DE69839047T2

DE69839047T2 - Flüssigkeitsüberwachungssystem

Info

Publication number: DE69839047T2
Application number: DE69839047T
Authority: DE
Inventors: Glen Marlboro Jorgensen; Donald Norwood Barry; Bruce H. Marlboro Edwards; Jeremy Ashland Fennelly; John P. Brighton O'Brien; Victor Jr. Revere Sacco; Roy E. Martin Iii; Mark Weston Susser
Original assignee: ZymeQuest Inc
Current assignee: ZymeQuest Inc
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2018-05-21
Also published as: US20010015227A1; JP3499790B2; DE69834397T2; EP1011752A2; US20090309308A1; JP2000186771A; US20010002743A1; DE69834185T2; JP2000193669A; JP2000217904A; DE69837541T2; JP2000214083A; DE69837541D1; EP1011752B1; DE69827019T2; DE69841409D1; AU7690698A; US7594663B2; US20070262531A1; US20020185820A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsverteilung, zum Beispiel zur Verwendung in einem automatisierten, interaktiven Zellverarbeitungssystem.
Hintergrund der Erfindung
Die Zellverarbeitung umfasst Schritte, bei denen Zellen oder Zellelemente mit verschiedenen Prozesschemikalien behandelt oder gewaschen und dann von einer flüssigen Phase getrennt werden. Zum Beispiel werden beim Präparieren gefrorener Erythrozyten zur Transfusion Erythrozyten von Kryokonserven und anderen Blutbestandteilen wie weißen Zellen, Blutplättchen und subzellularen Zelltrümmern getrennt. Der gesamte Prozess muss unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden, die das Risiko der Verunreinigung minimieren. Ferner wird das Vollblut in seine verschiedenen therapeutischen Bestandteile wie rote Blutzellen, weiße Blutzellen, Blutplättchen und Plasma getrennt, welche später transfundiert werden. Es gibt verschiedene Zellverarbeitungssysteme, die biologische Zellen auf automatisierte oder teilautomatisierte Weise verarbeiten. Diese Systeme nutzen unter Umständen eine Steuereinrichtung, die zum Steuern des Prozesses und Unterstützen eines Bedieners mit verschiedenen Sensoren und Ventilen verbunden ist, um die Verarbeitungseffizienz zu maximieren. Jedoch passen diese Systeme den Prozess basierend auf der Menge oder Art der verarbeiteten Zellen oder unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen nicht interaktiv an.
Krankenhäuser benötigen eine ständige Blutversorgung für Transfusionen. Sobald Spender Blut geben, sind regionale Blutzentralen verantwortlich für AB0-Typisierung, Testen auf Infektionskrankheiten, Komponentenherstellung und Auslieferung roter Blutzellen an Krankenhäuser. Die Krankenhäuser testen noch einmal die Blutgruppe A, B, AB, 0 und fuhren Kreuzproben bezüglich der verfügbaren Bluteinheiten mit den entsprechenden Patienten durch. Da Blut der Gruppe 0 universell transfundiert werden kann, ist der Bedarf an Blut der Gruppe 0 allgemein und besonders in Notfallsituationen hoch, in denen die durch Typisierung und Abgleichung verursachte Verzögerung nicht akzeptabel ist. Ferner hat das verarbeitete Blut eine relativ kurze Haltbarkeit von 42 Tagen, wonach es nicht transfundiert werden darf. Das Ausgleichen des Bestands an roten Blutzellen ist außerordentlich komplex. Täglich müssen die regionalen Blutzentralen die Nachfrage nach verschiedenen Blutgruppen dem in den Blutzentralen und an dessen Krankenhauskundenstandorten überall im Land geführten verfügbaren Angebot anpassen. Die einzelnen Bluteinheiten werden innerhalb des Systems ständig verschoben, um die tägliche Schwankung von Angebot und Nachfrage anzupassen. Tatsächlich werden einzelne Einheiten innerhalb des Systems häufig drei bis vier Mal verschoben, bevor sie schließlich transfundiert werden. Auch trotz der größten Bemühungen der Teilnehmer, um sicherzustellen, dass jede gesammelte Einheit schließlich transfundiert wird, veralten 4% bis 8% aller gesammelten Einheiten vor einer Transfusion und müssen ausgesondert werden. Ein Verarbeitungssystem, das Blut vom Typ A, B oder AB reproduzierbar in Blut vom Typ 0 umwandeln würde, würde ein wesentliches Bedürfnis in diesem Bereich ansprechen. Die Verfügbarkeit von Blutzellen vom Typ 0 würde die Verfügbarkeit roter Zellen verbessern, die Veralterung roter Zellen, die durch die Unfähigkeit zum Anpassen von Einheiten an Empfänger innerhalb des 42-Tage-Veralterungsfensters verursacht wird im Wesentlichen verringern, die Notwendigkeit der häufigen Weiterversendung von Bluteinheiten zur Anpassung des täglichen Angebots und der täglichen Nachfrage vermindern und die Notwendigkeit zum erneuten Testen auf den Bluttyp verringern.
Aus US 4610781 ist ein Flüssigkeitsverarbeitungssystem bekannt, in dem mittels einer Phlebotomienadel aus einer Versuchsperson extrahierte Körperflüssigkeiten verarbeitet werden können, bevor sie der Versuchsperson wieder zugeführt werden. Das System enthält einen Fließsteuerungsverteiler, der bedient werden kann, um vordefinierte Flüssigkeitspfade innerhalb des Systems zu öffnen und zu schließen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsverteilung vorgesehen, wie in Anspruch 1 unten definiert. Die Vorrichtung kann Flüssigkeiten von einer Vielzahl unterschiedlicher Quellen aufnehmen und die Flüssigkeiten aus einer Mündung heraus zu einem Bestimmungsort hin verteilen. Die Vorrichtung kann auch Flüssigkeit von dem Bestimmungsort her aufnehmen und die Flüssigkeit zu einer anderen Mündung hinaus zu einem anderen Bestimmungsort hin übertragen.
Bevorzugte Merkmale dieser Ausführungsform sind in den Unteransprüchen und an anderen Stellen in der Anmeldung dargelegt.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung rein beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines interaktiven Zellverarbeitungssystems.
2 ein begriffliches Ablaufschema, das den Betrieb eines interaktiven Zellverarbeitungssystems darstellt.
3 ein Blockschema des interaktiven Zellverarbeitungssystems von 1.
4 und 4A ein Ablaufschema eines Prozesses zur enzymatischen Umwandlung roter Blutzellen.
5 eine perspektivische Darstellung eines optischen Sensors, der in dem Zellverarbeitungssystem von 1 verwendet wird.
6 eine schematische Darstellung der im optischen Sensor von 5 verwendeten Elemente.
7 eine perspektivische Darstellung eines Flüssigkeitsverteilungsmoduls einschließlich einer Teildarstellung des optischen Sensors von 5.
8 eine Teilexplosiondarstellung des Flüssigkeitsverteilungsmoduls von 7 mit einer weiteren Darstellung des optischen Sensors von 5.
9 eine weitere Explosionsdarstellung des Flüssigkeitsverteilungsmoduls von 6, die eine Pumpenventilbaugruppe, ein Gehäuse, einen Flüssigkeitsverteiler, ein Verbindungsglied und Federknöpfe von 8 zeigt.
10 eine vordere Draufsicht des Verteilers der 7–9 und eine schematische Darstellung einer Pumpe und eines Filters.
10A eine Explosionsdarstellung des Verteilers und des Filters von 10.
11 eine Explosionsdarstellung des Verteilers und des Verbindungsglieds der 7–10.
12 eine rückseitige Draufsicht der Frontplatte des Verteilers von 11.
13 eine rückseitige Draufsicht der Membran des Verteilers von 11.
14 eine Querschnittsdarstellung von 8, erstellt entlang den Linien 12-12.
15 und 16 jeweils vordere und rückseitige Draufsichten des Verbindungsglieds der 7–9.
17 eine perspektivische Darstellung eines Mehr-Kammer-Beutels, der über eine Rohrleitung mit dem Verbindungsglied der 15 und 16 verbunden ist.
18 eine linksseitige perspektivische Darstellung des Systems von 1.
19 eine isometrische Explosionsdarstellung von Komponenten einer Unterbaugruppe, die zum Ausdrücken ausgewählter Flüssigkeitsmaterialien verwendet wird, welche in einem biegsamen Behälter angeordnet sind.
20 eine isometrische Explosionsdarstellung von bestimmten der in 19 gezeigten Komponenten.
21 eine Seitenquerschnittsdarstellung von bestimmten Komponenten der in 19 gezeigten Expressorsystem-Unterbaugruppe, erstellt entlang einer Ebene, die keine der Flüssigkeitsflussrinnen 410 in der Spannvorrichtung 408 durchschneidet.
22 eine weitere Seitenquerschnittsdarstellung von bestimmten Komponenten der in 19 gezeigten Expressorsystem-Unterbaugruppe, erstellt entlang einer Ebene, die eine der Flüssigkeitsflussrinnen 410 in der Spannvorrichtung 408 durchschneidet.
23 eine schematische Seitenquerschnittsdarstellung der Darstellung von 22, die die biegsame Membrankomponente 411 zeigt, welche zunächst am Anfang eines Verarbeitungszyklus entlang der gekrümmten Oberfläche der schalen- oder ringförmigen Trennkammer 421 der Spannvorichtung 408 befindlich ist.
24 eine Nah-Seitenquerschnittsdarstellung eines Teilbereichs von 23, die die teilweise mit Expressorflüssigkeit gefüllte Expressorflüssigkeitskammer 420 in einem späteren Stadium in einem typischen Verarbeitungszyklus zeigt.
25 eine Darstellung von 24 in einem noch späteren Stadium eines typischen Verarbeitungszyklus, die die in einem größeren Ausmaß/mit einem größeren Volumen gefüllte Expressorflüssigkeitskammer 42 zeigt, als die Kammer in 24 gefüllt ist.
26 eine weitere schematische Seitenquerschnittsdarstellung der Expressorsystem-Unterbaugruppe der 18–25, die weitere Komponenten zeigt, durch die Expressorflüssigkeit von einer Pumpquelle her über eine zentrale Antriebswelle zugeführt wird, welche drehbar angetrieben wird.
27 eine isometrische Darstellung der Komponenten von 19 in zusammengebauter Form.
28 eine isometrische Explosionsdarstellung einer Drehdichtung, die in Verbindung mit einem Expressorsystem verwendet wird.
29 eine isometrische Darstellung der Komponenten von 28 in zusammengebauter Form.
30 eine seitliche Explosionsquerschnittsdarstellung der Drehdichtungskomponenten von 28.
31 eine Querschnittsdarstellung der Drehdichtungsvorrichtung.
32 eine auseinander gezogene perspektivische Draufsicht der Drehdichtungsvorrichtung und des Verarbeitungsbehälters.
33 eine auseinander gezogene perspektivische Untenansicht der Drehdichtungsvorrichtung.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 3 enthält ein interaktives Zellverarbeitungssystem 10 ein Zellmodul 12, ein Versorgungsmodul 20, ein Flüssigkeitsverteilungsmodul 40, ein Verarbeitungsmodul 60, ein Sammelmodul 70 (nicht in 1 gezeigt) und ein Steuermodul 80. Diese Module sind zum Verarbeiten biologischer Zellen in einer sterilen Umgebung funktionsfähig miteinander verbunden. Das Zellmodul 12 ist für eine kurzfristige oder langfristige Aufbewahrung biologischer Zellen zur Verarbeitung ausgeführt. Das Versorgungsmodul 20 enthält mehrere Behälter zum Aufbewahren unterschiedlicher Prozesschemikalien, einschließlich Salzlösung oder anderer Flüssigkeiten, die zum Waschen der verarbeiteten Zellen verwendet werden, und enthält auch sterile Luft. Die Behälter sind über eine Menge von Leitungen mit einem Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 verbunden. Das Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 enthält mehrere Ventile und Sensoren zum Abgeben gesteuerter Mengen der Prozesschemikalien vom Versorgungsmodul 20 an das Verarbeitungsmodul 60 und zum Abgeben einer bekannten Menge der biologischen Zellen vom Zellmodul 12 an das Verarbeitungsmodul 60. Ferner ist das Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 ausgeführt, um den Prozessabfall vom Verarbeitungsmodul 60 an einen Abfallbehälter 72 und die verarbeiteten Zellen an einen Zellaufbewahrungsbehälter 74 zu leiten, von denen sich beide im Sammelmodul 70 befinden, während die Reinheit und Sterilität der Zellen aufrechterhalten wird. Das Steuermodul 80 leitet den gesamten Prozess entsprechend einem ausgewählten Algorithmus.
Allgemein ist der Betrieb des Zellverarbeitungssystems 10 in 2 gezeigt. Das Steuermodul 80 führt einen anfänglich ausgewählten (98) Verarbeitungsalgorithmus aus. Das Steuermodul 80 enthält eine logische Steuerung, die von mehreren in einer Verarbeitungsschleife angeordneten In-line-Sensoren Echtzeitdaten empfängt. Ein Massesensor (oder ein Volumensensor) misst eine anfängliche Menge der bereitgestellten biologischen Zellen (94) und sendet die Daten an das Steuermodul 80. Das Steuermodul 80 steuert die Menge von an das Verarbeitungsmodul 60 abgegebenen Zellen entsprechend dem Verarbeitungsalgorithmus. Das Steuermodul 80 berechnet basierend auf der bereitgestellten Menge der biologischen Zellen auch die einzelnen Dosen der Prozesschemikalien (100) und weist eine Menge von Steuerventilen zum Abgeben der Chemikalien (102) in einer ausgewählten Reihenfolge an das Verarbeitungsmodul 60 an, wiederum entsprechend dem Verarbeitungsalgorithmus.
Das Steuermodul 80 führt iterativ den Verarbeitungsalgorithmus aus. Das Steuermodul 80 empfangt Daten von den einzelnen Sensoren (z. B. einem Gewichtssensor, einem Volumensensor, einem Temperatursensor, einem optischen Sensor, einem Widerstands- oder kapazitiven Sensor, einem Flusssensor, einem Drucksensor oder einem anderen Sensor, der zum Überwachen der übertragenen Materie in einem flüssigen, gasförmigen oder festen Zustand angeordnet ist). Nach dem Abgeben der ausgewählten Menge einer oder mehrerer Prozesschemikalien an das Verarbeitungsmodul 60 reguliert das Steuermodul 80 die Temperatur und den Zeitpunkt der Verarbeitung und weist das Verarbeitungsmodul zum Schütteln, Mischen oder sonstigen Behandeln der Zellen mit den Prozesschemikalien an. Das Steuermodul 80 kann abhängig von dem Verarbeitungsalgorithmus einen oder mehrere Verarbeitungszyklen verwalten. Am Ende jedes Zyklus kann das Verarbeitungsmodul 60 die verarbeiteten Zellen von Zwischenprodukten und von dem Prozessabfall trennen. Während des Trennungsprozesses erkennt das Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 die Flüssigkeitskomponente, die aus dem Verarbeitungsmodul 60 ausgedrückt wird, und weist die getrennten Komponenten zur Entsorgung (110) und zur Aufbewahrung (112) verschiedenen Behältern zu. Jeder Verarbeitungszyklus kann eine andere Prozesschemikalie und andere Verarbeitungsbedingungen nutzen. Das Zellverarbeitungssystem 10 kann auch gleichzeitig oder nacheinander verschiedene Zelltypen verarbeiten. Ferner kann das Zellverarbeitungssystem 10 auch teilweise biologische Zellen verarbeiten und sie dann in einem Zellaufbewahrungsbehälter 74 (gezeigt in 3) aufbewahren, welcher ein Temperatursteuersystem enthalten kann. Die verarbeiteten Zellen können später vom Zellaufbewahrungsbehälter 74 automatisch abgegeben und mittels eines anderen Verarbeitungsalgorithmus verarbeitet werden. Die verarbeiteten Zellen können vor einer anderen Verwendung auch in einer Kultur gezüchtet werden.
Die Steuereinrichtung berechnet basierend auf dem Anfangsgewicht der biologischen Zellen die Dosierung der Prozesschemikalien. Das Versorgungsmodul 20 enthält einen Gewichtssensor 29 zum Liefern des Gewichts jeder Prozesschemikalie an die Steuereinrichtung. Während des Prozesses bestätigt die Steuereinrichtung, dass die richtige Menge jeder Prozesschemikalie übertragen worden ist, indem die Änderung des Gewichts der im Versorgungsmodul 20 abgelegten Prozesschemikalie und das anfängliche Gewicht der Chemikalie gemessen wurden. Die Prozesschemikalien in einem flüssigen Zustand werden über einen 0,2-Mikrometer-Filter gepumpt, um die Sterilität sicherzustellen. Ein Druckumformer ist vor dem Filter angeordnet montiert. Falls die durch den Filter gepumpten Flüssigkeiten eine variable Viskosität aufweisen, passt die Steuereinrichtung die Pumpgeschwindigkeit an, um einen konstanten Druckabfall auf der ganzen Filtermembran zu bewirken.
Das Verarbeitungsmodul 60 ist zur Sicherstellung identischer Verarbeitungsbedingungen (z. B. Druck, Temperatur, Mischung, Verarbeitungszeit oder sonstige) für große und kleine Mengen der zur Verarbeitung bereitgestellten biologischen Zellen ausgeführt. Zu diesem Zweck enthält das Verarbeitungsmodul 60 eine Verarbeitungskammer, die eine variable Volumenausführung aufweist. Die Steuereinrichtung ändert abhängig von dem Volumen der verarbeiteten Zellen und anderen Prozesschemikalien, die in die Verarbeitungskammer übertragen werden, das Kammervolumen. Die Volumenänderung wird über eine bewegbare Wand erreicht, die eine Membran sein kann. Das Verarbeitungsmodul 60 enthält einen weiteren Drucksensor zum Messen des Drucks innerhalb der Verarbeitungskammer und enthält auch einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur innerhalb der Verarbeitungskammer. Ein Wärmeübertragungssystem kann basierend auf den Daten von dem Temperatursensor her Wärme liefern oder aus der Verarbeitungskammer entfernen.
Das Zellverarbeitungssystem 10 kann Zellen und/oder Zellelemente verarbeiten oder von verschiedenen Flüssigkeiten oder Feststoffen trennen. Solche Zellen und Zellelemente umfassen insbesondere Erythrozyten (d. h. rote Blutzellen); Leukozyten (d. h. weiße Blutzellen, einschließlich Lymphozyten, Granulozyten und Monozyten); Blutzellenvorläufer (z. B. primitive Stammzellen, Burst Forming Units, Retikulozyten, Megakaryozyten etc.); Zellfragmente (z. B. Blutplättchen, subzellulare Elemente wie Zellkerne, Zelltrümmer etc.); Epithelzellen; Endothelzellen; Mesothelzellen; Zellen normaler Gewebe (z. B. Leberzellen, Nierenzellen, Blasenzellen, Lungenzellen, Bauchspeicheldrüsenzellen, embryonale Zellen, fötale Zellen etc.); Zellen krankhafter Gewebe (z. B. bösartige Zellen) und sonstige.
Mit nochmaligem Bezug auf 3 enthält das Zellmodul 12 in einer Anordnung des Zellverarbeitungssystems einen Gewichtssensor 14, der zum Wiegen von in einem PVC-Beutel 16 bereitgestellten roten Blutzellen angeordnet ist. Die Rohrleitung 17 verbindet einen Beutel 16 mit einem Leukofilter 18 und mit einem Flüssigkeitsverteilungsmodul 40. Das Versorgungsmodul 20 enthält einen Beutel 21 mit dem Enzym A1/B, einen Beutel 22 mit dem Enzym A2, einen Beutel 23 mit 140-mmolrem zweibasigen Kaliumphosphat (DPP), einen Beutel 24 mit Polyethylenglykol (PEG), einen Beutel 25 mit Aufbewahrungslösung und einen Beutel 26 mit isotonischer Phosphat-Citrat-Lösung (PCI). Die Beutel 22, 23, ..., 26 sind aus Cryovac M312 hergestellt. Jeder Beutel ist über die Rohrleitung 28 mit dem Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 verbunden. Der Gewichtssensor 29 ist zum Wiegen beliebiger der oben erwähnten, im Versorgungsmodul 20 befindlichen Flüssigkeiten ausgeführt. Das Versorgungsmodul 20 enthält auch einen Kompressor 30, der über einen Filter 31 und ein Verschlussventil 32 mit einem Luftspeicher 33 verbunden ist, welcher für die Zellverarbeitung verwendete sterile Luft speichert. Der Druckschalter und -sensor 34 ist in Verbindung mit einer Luftrohrleitung 36, welche an einen in dem Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 befindlichen Luftfilter sterile Luft liefert. Ein Regler 37, verbunden mit einem Magnetventil 38, reguliert den an das Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 und das Verarbeitungsmodul 60 gelieferten Luftdruck. Das Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 enthält eine peristaltische Pumpe 42 und zwölf Kolbenventile 43, 44, ... und 54, die mit einer Menge von Leitungen zum Verteilen der Prozesschemikalien und der Zellen während des automatisierten Prozesses verbunden sind. Die logische Steuerung kann jede Kombination der zwölf Ventile schließen oder öffnen, um die innerhalb der Leitungen fließende Flüssigkeit umzuleiten. Ein Drucksensor 55 misst den Flüssigkeitsdruck während des Prozesses, und ein optischer Detektor 58 überwacht die Flüssigkeit zu dem Verarbeitungsmodul 60 hin und von dem Verarbeitungsmodul 60 weg. Das Verarbeitungsmodul 60 enthält eine Zentrifuge 62 und ein Expressorsystem 64. Ein IR-Temperatursensor 66 überwacht die Temperatur der Prozesschemikalien oder der Zellen, die sich innerhalb der Zentrifuge 62 befinden. Das Sammelmodul 70 enthält einen Abfallbeutel 72, einen Salzlösungsbeutel 73 und einen Produktbeutel 74. Das Sammelmodul 70 enthält auch einen Gewichtssensor 76, der mit dem Produktbeutel 74 verbunden und zum Wiegen der verarbeiteten roten Blutzellen angeordnet ist.
Die Steuereinrichtung steuert das Volumen der Verarbeitungskammer der Zentrifuge 62, um für identische Verarbeitungsbedingungen für große und kleine Mengen der roten Blutzellen zu sorgen. Die Verarbeitungskammer enthält eine biegsame Wand, um Expressorflüssigkeit innerhalb der Verarbeitungskammer zu enthalten. Für kleine Volumina pumpt das Expressorsystem 64 Expressorflüssigkeit in die Kammer, bis der Druckumformer an der Kammer einen Voll-Zustand signalisiert. Dieser Vorfüllschritt stellt sicher, dass unterschiedliche Mengen roter Blutzellen auf Grund der Verdichtung der gleichen akkumulierten Zentrifugalkraft und den gleichen mechanischen Belastungen unterworfen werden. Andernfalls würden sich kleinere Mengen länger drehen und fester verdichten, während die Expressorflüssigkeit die Verarbeitungskammer während des Ausdrückschritts füllt.
Während des Prozesses empfangt die Steuereinrichtung eine Eingabe vom IR-Temperatursensor 66, welcher die Temperatur der roten Blutzellen misst. Falls die Temperatur unter dem Einstellwert liegt, erhöht der Expressor des Systems 64 die Temperatur der Expressorflüssigkeit. Umgekehrt, falls die Temperatur über dem Einstellwert liegt, verringert der Expressor des Systems 64 die Temperatur der Expressorflüssigkeit. Ein Regelkreis überwacht kontinuierlich die Temperatur der verarbeiteten Zellen.
Das Verarbeitungsmodul 60 enthält auch einen zweiten Druckumformer, der den Druck der sterilen Luft an der Drehdichtung überwacht. Falls die Dichtung funktioniert, schwankt der Druck nur leicht zwischen festgesetzten Grenzwerten. Falls der Druck unter den festgesetzten Schwellwert fällt, wird ein Warnzustand ausgelöst, der eine Überprüfung der Drehdichtung sowie weiterer möglicher Fehlerursachen erfordert.
Das Expressorflüssigkeitssystem 64 enthält einen dritten Druckumformer, der den Druck der Expressorflüssigkeit misst, welcher ein indirektes Maß des Drucks auf die roten Blutzellen ist. Die Steuereinrichtung passt die Expressorpumpengeschwindigkeit an, um sicherzustellen, dass der Druck innerhalb akzeptierter Grenzwerte liegt und Zellen vor Beschädigungen geschützt sind. Falls der Druck zu niedrig ist, wird die Pumpengeschwindigkeit erhöht, um den Ausdrückzyklus zu beschleunigen. Falls der Druck zu hoch ist, wird die Pumpe abgebremst, um die Zellen vor übermäßigem Druck zu schützen. Dadurch wird auch die Dichtung vor übermäßigem Druck geschützt.
Der optische Sensor 58 überwacht die Farbe und die Trübung der übertragenen Flüssigkeiten. Insbesondere überwacht der optische Sensor 58 auch den Überstand, der aus der Zentrifugenkammer ausgedrückt wird. Wenn in dem Überstand rote Zellen erkannt werden, reagiert die Steuereinrichtung durch Anhalten der Expressorpumpe zur Verhinderung des Verlusts von Zellen an den Abfall oder reagiert durch Schalten von Ventilen zum Sammeln der Zellen in einem separaten Aufbewahrungsbeutel abhängig davon, welcher Zyklus gerade ausgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 4A in der bevorzugten Ausführungsform wird das Zellverarbeitungssystem von 3 zur enzymatischen Umwandlung roter Blutzellen in rote Blutzellen vom Typ 0 genutzt. Der enzymatische Umwandlungsprozess beginnt bei Schritt 115 durch Wiegen der bereitgestellten Menge roter Blutzellen. Bei Schritt 117 verdünnt das System basierend auf dem Anfangsgewicht der bereitgestellten roten Blutzellen die roten Blutzellen, die an den innerhalb der Zentrifuge 62 befindlichen Verarbeitungsbeutel abgegeben werden, gezeigt in 3, mit einer Salzlösung im Verhältnis 1:1 und spült auch den Beutel mit 100 ml Salzlösung (Schritt 119). Bei Schritt 121 berechnet die Steuereinrichtung die korrekte PCI-Dosierung, um das Verhältnis von 65 ml PCI für 100 ml roter Blutzellen zu erhalten. Die Steuereinrichtung berechnet auch die korrekte DPP-Dosierung, um das Verhältnis von 110 ml DPP für 100 ml roter Blutzellen zu erhalten. Vor dem Ausführungsschritt 123 bestätigt die Steuereinrichtung, dass die korrekte Menge an Salzlösung auf die Zentrifuge 62 übertragen wurde. Bei Schritt 123 dreht sich die Zentrifuge bei 3000 UpM etwa 2,5 Minuten lang und bremst dann auf etwa 1500 UpM ab und drückt den Salzlösungsabfall aus, während die gewaschenen roten Blutzellen in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
Als Nächstes reinigt das System bei Schritt 127 die Rohrleitung mit PCI und gibt die bei Schritt 121 berechnete PCI-Dosis an den Verarbeitungsbeutel ab. PCI (isotonische Phosphat-Citrat-Lösung) enthält 10,7 g/L Zitronensäuremonohydrat, 2,7 g/L dibasisches Natriumphosphat (wasserfrei), 6,4 g/L Natriumchlorid, die in einem Liter sterilen Wassers mit pH = 2,8 ± 0,05 suspendiert sind. Die erforderliche Dosis ist 65 ml PCI-Puffer mit einem pH von 2,8 für jeweils 100 ml der 85-Crit-Zellmasse. Bei Schritt 129 mischt die Zentrifuge die Lösung während der PCI-Zugabe gründlich und schüttelt dann zur Herstellung eines Gleichgewichts die roten Blutzellen und die PCI-Mischung gelegentlich etwa 10 Minuten lang, um den pH der verdichteten roten Blutzellen von ungefähr 7,0 auf 5,5 zu verringern. Dann drückt die Zentrifuge bei Schritt 123 den getrennten Abfall (auch Überstand genannt) aus, während die roten Blutzellen in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
Bei Schritt 131 reinigt das System die Rohrleitung mit PEG und gibt die berechnete Dosis an den Verarbeitungsbeutel ab. Bei Schritt 133 gibt das System dem Verarbeitungsbeutel auch Enzyme basierend auf der bei Schritt 115 gemessenen Menge roter Blutzellen zu. Das Enzym enthält 12,5 ml rB-zyme oder 25 ml einer Suspension von exo- und endo-rA-zyme, 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-zyme und bei 37°C für rA-zyme. Das Enzym ist in PCI-Puffer von pH 5,5 suspendiert, PEG ist 1450 MG, suspendiert in PCI von pH 5,5. Das System prüft auch die Dosis, die Zeit und die Temperatur entsprechend dem Algorithmus (Schritt 135) und setzt die Umwandlung roter Blutzellen fort, wenn alle Parameter erfüllt sind. Dann reinigt das System die Rohrleitung mit Salzlösung und füllt den Verarbeitungsbeutel mit Salzlösung auf. Bei Schritt 123 dreht die Zentrifuge die Lösung bei 3000 UpM etwa 2,5 Minuten lang und bremst dann auf etwa 1500 UpM ab und drückt den überstehenden Abfall aus, während die gewaschenen roten Blutzellen in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
Nach der Umwandlung roter Blutzellen drückt die Zentrifuge den Überstand aus (Schritt 123). Als Nächstes gibt das System bei Schritt 141 Salzlösung an den Verarbeitungsbeutel ab, schüttelt die Mischung und dreht die Mischung bei etwa 3000 UpM etwa 2,5 Minuten lang. Die Zentrifuge drückt den Abfall aus, und das System stellt die 85-Crit-Zellmasse wieder her. Bei Schritt 145 spült [das System] die Rohrleitung mit DPP, um danach den pH umgewandelter roter Blutzellen wiederherzustellen. Bei Schritt 147 gibt das System DPP durch Messung von 110 ml DPP-Puffer für jeweils 100 ml der 85-Crit-Zellsuspension ab. Das System gibt 140 mM dibasisches Kaliumphosphat mit pH 9,0 ± 0,1 (DPP) ab, das 24,4 g/L dibasisches Kaliumphosphat (wasserfrei) umfasst, welches in einem Liter sterilen Wassers suspendiert ist. Die Zentrifuge mischt die Flüssigkeit während der Pufferzugabe gründlich und stellt bei 26°C 10 Minuten lang ein Gleichgewicht her, wobei sie auch während der Herstellung des Gleichgewichts gelegentlich mischt. Als Nächstes füllt das System bei Schritt 141 den Verarbeitungsbeutel mit Salzlösung, schüttelt die Mischung und drückt den Abfall aus, während die roten Blutzellen in dem Verarbeitungsbeutel zurückbleiben.
Als Nächstes reinigt das System die Leitungen mit Salzlösung und wäscht die roten Blutzellen mehrmals, indem es den Verarbeitungsbeutel mit Salzlösung füllt und danach den Abfall ausdrückt (Schritte 141, 143 und 149). Diese Schritte entfernen den restlichen Puffer, Enzym, PEG und Phosphat bis zu einem Grad, der ungefähr 99,9999% entspricht. Nach dem Ausdrücken der in dem letzten Waschzyklus verwendeten Salzlösung (Schritt 153) stellt das System die 85-Crit-Zellmasse wieder her.
Die Steuereinrichtung weist das Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 zur Umschaltung der Rohrleitung an, um die verarbeiteten roten Blutzellen im Aufbewahrungsbeutel 74 zu sammeln. Dieser Prozess wird über den optischen Detektor 58 gesteuert (gezeigt in 3). Sobald der optische Detektor bei Schritt 155 rote Blutzellen erkennt, kehrt die Expressorpumpe ihre Pumprichtung um, um die roten Blutzellen aus der zwischen dem Verarbeitungsbeutel und dem optischen Detektor befindlichen Rohrleitung zurück in den Verarbeitungsbeutel zu ziehen. Dies erfolgt, um den Verlust roter Blutzellen zu vermeiden. Dann leitet das Flüssigkeitsverteilungssystem 40 die ausgedrückten roten Blutzellen an den Aufbewahrungsbeutel 74 zurück. Wenn der Verarbeitungszyklus abgeschlossen ist (Schritt 157), misst die Steuereinrichtung 100 ml Nutracell-Aufbewahrungslösung je 250 ml der 85-Crit-Zellsuspension ab. Diese Lösung wird dann in dem Aufbewahrungsbehälter aufbewahrt, der aus einem Material hergestellt ist, das für eine Aufbewahrung über 42 Tage zugelassen ist (Schritt 163).
Dieses Zellverarbeitungssystem kann zum enzymatischen Umwandeln des Bluttyps genutzt werden, wie zum Beispiel in den Goldstein erteilten US-Patenten 4.330.619 , 4.427.777 und 4.609.627 beschrieben.
Der optische Sensor 58 überwacht die Farbe und die Trübung der übertragenen Flüssigkeiten. Insbesondere überwacht der optische Sensor 58 auch den aus der Zentrifugenkammer ausgedrückten Überstand. Bei Schritt 153, wenn rote Zellen in dem Überstand erkannt werden, reagiert die Steuereinrichtung durch Anhalten der Expressorpumpe, um zu verhindern, dass irgendwelche Zellen in den Abfall verloren gehen. Bei Schritt 155 schaltet die Steuereinrichtung Ventile um, um die Zellen im Zellaufbewahrungsbehälter 74 zu sammeln.
Der optische Sensor 58 ist ausgebildet und angeordnet, um eine Flüssigkeit, die innerhalb des Flüssigkeitsverteilungssystems 40 gerade übertragen wird, optisch zu kennzeichnen. Da die verarbeiteten Zellen während des gesamten Prozesses in einer sterilen Umgebung gehalten werden müssen, muss der optische Sensor die entsprechenden Anforderungen erfüllen. Die Anforderungen umfassen eine sterile und einfach ersetzbare optische Kammer. Die gesamte Ausführung ist wasserdicht und ermöglicht eine einfache Sterilisation aller äußeren Oberflächen gemäß den entsprechenden Vorschriften.
Allgemein ist der optische Sensor 58 ausgeführt und angeordnet, um eine In-line-Kennzeichnung von Flüssigkeiten, die gerade übertragen werden, während des Betriebs des Zellverarbeitungssystems 10 durchzuführen. Der optische Sensor 58 tastet periodisch Flüssigkeiten ab, die durch eine optische Kammer fließen, und stellt Daten für das Steuermodul 80 bereit. Wenn der optische Sensor 58 eine ausgewählte Qualität der optisch abgetasteten Flüssigkeit erkennt, liefert er die entsprechenden Daten an das Steuermodul 80, welches wiederum ein ausgewähltes Ventil innerhalb des Flüssigkeitsverteilungssystems 40 aktiviert. Das aktivierte Ventil leitet den Fluss der Flüssigkeit gemäß dem Prozess um.
Eine spezifische, gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform des optischen Sensors 58 ist in 5 gezeigt. Unter Bezugnahme auf 5 umfasst der optische Sensor 200 eine Leiterplatte 202, eine Kunststoffhalterung 204, eine Quellenabdeckung 206, eine Detektorabdeckung 208 und eine weiche Dichtung 210. Eine zweifarbiges Licht emittierende Diode 212 (gezeigt in 6B) ist auf einer Quellenhalterung 214 montiert und innerhalb der Quellenabdeckung 206 platziert. Ein Siliziumdiodendetektor 216 (gezeigt in 6C) ist auf einer Detektorhalterung 218 montiert und befindet sich innerhalb der Detektorabdeckung 208. Ebenfalls innerhalb der Quellenabdeckung 207 montiert ist ein Quellendurchlass 213 mit einem 1 mm großen Loch. Der Quellendurchlass 213, der sich vor der LED 212 befindet, ist an einem Detektordurchlass 217 ausgerichtet, der sich vor dem Siliziumdiodendetektor 216 befindet.
Die Licht emittierende Diode ist ausgebildet, um Licht von etwa 560 nm und etwa 640 nm zu emittieren. Bevorzugt ist die LED AND 176RAG, hergestellt von Purdy Electronics Corp., 720 Palomar Ave., Sunnyvale, CA. Der Siliziumdiodendetektor ist OPT210, hergestellt von Burr-Brown Corp., 6730 S. Tucson Blvd., Tucson, AZ 85706. Auf der Leiterplatte 202 befindet sich die in 6 gezeigte Elektronik 225.
Nach jedem Einschalten kalibriert das Steuermodul 80 den optischen Sensor 200, indem es die Übertragungsdaten entweder ohne die Küvette oder mit der leeren Küvette heranzieht und diese mit in dem Speicher abgelegten Kalibrierdaten vergleicht. Ferner kalibriert eine lokale Steuereinrichtung 230 (6D) die Quelle 212 oder den Detektor 216 jedes Mal, wenn eine neue Kassette im Flüssigkeitsverteilungssystem 40 lokalisiert wird.
Die 7 und 8 zeigen die Anordnung des optischen Sensors 200 relativ zum Flüssigkeitsverteilungsmodul 40. Das Flüssigkeitsverteilungsmodul ist Teil eines Flüssigkeitsüberwachungssystems, das die Zufuhr von biologischen Zellen, Prozesschemikalien, Lösungen, Flüssigkeiten, Reagenzien etc. koordiniert, um sich nach einem vom Steuermodul 80 ausgeführten Verarbeitungsalgorithmus zu richten. Allgemein steuert das Flüssigkeitsverteilungsmodul die Zufuhr von Flüssigkeiten von dem Versorgungsmodul 20 und dem Zellmodul 12 her an das Verarbeitungsmodul 60 (siehe 1 und 3) sowie das Ausdrücken von Flüssigkeiten von dem Verarbeitungsmodul 60 her. Das Flüssigkeitsverteilungsmodul ist eine Vorrichtung, die aus Pumpen, Ventilen, Drucküberwachungsvorrichtungen und anderen Komponenten besteht, die zur Überwachung einer Vielzahl von Flüssigkeiten brauchbar sind.
Das Flüssigkeitsverteilungsmodul 40 ist in den 7–9 gezeigt. Das Flüssigkeitsverteilungsmodul ist Teil eines Flüssigkeitsüberwachungssystems, das die Zufuhrflüssigkeiten koordiniert, einschließlich: biologischer Zellen, Prozesschemikalien, Lösungen, Flüssigkeiten, Reagenzien etc., um sich nach einem vom Steuermodul 80 ausgeführten Verarbeitungsalgorithmus zu richten. Allgemein steuert das Flüssigkeitsverteilungsmodul die Zufuhr von Flüssigkeiten vom Versorgungsmodul 20 und Zellmodul 12 an das Verarbeitungsmodul 60 (siehe 1 und 3) sowie das Ausdrücken von Flüssigkeiten aus dem Verarbeitungsmodul 60. Das Flüssigkeitsverteilungsmodul ist eine Vorrichtung, die aus Pumpen, Ventilen, Drucküberwachungsvorrichtungen und anderen Komponenten besteht, die bei der Überwachung einer Vielzahl unterschiedlicher Flüssigkeiten von verschiedenen Quellen her brauchbar sind.
Unter Bezugnahme auf die 7–9 sind die Hauptkomponenten des Flüssigkeitsverteilungsmoduls ein Gehäuse 250, eine in dem Gehäuse montierte Pumpenventilbaugruppe 252 und ein an dem Gehäuse auf der Trägerplatte 262 montierter Verteiler 256. Das Gehäuse 252 kann aus Blech gebildet sein. Ebenfalls an dem Gehäuse 250 montiert ist eine peristaltische („Rollen"-)Pumpe 42. Ein Verbindungsglied 260 ist an dem Verteiler anbringbar und nimmt Rohrleitungen (siehe 16) von verschiedenen Quellen von auf den Verteiler zu übertragenden Flüssigkeiten her auf.
Der Verteiler 256 umfasst eine Vielzahl von Mündungen, die zum Übertragen von Flüssigkeit von einer Mündung zu einer anderen mit Innenlaufkanälen verbunden sind. Die Mündungen sind mit unterschiedlichen Flüssigkeitsquellen oder -bestimmungsorten verbindbar.
Das Verteilungsmodul 40 ist so angeordnet, dass der Verteiler 256 an dem Gehäuse 252 einfach anbringbar ist, so dass es eine wegwerfbare Vorrichtung für den Einmalgebrauch sein kann, welche ersetzt werden kann, sobald der Verarbeitungszyklus für einen Beutel 16 von biologischen Zellen abgeschlossen ist. Der Verteiler 256 ist durch die Verwendung von Federknöpfen 258 (siehe 8) an dem Gehäuse leicht anbringbar und von diesem leicht lösbar. Um den Verteiler anzubringen, werden die Federknöpfe horizontal gedreht, die Verteilervorrichtung wird auf der Trägerplatte 262 angeordnet, die Federknöpfe werden herausgezogen, vertikal gedreht und losgelassen, um den Verteiler gegen die Trägerplatte vorzuspannen.
Die Trägerplatte 262 befindet sich in einer Vertiefung 265 des Gehäuses 250. Die Trägerplatte 262 ist ein Zwischenstück zwischen dem Verteiler 256 und der Pumpenventilbaugruppe 252. Die Pumpenventilbaugruppe 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 mit entsprechenden Mündungen 302, 304, 306, 308, 310, 312, 324, 326, 328, 330, 332, 334 (10) an dem Verteiler in Verbindung stehen, welche verwendet werden, um Flüssigkeiten zu und von dem Verteiler 256 zu übertragen. Wie ausführlich unten erklärt, lenkt ein Tauchkolben, wenn er ausgestreckt ist, eine biegsame Membran innerhalb des Verteilers 256 aus, um eine bestimmte Mündung zu schließen, so dass keine Flüssigkeit durch die jeweilige Mündung eintreten oder austreten kann; wenn das mit einem Tauchkolben verbundene Magnetventil erregt wird, wird der Tauchkolben zurückgezogen, um die verbundene Mündung oder den verbundenen Kanal zu öffnen und den Flüssigkeitseintritt oder -austritt zu ermöglichen.
Ebenfalls getragen von der Pumpenventilbaugruppe 252 werden: Kraftmesszellen 288 und 290, die verwendet werden, um den Flüssigkeitsdruck an zwei Punkten innerhalb des Verteilers 256 zu ermitteln; ein Sterilluft-Schlauch und Filter 293; und ein optischer Sensor 58, der einen Emitter 294 und einen Detektor 296 umfasst. Es werden Halleffekt-Sensoren 298 verwendet, um die Position der Tauchkolben 264–286 zu erkennen.
Die Trägerplatte 262 umfasst unterschiedlich geformte Löcher 300 zur Aufnahme der Tauchkolben 264–286, der Kraftmesszellen 288 und 290, des Emitters 294 und des Detektors 296 des optischen Sensors und des Sterilluft-Schlauchs 293 (siehe 8 und 9). Um das Eintreten von Flüssigkeiten in die Pumpenventilbaugruppe 252 zu verhindern, können einzelne Silikonkolbenmembranen über jedem Tauchkolben sowie den zwei Kraftmesszellen platziert werden und werden die jeweiligen Löcher 300 der Trägerplatte 262 abdichten. Somit sind die Tauchkolben 264 und 266, die in 8 zu sehen sind, von solchen Membranen abgedeckt. In 8 sind die Tauchkolben 264 und 266 in der normalen (d. h. nicht erregten) Position gezeigt, in welcher die mit den Tauchkolben 264–266 verbundenen Mündungen abgesperrt wären. Bei der Anbringung des Verteilers an der Trägerplatte 262 sind alle Magnetventile erregt, so dass die Tauchkolben das Platzieren des Verteilers nicht beeinträchtigen.
Der Verteiler 256 setzt sich aus drei Hauptteilen zusammen: Einer Frontplatte 301, einer biegsamen Membran 303 und einer Rückplatte 305. Die Membran wird zwischen der Front- und Rückplatte komprimiert, um in dem Verteiler abgedichtete Kanäle zu bilden. Die Rückplatte wird durch Ultraschall an die Frontplatte geschweißt, jedoch können andere Verfahren zum Verbinden von Kunststoffen verwendet werden, zum Beispiel mechanische Schnappverschlüsse, Klebstoffe, Lösungsmittel etc. Wie die Trägerplatte 262 enthält die Rückplatte 305 ebenfalls Löcher 307, welche mit den Löchern der Trägerplatte 300 zusammenpassen, um den verschiedenen Elementen der Pumpenventilbaugruppe 252 Platz zu bieten und Teilbereiche der biegsamen Membran 303 zu exponieren. Um zum Beispiel das mit einer bestimmten Mündung verbundene Ventil zu schließen, geht ein Magnetanker durch ein Loch 307 der Rückplatte 305 hindurch und lenkt die biegsame Membran 303 gegen die Frontplatte aus, um den Flüssigkeitsfluss in einer Mündung oder einem Kanal der Frontplatte 301 abzusperren.
Wie in 10 zu sehen ist, speisen die Mündungen 302, 304, 306, 308, 310 und 312 in einen ersten Verteilerkanal 314 ein. Wie oben angegeben, werden diese Mündungen von Tauchkolben 264, 266, 268, 270, 272 und 274 geöffnet und geschlossen. Es können unterschiedliche Prozesschemikalien über eine Rohrleitung an jede Mündung 302–312 gespeist werden. Wie zum Beispiel in der bevorzugten Ausführungsform in Bezug auf die 3 und 4 oben beschrieben, können die Enzyme A1/B und A2 an der Mündung 302 (von den Beuteln 21 und 22), DPP an der Mündung 304 (von Beutel 23), PEG an der Mündung 306 (von Beutel 24), die Aufbewahrungslösung an der Mündung 308 (von Beutel 25), PCI an der Mündung 310 (von Beutel 26) und Salzlösung an der Mündung 312 (von Beutel 74) angeschlossen werden. Die DPP-Mündungen 302–310 sind angepasst, um ein Verbindungsglied 260 aufzunehmen (unten beschrieben), an welchem Schläuche vom Versorgungsmodul 20 her angebracht sind.
Die Flüssigkeit fließt von einer Quelle her, die mit einer dieser Mündungen verbunden ist, in einen Kanal 314 hinein (falls der Tauchkolben für diese Mündung zurückgezogen ist) und tritt an einem Auslass 316 aus, wenn die Pumpe 42 in Betrieb ist. Die Rohrleitung verbindet den Auslass 316 mit dem Einlass 318. Wie schematisch durch Pfeile „a" in 8 gezeigt, erfolgt die Bewegung von Flüssigkeit aus dem Verteilerkanal 314 heraus. Die Flüssigkeit wird über eine peristaltische Pumpe (siehe 7) von 316 zu 318 überführt, durch welche die Rohrleitung hindurchgeht, die den Auslass 316 mit dem Einlass 318 verbindet. Die Pumpe weist Einlässe 315 und 317 auf, welche die Rohrleitung aufnehmen, und eine sich drehende Rolle 323, die sich entgegen der Uhrzeigerrichtung dreht und zur Erzeugung eines Vakuumeffekts die Rohrleitung kontinuierlich entlang ihrer Länge drückt, wodurch Flüssigkeit vom Auslass 316 zum Einlass 318 hin gesaugt wird. Der Motor 386 verursacht, dass sich die Rolle 323 dreht.
Die Flüssigkeit rückt bis zur Mündung 320 vor und tritt aus dem Verteiler über die Rohrleitung aus, welche mit einem Filter 321 verbunden ist. Der Filter ist ein bakteriostatischer Filter, zum Beispiel mit einer Porengröße von 0,2 Mikrometer, hergestellt von Pall Inc., und filtert Schmutzstoffe aus, welche in der Flüssigkeit sein können. Zwei Filter können parallel verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsflusses zu erhöhen, der durch den Filter verlangsamt wird. Der Ausgang des Filters 321 ist über eine Rohrleitung mit einer anderen Mündung 322 verbunden, wo die Flüssigkeit in einen zweiten Verteilerkanal 319 des Verteilers eintritt. Mit den Mündungen 320 und 322 sind keine Tauchanker verbunden, und sie sind daher keine mit Ventilen ausgestattete Mündungen. Der Filter ist mittels Winkelverbindungsgliedern 331 und kleiner Stücke Kunststoffrohrleitung 333 mit den Mündungen 320 und 322 verbunden.
Die Mündungen 324, 326, 328, 330, 332 und 334 sind auch mit dem Verteilerkanal 319 verbunden. Der Fluss zu diesen Mündungen wird jeweils über die Tauchanker 276–286 gesteuert, was den Ventilen 49–54 entspricht (3). Diese Mündungen (und die Mündung 312) sind angepasst, um direkt mit der Rohrleitung verbunden zu werden, im Gegensatz zu den Mündungen 302–310, welche angepasst sind, um das Verbindungsglied 260 aus unten angegebenen Gründen aufzunehmen. Die Mündungen 324–332 sind insofern Zweiweg-Mündungen, als Flüssigkeit in diese Mündungen eintreten oder daraus austreten kann. In dem oben mit Bezug auf 3 beschriebenen Verarbeitungsverfahren sind die Mündungen folgendermaßen verbunden:
Die Mündung 324 ist mit dem Produktbeutel 76 verbunden, die Mündung 336 ist mit dem Verarbeitungsmodul verbunden, um eine Spülsalzlösung bereitzustellen, die Mündung 328 ist an den Abfallbeutel 72 gekoppelt, die Mündung 330 ist an den Zellbeutel 16 gekoppelt (unter Umgehung des Leukozytenfilters 18), und die Mündung 332 ist an das Zellmodul 12 gekoppelt, um unverarbeitete biologische Zellen aufzunehmen.
Mittels des Verteilers 256 kann jede an den Mündungen 302–312 aufgenommene Flüssigkeit aus beliebigen der Mündungen 324, 326, 328, 330, 332 und 336 verteilt werden. Um eine Flüssigkeit von den Mündungen 302–312 an die Mündungen 324, 326, 328, 330 oder 332 zu verteilen, wird das Schieberventil 334 vom Tauchkolben 286 geschlossen, und der mit der gewünschten Mündung 324, 326, 328, 330 oder 332 verbundene Tauchanker wird erregt und zurückgezogen, um die Mündung zu öffnen, damit Flüssigkeit hindurchtreten kann. Zum Beispiel kann eine an der Mündung 312 aufgenommene Salzlösung aus der Mündung 330 herausgepumpt werden, um im Zellbeutel 16 enthaltene biologische Zellen zu verdünnen (unter Umgehung des Leukozytenfilters 18), oder kann aus der Mündung 336 herausgepumpt werden, um das Verarbeitungsmodul 60 zu spülen. Das Spülwasser aus der Mündung 326 wird in das Verarbeitungsmodul hinein geschickt und daraus herausgedrückt und drückt die restlichen Zellen in der Leitung durch die Mündung 336, das Ventil 334 und aus der Mündung 324 heraus zu dem Produktbeutel hin.
Alternativ könnten die Mündungen 324–332 geschlossen gehalten werden, das Schieberventil 334 offen gehalten werden und könnte Flüssigkeit aus einer der Mündungen 302–312 aus der Mündung 336 heraus zu dem Verarbeitungsmodul 60 hin austreten. Während der oben beschriebenen Zellverarbeitung wird jede mit den Mündungen 302–312 verbundene Flüssigkeitsquelle zu unterschiedlichen Zeiten während des Verarbeitungsverfahrens in das Verarbeitungsmodul 60 gepumpt (siehe 4).
Eine Quelle von Flüssigkeit, die an einer der Mündungen 324–332 aufgenommen wird, könnte auch durch das Schieberventil 334 zu einem dritten Verteilerkanal 335 und die Austrittsmündung 336 zum Verarbeitungsmodul 60 hin gelangen. Zum Beispiel bewegen sich biologische Zellen, die vom mit der Mündung 332 verbundenen Zellbeutel 16 aufgenommen werden, durch den Verteiler 335 und aus der Mündung 336 heraus zu dem Verarbeitungsmodul 60 hin. Wie bei über eine der Mündungen 324–332 aufgenommen Flüssigkeiten bewegen sich die Zellen aus dem Beutel 16 heraus durch den Verteiler 256 und zu dem Verarbeitungsmodul 60 hin durch Schwerkraft, da der Zellbeutel über dem Verteiler platziert ist und der Verteiler sich über dem Verarbeitungsmodul 60 befindet.
Flüssigkeiten können auch aus der Zentrifuge 62 des Verarbeitungsmoduls 60 ausgedrückt werden, wobei sie sich in die Mündung 336 hinein, durch den Kanal 335 und das Schieberventil 334 hindurch zu einer der Mündungen 324–332 hin bewegen. Zum Beispiel drückt in der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform die Zentrifuge 62 Abfall und Produkt jeweils zu den Mündungen 328 und 324 hin heraus.
Der dritte Verteilerkanal 335 umfasst eine Küvette 348, die zur Mündung 336 führt, welche über die Rohrleitung direkt mit dem Verarbeitungsmodul 60 verbunden ist. Die Küvette 348 ist dort, wo verarbeitete Flüssigkeit von dem Verarbeitungsmodul her über den optischen Sensor 58 erkannt wird. Der Emitter des optischen Detektors 294 wird in einer Abdeckung 338 der Frontplatte 301 auf einer Seite der Küvette aufgenommen, während der Detektor 296 in einer Vertiefung 340 auf einer gegenüberliegenden Seite der Küvette angeordnet ist. Somit kann der Detektor infrarotes Licht erkennen, das durch die Flüssigkeit innerhalb der Küvette emittiert wird, und die Änderung der roten Blutzellen erkennen, die eintritt, sobald Abfall über die Zentrifuge des Verarbeitungsmoduls 60 herausgedrückt wird. Wenn die Änderung erkannt wird, wird die mit dem Abfallbeutel 72 verbundene Mündung 328 geschlossen und der Prozess kann entweder rote Blutzellen zur weiteren Verarbeitung zurück zu dem Verarbeitungsmodul 60 schicken oder, falls der Prozess beendet ist, sie zu dem Produktbeutel schicken, indem die Mündung 324 geöffnet wird.
Die Kraftmesszelle 288 der Pumpenventilbaugruppe 252 (siehe 10) ist unterhalb des Einlasses 318 und des Anschlusses 320 angeordnet, um den Flüssigkeitsdruck zu ermitteln, der im Einlass 318 aufgenommen wird. Die Kraftmesszelle 288 ermittelt Hochdruckzustände, die zum Beispiel auftreten, wenn das Verarbeitungsmodul mit Flüssigkeit gefüllt wird. Wenn zum Beispiel Flüssigkeit von einer der Mündungen 302–312 gerade zu dem Verarbeitungsmodul 60 hin gepumpt wird, sobald das Verarbeitungsmodul gefüllt ist, steigt der Druck erheblich an und wird von der Kraftmesszelle erfasst. Das Signal zu erhöhtem Druck wird zurück zu dem Steuermodul gesendet, welches die Pumpe 42 abschaltet. Der Sensor 288 erfasst auch Alarmzustände, welche auftreten können, falls ein nach dem Einlass 318 und der Mündung 320 angeordnetes Hindernis vorhanden ist. Eine zweite Kraftmesszelle 290 ist unterhalb der Mündung 336 platziert und erfasst den Druck in der Zentrifugendichtung des Verarbeitungsmoduls 60. Daher kann, wenn der Druck in der Dichtung an der Zentrifuge zu hoch ist, die Verarbeitung abgebrochen oder die Zentrifugengeschwindigkeit verringert werden.
Die übrige Mündung 342 nimmt einen Sterilluft-Schlauch 293 und einen Filter von der Pumpenventilbaugruppe 252 her auf und wird von der Frontplatte 301 her über eine Rohrleitung mit dem Verarbeitungsmodul 60 verbunden, welches die sterile Luft verwendet, um eine druckbeaufschlagte sterile Umgebung zu erzeugen. Die Öffnungen 346 und 344 nehmen Befestigungsfinger 373 und 374 (siehe 16) des Verbindungsglieds 260 auf. Es sollte berücksichtigt werden, dass die besondere Anordnung der Mündungen, Vertiefungen und Verteilerkanäle des Verteilers auf zahlreiche unterschiedliche Arten ausgebildet sein kann, um die Übertragung unterschiedlicher Flüssigkeiten an verschiedene Stellen zu erreichen, und die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren gezeigte besondere Anordnung beschränkt.
Unter Bezugnahme auf die 11–13 weist der Verteiler drei Hauptkomponenten, eine Frontplatte 301, eine biegsame Membran 303 und eine Rückplatte 305, auf. Die Frontplatte und Rückplatte sind Spritzgusskunststoffkomponenten, die aus amorphem, klarem Polymer mit hohem Biegemodul und guter Stoßfestigkeit wie Acryl hergestellt sind. Andere Materialien können verwendet werden, zum Beispiel Polycarbonat (PC), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polyester und Copolyester, klares Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS), Polystyrol, Polymethylpenten (TPX).
Die biegsame Membran 303 ist aus einem weichen Silikonmaterial hergestellt, das wegen seiner Fähigkeit, einer bestimmten Komprimierung zu widerstehen, und seines E-Moduls für Zugbelastung gewählt wird. Andere Materialien wie thermoplastische Elastomere (TPE) können verwendet werden, um die Membran zu bilden. Der Verteiler 256 wird zusammengebaut, indem die Membran 303 zwischen die Front- und Rückplatte 301 und 305 gelegt wird und die Front- und Rückplatte durch Ultraschall miteinander verschweißt werden. Die Front- und Rückplatte üben auf die Membran Druckkraft aus.
12 zeigt eine Rückansicht der Frontplatte 301. Die Membran 303 bedeckt die Frontplatte 301 und wird zur Frontplatte 301 abgedichtet, um die Verteilerkanäle 319, 314 und 335 zu bilden. Die Membran 303 wird durch die Rückplatte 305 komprimiert, um eine gute Abdichtung mit der Frontplatte 301 zu bilden, um jegliche Flüssigkeitsleckage aus den Verteilerkanälen 314, 319 und 335 oder einer der Mündungen heraus zu verhindern.
Der Verteiler 256 wird ausgebildet, indem die Membran 303 (wie sie in 13 ausgerichtet ist) über den hinteren Bereich 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 Rückplatte 305 berührt, Höcker 355 umfasst (13), an welche die Tauchkolben 264–284 angepasst sind, um sie auszulenken, um die mit den Höckern 355 auf der Membran verbundenen und von den Höckern 355 auf der Membran bedeckten Mündungen zu schließen. Wie anhand eines Vergleichs der 11 und 12 gesehen werden kann, bedecken die Höcker 355 die Mündungen 302–312 sowie die Mündungen 324–332. Ein Abschnitt 360 der Membran [ist] ohne einen Höcker ausgebildet und wird verwendet, um das Schieberventil 334 zu schließen, und nimmt einen Magnetanker (286) auf, der etwas anders geformt ist, um das Schieberventil 334 abzusperren, das die Verteilerkanäle 319 und 335 verbindet. Die Rückplatte 305 und die Membran 303 umfassen die Durchlässe 388 und 361, durch welche der optische Emitter tritt.
Die Rückfläche der Frontplatte 301 umfasst auch eine Vielzahl von Schweißrippen 351, wo die Rückplatte 305 an die Frontplatte durch Ultraschall anzuschweißen ist. Die Membran ist so ausgebildet, dass sie die Schweißrippen nicht beeinträchtigt, und umfasst Löcher 356 und 357, welche den Rippen Platz bieten, so dass sie an die Rückplatte angeschweißt werden können. Die Schweißstelle ist in 14 gezeigt, worin die Rippe 351 an die Rückplatte 305 geschweißt ist. Die Schweißstelle ist am Rippenverbindungsglied 367 ausgebildet, in welchem ein Teil der Rippe 351 mit der Rückplatte 305 verschmolzen ist.
Die Flächen 362 und 363 der Membran 303 liegen über den Flächen 388 und 389 des hinteren Bereichs der Frontplatte. Die Kraftmesszellen 288 und 290 berühren die Membran bei 362 und 363 durch jeweils die Rückplattenlöcher 390 und 391, um den Flüssigkeitsdruck von in den Einlass 318 tretender Flüssigkeit und von in die oder aus der Mündung 336 tretender Flüssigkeit zu erfassen.
Die Frontplatte enthält auch Stifte 350 und 353, die angepasst sind, um durch die Membran 303 (durch die Löcher 358 und 359) und die Rückplatte 305 (durch die Löcher 365 und 352) hindurch zu ragen, um die Membran 303 und die Rückplatte 305 richtig auf der Frontplatte 301 zu zentrieren. Die Stifte sind hohl (siehe 11 und 13), um Montagestifte 398 und 399 der Pumpenventilbaugruppe 252 aufzunehmen, welche durch die Trägerplatte 262 hindurch ragen. Die Stifte 350 und 353 sind zur Anpassung an Herstellungstoleranzen geschlitzt. Der Schlitz eines Stifts 353 (siehe 12) ist länglich, um sich größeren horizontalen Toleranzen aufgrund der Form des Verteilers 256 anzupassen.
Die Frontplatte enthält ferner Öffnungen 346 und 344 zur Aufnahme von Befestigungsfingern 373 und 374 des Verbindungsglieds 260. Um die Membran richtig an der Stelle zu positionieren und zu halten sowie um eine Dichtung zu bilden, enthält die Frontplatte erhöhte Kanten 364 (siehe 14), welche in die Membran 303 versinken, wenn sie zwischen der Frontplatte 301 und der Rückplatte 305 komprimiert wird. Es werden Tauchanker in Löchern 307 in der Rückplatte aufgenommen und drücken die exponierte Membran an einer Erhebung 355 nieder und lenken sie aus, um eine jeweilige Mündung zu schließen. Der Tauchanker sperrt die Mündung ab, indem die Membran bis zur Dichtung mit einer Oberfläche 392 (siehe 14) der Frontplattenmündung ausgelenkt wird. Die Membran ist um den Knopf 355 herum bei 393 leicht verdünnt, um die Membran beim Verformen zu unterstützen, um die Mündung zu schließen.
Der in 14 gezeigte Querschnitt zeigt auch eine angebrachte Verbindungsgliedmündung 366, die ein Teil des Verbindungsglieds 260 (siehe 7) ist, welches an der Vorderfläche der Frontplatte angebracht ist. Wie in 8 zu sehen ist, sind die Mündungen 302, 304, 306, 308 und 310 so ausgebildet, dass sie dem Verbindungsglied 260 Platz bieten, anstatt wie die Mündungen 324, 326, 328, 330, 332 und 336 die Rohrleitung direkt aufzunehmen. Alternativ können die Mündungen 302–310 wie die Mündungen 324–336 ausgebildet sein, um die Rohrleitung direkt aufzunehmen, wenn eine Verwendung des Verbindungsglieds 260 nicht erwünscht ist.
Wie in den 15 und 16 zu sehen ist, umfasst das Verbindungsglied 260, das aus Spritzgusskunststoff hergestellt ist, zylindrische Ansatzstücke 375–378, welche angepasst sind, um im Inneren zu sitzen und eine passgenaue Verbindung mit einer Innenfläche jeweils der Mündungen 304, 306, 308 und 310 herzustellen. Das Verbindungsglied stellt sicher, dass die Prozessflüssigkeiten von unterschiedlichen Quellen mit der richtigen Mündung des Verteilers verbunden sind. Die zylindrischen Ansatzstücke sind ausgebildet, um zwischen einem Innenring 394 und einem Außenring 395 der Mündung zu sitzen (siehe 10 und 14). O-Ringe 379 (siehe 11) sind angepasst, um zwischen den Ansatzstücken 375–378 und Mündungen 304–310 zu sitzen, um eine Dichtung bereitzustellen. Befestigungsfinger 373 und 374 schnappen in die Frontplattenöffnungen 344 und 346 ein.
Die Mündungen 368, 369, 370 und 371 des Verbindungsglieds 260 speisen in entsprechende Ansatzstücke 375–378 ein und sind an einer Rohrleitung anbringbar, welche mit einem Mehr-Kammer-Beutel 380 verbunden ist, wie in 17 gezeigt. Der Beutel 380 enthält Kammern 381, 382, 383 und 384, welche unterschiedliche Typen von Prozesschemikalien wie DPP, PEG, Aufbewahrungslösung (AS3) und PCI enthalten können. Der Beutel kann mit einem angebrachten Verbindungsglied 260, wie in 17 gezeigt, geliefert werden. Das Verbindungsglied 260 stellt sicher, dass Rohrleitungen 385 in der richtigen Reihenfolge mit Mündungen 302, 304, 306, 308 und 310 der Frontplatte 301 verbunden sind. Der Beutel 380 ist aus Cryovac M312 hergestellt, welches beständig gegen Chemikalien mit einem hohen pH wie zum Beispiel DPP und PCI ist. Die Kammern werden gebildet, indem zwei Cryovac-M312-Bogen miteinander heißgesiegelt werden. Die Löcher 396 werden zum Aufängen des Beutels verwendet.
Die Mündung 366 (siehe 14) sitzt auf der Mündung 302 und ist zum Aufnehmen eines weiteren Verbindungsglieds vorgesehen, welches an einem Beutel angebracht ist, der das Enzym zum Verarbeiten biologischer Zellen enthält. Das Enzymbeutel-Verbindungsglied schnappt in Schlitze 397 der Mündung 366 ein und wird mit einem O-Ring in der Mündung 302 auf ähnliche Weise wie die zylindrischen Ansatzstücke 375–378 abgedichtet.
18 veranschaulicht das Gerät 10 in einer linksseitigen perspektivischen Darstellung und zeigt die Expressorsystemkomponenten deutlicher in einem zusammengebauten und montierten Verhältnis relativ zum Gesamtgerät 10. Insbesondere sind in 18 ein Motor 400 zum drehbaren Antrieb einer Spannvorrichtung oder eines Rotors (ausführlich unten beschrieben), Trennstifte 401, ein Lagergehäuse 402, eine Montageplatte 403, ein Becher 404, eine Schiebeabdeckung 405 und eine Infrarotsensor-Gehäusebaugruppe 406 gezeigt.
Wie in den 19–27 gezeigt, nimmt der Becher 404 eine Spannvorrichtung oder einen Rotor 408 auf, welche bzw. welcher drehbar um eine Mittelachse 430 herum durch die Zusammenschaltung mit dem Motor 400 über eine Welle 450, welche innerhalb von Lagergehäusen 451–453 untergebracht ist, und eine Kupplung 452 antreibbar ist. Wie in 19 gezeigt, treibt der Motor 400 die Welle 454 drehbar an, welche mit der Welle 450 verbunden ist, welche mit der Spannvorrichtung 408 verbunden ist, welche über Rinnen 456 und Zapfen 457 (21 und 22) innerhalb des Bechers 404 zum Drehen darin montiert ist.
Wie am besten in 26 gezeigt, wird Expressorflüssigkeit von einer externen Quelle 425 her, d. h. extern zu den Rotor-, Wellen- und Motorkomponenten, in einen abgedichteten Ringraum 458 hinein gepumpt, welcher mit einem axialen Flüssigkeitsdurchgang 416 durch Antriebswellen 455 und 450 in Verbindung steht. Der axiale Flüssigkeitsdurchgang 416 steht in Verbindung mit einem Durchgang 475 in der Spannvorrichtung 408, welche mit Rinnen 410 auf der Innenfläche der Spannvorrichtung 408 (19 und 20) in Verbindung steht. Wie am besten in 20 gezeigt, ragen die Flüssigkeitszufuhrrinnen 410 radial nach außen entlang einer zentralen flachen Kreisfläche 460 und weiter radial nach außen entlang der gekrümmten Innenfläche der Spannvorrichtung 408.
Ein Paar Lagerdichtungen 462, 26, ermöglicht die Zufuhr von Flüssigkeit von (und zu) einer stationären Quelle 425 in den Raum 458 und durch den Achsendurchgang 416 der Drehwellen 455 und 450. Die Lager 464, 26, montieren die Welle 450 drehbar innerhalb des Gehäuses 451.
Die Spannvorrichtung 408 weist eine runde, ring- oder schalenförmige Kammer 421 (21, 22, 23 und 24) auf, in der sich der Trennvorgang ereignet. Die Gesamtkammer 421 ist in zwei getrennte umschlossene Bereiche unterteilt, wobei einer der Raum unter der biegsamen Membran 411, der andere der Raum innerhalb der Kammer 421 über der Membran 411 ist. Der Raum unter der Membran 411 ist über die dichte passgenaue Verbindung der Unterseite des äußeren Umfangs der Membran mit dem umlaufenden Rand 409 (19 und 20) der Spannvorrichtung 408 abdichtbar umschlossen, was über die Verschraubung des Rings 412 (21 und 22) mit dem Rand 409 erreicht wird, wobei die Membran 411 dazwischen gelegt ist. Die Membran 411 ist auch mit der zentralen flachen Oberfläche 460 der Spannvorrichtung 408 über die Verschraubung der Spannvorrichtungsplatte 413 (20 und 21) mit der Mitte der Spannvorrichtung 408 abdichtbar in passgenauer Verbindung, wobei die Mitte der Membran 411 dazwischen gelegt ist (20 und 21).
Die biegsame Membran 411 umfasst ein elastisches, dehnbares oder biegsames Material, in der Regel ein elastomeres Material wie Silikon, Urethan und anderes geeignetes technisches Elastomer wie Eastman Ecdel oder DuPont Hytrel. Die Membran 411 ist für Flüssigkeit oder Gas undurchlässig und für herkömmliche wässrige oder organische Flüssigkeiten und biologische Zellen wie Blutzellen inert und/oder nicht reaktionsfähig 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 einem Dehnen oder Zusammenziehen nicht zerknittert oder sich verformt.
In dem Kammerraum 426 über der oberen Fläche der Membran 411 innerhalb der Kammer 421 ist der runde umschlossene Flüssigkeitsbereich 604 (19, 21 und 22) montiert, innerhalb dessen ein oder mehrere in irgendeiner Weise zu verarbeitende Flüssigkeitsmaterialien angeordnet ist/sind. Der umschlossene Flüssigkeitsbereich 604 umfasst ein biegsames Material, in der Regel eine Folie aus Kunststoff, welcher allgemein nicht porös und inert für wässrige und biologische Flüssigkeiten ist. Das Kunststoffmaterial des umschlossenen Flüssigkeitsbereichs 604 umfasst in der Regel Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen, inerte mehrschichtige koextrudierte Kunststoffe wie Cryovac M312, Eastman-Ecdel-Elastomer oder ein anderes gleichwertiges biegsames, inertes Kunststofffolienmaterial. Der umschlossene Flüssigkeitsbereich 604 umfasst in der Regel einen umschlossenen Bereich wie einen Beutel (welcher wegwerfbar sein kann) oder anderen ringförmigen umschlossenen Bereich mit mindestens einer Wand oder Seite, die aus einer Folie des biegsamen Kunststoffmaterials besteht, deren äußere Fläche der oberen/äußeren Fläche der Membran 411 gegenüberliegt.
Der umschlossene Flüssigkeitsbereich 604 ist in der Regel mit zwei oder mehr Flüssigkeiten wie einer wässrigen Lösung und einer Ansammlung biologischer Zellen gefüllt, welche über Zentrifugalkraft oder über Schwerkraft/Sedimentation voneinander zu trennen sind. Zu diesen Zwecken wird eine Ansammlung von Zellen, welche in der Lage ist, relativ gleichmäßig durch herkömmliche Flüssigkeitsflussrohrleitungen (z. B. mit einem Durchmesser von mindestens etwa 0,10 Zoll) zu fließen, als eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsmaterial betrachtet.
Wenn zwei oder mehr Flüssigkeitsmaterialien in den umschlossenen Flüssigkeitsbereich 604 eingegeben oder darin angeordnet werden, weist jedes Flüssigkeitsmaterial eine andere Dichte auf. Die Dichte jeglicher Materialien, welche in den umschlossenen Flüssigkeitsbereich 604 eingegeben oder darin angeordnet werden, wird bevorzugt kleiner gewählt als die Dichte der Expressorflüssigkeit, welche für die Eingabe in den Expressorraum oder die Expressorkammer 420 ausgewählt wird (21–25).
Die Dichte der Expressorflüssigkeit wird bevorzugt größer gewählt als die Dichte jedes der Materialien, die in dem umschlossenen Bereich 604 angeordnet werden, so dass beim Drehen der Spannvorrichtung oder des Rotors 408 die Expressorflüssigkeit bevorzugt unter der Zentrifugalkraft, wie am besten in den 24 und 25 gezeigt, sich zu dem äußersten Umfang der Kammer 421 hin bewegt, wobei in 24 ein erstes ausgewähltes Volumen von Expressorflüssigkeit in den Raum/umschlossenen Bereich 420 hinein gepumpt worden ist und wobei in 25 ein zweites größeres Volumen von Expressorflüssigkeit in den Raum/umschlossenen Bereich 420 hinein gepumpt worden ist. Die 24 und 25 zeigen, dass, wenn das Volumen von Expressorflüssigkeit innerhalb des umschlossenen Bereichs 420 erhöht wird, im Verlauf der Drehung der Spannvorrichtung oder des Rotors 408 die biegsame Membran 411 von der äußersten Umfangskante des biegsamen umschlossenen Bereichs 604 radial nach innen sich dehnt/expandiert, so dass der umschlossene Bereich 604 radial nach innen gedrückt wird und die Flüssigkeiten gezwungen werden, durch die Austrittsmündung 470 aus dem umschlossenen Bereich 604, nacheinander entsprechend der Dichte der Flüssigkeitsmaterialien, geringste Dichte zuerst bis größte Dichte zuletzt, herauszuströmen.
Bei einem typischen Verarbeitungszyklus wird die Membran 411 am Anfang in einer Position angeordnet, in der die Membran 411 unter Saugdruck dicht neben der gekrümmten inneren Fläche der Verarbeitungskammer 421 gehalten wird, wie in 23 gezeigt. Ein Verarbeitungsbeutel/umschlossener Verarbeitungsbereich 604, der ein dem Raum 426 entsprechendes Füllvolumen aufweist (23), ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die biologische Zellen enthält, die in einer wässrigen Lösung angeordnet sind, welche Prozessmaterialien wie Enzyme oder Puffer enthält. Der gefüllte umschlossene Bereich 604 ist im Raum 426 angeordnet (23) und der umschlossene Bereich 604 wird innerhalb des Raums 426 über Abdeckungsplatten oder -klappen 415 zurückgehalten oder fest gehalten (19–23), welche klappbar an der Spannvorrichtung oder dem Rotor 408 befestigt sind. Mindestens die Unterseite 418 des umschlossenen Bereichs 604 (24) umfasst ein biegsames Folienmaterial. Der umschlossene Bereich 604 ist innerhalb des Raums 426 so positioniert, dass die biegsame Unterseite 418 des umschlossenen Bereichs 604 der Membran 411 gegenüberliegt und/oder einen äußeren Kontakt von Oberfläche zu Oberfläche zur Membran 411 herstellt, wie in 23 gezeigt. Die Expressorflüssigkeit wird dann steuerbar von der Quelle 425 (22 und 26) in einen axialen Kanal 416 gepumpt und fließt nach oben in einen Kanalraum 475 und dann durch Rinnen 410 in einen abgedichteten Raum 420 hinein (22). Im Verlaufs des Pumpens der Expressorflüssigkeit in den Raum 420 hinein wird die Spannvorrichtung/der Rotor 408 in der Regel antreibbar gedreht, die Expressorflüssigkeit bewegt sich unter Zentrifugalkraft in das äußerste Umfangsvolumen des abgedichteten Raums 420 (24), und die Membran 411 wird gedehnt/expandiert radial nach innen und expandiert (wie in 25 gezeigt) weiter radial nach innen. Wie ohne Weiteres vorstellbar ist, wenn das Volumen von Expressorflüssigkeit innerhalb des Raums 420 zunimmt (24 und 25), werden der Beutel oder der umschlossene Bereich 604 komprimiert und die in dem Beutel/umschlossenen Bereich 604 enthaltenen Flüssigkeiten radial nach innen gezwungen, um aus einem Austrittskanal 632 oder 636 herauszuströmen, welche abdichtbar mit dem Innenraum des umschlossenen Bereichs 604 verbunden sind und mit diesem in Verbindung stehen.
In einer anderen Anordnung, die nur auf Schwerkraft beruht, kann der Rotor/die Spannvorrichtung 408 während des Eingebens/Einpumpens der Expressorflüssigkeit nicht zwangsläufig gedreht werden. In solch einer Ausführungsform kann die Expressorflüssigkeit den abgedichteten Expressorraum 420 von dem Schwerkraftboden der Kammer 421 her füllen und den Raum 420 von dem Boden her nach oben erweitern, wobei der Beutel/umschlossene Bereich 604 von dem Boden her nach oben komprimiert wird. Da die zwei oder mehr innerhalb des Beutels/umschlossenen Bereichs 604 angeordneten Materialien unterschiedliche Dichten aufweisen, werden sich die zwei oder mehr Materialien innerhalb des Beutels/umschlossenen Bereichs 604 über einen bestimmten Zeitraum hinweg (abhängig von den Dichten der Flüssigkeitsmaterialien) unter der Schwerkraft voneinander trennen. Sobald ermöglicht wurde, dass die Materialien sich mit der Zeit trennen, kann die Expressorflüssigkeit in den Raum 420 hineingepumpt werden, und die gravitationsbedingt getrennten Materialien können aus einem Austrittskanal 632, 636 nacheinander entsprechend ihren Dichten heraus gedrückt werden, geringste Dichte zuerst bis größte Dichte zuletzt.
Die Expressorflüssigkeit wird bevorzugt gewählt, um eine Schmierwirkung auf die Drehlagerdichtungen 462 (26) zu haben, und gewählt, um nicht korrosiv und nicht übermäßig viskos zu sein. Am bevorzugtesten ist die Expressorflüssigkeit eine Mischung aus Glyzerin und Ethylenglykol in einem Verhältnis von zwischen etwa 40:60 und etwa 60:40, am bevorzugtesten etwa 50:50 (mit einer Dichte von etwa 1,15), welche für die überwiegende Mehrheit biologischer Flüssigkeitsanwendungen eine Dichte aufweist, die größer ist als die Dichte der biologischen Flüssigkeiten. Weitere Beispiele für Expressorflüssigkeiten mit einer größeren Dichte als der der meisten biologischen Flüssigkeiten sind Glyzerin und Ethylenglykoldiacetat, welche weniger bevorzugt sind. Jede stabile, nicht korrosive, relativ nicht viskose Flüssigkeit, die bevorzugt eine größere Dichte als die Dichte jedes der Flüssigkeitsmaterialien aufweist, die in dem umschlossenen Bereich 604 angeordnet sind, kann als eine Expressorflüssigkeit verwendet werden.
Der umschlossene Bereich 604, welcher die zu verarbeitenden Flüssigkeiten aufnimmt, ist ein abgedichteter umschlossener Bereich, bevorzugt mit einer Flüssigkeitseingangsmündung 632, 636, welche ohne Weiteres abdichtbar an einer ohne Weiteres auswählbaren Flüssigkeitsquelle anbringbar ist/sind, wie Wasch- oder Konservierungs- oder Verdichtungsflüssigkeit oder Puffer oder biologische Zellen enthaltende oder Enzyme enthaltende Flüssigkeit. Solche auswählbaren Quellen von Eingangsflüssigkeiten können jeweils mit einem Verteiler oder einer Flüssigkeitsüberwachungsvorrichtung (z. B. einer Unterbaugruppe oder einem Untersystem von Modul 40, 1) verbunden werden, welcher bzw. welche programmiert oder anderweitig ohne Weiteres gesteuert werden kann, um eine ausgewählte Flüssigkeit für die Eingabe in den umschlossenen Bereich 604 bereitzustellen. Eine Ausgangsmündung eines solchen Verteilers oder einer solchen Flüssigkeitsüberwachungsvorrichtung ist ohne Weiteres mit einer Eingangsmündung 632, 636 des umschlossenen Bereichs 604 abdichtbar verbindbar.
Wie in den 13, 28, 29 und 30 gezeigt, sind mehrere Flüssigkeitsverbindungsmündungen 632, 636 vorgesehen, wobei jede Mündung sowohl eine Eingangs- als auch eine Austritts-/Ausgangsmündung ist. In der gezeigten spezifischen Ausführungsform kann eine Flüssigkeitsverbindungsmündung 632 zum Eingeben und Ausgeben eines biologischen Zellmaterials genutzt werden, und die andere Mündung 636 könnte zum Eingeben/Ausgeben einer Verarbeitungsflüssigkeit (z. B. einer Puffer oder Enzym enthaltenden wässrigen Lösung) genutzt werden. Die Mündungen 632, 636 können abdichtbar mit einer Flüssigkeitsüberwachungsvorrichtung verbunden werden, wie mit Bezug auf 1 erörtert, worin eine Reihe von Ventilen genutzt werden, um den Fluss in eine, aus einer oder durch eine Mündung zu einem bestimmten Zeitpunkt getrennt zu ermöglichen. Die Eingangs-/Ausgangsmündungen 632, 636 des umschlossenen Bereichs 604 sind über die Baugruppe und Befestigung von Drehdichtungskomponenten 630 (Körper), 610 (obere Dichtung), 620 (untere Dichtung), 670 (Kopfklemme), 680 (Basis), 681 (Stift) (28–30) aneinander zusammen mit dem Beutel/umschlossenen Bereich 604 abdichtbar in Verbindung mit dem Innenraum des umschlossenen Bereichs 604, um mehrere abgedichtete Flüssigkeitsverbindungsmündungen 632, 636 in den Innenraum 426 des umschlossenen Bereichs 604 hinein und daraus heraus bereitzustellen (13). Ein weiterer Kanal 634, wie gezeigt, ist in den Drehdichtungskomponenten 630 und 610 (28 und 30) für die Eingabe von sterilem Gas zwischen und um die Unterfläche 612 und die Oberfläche 622 von Dichtungskomponenten 610, 620 vorgesehen, welche passgenau zueinander sind und sich in Bezug aufeinander drehen.
Am bevorzugtesten wird, wenn biologische Zellen in den umschlossenen Bereich 604 zusammen mit einer ausgewählten Verarbeitungsflüssigkeit mit einer vorher bestimmten Zusammensetzung eingegeben werden, das Verhältnis der Menge biologischer Zellen und der Verarbeitungsflüssigkeit konstant gehalten zwischen beliebigen zwei oder mehr Verarbeitungszyklen, d. h. die Verarbeitungsbedingungen, welchen beliebige zwei getrennte Aliquote biologischer Zellen unterworfen werden, sind identisch wie zwischen getrennten Verarbeitungszyklen.
Wie ohne Weiteres vorstellbar ist, kann das Volumen der in den umschlossenen Verarbeitungsbereich 604 eingegebenen Flüssigkeit am Anfang jedes einzelnen Verarbeitungszyklus selektiv variiert werden, d. h. der umschlossene Verarbeitungsbereich 604 kann irgendwo zwischen 0–100% seiner Volumenkapazität gefüllt werden, wobei das restliche ungefüllte Volumen der Verarbeitungskammer 421 selektiv durch Eingeben oder Hineinpumpen in einer geeigneten Expressorflüssigkeitsmenge in den umschlossenen Bereich 420 aufgefüllt wird. Am bevorzugtesten ist das maximale Volumen oder die maximale Kapazität des umschlossenen Verarbeitungsbereichs 604 ungefähr gleich dem Volumen der Kammer 421 oder etwas geringer als das Volumen der Kammer 421. Wie oben beschrieben, sind die klappbaren Klappen 415 drehbar 490 (21) zwischen einer offenen und geschlossenen Position, wobei die Klappen 415 in den 21–23 in der geschlossenen Position gezeigt sind. Wenn die Klappen geöffnet sind, kann der Beutel/umschlossene Bereich 604 in die Kammer 421 eingeführt werden, und wenn die Klappen geschlossen sind, wie in den 21–23 gezeigt, wird der Beutel/umschlossene Bereich 604 innerhalb des Volumens der Kammer 421 fest gehalten. Die Klappen sind durch herkömmliche Mittel wie über von einer Feder vorgespannte Scharniere 492 oder andere herkömmliche Mittel wie Haken, Klemmen oder dergleichen in die in den 21–23 gezeigte geschlossene Position arretierbar.
Die Unterfläche 494 der Klappen hält den Beutel/umschlossenen Bereich 604 innerhalb der Kammer 421 zurück und sieht eine stationäre Fläche vor, in welche der Beutel/umschlossene Bereich 604 einrastet und dadurch unter dem entgegenwirkenden, durch die biegsame Membran 411 auf die biegsame Wand des Beutels/umschlossenen Bereichs 604 ausgeübten Druck zum Komprimieren gezwungen wird, wenn der Raum 420 expandiert, wie zum Beispiel oben mit Bezug auf die 24 und 25 beschrieben. Zweckdienliche alternative Mechanismen zu Klappen 415 können zum Beispiel eine Platte oder Scheibe umfassen, welche in eine stationäre Position gleitbar ist, die der geschlossenen Position der Klappen 415 entspricht (21–23).
Die Vorrichtung umfasst einen Sensor zum Überwachen der Temperatur der in dem umschlossenen Verarbeitungsbereich 604 angeordneten Flüssigkeiten. 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 erkennt, die durch ein IR-transparentes Fenster emittiert wird, das über dem Beutel/umschlossenen Bereich 604 angeordnet ist. Das transparente Fenster umfasst in der Regel ZnSe und ist mit einer 0,5-Mill-Schicht Parylen N beschichtet. Die Parylen-N-Beschichtung wird zum Schutz des transparenten Fensters verwendet, obwohl sie etwas Absorption der IR-Strahlung aufweist. Es können auch andere herkömmliche Temperatursensoren verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform integriert das IR-Thermoelement (z. B. IR t/c.03-J-80F/27C, hergestellt von Exergen, Corp., 51 Water Street, Watertown, MA 02172) die erkannte IR-Energie, um die Temperatur der Flüssigkeiten zu bestimmen. Diese Temperatur wird um die örtliche Lufttemperatur oder Umgebungstemperatur zwischen dem transparenten Fenster und dem umschlossenen Verarbeitungsbereich 604 korrigiert. Diese Lufttemperatur wird über einen zweiten Temperatursensor gemessen, der ein Si-Dioden-Temperatursensor ist. Die Daten von der Si-Diode werden zur Korrektur der IR-Daten verwendet.
Am bevorzugtesten wird die Temperatur der in dem umschlossenen Verarbeitungsbereich 604 angeordneten Flüssigkeiten durch Steuern der Temperatur der Expressorflüssigkeit gesteuert, welche in die Expressorkammer/den Expressorraum 420 eingegeben wird. Bevorzugt ist die Quelle von Expressorflüssigkeit 425 (21–23 und 26), welche über die Pumpe 502 in einen Ringraum 458 (26) und durch einen Kanal 416 und schließlich in den Kammerraum 420 gepumpt wird, mit einer Flüssigkeitsheiz- und/oder -kühlvorrichtung 506 verbunden (21–23 und 26), welche über eine Heiz- und/oder Kühlsteuereinheit 504 gesteuert wird. Die Expressorflüssigkeit wird in der Regel durch einen Speicher in Umlauf gebracht, in dem die Flüssigkeit in Wärmekontakt mit bestimmten Vorrichtungen ist, die Wärmeenergie als Reaktion auf einen Steueralgorithmus zu der Flüssigkeit hin oder von der Flüssigkeit weg übertragen. Diese Wärmevorrichtung kann Peltier-Vorrichtungen, widerstandsbasierte elektrische Tauchheizelemente, luftgekühlte Heizkörper oder andere ähnliche Vorrichtungen oder irgendeine Kombination dieser Arten von Wärmeübertragungsvorrichtungen umfassen. Die Expressorflüssigkeit, die sich durch einen Kanal 416 und Rinnen 410 bewegt, berührt die Oberflächen des Rotors oder der Spannvorrichtung 408 und der Membran 411 und der Wellen 450, 455. Der Rotor 408 und die Wellen 450, 455 bestehen in der Regel aus einem wärmeleitenden Material wie Metall (z. B. Stahl, Eisen, Kupfer, Aluminium oder dergleichen) und sind daher rasch erwärmt oder abgekühlt auf die Temperatur der Expressorflüssigkeit, mit der sie in Berührung sind. Die Temperatur der Expressorflüssigkeit wird somit rasch über den Rotor 408, die Wellen 450, 455 und durch die biegsame Membran 411 hindurch, welche die biegsame Wand des Beutels/umschlossenen Bereichs 604 innerhalb der Kammer 421 berührt, zu den in dem Verarbeitungsbeutel/umschlossenen Verarbeitungsbereich 604 angeordneten Flüssigkeiten geleitet. Daher kann mittels der Steuerung der Temperatur der externen Quelle 425 von Expressorflüssigkeit die Temperatur des gesamten Verarbeitungssystems einschließlich der Innenkammer 421 gesteuert werden.
Die Temperatur der Flüssigkeit, die über den Sensor 406 überwacht wird, kann in ein Programm oder einen Schaltkreis 508 eingegeben werden, welcher an eine Steuereinrichtung 504 angeschlossen ist (18, 21–23 und 26). Das Programm oder der Schaltkreis 508 umfasst bevorzugt eine Unterroutine zum automatischen Anweisen der Temperatursteuereinrichtung, die Temperatur der Expressorflüssigkeitsquelle 425 auf eine vorher bestimmte konstante Temperatur oder Reihe von Temperaturen über einen vorher bestimmten Zeitraum zu erhöhen oder zu verringern. Das Programm 508 umfasst bevorzugt einen vorher bestimmten Algorithmus, welcher das Temperaturinformationssignal verwendet, welches vom Sensor 406 eingegeben wird, um die Steuerung der Temperatursteuereinrichtung 504 und des Heiz- und/oder Kühlelements 506 so anzuweisen, dass die Temperatur der externen Quelle 425 von Expressorflüssigkeit abhängig von dem vom Sensor 406 eingegebenen Temperatursignal variiert wird. In einer Ausführungsform kann die Temperatur der Quelle 425 verringert werden, indem das Erwärmen der Expressorflüssigkeit 425 einfach beendet wird, wodurch ermöglicht wird, dass die Flüssigkeit 425 durch eigene Abstrahlung von Wärme anstatt durch proaktives Kühlen passiv abkühlt.
Das Verarbeitungsmodul 60 enthält eine „Drehdichtung", welche eine zwischen beweglichen und stationären Komponenten des Zentrifugalelements erzeugte Dichtung ist. Die Dichtung fungiert als Barriere zwischen dem Innenteilbereich des Systems, in welchem die Verarbeitung stattfindet, der gewünschterweise 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 Drehdichtung verhindert auch die Ausbreitung von Mikroben (z. B. Viren), welche in einer Zellprobe vorhanden sein können, in der äußeren Umgebung.
Die Drehdichtung umfasst ein oberes Element und ein unteres Element, wobei sich ein Element während mindestens eines Abschnitts des Betriebs des Zellverarbeitungssystems dreht. Die Drehdichtung umgibt eine axiale Öffnung, durch die Zellen und/oder Zellelemente und Verarbeitungsmaterialien während der Verarbeitung hindurchtreten sollen.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf die 21 und 23 ragen die erste Mündung 632, das Kopfabschirmungsoberteil 660 und das Kopfabschirmungsunterteil 650 vom Oberteil des Zentrifugenbechers hervor. Die Drehdichtungsvorrichtung ist über von der Basis 680 hervorragende Halterungen 686 an der Spannvorrichtung montiert. Die Halterungen verbinden sich passgenau mit gegenüberliegenden, an der Spannvorrichtung angebrachten Vorsprüngen, wodurch die Drehkraft der Spannvorrichtung auf die unteren Teile der Drehdichtungsvorrichtung und den Verarbeitungsbehälter übertragen wird, an welchem die Basis 680 montiert ist.
Wie oben beschrieben, veranschaulicht 29 eine zusammengebaute Drehdichtungsvorrichtung. Die Kopfabschirmungsbaugruppe besteht aus dem Abschirmungsoberteil 660, dem Abschirmungsunterteil 650 und der Abschirmungsklemme 670. Die Abschirmungsklemme umfasst einen nach innen gerichteten Flansch 672 ein, welcher einen entgegengesetzt gerichteten Flansch an dem Abschirmungsunterteil überdeckt. In Ausführungsalternativen kann die Abschirmungsklemme einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Abschirmungsunterteil und über einen nach außen gerichteten Flansch verfügen, um einen nach innen gerichteten Flansch des Abschirmungsunterteils zu überdecken. Die Abschirmungsklemme ist an der Basis 680 montiert, welche wiederum an einem Verarbeitungsbehälter montiert wird. Wie in 31 dargestellt, umfasst die Basis 680 einen Flansch 682, welcher einen nach außen gerichteten Vorsprung 684 umfasst. Wenn die Abschirmungsklemme an der Basis montiert wird, passt der Vorsprung 684 in die Einbuchtung 674 auf der Innenfläche der Abschirmungsklemme, wodurch die Kopfabschirmungsbaugruppe zusammengehalten und die Feder 640 vorgespannt wird, um Kontakt zwischen den Dichtflächen herzustellen. Die Mündungen 632, 634 und 636 sind als Einlässe und Auslässe für Materialien enthalten, die durch die Drehdichtungsvorrichtung zu einem Verarbeitungsbehälter gelangen, sowie zur Bereitstellung von Materialien für innere Teilbereiche der Drehdichtungsvorrichtung. Diese werden unten ausführlicher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 30–33 umfasst die Drehdichtung 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 Ringdichtungen. Eine erste Dichtung 700 wird zwischen den Dichtflächen 612 und 622 gebildet, und eine zweite Dichtung 702 wird zwischen den Dichtflächen 613 und 622 gebildet. Wie in den 31, 32 und 34 gezeigt, ist die dichtende Oberfläche des oberen Dichtungsglieds 610 in zwei Dichtflächen 612 und 613 als hervorstehende Flächen ausgebildet, die eine Hohlkehle 618 umgeben. Die Hohlkehle bildet die oberen Begrenzungen eines Ringraums 710 zwischen den konzentrischen Dichtungen 700, 702. Die Hohlkehle kann aus dem oberen Dichtungsglied auf Wunsch herausgeschnitten oder darin hinein gegossen werden.
Wie in den 30–33 dargestellt, ist die dichtende Oberfläche des unteren Dichtungsglieds 620 nicht in hervorstehenden Flächen und Hohlkehlen ausgebildet:
Stattdessen bildet die Dichtfläche 622 die Vielzahl konzentrischer Dichtungen in Kombination mit den Dichtflächen 612 und 613 und bildet den Ringraum in Kombination mit der Hohlkehle 618. In Ausführungsalternativen der Drehdichtung kann das untere Dichtungsglied die Topographie von hervorstehenden Flächen und Hohlkehlen umfassen und das obere Dichtungsglied kann Planar sein. In noch anderen Ausführungsformen können sowohl das obere als auch das untere Dichtungsglied hervorstehende Flächen und Hohlkehlen umfassen. Die Dichtflächen sind bevorzugt Planar, auch wenn andere Geometrien verwendet werden können, vorausgesetzt es kann eine dichte Passung zwischen stationären und sich drehenden Gliedern der Drehdichtung ausgeführt werden.
Die oberen und unteren Dichtungsglieder 610, 620 grenzen auch jeweils axiale Öffnungen 619 und 629 ab. Beim Zusammenbau der Dichtungsglieder in axialer Ausrichtung werden die axialen Öffnungen, die erste Dichtung, der Ringraum und die zweite Dichtung konzentrisch relativ zueinander positioniert.
Der Ringraum 710 kann in Verbindung mit der äußeren Umgebung sein und ist bevorzugt in gasförmiger Verbindung über den Kanal 616. Der Kanal kann in jedem der beiden Dichtungsglieder 610, 620 ausgebildet sein. In bevorzugten Ausführungsformen bildet der Ringraum 710 eine sterile Kammer. Es können auch weitere Dichtungen, getrennt durch zusätzliche Ringräume, in der Drehdichtungsvorrichtung enthalten sein.
Die in den 29–33 dargestellte Drehdichtungsvorrichtung umfasst auch einen Körper 630 mit Mündungen 632, 634 und 636, welche als Einlässe und/oder Auslässe für Material dienen, das in einen Verarbeitungsbehälter, an welchem die Drehdichtungsvorrichtung montiert ist, hinein und daraus heraus gelangt. Die erste Mündung 632 durchzieht die axiale Öffnung der Drehdichtungsvorrichtung und endet am Stift 690. Die erste Mündung dient bevorzugt als ein Einlass in die Verarbeitungskammer für Zellen, die zu verarbeiten sind. Die erste Mündung dient zusätzlich als der Auslass für verarbeitete Zellen infolge der Ausführung von Verarbeitungsschritten. Die erste Mündung kann mit einer Reihe von Rohrleitungen, Flüssigkeitsbearbeitungsverteilern, Ventilen etc. verbunden werden, wie dem Durchschnittsfachmann bekannt sein wird.
Die Flüssigkeitsmündung 636 ist mit dem Ringraum 638, der durch die äußere Oberfläche der ersten Mündung und die Wände der axialen Öffnungen 619, 629, 689, 699 des oberen Dichtungsglieds 610, des unteren Dichtungsglieds 620, der Basis 680 und des Stifts 690 begrenzt wird, in fluidischer Verbindung. Die Flüssigkeitsmündung 636 ist mit dem Ringraum darunter verbunden. Bei bestimmten Ausführungsformen werden die Flüssigkeitsmündung 636 und der Ringraum 638 für den Durchgang von Verarbeitungsmaterialien wie Waschlösungen, Puffer, Enzymen und dergleichen in den Verarbeitungsbehälter hinein verwendet. Die Flüssigkeitsmündung 636 und der Ringraum 638 werden auch für den Durchgang von Abfallmaterialien aus dem Verarbeitungsbehälter heraus verwendet. Diese Auslassfunktion dient auch als eine Temperaturregulierungsfunktion. Da die Dichtungsglieder der Drehdichtungsvorrichtung gegeneinander drehen, tritt eine lokale Reibungserwärmung der Drehdichtungsvorrichtung über der Raumtemperatur ein. Beim Durchgang von Abfallmaterialien, welche bei Temperaturen bei oder unterhalb der Raumtemperatur liegen, aus dem Verarbeitungsbehälter heraus durch den Ringraum 638 und die Flüssigkeitsmündung 636 berühren sie die erste Mündung 632 und verringern dadurch die Temperatur der ersten Mündung. Die gekühlte erste Mündung erwärmt keine Zellen, wie es eine ungekühlte Mündung beim Durchgang verarbeiteter Zellen aus dem Verarbeitungsbehälter heraus durch die erste Mündung tun würde. Wie bei der ersten Mündung kann die Flüssigkeitsmündung mit einer Reihe von Rohrleitungen, Flüssigkeitsbearbeitungsverteilern, Ventilen etc. verbunden werden, wie dem Durchschnittsfachmann bekannt sein wird.
Die Gasmündung 634 ist mit dem Ringraum 710 zwischen den konzentrisch beabstandeten Dichtungen 700, 702 in gasförmiger Verbindung. Die Gasmündung dient bevorzugt als der Einlass zum Bereitstellen steriler Luft (oder eines anderen Gases), um den Ringraum 710 mit Druck zu beaufschlagen. Die Gasmündung kann mit einer Reihe von Rohrleitungen, Filtern, Ventilen etc. verbunden werden, um eine sterile Gasversorgung bereitzustellen, wie dem Durchschnittsfachmann bekannt sein wird.
Die Basis 680 und der Stift 690 passen zusammen, wie in 31 dargestellt. Eine einzelne einheitliche Basis/Stift-Kombination könnte auf Wunsch ebenfalls verwendet werden. Die Basis 680 dient sowohl als Halterung für das untere Dichtungsglied 620 als auch als Halterung für die Abschirmungsklemme 670 mittels des Flansches 682 und des Vorsprungs 684. Die Basis wird an dem Verarbeitungsbehälter montiert, um eine fluidische Verbindung der ersten Mündung 632 und der Flüssigkeitsmündung 636 mit – dem Innenraum des Verarbeitungsbehälters vorzusehen. Eine Vielzahl von Halterungen 686 kann durch abgedichtete Teilbereiche des Verarbeitungsbehälters hindurchgehen, welcher an der Spannvorrichtung einer Zentrifuge montiert werden kann, um die Drehung der Zentrifugenspannvorrichtung an die Basis, den Verarbeitungsbehälter und das untere Dichtungsglied der Drehdichtungsvorrichtung zu kommunizieren. Andere Mittel zum Anbringen der Drehdichtungsvorrichtung und des Verarbeitungsbehälters an der Zentrifuge zum Vorsehen von Drehung für den Verarbeitungsbehälter sind dem Durchschnittsfachmann gut bekannt.
Die Feder 640 ist in den 30–33 dargestellt und umfasst ein hohles, allgemein zylindrisch geformtes elastisches Glied mit gewölbten Seiten. Die Feder ist zwischen dem Kopfabschirmungsoberteil 660 und dem Körper 630 angeordnet. Wie dargestellt, ist die Feder mit Flanschen 642, 644 an ihrem oberen und unteren Ende versehen. Der untere Flansch 644 passt in eine im Körper ausgeformte ringförmige Vertiefung 631. Der obere Flansch 642 passt gegen das Kopfabschirmungsoberteil. Beim Zusammenbauen der Drehdichtungsvorrichtung durch Einschnappen der Kopfabschirmungsklemme an der Basis wird die Feder aus einer ersten Position in eine zweite Position ausgelenkt, welche eine „Vorbelastung" von Kontaktkräften auf die Dichtungsglieder vorsieht. Wenn die Drehdichtungsvorrichtung in einer Zentrifuge umschlossen ist, kann die Feder in eine dritte Position größerer Auslenkung ausgelenkt werden, welche eine erhöhte Kontaktkraft auf die Dichtungsglieder vorsieht, wodurch eine erhöhte Dichtung erzeugt wird.
Im Gegensatz zu den Schraubenfedern liefert die zylindrische Feder eine konstante Vorspannkraft über einen weiten Komprimierungsbereich. Die Feder hat eine Höhe h, welche die Achse der Auslenkung oder Komprimierung 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 heraus komprimiert wird, von h₁ auf h₂ verringert. Ähnlich wird die Federbreite bei der Komprimierung von w₁ auf w₂ vergrößert. Die Feder liefert eine konstante Vorspannkraft über ein Δh von mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20%, noch bevorzugter mindestens 30% und am bevorzugtesten mindestens 50%. Ferner liefert die Feder eine konstante Vorspannkraft über ein Δw von mindestens 1%, bevorzugt mindestens 2%, noch bevorzugter mindestens 5% und am bevorzugtesten mindestens 10%. Der Bereich der Komprimierung, über welchen die Vorspannkraft konstant ist, kann auch durch das Verhältnis Δh:Δw beschrieben werden, wobei die Feder ein relativ großes Δw bei einem entsprechenden Δh erfährt. Die Dicke t der Feder sollte hinsichtlich der Behinderung der Wölbung der zylindrischen Seiten bei der Komprimierung der Feder nicht zu groß sein. Ein Bereich der Dicken und Bogen wird nützlich sein, um richtiges Wölben vorzusehen; diese Bereiche können von einem Durchschnittsfachmann leicht ermittelt werden, durch nicht mehr als routinemäßiges Experimentieren, und ist unter Umständen von dem bestimmten elastomeren Material abhängig, das für die Herstellung der Feder gewählt wurde. Die geeignete Dicke und geeigneten Bogen können in Form der Verhältnisse h:t und h:a ausgedrückt werden, wenn h, t und a in ausgelenkten oder nicht ausgelenkten Positionen gemessen werden.
Die Drehdichtungsvorrichtung kann als „geschlossene" Vorrichtungen bestätigt werden und produziert dadurch ein Produkt mit längerer Haltbarkeit als Drehdichtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik. Eine zweite Ringdichtung, die auf dem Umfang um die erste oder innere Dichtung herum vorgesehen ist, sorgt für eine weitere Sicherstellung von Dichtungsintegrität. Um die Sterilität des Innenraums der Dichtung und des Verarbeitungsbehälters noch mehr zu begünstigen, kann der Ringraum 710 mit steriler Luft gefüllt werden, und ferner kann ein Druckunterschied erzeugt werden, damit die sterile Luft in dem Ringraum bei einem Druck liegt, der höher ist als der Druck in der umgebenden Kammer, die durch die Kopfabschirmung gebildet wird. Deshalb kann das Fließmuster des hydrodynamischen Überzugs weg von dem sterilen Innenraum und in Richtung der Bereiche außerhalb der Drehdichtungen gerichtet werden. Ferner kann für die durch die Kopfabschirmung gebildete Kammer eine gleichmäßige Zufuhr steriler Luft bei einem Druck vorgesehen sein, der geringer ist als der in dem Ringraum 710, jedoch höher als der Umgebungsdruck. Diese „doppelte Redundanz" der zwei umgebenden sterilen Kammern bei abgestuften Drücken ist theoretisch analog zu dem, der bei der Gestaltung von Reinräumen zum sterilen Abfüllen von Pharmazeutika verwendet wird.
Der Ringraum 710 kann mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt werden; bevorzugt ist das Gas oder die Flüssigkeit im Wesentlichen steril. Der umschlossene Raum erzeugt dadurch eine Barriere für Mikroben oder andere partikelförmige Materialien, die in das Innere des "Zellverarbeitungssystems hinein oder daraus heraus gelangen. Das Gas oder die Flüssigkeit kann in den umschlossenen Raum über einen Kanal eingeführt werden, welcher durch die oberen und unteren Elemente hindurch oder zwischen diesen hindurchgeht. Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 31 Luft durch einen 0,2-Mikrometer-Filter gepumpt werden, um für Sterilität zu sorgen, und dann durch die Gasmündung 634 zu dem Kanal 616 hin und in den Ringraum 710 hinein gepumpt werden. Wahlweise kann der zwischen der inneren Dichtung 700 und der ersten Mündung 632 gebildete Ringraum 638 mit Druck beaufschlagt werden, zum Beispiel wenn der Ringraum 638 keine Reagenzien in den Verarbeitungsbehälter 604 oder Abfallflüssigkeiten aus dem Verarbeitungsbehälter heraus befördert. Bevorzugt wird der Ringraum 710 mit steriler Luft bei ein wenig über dem Atmosphärendruck liegendem Druck mit Druck beaufschlagt. Zum Beispiel ist ermittelt worden, dass ein Luftdruck von ungefähr 0,25 PSIG ausreicht, um eine druckbeaufschlagte Umgebung in dem Ringraum bereitzustellen, um die Abdichtfunktion der Dichtungsglieder zu erhöhen. Andere Drücke und Gase können ebenfalls in ähnlicher Weise verwendet werden, wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich sein wird. In Ausführungsalternativen wird der Ringraum relativ zu dem Außenraum und Innenraum der Drehdichtungsvorrichtung mit Druck beaufschlagt, indem der Außenraum und/oder Innenraum (z. B. der Raum jeweils innerhalb der Kopfabschirmung und/oder des Ringraums 638) mittels einer Vakuumpumpe oder anderen Vorrichtung, welche einen Druckunterschied herstellt, evakuiert wird.
Die sterile Luft kann von einem druckbeaufschlagten Tank her bereitgestellt werden, der ein Ventil zur genauen Druckregulierung verwendet, um den Tankdruck auf einen Pegel zu verringern, der leicht positiv relativ zu Umgebungsdrücken ist (z. B. 0,25 PSIG). Ein über Computersoftware gesteuerter „Watchdog-Schaltkreis" kann in Verbindung mit dem Ringraum 710 gesetzt werden, um auf erkennbare Weise anzuzeigen, falls und wann unerwünschte Druckpegel im Inneren des Zellverarbeitungssystems auftreten. Ferner können Druckänderungen in dem Ringraum, erkennbar über einen Druckwächter, einen Systembediener warnen, dass eines der Dichtungselemente durchgebrochen ist und/oder die Barrierefunktion des Ringraums gestört worden ist.
Eine zweite redundante sterile Kammer kann durch die Kopfabschirmungsbaugruppe (Abschirmungsoberteil, Abschirmungsunterteil und Abschirmungsklemme), die sowohl das erste als auch das zweite Dichtungsglied umgibt, erzeugt werden. Dieser Kammer kann sterile Luft bei einem Druck zugeführt werden, der geringer ist als der des Ringraums zwischen den Dichtungen, jedoch größer als die Umgebungsbedingung des Umfelds. Die Luftströmung verläuft von Bereichen von höherem Druck zu Bereichen von niedrigerem Druck. Deshalb kann die Strömung steriler Luft aus dem Innenraum 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 Fließvektor weggespült werden.
Eine Serpentinendichtung 676 ist zwischen der engen Toleranz der gegenüberliegenden Flansche 672, 652 des Abschirmungsunterteils und der Abschirmungsklemme ausgebildet. Die Serpentinendichtung kann Scherkräfte zwischen den Oberflächen der Flansche erzeugen, welche verhindern, dass partikelförmiges Material von der Außenseite der Abschirmung in die Abschirmung und somit in die Dichtungsbaugruppe eindringt. Im Allgemeinen fungiert die Serpentinendichtung als eine physikalische Barriere, wenn nicht gar eine Dichtung, für verunreinigende Substanzen außerhalb der Drehdichtungsvorrichtung.
Die Drehdichtungsvorrichtung kann aus zwei konzentrischen Lippendichtungen oder zwei konzentrischen zylinderfömigen Dichtungen gebildet werden. Zwischen den Lippendichtungen oder zylinderförmigen Dichtungen befindet sich ein Ringraum analog zum Ringraum 710. Der Ringraum steht in Verbindung mit einer Quelle von Gas oder Flüssigkeit (z. B. steriler Druckluft). Weitere Dichtungsarten werden dem Durchschnittsfachmann bekannt sein.
Im Betrieb ist die Drehdichtungsvorrichtung als eine vormontierte Vorrichtung vorgesehen, richtig vorbelastet durch eine Federvorspannkraft, um Dichtungen zwischen den oberen und unteren Dichtungsgliedern zu erzeugen. Die Drehdichtungsvorrichtung wird in einer Zellverarbeitungssystem-Zentrifugalvorrichtung platziert, zum Beispiel indem sie über die Halterungen 686 an einer Zentrifugenspannvorrichtung befestigt wird. Das Schließen der Zentrifugalvorrichtung verursacht die Komprimierung der Feder in eine dritte Position, welche die Dichtungen in näheren Kontakt als den Vorbelastungskontakt zwingt und den engen Kontakt während der Drehung aufrechterhält. Die Mündungen 632, 634 und 636 sind mit einem zweckdienlichen Satz von Rohrleitungen, wahlweise über Verbindungsglieder, verbunden, um Zellen, Verarbeitungsmaterialien, sterile Luft etc. für die Drehdichtungsvorrichtung und den Verarbeitungsbehälter bereitzustellen. Beim Drehen der Zentrifugalvorrichtung bleiben das obere Dichtungsglied, der Körper, das Kopfabschirmungsoberteil und -unterteil stationär, und das untere Dichtungsglied, die Basis (und der angebrachte Verarbeitungsbehälter) und die Kopfabschirmungsklemme drehen sich, während die Integrität der Dichtungen aufrechterhalten wird.
Die Dichtflächen der oberen und unteren Dichtungsglieder können aus einer Vielzahl von Materialien geformt oder gefertigt werden, welche 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 etc. Die Dichtungsglieder können einstückig oder als separate Dichtungsteilbereiche und Trägerteilbereiche des Dichtungsglieds hergestellt werden. Die Dichtungsglieder können zum Beispiel durch Spritzgießen oder ein anderes Fertigungsverfahren hergestellt werden, gefolgt vom Glätten der Dichtflächen (z. B. durch Schleifen oder Läppen) und Polieren. Die derart behandelten Dichtungsglieder weisen Dichtflächen auf, welche bei Kontakt den Flüssigkeitsdurchgang 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.
Andere Teile des Geräts werden aus verschiedenen polymeren Materialien gebildet, die bevorzugt eine FDA-Zulassung für medizinische Geräte besitzen. Das Kopfabschirmungsoberteil 660, das Kopfabschirmungsunterteil 650 und die Kopfabschirmungsklemme 670 sind bevorzugt aus hoch schlagzähem Polystyrol (HIPS) ausgebildet, auch wenn jeder beliebige, dem Durchschnittsfachmann bekannte feste Kunststoff, welcher einige elastomere Eigenschaften aufweist, 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.
Die Feder 640 ist aus einem elastomeren Material ausgebildet und ist bevorzugt aus einem Silikonmaterial mittlerer Härte (Durometer) wie wärmehärtendem Silikon oder Flüssigkunststoffspritzguss-(Liquid-Injection-Molding-)Silikon ausgebildet. Man könnte auch verschiedene Gummimaterialien für die Feder verwenden, bevorzugt Materialien, welche eine FDA-Zulassung für medizinische Geräte besitzen.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung kann in einer Vielzahl von Zell- und Zellelementverarbeitungsverfahren angewendet werden, einschließlich Sammeln und/oder Waschen von roten Blutzellen, Blutplättchen, Lymphozyten, Granulozyten, Monozyten und Stammzellen (z. B. aus peripherem Blut, Knochenmark oder Nabelschnurblut) sowie anderer Verfahren wie Vireninaktivierung. Das Zellverarbeitungssystem kann bei Verfahren zum enzymatischen Umwandeln des Bluttyps angewendet werden. Weitere Anwendungen für den Drehdichtungsteilbereich der Vorrichtung werden dem Durchschnittsfachmann bekannt sein.

Claims

Vorrichtung (256) zur Flüssigkeitsverteilung, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Mündung (336) zur Flüssigkeitsübertragung zu und von einem ersten Bestimmungsort (60); eine zweite Mündung (324) zur Flüssigkeitsübertragung zu und von einem zweiten Bestimmungsort; einen gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335), um eine Flüssigkeitskupplung zwischen der ersten und zweiten Mündung vorzusehen, und eine Vielzahl von Einlassmündungen (302–310), die an den Kanal (319, 335) gekoppelt sind, um Flüssigkeit von einer Vielzahl von Flüssigkeitsquellen zu dem Kanal zuzuführen; wobei die Vorrichtung Mittel, die dazu dienen, um die Mündungen in einem ersten Modus zu öffnen und zu schließen zur Flüssigkeitsübertragung von einer oder mehreren Einlassmündungen (302–310) zum ersten Bestimmungsort (60) über den gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) und die erste Mündung (336), und Steuermittel (80) umfasst, die ausgestaltet sind, um in dem ersten Modus die Mündungs-/Schließungsmittel zu betätigen, um die zweite Mündung (324) zu schließen und eine oder mehrere der Einlassmündungen (302–310) und die erste Mündung (336) zur Flüssigkeitsübertragung von einem oder mehreren der Einlassmündungen zu dem ersten Bestimmungsort (60) über den gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) zu öffnen, und wobei in einem zweiten Modus zur Flüssigkeitsübertragung von dem ersten Bestimmungsort (60) zu dem zweiten Bestimmungsort über die erste Mündung (336), dem gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) und der zweiten Mündung (324) die Steuermittel (80) in dem zweiten Modus ausgestaltet sind, um die erste Mündung (336) und die zweite Mündung (324) zur Flüssigkeitsübertragung von dem Bestimmungsort (60) zu dem zweiten Bestimmungsort über den gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) zu öffnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung in einem dritten Modus zur Flüssigkeitsübertragung von einer oder mehreren der Einlassmündungen (302–310) zu dem zweiten Bestimmungsort über den gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) und der zweiten Mündung (324) konfigurierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Mündung (324) eine der Vielzahl von weiteren Mündungen (326, 328, 330 und 332) ist, wobei jede der Vielzahl von weiteren Mündungen (326 bis 332) zur Flüssigkeitsübertragung zu entsprechenden weiteren Bestimmungsorten sind, wobei die Vorrichtung Mittel umfasst, die dazu dienen, Mündungen in den jeweiligen Modusarten zur Flüssigkeitsübertragung von dem ersten Bestimmungsort zu den jeweiligen Bestimmungsorten über die erste Mündung (336), den gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) und den jeweiligen Mündungen (326–332) zu öffnen und zu schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung Mittel umfasst, um Mündungen für die Flüssigkeitsübertragung von einer oder mehreren der Vielzahl von Einlassmündungen (302–310) zu dem Entsprechenden der weiteren Bestimmungsorten über den gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) und den jeweiligen der Vielzahl von weiteren Mündungen (326 bis 332) zu öffnen und zu schließen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einlassmündungen (302 bis 312) an einen gemeinsamen Flüssigkeits-Einlasskanal (314) gekoppelt sind, und der gemeinsame Flüssigkeits-Einlasskanal ist an den gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) gekoppelt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Pumpe (42), die zwischen dem gemeinsamen Flüssigkeits-Einlasskanal (314) und dem gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Filter (321), der zwischen der Pumpe (42) und dem gemeinsamen Flüssigkeitskanal (319, 335) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 7, wobei die Pumpe eine peristaltische Pumpe umfasst.
Zellverarbeitungssystem umfassend eine Flüssigkeitsverteilungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.