以不同于图2和图3所示的过滤器单元16的其他构造来布置。例如，在一些实施方式中，不需要对在设备10中混合的溶液进行消毒。这样，过滤器单元16可包括消泡装置102和疏水性排气过滤器104，但不包括亲水性过滤器100。可替代地，在其他实施例中，过滤器单元16可以包括不同的或附加的部件，例如多个排气口。可替代地，应当理解，在其他实施例中，设备10可以与图1所示的设备10不同地配置。例如，在一些实施例中，过滤器单元16可以位于设备10的不同区段中。

此外，尽管参照粉状细胞培养基的重构描述了上述实施例，但是应当理解，混合设备10和过滤器单元16的实施例可以与自动化方法实施例一起使用，以将各种干燥成分重新制成液体，例如将各种生物过程粉末重新配制成生物过程溶液。进一步考虑使用的液体溶剂可以是水，醇或其他有机物。溶解度特性，要使用的溶剂，所需的量以及溶剂与重构的化学药品之间的化学相互作用将用于为混合设备10和/或过滤器单元16的构造以及用于使用设备10重构粉末的任何自动化方法提供指导。

过滤器单元16可以包括尼龙或醋酸纤维素。附加地，对于介质产品，在过滤器单元16中使用的一个或多个膜可以是0.2μm的过滤器，尽管可以想到对于某些功能可以选择其他过滤器尺寸。例如，电泳缓冲液的制备需要清洁的溶液，但不一定要使用消毒溶液，并且0.45μm的过滤器就足够了。同样，制备更粘稠的溶液可能需要更大的孔径。简而言之，过滤器单元16中使用的膜可以具有任何期望的尺寸，体积，孔径等。

本领域技术人员将认识到，在不脱离所描述技术的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。这样的修改和改变旨在落入如所附权利要求所限定的实施例的范围内。本领域技术人员还将意识到，一个实施例中包括的部件可以与其他实施例互换。所描绘的实施例的一个或多个部分可以以任何组合与其他所描绘的实施例一起包括。例如，在此描述和/或在附图中描绘的各种部件中的任何部件可以被组合，互换或从其他实施例中排除。

已经参考附图描述了本文的实施例。附图示出了实现本文描述的系统和方法的特定实施例的某些细节。然而，用附图描述实施例不应被解释为对本公开施加可能存在于附图中的任何限制。

关于本文中任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据情况和/或应用将复数转换为单数和/或将单数转换为复数。为了清楚起见，可以在本文中明确地陈述各种单数/复数置换。

本领域技术人员将理解，一般而言，本文中，尤其是所附权利要求书中使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”术语“包含”和“具有”应分别解释为“至少包含”和“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解，如果打算引入特定数量的引入的权利要求叙述，则将在权利要求中明确地陈述这种意图，并且在没有这种陈述的情况下，不存在这种意图。例如，为了帮助理解，下面的所附权利要求可以包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求的叙述。但是，此类短语的使用不应解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”对权利要求书的引入，其包含此类引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制为仅包含一个此类陈述的实施方式，即使相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词，例如“一”或“一个”。

此外，在那些约定类似于“A，B和C等中的至少一个”的情况下通常使用这样的构造，其意图是本领域技术人员将理解该约定(例如，“一个具有A，B和C中至少一个的系统”将包括但不限于单独拥有A，单独拥有B，单独拥有C，拥有A和B以及拥有A和C以及拥有B和C的系统和/或A，B和C等)。在那些约定类似于“A，B或C等中的至少一个”的情况下通常使用这样的构造，其意图是本领域技术人员将理解该约定(例如，“一个具有A，B或C中至少一个的系统”将包括但不限于单独拥有A，单独拥有B，单独拥有C，拥有A和B，拥有A和C以及拥有B和C和/或A，B和C等)。本领域技术人员将进一步理解，实际上，无论是在说明书，权利要求书还是附图中，呈现两个或更多个替代术语的任何析构词和/或短语都应理解为考虑了包括这些术语中的一个，两个术语中的一个或两个的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

为了本公开的目的，术语“联接”是指两个构件彼此直接或间接地联接。这种连接本质上可以是固定的或可移动的。这样的连接可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。这种连接本质上可以是永久的，或者本质上可以是可移动的或可释放的。

本文讨论的技术具有许多应用，并且尽管已经详细描述了该技术的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，鉴于本文所讨论的设计考虑，可以修改所公开的实施例。因此，前面的描述应被认为是示例性的而不是限制性的，并且本发明的真实范围由所附权利要求书限定。