一次性pH值传感器存储溶液的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2015年9月1日提交的美国临时专利申请序列号62/212,783的权益，其内容通过引用整体并入本文。

背景技术：

检测和监测系统的ph值是当今最常见的过程化学测量之一。溶液的ph值是溶液中氢和氢氧根离子相对量的检测测量值。在发酵和细胞培养过程中，一个重要的挑战是在整个反应过程中保持最佳的ph值。发酵过程利用活的有机体，例如酵母，细菌或真菌菌株来产生期望的产物。发酵过程通常具有相对较短的持续时间(2-7天)。细胞培养是哺乳动物细胞生长以产生活性成分的过程，通常需要更长的时间(2-8周)。

发酵和细胞培养领域中的ph值测量的一个挑战是发酵罐或生物反应器所需的清洁过程。具体而言，发酵罐或生物反应器在使用前必须进行灭菌，以确保防止批次间污染或不需要的生长。这种清洁可以包括蒸发发酵罐或生物反应器以及ph值传感器。暴露于高温，蒸汽和快速热冲击下会显著影响ph值传感器的使用寿命。

技术实现要素：

提供了用于一次性生物反应器的ph值传感器。该传感器包括ph值感测电极，参考系统，存储室和访问机构。参考系统包括参考电解质，设置在参考电解质中的参考电极和参考结区。存储室包含存储溶液，其被配置为接触存储室内的ph值感测电极。访问机构被配置成当被致动时将ph值感测电极连接到一次性生物反应器的内部。存储溶液包括能够与参考电解质兼容的缓冲溶液。

附图说明

图1是本发明的实施例特别用于的ph值感测生物反应器系统的示意图。

图2a-2c提供了本发明的实施例特别用于的ph值传感器的多个视图。

图3a-3c提供了根据本发明的一个实施例的ph值传感器和参考系统的多个视图。

图4提供了根据本发明的一个实施例的用于提供ph值传感器和缓冲溶液的方法的示例流程图。

图5提供了根据本发明的一个实施例的校准和使用ph值传感器和缓冲溶液的方法的示例流程图。

具体实施方式

存在对与塑料袋式即用型一次性生物反应器兼容的一次性ph值传感器的需求。许多基于玻璃电极的ph值传感器都要求保护传感器的活性表面或隔膜免受物理和环境损害。该功能通常由置于传感器的感测端部上的一次性“保护罩”或杯提供。

对于许多一次性生物反应器应用，所需的传感器直接集成到生物反应袋上。一旦生物反应系统进行灭菌，例如通过γ辐照，禁止访问生物反应器内部。因此，一旦使用生物反应器，禁止访问ph值传感器，例如提供新的缓冲溶液，新的校准溶液或移除存储溶液，以减少污染风险。

一次性容器的一些ph值传感器在使用之前可能会长时间(例如多年)闲置。此外，一些设计可以提供与保护ph值电极的存储溶液流体接触的参考结区。由于流体可能通过参考结区，即使在最小程度上，重要的是要确保这种交换不会实质性地改变ph值传感器的化学性质。此外，还需要针对一次性ph值传感器设计的存储/校准溶液。存储/缓冲溶液必须与参考系统兼容，以允许通过参考结区的微小泄漏，并且还必须与生物反应器中的生物化合物相兼容。

例如，ph值传感器(例如基于玻璃电极的ph值传感器)应在存储期间保持湿润。如果允许干燥，电极可能需要几个小时才能完全重新润湿，这对于稳定的ph值读数可能是必需的。基于玻璃电极的ph值传感器可以存储在水中。然而，将电极存储在ph值缓冲溶液中可能是有益的。在本文所述的至少一些实施例中，存储溶液是包含氯化钾(kcl)的ph值缓冲溶液。例如，具有ag/agcl参考系统的ph值传感器可以得益于具有已知ph值的kcl的缓冲溶液，以便于在使用之前校准传感器。在一些实施例中，ph值传感器在使用之前使用缓冲溶液进行两点校准。

在至少一些实施例中，当传感器被启动时，将存储溶液被丢弃到生物反应器中。因此，缓冲溶液必须与在生物反应器中进行的细胞培养过程的生物系统相兼容。在一个实施方案中，兼容性包括当排入反应混合物中时不会显著改变正在进行的生物过程的缓冲溶液。

期望ph值传感器存储溶液足够稳定以在存储期间持续，与ph值传感器的参考系统兼容，并且在一些情况下具有已知的ph值以便于校准。本文描述的至少一些实施方式提供用于一次性生物反应器ph值传感器的稳定的，兼容的存储溶液。

图1是本发明的实施例特别用于的ph值感测生物反应器系统的示意图。在一个实施例中，ph值传感器40电连接到ph值分析仪54。ph值分析仪54可以是任何合适的ph值分析仪或其他电子仪器。在一个实施方案中，ph值传感器40物理连接到一次性生物反应器/发酵罐51的壁50上。样品52设置在一次性生物反应器50内，并且由ph值传感器40监测或以其他方式测量。

图2a-2c提供了本发明的实施例特别用于的ph值传感器的多个视图。图2a示出了处于“保护”位置的ph值传感器60的示意性横截面图。例如如图2a所示，在一个实施例中，保护位置提供与生物反应器内的样品52分离并且不接触的传感元件，例如电极62。如本文所使用的，感测元件包括被配置为当暴露于样品流体时提供电响应的任何电极或电极的一部分。因此，感测元件旨在包括玻璃球形电极和参考结区。在一个实施例中，ph值传感器60包括联接至电极62的柱塞64，使得柱塞64沿附图标记66所指示的方向的轴向运动将产生电极62的相应运动。

在一个实施例中，ph值传感器60包括熔合，粘附或以其他方式结合到生物反应器51的壁50的凸缘76。如图2a所示，凸缘76结合到壁50的外表面。然而，凸缘76可以替代地结合到壁50的内表面。凸缘76可以以任何合适的方式热焊接或以其他方式永久地附接到生物反应器的侧壁50。

如图所示，电极62设置在访问矛68内。访问矛68被指定为这样，因为其在实施方式中被物理地成形为矛杆状，并且被配置为使得柱塞64的适当致动导致访问矛68穿透膜70。在一个实施例中，膜70包括橡胶膜。当访问矛68刺穿膜70时，在一个实施例中，端口72和74允许样品52接触电极62。当访问矛68刺穿膜70时，ph值传感器60处于例如图2b所示的服务位置处。

图2c是根据本发明的一个实施例的显示处于服务位置的ph值传感器60的示意性透视图。

图3a-3c提供了根据本发明的一个实施例的ph值传感器和参考系统的不同视图。图3a是ph值传感器120的横截面图。在一个实施例中，传感器120可包括或连接到凸缘/支撑件(图3a中未示出)，其可将传感器120联接到一次性生物反应器/混合器的壁。ph值传感器120还包括传感器主体140，传感器主体140包含合适的参考电解质142和参考电极144。在一个实施例中，参考电极144例如是ag/agcl参考系统中的银电极。另外，在一个实施例中，感测元件(玻璃电极)146至少部分地设置在传感器主体140内并延伸，使得当传感器120处于保护位置时远端的感测部分148设置在存储室150内，例如如图3b所示。另外，感测元件(例如参考接区152)与存储室150物理隔离。

传感器120可以在存储和感测位置之间转换。在例如图3b所示的第一位置处，传感器处于保护位置，使得感测部分148被保护免受损坏并且与存储室150内的存储溶液160接触。

图3b是布置在暴露于存储溶液的存储位置中的ph值传感器120的示意图。如上所述，在一些实施方式中，存储溶液的ph值可以是已知的并且因此可以用于校准ph值传感器。在图3b所示的位置中，如图3b所示，参考结区152与感测电极146的感测部分148流体连通。另外，在一个实施例中，存储室150通过物理屏障与样品52流体隔离，例如存储室150。假设存储室150中的具有精确已知的ph值的存储溶液可以被提供，传感器120可以被校准以确保其输出与存储溶液的已知ph值相对应。在一个实施例中，缓冲溶液被配置为与参考系统兼容。在一个实施例中，缓冲溶液被配置为与ag/agcl/kcl系统兼容。

图3c示出了传感器120的顶视图，示出了传感器主体140内的感测电极146的一个示例配置。

在一个实施例中，本文所述的ph值传感器采用ag/agcl/kcl参考系统。在这样的实施例中，存储溶液被选择为与参考系统兼容。特别是，存储溶液将是氯化钾的缓冲溶液。缓冲液有助于减少或消除由于存储溶液通过参考结区渗入参考电解质时可能发生的ph值变化，反之亦然。用于存储溶液的缓冲液可以是任何合适的缓冲液，但优选为碳酸盐基缓冲液和磷酸盐基缓冲液中的一种。在一些实施方案中，存储溶液的ph值可以是已知的(例如，在制造过程中测试并写在产品包装上)并且用于在使用之前校准ph值传感器。尽管上面描述了ag/agcl/kcl参考系统，但是明确地预期本发明的实施例可应用于其他类型的参考系统。

在一个实施方案中，ph值传感器包括与参考系统共用电解质的ag/agcl/kcl参考系统和磷酸盐基缓冲溶液。在另一个实施方案中，提供碳酸盐基缓冲溶液代替磷酸盐基缓冲溶液。在这两个例子中，缓冲溶液都与ph值电极的参考系统兼容。

在一个实施方案中，缓冲溶液包含高浓度的kcl。例如，相对于kcl溶液的饱和度，kcl的浓度至少为0.05m。在其他实施方案中，kcl的浓度可以更高，例如至少0.06m，至少0.07m，至少0.08m，0.09m和0.10m。在一个实施例中，kcl的浓度包括系统的kcl的饱和点，基于已知饱和点计算。

图4提供了根据本发明的一个实施例的用于提供ph值传感器和缓冲溶液的方法的示例流程图。方法200可以用于例如图2a-2c或图3a-3c中所示的任一反应器。例如，方法200也可以用于其他适当的一次性生物反应器构造。此外，方法200可用于具有单个存储室的ph值传感器，或者具有与存储溶液分开的校准溶液的ph值传感器。

在方框210中，生物反应器通过提供具有用于给定生物反应的一个或多个传感器的一次性生物反应器来组装。例如，除了ph值传感器之外，还可以提供温度和/或压力传感器，这取决于预期的反应条件和相关的监测要求。在方框210中组装生物反应器包括将足够的传感器端口和传感器附接到生物反应器的表面以适应所有期望的传感器连接。在一个实施例中，为了降低样品污染的风险，所有期望的传感器端口必须在灭菌过程之前附接到生物反应袋。

在方框220中，将ph值传感器溶液提供给ph值传感器。在一个实施例中，在ph值传感器附接到生物反应器之前，按时间顺序提供ph值传感器溶液到ph值传感器。在另一个实施例中，提供ph值传感器溶液发生在ph值传感器附接到生物反应袋之后。

在一个实施例中，如方框222所示，提供ph值传感器溶液包括提供用于参考系统的参考溶液以校准ph值传感器。在一个实施例中，参考系统是ag/agcl/kcl系统。在一个实施例中，如方框224所示，提供ph值传感器溶液包括提供配置成在存储期间维持ph值传感器电极的湿润并且便于校准的ph值缓冲溶液。在一个实施例中，如方框226所示，提供ph值传感器溶液包括提供磷酸盐基ph值传感器溶液。在另一个实施例中，如方框228所示，提供ph值传感器溶液包括提供碳酸盐基ph值传感器溶液。在一个实施方案中，参考溶液和缓冲溶液都是相同的，例如磷酸盐基或碳酸盐基两种溶液。在另一个实施方案中，参考溶液和缓冲溶液是不同的，例如一个是磷酸盐基溶液并且一个是碳酸盐基溶液。

在一个实施例中，方法200包括为ph值传感器提供与ag/agcl/kcl参考系统兼容的缓冲溶液。在一个实施例中，方法200包括向ph值传感器提供与生物反应器内正在进行的生物系统兼容的ph值缓冲溶液。如所示，方法200可以包括提供磷酸盐缓冲溶液或碳酸盐缓冲溶液。然而，缓冲溶液的浓度相对较高，例如在至少0.05m至至少0.10mkcl的范围内。

在方框230中，生物反应器系统经历灭菌程序。在一个实施例中，灭菌包括进行伽马照射的生物反应袋和附接的传感器端口和部件。在一个实施例中，消毒后，传感器不能被移除或再附接到生物反应袋，以便降低污染生物反应器系统的风险。

在方框240中，提供包括连接传感器的无菌生物反应器系统供使用。在一个实施方案中，提供生物反应器系统包括为生物反应器提供准备部署的ph值传感器。如上所述，生物反应器系统可以包括具有与生物系统兼容的缓冲溶液的ph值传感器。在一个实施方案中，与生物系统的兼容性包括缓冲溶液，其不会显著改变生物反应器内正在进行的反应条件。在另一个实施方案中，与生物系统兼容的ph值缓冲溶液包含不含任何对生物反应器内的生物化合物有毒或有害的物质的ph值缓冲溶液。在另一个实施方案中，提供与生物系统兼容的ph值缓冲液包含基本上由不会与生物反应系统的反应物或产物反应的惰性化合物组成的ph值缓冲液。

在一个实施例中，方框240中提供的ph值传感器包括与参考系统兼容的缓冲溶液。例如，缓冲溶液可以与ag/agcl参考系统兼容。在一个实施例中，方法200包括为ph值传感器提供配置为稳定至少一年或更多年的稳定缓冲溶液。

图5是根据本发明的一个实施例的校准和使用ph值传感器和缓冲溶液的方法的流程图。方法300可用于校准ph值传感器，并检测一次性生物反应器内正在进行的生物反应的溶液ph值，一次性生物反应器例如图2a-2c或图3a-3c中的生物反应器构造，或与ph值传感器连接的另一种合适的一次性生物反应器。

在方框310中，提供生物反应器。在一个实施方案中，提供生物反应器包括向生物反应器提供先前经历灭菌过程的ph值传感器。在另一个实施方案中，提供生物反应器包括为未灭菌的生物反应器提供ph值传感器，ph值传感器被配置为一旦所有期望的传感器和传感器部件被连接，所述ph值传感器经历灭菌过程，例如伽马辐照。

在方框320中，校准ph值传感器。校准可以包括将存储溶液的已知ph值与通过连接到ph值传感器的ph值分析仪报告的ph值进行比较。在一个实施例中，这可以包括ph值传感器外壳内的ph值传感器从存储位置到校准位置的转变。

在方框330中，ph值传感器接合生物反应混合物。在一个实施方案中，具有ph值传感器的一次性生物反应器被配置为仅使用一次，使得一旦ph值传感器接合生物反应混合物，ph值传感器可以不再被使用。在一个实施方案中，提供与生物反应系统接合的ph值传感器包括例如在ph值传感器的存储容器内进行的存储溶液的至少部分采集。在另一个实施方案中，当ph值传感器被致动时，基本上所有的存储溶液与生物反应混合物混合。

在方框340中，当ph值传感器被致动时，ph值传感器接合生物反应系统。在一个实施例中，ph值传感器可以被配置为在生物反应系统的开始，期间或结束时提供持续的ph值测。

方法300可以包括使用配置成与ph值传感器的参考系统兼容的ph值缓冲溶液。在一个实施例中，参考系统是ag/agcl/kcl系统。缓冲溶液可以被配置为足够稳定以在至少一年的存储期间维持ph值电极的质量。方法300可以配置为用于具有与生物反应器的预期生物系统兼容的ph值缓冲液的ph值传感器，使得ph值缓冲液向生物反应混合物中的排放对正在进行的生物反应过程没有实质性的影响。

在一个实施方案中，方法300中使用的ph值传感器包括磷酸盐基缓冲溶液或碳酸盐基缓冲溶液。方法300中使用的ph值传感器可以包括具有高浓度kcl的ph值缓冲溶液。在一个实施方案中，高浓度包含至少0.05mkcl溶液。

虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行改变。