DE102018124666A1 - Verfahren zum Stimulieren des Wachstums von in einer Flüssigkeit enthaltenen Biomasse innerhalb eines Bioreaktors - Google Patents

Verfahren zum Stimulieren des Wachstums von in einer Flüssigkeit enthaltenen Biomasse innerhalb eines Bioreaktors Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stimulieren des Wachstums einer Biomasse, welche innerhalb eines Bioreaktors (11; 21) mit einer Flüssigkeit vermischt ist, mittels ionisierender Strahlung. Dabei gelangen folgende Verfahrensschritte zur Anwendung:
a) Beaufschlagen eines ersten Teilvolumens (15; 25) der sich im Bioreaktor (11; 21) befindenden Flüssigkeit mit ionisierender Strahlung, wobei das erste Teilvolumen (15; 25) maximal 10 % vom Flüssigkeitsvolumen (12; 22) im Bioreaktor (11; 21) umfasst;
b) Vermischen des mit ionisierender Strahlung beaufschlagten ersten Teilvolumens (15; 25) der Flüssigkeit mit dem zweiten Flüssigkeitsteilvolumen im Bioreaktor (11; 21), das nicht mit ionisierender Strahlung beaufschlagt wurde;
c) mehrfaches Wiederholen der Verfahrensschritte a) und b), wobei jedes Teilvolumen der Flüssigkeit im Bioreaktor (11; 21) im statistischen Mittel mit einer Gesamtstrahlendosis von maximal 50 Gy beaufschlagt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stimulieren des Wachstums von in einem flüssigen Nährmedium enthaltenen Bestandteilen, die in einem Bioreaktor kultiviert werden sollen, mittels ionisierender Strahlung.
  • Bioreaktoren erlangen eine zunehmende Bedeutung bei der Energiegewinnung, der Abwasseraufbereitung oder auch beim Herstellen von Impfstoffen, um nur einige Beispiele zu nennen. Unter einem Bioreaktor soll nachfolgend ein Behälter verstanden werden, in dem speziell herangezüchtete Mikroorganismen, Zellen oder andere Bestandteile unter möglichst optimalen Bedingungen in einem flüssigen Nährmedium kultiviert werden, um entweder die Mikroorganismen bzw. Zellen selbst, Teile von ihnen oder eines ihrer Stoffwechselprodukte zu gewinnen oder chemische Verbindungen abzubauen. Unter dem Begriff Biomasse soll nachfolgend die Summe derjenigen Mikroorganismen, Zellen und/oder anderen Bestandteile angesehen werden, die in einem Bioreaktor kultiviert werden. Wie bereits dargelegt, ist Biomasse üblicherweise mit einer auch als Nährmedium fungierenden Flüssigkeit innerhalb eines Bioreaktors vermischt.
  • Um das Wachstum der in einem Bioreaktor kultivierten Biomasse zu fördern, werden vorrangig die Umgebungsbedingungen innerhalb des Bioreaktors wie Temperatur, Druck, Zu- und Abluft sowie die Nährbedingungen für die zu kultivierenden Bestandteile optimiert.
  • Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um das Wachstum von Biomasse in einem Bioreaktor zu fördern und zu stimulieren. In WO 2011/116969 A1 wird zur Förderung des Wachstums von Algen oder Cyanobakterien in einem mit einer wässrigen Lösung gefüllten Behälter vorgeschlagen, dem Behälter einen Seitenstrom der wässrigen Lösung zu entnehmen, mit Kohlendioxid zu sättigen und in Bodennähe wieder in den Behälter zurückzuleiten. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass diese Vorgehensweise nur bei wenigen Mikroorganismenarten anwendbar ist.
  • Unter dem Begriff „Hormesis“ ist eine Hypothese bekannt, nach welcher schädliche oder giftige Substanzen, in sehr geringen Dosen verabreicht, eine positive Wirkung auf Organismen haben können. Bei verschiedenen Substanzen, wie beispielsweise Digitalis, Colchin oder Opium, ist eine solche positive Wirkung bereits nachgewiesen. Aus Laborversuchen ist es ebenfalls bekannt, dass ionisierende Strahlung, in sehr geringen Dosen verabreicht, eine sogenannte biopositive Wirkung auf Viren, Bakterien, Pilze und Algen ausübt [E. Lengfelder, „Gibt es auch eine biopositive Wirkung der ionisierenden Strahlung?“, „Niedrigdosisstrahlung und Gesundheit“, Seiten 97 - 102], was auch mit dem Begriff „Strahlen-Hormesis“ bezeichnet wird. So konnte beispielsweise bei Algen eine Wachstumsbeschleunigung nach einer Röntgenbestrahlung und bei Bakterien und Amöben eine Steigerung der Teilungsaktivität nach dem Verabreichen einer niedrigen Strahlendosis festgestellt werden. Auch in M.G. Vicker et. al., „Hormesis und die biologische Wirkung ionisierender Strahlen: Versuche mit Lungen-Fibroblasten“, „Die Wirkung niedriger Strahlendosen“, Seite 243 ff., ist diese Strahlen-Hormesis benannt, wobei darauf verwiesen wird, dass ionisierende Strahlung die DNS-Reparatursysteme bei E. coli stimuliert. Konkrete Verfahrensschritte, wie eine solche Strahlenbehandlung mit geringer Strahlendosis außerhalb von Laborbedingungen an einer größeren Biomasse vorgenommen werden kann, sind aus den letztgenannten beiden Schriften jedoch nicht bekannt.
  • Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Stimulieren des Wachstums von Biomasse innerhalb eines Bioreaktors zu schaffen, mittels dessen die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Insbesondere soll es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich sein, auch größere Volumen von Biomasse in einem Bioreaktor bezüglich des Wachstums zu stimulieren, wobei das Verfahren eine homogene Behandlung der gesamten Biomasse ermöglichen soll.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Stimulieren des Wachstums von Biomasse, welche mit einer Flüssigkeit innerhalb eines Bioreaktors vermischt vorliegt, durch das Applizieren von ionisierender Strahlung. Als ionisierende Strahlung werden hierbei bevorzugt von einer Elektronenquelle generierte und beschleunigte, niederenergetische Elektronen und/oder von der Elektronenquelle generierte Röntgenstrahlung verwendet. Als niederenergetische Elektronen im Erfindungssinn sind Elektronen mit einer Beschleunigungsspannung von 25 keV bis 300 keV anzusehen.
  • Wie zuvor bereits erwähnt wurde, ist die Biomasse innerhalb eines Bioreaktors üblicherweise mit einer Flüssigkeit vermischt. Wenn nachfolgend eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsteilvolumen innerhalb eines Bioreaktors benannt wird, so umfasst die benannte Flüssigkeit auch die in der Flüssigkeit enthaltene Biomasse bzw. so umfasst das benannte Flüssigkeitsteilvolumen auch die im Flüssigkeitsteilvolumen vermischte Teilmenge der Biomasse.
  • Während bei Verfahren aus dem Stand der Technik oftmals versucht wird, das vollständige Behandeln einer Materialcharge mit ionisierender Strahlung in einem Strahlungsdurchgang zu erledigen, wobei beim Einsatz von Elektronenstrahlen meist hochenergetische, beschleunigte Elektronen zum Einsatz gelangen, beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, lediglich Teilvolumen einer Materialcharge mit ionisierender Strahlung zu beaufschlagen, dafür aber mehrfach und mit sehr geringen Dosen an ionisierender Strahlung.
  • Deshalb wird beim erfindungsgemäßen Verfahren lediglich ein erstes Teilvolumen einer sich in einem Bioreaktor befindenden Flüssigkeit mit ionisierender Strahlung beaufschlagt, wobei das erste Teilvolumen maximal 10 % vom Flüssigkeitsvolumen im Bioreaktor umfasst. Dann wird das mit ionisierender Strahlung beaufschlagte erste Teilvolumen der Flüssigkeit mit dem zweiten Flüssigkeitsteilvolumen im Bioreaktor, das nicht mit ionisierender Strahlung beaufschlagt wurde, vermischt. Die Verfahrensschritte des Bestrahlens eines ersten Teilvolumens der sich im Bioreaktor befindenden Flüssigkeit mit ionisierender Strahlung und des Vermischens des ersten Teilvolumens mit dem zweiten Teilvolumen werden anschließend mehrfach wiederholt. Es ist bekannt, dass für das Stimulieren des Wachstums von Biomasse in Abhängigkeit von der Art der Bestandteile einer Biomasse unterschiedliche Gesamtdosen an ionisierender Strahlung optimal für einen Stimulierungsvorgang sein können. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Wiederholen der beiden Verfahrensschritte des Beaufschlagens eines ersten Teilvolumens mit ionisierender Strahlung und das Vermischen des mit ionisierender Strahlung beaufschlagten ersten Teilvolumens mit dem zweiten Teilvolumen spätestens dann beendet, wenn jedes Teilvolumen der Flüssigkeit im Bioreaktor im statistischen Mittelwert mit einer Gesamtstrahlendosis von 50 Gy beaufschlagt wurde. Die Gesamtstrahlendosis kann aber in Abhängigkeit von der Art der Bestandteile einer Biomasse auch geringer als 50 Gy gewählt werden. Welche Gesamtstrahlendosis bei einer Art der Bestandteile einer Biomasse optimal ist für das Stimulieren des Wachstums der Biomasse, lässt sich anhand von Laborversuchen ermitteln.
  • Das Beaufschlagen lediglich eines relativ kleinen ersten Teilvolumens einer Flüssigkeit in einem Bioreaktor mit ionisierender Strahlung; das Bestrahlen des ersten Teilvolumens während eines Strahlungsdurchgangs mit einer im Verhältnis zur Gesamtstrahlendosis relativ kleinen Strahlungsdosis und das vielfache Durchmischen der Flüssigkeit im Bioreaktor führen dazu, dass die gesamte Flüssigkeit im Bioreaktor und somit auch die gesamte Biomasse im Bioreaktor im statistischen Mittel mit einer homogenen Gesamtdosis an ionisierender Strahlung beaufschlagt wird, was über das Gesamtvolumen der Biomasse betrachtet mit einer homogenen Stimulierung des Wachstums der Biomasse einhergeht. Hierbei wirkt es sich umso vorteilhafter aus, je kleiner ein erstes Teilvolumen der Flüssigkeit im Bioreaktor gewählt wird. Bei einer Ausführungsform wird daher ein erstes Teilvolumen gewählt, welches maximal 5 % vom Gesamtvolumen der Flüssigkeit im Bioreaktor umfasst.
  • Es ist bekannt, dass sich die mittlere Eindringtiefe von niederenergetischen Elektronen in ein Medium und die über die Eindringtiefe betrachtete Verteilung der eingetragenen Energie in das Medium berechnen lässt. In Abhängigkeit davon ist es einem Fachmann möglich, die elektrischen Parameter einer Elektronenquelle derart einzustellen, dass mit den von der Elektronenquelle erzeugten niederenergetischen Elektronen lediglich maximal 10 % und bevorzugt maximal 5 % des Gesamtvolumens einer sich in einem Bioreaktor befindenden Flüssigkeit beaufschlagt wird. Ein Teilvolumen soll erfindungsgemäß dann als mit den niederenergetischen Elektronen einer Elektronenquelle beaufschlagt gelten, wenn in diesem Teilvolumen mindestens 90 % der Energie der von der Elektronenquelle erzeugten niederenergetischen Elektronen eingetragen wird.
  • Wie zuvor bereits angemerkt wurde, ist es auch vorteilhaft, wenn bei einem Bestrahlungsdurchgang eines ersten Teilvolumens auch nur eine geringe Dosis an ionisierender Strahlung in das erste Teilvolumen eingetragen wird. Bei einer weiteren Ausführungsform wird daher ein erstes Teilvolumen der Flüssigkeit im Bioreaktor bei einem Strahlungsdurchgang lediglich mit 1 % der Gesamtdosis an ionisierender Strahlung beaufschlagt, welche zur Wachstumsstimulierung der im ersten Teilvolumen der Flüssigkeit enthaltenden Teilmenge der Biomasse erforderlich ist.
  • Das Applizieren einer solch geringen Dosis an ionisierender Strahlung auf ein relativ kleines zu bestrahlendes erstes Teilvolumen macht es erforderlich, dass zum Stimulieren des Wachstums der gesamten Biomasse im Bioreaktor ein vielfaches Bestrahlen von ersten Teilvolumen und ein vielfaches Durchmischen eines aktuell bestrahlten ersten Teilvolumens mit einem jeweils aktuell nicht bestrahlten zweiten Teilvolumen erforderlich ist, was aber den schon erwähnten Vorteil mit sich bringt, dass alle Partikel im Bioreaktor im statistischen Mittel mit einer gleichen Gesamtdosis an ionisierender Strahlung beaufschlagt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch besonders geeignet, wenn größere Volumen einer Biomasse bezüglich des Wachstums stimuliert werden sollen, wie zum Beispiel bei Bioreaktoren mit einem Fassungsvermögen von mehreren hundert oder gar mehreren tausend Litern.
  • Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teilbereich einer Wandung des Bioreaktors als Elektronenaustrittsfenster der Elektronenquelle ausgebildet, durch welches niederenergetische Elektronen in das erste Teilvolumen der Flüssigkeit innerhalb des Bioreaktors eindringen, wobei Mittel zum Durchmischen der Flüssigkeit im Bioreaktor bewirken, dass sich die Zusammensetzung des ersten Teilvolumens der Flüssigkeit im Bioreaktor verändert.
  • Alternativ kann das erste Teilvolumen des Flüssigkeitsvolumens aber auch aus dem Bioreaktor entnommen, außerhalb des Bioreaktors mit niederenergetischen Elektronen beaufschlagt und danach mit dem im Bioreaktor verbliebenen zweiten Flüssigkeitsvolumen vermischt werden.
  • Wie es zuvor schon einmal beschrieben wurde, kann das Wachstum einer Biomasse erfindungsgemäß stimuliert werden, indem die Energie niederenergetischer Elektronen einer Elektronenquelle und/oder von der Elektronenquelle generierte Röntgenstrahlung in das erste Teilvolumen eingetragen wird. Bekanntlich wird beim Generieren von beschleunigten Elektronen mittels einer Elektronenquelle immer auch Röntgenstrahlung mit erzeugt. Von der Materialart und/oder der Dicke des zu einer Elektronenquelle gehörenden Elektronenaustrittsfensters ist das Verhältnis von in ein Medium eingetragenen niederenergetischen Elektronen und der in das Medium eingetragenen Röntgenstrahlung einstellbar. Wird die Dicke eines Elektronenaustrittsfensters bei gleichbleibendem Elektronenaustrittsfenstermaterial erhöht, dann wird das zuvor beschriebene Verhältnis zugunsten der in das Medium eingetragenen Röntgenstrahlung verschoben. Da es auf der einen Seite Biomassepartikel gibt, bei welchen das Wachstum bevorzugt durch das Applizieren von niederenergetischen Elektronen stimuliert wird und auf der anderen Seite Biomassepartikel, bei welchen das Wachstum bevorzugt durch das Applizieren von Röntgenstrahlung stimuliert wird, kann durch geeignete Wahl des Materials für das Elektronenaustrittsfenster und/oder durch geeignete Wahl der Dicke des Elektronenaustrittsfensters eingestellt werden, ob vermehrt niederenergetische Elektronen oder Röntgenstrahlung in eine Biomasse eingetragen werden soll.
  • Bei einer Ausführungsform wird der Stimulierungsprozess für das Wachstum von Biomasse lediglich einmalig durchgeführt, nachdem die mit Biomasse vermischte Flüssigkeit in den zugehörigen Bioreaktor gefüllt wurde. Alternativ kann der Stimulierungsprozess auch in Abständen von einigen Minuten bis hin zu einigen Monaten wiederholt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. zeigen:
    • 1 eine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung;
    • 2 eine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete alternative Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung.
  • In 1 ist eine Vorrichtung schematisch in einem Schnitt dargestellt, welche zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In einen Bioreaktor 11 wird zunächst ein Flüssigkeitsvolumen 12 einer mit einer Biomasse vermischten Flüssigkeit eingefüllt. Eine Wandung des Bioreaktors 11 ist in einem Bereich als Elektronenaustrittsfenster 13 einer Elektronenquelle 14 ausgebildet. Zum Stimulieren des Wachstums der Biomasse gelangen durch das Elektronenaustrittsfenster 13 niederenergetische Elektronen mit einer Beschleunigungsspannung von 25 keV bis 300 keV in ein erstes Teilvolumen 15 des Flüssigkeitsvolumens 12. Da sich, wie bereits erwähnt, die Eindringtiefe von beschleunigten Elektronen sowie die Verteilung der dabei in die Flüssigkeit eingetragenen Energie berechnen lässt, kann ein Fachmann die elektrischen Parameter der Elektronenquelle 14 erfindungsgemäß derart einstellen, dass das von den niederenergetischen Elektronen der Elektronenquelle 14 beaufschlagte erste Teilvolumen 15 maximal 10 % und vorzugsweise maximal 5 % vom Flüssigkeitsvolumen 12 ausmacht und dass in dieses erste Teilvolumen 15 mindestens 90 % der Energie der niederenergetischen Elektronen eingetragen wird.
  • Vorzugsweise wird das erste Teilvolumen 15 der Flüssigkeit während einer Bestrahlungszeitspanne mit maximal 1 % der Gesamtmenge an niederenergetischen Elektronen beaufschlagt, die zum Stimulieren der mit dem ersten Teilvolumen 15 vermischten Biomassepartikel benötigt wird. In Laborversuchen ist ermittelbar, welche Dosis an niederenergetischen Elektronen erforderlich ist, um alle Biomassepartikel eines Teilvolumens 15 zu stimulieren. In Abhängigkeit davon können von einem Fachmann die elektrischen Parameter der Elektronenquelle 14 auch derart eingestellt werden, dass während einer Bestrahlungszeitspanne maximal 1 % der Gesamtmenge an niederenergetischen Elektronen in das Teilvolumen 15 eindringen, die zum Stimulieren aller Biomassepartikel innerhalb des Teilvolumens 15 benötigt werden.
  • Mittel 16 sorgen dafür, dass ein mit niederenergetischen Elektronen beaufschlagtes erstes Teilvolumen 15 mit dem nicht mit niederenergetischen Elektronen beaufschlagten zweiten Teilvolumen vermischt wird, wodurch auch die Zusammensetzung des ersten Teilvolumens 15 verändert und somit ständig ein neues erstes Teilvolumen 15 ausgebildet wird.
  • Das Beaufschlagen von ersten Teilvolumen 15 mit niederenergetischen Elektronen und das Durchmischen der Flüssigkeit im Bioreaktor 11 werden so lange fortgesetzt, bis alle Biomassepartikel im statistischen Mittel mit der zum Stimulieren erforderlichen Gesamtdosis niederenergetischer Elektronen beaufschlagt sind. Erfindungsgemäß wird jedes Teilvolumen der Flüssigkeit im Bioreaktor 11 im statistischen Mittel mit einer Dosis von maximal 50 Gy beaufschlagt.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Elektronenquelle 14 während des gesamten Prozesses des Stimulierens aller Biomassepartikel im Bioreaktor 11 durchgängig und mit konstanter Leistung betrieben. Alternativ kann die Elektronenquelle 14 aber auch nur periodisch in Zeitintervallen aktiviert werden, wobei die Zeitabschnitte des Aktivierens der Elektronenquelle gleich lang oder unterschiedlich lang sein können.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Flüssigkeit im Bioreaktor 11 während des gesamten Stimulierungsprozesses aller Biomassepartikel innerhalb des Flüssigkeitsvolumens 12 im Bioreaktor 11 kontinuierlich mit den Mitteln 16 durchmischt. Alternativ kann die Flüssigkeit im Bioreaktor 11 auch nur periodisch in Zeitintervallen durchmischt werden, wobei die Zeitintervalle gleich lang oder unterschiedlich lang sein können.
  • Eine alternative Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 schematisch in einem Schnitt dargestellt. In einen Bioreaktor 21 wird zunächst ein Flüssigkeitsvolumen 22 einer mit Biomasse vermischten Flüssigkeit eingefüllt, bei welcher das Wachstum der Biomassepartikel stimuliert werden sollen. Mittels mindestens einer Pumpeinrichtung 27 wird ein kontinuierlicher Strom der sich im Bioreaktor 21 befindenden Flüssigkeit abgezweigt, durch eine Rohrleitung 28 befördert und anschließend wieder dem Bioreaktor 21 zugeführt.
  • Eine Wandung der Rohrleitung 28 ist in einem Bereich als Elektronenaustrittsfenster 23 einer Elektronenquelle 24 ausgebildet. Durch das Elektronenaustrittsfenster 23 gelangen niederenergetische Elektronen mit einer Beschleunigungsspannung von 25 keV bis 300 keV in ein erstes Teilvolumen 25 des Flüssigkeitsvolumens 22. Dabei werden die Rohrleitung 28 und die Elektronenquelle 24 derart dimensioniert, dass die von der Elektronenquelle 24 generierten niederenergetischen Elektronen jeweils nur ein erstes Teilvolumen 25 beaufschlagen, welches maximal 10 % und vorzugsweise maximal 5 % vom Flüssigkeitsvolumen 22 ausmacht, wobei mindestens 90 % der Energie der niederenergetischen Elektronen in das erste Teilvolumen 25 eingetragen wird.
  • Bei dieser Vorgehensweise werden die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Rohrleitung 28 und die elektrischen Parameter der Elektronenquelle 24 derart eingestellt, dass in ein erstes Teilvolumen 25 bei einem Durchlauf (also wenn es einmal am Elektronenaustrittsfenster 25 vorbeiströmt) maximal 1 % der Gesamtmenge an niederenergetischen Elektronen eindringen, die zum Stimulieren aller Biomassepartikel innerhalb des ersten Teilvolumens 25 benötigt werden.
  • Das Beaufschlagen von ersten Teilvolumen 25 mit niederenergetischen Elektronen und das Durchmischen der Flüssigkeit im Bioreaktor 21 werden so lange fortgesetzt, bis eine zuvor berechnete Gesamtdosis an niederenergetischen Elektronen in das Flüssigkeitsvolumen 22 eingetragen wurde.
  • Wird, wie in 2 dargestellt, der kontinuierliche Strom von der sich im Bioreaktor 21 befindenden Flüssigkeit in einem unteren Bereich des Bioreaktors 21 abgezweigt und in einem oberen Bereich des Bioreaktors 21 wieder eingeleitet, dann sorgt allein dieser Vorgang für ein ständiges Durchmischen der sich im Bioreaktor 21 befindenden Flüssigkeit. Zusätzlich kann die sich im Bioreaktor 21 befindende Flüssigkeit aber auch noch mit Hilfe von Mitteln 26 kontinuierlich oder in Zeitintervallen durchmischt werden.
  • Die zu den 1 und 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweisen gewährleisten das Applizieren einer durchgehend homogenen Dosis beschleunigter Elektronen bezogen auf das gesamte Flüssigkeitsvolumen in einem Bioreaktor und sind somit für das Stimulieren des Wachstums einer Biomasse geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in Bioreaktoren zum Herstellen von Impfstoffen oder aber auch bei der Abwasseraufbereitung eingesetzt werden.
  • Bei den zu den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen kann auch innerhalb der Bereiche der ersten Teilvolumen 15 bzw. 25 mindestens ein Sensor angeordnet werden, mit dem die Intensität des Stromes von beschleunigten, niederenergetischen Elektronen; deren Verteilung im Teilvolumen 15 bzw. 25 und/oder die Dosis der im Teilvolumen 15 bzw. 25 applizierten niederenergetischen Elektronen erfasst und mittels einer Auswerteeinrichtung gesteuert werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011/116969 A1 [0004]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Stimulieren des Wachstums einer Biomasse, welche innerhalb eines Bioreaktors (11; 21) mit einer Flüssigkeit vermischt ist, mittels ionisierender Strahlung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Beaufschlagen eines ersten Teilvolumens (15; 25) der sich im Bioreaktor (11; 21) befindenden Flüssigkeit mit ionisierender Strahlung, wobei das erste Teilvolumen (15; 25) maximal 10 % vom Flüssigkeitsvolumen (12; 22) im Bioreaktor (11; 21) umfasst; b) Vermischen des mit ionisierender Strahlung beaufschlagten ersten Teilvolumens (15; 25) der Flüssigkeit mit dem zweiten Flüssigkeitsteilvolumen im Bioreaktor (11; 21), das nicht mit ionisierender Strahlung beaufschlagt wurde; c) mehrfaches Wiederholen der Verfahrensschritte a) und b), wobei jedes Teilvolumen der Flüssigkeit im Bioreaktor (11; 21) im statistischen Mittel mit einer Gesamtstrahlendosis von maximal 50 Gy beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beschleunigte, niederenergetische Elektronen mit einer Beschleunigungsspannung von 25 keV bis 300 keV und/oder Röntgenstrahlung als ionisierende Strahlung verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich einer Wandung des Bioreaktors (11) als Elektronenaustrittsfenster (13) einer Elektronenquelle (14) ausgebildet wird, durch welches niederenergetische Elektronen und/oder Röntgenstrahlung in das erste Teilvolumen (15) der Flüssigkeit innerhalb des Bioreaktors (11) eindringen, wobei Mittel zum Durchmischen der Flüssigkeit im Bioreaktor (11) bewirken, dass sich die Zusammensetzung des ersten Teilvolumens (15) der Flüssigkeit im Bioreaktor (11) verändert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenquelle (14) während des Stimulierungsprozesses der gesamten Biomasse im Bioreaktor (11) durchgängig betrieben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenquelle (14) periodisch aktiviert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Bioreaktor (11) während des Stimulierungsprozesses der gesamten Biomasse im Bioreaktor (11) kontinuierlich durchmischt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Bioreaktor (11) periodisch durchmischt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilvolumen (25) der Flüssigkeit aus dem Bioreaktor (21) entnommen, außerhalb des Bioreaktors (21) mit niederenergetischen Elektronen und/oder Röntgenstrahlung beaufschlagt und danach mit dem im Bioreaktor (21) verbliebenen zweiten Flüssigkeitsvolumen vermischt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein kontinuierlich fließender Flüssigkeitsstrom aus dem Bioreaktor (21) abgezweigt, außerhalb des Bioreaktors an einem Elektronenaustrittsfenster (23) der Elektronenquelle (24) vorbeigeführt, dort mit niederenergetischen Elektronen und/oder Röntgenstrahlung beaufschlagt und danach wieder in den Bioreaktor (21) eingeleitet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Bioreaktor (21) kontinuierlich durchmischt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Teilvolumen (15; 25) verwendet wird, welches maximal 5 % vom Flüssigkeitsvolumen (12; 22) im Bioreaktor (11; 21) umfasst.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 90 % der Energie der niederenergetischen Elektronen in das erste Teilvolumen (15; 25) eingetragen wird
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