DE102016120699B3

DE102016120699B3 - Sonde mit zwei Entnahmeöffnungen

Info

Publication number: DE102016120699B3
Application number: DE102016120699.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Künnecke
Original assignee: Trace Analytics GmbH
Current assignee: 908 Devices GmbH
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-10-29
Also published as: WO2018077627A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sonde (10) zur Entnahme von Bestandteilen eines Mediums in einem Bioreaktor, mit einem formsteifen Sondenkopf (12) zur Anordnung in dem Medium, wobei der Sondenkopf (12) eine erste Entnahmeöffnung (24) zur unveränderten Entnahme von Medium aufweist, die mit einer ersten Entnahmeleitung (28) fluidleitend verbunden ist. Die Sonde zeichnet sich dadurch aus, dass eine zweite Entnahmeöffnung (34) in dem Sondenkopf (12), zur Entnahme nur von einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums, die mit einer zweiten Entnahmeleitung (38) fluidleitend verbunden ist vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Single-Use-Bioreaktor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Entnahme von Bestandteilen eines Mediums in einem Bioreaktor, mit einem formsteifen Sondenkopf zur Anordnung in dem Medium, wobei der Sondenkopf eine erste Entnahmeöffnung zur unveränderten Entnahme von Medium aufweist, die mit einer ersten Entnahmeleitung fluidleitend verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Single-Use-Bioreaktor (SUB), mit einem Gefäß, insbesondere Beutel oder Kunststoffgefäß, zur Aufnahme von Medium, und einer Sonde der eingangs genannten Art.
Moderne biotechnologische Herstellverfahren lassen sich in erster Linie durch Fortschritte im Bereich der Bioprozessanalytik weiter optimieren, weil hieraus Strategien für verbesserte Prozessführung und Optimierung der Medienzusammensetzung gewonnen werden können. Bei der Kultivierung von tierischen, bakteriellen und pflanzlichen Zellen ist eine aseptische Betriebsweise und die Verfügbarkeit von steriltechnischen Komponenten besonders wichtig, da während des Fermentationsprozesses laufend Proben gezogen werden müssen, um wichtige Parameter wie Wachstumsverhalten der Kultur, Zellzustandsgrößen und Stoffwechselwerte bestimmen zu können.
In zunehmendem Maße werden hierzu moderne Analyseverfahren wie Biosensoren, Durchflusszytometrie und Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie eingesetzt. Voraussetzung dafür ist die Bereitstellung geeigneter Prozesszugänge in Form von Probenahmesonden, die eine direkte Verbindung zum Reaktorinhalt darstellen. Gleichzeitig müssen wesentliche Prozessparameter auch innerhalb des Bioreaktors möglichst verzögerungsfrei mit geeigneten Sensoren gemessen werden.
Die eigentliche Probenentnahme am Bioreaktor stellt einen kritischen Vorgang dar, weil damit unter Umständen die Sterilbarriere zum Fermenterinhalt durchbrochen wird. Daher ist bei mehrere Wochen dauernden Fermentationen beziehungsweise hoher Probenahmefrequenz eine einfache und zuverlässige Probenahmemöglichkeit von großer Bedeutung für den Prozesserfolg.
Außerdem muss die Probenentnahme die Medienzusammensetzung repräsentativ wiedergeben und ständig verfügbar sein. Besonders der Einsatz automatisierter Analysensysteme bedingt die Möglichkeit einer vollautomatischen Probenziehung. Eine Einschränkung besteht derzeit darin, dass der entnommene Reaktorinhalt oftmals von Zellen und anderen Medienbestandteilen getrennt werden muss, um die nachfolgende Analytik nicht zu behindern. Außerdem kann es notwendig sein, die gewonnene Probe zu Verdünnen, um beispielsweise bei enzymatischen Analysen innerhalb des Messbereichs des Analysators zu bleiben.
Eine Möglichkeit zur Entnahme von zellfreiem Medium ist die Verwendung von Filtrationsmembranen, z.B. in Form von Filtrationssonden. Allerdings wird bei jeder Entnahme auch Medium entfernt, so dass deren Einsatz bei kleinvolumigen Prozessen nur eingeschränkt möglich ist.
Eine besonders geeignete Methode zur sterilsicheren Gewinnung von Probenmaterial basiert auf einer Abtrennung mittels Diffusion durch semipermeable Membranen. Dabei werden hydrophobe Membranen zur Abtrennung von gasförmigen Substanzen und Dialysemembranen zur Abtrennung von niedermolekularen löslichen Molekülen eingesetzt. Derzeit sind verschiedene Vorrichtungen bekannt und in Form von Sonden zur Einbringung in Bioreaktoren ausgelegt (beispielsweise DE 26 50 730 B1 , US 3,830,106 A1 , WO 97/08533 A2 , WO 00/25107 A1 ).
Allerdings ist deren Einsatzmöglichkeit wegen der oftmals beengten räumlichen Situation am Bioreaktor stark begrenzt. Viele Bioreaktorsysteme, insbesondere im Bereich der Forschung und Entwicklung, arbeiten mit minimalen Volumina und sind entsprechend klein. In der Folge ist die Möglichkeit, an derartig kleinen Reaktoren zahlreiche Ports für Sensoren, Medienleitungen, Gasleitungen und Probenahme unterzubringen, sehr stark eingeschränkt.
Diese Einschränkung betrifft nicht nur die räumlichen Dimensionen auf der Oberfläche der Bioreaktoren, sondern insbesondere bei kleinvolumigen Reaktoren, die oftmals nur zu geringem Teil mit Medium gefüllt werden, steht nur eine geringe Eintauchtiefe für Sonden zur Verfügung, damit diese ausreichend Kontakt zum Medium haben. Die bisher bekannten Dialysesonden benötigen dagegen Eintauchtiefen von mindestens 5 cm. Es besteht deshalb Bedarf an Sonden für Reaktoren mit minimalen Eintauchtiefen.
Bei den Single-Use Bioreaktoren (SUB, Einwegbioreaktor) kommt weiter erschwerend hinzu, dass diese Systeme als Komplettsysteme vorwiegend aus Kunststoff bestehen, bereits beim Hersteller konfektioniert und mit Hilfe von Bestrahlung oder aggressiven Chemikalien (wie zum Beispiel Ethylenoxid (ETO)) sterilisiert werden. Single-Use Bioreaktoren werden derzeit in Form von Kunststoffbeuteln (siehe etwa US 6,190,913 B1 ) oder als Kunststoffgefäße ( EP 2 674 479 A1 offenbart einen solchen) mit festen Wandungen hergestellt. Um diese als Komplettsysteme auszustatten, müssen auch alle anderen verwendeten Komponenten, wie beispielsweise Schläuche, Filter, Sensoren oder deren elektronische Bauteile den Herstell- und Sterilisierungsprozess überstehen können und gleichzeitig müssen alle medienberührenden Teile den hohen regulatorischen Anforderungen an die Zusammensetzung der verwendeten Materialien in Bezug auf herauslösbare organische oder anorganische Verunreinigungen, sogenannte Extractables und Leachables, genügen. Auch diese Anforderungen werden von den bisher beschriebenen Sonden nicht erfüllt.
GB 2 442 209 A beschreibt eine Dialysesonde zur Anwendung im menschlichen oder tierischen Körper, die zwar grundsätzlich für Single-Use-Anwendungen in der Biotechnologie geeignet wäre, da sie aus Kunststoff besteht und sterilisierbar ist, die aber wegen der kleinen Größe nur mit sehr hohem Kostenaufwand gefertigt werden kann und nicht robust genug ist für die teilweise hohen Scherkräfte in Bioreaktoren. Zusätzlich kommt erschwerend hinzu, dass die inneren Durchmesser der verwendeten Kapillaren so klein sind, dass bereits bei Durchflussraten von 1 mL/min ein hoher Innendruck entsteht, so dass die Gefahr des Platzens der Membranen gegeben ist.
Ähnliches gilt für die in WO 2008/059050 A2 offenbarte Sonde. Bei der Montage einer auf der Basis eines Katheters ausgeführte Sonde in einen SUB kommt es während des Transportes und Lagerung zum Abknicken der Sonde innerhalb des Reaktors, was die Gefahr von Leckagen oder Verstopfungen der inneren Leitungen des Katheters hervorrufen kann.
Die oben genannten konventionellen Dialysesonden sind robuster gebaut und zeigen diese Nachteile nicht. Sie werden derzeit nachträglich nur über bereits für die spätere Verwendung ausgelegte vorsterilisierte Konnektoren/Adapter (wie z.B. den Kleenpak Adapter der Firma Pall, offenbart in US 6,655,655 B1 ) an die ohnehin schon sehr komplexen SUBs angebunden. Diese Vorgehensweise ist mit einer deutlichen Kostenerhöhung verbunden und schränkt die Flexibilität des Anwenders sehr ein, da die Adapter schon bei der Auslegung des Gesamtreaktors festgelegt sein müssen. In US 2005/0239199 A1 ist ein SUB als gerührter Kessel beschrieben, bei dem die Sensoren nachträglich über einen derartigen Adapter mit Hilfe eines Faltenbalgs eingebracht werden müssen.
Wie bereits eingangs erwähnt, werden zur Überwachung von Bioprozessen auch Messgrößen innerhalb des Bioreaktors mittels Sensoren erfasst. Für die konventionellen Bioreaktoren aus Glas und Stahl stehen hierfür eine Reihe von elektrochemischen Sensoren in Form von Tauchsonden zur Bestimmung von pH-Wert, gelöstem Sauerstoff pO₂, Leitfähigkeit etc. zur Verfügung. Auch diese Sonden lassen sich für SUBs bisher nur über einen vorsterilisierten Konnektor einsetzen. Eine Übertragung der entsprechenden Sensortechnologien in Single-Use Sensoren und deren Integration in SUBs ist für viele Sensormaterialien zwar möglich, da die Elektrodenmaterialien die Sterilisationsprozesse gut überstehen. Es scheitert vor allem daran, dass die konventionellen elektrochemischen Sensoren Flüssigelektrolyte enthalten, was nicht mit den Herstell- und Lagerprozessen für SUBs kompatibel ist.
Einige Hersteller haben deshalb versucht, alternative Lösungen bereitzustellen, die vorwiegend auf elektrolytfreien optischen Sensoren beruhen. US 2008/032389 A1 beschreibt einen Sensoradapter für SUBs zur nachträglichen Anbringung von verschiedenen Sensoren an einen Reaktor-Port. Dieser Aufbau ist jedoch mechanisch sehr anspruchsvoll und vorwiegend auf nichtinvasive optische Sensoren ausgelegt. In US 2011/0124035 A1 ist eine Kombination aus einem Faltenbalg Adapter mit einem nichtinvasiven optischen Sensor beschrieben.
Andere alternative Vorrichtungen, bei denen das Medium außerhalb des Bioreaktors in einem Bypass im Kreis gefördert und dort mit elektrochemischen Sensoren in Kontakt gebracht werden kann, beschreiben DE 10 2006 022 307 A1 und WO 2011/090781 A1 . Sehr nachteilig sind hierbei der zusätzliche instrumentelle und mechanische Aufwand, sowie das Risiko, dass die Zellen im umgepumpten Medium anderen Umgebungsbedingungen als im Hauptvolumen des Reaktors ausgesetzt sind und eventuell durch die Pumpe geschädigt werden können. Bei schnellen Stoffwechselvorgängen, wie sie bei mikrobiellen Kultivierungen oft vorherrschen, kann deshalb z.B. der Sauerstoffgehalt im Bypass deutlich vom Gehalt im Reaktor abweichen, so dass eine Messung dort die realen Bedingungen nicht wiedergibt.
DE 10 2009 037 345 A1 schlägt einen in den SUB integrierten Adapter, der eine Filtrationsmembran enthält, vor, an dessen Außenseite nachträglich Sensoren mit dem Filtrat des Reaktormediums in Kontakt treten können. Hier lassen sich zwar konventionelle elektrochemische Sensoren, wie beispielsweise pH Elektroden einsetzen, zur Versorgung des Sensors mit frischem Medium muss aber entweder der Sensor in der Vorrichtung bewegt werden oder mittels einer Pumpe muss Medium abgezogen werden. Somit wird auch hier für jede Messung Medium entfernt, so dass der Einsatz bei kleinvolumigen Prozessen nur eingeschränkt möglich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sonde zur Entnahme von Bestandteilen eines Mediums bereitzustellen, die kompakt, platzsparend, flexibel und multifunktional einsetzbar ist, ohne den Bedarf an vielen Reaktorzugängen und wenigstens einem der oben genannten Probleme begegnet. Sie soll mechanisch robust und einfach aufgebaut, kostengünstig herstellbar und einfach in die Produktionsprozesse von Single-Use-Bioreaktoren (SUB) integrierbar sein.
Gelöst wird die Aufgabe bei einer Sonde der eingangs genannten Art dadurch, dass diese in dem Sondenkopf eine zweite Entnahmeöffnung aufweist, die zur Entnahme von nur einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums vorgesehen ist, wobei die zweite Entnahmeöffnung mit einer zweiten Entnahmeleitung fluidleitend verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Vorsehen von zwei Entnahmeöffnungen in einem Sondenkopf, die für zwei verschiedene Entnahmezwecke vorgesehen sind, die Einsatzflexibilität vergrößert ist. Ferner kann Sterilität des Mediums einfacher sichergestellt werden, da ein Wechsel der Sonden für zwei verschiedene Analysezwecke nicht notwendig ist. Mit der ersten Entnahmeöffnung kann Medium in unveränderter Form, insbesondere unverdünnter Form, entnommen werden. Mit der zweiten Entnahmeöffnung werden nur ein oder mehrere vorbestimmte einzelne Bestandteile des Mediums entnommen. Dazu ist in der zweiten Entnahmeeöffnung vorzugsweise eine Membran angeordnet, die dazu dient, den einen oder die mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteile des Mediums herauszutrennen. Die zwei Entnahmeleitungen, die getrennt voneinander mit den ersten und zweiten Entnahmeöffnungen verbunden sind, werden vorzugsweise durch eine Öffnung an einem Beutel oder an einem anderen Behälter, der das Medium beinhaltet, geführt. Indem die beiden Entnahmeöffnungen in einem einzigen Sondenkopf angeordnet sind, weisen die beiden Entnahmeöffnungen auch eine definierte Relation zueinander auf, wodurch die Handhabung der Sonde vereinfacht ist.
Mit der erfindungsgemäßen Sonde lassen sich also mit ein und derselben Sonde zwei verschiedene Entnahmeschritte durchführen, ohne dass es notwendig ist, die Sonde zu wechseln, oder eine zweite Sonde in den Behälter einzuführen. Die Handhabung ist hierdurch wesentlich erleichtert. Dabei ist der Sondenkopf formsteif und bevorzugt aus einem Kunststoff- oder Keramikmaterial gebildet. Er ist insbesondere durch Spritzgießen bzw. Sintern und/oder spanende Bearbeitung, wie etwa Drehen, Fräsen und Bohren erhältlich. Durch die Formsteifigkeit wird erreicht, dass ein Abknicken des Sondenkopfes verhindert wird. Der Sondenkopf weist dazu entsprechende Wandstärken auf.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform bildet die zweite Entnahmeöffnung eine Diffusionsöffnung, wobei in der Diffusionsöffnung eine Diffusionsmembran zur Dialyse des Mediums angeordnet ist. Bevorzugt weist die Sonde ferner eine Zuleitung für Trägerflüssigkeit für Dialyse auf. Trägerflüssigkeit strömt vorzugsweise durch die Zuleitung, an der Diffusionsmembran vorbei und durch die zweite Entnahmeleitung hinaus. In dem Medium, welches durch die zweite Entnahmeleitung fließt ist dann Trägerflüssigkeit mit dem Dialysat angereichert. Die insgesamt drei Leitungen, die von dem Sondenkopf wegverlaufen, sind vorzugsweise gebündelt, sodass sie durch eine gemeinsame Öffnung an dem Behälter geführt werden können. Mit einer derartigen Sonde lässt sich also mit einer einzigen Sonde sowohl eine Probe des Mediums entnehmen als auch durch die zweite Entnahmeöffnung einzelne Bestandteile, die durch die Diffusionsmembran hindurchtreten und in der Trägerflüssigkeit aufgenommen werden.
In einer Alternative ist die zweite Entnahmeöffnung eine Filteröffnung, wobei in der Filteröffnung eine Filtermembran angerordnet ist. Bei einer derartigen Ausführungsform weist die Sonde zwei Entnahmeöffnungen auf, eine Entnahmeöffnung zur unverdünnten und unveränderten Entnahme des Mediums, eine zweite, um gefiltertes Medium zu entnehmen. Je nach Anwendungsfall kann eine der beiden Ausführungsformen bevorzugt sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Diffusionsmembran eine Porengröße von 200 nm oder kleiner, vorzugsweise 20 nm oder kleiner und besonders bevorzugt 2 nm oder kleiner auf. Vorzugsweise weist die Diffusionsmembran eine Ausschlussgrenze von 100 kDa, vorzugsweise 50 kDa und besonders bevorzugt 10 kDa auf. Die Porengröße bezieht sich auf die mittlere Porengröße der Diffusionsmembran.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Sondenkopf eine dritte Entnahmeöffnung zur Entnahme von nur einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums auf, wobei die dritte Entnahmeöffnung mit einer dritten Entnahmeleitung fluidleitend verbunden ist.
Die dritte Entnahmeöffnung ist in einer Variante als Filteröffnung ausgebildet, wobei in der Filteröffnung eine Filtermembran angeordnet ist. Die Filtermembran ist in einer Variante als Hohlfasermembran ausgebildet. Hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau erreicht und gleichzeitig eine hohe Filtergröße ermöglicht. Ferner bietet eine Hohlfasermembran den Vorteil, dass Fluid um den gesamten Umfang entnommen werden kann und daher nicht nur aus einer Strömungsrichtung.
In dieser Ausführungsform kann mittels der Sonde unverändertes Medium, ein Dialysat als auch ein Filtrat entnommen werden. All diese drei Funktionen sind mit einer einzigen Sonde möglich, ohne dass mehrere Ausgänge an dem entsprechenden Bioreaktor, oder mehrere Sonden vorgesehen sein müssten. Eine Kontamination des Mediums durch Wechsel von Sonden findet nicht statt.
Hierbei ist bevorzugt, dass die Filtermembran eine nominale Porengröße von 0,1 bis 0,4 µm, und besonders bevorzugt etwa 0,2 µm aufweist. Die Membran einer erfindungsgemäßen Sonde sind dementsprechend passierbar für Analyten, wie sie insbesondere bei der Überwachung von Prozessgrößen oder Fermentationsprodukten üblicherweise von Interesse sind. Interessierende Analyten und entsprechende abgeleitete Größen, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgewiesen werden können, sind vorzugsweise Glukose, Laktat, pH-Wert, pO₂-Wert und pCO₂-Wert, Methanol, Ethanol, Formiat, Acetat, Ammonium, Glutamin, Glutamat, Harnstoff, Harnsäure, Phosphat, organische Säuren, Aminosäuren, Antikörper, Wachstumsfaktoren und Hormone.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Membran, insbesondere Dialysemembran und/oder Filtermembran, aus einem Material gebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Cellulose und deren Derivate, Celluloseacetat, PTFE, Polycarbonat, Polypropylen, Polyamide, Polysulfone, Polyethersulfon sowie Keramiken, insbesondere aufweisend Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, und/oder Siliziumkarbid sowie Mischungen hieraus. All diese Stoffe eignen sich besonders gut, um Membrane für den vorliegenden Anwendungsfall bereitzustellen, wobei die Membrane insbesondere als Hohlfasermembrane ausgebildet sind. In bevorzugten Varianten ist auch der formsteife Sondenkopf aus einem solchen Material gebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Sondenkopf eine Stützstruktur für die ersten und zweiten Entnahmeleitungen. Vorzugsweise bildet der Sondenkopf einer Stützstruktur für sämtliche Entnahme- und Zuleitungen, die die Sonde aufweist. Jeweils ein offenes Ende einer jeden Leitung ist vorzugsweise fest mit dem Sondenkopf verbunden.
Vorzugsweise ist der Sondenkopf im Wesentlichen zylindrisch mit einer oder mehreren sich radial in Richtung der Zentralachse erstreckenden seitlichen Vertiefungen ausgebildet, wobei die erste Entnahmeöffnung und oder die zweite Entnahmeöffnung in die Vertiefung münden. Die Entnahmeleitungen und vorzugsweise die Zuleitung(en) sind an einer Stirnseite des im Wesentlichen zylindrischen Sondenkopfs angeordnet. Im Wesentlich zylindrisch bedeutet hier, dass der Sondenkopf auch eine leicht ovale Form, als auch eine im Querschnitt rechteckige, dreieckige, fünfeckige, oder anders polygonförmige von einer reinen Kreisform abweichende Gestalt aufweisen kann. Vorzugsweise hat der Sondenkopf in Richtung der Zentralachse eine größere Ausdehnung als radial hierzu, vorzugsweise einen Bereich von 2-, 2,5-Fachen, 3,5-Fachen oder 4-Fachen.
Für jede Entnahmeöffnung ist vorzugsweise eine seitliche Vertiefung vorgesehen. Die seitlichen Vertiefungen können in einer Variante verbunden sein, sodass der Sondenkopf eine im Wesentlichen hantelförmige Form aufweist. Es kann allerdings auch Ausführungsformen geben, in denen der Sondenkopf im Wesentlichen pilzförmig ist, also fußseitig keine Radialerstreckung vorgesehen ist, sondern sich der Sondenkopf insgesamt nur verjüngt, wobei die Entnahmeleitungen und Zuleitungen an der Stirnseite, die nicht verjüngt ist, angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Diffusionsmembran als Diffusions-Hohlfasermembran ausgebildet und in der Vertiefung des Sondenkopfes angeordnet, wobei beide axialen Enden der Diffusions-Hohlfasermembran in entsprechenden Abschnitten des Sondenkopfes aufgenommen sind. Das heißt, die axialen Enden der Diffusions-Hohlfasermembran erstrecken sich in die radial vorspringenden Abschnitte des Sondenkopfes, während der mittlere Abschnitt der Diffusions-Hohlfasermembran, der zur Analytengewinnung vorgesehen ist, in dem vertieften Abschnitt verläuft. Die Diffusions-Hohlfasermembran weist vorzugsweise einen Innendurchmesser von 100 µm bis 1 mm auf. Der formsteife Sondenkopf bietet einen Schutz und eine Haltestruktur für die Hohlfasermembran. Er sorgt dafür, dass diese vor Beanspruchung durch Biegung geschützt ist. In einer bevorzugten Variante ist die Hohlfasermembran mittels einer Klebeverbindung mit dem Sondenkopf verbunden. Zur besseren Fixierung kann vorgesehen sein, dass ein umfänglicher Abschnitt der Membran, beispielsweise ein Abschnitt in einem Bereich von 15° bis 270°, der Mantelfläche mittels einer Klebeverbindung mit einem entsprechenden Abschnitt des Sondenkopfes verbunden ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Filtermembran als Filter-Hohlfasermembran ausgebildet und in der Vertiefung angeordnet, wobei beide axialen Enden der Filter-Hohlfasermembran in entsprechenden Abschnitten des Sondenkopfes aufgenommen sind. Bezüglich der Filter-Hohlfasermembran gilt im Wesentlichen dasselbe, wie bereits zu der Diffusions-Hohlfasermembran Gesagte, und insofern wird auf das obige verwiesen. Auch der Innendurchmesser der Filter-Hohlfasermembran liegt vorzugsweise in einem Bereich von 100 µm bis 1 mm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Sonde eine Zuleitung für Trägerflüssigkeit auf, die einseitig in den Sondenkopf aufgenommen ist und in fluidleitender Verbindung mit der dem Medium abgewandten Seite der Diffusionsmembran steht, wobei ferner eine oder mehrere weitere Entnahmeleitungen in fluidleitender Verbindung mit der Diffusionsöffnung stehen, wobei die eine oder die mehreren weiteren Entnahmeleitungen ein oder mehrere weitere Diffusionsmembrane aufweisen. Die Trägerflüssigkeit wird also über eine Leitung zugeführt und über zwei oder mehr abgeleitet. Dabei ist die Membranfläche je Entnahmeleitung unterschiedlich, sodass die Trägerflüssigkeit in den verschiedenen Entnahmeleitungen unterschiedlich angereichert ist. So wird die Trägerflüssigkeit, die in der ersten Entnahmeleitung entnommen wird, nur an der ersten Diffusionsmembran vorbeigeführt, während die Trägerflüssigkeit, die in der zweiten Entnahmeleitung entnommen wird, sowohl an der ersten Diffusionsmembran als auch an einer zweiten weiteren Diffusionsmembran vorbeigeführt wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Diffusionsmembrane verschieden ausgeführt, beispielsweise mit verschiedenen Flächen, etwa durch verschieden lange Hohlfasermembrane. Alternativ oder zusätzlich weisen die verschiedenen Membranen verschieden nominale Porengrößen und/oder verschiedene Ausschlussgrenzen auf. Hierdurch ist es möglich, durch eine einzige Zuleitung und mehrere Entnahmeleitungen verschieden stark angereicherte Trägerflüssigkeiten zu erreichen und so eine noch bessere Analyse des Mediums vorzunehmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sondenkopf einteilig. Hierdurch wird die Fertigung vereinfacht und die Kosten werden reduziert.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Sondenkopf wenigstens abschnittsweise aus einem Membranmaterial gebildet. Insbesondere ist der Sondenkopf mittels Sintern gebildet. Hierdurch sind die eine oder die mehreren Membrane direkt einstückig mit dem Sondenkopf ausgebildet und der Sondenkopf selbst wirkt als Membran. Auch hierdurch ist die Fertigung vereinfacht und die Baugröße kann weiter reduziert werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der zweiten Entnahmeleitung eine erste Elektrode, insbesondere eine Referenzelektrode angeordnet. Ist die zweite Entnahmeöffnung eine Diffusionsöffnung, und somit in der Regel auch eine Zuleitung vorgesehen, kann auch bevorzugt sein, dass die Elektrode in der Zuleitung platziert ist. Die Zuleitung gehört insofern auch zur Entnahmeleitung dazu, da sie fluidleitend mit der Entnahmeleitung verbunden ist und in beiden Leitungen Trägerflüssigkeit fließt. Wichtig ist, dass die Elektrode nicht in der ersten Entnahmeleitung angeordnet ist, da die erste Entnahmeleitung direkt ohne zwischengeschaltete Membran fluidleitend mit dem Medium in dem entsprechenden Behälter verbunden ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist diese Lösung auch unabhängig beansprucht, das heißt, die eingangs genannte Aufgabe wird in einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Sonde zur Entnahme von Bestandteilen eines Mediums in einem Bioreaktor, mit einem Sondenkopf zur Anordnung in dem Medium, wobei der Sondenkopf eine Entnahmeöffnung zur Entnahme von nur einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums aufweist, die mit einer Entnahmeleitung fluidleitend verbunden ist. In diese Entnahmeleitung ist die Elektrode, insbesondere Referenzelektrode, angeordnet. Der Sondenkopf gemäß diesem Aspekt der Erfindung, der unabhängig beansprucht werden kann, weist die Sonde, also wenigstens eine Entnahmeöffnung auf, wobei diese Entnahmeöffnung zur Entnahme von nur einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums vorgesehen ist, insbesondere als Dialyseöffnung oder als Filtratöffnung ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist an der ersten Entnahmeleitung eine zweite Elektrode, insbesondere eine Messelektrode angeordnet. Die Messelektrode ist entweder in der ersten Entnahmeleitung an dieser befestigt, oder außen an der Entnahmeleitung an dieser befestigt. In dieser Ausführungsform ist es nicht mehr erforderlich, dass eine zusätzliche Messelektrode an dem Behälter, insbesondere Bioreaktor oder dergleichen angeordnet ist. Die Sonde weist sowohl die Mess- als auch die Referenzelektrode auf und kann somit nicht nur zur Entnahme von Medium, sondern auch zur Messung von pH-Werten benutzt werden. Die Elektroden sind vorzugsweise pH-Elektroden oder ionenselektive Elektroden. In dieser Ausführungsform entsteht zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode eine über die Diffusionsmembran ionenleitende Verbindung in das Medium. Der besondere Vorteil bei dieser Ausführungsform ist, dass die Trägerflüssigkeit in der Diffusionsleitung, die mit der Referenzelektrode in Kontakt steht, in ihrer Zusammensetzung verschieden ist von dem Medium, und frei wählbar sowie austauschbar vorliegen kann. In dieser Form kann beispielsweise eine bekannte, konstante Chlorid-Ionen-Konzentration in der Diffusionsleitung vorhanden sein, während im Medium schwankende Chlorid-Konzentrationen vorliegen können. Diese Schwankung hat dann keinen Einfluss auf die Referenzelektrode und somit keine Störwirkung auf das Messsignal. Auf diese Weise wird gleichzeitig das bisherige Problem gelöst, dass bei der Herstellung eines Reaktorsystems keine Elektrolyte für elektrochemische Sensoren verwendet werden können, da diese bisher das Medium verunreinigten. Diese werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erst später oder gleichzeitig mit der Aktivierung der Dialyseprobenahme in das Gesamtsystem eingebracht.
Die Messelektrode kann in einer Variante auch in der Leitung, über die Filtrat entnommen wird, angeordnet sein. In dieser Anordnung kann die Messelektrode durch Spülen der Leitung mit Kalibrierlösung kalibriert werden. Zur Messung von Reaktormedium muss dann jeweils ein Teil des Reaktorinhalts in die Leitung eingezogen werden. Bei geeigneter Ausstattung der Leitung mit Pumpen und/oder Ventilen kann der Reaktorinhalt dann wieder aus der Leitung zurückgegeben werden. Beispielsweise kann ein steriles Schlauchset mit einem Sterilfilter für Luft verwendet werden und das angesaugte Medium wird nach der Messung mit steriler Luft in den Reaktorinnenraum zurückgegeben. Zur Kalibration der Messelektrode kann beispielsweise auch frisches steriles Medium, dessen Zusammensetzung und pH-Wert bekannt ist, verwendet werden. In diesem Fall können die jeweiligen Messelektroden bei jeder Zufütterung automatisch kalibriert werden.
Die Platzierung der Mess- und Referenzelektroden in den jeweiligen Leitungen kann je nach Bauform der gesamten Sonde innerhalb des Behälters, insbesondere Bioreaktors, liegen, oder auch außerhalb. Die Platzierung innerhalb des Behälters, insbesondere Bioreaktors, hat den Vorteil einer schnellen Ansprechzeit, verlangt aber zusätzliche interne Kabelleitungen innerhalb der Sonde zur Ableitung der Signale. Sind die Elektroden außerhalb des Behälters, insbesondere Bioreaktors, platziert, können die Signale mit zusätzlichen externen Kabelleitungen hin zum jeweiligen Messverstärker abgeleitet werden, was eine sehr kostengünstige Variante bildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind in einer gemeinsamen Hülle, insbesondere Schlauch oder Rohr, geführt. Hierdurch werden die einzelnen Entnahmeleitungen gebündelt und die Handhabung vereinfacht.
Ferner ist bevorzugt, dass die Sonde einen Adapter für einen Standardport an einem Bioreaktor aufweist. Damit lässt sich die Sonde insgesamt einfach in den Bioreaktor einbringen und mit diesem verbinden. Diese Standardport ist insbesondere ein Barbadapter oder dergleichen und üblicherweise an Bioreaktoren standardmäßig vorgesehen.
In einem zweiten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe bei einem Single-Use-Bioreaktor, mit einem Gefäß, insbesondere Beutel oder Kunststoffgefäß, zur Aufnahme von Medium gelöst, dadurch, dass diese eine Sonde nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Sonde gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, wobei die Sonde durch eine dafür vorgesehene Öffnung in dem Beutel nach außen geführt ist und der Sondenkopf innerhalb des Beutels angeordnet ist.
Es soll verstanden werden, dass die Sonde gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und der Single-Use-Bioreaktor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Ausführungsformen haben, wie sie insbesondere in den Unteransprüchen niedergelegt sind. Insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung bzgl. des ersten Aspekts der Erfindung verwiesen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Single-Use-Bioreaktors mit darin angeordneter Sonde;
2 eine teilweise Schnittdarstellung durch die Sonde;
3 ein Detail in einem ersten vertikalen Schnitt durch die Sonde aus 2;
4 ein weiteres Detail in einem zweiten vertikalen Schnitt der Sonde aus 2, wobei der Schnitt in 4 senkrecht zu dem Schnitt aus 3 verläuft;
5 eine schematische Darstellung einer Sonde mit mehreren Diffusionsmembranen;
6 eine zweite Ausführungsform der Sonde, wobei der Sondenkopf aus Membranmaterial gebildet ist;
7 eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform der Sonde;
8 einen Querschnitt der 7;
9 eine weitere Ausführungsform der Sonde;
10 einen Querschnitt von 9;
11 einen weiteren Schnitt der Sonde aus 9; und
12 einen Querschnitt der Sonde aus 11.
Ein Single-Use-Bioreaktor 1 (1) weist ein Gefäß 2 auf, das geschlossen ist. An dem Gefäß 2 ist ein Standardport 4 angeordnet, der als Barb-Konnektor ausgebildet sein kann. In das Gefäß 2 hinein erstreckt sich weiterhin ein Rührwerk 6, welches im Inneren 8 des Gefäßes angeordnet ist, um darin befindliches Medium zu rühren.
An dem Standardport 4 angeschlossen ist eine Sonde 10, wie sie insbesondere mit Bezug auf die 2 bis 12 näher erläutert werden wird.
Die Sonde 10 hat einen formsteifen Sondenkopf 12, der im Inneren 8 des Gefäßes 2 angeordnet ist. Der Sondenkopf 12 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 14, der eine Vertiefung 16 aufweist, die sich in radialer Richtung zur Zentralachse A hin in den Grundkörper 14 erstreckt (vgl. 3). Der Grundkörper 14 weist ferner ein proximales Ende 18 sowie ein distales Ende 20 auf, wobei am distalen Ende 20 eine Verbreiterung 22 vorgesehen ist, deren Zweck später beschrieben wird. Es kann auch Ausführungsformen geben, in denen keine Verbreiterung 22 vorgesehen ist.
Der Sondenkopf 12 weist eine erste Entnahmeöffnung 24 auf, die mit einem sich axial durch den Grundkörper 14 erstreckenden Kanal 26 verbunden ist. Durch die Entnahmeöffnung 24 kann unverändertes Medium in den Kanal 26 eintreten. Fluidleitend mit dem Kanal 26 und somit auch mit der Entnahmeöffnung 24 verbunden ist eine erste Entnahmeleitung 28, die in einem Abschnitt 30 am proximalen Ende 18 in dem Sondenkörper 14 aufgenommen ist. Anhand des Kanals 26 und der Entnahmeöffnung 24 ist auch der Zweck der Vertiefung 16 ersichtlich. Der Kanal 26 erstreckt sich axial und parallel zur Zentralachse A, sodass sich durch Ausbildung der Vertiefung 16 eine Fläche 32 ergibt, die den Pfad des Kanals 26 schneidet, sodass dieser in der Öffnung 24 mündet.
In diesem Ausführungsbeispiel (3, 4) weist der Sondenkopf 12 ferner eine zweite Entnahmeöffnung 34 auf, die mit einem zweiten Kanal 36 verbunden ist, der wiederum seinerseits mit einer zweiten Entnahmeleitung 38 fluidleitend in Verbindung steht. Die Entnahmeleitung 38 ist wiederum in einem Abschnitt 40 am proximalen Ende 18 in dem Sondenkörper 14 aufgenommen (vgl. 4). Die zweite Entnahmeöffnung 34 bildet eine Diffusionsöffnung, wobei in der Diffusionsöffnung eine Diffusionsmembran 42 zur Dialyse des Mediums angeordnet ist. Die Diffusionsmembran 42 ist hier als Hohlfasermembran 44 ausgebildet und weist einen inneren Hohlraum auf, durch den Trägerflüssigkeit strömen kann. Ein erstes Ende 46 der Hohlfasermembran 44 ist in dem proximalen Abschnitt 18 aufgenommen, und ein zweites Ende 48 in dem verbreiterten Abschnitt 22 des distalen Endes 20. Um die Diffusionsmembran 42 mit Trägerflüssigkeit zu versorgen ist ferner eine Zuleitung 50 vorgesehen, die im Wesentlichen identisch zu der Entnahmeleitung 38 ausgebildet ist und ebenfalls in einem Abschnitt 52 in dem proximalen Ende 18 aufgenommen ist. Die Zuleitung 50 steht fluidleitend in Kontakt mit einem Kanal 54, der wiederum an einer Öffnung 56 endet. In die Öffnung 56 ist eine weitere Hohlfasermembran 58 eingesetzt, die identisch gebildet ist zu der Hohlfasermembran 44. In anderen Ausführungsformen kann die Hohlfasermembran aber auch abweichend gebildet sein, oder gar nicht vorhanden, sondern durch eine Leitung ersetzt sein. Die Hohlfasermembran 58 erstreckt sich ebenfalls bis in den verbreiterten Abschnitt 22, in welchem wiederum ein weiterer Kanal 60 ausgebildet ist, sodass die ersten und zweiten Hohlfasermembrane 44, 58 in fluidleitendem Kontakt miteinander stehen und Trägerflüssigkeit von der Zuleitung 50 über den Kanal 54, durch die Hohlfasermembran 58 durch den Kanal 60 in die Hohlfasermembran 44 aus dieser heraus in den Kanal 36 und von dort in die Entnahmeleitung 38 strömen kann. Am unteren Ende, im distalen Abschnitt 20, ist der Kanal 60 durch eine Platte 62 verschlossen, die in dieser Ausführungsform ebenfalls als Membran ausgebildet sein kann. Alternativ zu der zweiten Hohlfasermembran 58 ist es auch denkbar, dass in diesem Abschnitt des Kanals 54 keine Vertiefung 16 angeordnet ist, sondern dass sich der Kanal 54 vollständig durch das Material des Grundkörpers 14 erstreckt, bis in den Kanal 60 hinein. Durch die in 4 gezeigte Ausführungsform mit den zwei Hohlfasermembranen 44, 58, ist allerdings die Membranfläche vergrößert und so eine effektivere Dialyse möglich.
In diesem Ausführungsbeispiel (3, 4) weist der Sondenkopf 12 zudem eine dritte Entnahmeöffnung 64 auf. Die dritte Entnahmeöffnung 64 ist, wie die zweite Entnahmeöffnung 34, zur Entnahme von einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums ausgebildet. Die dritte Entnahmeöffnung 64 steht in fluidleitendem Kontakt mit einem Kanal 66 in dem Grundkörper 14, wobei der Kanal 66 wiederum mit einer dritten Entnahmeleitung 68 verbunden ist. Die dritte Entnahmeleitung 68 ist an einem Ende in einem Abschnitt 70 in dem proximalen Abschnitt 18 des Körpers 14 aufgenommen.
Ähnlich zu der zweiten Entnahmeöffnung 34 ist auch in die Entnahmeöffnung 64 eine Membran eingesetzt, nämlich eine Filtermembran 72, die ebenfalls als Hohlfasermembran 74 ausgebildet ist. Die Hohlfasermembran 74 erstreckt sich mit einem Abschnitt 76 in den verbreiterten Abschnitt 22 und ist dort in einem Sackloch 78 aufgenommen. Durch die Filtermembran 72 können einzelne Bestandteile des Mediums in das Innere der Filtermembran hineingezogen werden und von dort durch die Entnahmeöffnung 64 in die Entnahmeleitung 68 und aus dem Bioreaktor hinaus gelangen.
In dieser Ausführungsform (3, 4) können also drei verschiedene Entnahmen durchgeführt werden.
Die einzelnen Leitungen 28, 38, 50, 68 erstrecken sich alle aus demselben Ende 18 des Grundkörpers 14 und sind mit einer Hülle 80 versehen. Die Hülle 80 erstreckt sich weiterhin über den Abschnitt 18 des Körpers 14 und auf dem anderen Ende zu einem Adapter 82, mittels dem die Sonde 1 mit einem entsprechenden Standardadapter 4 (vgl. 1) verbindbar ist. Die Leitungen 28, 38, 50, 68 weisen sämtlich eine Wandstärke auf, die ein Verknicken weitgehend verhindert. Die Wandstärke beträgt vorzugsweise wenigstens 1/3 des Innendurchmessers der Leitungen 28, 38, 50, 68.
5 illustriert eine Schaltung von verschiedenen Diffusionsmembranen 42a, 42b, 42c, 42d, die in Reihe geschaltet sind. Alle Diffusionsmembrane 42a, 42b, 42c, 42d werden von einer Zuleitung 50 versorgt, wobei nach jeder Diffusionsmembran 42a, 42b, 42c, 42d jeweils eine Entnahmeleitung 38a, 38b, 38c, 38d wegführt. Während das Fluid, das durch die Entnahmeleitung 38a strömt, nur an einer Diffusionsmembran 42a vorbeigeführt wurde, hat das Fluid, das durch Entnahmeleitung 38d entnommen wird, an allen vier Diffusionsmembranen 42a, 42b, 42c, 42d Dialysat aufgenommen. Es ist also wesentlich stärker angereichert. Mit Bezug auf 4 kann diese Variante so umgesetzt werden, dass in Strömungsrichtung unmittelbar nach der Hohlfasermembran 58 eine zusätzliche Entnahmeleitung wegführt.
In 6 illustriert ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Körper 14 des Sondenkopfes 12 in einem Abschnitt 84 aus Membranmaterial gebildet ist. Der Sondenkopf 12 weist wiederum die erste Entnahmeöffnung 24 auf und gleiche und ähnliche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel (3, 4) bezeichnet, sodass vollumfänglich auf die obigen Beschreibung Bezug genommen wird. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel (3, 4) erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel (6) die zweite Entnahmeöffnung 34 nicht durch eine Fläche 32 des Körpers 14 hindurch, sondern die zweite Entnahmeöffnung 34 ist durch die Poren in dem Membranmaterial des Abschnitts 84 gebildet. Der Abschnitt 84 oder der gesamte Grundkörper 14 ist aus Filtermaterial gebildet, sodass der Kanal 36, der mit der zweiten Entnahmeleitung 38 verbunden ist, in diesem Ausführungsbeispiel als Sackloch ausgebildet ist. Der Kanal 36 kann koaxial mit der Zentralachse A verlaufen. Durch diese Ausführungsform ist insgesamt die Konstruktion der Sonde vereinfacht, sodass es nicht notwendig ist, zusätzliche Membrane 42, 58, 72 einzusetzen, sondern das Material des Körpers 14 bildet selbst die Filtermembran.
Auch wenn das Ausführungsbeispiel in 6 nur zeigt, dass der Sondenkopf 12 aus Membranmaterial gebildet ist, um Filtrat zu entnehmen, soll verstanden werden, dass er ebenso aus Membranmaterial zum Bilden einer Diffusionsmembran gebildet sein kann. In einem solchen Fall ist neben der in 6 gezeigten Entnahmeleitung 38 auch eine Zuleitung notwendig.
Die 9 bis 12 illustrieren ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Sonde 10 im Wesentlichen wie die in den 7 und 8 dargestellte Sonde 10 ausgebildet ist. Während 9 einen Schnitt A-A, wie in 10 dargestellt zeigt, zeigt 11 einen Schnitt B-B, der senkrecht zum Schnitt A-A verläuft.
Zusätzlich zu den Elementen, die die Sonde 10 gemäß den 7 und 8 aufweist, ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel (9 bis 12) zunächst eine Elektrode 90 in der zweiten Entnahmeleitung 38 angeordnet. Die Elektrode 90 ist eine Referenzelektrode. Die Referenzelektrode 90 sitzt in dem Kanal auf der dem Medium abgewandten Seite der Diffusionsmembran 44, sodass die Elektrode 90 nicht direkt in Kontakt mit dem Medium in einen Behälter kommt, sondern Ionen zunächst durch die Diffusionsmembran 44 treten müssen. Die Elektrode 90 kann ebenso in dem Kanal 60, oder in der Zuleitung 50 angeordnet sein. Bevorzugt ist die Elektrode 90 aber stromabwärts von der Diffusionsmembran 44 angeordnet.
Ist nur die Referenzelektrode 90 in der Sonde 10 angeordnet, ist es erforderlich, eine Messelektrode separat in dem Behälter vorzusehen. In diesem Ausführungsbeispiel aber ist zusätzlich vorgesehen, dass eine Messelektrode 92 an dem Körper 14 des Sondenkopfes 12 angeordnet ist. 11 zeigt noch eine Variante, bei der eine Messelektrode 94 in der ersten Entnahmeleitung 28 angeordnet ist, die zur unveränderten Entnahme von Medium dient und mit der Öffnung 24 unmittelbar in Kontakt mit dem Medium in dem Behälter steht. Es soll verstanden werden, dass es nicht erforderlich ist, zwei Messelektroden 92, 94 vorzusehen, sondern eine von beiden reicht aus. Die Elektroden 92, 94 sind in den 9 bis 12 nur schematisch dargestellt, können aber andere Formen aufweisen. Sie sind zusätzlich mit nicht dargestellten Leitungen mit einem entsprechenden Messverstärker extern von dem Behälter 2 verbunden.

Claims

Sonde (10) zur Entnahme von Bestandteilen eines Mediums in einem Bioreaktor, mit: einem formsteifen Sondenkopf (12) zur Anordnung in dem Medium, wobei der Sondenkopf (12) eine erste Entnahmeöffnung (24) zur unveränderten Entnahme von Medium aufweist, die mit einer ersten Entnahmeleitung (28) fluidleitend verbunden ist, gekennzeichnet durch eine zweite Entnahmeöffnung (34) in dem Sondenkopf (12), zur Entnahme nur von einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums, die mit einer zweiten Entnahmeleitung (38) fluidleitend verbunden ist.
Sonde nach Anspruch 1, wobei die zweite Entnahmeöffnung (34) eine Diffusionsöffnung bildet, wobei in der Diffusionsöffnung eine Diffusionsmembran (42) zur Dialyse des Mediums angeordnet ist.
Sonde nach Anspruch 2, wobei die Diffusionsmembran (42) eine Porengröße von 20 nm oder kleiner, vorzugsweise 20 nm oder kleiner, und besonders bevorzugt 2 nm oder kleiner aufweist.
Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der formsteife Sondenkopf (12) eine dritte Entnahmeöffnung (64), zur Entnahme von nur einem oder mehreren vorbestimmten einzelnen Bestandteilen des Mediums, aufweist, die mit einer dritten Entnahmeleitung (68) fluidleitend verbunden ist.
Sonde nach Anspruch 4, wobei die dritte Entnahmeöffnung (64) eine Filtratöffnung bildet, wobei in der Filtratöffnung eine Filtermembran (72) angeordnet ist.
Sonde nach Anspruch 5, wobei die Filtermembran (72) eine nominale Porengröße von 0,1 bis 0,4 µm und besonders bevorzugt etwa 0,2 µm aufweist.
Sonde nach Anspruch 2 und/oder 5, wobei die Membran, insbesondere Dialysemembran (42) und/oder Filtermembran (72), aus einem Material gebildet ist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Cellulose und deren Derivaten, Celluloseacetat, PTFE, Polycarbonat, Polypropylen, Polyamide, Polysulfone, Polyethersulfon, sowie Keramiken, insbesondere aufweisend Aluminuimoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, und/oder Siliziumcarbid, sowie Mischungen hieraus.
Sonde nach Anspruch 5, wobei die dritte Entnahmeöffnung (64) eine zweite Diffusionsöffnung bildet, wobei in der zweiten Diffusionsöffnung eine zweite Diffusionsmembran (42c) angeordnet ist.
Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der formsteife Sondenkopf (12) eine Stützstruktur für die ersten und zweiten Entnahmeleitungen (28, 38) bildet.
Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der formsteife Sondenkopf (12) im Wesentlichen zylindrisch mit einer oder mehreren sich in Richtung der Zentralachse (A) erstreckenden seitlichen Vertiefungen (16) ausgebildet ist, wobei die erste Entnahmeöffnung (24) und/oder die zweite Entnahmeöffnung (34) in die Vertiefung (16) münden.
Sonde nach Anspruch 10, wobei eine einzige, umlaufende Vertiefung (16) vorgesehen ist, derart dass der formsteife Sondenkopf (12) im Wesentlichen hantelförmig ist.
Sonde nach Anspruch 2 und 10, wobei die Diffusionsmembran (42) als Diffusions-Hohlfasermembran (44) ausgebildet und in der Vertiefung (16) angeordnet ist, wobei beide axialen Enden (46, 48) der Diffusions-Hohlfasermembran (44) in entsprechenden Anschnitten (18, 20) des formsteifen Sondenkopfes (12) aufgenommen sind.
Sonde nach Anspruch 5 und 10, wobei die Filtermembran (72) als Filter-Hohlfasermembran (74) ausgebildet und in der Vertiefung (16) angeordnet ist, wobei beide axialen Enden der Filter-Hohlfasermembran (72) in entsprechenden Anschnitten (18, 20) des formsteifen Sondenkopfes (12) aufgenommen sind.
Sonde nach Anspruch 2, aufweisend eine Zuleitung (50) für Trägerflüssigkeit, die einseitig in dem formsteifen Sondenkopf (12) aufgenommen ist und in fluidleitender Verbindung mit der dem Medium abgewandten Seite der Diffusionsmembran (42) steht, wobei ferner eine oder mehrere weitere Entnahmeleitungen (38a, 38b, 38c, 38d) in fluidleitender Verbindung mit der Diffusionsöffnung stehen, wobei die eine oder mehreren weiteren Entnahmeleitungen (38a, 38b, 38c, 38d) ein oder mehrere weitere Diffusionsmembrane (42a, 42b, 42c, 42d) aufweisen.
Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der formsteife Sondenkopf (12) einteilig ist.
Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der formsteife Sondenkopf (12) wenigstens abschnittsweise (84) aus einem Membranmaterial gebildet ist.
Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der zweiten Entnahmeleitung (38) eine erste Elektrode (90), insbesondere eine Referenzelektrode, angeordnet ist.
Sonde nach Anspruch 17, wobei an der ersten Entnahmeleitung (28) eine zweite Elektrode (92, 94), insbesondere eine Messelektrode, angeordnet ist. Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entnahmeleitungen (28, 38, 68) in einer gemeinsamen Hülle (80), insbesondere Schlauch oder Rohr, geführt sind.
Sonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend einen Adapter (82) für einen Standardport (4) an einem Bioreaktor (1).
Single-Use-Bioreaktor (SUB) (1), mit einem Gefäß (2), insbesondere Beutel oder Kunststoffgefäß, zur Aufnahme von Medium, und einer Sonde (10), nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sonde (10) durch eine dafür vorgesehene Öffnung in dem Gefäß (2) nach außen geführt ist und der formsteife Sondenkopf (12) innerhalb (6) des Gefäßes (2) angeordnet ist.