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TW201417888A - 用於生物產品之融解槽 - Google Patents

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TW201417888A
TW201417888A TW102124471A TW102124471A TW201417888A TW 201417888 A TW201417888 A TW 201417888A TW 102124471 A TW102124471 A TW 102124471A TW 102124471 A TW102124471 A TW 102124471A TW 201417888 A TW201417888 A TW 201417888A
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Ajoy Velayudhan
Robert Large
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Grifols Sa
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

描述於本文的是用於高效融解冷凍生物產品而不損害產品的裝置及方法。

Description

用於生物產品之融解槽
描述於本文的是用於高效融解冷凍生物產品(例如，潛在不穩定蛋白質及細胞)而不損害產品的裝置及方法。特別是描述一種有多個獨立熱轉移構件及控溫構件的垂直融解槽。
生物產品經常在收集後冷凍以保存組份直到實施進一步的加工。許多收集物在冷凍前被集積成池(pooled)及勻質化(homogenized)。當冷凍產品備妥額外加工時，必須小心地融解它們以免過熱及變性(denaturation)，因為有些組份對熱非常敏感而可能在融解期間降級(degrade)。融解常在有外部夾套(加熱介質在其中循環)的大垂直混合槽中進行。冷凍產品加入融解槽，因夾套式槽之壁的熱轉移而變暖及融解。在融解的產品通常用攪拌器或葉輪攪拌。由於冷凍含水產品的密度常小於液體形式，冷凍材料漂浮而集中於槽頂，以及融化的解凍液體轉移至該槽之下部部分。此類垂直融解槽的問題之一是解凍液體在融解後繼續變暖，而這可能使敏感組份變性或降級。描述於本文的設備及方法克服這種缺點，以及提供迅速有效的手段來融解生物產品而不會使熱敏感組份過熱及/或變性。
描述於本文的是用於高效融解冷凍生物產品(例如，血蛋白及冷凍細胞)而不損害產品的裝置及方法。
描述於此的一具體實施例為一種用於融解冷凍生物材料的 設備，該設備包含：有一內部空間用以容納該生物材料的一槽，該槽有在該內部空間之上部部分四周延伸的一上部部分，以及在該內部空間之下部部分四周延伸的一下部部分；可操作地與該槽關連的多個熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽與該等熱轉移裝置之間，彼等至少包含：可操作地與該槽之該上部部分關連的一第一熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該上部部分與該第一熱轉移裝置之間；可操作地與該槽之該下部部分關連的一第二熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該下部部分與該第二熱轉移裝置之間；以及至少一控制器，其係可操作地與該第一及該第二熱轉移裝置關連，用以彼此獨立地控制該第一及該第二熱轉移裝置，其係包含該至少一控制器適於控制該第一熱轉移裝置以控制該第一熱轉移裝置與該槽之該上部部分之間的熱轉移，以及控制該第二熱轉移裝置以控制該第二熱轉移裝置與該槽之該下部部分之間的熱轉移。
在描述於此的一方面中，熱轉移裝置的數目有二、三、四、五、六、八、十、十二或更多個。
在描述於此的一方面中，用以融解冷凍生物材料之該設備更包含至少一攪拌設備以及伸入該槽之該內部空間的數個熱電偶，其中：該等熱電偶排列成一向上延伸序列；該等熱電偶可操作地與該至少一控制器關連；以及該至少一控制器可操作地控制該第一及該第二熱轉移裝置以至少部份回應來自該等熱電偶的訊號。
在描述於此的一方面中，該至少一控制器包含至少一處理器以及含有電腦程式代碼的至少一記憶體，以及該至少一記憶體與該電腦程式代碼經組態成可用該處理器提供訊號用以：彼此獨立地控制該第一及該第二熱轉移裝置；控制該第一熱轉移裝置以控制該第一熱轉移裝置與該槽之該上部部分之間的熱轉移；以及控制該第二熱轉移裝置以控制該第二熱 轉移裝置與該槽之該下部部分之間的熱轉移。
在描述於此的另一方面中，該第一及該第二熱轉移裝置各自包含裝在該槽之外部的一夾套(jacket)，用以至少提供該夾套與該槽之間的傳導熱轉移。
在描述於此的另一方面中，該夾套在該槽四周延伸。
在描述於此的另一方面中，該夾套包含供一熱轉移流體流動通過它的至少一通路。
在描述於此的另一方面中，該熱轉移介質包含一熱轉移液體。
在描述於此的另一方面中，該設備包含與至少一通路流體相通的一系統，用以使該熱轉移流體通過該通路循環。
描述於此的另一具體實施例是一種用於融解冷凍生物材料的方法，其係包含下列步驟：引導該冷凍生物材料進入一槽；造成該槽之上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移，包括加熱該槽之該上部部分；造成該槽之下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移；監測該生物材料在該槽之不同位準的溫度；調整該槽之該上部部分與在該槽之上部部分外的該介質之間的該熱轉移以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；以及調整該槽之該下部部分與在該槽之下部部分外的該介質之間的該熱轉移以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測，該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整。
在描述於此的一方面中，造成熱轉移於該槽之下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該下部部分；以及此後，該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移 調整步驟包括：至少減少該槽之該下部部分的加熱。
在描述於此的另一方面中，造成熱轉移於該槽之下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該下部部分；以及此後，該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：冷卻該槽之該下部部分。
在描述於此的另一方面中，該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移；以及該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移。
在描述於此的另一方面中，至少該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現；以及至少該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現。
描述於此的另一具體實施例是一種用於融解冷凍生物材料的設備，該設備包含：有一內部空間用以容納該生物材料的一槽，該槽有在該內部空間之上部部分四周延伸的一上部部分，在該內部空間之中間部分四周延伸的一中間部分，以及在該內部空間之下部部分四周延伸的一下部部分；可操作地與該槽關連的多個熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽與該等熱轉移裝置之間，彼等至少包含：可操作地與該槽之該上部部分關連的一第一熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該上部部分與該第一熱轉移裝置之間；可操作地與該槽之該中間上部部分關連的一第二熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該中間上部部分與該第二熱轉移裝置之間；可操作地與該槽之該中間下部部分關連的一第三熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該中 間下部部分與該第三熱轉移裝置之間；以及可操作地與該槽之該下部部分關連的一第四熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該下部部分與該第四熱轉移裝置之間；以及可操作與該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置關連的至少一控制器用，以彼此獨立地控制該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置，其係包含該至少一控制器適於控制該第一熱轉移裝置以控制該第一熱轉移裝置與該槽之該上部部分之間的熱轉移；控制該第二熱轉移裝置以控制該第二熱轉移裝置與該槽之該中間上部部分之間的熱轉移；控制該第三熱轉移裝置以控制該第三熱轉移裝置與該槽之該中間下部部分之間的熱轉移；以及控制該第四熱轉移裝置以控制該第四熱轉移裝置與該槽之該下部部分之間的熱轉移。
在描述於此的一方面中，熱轉移裝置的數目有二、三、四、五、六、八、十、十二或更多個。
在描述於此的一方面中，用以融解冷凍生物材料之該設備更包含至少一攪拌設備以及伸入該槽之該內部空間的數個熱電偶，其中：該等熱電偶排列成一向上延伸序列；該等熱電偶可操作地與該至少一控制器關連；以及該至少一控制器可操作地控制該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置以至少部份回應來自該等熱電偶的訊號。
在描述於此的另一方面中，該至少一控制器包含至少一處理器以及含有電腦程式代碼的至少一記憶體，以及該至少一記憶體與該電腦程式代碼經組態成可用該處理器提供訊號用以：彼此獨立地控制該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置；以及控制該第一熱轉移裝置以控制該第一熱轉移裝置與該槽之該上部部分之間的熱轉移；控制該第二熱轉移裝置以控制該第二熱轉移裝置與該槽之該中間上部部分之間的熱轉移；控制該第三熱轉移裝置以控制該第三熱轉移裝置與該槽之該中間下部部分之 間的熱轉移；以及控制該第四熱轉移裝置以控制該第四熱轉移裝置與該槽之該下部部分之間的熱轉移。
在描述於此的另一方面中，該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置各自包含：裝在該槽之外部的一夾套，用以至少提供該夾套與該槽之間的傳導熱轉移。
在描述於此的另一方面中，該夾套在該槽四周延伸。
在描述於此的另一方面中，該夾套包含供一熱轉移介質流動通過它的至少一通路。
在描述於此的另一方面中，該熱轉移介質包含一熱轉移液體。
在描述於此的一方面中，用以融解冷凍生物材料之該設備更包含與該至少一通路流體相通的一系統，用以使該熱轉移介質通過該通路循環。
描述於此的另一具體實施例是一種用於融解冷凍生物材料的方法，其係包含下列步驟：引導該冷凍生物材料進入一槽；造成該槽之上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移，包括加熱該槽之該上部部分；造成該槽之中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移；造成該槽之中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移；造成該槽之下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移；監測該生物材料在該槽之不同位準的溫度；調整該槽之該上部部分與在該槽之上部部分外的該介質之間的該熱轉移以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整；該槽之該上部部分與在該槽之該 上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及調整該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整；該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及調整該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整；該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及調整該槽之該下部部分與在該槽之下部部分外的該介質之間的該熱轉移以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調 整；該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整。
在描述於此的一方面中，造成熱轉移於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該上部部分；以及此後，該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：至少減少該槽之該上部部分的加熱。
在描述於此的一方面中，造成熱轉移於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該中間上部部分；以及此後，該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：冷卻該槽之該中間上部部分。
在描述於此的一方面中，造成熱轉移於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該中間下部部分；以及此後，該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：冷卻該槽之該中間下部部分。
在描述於此的一方面中，造成熱轉移於該槽之下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該下部部分；以及此後，該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：冷卻該槽之該下部部分。
在描述於此的一方面中，該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移；該槽之該中間上部部分與 在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移；該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移；以及該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移。
在描述於此的一方面中，至少該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現；至少該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現；至少該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現；以及至少該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現。
描述於此的另一具體實施例是一種用於融解冷凍生物產品的設備，其係包含：至少一槽；一或更多攪拌構件；包圍該槽的多個熱轉移構件；以及至少一控溫構件。
在描述於此的一方面中，該等熱轉移構件由該槽之下向上垂直地安置。
在描述於此的另一方面中，係獨立地控制該等熱轉移構件的溫度。
在描述於此的另一方面中，用以融解冷凍生物材料之該設備更包含多個熱電偶。
在描述於此的一方面中，該等熱電偶由該槽之下向上垂直地安置。
在描述於此的另一方面中，用該等垂直排列熱電偶測量該槽的內部溫度。
在描述於此的一方面中，用熱電(thermoelectric)、貝爾蒂(Peltier)或液體介質調變熱轉移構件的溫度。
在描述於此的一方面中，用液體介質調變熱轉移構件的溫度。
在描述於此的一方面中，該液體介質包含乙二醇。
在描述於此的一方面中，有至少四個熱轉移構件及至少四個熱電偶；以及其中該等熱轉移構件及熱電偶垂直地安置於該融解槽內。
在描述於此的一方面中，使該等熱轉移構件的溫度升高到該生物產品之熔點以上不超過約10℃直到融化完成，以及其中在融化完成後，維持該溫度大約於2℃。
在描述於此的一方面中，在測得溫度小於約2℃時，使該等熱轉移構件的溫度升高到不超過約8℃；以及其中在測得溫度大於約10℃時，使該等熱轉移構件的溫度降低到約4℃。
描述於此的另一具體實施例是一種用於融解冷凍生物產品的方法，其係包含下列步驟：(a)引導該冷凍生物產品進入包含一或更多攪拌構件、多個熱轉移構件、多個熱電偶及一控溫構件的一槽；(b)用該等熱電偶連續測量槽內多個位準的溫度；(c)加熱鄰近該冷凍生物產品的該熱轉移構件，同時混合該槽的內容物；(d)冷卻鄰近解凍生物產品的該熱轉移構件，同時混合該槽的內容物；(e)加熱及/或冷卻該熱轉移構件，以補償額外冷凍生物產品的添加與該生物產品的融解。
5‧‧‧冷凍內容物/冷凍生物產品/冷凍產品/生物產品/冷凍形式
10‧‧‧(解凍生物產品)液體/液體產品
15‧‧‧生物產品/液體/液位
20‧‧‧典型融解槽
25‧‧‧夾套式外部
30‧‧‧融解槽
35‧‧‧開口
37‧‧‧頂部
40‧‧‧葉輪
45，50‧‧‧閥
60‧‧‧多溫融解槽
65‧‧‧熱電偶
70，75，80，85‧‧‧熱轉移構件
90‧‧‧擋板
第1圖圖示在添加冷凍生物產品(A)後不久，以及後來在大部份生物產品已融解及液化後(B)的標準夾套式垂直融解槽。
第2圖圖示如本文所述之多夾套式垂直融解槽。此示範具體實施例有四個由下向上垂直隔開地安置於該槽的熱轉移構件。每個熱轉移構件可與其他熱轉移構件無關地加熱或冷卻。此外，八個熱電偶伸入在各個熱轉移構件附近的槽腔(vessel lumen)以測量內部溫度。擋板可用來分離在各位準層化(stratified)的液體。
第3圖圖示如本文所述之示範融解過程，其係圖示各個熱轉移構件的獨立加熱或冷卻。
描述於本文的是用於融解可以冷凍塊或呈其他組態饋入之冷凍生物產品的設備及方法。示範冷凍生物產品包括血液、各種血液產品(例如，血漿或血清)，或冷凍細胞或組織。生物產品也可包含細胞培養物上清液(cell culture supernatant)、細胞提取物、均質物、部份純化的巨大分子、純化的巨大分子、或治療產品。
典型融解槽20圖示於第1圖。在此實施例中，在封閉垂直融解槽30內的冷凍內容物5用在該槽四周垂直延伸的夾套式外部25加溫。 熱介質(例如，乙二醇或水)循環通過夾套以增加溫度。在第1A圖中，冷凍生物產品5通過開口35放入融解槽30的內部，以及使熱介質循環以增加溫度(熱介質及循環構件為本技藝所習知以及未圖示於附圖)。頂部37覆蓋該槽之開口。葉輪40使解凍生物產品液體10循環以及增加熱轉移。在融解完成後，閥45及50噴口可用來移該槽的解凍生物產品。在冷凍生物產品5融解及變成液體10時，冷凍生物產品浮到液態生物產品15在槽中之位準的頂端。參考第1B圖。葉輪40使液體產品10循環以及用來使變暖生 物液體向上移往其餘的冷凍產品5。此外，生物液體會在冷凍產品附近冷卻以及葉輪同樣使此一冷卻液體循環。不過，儘管有循環，仍可在解凍生物液體內建立溫度梯度，因為液體與該槽之內部有大表面積的接觸。此外，當存在較少冷凍生物產品時，則有較少的冷凍產品與槽面接觸。因此，液態生物產品變成冷凍生物產品的主要熱轉移介質。這可能增加完成融解的時間。即使降低或改變熱介質的溫度，有大熱質量的解凍液體使得難以快速平衡到降低的溫度。結果，液態生物可能不必要地長時間暴露於增加的溫度。這可能造成生物產品之各種組份的變性及/或降級。對於對熱變性敏感的組份，例如蛋白質，這是最有害的。因此，融解過程可能大幅減少有熱敏感性之寶貴蛋白質的良率。
如本文所述之多溫融解槽克服現有融解技術的缺點係藉由允許使用者微調融解槽在不同垂直位準的溫度及融解過程中的時間點。此外，在有些情形下，如本文所述之多溫融解槽可減少融解生物產品的能量需求。
第2圖圖示如本文所述之多溫融解槽的示範具體實施例。此一多溫融解槽60示範具體實施例的特點為由槽底垂直地排列至槽頂的至少四個獨立熱轉移構件(70，75，80，85)。可改變熱轉移構件的數目。在一些方面中，可有二、三、四、五、六、八、十、十二或更多個與該槽關連的熱轉移構件。每個熱轉移構件能夠與其他熱轉移構件無關地加熱或冷卻。 此外，至少兩個熱電偶65放在每個熱轉移構件位準以及朝向槽心地向外延伸，用以測量在該位準之生物產品介質的溫度。雖然圖示於第2圖的融解槽是垂直地配置，也可考慮水平組態。在水平具體實施例中，多個熱轉移構件會與筒體平行地由槽底至槽頂隔開。熱轉移構件可附著至槽之外壁，如第2圖所示，或可附著於槽之內壁上。在一些方面中，熱轉移構件可包 含槽壁。
至少一葉輪40循環及混合已液化的生物產品，從而增加熱轉移；該葉輪也輔助冷凍生物產品的移動。可使用多個葉輪。例如，每個轉移構件位準可使用至少一個葉輪。在一些具體實施例中，擋板(baffles)90可用來減少生物產品在不同熱轉移構件位準的混合，從而更好地控制在每個熱轉移構件位準的溫度。在一些具體實施例中，浮動擋板可用來把解凍生物產品15液體的上位準與冷凍生物產品5隔開。作為不具限定性的實施例，擋板可包含有中空中心的“甜甜圈形”(doughnut-shaped)圓板。此一組態會允許解凍生物產品在每個熱轉移構件位準層化以及讓位準之間的轉移受限。
閥45及50噴口允許由槽移除解凍生物產品。該噴口可位於槽底，如第2圖所示，或可在頂部以及用泵浦或虹吸構件(未圖示)輔助移除。在融解循環結束時或在融解過程期間連續地移除解凍生物產品，以最小化解凍生物產品暴露於升高溫度。可將該槽組態成在生物產品融化時就由融解槽取出。
在一些具體實施例中，描述於此的熱轉移構件可包含用於循環熱傳導用液體或氣體的夾套。該液體可包含水、乙二醇、油或其類似物。 氣體可包含蒸氣、二氧化碳、氮、氧、或冷媒氣體/液體混合物。該熱轉移構件也可包含熱電或貝爾蒂裝置。該等熱轉移裝置通常能夠提供融解槽的加熱及/或冷卻。在有些情形下，多個熱電偶可用來監測描述於此之融解槽的內部溫度以及用來調節熱轉移構件的溫度。在描述於本文的一些方面中，獨立地調節多個熱轉移構件的溫度係藉由用多個熱電偶測量融解槽的內部溫度，然後藉由調整熱轉移構件的溫度來調整內部溫度(亦即，使內部溫度升高或降低)。在一些方面中，這可用電腦自動控制。在其他方面，是 用人工監測及調整該等溫度。
如本文所述之多溫(multi-temperature)融解槽允許操作員精確地調節融解槽壁在不同位準及/或容量的溫度。例如，如第2圖所示，可冷卻在槽底的熱轉移構件(亦即，70與75)，同時熱轉移構件80可保持在中間溫度以及可加熱熱轉移構件85。這有助於融解生物產品5的冷凍質量，其在解凍液體15的水平漂浮。在槽底10的解凍生物產品液體不經受熱轉移構件85或中間熱轉移構件80的加熱，因此可減少降級或變性的可能性。
此外，如本文所述之多溫融解槽可減少融解生物產品所需要的能量。因為用在每個熱轉移構件位準的熱電偶65嚴格地控制及監測溫度，在區域加熱/冷卻時才用能量來加熱/冷卻熱轉移構件。
如本文所述之多溫融解槽在冷凍/解凍生物產品因加熱(或冷卻)而混合時有最優熱轉移效率。通過表面積與體積比來最大化熱轉移。以高度h及直徑d的圓柱槽而言，表面積SA為SA=πdh，以及體積V為V=(πd2h)/4。因此，表面積與體積的比例為：SA/V=4/d。因此，在直徑d最小時，比例變最大，以及內部熱轉移變得高度有效率(有最優混合)。同樣地，有小直徑的融解槽用內部熱轉移構件特別有效率。例如，有層化(stratified)內部熱轉移構件的水平融解槽有高效的熱轉移。
實施例 實施例1
第3圖圖示用於融解生物產品的示範方法。在融解過程之初，所有生物產品呈實質凍結。參考第3A圖。因此，可調整所有熱轉移構件(70，75，80，85)以使溫度變暖以利冷凍生物產品5的融化。應注意：在第3圖中，熱轉移構件(70，75，80，85)內的陰影用陰影濃度表示相同的溫度；較暗的陰影表示相對較高的溫度。可用熱電偶65監測融解槽內在不同 熱轉移位準的溫度。當冷凍生物產品5開始融解時，液體開始聚集於槽底。參考第3B圖。結果，隨後可降低下熱轉移構件(70，75)的溫度及/或變成冷卻以防止過度加熱液態生物產品。冷凍生物產品5浮在液態生物產品15上面。因此，上熱轉移構件(80，85)可繼續暖化冷凍生物產品以及協助融解。當冷凍產品融解時，液位會上升以及可以此方式調整溫度。來自在各位準之熱電偶的溫度測量值允許操作員及時監測槽內溫度。在描述於本文的一些方面中，在融化發生後不久可自融解槽取出解凍生物產品。可建立融化的最優速率以及融解產品的移除，藉此最大化冷凍生物產品的融化以及也優化自融解槽的移除以防止生物產品的熱變性。對於特定生物產品，若有的話，可優化各種模式的產品移除。
在融解過程稍後，生物產品以冷凍5與液體10呈等比例的形式存在。參考第3C圖。在此階段，可使用三個溫度位準。冷卻下熱轉移構件(70，75)以防止生物產品液體過熱。中間熱轉移構件80可設定於中間溫度(例如，加暖溫度與冷卻溫度的中值)。高防止在液位15上面的生物產品液體加熱過頭。可用擋板(未圖示)進一步減少由上位準至下位準的熱轉移。上熱轉移構件85可繼續暖化冷凍生物產品。
在融解過程的最終階段，大部份的冷凍生物產品已融解成液體以及只有少部份以冷凍形式5存在。參考第3D圖。同樣地，可降低或保持上熱轉移構件85的溫度。可降低中間熱轉移構件80以冷卻或保持在中間溫度位準。當冷凍生物產品融解時，可冷卻熱轉移構件(70，75，80，85)使液態生物產品平衡於適當的溫度供下一個下游製程使用。
描述於此之裝置及方法的範疇涵蓋描述於此之具體實施例、方面、實施例、步驟及偏好的所有組合。
5‧‧‧冷凍內容物/冷凍生物產品/冷凍產品/生物產品/冷凍形式
10‧‧‧(解凍生物產品)液體/液體產品
15‧‧‧生物產品/液體/液位
20‧‧‧典型融解槽
25‧‧‧夾套式外部
30‧‧‧融解槽
35‧‧‧開口
37‧‧‧頂部
40‧‧‧葉輪
45，50‧‧‧閥

Claims (28)

  1. 一種用於融解冷凍生物材料的設備，該設備包含：有一內部空間用以容納該生物材料的一槽，該槽有在該內部空間之上部部分四周延伸的一上部部分，在該內部空間之中間部分四周延伸的一中間部分，以及在該內部空間之下部部分四周延伸的一下部部分；可操作地與該槽關連的多個熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽與該等熱轉移裝置之間，彼等至少包含：可操作地與該槽之該上部部分關連的一第一熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該上部部分與該第一熱轉移裝置之間；可操作地與該槽之該中間上部部分關連的一第二熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該中間上部部分與該第二熱轉移裝置之間；可操作地與該槽之該中間下部部分關連的一第三熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該中間下部部分與該第三熱轉移裝置之間；以及可操作地與該槽之該下部部分關連的一第四熱轉移裝置，用以轉移熱於該槽之該下部部分與該第四熱轉移裝置之間；以及可操作與該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置關連的至少一控制器，用以彼此獨立地控制該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置，其係包含該至少一控制器適於：控制該第一熱轉移裝置以控制該第一熱轉移裝置與該槽之該上部部分之間的熱轉移；控制該第二熱轉移裝置以控制該第二熱轉移裝置與該槽之該中間上部部分之間的熱轉移；控制該第三熱轉移裝置以控制該第三熱轉移裝置與該槽之 該中間下部部分之間的熱轉移；以及控制該第四熱轉移裝置以控制該第四熱轉移裝置與該槽之該下部部分之間的熱轉移。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其更包含至少一攪拌設備以及伸入該槽之該內部空間的數個熱電偶，其中：該等熱電偶排列成一向上延伸序列；該等熱電偶可操作地與該至少一控制器關連；以及該至少一控制器可操作地控制該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置以至少部份回應來自該等熱電偶的訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該至少一控制器包含至少一處理器以及含有電腦程式代碼的至少一記憶體，以及該至少一記憶體與該電腦程式代碼經組態成可用該處理器提供訊號用以：彼此獨立地控制該第一、該第二、該第三及該第四熱轉移裝置；以及控制該第一熱轉移裝置以控制該第一熱轉移裝置與該槽之該上部部分之間的熱轉移；控制該第二熱轉移裝置以控制該第二熱轉移裝置與該槽之該中間上部部分之間的熱轉移；控制該第三熱轉移裝置以控制該第三熱轉移裝置與該槽之該中間下部部分之間的熱轉移；以及控制該第四熱轉移裝置以控制該第四熱轉移裝置與該槽之該下部部分之間的熱轉移。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一、該第二、該第三及 該第四熱轉移裝置各自包含：裝在該槽之外部的一夾套，用以至少提供該夾套與該槽之間的傳導熱轉移。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該夾套在該槽四周延伸。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該夾套包含供一熱轉移介質流動通過它的至少一通路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其中該熱轉移介質包含一熱轉移液體。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其係包含與該至少一通路流體相通的一系統，用以使該熱轉移介質通過該通路循環。
  9. 一種用於融解冷凍生物材料的方法，其係包含下列步驟：引導該冷凍生物材料進入一槽；造成該槽之一上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移，包括加熱該槽之該上部部分；造成該槽之一中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移；造成該槽之一中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移；造成該槽之一下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移；監測該生物材料在該槽之不同位準的溫度；調整該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的該介質 之間的該熱轉移，以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整；該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及調整該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移，以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整；該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及調整該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移，以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整； 該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及調整該槽之該下部部分與在該槽之下部部分外的該介質之間的該熱轉移，以至少部份回應該生物材料之該溫度的監測；該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整；該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整；以及該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整獨立於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：造成熱轉移於該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該上部部分；以及此後，該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：至少減少該槽之該上部部分的加熱。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：造成熱轉移於該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分 外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該中間上部部分；以及此後，該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：冷卻該槽之該中間上部部分。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：造成熱轉移於該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該中間下部部分；以及此後，該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：冷卻該槽之該中間下部部分。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：造成熱轉移於該槽之下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的步驟包括：加熱該槽之該下部部分；以及此後，該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：冷卻該槽之該下部部分。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移；該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移；該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移；以及 該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟包括：自動調整該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中：至少該槽之該上部部分與在該槽之該上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現；至少該槽之該中間上部部分與在該槽之該中間上部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現；至少該槽之該中間下部部分與在該槽之該中間下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現；以及至少該槽之該下部部分與在該槽之該下部部分外的介質之間的熱轉移調整步驟用電腦實現。
  16. 一種用於融解冷凍生物產品的設備，其係包含：至少一槽；一或更多攪拌構件(stirring means)；包圍該槽的多個熱轉移構件(thermal transfer means)；以及至少一控溫構件(means for temperature control)。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之設備，其中該等熱轉移構件由該槽之下向上垂直地安置。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之設備，其中係獨立地控制該等熱轉移構件的溫度。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其更包含多個熱電偶。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之設備，其中該等熱電偶由該槽之下向上垂直地安置。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之設備，其中用該等垂直排列熱電偶測量該槽的內部溫度。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之設備，其中用熱電(thermoelectric)、貝爾蒂(Peltier)或液體介質調變(modulated)該等熱轉移構件的溫度。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之設備，其中用液體介質調變該等熱轉移構件的溫度。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之設備，其中該液體介質包含乙二醇。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之設備，其中有至少四個熱轉移構件及至少四個熱電偶；以及其中該等熱轉移構件及該等熱電偶垂直地安置於該融解槽內。
  26. 如申請專利範圍第21項所述之設備，其中使該等熱轉移構件的溫度升高到該生物產品之熔點以上不超過約10℃直到融化完成，以及其中在融化完成後維持該溫度大約於2℃。
  27. 如申請專利範圍第21項所述之設備，其中在測得溫度小於約2℃時，使該等熱轉移構件的溫度升高到不超過約8℃；以及其中在測得溫度大 於約10℃時，使該等熱轉移構件的溫度降低到約4℃。
  28. 一種用於融解冷凍生物產品的方法，其係包含下列步驟：(a)引導該冷凍生物產品進入包含一或更多攪拌構件、多個熱轉移構件、多個熱電偶及一控溫構件的一槽；(b)用該等熱電偶連續測量該槽內多個位準的溫度；(c)加熱鄰近該冷凍生物產品的該熱轉移構件，同時混合該槽的內容物；(d)冷卻鄰近解凍生物產品的該熱轉移構件，同時混合該槽的內容物；(e)加熱及/或冷卻該熱轉移構件以補償額外冷凍生物產品的添加與該生物產品的融解。
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