專利名稱：用于處理流體樣品的系統(tǒng)和泵裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用一次性流體管道的用于處理流體試劑的泵裝置和系統(tǒng)。更具 體地，本發(fā)明涉及一種采用一次性管道支撐系統(tǒng)和一次性泵裝置的系統(tǒng)和裝置。
背景技術：
在本發(fā)明之前，流體樣品在包括剛性流動路徑(例如，由不銹鋼制成的流動路徑) 和諸如泵的工作單元的系統(tǒng)中被處理，泵連接到實現(xiàn)單元操作(例如，樣品與試劑之間進 行流體反應的過濾步驟或一個或多個步驟)的區(qū)域。這些系統(tǒng)的管路設計和布局確保該系 統(tǒng)受阻礙最小且容易被抽吸并排出。這些特征允許用戶最大程度地恢復其十分有用的蛋白 質。為了提供在產(chǎn)品開發(fā)和制造方面的更大靈活性、消除產(chǎn)品運行中交叉感染的可能 性、消除伴隨其有效成本的流殺菌成本、以及允許其延緩針對專用于具體產(chǎn)品的設備和裝 備的大資本支出，制造商已經(jīng)開始采用一次性管道和袋的一次性系統(tǒng)，該一次性管道和袋 在每個產(chǎn)品批次中被組裝和使用。該一次性系統(tǒng)不再需要在使用之間衛(wèi)生上再生該系統(tǒng)。目前，例如切向流過濾(TFF)的流體傳送過程采用包括柔性管道和流體存儲袋的 一次性系統(tǒng)。該系統(tǒng)內的流體從一個存儲袋傳送至切向流薄膜裝置，且滯留液循環(huán)到存儲 袋中直到流體令人滿意地過濾為止。當使用TFF系統(tǒng)時，存在流體的流率和跨膜壓力的最 佳狀況。期望使得與流體的流率成比例的處理時間最小化。通過使得跨膜壓力(TMP)最大 化來使得流體流最大化。當前，蠕動泵被用來影響TFF系統(tǒng)內的流體流。然而，要獲得期望的高流率是不實 際的，因為額定用于這種流動和壓力的當前可用蠕動泵不能很好地適用于該場合。一個問 題是蠕動泵在制造地面空間使用方面太大。另一個問題是泵的高初始成本使得將其集成到 過濾系統(tǒng)中在經(jīng)濟上不可取。最后，泵的高功率消耗使得其運行成本過高。在尺寸、投入和 運行成本方面可取的蠕動泵不能在高期望TMP下傳送高的流率。一致認為的是，不能實現(xiàn) 期望的跨膜壓力，因為在期望的高流率下由蠕動泵的輥或指形物操作的壓縮管道內的流體 進行回流?，F(xiàn)在可用備選的容積泵(positive displacement pump)(例如，進動式泵、隔膜 泵、軸向和徑向柱塞泵等等)不是所需的，因為要泵送的流體直接接觸泵的內部工作部分。 這繼而需要泵在使用流體傳送系統(tǒng)之間衛(wèi)生上再生。美國專利4，983，102公開了一種自封閉過濾氣動泵送系統(tǒng)，其采用包含流體的一 次性袋以及一次性管道。該系統(tǒng)依靠外部受控氣動源來實現(xiàn)止回閥功能，而不采用機械止 回閥。控制器使得空氣來交替地開啟或關閉泵送系統(tǒng)，而不采用泵的常規(guī)動作。氣動泵需 要其自身的壓縮機，這通常需要不期望的大馬達，該大馬達消耗大量的功率。因此，期望的是提供一種容積泵，其不需要在泵的使用之間衛(wèi)生上再生。此外，期 望的是提供一種具有使用這種泵的一次性管道和袋的流體傳送系統(tǒng)。包括該泵的這種系統(tǒng) 不需要在使用之間衛(wèi)生上再生，且不需要外部受控的氣源。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用于泵的組件、泵以及包括具有泵的一次性柔性囊袋和一次性管 道的泵送系統(tǒng)，其中要泵送的流體經(jīng)過該泵，使得泵部件從不暴露于流體中。這消除了在每 次使用之后清潔泵及其部件的需要。囊袋和管道彼此集成，從而提供密封消毒流體通路。這可連接到常規(guī)管路或一次 性塑料管件和/或組件。優(yōu)選地，囊袋和管道連接到第一和第二容積，例如塑料存儲袋或過濾器或層析 設備，以形成整體密封流體通路，但是該整體密封流體通路可由消毒連接器(例如，從 Millipore可市售的LYNX S2S連接器)從第一和第二容積分離或附接到第一和第 二容積上。代表性的合適柔性囊袋和管道材料包括硅樹脂、聚乙烯、聚丙烯、PTFE樹脂、 C-Flex 樹脂等等，或者例如本領域已知的復合薄膜材料和管材料。泵配備交替地壓縮囊 袋并使得囊袋膨脹的結構。囊袋的交替壓縮和膨脹用于交替地開啟或關閉機械止回閥，該 止回閥允許在管道和囊袋內的流體從流體存儲機構泵送至使用場合或流體存儲機構。止回 閥布置在由管道和囊袋限定的流體通路內。在使用泵之后，管道、囊袋和止回閥被丟棄，然而其余結構不再需要衛(wèi)生上再生， 因為其不直接接觸流體。用于膨脹和壓縮囊袋的結構例如能夠是隔膜、至少一個柱塞或多個柱塞，每個柱 塞適于膨脹或壓縮所述囊袋的一部分。本發(fā)明還提供一種流體傳送系統(tǒng)，其采用本發(fā)明的泵。流體傳送系統(tǒng)設計用于將 流體從第一流體存儲容積傳輸至第二流體容積(例如包括但不局限于過濾器或層析柱、或 第二存儲袋等等的使用場合)。一個或多個流體管道將第一容積與第二容積連接，從而提供 它們之間的流體通路。該一個或多個流體管道包含一個或多個一次性囊袋，該一個或多個 一次性囊袋在一個位置處具有來自于一個或多個管道的入口且在囊袋的第二位置處具有 從囊袋至一個或多個柔性管道的出口，入口和出口中的至少一個均具有用于控制流體流經(jīng) 一個或多個囊袋和管道的止回閥、具有馬達的泵；以及用于使囊袋響應于馬達而壓縮或膨 脹的結構。


圖1是采用本發(fā)明的泵的切向流過濾(TFF)系統(tǒng)的示意圖。圖2是本發(fā)明的替代性隔膜泵處于吸收沖程的截面圖。圖3是圖2中的隔膜泵處于排出沖程的截面圖。圖4是本發(fā)明的替代性隔膜泵處于吸收沖程的截面圖。圖5是圖4中的隔膜泵處于排出沖程的截面圖。圖6是本發(fā)明的進動式泵(nutation pump)處于柱塞112的吸收沖程和柱塞110 的排出沖程的截面圖。圖7是圖6中的進動式泵處于柱塞112的排出沖程和柱塞110的吸收沖程的截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明的泵可采用目前可用的泵結構，該泵結構具有動力源和連接到動力源的機 械機構，該機械機構交替地使得囊袋進行膨脹和收縮。代表性的合適泵結構包括隔膜泵、進 動式泵、以及軸向柱塞泵等等。囊袋配備機械止回閥，該止回閥交替地開啟和關閉，從而使 得流體能夠泵送到囊袋中并然后從囊袋泵出。代表性的合適止回閥包括瓣閥、球形止回閥、 以及彈簧載荷止回閥等等。本發(fā)明的泵可用于流體輸送系統(tǒng)中，在流體輸送系統(tǒng)中，流體從流體存儲容積泵 送到使用場合或到第二流體存儲容積。代表性系統(tǒng)包括緩沖液/介質制備、凈化、層析柱或 薄膜層析設備、切向流過濾(TFF)、病毒清除、以及最終填充等等。使用場合內容包括法向 流和切向流系統(tǒng)和過濾器，法向流和切向流系統(tǒng)和過濾器例如在不銹鋼殼體或一次性塑料 殼體中的盒式Pellicon TFF系統(tǒng)和過濾器以及Durapore 過濾器、在Opticap 殼體 中的Durapore 過濾器；深度介質例如用于凈化的Millistak 過濾器；病毒過濾器例如 Viresolve 過濾器；層析系統(tǒng)例如QuickScale 系統(tǒng)等等，上述這些均可從Millipore Corporation 可獲得。參考圖1，示出了本發(fā)明的TFF系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括具有TFF過濾器14的過濾梯級 12。來自管道16的流體切向地經(jīng)過薄膜14，以形成導向至使用場合(未示出)或至流體存 儲容積(未示出)的過濾液18或者在閥22打開時的滯留液20。通常來說，導向成接觸薄 膜14的流體的約10%變?yōu)檫^濾液，且剩余部分包括滯留液。滯留液20被導向至包含柔性 袋23的流體存儲機構24中。流體存儲機構24中的流體用本發(fā)明的泵26從其泵送到過濾 梯級12中，直至生產(chǎn)出期望量的過濾液為止。在流率高達40升每分(LPM)時高達60psi 的最佳跨膜壓力可在將本發(fā)明的泵用于TFF過程時來實現(xiàn)。參考圖2和3，示出了本發(fā)明的泵26處于入口位置(圖2)和排出位置(圖3)。臂 32安裝在馬達30上，馬達30在以箭頭34所示的逆時針方向上旋轉，以使囊袋36 (圖3)壓 縮，從而使得止回閥38開啟且止回閥40關閉，進而將流體導向通過管道43至使用場合或 存儲場合。如圖2所示，馬達30旋轉以允許囊袋36膨脹，進而使止回閥40開啟并使止回 閥38關閉，從而允許流體填充囊袋36。馬達的這種循環(huán)重復進行以交替地填充囊袋36和 耗盡囊袋36，并將流體從存儲容積輸送至使用場合或至第二存儲場合。在泵送之后，囊袋 36和管道43、42與止回閥38和40 —起移除，并用相同設計的管道、囊袋和止回閥替換，使 得通過使用馬達30和臂32能夠用相同的工作泵26來重復流體輸送過程。參考圖4和5，示出了替代性隔膜泵以實現(xiàn)流體傳輸。泵50包括殼體51、安裝在 馬達軸53上的凸輪52以及連接到隔膜56的臂54。流體傳輸系統(tǒng)包括管道和柔性囊袋，包 括入口管道60、次囊袋62和66以及主囊袋64和出口管道68。這些囊袋被容納在第一殼 體72和第二殼體70中。囊袋62、66和64與管道60、68 —起可從殼體70和72分離，這允 許在完成期望的流體傳輸而不需要泵的衛(wèi)生上再生時移除主囊袋64、次囊袋62和66以及 管道60、68。在使用期間，在吸收沖程(圖4)，閥74開啟以允許流體進入囊袋64，且閥76關 閉。在排出沖程期間，閥74關閉且閥76開啟(圖5)，從而允許流體通過管道68傳輸至使 用場合或至第二存儲容積。通過驅動凸輪52的軸53的旋轉該循環(huán)進行重復，且止回閥74 和76響應于由馬達52控制的隔膜56的運動而開啟或關閉。該泵結構允許流體傳送同時
5避免工作泵元件的衛(wèi)生上再生。參考圖6和7，示出了進動式泵80，其包括連接到管道84和86的囊袋82。具有 止回閥90、92、94和96的剛性隔間88布置在囊袋82內。繼而，囊袋82布置在具有可移除 部分100的殼體98內。囊袋82繞殼體98的周邊延伸?？梢瞥糠?00承靠隔間88的腿 部102和104。隔間88由腿部106和108支撐。柱塞110和112可滑動地安裝在部分100 內?？刹捎枚嘤趦蓚€的柱塞，通常為三個或四個。當軸116由馬達(未示出)驅動時，可旋 轉斜盤114驅動柱塞110和112。隔間118繞殼體98的周邊延伸且與管道84流體連通。如圖6所示，當柱塞110位于所示的位置時，在壓縮的囊袋部分120中的流體通過 閥96進入到管道86中。此外，當柱塞112位于所示的位置時，隔間118中的流體通過閥92 進入到膨脹囊袋部分122中。通過以此方式操作泵80，流體從管道84進入到管道86中。如圖7所示，當柱塞110位于所示的位置時，管道84中的流體通過閥90進入到膨 脹的囊袋部分120中。此外，當柱塞112位于所示的位置時，在壓縮的囊袋部分122中的流 體通過閥94進入到管道86中。通過以此方式操作，流體從管道84進入到管道86中。優(yōu)選地，囊袋和管道連接到第一和第二容積(例如，存儲袋或過濾器或基于 層析柱或薄膜的層析設備)，以形成整體密封流體通路，但是其也可用消毒連接器(從 MiIlipore可市售的LYNX S2S連接器)從第一和第二容積分離或附接到第一和第二容 積。代表性的合適柔性囊袋和管道材料包括硅樹脂、聚乙烯、聚丙烯、PTFE樹脂、 C-Flex 樹脂等等，或者例如本領域已知的復合薄膜材料和管材料。
權利要求
一種泵，所述泵包括馬達、一次性囊袋、與所述囊袋流體連通的一次性管道、用于使所述囊袋響應于所述馬達而壓縮或膨脹的結構、以及用于控制流體流經(jīng)所述囊袋和所述管道的止回閥。
2.根據(jù)權利要求1所述的泵，其特征在于，用于壓縮或膨脹所述囊袋的結構是隔膜。
3.根據(jù)權利要求1所述的泵，其特征在于，用于壓縮或膨脹所述囊袋的結構是至少一 個柱塞。
4.根據(jù)權利要求1所述的泵，其特征在于，用于壓縮或膨脹所述囊袋的結構是多個柱 塞，每個柱塞適于使所述囊袋的一部分膨脹或壓縮。
5.一種用于將流體從第一流體存儲容積傳輸至使用場合或至第二流體存儲容積的流 體傳送系統(tǒng)，其包括第一流體存儲容積；選自包括使用場合和第二流體存儲容積的組的第 二容積；將所述第一容積與所述第二容積連接的一個或多個流體管道，該一個或多個流體 管道包含一個或多個一次性囊袋，該一個或多個一次性囊袋在一個位置處具有來自于該一 個或多個管道的入口且在該囊袋的第二位置處具有從該囊袋至該一個或多個柔性管道的 出口，該入口和出口均具有用于控制流體流經(jīng)該一個或多個囊袋和管道的止回閥；和具有 馬達的泵；以及用于使該囊袋響應于該馬達而壓縮或膨脹的結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于壓縮或膨脹所述囊袋的結構是多個 柱塞，每個柱塞適于使所述囊袋的一部分膨脹或壓縮。
7.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于壓縮或膨脹所述囊袋的結構是隔膜。
8.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于壓縮或膨脹所述囊袋的結構是至少 一個柱塞。
9.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述止回閥選自包括瓣閥、球形止回閥、 以及彈簧載荷止回閥的組。
10.根據(jù)權利要求1所述的泵，其特征在于，所述止回閥選自瓣閥、球形止回閥、以及彈 簧載荷止回閥的組。
11.根據(jù)權利要求1所述的泵，其特征在于，所述囊袋包括主囊袋和兩個或多個次囊 袋，其中至少一個次囊袋位于主囊袋的每側上。
12.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述囊袋包括主囊袋和兩個或多個次囊 袋，其中至少一個次囊袋位于主囊袋的每側上。
13.一種用于泵的一次性組件，流體通過所述一次性組件流經(jīng)所述泵，所述泵包括一次 性塑料囊袋，所述囊袋具有入口和出口 ；附接到該入口和出口的每個上的柔性管道；以及 安裝成鄰近該入口和出口的止回閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于處理流體樣品的系統(tǒng)和泵裝置。提供泵，該泵包括一次性囊袋和一次性管道以及止回閥，該止回閥在囊袋交替地被壓縮和膨脹時控制流體流經(jīng)囊袋和管道。一次性管道和囊袋的使用免除了在使用之間使泵衛(wèi)生上再生的需要。泵能夠用于例如切向流過濾的流體傳送系統(tǒng)中。
文檔編號F04B43/00GK101936280SQ20101012840
公開日2011年1月5日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權日2009年3月3日
發(fā)明者M·莫里塞 申請人:米利波爾公司