CN108699498B - 在用于处理细胞的器械中以及与其相关的改进 - Google Patents

Abstract

本文中公开了一种适合于处理细胞的器械，例如培养、浓缩或洗涤所述细胞，该器械包括：壳体，其用于容纳包括至少一个流体泵的机械元件；和一次性处理套件，其与壳体内的机械元件互补并且包括流体回路，该流体回路包括流体贮器和能够承载由所述泵引起的流体流的多个流体路径，该器械还包括用于确定贮器中的流体的量或由所述流体流导致的贮器中的流体的量的变化的机构，该器械还包括控制器，该控制器可操作成至少控制泵，并且可操作成执行故障确定过程，故障确定过程包括以下步骤：确定从泵的速度计算的所述泵的预期流率，以及将该预期流与如由所述机构确定的贮器中的流体的量的变化进行比较。

Description

在用于处理细胞的器械中以及与其相关的改进

技术领域

本发明涉及用于处理细胞的器械、此类器械的改进功能，以及其构件中的改进。在本文中，“用于处理细胞的器械”包括细胞收获、细胞培养、细胞洗涤、细胞分离、提取细胞产物等的器械，并且用语“细胞”包括细胞组分和衍生自细胞的分子，如抗体和其它蛋白质。

背景技术

对于不同的治疗应用(如细胞疗法或组织工程)而言，需要有效处理细胞，如从各种源收获细胞。治疗应用的实例包括但不限于干细胞的自体或异体移植，成熟功能细胞、T细胞、包含T细胞的修饰的人类细胞的移植，或非人类细胞的异种移植。该应用通过再生细胞以改进患病状态的状况来促进受损组织或器官的愈合。

对于使用最先进技术促进科学发现的开发和实施来预防、诊断和治疗疾病的转化研究而言，一系列潜在的细胞类型需要在修饰、激活和/或扩增之前分离。为了满足该转化市场需求，首先需要浓缩并洗涤细胞，以移除任何杂质。对于保存细胞应用而言，其中先前分离的单核细胞(MNC)在含有防腐剂(如二甲基亚砜(DMSO))的介质中悬浮之后储存在低温下，细胞需要典型地通过稀释过程洗涤几次，以在重新浓缩和重新悬浮细胞供使用之前使防腐剂的浓度最小化。因此，低温保存细胞的处理在任何应用中使用之前为必需的，特别是用于治疗应用或研究目的。

对于两个实施而言，应当处理此类细胞的悬浮液以浓缩并且应当广泛地洗涤以确保高质量，在本文中，可选地包括一个或多个洗涤循环的此类浓缩被称为细胞收获。尽管用于收获细胞的各种方法和系统在本领域中为已知的，但是这些系统的质量和量输出不足以用于治疗应用。因此，不一定在大规模处理设施中但具有降低的基础设施要求和稳健的操作效率的、用于在无菌条件下收获细胞的系统和方法为非常合乎需要的。此外，易于操作和维护的装备也为合乎需要的。

发明内容

用于收获细胞的方法和装置在专利申请US2013/0029411中描述，其内容通过引用并入本文，并且导致高质量的细胞样本，其没有显著的残余杂质或防腐剂。这些方法和装置解决了与用于转化应用的细胞或从低温保存细胞中回收的细胞相关联的一些问题。

一种在处理环路中从流体材料收获细胞的方法的实例(如US2013/0029411中所示)，处理环路包括处理室和过滤装置，其中流体材料具有体积，并且处理室具有总容量，该方法包括使流体材料循环穿过处理环路，和利用过滤装置的渗透通量来平衡流体材料到处理室中的流入通量，以将处理室中的流体材料的体积维持在恒定值，使细胞通过相对于流体材料到处理室中的流入通量来增加过滤装置的渗透通量而浓缩；以及将浓缩的细胞收集在收集室中。在处理环路中从流体材料收获细胞的方法的其它实例在US2013/0029411中示出。

此外，US2013/0029411示出了细胞收获装置的实施例，其包括例如包含处理室和过滤装置的处理环路；可操作地联接于源室、缓冲剂室、废物室以及收集室中的一个或多个的输入和输出管线的网络，以及基于处理环路的流入通量和渗透通量将处理室的质量控制在期望值的控制器。

发明人设计了对US2013/0029411中公开的方法和装置的改进，其导致改进的性能和可靠性，以及在改进的消耗部件方面的降低的成本。本发明的实施例解决了已知细胞收获设备的缺点。本发明在本文中的独立权利要求中阐明，其中优选的特征在从属权利要求中限定。将注意的是，某些权利要求的范围不限于细胞收获，而是更一般地限于细胞处理，因为本文中限定的本发明适用于范围广泛的细胞处理设备。

附图说明

当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，在该附图中，相似的标记在所有附图中表示相似的部件，其中：

图1示出了细胞收获器械连同其一次性处理套件；

图2示出了图1中所示的一次性处理套件的示意图；

图3示出了在器械中就位的处理套件；

图4示出了可安装在图1的器械的壳体中的接收轨道，以用于将处理套件引导到壳体中的适当位置；

图5示出了处理套件接收框架，其收纳在图1中所示的器械的壳体内；

图6至图10示出了可安装在图5中所示的框架中的蠕动泵的细节；

图11和图12又示出了可安装至图5中所示的框架的夹紧阀的细节；

图13示出了处理贮器转移机构的图形视图；

图14至图19示出了处于不同功能位置的图13的转移机构的侧视图。

图20示出了控制器的示意图；以及

图21示出了与泵速度相关的误差校正函数的变化的图。

具体实施方式

为了更清楚和简明地描述和指出请求保护的发明的主题，提供了以下定义，以用于特定用语，其在以下描述和所附权利要求中使用。在整个说明书中，特定用语的使用应当被视为非限制性实例。

参照图1，示出了细胞收获器械10，其在使用时起作用以吸收包括悬浮细胞或类似微生物材料的液体，目的在于将细胞与液体很大程度地分离或者降低悬浮液的液体含量。该器械可起作用以洗涤细胞等一次或多次，以对分离的细胞除去不需要的材料。优选的功能机制可在US2013/0029411中找到。

器械10包括壳体12，壳体12具有触摸屏14和门16，其示出为闭合的并且以点划线示出为处于开启位置16'。门16允许一次性处理套件100的插入和移除。套件100大体上为平的，具有在x方向上的厚度x'(大约30-40mm)的外围支撑框架105。换句话说，框架内的流体路径110和以下描述的套件的附加构件大致上位于大体上平的单个平面中。以点划线示出的液体路径110在该情况下具有四个入口/出口122,124,126和128。流体路径110主要由医用级管构成，例如PVC管。除了那些入口/出口122-128之外，流体路径110为功能上闭合的回路，其被密封，除了在具有包含亚微米孔径大小的过滤器以允许气体逸出但防止污染进入的通风口处之外。具体而言，包含在壳体12内的机械部件不接触路径中的任何流体，由此维持使用中的路径的无菌性。框架105还包括通孔120和130，通孔120和130从框架105的一侧延伸至另一侧，提供其中横跨孔口经过的流体路径的管可由所述机械部件从框架的两侧操纵的区域。在流体路径横过孔口的地方，这些管需要为柔性的，并且因此这些管优选地由硅管形成。

套件100还包括切向流过滤器140和可拆卸的处理贮器150，在该情况下，呈模制塑料容器的形式。处理套件100沿箭头y的方向插入到壳体12中并且从壳体12移除。

图2为处理套件100的侧视图，并且示出了支撑框架105内的流体路径110的布局以及其外部连接，该外部连接在套件100在使用中插入到壳体12中时实际上在壳体12外部制成。一旦插入套件100，就分别借助于相应的无菌连接器122,124,128和126连接于缓冲剂/洗涤液供应部123、悬浮细胞或类似的生物材料源125、废物收集器129以及收获收集室127。在备选方案中，缓冲剂供应部123、源125、废物收集器129以及收获收集室127中的任一个可预先连接于流体路径110。实际上，延伸的相应流体连接管最初靠近框架105盘绕，终止于所述缓冲剂供应部123、源125、废物收集器129和/或收获收集室127，并且一旦套件100插入到壳体中，就展开延伸的管，以在壳体12的外部供给。通孔120允许泵送作用施加在横过孔口的柔性管状路径120a,120b,120c和120d内的流体上。同样地，通孔130允许横过该孔口的管状路径130a和130b被夹紧，以提供阀作用。处理贮器150用作流体保持室，并且为再循环环路的部分，在由器械10执行的大部分浓缩和洗涤过程期间，含有细胞的流体通过该再循环环路主动地再循环。重要的是，确定整个处理环路中的流体总体积/质量，该整个处理环路包括流体路径110、过滤器140以及处理贮器150。该总量将在使用中变化，因为例如带走的废液量和添加的缓冲剂量将改变总体积。然而，由于除了处理贮器150之外的所有构件具有固定的工作体积，故处理贮器150中的可变质量为需要测量以确定总处理环路体积/质量的全部。因此，贮器150包括吊架152，吊架152允许测量贮器150的重量，并且由此可确定总的流体体积/质量。

图3示出了插入到壳体12中的框架105的部分。在该情况下，框架包括引导形成件(例如，I形状的钉)，或在顶部和底部的肋112，其可滑动地定位在顶部引导轨道22(由刚性装置框架20支撑在壳体12内)中形成的开放端部凹槽23中，以可滑动地支撑和定位套件100。

在图4中，示出了底部引导轨道24，其还包括用以接受框架105的底部上的钉或肋(未示出)的凹槽25。处理套件100装载到壳体12中。底部引导轨道24和顶部轨道(在图5中为22)两者具有与处理套件上的相应的钉或肋对接的凹槽。下部钉或肋和凹槽比顶部的宽，出于两个原因：a)使用户明白哪一端部为顶部并且防止框架105的不正确插入，以及b)使下部轨道在处理套件泄漏的情况下更容易清洁。为了帮助清理，底部引导轨道24具有大的半径，并且为确定形状成捕获任何泄漏的盘。可调节的辊棘爪特征(未示出)为用户提供触觉反馈，以提醒用户停止将处理套件推动到壳体中。

图5更详细地示出了装置框架20，其中为了清楚起见移除了壳体12。套件100的插入的方向由箭头示出，因此装置框架20在该图示中从图1中所示的壳体12的后部观察。装置框架20包括由间隔配件28以间隔关系保持的两个板26。顶部引导轨道22和底部引导轨道24平行延伸，各自安装至两个间隔的板26两者。也安装至板的是用于反作用于蠕动泵转子的力的瓦30(在下面将详细地描述)，和用以反作用于由夹紧阀施加的力的砧座(在下面更详细地描述)。瓦30和砧座32在使用中分别与通孔120和130对准。

图6示出了装置框架20，以及经由枢轴42而可枢转地安装在框架上的泵组件40。使用中的泵组件(其中处理套件在引导轨道22和24之间插入到壳体12中)相对于静止框架20绕着泵枢轴42沿箭头R的方向枢转，以使用瓦30和砧座32作为反作用面与柔性管120a,b,c和d以及柔性管130a和b相互作用。附加的对准由刚性安装至组件40的引导销48实现。泵组件40与处理套件100对接，以选择性地泵送流体穿过流体路径110，在该情况下，具有蠕动作用。组件40包括3状态夹紧阀，以通过压缩和闭合配合的柔性管的凸轮的使用来适当地引导流。各自在下面更详细描述的泵和阀支撑在框架20上，使得操作力与周围的壳体隔离。泵和阀的脱离在移除使用过的处理套件100之前，通过沿与箭头R相反的方向枢转来实现。

图7更详细地示出了泵组件，其从框架20移除，并且沿图6中的箭头A的方向观察。在该视图中，四个泵头部44a,44b,44c和44d为可见的，它们分别与柔性管120a,b,c和d相互作用。头部均由成组辊形成，该成组辊均安装成绕着辊销旋转，并且各个销安装成绕着泵轴线P旋转，由此形成蠕动泵的头部。四个头部共用相同的泵轴线P，但是可由作用在驱动带上的四个不同的伺服型马达46独立地旋转，以在流体路径120a至d中提供受控的且可逆的流体压差。整个泵组件40到泵送位置中的枢转由电促动器44实现，电促动器44安装至组件40并且相对于框架20反作用。在泵组件移动到操作位置期间，引导销48与处理套件支撑框架105上的互补形成件配合，以使套件和泵头部比仅仅依靠引导轨道22和24更精确地对准。泵头部具有六个大体上均匀间隔的转子，该转子在相对于近似70°弧的瓦30接合时总是将至少一个辊提供成与瓦接触，由此防止反向的流体流和在泵不转动的情况下的流体流。

泵组件在图8中还更详细地示出，其中四个泵驱动马达46中的各个连同锯齿状驱动带47和张紧螺杆49中的一个为可见的，张紧螺杆49用于在驱动带47中施加张力。驱动带的皮带轮确定大小成在泵头部处提供近似2：1的马达速度降低。

图9示出了泵组件的另一视图。在该视图中，示出了泵头部44d。将观察到的是，该泵头部在泵轴线方向P上比其它泵头部宽。该较宽的泵头部44d允许两个或更多个柔性管同时接合，由此按需要提供增加的流体流。该较宽的头部布置允许在280rpm左右的马达速度下的高达3000mL/min的处理泵流率。

图10示出了泵头部44a,b,c和d。如标记，可看见的是，四个头部起作用以使流体从处理贮器150循环至过滤器140，并且返回至贮器或收集点127(头部44d作用在管120d上)，从源125引进悬浮的细胞(头部44c作用在管120c上)，引进缓冲剂/洗涤溶液123(头部44b作用在管120b上)，以及从过滤器130移除废物渗透物129(头部44a作用在管120a上)。如以上提及的那样，从更快速的处理，多于一个管120可提供成用于各个泵头部，因此较宽的头部44d可在其它布置中作用在多于一个管120上。

图11示出了夹紧阀组件50，其安装在泵马达464和泵头部44下方并且枢转到准备好连同泵组件40操作的位置。夹紧阀组件50通过使管130a和130b相对于砧座表面32夹紧来闭合和开启处理和收集流体路径。该组件包括单个线性促动器55，单个线性促动器55包括电动步进马达56，以用于沿顺时针和逆时针两者可旋转地驱动导螺杆58，这继而使滑架57在轨道53上沿箭头C的方向来回线性地移动。滑架57包括两个辊54a和54b，它们作用在形成在两个弹簧加载的阀臂53a和53b的背面上的凸轮轮廓51a和51b上。臂53a和53b被迫抵靠相应的辊54a和54b。臂具有指部52a和52b，指部52a和52b的末梢按压抵靠管130a和130b，管130a和130b与砧座32在阀的操作位置对准。凸轮轮廓51a和51b具有允许流体流的“开启”部分(58a和58b)，和防止大量流的“闭合”部分(59a和59b)。由于指部以相反的方位布置，故针对两个指部的开启位置和闭合位置的顺序为：130a闭合，130b开启(图11中所示的位置)；130a闭合，130b闭合(在滑架57的中间位置处)；以及130a开启，130b闭合(在与图11中所示相同的视图方向上观察时，在滑架57的最右位置处)。将注意的是，不需要功率来将臂保持在开启或闭合位置，因为此类位置可需要在拥有期间维持达长时间段。还应当注意的是，开启/开启位置故意为不可能的，以防止不需要的流体流。

图12示出了穿过砧座32、穿过阀臂53a和53b以及穿过滑架辊54a和54b的水平截面，在该视图中，它们处于其中间位置，使得指部52a和52b两者用于压缩并且由此闭合柔性管130a和130b(在该图中示意性地示出)。将注意的是，还示出了管的起始位置。为了处理套件框架105的厚度可被容纳，指部52a和52b最初缩回(连同泵头部)，并且仅通过在泵组件40的前方枢转而带进准备操作的位置(一旦处理套件100就位)。接着，指部根据操作协议通过使管开启或闭合来操作。阀组件50最初可独立于泵组件40的位置来调节，以使正确的夹紧负载可获得。

图13示出了收纳在壳体12内的转移机构60，以用于将处理套件100的处理贮器150转移到称重钩62上，以使贮器中的液体的体积可在使用时估计。实际上，机构60将贮器150从处理套件支撑框架105移除，将其转移至钩62，钩62由负载单元61支撑，它将在那里停留达处理运行的时段，并且接着将贮器150返回至支撑框架105。处理贮器150在供应至用户并且在该状态下插入到壳体中时安装在支撑框架105上。在用户将处理套件从壳体移除之前，将处理贮器150重新附接于支撑框架。在运行期间，处理贮器和连接的管将在负载单元钩上自由悬挂，以实现质量测量。

机构60的运动由一个步进马达64和导螺杆66控制，在导螺杆66由马达64旋转时，导螺杆66直接控制后滑架65(在线性轨道68上行进)的X方向移动。后滑架66支撑与滑架66一起移动的延伸轴73。轴73具有远端端部71，其包括轮廓化头部72(图14)。前滑架70也可在轨道68上移动，但不由导螺杆驱动。相反地，其移动通过轮廓化头部74的移动来控制，并且在下面更详细地阐释。

机构60在图14示出的位置开始，图14为沿图5中的箭头y方向的侧视图。该位置允许处理套件100插入到壳体12中，并且使处理贮器的吊架152与机构60对准。吊架152包括两个弹性臂154，其位于处理套件框架105中的支撑孔口中。在该初始位置，吊架臂支撑处理贮器，并且将其弹性地保持在框架105上就位。在吊架152上，在臂上方的是又一孔口156，其接受钩62。

后滑架65接着沿正X方向驱动，如图15中所示。该移动最终将轮廓化头部72推动到具有成对弹簧扩张臂75的闩锁布置中。开启扩张臂75所需的弹簧力使得扩张臂保持闭合，并且前滑架70也沿正X方向向前驱动，如图15中所示。前滑架70以该方式向前驱动，直到其到达由支撑框架上的贮器夹形成的硬止挡件，如图16中所示。框架105不可移动，因为其由引导轨道的上引导件22和下引导件24保持就位。因此，后滑架继续向前移动，而前滑架停止，使轮廓化头部72迫使扩张臂75分开并且与吊架152的弹性臂154进入闩锁配合接合。在该位置，扩张臂使弹性臂变形，以释放它们在吊架152上的抓握，并且钩62进入孔口156。

接下来，如图17中所示，后滑架沿负X方向由马达64和导螺杆68驱动，由此将吊架152与框架105脱离，并且移动吊架152，其中贮器150远离框架105。

前滑架70向后拖动，直到其停止。在该位置，吊架152落到负载单元钩62上。后滑架65继续移动，并且轮廓化头部72从扩张臂75之间拉出，因此使它们返回至所示的其中性位置。在这一点上，吊架152不再由扩张臂保持就位，并且因此沿负载单元钩62滑下，最终使重物承载在负载单元61上。后滑架65现在后退至其初始的原始位置，且除钩61之外没有机构的部分触碰贮器150或其吊架152。

将贮器150返回至框架105通过颠倒以上描述的步骤来执行。前滑架70在吊架152相对于支撑框架105齐平时到达止挡件，其中支撑框架105由上引导件22和下引导件24保持就位。后滑架65继续向前驱动，并且推动扩张臂分开。该步骤确保吊架152适当地以Z维度定位，并且遇到弹性臂154而没有穿过它们在框架105上的孔口的阻力。该动作不同于以上描述的贮器取回；轮廓化头部72驱动经过扩张臂75的端部，如图18中所示。

在该位置，吊架152将牢固地重新附接于支撑框架105，并且可提取扩张臂75、轮廓化头部72以及负载单元钩62。后滑架65向后驱动，利用其拖动前滑架70。前滑架70到达止挡件，而后滑架65继续向后移动。这允许轮廓化头部再次拉动穿过扩张臂75并且重置，以用于新的处理套件和新的处理贮器，如图19中所示。

此外地，参照图20，为了提高器械10的可靠性，器械10包括错误/故障检查软件，其能够在控制器200内操作，在该情况下，包含在壳体12内。在该实施例中，器械采用四个泵头部44a,b,c和d，它们例如用于填充和清空流体处理贮器150。重要的是，知道泵头部中的任一个或它们的驱动机构是否未能提供它们预期的流率，以便确保系统可控制流体处理贮器150中的适当流体状况并且可靠地操作。存在将使泵未能泵送预期的质量流率的若干错误/故障状况，包括：

1.空的或耗尽的入口贮器体积(源125或缓冲剂123可用作入口贮器)；

2.阻塞或限制的入口管线；

3.用户未能连接源或缓冲材料；

4.有缺陷的泵部件；

5.完整的出口贮器体积(例如，完整的废物贮器袋129或收集贮器袋127)

6.阻塞或限制的过滤器140；

7.阻塞或限制的出口管线；以及

8.构件或流体管线的泄漏。

常规的解决方案将是在感兴趣的各个流体管线上放置流传感器，在该情况下，连接源、缓冲剂以及废物贮器的流体管线将需要监测。由于这些管线全部为一次性处理套件100的部分，故采用流监测器等将需要至少2个一次性流传感器，并且将增加处理套件的费用。非侵入性的流传感器可被采用，并且可为器械10的可重复使用的部分，但是这些将需要靠近流体管线，这在每次使用它们时需要仔细的对准和潜在的校准。在各种情况下，监测流以检测故障存在缺点。具体而言，如果流体系统中存在泄漏，则监测的流可继续，有时候表面上是正常的，而没有检测到泄漏。由于对细胞等的处理需要完全可靠性，故流监测不为现实的选择。

发明人设计了可确定正确流动方式中的错误或故障的软件，其采用质量监测并且将质量的变化与预期的泵位移速率比较，以检查流故障。

如以上描述的那样，器械包括具有钩62的负载单元61，钩62继而经由吊架152支撑流体处理贮器150。该称重机构将输入提供至控制器200，并且提供贮器的质量的输入和其质量的变化。此外，泵马达46的速度可在输入46i处输入到控制器200中，例如作为来自旋转编码器的一系列脉冲输入，或者作为模拟信号(如可变电压)输入。还可能的是，由其它手段确定泵头部44a-d中的一个或多个的旋转速度。例如，在另一实施例中，控制器200可单独地或此外地依赖于发送至泵46的速度命令信号46c，以便确定泵的预期质量流。在任何情况下，软件可接着确定从感兴趣的泵预期的净质量流率。

控制器软件能够确定无流量状况、限制的流量状况，或其中没有流体保留在源/缓冲剂贮器125/123中的状况。这通过将预期的泵质量流率(如果多于一个泵在操作(从泵速度导出)，则相加)与处理贮器的质量的变化速率(从变化的负载单元输入确定)比较来实现。如果两个确定的速率偏差超过预定的量，则由控制器200发错误信号。

该流率比较例程在运行时重复地执行。由于处理泵头部44d仅在处理贮器150与过滤器140之间循环流体，并且因此不改变处理贮器中的质量，故接着其可从流率检查算法排除，以简化例程。然而，在收集步骤期间，那时处理泵头部44d将流体从处理贮器150泵送出并且到收集贮器袋127中，因此在该操作期间，考虑泵头部的质量流率。

泵的预期质量流率为在N秒的固定时间段内泵速度乘以其相应的速度-流率转换因子伽马(γ)的总和。在以下为真实的时，流率故障算法引起报警程序停止：公式1-

绝对值 (预期流率–实际流率) > 误差准则

实际质量流率由在N秒的固定测量周期内来自负载单元的信号的变化而确定。

以下公式计算流率误差检查：公式2-

其中：

N为以秒为单位的测量周期(配置参数)；

fs为以Hz为单位的测量样本频率，

因此，

为在测量周期的样本的数量；

实际泵速度以RPM为单位；

从属泵和独立泵下标表示由控制器控制的不同泵；

γ(伽马)为以ml/min/RPM为单位的泵常数；

质量_N为在集成周期期间样本N处的质量；以及

质量₀为起始质量。

假设密度转换1ml/g。质量测量被过滤。

由控制器200连同Δ质量/时间计算平均泵速度

和

。

误差准则：质量测量还在较高流率下经受更大的噪音。因此，误差准则应当在较高流率下比低流率更大，以使最小化用于流率误差检查的误触发。

用于误差准则的公式为：

其中：

=配置文件中指定的给定过程步骤的流率误差常数；M =泵速度超过泵“膝”速度时的ε乘数(图中的速度_ε在图21中示出)，并且其中：

M_max为配置文件中指定的最大乘数；以及

速度_ε=配置文件中指定的、低于其不应用乘数(具有值1)的速度； 并且M为泵速度的函数。

对于泵速度> 速度_ε：

如果(平均泵速度_从属泵< 速度_ε)，则M=1。

这为所有小于速度_ε的泵速度建立了恒定的误差准则。

参数M_max和速度_ε对所有步骤而言为共同的。泵速度_{从属泵 max}特定于给定的过程步骤。M为每次检查流率误差时(即，每N秒)针对平均泵速度_从属泵计算。泵速度可在正常条件之下达到最大值，并且不应当触发流率误差。在操作点与设定点之间的差异很大时，控制器将驱动从属泵达到最大或最小速度，以校正误差(转换速率受限)。在该情况之下，流入量远小于流出量，或者流入量远大于流出量。

独立泵下标表示由控制器控制的泵中的一个。 从属泵下标表示由控制器控制的不同泵。在一个实施例中，独立泵可为设定成以特定流率操作的泵，并且从属泵可由控制器200伺服控制，以维持特定参数，如确保流体处理贮器150中的质量保持恒定。以该方式，处理步骤可为洗涤步骤，其中废物泵为独立泵，并且缓冲剂泵为独立泵，使得缓冲剂泵基于贮器150中的质量来控制，以匹配废物泵流率。此外，在该处理步骤之下，通过将流动到处理环路中的流体(缓冲流体)与从处理环路流出的流体(废物液体)相加，预期质量流率应当为零。如果两个流体流不平衡，这将使实际质量流率导致非零值。如果在给定各种参数的情况下误差足够大，则公式2的LHS可超过误差准则并且在控制器上适当地发警报信号。

在其它过程步骤(如将缓冲剂加载到处理流体路径中)中，从属泵可代表缓冲剂泵，并且不存在特定的独立泵，因为可将流体移入或移出流体路径的任何其它泵命令成具有为零的速度。在该情况下，预期质量流率应当为缓冲剂进入处理环路的期望的流体流(缓冲流体)。如由流体贮器中的质量的变化测量的实际质量流率应当为非零值。如果在给定各种参数的情况下两个非零值之间的误差太大，则公式2的LHS可超过误差准则并且在控制器上适当地发警报信号。

将认识到的是，以上描述涉及质量流，并且描述的计算基于在计算体积或体积流率时的质量和假设的密度。然而，如果以上描述的称重机构用体积机构替换，该机构将包括必要的电子元件，则贮器150中的体积可与待由一个或多个泵输送的预期体积比较，来替代质量。此类体积机构可为如下的简单液体高度传感器，体积可从该液体高度传感器确定：例如竖直布置在贮器150中的电阻或电容型阵列、与再次竖直布置在贮器中以检测光或其它辐射的液体阻塞的光/辐射检测器的互补阵列间隔的光或辐射发射器的阵列，或基于图像的体积检测装置，如用以使贮器150中的液体成像并且确定体积的CDD或CMOS阵列，或超声波型体积测量设备。一个或多个泵的流量为以上公式中的直接替换(在必要的情况下，具有针对由于温度或压力变化而产生的密度变化的微调节)。在权利要求中，用语‘量’在上下文中用于包括质量或体积。

在操作中，器械10包括机械元件，其包括可重复使用的以上描述的泵、夹紧阀以及称重机构，连同可移除的且一次性的低成本处理套件100，其包括细胞收获所需的所有流体元件(例如，路径110、过滤器140以及流体处理贮器150)。这些特征的组合导致细胞收获器械，其易于使用并且可快速准备好下一收获批次。没有机械部件与流体接触，这意味着不需要在收获之间清洁机械部件。器械10特别适合于浓缩和/或洗涤人类细胞，例如用于随后在细胞治疗应用中使用，其中器械的易于实现的无菌操作条件提供了很大改进的治疗成功机会，以及降低的成本和周转时间。

虽然仅本发明的某些特征在本文中示出和描述，但本领域技术人员将想到许多改型和变型。因此，将理解的是，所附权利要求旨在覆盖归入本发明范围内的所有此类改型和变型。例如，以上详细的描述涉及细胞收获器械，但是对本领域技术人员而言存在将本发明更广泛地应用于如以上限定的任何细胞处理器械的足够细节。此外，意图是，从属权利要求中包含的特征的组合为了方便而如此组合，并且这些组合特征中的任一个或多个可在不引入新事物的情况下移除、替换或移动到其它权利要求中。

Claims (15)

1.一种适合于处理细胞的器械，所述器械包括：壳体，其用于容纳包括至少一个流体泵的机械元件；和一次性处理套件，其与所述壳体内的所述机械元件互补并且包括流体回路，所述流体回路包括流体贮器和能够承载由所述流体泵引起的流体流的多个流体路径，所述器械还包括用于确定所述流体贮器中的流体的量或由所述流体流导致的所述流体贮器中的流体的量的变化的机构，所述器械还包括控制器，所述控制器可操作成至少控制所述流体泵，并且可操作成执行故障确定过程，所述故障确定过程包括以下步骤：确定从所述流体泵的速度计算的所述流体泵的预期流率，将该预期流率与由所述机构确定的所述流体贮器中的流体的量的变化速率进行比较，以及当预期在预定时间段内由所述流体泵执行的流率与在该时间段内所述流体贮器中的流体的量的变化速率之间的差异高于预定值时，产生错误或故障状况。

2.根据权利要求1所述的器械，其特征在于，所述预定值取决于所述时间段期间的泵速度。

3.根据权利要求2所述的器械，其特征在于，所述预定值取决于在所述时间段内的泵平均速度。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的器械，其特征在于，所述预定值随着泵速度而增加。

5.根据前述权利要求1至权利要求3中的任一项所述的器械，其特征在于，所述量为流体质量，并且所述机构为称重机构。

6.根据权利要求5所述的器械，其特征在于，所述称重机构包括负载单元和支撑件，所述支撑件机械地连接于所述负载单元，以用于支撑所述流体贮器并且用于将所述流体贮器的重量转移至所述负载单元。

7.根据前述权利要求1至权利要求3中的任一项所述的器械，其特征在于，所述量为流体体积，并且所述机构确定流体体积。

8.根据前述权利要求1至权利要求3中的任一项所述的器械，其特征在于，所述流体泵或多个流体泵包括作用在所述处理套件回路的密封流体管上的蠕动机构，并且所述流体泵的预期质量流率从所述蠕动机构的速度计算。

9.根据前述权利要求1至权利要求3中的任一项所述的器械，其特征在于，所述一次性处理套件可作为组件插入到所述壳体中并且从所述壳体移除，并且所述流体回路与其余器械的机械元件分离。

10.根据前述权利要求1至权利要求3中的任一项所述的器械，其特征在于，处理所述细胞包括培养、浓缩或洗涤所述细胞。

11.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的器械，其可根据算法操作，所述算法包括由控制器执行的步骤，所述控制器根据公式1和公式2而处理数据，

公式1-|预期流率–实际流率| > 误差准则，其中实际质量流率由在N秒的固定测量周期内来自负载单元的信号的变化而确定，并且

公式2-用于执行流率误差检查：

，

其中：

N为以秒为单位的测量周期；

fs为以Hz为单位的测量样本频率，

因此，

为在测量周期的样本的数量；

实际泵速度以RPM为单位；

从属泵和独立泵下标表示由控制器控制的不同泵；

γ(伽马)为以ml/min/RPM为单位的泵常数；

质量_N为在集成周期期间样本N处的质量；以及

质量₀为起始质量。

12.一种用于确定如下类型的细胞处理器械中的流体质量流或体积流故障的方法，该类型的细胞处理器械包括：壳体，其用于容纳包括至少一个流体泵的机械元件；和处理套件，其与所述壳体内的机械元件互补，具有流体回路，所述流体回路包括流体贮器和能够承载由所述流体泵引起的流体流的多个流体路径，并且还包括用于确定所述流体贮器中的流体的量或由所述流体流导致的所述流体贮器中的流体的量的变化的机构，并且还包括可操作成至少控制所述流体泵且可操作成执行流故障确定过程的控制器；所述方法包括以下步骤：确定从所述流体泵的速度计算的所述流体泵的预期流率，将该预期流率与由所述机构确定的所述流体贮器中的流体的量的变化速率进行比较，以及当预期在预定时间段内由所述流体泵执行的流率与在该时间段内所述流体贮器中的流体的量的变化速率之间的差异高于预定值时，产生错误或故障状况。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，故障状况从公式1和公式2导出，在适当的情况下，用体积替代所述公式中的质量，

公式1-|预期流率–实际流率| > 误差准则，其中实际质量流率由在N秒的固定测量周期内来自负载单元的信号的变化而确定，并且

公式2-用于执行流率误差检查：

，

其中：

N为以秒为单位的测量周期；

fs为以Hz为单位的测量样本频率，

因此，

为在测量周期的样本的数量；

实际泵速度以RPM为单位；

从属泵和独立泵下标表示由控制器控制的不同泵；

γ(伽马)为以ml/min/RPM为单位的泵常数；

质量_N为在集成周期期间样本N处的质量；以及

质量₀为起始质量。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述细胞为人类细胞。

15.一种用于浓缩和/或洗涤细胞的方法，包括根据权利要求12所述的方法中的步骤并且采用根据权利要求1至权利要求11中的任一项所述的器械。

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