CN117511705A - 用于生物处理系统的叶轮和喷射器组件 - Google Patents

Abstract

一种用于生物处理系统的喷射器组件(700)包括基板(710)和可移除地连接到基板的至少一个曝气歧管(712,714)。每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到生物处理系统内的流体的多个气体出口开口。一种用于生物处理系统的叶轮组件(740)包括毂和可操作地连接到毂的至少一个叶片(742)。至少一个叶片包括连接到毂并大体上竖直延伸的第一部分，以及从第一部分以向上的角度延伸的第二部分。

Description

用于生物处理系统的叶轮和喷射器组件

本申请是2021年08月13日进入中国国家阶段的PCT专利申请PCT/EP2019/083641(国际申请日为2019年12月04日，优先权日为2018年12月14日，中国国家申请号为201980092021.1，发明名称为“用于生物处理系统的叶轮和喷射器组件”)的分案申请。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及生物处理系统和方法，且更特别地涉及用于单次使用的生物反应器系统的叶轮和喷射器组件。

背景技术

已知多种器皿、装置、构件和单元操作用于进行生化和/或生物过程和/或操纵液体和此类过程的其它产品。为了避免与生物制药制造过程中使用的器皿消毒相关的时间、费用和困难，单次使用或一次性的生物反应器袋和单次使用的混合袋作为此类器皿。例如，包括例如哺乳动物、植物或昆虫细胞和微生物培养物的生物材料(例如，动物和植物细胞)可使用一次性或单次使用的混合器和生物反应器进行处理。

在生物制药工业中，越来越多地使用单次使用或一次性的容器。此类容器可为柔性或可折叠的塑料袋，由外部刚性结构支承，诸如不锈钢壳或器皿。灭菌的一次性袋的使用消除耗时的器皿清洁步骤，且减少污染机会。袋可定位在刚性器皿内并填充有用于混合的所需流体。设置在袋内的搅拌器组件用于混合流体。现有的搅拌器要么是顶部驱动的(具有向下延伸到袋中的轴，其上安装一个或多个叶轮)或底部驱动的(具有设置在袋底部的叶轮，其由定位在袋和/或器皿外部的磁性驱动系统或马达驱动)。大多数磁性搅拌器系统包括袋外的旋转磁性驱动头和袋内的旋转磁性搅拌器(在该上下文中也称为“叶轮”)。磁性驱动头的移动能够传递转矩并因此能够旋转磁性搅拌器，从而允许搅拌器在器皿内混合流体。袋内部的搅拌器与袋和/或生物反应器器皿外部的驱动系统或马达的磁性联接可消除污染问题，实现完全封闭的系统，并防止泄漏。因为不需要驱动轴穿透生物反应器容器壁来机械旋转搅拌器，磁联接系统还可消除驱动轴和器皿之间的密封需要。

取决于正在处理的流体，生物反应器系统可包括多个流体线和不同的传感器、探针和端口，这些端口与袋连接以用于监测、分析、采样和液体转移。例如，收获端口典型地位于一次性袋和器皿的底部处，并且允许收获线连接到袋以用于袋的收获和排放。此外，现有的生物反应器系统典型地利用喷射器将受控量的特定气体或气体组合引入生物反应器。喷射器将小气泡输出到液体中，以便将气体搅动和/或溶解到液体中。经由喷射器输送气体有助于混合物质，在整个袋内部保持均匀的环境，并且有时对于在生物反应器中培养细胞至关重要。理想情况下，喷射器和搅拌器紧邻以确保气体在整个容器中的最佳分布。

高性能生物反应器系统必须提供良好的散料混合与有效气体分散的组合，以便实现高气体表面积和气泡尺寸分布，并从而提供高氧气转移速率和在强化细胞培养和/或微生物应用中期望的kLa(体积传质系数，其描述在给定的一组操作条件下氧可输送到生物反应器的效率)值。实现高kLa值的传统解决方案采用安装在单个轴上的多个叶轮。然而，对于单次使用的生物反应器，使用多个叶轮会导致一次性袋的体积庞大，无法有效折叠。此外，具有多个叶轮的较长轴需要稳定，其增加器皿和袋设计的复杂性和成本，并使袋安装更麻烦且用户友好性降低。

鉴于上文，需要提供用于在生物反应器系统中增加的氧转移速率和kLa值以支持增加的细胞培养细胞密度的叶轮和/或喷射器组件。

发明内容

在第一方面，用于生物处理系统的喷射器组件包括基板和可移除地连接到该基板的曝气(aeration)歧管。每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到生物处理系统内的流体的多个气体出口开口。

在第二方面，生物处理系统包括器皿、可定位在器皿内的柔性生物处理袋和定位在柔性生物处理袋底部的喷射器组件。喷射器组件包括基板和可移除地连接到基板的至少一个曝气歧管。每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到柔性生物处理袋内的流体的至少一个气体出口开口。

在第三方面，用于生物处理系统的喷射器组件包括基板、可移除地连接到基板并支承在相对于基板升高的位置的至少一个曝气歧管，每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到生物处理系统内的流体的至少一个气体出口开口，以及能够将生物处理系统的叶轮联接到与曝气歧管紧密关联的喷射器组件的协作安装装置。

在第四方面，用于生物处理系统的叶轮组件包括毂和可操作地连接到毂的至少一个叶片。至少一个叶片包括连接到毂并大体上竖直延伸的第一部分，以及从第一部分以向上的角度延伸的第二部分。

在第五方面，用于生物处理系统的叶轮组件包括具有中心轴线的毂和从毂延伸的多个叶片。叶片中的至少一个相对于从毂的中心轴线延伸的径向线以超前(leading)角或滞后(lagging)角之一定向。

在第六方面，用于生物处理系统的叶轮组件包括毂和从毂延伸的多个叶片，每个叶片具有前缘和后缘。至少一个叶片包括在叶片前缘中的槽或孔口的阵列。

附图说明

通过参照附图阅读非限制性实施例的以下描述，将更好理解本发明，其中在下者中：

图1是根据本发明的某些实施例的生物反应器系统的正立视图。

图2是图1的生物反应器系统的简化侧立视截面图。

图3是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的喷射器组件的透视图。

图4是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的透视图。

图5是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的透视图。

图6是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的透视图。

图7是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的透视图。

图8是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的透视图。

图9是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的透视图，示出具有安装在其上的叶轮组件。

图10是图9的喷射器组件的顶部平面视图。

图11是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的叶轮组件的透视图。

图12是图11的叶轮组件的顶部平面视图。

图13是图11的叶轮组件的侧立视图。

图14是图13的区域A的放大细节图。

图15是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的叶轮组件的透视图。

图16是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的叶轮组件的透视图。

图17是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的叶轮组件的透视图。

图18是图17的叶轮组件的示意图。

图19是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的叶轮组件的透视图。

图20是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的叶轮组件的透视图。

图21是根据本发明的某些实施例的喷射器元件/曝气歧管中的孔口的布置的示意图。

图22是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的曝气歧管的一种布置的顶部平面视图。

图23是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的透视图。

图24是图23的喷射器组件的侧立视图，示为处于柔性生物反应器袋中的使用中。

图25是根据本发明的某些实施例的用于与图1的生物反应器系统使用的叶轮组件的侧视图。

图26是图25的叶轮组件的透视图。

图27是根据本发明的某些实施例的喷射器组件的分解透视图。

图28是图27的喷射器组件的顶视图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。只要可能，在图各处使用的相同参考符号表示相同或相似的部分。

如本文所用，用语“柔性的”或“可折叠的”表示柔韧的或能够弯曲而不断裂的结构或材料，且还可表示可压缩或可膨胀的材料。柔性结构的示例是由聚乙烯薄膜制成的袋。用语“刚性”和“半刚性”在本文可互换地使用以描述“不可折叠的”结构，即在法向力下不会折起、折叠或以其它方式变形以基本减小其伸长尺寸的结构。取决于上下文，“半刚性”还可表示比“刚性”元件(例如，可弯曲的管或导管)更灵活的结构，但仍然是在正常条件和力下不会纵向折叠的结构。

如本文所使用的用语，“器皿”表示柔性袋、柔性容器、半刚性容器、刚性容器或柔性或半刚性管，视情况而定。本文使用的用语“器皿”旨在包括具有柔性或半刚性壁或壁的一部分的生物反应器器皿、单次使用的柔性袋，以及通常用于生物或生化处理的其它容器或导管，例如，包括细胞培养/纯化系统、混合系统、培养基/缓冲液制备系统和过滤/纯化系统，例如层析和切向流过滤系统，以及它们相关的流径。如本文所用，用语“袋”表示用作例如生物反应器或其中内容物的混合器的柔性或半刚性容器或器皿。

如本文所用，用语“可移除地连接”或“可移除地联接”表示曝气歧管/喷射器元件和基板以易于连接和/或移除的方式连接以允许没有特殊工具的情况下用户容易定制喷射器组件。换句话说，“可移除地连接”是“持久地连接”的反义词。

本发明的实施例提供生物反应器系统和用于生物反应器系统的喷射器组件。在某些实施例中，用于生物处理系统的喷射器组件包括基板以及与基板成竖直间隔关系地连接到基板的至少一个曝气歧管。每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到生物处理系统内的流体的多个气体出口开口。

本发明的实施例提供生物反应器系统和用于生物反应器系统的叶轮组件。在一些实施例中，用于生物处理系统的叶轮组件包括毂和可操作地连接到毂的至少一个叶片。至少一个叶片包括连接到毂并大体上竖直延伸的第一部分，以及从第一部分以向上的角度延伸的第二部分。参照图1和2，示出根据本发明一些实施例的生物反应器系统10。生物反应器系统10包括大体上刚性的生物反应器器皿或支承结构12，其安装在具有多个腿部16的基部14的顶部。器皿12可由例如不锈钢、聚合物、复合材料、玻璃或其它金属形成，并且在形状上可为圆柱形的，但在不脱离本发明的更广泛方面的情况下也可使用其它形状。器皿12可配备提升组件18，该提升组件为设置在器皿12内的单次使用的柔性袋20提供支承。器皿12可为任何形状或尺寸，只要其能够支承单次使用的柔性生物反应器袋20。例如，根据本发明的一些实施例，器皿12能够接受和支承10-2000L的柔性或可折叠生物处理袋组件20。器皿12可包括允许人们观察柔性袋20内的液位的一个或多个观察窗22，以及定位在器皿12下部区域的窗口24。窗口24允许进入器皿12的内部以将各种传感器和探针(未示出)插入和定位在柔性袋20内，并且用于将一个或多个流体线连接到柔性袋20以用于流体、气体等从柔性袋20中添加或取出。例如，用于监测和控制重要过程参数的传感器/探头和控制器包括以下任何一项或多项及其组合：温度、压力、pH、溶解氧(DO)、溶解二氧化碳(pCO₂)、混合速率和气体流速。

特别地参照图2，示出生物反应器系统10的示意性侧立视剖面视图。如其中示出的，单次使用的柔性袋20设置在器皿12内并由此受到约束。在实施例中，单次使用的柔性袋20由合适的柔性材料形成，诸如均聚物或共聚物。柔性材料可为经过USP VI级认证的一种材料，例如硅树脂、聚碳酸酯、聚乙烯和聚丙烯。柔性材料的非限制性示例包括聚合物，诸如聚乙烯(例如，线性低密度聚乙烯和超低密度聚乙烯)、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二氯乙烯、聚偏二氯乙烯、乙烯醋酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、尼龙、硅橡胶、其它合成橡胶和/或塑料。在一些实施例中，柔性材料可为若干不同材料的叠层，诸如，例如可从GEHealthcare Life Sciences获得的Fortem^TM _,Bioclear^TM 10和Bioclear 11叠层。柔性容器的部分可包括基本刚性的材料，诸如刚性聚合物，例如，高密度聚乙烯，金属，或玻璃。可提供预先消毒的柔性袋，诸如使用伽马辐射。

柔性袋20包含叶轮28，该叶轮在袋内部底部中心处附接到磁性毂30，磁性毂在还定位于袋20的内侧底部上的叶轮板32上旋转。叶轮28和毂30(以及在一些实施例中，叶轮板32)一起形成叶轮组件。器皿12外部的磁性驱动器34提供用于旋转磁性毂30和叶轮28以混合柔性袋20的内容物的动力。尽管图2示出磁性驱动叶轮的使用，但其它类型的叶轮和驱动系统也是可能的，包括顶部驱动的叶轮。

在某些实施例中，叶轮板32可构造为用于将特定气体或空气引入袋20内的流体中以便将空气或气体搅动和/或溶解到流体中的喷射器组件。相应地，在一些实施例中，叶轮和喷射器及其构件形成组合的叶轮/喷射器组件。在其它实施例中，喷射器组件和叶轮组件可为分开的和/或离散的构件。在任一实施方式中，喷射器组件和叶轮组件紧邻以确保气体在整个袋20中的最佳分布，如下文详细论述的。如下文论述的，设想到喷射器组件(其也可用作支承叶轮的叶轮板)可采用各种构造中的一种。

例如，图3示出可与柔性袋20和生物反应器/生物处理系统10使用的喷射器组件100的某些实施例。如其中示出的，喷射器组件100包括基板110和连接到基板110的多个曝气通道或中空曝气元件或歧管112,114。在一些实施例中，曝气歧管112,114包括多个支脚116，这些支脚接收在基板110的对应支座或安装柱118上，使得曝气歧管112,114与基板110成竖直间隔关系地(即，在其上方升高)受支承。在某些实施例中，曝气歧管112,114和基板110可制造成一体的整体部件。在其它实施例中，曝气歧管112,114可制造为单独的构件，这些构件可通过搭扣配合、夹子、螺钉或使用支脚116和柱118的其它连接方式可移除地联接到基板110。如图3中示出的，每个曝气歧管112,114可为弧形的。在一些实施例中，如图3中示出的，歧管112,114可为半圆弧并且在其顶表面中包括多个气体出口开口或孔口120。在某些实施例中，气体出口开口120可为多孔玻璃料中的孔隙。曝气歧管112,114还可包括一个或多个管连接器122，该管连接器形成构造用于与气体供应线(未示出)匹配连接以将气体输送到曝气歧管112,114的入口。在一些实施例中，管连接器122是软管倒钩连接器，但在不脱离本发明的更广泛方面的情况下也可使用本领域已知的其它连接器类型。

如图27和28中示出的，曝气歧管111可由入口室单元113组装而成，该入口室单元经由垫圈117密封至多孔板119并由框架121保持在一起。入口室单元适当地具有由侧壁131和底壁133界定的入口室115，入口室与用于供应气体的管连接器122流体连接，气体通过入口室均匀分布到多孔板。入口室单元可安装在基板上，例如经由配备有卡扣配合元件的支脚116，以与基板上的柱形成卡扣接头。然后多孔板可经由垫圈117密封至入口室，垫圈与侧壁129和多孔板的外围部分135密封邻接。垫圈117示为单独的细节，但也可与入口室单元113的侧壁131一体成型。外围部分135可为无孔的，而板的其余部分是多孔的，要么包括平行孔隙阵列，要么包括三维连接的多孔网络，如多孔玻璃料中。备选地，整个板是多孔的。多孔板和垫圈上的密封压力可由框架施加，该框架例如通过多个卡扣接头连接到入口室单元。卡扣接头可例如包括从框架的周边延伸的悬臂123和在入口室单元的侧壁中接合的凸出部或唇部125。备选地，从入口室单元延伸的悬臂可接合框架中的凸出部/唇部。框架还可包括横跨框架延伸的一个或多个肋127，以防止多孔板的压力隆起。

在某些实施例中，气体出口开口120可都是相同的尺寸。在其它实施例中，第一曝气歧管112的气体出口开口120可具有与第二曝气歧管114的出口开口120不同的尺寸。例如，第一曝气歧管112的气体出口开口120可小于第二曝气歧管114的气体出口开口120。因此，在此类实施方式中，例如，具有产生较小气泡的较小气体出口开口120的第一曝气歧管112可用于供应氧气，而具有产生较大气泡的较大气体出口开口120的第二曝气歧管114特别适用于用空气去除或清除CO₂。在使用多孔玻璃料的情况下，开口/孔隙不会具有相同的尺寸，然而，各种曝气歧管可具有带有相同或不同平均尺寸的开口。

进一步参照图3，基板110可包括安装装置，该安装装置能够将生物处理系统的叶轮联接到与曝气歧管紧密关联的喷射器组件。在一些实施例中，安装装置是竖直延伸的安装轴124，其居中位于两个弧形歧管112,114之间。轴124构造为接收叶轮(例如，叶轮28)的磁性毂(例如，毂30)并且将叶轮支承在其中使叶轮叶片的下边缘定位成刚好高于(proudof)歧管112,114顶表面的位置。尽管本文描述的实施例公开具有用于接收叶轮组件的安装轴的喷射器组件，但其它协作安装布置也是可能的。例如，本文公开的喷射器组件可具有构造成接收固定到叶轮的轴的凹进轴承或接收器结构。在不脱离本发明的更广泛方面的情况下，其它联接布置也是可能的，并且可包括采用保持元件将叶轮和基板彼此联接的任何构造。

在某些实施例中，基板110还可包括孔口126或配件，以用于与用于排放或收集柔性袋20的内容物的排出管路流体联接。将叶轮安装轴124和排放孔口126结合到基板110中有利于将柔性袋20定位在生物反应器器皿12内，以及有利于将磁性毂30与磁性驱动系统对准，以及柔性袋20中的排放端口与连接到生物反应器器皿20底部的排放管路对准。

现在转到图4，示出根据本发明一些实施例的喷射器组件200。如其中示出的，喷射器组件200包括基板210和连接到基板210的多个(即四个)曝气通道或中空曝气歧管212,214,216,218。在一些实施例中，如上文描述的，曝气歧管212,214,216,218包括多个支脚220，这些支脚接收在基板210的对应支座或安装柱222上，使得曝气歧管与基板210成竖直间隔关系地(即，在其上方升高)受支承。还如上文描述的，曝气歧管和基板可制造为一体的整体构件，或作为单独的构件，它们可通过搭扣配合、夹子、螺钉或使用支脚220和柱222的其它连接方式可移除地联接到基板210。

如图4中示出的，每个曝气歧管可为四分之一圆弧并且在其顶表面中包括多个气体出口开口或孔口224。曝气歧管212,214,216,218还可包括形成入口的一个或多个管连接器226，该入口构造成与一条或多条气体供应线匹配连接，例如，用于将气体输送到曝气歧管的线228,230。在某些实施例中，管连接器226是软管倒钩连接器，但在不脱离本发明的更广泛方面的情况下也可使用本领域已知的其它连接器类型。

类似于图3的实施例，每个曝气歧管的气体出口开口224可为相同的尺寸。在其它实施例中，至少一个曝气歧管的气体出口开口224的尺寸可不同于至少另一个曝气歧管的气体出口开口224的尺寸。例如，在一些实施例中，第一对相对的曝气歧管(例如在由歧管布置在基板210上而形成的圆的相对侧上的曝气歧管212,214)可具有第一尺寸的气体出口开口224，第一尺寸不同于第二对相对的曝气歧管(例如在由歧管布置在基板上而形成的圆的相对侧上的曝气歧管216,218)的气体出口开口224的尺寸。如上文公开的，具有较小气体出口开口的曝气歧管可用于供应氧气，而具有较大气体出口开口的曝气歧管可用于例如用空气去除或清除CO₂。

在某些实施例中，紧邻的一对曝气歧管(例如，曝气歧管212,216)可具有第一尺寸的气体出口开口224，而另一对紧邻的曝气歧管(例如，曝气歧管214,218)可具有第二尺寸的气体出口开口，其中第二尺寸不同于第一尺寸。基板210和曝气歧管212,214,216,218的构造，以及曝气歧管的选择性可移除性质，允许根据用户偏好容易地调节喷射器组件200的构造。特别地，该设计允许像即插即用之类的功能，使用户能够将曝气歧管的各种组合安装到基板210以提供各种构造的喷射器组件。例如，用户可容易地安装具有较小气体出口开口224的三个曝气歧管与具有较大气体出口开口224的单个曝气歧管的组合，以在需要时增加向系统的氧气输送，或安装具有较大气体出口的三个曝气歧管开口224与具有较小气体出口开口224的单个曝气歧管的组合，以增强CO₂去除，而不必调整气体输送到喷射器组件200的速率。

如上文结合图3所论述的，基板210可包括竖直延伸的安装轴232，该安装轴232居中位于曝气歧管之间以用于接收叶轮组件。此外，如上文论述的，基板210可包括孔口234或配件，用于与用于排出或收集柔性袋20的内容物的排放管路流体联接。

现在参照图5，示出根据本发明的一些实施例的喷射器组件300。喷射器组件300在构造上类似于图4的喷射器组件200，其中相似的参考标号表示相似的部件。然而，T型接头310用于将两个相邻的曝气歧管(例如，曝气歧管212和曝气歧管216，以及曝气歧管214和曝气歧管218)流体地互连，以及将气体供应线228,230分别连接到曝气歧管，而不是每个曝气歧管都具有用于与气体供应线连接的软管倒钩连接器。在一种实施方式中，流体地互连的曝气歧管可各自具有相同尺寸的气体出口开口224。在另一实施方式中，第一对互连的曝气歧管(例如，曝气歧管212,216)可具有尺寸不同于第二对互连的曝气歧管(例如，曝气歧管214,218)的气体出口开口224的尺寸的气体出口开口224。在又一实施方式中，所有歧管可具有相同尺寸的气体出口开口224。

参照图6，示出根据本发明的某些实施例的喷射器组件400。喷射器组件400在构造上类似于图4的喷射器组件200，其中相似的参考标号表示相似的部件。然而，弯头配件410用于将气体供应线228,230分别连接到曝气歧管212,214,216,218，而不是每个曝气歧管都具有用于与气体供应线连接的软管倒钩连接器。例如，弯头配件410可用于将第一气体供应线228连接至曝气歧管212,216，以及将第二气体供应线230连接至曝气歧管214,218。如上文描述的，一些曝气歧管可构造有气体出口开口224，其具有与其它曝气歧管的尺寸不同的尺寸。在一些实施例中，连接到公共供应线的曝气歧管可具有相同尺寸的气体出口开口224。

尽管图3-6示出具有两个或四个分立的曝气歧管的喷射器组件，但设想到基板可制造有支承柱222，该支承柱构造为接收三个或多于四个的任何部分圆形(即任何圆弧段)的曝气歧管。特别地，喷射器组件可包括任意数量的弧形曝气歧管，它们一起形成断开的(或未断开的)圆弧。在某些实施例中，单独的弧形构件可为大体上圆形或环形弧中的隔离构件，其可通过增材制造技术制造。因此基板允许根据用户偏好容易地构造喷射器组件，并且容易地适应在生物反应器系统210中进行的特定生物过程。如上文论述的，曝气歧管可构造成可移除地连接到基板以允许容易地定制喷射器组件。

现在转到图7，示出根据本发明一些实施例的喷射器组件500。如其中示出的，喷射器组件500包括大体上圆形的基板510和可移除地连接到基板510的环形曝气歧管512。类似于上文论述的实施例，曝气歧管512包括多个气体出口开口514并且升高到基板510上方。在一些实施例中，曝气歧管512可包括多个支脚516，这些支脚由基板510的支座或柱518接收以与基板成竖直间隔关系地支承歧管510。曝气歧管512还可包括用于以上文描述的方式将一个或多个气体供应线连接到曝气歧管512的一个或多个管路连接器520。类似于上文描述的实施例，基板510可包括竖直延伸的安装轴522，该安装轴位于曝气歧管512的中心，以用于接收叶轮组件。

参照图8，示出根据本发明的某些实施例的喷射器组件600。喷射器组件600包括基板610和连接到基板610的一对嵌套的曝气歧管612,614。类似于上文论述的实施例，每个曝气歧管612,614包括多个气体出口开口616并且升高到基板610上方(例如，支承在从基板610向上延伸的突出柱618上)。在某些实施例中，曝气歧管612,614可移除地联接到基板610并且包括用于以上文描述的方式将一个或多个气体供应线(未示出)连接至曝气歧管612,614的管路连接器(未示出)。类似于上文描述的实施例，基板610可包括位于曝气歧管612,614的中心的竖直延伸的安装轴620，以用于接收生物反应器系统10的叶轮组件。此外，基板610可包括用于与用于排出或收集柔性袋20的内容物的排出管路流体联接的孔口622或配件。如图8中示出的，曝气歧管612,614可具有褶皱或链轮形状。特别地，在一些实施例中，外曝气歧管612可具有大体上链轮形状的内周边，并且内曝气歧管614可具有同样大体上链轮形状的外周边。内曝气歧管614的尺寸和方向可设置成使得内曝气歧管614的‘齿’或峰624接收在外曝气歧管612中的对应凹部或凹槽626中。在一些实施例中，曝气歧管612,614的气体出口开口616可具有相同或不同的尺寸。

图9和图10示出根据本发明的一些实施例的喷射器组件700的某些实施例，其具有基板710以及与基板710成升高或竖直间隔关系地支承在基板上的多个曝气歧管。如其中示出的，曝气歧管可包括多个外拱形曝气歧管712和多个内拱形歧管714，内拱形歧管嵌套在外曝气歧管712内或定位在外曝气歧管内部的径向位置处。曝气歧管712,714各自包括至少一个气体出口开口716，其功能已在上文中描述。如在上文中同样描述的，曝气歧管712,716由多个柱或突出部(未示出)支承在基板710上方的升高位置。

在某些实施例中，内曝气歧管714和外曝气歧管以基本相同的距离(例如，到支承板的距离的差异小于5％，诸如小于1％)升高到支承板710上方。在某些实施例中，如图9中最佳示出的，内曝气歧管714比外曝气歧管712更靠近基板710的顶表面。在该方面，外曝气歧管在基板710上方升高到比内曝气歧管更大的程度。该构造允许内曝气歧管714定位在接收在叶轮支承轴718上的叶轮组件740的叶片下方(经由毂744)，并且允许来自内曝气歧管714的气体通过叶轮组件740的叶片742下方的气体出口开口716释放。如图10中示出的，由于外曝气歧管712定位在叶轮叶片的径向外侧，故来自外曝气歧管712的气体可在叶轮组件740的叶片742向外的径向位置处通过其气体出口开口716释放。

尽管本发明的喷射器组件在上文中描述为具有弧形或拱形并且以形成圆或弧的一部分的方式布置的喷射器元件/曝气歧管，但本发明在该方面不限于此。特别地，曝气歧管本身可具有任何期望的形状(例如，矩形、三角形、卵形等)并且可布置成环形、圆形、矩形或任何多边形形状。基板上的曝气歧管的其它布置也是可能的。例如，图22示出具有曝气歧管752的喷射器组件750，该曝气歧管在形状上为大体上矩形的，并且可移除地安装到基板754以形成大体上矩形的阵列。在任何实施例中，每个曝气歧管可单独地或独立地连接到一种或多种气体的供应源，使得可根据需要将多种气体输送到每个曝气歧管节段。

转到图23和24，示出根据本发明的一些实施例的喷射器组件760。然而，喷射器组件760包括具有毂(例如，磁性毂30)的基板762和从毂30沿径向延伸的喷射器元件或曝气歧管764，而不是具有与基板成竖直间隔关系地安装的曝气歧管。尽管未安装到基板762的平面部分，但曝气歧管与基板竖直隔开。如上文描述的，曝气歧管764具有允许气体分散到柔性生物反应器袋20的内部的气体出口开口766、孔或孔隙。曝气歧管764可以可移除地联接到毂30，但在一些实施例中曝气歧管764可持久地固定到毂30。如图24中示出的，且如上文论述的，磁性毂30可包括磁体768，其与叶轮28的磁体770协作以旋转地驱动叶轮28。结合上文描述的实施例，通过提供包括从基板(或至少在器皿的底表面上方)升高的用于气体分配的曝气歧管的喷射器组件，可将喷射气体输入到与叶轮紧密关联的生物反应器，这提供更有效的气体分散，以便实现高气体表面积和气泡尺寸分布。此外，因为曝气歧管可移除地连接到基板，所以喷射器组件可通用地构造并且可适用于提供几乎任何所需的气体分布曲线。特别地，本文描述的喷射器组件(即，基板和可移除的曝气歧管)的模块化特性允许容易地定制和产生喷射器组件，包括气体出口高度、气体出口开口位置、喷射‘密度’等的定制。

在上文描述的实施例中的任何实施例中，曝气歧管的内部可设计用于优化流动分布，诸如，例如通过使用促进降低压力损失的歧管凹槽系统。在一些实施例中，喷射器组件的各种构件，包括曝气歧管，可通过增材制造来制造，增材制造可用于提供从固体到多孔材料的过渡，并结合流体通道，以减少部件的数量并易于组装。尽管上文描述的实施例公开具有气体出口开口的中空曝气歧管，但歧管也可由多孔玻璃料构成，其中用于气体释放的开口是多孔玻璃料中的孔隙。

在一些实施例中，本文描述的喷射器的曝气歧管中的孔口、孔或孔隙的图案可为任何规则的几何图案或随机图案。在某些实施例中，一个或多个曝气歧管的孔口可布置成一种图案，该图案构造成使得孔口、孔或孔隙之间的间距s大于由直径d的孔口、孔或孔孔隙产生的气泡的直径。在孔口、孔或孔隙之间具有大于气泡直径的间距有助于防止相邻的气泡聚结，因为其防止气泡在喷射器元件/曝气歧管的表面处彼此接触。特定直径的孔口、孔或孔隙所产生的气泡的直径不仅取决于孔或孔隙的直径，而且受诸如构造喷射器的材料的表面能之类的因素影响大，并且还取决于其中产生气泡的液体的物理和化学特性，因为那影响气泡表面的空气/液体界面的表面张力。

参照图21，示出用于曝气歧管表面中的开口、孔或孔隙的位置的几何图案的示例。如图21中示出的，通过以等边三角形的图案布置孔来最大限度地增加喷射器元件/曝气歧管(例如，曝气歧管112)中的孔(例如，孔224)的数量，其中孔位于三角形的顶点处。该图案有时也称为六边形图案。该图案最大限度地增加可在具有特定表面积的喷射器元件中产生的孔的数量。在图21的等边三角形图案中，所有开口、孔或孔隙在距相邻的开口、孔或孔隙相等距离处。在不脱离本发明更广泛的方面的情况下，也可使用其它几何图案，诸如简单的矩形网格。当孔或孔隙位于矩形网格的拐角处时，喷射器元件中的相邻孔位于两个不同距离处，即所需的水平和竖直距离以及对角线上的较长距离。因此，对于相邻孔之间的特定期望最小间距，对角线上的孔的间距将处于大于期望最小距离的距离处。与更有效的等边三角形图案的情况相比，此类矩形图案将导致特定表面积的喷射器元件中的孔数量更少。

现在参照图11-18，示出生物反应器/生物处理系统10的叶轮组件的各种构造。特别地参照图11-14，在某些实施例中，叶轮组件800包括毂810和从毂810径向延伸的至少一个叶片812。毂810可围绕延伸穿过毂810的中心的竖直轴线814旋转。在一些实施例中，毂810可为磁性毂，其构造为由定位在柔性袋20和器皿12外部的磁性驱动系统或马达(例如，图2的马达34)驱动。

尽管叶轮组件800在图11-14中示为具有三个叶片812，但叶轮组件800可具有少于三个叶片(例如，一个叶片或两个叶片)或多于三个叶片(例如，四个、五个或六个叶片)，而不脱离本发明的更广泛的方面。叶片812可围绕毂810彼此相等地间隔。例如，在叶轮组件800具有三个叶片812的情况下，叶片812可间隔120°。叶片812各自包括第一基本竖直(例如，具有小于5°的诸如小于1°的与竖直的偏差)部分816和从第一部分816向上延伸的第二非竖直非水平成角度的部分818。第一部分816和第二部分818示为基本是平面的(例如，具有小于5mm的诸如小于1mm的平坦度公差)，但在一些实施例中，设想到叶片812的第一部分816和第二部分818中的一个或两个可具有弯曲或弓形形状。如图13中最佳示出的，第二成角度部分818包括在叶片812的远端处的倒圆部分820。半径822也形成在第一竖直部分816和第二成角部分818之间的相交处。

特别地参照图13和14，叶轮组件800具有直径d，其定义为从叶片末端到叶片末端的最长线性尺寸。在某些实施例中，叶轮的直径d可在器皿12内径的约1/4至约1/2的范围内。如其中最佳示出的，第一竖直部分816和第二成角部分在其间形成角度α。在一些实施例中，角度α在约100度至约180度之间，诸如在120度与160度之间。在某些实施例中，角度α为约135度(例如130-140度)，使得第二成角部分以与水平成约45度的向上角度延伸。如上文提到的，叶轮组件800可与喷射器组件紧密关联地安置在柔性袋20的底部上。例如，叶轮组件800可连接到本文公开的喷射器组件之一的基板，使得叶轮叶片812与喷射器组件的气体出口紧密关联。通过测试，已经表明叶轮组件800的叶片812的竖直的直部分816在打破由喷射器组件输入到柔性袋20中的气泡方面特别有效，并且向生物反应器系统10输送高功率。此外，测试已经证明叶片812的成角部分818有利于柔性袋20的内容物的混合。相应地，直叶片部分和成角叶片部分的该组合产生改进的气泡破裂和有效的气体分布(kLa)，同时具有最佳的功耗(即不需要更大的功率输入或在非常高的速度下搅拌，这会导致剪切损坏并产生对细胞有害的涡流)。

在该方面，叶轮组件800优化气体喷射器处的散料混合和有效气体分布以提供高氧转移速率和kLa值，这在强化细胞培养和/或微生物应用中是期望的。与现有系统和装置相比，叶轮组件800在保持相对低的轮廓的同时实现该性能(即，它保持底部驱动并紧靠袋20的底部放置，允许袋仍然容易折叠以便储存和运输)。该简单的设计还允许用户轻松安装和配置。特别地，在一些实施例中，叶轮组件800可以以上文中描述的方式快速且容易地定位在喷射器组件的基板的安装轴上。

现在参照图15，示出根据本发明的某些实施例的叶轮组件850。如其中示出的，叶轮组件850包括毂852和连接到毂852的至少一个叶片854。像图11-14的实施例那样，毂852可围绕延伸穿过毂852的中心的竖直轴线旋转。在一些实施例中，毂852可为磁性毂，其构造为由定位在柔性袋20和器皿12外部的磁性驱动系统或马达(例如，图2的马达34)驱动。在某些实施例中，毂852可形成为大体上平坦的盘856(或以其它方式与其一体化)，叶片854延伸至该盘。

叶片854基本类似于图11-14的叶轮组件800的叶片812，并且各自包括第一基本竖直的(例如，具有小于5°的诸如小于1°的与竖直的偏差)部分858和从第一部分858向上延伸的第二非竖直非水平成角度的部分860。第一部分858和第二部分860示为基本是平面的(例如，具有小于5mm的诸如小于1mm的平坦度公差)，但在一些实施例中，设想到叶片854的第一部分858和第二部分860中的一个或两个可具有弯曲或弓形形状。如图15中示出的，在一些实施例中，第一竖直部分858从分配盘856向下延伸，而第二部分860从分配盘856以一定角度向上延伸。叶片854可终止于分配盘856的外周边处，或可延伸超出此类外周边到一定程度，如图15中示出的。

现在转到图16，示出根据本发明一些实施例的另一个叶轮组件870。叶轮组件870基本类似于图15的叶轮组件850，其中相似的参考标号表示相似的部件。然而，如图16中示出的，分配盘856可另外包括与每个(或至少一些)叶片854相邻的径向槽872。

图25和26示出叶轮组件880，其中每个叶片854除了第一基本竖直部分858和第二成角部分860之外，还包括从第二部分的顶端延伸的第三基本水平的(例如，具有小于5°的诸如小于1°的与水平的偏差)部分882。第三部分可具有比近端886更宽的远端884。其甚至可为基本三角形的形状，其中远端884形成三角形的底部。第一部分、第二部分和第三部分的远侧边缘858a,860a和882a可适当地成倒圆，以便避免对柔性生物处理袋的壁的潜在损坏。

尽管图15-16和25-26的叶轮组件850,870,880具有六个叶片，但叶轮组件可具有多于或少于六个叶片，例如3、4、5、7或8个叶片，而不脱离本发明的更广泛的方面。在图15和16的实施例中，叶片的竖直叶片部分提供用于有效的径向液体流动，而成角叶片部分允许轴向流体流动。此外，分配盘856用于在分散空气/气泡之前从喷射器组件捕获并富集它们。如图16中示出的，分布盘856中的槽872允许不同的气泡分布模式。这些叶轮组件设计提供用于氧气从气相到液相的适当混合和传质，这对于生物制药制造的细胞培养至关重要，例如，在非常高的细胞浓度下，对氧气和均匀混合的需求非常高。此外，本文示出的叶轮组件有效地分散来自喷射器的气泡并有效地混合，而不会在非常高的速度下搅拌，这会导致剪切损坏并产生有害的涡流。

现在转到图17，示出根据本发明一些实施例的叶轮组件900。叶轮组件900包括毂910和附接到毂并从毂910沿径向向外延伸的多个叶片912,914。在某些实施例中，如上文论述的，毂910是构造为由外部磁性驱动系统或马达驱动的磁性毂。尽管图17示出具有六个叶片912,914的叶轮组件900，但在不脱离本发明的更广泛方面的情况下，叶轮组件可具有少于或多于六个的叶片。

在一些实施例中，一个或多个叶片912,914以偏离从叶轮轴线延伸的径向线的角度连接到毂910。例如，叶片912可相对于叶轮组件900的旋转方向916在从叶轮轴线延伸的径向线的前方成角度，而叶片914可相对于叶轮组件900的旋转方向916在从叶轮轴线延伸的径向线的后方成角度。如图17中示出的，叶片可在向前成角或向后成角之间交替。在此类实施方式中，与不存在此类成角度或倾斜的叶片的情况下叶片末端之间的均匀距离相比，该叶片构造导致叶片末端之间的距离更长和更短。例如，后角叶片914的末端和下一个相邻的前角叶片912(在叶轮组件900的旋转方向上移动)之间的距离d1与叶片沿从毂910的中心延伸的径向线定向的情况下的叶片末端之间的距离相比有所增加。此外，前成角叶片912的末端与下一个相邻的后成角叶片914(沿叶轮组件900的旋转方向移动)之间的距离d2与叶片沿从毂910的中心延伸的径向线定向的情况下的叶片末端之间的距离相比有所减小。在该方面，叶轮组件900在叶片的末端之间具有交替的更长和更短的距离。

叶轮组件的叶片912,914的该倾斜构造在图18中更清楚地示出。如其中示出的，交替叶片912相对于从叶轮组件900的中心轴线920延伸的真实径向线918以超前角β1定向。相比之下，交替叶片914相对于从叶轮组件900的中心轴线920延伸的真实径向线918以滞后角β2定向。在某些实施例中，叶片912的超前角β1可等于叶片914的滞后角β2。例如，在一些实施例中，超前角β1和滞后角β2可在约5度与约30度之间。在一些实施例中，超前角β1和滞后角β2可在约5度与约10度之间。在某些实施例中，超前角β1和滞后角β2可为约7度，诸如6-8度。在其它实施例中，叶片912的超前角β1可不同于叶片914的滞后角β2。在其它实施例中，一个或多个叶片912可具有与至少另一个叶片912不同的超前角β1。类似地，叶片914中的一个或多个可具有与叶片914中的至少另一个不同的滞后角β2。设想到具有超前角的叶片的数量可与具有滞后角的叶片的数量相同或不同。

在操作中，如图18中示出的，相对于从中心轴线920延伸的真实径向线918以超前角定向的叶片912用于沿箭头B的方向将液体向内拉向毂910。相反，如图18中示出的，相对于从中心轴线920延伸的真实径向线918以滞后角定向的叶片914用于沿箭头C的方向将液体推离毂910。相应地，叶轮组件900可用于提高混合效率，这可改善生物反应器系统10内的氧传递。设想到本发明的叶片定向/倾斜方面可与本领域已知的现有叶片几何形状/形状/构造结合使用以提高叶轮混合能力。

参照图19，示出根据本发明的一些实施例的叶轮组件。叶轮组件1000包括毂1010和安装到毂1010的多个叶片1012。尽管然图19的叶轮组件1000具有三个叶片1012，但在不脱离本发明的更广泛方面的情况下可采用少于或多于三个的叶片。在某些实施例中，叶轮组件1000是具有弓形或弯曲叶片1012的船用型叶轮。如图19中示出的，在一些实施例中，一个或多个叶片1012包括多个槽1014。在某些实施例中，槽1014是大体上竖直延伸的槽，并且定位在叶片1012上的一个位置处，该位置在竖直方向上与喷射器组件上喷射气体释放到柔性袋20中的位置大体上对准。在一些实施例中，槽1014形成在叶片1012的前部或前缘上。

在使用中，如上文论述的，叶轮组件1000可安装到喷射器组件的安装轴。如上文指示的，槽1014定位成使得当叶片1012旋转时，槽1014紧密地越过喷射器组件中的气体出口开口。

最后参照图20，示出类似的叶轮组件1100。然而，可在叶片1012的前缘中形成凹陷、孔或孔隙1110的阵列，而不是在叶片1012的前缘中具有槽。类似于图19的实施例，孔口1110设置的位置大体上对应于叶轮组件1100设置在其上的喷射器组件的气体出口开口的位置。

设想到槽或孔口可与用于生物反应器系统的任何现有叶轮设计或构造以及本文描述的叶轮组件构造一体化。通过使用叶轮，该叶轮在叶片的区域中具有紧密越过喷射器组件的气体出口开口的槽或孔口，叶轮的叶片与柔性袋20内的流体之间的界面接触可增加。相应地，叶轮组件1000,1100提供用于在气体喷射器处更有效的气体分布，以提供增强细胞培养所需的高氧转移速率和kLa值，而不增加对叶轮驱动系统的功率需求。

本文公开的叶轮组件和喷射器组件及其组合的实施例提供增加生物反应器系统的kLa(即，实现更有效的气体分布)以支持强化细胞培养和/或微生物应用的各种手段。设想到本文公开的叶轮组件可与任何现有的喷射器组件结合使用。类似地，本文公开的喷射器组件可与许多现有的叶轮组件结合使用。更进一步，设想到本文公开的任何叶轮组件可与本文还公开的任何喷射器组件结合使用，以提供改进的散料混合和有效的气体分散。在该方面，本发明的叶轮组件和喷射器组件两者的构造有利于简单的用户操纵或组合叶轮和喷射器组件的构造。特别地，取决于在生物处理系统10内进行的特定细胞培养或生物处理操作，本发明的叶轮和/或喷射器组件可容易地操纵(例如，通过互换喷射器上的曝气歧管和/或将不同的叶轮连接到喷射器基板)以实现几乎任何所需水平的散料混合或气体分散。

在一些实施例中，一种用于生物处理系统的喷射器组件包括基板和可移除地连接到基板的至少一个曝气歧管，每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到生物处理系统内的流体中的多个气体出口开口。在某些实施例中，至少一个曝气歧管在连接到基板时与基板成竖直间隔关系。在一些实施例中，至少一个曝气歧管可在形状上为环形的。在某些实施例中，至少一个曝气歧管是包括第一曝气歧管和第二曝气歧管的两个曝气歧管，曝气歧管以半圆弧的形状布置。在一些实施例中，至少一个曝气歧管是四个曝气歧管，曝气歧管形成四分之一圆弧。在某些实施例中，至少一个曝气歧管的气体出口开口的尺寸不同于至少另一个曝气歧管的气体出口开口的尺寸。在一些实施例中，曝气歧管布置在基板上，使得每个曝气歧管的气体出口开口的尺寸不同于紧邻的曝气歧管的气体出口开口的尺寸。在某些实施例中，第一对曝气歧管布置在基板上以形成第一半圆，并且第二对曝气歧管布置在基板上以形成第二半圆。第一对曝气歧管的气体出口开口为第一尺寸，而第二对曝气歧管的气体出口开口为不同于第一尺寸的第二尺寸。在一些实施例中，至少一个曝气歧管是包括第一曝气歧管和与第一曝气歧管同心安装的第二曝气歧管的至少两个曝气歧管，其中第一曝气歧管和第二曝气歧管中的至少一个具有褶皱或链轮状周边。在一些实施例中，至少一个曝气歧管是多个曝气歧管，至少一个曝气歧管在基板上方升高第一距离，并且至少另一个曝气歧管在基板上方升高于第二距离处，其中第一距离大于第二距离。在某些实施例中，基板包括轴，其用于接收叶轮组件并定位叶轮组件，使得叶轮组件的叶片位于至少一个曝气歧管上方一定距离处。在一些实施例中，基板包括用于与柔性生物处理袋中的排放端口和接收柔性生物处理袋的支承器皿的排放端口对接的孔口。

在某些实施例中，一种生物处理系统包括器皿、可定位在器皿内的柔性生物处理袋，以及定位在柔性生物处理袋底部的喷射器组件，喷射器组件包括基板和可移除地连接到基板并由基板支承的至少一个曝气器歧管。每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到柔性生物处理袋内的流体的至少一个气体出口开口。在一些实施例中，至少一个曝气歧管在连接到基板时与基板成竖直间隔关系。在某些实施例中，至少一个曝气歧管在形状上为环形的。在一些实施例中，至少一个曝气歧管是包括第一曝气歧管和第二曝气歧管的两个曝气歧管，每个曝气歧管在形状上布置成半圆弧的。在某些实施例中，至少一个曝气歧管是四个曝气歧管，每个曝气歧管在形状上为大约四分之一圆弧。在一些实施例中，至少一个曝气歧管的至少一个气体出口开口的尺寸不同于至少另一个曝气歧管的至少一个气体出口开口的尺寸。在某些实施例中，基板包括用于与柔性生物处理袋中的排放端口和器皿的排放端口对接的孔口。

在一些实施例中，一种用于生物处理系统的喷射器组件包括基板、可拆卸地连接到基板并支承在相对于基板升高的位置的至少一个曝气歧管，每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将气体输送到生物处理系统内的流体的至少一个气体出口开口，以及能够将生物处理系统的叶轮联接到与曝气歧管紧密关联的喷射器组件的安装装置。

在一些实施例中，一种用于生物处理系统的叶轮组件包括毂和可操作地连接到毂的至少一个叶片。至少一个叶片包括连接到毂并大体上竖直延伸的第一部分，以及从第一部分以向上的角度延伸的第二部分。在某些实施例中，第一部分和第二部分基本是平面的(例如，具有小于5mm的诸如小于1mm的平坦度公差)。在一些实施例中，至少一个叶片是三个叶片。在某些实施例中，第二部分包括倒圆的远端。在一些实施例中，毂包括大体上平面的盘，并且盘包括与至少一个叶片中的每个相邻的至少一个槽。在一些实施例中，第一部分和第二部分在其间形成在约100度与约180度之间的角度。在某些实施例中，毂是磁性毂。

在某些实施例中，一种用于生物处理系统的叶轮组件包括具有中心轴线的毂和从毂延伸的多个叶片，叶片中的至少一个相对于从毂的中心轴线延伸的径向线以超前角或滞后角之一定向。在一些实施例中，多个叶片中的至少一个相对于从中心轴线延伸的第一径向线以超前角定向，并且多个叶片中的至少另一个相对于从中心轴线延伸的第二径向线以滞后角定向。在某些实施例中，多个叶片中的每个相对于从毂的中心轴线延伸的相应径向线以超前角或滞后角之一定向，并且限定多个叶片的超前叶片或滞后叶片。在一些实施例中，超前叶片和滞后叶片沿毂的旋转方向交替地定位。在某些实施例中，超前角在约5度与约30度之间，并且滞后角在约5度与约30度之间。在一些实施例中，相对于叶轮组件的旋转方向，超前叶片的末端和下一个相邻的滞后叶片之间的距离小于滞后叶片的末端和下一个相邻的超前叶片之间的距离。在某些实施例中，叶轮组件具有在叶轮组件构造为定位在其内的生物反应器器皿的直径的约1/4至约1/2之间的最大直径。

在一些实施例中，一种用于生物处理系统的叶轮组件包括毂和从毂延伸的多个叶片，每个叶片具有前缘和后缘。至少一个叶片包括在叶片前缘中的槽或孔口的阵列。在一些实施例中，叶片是船用型叶片。在某些实施例中，槽是大体上竖直延伸的槽。在一些实施例中，多个叶片中的每个叶片分别包括在叶片前缘中的槽或孔口的阵列。在某些实施例中，槽或孔口的阵列位于叶片上的径向位置处，该径向位置对应于生物处理系统的喷射器组件的气体出口。

如本文使用的以单数叙述且冠以词语“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为未排除多个所述元件或步骤，除非明确指出此类排除。此外，提到的本发明的“实施例”不旨在理解为排除还结合所述特征的额外实施例的存在。此外，除非明确相反指出，实施例“包括”、“包含”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件可包括不具有该性质的额外此类元件。任何方向性用语，诸如“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“水平”、“竖直”等，表示如图中示出的方向，其也是在生物处理系统操作位置中的方向。

该书面描述使用示例来公开本发明的若干实施例(包括最佳模式)，且还使本领域的普通技术人员能够实施本发明的实施例，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域的普通技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (65)

1.一种生物处理系统，包括：

器皿；

柔性生物处理袋，所述柔性生物处理袋可定位在所述器皿内；以及

喷射器组件，所述喷射器组件定位在所述柔性生物处理袋的底部处，所述喷射器组件包括基板和可移除地联接到所述基板并由所述基板支承的至少一个曝气歧管；

其中，每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将所述气体输送到所述柔性生物处理袋内的流体的至少一个气体出口开口，

其中，所述基板包括用于与所述柔性生物处理袋中的排放端口和所述器皿的排放端口对接的孔口。

2.根据权利要求1所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管在连接到所述基板时与所述基板成竖直间隔关系。

3.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管在形状上是环形的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是包括第一曝气歧管和第二曝气歧管的两个曝气歧管，所述曝气歧管以圆形构造布置在所述基板上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是四个曝气歧管，所述曝气歧管以圆形构造布置在所述基板上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述曝气歧管中的至少一个的至少一个气体出口开口的尺寸不同于所述曝气歧管中的至少另一个的至少一个气体出口开口的尺寸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，每个曝气歧管包括用于将所述气体输送到所述生物处理系统内的流体的多个气体出口开口。

8.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管包括：入口室单元，所述入口室单元具有与管连接器流体连接的入口室；

多孔板，所述多孔板由垫圈密封至所述入口室单元；以及

框架，所述框架紧固到所述入口室单元并接合所述多孔板以保持所述多孔板和所述垫圈与所述入口室单元密封邻接。

9.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，框架由多个卡扣接头来紧固到入口室单元。

10.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，从框架延伸的悬臂接合入口室单元中的凸出部。

11.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，入口室单元包括多个支脚，所述支脚由卡扣接头紧固到所述基板中的柱。

12.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述曝气歧管布置在所述基板上，使得每个曝气歧管的气体出口开口的尺寸不同于紧邻的曝气歧管的气体出口开口的尺寸。

13.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，第一对曝气歧管布置在所述基板上以形成第一半圆；以及

第二对曝气歧管布置在所述基板上以形成第二半圆；

其中，所述第一对曝气歧管的气体出口开口为第一尺寸；以及

其中，所述第二对曝气歧管的气体出口开口为不同于所述第一尺寸的第二尺寸。

14.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是包括第一曝气歧管和与所述第一曝气歧管同心安装的第二曝气歧管的至少两个曝气歧管；

其中，所述第一曝气歧管和所述第二曝气歧管中的至少一个具有褶皱或链轮状周边。

15.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是多个曝气歧管；以及

其中，所述曝气歧管中的至少一个在所述基板上方升高第一距离；以及

其中，所述曝气歧管中的至少另一个在所述基板上方升高于第二距离处；

其中，所述第一距离大于所述第二距离。

16.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述基板包括轴，所述轴用于接收叶轮组件并定位所述叶轮组件，使得所述叶轮组件的叶片位于所述至少一个曝气歧管上方一定距离。

17.根据前述权利要求中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管支承在相对于所述基板升高的位置，且所述喷射器组件还包括安装装置，所述安装装置能够将所述生物处理系统的叶轮联接到与所述曝气歧管紧密关联的喷射器组件。

18.一种用于生物处理系统的喷射器组件，包括：

基板；

至少一个曝气歧管，所述至少一个曝气歧管可移除地连接到所述基板并支承在相对于所述基板升高的位置，每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将所述气体输送到所述生物处理系统内的流体的至少一个气体出口开口；以及

安装装置，所述安装装置能够将所述生物处理系统的叶轮联接到与所述曝气歧管紧密关联的喷射器组件。

19.一种用于生物处理系统的叶轮组件，包括：

毂；以及

至少一个叶片，所述至少一个叶片可操作地连接到所述毂，所述至少一个叶片包括连接到所述毂并大体上竖直延伸的第一部分，以及从所述第一部分以向上的角度延伸的第二部分。

20.根据权利要求19所述的叶轮组件，其中，所述第一部分和所述第二部分基本是平面的。

21.根据权利要求19或20所述的叶轮组件，其中，所述至少一个叶片是至少三个叶片。

22.根据权利要求21所述的叶轮组件，其中，所述至少一个叶片是四个叶片、五个叶片或六个叶片。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的叶轮组件，其中，所述第二部分包括倒圆的远端。

24.根据权利要求19-23中任一项所述的叶轮组件，其中，所述至少一个叶片还包括从所述第二部分水平延伸的第三部分。

25.根据权利要求24所述的叶轮组件，其中，所述第三部分的远端比所述第三部分的近端更宽。

26.根据权利要求25所述的叶轮组件，其中，所述第三部分基本是三角形的。

27.根据权利要求19-26中任一项所述的叶轮组件，其中，所述第一部分和所述第二部分的远侧边缘是倒圆的。

28.根据权利要求24-26中任一项所述的叶轮组件，其中，所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的远侧边缘是倒圆的。

29.根据权利要求19-28中任一项所述的叶轮组件，其中，所述毂包括大体上平面的盘，以及

其中，所述盘包括与所述至少一个叶片中的每个相邻的至少一个槽。

30.根据权利要求19-29中任一项所述的叶轮组件，其中，所述第一部分和所述第二部分在它们之间形成在100度与180度之间的角度。

31.根据权利要求30所述的叶轮组件，其中，所述第一部分和所述第二部分在它们之间形成135度或在130度与140度之间的角度。

32.根据权利要求19-31中任一项所述的叶轮组件，其中，所述叶轮组件的直径在所述叶轮组件设置于其内的生物反应器的直径的1/4至1/2之间。

33.根据权利要求19-32中任一项所述的叶轮组件，其中，所述毂是磁性毂。

34.一种用于生物处理系统的叶轮组件，包括：

毂，所述毂具有中心轴线；以及

多个叶片，其从所述毂延伸，所述叶片中的至少一个相对于从所述毂的中心轴线延伸的径向线以超前角或滞后角之一定向。

35.根据权利要求34所述的叶轮组件，其中，所述多个叶片中的至少一个相对于从所述中心轴线延伸的第一径向线以超前角定向；以及

所述多个叶片中的至少另一个相对于从所述中心轴线延伸的第二径向线以滞后角定向。

36.根据权利要求35所述的叶轮组件，其中，所述多个叶片中的每个相对于从所述毂的中心轴线延伸的相应径向线以超前角或滞后角之一定向，并且限定所述多个叶片的超前叶片或滞后叶片。

37.根据权利要求34-36中任一项所述的叶轮组件，其中，超前叶片和滞后叶片在所述毂的旋转方向上交替地定位。

38.根据权利要求34-37中任一项所述的叶轮组件，其中，所述超前角在5度与30度之间；以及

所述滞后角在5度与30度之间。

39.根据权利要求34-38中任一项所述的叶轮组件，其中，相对于所述叶轮组件的旋转方向，超前叶片的末端与下一个相邻的滞后叶片之间的距离小于滞后叶片的末端与下一个相邻的超前叶片之间的距离。

40.根据权利要求34-39中任一项所述的叶轮组件，其中，所述叶轮组件具有最大直径，所述最大直径在所述叶轮组件构造成定位在其内的生物反应器器皿的直径的1/4至1/2之间。

41.一种用于生物处理系统的叶轮组件，包括：

毂；以及

多个叶片，其从所述毂延伸，所述叶片各自具有前缘和后缘；

其中，所述叶片中的至少一个包括在叶片的前缘中的槽或孔口的阵列。

42.根据权利要求41所述的叶轮组件，其中，所述叶片是船用型叶片。

43.根据权利要求41或42所述的叶轮组件，其中，所述槽是大体上竖直延伸的槽。

44.根据权利要求41-43中任一项所述的叶轮组件，其中，所述多个叶片中的叶片中的每个分别包括在叶片的前缘中的槽或孔口的阵列。

45.根据权利要求41-44中任一项所述的叶轮组件，其中，槽或孔口的所述阵列位于所述叶片上的与所述生物处理系统的喷射器组件的气体出口对应的径向位置处。

46.一种生物处理系统，包括：

器皿；

柔性生物处理袋，所述柔性生物处理袋可定位在所述器皿内；以及

根据权利要求19-45中任一项所述的叶轮组件，所述叶轮组件定位在所述柔性生物处理袋的底部处。

47.根据权利要求46所述的生物处理系统，所述生物处理系统是构造成用于培养细胞的生物反应器系统。

48.根据权利要求46或47所述的生物处理系统，还包括定位在所述叶轮组件上方的喷射器组件。

49.根据权利要求48所述的生物处理系统，其中，所述喷射器组件包括：

基板；以及

至少一个曝气歧管，所述至少一个曝气歧管可移除地连接到所述基板，每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将所述气体输送到所述生物处理系统内的流体的多个气体出口开口。

50.根据权利要求49所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管在连接到所述基板时与所述基板成竖直间隔关系。

51.根据权利要求49或50所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管在形状上是环形的。

52.根据权利要求49-51中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管包括：

入口室单元，所述入口室单元具有与管连接器流体连接的入口室；

多孔板，所述多孔板由垫圈密封至所述入口室单元；以及

框架，所述框架紧固到所述入口室单元并接合所述多孔板以保持所述多孔板和所述垫圈与所述入口室单元密封邻接。

53.根据权利要求52所述的生物处理系统，其中，所述框架由多个卡扣接头来紧固到所述入口室单元。

54.根据权利要求53所述的生物处理系统，其中，从所述框架延伸的悬臂接合所述入口室单元中的凸出部。

55.根据权利要求52-54中任一项所述的生物处理系统，其中，所述入口室单元包括多个支脚，所述支脚由卡扣接头紧固到所述基板中的柱。

56.根据权利要求49-55中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是包括第一曝气歧管和第二曝气歧管的两个曝气歧管，所述曝气歧管以圆形构造布置在所述基板上。

57.根据权利要求49-56中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是四个曝气歧管，所述曝气歧管以圆形构造布置在所述基板上。

58.根据权利要求57所述的生物处理系统，其中，所述曝气歧管中的至少一个的气体出口开口的尺寸不同于所述曝气歧管中的至少另一个的气体出口开口的尺寸。

59.根据权利要求56-58中任一项所述的生物处理系统，其中，所述曝气歧管布置在所述基板上，使得每个曝气歧管的气体出口开口的尺寸不同于紧邻的曝气歧管的气体出口开口的尺寸。

60.根据权利要求57-59中任一项所述的生物处理系统，其中，第一对曝气歧管布置在所述基板上以形成第一半圆；以及

第二对曝气歧管布置在所述基板上以形成第二半圆；

其中，所述第一对曝气歧管的气体出口开口为第一尺寸；以及

其中，所述第二对曝气歧管的气体出口开口为不同于所述第一尺寸的第二尺寸。

61.根据权利要求49或50所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是包括第一曝气歧管和与所述第一曝气歧管同心安装的第二曝气歧管的至少两个曝气歧管；

其中，所述第一曝气歧管和所述第二曝气歧管中的至少一个具有褶皱或链轮状周边。

62.根据权利要求49-61中任一项所述的生物处理系统，其中，所述至少一个曝气歧管是多个曝气歧管；以及

其中，所述曝气歧管中的至少一个在所述基板上方升高第一距离；以及

其中，所述曝气歧管中的至少另一个在所述基板上方升高于第二距离处；

其中，所述第一距离大于所述第二距离。

63.根据权利要求49-62中任一项所述的生物处理系统，其中，所述基板包括轴，所述轴用于接收叶轮组件并定位所述叶轮组件，使得所述叶轮组件的叶片位于所述至少一个曝气歧管上方一定距离。

64.根据权利要求49-63中任一项所述的生物处理系统，其中，所述基板包括孔口，所述孔口用于与柔性生物处理袋中的排放端口和接收所述柔性生物处理袋的支承器皿的排放端口对接。

65.根据权利要求48所述的生物处理系统，其中，所述喷射器组件包括：

基板；

至少一个曝气歧管，所述至少一个曝气歧管可移除地连接到所述基板并支承在相对于所述基板升高的位置，每个曝气歧管包括用于接收气体的至少一个入口和用于将所述气体输送到所述生物处理系统内的流体的至少一个气体出口开口；以及

安装装置，所述安装装置能够将所述生物处理系统的叶轮联接到与所述曝气歧管紧密关联的喷射器组件。