用于生物处理系统的喷洒器组件

专利类型 发明公开 法律事件 公开;
专利有效性 公开 当前状态 公开
申请号 CN202380066262.5 申请日 2023-09-13
公开(公告)号 CN119894595A 公开(公告)日 2025-04-25
申请人 环球生命科技咨询美国有限责任公司; 申请人类型 企业
发明人 R·戴安纳; 第一发明人 R·戴安纳
权利人 环球生命科技咨询美国有限责任公司 权利人类型 企业
当前权利人 环球生命科技咨询美国有限责任公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份: 城市 当前专利权人所在城市:
具体地址 当前专利权人所在详细地址:美国马萨诸塞州 邮编 当前专利权人邮编:
主IPC国际分类 B01F23/231 所有IPC国际分类 B01F23/231B01F23/233B01F33/453B01F35/513C12M1/06C12M1/00B01F101/44
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 15 专利文献类型 A
专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 专利代理人 杨忠; 后云钟;
摘要 一种用于 生物 处理系统(10)的喷洒器组件(100)包括基部(126)以及连接到基部的多个喷洒器(130),每个喷洒器包括多个孔,多个喷洒器各自具有大体上圆柱形的形状。多个喷洒器中的每个包括 侧壁 和顶部,它们限定圆柱形的形状,侧壁和顶部各自包括多个孔。侧壁的孔可围绕侧壁的圆周布置在一系列高度处。脊也可在侧壁上位于相应阵列的孔上方。
权利要求

1.一种用于生物处理系统的喷洒器组件,包括:
基部;
连接到所述基部的多个喷洒器,每个喷洒器包括多个孔;
其中,所述多个喷洒器各自具有大体上圆柱形的形状。
2.根据权利要求1所述的喷洒器组件,其中:
所述多个喷洒器中的每个包括侧壁和顶部,它们限定所述圆柱形的形状。
3.根据权利要求1或2所述的喷洒器组件,其中:
所述侧壁和所述顶部各自包括多个孔。
4.根据权利要求2或3所述的喷洒器组件,其中:
所述侧壁的孔包括位于离所述基部的顶表面的第一高度处的第一阵列的孔。
5.根据权利要求4所述的喷洒器组件,其中:
所述侧壁的孔包括位于离所述基部的顶表面的第二高度处的第二阵列的孔,所述第二高度不同于所述第一高度。
6.根据权利要求5所述的喷洒器组件,其中:
所述第二阵列的孔相对于所述第一阵列的孔径向偏移。
7.根据权利要求2‑6中任一项所述的喷洒器组件,其中:
所述侧壁包括至少部分地围绕所述侧壁的圆周延伸的第一脊,所述第一脊位于第一阵列的孔上方。
8.根据权利要求7所述的喷洒器组件,其中:
所述侧壁包括至少部分地围绕所述侧壁的圆周延伸的第二脊,所述第二脊位于第二阵列的孔上方。
9.根据前述权利要求中任一项所述的喷洒器组件,其中:
所述多个喷洒器中的每个包括两个结合表面,所述两个结合表面配置成在施加热量和/或振动时与所述基部结合。
10.一种用于生物处理系统的叶轮和喷洒器组件,包括:
根据权利要求1‑9中任一项所述的喷洒器组件;以及
叶轮组件,所述叶轮组件附接到所述基部。
11.根据权利要求10所述的叶轮和喷洒器组件,其中:
所述叶轮组件包括连接到所述基部的磁性毂;以及
连接到所述磁性毂的叶轮。
12.一种生物处理设备,包括:
柔性袋;
根据权利要求1‑9中任一项所述的喷洒组件,其中,所述基部结合到所述柔性袋,使得所述多个喷洒器位于所述柔性袋内;以及
叶轮组件,所述叶轮组件附接到所述基部,使得所述叶轮组件位于所述柔性袋内。
13.根据权利要求12所述的生物处理设备,其中:
所述基部包括至少一个输入端口,所述至少一个输入端口与所述多个喷洒器流体连通。
14.根据权利要求13所述的生物处理系统,其中:
所述至少一个输入端口可连接到气体源。
15.根据权利要求14所述的生物处理系统,其中:
来自所述气体源的气体配置成通过所述多个孔离开并进入所述柔性袋。

说明书全文

用于生物处理系统的喷洒器组件

技术领域

[0001] 本发明实施例大体上涉及生物处理系统和方法,并且更特别地涉及用于单次使用的生物反应器系统的喷洒器组件。

背景技术

[0002] 已知多种器皿、装置、构件和单元操作用于执行生化和/或生物过程和/或操纵液体和这种过程的其他产物。为了避免与对生物制药制造过程中使用的器皿消毒相关联的时间、费用和困难,使用单次使用的或一次性的生物反应器袋和单次使用的混合袋作为这种器皿。例如,包括例如哺乳动物植物或昆虫细胞和微生物培养物的生物材料(例如动物和植物细胞)可使用一次性的或单次使用的混合器和生物反应器来处理。
[0003] 在生物制药行业中,越来越多地使用单次使用的或一次性的容器。这种容器可为由外部刚性结构(诸如不锈壳或器皿)支承的柔性或可塌缩的塑料袋。使用无菌的一次性的袋消除清洁器皿的耗时步骤,并减少污染的机会。袋可定位在刚性器皿内且用期望用于混合的流体来填充。使用设置在袋内的搅拌器组件来混合流体。现有的搅拌器是顶部驱动的(具有向下延伸到袋中的轴,一个或多个叶轮安装在该轴上)或底部驱动的(具有设置在袋底部中的叶轮,该叶轮由定位在袋和/或器皿外侧的磁驱动系统或达来驱动)。大多数磁性搅拌器系统包括在袋外侧的旋转磁性驱动头和在袋内的旋转磁性搅拌器(在本上下文中也称为“叶轮”)。磁性驱动头的移动实现扭矩传递,且从而实现磁性搅拌器的旋转,从而允许搅拌器混合器皿内的流体。在袋内侧的搅拌器与在袋和/或生物反应器器皿外部的驱动系统或马达的磁耦合可消除污染问题,允许有完全包围的系统,并防止泄漏。因为不需要使驱动轴穿过生物反应器器皿壁来机械地转动搅拌器,磁耦合系统还可消除对于在驱动轴和器皿之间具有密封件的需要。
[0004] 取决于所处理的流体,生物反应器系统可包括许多流体管线以及与袋耦合的用于监测、分析、取样和液体转移的不同的传感器探头和端口。例如,收获端口典型地位于一次性的袋和器皿的底部处,且允许收获管线连接到袋以用于袋的收获和排放。另外,现有的生物反应器系统典型地使用喷洒器来用于将受控量的特定气体或气体组合引入到生物反应器中。喷洒器输出小气泡到液体中,以便搅拌液体和/或使气体溶解到液体中。气体经由喷洒器输送有助于混合物质,在袋的整个内部中保持均匀的环境,且有时对于在生物反应器中生长细胞来说是必需的。理想地,喷洒器和搅拌器紧密地接近,以保证气体在整个容器中的最优分布。
[0005] 与上面结合,在细胞培养中,是对于生长、生产和保持活性来说关键的基体。细胞以游离和非复合的形式获得它们的氧,称为溶解氧(DO)。生物反应器最重要的功能中的一个是通过曝气向细胞持续提供溶解氧。当氧通过覆盖层扩散到细胞培养基质界面时,以及当来自喷洒器的氧在搅拌的帮助下通过对流溶解在细胞培养物中时,在生物反应器中典型地发生曝气。搅拌分散氧泡,且促进气泡通过气液(细胞培养基质)界面的质量转移。从气体至液体界面的氧转移速率(OTR)是细胞培养基质的物理化学属性、生物反应器的几何参数以及细胞存在的函数。
[0006] 由于它在液相中的低溶解度和随着时间推移由细胞代谢消耗增加,氧连续供应至细胞培养物。通过操纵生物反应器参数来小心地控制氧供应以用于最优的细胞生长。在分批细胞培养期间,氧使用速率(OUR)(或氧转移速率(OTR))在滞后阶段期间最初低,其中细胞自我合成,且细胞密度存在少量增加。当细胞密度在指数阶段期间增加时,OUR增加,直到OTR变为极限速率,如由氧向整体液体中的质量转移所确定的那样。OTR和OUR速率通过氧质量转移系数kLa(体积质量转移系数,该体积质量转移系数描述其中氧在给定的一组操作条件下可输送到生物反应器的效率)关联。因此,OTR通过它与kLa的关联性来限定在细胞培养中可实现的理论最大细胞密度。
[0007] 更高的氧可用性驱动kLa增加。对生物反应器的增加的氧供应驱动此可用性,且可通过修改浓度(空气相对于O2的富集)和体积流量来控制。虽然高kLa值是合乎需要的,但重要的是考虑实际的操作条件以及对细胞生存和相关联工艺成本的影响。
[0008] 例如,高的空气流率可能由于剪切力导致细胞损伤。还可能产生过量的泡沫,需要高浓度的消泡剂,其可能阻碍下游的处理。另外,更高的空气流率需要更大的排出过滤区域,驱动消耗品成本增加。
[0009] 因此,清楚的是,高性能生物反应器系统必须提供与高效的气体分散相组合的良好的整体混合,以便实现高的气体表面积和泡尺寸分布,且从而提供在强化细胞培养和/或微生物应用中期望的高的氧转移速率和kLa值。然而,需要一种改进的喷洒器,其提供高kLa,同时保持可接受的曝气流率。

发明内容

[0010] 根据本发明的第一方面,提供一种用于生物处理系统的喷洒器组件。喷洒器组件包括:基部;以及连接到基部的多个喷洒器,每个喷洒器包括多个孔;其中,多个喷洒器各自具有大体上圆柱形的形状。
[0011] 在实施例中,多个喷洒器中的每个包括侧壁和顶部,它们限定圆柱形的形状。侧壁和顶部各自包括多个孔。
[0012] 在实施例中,侧壁的孔包括位于离基部的顶表面的第一高度处的第一阵列的孔。在另外的实施例中,侧壁的孔还包括位于离基部的顶表面的第二高度处的第二阵列的孔,第二高度不同于第一高度。第二阵列的孔相对于第一阵列的孔径向偏移。
[0013] 在实施例中,侧壁包括至少部分地围绕侧壁的圆周延伸的第一脊,第一脊位于第一阵列的孔上方。在另外的实施例中,侧壁还包括至少部分地围绕侧壁的圆周延伸的第二脊,第二脊位于第二阵列的孔上方。
[0014] 在实施例中,多个喷洒器中的每个包括两个结合表面,两个结合表面配置成在施加热量和/或振动力时与基部结合。
[0015] 根据本发明的第二方面,提供一种用于生物处理系统的叶轮和喷洒器组件。生物处理系统包括叶轮和喷洒器组件。喷洒器组件包括:基部;以及连接到基部的多个喷洒器,每个喷洒器包括多个孔;其中,多个喷洒器各自具有大体上圆柱形的形状。多个喷洒器中的每个包括侧壁和顶部,它们限定圆柱形的形状。侧壁和顶部各自包括多个孔。在实施例中,侧壁的孔包括位于离基部的顶表面的第一高度处的第一阵列的孔。在另外的实施例中,侧壁的孔还包括位于离基部的顶表面的第二高度处的第二阵列的孔,第二高度不同于第一高度。第二阵列的孔相对于第一阵列的孔径向偏移。在实施例中,侧壁包括至少部分地围绕侧壁的圆周延伸的第一脊,第一脊位于第一阵列的孔上方。在另外的实施例中,侧壁还包括至少部分地围绕侧壁的圆周延伸的第二脊,第二脊位于第二阵列的孔上方。在实施例中,多个喷洒器中的每个包括两个结合表面,两个结合表面配置成在施加热量和/或振动力时与基部结合。叶轮组件包括:连接到基部的磁性毂;以及连接到磁性毂的叶轮。
[0016] 根据本发明的第三方面,提供一种生物处理设备。该生物处理设备包括柔性袋、喷洒组件以及叶轮组件。喷洒器组件包括:基部;以及连接到基部的多个喷洒器,每个喷洒器包括多个孔;其中,多个喷洒器各自具有大体上圆柱形的形状。多个喷洒器中的每个包括侧壁和顶部,它们限定圆柱形的形状。侧壁和顶部各自包括多个孔。在实施例中,侧壁的孔包括位于离基部的顶表面的第一高度处的第一阵列的孔。在另外的实施例中,侧壁的孔还包括位于离基部的顶表面的第二高度处的第二阵列的孔,第二高度不同于第一高度。第二阵列的孔相对于第一阵列的孔径向偏移。在实施例中,侧壁包括至少部分地围绕侧壁的圆周延伸的第一脊,第一脊位于第一阵列的孔上方。在另外的实施例中,侧壁还包括至少部分地围绕侧壁的圆周延伸的第二脊,第二脊位于第二阵列的孔上方。在实施例中,多个喷洒器中的每个包括两个结合表面,两个结合表面配置成在施加热量和/或振动力时与基部结合。叶轮组件包括:连接到基部的磁性毂;以及连接到磁性毂的叶轮。基部包括至少一个输入端口,该至少一个输入端口与多个喷洒器流体连通。输入端口可连接到气体源,使得来自气体源的气体配置成通过多个孔离开并进入柔性袋。附图说明
[0017] 参考附图,通过阅读以下对非限制性实施例的描述,将更好地理解本发明,其中在下面:
[0018] 图1是根据本发明的实施例的生物反应器系统的截面视图。
[0019] 图2A和图2B示出根据本发明的实施例的喷洒组件的侧视图和俯视图。
[0020] 图3示出图2A和图2B的喷洒组件的透视图。
[0021] 图4示出根据本发明的实施例的叶轮和喷洒器组件,其结合图2A‑3的喷洒组件。
[0022] 图5A和图5B示出根据本发明的实施例的图2A‑3的喷洒组件的喷洒器的侧视图和俯视图。
[0023] 图6A示出根据本发明的实施例的图5A‑5B的喷洒器的截面视图。
[0024] 图6B是根据本发明的实施例的图6A的区段A的放大视图。
[0025] 图7是根据本发明的实施例的图5A‑6B的喷洒器的透视图。
[0026] 图8A和图8B示出根据本发明的另外的实施例的图2A‑3的喷洒组件的喷洒器的侧视图和俯视图。
[0027] 图9A示出根据本发明的实施例的图8A‑8B的喷洒器的截面视图。
[0028] 图9B是根据本发明的实施例的图9A的区段A的放大视图。
[0029] 图10是根据本发明的实施例的图8A‑9B的喷洒器的透视图。

具体实施方式

[0030] 下面将详细地参考本发明的示例性实施例,其示例在附图中示出。在可能的情况下,在整个附图中使用的相同的参考符号指代相同或相似的部件。
[0031] 如本文中使用的,用语“柔性”或“可塌缩”指代柔韧的或能够弯曲而不断裂的结构或材料,且还可指代可压缩或可膨胀的材料。柔性结构的示例是由聚乙烯膜形成的袋。用语“刚性”和“半刚性”在本文中可互换地使用,以描述“不可塌缩”的结构,也就是说,在正常力的作用下不折叠、塌缩或以其他方式变形以显著减小它们伸长尺寸的结构。取决于上下文,“半刚性”还可表示比“刚性”元件更柔性的结构,例如,可弯曲的管或导管,但仍是在正常条件和力下不纵向塌缩的结构。
[0032] 如该用语在本文中使用的,“器皿”意指柔性袋、柔性容器、半刚性容器、刚性容器或者柔性或半刚性管,视情况而定。如本文中使用的用语“器皿”意在包含具有柔性或半刚性的壁或壁部分的生物反应器器皿,单次使用的柔性袋,以及通常用于生物或生化处理中的其他容器或导管,包括例如细胞培养/净化系统、混合系统、基质/缓冲剂制备系统以及过滤/净化系统,例如色谱和切向流过滤系统,以及它们相关联的流径。如本文中使用的,用语“袋”意指柔性或半刚性的容器或器皿,其例如用作用于其内的内容物的生物反应器或混合器。
[0033] 本发明的实施例提供生物反应器系统和用于生物反应器系统的喷洒器组件。在实施例中,用于生物处理系统的喷洒器组件包括。
[0034] 参考图1和图2,示出根据本发明的实施例的生物反应器系统10。生物反应器系统10包括大体上刚性的生物反应器器皿或支承结构20。器皿20可例如由不锈钢聚合物、复合物、玻璃或其他金属来形成,且在形状上可为圆柱形的,但也可使用其他形状,而不脱离本发明的更宽泛的方面。器皿20对设置在器皿20内的单次使用的柔性袋30提供支承。器皿20可为任何形状或尺寸的,只要它能够支承单次使用的柔性生物反应器袋30。例如,根据本发明的一个实施例,器皿20能够接受和支承10‑2000L的柔性或可塌缩的生物处理袋组件30,且具有最大工作容积高度H和内径D。
[0035] 器皿20可包括一个或多个观察窗,其允许人们观察柔性袋30内的流体液位,以及定位在器皿20的下部区域处的窗口。该窗口允许进入器皿20内部,用于将各种传感器和探头(未显示)插入和定位在柔性袋30内,且用于将一个或多个流体管线连接到柔性袋30,用于将流体、气体等添加到柔性袋20中或从柔性袋20中取出。用于监测和控制重要工艺参数的传感器/探头和控制器包括下者中的任一个或多个以及其组合:例如,温度、压力、pH值、溶解氧(DO)、溶解二氧化(pCO2)、混合速率以及气体流率。
[0036] 柔性袋20包含叶轮22,该叶轮22附接到在袋内侧的底部中心处的磁性毂24,该毂24在叶轮板26(在本文中也称为“基板”或“喷洒器板”)上旋转,该叶轮板26也定位在袋20的内侧底部上。叶轮22和毂24(以及在一些实施例中,叶轮板26)一起形成叶轮组件。在器皿20外部的磁性驱动器28提供动力来用于使磁性毂24和叶轮22旋转以混合柔性袋30的内容物。
虽然图2示出磁驱动叶轮的使用,但其他类型的叶轮和驱动系统也是可能的,包括顶部驱动的叶轮。
[0037] 在实施例中,叶轮板26可配置为喷洒器组件,其用来将特定气体或空气引入袋30内的流体中,以便搅拌流体和/或使空气或气体溶解到流体中。因此,在一些实施例中,叶轮和喷洒器以及其构件形成组合的叶轮/喷洒器组件。在其他实施例中,喷洒器组件和叶轮组件可为分离的和/或离散的构件。在任意的实施方式中,喷洒器组件和叶轮组件紧密地接近,以保证气体在整个袋30中的最优分布,如在下文中详细论述的。如下面论述的,设想到,喷洒器组件(其也可用作支承叶轮的叶轮板)可采用各种配置中的一种。
[0038] 例如,图2A‑3示出可与柔性袋30和生物反应器系统10一起使用的喷洒器组件100的实施例。如在其中显示的,喷洒器组件100包括基板126和连接到基板126的多个喷洒器130。喷洒器130各自为大体上圆柱形形状的,且同心地围绕基板162的周边定位。每个喷洒器130连接到流体输入端口160,使得气体/流体可通过喷洒器130引入且引入到柔性袋30中。在实施例中,喷洒器130和基板126可制造成整体的单一构件。在其他实施例中,喷洒器
130可制造成可耦合到基板126的单独构件。虽然图2A‑3示出围绕基板126等量间隔的八个喷洒器130,但更多或更少的喷洒器130(例如,一至七个或多于八个)在本发明的范围内。喷洒器130包括成阵列的孔,使得当气体通过输入端口160输入时,气体离开喷洒器130并形成受控尺寸的泡。如图4示出的,由喷洒器130产生的泡然后由叶轮122在它旋转(由于由磁性驱动器28产生的转动磁性毂124的磁力)时分散。
[0039] 如下面将更详细描述的,传统的喷洒器在本质上是平面的(例如,成平盘或环的形式),因此在可引入到细胞培养物中的气体量方面受限制。此限制导致供给到生物反应器中的气体的量不足。结果,生物反应器不能提供足够的氧kLa和/或CO2汽提,导致较差的性能(例如,高细胞死亡率和较低的细胞密度)。与传统的喷洒器相比,本发明有利地发现,通过将喷洒器制成三维形状(例如,成圆柱形的形状),可实施额外的孔,其允许当气体引入到喷洒器中时(当袋用诸如细胞培养基质的流体来填充时)形成较大数量的较小泡。较高的泡密度和较小的泡尺寸在喷洒的气体和流体之间提供更大的表面积接触,其更大地改进氧kLa或CO2汽提。另外,本发明的喷洒器的设计使得泡聚结(即,泡结合在一起形成更大的泡)减少,有助于保证在生物反应器内的生物处理操作(例如,细胞培养)期间许多小泡均匀地分散到细胞培养基质中。
[0040] 图5A‑7示出根据本发明的实施例的喷洒器130的侧视图、俯视图、截面视图和透视图。喷洒器130包括基部131,其侧壁133从基部131的顶表面向上突出H1高度。侧壁133终止于顶部135处,顶部135是大体上平面的表面。如这些图示出的,基部131在形状上为大体上圆形的,且侧壁133为圆柱形形状的,其具有比基部131的直径更小的直径(但侧壁133和基部131的直径可相同,或者侧壁133的直径可大于基部131)。侧壁131包括孔137,使得引入的气体可在喷洒器130外鼓泡。在特定实施例中,侧壁133包括在高度Hp1处的成圆形图案的成阵列的孔137。在备选的实施例中,侧壁中的成阵列的孔137具有离底部的变化的高度。另外,顶部135包括围绕它周边的成圆形图案的成阵列的孔137,具有额外的中心孔。注意到,围绕顶部135的周边定位的孔137径向偏离位于侧壁中的孔(例如参见图6A)。通过使孔径向偏移,泡聚结的可能性较低。换句话说,当泡形成并离开侧壁133时,它们竖直向上行进。这些泡不太可能遇到由顶部135中的孔形成的泡,因为它们径向偏离彼此(即,不沿喷洒器130的纵向轴线平行定位),因此降低聚结的可能性。虽然注意到在一个特定实施例中,在顶部135中存在七个圆周孔和一个中心孔,但更多或更少的孔在本发明的范围内。类似地,虽然附图示出在高度Hp1处的成圆形图案的七个孔,但额外或更少的孔在本发明的范围内。
[0041] 喷洒器130还包括至少部分地围绕侧壁133延伸的脊138。脊138位于位于侧壁133中的成阵列的孔137上方,并用作引导由孔137形成的泡的机构。具体地,当泡形成并离开侧壁133时,它们与脊138的底表面接触,并被推动远离侧壁。这提供两个主要优点。首先,这是减少聚结的另外的机制,因为脊138有助于推动泡远离彼此。第二,它给予泡更多的时间来在它们上浮且由叶轮组件混合之前建立它们自己。通过给泡更多的时间来形成(即,增加在混合之前的共振时间),泡形状固化,一旦泡分散在柔性袋30的流体内,其进一步帮助减少聚结。
[0042] 如示出的,脊138径向延伸远离侧壁133一段距离,且定位成接近于侧壁的孔137,但在孔137上方。在实施例中,脊从侧壁133延伸的距离使得脊138的直径小于基部131的直径。在另外的实施例中,脊延伸使得它具有等于或大于基部131直径的直径。脊还可在它与侧壁131相遇处具有弯曲的或以其他方式斜切的表面。与直相反,具有曲率/斜切有助于引导泡远离喷洒器130,使得更容易分散到柔性袋30的流体中。
[0043] 特别地参考图6B,基部131包括结合表面139,如示出的,结合表面139是具有大体上三角形截面的两个圆形区域。当制造喷洒器组件100时,每个喷洒器130放置在基板126上,且热量和/或振动力施加到喷洒器130上。三角形的较低点集中该能量,使得喷洒器130在两个结合表面139上结合到基板162上。
[0044] 图8A‑10示出根据本发明的另外的实施例的喷洒器130'的侧视图、俯视图、截面视图和透视图。喷洒器130'包括基部131',侧壁133'从基部131'的顶表面向上突出一个高度H2。侧壁终止于顶部135'处,顶部135'为大体上平面的表面。如这些图示出的,基部131'在形状上为大体上圆形的,且侧壁133'为圆柱形形状的,其具有比基部131'的直径更小的直径(但侧壁133'和基部131'的直径可相同,或者侧壁133'的直径可大于基部131')。侧壁131'包括孔137',使得引入的气体可在喷洒器130'外鼓泡。在特定实施例中,侧壁133'包括在高度Hp1处的成圆形图案的第一阵列的孔137'和在高度Hp2处的成圆形图案的第二阵列的孔137',其中Hp2>Hp1。在另外的实施例中,两个阵列的孔137'不必位于高度Hp1和Hp2处,而是可具有离基部131'的变化的高度。另外,顶部135'包括围绕它周边的成圆形图案的成阵列的孔137',具有额外的中心孔。顶部135'可选地可包括缺口或突起136',其作为视觉参考点,以保证喷洒器130以合适的几何形状安装在基板162上。
[0045] 如图8A中示出的,位于高度Hp1处的孔137'径向偏离位于高度Hp2处的孔137'。通过使孔径向偏移,泡聚结的可能性较低。换句话说,当泡在高度Hp1处形成并离开侧壁133'时,它们竖直向上行进。这些泡不太可能遇到由高度Hp2处的孔137'形成的泡,因为它们径向偏离彼此(即,不沿喷洒器130的纵向轴线平行定位),因此降低聚结的可能性。此外,出于相同的原因,围绕顶部135'的圆周的孔137'径向偏离位于高度Hp2处的孔137'。虽然注意到在一个特定实施例中,在顶部135'中存在七个圆周孔和一个中心孔,但更多或更少的孔在本发明的范围内。类似地,虽然附图示出在高度Hp1和Hp2处的成圆形图案的七个孔,但额外或更少的孔在本发明的范围内。
[0046] 喷洒器130'还包括至少部分地围绕侧壁133'延伸的第一脊138'。脊138'位于在高度Hp1处位于侧壁133'中的成阵列的孔137'上方。第二脊138'位于在高度Hp2处位于侧壁133'中的成阵列的孔137'上方。这些脊138'起引导由孔137'形成的泡的机构的作用。具体地,当泡形成并离开侧壁133'时,它们与脊138'的底表面接触,并被推动远离侧壁。这提供两个主要优点。首先,这是减少聚结的另外的机制,因为脊有助于推动泡远离彼此。第二,它给予泡更多的时间来在它们上浮且由叶轮组件混合之前建立它们自己。通过给泡更多的时间来形成(即,增加在混合之前的共振时间),泡形状固化,一旦泡分散在柔性袋30的流体内,其进一步帮助减少聚结。
[0047] 如示出的,脊138'径向延伸远离侧壁133'一段距离,且定位成接近于侧壁133'的孔137',但在孔137'上方。在实施例中,脊从侧壁133'延伸的距离使得脊138'的直径小于基部131'的直径。在另外的实施例中,脊具有等于或大于基部131'直径的直径。脊138'还可在它们与侧壁131'相遇处具有弯曲的或以其他方式斜切的表面。与直角相反,具有曲率/斜切有助于引导泡远离喷洒器130',使得更容易分散到柔性袋30的流体中。
[0048] 注意到,虽然图8A‑10示出两个阵列的孔137'和两个相应的脊138',但本发明不如此限制。额外阵列的孔137'(例如,三个或更多个)和脊138'(例如,三个或更多个)在本发明的范围内。喷洒器130'的高度H2可变化,以如期望的那样适应许多阵列的孔137'和脊138,注意到H2的最大高度受叶轮122的底表面的约束(即,喷洒器130'的顶部135'不能与叶轮122进行接触)。
[0049] 特别地参考图9B,基部131'包括结合表面139',如示出的,结合表面139'是具有大体上三角形截面的两个圆形区域。当制造喷洒器组件100时,每个喷洒器130'放置在基板126'上,且热量和/或振动力施加到喷洒器130'。三角形的较低点集中该能量,使得喷洒器
130'在两个结合表面139'上结合到基板162上。
[0050] 参考先前描述的实施例,高度H2大于H1,使得喷洒器130'高于喷洒器130。
[0051] 虽然前面提到的实施例示出和描述具有大体上圆柱形侧壁的喷洒器,但其他形状在本发明的范围内。例如,侧壁可向外弯曲,使得喷洒器的直径增加。喷洒器可具有蘑菇状的形状,具有膨胀为圆顶状形状的窄的下部杆。此外,侧壁不需要具有圆形截面形状,而是可采用其他形状,诸如椭圆形、方形、矩形、三角形等。
[0052] 如上面的公开所提供的,本文中公开的喷洒器组件的实施例提供生物反应器系统的增加的kLa(即,实现更高效的气体分布)以支持强化的细胞培养和/或微生物应用。与现有技术的设计相比,本发明的三维喷洒器提供一种产生更高密度的小泡的手段,这些小泡不太可能聚结。通过保证具有高密度的小泡尺寸,在泡和细胞培养基质之间获得更大的表面积,在培养基质内提供更高的氧转移和CO2汽提。
[0053] 明确地注意到,本文中公开的喷洒器组件可与许多现有的叶轮组件结合使用。
[0054] 如本文中使用的,以单数叙述并以词语“一”或“一种”开头的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤,除非明确地声明这种排除。此外,对本发明的“一个实施例”的引用不意在解释为排除也结合所叙述的特征的额外实施例的存在。此外,除非明确地相反声明,否则“包括”、“包含”或“具有”一个或多个具有特定属性的元素的实施例可包含不具有该属性的额外的这种元素。
[0055] 本书面说明使用示例来公开本发明的几个实施例,包括最佳模式,并且还使本领域普通技术人员能够实践本发明的实施例,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定,并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这种其他示例具有与权利要求书的文字语言没有差异的结构元素,或者如果它们包括与权利要求书的文字语言没有实质性差异的等效结构元素,则这种其他示例旨在属于权利要求书的范围内。
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