DE102017008769B4

DE102017008769B4 - Beleuchtung für einen Einweg-Photo-Bioreaktor

Info

Publication number: DE102017008769B4
Application number: DE102017008769.5A
Authority: DE
Inventors: Marco Leupold; Bernward Husemann; Simon Topp-Manske; Christian Grimm
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: WO2019057508A1; DE102017008769A1; EP3684904A1; US20200283710A1

Abstract

Einweg-Behälter (1b), wobei der Einweg-Behälter (1b) ein Einweg-Behälter (1b) eines Bioreaktors (1a) ist, mit einem Behälter-Innenraum (22) ausgelegt zum Befüllen mit einem Medium (8), das einen photoreaktiven Stoff umfasst, zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion des photoreaktiven Stoffs, umfassend:eine Behälterhülle (4), welche den Behälter-Innenraum (22) umgibt und zumindest eine Leuchtmittelöffnung (12) zum Einführen zumindest eines Leuchtmittels (15, 15a, 15b) durch die Behälterhülle (4) in einen Bereich des Behälter-Innenraums (22) aufweist; undmindestens eine, zumindest teilweise für eine elektromagnetische Strahlung (14) transparente Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11), welche an der zumindest einen Leuchtmittelöffnung (12) zumindest teilweise innerhalb des Behälter-Innenraums (22) angeordnet und dazu ausgelegt ist, das zumindest eine Leuchtmittel (15, 15a, 15b) von einer Außenseite (A) durch die zumindest eine Leuchtmittelöffnung (12, 12a, 12b) zumindest teilweise aufzunehmen, so dass das Medium (8) zumindest teilweise derart durch das zumindest eine Leuchtmittel (15, 15a, 15b) bestrahlt werden kann, dass die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs mittels einer von dem zumindest einen Leuchtmittel (15, 15a, 15b) emittierten elektromagnetischen Strahlung (14) ausgelöst werden kann,wobei das zumindest eine Leuchtmittel (15, 15a, 15b) durch die zumindest eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) gegenüber dem Medium (8) isoliert ist undwobei die mindestens eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) aus einem gleichen Material wie die Behälterhülle (4), und zwar aus einem Kunststoff, einstückig mit der Behälterhülle (4) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einweg-Behälter eines Bioreaktors, bevorzugt einen Einweg-Beutel, welcher ein oder mehrere Leuchtmittel zur Bestrahlung eines Mediums, insbesondere eines biologischen Mediums mit einem photoreaktiven Stoff aufnehmen kann und/oder umfasst. Die Bestrahlung bzw. die Steuerung der Bestrahlung des Mediums auf der Innenseite des Behälters findet im Wesentlichen von außen statt, wobei die Leuchtmittel bzw. Leuchtstoffe auf die Innenseite ragen/gelangen und das Medium insbesondere berührungslos bzw. berührungsfrei bestrahlen. Die Leuchtstoffe können jedoch auch in Berührung mit dem Medium stehen.
Insbesondere handelt es sich im Wesentlichen um einen Behälter eines Photo-Bioreaktors, der dazu genutzt wird, photoreaktive Medien, beispielsweise umfassend Pflanzen, Bakterien, Pilze, pflanzliche und/oder tierische Zellen, lebende Organimen, Eukaryoten und/oder Prokaryoten zu lagern und/oder zu prozessieren, während diese Reaktionen bzw. Prozesse umfassend photo- bzw. lichtinduzierte Reaktionen, wie beispielsweise Photosynthese, bzw. Prozesse, insbesondere photo-biochemische und/oder biotechnologische Prozesse durchlaufen. Insbesondere wird dazu eine sogenannte photosynthetische aktive Beleuchtung (photosynthetic active radiation, PAR) herangezogen. Insbesondere kann mittels der Lichtintensität bzw. Wellenlänge des Lichtes ein Einfluss auf den Stoffwechsel bzw. auf die Produktbildung von lebenden Organismen genommen werden.
Die Erfindung betrifft einen Einweg-Beutel bzw. einen Behälter eines „single use“/Einweg-Bioreaktors, welcher eine oder mehrere Taschen für die Aufnahme von einem oder mehreren Leuchtmitteln umfasst. Die Taschen, welche im Folgenden mehrheitlich als Leuchtmittel-Aufnahmetaschen bezeichnet werden, sind dazu ausgelegt, ein oder mehrere Leuchtmittel derart aufzunehmen, dass diese auf der Innenseite ein in dem Behälter befindliches Medium, insbesondere ein biologisches Medium bestrahlen können und dadurch eine photochemische Reaktion des lichtsentitiven bzw. photosensitiven bzw. photoreaktiven Stoffs auslösen bzw. in Gang bringen bzw. initiieren können.
Allgemein bzw. in allen Ausführungsformen kann ein Behälter eines Bioreaktors, insbesondere ein Einweg-Beutel, eine Behälterhülle umfassen, die einen Behälter-Innenraum zumindest teilweise oder vollständig umgibt. Insbesondere kann eine Behälterhülle einen Behälterboden, einen Behälterdeckel, eine bevorzugt tonnenförmige Umfangswandung/-fläche und/oder eine Behälter-Tür umfassen. Leuchtmittel-Aufnahmetaschen können an der Behälterhülle angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft auch einen Behälter, welcher ein oder mehrere Leuchtmittel umfasst, die an der Behälterhülle derart angeordnet sein können, dass ein emittiertes Licht des Leuchtmittels bzw. der Leuchtmittel auf die Innenseite des Behälters gelangt, um dort ein Medium zu bestrahlen. Beispielsweise ist ein oder sind mehrere Leuchtmittel an/in einer Behälterhülle und/oder an/in einem Rührsystem und/oder an/in einer Wandung einer Behälter-Tür eines Behälters bzw. einer Behälter-Türwandung derart angeordnet, dass diese auf der Innenseite ein in dem Behälter befindliches Medium bestrahlen können und dadurch eine photochemische Reaktion des lichtsentitiven bzw. photosensitiven bzw. photoreaktiven Stoffs auslösen bzw. in Gang bringen bzw. initiieren können.
Insbesondere sind die genannten erfindungsgemäßen Mittel zur Beleuchtung kombinierbar.
Die Erfindung kann insbesondere in einem oder mehreren der folgenden Bereiche Verwendung finden: Biotechnologie, Molecular Farming, Prozessierung von biologischen/chemischen Medien, phototrophe Bioprozesstechnik, Biofuels, Bioraffineriekonzepte, Nahrungsergänzung, Kosmetik, Rohstoff-Erzeugung, Lebensmitteltechnologie, Getränketechnologie, chemische Industrie, chemische Forschung, Laborbedarf, Medizintechnik, Pharmazie, Prozesschemie, technische Chemie. Insbesondere kann die Erfindung betreffen: Photoreaktoren zur großtechnischen Produktion und/oder Standard-Photoreaktoren zur Grundlagenforschung im Labor und/oder Photosynthese-Anlagen und/oder Anlagen zur Produktion bzw. Aufzucht von Pflanzen, insbesondere Algenzuchtanlagen bzw.
Algenfarmen und/oder zur Produktion bzw. Aufzucht von Bakterien, beispielsweise Cyanobakterien.
Konventionelle Photo-Bioreaktoren werden derart betrieben, dass ein photoreaktiver Stoff bzw. ein photoreaktives Medium, welches sich in einem Behälter-Innenvolumen eines Behälters eines Photo-Bioreaktors befindet, von außen mittels einer Lichtquelle durch transparente Behälterwandungen hindurch bestrahlt wird. Eine solche Lichtquelle kann beispielsweise die Sonne sein, deren Strahlungsspektrum auf der Erde besonders geeignet ist zur Bestrahlung von Pflanzen und/oder Algen, welche Photosynthese betreiben. Darüber hinaus können auch Lampen, wie beispielsweise Aquarienlampen oder andere Lampen, welche ein Emissionsspektrum aufweisen, das dem der Sonne ähnlich ist, zur künstlichen Bestrahlung von Pflanzen und/oder Algen zum Einsatz kommen. Insbesondere wird eine photo-synthetische aktive Beleuchtungsart verwendet.
Die EP 2 150 609 A1 beschreibt den Einsatz von LED-Silicon-Formteilen, welche im Inneren eines Photoreaktors angeordnet werden. Als Strahlungsquellen, welche in die LED-Silicon-Formteile eingeschlossen sind, können Platten, Matten oder Bänder dienen.
Die WO 2010/115 655 A1 beschreibt transparente Röhren mit kreisrundem Querschnitt, welche in eine Wachstumskammer hineinragen. Der Innenraum der Wachstumskammer ist an dem Berührungspunkt der Röhren mit der Wandung der Wachstumskammer mittels jeweils eines Dichtungsrings an deren oberen Ende gegenüber dem Außenraum abgedichtet.
Die US 5 104 803 A beschreibt eine Vielzahl von Rohren mit Leuchtmitteln, welche in einem Reaktor angeordnet sind.
Die US 3 986 297 A beschreibt einen Tank zur Verwendung in der Kultivierung von photosynthetischen Substanzen umfassend eine Lichtquelle zur Abstrahlung von Licht, die dem Sonnenlicht ähnelt.
Die US 5 753 106 A beschreibt einen ringförmigen Durchfluss-Photoreaktor für die oxidative Photopurifikation mit einer langgestreckten Strahlungsquelle, die von einer transparenten Wand in Form eines Abstandsrohrs in einem radialen Abstand von mehr als 3 cm, vorzugsweise im Bereich von mehr als 3 cm bis 13 cm, umgeben ist.
Um eine möglichst effektive Bestrahlung des Mediums in einem konventionellen Photo-Bioreaktor gewährleisten zu können, wird ein Medium in der Regel durch transparente Rohre geleitet und von außen mit Licht bestrahlt. Alternativ werden häufig auch kleinere Behälter bzw. Gefäße, wie Laborflaschen im Maßstab von wenigen Litern mit transparenter Glaswandung beispielsweise künstlich von außen bestrahlt. Dadurch, dass die Flaschen nur ein geringes Fassungsvolumen haben, kann ein von außen eingestrahltes Licht, welches beispielsweise von einer Seite eingestrahlt wird, auch auf der, der Einstrahlungsrichtung entgegengesetzten, Innenseite des Behälters noch von einem Medium absorbiert werden. Um optimale Bestrahlungs- bzw. Beleuchtungsbedingungen zu schaffen, werden in der Regel die Strahlungsleistung und/oder die Dichte des absorbierenden Mediums und/oder die Anzahl der verwendeten Lampen und/oder die Größe bzw. das Volumen des Gefäßes angepasst.
Geringe Mengen bzw. Volumina von Medien können somit im Labor oder beispielsweise in Gewächshaus-ähnlichen Räumen mittels Lichteinstrahlung behandelt und/oder prozessiert werden. Größere Mengen von photoreaktiven Medien können beispielsweise durch lange gewundene transparente Rohre geleitet werden. Häufig werden solche Rohrleitungen im Freien und/oder an (Haus-)Wänden derart angeordnet, dass beispielsweise eine Lichteinstrahlung durch die Sonne erlaubt wird.
Vielfältige Reaktionen umfassend photochemische Reaktionen, welche zeitlich versetzt oder im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen, erfordern verbesserte Bioreaktoren und/oder Behälter. Insbesondere werden solche verbesserten Bioreaktoren und/oder Behälter benötigt, welche es dem Betreiber bzw. Benutzer erlauben, Parameter, insbesondere physikalische Parameter anzupassen und Prozesse zu kontrollieren, zu steuern und/oder zu regeln.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Behälter zur Bestrahlung und zum Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion des Inhalts bzw. des beinhalteten Mediums bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Einweg-Behälter eines Bioreaktors und durch das Verfahren zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion eines photoreaktiven Stoffs in einem Medium gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 gelöst. Die Gegenstände der abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen dar.
Das Leuchtmittel bzw. die Leuchtmittel, welches bzw. welche durch die Aufnahmetasche(n) gegenüber dem Medium isoliert ist bzw. sind, steht bzw. stehen nicht in direktem Kontakt mit dem Medium, was das Medium einerseits vor einer Kontamination von außen schützt, jedoch gleichzeitig eine Bestrahlung des Mediums mit emittiertem Licht des mindestens einen Leuchtmittels zulässt.
In anderen Worten ist ein Einweg-Behälter, insbesondere ein Einweg-Beutel dazu ausgelegt, zumindest teilweise mit einem Medium gefüllt zu werden, das mindestens einen photoreaktiven Stoff umfasst, geeignet zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion des photoreaktiven bzw. photochemischen Stoffs durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, umfassend:

- mindestens eine, zumindest teilweise für eine elektromagnetische Strahlung transparente Leuchtmittel-Aufnahmetasche, welche an einer Leuchtmittelöffnung der Behälterhülle zumindest teilweise innerhalb des Behälter-Innenraums angeordnet bzw. befestigt bzw. angebracht und dazu ausgelegt ist, mindestens ein Leuchtmittel oder eine Vielzahl von Leuchtmitteln von der Außenseite durch die Leuchtmittelöffnung zumindest teilweise aufzunehmen, wobei die Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n) und/oder die Leuchtmittelöffnung(en) dazu ausgelegt ist/sind, dass das Medium zumindest teilweise so mittels dem/der Leuchtmittel bestrahlt werden kann, dass die mindestens eine photochemische Reaktion des mindestens einen photoreaktiven Stoffs mittels einer von dem Leuchtmittel bzw. den Leuchtmitteln emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgelöst werden kann und das bzw. die Leuchtmittel durch die Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n) gegenüber dem Medium isoliert ist.

In anderen Worten handelt es sich bei der Erfindung im Wesentlichen um einen Behälter, der ein Einweg-Behälter, insbesondere ein Einweg-Beutel ist. Der Behälter umfasst eine Aufnahmetasche oder mehrere Aufnahmetaschen bzw. Taschen bzw. Leuchtmittel-Aufnahmetaschen umfasst, welche dazu ausgelegt ist bzw. sind, ein oder mehrere Leuchtmittel und/oder Lichtquellen aufzunehmen. Die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen können im Wesentlichen auf die Innenseite des Behälters bzw. in den Behälter-Innenraum ragen, insbesondere wenn die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen Leuchtmittel aufgenommen haben. Der Behälter kann auch beispielsweise ein Kanister, ein Stahltank, ein Fass oder ein anderes Gefäß sein. Ein Einweg-Beutel kann beispielsweise innerhalb eines Bioreaktors angeordnet sein.
Wenn die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen zumindest ein Leuchtmittel aufgenommen haben, dann kann ein Medium im Behälter-Innenraum durch das emittierte Licht des zumindest einen Leuchtmittels bestrahlt werden. Wenn das Medium einen photosensitiven bzw. -reaktiven Stoff, beispielsweise eine Alge umfasst, so kann mittels der Lichteinstrahlung des Leuchtmittels im an- bzw. eingeschalteten Zustand bzw. im Betrieb des Leuchtmittels ein Prozess bzw. eine Reaktion in Gang gebracht bzw. ausgelöst bzw. initiiert werden. Beispielsweise können im beispielhaften Fall die Algen dazu veranlasst werden, Photosynthese zu betreiben. Insbesondere wird durch die Bestrahlung des photosensitiven bzw. -reaktiven Stoffs, eine Energie in Form von Photonen bereitgestellt und zumindest teilweise durch den photosensitiven bzw. - reaktiven Stoff absorbiert bzw. aufgenommen, sodass eine oder mehrere photochemische und/oder biochemische und/oder physikalische Reaktionen ausgelöst werden. Dadurch, dass die Leuchtmittel-Aufnahmetasche zumindest teilweise transparent, insbesondere für Licht des sichtbaren Wellenlängenbereichs ist, kann ein von einem Leuchtmittel emittiertes Licht zumindest teilweise durch die Wandung der Leuchtmittel-Aufnahmetasche bzw. durch die (Leuchtmittel-Aufnahme)Taschen-Wandung hindurch treten bzw. hindurch propagieren und somit das in einem Behälter-Innenraum befindliche Volumen bzw. Medium bestrahlen.
Wenn ein Leuchtmittel von einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche zumindest teilweise aufgenommen ist, so befindet sich das Leuchtmittel bevorzugt im Wesentlichen auf der Innenseite des Behälters bzw. im Behälter-Innenraum. Dennoch ist das Leuchtmittel durch die Wandung der Leuchtmittel-Aufnahmetasche bzw. durch die (Leuchtmittel-Aufnahme)Taschen-Wandung von dem Medium bzw. von dem Behälter-Innenraum isoliert, sodass im Wesentlichen kein direkter Kontakt zwischen dem Medium und dem Leuchtmittel besteht. Zur präzisen Unterscheidung der Räume kann ein „exklusiver Behälter-Innenraum“ definiert werden, welcher dadurch charakterisiert ist, lediglich das Volumen eines Mediums zu beinhalten. Ein „exklusiver Behälter-Innenraum“ umfasst nicht das Volumen, welches ein oder mehrere Leuchtmittel und Leuchtmittel-Aufnahmetaschen einnehmen, insbesondere wenn die zumindest eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche zumindest ein Leuchtmittel zumindest teilweise aufgenommen hat. Der Behälter-Innenraum bzw. das Behälter-Volumen soll hingegen so definiert sein, dass dieser bzw. dieses dem Volumen entspräche, welches der Behälter hätte, wenn dieser keine Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n) und stattdessen eine im Wesentlichen ebene Behälterhülle umfassen würde, das heißt, nicht durch eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche eingebuchtet bzw. nach innen gewölbt wäre. In anderen Worten entspricht ein Behälter-Innenraum einem Volumen eines Behälters ohne Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n), insbesondere wenn dessen Behälterhülle keine Leuchtmittelöffnungen für Leuchtmittel-Aufnahmetaschen umfasst.
Aus diesem Grund kann sich ein Leuchtmittel, wenn es zumindest teilweise von einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche aufgenommen ist bzw. zumindest teilweise innerhalb einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche angeordnet ist, zumindest teilweise in dem Behälter-Innenraum, jedoch im Wesentlichen nicht in dem exklusiven Behälter-Innenraum befinden. Das Leuchtmittel ist schließlich von dem Medium durch die Taschen-Wandung bzw. die Wandung der Leuchtmittel-Aufnahmetasche von dem Medium getrennt bzw. isoliert.
Ein Behälter kann eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche oder etwa zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben und insbesondere bis zu etwa dreißig Leuchtmittel-Aufnahmetaschen umfassen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass ein Behälter mehr als dreißig Leuchtmittel-Aufnahmetaschen umfasst. Eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche kann beispielsweise auch mehrere Leuchtmittel und/oder Lichtquellen aufnehmen. Beispielsweise kann eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche etwa zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben und mehr Leuchtmitteln, insbesondere ein Bündel von Leuchtmitteln beispielsweise Lichtwellenleiter aufnehmen.
Der Vorteil eines Behälters mit Leuchtmittel-Aufnahmetaschen besteht darin, dass zwischen einem Leuchtmittel und einem Medium kein direkter Kontakt besteht, sodass das Medium durch ein für die Bestrahlung verwendetes Leuchtmittel nicht mit Stoffen von der Außenseite kontaminiert wird. Insbesondere können Leuchtmittel auch während eines chemischen Prozesses von außen hinzugefügt, ausgetauscht und/oder entfernt werden, sodass die Bestrahlungs- bzw. Beleuchtungssituation an den jeweiligen Prozess angepasst werden kann, ohne dass der Behälter dafür zwingend für einen Zugriff von außen geöffnet werden muss, was den Prozessablauf beeinträchtigen könnte.
Dadurch, dass der Behälter-Innenraum von außen durch die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen zugänglich aber dennoch durch die Taschen-Wandung der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen von der Außenseite isoliert ist, kann die Beleuchtungssituation verändert werden, ohne dass der Behälter-Innenraum zu der Außenseite hin geöffnet werden muss, was jedes Mal eine Beeinträchtigung des Prozesses eines Mediums auf der Behälter-Innenseite führen könnte. Derart kann vermieden werden, dass physikalische Parameter des Mediums bzw. des Behälter-Innenraums beeinträchtigt werden, wie beispielsweise durch: eine Temperaturänderung, eine Druckänderung, Verlust eines Stoffes durch Verdampfen, Kontamination durch Stoffe, beispielsweise Bakterien, Chemikalien, Sauerstoff usw.
Darüber hinaus kann die Anpassung einer Beleuchtungs- bzw. Bestrahlungssituation auf einfache Weise erfolgen, indem durch die von außen zugänglichen Leuchtmittel-Aufnahmetaschen Leuchtmittel ausgetauscht, hinzugefügt oder davon entfernt werden können.
Dadurch, dass ein Leuchtmittel bzw. eine Lichtquelle nicht im direkten Kontakt mit dem Medium steht, kann beispielsweise auf eine Sterilisation eines Leuchtmittels verzichtet werden. Es kann im Wesentlichen ausreichend sein, den Behälter und insbesondere den Behälter-Innenraum zu sterilisieren, um zu gewährleisten dass das Medium nicht kontaminiert wird, beispielsweise durch schädliche Mikroorganismen oder andere Stoffe, welche einen chemischen und/oder biochemischen und/oder biologischen und/oder physikalischen Prozess beeinträchtigen könnten.
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Behälter eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche oder mehrere Leuchtmittel-Aufnahmetaschen, wobei mindestens eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche rigide ausgebildet ist und/oder ein im Wesentlichen konstantes Volumen bzw. Taschen-Innenvolumen aufweist. In anderen Worten wird oder werden an einem Behälter bzw. an einer Behälterhülle eine oder mehrere Leuchtmittel-Aufnahmetaschen bereitgestellt, welche sich im Wesentlichen, insbesondere beim Befüllen des Behälters mit einem Medium nicht komprimieren bzw. zusammendrücken bzw. zusammenquetschen lässt/lassen.
Durch eine zumindest teilweise rigide Ausbildung bzw. durch ein im Wesentlichen konstantes Volumen bzw. Taschen-Innenvolumen der Leuchtmittel-Aufnahmetasche kann zumindest teilweise verhindert werden, dass eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche durch das im Behälter-Innenraum befindliche Medium zusammengedrückt bzw. zusammengequetscht wird, wenn kein Leuchtmittel in einem Taschen-Innenvolumen angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Leuchtmittel auch dann auf einfache Weise innerhalb des Taschen-Innenvolumens der Leuchtmittel-Aufnahmetasche angeordnet werden kann, wenn das Behälter-Innenvolumen bereits mit einem Medium gefüllt ist. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, dass möglicherweise eine - (Leuchtmittel-Aufnahme)Taschen-Wandung der Leuchtmittel-Aufnahmetasche durch das Hineinschieben des Leuchtmittels verletzt oder beschädigt wird.
Ein konstantes Volumen bzw. Taschen-Innenvolumen kann dadurch bereitgestellt bzw. ermöglicht sein, dass ein Gerüst und/oder Korbartiges Gerüst bzw. Geflecht an der Leuchtmittel-Aufnahmetasche und/oder in dem Taschen-Innenvolumen angeordnet ist und/oder die (Leuchtmittel-Aufnahme-) Taschen-Wandung der Leuchtmittel-Aufnahmetasche Verstärkungen bzw. Verdickungen der Wandungsdicke und/oder zusätzliche Materialien umfasst. Insbesondere ist das Mittel, durch welches ein im Wesentlichen konstantes Volumen erzielt werden kann, derart stabil, dass es sich unter dem Einfluss bzw. unter dem Druck des in dem Behälter-Innenraum befindlichen Mediums nicht verformt bzw. eindrücken lässt.
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Behälter eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche oder mehrere Leuchtmittel-Aufnahmetaschen, wobei die Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n) an einer Leuchtmittelöffnung oder mehreren Leuchtmittelöffnungen angeordnet ist/sind, welche an einer Umfangswandung/-fläche des Behälters positioniert ist/sind. In anderen Worten umfasst eine Behälterhülle, insbesondere eine Umfangswandung Leuchtmittelöffnungen, insbesondere an mehreren Stellen und bevorzugt verteilt entlang eines Umfangs, durch welche Leuchtmittel und/oder Lichtquellen von außen durch die Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n) aufgenommen werden können.
Gemäß einem Aspekt umfasst die Behälterhülle eines Behälters eine Behälterwandung, vorzugsweise eine tonnenförmige Umfangswandung, einen Behälterboden und einen von der Behälterwandung abnehmbaren Behälterdeckel, wobei die zumindest eine Leuchtmittelöffnung im Behälterdeckel ausgebildet ist.
In anderen Worten kann eine Behälterwand, insbesondere eine bevorzugt tonnenförmige Umfangswandung der Behälterhülle, und/oder ein Behälterdeckel der Behälterhülle jeweils Öffnungen bzw. Leuchtmittelöffnungen umfassen, durch welche Leuchtmittel in einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche angeordnet bzw. in eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche eingeschoben werden können. Dies ist vorteilhaft, da die äußeren Seiten einer Behälterwandung und/oder eines Behälterdeckels von außen leicht zugänglich sein können, sodass auf einfache Weise ein Leuchtmittel in dem Behälter-Innenraum zur Bestrahlung eines Mediums angebracht bzw. angeordnet werden kann. Auch der Austausch, sowie das Entfernen eines Leuchtmittels kann bzw. können dadurch einfach erfolgen.
Der Einweg-Behälter ist ein Einweg-Behälter eines Bioreaktors.
Ein Einweg-Element, wie ein Einweg-Behälter, insbesondere ein Einweg-Beutel hat allgemein den Vorteil, dass dieser und insbesondere dessen Innenraum steril bereitgestellt werden kann und nach der Verwendung und Kontamination mit Inhalt nicht wieder gereinigt bzw. sterilisiert bzw. autoklaviert werden muss, sondern entsorgt werden kann. Durch die Verwendung kostengünstiger Materialien zur Herstellung von Einweg-Bioreaktoren können Prozesse besonders kostengünstig durchgeführt bzw. umgesetzt werden. Es können alle Bestandteile eines Behälters, insbesondere eines Bioreaktors, sowie sämtliches Zubehör als Einweg-Elemente ausgebildet sein. Alternativ können teilweise Bestandteile eines Behälters, insbesondere eines Bioreaktors, sowie teilweise Bestandteile eines Zubehörs als Einweg-Elemente ausgebildet sein, wohingegen andere Bestandteile bzw. Elemente Mehrweg-Elemente sein/darstellen können.
Insbesondere kann an einem Einweg-Behälter, beispielsweise eines Einweg-Bioreaktors eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche zumindest teilweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein, insbesondere aus einem weichen Kunststoff und/oder abschnittsweise aus einem Metall, beispielsweise Stahl, angebracht und/oder fixiert und/oder angeklebt und/oder angeschweißt sein. Eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche kann insbesondere dann ein Metall umfassen, wenn die Tasche durch eine Metallstruktur, beispielsweise ein korbartiges Geflecht im Wesentlichen strukturell gestützt bzw. unterstützt bzw. formstabil gehalten werden soll. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche beispielsweise im ungefüllten Zustand verformt. Eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche und ein Behälter bzw. Einweg-Bioreaktor können mehrstückig, insbesondere zweistückig bzw. in zwei Stücken ausgebildet sein und beispielsweise über ein Verbundstoff verbunden werden. Alternativ können Leuchtmittel-Aufnahmetasche und Behälter bzw. Einweg-Bioreaktor einstückig ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Behälters, insbesondere eines Einweg-Bioreaktors, zur Einweg-Nutzung, kann eine Behälterwandung, Leuchtmittel-Aufnahmetaschen oder auch andere Elemente umfassen, welche im Wesentlichen oder zumindest teilweise aus einer sogenannten „Weichplastik“ bzw. aus einem besonders biegsamen Kunststoff, insbesondere einem Weich-PVC und/oder Polyolefin, insbesondere Polyethylen ausgeformt ist. Abschnitte, welche zur Stabilisierung der Behälterstruktur dienen, können hingegen aus einem härteren Material ausgebildet sein. Solche Elemente und/oder Abschnitte können teilweise aus einem sogenannten „Hartplastik“ bzw. aus einem steiferen bzw. formstabileren Kunststoff, insbesondere aus einem (schmelzbaren) Thermoplast oder aus einem (nicht schmelzbaren) Duroplast, beispielsweise einem Kunstharz ausgeformt sein.
Gemäß einem Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Behälter ein Mehrweg-Behälter, insbesondere ein Mehrweg-Behälter eines Mehrweg-Bioreaktors.
In Fällen, in denen eine besonders große Menge eines Mediums, beispielsweise mehr als etwa 500 I, insbesondere mehr als etwa 5000 I in einem Behälter prozessiert und/oder gelagert und/oder transportiert werden soll, ist es vorteilhaft einen besonders großen Behälter, beispielsweise einen Stahltank zu verwenden. Solche Behälter können sich als besonders kostengünstig in der Mehrweg-Verwendung, beispielsweise als Mehrweg-Bioreaktoren und/oder Mehrweg-Fermenter und/oder Mehrweg-Mischsysteme und/oder Mehrweg-Braukessel und/oder Mehrweg-Gärsysteme erweisen.
Insbesondere kann an der Behälterwandung eines Mehrweg-Behälters bzw. Mehrweg-Bioreaktors eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche, angebracht und/oder verschraubt und/oder fixiert und/oder angeklebt und/oder angeschweißt sein. Die Leuchtmittel-Aufnahmetasche kann zumindest teilweise aus einem Glas und/oder einem Kunststoff und/oder abschnittsweise aus einem Metall ausgeformt sein. Derart können Leuchtmittel-Aufnahmetasche und Behälter bzw. Mehrweg-Bioreaktor mehrstückig, insbesondere zweistückig ausgebildet sein und über ein Verbundstoff und/oder andere Mittel verbunden werden. Alternativ können Leuchtmittel-Aufnahmetasche und Behälter bzw. Mehrweg-Bioreaktor einstückig ausgebildet sein. Es kann auch sein, dass die Wandung eines Mehrweg-Behälters an sich lediglich eine Öffnung umfasst, an der eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche angeordnet bzw. angebracht bzw. fixiert bzw. befestigt werden kann. Beispielsweise könnte ein Mehrweg-Behälter im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet sein, wohingegen Leuchtmittel-Aufnahmetaschen, welche beispielsweise zur einmaligen Verwendung (single use) dienen können und sterilisierbar aus einem Kunststoff ausgebildet sein können, an Öffnungen des Mehrweg-Behälters angebracht werden können. Auch kann eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche ein hohles und im Wesentlichen durchsichtiges Rohr sein/darstellen, welches zur mehrfachen Verwendung ausgelegt sein kann und sterilisierbar sein kann.
Gemäß einem Aspekt ist oder sind die Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n) dazu ausgelegt, ein oder mehrere Leuchtmittel umfassend einen Licht-emittierenden Stab, eine Licht-emittierende Faser bzw. einen Lichtleiter bzw. einen Lichtwellenleiter, eine Licht-emittierende Diode und/oder eine Lichtquelle, insbesondere eine Lampe und bevorzugt eine röhrenförmige Lampe und/oder einen Laser von der Außenseite durch die Leuchtmittelöffnung zumindest teilweise aufzunehmen. In anderen Worten kann jeweils eine der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen eines der genannten Leuchtmittel und/oder Lichtquellen aufnehmen. Alternativ kann jeweils eine der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen mehrere der genannten Leuchtmittel und/oder Lichtquellen aufnehmen. Beispielsweise können auch verschiedene Leuchtmittel und/oder Lichtquellen zur Bestrahlung des Behälter-Innenraums bzw. des Mediums an bzw. in dem Behälter angeordnet werden. Beispielsweise können ein Licht-emittierender Stab bzw. ein Leuchtstab und ein Lichtwellenleiter jeweils mittels einer oder mehrerer Leuchtmittel-Aufnahmetasche(n) von dem Behälter aufgenommen werden. Insbesondere kann das Leuchtmittel eine Licht-emittierende Faser bzw. einen Lichtleiter umfassen, welche bzw. welcher um ein Element, beispielsweise einen Stab und/oder eine Leitung, insbesondere eine Leitung zur Gaszufuhr und/oder -abfuhr und/oder einen sogenannten Sparger gewickelt bzw. gewunden ist. Das Element, beispielsweise die Gasleitung, welche mit der Licht-emittierenden Faser 15b umwickelt ist, kann sich bereits in dem Innenraum des Behälters befinden bzw. in dem Innenraum angeordnet sein. Das umwickelte Element kann alternativ auch in und/oder durch eine Öffnung beispielsweise in eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche geschoben werden, derart, dass, wenn ein Licht in die Faser eingekoppelt wird, das Licht zumindest teilweise entlang der Oberfläche des Elements Richtung Innenseite des Behälters emittiert wird.
Durch die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen, welche im Wesentlichen vollständig wasserdicht ausgebildet sind, kann verhindert werden, dass Leuchtmittel beschädigt werden, welche in der Regel nicht im Zusammenhang mit Flüssigkeiten bzw. unter Wasser bzw. innerhalb von Flüssigkeiten verwendet werden. Ein Vorteil besteht deshalb darin, dass die genannten Leuchtmittel und/oder Lichtquellen im Wesentlichen in einen mit einem Medium gefüllten Behälter-Innenraum gelangen können, ohne dass diese Leuchtmittel und/oder Lichtquellen zwingend wasserdicht ausgebildet sein müssen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei dem Medium um eine Flüssigkeit handelt. Es besteht im Idealfall demnach keine Notwendigkeit, dass die Leuchtmittel speziell für Anwendungen unter Wasser bzw. in Flüssigkeiten geeignet sind.
Die mindestens eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche ist aus einem gleichen Material wie die Behälterhülle, insbesondere wie ein Großteil der Behälterhülle, und zwar aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem transparenten weichen Kunststoff, einstückig mit der Behälterhülle oder dem Behälter ausgebildet. In einem Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung kann bzw. können die Leuchtmittel-Aufnahmetasche und/oder die Behälterhülle auch zumindest teilweise aus Glas und/oder einem transparenten harten Kunststoff bzw. Harz ausgebildet sein. Die Behälterhülle und/oder die Leuchtmittel-Aufnahmetasche können zumindest teilweise aus einem im Wesentlichen transparenten Glas, beispielsweise Quartz-Glas, aus einem im Wesentlichen transparenten Kunststoff, insbesondere aus einem Acrylglas (Polymethylmetacrylate, PMMA), einem Polycarbonat (PC), einem Polyvinylchlorid (PVC), einem Polystyrol (PS), einem Polyphenylenether (PPO), einem Silikon, insbesondere einem hochtransparenten Silikon und/oder einem Polyethylen (PE), insbesondere HDPE oder LDPE ausgebildet sein. Ferner kann jede denkbare Kombination der genannten oder auch anderer Materialien geeignet sein. Es eignen sich auch Materialien mit lichtleitenden und/oder lichtreflektierenden Partikeln.
Es besteht ferner ein Vorteil darin, eine Behälterhülle ebenfalls aus einem transparenten Material auszubilden, da derart auch ein Licht von der Außenseite, beispielsweise ein Sonnenlicht zumindest teilweise durch die Behälterhülle treten bzw. propagieren kann. Es kann auch möglich sein, dass an der Außenseite zusätzlich ein Leuchtmittel bzw. eine Lichtquelle zur Bestrahlung des Mediums in dem Behälter-Innenraum von der Außenseite durch die transparente Behälterhülle angebracht bzw. angeordnet ist. Insbesondere wird der Behälter-Innenraum optimal bestrahl bzw. ausgeleuchtet. Das bedeutet, dass das Medium vorzugsweise an allen Positionen in dem Behälter-Innenraum optimal und/oder gleichermaßen bzw. gleichmäßig bestrahlt wird.
Da ein Medium an sich im Wesentlichen trüb bzw. intransparent sein kann bzw. Licht eines gewissen Wellenlängenbereichs stark absorbieren kann, ist es vorteilhaft Lichtquellen bzw. Leuchtmittel an verschiedenen Positionen innerhalb und unter Umständen auch außerhalb des Behälters derart anzubringen, dass das Licht durch die transparente Behälterhülle und/oder Wände und/oder Elemente hindurchtreten bzw. hindurchpropagieren kann.
Gemäß einem Aspekt umfasst der Behälter eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche, welche zumindest teilweise eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Wärmestrahlung bzw. eine Infrarotstrahlung filtern und/oder absorbieren und/oder abführen kann.
Das Filtern von Wärmestrahlung, welche durch das Medium absorbiert werden kann ist vorteilhaft, da derart vermieden werden kann, dass ein Medium durch die Bestrahlung zu stark erhitzt wird, wenn dies vermieden werden soll. Alternativ kann dies auch mittels Abführen einer sich erhitzenden Luft erfolgen. Es kann auch ein Licht eines anderen Frequenzbereiches durch die Leuchtmittel-Aufnahmetasche zumindest teilweise gefiltert bzw. absorbiert werden. So könnte auch zumindest teilweise verhindert werden, dass eine übermäßige UV-Strahlung in den Behälter-Innenraum gelangt.
Gemäß einem Aspekt ist der Behälter und/oder der Bioreaktor zumindest teilweise, insbesondere vollständig sterilisierbar.
Besonders bevorzugt sind der Behälter und die Leuchtmittel-Aufnahmetasche aus einem oder mehreren Materialien ausgebildet, welche sterilisierbar bzw. autoklavierbar sind. Beispielsweise können Behälter und/oder Leuchtmittel-Aufnahmetasche aus einem Polymer ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Behälter mitsamt der Leuchtmittel-Aufnahmetasche vor der Verwendung sterilisiert werden kann, sodass ein Medium, welches beispielsweise in den Behälter-Innenraum des Behälters gefüllt wird insbesondere nicht mit mikrobiologischem Material kontaminiert wird. Das Sterilisieren kann vor der Verwendung eines Einwegbehälters, insbesondere eines Einweg-Bioreaktors erfolgen. Das Sterilisieren kann auch vor einer Verwendung (und unter Umständen nach bzw. zwischen zwei Verwendungen) eines Bioreaktors erfolgen.
Insbesondere sind der Kunststoff, aus welchem beispielsweise ein Einweg-Behälter im Wesentlichen ausgebildet ist, sowie sämtliche andere Elemente weitestgehend sterilisierbar, z.B. mittels Beta- bzw. Gamma-Strahlung. Allgemein kann das verwendete Material zur Herstellung eines Behälters bzw. zur Herstellung eines Bioreaktors mittels thermischer Sterilisation, mittels Dampfsterilisation, mittels Heißluftsterilisation, mittels chemischer und/oder physikalischer Sterilisation (z.B. Beta- oder Gamma-Bestrahlung) sterilisierbar sein.
Die Erfindung betrifft ferner einen Behälter, insbesondere gemäß einem oder mehreren vorangehenden Aspekten, mit einem Behälter-Innenraum ausgelegt zum Befüllen mit einem Medium, das mindestens einen photoreaktiven Stoff umfasst, und ausgelegt zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion des photoreaktiven Stoffs, umfassend folgende Elemente:

- ein Rührelement umfassend eine Rührwelle mit einem Rührwellen-Hohlraum und einer zumindest teilweise transparenten Rührwellen-Wandung, wobei der Rührwellen-Hohlraum ein Leuchtmittel aufnehmen kann und die Rührwellen-Wandung dazu ausgelegt ist, dass das Leuchtmittel eine elektromagnetische Strahlung durch die Rührwellen-Wandung in den Behälter-Innenraum emittieren und die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs des Mediums auslösen kann.

In anderen Worten umfasst ein Behälter, der bevorzugt ein Einweg-Beutel ist, ein Rührelement bzw. eine Rührvorrichtung, welches bzw. welche eine Rührwelle umfasst. Die Rührwelle hat einen Rührwellen-Hohlraum und eine im Wesentlichen oder zumindest teilweise transparente Rührwellen-Wandung. Man könnte die Rührwelle im Wesentlichen auch als transparentes Rohr bezeichnen. In dem Rohr kann ein Leuchtmittel, insbesondere ein Licht-emittierender Stab angeordnet werden. Im Betrieb, also wenn das Leuchtmittel angeschaltet wird, kann deshalb ein Licht, welches von dem Leuchtmittel emittiert wird, durch die transparente Rührwellen-Wandung propagieren bzw. treten, sodass der Behälter-Innenraum und das darin befindliche Medium mit dem photoreaktiven Stoff bestrahlt wird. In der Folge der Bestrahlung soll eine photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs ausgelöst werden. Insbesondere ist der Rührwellen-Hohlraum dazu ausgelegt, dass ein Leuchtmittel von außen innerhalb des Rührwellen-Hohlraums im Wesentlichen angeordnet, ausgetauscht und/oder entfernt werden kann.
Durch diesen Aspekt kann eine Rührwelle besonders effizient genutzt werden. Einerseits dient die Rührwelle zum Verrühren bzw. Mischen des Mediums, andererseits dient die Rührwelle mit dem Rührwellen-Hohlraum auch zur Aufnahme für ein Leuchtmittel. Da eine Rührwelle bevorzugt zentral in einem Behälter angeordnet ist kann ein Medium deshalb zentral bzw. von der Behälter-Innenseite bzw. vom Zentrum des Behälter-Innenvolumens bestrahlt werden, ohne dass eine zusätzliche Fläche zur Anbringung des Leuchtmittels bereitgestellt werden muss.
Ein bezüglich der Bestrahlung eines Mediums besonders effizienter Behälter bzw. Bioreaktor bzw. Mischtank kann auch im Zentrum des Behälter-Innenraums, in diesem Fall innerhalb einer Rührwelle, eine Lichtquelle bzw. ein Leuchtmittel umfassen. Besonders effizient ist die Bestrahlung dann, wenn ein Strömungsprofil des Mediums an einem Leuchtmittel an einer Behälterhülle und einem Leuchtmittel in dem Zentrum des Behälter-Innenraums vorbeiführt. Idealerweise verläuft eine Trajektorie eines photosensitiven Moleküls im Mittel so, dass ein Molekül bezüglich der Bestrahlungsdauer und Intensität eines Leuchtmittels möglichst optimal angestrahlt wird, sodass innerhalb einer bestimmten, insbesondere innerhalb einer kurzen Zeit das benötigte Licht absorbiert wird und eine phochemische Reaktion stattfindet.
Besonders bevorzugt ist die Situation, in der ein Leuchtmittel von außen innerhalb des Rührwellen-Hohlraums im Wesentlichen angeordnet, ausgetauscht und/oder entfernt werden kann. Derart kann ein Leuchtmittel beispielsweise ausgetauscht oder entfernt werden, wenn ein Prozess weitestgehend stattgefunden bzw. zu Ende gegangen ist und die Beleuchtungssituation angepasst werden soll. Beispielsweise kann ein auf die erste Reaktion folgende Reaktion eine Bestrahlung mit Licht eines anderen Frequenzspektrums erfordert. Dies könnte dann durch den Austausch von Lichtquellen gelöst werden.
Insbesondere sind Aspekte und Merkmale der Erfindungen kombinierbar. Beispielsweise kann ein Behälter eine transparente Rührwelle mit Rührwellen-Hohlraum für die Aufnahme eines Leuchtmittels und eine oder mehrere Leuchtmitte-Aufnahmetasche(n) umfassen. Die im Anschluss beschriebenen Merkmale sind ebenfalls mit den vorausgehenden Merkmalen kombinierbar, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Gemäß einem Aspekt ist ein Behälter mit einem Behälter-Innenraum, welcher ausgelegt zum Befüllen mit einem Medium, das mindestens einen photoreaktiven Stoff umfasst, ausgelegt zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion des photoreaktiven Stoffs und umfasst folgende Elemente:

- eine Behälterhülle mit einer Behälter-Innenwandung;
- ein Rührelement umfassend zumindest eine Rotorblatt und eine Rührwelle; und
- mindestens ein Leuchtmittel, welches zumindest teilweise an oder in der Behälter-Innenwandung, der Rührwelle und/oder dem Rotorblatt angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, das Medium zumindest teilweise so zu bestrahlen, dass die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs mittels einer von dem Leuchtmittel emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgelöst werden kann.

Der Behälter kann insbesondere kombinierbar mit den vorangehenden Aspekten und Merkmalen einer anderen Ausführungsform eines Behälters sein.
Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein Behälter Leuchtmittel und/oder Lichtquellen umfassen, welches an mindestens einem Bauteil bzw. Element des Behälters angeordnet ist oder angeordnet werden kann. Beispielsweise kann eine optische Faser um eine Rührwelle gewickelt sein, sodass entlang der Rührwelle ein Licht in den Behälter-Innenraum emittiert werden kann. Beispielsweise kann eine Behälter-Innenwandung bzw. eine Behälterhüllen-Innenfläche zumindest teilweise oder vollständig mit einem Leuchtmittel versehen sein. Beispielsweise kann eine Wandung Licht-emittierende Elemente bzw. Leuchtmittel umfassen, insbesondere organische Leuchtdioden (OLED) oder ein OLED-Feld, welche(s) großflächig an der Wandung angeordnet sein können bzw. kann. Zusätzlich oder alternativ können an der Behälterhülle auch einzelne Leuchtdioden angebracht sein. Zusätzlich oder alternativ können an der Behälterhülle auch Leuchtstäbe angebracht sein. Zusätzlich oder alternativ können auch Lichtwellenleiter innerhalb oder an der Behälterhülle angebracht sein, wobei diese Lichtwellenleiter ein Licht emittieren können, welches beispielsweise durch eine transparente Behälter-Innenwandung bzw. Behälterhüllen-Innenfläche in den Behälter-Innenraum tritt bzw. propagiert. Ein oder mehrere dieser optionalen Merkmale haben den Vorteil, dass ein Medium in einem Behälter-Innenraum möglichst großflächig bestrahlt werden kann. Dies kann auch der Fall sein wenn die Behälterhülle beispielsweise nicht transparent ausgebildet ist.
Alle genannten Leuchtmittel können beispielsweise in einem alternativen oder zusätzlichen Aspekt auch in oder an einem Rotorblatt angeordnet sein.
Zusätzlich oder alternativ können auch Partikel und/oder Rührelemente, wie beispielsweise Magnetrührer bzw. Rührfische, welche fluoreszierende Eigenschaften haben, in dem Behälter bereitgestellt sein, sodass derart auch ein Licht an das Medium übertragen werden kann. Vorteilhaft dabei ist, dass durch ein Verrühren des Mediums die Rührelemente mit dem Medium verwirbelt werden und somit im Behälter-Innenraum eine Strecke in unterschiedlichen Regionen des Behälter-Innenraums zurücklegen können, wodurch ein möglichst hoher Anteil des Mediums bestrahlt werden kann. Beispielsweise können solche Partikel oder Rührelemente auch mit einem phosphorisierenden Stoff ausgestattet, insbesondere beschichtet sein. In dem Fall können die Partikel ein Licht emittieren, insbesondere nach der Bestrahlung des phosphorisierenden Stoffs mit einem der zuvor genannten Licht-emittierenden Elemente.
Besonders bevorzugt ist, dass ein Medium im Behälter-Innenraum derart verrührt wird, dass das Medium möglichst intensiv bzw. lange durch die Licht-emittierenden Elemente bestrahlt wird. Beispielsweise kann ein Anteil des Mediums zunächst durch ein Licht-emittierendes Element an der Behälterhüllen-Innenfläche bestrahlt werden und im Anschluss durch Verrühren in einen Bereich gelangen, wo es durch Licht-emittierende Elemente einer Rührwelle bestrahlt wird. Dadurch, dass an geeigneten Positionen Licht-emittierende Elemente angebracht werden und eine bestimmte Rührgeschwindigkeit bzw. Umdrehungszahl der Rotorblätter gewählt und ein bestimmtes Fließprofil erzielt wird, kann eine optimale Belichtungszeit bzw. Beleuchtungszeit bzw. Bestrahlungszeit für ein Molekül im Mittel erreicht werden. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein photoreaktives Molekül in einem Medium derart lange und intensiv (an einem Stück bzw. ohne Unterbrechung) im Mittel durch ein oder mehrere Licht-emittierende Elemente bestrahlt wird, dass eine photochemische Reaktion dadurch ausgelöst bzw. begünstigt bzw. initiiert wird.
Gemäß einem Aspekt umfasst der Behälter ein Leuchtmittel bzw. Licht-emittierendes Mittel und/oder eine Lichtquelle bzw. Licht-erzeugendes Mittel, wobei ein Leuchtmittel einen Licht-emittierenden Stab, eine Licht-emittierende Faser bzw. einen Lichtleiter, eine Licht-emittierende Diode und/oder eine Lichtquelle, insbesondere eine Lampe und bevorzugt eine röhrenförmige Lampe, umfasst.
Es ist vorteilhaft großflächig Licht-emittierende Elemente, wie beispielsweise Licht-emittierende Fasern oder röhrenförmige Lampen oder großflächig verteilte LEDs oder OLEDs bereitzustellen, da somit ein möglichst großes Volumen mittels der emittierten Strahlung bestrahlt werden kann.
Es kann beispielsweise auch der Fall sein, dass eine Intensität der Bestrahlung bzw. eine Menge des emittierten Lichtes bzw. eine Leistung der einzelnen Licht-emittierenden Elemente bei Bedarf variiert bzw. angepasst werden kann. Darüber hinaus können auch teilweise bzw. ein Anteil der Licht-emittierenden Elemente ein- oder ausgeschaltet werden, während ein anderer Teil entsprechend gegenteilig aus- oder eingeschaltet bleibt. Die Bestrahlung des Mediums kann auch gepulst bzw. stroboskopisch erfolgen. Insbesondere wird das Medium jedoch über einen längeren Zeitraum am Stück bzw. in einem längeren Intervall bzw. dauerhaft bestrahlt, um eine möglichst hohe Reaktionsrate bzw. möglichst viele photochemische Reaktionen auszulösen.
Gemäß einem Aspekt umfasst die Behälter-Innenwandung bzw. die Behälterhüllen-Innenfläche eine Behälter-Innenwand-Strukturierung, welche dazu ausgelegt ist, eine bezüglich einer unstrukturierten glatten Behälterhüllen-Innenfläche vergrößerte Fläche zu bilden und wobei das Leuchtmittel an oder in der Behälter-Innenwand-Strukturierung angeordnet ist und/oder die Behälter-Innenwand-Strukturierung ein Strömungsprofil des Mediums beeinflussen bzw. vorgeben kann. Ein Strömungsprofil des Mediums tritt insbesondere dann auf, wenn ein Medium in einem Behälter mittels einer Rührvorrichtung verrührt bzw. gemischt wird.
Durch die im Wesentlichen strukturierte, insbesondere gewellte und/oder gezackte und/oder zerklüftete und/oder ein- und ausgebuchtete Ausformung einer Behälterhüllen-Innenfläche kann eine besonders große Fläche auf der Behälter-Innenseite bereitgestellt werden, an der möglichst viele bzw. möglichst großflächig Licht-emittierende Elemente angebracht werden können. Insbesondere kann ein Licht-emittierendes Element, welches besonders großflächig Licht emittiert, beispielsweise ein Pad bzw. Feld bzw. Array, insbesondere eine Licht-emittierende Folie umfassend ein oder mehrere OLED-Elemente an der strukturierten Behälter-Innenwand angebracht werden.
Darüber hinaus kann eine strukturierte Behälterhüllen-Innenfläche (insbesondere eines Misch- und Rührtanks bzw. eines Misch- und Rühr-Behälters) turbulente Strömungen des fließenden bzw. verrührten Mediums verursachen, besonders im nahen Umfeld der strukturierten Behälterhüllen-Innenfläche. Turbulente Strömungen können dazu führen, dass ein Teil des Mediums sich länger in der Nähe einer Licht-emittierenden Behälterhüllen-Innenfläche aufhält bzw. befindet und beispielsweise durch ein kreisförmiges Strömungsprofil mehrmals an der Behälterhüllen-Innenfläche vorbei fließt. Dies hat den Vorteil, dass eine Behälterhüllen-Innenfläche bzw. ein Abschnitt der strukturierten Behälterhüllen-Innenfläche, welcher ein Leuchtmittel umfasst, im Wesentlichen einen bestimmten Teil des Mediums über längere Zeit (und/oder wiederholt) bestrahlen kann. Dies führt dazu, dass die Wahrscheinlichkeit für eine photochemische Reaktion eines photosensitiven Stoffs in dem Medium steigt.
Besonders bevorzugt ist die Situation, in der eine strukturierte Behälterhüllen-Innenfläche umfassend ein Leuchtmittel ein bestimmtes vorteilhaftes Strömungsprofil des Mediums versursacht bzw. bewirkt bzw. hervorruft. Ein bestimmtes Strömungsprofil des Mediums wäre dann vorteilhaft, wenn die Fließgeschwindigkeit dazu führt, dass sich ein bestimmter Teil des Mediums möglichst über einen für die Auslösung einer photochemischen Reaktion optimalen Zeitraum in der Nähe eines Leuchtmittels befindet. Gleichzeitig soll jedoch das Medium in dem Tank bzw. Behälter gut durchmischt bzw. verrührt werden, sodass ein möglichst großes Volumen des Mediums insbesondere das gesamte Volumen bzw. eine möglichst hohe Anzahl photoreaktiver Moleküle des Mediums von einer oder mehreren Leuchtmitteln lange genug bestrahlt wird, sodass die erwünschte photochemische Reaktion möglichst vieler Moleküle ausgelöst wird. Dies gelingt besonders gut, wenn mehrere Leuchtmittel innerhalb des Behälter-Innenraums angebracht sind, beispielsweise ein Leuchtmittel an der Behälterhüllen-Innenfläche und gleichzeitig ein anderes Leuchtmittel an einer Rührwelle. In diesem Fall ist ein Strömungsprofil, welches einen Fluss des Mediums von einem Leuchtmittel zu einem anderen Leuchtmittel beschreibt, bevorzugt. Dies kann insbesondere mittels einer optimal ausgebildeten Behälter-Innenwandungs-Strukturierung erfolgen.
Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Begriff „ein bestimmter Teil des Mediums“ nicht um eine abgeschlossene Größe handelt, da der Teil des Mediums während des Fließens im Wesentlichen eine permanente Durchmischung mit anderen Teilen bzw. Volumina des Mediums erfährt. Es ist damit beispielsweise gemeint, dass sich innerhalb einer turbulenten Strömung mehrere Moleküle im Mittel gleichzeitig etwas länger innerhalb eines bestimmten Volumens aufhalten als in einer laminaren Strömung, da der Strom im Wesentlichen in einem Kreis fließt bzw. das Strömungsprofil im Wesentlichen kreisförmig ist.
Für ein Molekül, welches eine photochemische Reaktion durchläuft bzw. erfährt, also im Wesentlichen von einem Edukt durch Lichteinstrahlung in ein Produkt übergeht, gibt es eine ideale ununterbrochene Bestrahlungsdauer, die unter anderem von der Bestrahlungsintensität abhängig ist. Die Bestrahlungsintensität hängt wiederum von der Leistung einem Leuchtmittel ab und der Entfernung zwischen Molekül und Leuchtmittel an dem ein Licht einer der bestimmten Leistung abgestrahlt wird. Ferner hängt die Bestrahlungsintensität auch davon ab, wie dicht das Medium ist bzw. wie viele absorbierende Moleküle in dem Medium vorhanden sind. Für den Fall, dass das Medium sehr dicht ist, kann weniger Licht in entferntere Bereiche des Behälter-Innenraums gelangen, sodass ein Molekül möglicherweise nur dann eine ausreichend hohe Bestrahlung erfährt, wenn es sich lange genug in der Nähe eines Leuchtmittels befindet.
Besonders bevorzugt ist ein Behälter (insbesondere ein Mischtank bzw. Mischbehälter), welcher dazu ausgelegt ist, möglichst viele Moleküle eines photoreaktiven Stoffs möglichst effizient, d.h. innerhalb der benötigten bzw. optimalen Bestrahlungsdauer derart zu bestrahlen, dass die photochemische Reaktion ausgelöst wird. Wie bereits erwähnt wurde, kann insbesondere ein Strömungsprofil in Verbindung mit einer Beleuchtungssituation (Position der Lichtquellen/Leuchtmittel, Strahlungsleistung, Absorption und Dichte eines Mediums), beispielsweise dadurch gegeben, dass eine Behälter-Innenwandungs-Strukturierung und eine Rührvorrichtung bzw. Mischvorrichtung, dahingehend optimiert sind.
Die optische Dichte, insbesondere die Extinktion, umfassend Absorption und Streuung stellen physikalische Größen dar, von denen es abhängen kann, wie effizient eine Bestrahlung mit Licht bezüglich der Reaktionsrate ausfällt. Ein sehr (optisch) dichtes Medium, welches insbesondere ein Licht zumindest eines Teils des Frequenzbereichs stark absorbiert, kann deswegen eine Farbe bzw. einen Frequenzbereich des Lichtes innerhalb einer kurzen Wegstrecke des zurückgelegten Lichtes stark filtern bzw. absorbieren. Deswegen kann ein Molekül in größerer Entfernung von dem Licht-emittierenden Mittel bzw. dem Leucht-Mittel nicht mehr ausreichend mit dem Licht einer bestimmten Frequenz bzw. Wellenlänge bestrahlt werden, welches das Molekül benötigen würde, sodass eine photochemische Reaktion ausgelöst werden kann. Aus diesen Gründen könnte insbesondere zur Gewährleistung einer effizienten Bestrahlung eine Mischvorrichtung bereitgestellt sein, welche dazu ausgelegt ist, dass auch die Moleküle in größerer Distanz zu dem Licht-emittierenden Mittel in dessen Nähe gelangen, um dort ausreichend stark und langebestrahlt zu werden. Auch kann es in diesem Fall von Vorteil sein, die Position, sowie die Leistung und die Anzahl Licht-emittierender Mittel, sowie die Rühr- bzw. Mischgeschwindigkeit des Mediums anzupassen. Alternativ kann jedoch auch das Medium verdünnt werden, sodass weniger Moleküle in einem Behälter vorliegen und deswegen weniger Licht in kurzer Distanz zu einem Leucht-Mittel absorbiert wird.
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Behälter ein für eine elektromagnetische Strahlung transparentes bzw. durchsichtiges Rohr, welches dazu ausgelegt ist, ein Medium zu lagern und/oder zu führen, wobei das Medium beispielsweise von außen durch eine transparente Rohrwandung bestrahlt werden kann. In anderen Worten kann ein Medium durch ein durchsichtiges Rohr eines Behälters fließen, wobei das Medium von außen durch die durchsichtige bzw. transparente Rohrwandung von einem Leuchtmittel bestrahlt werden kann. Insbesondere kann das Medium in dem Rohr von außen durch die Sonne bestrahlt werden. Ein solches Rohr könnte beispielsweise einen Zulauf und/oder einen Ablauf und/oder einen Bypass des Behälters bzw. des Bioreaktors sein/darstellen.
Das Verfahren zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion eines photoreaktiven Stoffs in einem Medium kann die folgenden Schritte umfassen:

- Anordnen bzw. Anbringen bzw. Befestigen bzw. Fixieren mindestens eines Rührelementes umfassend zumindest eine Rührwelle mit einem Rührwellen-Hohlraum und einer zumindest teilweise transparenten Rührwellen-Wandung zumindest teilweise innerhalb des Behälter-Innenraums;
- Anordnen mindestens eines Leuchtmittels zumindest teilweise innerhalb des Rührwellen-Hohlraums;
- Befüllen eines Behälter-Innenraumes eines Behälters, insbesondere eines Behälters eines Bioreaktors mit dem Medium;
- zumindest teilweises Bestrahlen des Mediums mit dem Leuchtmittel durch die Rührwellen-Wandung derart, dass die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs mittels einer von dem Leuchtmittel emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgelöst wird.

Wie bereits erwähnt, können solche die beiden Verfahren charakterisierenden Merkmale miteinander kombiniert werden. Insbesondere können sich Synergieeffekte aus einer geeigneten Kombination ergeben. Besonders bevorzugt ist eine intensive und großflächige Ausstrahlung des Behälter-Innenraums mit Licht, weswegen eine Kombination beider Verfahren möglich ist. Insbesondere kann eine hohe Reaktionsrate bezüglich der mindestens einen photochemischen Reaktion der jeweiligen Moleküle erzielt werden.
Bevorzugt wird zunächst in einem Schritt ein Leuchtmittel oder eine Lichtquelle von einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche aufgenommen, sodass sich das Leuchtmittel zumindest teilweise innerhalb des im Wesentlichen noch nicht gefüllten Behälter-Innenraums befindet. Im Anschluss daran, also in einem späteren Schritt kann bevorzugt der Behälter-Innenraum mit einem Medium gefüllt werden. Würde man zunächst den Behälter-Innenraum mit einem Medium füllen, so könnte es sich schwierig gestalten, ein Leuchtmittel in der Leuchtmittel-Aufnahmetasche anzuordnen, da die Leuchtmittel-Aufnahmetasche durch das Medium zusammengedrückt bzw. gequetscht sein könnte, sodass beim Hineinschieben des Leuchtmittels in die Leuchtmittel-Aufnahmetasche die Wandung der Leuchtmittel-Aufnahmetasche verletzt bzw. beschädigt werden könnte. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass ein Verfahren in der letztgenannten Reihenfolge erfolgt. Dies bedeutet jedoch, dass ein Leuchtmittel sehr vorsichtig in die Leuchtmittel-Aufnahmetasche geschoben werden sollte oder dass die Leuchtmittel-Aufnahmetasche im Wesentlichen oder zumindest teilweise starr ausgebildet sein sollte. So kann ein Innenvolumen einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche bzw. ein Taschen-Innenvolumen selbst bei gefülltem Behälter-Innenraum zumindest teilweise erhalten bleiben, sodass die Aufnahme eines Leuchtmittels begünstigt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Einzelne, in den Figuren gezeigte Merkmale können mit anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnliche Bauteile der Ausführungsformen. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht mit Einblick in einen Behälter eines Bioreaktors mit Mischvorrichtung und Leuchtmittel-Aufnahmetaschen an der Behälterhülle gemäß einer Ausführungsform;
2a eine schematische Explosionsdarstellung mit Einblick in einen Behälter eines Bioreaktors mit Mischvorrichtung, Behälterdeckel und Leuchtmittel-Aufnahmetaschen an dem Behälterdeckel gemäß einer weiteren Ausführungsform;
2b vier schematische Ansichten von oben auf den Behälterdeckel eines Behälters eines Bioreaktors mit Mischvorrichtung, Behälterdeckel und Leuchtmittel-Aufnahmetaschen an dem Behälterdeckel gemäß weiterer Ausführungsformen;
3 eine schematische Seitenansicht mit Einblick in einen Einweg-Behälter eines Bioreaktors bzw. Einweg-Beutel mit Mischvorrichtung und Lichtleiter an der Rührwelle gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 eine schematische Seitenansicht mit Einblick in einen Tank bzw. Behälter eines Bioreaktors mit mehreren Lichtleitern als beispielhafte Ausführungsform;
5 eine schematische Explosionsdarstellung mit Einblick in einen Tank bzw. Behälter eines Bioreaktors mit Behälterdeckel, Leuchtmittel-Aufnahmetaschen an der Behälterhülle und dem Behälterdeckel, mit ein oder mehreren anbringbaren Lichtleitern, Leuchtmitteln und/oder externer Beleuchtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6a eine perspektivische Seitenansicht eines Abschnitts einer Behälterhülle mit Tür gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6b eine Ansicht von oben oder unten eines Abschnitts eines Behälterhüllenquerschnitts mit Behälter-Innenwand-Strukturierung und Leuchtmitteln gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
7 eine Querschnittsansicht eines Behälter eines Bioreaktors mit Mischvorrichtung und diversen Leuchtmitteln gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8a eine Frontalansicht eines Bioreaktors mit Stahlhülle, der einen Einweg-Beutel in seinem Innenvolumen beinhaltet gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8b eine Frontalansicht eines geöffneten Bioreaktors mit Stahlhülle, der einen Einweg-Beutel sichtbar in seinem Innenvolumen beinhaltet gemäß der Ausführungsform der 8a;
8c eine Frontalansicht eines Einweg-Beutels, der von dem Bioreaktor mit Stahlhülle gemäß der Ausführungsform der 8a und b aufgenommen werden kann
9a eine schematische Seitenansicht mit Einblick in einen Einweg-Behälter eines Bioreaktors mit Mischvorrichtung und Leuchtstäben gemäß einer weiteren Ausführungsform;
9b drei Leuchtstäbe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
10a eine schematische Seitenansicht mit Einblick in einen Einweg-Behälter eines Bioreaktors mit Mischvorrichtung und Leuchtstäben mit Lichtleitern gemäß einer Ausführungsform;
10b eine Anbringungsvorrichtung für Lichtleiter gemäß einer Ausführungsform;
10c Leuchtstäbe mit Lichtleitern gemäß einer Ausführungsform.

1 zeigt in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines Behälter eines Bioreaktors 1a umfassend einen Behälter 1 mit einem Behälterboden 1', einem oberen Rand O und einer Behälterhülle 4. Ferner weist der Behälter des Bioreaktors 1a ein oder mehrere Leuchtmittelöffnungen 12, insbesondere ein oder mehrere Leuchtmittelöffnung(en) in der Behälterwand 12a, und ein oder mehrere Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 auf. Da der Behälter des Bioreaktors 1a dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Leuchtmittel 15 aufzunehmen, kann der Bioreaktor 1a auch als Photo-Bioreaktor bezeichnet werden. Ein Leuchtmittel 15 kann auch als Licht-emittierendes Mittel oder Licht-emittierendes Element bezeichnet werden.
Der Bioreaktor 1a umfasst in 1 neben dem Behälter 1 ferner einen Antrieb 10, welcher einen Motor, beispielsweise einen Drehstrommotor, einen Schrittmotor, einen pneumatisch angetriebenen Motor und/oder dgl. aufweist. Das Mischsystem, welches in dem Behälter 1 angeordnet ist, weist eine Mischvorrichtung auf, die dazu ausgelegt und vorgesehen ist, ein im Behälter 1 angeordnetes bzw. eingefülltes Medium 8 zumindest teilweise zu mischen. Das Medium 8 kann ein Fluid und/oder einen Feststoff und/oder ein Gas umfassen und kann insbesondere als ein Fluidgemisch und/oder ein Feststoffgemisch bzw. -gemenge ausgebildet sein, oder auch als ein Gemisch von zumindest einem Fluid und zumindest einem Feststoff. Ein Medium 8 kann insbesondere ein biologisches Medium oder ein chemisches Medium sein.
Ferner sind von den Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 auf der linken Seite L zwei Leuchtmittel 15 teilweise und auf der rechten Seite R zwei Leuchtmittel 15 im Wesentlichen vollständig aufgenommen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Leuchtmittel 15 als Licht-emittierende Stäbe bzw. Elemente 15a ausgebildet, welche eine elektromagnetische Strahlung 14 bzw. ein Licht, insbesondere im eingeschalteten Zustand emittieren können.
Die Ausführungsform der 1 ist so zu verstehen, dass alle oder nur einige der Licht-emittierenden Stäbe 15a jeweils vollständig oder teilweise oder gar nicht von den Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 aufgenommen sind. Auch ist die Ausführungsform der 1 so zu verstehen, dass der Behälter 1 bzw. der Behälter-Innenraum 22 ungefüllt oder zumindest teilweise oder vollständig mit einem Medium 8 be-/gefüllt sein kann. In anderen Worten bezieht sich diese Ausführungsform im Wesentlichen auf die strukturellen Eigenschaften des Behälters 1 bzw. des Bioreaktors 1a, wohingegen die Licht-emittierende Stäbe 15a lediglich an dem Behälter 1 angebracht werden können und/oder ein Medium 8 in den Behälter 1 gefüllt werden kann.
Die beiden Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 auf der linken Seite L haben die jeweiligen beiden Licht-emittierende Stäbe 15a nur teilweise aufgenommen und hängen deshalb, da sie im Wesentlichen noch nicht (vollständig) mit den Licht-emittierenden Stäben 15a befüllt sind, nach unten in Richtung des Behälterbodens 1'. Dieser Zustand kann als der „ungefüllte Zustand“ der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 betrachtet bzw. bezeichnet werden.
Die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 bzw. deren (Leuchtmittel-Aufnahme)Taschen-Wandungen, welche auch als Taschen-Wandungen 11a bezeichnet wird, können aus einem weichen, flexiblen und/oder möglicherweise aus einem dehnbaren Kunststoff ausgebildet sein. Entsprechend der 1 können die Licht-emittierenden Stäbe 15a auf der linken Seite L von der Außenseite A in das Taschen-Innenvolumen V der Taschen-Innenseite T der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11, welche sich auf der Behälter-Innenseite I bzw. in dem Behälter-Innnenraum 22 befinden, eingesetzt bzw. geschoben werden.
Die beiden Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 auf der rechten Seite R haben hingegen die jeweiligen beiden Licht-emittierende Stäbe 15a im Wesentlichen vollständig aufgenommen, weshalb sie im Wesentlichen senkrecht zur Behälterhülle 4 bzw. horizontal auf die Innenseite I bzw. in den Behälter-Innenraum 22 des Behälters 1 ragen. Dieser Zustand kann als der „befüllte Zustand“ der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 betrachtet bzw. bezeichnet werden, da das Taschen-Innenvolumen V auf der Taschen-Innenseite T der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 im Wesentlichen vollständig durch die Licht-emittierende Stäbe 15a befüllt ist. In diesem Fall wurde der jeweilige Licht-emittierende Stab 15a auf der rechten Seite R von der Außenseite A über die jeweilige Leuchtmittelöffnung in der Behälterwand 12a in das Taschen-Innenvolumen V der Taschen-Innenseite T der jeweiligen Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11, welche sich auf der Behälter-Innenseite I bzw. in dem Behälter-Innnenraum 22 befindet, geschoben bzw. eingesetzt bzw. in diesem aufgenommen. In diesem Zustand kann der jeweilige Licht-emittierende Stab 15a auf die Behälter-Innenseite I bzw. in den Behälter-Innenraum 22 zumindest teilweise ein Licht bzw. eine elektromagnetische Strahlung 14 emittieren, wobei der jeweilige Licht-emittierende Stab 15a lediglich durch eine (Leuchtmittel-Aufnahme)Taschen-Wandung 11a, auch Taschen-Wandung 11a genannt, von dem Medium 8 im Wesentlichen isoliert ist.
In der vorliegenden Ausführungsform der 1 sind jeweils vier Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11, Leuchtmittelöffnungen in der Behälterwand 12a und Licht-emittierende Stäbe 15a bereitgestellt. In einer alternativen Ausführungsform können jedoch auch beispielsweise nur eine Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 und eine Leuchtmittelöffnung in der Behälterwand 12a oder aber eine andere beliebige Anzahl von Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 und Leuchtmittelöffnungen in der Behälterwand 12a bereitgestellt sein. In einer alternativen Ausführungsform kann auch ein anderes Leuchtmittel 15, beispielsweise ein Lichtwellenleiter oder eine Lampe anstatt eines Licht-emittierende Stabs 15a durch die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 aufgenommen werden.
Die Licht-emittierende Stäbe 15a können beispielsweise im eingeschalteten Zustand bzw. im Betrieb per Batterie bzw. Akku und/oder über eine Leitung 13, insbesondere über ein Netzkabel mit Netzstecker mit Energie bzw. Strom bzw. Spannung versorgt werden.
Der Behälter 1 des Bioreaktors 1a ist in der gezeigten Ausführungsform ein Tank, der beispielsweise ein Stahltank sein kann und wird von einem Rührelement 3 durchdrungen, das auf der Behälter-Innenseite I des Behälters 1 angeordnet ist und den Behälter 1 vom einen Ende zu einem gegenüber liegenden Ende vollständig durchdringen kann.
Der Bioreaktor 1a weist weiterhin eine Antriebsvorrichtung 2 auf, die im Wesentlichen außerhalb des Behälters 1 angeordnet ist. Das Rührelement 3 ist an die Antriebsvorrichtung 2 gekoppelt. Das Rührelement 3 weist eine Rührwelle 9 auf, die im Wesentlichen stabförmig ausgebildet ist. Die Rührwelle 9 ist im Wesentlichen vollständig im Inneren (auf der Behälter-Innenseite I) des Behälters 1 angeordnet und kann entweder von einem Ende des Behälters 1 in den Behälter 1 hineinragen oder den Behälter 1 vollständig von einem ersten Ende des Behälters 1 zu einem zweiten Ende des Behälters 1, insbesondere von einem Behälterdeckel (hier nicht gezeigt) zu einem Behälterboden 1' durchdringen. In der gezeigten Ausführungsform ist die Rührwelle 9 an zwei gegenüberliegenden Enden des Behälters 1 gelagert. So ist die Rührwelle 9 an einer antriebsseitigen Lagerung 6 und an einer Gegenlagerung 7 an dem Behälterboden 1' gelagert. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die antriebsseitige Lagerung 6 unmittelbar benachbart zur Antriebsvorrichtung 2 angeordnet, während die Gegenlagerung 7 an der der Antriebsvorrichtung 2 gegenüber-liegenden Seite des Behälters 1 bzw. an dem Behälterboden 1' angeordnet ist. An der Rührwelle 9 sind mehrere Rührfortsätze 5 ausgebildet, die sich bei Rotation der Rührwelle 9 um eine Rotationsachse des Rührelements 3 durch das Medium 8 bewegen und das Medium 8 dabei durchmischen. Ein Rührfortsatz 5 kann im Wesentlichen auch als ein Rotorblatt bezeichnet werden.
Der Behälter 1 bzw. der Bioreaktor 1a kann alternativ auch ohne Rührwelle 9 und/oder ohne Antriebsvorrichtung 2 und/oder ohne antriebsseitige Lagerung 6 und/oder ohne Gegenlagerung 7 und/oder ohne Rührelement 3, insbesondere ohne jegliches Element der Mischvorrichtung, welches zur Durchmischung des Mediums 8 dienen kann, ausgestaltet sein.
Der Behälter 1 weist auf der Behälter-Innenseite I also einen Behälter-Innenraum 22 auf, der vollständig oder teilweise mit einem Medium 8 gefüllt sein kann. Insbesondere kann der Behälter 1 zum Zeitpunkt einer Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung 14 eines Mediums 8 zumindest teilweise oder vollständig gefüllt sein. Insbesondere wird das Medium 8 während der Bestrahlung verrührt bzw. gemischt. Zur Bestrahlung können insbesondere alle Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 mit den jeweiligen Leuchtmitteln 15 zumindest teilweise gefüllt sein. Es kann aber auch nur ein Teil der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 mit den jeweiligen Leuchtmitteln 15 zumindest teilweise gefüllt sein.
Insbesondere kann die Beleuchtungssituation (Beleuchtungsintensität bzw. -Leistung, Beleuchtungsposition, emittiertes Spektrum) an die Gegebenheiten angepasst werden, indem ein Leuchtmittel 15 hinzugefügt, entfernt und/oder ausgetauscht werden kann. Außerdem kann die Licht-emittierende Fläche des Leuchtmittels 15 dadurch variiert werden, dass ein Leuchtmittel 15 nur teilweise oder vollständig in die Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 ragt bzw. geschoben wird.
Für den Fall, dass ein Behälter-Innenraum 22 zumindest teilweise mit einem Medium 8 gefüllt ist, jedoch kein Leuchtmitteln 15 in mindestens einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 angeordnet ist, kann die Leuchtmittelöffnung in der Behälterwand 12a der Behälterhülle 4 mit einem Deckel (hier nicht gezeigt) verschlossen werden, sodass das Medium 8, beispielsweise eine Flüssigkeit die entsprechende ungefüllte Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 nicht nach außen bzw. auf die Außenseite A stülpt bzw. drückt. Der Deckel bzw. Verschluss kann ein Austreten einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 auf die Außenseite A im Wesentlichen verhindern.
In der vorliegenden Ausführungsform gemäß 1 ist zunächst kein Behälterdeckel abgebildet. Dennoch kann der Behälter 1 mittels eines Behälterdeckels verschließbar sein.
Die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11, die an einer Innenseite einer Behälterhülle angeordnet und dazu ausgelegt sind, jeweils einen Licht-emittierenden Stab 15a aufzunehmen, können insbesondere eine Taschen-Länge TL von etwa 0,1 m bis etwa 2 m, bevorzugt etwa 0,3 m bis etwa 1,5 m und besonders bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 1 m aufweisen. Der Durchmesser Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 kann allgemein zwischen etwa 5 cm und etwa 50 cm, bevorzugt zwischen etwa 8 cm und etwa 30 cm und insbesondere zwischen etwa 10 cm und etwa 20 cm liegen. Das Verhältnis zwischen Durchmesser und Taschen-Länge TL kann beispielsweise bei Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 zur Aufnahme von Lichtleitern 15b etwa 1:5000 bis etwa 1:10, insbesondere etwa 1:1000 bis etwa 1:50 und bevorzugt etwa 1:300 bis 1:100 sein. Das Verhältnis zwischen Durchmesser und Taschen-Länge TL kann beispielsweise bei Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 zur Aufnahme von Licht-emittierenden Stäben 15a etwa 1:500 bis etwa 1:1, insbesondere etwa 1:100 bis 1:10 und bevorzugt etwa 1:50 bis 1:20 sein. Die Taschen-Länge TL, sowie der Durchmesser können im Wesentlichen abhängig von der Größe des Reaktors bzw. des Behälters 1, insbesondere abhängig von der Behälter-Breite BB und der Länge und dem Durchmesser der Licht-emittierenden Stäbe 15a gewählt werden.
Die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11, die dazu ausgelegt sind, ein anderes Licht-emittierendes Element bzw. Leuchtmittel 15 aufzunehmen, können andere Taschen-Längen TL aufweisen. Eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 zur Aufnahme eines Lichtleiters kann beispielsweise eine Taschen-Länge TL von etwa 1 m bis etwa 10 m, insbesondere von etwa 1,5 m bis etwa 8 m und besonders bevorzugt von etwa 2 m bis etwa 7 m aufweisen.
Die Behälter-Breite BB kann insbesondere etwa 0,3 m bis etwa 3 m, bevorzugt etwa 0,5 m bis etwa 2 m und besonders bevorzugt etwa 0,8 m bis etwa 1,5 m haben.
Der Behälter-Innenraum 22 eines Behälters 1 eines Bioreaktors 1a kann beispielsweise Werte zwischen etwa 15 ml und etwa 30000 l, insbesondere zwischen etwa 5 I und etwa 8000 l und bevorzugt zwischen etwa 100 l und etwa 1000 l annehmen.
Die hier beispielhaft genannten Werte schließen auch Dimensionen außerhalb dieser Größenordnungen nicht aus. Die genannten Werte können insbesondere auch für andere Ausführungsformen übernommen werden.
Aspekte und Merkmale, die hinsichtlich anderer Ausführungsformen aber nicht explizit hinsichtlich dieser Ausführungsform der 1 als kombinierbare Merkmale genannt werden, sind explizit auch mit dieser Ausführungsform kombinierbar, sofern sie sich nicht aus dem Zusammenhang mit anderen Aspekten ausschließen.
Eine weitere Ausführungsform eines Behälters 1 eines Bioreaktors 1a ist in der Explosionsdarstellung der 2a gezeigt. Der Behälter 1 des Bioreaktor 1a umfasst einen von dem Behälter 1 bzw. von der oberen Kante O des Behälters 1 abnehmbaren bzw. entfernbaren und anbringbaren Behälterdeckel 1". Der Behälterdeckel 1" umfasst Leuchtmittelöffnungen 12, insbesondere Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b, an denen jeweils eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 angebracht werden kann bzw. angebracht ist. In einem an die Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b angebrachten Zustand hängen dann die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 im Wesentlichen senkrecht von dem Behälterdeckel 1" in den Behälter-Innenraum 22 in Richtung des Behälterbodens 1' herab.
Ein Leuchtmittel 15 auf der linken Seite L, welches in dieser Ausführungsform ein Licht-emittierender Stab 15a ist, ist zwar relativ zu der Behälterdeckel-Öffnung 12b ausgerichtet bzw. angeordnet, jedoch im Wesentlichen nicht von der Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 aufgenommen. Es könnte sein, dass das Leuchtmittel 15 in dieser Position gerade in das Taschen-Innenvolumen V der Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 auf der linken Seite L geschoben, oder davon entfernt wird. Dazu muss der Licht-emittierenden Stab 15a entlang seiner Längsachse LA im Wesentlichen senkrecht zu dem Behälterdeckel 1" durch die Leuchtmittelöffnung in dem Behälterdeckel 12b in den Behälter-Innenraum 22 in Richtung des Behälterbodens 1' bewegt werden.
Ein Leuchtmittel 15 auf der rechten Seite R, welches in dieser Ausführungsform ebenfalls ein Licht-emittierender Stab 15a ist, ist relativ zu der Leuchtmittelöffnung in dem Behälterdeckel 12b ausgerichtet bzw. angeordnet und im Wesentlichen vollständig von der Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 aufgenommen. Die Längsachse LA des Licht-emittierenden Stabs 15a ist im Wesentlichen parallel zu der Behälterhülle 4 bzw. Behälter-Innenwandung bzw. Behälterhüllen-Innenfläche 4a auf der Behälter-Innenseite I angeordnet bzw. ausgerichtet. In anderen Worten erstreckt sich ein Licht-emittierender Stab 15a von dem Behälterdeckel 1" in Richtung des Behälterbodens 1', insbesondere bis zum Behälterboden 1' innerhalb des Taschen-Innenvolumens V der der Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11, welche sich in dem Behälter-Innenraum 22 befindet. Insbesondere erstreckt sich ein Licht-emittierender Stab 15a von dem Behälterdeckel 1" bzw. dem Aufnahme-Eingang AE der Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 in Richtung des Behälterbodens 1 zu dem Ende E der Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11.
Wenn ein Licht-emittierender Stab 15a zumindest teilweise in den Behälter-Innenraum 22 ragt, lediglich durch die Taschen-Wandung 11a von dem Medium 8 isoliert, so kann das Medium 8 durch die von dem Licht-emittierenden Stab 15a emittierte elektromagnetische Strahlung 14 im eingeschalteten Zustand bzw. im Betrieb bestrahlt werden. Bei Bedarf können Licht-emittierende Stäbe 15a oder andere Leuchtmittel 15 hinzugefügt, entfernt und/oder ausgetauscht werden, um die Beleuchtungssituation beispielsweise an einen Prozess anzupassen. Auch kann eine Bestrahlungsintensität bzw. -Leistung variiert werden. Eine Strom- bzw. Spannungs- bzw. Energieversorgung der Licht-emittierende Stäbe 15a kann beispielsweise über eine Leitung 13, insbesondere über ein Netzkabel erfolgen.
Insbesondere kann die Mischvorrichtung umfassend eine Antriebsvorrichtung 2, ein Rührelement 3, Rotorblätter 5, eine antriebsseitige Lagerung 6 und eine Gegenlagerung 7 und eine Rührwelle 9 derart betrieben werden, dass ein Medium 8 vermischt bzw. durchmischt bzw. verrührt wird. Auf diese Weise kann ein Strömungsprofil des Mediums 8 erzeugt werden, welches dazu führt, dass ein beliebiges Molekül des Mediums 8 im Mittel eine notwendige Bestrahlung einer ununterbrochenen Bestrahlungsdauer durch die Leuchtmittel 15 erfährt, dass eine photochemische Reaktion ausgelöst wird.
Die Leuchtmittelöffnung in dem Behälterdeckel 12b, sowie die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 können beispielsweise radial symmetrisch oder auch nicht symmetrisch entlang des Deckelrand-Umfangs verteilt sein. Die 2b ist eine Ansicht verschiedener Ausführungsformen der Behälterdeckel 1", Ausführungsform 1 bis 4. Gemäß der Ausführungsformen 1 und 2 sind Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b, sowie die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 im Wesentlichen in gleichen Abständen radial symmetrisch um das Zentrum des Behälterdeckels 1" im Wesentlichen entlang des Deckelrand-Umfangs verteilt. In der Ausführungsform 1 sind alle Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet wohingegen in der Ausführungsform 2 alle Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b im Wesentlichen rechteckig ausgebildet bzw. ausgestaltet sind. Gemäß der Ausführungsformen 3 und 4 sind Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b, sowie die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 im Wesentlichen in nicht gleichen Abständen nicht radial symmetrisch um das Zentrum des Behälterdeckels 1'' im Wesentlichen entlang des Deckelrand-Umfangs verteilt. Es kann beispielsweise auch möglich sein, dass ein Behälterdeckel 1'' Leuchtmittelöffnung 12b umfasst, welche kreisrund ausgestaltet sind und andere welche rechteckig ausgestaltet sind. Je nachdem, welche Form durch die Leuchtmittel 15 vorgegeben ist und welche Beleuchtungssituation erwünscht bzw. erfordert ist, können beliebige Kombinationen an Formen und Positionsverteilung der Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b bereitgestellt sein.
In den Ansichten der 2b sind des Weiteren auch jeweils drei Rotorblätter 5, sowie eine zentrale Rührwelle 9 zu erkennen. Diese sind insbesondere dann zu erkennen, wenn der Behälterdeckel 1'' im Wesentlichen transparent ist, oder eine Öffnung an der jeweiligen Stelle aufweist. Beispielsweise könnte durch eine solche Öffnung eine Zugabe eines Stoffs in das Medium 8 bzw. in den Behälter-Innenraum 22 erfolgen.
Die Ausführungsformen der Bioreaktoren 1a bzw. Behälter 1 sind bevorzugt dazu ausgelegt, zumindest teilweise, insbesondere vollständig sterilisiert zu werden. Mindestens der Behälter-Innenraum 22, sowie Elemente des Bioreaktors 1a, welche in dem Behälter-Innenraum 22 angeordnet werden oder sollen, sind bevorzugt dazu ausgelegt, zumindest teilweise, insbesondere vollständig sterilisiert zu werden. Die Bioreaktoren 1a können auch dazu ausgelegt sein, in der Regel ein geschlossenes System zu bilden. In anderen Worten kann bei solchen Bioreaktoren 1a in den meisten Fällen insbesondere in allen Fällen auf das Öffnen verzichtet werden, insbesondere, wenn ein Medium 8 einen Prozess bzw. eine oder eine Vielzahl von Reaktionen durchläuft. Insbesondere zu Zwecken der Sterilisation des Behälter-Innenraums 22 kann ein Behälter 1 jedoch geöffnet werden.
Die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11, die an einer Innenseite eines Behälterdeckels angeordnet und dazu ausgelegt sind, jeweils einen Licht-emittierenden Stab 15a aufzunehmen, können insbesondere eine Taschen-Länge TL von etwa 0,1 m bis etwa 5 m, bevorzugt etwa 0,3 m bis etwa 3 m und besonders bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 2 m aufweisen. Die Taschen-Länge TL kann im Wesentlichen nach der Größe, insbesondere nach der Behälter-Höhe BH des Reaktors bzw. des Behälters 1 und der Länge der Licht-emittierenden Stäbe 15a gewählt werden.
Die Behälter-Höhe BH kann insbesondere etwa 0,5 m bis etwa 5 m, bevorzugt etwa 1 m bis etwa 3 m und besonders bevorzugt etwa 1,5 m bis etwa 2,5 m sein.
Die hier beispielhaft genannten Werte schließen auch Dimensionen außerhalb dieser Größenordnungen nicht aus. Die genannten Werte können insbesondere auch für andere Ausführungsformen übernommen werden.
Aspekte und Merkmale, die hinsichtlich anderer Ausführungsformen aber nicht explizit hinsichtlich dieser Ausführungsformen der 2a und 2b als kombinierbare Merkmale genannt werden, sind explizit auch mit dieser Ausführungsform kombinierbar, sofern sie sich nicht aus dem Zusammenhang mit anderen Aspekten ausschließen.
Die Ausführungsform der 3 betrifft einen single use (SU) bzw. Einweg-Beutel 1b. Da der single use (SU) bzw. Einweg-Bioreaktor/Einweg-Beutel dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere Leuchtmittel 15 aufzunehmen, kann dieser auch als single use (SU) bzw. Einweg-Photo-Bioreaktor bezeichnet werden. Der Einweg-Beutel kann beispielsweise mittels eines Gestells oder eines Gerüsts (hier nicht gezeigt) aufrechtgehalten bzw. gestützt werden. Der Einweg-Beutel 1b kann auch innerhalb eines Bioreaktors angeordnet werden, bzw. Teil eines Bioreaktors.
Eine Lichtquelle 15d, vorzugsweise in Form eines Lasers, welche(r) ein Licht bzw. eine elektromagnetische Strahlung 14 erzeugt, das bzw. die durch einen Lichtleiter 15b, in den Behälter-Innenraum 22 transportiert und dort emittiert wird, ist in dieser Ausführungsform bereitgestellt. Der Lichtleiter 15b wird dabei durch eine Leuchtmittelöffnung in der Behälterwand 12a von der Außenseite A auf die Behälter-Innenseite I geführt. Ferner ist der Lichtleiter 15b an einer Rührwelle 9 angebracht bzw. um eine Rührwelle 9 gewunden. Die Lichtquelle 15d bzw. der Laser ist über eine Leitung 13, insbesondere ein Stromkabel mit dem Netz verbunden und erhält über das Kabel die benötigte Energie zum Betrieb.
Insbesondere ist der Lichtleiter 15b so ausgebildet, dass er im Wesentlichen über seine gesamte Länge oder zumindest über einen Abschnitt seiner Länge an dessen Oberfläche ein Licht 14 emittiert oder emittieren kann. Dies hängt im Wesentlichen davon ab, dass ein Licht derart in den Lichtleiter 15b eingekoppelt wird, dass die Totalreflexions-Bedingung nicht erfüllt ist bzw. der Winkel, unter dem das Licht 14 reflektiert wird nicht dem Totalreflexions-Winkel entspricht. Derart wird ein Bruchteil des gesamten geleiteten Lichtes 14 bei jeder Reflexion an das umliegende Medium 8 bzw. den Behälter-Innenraum 22 emittiert.
Der Lichtleiter 15b kann um einen sich nicht drehenden Teil einer Rührwelle 9, beispielsweise um ein äußeres starres Führungsrohr gewickelt oder in irgendeiner anderen Form daran angeordnet bzw. angebracht sein. Insbesondere kann der Lichtleiter 15b etwa 5 bis etwa 500 mal, bevorzugt etwa 10 bis etwa 300 mal und besonders bevorzugt etwa 15 bis etwa 100 mal um die Rührwelle 9 gewickelt sein. Es kann alternativ auch sein, dass ein Lichtleiter 15b oder eine Vielzahl von Lichtleitern 15b zumindest teilweise lediglich von der Behälterhülle 4 in das Behälter-Innenvolumen 22 hineinragt bzw. hinein ragen.
Der Behälter-Innenraum 22 eines Behälters 1 bzw. eines Einweg-Bioreaktors bzw. eines Einweg-Beutels 1b kann beispielsweise Werte zwischen etwa 15 ml und etwa 8000 I, insbesondere zwischen etwa 80 I und etwa 5000 I und bevorzugt zwischen etwa 100 I und etwa 1000 I annehmen.
Es ist besonders dann von Vorteil, einen Einweg-Bioreaktor bzw. einen Einweg-Beutel 1b zu verwenden, wenn auf eine nachträgliche Reinigung bzw. Sterilisation beispielsweise aus Kostengründen verzichtet werden soll. Dies kann der Fall sein, wenn ein besonders giftiges Medium 8 im Behälter-Innenraum 22 eines Einweg-Beutels gelagert wurde, welches zusammen mit dem Einweg-Beutel kostengünstiger entsorgt werden kann. Auch kann es sich im Allgemeinen bei einer Vielzahl an ablaufenden Prozessen in einer Vielzahl an Bioreaktoren als kostengünstiger erweisen, Einweg-Bioreaktoren/Einweg-Beutel statt Mehrweg-Bioreaktoren zu verwenden. Oft erweist sich die Anschaffung eines Mehrweg-Bioreaktors 1a beispielsweise aus Stahl und Reinigung bzw. Sterilisation solcher Mehrweg-Bioreaktoren 1a als ineffizient bezüglich der Kosten. In solchen Fällen werden Einweg-Bioreaktoren, wie Einweg-Beutel 1b bevorzugt.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Behälters 1 eines Einweg-Bioreaktors zur Einweg-Nutzung kann eine Behälterhülle 4 oder auch andere Elemente umfassen, welche im Wesentlichen oder zumindest teilweise aus einer sogenannten „Weichplastik“ bzw. aus einem besonders biegsamen Kunststoff, insbesondere einem Weich-PVC und/oder Polyolefin, insbesondere Polyethylen ausgeformt ist bzw. sind. Abschnitte, welche zur Stabilisierung der Behälterstruktur dienen, können hingegen aus einem härteren Material ausgebildet sein. Solche Elemente und/oder Abschnitte können teilweise aus einem sogenannten „Hartplastik“ bzw. aus einem steiferen bzw. formstabileren Kunststoff, insbesondere aus einem (schmelzbaren) Thermoplast oder aus einem (nicht schmelzbaren) Duroplast, beispielsweise einem Kunstharz ausgeformt sein. Beispielsweise könnte ein Behälter-Zugang bzw. ein Port 16, sowie Schläuche 18 und Abschnitte eines Behälterbodens 1' aus einem derartigen formstabileren Kunststoff ausgebildet sein.
Insbesondere ist der Kunststoff im Wesentlichen oder zumindest teilweise sterilisierbar z.B. mittels Beta- bzw. Gamma-Strahlung. Allgemein kann das verwendete Material zur Herstellung eines Behälters 1 bzw. zur Herstellung eines Bioreaktors 1a mittels thermischer Sterilisation, mittels Dampfsterilisation, mittels Heißluftsterilisation, mittels chemischer und/oder physikalischer Sterilisation (z.B. Beta- oder Gamma-Bestrahlung) sterilisierbar sein.
Die Ausführungsform der 3 umfasst ferner eine Mischvorrichtung, umfassend ein Rührelement 3 mit einer Rührwelle 9 und Rotorblättern 5, eine Antriebsvorrichtung 2 und eine antriebsseitige Lagerung 6 zum Mischen bzw. Verrühren des in dem Behälter-Innenraum 22 befindlichen Mediums 8.
Es kann beispielsweise sein, dass Elemente der Mischvorrichtung zumindest teilweise aus einem Metall und/oder einem stabilen Kunststoff ausgebildet sind. Beispielsweise kann ein Element auch einen Metallkern umfassen, welcher mit einem im Wesentlichen inerten bzw. reaktionsfreien Kunststoff, wie Teflon überzogen ist. Es kann beispielsweise sein, dass der Einweg-Behälter/Einweg-Beutel 1b bzw. der Einweg-Bioreaktor im Wesentlichen zur Einweg-Nutzung ausgelegt ist, wobei alle Elemente nur einmalig genutzt werden. Alternativ können auch Elemente, beispielsweise eine Mischvorrichtung zur Mehrweg-Nutzung ausgelegt sein. Insbesondere sind alle zumindest innerhalb des Behälter-Innenraums 22 befindlichen Elemente und Flächen sterilisierbar.
Die Behälterhülle 4 des Einweg-Beutels 1b ist bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung mindestens eines Frequenzbereichs, insbesondere für mindestens einen Teil des sichtbaren Lichts. Derart kann ein innerhalb des Behälter-Innenraums 22 befindliches Medium 8 zumindest teilweise beispielsweise auch von der Außenseite A mittels einer künstlichen Lichtquelle 15d bzw. Leuchtmittel, bevorzugt mittels einer Lampe und/oder mittels einer natürlichen Lichtquelle 15d, wie der Sonne bestrahlt werden.
Es sei ausdrücklich betont, dass eine Mischvorrichtung nicht zwingend ein Bestandteil eines (Einweg-)Bioreaktors sein muss. Ein Leuchtmittel 15 und/oder eine Lichtquelle 15d kann auch in einer anderen alternativen Weise in oder in dem Einweg-Photo-Bioreaktor angebracht bzw. bereitgestellt sein.
In einer alternativen Ausführungsform, welche hier nicht explizit gezeigt aber besonders bevorzugt ist, kann ein Einweg-Behälter/Einweg-Beutel 1b insbesondere Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 umfassen. Im Wesentlichen sind solche Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 ähnlich wie in vorangehenden Ausführungsformen, beispielsweise der 1 und der 2 ausgestaltet. Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 sind bevorzugt im Wesentlichen dazu ausgelegt, auf die Behälter-Innenseite I des Einweg-Bioreaktors/Einweg-Beutels zu ragen und von der Außenseite A ein Leuchtmittel 15, insbesondere einen Licht-emittierenden Stab 15a aufzunehmen, sodass der Licht-emittierenden Stab 15a, welcher lediglich durch die Taschen-Wandung 11a von dem Medium 8 isoliert ist, eine elektromagnetische Strahlung 14 an die Behälter-Innenseite I bzw. an das Medium 8 in dem Behälter-Innenraum 22 emittieren kann. Solche Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 sind bevorzugt aus einem selben Material wie ein Großteil der Behälterhülle 4 und insbesondere transparent ausgebildet.
Zusätzlich oder alternativ können auch Abschnitte der Behälterhüllen-Innenfläche eines Einweg-Beutels 1b insbesondere flächig mit einem Leuchtmittel 15 beispielsweise mit einer Licht-emittierenden Folie bzw. einem Licht-emittierenden Pad, sowie mit Licht-emittierenden Dioden (LEDs) oder anderen Lichtquellen versehen sein. Zusätzlich oder alternativ können in dem Behälter-Innenraum 22 auch Licht-emittierende Partikel bereitgestellt sein.
Zusätzlich oder alternativ kann die Rührwelle 9 des Einweg-Behälters/Einweg-Beutels 1b einen Hohlraum, sowie eine im Wesentlichen transparente Wandung umfassen, sodass ein Leuchtmittel, wie ein Licht-emittierender Stab 15a in dem Hohlraum aufgenommen werden kann und durch die transparente Wandung der Rührwelle 9 ein Licht 14 an das Medium 8 bzw. den Behälter-Innenraum 22 abgeben kann.
An dem Einweg-Beutel 1b der vorliegenden Ausführungsform sind ferner Schläuche 18 und Sensoren 19 angeordnet. Die Sensoren 19 sind jeweils mit Leitungen 13 verbunden. Solche Leitungen 13 können beispielsweise Strom- und/oder Datenkabel sein. Alternativ kann eine Leitung 13 auch ein Schlauch sein. Dies ist in dieser Ausführungsform nicht explizit festgelegt. Über die Schläuche 18 können Stoffe und/oder ein Medium 8 in den Behälter-Innenraum 22 geleitet werden und/oder von dem Behälter-Innenraum 22 auf eine Außenseite A abgelassen bzw. abgeführt werden. Behälter-Zugänge 16 und/oder Ports können dazu ausgelegt sein, dass ein Schlauch jeweils daran angeordnet werden kann. Alternativ oder zusätzlich können Behälter-Zugänge 16 und/oder Ports dazu ausgelegt sein, ein Leuchtmittel aufzunehmen. Beispielsweise kann ein Port 16 ein abgedichteter Zugang für einen Licht-emittierenden Stab sein 15a (hier nicht gezeigt). Oder Behälter-Zugänge 16 und/oder Ports und/oder Behälter-Türen (hier nicht gezeigt) können beispielsweise dazu ausgelegt sein, dass eine Probe des Mediums 8 beispielsweise per Hand entnommen werden kann. Auch kann ein Einweg-Behälter/Einweg-Beutel 1b ein Überdruck-Ventil (hier nicht gezeigt) umfassen, welches beispielsweise ein Gas ab einem bestimmten Druck-Schwellwert ab- bzw. entlassen bzw. entweichen lassen kann.
Es sei dennoch angemerkt, dass andere Ausführungsformen von Einweg-Bioreaktoren nicht zwingend über Schläuche 18, Sensoren 19 und Leitungen 13 verfügen müssen.
Aspekte und Merkmale, die hinsichtlich anderer Ausführungsformen aber nicht explizit hinsichtlich dieser Ausführungsform der 3, insbesondere als kombinierbare Merkmale genannt werden, sind explizit auch mit dieser Ausführungsform kombinierbar, sofern sie sich nicht aus dem Zusammenhang mit anderen Aspekten ausschließen.
In der 4 handelt es sich um eine Ausführungsform eines Behälters 1 eines Bioreaktors 1a, in welchem zur Bestrahlung eines in dem Behälter-Innenraum 22 befindlichen Mediums 8 eine Vielzahl von Leuchtmitteln 15, beispielsweise in Form von Lichtleitern 15b, welche im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung emittieren können, bereitgestellt sind. Die Vielzahl der Leuchtmittel 15 umfasst insbesondere etwa 3 bis etwa 1000, bevorzugt etwa 10 bis etwa 500 und besonders bevorzugt etwa 20 bis etwa 300 Lichtleiter 15b und/oder Licht-emittierende Stäbe 15a. Der Bioreaktor 1a bzw. der Behälter 1 kann selbst die Lichtleiter 15b umfassen, oder alternativ können die Lichtleiter 15b an dem Behälter 1 des Bioreaktors 1a angeordnet werden. Es kann beispielsweise in einer hier nicht explizit gezeigten Ausführungsform möglich sein, dass alle Lichtleiter 15b durch eine einzige Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 oder jeder einzelne Lichtleiter 15b durch jeweils eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 aufgenommen und von dem Medium 8 durch die Taschen-Wandung 11a isoliert werden. Alternativ können die Lichtleiter 15b auch im direkten Kontakt mit dem Medium 8 stehen, insbesondere, wenn die Lichtleiter 15b sterilisierbar ausgebildet sind. Anstatt von Lichtleitern 15b bzw. einigen Lichtleitern 15b kann es sich allerdings bei den gezeigten Leuchtmitteln alternativ oder zusätzlich auch um Licht-emittierende Stäbe 15a handeln.
Die Leuchtmittel 15 sind an dem Behälterdeckel 1" bzw. an der Behälterdecke angebracht. Über eine oder mehrere Leuchtmittelöffnungen 12 bzw. Leuchtmittelöffnungen in dem Behälterdeckel 12b sind die Abschnitte der Leuchtmittel 15, welche im Wesentlichen auf der Behälter-Innenseite I angeordnet sind mit Elementen auf der Außenseite A, beispielsweise mit Lichtquellen 15d, wie einem Laser verbunden. Eine Lichtquelle 15d kann wiederum mittels einer Leitung 13, beispielsweise einem Stromkabel, durch welches die Lichtquelle 15d mit Energie versorgt wird, verbunden sein. Um eine besonders großflächige bzw. effiziente Bestrahlung zu gewährleisten reichen die Leuchtmittel in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen von dem Behälterdeckel 1" im Wesentlichen bis oder fast bis zum Behälterboden 1'. Die Lichtleiter 15b und/oder Licht-emittierende Stäbe 15a können sich bevorzugt über eine Länge zwischen etwa 0,1 und 5 m, insbesondere zwischen etwa 0,3 m und etwa 3 m und besonders bevorzugt zwischen etwa 1 m und 1,8 m erstrecken. Für den Fall, dass es sich um Lichtleiter 15b handelt und diese in irgendeiner Form gewunden bzw. gebogen und/oder gewickelt angeordnet sind, kann ein Lichtleiter 15b eine Länge von etwa 0,1 m bis etwa 50 m, insbesondere von etwa 2 m bis etwa 30 m und bevorzugt von etwa 3 m bis etwa 15 m aufweisen.
Die Behälterhülle 4 des Behälters 1 der 4 kann im Wesentlichen intransparent und bevorzugt aus einem Metall, beispielsweise Stahl ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Behälterhülle 4 der gezeigten Ausführungsform zumindest teilweise oder aber vollständig transparent, insbesondere aus einem Glas und/oder einem transparenten Kunststoff ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Behälterhülle 4 des Behälters 1 auch ein transparentes Fenster umfassen, durch welches eine elektromagnetische Strahlung von der Außenseite A auf die Behälter-Innenseite I, beispielsweise emittiert von einer externen Lichtquelle, treten kann.
Der Behälter 1 des Bioreaktors 1a entsprechend der 4 ist durch ein Gerüst 21 gestützt bzw. gelagert und/oder aufgehängt und/oder gehalten. Das Gerüst 21 verfügt über Rollen 24, mittels derer der Bioreaktor 1a an einen Bestimmungsort geschoben und/oder gezogen werden kann. Der Behälter 1 des Bioreaktors 1a umfasst ferner Behälter-Zugänge 16 bzw. Ports, durch welche das Medium 8 für die Zugabe oder Entnahme eines Stoffs zugänglich ist. Durch Abläufe 23, die auch als Zuläufe genutzt werden können, kann ein Medium 8 zumindest teilweise von einem Behälter-Innenraum 22 abgelassen werden oder ein Behälter-Innenraum 22 mit einem Medium 8 zumindest teilweise befüllt werden. Insbesondere kann ein Schlauch an einem Ablauf 23 angebracht werden.
Aspekte und Merkmale, die hinsichtlich anderer Ausführungsformen aber nicht explizit hinsichtlich dieser Ausführungsform der 4, insbesondere als kombinierbare Merkmale genannt werden, sind explizit auch mit dieser Ausführungsform kombinierbar, sofern sie sich nicht aus dem Zusammenhang mit anderen Aspekten ausschließen.
In der Ausführungsform eines Behälters 1 gemäß der Explosionsdarstellung der 5 gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Leuchtmitteln 15. Bei dem Behälter 1 handelt es sich um einen Einweg-Behälter. Der Behälter 1 kann aus einem im Wesentlichen stabilen bzw. rigiden bzw. festen Material ausgebildet sein, beispielsweise kann der Behälter 1 zumindest teilweise aus einem Metall, insbesondere Stahl und/oder zumindest teilweise aus einem festen Kunststoff, insbesondere aus einem transparenten Kunststoff und/oder aus Glas ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Behälter 1 zur Einweg-Nutzung einen Einweg-Beutel sein.
Auf der linken Seite L ist zunächst ein externes Leuchtmittel 15f angedeutet. Das externe Leuchtmittel 15f kann eine Lampe oder andere Lichtquelle 15d sein, welche auf der Außenseite A derart angeordnet ist, dass ein von der Lampe emittiertes Licht 14 durch einen im Wesentlichen transparenten Abschnitt der Behälterhülle 4 in den Behälter-Innenraum propagieren kann. Somit kann ein Medium 8 auch von außen bestrahlt werden.
Der Behälter 1 umfasst ferner eine Behälterhülle 4, sowie einen Behälterdeckel 1", welcher an der oberen Kante O des Behälters 1 angeordnet werden kann. Der Behälter-Innenraum 22 bzw. die Behälter-Innenseite I kann dauerhaft oder über eine längere Zeit von der Außenseite A isoliert werden oder aber über einen Zeitraum beispielsweise durch das Öffnen des Behälterdeckels 1" offen stehen bzw. geöffnet sein. Behälterhülle 4 und Behälterdeckel 1" umfassen jeweils Leuchtmittelöffnungen 12, nämlich zwei Leuchtmittelöffnungen in der Behälterwand 12a, sowie eine Leuchtmittelöffnung in dem Behälterdeckel 12b. An den Leuchtmittelöffnungen in der Behälterwand 12a und der Leuchtmittelöffnung in dem Behälterdeckel 12b können jeweils Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 angeordnet sein oder angeordnet werden. Insbesondere ist der Behälter-Innenraum 22 und die Außenseite A durch eine abgedichtete Verbindung zwischen Leuchtmittelöffnung 12 und Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 getrennt, sodass kein Medium 8, welches sich in dem Behälter-Innenraum 22 befindet, ungewollt nach außen treten kann. Dies setzt ebenfalls voraus, dass die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 jeweils eine dichte Taschen-Wandung 11a umfassen.
In eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 bzw. in ein Taschen-Innenvolumen V einer Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 kann ein Leuchtmittel 15, insbesondere ein Licht-emittierender Stab 15a geschoben bzw. bewegt und/oder angeordnet bzw. gelagert werden. In der Ausführungsform der 5 befinden sich zwei Licht-emittierende Stäbe 15a jeweils auf der rechten Seite R noch auf der Außenseite A. Beide Licht-emittierenden Stäbe 15a können durch eine Bewegung bzw. eine Verschiebung in die Richtung der Behälterhülle 4, welche in der Figur eingezeichnet ist, im Wesentlichen horizontal durch die Behälterwandöffnungen 12a bzw. die Öffnungen in der Behälterhülle 4 und die Aufnahme-Eingänge AE der Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 in das jeweilige Taschen-Innenvolumen V bewegt bzw. geschoben werden. Die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11, welche in der 5 auf der rechten Seite R der Behälterhülle 4 angeordnet sind, hängen von der Behälterhülle 4 in dem Behälter-Innenraum 22 in Richtung des Behälterbodens 1' herab. Sie liegen in einem ungefüllten Zustand vor. Sobald die Licht-emittierenden Stäbe 15a zumindest teilweise in die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 geschoben werden, liegen die Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 in einem zumindest teilweise gefüllten Zustand vor.
In der Ausführungsform gemäß der 5 befindet sich auch ein Licht-emittierender Stab 15a oberhalb des Behälterdeckels 1" auf der Außenseite A. Der Licht-emittierende Stab 15a kann durch eine Bewegung bzw. eine Verschiebung in die Richtung des Behälterdeckels 1", welche in der Figur eingezeichnet ist, durch die Behälterdeckelöffnung 12b bzw. die Öffnungen in dem Behälterdeckels 1" und den Aufnahme-Eingang AE der Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 in das Taschen-Innenvolumen V bewegt bzw. geschoben werden.
Um einen Licht-emittierenden Stab 15a an einem Behälter 1 zu sichern, kann der Behälter 1 Befestigungsmittel 26, beispielsweise ein Gewinde und/oder eine Druckverbindung und/oder eine Klemme umfassen. Ein Licht-emittierenden Stab 15a oder ein anderes Leuchtmittel 15 kann dann mittels einem dazu passenden Befestigungsmittel, beispielsweise mittels einer Schraube und/oder einer Nut und/oder einem Haken an dem Behälter 1 fixiert bzw. befestigt bzw. angebracht werden.
Im Betrieb, insbesondere wenn die Leuchtmittel 15 mit Strom versorgt werden, insbesondere jeweils über Leitungen 13 bzw. Stromkabel, kann ein Leuchtmittel 15 dann eine elektromagnetische Strahlung emittieren.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Behälterdeckel 1" auch Leuchtmittelöffnung in dem Behälterdeckel 12b, durch welche Lichtleiter 15b von außen in den Behälter-Innenraum 22 geführt werden können. Die Lichtleiter 15b können durch eine oder mehrere Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 von dem Medium 8 isoliert sein, oder in direktem Kontakt mit dem Medium 8 stehen.
Aspekte und Merkmale, die hinsichtlich anderer Ausführungsformen aber nicht explizit hinsichtlich dieser Ausführungsform der 5, insbesondere als kombinierbare Merkmale genannt werden, sind explizit auch mit dieser Ausführungsform kombinierbar, sofern sie sich nicht aus dem Zusammenhang mit anderen Aspekten ausschließen.
Bezüglich der Ausführungsform gemäß der 6a ist ein Ausschnitt einer Behälterhülle 4 mit einer Behälter-Tür 16 gezeigt. Die Behälterhülle 4 umfasst eine Behälterhüllen-Innenfläche 4a, welche eine des Behälter-Innenraums zugewandte Innenfläche der Behälterhülle 4 ist. Außerdem umfasst die Behälterhülle 4 eine Behälterhüllen-Außenfläche 4b, welche eine einer Außenseite A zugewandte Außenfläche der Behälterhülle 4 ist. Die Behälter-Tür 16 ist ein Zugang zu dem Behälter-Innenraum 22 bzw. zu der Behälter-Innenseite I von der Außenseite A. Die Behälter-Tür 16 umfasst eine Türwandung 4c, deren Innenfläche im geschlossenen Zustand bevorzugt bündig mit der Behälterhüllen-Innenfläche 4a abschließt. Die Außenfläche der Türwandung 4c schließt im geschlossenen Zustand bevorzugt bündig mit der Behälterhüllen-Außenfläche 4b ab.
Insbesondere die Innenseite der Türwandung 4c umfasst ein Leuchtmittel 15, welches beispielsweise eine Licht-emittierende Folie 15c sein kann. Die Licht-emittierende Folie 15c kann insbesondere im geschlossenen Zustand eine elektromagnetische Strahlung 14 an den Behälter-Innenraum 22 und ein darin befindliches Medium 8 abgeben bzw. emittieren.
Bezüglich der Ausführungsform der 6b ist eine Ansicht eines Ausschnitts bzw. Anschnitts einer Behälterhülle 4 von oben gezeigt. Eine Behälterhülle 4 umfasst eine Behälterhüllen-Außenfläche 4b, sowie eine strukturierte, insbesondere gewellte Behälterhüllen-Innenfläche 4a bzw. eine Behälter-Innenwand-Strukturierung 17, welche im Wesentlichen der Behälter-Innenseite I zugewandt ist. Die Behälter-Innenwand-Strukturierung 17 kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, Vorsprünge bzw. Aus- und Einbuchtungen umfassen. Durch die strukturierte bzw. gewellte bzw. gewundene Ausbildung der Behälterhüllen-Innenfläche 4a kann eine größere Fläche bereitgestellt werden, an der Leuchtmittel 15 bzw. Lichtquellen angeordnet werden können und von der ein Licht 14 in den Behälter-Innenraum 22 emittiert werden kann.
An der Behälterhüllen-Innenfläche 4a können Licht-emittierende-Stäbe 15a, Lichtleiter 15b bzw. Licht-emittierende Faser und/oder Licht-emittierende Folien 15c, Lichtquellen 15d, insbesondere Licht-emittierende Dioden 15e angeordnet bzw. angebracht bzw. fixiert sein, sodass diese im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung 14 an das Behälter-Innenvolumen 22 emittieren können.
Durch die Behälter-Innenwand-Strukturierung 17 entsteht eine gegenüber bzw. verglichen mit einer unstrukturierten Behälterhüllen-Innenfläche 4a vergrößerte Fläche 27, an der im Wesentlichen mehr Leuchtmittel 15 angeordnet werden können als an einer unstrukturierten Behälterhüllen-Innenfläche 4a. Eine Behälterhüllen-Innenfläche 4a kann beispielsweise auch derart strukturiert werden, dass ein bevorzugtes Strömungsprofil eines Mediums 8 erzeugt werden kann, insbesondere wenn ein Behälter 1 über eine Mischvorrichtung verfügt, welche das Medium 8 mischen bzw. verrühren kann.
Aspekte und Merkmale, die hinsichtlich anderer Ausführungsformen aber nicht explizit hinsichtlich dieser Ausführungsform der 6a und 6b, insbesondere als kombinierbare Merkmale genannt werden, sind explizit auch mit dieser Ausführungsform kombinierbar, sofern sie sich nicht aus dem Zusammenhang mit anderen Aspekten ausschließen.
In der 7 ist eine weitere Ausführungsform eines Behälters 1 eines Bioreaktors 1a umfassend verschiedene Leuchtmittel 15 und/oder Lichtquellen gezeigt. Der Behälters 1 des Bioreaktors 1a umfasst eine Behälterhülle 4 mit einer Behälterhüllen-Innenfläche 4a, sowie einer Behälterhüllen-Außenfläche 4b. Die Behälterhüllen-Innenfläche 4a kann Bereiche bzw. Abschnitte umfassen, an welchen Licht-emittierende Elemente bzw. Leuchtmittel angeordnet sein können. Solche Licht-emittierenden Behälter-Innenwandungsabschnitte sind beispielsweise in der vorliegenden Figur durch die Bezugszeichen a und b gekennzeichnet. Beispielsweise kann an einem Licht-emittierenden Behälter-Innenwandungsabschnitt a eine Licht-emittierende Folie 15c angeordnet sein. An einem anderen Licht-emittierenden Behälter-Innenwandungsabschnitt b können beispielsweise Licht-emittierende Dioden 15e angeordnet sein. Solche Leuchtmittel 15 können über eine Batterie und/oder über eine Netzversorgung mittels eines oder mehrerer Stromkabel mit der zum Betrieb benötigten Energie versorgt werden (hier nicht gezeigt). Beispielsweise kann es einen Hohlraum zwischen Behälterhüllen-Innenfläche 4a und Behälterhüllen-Außenfläche 4b geben, durch welchen Kabel und Leitungen zu den entsprechenden Leuchtmitteln 15 geführt werden können (hier nicht gezeigt). Die Leuchtmittel 15 an der Behälterhüllen-Innenfläche 4a können beispielsweise mittels einer Folie von dem Medium 8 isoliert sein. Die Leuchtmittel 15 an der Behälterhüllen-Innenfläche 4a können zudem reversibel anbringbar und abnehmbar sein. Beispielsweise kann die Behälterhüllen-Innenfläche 4a Steckverbindungen umfassen, an denen Leuchtmittel 15, beispielsweise Licht-emittierende Dioden 15e angebracht werden können.
Die vorliegende Ausführungsform eines Behälters 1 eines Bioreaktors 1a umfasst ebenfalls eine Mischvorrichtung mit Rotorblättern 5 bzw. Rührfortsätzen. An den Flächen der Rotorblätter 5 können bevorzugt Licht-emittierende Elemente bzw. Leuchtmittel 15 angeordnet sein. Licht-emittierende Rotorblattabschnitte sind insbesondere durch die Bezugszeichen c, d und e angedeutet. An einem bevorzugten Licht-emittierenden Rotorblattabschnitt c ist angedeutet, dass eine Licht-emittierende Folie 15c daran angeordnet ist. An einem weiteren bevorzugten Licht-emittierenden Rotorblattabschnitt d ist angedeutet, dass eine Vielzahl Licht-emittierender Dioden 15e daran angeordnet ist. An einem anderen bevorzugten Licht-emittierenden Rotorblattabschnitt e ist angedeutet, dass eine Vielzahl von Lichtleitern 15b parallel zueinander daran angeordnet ist. Ein oder mehrere Rotorblätter können auch nur gemäß dem Rotorblattabschnitt c oder d oder e ausgebildet sein.
Insbesondere umfasst die vorliegende Ausführungsform eines Behälters 1 eines Bioreaktors 1a eine Rührwelle 9, welche sich im Wesentlichen von der Behälterdecke bis zum Behälterboden 1' erstreckt. Die Rührwelle 9 umfasst einen Rührwellen-Hohlraum 9a, sowie eine zumindest teilweise transparente Rührwellen-Wandung 9b. Wie in der 7 angedeutet ist, kann ein Licht-emittierender Stab 15a und/oder ein Lichtleiter 15b und/oder eine (im Wesentlichen stabförmige) Lichtquelle 15d von dem Rührwellen-Hohlraum 9a aufgenommen werden, sodass der Licht-emittierende Stab 15a im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung 14 an den, bevorzugt zumindest teilweise mit einem Medium 8 gefüllten Behälter-Innenraum 22 emittieren kann.
Ferner umfasst der Behälter 1 des Bioreaktors 1a einen Behälter-Zugang 16 mit einem Zugangsrohr 16b und einem Ventil 16a im Wesentlichen auf der rechten Seite R an der oberen Behälterdecke angeordnet. Durch den Behälter-Zugang 16 können Stoffe von der Außenseite A, beispielsweise Gase und/oder Flüssigkeiten in den Behälter-Innenraum 22 geleitet werden. Außerdem umfasst der Behälter 1 des Bioreaktors 1a auch im Wesentlichen auf der linken Seite L an der Behälterdecke einen Zugang 16 mit einem Behälterdeckel 1" bzw. Behälter-Tür bzw. einer Behälter-Klappe, welcher bzw. welche geöffnet und verschlossen werden kann. Durch einen solchen geöffnete Behälterdeckel 1" kann dem Medium 8 auf der Behälter-Innenseite I beispielsweise ein Granulat oder ein anderer Feststoff von der Außenseite A zugeführt werden. Der Behälter 1 des Bioreaktor 1a umfasst außerdem mehrere andere Behälter-Zugänge 16 an dessen Behälterhülle 4, durch die Stoffe dem Behälter-Innenvolumen 22 zu- oder abgeführt werden können.
Aspekte und Merkmale, die hinsichtlich anderer Ausführungsformen aber nicht explizit hinsichtlich dieser Ausführungsform der 7, insbesondere als kombinierbare Merkmale genannt werden, sind explizit auch mit dieser Ausführungsform kombinierbar, sofern sie sich nicht aus dem Zusammenhang mit anderen Aspekten ausschließen.
8a ist die Frontalansicht eines Bioreaktors 1a mit Stahlhülle, der einen Einweg-Beutel 1b entsprechend oder zumindest ähnlich zu der Ausführung des Einweg-Beutels 1b aus 3 in seinem Innenvolumen umfasst. 8b ist die Frontalansicht eines teilweise geöffneten Bioreaktors 1a mit Stahlhülle und geöffneter Behälter-Tür 16, der einen Einweg-Beutel 1b sichtbar in seinem Innenvolumen beinhaltet gemäß der Ausführungsform der 8a.
8c ist die Frontalansicht eines Einweg-Beutels 1b entsprechend oder zumindest ähnlich zu der Ausführung des Einweg-Beutels 1b aus 3, der von dem Bioreaktor 1a mit Stahlhülle gemäß der Ausführungsform der 8a und b aufgenommen werden kann.
9a ist eine Frontalansicht mit Einblick in einen Behälter 1 eines Bioreaktors gemäß einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind Licht-emittierende Stäbe 15a in die Umfangwandung der Behälterhülle 4', sowie in die Decke der Behälterhülle 4 eingelassen. Die Licht-emittierenden Stäbe 15a sind durch Leuchtmittelöffnungen 12a in der Behälterwand bzw. in der Behälterhülle 4 auf der Innenseite des Behälters 1, und insbesondere innerhalb von Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 angeordnet. Die Licht-emittierenden Stäbe 15a sind auch durch Leuchtmittelöffnungen 12b in der Behälterdecke auf der Innenseite des Behälters 1, und insbesondere innerhalb von Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 angeordnet.
In anderen Worten umfasst der Behälter 1 gemäß einem Aspekt mindestens eine Leuchtmittelöffnung 12b an einem Abschnitt einer Behälterdecke, und mindestens eine Leuchtmittelöffnung 12a an einem Abschnitt einer Behälterwand bzw. einer Behälterhülle 4. Bevorzugt ist an einer Leuchtmittelöffnung 12a, 12b eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 angeordnet.
Es ist alternativ auch möglich, dass die Licht-emittierenden Stäbe 15a nicht innerhalb von Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 angeordnet sind, sondern direkt mit dem Innenraum bzw. dem Medium im Innenraum in Kontakt stehen. Dies wäre insbesondere dann der Fall, wenn die Licht-emittierenden Stäbe 15a dauerhaft an dem Behälter 1 angeordnet sind bzw. nicht von dem Behälter entfernt werden, wenn dieser mit einem Medium befüllt ist.
9b ist eine Ansicht von drei Licht-emittierenden Stäben 15a gemäß einer Ausführungsform. Die Licht-emittierende Stäbe 15a umfassen jeweils einen Griff G zur Handhabung. Der Griff G kann auch dazu dienen, dass der Licht-emittierende Stab 15a nicht direkt an einer möglicherweise heißen und/oder an einer empfindlichen Stelle angefasst werden muss. Der Griff G kann ferner dazu dienen, den Licht-emittierenden Stab 15a, wenn er an und/oder in dem Behälter 1 angeordnet ist, aus dem Behälter 1 zu entfernen. Der Licht-emittierende Stab 15a wird mittels einer Leitung 13 bzw. mittels eines Kabels mit Strom versorgt.
10a ist eine Frontalansicht mit Einblick in einen Behälter 1 eines Bioreaktors gemäß einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind Leuchtmittel 15, insbesondere Licht-emittierende Stäbe 15a mit Licht-emittierenden Fasern/Lichtleitern 15b und/oder Stäbe mit Licht-emittierenden Fasern/Lichtleitern 15b in die Umfangwandung der Behälterhülle 4', sowie in die Decke der Behälterhülle 4 eingelassen. Die Stäbe und/oder die Licht-emittierenden Stäbe 15a mit den Licht-emittierenden Fasern/Lichtleitern 15b sind durch Leuchtmittelöffnungen 12a in der Behälterwand bzw. in der Behälterhülle 4 auf der Innenseite des Behälters 1 angeordnet. Sie können direkt mit der Innenseite und/oder dem Medium auf der Innenseite in Kontakt stehen oder innerhalb von Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 angeordnet sein. Die Licht-emittierenden Stäbe 15a sind auch durch Leuchtmittelöffnungen 12b in der Behälterdecke auf der Innenseite des Behälters 1, angeordnet.
In anderen Worten kann ein Leuchtmittel 15 einen Licht-emittierenden Stab 15a, an dem Licht-emittierende Fasern 15b angeordnet sind, umfassen. Ein Leuchtmittel 15 kann allgemein einen Stab umfassen, an dem Licht-emittierende Fasern 15b angeordnet sind. Ein Leuchtmittel 15 kann insbesondere einen hohlen transparenten Stab mit einem Innenraum umfassen, durch den Licht-emittierende Fasern 15b geleitet/geführt werden, welche an verschiedenen Öffnungen des hohlen transparenten Stabs heraustreten aus dem Innenraum. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Fläche des Leuchtmittels 15 besonders groß ausgestaltet ist. In anderen Worten wird eine besonders große Fläche erzeugt, die Licht, insbesondere an ein das Leuchtmittel 15 umgebendes Medium, abgeben kann. In dem Fall kann der hohle Stab auch als Licht-emittierender Stab 15a betrachtet werden, obwohl er nicht selbst sondern die Licht-emittierenden Fasern 15b Licht emittieren. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Stäbe bzw. der Licht-emittierenden Stäbe 15b durch Leuchtmittelöffnungen 12a, 12b in der Behälterhülle 4 und in der Behälterdecke, da in dem Fall eine besonders große Licht-emittierende Fläche erzeugt wird. Insbesondere sind die Licht-emittierenden Fasern 15b flexibel ausgestaltet, sodass sie sich mit einem bewegten Medium teilweise mitbewegen können.
An der Rührwelle 9 sind ebenfalls borstenartig eine Mehrzahl von Licht-emittierenden Fasern 15b angeordnet. Insbesondere ist an der Rührwelle eine Anbringungsvorrichtung 29 für eine Mehrzahl von Lichtleitern bzw. Licht-emittierenden Fasern 15b angeordnet. Besonders bevorzugt ist eine hohle durchsichtige Rührwelle 9, innerhalb deren Hohlraum ein Leuchtmittel 15, beispielsweise ein Licht-emittierender Stab 15a und/oder eine Licht-emittierende Faser 15b angeordnet ist.
Die Licht-emittierenden Fasern 15b können in direktem physikalischen Kontakt mit einem Medium auf der Innenseite des Behälters 1 stehen oder aber innerhalb einer oder mehrerer Leuchtmittel-Aufnahmetaschen 11 angeordnet sein.
10b ist eine perspektivische Darstellung einer Anbringungsvorrichtung 29 für eine Mehrzahl von Lichtleitern bzw. Licht-emittierenden Fasern 15b gemäß einer Ausführungsform. Die Anbringungsvorrichtung 29 umfasst einen Ring 29', beispielsweise einen Metall- und/oder Kunststoffring. Insbesondere ist der Ring transparent ausgestaltet. Am Außenumfang des Rings 29' sind zirkular Licht-emittierenden Fasern 15b angeordnet, die von dem Ring 29' weg bzw. nach außen stehen. Die Licht-emittierenden Fasern 15b sind zirkular nebeneinander in einer Reihe von mehreren Licht-emittierenden Fasern 15b angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind zwölf Reihen von jeweils drei übereinander liegenden Fasern 15b zirkular angeordnet. Alternativ kann auch eine andere Anzahl gewählt werden.
10c ist eine perspektivische Darstellung von drei Stäben und/oder Licht-emittierenden Stäben 15a mit Licht-emittierenden Fasern/Lichtleitern 15b. Die Stäbe umfassen jeweils einen Griff G und ein Kabel bzw. eine Leitung 13 zur Stromversorgung.
Im Allgemeinen können Leuchtmittel 15 insbesondere flächig auf der Innenseite der Wandung des Bioreaktors 1a bzw. Stahltanks angeordnet werden, so dass eine Beleuchtung des Mediums 8 in dem Einweg-Beutel 1b durch die Behälterhülle 4 erfolgen kann. Ferner kann ein Leuchtmittel 15, insbesondere eine Faser bzw. ein Lichtleiter 15b um die Rührwelle zumindest teilweise bzw. abschnittsweise angeordnet, insbesondere gewickelt sein.
Der Bioreaktor 1a umfasst eine Recheneinheit 28, welche dazu ausgelegt ist, beispielsweise eine Temperatur, einen Pump-Durchfluss, einen Druck und/oder eine Beleuchtungsstärke durch die Leuchtmittel 15 zu steuern und/oder zu regeln.
Behälter 1, 1b, Mischsysteme und Pellet-Tanks dienen im Wesentlichen zur Aufnahme, zur Lagerung und zum Mischen von biologischen Medien 8, wie z.B. Fluiden und/oder Feststoffen und/oder Gasen. Biologische Medien können in Behältern 1, 1b wie z.B. Beuteln 1b, insbesondere in Kunststoffbeuteln bereitgestellt werden, die ein Volumen von mehreren hundert Litern umfassen können. Die biologischen Medien 8 können bevorzugt innerhalb eines solchen Beutels 1b in den Bioreaktor 1a eingebracht werden, in dem sie gelagert, temperiert und/oder durchmischt und bestrahlt werden können. In einem solchen Behälter 1 des (Photo-)Bioreaktors können unterschiedliche photoreaktive Prozesse bzw. Reaktionen innerhalb des biologischen Mediums 8 ausgelöst werden.
Ein Behälter 1, 1b kann ein Bestandteil eines Bioreaktors 1a und/oder eines Fermenters sein. Beispielweise kann ein Behälter auch Bestandteil eines Lebensmitteltanks bzw. Lebensmittelfasses oder eines Silos oder eines Speichers sein. Ein Behälter 1, 1b kann auch Bestandteil eines Laborgeräts, insbesondere eines chemischen Laborgeräts sein. Beispielsweise kann ein Behälter eine Säule zur Säulenchromatographie sein.
Eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 kann beispielsweise bevorzugt aus einem weichen Kunststoff als flexible und/oder dehnbare und/oder faltbare und/oder bewegliche Tasche (im Sinne eines Beutels bzw. einer Tasche) ausgebildet sein. Eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche 11 kann jedoch auch ein hohles und im Wesentlichen durchsichtiges Rohr aus einem Glas und/oder einem harten Kunststoff bzw. Harz sein, welches zur mehrfachen Verwendung ausgelegt und sterilisierbar sein kann.
Als Medium 8 bzw. Medien 8 werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Flüssigkeiten, Gase, Suspensionen, Dispersionen, Puffer und/oder Zellkulturbrühen angesehen. Medien 8 können ferner auch Feststoffe, wie beispielsweise Pulver, Granulat, gepresste Pellets, Partikel, Körner, sowie Mischungen daraus umfassen. Ein Medium 8 kann entsprechend unterschiedliche Bestandteile mit gleichem oder unterschiedlichem Aggregatszustand, beispielsweise eine Emulsion oder eine Dispersion umfassen.
Ein photoreaktives bzw. photosensitives bzw. lichtempfindliches Medium kann insbesondere biochemische Materialien, insbesondere biologische Materialien umfassen. Beispielsweise kann ein solches Medium Pflanzen, insbesondere Algen und Mikroalgen und/oder Bakterien, insbesondere Purpubakterien und/oder Cyanobakterien, Pilze, pflanzliche und/oder tierische Zellen, beispielsweise Mooszellen, Eukaryoten und/oder Prokaryoten, sowie entsprechende Mischungen daraus umfassen. Es können sogar ganze Pflanzen, wie Wasserlinsen und/oder Gewebebestandteile im Medium beispielsweise in einer Suspension enthalten sein. Durch die Bestrahlung kann ein biochemischer Prozess, insbesondere die Photosynthese in Zellen ausgelöst werden. Bevorzugt handelt es sich bei den Medien um Stoffe, die biologische Prozesse durchlaufen. Insbesondere handelt es sich um heterotrophe, phototrophe und/oder mixotrophe Prozesse.
Unter den Begriff photoreaktiver bzw. photosensitiver bzw. lichtempfindlicher Stoff fallen im Allgemeinen Moleküle und Atome, sowie größere Bausteine aus Molekülen und/oder Atomen, beispielsweise Makromoleküle oder Quantum Dots, welche auf eine Bestrahlung mit Licht bzw. elektromagnetischen Wellen mittels einer chemischen und/oder biologischen und/oder biochemischen und/oder physikalischen Reaktion regieren. Insbesondere umfassen Medien, beispielsweise die zuvor genannten, Proteine, welche photochemische Prozesse durchlaufen durch die Einstrahlung von Licht. Beispielsweise enthalten Pflanzen, Algen sowie Cyanobakterien sogenannte Komplexe, also Proteine in Lipid-/Zellmembranen, die für den Umsatz der Photosynthese verantwortlich sind.
Im Allgemeinen kann es sich bei photoreaktiven bzw. photosensitiven bzw. lichtempfindliche Stoffen beispielsweise um photosensitive Proteine handeln. Bei photochemischen Reaktionen können ferner auch Azobenzene, Wasserstoffperoxid, fluoreszierende und/oder phosphorisierende Stoffe, quantum dots, Graphene oder andere Stoffe beteiligt sein.
Die hier verwendeten Begriffe photoreaktiver Stoff, photosensitiver Stoff und lichtempfindlicher Stoff haben im Wesentlichen dieselbe Bedeutung und meinen beispielsweise zuvor genannte Stoffe, die mittels Lichteinstrahlung bzw. Lichteinwirkung reagieren können. Insbesondere sind derartige photoreaktive bzw. photosensitive bzw. lichtempfindliche Stoffe gemeint, welche jeweils eine photochemische insbesondere photo-biochemische Reaktion unterlaufen. Es können solche photoreaktiven bzw. photosensitiven bzw. lichtempfindlichen Stoffe gemeint sein, welche photochemische Prozesse, wie die Photosynthese betreiben und dabei verschiedene Stufen bzw. Zustände reversibel durchlaufen. Es können aber auch solche Stoffe gemeint sein, welche Edukte sind, die sich mittels Lichteinstrahlung zu Produkten umwandeln. Die photochemische Reaktion kann in Stufen verschiedener photochemischer Reaktionen oder in Stufen verschiedener Reaktion mindestens umfassend eine photochemische Reaktion erfolgen. Auch physikalische und/oder biologische Reaktionen bzw. Phänomene von dem Begriff „Reaktion“ umfasst sein. Beispielsweise kann eine elektromagnetische (Wärme-)Strahlung dazu führen, dass der Druck und/oder innerhalb eines Behälter-Innenraums steigt, was wiederum die photochemische Reaktion beeinflussen kann.
Unter einer photochemischen Reaktion versteht man typischerweise solche chemische Reaktionen, welche unter Einwirkung bzw. Absorption bzw. Einstrahlung von Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung initiiert bzw. ausgelöst bzw. angetrieben werden. Dazu ist in der Regel eine Absorption von Licht bzw. elektromagnetsicher Strahlung durch ein Molekül oder Atom, welches an der photochemischen Reaktion teilnimmt, nötig. Dies bedeutet, dass, die Wellenlänge bzw. Frequenz des verwendeten Lichts auf das Absorptionsverhalten des Moleküls abgestimmt werden muss. Dies betrifft im Wesentlichen eine unmittelbare bzw. direkte photochemische Reaktion. Es gibt jedoch auch photochemische Reaktionen bzw. Photoreaktionen, bei denen zunächst ein sogenannter Photosensibilisator mittels Licht angeregt wird und dieser dann Energie auf Moleküle überträgt, welche an einer chemischen Reaktion, beispielsweise an einer endothermischen Reaktion teilnehmen. Derart kann eine chemische Reaktion indirekt ausgelöst werden. Ein Prozess, beispielsweise ein chemischer Prozess kann eine oder mehrere Reaktionen umfassen, insbesondere eine photochemische Reaktion. Durchläuft ein Medium 8 einen Prozess, so kann man sagen, dass das Medium 8 prozessiert wird, also von einem Anfangszustand durch eine oder mehrere Reaktionen in einen Endzustand überführt wird. Das Medium 8 kann zu Beginn ein oder mehrere Edukte umfassen oder sein und am Ende des Prozesses kann das Medium 8 ein oder mehrere Produkte umfassen oder sein.
Beispielsweise kann eine solche photochemische Reaktion eine oder mehrere aus: Abspaltungen bzw. Bindungshomolysen bzw. Fragmentierung von Molekülen, Photoisomerisierungen, Elektozyklische Reaktionen, Umlagerungen, lichtinduzierte Kettenreaktionen, Photo-Fries-Verschiebungen, Isomerisierungen, beispielsweise cistrans-Isomerisierungen, biologische Photoreaktionen und photophysikalische Prozesse, insbesondere Chlorierungen, elektrocyclische Reaktionen, Nitrosylationen, Oxychlorierungen, Oxidationen, katalysierte Oxidation, sensibilisierte Oxidation, kationische Polymerisation, radikalische Polymerisation, Sulfochlorierungen, Sulfoxidationen. Oft werden bei solchen Reaktionen Änderungen elektronischer Zustände in Molekülen und Atomen durch die Absorption von Licht bzw. Photonen bzw. elektromagnetischer Strahlung hervorgerufen bzw. ausgelöst. Besonders hervorzuheben ist beispielsweise die Photosynthese, besonders die anoxygene Photosynthese oder die oxygene Photosynthese biologischer Stoffe. An der Photosynthese sind besondere Proteine beteiligt, welche beispielsweise in pflanzlichen oder bakteriellen Stoffen vorliegen oder aus pflanzlichen oder bakteriellen Quellen gewonnen werden können. Konkret könnte beispielsweise ein Medium eine oder mehrere Arten von Algen umfassen, welche Licht aufnehmen, um die Photosynthese zu betreiben.
Die Absorption von Licht bzw. elektromagnetsicher Strahlung führt im Wesentlichen, auch in Photo-Biochemischen Prozessen, zu energetisch und/oder elektronisch angeregten Zuständen, die wegen der Anregungsenergie (bio)chemische Reaktionen eingehen können. Chemische Umwandlungen können dabei mit photophysikalischen Deaktivierungsprozessen wie der Photoemission aus dem angeregten Singulett-Zustand (Fluoreszenz) oder aus dem Triplett-Zustand (Phosphoreszenz) sowie der strahlungslosen Deaktivierung konkurrieren.
Der Begriff des sichtbaren Wellenlängenbereichs betrifft die Wellenlängen des Lichtes, welche für einen Menschen im Wesentlichen sichtbar sind, insbesondere zwischen etwa 380 nm bis etwa 780 nm. Der Begriff des unsichtbaren Wellenlängenbereichs betrifft die Wellenlängen des Lichtes, welche für einen Menschen im Wesentlichen unsichtbar sind, beispielsweise Wellenlängen, die kürzer als etwa 380 nm oder länger als etwa 780 nm sind. Der hier verwendete Begriff des Lichtes beschränkt sich nicht auf den sichtbaren spektralen Bereich, sondern betrifft vielmehr elektromagnetische Strahlung im Allgemeinen. Eine „transparente Wandung“ kann durchlässig bzw. transparent für zumindest ein Teil des Lichts dieser Wellenlängen bzw. dieser Frequenzbereiche sein. Der Begriff einer „durchsichtigen Wandung“ beschränkt sich oft auf eine Lichtdurchlässigkeit von Licht eines zumindest teilweise sichtbaren Spektrums. Eine „transparente Wandung“ kann hingegen transparent für sichtbares und/oder unsichtbares Licht sein.
Ein Leuchtmittel 15 kann beispielsweise eine Lichtquelle 15d sein. Ein Leuchtmittel 15 kann auch ein Lichtleiter 15b bzw. Lichtwellenleiter bzw. eine optische Faser sein, welcher bzw. welche lediglich das von einer Lichtquelle 15d emittierte Licht an einen bestimmten Ort transportiert bzw. transportieren, wo es dazu genutzt wird, beispielsweise ein Medium 8 zu bestrahlen. In anderen Worten kann es sich bei dem hier verwendeten Begriff des Leuchtmittels 15 um eine Licht-erzeugende Quelle 15d bzw. eine Lichtquelle 15d handeln oder es kann sich alternativ dabei um ein Lichttransportierendes und insbesondere ein Licht-emittierendes Mittel, wie eine optische Faser bzw. ein Lichtleiter 15b handeln. Die hier verwendeten Begriffe Leuchtmittel 15 und Lichtquelle 15d unterscheiden sich lediglich darin, dass ein in dieser Beschreibung verwendeter Begriff des Leuchtmittels 15 ein Oberbegriff darstellt, der den Begriff der Lichtquelle 15d jedoch umfasst. Das Leuchtmittel 15 zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass dieses Licht emittiert, insbesondere im direkten Umfeld des Mediums 8, jedoch nicht zwingenderweise das Licht auch selbst erzeugt. Allgemein werden im Folgenden Leuchtmittel 15 und Lichtquellen 15d auch als Licht-emittierende Elemente bezeichnet.
Lichtquellen 15d, insbesondere Lichtquellen für die sogenannte „photosynthetic active radiation“, die in der Photochemie, insbesondere in der Photo-Biochemie und/oder für die Photosynthese genutzt werden, können im Allgemeinen in kontinuierliche und diskontinuierliche Strahler unterteilt werden. Bei der Auswahl der Lichtquelle 15d spielt auch die benötigte Leistung eine Rolle. Insbesondere kommen Lichtquellen 15d zum Einsatz, die eine Leistung von etwa 0,1 Watt bis etwa 10000 Watt, insbesondere von etwa 5 Watt bis etwa 6000 Watt und bevorzugt von etwa 1500 Watt bis etwa 5000 Watt aufweisen. Es kommen auch Lichtquellen 15d zum Einsatz, die eine Leistung von etwa 0,1 Watt/m² bis etwa 10000 Watt/m², insbesondere von etwa 5 Watt/m² bis etwa 6000 Watt/m² und bevorzugt von etwa 1500 Watt/m² bis etwa 5000 Watt/m² aufweisen. Sonnenlicht kann eine Leistung von etwa 1500 bis etwa 2000 Watt/m² haben. Prinzipiell sollte die Beleuchtung eines Bioreaktors insbesondere für die Kultivierung im Hochzelldichtebereich die gleiche oder bevorzugt jedoch eine höhere Leistung aufweisen.
Kontinuierliche Lichtquellen 15d können Licht emittieren, welches einen breiten Wellenlängenbereich aufweisen kann. Oft werden schwarze Strahler verwendet. Sogenannte schwarze Strahler können beispielsweise die Sonne oder Glühlampen sein. Die Frequenzspektren schwarzer Strahler zeichnen sich durch eine sehr weite bzw. breite spektrale Verteilung aus. Die spektrale Verteilung kann vom Infraroten, insbesondere dem Ferninfraroten Bereich (Wärmestrahlung) über das sichtbare Frequenzspektrum bis hin in den (nahen) UV-Bereich reichen. Die UV-Anteile solcher schwarzer Strahler können jedoch gering sein, weshalb für die Photosynthese bzw. - chemie oft auch andere Lichtquellen zusätzlich eingesetzt werden, welche auch einen Frequenzbereich abdecken, der zumindest teilweise einen UV-Bereich abdeckt bzw. umfasst. Als kontinuierliche Strahler im UV-Bereich eignen sich beispielsweise Gasentladungslampen auf Basis von Wasserstoff/Deuterium oder von Edelgasen.
An einer beliebigen Position innerhalb des Behälters kann ein Lichtstrom beispielsweise einen Wert von etwa 10 Lumen bis etwa 10000 Lumen, insbesondere von etwa 100 Lumen bis etwa 7000 Lumen und bevorzugt von etwa 500 Lumen bis etwa 6000 Lumen haben. Eine „Lichtmenge“ bzw. die „Menge des Lichtes“, insbesondere die Lichtsumme bezüglich der PAR („photosynthetic active radiation“), bewertet die Strahlung von 400-700 nm, dem spektralen Bereich, der von Pflanzen aktiv, insbesondere zur Photosynthese genutzt wird. Die Messeinheit dieser Lichtsumme des PAR ist µmol/(s·m²). Beispielsweise kann eine Lichtsumme von etwa 40 bis etwa 200 µmol/m²s emittiert werden.
Die Beleuchtung kann beispielsweise mittels einer gepulsten Beleuchtung beispielsweise stroboskopisch erfolgen. Dadurch entsteht ein „flashing light effect“ bzw. ein Blitzlichteffekt. Der „flashing light effect“ sorgt dafür, dass es zu einer verbesserten Photosynthese in der Zelle kommt, wenn die Zellen nur kurzen Lichtblitzen statt Dauerlicht ausgesetzt werden. Der „flashing light effect“ bzw. der Blitzlichteffekt kann durch geeignetes Durchmischen im Photobioreaktor erreicht werden, denn Licht hat nur eine geringe Eindringtiefe in die Kultur und durch die geeignete Beleuchtungsdauer, die durch entsprechendes Durchmischen gelingt (u.a. mit Hilfe von Baffles oder beleuchteten Baffles in SU Bioreaktor zum Standard-Antrieb) können die Zellen zwischen hellen und dunklen Zonen im Bioreaktor zirkulieren und so durch den „flashing light effect“ schneller wachsen. Insbesondere kann ein Einweg-Behälter mit Rührvorrichtung derart mit Licht-emittierenden Flächen ausgestattet sein, dass der besagte „flashing light effect“ bzw. der Blitzlichteffekt durch eine geeignete Durchmischung und dadurch geeignete Beleuchtungszeiten der Zellen und/oder Bakterien und/oder Algen erzielt werden können. Alle genannten Formen zur Erzeugung Licht-emittierender Flächen können diesbezüglich insbesondere in einem Einweg-Behälter/-Biorektor kombiniert werden.
Eine Lichtquelle 15d kann allgemein einen Laser, eine Diode, einen Globar, eine Nernstlampe, eine Bogenlampe, eine Glühlampe, einen Leuchtstoff, eine Leuchtdiode 15e (LED) und/oder ein anderes Licht emittierendes Mittel umfassen. Ferner kann auch Sonnenlicht eingefangen und/oder gebündelt und in den Behälter-Innenraum geleitet werden. Somit kann auch die Sonne als Lichtquelle dienen.
Lichtquellen 15d können bevorzugt elektromagnetische Strahlung emittieren, welche zumindest teilweise in einem für den Menschen sichtbaren Frequenzbereich liegt. Zusätzlich oder alternativ können Lichtquellen 15d auch Licht einer Wellenlänge bzw. Frequenz emittieren, welche zumindest teilweise oder vollständig außerhalb des für den Menschen sichtbaren Frequenzbereichs liegt. Beispielsweise können Lichtquellen 15d ein Licht emittieren, welches eine Frequenz im UV-Bereich und/oder im InfrarotBereich aufweist. Insbesondere können Lichtquellen 15d ein Licht eines breiten Frequenzspektrums emittieren. Alternativ kann eine Lichtquelle 15d, beispielsweise ein Laser, auch ein bezüglich der Frequenz sehr schmalbandiges Licht emittieren.
Ein Bioreaktor gemäß einem der genannten Aspekte kann ferner ein aktives und/oder passives Temperier-system umfassen, welches beispielsweise Wärme ab- und/oder zuführen kann. Dies kann insbesondere dazu dienen, dass eine Überhitzung von lebenden Organismen in dem Medium durch starke Bestrahlung verhindert wird.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
1': Behälterboden
1'': Behälterdeckel/Behälterdecke
1a: Bioreaktor
1b: Einweg-Behälter bzw. Einweg-Beutel
2: Antriebsvorrichtung
3: Rührelement
4: Behälterhülle
4': Umfangswandung der Behälterhülle
4a: Behälterhüllen-Innenfläche
4b: Behälterhüllen-Außenfläche
4c: Behälter-Türwandung
5: Rührfortsatz/Rotorblatt
6: Antriebsseitige Lagerung
7: Gegenlagerung
8: Medium/Biologisches Medium
9: Rührwelle
9a: Rührwellen-Hohlraum
9b: Rührwellen-Wandung
10: Axiale Drehstrommaschine
11: Leuchtmittel-Aufnahmetasche
11a: Leuchtmittel-Aufnahmetaschen-Wandung/Taschen-Wandung
12: Leuchtmittelöffnung
12a: Leuchtmittelöffnung in der Behälterwand
12b: Leuchtmittelöffnung in dem Behälterdeckel/in der Behälterdecke
13: Leitung
14: Elektromagnetische Strahlung/Licht
15: Leuchtmittel/Licht-emittierendes Mittel
15a: Licht-emittierender Stab
15b: Licht-emittierende Faser/Lichtleiter
15c: Licht-emittierende Folie
15d: Lichtquelle
15e: Licht-emittierende Diode
15f: Leuchtmittel oder Lichtquelle angebracht an Behälterhülle von der Außenseite
16: Behälter-Zugang/Port/Behälter-Tür
16a: Ventil
16b: Zugangsrohr
17: Behälter-Innenwand-Strukturierung
18: Schlauch
19: Sensor
20: Rohr
21: Gerüst/Gestell
22: Behälter-Innenraum/ Behälter-Innenvolumen
23: Zulauf/Ablauf
24: Rollen
25: Befestigungsmittel an Leuchtmittel
26: Befestigungsmittel an Behälter
27: gegenüber einer unstrukturierten Behälterhüllen-Innenfläche vergrößerte Fläche
28: Elektronisch steuernde/regelnde Recheneinheit
29: Anbringungsvorrichtung für Licht-emittierende Fasern an einem Stab
29': Ring der Anbringungsvorrichtung
A: Außenseite
a: Licht-emittierender Behälter-Innenwandungsabschnitt
AE: Aufnahme-Eingang der Leuchtmittel-Aufnahmetasche
BH: Behälter-Höhe
BB: Behälter-Breite
b: Licht-emittierender Behälter-Innenwandungsabschnitt
c: Licht-emittierender Rotorblattabschnitt
d: Licht-emittierender Rotorblattabschnitt
e: Licht-emittierender Rotorblattabschnitt
E: Ende der Leuchtmittel-Aufnahmetasche
G: Griff
I: Behälter-Innenseite
L: Linke Seite
LA: Längsachse eines Licht-emittierenden Stabs
O: Obere Kante des Behälters
R: Rechte Seite
T: Taschen-Innenseite
TL: Taschen-Länge
V: Taschen-Innenvolumen

Claims

Einweg-Behälter (1b), wobei der Einweg-Behälter (1b) ein Einweg-Behälter (1b) eines Bioreaktors (1a) ist, mit einem Behälter-Innenraum (22) ausgelegt zum Befüllen mit einem Medium (8), das einen photoreaktiven Stoff umfasst, zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion des photoreaktiven Stoffs, umfassend: eine Behälterhülle (4), welche den Behälter-Innenraum (22) umgibt und zumindest eine Leuchtmittelöffnung (12) zum Einführen zumindest eines Leuchtmittels (15, 15a, 15b) durch die Behälterhülle (4) in einen Bereich des Behälter-Innenraums (22) aufweist; und mindestens eine, zumindest teilweise für eine elektromagnetische Strahlung (14) transparente Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11), welche an der zumindest einen Leuchtmittelöffnung (12) zumindest teilweise innerhalb des Behälter-Innenraums (22) angeordnet und dazu ausgelegt ist, das zumindest eine Leuchtmittel (15, 15a, 15b) von einer Außenseite (A) durch die zumindest eine Leuchtmittelöffnung (12, 12a, 12b) zumindest teilweise aufzunehmen, so dass das Medium (8) zumindest teilweise derart durch das zumindest eine Leuchtmittel (15, 15a, 15b) bestrahlt werden kann, dass die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs mittels einer von dem zumindest einen Leuchtmittel (15, 15a, 15b) emittierten elektromagnetischen Strahlung (14) ausgelöst werden kann, wobei das zumindest eine Leuchtmittel (15, 15a, 15b) durch die zumindest eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) gegenüber dem Medium (8) isoliert ist und wobei die mindestens eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) aus einem gleichen Material wie die Behälterhülle (4), und zwar aus einem Kunststoff, einstückig mit der Behälterhülle (4) ausgebildet ist.
Einweg-Behälter (1b) nach Anspruch 1, wobei die Behälterhülle (4) eine Behälterwandung, einen Behälterboden und einen abnehmbaren Behälterdeckel umfasst, wobei die zumindest eine Leuchtmittelöffnung (12) im Behälterdeckel ausgebildet ist.
Einweg-Behälter (1b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) dazu ausgelegt ist, ein Leuchtmittel (15, 15a, 15b) umfassend einen Licht-emittierenden Stab (15a), eine Licht-emittierende Faser bzw. einen Lichtleiter (15b), eine Licht-emittierende Diode (15e) und/oder eine Lichtquelle, insbesondere eine Lampe und bevorzugt eine röhrenförmige Lampe von der Außenseite (A) durch die Leuchtmittelöffnung (12) zumindest teilweise aufzunehmen.
Einweg-Behälter (1b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Behälter (1b) zumindest teilweise, insbesondere vollständig sterilisierbar ist.
Einweg-Behälter (1b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend ein stabförmiges Element, insbesondere eine Rührwelle (9), wobei an dem stabförmigen Element das Leuchtmittel (15, 15a, 15b), insbesondere ein Lichtleiter (15b), insbesondere mittels einer Wicklung angeordnet ist.
Einweg-Behälter (1b), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Behälter-Innenraum (22) ausgelegt zum Befüllen mit einem Medium (8), das mindestens einen photoreaktiven Stoff umfasst, und ausgelegt zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion, insbesondere einer Photosynthese des photoreaktiven Stoffs, umfassend ein Rührelement (3), das eine Rührwelle (9) mit einem Rührwellen-Hohlraum (9a) und einer zumindest teilweise transparenten Rührwellen-Wandung (9b) aufweist, wobei der Rührwellen-Hohlraum (9a) ein Leuchtmittel (15) aufnehmen kann und die Rührwellen-Wandung (9b) dazu ausgelegt ist, dass das Leuchtmittel (15) eine elektromagnetische Strahlung durch die Rührwellen-Wandung (9b) in den Behälter-Innenraum (22) emittieren und die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs des Mediums (8) auslösen kann.
Einweg-Behälter (1b) nach Anspruch 6, wobei ein Leuchtmittel (15) einen Licht-emittierenden Stab (15a), eine Licht-emittierende Faser bzw. einen Lichtleiter (15b), eine Licht-emittierende Diode (15e) und/oder eine Lichtquelle (15d), insbesondere eine Lampe und bevorzugt eine röhrenförmige Lampe, umfasst.
Einweg-Behälter (1b) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, umfassend eine Behälterhüllen-Innenfläche (4a), welche eine Behälter-Innenwand-Strukturierung (17) umfasst, die dazu ausgelegt ist, - eine bezüglich einer unstrukturierten glatten Behälterhüllen-Innenfläche (4a) vergrößerte Fläche (27) zu bilden und das Leuchtmittel (15) an oder in der Behälter-Innenwand-Strukturierung (17) aufzunehmen; und/oder - ein Strömungsprofil eines Mediums (8) in dem Behälter-Innenraum (22) zu beeinflussen.
Verfahren zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion eines photoreaktiven Stoffs in einem Medium (8) umfassend die folgenden Schritte: - Anordnen mindestens einer, zumindest teilweise für eine elektromagnetische Strahlung (14) transparente Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) an einer Leuchtmittelöffnung (12) einer Behälterhülle (4) eines Einweg-Behälters (1b) eines Bioreaktors (1a) und zumindest teilweise innerhalb eines Behälter-Innenraums (22) des Einweg-Behälters (1b), wobei die mindestens eine Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) aus einem gleichen Material wie die Behälterhülle (4), und zwar aus einem Kunststoff, einstückig mit der Behälterhülle (4) ausgebildet ist; - Zumindest teilweises Aufnehmen eines Leuchtmittels (15, 15a, 15b) durch die Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) von einer Außenseite (A) durch die Leuchtmittelöffnung (12); - Befüllen des Behälter-Innenraumes (22) des Einweg-Behälters (1b) mit dem Medium (8); - Isolieren des Leuchtmittels (15, 15a, 15b) durch die Leuchtmittel-Aufnahmetasche (11) gegenüber dem Medium (8); und - zumindest teilweises Bestrahlen des Mediums (8) mit dem Leuchtmittel derart, dass die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs mittels einer von dem Leuchtmittel (15, 15a, 15b) emittierten elektromagnetischen Strahlung (14) ausgelöst wird.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 9, zum zumindest teilweisen Auslösen mindestens einer photochemischen Reaktion, insbesondere einer Photosynthese eines photoreaktiven Stoffs in einem Medium (8) umfassend die folgenden Schritte: - Anordnen mindestens eines Rührelementes (3) umfassend zumindest eine Rührwelle (9) mit einem Rührwellen-Hohlraum (9a) und einer zumindest teilweise transparenten Rührwellen-Wandung (9b) zumindest teilweise innerhalb des Behälter-Innenraums (22); - Anordnen mindestens eines Leuchtmittels (15, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e) zumindest teilweise innerhalb des Rührwellen-Hohlraums (9a); - Befüllen eines Behälter-Innenraumes (22) eines Behälters (1, 1b), insbesondere eines Behälters (1, 1b) eines Bioreaktors (1a) mit dem Medium (8); - zumindest teilweises Bestrahlen des Mediums (8) mit dem Leuchtmittel durch die Rührwellen-Wandung (9b) derart, dass die photochemische Reaktion des photoreaktiven Stoffs mittels einer von dem Leuchtmittel (15, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e) emittierten elektromagnetischen Strahlung (14) ausgelöst wird.