模块化反应器系统和装置及其制造方法、以及执行反应的方法制造方法及图纸

本发明专利技术的方面提供了一种模块化反应器装置，该模块化反应器装置具有外壳体以及容纳在外壳体内的多个部件，这些部件包括：反应腔；流体通路，流体通路连接到反应腔；以及阀，阀被布置成控制装置内的流体的流动，其中，外壳体具有多个连接端口，连接端口提供从装置的外部到内部的连接，连接端口包括：流体输入部和流体输出部；电输入部；以及气动输入部；其中，电输入部或气动输入部连接到阀以提供对阀的控制，并且流体输入部或流体输出部连接到反应腔或流体通路。其他方面提供了一种用于接纳和控制模块化反应器装置的基站，以及用于制造该模块化反应器装置和用于使用模块化反应器装置执行反应的方法。行反应的方法。行反应的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化反应器系统和装置及其制造方法、以及执行反应的方法


[0001]本专利技术总体涉及模块化反应器系统和装置、制造这种装置和系统的相关方法、以及使用这种装置执行反应的方法。本专利技术特别地但不排他地涉及具有相似或相同的外壳的模块化反应器装置，在该外壳中容纳有一系列可选部件，特别地其中，可选部件使得模块化反应器能够被设计成执行特定的化学过程或生物过程，或者执行化学过程或生物过程的一部分。在一些实施例中，模块化反应器装置通过增材制造工艺制造。

技术介绍

[0002]生物制造(也被称为“生物生产”)是广义的术语，用于描述在包括医药、食品以及能源的广泛领域中基于生物学的产品(“生物产品”)的制造。不同领域之间对货物成本、生产量等的潜在要求非常不同，因此对于所涉及的挑战有许多方法和解决方案。
[0003]除了商业要求(例如成本和生产目标)之外，对生物制造的相当大的影响来自用于开发生物产品的设计过程，设计过程将是生物制造的主题。在设计阶段所做的技术决定会对生物产品的制造能力产生重大影响，并且会限制可用于该制造的生物制造解决方案的范围。
[0004]此外，生物产品实现其期望的功能的能力可以很大程度上取决于生物制造硬件以及在该产品的制造中使用的过程控制。因此，重要的是要与生物产品的设计并行地开发生物制造过程，以确保生物制造过程能够以足够的精度和/或足够的量来生产生物产品，并且不会导致生物产品的不期望的特征。
[0005]因此，典型的生物制造过程是需要专业人员、技能以及知识的专业活动。此外，进行生物制造的现有方法的数量有限。这两个限制一起可能导致对生物产品的开发和可用性的显著限制。
[0006]大批量地制造的生物产品通常是在具有专业人员和装备的大型生物制造设备中制造的。然而，这需要大量的资本投资以用于专业的大型设备和装备，并且每个过程步骤通常需要专业人员。这也倾向于将能够从事这种生产的公司限制为那些具有可用资本和技能人员的公司。
[0007]在大批量地制造的情况下，生物制造过程开发的工作和费用可以是合理的，因为最终的规模经济将导致完成后商品的成本较低。
[0008]因此，虽然大批量的生物制造过程可能适合于大批量地生产的单个产品，但是可能例如在以小规模开始以及随后规模扩大的情况下，存在长的过程开发前置时间，以及由于必须的质量保证(quality assurance，QA)活动而导致的批次制造的相关前置时间，质量保证活动只能在整个批次制造之后进行。
[0009]由于基于生物学的方法越来越多地应用于例如医药、食品以及能源领域，因此，在这些领域内对利基应用的生物产品(例如个性化药物)进行裁制和定制具有增加的趋势。利基生物产品通常以小批量至中等批量进行制造。
[0010]然而，当需要小的产量的生物产品和/或期望生产大范围的替代生物产品时，可用的解决方案很少，这通常导致由高度训练的操作员手动地进行生物制造，从而对成本和吞吐量/生产速度产生影响。手动处理还可能增加可变的产品质量的风险。
[0011]此外，实施主要手动的生物制造解决方案将生物制造设备的地点限制于具有合适的专业装备和人员的集中的地点。由于利基生物产品(例如个性化药物)的最终用户/客户倾向于在远离集中的生物制造地点的、地理上不同的位置处，因此这是个问题。
[0012]由于无法i)在接近需要点以及ii)小批量的情况下执行生物制造，因此限制了最终用户以可负担的起的价格点获取利基生物产品的能力。由于在接下来的5至10年中在多个领域中越来越多数量的利基生物产品被开发，这种情况预计也将变得更加普遍。这导致了这样的情况：利基生物产品存在以服务未满足的需求，但是由于目前生物制造技术的限制而无法到达最终用户。
[0013]这种对小批量的生物制造的可用性的限制正在成为在应用生物学来解决对医药、食品以及能源的迫切需要方面的显著障碍。
[0014]虽然能够使用常规的实验室自动化来协助操作员进行常规操作(例如，机器人移液器并行地转移液体)，但这种实验室自动化过程主要基于现有的手动操作的自动化，因此只能直接影响总体制造过程中的单独的阶段。此外，这种实验室自动化仍然需要有技能的操作员为加工准备装备，并且由于前面讨论的原因，这种实验室自动化并不特别适合于小批量的制造。
[0015]目前无法使利基生物产品的小批量生物制造自动化是由以下基本问题中的一个或多个基本问题引起的：
[0016]·
不易调整的通用的“一体适用”的解决方案。
[0017]·
缺乏标准化
‑
对于同一挑战存在许多不同的解决方案，但是这些解决方案来自多个制造商，互操作性或连通性有限(如果有的话)。
[0018]·
从生物过程收集的数据与执行该过程的硬件/自动化之间的有限的反馈。
[0019]·
目前的生物制造自动化解决方案是基于依赖规模经济的制造方法(例如注射成型)，并且不利于创建特定应用的、小批量的生物制造解决方案。
[0020]·
大批量的制造方法对于复杂几何形状具有有限的能力，并且需要对微观尺度的几何形状和宏观尺度的几何形状进行单独处理。
[0021]·
制造过程涉及大量的资本投资来委托和维护，这形成了规避风险的研发政策，新产品被限制于通过现有的制造基础结构来制造。这种情况可能导致产品按代际的迭代改进，而不能够使真正破坏性的开发商业化。
[0022]·
依赖规模经济；大量的资本支出导致锁定现有的制造方法，压制了新的生物制造自动化解决方案的创新。
[0023]·
利基生物产品的生产需求不一致并且是可变的，从而导致需要根据要求的/及时的生物制造。
[0024]·
利基生物产品的最终用户通常在地理上是分散的，因此需要在确定的控制下在不同的地理位置执行生物制造，以确保最终生物产品的一致性。
[0025]·
保持生物加工装备的无菌性，防止原材料污染。
[0026]·
生物学的创新越来越多地受到软件和数据的驱动。然而，由于数据的使用变得
越来越普遍，在收集重要的生物制造数据的能力与根据由数据提供的洞察力来执行以及更新生物制造协议的能力之间存在越来越大的脱节。造成这种情况的主要原因是目前生物制造解决方案的不灵活性，以及对固定的、不灵活的制造方法(例如注射成型)的依赖。

技术实现思路

[0027]本专利技术的方面寻求通过提供模块化反应器系统和装置和/或制造这种装置的方法和/或使用这种装置来执行反应的方法来解决以上问题中的一个或多个问题。
[0028]本专利技术的目的是提供一种新的生物制造方法，该生物制造方法使得能够根据需要对大范围的显著不同的利基生物产品进行生物制造，该生物制造理想地以小批量进行，并且优选地更接近使用点/需要点。
[0029]本专利技术的另一个目的是提供使得能够对大范围的显著不同的利基生物产品进行灵活的研究、开发以及设计的方法和系统。
[0030]本专利技术的另一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种模块化反应器装置，所述模块化反应器装置具有外壳体以及容纳在所述外壳体内的多个部件，所述部件包括：反应腔；流体通路，所述流体通路连接到所述反应腔；以及阀，所述阀被布置成控制所述装置内的流体的流动，其中，所述外壳体具有多个连接端口，所述连接端口提供从所述装置的外部到内部的连接，所述连接端口包括：流体输入部和流体输出部；电输入部；以及气动输入部；其中，所述电输入部或所述气动输入部连接到所述阀以提供对所述阀的控制，并且所述流体输入部或所述流体输出部连接到所述反应腔或所述流体通路。2.根据权利要求1所述的模块化反应器装置，其中，所述多个部件还包括存储室和连接所述存储室和所述反应腔的流体通路。3.根据权利要求1或权利要求2所述的模块化反应器装置，其中，所述部件中的至少一个部件包括用于化学反应或生物反应的试剂。4.根据前述权利要求中任一项所述的模块化反应器装置，其中，所述多个连接端口还包括光学输入部或光学输出部和/或热输入部。5.根据前述权利要求中任一项所述的模块化反应器装置，其中，所述部件包括多个阀，所述多个阀被布置成控制流体流向一个反应腔/从一个反应腔流出；和/或控制流体沿着所述流体通路流动。6.根据前述权利要求中任一项所述的模块化反应器装置，其中，所述部件包括传感器。7.根据权利要求6所述的模块化反应器装置，其中，所述多个连接端口包括传感器输出部，所述传感器输出部连接到所述传感器，以使得来自所述传感器的信息能够从外部传递到所述装置。8.一种包括至少两个根据前述权利要求中任一项所述的模块化反应器装置的套件，其中，在所述模块化反应器装置中的每一个模块化反应器装置中，容纳在所述外壳体内的部件的布置是不同的，并且在所述模块化反应器装置中的每一个模块化反应器装置中，所述连接端口的布置是相同的。9.根据权利要求8所述的套件，其中，所述模块化反应器装置中的每一个模块化反应器装置的外壳体在尺寸和形状上是相同的。10.一种基站，所述基站被布置成与至少一个模块化反应器装置接合，并且具有：对接部分，所述对接部分被布置成接纳所述模块化反应器装置；多个连接器，所述多个连接器以预定构造来布置，以使得当所述装置被接纳在所述对接部分中时能够连接到在所述反应器装置上的预定构造的多个连接端口，所述连接器包括：流体输出部和流体供应部；电连接器；以及气动连接器；
处理器，所述处理器被配置成控制流体、电能或电信号、以及气动压力或气动信号中的一种或多种的供应，以使所述反应器装置在所述反应装置内进行化学反应或生物反应。11.根据权利要求10所述的基站，其中，所述连接器还包括热连接器，并且所述处理器被布置成控制加热或冷却介质向所述反应器装置的供应。12.根据权利要求10或权利要求11所述的基站，其中，所述连接器还包括光学连接器，并且所述处理器被配置成控制光能或光信号向所述反应器装置的供应，和/或被配置成接收来自所述反应器装置的光信号。13.根据权利要求10至12中任一项所述的基站，其中，所述处理器被配置成通过向所述反应器装置供应电能或电信号、或者气动压力或气动信号来控制由所述反应器装置实施的反应，以使所述反应器装置通过在所述反应器装置中的部件重复地处理小体积的流体。14.根据权利要求10至13中任一项所述的基站，其中，所述处理器被配置成基于从所述模块化反应器装置接收的信号来控制所述反应。15.一种包括至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的模块化反应器装置以及根据权利要求10至14中任一项所述的基站的套件。16.一种制造模块化反应器装置的方法，所述模块化反应器装置用于执行反应以生产化学产品或生物产品，所述方法包括以下步骤：确定执行所述反应所需的至少一种试剂；从有限范围的预定部件中选择包含在所述模块化反应器装置中的部件，并确定所述选择的部件在所述模块化反应器装置内的布置，以使得所述反应能够执行；通过增材制造工艺生产模块化反应器装置，所述模块化反应器装置具有：外壳体，所述外壳体具有位于固定位置的多个端口，流体、电能或电信号、以及气动压力或气动信号通过所述多个端口能够被供应到所述模块化反应器装置；所述选择的部件，所述选择的部件以确定的布置被布置在所述外壳体内，并且彼此连接和/或连接到所述端口中的一个或多个端口；以及所述至少一种试剂，所述至少一种试剂被存储在所述选择的部件中的至少一个选择的部件内。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述选择的部件包括：阀；反应器腔；以及流体通路，并且其中，所述确定的布置包括：所述流体通路将所述多个端口中的至少一个端口连接到所述反应器腔；和用于供应电能或电信号的端口、或者用于供应气动压力或气动信号的端口，所述用于供应电能或电信号的端口或所述用于供应气动压...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼克，
申请(专利权)人：生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：