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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum parallelen
Beaufschlagen von in mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen Kulturen mit
einem gasförmigen
Medium sowie eine Expositionsvorrichtung.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, der in einem Kulturgefäß enthaltenen
Kultur flüssige Nährmedien
zuzuführen.
So ist insbesondere bekannt, ein bestimmtes flüssiges Nährmedium innerhalb des Kulturgefäßes durch
ein anderes Nährmedium
auszutauschen, einen bestimmten Flüssigkeitspegel des flüssigen Nährmediums
innerhalb des Kulturgefäßes einzustellen
und das Kulturgefäß zu entleeren.
Ein Beispiel für
eines solches Kulturgefäß ist in
der Druckschrift
DE
196 19 114 A1 gezeigt.
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So
ist es weiterhin bekannt, die Kulturen innerhalb des Kulturgefäßes mit
einem gasförmigen Medium
zu beaufschlagen, die Zellkulturen somit vorgegebenen schädigenden
und therapeutischen Bedingungen auszusetzen. Aus der
DE 198 01 762 ist es weiterhin bekannt,
neben der Behandlung von Zellkulturen mit Gasen und/oder Aerosolen
auch partikuläre
Wirkstoffe unmittelbar mit den Zellkulturen in Kontakt zu bringen.
Hierzu werden die zu untersuchenden Partikel auf die Zellkulturen
aufgestäubt
und ggf. unter Senken und Heben des Nährflüssigkeitspegels innerhalb des
Kulturgefäßes von
der Zellkultur abgehoben bzw. mit dieser in Kontakt gebracht.
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All
diesen bekannten Kulturgefäßen ist
gemein, daß eine
bestimmte gasförmige
Atmosphäre oberhalb
der in dem Kulturgefäß enthaltenen
Kultur durch Zuführen
der gewünschten
Atmosphäre
eingestellt werden kann. Dies geschieht entweder, indem das Kulturgefäß mit der
Umgebungsluft kommuniziert, d.h. die Umgebungsluft über eine
Eingangsöffnung
in das Kulturgefäß gelangen
kann, oder indem über
die Eingangsöffnung
eine gewünschte
Atmosphäre
beispielsweise von einer unter leichtem Druck stehenden Vorratsflasche
an die Kultur angelegt wird. Bei letzterer Methode strömt nach Öffnen des Druckventils
in der Vorratsflasche aufgrund des anfänglichen Druckunterschiedes
zwischen der Atmosphäre
in der Vorratsflasche und der Atmosphäre in dem Kulturgefäß solange
etwas von der Atmosphäre aus
der Vorratsflasche in das Kulturgefäß, bis sich ein statisches
Druckgleichgewicht eingestellt hat. Danach gibt es keine weitere
Strömung
in das Kulturgefäß, erst
recht nicht in Richtung der Kulturoberfläche. Der einzige Antrieb einer
Bewegung der Partikel in dem gasförmigen Medien erfolgt dann über den
Diffusionsmechanismus. Grundsätzlich
wird in beiden Fällen
also das gasförmige
Medium statisch angelegt.
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Der
Nachteil dieser bekannten Methoden zum Beaufschlagen der Kultur
mit einem gasförmigen
Medium liegt darin, daß keine
zeitlich und räumlich
homogene Verteilung der Atmosphäre über die gesamte
Zellkulturoberfläche
bzw. bei mehreren in mehreren verschiedenen Kulturgefäßen aufgenommenen
Zellkulturen über
die mehreren Zellkulturoberflächen
gewährleistet
werden kann und damit beispielsweise die Ergebnisse der Versuche
mit diesen Zellkulturen in Verbindung mit der Atmosphäre statistisch
unerwünschten
Schwankungen ausgesetzt sind.
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Insbesondere
bei gasförmigen
Medien, welche Partikel mit sich führen, läßt sich mit den bekannten Verfahren
bzw. Vorrichtungen keine homogene Verteilung der Partikel auf der
Oberfläche
der Zellkulturen erzielen, was zu ungenauen Meßergebnissen führen kann.
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Die
US 5,308,758 zeigt eine
Beaufschlagungsvorrichtung, bei der das gasförmige Medium durch die in einem
Kulturgefäß aufgenommene
Kultur hindurchgeleitet wird, und nicht über deren Oberfläche hinweg.
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Die
DE 198 11 735 A1 zeigt
einen geschlossenen Innenraum, in dem mehrere Kulturgefäße mit darin
aufgenommenen Kulturen gestellt sind, wobei ein im Raum angeordneter
Propeller die Luft über den
Kulturgefäßen gleichmäßig verteilt.
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Die
gattungsgemäße
DE 195 26 533 A1 zeigt eine
Beaufschlagungsvorrichtung zum parallelen Beaufschlagen von in mehreren
Kulturgefäßen aufgenommenen
Kulturen mit einem gasförmigen
Medium, das über
ein Verteilungssystem zu den mehreren Kulturgefäßen geführt wird. Das Verteilungssystem umfaßt eine
Rauchverteilungsebene, die mit Teflon beschichtet ist, und ein Zuleitungssystem,
das stern- und kanalförmig
ausgebildet ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen
und Verfahren zum Beaufschlagen von in mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen
Kulturen mit einem gasförmigen
Medium dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine möglichst homogene Verteilung
des zu beaufschlagenden gasförmigen
Mediums auf den Kulturoberflächen
erzielt werden kann.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe jeweils mit den Gegenständen der Ansprüche 1 und
16.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Vorrichtung zum parallelen Beaufschlagen von in mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen Kulturen
weist für
jedes Kulturgefäß ein Strömungsmittel
auf, welches das gasförmige
Medium von einem Eingang zur Oberfläche der zugehörigen Kultur und
von dort zu einem Ausgang führt,
das derart ausgestaltet ist, daß über die
Oberfläche
der Kultur eine gezielte Strömung
erzeugt wird. Somit ist es möglich, parallel
mehrere Untersuchungen mit gleichen oder unterschiedlichen Kulturen
durchzuführen,
die jeweils alle die gleiche Zusammensetzung des (Prüf)-Mediums
erhalten, um die Meßergebnisse
statistisch aufzubessern bzw. ein entsprechendes Medium mittels
mehrerer Kulturen gleichzeitig auf verschiedene Reaktionen hin zu
untersuchen.
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Dabei
sind zum weiteren Homogenisieren des gasförmigen Mediums vor Überströmen der
einzelnen Kulturoberflächen
die mehreren Strömungsführungsmittel
alle über
eine gemeinsame Verwirbelungskammer mit dem Eingang verbunden. Außerdem sind
hierfür
bevorzugt die mehreren Strömungsableitmittel alle über eine
gemeinsame Ausgangskammer mit der Pumpe verbunden.
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Unter
einer gezielten Strömung
wird insbesondere eine Art steuerbare Strömung verstanden, die zwangsgeführt und
kontinuierlich (unterbrochen oder ununterbrochen) über die
Oberfläche
strömt, und
zwar derart, daß der
Strömungsverlauf
im vornherein nach bestimmten Kriterien optimiert ist, sei es in
seiner zeitlichen oder räumlichen
Homogenität.
Mit einer Strömung
lassen sich gegenüber
dem aus dem Stand der Technik bekannten statischen Anlegen eines
gasförmigen
Mediums die Verhältnisse
des zu beaufschlagenden Mediums (Konzentrationen, Homogenitäten, etc.)
oberhalb der Kultur sehr viel genauer einstellen.
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Außerdem wird
es möglich,
auch allein die Außenatmosphäre (Außenluft)
als gasförmiges
Medium zufriedenstellend über
die Kulturoberfläche
zu leiten. Bei der statischen Situation wurden beispielsweise die
in die Außenluft
abgegebenen Reaktionsprodukte der Kulturen nur unzureichend abtransportiert und
konnten somit das Versuchsergebnis verfälschen. Mit dem Einstellen
einer Strömung
ist nunmehr vorteilhaft eine sehr viel größere Bandbreite an Simulationsmöglichkeiten
gegeben, insbesondere hinsichtlich der Einstellung der Konzentration
des gasförmigen
Mediums oberhalb der Kulturen.
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Auch
ist hiermit die problematische Behandlung der Kulturen mit Festpartikeln
zufriedenstellend gelöst
(siehe oben). Nunmehr können
die Festpartikel in dem gasförmigen
Medium mitgeführt
werden und mit der Strömung über die
Oberflächen
geleitet werden. So kann beispielsweise die Belastung von Lungenzellen
durch Partikel durch Verändern
der Strömung
oberhalb der Lungenzellen untersucht werden.
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Das
gasförmige
Medium kann erfindungsgemäß als reines
Gas vorliegen, d.h. alle darin enthaltenen Stoffe (Atome, Moleküle, etc.)
befinden sich in der Gasphase, und/oder es kann auch als Träger für Fest-
und/oder Flüssigstoffe
dienen. Insbesondere können
so Aerosole, zerstäubte Flüssigkeiten,
kleine Flüssigkeitströpfchen (z.B.
Pflanzenschutzmittel als Sprühnebel,
etc.), Schwebeteilchen, Feststoffpartikel (z.B. Holzstaub, etc.),
gasförmige
Suspensionen, zerstäubte
Suspensionen oder Emulsionen als zu tragende Substanzen in dem Trägergas enthalten sein.
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Bevorzugt
weist die Vorrichtung ein Mittel zum kontinuierlichen Erzeugen einer
Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang auf.
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Bevorzugt
weist das Strömungsführungsmittel
folgendes auf: wenigstens ein Strömungseinleitmittel mit zwei
Enden, dessen erstes Ende in das Kulturgefäß eintaucht und dessen zweites
Ende mit dem Eingang kommuniziert, und wenigstens ein Strömungsableitmittel
mit zwei Enden, dessen erstes Ende in das Kulturgefäß eintaucht
und dessen zweites Ende mit dem Ausgang kommuniziert. Vorteilhaft wird
mit dieser Strömungsführung das
zu beaufschlagende gasförmige
Medium als gerichte Strömung
direkt zur Oberfläche
der Kultur zwangsgeführt.
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Bevorzugt
ist das Mittel zum kontinuierlichen Erzeugen einer Druckdifferenz
eine Pumpe, die mit ihrem saugseitigen Anschluß strömungstechnisch nach dem Kulturgefäß angeordnet
ist. Zum vorteilhaften Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums
oberhalb der Oberfläche
der Zellkultur ist die Pumpe in ihrer Pumpleistung dabei besonders bevorzugt
steuerbar.
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Zum
Erzielen einer Strömung über im wesentlichen
die gesamte Oberfläche
einer Kultur entsprechen die Strömungsein leitmittel
im Bereich ihres ersten Endes in ihrer Querschnittsform bevorzugt
in etwa der Querschnittsform des zugehörigen Kulturgefäßes. Außerdem ist
hierzu die Vorrichtung bevorzugt zum Beaufschlagen von Kulturgefäßen, die
einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen, mit einem gasförmigen Medium ausgelegt, wobei
die Strömungseinleitmittel
zumindest im Bereich ihres ersten Endes einen kreisförmigen Querschnitt
haben, und der Außendurchmesser
eines Strömungseinleitmittels
etwas geringer als der Innendurchmesser des zugehörigen Kulturgefäßes in der
Nähe der
Oberfläche
der im Kulturgefäß aufgenommen
Kultur ist.
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Zum
Erzielen einer definierten Strömung
in unmittelbarer Nähe
der (Zell)-Kulturoberfläche
taucht das Strömungseinleitmittel
bevorzugt in das zugehörige
Kulturgefäß bis kurz
oberhalb der Oberfläche
der im jeweiligen Kulturgefäß aufgenommenen
Kultur ein.
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Bevorzugt
ist die Vorrichtung zum Beaufschlagen von Kulturgefäßen, die
einen sich zum Gefäßboden konisch
verjüngenden
Querschnitt aufweisen, mit einem gasförmigen Medium ausgelegt, wobei
die Strömungsableitmittel
derart ausgebildet sind, daß sie
bezüglich
der Gefäßhöhe des Kulturgefäßes lediglich
eine kurze Strecke in das zugehörige
Kulturgefäß eintauchen.
Vorteilhaft wird hiermit eine besonders homogene Strömung im
Bereich der Kulturoberfläche
erzielt.
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Als
weitere bevorzugte Maßnahmen
zum Verbessern des Strömungsprofils
und/oder Vereinfachen des Gesamtaufbaus wird folgendes vorgesehen:
- – das
Strömungseinleitmittel
ist als gerades Zylinderrohr ausgebildet, dessen zweites Ende eine bestimmte
Strecke weit in die gemeinsame Verwirbelungskammer ragt,
- – das
Strömungsableitmittel
ist als gerades Zylinderrohr ausgebildet, dessen zweites Ende in
die gemeinsame Ausgangskammer mündet,
- – der
Zylinderaußendurchmesser
des Strömungseinleitmittels
ist etwas geringer als der Zylinderinnendurchmesser des Strömungsableitmittels
und das Strömungsein leitmittel
ist zentral innerhalb des Strömungsableitmittels
geführt,
und/oder
- – der
Unterschied zwischen dem Zylinderaußen- und dem Zylinderinnendurchmesser
zuzüglich der
Zylinderwandstärke
des Strömungsableitmittels
entspricht in etwa dem Unterschied des Innendurchmessers des Kulturgefäßes in Höhe des ersten
Endes des Strömungseinleitmittel
und in Höhe
des ersten Endes des Strömungsableitmittels.
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Zum
Erzielen einer möglichst
kompakten Bauweise ist die Ausgangskammer bevorzugt zwischen der
Verwirbelungskammer und den aufzunehmenden Kulturgefäßen angeordnet,
wobei die Strömungseinleitmittel
durch die Ausgangskammer geführt
und von dieser strömungstechnisch
isoliert sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Expositionsvorrichtung zum Versorgen
von in mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen
Kulturen mit einem flüssigen
Medium, welche ferner eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beaufschlagen
von in mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen
Kulturen mit einem gasförmigen
Medium aufweist. Die Expositionsvorrichtung kann beispielsweise
mobil für
Untersuchungen umweltrelevanter Atmosphären sowohl im Innen- als auch
im Außenraumbereich
zur Bestimmung des gesundheitsgefährdenden Potentials an Zellen eingesetzt
werden. Die Kulturen können
dabei bei den Feldversuchen vorteilhaft über das flüssige Medium versorgt (d.h.
ernährt)
werden.
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Bevorzugt
umfaßt
die Expositionsvorrichtung ferner folgendes: eine Kultureinheit,
welche zur Aufnahme von mehreren, insbesondere vier Kulturgefäßen dient,
und eine Versorgungseinheit zum Versorgen der Kulturen in den Kulturgefäßen mit
dem flüssigen
Medium aufweist, eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der Kultureinheit,
und eine Einrichtung zum automatischen Positionieren und Koppeln
der Kultureinheit mit der Vorrichtung zum Beaufschlagen der Kultur
mit einem gasförmigen
Medium. Vorteilhaft ist hiermit eine besonders einfache Handhabung der Expositionsvorrichtung,
insbesondere hinsichtlich des Austauschs von Kulturgefäßen, ermöglicht.
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Bevorzugt
weist die Kultureinheit ferner eine temperierbare Wanne zur Aufnahme
der Kulturgefäße auf.
Vorteilhaft können
die Kulturen somit auch außerhalb
des Labors auf Temperaturen gehalten werden, welche für das Überleben
bzw. Wachstum der Kulturen notwendig sind.
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Bevorzugt
weist die Expositionsvorrichtung ferner eine federnd gehalterte
Kontaktplatte auf, die in der Ankoppelposition der Kultureinheit
in Kontakt mit den Gefäßrändern der
Kulturgefäße gelangt
und dabei federnd nachgibt. Vorteilhaft wird damit der Anpreßdruck der
Kulturgefäße an die
Beaufschlagungsvorrichtung und damit auch die Dichtheit an dieser Stelle
erhöht.
Ganz besonders bevorzugt sind hierzu Dichtmittel in die Kontaktplatte
eingelassen, und zwar wenigstens in den Bereichen der Kontaktplatte, die
in der Ankoppelposition mit den Gefäßrändern der Kulturgefäße in Kontakt
kommen.
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Die
in der Expositionsvorrichtung in Kombination beanspruchten Merkmale
können
vorteilhaft auch unabhängig
voneinander, insbesondere ohne die Vorrichtung zum Beaufschlagen
von in mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen
Kulturen mit einem gasförmigen
Medium verwirklicht werden.
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Die
Erfindung sowie weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert,
in der:
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1a,
b jeweils zwei unterschiedliche Seitenansichten einer Expositionsvorrichtung
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigen,
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2 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Beaufschlagen von in
mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen
Kulturen mit einem gasförmigen Medium
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
zeigt, mit der die prinzipielle Funktionsweise dieser Vorrichtung
erläutert
werden soll, und
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3 eine
detailliertere Ansicht der in 2 gezeigten
Vorrichtung ist.
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Die
(mobile) Expositionsvorrichtung weist ein Gestell 2 auf,
das an einer Bodenplatte 4 befestigt ist. Die Bodenplatte 4 steht
auf drei oder mehreren höhenverstellbaren
Füßen 6 zum
horizontalen Ausrichten einer Flüssigkeitsoberfläche einer
in der Expositionsvorrichtung aufgenommenen Flüssigkeit (siehe unten) im Schwerefeld.
An dem Gestell 2 ist eine in der Höhe verfahrbare Mittelplatte 8 zum
Aufnehmen einer Kultureinheit 10 angeordnet. Die Mittelplatte 8 weist
hierzu eine Art Schubladenfach auf, in das der kastenförmige Bodenabschnitt
der Kultureinheit 10 eingeschoben und dort in seiner Lage
festgelegt werden kann. Die Festlegung wird dabei über eine
Feder/Nut-Führung 12 gewährleistet.
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Die
Kultureinheit 10 umfaßt
in Höhe
ihres Bodenabschnitts einen temperierbaren Metallblock 14, der
eine wannenförmige
Vertiefung zur Aufnahme einer Wanne 16 aufweist, und oberhalb
ihres Bodenabschnitts einen Vorratsbehälter 18 (beispielsweise eine
Mediumflasche) zum Aufnehmen eines flüssigen Mediums sowie eine Schlauchpumpe 20 zum Fördern des
flüssigen
Mediums zwischen der Wanne 16 und dem Vorratsbehälter 18.
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Die
Wanne 16 weist wiederum nicht dargestellte Aufnahmemittel
für die
Aufnahme von Kulturgefäßen 22 (z.B.
Transwell-Inserts)
auf, wobei die Kulturen in den Kulturgefäßen 22 aufgenommen
werden. Beispielsweise kann an dieser Stelle die in dem deutschen
Patent 198 01 763 offenbarte Kulturvorrichtung als Kulturgefäß 22 verwendet
werden. Die Offenbarung dieses Patentes wird hiermit durch Bezugnahme
vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen.
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Diese
Kulturgefäße 22 (Transwell-Inserts) haben
beispielsweise eine becherartige Form mit kreisförmigen Querschnitt, wobei sich
der Durchmesser von der Becheröffnung
bis zum Becherboden konisch verjüngt.
Der Becherboden besteht aus einem porösen Kunststoffmaterial, zum
Beispiel aus Polyethylenterephthalat. Das Zellkulturinsert stellt
eine flüssigkeitsdurchlässige Tragstruktur
für eine
Membran dar, die je nach Erfordernis der zu kultivierenden Zellen
aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien hergestellt sein kann,
z.B. ebenfalls Polyethylenterephthalat. Die Membran trägt dabei
die Zellkultur.
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Ferner
umfaßt
die Kultureinheit 10 wenigstens einen, vorzugsweise zwei
oder auch mehrere nicht dargestellte Sensoren und eine zugehörige nicht
dargestellte Steuer-/Regelungseinheit,
welche die Kulturen in den Kulturgefäßen 22 pulsmäßig versorgt
(pulsmäßige Steuerung
der Zufuhr und Abfuhr von beispielsweise Nährflüssigkeit) und das Niveau des
Mediums innerhalb der Kulturgefäße 22 regelt. Damit
können
beispielsweise die Kulturen innerhalb der Kulturgefäße 22 periodisch
abwechselnd basal und submers ernährt werden, indem der Flüssigkeitspegel
der Nährflüssigkeit
entsprechend oberhalb oder unterhalb der Oberfläche der Kulturen eingestellt
wird. Für
weitere Details bezüglich
der Pulssteuerung und Niveauregelung des flüssigen Mediums innerhalb der
Kulturgefäße 22 wird
ebenfalls auf die in der Anlage beigefügte Patentanmeldung verwiesen.
Es sei bemerkt, daß der
Unterschied zwischen der in der beigefügten Patentanmeldung beschriebenen
Kulturvorrichtung und der hier beschriebenen entsprechenden Wanne 16 darin
besteht, daß in
der Wanne 16 die Kulturgefäße nicht mehr über Module
mit jeweils drei Kulturgefäßen eingebracht sind,
sondern direkt in der Wanne 16 hängen. Die Versorgung der Kulturgefäße 22 in
der Wanne 16 mit Nährflüssigkeit
erfolgt hierbei über
den Deckel der Wanne 16, wobei die Flüssigkeit dann über den
porösen
Boden der Kulturgefäße 22 in
diese eindringen kann. Auch die nicht dargestellten Sensoren sind nun nicht
mehr pro Modul vorgesehen, sondern können an der Seitenwand der
Wanne 16 angebracht sein, und zwar in der Höhe verstellbar,
so daß sie
verschiedene Flüssigkeitspegel
innerhalb der Wanne 16 detektieren können. Hierzu kann eine beliebige
Anzahl an (höhenverstellbaren)
Sensoren vorgesehen sein, die alle in unterschiedlicher Höhe an der
Seitenwand der Wanne 16 angebracht sind. Damit kann beispielsweise
der Flüssigkeitspegel
innerhalb der Wanne 16 so gesteuert werden, daß simultan
einige Kulturen submers, andere hingegen noch basal ernährt werden
(sofern die Kulturgefäße 22 unterschiedliche Eintauchtiefen
in die Wanne 16 aufweisen). Alternativ kann selbstverständlich auch
die in der beigefügten Patentanmeldung
beschriebene Kulturvorrichtung unverändert übernommen werden.
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Es
können
ferner (nicht dargestellte) Temperatursensoren an oder innerhalb
der Wanne 16 vorgesehen sein, und zwar für eine Temperaturregelung der
Flüssigkeit
innerhalb der Wanne 16.
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Insgesamt
integriert die Kultureinheit 10 also sämtliche Elemente zur optimalen
Versorgung der Kulturen (Zellen, etc.) während der Expositionsphase in
dem temperierbaren Metallblock 14. Die Mittelplatte 8 wird
dabei nach Bestückung
mit den zu untersuchenden Kulturen in den Kulturgefäßen 22 mittels
eines Getriebemotors 24 und einer Gewindespindel 26 zu
einer Beaufschlagungsvorrichtung 28 hochgefahren. Die Beaufschlagungsvorrichtung 28 ist
samt ihrer zugehörigen
Vakuumpumpe 30 auf einer Deckelplatte 32 montiert.
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Nachfolgend
wird die Beaufschlagungsvorrichtung 28 mit Bezug auf die 2 und 3 im
Detail beschrieben. Die Beaufschlagungsvorrichtung 28 setzt
sich im wesentlichen aus einer oberen Verwirbelungskammer 34,
einer darunter angeordneten und lediglich durch eine Trennwand 36 voneinander getrennte
Ausgangskammer 38 (beide Kammern 34 und 38 bilden
also ein Zweikammersystem), mehreren Strömungseinleitrohren 40 mit
jeweils einem ersten 41a und einem zweiten Ende 41b,
mehreren Strömungsableitrohren 42 mit
jeweils einem ersten 43a und einem zweiten Ende 43b,
einer Ansaugöffnung 44 und
der Vakuumpumpe 30 zusammen. Die Ansaugöffnung 44 (die beispielsweise
als Ansaugstutzen mit einer bestimmten Höhe ausgebildet sein kann, um
die Außenatmosphäre deutlich
oberhalb der Luftschicht anzusaugen, die ggf. durch Abdampfungsphänomene unerwünschter
Stoffen von der gesamten Expositionsvorrichtung verunreinigt ist und
das Meßergebnis
verfälschen
würde), über die das
zu beaufschlagende Medium eingesaugt wird, ist an der Oberseite
der Verwirbelungskammer 34 angeordnet. Das zu beaufschlagende
Medium kann entweder von einer weiteren nicht dargestellten Vorratsflasche
oder einer Erzeugungseinheit zum Erzeugen des Mediums (Dieselmotor,
Benzinmotor, Reaktionsbehälter,
in dem das zu beaufschlagende Medium erst aus einem oder mehreren
Ausgangsprodukten erzeugt wird, etc.) stammen, sofern ein in seiner
Zusammensetzung bekanntes gasförmiges
Medium zu den Zellkulturen eingeleitet werden soll, oder bei Anwendung
der Expositionsvorrichtung in einem Feldversuch aus der Außenatmösphäre. Somit
können beispielsweise
die Auswirkungen verschiedener natürlich vorkommender Atmosphären auf
das Wachstum oder generell das Verhalten von Zellkulturen (beispielsweise
Lungenzellen, etc.) untersucht werden.
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Die
Strömungseinleitrohre 40 sind
als gerade Zylinderrohre (z.B. als Metallhülse) mit einem kreisförmigen Querschnitt
ausgebildet, der über
ihre gesamte Länge
gleich ist. Die Strömungseinleitrohre 40 ragen
mit ihrem zweiten Ende 41b ein Stück weit von der Unterseite
der Verwirbelungskammer 34, d.h. von der Trennwand 36,
in den Innenraum der Verwirbelungskammer 34, durchdringen
die Ausgangskammer 38 von deren Oberseite, d.h. der Trennwand 36,
bis zu deren Unterseite 46 und ragen anschließend mit
ihrem ersten Ende 41a ein Stück weit über die Unterseite 46 hinaus
ins Freie (bei nicht aufgesetztem Kulturgefäß 22). Wie aus 3 deutlich
sichtbar wird, sind die Strömungseinleitrohre 40 gegenüber der
Ausgangskammer 38 über
Dichtringe 48 luftdicht abgedichtet und mittels geeigneter
Befestigungsmittel 50 sowohl gegen laterales als auch axiales
Verschieben festgelegt. Alternativ können die Strömungsableitrohre 42 in
einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
auch als mehre re separate, um den Außenumfang jeweils eines Strömungseinleitrohres 40 angeordnete
Röhrchen
mit kleinem Durchmesser ausgebildet sein.
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Die
Strömungsableitrohre 42 sind
ebenfalls wie die Strömungseinleitrohre 40 als
gerade Zylinderrohre (z.B. als Metallhülse) mit einem kreisförmigen Querschnitt
ausgebildet, der über
ihre gesamte Länge
gleich ist. Ihr Durchmesser ist jedoch etwas größer dimensioniert als der Durchmesser
der Strömungseinleitrohre 40.
Dabei verlaufen die Strömungseinleitrohre 40 zentral
innerhalb der Strömungsableitrohre 42 und
ragen an der Unterseite 46 der Ausgangskammer ein Stück weit
aus den Strömungsableitrohren 42 heraus.
Diese herausragende Länge
ist so bemessen, daß bei
einem konisch sich zum Boden verjüngenden Kulturgefäß 22 die
Strömungseinleitrohre 40 bis
knapp oberhalb der Oberfläche
der sich darin befindlichen Zellkultur 23 reichen, die
Strömungsableitrohre 42 hingegen
lediglich ein kurzes Stück
von oben in das Kulturgefäß 22 ragen.
Dabei ist der Außendurchmesser
der Strömungseinleitrohre 40 so
bemessen, daß er
etwas geringer als der Innendurchmesser des Kulturgefäßes 22 in
Nähe der
Oberfläche
der Zellkultur 23 ist. Insgesamt bildet sich bei aufgesetztem
Kulturgefäß 22 somit
ein ringförmiger
Spalt am ersten Ende 40a bzw. der unteren Mündung der
Strömungseinleitrohre 40 zwischen
deren Außenwand
und der Innenwand des Kulturgefäßes 22,
durch welchen das gasförmige Medium
strömen
kann. Dieser ringförmige
Spalt kann auch auf andere Weise als über die beschriebene Art mit
den beiden ineinander geschobenen Zylinderrohren 40 und 42 erzielt
werden. Der Strömungsverlauf durch
die Beaufschlagungsvorrichtung 28 ist mit den einzelnen
Pfeile in 2 angedeutet.
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Insgesamt
strömt
das gasförmige
Medium aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Ansaugstutzen 44 und
dem Ausgang 39, welche durch die am Ausgang 39 der
Ausgangskammer 38 angeschlossene Vakuumpumpe 30 erzeugt
wird, also durch den Ansaugstutzen 44, wird in der Verwirbelungskammer 34 so
verwirbelt, daß das
gasförmige Medium
möglichst
homogen durch alle Strömungseinleitrohre 40 einströmen kann,
von dort ge langt es auf die Oberfläche der Zellkulturen 23 in
den einzelnen Kulturgefäßen 22,
strömt
dort kontinuierlich über die
im wesentlichen die gesamte Zellkulturoberfläche und entlang der Gefäßinnenwände der
Kulturgefäße 22 nach
oben zu dem ringförmigen
Eingangsspalt zwischen Strömungeinleit- 40 und
-ableitrohr 42, durch das Strömungsableitrohr 42 in
die Ausgangskammer 38 und von dort über den Ausgang 39,
die Vakuumpumpe 30 und den Pumpenausgang 31 ins Freie.
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In
der in 1 gezeigten Expositionsvorrichtung
befindet sich an der Unterseite 46 der Ausgangskammer 38 eine
gefederte Kontaktplatte 52, welche bei Hochfahren der Mittelplatte
mit der Kultureinheit 10 bei Kontakt nach oben federnd
nachgibt und somit einen gewissen Anpreßdruck des Außenrandes
der Kulturgefäße 22 gegen
eine in der Kontaktplatte 52 eingelassene Silikonmatte 53 herstellt. Die
Silikondichtung kann alternativ (nicht dargestellt) auch nur ringförmig um
die Strömungsableitrohre 42 herum
in die Kontaktplatte 52 eingelassen sein. Dies sorgt für einen
luftdichten Abschluß des
Innenraums der Kulturgefäße 22 gegenüber dem
Außenraum. Damit
wird gewährleistet,
daß jede
Zellkultur 23 im Prinzip einer identischen Zusammensetzung
der Atmosphäre
ausgesetzt ist, da alle Zellkulturen 23 die durch eine
einzige Ansaugöffnung 44 angesaugte
Atmosphäre
erhalten, die anschließend
noch in der Verwirbelungskammer 34 derart homogenisiert
wird, daß etwaige
Konzentrationsunterschiede über
den Einströmquerschnitt
gesehen nochmals ausgeglichen werden.
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Die
Beaufschlagungsvorrichtung 28 ist dabei entweder über Federmittel 54 auf
der Kontaktplatte 52 aufgesetzt (wobei die Kontaktplatte 52 direkt
mit der Deckelplatte 32 gekoppelt ist). Hiermit wird gewährleistet,
daß bei
Einrücken
der Federmittel 54 die ersten Enden 41a und 43a der
Strömungseinleit- 40 bzw.
-ableitrohre 42 unabhängig
von der Einrücktiefe der
Federmittel 54 immer gleich weit in die Kulturgefäße 22 eintauchen.
Andererseits können
die Kontaktplatte 52 über
die Federmittel 54 und die Beaufschlagungsvorrichtung 28 direkt
mit der Deckelplatte 32 gekoppelt sein. Damit variiert
aber je nach Einrücktiefe
des Fe dermittels 54 beim Anpressen der Kultureinheit 10 an
die Kontaktplattte 52 auch die Eintauchtiefe der Strömungseinleit- 40 bzw.
ableitrohre 42 in die Kulturgefäße 22.
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Die
Pumpleistung der Vakuumpumpe 30 ist wähl- und steuerbar, so daß insbesondere
die Strömungsgeschwindkeit
oberhalb der Kultur 23 verändert werden kann. So kann
beispielsweise durch Erhöhen
der Strömungsgeschwindigkeit
die Konzentration von in der Atmosphäre enthaltenen Schadstoffen künstlich
erhöht
werden, da bei erhöhter
Strömungsgeschwindigkeit
pro Zeiteinheit eine größere Menge dieser
Schadstoffe an der Oberfläche
vorliegt. Dies kann in Fällen
vorteilhaft sein, in denen die Zellen grundsätzlich eine höhere Aufnahmerate
für diesen Schadstoff
haben (d.h. bei höheren
Konzentrationen auch mehr Schadstoffe pro Zeiteinheit aufnehmen können) und
somit entweder in kürzerer
Zeit eine Messung durchgeführt
werden kann oder eine Meßreihe
zu künstlich
eingestellten unterschiedlichen Konzentrationen aufgenommen werden
kann. Auch können
bei einem Versuch zum Ermitteln des Regenerationsverhalten von Zellen,
Beaufschlagungspausen durch Stoppen der Vakuumpumpe 30 eingelegt werden.
Diese Pausen können
auch mit Zeitperioden submerser Versorgung mit dem flüssigen Medium über die
Schlauchpumpe 20 zusammenfallen.
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- 2
- Gestell
- 4
- Bodenplatte
- 6
- Fuß
- 8
- Mittelplatte
- 10
- Kultureinheit
- 12
- Feder/Nutführung
- 14
- Metallblock
- 16
- Wanne
- 18
- Vorratsbehälter
- 20
- Schlauchpumpe
- 22
- Kulturgefäß
- 23
- Kultur
- 24
- Getriebemotor
- 26
- Gewindespindel
- 28
- Beaufschlagungsvorrichtung
- 30
- Vakuumpumpe
- 31
- Pumpenausgang
- 32
- Deckelplatte
- 34
- Verwirbelungskammer
- 36
- Trennwand
- 38
- Ausgangskammer
- 39
- Ausgang
der Ausgangskammer
- 40
- Strömungseinleitrohr
- 41a,b
- erstes
bzw. zweites Ende des Strömungseinleitrohr
- 42
- Strömungsableitrohr
- 43a,b
- erste
bzw. zweites Ende des Strömungsableitrohr
- 44
- Ansaugöffnung
- 46
- Unterseite
der Ausgangskammer
- 48
- Dichtring
- 50
- Befestigungsmittel
- 52
- Kontaktplatte
- 53
- Silikonmatte
- 54
- Federmittel