(57)【要約】使い捨て（単１回使用）容器に接続するためのベンチュリ流量計（１３２）が提供される。ベンチュリ流量計（１３２）は、高分子化合物で形成され、流体の流れがその中を通過するのを可能にするように構成された計器本体（１５２）を含む。第１の環状ダイアフラム（１４６）は、計器本体（１５２）の内面に近接して取り付けられ、第１の内径を有する。第２の環状ダイアフラム１４８は、計器本体１５２の内面に近接して取り付けられ、第１の内径とは異なる第２の内径を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使い捨て容器に接続するためのベンチュリ流量計であって、
高分子化合物から形成され且つそれを通して流体の流れを可能にするように構成された計器本体；
第１の内径を有する前記計器本体の内側面に近接して取り付けられた第１の環状ダイアフラム；及び
前記第１の内径とは異なる第２の内径を有する前記計器本体の内側面に近接して取り付けられた第２の環状ダイアフラム；
を含む、
上記ベンチュリ流量計。
【請求項２】
前記計器本体は、プラスチックで形成されている、請求項１に記載のベンチュリ流量計。
【請求項３】
前記第１及び第２の環状ダイアフラムの各々は、プラスチックで構成されている、請求項１に記載のベンチュリ流量計。
【請求項４】
前記第１及び第２の環状ダイアフラムの少なくとも１つが、前記計器本体の内径の周囲部の全面に延在している、請求項１に記載のベンチュリ流量計。
【請求項５】
前記ベンチュリ流量計は殺菌され、殺菌包装内に配置される、請求項１に記載のベンチュリ流量計。
【請求項６】
前記第１の環状ダイアフラムに結合された第１の導圧管をさらに備え、前記第１の導圧管は、実質的に非圧縮性の流体をその中に有している、請求項１に記載のベンチュリ流量計。
【請求項７】
前記第２の環状ダイアフラムに結合された第２の導圧管をさらに備え、前記第２の導圧管は実質的に非圧縮性の流体をその中に有している、請求項６に記載のベンチュリ流量計。
【請求項８】
前記第１及び第２の導圧管の各々は、水で満たされている、請求項７に記載のベンチュリ流量計。
【請求項９】
前記計器本体、第１の導圧管、及び第２の導圧管は、殺菌包装内に配置されている、請求項７に記載のベンチュリ流量計。
【請求項１０】
前記第１及び第２の導圧管の各々は、圧力の測定装置に流体的に結合されている、請求項７に記載のベンチュリ流量計。
【請求項１１】
前記第１及び第２の導圧管の各々は、前記同じ圧力の測定装置に流体的に結合されている、請求項１０に記載のベンチュリ流量計。
【請求項１２】
前記圧力の測定装置が、差圧の送信器である、請求項１１に記載のベンチュリ流量計。
【請求項１３】
前記差圧の送信器は、前記第１及び第２の各導圧管内の圧力間の差圧を測定し、流れに関連した値の出力を決定するように構成されている、請求項１２に記載のベンチュリ流量計。
【請求項１４】
前記流れに関連した値の出力は、プロセス通信プロトコルによって伝達される、請求項１３に記載のベンチュリ流量計。
【請求項１５】
前記プロセス通信プロトコルは、無線プロセス通信プロトコルである、請求項１４に記載のベンチュリ流量計。
【請求項１６】
生体反応流体の流れを測定する方法であって、
高分子化合物で形成されたベンチュリ計器本体を提供すること；
前記ベンチュリ計器本体を通る前記生体反応流体の流れを生成すること；
前記計器本体内の第１の位置に関する第１のベンチュリ圧力と、前記計器本体内の第１の位置の直径とは異なる直径を有する前記計器本体内の第２の位置に関する第２のベンチュリ圧力との間の差を測定すること；
前記第１及び第２のベンチュリ圧力の前記測定された差に基づいて前記生体反応流体の流れに関連した値を決定すること；
前記流れに関連した値を出力として提供すること；
を包含している、
上記方法。
【請求項１７】
前記第１のベンチュリ圧力を測定することは、環状ダイアフラムを前記第１の位置で圧力の測定装置に連結することによって行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のベンチュリ圧力を測定することは、環状ダイアフラムを前記第２の位置で前記圧力の測定装置に連結することによって行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記流れに関連した値を決定することは、差圧の送信器によって実行される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
単１回使用（使い捨て）の容器、例えばバイオリアクターは、様々な目的についての生物学的反応を生成し支えるために有用である。ライフサイエンス産業は、大規模な定置洗浄（ＣＩＰ：Clean-In-Place）インフラ施設を備えたステンレス鋼製の大規模かつ資本集約型施設から、バイオリアクターとして機能する高分子化合物バッグや容器を使用する、より小規模な施設に移行中である。バイオリアクターバッグは単１回使用された後に廃棄される。単１回使用のバイオリアクター技術は、工場設備の資本コストを大幅に削減する。たとえば、ステンレス鋼製のＣＩＰインフラ設備を使用する既存施設においては、施設の運用コストの９０％までが、蒸気洗浄サイクルに耐えるように設計された非常にハイエンドの計装を含んでいる定置洗浄のインフラ施設に起因する可能性がある。使い捨ての単１回使用バイオリアクターバッグへの移行によって、資本のＣＩＰ部分は除外でき、施設はより柔軟性があり、より小規模になり、それは次に、目標がより絞られた薬物療法やその他の小規模なアプリケーションに必要なより小規模なバッチ生産を可能にする。
【０００２】
製薬会社が、大型のステンレス鋼製プロセス容器から小容積の予め殺菌された使い捨てプラスチックバッグシステムに切り替えると、広がる環境及び後続プロセスを制御するために、これらのシステムにおいてプロセス変数を測定する必要性がある。典型的には、製薬会社及びライフサイエンス業界は、一般的に、比較的高価でないセンサと流体分離、例えばシリコーンゲル、による比較的大雑把な方法を使用してきた。これらの方法は、様々な生物学的反応を支えるためのライフサイエンス産業に一般的に受け入れられない不正確な測定をもたらしうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
単１回使用容器へ接続されるためのベンチュリ流量計が提供される。ベンチュリ流量計は、高分子化合物で形成され、そこを通過する流体流を可能にするように構成された計器本体を含む。第１の環状ダイアフラムは、第１の内径を有する計器本体の内面に近接して取り付けられている。第２の環状ダイアフラムは、第１の内径とは異なる第２の内径を有する計器本体の内面に近接して取り付けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の実施形態が特に適用可能な、バイオリアクターバッグと共に使用されるステンレス鋼製恒久支援装置の概略図である。
【図２】本発明の１実施形態による殺菌された流量測定システムを有する単１回使用容器システムの概略図である。
【図３】本発明の１実施形態による、環状シールを用いるベンチュリ流量計の概略断面図である。
【図４】本発明の１実施形態による、単１回使用容器からの又は単１回使用容器への流体流に相対的な流量値を生成する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
単１回使用容器（例えばバイオリアクター）の使用者は、そのような容器と一緒に使用するための比較的高価でない比較的正確な機器セットを望んでいる。このような単１回使用プラスチック容器への重要な推進力は、上述したように劇的に低い設備投資コスト、定置洗浄のインフラ設備の不要性、速いバッチ処理時間、及びより小規模でより柔軟なプロセス能力である。単１回使用容器に関して高品質の圧力と高さの測定を提供するためにいくつかの開発が行われてきているが、このような単１回使用容器への又は容器からの流体の流れを測定するための解決策は、今のところ提供されていない。
【０００６】
本発明の実施形態は、一般に、単１回使用容器（例えばバイオリアクター）に関する流れを測定するための効果的な解決策を提供する。本発明の１実施形態において、高分子化合物ベンチュリベース流量計が、比較的高品質の差圧測定装置と共に用いられる。流動流体と接触するベンチュリ流量計の部分は、予め滅菌されうる比較的低コストの高分子化合物（例えばプラスチック）で構成されている。ベンチュリ流量計は、次いで１実施形態においては、比較的高品質の差圧測定装置に流体的に結合される。本発明の実施形態がベンチュリ流量計に関する圧力を測定する単一の差圧測定装置に関して説明されているが、本発明の実施形態は、別の装置によって行われる測定によって実現されうることに留意されたい。
【０００７】
流体の流れの測定は、単１回使用容器（例えばバイオリアクター）について特に困難である。特に、これらの血管は、しばしば生体細胞又は生物を含む。このような細胞又は生物は、これらがシステムを通って流れるときのせん断応力又は別の鋭い力に特に敏感であることが多い。したがって、生体細胞又は生物を含有する可能性のある液体に関する流れパラメータを効果的に測定するために、可能な限り流れプロファイルへの乱れを少なくすることが重要である。例えば、バイオリアクターへ及び／又はバイオリアクターから管で輸送される生細胞は、それらが破裂又は別の望ましくない影響を被らないように注意して取扱われなくてはならない。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、一般に、流体の流れに対して最小限に破壊的であるように、適切に大きなチョークを有する高分子化合物ベンチュリを提供する。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態が特に適用可能であるバイオリアクターの概略図である。バイオリアクター１００は、高分子化合物のバッグ１０４及び多数の管１０６、１０８を収容する剛性の支持体（容器）１０２を含む。バイオリアクターの様々なセンサ及び／又は管は、生物学的反応及び／又は生物学的流体の様々な局面を測定し又は決定することができる分析器１１０に結合され、生物学的反応及び／又は生物学的流体に関する情報を提供する。本発明の実施形態による高分子化合物流量測定システムは、一般に、高分子化合物のバッグ１０４に結合された１又は複数の管１０６、１０８に取り付けられるであろう。
【０００９】
図２は、剛性の容器１０２内に配置された高分子化合物バイオリアクターのバッグ１０４の概略図である。生物学的流体（例えば、細胞培養の又は発酵したマッシュの液体１１２）は、バイオリアクターのバッグ１０４内に配置され、関心のある生物学的反応を受ける。管又はホース１１４は、ポート１１６を介して高分子化合物のバッグ１０４の内部に結合される。したがって、何らかの適切な流体が、双方向矢印１１５で示されるように配管１１４を介して、生物学的なバッグ１０４へ流入又は生物学的なバッグ１０４から流出しうる。
【００１０】
図２に示されたように、圧力の測定装置（例えば差圧の測定／送信器）１３０は、液体が充填された導圧管（インパルスライン）１３４、１３６を介してベンチュリ流量計１３２に流体的に結合されている。１実施形態において、液体が充填された導圧管１３４、１３６内の液体は、実質的に非圧縮性、例えば、一対の環状隔離ダイアフラム（図３に示されている）を介して配管１１４を通って流れるバイオ反応流体から隔離されている水又はシリコンオイルである。さらに、ベンチュリ流量計１３２を通って流れる流体の圧力で実質的に非圧縮性である如何なる流体をも使用することができる。したがって、もしベンチュリ流量計が比較的低圧の用途に適している場合には、管１３４、１３６内の複数の流体は、ベンチュリ流量計１３２を通って流れる流体の圧力に対して実質的に非圧縮性である限り、僅かに圧縮可能でありうる。
【００１１】
ベンチュリ流量計１３２は、何らかの適切な継手、例えば、公知の三方クランプの継手１４２、１４４を介して協働する管継手１３８、１４０に結合される。図３及び図４についてより詳細にこれ以降記載されるように、流体がベンチュリ流量計１３２を通って流れるとき、この流体流は、液体が充填された導圧管１３４、１３６を介して異なる圧力を生成する。管１３４、１３６内の圧力は、１実施形態において、差圧の測定／送信器１３０によって感知され、そして測定された差圧を示す値は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせによって、流れに関連した値（例えば、流速又は質量流量）に変換される。さらに、流体自体の圧力は、任意の適切な技術を用いて測定され指示されうる。差圧の測定／送信器１３０が流れに関連した値を測定し、又はそうでない場合には決定をしたならば、流量に関連した値がバイオリアクターに局所的に表示され、及び／又は遠隔装置へ伝達されうる。さらに、いくつかの実施形態において、差圧の測定／送信器１３０は、使い捨てバイオリアクターのバッグ１０４内の圧力を単に報告する代わりに、追加の情報を提供するために、器具自体及び／又は生物学的反応に対して診断を行うこともできる。さらにまた、送信器１３０は、プロセス通信ループ又はセグメント（例えば、Highway Addressable Remote Transducer（HART（商標））プロトコル又はFOUNDATION（商標）Fieldbusプロトコルに従うもの）を介して、流れに関連した情報を１以上の追加のデバイスに伝達するように構成されうる。しかし、別の適切なプロセス通信プロトコル、有線及び／又は無線が、本発明の実施形態に従って用いられうる。さらに、本明細書に記載の実施形態は、そのような流れに関連した情報を任意の適切な装置にアンテナ１２０を介して無線プロセス通信プロトコル（例えばＩＥＣ６２５９１）によって無線送信することを含みうる。１実施形態において、送信器１３０は、ミネソタ州シャコピーのEmerson Process Management社から入手可能な商品名Model 3051の下に販売されている市販の衛生的な圧力送信器である。
【００１２】
図３は、本発明の１実施形態によるベンチュリ流量計の概略断面図である。ベンチュリ流量計１３２は、１実施形態において、放射線殺菌（例えばガンマ線の使用による）を受け入れ易いプラスチックで形成されている。ベンチュリ流量計１３２は、それぞれの液体が充填された導圧管１３４、１３６に流体的に結合された一対の環状ダイアフラム１４６、１４８を含む。各環状ダイアフラムは、一般に、可撓性高分子化合物の矩形部分で形成され、この矩形部分は、計器本体１５２の軸に対して横切る方向に整列された長辺を有し、それによって計器本体１５２の内径の周囲部にリング（環）又は少なくとも部分的なリング（環）を形成する。
【００１３】
本発明の実施形態は、環状ダイアフラム１４６及び１４８が計器本体１５２の内径の周囲部の全面に延在しない場合にも実施されうるけれども、少なくとも１の実施形態は、計器本体１５２の内径の周囲部の全面に延在する環状ダイアフラムを含む。さらに、図３に示されたように、環状ダイアフラム１４６、１４８は、計器本体１５２の内径の周囲部に、異なる内径を有する位置で配置される。図示されたように、環状ダイアフラム１４６は、計器本体１５２の内径の比較的大きな直径部分に設けられ、一方、環状ダイアフラム１４８は、環状ダイアフラム１４６が結合される部分よりも相対的に小さな直径を有する狭幅領域１５０に配置される。１実施形態において、環状ダイアフラム１４６、１４８は、プラスチックから形成され、計器本体１５２の内面に形成され、かつ適切な場所にプラスチック溶接される。従って、各環状ダイアフラム１４６、１４８は、計器本体１５２内の圧力変化に応答して動く。この動きは、次に、液体が充填された導圧管１３４を介して別のダイアフラム（例えば、差圧の測定／送信器１３０内の検知ダイアフラム）に伝達される。ベンチュリ流量計１３２は、満足のいく測定領域の能力、高圧回復力、及び強い信号生成力を有する有効な差圧生成器を提供する。ベンチュリの上流に１つの環状シールそして下流に別の環状シールを用いることによって、差圧の送信器１３０に伝達された差圧信号は、差圧の送信器１３０によって流れに関連した値（例えば、流速又は質量流量）に容易に変換され、且つ何らかの適切な装置に通信され、及び／又は差圧の送信器１３０によって局所的に示される。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、計器本体１５２及びシールシステムは、差圧の送信器１３０を除いてシステム全体が使い捨てであると考えることができるような十分に低コストの材料で形成されうる。１実施形態において、ベンチュリ／シールシステムは、事前殺菌状態でエンドユーザに供給され、単１回使用容器へ接続されるように準備される。対照的に、差圧の送信器（例えば、送信器１３０）は、生物学的反応プロセスを支援するインフラ設備の恒久的な部分である。この手法は、高性能の差圧の送信器１３０を用い且つ潜在的なＦＤＡ追跡性を含む支援インフラ設備の全てをユーザが保持することを可能にする。
【００１５】
図４は、本発明の１実施形態による、単１回使用容器へ流入又は単１回使用容器から流出する流体についての流量を測定する方法のフロー図である。方法２００は、ブロック２０２で始まり、ここでは流れが一回使用容器に対して生成される。この流れは、容器内への又は容器からのものであってもよい。次に、ブロック２０４で、第１のベンチュリ圧力が、流体充填隔離システムを介して圧力の測定装置へ運ばれる。ブロック２０４の一例は、液体が充填された導圧管１３４を介して計器本体１５２から差圧の測定／送信器１３０に伝達される圧力である。ブロック２０６で、第２のベンチュリ圧力が第２の流体充填システムを介して圧力の測定装置に伝達される。この例は、液体充填された導圧管１３６を介して差圧の測定／送信器１３０に伝達される環状ダイアフラム１４８からの圧力である。しかし、当業者は、ブロック２０４及び２０６が２つの異なる差圧測定装置を用いて実行されうることを認識するであろう。さらに、第１及び第２の圧力の説明は、一方が他方の後に起こることを示すことを意図するものではない。代わりに、「第１」及び「第２」は、明瞭性を高めるために単なるラベルとして用いられる。次に、ブロック２０８で、第１及び第２の流体充填システムによって提供される圧力間の差圧が測定される。１実施形態において、これは、液体が充填された導圧管１３４及び１３６によって伝達される圧力間の差圧を直接測定することによって達成される。しかし、本発明の実施形態は、各圧力が個別に測定され、その差が計算される場合に実施されうる。さらに、それぞれの個々の圧力測定は別個の装置によって行うことができ、その差はさらに他の装置によって計算されうる。
【００１６】
次に、ブロック２１０で、測定された差圧に基づいて流量値が決定される。１実施形態において、流量値は流速２１２であってもよく、一方、別の実施形態においては、流量値は質量流量２１４であってもよい。最後に、ブロック２１６で、流量値は出力として提供される。この出力は、装置、例えば差圧の測定／送信器１３０、によって局所的に、又はプロセス通信、例えば上述されたもの、を介してプロセス制御器又は監視装置へ遠隔から提供されうる。
【００１７】
本発明の実施形態は、単１回使用容器（例えばバイオリアクター）に関連する流量測定のための低コストの解決策を提供する。本発明の実施形態によって構成された装置は、現場で及び／又は製造中に容易に殺菌されうる。このような装置が製造中に殺菌されるとき、エンドユーザが使用前にいかなる殺菌も行う必要がないように、それらは殺菌包装で提供されうる。さらに、システムは、液体が充填された導圧管が予め充填されて提供され得、その結果、エンドユーザは各管から出荷キャップを取り外し、各導圧管の膜又は可撓性ダイアフラムを差圧の送信器のそれぞれの隔離ダイアフラムに対して配置するだけで済む。もちろん、実施形態はまた、液体が充填された導圧管が設定時にユーザ側で充填されるように実施されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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