紧凑型逆流离心机系统的制作方法

本发明的技术领域是用于生物颗粒和其他小颗粒分离应用的离心设备。

背景技术：

再生医学和先进的细胞疗法是基于对人源活细胞的操纵而在患者体内产生构建体、传递免疫原性应答或者刺激修复应答的新兴的医学治疗技术。尽管这些技术中的一些技术可以由单一细胞来源(同种异体产品)向多个患者提供许多剂量，但是人们逐渐认识到，处理并输送源自患者或相匹配的供体的细胞是安全且有效的。为了给患者或相匹配的供体生产特异性细胞产品(自体产品)，通常需要进行小批量处理。

为了获得管理批准以使细胞疗法对于患者广泛可用，除了证明特定疗法的安全性和有效性之外，还要求用于制备细胞产品的设备和过程被认为是安全且可靠的。特定产品的封闭系统对于细胞产品生产有许多益处。这样的系统设计成用于专用功能，即用于特定细胞产品的单个生产过程或源自该单个生产过程的一组细胞产品。这样的专用功能封闭系统设计成通过紧密的材料可追溯性和合格的灭菌方案为医疗产品提供无菌处理环境。一次性使用的无菌处理系统是使用一系列常见的可弃置(一次性使用)的部件比如流体袋和管等组装而成的。这些可弃置的系统部件的组装可能是复杂且耗时的。

为同种异体产品设计的特定产品的系统通常处理相对大的批量并且可能不容易扩展到自体产品，自体产品中可能涉及非常少量的输入产品和输出产品。需要可以用于生产用于自体细胞疗法的小批量细胞产品的封闭系统。

生产在细胞疗法中使用的细胞产品的典型步骤是使用离心来对细胞产品的组分进行洗涤和分离。传统的离心技术需要将带有产品的容器手动移入和移出单独的离心装置。接近容器以添加或移除产品需要打开容器作为的打开处理步骤，或者将容器联接至无菌路径以及与无菌路径断开。可以使用通过旋转系统进行的带有一体化流体流的逆流离心来避免这些相互作用。

逆流离心是一种通过支撑介质的流动来抵消在离心加速度下流体中颗粒的沉降速率的技术。因此，颗粒以流化床的方式悬浮。逆流离心如此温和，使得可以培养细胞，从而使细胞在流化床状态下繁殖。细胞聚集可以显著减少。此外，该技术使得能够因不同的密度和形态特征而使死细胞与活细胞分离，从而使逆流离心分离成为目前唯一可用于增加细胞群体的生存力的技术。

在离心加速度下将流体流径向向内输送至细胞或颗粒产生逆流情况。由每个颗粒经受的离心加速度与该颗粒距旋转中心的径向距离成比例。为了形成流化颗粒床，需要针对每个旋转半径调整抵消流速。这是通过将腔室通常定形状为锥形件来实现的，其中，该锥形件的梢端径向向外指向。逆向流体流通过锥形件梢端输入。流体流以相对高的速度进入锥形件的梢端，并且随着流体流径向向内行进，流体流的速度由于锥形件的横截面增大而逐渐减小。历史上已经对用于逆流离心的腔室形状和特定的锥形件几何形状进行了大量研究，在由rjsanderson、kebird、nfpalmer和j.brenman创作的下述文章中记录了此类工作中的许多工作：“designprinciplesforacounterflowcentrifugationcellseparationchamber(用于逆流离心细胞分离腔室的设计原理)”，analyticalbiochemistry(《分析生物化学》)71,615-622(1976)。

逆流离心具有许多益处并且目前在许多可商业获得的专用功能封闭系统中使用。然而，市场上现有的设备作为仪器获取是昂贵的。用于这样的系统的可弃置部件套件在成本方面通常也是高的。这些设备的操作也可能成问题，这是因为可弃置套件的装载通常是复杂的，从而引入人为失误和错误操作的高风险。此外，许多当前可用的装置在方案和套件配置方面具有有限的灵活性，难以应用于新型细胞产品方案。

针对每个患者批量制造复杂的医疗产品正在产生对于可以在一次性使用的功能封闭系统内操纵细胞产品的装置的需求。因此，需要可以安全且可靠地用于一次性使用的小批量处理的设备，以使得能够生产这样的患者特异性细胞产品。

技术实现要素：

根据一个方面，提供了一种紧凑型逆流离心机系统，该系统包括：

可重复使用的子系统；以及

一次性使用的可替换子系统，

该可重复使用的子系统包括：

旋转马达头；

蠕动泵；

阀组件；

系统控制器，该系统控制器配置成根据经编程的处理方案来控制旋转马达头、蠕动泵和阀组件的操作；以及

壳体，该壳体容置旋转马达头、蠕动泵和阀操作组件，并且所述一次性使用的可替换子系统包括：

分离腔室，该分离腔室构造成用于低流体体积和小半径旋转，分离腔室包括连接至颈部部分的大致锥形的流体罩部分，并且分离腔室具有汲取管，该汲取管从锥形的梢端在中央延伸穿过锥形流体罩至颈部，以提供通向锥形流体罩的梢端的流体路径，颈部部分还包括洗脱流体路径；

流体输送歧管，该流体输送歧管包括：第一流体端口和第二流体端口，第一流体端口和第二流体端口构造成用于与分离腔室流体连通；多个流体路径，所述多个流体路径构造成用于连接至外部流体供应部件以用于将流体输送至第一流体端口和第二流体端口、或者从第一流体端口和第二流体端口输送，所述流体路径中的至少一个流体路径构造成用于与阀组件接合，由此，流体路径能够通过阀组件的操作而被选择性地打开或关闭；以及泵接合部分，该泵接合部分构造成使得蠕动泵与流体路径之间能够以可操作的方式接合，以通过蠕动泵的操作使流体在歧管内流动；以及

旋转安装件，该旋转安装件将分离腔室连接至流体输送歧管并提供汲取管与第一流体端口之间的第一流体连通路径以及洗脱流体路径与第二流体端口之间的第二流体连通路径，旋转安装件构造成在流体输送歧管被壳体保持在固定位置中时允许分离腔室相对于流体输送歧管绕旋转轴线旋转；

颈部部分还构造成与旋转马达头接合以引起分离腔室绕旋转轴线的旋转，

一次性使用的可替换子系统为逆流离心过程的执行提供了封闭的环境。

在一些实施方式中，从汲取管至第一流体端口的第一流体连通路径与穿过旋转安装件的旋转轴线对准。在实施方式中，第一流体连通路径可以由穿过旋转安装件的轴的管提供。

在一些实施方式中，穿过颈部的洗脱流体路径包括至少一个流体路径，所述至少一个流体路径从锥形流体罩通向颈部部分中的与穿过旋转安装件的第二流体连通路径流体连通的洗脱路径。

在实施方式中，分离腔室包括将锥形流体罩与颈部部分分开的壁，该壁具有形成于该壁中的一个或更多个孔口以提供通向颈部中的洗脱路径的至少一个流体路径。

实施方式还可以包括从颈部中的洗脱流体路径至与第二流体连通路径流体连通的旋转安装件的多个流体路径。

提供了紧凑型逆流离心机系统的实施方式，其中，锥形流体罩的梢端包括流体引导结构，该流体引导结构构造成使经由穿过锥形流体罩的汲取管引入的流体分散。流体引导结构还形成为将汲取管保持在操作位置中。

在一些实施方式中，锥形流体罩的锥形部分具有一体式结构，由此避免了在最大离心加速度的区域中接合。

实施方式可以进一步构造成：其中，阀组件包括夹管阀致动组件，该夹管阀致动组件包括多个夹管阀致动器，每个夹管阀致动器构造成与歧管的流体路径接合，并且其中，流体输送歧管在与夹管阀致动器中的一个夹管阀致动器对准的每个流体路径中包括至少一个挠性部分，由此夹管阀致动器的操作引起流体路径的打开或关闭。

在一些实施方式中，流体输送歧管通过阀的致动和具有合适的流体连接的容器的附接而构造成使得能够在没有系统性细胞损失的风险的情况下选择性地构造再循环流体路径，该再循环流体路径用于在来自细胞悬浮液供应容器的腔室中建立流化床。

在一些实施方式中，流体输送歧管构造成：在歧管定位在壳体中时，并且其中，在壳体构造成在该壳体关闭时实现泵接合部分与蠕动泵的操作性接合的情况下，流体输送歧管使泵接合部分与蠕动泵对准。例如，壳体能够构造成使得壳体门和壳体门铰链的相对几何形状使泵接合部的管聚集成与蠕动泵滚子接合以实现与蠕动泵操作性接合。

实施方式可以构造成用于低旋转半径和高旋转速度的操作。

在一个实施方式中，紧凑型逆流离心机系统构造成以高达每分钟8000转的旋转速度操作。在该实施方式中，锥形流体罩可以具有5ml至20ml的容积。在一个实施方式中，锥形流体罩具有10ml的容积。紧凑型逆流离心机系统可以具有50mm至70mm的梢端旋转半径。轴线-梢端旋转半径可以是67mm。在实施方式中，分离腔室具有33mm的锥形直径和38mm的锥形高度。实施方式可以构造成用于细胞疗法，以使得能够进行从2ml至10ml的流体体积回收，其中在这些体积内回收多达1000万至20亿个细胞。

在另一实施方式中，紧凑型逆流离心机系统构造成以高达每分钟200,000转的旋转速度操作。在该实施方式中，锥形流体罩可以具有0.1ml至0.5ml的容积。在一个实施方式中，锥形流体罩具有0.2ml的容积。在一个实施方式中，逆流离心机系统具有10mm至30mm的梢端旋转半径。该实施方式可以用于解决对外泌体(40nm至200nm尺度)和微囊泡(150nm至1000nm尺度)的浓缩。微粒被直接输送至梢端处的沉降区域，从而避免了超速离心法所需的长沉降时间。

还可以设想具有处于0.5ml至5ml的范围中的流体罩容积的实施方式。

还可以设想具有处于30mm至50mm的范围中的梢端旋转半径的实施方式。

根据另一方面，提供了一种用于紧凑型逆流离心机系统的分离腔室，该分离腔室构造成用于低流体体积和小半径旋转并且包括：

大致锥形的流体罩部分；

颈部部分，该颈部部分连接至大致锥形的流体罩部分；

汲取管，该汲取管从锥形的梢端在中央延伸穿过锥形流体罩至颈部部分，以提供通向锥形流体罩的梢端的流体路径；

洗脱路径，该洗脱路径穿过颈部部分；以及

旋转安装件，该旋转安装件连接至颈部部分，从而提供第一流体连通路径和第二流体连通路径，第一流体连通路径通向汲取管，以用于与用于连接至流体输送歧管的第一流体端口流体连通，第二流体连通路径通向洗脱流体路径，以用于与用于连接至流体输送歧管的第二流体端口流体连通；

旋转安装件构造成允许分离腔室绕旋转轴线旋转；

颈部部分还构造成与旋转马达头接合以引起分离腔室绕旋转轴线旋转。

第一流体连通路径可以从汲取管通向第一流体端口而与穿过旋转安装件的旋转轴线对准。第一流体连通路径可以由穿过旋转安装件的轴的管提供。在一些实施方式中，管可以形成轴的一部分。

在一个实施方式中，洗脱流体路径包括至少一个流体路径，所述至少一个流体路径从锥形流体罩通向颈部部分中的与穿过旋转安装件的第二流体连通路径流体连通的洗脱路径。

在一个实施方式中，分离腔室包括将锥形流体罩与颈部部分分开的壁，该壁具有形成于该壁中的一个或更多个孔口以提供通向颈部中的洗脱路径的一个或更多个流体路径。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参照附图来对结合本发明的所有方面的实施方式进行描述，在附图中：

图1a和图1b示出了根据本发明的实施方式的两个替代性逆流离心机系统的示例；

图1c示出了用于图1a的实施方式的位于壳体内的已组装的系统部件的示例；

图1d分开地示出了用于图1b的实施方式的可重复使用的子系统和一次性使用的可替换子系统(套件)；

图2示出了分离腔室的实施方式；

图3a示出了逆流离心过程中所涉及的基本构思；

图3b示意性地示出了分离腔室的关键几何特征；

图3c示出了在一组泵(流体输送)速度和旋转速度条件下针对一种颗粒尺寸而施加至颗粒的力；

图3d是使用逆流离心机的分离过程的简单示例的流程图；

图3e和图3f是在处理期间的系统操作和流体流动的示例的示意性表示；

图4a至图4f示出了在分离腔室的梢端中形成的流体引导结构的实施方式；

图5示出了旋转安装件的实施方式；

图6示出了在逆流离心机壳体中的处于可操作位置中的歧管和分离腔室的示例；

图7示出了流体输送歧管的示例；

图8a和图8b分别示出了用于图1a和图1b中所示的系统的实施方式的阀致动组件的示例；

图9示出了歧管形成过程；

图10示出了泵接口的示例；以及

图11是系统的实施方式的部件的示例性框图。

具体实施方式

本发明的实施方式提供了一种构造成用于低流体体积和小半径旋转的逆流离心机系统。该系统的实施方式具有用于带有自动化方案的小规模处理的应用。低流体体积和小旋转半径的优点在于，系统可以使用高旋转速度以用于提高用于小批量的处理速度。该系统可以构造成用于台式操作或者结合为较复杂的系统的一部分。这对于获得对于使用该系统生产的医疗产品的监管批准可能是有利的。该处理技术可以以相同的方式部署在用于商业制造的集成过程中，从而在整个临床开发过程中为监管研究人员提供生物等效性的保证。该系统可以通过使用材料可追溯性和合格的灭菌方案为医疗产品提供封闭的无菌处理环境。

图1a和图1b中示出了紧凑型逆流离心机系统的实施方式。图1c示出了容置有图1a的实施方式的已组装的系统部件的壳体内部的视图。图1d分开地示出了用于图1b的实施方式的可重复使用的子系统1200和一次性使用的套件1205。贯穿图1a至图1d，使用相同的附图标记。在图12中还以框图形式示出了系统组件。紧凑型逆流离心机系统100具有可重复使用的子系统1200和一次性使用的可替换子系统1205。可替换子系统包括可弃置部件，所述可弃置部件可以被预组装并消毒以用于装载，从而简化了装载方案。此外，预组装可以降低人为失误的风险。与当前的商用可弃置部件套件相比，这还可以通过减小可弃置部件的尺寸和复杂性来提供低的运营成本。

可重复使用的子系统包括控制器、旋转马达头135、蠕动泵110和阀组件120，并且壳体130容纳这些系统部件。可替换子系统包括分离腔室140、流体输送歧管150和将分离腔室140连接至流体歧管150的旋转安装件160。一次性使用的可替换子系统为逆流离心过程的执行提供封闭的环境。

分离腔室140构造成用于低流体体积和小半径旋转。在图2中示出了分离腔室的实施方式的示例。分离腔室140具有连接至颈部部分220的大致锥形的流体罩部分210。汲取管230从锥形的梢端240在中央延伸穿过锥形流体罩210至颈部220，以提供通向锥形流体罩240的梢端的流体路径250。颈部部分220还包括洗脱流体路径260。颈部部分220还构造成与旋转马达头接合以引起分离腔室绕旋转轴线的旋转。颈部部分还构造成与马达头135接合，该马达头135还可以包括锁定机构并且被配重以平衡分离腔室。

流体输送歧管150包括：第一流体端口170和第二流体端口175，第一流体端口170和第二流体端口175构造成用于与分离腔室140流体连通；以及多个流体路径，所述多个流体路径构造成用于连接至外部流体供应部件180以用于将流体输送至第一流体端口170和第二流体端口175或者从第一流体端口170和第二流体端口175输送。流体路径中的至少一个流体路径构造成用于与阀组件120接合，以用于通过阀组件的操作而选择性地打开或关闭。歧管还包括泵接合部分190，该泵接合部分190构造成使得蠕动泵110与流体路径180之间能够以可操作的方式接合，以通过蠕动泵110的操作使流体在歧管150内流动。

旋转安装件160将分离腔室140连接至流体输送歧管150。旋转安装件构造成在流体输送歧管被壳体130保持在固定位置中时允许分离腔室140相对于流体输送歧管150绕旋转轴线旋转。该旋转安装件160还提供了汲取管230与第一流体端口170之间的第一流体连通路径270以及洗脱流体路径260与第二流体端口175之间的第二流体连通路径275。

该系统的一个优点在于，可以在实验室类型的设置中使用与用于完全规模化的商业生产系统的系统部件和处理功能相同的系统部件和处理功能。

分离腔室的构型能够实现小旋转半径和高旋转速度。在图2中示出了分离腔室的示例，分离腔室140包括大致锥形的流体罩210和颈部部分220。应当理解的是，虽然所示实施方式使用了锥形流体罩210，但是实施方式可以不总是使用完美的锥形件，在本发明的范围内可以设想关于该结构的一些变型，例如可以在锥形件的宽端部附近或梢端处使用短的直边部分，替代性地，可以使用阶梯状的锥形结构。汲取管230从颈部延伸穿过流体罩210，以用于将流体输送至锥形件240的梢端。洗脱路径260设置成穿过颈部220和旋转联接件160。

应当理解的是，通过使用内部汲取管230而与商用逆流离心架构有显著差异，商用逆流离心架构设置有位于分离腔室外部的流体路径，并且分离腔室在梢端处具有入口以向分离腔室供应逆向流体流。与需要通向腔室梢端的外部流体路径的在先的已知系统相比，内部汲取管和旋转联接件使得能够减小旋转部件的尺寸。这使得相比于外部流体路径系统能够以更高的速度旋转从而产生更高的离心力，导致对于腔室尺寸而言相对高的生产量。因此，本分离腔室的实施方式的优点使得能够使用单个腔室来处理用于自体细胞疗法的典型批量大小。这对于减少用于提供这样的治疗的成本可能具有益处。此外，能够使用较高的离心力进行操作还使得能够相应地增大流速操作范围，从而提高优化设定以分离离散细胞类型的能力。实施方式能够实现宽范围的离心速度和流速，从而使得能够基于细胞类型选择流速。

在一个实施方式中，(以与从锥形件的梢端起的锥形高度的1/3相对应的半径计算的)从50g’s至3000g’s的宽的离心速度范围能力实现了宽范围的流速。例如，在100g’s条件下稳定在每分钟5毫升的细胞流化床将在3000g、150毫升/分钟的条件下表现出类似的床层稳定性，从而使得能够选择该范围内的任何流速以满足高处理生产量的目标，同时实现在低速条件下的精细流体流动操纵。相比之下，支持一次性使用套件的已知的商用逆流离心机系统提供了高达1,000g’s的离心机速度范围。因此，在这些商用系统中，操作流速范围受到限制。通过所描述的逆流离心机的实施方式实现的宽的速度范围还有助于利用逆流原理的不同的细胞类型选择策略。一个示例是导致细胞群的生存能力增强的活细胞与非活细胞的分离，这是逆流离心所独有的。第二示例是对因其尺寸和密度与其他商用系统的操作范围内的大多数其他细胞的选择标准产生重叠而难以去除的红细胞的选择性分离。利用高速离心能力，相对稠密但小的细胞可以被保留在流化床中，而较大的目标pbmc从腔室被洗脱出。

图3a示出了逆流离心过程中所涉及的基本构思，这将在如图3d的流程图中所示的使悬浮在输入流体中的细胞群浓缩的过程的上下文中进行论述。在过程301的第一阶段，使旋转腔室和周围的流体管线充满预充液。将腔室310设置成绕轴线350旋转302以产生离心加速度。现在将含有细胞的输入流体342泵送303至腔室。将经泵送的流速的速度选择成使得在细胞通过锥形件340的梢端进入时形成细胞的流化床。流体可以是用于初始装载的原始细胞悬浮液，从而继续将细胞引入腔室中。离心加速度将使细胞朝向腔室310的外端部沉降，通过增加沿与沉降方向相反的方向的流体流342，细胞可以保持悬浮。腔室定形状成使得局部流体速度344在每个半径处与离心加速度346对齐以产生工作区域345。在正确的流速、流体介质和离心速度的情况下，细胞将积聚在工作区域345中并在该区域中形成稳定的流化床304。进入该区域的细胞将形成并加入流化床345。应当理解的是，当细胞被逆向流体流引入至腔室时，这些细胞将在它们进入腔室时通过流体流和离心加速度的共同作用而有效地沉积在完全沉降点处，因此，使用该过程没有“沉降时间”。

出口允许该澄清的流体348离开腔室310。应当理解的是，离心速度、流速和流体特性(即密度和粘度)将支持细胞被保留为从锥形的梢端构建的流化床。但是其他细胞可以从腔室被洗脱出来。在一些情况下，由于高速处理，大的或稠密的细胞可能由于高速处理而在锥形件的梢端处形成伪颗粒物，这在管理不当的情况下可能在高速处理期间成为问题。该问题可以例如通过使用设计成在针对目标群体的积聚步骤(或多个步骤)之前执行针对积聚并去除重的或稠密的材料的第一处理步骤的处理方案来解决。原型实施方式的试验已经表明极高的(大约98％)细胞回收率是可能的。由于高产量，因而实际可以进行多次处理(积聚)。因此，处理方案可以设计成执行多个积聚步骤，其中一些积聚步骤针对去除废物，而其他积聚步骤用于对目标群体的积聚和回收。

一旦细胞已经积聚在流化床中，则使用回收步骤305来重新获得细胞作为浓缩物，其中，流体流方向342是反向的。流化细胞床经由用于流体输入的同一流体通道朝向锥形件的梢端340移动并从该锥形件被抽出。

也可以使用逆流离心来根据细胞群体对腔室内条件的反应来分离不同的细胞群体。在流化床已形成的情况下增大反向流速将首先导致床层扩张，每个细胞之间的细胞间空间增大，床层沿锥形件扩张。一些可能较小或具有“较粗糙”的外部形态的细胞可能具有不同的沉降速度，从而导致这些细胞在流化床中不稳定，并向内被驱赶出锥形件。以这种方式将细胞从腔室洗出被称为淘析，这是用于细胞群体的差异选择的公知方案。

该小型装置的旋转锥形件210内的细胞所经历的过程与逆流离心的较大型的实现方式内的过程相同。作为用于开发活细胞处理的实验室规模的系统，该系统在没有系统的尺度效应的情况下以相同的方式执行该过程。这对于开发受正式监管的治疗产品是重要的，其中，在不打算使产品充分地具有如活细胞群体一样复杂的特征的情况下，监管者的观点为“过程即结果”。在改变处理的规模时存在下述风险：过程不同，从而使监管者怀疑该产品及其通过临床试验证明的性能不同。从技术上讲，该系统在一体化到较大型的系统中时可以执行与实验室规模的系统相同的细胞处理功能。

锥形流体罩210具有小体积，但是通过逆流离心的益处，流体罩210可以支持超过1亿个细胞/ml的细胞浓度，从而使单个10ml腔室装载成支持超过10亿(1e9)个细胞，这对于许多治疗过程是足够的。这些数字取决于细胞尺寸，并且例如，在10ml的腔室中已处理超过20亿个中国仓鼠卵巢(cho)细胞，其中，回收率大于95％。可以支持这些细胞浓度的实施方式的容量可以为约10ml。然而，如下面将进一步论述的，也可以使用小得多的容积。

该设计有意地将锥形流体罩210安置成相对于旋转中心(轴线)280位于小半径处。这有意地使旋转系统中动能相对于离心加速度达到最小。动能随半径的平方和旋转速度的平方增大。加速度随旋转速度的平方增大但与旋转半径成线性比例。该原理已经被应用在该系统的实施方式中，以成功地将动能保持在低且安全的水平，例如在5800rpm的条件下小于20焦耳。这具有进一步简化仪器和消耗品的设计的优点。这还可以在对于可弃置部件的生产成本方面具有优势。此外，实施方式可以使动能能够被维持成低于用于要求正式(或更高级别)的装置合格性的监管阈值。再次，这可以具有成本优势。小的系统尺寸还可以具有可用性优势，即运输、存储和移动较容易(且较便宜)——系统可以容易地便携。小型套件还意味着仪器占地面积小，从而在实验室或洁净室环境中所需的使空间最小化的方面具有优势。此外，小的套件尺寸还可以在与制造、运输和存储消耗性部件相关联的成本方面显示出显著的长期优势。

相对于其他已知的商用逆流离心机系统，低旋转半径和旋转联接构型能够实现高加速度变化率。应当理解的是，在其他系统中使用“跳绳”构型来确保流体路径完整性。旋转联接件可以被认为是相对于“跳绳”构型的次级解决方案。然而，旋转联接件可以实现较高速度的操作并获得令人满意的流体路径完整性。与常规的外部逆流流体路径相比，这还可以在减少细胞损失方面具有优势，这是由于避免了可能在逆流流体输送路径的部段(即，弯折部)中造成积聚的流动路径结构。此外，由于汲取管提供了通向分离腔室梢端的直的流动路径，因而减少了由于在流体路径围绕分离腔室改变方向(弯折)的情况下由离心力和惯性力的组合造成的对流体流的剪切作用而引起的潜在细胞损伤。

较高的加速度变化率的优点在于，使细胞能够在具有较高的反向流速的流化床中保持稳定。这在将细胞从稀悬浮液收获到流化床中时可以实现较高的生产率。其他逆流离心机系统通过提供多个处理腔室、多达并行工作的6个处理腔室来解决生产量。从实际情况来看，较高的旋转速度使得能够在给定的时间内处理较大体积的细胞悬浮液。

与整体尺寸的减小相关联的另一优点是在处理期间使系统内的滞留体积最小化。这使得能够以最小的损失处理非常小的体积。该系统可以处理小的输入体积并输送精确的小体积浓缩物输出。

在自体治疗应用中——其中，每个细胞都是实际上无价的——处理非常少量的细胞可能是唯一的选择。避免这些细胞的系统性损失对该过程至关重要。当在腔室梢端中形成流化床时，腔室内的流动细节受到床层的影响。在床层形成之前，腔室内的流动受到科里奥利流动现象的强烈影响。在这些条件下，进入腔室的细胞可能扫过内部、淘析端口，而不会形成床层。惯常做法是在逐渐增大流速之前开始在低流速情况下捕获细胞以促进床层形成。

在待处理的细胞群非常小、例如5百万至1千万个细胞的情况下，来自该床层建立时期的潜在损失是不可接受的。

设计实施方式中所包含的特征的组合有助于用于在没有这些珍贵细胞的系统性损失的情况下建立流化床的独特流动构型。参照图3e，流动配置成使得在袋395中供应的细胞悬浮液通过连接件396被吸入锥形件中。离开腔室310的澄清流体然后经由连接件397返回至供应袋395。细胞以这种方式再循环使得流化床能够建立并积聚。一旦床层被建立，则来自腔室310的出口流可以通过关闭阀393并打开阀399而将引导至废物袋398，直到来自输入袋的细胞悬浮液被吸入为止。

一旦流体悬浮液已经被吸入，则可以通过改变阀和泵的构型来重新构造流体路径以进行下一步。一个选择是进入如图3f中所示的再循环模式，其中，阀391和392打开，而所有其他的阀关闭。泵使再循环的流体继续流动通过腔室，从而维持细胞处于流化床状态。围绕这种经验证的再循环操作状态，可以建立一系列的处理策略。

在图3b中抽象表示了大致锥形的流体腔室的示例的关键几何特征，示出了锥形件310和用于洗脱路径(未示出)的颈部连接部320，锥形件的基部330是流体腔室的最宽部分，并且指示出了旋转中心350。图3b表明，锥形件梢端的半径是从旋转中心350至锥形件梢端340的最远端点测量的，并且锥形件的高度是从锥形件的基部330至锥形件梢端340测量的。这些径向距离是用于计算对于不同的旋转速度在流体介质中经受的离心加速度(g力)的关键。腔室形状的细节可以在实施方式之间变化并且是折中方案。存在一系列下述腔室形状，其根据目标颗粒和用于处理的介质的细节可能是理想的。图3c中所示的图表示出了在一组泵(流体输送)速度和旋转速度条件下针对一种颗粒尺寸而施加至颗粒的力。该图表示出了腔室半径(x轴)对施加至颗粒的力(y轴)的影响。该图表示出了由离心场364驱动的斯托克斯沉积362由局部相反流体流(由差异线360示出)平衡。锥形件的形状370影响流体流。在施加至细胞的差动力为正的区域382、385中，细胞将被朝向旋转中心驱赶。在细胞上的差动力为负的区域380中，细胞将被向外驱赶。观察在图表上标记出的锥形件轮廓370，区域385对应于靠近锥形件的梢端端部的区域，在该区域中来流流体的速度最高。区域382对应于腔室的出口，在该出口中流体将被浓缩到洗脱路径中。将在腔室内观察到的是细胞在区域380中积聚成流化床，对应于区域382的位于锥形件的底部处的间隙是腔室内的下述区域：在该区域中，细胞将朝向流化床中的积聚移动，该流化床将在平衡点390处具有前边缘。细胞形成产生局部稳定作用的流化床。

腔室的(使用图2中所示的构型的)原型实施方式具有10ml的容积、38mm的锥形高度和67mm的半径，该半径是从旋转中心350至锥形件梢端340测量的。在该实施方式中，锥形高度与锥形件梢端的半径的比率为0.56。原型试验结果和计算表明，该实施方式可以在超过7000rpm或在h/3处3000g的旋转速度下使用，该旋转速度显著高于已知的商用系统。

用于评估逆流离心机功能的惯常做法是描述从梢端起的腔室高度1/3的半径处的加速度。这反映了流化床形成的区域，该区域又控制流体流速以平衡细胞沉降速率。本发明的实施方式利用小腔室容积和小半径。原型实施方式的试验表明，可以使用参照图2和图3b所描述的分离腔室来实现的旋转速度可以是当前可用的逆流离心机系统的旋转速度的两倍或更多并且对于达到1000g的旋转速度而言具有比其他装置的锥形件梢端旋转速度显著更低的锥形件梢端旋转速度。

如上面所论述的，小半径的优点是锥形件的梢端部分的行进速度低于对于以相同速度旋转的具有较大旋转半径的实施方式的锥形件的梢端部分的行进速度。因此，较小的旋转半径可以使用较小的动能来产生与目标系统的离心加速度相等的离心加速度。替代性地，对于与较大系统的动能相同的动能，较小半径的系统可以实现较大的腔室加速度。

通过较小的旋转半径实现的另一优点是增加了对于逆流流体的流速。流化床的平衡和建立是在相对离心加速度ca由逆向流体流fv的速度平衡的情况下实现的。考虑到在本问题中的旋转速度下重力影响可忽略不计，可以通过等式1来表示平衡的特性：

其中，w(rad/s)是离心速度，r(mm)是关于旋转轴线的径向距离，fr(ml/s)是输入流体流速，r(mm)径向距离r处的锥形件半径。在生成流化床的背景下，r可以被视为常数，因此根据等式1，明显的是，对于较小的分离腔室，随着旋转速度(w)增加，需要更高的输入流速fr来达到平衡并建立流化床。

通常，用于建立细胞的流化床和细胞回收的处理时间取决于流速。如上所述，使用较小的旋转半径和较大的旋转速度的能力要求增大对于逆流流体的流速，增大逆流流体的流速又可以导致更快的处理时间。以较高的流速工作的能力可以通过启用具有与该小型系统一起完成的时间限制的方案来避免对于多个处理腔室的需要。例如，从多个细胞培养“工厂”收获细胞产品涉及处理10升的产品。利用参照图3所论述的分离腔室设计的系统实施方式可以具有比除大规模系统之外的所有系统更快地处理该体积的能力。使用增大的旋转速度和流速的另一优点在于，这还可以改善流化床在细胞回收期间的稳定性，从而实现高回收速率。

将该原理应用至对其他较小规模的实施方式的考虑，替代性实施方式可以构造有较小的分离腔室以用于分离处于40纳米至200纳米尺度的外泌体。与对于如图3中所示的10ml系统的8,000rpm相比，这样的实施方式将在约100,000rpm的条件下操作，所应用的设计原理是为了通过利用非常小的旋转半径来实现非常高速的旋转。可以设想，实施方式可以实现为具有高达200,000rpm的旋转速度。例如，理论模型表明，可以使用下述腔室来实现创建200纳米的外泌体的流化床的条件：该腔室具有20mm的梢端半径、10mm的锥形长度和约100,000rpm的旋转速度，在h/3处以每小时5ml的处理速率输送200,000g。可以设想，这样的特性可以使用当前腔室构型的按比例缩放版本来实现。如上所述，逆流离心技术的优点是因通过逆向流体流将颗粒有效地直接引入颗粒的沉降位置而使沉降达到最小。这样做的优点是，用于分离处理的时间变得取决于将细胞/颗粒经由逆向流体引入沉降腔室所需的时间。因此，处理时间取决于逆向流体中的流体流速和颗粒浓度而不是特定颗粒类型的沉降特性。对于分离比如外泌体之类的颗粒，这可能是非常显著的优点。当前没有可用于外泌体的逆流离心机系统。用于分离外泌体的当前技术水平使用需要数小时的旋转来使颗粒沉降的超速离心法。

与小分离腔室旋转半径相关联的问题是科里奥利力对细胞和流化细胞床的影响。科里奥利力是惯性的并且在旋转环境内存在沿径向方向的流时产生。当在频闪照明下观察或记录时，可以在流体腔室内观察到这种效应。当细胞产品的尾部被拉到流体腔室的前边缘时可以观察到科里奥利效应。一旦建立流化床则该尾部迅速减小。床层的形状反映了科里奥利效应。有人对下述情况表示担心：这种行为在腔室定位成靠近旋转中心的情况下将导致系统性细胞损失增加。然而，由发明人进行的分析已表明，科里奥利力与离心力的比率不受旋转半径的影响，并且科里奥利力与离心力的比率随着旋转速度的增加而减小。物理分析表明，作用在锥形件中的颗粒上的科里奥利力与离心力的比率为2/w，其中，w是旋转速度。

作用在腔室中的颗粒上的虚拟力可以表征为：

其中，m是颗粒质量，r是径向距离，ω是角速度矢量对于该腔室，角速度矢量的大小等于旋转速率w，并且vr是在径向距离r处颗粒相对于旋转系统的速度。在等式2中，科里奥利力分量表征为(-2mω×vr)，离心力分量表征为(-mω×(ω×r))，离心力分量还可以表征为mw²r(t)，其中，r(t)是颗粒的瞬时位置矢量，并且欧拉分量表征由旋转速度变化引起的力。考虑到在恒定旋转速度下进行操作，可以忽略欧拉分量。

看科里奥利力的比较影响：

在逆流离心期间，相对于旋转系统的颗粒速度vr等于腔室旋转的切线速度，并且因此等于颗粒位置矢量r(t)。这表明科里奥利力不依赖于系统的旋转半径。此外，科里奥利力的相对影响随旋转速度的增加而减小。科里奥利力受输入流速和锥形件几何形状的影响，而不是受梢端半径r的影响。应当理解的是，在沉降(流化床积聚)过程阶段期间将使用恒定的旋转速度、恒定的输入流速。基于等式1，应当理解的是，随着使分离腔室梢端半径r变得更小，也可以使腔室尺寸变得更小，并且旋转速度增大。随着分离腔室尺寸和容积的减小(梢端半径r的减小)，锥形件的横截面面积也将进一步减小，从而减小了科里奥利力的影响。

这意味着科里奥利效应的相对影响随旋转速度的增大而减小并且不依赖于半径。因此，由本发明呈现出的设计为逆流设计展示了改进的构型，并且建议可以将该方法应用于需要非常高的加速度以实现细小颗粒聚集的应用。

一次性使用的分离腔室和支撑结构体现了一系列物理原理的应用，以提供可以经济地生产以用于一次性使用的部件。

在实施方式中，分离腔室基本构型是将简单的锥形腔室部件接合至机架结构，该机架结构提供符合人体工程学的、流体的和结构上的接口。该结构使用具有一体式结构的锥形件，该锥形件然后在宽端部处接合至形成颈部部分的支撑机架。这将径向最向外的接头在锥形件的基部处安置成(与锥形件梢端相比)相对靠近于旋转轴线并且因此位于沿着分离腔室的一点处，在该点处，相比于锥形件梢端经受相对低的离心加速度。这种构型还避免了接合部位于经受高流体压力的位置处。例如，锥形件梢端通常将经受最高的流体压力。因此，一体式锥形件梢端避免了在该高流体压力区域中进行接合。

对旋转的锥形件内部的压力的分析估计在1000g’s的操作速度下的液压为61psig(4.2巴)。操作加速度是以从锥形件梢端起的锥形件高度的1/3的旋转半径计算的，因为该位置是流化床形成并起作用的位置，在2000g条件下，锥形件梢端压力估计为8.4巴。紧凑的几何形状对于降低内部腔室压力可能是高度有益的，例如，锥形件的梢端处的压力为p＝row×w^2×r^2/2，其中，row是流体密度，r是旋转半径(至旋转轴线的距离)，并且w是旋转速度。流体具有通向旋转中心的路径，因此压力代表经受离心加速度——随着半径的增大而逐渐增大的g力——作用的整个半径的流体柱。在低半径处产生目标g力产生与旋转半径成比例的较低内部压力。

通过避免整体式腔室设计的梢端区域中的结构接头，该产品与其他产品相比显著减少了制造差异。将锥形件连接至机架所需的接头仅需要支撑来自锥形件结构的质量负载，从而支撑锥形件结构容纳的流体的质量。对于参照图3所论述的实施方式，最坏的情况是：在代表3900g的8000rpm的条件下，负载处于500牛顿的范围中，相比之下，在工作高度处的通常工作速度为7000rpm或3000g。

这种分离腔室设计使用内部吸管(也被称为汲取管)以实现通向锥形件的梢端的流体连接。这带来了一系列显著的益处：

·没有通向锥形件的高压区域的外部流体连接，从而消除了与外部管道配置相关联的制造和处理风险。

·进入细胞腔室的细胞悬浮液的流体流动模式不受外部管道的几何形状的影响，外部管道需要重新返回其自身以与锥形腔室的几何形状对准。

·外部流体管线和相关联的u形弯折部导致最高离心区域出现在分离腔室外部。重的颗粒和细胞团积聚在最高离心区域中。在已知的商用系统中，该最高离心区域出现在分离腔室外部，例如在外部管道中的靠近位于分离腔室的梢端处的流体输入部的弯折部处。在本发明的实施方式中，该临界最高离心区域位于锥形件的梢端内。在锥形件透明的情况下，还可以清楚地观察该最高离心区域，以进行受管理的干预。

·锥形件中的中央汲取管可以由皮下注射管形成，该皮下注射管在技术上是精确的、被批准用于与医药产品接触并且制造成足够的容积以实现低成本。皮下注射管也是这些产品使用后的有害废物流中的公知部件。这对于分离腔室部件的初始生产成本和废物处理成本两者可能均具有优势。

与锥形件模制中的特征相结合的汲取管设计可以在流体腔室中形成控制良好的、可再现的流体流动几何形状。例如，在汲取管与机架部件之间使用过盈配合，通过借助过盈配合的优势使管轴向重新定位而消除了管切断长度模制特征与锥形件接合部之间的装配公差。在图4a至图4f中示出了形成在分离腔室的梢端中的流体引导结构的实施方式。锥形流体罩的梢端400包括具有中央部分420和凸耳430的引导结构，中央部分420用于接收从汲取管410输出的流体，凸耳430围绕该中央部分间隔开以使流体流分散在锥形流体罩各处。流体引导结构还可以构造成辅助定位和支撑汲取管410。例如，如图4b和图4f中所示，中央部分420定尺寸成接纳汲取管410的端部，汲取管410通过过盈配合被保持在适当位置中并通过离心力被加强(如图4c和图4f中所示)。在该实施方式中，中心部分420包括位于凸耳430之间的台肩部440，以控制汲取管的轴向位置并确保汲取管410与流体腔室之间的始终开放的流体连通路径。来自汲取管的流体进入中央部分420并经由设置有通向流体罩的开口的凸耳430流出。所示实施方式使用围绕梢端均匀地间隔开的三个凸耳，然而，可以使用其他结构，例如，四个或更多个凸耳，或者多个均匀地间隔开的径向通道。应当理解的是，这样的结构可以特别地通过降低在组装过程期间确保汲取管410的正确安置所需的精度来简化装置的制造和组装。

可以通过使流体流反向以通过汲取管410将流化床(即，浓缩的细胞)抽出而从腔室回收流体。应当理解的是，期望在回收过程期间对悬浮有细胞的介质环境干扰最小并且使稀释达到最小的情况下将流化床从锥形件抽出。床层内的工艺条件由离心速度和流体流速控制。通过匹配流速，可以在一定的速度范围内产生相似的流化床条件。这允许离心机旋转速度和流体流速减慢来作为使流化床保持处于稳定状态但是处理速率较慢的(例如由微处理器控制器控制的)协调动作，从而为回收过程创造更有利的条件。对流化床浓度的限制是最终避免在回收步骤期间阻塞流体路径。可以在回收步骤之前通过逆流泵调节流化床的密度，从而实现对悬浮液浓缩物的优化。逆流离心机处理速率由离心速度与逆流泵速的组合来定义。可以使处理速率减慢来作为回收步骤之前的协调动作，以使细胞损伤或者细胞从腔室流失的风险最小化。这种协调的减慢涉及控制离心机速度和逆流泵速的减慢。

减慢的离心旋转和流速还可以降低在回收过程期间细胞损伤的风险。为了使经浓缩的流体的回收率最大化，还期望在汲取管与锥形件梢端的端部之间有非常小的间隙，以减少可能与流化床的最后部分一起被吸入汲取管中的无细胞流体的量，并在流化床回收即将结束时减少稀释。锥形件梢端400的结构可以设计成使间隙最小化，以获得良好的回收结果。应当理解的是，如图4中所示的用于支撑汲取管的引导结构可以是有利的，这是因为支撑台肩部440和凸耳430结构减小了汲取管入口周围的用于流化床后的无细胞液体的入口区域。中央部分应当被流化床的流体充分占据，直到流化床从管被抽出的最后一刻为止。假使控制流速以保持流化床的稳定性，则凸耳应当将在尾随的无细胞流体之前的所有经浓缩的流体集中至汲取管，以使稀释达到最小。

许多生物处理专家关心确保活细胞在流体环境中不会经受过度的剪切。剪切可能在生产过程期间导致细胞损失或损坏，从而有效降低生产过程的产量。期望避免高的流体剪切，但是剪切可能在将在流体引导期间经受惯性力的任何系统中发生。逆流离心过程的一个主要属性是，逆流离心过程可以提供对被捕获在流化床中以用于从分离腔室回收的所引入的细胞群体的出色的细胞回收率(>98％)。因此，分离后的细胞的任何系统性损失是一个问题。

该系统的实施方式的特征是在旋转离心机与外部流体系统之间使用旋转联接件。许多现有的逆流离心机产品使用跳绳装置，该跳绳装置在不使用滑动密封件的情况下实现这种旋转连接。但是，这样的装置可能是复杂的并且增加了生产成本。在本系统的实施方式中，旋转联接件用于简化和降低潜在的成本。商业生产需要对作为在功能上封闭的生物装置的旋转联接件进行进一步验证，并且对于这样的装置已经良好地建立了监管验证方案，这是因为在生物处理领域中被认可的许多其他产品使用旋转联接件。这可能还具有减少监管批准成本方面的优势，这也可能对产品成本产生积极影响。使用旋转联接件还可以实现比替代性的“跳绳”类型的联接件设计的旋转速度更高的旋转速度。

经验表明，构造不当的旋转联接件可能影响细胞回收。在该实施方式中已经采用了一系列设计考虑因素来解决细胞可能经受高流体剪切状况的点。本专利中的设计考虑因素体现了下述若干原理。

·连接至汲取管的流体通道是在细胞床积聚期间将稀释的细胞悬浮液传输至腔室的地方。

·该通道也是经浓缩的悬浮液从腔室被抽出至目标容器的地方。

·旋转联接件具有与旋转组件的中心直接对准以传输细胞悬浮液的中心端口。

·因此，细胞仅在细胞从旋转结构涌入旋转联接件本体中时经受来自反旋转的剪切。

在图2和图5中示出了旋转联接件和流动路径的实施方式，图2和图5更详细地示出了旋转安装件。与用于加载和回收的汲取管250连通的流体通道270、520与旋转轴线对准。因此，用于经浓缩的细胞悬浮液的细胞回收的流体通道位于下述位置：在该位置中，细胞在转移出旋转环境时将经受最小可能的剪切应力。

淘析流动路径510穿过与加载和回收通道520同轴的套管以及旋转安装件的衬套530中的流动过渡槽540。衬套530控制同轴套管的同心度并将细胞悬浮液流径向向外重新定向。衬套530具有环形流动过渡槽，在该环形流动过渡槽中发生离开旋转径向孔的细胞悬浮液向非旋转区域的受控过渡。来自流体腔室210的大直径内端部的流体流通常是注定要废弃的没有细胞群的澄清介质。对于该通道，逻辑上，在该通道中，流体在离开旋转联接件之前必须径向向外移动并停止旋转。然而，该通道510用于细胞被选择性地驱赶出流化床(淘析)或者整个细胞床被移动通过再循环回路以进行混合和取样的一系列应用中。

实施方式采用腔540，该腔540引导流体(及流体中的任何细胞)在被引导成在旋转联接件出口处汇合之前在充足的共享体积中径向向外移动。联接件内模制部件中的细节设计成使细胞可能积聚和损失的流动死区最小化。

如图6中所示，旋转联接件620还将分离腔室610固定至流体歧管630。如图7中更详细地所示，模制的歧管730向仪器流体控制阀和传感器提供了管道网735。图7示出了具有已连接的分离腔室710的歧管730，该分离腔室710可以作为无菌的可弃置子系统供应。歧管730连接至用于连接至其他可弃置套件和流体供应部件——比如，例如流体袋——的多个外部流体管线连接件760。歧管730的管道网735构造成与如图8中所示的阀致动组件对准。阀致动组件包括多个夹管阀致动器810，所述多个夹管致动器810构造成在被致动时通过夹紧抵靠盖740封闭的流体管线来关闭相应的流体管线。如应当理解的，歧管的预先配置的流体管线避免了对于将复杂的管道和部件穿入并配装到仪器中的需要。这可以显著减少操作员失误。仪器门将歧管锁定到适当位置中并在歧管关闭时完成夹管阀功能。

歧管将流体网络接合至离心机的旋转联接件。这形成了抵抗联接件的扭转反作用并具有柔性以补偿组件之间的几何变化的结构。该结构提供了离心环境与静态流体之间的紧密联接，从而促进了非常小体积的回收能力。歧管可以针对特定的处理方案来设计，以使系统内的流体体积最小化。此外，歧管管道网可以设计成允许在处理期间通过阀的组合致动来选择性地构造不同的流体路径。例如，图3e和图3f示出了在处理期间可以如何选择性地构造流体流，包括可以构造成使介质流体通过分离腔室再循环的流体路径。还应当理解的是，在系统处理器的控制下，阀的打开和关闭是自动的。

歧管可以使用可以采用低成本工具的方法来制造。这使得不同的处理构型能够满足嵌入以低成本开发的许多方案中的独特的详细要求。在实施方式中，歧管的制造通过被描述为双片材真空成型的方法来实现。在图9中示出了该过程。两个约0.6mm厚的聚合物片材被预热并安置在经加热的压板910、920之间。抽真空以将片材捕获并成型至每个工具压板。将压板910、920夹紧闭合并且通过将薄膜935刺入工具的主腔930中而在两个片材之间插入压力。然后可以修整成型的片材以提供成型的歧管940。工具温度、聚合物预热和压力的组合使聚合物材料热结合。关键目标是为了使工具的成本尽可能低。工具设计专注于可以在cnc机加工中心上的单次设置中完成的单面机加工操作。通过使工具的总腔成为固定设备基础结构的一部分并针对压板910、920使用特定过程的工具插入件925，用于短期运行的工具变型可以进一步降低成本。属性的这种组合设计成使离心机系统的终端用户能够创建特定过程的歧管构型并以低成本设置这些歧管构型。

固定的歧管可以具有体积精确度的优点，这是因为由人为组装成套部件引起的误差或变化的可能性较小。这对于小体积处理是重要的，这是因为即使管长度的毫米变化也可能对整个内部系统流体体积有重大影响。还可以设计特定过程的、固定的或预成型的歧管，以用于使内部系统流体体积最小化。这可以通过简单地使系统中的介质流体更少来实现较高的回收浓度，或者换句话说，实现使由介质流体引起的对经浓缩的细胞的稀释达到最小。这对于小体积低细胞(或其他颗粒)计数应用是高度有利的。

模制的歧管还支撑泵接口，如图10中所示。用于蠕动泵的专用管750通过模制连接件附接至歧管。当歧管730装载在仪器上时，该管自然地定位成邻近于泵滚子1010。在门关闭时，仪器门上的特征1030与门铰链几何形状1020相组合使蠕动泵管聚集并将该蠕动泵管压靠泵辊子组件。这消除了蠕动泵负载中的误差。附接至门的泵接口特征1030捕获蠕动泵管并以受控的挤压力将蠕动泵管夹持至泵驱动滚子。

如图11中所示，系统1100包括控制器1110，比如被容纳在可重复使用的子系统1200内以控制马达1150、泵1120、1160和阀组件1145的致动器1140的操作的可编程微处理器。可以根据方案对控制器进行编程以控制端对端的分离过程。控制器配置成协调马达并且因此如上面所论述的那样协调腔室1180的旋转速度和泵送速率。控制器还可以配置成根据处理方案来操作阀致动器1140以引起阀组件1145中的各个阀的打开和关闭。例如，为了打开用于将流体从连接至歧管1170的一个或更多个外部流体容器1190引入、用于通过重新构造通过歧管的流动路径来使流体在系统内再循环、或者用于将流体回收至外部腔室的阀。应当理解的是，在一些实施方式中，嵌在系统内的控制器1110可以配置成以协调的方式控制系统部件的操作，并且(经由适当的有线或无线数据通信)连接至外部控制器(例如外部计算机系统)，从而控制更高级别的处理方案控制。例如，可以提供外部计算机系统以启用增强的用户界面功能以及用于比如监控、数据捕获和分析之类的功能的资源。使用外部计算机系统还可以实现用于使用该系统执行的处理方案设计和编程方面的较大灵活性。外部系统可以用于控制方案的执行，或者用于设计用于下载至系统以执行的方案。可以设想并认为这两个实施方式都特别适用于实验室环境和试验环境。还考虑了一个实施方式，其中，系统专用于单个处理方案，并且系统控制器可以是固定编程的(而不是可下载的)或者使用比如特定应用的集成电路之类的专用处理器。系统的固定构型(即，使设置连接变型的风险达到最小的歧管)和自动控制可以确保处理结果的高度一致性。可以改善进一步的处理产量，从而使同一设备对于早期实验、临床试验和大规模操作都可行。

应当理解的是，本系统的实施方式可以提供优于当前可用的离心系统的显著优点。细胞清洗技术的主要属性是：

·可以被收集的稀细胞悬浮液的最大体积；

·在捕获细胞的同时可以处理稀细胞悬浮液的速率；

·可以以多小的体积输送所收集的细胞；

·细胞的回收率：输送的细胞与供应的细胞的百分比。

作为逆流离心机，回收率在系统上处于98％的范围中，这是任何其他细胞处理方法所无法比拟的。

作为收集步骤的“收获”的速率通常被描述成取决于流化床可以承受而不会使细胞从流化床流失的流体流速。该流体流速取决于腔室中可以实现的沉降速率，该沉降速率通过加速度g’s反映。图2和图3中所示的设计已被开发成在高达4000g’s的条件下操作，但是可以保守地在3000g’s的条件下应用，即使这种保守的使用也是市场上的用于一次性使用逆流离心的最佳产品的三倍。

所公开的系统的实施方式实现了非常小体积的回收。这种设计的突出能力是其以非常小的体积输送最终产品的能力。基于细胞的治疗过程开发的关键目标是在功能封闭的一次性使用的环境中完成整个过程。许多治疗产品方案的最终步骤要求将整个细胞产品浓缩到小体积中。通常，这是通过在高等级洁净室中进行传统的“桶式”离心步骤以及手动打开干预步骤实现的。

所描述的实施方式结合有专门针对小体积中的高细胞回收率的特征。实施方式可以包括下述特征中的一个或更多个特征的任何组合：

·旋转联接件，该旋转联接件具有通向供应管的直接轴向接口；

·小的占地面积，以使从腔室穿过泵至目标容器的流动距离最小；

·将光密度传感器嵌在输出管线中以用于选择性捕获和关闭的机会。

与该步骤的自动控制组合的这些特征可以在高回收率的条件下实现对于1000万的细胞群体为小于2ml的总流体输出体积至对于10亿个细胞为10ml的总流体输出体积。

实施方式构造成实现节约成本的生产。许多基于细胞的治疗产品基于将从患者体内提取的细胞转化成治疗剂。这些自体疗法以相对小的总细胞群体工作。这种设计的能力和功能使这种设计对于解决由自体产品带来的挑战是理想的。自体产品通常是根据cgmp(现行良好生产规范)生产的，cgmp要求在产品能够经管理向患者发布之前进行详细的工艺审查和检查以及稳健品质保证测试。为了使这样的产品令人负担得起，解决成本的每个方面是重要的。该设计通过提出可以以低成本交付的一次性使用的部件的组件而做出了贡献。

该系统的实施方式适用于在流体悬浮液中使小颗粒分离或积聚以用于回收的许多过程的应用。在用于细胞疗法的细胞的处理中的应用的一些示例包括：

1)细胞浓缩；

2)细胞清洗；

3)细胞分离，细胞分离通过对较大、较密实的细胞的浓缩以及对较小，较轻的细胞和碎片的淘析的组合来进行；

4)细胞选择，细胞选择通过分离附着至可能比周围的细胞群体轻或重的小球上的细胞来进行；

5)配制，配制通过将受控体积的液体(例如，冷冻保护剂)添加至已知输出体积的浓缩细胞来进行。

尽管所论述的系统应用示例涉及细胞处理，但是该系统的实施方式也可以用于其他应用。对特定应用的参照仅是示例性的，而不应当被视为限制本发明的范围。

该系统设计成实现简单的装载并使操作员组装失误达到最少。该仪器设计成用于处理人类细胞以用于治疗目的。重要的是，以各种方式使处理失误的风险最小化，以避免珍贵材料的损失。该设计包括用以简化可弃置套件的装载、特别是使失误的风险最小化的一系列特征。这些特征嵌入在离心腔室组件和歧管中。离心腔室组件及其与离心机承架的接口呈现在闩锁接合时由可听见的咔嗒声支持的直观接口，

所公开的系统的优于当前可用的商用系统的显著优点在于，汲取管式分离腔室和旋转安装件的构型使得该构型能够设置成作为预组装的洁净的一次性使用套件附接至流体输送歧管。此外，分离腔室需要来自马达安装件的最小的结构支撑。这种构型还导致在操作期间动能减小。因此，这种构型显著降低了对可重复使用的子系统的物理要求，从而实现了较小的尺寸、较低的复杂度和较低的成本。

本发明的领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出许多改型。

在所附权利要求中以及在本发明的先前描述中，除非上下文因表达语言或必要的暗示而另有要求，否则用语“包括”或者比如“包含”或“包括有”之类的变型是以包括性的含义使用的，即，用以在本发明的各种实施方式中指明所述特征的存在但不排除其他特征的存在或增加。

应当理解的是，如果本文中引用了任何现有技术出版物，则这样的引用不意味着承认该出版物在澳大利亚或任何其他国家中形成本领域公知常识的一部分。