混合装置

本发明涉及一种用于促进袋中的介质溶解的混合装置。

本发明具体地可应用在食品和饮料、生物制药、化妆品、医院的领域中，但也用于诊断、医疗保健和针对即时介质制备的研究，例如病原体测试、生物负荷和无菌测试。

本发明的混合装置是一种简单的装置，其用于在封闭袋的内部容积中产生连续的液体运动以减少物质在液体中的溶解时间、使溶液均匀化或保持颗粒处于悬浮状态。

在以上领域中，液体介质常常被制备并且被存储在瓶、小瓶或袋中。介质能够呈浓缩液体溶液或粉末或粒状材料的形式，其与液体（通常是水或溶剂）或其他物质溶解和/或混合。

在以上领域中，一个特别有趣的趋势是，支持方便、安全和低成本的技术方案，通过使用装纳粒状粉末介质的袋来制备培养基，所述粒状粉末介质能够溶解在一体积的水中以便产生高度浓缩的介质储备溶液。更高的浓度具有紧缩包装的优点，它降低了运送的成本并且避免了在浓缩物中生长的风险。

袋中的粉末溶解常常需要揉捏（massaging）步骤，该揉捏步骤需要在总溶解时间期间在若干分钟期间反复执行。当然，溶解时间能够基于介质配方、粒度（granulometry）（粉末或颗粒）、水温和其他因素变化。用手揉捏是乏味且不受控制的操作，此外，其还能够影响溶解的品质以及在初次使用溶解的介质之前的时间。此外，该领域中劳动的成本高，使得用这种任务占据合格人员的工作时间是低效的。

存在许多自动的技术方案，包括用于出于在袋中生成波浪的目的搅动整个袋的装置。

US 2005-063250 A公开了一种具有一个或多个袋的装置，所述袋能够结合一次性生物袋（诸如，发酵器、混合袋、存储袋等）被选择性地加压和放气。（一个或多个）压力袋可包围生物袋的选定外部分，或者可被装纳在这样的生物袋的内部分内。通过对（一个或多个）压力袋选择性地加压和放气，能够实现生物袋中的流体运动，由此确保在袋内的细胞悬浮、混合和气体运移而没有破坏性的剪切力或泡沫生成。

另一种类型的过程涉及机械摇摆装置，所述机械摇摆装置包括生物袋置于其上的支撑件，其中，摇摆机构使支撑件与袋一起往复移动，由此对袋中所装纳的液体引发波状运动。在WO 2012/000502 A1或US 6190913 B中公开了这样的装置的示例。

这些现有装置是相对大的，因为支撑件通常或者被设计成接收不同尺寸的袋使得其被设计成以最大可能的尺寸容纳袋，或者装置可能过小以至于不能处理特定的袋。因此，装置在实验室中耗费相当大的占地面积，特别是如果不在使用中的情况。

本发明旨在提供一种用于搅动袋的内容物的混合装置，该混合装置使用方便、使用安全并且能够以低成本提供且需要最小的存储空间。

本发明提供了具有权利要求1的特征的混合袋。在从属权利要求中限定了优选实施例。

用于在袋的外表面上循环地施力以便搅动袋的内容物的本发明的混合装置包括：杆件，其被支撑以便能够绕枢轴枢转；配重，其设置在杆件的第一侧上；驱动器，其布置成与杆件协作；马达，其用于使驱动器移动以克服重力抬升杆件的具有配重的第一侧以及使第一侧下降抵靠袋的外表面；以及保持器，其用于支撑混合装置使得杆件的第一侧能够在下降运动中接触袋的外表面。

本发明的混合装置是简单的机动化配件，其能够自动操作并且能够用于抬升配重，配重随后被自由释放以猛力地撞击袋层并使其变形，由此通过在袋内部产生液体流量（liquid flux）来搅动其内容物，该液体通量使未溶解的粉末处于悬浮状态并通过增加干材料与水的接触和减少颗粒周围的局部浓度梯度来显著地帮助溶解。

能够重复在袋的外表面上施力直到实现完全溶解为止，优选地，如果包括控制器以便控制驱动机构的马达的操作。

本发明的混合装置能够相对于袋容易地四处移动并且放置在袋的最佳溶解点处，例如在若干粉末沉淀点中的一者处，或者在袋层变形引起袋中的最大流量的位置处。使用后，能够容易地存储混合装置，从而仅需要最小的空间。

若干混合装置能够放置在同一袋上的不同位置处，并且如果有用的话，以不同的混合循环操作，混合循环能够被设定为同相或反相。为了改善操作，与混合装置一起使用的袋优选地在内部没有空气或仅有最小体积的空气。替代地，总袋容积的尺寸相比于袋内部的液体的体积应是相对大的，即，袋应优选地未充满。

本发明的混合装置能够与其中袋放在表面（即，桌子或工作台）上并用自动化机械化揉捏代替手动揉捏的任何过程一起使用。与手动人工操作相比，这能够最终避免人员的肌肉创伤性疾病并且能够提供一致的且可重复和可控制的揉捏强度以及持续时间。

能够将混合装置带到存储袋的地方，但反之则不然，因为混合装置是可运输的装置。

本发明的混合装置作用在袋的外表面或层上，且因此能够在其中例如不能在袋内部使用磁力搅拌器的情况中使用。如与手动操作相比，能够减少总溶解时间，并且混合装置与在以上使用领域中通常遇到的任何袋尺寸有效地兼容。

由于其便携性和小的占地面积，本发明的混合装置能够在培养箱内部容易地使用以便在处理期间进行混合，并且其能够在自动揉捏期间使袋摩擦最小化。

混合装置能够避免无意的袋穿孔或损坏，因为杆件的配重的设置能够根据通常的袋来设计，并且一旦被确定，撞击力就是恒定的。

优选地，驱动器在与枢轴间隔开的位置处、优选地在杆件的关于枢轴与第一侧相对的第二侧处，与杆件或杆件的枢轴线接合或者布置成与杆件或杆件的枢轴线接合以及与杆件或杆件的枢轴线分离，并且马达布置成使驱动器移动成与杆件或杆件的枢轴线接合或者使驱动器循环地移动成与杆件或杆件的枢轴线接合以及与杆件或杆件的枢轴线分离，以克服重力抬升具有配重的第一侧以及由于配重的重力使第一侧下降抵靠袋的外表面。能够在杆件的与枢轴间隔开的任何点上施加用于抬升杆件的具有配重的第一侧的力，抬升力被引入到杆件的点的距离越大，这越具有利用杠杆效应的优点。也能够直接在枢轴线处引入用于抬升杆件的力或动量。

优选地，驱动器包括布置成由马达旋转的凸轮。

优选地，驱动器包括一个或多个销或齿，所述销或齿从马达的轴线偏心地布置并与马达的轴线连接以便能够执行绕转运动。

优选地，驱动器布置成使得当在杆件的第一侧处的配重处于顶部抬升位置处时，突然进行驱动器与杆件或枢轴线的分离。

优选地，混合装置还包括用于限制杆件在底部下降位置处的下降运动的邻接件（abutment）。

优选地，保持器包括布置成放置在袋下方的支架（stand）以及连接到该支架并将杆件支撑在袋上方的托架（bracket），其中袋放置在杆件和支架之间。

优选地，支架和/或托架的水平延伸部是能够调节的，以便使装置适应于不同尺寸的袋。

优选地，配重在杆件的一/该底部下降位置中在保持器的支架上方的竖直间距是能够调节的。

优选地，杆件的具有配重的第一侧具有头部，该头部具有旨在在操作中击打袋的外表面的部分。

优选地，旨在击打袋的外表面的部分被形成为避免对袋造成损坏，其优选地被圆化和/或涂覆。

优选地，配重具有至少0.5 kg、优选地至少1 kg的质量。

优选地，马达是电动马达或气动马达，并且其中，混合装置包括用于操作马达的控制器，该控制器允许设定操作的正时，优选地设定循环频率和/或循环模式和/或操作的持续时间。

优选地，混合装置包括用于检测袋的内容物的混合状态的传感器布置（arrangement），该传感器布置布置成与控制器协作以根据检测结果来控制马达的操作和/或发出指示检测结果的信号。

优选地，马达是发条马达（clockwork motor），其能够手动地激活使得装置能够在没有电源的情况下工作。

将通过参考附图结合具体实施例来描述说明，其中：

图1是根据优选实施例的混合装置的透视俯视图；

图2A至图2C是类似于第一实施例的混合装置的示意性表示以解释典型的操作阶段；

图3是根据另一个实施例的混合装置的驱动机构的变型；以及

图4是根据再另外的实施例的混合装置的驱动机构的变型。

如图1和图2A至图2C中所示的根据本发明的混合装置1大体包括杆件2，该混合装置用于在袋B的层的外表面A上循环地施力以便搅动袋的内容物C。杆件2被支撑在装置1上，以便能够绕枢轴3旋转。配重或质量块4设置在杆件2的第一侧上。驱动器5布置成与杆件2协作，并且设置马达6以便使驱动器5移动从而克服重力抬升杆件2的具有配重4的第一侧和由于配重4的重力而释放第一侧或使其下降抵靠袋B的外表面A。

混合装置1还包括保持器7，该保持器7用于支撑混合装置1使得杆件2的第一侧能够在下降运动中接触袋B的外表面A。保持器7也用于将混合装置固定到袋，如下文所描述的那样。

配重4能够放置在杆件2的第一侧上在其实质极端处。它可以是固定的或者可以能够移动以沿着杆件朝向和远离枢轴3改变位置，从而改变由配重绕枢轴3产生的动量。

在该情况下，驱动器5呈销5a的形式，该销5a从马达6的轴线8偏心地布置并与马达6的轴线8连接以便能够在马达6操作时执行绕转运动。驱动器5或在该示例中销5a布置成循环地与杆件2的第二侧接合/与杆件2的第二侧分离，该第二侧关于枢轴3与第一侧相对。马达6在旋转时使驱动器5（销5a）循环地移动而与杆件2的第二侧接合和脱离接合，以克服重力来抬升具有配重4的第一侧和由于作用在配重上的重力而使第一侧突然下降使得其击打袋B的外表面A。在图2A至图2C中示出该顺序。杆件（2）的通过驱动器引入抬升力的点能够位于优选地与枢轴（3）间隔开的任何点处，以便利用杠杆效应。如实施例中所示，可在第二侧上引入该力，但也可在与放置配重的同一侧（即，第一侧）上引入该力。该力可甚至作为动量被引入距枢轴没有距离或没有实质性距离的枢轴线中。如图所示，杆件可形成为关于穿过枢轴的纵向对称轴线或多或少地对称，或者可形成为不对称以将抬升力的引入点布置在从对称线移位的臂部段处。

在偏心销5a的替代性布置中，驱动器5可包括如图4中所示的凸轮5c，该凸轮布置成与杆件2的第二侧循环地接合以抬升杆件2的具有配重4的第一侧以及在凸轮5c的具有凹部的部段转入其与杆件2的第二端分离的位置中时使第一侧突然下降。

驱动器5的与凸轮5c类似的再另外的替代方案是呈链轮5b的形式的驱动器，该链轮5b具有一个或多个齿5d，所述齿5d与杆件2的第二侧上的配合齿2d接合，如图3中所示。与杆件2的第二侧上的齿2d之间的对应凹部接合的链轮5b的旋转使杆件2旋转，使得具有配重4的其第一侧被抬升。链轮5b在其周边的某部段上没有齿，其布置成使得在杆件的第一侧处于顶部抬升位置处之后不久即发生链轮的齿从杆件的那些齿分离，由此使第一侧突然下降抵靠袋的表面。

因此，驱动器5和杆件2之间的相互作用大体是一种循环形式和/或摩擦锁定接合（只要杆件枢转到顶部抬升位置）和分离（当杆件的第一侧处于顶部抬升位置处以释放接合从而让杆件下降）。

驱动器可包括一个或若干个销或齿，所述销或齿布置成在驱动器通过马达旋转时如所描述地那样使杆件枢转。

混合装置优选地包括邻接件9以限制杆件2的第一侧的下降运动。邻接件9可处于固定位置中，或者可布置成能够在不同位置之间移动以能够调节杆件的下降高度及其第一端的底部下降位置。

马达和驱动器一起可布置在罩壳中，该罩壳在图2A至图2C的横截面中示意性地示出。

在图1和图2A至图2C的实施例中，当销5a在图2B中所示的位置处从杆件的第二侧脱离且分离时，杆件2被释放。

保持器7包括布置成放置在袋B下方的支架7a以及连接到支架7a并将混合装置（具体地杆件2，且优选地马达6和驱动器5（驱动机构））支撑在袋上方的托架7b，其中袋放置在支架7a和混合装置之间（见图2A）。托架7b和/或支架7a的水平延伸部能够是能够调节的，以便能够将混合装置放置于袋，使得杆件的第一侧（具体地下落的配重）能够到达袋的表面上的不同区域。同样地，配重4在其底部下降位置中在保持器7的支架7a上方的竖直间距能够是能够调节的，以便适应袋的不同尺寸或厚度以及填充程度以及确认配重以必要的量击打袋并使袋的形状变形。这能够例如通过使托架7b就其竖直延伸部而言能够调节或通过提供不同尺寸的托架以能够可更换地安装到混合装置来实现。保持器7允许将混合装置布置和固定在袋的任何位置上，即，在中心处、在侧部处或在拐角处。

杆件2的具有配重4的第一侧具有头部，该头部具有旨在在操作中击打袋B的外表面A的部分10。旨在击打外表面A的部分10被形成为避免对袋层造成损坏（破裂），并且其优选地被圆化以具有光滑表面。替代地或另外地，部分10能够涂覆有柔软且有弹性的材料，从而保护袋的表面。

替代地，保持器能够被体现为呈皮带或带的形式，能够围绕袋引导（trained）该皮带或带，以便将混合装置固定在其在表面上方的旨在由下落的杆件击打的位置中。进一步替代地，保持器可呈夹持系统的形式，且甚至可以是固定装置，该固定装置布置成使得其不必然适合于如此将混合装置附接到袋（如实施例中所示），而是附接到任何其他合适的固定表面（例如，袋布置于其上的板）。因此，保持器可被设计成相对于袋固定混合装置。

在一个实施例中，使用磁体来固定袋的拐角，所述磁体挡住袋的焊接边缘。

与混合装置结合使用的袋理想地应不包含空气或仅包含最小体积的空气，或者应未充满以最小化借助于下落的杆件/配重使袋变形并使袋中的液体（内容物）移动所需的强度。充满的袋的高度必须显著地低于袋的平面尺寸，并且理想地应接近配重在顶部抬升位置和底部下降位置之间的竖直位移。

借助于本发明的混合装置在袋中搅动的物质的示例包括呈粉末形式的培养基，除非在溶剂中搅动，否则其不自行溶解。其他有用的应用领域能够是由干粉末（例如，脱水奶（dehydrated milk）或代乳食品）制备无菌婴儿食品。在向干粉末添加水之后，本发明的混合装置能够用于自动化袋混合并加速粉末溶解。其他应用领域是培养基制备以为生物反应器供应，例如细胞培养基；用于药物无菌测试或用于食品产品中的病原体或总活生物体测试的培养基制备；或包含细胞（例如，真核或原核细胞）的培养袋的混合，以保持细胞处于悬浮状态，从而改善生物分子的生长/产生；或化学溶液制备，其中，化学溶液能够是洗涤缓冲液、洗脱缓冲液、用于纯化抗体的针对谱纯化应用的存储缓冲液。

杆件上的合适的配重取决于混合装置的尺寸以及袋（混合装置将用该袋操作）的厚度/体积。对于填充容量为20 l的袋，典型的配重能够具有0.5 kg或更大、或优选地1 kg或更大的质量。

驱动机构的马达能够是电动马达或气动马达。混合装置可包括用于操作这样的马达的控制器，其中，该控制器能够被构造成允许设定操作的正时，优选地设定循环频率和/或循环模式和/或操作的持续时间。该设定可呈针对相应参数的预定程序或编程功能的形式，以便使配重击打袋的表面的循环适应于期望的应用/袋中的物质。

混合装置可包括传感器布置11（在图2B中示意性地示出），该传感器布置能够是光或超声波发射器和接收器，例如，用于基于取决于溶解状态的袋的内容物关于发射的和反射的光或超声波的半透明度和/或反射率的变化来检测液体中的固体颗粒的含量。传感器布置11可布置成与控制器协作以根据检测结果自动控制马达的操作和/或发出指示检测结果的信号以警示用户内容物处于期望的溶液状态与否。

在非常简单的实施例中，马达可以是纯机械的发条马达，其能够由手动加载或激活的螺旋弹簧驱动并且能够在某时间段内执行驱动器的旋转。这样的实施例独立于任何电源，并且在混合装置将在没有可用的电的封闭环境中（即，在加热室或培养箱中、或在没有可用的电的场所）使用的情况下能够是有益的。

传感器布置的使用及其与马达的协作允许例如当袋的内容物完全溶解时自动停止混合装置。