DE102020005550A1

DE102020005550A1 - Bioreaktorsysteme sowie Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses

Info

Publication number: DE102020005550A1
Application number: DE102020005550.8A
Authority: DE
Inventors: Marco Leupold; Simon Topp-Manske; Ute Husemann; Sebastian Ruhl; Sascha Gärtner; Yannick Stapel; Regina Wollschmidt; Gerhard Greller; Thomas Dreher
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2022-03-10
Also published as: US20230332091A1; EP4211219A1; JP2023540601A; WO2022053190A1; CN116096849A

Abstract

Ein Bioreaktorsystem (1) zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels (100) weist einen Aufnahmebehälter (10) mit einer Behälterwand (11) auf, die einen Aufnahmeraum (12) definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) der Einwegbioreaktorbeutel (100) aufgenommen ist. Ein Rührsystem (14) ragt zumindest teilweise in den Aufnahmeraum (12) hinein und ist dazu ausgebildet und konfiguriert, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) ein im Einwegbioreaktorbeutel (100) befindliches Biomedium (101) umzurühren. Zumindest eine den Aufnahmeraum (12) verkleinernde und von der Behälterwand (11) verschiedenen Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) dient zum Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums (101). Die zumindest eine Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) ist zumindest teilweise von einem Temperiermedium durchströmt, welches die Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) temperiert.

Description

Die Erfindung betrifft Bioreaktorsysteme zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels sowie Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses.
Bioreaktorsysteme dienen zur Aufnahme, Lagerung und Kultivierung von biologischen Medien wie z. B. Fluiden. Das Biomedium kann dabei in einem Einwegbioreaktorbeutel bereitgestellt werden, der ein Volumen von wenigen Litern bis zu mehreren hundert Litern umfassen kann. Der Einwegbioreaktorbeutel mit dem Biomedium wird in das Bioreaktorsystem eingebracht, in dem das Biomedium über einen vorbestimmten Zeitraum von üblicherweise mehreren Stunden auf einer vorbestimmbaren Temperatur temperiert wird. Weiterhin können in einem solchen Bioreaktorsystem unterschiedliche Untersuchungen an dem biologischen Medium vorgenommen werden.
Die Handhabung eines Bioreaktors kann unter Reinraumbedingungen erfolgen, so dass besonders hohe Anforderungen an die Qualitätssicherung am Bioreaktor gestellt werden. Dabei stellen sich insbesondere hohe Qualitätsanforderungen an die Temperierung und Durchmischung des biologischen Mediums.
Aus dem Dokument WO 2016/192824 A1 ist ein Bioreaktorsystem zur Kultivierung von tierischen Zellen bekannt. Bioreaktorsysteme für einige intensivierte Zellkulturprozesse, wie z.B. mikrobielle Prozesse, phototrophe Prozesse und Prozesse mit Pilzzellen bereiten bislang noch technische Probleme. Zur Kultivierung solcher Zellen kann ein erhöhter Sauerstoffeintrag, ein intensiveres Mischen (d.h. eine erhöhte Rührerdrehzahl und/oder Rührerleistung) und/oder eine verbesserte Kühlung erforderlich sein. Jeder Bioprozess kann (z.B. abhängig von den zu kultivierenden Zellen) individuelle Anforderungen und/oder Funktionen an das Bioreaktorsystem stellen. So benötigen mikrobielle Prozesse im Vergleich zu Zellkulturprozessen einen mehrfach höheren Sauerstofftransfer und eine mehrfach höhere Kühlrate. Die Kulturbrühe bei Pilzprozessen ist oft sehr viskos, weswegen ein hierfür geeignetes Bioreaktorsystem besondere Anforderungen hinsichtlich eines Leistungseintrags und einer Rühreffizienz erfüllen sollte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Durchführung eines mikrobiellen Bioprozesses und/oder phototrophen Bioprozesses und/oder eines Bioprozesses mit Pilzzellen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt betrifft ein Bioreaktorsystem zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels mit einem Aufnahmebehälter mit einer Behälterwand, die einen Aufnahmeraum definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems der Einwegbioreaktorbeutel aufgenommen ist. Ein Rührsystem ragt zumindest teilweise in den Aufnahmeraum hinein und ist dazu ausgebildet und konfiguriert, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems ein im Einwegbioreaktorbeutel befindliches Biomedium umzurühren. Das Bioreaktorsystem weist zumindest eine den Aufnahmeraum verkleinernde und von der Behälterwand verschiedene Schikane auf zum Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums. Dabei ist die zumindest eine Schikane zumindest teilweise von einem Temperiermedium durchströmt, welches die Schikane temperiert.
Das Bioreaktorsystem kann zur Aufnahme eines Einwegbioreaktorbeutels mit einem Arbeitsvolumen von etwa 5 Litern bis etwa 10 000 Litern konfiguriert sein. Dabei ist der Aufnahmebehälter robust genug ausgebildet, um wiederholt zur Durchführung eines Bioprozesses verwendet zu werden. So ist der Aufnahmebehälter als ein wiederbenutzbares Element des Bioreaktorsystems ausgebildet, ähnlich wie zumindest Teile des Rührsystems des Bioreaktorsystems, z.B. wie ein Rührantrieb. Der Einwegbioreaktorbeutel kann mit einer flexiblen Kunststoff-Beutelwand dazu ausgebildet sein, nach jedem Bioprozess entsorgt zu werden.
Der Aufnahmebehälter kann zum Beispiel aus Edelstahl ausgebildet sein, um eine hohe Stabilität, Sterilität und/oder Haltbarkeit zu ermöglichen. Der Aufnahmebehälter weist die Behälterwand auf, die den Aufnahmeraum definiert. Der Aufnahmeraum kann zum Beispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein, z.B. mit einem konvexen Zylinderboden und/oder Zylinderdach. Einzelne Elemente des Bioreaktorsystems können ähnlich konfiguriert sein wie in dem eingangs aufgeführten Dokument WO 2016/192824 A1 offenbart. Dies gilt insbesondere für den Aufnahmebehälter, das Rührsystem, Türen und/oder Kühlsysteme der Behälterwand.
Das Bioreaktorsystem kann insbesondere für intensivierte Zellkulturprozesse unterschiedlicher Hierarchien der Systematik, mikrobielle Prozesse, phototrope Prozesse und/oder Prozesse mit Pilzzellen konfiguriert sein.
Die Behälterwand des Aufnahmebehälters bildet einen stabilen Halt für die flexiblen Wände des Einwegbioreaktorbeutels während des Bioprozesses. Dabei kann der Einwegbioreaktorbeutel und/oder das Biomedium während eines Großteils und/oder während des gesamten Bioprozesses im Inneren des Aufnahmeraums angeordnet bleiben. Während des Bioprozesses können dem Biomedium Teile z. B. als Proben entnommen werden und/oder Bestandteile zugefügt werden. Hierzu können Ports und/oder Leitungen ausgebildet sein, durch die Fluide zu und/oder abgeleitet werden können. Beispielsweise kann ein Überdruckventil zum Ableiten von Gasen vorgesehen sein, genauso wie eine Auslassleitung und/oder eine Zugangsleitung und/oder eine Kreislaufleitung für das Biomedium.
Das Rührsystem dient zum Durchmischen des Biomediums während des Bioprozesses. Dazu kann das Rührsystem zumindest eine Rührwelle aufweisen, die zumindest teilweise in den Aufnahmeraum hineinragt und/oder diesen vollständig durchdringt. An der Rührwelle können Rührelemente und/oder zumindest ein Rühr- und/oder Mischelement angeordnet sein zum Durchmischen des Biomediums während des Bioprozesses.
Um beim Rühren das Auftreten einer laminaren Strömung des Biomediums zumindest zu reduzieren, ist im Aufnahmeraum die zumindest eine Schikane ausgebildet. Die Schikane kann beim Durchmischen des Biomediums Verwirbelungen erzeugen, welche die laminare Strömung stören und somit die Durchmischung des Biomediums verbessern. Bevorzugt können im Aufnahmeraum mehrere Schikanen angeordnet sein, welche unterschiedlich ausgebildet sein können.
Die Schikane kann z.B. benachbart zu und/oder an einer etwa glatten Innenseite der Behälterwand des Aufnahmebehälters angeordnet sein, insbesondere an einer (vom Innenraum aus betrachtet) konkaven Innenseite einer gebogenen Behälterwand. Dort kann die Schikane die glatte Innenfläche der Behälterwand so durchbrechen, dass beim Rühren Verwirbelungen entstehen. Je größer und/oder länger die Schikane ausgebildet ist, um so mehr und/oder stärkere Verwirbelungen können dabei erzeugt werden. Die Schikane kann allerdings auch beabstandet von der Behälterwand im Aufnahmeraum angeordnet sein, solange sie im Berührkontakt mit dem Biomedium ist und bei dessen Durchmischung eine physische und/oder unregelmäßige Barriere im Mischraum bildet. Dies kann zur Reduktion der laminaren Strömung bereits ausreichen.
Da die Schikane von der Behälterwand verschieden ist, sind herkömmliche Schikanen nicht so wie die Behälterwand temperiert. Ist die Schikane untemperiert, so ist die effektive Temperierfläche für das Biomediums reduziert. Zumindest werden bei herkömmlichen Schikanen deren Berührflächen mit dem Biomedium nicht zur Temperierung genutzt und tragen somit nicht zur Kühlleistung bei.
Diesen Nachteil untemperierter Schikanen behebt die temperierte Schikane dadurch, dass sie zumindest teilweise von dem Temperiermedium durchströmbar ist. Dazu kann die Schikane zum Beispiel einen Temperierkanal aufweisen, durch den das Temperiermedium strömen kann. Bevorzugt kann das Temperiermedium die Schikane entlang seiner gesamten Ausbreitungsrichtung durchströmen, wodurch im Wesentlichen die gesamte Schikane temperierbar ist. Die Schikane kann aus einem stark wärmeleitenden Material ausgebildet sein, wie z.B. einem Metall, insbesondere Edelstahl, um mittels guter Wärmeleitung eine effektive Temperierung des Biomediums zu ermöglichen.
Als Temperiermedium kann insbesondere ein Kühlfluid verwendet werden, z.B. ein ähnliches oder das gleiche Kühlfluid, welches auch in einer Kühlung der Behälterwand verwendet wird. Alternativ kann auch ein anderes Temperiermedium für die zumindest eine Schikane verwendet werden, beispielsweise eine Luftkühlung.
Mit anderen Worten kann das Bioreaktorsystem ein Kühlsystem aufweisen, welches zur Kühlung der Behälterwände und/oder zur Kühlung bzw. Temperierung der zumindest einen Schikane verwendet wird.
Durch die Temperierung der Schikane wird die potentielle Kühlleistung des Bioreaktorsystems verbessert. Dabei können selbst anspruchsvolle und/oder intensivierte Zellkulturprozesse wie zum Beispiel mikrobielle Prozesse und/oder Prozesse mit Pilzzellen ermöglicht werden.
Die Schikane ist als ein mechanisches Hindernis im Aufnahmeraum ausgebildet. Das mechanische Hindernis ist dazu ausgebildet und konfiguriert, das Strömungsverhalten des Biomediums beim Durchmischen des Biomediums mittels des Rührsystems zu beeinflussen und/oder zu verändern. Dabei kann es insbesondere zu einer Reduzierung der laminaren Strömung kommen, also zum Beispiel zu Verwirbelungen, die die Durchmischung des Biomediums verbessern und/oder verstärken.
Das Biomedium kann insbesondere als ein flüssiges Biomedium ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zumindest eine Schikane zumindest eine erste Schikanenart, welche an der Behälterwand des Aufnahmebehälters derart anliegt, dass sie von der Behälterwand absteht und in den Aufnahmeraum hineinragt. Dies bedeutet, dass das Bioreaktorsystem zumindest eine Schikane der ersten Schikanenart aufweist. Bevorzugt weist das Bioreaktorsystem mehrere Schikanen der ersten Schikanenart auf. Die Schikane der ersten Schikanenart liegt an der Behälterwand des Aufnahmebehälters an und kann dafür eine der Behälterwand zugewandte Schikanenseitenfläche aufweisen. Dabei kann die Schikane zum Beispiel länglich ausgebildet sein und sich entlang der Behälterwand erstrecken, insbesondere von einem unteren Ende zu einem oberen Ende. Die Schikane kann sich insbesondere in eine Richtung erstrecken, die etwa parallel zu einer Rührwelle des Rührsystems angeordnet ist. Durch das Abstehen von der Behälterwand weist die Schikane der ersten Schikanenart eine Ausdehnungskomponente auf, welche in etwa radialer Richtung zur Rührwelle des Rührsystems angeordnet ist. Dadurch können die Verwirbelungen zur besseren Durchmischung des Biomediums erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zumindest eine Schikane zumindest eine zweite Schikanenart, welche sich zumindest entlang eines Abschnitts beabstandet von der Behälterwand des Aufnahmebehälters durch den Aufnahmeraum erstreckt. Das Bioreaktorsystem kann zumindest eine Schikane der zweiten Schikanenart aufweisen, bevorzugt weist es mehrere Schikanen der zweiten Schikanenart auf. Die Schikane der zweiten Schikanenart kann zum Beispiel von oben herunterhängen in den Aufnahmeraum und den Einwegbioreaktorbeutel hinein und/oder den Aufnahmeraum von einem ersten, z.B. oberen, Ende beabstandet zur Behälterwand zu einem zweiten, z.B. unteren, Ende durchdringen. Die Schikane der zweiten Schikanenart ragt zumindest teilweise in den Einwegbioreaktorbeutel hinein. Hierdurch wird eine Temperierung, insbesondere eine Kühlung, des Biomediums ermöglicht in einem Raumgebiet, welches von der Behälterwand beabstandet ist. Dadurch wird die insgesamt in das Biomedium übertragbare Kühlleistung erhöht, was die Prozessierung intensiverer Zellkulturen ermöglichen kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Schikane einen gegenläufigen Temperierkanal auf, durch den das Temperiermedium die Schikane in zwei einander entgegengesetzte Richtungen durchströmt. Beispielsweise kann der gegenläufige Temperierkanal die Schikane im Wesentlichen vollständig in die zwei einander entgegengesetzten Richtungen durchströmen, zum Beispiel in vertikale Richtungen nach oben und nach unten. Hierbei durchläuft das Temperiermedium die Schikane zweimal und kann dabei besonders gut seinen Kälteinhalt abgeben. Weiterhin wird hierbei nur eine Unterbrechung der Behälterwand zum Einleiten und Ausleiten des Temperiermediums in die und aus der Schikane benötigt, zum Beispiel lediglich an einem oberen Ende der Schikane. Von dort kann es erst ganz nach unten durch die Schikane laufen und von unten wieder ganz nach oben zurück zum oberen Ende der Schikane. Diese doppelte Führung des Temperiermediums durch die Schikane kann eine besonders gleichmäßige Kühlung am oberen und unteren Ende der Schikane bewirken. So ist am Ein- und Auslassende der Schikane das Temperiermedium sowohl am kühlsten, nämlich beim Einleiten des Temperiermediums, als auch am wärmsten, nämlich beim Ausleiten des Temperiermediums nach dem Temperieren des Biomediums. Am gegenüberliegenden Umkehrende in der Schikane weist das Temperiermedium eine etwa mittlere Temperatur auf, da es bereits einmal die Schikane durchlaufen hat. Insgesamt mitteln sich die Kühlleistungen hierbei in etwa so, dass die Kühlleistung am Ein- und Auslassende der Schikane in etwa so stark ist wie am Umkehrende der Schikane. Dadurch wird eine relativ gleichmäßige und somit kontrollierte Kühlung des Biomediums ermöglicht.
Der gegenläufige Temperierkanal kann sowohl in einer Schikane der ersten Schikanenart als auch in einer Schikane der zweiten Schikanenart ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist innerhalb der Schikane zumindest ein Kühlsteg an zumindest einer Schikanenwand angeordnet, an welcher im Betriebszustand des Bioreaktorsystems eine Wandung des Einwegbioreaktorbeutels anliegt. Der Kühlsteg kann beispielsweise vom Temperiermedium umströmt sein und in einen Innenbereich der Schikane hineinragen. Der Kühlsteg kann die Kühlung verbessern und insbesondere starke Temperaturschwankungen bei der Kühlung reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform durchdringt die Schikane den Aufnahmeraum entlang einer etwa vertikalen Richtung etwa vollständig. Dies kann sowohl für eine Schikane der ersten Schikanenart als auch der zweiten Schikanenart gelten. Hierbei weist die Schikane ein oberes Ende und ein unteres Ende auf, wobei das obere Ende nicht zwangsläufig genau oberhalb des unteren Schikanenendes angeordnet sein muss, sondern hierzu seitlich versetzt sein kann. Die Schikane kann im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sein und/oder zumindest im Inneren des Aufnahmeraums einen geradlinigen Abschnitt aufweisen, entlang welchem sie den Aufnahmeraum im Wesentlichen vollständig durchdringt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schikane von einem Ende des Aufnahmeraums ausgehend in den Aufnahmeraum hineinragend ausgebildet. So kann sie beispielsweise von einem oberen Ende in den Aufnahmeraum hinunterragen, ohne am unteren Ende an der Behälterwand befestigt zu sein. Die Schikane weist hierbei somit ein freies Ende an einem dem festen Ende der Schikane gegenüberliegenden Ende auf.
Das Bioreaktorsystem kann unterschiedliche Schikanen aufweisen, z.B. zumindest eine Schikane der ersten Schikanenart und zumindest eine Schikane der zweiten Schikanenart. Das Bioreaktorsystem kann selbst unterschiedliche Schikanen der ersten Schikanenart und/oder unterschiedliche Schikanen der zweiten Schikanenart aufweisen.
Ein zweiter Aspekt betrifft ein Bioreaktorsystem zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels, welches insbesondere als ein Bioreaktorsystem gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sein kann. Das Bioreaktorsystem weist einen Aufnahmebehälter mit einer Behälterwand auf, die einen Aufnahmeraum definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems der Einwegbioreaktorbeutel aufgenommen ist. Ein Rührsystem ist zumindest teilweise in den Aufnahmeraum hineinragend ausgebildet und dazu ausgebildet und konfiguriert, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems ein im Einwegbioreaktorbeutel befindliches Biomedium umzurühren. Zumindest eine den Aufnahmeraum verkleinernde und von der Behälterwand verschiedene Schikane dient zum Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums und liegt an der Behälterwand des Aufnahmebehälters derart an, dass sie von der Behälterwand absteht und in den Aufnahmeraum hineinragt. Die Schikane ist derart abgerundet ausgebildet, dass eine Wandung der Schikane und/oder zumindest ein Übergang von der Behälterwand des Aufnahmebehälters zu der daran anliegenden Wandung der Schikane, an welcher Wandung und/oder welchem Übergang im Betriebszustand der Einwegbioreaktorbeutel anliegt, im Wesentlichen kantenlos ausgebildet ist oder sind.
Das Bioreaktorsystem gemäß dem zweiten Aspekt kann insbesondere eine Ausführungsform des Bioreaktorsystems gemäß dem ersten Aspekt sein. Deswegen betrifft die Beschreibung des Bioreaktorsystems gemäß dem ersten Aspekt zumindest in Teilen das Bioreaktorsystem gemäß dem zweiten Aspekt und umgekehrt. Insbesondere kann das Bioreaktorsystem gemäß dem zweiten Aspekt ein Bioreaktorsystem gemäß dem ersten Aspekt sein, wobei die zumindest eine Schikane als eine Schikane gemäß der ersten Schikanenart ausgebildet ist. Diese Schikane liegt zumindest teilweise an der Behälterwand des Aufnahmebehälters an. Insbesondere kann die Schikane vollständig entlang der Behälterwand des Aufnahmebehälters ausgebildet sein.
Die Schikane ist abgerundet ausgebildet. Bevorzugt ist die Schikane vollständig kantenfrei ausgebildet zumindest an der Seite und/oder den Seiten, an denen im Betriebszustand der Einwegbioreaktorbeutel anliegt. Durch die abgerundete Ausbildung können Lufteinschlüsse zwischen dem Einwegbioreaktorbeutel und der Schikane und/oder der Behälterwand reduziert werden. Bevorzugt ermöglicht es die kantenfreie Form der Schikane, dass der Einwegbioreaktorbeutel im Betriebszustand im Wesentlichen lufteinschlussfrei an der Behälterwand und/oder der Schikane anliegt. Damit werden Luftpolster reduziert, die eine isolierende Wirkung haben können und damit die Temperierung des Biomediums behindern und/oder abschwächen. Dies verbessert die Temperierung und ermöglicht eine effektivere Kühlung des Biomediums.
Die Schikane kann insbesondere so ausgebildet sein, dass sie selber keine scharfe Kante aufweist, sondern lediglich abgerundete Kanten. So kann die Schikane z.B. nur Wandungen mit Berührkontakt zum Bioreaktorbeutel aufweisen, die im Querschnitt keine Richtungsänderung aufweisen, die stärker abgeknickt ist als eine Kreisbahn eines Kreises mit einem Durchmesser von mindestens etwa einem Zentimeter. Demnach weist eine Schikane, welche etwa senkrecht von der Behälterwand absteht und in den Aufnahmeraum hineinragt, zumindest an ihrer abgerundeten Kante eine Mindestdicke von etwa einem Zentimeter auf.
Die Schikane kann somit derart kantenfrei ausgebildet sein, dass sie keine zum Aufnahmeraum gerichtete scharfen Kanten aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann die Schikane auch frei von jeglichen Eckräumen ausgebildet sein, die vom Aufnahmeraum weg zeigen. Dies können z.B. Eckräume zwischen einer Wandung der Schikane und der Behälterwand sein, an denen sich ansonsten Luftpolster bilden könnten. Auch diese Eckräume können derart abgerundet sein, dass sie im Querschnitt keine Richtungsänderung aufweisen, die stärker abgeknickt ist als eine Kreisbahn eines Kreises mit einem Durchmesser von mindestens etwa einem Zentimeter.
Die abgerundete Ausbildung der Schikane kann Lufteinschlüsse reduzieren und die Temperierung verbessern. Dadurch kann die Kultivierung komplizierterer und/oder intensiverer Zellprozesse ermöglicht werden.
Hierbei kann insbesondere der ganze Aufnahmeraum im Wesentlichen kantenfrei ausgebildet sein, also jede Schikane und jeder Übergang zwischen der Schikanenwandung und der Behälterwand weist wie oben beschrieben im Querschnitt keine Richtungsänderung auf, die stärker abgeknickt ist als eine Kreisbahn eines Kreises mit einem Durchmesser von mindestens etwa einem Zentimeter.
Ein dritter Aspekt betrifft ein Bioreaktorsystem zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels, welches zum Beispiel eine Ausführungsform des Bioreaktorsystems gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekts sein kann. Das Bioreaktorsystem weist einen Aufnahmebehälter auf mit einer Behälterwand, die einen Aufnahmeraum definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems der Einwegbioreaktorbeutel aufgenommen ist. Ein Rührsystem weist eine Rührwelle auf, welche zumindest teilweise in den Aufnahmeraum hineinragt und dazu ausgebildet und konfiguriert ist, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems ein im Einwegbioreaktorbeutel befindliches Biomedium umzurühren. Zumindest eine den Aufnahmeraum verkleinernde und von der Behälterwand verschiedene Schikane zum Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums liegt an der Behälterwand des Aufnahmebehälters derart an, dass sie von der Behälterwand absteht und in den Aufnahmeraum hineinragt. Dabei erstreckt sich die Schikane in einer Schikanenerstreckungsrichtung entlang der Gehäusewandung des Aufnahmebehälters. Die Schikanenerstreckungsrichtung ist winklig zu einer Rührwellenerstreckungsrichtung der Rührwelle angeordnet.
Die Rührwellenerstreckungsrichtung erstreckt sich hierbei entlang der Rührwelle, d.h. die Rührbewegung des Rührsystems erfolgt mittels einer Rotation um die Rührwellenerstreckungsrichtung.
Der Begriff „winklig“ bedeutet hierbei, dass die Schikanenerstreckungsrichtung nicht parallel zur Rührwellenerstreckungsrichtung angeordnet ist. So kann die Schikanenerstreckungsrichtung in einem Winkel zur Rührwellenerstreckungsrichtung angeordnet sein, welcher zumindest etwa 1° beträgt, bevorzugt zumindest etwa 2°. Die winklige Anordnung betrifft hierbei die jeweils zugehörigen Richtungsvektoren, weswegen die tatsächliche Schikanenerstreckungsrichtung die Rührwellenerstreckungsrichtung nicht zwingend schneiden muss. Eine Projektion ins Zweidimensionale, z.B. auf eine vertikale Ebene, kann einen solchen Schnittpunkt enthalten sowie einen Schnittwinkel, welcher zumindest etwa 1° groß sein kann. Die Richtungsvektoren der beiden Erstreckungsrichtungen bilden dabei bevorzugt einen Winkel, welcher nicht größer als etwa 30° beträgt, bevorzugt bis maximal etwa 20°, besonders bevorzugt bis maximal etwa 10°.
Die Schikane kann sich in Schikanenerstreckungsrichtung etwa geradlinig erstrecken, zum Beispiel entlang der Behälterwand von einem unteren Schikanenende zu einem oberen Schikanenende. Alternativ dazu kann die Schikane auch in einem Boden des Aufnahmebehälters angeordnet sein, sofern die winklige Anordnung gegeben ist. Bevorzugt ist die Schikane jedoch in einer etwa vertikalen Seitenwand der Behälterwand angeordnet. Das obere Schikanenende kann horizontal versetzt zum unteren Schikanenende sein, zum Beispiel zumindest etwa 5 cm horizontal versetzt. Der genaue Versatz richtet sich nach der Höhe des Aufnahmebehälters und kann somit vom Winkel zwischen den Erstreckungsrichtungen und dem Arbeitsvolumen abhängig sein.
Die Schikane kann dabei zumindest einen Abschnitt eines Schraubengewindes bilden entlang der Behälterwand in Rührwellenerstreckungsrichtung bilden.
Wesentlich für diese Art der Schikane ist es, dass die Erstreckungsrichtung der Schikane nicht parallel zum Rotationsvektor der Rührwelle ist, sondern hierzu verschieden. Damit wirkt die Schikane ähnlich zu einem Schraubengewinde, wodurch das Biomedium nicht nur von der Rührbewegung her um die Rührwelle herum bewegt wird, sondern von der Schikane zusätzlich auch in Erstreckungsrichtung der Rührwelle angehoben und/oder abgesenkt werden kann. So kann die Neigung der Schikane das Biomedium sozusagen im Aufnahmeraum nach oben und/oder nach unten schrauben, abhängig von der Rührrichtung. Dies verbessert die Rührleistung und/oder die Durchmischung. Das Mischen wird hierbei verstärkt und es können intensivere Bioprozesse in dem Bioreaktorsystem stattfinden.
Das Bioreaktorsystem gemäß dem dritten Aspekt kann als eine Ausführungsform eines Bioreaktorsystems gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt ausgebildet sein. Deshalb können die Beschreibungen der einander entsprechenden Merkmale (wie z.B. Aufnahmebehälter, Aufnahmeraum, Einwegbioreaktorbeutel, etc.) sämtliche Bioreaktorsysteme betreffen.
In einer Ausführungsform des Bioreaktorsystems gemäß dem dritten Aspekt ist die Schikane entlang der Schikanenerstreckungsrichtung als ein Innengewinde des Aufnahmeraums ausgebildet. Dieser Effekt kann insbesondere dadurch verstärkt werden, dass mehr als eine Schikane entlang der Innenseite der Behälterwand winklig zur Rührwellenerstreckungsrichtung und z.B. parallel zueinander ausgebildet ist. Als eine Art Innengewinde wird der Effekt der vertikalen Durchmischung mittels der winkligen Schikane verstärkt und/oder verbessert. Dadurch wird die Durchmischung verstärkt und/oder effektiver.
Gemäß einer Ausführungsform des Bioreaktorsystems gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt weist die zumindest eine Schikane eine Wärmeleitfähigkeit auf, welche größer als 10 W/(m K) ist. Dabei kann die Schikane z.B. massiv ausgebildet sein. Die Schikane ist somit zum Beispiel metallisch und weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Auch hierdurch wird die Temperierung des Biomediums verbessert, da die Schikane eine Temperierung gut an das Biomedium weitergeben kann.
Ein vierter Aspekt betrifft ein Bioreaktorsystem zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels, welches eine Ausführungsform eines Bioreaktorsystems gemäß dem ersten, zweiten und/oder dritten Aspekt sein kann. Das Bioreaktorsystem weist einen Aufnahmebehälter mit einer Behälterwand auf, die einen Aufnahmeraum definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems der Einwegbioreaktorbeutel aufgenommen ist. Weiter ist zumindest ein Sondenfenster vorgesehen, welches im Betriebszustand des Bioreaktorsystems einen Blick ins Innere des Einwegbioreaktorbeutels freigibt. Das Sondenfenster weist zumindest eine wärmeleitende Sondenfensterabdeckung auf, welche wärmeleitend an eine Kühlung des Bioreaktorsystems gekoppelt ist.
Sondenfenster dienen üblicherweise zum Ankoppeln von Sonden und/oder zur Beleuchtung des Biomediums. Dabei können an den Sondenfenstern auch Ports sein, durch welche Sonden ins Innere des Aufnahmeraums eingeführt werden können. Hier weist das Sondenfenster die Sondenfensterabdeckung auf, welche wärmeleitend ausgebildet ist und an die Kühlung des Bioreaktorsystems gekoppelt ist. Die Sondenfensterabdeckung kann insbesondere beweglich sein, zum Beispiel auf- und zuklappbar. Dabei kann die Sondenfensterabdeckung zum Beispiel einen oder mehrere Flügeltüren aufweisen. Die Sondenfensterabdeckung kann zum Beispiel metallisch sein und/oder in einem geschlossenen, das Sondenfenster abdeckenden Zustand eng an der Behälterwand anliegen. Dadurch kann über eine ausreichende Kopplungsfläche eine Wärmeleitung zwischen der Sondenfensterabdeckung und der temperierten Behälterwand hergestellt werden. Durch die Temperierung der Behälterwand wird somit auch die Sondenfensterabdeckung temperiert, also zum Beispiel gekühlt. Alternativ kann die Sondenfensterabdeckung selbst gekühlt sein, also zum Beispiel von einem Temperiermedium zumindest teilweise durchflossen sein.
Die Kühlung des Bioreaktorsystems kann hierbei insbesondere eine Kühlung der Behälterwand und/oder eine Kühlung zumindest einer Schikane des Bioreaktorsystems sein.
Durch diese Art der Sondenfensterabdeckung wird die Kühlung des Biomediums insgesamt verbessert, da auch am Sondenfenster eine Temperierung ermöglicht wird, und somit die Kultivierung intensiverer Zellprozesse ermöglicht.
Ein fünfter Aspekt betrifft ein Bioreaktorsystem zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels, welches insbesondere eine Ausführungsform eines Bioreaktorsystems gemäß dem ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Aspekts sein kann. Das Bioreaktorsystem weist einen Aufnahmebehälter mit einer Behälterwand auf, der einen Aufnahmeraum definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems der Einwegbioreaktorbeutel aufgenommen ist. Ein Rührsystem, welches zumindest teilweise in den Aufnahmeraum hineinragt, ist dazu ausgebildet und konfiguriert, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems ein im Einwegbioreaktorbeutel befindliches Biomedium umzurühren. Das Rührsystem weist eine Rührwelle auf, welche den Aufnahmeraum im Betriebszustand des Bioreaktorsystems vollständig von einem ersten Rührende zu einem zweiten Rührende durchdringt. Sowohl an dem ersten Rührende als auch an dem zweiten Rührende ist jeweils zumindest ein Rührantrieb des Rührsystems ausgebildet zum Antreiben der Rührwelle.
Herkömmlich werden Rührwellen einseitig angetrieben, während das andere Rührwellenende frei schwebend im Bioreaktor angeordnet ist. Alternativ kann das andere Rührwellenende lediglich drehbar gelagert sein. Das Bioreaktorsystem gemäß dem fünften Aspekt weist hingegen eine Rührwelle auf, die von zumindest zwei Rührantriebe angetrieben ist, die an unterschiedlichen Rührwellenenden angreifen. Dabei ist der erste Rührantrieb am ersten Rührende angeordnet und der zweite Rührantrieb am zweiten Rührende. Durch die beiden Rührantriebe kann insgesamt mehr Rührleistung aufgebracht werden als bei herkömmlichen Bioreaktorsystemen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen oberen Rührantrieb und einen unteren Rührantrieb handeln. Durch diese Erhöhung der insgesamt verfügbaren Leistung ermöglicht das Bioreaktorsystem, selbst sehr viskose Zellen (wie zum Beispiel Pilzzellen) hinreichend zu vermischen, um einen entsprechenden Bioprozess zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die beiden an den Rührenden angeordneten Rührantriebe so betreibbar, dass sie die Rührwelle gleichzeitig und zusammen in die gleiche Drehrichtung antreiben. Damit kann beispielsweise eine doppelte Leistung als Rührleistung in das Biomedium eingebracht werden. Dies verbessert die Durchmischung und erlaubt das Kultivieren intensiver und/oder sehr viskoser Biomedien. Hierbei sind die beiden Rührantriebe so aufeinander abgestimmt, dass sie im Gleichklang, synchron und/oder gleich schnell die Rührwelle zusammenantreiben.
Gemäß einer Ausführungsform sind die beiden an den Rührenden angeordneten Rührantriebe so betreibbar, dass sie die Rührwelle in gegenläufige Drehrichtungen antreiben. Dabei können die Rührantriebe so ausgebildet sind, dass sie die Rührwelle entweder zugleich oder zeitlich versetzt zueinander antreiben. So kann zum Beispiel der erste Rühreintrieb lediglich zum Antreiben gegen den Uhrzeigersinn und der zweite Rührantrieb lediglich zum Antreiben mit dem Uhrzeigersinn ausgebildet sein. Je nach Betriebszustand treibt entweder der erste oder der zweite Rührantrieb die Rührwelle an. Insbesondere kann aber auch ein Betriebsmodus vorgesehen sein, in welchem die beiden Rührantriebe die Rührwelle gleichzeitig in gegenläufige Richtungen antreiben. Dazu kann die Rührwelle zum Beispiel mehrteilig ausgebildet sein, wobei sich ein erster Teil der Rührwelle, welcher benachbart zum ersten Rührantrieb angeordnet ist, in eine erste Drehrichtung dreht und ein zweiter Teil der Rührwelle, welcher benachbart zum zweiten Rührantrieb angeordnet ist, in eine gegenläufige zweite Drehrichtung. Dieses Durchmischen in unterschiedliche Drehrichtungen kann ebenfalls zu einer besonders effektiven und starken Durchmischung des Biomediums führen und somit viskose Biomedien der Kultivierung im Bioreaktor zugänglich machen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Bioreaktorsystem eine Vorkühlvorrichtung zum Vorkühlen des Biomediums auf, welches während eines Bioprozesses in den Einwegbioreaktorbeutel leitbar ist. Bei manchen Bioprozessen wird während des Bioprozesses zusätzliches (z.B. frisches) Biomedium und/oder zumindest Bestandteile und/oder Nährstoffe des Biomediums in den Einwegbioreaktorbeutel eingeleitet. Sämtliche dieser während des Bioprozesses eingeleiteter Medien können von der Vorkühlvorrichtung vorgekühlt sein und/oder die Vorkühlvorrichtung durchlaufen. Sie werden deswegen bereits vorgekühlt in den Bioreaktor eingeführt. Auch hierdurch wird die Kühlung insgesamt verbessert und effektiver ausgebildet.
Sämtliche voranstehend beschriebenen Bioreaktorsysteme gemäß dem ersten bis fünften Aspekt sind miteinander kompatibel und betreffen die zugrundeliegende Aufgabe, die Durchführung eines mikrobiellen Bioprozesses und/oder phototrophen Bioprozesses und/oder eines Bioprozesses mit Pilzzellen zu ermöglichen. Deswegen können sämtliche voranstehend beschriebene Bioreaktorsysteme als Ausführungsformen zumindest eines der anderen Bioreaktorsysteme ausgebildet sein. Voranstehend sind redundante Beschreibungen vermieden. Die Erläuterungen der einander entsprechenden Merkmale (wie z.B. Aufnahmebehälter, Aufnahmeraum, Einwegbioreaktorbeutel, etc.) können auf sämtliche Bioreaktorsysteme zutreffen, die diese Merkmale aufweisen, und sind deswegen auch als Beschreibung dieser Bioreaktorsysteme zu verstehen.
Ein sechster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses in einem Einwegbioreaktorbeutel mit den Schritten:

- Bereitstellen eines Bioreaktorsystems nach dem ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Aspekt;
- Einbringen des Bioreaktorbeutels in den Aufnahmeraum des Aufnahmebehälters;
- Umrühren des im Einwegbioreaktorbeutel befindlichen Biomediums mittels des Rührsystems; und
- Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums mittels der zumindest einen Schikane.

Das Verfahren betrifft den Betriebszustand und somit das Betreiben des Bioprozesses in einem Bioreaktorsystem gemäß dem ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Aspekt. Hierbei kann die Beschreibung der Bioreaktorsysteme gemäß diesen Aspekten auch das Verfahren betreffen und umgekehrt. Die Schikane wird genutzt, um die laminare Strömung des Biomediums zu reduzieren. Hierbei kann die Schikane gekühlt sein und eine effektivere Kühlung des Biomediums ermöglichen, wie im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Die Schikane kann abgerundet ausgebildet sein und die Bildung von isolierenden Luftpolstern reduzieren, wie im Zusammenhang mit dem zweiten Aspekt beschrieben. Die Schikane kann so geformt sein, dass sie die Durchmischung im Bioreaktor unterstützt und/oder verbessert, wie im Zusammenhang mit dem dritten Aspekt beschrieben. Die Kühlung kann anderweitig verbessert sein, zum Beispiel mittels einer wärmeleitenden Sondenfensterabdeckung, wie im Zusammenhang mit dem vierten Aspekt beschrieben. Deswegen kann das Verfahren die Prozessierung von intensiven Zellkulturen, insbesondere von mikrobiellen Prozessen, phototrophen Prozessen und/oder Prozessen mit Pilzzellen ermöglichen.
Ein siebter Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses in einem Einwegbioreaktorbeutel, insbesondere in Kombination mit dem Verfahren gemäß dem sechsten Aspekt, mit den Schritten:

- Bereitstellen eines Bioreaktorsystems gemäß dem fünften Aspekt;
- Einbringen des Einwegbioreaktorbeutels in den Aufnahmeraum des Aufnahmebehälters; und
- Antreiben der Rührwelle mit den beiden Rührantrieben derart, dass das im Einwegbioreaktorbeutel befindliche Biomedium umgerührt wird.

Dabei kann die Rührwelle entweder so angetrieben werden, dass die Rührantriebe die Rührwelle synchron in dieselbe Richtung antreiben oder gegenläufig. Die beiden Rührantriebe erhöhen die insgesamt in das Biomedium einbringbare Leistung und ermöglichen somit eine effektivere Durchmischung des Biomediums, selbst bei viskosen Biomedien.
Gemäß einer Ausführungsform wird während des Bioprozesses ein vorgekühltes Biomedium in den Einwegbioreaktorbeutel geleitet. Alternativ oder zusätzlich können lediglich Bestandteile des während des Bioprozesses eingeleiteten Biomediums vorgekühlt sein.
Gemäß einer Ausführungsform werden während des Bioprozesses im Biomedium mikrobielle Zellen und/oder Pilzzellen kultiviert. Dies wird dadurch ermöglicht, dass eine besonders effektive Kühlung verwendet wird, eine besonders hohe Rührleistung erbracht wird und/oder beides erfolgt. Je nach Prozess kann ein entsprechend aufwendiges Verfahren verwendet werden, um die Kultivierung selbst sehr aufwendiger Zellen zu ermöglichen.
Im Rahmen dieser Erfindung können die Begriffe „im Wesentlichen“ und/oder „etwa“ so verwendet sein, dass sie eine Abweichung von bis zu 5% von einem auf den Begriff folgenden Zahlenwert beinhalten, eine Abweichung von bis zu 5° von einer auf den Begriff folgenden Richtung und/oder von einem auf den Begriff folgenden Winkel.
Begriffe wie oben, unten, oberhalb, unterhalb, lateral, usw. beziehen sich - sofern nicht anders spezifiziert - auf das Bezugssystem der Erde in einer Betriebsposition des Gegenstands der Erfindung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Hierbei können gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Merkmale der Ausführungsformen kennzeichnen. Einzelne in den Figuren gezeigte Merkmale können in anderen Ausführungsbeispielen implementiert sein. Es zeigen:

1 in einer perspektivischen Darstellung ein Bioreaktorsystem zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels;
2 in einer perspektivischen Darstellung eine vertikale Schnittansicht durch das Bioreaktorsystem zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels;
3A eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform einer temperierten Schikane;
3B eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer temperierten Schikane;
3C einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer temperierten Schikane;
4A einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer massiven Schikane;
4B einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Hohlraumschikane;
5A eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Bioreaktorsystems, in dessen Aufnahmeraum eine temperierte Schikane angeordnet ist;
5B eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Bioreaktorsystems, in dessen Aufnahmeraum eine temperierte Schikane angeordnet ist;
6A einen Querschnitt durch eine Stegschikane;
6B einen Querschnitt durch eine Winkelschikane;
7A einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Wellenschikane;
7B einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Doppelwellenschikane;
8A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Bioreaktorsystems mit einer geschlossenen Sondenfensterabdeckung;
8B eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Bioreaktorsystems mit einer geöffneten Sondenfensterabdeckung;
9A mehrere Ansichten einer Ausführungsform eines Aufnahmebehälters mit winkligen Wellenschikanen; und
9B mehrere Ansichten einer Ausführungsform eines Aufnahmebehälters mit winkligen, abgerundeten Stegschikanen.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Bioreaktorsystem 1 zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels. Ein ähnliches Bioreaktorsystem ist aus dem eingangs erwähnten Dokument WO 2016/192824 A1 bekannt. Dieses vorbekannte Bioreaktorsystem ist zur Kultivierung tierischer Zellen in weniger intensiven Bioprozessen ausgelegt. Es liegen einige strukturelle Gemeinsamkeiten zwischen dem vorbekannten Bioreaktorsystem und der Ausführungsform des Bioreaktorsystems 1 vor.
Das Bioreaktorsystem 1 weist einen Aufnahmebehälter 10 auf, der im Wesentlichen die Form eines vertikal angeordneten Zylinders aufweisen kann, d.h. dessen Zylinderachse im Wesentlichen vertikal angeordnet sein kann. Der Aufnahmebehälter 10 weist eine Behälterwand 11 auf, welche einen Aufnahmeraum 12 definiert, in den ein Einwegbioreaktorbeutel eingebracht werden kann, der ein biologisches Medium beinhalten kann. Der Aufnahmeraum 12 kann zur Aufnahme eines Einwegbioreaktorbeutels mit einem Volumen von etwa 5 l bis etwa 10000 l ausgebildet sein. Gängige Einwegbioreaktorbeutel können z.B. 5 l, 10 l, 50 l, 100 l, 200 l, 500 l, 1000 l oder 2000 l Biomedium fassen. Bevorzugt ist der Aufnahmeraum 12 zur gleichzeitigen Kultivierung von zumindest etwa 100 l Biomedium ausgebildet, bevorzugt von zumindest etwa 500 l, 1000 l oder insbesondere sogar 10000 l.
Das biologische Medium im Einwegbioreaktorbeutel wird im Aufnahmeraum des Aufnahmebehälters 10 über einen vorbestimmbaren Zeitraum gelagert. Während sich der Einwegbioreaktorbeutel mit dem biologischen Medium im Inneren des Aufnahmebehälters 10 befindet, können sich unterschiedliche Reaktionen mit oder an dem biologischen Medium ereignen. Insbesondere können dabei Zellen kultiviert werden.
Zur Beobachtung des biologischen Mediums können in der Behälterwand 11 ein oder mehrere Sichtfenster ausgebildet sein, durch das bzw. die von außen durch die Behälterwand 11 hindurch in den Aufnahmeraum 12 des Aufnahmebehälters 10 hineingeblickt werden kann. Dadurch kann das biologische Medium beobachtet werden.
Das Bioreaktorsystem 1 kann z.B. im unteren Drittel zumindest ein Bodensichtfenster 13 aufweisen und/oder zumindest ein Tür- und/oder Seitensichtfenster 14. Die Bodensichtfenster 13 können im Wesentlichen in Form eines länglichen Ovals ausgebildet sein, dessen lange Ovalachse im Wesentlichen horizontal entlang der gekrümmten Zylinderaußenwand des Aufnahmebehälters 10 ausgerichtet ist. Das Türsichtfenster 14 kann im Wesentlichen in Form eines länglichen Rechtecks ausgebildet, wobei dessen längere Seiten im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind und etwa in der Mitte einer Einblatttür in der Behälterwand des Aufnahmebehälters 10 ausgebildet sein können.
Die Einblatttür kann um Türscharniere drehbar und somit öffenbar sein. Ist die Einblatttür geöffnet, so ist in dem Aufnahmebehälter 10 an einer seitlichen Position eine Türöffnung ausgebildet, durch die ein Zugriff auf den Behälterinnenraum des Aufnahmebehälters 10 ermöglicht wird. Durch die Türöffnung kann zum Beispiel der Einwegbioreaktorbeutel von einer seitlichen Richtung her, also im Wesentlichen in einer horizontalen Bewegungsrichtung, in den Aufnahmeraum 12 des Aufnahmebehälters 10 eingeführt werden.
Das Bioreaktorsystem 1 kann rollbar so gelagert sein, dass das Bioreaktorsystem 1 durch einen Raum geschoben werden kann. Zusätzlich zu Rollen kann das Bioreaktorsystem 1 am unteren Ende Fixierfüße aufweisen, die zum Fixieren und korrekten Ausrichten des Bioreaktorsystems 1 auf unebenen Böden dienen.
Der Aufnahmebehälter 10 kann nach oben offen ausgebildet sein. An Stelle eines Zylinderdeckels kann der Aufnahmebehälter 10 an seinem oberen Ende eine Rühröffnung aufweisen. Oberhalb des nach oben offenen Aufnahmebehälters 10 kann ein Teil eines Rührsystems 20 ausgebildet sein, insbesondere ein Rührantrieb des Rührsystems 20. Eine Rührwelle des Rührsystems 20 ist nicht explizit gezeigt und kann durch die Rühröffnung hindurch in den Aufnahmeraum 12 und den Einwegbioreaktorbeutel hineinragen. Bei Betrieb der Rührwelle kann das Biomedium im Einwegbioreaktorbeutel durchmischt werden. Die Rührwelle kann als Einwegbauteil ausgebildet und im Inneren des Einwegbioreaktorbeutels angeordnet sein. Sie kann über eine Kopplung und/oder Kupplung mit dem Rührsystem 20 verbunden werden. Das Rührsystems 20 kann zentral über dem Aufnahmebehälter 10 ausgebildet sein und von einer Trägerbrücke getragen werden, die auf einem oberen Rand des Aufnahmebehälters 10 an einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Aufnahmebehälters 10 aufliegt. Das Rührsystem 20 kann weitere Elemente aufweisen, wie z.B. einen weiteren, unterhalb des Aufnahmebehälters 10 angeordneten Rührantrieb zum Antreiben eines unteren Endes der Rührwelle. Das Bioreaktorsystem 1 kann zudem Schikanen aufweisen, welche das hauptsächlich von dem Rührsystem 20 verursachte Strömungsverhalten des Biomediums im Aufnahmeraum 12 beeinflussen.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Ansicht eines vertikalen Schnitts durch das Bioreaktorsystem 1. In 2 ist z.B. ein Einwegbioreaktorbeutel 100 gezeigt, genauer ein Schnitt durch diesen Einwegbioreaktorbeutel 100, der im Aufnahmeraum 12 des Aufnahmebehälters 10 angeordnet ist. Im Aufnahmeraum 12 des Aufnahmebehälters 10 und zugleich auch im Inneren des Einwegbioreaktorbeutels 100 ist ein biologisches Medium, also Biomedium 101 angeordnet, das bis auf eine vorbestimmte Füllstandhöhe gefüllt sein kann. Das Biomedium 101 erstreckt sich vom Boden des Aufnahmebehälters 10 bis hin zu dieser Füllstandhöhe und füllt somit das gesamte Innenvolumen des Aufnahmebehälters 10 bis hin zur Füllstandhöhe, abzüglich des Volumens der Wände des Einwegbioreaktorbeutels 100, die sehr ausgebildet sein können, z.B. aus einem flexiblen Material (wie z.B. Kunststoff), das im Wesentlichen an der Innenseite der Behälterwand 11 anliegt.
Der Einwegbioreaktorbeutel 100 wird durch die Behälterwand 11 des Aufnahmebehälters 10 gestützt und in Form gehalten, die sich vom abgerundeten Boden des Aufnahmebehälters 10 bis über die Füllstandhöhe hinaus nach oben erstreckt. Zumindest entlang der oberen Hälfte, bevorzugt entlang der oberen zwei Drittel des Aufnahmebehälters 10 kann sich die Behälterwand 11 im Wesentlichen in vertikaler Richtung etwa senkrecht nach oben erstrecken.
Die Behälterwand 11 kann mittels einer Kühlung und/oder Kühlvorrichtung temperiert werden. Dazu kann die Behälterwand 11 einen Hohlraum aufweisen, also z.B. als eine Doppelwand ausgebildet sein, und teilweise von einem Temperiermedium (wie z.B. Luft) durchströmt sein.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch eine erste Schikane 30 einer ersten Schikanenart, welche eng anliegend an die Behälterwand 11 des Aufnahmebehälters 10 (vgl. 1 und 2) angeordnet ist. Die Schikane 30 der ersten Schikanenart ist an einer dem Aufnahmeraum 12 zugewandten Innenseite der Behälterwand 11 so ausgebildet, dass die Schikane 30 unmittelbar benachbart zu und/oder in Berührkontakt mit der Behälterwand 11 angeordnet ist. Die Schikane 30 kann sich dabei z.B. im Wesentlichen in eine vertikale Richtung von einem unteren zu einem oberen Schikanenende erstrecken, z.B. etwa entlang der gesamten Höhe entlang der Behälterwand 11 zumindest bis zur vorbestimmten Füllhöhe und/oder zumindest im etwa vertikal angeordneten Teil der Behälterwand 11 (vgl. 1 und 2).
3B zeigt in einer perspektivischen Ansicht die volle Länge der ersten Schikane 30. Die Schikane 30 ist dabei etwa länglich ausgebildet und ihre Längserstreckungsachse etwa vertikal ausgerichtet.
Der in 3A gezeigte Querschnitt erstreckt sich entlang einer etwa senkrecht zur Behälterwand 11 angeordneten (hier etwa horizontalen) Ebene durch die Schikane 30 und die Behälterwand 11. In dem Querschnitt senkrecht zur Behälterwand 11 weist die Schikane 30 der ersten Schikanenart eine etwa dreieckige Form auf. Dabei ist eine Dreiecksspitze dem Aufnahmeraum 12 zugewandt und kann z.B. in zu einer Mitte und/oder Mittelachse und/der Zylinderachse des Aufnahmeraums 12 weisen. Eine dieser Dreiecksspitze abgewandte Basis kann konvex ausgebildet sein. Diese Basis kann entweder unmittelbar von der z.B. leicht gekrümmten Behälterwand 11 gebildet werden oder separat dazu als ein Bestandteil der Schikane 30 ausgebildet sein und dabei etwa an die z.B. leicht gekrümmten Behälterwand 11 anliegend angeordnet sein.
Die Schikane 30 der ersten Schikanenart ist zumindest teilweise hohl ausgebildet und weist in ihrem Inneren einen gegenläufigen Temperierkanal 31 auf. Etwa mittig im Hohlraum der der Schikane 30 ist eine Kanaltrennwand 32 so angeordnet, dass sie die beiden Teilkanäle des gegenläufigen Temperierkanals 31 voneinander mechanisch trennt. Die Kanaltrennwand 32 kann sich dabei von der Behälterwand 11 hin zu der Dreiecksspitze erstrecken, welche ins Innere des Aufnahmeraums 11 weist.
3B zeigt, wie sich der Kanaltrennwand 32 nahezu entlang der gesamten Länge der Schikane 30 der ersten Schikanenart erstrecken kann. Lediglich an einem (hier unteren) Umkehrende der Schikane 30 ist die Kanaltrennwand 32 unterbrochen ausgebildet. Ansonsten trennt die Kanaltrennwand 32 den Hohlraum der Schikane 30 der ersten Schikanenart in etwa gleichmäßig in zwei Kanalhälften, nämlich einen ersten und zweiten Teilkanal, welche zusammen den gegenläufigen Temperierkanal 31 bilden.
An einem (hier oben) Einlassende der Schikane 30 der ersten Schikanenart, an welchem die Kanaltrennwand 32 die beiden Teilkanäle streng voneinander trennt, wird ein z.B. kaltes Temperiermedium in den ersten Teilkanal des gegenläufigen Temperierkanals 31 eingeführt. Dies ist durch die in den 3A und 3B gezeigten Pfeile angedeutet. Als Temperiermedium kann eine Flüssigkeit oder ein Gas (wie z.B. Luft) verwendet werden. An diesem Einlassende, an welchem das Temperiermedium in den ersten Teilkanal eingeführt wird, kann ein Filtersieb 34 ausgebildet sein, welches das Temperiermedium filtert. Im gegenläufigen Temperierkanal 31 kann ein oder mehrere solcher Filtersieb 34 angeordnet sein, insbesondere das am Einlassende.
Das so eingeleitete Temperiermedium durchläuft den ersten Teilkanal der Schikane 30 vollständig vom Einlassende bis zum gegenüberliegenden Umkehrende. An diesem Umkehrende ist die Kanaltrennwand 32 unterbrochen ausgebildet und das Temperiermedium kann von dem ersten Teilkanal des gegenläufigen Temperierkanals 31 in den zweiten strömen. Entlang des zweiten Teilkanals strömt es zurück vom Umkehrende zum Auslassende der Schikane 30 der ersten Schikanenart. Das Auslassende ist am selben Schikanenende wie das Einlassende ausgebildet, also im gezeigten Ausführungsbeispiel am oberen Schikanenende.
Die Strömungsbewegung des Temperiermediums ist in den 3A und 3B durch Pfeile gekennzeichnet. Dabei durchströmt das Temperiermedium die Schikane 30 der ersten Schikanenart zweimal im Wesentlichen vollständig, nämlich einmal vom Einlassende zum Umkehrende und wieder zurück zum Auslassende, welches benachbart zum Einlassende angeordnet ist. Zumindest am Auslassende des gegenläufigen Temperierkanals 31 kann eine Lüftereinheit 35 vorgesehen sein, beispielsweise ein Ventilatorrad, welches die Strömungsgeschwindigkeit des Temperiermediums erhöht und/oder steuert und/oder regelt.
Die Schikane 30 der ersten Schikanenart stellt eine leistungsfähige und effektive Kühlung und/oder Temperierung der Schikane 30 bereit. Dies ermöglicht zumindest an den dem Aufnahmeraum 12 zugewandten Seitenflächen der Schikane 30 der ersten Schikanenart eine Temperierung des Biomediums. Dadurch kann die Temperierung (und insbesondere Kühlung) des Biomediums während des Prozesses verbessert werden.
Die gezeigte Schikane 30 der ersten Schikanenart weist keine eigenständige Rückwand auf, sondern nutzt als Rückwand, also als dem Aufnahmeraum 1 abgewandte Seitenwand, die Behälterwand 11. Der Übergang zwischen der Schikane 30 und der Behälterwand 11 ist abgerundet ausgebildet, worauf nachfolgend noch unter Bezug zur den 6 und 7 näher eingegangen wird.
3C zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Schikane 30 der ersten Schikanenart etwa senkrecht zur Behälterwand 11. Hierbei handelt es sich um eine Schikane 30, welche im Gegensatz zu der in den 3A und 3B gezeigten Schikane 30 eine eigene Rückwand aufweist, welche eng anliegend an die Behälterwand 11 angeordnet ist. Genauso wie die in den 3A und 3B gezeigte Schikane 30, weist auch die in 3C gezeigte Schikane 30 einen gegenläufigen Temperierkanal 31 aufweist, mittels welchem die Schikane 30 temperierbar ist.
Die Schikane 30 der ersten Schikanenart weist im Inneren nicht nur die Kanaltrennwand 32 auf, sondern zudem noch einen oder mehrere Kühlsteg(e) 33. Die Kühlstege 33 können an einer Innenwand der Schikane 30 angeordnet sein, deren der Innenwand abgewandte Außenwand in der Betriebsposition in einem unmittelbaren Berührkontakt mit dem Einwegbioreaktorbeutel steht. Die Schikanenwände der Schikane 30 stellen somit eine unmittelbare Begrenzung des Aufnahmeraums 12 des Bioreaktorsystems 1 dar. Der Kühlsteg 33 kann massiv ausgebildet sein und steht etwa senkrecht von der Innenwand der Schikane 30 in den Hohlraum und/oder die Teilkanäle der Schikane hinein.
Allgemein sind die Schikane 30 der ersten Schikanenart genauso wie die Schikanen einer zweiten Schikanenart als ein den Aufnahmeraum 12 einengendes und/oder begrenzendes Hindernis ausgebildet, welches zur Reduktion einer laminaren Strömung im Aufnahmeraum 12 dient. Die Schikanen der ersten Schikanenart unterscheiden sich von den nachfolgend näher beschriebenen Schikanen der zweiten Schikanenart dadurch, dass sie zumindest abschnittsweise oder sogar vollständig an der Behälterwand 11 anliegen, während die Schikanen der zweiten Schikanenart durch das Innere des Aufnahmeraums 12 verlaufen, z.B. etwa parallel und beabstandet von der Behälterwand 11.
Der oder die Kühlstege 33 der in 3C gezeigten Schikane 30 der ersten Schikanenart ist oder sind bevorzugt aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet, wie z.B. auch die übrigen Schikanenwände. Insbesondere bieten sich hierbei metallische Materialien an wie insbesondere Edelstahl. Die Kühlstege 33 können einen Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermedium und den Wänden der Schikane 30 verbessern und somit die Kühlwirkung der Schikane 30 der ersten Schikanenart verstärken.
Auch die in den 3A und 3B gezeigte Schikane 30 der ersten Schikanenart kann Kühlstege 33 aufweisen, also genauso wie die in 3C gezeigte Schikane 30 der ersten Schikanenart.
Alternativ zum gegenläufigen Temperierkanal 41 kann die Schikane 30 auch einen einkanaligen Temperierkanal aufweisen, von welchem sie nur einfach durchdrungen ist und temperiert werden kann.
4A zeigt einen Querschnitt etwa senkrecht zur Behälterwand 11 durch eine Ausführungsform einer massiven Schikane 50 der ersten Schikanenart. Die massive Schikane 50 weist eine etwa dreieckige Querschnittsform auf, ähnlich zu den in den 3A-3C gezeigten Schikanen 30. Im Unterschied dazu ist die massive Schikane 50 jedoch mit einem massiven Schikanenkörper 51 ausgebildet. Der massive Schikanenkörper 51 ist vollständig aus einem gut wärmeleitfähigen Material ausgebildet, z.B. aus einem Metall wie z.B. Aluminium.
Zwei Außenwände der im Querschnitt dreieckigen, massiven Schikane 50 sind dem Aufnahmeraum 12 zugewandt, während eine dritte Außenwand als Rückwand spaltfrei und eng im Wärmekontakt mit der Behälterwand 11 steht. Dadurch ist Rückwand der insgesamt wärmeleitfähigen massiven Schikane 50 eng und wärmeleitend an die Behälterwand 11 gekoppelt, so dass sie von einer Temperierung und/oder Kühlung der Behälterwand 11 mittemperiert wird. Wie voranstehend beschrieben kann die Behälterwand 11 temperiert sein. So kann die Behälterwand 11 z.B. als eine Doppelwand ausgebildet sein, in welcher zur Temperierung und/oder Kühlung ein Temperiermediums und/oder Kühlmittels zirkuliert. Durch die enge Wärmekopplung profitiert die massive Schikane 50 von der Temperierung der Behälterwand und kann diese Temperierung und/oder Kühlung an das im Aufnahmeraum 12 befindliche Biomedium weitergeben.
4B zeigt eine Ausführungsform einer Hohlraumschikane 60 der ersten Schikanenart. Auch die Hohlraumschikane 60 kann im gezeigten Querschnitt etwa senkrecht zur Behälterwand in etwa dreieckig ausgebildet sein. Dabei sind zwei Seitenwände dem Aufnahmeraum 12 zugewandt und eine dritte Rückseite ist spaltfrei und/oder eng anliegend an die Behälterwand 11 ausgebildet. Dadurch ist auch die Hohlraumschikane 60 gut an die Temperierung und/oder Kühlung der Behälterwand 11 gekoppelt und kann diese Temperierung und/oder Kühlung an das im Aufnahmeraum 12 befindliche Biomedium weitergeben.
Die Schikanen 30, 50, 60 der ersten Schikanenart müssen nicht unbedingt im Querschnitt dreieckig ausgebildet sein, sondern können andere Formen aufweisen, wie z.B. eine Wellenform und/oder eine quadratische Form. Sie könne jedoch alle eine Rückseite aufweisen, die eng an der Behälterwand 11 anliegt (ähnlich wir in den 3C, 4A, 4B gezeigt) oder sogar von dieser gebildet wird (ähnlich wie in 3A gezeigt).
5A zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform eines Bioreaktorsystems 1, in dessen Aufnahmeraum 12 eine Schikane 40 einer zweiten Schikanenart angeordnet ist. Die Schikanen der zweiten Schikanenart unterscheiden sich von denen der ersten Schikanenart dadurch, dass sie zumindest abschnittsweise beabstandet von der Behälterwand 11 in und/oder durch den Aufnahmeraum 12 verlaufen und/oder ragen. Im Unterschied dazu sind die Schikanen der ersten Schikanenart enganliegend an eine Innenseite der Behälterwand 11 angeordnet.
Die gezeigte Schikane 40 der zweiten Schikanenart ist hingegen größtenteils beabstandet von der Behälterwand 11 so angeordnet, dass sie im Wesentlichen von allen radialen und/oder horizontalen Richtung vom Biomedium 101 umspült ist. Bei der in 4A gezeigten Schikane 40 der zweiten Schikanenart handelt es sich um eine beidseitig befestigte Schikane 41 der zweiten Schikanenart, welche größtenteils beabstandet von der Behälterwand 11 durch den Aufnahmeraum 12 führt. Die längliche Schikane 41 kann an ihren beiden Schikanenenden an der Behälterwand 11 befestigt sein und diese dabei sogar durchbrechen. Dabei kann die Schikane 41 den Aufnahmeraum 12 von ihrem oberen Schikanenende bis zu ihrem unteren Schikanenende vollständig durchdringen.
Die beidseitig befestigte Schikane 41 ist entlang ihrer ganzen Länge von einem Temperiermedium durchströmbar, was in 5A mit Pfeilen angedeutet ist. Hierzu weist die Schikane 41 einen Temperierkanal 43 auf, der sich als ein Hohlraum entlang der Ausdehnung zwischen den Schikanenenden der beidseitig befestigten Schikane 41 erstreckt. Der Temperierkanal 43 kann sich zumindest von einem ersten Befestigungsende der Schikane 41 zu einem zweiten Befestigungsende der Schikane 41 und gegebenenfalls auch darüber hinaus erstrecken, z.B. von einer Temperiermedium-Quelle bis zu einem Temperiermedium-Auslass.
Der Temperierkanal 43 kann von einem flüssigen und/oder gasförmigen Temperiermedium durchströmt sein, wodurch die beidseitig befestigte Schikane 41 temperiert wird und eine Temperatursenke inmitten des Biomediums 101 bereitstellt.
Die beidseitig befestigte Schikane 41 kann als ein druckbeaufschlagter, eingeschweißter Schlauch ausgebildet sein. Dabei kann die Schikane 41 als ein integraler Bestandteil des Einwegbioreaktorbeutels 100 ausgebildet sein. Bei der Montage kann der Temperierkanal 43 an den Befestigungsenden an einen oder mehrere Kanäle eines Temperiermediums angeschlossen werden.
Die Temperierung inmitten des Biomediums 101 ermöglicht eine wirksame und effiziente Temperierung des Biomediums. Zumindest eine Wandung der Schikane 41 kann durchsichtig sein und z.B. aus einem transparenten Kunststoff ausgebildet sein. In Photobioreaktoren kann dann eine leuchtende und/oder fluoreszierende Flüssigkeit als Temperiermedium verwendet werden. Dies kann das Bioreaktorsystem 1 für intensive phototrophe Bioprozesse nutzbar machen.
Die Schikane 41 muss nicht zwingend von vornherein druckbeaufschlagt sein, sondern kann lediglich als zunächst schlaffer Schlauchtunnel durch das Innere des Einwegbioreaktorbeutels 100 ausgebildet sein. Durch eine Druckbeaufschlagung der zumindest einen Schikane 41 in einem in den Aufnahmebehälter 10 eingebrachten Zustand kann sich der Einwegbioreaktor so aufrichten, dass er einfach an Anschlüsse des Aufnahmebehälters 10 angeschlossen werden kann, selbst bevor er mit dem Biomedium gefüllt ist. Somit können die freien beidseitig befestigten Schikanen 41 ein Montieren und/oder Aufbauen des Einwegbioreaktorbeutels 100 im Bioreaktorsystem 1 vereinfachen und/oder erleichtern.
Alternativ zu dem einkanaligen Temperierkanal 43 kann die Schikane 41 von einem gegenläufigen Temperierkanal durchdrungen sein, ähnlich wie die in den 3A-3C gezeigten Schikanen 30.
5B zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bioreaktorsystems 1 mit einer weiteren Schikane 40 der zweiten Schikanenart. Bei dieser Schikane 40 handelt es sich um eine einseitig befestigte Schikane 42. Diese einseitg befestigte Schikane 42 kann z.B. von einem oberen Ende des Aufnahmeraums 12 vertikal nach unten in den Aufnahmeraum 12 hineinhängen. Alternativ kann die einseitig befestigte Schikane auch von einer anderen, insbesondere seitlichen oder unteren Richtung, in das Innere des Aufnahmeraums 12 hineinstehen. Bevorzugt ist die einseitig befestigte Schikane 42 jedoch so ausgerichtet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu einer (in den Figuren nicht gezeigten) Erstreckungsrichtung einer Rührwelle des Rührsystems des Bioreaktorsystems 1 erstreckt. Dadurch kann verhindert werden, dass die Schikane 42 und die Rührwelle sich zu stark ins Gehege kommen. Weiterhin kann dann die einseitig befestigte Schikane 42 möglichst lang ausgebildet sein.
Diese Erstreckungsrichtung etwa parallel zur Rührwelle ist auch für die in 5A gezeigte beidseitig befestigte Schikane 41 vorteilhaft.
Auch die einseitig befestigte Schikane 42 kann von einem Temperiermedium durchströmt sein. So kann sie im Inneren z.B. einen gegenläufigen Temperierkanal aufweisen, ähnlich wie die Schikane 30, welche in den 3A und 3B gezeigt ist. Alternativ kann die Schikane 42 auch z.B. massiv ausgebildet sein, ähnlich wie die in 4A gezeigte massive Schikane 50. Die Schikane 42 kann im Einwegbioreaktorbeutel 100 lediglich als ein Folieneinsatz ausgebildet sein, in den ein Kühlfinger des Bioreaktorsystems 1 einschiebbar ist. Der Kühlfinger kann z.B. massiv oder als Hohlkörper ausgebildet sein, also ähnlich wie die in den 4A und 4B gezeigten Schikanen 50 oder 60. Weiterhin kann im Kühlfinger auch ein gegenläufiger Temperierkanal angeordnet sein, ähnlich wie in der Schikane 30 der ersten Schikanenart (vgl. 3A bis 3C).
Die einseitig befestigte Schikane 42 weist ein freies Ende auf, welches dem befestigten Ende abgewandt angeordnet ist und ins Innere des Aufnahmeraums 12 hineinragt. Dieses freie Ende kann vollständig vom Biomedium 101 umspült sein.
Die Schikanen 41 und 42 der zweiten Schikanenart verbessern die Temperierung des Biomediums 101, indem sie z.B. eine Wärmesenke unmittelbar im Inneren des Biomediums 101 bereitstellen. Dies kann ein Prozessieren von intensiven Zellkulturen ermöglichen, welche z.B. eine stärkere Kühlleistung benötigen als herkömmliche, tierische Bioprozesse. Die in den 5A und 5B gezeigten Bioreaktorsysteme 1 sind beispielhaft zu verstehen. In ihnen können mehrere der Schikanen 40, 41 und/oder 42 angeordnet sein, um die Temperierung zu verbessern.
6A und 6B zeigen jeweils einen Querschnitt etwa senkrecht zur Behälterwand 11 durch eine Stegschikane 70 (6A) und eine Winkelschikane 71 (6B). Die Stegschikane 70 ist im gezeigten Querschnitt als ein im Wesentlichen rechteckiger Steg ausgebildet, welcher etwa senkrecht von der Behälterwand 11 ins Innere des Aufnahmeraums 12 hineinragt. Die Winkelschikane 71 ist im gezeigten Querschnitt als ein Winkel mit etwa gleich langen Schenkeln ausgebildet, wobei der Scheitel des Winkels ins Innere des Aufnahmeraums 12 hineinzeigt.
Die in den 6A und 6B gezeigten Schikanen 70, 71 weisen den Nachteil auf, dass sie relativ scharfe Kanten aufweisen und oder eckige Übergänge mit der Behälterwand 11 ausbilden. Beim Einbringen des Einwegbioreaktorbeutels 100 legt sich deswegen die Beutelwand 102 so ungünstig an die Schikanen 70 und 71 an, dass dabei zwischen der Beutelwand 102 einerseits und der Stegschikane 70 oder Winkelschikane 71 andererseits und ggf. der Behälterwand 11 Luftpolster 110 entstehen können.
Diese Luftpolster 110 können insbesondere an einem Übergang zwischen der Behälterwand und der Schikanenwand der Schikane 70 bzw. 71 auftreten. Die Schikanenwände können unter einem deutlich ausgeprägten Winkel von z.B. etwa 30 bis etwa 120 Grand von der Behälterwand 11 abstehend. Die flexible Beutelwand 102 kann dabei nicht eng an diesem Übergang anliegen, weswegen die Luftpolster 110 entstehen. Die Luftpolster 110 können eine isolierende Wirkung entfalten, welche die Kühlung des Biomediums 101 behindert und/oder verschlechtert, da sie als eine Isolierung zwischen der temperierten Behälterwand 11 und dem Biomedium 101 wirken.
7A und 7B zeigen einen Querschnitt etwa senkrecht zur Behälterwand 11 durch eine Wellenschikane 72 und eine Doppelwellenschikane 73. Die Wellenschikane 72 und die Doppelwellenschikane 73 eigenen sich deutlich besser zur effektiven Kühlung des Biomediums 101 als die in den 6A und 6B gezeigte Stegschikane 70 und die Winkelschikane 71. So sind die Wellenschikane 72 und die Doppelwellenschikane 73 als jeweils eine abgerundete Schikane der ersten Schikanenart ausgebildet. So sind die abgerundeten Schikanen 72, 73 so frei von scharfen Kanten ausgebildet, dass sich die Beutelwand 102 im Betriebszustand eng an die Schikanen 72, 73 und auch die Behälterwand 11 anlegen kann. Dadurch werden isolierende Luftpolster 110 zwischen der Beutelwand 102 und der temperierten Behälterwand 11 und den Schikanen 72, 73 reduziert. Zudem kann eine Kontaktfläche zwischen Behälterwand 11 und den Schikanen 72, 73 einerseits und der Beutelwand 102 und somit dem Biomedium andererseits erhöht werden. Weiterhin kann dadurch eine Spannung auf die Beutelwand 102 des Einwegbioreaktorbeutels 100 reduziert werden. Diese Effekte können durch im Querschnitt sanft gleitende Außenflächen der Schikanenwände der Schikanen 72, 73 erreicht werden, welche ein enges Anliegen des Einwegbioreaktorbeutels 100 an die Begrenzungen des Aufnahmeraums 12 ermöglicht, insbesondere an und benachbart zu den Schikanen 72, 73.
Die Wellenschikane 72 ist dabei im gezeigten Querschnitt als eine etwa einhöckrige Welle mit abgerundetem Wellenberg und zusätzlich abgerundeten Flanken ausgebildet, die sich kantenfrei an den Übergang zur Behälterwand 11 anschmiegen. Dabei bildet sowohl der Wellenberg als auch die an die Behälterwand 11 angrenzenden Wellentäler im Querschnitt eine Kurvenform aus mit einem Kurvendurchmesser, welcher bevorzugt zumindest etwa 1 cm groß ist.
Ähnliches gilt für die Doppelwellenschikane 73, welche im gezeigten Querschnitt ähnlich wie die Wellenschikane 72 ausgebildet ist aber im Unterschied dazu eine Doppelwelle als Doppelhöcker aufweist. Auch diese Doppelwelle ist abgerundet ausgebildet und weist zusätzlich abgerundete Flanken auf, welche sich kantenfrei an den Übergang zur Behälterwand 11 anschmiegen. Sowohl der Doppelwellenberg als auch die an die Behälterwand 11 angrenzenden Wellentäler weisen im Querschnitt eine Kurvenform auf mit einem Kurvendurchmesser, welcher bevorzugt zumindest etwa 1 cm groß ist.
In einer alternativen Ausführungsform können die Wellenschikanen zusätzliche Wellenberge aufweisen, also z.B. als eine Dreifach- oder Vierfachwellenschikane. Dabei können die Wellenberge und/oder -täler unterschiedliche hoch ausgebildet sein.
Sowohl die Wellenschikane 72 als auch die Doppelwellenschikane 73 kann als eine Hohlraumschikane ausgebildet sein (ähnlich wie die in 4B gezeigte Hohlraumschikane 60), als eine massive Schikane (ähnlich wie die in 4A gezeigte massive Schikane 50), und/oder als eine temperierte Schikane mit einem einfachen oder gegenläufigen Temperierkanal, also ähnlich zu den in den 3 oder 5 gezeigten Schikanen.
8A zeigt in eine perspektivische Ansicht eines Bioreaktorsystems mit einem Bodensichtfenster 13, welches von einer Sichtfensterabdeckung 15 bedeckt ist. Das Bodensichtfenster 13 kann, wie in 1 gezeigt, in einem unteren Bereich des Aufnahmebehälters 10 in der Behälterwand 11 ausgebildet sein. Oberhalb und/oder unterhalb des Bodensichtfensters 13 kann ein Sondenhalter 16 in Form einer Griffstange angeordnet sein. Am Sondenhalter 16 können Sonden befestigt werden, welche an dem Bodensichtfenster 13 angeordnet werden können. Solche Sonden können z.B. ins Innere des Aufnahmeraums 12 eingreifen und dort Messungen vornehmen.
Herkömmliche Bodensichtfenster 13 sind nicht temperiert, sondern z.B. aus einem Glas ausgebildet. In der in 8A gezeigten Ausführungsform ist das Bodensichtfenster 13 von der Sichtfensterabdeckung 15 bedeckt. Die Sichtfensterabdeckung 15 kann wärmeleitend ausgebildet sein und/oder wärmeleitend an eine Kühlung der Behälterwand 1 gekoppelt sein. Dazu kann die Sichtfensterabdeckung 15 beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium ausgebildet sein. Die Sichtfensterabdeckung 17 kann einen oder mehrere Sondendurchlässe 17 aufweisen, durch welche Sonden an oder durch das Bodensichtfenster 13 angebracht werden können.
Eine ähnliche Sichtfensterabdeckung kann auch an einem Seitensichtfenster 14 des Bioreaktorsystems 1 angeordnet sein (vgl. 1).
8B zeigt in einer perspektivischen Ansicht, dass die Sichtfensterabdeckung 15 öffenbar ist. Genauer weist die Sichtfensterabdeckung 15 eine erste Abdeckungsklappe 15A und eine zweite Abdeckungsklappe 15B auf. Diese können derart von dem Bodensichtfenster 13 weggeklappt werden, dass sie das Bodensichtfenster 13 freigeben. Dazu kann zumindest ein Scharnier 19, bevorzugt für jede Abdeckungsklappe 15A, 15B jeweils ein Scharnier 19, vorgesehen sein, welches zum Auf- und/oder Zuklappen der Abdeckungsklappen 15A und/oder 15B dienen.
Die wärmeleitende Sichtfensterabdeckung/en 15/15A/15B ermöglich/en eine Wärmekopplung des Bereichs der Sichtfenster 13, 14 an die Temperierung der Behälterwand 11, also z.B. deren Temperierung mittels Temperiermedium in der Doppelwand. Dies ermöglicht es, das Biomedium 101 auch an der von den Sichtfenster 13, 14 eingenommenen Fläche zu kühlen. Hierdurch wird die Kühlung insgesamt verbessert und intensiverer Zellenkulturprozesse können ermöglicht werden.
9A zeigt mehrere Ansichten einer Ausführungsform eines Aufnahmebehälters 10 mit winklig angeordneten Wellenschikanen 80. Dabei ist ganz links in 9A eine Ansicht von oben in den Aufnahmeraum 12 des Aufnahmebehälters 10 gezeigt. Dabei ist eine Markierung eines Schnitts entlang einer vertikalen Ebene durch den Aufnahmebehälter 10 gezeigt, welcher rechts daneben als Schnittdarstellung gezeigt ist. Als dritte Ansicht von links ist eine teilgeöffnete perspektivische Ansicht des Aufnahmebehälters 10 gezeigt, ganz rechts eine geschlossene perspektivische Ansicht des Aufnahmebehälters 10.
Im Aufnahmebehälter 10 sind mehrere Wellenschikanen 80 der ersten Schikanenart angeordnet, die eng anliegend an oder benachbart zur Behälterwand 11 des Aufnahmebehälters 10 angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Aufnahmebehälter 10 genau vier solcher winkligen Wellenschikanen 80 auf. Der Querschnitt durch die Wellenschikane 80 kann in etwa wie der der in 7A gezeigten Wellenschikane 72 ausgebildet sein. Alternativ kann die winklige Wellenschikane 80 massiv ausgebildet sein (wie die in 4A gezeigte massive Schikane 50) oder hohl ausgebildet sein, z.B. wie die in 4B gezeigte Hohlraumschikane 60. Die winklige Wellenschikane 80 kann auch einen Temperierkanal, also z.B. ähnlich wie die in den 3A bis 3C gezeigten Schikanen 30.
Die winklige Wellenschikane 80 erstreckt sich von einem unteren Ende zu einem oberen Ende entlang der Behälterwand 11 in eine grob vertikale Richtung. Dabei ist das obere Ende allerdings horizontal versetzt zum unteren Ende angeordnet. Somit erstreckt sich die winklige Wellenschikane 80 nicht genau in vertikale Richtung, sondern winklig zur Vertikalen entlang der Innenseite der Behälterwand 11. Dabei bilden die Wellenschikanen 80 eine Art Schraubeninnengewinde im Aufnahmeraum 12 aus.
Insbesondere zusammengenommen mit sämtlichen winkligen Wellenschikanen 80 sind somit mehrere Barrieren im Aufnahmeraum 12 ausgebildet, welche allesamt etwa in die gleiche Richtung und etwa parallel versetzt zueinander winklig zur Vertikalen angeordnet sind. Diese einem Innengewinde ähnliche Barriere führt beim rotierenden Durchmischen des Biomediums 101 dazu, dass (je nach Rührrichtung) das Biomedium 101 entweder nach oben oder nach unten „geschraubt“ wird durch die von den winkligen Wellenschikanen 80 gebildeten Barrieren. Durch die winklige Anordnung der Wellenschikanen 80 wird beim Durchmischen des Biomediums 101 eine vertikale Bewegungskomponente erzeugt.
Die winkligen Wellenschikanen 80 erstrecken sich winklig zu einer (nicht in den Figuren gezeigten) Rührwelle und deren Rotationsachse. Der Winkel zwischen der Erstreckungsrichtung der winkligen Wellenschikanen 80 und der Erstreckungsrichtung der Rührwelle kann dabei zumindest etwa 5° betragen, um eine ausreichende vertikale Rührbewegung zu erzeugen.
9B zeigt ähnlich wie schon 9A eine Ausführungsform eines Aufnahmebehälters 10 mit winkligen Stegschikanen 81. Hierbei sind die winkligen Schikanen als winklige, abgerundete Stegschikanen 81 ausgebildet. Sie weisen eine ähnliche Form wie die in 6A gezeigten Stegschikane 70 auf, sind jedoch zumindest an ihrer in den Aufnahmeraum 12 hineinragenden Kante derart abgerundet ausgebildet, dass sie dort keine scharfen Kanten ausbilden. Auch diese Form der winkligen Stegschikanen 81 ermöglicht - analog zu den in 9A gezeigten winkligen Wellenschikanen 80- eine zusätzliche Richtungs- und/oder Durchmischungskomponente des Biomediums 101 in der Vertikalen und verstärkt dadurch die Durchmischung.
Die in den 9A und 9B gezeigten Ausführungsformen der Aufnahmebehälter 10 mit den winkligen Schikanen 80, 81 verbessern und/oder verstärken die Durchmischung. Dies kann die Realisierung von Bioreaktoren zum Kultivieren relativ viskoser Zellen ermöglichen.
Die in den 3A-3C, 4A, 4B, 5A, 5B, 7A und 7B gezeigten Schikanen verbessern die Kühlung des Biomediums 101, da sie eine Temperierung der Schikanen selbst ermöglichen und/oder Temperatursenken im Inneren des Bioreaktors ermöglichen. Dies kann die Realisierung von Bioreaktoren zum Kultivieren von Zellen ermöglichen, welche eine intensive Kühlung benötigen.
Die in den 5A und 5B gezeigte Sondenfensterabdeckung 15 verbessert ebenfalls die Kühlung des Biomediums 101, da sie die zur Verfügung stehende Temperierfläche erhöht. Dies kann die Realisierung von Bioreaktoren zum Kultivieren von Zellen ermöglichen, welche eine intensive Kühlung benötigen.
Die voranstehend aufgezeigten Maßnahmen können miteinander kombiniert werden, um so durch Kombination die Kühlung und/oder Durchmischung weiter zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Rührsystem verwendet, welches mit einer Rührerumfangsgeschwindigkeit von bis zu etwa 6,0 m/s betrieben wird. Dadurch kann ein Sauerstoffeintrag und ein Durchmischen des Biomediums 101 verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Rührsystem mit einem Leistungseintrag von bis zu etwa 11 kW/m³ verwendet. Dadurch kann z.B. die hohe Rührerumfangsgeschwindigkeit von etwa 6 m/s ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Begasungsrate von bis zu etwa 3,0 wm (Abkürzung für „vessel volume per minute“) verwendet. Auch dadurch kann der Sauerstoffeintrag in das Biomedium 101 verbessert werden. Weiterhin kann sozusagen als Nebenwirkung davon auch die Mischwirkung verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Bioreaktorsystem 1 dazu optimiert, einen k_La Wert von bis zu 1000 pro Stunde zu verwenden. Dies kann als eine Folge der hohen Rührerumfangsgeschwindigkeit und/oder der hohen Begasungsrate erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Heiz- und/oder Kühlrate, also allgemein eine Temperierrate, von bis zu 90 Watt pro Liter des Biomediums verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform werden im Rührantrieb des Rührsystems keine Plastikteile und/oder nur möglichst wenige Plastikteile verwendet. Bevorzugt kann dabei eine Rührwelle aus Edelstahl und/oder Stahl verwendet werden, um einen hohen Kraftübertrag zu ermöglichen. Auch der Rührer selbst kann metallisch ausgebildet sein, um einen hohen Kraftübertrag in das Biomedium zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform ist an der Rührwelle des Rührsystems ein Rührer mit einer für einen Power Input geeigneten Geometrie angeordnet. Dabei können z.B. Rührergeometrieen verwendet werden, welche unter dem Namen Smith und gegebenenfalls Varianten bekannt sind. Der Rührer kann als Hydrofoil und/oder als ein geschlossener Smith-Rührer ausgebildet sein. Alternativ kann eine Elefant-Ear-Geometrie verwendet werden oder ein Impeller Bulletin, was eine Unterart des Smith-Rührers darstellt. Der Rührer kann aus Edelstahl ausgebildet sein, um auch hochviskose Zellen (wie z.B. Pilzzellen) durchmischenw zu können.
Gemäß einer Ausführungsform wird am Rührer ein Strömungsbrecher angeordnet, also z.B. eine Kreisscheibe, welche die Spitzen des Rührers umgibt und somit eine verbesserte Mischwirkung erzielt.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Aufnahmebehälter 10 eine Höhe auf, die zumindest dreimal so groß ist wie sein Durchmesser. Der Aufnahmebehälter 1 ist dabei im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wie auch in den 1, 2, 5A, 5B, 9A und 9B gezeigt. Durch diese relativ hohe und schlanke Ausbildung des Aufnahmebehälters 10 wird die Kühlfläche erhöht, da pro Volumen eine größere Menge des Biomediums 101 an der temperierten Behälterwand 11 anliegt. Weiterhin kann dadurch auch die Gasverweilzeit erhöht werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann sowohl ein oberhalb des Biomediums 101 einströmendes Gas und/oder ein Flüssigkeitsfeed für das Biomedium 101 vorgekühlt werden, um so die Kühlleistung insgesamt zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Aufnahmebehälter 10 türlos ausgebildet sein und/oder sichtfensterlos. Eine Kamera zur Beobachtung des Biomediums 101 kann im Inneren des Beutelhalters und/oder sogar im Inneren des Einwegbioreaktorbeutels 100 angeordnet sein. Auch dadurch wird die insgesamt wirksame Fläche der temperierten Behälterwand 11 erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Durchflussraten eines Temperiermediums im temperierten Doppelmantel der Behälterwand 11 auf die zu erzielende Kühlleistung optimiert, insbesondere erhöht.
Weiterhin kann zum Erreichen einer stärkeren Rührleistung die Stärke einer Magnetscheibe des Rührantriebs optimiert werden, genauso wie die Stärke, Anzahl, Länge und/oder Qualität der Magnete zum Koppeln der Rührantriebs ins Innere des Einwegbioreaktorbeutels 100.
Die Leistung des Rührsystems kann mittels einer Radialmagnetkopplung mit kleinteiliger Skalierung ins Innere des Einwegbioreaktorbeutels 100 übertragen werden. Dadurch kann das Drehmoment erhöht werden.
Es können lange und starke Magnete und/oder insgesamt mehr Magnete verwendet werden, um die Kopplung zwischen dem Rührantrieb und der im Inneren des Einwegbioreaktors 100 befindlichen Rührwelle zu verbessern. Dabei kann eine strominduzierte Magnetisierung verwendet werden, um die Magnetkopplung zu verbessern.
Diese und weitere Optimierungen können getroffen werden, um das Bioreaktorsystem für den Einsatz bei Bioprozessen an intensiven Zellkulturen zu optimieren.
Insgesamt wird durch die Erfindung ein Bioreaktorsystem 1 sowie ein Verfahren zu dessen Betreiben bereitgestellt, bei dem die Durchmischung verbessert wird, die Temperierung und/oder Kühlleistung verstärkt wird und somit die Kultivierung von bislang dem Bioprozess unzugänglichen Zellkulturen ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Bioreaktorsystem
10: Aufnahmebehälter
11: Behälterwand
12: Aufnahmeraum
13: Bodensichtfenster
14: Seitensichtfenster
15: Sichtfensterabdeckung
15A: erste Abdeckungsklappe
15B: zweite Abdeckungsklappe
16: Sondenhalter
17: Sondendurchlass
18: Sonde
19: Scharnier
20: Rührsystem
30: Schikane einer ersten Schikanenart
31: gegenläufiger Temperierkanal
32: Kanaltrennwand
33: Kühlsteg
34: Filtersieb
35: Lüftereinheit
40: Schikane einer zweiten Schikanenart
41: freie beidseitig befestigte Schikane
42: freie einseitig befestigte Schikane
43: Temperierkanal
50: massive Schikane
51: massiver Schikanenkörper
60: Hohlraumschikane
61: Hohlraum
70: Stegschikane
71: Winkelschikane
72: Wellenschikane
73: Doppelwellenschikane
80: winklige Wellenschikane
81: winklige, abgerundete Stegschikane
100: Einwegbioreaktorbeutel
101: Biomedium
102: Beutelwand
110: Luftpolster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/192824 A1 [0004, 0009, 0065]

Claims

Bioreaktorsystem (1) zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels (100), mit: - einem Aufnahmebehälter (10) mit einer Behälterwand (11), die einen Aufnahmeraum (12) definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) der Einwegbioreaktorbeutel (100) aufgenommen ist; - einem Rührsystem (14), welches zumindest teilweise in den Aufnahmeraum (12) hineinragt und dazu ausgebildet und konfiguriert ist, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) ein im Einwegbioreaktorbeutel (100) befindliches Biomedium (101) umzurühren; und - zumindest einer den Aufnahmeraum (12) verkleinernden und von der Behälterwand (11) verschiedenen Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) zum Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums (101); wobei die zumindest eine Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) zumindest teilweise von einem Temperiermedium durchströmt ist, welches die Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) temperiert.
Bioreaktorsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) zumindest eine Schikane (30; 50; 60; 72; 73; 80; 81) einer ersten Schikanenart umfasst, welche an der Behälterwand (11) des Aufnahmebehälters (10) derart anliegt, dass sie von der Behälterwand (11) absteht und in den Aufnahmeraum (12) hineinragt.
Bioreaktorsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) zumindest eine Schikane (40, 41, 42) einer zweiten Schikanenart umfasst, welche sich zumindest entlang eines Abschnitts beabstandet von der Behälterwand (11) des Aufnahmebehälters (10) durch den Aufnahmeraum (12) erstreckt.
Bioreaktorsystem (1), wobei die Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) einen gegenläufigen Temperierkanal (31) aufweist, durch den das Temperiermedium die Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) in zwei einander entgegengesetzten Richtungen durchströmt.
Bioreaktorsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei innerhalb der Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) zumindest ein Kühlsteg (33) an zumindest einer Schikanenwand angeordnet ist, an welcher im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) eine Beutelwand (102) des Einwegbioreaktorbeutels (100) anliegt.
Bioreaktorsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) den Aufnahmeraum (12) entlang einer etwa vertikalen Richtung etwa vollständig durchdringt.
Bioreaktorsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) von einem Ende des Aufnahmeraums (12) ausgehend in den Aufnahmeraum (12) hineinragend ausgebildet ist.
Bioreaktorsystem (1) zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels (100), insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit: - einem Aufnahmebehälter (10) mit einer Behälterwand (11), die einen Aufnahmeraum (12) definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) der Einwegbioreaktorbeutel (100) aufgenommen ist; - einem Rührsystem, welches zumindest teilweise in den Aufnahmeraum (12) hineinragt und dazu ausgebildet und konfiguriert ist, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) ein im Einwegbioreaktorbeutel (100) befindliches Biomedium (101) umzurühren; und - zumindest einer den Aufnahmeraum (12) verkleinernden und von der Behälterwand (11) verschiedenen Schikane (30; 50; 60; 72; 73; 80; 81) zum Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums (101), welche an der Behälterwand (11) des Aufnahmebehälters (10) derart anliegt, dass sie von der Behälterwand (11) absteht und in den Aufnahmeraum (12) hineinragt; wobei die Schikane (30; 50; 60; 72; 73; 80; 81) derart abgerundet ausgebildet ist, dass eine Wandung der Schikane (30; 50; 60; 72; 73; 80; 81) und/oder zumindest ein Übergang von der Behälterwand (11) des Aufnahmebehälters (10) zu der daran anliegenden Wandung der Schikane (30; 50; 60; 72; 73; 80; 81), an welcher Wandung und/oder welchem Übergang im Betriebszustand der Einwegbioreaktorbeutel (100) anliegt, im Wesentlichen kantenlos ausgebildet ist oder sind.
Bioreaktorsystem (1) zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels (100), insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit: - einem Aufnahmebehälter (10) mit einer Behälterwand (11), die einen Aufnahmeraum (12) definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) der Einwegbioreaktorbeutel (100) aufgenommen ist; - einem Rührsystem (20) mit einer Rührwelle, welches zumindest teilweise in den Aufnahmeraum (12) hineinragt und dazu ausgebildet und konfiguriert ist, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) ein im Einwegbioreaktorbeutel (100) befindliches Biomedium (101) umzurühren; und - zumindest einer den Aufnahmeraum (12) verkleinernden und von der Behälterwand (11) verschiedenen Schikane (80; 81) zum Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums (101), welche an der Behälterwand (11) des Aufnahmebehälters (10) derart anliegt, dass sie von der Behälterwand (11) absteht und in den Aufnahmeraum (12) hineinragt; wobei sich die Schikane (80; 81) in einer Schikanenerstreckungsrichtung entlang der Gehäusewandung (11) des Aufnahmebehälters (10) erstreckt und die Schikanenerstreckungsrichtung winklig zu einer Rührwellenerstreckungsrichtung der Rührwelle angeordnet ist.
Bioreaktorsystem (1) nach Anspruch 9, wobei die Schikane (80; 81) entlang der Schikanenerstreckungsrichtung als ein Innengewinde des Aufnahmeraums (10) ausbildet ist.
Bioreaktorsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist, welche größer als 10 W/mK ist, und/oder massiv ausgebildet ist.
Bioreaktorsystem (1) zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels (100), insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit: - einem Aufnahmebehälter (10) mit einer Behälterwand (11), die einen Aufnahmeraum (12) definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) der Einwegbioreaktorbeutel (100) aufgenommen ist; und - zumindest einem Sondenfenster (13; 14), welches im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) einen Blick ins Innere des Einwegbioreaktorbeutels (100) freigibt; wobei das Sondenfenster (13; 14) zumindest eine wärmeleitende Sondenfensterabdeckung (15) aufweist, welche wärmeleitend an eine Kühlung des Bioreaktorsystems (1) gekoppelt ist.
Bioreaktorsystem (1) zum Aufnehmen eines Einwegbioreaktorbeutels (100), insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit: - einem Aufnahmebehälter (10) mit einer Behälterwand (11), die einen Aufnahmeraum (12) definiert, in welchem in einem Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) der Einwegbioreaktorbeutel (100) aufgenommen ist; und - einem Rührsystem (20), welches zumindest teilweise in den Aufnahmeraum hineinragt und dazu ausgebildet und konfiguriert ist, im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) ein im Einwegbioreaktorbeutel (100) befindliches Biomedium umzurühren; wobei - das Rührsystem (20) eine Rührwelle aufweist, welche den Aufnahmeraum (12) im Betriebszustand des Bioreaktorsystems (1) vollständig von einem ersten Rührende zu einem zweiten Rührende durchdringt; und - sowohl an dem ersten Rührende als auch an dem zweiten Rührende jeweils zumindest ein Rührantrieb des Rührsystems (20) ausgebildet ist zum Antreiben der Rührwelle.
Bioreaktorsystem (1) nach Anspruch 13, wobei die beiden an den Rührenden angeordneten Rührantriebe so betreibbar sind, dass sie die Rührwelle gleichzeitig und zusammen in die gleiche Drehrichtung antreiben.
Bioreaktorsystem (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die beiden an den Rührenden angeordneten Rührantriebe so betreibbar sind, dass sie die Rührwelle in gegenläufige Drehrichtungen antreiben.
Bioreaktorsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Vorkühlvorrichtung zum Vorkühlen eines Biomediums (101) und/oder Bestandteil des Biomediums (101), welches während eines Bioprozesses in den Einwegbioreaktorbeutel (100) leitbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses (1) in einem Einwegbioreaktorbeutel (100) mit den Schritten: - Bereitstellen eines Bioreaktorsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; - Einbringen des Einwegbioreaktorbeutels (100) in den Aufnahmeraum (12) des Aufnahmebehälters (10); - Umrühren des im Einwegbioreaktorbeutel (100) befindlichen Biomediums (101) mittels des Rührsystems (20); und - Reduzieren einer laminaren Strömung des Biomediums (101) mittels der zumindest einen Schikane (30; 40, 41, 42; 50; 60; 72; 73; 80; 81).
Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses (1) in einem Einwegbioreaktorbeutel (100), insbesondere nach Anspruch 17, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Bioreaktorsystems (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15; - Einbringen des Einwegbioreaktorbeutels (100) in den Aufnahmeraum (12) des Aufnahmebehälters (10); und - Antrieben der Rührwelle mit den beiden Rührantrieben derart, dass das im Einwegbioreaktorbeutel (100) befindliche Biomedium (101) umgerührt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses in einem Einwegbioreaktorbeutel (100) nach Anspruch 17 oder 18, wobei während des Bioprozesses ein vorgekühltes Biomedium (101) in den Einwegbioreaktorbeutel (100) geleitet wird.
Verfahren zum Betreiben eines Bioprozesses in einem Einwegbioreaktorbeutel (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei während des Bioprozesses im Biomedium (101) mikrobielle Zellen und/oder Pilzzellen kultiviert werden.