堆叠板式过滤盒体
相关申请
本申请要求2007年10月3日提交的美国临时专利申请No.60/997,492的优先权，其整体内容在此引为参考。
技术领域
本发明涉及一种过滤盒体，其不具有单独的外部壳体。具体的，本发明涉及这种过滤盒体，具有单个渗透路径，从过滤盒体通向单个渗透出口。
背景技术
各种聚合物材料的膜式过滤器是已知的，且通常是薄的多孔结构，具有体积比大约50-80％之间的孔隙率。它们相对脆弱，并且通常与各种类型的机械支撑件或者加强件一起使用。每单位面积穿过这种薄膜的液体流率是孔的尺寸的函数。为了获得穿过具有细孔的过滤器的高流率，例如低于大约1微米，需要相对大的过滤面积。这种面积因此通过使用大的单个过滤器或者通过平行地使用多个较小的单独过滤器而提供。为了用在关键的药物应用中，例如消毒，这种薄膜和它们的支撑设备必须不具有能够穿过小的颗粒或者生物的泄露或者缺陷。
多个小的过滤器因此已经与支撑板和相关联的设备被手工装配用于平行流动，然后测试，且如果需要，进行消毒，经常在用户场合，成本较高且很不方便。如果手动组装没有通过必须的测试，那么操作必须重复。更大更复杂的过滤系统的机械部件通常被清洁和重新使用，仅过滤器被更换。迄今设置在一次性塑料件中的一个组件同样已经与相对少数的可活动部件机械固定。
较大面积的单独薄膜过滤器已经被平面地或者圆柱地支撑，或者已经被折叠用于设置在紧凑的壳体中。对于给定的过滤面积，用于平坦薄膜的保持器较大，通常不是一次性的，并且对于过滤器的每个变化，同样需要拆解、清洁、重新组装和测试。脆弱的薄膜的折叠在折叠部处产生了应力集中，允许使用中脆弱薄膜的弯曲，通常在上游和下游侧中的一个或两个上需要交叉流动过滤器，并且需要封装(potting)和/或粘结剂从而密封端部和重叠的接缝。由于考虑到折叠部、接缝或者端部处可能的失效，单独的平坦最终过滤器有时与折叠的盒体串行使用，用于在关键应用中增加可靠性，例如在消毒药物和静脉流体过程中。另外，多个不同材料在折叠盒体结构中的使用增加了可提取物源进入滤液中。
目前，矩形薄膜支撑板形成的过滤盒体设置有多个渗透出口。这种设置是不适合的，因为它需要多个连接装置和导管以回收渗透物。
美国专利4,501,663公开了一种过滤盒体，由多个堆叠的过滤模块形成，具有单独的外部壳体。盒体是不适合的，因为它具有大的滞留(hold up)体积，导致试样损失。
2007年4月23日提交的美国专利申请60/925,774公开了一种过滤盒体，具有供送入口和渗透出口，位于盒体的中间部分处。这个盒体需要流体偏转板从而将进入的流体送料从盒体的中间部分引导到盒体的周边部分。包括偏转板是不适合的，因为它给盒体增加了非工作元件。
目前，完整性测试(integrity test)使用了二元气体用于确定过滤盒体中薄膜中缺陷的存在。当二元气体以切向流动过滤模式(TFF)而非正向流动过滤模式(NFF)(死端过滤(dead ended filtration))流动时，测试提供了较高的精度。这个完整性测试在2006年10月10日提交的美国专利申请11/545,738中描述，在此引为参考。因此，当需要在过滤盒体内实现NFF过滤并且实现完整性测试时，过滤盒体必须能够在TFF和NFF模式中工作。
因此，需要提供一种过滤盒体，为了简化，具有单个供送入口和单个过滤出口。另外需要提供这样的盒体，其可以在TFF和NFF模式中工作。另外，需要提供一种过滤盒体，具有最少的非工作元件从而降低成本。
发明内容
本发明提供一种过滤盒体，由一个或多个过滤单元形成，它们彼此堆叠和接合从而确保从入口到过滤盒体的流体流动，穿过至少一个薄膜和穿过过滤盒体的出口。盒体能够在TFF和NFF模式中工作。过滤模式是死端的正向流动过滤(NFF)。每个过滤单元包括两个薄膜支撑板，在它们的外周处密封在一起，从而形成堆叠的过滤单元。每个薄膜支撑板具有第一表面和第二表面。过滤薄膜，例如单个薄膜或者多个薄膜，被接合到每个薄膜支撑板的第一和第二表面中的每一个。过滤盒体设置有端罩、流体入口、渗透物出口和第二出口，第二出口用作通气口。端罩密封该盒体，且将流体流从供送入口引导穿过薄膜和离开出口。
渗透物流体流动穿过过滤盒体内的单个流体路径，从而过滤盒体可以设置有单个出口用于渗透物。
附图说明
图1是本发明过滤盒体的透视图。
图2是本发明薄膜支撑板的第一表面的分解俯视图。
图3是图2的薄膜支撑板的分解仰视图，示为在围绕孔50枢转之后。
图4是沿着图2的线4-4截取的本发明过滤盒体的剖视图，具有一个过滤单元。
图5是沿着图2的线4-4截取的本发明过滤盒体的剖视图，具有两个过滤单元。
具体实施方式
见图1，示出了整装的(self contained)过滤盒体(cartridge)20，具有例如0.015平方米的过滤面积。盒体20包括上端罩22、下端罩24、和多个过滤单元26。下端罩24设置有用于送料的入口28、用于渗透物(permeate)的出口30。上端罩22设置有通气口27用于通气。优选的，端罩22、24和过滤单元26由相同塑料材料制成，且在它们的外周处选择性地结合(weld)在一起，例如通过热或者溶剂。入口28、出口30和通气口27分别适于连接到管路等的导管。
任何适当类型的通气口27延伸穿过端罩22以允许在启动时气体从过滤盒体排出，并且当在TFF模式中操作过滤盒体20时允许气体排出以测试薄膜缺陷。这例如可包括手动开启阀，其被开启以排出气体并且之后闭合。
使用中，待过滤的液体进入入口配合件28，进入堆叠的过滤单元26，穿过堆叠的过滤单元26内的过滤薄膜，如下文所述，从其处，渗透物离开出口配合件30。
见图2和3，薄膜支撑板32具有顶面34(图2)和底面36(图3)。顶面34具有相对大的内部尺寸(LID)以容纳较大的薄膜结构38，薄膜结构38由两个薄膜38a和38b形成，其大于由两个薄膜40a和40b形成的薄膜结构40。底面36具有相对较小的内部尺寸(SID)以容纳较小的薄膜结构40。图2和3所示的过滤板42包括薄膜支撑板32和两个薄膜结构38、40，它们在薄膜密封位置44和46处密封到薄膜支撑板32的整个周边。过滤单元26能够实现流体过滤，通过下列方式形成：将两个过滤板42在SID到SID表面处接合(密封)到彼此。堆叠的过滤单元26通过在LID到LID表面处将过滤单元26接合(密封)到彼此而形成。通过这样密封SID-SID表面和LID-LID表面，堆叠的过滤单元26(图1)形成，其能够实现穿过其中的流体流动，这确保了所有流入的流体送料在离开由堆叠的过滤单元26形成的过滤盒体20(图1)的出口30之前，穿过薄膜结构38或40。
图2和3的过滤板32包括送料入口孔48、渗透物出口孔50和通气孔56。使用中，通向过滤盒体20的送料穿过入口28(图1)进入，且穿过送料入口孔48，如箭头29所示。在SID侧上(图3)，流体送料穿过薄膜结构40以产生渗透物，渗透物沿着箭头58的方向穿过槽60。渗透物穿过位于柱68之间的空间68a，然后离开渗透物孔50，如箭头35所示，到达出口30(图1)。在LID侧上(图2)，流体送料穿过薄膜结构38以产生渗透物，其沿着箭头69a的方向穿过槽71。渗透物离开渗透物孔50，如箭头35所示。
见图4，示出了密封到端罩65和67的过滤单元26。过滤单元26包括图2和3所示的两个过滤板42，且在图2的剖面4-4处示出。薄膜支撑板32在板密封部64和70处密封在一起。薄膜结构38在薄膜密封区域72处密封到薄膜板32。薄膜结构40在薄膜密封区域74处密封到薄膜支撑板32。薄膜支撑板32设置有内部成排孔76和外部成排孔78。如图4的黑色箭头所示，在作为渗透物82被收集之前，所有流入的送料流体80必须穿过薄膜结构38或40。在SID侧上板密封部70处(图3)外部板密封部64处和内周处，并且在LID侧上(图2)在外部板密封部66a和内部板密封部71处，过滤单元26在它们的外周处被密封。密封部70、64、71和66a从围绕孔50的表面突起(图2和3)，从而提供通向孔50的流动路径。过滤单元26在外周板密封部66a处密封到端罩65，且在外周密封部69处密封到端罩67。入口(未示出)设置用于将送料导入到过滤单元26。通气口27和出口30同样以图1所示的方式设置。密封部64、66a和69消除了对于另外的外部壳体的需要，以实现所需的流体流动。
见图5，示出了两个过滤单元26，密封在一起。图5中，与图4相同的附图标记表示与图4相同的元件。图5示出了多个过滤单元26堆叠和密封在一起以形成过滤盒体20(图1)，不具有另外的外部壳体。
使用中，当在TFF模式中工作时，其中通气口27开启，薄膜结构38和40的整体性利用气体被测试，例如二元气体。这个完整性测试在2006年10月10日提交的美国专利申请11/545,738中描述，在此引为参考。本发明设备上使用的完整性测试是这样的测试，其设计成与小的病毒的去除相关联。两种气体的初始成分是90％的CO2和10％的六氟乙烷。这个气体混合物被引入到设备上的送料孔。气体混合物被允许掠过(sweep)薄膜的上游侧，且排出通气口，同时保持50psi的横向(trans)薄膜压力。需要这个掠过，从而两个气体的浓度在上游侧上保持恒定。气体的成分的测量在下游进行。升高的六氟乙烷值表明了薄膜将不再保持病毒。
随后的操作中，通气口27初始开启，并且流体送料通过入口28被引入，以产生渗透物，其代替过滤盒体20内的气体。通气口27然后闭合，从而通气孔56(图2和3)被未过滤的送料流体填充。随着实现过滤的时间，过多的未过滤的送料流体通过出口30被去除。在实现了过滤之后，未过滤的送料流体可以从过滤盒体20通过通气口27和出口30被排出。