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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der biochemischen und biotechnologischen Prozesse, insbesondere einem Züchten von Zellen in Nährlösungen. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen von Flüssigkeiten zu einer Lösung (z. B. einer Nährlösung zum Züchten von Zellen) während des Ablaufes eines biochemischen und/oder biotechnologischen Prozesses.
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Stand der Technik
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In der Biochemie oder in der modernen Biotechnologie werden häufig Organismen wie z. B. Bakterien, Pilze, Pflanzen und/oder tierische Zellen verwendet, welche meist bereits genau erforscht sind, und dann für biotechnologische und/oder biochemische Anwendungen bzw. Forschungszwecke eingesetzt werden. Für die Verwendung dieser Organismen wurden beispielsweise Methoden zur Kultivierung bzw. zum Züchten entwickelt. Vor allem Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze, etc.) und/oder Zellen können in so genannten Bioreaktoren kultiviert bzw. gezüchtet.
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Ein Bioreaktor, welcher auch als Fermenter bezeichnet werden kann, ist ein Behälter, in welchem bestimmte Mikroorganismen oder Zellen unter möglichst optimalen Bedingungen kultiviert bzw. gezüchtet werden. Für so genannte Kleinkultursysteme werden so genannte Laborfermenter bzw. Schüttelkolben oder Erlenmeyerkolben eingesetzt, welche beispielsweise mit einer gasdurchlässigen Sterilbarriere verschlossen werden können. Bioreaktoren sowie für kleine Kulturen Laborfermenter sind damit Reaktoren, in denen notwendige verfahrenstechnische Grundoperationen (z. B. Temperieren, Begasen, Dosieren, etc.) zum Kultivieren von Mikroorganismen und Zellkulturen durchgeführt werden können.
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Zweck der Kultivierung von Mikroorganismen bzw. Zellen in einem Bioreaktor bzw. in einem Laborfermenter kann beispielsweise eine Gewinnung bzw. Züchtung von Zellen, eine Gewinnung von Bestandteilen von Zellen, eine Gewinnung von Stoffwechselprodukten von Mikroorganismen oder Zellen, etc. sein. Für derartige biochemische Prozesse sind in einem Reaktor üblicherweise optimale Bedingungen und Sterilität (d. h. ein Freisein von unerwünschten, vermehrungsfähigen Keimen) notwendig. Deshalb werden in den meisten Bioreaktoren bzw. Laborfermentern wichtige Faktoren wie z. B. Zusammensetzung eines Nährmediums für die Mikroorganismen bzw. Zellen, Sauerstoffzufuhr, Temperatur, pH-Wert, etc. kontrolliert und gesteuert sowie wichtige Komponenten des Reaktors steril gemacht.
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Vor allem spielt die Zusammensetzung des Nährmediums, welches auch als Substrat bzw. bei flüssigen Nährmedien auch als Nährlösung bezeichnet wird, eine entscheidende Rolle für biochemische Prozesse wie z. B. Zellwachstum, etc. Die Nährlösung, in welcher z. B. Mikroorganismen kultiviert oder Zellen gezüchtet werden, stellt meist alle für ein Wachstum der Mikroorganismen, Zellen, etc. notwendigen Nährstoffe zur Verfügung. Es werden aber auch – um z. B. den Erfolg eines biochemischen bzw. biotechnologischen Prozesses (z. B. Kultur von Mikroorganismen, Zellkultur, etc.) – sehr hohe Anforderungen insbesondere in die Stabilität einer Nährlösung bzw. deren Zusammensetzung gestellt.
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Ein wichtiger Parameter für die Nährlösung ist z. B. der pH-Wert, da viele der kultivierten Organismen bzw. Zellen meist einen begrenzten Toleranzbereich bezüglich des pH-Werts mit einem Optimum besitzen. Der pH-Wert ist ein Maß für die saure oder alkalische Reaktion einer wässrigen Lösung. Der pH-Wert der Lösung kann sich allerdings durch den Stoffwechsel der Mikroorganismen bzw. Zellen während des Prozesses im Bioreaktor verändern. Um jedoch z. B. ein Wachstum einer Kultur, eine Entwicklung einer Zellkultur, etc. zu sichern, darf eine durch eine Pufferlösung festgelegte Bandbreite für den pH-Wert nicht verlassen werden. Zu diesem Zweck muss der pH-Wert der Lösung trotz Pufferung während z. B. eines biochemischen Prozesses (z. B. Züchten von Zellen, etc.) gemessen werden. Wird eine Abweichung des pH-Werts von der festgelegten Bandbreite festgestellt, so kann der pH-Wert der Lösung erforderlichenfalls durch Zugabe von Säuren oder Laugen reguliert werden.
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Eine Messung des pH-Wertes einer Lösung in einem Bioreaktor bzw. in einem Laborfermenter kann beispielweise mit Hilfe eines Sensors erfolgen. Anhand des Messergebnisses wird dann bestimmt, welche Flüssigkeit – d. h. ob Säuren oder Laugen – der Lösung zugeführt werden. Allerdings ist es für ein Zuführen der jeweiligen Flüssigkeit (Säure, Base) zum Regulieren des pH-Werts üblicherweise erforderlich, dass das Reaktorgefäß (z. B. ein Schüttelkolben, etc.), in welchem z. B. bei Zellkulturen die Lösung mit den Zellen befindet, geöffnet wird. Die Zugabe der jeweiligen Flüssigkeit (Säure, Base oder der Lösung selbst) erfolgt dann manuell. Dieser Vorgang ist allerdings mit der Gefahr verbunden, dass insbesondere durch das Öffnen des Reaktors die notwendige Sterilität nicht mehr gegeben ist und die Lösung bzw. die Kultur verunreinigt wird. Verunreinigungen der Lösung können dann zu geänderten Randbedingungen führen und damit den Erfolg der Kultivierung von Mikroorganismen bzw. der Zellzüchtung beeinträchtigen oder verhindern.
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Anstatt durch manuelle Zugabe bei geöffnetem Reaktor können die zuzuführenden Flüssigkeiten beispielsweise über eine Dosiervorrichtung in den Reaktor eingebracht werden. Diese Dosiervorrichtung wird z. B. als Zwischenstück zwischen einem Falschenhals und einem Deckel des Reaktors bzw. Schüttelkolbens eingesetzt und ist beispielsweise über Schlauchleitungen mit der Außenwelt (z. B. zum Zuführen der Flüssigkeit, etc.) verbunden. Diese Dosiervorrichtung weist allerdings den Nachteil auf, dass sie nur für einen Einsatz bei bestimmten Reaktorformen – d. h. nur bei Schüttelkolben – geeignet ist und aufgrund ihres Aufbaus eine gewisse Unhandlichkeit aufweist. Außerdem müssen bei einer üblichen Anordnung von mehreren Schüttelkolben auf einer so genannten Schüttelplatte, auf welche die Schüttelkolben zum Rühren aufgesetzt werden, sehr viele Schlauchleitungen von dieser Anordnung weggeführt werden, wodurch ein Aufbau der Anordnung sehr aufwendig und komplex wird.
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Aus den Schriften
JP 2009 005 625 A und
US2007/0122872 A1 sind mit einem Zellzuchtbehälter verbindbare Verschlusseinrichtungen bekannt, welche gegebenenfalls auswechselbare Behälter für zuzuführende Flüssigkeiten aufweisen. Bei der Schrift
JP 2009 005 625 A wird zum Zuführen einer Flüssigkeit in einer ersten Unterteilung zu einer Flüssigkeit in einer zweiten Unterteilung des Zellzuchtbehälters eine Injektionsspritze eingesetzt, mit welcher eine Trenneinheit zwischen den Unterteilungen von der ersten Unterteilung in Richtung zweite Unterteilung gepresst werden kann. Damit können zwar zwei Flüssigkeiten sehr einfach gemischt werden, aber ein dosiertes Zuführen einer Flüssigkeit zu einer zweiten Flüssigkeit ist damit nicht möglich.
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In der Schrift
US2007/0122872 A1 ist ebenfalls ein Behälter zum Aufbewahren und Transportieren von klinischen Proben, insbesondere Zellkulturen bekannt, welcher mehrere Unterteilungen aufweist. Dabei wird ein Behälter für das Aufbewahren der Probe verwendet, welcher mit einem Deckel verschlossen ist. Dieser Deckel weist zwei Reservoirs für Flüssigkeiten auf, welche mittels Bedieneinheiten in den Behälter zugeführt werden können. Auch hier ist kein dosiertes Zuführen der jeweiligen Flüssigkeit möglich.
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Weiterhin ist aus der Schrift
US2006/0001865 A1 eine automatisierte Plattform für Zellkulturen bekannt, welche mehrere Bioreaktoren aufweist und mit welcher Zellkulturen überwacht werden können sowie eine Trübung mittels eines externen optischen Sensors gemessen werden kann. Zum Zuführen von Lösungen wird dabei ein Injektions- und Probenautomat eingesetzt, über welchen mittels einer Injektionsnadel z. B. eine Lösung aus einem Reservoir über z. B. eine Schlauleitung in einen der Bioreaktoren zugeführt wird. Ein derartiger Aufbau ist ziemlich komplex und kostenintensiv und kann unter Umständen die bei Zellkulturen notwendige Sterilität nicht gewährleisten.
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Aus der Schrift
DE 40 06 382 A1 ist ebenfalls ein Bioreaktor zum Durchführen von Experimenten bekannt, welcher aus unterschiedlichen Modulen und Adaptern besteht, welche durch lösbare Verbindungen durch Flansche gekoppelt werden. An ein Bodenflanschmodul bzw. an ein Deckelflanschmodul können dabei Rohrleitungen oder Schläuche zum Zu- und/oder Ableiten von Lösungen, Gasen, etc. angeschlossen werden, wobei zum Abbau von Temperatur-, ph-Wert- und Konzentrationsgradienten der Reaktorinhalt mittels einer Pumpe über eine externes Rohrleitungssystem umgewälzt wird. Ein derartiger Aufbau ist daher sehr komplex und kostenintensiv und es kann nicht auf einfache sichergestellt werden, dass über das externe Rohrleitungssystem keine Verunreinigungen in den Bioreaktor gelangen.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, durch welche auf einfache Weise eine oder mehrere Flüssigkeiten dosiert ohne Gefahr von Verunreinigungen einer Lösung, insbesondere einer Nährlösung, zugeführt werden können und welche für beliebige Reaktorformen einsetzbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs angeführten Art mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
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Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung aus einer ersten und einer zweiten Einheit, wobei die erste Einheit eine Steuereinheit sowie eine Energieversorgung aufweist. Die zweite Einheit weist zumindest eine erste Pumpvorrichtung zum Dosieren einer zuzuführenden Menge einer Flüssigkeit, eine Zuleitung zum Zuführen der definierten Menge der Flüssigkeit zur Lösung sowie zumindest einen Behälter zum Aufbewahren der Flüssigkeit auf. Dabei sind die erste und die zweite Einheit für einen verwendungsgemäßen Einsatz über eine trennbare Verbindung miteinander verbindbar.
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Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung aus zwei auflösbar verbindbaren Einheiten besteht, wodurch eine Elektronik zur Steuerung einer Dosierung von zuzuführenden Flüssigkeiten in der ersten Einheit von einer Fluidik – d. h. von strömungsmechanischen Elementen für die Dosierung der zuzuführenden Flüssigkeiten, welche in der zweiten Einheit untergebracht sind, getrennt ist.
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Durch diese trennbare Ausführung der Vorrichtung kann auf einfache Weise Sterilität erreicht werden. Die zweite Einheit mit der Fluidik wird beispielsweise nach zweckgemäßer Verwendung von der ersten Einheit mit der Elektronik getrennt und kann dann sehr einfach sterilisiert werden. Für einen weiteren Einsatz kann dann der zumindest eine Behälter zum Aufbewahren für zuzuführende Flüssigkeiten bestückt werden. Vor dem Einsatz können dann die beiden Einheiten wieder verbunden und für ein definiertes und dosiertes Zuführen von Flüssigkeiten bei oder in einem Reaktor z. B. für eine neue Zellkultur eingesetzt werden. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund einer Steuereinheit und einer Energieversorgung in der ersten Einheit autonom arbeiten. D. h. es kann beispielsweise für einen gesamten Prozess eine definierte und dosierte Flüssigkeitszugabe vorgegeben werden, ohne dass z. B. manuell eingegriffen werden muss. Damit werden auf einfache Weise Verunreinigungen z. B. der Lösung, der Zellkultur, etc. im Reaktor verhindert. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für verschiedene Reaktorformen (z. B. Schüttelkolben) einsetzbar und leicht zu handhaben, da beispielsweise keine komplexen Schlauchleitungen für ein Zuführen von Flüssigkeiten notwendig sind.
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Bei einer bevorzugten Fortbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die zweite Einheit zusätzlich eine Sensoreinheit zum Analysieren und Auswerten einer Probe von z. B. der zu regulierenden Lösung, eine zweite Pumpvorrichtung sowie eine Leitung zum Entnehmen der Probe aus der Lösung. Zusätzlich weist die zweite Einheit noch einen Abfallbehälter auf, welche zum Entsorgen der analysierten Probe dient. Durch den Einsatz einer Sensoreinheit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auf einfache Weise Proben z. B. aus der Lösung im Reaktor entnommen und beispielsweise wichtige chemische und/oder biochemische Parameter (z. B. pH-Wert, Sauerstoffwert, etc.) der Lösung mit der Sensoreinheit überprüft und analysiert werden. Durch eine Verbindung mit der Steuereinheit in der ersten Einheit der Vorrichtung, welche dafür eine geeignete Regelprogrammierung aufweisen kann, kann dann gezielt eine Zugabe von Flüssigkeiten – in Abhängigkeit von einem Analyseergebnis – gesteuert werden. Da diese Sensoreinheit sowie die zugehörige zweite Pumpvorrichtung, eine Leitung zum Entnehmen der Probe und ein Abfallbehälter für analysierte Proben ebenfalls in der zweiten Einheit vorgesehen sind, können diese ebenfalls sehr einfach vor einem zweckgemäßen Einsatz steril gemacht werden.
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Es ist günstig, wenn die Steuereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung programmierbar ausgestaltet ist. Die Steuereinheit, welche beispielweise als Mikrocontroller ausgestaltet sein kann, kann auf diese Weise vor einer zweckgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem geeigneten Programm versehen werden. Durch eine geeignete Programmierung kann dann die zweite Einheit – d. h. die Fluidik – der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der gesamten Verwendung bei einem chemischen/biochemischen Prozess wie z. B. einem Wachstumsprozess von Zellen autonom bzw. ohne zusätzliche manuelle Eingriffe angesteuert werden. Damit entfällt eine zusätzliche Quelle für Verunreinigungen und es wird eine höhere Qualität bei chemischen/biochemischen Prozessen erreicht.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste Einheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich eine Komponente zum Übertragen von Steuerbefehlen und/oder Daten zwischen der Steuereinheit und einer externen Rechnereinheit aufweist. Über diese Komponente können beispielsweise Steuerbefehle von einer externen Rechnereinheit sehr einfach an die Steuereinheit der ersten Einheit übertragen werden. Es ist auch denkbar, dass z. B. Daten (z. B. Messergebnisse der Sensoreinheit, etc.) an die externe Rechnereinheit weitergeleitet werden. Dadurch könnte gegebenenfalls eine Programmierung der Steuereinheit nachjustiert und noch besser an die chemischen bzw. biochemischen Prozesse im Reaktor angepasst werden. Die Kommunikation zwischen der Komponente zum Übertragen von Steuerbefehlen und/oder Daten und der externen Rechnereinheit kann beispielweise drahtgebunden oder idealer Weise drahtlos (z. B. über eine Funkschnittstelle, etc.) erfolgen.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die trennbare Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Einheit als Steckverbindung ausgeführt ist. Durch eine Steckverbindung können die beiden Einheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr einfach für einen zweckgemäßen Einsatz verbunden und nach einer Verwendung auf einfache Weise wieder getrennt werden, um z. B. die zweite Einheit zu sterilisieren und/oder die erste Einheit für einen weiteren Einsatz neu zu programmieren.
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Es ist auch günstig, wenn der zumindest eine Behälter zum Aufbewahren der zuzuführenden Flüssigkeit auswechselbar ausgestaltet ist. Ein auswechselbarer Behälter weist den Vorteil auf, dass mit den zuzuführenden Flüssigkeiten (z. B. Chemikalien wie Säuren, Basen, etc.) ein einfacherer Umgang möglich ist. Insbesondere da mittlerweile häufig Einwegbehälter genutzt werden, kann beispielsweise ein leerer Behälter während oder nach einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgetauscht werden bzw. durch einen neuen, vollen ersetzt werden. Dadurch kann gegebenenfalls auch ein Sterilisieren des Behälters entfallen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste und die zweite Einheit in einem verbundenen Zustand als Verschlusseinrichtung für einen Lösungsbehälter bzw. Reaktor, insbesondere Schüttelkolben, einsetzbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dazu in verbundenen Zustand auf den Lösungsbehälter bzw. Reaktor aufgesetzt und kann diesen verschließen. Eine zusätzliche Verschlusseinrichtung kann damit eingespart werden. Es ist, da die zuzuführenden Flüssigkeiten vom Behälter der zweiten Einheit bereitgestellt werden, keine zusätzliche Verbindung zur Außenwelt erforderlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet dann autonom und eventuelle Quellen für Verunreinigungen z. B. der Lösung, der Zellkultur, etc. werden damit verhindert.
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Insbesondere bei so genannten Schüttelkolben oder Erlenmeyerkolben kann diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft angewendet werden. Die Vorrichtung wird dabei z. B. wie ein zylinderförmiger Verschluss in den Flaschenhals des Schüttelkolbens positioniert und verschließt dadurch den Reaktor. Die Vorrichtung kann idealer Weise bei scherempfindlichen Kulturen (z. B. tierischen Zellen, etc.) eingesetzt werden, da es kaum bis gar nicht zur Berührungen mit der Kultur kommt und dadurch bei Schüttelbewegungen bzw. beim Rühren keine Gefahr besteht, dass Zellen zerrieben werden. Auch stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung beim Anbringen des Schüttelkolbens auf einer Schüttelplatte kein Hindernis dar, da sie z. B. keine wegführende Leitungen zur Außenwelt aufweist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur erläutert, welche beispielhaft und schematisch einen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem verwendungsgemäßen Einsatz als Verschlusseinrichtung eines Lösungsbehälters bzw. Reaktors zeigt.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt beispielhaft und in schematischer Weise die erfindungsgemäße Vorrichtung in verbundenem Zustand, welche als Abdeckung bzw. Verschlusseinrichtung für einen Lösungsbehälter S bzw. Reaktor S, insbesondere einen so genannten Schüttelkolben S, eingesetzt wird. Da Schütteln eine sehr schonende Form des Rührens ist, werden Schüttelkolben S insbesondere für scherempfindliche Kulturen, wie z. B. tierische Zellkulturen eingesetzt. Zum Rühren bzw. Schütteln werden Schüttelkolben üblicherweise auf so genannte Schüttelplatten oder Schüttelmaschinen gesetzt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zwei Einheiten E1, E2, wobei die erste Einheit E1 eine zur Steuerung notwendige Elektronik aufweist. Die zweite Einheit E2 umfasst die so genannte Fluidik und ist so gestaltet, dass eine Sterilisation im üblichen Ausmaß durchgeführt werden kann. Eine erste Einheit E1 befindet sich in einem oberen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine zweite Einheit E2 befindet sich in einem unteren Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und damit bei dem in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher bei einer Lösung L, welche sich für z. B. einem biochemischen/chemischen Prozess (z. B. Züchten von Zellen, etc.) im Reaktor S befindet.
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Die erste Einheit E1 ist mit der zweiten Einheit E2 über eine lösbare bzw. trennbare Verbindung V verbindbar. Diese Verbindung V kann beispielsweise als Steckverbindung V ausgeführt sein. Dabei werden die erste Einheit E1 und die zweite Einheit E2 vor einem zweckmäßigen Einsatz – z. B. bevor die Vorrichtung als Verschlusseinrichtung auf einen Reaktor S aufgebracht wird – durch Zusammenstecken miteinander verbunden. Nach der Verwendung können die verbundenen Einheiten E1, E2 bzw. die Vorrichtung vom Reaktor S entfernt und getrennt werden, wobei die zweite Einheit E2 für eine weitere Verwendung sterilisiert und danach mit neuen Flüssigkeiten bzw. Chemikalien bestückt werden kann. Nach einem neuerlichen Verbinden bzw. Zusammenstecken der ersten und der zweiten Einheit E1, E2 ist die Vorrichtung wieder einsatzbereit.
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Die erste Einheit E1 der erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit MC und eine Energieversorgung PS, welche z. B. die Steuereinheit MC, aber auch weitere Komponenten der Vorrichtung wie z. B. Pumpvorrichtungen P1, P2, etc. mit Energie versorgt. Als Steuereinheit MC kann beispielsweise eine Steuerlogik mit einem Mikrocontroller verwendet werden. Die Steuereinheit MC kann auch programmierbar ausgeführt sein. Die Steuereinheit MC wird dann vor einem Einsatz für den jeweiligen biochemischen/chemischen Prozess mit entsprechenden Steuerbefehlen programmiert und kann dann autonom (d. h. ohne manuelle Eingriffe oder Öffnen des Reaktors) die zweite Einheit E2 bzw. die Fluidik für ein Zuführen von definierten und dosierten Menge eine oder mehrere zuzuführender Flüssigkeiten (z. B. Säuren, Basen, Lösung, Nährstoffe, etc.) ansteuern. D. h. der biochemische bzw. chemische Prozess bzw. die Kultur im Reaktor S benötigt dadurch kaum weitere Pflege.
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Zusätzlich kann die erste Einheit E1 auch eine Komponente RX zum Übertragen von Steuerbefehlen und/oder Daten von bzw. zu einer externen Rechnereinheit aufweisen. Über die Komponente RX, welche z. B. entweder drahtgebunden oder mittels einer drahtlosen Verbindung (z. B. Funk, etc.) mit der externen Rechnereinheit kommunizieren kann, kann beispielsweise die Programmierung der Steuereinheit MC für einen Einsatz erfolgen. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, auch während einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung über die Komponente RX zum Übertragen von Steuerbefehlen und/oder Daten mit der Steuereinheit MC zu kommunizieren. So können beispielsweise zusätzliche Steuerbefehle an die Steuereinheit MC übertragen und/oder die Programmierung angepasst werden, um die Steuerung der zweiten Einheit E2 bzw. der Fluidik besser an den biochemischen Prozess im Reaktor S anzupassen. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit Daten (z. B. Werte von Parametern wie z. B. pH-Wert der Lösung L, Sauerstoffgehalt, etc.) vom Prozess im Reaktor S über die Steuereinheit MC an einen externen Rechner z. B. für Auswertungszwecke zu übertragen.
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Die zweite Einheit E2 der erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zumindest eine erste Pumpvorrichtung P1, eine Zuleitung L1 zur Lösung L und zumindest einen Behälter T1 zum Aufbewahren einer zuzuführenden Flüssigkeit. Dabei kann der Behälter T1 auswechselbar gestaltet sein, damit der Behälter T1 nach einer Verwendung leichter entfernt bzw. bei Einwegbehältern leichter durch einen neuen Behälter T1 für eine nächste Verwendung ersetzt werden kann.
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Während eines verwendungsgemäßen Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden für ein definiertes und dosiertes Zuführen der Flüssigkeit aus dem Behälter T1 von der Steuereinheit MC Steuerbefehle an die erste Pumpvorrichtung P1 gesendet. Die erste Pumpvorrichtung P1 entnimmt die entsprechende Menge der zuzuführenden Flüssigkeit aus dem Behälter T1 und leitet diese über die Zuleitung L1 in den Reaktor S und damit zur Lösung L. Sind bei einem biochemischen/chemischen Prozess – wie z. B. beim Stabilisieren des pH-Werts einer Nährlösung für eine Zellkultur – mehrere Flüssigkeiten (z. B. Säuren, Basen, etc.) notwendig, so können in der zweiten Einheit E2 auch mehrere Behälter T1 zum Aufbewahren der verschiedenen Flüssigkeiten vorgesehen sein.
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Zusätzlich kann die zweite Einheit E2 eine Sensoreinheit SE aufweisen, welche im verbundenen Zustand der Vorrichtung mit der Steuereinheit MC kommunizieren kann und beispielsweise an diese Daten weiterleiten bzw. auch von dieser z. B. zum Entnehmen von Proben aus der Lösung L angesteuert werden kann. Mit der Sensoreinheit SE können über eine Leitung L2 und eine zweite Pumpvorrichtung P2 Proben aus dem Reaktor S bzw. von der Lösung L entnommen werden. Von der Sensoreinheit SE können die Proben dann analysiert und so wichtige biochemische und/oder chemische Parameter (z. B. pH-Wert, Sauerstoffgehalt, etc.) der Lösung L im Laufe des Prozesses bestimmt werden. Analysierte Proben können dann in einem ebenfalls in der zweiten Einheit E2 vorgesehenen Abfallbehälter T2 entsorgt werden.
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Analysedaten bzw. -ergebnisse können dann von der Sensoreinheit SE an die Steuereinheit MC weitergeleitet werden. Davon können dann über eine entsprechende Regelungsprogrammierung der Steuereinheit MC Vorgänge zum definierten und dosierten Zuführen von Flüssigkeiten in den Lösungsbehälter S bzw. Reaktor S abgeleitet werden. D. h. von der Steuereinheit MC können auf Basis der Ergebnisse der Sensoreinheit SE entsprechende Steuerbefehle an die erste Pumpenvorrichtung P1 gesendet und damit z. B. eine Flüssigkeitszugabe gesteigert und/oder verringert werden. Zusätzlich können die Analysedaten bzw. -ergebnisse der Sensoreinheit SE über die Steuereinheit MC und die Komponente RX zum Übertragen von Steuerbefehlen und/oder Daten an eine externe Rechnereinheit für eine weitere Analyse und/oder Auswertung gesendet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist – wie in 1 – dargestellt, im verbundenen Zustand als Verschlusseinrichtung für einen Lösungsbehälter S, insbesondere einen Schüttelkolben, einsetzbar. Nach einer Verwendung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aus dem Lösungsbehälter S entfernt und die Verbindung V (z. B. Steckverbindung), welche die erste Einheit E1 – die Elektronik – und die zweite Einheit E2 – die Fluidik – verbindet, getrennt werden. Die erste Einheit E1 kann dann sehr einfach für einen neuen Einsatz z. B. umprogrammiert werden. Bei der zweiten Einheit E2 kann beispielweise der Behälter T1 entfernt werden, sofern dieser auswechselbar gestaltet ist. Dann kann die zweite Einheit E2 sehr einfach im üblichen Ausmaß sterilisiert werden. Vor einem neuen Einsatz wird die zweite Einheit E2 mit einem neuen Behälter T1 bestückt und wieder mit der ersten Einheit E1 verbunden.
