DE102004013078B4

DE102004013078B4 - Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern

Info

Publication number: DE102004013078B4
Application number: DE102004013078A
Authority: DE
Inventors: Heyo Dr.-Ing. Mennenga
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: DE102004013078A1

Abstract

Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1), gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens eine mit mindestens einer Mischerplatte (3) ausgerüstete Stange (4) eines Vibrationsmischers und eine Wand des flexiblen Einwehbehälters (1) verbunden sind, wobei sich die mindestens eine Mischerplatte (3) der wenigstens einen Stange (4) des Vibrationsmischers in dem flexiblen Einwegbehälter (1) befindet und diese Wand des flexiblen Einwegbehälters (1) vibrierbar ist.

Description

[Stand der Technik]
Flexible Einwegbehälter werden in der Pharmazie und Biotechnologie für Flüssigkeiten in Produktionsprozessen zunehmend verwendet. Derartige Einwegbehälter sind gegenüber festen Behältern aus Edelstahl kostengünstig, werden sauber und steril geliefert, müssen also nicht gereinigt und sterilisiert werden, werden nach Gebrauch entsorgt, müssen also auch nach Gebrauch nicht gereinigt werden. Aufwändige Validierungsschritte für Sterilität und Reinigung entfallen. Derartige Behälter werden z. B. von Stedim (Frankreich) angeboten. Siehe auch GREEN/D'AQUINIO: Disposable Equipment – A Mainstay in Bioprocessing, CEP November 2002, www.cepmagazine.org.
Ein Nachteil dieser flexiblen Einwegbehälter (bag, flexi bag, FLEXEL 3D System von Stedim, auch sehr allgemein: disposables) ist, dass das Mischen von Flüssigkeiten in den Behältern schwierig ist. Es gibt Wippen (z. B. von Wave Biotech), die den Inhalt des flexiblen Behälters in Schwingungen versetzen, wobei sich Wellen bilden, die sich überschlagen, was zu einer guten Durchmischung führt. Diese Bewegung ist ausreichend für Zellkulturen, nicht aber für das Homogenisieren chemischer Reaktionspartner.
Rotierende Wellen, über die leistungsfähige Mischer angetrieben werden, lassen sich nur mit hohem Aufwand in die flexiblen Behälter einführen. Mit einer solch aufwändigen Lösung wird der Einsatz derartiger Behälter wirtschaftlich in Frage gestellt.
Magnetisch anzutreibende Rührkörper können im Fertigungsprozess vor der Sterilisierung in den flexiblen Behälter eingebracht werden. Die über sie in die Flüssigkeit einbringbare Leistung bleibt beschränkt. Ein Problem stellt die mechanische Lagerung der Drehbewegung über lange Zeit dar.
[Aufgabe der Erfindung]
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, mit der eine große mechanische Leistung in die Flüssigkeit, die sich in einem flexiblen Behältern befindet, einbringbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem an sich bekannte Vibrationsmischer, wie sie z. B. von der Firma Rütten Engineering (Stäfa, Schweiz) angeboten werden, Anwendung finden, die im Bereich der Stange oder eines entsprechenden Teils dieses Mixers mit dem Wandmaterial des flexiblen Behälters dicht verbunden sind, vorzugsweise durch (Kunststoff-)Schweißen oder Kleben. Derartige Vibrationsmischer erzielen, wie bekannt, ihre Wirkung durch die vibrierende Bewegung der Mischer- oder Mixerplatte, die konische Bohrung aufweist. Der Strömungswiderstand der Bohrungen ist richtungsabhängig, was mit der Schwingbewegung zu einer starken Bewegung der umgebenden Flüssigkeit führt.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Vibrationsmischer als Einmalartikel ausgeführt. Sie werden beim Herstellen des flexiblen Behälters mit ihrer Stange mit dessen Wand verbunden, mit dem Behälter sterilisiert, verpackt und geliefert. Die Mixer- oder Mischerplatte befindet sich im flexiblen Behälter, die Stange führt durch die Behälterwandung gedichtet nach außen und wird beim Gebrauch mit einem Antriebsmechanismus (vibrating agitator) verbunden. Die Schwingbewegung der Mixerplatte in der Flüssigkeit führt zu einer starken Bewegung und damit Durchmischung der im flexiblen Behälter enthaltenen Flüssigkeiten. Als „Dichtung” dient die flexible Wandung des Behälters, die die Schwingbewegung mitmacht.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung sind mehrere Vibrationsmischer in einem flexiblen Einwegbehälter eingesetzt.
Die Vibrationsmischer oder Teile davon können ganz oder teilweise aus Kunststoff ausgeführt sein. Vorzugsweise ist es ein Kunststoffteil des Mischers, dabei ein Bund an der Stange, der mit der Wand des Behälters durch Schweißen oder Kleben der beidseitigen Kunststoffe (Stange des Schwingers einerseits und Folie des Behälters andererseits) verbunden ist. Auch eine lösbare Verbindung ist möglich, die eine Rückgewinnung des Vibrationsmischers nach Gebrauch ermöglicht. Die Rückgewinnung ist auch möglich, wenn Stange und Mischerplatte nach Gebrauch des Behälters voneinander getrennt werden. Die Mischerplatte ist dann zum Hersteller der Beutel rückführbar und kann nach Reinigung, auch mit einer neuen Stange versehen, wieder eingesetzt werden, was die Kosten reduziert. Die Stange kann mit einem Kunststoff beschichtet sein.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann ein Teil des flexiblen Behälters außen an eine Vakuumplatte gelegt sein, die die Behälterwandung ansaugt und damit fixiert. Die Fixierung der an sich beweglichen, flexiblen Behälterwandung verhindert, dass sich die Beutelwand einer sich ausbildenden Strömung und den damit verbunden Kräften in der Form anpasst und damit die Durchmischung behindert.
[Beispiele]
1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel dar.
Der flexible Einwegbehälter 1, hier mit einem Anschlussschlauch 9, befindet sich in einer Box (auch Palletank^® 2, die ihm Halt verleiht. Im flexiblen Einwegbehälter befindet sich die Mischerplatte 3 eines Vibrationsmischers. Die Stange 4 des Vibrationsmischers führt durch die Folie, die die Wandung des flexiblen Behälters bildet. Die Stange weist einen Bund 5 auf, der mit der Folie des Einwegbehälters dicht verbunden ist. Die Stange 4 des Vibrationsmischers ist außerhalb des Einwegbehälters mit einem Schwingantrieb 6 versehen, der an seiner Aufhängung 8 befestigt ist. Die Bewegung des Schwingantriebes führt über die Stange zu Schwingungen der Schwingerplatte mit ihren bekannten konischen Bohrungen 7, wodurch eine kräftige Bewegung der Flüssigkeit im Einwegbehälter erzeugt wird.
Im speziellen Ausführungsbeispiel enthält der Boden der Box 2, auf dem der Einwegbehälter aufliegt, kleine Bohrungen 10. Diese Bohrungen führen in geschlossenen einen Raum 11 unter der Box. Dieser Raum ist mit einem Anschluss für ein Vakuum versehen, er führt z. B. zu einer Vakuumpumpe. Wird ein Vakuum erzeugt, wird der Boden des flexiblen Einwegbehälters angesaugt und so fixiert und dann durch die Strömungskräfte nicht verschoben.
2. stellt eine andere Ausführung dar.
Bei dieser ist die Stange nicht durch die Wandung geführt sondern eine mechanische Fortsetzung der Mischerplatte, die die Funktion der Stange hat, die einen Bund oder eine Platte aufweist, ist mit der Wandung des flexiblen Einwegbehälters verbunden. Ein fortsetzende Stange kann mit diesem Bund von außen verbunden, z. B. eingeschraubt werden. Das erleichtert die Verpackung der Einwegbehälter mit dem oder den darin enthaltenen Mischer- oder Mixerplatten.
Bei der Herstellung des flexiblen Einwegbehälters mit der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung wird die Mischeinrichtung mit einer Folie des Behälters dicht verbunden und anschließend diese Folie mit anderen Folien zum geschlossenen flexiblen Einwegbehälter komplettiert in dessen Inneren sich die Mischerplatte befindet.
Bei der meist rechteckigen Gestaltung flexibler Einwegbehälter bildet sich u. U. im Gegensatz zu runden Behältern eine nicht gleichmäßige Strömung heraus. Um die Folgen einer ungleichmäßigen Mischung zu beseitigen, wird vorgeschlagen, auch mehrere erfindungsgemäße Mischeinrichtungen in einem flexiblen Einwegbehälter zu nutzen, die dann im einzelnen auch kleiner ausgeführt sein können als eine einzelne. Weiter wird vorgeschlagen, dass die Stangen mehreren Mischeinrichtungen auch schräg zueinander stehen, so dass sich bei der Bewegung der Vibrationsmischer auch eine Drehbewegung der Flüssigkeit ergibt. Weiter wird vorgeschlagen, den Winkel der Stange oder Stangen mit der Senkrechten im Betrieb zu ändern, so dass die Hauptwirkungsrichtung der Mischeinrichtung verschoben wird und damit alle Bereiche der Flüssigkeit in die Wirkung des oder der Mischer einbezogen werden. Die wechselnde Wirkungsrichtung des oder der Mischer kann auch erreicht werden, indem die Box wiederholt gekippt wird.
Die Mischer bringen eine erhebliche Leistung in die Flüssigkeit im flexiblen Einwegbehälter ein, wodurch eine Erwärmung auftritt. Für den Fall, dass dies stört, wird vorgeschlagen, Teile der Wände der Box zu kühlen.

1: flexibler Einwegbehälter
2: Box zur Aufnahme des flexiblen Einwegbehälters, auch Palletank^®
3: Mischerplatte des Vibrationsmischers, auch Mixerplatte
4: Stange des Vibrationsmischers
5: Bund an der Stange des Vibrationsmischers
6: Schwingantrieb, „vibrating agitator”
7: Konische Bohrungen in der Mischerplatte (siehe z. B. bei Rütten Engineering, Stäfa CH)
8: Aufhängung des Schwingantriebes
9: Ein Anschlussschlauch des flexiblen Einwegbehälters
10: Bohrungen im Boden der Box 2
11: Raum unter dem Boden der Box 2
12: Vakuumanschluss
13: Platte an einer mechanischen Fortsetzung 14 der Mischerplatte 3, dicht verbunden mit der Wandung des flexiblen Einwegbehälters 1
14: Mechanische Fortsetzung der Mischerplatte

Claims

Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1), gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens eine mit mindestens einer Mischerplatte (3) ausgerüstete Stange (4) eines Vibrationsmischers und eine Wand des flexiblen Einwehbehälters (1) verbunden sind, wobei sich die mindestens eine Mischerplatte (3) der wenigstens einen Stange (4) des Vibrationsmischers in dem flexiblen Einwegbehälter (1) befindet und diese Wand des flexiblen Einwegbehälters (1) vibrierbar ist.
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Stange (4) des Vibrationsmischers dicht durch die Wand des flexiblen Einwegbehälters (1) geführt ist.
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass eine mechanische Fortsetzung (14) der Mischerplatte (3) mit der Wand dicht verbunden ist.
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Stange (4) von außen mit der Fortsetzung (14) der Mischerplatte (3) verbindbar ist.
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Mischerplatte (3) und/oder die Stange (4) des Vibrationsmischers aus Kunststoff gefertigt ist (sind).
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Mischerplatte (3) und die Stange (4) im flexiblen Einwegbehälter (1) trennbar und wieder verbindbar sind.
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Stange (4) des Vibrationsmischers einen Bund (5) aus Kunststoff oder mit Kunststoff beschichtet aufweist, der mit der Wand des flexiblen Einwegbehälters (1) dicht verbunden ist.
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die wenigstens eine Stange (4) mit mindestens einer Mischerplatte (3) einen Winkel mit der Senkrechten bildet und bei mehreren Vibrationsmischern unterschiedliche derartige Winkel bilden.
Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die Winkel der mindestens einen Stange (4) mit der Senkrechten während des Betriebes änderbar sind.
Verwendung einer Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens eine der Wände des flexiblen Einwegbehälters (1), die nicht mit der Stange (4) des Vibrationsmischers verbunden ist, ganz oder teilweise einem Vakuum ausgesetzt wird, das ansaugend diese mindestens eine Wand ganz oder teilweise fixiert.
Verwendung einer Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass der flexible Einwegbehälter (1) in eine Box (2) aufgenommen wird.
Verwendung einer Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass die Box (2), in der sich der flexible Einwegbehälter (1) befindet, wiederholt gekippt wird, wodurch sich eine wechselnde Wirkungsrichtung des Mischens ergibt.
Verwendung einer Mischeinrichtung für Flüssigkeiten in flexiblen Einwegbehältern (1) nach den Ansprüchen 11 und 12, gekennzeichnet dadurch, dass zwecks Abführung der durch die Vibrationsmischer eingetragenen Wärme Teile der Wände der den flexiblen Einwegbehälter (1) haltenden Box (2) gekühlt werden.