用于具有集成密封的减径管的装置、系统和方法与流程

优先权

本申请根据35u.s.c.§119要求于2018年10月29日提交的美国临时专利申请序列no.62/751,947的优先权，其全部内容通过引用结合于此，用于所有目的。

本公开涉及生物加工装置、系统和方法，尤其涉及用于生物加工的卫生连接。本文所描述的装置、系统和方法可以涉及流动配件(例如减径管)的卫生连接，其中考虑了组装和密封的容易性。

背景技术：

生物加工涵盖由生物系统制备或使用的产品的研究、开发、制造和商业化，所述产品包括食品、饲料、燃料、生物制药、化妆品等。生物衍生材料(例如细菌、酶、叶绿体等)可以被改变和/或应用于有益产品。细胞制造过程可以分为上游过程和下游过程。上游过程可包括从早期细胞分离和培养到细胞库和细胞的培养扩增直至最终收获、培养终止和活细胞批次收集的整个过程。上游过程可以指微生物细胞生长的第一步。例如，生物反应器中的细菌或哺乳动物细胞培养。上游过程可以涉及所有与接种物开发、培养基开发、通过基因工程过程改进接种物以及优化生长动力学以改进产品开发相关的步骤。在产品开发之后，产品可以被纯化到期望的质量。当达到期望的质量和密度时，可以收获该批次并将其进给到下游过程中。下游过程可以包括生物加工的在其中将来自上游过程的细胞块进一步加工以满足期望的质量和纯度的部分。下游过程可以分为细胞破碎、纯化和研磨。蒸馏可以从要丢弃的剩余块中分离出所需的块。

过滤通常被执行以分离、澄清、改性和/或浓缩流体溶液、混合物或悬浮液。在生物技术、制药和医疗行业，过滤对于药物、诊断、化学品以及许多其他产品的成功生产、加工和分析至关重要。例如，过滤可以用于对流体或气体灭菌，将复杂的悬浮液澄清成过滤的“澄清”部分和未过滤的部分；类似地，悬浮液中的成分可以通过除去或“过滤出”悬浮介质来浓缩。此外，通过适当选择过滤材料、过滤器端口尺寸或其他过滤器变量，已经开发了许多其他专门的过滤器用途；这些可能涉及从各种来源选择性的分离成分，所述各种来源包括微生物的培养物、血液以及可以是溶液混合物或悬浮液的其他流体。随着细胞和重组dna技术的进一步发展，许多新产品正在被开发，其中许多产品非常复杂，它们只能通过复杂的活细胞合成机制，使用细胞培养技术来生产。通过以高生产率在高细胞浓度下维持培养物一段延长的时段并通过提供更易于进一步加工和纯化的产品流，过滤可用于提高这种细胞培养物的生产率。

随着近年来在新材料、制造方法和需求方面的发展，一次性设备的构造和使用获得越来越多的认可。使用一次性袋作为细胞培养生物反应器和储存器皿已经变得更加普遍。这种一次性容器可以用最少的操作来“安装”，并且不需要由使用者进行清洁或灭菌。它们以干净、无菌和随时可使用的形式提供，极大地节约了成本，减少了使用者的操作；此外，在它们的使用结束时，所述袋可以很容易地丢弃而无需拆卸或清洁。然而，在安装这些系统时仍然涉及使用者操作，这可能导致损害系统的使用者错误。

由于它们的不同加工元件的卫生接头，tri-clover(tc)型配件经常用于生物加工和其他可能对细菌生长敏感的应用。它们通常由两个相同的待接合的配件的套圈、在两个套圈之间形成密封的卫生垫圈以及提供必要的力以在压力下保持密封的夹具组成。制造这种接头和建立必要的流动路径的过程涉及同时需要对齐元件的两个套圈，这两个套圈之间用密封件接合，同时固定夹具。这一过程在某些情况下可能会很麻烦，给使用者造成困难，并可能导致错误组装连接中的泄漏或不卫生的接头。采用这些连接的一种常见配件是减径管，其可以接合两种不同尺寸的tc连接(例如，6”tc至2”tc)。这种具有不同直径的套圈和/或配件可以将零件连接到具有不同流入或流出直径的流动内腔的系统中。

当前生物加工系统中的流动连接包括多个笨重的零件，使用者在为流动路径创建卫生紧密密封时需要操作所述多个笨重的零件。这些系统可能容易受到使用者错误的影响，这可能损害流动连接的无菌性和/或密封性。

技术实现要素：

本公开旨在通过将卫生垫圈结合到配件中以形成单个部件来简化生物加工流动连接。减少使用者要操作的部件的数量可以简化创建卫生的和防泄露的流动路径的接头过程。

在生物加工流动连接系统的各种实施例中，系统可以包括流动减径管。流动减径管可以包括具有第一孔和第一直径的第一端部。第二端部可以包括第二孔和可以不同于第一直径的第二直径。减径管内腔可以延伸通过第一端部和第二端部。减径管边沿可以围绕第一端部和围绕第一孔。垫圈通道可以在减径管边沿中，并且可以围绕第一孔延伸。套圈可以与流动减径管基本上对齐。套圈可以具有通过套圈孔的套圈内腔。套圈边沿可以围绕套圈孔。对齐通道可以围绕套圈边沿。垫圈可以设置在垫圈通道内，包括：对齐肋可以设置在垫圈的外表面上。对齐肋可以围绕第一孔延伸。对齐肋可以被构造成与套圈的对齐通道基本上对齐。垫圈可以是垫圈通道内的包覆成型件。包覆成型通道可以在垫圈通道内。包覆成型通道可以围绕第一孔并朝向第二端部延伸。包覆成型通道内的一个或更多个空腔可以远离减径管内腔径向延伸。垫圈可以在一个或更多个空腔内延伸。多个同心摩擦通道可以在减径管边沿内围绕内腔延伸。垫圈可以在摩擦通道内延伸。主肋可以在对齐肋内同心地设置在垫圈的外表面上。垫圈的内表面可以朝向减径管边沿和减径管内腔向内渐缩。随着内腔内压力的增加，内表面可以增加与减径管边沿的表面接触。减径管边沿可以包括围绕第一孔的减径管肋，其可以与垫圈的内表面的外表面基本接触。次肋可以在对齐肋和主肋之间同心地设置在垫圈的外表面上。止挡部可以设置在垫圈的外表面上，并且可以围绕垫圈的外边缘延伸。止挡部可以具有朝向减径管内腔径向渐缩的表面。处理器皿可以与流动减径管的第二端部基本上对齐。套圈可以是过滤器皿的一部分。

另一方面，垫圈可以包括外表面。内表面可以与外表面相对。孔可以延伸通过外表面和内表面。对齐肋可以设置在外表面上。对齐肋可以围绕孔延伸。对齐肋可以被构造成与套圈边沿的对齐通道基本上对齐。主肋可以在对齐肋内同心地设置在垫圈的外表面上。垫圈的内边缘可以朝向孔向内渐缩。垫圈可以被构造成在套圈内包覆成型。垫圈可以包括硅树脂。套圈的材料可以包括与垫圈不同的材料。止挡部可以设置在垫圈的外表面上，并且可以围绕垫圈的外边缘延伸。止挡部可以具有朝向孔径向渐缩的表面。次肋在对齐肋和主肋之间同心地设置在垫圈的外表面上。

在另一个方面，过滤系统可以包括流动减径管，该流动减径管包括围绕内腔的第一边沿。垫圈通道可以在第一边沿中，并且可以围绕内腔延伸。垫圈可以包覆成型在第一边沿内。流动减径管可以与垫圈基本上对齐。夹具可以围绕流动减径管和套圈。夹具可以将流动减径管和套圈朝向彼此挤压。对齐肋可以设置在垫圈的外表面上，并且可以围绕垫圈的孔延伸。对齐肋可以被构造成与套圈的对齐通道基本上对齐。包覆成型通道可以在第一边沿内。一个或更多个空腔可以在包覆成型通道内径向向外延伸。垫圈可以在一个或更多个空腔内延伸。主肋可以设置在垫圈的外表面上。垫圈的内边缘可以朝向第一边沿的内边缘向内渐缩。次肋可以在主肋的外侧同心地设置在垫圈的外表面上。减径管可以设置在流体供给和切向流动之间，以用于中空的纤维过滤单元。

附图说明

图1示出了根据本公开实施例的流动连接的分解图。

图2示出了根据本公开的实施例的围绕流动连接的夹具的分解图。

图3a-3c示出了根据本公开的实施例的减径管内的垫圈。

图4a和4b示出了根据本公开的实施例的组装的流动连接。

具体实施方式

概述

生物加工需要卫生和防泄露的流动连接。对于这种连接，包括具有敞开面对的边沿的两个套圈的流动连接(例如，tri-clover连接)是理想的，因为它们的连接点容易被使用者看到并且容易清洁。在这种连接套圈中几乎没有用于微粒附着的使用者不能看到和接近以进行清洁的隐藏的表面区域。在套圈之间正确安装的垫圈产生卫生紧密装配，该卫生紧密装配包括防止泄漏的密封。使用者可以通过首先将具有套圈(例如过滤器、减径管等)的第一部件放置在水平表面上，使流动路径向上面向，使得重力可以帮助将其余零件引导到合适的位置来组装流动连接。然后，使用者可以从其包装中移除垫圈，并且可以在与流动路径部件可相容的液体(例如，去离子水等)中涂覆垫圈，以增加垫圈的柔性。然后，使用者可以将垫圈定位在套圈中，并轻轻地引导垫圈及其特征以装配到套圈的通道中。然后，使用者可以围绕垫圈的圆周均匀地向下按压，而不扭曲其形状，以尝试垫圈与套圈的良好装配。然后，使用者可以将具有第二套圈的可相容的部件(例如，减径管配件、压力换能器等)放置在垫圈的顶部，尝试确保垫圈的特征与第二套圈对齐和装配。然后，使用者可以将组件平衡在一起，并在紧固夹具之前将夹具缠绕在两个套圈和垫圈周围。具有两个或更多个紧固机构的夹具应该同时或以有图案的交替模式紧固，以确保围绕连接的压力均匀。安装夹具完成连接组装。然而，使用者可能通过使垫圈与身体油、碎屑等接触而错误地操作垫圈，从而导致其不再卫生。使用者还可能通过未对齐、不对称的对齐、过于紧固、紧固不足或不对称紧固来不正确地安装垫圈，使得密封受损，导致泄漏。垫圈也可能由于制造公差而不能合适地装配在套圈内，这可能会妨碍装配起到密封的作用。

参考图1，示出了现有技术的分解的流动连接组件100。流动减径管的第一套圈102定位在垫圈104上方。垫圈104与第一套圈102的边沿108对齐并装配在其中。垫圈104还与第二套圈106的边沿110对齐并装配在其中，所述第二套圈是过滤器。

流动连接组件可以包括围绕两个套圈系列安装的夹具，两个套圈之间具有垫圈。夹具可以围绕套圈和垫圈缠绕，并通过例如一个或更多个螺钉和/或铰链紧固，使得夹具与套圈和/或垫圈进一步接触。夹具可以将套圈更紧密地压在一起，这使得套圈的一些表面与垫圈接触或更紧密地接触。这种将套圈更紧密地压在一起可以挤压垫圈，从而致使垫圈更好地装配到套圈中和/或引起针对由通过流动连接的流体流动产生的力的更强的垫圈密封。

参考图2，示出了包括分解的夹具212的生物加工流动连接系统200的实施例。分解的夹具212围绕第一套圈202、第二套圈206和它们之间的垫圈(未示出)拆卸。夹具212包括两个紧固螺母214，供使用者用手操纵以完成流动连接系统200的组装，并进一步紧固和/或松开夹具212。

参照图3a-3c，示出了生物加工流动连接系统的实施例，其包括具有第一端部322的流动减径管320，该第一端部带有第一孔，第一孔的直径大于第二端部324的直径。减径管内腔326延伸通过第一端部322和第二端部324。减径管内腔326是可变直径的内腔，其是用于流体通过流动连接的流动路径。减径管边沿328围绕第一端部322并且围绕第一孔延伸。减径管边沿328具有围绕边沿328延伸的垫圈通道330。垫圈300设置在垫圈通道330内。垫圈300具有设置在垫圈300的外表面301上的对齐肋302，该对齐肋围绕垫圈300并且围绕第一孔延伸。对齐肋302被构造成与套圈的另一边沿的对齐通道基本上对齐。主肋304在对齐肋302内同心地设置在垫圈300的外表面上。垫圈300的内边缘是从主肋304朝向减径管边沿328和减径管内腔326向内渐缩的锥形307的末端。减径管边沿328还包括围绕第一孔与锥形307的外表面305基本接触的减径管肋332。次肋306设置在垫圈300的外表面301上，并且同心地位于对齐肋302和主肋304之间。限位止挡部308设置在垫圈300的外表面301上，并围绕垫圈300的外边缘延伸。限位止挡部308具有朝向减径管内腔326径向渐缩并且朝向第二端部324轴向渐缩的表面309。锥形307的外表面303可以与套圈边沿的内表面340基本连续。垫圈300被包覆成型到减径管320的垫圈通道330中。垫圈通道330包括用于垫圈300包覆成型到其中的部分。这些部分包括垫圈通道330中的包覆成型通道334，其围绕第一孔延伸，并且还朝向第二端部324延伸(即，具有延伸的深度)。包覆成型通道334具有多个空腔336，所述多个空腔远离减径管内腔326径向延伸，垫圈300延伸到所述空腔中。存在六个围绕减径管320径向延伸的空腔336。空腔336在这些点处延伸通过减径管320，从而产生空腔孔。垫圈通道330还包括在垫圈通道330内的八个同心的摩擦通道338，所述摩擦通道围绕减径管内腔326延伸。垫圈300被包覆成型到这些摩擦通道338中。

参照图4a和图4b，示出了生物加工流动连接系统的实施例，其包括具有包覆成型的垫圈400的流动减径管420。套圈440与流动减径管420相对，并与垫圈400基本上接触。减径管420、套圈440和垫圈400全部被夹具442压在一起。减径管420、垫圈400和套圈440在其中产生用于流体穿过的流动内腔。对齐肋402设置在套圈440的对齐通道444内。主肋404、次肋406和止挡部408与套圈440基本接触。肋404、406和止挡部408在减径管420和套圈440之间被挤压和变形。主肋404和次肋406形成密封，以防流体在径向方向上流动通过由减径管420、套圈440和垫圈400形成的内腔。限位止挡部408具有锥形表面409，该锥形表面与套圈440仅部分地接触。

在各种实施例中，对齐肋可以由使用者朝向套圈的接收对齐通道定位。对齐肋可以从垫圈的外表面突出更远，并且也可以比垫圈的其他外表面突出特征(例如，主肋、次肋、限位止挡部等)更薄，使得对齐肋是用于接合对齐通道的第一特征，并且使得对齐肋是垫圈的可以接合到对齐通道中的唯一特征。这样，对齐肋可以与相对的套圈自对齐。在无需使用者触摸垫圈的情况下，使用者可以将对齐肋定位到对齐通道中(例如，操作减径管和/或(多个)套圈而不是垫圈)。对齐肋可以不被挤压或者可以被最小程度地挤压，因为它不能对通过流动路径的流体流动起到强密封的作用。对齐肋可以容易地进入对齐通道，使得使用者可以快速且容易地将垫圈、垫圈的特征和套圈配合在一起。在操作和安装部件中的正确对齐可能是防止流动连接故障的最佳防护。

在各种实施例中，肋(例如主肋或次肋)可以在与相对的套圈接触时形成密封。密封由通过肋的轴向力产生，该轴向力基本上与流动连接的流动内腔平行。密封可以抵抗来自流动连接器的流动内腔的径向力。轴向密封力可以经由例如夹紧与(多个)肋邻接的套圈通过挤压肋来加强。额外的密封(例如，主密封和次密封)可以冗余地相互辅助，以防止流体从流动内腔径向转移到流动连接器外部的环境中。

在各种实施例中，围绕垫圈的内边缘的锥形可有助于密封流动连接器。锥形的内表面可以从肋延伸，并且朝向流动连接器的流动内腔径向向内渐缩，并且还可以从肋延伸到套圈的边沿，垫圈设置在所述套圈的边沿上。锥形与套圈的边沿相接，没有明显的间隙。锥形的外表面可以与套圈边沿的内表面基本连续。这种基本缺乏任何间隙使得密封“是卫生的”，因为不存在微生物可能聚集和生长的颈部。内表面可以暴露于来自流动通过流动连接器的流体的显著量的径向压力。锥形的内表面的形状有助于将至少一些流体压力朝向套圈边沿的一个或更多个特征引导，而不是径向向外引导。套圈边沿的这种特征可以是围绕流动内腔且与锥形的外表面基本接触的套圈肋。套圈肋可以抵抗来自流动内腔的力，该力从锥形的内表面转移到锥形的外表面。随着流动内腔内的压力增加，锥形的外表面可以增加与套圈肋的表面接触。

在各种实施例中，垫圈可以包覆成型到套圈中。包覆成型是一种使用两种或更多种不同材料组合制造单个零件的过程。第一材料(例如基底)被一种或更多种后续材料(包覆成型材料)部分或完全覆盖。嵌入模制可以包括将柔软弹性体模制到刚性基底上，该刚性基底保持在模制工具内，柔软弹性体可以被注射到模制工具中。弹性体是粘附结合的，其可以包括机械锁、化学结合或其他结合。可以通过充分加热弹性体和/或基底以熔化弹性体和/或至少基底的表面以实现结合(例如机械结合、化学结合等)，从而实现围绕基底的粘附。二次模制(two-shotmolding)可以包括两次注射，可以首先注射基底，随后是弹性体注射。基底可以被加热到半固态或凝胶状态。共注射模制可以包括将基底和弹性体注射到同一模具中。可以选择和控制材料，使得它们流动并且彼此相容地相互作用。基底套圈和包覆成型的垫圈可以包括各种材料。基底可以经由已知的用于刚性聚合物、金属或陶瓷的制造技术(例如机械加工、铸造、注射模制等)来制造。垫圈可以通过用于热塑性塑料的模制过程(比如tpe/tpu/tpv的注射模制)或弹性体模制过程(比如用于热固弹性体的lim、挤压或转印模制)直接制造到基底上/基底中。包覆成型过程导致制造由两种或更多种不同材料构成的单个部件。用于基底套圈和垫圈的不同材料可以允许例如刚性套圈/减径管和柔性垫圈的优点。刚性减径管可以允许比刚性较低的减径管更高压力的流体流动通过减径管的流管内腔，例如，一体式硅酮减径管可能响应更高压力的流体流动而应变、变形或破裂。不同于基底套圈/减径管的柔性垫圈的材料可以允许基底和垫圈之间的良好结合装配，并且还可以允许套圈之间的均匀的可挤压密封，以用于围绕和/或抵抗来自流动内腔的径向流体流动力进行密封。包括相同或相似材料的套圈和垫圈可能不会拥有这种不同材料的优点。实施例可以设计成具有符合美国机械工程协会生物加工设备标准的减径管几何形状。各种实施例可能需要在安装之前以及使用和再使用之间进行灭菌。可以选择材料，使得连接零件在经受灭菌工艺(例如高压灭菌、伽马射线或其他辐射等)之后能够发挥作用。该材料可以是热稳定的并且在结构上是坚固的，以经受通过多次使用的灭菌，而不损失无菌质量、密封质量等。用于包覆成型垫圈的基底可以是减径管。垫圈可以包覆成型在理想的位置，以用于至期望连接尺寸的另一套圈的卫生连接。

在各种实施例中，套圈可以包括一个或更多个保持特征和/或允许机械互锁以将垫圈保持在适当位置的特征，所述一个或多个保持特征通过增加垫圈也要粘附的表面面积来增加套圈和垫圈(例如，分别为基底和包覆成型件)之间的粘附。套圈、配件和/或减径管内的一个或更多个保持空腔可以允许包覆成型材料在制造期间流动到空腔中和在空腔周围流动，和/或空腔可以允许垫圈的延伸以紧密装配到其中。一个或更多个空腔可以提供更大的摩擦表面面积以及垫圈与套圈的密切共混。这种空腔使得垫圈更难与套圈分离。空腔可以定位在套圈周围，并且可以在每个空腔的一个端部处延伸到垫圈通道中，并且在空腔的另一端部处延伸出至环境。空腔可以以阵列形式围绕套圈布置，使得它们基本上彼此径向等距，以用于垫圈的对称保持。围绕套圈的空腔阵列的示例性提名可以包括1、2、3、4、5、6、8或10个空腔等。一个或更多个空腔可以不延伸通过套圈至环境，空腔在除垫圈通道之外的所有侧面被封闭。随着空腔径向向外延伸，空腔在厚度上可以增加，这可以在包覆成型垫圈在空腔内固化时允许更好的保持，因为在空腔的较厚部分中的模制的垫圈的较大部分可能不容易被拉动通过空腔的较薄部分。垫圈可以在空腔内形成一个或更多个将垫圈锚定到套圈的插塞。套圈和/或垫圈通道可以包括位于垫圈通道内的一个或更多个摩擦通道，其围绕套圈延伸。这些摩擦通道定尺寸和定形状为增加垫圈通道的表面面积。在安装和/或包覆成型期间，由摩擦通道提供的额外的表面面积为垫圈接合提供了额外的表面面积。摩擦通道可以同心地彼此相邻对齐，以增加垫圈通道的每径向长度的额外的摩擦通道表面面积的量。

结论

本公开聚焦于几个离散的实施例，旨在说明所描述的系统和方法的原理。这些描述旨在是说明性的而非限制性的。除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

如本文所使用的，术语“减径管”、“配件”以及这些术语的任何复数派生词都意味着是可互换的。此外，术语“套圈”意味着指减径管或配件的区域，其被构造为与另一主体(比如例如，垫圈、另一套圈等)相接、接合、相互作用和/或配合。因此，参考这些术语中的一个或更多个描述的特征、用途等旨在适用于这些术语的其他参考文献和实施例，除非另有清楚地说明。

如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。术语“包括”和/或“包括有”或“包含”和/或“包含有”在本文中使用时，指定所阐明的特征、区域、步骤、要素和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、要素、部件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，连词“和”包括如此结合的每个结构、部件、特征等，除非上下文另有明确地指示，并且连词“或”包括如此结合的单独地和以任何组合和数量的结构、部件、特征等中的一个或其他，除非上下文另有清楚地指示。术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非上下文另有清楚地规定。

无论是否明确地指示，本文中的所有的数值都被认为是由术语“大约”修饰。在数值的环境中，术语“大约”通常指本领域技术人员认为等同于所述值(即，具有相同的功能或结果)的数字范围。在许多情况下，术语“大约”可能包括四舍五入到最接近的有效数字的数字。除非另有说明，否则术语“大约”的其他用途(即，在除数值之外的环境中)可以被认为具有它们的普通和习惯定义，如从说明书的上下文中理解并与说明书的上下文一致。

由端点表示的数值范围包括该范围内的所有数值，包括端点(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。

值得注意的是，在说明书中对“实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，结合其他实施例实现这样的特征、结构或特性，无论是否明确描述，都在本领域技术人员的知识范围内，除非清楚地声明相反。也就是说，如下所述的各种单独的要素，即使没有以特定的组合明确地示出，仍然被认为是可彼此组合或可彼此布置的，以形成其他附加的实施例或补充和/或丰富所描述的实施例，如本领域普通技术人员将理解的那样。最后，尽管本文描述了本发明的某些实施例。但是，要明确指出的是，本发明不限于这些实施例，而是旨在对本文明确描述的内容的添加和修改也包括在本发明的范围内。此外，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文描述的各种实施例的特征不是相互排斥的，并且可以存在于各种组合和置换中，即使这种组合或置换在本文中没有明确地做出。事实上，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员将会想到本文描述的内容的变化、修改和其他实施方式。因此，本发明不应仅由本文的说明性描述来定义。