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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft automatisierte, interaktive Zellenverarbeitungssysteme
und sie betrifft außerdem
verschiedene neuartige Komponenten der Verarbeitungssysteme.
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Hintergrund der Erfindung
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Zellenverarbeitung
schließt
Schritte ein, worin Zellen oder Zellen-Elemente mit unterschiedlichen Prozesschemikalien
behandelt werden oder gewaschen werden und dann von einer flüssigen Phase abgetrennt
werden. Zum Beispiel werden beim Präparieren von gefrorenen Erythrozyten
zur Transfusion Erythrozyten aus Tieftemperaturkonserven und von
anderen Blutkomponenten wie weißen
Blutzellen, Blutplättchen
und subzellulären
Bruchstücken abgetrennt.
Der gesamte Prozess muss unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden,
die das Risiko der Kontamination minimieren. Außerdem wird Vollblut in seine
verschiedenen therapeutischen Komponenten wie rote Blutkörperchen,
weiße
Blutkörperchen,
Blutplättchen
und Plasma getrennt, welche später übertragen
werden. Es gibt unterschiedliche Zellenverarbeitungssysteme, die
biologische Zellen auf eine automatisierte oder teilautomatisierte Art
und Weise verarbeiten. Diese Systeme können eine Steuerung verwenden,
die an verschiedene Sensoren und Ventile angeschlossen ist, zur
Kontrolle des Prozesses und zur Unterstützung eines Bedieners, um die
Verarbeitungseffizienz zu maximieren. Jedoch passen diese Systeme
den Prozess nicht basierend auf der Menge oder dem Typ der verarbeiteten
Zellen oder unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen interaktiv
an.
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Krankenhäuser benötigen eine
konstante Blutversorgung für
Transfusionen. Nachdem Spender Blut bereitstellen, sind regionale
Blutzentren verantwortlich für
RB0-Typisierung, Testen auf Infektionskrankheiten, Komponentenherstellung
und Verteilung von roten Blutkörperchen
an Krankenhäuser. Die
Krankenhäuser
testen erneut die Blutgruppe A, B, AB, 0 und führen Kreuzproben für die verfügbaren Bluteinheiten
mit den entsprechenden Patienten durch. Da Blut der Gruppe 0 universell übertragen werden
kann, gibt es eine große
Nachfrage nach Blut der Gruppe 0 allgemein und besonders in Notfallsituationen,
wo die Verzögerung
verursacht durch Typisierung und Anpassung nicht akzeptabel ist.
Weiterhin hat das verarbeitete Blut eine relative kurze Haltbarkeitsdauer
von 42 Tagen, nach der es nicht übertragen
werden darf. Das Ausgleichen des Lagerbestands von roten Blutkörperchen
ist außerordentlich komplex.
Auf einer täglichen
Basis müssen
die regionalen Blutzentren die Nachfrage nach unterschiedlichen
Blutgruppen mit dem verfügbaren
Angebot abgleichen, das in den Blutzentren und in den Örtlichkeiten
der Krankenhauskunden überall
im Landstrich gehalten wird. Die einzelnen Bluteinheiten werden ständig innerhalb
des Systems verschoben, um die tägliche
Schwankung bei Angebot und Nachfrage anzupassen. Tatsächlich werden
einzelne Einheiten häufig
drei bis vier Mal innerhalb des Systems verschoben, bevor sie endlich übertragen
werden. Selbst bei den höchsten
Anstrengungen der Teilnehmer sicherzustellen, dass jede gesammelte
Einheit letztendlich übertragen
wird, veralten 4% bis 8% aller gesammelten Einheiten vor der Transfusion
und müssen
verworfen werden. Ein Verarbeitungssystem, das Blut vom Typ A, B
oder AB reproduzierbar zu Typ 0 konvertieren würde, würde einen kritischen Bedarf
auf diesem Gebiet befriedigen. Die Verfügbarkeit von Blutzellen vom
Typ 0 würde
die Verfügbarkeit von
roten Zellen verbessern, das Veralten von roten Zellen verursacht
durch die Unfähigkeit,
Einheiten mit Empfängern
innerhalb des 42-Tage-Ablauffensters abzugleichen, im Wesentlichen
beseitigen, die Notwendigkeit für
den häufigen
Versand von Bluteinheiten, um das tägliche Angebot und die tägliche Nachfrage
abzugleichen, beseitigen, und die Notwendigkeit für ein erneutes
Testen auf den Bluttyp beseitigen.
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Die
europäische
Patentanmeldung 0 682 593 A1 offenbart ein Verfahren zum Waschen
von verwertbarem Blut durch Abtrennen von Blutkomponenten höherer Dichte
von Blutkomponenten niedrigerer Dichte innerhalb einer rotierenden
Zentrifugenschale. Die abgetrennten Blutkomponenten werden mit Waschlösung gewaschen,
um freies Hämoglobin (Hgb),
Gerinnungshemmer, Zellbruchstücke
und andere unerwünschte
Elemente von den Blutkomponenten zu entfernen. Die zuvor abgetrennten
Blutkomponenten werden wieder suspendiert durch Abbremsen der Rotation
der Zentrifugenschale, um das freie Hgb und andere unerwünschte Elemente,
die in der roten Blutkörperchenschicht
eingefangen sind, freizusetzen. Die Blutkomponenten höherer Dichte werden
dann wieder von den Blutkomponenten niedrigerer Dichte innerhalb
der Zentrifugenschale abgetrennt. Die erneut abgetrennten Blutkomponenten werden
wieder mit Waschlösung
gewaschen, um weiter freies Hgb und andere unerwünschte Elemente von den Blutkomponenten
zu entfernen.
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PCT
Anmeldung PCT/US96/03211 offenbart ein Verfahren und einen Apparat
für die
Kapselung von biologisch aktiven Substanzen in roten Blutkörperchen.
Wie in 1 gezeigt umfasst der Apparat ein wahlweise automatisiertes,
selbständiges
Elektroporationssystem mit kontinuierlichem Durchfluss (5),
welches Entnahme von Blut von einem Patienten, Abtrennung von roten
Blutkörperchen
und wahlweise Rekombination von Blutplasma mit den modifizierten
roten Blutkörperchen
ermöglicht,
wodurch Blut mit modifizierten biologischen Merkmalen hergestellt
wird. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für die Verwendung,
um allosterische Effektoren von Hämoglobin einzukapseln, wodurch
die Affinität
von Erythrozyten für
Sauerstoff verringert und die Freisetzung von Sauerstoff aus Erythrozyten
in Gewebe verbessert wird. Das Blut wird in das System (5)
an Einlass (11) eingeführt
und mit einem Gerinnungshemmer (27) gemischt. Die Blut-
und Gerinnungshemmermischung wird durch ein Filter (18)
hindurch und zu einer Bluttrennung und Waschschale (44)
geleitet. Plasma und weiße
Blutkörperchen
werden in das Plasmareservoir (89) eingelassen, während die
roten Blutkörperchen
in der Waschschale (44) zurückgehalten werden. Die abgetrennten
roten Blutkörperchen
werden herausgepumpt und bei Verbindung (67) mit einer
IHP-Lösung aus
Reservoir (50) gemischt. Diese Mischung wird durch Kühlschlange
(68) gekühlt
und dann zur Elektroporationskammer (72) zur Behandlung
gepumpt.
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US-Patent
5.671.135 offenbart ein programmierbares Steuermodul, das an vorhandene
Geräteausrüstung angeschlossen
werden kann, um manuelle Operationen zu automatisieren und/oder
neue Sequenzen von Funktionen durchzuführen. Als ein spezifisches
Beispiel stellt das '135-Patent
ein programmierbares Steuermodul bereit, das an eine kommerzielle
Zellenwaschmaschine angeschlossen werden kann, und welches die automatische
Durchführung
von Schritten anweist, die benötigt
werden, um Erythrozyten enzymatisch zu deantigenisieren. Es gibt
viele Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind.
Wertvolle nichtautomatisierte oder teilautomatisierte Messgeräte können durch
ein Zusatz-Steuermodul programmierbar gemacht werden, wodurch die
Reproduzierbarkeit der Funktion erhöht wird, während der Bedarf an Arbeitskräften verringert
wird und die Folgen von menschlichem Fehler vermieden werden. Außerdem kann
das Steuermodul zusätzlich
an Hilfsvorrichtungen angeschlossen werden, welche die Funktion
des Hauptmessgerätes
verbessern, einschließlich
zum Beispiel Pumpen, Ventile oder Sensoren (einschließlich Sicherheitsüberwachungsvorrichtungen).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren oder ein Apparat für die interaktive
Verarbeitung von biologischen Zellen, die in einer sterilen Umgebung gehalten
werden. Außerdem
stellt die Erfindung überlegene
Mittel für
die enzymatische Umwandlung roter Blutkörperchen der Gruppen A, B oder
AB zu Gruppe 0 bereit. Der beschriebene Zellenverarbeitungsapparat
und das beschriebene Zellenverarbeitungsverfahren stellen außerdem überlegene
Mittel bereit für
die Verarbeitung anderer Blutzellen wie weiße Blutkörperchen, Stammzellen, Blutplättchen oder Plasma
für die
Transfusion oder Transplantation. Die Erfindung kann außerdem verwendet
werden zur Abtrennung von Kulturflüssigkeit von Mikroorganismen bei
der Produktion von Biopharmazeutika. Auf jeden Fall kann das Zellenverarbeitungsverfahren
oder der Zellenverarbeitungsapparat den Verarbeitungsalgorithmus
basierend auf dem Typ der verarbeiteten Zellen oder der Zellen-Menge
anpassen. Außerdem stellt
das Zellenverarbeitungsverfahren oder der Zellenverarbeitungsapparat
gleichförmige
und reproduzierbare Verarbeitungsbedingungen für die verarbeiteten Zellen
unabhängig
von der verarbeiteten Zellen-Menge sicher.
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Unter
einem Gesichtspunkt umfasst ein Apparat für die interaktive Verarbeitung
von biologischen Zellen, die in einer sterilen Umgebung gehalten
werden, ein Zuführungsmodul,
ein Zellen-Modul, ein Verarbeitungsmodul, einen Satz von Leitungen, eine
Vielzahl von Ventilen, eine Vielzahl von Sensoren und ein Steuermodul.
Das Zuführungsmodul
ist ausgebildet und angeordnet, um ausgewählte Mengen von Prozesschemikalien
bereitzustellen. Das Zellen-Modul schließt einen Zellen-Sensor ein
zum Messen einer Menge von biologischen Zellen, die für die Verarbeitung
in dem Verarbeitungsmodul zugeführt
wird. Das Verarbeitungsmodul ist ausgebildet und angeordnet, um
diese biologischen Zellen zu verarbeiten. Die Leitungen verbinden
das Zuführungsmodul,
das Zellen-Modul und das Verarbeitungsmodul auf eine sterile Art
und Weise, und die Ventile steuern die Überführung der biologischen Zellen
und der Prozesschemikalien zwischen den Modulen. Die Sensoren sind
ausgebildet und angeordnet, um die Überführung der biologischen Zellen
und der Prozesschemikalien zu erfassen. Das Steuermodul ist operativ
mit den Ventilen, den Sensoren und dem Verarbeitungsmodul verbunden.
Das Steuermodul empfängt
außerdem
Daten von dem Zellen-Sensor und steuert die Überführung und die Verarbeitung
der biologischen Zellen basierend auf den Zellen-Sensordaten, wobei die Module ausgebildet
und angeordnet sind, um die ungewollte Kontamination der Zellen zu
verhindern.
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Dieser
Gesichtspunkt kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen:
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Der
Zellen-Sensor schließt
einen Gewichtssensor ein, der ausgebildet und angeordnet ist, um die
zugeführte
Menge der biologischen Zellen zu wiegen. Der Zellen-Sensor schließt einen
Volumensensor ein, der ausgebildet und angeordnet ist, um das Volumen
der zugeführten
Menge an biologischen Zellen zu messen.
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Das
Steuermodul ist weiter angeordnet, um Mengen der Prozesschemikalien
basierend auf den Zellen-Sensordaten zu berechnen. Das Steuermodul ist
weiter angeordnet, um einen Algorithmus für die Verarbeitung der Zellen
basierend auf den Zellen-Sensordaten auszuwählen.
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Das
Zuführungsmodul
schließt
mehrere Behälter
ein, die ausgebildet und angeordnet sind, um die Prozesschemikalien
auf zunehmen, wobei mindestens einige davon in einem flüssigen Zustand sind.
Die Prozesschemikalien schließen
eine Enzymlösung
ein. Die Prozesschemikalien schließen eine Salzlösung ein.
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Das
Verarbeitungsmodul schließt
ein Verarbeitungsgefäß ein, das
ausgebildet und angeordnet ist, um sein Volumen relativ zu einem
Volumen der Prozesschemikalien und der Zellen zu variieren, die zu
dem Gefäß zur Verarbeitung überführt werden. Das
Verarbeitungsmodul kann eine Zentrifuge einschließen. Die
Zentrifuge ist ausgebildet und angeordnet, ihr Volumen durch den
Erhalt eines Füllfluids zu
variieren, das angeordnet ist, um ein ausgewählten Volumen einzunehmen.
Das Füllfluid
kann ein Expressor-Fluid sein, das gestaltet ist, um die Prozesschemikalien
oder die Zellen während
der Zentrifugation selektiv auszupressen. Das Verarbeitungsmodul ist
ausgebildet, um die Prozesschemikalien und die Zellen zu rühren, zu
erhitzen, zu kühlen
oder zu mischen.
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Die
Sensoren schließen
einen optischen Sensor, einen Drucksensor, einen Massendurchflussmesser,
einen Gewichtssensor, einen Temperatursensor, einen Sensor, einen
Volumensensor, einen Dichtesensor, einen Viskositätssensor
oder einen elektrischen Widerstandsensor ein.
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Das
interaktive System kann weiter eine Pumpe einschließen, die
ausgebildet und angeordnet ist, um das Material von dem Zuführungsmodul zu
dem Verarbeitungsmodul innerhalb der Leitungen vorwärts zu bringen.
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Das
Zuführungsmodul
kann weiter mindestens einen Zuführungssensor
einschließen,
der ausgebildet und angeordnet ist, um die Menge von mindestens
einer der Prozesschemikalien zu messen, die zu dem Verarbeitungsmodul überführt werden. Der
Zuführungssensor
schließt
einen Massensensor, einen Massendurchflussmesser, einen Volumensensor
oder einen Dichtesensor ein.
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Ein
anderer Gesichtspunkt ist ein Verfahren für die Steuerung des Betriebs
eines Zellenverarbeitungssystems, das ein Steuermodul, ein Verarbeitungsmodul,
das auf eine sterile Art durch einen Satz von Leitungen mit einem
Zellen-Modul und einem Zuführungsmodul,
das ausgewählte
Prozesschemikalien bereitstellt, verbunden ist, und mehrere Sensoren umfasst,
die Prozess daten für
das Steuermodul bereitstellen. Das Verfahren umfasst Bereitstellung
von biologischen Zellen im Zellen-Modul; Messung einer Menge der
Zellen, die dem Verarbeitungsmodul für die Verarbeitung zugeführt werden;
Bereitstellung im Zuführungsmodul
von Prozesschemikalien in Übereinstimmung
mit einem Verarbeitungsalgorithmus; Abgabe der Prozesschemikalien
vom Zuführungsmodul
zum Verarbeitungsmodul basierend auf der gemessenen Menge der Zellen;
Verarbeitung der Zellen im Verarbeitungsmodul; und Lagerung der verarbeiteten
Zelle, während
ungewollte Kontamination der Zellen während der Abgabe und der Verarbeitung
verhindert wird.
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Dieses
Verfahren kann die folgenden Merkmale einschließen: Die Abgabe von dem Zuführungsmodul
schließt
Berechnung von Mengen der Prozesschemikalien basierend auf der gemessenen
Menge der Zellen ein. Die gemessene Menge der Zellen, die für die Verarbeitung
zugeführt
wird, kann kleiner sein als die Menge der biologischen Zellen, die
in dem Zellen-Modul bereitgestellt wird.
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Unter
einem anderen Gesichtspunkt umfasst ein Verfahren für die Verarbeitung
biologischer Zellen in einer sterilen Umgebung Bereitstellung biologischer
Zellen; Messung einer Menge der Zellen, die für die Verarbeitung bereitgestellt
wird; Bereitstellung von Prozesschemikalien in Übereinstimmung mit einem Verarbeitungsalgorithmus;
Abgabe der Prozesschemikalien basierend auf der gemessenen Menge der
Zellen; Verarbeitung der Zellen; und Lagerung der verarbeiteten
Zelle, während
ungewollte Kontamination der Zellen während der Abgabe und der Verarbeitung
verhindert wird. Dieses Verfahren kann weiter das Auswählen des
Verarbeitungsalgorithmus basierend auf den bereitgestellten Zellen
einschließen.
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Ein
optischer Sensor wird in einem interaktiven Zellenverarbeitungssystem
verwendet, das eine Vielzahl von Sensoren einschließt, die
angeordnet sind für
die Überwachung
und Bereitstellung von Sensordaten an ein Steuermodul, das die Verarbeitung
von biologischen Zellen leitet. Die Sensoren schließen einen
optischen Sensor ein für
die Charakterisierung eines Fluids, das auf eine sterile Art während der
Verabreitung überführt wird.
Der optische Sensor schließt
eine Licht-Quelle, einen Licht-Detektor, eine Küvette und eine Steuerschaltung
ein. Die Licht-Quelle ist mit einer Steuerschaltung verbunden und
ist ausgebildet und angeordnet, um Licht von mindestens einer ausgewählten Wellenlänge, das
in Richtung des Fluids gerichtet ist, auszusenden. Die Küvette ist
als ein Teil eines Fluid-Verteilers ausgebildet, der mehrere Leitungen
für die Überführung des sterilen
Fluids während
der Verabreitung einschließt, wobei
die Küvette
ausgebildet und angeordnet ist, das Fluid zu befördern. Der Licht-Detektor ist
mit der Steuerschaltung verbunden und ist ausgebildet und angeordnet,
um Licht zu erfassen, das von der Quelle emittiert wurde und mit
dem Fluid, das innerhalb der Küvette
fließt,
in Wechselwirkung getreten ist. Die Steuerschaltung ist ausgebildet
und angeordnet, um das Fluid in der Küvette basierend auf dem erfassten Licht
zu kennzeichnen.
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Der
optische Sensor kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen:
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Die
Licht-Quelle und der Licht-Detektor können in einer Transmissionsgeometrie
angeordnet sein. Die Licht-Quelle, der Licht-Detektor und die Steuerschaltung
sind in einem Gehäuse
eingeschlossen. Das Gehäuse
ist geeignet für
die Sterilisation durch Gammastrahlen oder durch andere Mittel.
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Der
Fluid-Verteiler schließt
eine integrale Komponente ein, die ausgebildet ist, um in dichter Nähe zu dem
Gehäuse
platziert zu werden, und angeordnet ist, um die Position der Küvette relativ
zu der Licht-Quelle und dem Licht-Detektor eindeutig zu definieren.
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Die
Küvette
ist aus einem optischen Material gefertigt, das für die Sterilisation
geeignet ist. Die Küvette
ist aus einem optischen Material gefertigt, das für die Sterilisation
unter Verwendung von Gammastrahlung geeignet ist. Die Küvette und
der Fluid-Verteiler können
wegwerfbar sein.
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Die
Licht-Quelle und der Licht-Detektor befinden sich in einem abgedichteten
Gehäuse,
das für Nassreinigung
ausgelegt und angeordnet ist.
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Die
Licht-Quelle schließt
eine Licht-emittierende Diode (LED) ein, die ausgebildet und angeordnet
ist, um Licht von etwa 560 nm und etwa 640 nm zu emittieren. Der
Licht-Detektor schließt
eine Siliziumdiode ein. Der optische Sensor ist angeordnet, um rote
Blutkörperchen
in dem Fluid zu erfassen.
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Die
Steuerschaltung ist ausgebildet, um die Licht-Quelle und den Licht-Detektor
zu aktivieren, um wiederholte Messungen über einen kurzen Zeitraum durchzuführen, um
die Genauigkeit der Charakterisierung zu erhöhen. Die Steuerschaltung ist
ausgebildet, um den Betrieb des optischen Sensors nach Platzierung
der Küvette
zu kalibrieren.
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Der
optische Sensor ist weiter angeordnet, um Daten für das Steuermodul
bereitzustellen, um Neuverteilung von Fluiden, die in den Leitungen
strömen,
zu betätigen.
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Außerdem offenbart
wird ein Verfahren zur Charakterisierung eines Fluids, das auf eine
sterile Art in einer Leitung überführt wird
während
der Verarbeitung von biologischen Zellen in einem Zellenverarbeitungssystem.
Das Verfahren schießt
Befördern des
Fluids in eine Küvette
während
des Betriebs eines Zellenverarbeitungssystems ein, worin das Befördern Verteilung
des Fluids in einem Fluid-Verteiler einschließt, der mehrere Leitungen einschließt zum Überführen von
sterilem Fluid während
der Verarbeitung, und worin mindestens eine der Leitungen permanent
mit der Küvette
verbunden ist. Das Verfahren schließt auch Emittieren von Licht
von mindestens einer ausgewählten
Wellenlänge
ein, das durch eine Licht-Quelle erzeugt wird; Detektieren von Licht,
das von der Quelle emittiert wurde und mit dem Fluid, das innerhalb
der Küvette
fließt,
in Wechselwirkung getreten ist; und Charakterisieren des Fluids
in der Küvette
basierend auf dem detektierten Licht.
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Es
wird ein Verfahren beschrieben zur Steuerung des Betriebs eines
Zellenverarbeitungssystems, das ein Steuermodul, ein Verarbeitungsmodul, das
auf eine sterile Weise durch einen Satz von Leitungen mit einem
Zellen-Modul und einem Zuführungsmodul
für die
Bereitstellung ausgewählter
Prozesschemikalien verbunden ist, und eine Vielzahl von Sensoren
umfasst, die Prozessdaten für
das Steuermodul bereitstellen, das außerdem angeordnet ist, um eine
Vielzahl von Ventilen zu betätigen,
die den Fluss der Zellen und der Chemikalien in den Leitungen während des
Betriebs regulieren. Das Verfahren umfasst Verarbeiten biologischer
Zellen in dem Verarbeitungsmodul unter Verwendung von Prozesschemikalien
einschließlich
Salzlösung;
Auspressen der Prozesschemikalien aus dem Verarbeitungsmodul; Überführen eines
Stroms der ausgepressten Prozesschemikalien zu einem Abfallbehälter über die
Leitungen, worin mindestens eine der Leitungen permanent an die
Küvette
angeschlossen und mit dieser in Verbindung ist. Das Verfahren umfasst
Emittieren von Licht von mindestens einer ausgewählten Wellenlänge, das
durch eine Licht-Quelle
erzeugt wird; Detektieren des Lichts, das von der Quelle emittiert wurde
und mit dem Fluid, das innerhalb der Küvette fließt, in Wechselwirkung getreten
ist; Charakterisieren des Fluids in der Küvette basierend auf dem detektierten
Licht; und nach Detektierung der Anwesenheit der verarbeiteten biologischen
Zellen während der
Charakterisierung Umleiten des Stroms, um die verarbeiteten biologischen
Zellen zu einem Zellen-Behälter
zu überführen.
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Irgendeines
der oben genannten Verfahren kann eines oder mehrere der folgenden
Merkmale einschließen:
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Das
Emittieren schließt
Erzeugen von Licht von etwa 560 und etwa 640 nm ein. Das Umleiten umfasst
zeitweilige Umkehrung der Auspress-Aktion, die durch das Verarbeitungsmodul
durchgeführt
wird, um die detektierten biologischen Zellen zurückzuziehen,
und Betätigen
eines Ventils durch das Steuermodul. Die biologischen Zellen schließen rote
Blutkörperchen
ein.
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Es
wird eine Vorrichtung bereitgestellt für die Verteilung eines Fluids
von unterschiedlichen Quellen zu unterschiedlichen Bestimmungsorten.
Die Vorrichtung empfängt
Fluide von einer Vielzahl unterschiedlicher Quellen und verteilt
die Fluide aus einem Anschluss heraus zu einem Bestimmungsort. Die Vorrichtung
empfängt
auch Fluid von dem Bestimmungsort und überführt das Fluid über einen
anderen Anschluss heraus zu einem anderen Bestimmungsort.
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Es
wird eine Vorrichtung bereitgestellt für die Verteilung einer Vielzahl
von Fluiden. Die Vorrichtung schließt eine Vielzahl von Anschlüssen ein
für die Aufnahme
von einer Vielzahl von Fluiden. Die Vorrichtung schließt einen
Kanal ein, der an die Vielzahl von Anschlüssen gekoppelt ist, und einen
ersten Anschluss, der an diesen Kanal gekoppelt ist. Der erste Anschluss
ist angepasst, Fluid von dieser Vielzahl von Anschlüssen zu
einem ersten Bestimmungsort zu überführen und
Fluid von diesem ersten Bestimmungsort zu empfangen. Die Vorrichtung
schließt
außerdem
einen zweiten Anschluss ein, der an diesen Kanal gekoppelt ist,
der angepasst ist, um Fluid, das an diesem ersten Anschluss von
diesem ersten Bestimmungsort empfangen worden ist, an einen zweiten
Bestimmungsort zu überführen.
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Ein
Verbindungsstück
wird beschrieben, das einen ersten Anschluss einschließt zur Aufnahme
eines ersten Quelle von Fluid, einen zweiten Anschluss zur Aufnahme
einer zweiten Quelle von Fluid, einen ersten Auslass in Verbindung
mit dem ersten Anschluss und einen zweiten Auslass in Verbindung
mit dem zweiten Anschluss. Der erste und zweite Auslass sind angepasst,
um an den ersten und zweiten Einlassanschluss einer Vorrichtung
für die
Verteilung des ersten und zweiten Fluids zu einem bestimmten Bestimmungsort
angeschlossen zu werden.
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Eine
Vorrichtung wird bereitgestellt für die Lagerung von Fluiden,
die eine erste Kammer zum Lagern eines ersten Fluids und eine zweite
Kammer zum Lagern eines zweiten Fluids einschließt.
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Es
wird ein Apparat bereitgestellt zum selektiven Auspressen eines
oder mehrerer ausgewählter Fluid-Materialien
aus einem Fluid-Behälter
heraus, worin jedes der ausgewählten
Fluid-Materialien eine ausgewählte
Dichte aufweist, und worin der Fluid-Behälter
eine runde Einschließung
mit einer flexiblen Wand und einen Austrittsanschluss umfasst, der
abdichtbar mit dem Fluid-Behälter in
Verbindung ist, um zu ermöglichen,
dass die ausgewählten
Fluid-Materialien, die darin enthalten sind, aus dem Fluid-Behälter heraus
durch den Austrittsanschluss ausgepresst werden, wobei der Apparat
folgendes umfasst: einen Zentrifugenrotor mit einer runden Zentrifugen-Kammer
von ausgewähltem
Volumen, wobei der Zentrifugen-Rotor um eine Mittelachse herum durch
einen Motormechanismus steuerbar rotierbar ist; eine runde dehnbare
Einschließung,
die innerhalb der Zentrifugen-Kammer angeordnet ist, mit einer Rotationsachse,
die mit der zentralen Rotationsachse zusammenfällt, und einer flexiblen Wand,
wobei der Fluid-Behälter
eine Rotationsachse hat und innerhalb der Zentrifugen-Kammer koaxial
aufgenommen werden kann, wobei die dehnbare Einschließung abdichtbar
mit einer Quelle eines Expressor-Fluids verbunden ist, welches eine
Dichte hat, die gewählt
ist, dass sie größer ist
als die Dichte von jedem der ausgewählten einen oder mehreren Fluid-Materialien, die
in dem Fluid-Behälter angeordnet
sind; eine Pumpe zum steuerbaren Pumpen eines ausgewählten Volumens
des Expressor-Fluids in die dehnbare Einschließung hinein und daraus heraus,
worin der Fluid-Behälter
innerhalb der Zentrifugen-Kammer aufgenommen werden kann; ein Rückhaltemechanismus zum
Halten des Fluid-Behälters
innerhalb der Zentrifugen-Kammer in einer koaxialen Position, worin
die flexible Wand des Fluid-Behälters
in Kontakt mit der flexiblen Wand der dehnbaren Einschließung ist.
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Die
dehnbare Einschließung
umfasst vorzugsweise eine flexible Membran, die abdichtbar an eine
Oberfläche
des Rotors angelagert ist, so dass die Zentrifugen-Kammer in eine
erste Kammer zur Aufnahme des Fluid-Behälters und eine zweite Fluiddichte
Kammer zur Aufnahme des Expressor-Fluids eingeteilt wird. Die flexible
Wand der dehnbaren Einschließung
umfasst typischerweise ein elastisches Folienmaterial. Der Apparat
schließt
weiter typischerweise einen Heizungsmechanismus ein mit einem Kontrollmechanismus
für die
selektive Kontrolle der Temperatur des Expressor-Fluids.
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Wegen
seiner hohen Dichte wandert das Expressor-Fluid, welches in die
dehnbare Einschließung
hineingepumpt wird, an eine Position auf dem Umfang innerhalb der
dehnbaren Einschließung, welche
radial weiter auswärts
ist von der Mittelachse als eine Umfangposition, zu welcher das
eine oder die mehreren ausgewählten
Fluid-Materialien in dem Fluid-Behälter wandern, wenn der Rotor
antreibbar um die Mittelachse herum rotiert wird.
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Der
Fluid-Behälter
hat typischerweise einen ersten Radius und die zweite Fluid-dichte
Kammer hat typischerweise einen zweiten Radius, welcher mindestens
gleich dem ersten Radius des Fluid-Behälters ist, worin das Expressor-Fluid,
welches in die zweite Fluid-dichte Kammer gepumpt wird, zu einer äußersten Umfangsposition
wandert innerhalb der zweiten Fluid-dichten Kammer, welche von der
Mittelachse radial weiter auswärts
ist als eine Umfangsposition, zu welcher das eine oder die mehreren
ausgewählten
Fluid-Materialien in dem Fluid-Behälter wandern, wenn der Rotor
antreibbar um die Mittelachse herum rotiert wird.
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Es
wird in einem Zentrifugen-Apparat, der einen Rotor umfasst mit einer
Zentrifugen-Kammer, die steuerbar rotierbar um eine Mittelachse
herum ist, ein Verfahren offenbart zum Auspressen eines oder mehrerer
ausgewählter
Fluid-Materialien, die jeweils eine ausgewählte Dichte haben, aus einem
Fluid-Behälter
heraus, welcher die ausgewählten
Fluid-Materialien enthält,
worin der Fluid-Behälter
eine runde Einschließung
umfasst mit einem Radius, eine Rotationsachse, eine flexiblen Wand
und einen Austrittsanschluss, der abdichtbar mit dem Fluid-Behälter in Verbindung
steht, um zu ermöglichen,
dass die ausgewählten
Fluid-Materialien, die darin enthalten sind, aus dem Fluid-Behälter heraus
durch den Austrittsanschluss ausgepresst werden, wobei das Verfahren folgendes
umfasst: Bilden einer runden dehnbaren Einschließung innerhalb der Zentrifugen-Kammer, worin
die dehnbare Einschließung
eine flexible Wand hat, einen Radius und eine Rotationsachse, die
mit der Mittelachse des Rotors zusammenfällt; Befestigen des Fluid-Behälters koaxial
innerhalb der Zentrifugen-Kammer so, dass die flexible Wand des
Fluid-Behälters
der flexiblen Wand der dehnbaren Einschließung gegenüberliegt; Auswählen eines
Expressor-Fluids mit einer Dichte, die größer ist als die Dichte von
jedem der ausgewählten
Fluid-Materialien;
Pumpen des ausgewählten
Expressor-Fluids in die dehnbare Einschließung hinein in einer Menge, die
ausreichend ist, um die dehnbare Einschließung auszudehnen, so dass die
flexible Wand der dehnbaren Einschließung die flexible Wand des
Fluid-Behälters
berührt;
und antreibbar Rotieren des Rotors um die Mittelachse vor, während und
nach dem Schritt Pumpen.
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Es
wird ein Apparat bereitgestellt zum selektiven Auspressen von einem
oder mehreren Fluid-Materialien aus einem Fluid-Behälter
heraus, worin jedes der ausgewählten
Fluid-Materialien eine ausgewählte
Dichte hat und worin der Fluid-Behälter eine runde Einschließung umfasst
mit einer flexiblen Wand und einen Austrittsanschluss, der abdichtbar mit
dem Fluid-Behälter
in Verbindung steht, um zu ermöglichen,
dass die ausgewählten
Fluid-Materialien, die darin enthalten sind, aus dem Fluid-Behälter heraus
durch den Austrittsanschluss ausgepresst werden, wobei der Apparat
folgendes umfasst: ein Trenngehäuse
mit einer runden Kammer von ausgewähltem Volumen, wobei das Gehäuse eine
Mittelachse hat; eine runde dehnbare Einschließung, die innerhalb der runden
Kammer angeordnet ist, mit einer Achse, die mit der Mittelachse
der Trennkammer zusammenfällt,
und einer flexiblen Wand, wobei der Fluid-Behälter eine Achse hat und koaxial
innerhalb der runden Kammer aufgenommen werden kann, wobei die dehnbare
Einschließung
abdichtbar mit einer Quelle für
ein Expressor-Fluid verbunden ist, welches eine Dichte hat, die
so gewählt
ist, dass sie größer ist
als die Dichte von jedem der ausgewählten ein oder mehreren Fluid-Materialien,
die in dem Fluid-Behälter
angeordnet sind; eine Pumpe zum steuerbaren Pumpen eines ausgewählten Volumens
des Expressor-Fluids in die dehnbare Einschließung hinein oder daraus heraus,
worin der Fluid-Behälter
innerhalb der runden Kammer aufgenommen werden kann; ein Rückhaltemechanismus
zum Halten des Fluid-Behälters
innerhalb der runden Kammer in einer koaxialen Position, worin die
flexible Wand des Fluid-Behälters
in Kontakt mit der flexiblen Wand der dehnbaren Einschließung ist.
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Es
wird ein Apparat bereitgestellt zum selektiven Auspressen von einem
oder mehreren Fluid-Materialien aus einem Fluid-Behälter
heraus, worin jedes der ausgewählten
Fluid-Materialien eine ausgewählte
Dichte hat und worin der Fluid-Behälter eine runde Einschließung umfasst
mit einer flexiblen Wand und einen Austrittsanschluss, der abdichtbar mit
dem Fluid-Behälter
in Verbindung steht, um zu ermöglichen,
dass die ausgewählten
Materialien, die darin enthalten sind, aus dem Fluid-Behälter heraus durch
den Austrittsanschluss ausgepresst werden, wobei der Apparat folgendes
umfasst: einen Zentrifugen-Rotor mit einer runden Zentrifugen-Kammer
von ausgewähltem
Volumen, wobei der Zentrifugen-Rotor durch einen Motormechanismus
steuerbar rotierbar um eine Mittelachse herum ist; eine runde dehnbare
Einschließung,
die innerhalb der Zentrifugen-Kammer angeordnet ist, mit einer Rotationsachse,
die mit der Mittelachse zusammenfällt, und einer flexible Wand,
wobei der Fluid-Behälter
eine Rotationsachse hat und koaxial innerhalb der Zentrifugen-Kammer
aufgenommen werden kann, wobei die dehnbare Einschließung abdichtbar
mit einer Quelle für
ein Expressor-Fluid verbunden ist; eine Pumpe zum steuerbaren Pumpen
eines ausgewählten
Volumens des Expressor-Fluids
in die dehnbare Einschließung
hinein oder daraus heraus; worin der Fluid-Behälter eine flexible Wand hat
und innerhalb der Zentrifugen-Kammer aufgenommen werden kann, so dass
die flexible Wand des Fluid-Behälters
der flexiblen Wand der dehnbaren Einschließung gegenüberliegt; ein Mechanismus zum
Füllen
des Fluid-Behälters
mit jedem beliebigen vorgewählten
variablen Volumen des einen oder der mehreren ausgewählten Fluid-Materialien,
welches kleiner ist als das ausgewählte Volumen der Zentrifugen-Kammer;
ein Rückhaltemechanismus
zum Halten des Fluid-Behälters vollständig innerhalb
der Zentrifugen-Kammer nach Expansion der dehnbaren Einschließung.
-
Es
wird in einem Zentrifugen-Apparat, der einen Rotor mit einer Zentrifugen-Kammer
von einem ausgewählten
Volumen umfasst, welche steuerbar rotierbar um eine Mittelachse
herum ist, ein Verfahren bereitgestellt zum Auspressen eines oder
mehrerer Fluid-Materialien, die jeweils eine ausgewählte Dichte
haben, aus einem Fluid-Behälter
heraus, welcher die ausgewählten
Fluid-Materialien
enthält,
worin der Fluid-Behälter
eine runde Einschließung
mit einer Rotationsachse, eine flexiblen Wand und einen Austrittsanschluss
umfasst, der abdichtbar mit dem Fluid-Behälter
in Verbindung steht, um zu ermöglichen,
dass die ausgewählten
Fluid-Materialien, die darin enthalten sind, aus dem Fluid-Behälter heraus durch
den Austrittsanschluss ausgepresst werden, wobei das Verfahren folgendes
umfasst: Bilden einer runden dehnbaren Einschließung innerhalb der Zentrifugen-Kammer,
worin die dehnbare Einschließung eine
flexible Wand und eine Rotationsachse hat, die mit der Mittelachse
des Rotors zusammenfällt;
Befestigen des Fluid-Behälters
koaxial innerhalb der Zentrifugen-Kammer so, dass die flexible Wand
des Fluid-Behälters
der flexiblen Wand der dehnbaren Einschließung gegenüberliegt; Füllen des Fluid-Behälters mit
irgendeinem beliebigen vorge wählten
Volumen des einen oder der mehreren ausgewählten Fluid-Materialien, welches kleiner ist als
das ausgewählte
Volumen der Zentrifugen-Kammer vor, während oder nach dem Schritt
Befestigen; Pumpen eines ausgewählten
Expressor-Fluids in die dehnbare Einschließung hinein in einer Menge,
die ausreichend ist, um die dehnbare Einschließung so zu dehnen, dass die
flexible Wand der dehnbaren Einschließung die flexible Wand des
Fluid-Behälters
berührt; Halten
des Fluid-Behälters
vollständig
innerhalb der Zentrifugen-Kammer während des Schritts Pumpen und
antreibbar Rotieren des Rotors um die Mittelachse herum vor oder
während
des Schritts Pumpen.
-
Der
Schritt Pumpen umfasst typischerweise Vorauswählen des Expressor-Fluids,
dass es eine größere Dichte
hat als die Dichte von jedem der ausgewählten Fluid-Materialien. Das
Verfahren kann weiter Platzieren des Expressor-Fluids bei einer
oder mehreren ausgewählten
Temperaturen vor oder während
des Schritts Pumpen umfassen.
-
Ein
Apparat wird beschrieben zum selektiven Auspressen von einem oder
mehreren Fluid-Materialien aus einem Fluid-Behälter heraus, der einen IR-Temperatursensor
(z. B. ein IR-Thermoelement) einschließt zum Messen der Temperatur
der Fluid-Materialien, die sich in dem Fluid-Behälter befinden, vor dem selektiven
Auspressen. Der Apparat schließt
auch einen zweiten Auspresstemperatursensor ein zum Messen der Temperatur
der Umgebung zwischen dem Fluid-Behälter und dem IR-Sensor. Alternativ
kann der zweite Temperatursensor durch ein anderes Mittel ersetzt
werden, das Änderungen
des Brechungsindexes der Infrarotstrahlung beschreibt, die von dem
Fluid-Material emittiert wird, um die IR-Daten zu korrigieren.
-
Es
wird in einem Zentrifugen-Apparat, der einen Rotor umfasst mit einer
Zentrifugen-Kammer von einem ausgewählten Volumen, welcher steuerbar
um eine Mittelachse herum rotierbar ist, ein Verfahren bereitgestellt
zum gleichmäßigen Verarbeiten
eines ausgewählten
biologischen Zellmaterials zwischen separaten Verarbeitungszyklen
in dem Zentrifugen-Apparat, wobei das Verfahren folgendes umfasst:
Auswählen
eines Fluid-Materials mit einer vorherbestimmten Zusammensetzung
zur Behandlung des ausge wählten
biologischen Zellmaterials; Bilden einer runden dehnbaren Einschließung innerhalb
der Zentrifugen-Kammer, worin die dehnbare Einschließung eine
flexible Wand und eine Rotationsachse hat, die mit der Mittelachse
des Rotors zusammenfällt;
Befestigen eines runden Fluid-Behälters mit einer Rotationsachse,
einer flexiblen Wand und einem Austrittsanschluss, der abdichtbar
mit dem Fluid-Behälter
in Verbindung steht, innerhalb der Zentrifugen-Kammer so, dass die
flexible Wand des Fluid-Behälters der
flexiblen Wand der dehnbaren Einschließung gegenüberliegt; Füllen des Fluid-Behälters mit
einem Volumen der ausgewählten
biologischen Zellen und einem Volumen des ausgewählten Fluid-Materials in einem
vorherbestimmten Verhältnis
vor, während
oder nach dem Schritt Befestigen; Pumpen eines ausgewählten Expressor-Fluids
in die dehnbare Einschließung
hinein in einer Menge, die ausreichend ist, um die dehnbare Einschließung so zu
dehnen, dass die flexible Wand der dehnbaren Einschließung die
flexible Wand des Fluid-Behälters berührt; Halten
des Fluid-Behälters vollständig innerhalb
der Zentrifugen-Kammer während
des Schritts Pumpen; antreibbar Rotieren des Rotors um die Mittelachse
herum vor oder während
des Schritts Pumpen; und Wiederholen der Schritte Befestigen, Füllen, Pumpen,
Halten und antreibbar Rotieren mindestens ein Mal.
-
Der
Heizungsregelmechanismus umfasst typischerweise ein Programm zur
automatischen Regelung der Temperatur des Expressor-Fluids. Das Expressor-Fluid
wird typischerweise durch einen Vorratsbehälter zirkuliert, innerhalb
welchem das Fluid in thermischem Kontakt mit bestimmten Vorrichtungen ist,
die thermische Energie zu oder von dem Fluid als Reaktion auf einen
Regelalgorithmus übertragen. Diese
thermische Vorrichtung kann Peltier-Vorrichtungen, elektrische Widerstandsstabheizungen,
luftgekühlte
Radiatoren oder andere ähnliche
Vorrichtungen, oder eine Kombination von diesen Typen von thermischen Übertragungsvorrichtungen
einschließen.
-
Eine
verbesserte rotierende Dichtung stellt gesteigerte Antikontaminationseigenschaften
bereit für
die Verwendung insbesondere in Zentrifugen-Vorrichtungen für die Verarbeitung
von biologischen Materialien. Die Dichtung umfasst mindestens zwei konzentrisch
mit Abstand angeordnete rotierende Dichtungen, worin der Ringspalt
zwischen den Dichtungen mindestens eine sterile Kammer bildet. Für den Fall
eines Lecks in einer der beiden konzentrisch mit Abstand angeordneten
rotierenden Dichtungen werden die zusätzliche Dichtung oder die zusätzlichen Dichtungen
tätig,
um die sterile Umgebung des Zellenverarbeitungssystems aufrecht
zu erhalten, indem mikrobielle Kontamination verringert oder vermieden wird.
Zusätzlich
kann die sterile Ringkammer mit einer sterilen Zufuhr von Gas als
einem zweiten Mittel zum Verringern oder Vermeiden von mikrobieller Kontamination
unter Druck gesetzt werden. Die unter Druck gesetzte Kammer fungiert
als eine Barriere, um Mikroben daran zu hindern, in das Innere des
Zellenverarbeitungssystems durch eine undichte Dichtung zu wandern.
Die unter Druck gesetzte Kammer fungiert auch als eine Barriere,
um die Wanderung von Fluiden oder Feststoffteilchen aus dem Innern des
Zellenverarbeitungssystems durch die undichte Dichtung hindurch
zu verringern oder zu verhindern.
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Ein
verbessertes Zellenverarbeitungssystem wird bereitgestellt, wobei
die Verbesserung eine Vielzahl von ringförmigen rotierenden Dichtungen
zwischen rotierenden und nicht rotierenden Abschnitten des Zellenverarbeitungssystems
umfasst. Die Vielzahl der ringförmigen
rotierenden Dichtungen bilden mindestens einen Ringspalt zwischen
den ringförmigen
rotierenden Dichtungen. Der mindestens eine Ringspalt ist ausgebildet
und angeordnet zum Aufnehmen von druckbeaufschlagtem Gas. In einigen Ausführungsformen
umfasst die Vielzahl der ringförmigen
rotierenden Dichtungen eine Vielzahl von Dichtungsgliedern, die
ringförmige
Dichtflächen
definieren, welche eine Vielzahl von konzentrischen ringförmigen,
mit Abstand angeordneten rotierenden Dichtungen bilden, wobei die
ringförmigen
rotierenden Dichtungen mindestens einen Ringspalt definieren. Mindestens
eines der Dichtungsglieder definiert einen Kanal in einer nicht
dichtenden Oberfläche,
wobei der Kanal in einer Gasverbindung mit dem mindestens einen
Ringspalt ist. Vorzugsweise wird der mindestens eine Ringspalt mit
Gas unter Druck gesetzt. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
sind die ringförmigen
Dichtflächen
im Wesentlichen planar. In anderen Ausführungsformen umfasst der Apparat
außerdem
einen Körper,
der einen Gasanschluss definiert, worin der Gasanschluss in Gasverbindung
mit dem Kanal steht. Der Apparat kann außerdem einen Drucksensor in
Verbindung mit dem Gasanschluss einschließen zum Überwachen des Gasdrucks in
dem Ringspalt.
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Außerdem wird
ein Dichtungsapparat bereitgestellt. Die Dichtung schließt eine
Vielzahl von ringförmigen
Dichtungsgliedern ein. Ein erstes ringförmiges rotierendes Dichtungsglied
schließt
eine Dichtfläche
ein, welche eine Vielzahl von konzentrischen, mit Abstand angeordneten
ringförmigen
Dichtflächen
definieren, und eine axiale Öffnung.
Ein zweites ringförmiges
rotierendes Dichtungsglied hat eine Dichtfläche, welche mindestens eine
ringförmige
Dichtfläche definiert,
und eine axiale Öffnung.
Das erste ringförmige
rotierende Dichtungsglied und das zweite ringförmige rotierende Dichtungsglied
sind axial ausgerichtet und die ringförmigen Dichtflächen sind
in Kontakt platziert, um eine Vielzahl von mit Abstand voneinander
angeordneten Dichtungen zu bilden. Vorzugsweise sind die ringförmigen Dichtflächen im
Wesentlichen planar. In bestimmten Ausführungsformen definiert die
dichtende Oberfläche
des ersten Dichtungselementes weiter einen Ringspalt zwischen den ringförmigen dichtenden
Oberflächen.
Die ringförmigen
Dichtflächen
können
zusammen vorgespannt werden durch ein Vorspannelement, welches vorzugsweise
ein elastisches Federelement ist. Die ringförmigen Dichtflächen werden
bevorzugt aus einem Material geformt gewählt aus der Gruppe bestehend aus
Keramiken, Kohlenstoff-Phenolharz und gleichwertigen Kohlenstoff-Verbundmaterialien:
bevorzugter sind alle ringförmigen
Dichtflächen
aus keramischen Materialien geformt. In anderen Ausführungsformen
definieren mindestens eine der nicht dichtenden Oberflächen des
ersten ringförmigen
rotierenden Dichtungsglieds und des zweiten ringförmigen rotierenden
Dichtungsglieds einen Kanal in Gasverbindung mit dem Ringspalt.
-
Der
Dichtungsapparat kann außerdem
einen Körper
einschließen,
welcher einen ersten Anschluss einschließt, der in den axialen Öffnungen
der ersten und zweiten ringförmigen
rotierenden Dichtungsglieder angeordnet ist. Vorzugsweise mindestens
eine der nicht dichtenden Oberflächen
des ersten ringförmigen
rotie renden Dichtungsglieds und des zweiten ringförmigen rotierenden
Dichtungsglieds definieren einen Kanal in Gasverbindung mit dem
Ringspalt, wobei der Körper
einen Gasanschluss in Verbindung mit dem Kanal einschließt. Der
Dichtungsapparat schließt
in einigen Ausführungsformen
eine Basis ein mit einer axialen Öffnung und einen Verarbeitungsbehälter mit
einem Oberteil, das eine axiale Öffnung
definiert. Die Basis ist in axialer Ausrichtung auf dem Oberteil
des Verarbeitungsbehälters
befestigt, und das zweite ringförmige
rotierende Dichtungsglied ist in axialer Ausrichtung auf der Oberfläche der
Basis befestigt. So zusammengebaut ist der erste Anschluss des Dichtungsapparats
in einer Fluidverbindung mit dem Innern des Verarbeitungsbehälters. Vorzugsweise
ragt der erste Anschluss durch die axialen Öffnungen der ersten und zweiten
ringförmigen rotierenden
Dichtungsglieder und der Basis. Der Körper kann außerdem einen
Fluidanschluss in Fluidverbindung mit dem Raum einschließen, der
durch den ersten Anschluss, die ersten und zweiten ringförmigen Rotationsdichtungsglieder
und die axiale Öffnung
der Basis definiert wird. In weiteren Ausführungsformen schließt der Dichtungsapparat
ein äußeren Schutzschild
ein, das einen Raum zwischen dem äußeren Schutzschild und dem
Körper,
der Basis und den ersten und zweiten ringförmigen rotierenden Dichtungsgliedern
definiert. Vorzugsweise umfasst das äußere Schutzschild ein Schutzschild-Oberteil,
einen Schutzschild-Boden und eine Schutzschild-Klammer, worin das
Schutzschild-Oberteil lösbar
auf dem Schutzschild-Boden befestigt
ist, und worin der Schutzschild-Boden und die Schutzschild-Klammer überlappende
Flansche haben, welche eine Serpertinendichtung bilden. In bestimmten
Ausführungsformen
ist der Durchmesser des Schutzschild-Bodens kleiner als der Durchmesser
der Schutzschild-Klammer, wobei der Schutzschild-Boden einen nach
außen
gerichteten Flansch hat, und die Schutzschild-Klammer einen überlappenden, nach innen gerichteten
Flansch hat.
-
Der
Dichtungsapparat kann außerdem
in bestimmten Ausführungen
ein elastisches Federelement einschließen, das zwischen dem Schutzschild-Oberteil
und dem Körper
angeordnet ist, worin die Klammer beweglich zwischen einer ersten
Position und einer zweiten Position ist, worin die Schutzschild-Klammer
in die Basis eingreift, worin das Federelement zusammengedrückt ist,
wenn die Schutzschild-Klammer in der zweiten Position ist.
-
Ein
Verfahren zum Abdichten eines rotierenden Verarbeitungsbehälters, welcher
in einem Verarbeitungssystem rotiert, wird bereitgestellt. Das Verfahren
umfasst Bereitstellen eines stationären Dichtungsglieds, das an
einem Verarbeitungssystem befestigt ist, wobei die stationäre Dichtung
eine Vielzahl von auf dem Umfang verteilt mit Abstand angeordneten
ringförmigen
Dichtungselementen aufweist. Das Verfahren umfasst außerdem Bereitstellen
eines rotierenden Dichtungsglieds, das an dem rotierenden Verarbeitungsbehälter befestigt
ist, wobei das rotierende Dichtungsglied mindestens ein ringförmiges Dichtungselement
aufweist. Die Dichtungselemente des stationären Dichtungsglieds und das
mindestens eine Dichtungselement des rotierenden Dichtungsglieds
berühren
sich, um eine rotierende Dichtung zwischen dem rotierenden Verarbeitungsbehälter und
dem Verabreitungssystem zu bilden.
-
Ein
Verfahren zum Abdichten eines rotierenden Verarbeitungsbehälters wird
bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer Vielzahl
von ringförmigen
Dichtungen zwischen dem rotierenden Verarbeitungsbehälter und
einem stationären
Abschnitt eines Verarbeitungssystems, worin die Vielzahl der ringförmigen Dichtungen
einen Ringspalt definieren. Der Ringspalt wird unter Druck gesetzt,
um eine verbesserte Dichtung für
den rotierenden Verarbeitungsbehälter
bereitzustellen.
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Ein
Verfahren zum Heizen oder Kühlen
einer Probe während
des Transports der Probe in einen rotierenden Verarbeitungsbehälter hinein
oder daraus heraus wird bereitgestellt. Ein Dichtungsapparat, der eine
rotierende Dichtung und einen Anschluss zum Transport einer Probe
in den rotierenden Verarbeitungsbehälter einschließt, wird
bereitgestellt, worin die Dichtung und der Anschluss einen Raum
in Kontakt mit dem Anschluss definieren. Der Raum zwischen der Dichtung
und dem Anschluss wird mit einem Material gefüllt, das eine Temperatur hat,
welche bei oder unter der Temperatur der Probe liegt, zum Kühlen der
Probe, oder mit einem Material mit einer Temperatur, welche bei
oder über
der Temperatur der Probe ist, zum Heizen der Probe. In bevorzugten Ausführungsformen
sorgt das Verfahren für
Kühlung der
Probe durch Füllen
des Raums mit Abfallmaterialien, die durch die Verarbeitungsverfahren
erzeugt werden, wobei die Abfallmaterialien bei oder unterhalb der
Raumtemperatur sind. In bestimmten Ausführungsformen liefert das Verfahren
Kühlen
des Dichtungsmaterials während
des Transports von Prozessfluiden in den rotierenden Verarbeitungsbehälter hinein
oder daraus heraus. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer Dichtung
mit einem ringförmigen Einlass-/Auslassanschluss
in Fluidverbindung mit den Prozessfluiden und Füllen des ringförmigen Raums
mit Fluiden, die kälter
als die Dichtungsmaterialien sind.
-
Eine
Feder wird beschrieben. Die Feder schließt einen hohlen elastischen
Zylinder ein mit gebogenen Seitenabschnitten. Die Feder kann ausgebildet
sein mit einer bestimmten Höhe,
Breite, Dicke und Seitenabschnittsbogen, um eine konstante Vorspannkraft
nach Kompression der Feder bereitzustellen. Die Kompression der
Feder ändert
gleichzeitig die Höhe,
die Breite und den Bogen. In bestimmten Ausführungsformen schließt die Feder
ein elastisches Material von relativ dünnem Querschnitt ein, welches
eine Geometrie hat, die eine relativ konstante Kraft über einen
weiten Bereich von Biegungswerten liefert. Vorzugsweise hat die
Feder eine Querschnittsform, die gebogene Seitenwände einschließt.
-
Folglich
schließt
der Dichtungsapparat eine Vielzahl von ringförmigen Dichtungen ein, und/oder der
Dichtungsapparat schließt
mindestens eine ringförmige
Dichtung und einen druckbeaufschlagten Ringspalt ein, der konzentrisch
mit Abstand zu der ringförmigen
Dichtung angeordnet ist. Verfahren zur Verwendung der Dichtungsapparate
zum Abdichten rotierender Behälter
werden ebenfalls bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines interaktiven Zellenverarbeitungssystems.
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2 ist
ein begriffliches Flussdiagramm, das den Betrieb eines interaktiven
Zellenverarbeitungssystems anzeigt.
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3 ist
ein Blockdiagramm des interaktiven Zellenverar beitungssystems von 1.
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4 und 4A zeigen
ein Flussdiagramm von einem Prozess für die enzymatische Umwandlung
von roten Blutkörperchen.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines optischen Sensors, der in einem
Zellenverarbeitungssystem von 1 verwendet
wird.
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6 ist ein schematisches Diagramm der Elemente,
die in dem optischen Sensor von 5 verwendet
werden.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Fluidverteilungsmoduls einschließlich einer
Teilansicht des optischen Sensors von 5.
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8 ist
eine teilweise Explosionsdarstellung des Fluidverteilungsmoduls
von 7 mit einer anderen Ansicht des optischen Sensors
von 5.
-
9 ist
eine weitere Explosionsdarstellung des Fluidverteilungsmoduls von 6, die eine Pumpen-Ventil-Anordnung, ein
Gehäuse,
einen Fluid-Verteiler, ein Verbindungsstück und Federknöpfe von 8 zeigt.
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10 ist
eine vordere Draufsicht des Verteilers von 7–9 und
eine schematische Ansicht einer Pumpe und eines Filters.
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10A ist eine Explosionsdarstellung des Verteilers
und des Filters von 10.
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11 ist
eine Explosionsdarstellung des Verteilers und des Verbindungsstücks von 7–10.
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12 ist
eine rückwärtige Draufsicht
der Frontplatte des Verteilers von 11.
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13 ist
eine rückwärtige Draufsicht
der Membran des Verteilers von 11.
-
14 ist
eine Querschnittsansicht von 8, genommen
entlang Linie 12-12.
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15 und 16 sind
vordere bzw. obere Draufsichten des Verbindungsstücks von 7–9.
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17 ist
eine perspektivische Ansicht eines Mehr-Kammer-Beutels, der durch Rohrleitung an das
Verbindungsstück
von 15 und 16 angeschlossen
ist.
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18 ist
eine linksseitige perspektivische Ansicht des Systems von 1.
-
19 ist
eine isometrische Explosionsdarstellung von Komponenten einer Teilbaugruppe,
die verwendet wird zum Auspressen ausgewählter Fluid-Materialien, die
in einem flexiblen Behälter
angeordnet sind.
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20 ist
eine isometrische Explosionsdarstellung von einigen der Elemente,
die in 19 gezeigt sind.
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21 ist
eine seitliche Querschnittsansicht von bestimmten Komponenten der
Expressor-System-Teilbaugruppe, die in 19 gezeigt
ist, genommen entlang einer Ebene, welche keine der Fluidfluss-Rinnen 410 in
Spannkopf 408 schneidet.
-
22 ist
eine andere seitliche Querschnittsansicht von bestimmten Komponenten
der Expressor-System-Teilbaugruppe, die in 19 gezeigt
ist, genommen entlang einer Ebene, welche keine der Fluidfluss-Rinnen 410 in
Spannkopf 408 schneidet.
-
23 ist
eine schematische seitliche Querschnittsansicht der Ansicht von 22,
die die flexible Membrankomponente 411 zeigt, die anfänglich zu Beginn
eines Verarbeitungszyklus entlang der gekrümmten Oberfläche der
schalen- oder ringförmigen Trennkammer 421 von
Spannkopf 408 eingesetzt wird.
-
24 ist
eine vergrößerte seitliche
Querschnittsansicht eines Abschnitts von 23, die
die Expressor-Fluidkammer 420 zeigt, die teilweise mit Expressor-Fluid
gefüllt
ist, in einem späteren
Stadium in einem typischen Verarbeitungszyklus.
-
25 ist
eine Ansicht von 24 in einem noch späteren Stadium
eines typischen Verarbeitungszyklus, die die Expressor-Fluidkammer 420 zeigt,
die in einem größeren Ausmaß/mit einem
größeren Volumen
gefüllt
ist, als die Kammer in 24 gefüllt ist.
-
26 ist
eine andere schematische seitliche Querschnittsansicht der Expressor-System-Teilbaugruppe
von 18–25,
die zusätzliche
Komponenten zeigt, durch welche Expressor-Fluid zugeführt wird
von einer Pumpquelle durch eine zentrale Antriebswelle, welche rotierbar
angetrieben wird.
-
27 ist
eine isometrische Ansicht der Komponenten von 19 in
zusammengebauter Form.
-
28 ist eine isometrische Explosionsdarstellung
einer rotierenden Dichtung, die in Zusammenhang mit einem Expressor-System verwendet wird.
-
29 ist eine isometrische Ansicht der Komponenten
von 28 in zusammengebauter Form.
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30 ist eine auseinander gezogene seitliche Querschnittsansicht
der rotierenden Dichtungskomponenten von 28.
-
31 ist eine Querschnittsansicht des rotierenden
Dichtungsapparates.
-
32 ist eine auseinander gezogene perspektivische
Ansicht von oben des rotierenden Dichtungsapparats und des Verarbeitungsbehälters.
-
33 ist eine auseinander gezogene perspektivische
Ansicht von unten des rotierenden Dichtungsapparates.
-
Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
-
Bezugnehmend
auf 1 und 3 umfasst ein interaktives Zellenverarbeitungssystem 10 ein
Zellen-Modul 12, ein Zuführungsmodul 20, ein Fluidverteilungsmodul 40,
ein Verarbeitungsmodul 60, ein Sammel-Modul 70 (nicht
gezeigt in 1) und ein Steuermodul 80.
Diese Module sind operativ miteinander verbunden für die Verarbeitung
von biologischen Zellen in einer sterilen Umgebung. Zellen-Modul 12 ist
ausgebildet für
eine kurzfristige oder langfristige Lagerung von biologischen Zellen
für die Verarbeitung.
Zuführungsmodul 20 schließt mehrere Behälter ein
zum Lagern unterschiedlicher Prozesschemikalien einschließlich Salzlösung oder
anderer Fluide, die zum Waschen der verarbeiteten Zellen verwendet
werden, und schließt
außerdem
sterile Luft ein. Die Behälter
sind mit dem Fluidverteilungsmodul 40 durch einen Satz
von Leitungen verbunden. Das Fluidverteilungsmodul 40 schließt mehrere
Ventile und Sensoren ein für
die Abgabe gesteuerter Mengen der Prozesschemikalien von Zuführungsmodul 20 an
Verarbeitungsmodul 60 und für die Abgabe einer bekannten
Menge der biologischen Zellen von Zellen-Modul 12 an Verarbeitungsmodul 60.
Außerdem
ist das Fluidverteilungsmodul 40 ausgebildet, um den Prozessabfall
von Verarbeitungsmodul 60 zu einem Abfall-Behälter 72 und
die verarbeiteten Zellen zu einem Zellenlagerbehälter 74 zu leiten,
welche sich beide in Sammel-Modul 70 befinden,
während die
Reinheit und Sterilität
der Zellen beibehalten wird. Das Steuermodul 80 leitet
den gesamten Prozess gemäß eines
ausgewählten
Algorithmus.
-
Im
Allgemeinen ist der Betrieb von Zellenverarbeitungssystem 10 in 2 gezeigt.
Steuermodul 80 führt
einen Verarbeitungsalgorithmus aus, der anfänglich ausgewählt wurde
(98). Steuermodul 80 schließt eine logische Steuereinheit
ein, die Echtzeitdaten von mehreren In-line Sensoren empfängt, die in
einer Verarbeitungsschleife angeordnet sind. Ein Massensensor (oder
ein Volumensensor) misst die Anfangsmenge der bereitgestellten biologischen
Zellen (94) und sendet die Daten an Steuermodul 80. Steuermodul 80 steuert
die Menge der Zellen, die an Verarbeitungsmodul 60 abgegeben
wird in Übereinstimmung
mit dem Verarbeitungsalgorithmus. Basierend auf der bereitgestellten
Menge der biologischen Zellen berechnet Steuermodul 80 außerdem die
einzelnen Dosen der Prozesschemikalien (100) und weist
einen Satz von Steuerventilen an, die Chemikalien in einer ausgewählten Reihenfolge
an Verarbeitungsmodul 60 abzugeben (102), wieder
in Übereinstimmung
mit dem Verarbeitungsalgorithmus.
-
Steuermodul 80 führt iterativ
den Verarbeitungsalgorithmus aus. Steuermodul 80 empfängt Daten
von den einzelnen Sensoren (z. B. einem Gewichtssensor, einem Volumensensor,
einem Temperatursensor, einem optischen Sensor, einem Widerstands-
oder Kapazitätssensor,
einem Strömungssensor,
einem Drucksensor oder einem anderen Sensor, die angeordnet sind,
um das überführte Material
in einem flüssigen,
gasförmigen
oder festen Zustand zu überwachen).
Nach Abgabe der ausgewählten
Menge einer oder mehrerer Prozesschemikalien an Verarbeitungsmodul 60 reguliert
Steuermodul 80 die Temperatur und die Zeit der Verarbeitung
und weist das Verarbeitungsmodul an, die Zellen mit den Prozesschemikalien
zu schütteln,
zu mischen oder anderweitig zu behandeln. Je nach Verarbeitungsalgorithmus
kann Steuermodul 80 einen oder mehrere Verarbeitungszyklen
handhaben. Am Ende jedes Zyklus kann Verarbeitungsmodul 60 die
verarbeiteten Zellen von Zwischenprodukten und von dem Prozessabfall
abtrennen. Während
des Trennprozesses detektiert Fluidverteilungsmodul 40 die
Fluidkomponen te, die gerade aus Verarbeitungsmodul 60 ausgepresst
wird, und leitet die abgetrennten Komponenten in unterschiedliche
Behälter
zur Entsorgung (110) oder zur Lagerung (112).
Jeder Verarbeitungszyklus kann eine andere Prozesschemikalie und
unterschiedliche Verarbeitungsbedingungen verwenden. Zellenverarbeitungssystem 10 kann
auch verschiedene Typen von Zellen gleichzeitig oder nacheinander
verarbeiten. Außerdem
kann Zellenverarbeitungssystem 10 biologische Zellen teilweise
verarbeiten und sie dann in Zellenlagerbehälter 74 (gezeigt in 3)
lagern, welcher ein Temperaturkontrollsystem einschließen kann.
Die verarbeiteten Zellen können
später
automatisch aus Zellenlagerbehälter 74 abgegeben
und unter Verwendung eines anderen Verarbeitungsalgorithmus verarbeitet
werden. Die verarbeiteten Zellen können außerdem vor einer anderen Verwendung
in Kultur aufgezogen werden.
-
Basierend
auf dem Anfangsgewicht der biologischen Zellen berechnet die Steuereinheit
die Dosierung der Prozesschemikalien. Zuführungsmodul 20 schließt einen
Gewichtssensor 29 ein zum Bereitstellen des Gewichts von
jeder Prozesschemikalie für die
Steuereinheit. Während
des Prozesses bestätigt die
Steuereinheit, dass die korrekte Menge von jeder Prozesschemikalie überführt worden
ist, indem sie die Änderung
zwischen dem Gewicht der Prozesschemikalie, die in Zuführungsmodul 20 gelagert
ist, und dem Anfangsgewicht der Chemikalie misst. Die Prozesschemikalien
in einem fließfähigen Zustand werden
durch ein 0,2-Mikron-Filter
gepumpt, um Sterilität
sicherzustellen. Ein Druckwandler ist hinter dem Filter angebracht.
Falls die Fluide, die gerade durch das Filter gepumpt werden, eine
veränderliche
Viskosität
haben, wird die Steuereinheit die Pumpgeschwindigkeit anpassen,
um einen konstanten Druckabfall über
der Filtermembran zu ergeben.
-
Verarbeitungsmodul 60 ist
gestaltet, um identische Verarbeitungsbedingungen (z. B. Druck, Temperatur,
Mischung, Verarbeitungszeit oder andere) für große und kleine Mengen der biologischen Zellen,
die für
die Verabreitung bereitgestellt werden, sicherzustellen. Deswegen
schließt
Verarbeitungsmodul 60 eine Verarbeitungskammer ein, die
eine variable Volumengestal tung aufweist. Abhängig von dem Volumen der verarbeiteten
Zellen und der anderen Prozesschemikalien, die in die Verarbeitungskammer überführt werden, ändert die
Steuereinheit das Kammervolumen. Die Volumenänderung wird erreicht durch
eine bewegliche Wand, die eine Membran sein kann. Verarbeitungsmodul 60 schließt einen weiteren
Drucksensor ein zum Messen des Drucks innerhalb der Verarbeitungskammer
und schließt
außerdem
einen Temperatursensor ein zum Messen der Temperatur innerhalb der
Verarbeitungskammer. Basierend auf den Daten des Temperatursensors kann
ein Wärmeübertragungssystem
Wärme bereitstellen
oder aus der Verarbeitungskammer entfernen.
-
Zellenverarbeitungssystem 10 kann
Zellen und/oder Zellen-Elemente
aus verschiedenen Flüssigkeiten
oder Feststoffen verarbeiten oder abtrennen. Solche Zellen oder
Zellen-Elemente umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Erythrozyten (d. h. rote
Blutkörperchen);
Leukozyten (d. h. weiße
Blutkörperchen
einschließlich
Lymphozyten, Granulozyten und Monozyten); Blutzellenvorläufer (z.
B. primitive Stammzellen, Burst forming units (Vorläuferzellen
für Erythrozyten),
Retikulozyten, Megakaryozyten usw.); Zellfragmente (z. B. Blutblättchen,
subzelluläre Elemente
wie Kerne, Bruchstücke
usw.); Epithelzellen; Endothelzellen; Mesothelzellen; Zellen von
normalen Geweben (z. B. Leberzellen, Nierenzellen, Blasenzellen,
Lungenzellen, Pankreaszellen, Embryonalzellen, Fetalzellen usw.);
Zellen von anomalen Geweben (z. B. maligne Zellen) und andere.
-
Bezugnehmend
auf 3 schließt
in einer bevorzugten Ausführungsform
des Zellenverarbeitungssystems Zellen-Modul 12 einen Gewichtssensor 14 ein,
der angeordnet ist, um rote Blutkörperchen zu wiegen, die in
einem PVC-Beutel 16 bereitgestellt werden. Rohrleitung 17 verbindet
Beutel 16 mit einem Leukofilter 18 und mit Fluidverteilungsmodul 40.
Zuführungsmodul 20 schließt einen
Beutel 21 ein mit Enzym A1/B, einen Beutel 22 mit
Enzym A2, einen Beutel 23 mit 140-mmolarem dibasischen
Kaliumphosphat (DPP), einen Beutel 24 mit Polyethylenglykol
(PEG), einen Beutel 25 mit Lagerungslösung und einen Beutel 26 mit
isotonischer Phosphat-Citrat-Lösung
(PCI). Beutel 22, 23, ..., 26 sind aus
Cryovac M312 gefertigt. Jeder Beutel ist durch Rohrleitung 28 mit
Fluidverteilungsmodul 40 verbunden. Gewichtssensor 29 ist
ausgelegt, um jedes der oben genannten Fluide, die sich in dem Zuführungsmodul 20 befinden,
zu wiegen. Zuführungsmodul 20 umfasst auch
einen Kompressor 30, der über ein Filter 31 und ein
Rückschlagventil 32 mit
einem Luftreservoir 33 verbunden ist, welches sterile Luft
speichert, die für die
Zellenverarbeitung verwendet wird. Druckschalter und Sensor 34 sind
in Verbindung mit Luftrohrleitung 36, welche sterile Luft
an einen Luftfilter liefert, der sich in Fluidverteilungsmodul 40 befindet.
Ein Regler 37, der mit einem Magnetventil 38 verbunden ist,
reguliert den Luftdruck, der für
Fluidverteilungsmodul 40 und Verarbeitungsmodul 60 bereitgestellt wird.
Fluidverteilungsmodul 40 schließt eine Peristaltikpumpe 42 und
zwölf Kolbenventile 43, 44,
..., und 54 ein, die mit einem Satz von Leitungen verbunden sind
zum Verteilen der Prozesschemikalien und der Zellen während des
automatisierten Prozesses. Die logische Steuereinheit kann jede
Kombination von den zwölf
Ventilen schließen
oder öffnen,
um das Fluid, das innerhalb der Leitungen strömt, umzuleiten. Ein Drucksensor 55 misst
den Fluiddruck während des
Prozesses, und ein optischer Detektor 58 überwacht
das Fluid zu und von Verarbeitungsmodul 60. Verarbeitungsmodul 60 schließt eine
Zentrifuge 62 und ein Expressor-System 64 ein.
Ein IR-Temperatursensor 66 überwacht die Temperatur der
Prozesschemikalien oder der Zellen, die sich innerhalb der Zentrifuge 62 befinden.
Sammel-Modul 70 schließt einen
Abfall-Beutel 72, einen Salzlösungsbeutel 74 und
einen Produkt-Beutel 76 ein. Sammel-Modul 70 schließt außerdem einen
Gewichtssensor 76 ein, der mit Produktbeutel 76 verbunden
ist und angeordnet ist, um die verarbeiteten roten Blutkörperchen
zu wiegen.
-
Die
Steuereinheit steuert das Volumen der Verarbeitungskammer von Zentrifuge 62,
um identische Verarbeitungsbedingungen für große und kleine Mengen der roten
Blutkörperchen
sicherzustellen. Die Verarbeitungskammer schließt eine flexible Wand ein,
um Expressor-Fluid innerhalb der Verarbeitungskammer zu enthalten.
Bei kleinen Volumina pumpt Expressor-System 64 Expressor-Fluid
in die Kammer hinein, bis der Druckwandler an der Kammer den Voll-Zustand
signalisiert. Dieser Vorfüllschritt stellt
sicher, dass unterschiedliche Mengen von roten Blutkörperchen
der gleichen akkumulierten Zentrifugalkraft und den gleichen mechanischen
Beanspruchungen aufgrund von Verdichtung unterworfen werden. Ansonsten
würden
kleinere Mengen länger
gedreht und fester verdichtet werden, wenn das Expressor-Fluid die
Verarbeitungskammer während des
Auspressschritts füllt.
-
Während des
Prozesses empfängt
die Steuereinheit ein Eingabesignal von IR-Temperatursensor 66,
welcher die Temperatur der roten Blutkörperchen misst. Falls die Temperatur
kleiner ist als der Sollwert, erhöht der Expressor von System 64 die Temperatur
des Expressor-Fluids. Umgekehrt, falls die Temperatur größer ist
als der Sollwert, erniedrigt der Expressor von System 64 die
Temperatur des Expressor-Fluids. Ein Regelkreis überwacht kontinuierlich die
Temperatur der verarbeiteten Zellen.
-
Verarbeitungsmodul 60 schließt auch
einen zweiten Druckwandler ein, der den Druck der sterilen Luft
an der Rotationsdichtung überwacht.
Wenn die Dichtung funktioniert, schwankt dieser Druck nur leicht
zwischen festgelegten Grenzen. Wenn der Druck unter den festgelegten
Schwellwert fällt,
wird ein Warnzustand initiiert, der eine Überprüfung der rotierende Dichtung
sowie anderer möglicher
Fehlerursachen anfordert.
-
Expressor-Fluidsystem 64 schließt einen dritten
Druckwandler ein, der den Druck des Expressor-Fluids misst, welcher
ein indirektes Maß für den Druck
auf die roten Blutkörperchen
ist. Die Steuereinheit passt die Expressor-Pumpengeschwindigkeit
an, um sicherzustellen, dass der Druck innerhalb akzeptabler Grenzen
liegt und Zellen vor Schäden
geschützt
werden. Falls der Druck zu niedrig ist, wird die Pumpengeschwindigkeit
erhöht,
um den Auspresszyklus zu beschleunigen. Falls der Druck zu hoch
ist, wird die Pumpe heruntergebremst, um die Zellen vor übermäßigem Druck
zu schützen.
Dadurch wird außerdem
die Dichtung vor übermäßigem Druck
geschützt.
-
Der
optische Sensor 58 überwacht
die Farbe und die Trübung
der überführten Fluide.
Speziell überwacht
der optische Sensor 58 außerdem den Überstand, der aus der Zentrifugen-Kammer
ausgepresst wurde. Wenn rote Zellen in dem Überstand detektiert werden,
reagiert die Steuereinheit, indem sie die Expressor-Pumpe anhält, um zu
verhindern, dass irgendwelche Zellen an den Abfall verloren gehen, oder
reagiert durch Schalten von Ventilen, um die Zellen in einem separaten
Lagerbeutel zu sammeln, abhängig
davon, welcher Zyklus gerade ausgeführt wird.
-
Bezugnehmend
auf 4 und 4A wird in
der bevorzugten Ausführungsform
das Zellenverarbeitungssystem von 3 für die enzymatische Umwandlung
von roten Blutkörperchen
zu roten Blutkörperchen
von Typ 0 verwendet. Der enzymatische Umwandlungsprozess beginnt
in Schritt 115 durch Wiegen der bereitgestellten Menge
an roten Blutkörperchen.
In Schritt 117 verdünnt
basierend auf dem Anfangsgewicht der bereitgestellten roten Blutkörperchen
das System die roten Blutkörperchen,
die an den Verarbeitungsbeutel abgegeben werden, der sich innerhalb
der Zentrifuge 62 befindet, gezeigt in 3,
mit Salzlösung
im Verhältnis
1 : 1 und spült außerdem den
Beutel mit 100 ml Salzlösung
(Schritt 119). In Schritt 121 berechnet die Steuereinheit
die korrekte Dosierung von PCI, um das Verhältnis von 65 ml PCI auf 100
ml rote Blutkörperchen
zu erhalten. Die Steuereinheit berechnet außerdem die korrekte Dosierung
von DPP, um das Verhältnis
von 110 ml DPP auf 100 ml rote Blutkörperchen zu erhalten. Vor dem
Ausführungsschritt 123 bestätigt die
Steuereinheit, dass die korrekte Menge Salzlösung zu Zentrifuge 62 überführt wurde.
In Schritt 123 dreht die Zentrifuge bei 3000 Upm etwa 2,5
Minuten lang, und bremst dann herunter auf etwa 1500 Upm und drückt den
Salzlösungsabfall
aus, während
die gewaschenen roten Blutkörperchen
in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
-
Als
nächstes
spült in
Schritt 127 das System die Rohrleitung mit PCI und gibt
die in Schritt 121 berechnete Dosis von PCI an den Verarbeitungsbeutel ab.
PCI (isotonische Phosphat-Citrat-Lösung) umfasst
10,7 g/l Citronensäuremonohydrat,
2,7 g/l dibasisches Natriumphosphat (wasserfrei), 6,4 g/l Natriumchlorid,
die suspendiert sind in einem Liter sterilem Wasser mit pH = 2,8 ± 0,05.
Die erforderliche Dosis beträgt
65 ml PCI-Puffer mit pH 2,8 für
jeweils 100 ml der 85-Crit-Zellmasse. In Schritt 129 mischt
die Zentrifuge gründlich
die Lösung
während
Zugabe von PCI und schüttelt
dann gelegentlich die Mischung aus roten Blutkörperchen und PCI etwa 10 Minuten
lang zur Gleichgewichts einstellung, um den pH der verdichteten roten
Blutkörperchen
von ungefähr
7,0 auf 5,5 zu reduzieren. Dann presst in Schritt 123 die
Zentrifuge die abgetrennten Abfallmaterialien (auch Überstand
genannt) aus, während
die roten Blutkörperchen
in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
-
In
Schritt 131 spült
das System die Rohrleitung mit PEG und gibt die berechnete Dosis
an den Verarbeitungsbeutel ab. In Schritt 133 fügt das System
außerdem
Enzyme zu dem Verarbeitungsbeutel hinzu, basierend auf der Menge
an roten Blutkörperchen,
die in Schritt 115 gemessen wurde. Das Enzym umfasst 12,5
ml rB-Zyme oder 25 ml einer Suspension von exo- und endo-rA-zym,
und die PEG-Dosis ist 23 ml pro 250 ml 85-Crit-Zellsuspension. Die
Zentrifuge schüttelt
60 Minuten lang bei der Inkubationstemperatur von 26°C für rB-zym
und bei 37°C
für rA-zym.
Das Enzym ist in PCI-Puffer von pH 5,5 suspendiert, PEG, 1450 Molekulargewicht,
ist suspendiert in PCI von pH 5,5. Das System prüft außerdem die Dosis, die Zeit
und die Temperatur in Übereinstimmung
mit dem Algorithmus (Schritt 135) und setzt die rote Blutkörperchenumwandlung
fort, wenn alle Parameter zufriedenstellend sind. Dann spült das System
die Rohrleitung mit Salzlösung
und füllt den
Verarbeitungsbeutel mit Salzlösung
auf. In Schritt 123 dreht die Zentrifuge die Lösung bei
3000 Upm etwa 2,5 Minuten lang, und bremst dann herunter auf 1500
Upm und drückt
die überstehenden
Abfallmaterialien aus, während
die gewaschenen roten Blutkörperchen
in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
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Nach
der roten Blutkörperchenumwandlung drückt die
Zentrifuge den Überstand
aus (Schritt 123). Als nächstes, in Schritt 141,
gibt das System Salzlösung
an den Verarbeitungsbeutel ab, schüttelt die Mischung und dreht
die Mischung bei etwa 3000 Upm etwa 2,5 Minuten lang. Die Zentrifuge
drückt
die Abfallmaterialien aus und das System gibt die 85-Crit-Zellmasse
zurück.
In Schritt 145 spült
das System die Rohrleitung mit DPP, um anschließend den pH der umgewandelten
roten Blutkörperchen wiederherzustellen.
In Schritt 147 gibt das System DPP ab, indem 110 ml DPP-Puffer
für jeweils
100 ml der 85-Crit-Zellsuspension abgemessen werden. Das System
gibt 140 mM dibasisches Kalium phosphat mit pH 9,0 ± 0,1 (DPP)
ab, das 24,4 g/l dibasisches Kaliumphosphat (wasserfrei) suspendiert
in einem Liter sterilem Wasser umfasst. Die Zentrifuge mischt gründlich die
Flüssigkeit
während
der Zugabe des Puffers und bringt die Mischung bei 26°C 10 Minuten
lang ins Gleichgewicht, wobei auch gelegentlich während der
Gleichgewichtseinstellung gemischt wird. Als nächstes füllt das System in Schritt 141 den Verarbeitungsbeutel
mit Salzlösung,
schüttelt
die Mischung und drückt
die Abfallmaterialien aus, während
die roten Blutkörperchen
in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
-
Als
nächstes
spült das
System die Leitungen mit Salzlösung
und wäscht
die roten Blutkörperchen mehrmals,
indem der Verarbeitungsbeutel mit Salzlösung gefüllt und anschließend die
Abfallmaterialien ausgepresst werden (Schritte 141, 143 und 149). Diese
Schritte entfernen restlichen Puffer, Enzym, PEG und Phosphat bis
zu einem Gehalt, der ungefähr
99,9999% entspricht. Nach Ausdrücken
der verwendeten Salzlösung
in dem letzten Waschzyklus (Schritt 153) stellt das System
die 85-Crit-Zellmasse wieder her.
-
Die
Steuereinheit weist Fluidverteilungsmodul 40 an, die Rohrleitung
umzuschalten, um die verarbeiteten roten Blutkörperchen in Lagerbeutel 74 zu sammeln.
Dieser Prozess wird durch den optischen Sensor 58 gesteuert
(gezeigt in 3). Nachdem der optische Detektor
rote Blutkörperchen
detektiert, in Schritt 155, kehrt die Expressor-Pumpe ihre Pumprichtung
um, um die roten Blutkörperchen
aus der Rohrleitung, die sich zwischen dem Verarbeitungsbeutel und
dem optischen Detektor befindet, zurück in den Verarbeitungsbeutel
zu ziehen. Das geschieht, um den Verlust von roten Blutkörperchen
zu minimieren. Dann leitet das Fluidverteilungssystem 40 die
ausgepressten roten Blutkörperchen
wieder an Lagerbeutel 74 zurück. Wenn der Verarbeitungszyklus
abgeschlossen ist (Schritt 157), misst die Steuereinheit
100 ml Nutracell-Lagerungslösung
je 250 ml der 85-Crit-Zellsuspension ab. Diese Lösung wird dann in dem Lagerbehälter gelagert,
der aus einem Material gefertigt ist, das für eine Lagerung von 42 Tagen
genehmigt ist (Schritt 163).
-
Diese
Ausführungsform
des Zellenverarbeitungssystems wird für die enzymatische Umwandlung
des Bluttyps verwendet, wie beschrieben zum Beispiel in den US-Patenten
4.330.619, 4.427.777 und 4.609.627, die an Goldstein erteilt wurden.
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Der
optische Sensor 58 überwacht
die Farbe und die Trübung
der überführten Fluide.
Spezieller überwacht
der optische Sensor 58 auch den Überstand, der aus der Zentrifugen-Kammer
ausgedrückt wird.
In Schritt 153, wenn rote Zellen in dem Überstand
detektiert werden, reagiert die Steuereinheit, indem sie die Expressor-Pumpe
anhält,
um zu verhindern, dass irgendwelche Zellen in den Abfall verloren
gehen. In Schritt 155 schaltet die Steuereinheit Ventile
um, um die Zellen in dem Zellenlagerbehälter 74 zu sammeln.
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Der
optische Sensor 58 ist ausgebildet und angeordnet, um ein
Fluid, das gerade innerhalb Fluidverteilungssystem 40 überführt wird,
optisch zu bestimmen. Da die verarbeiteten Zellen in einer sterilen Umgebung
während
des gesamten Prozesses gehalten werden müssen, hat der optische Sensor
die entsprechenden Anforderungen zu befriedigen. Die Anforderungen
schließen
eine sterile und leicht ersetzbare optische Kammer ein. Die gesamte
Gestaltung ist wasserdicht und ermöglicht leichte Sterilisation
aller äußeren Oberflächen in Übereinstimmung
mit den entsprechenden Bestimmungen.
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Im
Allgemeinen ist der optische Sensor 58 ausgebildet und
angeordnet, um eine In-line-Charakterisierung von Fluiden, die gerade überführt werden, während des
Betriebs von Zellenverarbeitungssystem 10 durchzuführen. Der
optische Sensor 58 tastet periodisch Fluide ab, die durch
eine optische Kammer strömen,
und stellt Steuermodul 80 Daten bereit. Wenn der optische
Sensor 58 eine ausgewählte
Qualität
des optisch abgetasteten Fluids detektiert, liefert er die entsprechenden
Daten an Steuermodul 80, welches wiederum ein ausgewähltes Ventil
innerhalb Fluidverteilungssystem 40 aktiviert. Das aktivierte Ventil
leitet die Strömung
in Übereinstimmung
mit dem Prozess um.
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Eine
spezielle, aktuell bevorzugte Ausführungsform des optischen Sensors 58 ist
in 5 gezeigt. Bezugnehmend auf 5 umfasst
der optische Sensor 200 eine Leiterplatte 202,
eine Kunststoffhalterung 204, ein Quellengehäuse 206,
ein Detek torgehäuse 208 und
eine weiche Dichtung 210. Eine zweifarbige Licht-emittierende
Diode 212 (gezeigt in 6)
ist an einer Quellen-Halterung 214 befestigt und innerhalb
des Quellen-Gehäuses 206 platziert.
Ein Siliziumdiodendetektor 216 (gezeigt in 6)
ist an einer Detektor-Halterung 218 befestigt und befindet
sich innerhalb des Detektor-Gehäuses 208.
Ebenfalls innerhalb des Quellen-Gehäuses 206 befestigt
ist eine Quellen-Blende 213 mit
einem 1 mm großem
Loch. Quellenblende 213, die sich vor LED 212 befindet,
ist ausgerichtet mit einer Detektor-Blende 217, die sich vor Siliziumdiodendetektor 216 befindet.
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Die
Licht-emittierende Diode ist ausgebildet, um Licht von etwa 560
nm und etwa 640 nm zu emittieren. Vorzugsweise ist die LED AND176RAG,
hergestellt durch Purdy Electronics Corp., 720 Palomar Ave., Sunnyvale,
CA. Der Siliziumdiodendetektor ist OPT210, hergestellt durch Burr-Brown
Corp., 6730 S. Tucson Blvd., Tucson, AZ 85706. Auf der Leiterplatte 202 befindet
sich Elektronik 225, die in 6 gezeigt
ist.
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Nach
jedem Einschalten kalibriert Steuermodul 80 den optischen
Sensor 200, indem die Übertragungsdaten
entweder ohne die Küvette
oder mit der leeren Küvette
genommen werden und diese mit Kalibrierdaten verglichen werden,
die im Speicher abgelegt sind. Außerdem kalibriert eine lokale
Steuereinheit 230 Quelle 212 oder Detektor 216 jedes
Mal, wenn eine neue Kassette in Fluidverteilungssystem 40 ausfindig
gemacht wird.
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7 und 8 zeigen
die Anordnung des optischen Sensors 200 bezüglich Fluidverteilungsmodul 40.
Das Fluidverteilungsmodul ist Teil eines Fluidverwaltungssystems,
das die Lieferung von biologischen Zellen, Prozesschemikalien, Lösungen, Fluiden,
Reagenzien usw. koordiniert, um einem Verarbeitungsalgorithmus zu
entsprechen, der durch Steuermodul 80 ausgeführt wird.
Im Allgemeinen steuert das Fluidverteilungsmodul die Lieferung von Fluiden
von Zuführungsmodul 20 und
Zellen-Modul 12 an das Verarbeitungsmodul 60 (siehe 1 und 3)
sowie das Auspressen von Fluiden aus dem Verarbeitungsmodul 60.
Das Fluidverteilungsmodul ist eine Vorrichtung, die aus Pumpen,
Ventilen, Druckverwaltungsvorrichtungen und anderen Komponenten
besteht, die für
die Verwaltung einer Vielfalt von Fluiden nützlich sind.
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Fluidverteilungsmodul 40 ist
gezeigt in 7–9. Das Fluidverteilungsmodul
ist Teil eines Fluidverwaltungssystems, das die Lieferfluide koordiniert
einschließlich:
biologische Zellen, Prozesschemikalien, Lösungen, Fluide, Reagenzien
usw., um einem Verarbeitungsalgorithmus zu entsprechen, der durch
Steuermodul 80 ausgeführt
wird. Im Allgemeinen steuert das Fluidverteilungsmodul die Lieferung
von Fluiden von Zuführungsmodul 20 und
Zellen-Modul 12 an das Verarbeitungsmodul 60 (siehe 1 und 3)
sowie das Auspressen von Fluiden aus dem Verarbeitungsmodul 60.
Das Fluidverteilungsmodul ist eine Vorrichtung, die aus Pumpen, Ventilen,
Druckverwaltungsvorrichtungen und anderen Komponenten besteht, die
für die
Verwaltung einer Vielfalt von unterschiedlichen Fluiden von verschiedenen
Quellen nützlich
sind.
-
Bezugnehmend
auf 7–9 sind
die Hauptkomponenten des Fluidverteilungsmoduls ein Gehäuse 250,
eine Pumpenventil-Baugruppe 252, die
in dem Gehäuse
eingebaut ist, und ein Verteiler 256, der an dem Gehäuse an Trägerplatte 262 befestigt
wird. Das Gehäuse 252 kann
aus Blech geformt sein. Ebenfalls an das Gehäuse 250 angebaut ist eine
Peristaltik("Roll"-)pumpe 42.
Ein Verbindungsstück 260 ist
an den Verteiler anschließbar
und nimmt Rohrleitungen (siehe 16) auf
von verschiedenen Quellen von Fluiden, die zu dem Verteiler zu überführen sind.
-
Der
Verteiler 256 umfasst eine Vielzahl von Anschlüssen, die
mit Innenlaufkanälen
verbunden sind zum Überführen von
Fluid von einem Anschluss zu einem anderen. Die Anschlüsse sind
mit unterschiedlichen Quellen oder Zielen von Fluiden verbindbar.
-
Das
Verteilungsmodul 40 ist so angeordnet, dass der Verteiler 256 leicht
an das Gehäuse 252 anschließbar ist,
so dass es eine Wegwerfvorrichtung zur einmaligen Verwendung sein
kann, welche ersetzt werden kann, nachdem der Verarbeitungszyklus
für einen
Beutel 16 von biologischen Zellen abgeschlossen ist. Der
Verteiler 256 ist durch die Verwendung von Federknöpfen 258 (siehe 8)
an das Gehäuse
leicht anschließbar
und von diesem leicht lösbar.
Um den Verteiler anzuschließen,
werden die Federknöpfe
horizontal gedreht, der Verteiler wird an Trägerplatte 262 angeordnet,
die Federknöpfe
werden herausgezogen, vertikal gedreht und losgelassen, um den Verteiler
gegen die Trägerplatte
vorzuspannen.
-
Die
Trägerplatte 262 sitzt
in einer Vertiefung 265 von Gehäuse 250. Die Trägerplatte 262 ist
ein Zwischenstück
zwischen dem Verteiler 256 und der Pumpen-Ventil-Baugruppe 252.
Die Pumpen-Ventil-Baugruppe umfasst eine Reihe von Magnetventilen,
welche erregt werden können,
um normalerweise ausgestreckte Tauchkolben 264, 266, 268, 270, 272, 274, 276, 278, 280, 282, 284 und 286 zurückzuziehen
und dadurch entsprechende Ventile 43–48 und 49–54 (3)
zu öffnen,
die in Verbindung stehen mit entsprechenden Anschlüsse 302, 304, 306, 308, 310, 312, 324, 326, 328, 330, 332, 334 (10) an
dem Verteiler, die verwendet werden, um Fluide zu und von dem Verteiler 256 zu überführen. Wie ausführlich unten
erklärt
wird lenkt ein Tauchkolben, wenn er ausgestreckt ist, eine flexible
Membran innerhalb Verteiler 256 aus, um einen bestimmten
Anschluss zu schließen,
so dass Fluid nicht durch den jeweiligen Anschluss eintreten oder
austreten kann; wenn das Magnetventil, das mit einem Tauchkolben in
Verbindung steht, erregt wird, wird der Tauchkolben zurückgezogen,
um den damit verbundenen Anschluss oder Kanal zu öffnen und
Fluid-Eintritt oder -austritt zu ermöglichen.
-
Ebenfalls
getragen durch die Pumpen-Ventil-Baugruppe 252 werden:
Kraftmessdosen 288 und 290, welche verwendet werden,
um den Fluiddruck an zwei Punkten innerhalb des Verteilers 256 zu
erfassen; ein Sterilluft-Schlauch und Filter 293; und optischer
Sensor 58 einschließlich
einem Emitter 294 und einem Detektor 296. Halleffekt-Sensoren 298 werden
verwendet, um die Position der Tauchkolben 264–286 zu
detektieren.
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Trägerplatte 262 schließt verschieden
geformte Löcher 300 ein,
um die Tauchkolben 264–286, Kraftmessdosen 288 und 290,
Emitter 294 und Detektor 296 des optischen Sensors
und Sterilluftschlauch 293 aufzunehmen (siehe 8 und 9). Um
zu verhindern, dass Fluid in die Pumpen-Ventil-Baugruppe 252 eintritt,
können
einzelne Silikonkolbenmembranen über
jedem Tauchkolben sowie den zwei Kraftmessdosen angebracht werden,
und sie werden die jeweiligen Löcher 300 der
Trägerplatte 262 abdichten.
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Folglich
sind die Tauchkolben 264 und 266, die in 8 zu
sehen sind, durch solche Membranen abgedeckt. In 8 sind
Tauchkolben 264 und 266 gezeigt in ihrer normalen
(d. h. nicht erregten) Position, in welcher die Anschlüsse, die
mit den Tauchkolben 264–266 in Verbindung
stehen, abgesperrt sind. Wenn der Verteiler an die Trägerplatte 262 angelagert
wird, sind alle Magnetventile erregt, so dass die Tauchkolben das
Platzieren des Verteilers nicht stören.
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Der
Verteiler 256 setzt sich aus drei Hauptteilen zusammen:
einer Frontplatte 301, einer flexiblen Membran 303 und
einer Rückwand 305.
Die Membran wird zwischen der Frontplatte und der Rückwand zusammengepresst,
um dichte Kanäle
in dem Verteiler zu bilden. Die Rückwand wird an die Frontplatte durch
Ultraschall geschweißt,
jedoch können
auch andere Verfahren zum Verbinden von Kunststoffen verwendet werden,
zum Beispiel mechanische Schnapper, Klebstoffe, Lösungsmittel
usw. Wie die Trägerplatte 262 enthält die Rückwand 305 ebenfalls Löcher 307,
welche mit den Löchern
der Trägerplatte 300 zusammenpassen,
um den verschiedenen Elementen der Pumpen-Ventil-Baugruppe 252 Platz
zu bieten und Abschnitte der flexiblen Membran 303 zu exponieren.
Um zum Beispiel das Ventil, das mit einem bestimmten Anschluss in
Verbindung steht, zu schließen,
geht ein Tauchanker durch Loch 307 der Rückwand 305 hindurch
und lenkt die flexible Membran 303 gegen die Frontplatte
aus, um Fluidfluss in einem Anschluss oder einem Kanal der Frontplatte 301 abzusperren.
-
Wie
in 10 zu sehen ist, speisen Anschlüsse 302, 304, 306, 308, 310 und 312 in
einen ersten Verteiler-Kanal 314 ein. Wie oben angegeben ist
werden diese Anschlüsse
durch Tauchkolben 264, 266, 268, 270, 272 und 274 geöffnet und
geschlossen. Unterschiedliche Prozesschemikalien können über Rohrleitung
zu jedem Anschluss 302–312 gespeist
werden. Wie zum Beispiel in der bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf 3 und 4 oben
beschrieben ist, können
Enzyme A1/B und A2 an Anschluss 302 (von Beutel 21 und 22),
DPP an Anschluss 304 (von Beutel 23), PEG an Anschluss 306 (von
Beutel 24), Lagerungslösung
an Anschluss 308 (von Beutel 25), PCI an Anschluss 310 (von
Beutel 26) und Salzlösung
an Anschluss 312 (von Beutel 74) angeschlossen
werden. Anschlüsse 302–310 sind
angepasst, um ein Verbindungsstück 260 (unten beschrieben)
aufzunehmen, an welches Schläuche von
Zuführungsmodul 20 angeschlossen
werden.
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Fluid
wird von einer Quelle, die mit irgendeinem dieser Anschlüsse verbunden
ist, in Kanal 314 hinein fließen (falls der Tauchkolben
für diesen
Anschluss zurückgezogen
ist) und an Auslass 316 austreten, wenn Pumpe 42 in
Betrieb ist. Rohrleitung verbindet Auslass 316 mit Einlass 318.
Wie schematisch durch Pfeile "a" in 8 gezeigt
ist, ist die Bewegung von Fluid aus Verteiler-Kanal 314 heraus.
Fluid wird von 316 zu 318 überführt durch eine Peristaltikpumpe (siehe 7),
durch welche die Schlauchleitung hindurchgeht, die Auslass 316 mit
Einlass 318 verbindet. Die Pumpe hat Einlässe 315 und 317,
welche die Schlauchleitung aufnehmen, und eine rotierende Rolle 323,
die gegen den Uhrzeigersinn rotiert und kontinuierlich den Schlauch
entlang seiner Länge quetscht,
um einen Vakuumeffekt zu erzeugen, wodurch Fluid von Auslass 316 zu
Einlass 318 gesaugt wird. Motor 386 verursacht,
dass Rolle 323 rotiert.
-
Das
Fluid wird sich zu Anschluss 320 begeben und aus dem Verteiler über Rohrleitung
austreten, welche an ein Filter 321 angeschlossen ist.
Der Filter ist ein bakteriostatischer Filter, zum Beispiel mit einer
Porengröße von 0,2
Mikron, hergestellt durch Pall Inc., und filtert Verunreinigungen
aus, welche in dem Fluid sein können.
Zwei Filter können
parallel verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Fluidströmung zu
erhöhen,
die durch den Filter verlangsamt wird. Der Ausgang des Filters 321 wird über Rohrleitung
an einen anderen Anschluss 322 gekoppelt, wo das Fluid
in einen zweiten Verteiler-Kanal 319 des Verteilers eintritt.
Mit den Anschlüssen 320 und 322 sind
keine Tauchanker verbunden und sie sind somit keine mit Ventil ausgestatteten
Anschlüsse.
Der Filter ist mit Anschlüssen 320 und 322 unter Verwendung
von Ellbogenverbindungsstück 331 und kleinen
Stücken
Kunststoffrohrleitung 333 verbunden.
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Anschlüsse 324, 326, 328, 330, 332 und 334 sind
außerdem
mit Verteiler-Kanal 319 verbunden. Strömung durch diese Anschlüsse wird
jeweils gesteuert durch Tauchanker 276–286, was Ventilen 49–54 entspricht
(3). Diese Anschlüsse (und Anschluss 312)
sind angepasst, um direkt mit Rohrleitung verbunden zu werden, anders
als Anschlüsse 302–310,
welche angepasst sind, um Verbindungsstück 260 aufzunehmen,
aus Gründen,
die unten angegeben werden. Anschlüsse 324–332 sind Zwei-Wege-Anschlüsse insofern,
als das Fluid in diese Anschlüsse
eintreten oder daraus austreten kann. In der Verarbeitungsmethodik,
die oben mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, sind die
Anschlüsse folgendermaßen verbunden:
Anschluss 324 ist mit Produkt-Beutel 76 verbunden,
Anschluss 326 ist mit dem Verarbeitungsmodul verbunden,
um eine Spülsalzlösung bereitzustellen,
Anschluss 328 ist an den Abfall-Beutel 72 gekoppelt,
Anschluss 330 ist an Zellen-Beutel 16 gekoppelt
(unter Umgehung des Leukozytenfilters 18), und Anschluss 332 ist
an Zellen-Modul 12 gekoppelt, um unverarbeitete biologische
Zellen aufzunehmen.
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Unter
Verwendung des Verteilers 256 kann jedes Fluid, das an
Anschlüssen 302–312 aufgenommen
wird, verteilt werden auf jeden beliebigen der Anschlüsse 324, 326, 328, 330, 332 und 336.
Um ein Fluid von Anschlüssen 302–312 auf
Anschlüsse 324, 326, 328, 330 oder 332 zu
verteilen, wird Absperrschieber 334 durch Tauchkolben 286 geschlossen und
der Tauchanker, der mit dem gewünschten
Anschluss 324, 326, 328, 330 oder 332 in
Verbindung steht, wird erregt und zurückgezogen, um den Anschluss
zu öffnen,
so dass Fluid hindurch gelangen kann. Zum Beispiel kann Salzlösung, die
an Anschluss 312 aufgenommen wird, aus Anschluss 330 herausgepumpt
werden, um biologische Zellen zu verdünnen, die in Zellen-Beutel 16 enthalten
sind (unter Umgehung von Leukozytenfilter 18), oder sie kann
aus Anschluss 326 herausgepumpt werden, um das Verarbeitungsmodul 60 zu
spülen.
Das Spülwasser
aus Anschluss 326 wird in das Verarbeitungsmodul hinein
geschickt und daraus herausgepresst und drückt die restlichen Zellen in
der Leitung durch Anschluss 336, Ventil 334 und
aus Anschluss 324 heraus zu dem Produkt-Beutel.
-
Alternativ
könnten
Anschlüsse 324–332 geschlossen
gehalten werden, Absperrschieber 334 offen gehalten werden,
und Fluid von irgendeinem der Anschlüsse 302–312 könnte aus
Anschluss 336 heraus zu Verarbeitungsmodul 60 austreten.
Während der
oben beschriebenen Zellenverarbeitung wird jede Fluidquelle, die
mit Anschlüssen 302–312 verbunden
ist, in das Verarbeitungsmodul 60 zu unterschiedlichen
Zeiten während
der Verarbeitungsprozedur gepumpt (siehe 4).
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Eine
Quelle von Fluid, die an einem der Anschlüsse 324–332 aufgenommen
wurde, könnte auch
durch Absperrschieber 334 zu einem dritten Verteiler-Kanal 335 und
Austrittsanschluss 336 zu Verarbeitungsmodul 60 hindurchgehen.
Zum Beispiel werden biologische Zellen, die von Zellen-Beutel 16, der
mit Anschluss 332 verbunden ist, aufgenommen werden, durch
den Verteiler 335 und aus Anschluss 336 heraus
zu dem Verarbeitungsmodul 60 wandern. Ebenso wie bei Fluiden,
die über
irgendeinen der Anschlüsse 324–332 aufgenommen
wurden, wandern die Zellen aus dem Beutel 16 heraus durch
den Verteiler 256 und zu dem Verarbeitungsmodul 60 durch Schwerkraft,
da der Zellen-Beutel über
dem Verteiler platziert ist und der Verteiler über dem Verarbeitungsmodul 60 ist.
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Fluide
können
außerdem
aus der Zentrifuge 62 des Verarbeitungsmoduls 60 ausgepresst
werden, wobei sie in Anschluss 336 hinein, durch Kanal 335 und
Absperrventil 334 hindurch zu irgendeinem der Anschlüsse 324–332 wandern.
Zum Beispiel wird in der bevorzugten Ausführungsform, die oben beschrieben
wurde, die Zentrifuge 62 Abfallmaterial und Produkt aus
Anschluss 328 bzw. 324 herauspressen.
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Der
dritte Verteiler-Kanal 335 schließt eine Küvette 348 ein, die
zu Anschluss 336 führt,
welcher über
Rohrleitung direkt mit Verarbeitungsmodul 60 verbunden
ist. Die Küvette 348 ist
dort, wo verarbeitetes Fluid aus dem Verarbeitungsmodul durch den optischen
Sensor 58 detektiert wird. Der Emitter des optischen Detektors 294 wird
in einem Gehäuse 338 der
Frontplatte 301 auf einer Seite der Küvette aufgenommen, während der
Detektor 296 in Vertiefung 340 auf der gegenüberliegenden
Seite der Küvette angeordnet
ist. Somit kann der Detektor infrarotes Licht detektieren, das durch
das Fluid innerhalb der Küvette
hindurch emittiert wird, und die Änderung der roten Blutkörperchen
detektieren, die sich ereignet, nachdem Abfallmaterial durch die
Zentrifuge des Verarbeitungsmoduls 60 herausgepresst worden
ist. Wenn die Änderung
detektiert wird, wird Anschluss 328, der mit dem Abfall-Beutel 72 verbunden
ist, geschlossen und der Prozess kann entweder rote Blutkörperchen
zurück
zu dem Verarbeitungsmodul 60 schicken für eine weitere Bearbeitung,
oder, falls der Prozess beendet ist, diese zu dem Produkt-Beutel schicken,
indem Anschluss 324 geöffnet
wird.
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Die
Kraftmessdose 288 der Pumpen-Ventil-Baugruppe 252 (siehe 10)
ist unterhalb Einlass 318 und Anschluss 320 angeordnet,
um den Fluiddruck zu erfassen, der in Einlass 318 aufgenommen
wird. Kraftmessdose 288 erfasst Hochdruckzustände, welche
zum Beispiel auftreten, wenn das Verarbeitungsmodul mit Fluid gefüllt wird.
Wenn zum Beispiel Fluid von einem der Anschlüsse 302–312 gerade
zu dem Verarbeitungsmodul 60 gepumpt wird, wenn das Verarbeitungsmodul
gefüllt
ist, wird der Druck dramatisch ansteigen und durch die Kraftmessdose
erfasst werden. Das erhöhte
Drucksignal wird zurück
zu dem Steuermodul gesendet, welches die Pumpe 42 abschaltet.
Sensor 288 erfasst außerdem
Alarmzustände,
welche auftreten können,
falls es ein Hindernis hinter dem Einlass 318 und Anschluss 320 gibt.
Eine zweite Kraftmessdose 290 ist unterhalb von Anschluss 336 platziert
und erfasst den Druck in der Zentrifugen-Dichtung des Verarbeitungsmoduls 60.
Folglich kann, wenn der Druck in der Dichtung an der Zentrifuge
zu groß ist,
die Verarbeitung unterbrochen oder die Zentrifugengeschwindigkeit
reduziert werden.
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Der
verbleibende Anschluss 342 nimmt einen Sterilluft-Schlauch 293 und
Filter von Pumpen-Ventil-Baugruppe 252 auf und wird von
Frontplatte 301 über
eine Rohrleitung mit Verarbeitungsmodul 60 verbunden, welches
die sterile Luft verwendet, um eine druckbeaufschlagte sterile Umgebung zu
erzeugen. Öffnungen 346 und 344 nehmen
Befestigungsfinger 373 und 374 (siehe 16)
von Verbindungsstück 260 auf.
Es sollte beachtet werden, dass die spezielle Anordnung der Anschlüsse, Vertiefungen
und Verteiler-Kanäle
des Verteilers auf zahlreiche unterschiedliche Arten konfiguriert
werden kann, um die Übertragung
von unterschiedlichen Fluiden zu verschiedenen Orten zu erreichen,
und die Erfindung ist nicht beschränkt auf die besondere Anordnung,
die in den Figuren gezeigt ist.
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Bezugnehmend
auf 11–13 hat
der Verteiler drei Hauptkomponenten, eine Frontplatte 301,
eine flexible Membran 303 und eine Rückwand 305. Die Frontplatte
und die Rückwand
sind Spritzgusskunststoffkomponenten, die gefertigt sind aus amorphem
transparentem Polymer mit hohem E-Modul für Biegebelastung und guter
Schlagfestigkeit wie Acryl. Andere Materialien können verwendet werden, zum
Beispiel Polycarbonat (PC), Styrenacrylnitril (SAN), Polyester und
Copolyester, transparentes Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS), Polystyrol,
Polymethylpenten (TPX).
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Die
flexible Membran 303 ist aus einem weichen Silikonmaterial
hergestellt, das gewählt
wird wegen seiner Fähigkeit,
auferlegtem Druck zu widerstehen, und seines E-Moduls für Zugbelastung.
Andere Materialien können
verwendet werden, um die Membran zu bilden, wie thermoplastische
Elastomere (TPE). Der Verteiler 256 wird zusammengebaut, indem
die Membran 303 zwischen Frontplatte 301 und Rückwand 305 gelegt
wird und Frontplatte und Rückwand
miteinander durch Ultraschall verschweißt werden. Die Frontplatte
und die Rückwand üben eine Druckkraft
auf die Membran aus.
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12 zeigt
eine Rückansicht
der Frontplatte 301. Membran 303 bedeckt die Frontplatte 301 und
verschweißt
mit dieser, um Verteiler-Kanäle 319, 314 und 335 zu
bilden. Die Membran 303 wird durch die Rückwand 305 gepresst,
um eine gute Dichtung mit der Frontplatte 301 zu bilden,
um Fluidleckage aus Verteiler-Kanälen 314, 319 und 335 oder
irgendeinem der Anschlüsse
heraus zu verhindern.
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Der
Verteiler 256 wird ausgebildet, indem die Membran 303 (wie
sie in 13 ausgerichtet ist) über die
Rückseite
der Frontplatte 301 (wie sie in 12 ausgerichtet
ist) gelegt wird. Die Seite der Membran, die die Frontplatte berührt, ist
flach, während
die gegenüberliegende
Seite, die die Rückwand 305 berührt, Höcker 355 einschließt, auf
welche die Tauchanker 264–284 angepasst sind,
um sie auszulenken, um die Anschlüsse zu schließen, die
mit den Höckern 355 auf
der Membran in Verbindung stehen und durch diese bedeckt werden.
Wie durch Vergleich von 11 und 12 zu
sehen ist, bedecken Höcker 355 Anschlüsse 302–312 sowie
Anschlüsse 324–332.
Ein Abschnitt 360 der Membran ist ohne einen Höcker geformt
und wird verwendet, um Absperr schieber 334 zu schließen, und
nimmt einen Tauchanker (286) auf, der etwas anders geformt
ist, um den Absperrschieber 334 abzusperren, der Verteiler-Kanäle 319 und 335 verbindet.
Die Rückwand 305 und
die Membran 303 umfassen die Öffnungen 388 und 361,
durch welche der optische Emitter hindurch gelangt.
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Die
Rückseite
von Frontplatte 301 umfasst auch eine Vielzahl von Schweißrippen 351,
wo die Rückwand 305 an
die Frontplatte durch Ultraschall anzuschweißen ist. Die Membran ist geformt,
dass sie die Schweißrippen
nicht stört,
und umfasst Löcher 356 und 357,
welche den Rippen Platz bieten, so dass sie an die Rückwand geschweißt werden
können.
Die Schweißnaht
ist in 14 gezeigt, worin Rippe 351 an
die Rückwand 305 geschweißt ist.
Die Schweißnaht
ist an Rippenverbindung 367 ausgebildet, in welchem Teil
die Rippe 351 in die Rückwand eingeschmolzen
ist.
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Die
Flächen 362 und 363 der
Membran 303 liegen über
Flächen 388 und 389 auf
der Rückseite der
Frontplatte. Die Kraftmessdosen 288 und 290 berühren die
Membran bei 362 und 363 durch Rückwandlöcher 390 bzw. 391,
um den Fluiddruck von Fluid, das in Einlass 318 hineinströmt, und
von Fluid, das in Anschluss 336 hinein oder dort heraus
gelangt, zu erfassen.
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Die
Frontplatte schließt
auch Zapfen 350 und 353 ein, die angepasst sind,
um durch die Membran 303 (durch Löcher 358 und 359)
und Rückwand 305 (durch
Löcher 365 und 352)
hindurchzuragen, um die Membran 303 und Rückwand 305 richtig
auf der Frontplatte 301 zu zentrieren. Die Zapfen sind
hohl (siehe 11 und 13), um
Befestigungszapfen 398 und 399 von Pumpen-Ventil-Baugruppe 252 aufzunehmen,
welche durch die Trägerplatte 262 hindurchragen.
Zapfen 350 und Zapfen 353 sind geschlitzt, um
sich Fertigungstoleranzen anzupassen. Der Schlitz von Zapfen 353 (siehe 12)
ist länglich,
um sich größeren horizontalen
Toleranzen aufgrund der Form des Verteilers 256 anzupassen.
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Die
Frontplatte schließt
weiter Öffnungen 346 und 344 ein
zur Aufnahme von Befestigungsfingern 373 und 374 von
Verbindungsstück 260.
Um die Membran richtig an Ort und Stelle zu positionieren und zu
halten und auch um eine Dichtung zu bilden umfasst die Frontplatte
erhöhte
Grate 364 (siehe 14), welche
in Membran 303 versinken, wenn sie zwischen Frontplatte 301 und
Rückwand 305 zusammengedrückt wird.
Tauchanker werden in Löchern 307 in
der Rückwand
aufgenommen und werden die ausgesetzte Membran an Hügeln 355 niederdrücken und
auslenken, um einen jeweiligen Anschluss zu schließen. Der
Tauchkolben sperrt den Anschluss ab durch Auslenken der Membran
bis zur Dichtheit mit Oberfläche 392 (siehe 14)
des Frontplattenanschlusses. Die Membran ist leicht verdünnt um den Knopf 355 herum
bei 393, um die Membran beim Verformen zu unterstützen, um
den Anschluss zu schließen.
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Der
in 12 gezeigte Querschnitt zeigt außerdem einen
Verbindungsstückanschluss 366,
mit dem ein Teil des Verbindungsstücks 260 (siehe 7)
verbunden ist, welches auf die Vorderseite der Frontplatte angelagert
ist. Wie in 8 zu sehen ist, sind Anschlüsse 302, 304, 306, 308 und 310 geformt, um
Verbindungsstück 260 Platz
zu bieten anstatt direkt Rohrleitung aufzunehmen, wie es Anschlüsse 324, 326, 328, 330, 332 und 336 tun.
Alternativ können
die Anschlüsse 302–310 wie
Anschlüsse 324–336 ausgebildet
sein, um direkt Rohrleitung aufzunehmen, wenn es nicht erwünscht ist,
Verbindungsstück 260 zu
verwenden.
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Wie
in 15 und 16 zu
sehen ist, umfasst das Verbindungsstück 260, das aus Spritzgusskunststoff
hergestellt wird, zylindrische Ansatzstücke 375–378,
welche angepasst sind, um innen zu sitzen und in eine innere Oberfläche von
Anschlüssen 304, 306, 308 bzw. 310 einzugreifen.
Das Verbindungsstück
stellt sicher, dass die Prozessfluide von unterschiedlichen Quellen
mit dem richtigen Anschluss des Verteilers verbunden werden. Die
zylindrischen Ansatzstücke
sind ausgebildet, um zwischen einem Innenring 394 und einem
Außenring 395 des
Anschlusses zu sitzen (siehe 10 und 14). O-Ringe 379 (siehe 11)
sind angepasst, um zwischen den Ansatzstücken 375–378 und
Anschlüssen 304–310 zu
sitzen, um eine Dichtung bereitzustellen. Befestigungsfinger 373 und 374 schnappen
in die Frontplatten-Öffnungen 344 und 346 ein.
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Anschlüsse 368, 369, 370 und 371 von
Verbindungsstück 260 speisen
in entsprechende Ansatzstücke 375–378 ein
und sind an Rohrleitung anschließbar, welche mit einem Mehr-Kammer-Beutel 380 verbunden
ist, wie in 17 gezeigt. Der Beutel 380 ent hält Kammern 381, 382, 383 und 384,
welche unterschiedliche Arten von Prozesschemikalien enthalten können wie
DPP, PEG, Lagerungslösung (AS3)
bzw. PCI. Der Beutel kann ausgeliefert werden mit angeschlossenem
Verbindungsstück 260,
wie in 17 gezeigt. Das Verbindungsstück 260 wird
sicherstellen, dass Rohre 385 in der richtigen Reihenfolge
mit Anschlüssen 302, 304, 306, 308 und 310 der
Frontplatte 301 verbunden werden. Der Beutel 380 ist
aus Cryovac M312 gefertigt, welches beständig gegen Chemikalien mit
einem hohen pH ist, wie zum Beispiel DPP und PCI. Die Kammern werden gebildet,
indem zwei Bögen
Cryovac M312 miteinander heißverschweißt werden.
Löcher 396 werden verwendet,
um den Beutel aufzuhängen.
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Anschluss 366 (siehe 14)
sitzt auf Anschluss 302 und ist zum Aufnehmen eines weiteren Verbindungsstücks, das
mit einem Beutel verbunden ist, der das Enzym zum Verarbeiten biologischer
Zellen enthält.
Das Enzymbeutel-Verbindungsstück schnappt
in Schlitze 397 von Anschluss 366 ein und dichtet
mit einem O-Ring in Anschluss 302 auf eine ähnliche
Art und Weise wie zylindrische Ansatzstücke 375–378.
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18 veranschaulicht
Apparat 10 in einer linksseitigen perspektivischen Ansicht
und zeigt die Expressor-Systemkomponenten deutlicher in zusammengebautem
und montiertem Verhältnis
bezüglich des
Gesamtapparats 10. Insbesondere sind ein Motor 400 zum
rotierbaren Antrieb eines Spannkopfs oder Rotors (ausführlich unten
beschrieben), Trennpfosten 401, Lagergehäuse 402,
Montageplatte 403, Becher 404, ein Schiebedeckel 405 und
eine Infrarotsensor-Gehäusebaugruppe 406 in 18 gezeigt.
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Wie
in 19–27 gezeigt
ist nimmt der Becher 404 einen Spannkopf oder Rotor 408 auf, welcher
rotierbar um die Mittelachse 430 herum antreibbar ist durch
Verbindung mit Motor 400 über Welle 450, welche
innerhalb von Lagergehäusen 451–453 und
Kupplung 452 untergebracht ist. Wie in 12 gezeigt
treibt Motor 400 rotierbar Welle 455 an, welche
mit Welle 450 verbunden ist, welche mit Spannkopf 408 verbunden
ist, welcher über
Hohlkehlen 456 und Pfosten 457 (21 und 22)
innerhalb Becher 404 zur Rotation darin montiert ist.
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Wie
am Besten in 28 gezeigt ist, wird Expressor-Fluid gepumpt
aus einer externen Quelle 425, d. h. extern zu den Rotor-,
Wellen- und Motorkomponenten, in einen dichten Ringspalt 458 hinein, welcher
in Verbindung steht mit einem axialen Fluiddurchgang 416 durch
Antriebswellen 455 und 450. Der axiale Fluiddurchgang 416 steht
in Verbindung mit einem Durchgang in Spannkopf 408, welcher
in Verbindung steht mit Rinnen 410 auf der Innenseite von
Spannkopf 408 (19 und 20).
Wie am Besten in 20 gezeigt ist, ragen die Fluidabgaberinnen
radial nach außen
entlang einer zentralen flachen Kreisfläche 460 und weiter
radial nach außen entlang
der gekrümmten
Innenfläche
von Spannkopf 408.
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Ein
Paar an Lagerdichtungen 462, 26, ermöglicht die
Lieferung von Fluid von (und zu) einer stationären Quelle 425 in
Raum 458 hinein und durch den Achsendruchgang 416 der
Rotationswellen 455 und 450. Lager 464, 26,
befestigen Welle 450 rotierbar innerhalb von Gehäuse 451.
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Der
Spannkopf 408 hat eine runde ringförmige oder scheibenförmige Kammer 421 (21, 22, 23 und 24),
innerhalb der sich der Trennvorgang ereignet. Die Gesamtkammer 421 ist unterteilt
in zwei getrennte Einschließungen,
wobei eine der Raum unter der flexiblen Membran 411, die andere
der Raum innerhalb Kammer 421 über der Membran 411 ist.
Der Raum unter Membran 411 ist abdichtbar eingeschlossen über die
dichte Paarung der Unterseite des äußeren Umfangs der Membran mit
Umfangsrand 409 (19 und 20)
von Spannkopf 408, welche erreicht wird durch Verschraubung
von Ring 412 (21 und 23) auf Rand 409,
wobei die Membran 411 dazwischen gelegt ist. Membran 411 ist
außerdem
abdichtbar gepaart mit der zentralen flachen Oberfläche 460 von Spannkopf 408 über Verschraubung
von Spannkopf-Platte 413 (20 und 21)
auf der Mitte von Spannkopf 408, wobei die Mitte der Membran 411 dazwischen
gelegt ist (20 und 21).
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Die
flexible Membran 411 umfasst ein elastisches dehnbares
oder flexibles Material, typischerweise ein elastomeres Material
wie Silikon, Urethan und andere geeignete technische Elastomere
wie Eastman Eedel oder DuPont Hytrel. Die Membran 411 ist
für Fluid
oder Gas undurchlässig
und für
herkömmliche
wässerige
oder organische Fluide und biologische Zellen wie Blutzellen inert
und/oder nichtreaktiv und/oder nicht porös. Das Material der Membran 411 wird
gewählt
als ein Material, welches sich dehnt und zusammenzieht, elastisch
ist, robust, und das nach Dehnen oder Zusammenziehen nicht zerknittert
oder sich nicht verformt.
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In
dem Kammerhohlraum 426 über
der Oberfläche
von Membran 411 ist innerhalb Kammer 421 die runde
Fluid-Einschließung 604 (19, 21 und 22)
montiert, innerhalb welcher ein oder mehrere Fluid-Materialien,
die auf irgendeine Weise verarbeitet werden sollen, abgelegt sind.
Die Fluid-Einschließung 604 umfasst
ein flexibles Material, typischerweise eine Folie aus Kunststoff,
welches nichtporös
und inert für
wässerige
und biologische Fluide im Allgemeinen ist. Das Kunststoffmaterial
der Fluid-Einschließung 604 umfasst
typischerweise Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen, inerte mehrschichtige
koextrudierte Kunststoffe wie Cryovac M312, Eastman Eedel Elastomer
oder ein anderes gleichwertiges flexibles inerters Kunststofffolienmaterial. Die
Fluid-Einschließung 604 umfasst
typischerweise eine Einschließung
wie einen Beutel (welcher wegwerfbar sein kann) oder eine andere
ringförmige
Einschließung
mit mindestens einer Wand oder Seite, die aus einer Folie aus dem
flexiblen Kunststoffmaterial besteht, deren Außenfläche der Ober-/Außenfläche von
Membran 411 gegenüberliegt.
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Die
Fluid-Einschließung 604 ist
typischerweise mit zwei oder mehr Fluiden wie eine wässerige
Lösung
und eine Ansammlung von biologischen Zellen gefüllt, welche über Zentrifugalkraft
oder über Schwerkraft/Sedimentation
von einander zu trennen sind. Deshalb wird eine Ansammlung von Zellen,
welche in der Lage ist, relativ glatt durch herkömmliche Fluidströmungsrohrleitungen
(z. B. mit einem Durchmesser von mindestens etwa 0,10 Zoll (2,54
mm)) zu strömen,
als ein Fluid oder Fluid-Material betrachtet.
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Wenn
zwei oder mehr Fluid-Materialien in die Fluid-Einschließung 604 eingespeist
oder darin abgelegt werden, hat jedes Fluid-Material eine andere Dichte.
Die Dichte von irgendeinem oder allen Materialien, welche in die
Fluid-Einschließung 604 eingespeist
oder darin abgelegt werden, wird am besten gewählt, kleiner zu sein als die
Dichte des Expressor-Fluids, welches für die Eingabe in den Expressor-Raum
oder die Expressorkammer 420 hinein gewählt wird (21–25).
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Die
Dichte des Expressor-Fluids wird vorzugsweise gewählt, größer zu sein
als die Dichte von jedem der Materialien, die in der Einschließung 604 abgelegt
sind, so dass nach Rotation von Spannkopf oder Rotor 408 das
Expressor-Fluid vorzugsweise zu dem äußersten Umfang der Kammer 421 wandern wird
unter der Zentrifugalkraft, wie am Besten in 24 und 25 gezeigt,
wobei in 24 ein erstes gewähltes Volumen
von Expressor-Fluid in Raum/Einschließung 420 hinein gepumpt
worden ist und wobei in 25 ein
zweites größeres Volumen Expressor-Fluid
in Raum/Einschließung 420 hinein gepumpt
worden ist. 24 und 25 zeigen,
dass wenn das Volumen von Expressor-Fluid innerhalb Einschließung 420 erhöht wird,
während
des Verlaufs der Rotation von Spannkopf oder Rotor 408,
sich die flexible Membran 411 von der äußersten Umfangskante der flexiblen
Einschließung 604 radial
nach innen dehnt/ausdehnt, so dass Einschließung 604 radial nach
Innen gedrückt
wird und die Fluide gezwungen werden, aus der Einschließung 604 herauszuströmen durch
Austrittsanschluss 470, nacheinander entsprechend der Dichte
der Fluid-Materialien, geringste Dichte zuerst bis größte Dichte
zuletzt.
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In
einem typischen Verarbeitungszyklus wird zu Beginn die Membran 411 in
einer Position angeordnet, wo die Membran 411 unter Saugdruck
dicht neben der gekrümmten
Innenfläche
der Verarbeitungskammer 421 gehalten wird, wie in 13 gezeigt.
Ein Verarbeitungsbeutel/eine Verarbeitungseinschließung 604 mit
einem Füllvolumen,
das Raum 426 entspricht (13), wird
mit einem Fluid gefüllt, das
biologische Zellen enthält,
angeordnet in einer wässerigen
Lösung,
die Prozessmaterialien wie Enzyme oder Puffer enthält. Die
gefüllte
Einschließung 604 ist
in Raum 426 angeordnet (13) und
die Einschließung 604 wird
zurückgehalten
oder fest gehalten innerhalb Raum 426 über Deckplatten oder Deckklappen 415 (19–23),
welche klappbar an Spannkopf oder Rotor 408 befestigt sind.
Mindestens eine Unterseite 472 von Einschließung 604 (19)
umfasst ein flexibles Folienmaterial. Die Einschließung 604 ist
innerhalb Raum 426 so positioniert, dass die flexible Unterseite 472 von
Einschließung 604 der
Membran gegenüberliegt
und/oder einen äußeren Oberflächen-Oberflächen-Kontakt
mit Membran 411 herstellt, wie in 23 gezeigt.
Expressor-Fluid wird dann steuerbar von Quelle 425 (22 und 26)
in den axialen Kanal 416 gepumpt und strömt nach
oben in Kanalraum 475 und dann durch Rinnen 410 in
den dichten Raum 420 hinein (22). Während des
Verlaufs des Pumpens des Expressor-Fluids in Raum 420 hinein
wird der Spannkopf/Rotor 408 typischerweise antreibbar
rotiert, das Expressor-Fluid
wandert in das äußerste Umfangsvolumen
des dichten Raums 420 unter Zentrifugalkraft (24)
und die Membran 411 wird radial nach innen gedehnt/expandiert
und expandiert weiter radial nach innen (wie in 25 gezeigt).
Wie ohne weiteres sich vorgestellt werden kann wird, wenn das Volumen
von Expressor-Fluid
innerhalb des Raums 420 zunimmt (24 und 25),
der Beutel oder die Einschließung 604 zusammengedrückt und
die Fluide, die innerhalb des Beutels/der Einschließung 604 enthalten
sind, werden radial nach innen gezwungen, um aus einem Austrittskanal 632 oder 636 heraus
zu strömen,
welche abdichtbar mit dem Innenraum von Einschließung 604 verbunden
sind und mit diesem in Verbindung stehen.
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In
einer anderen Ausführungsform,
die nur auf Schwerkraft beruht, kann der Rotor/Spannkopf 408 nicht
notwendigerweise rotiert werden während Eingabe/Einpumpen des
Expressor-Fluids. In einer solchen Ausführungsform kann das Expressor-Fluid den
skalierten Expressor-Raum 420 von dem Schwerkraftboden
der Kammer 421 füllen
und den Raum 420 von dem Boden nach oben erweitern, wobei
der Beutel/die Einschließung 604 von
dem Boden nach oben zusammengedrückt
wird. Da die zwei oder mehr Materialien, die innerhalb des Beutels/der Einschließung 604 angeordnet
sind, unterschiedliche Dichten haben, werden sich die zwei oder
mehr Materialien innerhalb des Beutels/der Einschließung 604 über einen
bestimmten Zeitraum (abhängig
von den Dichten der Fluid-Materialien)
unter der Schwerkraft voneinander trennen. Sobald den Materialien erlaubt
wurde, sich mit der Zeit zu trennen, kann das Expressor-Fluid in
Raum 420 hinein gepumpt werden und die durch Schwerkraft
getrennten Materialien können
aus einem Austrittskanal 632, 636 herausgepresst
werden, nacheinander, entsprechend ihrer Dichte, geringste Dichte
zuerst bis größte Dichte
zuletzt.
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Das
Expressor-Fluid wird vorzugsweise gewählt, dass es eine Schmierwirkung
auf die Rotationslagerdichtungen 462 (26)
hat, und gewählt, nicht
korrosiv und nicht allzu viskos zu sein. Am Besten ist das Expressor-Fluid
eine Mischung aus Glyzerin und Ethylenglykol in einem Verhältnis von
zwischen etwa 40 : 60 und etwa 60 : 40, besser etwa 50 : 50 (mit
einer Dichte von etwa 1,15), welche für die riesige Mehrheit von
biologischen Fluid-Anwendungen eine Dichte hat, die größer ist
als die Dichte der biologischen Fluide. Andere Beispiele für Expressor-Fluide
mit einer Dichte größer als
die meisten biologischen Fluide sind Glycerol und Ethylenglykoldiacetat,
welche weniger bevorzugt sind. Jedes stabile, nicht korrosive, relativ
nichtviskose Fluid, das vorzugsweise eine Dichte größer als
die Dichte von jedem der Fluid-Materialien
aufweist, die in der Einschließung 604 abgelegt
sind, kann als ein Expressor-Fluid verwendet werden.
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Die
Einschließung 604,
welche die zu verarbeitenden Fluide aufnimmt, ist eine dichte Einschließung, vorzugsweise
mit einem Fluid-Einganganschluss 632, 636, welcher
ohne weiteres abdichtbar anschließbar an eine ohne weiteres
auswählbare Quelle
von Fluid ist, wie Wasch- oder Konservierungs- oder Verdichtungsfluid
oder Puffer oder biologische Zellen enthaltendes oder Enzym enthaltenes Fluid.
Solche auswählbaren
Quellen von Eingangsfluiden können
jeweils mit einem Verteiler oder Fluidverwaltungsapparat (z. B.
eine Teilbaugruppe oder ein Teilsystem von Modul 40, 1)
verbunden sein, welcher programmiert oder anderweitig ohne weiteres
gesteuert werden kann, um ein ausgewähltes Fluid für die Eingabe
in die Einschließung 604 zu
liefern. Ein Ausgangsanschluss von solch einem Verteiler oder Fluidverwaltungsapparat
ist ohne weiteres abdichtbar anschließbar an einen Eingangsanschluss 632, 636 der
Einschließung 604.
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In
der Ausführungsform,
die in den 13, 28, 29 und der 30 gezeigt
ist, werden mehrere Fluidverbindungsanschlüsse 632, 636 bereitgestellt,
wobei jeder Anschluss sowohl ein Eingangs- als auch ein Austritts-/Ausgangsanschluss ist.
In der speziellen Ausführungsform,
die gezeigt wird, kann ein Fluidverbindungsanschluss 632 genutzt
werden zur Eingabe und Ausgabe eines biologischen Zellmaterials
und der andere Anschluss 636 kann genutzt werden zur Eingabe/Ausgabe
eines Verarbeitungsfluids (z. B. Puffer oder Enzym-haltige wässerige
Lösung).
Die Anschlüsse 632, 636 können abdichtbar
mit einem Fluidverwaltungsapparat verbunden werden, wie mit Bezug
auf 1 besprochen wurde, worin eine Reihe von Ventilen
genutzt werden, um Strömung
in, aus oder durch einen Anschluss oder einen anderen Anschluss
zu jeder beliebigen Zeit getrennt zu ermöglichen. Die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 632, 636 der
Einschließung 604 kommunizieren
abdichtbar mit dem Innern von Einschließung 604 über den
Zusammenbau und die Befestigung von Rotationsdichtungskomponenten 630 (Körper), 610 (obere
Dichtung), 620 (untere Dichtung), 670 (Kopfklammer), 680 (Basis), 681 (Zapfen)
(28–30) aneinander zusammen mit Beutel/Einschließung 604,
um mehrere dichte Fluidverbindungsanschlüsse 632, 636 in
das Innere 426 der Einschließung 604 hinein und
daraus heraus bereitzustellen (13). Ein
anderer Kanal 634, wie gezeigt, wird in den rotierenden
Dichtungskomponenten 630 und 610 (28 und 30)
bereitgestellt für
die Eingabe von sterilem Gas zwischen die Unterseite 612 und
die Oberseite 622 von Dichtungskomponenten 610, 620 und
darum herum, welche zueinander passen und bezüglich zueinander rotieren.
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Am
meisten bevorzugt wird, wenn biologische Zellen in Einschließung 604 hinein
zusammen mit einem ausgewählten
Verarbeitungsfluid mit einer vorherbestimmten Zusammensetzung eingegeben werden,
das Verhältnis
der Menge von biologischen Zellen und Verarbeitungsfluid konstant
gehalten zwischen allen zwei oder mehr Verarbeitungszyklen, d. h.
die Verarbeitungsbedingungen, welchen alle zwei separaten Aliquote
von biologischen Zellen unterworfen werden, sind identisch wie zwischen
separaten Verarbeitungszyklen.
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Wie
ohne weiteres vorstellbar ist, kann das Volumen der Fluid-Eingabe
in die Verarbeitungseinschließung 604 hinein
am Anfang von jedem einzelnen Verarbeitungszyklus selektiv variiert
werden, d. h. die Verarbeitungseinschließung 604 kann irgendwo zwischen
0–100%
ihrer Volumenkapazität
gefüllt werden,
wobei das restliche ungefüllte
Volumen der Verarbeitungskammer 421 selektiv aufgefüllt wird durch
Eingabe oder Hereinpumpen von Expressor-Fluid in einer geeigneten
Menge in Einschließung 420 hinein.
Am Besten ist das maximale Volumen oder die maximale Kapazität der Verarbeitungseinschließung 604 ungefähr gleich
oder etwas kleiner als das Volumen der Kammer 421. Wie
oben beschrieben sind die Deckklappen 415 drehbar 490 (21)
zwischen offenen und geschlossenen Positionen, wobei die Klappen 415 in
der geschlossenen Position in 21–23 gezeigt
sind. Wenn die Klappen geöffnet
sind, kann der Beutel/die Einschließung 604 in Kammer 421 hinein
eingesetzt werden, und wenn die Klappen geschlossen sind, wie in 21–23 gezeigt,
wird der Beutel/die Einschließung 604 innerhalb
des Volumens der Kammer 421 fest gehalten. Die Klappen
sind arretierbar in der geschlossenen Position, die in 21–23 gezeigt
ist, durch herkömmliche
Mittel wie über
federbelastete Gelenke 492 oder andere herkömmliche
Mittel wie Haken, Klemmen oder dergleichen. Die Unterseite 494 der
Klappen hält
den Beutel/die Einschließung 604 innerhalb
der Kammer 421 zurück
und stellt eine stationäre
Oberfläche
bereit, gegen welche der Beutel/die Einschließung 604 einrastet
und dadurch gezwungen wird, unter dem gegenüberliegenden Druck, der durch
die flexible Membran 411 auf die flexible Wand des Beutels/der
Einschließung 604 ausgeübt wird,
sich zusammenzudrücken,
wenn der Raum 420 expandiert wird, wie zum Beispiel oben
mit Bezug auf 24 und 25 beschrieben
wurde. Geeignete alternative Mechanismen für Klappen 415 können zum
Beispiel eine Platte oder Scheibe umfassen, welche gleitbar in eine
stationäre
Position ist, die der geschlossenen Position der Klappen 415 entspricht
(21–23).
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Der
Apparat schließt
einen Sensor ein zum Überwachen
der Temperatur der Fluide, die in der Verarbeitungseinschließung 604 abgelegt
sind. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Temperatursensor ein infrarotes IR-Thermoelement 406 (19),
welches IR-Strahlung in einem Bereich von etwa 2 μm bis 10 μm detektiert,
die durch ein IR-transparentes Fenster emittiert wird, das über dem
Beutel/der Einschließung 604 angeordnet
ist. Das transparente Fenster besteht typischerweise aus ZnSe und
ist beschichtet mit einer 0,5-Mill-Schicht aus Parylene N. Die Parylene
N-Beschichtung wird verwendet, um das transparente Fenster zu schützen, auch
wenn sie etwas Absorption der IR-Strahlung
aufweist. Andere herkömmliche Temperatursensoren
können
ebenfalls verwendet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
integriert das IR-Thermoelement
(z. B. IR t/c.03-J-80F/27C, hergestellt von Exergen, Corp., 51 Walter
Street, Watertown, MA 02172) die detektierte IR-Energie, um die
Temperatur der Fluide zu bestimmen. Diese Temperatur wird korrigiert
um die lokale Lufttemperatur oder Umgebungstemperatur zwischen dem
transparenten Fenster und der Verarbeitungseinschließung 604.
Diese Lufttemperatur wird gemessen durch einen zweiten Temperatursensor, der
ein Si-Dioden-Temperatursensor ist. Die Daten von der Si-Diode werden
verwendet, um die IR-Daten zu korrigieren.
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Am
meisten bevorzugt wird die Temperatur der Fluide, die in der Verarbeitungseinschließung 604 angeordnet
sind, gesteuert, indem die Temperatur des Expressor-Fluids gesteuert
wird, welches in die Expressorkammer/den Expressor-Raum 420 eingefüllt wird.
Vorzugsweise wird die Quelle für
Expressor-Fluid 425 (21–23 und 26),
welches über
Pumpe 502 in Ringspalt 458 (26)
und durch Kanal 416 und letztendlich in Kammerraum 420 gepumpt
wird, an eine Fluidheiz- und/oder -kühlvorrichtung 506 angeschlossen
(21–23 und 26),
welche gesteuert wird durch eine Heiz- und/oder Kühlsteuereinheit 504.
Das Expressor-Fluid wird typischerweise durch ein Reservoir zirkuliert,
innerhalb welchem das Fluid in thermischem Kontakt mit bestimmten
Vorrichtungen ist, die thermische Energie zu dem Fluid oder von
diesem weg transportieren als Reaktion auf einen Regelalgorithmus.
Diese thermische Vorrichtung kann Peltier-Vorrichtungen, elektrische
Widerstandheizstäbe,
luftgekühlte
Radiatoren oder andere ähnliche
Vorrichtungen oder irgendeine Kombination dieser Typen von Wärmeübertragungsvorrichtungen
einschließen.
Das Expressor-Fluid, welches durch Kanal 416 und Rinnen 410 wandert,
berührt
die Oberflächen
von Rotor oder Spannkopf 408 und der Membran 411 und
der Wellen 450, 455. Rotor 408 und Wellen 450, 455 sind
typischerweise zusammengesetzt aus einem wärmeleitfähigen Material wie Metall (z.
B. Stahl, Eisen, Kupfer, Aluminium oder dergleichen) und sind folglich
schnell erwärmt
oder abgekühlt
auf die Temperatur des Expressor-Fluids, mit welchem sie in Kontakt
sind. Die Temperatur des Expressor-Fluids wird somit schnell zu den Fluiden,
die in dem Verarbeitungsbeutel/der Verarbeitungseinschließung 604 angeordnet
sind, geleitet über
den Rotor 408, Wellen 450, 455 und durch
die flexible Membran 411, welche die flexible Wand des
Beutels/der Einschließung 604 innerhalb Kammer 421 berührt. Folglich
kann durch Regelung der Temperatur der externen Quelle 425 für das Expressor-Fluid
die Temperatur des gesamten Verarbeitungssystems einschließlich Innenkammer 421 geregelt
werden.
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Die
Temperatur des Fluids, die durch Sensor 406 überwacht
wird, kann in ein Programm oder einen Schaltkreis 508 eingespeist
werden, der an eine Steuereinheit 504 angeschlossen ist
(18, 21–23 und 26).
Das Programm oder der Schaltkreis 508 umfassen vorzugsweise
eine Subroutine, um die Temperatursteuereinheit automatisch anzuweisen,
die Temperatur der Expressor-Fluidquelle 425 auf eine vorherbestimmte
konstante Temperatur oder eine Reihe von Temperaturen über einem
vorherbestimmten Zeitraum anzuheben oder zu senken. Das Programm 508 schließt vorzugsweise
einen vorherbestimmten Algorithmus ein, welcher das Temperaturinformationssignal
verwendet, welches von Sensor 406 eingegeben wird, um Steuerung
der Temperatursteuereinheit 504 und des Heiz- und/oder
Kühlelements 506 anzuweisen,
so dass die Temperatur der externen Quelle 425 von Expressor-Fluid
variiert wird abhängig
von der Temperatursignaleingabe von Sensor 406. In einer
Ausführungsform
kann die Temperatur der Quelle 425 herabgesetzt werden,
indem das Erwärmen
des Expressor-Fluids 425 einfach beendet wird, so dass
es folglich dem Fluid 425 ermöglicht wird, passiv abzukühlen durch
eigene Abstrahlung von Wärme
anstatt durch aktives Kühlen.
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Verarbeitungsmodul 60 schließt eine "rotierende Dichtung" ein, das ist eine
Dichtung, die erzeugt wird zwischen beweglichen und stationären Komponenten
des Zentrifugalelements. Die Dichtung fungiert als eine Barriere
zwischen dem Innenabschnitt des Systems, in welchem Verarbeitung
stattfindet, der wünschenswerter
Weise so mikrobenfrei wie möglich
gehalten wird, und einer nicht sterilen Umgebung, welche mindestens
während
eines Abschnitts des Betriebs des Systems in Verbindung mit der
Umgebung außerhalb
des Systems ist. Die rotierende Dichtung verhindert außerdem die
Streuung von Mikroben (z. B. Viren), welche in einer Zellprobe vorhanden
sein können,
in die äußere Umgebung.
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Die
rotierende Dichtung umfasst ein oberes Element und ein unteres Element,
wobei ein Element sich während
mindestens eines Abschnitts des Betriebs des Zellenverarbeitungssystems
dreht. Die rotierende Dichtung umgibt eine axiale Öffnung,
welche beabsichtigt ist, dass Zellen und/oder Zellen-Elemente und
Verarbeitungsmaterialien während
der Verarbeitung hindurchgehen.
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Wieder
bezugnehmend auf 21 ragen der erste Anschluss 632,
das Kopfschutzschild-Oberteil 660 und das Kopfschutzschild-Unterteil 650 aus der
Oberseite des Zentrifugen-Bechers heraus. Der rotierende Dichtungsapparat
wird an dem Spannkopf durch Befestigungselemente 686 befestigt,
die aus der Basis 680 herausragen. Die Befestigungselemente
verbinden sich mit gegenüberliegenden
Vorsprüngen,
die an dem Spannkopf fest angebracht sind, wodurch die Rotationskraft
des Spannkopfs auf die unteren Abschnitte des rotierenden Dichtungsapparats
und den Verarbeitungsbehälter übertragen wird,
an welchem die Basis 680 befestigt ist.
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Wie
oben beschrieben zeigt die 29 einen
zusammengesetzten rotierenden Dichtungsapparat. Die Kopfschutzschild-Baugruppe ist zusammengesetzt
aus dem Schutzschild-Oberteil 660, dem Schutzschild-Unterteil 650 und
der Schutzschild-Klammer 670. Die Schutzschild-Klammer schließt einen
nach innen gerichteten Flansch 672 ein, welcher einen entgegengesetzt
gerichteten Flansch an dem Schutzschild-Unterteil überlappt.
In alternativen Ausführungsformen
kann die Schutzschild-Klammer einen kleineren Durchmesser als das
Schutzschild-Unterteil haben und einen nach außen gerichteten Flansch haben,
um einen nach innen gerichteten Flansch des Schutzschild-Unterteils
zu überlappen:
Die Schutzschild-Klammer wird an der Basis 680 angebracht,
welche wiederum an einem Verarbeitungsbehälter angebracht wird. Wie angezeigt
in 31 umfasst die Basis 680 einen Flansch 682,
welcher eine nach außen
gerichtete Vorwölbung 684 einschließt. Wenn
die Schutzschild-Klammer an der Basis befestigt wird, passt die
Vorwölbung 684 in die
Einbuchtung 674 auf der Innenseite der Schutzschild-Klammer,
wodurch die Kopfschutzschild-Baugruppe zusammengehalten wird und
die Feder 640 vorgespannt wird, um Kontakt zwischen den
Dichtflächen
zu erzeugen. Anschlüsse 632, 634 und 636 sind als
Einlässe
und Auslässe
eingeschlossen für
Materialien, die durch den rotierenden Dichtungsapparat zu einem
Verarbeitungsbehälter
hindurch gelangen, und zum Bereitstellen von Materialien zu inneren
Abschnitten des rotierenden Dichtungsapparates. Diese werden ausführlicher
unten beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 30–33 umfasst die
Rotationsdichtung ein oberes Dichtungsglied 610 und ein
unteres Dichtungsglied 620. Wie in 31 gezeigt
erzeugt der Kontakt der Dichtungsglieder, wenn sie gegeneinander
vorgespannt sind, eine Vielzahl von Kreisdichtungen. Eine erste
Dichtung 700 wird gebildet zwischen Dichtflächen 612 und 622, und
eine zweite Dichtung 702 wird gebildet zwischen Dichtflächen 613 und 622.
Wie in 31, 32 und 34 gezeigt ist die dichtende Oberfläche des
oberen Dichtungsglieds 610 in zwei Dichtflächen 612 und 613 ausgebildet
als hervorstehende Flächen,
die eine Hohlkehle 618 umgeben. Die Hohlkehle bildet die
oberen Begrenzungen eines Ringspalts 710 zwischen den konzentrischen
Dichtungen 700, 702. Die Hohlkehle kann aus dem
oberen Dichtungsglied auf Wunsch herausgeschnitten oder darin hinein
gegossen werden.
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In
der Ausführungsform,
die in 30–33 abgebildet
ist, ist die dichtende Oberfläche
des unteren Dichtungsglieds 620 nicht in hervorstehenden
Flächen
und Hohlkehlen ausgeformt; vielmehr bildet die Dichtfläche 622 die
Vielzahl von konzentrischen Dichtungen in Verbindung mit den Dichtflächen 612 und 613 und
bildet den Ringspalt in Verbindung mit der Hohlkehle 618.
In alternativen Konfigurationen der rotierenden Dichtung kann das untere
Dichtungsglied die Topographie von hervorstehenden Flächen und
Hohlkehlen einschließen
und das obere Dichtungsglied kann planar sein. In noch anderen Ausführungsformen
können
so wohl das obere als auch das untere Dichtungsglied hervorstehende
Flächen
und Hohlkehlen einschließen.
Die Dichtflächen
sind vorzugsweise planar, auch wenn andere Geometrien verwendet
werden können,
vorausgesetzt, dass eine dichte Passung erreicht werden kann zwischen
stationären
und rotierenden Gliedern der rotierenden Dichtung.
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Die
oberen und unteren Dichtungsglieder 610, 620 können außerdem jeweils
axiale Öffnungen 619 bzw. 629 definieren.
Nach Zusammenbau der Dichtungsglieder in axialer Ausrichtung sind
die axialen Öffnungen,
die erste Dichtung, der Ringspalt und die zweite Dichtung konzentrisch
relativ zueinander positioniert.
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Der
Ringspalt 710 kann in Verbindung sein mit der äußeren Umgebung,
und vorzugsweise ist er in Gasverbindung durch den Kanal 616.
Der Kanal kann in jedem der beiden Dichtungsglieder 610, 620 ausgebildet
sein. In bevorzugten Ausführungsformen bildet
der Ringspalt 710 eine sterile Kammer. Weitere Dichtungen,
getrennt durch zusätzliche
Ringspalten, können
außerdem
in dem rotierenden Dichtungsapparat eingeschlossen sein.
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Der
rotierende Dichtungsapparat, der in 29–33 abgebildet ist, schließt auch einen Körper 630 ein
mit Anschlüssen 632, 634 und 636, welche
als Einlässe
und/oder Auslässe
für Material dienen,
das in einen Verarbeitungsbehälter
hinein und daraus heraus gelangt, an welchem der rotierende Dichtungsapparat
befestigt ist. Der erste Anschluss 632 durchzieht die Axialöffnung des
rotierenden Dichtungsapparates, die an Zapfen 690 endet. Der
erste Anschluss dient vorzugsweise als ein Einlass in die Verarbeitungskammer
hinein für
Zellen, welche zu verarbeiten sind. Der erste Anschluss dient zusätzlich als
der Auslass für
verarbeitete Zellen im Anschluss an die Ausführung von Verarbeitungsschritten.
Der erste Anschluss kann verbunden werden mit einigen Rohrleitungen,
Fluidhandhabungsverteilern, Ventilen usw., wie dem Durchschnittsfachmann
bekannt sein wird.
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Der
Fluidanschluss 636 ist in Fluidverbindung mit dem Ringspalt 638,
der durch die äußere Oberfläche des
ersten Anschlusses und die Wände der
axialen Öffnungen 619, 629, 689, 699 des
oberen Dichtungsglieds 610, des unteren Dichtungsglieds 620,
der Basis 680 und des Zapfens 690 begrenzt wird.
Der Fluidanschluss 636 bindet an den Ringspalt unten an.
In bestimmten Ausführungsformen
werden der Fluidanschluss 636 und der Ringspalt 638 verwendet
für den
Durchgang von Prozessmaterialien wie Waschlösungen, Puffer, Enzyme und
dergleichen in den Verarbeitungsbehälter hinein. Der Fluidanschluss 636 und
der Ringspalt 638 werden außerdem verwendet für den Durchgang
von Abfallmaterialien aus dem Verarbeitungsbehälter heraus. Diese Auslassfunktion
dient außerdem
als eine Temperaturregelfunktion. Da die Dichtungsglieder des rotierenden Dichtungsapparats
jeweils gegeneinander drehen, kommt es zu lokaler Reibungserwärmung des
rotierenden Dichtungsapparats über
Raumtemperatur. Beim Durchgang von Abfallmaterialen, welche bei Temperaturen
bei oder unterhalb der Raumtemperatur sind, aus dem Verarbeitungsbehälter hinaus durch
den Ringspalt 638 und Fluidanschluss 636 berühren diese
den ersten Anschluss 632 und senken dadurch die Temperatur
des ersten Anschlusses. Der gekühlte
erste Anschluss erwärmt
keine Zellen, wie es ein ungekühlter
Anschluss bei Durchgang von verarbeiteten Zellen aus dem Verarbeitungsbehälter heraus
durch den ersten Anschluss tun würde.
Wie bei dem ersten Anschluss kann der Fluidanschluss mit einigen
Rohrleitungen, Fluidhandhabungsverteilern, Ventilen usw. verbunden
werden, wie dem Durchschnittsfachmann bekannt sein wird.
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Der
Gasanschluss 634 ist in Gasverbindung mit dem Ringspalt 710 zwischen
den konzentrisch mit Abstand angeordneten Dichtungen 700, 702.
Der Gasanschluss dient vorzugsweise als der Einlass zum Bereitstellen
steriler Luft (oder eines anderen Gases), um den Ringspalt 710 mit
Druck zu beaufschlagen. Der Gasanschluss kann mit einigen Rohrleitungen,
Fluidhandhabungsverteilern, Ventilen usw. verbunden werden, um eine
sterile Zufuhr von Gas bereitzustellen, wie dem Durchschnittsfachmann
bekannt sein wird.
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Die
Basis 680 und der Zapfen 690 passen zusammen,
wie in 31 abgebildet ist. Eine einzelne
einheitliche Basis/Zapfen-Kombination
könnte
bei Bedarf ebenfalls verwendet werden. Die Basis 680 dient
sowohl als eine Befestigung für
das untere Dichtungsglied 620 als auch als eine Befestigung
für die
Schutzschild-Klammer 670 mittels des Flanschs 682 und
der Vorwölbung 684.
Die Basis wird an dem Verarbeitungsbehälter befestigt, um Fluidverbindung des
ersten Anschlusses 632 und des Fluidanschlusses 636 mit
dem Innern des Verarbeitungsbehälters bereitzustellen.
Eine Vielzahl von Befestigungselementen 686 kann durch
dichte Abschnitte des Verarbeitungsbehälters hindurchgehen und kann
diesen an dem Spannkopf einer Zentrifuge befestigen, um die Rotation
des Zentrifugenspannkopfs mit der Basis, dem Verarbeitungsbehälter und
dem unteren Dichtungsglied des rotierenden Dichtungsapparats zu
verbinden. Andere Mittel zum Sichern des rotierenden Dichtungsapparats
und des Verarbeitungsbehälters
an der Zentrifuge zum Bereitstellen von Rotation für den Verarbeitungsbehälter sind
dem Durchschnittsfachmann gut bekannt.
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Die
Feder 640 ist in 30–33 abgebildet und umfasst ein hohles, allgemein
zylindrisch geformtes elastisches Glied mit gewölbten Seiten. Die Feder ist
zwischen dem Kopfschutzschild-Oberteil 660 und dem Körper 630 angeordnet.
Wie abgebildet ist die Feder mit Flanschen 642, 644 an
ihrem oberen und unteren Ende versehen. Der untere Flansch 644 passt
in eine ringförmige
Vertiefung 631, die im Körper ausgeformt ist. Der obere
Flansch 642 passt gegen das Kopfschutzschild-Oberteil.
Nach Zusammenbau des rotierenden Dichtungsapparats durch Einschnappen
der Kopfschutzschild-Klammer an der Basis ist die Feder ausgelenkt
aus einer ersten Position in eine zweite Position, welche eine "Vorbelastung" von Kontaktkräften auf
die Dichtungsglieder bereitstellt. Wenn der rotierende Dichtungsapparat
in einer Zentrifuge eingeschlossen ist, kann die Feder in eine dritte
Position größerer Auslenkung
ausgelenkt werden, wodurch eine erhöhte Kontaktkraft auf die Dichtungsglieder
bereitstellt wird, wodurch eine gesteigerte Dichtung erzeugt wird.
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Im
Gegensatz zu den Schraubenfedern liefert die zylindrische Feder
eine konstante Vorspannkraft über
einen weiten Kompressionsbereich. Die Feder hat eine Höhe h, welche
die Achse der Auslenkung oder Kompression beschreibt, eine Breite
w, welche den Durchmesser der Feder in nicht ausgelenkter oder ausgelenkter
Position beschreibt, eine Dicke t und einen Bogen a. Die Höhe wird,
wenn die Feder aus der ersten Position komprimiert wird, reduziert
von h1 auf h2. Ähnlich wird
die Federbreite vergrößert von
w1 auf w2. Die Feder
liefert konstante Vorspannkraft über
ein Dh von mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20%, besser mindestens
30% und am besten mindestens 50%. Weiter liefert die Feder konstante
Vorspannkraft über
ein Dw von mindestens 1%, vorzugsweise mindestens 2%, besser mindestens
5% und am besten mindestens 10%. Der Bereich der Kompression, über welchen
die Vorspannkraft konstant ist, kann außerdem beschrieben werden durch
das Verhältnis
Dh : Dw, wobei die Feder ein relativ großes Dw bei einem entsprechenden Dh
erfährt.
Die Dicke t der Feder sollte nicht zu groß sein, um die Wölbung der
zylindrischen Seiten bei Kompression der Feder zu behindern. Ein
Bereich der Dicke und Bögen
wird nützlich
sein, um richtiges Wölben
bereitzustellen; dieser Bereich kann von einem Durchschnittsfachmann
leicht bestimmt werden durch nicht mehr als Routineexperimentation,
und kann abhängig
sein von dem einzelnen elastomeren Material, das für die Herstellung
der Feder gewählt wurde.
Die geeignete Dicke und geeigneten Bögen können ausgedrückt werden
in Form von Verhältnissen
h : t und h : a, wenn h, t und a in ausgelenkten oder nicht ausgelenkten
Positionen gemessen werden.
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Der
rotierende Dichtungsapparat kann als "geschlossene" Vorrichtungen bestätigt werden und produziert
dadurch ein Produkt mit längerer
Lagerfähigkeit
als rotierende Dichtungsvorrichtungen früherer Technik. Eine zweite
Ringdichtung, die auf dem Umfang um die erste oder innere Dichtung
herum bereitgestellt wird, liefert eine weitere Sicherstellung der Dichtungsintegrität. Um die
Sterilität
des Inneren der Dichtung und des Verarbeitungsbehälters noch
weiter zu fördern,
kann der Ringspalt 710 mit steriler Luft gefüllt werden,
und weiter kann eine Druckdifferenz erzeugt werden, so dass die
sterile Luft in dem Ringspalt bei einem Druck ist, der höher ist
als der Druck in der umgebenden Kammer, die durch das Kopfschutzschild
gebildet wird. Deshalb kann das Strömungsmuster des hydrodynamischen
Films weg von dem sterilen Innern und in Richtung der Räume außerhalb
der rotierenden Dichtungen gerichtet werden. Weiter kann die Kammer,
die durch das Kopfschutzschild gebildet wird, versehen werden mit
einer regelmäßigen Zufuhr
von steriler Luft bei einem Druck, der kleiner ist als der in dem
Ringspalt 710, aber höher
als der Umgebungsdruck. Diese "doppelte
Redundanz" der zwei
sich umgebenden sterilen Kammern bei abgestuften Drücken ist
theoretisch analog zu dem, was bei dem Entwurf von Reinräumen zum
sterilen Abfüllen
von Pharmazeutika verwendet wird.
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Der
Ringspalt 710 kann mit einem Gas oder einer Flüssigkeit
gefüllt
werden; vorzugsweise ist das Gas oder die Flüssigkeit im Wesentlichen steril.
Der eingeschlossene Raum erzeugt dadurch eine Barriere für Mikroben
oder andere partikelförmige
Materialien, die in das Innere des Zellenverarbeitungssystems hinein
oder daraus heraus gelangen. Das Gas oder die Flüssigkeit können in den eingeschlossenen Raum
durch einen Kanal eingeführt
werden, welcher durch die oberen und unteren Elemente hindurch oder
zwischen diesen hindurchgeht. Zum Beispiel kann bezugnehmend auf 31 Luft durch ein 0,2-Mikron-Filter gepumpt werden,
um Sterilität
sicherzustellen, und dann durch den Gasanschluss 634 gepumpt
werden zu dem Kanal 616 und in den Ringspalt 710.
Wahlweise kann der Ringspalt 638, der zwischen der Innendichtung 700 und
dem ersten Anschluss 632 gebildet wird, unter Druck gesetzt werden,
zum Beispiel wenn der Ringspalt 638 keine Reagenzien in
den Verarbeitungsbehälter 604 befördert oder
Abfallflüssigkeiten
aus dem Verarbeitungsbehälter
heraus befördert.
Vorzugsweise wird der Ringspalt 710 mit steriler Luft unter
Druck gesetzt bei einem Druck, der leicht über dem Atmosphärendruck liegt.
Zum Beispiel ist bestimmt worden, dass ein Luftdruck von ungefähr 1723,6
Pa (0,25 PSIG) ausreicht, um eine druckbeaufschlagte Umgebung in dem
Ringspalt bereitzustellen, um die Dichtfunktion der Dichtungsglieder
zu verbessern. Andere Drücke und
Gase können
ebenfalls verwendet werden auf eine ähnliche Weise, wie dem Durchschnittsfachmann
ersichtlich sein wird. In alternativen Ausführungsformen wird der Ringspalt
unter Druck gesetzt relativ zu dem Äußeren und dem Inneren des rotierenden
Dichtungsapparates, indem der Außenraum und/oder Innenraum
(z. B. der Raum innerhalb des Kopfschutzschildes und/ oder der Ringspalt 638)
evakuiert wird mittels einer Vakuumpumpe oder einer anderen Vorrichtung,
welche eine Druckdifferenz erzeugt.
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In
bestimmten Ausführungsformen
kann die sterile Luft bereitgestellt werden von einem druckbeaufschlagtem
Tank, der ein genaues Druckregelventil verwendet, um den Tankdruck
auf einen Pegel zu reduzieren, der leicht positiv relativ zum Umgebungsdruck
ist (z. B. 1723,6 Pa (0,25 PSIG)). Ein Computer-Software-gesteuerter "Watchdog-Schaltkreis" kann in Verbindung
mit dem Ringspalt 710 gesetzt werden, um auf eine detektierbare
Weise anzuzeigen, falls und wann unerwünschte Druckpegel im Innern
des Zellenverarbeitungssystems auftreten. Außerdem können Änderungen des Drucks in dem Ringspalt,
die durch einen Druckmonitor detektierbar sind, einen Systembediener
warnen, dass eines der Dichtungselemente durchgebrochen ist und/oder
die Barrierefunktion des Ringspalts gestört worden ist.
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Eine
zweite redundante sterile Kammer kann erzeugt werden durch die Kopfschutzschild-Baugruppe
(Schutzschild-Oberteil, Schutzschild-Unterteil und Schutzschild-Klammer),
die sowohl das erste als auch das zweite Dichtungsglied umgibt.
Sterile Luft kann zu dieser Kammer zugeführt werden bei einem Druck,
der kleiner ist als der des Ringspalts zwischen den Dichtungen,
aber größer als
die umgebende Raumbedingung. Die Strömung der Luft ist von Bereichen
höheren
Drucks zu Bereichen niedrigeren Drucks. Deshalb kann die Strömung von
steriler Luft aus dem Innern der Dichtung und in eine nach außen gerichtete
Richtung geleitet werden. Eine potenzielle mikrobielle Verunreinigung
kann somit aus dem sterilen Innenraum der Dichtung durch diesen
Strömungsvektor
weggespült
werden.
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Eine
Serpentinen-Dichtung 676 ist ausgebildet zwischen der engen
Toleranz der gegenüberliegenden
Flansche 672, 652 des Schutzschild-Oberteils und
der Schutzschild-Klammer. Die Serpentinen-Dichtung kann Scherkräfte erzeugen
zwischen den Oberflächen
der Flansche, welche verhindern, dass partikelförmiges Material von der Außenseite des
Schutzschildes in das Schutzschild und somit in die Dichtungsbaugruppe
eindringt. Im Allgemeinen fungiert die Serpentinen-Dichtung als
eine physikalische Bar riere, wenn nicht eine Dichtung, für Verunreinigungsstoffe
außerhalb
des rotierenden Dichtungsapparates.
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In
zusätzlichen
Ausführungsformen
kann der rotierende Dichtungsapparat aus zwei konzentrischen Lippendichtungen
oder zwei konzentrischen Zylinderdichtungen gebildet werden. Zwischen
Lippendichtungen oder Zylinderdichtungen ist ein Ringspalt analog
zu Ringspalt 710. Der Ringspalt steht in Verbindung mit
einer Quelle von Gas oder Flüssigkeit
(z. B. sterile Druckluft). Zusätzliche
Dichtungstypen werden dem Durchschnittsfachmann bekannt sein.
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In
Betrieb wird der rotierende Dichtungsapparat als eine teilmontierte
Vorrichtung bereitgestellt, korrekt vorbelastet durch eine Federvorspannkraft, um
Dichtungen zwischen den oberen und unteren Dichtungsgliedern zu
erzeugen. Der rotierende Dichtungsapparat wird in einer Zellenverarbeitungssystem-Zentrifugalvorrichtung
platziert, zum Beispiel indem er an einem Zentrifugenspannkopf durch
die Befestigungselemente 686 befestigt wird. Schließen der Zentrifugalvorrichtung
verursacht die Kompression der Feder bis zu einer dritten Position,
wodurch die Dichtungen in näheren
Kontakt als den Vorlastkontakt gezwungen werden und der enge Kontakt
während
der Rotation beibehalten wird. Die Anschlüsse 632, 634 und 636 sind
mit einem geeigneten Satz von Rohrleitungen, wahlweise über Verbindungsstücke, verbunden,
um Zellen, Prozessmaterialien, sterile Luft usw. zu dem rotierenden
Dichtungsapparat und dem Verarbeitungsbehälter zu liefern. Bei Rotation
der Zentrifugalvorrichtung bleiben das obere Dichtungsglied, der
Körper,
das Kopfschutzschild-Oberteil und -unterteil stationär, und das
untere Dichtungsglied, die Basis (und angelagerter Verarbeitungsbehälter) und
Kopfschutzschild-Klammer rotieren, während die Integrität der Dichtungen
beibehalten wird.
-
Die
Dichtflächen
der oberen und unteren Dichtungsglieder können aus einer Vielzahl von
Materialien geformt oder hergestellt werden, die dem Durchschnittsfachmann
gut bekannt sind. Geeignete Materialien umfassen Keramik, Kohlenstoff-Phenolharz,
Graphit und Graphitderivate, schmierende Kunststoffmaterialien wie
Nylon, Delrin, Teflon, Rulon, Bronze und Legierungen davon, Edelstahl,
Kohlenstoffnitrite usw. Die Dichtungsglieder können als ein einziges Stück oder
als separate Dichtungsabschnitte und Trägerabschnitte des Dichtungsglieds gefertigt
werden. Die Dichtungsglieder können
zum Beispiel durch Spritzgießen
oder ein anderes Herstellungsverfahren gefertigt werden, gefolgt
von eben machen der Dichtflächen
(z. B. durch schleifen oder läppen)
und polieren. Die so behandelten Dichtungsglieder haben Dichtflächen, welche,
wenn sie sich berühren,
Fluiddurchgang im Wesentlichen verhindern. Bevorzugte Materialien
umfassen Keramik und Kohlenstoff-Phenolverbindungen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
sind die oberen und unteren Dichtungselemente aus Keramik gebildet,
welche geläppt
und poliert ist.
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Andere
Teile des Apparats werden aus verschiedenen Polymermaterialien ausgebildet,
welche vorzugsweise FDA-zugelassen sind für medizinische Vorrichtungen.
Das Kopfschutzschild-Oberteil 660, das
Kopfschutzschild-Unterteil 650 und die Kopfschutzschild-Klammer 670 sind
vorzugsweise aus hochschlagfestem Polystyrol (HIPS) ausgebildet, auch
wenn jeder beliebige feste Kunststoff, der dem Durchschnittsfachmann
bekannt ist, welcher einige elastomere Eigenschaften hat, verwendet
werden kann. Der Körper 630 und
die Basis 680 sind bevorzugt aus Polycarbonat ausgebildet,
welches gute Festigkeit und Stabilität liefert. Andere ähnliche
Materialien können
ebenfalls verwendet werden.
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Die
Feder 640 ist aus einem elastomeren Material ausgebildet,
und ist vorzugsweise aus einem Silikonmaterial mittlerer Härte (Durometer)
ausgebildet wie thermisch härtbares
Silikon oder Flüssigdruckguss(Liquid
Injection molding)-Silikon. Man könnte außerdem verschiedene Gummimaterialien für die Feder
verwenden, vorzugsweise Materialien, welche FDA-zugelassen sind
für medizinische
Vorrichtungen.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einer Vielzahl von Zellen- und Zellen-Elementverarbeitungsverfahren
verwendet werden, einschließlich
Sammeln und/oder Waschen von roten Blutkörperchen, Blutplättchen,
Lymphozyten, Granulozyten, Monozyten und Stammzellen (z. B. aus
peripherem Blut, Knochenmark oder Nabelschnurblut) sowie andere Verfahren
wie Virusinaktivierung. In bevorzugten Ausführungsformen kann das Zellenverarbeitungssystem
in Verfahren zum enzymatischen Umwandeln des Bluttyps verwendet
werden. Andere Verwendungen für
den rotierenden Dichtungsabschnitt des Apparats werden dem Durchschnittfachmann
bekannt sein.
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Wo
technischen Merkmalen, die in irgendeinem Anspruch erwähnt sind,
Bezugszeichen folgen, sind diese Bezugszeichen aufgenommen worden
für den
alleinigen Zweck, die Verständlichkeit
der Ansprüche
zu erhöhen,
und dementsprechend haben solche Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung
auf die Auslegung von jedem Element, das beispielhaft durch solche
Bezugszeichen gekennzeichnet ist.
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Weitere
Ausführungsformen
sind innerhalb der folgenden Anspruche.