专利名称：用于处理流体样品的系统和泵装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用一次性流体管道的用于处理流体试剂的泵装置和系统。更具 体地，本发明涉及一种采用一次性管道支撑系统和一次性泵装置的系统和装置。
背景技术：
在本发明之前，流体样品在包括刚性流动路径(例如，由不锈钢制成的流动路径) 和诸如泵的工作单元的系统中被处理，泵连接到实现单元操作(例如，样品与试剂之间进 行流体反应的过滤步骤或一个或多个步骤)的区域。这些系统的管路设计和布局确保该系 统受阻碍最小且容易被抽吸并排出。这些特征允许用户最大程度地恢复其十分有用的蛋白 质。为了提供在产品开发和制造方面的更大灵活性、消除产品运行中交叉感染的可能 性、消除伴随其有效成本的流杀菌成本、以及允许其延缓针对专用于具体产品的设备和装 备的大资本支出，制造商已经开始采用一次性管道和袋的一次性系统，该一次性管道和袋 在每个产品批次中被组装和使用。该一次性系统不再需要在使用之间卫生上再生该系统。目前，例如切向流过滤(TFF)的流体传送过程采用包括柔性管道和流体存储袋的 一次性系统。该系统内的流体从一个存储袋传送至切向流薄膜装置，且滞留液循环到存储 袋中直到流体令人满意地过滤为止。当使用TFF系统时，存在流体的流率和跨膜压力的最 佳状况。期望使得与流体的流率成比例的处理时间最小化。通过使得跨膜压力(TMP)最大 化来使得流体流最大化。当前，蠕动泵被用来影响TFF系统内的流体流。然而，要获得期望的高流率是不实 际的，因为额定用于这种流动和压力的当前可用蠕动泵不能很好地适用于该场合。一个问 题是蠕动泵在制造地面空间使用方面太大。另一个问题是泵的高初始成本使得将其集成到 过滤系统中在经济上不可取。最后，泵的高功率消耗使得其运行成本过高。在尺寸、投入和 运行成本方面可取的蠕动泵不能在高期望TMP下传送高的流率。一致认为的是，不能实现 期望的跨膜压力，因为在期望的高流率下由蠕动泵的辊或指形物操作的压缩管道内的流体 进行回流。现在可用备选的容积泵(positive displacement pump)(例如，进动式泵、隔膜 泵、轴向和径向柱塞泵等等)不是所需的，因为要泵送的流体直接接触泵的内部工作部分。 这继而需要泵在使用流体传送系统之间卫生上再生。美国专利4，983，102公开了一种自封闭过滤气动泵送系统，其采用包含流体的一 次性袋以及一次性管道。该系统依靠外部受控气动源来实现止回阀功能，而不采用机械止 回阀。控制器使得空气来交替地开启或关闭泵送系统，而不采用泵的常规动作。气动泵需 要其自身的压缩机，这通常需要不期望的大马达，该大马达消耗大量的功率。因此，期望的是提供一种容积泵，其不需要在泵的使用之间卫生上再生。此外，期 望的是提供一种具有使用这种泵的一次性管道和袋的流体传送系统。包括该泵的这种系统 不需要在使用之间卫生上再生，且不需要外部受控的气源。
发明内容
本发明提供一种用于泵的组件、泵以及包括具有泵的一次性柔性囊袋和一次性管 道的泵送系统，其中要泵送的流体经过该泵，使得泵部件从不暴露于流体中。这消除了在每 次使用之后清洁泵及其部件的需要。囊袋和管道彼此集成，从而提供密封消毒流体通路。这可连接到常规管路或一次 性塑料管件和/或组件。优选地，囊袋和管道连接到第一和第二容积，例如塑料存储袋或过滤器或层析 设备，以形成整体密封流体通路，但是该整体密封流体通路可由消毒连接器(例如，从 Millipore可市售的LYNX S2S连接器)从第一和第二容积分离或附接到第一和第 二容积上。代表性的合适柔性囊袋和管道材料包括硅树脂、聚乙烯、聚丙烯、PTFE树脂、 C-Flex 树脂等等，或者例如本领域已知的复合薄膜材料和管材料。泵配备交替地压缩囊 袋并使得囊袋膨胀的结构。囊袋的交替压缩和膨胀用于交替地开启或关闭机械止回阀，该 止回阀允许在管道和囊袋内的流体从流体存储机构泵送至使用场合或流体存储机构。止回 阀布置在由管道和囊袋限定的流体通路内。在使用泵之后，管道、囊袋和止回阀被丢弃，然而其余结构不再需要卫生上再生， 因为其不直接接触流体。用于膨胀和压缩囊袋的结构例如能够是隔膜、至少一个柱塞或多个柱塞，每个柱 塞适于膨胀或压缩所述囊袋的一部分。本发明还提供一种流体传送系统，其采用本发明的泵。流体传送系统设计用于将 流体从第一流体存储容积传输至第二流体容积(例如包括但不局限于过滤器或层析柱、或 第二存储袋等等的使用场合)。一个或多个流体管道将第一容积与第二容积连接，从而提供 它们之间的流体通路。该一个或多个流体管道包含一个或多个一次性囊袋，该一个或多个 一次性囊袋在一个位置处具有来自于一个或多个管道的入口且在囊袋的第二位置处具有 从囊袋至一个或多个柔性管道的出口，入口和出口中的至少一个均具有用于控制流体流经 一个或多个囊袋和管道的止回阀、具有马达的泵；以及用于使囊袋响应于马达而压缩或膨 胀的结构。
图1是采用本发明的泵的切向流过滤(TFF)系统的示意图。图2是本发明的替代性隔膜泵处于吸收冲程的截面图。图3是图2中的隔膜泵处于排出冲程的截面图。图4是本发明的替代性隔膜泵处于吸收冲程的截面图。图5是图4中的隔膜泵处于排出冲程的截面图。图6是本发明的进动式泵(nutation pump)处于柱塞112的吸收冲程和柱塞110 的排出冲程的截面图。图7是图6中的进动式泵处于柱塞112的排出冲程和柱塞110的吸收冲程的截面图。
具体实施例方式本发明的泵可采用目前可用的泵结构，该泵结构具有动力源和连接到动力源的机 械机构，该机械机构交替地使得囊袋进行膨胀和收缩。代表性的合适泵结构包括隔膜泵、进 动式泵、以及轴向柱塞泵等等。囊袋配备机械止回阀，该止回阀交替地开启和关闭，从而使 得流体能够泵送到囊袋中并然后从囊袋泵出。代表性的合适止回阀包括瓣阀、球形止回阀、 以及弹簧载荷止回阀等等。本发明的泵可用于流体输送系统中，在流体输送系统中，流体从流体存储容积泵 送到使用场合或到第二流体存储容积。代表性系统包括缓冲液/介质制备、净化、层析柱或 薄膜层析设备、切向流过滤(TFF)、病毒清除、以及最终填充等等。使用场合内容包括法向 流和切向流系统和过滤器，法向流和切向流系统和过滤器例如在不锈钢壳体或一次性塑料 壳体中的盒式Pellicon TFF系统和过滤器以及Durapore 过滤器、在Opticap 壳体 中的Durapore 过滤器；深度介质例如用于净化的Millistak 过滤器；病毒过滤器例如 Viresolve 过滤器；层析系统例如QuickScale 系统等等，上述这些均可从Millipore Corporation 可获得。参考图1，示出了本发明的TFF系统。系统10包括具有TFF过滤器14的过滤梯级 12。来自管道16的流体切向地经过薄膜14，以形成导向至使用场合(未示出)或至流体存 储容积(未示出)的过滤液18或者在阀22打开时的滞留液20。通常来说，导向成接触薄 膜14的流体的约10%变为过滤液，且剩余部分包括滞留液。滞留液20被导向至包含柔性 袋23的流体存储机构24中。流体存储机构24中的流体用本发明的泵26从其泵送到过滤 梯级12中，直至生产出期望量的过滤液为止。在流率高达40升每分(LPM)时高达60psi 的最佳跨膜压力可在将本发明的泵用于TFF过程时来实现。参考图2和3，示出了本发明的泵26处于入口位置(图2)和排出位置(图3)。臂 32安装在马达30上，马达30在以箭头34所示的逆时针方向上旋转，以使囊袋36 (图3)压 缩，从而使得止回阀38开启且止回阀40关闭，进而将流体导向通过管道43至使用场合或 存储场合。如图2所示，马达30旋转以允许囊袋36膨胀，进而使止回阀40开启并使止回 阀38关闭，从而允许流体填充囊袋36。马达的这种循环重复进行以交替地填充囊袋36和 耗尽囊袋36，并将流体从存储容积输送至使用场合或至第二存储场合。在泵送之后，囊袋 36和管道43、42与止回阀38和40 —起移除，并用相同设计的管道、囊袋和止回阀替换，使 得通过使用马达30和臂32能够用相同的工作泵26来重复流体输送过程。参考图4和5，示出了替代性隔膜泵以实现流体传输。泵50包括壳体51、安装在 马达轴53上的凸轮52以及连接到隔膜56的臂54。流体传输系统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。这些囊袋被容纳在第一壳 体72和第二壳体70中。囊袋62、66和64与管道60、68 —起可从壳体70和72分离，这允 许在完成期望的流体传输而不需要泵的卫生上再生时移除主囊袋64、次囊袋62和66以及 管道60、68。在使用期间，在吸收冲程(图4)，阀74开启以允许流体进入囊袋64，且阀76关 闭。在排出冲程期间，阀74关闭且阀76开启(图5)，从而允许流体通过管道68传输至使 用场合或至第二存储容积。通过驱动凸轮52的轴53的旋转该循环进行重复，且止回阀74 和76响应于由马达52控制的隔膜56的运动而开启或关闭。该泵结构允许流体传送同时
5避免工作泵元件的卫生上再生。参考图6和7，示出了进动式泵80，其包括连接到管道84和86的囊袋82。具有 止回阀90、92、94和96的刚性隔间88布置在囊袋82内。继而，囊袋82布置在具有可移除 部分100的壳体98内。囊袋82绕壳体98的周边延伸。可移除部分100承靠隔间88的腿 部102和104。隔间88由腿部106和108支撑。柱塞110和112可滑动地安装在部分100 内。可采用多于两个的柱塞，通常为三个或四个。当轴116由马达(未示出)驱动时，可旋 转斜盘114驱动柱塞110和112。隔间118绕壳体98的周边延伸且与管道84流体连通。如图6所示，当柱塞110位于所示的位置时，在压缩的囊袋部分120中的流体通过 阀96进入到管道86中。此外，当柱塞112位于所示的位置时，隔间118中的流体通过阀92 进入到膨胀囊袋部分122中。通过以此方式操作泵80，流体从管道84进入到管道86中。如图7所示，当柱塞110位于所示的位置时，管道84中的流体通过阀90进入到膨 胀的囊袋部分120中。此外，当柱塞112位于所示的位置时，在压缩的囊袋部分122中的流 体通过阀94进入到管道86中。通过以此方式操作，流体从管道84进入到管道86中。优选地，囊袋和管道连接到第一和第二容积(例如，存储袋或过滤器或基于 层析柱或薄膜的层析设备)，以形成整体密封流体通路，但是其也可用消毒连接器(从 MiIlipore可市售的LYNX S2S连接器)从第一和第二容积分离或附接到第一和第二容 积。代表性的合适柔性囊袋和管道材料包括硅树脂、聚乙烯、聚丙烯、PTFE树脂、 C-Flex 树脂等等，或者例如本领域已知的复合薄膜材料和管材料。
权利要求
一种泵，所述泵包括马达、一次性囊袋、与所述囊袋流体连通的一次性管道、用于使所述囊袋响应于所述马达而压缩或膨胀的结构、以及用于控制流体流经所述囊袋和所述管道的止回阀。
2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，用于压缩或膨胀所述囊袋的结构是隔膜。
3.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，用于压缩或膨胀所述囊袋的结构是至少一 个柱塞。
4.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，用于压缩或膨胀所述囊袋的结构是多个柱 塞，每个柱塞适于使所述囊袋的一部分膨胀或压缩。
5.一种用于将流体从第一流体存储容积传输至使用场合或至第二流体存储容积的流 体传送系统，其包括第一流体存储容积；选自包括使用场合和第二流体存储容积的组的第 二容积；将所述第一容积与所述第二容积连接的一个或多个流体管道，该一个或多个流体 管道包含一个或多个一次性囊袋，该一个或多个一次性囊袋在一个位置处具有来自于该一 个或多个管道的入口且在该囊袋的第二位置处具有从该囊袋至该一个或多个柔性管道的 出口，该入口和出口均具有用于控制流体流经该一个或多个囊袋和管道的止回阀；和具有 马达的泵；以及用于使该囊袋响应于该马达而压缩或膨胀的结构。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，用于压缩或膨胀所述囊袋的结构是多个 柱塞，每个柱塞适于使所述囊袋的一部分膨胀或压缩。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，用于压缩或膨胀所述囊袋的结构是隔膜。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，用于压缩或膨胀所述囊袋的结构是至少 一个柱塞。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述止回阀选自包括瓣阀、球形止回阀、 以及弹簧载荷止回阀的组。
10.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述止回阀选自瓣阀、球形止回阀、以及弹 簧载荷止回阀的组。
11.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，所述囊袋包括主囊袋和两个或多个次囊 袋，其中至少一个次囊袋位于主囊袋的每侧上。
12.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述囊袋包括主囊袋和两个或多个次囊 袋，其中至少一个次囊袋位于主囊袋的每侧上。
13.一种用于泵的一次性组件，流体通过所述一次性组件流经所述泵，所述泵包括一次 性塑料囊袋，所述囊袋具有入口和出口 ；附接到该入口和出口的每个上的柔性管道；以及 安装成邻近该入口和出口的止回阀。
全文摘要
本发明涉及用于处理流体样品的系统和泵装置。提供泵，该泵包括一次性囊袋和一次性管道以及止回阀，该止回阀在囊袋交替地被压缩和膨胀时控制流体流经囊袋和管道。一次性管道和囊袋的使用免除了在使用之间使泵卫生上再生的需要。泵能够用于例如切向流过滤的流体传送系统中。
文档编号F04B43/00GK101936280SQ20101012840
公开日2011年1月5日 申请日期2010年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者M·莫里塞 申请人:米利波尔公司