DE102006020706A1

DE102006020706A1 - Schikanenanordnung für Bioreaktoren

Info

Publication number: DE102006020706A1
Application number: DE102006020706A
Authority: DE
Inventors: Oscar-Werner Dr. Reif; Günter Pradel; Gerhard Dr. Greller
Original assignee: Sartorius Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-05-04
Also published as: DE102006020706B4

Abstract

Schikanenanordnung für Bioreaktoren, insbesondere für Behälter mit flexiblen Wänden, mit einem eine Mehrzahl von Schikanen aufweisenden Einsatz, der in eine Behälterinnenraum einbringbar ist, wobei in einer Ruhelage mindestens eine erste fixe Schikane mit mindestens einer ersten Klapp-Schikane in einer Ebene angeordnet ist und wobei in einer Funktionslage die erste Klapp-Schikane auf der Ebene in eine räumlich angeordnete Funktionsstellung ausklappbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schikanenanordnung für Bioreaktoren, insbesondere für Behälter mit flexiblen Wänden, mit einem eine Mehrzahl von Schikanen aufweisenden Einsatz, der in einem Behälterinnenraum einbringbar ist.
Aus der WO 03/012027 A1 ist ein Bioreaktor mit einem durch Reaktorwandungen begrenzten Reaktorraum bekannt, in dem eine aufblasbare Schikane bzw. Wirbelstrombrecher einbringbar ist. Derartige Schikanen sollen bei einem Misch- oder Rührvorgang das Strömungsbild beeinflussen und den Mischvorgang verbessern. Auch sollen die Schikanen helfen, einen Gasaustausch beim Mischen zu verbessern.
Nachteilig bei der bekannten Schikanenanordnung ist, dass sie umständlich aufgeblasen werden muss, so dass sie eine relativ voluminöse Form benötigt und relativ unstabil ist bzw. die Anordnung komplizierende bzw. verteuernde Drahteinsätze zur Stabilisierung benötigt.
Bei in einem Bioreaktorraum einbringbaren Einsätzen scheiden zudem feste Schikanen, wie Sie beispielsweise als Rippen aus der DE 692 33 170 D2 bekannt sind, aus. Auch werden heute in der pharmazeutischen/biotechnischen Industrie zunehmend Einweg-Bioreaktoren, die insbesondere als Behälter mit flexiblen Wänden, also als Beutel ausgebildet sind, verwendet. Diese Beutel können, solange das flüssige Medium noch nicht eingebracht ist, flach gelagert werden. Eine räumliche Ausbildung von starren Schikanen hätte aber den Nachteil, dass die Beutel nicht flach zusammengelegt und beschädigt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schikanenanordnung für Bioreaktoren zu schaffen, die in einem Ruhe- oder Lagerzustand flach ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass in einer Ruhelage mindestens eine erste fixe Schikane mit mindestens einer ersten Klapp-Schikane in einer Ebene angeordnet ist, und dass in einer Funktionslage die erste Klapp-Schikane aus der Ebene in eine räumlich angeordnete Funktionsstellung ausklappbar ist.
Dadurch, dass in der Ruhelage sowohl die fixen Schikanen als auch die Klapp-Schikanen in einer Ebene angeordnet sind, lässt sich die Schikanenanordnung zum einen leicht austauschen und an die unterschiedlichen Produktionsbedingungen anpassen, wobei die Schikanenanordnung Platz sparend gelagert werden kann, und zum anderen, lässt sich die Schikanenanordnung insbesondere bei Behältern mit flexiblen Wänden, also Einweg-Behältern, bereits bei der Behälterherstellung einsetzen und die leeren Behälter können flach zusammengepresst in der Ruhelage gelagert werden. Nachdem die Bioreaktoren mit flüssigem Medium gefüllt sind, klappen in der Funktionslage die Klapp-Schikanen aus der Ebene in eine räumlich angeordnete Funktionsstellung aus.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Ruhelage zwei in einem Abstand zueinander angeordnete fixe Schikanen mit zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Klapp-Schikanen in einer Ebene angeordnet, wobei die zwei Klapp-Schikanen in ihre räumlich angeordneten Funktionsstellungen ausklappbar sind.
In der Funktionslage der Schikanenanordnung bzw. der Funktionsstellung der beiden Klapp-Schikanen sind diese räumlich versetzt zu den festen Schikanen angeordnet. Zentrisch zu den räumlich angeordneten Schikanen kann dabei eine Mischeinrichtung beispielsweise ein Rührer angeordnet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an einem Behälterdeckenteil oder einem Behälterbodenteil ein zylindrisches Zentralstück angeordnet, an dem quer zu seiner Längsachse ein erster Querträger fixiert ist, an dessen dem Zentralstück abgewandten Ende ein erster Vertikalträger mit der ersten fixen Schikane angeordnet ist. An dem Innenteil ist dabei eine erster Klapp-Querträger fixiert und wird in einen schräg zur Längsachse angeordneten Führungsschlitz in der Wand des Zentralstückes geführt, wobei an dem dem Innenteil angewandten Ende des ersten Klapp-Querträgers ein erster Klapp-Vertikalträger mit der ersten Klapp-Schikane angeordnet ist.
Die Schikanenanordnung kann über ihr zylindrisches Zentralstück hängend an einem Behälterdeckenteil oder stehend an einem Behälterbodenteil angeordnet sein. An dem festen zylindrischen Zentralstück ist ein Querträger mit einem vertikalträger, der die erste fixe Schikane aufweist, angeordnet. In dem Zentralstück ist dabei drehbar und längsverschieblich das Innenteil gelagert, an dem der erste Klapp-Querträger mit dem ersten Klapp-Vertikalträger gelagert ist. Dadurch, dass der Klapp-Querträger in einem schrägen Führungsschlitz in der Wand des Zentralstückes geführt wird, kann der Klapp-Vertikalträger durch eine Längs- und Rotationsbewegung des Innenteils in seine Funktionsstellung aus der Ebene herausklappen und damit der an ihm angeordnete Vertikalträger mit der Klapp-Schikane.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem ersten fixen Querträger gegenüberliegend ein zweiter Querträger mit einem zweiten Vertikalträger und der zweiten fixen Schikane am Zentralstück angeordnet, wobei dem ersten Klapp-Querträger gegenüberliegend ein zweiter Klapp-Querträger mit einem zweiten Klapp-Vertikalträger und der zweiten Klapp-Schikane an dem Innenteil angeordnet ist. Entsprechend wird der zweite Klapp-Querträger in einem zweiten Führungsschlitz des Zentralstückes geführt.
Hieraus ergeben sich zwei in einem Abstand einander gegenüberliegende fixe Schikanen, die eine fixe Ebene aufspannen und zwei ebenfalls in einem Abstand in einer Klappe-Ebene gegenüberliegende Klapp-Schikanen, wobei die von innen aufgespannte Klapp-Ebene mit den Klappschikanen aus der fixen Ebene heraus in ihre Funktionsstellung geklappt wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die mindestens eine Klapp-Schikane in der Funktionslage aufgrund der Gravitation in ihre Funktionsstellung geklappt.
Durch Ausnutzung der Gravitation, d.h. durch Ausnutzung der Gewichtskraft, klappt in der Funktionslage die Klapp-Schikane, die über den Klapp-Vertikalträger und den Klapp-Querträger an dem Innenteil befestigt ist in ihre Funktionsstellung aus.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die zwei fixen Schikanen und die zwei Klapp-Schikanen im ausgeklappten Zustand einen Winkel von ca. 90°. Damit werden die Schikanen/Klapp-Schikanen gleichmäßig auf den Umfang des Bioreaktors verteilt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem Innenteil ein zweites Innenteil drehbar und längsverschieblich gelagert, wobei an dem zweiten Innenteil mindesten sein weiterer Klapp-Querträger fixiert ist und in einem schräg zur Längsachse angeordneten Führungsschlitz in der Wand des ersten Innenteiles geführt wird, und wobei an dem dem zweiten Innenteil des mindestens einen weiteren Klapp-Querträgers abgewandten Ende ein weiterer Klapp-Vertikalträger mit einer weiteren Klapp-Schikane angeordnet ist.
Durch ein weiteres Innenteil lassen sich mehr als zwei Klapp-Träger aus einer fixen Ebene herausklappen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei fixe Schikanen am Zentralstück und an den beiden Innenteilen je zwei Klapp-Schikanen angeordnet. Damit lassen sich einfach und problemlos Klapp-Schikanen aus der von den fixen Schikanen aufgespannten Ebene herausklappen. Die Schikanen/Klapp-Schikanen können zur gleichmäßigen räumlichen Verteilung zueinander jeweils einen Winkel von ca. ca. 60° bilden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Querträger und Vertikalträger und/oder Klapp-Querträger und Klapp-Vertikalträger einstückig ausgebildet. Durch eine einstückige Ausbildung lässt sich die Montage bei entsprechend reduzierten Kosten vereinfachen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine Seitenansicht eines Bioreaktors mit einer Schikanenanordnung in deren Funktionslage;
2: eine Seitenansicht des Bioreaktors von 1 in Ruhelage der Schikanenanordnung;
3: eine Seitenansicht eines Zentralstückes mit fixen Schikanen;
4: eine Seitenansicht eines Innenteiles mit Klapp-Schikanen;
5: eine Seitenansicht eines als ein flexibler Einweg-Behälter ausgebildeten Bioreaktors mit einer Schikanenanordnung in Funktionslage;
6: eine Draufsicht auf den Einweg-Bioreaktor von 5 entlang der Linie VI-VI geschnitten; und
7: eine Seitenansicht eines Bioreaktors, dessen Schikanenanordnung zwei fixe Schikanen und vier Klapp-Schikanen aufweist.
Eine in einem Bioreaktor 1 angeordnete Schikanenanordnung 2 besteht im Wesentlichen aus einem Einsatz 3 mit mindestens einer ersten fixen Schikane 4 und einer ersten Klapp-Schikane 5.
Der Bioreaktor 1 weist einen Behälterinnenraum 6 auf, der seitlich von einer Behälterseitenwandung 7, in vertikaler Richtung oben von einem Behälterdeckenteil 8 und in vertikaler Richtung unten von einem Behälterbodenteil 9 begrenzt wird. Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 1 und 5 ist der Einsatz 3 der Schikanenanordnung 2 mit einem Zentralstück 10 am Behälterdeckenteil 8 angeordnet. Das Zentralstück 10 ist zumindest in seinem dem Behälterdeckenteil 8 abgewandten freien Ende hohlzylindrisch ausgebildet bzw. mit einem hohlzylindrischen Ansatz versehen, in dem ein Innenteil 11 drehbar und längsverschieblich gelagert ist. An dem zylindrischen Zentralstück 10 ist quer zu dessen Längsachse 12 ein erster Querträger 13 und am Zentralstück 10 gegenüberliegend ein zweiter Querträger 14 fixiert. Die beiden Querträger 13, 14 sind quer zur Längsachse 12 angeordnet. An ihren dem Zentralstück 10 abgewandten Enden 15, 16 gehen die Querträger 13, 14 in einen ersten Vertikalträger 17 bzw. in einen zweiten Vertikalträger 18 über. An dem ersten Vertikalträger 17 ist eine erste fixe Schikane 4 und an dem zweiten Vertikalträger 18 eine zweite fixe Schikane 20 angeordnet, die beide in einer Ebene liegen und zur Längsachse 12 hin gerichtet sind.
An dem Innenteil 11 ist quer zur Längsachse 12 ein erster Klapp-Querträger 21 und ein zweiter Klapp-Querträger 22 angeordnet, an deren dem Innenteil 11 abgewandten Enden 23, 24 jeweils ein in vertikaler Richtung nach unten gerichteter Klapp-Vertikalträger 25 bzw. zweiter Klapp-Vertikalträger 26 angeordnet sind. Die Klapp-Querträger 21, 22 sind jeweils in einem schräg zur Längsachse 12 angeordneten Führungsschlitz 27 in der Wand 28 des Zentralstückes 10 geführt. An den freien Enden der Klapp-Vertikalträger 25, 26 sind eine erste Klapp-Schikane 29 und eine zweite Klapp-Schikane 30 angeordnet, die in einer Ebene liegen und zur Längsachse 12 gerichtet sind.
Die Führungsschlitze 27 weisen gegenüber der Längsachse 12 einen solchen Winkel bzw. Schräge auf, dass in einer Ruhestellung die Klapp-Schikanen 5, 30 mit den fixen Schikanen 4, 20 etwa in einer Ebene angeordnet sind und in einer Funktionslage die Klapp-Schikanen 30 aus der Ebene 19 der fixen Schikanen 4, 20 in eine räumlich angeordnete Funktionsstellung ausklappbar sind, so dass die Schikanen 4, 20 und die Klapp-Schikanen 5, 30 untereinander jeweils einen rechten Winkel bilden.
2 zeigt die Klapp-Schikanen 5, 30 in ihrer Ruhestellung, während die 1 die Klapp-Schikanen 5, 30 in ihrer ausgeklappten Funktionsstellung zeigen. In die Funktionsstellung klappen die Klapp-Schikanen 29, 30 durch die schräge Anordnung der Führungsschlitze 27, die gegenüber der Längsachse 12 um einen Kippwinkel 31 gekippt sind aufgrund ihres Eigengewichts bzw. durch die von dem Eigengewicht ausgeübte Gewichtskraft.
Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist zentral eine Mischeinrichtung 32 angeordnet, deren Mischelement 33 an einer Mischerachse 34 angeordnet ist. Die Mischerachse 34 wird durch das Innenteil 11 und das Zentralstück 10 weiter durch den Behälterdeckenteil 8 hindurchgeführt und von einem nicht dargestellten Antrieb in Rotation versetzt. In Ruhestellung kann dabei das Mischelement 33 in der Ebene der fixen Schikanen 4, 20 angeordnet sein. Das Behälterbodenteil 9 und das Behälterdeckenteil können Medienanschlüsse 35, 36 aufweisen, über die Medien zu- bzw. abgeführt werden.
Im Ausführungsbeispiel der 3 weist der Führungsschlitz 27 an seinem Ende eine vertikale Einfräsung 47 nach unten auf, um ein unbeabsichtigtes Zurückspringen bzw. Aufschwimmen der Klappschikanen 5, 30 zu verhindern. Auch ist eine Engstelle mit einer Verrastung möglich.
Das Ausführungsbeispiel nach 5 zeigt einen Bioreaktor 1', der als ein Behälter mit flexiblen Wänden, als ein Einweg-Beutel bzw. Einweg-Behälter ausgebildet ist. In den Behälterinnenraum 6' befindet sich eine Schikanenanordnung 2', deren Einsatz 3' mit seinem Zentralstück 10' am Behälterdeckenteil 8 fixiert ist. Am Behälterbodenteil 9' des Bioreaktors 1' ist ein magnetisch antreibbarer Rotationsrührer 37 angeordnet. Die von den beiden Klapp-Schikanen 5', 30' aufgespannte Ebene 38 bildet mit der von den fixen Schikanen 4', 20' aufgespannte Ebene 19 einen Schikanenwinkel 39 von 90°.
Das Ausführungsbeispiel nach 7 zeigt einen Bioreaktor 1'' mit einer Schikanenanordnung 2'', die ein Zentralstück 10'' mit zwei fixen Schikanen 4'' und 20'' aufweist. In dem Zentralstück 10'' wird ein erstes Innenteil 11'' mit zwei Klapp-Schikanen 5'' und 30'' längsverschieblich und drehbar gelagert. In dem Innenteil 11'' ist ein zweites Innenteil 29 drehbar und längsverschieblich gelagert. An dem Innenteil 29 ist ein dritter Klapp-Querträger 40 und ein Klapp-Querträger 41 angeordnet, die in einen dritten Klapp-Vertikalträger 42 bzw. vierten Klapp-Querträger 43 übergehen, deren Enden eine dritte Klapp-Schikane 44 bzw. eine vierte Klapp-Schikane 45 angeordnet sind. Der dritte und vierte Klapp-Querträger 40, 41 wird jeweils in einem entsprechenden Führungsschlitz 46 im ersten Innenteil 11'' geführt.

Claims

Schikanenanordnung für Bioreaktoren (1, 1', 1''), insbesondere für Behälter mit flexiblen Wänden, mit einem eine Mehrzahl von Schikanen (4, 4', 4'', 5, 5', 5'', 20', 20'', 30, 30', 30'', 44, 45) aufweisenden Einsatz (3), der in einem Behälterinnenraum (6, 6') einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhelage mindestens eine erste fixe Schikane (4, 4', 4'') mit mindestens einer ersten Klapp-Schikane (5, 5', 5'') in einer Ebene angeordnet ist, und dass in einer Funktionslage die erste Klapp-Schikane (5, 5', 5'') aus der Ebene in eine räumlich angeordnete Funktionsstellung ausklappbar ist.
Schikanenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhelage zwei in einem Abstand zueinander angeordnete fixe Schikanen (4, 4', 20, 20') mit zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Klapp-Schikanen (5, 5', 30, 30') in einer Ebene angeordnet sind, und dass die zwei Klapp-Schikanen (5, 5', 30, 30') in ihre räumlich angeordneten Funktionsstellungen ausklappbar sind.
Schikanenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Behälterdeckenteil (8, 8') oder einem Behälterbodenteil (9) ein zylindrisches Zentralstück (10, 10', 10'') angeordnet ist, an dem quer zu seiner Längsachse (12) ein erster Querträger (13) fixiert ist, an dessen dem Zentralstück (10, 10', 10'') abgewandten Ende (15) ein erster Vertikalträger (17) mit der ersten fixen Schikane (4, 4') angeordnet ist, dass in dem Zentralstück (10, 10', 10'') ein Innenteil (11) drehbar und längsverschieblich gelagert ist, dass an dem Innenteil (11) ein erster Klapp-Querträger (21) fixiert ist und in einem schräg zur Längsachse (12) angeordneten Führungsschlitz (27) in der Wand (28) des Zentralstückes (10, 10', 10'') geführt wird, und dass an dem dem Innenteil (11, 11'') abgewandten Ende (23) des ersten Klapp-Querträgers (21) ein erster Klapp-Vertikalträger (25, 25') mit der ersten Klapp-Schikane (5, 5', 5'') angeordnet ist.
Schikanenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegend dem ersten fixen Querträger (13) ein zweiter Querträger (14) mit einem zweiten Vertikalträger (18) und der zweiten fixen Schikane (20, 20') am Zentralstück (10, 10', 10'') angeordnet ist, dass gegenüberliegend dem ersten Klapp-Querträger (21) ein zweiter Klapp-Querträger (22) mit einem zweiten Klapp-Vertikalträger (26) und der zweiten Klapp-Schikane (30, 30', 30'') an dem Innenteil angeordnet ist, und dass der zweite Klapp-Querträger (22) in einem zweiten Führungsschlitz (27) des Zentralstückes (10, 10', 10'') geführt wird.
Schikanenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klapp-Schikane (5, 5', 5'') in der Funktionslage aufgrund der Gravitation in ihre Funktionsstellung geklappt wird.
Schikanenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei fixen Schikanen (4, 4', 20, 20') und die zwei Klapp-Schikanen (5, 5', 30, 30') im ausgeklappten Zustand einen Winkel von ca. 90° bilden.
Schikanenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenteil (11'') ein zweites Innenteil (29) drehbar und längsverschieblich gelagert ist, dass an dem zweiten Innenteil (29) mindestens ein weiterer Klapp-Querträger (40) fixiert ist und in einem schräg zur Längsachse (12) angeordneten Führungsschlitz (46) in der Wand des ersten Innenteiles (11'') geführt wird, und dass an dem dem zweiten Innenteil (29) des mindestens einen weiteren Klapp-Querträgers (40) abgewandten Ende ein weiterer Klapp-Vertikalträger (42) mit einer weiteren Klapp-Schikane (44) angeordnet ist.
Schikanenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei fixe Schikanen (4'', 20'') am Zentralstück (10'') und an den beiden Innenteilen (11'', 29) je zwei Klapp-Schikanen (5'', 30'', 44, 45) angeordnet sind.
Schikanenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schikanen (4'', 20'', 5'', 30'', 44, 45) im ausgeklappten Zustand zueinander jeweils einen Winkel von ca. 60° bilden.
Schikanenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass Querträger (13, 14) und Vertikalträger (17, 18) und/oder Klapp-Querträger (21, 22, 40, 41) und Klapp-Vertikalträger (25, 26, 42, 43) einstückig ineinander übergehen.