DE102005029414A1

DE102005029414A1 - Messzelle und damit durchgeführtes Verfahren zur Bestimmung des durch Elektroporation bewirkenden Aufschlussgrades biologischer Zellen

Info

Publication number: DE102005029414A1
Application number: DE200510029414
Authority: DE
Inventors: Martin Sack; Hansjoachim Bluhm
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-25
Also published as: WO2007000247A1; EP1893998A1; DE102005029414B4

Abstract

Eine Messzelle zur Bestimmung des durch Elektroporation bewirkenden Aufschlussgrades biologischer Zellen ist für ein resistiv/kapazitives Messen aufgebaut oder für ein induktives Messen aufgebaut. DOLLAR A Das mit ihr betriebene Verfahren besteht aus folgenden Schritten: DOLLAR A - Die Messzelle wird über einen Signalgenerator unter einen zeitveränderlichen Strom und eine zeitveränderliche Spannung gesetzt. DOLLAR A - Der Strom durch die Messzelle und die Spannung über der Messzelle werden bei einer ausgewählten Frequenz oder einem ausgewählten Frequenzbereich gemessen und der Phasenwinkel zwischen gemessenem Strom und Spannung mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messezelle und ein damit durchführbares Verfahren zur Bestimmung des durch Elektroporation bewirkenden Aufschlussgrades biologischer Zellen über die Messung der elektrischen Leitfähigkeit eines in einem Rohr/Kanal in einer Transportflüssigkeit geführten Massenstroms aus biologischen Zellen/Zellverbänden.

Bei der Elektroporation pflanzlicher Zellen in großen Massenströmen ist es sinnvoll, den Elektroporationsgrad im Prozess am strömenden Elektroporationsgut zu überwachen, um eine Regelgröße für die energieoptimale Einstellung der Anlage zu erhalten.

In /1/ ist eine Methode zur Messung des Elektroporationsgrads beschrieben, bei der die Änderung des ohmschen Widerstands im unteren Frequenzbereich im Verhältnis zum ohmschen Widerstand im oberen Frequenzbereich ausgewertet wird. Die Messung erfolgt dabei über ein Vier-Elektroden-System, das in das zu messende Zellgewebe eingestochen wird.

Die Einstechmethode eignet sich nur für Stichprobenuntersuchungen und ist daher ungeeignet, um kontinuierlich Messwerte für eine Anlagenregelung zu liefern.

Die Messung bei zwei unterschiedlichen Frequenzen samt Amplitudenbestimmung ist schaltungstechnisch aufwendiger als die Bestimmung des Phasenwinkels bei nur einer Frequenz. Für die Phasenwinkelbestimmung genügt eine Zeitmessung zwischen den Nulldurchgängen von Strom und Spannung, während für die Amplitudenbestimmung eine Strom- und Spannungsmessung erforderlich ist.

Für Zuckerrüben liegt der obere Frequenzbereich bei einigen Megahertz, die Frequenz maximaler Phasenverschiebung bei ca. 50 kHz. Bei dieser Frequenz beeinflussen sich die Zuleitungsinduktivitäten bei moderaten Leitungslängen das Messergebnis noch nicht nennenswert, wobei im Megahertz-Bereich eine Impedanzkorrektur notwendig erscheint.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine industrieanlagentaugliche Messzelle und ein damit industrietaugliches Verfahren bereitzustellen mit dem der durch Elektroporation bewirkte Aufschlussgrad großer Massenströme an in einer Transportflüssigkeit geführter biologischen Zellen oder Zellverbände gemessen und daraus ein Steuer- und/oder Regelsignal zum energetisch optimalen Führen einer Elektroporationsanlage abgeleitet werden kann. Die Aufgabe wird durch eine Messzelle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem damit durchführbaren Messverfahren gemäß den Verfahrensschritten des Anspruchs 7 gelöst.

Die Messzelle zur Bestimmung des Aufschlussgrades biologischer Zellen besteht nach Anspruch 1 aus einem Aufbau, der zur Messung von zumindest einem Teilstrom des Massenstroms durchflossen werden kann. Die Messzelle ist entweder für ein resistiv/kapazitives Messen aufgebaut und besteht dann aus zwei sich positioniert gegenüberstehenden Elektroden, dem Messelektrodenpaar, zwischen denen zumindest ein Teil des Massenstroms durchströmt. Oder sie ist für ein induktives Messen aufgebaut und besteht dann aus mindestens einer Spule in einfacher solenoidaler Form, die den Querschnitt des Massenstroms zumindest teilweise umfasst. Im Falle mehrerer Spulen sind die Spulen der Messzelle koaxial zueinander angeordnet.

Der Aufschlussgrad der Zellen wird aus dem Rückgang des gemessenen Phasenwinkels gegenüber einer Vergleichsmessung an unbehandelten Zellen bestimmt. Daher besteht das Verfahren zur Be stimmung des durch Elektroporation bewirkenden Aufschlussgrades biologischer Zellen über die Messung der elektrischen Leitfähigkeit eines in einem Rohr/Kanal in einer Transportflüssigkeit geführten Massenstroms aus biologischen Zellen/Zellverbänden nach Anspruch 7 aus den folgend beschriebenen Schritten:
Das Messgerät wird über einen Signalgenerator unter einen zeitveränderlichen Strom und eine zeitveränderliche Spannung gesetzt. Dies kann wahlweise mittels einer Spannungsquelle oder einer Stromquelle erfolgen. Der Strom durch die Messzelle und die Spannung über der Messzelle werden bei einer ausgewählten Frequenz oder einem ausgewählten Frequenzbereich gemessen und der Phasenwinkel oder der Verlauf des Phasenwinkels im Frequenzbereich zwischen dem Strom durch die Messzelle und der Spannung über der Messzelle mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung ermittelt. Der Phasenwinkel oder sein frequenzabhängiger Verlauf wird als Maß für den Aufschlussgrad der Zellen angezeigt und dokumentiert, aber auch daraus ein Signal zur Steuerung und Regelung der Einrichtung zur Elektroporation abgeleitet. Der prinzipielle Messfehler aufgrund eines Stromanteils, der an den Zellen durch die die Zellen umgebende Transportflüssigkeit vorbeifließt, wird dadurch kompensiert, dass dieser Stromanteil aus dem Füllgrad, der Leitfähigkeit der Transportflüssigkeit und den Geometriedaten der Messstrecke in einem Rechner der Signalverarbeitungseinrichtung errechnet und phasenrichtig vom Messstrom subtrahiert wird.

In den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 sind Eigenschaften/Bauweisen der Messzelle spezifiziert:
Nach Anspruch 2 ist die Messzelle an einen Signalgenerator angeschlossen ist, um mit einem zeitveränderlichen Strom und einer zeitveränderlichen Spannung betrieben zu werden.

Nach Anspruch 3 ist die Messzelle handhabbar. Hierzu sind die beiden Messelektroden, zwischen denen beim Messen zumindest ein Teil des Massenstroms hindernisfrei hindurchströmt, in ein dielektrisches Gestell/Rohr montiert, in dem sie sich in definierter Position bezüglich der Längsachse gegenüberstehen. Dieser Aufbau wird beispielsweise über einen an dem Gestell/Rohr angebauten Hebel in den Massenstrom gehalten, so dass der Wirkungsquerschnitt der Messzelle im Strömungsquerschnitt des Massenstroms liegt.

Ein fester Einbau der Messelektroden des Messgeräts ist in Anspruch 4 beschrieben. Die Messzelle ist ebenfalls resistiv/kapazitiv aufgebaut und bildet einen Abschnitt des Transportrohrs/-kanals. In der dielektrischen Kanalwand dieses Abschnitts sind die beiden Messelektroden eingebaut/eingelassen, und zwar so, dass sie keinen Strömungswiderstand für den vorbeiziehenden Massenstrom bilden. Bezüglich der Strömungs/Längsachse im Rohr/Kanal stehen sich die beiden Messelektroden, mit ihrer Stirn aufeinander ausgerichtet, spiegelbildlich gegenüber. Die beiden Messelektroden können stiftförmig oder plattenförmig sein und folgen mit ihrer exponierten Fläche der Kanalkontur stetig oder glatt.

In Anspruch 5 ist die Messzelle ebenfalls als handhabbar beschrieben und für induktives Messen aufgebaut. Sie besteht hierzu aus einer Spule oder aus zwei zueinander koaxialen Spulen, einer Erreger- und einer Messspule, die in den Massenstrom gehalten werden kann oder können, so dass der Wirkungsquerschnitt der Messzelle im Strömungsquerschnitt liegt.

Der stationäre Einbau der induktiven Messzelle ist in Anspruch 6 beschrieben. Die induktive Messzelle bildet einen Abschnitt des Transportrohrs/-kanals und besteht hierzu aus einer Spule oder aus zwei zueinander koaxialen Spulen, einer Erreger- und einer Messspule. Der Wirkungsquerschnitt der Messzelle über deckt dann auf jeden Fall den Strömungsquerschnitt des Massenstroms.

In den dem Verfahrensanspruch 7 untergeordneten Verfahrensansprüche 8 bis 13 sind verschiedene Schritte beschrieben, mit denen das Verfahren je nach dem betrieben werden kann. In Anspruch 8 wird der Messwert des Aufschlussgrades zu Steuerung und Regelung der Verarbeitungszeit und/oder der benötigten Energie einbezogen und die den bei der Elektroporation den Aufschlussgrad bestimmenden Betriebsparameter, wie elektrische Feldstärke, Pulslänge, Pulsanzahl pro Volumenelement, Temperatur, Anzahl der Durchläufe durch den Zellaufschlussreaktor, Lagerzeit der Zellsuspension zwischen zwei Elektroporationsdurchgängen oder zwischen Elektroporation und Extraktion, nach einem Kennlinienfeld auf der Grundlage der Messung des Aufschlussgrades eingestellt. Die Messung, kontinuierliche oder intervallweise, erfolgt über höchstens den Querschnitt des Massenstroms, der Zellsuspension aus Biologischen Zellen oder solchen Zellverbänden und der Trägerflüssigkeit, stattfindet (Anspruch 9).

In Anspruch 10 ist festgehalten, dass zur Messung der Leitfähigkeit des Massenstroms eine periodische Kurvenform des Stromes/der Spannung aus dem Signalgenerator an die Messeinrichtung gelegt wird. Eine an der Kurvenform beteiligte Sinusschwingung mit zumindest starkem Auftritt der Phasenverschiebung wird zur Messung ausgewertet.

Zur Messung der Phasenverschiebung wird nach Anspruch 11 ein impulsförmiger, aperiodisch oder periodisch gedämpfter Kurvenverlauf benutzt. Durch Umsetzung in den Frequenzbereich mit üblichen Zeit Frequenz-Transformationsverfahren, vorzugsweise mittels Schneller Fourier-Transformation, FFT, eine Frequenz mit stärkstem Auftritt der Phasenverschiebung oder ein schmal bandiger Frequenzbereich mit starkem Auftritt der Phasenverschiebung zur Messung ausgewertet wird.

In Anspruch 12 ist beschrieben, dass zur resistiv/kapazitiven Einkopplung des Messsignals die gleichen Elektroden verwendet werden wie zur Elektroporation und die Messung in Elektroporationspausen vorgenommen wird. Die Messzelle ist dann unmittelbarer Bestandteil der Elektroporationsstrecke. Die Umschaltung zwischen dem Signalgenerator und dem Messgerät erfolgt dann über eine Umschaltvorrichtung oder Ankoppeleinheit.

Das Verfahren kann nach Anspruch 13 verfeinert werden, wenn an der Elektroporationsstrecke gleichzeitig an mehreren Stellen gemessen wird. Es lässt sich so dann bei mehreren Messstellen eine Aussage über den Elektroporationsverlauf längs der Messtrecke machen.

Nach Anspruch 14 kann statt eines Messimpulses auch der Elektroporationsimpuls selbst zur Messung herangezogen werden. Dazu muss dieser Impuls im für die Phasenmessung empfindlichen Frequenzbereich ein ausreichend große Frequenzanteile aufweisen.

Über einen Vergleich der Aufschlussgrade vor und nach dem Elektroporationsreaktor, wie ihn die Anordnung zweier Messgeräte nach Anspruch 15 ermöglicht, kann der Betriebspunkt der Anlage an den bereits vor dem Elektroporationsdurchgang vorhandenen Aufschlussgrad der Zellen angepasst werden. Die Anpassung geschieht mittels eines Kennlinienfeldes, wie in Anspruch 8 beschrieben.

Zusammengefasst:

Es wird nur der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung über einem Zellverband bei einer Frequenz mit möglichst großer Phasenverschiebung zur Bestimmung des Elektroporationsgrads gemessen und ausgewertet.

Es wird eine Methode zur Korrektur eines Parallelwiderstands des Suspensionswassers mittels zusätzlicher Leitfähigkeits- und Füllgradmessung angegeben. Zur Energieminimierung wird eine Wartezeit zwischen Elektroporation und Extraktion eingehalten. Die Regelung wird anhand eines Kennlinienfeldes vollführt.

Das vorgeschlagene Elektroporationsmessgerät ist ein Leitfähigkeitsmessgerät, das die komplexe Leitfähigkeit einer Zellsuspension bei der Frequenz misst, bei der die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung idealerweise am größten ist, und, wie oben beschrieben, diese Phasenverschiebung auswertet. Mit der kontinuierlichen Messung des Elektroporationsgrads in großen Massenströmen ist die energieoptimierte Anlagenregelung möglich. Durch den Einbau der Messeinrichtung auch vor der Elektroporationsstrecke kann auf den anfänglichen Aufschlussgrad der Zellen geschlossen werden. Beispielsweise sind die Zellen von gefrosteten Zuckerrüben bereits vorab aufgeschlossen. Der energieminimale Betrieb ist durch Wartezeit und Einstellung des optimalen Arbeitspunktes nach dem Kennlinienfeld gegeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und am Beispiel der Elektroporation von Zuckerrübenwürfeln noch näher beschrieben. Die Figuren zeigen einerseits den schematischen Aufbau des Messgeräts und andrerseits am Schluss experimentelle Ergebnisse. Es zeigt:
1 die resistive/kapazitive Messzelle;
2 die induktive transformatorische Messzelle;
3 die induktiv Messzelle;
4 das Ersatzschaltbild des Zellgewebes;
5 Verlauf der komplexen Impedanz;
6 die komplexe Impedanz bei 50 kHz;
7a R_s, R_p in Abhängigkeit der Wartezeit 2 min;
7b C, φ in Abhängigkeit der Wartezeit 2 min;
8a R_s, R_p in Abhängigkeit der Wartezeit 12 min;
8b C, φ in Abhängigkeit der Wartezeit 12 min.
In 1 ist schematisiert die Situation für die resistiv/kapazitive Messung dargestellt. Der Massenstrom ist punktiert mit dem Pfeil als Strömungsrichtung im Rohr 7 angedeutet. Im Rohr 7 sind die beiden Messelektroden 1 so exponiert, dass sie kein Strömungshindernis bilden, aber die vorbeiströmende Zellsuspension unmittelbar berühren. Das können in die Rohrwand eingelassene Platten oder Stäbe sein. Die beiden Elektroden 1 sind an die Spannungsquelle 3, den Signalgenerator, angeschlossen. Die komplexe Impedanz 2 steht repräsentativ für die des elektrischen Messkreises. Zur Strom und Spannungsmessung sind die Elektroden an die Auswerteeinheit 4 angeschlossen. Die Strommessung erfolgt indirekt an dem Shunt 5.
2 zeigt in derselben schematisierten Art die induktive Messart mit nur einer Spule 6, die transformatorische Kopplung, die das Rohr 7 mit dem darin strömenden Massenstrom umfasst und damit kein Strömungshindernis bildet. Strom- und Spannungsmessung sowie Auswertung gehen wie zu 1 beschrieben. Die weitere induktive Variante mit zwei Spulen 6, eine für den Signalempfang (links im Bild) zur Spannungsmessung und die andere als Sendespule für die indirekte Strommessung über den Shunt 5 zeigt 3. Beide Spulen 6 umfassen das Rohr 7 ebenfalls und bilden kein Strömungshindernis.
Die komplexe Impedanz eines Verbandes intakter biologischer Zellen zeigt im mittleren Frequenzbereich einen kapazitiven Anteil, während bei niederen und hohen Frequenzen die Impedanz 2 nahezu ohmsch ist. Zur Beschreibung dieses frequenzabhängigen elektrischen Verhaltens wird ein stark vereinfachtes Ersatzschaltbild des biologischen Zellgewebes herangezogen (4). In diesem Ersatzschaltbild repräsentiert die Kapazität C die effektive Kapazität der Zellmembranen, der Parallelwider stand R_P den effektiven ohmschen Widerstand der Zellmembranen und der Serienwiderstand R_S den effektiven Widerstand des Zellinneren. Dabei wirkt im unteren Frequenzbereich die Summe aus R_S und R_P und im oberen Frequenzbereich nur R_P.
Bei elektroporierten Zellen geht der kapazitive Anteil der Impedanz im mittleren Frequenzbereich stark zurück, gleichzeitig sinkt der ohmsche Widerstand im unteren Frequenzbereich. Wird im mittleren Frequenzbereich die komplexe Impedanz eines intakten Zellverbands gemessen, besteht, bedingt durch den kapazitiven Impedanzanteil im mittleren Frequenzbereich, eine Phasenverschiebung zwischen Messspannung und Messstrom. Aus dem Rückgang des Phasenwinkels mit zunehmendem Elektroporationsgrad kann somit auf den Elektroporationsgrad zurückgeschlossen werden.
5 bestätigt die Aussagefähigkeit der Detektion der Phasenverschiebung für den Elektroporationsgrad. Die Betragsimpedanz |Z| und der Phasenwinkel φ sind anhand des Ersatzschaltbildes (4) über der Frequenz f jeweils vor und nach der Elektroporation aufgetragen. Der größte Phasenwinkel tritt bei etwa 50 kHz auf.
In einer Suspension liegt der komplexen Impedanz der Zellverbände der ohmsche Widerstand des Suspensionswassers parallel. Dieser Widerstand variiert mit der Leitfähigkeit des Suspensionswassers und der Dichte der Suspension. Der Stromanteil durch diesen Widerstand bewirkt bei der Impedanzmessung einen höheren Wirkstromanteil und damit eine Reduktion des gemessenen Phasenwinkels. Dieser Einfluss kann jedoch rechnerisch kompensiert werden, wenn Füllgrad und Leitfähigkeit des Suspensionswassers bekannt sind. Diese beiden Messgrößen werden im Prozess bereits für andere Regel- und Überwachungszwecke erfasst. Zur Kompensation wird beispielsweise aus Füllgrad, Leitfähigkeit des Suspensionswassers und Geometriedaten der Messstrecke der Stromanteil durch den Parallelwiderstand berechnet und phasenrichtig vom Messstrom subtrahiert. Arbeitet die Anlage mit hoher Fülldichte und/oder konstanter Leitfähigkeit des Suspensionswassers (Regelung der Leitfähigkeit ist fabrikseitig vorgesehen), kann auf eine Phasenwinkelkorrektur u. U. auch verzichtet werden. Labor-Experimente an Rübenwürfeln zeigen, dass es für einen energieoptimalen Betrieb sinnvoll ist, im Elektroporationsreaktor eine kleine Anzahl an Impulsen zu applizieren und das Elektroporationsgut vor der Extraktion der Inhaltsstoffe eine gewisse Zeit zwischen zu lagern. Bei dieser Betriebsart ist das Elektroporationsgut beim Austritt aus dem Elektroporationsreaktor noch nicht vollständig aufgeschlossen. Anhand eines zuvor ermittelten Kennlinienfeldes, in dem der Zeitverlauf des Aufschlussgrads in Abhängigkeit von den beeinflussenden Parametern, wie Temperatur, Pulsparameter etc., aufgetragen ist, kann dann die Regelung des Elektroporationsreaktors erfolgen.
Bisher wurden Labormessungen an Zuckerrübenwürfeln durchgeführt. Dazu wurden aus Zuckerrüben würfelförmige Stücke mit ca. 5,5 cm Kantenlänge geschnitten und in einem homogenen elektrischen Feld mit einem aperiodisch gedämpftem Feldstärkeverlauf bei einer Spitzenfeldstärke von 6 kV/cm und einer Pulshalbwertsbreite von 1,3 μs mit 5 Pulsen im Abstand von 3 Sekunden bepulst. Vor der Bepulsung sowie danach über einen längeren Zeitraum wurde eine Spannung von ca. 3 V aus einem Funktionsgenerator angelegt und bei den Frequenzen 500 Hz, 50 kHz sowie 5 MHz fortlaufend Spannung, Strom durch die Probe sowie Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung gemessen. Anschließend erfolgte eine Umrechnung in die Werte R_S, R_P und C des einfachen Ersatzschaltbilds. Die Experimente zeigten, dass im Verlauf der Wartezeit nach der Bepulsung der Phasenwinkel, sowie R_P abnahmen, während die errechnete Kapazität C zunahm. R_S blieb nahezu konstant (7 und 8). Die Experimente wurden nach unterschiedlichen Wartezeiten abgebrochen und der Rübenwürfel schnellstmöglich geschnitten und 15 min. gepresst. 6 zeigt den komplexen Widerstand, gemessen bei 50 kHz. Zunächst wurden 5 Impulse im Abstand von 3 Sekunden appliziert (grauer Balken) und die Proben anschließend nach unterschiedlichen Wartezeiten gepresst (farbige Balken) (Presszeit: 15 min). Tab. 1 zeigt die Abpressergebnisse im Vergleich zum Phasenwinkel zu Beginn der Pressung. Da wegen der vorbereitenden Arbeiten für die Pressung der Phasenwinkel nur bis ca. 5 min vor der Pressung gemessen werden konnte, wurde der erwartete Phasenwinkel anhand der Kurvenverläufe extrapoliert. Der durch Abpressung ermittelte Aufschlussgrad korreliert im Rahmen der naturbedingten Streuungen und Messunsicherheiten mit der Abnahme des Phasenwinkels.
Die Versuchsergebnisse zeigen auch, dass die Wartezeit zwischen Elektroporation und Abpressung eine entscheidende Rolle für den Aufschlussgrad spielt. Die Diagramme 7 und 8 zeigen die Abnahme des Widerstands R_P und den Rückgang des Phasenwinkels nach einzelnen Pulsen. Dazu wurde zwischen den einzelnen Pulsen Wartezeiten von ca. 2 min (7) und ca. 12 min (8) eingehalten. Deutlich ist der pulsabhängige Rückgang von R_P und φ an dem 2. Puls zu erkennen. Nur nach dem jeweils 1. Puls war keine Abnahme dieser Parameter sichtbar, manchmal eher eine leichte Zunahme von R_P.
Tab. 1: Abpressergebnisse im Vergleich zum Phasenwinkel bei 50 kHz

1: Messelektrode
2: Impedanz
3: Spannungsquelle
4: Auswerteeinheit
5: Shunt
6: Spule
7: Rohr

Claims

Messzelle zur Bestimmung des durch Elektroporation bewirkenden Aufschlussgrades biologischer Zellen über die Messung der komplexen elektrischen Leitfähigkeit eines in einem Rohr/Kanal in einer Transportflüssigkeit geführten Massenstroms aus biologischen Zellen/Zellverbänden, wobei der Wirkungsquerschnitt der Messzelle beim Messen zumindest über einen Teil des Strömungsquerschnitts des Massenstroms geht, dadurch gekennzeichnet, dass: die Messzelle entweder für ein resistiv/kapazitives Messen aufgebaut ist und dann aus zwei sich in definierter Position gegenüberstehenden Messelektroden besteht, oder für ein induktives Messen aufgebaut ist und aus mindestens einer Spule besteht, bei im Falle mehrerer Spulen, die Spulenachsen zusammenfallen.
Messzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die resistiv/kapazitive oder induktive Messzelle zur frequenzspezifischen Messung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an einen Signalgenerator angeschlossen ist.
Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die resistiv/kapazitive Messzelle handhabbar ist und hierzu ihre beiden Messelektroden in ein dielektrisches, in den Massenstrom haltbares Gestell/Rohr eingebaut sind.
Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die resistiv/kapazitive Messzelle einen Abschnitt des Transportrohrs/-kanals bildet, in dessen Innenwand die beiden Messelektroden eingelassen/eingebaut sind und sich bezüglich der Strömungs-/Längsachse spiegelbildlich gegenüber stehen.
Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Messzelle handhabbar ist und hierzu aus einer Spule oder aus zwei zueinander koaxialen Spulen, einer Erreger- und einer Messspule, besteht, die in den Massenstrom gehalten werden kann.
Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Messzelle einen Abschnitt des Transportrohrs/-kanals bildet und hierzu aus einer Spule oder aus zwei zueinander koaxialen Spulen, einer Erreger- und einer Messspule, besteht, die von dem Massenstrom durchströmt wird oder werden.
Verfahren zur Bestimmung des durch Elektroporation bewirkenden Aufschlussgrades biologischer Zellen über die Messung der elektrischen Leitfähigkeit eines in einem Rohr/Kanal in einer Transportflüssigkeit geführten Massenstroms aus biologischen Zellen/Zellverbänden mit einer in den Ansprüchen 3 und 4 oder 5 und 6 beschriebenen Messzelle, bestehend aus den Schritten: – die Messzelle wird über einen Signalgenerator unter einen zeitveränderlichen Strom und eine zeitveränderliche Spannung gesetzt, – der Strom durch die Messzelle und die Spannung über der Messzelle werden bei einer ausgewählten Frequenz oder einem ausgewählten Frequenzbereich gemessen und der Phasenwinkel zwischen gemessenem Strom und Span nung mit einer elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung ermittelt und zur Anzeige und Dokumentierung des Zustandes des Elektroporationsguts sowie Steuerung und Regelung der Elektroporationsanlage weiterverwendet, – der prinzipielle Messfehler aufgrund eines Stromanteils, der an den Zellen durch die die Zellen umgebende Transportflüssigkeit vorbeifließt, wird dadurch kompensiert, dass dieser Stromanteil aus dem Füllgrad, der Leitfähigkeit der Transportflüssigkeit und den Geometriedaten der Messstrecke in einem Rechner der Signalverarbeitungseinrichtung errechnet und phasenrichtig vom Messstrom subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert des Aufschlussgrades zu Steuerung und Regelung der Verarbeitungszeit und/oder der benötigten Energie einbezogen wird und die den bei der Elektroporation den Aufschlussgrad bestimmenden Betriebsparameter, wie elektrische Feldstärke, Pulslänge, Pulsanzahl pro Volumenelement, Temperatur, Anzahl der Durchläufe durch einen Elektroporationsreaktor, Lagerzeit der Zellsuspension zwischen zwei Reaktordurchläufen oder zwischen Elektroporation und Extraktion, nach einem Kennlinienfeld auf der Grundlage der Messung des Aufschlussgrades eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche oder intervallweise Messung über höchstens den Querschnitt des Massenstroms stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Leitfähigkeit des Massenstroms eine periodische Kurvenform des Stromes/der Spannung aus dem Signalgenerator an die Messeinrichtung gelegt wird, wobei eine an der Kurvenform beteiligte Sinusschwingungen mit stärkstem Auftritt der Phasenverschiebung zur Messung ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein impulsförmiger, aperiodisch oder periodisch gedämpfter Kurvenverlauf zur Messung benutzt wird, wobei durch Umsetzung vom Zeit- in den Frequenzbereich eine Frequenz mit stärkstem Auftritt der Phasenverschiebung oder ein schmalbandiger Frequenzbereich mit starkem Auftritt der Phasenverschiebung zur Messung ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur resistiv/kapazitiven Einkopplung des Messsignals die gleichen Elektroden verwendet werden wie zur Elektroporation und die Messung in Elektroporationspausen vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Aufschlussgrades an mindestens einer Stelle einer Elektroporationsstrecke vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroporationsimpuls selbst zur Messung herangezogen wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung unmittelbar vor dem Einlass einer Elektroporationsstrecke und eine weitere Messung unmittelbar nach dem Auslass derselben durchgeführt wird und aus dem Unterschied/der Differenz ein Steuer-/Regelsignal zur Einstellung der Elektroporationsanlage für den vollständigen Zellaufschluss des Prozessmaterials abgeleitet wird.