生物處理分析用的新穎取樣系統的製作方法

2023-06-11 07:11:26 1

專利名稱：生物處理分析用的新穎取樣系統的製作方法
技術領域：
本發明是有關一種新穎的取樣裝置，它可從生物反應器或滅菌容器內對細胞培養基樣品及其他液體介質進行滅菌取移，而通過滅菌過濾的惰性氣流方式提供免受再汙染的保護作用。
優化生物技術相關的製造方法主要取決於生物處理分析領域的進展，由於它可以發現引起改進生產過程控制的方法。逐漸地，為此使用現代分析方法如細胞螢光法(cytofluorometry)，高壓液相色譜儀及生物感應器。對此先決條件是使用和發酵器內容物構成聯結的適宜取樣系統。在動物、細菌及植物細胞的培育中，用於發酵作用的無菌操作方法及滅菌裝置特別重要，由於在整個發酵過程中樣品要連續取出以測定重要參數如培養基的生長特性，有關細胞狀態及代謝值的量。
由生物反應器確實取樣是一種嚴格操作，因為它要突破該滅菌屏障而達到發酵器的內容物。因此，在發酵作用持續數周的情況下，或在高取樣頻率的情況下，簡單和可靠的取樣方法對過程的成功與否相當重要。
再者，取樣必須是發酵物內容物的真實代表而且通常是可達到的，因而對使用自動化分析系統日益要求完全自動化取樣的可能性。
迄今用於此目的的取樣裝置是由生物反應器的製造商所提供或由使用者自己設計。這些往往是臨時輔助物，它僅可部分滿足上述需求或具有下列缺點重要的設計特徵為避免發酵物內容物因取樣途徑而反受汙染，由於該取樣構成對微生物汙染環境開放的位置之故。
該問題可以各種方法解決在預滅菌樣品安瓿上的隔膜或薄膜進行刺穿，此方法經常使用，特別是在細菌發酵中。但該方法是複雜且非常不易於操作，並還需要對刺穿用針進行化學或加熱消毒如以火焰燃燒。
使用化學製劑如乙醇對取樣途徑進行消毒。此方法有使樣品失真、不期望的化學品侵入的危險及樣品容器再連接的高危險性。
使用具有安瓿或一次性使用針筒的密封式取樣系統。在這種情況下，取樣途徑僅使用一次，接著就丟棄。因此此方法需要大尺寸的結構而且經常改變容器排列，並也會產生大量廢棄物如針筒。
例如以蒸氣對開口進行熱消毒。此方法需要可氣密的連接器例如適宜的管子且其在冷卻時相當耗時，因而特別不適用於實驗室反應器。
使用不滲透細菌的膜。此方法特別使用於已知如FLA(流動注射分析)分析方法中。但用該方法只能對無細胞樣品取樣。
一般而言，上述方法(除FIA系統外)由於需要手動操作而不適於自動化作用，因此無法普遍使用。
可商購的系統，描述於例如生物技術研究(Biotech-Forum)6，274-288(1989)中，並已由生物工程(Bioengineering)CH 8636 Wald公司出售。
因此本發明的目的是發現一種可滿足下列最小要求的取樣系統-小型結構，易裝配-通用於滅菌取樣-可靠操作模式-化學劑不會汙染樣品物質-易於處理且恆定的存取性-不會累積用過的物質如消毒劑，針筒等，-對經常性取樣無限制-完全自動化系統，例如可連接到用於線上分析的自動取樣器。
根據本發明，該目的可通過下列事實而達到。本發明取樣裝置中，與微生物汙染環境分離的點是構建成滅菌限定的保護性氣流，該氣流優選的是按層空氣流原理由滅菌氣體所構成，以使層保護性氣流(參見例如Kohlbausch在實驗物理(Praktische Physik)第138頁，第1卷，由Teubner Stuttgart於1968年出版)有利地由上而下通過取樣裝置的方式，所述裝置至少一個，但優選為兩個同心配置的管，限定該滅菌氣流的保護通風道的外管和內管的間隔和內管11連結到樣品管10的連接位置是要使得它可以固定地或無任何固定連接而恰在罩鍾7下方之內，並且，對自動化操作它恰在罩鍾7下方進行而無任何固定連接。
在一優選的取樣裝置中，取樣罩7最好由頂端固定在一起的兩個同心裝備好的管構成，優選的由玻璃製成。細管11(較好地也由玻璃製成)通過該雙罩的正中心線以輸送樣品液。整個罩鍾可經由所示的空氣過濾器開口9永久性供應無湍流且滅菌過濾的保護性氣體，較好為滅菌過濾的空氣，而優選的該層氣流是通過使氣體通過排列在內管11端部上方的可滲透膜8而產生，且於罩鐘的下端開口處再流出。該氣流以特定流速向前取代微生物汙染的周圍空氣且本身構成對取樣位置免受再汙染的防護作用。在使用於例如製造層狀低湍流空氣流的安全操作臺中，其流速可方便地為0.1至2米/秒之間範圍，但優選在0.4及0.6米/之間。
取樣過程本身，即滅菌液體的轉移具有下列可能性，它證明本裝置具有大的通用性(a)由手固定連接樣品容器將滅菌樣品管自下方插入罩鍾7並連接到設於內罩管上的匹配螺紋或快速裝配閉合器。這種情況下，要填充的容器經由該空氣過濾器9.1換氣。
(b)無固定連接的以手動轉移樣品樣品容器上緣挾持在罩鍾7內部直接位於內管11下方，即在樣品出口下方。
(c)無固定連接的自動裝填樣品管該操作模式中，多個樣品容器置於例如旋轉樣品傳送盤(自動取樣機)中，且自動地直接置於罩鍾7下方。


圖1及2說明本發明取樣裝置的優選具體例圖1圖示地表明與生物反應器相連的裝置的整個功能。
(a)裝置的滅菌作用取樣裝置是通過適宜連接器3及管子(優選為矽氧烷管)連接到發酵器1的浸入取樣管的出口，並且與發酵器一起高壓滅菌。為了進行此動作，罩鍾7之下端必須用適宜的覆蓋物密封。接口3優選為標準市售的快速脫離的聯接器(滅菌技術的接頭)，如由美國Swagelock所制，必要時它可取代或隨後加上滅菌裝置。
(b)操作模式滅菌作用後，惰性保護性氣體，優選為滅菌壓縮空氣(如任何實驗室都現有的)加到各保護性氣體入口開口9的一個或多個中，優選為兩個，該開口9優選為空氣過濾器(Acrodisc，0.2微米孔寬，德國制)。同時或更好在移去用於滅菌作用的覆蓋物之前，氣體的預備壓力調整至達到約0.5米/秒的氣體速度。此設定維持在整個過程中，並可使通到發酵器內容物的通道維持恆定。
圖2表明概要的取樣裝置罩鍾7是由兩個同心裝備的管(優選是由耐熱性玻璃製得)所構成，外管及內管的間隔形成滅菌氣流的保護性通風道。於此特定例中，罩鐘的外部尺寸為10cm長及4cm直徑，但也可為其它尺寸。內罩鍾部分，若需要可配置一個或多個空氣閥9.1，它適當地與保護性氣體入口開口相同裝配，該內罩鍾部分插有管11(如玻璃管)，它通過連接器例如矽氧烷管連接器並經快速脫離的聯接頭5連接到生物反應1。便利地位於快速脫離聯接頭5與取樣裝置間的蠕動泵6可將所需體積的樣品直接輸送至適宜的樣品容器10中。通過由經過上述空氣過濾器9的氣流可使細胞培養液免受外界汙染。有利地是，將例如聚二氟化乙烯或適宜玻璃料製得的可滲透膜8置於保護性罩鍾7的外管及內管間隙中，以確保均勻的氣體分布及層氣流，此層氣流流出置換周圍空氣並可靠地避免樣品液體的感染。
意外地，保護性罩鍾7的小護罩體積足以確使裝置的可靠操作。於所述實施例中，外罩鐘體積為110cm3。這可使裝置結構小型化。
手工取樣中，將預滅菌的樣品容器10(理想上為15毫升的試管例如由Falcon所制)旋緊於內管的內罩環上，但亦可考慮其它類的連接物如彈簧接頭閉合物，或簡單地挾持在玻璃管11下方，適當地在罩鍾7內側。於固定連接的情況下，優選是經過濾器單元9.1進行通風，該過濾器單元9.1可適宜地整體成型。
自動取樣中，樣品容器10如所示放置並通過泵6的作用自動充填。樣品容器是以1至50毫米間隔，優選為5至20毫米間隔排列在罩鍾7的下方，使樣品管被自動充填。
在任何情況下，各測量周期之前，為了獲得代表性樣品，第一次進行的特定體積要丟棄，該體積相當於上至發酵器的矽氧烷管的內容量。
根據本發明，該新穎取樣裝置具有下列特徵-無機械性移動零件，-在裝置先經熱失活後，優選使用無病原的過濾壓縮空氣或其它氣體作為滅菌操作的唯一介質，-上述罩鐘下方的恆定限定的氣流使預滅菌的樣品容器可開放地處理，也就是無絕對必要和取樣裝置本身直接接觸，-樣品可在未準備條件下隨時取出且不耗時。
權利要求
1.一種用於生物處理分析的取樣系統，其特徵是，與微生物汙染環境分離的位置是構建成按層空氣流動原理的滅菌保護性氣流，要使保護性氣體層流經由至少一個同心配備的管所構成的取樣裝置，外管和內管間的間隙限定滅菌氣流的保護性通風道而且內管(11)和樣品管(10)的連接位置是使其以固定或無固定連接在罩鍾(7)內部且恰在其下方而對自動操作，它在無固定連接下恰在罩鍾(7)下方進行。
2.根據權利要求1的取樣系統，其特徵是，該罩鍾(7)包括兩個同心配備的管，外管與內管間的間隙限定滅菌氣流的保護性通風道，而管(11)是導入內管中，所述管(11)是通過連接物和快速脫離的聯接頭(5)連接到生物反應器。
3.根據權利要求1或2的取樣系統，其特徵是，快速脫離聯接頭(5)和取樣裝置間設有蠕動泵(6)。
4.根據權利要求1至3的取樣系統，其特徵是，可滲透膜(8)是排列在保護性罩鍾(7)的外管與內管間的間隙中。
全文摘要
本發明是有關一種取樣裝置，其中與微生物汙染的環境分離的位置是在罩鍾(7)下按照氣體層流原理構成滅菌保護性氣流，內管(11)與樣品管(10)的連接位置是設計成可在罩鍾(7)內且恰在其下，以固定地或不固定地連接，並在無固定連接情況下恰在框罩鍾(7)下方進行自動化操作。
文檔編號G01N1/14GK1157634SQ95194973
公開日1997年8月20日 申請日期1995年9月12日 優先權日1994年9月13日
發明者彼得·肖恩, 漢斯·沃伊特, 沃爾夫岡·諾埃 申請人:卡爾·託馬博士公司