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KR20230004503A - 입자 침강 장치 - Google Patents

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KR20230004503A
KR20230004503A KR1020227036168A KR20227036168A KR20230004503A KR 20230004503 A KR20230004503 A KR 20230004503A KR 1020227036168 A KR1020227036168 A KR 1020227036168A KR 20227036168 A KR20227036168 A KR 20227036168A KR 20230004503 A KR20230004503 A KR 20230004503A
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KR
South Korea
Prior art keywords
cone
cones
settling device
cells
housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020227036168A
Other languages
English (en)
Inventor
디나카르 에스. 콤팔라
브레이든 엘. 스미스
Original Assignee
수딘 바이오파마
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 수딘 바이오파마 filed Critical 수딘 바이오파마
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Abstract

본 발명은 많은 분야에서 적용되는 벌크 유체로부터 입자를 분리하기 위한 침강 장치에 관한 것이다. 입자 침강 장치는 위쪽 또는 아래쪽으로 배향되는 작은 개구를 갖는 원추체의 적층체를 포함한다. 원추체는 볼록한 내부 표면을 갖는다. 이 장치는 생물학적(미생물, 포유류, 식물, 곤충 또는 조류(algal)) 세포 배양, 액체 또는 가스로부터의 고체 촉매 입자 분리 및 폐수 처리와 같은 많은 분야에서 적용되는 벌크 유체로부터 작은(밀리미터 또는 미크론 크기의) 입자를 분리하는 데에 유용하다.

Description

입자 침강 장치
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 "PARTICLE SETTLING DEVICE"라는 명칭으로 2020년 3월 19일에 출원된 미국 가특허 출원 62/991,976에 대해 35 U.S.C.§119(e)에 따른 우선권의 이익을 주장하며, 2019년 4월 4일에 출원된 미국 특허 출원 16/375,683(현재, 미국 특허 번호 10,576,399)와 관련이 있으며, 이는 2018년 4월 18일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/659,295에 대해 35 U.S.C. §119(e)에 따른 우선권의 이익을 주장하고 2017년 5월 4일에 출원된 미국 특허 출원 번호 15/586,902(현재, 미국 특허 번호 10,596,492)(2017년 1월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 15/324,062의 일부 계속 출원임) 및 국제 출원일이 2015년 12월 1일이고 미국을 지정국으로 둔 PCT 출원 번호 PCT/US2015/063195와 관련이 있다. 본 출원은 또한 2016년 5월 6일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/332,546 및 2017년 2월 15일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/459,509에도 관련되어 있다. 미국 특허 출원 번호 15/324,062는 국제출원일이 2015년 7월 9일인 PCT 출원 번호 PCT/US2015/039723(미국을 지정국으로 두고 있음)의 35 U.S.C 371에 따른 국내 단계 출원이며, 이 PCT 출원은 2014년 7월 9일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/022,276 및 2014년 8월 14일 출원된 미국 가특허 출원 제62/037,513호의 이익을 주장한다. PCT 출원 번호 PCT/US2015/063195는 2014년 12월 1일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/086,122의 이익을 주장한다. 이러한 모든 출원은 전체적으로 여기에 참조로 관련되어 있다.
본 개시는 다층 경사 표면에 대한 침강이 향상된 세포 또는 입자 침강 장치를 제공한다. 본 개시의 장치는 다음을 포함하는 다양한 분야에 적용된다: (i) 폴리펩티드, 호르몬, 단백질 또는 당단백질, 백신 또는 백신형 입자를 분비하는 고 세포 밀도의 생물학적(포유류, 미생물, 식물 또는 조류(algal) 세포 배양물, 또는 에탄올, 이소부탄올, 이소프레노이드, 향료 및 풍미 화합물 등과 같은 기타 작은 화학 제품; (ii) 고체 입자를 둘러싸는 액체 또는 기체 상(phase)에서 화학 반응을 촉매하는 다공성 또는 비다공성 고체 촉매 입자의 분리 및 재활용; (iii) 결정화, 응집, 덩어리화, 침전 등과 같은 물리적 변형으로 새로 형성된 고형물을 주변 액체 상으로부터 분리 및 수집; (iv) 미세구형 비드 상에 고정된 단백질 A와 같은 친화성 리간드에 모노클로날 항체 등과 같은 분비된 단백질의 포획 및 정화; (v) 인간 중간엽 줄기 세포, 분화된 인간 세포(예컨대, 심근세포 또는 적혈구), 변형된 인간 세포(예컨대, 자가 또는 동종 세포 요법 적용을 위한 키메라 항원 수용체 형질 감염된 T 림프구 또는 CAR-T 세포 등)와 같은 다양한 포유류 세포의 체외 확장; 및 (vi) 복잡한 생물학적 조합체, 활성 슬러지, 또는 기타 고체 입자를 침강 및 제거하여 대규모 도시 또는 상업용 폐수 처리 플랜트에서의 공정수 정화.
침강 장치에 대한 위에서 언급한 모든 적용 분야 중에서, 더 즉시 적용 가능한 잘 확립된 분야는, 재조합 미생물 또는 포유류 세포의 현탁 배양에서 분비되는 생물학적 단백질, 폴리펩티드 또는 호르몬의 생산이다. 재조합 포유류 및 미생물 세포에서 생물학적 단백질을 생산하는 대부분의 일반적인 방법은 유가식(fed-batch) 배양에 의존하는 것이며, 여기서 세포는 높은 세포 밀도로 성장한 다음 일반적으로 유도 매체 또는 유도제에 노출되어 단백질의 생산을 촉발하게 된다. 원하는 단백질이 세포 밖으로 분비되면, 유가식 배양으로부터 연속 관류 배양으로 전환하는 것이 더 유리하며, 연속 관류 배양은 훨씬 더 긴 배양 기간에 걸쳐 높은 세포 밀도와 높은 생산성을 유지할 수 있다. 연속 관류 배양 동안, 살아있고 생산적인 세포는 유지되거나 다시 생물 반응기로 재순환되며, 분비된 단백질은 하류의 정화 프로세스를 위해 생물 반응기로부터 연속적으로 수확된다.
유가식 배양에 대한 연속 관류 배양의 몇 가지 주요 이점은 다음과 같다: (1) 분비된 단백질 생성물은, 죽은 세포로부터 배양 매체 안으로 방출되는 단백질 분해 및/또는 해당(glycolytic) 효소에 의한 잠재적인 분해를 받지 않고, 생물 반응기로부터 연속적으로 제거되며; (2) 살아 있고 생산적인 세포는 연속 관류 생물 반응기에서 높은 세포 밀도를 달성하기 위해 유지되거나 다시 재순환되며(연속 관류 생물 반응기에서 그 세포는 각 유가식 배양의 끝에서 죽거나 생물 반응기로부터 제거되는 것이 아나라, 훨씬 더 긴 배양 기간 동안 제어된 생물 반응기 환경 내에서 가치 있는 단백질을 계속 생산함); (3) 관류 생물 반응기의 환경은, 유가식 배양에서의 영양물과 폐생성물의 급격하게 변하는 농도와는 달리, 새로운 영양물 매체의 연속적인 추가 및 수확된 단백질 생성물과 함께 폐생성물의 제거로 정상 상태 조건에 훨씬 더 가깝게 유지될 수 있다(그리하여 설계로 더 일관적인 제품 질을 유지함); 및 (4) 하위 세트의 세포 유지 장치를 사용하여, 더 작은 죽은 세포 또는 죽어가는 세포가 그의 세포내 효소를 용해하여 방출하기 전에 관류 생물 반응기로부터 선택적으로 제거될 수 있으며, 그리하여, 수확될 때 세포의 높은 생존율 및 분비된 단백질 생성물의 높은 질을 유지할 수 있다.
많은 세포 유지 장치가 포유류 세포 배양 산업에서 개발되었는데, 그러한 장치의 예를 들면, 내부 스핀 필터 장치(Himmelfarb et al., Science 164: 555-557, 1969), 외부 여과 모듈(Brennan et al., Biotechnol. Techniques, 1(3): 169-174, 1987), 중공 섬유 모듈(Knazek et al., Science, 178: 65-67, 1972), 사이클론에서의 중력 침강(Kitano et al., Appli. Microbiol. Biotechnol. 24 , 282-286, 1986), 경사 침강기(Batt et al., Biotechnology Progress, 6:458-464, 1990), 연속 원심분리(Johnson et al., Biotechnology Progress, 12, 855-864, 1999) 및 음향 필터링(Gorenflo et al., Biotechnology Progress, 19, 30-36, 2003)이 있다. 사이클론은 포유류 세포 배양 실험(Kitano et al., 1986)에서 사용되는 장치 크기와 수확 유량에서 충분한 세포 분리를 위한 충분한 원심력을 생성할 수 없는 것으로 밝혀졌고 포유류 세포는 효율적인 세포 분리에 필요한 더 높은 유량(및 원심력)에서 심하게 손상된다(Elsayed, et al., Eng. Life Sci., 6: 347-354, 2006). 대부분의 다른 장치는 수확물의 모든 포유류 세포를 적절하게 유지하지만, 이러한 장치는 생물 반응기에서 요구되는 살아있는 세포로부터 죽은 세포를 분리할 수 없다. 따라서, 죽은 세포는 관류 생물 반응기 내부에 계속 축적되고 막 필터가 막혀, 일반적으로 포유류 세포 배양의 3 - 4주 이내에 연속 관류 생물 반응기의 종료가 필요하다.
오늘날 이용 가능한 모든 세포 유지 장치 중에서, 경사형 침강기(Batt et al., 1990, supra 및 Searles et al., Biotechnology Progress, 10:198-206, 1994)만이 오버플로우 또는 수확물 스트림에 있는 더 작은 죽은 세포와 세포 잔해를 선택적으로 제거할 수 있고, 반면에, 더 크고 살아 있는 생산적인 포유류 세포는 언더플로우를 통해 다시 관류 생물 반응기로 계속 재순환된다. 따라서, 단백질 생성물이 경사형 침강기의 정상부로부터 연속적으로 수확되는 동안, 높은 생존율 및 높은 세포 밀도에서 관류 생물 반응기 작업을 무한정으로 계속하는 것이 가능하다.
경사형 침강기는 이전에 다중 플레이트 또는 라멜라(lamellar) 침강기로서 규모 확장되었으며(Probstein, RF, 미국 특허 번호 4,151,084, 1979년 4월), 폐수 처리, 음용수 정화, 금속 마무리, 채광(mining) 및 촉매 재활용과 같은 여러 대규모 산업 공정에서 광범위하게 사용되고 있다(예컨대, Odueyngbo et al., 미국 특허 번호 7,078,439, 2006년 7월).
포유류 세포 배양 용례에서 분비된 단백질의 생산성을 향상시키기 위한 단일 플레이트 경사형 침강기(Batt et al., 1990)의 첫번째 시연을 인용하면, 다중 플레이트 또는 라멜라 침강 장치는 하이브리도마 세포 배양에 사용되기 위한 경사형 침강기의 규모 확장에 대해 특허를 받았다(Thompson and Wilson, 미국 특허 5,817,505, 1998년 10월). 그러한 라멜라 경사형 침강 장치는 높은 생물 반응기 생산성(높은 세포 밀도로 인한) 및 높은 생존율(＞90%)로 연속 관류 생물 반응기에서 재조합 포유류 세포를 장기간(예컨대, 관류 배양을 종료할 필요 없이 몇 개월 동안) 배양하기 위해 사용되었다. Kauling 등의 미국 특허 공개 번호 2011/0097800은 경사진 각도로 감싸진 원통형 튜브를 사용하는 경사형 침강기의 규모 확장 버젼을 설명한다. 이 장치는 CHO, BHK, HEK, HKB, 하이브리도마 세포, 섬모, 곤충 세포와 같은 더 큰 포유류 세포의 배양에 유용한 것으로 설명되어 있다.
이러한 세포 유지 장치 중의 어느 것도, 더 작고 따라서 더 어려운 미생물 세포의 관류 생물 반응기 배양에서 분비된 단백질 생성물을 수확하는 것에 대해 입증되지 않았다. 라멜라 침강기는 세포 침강을 조사하기 위해 효모 세포로 시험되었는데, 제한된 성공이 나타났다(Bungay 및 Millspaugh, Biotechnology 및 Bioengineering, 23:640-641, 1984). 하이드로사이클론은 주로 맥주로부터 효모 세포를 분리하기 위해 효모 현탁물에서 시험되었지만, 역시 제한된 성공만이 나타났다(Yuan et al., Bioseparation, 6:159-163, 1996; Cilliers 및 Harrison, Chemical Engineering Journal, 65:21-26, 1997).
따라서, 상대적으로 작은 공간에서 액체 현탁물의 입자에 대한 원심력과 중력을 이용할 수 있는 입자 침강 장치가 요망된다.
본 개시는 하우징 내에 배치되는 다층 경사 표면 상에서 향상된 침강이 일어나는 세포 또는 입자 침강 장치를 제공한다. 그 하우징은 사이클론 하우징일 수 있다. 본 개시의 입자 분리 장치는 많은 용례에서 사용될 수 있으며, 종래 기술의 분리 장치에 비해 큰 개선을 나타낼 수 있다. 이러한 침강 장치에서, 경사 표면은 복수의 수직 원통형 플레이트에 부착될 수 있다. 침강 장치는 나선형 원추형 표면, 또는 나선의 바닥에 연결된 각진 원추형 표면에 근접한 여러 개의 경사 플레이트를 포함할 수 있다. 다수의 적층된 경사 플레이트는, 액체분이 원추형 또는 나선형 침강 표면의 주변부로부터 침강 장치의 중심까지 점진적으로 이동하는 원추형 어셈블리 내부에서 아래쪽 또는 위쪽으로 이동하는 벌크 유체로부터의 입자의 침강 효율을 향상시킨다.
본 개시의 침강 장치는 하우징을 포함할 수 있고, 이 하우징은 하우징 내부에 위치되는 일련의 적층된 원추체를 둘러싸며, 이 원추체는 중심 개구까지 아래로 테이퍼져 있고, 수직 플레이트는 없다. 이 실시예의 원추체는 적층체에 있는 연속하는 원추체 사이의 거리(또는 채널 폭)를 유지하는 지지부에 의해 적층체에서 서로 상하로 지지된다. 그 지지부는 연속하는 원추체를 요구되는 거리(요구되는 채널 폭)로 이격시켜 위치시키기 위해 원추체 중의 하나 이상의 상측 및/또는 하측 표면에 부착되는 3개 이상의 돌출부를 포함할 수 있다. 선택적으로, 지지부는 원추체의 절두된 정점에 대해 원위에 있는 각 원추체의 표면에 상호 연결된 적어도 3개의 L-형 요소를 포함할 수 있다. L-형 요소는 정점에서 제2 측면에 상호 연결되는 제1 측면을 포함하고 표면에 상호 연결되며, 그래서 제1 측면이 원추체의 적층체에 있는 제2 원추체를 지지한다. 제2 측면은 원추체의 표면에 실질적으로 평행하다. 선택적으로, 제2 측면은 원추체를 하우징의 내부 표면으로부터 이격시키기 위해 원추체를 넘어 돌출할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층된 원추형 표면으로부터 액체 또는 현탁된 입자가 중심 개구 쪽으로 흐르는 것을 방지하는 플러그 또는 다른 방해물은 없다.
본 개시의 침강 장치는 하우징을 포함할 수 있고, 이 하우징은,
1) 각기 중심 개구부를 갖는 2개 이상의 적층된 원추체의 제1 적층체, 및
2) 각기 중심 개구를 가지며, 바닥에서 또는 그 바닥의 근처에서, 하우징의 바닥에 있는 중심 개구까지 아래로 테이퍼져 있는 원추형 표면과 결합하는 2개 이상의 적층된 원추체의 선택적인 제2 적층체를 둘러싼다.
적층된 원추체(2개 이상의 적층된 원추체의 제1 및 선택적인 제2 적층체 모두에 있는)는 각 원추체를 적층체에 있는 연속하는 다음 원추체의 위쪽에 지지하는 적어도 3개의 돌출부를 포함할 수 있다. 그 돌출부는 바람직하게는 실질적으로 일정한 거리에 배치되고, 적층체에 있는 각 연속하는 원추체를 그 적층체의 모든 원추체들 사이에 대략 동일한 간격으로 유지하기 위해 대체적으로 동일한 크기로 형성된다. 한 실시예에서, 각 연속하는 원추체를 적절하게 지지하기 위해 각 원추체를 위한 적어도 3개의 돌출부가 있지만, 각 원추체는 원추체를 적정하게 또는 적절하게 지지하기 위해 필요하면 3개 이상의 돌출부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 원추체는 적층체에 있는 연속하는 다음 원추체를 지지하기 위해 4개의 돌출부, 또는 8개의 돌출부를 포함할 수 있다.
돌출부 또는 "수직 지지부"는, 원추체의 표면을 따라 아래로 중심 개구 또는 하우징의 내주 주위에서 하우징과 원추체 사이에 있는 틈 쪽으로 슬라이딩하는 침강되는 입자 또는 세포에 대한 방해물을 나타낼 수 있다. 이러한 돌출부는 원추체의 한 표면에 부착되지만, 이러한 돌출부는 원추체의 적층체에 있는 다른 원추체에 부착될 필요는 없다. 따라서, 이러한 돌출부는 적층체에 있는 둘 이상의 원추체를 서로에 부착할 필요가 없으며 대부분의 실시예에서 부착하지 않는다.
바람직하게는 원추체의 적층체에 있는 각 연속하는 원추체를 지지하는 돌출부에 의해 생성된 각 연속하는 원추형 표면 사이에 실질적으로 일정한 간격이 있다. 연속하는 원추체들 사이의 간격은 약 1 mm 내지 약 2.5 cm에서 변할 수 있다.
각각이 다음의 연속하는 원추체에 의해 지지되지만 다음의 연속하는 원추체에 영구적으로 부착되지 않는 원추체의 연속하는 적층체에 의해 제공되는 침강 표면의 이러한 배치는, 입자 침강 장치 및 그에 있는 원추형 표면이 침강 장치 내부의 원추형 침강 표면의 분해 및 정화와 같은 정기적인 또는 지속적인 서비스를 필요로 하는 분리 용례에 특히 유용하다.
원추체의 제1 및 및 선택적인 제2 적층체의 이러한 배치는, 벌크 유체가 침강 장치를 통해 이동할 때 벌크 유체로부터의 입자의 침강 효율을 크게 향상시킨다. 세포와 같은 입자를 포함하는 벌크 액체가 본 개시의 침강 장치의 적층된 원추체를 통해 이동함에 따라, 더 큰 입자(예를 들어, 살아있고 생산적인 세포)는 원추체의 표면에 침강한다. 원추체의 상측 또는 제1 적층체를 따라 아래로 슬라이딩하는 세포는 원추형 표면을 따라 아래로 슬라이딩하여 원추체의 외측 가장자리로 가며, 수직으로 하우징의 원추형 섹션 안으로 떨어지게 된다. 추가적으로, 원추체의 하측 또는 제2 적층체를 따라 아래로 슬라이딩하는 세포는 원추형 표면을 따라 아래로 슬라이딩하여 원추체의 중심 개구로 가며, 수직으로 하우징의 중심 개구 쪽으로 떨어지게 된다.
이러한 장치는, 이전 침강 장치의 더 전형적인 1차원 또는 2차원 규모 조정과 비교하여, 분리 표면이 3차원적으로 체적 확장 또는 축소됨에 따라 상이한 산업 또는 용례 또는 크기의 분리 요구에 맞게 규모 확장 또는 축소될 수 있다.
본 개시의 장치의 규모 확장은, 하우징의 직경을 증가시키고(그리고 내부에 적층된 원추체의 직경을 대응적으로 증가시키고) 그리고/또는 하우징의 높이를 증가시켜(이로써 원추체의 제1 및 제2 적층체 중의 하나 또는 둘 모두에 있는 원추체의 수가 증가됨) 간단히 수행될 수 있다. 세포 침강을 위한 유효 투영 면적은 하우징 직경의 제곱에 비례하여 증가하고 또한 내부 원통의 높이에 비례하여 증가한다. 본 개시의 컴팩트한 침강 장치의 유효 침강 면적은 하우징 직경의 세제곱에 비례하여(내부 침강기의 높이도 비례적으로 증가한다고 가정) 또는 동등하게 하우징의 부피에 비례하여 확장된다. 유효 침강 면적의 이러한 3차원적 또는 부피 확장에 의해, 본 개시의 침강 장치는 이전의 경사형 침강 장치에 비해 훨씬 더 컴팩트하게 된다.
상이한 원통 또는 원추체 사이의 환형 영역에서의 반경 방향 간격은 약 1 cm 내지 약 10 cm일 수 있으며, 최적의 반경 방향 간격은 약 2.5 cm이다. 경사진 침강 원추체와 다음의 연속하는 원추체의 내부 표면 사이의 약 1 mm 내지 1 cm의 작은 간격은, 침강되는 입자(예컨대, 세포)가, 완전히 원추체의 바닥까지 아래로 슬라이딩하지 않고, 원추체의 표면을 따라 아래로 슬라이딩하여 측면에서 원추체를 나갈 수 있게 해주는 유용한 공간을 제공한다. 측면에서 나가는 세포는 각 원통의 내부를 따라 수직으로 침강한다. 이 침강하는 세포가 각 원통의 바닥에 있는 원추형 표면에 도달하면, 원추체의 경사 표면에서 아래로 슬라이딩하여 사이클론 하우징의 바닥에 있는 중심 개구로 가게 된다. 경사진 원추형 표면을 따라 아래로 중심 개구로 가면서 유체 속도가 증가하는 것의 이점은, 원추체를 따라 아래로 슬라이딩하는 점점 더 많아지는 수의 침강되는 세포가, 더 빠른 액체의 속도에 의해 축적되지 않고, 중심 개구로 휩쓸려 내려간다는 것이다.
침강 표면에 대한 경사각은 일정하거나 일정하지 않을 수 있으며 수직으로부터 약 15도 내지 약 75도이다. 더 끈적끈적한 입자(일반적으로 포유류 세포)와 함께 사용하기 위해, 경사각은 수직에 더 가까울 수 있다(즉, 수직으로부터 약 15도). 비점착성 고체 촉매 입자와 함께 사용하기 위해, 경사각은 수직으로부터 더 멀수 있다(예컨대, 수직으로부터 약 75도). 일부 실시예에서, 원추형 표면은, 경사각이 길이 방향 축선에 대해 약 10도 내지 약 80도, 또는 약 15도 내지 약 75도에서 변하도록 아치형의 길이 방향 단면을 갖는다.
본 개시의 모든 침강 장치는, 제1 개구의 반대편에 있는 하우징의 단부에서 하우징의 적어도 일부분 위에 폐쇄부 또는 뚜껑을 포함할 수 있다. 이들 모든 실시예에서, 폐쇄부 또는 뚜껑은 또한 액체를 제거하거나 액체를 침강 장치 안으로 유입시키기 위한 출구 또는 포트를 포함할 수 있다. 하우징 및/또는 뚜껑에 있는 개구 및 추가 포트 또는 출구는 하우징의 외부 및 내부와 액체 연통하여, 침강 장치의 하우징 안팎으로 액체가 통과할 수 있도록 하고, 이러한 개구 또는 입구/출구의 각 예에서, 하우징 안팎으로의 이러한 통로는, 본 개시의 침강 장치 안으로 또는 밖으로의 액체의 유동을 중지하거나 제한하기 위해 개방되거나 폐쇄될 수 있는 밸브 또는 다른 기구를 포함할 수 있다.
본 개시의 입자 침강 장치는 하우징 및 이 하우징 내부에 배치되는 적어도 하나의 수직 튜브를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 수직 튜브는, 일 단부에서, 사이클론 하우징의 제1 개구까지 아래로 테이퍼져 있는 원추형 표면과 결합된다. 제1 개구의 실질적으로 반대편에서 하우징에 적어도 하나의 추가 개구가 있다.
원추형 표면에 대한 경사각은 일 실시예에서 수직으로부터 약 45도이거나 수직으로부터 약 15도 내지 수직으로부터 약 75도일 수 있다. 선택적으로, 하우징의 원추형 표면 및/또는 정상 또는 바닥은, 경사각이 수직으로부터 약 15도 내지 수직에서 약 75도에서 변하도록 오목하거나 또는 볼록한 형상을 가질 수 있다.
서로 인접하는 수직 튜브들 사이에 형성된 환형의 링형 채널의 폭은 약 1 mm 내지 약 50 mm 이다. 침강 장치 내의 수직 튜브의 수는 약 2개 내지 약 30개일 수 있다.
침강 장치는 제1 개구의 반대편에 있는 하우징의 단부에서 하우징의 적어도 일부분에 대한 폐쇄부를 포함할 수 있다. 하우징에 있는 적어도 하나의 추가 개구는 하우징의 외부 및 내부와 액체 연통하여, 적어도 하나의 수직 튜브에 접하는 하우징의 측면으로부터 개방되도록 구성될 수 있다.
액체 수확 출구가 하우징의 외부 및 내부와 액체 연통하여, 폐쇄부에 형성될 수 있다.
본 개시의 한 양태는 세포 치료 제품, 생물학적 단백질, 폴리펩티드 또는 호르몬, 백신, 바이러스 벡터 또는 유전자 치료 제품의 생산에 사용하기 위해 작동 가능한 침강 장치이다. 이 침강 장치는 (1) 포트를 갖는 하측 원추형 부분; (2) (ⅰ) 하측 원추형 부분과 접촉하고 그로부터 위쪽으로 연장되는 하단부, (ⅱ) 상단부 및 (ⅲ) 내부 벽을 갖는 원통형 부분; (3) 침강 장치 내부에 제공되는 복수의 원추체 - 복수의 원추체의 각 원추체는 (ⅰ) 하측 원추형 부분 쪽으로 배향되는 제1 개구를 갖는 본체, (ⅱ) 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 (ⅲ) 내부 벽으로부터 이격되어 있고 제2 개구에 근접하는 외부 가장자리를 가짐 -; (4) 원통형 부분의 상단부에 연결되는 상측 부분; 및 (5) 원통형 부분의 내부 벽과 원추체의 외부 가장자리 사이의 환형 공간에서 상측 부분으로부터 아래쪽으로 연장되는 외측 도관을 포함한다. 한 실시예에서, 복수의 원추체는 침강 장치의 길이 방향 축선 주위에 대략 중심 맞춤된다.
하측 원추형 부분의 포트는 길이 방향 축선과 대략 동심으로 정렬될 수 있다. 선택적으로, 침강 장치는 하측 원추형 부분을 통과하는 단지 하나의 포트를 갖는다.
한 실시예에서, 외측 도관은 길이 방향 축선에 대략 평행하게 배향된다.
외측 도관은 침강 장치로부터 유체를 인출하기 위해 내강(lumen) 및 오리피스를 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 오리피스는 원통형 부분의 상단부와 하단부사이에 위치되어, 침강 장치 내의 미리 결정된 레벨로부터 유체를 인출한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 센서가 침강 장치 내의 조건을 측정하기 위해 외측 도관과 관련되어 있을 수 있다. 한 실시예에서, 그 센서는 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아, 및 온도 중의 적어도 하나를 측정하도록 작동 가능하다. 센서는 원통형 부분의 상단부와 하단부 사이에 위치될 수 있다.
한 실시예에서, 센서는 형광 프로브이다. 이 형광 프로브로부터 빛을 받는 판독기(또는 계량기(meter))가 외측 도관에 위치될 수 있다. 선택적으로, 외측 도관은 형광 프로브로부터의 빛이 통과할 수 있도록 투명하거나 반투명하다.
판독기는 형광 프로브로부터 데이터를 제어 시스템에 전송할 수 있다. 한 실시예에서, 판독기는 데이터를 제어 시스템에 전송하기 위한 광섬유 또는 와이어를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 판독기는 무선 수단을 사용하여 데이터를 제어 시스템에 전송할 수 있다.
선택적으로, 침강 장치는 환형 공간 안으로 연장되는 복수의 외측 도관을 포함한다. 한 실시예에서, 외측 도관 중의 제1 외측 도관은 제1 길이를 가지며 외측 도관 중의 제2 외측 도관은 제1 길이와 다른 제2 길이를 갖는다. 이러한 방식으로, 제1 외측 도관은 원통형 부분의 제1 높이에서 조건을 샘플링하거나 유체를 인출할 수 있고, 제2 외측 도관은 제1 높이와 다른 원통형 부분의 제2 높이에서 조건을 샘플링하거나 유체를 인출할 수 있다.
한 실시예에서, 상측 부분은 원추 형상을 갖는다. 원추형 상측 부분은 제1 단부 및 제2 단부를 포함한다. 제1 단부는 제1 직경을 가지며 제2 단부는 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는다.
한 실시예에서, 제1 단부는 하측 원추형 부분 쪽으로 배향된다. 선택적으로, 상측 부분의 제1 단부는 복수의 원추체 중의 최상측 원추체의 제1 개구와 제2 개구 사이에 위치된다.
침강 장치는 상측 부분의 제1 단부로부터 연장되는 제2 도관을 선택적으로 포함한다. 제2 도관은 복수의 원추체 중의 최상측 원추체의 제1 개구를 통해 아래쪽으로, 복수의 원추체의 제1 개구에 의해 규정되는 중심 칼럼 안으로 연장되어 있다.
한 실시예에서, 제2 도관은, 제2 도관의 제2 단부가 원통형 부분의 제2 레벨에 있도록 제2 길이를 갖는다. 추가적으로, 외측 도관은, 외측 도관의 제1 단부가 제2 레벨과 다른 원통형 부분의 제1 레벨에 있도록 해주는 제1 길이를 가질 수 있다.
한 실시예에서, 제2 도관은 중심 칼럼 내의 유체의 조건을 측정하기 위한 센서를 포함한다. 이 센서는 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 적어도 하나를 측정하도록 작동할 수 있다. 센서는 중심 칼럼의 상단부와 하단부 사이에 위치될 수 있다. 선택적으로, 제2 도관은 투명하거나 반투명하여, 센서로부터 빛을 제2 도관 내에 위치된 판독기에 전송한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제2 도관은 중심 칼럼으로부터 유체를 인출하기 위해 내강 및 오리피스를 갖는다.
선택적으로, 침강 장치는 중심 칼럼 안으로 연장되는 복수의 제2 도관을 포함한다. 한 실시예에서, 복수의 제2 도관 각각은, 제2 도관 각각이 중심 칼럼의 다른 레벨에서 조건을 샘플링하거나 유체를 인출할 수 있도록 해주는 상이한 길이를 갖는다.
한 실시예에서, 침강 장치는 침강 장치 내에 위치되는 제1 분배기 요소를 더 포함한다. 제1 분배기 요소는 침강 장치 내로 유체를 도입하거나 침강 장치로부터 유체를 인출하도록 작동 가능하다.
제1 분배기 요소는 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있는 제1 링을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제1 링은 가장 낮은 원추와 접촉하고 이를 지지한다. 대안적으로, 제1 링은 가장 낮은 원추체로부터 이격되어 있다.
한 실시예에서, 제1 링은 가장 낮은 원추체의 제2 개구 아래에 위치된다. 선택적으로, 제1 링은 가장 낮은 원추체의 제2 개구와 제1 개구 사이에 위치된다.
한 실시예에서, 제1 링은 환형 공간에서 위쪽으로 상측 부분까지 연장되어 있는 제1 튜브에 연결된다. 제1 튜브는 복수의 원추체 중의 하나 이상의 외측 가장자리와 접촉할 수 있다. 대안적으로, 제1 튜브는 외측 가장자리로부터 이격된다. 제1 링은 선택적으로 2 내지 5개의 제1 튜브를 갖는다.
제1 링은 유체가 침강 장치 안으로 유입하기 위한 복수의 구멍을 포함한다. 한 실시예에서, 제1 링의 구멍은 가스가 그를 통과해 흐르기 위한 크기로 되어 있다. 선택적으로, 공기, O2, CO2 및 N2 중의 하나 이상이 제1 분배기 요소를 통해 침강 장치 안으로 도입될 수 있다,
추가적으로 또는 대안적으로, 침강 장치는 침강 장치 내부에 위치되는 제2 분배기 요소를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 제2 분배기 요소는 제1 분배기 요소와는 별개이다.
제2 분배기는 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있는 제2 링을 포함한다. 한 실시예에서, 제2 링은 제1 링과 가장 낮은 원추체의 제1 개구 사이에 위치된다.
한 실시예에서, 제2 링은 가장 낮은 원추체와 접촉한다. 대안적으로, 제2 링은 가장 낮은 원추체로부터 이격되어 있다.
제2 링은 환형 공간에서 위쪽으로 상측 부분까지 연장되어 있는 제2 튜브를 포함한다. 제2 링은 2 내지 5개의 제2 튜브를 선택적으로 갖는다.
대안적으로, 제1 분배기 요소는 본체를 포함하고, 이 본체는 (ⅰ) 하측 표면; (ⅱ) 본체의 하측 표면과 하측 원추형 부분의 내부 표면 사이에 채널을 형성하기 위해 하측 표면으로부터 연장되어 있는 하측 돌출부; (ⅲ) 상측 표면; (ⅳ) 본체의 상측 표면과 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체 사이에 공간을 형성하기 위해 상측 표면으로부터 연장되어 있는 상측 돌출부; 및 (ⅴ) 본체의 큰 단부에 근접하여 본체를 통해 연장되어 있는 복수의 구멍을 갖는다.
한 실시예에서, 복수의 원추체의 각 원추체의 내부 표면은 볼록하다. 각 원추체의 내부 표면은 길이 방향 축선에 대해 대략 5도 내지 대략 85도의 각도로 배향될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 원추체의 본체의 길이 방향 단면이 아치형 선을 형성한다. 한 실시예에서, 그 선은 제1 개구에 근접한 제1 곡률 반경 및 제2 개구에 근접한 제2 곡률 반경을 가지며, 제2 곡률 반경은 제1 곡률 반경과 상이하다.
본 개시의 다른 양태는 현탁물 내의 입자를 침강시키는 방법이며, 이 방법은 (1) 입자의 액체 현탁물을 침강 장치 안으로 도입하는 단계 - 침강 장치는 (ⅰ) 포트를 갖는 하측 원추형 부분; (ⅱ) 하측 원추형 부분과 접촉하고 그로부터 위쪽으로 연장되는 하단부, 상단부 및 내부 벽을 갖는 원통형 부분; (ⅲ) 침강 장치 내부에 제공되는 복수의 원추체 - 복수의 원추체의 각 원추체는, 하측 원추형 부분 쪽으로 배향되는 제1 개구, 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 내부 벽으로부터 이격되어 있고 제2 개구에 근접하는 외부 가장자리를 갖는 본체를 포함함 -; (ⅳ) 원통형 부분의 상단부에 연결되는 상측 부분; (ⅴ) 상측 부분으로부터 연장되어 있고, 복수의 원추체의 제1 개구에 의해 규정되는 중심 칼럼 내부에 위치되는 오리피스를 포함하는 제1 도관; (ⅵ) 원통형 부분의 내부 벽과 원추체의 외부 가장자리 사이의 환형 공간에서 상측 부분으로부터 아래쪽으로 연장되는 외측 도관; 및 (ⅶ) 외측 도관과 관련되어 있는 센서를 포함함 -; (2) 외측 도관과 관련되어 있는 센서로 환형 공간 내의 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 하나 이상을 측정하는 단계; (3) 정화된 액체를 제1 도관의 오리피스를 통해 수집하는 단계; 및 (4) 하측 원추형 부분의 포트로부터 농축된 액체 현탁물을 수집하는 단계를 포함한다.
한 실시예에서, 액체 현탁물은 재조합 세포 현탁물, 알코올 발효, 고체 촉매 입자의 현탁물, 도시 폐수, 산업 폐수, 포유류 세포, 박테리아 세포, 효모 세포, 식물 세포, 조류(algae) 세포, 식물 세포, 포유류 세포, 쥐과 하이브리도마 세포, 줄기 세포, CAR-T 세포, 적혈구 전구체 및 성숙 세포, 심근세포, 맥주 내 효모, 및 진핵 세포 중의 적어도 하나를 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 액체 현탁물은 피치아 파스토리스, 출아효모, 클루이베로마이세스 락티스, 흑국균, 대장균 및 고초균 중의 적어도 하나로부터 선택된 재조합 미생물 세포 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 실시예에서, 액체 현탁물은 미세담체 비드(microcarrier bead), 친화성 리간드, 및 표면 활성화 미소구형 비드 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 수집된 정화된 액체는 생물학적 분자, 유기 또는 무기 화합물, 화학 반응물, 화학 반응 생성물, 탄화수소(예컨대, 테르펜, 이소프레노이드, 폴리프레노이드), 폴리펩티드, 단백질(예컨대, 브라제인, 집락 자극 인자), 알코올, 지방산, 호르몬(예컨대, 인슐린, 성장 인자), 탄수화물, 당단백질(예컨대, 에리트로포이에틴, 모노클로날 항체), 맥주 및 바이오디젤 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 방법은 침강 장치 내의 pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 그 제어는 (ⅰ) 침강 장치 안으로 들어가는 가스의 유량을 조작하고, 그리고 (ⅱ) 침강 장치 안으로 들어가는 다른 액체 매체 성분의 유량을 조작하는 것 중의 적어도 하나를 포함한다. 선택적으로, 가스는 공기, O2, CO2 및 N2 중의 적어도 하나이다. 가스는 제1 분배기 요소를 통해 도입될 수 있다. 한 실시예에서, 액체 매체 성분은 제2 분배기 요소를 통해 펌핑된다.
한 실시예에서, 입자의 액체 현탁물을 침강 장치 안으로 도입하는 단계는, 침강 장치 내부에 위치되는 분배기 요소를 통해 액체 현탁물을 펌핑하는 것을 포함한다. 분배기 요소는 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체의 제2 개구 아래에 위치될 수 있다.
침강 장치는 침강 장치 내부에 위치되는 제1 분배기 요소를 포함할 수 있고, 이 분배기 요소는 (ⅰ) 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있고, 가장 낮은 원추체의 제1 개구와 제2 개구 사이에 위치되는 제1 링; 및 (ⅱ) 제1 링으로부터 위쪽으로 환형 공간 안으로 들어가 상측 부분까지 연장되어 있는 제1 튜브를 포함한다.
선택적으로, 침강 장치는 침강 장치 내부에 위치되는 제2 분배기 요소를 포함하고, 이 분배기 요소는 (ⅰ) 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있고, 제1 링과 가장 낮은 원추체의 제1 개구 사이에 위치되는 제2 링; 및 (ⅱ) 제2 링으로부터 위쪽으로 환형 공간 안으로 들어가 상측 부분까지 연장되어 있는 제2 튜브를 포함한다.
일부 실시예에서, 본 방법은 상측 부분으로부터 연장되는 제2 도관과 관련되어 있는 센서로 중심 칼럼 내의 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 하나 이상을 측정하는 단계를 더 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본 방법은 중심 칼럼에 위치되어 있는 센서로 중심 칼럼 내의 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 하나 이상을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 센서는 제1 도관과 관련된다. 대안적으로, 그 센서는 상측 부분으로부터 중심 칼럼 안으로 연장되는 제3 도관과 관련되어 있다.
다른 실시예에서, 상측 부분은 원추 형상을 갖는다. 원추형 상측 부분은 제1 직경을 갖는 제1 단부 및 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 단부를 갖는다.
한 실시예에서, 제1 단부는 하측 원추형 부분 쪽으로 배향된다. 선택적으로, 상측 부분의 제1 단부는 복수의 원추체 중의 최상측 원추체의 제1 개구와 제2 개구 사이에 위치된다.
본 개시의 다른 양태는 입자 침강 장치이며, 이 장치는 (1) 제1 원추형 부분; (2) 제2 원추형 부분; (3) 제1 원추형 부분과 제2 원추형 부분 사이에 위치되는 원통형 부분; (4) 액체를 하우징 내로 도입하기 위한 적어도 하나의 입구; (5) 제1 출구 포트; (6) 제2 출구 포트; 및 (7) 하우징 내에 위치되는 원추체의 제1 적층체 중의 하나 이상을 포함하는 하우징을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 한 실시예에서, 제1 출구 포트는 제1 원추형 부분과 관련되어 있고 제2 출구 포트는 제2 원추형 부분과 관련되어 있다. 선택적으로, 하우징 안으로 도입되는 액체는 입자를 포함하는 액체 현탁물일 수 있다. 입자는 복수의 크기를 가질 수 있다.
한 실시예에서, 제1 출구 포트는 정화된 액체를 수집하기 위한 것일 수 있다. 정화된 액체는 입자의 제1 부분 세트를 포함할 수 있다. 입자의 제1 부분 세트는 세포 잔해, 죽은 세포 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제1 출구 포트는 하우징의 폐쇄부에 형성될 수 있다. 제1 출구 포트는 하우징의 외부 및 내부와 액체 연통한다.
선택적으로, 다른 실시예에서, 제2 출구 포트는 농축된 액체를 수집하기 위한 것일 수 있다. 농축된 액체는 살아있는 세포와 같은 입자의 제2 부분 세트를 포함할 수 있다. 전형적으로, 입자의 제2 부분 세트의 입자는 일반적으로 입자의 제1 부분 세트의 입자보다 더 크다. 입자의 제2 부분 세트의 각 입자는 일반적으로 입자의 제1 부분 세트의 입자 보다 큰 질량을 갖는다. 제2 출구 포트는 하우징의 외부 및 내부와 액체 연통한다.
원추체의 제1 적층체는 제1 원추형 부분의 적어도 일부분을 차지한다. 선택적으로, 원추체의 제1 적층체는 원통형 부분의 적어도 일부분을 차지한다. 선택적으로, 원추체의 제1 적층체의 하나 이상의 원추체는 제1 출구 포트 쪽으로 배향되는 절두된 정점을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 원추체의 제1 적층체의 적어도 하나의 원추체에는 중심 개구가 없다. 다른 실시예에서, 원추체의 제1 적층체의 각 원추체는 제2 출구 포트 쪽으로 배향되는 개방 기부를 포함한다. 원추체의 제1 적층체의 원추체는 일반적으로 하우징 안에 중심 맞춤되며, 예를 들어, 원추체의 제1 적층체의 원추체는 하나 이상의 원추체의 절두된 정점에 의해 형성되는 실질적으로 중심 개구 주위에 중심 맞춤될 수 있다.
선택적으로, 하우징은 원추체의 제2 적층체를 더 포함할 수 있다. 원추체의 제2 적층체는 제2 원추형 부분의 적어도 일부분을 차지할 수 있고 또한 원통형 부분의 적어도 일부분을 차지할 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 제2 적층체의 각 원추체는 원추체의 제1 적층체의 원추체에 대해 횡방향으로 있다.
선택적으로, 원추체의 제1 적층체에 있는 원추체의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 15도 내지 약 75도일 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 표면은, 원추체 표면의 단면이 아치형 선을 규정하도록 볼록하거나 오목하다. 다른 실시예에서, 원추체의 경사각은 수직으로부터 15도 내지 75도의 임의의 각도로 일정할 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 경사각은 약 45도이다.
다른 실시예에서, 원추체의 제2 적층체의 각 원추체는 제2 출구 포트 쪽으로 배향되는 절두된 정점을 포함한다. 원추체의 제2 적층체의 각 원추체는 또한 제1 출구 포트 쪽으로 배향되는 개방 기부를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 제2 적층체의 원추체는 일반적으로 하우징 안에 중심 맞춤된다. 다른 실시예에서, 원추체의 제2 적층체의 원추체는 하나 이상의 원추체의 절두된 정점에 의해 형성되는 실질적으로 중심 개구 주위에 중심 맞춤된다.
한 실시예에서, 원추체의 제2 적층체에 있는 원추체의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 15도 내지 약 75도이다. 원추체의 제2 적층체에 있는 원추체의 경사각은 약 45도일 수 있다.
한 실시예에서, 원추체의 제1 적층체의 원추체는 실질적으로 균일한 간격을 갖는다. 추가로, 원추체의 제2 적층체의 원추체는 실질적으로 균일한 간격을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 제1 적층체의 원추체는 원추체의 제2 적층체의 원추체와 비교하여 다른 간격을 갖는다.
적어도 하나의 입구는 하우징의 외부 및 내부와 액체 연통하는 입구 포트로서 구성된다. 적어도 하나의 입구는 하우징의 제1 원추형 부분, 제2 원추형 부분, 및 원통형 부분 중의 적어도 하나와 관련될 수 있다. 한 실시예에서, 적어도 하나의 입구 중의 제1 입구는 하우징의 원통형 부분과 관련된다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 입구 중의 제2 입구는 제1 및 제2 원추형 부분 중의 하나와 관련된다. 또 다른 실시예에서, 제2 입구는 제2 원추형 부분과 관련된다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 입구는 일회용 생물 반응기 백에 상호 연결되도록 구성된다. 일회용 생물 반응기 백은 플라스틱 재료를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 양태는 세포 치료 제품, 생물학적 단백질, 폴리펩티드 또는 호르몬의 생산에 사용하기 위해 작동 가능한 침강 장치이며, 이 침강 장치는 (1) 중심 포트 및 적어도 하나의 주변 포트를 갖는 상측 부분; (2) 원통형 부분; (3) 중간 포트 및 적어도 하나의 외측 포트를 갖는 하측 부분; (4) 침강 장치 내부에 위치되는 원추체의 적층체 - 원추체의 적층체의 각 원추체는 제1 개구, 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 제2 개구에 근접한 구멍을 포함하고, 제1 개구 각각은 상측 부분과 하측 부분 중의 하나 쪽으로 배향되며, 원추체의 적층체는 일반적으로 침강 장치의 길이 방향 축선 주위에 중심 맞춤됨 -; (5) 길이 방향 축선에 대략 평행하게 배향되며 원추체의 구멍을 통해 연장되는 정렬 요소; 및 (6) 원추체의 적층체의 가장 낮은 원추체 아래에 위치되는 분배기 요소를 포함한다.
한 실시예에서, 원추체의 적층체에 있는 적어도 하나의 원추체는 플라스틱을 포함하고 침강 장치는 일회용이다.
다른 실시예에서, 원추체의 적층체에 있는 각 원추체의 내부 표면은 볼록하고 길이 방향 축선에 대해 대략 5도 내지 대략 85도의 각도로 배향된다.
선택적으로, 각 원추체의 내부 표면은 제1 개구에 근접한 제1 곡률 반경 및 제2 개구에 근접한 제2 곡률 반경을 가지며, 제2 곡률 반경은 제1 곡률 반경과 상이하다.
한 실시예에서, 각 원추체의 제2 개구는 원추체의 큰 원형 가장자리에 의해 규정되고, 구멍은 그 큰 원형 가장자리로부터 이격된다.
한 실시예에서, 정렬 요소는 상측 부분의 주변 포트를 통해 연장되는 튜브를 포함한다.
다른 실시예에서, 튜브는 침강 장치로부터 유체를 인출하기 위해 내강 및 오리피스를 포함하고, 그 오리피스는 침강 장치 내의 미리 결정된 레벨로부터 유체를 인출하도록 위치된다.
한 실시예에서, 하측 부분의 내부 표면은 볼록하고, 원통형 부분에 근접한 최대 직경으로부터 하단부에서의 최소 직경까지 아치형 경로를 따라 테이퍼져 있다.
다른 실시예에서, 분배기 요소는 (i) 하측 표면; (ii) 하측 표면으로부터 연장되는 하측 돌출부; (iii) 상측 표면; (iv) 상측 표면으로부터 연장되는 상측 돌출부; 및 (v) 본체의 큰 단부에 근접한 복수의 구멍을 갖는 본체를 포함한다.
한 실시예에서, 하측 표면은 침강 장치의 하측 부분의 적어도 하나의 외측 포트 위에 위치된다. 다른 실시예에서, 하측 돌출부는 본체의 하측 표면과 침강 장치의 하측 부분의 내부 표면 사이에 채널을 형성한다. 선택적으로, 상측 돌출부는 본체의 상측 표면과 원추체의 적층체의 가장 낮은 원추체 사이의 공간을 규정한다.
한 실시예에서, 침강 장치는, 분배기 요소의 본체의 상측 표면으로부터 돌출하고 가장 낮은 원추체의 구멍을 통해 연장되는 핀을 더 포함한다.
한 실시예에서, 정렬 요소는 핀에 결합된다. 선택적으로, 가장 낮은 원추체는 분배기 요소의 본체의 상측 돌출부와 접촉하여 제공된다.
한 실시예에서, 원추체의 적층체에 있는 각 원추체의 제1 개구는 상측 부분 쪽으로 배향된다.
대안적으로, 다른 실시예에서, 원추체의 적층체에 있는 각 원추체의 제1 개구는 하측 부분 쪽으로 배향된다.
다른 실시예에서, 침강 장치는 침강 장치 내의 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 적어도 하나를 측정하기 위한 센서를 더 포함한다. 선택적으로, 그 센서는 정렬 요소와 관련되어 있다.
한 실시예에서, 분배기 요소는 침강 장치의 하측 부분의 내부 표면 안으로 연장되는 복수의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 정상 단부와 바닥 단부를 갖는다.
선택적으로, 정상 단부는 가장 낮은 원추체의 제2 개구 위로 연장되고 바닥 단부는 가장 낮은 원추체의 제2 개구 아래에 위치된다.
본 개시의 다른 양태는 침강 장치이며, 이 침강 장치는 (1) 제1 원추형 부분, 제1 원통형 부분 및 적어도 하나의 포트를 포함하는 상측 하우징; (2) 상측 하우징에 상호 연결 가능하고, 제2 원추형 부분, 제2 원통형 부분 및 적어도 하나의 포트를 포함하는 하측 하우징; 및 (3) 침강 장치 내부에 위치되는 원추체의 적층체를 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 원추체의 적층체의 각 원추체는 제1 원추형 부분 쪽으로 배향되는 작은 개구 및 제2 원추형 부분 쪽으로 배향되는 큰 개구를 포함하고, 원추체의 제1 적층체는 일반적으로 침강 장치의 길이 방향 축선 주위에 중심 맞춤된다. 선택적으로, 상측 하우징은 하측 하우징의 제2 플랜지에 결합하도록 구성된 제1 플랜지를 더 포함한다. 상측 하우징은 하측 하우징에 영구적으로 결합될 수 있다.
이들 장치에서, 원추체의 제1 적층체에 있는 원추체의 표면은 길이 방향 축선에 대해 대략 15도 내지 대략 85도의 각도로 있다. 선택적으로, 제1 및 제2 원추형 부분은 길이 방향 축선 쪽으로 내측으로 오목하다. 한 실시예에서, 원추체의 본체의 길이 방향 단면은 아치형의 선을 형성한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 원추형 부분은 길이 방향 축선 쪽으로 내측으로 오목하고, 제2 원추형 부분은 길이 방향 축선으로부터 떨어지는 방향으로 바깥쪽으로 오목하다. 한 실시예에서, 침강 장치는 침강 장치 내에 위치되는 원추체의 제2 적층체를 포함한다. 다른 실시예에서, 원추체의 제2 적층체에 있는 각 원추체는 제1 원추형 부분으로부터 멀어지는 방향으로 배향되는 작은 개구 및 제1 원추 부분 쪽으로 배향되는 큰 개구를 포함한다. 선택적으로, 원추체의 제2 적층체에 있는 원추체는 길이 방향 축선으로부터 멀어지는 방향으로 바깥쪽으로 오목한 본체를 갖는다.
본 개시의 임의의 침강 장치에서, 하우징 및/또는 원추체 및/또는 침강 장치의 임의의 다른 구성 요소는 금속 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 등 중의 하나 이상일 수 있다. 한 실시예에서, 침강 장치는 전체적으로 플라스틱으로 형성된다. 다른 실시예에서, 원추체의 적층체에 있는 적어도 하나의 원추체는 적어도 부분적으로 스테인레스강으로 구성된다. 금속 표면(특히 스테인레스강)은 매끄러운 표면을 제공하기 위해 전해 연마될 수 있다. 유사하게, 본 개시의 임의의 침강 장치에서, 하우징 및/또는 원추체 및/또는 침강 장치의 임의의 다른 구성 요소는 테플론 또는 실리콘과 같은 비점착성 플라스틱 중의 하나 이상으로 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다.
본 개시의 임의의 침강 장치에서, 하우징은 제1 원추형 부분, 제2 원추형 부분 및/또는 원통형 부분 중의 하나 이상과 관련된 유체 재킷을 더 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 그 유체 재킷은 제2 원추형 부분 및 원통형 부분과 관련되어 있다. 유체 재킷은 미리 결정된 온도의 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 포트를 포함할 수 있다. 선택적으로, 유체 재킷은 유체 재킷으로부터 유체를 빼내기 위한 제2 포트를 포함할 수 있다. 사이클론 하우징과 그의 모든 내용물을 원하는 온도 범위 내로 유지하기 위해 물 또는 다른 유체가 유체 재킷 안으로 보내질 수 있다. 재킷에 도달하기 위해 포트가 사이클론 하우징의 외벽에 형성될 수 있다. 그 포트는 재킷을 통한 냉각 또는 가열 유체의 순환을 위한 입구 또는 출구 포트로서 기능할 수 있다.
본 개시의 임의의 침강 장치에서, 하나 이상의 센서가 침강 장치의 내부의 물리적 조건을 모니터링하기 위해 위치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 센서가 본 개시의 침강 장치에 상호 연결되는 배관 라인 내의 조건을 모니터링하기 위해 위치될 수 있다. 배관 라인은 침강 장치의 바닥 출구 포트에 상호 연결되는 복귀 라인일 수 있다.
이들 센서는 침강 장치의 하우징 또는 침강 장치에 연결되는 배관 라인 내의 pH, 용존 산소(DO), 포도당, 온도, CO2(부분 CO2로 알려져 있는 용존 CO2 포함), 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 하나 이상을 결정하도록 선택될 수 있다. 센서는 하우징 또는 배관 라인 내의 용액과 접촉하는 하나 이상의 프로브를 포함할 수 있다. 이 프로브는 침강 장치의 내부 표면 또는 배관 라인에 부착될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 센서 및/또는 프로브가 침강 장치의 하측 원추형 부분 내에 위치되고, 측면 포트 및 바닥 포트 중의 하나 이상으로부터 이격될 수 있다.
이러한 프로브(들)는 비접촉식으로 데이터를 판독기에 전송할 수 있다. 이러한 방식으로, 프로브는 침강 장치 및/또는 라인 내의 조건을 측정하고 데이터를 침강 장치 외부의 판독기에 전송할 수 있다. 프로브 중의 하나 이상은 형광 프로브일 수 있다. pH, DO, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아, 온도 및 pCO2 중의 하나 이상이 침강 장치 내의 프로브로 측정될 수 있다. 프로브는 하우징의 일부분에 부착될 수 있다. 하우징의 일부분은 형광 프로브에 의해 생성된 빛을 투과시키도록 작동 가능할 수 있다. 여기서 설명되는 바와 같이, 하우징의 일부분은 투명하거나 반투명할 수 있다. 판독기(또는 계량기)는 형광 프로브로부터 빛을 받는다. 판독기는 또한 형광 프로브에 의해 전송된 빛을 수집하는 광섬유를 포함할 수 있다.
당업자에게 공지된 임의의 적절한 센서 또는 프로브가 본 개시의 침강 장치와 함께 사용될 수 있다. 적절한 프로브와 판독기는 Scientific Bioprocessing, Inc. 및 PreSens Precision Sensing GmbH를 포함하여 다양한 공급업체로부터 구할 수 있다. 다른 구성에서, 침강 장치 내의 프로브는 네트워크 연결을 통해 데이터를 침강 장치 외부의 판독기에 전송할 수 있다. 예를 들어, 프로브는 WiFi, Bluetooth 또는 다른 유선 또는 무선 통신 방식을 통해 판독기와 통신할 수 있다.
본 개시의 침강 장치의 작동에서, 이들 센서(들)로부터의 데이터는 유체 재킷 내의 유체의 온도를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서로부터의 데이터는 입자 침강 장치 내의 pH, 온도, 용존 산소 농도, 용존 이산화탄소, 및 영양물 농도 중의 하나 이상을 조정하거나 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 침강 장치 안으로 유입되거나 그 밖으로 유출되는 유체의 유량은 침강 장치 내의 pH, 온도, 용존 산소 농도, 용존 이산화탄소 및 영양물 농도 중의 하나 이상을 조정하거나 제어하기 위해 변경될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 침강 장치 안으로 들어가는 공기, O2, CO2 및/또는 N2 중의 적어도 하나의 유량은 침강 장치 내의 조건을 제어하도록 조정될 수 있다.
다른 양태는 현탁물 내의 입자를 침강시키는 방법이며, 이 방법은 (1) 입자의 액체 현탁물을 침강 장치 안으로 도입하는 단계 - 침강 장치는 (a) 중심 포트 및 적어도 하나의 주변 포트를 갖는 상측 부분;(b) 원통형 부분; (c) 중간 포트 및 적어도 하나의 외측 포트를 갖는 하측 부분; (d) 침강 장치 내부에 위치되는 원추체의 적층체 - 원추체의 적층체의 각 원추체는 제1 개구, 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 제2 개구에 근접한 구멍을 포함하고, 제1 개구 각각은 상측 부분과 하측 부분 중의 하나 쪽으로 배향되며, 원추체의 적층체는 일반적으로 침강 장치의 길이 방향 축선 주위에 중심 맞춤됨 -; (e) 길이 방향 축선에 대략 평행하게 배향되며 원추체의 구멍을 통해 연장되는 정렬 요소; 및 (f) 원추체의 적층체의 가장 낮은 원추체 아래에 위치되는 분배기 요소를 포함함 -; (2) 상측 부분의 중심 포트로부터 정화된 액체를 수집하는 단계; 및 (3) 하측 부분의 중간 포트로부터 농축된 액체 현탁물을 수집하는 단계를 포함한다.
한 실시예에서, 액체 현탁물은 재조합 세포 현탁물, 알코올 발효, 고체 촉매 입자의 현탁물, 도시 폐수, 산업 폐수, 포유류 세포, 박테리아 세포, 효모 세포, 식물 세포, 조류(algae) 세포, 식물 세포, 포유류 세포, 쥐과 하이브리도마 세포, 줄기 세포, CAR-T 세포, 적혈구 전구체 및 성숙 세포, 심근세포, 맥주 내 효모, 및 진핵 세포 중의 적어도 하나를 포함한다.
다른 실시예에서, 액체 현탁물은 (a) 피치아 파스토리스, 출아효모, 클루이베로마이세스 락티스, 흑국균, 대장균 및 고초균 중의 적어도 하나로부터 선택된 재조합 미생물 세포; 및 (b) 미세담체 비드, 친화성 리간드, 및 표면 활성화 미소구형 비드 중의 하나 이상 중의 적어도 하나를 포함한다.
선택적으로, 액체 현탁물을 도입하는 단계는, 하측 부분의 적어도 하나의 외측 포트를 통해 액체 현탁물을 제1 속도로 보내는 것을 포함한다.
한 실시예에서, 정화된 액체가 상측 부분의 중심 포트 밖으로 흐르도록, 농축된 액체 현탁물은 제1 속도 보다 작은 제2 속도로 중간 포트로부터 수집된다.
한 실시예에서, 수집된 정화된 액체는 생물학적 분자, 유기 또는 무기 화합물, 화학 반응물, 화학 반응 생성물, 탄화수소(예컨대, 테르펜, 이소프레노이드, 폴리프레노이드), 폴리펩티드, 단백질(예컨대, 브라제인, 집락 자극 인자), 알코올, 지방산, 호르몬(예컨대, 인슐린, 성장 인자), 탄수화물, 당단백질(예컨대, 에리트로포이에틴, 모노클로날 항체), 맥주 및 바이오디젤 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 방법은 정렬 요소의 오리피스를 통해 침강 장치로부터 액체를 인출하는 단계를 선택적으로 더 포함한다.
한 실시예에서, 본 방법은 정렬 요소와 관련되어 있는 센서로 침강 장치 내의 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 적어도 하나를 측정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 입자의 액체 현탁물을 침강 장치 안으로 도입하는 단계는, 하측 부분의 적어도 하나의 외측 포트를 통해 그리고 분배기 요소의 본체에 형성되어 있는 복수의 구멍을 통해 액체 현탁물을 펌핑하는 것을 포함한다.
한 실시예에서, 분배기 요소의 본체는 (i) 침강 장치의 하측 부분의 내부 표면과 접촉하는 하측 돌출부를 갖는 하측 표면 및 (ii) 원추체의 적층체의 가장 낮은 원추체와 접촉하는 상측 돌출부를 갖는 상측 표면을 포함한다.
본 개시의 한 양태는, 유체를 농축시키고, 또한 중간엽 줄기 세포(MSC), 유도 만능 줄기 세포(iPSC), 키메라 항체 수용체-T 림프구(CAR-T 세포) 및 다른 줄기 세포 또는 오르가노이드 또는 엑소좀과 같은 그의 생성물 및 배양된 육류 또는 어류 세포를 포함하는 세포를 수확하기 위한 침강 장치이다.
침강 장치는 (i) 침강 장치 내의 세포에 대한 전단 응력을 감소시켜 세포의 손상 및 죽음을 감소시키고; (ii) 이전에 생성된 죽은 세포 및/또는 세포 잔해를 선택적으로 제거하며, 그리고 (iii) 더 큰 미세담체 비드 또는 세포 응집체(예컨대, 오르가노이드) 또는 세포하(subcellular) 생성물(예컨대, 세포외 소포 또는 엑소좀)로부터 단일의 살아있는 세포를 분리하도록 구성된다. 세포에 대한 전단 응력과 손상을 감소시킴으로써, 본 개시의 침강 장치는 다른 침강 장치에 비해 다양한 암 및 기타 질병의 치료를 위해 더 높은 치료 가치를 갖는, 더 높은 생존율의 세포 치료 제품을 제공한다.
침강 장치는 사용된 배양 매체, 미세담체 비드, 죽은 세포 및 세포 잔해로부터 원하는 세포 또는 입자를 부드럽게 분리할 수 있다.
침강 장치는 정화된 상청액에서 분비된 항체의 약 95%를 회수할 수 있다. 한 실시예에서, 침강 장치는, 2차 또는 최종 정화 단계로서 성공적인 하류 심층 여과에 필요한 바와 같이, 약 2,000 NTU의 출발 세포 배양 브로스(broth) 탁도로부터 200 NTU 미만으로 상청액의 탁도를 감소시킬 수 있다.
본 개시의 다른 양태는 포도당, 온도, pH 및 용존 산소에 대한 단일 사용의 일회용 센서를 포함하는 침강 장치이다. 침강 장치 내의 포도당, 온도, pH, 용존 산소, 용존 CO2, 젖산염, 글루타민 및 암모니아는 침강 장치 안으로 살포되는 입력 영양 매체 및 가스 혼합물을 조작하여 제어된다. 예를 들어, 분배기를 통해 침강 장치 안으로 도입되는 공기, O2, CO2 및 N2 중 적어도 하나의 유량을 조작하거나 분배기를 통해 펌핑되는 다른 액체 매체 성분의 유량을 조작하여 제어된다.
전술한 바는, 본 개시의 침강 장치의 일부 양태에 대한 이해를 제공하기 위한 본 개시의 단순화된 요약이다. 이 요약은 본 발명과 그의 다양한 양태, 실시예 및 구성에 대한 광범위하거나 포괄적인 개요가 아니다. 본 개시의 핵심 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 개시의 범위를 기술하기 위한 것이 아니라, 아래에 제시되는 더 상세한 설명에 대한 도입부로서 본 개시의 선택된 개념을 단순화된 형태로 제시하기 위한 것이다. 이해되는 바와 같이, 위에서 기재된 또는 아래에서 상세히 설명되는 특징 중의 하나 이상을 단독으로 또는 조합하여 이용하는 본 개시의 다른 양태, 실시예 및 구성이 가능하다. 이해되는 바와 같이, 위에서 기재된 또는 아래에서 설명되는 특징 중의 하나 이상을 단독으로 또는 조합하여 사용하는 다른 실시예가 가능하다. 예컨대, 한 실시예에 대해 나타나 있고 그리고/또는 설명된 다양한 특징 및 장치는, 그러한 조합 또는 대체가 여기에 구체적으로 나타나 있거나 설명되어 있는 지의 여부에 관계없이, 다른 실시예의 특징 또는 장치와 결합되거나 이를 대체할 수 있음이 고려된다. 본 발명의 추가적인 양태는 특히 도면과 함께 취해질 때 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시의 침강 장치의 정면 사시도이다.
도 2는 침강 장치 내의 볼록한 원추체의 적층체를 도시하는 도 1의 침강 장치의 부분 단면 정면 사시도이다.
도 3은 도 2의 침강 장치의 다른 부분 단면 정면 사시도이다.
도 4는 도 1의 침강 장치의 분해 정면 사시도이다.
도 5a는 도 1의 침강 장치의 하우징의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 하우징의 평면도이다.
도 5c는 도 5a의 하우징의 측면도이다.
도 6은 도 1의 침강 장치의 평면도이다.
도 7은 도 6의 선 7-7을 따라 취한 침강 장치의 횡단면 정면도로, 명료성을 위해 원추체의 적층체는 제거되어 있다.
도 8a는 도 7의 일부분의 상세 횡단면 정면도이다.
도 8b는 도 7의 일부분의 다른 상세 횡단면 정면도이다.
도 9a는 도 1의 침강 장치의 원추체의 평면도이다.
도 9b는 도 1의 침강 장치의 원추체의 저면도이다.
도 9c는 도 1의 침강 장치의 원추체의 측면도이다.
도 9d는 도 9a의 9D-9D 선을 따라 취한 침강 장치의 원추체의 측단면도이다.
도 10은 본 개시의 또 다른 구성의 침강 장치의 정면 사시도이다.
도 11은 도 10의 침강 장치의 부분 단면 정면도이다.
도 12는 도 10의 침강 장치의 다른 부분 단면 정면 사시도로, 침강 장치 내의 원추체의 상측 적층체 및 원추체의 하측 적층체를 도시한다.
도 13은 도 10의 침강기 장치의 하측 하우징의 부분 횡단면 사시도로, 원추체의 하측 적층체를 나타낸다.
도 14 및 도 15는 도 10의 침강 장치의 하측 원추체의 도이다.
도 16은 본 개시의 다른 구성의 침강 장치의 정면 사시도로, 침강 장치의 내부 요소들은 가상선으로 도시되어 있다.
도 17은 도 16의 침강 장치의 횡단면 정면도이다.
도 18은 도 16의 침강 장치의 분해 정면 사시도로, 침강 장치 내에 위치되도록 되어 있는 선택적인 제2 세트의 원추체를 도시한다.
도 19a 및 19b는 도 16의 침강 장치와 함께 사용하도록 구성된 본 개시의 일 실시예의 원추체의 사시도이다.
도 20a 및 20b는 본 개시의 침강 장치와 함께 사용하기 위한 선택적인 도관의 사시도이다.
도 21a 및 21b는 침강 장치와 함께 사용하도록 구성된 본 개시의 일 실시예의 확산기를 대체적으로 도시하는 사시도이다.
도 22는 본 개시의 다른 침강 장치의 정면 사시도로, 침강 장치의 일부 내부 요소들을 가상선으로 도시한다.
도 23은 도 22의 침강 장치의 횡단면 정면도이다.
도 24는 모듈형 생물 반응기에 대한 본 개시의 컴팩트한 세포/입자 침강 장치의 부착을 개략적으로 나타낸다.
도 25는 도 24에 나타나 있는 바와 같이 구성된, 세포 유지 장치로서의 완전히 패킹된 컴팩트한 세포 침강기를 사용하여 효모 P. 파스토리스(pastoris) 세포의 관류 생물반응기 배양의 결과를 보여주는 그래프이다
도 26은 도 24에 나타나 있는 바와 같이 구성된 장치로부터의 생물 반응기 및 침강기 유출물로부터 취한 샘플의 입자 크기 분석을 나타낸다.
도 27a, 27b 및 27c는 도 1 - 9의 침강 장치와 유사하고 침강 장치 내부에 위치되고 제2 상측 포트에 상호 연결된 흡인기를 포함하는 침강 장치의 도이다.
도 28a, 28b, 및 28c는 다른 실시예의 플랜지 또는 조인트를 포함하는 본 개시의 다른 침강 장치를 도시한다.
도 29a는 하우징이 투명 선으로 나타나 있고, 침강 장치의 상측 부분을 통해 연장되는 포트에 상호 연결된 코일형 흡인기를 포함하는 본 개시의 침강 장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 29b 및 29c는 각각 제1 위치 및 제2 위치에 있는 흡인기를 도시하는, 도 29a의 침강 장치의 정면도이다.
도 29d 및 29e는 도 29b - 29c의 침강 장치의 정면도로, 명확성을 위해 하우징은 제거되어 있다.
도 30a는 도 29a의 침강 장치와 유사한 본 개시의 침강 장치의 다른 실시예의 사시도로, 그 침강 장치는 투명한 선으로 나타나 있는 하우징 및 침강 장치의 하측 부분을 통해 연장되는 포트에 상호 연결되는 다른 실시예의 코일형 흡인기를 갖는다.
도 30b 및 30c는 각각 제1 위치 및 제2 위치에 있는 흡인기를 도시하는 도 30a의 침강 장치의 정면 입면도이다.
도 30d 및 30e는 도 30b - 30c의 침강 장치의 정면도이다. 명확성을 위해 하우징은 제거되어 있다.
도 31a, 31b, 31c, 및 31d는 본 개시의 침강 장치와 함께 사용하도록 구성된 본 개시의 실시의 원추체를 도시한다.
도 32a 및 32b는 침강 장치와 함께 사용하기 위한 본 개시의 분배기의 도이다.
도 32c는 도 32a의 분배기의 사시도로, 확산기에 상호 연결된 지지 레일을 도시한다.
도 32d는 본 개시의 원추체를 지지하는 도 32c의 지지 레일의 부분 사시도이다.
도 32e는 도 32c의 확산기의 다른 사시도로, 지지 레일로부터 바깥쪽으로 나선형으로 되어 있고 분배기의 구멍을 통해 아래쪽으로 연장되는 본 개시의 코일형 흡인기를 도시한다.
도 33은 본 개시의 일 실시예의 두 원추체의 사시도이다.
도 34는 원추체의 적층체에 동심으로 안착된 도 33의 원추체의 사시도이다.
도 35는 도 34의 원추체의 적층체의 단면 사시도이다.
도 36은 도 34의 원추체를 갖는 본 개시의 침강 장치의 단면도이다.
도 37은 도 36의 침강 장치의 다른 단면도로, 침강 장치의 하우징 내에 위치된 분배기 및 흡인기를 더 도시하며, 흡인기는 원추체의 적층체에 있는 원추체의 큰 개구에 근접하여 수직으로 연장되어 있다.
도 38은 도 37의 침강 장치의 정면 단면도이다.
도 39는 도 37의 침강 장치의 분배기, 흡인기 및 원추체의 사시 단면도로, 명료성을 위해 하우징은 제거되어 있다.
도 40은 도 37의 침강 장치의 분배기, 흡인기 및 원추체의 정면 사시도로, 명료성을 위해 하우징은 제거되어 있다.
도 41은 도 37의 침강기 장치의 정면 사시도로, 하우징이 나타나 있다.
도 42는 도 37의 침강 장치의 횡단면 사시도로, 정상 섹션의 포트에 삽입된 전송 라인을 추가로 도시하며, 그 라인은 하우징 내의 다른 깊이에 위치된 센서에 연결되어 있다.
도 43은 도 42의 침강 장치의 횡단면 정면도이다.
도 44는 도 43의 침강 장치의 횡단면 정면도로, 하우징 내의 다양한 깊이에 있는 전송 라인 및 센서를 나타내며, 명료성을 위해 원추체는 제거되어 있다.
도 45는 도 44의 침강 장치의 사시도로, 명료성을 위해 하우징의 원통형 부분은 제거되어 있다.
도 46은 센서와 함께 튜브에 위치된 전송 라인의 사시도로, 튜브는 원추체의 적층체의 원추체의 큰 개구에 근접하여 수직으로 배치된다.
도 47은 다른 실시예의 2개의 원추체의 사시도로, 이 원추체는 동심으로 배치되며, 원추체의 큰 단부의 원주까지 연장되는 정렬된 노치를 포함하고, 인접한 원추체들을 분리하기 위해 원추체에 형성된 돌출부가 더 도시되어 있다.
도 48은 노치를 통해 연장되는 흡인기에 의해 지지되는 도 47의 원추체의 사시도로, 본 개시의 다른 실시예의 분배기로부터 연장되어 있는 포스트와 결합되는 흡인기의 하단부를 더 도시한다.
도 49는 도 47과 유사하고 흡인기 및 분배기에 의해 지지되는 원추체의 적층체를 나타내는 다른 사시도이다.
도 50은 본 개시의 또 다른 실시예의 두 원추체의 사시도, 이 원추체는 동심으로 배치되고, 원추체의 큰 단부의 원주로부터 이격된 정렬된 구멍을 포함하고, 인접한 원추체를 분리하기 위해 원추체에 형성된 돌출부를 더 도시한다.
도 51은 구멍을 통해 연장되는 흡인기에 의해 지지되는 도 50의 원추체의 사시도로, 본 개시의 분배기로부터 연장되어 있는 포스트와 결합되는 흡인기의 하단부를 더 도시한다.
도 52는 도 51의 원추체, 흡인기 및 분배기를 갖는 본 개시의 실시예의 침강기 장치의 횡단면 사시도로, 하우징의 상측 부분에 근접한 2개의 원추체 사이의 간격을 더 도시한다.
도 53은 도 52의 침강 장치의 횡단면 정면도이다.
도 54는 분배기의 포스트와 결합되는 흡인기에 의해 정렬된 도 50의 실시예의 원추체를 포함하는 원추체의 적층체의 정면 사시도이다.
도 55는 본 개시의 침강 장치 내에 위치된 도 54의 원추체의 적층체의 단면도이다.
도 56은 도 55의 침강 장치의 정면도이다.
도 57은 도 55의 침강 장치의 정면 사시도이다.
도 58은 본 개시의 침강 장치의 정상 부분의 평면도로, 포트와 관련된 표시를 도시하며, 그 표시는 포트를 통해 삽입된 흡인기가 침강 장치의 하우징 내에서 연장될 깊이에 관련되어 있다.
도 59는 본 개시의 일 실시예에 따른 분배기의 사시도이다.
도 60은 도 50의 실시예의 원추체가 있는 도 59의 분배기의 사시도이다.
도 61은 도 60의 분배기 및 원추체의 횡단면 정면도이다.
도 62는 도 60의 분배기 및 원추체의 저면 사시도이다.
도 63은 도 59의 분배기의 저면 사시도이다.
도 64는 도 59의 분배기의 평면도이다.
도 65는 본 개시의 다른 실시예의 침강 장치의 하우징의 횡단면 사시도로, 하우징은 이 하우징의 내측 표면 주위에 가스를 분배하기 위한 일체형 슬롯을 포함한다.
도 66은 도 65의 하우징의 횡단면 정면도이다.
도 67은 도 65의 하우징의 또 다른 횡단면 사시도로, 하우징 내에 위치된 원추체를 더 도시한다.
도 68은 도 67의 하우징 및 원추체의 횡단면 정면도로, 큰 개구가 하우징의 일체형 슬롯에 근접하도록 하우징의 내측 표면에 의해 지지되는 원추체의 상측 부분 또는 큰 단부를 도시한다.
도 69는 하우징의 바닥 부분, 원통형 부분 및 상측 부분 또는 뚜껑을 도시하는 침강 장치의 분해 사시도이다.
도 70 및 도 71은 도 69의 침강 장치의 사시도로, 선택적인 제2 원통형 섹션을 더 도시한다.
도 72는 본 개시의 스탠드 상에 위치된 침강 장치의 사시도로, 이 스탠드로부터 연장되어 있는 전송 라인을 더 도시하며, 이 전송 라인은 스탠드에 의해 지지되는 센서와 관련되어 있다.
도 73은 도 72의 침강 장치 및 스탠드의 정면도이다.
도 74는 도 72의 침강 장치 및 스탠드의 우측 입면도이다.
도 75는 도 72의 침강 장치 및 스탠드의 우측 사시도이다.
도 76은 도 72의 스탠드의 우측 사시도이다.
도 77은 도 72의 스탠드의 정면 사시도이다.
도 78은 본 개시의 추가 지지부를 갖는 도 72의 스탠드의 다른 사시도이다.
도 79는 본 개시의 다른 실시예의 스탠드의 사시도로, 침강 장치로부터 연장되어 있는 전송 라인을 도시한다.
도 80은 본 개시의 다른 실시예에 따른 침강 장치의 부분 횡단면 정면 사시도이다.
도 81은 도 80의 침강 장치의 횡단면 정면 사시도이다.
도 82는 도 80의 침강 장치의 상측 원추형 부분의 횡단면 전방 사시도로, 상측 원추형 부분의 제1 단부 및 제2 단부를 통해 형성된 포트를 통해 연장되는 도관을 도시한다.
도 83은 도 80의 침강 장치의 정면 사시도로, 명료성을 위해 하우징은 제거되어 있다.
도 84는 본 개시의 실시예의 분배기의 제1 부분의 정면 사시도이다.
도 85는 분배기의 제2 부분의 정면 사시도이다.
본 명세서에 사용되는 "적어도 하나", "하나 이상" 및 "및/또는"이라는 문구는, 작동시 접속이고 또한 분리적인 개방형 표현이다. 예를 들어, "A, B 및 C 중의 적어도 하나", "A, B 또는 C 중의 적어도 하나", "A, B 및 C 중의 하나 이상", "A, B 또는 C 중의 하나 이상",및 "A, B 및/또는 C"는 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 또는 A, B 및 C 함께를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 "단수" 표현의 개체는 그 개체의 하나 이상을 말한다. 따라서, "일", "하나 이상의" 및 "적어도 하나의"는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
"포함하는"이라는 전이 용어는 "포괄하는", "함유하는" 또는 ∼을 특징으로 하는"과 동의어이고, 포괄적이거나 개방형이며, 추가의 인용되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구 범위에 사용되는 양, 치수, 조건, 비율, 범위 등을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 "약" 또는 "대략"이라는 용어의 수식을 받는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구 범위에서 사용되는 양, 치수, 조건, 비율, 범위 등을 나타내는 모든 숫자는 만족스러운 결과를 얻기 위해 대략 5% 감소되거나 증가될 수 있다. 추가로, 본 명세서에 사용되는 용어 "약" 또는 "대략"의 의미가 당업자에게 명백하지 않은 경우, "약" 및 "대략"이라는 용어는 명시된 값의 ±5% 이내를 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 모든 범위는 본 발명을 벗어나지 않으면서 범위의 하위 범위 또는 부분 또는 그 범위 내의 임의의 값으로 감소될 수 있다. 예컨대, "5 내지 55"의 범위는 "5 내지 20" 및 "17 내지 54"의 하위 범위를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
"∼로 이루어지는"이라는 전이구는 청구 범위에 명시되지 않은 요소, 단계 또는 성분을 배제하지만, 일반적으로 그와 관련된 불순물과 같은 본 개시와 관련없는 추가적인 구성 요소 또는 단계를 배제하지 않는다.
"본질적으로 ∼로 이루어지는"이라는 전이구는, 청구 범위를 특정된 재료 또는 단계 및 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것으로 제한한다.
본 명세서에서 "포괄하는", "포함하는" 또는 "갖는" 및 이들의 변형어의 사용은 뒤에 나열된 항목과 그의 등가물 및 추가 항목을 포함하도록 되어 있다. 따라서, "포괄하는", "포함하는" 또는 "갖는"이라는 용어 및 이들의 변형어는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 입자 또는 세포를 침강시키는 데에 유용한 본 개시의 침강 장치(300)의 일 구성이 도시되어 있다. 침강 장치(300)는 일반적으로 상측 하우징(301A) 및 하측 하우징(301B)을 포함한다. 한 실시예에서, 상측 및 하측 하우징(301A, 301B)은 실질적으로 동일하다. 따라서, 한 실시예에서, 하우징(301A, 301B)은 일반적으로 상호 교환가능하다.
이제 도 2 내지 도 9를 참조하면, 하우징(301A, 301B)은 일반적으로 원추형 부분(303A, 303B), 원통형 부분(308A, 308B), 제1 포트(353A, 353B), 및 제2 포트(354A, 354B)를 포함한다.
선택적으로, 제1 포트(353)는 일반적으로 하우징(301)의 길이방향 축선과 동심으로 정렬된다. 제1 포트(353)는 입구 및 출구로 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 포트(354)는 원추형 부분(303)을 통해 연장된다. 제2 포트(354)는 또한 침강 장치(300)로부터 액체, 가스 및 고형물을 도입하거나 제거하기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 제2 포트(354)는 일반적으로 세포 침강 장치의 길이방향 축선(350)에 대체적으로 평행하게 정렬될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 포트(354)는 원통형 부분(308)을 통해 연장될 수 있다. 제1 및 제2 포트(353, 354)의 다른 구성이 고려된다. 하우징(301)은 또한 2개보다 많은 포트를 가질 수 있다. 포트(353, 354)는 배관 라인에 상호 연결하도록 구성된다.
이러한 배관 라인은 본 개시의 소형 세포 침강 장치 중의 어느 것에도 상호연결될 수 있다. 그 배관 라인은 본 개시의 실시예의 임의의 포트에 상호 연결되기 위한 직경을 가질 수 있거나 그에 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 라인은 중공 내부에 위치된 적어도 하나의 센서를 선택적으로 포함할 수 있다. 센서는 라인 내의 유체 및/또는 입자와 접촉할 수 있다. 선택적으로, 센서는 라인의 내측 표면에 배치될 수 있지만, 다른 구성도 고려된다. 센서는 라인에서 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2(용존 또는 부분 CO2를 포함함) 중의 하나 이상을 모니터링하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, 센서들 중의 나나 이상은, 프로브에 의해 감지된 조건에 근거하여 변하는 빛을 방출하는 형광 프로브를 포함할 수 있다. 그 빛은 판독기 또는 계량기(meter)에 의해 수집될 수 있다. 선택적으로, 빛은 선택적인 섬유 케이블에 의해 수집되어 계량기에 전송될 수 있다. 계량기는 형광 프로브에 의해 감지된 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2 중의 적어도 하나의 레벨을 보고하거나 표시하도록 작동 가능하다. 배관 라인은 투명하거나 적어도 반투명한 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 센서에 의해 생성된 빛이 라인을 통과할 수 있다. 대안적으로, 라인의 적어도 일부분은 창과 유사하게 투명하거나 반투명하다. 따라서, 센서에 의해 발생된 빛은 창 부분을 통해 전송되어 미터에 의해 수집될 수 있다.
원추체(309)가 침강 장치(300) 내에 위치될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 그 원추체(309)들은, 개방 정점(342)이 상측 하우징(301A)의 제1 포트(353A) 쪽으로 배향되고 또한 기부 또는 큰 개구(346)는 하측 하우징(301B)의 제1 포트(353A) 쪽으로 배향되도록 적층체에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 3 내지 25개의 원추체(309)가 침강 장치(300) 내에 적층체에 배치된다. 그러나, 하우징(301)은, 침강 장치(300)가 도 4에 도시된 바와 같이 조립될 때 임의의 수의 원추체(309)를 수용하는 크기를 가질 수 있다.
하우징(301) 및 콘(309)과 같은 침강 장치(300)의 요소는 단일 사용의 일회용 플라스틱으로 제조될 수 있다. 대안적으로, 하우징(301)과 원추체(309) 중의 하나 이상은 스테인레스강 합금과 같은 금속 또는 유리로 제조될 수 있다. 원추체(309)의 표면 및 하우징(301)의 내측 표면은 비점착성 플라스틱, 테플론, 실리콘 및 당업자에게 알려져 있는 유사한 재료로 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 표면(특히 스테인레스강으로 형성될 때)은 매끄러운 표면을 제공하기 위해 전해 연마될 수 있다. 이러한 침강 장치는 임의의 원하는 크기로 쉽게 규모 조정될 수 있다.
하우징(301)은 선택적으로 유체 재킷(미도시)을 포함할 수 있다. 유체 재킷은, 하우징(301) 및 침강 장치(300) 내의 내용물을 원하는 온도 범위 내로 유지하기 위해 물 또는 다른 유체가 하나 이상의 포트를 통해 유체 재킷 내로 안내될 수 있도록 작동할 수 있다.
이제 도 5a - 5c를 참조하면, 복수의 스페이서(315)가 하우징(301)의 내측 표면으로부터 내측으로 돌출할 수 있다. 스페이서(315)는 침강 장치(300) 내에 있는 원추체(309)의 적층체가 하우징(301A, 301B)의 내측 표면에 안착되는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 선택적으로, 스페이서(315)는 침강 장치(300)의 길이방향 축선(350)에 대략 평행할 수 있다. 스페이서(315)의 다른 구성이 고려된다. 스페이서(315)는 침강 장치(300) 내의 액체 및 현탁 입자의 운동 또는 유동과의 간섭을 방지하거나 최소화하기 위해 실질적으로 얇은 단면을 갖는다.
이제 도 7을 참조하면, 스페이서(315)는 복수의 제1 스페이서(315A), 제2 스페이서(315B) 및 제3 스페이서(315C)를 포함할 수 있다. 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 한 실시예에서, 제1 스페이서(315A) 각각은 원통형 부분(308)의 내측 표면의 적어도 일부분을 따라 연장된다. 제2 스페이서(315B)는 원통형 부분(308)에 근접한 원추형 부분(303)의 내측 표면으로부터 연장된다. 제3 스페이서(315C)는 제2 스페이서(315B)와 분리될 수 있다. 구체적으로, 한 실시예에서, 제3 스페이서(315C)는 원통형 부분(303)보다 제1 포트(353)에 더 가깝게 배치된다.
한 실시예에서, 상측 하우징(301A) 및 하측 하우징(301B)은 고정적으로 결합된다. 예를 들어, 상측 및 하측 하우징(301)은 함께 접착되거나, 열 용접되거나, 또는 음파 용접될 수 있다.
대안적으로, 그리고 다시 도 1을 참조하면, 선택적으로 플랜지(318)는 하우징(301)의 대체적으로 원통형인 부분(308)으로부터 연장될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 플랜지는 길이방향 축선(350)에 대략 수직으로 연장된다. 선택적인 플랜지(318A)는 하측 하우징(301B)의 플랜지(318B)에 상측 하우징(301A)을 상호 연결하도록 구성된다. 플랜지(318A, 318B)는 도 5a에서 가장 잘 보이는 돌출부(320)를 선택적으로 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 캣치(catch) 또는 훅크(322)가 각 돌출부(320)의 자유 단부에 형성되어 있다.
적어도 하나의 돌출부(324)가 또한 플랜지(318)에 형성될 수 있다. 이 돌출부(324)는 대체적으로 원통형인 형상을 가질 수 있다. 돌출부(324)는 다른 플랜지의 대응하는 오목부(326)에 수용되도록 되어 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 플랜지(318)는 상측 및 하측 하우징(301A, 301B)을 정렬시키도록 되어 있는 특징부(332, 334)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 그 특징부는 탭(tab)(332) 및 관련된 함몰부(334)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상측 및 하측 하우징(301A, 301B)이 정렬될 때, 탭(332)은 대향 플랜지의 함몰부(334)에 끼워진다.
선택적으로, 플랜지 돌출부(324) 및 오목부(326)는 보어를 포함할 수 있다. 돌출부와 오목부의 보어는, 상측 하우징(301A)의 돌출부(324)가 하측 하우징(301B)의 오목부(326)에 수용될 때 정렬되도록 구성된다(도 8a에 도시되어 있는 바와 같이). 이러한 방식으로, 볼트와 같은 고정구(328)가 정렬된 보어를 통과할 수 있다. 그런 다음에 너트(330)가 하우징(301A, 301B)을 함께 해제 가능하게 잠그기 위해 고정구(328)에 상호 연결될 수 있다. 도 8b에 대체적으로 도시된 바와 같이, 플랜지(318)의 돌출부(320)들은, 상측 하우징(301A)이 하측 하우징(301B)과 정렬될 때 상호 맞물리도록 구성된다. 구체적으로, 한 실시예에서, 돌출부(320)의 훅크(322)는 해제 가능하게 상호 맞물린다.
홈(336)이 선택적인 플랜지(318)에 형성될 수 있다. 그 홈(336)은, 도 8a 및 8b에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 상측 및 하측 하우징(301A, 301B) 사이에 위치되는 와셔 또는 가스켓(338)을 유지하도록 구성된다.
한 실시예에서, 하우징(301)의 원추형 부분(303)은 선형이 아니다. 보다 구체적으로, 원추형 부분(303)은 원통 부분(308)에 근접한 최대 직경으로부터 제1 포트(353)에 근접한 최소 직경까지 아치형 경로를 따라 테이퍼져 있다. 더 구체적으로 그리고 이제 도 5c 및 도 7을 참조하면, 하우징(301)의 원추형 부분(303)의 길이방향 단면은 원통형 부분(308)과 제1 포트(353) 사이에서 아치형 형상을 갖는 라인을 규정한다. 한 실시예에서, 원추형 부분(303)은 침강 장치(300)의 중심 쪽으로 내측으로 오목하게 되어 있다. 다른 실시예에서, 원추형 부분(303)은 일정한 곡률 반경을 가질 수 있다. 선택적으로, 다른 실시예에서, 원추형 부분(303)은 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 원추형 부분(303)은 원통형 부분(308)에 근접한 제1 곡률 반경 및 제1 포트(353)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 하우징의 내부에 위치된다. 선택적으로, 원추형 부분(308)의 경사는 길이방향 축선(350)에 대해 대략 15°와 대략 85°사이에서 변할 수 있다. 한 실시예에서, 원추형 부분(303)은 제1 포트(353)에 근접한 볼록한 부분을 포함한다. 이 볼록한 부분은 중심점이 하우징의 외부에 있는 곡률 반경을 갖는다.
이제 도 9a - 9d를 참조하면, 원추체(309)는 일반적으로 작은 개구(344)를 갖는 정점(342) 및 큰 개구(346)를 갖는 기부를 갖는 본체(340)를 포함한다. 선택적으로, 각 원추체는 개별적으로 형성된다. 예시적인 실시예에서, 원추체들은 실질적으로 동일한 크기와 형상을 갖는다.
일부 실시예에서, 본체(340)는 작은 개구(344)와 큰 개구(346) 사이에서 선형이 아닐 수 있다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 본체(340)의 길이방향 단면은 아치형 형상을 갖는 라인을 형성한다. 각 원추체(309)의 아치형 형상은 하우징(301)의 원추형 부분(303)과 대략 동일할 수 있다.
일부 실시예에서, 본체(340)는 길이방향 축선(350) 쪽으로 내측으로 오목하다. 따라서, 큰 개구(346)의 한 점에서부터 작은 개구(344)의 한 점까지 그려진 선은 본체의 내부에 있다.
선택적으로, 본체(340)는 일정한 곡률 반경을 갖는다. 대안적으로, 본체는 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 따라서, 본체는 작은 개구(344)에 근접한 제1 곡률 반경 및 큰 개구(346)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 원추체(309)의 내부에 위치된다. 이렇게 해서, 작은 개구(344)에 근접한 본체(340)의 일부분은 큰 개구에 근접한 본체의 경사와 다른 경사를 가질 수 있다. 예를 들어, 작은 개구(344)에 근접하여, 본체는 길이방향 축선(350)에 대해 적어도 대략 40°의 각도로 정렬될 수 있다. 대조적으로, 큰 개구(346) 근처에서, 본체는 수직에 더 가까울 수 있다(또는 길이방향 축선에 더 가까움). 보다 구체적으로, 본체는 큰 개구(346)에 근접한 점에서 길이방향 축에 대해 대략 45°미만의 각도로 경사질 수 있다. 선택적으로, 본체(340)의 경사는 길이방향 축선에 대해 대략 5°와 대략 85°사이에서 변할 수 있다.
도 9b 및 9d에 나타나 있는 바와 같이, 각 원추체(309)는 각 연속하는 원추체(309)를 실질적으로 동일한 간격으로 원추체의 적층체에 유지시키기 위해 인접 원추체와 접촉하도록 구성되는 돌출부(313)를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 돌출부(313)는 본체(340)의 내측 표면으로부터 내측으로 연장된다. 돌출부(313)는 인접한 원추체의 본체(340)의 외측 표면과 접촉하도록 구성된다. 대안적으로, 돌출부(313)는 본체(340)의 외측 표면으로부터 연장될 수 있다.
돌출부(313)는 인접 원추체들 사이에 임의의 요구되는 간격을 제공하는 크기를 가질 수 있다. 선택적으로, 돌출부(313)는 인접 원추체들을 대략 1mm 내지 대략 2.5cm의 거리로 분리하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 각 원추체(309)는 적어도 3개의 돌출부(313)를 포함한다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 원추체(309)가 상측 하우징(301A) 내에 위치될 때, 바닥 원추체(309A)의 본체(340)는 하측 하우징(301B)의 제2 스페이서(315B)에 의해 지지된다. 적어도 하측 하우징(301B)의 원추형 부분(303) 및 원통형 부분(308A, 308B)의 일부분에는 원추체가 없을 수 있다. 따라서, 배양 중인 세포가 침강 장치(300)에 유지될 수 있다.
도 1 - 9d에 나타나 있는 실시예의 침강 장치(300)의 작동 동안에. 혈청이 없는 또는 동물성 단백질이 없는 세포 배양 매체가 하측 하우징(301B)의 제1 및 제2 포트(353, 354) 중의 하나 이상을 통해 침강 장치(300) 내로 펌핑될 수 있다. 세포 배양 매체는 연속적으로 또는 주기적으로 침강 장치(300) 내로 펌핑될 수 있다. 구체적으로, 침강 장치(300)는 뱃치(batch) 또는 연속 모드 작업으로 작동할 수 있다.
공기, O2, CO2 및 N2의 제어된 혼합물이 또한 침강 장치(300) 내부의 배양 상청액(supernatant)의 pH 및 DO를 제어하기 위해 침강 장치(300) 내로 펌핑될 수 있다. 선택적으로, 제2 포트(354A, 354B)와 하측 하우징(301B)의 제1 포트(353B) 중의 하나 이상이 예를 들어 세포 생존성을 확인하기 위해 생물 반응기 내용물을 샘플링하기 위해 또한 컴퓨터 제어되는 다중 가스 질량 유동 제어기에 입력되기 위한 액체 pH 및 DO의 연속 측정을 위해 사용될 수 있다.
체외(in vitro) 세포 확장의 끝에서, 하측 하우징(301B) 내의 침강 장치(300)의 바닥에 모이는 농축된 침강 세포는 하측 하우징의 제1 포트(353B)로부터 수확될 수 있다. 암모니아 및 젖산염과 같은 대사성 폐생성물 또는 가스를 함유하는 정화된 배양 유체가, 아직 침강되지 않은 더 작은 죽은 세포 및 세포 잔해와 함께, 상측 하우징(301A)의 제1 포트(353A)를 통해 제거될 수 있다.
선택적으로, 침강 장치(300)는 독립적인 생물 반응기/세포 분류기 조합으로서 사용될 수 있다. 성장 매체가 제1 및 제2 포트(353, 354) 중의 하나 이상을 통해 세포 침강 장치에 추가될 수 있다. 따라서, 침강 장치(300)는 관류 생물 반응기 없이 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 센서가 침강 장치(300) 내에 위치될 수 있다. 선택적으로, 센서는 하우징(301A, 301B) 중의 하나 이상의 내측 표면에 배치될 수 있다. 하우징(301)의 적어도 일부분은 플라스틱을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전체 하우징은 플라스틱으로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 플라스틱은 투명하거나 적어도 반투명하다. 선택적으로, 하우징(301)의 적어도 일부분은 투명하거나 반투명하다. 예를 들어, 투명 또는 반투명 재료는 창과 유사한 하우징(301)의 구멍에 상호 연결될 수 있다. 투명 부분은 유리, 플라스틱, 또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 투명한 부분은 미리 결정된 파장 범위(들)의 빛을 통과시키는 재료로 형성될 수 있다.
존재하는 경우, 센서는 침강 장치(300) 내의 매체와 접촉하도록 위치된다. 센서는 침강 장치(300)에서 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2 (용존 또는 부분 CO2를 포함함) 중의 하나 이상을 모니터링하도록 작동 가능할 수 있다.
선택적으로, 센서 중의 하나 이상의 센서는 형광 프로브를 포함할 수 있고, 이 형광 프로브는 형광 프로브에 의해 감지된 조건에 근거하여 변하는 빛을 방출하도록 작동 가능하다. 형광 프로브는 침강 장치(300) 내의 다양한 상이한 위치에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 형광 프로브는 세포 침강 장치 내의 상이한 영역에서 상이한 조건 또는 조건의 변화를 측정하도록 배치될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 형광 프로브가 하측 하우징(301B)의 원추형 부분(303B)의 내측 표면에 부착된다.
형광 프로브에 의해 방출된 빛은 하우징(301)의 표면(또는 하우징의 투명한 부분)을 통과하고 판독기 또는 계량기에 의해 수집될 수 있다. 본 명세서에 설명되어 있는 바와 같이, 계량기는 침강 장치(300) 내의 형광 프로브에 의해 감지된 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2 중 적어도 하나의 레벨을 보고하거나 표시하도록 작동 가능하다. 선택적으로, 형광 프로브에 의해 방출된 빛은 선택적인 섬유 케이블에 의해 수집되어 미터에 전송될 수 있다.
이제 도 10 - 15를 참조하면, 세포 또는 입자를 침강시키는 데에 유용한 본 개시의 침강 장치(400)의 다른 구성이 도시되어 있다. 이 침강 장치(400)는 일반적으로 상측 하우징(301) 및 하측 하우징(401)을 포함한다. 상측 하우징(301)은 원추체(309)의 제1 적층체를 포함하고 하측 하우징(401)은 원추체(409)의 제2 적층체를 포함한다. 상측 하우징(301) 및 원추체(309)는 도 1 - 9d와 관련하여 설명된 하우징(301) 및 원추체(309)와 같거나 유사하다.
하측 하우징(401)은 일반적으로 원추형 부분(403), 원통형 부분(408), 제1 포트(453) 및 제2 포트(454)를 포함한다. 포트(453, 454)는 배관 라인에 상호 연결되도록 구성된다.
한 실시예에서, 하측 하우징(401)은 상측 하우징(301)에 고정적으로 결합된다. 예를 들어, 하측 하우징 및 상측 하우징은 용접(열 용접 포함)되거나, 함께 접착되거나, 또는 당업자에게 알려져 있는 다른 수단에 의해 결합될 수 있다.
대안적으로, 하측 하우징(401)은 선택적으로 플랜지(418)를 포함할 수 있다. 선택적인 플랜지(418)는 하우징(301)의 선택적인 플랜지(318)에 해제 가능하게 상호 연결되도록 구성된다. 따라서, 플랜지(418)는 플랜지(318)의 특징과 유사하게 기능하는 훅크형 돌기부, 돌출부, 오목부, 탭 및 함몰부를 포함할 수 있다. 선택적으로, 스페이서(415)는 원통형 부분(408)으로부터 내측으로 연장될 수 있다.
이제 도 13을 참조하면, 하우징(401)의 원추형 부분(403)은 길이방향 축선(450) 쪽으로 내측으로 볼록하다. 구체적으로, 제1 포트(453) 근처에 있는 원추형 부분의 한 점으로부터 원추형 부분이 원통형 부분(408)과 교차하는 점까지 그려진 직선은 하우징(401)의 외부에 있을 것이다.
원추형 부분(403)은 일정한 곡률 반경을 가질 수 있다. 대안적으로, 원추형 부분(403)은 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 원추형 부분(403)은 원통형 부분(408)에 근접한 제1 곡률 반경 및 제1 포트(453)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 하우징(401)의 외부에 위치된다. 한 실시예에서, 원추형 부분(403)은 제1 포트(453)에 근접한 점에서 길이방향 축선(450)에 대해 대략 45°미만의 각도로 경사진다. 선택적으로, 원통형 부분(408)에 근겁한 점에서, 원추형 부분은 길이 방향 축선에 대해 대략 45°보다 큰 경사를 갖는다. 다른 실시예에서, 원추형 부분(403)의 경사는 길이 방향 축선에 대해 대략 15°와 대략 85°사이에서 변할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 센서는 침강 장치(400) 내에 위치될 수 있다. 센서는 하우징(301, 401) 중의 하나 이상의 내측 표면에 배치될 수 있다. 센서는 침강 장치(400) 내의 매체와 접촉하도록 배치될 수 있다. 센서는 침강 장치(400)에서 pH, DO, 포도당, 온도, 및 CO2 (용존 또는 부분 CO2 포함) 중의 하나 이상을 모니터링하도록 작동 가능하다. 센서는 본 명세서에 설명되는 다른 센서와 동일할 수 있다. 따라서, 센서 중의 하나 이상은 형광 프로브를 포함할 수 있고, 이 형광 프로브는 형광 프로브에 의해 감지된 조건에 근거하여 변하는 빛을 방출하도록 작동 가능하다. 빛은 하우징(301, 401)의 투명한 부분을 통해 또는 하우징의 창을 통해 전송될 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 원추체(409)들은 하측 하우징(401)에 적층된다. 원추체(409)는 작은 개구(444)가 제1 포트(453)에 근접하여 위치되도록 배향된다. 각 원추체(409)의 본체(440)는 일반적으로 하우징 원추형 부분(403)의 형상에 대응하는 형상을 갖는다. 구체적으로, 원추체 본체(440)는 하우징의 원추형 부분의 적어도 일부분에 대응하는 아치형 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 원추체 본체는 길이 방향 축선(450) 쪽으로 내측으로 볼록하다. 선택적으로, 원추체 본체는 일정한 곡률 반경을 갖는다. 대안적으로, 원추체 본체는 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 본체의 경사는 길이 방향 축선에 대해 대략 5°와 대략 85°사이에서 변할 수 있다.
인접 원추체들이 미리 결정된 거리로 분리되도록 돌출부(413)가 원추 본체(440)에 형성될 수 있다. 한 실시예에서, 돌출부(413)는 원추체 본체의 내측 표면으로부터 내측으로 연장된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 돌출부(413)는 원추체 본체의 외측 표면에 선택적으로 형성될 수 있다. 원추체들을 함께 적층할 때, 돌출부(413)는 인접 원추체들이 미리 결정된 거리로 분리되도록 하측 원추체의 내측 표면과 접촉한다. 최하측 원추체(409A)의 돌출부(413)는, 원추체가 하우징(401)에 위치될 때 원추형 부분(403)의 내측 표면과 접촉할 것이다. 최상측 원추체(409E)는 큰 개구(446)를 넘어 연장되는 돌출부(448)를 선택적으로 포함할 수 있다. 도 12에 나타나 있는 바와 같이, 최상측 원추체(409E)의 돌출부(448)는 원추체(309)의 상측 적층체의 최하측 원추체(309A)의 내측 표면과 접촉할 수 있다. 돌출부(448)와 원추체(309A) 사이의 접촉은 원추체(409)의 적층체의 의도치 않은 또는 부주의한 움직임을 방지한다.
도 14 및 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 일부 실시예에서, 원추체(409)들은 서로 다른 직경을 갖는다. 최하측 원추체(409A)는 적층체 내의 다른 원추체 보다 큰 직경을 가질 수 있다. 각 원추체(409B-409E)는 연속적으로 더 작은 직경을 가질 수 있으며, 이때 최상측 원추체(409E)가 가장 작은 직경을 갖는다. 한 실시예에서, 6개의 원추체(409A-409E)가 하측 하우징(401)에 적층될 수 있다. 다른 실시예에서, 하측 하우징에 있는 원추체(409)의 적층체는 4 내지 10개의 원추체를 포함할 수 있다.
하우징(301, 401) 및 원추체(309, 409)를 포함하는 침강 장치(400)는 본 명세서에서 설명되는 다른 실시예와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하우징과 원추체 중의 하나 이상은 단일 사용의 일회용 플라스틱으로 제조된다. 대안적으로, 하우징과 원추체 중의 하나 이상은 스테인레스강 합금과 같은 금속 또는 유리로 제조된다. 원추체(309, 409)의 표면 및 하우징(301, 401)의 내측 표면은 비점착성 플라스틱, 테플론, 실리콘 및 당업자에게 알려져 있는 유사한 재료로 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 침강 장치(400)의 표면(특히 스테인레스강으로 형성될 때)은 매끄러운 표면을 제공하기 위해 전해 연마될 수 있다. 침강 장치(400)는 임의의 원하는 크기로 규모 조정될 수 있다.
침강 장치(400)는 침강 장치(300)와 동일하거나 유사한 방식으로 작동할 수 있다. 구체적으로, 혈청이 없거나 또는 동물성 단백질이 없는 세포 배양 매체가 하측 하우징(401)의 제1 및 제2 포트(453, 454) 중의 하나 이상을 통해 침강 장치(400) 내로 펌핑될 수 있다. 세포 배양 매체는 또한 연속적으로 또는 주기적으로 침강 장치(400) 내로 펌핑될 수 있다. 구체적으로, 침강 장치(400)는 뱃치 또는 연속 작업으로 작동할 수 있다.
공기, O2, CO2 및 N2의 제어된 혼합물이 또한 세포 침강 장치 내부의 배양 상청액의 pH 및 DO를 제어하기 위해 침강 장치(400) 내로 펌핑될 수 있다. 선택적으로, 제2 포트(354, 454) 및 하측 하우징(301)의 제1 포트(353) 중의 하나 이상이 예를 들어 세포 생존율을 확인하기 위해 생물 반응기 내용물을 샘플링하기 위해 또한 컴퓨터 제어되는 다중 가스 질량 유동 제어기에 입력되기 위한 액체 pH 및 DO의 연속 측정을 위해 사용될 수 있다.
체외(in vitro) 세포 확장의 끝에서, 침강 장치(400)의 바닥에 모이는 농축된 침강 세포는 하측 하우징(401)의 제1 포트(453)로부터 수확될 수 있다. 암모니아 및 젖산염과 같은 대사성 폐생성물 또는 가스를 함유하는 정화된 배양 유체가, 아직 침강되지 않은 더 작은 죽은 세포 및 세포 잔해와 함께, 상측 하우징(301)의 제1 포트(353)를 통해 제거될 수 있다.
선택적으로, 침강 장치(400)는 독립적인 생물 반응기/세포 분류기 조합으로서 사용될 수 있다. 성장 매체가 제1 및 제2 포트(353, 354, 453, 454) 중의 하나 이상을 통해 세포 침강 장치에 추가될 수 있다. 따라서, 침강 장치(300)는 관류 생물 반응기 없이 사용될 수 있다.
이제 도 16 - 21을 참조하면, 본 개시의 입자 또는 세포에 대한 침강 장치(500)의 다른 구성이 도시되어 있다. 침강 장치(500)는, 본 개시의 침강 장치(300, 400)와 동일하거나 유사한 요소를 포함한다. 보다 구체적으로, 침강 장치(500)는, 일반적으로 중공인 내부를 규정하는 상측 원추형 부분(503A), 원통형 부분(508), 및 하측 원추형 부분(503B)을 일반적으로 포함한다. 한 실시예에서, 상측 및 하측 원추형 부분(503A, 503B)은 실질적으로 동일하다. 원추체(509)의 적어도 하나의 적층체가 침강 장치(500) 내에 위치된다.
원추형 부분(503A, 503B)은 일반적으로 제1 포트(553) 및 선택적으로 제2 포트(554)를 포함한다. 선택적으로, 제1 포트(553)는 침강 장치(500)의 길이 방향 축선(550)과 실질적으로 동심으로 정렬된다. 제1 포트(553)는 입구 및 출구로서 사용될 수 있다.
제2 포트(554)는 또한 침강 장치(500)의 중공 내부로부터 액체, 가스 및 고형물을 도입하거나 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 포트(554)는 원추형 부분(503)을 통해 연장된다. 선택적으로, 제2 포트(554)는 세포 침강 장치의 길이 방향 축선(550)에 대체적으로 평행하게 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 포트(554)는 원통형 부분(508)을 통해 연장될 수 있다. 한 실시예에서, 제2 포트(554)는 길이 방향 축선(550)에 대해 횡방향으로 또는 수직으로 배향될 수 있다. 제1 및 제2 포트(553, 554)의 다른 구성이 고려된다. 침강 장치(500)는 또한 4개보다 많은 포트를 가질 수 있다.
포트(553, 554)는 배관 라인에 상호 연결되도록 구성된다. 이러한 배관 라인은 본 개시의 컴팩트한 세포 침강 장치 중의 어느 것에도 상호 연결될 수 있다. 배관 라인은 본 개시의 실시예의 임의의 포트에 상호 연결되기 위한 직경을 가질 수 있거나 그 포트에 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 라인은 중공 내부에 위치된 적어도 하나의 센서를 선택적으로 포함할 수 있다. 센서는 라인 내의 유체 및/또는 입자와 접촉할 수 있다. 선택적으로, 센서는 라인의 내측 표면에 배치될 수 있지만, 다른 구성도 고려된다. 센서는 라인에서 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2 (용존 또는 부분 CO2 포함) 중의 하나 이상을 모니터링하도록 작동 가능할 수 있다.
선택적으로, 센서 중의 하나 이상의 센서는 형광 프로브를 포함할 수 있고, 이 형광 프로브는 형광 프로브에 의해 감지된 조건에 근거하여 변하는 빛을 방출하도록 작동 가능하다. 그 빛은 판독기 또는 계량기에 의해 수집될 수 있다. 빛은 선택적인 섬유 케이블에 의해 선택적으로 수집되어 계량기에 전송될 수 있다. 미터는 형광 프로브에 의해 감지된 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2 중의 적어도 하나의 레벨을 보고하거나 표시하도록 작동 가능하다. 라인은 투명하거나 적어도 반투명한 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 센서에서 생성된 빛이 라인을 통과할 수 있다. 대안적으로, 라인의 적어도 일부분은 창과 유사하게 투명하거나 반투명하다. 따라서, 센서에서 발생된 빛은 창 부분을 통해 전송되어 미터에 의해 수집될 수 있다.
도관(560)이 침강 장치(500)의 내부에 있는 제2 포트(554) 중의 적어도 하나에 선택적으로 상호 연결될 수 있다. 본 개시의 도관(560)의 한 실시예가 대체적으로 도 20a 및 20b에 도시되어 있다. 내강(lumen)(562)이 그 도관을 통해 연장되어 있다. 한 실시예에서, 도관(560)은 선형이 아니다. 보다 구체적으로, 도관(560)은 구부러질 수 있다. 이러한 방식으로, 도관은, 도 17에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 그 도관의 자유 단부(564)가 길이 방향 축선(550)에 근접하여 위치되도록 침강 장치(500) 내부에서 내측으로 연장되도록 구성된다. 따라서, 도관(560)을 통과하는 내강(562)은 침강 장치(500)의 중간 부분으로부터, 예컨대, 원추체(509)의 내부로부터 유체를 주입하거나 인출하도록 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 도관(560)을 통해 침강 장치(500)로부터 유체를 인출하는 것은, 침강 장치 내부에서 유체의 상향 유동을 촉진시킬 수 있으며, 그래서 그 유체 내의 세포 또는 입자가 원추체 상에 침강하고 하측 원추형 부분(503B) 쪽으로 이동하게 된다.
침강 장치(500)는 또한, 도 21a, 21b에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 중공 내부에 위치되는 확산기(570)를 포함할 수 있다. 확산기(570)는 하측 제2 포트(554B)와 같은 제2 포트 중의 하나와 관련될 수 있다. 유체는 하측 원추형 부분(503B)에 근접하여 침강된 입자 또는 세포를 교란시키지 않고 확산기를 통해 침강 장치(500)로부터 주입 또는 인출될 수 있다. 유체가 확산기를 통해 침강 장치(500) 내로 주입될 때, 세포 또는 입자를 포함할 수 있는 유체는 침강기의 하측 원추형 부분(503B) 전체에 걸쳐 고르게 분포된다.
이제 도 21a 및 21b를 참조하면, 확산기는 스템(572)으로부터 연장되는 원환체 또는 링(574)을 포함할 수 있다. 스템(572)은 대체적으로 선형일 수 있고 길이방향 축선(550)에 평행하게 배향되도록 구성될 수 있다. 확산기(570)가 침강 장치(500)에 상호 연결될 때 링(574)은 길이 방향 축선(550) 주위로 연장하도록 구성될 수 있다. 한 실시예에서, 링(574)은 길이 방향 축선과 실질적으로 동심이 되도록 되어 있다.
구멍(576)이 링(574)을 통해 형성되어 있어, 확산기를 통한 유체, 세포 또는 입자의 수송을 용이하게 해준다. 한 실시예에서, 그 구멍(576)은 스템(572)에 연결되는 링의 일 측면에 형성된다. 이렇게 해서, 구멍(576)은, 확산기가 하측 제2 포트(554)에 상호 연결될 때 하측 제1 포트(553B) 쪽으로 배향될 수 있다. 구멍(576)은 단일 채널 또는 홈으로 구성될 수 있다. 홈은 링 주위에 실질적으로 연속적으로 연장될 수 있다.
대안적으로, 링은 복수의 개별 구멍(576)을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 구멍은 길이 방향 축선에 대체적으로 평행하게 유체를 방출시키도록 축방향으로 배향된다. 구멍(576)은 모두 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 대안적으로, 구멍 중의 일부는 서로 다른 방향 또는 반대 방향으로 향할 수 있다. 선택적으로, 구멍(576) 중의 하나 이상은 길이 방향 축선(550)에 대해 횡방향으로 배향될 수 있다. 추가로, 또는 대안적으로, 구멍 중의 일부는 반경 방향으로 또는 축방향으로 배향될 수 있다.
다시 도 17을 참조하면, 원추체(509)는 침강기 장치(500) 내에 위치될 수 있고 상측 원추형 부분(503A)과 하측 원추형 부분(503B) 중의 하나 이상과 대향하도록 배향될 수 있다. 한 실시예에서, 침강 장치는 하나의 원추체 적층체를 포함하고, 원추체(509B)의 작은 단부 또는 정점(542)은 하측 원추형 부분(503B)의 하측 제1 포트(553B) 쪽으로 배향된다. 이 실시예에서, 원추체의 기부 또는 큰 개구(546)는 상측 원추형 부분(503A)의 상측 제1 포트(553A) 쪽으로 배향된다. 예시적인 실시예에서, 3 내지 25개의 원추체(509)가 침강 장치(500) 내에 적층체에 배치된다. 다른 실시예에서, 적층체는 6 내지 14개의 원추체, 또는 10개의 원추체를 포함한다. 그러나, 침강 장치(500)는 도 16 - 17에 도시되어 있는 바와 같이 침강 장치(500)가 조립될 때 임의의 수의 원추체(509)를 수용하는 크기를 가질 수 있다. 하측 원추형 부분(503B)의 적어도 일부분에는 원추체가 없을 수 있다. 보다 구체적으로, 최하측 원추체(509)는 하측 원추형 부분(503B)의 내측 표면으로부터 미리 결정된 거리로 이격될 수 있다. 따라서, 배양 중인 세포는 예를 들어 하측 제1 포트(553B)에 근접하여 침강 장치(500) 안에 유지될 수 있다.
원추체(509B)가 그의 정점(542)이 하측 제1 포트(553B)에 근접하도록 배향될 때, 바닥 원추체(509)의 본체(540)는 확산기(570)로 지지될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 17에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 바닥 원추체(509)는 원추체 본체(540)가 확산기 링과 접촉하도록 확산기 링(574)을 통해 연장된다. 바닥 원추체는 선택적으로 확산기 링에 결합되거나 용접될 수 있다. 이렇게 해서, 확산기(570)는 하측 원추형 부분(503B)의 내측 표면으로부터 미리 결정된 거리에 바닥 원추체(509)를 위치시키도록 작동 가능하다.
다시 도 17을 참조하면, 선택적으로 플랜지(518)가 침강 장치의 원추형 부분(503)의 큰 단부로부터 연장될 수 있다. 플랜지(518)는 원통형 부분(508)의 외경과 대략 같거나 그 보다 큰 내경을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 침강 장치가 조립될 때, 플랜지(518)는 원통형 부분(508)의 외측 표면의 외부에서 그리고 길이 방향 축선(550)에 대략 평행하게 연장된다. 선택적인 플랜지(518)는 관련된 원추형 부분(503)을 원통형 부분(508)에 상호 연결하도록 구성된다. 예컨대, 원추형 부분(503)이 플랜지(518)의 근처에서 원통형 부분(508)에 용접되거나 다른 식으로 고정될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 플랜지(518)는 관련된 원추형 부분(503)을 원통형 부분(508)과 정렬시키도록 되어 있는 특징부를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 그 특징부는 원통형 부분에 있는 대응하는 오목부와 결합하도록 구성된 돌출부를 포함한다.
플랜지는 원추형 부분과 원통형 부분 사이에 위치되는 와셔 또는 가스켓을 유지하도록 구성될 수 있다. 가스켓은 도 8a 및 8b에 대체적으로 도시된 가스켓(338)과 동일하거나 유사할 수 있다.
한 실시예에서, 침강 장치(500)의 원추형 부분(503) 중의 하나 이상은 선형이 아니다. 더 구체적으로, 원추형 부분(503)은 원통형 부분(508)에 근접한 최대 직경으로부터 제1 포트(553)에 근접한 최소 직경까지 아치형 경로를 따라 테이퍼져 있을 수 있다. 더 구체적으로 그리고 다시 도 17을 참조하면, 각 원추형 부분(503)의 길이방향 단면은 원통형 부분(508)과 제1 포트(553) 사이에서 아치형 형상을 갖는 선을 규정한다. 한 실시예에서, 원추형 부분(503)은 침강 장치(500)의 중심 쪽으로 내측으로 오목하다. 다른 실시예에서, 원추형 부분(503)은 일정한 곡률 반경을 가질 수 있다. 선택적으로, 다른 실시예에서, 원추형 부분(503) 중의 하나 이상은 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 원추형 부분(503)은 원통형 부분(508)에 근접한 제1 곡률 반경 및 관련된 제1 포트(553)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 침강 장치(500) 내부에 위치된다. 선택적으로, 원추형 부분(508)의 경사는 길이방향 축선(550)에 대해 대략 5°와 대략 85°사이에서 변할 수 있다. 한 실시예에서, 원추형 부분(503)은 제1 포트(553)에 근접한 볼록한 부분을 포함할 수 있다. 이 볼록한 부분은 침강 장치(500) 외부에 있는 중심점을 갖는 곡률 반경을 갖는다.
이제 도 19a 및 19b를 참조하면, 원추체(509)는 일반적으로 작은 개구(544)를 갖는 정점(542) 및 큰 개구(546)를 갖는 기부를 갖는 본체(540)를 포함한다. 선택적으로, 각 원추체는 개별적으로 형성된다. 예시적인 실시예에서, 원추체는 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 갖는다.
일부 실시예에서, 본체(540)는 작은 개구(544)와 큰 개구(546) 사이에서 선형이 아닐 수 있다. 도 17에 대체적으로 도시된 바와 같이, 본체(540)의 길이방향 단면은 아치형 형상을 갖는 선을 형성할 것이다. 각 원추체(509)의 아치형 형상은 침강 장치(500)의 원추형 부분(503) 중의 하나 이상과 대략 동일할 수 있다.
일부 실시예에서, 본체(540)는 길이방향 축선(550) 쪽으로 내측으로 오목하다. 따라서, 큰 개구(546)의 한 점에서 작은 개구(544)의 한 점까지 그려진 직선은 본체의 내부에 있다.
선택적으로, 본체(540)는 일정한 곡률 반경을 갖는다. 대안적으로, 본체는 2개 이상의 곡률 반경을 가질 수 있다. 따라서, 본체는 작은 개구(544)에 근접한 제1 곡률 반경 및 큰 개구(546)에 근접한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다. 제1 및 제2 곡률 반경의 중심점은 원추체(509)의 내부에 위치된다. 이렇게 해서, 작은 개구(544)에 근접한 본체(540)의 일부분은 큰 개구에 근접한 본체의 경사와 다른 경사를 가질 수 있다. 예를 들어, 작은 개구(544)에 근접하여, 본체는 길이방향 축선(550)에 대해 적어도 대략 40°의 각도로 정렬될 수 있다. 대조적으로, 큰 개구(546) 근처에서, 본체는 수직에 더 가까울 수 있다(또는 길이방향 축선에 더 가까움). 보다 구체적으로, 본체는 큰 개구(546)에 근접한 점에서 길이 방향 축선에 대해 약 45°미만의 각도로 경사질 수 있다. 선택적으로, 본체(540)의 경사는 길이 방향 축선에 대해 대략 5°와 대략 85°사이에서 변할 수 있다.
도 19a 및 19b에 나타나 있는 바와 같이, 각 원추체(509)는, 원추체의 적층체에 있는 각 연속하는 원추체(509)를 실질적으로 같은 간격으로 유지시키기 위해 인접 원추체와 접촉하도록 구성된 돌출부(513)를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 돌출부(513)는 본체(540)의 외측 표면으로부터 외측으로 연장된다. 돌출부(513)는 인접 원추체의 본체(540)의 내측 표면과 접촉하도록 구성된다. 대안적으로, 돌출부(513)는 본체(340)의 내측 표면으로부터 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(513)는 길이 방향 축선(550)에 대체적으로 평행하게 배향된다.
돌출부(513)는 인접 원추체들 사이에 임의의 원하는 간격을 제공하는 크기를 가질 수 있다. 선택적으로, 돌출부(513)는 인접 원추체를 대략 1 mm 내지 대략 2.5 cm의 거리로 분리하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 각 원추체(509)는 적어도 3개의 돌출부(513)를 포함한다.
돌출부(513)는 선택적으로 제2 원추체에 대해 제1 원추체를 고정시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 돌출부(513)는 플랜지(532) 및 홈(536)을 포함할 수 있다. 제1 원추체의 홈(536)은 도 19a에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이 제2 인접 원추체의 플랜지(532)를 수용할 수 있다.
이제 도 18을 참조하면, 침강 장치(500)는 원추체(509A)의 제2 적층체를 선택적으로 포함할 수 있다. 원추체의 제2 적층체의 원추체(509A)는 원추체(509B)와 동일할 수 있다. 대안적으로, 원추체(509A)는 원추체(509B)와 다른 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 제2 적층체의 원추체(509A)는 각각 상이한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 원추체(509A) 중의 최상측 원추체는 더 밑에 있는 원추체 보다 큰 직경을 가질 수 있다. 유사하게, 원추체(509A) 중의 최하측 원추체는 원추체의 적층체의 다른 원추체 보다 작은 직경을 가질 수 있다.
선택적으로, 하나 이상의 스페이서(도시되지 않음)가 침강 장치(500)의 내측 표면으로부터 내측으로 돌출할 수 있다. 스페이서는 침강 장치(500) 내부에 있는 원추체(509)의 적층체가 원추형 부분(503) 또는 원통형 부분(508)의 내측 표면에 안착되는 것을 방지하도록 구성된다. 선택적으로, 스페이서는 침강 장치(300)의 길이방향 축선(550)에 대략 평행할 수 있다. 스페이서는 침강 장치(500) 내의 액체 및 현탁 입자의 운동 또는 유동과의 간섭을 방지하거나 최소화하기 위해 실질적으로 얇은 단면을 가질 수 있다. 도 16 - 18에 도시되어 있지는 않지만, 스페이서는 도 도 5a, 5b 및 7에 도시되어 있고 여기서 설명되는 스페이서(315)와 동일하거나 유사할 수 있다. 여기서 설명되는 침강 장치(500, 600, 800)의 모든 실시예는 유사한 스페이서를 포함할 수 있다.
원추형 부분(503), 원통형 부분(508) 및 원추체(509)와 같은 침강 장치(500)의 요소는 단일 사용의 일회용 플라스틱으로 제조될 수 있다. 대안적으로, 원추형 부분(503), 원통형 부분(508), 및 원추체(509) 중의 하나 이상은 스테인레스강 합금과 같은 금속 또는 유리로 제조될 수 있다. 원추체(509)의 표면, 및 원추형 부분(503)과 원통형 부분(508)의 내측 표면은, 비점착성 플라스틱, 테플론, 실리콘 및 당업자에게 알려져 있는 유사한 재료 중의 하나 이상으로 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 표면(특히 스테인레스강으로 형성될 때)은 매끄러운 표면을 제공하기 위해 전해 연마될 수 있다. 이러한 침강 장치는 임의의 원하는 크기로 쉽게 규모 조정될 수 있다.
한 실시예에서, 원추형 부분은 예를 들어 용접(예컨대, 음파 용접 또는 열 용접), 접착제 또는 아교에 의해 원통형 부분에 고정적으로 결합된다. 선택적으로, 원추체 중의 하나 이상은 침강 장치의 내측 표면에 결합될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 원추체의 적층체에 있는 최상측 원추체(509)의 일부분은, 도 17에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 상측 원추형 부분(503A)의 내측 표면과 접촉하고 그에 고정될 수 있다. 한 실시예에서, 원추체들은 원추체의 적층체를 형성하기 위해 함께 결합될 수 있다.
침강 장치(500)는 선택적으로 유체 재킷(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 유체 재킷은 원추형 부분(503) 및 원통형 부분(508) 중의 하나 이상과 관련될 수 있다. 물 또는 다른 유체가 하나 이상의 포트를 통해 유체 재킷 안으로 보내져 침강 장치(500) 및 그 안에 있는 유체를 포함하여 그의 내용물을 그의 요구되는 온도 범위 내로 유지할 수 있다.
도 16 - 18에 나타나 있는 실시예의 침강 장치(500)의 작동 동안에. 혈청이 없거나 또는 동물성 단백질이 없는 세포 배양 매체가 하측 원추형 부분(503B)의 제1 및 제2 포트(553B, 554B) 중의 하나 이상을 통해 침강 장치(300) 내로 펌핑될 수 있다. 세포 배양 매체는 연속적으로 또는 주기적으로 침강 장치(500) 내로 펌핑될 수 있다. 구체적으로, 침강 장치(500)는 뱃치 또는 연속 작업으로 작동할 수 있다.
공기, O2, CO2 및 N2의 제어된 혼합물이 또한 침강 장치(500) 내부의 배양 상청액의 pH 및 DO를 제어하기 위해 침강 장치(500) 내로 펌핑될 수 있다. 선택적으로, 제2 포트(554A, 554B)와 하측 원추형 부분(503B) 및 제1 포트(553B) 중의 하나 이상은 예를 들어 세포 생존율을 확인하기 위해 생물 반응기 내용물을 샘플링하기 위해 그리고 컴퓨터 제어되는 다중 가스 질량 유동 제어기에 입력되기 위한 액체 pH 및 DO의 연속 측정을 위해 사용될 수 있다.
체외 세포 확장의 끝에서, 하측 원추형 부분(503B) 내의 침강 장치(500)의 바닥에 모이는 농축된 침강 세포는 침강 장치(500)의 제1 포트(553B)로부터 수확될 수 있다. 암모니아 및 젖산염과 같은 대사성 폐생성물 또는 가스를 함유하는 정화된 배양 유체가, 아직 침강되지 않은 더 작은 죽은 세포 및 세포 잔해와 함께, 상측 원추형 부분(503A)의 제1 포트(553A)를 통해 제거될 수 있다.
선택적으로, 침강 장치(500)는 독립적인 생물 반응기/세포 분류기 조합으로서 사용될 수 있다. 성장 매체가 제1 및 제2 포트(553, 554) 중의 하나 이상을 통해 세포 침강 장치에 추가될 수 있다. 따라서, 침강 장치(500)는 관류 생물 반응기에 대한 연결 없이 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 센서는 침강 장치(500) 내에 위치될 수 있다. 선택적으로, 센서는 원추형 부분(503) 및 원통형 부분(508) 중의 하나 이상의 내측 표면에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 침강 장치(500)의 적어도 일부분은 플라스틱을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전체 하우징은 플라스틱으로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 플라스틱은 투명하거나 적어도 반투명하다. 선택적으로, 침강 장치(500)의 적어도 일부분은 투명하거나 반투명하다. 예를 들어, 투명 또는 반투명 재료는 창과 유사한 침강 장치(500)의 구멍에 상호 연결될 수 있다. 투명한 부분은 유리, 플라스틱, 또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 투명한 부분은 미리 결정된 파장 범위(들)의 빛을 통과시키는 재료로 형성될 수 있다.
존재하는 경우, 센서는 침강 장치(500) 내의 매체와 접촉하도록 위치된다. 센서는 침강 장치(500)에서 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2 (용존 또는 부분 CO2를 포함함) 중의 하나 이상을 모니터링하도록 작동 가능할 수 있다.
선택적으로, 센서 중의 하나 이상은 형광 프로브를 포함할 수 있고, 이 형광 프로브는 형광 프로브에 의해 감지된 조건에 근거하여 변하는 빛을 방출하도록 작동 가능하다. 형광 프로브는 침강 장치(500) 내의 다양한 다른 위치에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 형광 프로브는 세포 침강 장치 내의 다른 영역에서 다른 조건 또는 조건의 변화를 측정하도록 배치될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 형광 프로브는 침강 장치의 하측 원추형 부분(503B)의 내측 표면에 부착된다.
형광 프로브에 의해 방출된 빛은 침강 장치의 표면(또는 침강 장치의 투명한 부분)을 통과하고 판독기 또는 미터에 의해 수집될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 계량기는 침강 장치(500) 내의 형광 프로브에 의해 감지된 pH, DO, 포도당, 온도 및 CO2 중의 적어도 하나의 레벨을 보고하거나 표시하도록 작동 가능하다. 선택적으로, 형광 프로브에 의해 방출된 빛은 선택적인 섬유 케이블에 의해 수집되고 미터에 전송될 수 있다.
이제 도 22 - 23을 참조하면, 본 개시의 다른 침강 장치(600)가 대체적으로 도시되어 있다. 침강 장치(600)는 침강 장치(500)와 유사하고 많은 동일한 특징을 포함한다. 예를 들어, 침강 장치(600)는, 일반적으로 중공인 내부를 규정하는 상측 원추형 부분(503A), 원통형 부분(508), 및 하측 원추형 부분(503B)을 일반적으로 포함한다. 확산기(570)는 하측 제2 포트(553B)와 유체 연통하여 중공 내부에 위치될 수 있다.
원추체(509A)의 적층체는 침강 장치(600) 내에 위치될 수 있다. 특히, 원추체(509A)는 그의 정점(542)이 상측 원추형 부분(503A) 및 제1 상측 포트(553A)에 근접하도록 배향된다.
원추체(509A)는 상측 원추형 부분(503A)의 내측 표면에 고정될 수 있다. 보다 구체적으로, 한 실시예에서, 원추체는 여기서 설명되는 바와 같은 돌출부(513)를 포함한다. 상측 원추체(509A)의 돌출부(513)는, 도 23에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 상측 원추형 부분(503A)의 내측 표면에 고정되거나 용접될 수 있다.
선택적으로, 원추체의 제2 적층체(도시되지 않음)가 침강 장치(600) 내에 위치될 수 있다. 원추체의 제2 적층체의 원추체는 그의 정점이 하측 원추형 부분(503B)에 근접해 있도록 배향될 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 제2 적층체의 원추체는 원추체(509A)와 동일하거나 유사하다. 대안적으로, 원추체의 제2 적층체의 원추체는 원추체(509A)와 다른 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 제2 원추체는 도 14 및 15에 도시된 원추체(409)와 같이 연속적으로 증가하는 직경을 가질 수 있다.
본 개시의 각 실시예에서, 적층된 원추체의 원추형 표면의 경사각은 수직으로부터 약 30도 내지 약 60도일 수 있다. 특정 실시예에서, 원추형 표면 또는 적층된 원추체의 표면에 대한 경사각은 수직으로부터 약 45도이다. 또 다른 실시예에서, 그 경사각은 약 15도 내지 약 75도이다. 전술한 바와 같이, 더 끈적한 입자(전형적으로 포유류 세포)의 분리를 위해, 경사각은 바람직하게는 수직에 더 가깝다(즉, 수직으로부터 약 30도). 덜 끈적한 고체 입자(예컨대, 촉매 입자)의 경우, 경사각은 수직으로부터 더 멀 수 있다(바람직하게는, 수직으로부터 약 60도).
하우징, 원추체, 및/또는 침강 장치의 추가 구성 요소를 포함하는 본 개시의 침강 장치(300, 400, 500, 600 및 800) 중 임의의 것의 구성 재료는 스테인레스강(특히 스테인레스강 316), 또는 미생물 또는 포유류 세포 배양 분야에 사용되는 유사한 재료뿐만 아니라 촉매 분리 및 재활용과 같은 화학 공정 산업 분야에 사용되는 다른 금속일 수 있다. 스테인레스강 표면은, 액체 현탁물로부터의 침강 후에 세포 또는 입자가 미끄러질 수 있는 아래로 슬라이딩할 수 있는 매끄러운 표면을 제공하기 위해 부분적으로 또는 완전히 전해 연마될 수 있다. 본 개시의 침강 장치의 표면의 일부 또는 전부는 디메틸디클로로실란과 같은 비점착성 플라스틱 또는 실리콘으로 코팅될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 개시의 이러한 침강 장치 중의 임의의 것의 재료 구성은 단일 사용의 일회용 플라스틱과 같은 플라스틱을 포함하여 비금속일 수 있다. 본 개시의 금속 침강 장치는 나선형 플레이트의 바닥에 강 앵귤러 플레이트의 표준 플레이트 압연 및 용접을 통해 구성될 수 있지만, 본 개시의 플라스틱 침강 장치 또는 그의 개별 부품은 예를 들어 사출 성형 또는 3차원 인쇄 기술을 사용하여 단일체로서 연속적으로 더 쉽게 제조될 수 있다.
본 개시의 임의의 침강 장치의 하우징 내에 배치되는 원추체를 구성하는 재료의 두께는 바람직하게는 형상의 강성을 유지하고 하우징 내부에 지지될 원추체의 동심 적층체의 중량을 최소화하기 위해 필요한 만큼 얇다. 이러한 장치의 반경과 높이는 경사형 플레이트 침강기(Batt et al. 1990, supra)를 위해 제공되는 것과 같은 예측 방정식으로부터 계산될 수 있는 대규모 프로세스에 필요한 만큼 독립적으로 규모 확장될 수 있다.
본 개시의 침강 장치에서 입자 분리를 유발하는 중요한 요소는 경사 표면에서의 향상된 침전인데, 이는 혈액 세포를 사용하여 Boycott(Nature, 104:532, 1920)에 의해 성공적으로 입증된 경사 표면에서의 향상된 침전 및 모노클로날 항체를 생산하는 하이브리도마 세포를 사용하여 Batt et al.(1990, supra)에 의해 성공적으로 입증된 경사 직사각형 표면에서의 향상된 침전이다. 세포/입자 분리를 향상시키는 추가 요인은, 연속적인 실린더 사이의 환형 영역을 따라 위로 이동하는 동안의 세포/입자에 대한 원심력 및 중력으로 인한 침강 표면 상의 침강이다.
라멜라 플레이트를 사용하여 경사 플레이트 침강기를 각 치수로 독립적으로 확장하였지만, 즉 서로 적층된 플레이트들의 길이, 폭 또는 수를 증가시켰지만, 나선형 원추형 침강 영역은 단순히 이 장치의 수평 반경을 증가시킴으로써 3개의 치수에 있어서 동시에 확장될 수 있다. 장치의 수평 반경이 증가함에 따라, 연속하는 나선 사이의 일정한 거리(또는 채널 폭)를 유지함으로써 수직 및 원추형 표면의 수를 비례적으로 증가시킬 수 있다. 입자 분리 효율은 경사 침강 표면의 총 투영 수평 면적에 정비례한다. 장치 반경이 증가하면, 투영 수평 면적이 반경의 제곱에 비례하여 증가하며, 그 결과, 단순히 반경을 증가시켜 총 투영 면적(즉, 반경의 세제곱에 비례)이 3차원적으로 확대된다.
침강 장치(600)는 본 개시의 다른 침강 장치와 유사한 방식으로 작동할 수 있다. 예를 들어, 침강 장치(600)는 침강 장치(300, 400, 500)와 관련하여 설명된 바와 같이 사용 및 작동될 수 있다.
프로세스의 사용 및 작동 방법
본 개시의 침강 장치를 사용하는 예시적인 방법이 이제 설명된다. 입자 함유 액체(예를 들어, 세포 배양액, 폐수 또는 고체 촉매 입자를 함유하는 반응 유체 등을 포함)가 포트를 통해 본 개시의 침강 장치 내로 도입된다. 들어가는 액체의 대략 50% - 99%(전형적으로 약 90%)가 침강 장치 바닥에 있는 포트를 통해 제거되고, 액체의 나머지 1% - 50%(전형적으로 약 10%)는 장치의 정상부에 있는 포트를 통해 제거된다. 펌프(예컨대, 연동 펌프와 같은)를 사용하여 정상 포트 밖으로 액체를 흡인할 수 있고, 바닥에서 나가는 농축된 액체는 펌프가 필요 없이 중력으로 인해 사이클론 하우징의 바닥 출구에서 나갈 수 있다. 대안적으로, 침강된 세포 또는 입자를 함유하는 액체는 들어가는 액체 유량의 약 50% - 99%로 원추형 침강기의 바닥 포트로부터 밖으로 펌핑될 수 있고, 나머지 정화된 액체(1% - 50%)는 정상 포트를 통해 나갈 수 있다. 선택적으로, 포트에서 나가는 유체는 수확 라인 안으로 펌핑될 수 있다.
들어가는 세포(또는 입자)의 대부분은 유입시 원심력을 통해 침강 장치 어셈블리의 벽에 밀리고, 처음에는 완만한 와류 운동을 통해 원추형 부분을 따라 아래로 침강하고, 액체 및 입자/세포가 아래로 내려감에 따라 더 빨라지고 바닥 포트를 통해 나가게 된다. 침강되지 않은 세포 또는 입자는 원추체의 적층체를 통해 위로 이동할 것이다. 액체가 원추체의 적층체를 통해 위로 천천히 이동함에 따라, 더 큰 입자(예컨대, 살아있는 세포)는 원추체의 표면 상에 침강되고 원추체를 따라 아래로 슬라이딩하거나 원추체와 사이클론 하우징의 외벽 사이에 제공된 작은 간격을 따라 아래로 떨어지게 된다. 침강된 입자는 어셈블리의 바닥 원추형 섹션에 도달할 때까지 원통형 외벽을 따라 수직으로 아래로 떨어지고 그 원추형 섹션을 따라 아래로 바닥 포트까지 계속 슬라이딩한다.
포트를 통과하는 액체 입구 유량을 증가시킴으로써, 액체가 침강 영역의 정상부에 도달할 때까지 더 작은 입자(예컨대, 죽은 세포 및 세포 잔해)가 침강되지 않도록 경사 침강 영역 내부에서의 액체 체류 시간을 줄일 수 있고, 그래서 이들 작은 입자는 정상 포트를 통해 침강 장치에서 나가게 된다. 이러한 특징은, 더 작은 입자(예컨대, 죽은 세포 및 세포 잔해)를 정상 포트를 통해 선택적으로 수확 스트림 내로 제거하는 간단한 방법을 제공하며, 반면에 더 큰 입자(예컨대, 살아 있고 생산적인 세포)는 바닥 포트로부터 다른 용기(예컨대, 생물 반응기)에 복귀하게 된다.
따라서, 이들 방법에서, 액체 현탁물을 이러한 침강 장치 내로 도입하는 단계는 액체 현탁물을 플라스틱 생물 반응기 백으로부터 입자 침강 장치 내로 안내하는 것을 포함할 수 있다.
액체는 포트 또는 개구와 액체 연통하는 하나 이상의 펌프(예컨대, 연동 펌프)에 의해 침강 장치에 있는 포트 또는 개구 안으로 안내되거나 또는 그 밖으로 인출될 수 있다. 이러한 펌프 또는 액체가 침강 장치 내로 또는 그 밖으로 흐르게 하는 다른 수단은 연속적으로 또는 간헐적으로 작동할 수 있다. 간헐적으로 작동하면, 펌프가 꺼져 있는 기간 동안에, 주변 유체가 정지된 상태에서 입자 또는 세포의 침강이 일어난다. 이리하여, 이미 침강된 입자 또는 세포는 액체의 상향 유동에 의해 방해받지 않고 경사 원추형 표면을 따라 아래로 슬라이딩할 수 있다. 간헐적 작동은, 세포가 아래쪽으로 슬라이딩하는 속도를 개선하여 세포 생존율과 생산성을 개선시킬 수 있다는 이점을 갖는다. 특정 실시예에서, 펌프를 사용하여, 생물 반응기 또는 발효 매체로부터 세포의 액체 현탁물을 본 개시의 침강 장치 내로 안내한다.
본 개시의 침강 장치를 사용하는 이러한 방법에서 조정될 수 있는 하나의 파라미터는 침강 장치에 출입하는 액체 유량이다. 액체 유량은 장치의 특정 용도에 전적으로 의존하며, 정화된 액체로부터 침강되어 분리되는 입자를 보호하기 위해 그 유량을 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 침강 장치에서 분리되어 세포 배양물로 되돌아갈 수 있는 살아있는 세포의 생존력을 보호하기 위해 유량을 조정할 필요가 있을 수 있지만, 침강 장치에서의 실질적인 세포 또는 입자 축적 또는 액체를 침강 장치 내로 또는 밖으로 전달하는 도관의 막힘을 방지하기 위해 또한 유량을 조정해야 한다.
이러한 방법에서, 침강 장치로부터 수집된 정화된 액체는 생물학적 분자, 유기 또는 무기 화합물, 화학 반응물 및 화학 반응 생성물 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 침강 장치로부터 수집된 정화된 액체는 탄화수소, 폴리펩티드, 단백질, 알코올, 지방산, 호르몬, 탄수화물, 항체, 이소프레노이드, 바이오디젤 및 맥주 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 방법의 예에서, 침강 장치로부터 수집된 정화된 액체는 인슐린 또는 그 유사체, 모노클로날 항체, 성장 인자, 하위 단위 백신, 바이러스, 바이러스형 입자, 집락 자극 인자 및 에리트로포이에틴(EPO) 중의 적어도 하나를 포함한다.
여기에 인용된 각 간행물 또는 특허는 그 전체가 참조로 여기에 포함된다. 이제 대체적으로 설명되는 본 개시의 침강 장치는, 본 개시의 실시예의 특정 양태를 예시하는 목적으로만 포함된 이하의 예를 참조하여 더 쉽게 이해될 것이다. 다른 기술 및 방법이 청구범위를 충족할 수 있고 또한 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 채용될 수 있음을 당업자가 위의 교시 및 이하의 예로부터 인식할 것이기 때문에, 그 예는 본 개시를 제한하도록 의도되어 있지 않다.
예
예 1
단백질 생성물을 분비하는 효모 또는 다른 미생물 세포
이종 단백질(예컨대, 인슐린 또는 브라제인) 또는 자연적 분비 효소(예컨대, A. niger, B. subtilis 등)를 분비하도록 조작된, 효모 또는 곰팡이(Pichia pasteris, Saccharomyces cerevisiae , Kluyveromyces lactis , Aspergillus niger 등) 또는 박테리아(Escherichia coli , Bacillus subtilis 등) 세포와 같은 재조합 미생물 세포가 본 개시의 컴팩트한 침강 장치에 부착된 생물 반응기에서 성장되어, 살아 있고 생산적인 세포를 다시 생물 반응기에 재순환시킬 수 있고, 그리하여 생물 반응기는 높은 세포 밀도와 높은 생산성을 달성할 것이다. 신선한 영양 매체가 높은 세포 밀도의 생물 반응기 내부에 있는 살아있는 생산적인 세포에 연속적으로 공급되고, 분비된 단백질 또는 효소는 정상 포트로부터의 정화된 출구(또는 정상측 출구(353A, 354A, 553A, 554A))에서 연속적으로 수확되며, 농축된 살아있는 생산적인 세포는 다시 생물 반응기에 복귀된다. 죽은 세포와 살아있는 세포의 작은 부분이 수확 출구를 통해 생물 반응기로부터 연속적으로 제거됨에 따라, 생물 반응기 작동을 중단할 실제 필요가 없이 세포 성장과 단백질 생산을 무한정으로 유지할 수 있다. 본 개시의 원추형 침강 장치와 함께 효모 피치아(Pichia) 세포를 사용하는 작업에서, 관류 생물 반응기는 한 달 이상 동안 작동되었다. 미생물 세포가 현탁 배양으로 성장하고 세포 유지 장치가 원하는 크기로 확장될 수 있기 때문에, 본 개시의 침강기는 실험실 규모(<1 리터)로부터 산업 규모(>50,000 리터) 또는 그 사이의 임의의 크기까지 변하는 크기를 갖는 현탁 생물 반응기에 부착되어 높은 세포 밀도의 관류 배양물을 달성할 수 있다.
한 특정 예에서, 효모 피치아 파스토리스 세포의 관류 생물 반응기 배양을 설명한다. 효모 피치아 파스토리스 세포가 5-리터의 컴퓨터 제어되는 생물 반응기에서 처음에 뱃치 모드로 성장되어, 처음 50시간 동안 접종원의 세포를 성장시키고 다음에 유가식 모드로 성장시켜, 부착된 12-리터 세포 침강기를 다음 100 시간 동안 천천히 채웠고, 그런 다음에 본 개시의 컴팩트한 세포 침강기를 사용하여 연속 관류 모드에서 더 작은 죽은 세포를 제거하고 더 큰 살아있는 세포를 다시 생물 반응기 내로 재순환시킨다. 임의의 모듈형 생물 반응기에 대한 본 개시의 컴팩트한 세포/입자 침강기의 부착에 대한 전형적인 개략도가 도 24에 나타나 있다.
도 24를 참조하면, 효모 피치아 파스토리스 세포가 관류 생물 반응기(218)에서 성장되었다. 성장 매체가 입력 라인(201)에 상호 연결된 제1 펌프(202)를 통해 매체 저장부(200)로부터 생물 반응기(218)에 추가되었다. 용존 산소 함량 및 pH가 용존 산소 모니터(206) 및 pH 모니터(204)에 의해 생물 반응기(218)에서 연속적으로 모니터링되었다. 생물 반응기(218)로부터의 효모 세포 배양물이, 라인(212)에 상호 연결된 제2 펌프(214)를 통해 본 개시의 12-리터의 컴팩트한 세포 침강기(208)에 전달되었다. 더 작은 죽은 세포를 포함하는 컴팩트한 세포 침강기(208)에서 나온 유출물은 유출물 라인(210)에 의해 배출되었다. 더 큰 살아있는 세포는 제3 펌프(216) 및 복귀 라인(217)을 통해 세포 침강기(208)로부터 다시 생물 반응기(218)로 재순환되었다. 생물 반응기(218) 내에서의 매체 및 세포 배양물 레벨은, 과잉 세포 배양물을 포획되거나 버려지도록 제4 펌프(220) 및 제거 라인(222)을 통해 제거함으로써 제어되었다.
본 개시의 컴팩트한 세포/입자 침강기가 설치된 이 관류 생물 반응기로 얻어진 결과가 도 25에 나타나 있다. 원은 약 150 시간의 초기 뱃치 및 유가식 배양 기간 및 이어지는 최대 1600 시간 또는 2달 이상의 연속 관류 작업 동안에 축적된 생물 반응기 샘플의 광학 밀도(600 nm에서 측정됨)를 나타낸다. 침강기 유출률 또는 수확률은 침강기 입구 펌프 설정 및/또는 침강기 재순환 펌프 설정을 조작하여 조정된다. 세포 농도(600 nm에서 OD로 측정) 및 크기 분포는, 생물 반응기로부터 유입되는 세포의 수확 유량과 세포 크기 분포 및 침강기로부터의 재순환 비율과 같은 다른 요인에 의해 결정된다. 관류 속도가 2000 ml/day로부터 6,000 ml/day 이상으로 점진적으로 증가하더라도, 유출물 스트림에는 0 내지 30의 매우 낮은 OD로 측정할 때 매우 작은 세포를 포함한다. 이러한 결과는, 살아있는 세포의 대부분이 다시 생물 반응기로 재순환되고 또한 더 작은 죽은 세포 및 세포 잔해가 선택적으로 제거됨으로 인해 매우 높은 세포 밀도가 얻어지고 유지되었음을 입증한다. 이러한 증가하는 관류 속도에서도, 생물 반응기는, 경쟁하는 막 기반 세포 유지 장치에서의 막힌 막과 같은, 생물 반응기를 종료할 이유 없이, 높은 세포 밀도로 무한정으로 작동될 수 있다.
동일한 시점에서 취해진 생물 반응기와 침강기 유출물의 샘플이 입자 크기 분석기로 분석되었다. 도 26에 나타나 있는 정규화된 세포 크기 분포의 결과는, 침강기 유출물은 생물 반응기 내의 세포에 대해 발견된 것과 비교하여 상당히 더 작은 세포 크기 분포를 포함한다는 것을 분명히 나타낸다. 이러한 결과는, 침강기는 유출물에 있는 더 작은 죽은 세포와 모든 세포 잔해를 우선적으로 제거하는 반면 더 큰 살아있는 세포는 우선적으로 생물 반응기로 복귀된다는 것을 보여준다. 따라서, 생물 반응기는 죽은 세포와 세포 잔해의 침강기 유출물에 의한 선택적 제거에 의해 연속적으로 정화되며, 따라서, 다른 모든 세포 유지 장치에서 일상적으로 발생하는 것처럼 생물 반응기 내에 죽은 세포와 세포 잔해가 축적되는 일이 없게 된다.
관류 배양 중의 초기 시점에서 생물 반응기 및 침강기 유출물 샘플이 수집되었고 작은 2ml 바이알(vial)에서 원심 분리되었다. 침강 장치(208)에서 나온 유출물로부터 펠릿화된 세포 및 생물 반응기(218) 내부로부터 펠릿화된 세포는, 생물 반응기에서 나온 펠릿화된 세포가 바이알의 습식 패킹된 세포 부피의 거의 50%를 차지하는 반면, 침강기 유출물에 있는 펠릿화된 세포는 습식 패킹된 세포 부피의 약 5%만 차지함을 보여주었다. 이들 결과는, 생물 반응기에서 나온 온전한 더 작은 세포의 매우 작은 부분만이 침강기 유출물에서 제거되는 반면, 더 큰 온전한 세포의 대부분은 우선적으로 생물 반응기로 복귀된다는 것을 다시 확인시켜준다.
이 2개월의 긴 관류 작업 동안 생물 반응기 및 침강기 유출물에서의 총 단백질 농도가 측정되었고, 초기 뱃치 및 유가식 작업 후, 즉 장기간의 관류 작업 동안에 침강 장치(208)에서 나온 유출물 샘플에서의 총 단백질 함량이 생물 반응기(218)로부터의 샘플의 총 단백질 함량보다 일관되게 더 큼을 보여주었다. 이러한 결과는, 포유류 세포의 관류 배양에서 ATF와 같은 막 기반 세포 유지 장치에서 일반적으로 관찰되는 바와 같이, 침강기(208) 내부에 단백질 체질(seiving)이 없음을 매우 강하게 시사한다. 또한, 이러한 결과는, 침강기(208)에서 일부 추가 단백질 생산이 있어, 유출물 단백질 농도가 동시에 생물 반응기(218)에서의 단백질 농도보다 일관되게 더 높게 된다는 것을 시사한다.
도 24에 도시된 연속 관류 생물 반응기 구성으로부터 나온 수확 스트림에 있는 축적된 총 단백질은, 158 시간 또는 거의 6일에 걸쳐 수행된 단일 유가식 생물 반응기(218)의 무세포 상청액에서 수확될 수 있는 단백질과 비교될 수 있고, 1600시간이라는 동일한 배양 기간 동안 계속 반복된다. 유가식 배양은 일반적으로 생물 반응기를 수확하거나 비우고, 내측 표면을 청결하게 하고, 현장에서 증기로 살균하고, 냉각하고, 생물 반응기를 살균 매체로 다시 채우고, 생물 반응기에 신선한 세포를 접종하고 그런 다음에 단백질 역가(tier)의 상당한 증가를 볼 수 있을 만큼 충분히 높은 세포 밀도까지 세포가 성장할 수 있게 하기 위해 긴 가동 중지 시간을 갖지만, 연속 관류 생물반응기는 배양 작업 전체에 걸쳐 높은 세포 밀도 및 높은 생산 속도로 중단 없이 계속 작동한다. 결과적으로, 연속적으로 수확된 생성물 스트림에서의 총 축적 단백질은 관류 속도가 증가함에 따라 상당히 빠른 속도로 증가하고 160g까지 축적되는데, 이는 동일한 5-리터 생물 반응기에서 8회 반복되는 유가식 배양 작업으로 얻어지는 무세포 상청액에서 수확될 수 있는 단백질 양 보다 5배 더 많은 것이다.
예 2
맥주로부터 효모 세포의 제거
대규모 양조 작업에서, 효모 세포는, 정기적으로 막히는 여과 장치 또는 고가의 고속 기계 장치인 원심 분리 장치에 의해 제품 맥주로부터 제거된다. 이전에는, 하이드로사이클론이 이 용례에 대해 성공적으로 시험되지 않았다(Yuan et al., 1996; Cilliers and Harrison, 1997). 이러한 장치는 정상 출구로부터 맥주를 정화하고 바닥 출구로부터 농축된 효모 세포 현탁물을 제거하기 위해 본 개시의 침강 장치로 쉽게 대체될 수 있다. 본 개시의 원추형 침강기 영역에서 체류 시간이 증가하고 또한 침전이 향상됨으로 인해, 본 발명자는 세포 배양액으로부터 효모 세포를 성공적으로 분리하여, 침강 장치에 들어가는 세포의 약 5%만을 함유하는 배양 상청액을 첫번째 작업에서 수확했다. 장치는 그의 세포 분리 효율을 증가 또는 감소시키기 위해 규모 확장 또는 축소될 수 있음에 따라, 원하는 경우, 완전히 세포가 없는 맥주를 수확 포트로부터 얻는 것이 가능하다. 따라서, 본 개시의 장치는 맥주를 양조할 때뿐만 아니라 맥주를 정화하는 데에, 그리고 연속 양조 장치에서 특히 유용할 수 있다.
예 3
포유류 세포 배양 브로스(broth)로부터 세포 정화 또는 제거
위의 예 2와 유사하게, 유가식 생물 반응기 배양 종료시에 세포 배양 브로스로부터 포유류 세포의 정화는 항체 또는 치료용 당단백질과 같은 분비 생성물의 수확에서 필요한 첫 번째 단계이며, 그 다음에 일련의 다른 하류 처리 작업이 이어진다. 현재, 원심분리와 심층 여과가 세포 배양 브로스로부터 포유류 세포와 세포 잔해를 제거하는 일반적인 단위 작업으로서 사용된다. 그러나, 연속적인 원심분리 과정에서 축적된 세포를 주기적으로 제거하면, 정화된 세포 배양 상청액 안으로 세포가 반복적으로 구름처럼 분출된다. 본 개시의 침강 장치는, 포유류 세포가 장치 내부에서 쉽게 침강됨에 따라, 연속적으로 정화된(세포가 없거나 상당히 고갈된) 상청액을 생성한다. 이 소형 침강 장치는 세포 배양 브로스로부터 세포를 보다 일관되게 제거하여, 잠재적으로 원심 분리의 필요성을 대체하고 또한 남아 있는 세포와 모든 세포 잔해를 완전히 제거하기 위해 2차 심층 필터 작업에서 필요한 막 영역의 양을 줄일 수 있다. 정화는 아래에서 설명된 바와 같은 관류 생물 반응기에서 뱃치 작업 또는 연속 작업으로 수행될 수 있다.
예 4
포유류 세포 관류 배양
경사형 침강기에서 쥐과 하이브리도마 및 재조합 포유류 세포의 향상된 침전이 이미 성공적으로 입증되었으며(Batt et al., 1990 및 Searles et al., 1994) 라멜라 침강기에서 규모 확장되었다(Thompson 및 Wilson, 미국 특허 번호 5,817,505). 라멜라 침강기는 3개의 치수에서 독립적으로 규모 확장되지만, 본 개시의 원추형 침강 장치는, 위에서 논의된 바와 같이, 단순히 그의 반경을 증가시킴으로써 3개의 치수에서 동시에 규모 확장될 수 있다. 따라서, 본 개시의 침강기는 더 컴팩트하고, 더 작은 풋프린트에서 침강을 위한 훨씬 더 많은 경사 표면을 포함하고, 모노클로날 항체 및 다른 치료용 단백질과 같은 당단백질을 분비하는 포유류 세포 배양에서 입증된 용례를 갖는 더 쉽게 규모 조정 가능한 세포 유지 장치이다. 분비된 단백질을 포함하고 정상 포트로부터 출력된 정화된 수확물은 세포 유지 장치로부터 연속적으로 수확되는 반면, 바닥 출구에서 나오는 농축된 세포는 다시 생물 반응기로 재순환되어, 무한정으로(즉, 수 개월의 연속 관류 작업에 걸쳐)로 작동될 수 있는 고 세포 밀도 관류 생물 반응기가 얻어진다. 단일의 1000-리터 고 세포 밀도 관류 생물 반응기에서 나오는 연속적인 고역가 수확량은, 대형(>20,000리터) 유가식 생물 반응기에서 연간 얻어지는 누적 생산량보다 많을 수 있다.
치료용 당단백질의 과발현 및 분비에 일반적으로 사용되는 재조합 중국 햄스터 난소 세포는, 도 24에 개략적으로 나타나 있는 바와 같이 4-인치의 컴팩트한 세포 침강기가 부착된 1-리터의 피제어 생물 반응기에서 배양된다. 그 생물 반응기에서 생존 가능한 세포의 밀도, 침강기 정상 유출물, 및 생물 반응기로의 침강기 바닥 복귀가 측정되었다. 관류 작업이 60 시간에 시작된 직후, 침강기 정상 유출물로부터 매우 적은 수의 살아있는 세포가 제거되고, 점점 더 증가하는 양의 생존 가능한 세포가 침강기 바닥 출구로부터 생물 반응기로 복귀된다. 결과적으로, 생물 반응기의 생존 가능 세포 밀도(VCD)는 관류 작업이 시작된 후 점진적으로 증가하고, 생물 반응기에서의 생존율(다이아몬드)은 관류가 시작될 때 더 극적으로 증가한다.
세포 크기 분포가 5일째에 생물 반응기 및 침강기 정상 유출물의 샘플에서 측정되었으며, 생물 반응기 샘플에 대해 Beckman-Coulter Multisize Analyzer로 측정된 세포/입자 크기의 히스토그램이 보여주는 바와 같이, 약 10 미크론 내지 약 30 미크론의 범위의 크기에서 살아있는 세포 및 가능하게는 더블릿(doublet)의 넓은 분포가 나타나고 이때 약 16 미크론의 피크가 있으며 8 미크론과 9 미크론 사이의 크기에 죽은 세포의 예리한 피크가 있고 또한 8 미크론 보다 작은 더 작은 크기 범위에 세포 잔해의 큰 꼬리 부분이 있다. 컴팩트한 세포 침강기(208)의 정상 포트 유출물로부터 얻은 샘플에 대해 동일한 기구로 측정된 세포/입자 크기의 다른 히스토그램은, 크기가 8 미크론과 9 미크론 사이에 있는 죽은 세포의 향상된 피크, 8 미크론 보다 작은 크기를 갖는 세포 잔해의 꼬리 부분 및 약 16 미크론의 살아 있는 세포에 대해서는 피크가 전혀 없음을 보여준다. 이러한 크기 측정치는, 침강기 정상 유출물이 관류 생물 반응기(218)로부터 더 작은 죽은 세포와 세포 잔해를 선택적으로 제거하는 반면, 더 큰 살아있는 세포는 관류 생물 반응기(218)에 연속적으로 복귀된다는 것을 강력하게 입증한다. 더 작은 죽은 세포와 세포 잔해의 이 선택적인 제거는 경사형 플레이트 침강기를 사용하여 입증되었다(Batt et al. 1990 및 Searles et al. 1994). 컴팩트한 세포 침강기의 본 개시는 이러한 연속적인 결과를 더 컴팩트하고 더 쉽게 규모 조정 가능한 설계로 다시 재현했다. 오늘날 포유류 세포에 이용 가능한 다른 세포 유지 장치 중의 어떤 것도 더 작은 죽은 세포와 세포 잔해만을 제거함에 있어서 그러한 선택성을 보이지 않는다.
예 5
백신, 바이러스 또는 바이러스형 입자 또는 유전자 치료 벡터 생산
바이러스 또는 바이러스형 입자(VLP)와 같은 백신, 또는 아데노 관련 바이러스(AAV), 렌티 바이러스 등과 같은 유전자 치료 벡터의 생산은 일반적으로 살아있는 포유류 또는 곤충 세포를 뱃치 또는 유가식 생물 반응기 배양으로 감염 및 용해시켜 수행된다. 바이러스 또는 바이러스형 입자는, 이러한 바이러스 또는 바이러스 형 입자가 세포 내에서 대량 생산된 후 용해 과정에서 감염 세포로부터 방출된다. 살아있는 포유류 및 곤충 세포의 크기(약 5 - 20 미크론)와 비교되는 이러한 입자의 크기(미크론 이하 또는 나노미터 스케일)의 큰 차이로 인해, 뱃치 또는 유가식 생물 반응기 배양으로부터 바이러스 또는 바이러스형 입자의 부리가 매우 간단하다. 세포 잔해와 함께 대개 바이러스 또는 VLP를 함유하는 정화된 세포 배양 브로스의 연속적인 수확 또는 출구 속도를 제어함으로써, 바이러스 및 VLP의 연속적인 수확을 위해 본 개시의 침강 장치에 부착된 연속 관류 생물 반응기에서 지속적으로 감염시키고 백신을 생산하기 위해, 성장하는 살아 있는 세포와 함께 더 적은 수의 감염성 입자를 생물 반응기 내부에 유지시킬 수 있다.
예 6
고체 촉매 입자 분리 및 재순환
반응기 안으로의 재순환 및 Fischer-Tropsch 합성과 같은 추가 촉매화 액상 화학 반응에서의 재사용을 위한 고체 촉매 입자의 분리는 이전에 라멜라 침강기로 입증되었다(미국 특허 번호 6,720,358, 2001). 액체상 또는 기체상 반응에서 고체 촉매 입자를 포함하는 많은 그러한 2-상(phase) 화학 반응은 본 개시의 입자 침강 장치에 의해 향상될 수 있으며, 이는 라멜라 침강기로 입증된 것과 동일한 고체 분리 및 재순환을 달성하기 위해 더 컴팩트한 입자 분리 장치를 제공한다.
예 7
식물 및 조류(algal) 세포 수확
가치 있는 생성물을 분비하는 재조합 식물 세포 배양물은, 아직 상업적으로 실행 가능하지는 않지만, 본 개시의 침강 장치에 대한 또 다른 잠재적인 적용 분야이다. 경사형 침강기가 여러 식물 세포 배양 용례에서 사용되었다. 이러한 장치는 본 개시의 더 컴팩트한 원추형 나선형 침강 장치로 대체될 수 있다. 식물 세포의 크기는 효모나 포유류 세포보다 크기 때문에, 단일 식물 세포 또는 식물 조직 배양으로 세포 분리 효율이 더 높을 것이다.
본 개시의 침강 장치의 더 즉각적인 상업적 용례는, 조류 세포 내부로부터 바이오디젤 생성물을 수확하기 위해 대규모 배양 연못으로부터 조류 세포를 수확하는 것일 수 있다. 태양 에너지를 세포내 지방 또는 지방산 저장으로 변환하는 큰(에이커 크기의) 얕은 연못에서 상대적으로 희석된 조류 세포 매스(mass)가 본 개시의 원추형 나선형 침강 장치를 통해 쉽게 수확될 수 있고, 농축된 조류 세포는 바닥 출구로부터 수확될 수 있다.
예 8
도시 폐수 처리
대규모 도시 폐수 처리 플랜트(하수 또는 폐수에서 생물학적 및 유기 폐기물의 분해를 위해 활성 슬러지 또는 여러 박테리아 종(species)의 조합체를 사용함)는 일반적으로 대형 침강 탱크를 사용하며, 이러한 플랜트의 더 현대적인 버젼은 라멜라 침강기를 사용하여, 정화된 물을 슬러지로부터 제거한다. 본 개시의 원추형 나선형 침강 장치는, 현재 이들 처리 플랜트에서 사용되는 대형 침강 탱크 또는 라멜라 침강기보다 작은 크기로 유지되면서, 이러한 플랜트에서 요구되는 더 큰 크기로 규모 확장될 수 있다.
예 9
산업 공정 수 정화
현탁 고형물을 함유하는 산업 폐수 또는 탁한 물의 천연 공급원을 정화하는 대규모 물 처리 플랜트는 대규모 침강 탱크 또는 라멜라 경사형 침강기를 사용한다. 이러한 대규모 장치는 이제 담수의 산업적 재사용 또는 도시 공급을 위해 물을 정화하는 동일한 목적을 달성하기 위해 본 개시의 더 컴팩트한 원추형 나선형 침강 장치로 대체될 수 있다.
예 10
단백질 A 코팅 비드에서 모노클로날 항체의 포획 및 정화
모노클로날 항체를 함유하는 세포 배양 상청액은, 그의 접촉 및 포획 효율을 최대화하기 위해 2개의 서로 다른 입구를 통해 본 침강기 내부에서 단백질 A 코팅 미소구체 또는 비드(40-200 미크론), 예컨대, 정상 입구로부터 들어오는 비드 및 바닥 포트를 통해 들어오는 세포 배양 상청액과 접촉할 수 있다. 단백질 A 비드에서의 모노클로날 항체의 포획은, 경쟁 친화성 크로마토그래피 칼럼 내부의 체류 시간의 일반적으로 10분 미만으로 매우 빠르다. 단백질 A 코팅 미소구체 비드는, 이를 바닥 입구로부터 펌핑함으로써, 빠르게 아래로 침강할 것이고 현탁 상태로 유지될 수 있고 잘 혼합되어 세포 배양 상청액과 접촉할 수 있다. 고갈된 세포 배양 상청액은 뱃치 로딩 작업에서 본 개시의 세포 침강기의 정상 출구로부터 연속적으로 제거될 수 있다. 위쪽으로 흐르는 액체와 동반된 임의의 비드는 경사 표면 상에 침강할 것이고 바닥 교반 영역으로 돌아갈 것이다. 추가 비드의 최대 결합 용량에 가깝게 로딩한 후, 비드는 침강기의 약 3-5X 부피의 전형적인 세척 용액으로 세척될 수 있어, 상청액에 존재하는 죽은 세포의 잔해와 함께 미결합 숙주 세포 단백질을 정상 출구를 통해 제거할 수 있다.
철저한 세척을 완료한 후, 용출 매체를 천천히 펌핑하여, 비드를 침강기 내부에 유지시키면서, 결합된 항체를 액체 매체 안으로 제거하고, 농축된 항체 용액이 정상 포트를 통해 제거되며, 침강기 내부의 비드는 유지된다. 용출이 완료된 후, 비드의 평형이, 바닥 입구로부터 평형 용액을 펌핑하여 수행되고, 비드는 이 유입 용액에 의해 현탁 상태로 유지된다. 평형화 후, 세포 배양 상청액의 다음 뱃치가 크로마토그래피 칼럼에서 사용되는 순서와 유사하게 위의 4-단계 과정을 반복하기 위해 침전기 안으로 로딩된다. 모노클로날 항체 포획을 위해 본 개시의 세포 침강 장치를 사용하는 것의 일부 이점은 다음과 같다: (ⅰ) 일반적으로 상청액에 존재하는 죽은 세포 또는 세포 잔해를 제거할 필요 없이, 세포 배양 상청액이 직접 로딩되어 단백질 A 비드와 접촉할 수 있음; 및 (ii) 칼럼 후반 부분에서 고정된 비드 층에 대한 모노클로날 항체의 점진적 또는 지연된 노출보다, 유입되는 상청액에서 모든 현탁된 비드를 보다 효율적으로 즉각적으로 접촉시키는 것. 친화성 칼럼 크로마토그래피가 본 개시의 실시예의 침강 장치 내부에 현탁되는 단백질 A 비드에 의해 항체의 친화성 포획으로 대체될 때, 죽은 세포 및 세포 잔해를 제거하기 위해 원심 분리 및/또는 심층 여과의 현재 요구되는 단위 작업의 제거의 결과로 상당한 비용 절감이 있을 것이다.
단백질 A 코팅 비드에 의한 분비된 항체 생성물의 이러한 친화성 포획(이 다음에 세척, 용출 및 재생 단계가 이어짐)은 단일 침강기에서 일련의 뱃치 작업으로 또는 일련의 침강기에서 연속적으로 수행될 수 있다. 작동시, 단백질 A 비드는 본 개시의 실시예의 각 침강기에서 세포 배양 브로스 또는 다른 완충액과 진정한 대향류 또는 교차 유동 작동으로 한 침강기로부터 다음 침강기로 흐를 것이다.
예 11
세포로부터 분비된 유기 생성물의 현장 추출을 위한 디캔터 /세포 침강기
여러 향기 및 풍미 화합물의 제조 및 분비는 Saccharomyces cerevisiae와 같은 미생물 효모 세포로 대사적으로 조작되고 있다. 이러한 화합물 중의 일부는 세포에 더 독성이 있을 수 있으며, 효모 세포의 생산성을 증가시킬 뿐만 아니라 세포 독성을 감소시키기 위해 유기 액체 내로 쉽게 추출될 수 있다. 교반식 탱크 생물 반응기로부터의 생산적인 미생물 세포를 함유하는 수성층 및 분비된 생성물을 함유하는 유기 액체의 에멀젼이 본 개시의 컴팩트한 세포 침강 장치의 입구 포트 안으로 펌핑될 수 있다. 침강기의 조용한 구역 내에서, 그 에멀젼은, 정상에 떠 있고 정상 포트를 통해 수확되는 유기층 및 바닥에 침강하고 바닥 포트를 통해 생물 반응기로 재순환되는 살아 있고 생산적인 세포를 함유하는 수성 층으로 쉽게 분리된다. 세포 잔해는 유기층으로 분획화되어 침강기의 정상부로부터 쉽게 제거된다. 수성 층에 있는 살아 있고 생산적인 세포는 생물 반응기로 돌아가서 관류 생물 반응기 내부의 세포 밀도와 생산성을 증가시킨다.
예 12
독립형 관류 생물 반응기로 사용되는 컴팩트한 세포 침강기에서 다양한 포유류 세포의 체외 확장
현재, 혼합용 요동 플랫폼 상에 또는 pH 제어용 CO2 인큐베이터 내부에 배치되는 생물 반응기로서 살균된 단일 사용의 일회용 배양 백으로 줄기 세포 및 CAR-T 세포와 같은 다양한 포유류 세포의 체외 확장의 분야가 빠르게 확장되고 있다. 이러한 백 생물 반응기는 확장 동안에 높은 세포 생존력을 유지하기 위해 백에서 세포 유지 장치로서 미세여과 막을 사용하여, 암모니아 및 젖산염과 같은 축적된 대사 폐부산물을 제거하기 위해 연속 관류 모드로 점점 더 많이 작동된다. 그러나, 장기간의 관류 작업 동안에, 죽은 세포와 세포 잔해는 이러한 백에 축적되어 백의 미세여과 막을 통해 제거될 수 없게 된다. 본 개시의 세포 침강 장치는 독립형 공기 부양 생물 반응기로서 효과적으로 작동될 수 있으며, 이 생물 반응기는 연속 관류로 작동되어 신선한 영양물을 유입시키고 대사 폐생성물을 제거할 뿐만 아니라 죽은 세포 및 세포 잔해를 선택적으로 제거한다. 바닥 포트는 생물 반응기에서 원하는 pH와 DO를 유지하기 위해 여러 가스인 CO2, O2 및 N2의 제어된 혼합물을 위한 입구로 사용될 수 있다. 중심 부분을 통해 상승하는 공기는 일부 세포 배양 액체를 동반하거나 운반하고, 생물 반응기에서 영양물의 부드러운 혼합을 제공하며, 그리고 정상 출구에서 나가며, 반면에 액체는 침강기의 원통형 부분에서 분리되고 원추형 침강기 위로 재순환된다. 복귀하는 세포 배양액은, 입구 가스 혼합물을 제어하는 컴퓨터에의 입력을 위한 pH, DO의 연속 측정을 위해 또한 원하는 경우 세포 밀도와 생존력을 위한 이따금의 샘플링을 위해 샘플링될 수 있다. 원하는 세포 확장 후, 농축된 살아있는 세포는 가스 흐름을 세포 수집 백으로 전환시켜 바닥 포트를 통해 수집된다. 본 세포 침강기/생물 반응기의 주요 이점은, 독성 대사 폐부산물과 함께 죽은 세포 및 세포 잔해를 쉽게 제거할 수 있어 자가 세포 치료를 위한 체외 확장 후 살아있는 세포의 높은 세포 밀도가 얻어진다는 것이다.
예 13
침전 및 농축된 치료용 단백질의 연속 분리
여러 치료용 단백질(예컨대, 인슐린 유사체 글라진 및 모노클로날 항체)이, 단순 염(예컨대, 글라진의 경우 염화아연, 항체의 경우에는 황산암모늄)을 추가하고 pH 및 기타 용매(예컨대, 글라진을 위한 m-크레졸 또는 기타 페놀류 및 항체를 위한 에탄올)를 조정하여 침전될 수 있다. 이 침전은 이러한 치료용 단백질에 대한 하류 정화 프로세스에서의 크로마토그래피에 대한 저비용 대안이다. 현재, 이러한 침전 단계는 뱃치 모드로 수행되고, 이어서 침전물에서 상청액을 제거하기 위해 원심분리 또는 따르기(decantation)가 수행된다.
본 개시의 분리 장치를 이용하여, 연속 분리 프로세스를 구현할 수 있다. 단백질이 풍부한 수확 매체(미세여과 또는 원심분리 또는 기타 방법에 의해 세포를 제거한 후)가 용매 또는 NaOH 또는 HCl와 같은 pH-조절 용액의 염과 같은 다른 필요한 화학물질과 함께 본 개시의 컴팩트한 세포 침강기 안으로 투입된다. 침전 과정은 침강기 내부에서 일어나고 단백질이 풍부한 침전물은, 정상 출구로부터 연속적으로 제거되는 단백질이 고갈된 상청액으로부터 멀어지게 바닥 출구에서 연속적으로 제거될 수 있다.
예 14
미세담체 비드에서 중간엽 기질/ 줄기 세포(MSC)의 체외 확장 및 확장된
줄기 세포의 정화
MSC는 적절한 성장 매체의 존재 하에서 체외 확장이 가능하며 일반적으로 조직 배양 플라스크, 페트리 접시, 롤러 병, 세포 큐브 및 미세담체 비드와 같은 표면에 부착되어 성장한다. 미세담체 비드(크기는 100 미크론 내지 500 미크론)에서의 부착 성장은, pH, 온도, 용존 산소 농도 및 영양물 농도와 같은 최적의 성장 조건에 대해 제어되는 교반 또는 휘저어지는 생물 반응기에서 현탁되기 때문에 매우 쉽게 규모 조정 가능하다. 그러나, 확장된 줄기 세포를 미세담체로부터 분리하는 것은, 효소적 분리, 과잉 효소의 신속한 세척, 및 미세담체 비드로부터의 줄기 세포 분리를 필요로 하는 어려운 일이다. 이러한 상이한 단계들은 현재 노동 집약적이고 오염 받기 쉬운 뱃치 처리 단계를 사용하여 시도되고 있다. 이들 어려운 단계 각각은, 사이클론 하우징 내에 위치된 센서 프로브를 포함할 수 있는 본 개시의 생물 반응기/세포 침강 장치에서 더 쉽게 달성될 수 있다. 한 실시예에서, 센서 프로브는 사이클론 하우징 내의 pH, 용존 산소(DO), 포도당 농도, 온도, 및 CO2 레벨 중의 하나 이상을 측정하는 형광 프로브를 포함한다. 더 구체적으로, 이러한 침강 장치 내에서: (i) 과잉의 효소가 바닥 포트를 통해 신선한 영양물 매체를 공급함으로써 정상 포트를 통해 매우 쉽게 세척되거나 제거되는 반면, 더 느리게 침강하는 분리된 세포 및 더 빠르게 침강하는 새로 제거된 미세담체 비드는 침강기 내부에서 순환 상태로 유지되고, (ii) 베어(bare) 미세담체 비드(100 - 500 미크론)는 줄기 세포(10 - 20 미크론)보다 훨씬 빨리 침강할 것이며 바닥 포트로부터 제거될 수 있는 반면, 줄기 세포는 현탁 상태로 순환되며, 그리고 (iii) 마지막으로, 확장된 줄기 세포는 후속 세포 치료 적용을 위해 원하는 농도로 바닥 포트를 통해 수확될 수 있다.
예 15
T 세포 또는 심근 세포와 같은 다른 분화된 세포의 체외 확장 또는 성장을 지원하기 위해 필요한 성장 인자를 분비하기 위해 미세담체 비드에서의 기질 세포의 공동 배양
다능성(pluripotent) 줄기 세포의 성장 및 심근세포 또는 활성화된 림프구(CAR-T 세포)로의 분화는 성장 생물 반응기에 보충될 값비싼 성장 인자를 필요로 한다. 이 비용은 원하는 성장 인자를 성장 매체 안으로 분비하는 조작된 중간엽 줄기 세포(MSC)와 원하는 세포를 공동 배양함으로써 감소될 수 있다. 이러한 성장 인자 분비 세포는 CAR-T 세포, 심근세포 등과 같은 다른 원하는 세포의 성장을 지원한다. 이러한 공동 배양은 본 개시의 생물 반응기/세포 분류기 조합 장치 내부에서 영향을 받을 수 있고, 그러한 세포의 생성 또는 확장의 비용이 상당히 감소된다. 확장된 세포는, 생물 반응기/세포 침강기 내부에 더 큰 미세담체 비드를 유지하면서, 확장된 단일 세포 또는 세포 응집체를 제거하기 위해 신선한 매체를 필요한 유량으로 공급함으로써 공동 배양물로부터 쉽게 제거될 수 있다.
예 16
골수와 같은 혼합 세포 집단을 바람직한 또는 바람직하지 않은 특성을 갖는 여러 별개의 하위 집단으로 분획 또는 분류하기
본 개시의 생물 반응기/세포 침강 장치에 혼합 세포 집단(예컨대, 골수 세포)의 일부 초기 덩어리를 로딩한 후, 천천히 단계적으로 증가하는 유량으로 신선한 영양물 매체를 공급할 수 있으며, 그래서 가장 작은 세포(예컨대, 혈소판, 적혈구 등)는 가장 낮은 유량으로 정상 유출물 스트림을 통해 떠나고, 이어서 더 큰 세포 유형(림프구, 단핵 세포 등)은 점점더 증가하는 더 높은 유량으로 떠나며, 그런 다음에 가장 큰 세포 유형(예컨대, 대식 세포, 거핵구 등)이 가장 높은 유량으로 떠나게 된다. 영양 공급물과 정상 유출물 유량을 천천히 증가하는 단계적 유량으로 증가시킴으로써, 건강한 세포 배양 성장 매체에서 생물 반응기/세포 분류기 장치를 떠나는 원하는 단일 세포 유형의 비교적 순수한 집단이 얻어지고, 그래서 후속 사용을 위해 추가로 전파될 수 있다.
예 17
보편적인 적혈구의 체외 생성
조혈 줄기 세포를 적혈구 계통으로 직접 분화시키기 위한 신규한 유전 공학적 방법이 개발 중에 있다. 적혈구 생성의 가장 초기 수임 단계인 전적혈 모세포는 다소 크며(12-20 미크론), 정상 적혈구보다 최대 3배 더 크다. 적혈구 계통의 후속 단계인 다색성 정상 모세포는 전적혈 모세포보다 작다(12-15 미크론). 핵이 있는 적혈구 전구 세포인 호산성 정상 모세포는 여전히 더 작으며(8-12 미크론) 그 다음에는 훨씬 더 작은 성숙한 핵 제거 적혈구가 있다(Geiler, C., et al., International Journal of Stem Cells, 9:53-59). 본 개시의 생물 반응기/세포 분류기 장치의 크기 분별 능력에 근거하여, 모든 더 큰 전구체 세포가 유지되고, 가장 작은 성숙한 제핵 적혈구만이 장치의 정상 유출물로부터 제거되는 반면, 모든 더 큰 전구체 세포는 생물 반응기/세포 분류기 장치 내부에서 지속적으로 확장된다.
예 18
대규모 혈소판 생성
제어된 생물 반응기 배양 조건에서 고배수성 거핵구 세포의 체외 확장 및 더 작은 혈소판 세포로의 절단은 기본적인 레벨에서 점점 더 이해되고 있다(Panuganti, S., et al., Tissue Engineering Part A, 19:998-1014). 이러한 이해가 더 발전함에 따라, 이러한 필요한 배양 파라미터는 이러한 생물 반응기/세포 분류기 장치 내에서 거핵구 세포의 성장 및 분화를 위해 얻어지고 제어될 수 있으며, 침강기로부터 나가는 정상 출구를 통해 성숙한 절단된 더 작은 혈소판만을 수확할 수 있다.
이제 도 27a - 27c를 참조하면, 본 개시의 다른 침강 장치(300A)가 대체적으로 도시되어 있다. 침강 장치(300A)는 여기서 설명된 다른 침강 장치와 유사하고, 동일하거나 유사한 많은 특징을 포함한다. 보다 구체적으로, 침강 장치(300A)는 도 1 - 9와 관련하여 설명된 침강 장치(300)와 유사하다.
특히, 침강 장치(300A)는 침강 장치의 하우징(301) 내부에 위치되는 자유 단부(364)를 갖는 흡인기(360)를 포함한다. 이 흡인기(360)는 하우징(301) 밖으로 연장되는 제2 단부(366)를 갖는 것으로 나타나 있다.
흡인기(360)는 하우징(301)의 포트(353, 354) 중의 하나를 통해 연장될 수 있다. 한 실시예에서, 흡인기(360)는 하우징의 상측 부분(303A)의 상측 주변 포트(354A)를 통해 연장된다. 그러나, 흡인기는 하측의 제2 포트(354B) 또는 제1 포트(353A, 353B) 중의 하나를 통해 연장될 수 있다.
흡인기(360)는 유체를 하우징에 취하거나 그로부터 인출하도록 구성된다. 내강(362)이 흡인기(360)를 통해 연장된다.
흡인기(360)의 자유 단부(364)의 위치는 흡인기를 하우징에 대해 전진시키거나 후퇴시킴으로써 조정될 수 있다. 한 실시예에서, 자유 단부(364)는 하우징 내의 유체의 상측 표면에 근접하도록 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 흡인기는 유체의 상측 표면 근처에 축적된 정화된 액체를 인출할 수 있다. 유체가 침강 장치에 추가됨에 따라, 자유 단부(364)는 위쪽으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 27a - 27c에 도시된 실시예에서. 흡인기(360)는 하우징 내에서 자유 단부(364)를 더 높게 이동시키기 위해 하우징으로부터 부분적으로 후퇴될 수 있다. 대안적으로, 흡인기(360)는 하우징 내에서 자유 단부(364)를 더 낮게 이동시키도록 전진될 수 있다.
선택적으로, 자유 단부(364)는 하우징의 원통형 부분(308) 내에 위치될 수 있다. 한 실시예에서, 자유 단부(364)는 하우징 내의 원추체(309)의 큰 개구(346)에 근접하게 배치된다.
이제 도 28a - 28c를 참조하면, 침강 장치(300B)의 또 다른 실시예가 대체적으로 도시되어 있다. 이 침강 장치는 도 1 - 9 및 27의 침강 장치를 포함하여 본 명세서에 설명된 침강 장치의 다른 실시예와 유사하다.
침강 장치(300B)는 본 개시의 다른 실시예의 플랜지(318)를 포함한다. 이 플랜지(318)는 하우징(301)의 바닥 부분(303B)에 정상 부분(303A)을 결합하도록 구성된다.
플랜지는 일반적으로 하우징의 정상 부분(303A)으로부터 연장되는 정상 플랜지(318A) 및 하우징의 바닥 부분(303B)으로부터 연장되는 바닥 플랜지(318B)를 포함한다. 한 실시예에서, 플랜지(318A, 318B)는 정상 및 바닥 부분(303) 각각으로부터 외측으로 연장되는 링을 포함한다. 플랜지는 하우징(301)의 원통형 부분(308)에 대략 수직일 수 있다.
플랜지(318A, 318B)는 함께 결합되도록 구성된다. 선택적으로, 플랜지는 볼트나 스크류와 같은 기계적 체결구 없이 결합될 수 있다. 한 실시예에서, 플랜지(318A, 318B)는 함께 용접되거나 접착될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 플랜지(318A, 318B)는 함께 열 용접되거나 음파 용접된다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 플랜지(318A, 318B)를 함께 결합하는 임의의 적절한 수단이 침강 장치와 함께 사용될 수 있다.
도 28b 및 28c에 또한 도시되어 있는 바와 같이, 원추체(309)의 적층체가 하우징(301) 내에서 상이한 배향으로 위치될 수 있다. 도 28b는 일반적으로 작은 개구(344)가 상측 부분(303A)을 향하여 위쪽으로 향하고 큰 개구(346)는 하측 부분(303B)을 향해 아래쪽으로 향하는 원추체(309A)의 적층체를 대체적으로 도시한다. 대안적으로, 원추체(309B)는, 도 28c에 대체적으로 도시된 바와 같이, 큰 개구(346)가 상측 부분(303A) 쪽을 향하도록 배향될 수 있다.
도 28b로 설명한 바와 같이 큰 개구(346)가 아래쪽으로 향하도록 원추체를 하우징 안에 배치하는 것이 유리한데, 왜냐하면, 하우징 내의 유체로부터 침강하는 입자는 하우징(301)의 외부를 향해 바깥쪽으로 흐를 것이기 때문이다. 그런 다음에 입자는 하우징의 내측 표면과 원추체의 큰 개구(346)의 외측 가장자리 사이에서 아래쪽으로 흐를 것이다. 일부 실시예에서, 하우징(301)은 투명하거나 반투명하다. 따라서, 입자가 하우징과 큰 개구(346)의 외측 가장자리 사이에서 아래쪽으로 흐르는 것을 관찰할 수 있다. 이렇게 해서, 관찰자 또는 센서가 침강 장치의 작동을 평가하고 침강 작업의 유효성을 판단할 수 있다.
이제 도 29a - 29e를 참조하면, 본 개시의 또 다른 침강 장치(600A)가 대체적으로 도시되어 있다. 침강 장치(600A)는 일반적으로 상측 부분(603A), 하측 부분(603B), 및 원통형 부분(608)을 갖는 하우징(601)을 포함한다.
하우징은 명확성을 위해 투명한 것으로 도시되어 있다. 한 실시예에서, 하우징은 플라스틱을 포함한다. 대안적으로, 하우징(601)은 금속으로 형성될 수 있다. 하우징(601)은 반투명 또는 투명한 재료로 형성될 수 있다.
상측 부분(603A)은 대체적으로 평면적이거나 평평하다. 그러나, 다른 실시예에서, 상측 부분(603A)은, 침강 장치(300)로 대체적으로 설명된 것과 같이 원추 형상을 가질 수 있다.
하측 부분(603B)은 본 개시의 침강 장치(400)의 하측 부분(403)과 유사하게 원추형이다. 한 실시예에서, 하측 부분(603B)의 외측 표면은 대체적으로 오목하다. 선택적으로, 하측 부분(603B)은 적어도 2개의 상이한 곡률 반경을 갖는다. 따라서, 하측 부분(603B)의 수직 단면은 아치형 경로를 갖는다.
원추체(609)가 하우징(601) 내에 위치된다. 그 원추체(609)는 여기서 설명된 다른 실시예의 원추체(309, 509)와 유사하다. 예를 들어, 원추체(609)는 일반적으로 큰 개구(646)의 반대쪽에 있는 작은 개구(644)를 포함한다. 그 원추체는 개구(644, 646)가 하우징의 길이방향 축선(650)과 대략 동심으로 정렬되도록 하우징 내부에 적층된다.
원추체(609)는 대체적으로 오목한 외측 표면을 갖는다. 따라서, 원추체의 내측 표면(또는 침강 표면)은 작은 개구(644)와 큰 개구(646) 사이에서 변하는 각도로 경사져 있다. 원추체(609)의 침강 표면에 대한 경사각은 수직으로부터(또는 길이방향 축선(650)에 대해) 약 15도 내지 약 75도로 변할 수 있다. 한 실시예에서, 하우징에 위치될 때, 큰 개구(646)에 근접한 내측 표면은, 길이방향 축선축(650)과 정렬된 수직 축선에 더 가깝게 배향되는 작은 개구(644)에 근접한 내측 표면보다 수평 축선에 더 가깝게 배향된다.
한 실시예에서, 원추체(609)는, 큰 개구(646)가 상측 부분(603A) 쪽으로 향하고 작은 개구(644)는 하측 부분(603B) 쪽으로 향하도록 위치된다. 대안적으로, 원추체는 작은 개구(644)가 상측 부분(603A) 쪽으로 향하도록 하우징 안에 위치될 수 있다.
침강 장치(600A)는 본 개시의 다른 실시예의 흡인기(660)를 포함한다. 이 흡인기(660)는 일반적으로 하우징 내에 위치되는 자유 단부(664) 및 하우징으로부터 연장되는 제2 단부(666)를 포함한다. 제2 단부(666)는 상측 부분(603A)의 포트로부터 연장된다. 한 실시예에서, 제2 단부(666)는 하우징의 상측 단부 또는 부분(603A)의 복수의 제2 포트(654A) 중의 하나로부터 연장된다.
여기서 설명되는 흡인기(360, 560)와 유사하게, 흡인기(660)는 하우징에 유체를 추가하거나 그 하우징으로부터 유체를 인출하도록 되어 있다. 한 실시예에서, 흡인기(660)는 정화된 액체를 하우징(601)으로부터 추출하기 위해 사용된다.
흡인기(660)는 하우징(601) 내부의 원추체(609) 주위에서 나선형 또는 코일형으로 되어 있다. 흡인기(660)의 코일은 원추체(609)의 큰 개구(646)에 근접한 외측 원추 부분과 하우징(601)의 내측 표면 사이의 환형 공간(652)(도 29b, 29c에 도시됨)을 점유한다. 흡인기(660)는 가요성 재료로 형성된다. 한 실시예에서, 흡인기(660)는 침강 장치에 사용되는 유체보다 가벼운 재료로 형성된다. 따라서, 흡인기(660)의 자유 단부(664)는 선택적으로 유체의 상측 표면 근처에서 떠 있게 된다. 하우징(601)이 상대적으로 유체로 가득 차 있을 때, 자유 단부(664)는, 도 29b, 29d에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 상측 하우징 부분(603A)에 근접할 것이다. 하우징 내의 유체의 양이 감소함에 따라, 자유 단부(664)는 아래쪽으로 이동할 수 있다. 도 29c, 29e에 대체적으로 도시된 바와 같이, 자유 단부(664)는 하측 하우징 부분(603B)에 근접하도록 하우징(301) 내에서 하강할 수 있다.
선택적으로, 라인이 하나 이상의 위치에서 흡인기(660)에 연결될 수 있다. 그 라인은 하우징 내의 자유 단부(664)의 위치를 조정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 흡인기(660)에 연결된 제1 라인은 자유 단부(664)를 하우징의 상측 부분(603A) 쪽으로 상승시키도록 구성된다. 흡인기(660)에 연결된 제2 라인은 자유 단부(664)를 하우징의 하측 부분(603B) 쪽으로 하강시키도록 구성된다. 이렇게 해서, 자유 단부(664)는 하우징 내의 원하는 레벨로부터 유체를 인출하도록 조정될 수 있다.
침강 장치(600A)는 또한 본 개시의 한 실시예의 확산기 또는 분배기(670)를 포함한다. 분배기(670)는 여기서 설명된 확산기(570)와 유사하다. 보다 구체적으로, 분배기(670)는 하우징에 추가된 가스 또는 액체를 하우징(601)의 내부 주위에 분배하도록 구성된다.
분배기(670)는 큰 상측 개구 및 작은 하측 개구를 갖는 본체를 갖는다. 분배기 본체는 대체적으로 원추형이고, 상측 개구 및 하측 개구를 형성하는 절두된 상측 및 하측 단부를 갖는다. 분배기는 원추체의 적층체에 있는 최하측 원추체를 지지하도록 구성된다.
도 29b, 29c에 대체적으로 나타나 있는 바와 같이, 분배기는 하측 하우징 부분(603B)과 접촉하여 하우징 내에 위치된다. 선택적으로, 분배기(670)는 하측 표면으로부터 연장되는 돌출부(682)를 포함한다. 이 돌출부는 분배기(670)를 미리 결정된 거리로 하측 하우징 부분의 내측 표면으로부터 분리시키도록 구성된다.
이제 도 30a - 30e를 참조하면, 본 개시의 또 다른 침강 장치(600B)가 대체적으로 도시되어 있다. 침강 장치(600B)는 침강 장치(600A)와 유사하고, 동일하거나 유사한 많은 특징을 포함한다. 특히, 흡인기(660)의 제2 단부(666)는 하측 하우징 부분(603B)을 통과하는 포트를 통해 연장된다. 한 실시예에서, 제2 단부(666)는 복수의 하측 제2 포트(654B) 중의 하나를 통해 연장된다. 흡인기의 자유 단부(664)는 침강 장치(600A)와 관련하여 설명된 흡인기와 유사하게 흡인기의 유체 레벨에 따라 상승하거나 하강할 수 있다.
이제 도 31a - 31d를 참조하면, 본 개시의 한 실시예의 원추체(609)가 대체적으로 도시되어 있다. 원추체(609)는 여기서 설명된 다른 실시예의 원추체(309, 509)와 유사하다. 예를 들어, 원추체(609)는 일반적으로 큰 개구(646)의 반대쪽에 있는 작은 개구(644)를 포함한다. 원추체는, 개구(644, 646)가 하우징의 길이방향 축선(650)과 대략 동심으로 정렬되도록 하우징 내부에 적층되도록 구성된다.
원추체(609)는 대체적으로 오목한 외측 표면을 갖는다. 따라서, 원추체의 내측 표면(또는 침강 표면)은 대체적으로 볼록하다. 한 실시예에서, 내부 침강 표면은 작은 개구(644)와 큰 개구(646) 사이에서 변하는 각도로 경사져 있다. 원추체(609)의 침강 표면에 대한 경사각은 수직으로부터(또는 길이방향 축선(650)에 대해) 약 15도 내지 약 75도로 변할 수 있다.
한 실시예에서, 원추체(609)는 큰 개구(646)가 상측 부분(603A) 쪽을 향하고 작은 개구(644)는 하측 부분(603B) 쪽을 향하도록 침강 하우징(601) 안에 위치된다. 대안적으로, 원추체는 작은 개구가 상측 부분(603A) 쪽을 향하도록 하우징 안에 위치될 수 있다.
특히, 한 실시예에서, 원추체(609)는 슬롯(648)을 포함한다. 이 슬롯(648)은 원추체를 통해 외측 표면으로부터 내측 표면까지 연장된다. 한 실시예에서, 슬롯은 큰 개구(646)에 의해 규정되는 원추체(609)의 큰 외측 가장자리까지 연장된다. 슬롯(648)은 길이방향 축선(650)에 대략 평행하게 배향된다. 그 슬롯은 여기서 설명되는 지지 레일(692)과 결합하도록 구성된다.
각 원추체(609)는 큰 개구(646)의 원주 주위에 위치된 적어도 2개의 슬롯을 포함한다. 한 실시예에서, 원추체는 6개의 슬롯(648)을 포함한다.
원추체(609)는 또한 본 개시의 일 실시예에 따른 돌출부(613)를 포함한다. 이 돌출부(613)는 여기서 설명된 다른 돌출부(313, 413, 513)와 유사하다. 돌출부(613)는 일반적으로 내부 침강 표면으로부터 위쪽으로 연장된다. 돌출부는 길이방향 축선(650) 주위에 형성된다.
원추체는 이 원추체 내부의 상이한 레벨에서 돌출부(613)의 하나 이상의 링을 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 돌출부(613A)의 제1 링은 더 큰 개구(646)에 근접하여 위치될 수 있다. 돌출부(613B)의 제2 링은 작은 원추 개구(644)에 근접하여 위치된다. 한 실시예에서, 제1 원추체(609A)의 돌출부(613)는, 도 31b, 31c에 대체적으로 나타나 있는 바와 같이, 제2 원추체(609B)의 돌출부로부터 시계 방향 또는 반시계 방향으로 오프셋된다. 이러한 방식으로, 원추체가 그의 슬롯(648)이 정렬되도록 적층될 때, 그 원추체의 돌출부(613)는 모두 정렬되지 않을 것이다. 이는 인접한 원추체들 사이에 균일한 간격을 보장하는 데에 유리하다. 보다 구체적으로, 한 실시예에서, 돌출부(613)는 원추체의 상측 표면으로부터 위쪽으로 연장되고, 원추체의 외측 하측 표면에서 대응하는 함몰부를 형성한다. 이 함몰부는 도 31a, 31d에 대체적으로 도시되어 있다. 하측 원추체의 돌출부(613)가 상측 원추체의 돌출부로 형성되는 함몰부와 정렬되는 경우, 상측 및 하측 원추체는 의도한 것보다 서로 더 가까워져, 원추체 사이의 유체 흐름을 교란하거나 방지할 수 있다.
돌출부(613)는, 도 31d에 대체적으로 도시된 바와 같이, 상측 원추체의 외측 하측 표면을 미리 결정된 거리(656)로 인접 하측 원추체의 내부 침강 표면으로부터 분리시키도록 원추체(609) 주위에 이격되어 있다. 한 실시예에서, 인접한 원추체들사이의 미리 결정된 거리(656)는 약 2 mm 내지 약 30 mm, 또는 약 5 mm 이다.
이제 도 32a - 32e를 참조하면, 본 개시의 한 실시예에 따른 분배기(670)가 대체적으로 도시되어 있다. 분배기(670)는 여기서 설명되는 확산기(570)와 유사하고 유사한 방식으로 작동한다.
분배기(670)는 하우징에 추가되는 가스 또는 액체를 하우징(601)의 내부 주위에 분배하도록 구성된다. 분배기(670)는 대체적으로 링형이거나 원추형인 본체(674)를 갖는다. 본체(674)는 큰 상측 개구(678) 및 작은 하측 개구(680)를 갖는다.
분배기는 하우징 내에서 원추체의 적층체를 지지하도록 구성된다. 따라서, 한 실시예에서 돌출부(682)가 본체(674)의 하측 표면으로부터 연장된다. 돌출부는 분배기(670)를 미리 결정된 거리로 침강 장치의 하측 하우징 부분의 내측 표면으로부터 분리하도록 구성된다.
본체(674)는 또한 분배기(670) 위쪽에 위치된 원추체(609)를 지지하도록 되어 있다. 한 실시예에서, 상측 돌출부(684)는 본체(674)의 내측 표면으로부터 위쪽으로 연장된다. 원추체(609)와 유사하게, 분배기(670)는 선택적으로 상측 돌출부(684A)의 하나 이상의 링을 포함한다. 돌출부(684A)의 상측 링은 선택적으로 큰 상측 개구(678)에 근접하여 위치된다. 돌출부(684B)의 하측 링은 작은 하측 개구(680)에 근접하게 형성된다.
슬롯(690)이 본체(674)를 통해 형성된다. 이 슬롯(690)은 길이방향 축선(650)에 대략 평행하게 배향된다. 한 실시예에서, 슬롯(690)은 상측 돌출부(684A)를 통해 연장된다. 슬롯(690)은 원추체(609)를 통해 형성된 슬롯(648)과 유사하다. 보다 구체적으로, 슬롯(648)은 도 32c에 대체적으로 도시된 것과 같은 지지 레일(692)을 수용하도록 구성된다.
분배기는 가스 또는 액체가 분배기를 지나 상승할 수 있도록 해주는 구멍(676)을 포함한다. 이 구멍(676)은 큰 개구(678)의 내측 가장자리 주위에 이격된다.
한 실시예에서, 플랜지(686)가 본체(674)의 상측 가장자리부터 아래쪽으로 돌출한다. 플랜지(686)는 침강 장치의 하우징 내로 도입된 가스의 상향 이동을 방지하기 위해 본체(674)의 하측 표면과 플랜지 사이의 공간(688)을 규정한다. 구멍(676)은 분배기 본체를 통해 공간(688) 안으로 연장되고 플랜지(686)의 상측 가장자리에서 내측 표면에 근접한다. 이렇게 해서, 하우징 내로 도입된 가스는 공간(688)에 축적될 수 있고 그런 다음 균일하고 통제된 방식으로 구멍(676)을 통과할 수 있다.
이제 도 32c를 참조하면, 지지 레일(692)이 분배기(670)의 슬롯(690)에 결합된 것으로 도시되어 있다. 레일(692)은 세포 침강 장치(600)의 하우징(601) 내에 설치되도록 선택된 미리 결정된 길이를 갖는다. 도 32d에 대체적으로 나타나 있는 바와 같이, 레일(692)의 상단부가 상측 원추체(609)와 결합할 수 있다. 다른 원추체(609)가 분배기(670)와 상측 원추체 사이에 위치될 수 있고, 이때 지지 레일(692)은 그의 슬롯(648)을 통해 연장된다. 지지 레일은 길이방향 축선(650)을 중심으로 하는 원추체(609)의 의도치 않은 또는 부주의한 회전을 방지한다.
도 32c는 또한 분배기(670)를 통해 형성된 선택적 구멍 또는 통로(694)를 도시한다. 이 통로(694)는, 도 32e에 대체적으로 도시된 바와 같이, 흡인기(660)가 그 통로를 통과하도록 구성된다.
이제 도 32e를 참조하면, 지지 레일(692)은 또한 흡인기(660)가 하우징 내에서 위아래로 움직일 때 슬라이딩하기 위한 수직 표면을 제공한다. 예를 들어, 지지 레일(692)이 없으면, 흡인기(660)의 코일이 2개의 원추체(609)의 외측 가장자리 사이의 틈 또는 공간에 걸릴 수 있는데, 이는 흡인기(660)의 움직임을 방지할 것이다. 대조적으로, 흡인기(660)의 내측 가장자리는, 도 29e에 대체적으로 나타나 있는 바와 같이, 지지 레일의 수직 외측 가장자리에 접촉해 슬라이딩할 수 있다.
이제 도 33을 참조하면, 본 개시의 실시예의 2개의 아치형 원추체(609)가 대체적으로 도시되어 있다. 이 원추체는 아래를 향하는 정점 또는 작은 개구(644)를 갖는 것으로 나타나 있다. 원추체는 수직으로부터 대략 30°에서 약 80°까지 증가하는 경사각을 갖는다. 한 실시예에서, 원추체의 경사는 대략 45°내지 대략 70°이다.
아치형 원추체(609)의 외경은 큰 개구(646)에 근접하여 대략 25 mm 내지 대략 2000 mm일 수 있다. 원추체(609)의 내경은 작은 개구(644)에 근접하여 대략 3 mm 내지 대략 50 mm일 수 있다. 본 개시의 침강 장치(600)는 더 큰 생물 반응기 부피를 처리하기 위해 증가하는 크기 및 부피로 쉽게 규모 조정 가능하다.
이제 도 34를 참조하면, 각 원추체 사이에 실질적으로 균일한 간격을 두고 수직으로 적층된 원추체(609)를 대체적으로 나타내는 사시도가 제공되어 있다. 원추체는 각 원추체 사이에 미리 결정된 수직 거리 또는 간격을 갖도록 구성된다. 인접한 원추체 사이의 간격은 일반적으로 약 3 mm 내지 약 20 mm 이다. 한 실시예에서, 인접한 원추체 사이의 간격은 대략 5 mm이다.
도 35는 원추체들이 실질적으로 균일한 간격으로 수직으로 적층될 때 중심 구멍(또는 작은 개구(644))이 중심 채널(645)을 형성하도록 동심으로 정렬되어 있는 것을 나타낸다. 한 실시예에서, 원추체는 길이방향 축선(650)과 실질적으로 동축으로 정렬된다. 따라서, 중심 채널(645)은 또한 길이방향 축선(650)과 실질적으로 동축으로 정렬된다. 중심 채널(645)은 경로를 제공하는데, 액체 및 침강된 세포, 응집체, 비드 및 다른 입자 중의 하나가 그 경로를 통해 아래로 흘러 침강 장치(600)의 바닥으로 가게 된다. 원추체(609)의 만곡된 내부 또는 침강 표면은 이러한 표면에 부착되어 성장하는 부착성 세포를 수확하거나 수집하는 훌륭한 방법을 제공한다.
대조적으로, 평평한 수평 표면의 적층체를 갖는 장치는 평평한 수평 표면에서 성장하는 부착성 세포를 분리하고 수확하기 위해 조작을 필요로 한다. 세포를 분리하고 수확하기 위해 필요한 조작은 많은 수의 세포를 손상시킬 수 있고 비효율성을 초래할 수 있다.
임의의 수의 원추체(609)가 본 개시의 침강 장치 내의 원추체의 적층체에 포함될 수 있다. 한 실시예에서, 원추체의 적층체는 5개 내지 대략 500개의 원추체(609)를 포함한다.
이제 도 36을 참조하면, 본 개시의 침강 장치(600C)의 단면도가 제공되어 있고, 침강 하우징(601) 내부에 위치된 아치형 원추체(609)의 적층체를 도시한다. 하우징(601)은 임의의 길이의 원통형 튜브(608)로 구성될 수 있고, 정상 및 바닥에서 엔드 캡(603A, 603B)으로 덮인다. 상측 캡(603A)은 바닥 캡 또는 부분(603B)과 동일하거나 다를 수 있다.
하우징의 바닥 부분 또는 엔드 캡(603B)은 아치형 원추 형상일 수 있다. 한 실시예에서, 바닥 엔드 캡(603B)은 하나의 중심 포트(653B)를 갖는다. 대안적으로, 바닥 엔드 캡은 중심 포트(653B) 및 그의 원추형 표면 주위에 분산된 하나 이상의 주변 포트(654)를 가지고 있어, 상이한 유체(액체 및 가스)가 침강 장치 안으로 펌핑될 수 있도록 한다. 선택적으로, 포트(653B, 654B) 중의 하나 이상은 액체 또는 침강된 세포 또는 입자의 샘플을 꺼내는 데에도 사용될 수 있다. 바닥에 있는 중심 포트(653B)는 주로 침강된 세포, 응집체, 또는 비드 또는 입자를 수집하고 그리고/또는 침강기 밖으로 펌핑하기 위해 사용된다.
하우징(601)의 정상 엔드 캡(603A)은 평평한 플레이트 또는 약간 만곡된 원추체일 수 있다. 정상 엔드 캡(603A)은 주변 포트(654A)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정상 엔드 캡은 주변부 주위에 여러 개의 포트(654A)를 갖는다. 한 실시예에서, 상측 하우징 부분(603A)은 대체적으로 평평하다.
선택적으로, 침강 장치는 4개 이상의 포트(654A)를 포함한다. 흡인기 튜브(660) 및/또는 침강기 어셈블리 내부의 배양 파라미터를 측정하기 위한 센서가 포트(654A)를 통해 하우징(601) 안으로 삽입될 수 있다. 정상 엔드 캡은 또한 중심 포트 또는 개구(653A)를 포함할 수 있다. 중심 포트(653A)는 매우 적은 수의 세포 또는 입자를 함유하는 정화된 액체가 침강 장치(600C)에서 나가도록 하는 데에 사용될 수 있다.
이제 도 37 - 38을 참조하면, 여러 개의 튜브(660)가 도 36의 하우징의 상측 부분(603A)에 있는 주변 포트(654A) 내로 삽입된 후에 있는 것으로 도시되어 있다. 튜브(660)는 하우징(601) 내부에서 하우징의 내측 표면과 큰 개구(646)에 근접한 원추체(609)의 외측 부분 사이의 환형 공간(652)에서 일반적으로 아래쪽으로 연장된다.
튜브(660)는 본 명세서에서 설명되는 다른 흡인기와 유사한 흡인기일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 튜브(660)는 센서를 포함할 수 있다. 선택적으로, 4개 이상의 튜브(660)가 하우징(601)에 위치될 수 있다.
튜브(660)는 또한 원추체(609)를 하우징 내에서 미리 결정된 정렬로 유지시키는 지지부로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 튜브(660)는 원추체를 하우징(601) 내에서 수직으로 그리고 미리 결정된 위치에 유지시킬 수 있다. 한 실시예에서, 튜브(660)는 원추체를 길이방향 축선(650) 상에 중심 맞춤시키는 것을 돕는다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 튜브는, 하우징의 원통형 벽의 내측 표면과 원추체 사이에 환형 공간(652)이 있도록 원추체가 그 내측 표면과 접촉하지 않도록 원추체(609)를 위치시킨다.
튜브(660)는 상이한 길이를 가질 수 있다. 한 실시예에서, 튜브(660)가 하우징의 하측 부분(603B)까지 연장된다. 선택적으로, 튜브(660)는 하측 부분의 내측 표면과 결합한다. 다른 실시예에서, 튜브(660)는 하우징에 위치된 분배기(670)에 상호 연결된다.
한 실시예에서, 튜브(660)는 센서를 포함한다. 이 센서는 하우징 내의 상이한 레벨에서 액체를 측정하기 위해 상이한 길이의 튜브(660)에 의해 위치된다. 예를 들어, 센서는 하우징(601) 내의 이러한 상이한 위치에서 pH, DO(용존 산소), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 T(온도)와 같은 배양 파라미터를 측정할 수 있다 . 이러한 정보를 사용하여 사용자는 하우징(601) 내의 조건을 조절 또는 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자는 포트(653, 654)를 통해 또는 확산기(670)를 통해 하우징 안으로 들어가는 공기, O2, CO2, N2 중의 하나 이상의 유량을 조작하여 pH, DO, T, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 하나 이상을 조절할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자는 액체 매체 및/또는 영양물이 하우징 내로 도입되고 또한 그 하우징으로부터 인출되는 속도를 조작할 수 있다.
한 실시예에서, 튜브는 내부 내강(662)을 갖는 흡인기(660)이다. 오리피스(663)가 하우징으로부터 액체를 인출하기 위해 각 흡인기에 형성된다. 오리피스(663)는 흡인기의 길이를 따라 임의의 위치에 형성될 수 있다. 더욱이, 상이한 흡인기는 상이한 위치에 형성된 오리피스(663)를 가질 수 있다. 이렇게 해서, 정화된 액체는 흡인기를 이동하거나 조정하지 않고도 하우징의 다른 레벨 또는 높이에서 인출될 수 있다. 한 실시예에서, 흡인기(660)는, 정화된 액체가 하우징으로부터 임의의 원하는 속도로 흡인되거나 펌핑될 수 있도록 펌프 또는 진공에 연결된다.
오리피스(663)의 한 예가 도 37 - 38의 흡인기(660A)에 도시되어 있다. 오리피스(663)는 하우징의 상측 부분(603A)에 근접하게 위치된다. 이렇게 해서, 오리피스(663) 및 흡인기(660A)는 유체의 상측 레벨로부터 정화된 액체를 인출할 수 있다.
한 실시예에서, 오리피스(663)는 흡인기(660B)의 자유 단부(664)에 형성된다.
선택적으로, 흡인기(660C)가 상측 하우징 부분(603A)의 제1 포트(653A)를 통해 하우징 내로 삽입된다. 흡인기의 자유 단부는 정화된 액체를 인출하기 위한 오리피스(663)를 포함한다. 한 실시예에서, 유체는 펌프 또는 진공의 도움 없이 흡인기(660C)를 통해 흐를 것이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 하우징(601)은, 하우징 내의 압력이 하우징 외부의 압력보다 더 크도록 시일링되고 가압될 수 있다. 제1 포트(653A)는 유체가 흡인기(660C)를 통해 자유롭게 흐르는 것을 선택적으로 허용하거나 방지하기 위해 포트를 개방 또는 폐쇄하기 위한 밸브를 포함할 수 있다.
제1 포트(653A)에 삽입된 흡인기(660C)는 정상 원추체 위쪽의 빈 공간 안으로 아래로 연장되거나 연장되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 자유 단부 및 오리피스(663)는 원추체의 적층체에 있는 최상측 원추체(609)의 큰 개구(646)와 작은 개구(644) 사이에 위치될 수 있다. 한 실시예에서, 흡인기(660C)는, 자유 단부(664)가 최상측 원추체의 작은 개구(644) 아래로 그리고 원추체를 통해 중심 채널(645) 안으로 아래쪽으로 연장하도록 하는 길이를 갖는다. 침강 장치(600C)의 바닥으로부터 액체의 연속적인 펌핑 동안에, 정상부에 있는 정화된 액체는 정상 포트(653A)를 통해 하우징에서 나갈 수 있다. 한 실시예에서, 정상 포트(653A)는 개방된 상태로 유지되는데, 즉 이 정상 포트로부터 나가는 관에는 어떠한 연동 펌프 또는 다른 펌프도 없다.
본 개시의 다른 실시예의 분배기(670)가 원추체의 적층체의 최하측 원추체 아래에 위치된다. 분배기(670)는 여기서 설명된 다른 분배기 및 확산기와 유사하다. 분배기(670)는 액체를 침강 장치의 바닥 부분(603B) 안으로 아래로 전환시키도록 구성되며, 공기 또는 기포를 원추체의 주변부 주위로 원통형 하우징 내부의 환형 공간(652) 안으로 올라가도록 안내하기 위해 정상부에서 여러 개의 홀 또는 구멍(676)을 포함한다. 이러한 기포는 또한 원추체와 하우징의 내측 표면 사이의 환형 공간(652)에서 액체를 위로 동반하게 되는데, 이로써, 액체가 각 원추체의 상측 표면(또는 침강 표면) 상으로 내려가 중심 채널(645) 안으로 들어가 다시 침강기의 바닥으로 갈 수 있다.
도 39는 튜브(660) 및 분배기(670)만 있고 원통형 하우징 또는 엔드 캡은 없는 아치형 원추체의 다른 단면도이다. 흡인은 필요하지 않지만 pH, 용존 산소(DO), 온도(T) 등과 같은 세포 배양 파라미터의 제어가 필요한 일부 용례에서, 이러한 튜브는 짧아질 수 있고, 이 튜브의 시일링된 바닥 단부에는, pH, DO, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아를 위한 형광 염료 센서 및 열전대가 부착되어 있다. 입사하는 빛 및 형광 빛을 전달하기 위한 광케이블(또는 전송 라인)이 주변 튜브와 중심 튜브를 포함하여 이러한 중공 튜브 중의 하나 이상을 통해 꿰어질 수 있다. 짧아진 다른 흡인기 튜브가 그 튜브의 단부에서 배양액의 온도를 측정하기 위해 써모웰(thermowell)로 용도 변경될 수 있다.
도 40은 튜브(660) 및 분배기(670)만 있고 원통형 하우징 또는 엔드 캡은 없는 아치형 원추체(609)의 전체 적층체의 사시도를 나타낸다. 구멍 또는 오리피스(663)가 상이한 높이에서 튜브 또는 흡인기(660)에 제공될 수 있으며, 그래서 액체가 상이한 높이에서 튜브 상의 이들 구멍 중의 임의의 하나를 통해 흡인되거나 밖으로 펌핑될 수 있다. 예를 들어, 흡인기(660A)는 최상측 원추체(609)의 큰 개구(646)의 레벨에 근접한 오리피스(663)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 다른 흡인기(660B)는 최하측 원추체(609) 및 분배기(670) 근처에서 침강 장치(600C)에서 더 낮게 있는 오리피스(663)를 갖는다, 선택적으로, 흡인기(660D)는 원추체의 적층체에 있는 중앙 원추체에 근접한 오리피스(663)를 가질 수 있다. 오리피스(663)의 다른 위치 및 높이가 고려된다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 하우징 내의 상이한 레벨에 오리피스(663)를 위치시킴으로써, 하우징 내의 다양한 위치 및 높이에서 액체의 조건들이 한 레벨의 오리피스로부터 유체를 인출함으로써 결정될 수 있다.
분배기(670)의 정상부 주위에 있는 더 많은 작은 가스 또는 공기 구멍(676)이 가스 또는 공기가 그 구멍을 통해 위로 가서 원추체의 적층체의 주변부 주위의 환형 공간(652) 안으로 흐를 수 있게 하는 것으로 나타나 있다. 분배기의 바닥에 제공된 3개 이상의 리브(682) 중의 하나가 보이며, 이 리브는 침강된 세포 또는 입자를 갖는 액체가 아래로 흐르도록 하기 위해 침강기 하우징의 바닥 원추형 부분(603B) 위에 분배기를 이격시킨다.
도 41은 정상 엔드 캡 및 포트(603A) 및 바닥 엔드 캡 및 포트(603B)를 갖는 하우징(601)의 외부도를 나타낸다. 내부 원추체, 흡인기 튜브(660) 및 입구 액체/가스 분배기는 하우징에 의해 숨겨져 있다.
한 실시예에서, 상측 부분 또는 캡(603A)은 포트(653A, 654A) 중의 하나 이상과 관련된 라벨(604)을 포함한다. 이 라벨(604)은 각 튜브의 높이 또는 튜브의 단부에 있는 적절한 형광 염료 센서를 조사하기 위해 광케이블을 삽입함으로써 측정될 수 있는 배양 파라미터를 표시한다.
도 42 - 44는 주변 정상 포트(654A) 중의 2개로부터 튜브(660A, 660B) 내로 삽입된 전송 라인(620)(예컨대, 광섬유 케이블)을 나타낸다. 이러한 광섬유 케이블의 단부는, 침강 장치(600C) 내부의 유체와 접촉하도록 외측면에 부착된 투명 시일과 형광 염료 센서(622)로 덮일 수 있다. 형광 염료 센서는 유체의 pH, 용존 CO2, DO, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중 하나 이상의 양 또는 레벨을 측정할 수 있다. 2개의 대향하는 튜브(660A, 660B)가 단면으로 나타나 있고 2개의 상이한 길이 또는 높이로 절두되어 있다. 이렇게 해서, 동일한 변수(pH, 용존 CO2 또는 DO)가 형광 염료 센서(622)에 의해 2개의 상이한(각도 및 수직) 위치에서 측정될 수 있다.
이제 도 44를 참조하면, 이들 튜브(660C, 660D) 중의 2개는 온도 센서(626)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 온도 센서(626)는 튜브(660C, 660D)의 일 단부에 위치되는데, 하지만 그 온도 센서는 튜브 상의 다른 위치에 위치될 수 있다. 온도 센서(626)는 금속 디스크와 같은 열전도성 시일을 포함할 수 있고, 그래서 데이터 라인(624) 또는 열전대가 2개의 상이한 위치에서 온도(T)를 측정하기 위해 이들 2개의 튜브 내부에 삽입될 수 있다. 당업자에게 알려진 다른 온도 센서(626)가 침강 장치(600C)와 함께 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 침강 장치(600C)는 6개의 주변 정상 포트(654A)를 가지며, 광섬유 케이블(620)이 4개의 튜브(660)에 삽입된다. 튜브 중의 2개는 pH를 측정하는 형광 염료 센서(622)를 가지며, 튜브 중의 2개는 DO를 측정하는 형광 염료 센서(622)를 갖는다. 또한, 2개의 상이한 위치에서 온도(T)를 측정하기 위한 센서(626)와 관련된 열전대 와이어(624)와 함께 2개의 튜브(660)가 나머지 2개의 정상 포트에 삽입된다. 정상부에 있는 케이블(620, 624)은 광학 또는 전기 신호를 pH, DO 및 T의 프로세스 파라미터로 디코딩하기 위한 전자 허브 또는 제어 시스템에 연결된다.
당업자에게 공지된 임의의 적절한 수단을 사용하여 센서(622, 626)를 제어 시스템에 연결할 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 센서(622, 626)는 데이터를 제어 시스템에 무선으로 전송한다. 한 실시예에서, 센서는 Wi-Fi, BluetoothTM, NFC, 다른 무선 통신 프로토콜을 사용하여 데이터를 제어 시스템에 전송한다.
도 45는 침강기 하우징의 원통형 섹션과 원추체의 적층체를 제거함으로써 침강 장치(600C)의 6개의 주변 포트(654A)를 통해 삽입된 6개의 튜브(660) 모두의 사시도를 나타낸다. 튜브(660)는 상이한 위치에서 프로세스 파라미터를 측정하기 위해 상이한 높이에서 절두되어 있다. 튜브(660A)는 제1 길이를 가지며, 정상 엔드 캡(603A)에 의해 덮이기 때문에 그의 하단부는 도 45에서 보이지 않는다. 대조적으로, 튜브(660B)는 튜브(660A)의 제1 길이보다 더 긴 제2 길이를 갖는다.
도 46은 도 45와 유사하고, 원추체(609)의 적층체 주위에 위치되는 튜브(660)를 나타낸다. 상측 및 하측 부분(603A, 603B) 및 하우징의 원통형 부분(608)은 명확성을 위해 제거되어 있다.
도 47은 본 개시의 다른 실시예의 2개의 원추체(609)를 대체적으로 도시한 다. 원추체(609)는 여기서 설명된 원추체(309, 409, 509, 609)의 다른 실시예와 유사하고, 동일하거나 유사한 특징을 많이 포함한다. 예를 들어, 원추체(609)는 일반적으로 큰 개구(646) 및 작은 개구(644)를 포함한다. 원추체는 본 개시의 임의의 실시예의 침강 장치에 위치될 수 있다. 선택적으로, 큰 개구(646) 또는 작은 개구(644)는 침강 장치(600)의 하우징(601)의 상측 부분(603A)에 근접하게 위치될 수 있다. 원추체는 도 31a - 31d와 관련하여 설명된 원추체의 특징 모두를 포함할 수 있다.
원추체(609)는 미리 결정된 간격(656)으로 다른 원추체에 근접하여 위치되도록 구성된다. 한 실시예에서, 인접한 원추체 사이의 원하는 수직 간격(656)(도 49에 도시됨)은 약 3 mm 내지 약 20 mm이다. 다른 실시예에서, 인접한 원추체들 사이의 수직 거리는 약 5 mm이다.
원추체(609)는 인접한 원추체 사이의 간격을 용이하게 하기 위해 원하는 높이의 범프 또는 돌출부(613)를 포함한다. 범프(613)는 제조 동안에 플라스틱 또는 금속 원추체에 내장될 수 있다. 한 실시예에서, 범프(613)는 내측으로 연장하고 원추체(609)의 내부 침강 표면(614) 주위로 돌출한다. 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 범프(613)는 원추체의 외측 표면(616)으로부터 바깥쪽으로 연장한다. 선택적으로, 각 원추체(609)는 큰 개구(646)에 근접한 범프(613A)의 제1 링을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 각 원추체(609)는 작은 개구(644)에 근접한 범프(613B)의 제2 링을 포함한다.
여러 개의 슬롯 또는 노치(648)가 각 원추체(609)를 통해 절단된다. 노치(648)는 도 31a - 31d와 관련하여 설명된 슬롯과 유사하다.
선택적으로, 각 원추체는 4개 이상의 노치(648)를 갖는다. 이 노치(648)는 튜브(660)가 각 원추체를 지나가게 할 수 있도록 구성된다. 한 실시예에서, 노치는 원추체의 큰 개구(646) 근처에서 각 원추체(609)를 통해 형성된다. 선택적으로, 노치(648)는 큰 개구(646)의 원주방향 가장자리까지 연장된다.
각 원추체의 노치(648)는, 주변 흡인기 튜브(660)가 이러한 노치에서 정합되거나 이격되도록 구성된다. 한 실시예에서, 노치(648)는, 수직 튜브(660)가 이러한 노치를 통해 정렬될 때, 범프가 서로 위에 정렬되지 않도록 각 범프(613)의 한 측또는 다른 측에서 교번 위치에 형성되며, 그래서 원추체는 오프셋된 범프에 의해 원하는 간격으로 위치된다.
도 48은 원추체(609)의 노치(648)를 통과하는 흡인기 튜브(660)를 대체적으로 도시한다. 특히, 상측 원추체(609A)의 범프(613)는 하측 원추체(609B)의 범프(613)로부터 오프셋된다. 이렇게 해서, 원추체의 적층체에서 원추체(609A, 609B)를 교대로 있게 함으로써, 원추체가 틈 없이 서로에 밀접하게 적층되는 것을 방지하는 교대 범프(613)에 의해 제공되는 미리 결정된 간격(656)으로 원추체가 적층될 것이다.
한 실시예에서, 튜브(660) 중의 하나 이상의 원위 단부(664)는 분배기(670)와 결합한다. 선택적으로, 분배기(670)는 위쪽으로 돌출하는 포스트 또는 핀(696)을 포함한다. 튜브(660)는 핀과 결합할 수 있다. 이렇게 해서, 튜브(660)는 분배기(670)의 핀(696)에 의해 바닥에 정합되어, 튜브가 하우징에 조립되는 동안에 수직으로 유지된다.
구멍(663)은 다른 높이에서 튜브(660)에 있는 것을 볼 수 있으며, 그래서 액체가 이러한 튜브 중의 하나를 통해 언제든지 원하는 높이에서 침강 장치(600) 내부로부터 흡인될 수 있다. 예를 들어, 도 49에 도시된 튜브(660A)는 원추체의 적층체의 최상측 원추체(609)의 큰 개구(646)에 근접한 오리피스(663)를 갖는다.
분배기(670)의 상측 스페이서(684) 및 하측 스페이서(682)가 또한 도 48 - 49에 도시되어 있다. 이들 스페이서(684, 682)는 분배기의 하나 이상의 표면으로부터 돌출하는 범프, 리지(ridge), 플랜지 또는 리브일 수 있다. 한 실시예에서, 분배기(670)는 분배기의 상측 표면으로부터 위쪽으로 돌출하는 3개의 리브(684)를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 3개의 리브(682)가 분배기의 하측 표면으로부터 아래쪽으로 돌출한다. 분배기의 리브(682, 684)는 분배기와 바닥 원추체(609) 및 하우징의 하측 부분(603B)의 내측 표면 사이에 미리 결정된 간격을 제공하여, 액체가 이 공간을 통해 위로 원추체의 적층체 주위의 주변부 안으로 흐를 수 있게 한다.
기포가 구멍(676)을 통해 상승하고 침강 장치의 주변부 주위에 액체를 동반하도록 해주는 구멍(676)을 분배기(670)의 주변부 주위에서 볼 수 있다. 이 동반된 액체는 원추체의 외측 가장자리와 하우징의 내측 표면 사이의 환형 공간(652)에서 위쪽으로 상승한다. 그 다음 액체는 원추체 사이에서 아래로 원추체의 적층체의 중심 채널(645)(예를 들어, 도 39에 나타나 있음) 안으로 복귀할 것이다. 이렇게 해서, 분배기(670)는 본 개시의 침강 장치(600C)의 실시예의 하우징(601) 내에서 유체의 순환을 촉진시킨다.
도 49는 도 47 - 48에 나타나 있는 범프 및 리지에 의해 서로로부터 원하는 수직 거리(656)로 이격된 모든 원추체의 사시도를 도시한다. 원추체(609)는 각 원추체의 노치(648)를 통과하는 튜브(660)에 의해 동심으로 정렬된다. 원추체는 바닥에서 분배기(670) 상에 지지되며, 분배기에 있는 3개의 리지가 원하는 수직 거리로 원추체를 이격시켜 액체가 그 사이의 채널을 통과할 수 있도록 한다.
이제 도 50을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예의 원추체(609)가 대체적으로 도시되어 있다. 도 50에 나타나 있는 원추체(609)는 도 47 - 49와 관련하여 설명된 원추체 및 본 개시의 원추체의 다른 실시예와 유사하다.
특히, 도 50에 나타나 있는 원추체(609)는 튜브(660)를 위한 원추체를 통해 형성된 구멍(648)을 갖는다. 도 47의 원추체의 슬롯과 달리, 구멍(648)은 큰 개구(646)에 근접한 원추체의 큰 원주방향 가장자리까지 연장되지 않는다. 구멍(648)은 각 범프(613)의 한 측 또는 다른 측에서 교대로 있으며, 그래서 수직 튜브(660)가 이들 구멍을 통과할 때, 범프(613)는 서로의 위에 정렬되지 않고 각 원추체 위의 원하는 간격이 오프셋된 범프에 의해 제공된다.
도 51은 정상 엔드 캡의 정상 포트로부터 원추체(609)의 교대하는 구멍(648)을 통과하는 튜브(660)를 대체적으로 나타내며, 그래서 원추체는 틈 없이 서로 적층되지 않을 것이다. 튜브(660)는 바닥에서 분배기(670)의 핀(696) 상으로 정합되어, 튜브는 하우징 안으로의 조립 동안에 수직으로 유지된다.
분배기(670)에 있는 3개의 스페이서 또는 상측 리브(684)는 분배기와 바닥 원추체(609) 사이에 원하는 간격을 제공하여, 액체가 위로 이 공간을 통해 원추체의 적층체 주위의 주변부 안으로 흐를 수 있도록 한다. 상이한 높이에서 튜브(660)에 있는 구멍(663)을 볼 수 있고 그래서 액체가 이러한 튜브 중의 하나를 통해 언제든지 원하는 높이에서 침강기(600C) 내부로부터 흡인될 수 있다. 분배기(670)의 주변부 주위에 있는 구멍(676)을 또한 볼 수 있는데, 이 구멍은 기포가 그 구멍으로부터 상승하고 주변부 주위에서 액체를 환형 공간(652)(도 52에 도시됨) 안으로 동반할 수 있게 한다. 이 동반된 액체는 원추체에서 아래로 복귀하여 원추체의 적층체의 작은 개구(644)에 의해 형성된 중심 채널(645) 안으로 들어갈 수 있다.
도 52 - 53은 그들 사이의 원하는 수직 거리(656)에서 유지되는 2개의 정상 원추체(609)만을 보여주는 중간에서 절단된 침강 장치(600)를 나타낸다. 정상 주변 포트(654A)를 통해 삽입되고 분배기(670)로부터의 핀(696)과 정합되는 6개의 주변 튜브(660) 중의 4개가 나타나 있다. 분배기(670)의 리브(684)는 또한 바닥측 포트(654B)(그 중의 2개가 나타나 있음)로부터 들어오는 액체가 처음에 아래로 흐르고 또한 그 액체의 일부는 분배기와 원추체의 적층체의 바닥 원추체(나타나 있지 않음) 사이의 공간에서 위로 흐르기 위해 분배기 위에 간격을 제공하는 것으로 나타나 있다. 분배기(670)의 주변부에 있는 다수의 가스 또는 공기 구멍(676)이 나타나 있으며, 이 구멍은 유입 가스 또는 공기가 이러한 구멍을 통해 원추체의 적층체 주위의 환형 공간(652) 안으로 들어가도록 안내한다.
도 54는 도 48에 나타나 있는 범프(613)에 의해 서로로부터의 원하는 수직 거리(656)로 이격된 다수의 원추체(609)의 사시도이다. 이들 원추체는 각 원추체를 통과하는 구멍(648)을 통과하는 튜브(660)에 의해 동심으로 정렬된다. 원추체는 바닥에서 분배기(670) 상에 지지되며, 분배기에 있는 3개의 리지가 원추체를 원하는 수직 거리(658)(도 55에 나타나 있음)로 이격시켜, 액체가 바닥 원추체의 하측 표면과 분배기의 상측 표면 사이의 채널을 통과할 수 있게 한다.
도 55는 침강 장치(600C)의 하우징(601) 내부에 조립된 원추체의 적층체의 절단 부분의 사시도이다. 4개의 주변 튜브(660)가 정상 주변 포트(654A)를 통해 삽입되었고 분배기(670)로부터의 핀(696)과 정합된다. 분배기(670)의 리브는 분배기와 최하측 원추체(609)의 외측 표면(616) 사이에 미리 결정된 간격(658)을 제공한다. 이렇게 해서, 하나 이상의 바닥측 포트(654B)(그 중의 2개가 나타나 있음)로부터 하우징(601) 안으로 주입된 액체 또는 가스는 처음에 아래로 흐를 것이고 그런 다음에 분배기(670)와 바닥 원추체(609) 사이의 공간(658)에서 위로 올라가서 원추체의 주변부 주위의 환형 공간(652) 안으로 들어가게 된다.
도 56 - 57은 본 개시의 침강 장치(600C)의 실시예의 도이다. 침강 장치(600C)는 일반적으로 원추체(609) 및 도 50 - 55와 관련하여 설명된 다른 구성 요소를 포함한다. 침강 장치(600C)는, 정상 포트(654A)로부터의 주변 튜브(660)가 원추체의 바로 그 가장자리에 있는 도 41과 관련하여 설명된 침강 장치와 유사하다. 그러나, 도 57의 침강 장치(600C)에서, 상측 주변 포트(654A)는 포트(654A)를 통해 삽입된 튜브(660)를 원추체의 구멍(648)과 정렬시키기 위해 상측 부분(603A)의 주변 가장자리로부터 길이방향 축선(650) 쪽으로 이격되어 있다.
도 58은 침강기 어셈블리(600C) 및 상측 부분(603A)의 평면도이다. 라벨(604)이 상측 부분(603A)에 나타나 있다. 한 실시예에서, 그 라벨(604)은, 주변 포트(654A)에 삽입된 흡인기 튜브(660)의 구멍 또는 오리피스(663)(도 48에 나타나 있음)가 위치하는 정상부로부터의 높이의 백분율을 표시하는 숫자이다. 튜브(660) 및 오리피스(663)는 하우징 내의 임의의 레벨까지 연장되도록 구성될 수 있다. 한 실시예에서, 제1 라벨(604A)은, 튜브 오리피스가 상측 부분(603A)에 근접함을 나타내는 "0"이다. 제2 라벨(604B)은, 튜브 오리피스가 하우징 높이의 80%에 있음을 나타내는 "80"이다. 유사하게, 제3 라벨(604C)은, "60"이고, 제4 라벨(604D)은, 튜브 오리피스가 하우징의 바닥 근처에 있음을 나타내는 "100"이고, 제5 라벨(604E)은 "20"이고, 제6 라벨(604F)은 "40"이다.
일부 용례에서 흡인이 필요하지 않지만 대신에 하우징 내의 액체에 대해 pH, DO, 용존 CO2 및 T와 같은 배양 파라미터의 제어가 필요하면, 흡인기 튜브(660)는 ( i) 입사하는 빛을 튜브(660)(튜브는 원하는 위치/높이에 맞게 선택적으로 짧아짐)에 부착된 형광 염료 센서(예컨대, pH, 용존 CO2 및 DO, 및 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아를 포함하는 다른 파라미터를 위한 센서)에 전달하고 또한 (ii) 형광 빛을 센서로부터 전용의 판독기(빛 신호를 pH, 용존 CO2, DO, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 값으로 변환하기 위한 것임)에 전달하는 광케이블을 위한 도관으로서 사용될 수 있다. 유사하게, 튜브 중의 하나는, 튜브 단부의 바로 아래에서 세포 배양 유체의 온도를 측정하기 위해 바닥에 있는 전도성 유체에 열전대를 삽입하기 위해 써모웰로 전환될 수 있다. 그런 다음 정상 엔드 캡에 있는 마킹은 파라미터 이름으로 적절히 라벨링될 수 있다.
도 59는 본 개시의 분배기(670)의 한 실시예의 상세 사시도이다. 분배기는 일반적으로 큰 상측 개구(678)와 작은 하측 개구(680)를 규정하는 절두된 단부를 갖는 대체적으로 원추형인 형상을 갖는 본체(674)를 포함한다.
분배기는 구멍(676)을 포함하고, 이 구멍은 공기 또는 기포가 원추체의 적층체의 외측 가장자리와 본 개시의 침강 장치(600)의 하우징의 내측 표면 사이의 주변 또는 환형 공간(652) 안으로 위로 상승할 수 있게 한다. 선택적으로, 플랜지(686)가 분배기(670)의 상측 주변 가장자리로부터 아래쪽으로 연장된다. 플랜지(686)와 분배기 본체의 외측 표면은 가스가 구멍(676)을 통과하기 전에 모이는 공간(688)을 규정한다.
분배기에 있는 핀(696)은 여기서 설명된 바와 같이 흡인기 튜브(660)를 바닥에서 정합시키기 위해 사용된다. 분배기 위쪽의 리지(684) 및 아래쪽의 리지(682)는, 분배기와 바닥 원추체(609) 사이의 원하는 수직 거리(658) 및 분배기와 침강 장치(600)의 바닥 부분(603B) 사이의 거리를 제공하도록 크기가 정해진다.
도 60 - 62는 분배기의 핀(696)이 원추체(609)의 구멍(648)을 통과하는 상태에서 바닥 원추체(609)가 분배기(670) 상에 어떻게 배치되는지를 도시한다. 분배기 본체의 상측 표면 상의 스페이서(684)는 하측 원추체(609)의 하측 외측 표면(616)과 접촉하여, 원추체와 분배기 사이의 원하는 수직 공간(658)을 제공한다. 상측 스페이서(684)는, 하측 원추체를 분배기 위쪽으로 미리 결정된 거리로 이격시키기 위해 분배기의 내측 표면 위쪽으로 미리 결정된 거리로 돌출하는 리지, 범프, 또는 다른 특징부일 수 있다. 유사하게, 하측 스페이서(682)는, 분배기의 하측 표면으로부터 아래로 미리 결정된 거리로 돌출하는 리지, 범프 또는 다른 특징부일 수 있다. 한 실시예에서, 분배기는 3개의 상측 스페이서(684) 및 3개의 하측 스페이서(682)를 포함한다. 그러나 분배기는 3 내지 7개의 상측 및/또는 하측 스페이서(684, 682)를 가질 수 있다.
도 63 - 64는 원추체가 없는 분배기(670)의 추가 도이다. 하측 표면에 있는 3개의 리브 스페이서(682) 및 상측 표면에 있는 3개의 리브 스페이서(684)가 나타나 있다. 도 64에 나타나 있는 바와 같이, 분배기(670)는 가스가 통과하기 위한, 큰 주변 가장자리 주위에 복수의 구멍 또는 홀(676)을 포함한다.
한 실시예에서, 분배기는 침강 장치의 규모에 따라 20 내지 60개의 구멍을 갖는다. 선택적으로, 분배기는 약 30개의 구멍(676)을 갖는다. 구멍(676)은 임의의 미리 결정된 직경을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 구멍(676)의 직경은 대략 0.1 mm 내지 대략 7 mm이다.
이제 도 65 - 67을 참조하면, 본 개시의 침강 장치(600D)의 다른 실시예가 대체적으로 도시되어 있다. 이 침강 장치(600D)는 여기서 설명된 다른 침강 장치와 유사하고, 동일하거나 유사한 많은 특징을 포함한다. 침강 장치(600D)는 일반적으로 상측 부분(603A), 원통형 부분(608), 및 하측 부분(603B)을 갖는 하우징을 포함한다. 여기서 설명된 모든 실시예의 원추체(609)는 하우징 내에 위치될 수 있다.
특히, 침강 장치(600D)의 하측 부분(603B)은 별도의 분배기를 필요로 하는 대신에 액체 및 가스 분배기 기능을 포함한다. 하측 부분(603B)의 내측 표면은 슬롯 또는 홈(630)을 포함한다. 한 실시예에서, 그 홈(630)은 길이방향 축선(650)에 대체적으로 평행하게 연장된다.
홈(630)은 하측 부분(603B)의 상단부(606)에 근접하여 하측 부분(603B) 주위에 이격되어 있다. 각 홈(630)의 정상 단부(632)는 하측 부분의 상단부(606)로부터제1 거리(634)에 있다. 한 실시예에서, 홈(630)의 정상 단부는 외측 주변 포트(654B)보다 상단부(606)에 더 가깝다. 더 구체적으로, 외측 주변 포트(654B)는 하측 부분(603B)의 상단부(606)로부터 제2 거리(636)에 있고, 제2 거리(636)는 제1 거리(634)보다 크다.
하우징의 하측 부분(603B)은 내측으로 돌출하는 스페이서(615)를 포함한다. 스페이서(615)는 여기서 설명된 분배기(670)의 내부 돌출부(684)와 유사하다. 스페이서(615)는 하측 원추체(609)의 외측 표면(616)과 접촉하여 하측 원추체와 하측 부분(603B)의 내측 표면 사이에 미리 결정된 공간을 제공하도록 구성된다.
한 실시예에서, 스페이서(615)는 하측 부분의 내측 표면 위쪽으로 미리 결정된 거리로 연장되어 있는 리브, 범프, 또는 다른 돌출부를 포함한다. 한 실시예에서, 스페이서(615)는 내부 돌출부(684)와 동일한 구조를 갖는다.
하측 하우징은 내측 표면 주위에 이격된 3개 이상의 스페이서(615)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 스페이서(615)는 분배기의 바닥 원추형 부분의 가장자리 주위에 있는 짧은 리브이다. 스페이서(615)는, 입구(654B)를 통해 들어가는 유체로부터의 가스 또는 기포가 슬롯(630)을 통해 침강 장치(600D)의 관형 섹션(608)의 주변 또는 환형 공간 안으로 상승할 수 있도록 해주는 원하는 공간을 제공한다(바닥 원추체(609)가 하우징의 하측 부분(603B) 상에 배치된 후에). 스페이서(615)는, 하측 부분(603B)의 원추형 측면 주위의 입구 포트(654B)로부터 상당한 부분의 액체가 스페이서(615) 사이의 공간을 통해 침강기 어셈블리의 환형 원통형 부분 안으로 상승할 수 있도록 하기에 충분한 크기의 환형 공간을 형성하도록 크기가 정해진다. 이 액체 내의 세포 또는 입자는, 액체가 원추형 채널을 통해 내려가고 하우징의 중심 및 길이방향 축선(650) 쪽으로 이동함에 따라, 각 원추체 상에 침강할 것이다. 침강된 세포는 원추체의 중심 채널(645)(도 53에 도시된 채널(645)과 유사함) 안으로 떨어질 것이며, 반면에, 정화된 액체의 일부는, 측면 입구(654B) 및 바닥 복귀 포트(653B) 안으로 들어가는 적절한 유량을 선택함으로써 정상 중심 포트(653A)로부터 제거될 수 있다.
도 67 - 68은 하우징의 하측 부분(603B)에 위치된 하측 원추체(609)를 갖는 침강 장치(600D)를 도시한다. 원추체(609)의 하측 외측 표면은 스페이서(615)(도 65에 나타나 있음)에 의해 하측 부분(603B)의 내측 표면으로부터 미리 결정된 거리로 이격되어 있음을 유의해야 한다. 원추체(609)의 큰 가장자리(647)는 주변 측면 입구(654B) 위쪽에 위치된다. 큰 가장자리(647)는 하우징의 하측 부분(603B)의 내측 표면과 선택적으로 접촉할 수 있다. 원추체(609)의 외측 표면과 하측 하우징 부분(603B)의 내측 표면 사이의 접촉은 대체적으로 도 68의 점 "A"에 도시되어 있다. 그러나, 슬롯(630)의 정상 단부(632)는 원추체 정상 단부(647) 위쪽으로 돌출한다. 이렇게 해서, 하측 주변 포트(654B) 중 임의의 것을 통해 하우징에 들어가는 액체 및 가스는 바닥 원추체(609) 아래에서 그리고 스페이서(615) 사이에서 위로 이동하고 슬롯(630)을 통과하여 슬롯 정상 단부(632) 밖으로 나가 원추체의 적층체 주위의 주변 또는 환형 공간 안으로 들어갈 수 있다. 측면 입구 포트(654B)를 통해 들어가는 액체의 많은 부분이 바닥 원추형 하우징 또는 엔드 캡(603B) 상으로 내려오고 침강된 세포, 응집체, 비드 또는 입자를 쓸어내려 바닥 중심 포트(653B)를 통해 나가게 한다.
도 69는 하우징의 원통형 부분(608)으로부터 이격된 정상 및 바닥 부분(603)을 갖는 침강 장치(600)의 분해도를 나타낸다. 이들 엔드 캡(603A, 603B)은 열 용접, 음파 용접, 가스켓을 사용한 시일링, 접착, 및 당업자에게 공지된 다른 방법을 포함하는 다양한 방법으로 원통형 부분(608)에 부착될 수 있다.
한 실시예에서, 원통형 부분(608)은 상측 하우징 부분(603A) 및 하측 하우징 부분(603B)의 대응하는 표면에 결합될 수 있는 플랜지(618)를 갖는다. 선택적으로, 하측 하우징 부분(603B)의 상단부(606)는 유사한 플랜지(618)를 포함한다.
이제 도 70 - 71을 참조하면, 본 개시의 침강 장치(600)의 높이 및 부피는, 하나 이상의 추가 원통형 부분(608)을 추가함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, 침강 장치(600)는 제1 원통형 부분(608A) 및 제2 원통형 부분(608B)을 선택적으로 포함할 수 있다. 원통형 부분(608)은 동일하거나 상이한 부피와 높이를 가질 수 있다. 도 70 - 71에 도시된 예에서, 제1 원통형 부분(608A)은 제2 원통형 부분(608B)보다 큰 부피와 높이를 갖는다.
이제 도 72 - 78을 참조하면, 침강 장치(600)는 본 개시의 스탠드(700)에 의해 지지되는 것으로 도시되어 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 침강 장치(600)가 프로세스 유체로 채워짐에 따라, 중량이 극적으로 증가할 것이며, 그 중량을 지지하기 위해 강한 스탠드(700)가 필요할 것이다. 스탠드(700) 및 그의 롤러(704)는 침강 장치(600)가 필요에 따라 생물 반응기와 같은 다른 프로세스 장비에 가까운 위치 안으로 또는 밖으로 이동할 수 있게 한다.
스탠드(700)는 일반적으로 롤러(704)를 갖는 기부(702)를 포함한다. 스트러트(706)가 기부(702)로부터 위쪽으로 레일(708)까지 연장된다. 레일의 내부는 일반적으로 원형이다. 한 실시예에서, 레일(708)은 개구를 규정하는 제1 단부(710A) 및 제2 단부(710B)를 갖는다.
레일(708)은 침강 장치(600)의 하우징(601)을 지지하도록 구성된다. 한 실시예에서, 레일(708)은 하우징 하측 부분(603B)의 일부분의 외부 직경보다 작은 내부 치수 또는 직경을 갖는다. 따라서, 한 실시예에서, 하우징 하측 부분(603B)은 레일과 접촉하고 그 레일에 의해 지지된다.
다른 실시예에서, 레일(708)의 내부 치수는 하우징 하측 부분(603B)의 플랜지(618)의 직경보다 작다. 따라서, 플랜지(618)는 레일의 상측 표면에 의해 지지된다.
스탠드(700)는 선택적으로 하나 이상의 지지부(714)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 지지부(714)는 아암(712)으로부터 연장된다. 한 실시예에서, 지지부(714)는 링 또는 루프를 포함한다. 지지부(714)는 스트랩이라고 할 수 있다. 지지부(714)의 직경은 선택적으로 조정 가능하다.
제1 또는 상측 지지부(714A)가 하우징(601)의 원통형 부분(608) 주위에 끼워지도록 구성된다. 제2 또는 하측 지지부(714B)가 하측 하우징 부분(603B)의 원추형 부분 주위에 끼워지도록 구성된다. 한 실시예에서, 상측 지지부(714A) 및 하측 지지부(714B) 중 하나 이상의 수직 위치는 조정 가능하다. 도 78에 나타나 있는 바와 같이, 스탠드는 임의의 수의 지지부(714)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 스탠드(700)는 높이가 증가된 원통형 부분(608)을 스탠드에 고정하기 위해 2개의 상측 지지부(714A)를 갖는다.
한 실시예에서, 스탠드(700)는 하우징(601) 내의 조건을 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 스탠드(700)는 pH, DO, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 T를 측정하기 위한 센서(716)를 포함할 수 있다. 이 센서(716)는 형광 프로브 또는 형광 염료 센서와 관련된 수집기를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서(716) 중의 하나 이상은 온도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 하나의 센서(716)는 온도계, 써모웰 또는 다른 적절한 장치일 수 있다. 도 42 - 46과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 조건(예컨대, 하우징 내의 pH, DO, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 T)을 측정하는 한 가지 선택적인 방법은 적절한 센서를 튜브(660) 안에 또는 그 튜브의 바닥에 위치시키는 것이다.
도 72에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 센서(716)는 침강 장치를 스탠드에 고정하는 데에 사용되는 지지부(714)와 관련될 수 있다. 한 실시예에서, 센서(716) 중의 하나 이상은 하우징 내부로부터의 빛을 검출 및/또는 측정하도록 작동 가능하다. 예를 들어, 센서는 침강기의 원통형 벽(608) 및 원추형 바닥 엔드 캡(603B) 내부에 부착된 대응하는 형광 염료 센서 패치로부터 빛을 수집할 수 있다. 이 실시예에서, 하우징(601)의 적어도 일부분은 투명 또는 반투명 재료를 포함한다. 센서(716)는 입사하는 형광 빛을 하우징을 통해 센서에 전송하도록 구성된 창에 근접하여 선택적으로 위치될 수 있다.
한 실시예에서, 적절한 전송 라인(620)이 센서에 연결된다. 한 실시예에서, 전송 라인은 입사 빛을 안내하고 나가는 형광 빛을 하우징 외부의 다른 높이에서 수집하기 위한 광섬유 케이블을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서(716)는 여기서 설명한 바와 같이 제어 시스템에 데이터를 무선으로 전송할 수 있다.
이제 도 79를 참조하면, 한 실시예에서, 센서(716)는 하우징(601)의 외측 표면을 향하여 부착된다. 센서(716)는, 원통형 부분(608), 상측 부분(603A) 및 하측 부분(603B)을 포함하여, 하우징의 어떤 부분에도 부착될 수 있다. 센서(716)는 하우징 내의 하나 이상의 조건(예컨대, pH, DO, 용존 CO2 및 T 중의 하나 이상이지만, 이에 한정되지 않음)을 측정하도록 작동 가능하다. 한 실시예에서, 센서(716)에 근접한 하우징(601)의 일부분은 투명하거나 반투명하다.
이제 도 80 - 85를 참조하면, 본 개시의 침강 장치(800)의 다른 실시예가 대체적으로 도시되어 있다. 이 침강 장치(800)는 여기서 설명된 침강 장치(600A, 600B, 600C, 600D)와 유사하고, 동일하거나 유사한 많은 특징을 갖는다. 또한, 침강 장치(800)는 침강 장치(600)와 함께 사용하기 위해 설명된 원추체(609) 중의 임의의 것을 포함할 수 있다. 침강 장치(800)는 일반적으로 하측 원추형 부분(803B), 원통형 부분(808), 상측 원추형 부분(803A), 및 침강 장치 내부에 위치되는 원추체(809)의 적층체 또는 복수의 원추체를 포함한다.
당업자에게 공지된 임의의 적절한 재료가 침강 장치(800) 및 원추체(809)를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 침강 장치는 제1 재료로 형성될 수 있고 원추체는 제2 재료로 형성될 수 있다. 선택적으로, 제1 및 제2 재료는 동일하다. 대안적으로, 제1 재료는 제2 재료와 상이하다. 한 실시예에서, 침강 장치는 플라스틱 또는 유리로 형성된다. 대안적으로, 침강 장치는 스테인레스강과 같은 금속으로 형성된다.
선택적으로, 원추체(809)의 표면과 침강 장치의 내측 표면은 비점착성 플라스틱, 테플론, 실리콘 및 당업자에게 알려진 유사한 재료 중의 하나 이상으로 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 침강 장치(800) 및 원추체(809)의 표면(특히 스테인레스강으로 형성되는 경우)은 매끄러운 표면을 제공하기 위해 전해 연마될 수 있다.
하측 원추형 부분(803B)은 포트(853B)를 포함한다. 한 실시예에서, 포트(853B)는 침강 장치의 길이방향 축선(850)과 대략 동심으로 정렬된다. 포트(853B)는 여기서 설명된 다른 포트(653B)와 동일하거나 유사하다.
선택적으로, 하측 원추형 부분(803B)은 여기서 설명된 포트(654B)와 동일하거나 유사한 제2 포트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 제2 포트는 길이방향 축선으로부터 오프셋되어 있다.
한 실시예에서, 제2 포트는 침강 장치의 하측 원추형 부분(803B)에 포함되지 않는다. 예를 들어, 침강 장치(800)가 스테인레스강과 같은 금속으로 형성되는 경우, 제2 포트는 하측 원추형 부분에 형성되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 포트는 침강 장치(800)의 하측 원추형 부분에 포함된다. 예를 들어, 침강 장치(800)가 플라스틱 또는 유리로 형성되는 경우, 하측 원추형 부분(803B)은 포트(853B) 및 포트(653B)와 유사한 제2 포트를 포함할 수 있다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 하측 원추형 부분(803B)이 제2 포트를 포함하지 않을 때, 포트(853B)를 위한, 하측 원추형 부분을 통과하는 단지 하나의 관통부가 있다. 이는 단지 하나의 관통부를 갖는 것이 침강 장치(800) 내의 세포, 비드 또는 입자가 부주의하게 축적될 수 있고 수집을 위한 포트(853B)를 향한 세포, 비드 및 입자의 이동을 감소시킬 수 있는 장소를 제한하기 때문에 유리하다. 또한, 하측 원추형 부분(803B)에 단지 하나의 포트를 형성하면, 하측 원추형 부분을 제조하는 데에 필요한 시간이 줄어들고 또한 침강 장치로부터의 누출의 잠재적인 원인이 제거된다.
원통형 부분(808)은 하단부(817), 상단부(817), 및 내부 벽(819)을 갖는다. 하단부(817)는 하측 원추형 부분(803B)과 접촉하고 그 부분으로부터 위쪽으로 연장된다.
원추체(809)는 여기서 설명된 임의의 실시예일 수 있다. 한 실시예에서, 원추체(809)는 도 47과 관련하여 설명된 원추체(609)와 유사하고, 많은 동일한 특징을 포함한다. 보다 구체적으로, 복수의 원추체의 각 원추체(809)는, 하측 원추형 부분(803B) 쪽으로 배향되는 제1 개구(844), 제1 개구보다 큰 제2 개구(846), 및 제2 개구에 근접한 외측 가장자리(847)를 갖는 본체를 포함한다. 제2 개구(846)는 하측 원추형 부분(803B)으로부터 멀어지는 쪽으로 배향된다. 외측 가장자리(847)는 내부 벽(819)으로부터 이격되어, 복수의 원추체 주위에 환형 공간(852)을 규정한다.
원추체(809)는, 도 81에 대체적으로 도시된 바와 같이, 침강 장치(800)의 길이방향 축선(850) 주위에 대략 중심 맞춰진다. 보다 구체적으로, 한 실시예에서, 각 원추체(809)의 제1 및 제2 개구(844, 846)는 길이방향 축선(850)과 대략 동심으로 정렬된다.
한 실시예에서, 원추체의 내측 표면(814)은 길이방향 축선(850)에 대해 대략 5°내지 대략 85°의 각도로 배향된다. 선택적으로, 도 81에 대체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 내측 표면(814)은 길이방향 단면에서 볼록하다. 예를 들어, 원추체(809)의 본체의 길이방향 단면은 선형이 아닌 선을 형성한다. 한 실시예에서, 그 선은 제1 개구에 근접한 제1 곡률 반경 및 제2 개구에 근접한 제2 곡률 반경을 갖는 아치 형상을 가지며, 제2 곡률 반경은 제1 곡률 반경과 상이하다.
원추체(809)의 제1 개구(844)는 복수의 원추체를 통해 연장되는 중심 채널 또는 칼럼(845)을 규정한다. 중심 칼럼(845)(도 81에 대체적으로 도시되어 있음)은 최상측 원추체(809A)로부터 최하측 원추체(809Z)를 통해 연장되고, 길이방향 축선(850)과 대략 동심으로 정렬된다. 세포 및 다른 입자가 침강 장치(800) 안에서 유체 밖으로 원추체(809)의 내측 또는 침강 표면(814) 상으로 침강함에 따라, 그 세포 및 입자는 원추체의 제1 개구(844)까지 아래로 슬라이딩한다. 그 후 세포와 입자는 중심 칼럼(845) 안으로 떨어지고 아래로 하측 원추형 부분(803B)까지 가게되며, 여기서 축적되고 포트(853B)를 통해 모일 수 있다.
원추체(809)는 내측 표면(814)으로부터 연장되는 돌출부(813)(도 83에 대체적으로 도시되어 있음)를 선택적으로 포함한다. 그 돌출부(813)는 여기서 설명된 다른 돌출부(613)와 동일한 형상 및 배치를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 돌출부(813)(존재하는 경우)는 제1 원추체의 내측 표면(814)과 제1 원추체에 인접하여 그 위쪽에 있는 제2 원추체의 하측 또는 외측 표면(816) 사이에 미리 결정된 거리(856)를 제공하도록 되어 있다. 한 실시예에서, 서로 인접하는 원추체들 사이의 미리 결정된 거리(856)는 대략 2 mm 내지 대략 30 mm, 또는 대략 5 mm이다.
추가로 또는 대안적으로, 원추체(809)는 구멍(848)을 포함할 수 있다. 이 구멍(848)은 도 50 - 61과 관련하여 설명된 원추체(609)의 구멍(648)과 동일하거나 유사할 수 있다. 한 실시예에서, 구멍(848)은 원추체의 외측 가장자리(847)로부터 이격된다. 구멍은 침강 장치(800) 내부에서 대체적으로 수직으로 연장되는 정렬 로드를 수용하도록 되어 있다. 구멍은 원형 형상을 가질 수 있다. 그러나, 구멍에 대한 다른 형상이 고려된다.
구멍(848)은 돌출부(813)의 한 측 또는 다른 측에 교번 패턴으로 형성될 수 있습니다. 이렇게 해서, 정렬 로드가 구멍을 통과할 때, 돌출부(813)들은 서로 위에 정렬되지 않고, 각 원추체 위쪽의 원하는 간격(856)은 오프셋된 돌출부에 의해 제공된다.
원추체는 외측 가장자리(847)로부터 외측으로 연장되는 돌출부(842)를 포함할 수 있다. 돌출부(842)는 원추체(809)를 정렬하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(842)는 원통형 부분(808)의 내부 벽(819)과 접촉할 수 있다. 대안적으로, 돌출부(842)는 내부 벽으로부터 이격될 수 있다.
상측 부분(803A)은 원통형 부분(808)의 상단부(818)에 연결된다. 특히, 침강 장치(800)의 상측 부분(803A)은 원추형 형상을 갖는다. 더 구체적으로, 그리고 이제 도 81 - 82를 참조하면, 상측 부분(803A)은 원추형 부분(830)에 의해 분리된 제1 단부(828) 및 제2 단부(829)를 갖는다.
제1 단부(828)는 대체적으로 원형이고 제1 직경을 갖는다. 한 실시예에서, 제1 직경은 원추체(809)의 제1 개구(844)의 내부 직경보다 크다. 또한, 제1 단부(828)의 제1 직경은 원추체의 제2 개구(846)의 내부 직경보다 작다.
제1 단부(828)는 하측 원추형 부분(803B) 쪽으로 배향된다. 더 구체적으로, 제1 단부(828)는 원통형 부분(808)의 하단부(817)와 상단부(818) 사이에 위치된다. 제1 단부(828)는 또한 복수의 원추체의 최상측 원추체(809A)의 제1 개구(844)와 제2 개구(846) 사이에 위치되어 있는 것으로 설명될 수 있다. 따라서, 제1 단부(828)는 원통형 부분(808) 내로 함몰된다.
원추형 부분(830)은 최상측 원추체(809A)의 내측 표면(814)의 적어도 일부분에 일반적으로 대응하는 형상을 갖는다. 한 실시예에서, 원추형 부분(830)의 수직 단면은 선형이 아닌 선을 규정한다. 이 선은 원추체의 내측 표면(814)의 형상과 일치하는 경사 및 형상을 가질 수 있다. 이렇게 해서, 원추형 부분(830)은 내측 표면(814)으로부터 미리 결정된 거리(858)로 이격된다. 그 거리(858)는 선택적으로 대략 2 mm 내지 대략 30 mm 또는 대략 5 mm이다. 한 실시예에서, 거리(858)는 서로 인접하는 원추체들 사이의 거리(856)와 대략 같다.
상측 부분(803A)의 이러한 형상 및 구성은, 최상측 원추체(809A)의 내측 표면(814) 위쪽의 공간의 부피를 감소시키기 때문에 유리하다. 이렇게 해서, 침강 장치(800)의 총 액체 부피 및 결과적인 중량은 그 침강 장치의 효율을 희생시키지 않고 감소될 수 있다. 더욱이, 최상측 원추체(809A)의 내측 표면(814) 위쪽의 액체의 부피를 감소시키면, 침강 장치(800) 내에서 유체의 순환이 개선된다. 침강 장치의 부피를 감소시키면, 침강 장치 내의 유체의 부피가 감소되어, 유체의 온도를 조절하는 것이 더 쉽게 되고 또한 유체의 조건(예컨대, 유체의 pH 및 용존 산소(DO), 용존 CO2 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아의 레벨) 및 유체 내의 영양물을 더 쉽게 제어할 수 있다.
상측 원추형 부분(803A)의 제2 단부(829)는, 대체적으로 원형이고 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 외측 가장자리를 갖는다. 제2 직경은 원통형 부분(808)의 직경과 대략 같다. 제2 단부(829)는 원통형 부분(808)의 상단부(818)에 상호 연결된다.
상측 원추형 부분(803A)은 복수의 포트(853A, 854A)를 포함할 수 있다. 포트(853A, 854A)는 여기서 설명된 다른 포트(653A, 654A)와 동일할 수 있고, 동일하거나 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
상측 원추형 부분(803A)의 제2 단부(829)는 적어도 하나의 포트(854A)를 갖는다. 이 포트(854A)는 내부 벽(819)과 원추체(809)의 외측 가장자리(847) 사이의 환형 공간(852) 위쪽에 위치된다. 선택적으로, 제2 단부(829)는 2개 내지 14개, 또는 12개의 포트(854A)를 포함한다. 포트(854A)는 제2 단부(829) 주위에 실질적으로 고르게 이격될 수 있다.
도관(860)이 포트(854A)에 연결될 수 있다. 한 실시예에서, 도관은 포트를 통해 연장된다. 대안적으로, 도관(860)은 침강 장치(800) 내로 연장되는 포트(854A)의 일부분에 연결될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도관(860)은 환형 공간(852) 내로 아래쪽으로 연장되도록 위치될 수 있다.
도관(860)은 여기서 설명된 모든 실시예의 도관(660)과 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 도관(860)은 침강 장치(800)로부터 유체를 인출하기 위해 내부 내강 및 오리피스(863)를 포함할 수 있다. 오리피스(863)는 도관의 길이를 따른 임의의 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 오리피스(863)는 환형 공간(852)의 임의의 레벨에서 유체를 인출하고 샘플링하기 위해 사용될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 유체 내의 pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아가 고르게 분포되어 있고 침강 장치 전체에 걸쳐 허용 범위 내에 있는지를 결정하기 위해 유체 샘플이 상이한 레벨에서 오리피스(863)로부터 취해질 수 있다. 이렇게 해서, 사용자는, 유체가 침강 장치 내에서 고르게 순환하고 있는지 확인하고 또한 유체의 흐름이 막힐 수 있는 위치를 식별하기 위해, 유체를 모니터링할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 도관(860)은 침강 장치 내의 유체의 조건을 측정하기 위한 센서를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 도관(860)은 유체 내의 pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 하나 이상을 측정하기 위한 센서(822)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도관(860)은 유체의 온도를 측정하기 위한 센서(826)를 포함할 수 있다. 센서(822 및/또는 826)는 여기서 설명된 모든 실시예의 센서(622 및 626)와 동일하거나 유사할 수 있다.
한 실시예에서, 전송 라인(820)은 포트(854A)를 통해 도관(860) 안으로 삽입된다. 전송 라인(820)은 도관(860)과 관련된 센서(822)로부터 데이터를 수신하고 그 데이터를 랩탑 또는 개인용 컴퓨터와 같은 디스플레이 또는 제어 시스템에 전송할 수 있다.
한 실시예에서, 전송 라인(820)은 광섬유 케이블이고 도관은 형광 염료 센서(622)로부터 데이터(또는 빛)를 받기 위한 투명한 시일을 포함한다. 형광 염료 센서는 침강 장치(800) 내의 유체와 접촉하는 도관(860)의 외부에 부착될 수 있다. 형광 염료 센서는 유체 내의 pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 하나 이상을 측정할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 도관(860)은 선택으로 온도 센서(826)를 포함할 수 있다. 온도 센서(826)는 도관의 단부에 위치될 수 있다. 그러나 온도 센서는 도관의 임의의 다른 위치에 위치될 수 있다. 한 실시예에서, 온도 센서(826)는, 데이터 라인(824) 또는 열전대가 온도(T)를 측정하기 위한 도관(860) 내로 삽입될 수 있도록 금속 디스크와 같은 열 전도성 시일을 포함한다. 당업자에게 알려진 다른 온도 센서(826)가 침강 장치(800)와 함께 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 케이블(820, 824)이 센서(822/826)로부터 데이터를 전자 허브 또는 제어 시스템에 전송하기 위해 도관(860)으로부터 연장된다. 한 실시예에서, 제어 시스템은 랩탑 컴퓨터 또는 데스크탑 컴퓨터이다.
당업자에게 공지된 임의의 적절한 수단이 센서(822, 826)를 제어 시스템에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 센서(822, 826)는 데이터를 제어 시스템에 무선으로 전송한다. 한 실시예에서, 센서는 데이터를 제어 시스템에 전송하기 위해 Wi-Fi, BluetoothTM, NFC, 다른 무선 통신 프로토콜을 사용한다.
이제 도 81을 참조하면, 도관(860)은 임의의 원하는 길이를 가질 수 있다. 추가적으로, 도관(860)은 상이한 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도관(860A)은 제2 도관(860B)의 제2 길이보다 짧은 제1 길이를 가질 수 있다. 유사하게, 제1 도관(860A)의 제1 오리피스(863A)는 제2 오리피스(863B)의 제2 단부로부터의 제2 거리보다 작은 제2 단부(829)로부터의 제1 거리에 형성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 도관(860A)과 관련된 제1 센서(822/826)는 침강 장치의 제1 레벨에서 유체의 조건을 측정할 수 있다. 제2 도관(860B)과 관련된 제2 센서(822/826)는 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨에서 유체의 조건을 측정할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 이는 유체가 침강 장치를 통해 고르게 흐르는 것을 보장하고 또한 유체 내의 pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아와 유체의 온도가 침강 장치 전체에 걸쳐 고르게 분포되는 것을 보장하는 데에 유리하다.
이제 도 81 - 82를 참조하면, 적어도 하나의 포트(853A)가 상측 원추형 부분(803A)의 제1 단부(828)를 통해 연장된다. 포트(853A)는 원추체(809)의 제1 개구(844)에 의해 규정되는 중심 채널(845) 위쪽에 위치된다. 선택적으로, 제1 단부(828)는 2개 내지 10개, 또는 7개의 포트(853A)를 포함한다.
도관(860)이 포트(853A)로부터 중심 채널(845) 내로 연장될 수 있다. 예를 들어, 도관(860)은 포트(853A)로부터 최상측 원추체(809A)의 제1 개구(844)를 지나 아래쪽으로 연장되기에 충분한 길이를 가질 수 있다.
도관(860)은 침강기 장치로부터 유체를 인출하고 그리고/또는 유체의 조건을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도관(860E)은 중심 채널(845) 내부에 위치되는 자유 단부(864)를 가질 수 있다. 선택적으로, 도관(860E)을 통과하는 내강은, 유체가 도관(860E)을 통해 인출될 수 있도록, 자유 단부(864)까지 연장된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 오리피스(863E)가 도관(860E)의 길이를 따른 임의의 위치에 형성될 수 있다. 이렇게 해서, 중심 채널(845)의 임의의 레벨에 있는 유체(863E)는 오리피스(863E)를 통해 인출될 수 있다.
도관(860E)을 통해 중심 채널(845)로부터 유체를 인출하면, 환형 공간(852) 내에서 위쪽으로 가는 유체의 유동이 촉진될 수 있으며, 그래서 그 유체 내의 세포 또는 입자가 원추체 상으로 침강하고 중심 채널(845) 쪽으로 이동한 다음 아래쪽으로 하측 원추형 부분(803B)으로 가게 된다.
한 실시예에서, 도관(860C 또는 860D)은 여기서 설명된 바와 같은 센서(822 및/또는 826)를 포함할 수 있다. 따라서, T, pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 하나 이상과 같은, 중심 채널(845)에 있는 유체 조건이 중심 칼럼(845)에서 측정될 수 있다. 이렇게 해서, 중심 칼럼(845) 내에 위치된 센서(822/826)로부터의 데이터가 환형 공간(852)에 위치된 유사한 센서(822/826)로부터의 데이터와 비교되어, 침강 장치의 유체의 차이를 식별할 수 있다. T, pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아의 차이가 확인되면, 침강 장치 안으로 들어가는 유체 또는 그 밖으로 나가는 유체의 유량이 조절될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 침강 장치 안으로 펌핑되는 상이한 액체 매체 성분의 유량이 조작될 수 있다.
이제 도 80 및 83 - 85을 참조하면, 침강 장치(800)는 본 개시의 다른 실시예에 따른 분배기(870)를 선택적으로 포함한다. 이 분배기(870)는 액체 또는 가스와 같은 유체를 침강 장치 내로 도입하도록 구성된다.
분배기(870)는, 원추체의 외측 가장자리와 원통형 부분(808)의 내부 벽(819) 사이의 환형 공간(852) 안으로 위로 흐를 수 있는 유체를 방출하도록 위치된 구멍(876)을 포함한다. 이 구멍(876)은 분배기(870)를 통한 유체, 세포의 수송을 용이하게 하는 크기로 되어 있다. 구멍(876)은 모두 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 대안적으로, 구멍의 일부는 다른 또는 반대의 방향을 향할 수 있다. 선택적으로, 구멍(876) 중의 하나 이상은 길이방향 축선(850)에 대해 횡으로 배향될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 구멍의 일부는 반경 방향 또는 축방향으로 배향될 수 있다.
분배기(870)는 일반적으로 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체(809Z) 아래에 위치된 제1 링(874A)을 포함한다. 한 실시예에서, 제1 링은 가장 낮은 원추체(809Z)의 제1 개구(844)와 제2 개구(846) 사이에 위치된다. 제1 링(874A)은 가장 낮은 원추체(809Z)의 외측 표면(816) 주위로 연장된다. 제1 링은 유체가 흐를 수 있는 복수의 구멍(876)을 포함한다.
제1 튜브(872A)는 제1 링(874A)을 상측 원추형 부분(803A)에 연결한다. 제1 튜브는 내부 내강을 통해 유체를 제1 링에 또한 그로부터 수송한다. 한 실시예에서, 제1 튜브(872A)는 환형 공간(852)에서 위쪽으로 그리고 제2 단부(829)의 포트(854A)까지 연장되어 있다. 선택적으로, 제1 튜브(872A)는 포트(854A)를 통해 연장된다. 대안적으로, 제1 튜브는 침강 장치 내의 포트(854A)의 일부분에 연결된다.
제1 링은 임의의 수의 제1 튜브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1 내지 5개의 제1 튜브가 제1 링에 연결될 수 있다. 한 실시예에서, 제1 링(874A)은 3개의 제1 튜브(872A)를 갖는다.
한 실시예에서, 가장 낮은 원추체(809Z)는 제1 링(874A)과 접촉한다. 선택적으로, 제1 링(874A)은 복수의 원추체(809)를 지지한다. 한 실시예에서, 제1 링은 침강 장치 내의 복수의 원추체(809)를 지지한다. 이렇게 해서, 원추체는 제1 링 및 그의 튜브(872A)에 의해 하우징의 상측 부분(803A)에 달려 있는 것으로 설명될 수 있다.
추가로, 가장 낮은 원추체(809Z)와 제1 링의 접촉은 또한 하우징 내에서 복수의 원추체의 적절한 정렬을 보장하는 데에 유리하게 도움이 된다. 예를 들어, 한 실시예에서, 제1 링 및 그의 수직 튜브(872A)는 원추체의 제1 개구(844)를 길이방향 축선(850)과 중심 맞춤시키거나 정렬시키고 그리고/또는 환형 공간(852)을 규정하기 위해 원추체의 외측 가장자리(847)와 하우징의 내부 벽(819) 사이의 간격을 보장하는 데에 도움을 준다. 대안적으로, 제1 링(874A)은 가장 낮은 원추체(809Z)로부터 이격된다.
선택적으로, 튜브(872A)는 원추체의 일부분과 접촉한다. 한 실시예에서, 튜브(872A)는 원추체의 외측 가장자리(847)와 접촉한다. 대안적으로, 튜브(872A)는 원추체에 있는 슬롯 또는 구멍(848)을 통해 연장된다. 이렇게 해서, 튜브(872A)는 원추체의 의도치 않은 또는 부주의한 움직임을 방지할 수 있다
추가적으로 또는 대안적으로, 분배기(870)는 선택적으로 제2 링(874B)을 포함할 수 있다. 제2 링은 유체가 링과 침강 장치 사이에서 흐르기 위한 복수의 구멍(876)을 갖는다. 한 실시예에서, 제2 링의 구멍(876)은 이를 통과하는 액체의 유동을 촉진시키도록 되어 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 제2 링의 구멍은 제1 링의 구멍의 제1 크기보다 큰 제2 크기를 갖는다. 한 실시예에서, 제1 링의 구멍은 이를 통과하는 가스의 유동을 촉진시키도록 되어 있다.
제2 링(874B)은 제1 링(874A) 아래에 위치될 수 있다. 한 실시예에서, 제2 링(874A)은 제1 링(874A)과 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체(809Z)의 제1 개구(844) 사이에 위치된다.
제2 링(874B)은 가장 낮은 원추체(809Z)의 외측 표면(816) 주위로 연장된다. 한 실시예에서, 제2 링은 제1 링(874A)의 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는다.
내부 내강을 갖는 제2 튜브(872B)는 제2 링(874B)을 상측 원추형 부분(803A)에 연결한다. 내강은 유체를 제2 링에 또는 그로부터 수송할 수 있다. 한 실시예에서, 제2 튜브(872B)는 환형 공간(852)에서 위쪽으로 그리고 제2 단부(829)의 포트(854A)까지 연장된다. 선택적으로, 제2 튜브(872B)는 포트(854A)를 통해 연장된다. 대안적으로, 제2 튜브는 침강 장치 내의 포트(854A)의 일부분에 연결된다.
한 실시예에서, 제2 링(874B)은 3개의 제2 튜브(872B)를 갖는다. 대안적으로, 제2 링(874B)은 1개 내지 5개의 제2 튜브(872B)에 연결될 수 있다.
선택적으로, 제2 링은 침강 장치 내의 복수의 원추체(809)를 지지한다. 예를 들어, 원추체는 제2 링 및 그의 튜브(872B)에 의해 하우징의 상측 부분(803A)에 달려 있을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 링 및 그의 튜브(872B)는, 원추체의 제1 개구(844)를 길이방향 축선(850)과 중심 맞춤시키거나 정렬시키고 그리고/또는 환형 공간(852)을 규정하기 위해 원추체의 외측 가장자리(847)와 하우징의 내부 벽(819) 사이의 간격을 보장하는 데에 도움을 준다. 대안적으로, 제2 링(874B)은 가장 낮은 원추체(809Z)로부터 이격된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 튜브(872B)는 원추체의 외측 가장자리와 같은 원추체(809)의 일부분과 접촉한다. 이렇게 해서, 튜브(872B)는 원추체의 의도치 않은 또는 부주의한 움직임을 방지할 수 있다. 한 실시예에서, 튜브(872B)는 원추체의 슬롯 또는 구멍(848)을 통해 연장된다.
한 실시예에서, 제1 및 제2 링(874A, 874B)은 개별적으로 형성된다. 제1 링(874A)은 제1 유체를 침강 장치(800) 안으로 도입할 수 있다. 제2 링(874B)은 제2 유체를 침강 장치 안으로 도입할 수 있다. 이는, 일부 작업에서 제1 유체가 침강 장치 안으로 유입될 때 제2 유체로부터 분리되어야 하기 때문에 유익하다. 제1 및 제2 링(874A, 874B)은 침강 장치로부터 유체를 인출하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 침강 장치의 작동 동안에, 공기, O2, CO2 및 N2 중의 하나 이상 이 분배기(870)의 제1 링(874A)을 통해 침강 장치 내로 도입된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 액체 매체 성분이 분배기의 제2 링(874B)을 통해 펌핑될 수 있다. 제1 및 제2 링(874A, 874B)을 통과하는 유체의 유량을 조작함으로써, 침강 장치 내의 pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 하나 이상이 제어된다. 선택적으로, 컴퓨터로 제어되는 다중 가스 질량 유동 제어기가 침강 장치 안으로 그리고 밖으로 펌핑되는 유체의 유량을 제어하기 위해 사용된다.
본 개시의 실시예의 침강 장치(600 및 800)의 작동에서, 상이한 크기의 세포 및/또는 입자를 함유하는 세포 배양 유체는 바닥 포트(653B 및/또는 654B) 중의 하나 이상 및 분배기(670, 870)를 통해 침강기(600, 800) 내로 펌핑된다. 복귀 유동은 입구 유량 보다 낮은 유량으로 중심 바닥 포트(653B, 853B)를 통해 밖으로 펌핑되어, 입구 유체의 원하는 부분이 원추체(609, 809) 주위의 환형 공간(652)에서 위로 흐르고 원추체 사이의 원추형 채널을 통해 아래로 가고 중심 개방 채널(645, 845)을 통해 다시 위로 흘러 정상 중심 포트(653A, 853A) 밖으로 나가게 된다.
선택적으로, 가열기가 포트(653, 654, 853, 854) 중의 하나 이상에 연결되어 침강기(600, 800) 내의 액체의 온도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 입구 세포 배양 매체를 가열하거나 냉각하기 위한 열교환기가 바닥측 포트(654B), 중심 포트(653B, 853B) 또는 외측 포트(654A, 854A)에 연결될 수 있다
더 크고 빠르게 침강하는 살아있는 줄기 세포, 또는 세포 클러스터, 또는 미세담체 비드는 원추체의 원추형 표면 상에 침강하고, 아래로 슬라이딩하여, 재순환 및 수확을 위해 중심 개구(645, 845)를 통해 중심 바닥 포트(653B, 853B) 안으로 수집된다 더 느리거나 침강하지 않는 엑소좀, 더 작은 죽은 세포 및 세포 잔해, 또는 더 작은 단일의 살아있는 줄기 세포는 원추체와 침강기 하우징의 내측 표면 사이의 환형 공간과 중심 개방 채널(645, 845)에서 액체의 상향 유동에 의해 세척되고 정상 중심 출구 포트(653A, 853A)를 통해 밖으로 이송된다.
전산 유체 역학(CFD) 시뮬레이션은 본 개시의 침강 장치의 유동 채널을 통과하는 유체의 유동 패턴을 확인했으며 본 개시의 침강 장치의 실시예의 요소 설계를 안내하기 위해 광범위하게 사용되고 있다.
유동 패턴에 대한 위의 설명은 하나 이상의 입구 포트(654B) 및 분배기(670, 870)를 통한 세포 배양 유체의 연속 펌핑 동안 일어나지만, 유가식 생물 반응기로부터 나온 세포 배양 브로스를 정화하는 것과 같은 일부 생물 의약 용례에서는, 모든 세포 배양 브로스를 펌핑한 후에 침강 장치(600, 800) 내부에 남아 있는 정화된 상청액에서 분비된 생성물의 대부분을 모으는 것이 바람직하다. 침강 장치 내부에 남아 있는 정화된 상청액을 흡인하여 그 정화된 상청액에 있는 가치 있는 생성물의 회수를 최대화하기 위해, 삽입된 튜브(660, 860)를 갖는 정상측(603A, 803A)에서 선택적인 포트(654A, 854A)를 갖는 것이 유용하다. 세포 세척, 농축 및 수확과 같은 침강 장치(600, 800)의 다른 잠재적인 용례에서, 선택적인 정상측 포트(654A, 854A)는 세척액을 흡인하거나 제거하는 데 유용할 수 있는 반면, 침강된 세포, 세포 클러스터 또는 미세담체 비드는, 동일한 공정을 위해 현재 사용되는 장치에서 이러한 민감한 세포에 전단 유도 원심력을 가하지 않고, 바닥 포트(653B, 853B)에서 농축되고 수확된다. 액체가 이러한 곧은 또는 아치형의 원추형 침강기 채널을 통해 위로 또는 아래로 흐름에 따라, 액체 유동을 위한 단면적이 반경에 따라 증가하기 때문에 그 액체의 속도가 급격히 변하게 된다. 따라서, 침강 입자 유량에 대한 이전의 학술 연구 및 정화된 상청액의 원하는 비율에 대한 선형 경사 침강기의 크기를 정하기 위한 간단한 대수 방정식(입자 크기가 하나만 있다고 가정)은 본 개시의 원추체의 원추형 또는 거의 원추형인 표면에는 쉽게 적용 가능하지 않다.
많은 자가 및 동종 세포 치료 제조 프로토콜은 살균된 폐쇄형 유동 통과 장치에서 세포와 입자를 부드럽게 분리하는 것을 필요로 한다. 예를 들어, 현탁 생물 반응기에서 미세담체 비드 상의 중간엽 줄기 세포(MSC)의 체외 확장 다음에는, 세포가 비드 상의 합류점에 도달한 후 세포의 효소적 분리가 있고 이어서 비드로부터의 MSC의 분리가 있다. 현재, 미세담체 비드(∼500 미크론)로부터의 줄기 세포(∼20 미크론)의 분리는, 혼합물을 약 100 미크론의 개구를 갖는 살균 강 메쉬에 통과시켜 수행되며, 이로 인해, 줄기 세포에 상당한 전단 손상이 일어나고 또한 이 분리 과정을 통해 수확된 확장된 줄기 세포의 약 15%가 손실된다. 다른 예는, 다능성 줄기 세포(PSC)를 세포 클러스터 또는 오르가노이드로 성장시키는 것이다. PSC의 성장은, T-플라스크 또는 쉐이크 플라스크와 같은 작은 생물 반응기에서 그의 빠른 성장을 지원하기 위해 매일의 매체 교환을 필요로 한다. 그러나, 매일의 매체 교환 동안에 세포 클러스터를 생물 반응기 내부에 유지하는 것은 어렵다. 극도의 주의를 기울이더라도, 사용된 매체를 플라스크로부터 천천히 피펫팅하는 동안 세포 클러스터(∼100 미크론)의 상당한 손실이 발생한다.
대조적으로, 본 개시의 침강 장치는 세포의 손실 및 손상이 더 작다. 보다 구체적으로, 본 개시의 침강 장치는 살아있는 세포(＞12 미크론)로부터 죽은 중국 햄스터 난소(CHO) 세포 및 세포 잔해(＜8 미크론)를 분리할 수 있다. 본 개시의 침강 장치는 또한 일부 실시예에서 500 미크론의 비드로부터 20 미크론 세포를 분리할 수 있다. 또한, pH 및 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도에 대한 센서를 포함하는 일부 실시예에서, 본 개시의 침강 장치 내부에서의 이러한 배양 파라미터의 제어는 내부에 있는 다양한 줄기 세포(PSC, MSC)의 성장을 촉진시키고 또한 세포, 세포 클러스터 및 미세담체 비드에 대한 전단 손상을 제거한다. 그 센서는 미생물과 같은 외래 인자에 의한 오염을 실시간으로 또는 정기적인 샘플링 간격 동안에 신속하게 감지할 수 있다. 추가로, 본 개시의 침강 장치는, 침강 장치를 인큐베이터 내에 보관하거나 인큐베이터 또는 생물안전 캐비닛 사이에서 침강 장치를 운반할 필요 없이, 줄기 세포 확장, 분화, 농축 및 수확에 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 본 개시의 침강 장치는, 사용된 매체를 연속적으로 제거하고 또한 살아 있고 생산적인 CHO 세포(12 - 24 미크론)를 다시 침강 장치 안으로 재순환시키는 동안에, 죽은 세포 및 세포 잔해(크기 ＜10 미크론)를 침강 장치로부터 분리 및 제거하기 위해 관류 생물 반응기 용례로 작동할 수 있다. 이렇게 해서, 본 개시의 침강 장치는 많은 줄기 세포 확장 및 수확 프로토콜에 의해 경험되는 2가지 주요 문제를 제거한다: (i) 세포 확장을 유지하기 위한 매체 교환 작업을 위한 생물안전 캐비닛에서 매일의 개방 작업자 조작 단계; 및 (ii) 사용된 매체를 제거하는 과정 동안에 줄기 세포 및 세포 클러스터의 반복적인 손실. 보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 본 개시의 침강 장치는, 생물안전 캐비넷에서 어떠한 개방 작업자 조작을 필요로 하지 않고 또한 사용된 매체의 제거 동안에 생존 가능한 줄기 세포 또는 세포 클러스터가 손실되지 않기 때문에, 이러한 두 가지 문제를 제거한다.
본 개시의 침강 장치는, 침강 장치 내부의 액체 매체의 세포 배양 파라미터의 테이블 탑 제어를 포함하는 추가적인 이점을 제공한다. 대조적으로, 조직 배양 플라스크의 다른 모든 상업적으로 이용 가능한 적층체는 인큐베이터 내부에 배치될 필요가 있다. 더욱이, 본 개시의 침강 장치 내부의 원추형 표면에서 성장하는 부착성 세포 위에서 부드럽게 아래로 흐르는 액체는 신선한 산소가 함유된 매체로 세포를 관류하는 반면, 다른 세포 배양 시스템은 매체를 약 24 시간 동안 부착성 세포에 정적으로 또는 혼합되지 않은 상태로 유지한다.
본 개시의 임의의 침강 장치에서, 액체는 포트 또는 개구와 액체 연통하는 하나 이상의 펌프(예컨대, 연동 펌프)에 의해 침강 장치의 하우징에 있는 임의의 포트 또는 개구 안으로 안내되거나 그 밖으로 끌어내질 수 있다. 액체가 침강 장치안으로 또는 그 밖으로 흐르게 하는 그러한 펌프 또는 다른 수단이 연속적으로 또는 간헐적으로 작동할 수 있다. 간헐적으로 작동되면, 펌프가 꺼져 있는 동안, 주변 유체가 정지된 상태에서 입자 또는 세포의 침강이 일어난다. 이리하여, 이미 침강된 입자 또는 세포가 액체의 상향 유동에 의해 방해받지 않고 경사진 원추형 표면을 따라 아래로 슬라이딩할 수 있다. 간헐적 작동은, 세포가 아래쪽으로 슬라이딩하는 속도를 개선시켜 세포의 생존성과 생산성을 개선하는 이점을 갖는다. 특정 실시예에서, 세포의 액체 현탁물을 생물 반응기 또는 발효 매체로부터 본 개시의 침강 장치 안으로 안내하기 위해 펌프가 사용된다.
사용된 매체는, 바닥측 포트(654B)를 통해 또는 분배기(670, 870)를 통해 새로운 매체를 펌핑함으로써, 본 개시의 침강 장치의 중심 정상 포트(653A, 853A)로부터 연속적으로 제거될 수 있다. 이리하여, 사용된 매체를 제거하는 동안에, 살아 있는 세포 또는 세포 클러스터의 손실이 방지된다. 모든 다른 규모 조정 가능한 부착성 세포 배양 적층체는 내부에서 매일의 수동 매체 교환 작업을 위해 생물안전 캐비닛 안으로 옮겨져야 한다.
마지막으로, 확장된 줄기 세포들이 이용 가능한 성장 표면 상에서 성장하여 융합된 후에, 그 확장된 줄기 세포의 수확은, 필요한 효소 용액을 입구 매체 포트(654B) 또는 분배기(670, 870)를 통해 침강 장치(600, 800) 안으로 추가하고 그리고 분리된 세포가 아래로 부드럽게 슬라이딩하여 원추체의 중심 채널(645, 845) 안으로 들어가고 중심 바닥 포트(653B, 853B)를 통해 나가게 함으로써 쉽게 달성된다. 대조적으로, 다른 부착성 세포 배양 시스템은 분리된 줄기 세포를 수확하기 위해 생물안전 캐비닛 내부로 가져와 광범위하게 조작되어야 한다.
본 개시의 실시예의 침강 장치의 시험으로부터 얻은 샘플에 대한 크기 분포 데이터는, 죽은 세포(8 - 10μ)의 작은 피크를 나타내는 약 50%의 생존 가능한 CHO 세포 및 더 작은 죽은 세포 및 세포 잔해(8μ 미만)가 정상 유출물에서 우선적으로 제거되는 것을 매우 명확히 보여주는 침강기의 정상 유출물을 제공하였다. 죽은 세포와 세포 잔해를 생물 반응기로부터 선택적으로 제거하기 위해 관류 유동이 흐름이 일어나고 점진적으로 증가된 직후에, CHO 세포의 생존율은 유가식 배양의 7일 동안의 전형적인 감소로부터 본 개시의 침강 장치가 부착된 본 출원인의 관류 생물 반응기에서 약 90%로 회복된다.
본 개시의 침강 장치는, 2개의 개별적인 장치를 유리하게 대체하고 또한 2개의 현재 장치 사이에서의 세포 배양액의 수송을 위해 이전에 요구되었던 많은 연동 펌프를 제거하는 통합형 생물 반응기/침강기로서 작동될 수 있다. 따라서 침강기 장치는 다음과 같은 하지만 그에 한정되지 않는 세포 치료 제조에서의 여러 중요한 용례에 사용될 수 있다: (ⅰ) 단일 줄기 세포를 미세담체 비드로부터 부드럽게 분리하기, (ⅱ) 사용된 배치를 관류 작업으로 연속적으로 제거하면서 세포 클러스터를 완전히 유지시키기, (iii) 어떠한 전단 손상도 없이 줄기 세포를 농축 및 수확하기, 및 (iv) pH, DO, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 T를 측정하기 위해 침강 장치 내부에 센서를 설치하고 공기, O2, CO2, N2 및 공기의 조작된 혼합물을 살포함으로써 그리고/또는 분배기(670, 870)를 통해 침강 장치 안으로 펌핑되는 다른 액체 매체 성분의 유량을 조작함으로써 이들 배양 파라미터를 제어하여, 경사진 침강 표면의 큰 영역에서 부착성 줄기 세포를 내부에서 성장시키기.
본 침강 장치는, (i) 침강 장치 내의 모든 배양 파라미터를 제어하기 위해 침강 장치를 인큐베이터 내부에 유지시키고, (ii) 살균 액체 취급 및 세포 수확을 위해 침강 장치를 생물안전 캐비닛 내부에 유지시키며, 그리고 (iii) 매일의 매체 교환을 위해 인큐베이터와 생물안전 캐비닛 사이에서 침강 장치를 앞뒤로 운반하기 위한 필요성을 없애는 것을 포함하여, 현재의 최신 기술에 비해 많은 이점을 제공한다.
추가 배경, 맥락을 제공하고 35 USC § 112의 서면 설명 요구 사항을 더 충족하기 위해, 다음과 같은 참조 문헌이 전체적으로 여기에 참조로 관련되어 있다: 유럽 특허 EP0521583B1, 미국 특허 1,701,068, 미국 특허 2,230,386, 미국 특허 2,261,101, 미국 특허 2,307,154, 미국 특허 2,651,415, 미국 특허 5,624,580, 미국 특허 5,840,198, 미국 특허 5,948,271, 미국 특허 6,146,891, 미국 특허 출원 공개 2005/0194316, 미국 특허 출원 공개 2007/0246431, 미국 특허 출원 공개 2009/159523, 미국 특허 출원 공개 2011/097800, 미국 특허 출원 공개 2012/180662, 미국 특허 출원 공개. 2014/011270, 미국 특허 출원 공개 2014/0225286 및 미국 특허 출원 공개 2017,0090490.
본 개시의 전술한 예는 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이들 예는 본 개시를 여기서 개시된 형태에 한정하려는 의도는 없다. 따라서, 본 개시의 설명의 교시 및 관련 기술의 기술 또는 지식에 상응하는 변화 및 수정은 본 개시의 범위 내에 있다. 여기에 제공된 예에서 설명된 특정 실시예는, 본 개시를 실시하기 위해 알려진 최선의 모드를 추가로 설명하고 또한 당업자가 그러한 또는 다른 실시예에서 그리고 본 개시의 특정 용례 또는 사용에 의해 요구되는 다양한 수정으로 이용할 수 있게 하도록 하기 위한 것이다. 첨부된 청구 범위는 종래 기술에 의해 허용되는 범위까지 대안적인 실시예를 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (26)

  1. 세포 치료 제품, 생물학적 단백질, 폴리펩티드 또는 호르몬, 백신, 바이러스 벡터 또는 유전자 치료 제품의 생산에 사용하기 위해 작동 가능한 침강 장치로서,
    포트를 갖는 하측 원추형 부분;
    상기 하측 원추형 부분과 접촉하고 그로부터 위쪽으로 연장되는 하단부, 상단부 및 내부 벽을 갖는 원통형 부분;
    상기 침강 장치 내부에 제공되는 복수의 원추체 - 복수의 원추체의 각 원추체는, 상기 하측 원추형 부분 쪽으로 배향되는 제1 개구, 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 상기 내부 벽으로부터 이격되어 있고 상기 제2 개구에 근접하는 외부 가장자리를 갖는 본체를 포함하고, 상기 복수의 원추체는 침강 장치의 길이 방향 축선 주위에 대략 중심 맞춤됨 -;
    상기 원통형 부분의 상단부에 연결되는 상측 부분; 및
    상기 원통형 부분의 내부 벽과 원추체의 외부 가장자리 사이의 환형 공간에서 상기 상측 부분으로부터 아래쪽으로 연장되는 외측 도관을 포함하는 침강 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측 도관은 상기 길이 방향 축선에 대략 평행하게 배향되는, 침강 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외측 도관은 침강 장치로부터 유체를 인출하기 위해 내강(lumen) 및 오리피스를 포함하고, 오리피스는 침강 장치 내의 미리 결정된 레벨로부터 유체를 인출하기 위해 상기 원통형 부분의 상단부와 하단부 사이에 위치되는, 침강 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 침강 장치 내의 조건을 측정하기 위해 상기 외측 도관과 관련된 센서를 더 포함하는 침강 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센서는 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아, 및 온도 중의 적어도 하나를 측정하도록 작동 가능한, 침강 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 원통형 부분의 상단부와 하단부 사이에 위치되는, 침강 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상측 부분은, 제1 직경을 갖는 제1 단부 및 제1 직경보다 더 큰 제2 직경을 갖는 제2 단부를 갖는 원추 형상을 가지며, 상기 제1 단부는 하측 원추형 부분 쪽으로 배향되는, 침강 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상측 부분의 제1 단부는 상기 복수의 원추체 중의 최상측 원추체의 제1 개구와 제2 개구 사이에 위치되는, 침강 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 침강 장치는 상기 상측 부분의 제1 단부로부터 연장되는 제2 도관을 더 포함하고, 제2 도관은 복수의 원추체 중의 최상측 원추체의 제1 개구를 통해 아래쪽으로, 복수의 원추체의 제1 개구에 의해 규정되는 중심 칼럼 안으로 연장되어 있는, 침강 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 도관은 상기 중심 칼럼 내의 유체의 조건을 측정하는 센서를 포함하는, 침강 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 또는 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 도관은 상기 중심 칼럼으로부터 유체를 인출하기 위해 내강 및 오리피스를 갖는, 침강 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 침강 장치는 상기 침강 장치 내부에서 상기 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체의 제2 개구 아래에 위치되는 제1 분배기 요소를 더 포함하고, 제1 분배기 요소는 침강 장치 내로 유체를 도입하거나 침강 장치로부터 유체를 인출하는, 침강 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 분배기 요소는 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있는 제1 링을 포함하고, 제1 링은. 상기 환형 공간에서 위쪽으로 상기 상측 부분까지 연장되어 있는 제1 튜브에 연결되는, 침강 장치.
  14. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항 또는 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 침강 장치는 침강 장치 내부에 위치되는 제2 분배기 요소를 더 포함하고, 제2 분배기 요소는 제1 분배기 요소와는 별개이고, 또한
    상기 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있고 상기 제1 링과 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체의 제1 개구 사이에 위치되는 제2 링; 및
    상기 환형 공간에서 위쪽으로 상기 상측 부분까지 연장되어 있는 제2 튜브를 포함하는, 침강 장치.
  15. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항 또는 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 분배기 요소는 본체를 포함하고, 이 본체는,
    하측 표면;
    상기 본체의 하측 표면과 하측 원추형 부분의 내부 표면 사이에 채널을 형성하기 위해 상기 하측 표면으로부터 연장되어 있는 하측 돌출부;
    상측 표면;
    상기 본체의 상측 표면과 상기 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체 사이에 공간을 형성하기 위해 상기 상측 표면으로부터 연장되어 있는 상측 돌출부; 및
    상기 본체의 큰 단부에 근접하여 상기 본체를 통해 연장되어 있는 복수의 구멍을 갖는, 침강 장치.
  16. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항 또는 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 원추체의 각 원추체의 내부 표면은 볼록하고 길이 방향 축선에 대해 대략 5도 내지 대략 85도의 각도로 배향되며, 원추체의 본체의 길이 방향 단면이 아치형 형상을 갖는 선을 형성하고, 그 선은 상기 제1 개구에 근접한 제1 곡률 반경 및 제2 개구에 근접한 제2 곡률 반경을 가지며, 제2 곡률 반경은 제1 곡률 반경과 상이한, 침강 장치.
  17. 현탁물 내의 입자를 침강시키는 방법으로서,
    입자의 액체 현탁물을 침강 장치 안으로 도입하는 단계 - 상기 침강 장치는,
    포트를 갖는 하측 원추형 부분;
    상기 하측 원추형 부분과 접촉하고 그로부터 위쪽으로 연장되는 하단부, 상단부 및 내부 벽을 갖는 원통형 부분;
    상기 침강 장치 내부에 제공되는 복수의 원추체 - 복수의 원추체의 각 원추체는, 상기 하측 원추형 부분 쪽으로 배향되는 제1 개구, 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 상기 내부 벽으로부터 이격되어 있고 상기 제2 개구에 근접하는 외부 가장자리를 갖는 본체를 포함함 -;
    상기 원통형 부분의 상단부에 연결되는 상측 부분;
    상기 상측 부분으로부터 연장되어 있고, 상기 복수의 원추체의 제1 개구에 의해 규정되는 중심 칼럼 내부에 위치되는 오리피스를 포함하는 제1 도관;
    상기 원통형 부분의 내부 벽과 원추체의 외부 가장자리 사이의 환형 공간에서 상기 상측 부분으로부터 아래쪽으로 연장되는 외측 도관; 및
    상기 외측 도관과 관련되어 있는 센서를 포함함 -;
    상기 외측 도관과 관련되어 있는 센서로 상기 환형 공간 내의 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 하나 이상을 측정하는 단계;
    정화된 액체를 상기 제1 도관의 오리피스를 통해 수집하는 단계; 및
    상기 하측 원추형 부분의 포트로부터 농축된 액체 현탁물을 수집하는 단계를 포함하는, 현탁물 내의 입자를 침강시키는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 액체 현탁물은,
    (a) 재조합 세포 현탁물, 알코올 발효, 고체 촉매 입자의 현탁물, 도시 폐수, 산업 폐수, 포유류 세포, 박테리아 세포, 효모 세포, 식물 세포, 조류(algae) 세포, 식물 세포, 포유류 세포, 쥐과 하이브리도마 세포, 줄기 세포, CAR-T 세포, 적혈구 전구체 및 성숙 세포, 심근세포, 맥주 내 효모, 및 진핵 세포;
    (b) 피치아 파스토리스, 출아효모, 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis), 흑국균, 대장균 및 고초균 중의 적어도 하나로부터 선택된 재조합 미생물 세포;
    (c) 미세담체 비드(microcarrier bead), 친화성 리간드, 및 표면 활성화 미소구형 비드 중의 하나 이상
    중의 적어도 하나를 포함하고,
    수집된 정화된 액체는 생물학적 분자, 유기 또는 무기 화합물, 화학 반응물, 화학 반응 생성물, 탄화수소(예컨대, 테르펜, 이소프레노이드, 폴리프레노이드), 폴리펩티드, 단백질(예컨대, 브라제인, 집락 자극 인자), 알코올, 지방산, 호르몬(예컨대, 인슐린, 성장 인자), 탄수화물, 당단백질(예컨대, 에리트로포이에틴, 모노클로날 항체), 맥주 및 바이오디젤 중의 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    제1 분배기 요소를 통해 상기 침강 장치 안으로 도입되는 공기, O2, CO2 및 N2 중의 적어도 하나의 유량을 조작하거나 또는 제2 분배기 요소를 통해 펌핑되는 다른 액체 매체 성분의 유량을 조작하여 침강 장치 내의 pH, 용존 산소, 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민 및 암모니아 중의 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    입자의 액체 현탁물을 침강 장치 안으로 도입하는 단계는, 침강 장치 내부에서 복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체의 제2 개구 아래에 위치되는 분배기 요소를 통해 상기 액체 현탁물을 펌핑하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 침강 장치는,
    침강 장치 내부에 위치되는 제1 분배기 요소 - 제1 분배기 요소는,
    복수의 원추체 중의 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있고, 상기 가장 낮은 원추체의 제1 개구와 제2 개구 사이에 위치되는 제1 링; 및
    상기 제1 링으로부터 위쪽으로 환형 공간 안으로 들어가 상측 부분까지 연장되어 있는 제1 튜브를 포함함 -; 및
    상기 침강 장치 내부에 위치되는 제2 분배기 요소를 포함하고,
    상기 제2 분배기 요소는,
    상기 가장 낮은 원추체의 외부 표면 주위에 연장되어 있고, 제1 링과 가장 낮은 원추체의 제1 개구 사이에 위치되는 제2 링; 및
    상기 제2 링으로부터 위쪽으로 상기 환형 공간 안으로 들어가 상기 상측 부분까지 연장되어 있는 제2 튜브를 포함하는, 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 상측 부분으로부터 연장되는 제2 도관과 관련되어 있는 센서로 중심 칼럼 내의 pH, 용존 산소(DO), 용존 CO2, 포도당, 젖산염, 글루타민, 암모니아 및 온도 중의 하나 이상을 측정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 상측 부분은, 제1 직경을 갖는 제1 단부 및 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 단부를 갖는 원추 형상을 가지며, 상기 제1 단부는 하측 원추형 부분 쪽으로 배향되는, 방법.
  24. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측 부분의 제1 단부는 상기 복수의 원추체 중의 최상측 원추체의 제1 개구와 제2 개구 사이에 위치되는, 방법.
  25. 세포 치료 제품, 생물학적 단백질, 폴리펩티드 또는 호르몬, 백신, 바이러스 벡터 또는 유전자 치료 제품의 생산에 사용하기 위해 작동 가능한 침강 장치로서,
    중심 포트 및 적어도 하나의 주변 포트를 갖는 상측 부분;
    원통형 부분;
    중간 포트 및 적어도 하나의 외측 포트를 갖는 하측 부분;
    상기 침강 장치 내부에 위치되는 원추체의 적층체 - 상기 원추체의 적층체의 각 원추체는 제1 개구, 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 제2 개구에 근접한 구멍을 포함하고, 제1 개구 각각은 상기 상측 부분과 하측 부분 중의 하나 쪽으로 배향되며, 상기 원추체의 적층체는 침강 장치의 길이 방향 축선 주위에 대략 중심 맞춤됨 -;
    상기 길이 방향 축선에 대략 평행하게 배향되며 원추체의 구멍을 통해 연장되는 정렬 요소; 및
    상기 원추체의 적층체의 가장 낮은 원추체 아래에 위치되는 분배기 요소를 포함하는, 침강 장치.
  26. 현탁물 내의 입자를 침강시키는 방법으로서,
    입자의 액체 현탁물을 침강 장치 안으로 도입하는 단계 - 상기 침강 장치는,
    중심 포트 및 적어도 하나의 주변 포트를 갖는 상측 부분;
    원통형 부분;
    중간 포트 및 적어도 하나의 외측 포트를 갖는 하측 부분;
    상기 침강 장치 내부에 위치되는 원추체의 적층체 - 상기 원추체의 적층체의 각 원추체는 제1 개구, 제1 개구 보다 큰 제2 개구, 및 제2 개구에 근접한 구멍을 포함하고, 제1 개구 각각은 상기 상측 부분과 하측 부분 중의 하나 쪽으로 배향되며, 상기 원추체의 적층체는 침강 장치의 길이 방향 축선 주위에 대략 중심 맞춤됨 -;
    상기 길이 방향 축선에 대략 평행하게 배향되며 원추체의 구멍을 통해 연장되는 정렬 요소; 및
    상기 원추체의 적층체의 가장 낮은 원추체 아래에 위치되는 분배기 요소를 포함함 -;
    상측 부분의 중심 포트로부터 정화된 액체를 수집하는 단계; 및
    하측 부분의 중간 포트로부터 농축된 액체 현탁물을 수집하는 단계를 포함하는, 현탁물 내의 입자를 침강시키는 방법.
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