DE102006022652A1

DE102006022652A1 - Inkubator und Verfahren zur geregelten Befeuchtung und Temperierung

Info

Publication number: DE102006022652A1
Application number: DE200610022652
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Baumfalk; Wolfgang Dr. Asche; Stefan Obermann; Rainer Sandrock; Steffen Strietzel
Original assignee: Sartorius Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-13
Also published as: DE102006022652B4

Abstract

Inkubator mit einem gegen die Umgebung abgedichteten Innneraum, dem aus einer Befeuchtungsvorrichtung Feuchtigkeit zuführbar ist und dessen Innentemperatur über eine Inkubatorheizung und/oder -kühlung regelbar ist, wobei in einem ersten Kreislauf Luft aus dem Innenraum der Befeuchtungsvorrichtung zuführbar und in den Innenraum rückführbar ist, und wobei in einem zweiten Kreislauf Luft aus dem Innenraum der Inkubatorheizung und/oder -kühlung zuführbar und in den Innenraum rückführbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Luft in einem ersten Kreislauf als ein erster Teilstrom dem Innenraum entnommen, zur Aufnahme von Feuchtigkeit über die Feuchtequelle geleitet und wieder in den Innenraum rückgeführt, und Luft in einem zweiten Kreislauf als ein zweiter Teilstrom den Innenraum entnommen, zur Temperierung über die Inkubatorheizung und/oder -kühlung gleitet und wieder in den Innenraum rückgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Inkubator mit einem gegen die Umgebung abgedichteten Innenraum, dem aus einer Befeuchtungsvorrichtung Feuchtigkeit zuführbar ist und dessen Innentemperatur über eine Inkubatorheizung und/oder -kühlung regelbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur geregelten Befeuchtung und Temperierung der Luft in dem Innenraum eines insbesondere als Schüttelinkubator ausgebildeten Inkubators, bei dem der Luft aus einer Feuchtequelle einer Befeuchtungsvorrichtung Feuchtigkeit zugeführt und die Luft über eine Inkubatorheizung und/oder -kühlung temperiert wird.
Für die Kultivierung von Zellen sind Inkubatoren und insbesondere Schüttelinkubatoren bzw. Inkubationsschüttler bekannt. Inkubatoren bieten in ihrem Innenraum eine genau kontrollierte Temperatur in Kombination mit einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit und meist einem geregelten CO₂-Gehalt der Luft. Sie werden bevorzugt zur Kultivierung von Säugerzellen und -geweben eingesetzt. Schüttelinkubatoren bieten eine genau kontrollierte Temperatur und eine genau geregelte Schüttelgeschwindigkeit, jedoch in der Regel keine Befeuchtung. Sie werden bevorzugt zur Kultivierung von Bakterien und Hefen eingesetzt. Bei neuen Entwicklungen in der Zellkulturtechnik werden insbesondere Schüttelinkubatoren benötigt, die eine hohe relative Feuchte in Innenraum benötigen.
Aus der DE 101 06 349 C2 ist ein Inkubator bekannt, der zur Befeuchtung der Luft bzw. Atmosphäre im Innenraum des Inkubators als Befeuchtungsvorrichtung eine Wanne mit Wasser aufweist, die die von einer Inkubatorheizung und/oder -kühlung aufgeheizte Luft im Innenraum befeuchtet.
Nachteilig dabei ist, dass die Luftfeuchte und die Innentemperatur nicht unabhängig voneinander regelbar sind.
Weiterhin ist aus der DE 102 22 438 A1 ein Inkubator bekannt, dessen Innenraum eine Inkubatorheizung und/oder -kühlung aufweist, über die die Innenraumtemperatur regelbar ist. Zur Einstellung oder Regelung der Gasfeuchte der Atmosphäre bzw. Luftfeuchte des Innenraumes wird Luft bzw. Atmosphärengas dem Innenraum entzogen und über eine Vorrichtung mit einem Feuchte puffernden Mittel geleitet, das in Abhängigkeit von seiner Feuchtevorbeladung und der relativen Gasfeuchte eines mit ihm in Verbindung stehenden Gases passiv Feuchtigkeit an das Gas abgibt oder aus diesem aufnimmt, wobei die Temperatur des Feuchtepuffermittels zur Einstellung variabler Gasfeuchten in dem Innenraum mittels einer Temperiereinrichtung variabel einstellbar ist. Das dem Innenraum entnommene Atmosphärengas wird dem Innenraum wieder zugeführt.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass zum einen keine Wasser- bzw. Feuchtequelle verwendet wird, sondern dass ein spezielles Feuchte pufferndes Mittel notwendig ist. Dies erschwert eine schnelle Regelung bei hoher relativer Luftfeuchte.
Weiterhin ist es dabei schwierig, die Feuchte und Temperatur voneinander entkoppelt zu regeln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Inkubatoren so zu verbessern, dass eine weitgehend voneinander unabhängige Regelung von Feuchte und Temperatur der Luft bzw. Atmosphäre im Innenraum des Inkubators einfach und kostengünstig ermöglicht wird. Auch soll auf spezielle Feuchte puffernde Mittel verzichtet werden können.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass in einem ersten Kreislauf Luft aus dem Innenraum der Befeuchtungsvorrichtung zuführbar und in den Innenraum rückführbar ist, und dass in einem zweiten Kreislauf Luft aus dem Innenraum der Inkubatorheizung und/oder -kühlung zuführbar und in den Innenraum rückführbar ist.
Durch die Anordnung zweier getrennter Kreisläufe kann unter Verwendung einer herkömmlichen Befeuchtungsvorrichtung die Feuchte der Innenraumatmosphäre bzw. -luft praktisch unabhängig von der Temperaturregelung der Inkubatorheizung und/oder -kühlung geregelt werden. Damit kann in bekannter Weise ein temperaturgeregelter Wassertank als Befeuchtungsvorrichtung genutzt werden und dennoch kann gleichzeitig über den zweiten Kreislauf unabhängig von der Feuchtigkeit die Innentemperatur des Innenraumes geregelt werden. Auch wird vermieden, dass die feuchte Luft direkt an der Inkubatorheizung und/oder -kühlung vorbeigeleitet wird, so dass die Luft dort bereits wieder teilweise getrocknet wird. Damit wird insbesondere auch bei hoher relativer Feuchte eine schnelle Regelung ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Inkubator eine Schütteleinrichtung für Gefäße mit zu kultivierenden Medien auf. Damit bietet der entstehende Schüttelinkubator nicht nur eine genau kontrollierte Temperatur und genau geregelte Schüttelgeschwindigkeit, sondern auch eine Regelung der Befeuchtung. Damit ist ein solcher Schüttelinkubator auch besonders zur Kultivierung von Bakterien und Hefen geeignet. Die dafür benötigte hohe relative Feuchte im Innenraum kann dabei schnell und sicher erreicht und mit der nötigen Genauigkeit geregelt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem ersten Kreislauf ein erster regulierbarer Ventilator und in dem zweiten Kreislauf ein zweiter regulierbarer Ventilator angeordnet. Die Drehzahlen der Ventilatoren in dem ersten und zweiten Kreislauf können separat voneinander geregelt werden, wodurch sich das je Kreislauf umgewälzte Volumen pro Zeiteinheit separat von dem Volumen des anderen Kreislaufs kontrollieren lässt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Befeuchtungsvorrichtung eine von Heizelementen beheizbare Feuchtequelle bzw. Wasservorrat auf, über die die Luft des ersten Kreislaufes zur Befeuchtung leitbar ist. Dabei sind die Heizelemente der Befeuchtungsvorrichtung leistungsabhängig kontrollierbar. Durch die separate Regelung der Heizelemente lässt sich der Feuchtegrad der umgewälzten Luft relativ einfach regeln. Damit lässt sich der Feuchtegrad sowohl über die Drehzahl bzw. das umgewälzte Volumen als auch über die Heizleistung der Befeuchtungsvorrichtung einfach, sicher und schnell regeln.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lassen sich der erste und der zweite Kreislauf separat voneinander regeln. Damit ist es möglich, die Parameter „Temperatur" und „Feuchte" innerhalb der Regelung des Inkubators zu entkoppeln und somit eine schnellere Regelung zu realisieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Rückführungseinlass in den Innenraum vorgesehen, in dem der erste Kreislauf und der zweite Kreislauf münden und in dem deren Teilströme vor Eintritt in den Innenraum durchmischt werden. Dadurch können Kondensationsvorgänge an dem Heiz-/Kühl-System reduziert und die Befeuchtung optimiert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein weiteres System aus einem ersten und zweiten Kreislauf vorgesehen, so dass eine noch schnellere Feuchte- und Temperaturregelung vorgenommen werden kann.
Die bekannten Verfahren weisen die oben genannten Nachteile auf.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren so zu verbessern, dass die aufgeführten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 12 dadurch gelöst, dass Luft in einem ersten Kreislauf als ein erster Teilstrom dem Innenraum entnommen, zur Aufnahme von Feuchtigkeit über die Feuchtequelle geleitet und in den Innenraum wieder rückgeführt wird, und dass Luft in einem zweiten Kreislauf als ein zweiter Teilstrom den Innenraum entnommen, zur Temperierung über die Inkubatorheizung und/oder -kühlung geleitet und in den Innenraum wieder rückgeführt wird.
Durch die Aufteilung der Luft bzw. Gasatmosphäre in den Innenraum in zwei Teilströme wird eine entkoppelte Regelung der Luftfeuchte und der Temperatur in dem Innenraum ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Teilströme vor dem Eintritt in den Innenraum zusammengeführt und durchmischt. Dadurch werden Kondensationsvorgänge an den Heiz- bzw. Kühl-Systemen reduziert und die Befeuchtung optimiert.
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 einer schematischen Darstellung eines Inkubators mit einem ersten und zweiten Kreislauf und
2: eine Seitensicht eines weiteren Inkubators mit zusammengeführten Teilströmen der Kreisläufe.
Ein Inkubator 1 besteht im Wesentlichen aus einem Innenraum 2, einer Befeuchtungsvorrichtung 3 und einer Inkubatorheizung und/oder -kühlung 4.
Der Inkubator 1 weist in seinem Innenraum 2 eine Schütteleinrichtung 5 für Gefäße 6 mit zu kultivierenden Medien auf. Ein erster Kreislauf 7 saugt über eine an einer Seitenwandung 8 des Innenraumes 2 angeordnete erste Auslassöffnung 9 in einem ersten Teilstrom 10 Luft 11 bzw. Gasatmosphäre des Innenraumes 2 ab und führt diese über eine erste Einlassöffnung 12 in den Innenraum 2 wieder zurück. In dem ersten Kreislauf 7 ist die Befeuchtungsvorrichtung 3 angeordnet, die aus einer mit einem Wasservorrat 13 als Feuchtequelle gefüllten Wanne 14 besteht, die von einem leistungsregulierbaren Heizelement 15 beheizbar ist. Über einen in dem ersten Kreislauf 7 angeordneten ersten Ventilator 16 wird die Luft des ersten Teilstromes aus dem Innenraum 2 über die erste Auslassöffnung abgesaugt, zur Aufnahme von Feuchte über die Befeuchtungsvorrichtung 3 bzw. den Wasservorrat 13 geleitet und über die erste Einlassöffnung 12 in den Innenraum 2 zurückgeführt. Die Feuchte kann dabei über einen nicht dargestellten Feuchtesensor gemessen und durch Regulierung des Heizelementes 15 und durch Regulierung der Drehzahl des ersten Ventilators 16 bzw. des im ersten Kreislauf 7 geförderten Volumenstromes geregelt werden.
Ein zweiter Kreislauf 17 weist an der der ersten Seitenwandung 8 gegenüberliegenden zweiten Seitenwandung 18 eine zweite Auslassöffnung 19 auf, über die in einem zweiten Teilstrom 20 Luft 11 bzw. Gasatmosphäre aus dem Innenraum 2 abgesaugt und der Inkubatorheizung und/oder -kühlung 4 zugeführt bzw. über deren Heiz- und/oder Kühlelemente 21 geleitet und über eine zweite Einlassöffnung 22 Temperatur geregelt in den Innenraum 2 rückgeführt wird. Eine Temperaturmessung kann dabei über einen nicht dargestellten Temperatursensor erfolgen. Der Volumenstrom des zweiten Teilstromes 20 lässt sich dabei über die Drehzahl eines zweiten Ventilators 23 regulieren, der in dem zweiten Kreislauf 17 angeordnet ist. Zur besseren Übersicht wurde auf die Darstellung einer Steuer- und Regeleinrichtung verzichtet.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 wird der erste Teilstrom 10' des ersten Kreislaufes 7' mit dem zweiten Teilstrom 20' des zweiten Kreislaufes 17' über einen Rückführungseinlass 24 zusammengeführt, in dem die Teilströme 10', 20' durchmischt und wieder in den Innenraum 2' des Inkubators 1' rückgeführt werden.

Claims

Inkubator mit einem gegen die Umgebung abgedichteten Innenraum (2, 2'), dem aus einer Befeuchtungsvorrichtung (3) Feuchtigkeit zuführbar ist und dessen Innentemperatur über eine Inkubatorheizung und/oder -kühlung (4) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Kreislauf (7, 7') Luft (11) aus dem Innenraum (2, 2') der Befeuchtungsvorrichtung (3) zuführbar und in den Innenraum (2, 2') rückführbar ist, und dass in einem zweiten Kreislauf (17, 17') Luft (11) aus dem Innenraum (2, 2') der Inkubatorheizung und/oder -kühlung (4) zuführbar und in den Innenraum (2, 2') rückführbar ist.
Inkubator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (2, 2') eine Schütteleinrichtung (5) für Gefäße (6) mit zu kultivierenden Medien aufweist.
Inkubator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kreislauf (7, 7') ein erster regulierbarer Ventilator (16) angeordnet ist.
Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Kreislauf (17, 17') ein zweiter regulierbarer Ventilator (23) angeordnet ist.
Inkubator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen der Ventilatoren (16, 23) unabhängig voneinander regulierbar sind.
Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtungsvorrichtung (3) eine von Heizelementen (15) beheizbare Feuchtequelle (13) aufweist, über die die Luft (11) des ersten Kreislaufes (7, 7') zur Befeuchtung leitbar ist.
Inkubator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (15) der Befeuchtungsvorrichtung leistungsabhängig regulierbar sind.
Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kreislauf (7, 7', 17, 17') separat voneinander regelbar sind.
Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückführungseinlass (24) in den Innenraum (2') vorgesehen ist, in dem der erste Kreislauf (7') und der zweite Kreislauf (17') münden und in dem deren Teilströme (10', 20') vor Eintritt in den Innenraum (2') durchmischt werden.
Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer erster Kreislauf vorgesehen ist, mit dem Luft (11) aus dem Innenraum (2, 2') einer weiteren Befeuchtungsvorrichtung zuführbar und in den Innenraum (2, 2') rückführbar ist.
Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer zweiter Kreislauf vorgesehen ist, mit dem Luft (11) aus dem Innenraum (2, 2') einer weiteren Inkubatorheizung und/oder -kühlung zuführbar und in den Innenraum (2, 2') rückführbar ist.
Verfahren zur geregelten Befeuchtung und Temperierung der Luft in dem Innenraum eines insbesondere als Schüttelinkubator ausgebildeten Inkubators (1, 1'), bei dem der Luft aus einer Feuchtequelle (13) einer Befeuchtungsvorrichtung (3) Feuchtigkeit zugeführt wird und die Luft (11) über eine Inkubatorheizung und/oder -kühlung (4) temperiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Luft (11) in einem ersten Kreislauf (7, 7') als ein erster Teilstrom (10, 10') dem Innenraum (2, 2') entnommen, zur Aufnahme von Feuchtigkeit über die Feuchtequelle (13) geleitet und in den Innenraum (2, 2') wieder rückgeführt wird, und dass Luft (11) in einem zweiten Kreislauf (17, 17') als ein zweiter Teilstrom (20, 20') den Innenraum (2, 2') entnommen, zur Temperierung über die Inkubatorheizung und/oder -kühlung (4) geleitet und in den Innenraum (2, 2') wieder rückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (10', 11') vor dem Eintritt in den Innenraum (2') zusammengeführt und durchmischt werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtung im ersten Teilstrom (10, 10') entkoppelt von der Temperierung des zweiten Teilstromes (20, 20') gesteuert wird.