单次使用式混合和生物反应器系统的制作方法

单次使用式混合和生物反应器系统的制作方法
【专利摘要】公开了用于与柔性容器反应器皿一起使用的磁性搅动混合系统。在本发明的一方面，修改叶轮磁体和外部驱动器磁体之间的磁耦合的定向，使得耦合即不是严格轴向也不是严格径向。还公开了“无接纳器式”固持器构造，其中，单次使用式容器不必具有限定用以接合可旋转式搅动器的杯或柱的刚性基部。
【专利说明】单次使用式混合和生物反应器系统
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2011年9月16日提交的美国临时专利申请N0.61/535,411 ;2011年9月9日提交的N0.61/536,546 ;2011年9月22日提交的N0.61/537，743 ;以及2012年3月7日提交的N0.61/607, 960的优先权；这些申请的公开通过引用而整体地结合在本文中。
【背景技术】
[0002]化学混合系统通常包括搅动器，搅动器以机械的方式连接到驱动轴或柱上，驱动轴或柱通过器皿的顶部中的开口而下降到流体中，并且然后使外部马达来使驱动轴或柱旋转。在封闭系统中，搅动器通常通过液压密封式驱动轴来连接到外部马达上。但是，由于器皿中的流体可能被污染以及可能泄漏，所以对于用来制造药物或生物材料的混合器和生物反应器，这些类型的搅动器一般是不实际的。
[0003]以磁的方式将器皿内部的搅动器耦合到混合器或生物反应器外部的驱动系统或马达上可消除污染问题，允许有完全密闭的系统，并且防止泄漏。因为不需要使驱动轴穿透袋支承结构壁来以机械的方式使搅动器旋转，所以磁耦合式系统可消除在驱动轴和器皿之间进行密封的需要。大多数磁性搅动器系统包括在器皿外部的旋转的磁性驱动头和在器皿内的旋转的磁性搅动器(这在本文也被称为“叶轮”)。磁性驱动头的运动使得能够传递扭矩，并且因而使磁性搅动器能够旋转，从而允许搅动器混合器皿内的物质。
[0004]在生物制药业中，越来越多地使用单次使用或一次性容器。这样的容器可为柔性的或可塌缩的塑料袋，塑料袋由诸如不锈钢壳的外部刚性结构支承。使用经消毒的一次性袋会消除清洁器皿的耗时步骤，并且减少污染的可能。使单次使用或一次性袋与磁性搅动器系统结合可建立无菌环境，这对生物制药是特别重要的。
[0005]磁性搅动器系统目前包括特定的构件，以在混合期间将磁性搅动元件固持在柔性袋内的某个位置上，而且还在磁性搅动器和外部磁性驱动头或系统之间保持耦合和恰当对齐。这样的构件的示例包括柱或杯状“接纳器”结构，该结构形成为一次性容器的一部分，典型地形成为一次性袋的刚性底部或基部的一部分。这样的接纳器结构会增加容器制造的费用-并且如果旋转的搅动器不断接触接纳器结构的一部分的话，会引入可能使器皿失效的区域。
[0006]此外，将厚的刚性底部节段熔接容器袋上也会使其它过程控制元件的布置复杂。例如，生物反应器系统典型地利用喷头来将受控制的量的特定气体或气体组合引入到生物反应器中。喷头将小的气泡输出到液体中，以便搅动液体和/或将气体溶解到液体中。通过喷头输送气体有助于混合物质，在器皿中保持均质环境，而且有时对于生物反应器中的细胞生长是必不可少的。理想地，喷头和搅动器是紧邻的，以确保气体在容器中最佳地分布。
[0007]关于磁性搅动器系统的另一个问题在于如何将叶轮和驱动器磁体耦合在一起。通常使用两个不同的定向的叶轮磁体和外部驱动器磁体。这两个定向是轴向和径向。“轴向定向” 一般表不内部和外部旋转构件之间的磁I禹合的方向平行于内部和外部构件围绕其旋转的轴线。用语“径向”和“径向定向”表示内部和外部旋转构件之间的磁耦合的方向处于不平行于旋转轴线(例如，垂直于内部和外部构件围绕其旋转的轴线)的角，或者相对于旋转轴线大于O度且小于90度的某个中间角。
[0008]在沿轴向I禹合的磁I禹合系统中，I禹合力和脱I禹力的方向平行于磁I禹合力的方向。如果在耦合期间无法充分地控制内部和外部系统构件之间的非线性吸引力，则内部和外部构件可有力地撞击在一起，从而损害构件。相反，在脱耦期间，在构件被拉开时，使内部和外部构件分开所需的力可由于使构件受力过大而损害构件。对于其中至少一些构件可能由塑料构建而成的一次性系统的耦合构件尤其如此。
[0009]在沿径向I禹合的磁I禹合系统中，当构件在I禹合期间接近彼此，以及在它们在脱奉禹期间相对于彼此后退时，还必须以受控制的方式克服内部和外部构件之间的非线性吸引力。在沿径向耦合的系统的情况下，耦合和脱耦期间的力将产生可被称为剪切力的力；即，力的方向将垂直于磁耦合。如果在耦合期间，无法充分地控制内部和外部系统构件之间的非线性吸引力，则内部和外部构件可在系统的一侧有力地撞击在一起，从而导致耦合构件不对齐和损害构件。相反，在脱耦期间，当内部和外部构件分开时，构件可以通过侧面运动的方式再次撞击在一起，而且这可损害构件。再次，对于其中至少一些构件是塑料材料的一次性系统的耦合构件尤其如此。
[0010]在最糟糕的情况下，驱动器和叶轮磁体未对齐可导致搅动器脱耦，以及推到容器的流体空间中。除非可将搅动器重新耦合到驱动机构上，否则无法完成进一步的混合，而且在试图使叶轮复位或无法成功地重新耦合时可损害该批次，必须丢弃整个被处理的批次。脱耦的可能性随着搅动器的高度的增加而增加。在大型批量容器中，可为合乎需要的是使搅动器具有轴向轴，轴向轴延伸容器的大部分(如果不是整个高度)，并且承载单独的几组导叶,例如为了同时混合容器中的流体柱的顶部、中间和底部。由于这样的长度延长的搅动器的重心与叶轮毂相隔一定距离，所以未对齐可迅速导致颤动，并且最终导致脱开，尤其是在高速旋转时。
[0011]可获得用于操纵液体和/或用于执行生物化学和/或生物过程的各种各样的器皿、装置、构件和单元操作。越来越多地使用单次使用或一次性生物反应器袋和单次使用混合器袋作为这样的器皿。例如，可使用包括单次使用的处理袋的生物反应器来处理生物材料(例如动物和植物细胞)，包括例如哺乳动物、植物或昆虫细胞和微生物培养物。在许多情况下，制造复杂的生物产物(诸如蛋白质、单克隆抗体等)需要多个处理步骤，范围为从发酵或细胞培养(细菌、酵母、昆虫、真菌等)到一次回收和纯化。基于传统的生物反应器的生物产品制造一般利用批量或馈送批量处理，或者连续或灌注模式处理，后续对从过程的各点收集的代表样本进行离线实验室分析，以确保品质。
[0012]为了及时获得关于在生物反应器运行期间生物反应器内的变化状况的信息，已经采用了传感器技术。已经认识到将传感器附连到柔性壁式生物反应器或柔性管道的内部的困难。另外，例如定位在柔性袋或管道内部的光学传感器、电传感器和PH值传感器需要允许清晰的信号传送到外部分析工具，或者从外部分析工具传送清晰的信号的附连器件。越来越需要一种改进的一次性传感器组件，以及用于在柔性的一次性生物反应器袋和下游管道中集成一次性传感器的方法。
[0013]对于在基于生物反应器的制造系统(包括在线感测以便提供实时数据)中使用，用于在柔性生物反应器袋或管道中集成一次性传感器的改进的装置和方法也将是有益的。[0014]另外，需要一种解决上面提到的一个或多个问题的较好的一次性生物反应器系统。进一步需要用于生物制药的较简单、不那么昂贵、较高效和/或较稳定可靠的磁性搅动混合器系统。

【发明内容】

[0015]本发明提供了优于用于与柔性容器反应器皿一起使用的现有磁性搅动混合系统的几个改进。
[0016]在本发明的一方面，提供一种用于混合流体的混合系统和方法，混合系统包括:用于容纳流体的柔性袋；磁性搅动器,其位于柔性袋内，并且构造成混合流体,磁性搅动器包括可旋转式毂和至少一个导叶或叶片。提供支承结构，其与柔性袋的内表面接触，以使毂与柔性袋间隔开；并且提供外部磁性驱动系统，其与磁性搅动器进行磁耦合，并且驱动磁性搅动器旋转。
[0017]本文公开了“无接纳器式”固持器(retainer)构造，其中，单次使用式容器不必具有限定用以接合可旋转式搅动器的一部分的杯或柱的刚性基部。发明人已经发现，较简单且较可靠的方法可改为对外部支承结构采用成形部分，柔性容器可下垂到该成形部分上。在容器装有流体介质时，柔性容器材料将遵守外部支承结构的成形表面，以提供无接纳器式固持器来使叶轮磁体与外部动原力的对应的驱动器磁体对齐。因而支承结构可对柔性袋施加各种固持形状，包括腔体、柱、环形环、环形凹槽等。本发明还涉及一种混合系统和方法，混合系统包括用于容纳流体的柔性袋，系统进一步包括可设置在袋中用于混合流体的磁性搅动器，搅动器构造成在磁耦合到外部磁性驱动系统上时，围绕旋转轴线旋转。柔性袋构造成由袋支承结构支承，袋支承结构包括袋支承结构壁，袋支承结构壁在使用期间至少部分地包围、支承或容纳袋，并且柔性袋进一步适于根据袋支承结构的成形部分而变形，以在搅动器磁耦合到外部磁性驱动系统上时，在袋内限定用于搅动器的无接纳器式固持器。
[0018]在本发明的另一方面，公开一种环形环固持器或导引环，其至少部分地包围搅动器叶轮的周缘边缘，以在叶轮旋转时，抑制叶轮的偏心运动。在一个优选实施例中，环形环固持器提供滚道(或滚道的一部分)，以确保叶轮以低摩擦旋转。例如叶轮可包括凹形凹槽(“座圈”)，凹槽环绕叶轮的周缘表面，并且外部环形导引环同样可包括类似的凹形座圈，该凹形座圈面向叶轮的边缘处的座圈，使得滚球等可加载在两个座圈之间，以提供滚道轴承。也可改变内部和外部座圈的形状和/或定向，以提供较大或较小的轴向负载支承。滚道轴承组件可与自承坐式搅动器一起单独使用，或者与一个无接纳器式固持器设计和/或侧向支柱/杆稳定器共同用作将叶轮或搅动器轴联结到支柱上的套管。在又一个实施例中，搅动器可包括从柔性容器的底部延伸到顶部的轴，并且可将两个滚道轴承部署成将全长式搅动器的顶部和底部部分固持在恰当的轴向定向上，以实现旋转和混合目的。
[0019]在本发明的另一方面，混合系统和方法包括用于容纳流体的柔性袋，以及位于袋内的磁性搅动器。袋构造成混合流体。磁性搅动器包括可旋转毂和至少一个导叶或叶片。提供搅动器轴承结构，并且将其附连到磁性搅动器上，以允许毂围绕其中心轴线旋转，以及支承毂。提供支承结构，其与柔性袋的内表面接触，以使可旋转式毂与柔性袋间隔开。支承结构附连到搅动器轴承结构上。搅动器与外部驱动系统耦合，以使磁性搅动器旋转。
[0020]可在柔性容器混合系统中通过对叶轮或轴元件提供侧向限制的支柱，来对搅动器的叶轮磁体和外部驱动磁体实现稳定的磁耦合。在本发明的一方面，提供用于流体的混合系统，混合系统包括用于容纳流体的柔性袋，其中柔性袋具有上部部分和下部部分；用于混合流体的搅动器，其具有搅动器轴和附连到搅动器轴上的至少一个叶轮，其中，搅动器轴具有上部端和下部端；下部磁性稳定器，其具有第一核心磁性支承件，并且位于柔性袋内；以及磁性驱动系统，搅动器轴的下部端附连到第一核心磁性支承件上，从而使搅动器在磁性驱动系统旋转时旋转；以及上部磁性稳定器，其具有磁耦合件，并且位于柔性袋内；以及第二核心磁性支承件，其中，搅动器轴的上部端附连到第二核心磁性支承件上。
[0021]在另一个实施例中，一个或多个杆或支柱(以及优选三个或更多个支柱)从外部支承结构延伸通过容器的侧壁，到达搅动器毂(或其相关联的竖向轴)，并且通过套管或轴承组件连结到搅动器上，套管或轴承组件使搅动器稳定，同时容许搅动器围绕轴线自由地旋转。环形滚道是将在下面更详细地描述的一个这种轴承组件。在一些实施例中，可能不必用外部支承结构锚定支柱。而是容器袋本身(或围绕袋的一部分的加强带)就足以锚定支柱。因此本发明还涉及一种用于流体的混合系统和方法，混合系统包括:柔性袋，其用于容纳流体，并且适于利用支承结构进行定位；用于混合流体的搅动器组件，其具有搅动器轴和附连到搅动器轴上的至少一个叶轮；以及至少一个壁稳定器，其构造成在搅动器轴和支承结构之间提供连结。
[0022]在另一方面，可用顶部稳定器来实现稳定，顶部稳定器构造成在搅动器轴和支承结构的顶部部分(例如支承结构的组成元件、托架或盖子)之间提供连结。本发明因此涉及一种用于流体的混合系统和方法，混合系统包括:具有上部部分和下部部分的柔性袋，其用于容纳流体；用于混合流体的搅动器，其具有搅动器轴，搅动器轴具有下部端和上部端；以及附连到搅动器轴上的至少一个叶轮；以及在搅动器轴和柔性袋之间延伸的至少一个稳定器。至少一个稳定器可构造成在搅动器轴的上部端和支承结构的顶部部分之间提供连结。
[0023]在本发明的另一方面，修改叶轮磁体和外部驱动器磁体之间的磁耦合的定向，使得耦合处于径向上。在另一方面，磁耦合可在即不严格轴向也不严格径向的方向上。这个准径向角耦合的一个优点在于在磁耦合组件的实际耦合和脱耦期间较好地控制耦合和脱耦力。从被定义为严格轴向或严格径向的那些耦合角之间的一系列角中选择特定的磁耦合角允许较好且较精确地控制系统的耦合和脱耦。这是因为对于被定义为严格轴向和严格径向之间的角，相对于耦合构件的相对运动的方向的垂直磁力和平行磁力的混合将起作用。选择准径向(但不垂直)耦合角还可将搅动器布置成比严格轴向或严格径向构造将提供的更稳定的旋转构造。因此本发明涉及一种混合系统和方法，混合系统包括用于容纳流体的柔性袋；磁性搅动器，其可设置在柔性袋中，并且构造成在磁耦合到外部磁性驱动系统上时，围绕旋转轴线旋转；其中，磁性搅动器包括毂组件，毂组件包括构造成与极性相反的、与外部磁性驱动系统相关联的驱动磁体磁耦合的至少一个磁体，并且进一步构造成使得搅动器磁体和驱动磁体之间的I禹合相对于旋转轴线在大体径向方向上进行。
[0024]在本发明的又一方面，公开一种新型的堵头(bulkhead)喷头设计，其通过使用于引入气体的机构与搅动器/外部驱动器功能分开，来简化喷头与单次使用式容器的集成。由于本发明的反应器皿不需要具有刚性基部的容器或一体形成的接纳器，所以各个喷头可为可对外部支承结构中的对应的堵头开口提供不透流体地密封的独立的元件。因而喷头可在填充器皿之前的任何时间装配到柔性容器上，并且在简化的组装操作中，简单地对齐和锁定到堵头孔中。如果期望的话，喷头的模块化性质还使得喷头的收回、清洗、重新消毒和重复使用成为可能。根据一方面，本发明涉及一种混合系统和方法，混合系统包括:用于容纳流体的柔性袋，柔性袋具有至少一个堵头单元孔口 ；堵头喷头，其适于抵靠着至少一个孔口进行密封，以及提供不透流体的通路，以在对柔性袋填充流体时，将气体引入到柔性袋中。
[0025]根据另一方面，本发明涉及一种生物反应器系统和方法，它包括:提供用于容纳流体的柔性袋，柔性袋具有至少一个孔口 ；包括喷头单元的至少一个堵头单元，该至少一个堵头单元抵靠着至少一个孔口进行密封；磁性搅动器，其与柔性袋的内壁接触，并且构造成混合流体，磁性搅动器包括附连到磁性搅动器上的至少一个导叶、可旋转毂、支承毂的搅动器轴承、支承结构，支承结构附连到轴承上，以使毂和轴承与柔性袋间隔开；以及外部磁性驱动系统，其用于与磁性搅动器进行磁耦合，以及驱动磁性搅动器旋转。本发明进一步涉及一种堵头式一次性传感器组件，其包括:用于将传感器组件附连到柔性或半刚性容器或管道上的堵头配件；包括监测传感器的堵头本体；其中，传感器安装在柔性或半刚性容器或管道的一侧上，并且板安装在容器或管道壁的外侧上；以及其中，传感器本体承坐成通过板，并且定位成使得容器或管道壁夹在板和堵头本体之间。在另一个实施例中，堵头基部装配在袋或管道壁内，以通过袋或管道壁附连一次性传感器，其中，堵头基部包括包围传感器的传感器壳体，以及用于允许堵头紧固件旋拧到或旋转到堵头基部中的螺纹或凹槽。
[0026]大体上，根据一方面，本发明的特征包括用于流体的混合系统，它包括:用于容纳流体的袋；用于混合流体的磁性搅动器，磁性搅动器与柔性容纳结构或柔性袋的内壁接触；以及磁性驱动系统，其用于与磁性搅动器进行磁耦合，以及驱动磁性搅动器旋转。如在本文中使用的用语那样，“袋”或“柔性袋”是柔性袋或可塌缩袋、半刚性器皿，以及能够接纳和保持或容纳流体的任何其它器皿中的任一个。袋或柔性袋可为具有至少一个柔性壁和/或至少一个刚性或半刚性壁的器皿。如本文使用的用语那样，“袋支承结构”是构造成支承柔性袋或可塌缩袋的刚性结构。根据另一方面，本发明的特征在于磁性搅动器包括承载至少一个叶片的旋转毂，以及搅动器支承件，搅动器支承件附连到毂上，以使毂与柔性袋间隔开。在本发明的一个实施例中，搅动器支承件是将毂耦合到柔性袋上的轴承系统。
[0027]根据另一方面，本发明的特征在于混合系统，它包括护套(boot)，护套装配成抵靠着轴承系统的外部轴承座圈，以使轴承系统与柔性袋间隔开。
[0028]根据另一方面，本发明的特征在于混合系统包括在容纳柔性袋的袋支承结构的内壁中的突起。磁性搅动器承坐在这个突起内。
[0029]根据另一方面，本发明的特征在于混合系统包括在容纳柔性袋的袋支承结构的内壁中的凹槽。磁性搅动器承坐在这个凹槽内。
[0030]如上面提到的那样，本发明的一个实施例是一种用于混合流体的混合系统，其包括:用于容纳流体的柔性袋；磁性搅动器，其与柔性袋的内壁接触，并且构造成混合流体，磁性搅动器包括附连到磁性搅动器上的至少一个导叶、可旋转毂、支承毂的轴承、支承结构，支承结构附连到轴承上，以使毂和轴承与柔性袋间隔开；以及外部磁性驱动系统，其用于与磁性搅动器进行磁耦合，以及驱动磁性搅动器旋转。
[0031]本发明的另一个实施例是生物反应器系统，它包括:用于容纳流体的柔性袋，柔性袋具有至少一个孔口 ；包括喷头单元的至少一个堵头单元，该至少一个堵头单元抵靠着至少一个孔口进行密封；磁性搅动器，其与柔性袋的内壁接触，并且构造成混合流体，磁性搅动器包括附连到磁性搅动器上的至少一个导叶、可旋转毂、支承毂的轴承、支承结构，支承结构附连到轴承上，以使毂和轴承与柔性袋间隔开；以及外部磁性驱动系统，其用于与磁性搅动器磁耦合，以及驱动磁性搅动器旋转。
[0032]大体上，本发明的特征在于一种混合流体的方法，该方法包括以下步骤:提供用于容纳流体的柔性袋；将磁性搅动器插入到柔性袋中，使得搅动器接触柔性袋的内壁；在柔性袋的外部提供磁性驱动系统，以与磁性搅动器进行磁耦合，以及驱动磁性搅动器旋转；以及通过使外部驱动系统使磁性搅动器旋转，来混合柔性袋内的流体。
[0033]现在将参照附图更具体地描述以及在权利要求中指出本发明的以上和其它特征，包括部件的结构和组合的各种新颖细节和其它优点。将理解的是，以说明而非限制本发明的方式显示体现本发明的特定方法和装置。可在各种和多种实施例中采用本发明的原理和特征，而不偏离本发明的范围。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]在附图中，参考符号在不同的视图中指示相同或类似部件。图未必按比例绘制；重点而是放在示出本发明的原理上。图中:
图1A是传统的混合或生物反应器系统的侧视图或正视图。
[0035]图1B是示意性侧视图，其部分地横截，以显示图1A的混合或生物反应器系统的构件。
[0036]图2是根据本发明的实施例的搅动系统的示意性横截面正视图，搅动系统具有设置在袋支承结构内的柔性袋上的搅动器和在袋支承结构外部的驱动系统。
[0037]图3A是根据本发明的实施例的具有不同的形状的导叶的搅动器的示意性横截面图。
[0038]图3B是图3A的搅动器的示意性横截面图，搅动器包括竖向类型的轴承结构。
[0039]图4是根据本发明的实施例的用于搅动器的轴承构造的变型的示意性横截面图。
[0040]图5是根据本发明的实施例的搅动系统的示意性横截面正视图，搅动系统包括柔性袋可遵从的环形袋支承结构壁突起，环形袋支承结构壁突起对搅动器进行包围和定位。
[0041]图6是根据本发明的实施例的搅动系统的示意性横截面正视图，搅动系统包括柔性袋可遵从的环形袋支承结构壁凹槽，环形袋支承结构壁凹槽对搅动器进行包围和定位。
[0042]图7是根据本发明的实施例的搅动和支承系统的示意性横截面正视图，搅动和支承系统包括上部和下部磁性稳定器，以通过磁的方式支承在袋支承结构和柔性袋内的搅动器。
[0043]图8是根据本发明的实施例的图7的下部磁性稳定器的示意性横截面正视图。
[0044]图9是根据本发明的实施例的图7的上部磁性稳定器的示意性横截面正视图。
[0045]图10是根据本发明的实施例的搅动和搅动器支承系统的示意性横截面正视图，搅动和搅动器支承系统包括袋支承结构壁稳定器，用于稳定袋支承结构内的搅动器和混合器或生物反应器中的柔性袋。
[0046]图11是根据本发明的实施例的图10的一个袋支承结构壁稳定器的示意性横截面图。[0047]图12显示根据本发明的实施例的顶部稳定器的横截面正视图，顶部稳定器用于稳定袋支承结构内的搅动器和混合器或生物反应器中的柔性袋。
[0048]图13A是根据本发明的实施例的具有径向磁耦合定向的外部驱动系统的横截面俯视图。
[0049]图13B是图13A的驱动系统的横截面正视图。
[0050]图14是根据本发明的实施例的径向耦合系统的横截面俯视图，径向耦合系统包括耦合到周缘叶轮上的中心驱动头。
[0051]图15是图14的驱动系统的横截面正视图。
[0052]图16是根据本发明的另一个实施例的另一个径向耦合系统的横截面正视图，径向耦合系统包括耦合到周缘叶轮上的中心驱动头，以及无接纳器式固持器。
[0053]图17是根据本发明的另一个实施例的又一个径向耦合系统的横截面正视图，径向耦合系统包括耦合到周缘叶轮上的中心驱动头，以及备选的与无接纳器式固持器。
[0054]图18是根据本发明的另一个实施例的另一个径向耦合系统的横截面正视图，径向耦合系统包括耦合到周缘驱动头上的中心叶轮，以及无接纳器式固持器。
[0055]图19A-19D是在叶轮和外部驱动系统之间的额外的径向(非垂直)磁耦合布置的示意性示出，其中，耦合方向相对于旋转轴线小于90 (但是大于零)度。
[0056]图20是根据本发明的另一个实施例的准径向耦合系统的横截面正视图，准径向耦合系统包括耦合到周缘驱动头上的中心叶轮，其中耦合方向相对于旋转轴线呈45度。
[0057]图21是根据本发明的实施例的搅动和堵头系统的一个实施例的示意性局部横截面局部分解图，搅动和堵头系统包括在生物反应器中的堵头喷头。
[0058]图22是根据本发明的实施例的图21的堵头喷头的示意性横截面图。
[0059]图23是根据本发明的第二实施例的搅动系统的示意性局部横截面局部分解图，搅动系统包括在具有充气装置的生物反应器或混合器中的堵头喷头。
[0060]图24是根据本发明的第二实施例的图14的堵头喷头的示意性横截面局部分解图。
[0061]图25是根据本发明的实施例的图21和23的盘形插件的仰视图。
[0062]图26是根据本发明的实施例的图21和23的盘形插件的俯视图。
[0063]图27是根据本发明的实施例的堵头传感器单元的示意性横截面图。
[0064]图28是根据本发明的实施例的用于搅动器的支架稳定器的示意性俯视平面图。
[0065]图29是一次性传感器组件的局部横截面示意性正视图，一次性传感器组件包括用于附连到柔性壁或半刚性壁上的堵头配件，带螺纹的壳体或带螺纹的传感器本体承坐成通过端口板。
[0066]图30是根据本发明的实施例的一次性传感器组件的局部横截面示意性正视图，一次性传感器组件包括堵头配件，堵头配件具有堵头紧固件，堵头紧固件旋拧到堵头基部的一部分中，以抵靠着管道或袋的柔性壁而紧固壳体与传感器。
[0067]图31是一次性传感器组件的局部横截面示意性正视图，一次性传感器组件包括具有堵头紧固件的堵头配件，以及在传感器上的固持特征。
[0068]图32是一次性传感器组件的局部横截面示意性正视图，一次性传感器组件包括堵头配件，堵头配件具有堵头紧固件，以及其中，传感器和堵头紧固件是一体单元。[0069]图33是一次性传感器组件的局部横截面示意性正视图，一次性传感器组件包括堵头配件，堵头配件具有堵头紧固件，以及其中，传感器具有固持翅片，并且堵头基部具有用于接纳固持翅片的腔体。
【具体实施方式】
[0070]图1A描绘传统的混合系统100，诸如混合器或生物反应器。这个系统构造成执行混合、过程操作、生物反应器功能，以及/或者生物、化学或药物反应过程，这取决于其应用。
[0071]如图中显示的那样，系统100可包括袋支承结构104。袋支承结构104可具有进入端口 126，进入端口 126定位在袋支承结构104的底部部分处，从而允许接近袋支承结构104的内部。袋支承结构104还包括袋支承结构壁106，袋支承结构壁106可由例如不锈钢、聚合物、复合物、玻璃或其它金属形成。
[0072]袋支承结构104可包括提升组件102，提升组件102对袋支承结构104内的柔性袋提供支承。可使用提升组件102来操纵的其它结构的一些示例包括搅动器、喷头或系统100的任何其它构件。图1中的提升组件102通过组件支承结构112而附连到袋支承结构104的顶部部分上。组件支承结构112具有一个或多个支承条114、板，或者适合支承待由提升组件102提起的期望机械负荷的任何其它结构构件。提升组件102包括提升构件108，提升构件108安装在组件支承结构112上，并且可相对于组件支承结构112运动。提升构件108可呈一个或多个提升条116的形式，提升条包括钩118，钩118可用来支承柔性袋，诸如处于塌缩或非塌缩构造的可塌缩袋。提升组件102还包括缆绳110，缆绳110具有连接到组件支承结构112上的第一端和连接到提升构件108上的第二端。缆绳可由不锈钢、聚合物、天然纤维或弹性体材料制造成能够支承待移动的构件的任何适当的构造(例如链条、绳、合股线等)。提升组件102还可包括动力装置120，动力装置120连接到缆绳110上，以相对于组件支承结构112来移动提升构件108。动力装置可为马达(如示出的那样)、滑轮系统和/或手动曲柄。动力装置120用来使缆绳110伸出或收回，例如使得提升条116上升或下降。
[0073]袋支承结构104还可包括在袋支承结构壁106的侧部上的操作面板124，以控制提升条116的上升、下降和/或停止。提升条116在缆绳110从与动力装置120操作地相关联的卷轴122伸出时下降。
[0074]图1B是显示图1A的混合系统的构件的示意性侧视图。系统100包括装配在袋支承结构104内的柔性袋128。提升组件102构造成提升和支承柔性袋128。
[0075]袋支承结构104可具有各种尺寸，并且包括袋支承结构壁106，袋支承结构壁106至少部分地包围、支承和/或容纳构造成由袋支承结构104支承的柔性袋128。袋支承结构壁106可具有能够包围和/或容纳柔性袋128的任何适当的形状。典型地，袋支承结构104是可重复使用的。袋支承结构壁106由具有非磁性属性的基本刚性的材料形成，诸如非磁性金属或合金。可用来形成袋支承结构壁106的材料的非限制性示例包括不锈钢、铝、玻璃、树脂浸溃玻璃纤维或碳纤维、聚合物(例如，高密度聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、尼龙或其它聚酰胺、聚酯、酚类聚合物和它们的组合)。在其它实施例中，袋支承结构不包括可塌缩的袋，而是包括自支承式刚性或半刚性的单次使用的容器，其典型地是塑料。袋支承结构壁106可对袋支承结构104提供基本不透气的特性，而且可由经受住高于和低于大气压力的系统压力的材料构建而成。袋支承结构壁106可用单层或多层材料构建成。
[0076]袋128可为可塌缩的袋，例如聚合物袋。另外或备选地，在一个实施例中，袋128的全部或一部分包括基本刚性的材料，诸如刚性聚合物、金属和/或玻璃。柔性袋128典型地是单次使用或一次性的，并且优选构造成可从袋支承结构壁106中容易地移除，但在其它示例中是可重复使用的。袋128优选是能够接纳流体的气密性的且预先消过毒的袋。
[0077]柔性袋128构建和布置成容纳液体130，液体130包含反应剂、介质和/或执行诸如化学或生物反应的期望过程所需的其它成分。柔性袋128构造成使得液体130保持基本在使用期间仅接触袋，并且不接触袋支承结构壁106。在这样的实施例中，柔性袋128可为一次性的，并且用于单个反应或单个系列反应，在此之后丢弃袋。如果柔性袋128中的液体130不接触袋支承结构壁106，则袋支承结构壁106可在不进行清洁的情况下再次使用。也就是说，在袋128中发生反应之后，袋128可从袋支承结构104中移除，并且由第二袋替代，第二袋可为单次使用的袋。可在不清洁第一袋或可重复使用的袋支承结构104的情况下，在第二袋中进行第二反应。
[0078]如图1B中显示的那样，袋支承结构104和柔性袋128可包括入口端口 134(位于袋支承结构的顶部附近)和出口端口 144A(位于袋支承结构的底部附近)。这些端口可促进将液体和/或气体引入柔性袋，以及从柔性袋中移除将液体和/或气体。可使用其它入口端口来提供不同的气体成分，以及/或者允许在气体引入到柔性袋128中之前分离气体。这些入口端口可呈喷头138的形式。喷头是例如在生物反应器中用来将特定气体或空气引入到液体中，以便搅动液体和/或使空气或气体溶解到液体中的装置。喷头138由控制系统132控制，控制系统132被允许使各个喷头彼此独立地工作，从而允许控制进入到柔性袋128中的不同的气体。管道典型地连接到入口和/或出口端口(134和144A)上，以分别形成例如输送和采集管线，输送管线用于引入液体，而采集管线则用于从柔性袋128中移除液体。袋支承结构壁106和柔性袋128还可包括可用于取样、分析(例如，确定液体中的溶解气体的PH值和/或量)或其它目的的一个或多个出口端口 144B。
[0079]柔性袋128可包括一个或多个连接件150，连接件150是用于对柔性袋128添加液体、气体等或从柔性袋128中提取液体、气体等的开口、管和/或阀。各个这些连接件150可包括流量传感器和/或过滤器(未显示)。
[0080]袋支承结构壁106可包括通用(utility)塔架140，通用塔架140用于促进袋支承结构壁106的内部的一个或多个装置与一个或多个泵、控制器和/或电子器件(例如传感器电子器件、电子接口和加压气体控制器)或其它装置互连。可使用控制系统132来控制这样的装置。
[0081]如图1B中显示的那样，系统100还包括搅动系统200，搅动系统200具有下部磁性搅动器142，通过使用在柔性袋128和袋支承结构壁106外部的磁性驱动系统121，使下部磁性搅动器142例如围绕柔性袋128内的单个轴线旋转。这个搅动系统200优选由控制系统132控制。
[0082]搅动和堵头系统200还可包括一个或多个堵头单元138，堵头单元138装配在袋128和袋支承结构壁106的底部中的孔口内。如本文所用，用语“堵头”表示通过壁而附连的配件，其用于允许例如流体、管道等穿过。堵头单元138在不同的实施例中是堵头喷头、堵头传感器或堵头支承件。堵头喷头用于将气体输送到系统100中。堵头传感器用于监测和测试系统100内的状况。堵头支承件帮助支承袋或搅动器，以使袋或搅动器在系统100中的搅动的期间不移动。这些构件由控制系统132控制。
[0083]堵头单元138可用作喷头。喷头是用来将特定的气体或空气引入到液体中以便搅动液体和/或使空气或气体溶解到液体中的装置。喷头还通过在气体引入到袋128中之前分离气体来提供不同的气体成分。这些堵头喷头138由控制系统132控制，控制系统132被允许使各个喷头彼此独立地工作，从而允许控制进入袋128中的不同气体。
[0084]另外，袋支承结构104可包括防沫系统，诸如机械防沫装置。防沫装置是第二搅动器143，使用第二驱动系统123来使第二搅动器143旋转，在一个示例中，第二驱动系统123包括在柔性袋128外部的马达。第二搅动器143用来使容纳在柔性袋128的头部空间148中的泡沫崩塌，或者用来集中细胞，以及通过离心力使它们回到下面的培养流体。防沫系统通过控制系统132而与传感器136 (例如泡沫传感器)处于电连通。传感器136确定顶部空间148中的会触发防沫系统进行调整或控制的泡沫料位或量或柔性袋128中的会触发防沫系统进行调整或控制的压力。在其它实施例中，防沫系统独立于任何传感器而运行。
[0085]袋支承结构壁106还可包括用于观察柔性袋128内的液体130的液位的现场窗口146。
[0086]袋支承结构104可包括支腿152和轮子154，支腿152和轮子154附连到袋支承结构壁106上，以促进袋支承结构104的运送。
[0087]图2显示已经根据本发明的原理构建而成的搅动系统200。搅动或混合系统200包括磁性搅动器142和磁性驱动系统121。
[0088]磁性搅动器142可设置在柔性袋128中，并且位于柔性袋128内。柔性袋128沿着袋支承结构104的袋支承结构壁106的内表面紧密地装配。袋支承结构壁106可包括底板219，底板219形成袋支承结构104的底部。袋支承结构壁106可具有形成于底板219的中心中的搅动器端口 217或孔口。
[0089]优选地，盘形插件215装配在搅动器端口 217内。磁性驱动系统121位于袋支承结构104的外部，并且如图2中显示的那样，装配成抵靠着盘形插件215，盘形插件215安装在搅动器端口 217中。盘形插件215的平坦底部表面对外部驱动系统121提供平坦的接口。在示出的示例中，袋支承结构壁106的底板219在袋支承结构104的底部表面上形成支承表面。底板219和盘形插件215支承柔性袋128和搅动器142。应当注意，柔性袋128不存在用于接纳和保持搅动器142的刚性部分。另外，不存在接纳器附连或以别的方式固定到柔性袋上来接纳和保持搅动器142。
[0090]磁性搅动器142执行系统200的混合过程。磁性搅动器142在柔性袋128内旋转，以便帮助混合物质，作为过程或反应的一部分。
[0091]磁性搅动器142包括搅动器毂204。在一个实施例中，搅动器毂204具有短圆柱形形状。毂204的结构材料优选是非磁性且耐腐蚀的材料，诸如塑料。
[0092]磁性搅动器142优选包括至少一个桨叶状导叶或叶片206A，并且优选包括至少两个导叶或叶片206A，导叶或叶片206A附连或安装到搅动器毂204上，或者与搅动器毂204形成一体。叶片206A可沿竖向从毂204凸出，而且可围绕毂204的周缘均匀地隔开，使得毂以平衡的方式旋转。导叶/叶片206A例如可通过销(未显示)附连到搅动器毂上。在其它实施例中，三个或更多个导叶/叶片固定到搅动器毂上，优选围绕毂的周缘等距间隔开。导叶/叶片206A接合柔性袋128内的物质(诸如流体)，以便混合该物质。
[0093]典型地设定导叶/叶片的桨距，以便对物质实现最佳混合。导叶/叶片旋转会产生沿轴向定向或沿径向定向的力，取决于毂的旋转方向，该力向下或向上推动物质或流体。
[0094]磁性搅动器142可包括流动通道209，流动通道209沿着搅动器毂204的竖向旋转轴线形成于中心。这个通道209容许在磁性搅动器142运行时在柔性袋128内有轴向流。搅动器毂204定位在柔性袋128的内表面的略微上方，这允许流体经过毂204下方，以及传送通过流动通道209。这个布置通过使磁性搅动器142在流体掠过磁性搅动器142的侧部且向上通过流动通道209时旋转来产生离心流。在导叶/叶片206A旋转时，旋转会产生压差，压差迫使流体穿过这个路径。由于容易地使流体冲刷在磁性搅动器142周围以及通过磁性搅动器142，这在清洁过程期间也是有帮助的。取决于叶片的桨距，以及在搅动器的运行期间的旋转方向，流体可沿另一个方向向下传送通过流动通道209，以及在磁性搅动器142下面流出。
[0095]磁性搅动器142优选包括附连或嵌在塑料搅动器毂204内的至少两个毂磁体208。这些磁体典型地设定到空隙中，空隙模制或加工到搅动器毂204的本体中，并且定向成使得磁场沿着毂204的竖向轴线定向，以与磁性驱动系统121进行相一致的吸引。
[0096]优选地，磁性搅动器142包括不止两个毂磁体208，毂磁体208围绕搅动器毂204的周缘以圆形方式等距隔开，从而形成偶数个磁体的阵列。基于所需的期望磁通量，而且还基于毂204的物理大小约束，来确定毂磁体的数量。典型地，袋支承结构越大，需要的磁体就越多。毂磁体208优选是产生较强的磁场的高性能稀土磁体。例如，在一个实施例中使用由钕-铁-硼制成的磁体。如图2-6中显示的那样，搅动器轴承结构213可附连到磁性搅动器142上，以允许毂204围绕其中心轴线旋转，以及支承在柔性袋128的内部且与柔性袋128接触的毂204，柔性袋128设置在底板219的上表面上。搅动器轴承结构213可为包括滚柱或滚球的轴承组件。
[0097]轴承组件可包括内部轴承座圈212-1和外部轴承座圈212-0，内部轴承座圈212-1附连到搅动器毂204的下部周缘上，并且特别地设置在形成于毂204的底部外边缘中的凹部中。内部轴承座圈212-1可通过双滚球构造来与外部轴承座圈212-0耦合或匹配。对于这个构造，滚球214延伸通过座圈，间隔件(未显示)使各个滚球214彼此分开。轴承座圈212-1/212-0和双滚球214的组合允许毂204围绕其轴线自由旋转，设置在底板219上或支托在底板219上的柔性袋128上的摩擦较小，或者没有摩擦。
[0098]滚球构造典型地是单球或多球布置。单球布置的特征在于仅具有一组滚球，而双滚球布置具有两组。轴承构造可为径向轴承、角接触式轴承或推力轴承类型。在图3A中，搅动器轴承结构213是双球角接触轴承结构或轴向接触轴承结构，其轴承座圈可为密封或未密封的。对搅动器轴承结构使用未密封的滚球允许流体围绕滚球流动，从而在使用期间对轴承提供润滑(即，较低摩擦)和冷却。轴承构造对搅动器提供摩擦较小的整体支承。图3B显示了另一个可行的滚球结构，其中，搅动器轴承结构213以轴向或竖向的方式对齐。在这个布置中，外部轴承座圈212-0至少部分地位于毂204下方。在还显示了叶片/导叶206B (可为任何其它类型)的这个实施例，与例如图3A中显示的解决方案相比，备选轴承结构213旋转90°。在图3A中，搅动器轴承结构沿径向的方式对齐。在图3B中，轴承结构沿轴向的方式对齐，而且照这样，毂204和袋128之间的间隔可按简单的方式进一步增大，因为外部轴承座圈212-0支托在连接到袋128上的护套210的下部部分上。
[0099]滚球和内部/外部轴承座圈优选由耐腐蚀、低成本、轻质和/或一次性材料制成。这允许在各次使用之后丢弃轴承构造，或者备选地容易地对轴承构造进行消毒/清洁，以便重复使用。在需要较强的磁体、高RPM、需要减轻整体重量的任何应用中，或者对于其中存在高温和腐蚀性物质的极端恶劣的环境，全部由陶瓷材料制成的轴承可比金属或不锈钢轴承更优秀。可适合在结合在公开的设备的实施例中的轴承中使用的陶瓷材料包括氮化硅(Si3N4)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)或碳化硅(SiC)。轴承座圈还可由塑料或镍-铍合金制成。在公开的搅动系统的原型中，使用氧化锆ZrO2 (中国宁波的XingLun轴承集团有限公司)。除了诸如氧化锆的陶瓷材料和诸如氮化硅的混合陶瓷之外，可用来形成滚球的其它适当的材料包括例如，塑料材料、铬或不锈钢。可用PEEK?(Victrex?轴承供应商)或TECAPEEK? (Nufringen 的 GmbH FED REP GERMANY 的 ENSINGER)或者任何其它高强度的聚合物材料来加工球固持器和密封件。球固持器还可由陶瓷、钢、尼龙、聚酰亚胺、酚醛、酚醛塑料、铜或青铜制成。
[0100]与金属表面相比，陶瓷的玻璃状表面提供非常低的摩擦系数。陶瓷球不需要那么多润滑剂，并且比不锈钢球具有更大的硬度，这是有助于延长轴承寿命的属性。陶瓷的热属性比不锈钢球的热属性更好，从而在高速下不产生那么多热和贮存那么多热。全陶瓷轴承的耐腐蚀性高，而且不导电且是非磁性的。
[0101]如图2中显示的那样，搅动器毂204定位在支承结构210内，以使毂204与柔性袋间隔开。支承结构210接触柔性袋128，并且可包括用于减少搅动器142和袋128的内表面之间的接触的环形护套结构。
[0102]另外，在图2中，支承结构210是环形护套结构，环形护套结构接触柔性袋128的内表面，并且位于柔性袋128的底部表面上。护套210的下部面直接设置在柔性袋128的内表面上，以将外部轴承座圈212-0支承在柔性袋128上方。护套210典型地是塑料环、垫圈或衬套，并且优选由柔性聚合物材料构成，诸如硅或EPDM (乙烯-丙烯-二烯单体(M级)橡胶)。搅动器毂204在图2中附连到轴承结构213上，搅动器毂204沿着轴承组件与挤压装配在护套210内的外部轴承座圈212-0—起旋转。磁性驱动系统121通过在袋支承结构104外部且通过非金属或非铁质盘形插件215的磁力来控制磁性搅动器142的旋转。如图2中显示的那样，磁性驱动系统121位于袋支承结构104和柔性袋128的外部。由于磁性驱动系统121和嵌在磁性搅动器142内的毂磁体208之间的磁力的原因，扭矩从磁性驱动系统121传递到磁性搅动器142。
[0103]磁性驱动系统121可包括装配在驱动头外罩222内的驱动头216。驱动头216可为圆柱形，并且在非旋转式驱动头外罩222内旋转。
[0104]磁性驱动系统121优选包括至少两个驱动磁体220，驱动磁体220附连或嵌在驱动头216内，并且定位在盘形插件215下方。这些驱动磁体220典型地安装在模制或加工出的凹部内，凹部形成到驱动头216中，并且定向成使得磁场平行于毂磁体208且平行于轴转线旋而定向，但具有与驱动磁体220和毂磁体208之间的吸引相一致的北-南(N-S)定向。
[0105]优选地，磁性驱动系统121包括不止两个驱动磁体220，驱动磁体220围绕驱动头216的周缘等距地隔开，从而形成磁体阵列。驱动磁体的数量优选与毂磁体的数量相同。驱动磁体220提供使得扭矩能够传递来驱动柔性袋128内的磁性搅动器142所需的磁力。在公开的系统的一个实施例中的驱动磁体220的强度为38-50牛顿；并且毂磁体208的强度也是38-50牛顿。可使用各种组合。在驱动磁体220旋转时,它们使磁性搅动器142由于毂磁体208和驱动器磁性搅动器142之间的磁性吸引，以及由于毂磁体208和驱动磁体220之间的磁性吸引而旋转。驱动磁体220运动所产生的磁力使毂磁体208的相反的极通过沿相同的旋转方向运动来作出反应，使得当驱动头216旋转时,磁性搅动器142旋转。驱动磁体是产生比标准磁体更强的吸引力的稀土磁体。
[0106]驱动头216可包括用于支承驱动头216和在盘形插件215的外表面处旋转的方面协助驱动头216的多个构件。驱动头216可包括用于支承驱动头外罩222内的驱动磁体220的驱动头基部218。驱动头外罩222具有用于包围驱动头基部218以及内部驱动磁体220的空心圆柱形形式。驱动头216包括转盘(lazy Susan)或推力轴承224，以使得驱动头216能够抵靠着非旋转式驱动头外罩222旋转。转盘轴承224在其旋转轴线上位于驱动头216的顶部中心部分处，以及位于驱动磁体220之间。转盘轴承224沿着驱动头外罩222的内部面相互作用，从而使驱动头216旋转。驱动头216还可包括推力板226，推力板226沿着驱动头216的平行于转盘轴承224的中心轴线，附连到驱动头基部218的底部上。
[0107]磁性驱动系统121包括将马达202连接到驱动头216上的多个构件，以便使驱动头216旋转和控制驱动头216的旋转，以及因而使可旋转毂204旋转和控制可旋转毂204的旋转。磁性驱动系统121内的马达202典型地是电动马达(诸如变速电动马达)、气动马达、液压驱动马达等。马达202可连接直接到马达轴230上。马达轴230可在推力轴承228中得到支承和终止在推力轴承228中。推力轴承228可直接连接到驱动头216的推力板226上。这在马达202运行时使驱动头216 (包括驱动磁体220)旋转。推力板的直径比推力轴承(其直径大于马达轴)更大。因此，推力板同心地接纳在推力轴承上面，推力轴承同心地接纳在马达轴上面。磁性驱动系统121内的这些驱动部件共同沿轴向对齐。在磁性驱动系统121开始旋转时，由于磁性吸引的原因，磁性搅动器142自动定向且与驱动头对齐。
[0108]图3A显示具有不同形状的叶片/导叶206B的备选的搅动器实施例。图3中还显示了这些叶片/导叶206B以及备选的轴承结构213。在这个备选方案中，搅动器142包括附连到搅动器毂204上的一组薄翼形叶片或导叶206B，它们沿径向从毂204凸出，并且具有大体长方形的轮廓。图3A的翼形导叶可适合用于在导叶206B下面具有喷头的生物反应器中。导叶的形状变化会影响扭矩和混合/搅动的程度。图2中的导叶206A在各次旋转期间混合较大量的物质，因为导叶具有较大的表面积，所以导叶206A能够接合较大体积。尽管导叶206B具有较小的表面积，但它们可以较快的速度旋转，以及由于形状纤细，所以它们在各次旋转期间不会产生那么多摩擦。在备选的一组示例中，导叶或叶片具有(列出几个)圆形形状、正方形形状或长方形形状。虽然图2和3描述了搅动器具有两个叶片/导叶，但备选示例是具有三个或更多个附连到搅动器毂上的叶片/导叶的搅动器。虽然导叶/叶片在图2和3中安装或附连到搅动器毂上，但备选地，导叶/叶片与搅动器毂集成。图3A显示双球角接触轴承结构或轴向接触轴承结构213。
[0109]图4显示备选的搅动器轴承结构413具有用于支承毂204的不同的轴承构造。这个轴承构造包括耦合在内部轴承座圈400-1和外部轴承座圈400-0之间的单组滚球414(单滚球)。外部轴承座圈400-0包括L形横截面，实际上L形横截面将护套结合到外部轴承座圈400-0中，以便协助使毂升起成略微高于柔性袋和袋支承结构的内表面(未在图4中显示)。内部轴承座圈400-1附连到毂204上，并且包围毂204的周缘，而且略微比L形外部轴承座圈400-0更短，使得它可在袋支承结构104或柔性袋128的底部上方隔开。内部轴承座圈400-1在外部轴承座圈400-0的上部部分处通过一组滚球414而与外部轴承座圈400-0耦合。
[0110]图5显示类似于图2中显示的磁性搅动器142。但是，在这个示例中，显示了在搅动器轴承结构213和护套210接触适于变形的柔性袋128的内表面的情况下，磁性搅动器142装配在支承结构104的成形部分内。成形部分可为用于固持柔性袋128和流体-搅动搅动器142的下者中的至少一个:腔体、环状隆起或突起、凹槽或柱。优选地，成形部分是环形袋支承结构壁突起或凸出部500。突起500位于容纳柔性袋128的袋支承结构104的内壁中，并且在袋支承结构壁106的底板219的顶部表面的上方凸出，而且在柔性容器壁的外部。照这样，柔性袋128可夹在磁性搅动器142和袋支承结构104之间。在本发明的一个实施例中，环形突起500在袋支承结构壁106的底板219中形成为圆形，如从上面观察到的那样，以便将磁性搅动器142支承和保持在柔性袋128的内表面上的中心位置上。在其它实施例中，环形突起500形成于袋支承结构壁106的侧板或顶板中，以便将磁性搅动器142支承和保持在位于柔性袋128的顶部处或顶部附近或侧部处的内表面上的中心位置上。在其它实施例中，多个环形突起可形成于袋支承结构壁的板中，以便对搅动器提供备选位置，以及/或者在该袋中的增加多个搅动器。在一些实施例中，突起与底板、侧板或顶板成整体；在其它实施例中，单独的垫圈结构固定到底板、侧板或顶板上。特别地，突起500向内朝柔性袋128的中心突起，并且在大小上设置成使得护套(支承结构)210可与突起500接合，以及装配成抵靠着这个突起部分502的内侧。搅动器轴承结构213装配在护套210内，使得磁性搅动器142相对于袋支承结构壁106而固持在预定位置上。在混合过程期间，这个布置使搅动系统200稳定，并且阻止搅动系统200移离其预计对齐位置。突起500还允许将柔性袋128定位或保持在袋支承结构104内。如上面公开的那样，在袋支承结构壁106的底板、侧板或顶板219中可形成其它突起形状，同时满足整体目标。
[0111]图6显示类似于图2和5中显示的磁性搅动器142。但是，在这个实施例中，磁性搅动器142具有搅动器轴承结构213和接触柔性袋128的内表面的支承结构210 (可呈护套的形式)，磁性搅动器142装配在袋支承结构壁环形凹槽600内，如从上面观察到的那样，袋支承结构壁环形凹槽600具有形成到袋支承结构壁106的底板219中的圆形形状。而且照这样，柔性袋可夹在磁性搅动器142和袋支承结构104之间。这个环形凹槽600在形状上设置成接纳护套210的保持搅动器轴承结构213的外部轴承座圈212-0的整个底部表面，并且柔性袋128具有接触护套的内表面。特别地，凹槽600使得柔性袋128能够略微向内塌缩，从而符合环形凹槽600的形状，使得护套(支承结构)210可与成形部分接合，并且装配在柔性袋128的表面上面的成形的凹槽区段602内，柔性袋128夹在袋支承结构壁104的底板、侧板或顶板219和护套210和搅动器毂204之间。
[0112]凹槽600可形成于袋支承结构壁106的底板、顶板或侧板219中，以便将磁性搅动器142固持在柔性袋128的内表面的预定位置上。在混合过程期间，这个布置使搅动系统200稳定，并且阻止搅动系统200移离其预计对齐位置。再次，应当注意，柔性袋128不存在用于接纳和保持搅动器142的刚性部分。另外，不存在接纳器附连或以别的方式固定到柔性袋上来接纳和保持搅动器142。因此，公开的发明提供一种系统，其包括具有搅动器142的无接纳器式柔性袋128，搅动器142可定位和保持在袋内的各种位置处。凹槽600还允许将柔性袋128定位或保持在袋支承结构104内。在袋支承结构壁106的底板、侧板或顶板219中可形成其它凹槽形状，同时满足整体目标。
[0113]图7描绘根据本发明的实施例的、可为生物反应器的混合系统，并且显示已经根据本发明的原理构建而成的搅动和支承系统700。生物反应器包括装配在插件730的堵头单元孔口内的喷头138。以简单的形式，根据本发明的实施例的生物反应器几乎与根据本发明的实施例的混合器一样，除了生物反应器优选具有至少一个喷头138，以便空气或氧气或气体混合物进入，喷头138大体定位在叶轮叶片710附近和/或叶轮叶片710下方。
[0114]搅动和支承系统700包括外部下部磁性稳定器702和上部磁性稳定器704，以通过磁的方式支承在袋支承结构104和柔性袋128内的搅动器706，柔性袋128具有上部部分和下部部分。搅动器706附连在袋支承结构104的顶部处的上部磁性稳定器704和袋支承结构104的底部处的下部磁性稳定器702之间。
[0115]搅动器706包括搅动器轴708和附连到搅动器轴上的至少一个可旋转叶轮。优选地，存在三个沿着轴708的长度附连的叶轮710。下部磁性稳定器702包括在柔性袋128内的第一核心磁性支承件712，以及在袋支承结构104和柔性袋128外部的第一磁性驱动系统714。上部磁性稳定器704可包括在柔性袋128内的第二核心磁性支承件件716，以及在袋支承结构104和柔性袋128外部的磁耦合件718。上部磁性稳定器704还可包括支承托架720和块支承件722，它们用于将磁耦合件718附连到袋支承结构104上，从而对磁耦合件718提供额外支承。在本发明的另一个实施例中(未显示)，上部磁性稳定器704可包括上部磁性驱动器，并且上部或第二核心磁性支承件716可包括额外的搅动器。
[0116]搅动器706以及第一和第二核心磁性支承件716/712位于柔性袋128内，柔性袋128优选是上面描述的袋。在有创造性的装置的一个实施例中，柔性袋128沿着袋支承结构壁106的内表面紧密地装配。袋支承结构壁106包括形成袋支承结构104的底部的底部区段724，以及形成袋支承结构104的顶部的顶板726。袋支承结构壁106具有形成于底部区段724的中心中和顶部区段104中的稳定器端口 728或孔口。图7中还显示了装配在稳定器端口 728内的盘形插件730。
[0117]如图8的生物反应器中显示的那样，这个盘形插件730优选包括在插件的一个面上的驱动系统槽口 732，以及沿着驱动系统槽口 732的周缘的两个或更多个堵头单元孔口734。磁性驱动系统714位于袋支承结构106的外部，并且装配在盘形插件730的驱动系统槽口 732内。袋支承结构壁106的底部区段724形成弯曲轮廓，以沿着稳定器端口 728的边缘将插件730和下部磁性稳定器702支承就位。盘形插件730的平坦顶部和底部表面对外部磁性驱动系统714和第一核心磁性支承件712提供平坦的平面接口。喷头138装配在插件730的堵头单元孔口 734内。备选地，堵头单元孔口 734用于用来使插件保持就位的支承单元，或用于测量气体成分的传感器单元。
[0118]如图8中显示的那样，搅动器710具有搅动器轴708，搅动器轴708在沿着轴708的长度的不同间隔处具有槽口 733，以允许将各个叶轮206、736附连到轴708上，以及将搅动器轴708附连到上部磁性稳定器704(如图7中那样)和第一核心磁性支承件712上。回到图7，搅动器轴708可具有上部端709A、中间区段709B和下部端709C。搅动器轴708的上部端709A附连到上部磁性稳定器704上。叶轮710附连到搅动器轴708的中间区段709B上。轴709C在搅动器轴709C的下部端处附连到第一核心磁性支承件712上。
[0119]搅动器706优选包括叶轮710，各个叶轮710具有通过臂736A/736B彼此连接的至少两个导叶/叶片(206B或206C)。导叶/叶片206B/206C具有用于装配到臂736A/736B中的凹槽或槽口，或者备选地，导叶206A/206B通过销(未显示)附连到臂736A/736B上。各个臂736A/736B在臂736A/736B的一端处附连到第一导叶/叶片206B/206C上，以及在臂736B/736C的相对的端部处附连到第二导叶/叶片206B/206C上，使得具有导叶/叶片206B/206C的叶轮710在外部旋转。
[0120]各个叶轮710的臂736A/736B可具有凸块部分(未显示)，凸块部分在形状上设置成装配在轴槽口 733内，从而允许在叶轮710的臂736A/736B和搅动器轴708之间进行附连。各个臂736A/736B沿着附连点随着搅动器轴708的旋转而旋转。这使得能够混合和搅动物质，因为搅动器轴708将其旋转传递给叶轮710。
[0121]如图7中显示的那样，存在三个沿着搅动器轴708附连的叶轮710。中间叶轮和下部叶轮包括导叶/叶片206C，导叶/叶片206C具有类似于上面描述的桨状导叶/叶片206A的长方形形状。这些导叶/叶片206C附连到薄或窄的臂736B上，以附连到搅动器轴708上。上部叶轮可包括一组薄翼形导叶/叶片206B，如图3A中显示和上面描述的那样。这些导叶/叶片206B具有用于将导叶206B附连到搅动器轴708上的较粗的臂736A。
[0122]图8显示图7中显示的第一核心磁性支承件712的横截面图。下部磁性稳定器702包括第一核心磁性支承件712和磁性驱动系统714。第一核心磁性支承件712在柔性袋128内定位在袋支承结构104的底部处。磁性驱动系统714定位在驱动系统槽口 732内，以便与第一核心磁性支承件712进行磁耦合。磁性驱动系统714和第一核心磁性支承件712之间的磁通量在使用磁性驱动系统714时使得第一核心磁性支承件712旋转。
[0123]第一核心磁性支承件712可包括搅动器毂804，搅动器毂804包括至少一个磁体。搅动器轴708的下部端709C附连到搅动器毂804的顶部上，使得搅动器轴708能够随着搅动器毂804的旋转而旋转。类似于臂736A/736B，搅动器毂804包括在其顶部表面上的槽口或凸块，以在搅动器轴708的底端处(未显示)直接附连到轴槽口 733上。
[0124]第一核心磁性支承件712可包括下部核心轴承结构813，下部核心轴承结构813用于将搅动器毂804支承在插件730和柔性袋128上方，同时允许搅动器毂804围绕其中心轴线旋转。下部核心轴承结构813与搅动器轴承结构213(图6中显示)具有相同的构造，除了下部核心轴承结构813用于支承搅动器毂804，而搅动器轴承结构213用于搅动器毂204。这个下部核心轴承结构813可为包括内部轴承座圈812-1的轴承组件，内部轴承座圈812-1通过上面描述的双滚球814来耦合到外部轴承座圈812-0上。类似于搅动器毂204，内部轴承座圈812-1附连到搅动器毂804的下部周缘上，特别地承坐在形成于搅动器毂804的底部外边缘中的凹部中。下部核心轴承结构813装配在护套(支承结构)210内，如图8中显示和上面描述的那样。
[0125]搅动器毂804设计和搅动器毂204设计之间的主要区别在于，外部核心磁体808A和内部核心磁体808B可包括在搅动器毂804中。这些磁体类似于上面描述的毂磁体208，除了外部核心磁体808A的大小比较小的内部核心磁体808B更大。具有被较大的外部核心磁体808A包围的一组较小的内部核心磁体808B会产生足够量的磁通量，以控制搅动器706的旋转，以及使搅动器706沿着袋支承结构104的长度稳定。类似于毂磁体208，磁体808A和808B发送到空隙中，空隙被模制或加工到搅动器毂804的本体中，并且定向成使得磁场沿着搅动器毂804的竖向轴线定向，以与磁性驱动系统714进行相一致的吸引。优选地，搅动器毂804包括包围搅动器毂804的中心的不止两个外部核心磁体808A，以及不止两个内部核心磁体808B，从而形成磁体阵列。基于需要的期望磁通量，而且还基于搅动器毂804的物理大小约束，来确定磁体数量。外部核心磁体808A和内部核心磁体808B优选是高性能稀土磁体。
[0126]磁性驱动系统714可控制第一核心磁性支承件712的旋转，第一核心磁性支承件712将旋转传递到搅动器706的搅动器轴708，从而使得搅动袋128内的物质。磁性驱动系统714可包括与磁性驱动系统121基本相同的、按上面描述的相同构造连接的构件。
[0127]磁性驱动系统714和磁性驱动系统121之间的主要区别在于磁体构造。磁性驱动系统714包括一组外部驱动磁体808A，外部驱动磁体808A的大小比较小的内部驱动磁体808B更大。这些外部和内部驱动磁体808A/808B安装在模制或加工出的凹部内，凹部形成到驱动头216中，这类似于驱动磁体220。这个磁性构造使得在袋支承结构104外部的核心磁性驱动系统714和在袋支承结构104和柔性袋128内的第一核心磁性支承件712之间能够有强烈的磁通量，从而形成坚固的耦合。
[0128]图9显示图7中显示的上部磁性稳定器704的横截面图。上部磁性稳定器704的功能是从袋支承结构104的顶部对搅动器706提供进一步的支承，而不需要附连到袋支承结构壁106的顶板726上，或通过顶板726而进行附连。上部磁性稳定器704可包括第二核心磁性支承件716和磁耦合件718。第二核心磁性支承件716优选沿着柔性袋128的顶部内表面，定位在袋支承结构104的顶部处。磁稱合件718定位成抵靠着顶板726的外表面，以便与第二核心磁性支承件716进行磁耦合。搅动器轴708的上部端709A附连到第二核心磁性支承件716的底部上。因而，在搅动器轴708使第二核心磁性支承件716旋转时，磁通量使磁耦合件718沿着顶板726的表面旋转。
[0129]第二核心磁性支承件716可包括具有与上面描述的第一核心磁性基部804和搅动器毂204类似的设计的第二核心磁性基部904。类似于第一核心磁性基部804，第二核心磁性基部904包括在其底部表面上的槽口或凸块，槽口或凸块用于在搅动器轴708的上部端709A处(未显示)直接附连到轴槽口 733上。
[0130]如图9中显示的那样，第二核心磁性基部904可附连到上部核心轴承结构913上，从而允许第二核心磁性基部904沿着袋支承结构壁106的顶板726在柔性袋128内容易地旋转。上部核心轴承结构913具有与搅动器轴承结构213和下部核心轴承结构813相同的构造，除了上部核心轴承结构913用于沿着柔性袋128的顶部表面支承第二核心磁性基部904。上部核心轴承结构913是包括内部轴承座圈914-1的轴承组件，内部轴承座圈914-1通过双滚球915而耦合到外部轴承座圈914-0上。类似于下部核心轴承结构813，内部轴承座圈914-1附连到第二核心磁性基部904的上部周缘上，特别地承坐在形成于第二核心磁性基部904的顶部外边缘中的凹部中。上部核心轴承结构913装配在护套210内，以保持稳定性，以及阻止搅动器轴708和第二核心磁性基部904在旋转期间游动。上部核心轴承结构913适于接合袋支承结构106或盖子的一部分。[0131]第二核心磁性支承件716还可包括在第二核心磁性基部904内的第二核心磁体908。这些第二核心磁体908是稀土磁体，这类似于上面描述的毂磁体208。第二核心磁体908发送到空隙中，空隙被模制或加工到第二核心磁性基部904的本体中，并且定向成使得磁场沿着基部904的竖向轴线定向，以与磁I禹合件718进行相一致的吸引。
[0132]磁耦合件718可包括耦合基部900，耦合基部900具有与第二核心磁性基部904类似的设计。当从袋支承结构104的顶部向下看耦合基部900时，耦合基部900具有圆形形状。耦合基部900沿着顶板726的中心外表面承坐。
[0133]耦合基部900可包括耦合磁体902，耦合磁体902是类似于第二核心磁体908和毂磁体208的稀土磁体。耦合磁体902发送到空隙中，空隙被模制或加工到耦合基部900的本体中，并且定向成使得磁场沿着耦合基部900的竖向轴线定向，以与第二核心磁性支承件716进行相一致的吸引。
[0134]磁耦合件718还可包括支承轴906，支承轴906在连接件915内居中附连到耦合基部900的顶部表面上。连接件915是短的管状结构，管状结构附连到耦合基部900的顶部中心表面上。支承轴906紧密地装配到连接件915上，以对耦合基部900提供坚固的附连。
[0135]两组轴承结构916可沿着支承轴906的周缘附连。如图9中显示的那样，一个轴承结构916附连到支承轴906的上部部分上，并且另一个轴承结构916附连到轴906的下部部分上，使得支承轴906可沿着中心竖向轴线容易地旋转。
[0136]这些轴承结构916可具有与搅动器轴承结构213、下部核心轴承结构813和上部核心轴承结构913相同的构造，除了轴承结构916用于使支承轴906在其旋转时稳定在两个不同的位置处。各个轴承结构916包括通过双滚球917而与外部轴承座圈918-0耦合的内部轴承座圈918-1。用于两个轴承结构916的内部轴承座圈918-1附连到形成于支承轴906的外壁中的凹部(未显示)上。
[0137]磁耦合件718还可包括包围支承轴906的中间区段的弹簧910。这个弹簧910具有的弹性属性缓冲大的竖向力，同时还允许可在旋转期间调节磁耦合件718。
[0138]磁耦合件718还可包括附连到支承轴906上且围绕支承轴906而装配的上部短托架912A和下部短托架912B。这些短托架912A/912B定位在轴承结构916和弹簧910之间。短托架912A/912B定位成在平坦侧上直接抵靠着轴承结构916，以及沿着相对的支撑侧抵靠着弹簧910，如从横截面观察到的那样。轴承结构916、弹簧910和短托架912A/912B沿着支承轴906的这个布置在耦合基部900由于与第二核心磁性支承件716的磁耦合而旋转时，进一步对耦合基部900提供稳定性。
[0139]上部磁性稳定器704还包括支承托架720。短托架912A沿着支承轴906定位在用以附连到支承托架720上的位置处。支承托架720的中心区段附连到短托架912A上，短托架912A连接到支承轴906上。支承托架720将磁耦合件718桥接到袋支承结构壁106的顶板726上。支承托架720在袋支承结构壁106的顶板726的中心上面形成弓形。支承托架720在弓形的两端处附连到顶板726上。支承托架720还包括附连到至少两个块支承件722上的至少两个圆柱。块支承件722在耦合基部900的外周缘处附连到顶板726上，从而进一步对磁耦合件718提供稳定性。
[0140]图10显示备选的混合系统实施例。这个混合系统包括已经根据本发明的原理构建而成的搅动和支承系统1000。[0141]系统1000包括搅动器组件1706、下部磁性稳定器702，以及袋支承结构壁稳定器1002，袋支承结构壁稳定器1002用于支承在袋支承结构104和柔性袋128内的搅动器组件1706。搅动器组件1706在袋支承结构104的底部处附连到下部磁性稳定器702上。
[0142]搅动器组件1706包括优选为分段轴的搅动器轴1013，以及沿着分段轴1013的长度附连的至少一个叶轮710。下部磁性稳定器701包括定位在袋128内的第一核心磁性支承件712，以及定位在上面关于图7和8描述的插件730内的核心磁性驱动系统714。各个袋支承结构壁稳定器1002在一端处附连到袋支承结构104的侧部上，而在相对的端部处附连到分段轴1013上。存在至少一个稳定器1002，其构造成在搅动器轴1013和支承结构104之间提供连结。
[0143]搅动器组件1706包括分段轴1013，分段轴1013具有附连在匹配的轴节段1014之间的主轴节段1012，从而从袋支承结构104的顶部到底部，形成整个分段轴1013。
[0144]搅动器组件1706具有与图7-9中描述的相同的叶轮设计。搅动器1706包括叶轮710，叶轮710具有通过臂736B而彼此附连的两个叶片/导叶206C。臂736B在沿着主区段1012的位置处附连到分段轴1013上，使得叶轮710能够与分段轴1013 —起沿着这个附连轴线旋转。
[0145]下部磁性稳定器702在使用中用来以磁的方式驱动搅动器组件1706旋转，以及支承搅动器组件1706，如上面关于图7和8描述的那样。下部磁性稳定器702包括第一核心磁性支承件712和磁性驱动系统714。磁性驱动系统714和第一核心磁性支承件712之间的磁通量使得在使用磁性驱动系统714时，第一核心磁性支承件712旋转。分段轴1013的底部主轴节段1012附连到第一核心磁性支承件712的顶部上。因而，磁性驱动系统714的运行导致的第一核心磁性支承件712的旋转会使分段轴1013旋转，从而使得旋转的搅动器组件1706能够进行搅动。
[0146]在沿着分段轴1013的不同间隔处，优选至少两个袋支承结构壁稳定器1002从袋支承结构壁106在同一匹配轴节段1014处附连到分段轴1013上，以在袋支承结构104的两侧使分段轴1013的支承平衡。优选地，存在多个稳定器1002，它们部署成具有径向定向，以便将搅动器轴1013连结到支承结构106的侧壁的不同部分上。
[0147]各个袋支承结构壁稳定器1002包括具有第一端和第二端的杆1004。杆1004形成用于袋支承结构壁稳定器1002的主支承件和核心结构。杆1004的第一端构造成附连到包围柔性袋的袋支承结构104的一部分上，并且第二端构造成附连到搅动器轴1013上。杆的第一端可附连到支承结构104的侧部部分或顶部部分上。顶部部分可为支承结构104的组成元件，或者为与支承结构相关联的托架或盖子。杆1004可垂直于袋支承结构104而延伸通过袋支承结构壁106到达分段轴1013上的附连区段。这些杆1004可由例如塑料或备选地由金属形成。可用于壁稳定器(以及也在本文公开的顶部稳定器)中的杆优选是刚性的。如本文所用，用语“刚性”指的是不容易弯曲或柔性不如被描述成“柔性”的结构的结构，并且意于包括各种几何形状(例如，圆柱形、管状或渐缩形状)的刚性和半刚性、实心、空心或复合结构。刚性杆可有一些柔性，在一些应用中，弯曲到某种程度的能力可为合乎需要的。任何刚性杆的关键要求仅仅是具有足够的机械完整性，以约束叶轮或搅动器轴的偏心运动。
[0148]袋支承结构壁稳定器1002还可包括夹紧块1006，夹紧块1006将杆1004的远侧端区段附连到袋支承结构壁106的外表面上。在另一个示例中，杆1004在夹紧块1006装配处焊接到或永久地连接到袋支承结构壁106的外表面上。
[0149]如图10和11中进一步显示的那样，袋支承结构壁稳定器1002还可包括轴承块组件1016，轴承块组件1016将杆1004的第二端连接到搅动器轴1013的一部分上。杆1004的近侧端附连到轴承块组件1016上。轴承块组件1016直接附连到分段轴1013的匹配轴节段1014上。
[0150]袋支承结构壁稳定器1002还包括柔性管1008。袋支承结构104和柔性袋128内的杆1004的部分被柔性管1008包围。管包围杆1004，使得杆1004穿过柔性袋，而不接触其中的流体，穿过柔性袋，而不接触其中的流体。柔性管1008包括在柔性管1008的两端处的管配件1009，管配件1009用于在一端处附连到袋支承结构壁106上的倒钩配件1010上，以及在另一端处附连到轴承块组件1016上的倒钩配件1010上。柔性管1008围绕杆1004装配，并且包括沿着柔性管1008的长度的波纹管，以对袋支承结构壁稳定器1002提供所需柔性。这些柔性管优选由例如塑料或聚合物材料制成。
[0151]袋支承结构壁稳定器1002还包括附连到或永久地焊接到袋支承结构壁106的内表面上的端口板1011。端口板1011包括中心开口，中心开口用于允许杆1004通过袋支承结构壁106装配到袋支承结构104和柔性袋128中。端口板1011还包括用于允许附连到柔性管1008的管配件1009上的中心倒钩配件1010。端口板1011允许柔性管1008和杆1004稳固地附连到袋支承结构壁106上。
[0152]图10还显示了堵头单元138。
[0153]图11显示图10中显示的一个袋支承结构壁稳定器1002的横截面图。袋支承结构壁稳定器1002可借助于端口板1011或备选地堵头单元1100而附连到袋支承结构壁106上，端口板1011和堵头单元1100各自配备有用于连接到柔性管1008上的倒钩配件1010。这会产生开放路径，以从袋支承结构104的外部，通过袋支承结构壁106和柔性袋128，将杆1004装配在轴承块组件1016的内部。
[0154]堵头单元1100可为带螺纹的堵头配件，如图10中显示的那样，堵头配件装配在袋支承结构壁106内，以将柔性管1008附连到袋支承结构壁106上，以及提供供杆1004通过袋支承结构壁106的路径。堵头单元1100可包括三个部件，包括倒钩式紧固件1102(下部区段)、间隔件1106(中间区段)和堵头基部(上部区段)，它们共同形成堵头单元1100。
[0155]堵头单元1100可包括倒钩式紧固件1102，倒钩式紧固件1102在袋支承结构104的外部装配在袋支承结构壁106和柔性袋128内。倒钩式紧固件1102包括倒钩式中心区段1108，倒钩式中心区段1108用于允许插入杆1004，以及如有必要，允许附连到外部支承件上。紧固件1102还包括用于保护倒钩式区段1108的保护凸块1110。紧固件1102进一步包括紧固件垫片1111，紧固件垫片1111包围紧固件1102的上部部分，以使紧固件1102保持密封。
[0156]堵头单元1100还可包括堵头基部1104，堵头基部1104从袋支承结构104内装配在袋支承结构壁106和柔性袋128内。堵头基部1104包括用于允许附连到柔性管1008上的倒钩配件1010。堵头基部1104还包括基部垫片1112，基部垫片1112用于在附连时，抵靠着倒钩式紧固件密封基部1104。
[0157]如图11中进一步显示的那样，堵头基部1104可包括外螺纹凹槽，并且倒钩式紧固件1102包括用于允许堵头基部1104旋拧到倒钩式紧固件1102中的内螺纹凹槽。堵头单元1100还包括定位在堵头基部1104和倒钩式紧固件1102之间的间隔件1106，诸如垫圈。堵头基部1104装配在间隔件1106中的通道1114和倒钩式紧固件1102的内螺纹凹槽区段内，以与倒钩式紧固件1102的外凹槽区段形成上紧装配。
[0158]柔性管1008可附连在袋支承结构壁106端处的堵头单元1100的倒钩配件1010或端口板1011的倒钩配件1010和分段轴1013端处的轴承块组件1016之间。
[0159]轴承块组件1016可包括用于允许在管配件1009处附连到柔性管1008上的倒钩配件1010。这个倒钩配件1010附连到轴承块组件1016上的区段1116处的稳定轴承块1018上。稳定轴承块1018通过支承轴承1020来附连到分段轴1013的匹配轴节段1014上。
[0160]这个支承轴承1020在构造上类似于搅动器轴承结构213，特别是轴承结构916。支承轴承1020包括装配在双滚球1023之间的内部和外部座圈(1022-1和1022-0)。滚球1023可构造成单个滚球，或者也可使用超过两个滚球。外部座圈1022-0附连到稳定轴承块1018上，并且内部座圈1022-0附连到装配的轴节段1014上，以在轴承块组件1016和分段轴1013之间形成柔性支承结构。这个支承轴承1020的构造允许匹配的轴节段1014在通过滚球1023而附连到轴承块组件1016上时，随分段轴1013的其余部分旋转，即，支承轴承1020将稳定器连结到搅动器轴1013上，同时容许轴相对于稳定器旋转。滚球促进以减小的摩擦独立旋转。
[0161]图12显示袋支承结构顶部稳定器1110的横截面图。柔性袋具有上部部分和下部部分。提供用于混合流体的搅动器712。搅动器包括附连到搅动器轴708上的至少一个可旋转叶轮710。搅动器轴具有下部端和上部端。至少一个稳定器1110构造成在搅动器轴708的上部端和支承结构104A的顶部部分之间提供连结。如图12中显示的那样，袋支承结构顶部稳定器1110借助于锚定元件(例如端口板或备选地堵头单元)，来附连到支承结构104A的顶部部分(例如，顶壁或盖子)上，锚定元件包括用于连接到柔性管1008上的配件1110，例如倒钩配件。如本文所用，用语“支承结构的顶部部分”意于涵盖这样的任何结构，即，其可用作竖向支承杆或支柱的锚定件，即，支承结构可连接到其上，包括(但不限于)整体支承结构的上部节段，即，支承结构的顶部部分是支承结构的组成元件，托架从接合支承结构的支承结构或盖子的侧壁延伸。配件1110提供开放路径，开放路径用于从袋支承结构104的外部，通过支承结构104A的顶部部分、袋128和内部柔性管1008来装配杆1004，以接合轴承块组件1016。
[0162]图12的轴承块组件1016可包括用于附连柔性管1008的另一端的轴承块配件(例如另一个倒钩配件)，以及用于接纳杆1004的另一端的块1015。轴承块组件1016可进一步包括支承轴承1120，支承轴承1120将稳定器1110连结到搅动器轴708的上部端上，同时容许轴相对于稳定器旋转。轴承块组件1016在构造上在别的方面类似于前面描述的搅动器轴承结构，并且可包括轴承1120，轴承1120包括滚道，例如装配在双滚球之间的内部和外部座圈。这个支承轴承构造允许在外部驱动器714接合在安装件780内，并且以磁的方式耦合到搅动器712上时，匹配的轴节段708随其叶轮710旋转。
[0163]图13-20示出了本发明的另一方面，S卩，使用径向或准径向磁耦合来改进从外部驱动磁体到搅动器的磁体的能量传递，以及在外部驱动轴和搅动器的耦合和脱耦期间较好地控制耦合力。磁性搅动器优选可设置在柔性袋中，并且构造成在磁耦合到外部磁性驱动系统(121 ；714 ；1200)上时围绕旋转轴线旋转。磁性搅动器包括至少一个磁体,磁体构造成与极性相反的、与外部磁性驱动系统相关联的驱动磁体磁耦合。搅动器磁体和驱动磁体之间的耦合相对于旋转轴线沿大体径向方向进行。
[0164]图13A和13B分别显示径向磁性驱动系统1200的横截面平面图和侧视图，径向磁性驱动系统1200包括驱动头1202，如图中显示的那样，驱动头1202装配在非旋转驱动头顶部1210和驱动器安装件1207内。驱动头1202为圆柱形形状，并且在非旋转驱动器安装件1207内旋转。
[0165]径向磁性驱动系统1200包括优选至少两个驱动磁体1206，驱动磁体1206附连或嵌在驱动头1202内，并且定位在盘形驱动头顶部1210下方。这些驱动磁体1206典型地安装在模制或加工出的凹部内，凹部形成到驱动头1202中，或者通过支承环1218耦合，并且定向成使得磁场相对于旋转轴线垂直地或以中间角定向，但是北-南定向对于驱动磁体1206和类似地沿径向定向的搅动器磁体(将在下面进一步论述)之间的吸引是相一致的。旋转的驱动头1202由上部和下部推力轴承(分别为1212-U和1212-L)支承。径向驱动系统可进一步包括一个或多个径向轴承1216。
[0166]图14和15显示耦合到具有流体容器的搅动器毂组件1240上的外部驱动系统的驱动头1202的横截面平面图和侧视图。在这个构造中，驱动系统1202的磁体1206形成内部构件，并且搅动器毂组件的磁体1226被引起与驱动头1202的旋转同步地旋转。搅动器毂组件包括磁体1226，并且可进一步包括塑料(例如HDPE)本体1230、低碳钢环1232和基壁1222，它们支承搅动器磁体。在袋或流体容器的外部，驱动头1202由轴承1212-U和1216支承。驱动头1202可进一步包括低碳钢环1241，低碳钢环1241对磁通量提供路径，以及对驱动磁体1206提供额外的支承。
[0167]图16和17显示在无接纳器式固持器系统的语境中的径向磁耦合的进一步改进。在图16中，外部驱动头1202及其磁体1206再次设置成处于在袋128的外部的内部构造，由安装件780支承。安装件780相对于支承结构的底壁的其余部分而升高，从而迫使袋128围绕安装件780弯曲。对袋128设置搅动器毂组件1240，并且其环绕安装件。搅动器毂本体1240和环形固持器护套210 (在上面详细论述)的尺寸对搅动器提供间隙，以使搅动器在不接触袋128的情况下旋转。搅动器的旋转进一步由轴承结构或滚道1250(也在上面详细论述)导引和支承。轴承结构容许毂1240独立于支承结构而旋转。在图17中，显示了护套210A设置成处于内部构造(在袋128和搅动器毂组件1240之间)。轴承结构(滚道)1250再次用来导引搅动器的旋转。
[0168]图18显示外部驱动系统1300和内部搅动器组件1240的径向耦合的备选实施例。在这个实施例中，外部驱动头1202及其磁体1206再次设置在袋128的外部，并且由安装件780支承。但是，磁体1206设置成相对于安装件处于外部(周缘)构造。(为了简单说明，已经省略了用于可旋转驱动头1202的轴承和附属支承件，但可容易地理解它们也存在。)在这个实施例中，安装件780包括相对于支承结构的底壁的其余部分而沉陷的部分，从而迫使袋128向下垂到沉陷部分中。对袋128设置搅动器毂组件1240，而且其也设置在驱动组件安装件的沉陷部分内。搅动器毂本体1240和环形固持器护套210的尺寸对搅动器提供间隙，以使搅动器在不接触袋128的情况下旋转。搅动器的旋转进一步由轴承结构(滚道)1250导引，例如，通过在内部和外部座圈之间采用双滚球1288。(参见图3和4，以获得关于滚道设计的另外的细节。)
图19A-19D示出了本发明的另一方面，其中，驱动器和搅动器磁体的径向耦合不必严格垂直于旋转轴线。因此磁性搅动器优选地构造成使得搅动器磁体和驱动磁体之间的径向耦合相对于旋转轴线“A”处于大于零度的角。该角优选相对于旋转轴线大于大约10度，或者甚至更优选地大于20度。在图19A中，磁体定向成使得磁耦合力的方向“D”与相对于旋转轴线“A”垂直差仅几度，例如为88度。在图19B中，磁体定向成使得磁耦合力的方向“D”与相对于旋转轴线“A”垂直差大约60度。在图19C中，磁体定向成使得磁耦合力的方向“D”相对于旋转轴线“A”为大约30度，并且在图19D中，磁体定向成使得磁耦合力的方向“D”与相对于旋转轴线“A”平行仅差几度，例如2度。更一般地说，驱动磁体和搅动器磁体之间的准径向耦合的范围可为大约I度至大约90度，更优选介于15和75度之间，以利用径向耦合提供的耦合效率，而且在一些情况下，更优选介于30和60度之间。取决于应用和构造，如果耦合角(相对于旋转轴线)为90度，或者小于90度但大于85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20或15度，则准径向耦合可为特别有利的。
[0169]图20示出本发明的另一个实施例，其中，采用大约45度的准径向耦合。在这个实施例中，外部驱动头1202及其磁体1206再次设置在袋128的外部，并且由安装件780支承。两排磁体1206设置成处于相对于旋转轴线呈大约45度的角的外部(周缘)构造。(再次，为了简单说明，已经省略了用于可旋转驱动头1202的轴承和附属支承，但可容易地理解它们也存在)。柔性袋128构造成由支承结构104支承，在使用期间，支承结构104至少部分地包围袋，并且柔性袋进一步适于根据支承结构104的成形的安装件780而变形，以在搅动器磁体1226耦合到外部驱动磁体1206上时，在袋128内限定用于磁性搅动器的无接纳器式固持器。在这个实施例中，安装件780包括相对于支承结构的底壁的其余部分沉陷的部分，从而迫使袋128垂到沉陷部分中。对袋128设置搅动器毂组件1240及其搅动器磁体1226，而且它们也设置在驱动组件安装件的沉陷部分内。搅动器磁体1226定向成与驱动磁体1206处于相同的角，使得磁耦合力的方向相对于旋转轴线为大约45度。搅动器毂本体1240和中心锥形护套210P的尺寸对搅动器提供间隙，以使搅动器在不接触袋128的情况下旋转。搅动器的旋转可进一步由轴承结构(滚道)1250P导引，例如，再次通过采用在内部和外部座圈之间的滚球。
[0170]图21显示已经根据本发明的原理构建而成的搅动和堵头系统200。这个搅动和堵头系统200的主要构件包括磁性搅动器142、外部磁性驱动系统121和至少一个堵头单元138，特别是第一堵头喷头138A。应当注意，堵头系统可用于限定用于搅动器的无接纳器式固持器的袋支承结构104中，如例如在图5-6和/或图16-18和20中的任一幅图中显示的那样。
[0171]搅动和堵头系统200的构件在袋128和袋支承结构壁106的外部和内部相互作用。磁性驱动系统121在袋支承结构壁106的底部的外部旋转，从而使磁性搅动器142旋转，磁性搅动器142在袋128内旋转。堵头单元138插入袋支承结构壁106和袋128的底部内。
[0172]袋支承结构104具有形成袋支承结构104的外部结构的袋支承结构壁106。袋支承结构壁106包括底板300，底板300形成袋支承结构104的底部。袋支承结构壁106具有形成于底板300的中心中的搅动器端口 301或孔口。底板300包括沿着搅动器端口 301的周缘的开槽边缘303。
[0173]袋支承结构壁104包围沿着袋支承结构壁106的内表面装配的袋128。如上面描述的那样，这个袋128典型地是单次使用的柔性袋。袋128包括至少一个孔口，并且喷头组件或堵头喷头138A适于抵靠着至少一个孔口进行密封。因而提供不透流体的通路，以在对袋128填充流体时，将气体引入到袋128中。如图21中显示的那样，袋128的底部包括允许插入堵头单元138(诸如第一堵头喷头138A)的至少两个堵头单元端口 305。
[0174]搅动和堵头系统200包括优选盘形的袋支承结构壁插件307，袋支承结构壁插件307在形状上设置成装配在底板300的搅动器端口 301内。袋支承结构壁插件307包括在袋支承结构壁插件307的底面上的驱动系统圆柱形槽口 309。袋支承结构壁插件307还包括定位成围绕驱动系统槽口 309的周缘的至少两个堵头单元孔口 311。这些堵头单元孔口311定位成与袋128的堵头单元端口 305对齐。袋支承结构壁插件307可具有沿着盘形袋支承结构壁插件307的外部边缘的凸缘315，凸缘315装配在搅动器端口 301的开槽边缘303上面。盘形袋支承结构壁插件307的平坦顶部表面和平坦底部表面提供平坦的平面接口，以接纳外部磁性驱动系统121和内部磁性搅动器142。
[0175]系统200包括磁性搅动器142。磁性搅动器142为系统200执行混合。磁性搅动器142在袋128内旋转，以便帮助混合物质，作为过程或反应的一部分。
[0176]磁性搅动器142包括搅动器毂304。搅动器毂304具有短圆柱形形状。毂304的结构材料优选是无磁性且耐腐蚀的材料，诸如塑料。
[0177]磁性搅动器142可包括至少两组翼形叶片或导叶306，翼形叶片或导叶306附连或安装到搅动器毂304上，并且在示出的实施例中，具有大体长方形轮廓。叶片306沿竖向和沿径向从毂304凸出，并且通常围绕毂304的周缘均匀地隔开，使得毂以平衡的方式旋转。在一个示例中，导叶/叶片306通过销(未显示)附连到搅动器毂上。备选地，导叶/叶片306与搅动器毂结合或模制在一起。而且，在另一个示例中，三个或更多个导叶/叶片固定到搅动器毂上，优选围绕毂的周缘等距地间隔开。
[0178]导叶/叶片306接合袋128内的物质，诸如流体，以便混合该物质。导叶/叶片的桨距典型地设定成以便对物质实现最佳混合。导叶/叶片的旋转会产生沿轴向定向的力，取决于毂的旋转方向，该力会向下或向上推动物质或流体。
[0179]搅动器毂304优选定位成略微高于袋128的内表面，这允许流体在毂304的下方经过，并且传送通过流动通道(未显示)。这个设置通过在流体掠过磁性搅动器142的侧部且通过流动通道时，使磁性搅动器142旋转来产生离心流。随着导叶/叶片306旋转，旋转会产生压差，压差迫使流体穿过这个路径。这在清洁过程期间也是有用的，因为容易地使流体围绕磁性搅动器142冲刷且通过磁性搅动器142。
[0180]磁性搅动器可142包括附连或嵌在塑料搅动器毂304内的至少两个毂磁体308。这些磁体典型地发送到空隙中，空隙被模制或加工到搅动器毂304的本体中，并且定向成使得磁场沿着毂304的竖向轴线定向，以与磁性驱动系统121进行相一致的吸引。
[0181]优选地，磁性搅动器142包括不止两个毂磁体308，毂磁体308围绕搅动器毂304的周缘以圆形方式等距隔开，从而形成磁体阵列。基于期望的所需磁通量，而且还基于毂304的物理大小约束，来确定毂磁体的数量。典型地，袋128越大，所需磁体就越多。毂磁体308优选是产生较强磁场的高性能稀土磁体。例如，在一个实施例中，磁体由钕-铁-硼。[0182]磁性搅动器142可包括搅动器轴承结构313，搅动器轴承结构313用于将毂304支承在袋插件307和袋128的上方，同时允许毂304围绕其中心轴线旋转。这个搅动器轴承结构313是包括例如滚柱或滚球的轴承组件。
[0183]轴承组件可包括内部轴承座圈312-1和外部轴承座圈312-0，内部轴承座圈312-1附连到搅动器毂304的下部周缘上，并且特别承坐在形成于毂304的底部外部边缘中的凹部中。内部轴承座圈312-1可通过双滚球构造来与外部轴承座圈312-0耦合或匹配。对于这个构造，滚球314延伸通过座圈，间隔件(未显示)使各个滚球314彼此隔开。轴承座圈312-1/312-0和双滚球314的组合允许毂304在袋128中的袋插件307上，围绕其轴线以较小的摩擦自由旋转。
[0184]滚球构造典型地是(但不限于)单球或双球布置。单球布置的特征在于具有仅一组滚球，而双滚球布置具有两组。轴承构造可为径向轴承、角接触轴承或推力轴承类型。对搅动器轴承结构使用滚球允许流体围绕滚球流动，从而在使用期间对轴承提供润滑(即，较低的摩擦)和冷却。滚球和内部/外部轴承座圈优选由耐腐蚀、低成本、轻质和/或一次性材料制成。这允许在每次使用之后丢弃轴承构造，或者备选地，容易地对轴承构造消毒/清洁，以重复使用。例如，轴承座圈可由塑料或镍-铍合金制成，并且滚球可由混合陶瓷制成，诸如氮化硅或塑料材料。轴承构造对搅动器提供摩擦较低的整体支承件。
[0185]搅动器毂304及其搅动器轴承结构313可定位在支承结构310内的袋128的底部表面上，支承结构310可为环形护套结构310。护套310的下部面直接承坐在袋128的内表面上，以将外部轴承座圈312-0支承在袋128的上方。护套310典型地是塑料环、垫圈或衬套，并且优选由柔性聚合物材料构成，诸如硅或EPDM(乙烯-丙烯-二烯单体(M级)橡胶)。搅动器毂304沿着轴承组件旋转，外部轴承座圈312-0挤压配合在护套310内。
[0186]磁性驱动系统121可通过来自袋支承结构壁106外部以及通过非金属的盘形袋插件307的磁力，来控制磁性搅动器142的旋转。磁性驱动系统121在袋支承结构壁106和袋128的外部位于袋插件307的驱动系统槽口 309内。由于磁性驱动系统121和嵌在磁性搅动器142内的毂磁体308之间的磁力，扭矩从在驱动系统槽口 309内旋转的磁性驱动系统121传递到磁性搅动器142。
[0187]磁性驱动系统121可包括装配在驱动头外罩322内的驱动头316。驱动头316为圆柱形，并且在非旋转式驱动头外罩322内旋转。
[0188]磁性驱动系统121可包括附连或嵌在驱动头316内且定位在盘形袋插件307下方的至少两个驱动磁体320。这些驱动磁体320典型地安装在模制或加工出的凹部内，凹部形成到驱动头316中，并且定向成使得磁场平行于毂磁体308且平行于旋转轴线而定向，但具有与驱动磁体320和毂磁体308之间的吸引相一致的北-南定向。
[0189]优选地，磁性驱动系统121包括不止两个驱动磁体320，驱动磁体320围绕驱动头316的周缘等距地隔开，从而形成磁体阵列。驱动磁体的数量优选与毂磁体的数量相同。驱动磁体320提供使得扭矩能够传递来驱动袋128内的磁性搅动器142所需的磁力。在驱动磁体320旋转时，它们使磁性搅动器142旋转，因为毂磁体308和驱动磁体320之间有磁性吸引。由于驱动磁体320运动而产生的磁力使毂磁体308的相反的极通过沿相同的旋转方向运动而作出反应，使得当驱动头316旋转时,磁性搅动器142也旋转。驱动磁体是比标准磁体产生更强的吸引力的稀土磁体。[0190]驱动头316可包括用于支承驱动头316，以及协助驱动头316在袋插件307的驱动系统槽口 309内旋转的多个构件。驱动头316包括用于支承在驱动头外罩322内的驱动磁体320的驱动头基部318。驱动头外罩322具有用于包围驱动头基部318以及内部驱动磁体320的空心圆柱形形式。
[0191]驱动头316可包括转盘轴承324，以使得它能够抵靠着非旋转式驱动头外罩322旋转。转盘轴承324在其旋转轴线上位于驱动头316的顶部中心部分处，以及位于驱动磁体320之间。转盘轴承324沿着驱动头外罩322的内部面相互作用，从而使驱动头316旋转。
[0192]驱动头316还可包括推力板326，推力板326沿着驱动头316的平行于转盘轴承324的中心轴线而附连到驱动头基部318的底部上。
[0193]磁性驱动系统121包括将马达302连接到驱动头316上，以便使驱动头316产生旋转且控制驱动头316的旋转的多个构件。磁性驱动系统121内的马达302典型地是电动马达(诸如变速电动马达)、气动马达、液压驱动马达等。马达302直接连接到马达轴330上。马达轴330在推力轴承328中终止。推力轴承328直接连接到驱动头316的推力板326上。这在马达302运行时使驱动头316 (包括驱动磁体320)旋转。推力板的直径大于推力轴承(其直径大于马达轴)。因此，推力板同心地接纳在推力轴承上面，推力轴承同心地接纳在马达轴上面。
[0194]磁性驱动系统121内的这些驱动部件共同沿轴向对齐。在磁性驱动系统121开始启动时，由于磁性吸引的原因，磁性搅动器142自动定向且与驱动头对齐。
[0195]系统200优选包括至少个堵头单兀138，特别是弟一堵头嗔头，它也被称为嗔头组件或喷头单元138A。如图21中显示的那样，第一堵头喷头138A装配在袋128中的堵头单元端口 305内和袋插件307内的堵头单元孔口 311内。第一堵头单元喷头138A将气泡提供到袋128中，以便在系统200内保持相当恒定的气体水平。
[0196]在优选实施例中，堵头单元喷头138A位于搅动器毂304附近，并且在附连或安装到搅动器毂304上的至少两组翼形叶片或导叶306的下面。将喷头138A定位在导叶306下方有助于确保从喷头进入的气体由于导叶306的作用而立刻与袋128中的流体混合。
[0197]图22显示第一堵头喷头138A装配在袋128的第一衬套414内。第一衬套414诸如通过塑料焊接，或者通过环氧树脂结合，在堵头单元端口或孔口 305内永久地固定到柔性袋128上。第一衬套414具有外部凸缘区段415，从而允许它装配在堵头单元端口 305中，同时凸缘415沿着袋128的边缘承坐且固定到该边缘上。第一衬套414由塑料或刚性聚合物材料制成。在备选示例中，第一衬套414是垫圈或端口板。
[0198]第一衬套414包括沿着其内表面的衬套垫片416，从而允许它抵靠着插入的第一堵头喷头138A进行密封。在备选示例中，衬套垫片是O形环。
[0199]第一堵头喷头138A包括第一喷头本体或基部400和紧固件402。紧固件402可旋转地附连到第一喷头基部400上，第一喷头基部400插入袋128的堵头单元端口 305和衬套414的内部端口 409内，以形成第一堵头喷头138A。第一喷头基部400和紧固件402包括允许彼此附连的螺纹。第一喷头基部400与紧固件402共同在大小上设置成装配在袋128的第一衬套414和袋插件307的堵头单元孔口 311内。
[0200]第一喷头基部400可承坐成通过第一衬套414。第一喷头基部400大体包括第一基部垫片404、喷射盘406、盘形密封元件408、气体流干线412和配件或基部倒钩410。外部气体管线可借助于配件410耦合到稳压室418上。第一喷头基部400由塑料或其它刚性聚合物材料制成。
[0201]第一喷头基部400构造成使得喷射盘406沿着基部400的顶部伸展，从而在喷射盘406和第一喷头基部400之间形成气体稳压室418。第一喷头基部400包括凸缘外部区段401，凸缘外部区段401沿着基部400的顶部边缘伸展，以沿着第一衬套414的顶部表面承坐。凸缘401适于基本包围袋孔口，以及通过将柔性袋128夹在凸缘401和支承结构106之间来密封堵头喷头。
[0202]第一喷头基部400还可包括气体流干线412，气体流干线412形成从气体稳压室418到基部倒钩410的中心区段403。外部下部区段405形成空心筒体，空心筒体从稳压室凸出，通过衬套414的内部端口 409，并且包围这个气体流干线区段403，空心筒体具有用于附连到紧固件402上且保护中心气体流干线区段403的外螺纹凹槽。
[0203]第一基部垫片404可沿着外部基部凸缘区段的底部表面定位，从而包围第一喷头基部400。第一基部垫片404由硅橡胶或柔性聚合物材料制成。在备选示例中，第一基部垫片404是O形环。
[0204]喷射盘406可沿着第一喷头基部400的顶部定位。喷射盘406由多孔不锈钢或烧结金属制成。这些喷射盘406用来允许气体从气体稳压室418传送到袋128中，从而产生起泡效应。
[0205]盘形密封元件408定位在喷射盘406和第一喷头基部400之间。这个盘形密封元件408在喷射盘406的外部周缘和第一喷头基部400之间形成密封，以阻止泄漏。盘形密封元件408由塑料或刚性聚合物材料制成。
[0206]基部倒钩410可形成于中心气体流干线412区段的外部端处。基部倒钩410允许软管在袋支承结构壁106和袋128外部直接连接到第一堵头喷头138A上。软管(未显示)直接连接到基部倒钩410上，从而使得能够特定的气体或要从中心气体流干线412输送到气体稳压室418的气体的组合能够快速通过喷射盘406。
[0207]第一堵头喷头138A包括紧固件402。紧固件402可为堵头螺母。紧固件402包括沿其内表面的螺纹，以与第一喷头基部400匹配，并且抵靠着第一衬套414上紧而形成无菌的非永久密封。
[0208]图23是已经根据本发明的原理构建而成的搅动和堵头系统200的示意性横截面图。系统200包括与上面在图22中描述的相同的构件，除了系统200包括根据第二实施例的第二堵头喷头138B。
[0209]图24更详细地显示第二堵头喷头138B。第二堵头喷头138B装配在袋128的第二衬套614内。第二衬套614诸如通过焊接或环氧树脂结合，沿着堵头单元端口 305的边缘，永久地固定到柔性袋128上，使得第二衬套614装配在堵头单元端口 305上面。第二衬套614是薄圆柱形零件，它具有形成喷射密封环腔体的中心端口 622。第二衬套614由塑料或刚性聚合物材料制成。在备选示例中，第二衬套614是垫圈或端口板。
[0210]第二堵头喷头138B可包括第二喷头基部600和倒钩式紧固件602。倒钩式紧固件602在袋128的堵头单元端口 305内旋拧到且因而附连到第二喷头基部600上，以形成第二堵头喷头138B。第二喷头基部600和倒钩式紧固件602包括允许彼此附连的螺纹。第二喷头基部600与倒钩式紧固件602共同在形状上设置成装配在袋插件307的堵头单元孔口 311 内。
[0211]第二喷头基部600装配在第二衬套614内。第二喷头基部600大体包括第二基部垫片604、喷射盘606和盘形密封元件608。第二喷头基部600由塑料或其它刚性聚合物材料制成。
[0212]第二喷头基部600可构造成使得喷射盘606沿着基部600的顶部伸展，从而在喷射盘606和第二喷头基部600之间形成喷射稳压室或腔体620。第二喷头基部600包括凸缘外部区段601，凸缘外部区段601沿着基部600的顶部边缘伸展，从而沿着第二衬套614的顶部表面承坐。第二喷头基部600具有通过第二衬套614而装配的短的下部圆柱形本体区段650。这个下部本体区段650在其外表面上具有螺纹凹槽652，从而允许第二喷头基部600通过接合螺纹654来可旋转地附连在倒钩式紧固件602内。
[0213]第二基部垫片604可沿着凸缘外部区段601的底部表面定位，以在第二喷头基部600承坐在第二衬套614上所处的位置进行密封。第二基部垫片604由硅橡胶或柔性聚合物材料制成。在备选示例中，第二基部垫片604是O形环。
[0214]喷射盘606沿着第二喷头基部600的顶部定位。喷射盘606可由多孔不锈钢或烧结金属制成。喷射盘606用来将气体从喷射保持腔体620输送到袋支承结构壁106和袋128中，这类似于喷射盘406。
[0215]盘形密封元件608定位在喷射盘606和第二喷头基部600之间。这个盘形密封元件608在喷射盘606的外部周缘和第二喷头基部600之间形成密封，以阻止泄漏。盘形密封元件608可由塑料或刚性聚合物材料制成。
[0216]倒钩式紧固件602大体包括气体流干线623、倒钩610、保护凸块603和紧固件垫片616。倒钩式紧固件602包括形成气体稳压室618的上部圆柱形区段。这个圆柱形区段包括沿着包围气体稳压室618的内表面的螺纹凹槽，以附连到第二喷头基部600上。第二喷头基部600可旋转地锁定到螺纹中，同时装配到倒钩式紧固件602的空间618中。这在第二喷头基部600和倒钩式紧固件602之间形成无菌的非永久密封。
[0217]倒钩式紧固件602可包括沿着上部圆柱形区段的顶部边缘的紧固件垫片616。紧固件垫片616定位成沿着倒钩式紧固件602的顶部表面，从而包围气体稳压室618，使得紧固件垫片616在袋128的堵头单元端口 305内抵靠着第二衬套614的底部表面形成密封。紧固件垫片备选地是O形环密封。
[0218]倒钩式紧固件602包括气体流干线623，气体流干线623形成于从气体稳压室618到倒钩610的中心区段607中。倒钩式紧固件602的外部下部区段605包围这个气体流干线区段607，从而保护倒钩602不受损。
[0219]倒钩610围绕中心气体流干线区段607的外部端而形成。倒钩610允许软管在袋支承结构壁106和袋128外部直接连接到第二堵头喷头138B上。软管(未显示)直接连接到倒钩610上,使得特定气体或气体组合能够通过第二衬套614从中心气体流干线612输送到气体稳压室618，以便通过喷射盘606从喷射固持腔体620吹泡到袋128中。
[0220]倒钩式紧固件602可进一步包括保护凸块603，保护凸块603附连到倒钩式紧固件602的外部下部区段605上，并且包围外部下部区段605，从而对倒钩610提供额外的保护。
[0221]图25显示袋插件307的仰视图。如上面描述的那样，袋插件307包括居中定位在插件307的底部表面上的驱动系统槽口 309。从俯视图看，驱动系统槽口 309具有圆形形状。袋插件307还包括限定驱动系统槽口 309的固持器壁700。
[0222]袋插件307可进一步包括包围固持器壁700和中心驱动系统槽口 309的圆形堵头单元孔口 311。凸缘315包围袋插件307的外部周缘，以装配在底板300的搅动器端口 301内。袋插件307包括腔体区段704，腔体区段704包围堵头单元孔口 311，并且位于外部凸缘315和驱动系统槽口 309之间。这个腔体区段704具有蜂巢形，以提高机械刚性。
[0223]图26显示袋插件307的俯视图。此图还包括圆形堵头单元孔口 311和包围插件305的中心800的外部凸缘315。中心区域800是搅动器盘，搅动器盘用于对磁性搅动器142提供便于其在上面旋转的平坦的平面表面。
[0224]图27显示堵头传感器单元138C具有与图22中的第一堵头喷头138A相似的构造。提供用于测量袋中的至少一个特性的传感器单元(138C)。特性可选自下者组成的组:pH值、溶解气体导电性、细胞密度、温度、流体流量和气体成分。
[0225]堵头传感器单元138C包括传感器基部900和传感器紧固件902。传感器基部900和传感器紧固件902包括螺纹凹槽，螺纹凹槽的定位与第一喷头基部400和紧固件402相同，以使得能够将传感器紧固件902附连到传感器基部900上。类似于第一堵头喷头138A，传感器基部900和传感器紧固件902装配在袋128的第一衬套414内。
[0226]传感器基部900承坐成通过第一衬套414。传感器基部900大体包括传感器基部垫片904、传感器通路912和传感器基部倒钩910。传感器基部900由塑料或其它刚性聚合物材料制成。传感器基部900构造成包括开放式顶部区段，以便传感器906定位在其内。传感器基部900包括凸缘外部区段901，凸缘外部区段901沿着基部900的上部部分的外部边缘伸展，以沿着第一衬套414的顶部表面承坐。传感器基部900还包括传感器通路912，传感器通路912形成从袋128外部到袋的内部下部区段的中心区段913。传感器基部900的外部下部区段903包围传感器通路区段913以保护传感器通路区段913不受损，并且具有用于附连到传感器紧固件902上的外螺纹凹槽。
[0227]传感器基部垫片904可定位成沿着外部传感器基部凸缘区段901的底部表面，从而包围传感器基部900。传感器基部垫片904由硅橡胶或柔性聚合物材料制成。在备选示例中，传感器基部垫片904是O形环。
[0228]传感器基部倒钩910围绕中心传感器通路912区段的外部端而形成。传感器基部倒钩910可用来将传感器构件连接到传感器906以及软管上，软管用于使导线从一个装置延伸通过堵头传感器单元138C。
[0229]堵头传感器单元138C可包括传感器紧固件902。传感器紧固件902是堵头螺母。传感器紧固件902包括沿其内表面的螺纹凹槽，螺纹凹槽用来附连到传感器基部900的外螺纹凹槽上。这在传感器基部900和传感器紧固件902之间产生紧密装配，从而抵靠着第一衬套414形成无菌的非永久密封。
[0230]堵头传感器单元138C包括传感器换能器906和传感器控制器920。传感器换能器906附连到导线918上，导线918被导引通过传感器通路912，以便将传感器换能器906置于袋128内的期望位置处。传感器区段906通过导线918在袋128外部直接连接到传感器控制器920上。传感器控制器920监测某些特性的水平，诸如温度或气体成分。传感器区段906能够飘浮在传感器基部900上方的空间中的流体内。随着条件改变，传感器区段906通过导线918不断将关于某个特性的数据发送给控制器920。[0231]堵头传感器单元138C还可包括通路密封元件908。这些密封元件908用来填充传感器通路912的端部和导线918之间的空间。通路密封元件908由塑料或刚性聚合物材料制成。
[0232]图28示出本发明的又一方面。再次参照图2，当搅动器或叶轮和外部磁性驱动系统121之间的最大磁耦合力被叶轮或磁性搅动器142上的负荷超过时，搅动器142与外部磁性驱动系统121脱耦，并且产生首先有排斥性然后有吸引性的力的临时振荡。这样的力可垂直地推动搅动器142远离袋支承结构壁106。由于这个原因，如图28中显示的那样，环形护套结构可包括具有沿径向延伸的爪状物2802的支架稳定器2800，沿径向延伸的爪状物2802使环形护套结构在这个脱耦事件期间保持紧邻袋支承结构壁，并且在搅动器上的负荷减小时，允许搅动器重新耦合。应当注意，支架稳定器的功能不是阻止进行脱耦，而是使搅动器保持充分紧邻驱动头，以允许进行重新耦合。支架稳定器是侧向延伸部，它也用来支承较大的区域和将磁性力分配在较大的区域上面，从而使叶轮板减少可能的扭曲和/或划伤。
[0233]支架设计允许在叶轮和容器壁之间有一些垂直运动，但不允许有将允许叶轮漂离驱动头附近的区域的大垂直运动。限制脱耦的叶轮运动的目的是为了使得叶轮能够在叶轮负荷减小时容易地重新耦合。支架稳定器的主要功能不是将叶轮定位到驱动头上。将叶轮定位到驱动头上的主要功能由叶轮和驱动头之间的扭矩耦合力提供。存在几种支架稳定器可执行这个功能的方式。支架稳定器可使用将不同于传递耦合力的磁性扭矩的磁耦合力，以在叶轮脱耦的情况下，使环形护套结构保持紧邻容器壁。例如，可将铁质磁板插入袋支承结构壁的下方，以对支架稳定器上的封装磁体2804提供吸引耦合力。诸如在支架稳定器和容器壁之间使用真空或静电力的其它方法可用来对支架稳定器施加力，以叶轮脱耦的情况下，使支架稳定器保持紧邻容器壁。
[0234]现在转到图29-33，显示本发明另一方面，其中，显示用于将一次性传感器连接到柔性容器上的另一个装置和方法。装置适合用于与任何种类的传感器结合起来使用，诸如光学传感器、电化学传感器、电导率传感器、阻抗传感器、PH值传感器、传导率传感器、溶解氧传感器、溶解二氧化碳传感器、细胞质量传感器或离子选择性传感器。在图29-33中，传感器具有基本圆柱形本体，但传感器和传感器壳体可具有任何其它形状。另外，系统可包括细胞培养、细胞容纳、生物反应器和/或制药系统的器皿和/或单元操作或构件，其具有可对过程控制提供实时数据的一个或多个在线感测构件。
[0235]如图29-33中显示的那样，图29中显示的堵头式一次性传感器组件2300可包括由塑料或其它刚性聚合物材料形成的堵头本体40，堵头本体40容纳安装在柔性容器或管道32的一侧上的监测传感器30、安装在容器或管道壁32的外侧上的塑料、刚性或半刚性盘形密封元件或聚合物端口板42，以及塑料或柔性聚合物垫片或O形环36。带螺纹的传感器本体30或带螺纹的壳体48承坐成通过容纳辅助O形环或垫片46的聚合物端口板42，并且堵头螺母50旋到堵头装配本体40中，并且抵靠着密封元件(诸如O形环或垫片36、46)和聚合物端口板42和容器或管道壁32上紧，以实际无菌的非永久密封。在本发明的一个实施例中，可移除堵头一次性传感器组件2300。在另一个实施例中，可不移除堵头传感器组件。借助于这个附连，传感器本体30承坐成通过板42，并且定位成使得容器或管道壁32夹在板42和堵头本体40之间，并且提供无泄漏密封。[0236]如本文所用，用语“堵头单元”或“堵头配件”表示其一部分定位在柔性袋或管道的内部且其一部分定位在袋或管道外部的组件。
[0237]如图30中显示的那样，堵头单元2400可包括堵头基部70，堵头基部70装配在刚性、半刚性或柔性袋或管道壁32内，以通过袋或管道壁32而附连永久地安装的一次性传感器30。堵头基部70包括传感器壳体54，传感器壳体54形成包围和保持传感器30的鞘，以允许传感器30永久附连到堵头基部70上，并且传感器壳体54包括螺纹、凹槽或槽口 55，如有必要，螺纹、凹槽或槽口 55允许附连外部支承件、线材和缆绳。堵头基部70还包括基部密封垫片56，螺纹、凹槽或槽口 55包围基部70的上部部分，以在附连时，抵靠着柔性或半刚性袋或管道壁32密封基部70。
[0238]堵头基部70和壳体部分54包括外螺纹或攻丝凹槽52。典型地，堵头紧固件60包括内螺纹或攻丝凹槽(未显示)，以允许堵头紧固件60旋拧或旋转到堵头基部70中。堵头单元2400还包括定位在堵头基部70和堵头紧固件60之间的间隔件58，诸如垫圈。堵头基部70装配在间隔件58中的通道和堵头紧固件60的内螺纹区段内，以与堵头基部70的外部开槽区段52形成上紧装配。
[0239]如图31中显示的那样，堵头单元2500可包括装配在刚性、半刚性或柔性袋或管道壁32内的堵头基部70。堵头基部70还包括基部垫片56，以在附连时，抵靠着袋或管道壁32密封基部70。堵头基部70优选容纳一次性传感器30的至少一部分。一次性传感器30具有顶部部分30b和底部部分30a，并且定位成使得在使用中，传感器30的底部部分30a接触袋或管道32内的材料，诸如溶液。与传感器30的底部部分30b的外表面接触的传感器垫片58在传感器30和堵头基部70之间形成密封。传感器壳体或衬套54形成包围和保持传感器30的顶部部分30b的鞘。与传感器30的顶部部分30b接触的板30c包括螺纹、凹槽或槽口(未显示)，如有必要，螺纹、凹槽或槽口允许附连外部支承件、线材和缆绳。传感器30的顶部部分30b还具有倒钩，或者阻止传感器30在堵头单元2500内移动的其它类型的固持特征30。
[0240]堵头基部70包括外螺纹或攻丝凹槽52。堵头紧固件60包括内螺纹或攻丝凹槽(未显示)，以允许堵头紧固件60旋转或旋拧到堵头基部70中。堵头单元2500还包括定位在堵头基部70和堵头紧固件60之间的间隔件58，诸如垫圈。间隔件58通过阻止堵头紧固件60和袋薄32之间有接触来保护袋或管道薄32。堵头基部70装配在间隔件58中的通道内。堵头紧固件60的内螺纹区段与堵头基部70的外部凹槽区段52形成上紧装配。
[0241]图32描绘堵头单元2600，堵头单元2600包括一体时堵头紧固件62和附连的或一体的传感器64,传感器64具有定位成在传感器64和堵头传感器基部70之间形成密封的传感器垫片68。堵头传感器基部70装配在刚性、半刚性或柔性袋或管道壁32内。堵头基部70还包括基部垫片56，以在附连时，抵靠着袋或管道壁32密封基部70。堵头基部70包括外螺纹或攻丝凹槽52。堵头紧固件62包括内螺纹或攻丝凹槽(未显示)，以允许堵头紧固件62旋转或旋拧到堵头基部70中。在一个实施例中，间隔件58是定位在堵头紧固件62和袋或管道膜32之间的垫圈，膜32定位在堵头基部70的上方。
[0242]图33显示堵头单元2700，其设计成与上面公开的堵头单元相比，使堵头紧固件80保持较接近柔性袋或管道壁32的外侧。
[0243]堵头单元2700包括堵头紧固件80，堵头紧固件80具有拧到或转动到堵头基部72中的螺纹部分82，堵头基部72具有用于接纳堵头紧固件80的螺纹或攻丝或凹槽部分74。具有可选的固持特征30e和传感器垫片58的一次性传感器30在其顶部部分处附连到堵头紧固件80上。堵头基部72具有用于接纳固持翅片30e的腔体。传感器30的底部部分包括与堵头基部74形成密封的传感器垫片58。
[0244]应当注意，在本文描述的一次性传感器组件的任何实施例中，或者在本发明的任何其它实施例中，传感器可定位在壳体或堵头配件内，以在容器或管道内处于任何深度。例如，传感器可处于与容器或管道的内壁相等或齐平的深度，或者传感器可在容器或管道的柔性或半刚性壁的表面内部处于例如大约I毫米至大约25毫米的深度，或者大约5毫米至大约13毫米的深度。
[0245]虽然已经参照本发明的优选实施例来特别地显示和描述了本发明，但本领域技术人员将理解，可对本发明进行各种形式和细节的改变，而不偏离本发明的由所附权利要求包括的范围。关于本发明的特定方面、实施例或示例所描述的特征、整数、特性、组合物、化学半族或族应理解为可应用于本文描述的任何其它方面、实施例或示例，除非与它们不相容。此说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，以及/或者这样公开的任何方法或过程的所有步骤都可按任何形式组合起来，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤互相排斥的组合。本发明不局限于任何前述实施例的细节。本发明延及此说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的一个特征或任何新颖的特征组合，或者延及这样公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖的一个步骤或任何新颖的步骤组合。
【权利要求】
1.一种混合系统,包括: 用于容纳流体的柔性袋(128)； 可设置在所述袋(128)中的用于混合所述流体的磁性搅动器(142)，所述搅动器(142)构造成在磁耦合到外部磁性驱动系统(121)上时，围绕旋转轴线旋转； 其中，所述柔性袋构造成由袋支承结构(104)支承，所述袋支承结构(104)包括袋支承结构壁(106)，在使用期间，所述袋支承结构壁(106)至少部分地包围、支承或容纳所述袋(128)，并且所述柔性袋(128)进一步适于根据所述袋支承结构(104)的成形部分而变形，以在所述搅动器(142)磁耦合到所述外部磁性驱动系统(121)上时，在所述袋(128)内限定用于所述搅动器(142)的无接纳器式固持器。
2.根据权利要求1所述的混合系统，其特征在于，所述袋支承结构(104)的所述成形部分是用于固持所述柔性袋(128)和所述流体搅动搅动器的下者中的至少一个:腔体、环状隆起或突起(500)、凹槽(600)，或者柱。
3.根据权利要求1或2所述的混合系统，其特征在于，所述袋支承结构(104)的所述成形部分是所述结构(104)的内壁中的环形凹槽(600)，并且所述搅动器(142)进一步包括支承结构(210)，所述支承结构(210)至少部分地包围所述可旋转搅动器(142)，并且装配在所述凹槽(600)内。
4.根据权利要求1或2所述的混合系统，其特征在于，所述袋支承结构(142)的所述成形部分是所述支承结构(104)的内壁中的环形突起(500)，并且所述搅动器进一步包括装配成抵靠着所述突起(500)的内侧的支承结构(210)。
5.一种混合流体的方法，包括: 提供用于容纳所述流体的柔性袋(128)； 将搅动器(142)插入到所述柔性袋(128)中，所述搅动器(142)包括支承结构(210)和可旋转式磁性搅动器(142)； 将所述柔性袋(128)安装在袋支承结构(104)中； 将所述搅动器(142)定位成抵靠着容纳所述柔性袋的所述支承结构(104)的成形部分，其中，所述柔性袋(128)夹在所述搅动器(142)和所述支承结构(104)的所述成形部分之间； 将所述支承结构(210)布置成与所述柔性袋(128)的内壁接触，使得所述支承结构(210)与所述成形部分接合，以促进所述搅动器(142)与外部磁性驱动系统(121)的磁耦合；以及 启动所述外部磁性驱动系统(121)，以通过以磁的方式使所述搅动器(142)旋转来混合所述柔性袋(128)内的所述流体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述袋支承结构(104)的所述成形部分是所述支承结构(210)构造成与其接合的下者中的至少一个:腔体、环状隆起或突起(500)、凹槽(600)，或者柱。
7.一种用于混合流体的混合系统，包括: 用于容纳所述流体的柔性袋(128)； 磁性搅动器(142)，其位于所述柔性袋(128)内，并且构造成混合所述流体，所述磁性搅动器(142)包括可旋转毂(204)和至少一个导叶或叶片(206A)，其中搅动器轴承结构(213)附连到所述磁性搅动器(142)上，以允许所述毂(204)围绕其中心轴线旋转，以及支承所述毂(204) 提供支承结构(210)，其与所述柔性袋(128)的内表面接触，以使所述可旋转毂(204)与所述柔性袋(128)间隔开，其中，所述支承结构(210)附连到所述搅动器轴承结构(213)上；以及 外部磁性驱动系统(121)，其用于与所述磁性搅动器(142)进行磁耦合，以及驱动所述磁性搅动器(142)旋转。
8.根据权利要求7所述的混合系统，其特征在于，所述搅动器轴承结构(213)包括单球或多球布置的滚球构造。
9.根据权利要求7或8所述的混合系统，其特征在于，所述支承结构(210)包括环形护套结构。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的混合系统，其特征在于，所述支承结构(210)包括护套(210)，所述护套(210)装配成抵靠着所述轴承结构(213)的外部轴承座圈(212-0)，以使所述轴承结构(213)与所述柔性袋(128)间隔开。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的混合系统，其特征在于，所述支承结构(210)包括支架型稳定器(2802)，所述支架型稳定器(2802)具有各自具有封装式磁体(2804)的多个延伸部(2802)。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的混合系统，其特征在于，所述磁性搅动器(142)包括嵌在所述毂(204)内的至少两个毂磁体(208)。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的混合系统，其特征在于，所述磁性驱动系统(121)包括 驱动头(216)，其具有至少两个驱动磁体(220)，所述驱动磁体(220)耦合到所述可旋转毂(204)的所述至少两个毂磁体(208)上，以及 马达(202)，其用于驱动所述驱动头(216)旋转，并且因而驱动所述可旋转毂(204)旋转。
14.根据权利要求7至13中的任一项所述的混合系统，其特征在于，所述磁性驱动系统(121)包括由推力轴承(228)支承的马达轴(230)。
15.根据权利要求13所述的混合系统，其特征在于，所述驱动头(216)进一步包括驱动头外罩(222)，所述驱动头外罩(222)包围所述驱动头(216)，而且不随所述驱动头(216)旋转。
16.根据权利要求7至15中的任一项所述的混合系统，其特征在于，进一步包括在容纳所述柔性袋(128)的袋支承结构(104)的内壁中的突起(500)，其中，所述磁性搅动器(142)承坐在所述突起内。
17.根据权利要求7至15中的任一项所述的混合系统，其特征在于，进一步包括在容纳所述柔性袋(128)的袋支承结构(104)的内壁中的凹槽(600)，其中，所述磁性搅动器(142)承坐在所述凹槽(600)内。
18.根据权利要求16或17所述的混合系统，其特征在于，所述柔性袋(128)夹在所述突起(500)或凹槽(600)和所述袋支承结构(104)之间。
19.一种混合流体的方法，包括:提供用于容纳所述流体的柔性袋(128)； 将磁性搅动器(142)插入到所述柔性袋(128)中，所述磁性搅动器包括附连到所述磁性搅动器(142)上的至少一个导叶或叶片(206A)、可旋转毂(204)和用于支承所述毂(204)的轴承结构(213)； 提供与所述柔性袋(128)的内壁接触的支承结构(210)，其附连到所述轴承结构(213)上，以使所述毂(204)和轴承结构(213)与所述柔性袋(128)间隔开； 在所述柔性袋(128)的外部提供磁性驱动系统(121)，以使所述磁性驱动系统(121)与所述磁性搅动器(142)进行磁耦合，以及驱动所述磁性搅动器(142)旋转；以及 通过使所述驱动系统(121)以磁的方式旋转所述搅动器(142)，来混合所述柔性袋(128)内的所述流体。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括提供搅动器轴承结构(213)，所述搅动器轴承结构(213)附连到所述磁性搅动器(142)上，并且允许所述毂(204)围绕其中心轴线旋转，而且支承所述毂(204)。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述磁性搅动器定位在容纳所述柔性袋(128)的袋支承结构(104)的内壁中的突起(500)中，其中，所述柔性袋(128)夹在所述磁性搅动器(142)和所述袋支承结构(104)之间。
22.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述磁性搅动器凹槽(600)定位在容纳所述柔性袋(128)的袋支承结构(104)的内壁中。
23.一种用于流体的混合系统，包括: 用于容纳所述流体的柔性袋(128)，其中，所述柔性袋(128)具有上部部分和下部部分； 用于混合所述流体的搅动器(706)，其具有搅动器轴(708)和附连到所述搅动器轴(708)上的至少一个叶轮(710)，其中，所述搅动器轴(708)具有上部端和下部端； 下部磁性稳定器(702)，其具有第一核心磁性支承件(712)且位于所述柔性袋(128)内，以及具有磁性驱动系统(714)，所述搅动器轴(708)的所述下部端附连到所述第一核心磁性支承件(712)上，从而使所述搅动器(706)在所述磁性驱动系统(714)旋转时旋转；以及 上部磁性稳定器(704)，其具有磁耦合件(718)且位于所述柔性袋(128)内，以及具有第二核心磁性支承件(716)，其中，所述搅动器轴(708)的所述上部端附连到所述第二核心磁性支承件(716)上。
24.根据权利要求23所述的混合系统，其特征在于，所述上部磁性稳定器(704)进一步包括: 支承轴(906)，其具有上部区段、中间区段和下部区段，其中，所述下部区段附连到所述磁耦合件(718)的顶部表面上，并且所述顶部区段附连到托架(720)上； 包围所述支承轴(906)的所述中间区段的弹簧(910)，其中，所述弹簧(910)装配在所述支承轴(906)的所述上部区段和所述下部区段之间；以及 第一轴承构造(916)和第二轴承构造(916)，其中，所述第一轴承构造(916)附连到所述支承轴(906)的所述上部区段上，并且所述第二轴承构造(916)附连到所述支承轴(906)的所述下部区段上，以稳定所述支承轴(906)的旋转。
25.根据权利要求23或24所述的混合系统，其特征在于，所述系统进一步包括: 用于支承搅动器毂(804)的下部核心轴承结构(813);以及 用于支承第二核心磁性基部(904)的上部核心轴承结构(913)。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述上部核心轴承结构(913)适于接合袋支承结构(106)或盖子的一部分。
27.根据权利要求25或26所述的系统，其特征在于，所述核心轴承结构(813；913)进一步包括支承结构(210)，所述支承结构(210)设置成与所述柔性袋(128)的内表面接触，以使所述毂(804)或基部(904)与所述柔性袋(128)间隔开。
28.根据权利要求25至27中的任一项所述的系统，其特征在于，所述核心轴承结构(813 ；913)包括多个滚球(814 ；915)。
29.一种用于流体的混合系统(1000)，包括: 柔性袋(128)，其用于容纳所述流体，并且适于利用支承结构(104)进行定位； 用于混合所述流体的搅动器组件(1706)，其具有搅动器轴(1013)和附连到所述搅动器轴(1013)上的至少一个叶轮(710);以及 至少一个壁稳定 器(1002)，其构造成在所述搅动器轴(1013)和所述支承结构(104)之间提供连结。
30.根据权利要求29所述的混合系统，其特征在于，所述至少一个稳定器(1002)进一步包括: 杆(1004)，其具有第一端和第二端； 所述杆(1004)的所述第一端构造成附连到包围所述柔性袋(128)的支承结构(104)的一部分上；以及 所述第二端构造成附连到所述搅动器轴(1013)上。
31.根据权利要求29或30所述的系统，其特征在于，所述稳定器(1002)进一步包括柔性管(1008)，所述柔性管(1008)包围所述杆(1004)，使得所述杆(1004)可穿过所述柔性袋(128)，而不接触其中的流体。
32.根据权利要求29至31中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括轴承块组件(1016)，所述轴承块组件(1016)将所述稳定器(1002)的第二端连接到所述搅动器轴(1013)的部分上。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述轴承块组件(1016)进一步包括支承轴承(1020)，所述支承轴承(1020)将所述稳定器(1002)连结到所述搅动器轴(1013)上，同时容许所述轴(1013)相对于所述稳定器(1002)旋转。
34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于，所述支承轴承(1020)进一步包括装配在滚球(1023)之间的内部和外部座圈(1022-1 ; 1022-0)，其中，所述外部座圈(1022-0)附连到稳定轴承块(1018)上，并且所述内部座圈(1022-1)附连到匹配轴节段(1014)上，以在所述轴承块组件(1016)和所述分段轴(1013)之间形成柔性支承结构。
35.根据权利要求34所述的系统，其特征在于，所述滚球促进以减小的摩擦进行独立旋转。
36.根据权利要求29至34中的任一项所述的系统，其特征在于，以径向定向部署多个稳定器，以将所述搅动器轴(1013)连结到所述支承结构(104)的侧壁的不同部分上。
37.一种用于混合流体的方法，包括: 提供用于容纳流体的柔性袋(128)； 将搅动器组件(1706)插入到所述柔性袋(128)中，所述搅动器组件(1706)具有搅动器轴(1013)和附连到所述搅动器轴(1013)上的至少一个叶轮(710)，所述叶轮(710)布置在下部端处，以与外部磁性驱动系统(714)耦合，使得所述搅动器组件(1706)可响应于所述外部磁性驱动系统(714)施加的动力而围绕其轴线在所述袋(128)内旋转； 将所述柔性袋(1128)安装在袋支承结构(104)中；以及 用至少一个稳定器(1002)使所述搅动器组件(1706)稳定，所述至少一个稳定器(1002)构造成在所述搅动器组件(1706)和所述支承结构(104)之间提供连结。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述至少一个稳定器(1002)进一步包括具有第一端和第二端的杆(1004)，并且所述方法进一步包括: 将所述杆(1004)的所述第一端附连到包围所述柔性袋(128)的支承结构(104)的一部分上；以及 将所述杆(1004)的所述第二端附连到所述搅动器轴(1013)上。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述杆(1004)的所述第一端附连到所述支承结构(104)的侧部部分上。
40.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述杆(1004)的所述第一端附连到所述支承结构(104)的顶部部分上。
41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，支承结构的所述顶部部分是所述支承结构(104)的组成元件。
42.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，支承结构(104)的所述顶部部分是与所述支承结构相关联的托架，并且所述杆(1004)的第一端构造成连接到所述托架上。
43.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，支承结构(104)的所述顶部部分是与所述支承结构(104)相关联的盖子，并且所述支柱的第一端构造成连接到所述盖子上。
44.根据权利要求37至43中的任一项所述的方法，其特征在于，所述稳定器(1002)进一步包括柔性管(1008)，所述柔性管(1008)包围所述杆(1004)，使得杆(1004)可穿过所述柔性袋(128)，而不接触其中的流体。
45.根据权利要求37至44中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述稳定器(1002)连接到所述搅动器轴(1013)的所述部分上。
46.根据权利要求37至45中的任一项所述的方法，其特征在于，所述稳定器(1002)借助于支承轴承(1020)连结到所述搅动器轴(1013)上，从而容许所述轴(1013)相对于所述稳定器(1002)旋转。
47.根据权利要求37至46中的任一项所述的方法，其特征在于，以径向定向总署多个稳定器(1002)，以将所述搅动器轴(1013)连结到所述支承结构(104)的侧壁的不同部分上。
48.一种用于流体的混合系统，包括: 具有上部部分和下部部分的柔性袋(128)，其用于容纳所述流体； 用于混合所述流体的搅动器(712)，其具有带有下部端和上部端的搅动器轴(708)，以及附连到所述搅动器轴(708)上的至少一个叶轮(710);以及至少一个稳定器(1110)，其构造成在所述搅动器轴(708)的所述上部端和支承结构(104A)的顶部部分之间提供连结。
49.根据权利要求48所述的混合系统，其特征在于，所述至少一个稳定器进一步包括: 具有第一端和第二端的杆(1004)； 所述杆(1004)的所述第一端构造成附连到包围所述柔性袋(128)的支承结构(104)的一部分上；以及 所述第二端构造成附连到所述搅动器轴(708)上。
50.根据权利要求48或49所述的混合系统，其特征在于，支承结构(104A)的所述顶部部分是所述支承结构(104)的组成元件，并且所述稳定器(1110)的第一端构造成连接到所述组成元件上。
51.根据权利要求48至50中的任一项所述的混合系统，其特征在于，支承结构(104A)的所述顶部部分是与所述支承结构(104)相关联的托架，并且所述稳定器(1110)的第一端构造成连接到所述托架上。
52.根据权利要求48至50中的任一项所述的混合系统，其特征在于，支承结构的所述顶部部分是与所述支承结构(104)相关联的盖子，并且所述稳定器(1110)的第一端构造成连接到所述盖子上。
53.根据权利要求48所述的混合系统，其特征在于，所述至少一个稳定器(1110)进一步包括: 夹紧块(1006)，其将所述杆(1004)的所述第一端附连到所述袋支承结构壁(106)的所述外表面上； 柔性管(1008)，其从所述柔性袋(128)的内表面到所述杆(1004)的所述第二端而包围所述杆(1004);以及 将所述杆(1004)的所述第二端连接到所述搅动器轴(708)上的轴承块组件(1016)。
54.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述稳定器(1110)进一步包括柔性管(1008)，所述柔性管(1008)包围所述杆(1004)，使得所述杆(1004)可穿过所述柔性袋(128)，而不接触其中的流体。
55.根据权利要求48至54中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括将所述稳定器(1110)的第二端连接到所述搅动器轴(708)的所述上部部分上的轴承块组件(1016)。
56.根据权利要求55所述的系统，其特征在于，所述轴承组件(1016)进一步包括支承轴承(1120)，所述支承轴承(1120)将所述稳定器(1110)连结到所述搅动器轴(708)的所述上部端上，同时容许所述轴相对于所述稳定器旋转。
57.一种混合系统，包括: 用于容纳流体的柔性袋(128)； 磁性搅动器，其可设置在所述柔性袋(128)中，并且构造成在磁耦合到外部磁性驱动系统(1200)上时，围绕旋转轴线旋转； 其中，所述磁性搅动器包括毂组件(1240)，所述毂组件(1240)包括至少一个磁体(1226)，所述磁体(1226)构造成与极性相反的、与所述外部磁性驱动系统(1200)相关联的驱动磁体(1206)进行磁耦合，并且进一步构造成使得所述搅动器磁体(1226)和所述驱动磁体(1206)之间的耦合相对于旋转轴线在大体径向方向上进行。
58.根据权利要求57所述的混合系统，其特征在于，所述磁性搅动器进一步构造成使得所述搅动器磁体(1226)和所述驱动磁体(1206)之间的径向耦合相对于所述旋转轴线呈大于零度的角。
59.根据权利要求58所述的混合系统，其特征在于，所述角相对于所述旋转轴线大于大约10度。
60.根据权利要求58或59所述的混合系统，其特征在于，所述角相对于所述旋转轴线大于大约20度。
61.根据权利要求57至60中的任一项所述的混合系统，其特征在于，包括至少两个驱动磁体(1206)和 两个搅动器磁体(1226)。
62.根据权利要求61所述的混合系统，其特征在于，所述柔性袋(128)构造成由支承结构(104)支承，所述支承结构(104)在使用期间至少部分地包围所述袋(128)，并且所述柔性袋(128)进一步适于根据所述支承结构(104)的成形安装件(780)而变形，以在所述搅动器磁体(1226)耦合到外部驱动磁体(1206)上时，在所述袋(128)内限定用于所述磁性搅动器的无接纳器式固持器。
63.根据权利要求57至62中的任一项所述的混合系统，其特征在于，所述柔性袋(128)和搅动器进一步适于在所述搅动器的所述搅动器磁体(1226)耦合到所述外部驱动磁体(1206)上时，接合支承结构(104)的用于固持所述柔性袋(12)的腔体结构(600)。
64.根据权利要求57至63中的任一项所述的混合系统，其特征在于，所述柔性袋(128)和搅动器进一步适于在所述搅动器的所述搅动器磁体(1226)耦合到所述外部驱动磁体(1206)上时，接合支承结构(104)的用于固持所述柔性袋(128)的环状隆起结构(500)。
65.一种混合流体的方法，包括: 提供用于容纳所述流体的柔性袋(128)； 将磁性搅动器插入到所述柔性袋(128)中； 在所述柔性袋的外部提供磁性驱动系统(1200)，以使搅动器磁体(1226)与驱动器磁体(1206)进行磁耦合，所述耦合相对于旋转轴线处于径向方向上；以及 启动所述驱动系统(1200)，以通过以磁的方式使所述搅动器旋转来混合所述柔性袋(128)内的所述流体。
66.根据权利要求65所述的方法，其特征在于，所述搅动器进一步构造成使得所述搅动器磁体(1226)和所述驱动器磁体(1206)之间的径向耦合相对于所述旋转轴线处于大于零度的角。
67.根据权利要求66所述的方法，其特征在于，所述角相对于所述旋转轴线大于大约10度。
68.根据权利要求67所述的方法，其特征在于，所述角相对于所述旋转轴线大于大约20度。
69.根据权利要求65至68中的任一项所述的方法，其特征在于，所述磁性搅动器包括承载至少一个叶轮(710)的旋转毂(1240)，所述方法包括用支承结构(210)使所述旋转毂与所述柔性袋(128)间隔开。
70.根据权利要求69所述的方法，其特征在于，所述搅动器进一步包括容许所述毂(1240)独立于所述支承结构而旋转的轴承结构(1250)。
71.根据权利要求65至70中的任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述磁性搅动器定位在支承结构(104)的成形的固持器部分(500 ;600 ;708)附近，其中，所述柔性袋夹在所述磁性搅动器和所述袋支承结构(104)之间。
72.—种生物反应器系统,包括: 用于容纳流体的柔性袋(128)，所述柔性袋(128)具有至少一个孔口(311 ；734)； 包括喷头单元(138A)的至少一个堵头单元(138)，所述至少一个堵头单元(138 ；138A ；138B ；138C)抵靠着所述至少一个孔口(311 ；734)进行密封，并且提供不透流体的通路； 磁性搅动器(142)，其与所述柔性袋(128)的内壁接触，并且构造成混合所述流体，所述磁性搅动器(142)包括: 附连到所述磁性搅动器(142)上的至少一个导叶(306 ；206), 可旋转毂(304 ;804)， 支承所述毂 (304 ；804)的搅动器轴承(313 ;813)， 支承结构(310 ;210)，其附连到所述轴承(313 ；813)上，以使所述毂(304 ；804)和轴承(313 ；813)与所述柔性袋(128)间隔开；以及 外部磁性驱动系统(121)，其用于与所述磁性搅动器(142)进行磁耦合，以及驱动所述磁性搅动器(142)旋转。
73.根据权利要求72所述的生物反应器，其特征在于，所述堵头喷头(138A)包括喷头基部(400)、凸缘(401)和稳压室(418)，所述凸缘(401)适于基本包围所述袋孔口(311 ；734)，以及通过将所述柔性袋128夹在所述凸缘(401)和支承结构(106)之间来密封所述堵头喷头(138A)。
74.根据权利要求72或73所述的生物反应器，其特征在于，所述堵头喷头(138A)进一步包括用于将外部气体管线耦合到所述稳压室(418)上的配件(410)。
75.根据权利要求72至74中的任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述堵头喷头(138A)进一步包括喷射盘(406)。
76.根据权利要求75所述的生物反应器，其特征在于，所述喷射盘(406)由多孔不锈钢或烧结金属制成。
77.根据权利要求72至76中的任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述堵头喷头(138A)进一步包括用于将所述喷头(138A)联结到所述支承结构(106)上的紧固件(402 ；602)。
78.根据权利要求72至77中的任一项所述的生物反应器，其特征在于，进一步包括袋支承结构壁(106)，所述袋支承结构壁(106)用于支承所述柔性袋(128)，并且具有袋支承结构壁孔口。
79.根据权利要求72至78中的任一项所述的生物反应器，其特征在于，进一步包括在所述袋支承结构壁孔口上延伸的插件(307)，所述插件具有驱动系统圆柱形槽口，所述驱动系统圆柱形槽口居中位于所述插件的外侧上，以接纳所述磁性驱动系统(121)和至少一个堵头孔口(311 ;734)，所述至少一个堵头单元(138)装配到所述堵头孔口(311 ；734)中。
80.根据权利要求72至79中的任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述喷头单元(138A)包含可透过气体的烧结金属。
81.根据权利要求72至80中的任一项所述的生物反应器，其特征在于，所述喷头单元(138A)包括: 喷头基部(400)，其具有喷射盘(406)，所述喷射盘(406)在所述喷射盘(406)和所述喷头基部(400)之间形成气体稳压室(418)，其中，所述喷头基部(400)进一步包括沿着所述喷头基部(400)的轴线的气体流干线(412)，所述气体流干线(412)将气体供应到所述气体稳压室(418);以及 用于将所述喷头基部(400)固定到所述袋(128)上的紧固件(402 ;602)。
82.根据权利要求81所述的生物反应器系统，其特征在于，所述紧固件(402;602)是螺母。
83.根据权利要求72至82中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述喷头单元(138A)进一步包括: 喷头基部(400)，其具有形成气体稳压室(418)的喷射盘(406);以及 用于将所述喷头基部(400)固定到所述袋(128)上的紧固件(402;602)，所述紧固件(402 ；602)进一步包括 沿着所述紧固件(402 ；602)的轴线的气体流干线(412)。
84.根据权利要求72至83中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述至少一个堵头单元(138)是用于在混合期间使所述袋(128)保持就位的支承单元。
85.根据权利要求72至84中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述至少一个堵头单元(138)是用于测量所述袋中的至少一个特性的传感器单元(138C)。
86.根据权利要求72至85中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述特性选自由下者组成的组:pH值、溶解气体、传导性、细胞密度、温度、流体流量和气体成分。
87.根据权利要求72至86中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述磁性搅动器(142)包括: 搅动器毂(304 ;804)，其具有至少两个磁体(308 ；808);以及 从所述搅动器毂(304 ；804)凸出的至少一个导叶(306 ；206)。
88.根据权利要求72至87中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述磁性驱动系统(121)包括驱动头(316)，所述驱动头(316)具有至少两个驱动磁体(320)，以及用于驱动所述驱动头(316)旋转的马达(302)。
89.根据权利要求88所述的生物反应器系统，其特征在于，所述磁性驱动系统(121)包括附连到推力轴承(328)上的马达轴(330)，所述推力轴承(328)附连到所述驱动头(316)上。
90.根据权利要求88所述的生物反应器系统，其特征在于，所述驱动头(316)进一步包括不随所述驱动头(316)旋转的驱动头外罩(322)。
91.根据权利要求82至95中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述支承结构(310 ；210)包括将所述毂(304 ；804)耦合到所述柔性袋(128)上的轴承系统(313 ；813)。
92.根据权利要求91所述的生物反应系统，其特征在于，所述支承结构(310;210)包括装配成抵靠着所述轴承系统(313;813)的外部轴承座圈(312-0 ;812-0)的护套。
93.根据权利要求72至92中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述柔性袋(128)构造成由支承结构支承，所述支承结构在使用期间至少部分地包围所述袋(128)，并且所述柔性袋(128)进一步适于根据所述支承结构的成形安装件(780)而变形，以在所述搅动器磁耦合到所述外部驱动系统(121)上时，在所述袋(128)内限定用于所述磁性搅动器(142)的无接纳器式固持器。
94.根据权利要求72至93中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述柔性袋(128)和搅动器进一步适于接合支承结构(104)的用于固持所述柔性袋(128)的腔体结构(600)。
95.根据权利要求72至93中的任一项所述的生物反应系统，其特征在于，所述柔性袋(128)和搅动器进一步适于接合支承结构(104)的用于固持所述柔性袋(128)的环状隆起结构(500)。
96.一种堵头式一次性传感器组件(2300)，包括: 用于将所述传感器组件(2300)附连到柔性或半刚性的容器或管道(32)上的堵头配件； 包括监测传感器(30 ；64)的堵头本体(40);其中，所述传感器(30)安装在所述柔性或半刚性容器或管道(32)的一侧上，并且板(42)安装在所述容器或管道(32)壁的外侧上；以及其中，所述传感器本体(30)承坐成通过所述板(42)，并且定位成使得所述容器或管道壁(32)夹在所述板(42)和所述堵头本体(40)之间。
97.根据权利要求96所述的堵头，其特征在于，所述传感器本体(30)带螺纹，并且提供了用于旋拧到所述堵头本体(40)上的带螺纹的堵头螺母(50)。
98.一种堵头式一次性传感器组件(2400 ；2500 ；2600 ;2700)，包括: 堵头基部(70 ;72)，其装配在袋或管道壁(32)内，以通过所述袋或管道壁(32)而附连一次性传感器(30)，其中，所述堵头基部(70)包括包围所述传感器(30)的传感器壳体(54)，以及螺纹或凹槽(52)，所述螺纹或凹槽(52)允许堵头紧固件(60)旋拧到或旋转到所述堵头基部(70)中。
【文档编号】B01F13/08GK103945928SQ201280055614
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年9月13日 优先权日:2011年9月16日
【发明者】T.埃登伯格, R.L.达姆伦, C.R.图奥海, M.费希尔, P.M.加利赫尔, J.A.肯尼 申请人:通用电气医疗集团生物科学公司