用于生物处理袋中的泄漏检测的装置和方法

专利名称：用于生物处理袋中的泄漏检测的装置和方法
技术领域：
本发明总的来说涉及流体处理，而更具体而言，涉及检测在无菌a 下处理流体的过程中可能发生的泄漏的装置和方法。
背景技术：
目前，要求临时保持、混合或其他流体处理步骤作为制造过程的一部 分的产品的许多制造商选#^吏用一次性袋来代替^t混合器或器皿，用于 在无菌条件下保持和接触流体。有利的是，这种袋制i^目对不那么昂贵， 易于运输、储存和无菌化，并且一旦完成操作且任何产品被回收后即可丢 掉。而且，使用这种袋不仅无需清洗且消除了交叉污染的机会，而且还降 低了总处理成本。
这种袋通常用一层或多层不渗透流体的塑料薄膜制成，其使用者经常 遇到的问题是不期望的泄漏的风险。在生物处理应用的情况下，这种泄漏 会导致袋内无菌性的丧失或者导致可能有害的生物材料的释放。如果检测 不到，这种泄漏可能会危害整个混合应用，并4吏得最终产品不适于4吏用。 然而，对这种泄漏的早期检测会有利地引致采取适当的纠正措施，例如在 最终产品被分发之前采取适当的纠正措施。
迄今为止，难以可靠i(M^测这些类型的处理袋中的泄漏。这种泄漏通 常是通过视觉发现的，形式为袋的外侧表面上潮湿、洒在 1上等等。当 然，由于这种潮湿可能是由袋的外表面上的冷凝造成的，而且未识别的泼 洒可能是由其他源引起的，因此，这种检测方法是不可靠的。另外，如果 袋被保存在密闭的不透明容器中，那么很多泄漏是用视觉检测不到的。
在生物处理的特定情况下，在袋中保持、储存或处理的大多数生物流 体包含作为较好的导电体的液体，例如水基电解液。另一方面，制成袋的材料通常是作为非常好的电绝缘体的聚乙烯或其他塑料。含有生物流体的 袋可以仅具有一层塑料膜或几层膜。在后一情况下，袋的接触流体的层通 常具有最好的可浸出和可萃取特性，以最小化被处理的流体由于从塑料中 扩散到流体的分子而收到的污染。该层通常是低密度的聚乙烯。然而，该 最里面的层具有不良的机械强度，因此，为了增强袋的机械强度，要添加 一个或多个附加层。
一个或多个外层旨在不接触被处理的流体，而为所述袋提供机械强 度。即使这些层在内侧上也是无菌的，但是，如果它们由于内部泄漏而接 触流体，它们也会浸出大量的有机分子。因此，可发生于袋中的泄漏可以
有两种类型
1. 内部泄漏，其中袋的内室中的导电流体仅泄漏穿过一层膜或几层 膜，但未泄漏到袋外；或者
2. 外部泄漏，其中导电流体泄漏到外部的非无菌环境。
这两种类型的泄漏可能污染袋中的产品，因此是非常不期望的。
因此，需要一种用于检测这两种类型的泄漏或其中 一种泄漏的<更利而 可靠的方式，从而能够立即采取纠正措施。

发明内容
根据本发明的第 一方面，提供了 一种设计用于至少临时保持需要在无 菌条件下处理的导电流体的装置。该装置包括塑料袋，该塑料袋具有能够 容纳用于在无菌条件下处理的所述导电流体的第一内室。该装置还包括硬 质容器，该硬质容器具有用于至少部分地容纳和支撑所述袋的第二内室。 提供了传感器，用于感测来自所述第一内室的所述导电流体的泄漏的存 在，因此，该传感器可用于指示内室中无菌性的可能缺失，并使得能够立 即采取纠正措施。
在一个实施例中，所述传感器包括第一电极和第二电极。所述第二电 极设置在所述第一内室的外部，并且能够通过所述泄漏而连接至接触所述 导电流体的所述第一电极。优选地，所述传感器还包括交流或直流电压发 生器和检测器，该检测器连接至所述第一电极和所述第二电极，用于检测 在由于所述泄漏的存在而导致的电路中流动的电流。
所述第 一电极穿过形成在所述袋的侧壁中的密封接头而突出，在这种情况下，所述袋可包括用于容纳所述第一电极的管状端口 。另外更优选地， 所述管状端口包括用于允许所述第一电极与无菌条件下的导电流体接触 的连接器。所述硬质支撑容器可至少部分地包含形成所述第二电极的传导 材料。
在另 一实施例中，所述袋包括设置用于形成所述第 一 内室的第 一材料 层和与所述第一材料层相邻的第二材料层。优选地，所述传感器包括至少 部分地定位于所述第 一材料层和所述第二材料层之间的第 一和笫二电极。 替选地，所述第一和第二电极中的一个包含所述袋的笫二材料层。
根据本发明的另 一方面，公开了另 一种i殳计用于至少临时保持需要在 无菌条件下处理的导电流体并检测其泄漏的装置。该装置包括塑料处理 袋，该塑料处理袋具有能够在无菌条件下容纳导电流体的第一内室；以及 至少部分传导的支撑结构，该结构具有用于至少部分地容纳所述塑料处理 袋的第二内室。连接至所述第一内室中的导电流体的电极被设置成在存 在泄漏的情况下与所述传导的支撑结构一起形成电路。为了利于泄漏检 测，可将交流或直流电压发生器和用于检测所形成的电路中的电流的检测 器连接至所述电极和所述传导的支撑结构。
根据本发明的又一方面， 一种装置被设计用于至少临时保持需要处理 的导电流体并检测其泄漏。该装置包括处理袋，该处理袋包含用于形成能 够在无菌条件下容纳导电流体的内室的第一柔性材料层以及与所述第一 层相邻的第二柔性材料层。设置于所述内室的外部的第一电极和第二电极 被设置成能够通过所述泄漏而被连接。至少所述第一电极至少部分地延伸 于所述第一柔性材料层和所述第二柔性材料层之间。
在一个实施例中，所述第 一电极和所述第二电极均在所述第 一柔性材 料层和所述第二柔性材料层之间。然而，还可以将所述第二柔性材料层和 所述第二电极制成一体的。所述第二电极还可以包含用于容纳和支撑所述 袋的硬质容器。
根据本发明的再一方面，描述了一种在无菌^Hf下处理流体的方法。 该方法包括提供塑料处理袋，所述塑料处理袋具有第一内室，该第一内 室形成无菌环境；将所述fi^置于具有第二内室的支撑结构中；将导电流 体提供至所述内室；以及提供用于检测来自所述第一内室的导电流体的泄 漏的存在的传感器。
在一个实施例中，所述的提供步骤还包括提供能够通过所述泄漏而被连接的第一电极和第二电极，该方法还包括将交流或直流电压发生器 和用于检测所形成的电路中电流的检测器连接至所述第一电极和第二电 极。优选地，所述支撑结构是至少部分传导的，且提供所述第一电极和所 述第二电极的步骤包括:提供与所述第一内室中的导电流体接触的所述第 一电极，以及利用所述支撑结构作为所述第二电极。而在所述袋包括第一 材料层和第二材料层的情况下，所述的提供步骤可包括将所述第一电极 和所述第二电抝故置于所述第一内室的外部且至少部分地位于所述第一 材料层和所述第二材料层之间。


图1是包括位于硬质支撑容器中的可能在无菌*下与流体一起使 用的袋的混合装置的示意图2是形成本发明的一个方面的泄漏检测装置的示意图3是图2的泄漏检测装置的另一实施例的示意图4是形成本发明的另一方面的泄漏检测装置的示意图。
具体实施例方式
如上所述，本发明主要涉及用于泄漏检测的装置和方法。发明的装置 和方法的一个特别有利的用途与生物处理应用有关，在所述生物处理应用 中，流体导体，即导电的生物流体(通常为包含水或基本上以水构成的液 体)，至少临时地保持于薄壁、柔性或可折叠的器亚中，例如保持于由一 层或多层塑料膜构成的一次性袋中。如上所述，这种类型的器皿可有利地 在操作完成且任何产品被回收之后被丟弃.这种类型的装置不仅无需清洗 且消除了交叉污染的机会，而且还降4氐了总处理成本。
这种处理袋的一个特别优选的用途是用于流体混合系统中。如图1 所示，袋B位于用作支撑结构的硬质容器C的内室中。袋B还包括用于 容纳并至少临时地保持导电流体F (更优选地，生物活性流体)的内室。 袋B的容积通常大于一升，而优选地约为10升至1,000升。
如图所示，还可提供用于搅动袋B中的流体的装置，如通过内部驱 动装置D而旋转的磁叶轮I。替选地或者另外地，流体搅动装置可包括用 于将气体引入袋B中的喷射器(未示出)。有关这种流体搅动装置的另外的细节可见于共同转让、共同未决的序列号为11/304,417的美国专利申请 中，其公开的内容通过引用而合并于此。
现在参考图2来描述用于检测这种袋B中的泄漏的一个示例性装置 10，在必须维持内室的无菌性的情况下这尤其重要。如图所示，装置10 包括用于感测泄漏的泄漏传感器或装置，该传感器或装置包括与袋B(尽 管未示出，袋B可包括诸如图1的叶轮I等的搅动装置)关联的至少一个 (优选地只有一个)导电电极12。在该第一实施例中，该电极12穿透袋 B的对应壁，4吏得其一端至少部分地接触内部的流体，而另一端位于内室 的外部。但是，如下所述，即使要维持无菌状况，电极12穿透袋B的侧 壁以便与流体F接触也不是必需的。
在该实施例中，传感器还包括第二电极(或者为了清楚，称为导体)， 该第二电极也形成用于感测的传感器或装置的一部分，但是其位于袋B 的内室的外部。优选地，该第二电极或导体包含形成用于袋B的支撐结 构(如硬质容器14)的至少部分的传导材料。该容器14优选地整体由诸 如不锈钢等的刚性传导材料形成。容器14被设置成至少部分地、优选整 体地容纳空的(即在引入流体之前)或装有流体的袋B。尽管为了清楚区 M见，在图2中将容器14的内表面与袋的外部或外表面图示为间隔开， 但是，应该理解，当袋B装满流体时，容器14的内表面通常与袋的外部 或外表面紧密接触(例如，参见图1的袋B和容器C)。
为该优选实施例的目的而示出的装置10的传感器或感测装置还包 括(1)能够生成DC (直流)或AC (交流)电压的发生器16 (如电池 或交流发电机)；以及(2)能够检测DC或AC电流的检测器18。诸如 接线等的适当的连接将电极12、容器14、发生器16和检测器18互连起 来，以形成电路，在下文的描述中将进一步概述该电路的目的。
在一个简单的实施例中，且如图2所示，第一电极12包括细长的金 属材料(优选地为抗腐蚀的材料，如不锈钢)件。该电极12可通过袋B 的端口而穿透壁，在用作电极12的杆与袋B的端口之间还可提供环形密 封接头S，以维持通常要求的内部无菌环境。然而，电极可采取使得能够 建立所需的与导体(如容器14)的电接触的任何其他形式。
在一个优选的使用模式中，并且根据泄漏检测方法的实践，袋B配 备有电极12。如上所述，这可通过如图2所示地将电极12设置成以密封 的方式穿透袋B的所选侧壁(如顶壁)来实现。在任何情况下，结果是 电极12的一端与袋B的可能无菌的内部环境连通且至少部分地与传导流体F或液体接触。而电极12的另一端突出于袋B的外部，或者不同地， 与外部环境连通。作为上述连接的结果，形成装置10的为了该优选的第 一实施例的目的的传感器的一部分的电极12允许在发生器16与保持于袋 B中的液体之间建立电接触。
如图所示，袋B与至少部分传导的容器14紧密关联，并充满在生物 处理过程中需要混合的所选液体或其他传导流体。发生器16的一极连接 至电极12的外部端(非无菌端)。发生器16的另一极连接至包括袋B的 传导容器14。利用检测器18来测量电路(当然在所示的实施例中该电路 在正常情况下是断开的)中的电流。
如果没有穿过袋B的壁的泄漏，则没有电连续性，因此没有电流流 动。换言之，包括电极12、容器14、发生器16和检测器18的电路保持 断开。未检测到或未记录到电流，因此指示"无泄漏"状态。
但是，如果袋中存在孔或洞，则泄漏的液体(注意图2中的箭头L) 会在袋B中的液体与容器14之间形成电接触。这导致电路闭合，通过该 电路，电流从发生器16流至检测器18，这表明存在泄漏。有利的是，还 可将袋B的外表面预先弄湿，因为这会有助于使电路即使在最小的泄漏 下也是闭合的，当然，对于大多数应用，这不是必需的。
在优选的实施例中，该检测器18包括电流测量装置，如安培计量器 (在这种情况下，发生器16的一个电极如图12所示连接至电极12或容 器14)。但是，可以使用将泄漏告警给用户的任何适合的指示器，如通过 产生视觉或听觉信号来告警。重要的是正确立即识别出泄漏的存在，以便 采^it当的改善措施。
如应该理解的，发生器16和检测器18可以合并于一个装置(未示出) 中。该装置可简单地测量电路(其当然可以是断开或闭合的)的电阻。在 无泄漏(开路)的情况下，电P且很高。而在泄漏使电路闭合的情况下，电 阻会急剧下降，从而表明存在泄漏。
如将进一步理解的，电极12可以在制造过程中预先引入，在这种情 况下，其成为袋B的组成部分。相应地，电极12应该能够承受施加于袋 B上的消毒循环，如伽马射线消毒。另一选择是将电极12单独消毒，并 通过与无菌连接装置K (如Pall Corporation的KLEENPACK装置或者 BioQuate Inc.制造的BIOQUAKE —次性无菌连接器)关联的管T来引入 电极12。在这种情况下，如图3所示，电极12可以不突出到袋B的内室中，而是通过管T与流体F进行接触。
与外部泄漏不同，内部泄漏发生于仅一层或几层材料(如塑料膜)存 在洞或孔而外层保持完好的情况下。在这种情形下，流体不从袋中漏出到 外部环境中，而是在各层之间累积。为了检测这种泄漏，描述了根据本发 明另一方面的泄漏检测装置100。
参考图4，在现在描述的用于检测内部泄漏的装置100的优选的第二 实施例中，传感器与袋B的形成L、 L2的至少两个内部和外部材料层(袋 B的各层通常是紧密接触的，但为了图示的目的而示为间隔开)关联，优 选地设置于这两层之间。在一个特别优选的实施例中，如图3(其中比例 应视为是为了图示的目的而改变的)所示，该传感器包括至少两个电极 102a和102b，这两个电极间隔开，或者另外地，在没有泄漏的情况下不 电接触。这可通过利用绝缘体102c (如果第二电极102b包括传导的支撑 结构如容器14，袋B可视为该绝缘体102c)将电极102a、 102b分离来 实现。优选地，如图所示，电极102a、 102b均在层Lp Lz之间，但仅穿 透外层L2。换言之，传感器没有与袋B内部相接触的部分，因此，这有 助于保证和维持所需的无菌环境。最优选地，该传感器沿着袋B的底部 定位，或与袋B的底部相邻，在浏览了下文的描述后，将会更好地理解 这微的理由。
如前所述，具有传感器的装置100还包括发生器116，能够生成 DC (直流)或AC (交流)电压；以及(2)检测器118，能够检测DC 或AC电流。诸如接线等的适当的连接将电极102a和102b、发生器116 和检测器118互i^来，以形成电路(优选地，由于初始隔离的电极102a 和102b，该电路在没有来自内层L的泄漏的情况下保持断开)。
在4吏用该实施例和对应的方法时，传感器开始检测不到内部泄漏。如 果液体穿过袋B的第一 (接触液体的)层L而泄漏，其可向下流到袋B 的底部，并与电极102a、 102b接触。这种接触使电路闭合，从而产生电 流。这样，检测器118例如通过指示电流的流动来指示泄漏的存在。
总之，可使用装置10或100在与生物处理应用有关的情况中发挥优 势，在所述生物处理应用中，流体导体，即导电的生物流体(通常为液体)， 至少临时地保持于薄壁、柔性或可折叠的器i中，例如保持于由一层或多 层塑料膜构成的一次性袋中。传感器包括电极12、 14或102a、 102b，所 述电极可通过多层器皿的内部或者其外部的泄漏而连接至发生器16 、 116。 关联的检测器18、 118能够检测泄漏的存在，使得能够采取适当的纠正措施，从而节省时间和金钱。
以上提出的对本发明的各实施例的描述是为了说明和描述的目的，而 并非穷尽性或限制性的。根据在此提供的教导，能够进行各种修改。例如，
本发明可用于如下的装置中与柔性器亚关联的传感器形成正常情况下闭 合的电路的一部分，由此，泄漏会产生短路，从而使电路断开。另外，装 置10和装置100 二者可一起用于检测内部和外部泄漏。在装置10或100 中还可提供不止一个传感器。此外，装置10的第二电极可以包括位于袋 B外部的传导的网或网状的结构或与袋B—体形成的另一结构(如金属化 的膜)，而不是形成用作支撑结构的容器14的全部或部分。尽管具体提出 了使用柔性的塑料袋，但装置IO、 100可使用具有易于泄漏的内室的任何 器皿。所述实施例提供了对本发明的原则及其实际应用的最奸沈明，从而 使得本领域的普通技术人员能够以各实施例和适于所设想的特定应用的 各种1多改来利用本发明。
权利要求
1. 一种设计用于至少临时保持需要在无菌条件下处理的导电流体的装置，包括塑料袋，具有能够容纳用于在无菌条件下处理的导电流体的第一内室；硬质容器，具有用于至少部分地容纳和支撑所述袋的第二内室；以及传感器，用于感测来自所述第一内室的所述导电流体的泄漏的存在。
2. 如权利要求1所述的装置，其中，所述传感器包括第一电极和第 二电极，所述第二电极设置在所述第一内室的外部，并且能够通过所述泄 漏而连接至接触所述导电流体的所述第 一 电极。
3. 如权利要求2所述的装置，其中，所述传感器还包括交流或直流 电压发生器和检测器，该检测器连接至所述第一电极和所述第二电极，用 于检测当通过所述泄漏而连接时所导致的电路中的电流。
4. 如权利要求2所述的装置，其中，所述第一电极穿过与所述袋的 侧壁关联的密封接头而突出。
5. 如权利要求2所述的装置，其中，所述袋包括用于容纳所述第一 电极的管状端口。
6. 如权利要求5所述的装置，其中，所述管状端口包括用于允许所 述第一电极在无菌务降下与导电流体接触的连接器。
7. 如权利要求2所述的装置，其中，所述硬质支撑容器至少部分地 包含形成所述第二电极的传导材料。
8. 如权利要求1所述的装置，其中，所述袋包括设置用于形成所述 第一内室的第一材料层和与所述第一材料层相邻的第二材料层。
9. 如权利要求8所述的装置，其中，所述传感器包括至少部分地定 位于所述第一材料层和所述第二材料层之间的第一和第二电极。
10. 如权利要求8所述的装置，其中，所述传感器还包括第一和笫 二电极，所述第一和第二电极中的一个包含所述袋的第二材料层。
11. 一种设计用于至少临时保持需要在无菌条件下处理的导电流体 并检测其泄漏的装置，包括塑料处理袋，具有能够在无菌条件下容纳导电流体的第一内室； 至少部分传导的支撑结构，具有用于至少部分地容纳所述塑料处理袋的第二内室；以及电极，连接至所述第一内室中的导电流体，并设置成在存在泄漏的情 况下与所述传导的支撑结构一起形成电路。
12. 如权利要求ll所述的装置，还包括交流或直流电压发生器和检 测器，该检测器连接至所述电极和所述传导的支撑结构，用于检测所述电 路中的电流。
13. —种设计用于至少临时保持需要处理的导电流体并检测其泄漏 的装置，包括处理袋，包含用于形成能够在无菌条件下容纳导电流体的内室的第一 柔性材料层以及与所述第 一层相邻的第二柔性材料层；第一电极和第二电极，设置在所述内室的外部，并能够通过泄漏而被 连接，至少所述第 一电极至少部分地延伸于所述第 一柔性材料层和所述第 二柔性材料层之间。
14. 如权利要求13所述的装置，其中，所述第一电极和所述第二电 极均在所述第一柔性材料层和所述第二柔性材料层之间。
15. 如权利要求13所述的装置，其中，所述第二柔性材料层和所述 第二电极是一体的。
16. 如权利要求13所述的装置，其中，所述第二电极包含用于容纳 和支撑所述袋的硬质容器。
17. —种在无菌条件下处理流体的方法，包括提供塑料处理袋，所述塑料处理袋具有第一内室，该第一内室形成无 菌环境；将所述t故置于具有第二内室的支撑结构中； 在所述内室中提供导电流体；以及提供用于检测来自所述第 一 内室的所述导电流体的泄漏的存在的传 感器。
18. 如权利要求17所述的方法，其中，所述的提供步骤还包括提 供能够通过所述泄漏而被连接的第 一电极和第二电极，在所述电极上产生电位差，以及检测流过由于所述泄漏的存在而形成的电路的电流。
19. 如权利要求18所述的方法，其中，所述支撑结构是至少部分传 导的，且提供所述笫一电极和所述第二电极的步骤包括^C供与所述第一 内室中的导电流体接触的所述第 一电极，以及利用所述支撑结构作为所述 第二电极。
20. 如权利要求18所述的方法，其中，所述袋包括第一材料层和第 二材料层，并且所述的提供步骤包括将所述第一电极和所述第二电M 置于所述第 一 内室的外部且至少部分地位于所述第 一材料层和所述第二 材料层之间。
全文摘要
一种装置检测来自一次性塑料袋中的导电流体的泄漏，该一次性塑料袋用于诸如无菌环境中的生物处理过程的混合应用中。在一个实施例中，所述袋与用于检测来自内室的泄漏的传感器关联。所述传感器可被设置成检测所述袋的至少两个材料层内部的泄漏，或检测外层外部的泄漏，或检测二者。还公开了相关的方法。
文档编号G01M3/16GK101427119SQ200780014453
公开日2009年5月6日 申请日期2007年3月21日 优先权日2006年3月22日
发明者亚历山大·N·特伦蒂耶夫 申请人:莱弗泰克有限公司