多站式声泳装置的制作方法

本申请要求2016年4月14日提交的美国临时专利申请号62/322,262以及2016年3月12日提交的美国临时专利申请序列号62/307,489的优先权。这些申请的公开内容在此通过引用全文纳入本文。
背景技术：
在许多应用中需要将颗粒/流体混合物分离成其单独组分的能力。物理尺寸排阻滤器能用于此目的，其中颗粒俘获于滤器上且流体流过滤器。物理滤器的示例包括通过切向流过滤、深度流过滤、中空纤维过滤和离心来运转的那些。然而，用物理滤器工作可以是复杂的。例如，当物理滤器装满，过滤能力降低。同样，使用这类滤器引发周期性停止以移出滤器和/或获得或清除之上所俘获的颗粒。声泳(acoustophoresis)是用高强度声波分离颗粒，且不使用膜或物理尺寸排阻滤器。已知声音的高强度驻波能在颗粒上施加压力。驻波具有压力曲线，其最后显示“静止”不动。驻波中的压力谱含有其波节和波腹处的净零压力区域。根据颗粒的密度和压缩性，其会俘获于驻波的波节或波腹。然而，常规的声泳装置功效有限，这归因于若干因素，包括热发生、对流体流动的限制以及无法捕获不同类型的材料。仍需要用经改善流体动力学的改进声泳装置。技术实现要素：本公开涉及多站式声泳(acoustophoretic)系统，能用于实现从颗粒/流体混合物中分离颗粒。在某些实施方案中，本文所述的多站式声泳系统能与生物反应器一起使用，如在灌注工艺中，以产生生物分子如重组蛋白或单克隆抗体，和从生物反应器中的细胞培养物分离这些想要的产物。获得颗粒浓度增加的新混合物，或能获得颗粒本身，或者可产生含有生物分子如重组蛋白或单克隆抗体的澄清流体。在更特定的实施方案中，所述颗粒是生物细胞，如中国仓鼠卵巢(cho)细胞、ns0杂交瘤细胞、幼仓鼠肾(bhk)细胞、或人细胞；淋巴细胞如t细胞(例如调节t细胞(treg)、jurkatt细胞)、b细胞或nk细胞；其前体，如外周血单个核细胞(pbmcs)；藻类或其它植物细胞、细菌、病毒或微载体。本文所述声泳系统可以是可扩展的，一般用于约20×106细胞/ml-约50×106细胞/ml的细胞密度。本文描述数种不同类型的声泳系统。具体地，本公开提供新型的、可扩展的、潜在一次性的技术用于基于声泳澄清细胞培养物。声波分离(aws)技术涉及使用低频声学力(acousticforce)以产生跨流道(flowchannel)的多维声驻波。来自生物反应器的流体介质进入流道，随着细胞通过多维声驻波，其被声学力俘获或悬浮。被俘获的细胞迁移到驻波的压力波节并开始在一起成团，最终形成大到足以通过重力从悬液中沉淀的簇。从系统渗透显示浊度显著下降，且降低用于二级澄清的区域规格，所述二级澄清使用深层过滤和后续过滤用于生物负载控制。本文公开的是多站式声泳系统，如二站式、三站式和四站式声泳系统。这些多站式声泳系统能纳入包含深层滤器、无菌氯气、离心机和亲和色谱柱的滤器“队列”，从而通过从中分离重组蛋白来纯化细胞培养物。在这类系统中，所述系统的不同的站(stage)中所产生的多维声驻波的频率/功率可改变将不同浓度或不同尺寸的材料送到滤器“队列”中的后续过滤步骤，从而改进澄清工艺的效率，这是通过有效管理滤器“队列”各步骤中加工的材料进行的。这样，声学滤器(即系统的不同的站)能用于管理滤器“队列”内下一级接收用于其中后续加工的材料。本公开的示例的多站式声泳系统包括彼此流体连接的三个或更多个声泳装置。声泳装置可串联连接，从而各声泳装置与至少另一声泳装置连接。在一些示例中，所述声泳装置可具有或不具有共同连接。声泳装置可通常连接回收通路以在分离后回收材料。各声泳装置可包括流动室，具有至少一个入口和至少一个出口；偶联流动室(如位于其壁上)的至少一个超声换能器，换能器包括压电材料，其能由驱动信号驱动以在流动室中产生多维驻波；和在至少一个超声换能器对面的反射器(如位于换能器对面的壁上)。在特定的实施方案中，存在四个声泳装置。在一些实施方案中，使用二个或更多个声泳装置。多站式声泳系统的声泳装置能通过管道彼此流动连接。多站式声泳系统的声泳装置能彼此直接物理连接，一级在另一级的顶上，或并排。在特定的实施方案中，所述声泳装置配置成产生多维声驻波，其都具有彼此一个数量级内的频率。在特定的实施方案中，所述声泳装置配置成产生多维声驻波，其都具有彼此不同的频率。在某些构建中，各多维声驻波产生声辐射力，其具有处于同一数量级的轴向分力和侧向分力。多站式声泳系统能进一步包括位于至少三个声泳装置的最上游的上游的进料泵和各声泳装置下游的泵(如蠕动泵)。即，多站式声泳系统能包括第一声泳装置上游的进料泵，第一声泳装置与第二声泳装置之间的第一泵，第二声泳装置与第三声泳装置之间的第二泵，第三声泳装置下游和第四声泳装置(存在时)上游的第三泵，以及第四声泳装置下游的第四泵。多站式声泳系统还能包括位于声泳装置的最上游的上游的进料流量计，和各声泳装置下游的流量计。即，多站式声泳系统能包括第一声泳装置上游的进料流量计，第一声泳装置与第二声泳装置之间的第一流量计，第二声泳装置与第三声泳装置之间的第二流量计，第三声泳装置下游和第四声泳装置上游的第三流量计，以及第四声泳装置下游的第四流量计。各声泳装置可具有至少一个位于进入流动室的入口处的突扩扩压器。各声泳装置能进一步包括在其至少一个超声换能器下方的端口。此端口能用于从声泳装置回收分离的材料。在某些实施方案中，所述多站式声泳系统的入口能与生物反应器的出口流体连接。多站式声泳系统能进一步包括位于三个或更多个声泳装置最下游的下下游的至少一个串联过滤站(in-linefiltrationstage)。串联过滤站能选自深层滤器、无菌滤器、离心机、亲和色谱柱或蛋白纯化领域已知的其它过滤技术。也公开了用多站式声泳系统从主流体连续分离第二流体或微粒的方法。多站式声泳系统的各声泳装置中产生的所有多维驻波可具有不同频率或相同频率，或可具有同一数量级内的频率。在本文所公开的方法的某些实施方案中，发送驱动信号以驱动第一声泳装置的超声换能器，从而在其中产生第一多维声驻波，如此，至少部分第二流体或微粒连续俘获于第一驻波，剩余混合物继续进入声泳装置第二部分。发送另一驱动信号以驱动第二声泳装置的超声换能器，从而在其中产生第二多维声驻波，如此，至少一部分第二流体或微粒连续俘获于第二驻波，剩余混合物继续进入声泳装置第三部分。发送另一驱动信号以驱动第三声泳装置的超声换能器，从而在其中产生第三多维声驻波，如此，至少一部分第二流体或微粒连续俘获于第三驻波，剩余混合物继续进入声泳装置第四部分。发送另一驱动信号以驱动第四声泳装置的超声换能器，从而在其中产生第四多维声驻波，如此，至少一部分第二流体或微粒连续俘获于第四驻波。发送给各声泳装置的驱动信号可彼此不同且能实施用于特定范围的微粒尺寸以选择性过滤混合物中的微粒。在某些实施方案中，所述给至少一个声泳装置的电压信号是至少50v。在某些实施方案中，所述给各声泳装置的电压信号(即ac)是50v-约60v(rms)。在某些实施方案中，所述给声泳装置最下游的电压信号是40v-约60v。第二流体或微粒可以是中国仓鼠卵巢(cho)细胞、ns0杂交瘤细胞、幼仓鼠肾(bhk)细胞、或人细胞；t细胞、b细胞或nk细胞；外周血单个核细胞(pbmc)；藻类；植物细胞、细菌、病毒或微载体。在本文所公开方法的某些实施方案中，发送电压信号以驱动各声泳装置的超声换能器，从而在各声泳装置内产生多维声驻波，如此，至少部分第二流体或微粒连续俘获于各驻波，各多维声驻波的频率和功率改变以选择性管理混合物中微粒的尺寸和/或浓度，所述微粒通过声泳装置的选定部分到达声泳装置的直接下游部分。这些和其它非限制性特征如下更特定描述。附图简要说明以下是附图的简单描述，给出其用于说明本文所公开示范性实施方案的目的，而不用于限制其的目的。图1阐明本公开所述的多站式声泳系统的示范性实施方案。声泳系统包括通过管道彼此连接的四个声泳站。图2a阐明用于本公开所述多站式声泳系统的彼此物理连接的四个声泳装置/站的示范性实施方案。图2b阐明图2a声泳装置/站之一的独立视图。图2c是图2a声泳装置/站之一的横截面图。所述装置包括相对的流动泵扩压器入口，产生流动对称和更均匀的速度。图3阐明图1四站式声泳系统的四个声泳装置中的三个。声泳装置彼此连接并通过其间的管道泵送。该图也显示经其入口连续流入各装置的细胞培养基夹带的流体，同时沉淀的/凝聚的细胞经其端口脱落/沉淀出各装置，剩余流体经出口从该装置流出进入后续装置。图4是放大的侧面横截面图，阐明垂直向下流经流动室并进入分离声波区的流体中的细胞培养基。图5是图4的继续，显示流体中的细胞在压力驻波波节处俘获于声驻波，这是因为声辐射力的侧向分力。图6是图5的继续，显示俘获于声驻波的细胞聚集形成细胞簇，其由于浮力减小/重力效应增加而沉淀出悬液并落到流动室底部。图7是常规超声换能器的横截面图。图8是本公开超声换能器的横截面图。换能器内存在气隙，不存在支持层或耐磨护板。图9是本公开超声换能器的横截面图。换能器内存在气隙，存在支持层和耐磨护板。图10是电阻抗振幅对频率(用于在不同频率驱动的方形(square)换能器)的图。图11a阐明与流体流正交的方向的用于图10峰值振幅中的七个的俘获线配置。图11b是阐明分离器的透视图。显示流体流方向和俘获线。图11c是沿着图11b流体流动方向(箭头251)的流体入口的视图，显示会捕获颗粒的驻波俘获波节。图11d是通过换能器面向俘获线配置沿着图11b所示的箭头253取得的视图。图12显示声辐射力、浮力和斯托克斯拖曳力与颗粒大小的关系。水平轴以微米(μm)计且垂直轴以牛顿(n)计。图13的表现图显示在第一实验中具有三个串联的声泳装置的本公开的系统的压降。y轴是以psig计的压降，从0到30，间隔为5。x轴是以升/每平方米计的体积通量容量(volumetricthroughputcapacity)，从0到140，间隔为20。图14是两张图的组，这两张图显示第二实验系统的表现。底部图的y轴是下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是以分钟计的测试持续时间，从0到80，间隔为10。顶部图的y轴是下降百分比，且是对数形式，值为0、90％和99.0％。图15是两张图的组，这两张图显示第三实验系统的表现。底部图的y轴是下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是以分钟计的测试持续时间，从0到80，间隔为10。顶部图的y轴是下降百分比，且是对数形式，值为0、90％和99.0％。图16是显示第五实验性四站式声泳系统每站的表现或体积通量(vt)的图。沿着图右边的顶部的线代表dohc滤器压降。从dohc压降线延伸的虚线代表dohc滤器浊度。沿着图右边的底部的线代表xohc滤器压降。从xohc压降线延伸的虚线代表xohc滤器浊度。图17是显示第五四站式声泳实验系统所有4个站的表现或体积载量(vt)的另一图。沿着图右边的顶部的线代表总压降。沿着图右边的从顶部数第二线代表dohc滤器压降。从dohc压降线延伸的虚线代表dohc滤器浊度。沿着图右边的底部的线代表xohc滤器压降。从xohc压降线延伸的虚线代表xohc滤器浊度。图18阐明第六实验系统相较于深层流过滤(dff)的表现。dff表现示于顶部的线并使用面积为35m2和11.6m2的滤器以实现所需表现。沿着底部的线，联用三站式aws系统与深层滤器使所用过滤面积减少到10.2m2，联用四站式aws系统与深层滤器使所用过滤面积减少到仅4.5m2。图19阐明用作实验系统的三站式声泳系统的示范性设置，用于本公开的一些表现测试。图20阐明用作实验系统的四站式声泳系统的示范性设置，用于本公开的许多表现测试。图21显示图20系统的浊度下降vs进料pcm。y轴是浊度下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是进料pcm百分比，从0％到15％，间隔为5％。有大圆形数据点的双轴线代表采用[qf/(qs/qf)]＝[0.6x/10％]的实验运转。有大三角形数据点的虚线代表采用[qf/(qs/qf)]＝[1.0x/10％]的实验运转。有box-x数据点的线代表采用[qf/(qs/qf)]＝[1.0x/20％]的第一实验运转。有大菱形数据点的三轴线代表采用[qf/(qs/qf)]＝[1.0x/20％]的第二实验运转。有大正方形数据点的虚线代表采用[qf/(qs/qf)]＝[1.0x/20％]的第三实验运转。最优(即最高)浊度下降出现在～5–6％的进料pcm。图22显示图20的系统(qs/qf＝20％)就三个不同因子(tcd、浊度、pcm)而言的下降百分比vs进料流速(qf)。y轴是下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是进料流速(x流动)，从0到3.5，间隔为0.5。图23显示图20的系统(qs/qf＝20％)的浊度下降vs流量比。y轴是浊度下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是流量比(qs1/qs2)，从0到5，间隔为1。顶部的线代表0.6x流动，底部的线代表1.3x流动。图24显示图20的系统的pcmvs固体流速。y轴是压积细胞团(packedcellmass，pcm)百分比，从0％到50％，间隔为5％。x轴是流速(qs1/qs2)，从0到5，间隔为1。沿着图右边的顶部的线代表固体站(solidsstage)2。沿着图右边的中间线代表固体站1。沿着图右边的底部的线代表透过物。图25显示图20的系统的浊度下降vs流量比。y轴是浊度下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是流量比(qs1/qs2)，从0％到25％，间隔为5％。图26显示图20的系统的就三个不同因子(tcd、浊度、pcm)而言的下降％vs进料pcm。y轴是下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是进料pcm百分比，从0％到12％，间隔为2％。菱形数据点代表标准化的浊度下降。正方形数据点代表tcd降低。三角形数据点代表pcm降低。图27显示图20的系统的下降％vs进料细胞活力。y轴是下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是进料细胞活力百分比，从0％到100％，间隔为20％。同样，菱形数据点代表标准化的浊度下降，正方形数据点代表tcd降低，且三角形数据点代表pcm降低。图28是显示第七实验系统表现的另一图。随着时间显示各站的表现，说明表现未退化。y轴是tcd降低百分比，从0％到100％，间隔为10％。沿着x轴，最左边组的柱代表2小时后获取的数据，左起第二组的柱代表4小时后获取的数据，中间组的柱代表6小时后获取的数据，右起第二组的柱代表9小时后获取的数据，最右边组的柱代表12.5小时后获取的数据。各组柱内，最左侧的柱代表站1，左起第二柱代表站2，右起第二柱代表站3，最右侧的柱代表站4。图29是显示第七实验系统表现的另一图。该图显示用于单独深层滤器(dff)的深层滤器面积(左侧图)对使用声泳滤器获得同一容量的dff的等同面积(右侧图)之间的比较结果。在两个图像中，y轴是以m2计的深层滤器的指定面积，从0到60，间隔为10。在两个图像中，沿着x轴，最左边组的柱代表第一用户，中间组的柱代表第二用户，最右边组的柱代表第三用户。各组的柱内，最左侧的柱代表站1，左起第二柱代表站2，右起第二柱代表站3，最右侧的柱(存在时)代表站4。图30是显示第七实验系统表现的另一图。y轴是细胞密度下降百分比，从0％到100％，间隔为10％。x轴是就细胞活力而言的tcd降低降百分比。沿着x轴，最左侧的柱代表细胞活力为82％时22×106细胞/ml的细胞密度，左起第二的柱代表细胞活力为80％时22×106细胞/ml的细胞密度，左起第三的柱代表细胞活力为64％时22×106细胞/ml的细胞密度，右起第三的柱代表细胞活力为62％时40×106细胞/ml的细胞密度，右起第二的柱代表细胞活力为60％时70×106细胞/ml的细胞密度，最右侧的柱代表细胞活力为70％时100×106细胞/ml的细胞密度。发明详述参考以下对想要的实施方案和其中所包括的示例的详细描述，可以更容易地理解本公开。在以下描述和之后的权利要求书中，引用一些术语，其应定义为具有以下含义。尽管在以下描述中使用了特定术语，但为了清楚起见，这些术语仅意在涉及选定用于阐明附图的实施方案的具体结构，而不意在限定或限制本公开范围。在下面的附图和以下描述中，应理解同样的数字名称是指相同功能的组件。此外，应理解附图不依比例衡量。单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。如用于说明书和权利要求书，术语“包含”可包括实施方案“由...组成”和“基本由...组成”。本文所用的术语“包含”、“包括”、“具有(having)”、“具有(has)”、“能”、“含有”和其变体意指开放式连接词、术语或单词，其要求存在指定的组分/步骤且允许存在其它组分/步骤。然而，这种描述应解释为也描述组合物或工艺为“由所枚举的组分/步骤组成”和“基本由所枚举的组分/步骤组成”，其允许仅存在指定组分/步骤，以及可能由此产生的任何杂质，并排除其它组分/步骤。数值应理解为包括当减少到同一数目的有效数字时相同的数值以及不同于设定值的数值，所述不同小于为确定所述值，本申请中所述描述的类型的常规测量技术的实验误差。本文公开的所有范围包含所列举的端点且独立可组合(例如，“从2克到10克”的范围包含终点2克和10克以及所有中间值)。由一个或多个术语如“约”和“大体上”修饰的值，可不限于指定的精确值。近似语言可对应于用于测量值的仪器精密度。修饰语“约”也应视作公开由2个终点绝对值定义的范围。例如，表述“从约2到约4”也公开“从2到4”的范围。应注意，本文所用的许多术语是相对术语。例如，术语“上部”和“下部”是相对于彼此位置，即在给定方向，上部组件位于比下部组件更高的高度，但若装置翻转，则这些术语能改变。术语“入口”和“出口”相对于流经其的流体，涉及给定结构，如流体流经入口进入所述结构并流经出口离开所述结构。术语“上游”和“下游”相对于流体流过多个组件的方向，即流体流经上游组件，然后流经下游组件。应注意，在环中，第一组件能描述为第二组件的上游和下游。术语“水平”和“垂直”用于指示相对于绝对参照(即地平面)的方向。术语“向上”和“向下”也相对于绝对参照；向上流动总是与地球重力相反。本申请涉及“同一数量级”。如果较大数字除以较小数字的商是至少为1且小于10的值，则2个数字为同一数量级。本申请也涉及“锐”角。出于本公开目的，术语“锐”指0°-90°的角，排除0°和90°。补料分批细胞培养的推进导致多至50×106细胞/ml的较高的细胞密度和>5g/l的产物滴度。伴随在细胞培养中转向应用一次性技术，寻求细胞收获和澄清阶段的效率提高以产生收获的细胞培养液(hccf)，用于捕获色谱和后续下游加工。连续工艺的进步(evolution)也可以是效率考虑的因素，其中优先连续进料hccf，hccf可用于直接加载于连续多柱捕获色谱步骤。现有的细胞培养物澄清使用离心或深层过滤进行，通常以分批模式运转并在过程中使用散装贮存的进料或hccf。本公开的声泳分离技术采用超声驻波以俘获主流体流中二级相材料，包括流体和/或颗粒，即保持其静止。俘获二级相材料是与之前方法的重要区别，在之前方法中，颗粒轨迹仅通过声辐射力效应来改变。颗粒的声场散射导致三维声辐射力，其用作三维俘获场。与超声驻波联合产生的三维声辐射力在本公开中称为三维或多维驻波。当颗粒相对于波长小时，声辐射力与颗粒体积(如半径的立方)成比例。其与频率和声学对比系数(contrastfactor)成比例。其也与声能(如声压振幅的平方)成比例。对于谐波激发，力的正弦空间变量驱动颗粒到驻波内的稳定位置。当施加于颗粒上的声辐射力强于流体拖曳力与浮力和重力的联合效应时，颗粒可俘获于声驻波场。此俘获引起所俘获的颗粒浓缩、聚集和/或合并。另外，二级粒间力如bjerkness力协助颗粒聚集。重于主流体(即比主流体致密)的颗粒通过增强的重力沉降来分离。声泳装置的一个特定应用是处理生物反应器材料。需要从流体流中的所表达的材料过滤尽可能多的或所有细胞及细胞碎片。所表达的材料由生物分子组成，如重组蛋白或单克隆抗体，并且是待回收的想要的产物。通过使用声泳，分离细胞和细胞碎片非常有效且使得表达产物损失极小。此分离技术相比当前过滤工艺(深层过滤、切向流过滤、离心)是一种改进，所述当前过滤工艺显示在高细胞密度下效率有限，其中所表达的材料在自身滤床内的损失可能多至5％的生物反应器所产生的材料。使用哺乳动物细胞培养物(包括中国仓鼠卵巢(cho)细胞、ns0杂交瘤细胞、幼仓鼠肾(bhk)细胞和人细胞)，被证明是产生/表达用于当今制药的重组蛋白和单克隆抗体的一种非常有效方法。通过声泳过滤哺乳动物细胞和哺乳动物细胞碎片有助于大幅增加生物反应器收率。本文讨论的声泳技术允许细胞和/或其表达材料回收。在本文讨论的声泳技术中，对比系数是颗粒与流体自身压缩性和密度之间的差异。这些性质是颗粒与流体自身的特征。大部分细胞类型存在比其悬于其中的培养基更高的密度和更低的压缩性，从而细胞与培养基之间的声学对比系数是正值。轴向声辐射力(arf)驱动有正对比系数的细胞到压力节平面，而驱动有负对比系数的细胞或其它颗粒到压力波腹平面。声辐射力的径向或侧向分量帮助俘获细胞。在一些示例中，arf的径向或侧向分量大于流体拖曳力和重力的联合效应。随着细胞在驻波波节聚集，也出现细胞培养基的物理擦洗，其中更多细胞随着接触已保持在驻波内的细胞而被俘获。此现象或现象组合，有助于分离细胞与细胞培养基。所表达的生物分子保持在营养液流(即细胞培养基)中。理想地，超声换能器在流体中产生三维或多维声驻波，对悬浮颗粒施加侧向力以增加驻波的颗粒俘获能力。声学相关文献中的超声换能器出版物提供典型结果，指示平面或一维声波产生中的侧向力比轴向力小两个数量级。与此不同的是，本申请公开的技术提供与轴向力同一数量级的侧向力。也可能用任意定相和/或不同或可变频率驱动多种超声换能器。多种换能器可以起作用以分离流体流中的材料，而彼此异相和/或以不同或可变频率运转。或者或另外，也可运转分成有序阵列的单一超声换能器，从而一些阵列组件会与其它阵列组件异相。三维(3-d)或多维声驻波产生自一个或多个压电式换能器，其中换能器是电或机械激发的，从而其以多激发模式迁移。因而产生的波的类型可以表征为复合波，位移谱类似于漏的对称的(leakysymmetric)(也称为压缩的或伸展的)兰姆波。波是漏波，因为其幅射入水层，这导致在水层中产生声驻波。对称的兰姆波的位移谱相对于压电元件的中性轴对称，这导致多个驻波在3-d空间产生。通过这种波产生方式，如果压电式换能器以“活塞”模式(其中仅产生单一、平面驻波)激发，则产生更高的侧向俘获力。因此，给压电式换能器以同一输入功率，3-d或多维声驻波能具有更高的侧向俘获力，可能是活塞模式产生的单一声驻波的多至和超过10倍。由于声流，有时可能需要调节驻波的频率或电压振幅。这类调节可通过振幅调节和/或调频来完成。驻波传播的占空比也可用于实现俘获材料的某些结果。换言之，可以不同频率打开和关闭声束以实现所需结果。在某些应用中，可实施多个声泳细胞过滤装置以澄清生物反应器细胞培养物和将生物分子/蛋白与表达它们的细胞分离。本公开涉及由模块化组件构成的声泳系统，以及这类模块的试剂盒。各模块与其它模块协作地啮合，随后能可逆地分离。试剂盒和模块允许用户获得所需的声泳系统的不同配置以提供改善的颗粒沉淀和改善的颗粒与流体分离。简言之，悬于主流体的颗粒能经过产生多种驻波的多个换能器以诱导与流体本身分离。也能使用模块组件提供改善的流体动力学，增加颗粒与流体分离。使用来自多个超声换能器的多种驻波考虑到了多个分离站。例如，在通过四个超声站-反射器对(即四个声泳站)的流程中，第一站(和其驻波)收集一定量的颗粒，第二站(和其驻波)收集通过第一站的颗粒，第三站(和其驻波)收集通过第一和第二站的颗粒，第四站(和其驻波)收集通过第一、第二和第三站的颗粒。当颗粒/流体比高(即大体积颗粒)，此构建可以是有用的，并且达到任何上游换能器的分离能力。此构建也能用于具有双峰或更大尺寸分布的颗粒，其中各换能器能实施用于捕获一定尺寸范围内的颗粒。图1阐明多站式声泳系统2000的第一示范性实施方案。系统2000包括第一声泳装置2010、第二声泳装置2020、第三声泳装置2030和第四声泳装置2040。各装置可视作不同声泳或过滤站。在这方面，系统2000是四站式声泳系统，因为各声泳装置能如本文所述构建，包括换能器-反射器对，以在各装置内产生至少一个多维声驻波。在某些实施方案中，各装置的声学室可具有1英寸x2英寸的面积。通过系统的公称流量可以是约4l/小时，通常约3.64l/小时(即约60ml/分钟)。在图1所示的系统2000中，装置2010、2020、2030、2040彼此串联起来，各装置/站通过其间运行的管道2060来连接相邻站。用管道连接相邻站(与直接连接各站的装置和相邻装置相反)提供更佳的流体与微粒分离。可在各装置之间提供泵(如蠕动泵)，可在第一装置的上游和最后装置的下游提供额外泵。在这方面，应注意在图1所示的四站式系统2000中，存在5个泵用于4个装置/站：(1)第一声泳装置2010上游的进料泵2008；(2)第一声泳装置2010下游和第二声泳装置2020上游的第一泵2018；(3)第二声泳装置2020下游和第三声泳装置2030上游的第二泵2028；(4)第三声泳装置2030下游和第四声泳装置2040上游的第三泵2038；和(5)第四声泳装置2040下游的第四泵2048。更简明地，图1所示的系统2000的实施方案分别包括第一声泳装置2010上游的进料泵2008以及各声泳装置2010、2020、2030、2040下游的泵2018、2028、2038、2039。泵2008、2018、2028、2038、2048在各相邻装置/站之间通过管道2060流体连接。除了泵，图1所示的系统2000的实施方案包括毗邻各泵的流量计。如这里所示，存在5个流量计：(1)第一声泳装置2010上游的第一流量计2009；(2)第一声泳装置2010下游和第二声泳装置2020上游的第二流量计2019；(3)第二声泳装置2020下游和第三声泳装置2030上游的第三流量计2029；(4)第三声泳装置2030下游和第四声泳装置2040上游的第四流量计2039；和(5)第四声泳装置2040下游的第五流量计2049。更简明地，图1所示系统2000的实施方案分别包括第一声泳装置2010上游的进料流量计2009以及各声泳装置2010、2020、2030、2040下游的流量计2019、2029、2039、2049。采用泵，流量计2009、2019、2029、2039、2049在各相邻装置/站之间通过管道2060流体连接。因此，流体流通过进料泵，然后是流量计，接着是第一声泳/过滤站，随后是泵，之后是流量计等，结尾是最后的泵和流量计。在一些实施方案中，如图2a所示的实施方案，单独装置站2010、2020、2030、2040物理上位置并排，且彼此物理连接。然而，不需要物理接近——站可以彼此分离，并通过管道流体连接，如图1和图3所示。图2b是第一声泳装置2010的后视图。图2c显示示范性声泳装置/站2100的横截面图，其能用作本文所述多站式声泳系统的任何装置/站。此装置能用于缓解一些关于流体处于低颗粒雷诺数的问题，并形成通过装置的更均匀的液流(flow)。装置2100具有通过声学室2111的向上的垂直的液流。声学室也具有2个相反的突扩扩压器2112和收集器设计，其提供流动对称的垂直的面或线。一般，流动方向的装置横截面是圆形或矩形。此示例中，声学室是空的(没有流体)，例如，在换能器与反射器之间的室中没有其它结构，且允许流体流过声学室。在声学室上端存在至少一个透过物出口2114。在声学室下端存在至少一个浓缩液出口2116。在声学室下端存在浅壁2118，并通向浓缩液出口2116。浅壁相对于水平面成角度，这可通过声学室底部描述。至少一个超声换能器(未显示)偶联声学室，例如，可位于声学室侧壁上。至少一个反射器(未显示)或另一超声换能器位于超声换能器对面，例如，可位于超声换能器对面的侧壁上。多维驻波可用换能器和相对的反射器产生，或可用2个相对的换能器产生。装置2110包括对称的、双重突扩扩压器，增压腔(plenum)进口配置。在此，2个突扩扩压器2112被放置于装置的相对的边。各突扩扩压器具有带上端2120和下端2122的增压腔/室。进气体积提供流动扩散并显著降低来流非均匀性。进气口2124位于下端2122的上方，至少一个流出口2126位于增压腔下端。实心壁2128存在于增压腔上端。这些突扩扩压器流出口可采用狭槽形式或一行孔，且其放置在声学室底部的上方。扩压器2112提供通过声学室的流动方向，与超声换能器产生的声驻波轴向成一个角度，如正交。还排列声学室入口，使得其处于相对的位置，从而水平速度在声学室中央减少趋向于零。突扩扩压器有助于降低或消除声学室中流体混合物向下的流动。流体混合物充满突扩扩压器中的增压腔，随后水平流入声学室，其中混合物垂直向上流过声驻波。突扩扩压器降低/消除流量脉动和流动非均匀性，其产生自泵、软管冲洗和/或水平进口流，在该处重力效应占优。突扩扩压器使混合物进入超声换能器下方，并因而在超声驻波中形成的波节簇或线下方的声学室。此排列有助于降低或尽可能减少簇的任何干扰，这可能另外由流入材料引起。对称垂直面或线与重力方向一致(isalignedwith)。还显示流线，其需要对称以降低或尽可能减少非均匀性、涡流干扰、循环和下降通过待收集浓缩液出口2116的簇的干扰。对称也有助于进气流分布和颗粒收集过程中的重力均匀分布。因为其重于在装置顶部离开的透过物，(相对)重的进料混合物接近声学室底部，由重力而伸展至室底部，并提供自下而上近一致的速度谱。随着混合物靠近声学室中央，混合物的水平速度可减小到接近或等同零，这归因于双重对立进口的液流。此水平速度下降有助于降低或尽可能减少室流与沉降的颗粒簇之间的干扰。均匀的速度提高且可最大化分离和收集结果。声驻波的侧向声学力能克服颗粒拖曳并允许颗粒受陷被俘获以形成簇和生长及从声驻波连续移出。均匀的速度能协助避免用侧向声学力的不均匀的扰动或干扰。均匀的速度允许进口液流分配器是任选存在的。随着颗粒簇脱离，与驻波相关的轴向声学力有助于保持簇完整。保持簇完整能帮助维持有高终极速度的簇快速下降，量级为1cm/sec。相较于室流速，其在一些示例中的量级为0.1cm/sec-0.3cm/sec，簇的沉降速度可能极快。浅壁角意味着圆柱形的颗粒簇能在其离开声学室前经过相对短的距离，从而几乎不发生簇分散。优选地，系统用每平方英寸换能器3-12个晶体振动波节运转。中央收集区中对称的、减少的流体扰动和浅收集器壁获得改善的收集，且可允许挡板/薄层板可选。图3一般阐明通过声泳站2010的流体流路径。新鲜流体/细胞培养基混合物经入口2012连续在其顶端引入该站，并流过流动室2050。在流动室内，细胞聚集并从声驻波中脱落/沉降出来。这些沉降的细胞凝聚物/聚集物随后落到流动室2050底部，并能经口2016回收。剩余混合物经出口2014在装置顶端从流动室流出并继续到下游装置，如本文所述。图4-6阐明声泳站的功能。如图4所示，流体/细胞培养基混合物通过管道进入声泳站并进入分离的声波区，即其中产生至少一个多维声驻波的区域。此声波区定义在超声换能器与反射器之间。如图5所示，由于声辐射力横向分量的作用，细胞在波节处俘获于声驻波。如图6所示，随着细胞聚集于波节，声辐射力下降和/或浮力减小/重力效应增强导致聚集的细胞从悬液沉降出来并落入流动室底部。如上面简要解释和图3所阐明，应注意，在本文所述的多站式声泳装置的许多实施方案中，所述超声换能器直接毗邻流动室，且直接暴露于任何穿过流动室的流体。换能器能通过薄膜与流动室分开，薄膜由例如聚醚醚酮(peek)或透声的任何合适材料或能用作换能器与流动室中流体之间屏障的其它合适材料构成。反射器是坚硬的或挠性的，能由高声阻抗的材料构成，如钢铁或钨，或提供良好声反射的任何其它合适材料。用于本文所述多站式声泳系统反射器的一种特别考虑的材料是硼硅酸盐玻璃。也可用另一换能器作为反射器。本文所述的多站式声泳系统的不同部分如流动室可由任何合适材料制成，所述材料能安置流体混合物。这类用于流动室的合适材料和相关部件包括医疗级塑料，如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯，或其它丙烯酸酯。用于本文所述多站式声泳系统中流动室/壳体的一种特别考虑材料是聚苯砜(pps)。所述材料可配置成至少有些透明作为透明视窗以允许内部流道和流程在声泳装置/系统运转期间可见。用于颗粒收集的多维声驻波如下获得：以既产生声驻波又激发换能器的压电材料的基本3d振动模式的频率驱动超声换能器。采用多模形式的超声换能器中的压电材料的扰动允许产生多维声驻波。可以特别设计压电材料以在指定频率以多模形式变形，允许产生多维声驻波。多维声驻波可通过压电材料的不同模式产生，如3x3模式，其会产生多维声驻波。通过允许压电材料经许多不同振型振动，也可产生大量多维声驻波。因此，可激发压电材料以产生多种模式如0x0模式(即活塞模式)到1x1、2x2、1x3、3x1、3x3以及其它高阶模式，且随后循环回压电材料低阶模式(不必定采用直接顺序)。模式之间的所述压电材料的转换或抖动允许在指定时间产生不同多维波形以及单一活塞模式形状。用于本公开的装置、系统和方法的超声换能器的一些其它解释也有用。在这方面，换能器使用压电材料，所述材料可以是陶瓷材料、晶体或多晶体如pzt-8(锆钛酸铅)。这类晶体可具有1英寸直径和2mhz的标称共振频率。各超声换能器模块能仅具有一种压电材料，或能具有多种压电材料。多种压电材料可各用作单独超声换能器且可由一个或多个控制器、驱动器或放大器控制。图7是常规超声换能器的横截面图。此换能器具有在底端的耐磨护板50、环氧层52、压电晶体54(由例如pzt制成)、环氧层56和支持层58。在压电晶体的任一面上，有电极：阳极61和阴极63。环氧层56使支持层58附于晶体54。整个组合包含于壳体60，该壳体可由例如铝制成。电适配器62提供电线接头以穿过壳体并连接附于晶体54的导线(未显示)。通常，支持层设计成添加阻尼并产生在广泛频率中有统一位移的宽带换能器，且设计成抑制在特定振动特征-模式的激发。耐磨护板通常设计为阻抗变换器以更好匹配换能器辐射其中的培养基特征性阻抗。图8是本公开的超声换能器81的横截面图。换能器81形如盘或碟，具有铝壳体82。铝壳体具有顶端和底端。换能器壳体也可由塑料(如医疗级hdpe)或其它金属构成。压电元件是大量钙钛矿陶瓷，各由小的四价金属离子组成，通常是钛或锆，在较大的二价金属离子晶格中，通常是铅或钡和o2-离子。例如，pzt(锆钛酸铅)压电元件86定义换能器底端，且在壳体底端外部暴露。压电元件在其周界上通过位于压电元件与壳体之间的小弹力层98如环氧、硅酮或类似材料来支持。换能器81不包括耐磨护板或基底材料。在一些实施方案中，在压电元件86外表面上提供塑料或其它材料层(未显示)。所述材料具有分离压电元件86与流体的特点，声驻波在所述流体中产生。所述材料可以相对薄，如在10μm–1mm范围中，并且例如，可用粘合剂固定于压电元件86。材料可以是基本透声，可以是粘合剂。压电元件86具有外表面(暴露的)和内表面。螺丝使壳体的铝顶板82a经螺纹88附于壳体的主体82b。顶板包括连接器84以给换能器供电。pzt压电元件86的顶面连接阳极90和阴极92，阳极和阴极由绝缘材料94分开。电极90、92的极表现翻转，电极90、92能位于压电元件86相对面或同一面，其中同一面可以是内表面或外表面。电极能由任何导电材料制成，如银或镍。通过压电元件上的电极向pzt压电元件86提供电功率。应注意，压电元件86不具有支持层或环氧层。换能器81在铝顶板82a与压电元件86之间的换能器中具有内部空间或气隙87(例如壳体是空的或包含空气)。在一些实施方案中，可提供最小支持物(backing)58(内表面上)和/或耐磨护板50(外表面上)，如图9所示。换能器设计能影响系统表现。典型换能器是分层结构，陶瓷压电元件结合支持层和耐磨护板。由于换能器加载有驻波带来的(presented)高机械阻抗，用于耐磨护板的常规设计指南(例如，用于驻波应用的半波长厚度或用于辐射应用的四分之一波长厚度)和制造方法可能不合适。在换能器81的示例中，如图8所示，没有耐磨护板或支持物，允许压电元件86以其有高q因子的本征模之一或以数个本征模的组合振动。压电元件86具有直接暴露于流体的外表面，所述流体流过安装换能器81的流动室。去除支持物(如使压电元件空气支持)也允许陶瓷压电元件以阻尼小的高阶振动模式(如高阶模态位移)振动。在如前所实施的具有带支持物的压电元件的换能器中，压电元件以更均匀位移振动，如活塞。去除支持物可允许压电元件以非均匀位移模式更易振动。压电元件振型越高阶，压电元件能产生的波节线越多。压电元件的更高阶模态的位移产生更多俘获线，尽管俘获线与波节的关系不必定是一对一，在较高或较低频率驱动压电元件不必定就给定运转频率生成或多或少的俘获线。在本公开的声过滤装置的一些实施方案中，所述压电元件可具有对该压电元件q因子影响相对较小(如小于5％)的支持物。支持物可由基本透声材料制成，如轻木、泡沫或软木塞，其允许压电元件以高阶振型振动和维持高q因子，同时仍为压电元件提供一些机械支撑。支持层可以是固体，或可以是在层中具有孔的格，从而该格在采用特定高阶振动模式的振动压电元件的波节之后，在波节位置提供支撑，同时允许剩余压电元件自由振动。网格或透声材料的目的是提供支撑，而不降低压电元件的q因子或干扰特定振型的激发。通过避免环氧层和耐磨护板的阻尼和能量吸收作用，将压电元件直接接触流体放置也有助于高q因子。换能器的其它实施方案可具有耐磨护板或耐磨面以防止包含铅的pzt接触主流体。换能器与主流体之间的这些层可适合例如生物学应用，如分离血、生物制药灌注或补料分批过滤哺乳动物细胞。这类应用可使用耐磨层如铬、电解镍或化学镀镍。化学气相沉积也能用于应用聚(对二甲苯)(如帕利灵)层或另一聚合物层。有机的和生物相容性包被如硅酮或聚氨酯也用作耐磨面。薄膜如peek薄膜也能用作压电材料外表面的覆盖，优势是作为生物相容性材料。在一个实施方案中，所述peek薄膜用压敏粘合剂(psa)附于压电材料表面。也能使用具有较低声阻抗和/或是生物相容性的其它薄膜。在本文讨论的实施中，颗粒俘获于超声驻波，即保持静止状态。沿着清晰的俘获线收集颗粒，通过半波长分离。在各节平面内，颗粒俘获于最小声辐射势。声辐射力的轴向分力驱动有正对比系数的颗粒到压力节平面，而有负对比系数的颗粒被驱动到压力波腹平面。声辐射力的径向或横向分力有助于横向俘获颗粒。声辐射力的径向或横向分力与声辐射力的轴向分力具有相同数量级。如上所讨论，横向力能如下增加：驱动高阶振型的换能器，与其中晶体作为具有均匀位置的活塞有效移动的振动形式相反。声压与换能器的驱动电压成比例。电功率与电压平方成比例。换能器能由驱动信号驱动，如电压信号(ac或dc)、电流信号、磁信号、电磁信号、电容信号，或换能器响应其以产生多维声驻波的任何其它信号类型。在实施方案中，所述驱动换能器的电压信号能具有脉冲、正弦、方、锯齿或三角波形；和具有500khz-10mhz频率。电压信号能用脉冲宽度调制驱动，其可用于生成任何所需波形。电压信号可进行幅度或频率调制。驱动信号可打开或关闭和/或配置有起始/终止能力以例如消除串流(streaming)。在一些示例中，所述换能器尺寸、形状和厚度能确定不同激发频率下的换能器位移。有不同频率的换能器位移可影响分离效率。在一些示例中，所述换能器以接近厚度共振频率(半波长)的频率运转。换能器位移中存在梯度可产生更多位置用于待俘获的颗粒。高阶模态位移能产生三维声驻波，在所有方向的声场具有强梯度，从而产生在所有方向强度类似的声辐射力，例如该力可处于同一数量级。高阶模态位移能引起多种俘获线。俘获线数目与特定换能器振型相关。为研究换能器位移曲线对声俘获力和分离效率的影响，用1”x1”方形换能器重复实验十次，所有条件相同，除了激发频率。由图10上带圈的数字1-9和字母a表示的10个连续声共振频率用作激发频率。条件是实验持续30分钟，1000ppm油浓度的约5微米sae-30油滴，500ml/min流速和20w输入功率。使用油滴，因为油密度低于水，且能用声泳与水分离。图10以2.2mhz换能器共振附近的频率函数显示当在含油滴的水柱中运转时，换能器的所测量的电阻抗振幅。换能器电阻抗的最小值对应于水柱的声共振并代表运转的潜在频率。在激发多维驻波的其它频率处存在额外共振。数值模拟表明换能器位移曲线在这些声共振频率显著变化，从而直接影响声驻波和所得的俘获力。由于换能器可在其厚度共振附近运转，电极表面位移本质上异相。换能器电极位移可不均匀且根据激发频率而变化。例如，在有单一俘获油滴线的激发频率下，位移在电极中央有单一最大值且在换能器边缘具有最小值。在另一激发频率，换能器曲线有多个最大值，引起多条油滴俘获线。高阶换能器位移模式能产生更高俘获力和多条稳定俘获线用于所捕获的油滴。为研究换能器位移曲线对声俘获力和油分离效率的影响，重复实验十次，所有条件相同，除了激发频率。由图10上带圈的数字1-9和字母a表示的10个连续声共振频率用作激发频率。条件是实验持续30分钟，1000ppm油浓度的约5微米sae-30油滴，500ml/min流速和20w输入功率。随着乳液通过换能器，观察并鉴定油滴的俘获线。如图11a所示，鉴定涉及跨流道俘获线数目的观察和模式，用于图10所鉴定的10个共振频率中的7个。图11b显示流动室和分离声波区的等距视图，其中测定俘获线位置。图11c是当沿着箭头251向下看入口时所呈现的超声换能器体积的视图。图11d是当沿着箭头253直接看换能器面时所呈现的超声换能器体积的视图。此示例中，激发频率的影响清晰确定俘获线数目，从声共振5和9激发频率下的单一俘获线变化到声共振频率4的9条俘获线。在其它激发频率下，观察到4或5条俘获线。换能器的不同位移曲线能生成驻波中的不同(或多或少)俘获线，位移曲线中的更多梯度一般产生更大俘获力和更多俘获线。图12的lin-log图(线性y轴，对数x轴)显示声辐射力、流体拖曳力和浮力的计算比例，采用颗粒半径。浮力可应用于负对比系数的颗粒，如此示例中的油颗粒。计算的浮力可包括重力要素。在使用可以是某些细胞类型的正对比系数颗粒的示例中，指示重力的线用于这类正对比系数的颗粒的图，所述图显示声辐射力和流体拖曳力。在示于图12的本示例中，就用于实验的典型sae-30油滴完成计算。浮力是颗粒体积依赖性力，如与半径立方成比例，且就微米级颗粒大小而言相对可忽略，但就数百微米级颗粒大小而言浮力增长且变得明显。流体拖曳力随着流体速度而线性增减(scale)，如与平方半径成比例，一般超过微米级颗粒的浮力，但对数百微米级的更大尺寸颗粒的影响更少。声辐射力增减的作用不同于流体拖曳力或浮力。当颗粒大小较小时，声俘获力以接近线性的比率随颗粒的颗粒半径立方(体积)增减。最终，随着颗粒大小增加，声辐射力不再随着颗粒半径立方而线性增大。随着颗粒大小继续增加，声辐射力迅速减小，且在某一关键颗粒大小为局部最小值。为进一步增加颗粒大小，辐射力再次在规模上增大，但处于反相(图中未显示)。重复此模式以增加颗粒大小。颗粒大小与声辐射力的关系至少部分依赖于声驻波的波长或频率。例如，随着颗粒增加到半波长尺寸，对颗粒的声辐射力降低。随着颗粒大小提高到大于半波长和小于全波长，对颗粒的声辐射力增加。最初，当悬液流过主要是小微米级颗粒的声驻波时，声辐射力平衡流体拖曳力与浮力的联合作用以在驻波中俘获颗粒。图12中，就约3.5微米的颗粒大小出现俘获，该颗粒大小标记为rc1。根据图12，随着颗粒大小继续增加超过rc1，更大颗粒被俘获，因为声辐射力相较流体拖曳力增大。随着小颗粒俘获于驻波，发生颗粒并聚/凝集/聚集/团聚，引起有效颗粒大小持续增长。继续驱动其它的小颗粒到驻波的俘获位点，因为较大颗粒被保留且尺寸增大，有助于连续俘获。随着颗粒大小增大，对颗粒的声辐射力增加，直至达到第一颗粒大小区。随着颗粒大小增大超过第一区，对颗粒的声辐射力开始降低。随着颗粒大小增长持续，声辐射力迅速下降，直至浮力占优，这由第二关键颗粒大小rc2指示，在该尺寸颗粒上升或下沉，这取决于其相对于主流体的相对密度或声对比系数。随着颗粒上升或下沉并离开驻波的波腹(在负对比系数情况下)或波节(在正对比系数情况下)，对颗粒的声辐射力可减少到可忽略的量。声辐射力继续俘获小和大颗粒，且驱动受陷颗粒到俘获位点，其在此示例中位于压力波腹。较小的颗粒大小经历降低的声辐射力，其例如减少到所示的点rc1附近的声辐射力。随着其它颗粒在声驻波的波节或波腹被俘获和并聚、凝集、聚集、团聚和/或集中在一起，有效增加颗粒大小，声辐射力增大且循环重复。所有颗粒可能不从声驻波中脱离，那些剩余颗粒可继续扩大尺寸。因此，图12解释小颗粒如何能连续俘获于驻波，长成更大颗粒或团块，随后最终上升或沉淀出来，这归因于涉及颗粒大小的浮力、拖曳力和声辐射力之间的关系。多种涂层可用于声泳装置的内部流动室。这类涂层能包括环氧树脂，例如交联胺或聚酰胺的环氧氯丙烷双酚；或聚氨酯涂层，例如交联脂肪族异氰酸酯的聚酯多元醇。这类涂层用于生成光滑表面和/或降低表面张力，允许细胞在重力影响下沿着流动室表面更好地滑动并进入所需位置(如收集孔模块)。通过例如泵控制声泳装置的流速。能调节流速，从而重力/浮力能作用于颗粒聚集物。通过其入口/出口进入/离开声泳装置中流动室的颗粒/流体混合物能以多至约10升每小时(l/小时)的速度流动，包括多至约50l/小时，但通常是约3.6l/小时。相比较而言，经端口离开收集孔模块的流速小许多，从约3ml/分钟多至约10ml/分钟。本公开的声泳系统能用于滤器“队列”，其中多个不同过滤步骤用于澄清或纯化初始流体/颗粒混合物以获得所需产物和管理来自各过滤步骤的不同材料。各过滤步骤能实施用于移出特定材料，提高澄清过程的总体效率。单独声泳装置可作为一个或多个过滤步骤运转。例如，可运转特定声泳装置内的各单独超声换能器以在给定颗粒范围内俘获材料。声泳装置能用于移出大量材料，降低对后续下游过滤步骤/站的负担。本文所讨论多种过滤步骤/站中的任何一种能置于声泳装置的上游或下游。或者或另外，可使用多种声泳装置。所需生物分子或细胞能在这类过滤/纯化后回收/分离。本公开的声泳装置的出口(例如澄清流体和浓缩细胞)能流体连接任何其它过滤步骤或过滤站。这类过滤步骤可包括多种方法如深层过滤、无菌过滤、尺寸排阻过滤或切向过滤。深层过滤使用能在整个滤器深度中保留材料的物理孔过滤介质。无菌过滤中，孔径极小的膜滤器用于移出微生物和病毒，一般没有加热或辐射或暴露于化学物质之中。尺寸排阻过滤通过尺寸和/或分子量分离材料，使用带给定尺寸孔的物理滤器。切向过滤中，大部分液流越过滤器表面，而不是进入滤器。也能使用色谱，包括阳离子色谱柱、阴离子色谱柱、亲和色谱柱和/或混床色谱柱。其它亲水/疏水过程也能用于过滤目的。例如，本文所述的多站式声泳系统可包括串联过滤站或与之联用。一个或多个串联过滤站可位于所有或一些声泳装置的上游或下游。串联过滤站可用于进一步纯化液体并从中回收和获得所需蛋白。串联过滤站的合适例子包括深层滤器、无菌滤器、离心机及亲和色谱柱。二级深层过滤产物选择能用某种待过滤材料筛选来实现。在表达人源化igg1mab的基于cho-s的细胞系的典型补料分批培养物中，总体积小于约5l到小于约25l且总面积约0.002m2-约0.1m2的深层滤器能用于二级深层过滤。在这方面，合适的深层滤器包括supracaptmhp深层滤器胶囊，可获自颇尔公司(pallcorporation)。澄清后，任选地，保存收获的细胞培养液(hccf)，过滤以控制生物负载，保存或过滤以控制生物负载并经色谱处理。在表达人源化igg1mab的基于cho-s的细胞系的典型补料分批培养物中，能使用总体积小于约5l到小于约25l且总面积约220cm2-约375cm2的无菌滤器(即无菌级膜滤器)。在这方面，合适的无菌滤器包括胶囊和微型kleenpak胶囊，可获自颇尔公司。任选地，在小规模可省略三级深层过滤，但当使用时，能防止后续滤器污染和允许减小生物负载控制滤器的尺寸。在表达人源化igg1mab的基于cho-s的细胞系的典型补料分批培养物中，用于二级深层过滤的同一深层滤器能用于三级深层过滤。澄清后，可使用与上面所述相同的无菌滤器。在一些示范性生物学应用中，系统的所有部分(即各站，流体连接各站的管道等)能彼此分离且是一次性的。关于生物学应用中的过滤细胞，离心机和常规滤器能对细胞施加不想要的或有害的条件。本文讨论的声泳装置允许从主流体分离细胞，而没有不想要的或有害的离心机和常规滤器影响。因此，使用声泳装置来避免离心机和滤器能分离细胞，而不必定降低细胞活力。超声换能器也可用于产生快速压力变化以防止或清除细胞聚集导致的堵塞。换能器的频率可控和/或变化以获得运转点，从而就给定功率增加效力或使效力最大化。本公开进一步在以下非限制性实施例中阐明，应理解这些实施例仅意在说明且本公开不意在限于本文所列举的模块、装置、条件、工艺参数等。实施例过滤细胞培养基中的多种cho细胞混合物。实施例1比较声泳分离过程与深层流动过滤(dff)。首先，通过进行两轮澄清获得dff容量基线，即初级澄清和二级澄清。为了此基线的设置示于图13。在所述两轮的过程中测量压降。分离设备在145lmh(升/m2/小时)运转。在三个不同位置p1、p2和p3测量压力。滤器位于每套传感器之间。初步澄清期间使用的滤器是d0hc滤器，二级澄清期间使用的滤器是x0hc滤器，两者都可获自密理博(millipore)。cho细胞和培养基的混合物流过滤器，随后在槽中收集透过物。cho细胞通过滤器移出。进料具有6.34×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)和815ntu的浊度。第三槽中的终透过物具有1.75ntu的浊度。图13的表现图显示压降对体积通量。初级滤器的压降在低通过量下最低，随后在高于约88l/m2容量变得大于的二级滤器中的压降。总压降是图中的顶部的线。在88l/m2的体积通过量获得15psig的压降(由虚线表示)。此关系表明，如果按比例增加，最大压降为15psig(pmax＝15psig)，则初级澄清和二级澄清的滤器面积各是11.4m2。实施例2接着，将实施例1所述的两步式dff与两步式澄清工艺作比较，其中初级澄清通过声波分离(aws)进行且二级澄清通过dff进行。此比较设置如图14所示。如图14所示，在两步式dff中，各滤器具有11m2的面积。各滤器以7.5psig的压降运转。就各滤器而言，7.5psig(vt7.5)下的体积通过量(vt)是84l/m2。用于进行aws的声泳系统由串联连接的三个声泳装置构成。各装置中的换能器是1英寸×1英寸。该系统具有49cm3的总声体积。aws系统与总面积为6m2的dff滤器配对。由于aws系统中没有压降，dff滤器能在15psig压降下运转，产生160l/m2的vt15。进料具有6.7×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)和835ntu的浊度及77％细胞活力。声泳系统的进料速度是4kg，2.5升每小时(lph)。用aws系统的初级澄清的结果如图14所示。声泳系统实现91％tcd下降、90％浊度下降和91.2％蛋白回收。左下角的图是下降百分比对时间，显示aws系统在测试期间运转稳定。相较于其中初级和二级澄清都通过深层过滤进行的实施例1，用声波分离(aws)取代初级澄清可通过如下实现经济效益：减少整体操作足迹，降低二级深层滤器面积规格和相关条件和冲洗缓冲液，以及减小存储和处置成本。随着工艺进入临床生产，这些成为关键的工艺驱动因子。1000lcho细胞培养的预期工艺规范示例如下所概括。实施例3再次进行与实施例2所述的相同的实验，但细胞密度更高。进料具有15.6×106细胞/ml的总tcd和3608ntu的浊度及68％的细胞活力。此比较设置如图15所述。两步式dff工艺分别使用38m2和17m2的滤器。如所示，初级澄清的vt7.5是26l/m2，二级澄清是58l/m2。aws-dff工艺中，aws系统具有串联的两个声泳装置(而不是实施例2中的三个)，总声学体积是33cm3。dff滤器具有11m2的总面积和85l/m2的vt15。声泳系统的进料速度是8kg，2.5升每小时(lph)。用aws系统的初级澄清的结果如图15所述。声泳系统实现94％tcd下降、91％浊度下降和92％蛋白回收。左下角的图是下降百分比对时间，显示该系统在测试期间运转稳定。更高细胞密度就dff装置而言更难以处理，如初级澄清中的较低vt所示。然而，声泳装置能够以更佳的vt处理较高密度。实施例4进料具有7.5×106细胞/ml的tcd和819ntu的浊度及88％的细胞活力。用三站式声泳系统进行澄清，如实施例1。第一站使细胞密度降低62％。第二站使细胞密度降低87％(累积95％)。第三站使细胞密度降低63％(累积98％)。使用两个站获得大于90％的细胞密度降低。第一站使浊度降低68％，从819ntu到260ntu。第二站使剩余浊度降至54ntu(累积94％)。第三站使剩余浊度降至42ntu(累积95％)。使用两个站获得大于90％的浊度降低。此结果对再下游的二级过滤过程是重要的。细胞密度降低和浊度降低的下降百分比在整段时间中恒定，意味着装置在连续的基础上运转良好。细胞密度和浊度的下降改善有助于简化再下游的二级过滤工艺，并最终有助于从澄清流体分离单克隆抗体或重组蛋白的色谱的产物回收更高。实施例5通过实施例1的三站式系统测试5个不同批次。各批次具有其自己的细胞大小和密度特征。进料具有7-8.5×106细胞/ml的tcd和780-900ntu的浊度及82％-93％的细胞活力。此实施例测试该系统在不同批中的表现一致性。5个不同批次中，三次通过后，透过物的浊度下降范围是84％-86％，标准偏差是1％。三次通过后，透过物的细胞密度下降范围是93％-97％，标准偏差是2％。在本文未述的其它实验中，发现用多维声驻波的声波分离工艺没有影响回收自透过物的蛋白质或单克隆抗体的物理或化学特征。实施例6然后，在三站式或四站式声泳系统中观察到电压输入对澄清表现的影响。cho细胞与培养基的混合物流过装置的各站，透过物随后收集于槽。通过滤器去除cho细胞。进料具有25×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)和2048ntu的浊度及72％的细胞活力。进料流速是30ml/分钟且第一站的固体拖拉(soliddraw)是2.34ml/分钟，第二站是1.41ml/分钟，第三站是0.94ml/分钟，第四站是0ml/分钟。三站和四站过滤过滤后的tcd降低如下表所示。t1指第一站中的电压，t2指第二站，t3指第三站且t4指第四站。显示5个不同测试运行的结果，不同站中使用不同电压。就50v和60v的所有电压条件而言，该系统实现大于90％的细胞密度下降。加入第四站可产生较高的95％下降，使tcd从三个站后的2.9×106细胞/ml降至四个站后的1.3×106细胞/ml。下表显示就上面所鉴定测试运行而言，30分钟后每站的累积％tcd下降。可以看出，50v和60v的电压在各站中产生最佳表现。如测试运行5可见，在50v加入第四站可使tcd下降增加10％聚集。一般，50v-60v电压应用于第一和/或第二站以获得高tcd下降。三和四个过滤站后的总浊度下降示于下表。就50v和60v的所有电压条件而言，该系统实现大于90％的浊度下降。加入第四站可产生94％下降，使透过物从三个站后的390ntu降至四个站后的177ntu。测试运行t1电压(v)t2电压(v)t3电压(v)t4电压(v)％浊度下降1404040-812505050-903606060-914605040-9155050505094总之，50v和60v运转条件比40v运转条件产生更高和几乎等同的澄清，在第一和第二站的50v/60v后于第三站使用40v运转条件降低澄清效率。实施例7接着，类似实施例1，将声泳分离工艺与深层流动过滤(dff)作比较以确定dff表现对声波分离(aws)表现的影响。cho细胞与培养基的混合物流过两个滤器，即d0hc滤器和x0hc滤器，两者都可获自密理博，且透过物随后收集于槽。cho细胞通过滤器移出。进料具有24.7×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)和2850ntu的浊度及72％的细胞活力。槽中的终透过物具有4.9ntu的浊度。图16的表现图显示压降对体积通量容量。根据各站的总滤器区域，每站绘出图16中的谱。在23cm2计算体积通量容量。d0hc滤器中的压降在低通过量下最低，随后在约16l/m2容量之上变得大于的x0hc滤器中的压降。在d0hc滤器的47l/m2体积通量和d0hc滤器的约110l/m2体积通量下，获得15psig的压降(基于压降比例估计-d0hc滤器引起总15.0psig压降的12.0psig且x0hc滤器引起剩余3.0psig)。图17的表现图显示压降对体积通量。就串联的总滤器面积(即跨越所有站)绘出图17的曲线。在46cm2计算体积通量容量。d0hc滤器中的压降在低通过量下最低，随后在高于约8l/m2容量变得大于x0hc滤器的压降。总压降是图中的顶部的线。在21.5l/m2的体积通量获得15psig压降。此结果表明，如果按比例增加，最大压降为15psig(pmax＝15psig)，则初级澄清和二级澄清的滤器面积总共会是46.5m2，d0hc:x0hc滤器尺寸比是3:1(例如，d0hc滤器会具有34.9m2面积，而x0hc滤器会具有11.6m2面积)。实施例8接着，将实施例6和7所述的两步式dff与两步式澄清工艺作比较，在所述澄清工艺中，初级澄清通过声波分离(aws)进行且二级澄清通过dff进行。此比较设置如图18所示。如所示，在两步式dff中，d0hc滤器具有34.9m2面积且x0hc滤器具有11.6m2面积，总面积为46.5m2。各滤器用7.5psig的压降运转。就d0hc滤器而言，在15psig(vt15)的体积通过量(vt)是47l/m2，就x0hc滤器而言是110l/m2。透过物的浊度是4.9ntu。2种不同声泳系统用于进行aws。第一声泳系统是串联连接的三站式系统(如由三个声泳装置构成)。第二声泳系统是如图1所示的串联连接的四站式系统(如由四个声泳装置构成)。用于各系统中各装置的换能器是1英寸×1英寸。第一aws系统与总面积为10.2m2的dff滤器配对。分段面积是7.6m2(3x)和2.6m2(1x)。由于aws系统中没有压降，dff滤器能在15psig压降下运转，导致214l/m2的vt15。进料具有2.9×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)和380ntu的浊度。透过物的浊度是8.8ntu。第二aws系统与总面积为4.5m2的dff滤器配对。分段面积是3.4m2(3x)和1.1m2(1x)。再一次，由于aws系统中没有压降，dff滤器能在15psig压降运转，导致490l/m2的vt15。进料具有1.3×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)和176ntu的浊度。透过物的浊度是11.4ntu。第一aws系统(三站式系统)使总滤器面积降低78％，二级澄清相较于初级澄清的dff减少12％(离心机是当前单元操作)。第二aws系统(四站式系统)使总滤器面积降低90％，二级澄清相较dff–dff减少60％。声泳系统实现了91％tcd下降、90％的浊度下降和91.2％的蛋白质回收。收获物到dff-dff(初级和二级)产生21.5升/m2的极低体积通过量，从而处理1000l的收获物会使用几乎50m2滤器面积。第三站后的双站式dff步骤的体积通量随着加入第四站而增加100％，从98.5l/m2到222l/m2。tcd从2.9×106细胞/ml减少到1.4×106细胞/ml(～50％降低)。浊度从338ntu减少到220ntu(42％降低)。为了比较，当离心用作初级澄清步骤时，来自离心机的离心滤液经测量具有0.07×106的tcd、450ntu的浊度和6％的活细胞密度(vcd)。高剪切力导致细胞破碎，从而增加浊度和降低剩余细胞的vcd。为与声过滤后的双站式dff(c0hc+x0hc)作比较，也在四站式aws后进行单阶段dff，采用三个不同的dff滤器(pdd1、x0hc、90z)。pdd1的体积通量是90l/m2，x0hc是21l/m2，90z是110l/m2。这些值比222l/m2的双站式体积通量低50–90％。实施例9然后，在多站式声泳系统中观察进料流速(qf)、总流量比(qs/qf)和固体流量比(qs#/qs#)对澄清表现的影响。为了此观察的设置示于图19。图19中，qf#表示进入给定声泳站的进料流速，qp#表示来自给定声泳站的透过物流速，qs#表示来自给定声泳站的固体流速。上游装置的透过物流速是进入后续声泳站的进料流速(如qp1＝qf2)。使用10种不同细胞系，执行135个单独运行，所用的cho细胞与培养基的混合物具有27–98％的细胞活力、2.8×106-56×106的细胞/ml细胞密度、1.4-16.5％的压积细胞团(pcm)和30-9000ntu的进料浊度。图20阐明示范性四站式设置。图21以进料pcm的函数显示浊度下降。图22以进料流速的函数显示浊度下降，总流量比20％。图23以固体流量比的函数显示浊度下降，总流量比20％。图24以固体流量比的函数显示pcm。图25以固体流量比的函数显示浊度下降。作为固体流量比的函数的固体pcm列于下表。流量比(qs/qf)pcm(％)2.5％615％4210％3020％17发现进料流速大大影响澄清。发现总流量比主要影响收率，而对澄清的影响一般。发现提供最佳结果的比例是(进料pcm/50％pcm固体流)。发现减少总流量比可提高收率和增加固体包装。发现固体流量比对总体澄清没有影响，但发现能控制站之间的固体分布。发现进料pcm影响澄清和站效率。发现进料pcm的最佳结果是5–6％，单站，且更高％pcm不是多站式系统的问题。实施例10接着，在三和四站式声泳系统中观察进料流速(qf)对澄清表现的影响。cho细胞与培养基的混合物流过作为aws“队列”的两个系统，其随后用dff滤器处理。通过滤器去除cho细胞。进料具有35.8×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)和4457ntu的浊度、9.1％的pcm及91.9％的活力。三站式声泳系统使用2次运行，进料流速(qf)是1.0x和0.66x。四站式声泳系统使用单运行，进料流速(qf)是1.0x。0.6x三站式系统与1.0x四站式声泳系统表现相当，尽管所有运行实现>85％的收率和>～90％的浊度下降。各透过物具有分开的过滤链。下面提供记录的所有数据。再一次，aws比dff-dff执行好得多，并实现体积通量增加～4x。总体过滤如下所概括。实施例11随后，在四站式声泳系统中11次单独运行。cho细胞与培养基的混合物流过系统的串联的四个站，5个不同cho细胞系。进料具有9.78×106-34.3×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)、920-4670ntu的浊度、6.5-11％的pcm及31–91％的活力。aws透过物具有0.8×106-5.2×106细胞/ml的tcd(平均＝2.9×106细胞/ml)、121-453ntu的浊度(平均＝236ntu)和1.1-2.3％的pcm(平均＝1.6％)。降低表现是76％-95％的tcd下降(平均＝88％)、86％-97％的浊度下降(平均＝94％)和72％-88％的pcm下降(平均＝79％)。收率是84％-89％(平均＝86％)。图26显示降低表现随着进料pcm而变化，图27以进料细胞活力的函数显示降低表现。实施例12有多特异抗体(mm-131)的2个cho细胞系流过三站式声泳系统，各站具有1英寸×1英寸超声换能器。进料具有20×106-24×106细胞/ml的总细胞密度(tcd)。第一进料线具有80％的细胞活力且第二进料线具有65％的细胞活力。2个进料线的总细胞下降、浊度下降和蛋白回收列于下表。进料线总细胞下降浊度下降蛋白回收80％活90％84％82％65％活89％85％78％实施例13在四站式系统中，也就各站随着时间测量系统表现。图28显示各站的tcd下降，且间隔为2小时、4小时、6小时、9小时和12.5小时。各系列最左边的柱代表第一站，各系列左起第二柱代表第二站，各系列右起第二柱代表第三站，各系列最右边的柱代表第四站。加入第四站显示各时间间隔处的tcd下降增加。此图显示各声泳站维持其表现且其分离能力不随着时间减少，而物理滤器会减少。实施例14对于三个不同用户，用dff和加入dff滤器的四站式aws系统比较深层过滤面积降低。图29显示采用四站式aws系统使得所用的深层过滤面积减少3-10倍。实施例15图30显示通过三站式系统的5次不同运转的细胞密度下降，所述系统具有1英寸×1英寸换能器。各柱底部附附近的x轴指示总细胞密度(细胞/ml)和细胞活力。y轴是从进料到透过物的细胞下降百分比，值越高越好。这些结果显示甚至对于更高的总细胞密度分离良好。本公开参考示范性实施方案描述。在阅读和理解前面详细描述后可对其进行修饰和改变。本公开意在解释为包括所有这类修饰和改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。当前第1页12