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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Behälter.
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Die Trends der letzten Jahre in der biopharmazeutischen Industrie weisen verstärkt in die Richtung der Verwendung von Einweg-Komponenten (engl.: single use components). Diese werden nun auch nicht mehr nur im Bereich der Produkt- und Prozessentwicklung eingesetzt, sondern auch im Bereich der klinischen Prüfmusterherstellung (engl.: Clinical Trial Manufacturing, Abk.: CTM) für das Zulassungsverfahren und sogar in der kommerziellen „Guten Herstellungspraxis“ (engl.: Good Manufacturing Practice, Abk.: GMP) bei der Produktion von Arzneimitteln.
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Bei der kommerziellen Fertigung, wie beispielsweise bei der Kultivierung von tierischen Zellen in einem Bioreaktor, finden im Wesentlichen zwei verschiedene Ansätze der Nutzung von Einweg-Komponenten Einzug. Zum einen setzen gerade bei neuen Fabriken, Standorten oder Unternehmen (speziell in Asien) die Betreiber auf einen vollständigen Einweg-Ansatz, bei dem die gesamte Herstellungskette nahezu ausschließlich mit Einweg-Komponenten abgedeckt wird. Sind zum anderen klassische Geräte aus Edelstahl bereits vorhanden, sollen diese in der Regel aufgrund des hohen Anschaffungspreises auch weiterhin genutzt werden. In diesem Fall kommt es zum Einsatz von so genannten Hybrid-Anlagen aus bestehenden Edelstahl-Komponenten und jeweils neu hinzukommenden Einweg-Komponenten. Ein Beispiel dafür ist die Kultivierung von tierischen Zellen in einem Bioreaktor.
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Sowohl für eine geeignete Prozessführung als auch für die Chargenfreigabe (z. B. eines Serums, Impfstoffes oder Allergens) ist es nach heutigem Stand der Technik immer noch unerlässlich, physikalische Proben aus einem Reaktionsgefäß zu entnehmen und einer Offline-Analytik zuzuführen. Dies ist insbesondere aufgrund noch nicht vorhandener Online- bzw. Inline-Analytik notwendig.
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Für Edelstahl-Reaktoren gibt es eine Reihe automatisierter Probenentnahmesysteme, die es ermöglichen zu verschiedenen Zeiten Proben aus dem Reaktor automatisch zu entnehmen, ohne dabei die Sterilität des Reaktors zu gefährden. Hierbei können dampfsteriliserbare Ventillösungen an den Probenentnahmeleitungen zum Einsatz kommen („steam-to“, „steamthrough“).
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Bei Einweg-Reaktoren ist eine einfache sterile Probenahme nur über einen Sterilfilter - und damit zellfrei - möglich. Die Probenentnahme ohne Zellen hat jedoch gravierende Nachteile, da meist auch die offline ermittelten Zellparameter wichtig für die Prozessführung sind. Durch verschiedene Lösungsansätze, wie etwa das Anbringen einer Probenentnahmeapparatur, bei der Nadeln durch ein Septum gestoßen und dann jeweils ein steriler Beutel eines Manifolds befüllt wird (Sartorius TAKEONE® Aseptic Sampling System), versucht man sich, diesem Thema zu nähern. Auch das thermische Anschweißen eines thermoplastischen Probenentnahmeschlauches an einen mit dem Einweg-Bioreaktor fest verbundenen Schlauch unter Verwendung eines aseptischen Schweißgerätes (Sartorius BioWelder®) ist eine gebräuchliche Technik zur sterilen Probenentnahme.
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Aus der
EP 1 637 584 B1 ist ein als Reaktor für eine Kultur dienender Beutel bekannt, der einen Fingerbereich mit mehreren fingerartigen, nach oben in das Innere des Beutels hineinragenden Einstülpungen aufweist. Zur Probenentnahme kann eine solche Einstülpung nach unten auf die Außenseite des Fingerbereichs herausgestülpt und mit der darin befindlichen Probe abgetrennt werden. Dazu werden am Grund der Ausstülpung (das dem Beutel zugewandte Ende der Ausstülpung) zunächst zwei voneinander beabstandete Dichtbereiche gebildet. Mit dem unteren Dichtbereich ist das Innere der Ausstülpung nebst darin befindlicher Probe vom Bereich des Grundes abgedichtet, während mit dem oberen Dichtbereich der restliche Beutel nebst seiner Kultur von der Ausstülpung ebenfalls steril abgedichtet ist. Danach wird der zwischen den Dichtbereichen belassene Zwischenbereich durch Schneiden, Abscheren oder auch Abschweißen oder Absiegeln von dem Fingerbereich des Beutels separiert, ohne dass dadurch die in der Ausstülpung befindliche Kultur oder das Innere des Beutels mit der restlichen Kultur unsteril werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den manuellen Arbeitsaufwand bei der Probenentnahme aus einem Behälter und die damit verbundenen Einschränkungen zu verringern. Insbesondere soll eine mehrfache aseptische Probenentnahme aus einem (flexiblen) Einweg-Behälter auf einfache Weise ermöglicht werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Behälter, insbesondere aus einem Einweg-Behälter, umfasst einen an einer Öffnung des Behälters angeordneten, auf einer Wand des Behälters befestigten Anschlussstutzen mit einem rohrförmigen Abschnitt, der in Strömungsverbindung mit dem Inneren des Behälters steht und sich von der Behälterwand weg erstreckt. Die Vorrichtung umfasst ferner einen separaten Schlauch mit einem ersten Ende, das gegenüber dem Behälterinneren abgedichtet ist, und einem geschlossenen zweiten Ende, das so geführt ist, dass es die Öffnung des Behälters oder den rohrförmigen Abschnitt verschließt. Gemäß der Erfindung ist der Schlauch in eine Trennposition abziehbar.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine mehrfache aseptische Probenentnahme aus einem Behälter ohne Bearbeitung oder Beschädigung des Behälters mithilfe eines mehrfach abtrennbaren Schlauchs möglich ist, der vorzugsweise aus einem dünnen, reißfesten thermoplastischen Material gebildet ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und das Abziehen eines Schlauchabschnitts lässt sich dieser Schlauchabschnitt ohne Umwege - insbesondere ohne Sterilfilter, also mit im Medium vorhandenen Zellen - mit Medium aus dem Behälter befüllen. Der abgezogene und befüllte Schlauchabschnitt kann dann abgetrennt werden. Wenn beim oder nach dem Abtrennen das neu entstandene zweite Schlauchende verschlossen wird, können auf die gleiche Weise weitere Proben entnommen werden, bis der Schlauchvorrat aufgebraucht ist.
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Wie später noch genauer erläutert wird, bedeutet das Abziehen in die Trennposition nicht das Abziehen in eine bestimmte Richtung. Vielmehr soll darunter nur verstanden werden, dass eine bestimmte Schlauchlänge (in beliebiger Richtung) abgezogen wird, die dann in eine zum Abtrennen vom restlichen Schlauch geeignete Position gebracht werden kann.
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Vorzugsweise sind der Behälter und der Stutzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus einem sterilisierbaren Material gefertigt, sodass der Behälter und der bereits am Behälter befestigte Stutzen als Einheit sterilisiert werden können, z. B. durch Gammastrahlen. Dies erspart ein separates Sterilisieren des Behälters und des Stutzens vor dem Zusammenbau, der somit nicht unter sterilen Bedingungen erfolgen muss. Die Einheit aus Behälter und Stutzen kann entweder direkt vor dem Gebrauch oder vor dem Verpacken oder - bei geeignetem Verpackungsmaterial - im verpackten Zustand zusammen mit der Verpackung sterilisiert werden.
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Weiter vorzugsweise sind alle Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, also insbesondere auch der Schlauch, aus einem sterilisierbaren Material gefertigt. Somit kann die gesamte Vorrichtung einschließlich Schlauch an den Behälter angebaut und zusammen mit dem Behälter sterilisiert werden.
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Zur sicheren Befestigung des Stutzens am Behälter weist der Stutzen vorzugsweise einen Flansch auf. Dieser kann dank seiner flächigen Rundum-Auflage stabil an der Wand des Behälters befestigt werden, insbesondere durch Schweißen.
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Vorzugsweise ist das erste Ende des Schlauchs fest am Stutzen angebracht.
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Um den Schlauch vor seinem Gebrauch zur Probenentnahme optimal vor Verunreinigungen und sonstigen Einflüssen zu schützen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass ein Abschnitt des Schlauchs in einem abgedichteten Aufnahmeraum angeordnet ist, wobei das zweite Ende des Schlauchs aus dem Aufnahmeraum heraus geführt ist. Die im Aufnahmeraum befindliche Schlauchreserve kommt weder in Kontakt mit dem Medium im Behälter noch mit der äußeren Umgebung. Das aus dem Aufnahmeraum heraus geführte zweite Ende des Schlauchs steht nur mit seiner Innenseite mit dem Medium in Kontakt, sodass nur diese Seite vor der Probenentnahme steril gewesen sein muss, während die Außenseite des zweiten Endes nicht zwingend steril gehalten werden muss.
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Wenn eine Mehrzahl von Proben aus einem Behälter entnommen werden soll, ist es notwendig, eine ausreichende Länge des Schlauchs vorzuhalten. Um Platz zu sparen und den Aufnahmeraum möglichst klein zu halten, empfiehlt es sich, dass der im Aufnahmeraum angeordnete Schlauchabschnitt gerafft ist. So lässt sich nicht nur eine große Schlauchlänge platzsparend unterbringen, sondern es ist auch ein insoweit ungehindertes Abziehen des Schlauchs möglich, ohne dass eine Beschädigung des Schlauchs zu befürchten ist.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das zweite Ende des Schlauchs von einer den Aufnahmeraum abdichtenden Dichtung gehalten wird. Das bedeutet, dass sich der Schlauch nicht einfach widerstandslos abziehen lässt. Ein versehentliches Abziehen wird durch die Haltefunktion der Dichtung also vermieden.
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In diesem Zusammenhang ist eine solche Abstimmung der Dichtung auf den Schlauch vorteilhaft, bei der der Haftreibungswiderstand des Schlauchs so groß ist, dass eine durch den statischen Druck eines im Behälter befindlichen Mediums auf das zweite Schlauchende ausgeübte Kraft nicht ausreicht, den Schlauch aus dem Aufnahmeraum abzuziehen. Der Schlauch kann also nur durch entsprechend große Krafteinwirkung abgezogen werden, wenn dies tatsächlich gewünscht ist. Ein unkontrolliertes Abziehen ist dagegen ausgeschlossen.
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Eine hierfür ausreichende Haltekraft lässt sich beispielsweise durch eine Dichtung mit zwei Dichtringen erreichen, zwischen denen das zweite Ende des Schlauchs geklemmt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Aufnahmeraum in einem Gehäuseabschnitt des Stutzens gebildet. Für die Bereitstellung des Aufnahmeraums sind also - abgesehen evtl. von einer nicht angeformten (separat zu montierenden) Dichtung - keine weiteren Bauteile notwendig.
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Bei einer ersten Variante dieser Bauform erstreckt sich der Gehäuseabschnitt in das Innere des Behälters. Diese platzsparende Variante hat den Vorteil, dass nur der rohrförmige Abschnitt, durch den der Schlauch mit dem Medium nach außen geführt wird, frei zugänglich ist. Ein unbeabsichtigtes Öffnen des Aufnahmeraums oder Manipulieren der Dichtung ist ausgeschlossen, da der Aufnahmeraum mit der Dichtung nicht frei zugänglich ist.
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Bei einer alternativen zweiten Variante ist der Gehäuseabschnitt außerhalb des Behälters angeordnet. Diese Variante hat den Vorteil, dass der Gehäuseabschnitt das Strömungsverhalten des Mediums im Behälter nicht beeinflusst. Dies ist insbesondere bei Behältern von Bedeutung, die mit einem Rührwerk ausgestattet sind.
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Eine optimale Anordnung des Schlauchs relativ zur Öffnung des Behälters ergibt sich durch eine Bauform, bei der sich der Gehäuseabschnitt ringförmig um einen Freiraum erstreckt. Der Schlauch ist dann gewissermaßen schon über die Öffnung gestülpt und muss nur noch in Längsrichtung des rohrförmigen Abschnitts bewegt werden.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Aufnahmeraum nicht in einem eigens dafür vorgesehenen Gehäuseabschnitt des Stutzens vorgesehen, sondern er ist zwischen dem rohrförmigen Abschnitt des Stutzens und einer den rohrförmigen Abschnitt umgebenden Hülse gebildet. Diese Bauform erleichtert die Handhabung, insbesondere das Aufziehen des Schlauchs, da die Hülse ggf. erst nach dem Aufziehen des Schlauchs auf den rohrförmigen Abschnitt aufgesetzt wird und ggf. wieder abgenommen werden kann.
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Abhängig von der gewünschten Form des abzutrennenden Schlauchabschnitts und im Hinblick auf eine Dosierung des in den Schlauch eintretenden Mediums kann sich bei dieser Ausführungsform eine Gestaltung als vorteilhaft erweisen, bei der sich der Querschnitt des rohrförmigen Abschnitts und/oder der Hülse bezogen auf deren Längsrichtung zu dem von der Behälterwand abgewandten Ende hin verändert.
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Eine besondere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht einen in Längsrichtung des rohrförmigen Abschnitts hin und her verschiebbaren Kolben vor, der am zweiten Ende des Schlauchs angreift. Mithilfe des Kolbens kann der Schlauch ausgehend von einer Parkposition in Richtung des Inneren des Behälters in eine Reservoirposition geschoben werden. Durch die Verschiebung in diese Richtung wird zum einen automatisch eine bestimmte Schlauchlänge abgezogen, in der die zu entnehmende Probe aufgenommen wird. Zum anderen sorgt das Hineinschieben des zweiten Schlauchendes, ggf. bis weit in den Behälter hinein, dafür, dass kein „abgestandenes“, sondern tatsächlich repräsentatives Medium entnommen wird.
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Im Hinblick auf eine automatisierte Probenentnahme ist eine automatisierte Verschiebeeinrichtung zum kontrollierten Verschieben des Kolbens hilfreich.
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Der Kolben zum Verschieben des zweiten Schlauchendes kann neben dem Abziehen des Schlauchs und der Vermeidung der Entnahme von nicht repräsentativem Medium aus einem Totvolumen noch eine weitere Funktion übernehmen. Bei geeigneter Ausbildung des am zweiten Schlauchende angreifenden Endes des Kolbens stellt die Vorderseite des Kolbens eine Abstützfläche für das zweite Schlauchende bereit. Das zweite Schlauchende ist dem statischen Druck des Mediums im Behälter ausgesetzt. Dank der Entlastung durch die Abstützfläche muss das Schlauchmaterial nicht zwangsläufig so reißfest wie die Behälterwand ausgelegt sein.
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Um ein sicheres Mitführen des zweiten Schlauchendes mit dem Kolben zu gewährleisten kann am Kolben eine Greifeinrichtung zum Festhalten des zweiten Schlauchendes vorgesehen sein. Ein unbeabsichtigtes Lösen des zweiten Schlauchendes vom Kolben wird so vermieden.
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Die Führung des Kolbens ist durch eine Gestaltung begünstigt, bei der der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts und der Durchmesser des vom ringförmigen Gehäuseabschnitt umgebenen Freiraums im Wesentlichen gleich groß sind. Der Kolben kann dann problemlos zwischen dem rohrförmigen Abschnitt und dem vom ringförmigen Gehäuseabschnitt begrenzten Freiraum hin und her geschoben werden.
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Der Kolben kann auch dazu benutzt werden, um das zweite Schlauchende vom Behälter weg in die Trennposition zu bringen.
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In der definierten Trennposition wird der abgezogene und mit Medium befüllte Schlauchabschnitt vom restlichen Schlauch abgetrennt. Dies erfolgt vorzugsweise nicht manuell, sondern durch eine vorzugsweise automatisierte Trenneinrichtung.
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Die Trenneinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass beim Abtrennen des abgezogenen Schlauchabschnitts sowohl der abgetrennte Schlauchabschnitt als auch der verbleibende Schlauchabschnitt an der Trennstelle automatisch dicht verschlossen werden. Damit ist zum einen im Hinblick auf eine aseptische Probeentnahme gewährleistet, dass der Behälter weiterhin über eine intakte Sterilbarriere verfügt. Es besteht also kein Risiko, dass während der Probeentnahme der ganze Behälterinhalt kontaminiert wird. Zum anderen ist durch das automatische Verschließen sichergestellt, dass das gesamte System (Behälter und Probeentnahmevorrichtung) permanent geschlossen ist und kein Fluid aus dem Behälter oder aus dem Schlauch austreten kann. Diese Maßnahme hat also auch den Vorteil, dass kein wertvolles Fluid aus dem Behälter verloren geht, und sie erspart darüber hinaus Reinigungsarbeiten und gewährleistet die Sicherheit von anwesendem Personal, insbesondere im Falle eines toxischen Fluids. Das automatische Verschließen kann insbesondere mittels einer geeigneten thermischen Schweißvorrichtung erreicht werden.
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Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass „Abtrennen“ im Sinne der Erfindung nicht zwingend bedeutet, dass ein Schlauchabschnitts vom restlichen Schlauch entfernt wird. Wesentlich ist, dass eine fluiddichte Abtrennung hergestellt wird. Der abgetrennte Schlauchabschnitt kann zunächst mit dem restlichen Schlauch verbunden bleiben, bis eine Mehrzahl auf diese Weise gebildeter Fluid-Kompartimente als Einheit vom restlichen Schlauch entfernt werden.
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Die Trenneinrichtung selbst kann beispielsweise zwei Klemmabschnitte aufweisen, zwischen die ein Teil des abgezogenen Schlauchabschnitts eingeklemmt werden kann. Ähnlich wie bei der Wurstherstellung wird der eingeklemmte Teil des abgezogenen Schlauchabschnitts durchtrennt und dabei gleichzeitig geschlossen.
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Ergänzt werden kann die erfindungsgemäße Vorrichtung durch eine nachgeschaltete automatisierte Etikettiereinrichtung zum Etikettieren des abgetrennten Schlauchabschnitts und/oder eine automatisierte Gefriereinrichtung zum Einfrieren des abgetrennten und mit Medium befüllten Schlauchabschnitts. Der gesamte Prozess der Probenentnahme bis zur (Zwischen-)Lagerung lässt sich so weitgehend ohne Personal durchführen.
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Der abgetrennte Schlauchabschnitt mit der Probe kann auch gleich nach der Entnahme (ggf. nach einer Etikettierung) mittels einer automatisierten Zuführeinrichtung zu einer Analyseeinrichtung befördert werden, in der die Probe vorzugsweise in einem zumindest teilweise automatisierten Prozess zugänglich gemacht und analysiert wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Behälter in seitlicher Schnittansicht in einer Parkposition;
- - 1 a eine Detailansicht aus 1;
- - 2 die Vorrichtung aus 1 in einer Reservoirposition;
- - 2a eine Detailansicht aus 2;
- - 3 die Vorrichtung aus 1 in einer alternativen Reservoirposition;
- - 3a eine Detailansicht aus 3;
- - 4 die Vorrichtung aus 1 in einer Abtrennposition;
- - 4a eine Detailansicht aus 4;
- - 5 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Behälter in seitlicher Schnittansicht in einer Parkposition;
- - 5a eine Detailansicht aus 5;
- - 6a eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Behälter in perspektivischer Ansicht;
- - 6b eine erste seitliche Schnittansicht der Vorrichtung aus 6a ohne Kolben; und
- - 6c eine um 90° gedrehte zweite seitliche Schnittansicht der Vorrichtung aus 6a ohne Kolben.
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In den 1 und 1a ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Entnahme einer Probe aus einem mit einem biotechnologischen Fluid gefüllten Einweg-Behälter dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Anschlussstutzen 12, der an einer Öffnung eines (nur in 1 gezeigten) flexiblen Einweg-Behälters 14 (Beutel) angeordnet ist. Der Stutzen 12 ist mittels eines Flanschs 16 auf der Außenseite der Außenwand des flexiblen Behälters 14 befestigt, z. B. durch Schweißen.
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Vom Flansch 16 erstreckt sich ein ringförmiger Gehäuseabschnitt 18 in das Innere des flexiblen Behälters 14. Zwischen einer Innenwand 20 und einer Außenwand 22 des Gehäuseabschnitts 18 ist ein Aufnahmeraum 24 gebildet, der auf der in den flexiblen Behälter 14 hineinragenden Stirnseite durch einen Boden 26 geschlossen ist. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist der Aufnahmeraum 24 durch einen äußeren Dichtring 28 und einen inneren Dichtring 30, die gegeneinander drücken, begrenzt.
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In dem Aufnahmeraum 24 ist ein geraffter Abschnitt 34 eines flexiblen Schlauchs 32 aufgenommen. Der Schlauch 32 ist aus einem dünnen, reißfesten thermoplastischen Material oder aus einem anderen flexiblen und schweißbaren Material gebildet, das den Sterilitätsanforderungen biopharmazeutischer Prozesse genügt. Das erste Ende 36 des Schlauchs 32 ist im Bereich des Bodens 26 an den Gehäuseabschnitt 18 angeschweißt oder auf sonstige Weise dort befestigt. Das entgegengesetzte zweite Ende 38 des Schlauchs 32 ist zwischen den beiden Dichtringen 28, 30 aus dem Gehäuseabschnitt 18 heraus in Richtung eines rohrförmigen Abschnitts 40 des Stutzens 12 geführt (siehe Detailansicht in 1a). Obwohl sich der Schlauch 32 größtenteils im Inneren des flexiblen Behälters 14 befindet, kommt nur das aus dem Aufnahmeraum 24 heraus geführte zweite Schlauchende 38 mit dem Medium, mit dem der flexible Behälter 14 gefüllt ist, in Kontakt, da der Aufnahmeraum 24 im Gehäuseabschnitt 18, der hier im Wesentlichen durch die Innenwand 20, die Außenwand 22 und den Boden 26 gebildet ist, durch die Dichtringe 28, 30 abgedichtet ist.
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Der rohrförmige Abschnitt 40 erstreckt sich von der Außenseite des Flanschs 16 weg vom flexiblen Behälter 14. In dem rohrförmigen Abschnitt 40, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser des von dem ringförmigen Gehäuseabschnitt 18 umgebenen Freiraums entspricht, ist ein Kolben 42 gelagert, der entlang der Mittelachse (Längserstreckung) des rohrförmigen Abschnitts 40 hin und her verschiebbar ist. Zum kontrollierten Verschieben des Kolbens 42 kann eine automatisierte Verschiebeeinrichtung mit einem Antrieb vorgesehen sein. Alternativ kann der Kolben 42 von Hand verschoben werden. An dem dem flexiblen Behälter 14 zugewandten vorderen Ende des Kolbens 42 ist eine Greifeinrichtung 44 vorgesehen. Die Greifeinrichtung 44 klemmt das zweite Ende 38 des Schlauchs 32 ein (siehe Detailansicht in 1a) und kann dieses bei einer Bewegung des Kolbens 42 mitnehmen. Die Vorderseite des Kolbens 42 bildet um die Greifeinrichtung 44 herum auch eine Abstützfläche 46 für das zweite Schlauchende 38.
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Nachfolgend wird die grundlegende Funktionsweise der Vorrichtung 10 erläutert. In 1 ist die Vorrichtung 10 in der sogenannten Parkposition gezeigt, in der die Vorderseite des Kolbens 42 bezogen auf die Mittelachse des rohrförmigen Abschnitts 40 ungefähr auf der Höhe des Flanschs 16 positioniert ist. Das zweite Ende 38 des Schlauchs 32 ist fest in der Greifeinrichtung 44 eingeklemmt. Der eingeklemmte Abschnitt und der daran angrenzende Bereich des Schlauchs 32 schließen die Öffnung des mit Medium gefüllten flexiblen Behälters 14. Da das zweite Ende 38 des Schlauchs 32 verschweißt oder auf andere Weise verschlossen ist und die beiden Dichtringe 28, 30 auf den dazwischenliegenden Abschnitt des Schlauchs drücken, kann kein Medium aus dem flexiblen Behälter 14 in den rohrförmigen Abschnitt 40 bzw. in den Aufnahmeraum 24 des Stutzens 12 eindringen. Die Abstützfläche 46 des Kolbens 42 entlastet das zweite Ende 38 des Schlauchs 32 von dem statischen Druck, den das Medium auf das zweite Ende 38 des Schlauchs 32 ausübt. Der Haftreibungswiderstand des zwischen die beiden Dichtringen 28, 30 eingeklemmten Schlauchs 32 ist so groß, dass der statische Druck des Mediums in dem flexiblen Behälter 14 - selbst in Abwesenheit des Kolbens 42 - nicht ausreicht, um das zweite Ende 38 des Schlauchs 32 in den rohrförmigen Abschnitt 40 zu drücken.
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Zur Entnahme einer Probe aus dem flexiblen Behälter 14 wird der Kolben 42 zunächst in die in 2 gezeigte sogenannte Reservoirposition verschoben, sodass „frisches“ Medium vor das zweite Schlauchende 38 gelangt. Dabei zieht der Kolben 42 eine der Verschiebestrecke entsprechende Länge von dem im Aufnahmeraum 24 gerafften Schlauchabschnitt 34 ab. Der Schlauch 32 wird dabei gegen den Widerstand der beiden Dichtringe 28, 30 aus dem Aufnahmeraum 24 abgezogen, während die Dichtwirkung aber weiter gewährleistet ist (siehe auch die Detailansicht in 2a).
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Bei der in 2 gezeigten Reservoirposition befindet sich die Vorderseite des Kolbens 42 in etwa auf der Höhe des Bodens 26 des Gehäuseabschnitts 18. Wenn eine größere Probenmenge entnommen werden soll oder eine noch bessere Durchmischung des Mediums vor der Probenentnahme erfolgen soll, kann der Kolben 42 bei Bedarf noch weiter in den flexiblen Behälter 14 hinein verschoben werden, also über den Boden 26 des Gehäuseabschnitts 18 hinaus, wie in den 3 und 3a gezeigt.
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Nach dem Hineinschieben des Kolbens 42 in die Reservoirposition wird der Kolben 42 in die Gegenrichtung in eine sogenannte Trennposition verschoben. Diese Bewegung erfolgt ohne großen Widerstand und bedarf in der Regel keines Antriebs, da der zuvor abgezogene Schlauchabschnitt 48 durch den statischen Druck des Mediums im flexiblen Behälter 14 automatisch durch den rohrförmigen Abschnitt 40 hindurch nach außen gedrückt wird. Sobald der abgezogene Schlauchabschnitt 48 vollständig mit Medium gefüllt ist, bewegt sich dieser Abschnitt 48 nicht weiter nach außen, da die beiden Dichtringe 28, 30 einen weiteren Schlauchabzug verhindern.
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Der abgezogene Schlauchabschnitt 48 ragt nun deutlich über den rohrförmigen Abschnitt 40 hinaus nach außen und kann mittels einer - vorzugsweise automatisierten - Trenneinrichtung 50 abgetrennt werden. In den 4 und 4a ist die Trenneinrichtung 50 beim Abtrennen des abgezogenen Schlauchabschnitts 48 gezeigt. Zwei aufeinander zu bewegbare Klemmabschnitte 52, 54 der Trenneinrichtung haben den abgezogenen Schlauchabschnitt 48 kurz hinter dem rohrförmigen Abschnitt 40 des Stutzens 12 zusammengedrückt. In dieser Position kann die Trenneinrichtung 50 den abgezogenen Schlauchabschnitt 48 thermisch (durch Schweißen) oder auf andere (mechanische) Weise so abtrennen, dass sowohl der abgetrennte Schlauchabschnitt 48 mit der entnommenen Probe als auch der an der Vorrichtung 10 verbleibende Schlauchabschnitt dicht verschlossen sind.
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Nach dem Abtrennen des abgezogenen Schlauchabschnitts 48 kann der Kolben 42, genauer gesagt dessen Greifeinrichtung 44, das neu entstandene zweite Ende 38 des Schlauchs 32 greifen und mit diesem wieder zurück in die Parkposition verschoben werden. Auf diese Weise können mehrere Probenentnahmen durchgeführt werden, so lange bis der in dem Aufnahmeraum 24 aufgenommene geraffte Schlauchabschnitt 34 verbraucht ist.
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In den 5 und 5a ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Entnahme einer Probe aus einem Einweg-Behälter gezeigt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass sich der Gehäuseabschnitt 18 des Stutzens 12 nicht nach innen in den flexiblen Behälter 14 hinein, sondern vom Flansch 16 aus nach außen erstreckt. An den Gehäuseabschnitt 18 schließt sich dann der rohrförmige Abschnitt 40 des Stutzens 12 an.
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Bei dieser Bauform ragt der Gehäuseabschnitt 18 mit dem gerafften Schlauchabschnitt 34 nicht in den flexiblen Behälter 14 hinein und stellt somit kein Strömungshindernis dar. Der Schlauch 32 ist im Aufnahmeraum 24 sowohl vor dem Medium im flexiblen Behälter 14 als auch vor äußeren Einflüssen geschützt.
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Die grundlegende Funktionsweise ist aber identisch zu der der ersten Ausführungsform. Die in den 5 und 5a gezeigte Position des Kolbens 42, bei der dessen Vorderseite ungefähr auf der Höhe des Flanschs 16 positioniert ist, entspricht hier der Parkposition. Ausgehend von dieser Parkposition kann der Kolben 42 gegen den Widerstand der Dichtringe 28, 30 nach innen in das Innere des flexiblen Behälters 14 in die Reservoirposition und anschließend durch den Gehäuseabschnitt 18 und den rohrförmigen Abschnitt 40 nach außen in die Trennposition verschoben werden, in der die Trenneinrichtung 50 dann den mit Medium gefüllten abgezogenen Schlauchabschnitt 48 abtrennt.
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Eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Entnahme einer Probe aus einem Einweg-Behälter ist in den 6a, 6b und 6c gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind - wie bei der zweiten Ausführungsform - der Aufnahmeraum 24 für den gerafften Schlauchabschnitt 34 und der rohrförmige Abschnitt 40 des Stutzens 12 außerhalb des flexiblen Behälters 14 angeordnet.
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Der rohrförmige Abschnitt 40 erstreckt sich hier über eine größere Länge als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist. Je nach den jeweiligen Anforderungen kann sich der Querschnitt des rohrförmigen Abschnitts 40 an seinem vom Behälter 14 abgewandten Ende verändern, insbesondere in einer Ebene erweitern (siehe 6b) und in einer dazu senkrechten Ebene verengen (siehe 6c), obwohl auch dies für die grundlegende Funktion nicht zwingend notwendig ist. Andere Variationen sind selbstverständlich auch möglich.
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Zusammen mit einer den rohrförmigen Abschnitt 40 umgebenden Hülse 56 begrenzt der rohrförmige Abschnitt 40 gleichzeitig den Aufnahmeraum 24 für den gerafften Schlauchabschnitt 34. Ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist der Schlauch 32 an seinem ersten Ende 36 in dem zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 40 und der Hülse 56 gebildeten Aufnahmeraum 24 befestigt und zwischen zwei Dichtringen 28, 30 aus dem Aufnahmeraum 24 herausgeführt, welche wiederum zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 40 und der Hülse 56 an deren vom flexiblen Behälter 14 abgewandten Ende angeordnet sind. Der Schlauch 32 im Aufnahmeraum 24 ist durch den rohrförmigen Abschnitt 40 und die Dichtringe 28, 30 einerseits vor dem Medium im flexiblen Behälter 14 und andererseits durch die Hülse 56 und die Dichtringe 28, 30 auch vor äußeren Einflüssen geschützt.
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Bei der dritten Ausführungsform ist kein verschiebbarer Kolben 42 vorgesehen, obwohl dies grundsätzlich möglich wäre. Der Schlauch 32 wird von Hand oder mithilfe einer Greifeinrichtung 44 gleich in die Trennposition gezogen. Unter einer solchen Greifeinrichtung soll hier jede automatisierte Transporteinrichtung (wie z. B. ein Walzenpaar) verstanden werden. Dabei füllt sich der abgezogene Schlauchabschnitt 48 automatisch mit Medium. In der Trennposition kann dann der abgezogene Schlauchabschnitt 48 automatisch oder manuell abgetrennt werden.
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Insbesondere bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform ohne Kolben 42 kann eine zunächst abgetrennte erste Probe verworfen und stattdessen eine unmittelbar danach entnommene zweite Probe für den vorgesehenen Zweck (Analyse) verwendet werden, um die Entnahme einer „abgestandenen“ Menge von Medium aus dem Totvolumen des rohrförmigen Abschnitts 40 außerhalb der eigentlichen Wand des flexiblen Behälters 14 zu vermeiden.
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Für alle Ausführungsformen gilt, dass „Abtrennen“ nicht zwingend das physikalische Separieren des Schlauchabschnitts 48 vom restlichen Schlauch bedeutet. Es kann zunächst, wie in den 6a bis 6c gezeigt, eine Reihe von Proben-Kompartimenten erzeugt werden, die über die Verschlussbereiche (insbesondere Schweißnähte) physikalisch miteinander verbunden sind, aber nicht in Strömungsverbindung miteinander stehen.
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Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale der Ausführungsformen in sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Außerdem kann die Vorrichtung 10 noch weitere, der Trenneinrichtung 50 nachgeschaltete Einrichtungen umfassen. Diesen nachgeschalteten Einrichtungen kann ein einzelner vom Schlauch entfernter Schlauchabschnitt 48 oder eine vom Schlauch entfernte Probenreihe mit mehreren aneinanderhängenden Kompartiments zugeführt werden. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, einen abgetrennten Schlauchabschnitt 48 oder eine Probenreihe ohne vorheriges Entfernen vom Schlauch direkt einer nachgeschalteten Einrichtung zuzuführen. Nachfolgend wird der Einfachheit halber immer von einem einzelnen abgetrennten Schlauchabschnitt 48 ausgegangen.
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So kann nach dem Abtrennen des mit Medium gefüllten abgezogenen Schlauchabschnitts 48 dieser durch eine automatisierte Etikettiereinrichtung mit einem Etikett in Form eines bedruckten Aufklebers, RFID-Tags oder dergleichen oder direkt durch Bedrucken, Laserbeschriftung oder dergleichen versehen werden, um eine Identifizierung vor einem Einlagern, einem Transport und/oder einer weiteren Verarbeitung (Analyse) zu ermöglichen. Selbstverständlich kann die Etikettierung auch manuell erfolgen.
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An die Trenneinrichtung 50 und die optionale Etikettiereinrichtung kann sich bei Bedarf noch eine Gefriereinrichtung anschließen, um die entnommene Probe direkt (auch automatisiert) einzufrieren, falls die weitere Verarbeitung erst zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen soll.
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Der abgetrennte Schlauchabschnitt 48 mit der Probe kann aber auch mittels einer automatisierten Zuführeinrichtung zur sofortigen Analyse der Probe zu einer Analyseeinrichtung befördert werden. In der Analyseeinrichtung kann die Probe z. B. durch Einstechen einer Nadel in den abgetrennten Schlauchabschnitt 48 zugänglich gemacht werden.
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Nach der Herstellung des flexiblen Behälters 14 mit dem Stutzen 12 und Aufziehen des Schlauchs 32 kann der flexible Behälter 14 zusammen mit dem Stutzen 12 und dem Schlauch 32 sterilisiert werden, insbesondere durch Gammastrahlung. Der Kolben 42 zum Abziehen des Schlauchs 32 und die Trenneinrichtung 50 sowie etwaige weitere Einrichtungen müssen dagegen nicht zwingend steril sein, da sie nicht in direkten Kontakt mit dem Medium oder der Innenseite des Schlauchs 32 gelangen.
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Obwohl die Vorrichtung 10 im Detail nur in Zusammenhang mit einem Einweg-Behälter 14 beschrieben wurde, ist die Vorrichtung 10 grundsätzlich aber auch für Mehrweg-Behälter geeignet.
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In jedem Fall können dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mehrere Proben zu vorgegebenen Zeitpunkten aus demselben Einweg-Behälter 14 entnommen werden, sodass v. a. die zeitliche Entwicklung eines Prozesses im Behälter 14 untersucht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem Einweg-Behälter
- 12
- Anschlussstutzen
- 14
- flexibler Einweg-Behälter
- 16
- Flansch
- 18
- Gehäuseabschnitt
- 20
- Innenwand
- 22
- Außenwand
- 24
- Aufnahmeraum
- 26
- Boden
- 28
- äußerer Dichtring
- 30
- innerer Dichtring
- 32
- Schlauch
- 34
- geraffter Schlauchabschnitt
- 36
- erstes Schlauchende
- 38
- zweites Schlauchende
- 40
- rohrförmiger Abschnitt
- 42
- Kolben
- 44
- Greifeinrichtung
- 46
- Abstützfläche
- 48
- abgezogener Schlauchabschnitt
- 50
- Trenneinrichtung
- 52
- erster Klemmabschnitt
- 54
- zweiter Klemmabschnitt
- 56
- Hülse
