CN111520312A - 一种交替式卫生隔膜泵及其过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交替式卫生隔膜泵以及采用该隔膜泵的过滤装置，包括上腔体，上腔体连接执行腔，上腔体与执行腔之间设置支撑膜片；上腔体与支撑膜片形成密封空腔；执行腔内安装有可移动的推杆，推杆的一端连接在支撑膜片的背离所述密封空腔的一侧，推杆的另一端连接频率可控的执行器；所述过滤装置的过滤器组件通过管路连接所述交替式卫生隔膜泵的上腔体。本发明的交替式卫生隔膜泵为过滤装置提供流体输送的驱动力，密封性好，排液量大，且使用寿命有所提高。
Description
技术领域
本发明涉及用于生物流体和产品的过滤系统，特别涉及一种交替式卫生隔膜泵及其过滤装置。
背景技术
细胞截留手段之一是使用交替切向流的中空纤维过滤来灌注生物反应器培养。商业规模过程和开发规模过程二者都使用控制隔膜泵执行交替切向流(Alternatingtangential flow,ATF)细胞截留过程，以使得液体通过中空纤维过滤器的装置(参见例如第6,544,424号美国专利)，其中，泵和过滤器封闭在不锈钢件中，并且在使用之前进行高压灭菌以保持无菌。为了经济性和灵活性，许多生产设施都在努力使用一次性产品，然而，由不锈钢ATF系统转换为一次性预灭菌装置具有重大挑战。
使用ATF装置进行大规模生产需要能承受很大力并保持硅隔膜完整性的泵腔室壳体。需要将隔膜密封在一次性塑料泵的半球内的构件。如专利US20190201819A1中，泵壳被中间隔膜分隔成第一内部腔室(也称为“第一腔室”或“驱动腔室”)和第二内部腔室，在所述第一内部腔室中施加的压力驱动隔膜泵内的隔膜，而不会对隔膜上方的所述第二内部腔室中的流体物造成污染。该隔膜泵存在如下缺点：需要保证泵壳的密封性；采用无菌气体对隔膜施加压力，因此往往需要使气体经过无菌过滤器；通过控制腔室内的压力实现正反向流动，压力不易控制，且排液量小。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种交替式卫生隔膜泵及其过滤装置，无需使用压缩空气，无需使用真空泵，采用上推和下拉产生正负压力，易于控制。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种交替式卫生隔膜泵，包括上腔体，上腔体连接执行腔，上腔体与执行腔之间设置支撑膜片；上腔体与支撑膜片形成密封空腔；执行腔内安装有可移动的推杆，推杆的一端连接在支撑膜片的背离所述密封空腔的一侧，推杆的另一端连接频率可控的执行器。
进一步的，所述的上腔体内表面设置为漏斗型。
进一步的，所述的支撑膜片采用弹性体材料双层结构。
进一步的，所述的支撑膜片与所述密封空腔的接触层采用USP或者VI硅胶。
进一步的，所述的支撑膜片采用底部为圆形，支撑膜片四周可与支撑膜片底部形成具有倾斜角度的凹槽结构。
进一步的，所述的支撑膜片由中心向径向周边沿伸的方向上设置有延伸边，延伸边设置在上腔体与执行腔相连接的部位之间；所述的延伸边的至少一个表面上设置有凸起，上腔体或者/和执行腔上设置有与凸起相匹配的凹槽。
进一步的，所述的支撑膜片的底部设置有安装孔，安装孔内穿过有排液塞头，排液塞头连接推杆。
进一步的，排液塞头的轴向横截面为T型结构，T型结构穿过安装孔的部分为圆柱体结构，圆柱体结构的直径小于或等于安装孔的直径；推杆的上端设置有凹槽，排液塞头T型结构的圆柱体结构底端与推杆的上端设置的凹槽相匹配。。
进一步的，所述的排液塞头T型结构的顶部具有圆弧球面，所述的圆弧球面的弧度与上腔体的内侧漏斗型顶部的弧度相匹配。
进一步的，所述的排液塞头与推杆通过螺栓连接。
进一步的，所述支撑膜片与推杆之间设置有排液板，支撑膜片与推杆通过螺栓连接。
进一步的，所述的频率可控的执行器驱动装置采用电机，所述的电机采用固定轴式、贯穿轴式以及外部驱动式中的一种。
进一步的，所述的上腔体设置有联通上腔体与支撑膜片形成的密封空腔的流体取样口。
一种过滤装置，包括过滤器组件和上述交替式卫生隔膜泵，所述过滤器组件通过管路连接所述交替式卫生隔膜泵的上腔体。
进一步的，所述的过滤器组件上分别设置有流体收集端口和流体监测端口。
进一步的，所述的过滤装置在细胞灌流培养中的应用。
本发明的有益效果：
本发明采用频率可控的执行器推动推杆，并采用活塞与隔膜相结合的方式，由推杆推拉带动支撑膜片运动对上腔体内部空腔产生正负压力，提供流体能够在过滤器中流动所需的输送压力。
支撑膜片采用双层设计，高可靠性，高强度以及提高使用寿命；支撑膜片的上层即接触层采用USP或者VI硅胶，可以耐受SIP。
支撑膜片的底部设置有排液塞头能够提高单位体积内的排量。
支撑膜片的底部设置有排液板，能够提高单位体积内的排量的同时防止支撑膜片产生形变以及形变导致的膜的损坏，进一步延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的隔膜泵实施例1的结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为本发明的隔膜泵实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
参照图1、2所示，一种交替式卫生隔膜泵，包括上腔体1，上腔体设置为漏斗型；上腔体1连接执行腔2，执行腔2为圆柱体；上腔体1与执行腔2之间设置支撑膜片3，支撑膜片采用弹性体材料双层结构，支撑膜片的上层接触层采用USP或者VI硅胶可以耐受SIP；支撑膜片3采用底部中央为圆形，四周与底部可形成具有倾斜角度的凹槽结构，支撑膜片3由中心向径向周边沿伸的方向上设置有延伸边31，延伸边31设置在上腔体与执行腔2相连接的部位之间；延伸边31上设置有凸起32，上腔体1或者/和执行腔2上设置有与凸起相匹配的凹槽，防止支撑膜片3产生位移和转动，同时也可以进一步提升密封性；支撑膜片3的中心设置有安装孔，安装孔内穿过有排液塞头4，排液塞头4的轴向横截面为T型结构，T型结构的顶部为圆弧球面，圆弧球面的弧度与上腔体的漏斗状内侧面顶部的弧度相匹配，便于提高单位排量，T型结构穿过安装孔的部分为圆柱体结构，圆柱体结构的直径等于安装孔的直径；执行腔2内部还设有推杆5，推杆5的上端设置有凹槽，排液塞头4的T型结构的圆柱体结构底端与推杆5的上端设置的凹槽相匹配。排液塞头4与推杆5具有凹槽的一端通过螺栓连接，推杆5的另一端连接电机6。
使用时，推杆5的顶部维持支撑膜片3的底部为圆形，使得支撑膜片3四周的延伸便31与支撑膜片3底部形成的具有一定倾斜角度的弧形凹槽结构的结构不变(如图1)，此时，支撑膜片3未在外力作用下发生形变，该位置为推杆5的初始位置；当电机开始工作时，电机6推动推杆5运动，推杆5带动支撑膜片3的底部向左运动使其对漏斗状内部空间产生正压，当与支撑膜片3中心组装在一起的的排液塞头4的顶部圆弧球面与上腔体1的漏斗型内侧面顶部接触时，电机6反向工作，使得推杆5带动支撑膜片3的底部向右运动回到初始位置，使漏斗状上腔体1内部空间产生负压，以此往复。
如图1所示为连接有上述交替式卫生隔膜泵的过滤装置，包括带有过滤器滤芯的过滤器组件7，过滤器组件7的下端设置有L型的管路8，L型的管路8的进口端的四周设置有上腔体1，上腔体1连接执行腔2，执行腔2为圆柱体；上腔体1与执行腔2之间设置支撑膜片3，支撑膜片采用弹性体材料双层结构，支撑膜片的上层接触层采用USP或者VI硅胶可以耐受SIP；支撑膜片3采用底部中央为圆形，四周与底部可形成具有倾斜角度的凹槽结构，支撑膜片3由中心向径向周边沿伸的方向上设置有延伸边31，延伸边31设置在上腔体与执行腔2相连接的部位之间；延伸边31上设置有凸起32，上腔体1或者/和执行腔2上设置有与凸起相匹配的凹槽，防止支撑膜片3产生位移和转动，同时也可以进一步提升密封性；支撑膜片3的中心设置有安装孔，安装孔内穿过有排液塞头4，排液塞头4的轴向横截面为T型结构，T型结构的顶部为圆弧球面，圆弧球面的弧度与上腔体的漏斗状内侧面顶部的弧度相匹配，便于提高单位排量，T型结构穿过安装孔的部分为圆柱体结构，圆柱体结构的直径等于安装孔的直径；执行腔2内部还设有推杆5，推杆5的上端设置有凹槽，排液塞头4的T型结构的圆柱体结构底端与推杆5的上端设置的凹槽相匹配。排液塞头4与推杆5具有凹槽的一端通过螺栓连接，推杆5的另一端连接电机6。排液塞头4的顶部圆弧球面的面积大于L型的管路8的进口的面积；螺栓顶部的面积小于L型的管路8的进口的面积。上腔体1设置有联通上腔体1与支撑膜片3形成密封的漏斗型空腔的流体取样口11，过滤器组件7上分别设置有流体收集端口71和流体监测端口72。
工作时，推杆5的顶部维持支撑膜片3的底部为圆形，使得支撑膜片3四周的延伸便31与支撑膜片3底部形成的具有一定倾斜角度的弧形凹槽结构的结构不变(如图1)，此时，支撑膜片3未在外力作用下发生形变，该位置为推杆5的初始位置；当电机开始工作时，电机6推动推杆5运动，推杆5带动支撑膜片3的底部向左运动使其对漏斗状内部空间产生正压，当与支撑膜片3中心组装在一起的的排液塞头4的顶部圆弧球面与上腔体1的漏斗型内侧面顶部接触时，电机6反向工作，使得推杆5带动支撑膜片3的底部向右运动回到初始位置，使漏斗状上腔体1内部空间产生负压，以此往复。在交替式卫生隔膜泵的驱动下液体输送经过过滤器并排出，利用过滤器组件7的过滤器滤芯实现过滤，实现在细胞灌流培养中的应用。
实验数据显示，采用实施例1中交替式卫生隔膜泵，上腔体与支撑膜片形成密封的空腔的体积为71mL，排量为55mL，单位体积的排量达到：77％。而现有技术中由刚性部分和柔性部分组成的隔膜泵(如专利CN107349671A所公开的结构)，单位体积的排量为：28％。因此，本发明在同等空腔的体积时，排量更大。
实施例2：
参照图3所示，一种交替式卫生隔膜泵，包括上腔体21，上腔体21内表面为漏斗型，上腔体21连接执行腔22，执行腔22为圆柱体；上腔体21与执行腔22之间设置有支撑膜片23，支撑膜片23与推杆25之间设置排液板24；支撑膜片23由中心向径向周边沿伸的方向上设置有延伸边231，延伸边231设置在上腔体与执行腔相连接的部位之间；延伸边231上的设置有凸起232，上腔体21或者/和执行腔22上设置有与凸起232相匹配的凹槽，防止支撑膜片23产生位移和转动，同时进一步提高密封性；支撑膜片23与推杆25通过螺栓连接，推杆25的末端连接电机26。实施例2中，在支撑膜片23与推杆25之间设置排液板24，以替代实施例1中横截面为T型且通过支撑膜片中心组装的排液塞头4，使泵结构进一步简化，推动液体的接触面积进一步增大。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种交替式卫生隔膜泵，包括上腔体，上腔体连接执行腔，上腔体与执行腔之间设置支撑膜片；上腔体与支撑膜片形成密封空腔；执行腔内安装有可移动的推杆，推杆的一端连接在支撑膜片的背离所述密封空腔的一侧，推杆的另一端连接频率可控的执行器。
2.根据权利要求1所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的上腔体内表面设置为漏斗型。
3.根据权利要求1所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的支撑膜片采用弹性体材料双层结构。
4.根据权利要求3所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的支撑膜片与所述密封空腔的接触层采用USP或者VI硅胶。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的支撑膜片采用底部为圆形，支撑膜片四周可与支撑膜片底部形成具有倾斜角度的凹槽结构。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的支撑膜片由中心向径向周边沿伸的方向上设置有延伸边，延伸边设置在上腔体与执行腔相连接的部位之间。
7.根据权利要求6中任一项所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的延伸边的至少一个表面上设置有凸起，上腔体或者/和执行腔上设置有与凸起相匹配的凹槽。
8.根据权利要求5所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的支撑膜片的底部设置有安装孔，安装孔内穿过有排液塞头，排液塞头连接推杆。
9.根据权利要求8所述的一种交替式卫生隔膜泵，排液塞头的轴向横截面为T型结构，T型结构穿过安装孔的部分为圆柱体结构，圆柱体结构的直径小于或等于安装孔的直径；推杆的上端设置有凹槽，排液塞头T型结构的圆柱体结构底端与推杆的上端设置的凹槽相匹配。
10.根据权利要求9所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的排液塞头T型结构的顶部具有圆弧球面，所述的圆弧球面的弧度与上腔体的内侧漏斗型顶部的弧度相匹配。
11.根据权利要求10所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的排液塞头与推杆通过螺栓连接。
12.根据权利要求5所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述支撑膜片与推杆之间设置有排液板，支撑膜片与推杆通过螺栓连接。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的频率可控的执行器驱动装置采用电机。
14.根据权利要求13所述的一种交替式卫生隔膜泵，所述的电机采用固定轴式、贯穿轴式或外部驱动式中的一种。
15.根据权利要求1-4任一项所述的一种交替式卫生隔膜泵，其特征在于，所述的上腔体设置有联通上腔体与支撑膜片形成的密封空腔的流体取样口。
16.一种采用权利要求1-15所述交替式卫生隔膜泵的流体过滤装置，包括过滤器组件，其特征在于，所述过滤器组件通过管路连接所述交替式卫生隔膜泵的上腔体。
17.根据权利要求16所述一种流体过滤装置，其特征在于，所述的过滤器组件上设置有流体收集端口和流体监测端口。
18.根据权利要求16-17所述的一种流体过滤装置在细胞灌流培养中的应用。
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