化学反应器中的湿度控制的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求以下申请的优先权：2012年10月26日提交的题为"Humidity Control in Chemical Reactors" 的美国临时专利申请序列 No. 61/719,085 ;2013年 8 月 23日提交的题为"Humidity Control in Chemical Reactors"的美国临时专利申请序列 No. 61/869, 118;以及 2013 年 10 月 23 日提交的题为"Humidity Control in Chemical Reactors"的欧洲申请No. 13306464. 2,上述申请中的每个申请的全部内容通过参引并入本 文以用于所有目的。
技术领域
[0003] 本发明总体上描述了用于控制化学反应器中的湿度的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 目前人们对开发用于培养细胞（例如用于生物制药）的小容积生物反应器抱有巨 大兴趣。控制这样的反应器中的液位会具有挑战性。例如，反应器中的液体培养基的少量 蒸发可能导致体积的相对大的改变，其可能不利地影响生物反应器操作。因此期望用于控 制这样的化学反应器中的湿度的改进的系统和方法。
【发明内容】
[0005] 本发明总体上描述了对化学反应器中的湿度的控制及其相关系统和方法。某些实 施方案涉及对输气导管中的湿度的控制。在一些情况下，本发明的主题涉及相关产品、特定 问题的替选解决方案以及/或者一个或更多个系统和/或制品的多种不同用途。
[0006] 在某些实施方案中，提供了一种反应器系统。在一些实施方案中，反应器系统包 含：反应器腔室；反应器腔室进气导管，其配置成将气体通过反应器腔室进气口输送到反 应器腔室中；流量控制机构，其配置成通过所述反应器腔室进气导管的气体流量调节成等 于或小于约每秒1毫升的速率；以及增湿器，其配置成对通过反应器腔室进气导管输送的 气体进行增湿，该增湿器定位在流量控制机构与反应器腔室进气口之间。
[0007] 在一些实施方案中，反应器系统包含：反应器腔室；反应器腔室出气导管，其配 置成将气体通过反应器腔室出气口输送出反应器腔室；流量控制机构，其配置成通过所 述反应器腔室出气导管的气体流量调节成等于或小于约每秒1毫升的速率；以及集液器 (liquid trap)，其配置成移除反应器腔室出气导管内的气体中的液体蒸气，该集液器定位 在流量控制机构与反应器腔室出气口之间。
[0008] 在某些实施方案中，反应器系统包含：反应器腔室，其包括液体子腔室、气体子腔 室以及透气柔性膜，所述液体子腔室配置为容纳包含至少一种生物细胞的液体生长培养 基；所述气体子腔室配置为容纳液体生长培养基上方的气体顶部空间；所述透气柔性膜将 液体子腔室与气体子腔室隔开。在某些实施方案中，反应器系统包含：进气导管，其配置成 将气体输送到气体子腔室中；出气导管，其配置成将气体输送出气体子腔室；以及反应器 腔室外部的气体旁路导管，其连接进气导管与出气导管。
[0009] 某些实施方案涉及操作反应器的方法。在某些实施方案中，该方法包括提供反应 器腔室，反应器腔室包含：液体子腔室，其配置为容纳包含至少一种生物细胞的液体生长培 养基；气体子腔室，其配置为容纳液体生长培养基上方的气体顶部空间；以及柔性膜，其将 液体子腔室与气体子腔室隔开。在一些实施方案中，该方法包括：将气体通过进气导管从气 源输送至气体子腔室以使透气柔性膜变形，使得液体至少部分地从液体子腔室中移除；减 少向气体子腔室的气体供给，使得柔性膜朝着其原始位置恢复；通过连接至进气导管并且 在反应器腔室外部的气体旁路输送来自气源的气体，以将来自进气导管的液体移除；以及 至少第二次将来自气源的气体供给至气体子腔室以使透气柔性膜变形，使得液体至少部分 地从液体子腔室中排出。
[0010] 在结合附图考虑的情况下，根据下面对本发明的各种非限制性实施方案的详细描 述，本发明的其他优点和新颖特征将变得明显。在本说明书与通过引用而被并入的文献包 括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。
【附图说明】
[0011] 将参照附图以示例的方式描述本发明的非限制性实施方案，所述附图是示意性的 且并不意在按比例绘制。在附图中，所示的每个相同或几乎相同的部件通常用同一编号表 示。为了清楚的目的，并未在每个附图中标记每一个部件，并且在示图对于使得本领域普通 技术人员能够理解本发明不是必需的情况下，也未示出本发明的各个实施方案的每一个部 件。在附图中：
[0012] 图1为根据某些实施方案的反应器系统的横截面示意图；
[0013] 图2A至图2C为根据一组实施方案的反应器腔室及其操作模式的横截面示意图；
[0014] 图3为包括串联布置的多个反应器腔室的反应器系统的底视横截面示意图；
[0015] 图4A至图4B为根据某些实施方案的A)具有长路径的反应器系统的横截面示意 图，以及B)具有短路径的反应器系统的横截面示意图；
[0016] 图5为根据某些实施方案的反应器系统的横截面示意图；
[0017] 图6为根据一组实施方案的用于反应器系统的气体歧管的横截面示意图；
[0018] 图7为根据一些实施方案的用于反应器系统的气体歧管的横截面示意图；以及
[0019] 图8为根据某些实施方案的反应器系统的照片。
【具体实施方式】
[0020] 本发明总体上描述了对化学反应器中的湿度的控制及其相关系统和方法。在某 些实施方案中，可以控制输气导管内和腔室内的湿度以抑制气体输送路径中的不期望的凝 结。通过抑制气体输送路径中的凝结，可以限制（或消除）这样的路径的堵塞，使得可以更 容易并且更可控地实现气体的输送。另外，还描述了用于吹扫来自化学反应器系统的凝结 液体的策略。
[0021] 本文中所描述的一些实施方案可以用于控制蒸发并且对反应器腔室中的液体损 失进行补偿。这样的控制和补偿在甚至少量液体的损失也会不利地影响反应器性能的小容 积反应器（例如，容积为约50毫升或更少的反应器）中会特别有用。在某些实施方案中， 本文中描述的反应器包含液相（其可以包含例如用于生物细胞的液体生长培养基，例如本 领域的普通技术人员已知的包含必需的氨基酸和辅助因子的任何常见的细胞生长培养基） 和气相（例如，包括二氧化碳、氧气和/或惰性气体）。如下面更加详细描述的，在一些这样 的实施方案中，液相和气相可以直接接触，而在另一些这样的实施方案中，液相和气相可以 通过可移动壁隔开。
[0022] 在某些实施方案中，可以将增湿器直接或间接地连接至反应器腔室的进气口。增 湿器可以为任何这样的容器：其中气体是通过温度等于或高于（例如，高至少约1°C、高至 少约5°C、高至少约10°C、高至少约20°C、高至少约30°C、或高至少约40°C (和/或在某些 实施方案中，高出达约50°C、高出达约75°C或者更多））反应器腔室中液体的温度（例如， 在约30°C与约40°C之间）的液体输送（例如，起泡）。增湿器可以配置成产生液体蒸气含 量大于输送到增湿器中的气体的液体蒸气含量的增湿器出气流。例如，在一些实施方案中， 液体蒸气含量大于或等于增湿器温度饱和点的约70% (例如，大于或等于约80%、大于或 等于约90%、约100% )。
[0023] 在一些实施方案中，可以将集液器连接至反应器腔室的出气口。集液器可以为其 中气体通过温度等于或低于（例如，低至少约1°C、低至少约5°C、低至少约KTC、或低至少 约20°C)反应器腔室中液体之温度的液体输送（例如，起泡）的任何容器。集液器可以配 置成产生液体蒸气含量低于输送到集液器中的气体之液体蒸气含量的集液器出气流。例 如，气体的液体蒸气含量可以从约〇%至约10% (例如，从约〇%至约5% )。
[0024] 在某些实施方案中，例如，可以通过在一段时间期间用气体冲洗管路来移除导向 反应器腔室的一个或更多个入口和/或出口的输气管路中的液体，其中在室的入口与出口 之间存在一个或更多个未堵塞的连接，或者其被设计成进入到室中或由于室的状态而暂时 未堵塞。
[0025] 在某些实施方案中，通过反应器腔室的气体的流率可以通过利用导入腔室和/或 导出腔室的输气导