CZ2014442A3 - Biotechnological device assembly - Google Patents
Biotechnological device assembly Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014442A3 CZ2014442A3 CZ2014-442A CZ2014442A CZ2014442A3 CZ 2014442 A3 CZ2014442 A3 CZ 2014442A3 CZ 2014442 A CZ2014442 A CZ 2014442A CZ 2014442 A3 CZ2014442 A3 CZ 2014442A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- device assembly
- process vessel
- compartment
- biotechnology device
- casing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Sestava biotechnologického zařízení obsahuje procesní nádobu (5), její výbavu a příslušenství. Podstatou řešení je, že tato sestava je uspořádána v opláštění (1), které je z vnější strany opatřeno omyvatelnou vrstvou a uvnitř je rozděleno na samostatné kompartmenty (2, 3 a 4). V prvním kompartmentu (2) je uspořádána procesní nádoba (5), ve druhém kompartmentu (3) je uspořádáno elektrické příslušenství sestavy biotechnologického zařízení a ve třetím kompartmentu (4) jsou uspořádány rozvody tekutých medií sestavy biotechnologického zařízení. První kompartment (2) je opatřen alespoň jedním průhledítkem (13) pro umožnění sledování dějů v procesní nádobě (5) a třetí kompartment (4) je opatřen alespoň jedněmi dvířky (12) s průzorem pro umožnění sledování rozvodů tekutých medií. Procesní nádoba (5) je opatřena alespoň dvěma věnci (8, 9) hrdel obslužné části, který je s jednotlivými kompartmenty (2, 3 a 4) propojen kolektory (21 a 22).The biotechnology device assembly includes a process vessel (5), equipment and accessories. The essence of the solution is that the assembly is arranged in a casing (1) which is provided with a washable layer on the outside and is divided into separate compartments (2, 3 and 4). A process vessel (5) is arranged in the first compartment (2), an electrical accessory of the biotechnology device assembly is arranged in the second compartment (3) and liquid media distributions of the biotechnology device assembly are arranged in the third compartment (4). The first compartment (2) is provided with at least one viewing window (13) to enable the monitoring of the processes in the process vessel (5) and the third compartment (4) is provided with at least one window (12) with a viewport for monitoring the fluid media distribution. The process vessel (5) is provided with at least two service ring neckings (8, 9) connected to the individual compartments (2, 3 and 4) by collectors (21 and 22).
Description
-1- Μ ·· ··· *
Sestava biotechnologického zařízení Oblast techniky
Vynález se týká sestavy biotechnologického zařízení, obsahující procesní nádobu, např. pro použití v pěstování organismů.
Dosavadní stav techniky
Procesní nádoba, jako je bioreaktor či fermentor nebo míchaný reaktor, konstrukčně vychází z reaktorů chemických, upravený pro použití v pěstování organismů, jako mikrobiální a tkáňové kultury, či vícefázové kultivace. Tyto procesní nádoby lze rozdělit do systémů, které jsou sterilizovány parou tak, že bioreaktor je vložen do komory parního sterilizátoru, nej častěji jednoduché v skleněné nádoby, a bioreaktory, sterilizované parou in šitu. Řešení se týká výlučně bioreaktorů sterilizovaných in šitu.
Jedná se o vertikální tlakové nádoby, opatřené dvojitým pláštěm a případně tepelnou izolací a vnějším krytováním. Dvojitý plášť je použit pro temperaci obsahu nádoby, ohřev či chlazení, a udržování stabilní teploty v nádobě. Zpravidla je dvojitým pláštěm pokryta pouze válcová část nádoby, bez klenutého nebo kónického dna nádoby. Nádoba je ve své horní části opatřena víkem. Někdy je také vstup do nádoby shora využíván pro plnění sypkých či kapalných složek do nádoby bioreaktorů.
Dvojitý plášť je dále zpravidla ohříván přímým vstřikováním páry a chlazen přímým prouděním vody. Prudké tepelné změny zatěžují plášť a v plášti se také usazují nečistoty z chladicí vody.
Vnější tepelná izolace pak slouží omezení tepelných emisí z nádoby, především ve fázích sterilizace nádoby parou.
Kromě temperace nádoby je zajištěno také míchání nádoby, nezbytné nejen pro homogenizaci kultury a udržení buněk ve vznosu, ale především pro dispergaci vzdušnících plynů do kultury a efektivní přenos plynů, zpravidla D3581 25. 6. 2014 • ♦ ♦ · -2- • ·
kyslíku, do buněk. Míchání je také nutné pro udržení teplotní homogenity v kultuře. Míchadla proto mají specifickou konstrukci, například rushtonovy turbiny. Umístění míchadla může být víkem nebo dnem nádoby.
Zmíněné vzdušnění, tedy vnos plynů do kultury, musí být provedeno asepticky, tedy tak aby vzdušnící plyny nemohly zkontaminovat obsah bioreaktoru.
Bioreaktor je zpravidla součástí systému který může být mnohem složitější než sám bioreaktor, a který sestává z jednotek zpracovávajících procesní medium před jeho vstupem do bioreaktoru, například jednotky pro přípravu a plnění kultivačního média do bioreaktoru, který je označován jako „upstream“, a z jednotek zpracovávajících procesní medium po jeho výstupu z bioreaktoru, například jednotky pro přenos kultury do dalšího zpracování, případně coby násada pro další, větší bioreaktor, který je označován jako „downstream“.
Propojení celého systému musí být nejčastěji aseptická, tedy zajišťující přenos kapalin a plynů bez kontaminace. Aby bylo možné bioreaktor takto napojit na jiné technologie, musí být sám bioreaktor opatřen mnoha sofistikovanými systémy.
Takovýto systém tlakové nádoby, jejího míchání, temperace, vzdušnění, a následných dalších výbav a funkcí pro napojení na „upstream“ a „downstream“ technologie, je do značné míry, nebo zcela, automatizován.
Technické provedení těchto zařízení, a jejich sestav je dnes na trhu vždy podobné. Odlišné kvalitou použitých komponent, výbavou apod. nikoliv ale uspořádáním a designem.
Tlaková nádoba bioreaktoru je využívána i coby nosný systém sestavy. Je buď, v levnější variantě, opatřena nohami neboje umístěna na nosném rámu, a tento je opatřen nohami. Namísto nohou jsou někdy u menších zařízení osazena pojezdová kolečka. D3581 25.6. 2014 -3- ·· ·· • · · • · · · · • · · · « • · · « Μ ··
Na tlakové nádobě jsou pak, zpravidla ze všech stran nádoby kolem dokola na všech výškových úrovních, osazeny ventily, kterých bývá řádově desítky najedno zařízení, čerpadla, senzory a další příslušenství těchto zařízení. Ventily a některá další příslušenství jsou dále propojeny potrubím, které může být také osazeno dalšími komponentami a senzory, odvaděči kondenzátu, čidly měření teploty a podobně.
Tyto komponenty jsou pak dále propojeny kabeláží, pneu rozvody pro ovládání pneumaticky ovládaných ventilů a podobně.
Automatizace je pak řešena rozvaděčem, umístěným na úchytech na nádobě, nosném rámu, nebo na vlastním stojanu poblíž nádoby. Rozvaděč je zpravidla osazen ventilátorem chlazení, který nasává vzduch z okolního prostředí a po průchodu rozvaděčem ho vrací zpět do okolního prostředí. Při práci na bioreaktoru je třeba dbát na protichůdné požadavky. Prvním požadavkem je zajištění aseptické výroby a zabránění kontaminace obsahu bioreaktoru a propojovacích potrubí a ventilových systémů, což se nejlépe řeší udržováním zařízení v přetlaku vůči okolí. Druhým požadavkem však je zajištění toho, aby procesní kapalina, třeba i ve formě výparů, neunikala do okolí, neboť to co je pěstováno v bioreaktoru je zpravidla biologické agens, které je pro obsluhu i okolní prostředí zdrojem většího či menšího rizika. Může například obsahovat bakterie, plísně nebo viry, jsou ve vysokých koncentracích v bioreaktorech vyráběny pro výrobu očkovacích látek, které mohou obsluze způsobit onemocnění, nebo anafylaktický šok či alergické reakce a další zdravotní potíže. Přetlak v zařízení však riziko úniku procesní kapaliny do okolí zvyšuje.
Nevýhody takového uspořádání jsou zejména tyto: Pracovní nádoba bioreaktoru je obeskládána potrubími, kabely, ventily a dalšími komponentami. Jedním z důsledků je ztížený přístup k obslužným částem bioreaktoru. Potrubí jsou přitom při sterilizaci horká, což zvyšuje tepelné emise zařízení do okolí a zvyšuje riziko popálení obsluhy. Na potrubích, kabelech, ventilech a dalších D3581 25. 6. 2014 -4- • · • · · · • · · · částech se usazují nečistoty a pohybem materiálu a osob při používání zařízení se zvyšuje riziko poškození například kabelů a konektorů. Další nevýhodou je, že při používání zařízení, přenosu kapalin apod. dochází k úkapům kapalin a ty pak potěkají nejen samotnou nádobu bioreaktoru, ale také ventily, kabely, senzory a další příslušenství připojené k bioreaktoru.
Další nevýhodou stávajícího stavuje, že používání vstupu do nádoby shora pro plnění sypkých či kapalných složek do nádoby bioreaktoru často vede ke znečištění nádoby, a to nejen jejího víka, ale celé nádoby a potenciálně i jejího příslušenství. Těsnění víka nádoby podléhá přitom postupnému opotřebení, což vede k netěsnostem, při kterých může pomalu vytékat obsah nádoby a znečišťovat okolí víka, vnější povrchy nádoby i příslušenství instalované kolem nádoby. Vzhledem k tomu, že zejména u farmaceutické, ale i jiné výroby, se často požaduje instalace bioreaktorů v tzv. čistých prostorách, to jest v prostorách s regulovanou čistotou zohledňující počet částic ve vzduchu, hladkost a čistitelnost všech povrchů, regulaci předtlaku/podtlaku vůči okolním místnostem, atd., je jakýkoliv sklon ke snadnému znečištění povrchu nádoby a příslušenství instalovaného kolem nádoby velmi nežádoucí. Rovněž změť kabelů, potrubí, a dalších konstrukčních prvků kolem nádoby bioreaktoru a obecně všeho, co umožňuje ukládání nečistot bez možnosti čištění a dezinfekce, jez hlediska udržení bioreaktoru v čistých prostorách naprosto nevhodná.
Problémem v čistých prostorách je rovněž cokoliv, co působí turbulentní cirkulaci vzduchu. To jsou všechny ventilátory chlazení na rozvaděčích elektro, ale i volně uložená potrubí s horkými procesními tekutinami.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje sestava biotechnologického zařízení, obsahující procesní nádobu, její výbavu a příslušenství, podle vynálezu, jehož podstata bude dále popsána. Sestava biotechnologického zařízení je uspořádána v opláštění, které je z vnější D3581 25. 6. 2014 -5- • · · · • · • · · · strany opatřeno omyvatelnou vrstvou a uvnitř je rozděleno na samostatné kompartmenty. V prvním kompartmentu je uspořádána procesní nádoba, ve druhém kompartmentu je uspořádáno elektrické příslušenství sestavy biotechnologického zařízení a ve třetím kompartmentu jsou uspořádány rozvody tekutých medií sestavy biotechnologického zařízení. První kompartment je opatřen alespoň jedním průhledítkem pro umožnění sledování dějů v procesní nádobě a třetí kompartment je opatřen alespoň jedním průhledítkem pro umožnění sledování rozvodů tekutých medií. Procesní nádoba je přitom opatřena alespoň jednou obslužnou částí, která je s jednotlivými kompartmenty propojena kolektory.
Ve výhodném provedení vynálezu je opláštění opatřeno tepelně izolační vrstvou pro tepelné odizolování sestavy biotechnologického zařízení od okolního prostředí přičemž jednotlivé kompartmenty jsou od sebe odděleny hermeticky. V dalším výhodném provedení vynálezu je alespoň jeden z kompartmentů opatřen filtrační jednotkou pro filtraci vzduchu uvnitř kompartmentu. V ještě jiném výhodném provedení vynálezu obsahuje průhledítko pro umožnění sledování dějů v procesní nádobě nebo pro umožnění sledování rozvodů tekutých medií průhledné okno ve stěně opláštění a/nebo CCD kameru uvnitř opláštění a k ní připojený zobrazovač. Výhodné rovněž je, jsou-li obslužné prvky sestavy biotechnologického zařízení vyvedeny vně opláštění sestavy biotechnologického zařízení do dvou skupin hrdel, první skupiny pod úrovní hladiny minimálního objemu procesního media zpracovávaného v procesní nádobě a druhé skupiny nad úrovní hladiny maximálního objemu procesního media zpracovávaného v procesní nádobě. Přitom je výhodné, je-li obslužná část nádoby tvořena alespoň jedním ze skupiny zahrnující víko procesní nádoby, horní věnec hrdel procesní nádoby, dolní věnec hrdel procesní nádoby a dno procesní nádoby. D3581 25.6.2014 • · · · -6- V dalším výhodném provedení vynálezu vytváří opláštění v okolí víka procesní nádoby záchytnou vanu a ve své spodní části okapničku.
Konečně v ještě jiném výhodném provedení vynálezu je obslužná část opatřena ventilovým systémem ve formě monobloku. Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je axonometricky znázorněna sestava biotechnologického zařízení podle vynálezu v pohledu shora ze strany, na obr. 2 je v pohledu shora v řezu vodorovnou rovinou znázorněna sestava biotechnologického zařízení podle vynálezu a na obr. 3 je schematicky v částečném řezu a v pohledu z boku znázorněna vertikální válcovitá procesní nádoba sestavy biotechnologického zařízení podle vynálezu. Příklady provedení vynálezu
Na obr. 1 je axonometricky znázorněna sestava biotechnologického zařízení podle vynálezu v pohledu shora ze strany. Sestava biotechnologického zařízení je zakryta opláštěním 1. Opláštěním 1 kryté zařízení obsahuje první kompartment 2, druhý kompartment 3 a třetí kompartment 4. Tyto kompartmenty 2, 3, 4 jsou zpravidla od sebe odděleny svislými dělicími stěnami. V prvním kompartmentu 2 se nachází procesní nádoba 5, opatřená víkem 6. Opláštění 1 vytváří okolo víka 6 záchytnou vanu 7. V horní části opláštění 1 se nachází horní věnec 8 hrdel s obslužnými prvky a v dolní části opláštění 1 se nachází dolní věnec 9 hrdel s obslužnými prvky. Opláštění 1 přesahuje ve své spodní části těleso zařízení a vytváří tak okapničku 10 ve formě svislého pásku navazujícího na povrch opláštění 1 pro zabránění stékání kapalin pod procesní nádobu 5. Pod procesní nádobou 5 se nachází míchadlo 11. V opláštění 1 jsou dále vytvořena dvířka 12 do třetího kompartmentu 4. Alespoň část dvířek 12 je z průhledného materiálu pro umožnění vizuální kontroly toho, D3581 25.6. 2014 co se ve třetím kompartmentu 4 děje. V čelní stěně opláštění 1 jsou vytvořena dvě svislá, nad sebou uložená průhledítka 13 pro umožnění sledování dějů uvnitř procesní nádoby 5.
Na obr. 2 je sestava biotechnologického zařízení podle vynálezu znázorněna v pohledu shora v řezu vodorovnou rovinou. Tato sestava biotechnologického zařízení je uspořádána uvnitř opláštění 1 ve třech kompartmentech 2, 3 a 4 a obsahuje procesní nádobu 5, v níž je uspořádáno míchadlo 11. Procesní nádoba 5 je uspořádána v prvním kompartmentu 2. K prvnímu kompartmentu 2 přiléhají druhý kompartment 3 a třetí kompartment 4. Ve druhém kompartmentu 3 je uloženo elektrické vybavení sestavy biotechnologického zařízení, jako elektrický rozvaděč 14, zavěšený na pantech 15 na opláštění 1 sestavy biotechnologického zařízení. Panty 15 umožňují otevření elektrického rozvaděče 14 ven z opláštění 1 pro údržbu, opravy nebo jakékoliv zásahy do něj. Dále je ve druhém kompartmentu 3 filtrační jednotka 16, zpravidla HEPA filtr. Ve třetím kompartmentu 4 jsou uspořádány rozvody tekutých medií sestavy biotechnologického zařízení včetně vyrovnávací nádržky 17. ventilu 18, oběhového čerpadla 19 a potrubí 20. V opláštění 1 sestavy biotechnologického zařízení jsou ve třetím kompartmentu 4 dvířka 12, která slouží jako vstup do prostoru třetího kompartmentu 4 a jako okénko vizuální kontroly vnitřku třetího kompartmentu 4. V čelní stěně sestavy biotechnologického zařízení je horní a dolní věnec 8, 9 hrdel obslužné části biotechnologického zařízení, které jsou s druhým kompartmentem 3 propojeny kabelovými kolektory 21 a které jsou s třetím kompartmentem 4 propojeny potrubními kolektory 22. Potrubní kolektory 22 jsou v obslužné části biotechnologického zařízení napojeny na ventilový monoblok 23. Druhý a třetí kompartment 3,4 jsou od sebe odděleny stěnou 24, zalomenou do tvaru písmene Z.
Na obr. 3 je schematicky v částečném řezu a v pohledu z boku znázorněna vertikální válcovitá procesní nádoba 5 sestavy biotechnologického zařízení D3581 25. 6. 2014 podle vynálezu, přičemž rovina řezu je vyznačena čarami 25 roviny řezu. Řez odhaluje pohled do vnitřku třetího kompartmentu 4, v němž na vstupu i výstupu čerpadla 26 jsou zapojeny ventily 18, napojené přes tepelný výměník, tvořený chladicí jednotkou 27 a ohřívací jednotkou 28 k vyrovnávací nádržce 17, jejíž neznázoměné výstupy jsou připojeny k meziplášťovému prostoru procesní nádoby 5. Horní okraj opláštění 1 přesahuje víko 6 pro vytvoření záchytné vany 7 kolem víka 6 procesní nádoby 5. Dále jsou na obr. 2 znázorněna dvířka 12 do třetího kompartmentu 4 sestavy biotechnologického zařízení. Tato dvířka 12 mohou obsahovat okénko a lze je otevírat pro umožnění servisu a údržby ventilů 18, čerpadla 26, chladicí jednotky 27 a ohřívací jednotky 28, případně i dalšího tam se nacházejícího vybavení procesní nádoby 5 biotechnologického zařízení. U sestavy biotechnologického zařízení podle vynálezu je podstatné, že tato sestávaje rozdělena do kompartmentu 2,3, 4 oddělujících části biotechnologického zařízení dle jejich vlastností. Tak je elektro část, obsahující elektrický rozvaděč 14, elektrickou kabeláž či prvky automatizace, chráněna v samostatném druhém kompartmentu 3. Oddělení, zpravidla hermetické, celé elektročásti, vede k minimalizaci rizik zkratu, průniku vody nebo páry do elektrických obvodů nebo jejich kontaminace. Druhý kompartment 3 je chlazen pouze vedením tepla materiálem, bez jakékoliv nucené cirkulace vzduchu a výměny vzduchu s okolním prostředím. Elektro části jsou chráněny v IP 67 a vv/ vyssi. Třetí kompartment 4 je vyhrazen pro části s rizikem úniku kapalin, či s rizikem kontaminace. Tento třetí kompartment 4 je vůči vnějšímu prostředí, a tím i obsluze zařízení, uzavřen dvířky 12, vyrobenými z laminovaného skla nebo obsahující okénko z laminovaného skla. Tak může uživatel vidět stav komponent a případný únik kapaliny nebo plynu, aniž by mu byl přímo vystaven. Ve třetím kompartmentu 4 je také zároveň prostor pro umístění dalšího příslušenství biotechnologického zařízení - například dekontaminačního systému termické dekontaminace bio odpadu z bioreaktoru. D3581 25.6.2014
V prvním kompartmentu 2 je uložena procesní nádoba 5. Její příslušenství je ve formě funkčních skupin, které lze umístit do příslušných hrdel na biotechnologickém zařízení, a to nejméně do dvou skupin hrdel, horního věnce 8 hrdel pod hladinou minimálního objemu kapaliny zpracovávané v nádobě a dolního věnce 9 hrdel nad hladinou maximálního objemu kapaliny zpracovávané v nádobě. Všechny věnce hrdel tvoří obslužnou část sestavy biotechnologického zařízení.
Kompartmenty 2,3, 4 jsou dále propojeny s funkčními prvky biotechnologického zařízení tak, aby se ani těmito cestami nekřížily a to elektrickými rozvody prostřednictvím kabelových kolektorů 21 a rozvody medií prostřednictvím potrubních kolektorů 22. Potrubí rozvodu páry a odvodu kondenzátu, je tak provedeno potrubními kolektory 22 k připojovacím bodům v horním věnci 8 hrdel a dolním věnci 9 hrdel na opláštění 1 biotechnologického zařízení. Toto provedení na straně jedné zajišťuje přístup k potrubí pro případnou údržbu a servis, na straně druhé je ale potrubí pod opláštěním 1 biotechnologického zařízení a tak jsou sníženy tepelné emise, je vyloučeno riziko popálení obsluhy, na potrubí se nemohou usazovat nečistoty a potrubí nebrání obsluze v přístupu k zařízení. Kabelové rozvody jsou vedeny kabelovými kolektory 21 pod opláštěním 1 biotechnologického zařízení a zcela mimo technologické rozvody/potrubí. Kabelové kolektory 21 ústí přímo do druhého kompartmentu 3. Kabely nejsou vystaveny riziku poškození uživatelem, nebrání uživateli v přístupu k biotechnologickému zařízení, neusazují se na nich nečistoty.
Ventily v obslužné části jsou provedeny specifickou, tzv. monoblokovou konstrukcí jako ventilový monoblok 23. Tedy namísto sestavy několika ventilů a propojovacího potrubí, svarů a ohybů, je volena konstrukce CNC vyrobená z jednoho kusu nerezové oceli. To znamená mnohem kompaktnější konstrukci s menšími nároky na prostor, lepší obslužností a snadnější údržbou. Ventilové monobloky lze vyrobit i z jiných materiálů, např. z titanu, který je lehčí a má D3581 25.6. 2014 vyšší odolnost proti korozi a velmi malou tepelnou roztažnost. Další možností je GF PEEK, který má menší přenos tepla a je mnohem lehčí, je však náchylnější k poškození. Tyto sestavy jsou zhotoveny tak, aby je bylo možné snadno demontovat z biotechnologického zařízení, přemístit například z horního věnce 8 hrdel do dolního věnce 9 hrdel, případně v daném věnci 8, 9 hrdel doprava nebo doleva, zcela podle měnících se potřeb uživatele. Lze také nové ventilové bloky a tím nové funkce k biotechnologickému zařízení přidat, neboje naopak z biotechnologického zařízení odebrat. Ventilové monobloky 23 mohou být vybaveny také dalšími, nadstandardními funkcemi, např. měřením teploty v meziprostorech ventilů, plně automatickým ovládáním ventilů a podobně. Monobloková konstrukce na rozdíl od svařovaných sestav také zaručuje homogenní kvalitu materiálu a jeho vnitřních povrchů.
Také systém sterilní filtrace plynů použitých pro vzdušnění biotechnologického zařízení je monoblokové, kompaktní konstrukce, je proveden ve čtyřventilové, in šitu re-sterilizovatelné konstrukci, a je umístěn na opláštění 1 biotechnologického zařízení pro snadnou výměnu filtračních kartuší. Na biotechnologické zařízení lze snadno umístit více sestav, např. samostatné vzdušnění "headspace", "sparger", a filtrace odfuku biotechnologického zařízení, a lze také některé později odebrat. Při kompartmentaci zařízení, tedy rozdělení zařízení do vzájemně oddělených technologických prostor, kompartmentů 2,3, 4, mohou být kompartmenty 2, 3, 4 odděleny i hermeticky s filtrací výměny vzduchu v prostoru obepnutém opláštěním 1. Výhodou je i to, že se zejména v třetím kompartmentů, který je vyhrazen pro části s rizikem úniku kapalin či s rizikem kontaminace, mohou sledovat komponenty prostřednictvím CCD kamery nebo vizuálně přes sklo, aniž by přitom obsluha byla přímo vystavena obsahu tohoto třetího kompartmentů 4 nebo tomu, co se z něj potenciálně může uvolňovat Výhodou je i to, že elektrorozvody, pneumatické a potrubní rozvody vedoucí vodu, páru kondenzát, produkty, případně jiné potrubní rozvody, jsou vedeny do -11- ·» ····
rozvodných tras v kabelových kolektorech 21 a potrubních kolektorech 22, které při běžném provozu jsou uzavřené vůči okolnímu prostředí, ale pro servis a údržbu jsou snadno rozebíratelné.
Vytvoření věnců 8, 9 hrdel obslužné části sestavy biotechnologického zařízení přináší tyto důležité výhody: funkční skupina napojená na věnce 8, 9 tvoří kompaktní sestavu, kterou lze snadno umístit do příslušného portu biotechnologického zařízení a také ji snadno vyjmout nebo přemístit do jiného portu. Umožňuje i aseptické propojení na „down stream“ nebo „up stream“ technologie a možností re-sterilizace in šitu. Přitom je snadné připojit tyto funkční skupiny na přívody médií, např. přívod produktu, kultivačního média, páry, vody, vzduchu, a odpojení z těchto přívodů. Toto uspořádání také umožňuje snadné připojení těchto funkčních skupin na prvky měření a regulace a na prvky automatizace, jako je ovládání ventilů apod..
Vnější opláštění 1 biotechnologického zařízení nekryje pouze procesní nádobu 5 a její plášť, ale celou sestavu biotechnologického zařízení. Směrem nahoru je konstrukce vytažena tak, aby vytvořila kolem sestavy víka 6 procesní nádoby 5 záchytnou vanu 7 s uzavíratelným odtokovým otvorem. Manipulace kolem víka 6, nasypávání či nalévání komponent do nádoby otevřeným víkem 6, jsou tak usnadněny a případné znečištění kolem víka 6 je možné procesní nádobu 5 snadno dekontaminovat a umýt. Je bráněno rozlévání kapaliny nebo rozsypání nečistot po celé konstrukci biotechnologického zařízení. Drobné úkapy z konstrukce víka 6, například opotřebovaným těsněním víka 6, jsou vidět a jsou zachyceny v této konstrukci záchytné vany 7. Směrem od víka 6 dolů ke dnu procesní nádoby 5 vytváří opláštění 1 biotechnologického zařízení hladkou, přehlednou, snadno čistitelnou konstrukci. Lze ji také snadno dezinfikovat, omývat.
Nad dnem procesní nádoby 5 je rovná linie opláštění 1 ukončena okapničkou 10. Lem konstrukce opláštění 1 tak brání stékání kapalin po stěně nádoby k sestavě míchadla 11 a dnových ventilů. D3581 25.6.2014 V celé svojí výšce je opláštění 1 vyplněno vrstvou keramické tepelné izolace. Tím jsou výrazně omezeny tepelné emise ze zařízení, i v horních částech procesní nádoby 5 nad úrovní dvojitého pláště procesní nádoby 5. Je také případně možné tepelně izolovat i samotné víko 6 procesní nádoby 5.
Průmyslová využitelnost
Toto řešení lze s výhodou využít při navrhování a stavbě sestav biotechnologického zařízení, např. bioreaktorů či fermentorů nebo míchaných reaktorů, zejména upravených pro použití v pěstování organismů, jako mikrobiálních a tkáňových kultur, či vícefázové kultivace, a v "upstream" a Downstream" zařízeních.
-1- · ·· ··· *
Biotechnology Equipment Assembly Technique
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a biotechnological device assembly comprising a process vessel, e.g., for use in growing organisms.
Background Art
The process vessel, such as a bioreactor or fermenter, is constructed from chemical reactors adapted for use in growing organisms, such as microbial and tissue culture, or multiphase cultures. These process vessels can be divided into systems that are steam-sterilized so that the bioreactor is inserted into the steam sterilizer chamber, most often simple in glass containers, and bioreactors, steam sterilized in situ. The invention relates exclusively to bioreactors sterilized in situ.
These are vertical pressure vessels equipped with a double jacket and possibly with thermal insulation and external covering. The double jacket is used to temper the contents of the container, heat or cool, and maintain a stable temperature in the container. As a rule, only the cylindrical part of the vessel is covered by the double shell, without the vaulted or conical bottom of the vessel. The container has a lid in its upper part. Sometimes, the inlet to the vessel is also used to fill loose or liquid components into the bioreactor vessel.
Furthermore, the double jacket is typically heated by direct steam injection and cooled by direct water flow. Sharp heat changes load the casing and dirt from the cooling water also accumulates in the casing.
The external thermal insulation then serves to reduce the thermal emissions from the vessel, especially in the steam sterilization stages of the vessel.
In addition to the vessel tempering, mixing of the vessel is also necessary, necessary not only for the homogenization of the culture and keeping the cells floating, but above all for dispersing the air gases into the culture and efficient gas transfer, usually D3581 25 June 2014 • • ♦ · -2- • ·
oxygen, into cells. Mixing is also necessary to maintain temperature homogeneity in the culture. Therefore, the agitators have a specific construction, for example rushton turbines. The placement of the stirrer may be a lid or a bottom of the vessel.
Said aeration, i.e. the introduction of gases into the culture, must be carried out aseptically, so that the air gases cannot contaminate the contents of the bioreactor.
Typically, the bioreactor is part of a system that can be much more complex than the bioreactor itself, and consists of processing medium processing units before it enters the bioreactor, for example, the culture medium preparation and filling unit upstream, and processing units a process medium after exiting the bioreactor, for example, a culture transfer unit for further processing, optionally as a feed for another, larger bioreactor, which is referred to as "downstream".
The interconnection of the entire system must most often be aseptic, thus ensuring the transfer of liquids and gases without contamination. In order to connect the bioreactor to other technologies, the bioreactor itself must be equipped with many sophisticated systems.
Such a pressure vessel system, its mixing, tempering, aeration, and subsequent equipment and functions to link upstream and downstream technology is largely or completely automated.
The technical design of these devices and their assemblies is always similar on the market today. Different in quality of used components, equipment, etc. but not in layout and design.
The bioreactor pressure vessel is also used as a support system for the assembly. It is either, in a cheaper variant, provided with legs or is placed on a support frame and is provided with legs. Instead of feet, small wheels are sometimes fitted with castors. D3581 25.6. 2014 -3- ·· ·· · · · · · · · · · ·
Valves are installed on the pressure vessel, usually on all sides of the vessel, at all levels, which are usually dozens of devices, pumps, sensors and other accessories of these devices. Valves and some other accessories are further connected by piping, which can also be equipped with other components and sensors, condensate traps, temperature measurement sensors and the like.
These components are then further interconnected by wiring, pneumatic wiring to control pneumatically operated valves and the like.
The automation is then solved by a switchboard placed on the handles on the container, the supporting frame, or on its own stand near the container. As a rule, the cabinet is equipped with a cooling fan that draws air from the environment and returns it to the environment after passing through the cabinet. When working on the bioreactor, contradictory requirements should be observed. The first requirement is to ensure aseptic production and to prevent contamination of the bioreactor contents and the connecting pipes and valve systems, which is best maintained by keeping the equipment under pressure to the environment. The second requirement, however, is to ensure that the process liquid, even in the form of vapors, does not escape into the environment, since what is grown in the bioreactor is usually a biological agent that is more or less hazardous to the operator and the environment. For example, it may contain bacteria, fungi, or viruses, and are produced at high concentrations in bioreactors for the production of vaccines that can cause the disease to the operator, or anaphylactic shock or allergic reactions and other health problems. However, the overpressure in the device increases the risk of process liquid leakage to the environment.
The disadvantages of such an arrangement are, in particular, the following: The bioreactor working vessel is fitted with pipes, cables, valves and other components. One consequence is the difficulty of accessing the bioreactor service parts. The pipes are hot during sterilization, which increases the heat emission of the equipment to the environment and increases the risk of burns to the operator. For pipes, cables, and other valves 25. 6. 2014 D3581 -4- • • · · · · · · · • portionwise collect dirt and movement of people and material during use of the device increases the risk of damage such as cables and connectors. Another drawback is that when using the device, fluid transfer, etc., liquids drip, and not only the bioreactor vessel itself, but also valves, cables, sensors, and other accessories attached to the bioreactor.
A further disadvantage of the present invention is that the use of an inlet to the top of the container for filling loose or liquid components into the bioreactor vessel often leads to contamination of the container, not only of its lid, but also of the container and potentially its accessories. The container lid seal is subject to gradual wear, resulting in leaks where the contents of the container may slowly flow out and contaminate the lid surroundings, the exterior surfaces of the container and the accessories installed around the container. Since, in particular, pharmaceutical and other manufacturing, it is often required to install bioreactors in so-called clean rooms, i.e. in clean-room areas taking into account the number of particles in the air, the smoothness and cleanability of all surfaces, the regulation of pre-pressure / vacuum to the surrounding areas. rooms, etc., any tendency to easily contaminate the surface of the container and the accessories installed around the container is highly undesirable. Also, the clutter of cables, pipes, and other structural elements around the bioreactor vessel and, in general, anything that allows impurities to be deposited without the possibility of cleaning and disinfection, is completely unsuitable for keeping the bioreactor in clean rooms.
The problem in clean rooms is also anything that causes turbulent air circulation. These are all cooling fans on the electrical distributors, as well as freely laid pipes with hot process fluids.
SUMMARY OF THE INVENTION
The aforementioned drawbacks of the prior art are largely eliminated by the assembly of a biotechnology device comprising a process vessel, its equipment and accessories according to the invention, the principle of which will be described below. The biotechnology device assembly is provided with a washable layer on the outer side of the D3581 on June 25, 2014, and is separated into separate compartments. A process vessel is arranged in the first compartment, an electrical accessory of the biotechnology device assembly is arranged in the second compartment, and liquid media distributions of the biotechnological device assembly are arranged in the third compartment. The first compartment is provided with at least one viewing window to enable the monitoring of processes in the process vessel, and the third compartment is provided with at least one viewing window to allow monitoring of the fluid media distribution. The process vessel is provided with at least one service part which is connected to the individual compartments by collectors.
In a preferred embodiment of the invention, the casing is provided with a thermal insulating layer for thermal insulation of the biotechnological device assembly from the environment, the individual compartments being hermetically separated. In another preferred embodiment of the invention, at least one of the compartments is provided with a filter unit for filtering air inside the compartment. In yet another preferred embodiment of the invention, the sight glass comprises a transparent window in the wall of the casing and / or a CCD camera inside the casing and a display connected thereto to allow for the observation of events in the process vessel or to allow the fluid media distribution to be monitored. It is also advantageous if the service elements of the biotechnology device assembly are led outside the casing of the biotechnology device assembly into two groups of nozzles, the first group below the level of the minimum volume of process medium processed in the process vessel and the second group above the maximum volume level of the process medium processed in the process vessel. . It is advantageous if the service part of the container is formed by at least one of a process vessel cover, a process vessel neck ring, a process vessel neck ring and a process vessel bottom. In a further preferred embodiment of the invention, the sheathing around the process container lid creates a catch pan and a drip tray at its bottom.
Finally, in yet another preferred embodiment of the invention, the service part is provided with a valve system in the form of a monoblock. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a top perspective view of a biotechnology device according to the invention; FIG. 2 is a top plan view of a biotechnology device according to the invention; and FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional side view of a vertical cylindrical process vessel of a biotechnological device according to the invention. EXAMPLES OF THE INVENTION
1 is a top perspective view of a biotechnology device according to the invention; FIG. The biotechnology device assembly is covered by a sheath 1. The sheathed device 1 comprises a first compartment 2, a second compartment 3 and a third compartment 4. These compartments 2, 3, 4 are generally separated by vertical partition walls. In the first compartment 2 there is a process vessel 5 provided with a lid 6. The casing 1 forms a catching pan 7 around the lid 6. In the upper part of the casing 1 there is a top ring 8 of the nozzles with service elements and in the lower part of the casing 1 there is a lower wreath 9 of the nozzles with operating elements. The casing 1 extends in the lower part of the device body to form a drip 10 in the form of a vertical strip adjoining the surface of the casing 1 to prevent the flow of liquids under the process vessel 5. A stirrer 11 is located below the process vessel 5. the third compartment 4. At least a portion of the door 12 is made of a transparent material to allow visual inspection of the D3581 25.6. 2014 what happens in the third compartment 4. In the front wall of the casing 1 there are two vertically arranged sight glasses 13 arranged one above the other to enable the monitoring of events inside the process vessel 5.
FIG. 2 shows a top plan view of a biotechnology device according to the invention in a horizontal plane. The biotechnology device assembly is disposed within the casing 1 in three compartments 2, 3 and 4 and comprises a process vessel 5 in which a stirrer 11 is arranged. The process vessel 5 is arranged in the first compartment 2. The second compartment 3 and the third compartment are adjacent to the first compartment 2 compartment 4. The second compartment 3 accommodates the electrical equipment of the biotechnology device assembly, such as the electrical switchgear 14, suspended from hinges 15 on the cladding 1 of the biotechnology device assembly. The hinges 15 allow the electrical switchgear 14 to open out of the cladding 1 for maintenance, repair, or any interference therewith. Further, in the second compartment 3, the filter unit 16, typically a HEPA filter. In the third compartment 4 there are arranged liquid media distributions of the biotechnological device assembly including the equalizing reservoir 17 of the valve 18, the circulation pump 19 and the conduit 20. In the casing 1 of the biotechnology device assembly there is a door 12 in the third compartment 4, which serves as an entrance to the space of the third compartment 4 and as a visual inspection window of the interior of the third compartment 4. In the front wall of the biotechnological device assembly, the upper and lower rim 8, 9 of the service portion of the biotechnology device are connected to the second compartment by cable collectors 21 and connected to the third compartment by pipe collectors 22. The pipe collectors 22 are connected to the valve monoblock 23 in the service portion of the biotechnology device. The second and third compartments 3.4 are separated by a wall 24 bent into a Z-shape.
Figure 3 is a schematic partial cross-sectional side view of a cylindrical process vessel 5 of the biotechnology device assembly D3581, June 25, 2014, in accordance with the present invention, wherein the section plane is indicated by lines 25 of the section plane. The section reveals a view of the interior of the third compartment 4 in which valves 18 are connected at the inlet and outlet of the pump 26 connected via a heat exchanger formed by the cooling unit 27 and the heating unit 28 to the buffer reservoir 17, the outlets of which are not shown (connected to the intermediate space of the process vessel) 5. The upper edge of the cladding 1 extends over the lid 6 to form a collecting pan 7 around the lid 6 of the processing vessel 5. Next, in FIG. 2, the door 12 is shown in the third compartment 4 of the biotechnological device assembly. The door 12 may include a window and may be opened to allow servicing and maintenance of valves 18, pump 26, cooling unit 27 and heating unit 28, or other equipment of the process vessel 5 therein. In the biotechnological device assembly of the invention, it is essential that it consists of compartments 2,3, 4 separating portions of the biotechnology device according to their properties. Thus, the electrical part comprising the electrical switchgear 14, the electrical cabling or the automation elements is protected in a separate second compartment 3. The separation, generally hermetic, of the entire electrical component leads to minimization of the risk of short circuit, water or steam leakage into the electrical circuits or their contamination. The second compartment 3 is cooled only by heat conduction of the material, without any forced air circulation and air exchange with the environment. The electrical parts are protected at IP 67 and vv / higher. The third compartment 4 is reserved for parts with the risk of leakage or with the risk of contamination. This third compartment 4 is closed with a door 12 made of laminated glass or containing a laminated glass window relative to the external environment and thus to the operation of the device. Thus, the user can see the condition of the components and any leakage of liquid or gas without being directly exposed. At the same time, the third compartment 4 also has space to accommodate additional biotechnology equipment accessories - for example, a decontamination system for thermal decontamination of bio-waste from the bioreactor. D3581 25.6.2014
In the first compartment 2 there is a process vessel 5. Its accessories are in the form of functional groups which can be placed in respective ports on the biotechnology device, in at least two groups of necks, the upper ring 8 of the necks below the minimum volume of liquid processed in the vessel and the lower the collars 9 of the spouts above the level of the maximum volume of liquid processed in the container. All neck rings form the service part of the biotechnology device assembly.
The compartments 2,3, 4 are further interconnected with the functional elements of the biotechnology device so that they do not cross these paths either by electrical wiring through the cable collectors 21 and by the media distribution via the pipe collectors 22. Thus, the steam distribution and condensate drainage pipes are provided by the pipe collectors. 22 to the attachment points in the upper collar 8 of the sockets and the lower collar 9 of the sockets to sheath 1 the biotechnology device. On the one hand, this design provides access to the pipeline for possible maintenance and service, but on the other hand, the pipeline is under the cover of the biotechnology device and thus the heat emissions are reduced, the risk of burns to the operator is avoided, dirt cannot build up on the pipeline and the pipeline does not prevent the operator access to the facility. Cable distributions are led by cable collectors 21 under the cover of 1 biotechnology device and completely outside the technological distribution / piping. The cable collectors 21 directly enter the second compartment 3. The cables are not exposed to the risk of damage by the user, do not prevent the user from accessing the biotechnology device, no dirt is deposited on them.
The valves in the service section are made by a specific, so-called monoblock design as the valve monoblock 23. Thus, instead of assembling several valves and connecting pipes, welds and bends, the CNC design is made of one piece stainless steel. This means a much more compact design with less space, better serviceability and easier maintenance. Valve monoblocks can also be made of other materials, such as titanium, which is lighter and has D3581 25.6. 2014 higher corrosion resistance and very low thermal expansion. Another option is GF PEEK, which has less heat transfer and is much lighter, but more prone to damage. These assemblies are made so that they can be easily removed from the biotechnology device, transferred, for example, from the upper collar 8 of the sockets to the lower collar 9 of the sockets or in the collar 8, 9, respectively, to the right or left, entirely according to the changing needs of the user. It is also possible to add new valve blocks and thus add new functions to biotechnology equipment or to remove them from biotechnology equipment. Valve monoblocks 23 can also be equipped with additional, extra features, such as temperature measurement in valve spaces, fully automatic valve control, and the like. The monoblock design, unlike welded assemblies, also guarantees a homogeneous quality of the material and its internal surfaces.
Also, the sterile gas filtration system used to aerate the biotechnology equipment is a monoblock, compact design, is constructed in a four-valve, in-situ re-sterilizable design, and is located on the sheath 1 of the biotechnology device for easy replacement of the filter cartridges. Multiple assemblies can be easily placed on a biotech device, such as separate aeration " headspace "," sparger ", and filtration of biotechnology device exhaust, and some may be removed later. In the compartmentation of the device, ie the separation of the equipment into separate technological spaces, the compartments 2,3, 4, the compartments 2, 3, 4 can also be hermetically separated by filtering the air exchange in the space encased by the sheathing 1. The advantage is that in particular in the third compartment, which is reserved for parts with the risk of leakage or with the risk of contamination, can monitor the components through a CCD camera or visually through the glass without the operator being directly exposed to the content of this third compartment 4 or potentially releasing it The advantage is also the fact that the electrical distribution, pneumatic and piping systems leading water, condensate steam, products, or other piping systems are led to -11- · »····
the distribution lines in the cable collectors 21 and the pipe collectors 22, which in normal operation are closed to the environment, but are easy to dismantle for service and maintenance.
The formation of the neck rings 8, 9 of the service portion of the biotechnology device assembly provides the following important advantages: the functional group connected to the shrouds 8, 9 form a compact assembly that can be easily placed in the appropriate port of the biotechnology device and also easily removed or moved to another port. It also allows aseptic connection to down stream or up stream technology and in-situ re-sterilization. In doing so, it is easy to connect these functional groups to the media inlets, such as product feed, culture medium, steam, water, air, and disconnection from these inlets. This arrangement also makes it easy to connect these functional groups to measurement and control elements and automation elements such as valve control, etc ..
The outer casing 1 of the biotechnology device does not only cover the process vessel 5 and its shell, but the entire assembly of biotechnology device. Upward, the structure is pulled out to form a catch pan 7 with a closable drain opening around the process container lid assembly 6. Handling around the lid 6, pouring or pouring the components into the container through the open lid 6 is thus facilitated and any contamination around the lid 6 can be easily decontaminated and washed by the process container 5. Liquid spillage or dirt spillage throughout the biotechnology device is prevented. Minor leaks from the lid structure 6, for example by the worn seal of the lid 6, are seen and caught in this structure of the collecting pan 7. From the lid 6 down to the bottom of the process vessel 5, the casing 1 of the biotechnology device forms a smooth, clear, easy to clean design. It can also be easily disinfected, washed.
Above the bottom of the process vessel 5, the straight cladding line 1 is terminated by drip 10. Thus, the rim of the cladding 1 prevents the liquid from running down the wall of the vessel to the agitator assembly 11 and the bottom valves. D3581 25.6.2014 In its entire height, the cladding 1 is filled with a layer of ceramic thermal insulation. As a result, the thermal emissions from the device, even in the upper portions of the process vessel 5, are considerably reduced above the level of the double shell of the process vessel 5. It is also possible to thermally insulate the process vessel lid 5 itself.
Industrial usability
This solution can be advantageously used in the design and construction of biotechnology equipment kits, eg bioreactors or fermenters, or mixed reactors, especially adapted for use in the cultivation of organisms such as microbial and tissue cultures, or multiphase cultivation, and in " upstream " and Downstream " facilities.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-442A CZ2014442A3 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Biotechnological device assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-442A CZ2014442A3 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Biotechnological device assembly |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2014442A3 true CZ2014442A3 (en) | 2016-01-06 |
Family
ID=55080285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-442A CZ2014442A3 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Biotechnological device assembly |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2014442A3 (en) |
-
2014
- 2014-06-27 CZ CZ2014-442A patent/CZ2014442A3/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080187415A1 (en) | Methods for performing operations, a housing for such methods and furnishings for such housing | |
| US4696902A (en) | Modular apparatus for cell culture | |
| KR101357418B1 (en) | Cell culturing device | |
| US3536370A (en) | Controlled environment apparatus | |
| CN109661582A (en) | Automatic cytological processing system and method | |
| JP6884392B2 (en) | Incubator and incubator system with clean bench function | |
| WO2012141055A1 (en) | Cell culture device and transport device | |
| US20130210130A1 (en) | Automated cell culture system | |
| EP3165283B1 (en) | Safety cabinet | |
| WO2008028143A2 (en) | Bioreactor for growing biological materials supported on a liquid surface | |
| JP2006014675A (en) | Incubator and culture cassette used for the same | |
| JP2010161931A (en) | Cell culture method and cell culture apparatus | |
| KR102130662B1 (en) | Culture apparatus capable of mass production of mushroom spawn | |
| CN107904174A (en) | One kind group embryo experiment cell incubator | |
| CN102599077B (en) | Sterilized connection apparatus | |
| CN201161960Y (en) | Continuous biological safety laboratory wastewater treatment system | |
| CN110479388A (en) | A kind of sterile operating device for stem cell preparation | |
| CN109364279A (en) | It is a kind of can online CIP/SIP thimerosal filtration sterilization and cleaning system | |
| WO2011038008A2 (en) | Method and apparatus for sterile sampling for gmp reactor applications | |
| CZ2014442A3 (en) | Biotechnological device assembly | |
| CN106269000A (en) | One can sterilizing thermostat water bath and application | |
| CZ2014441A3 (en) | Processing container | |
| IT201800000749A1 (en) | Compact plant with controlled contamination for the treatment of cell lines | |
| CN211050331U (en) | Multi-layer culture dish sterilization box | |
| Jain et al. | Cell Culture Laboratory |