DE202009002094U1

DE202009002094U1 - biofilm reactor

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Publication number: DE202009002094U1
Application number: DE200920002094
Authority: DE
Original assignee: INP GREIFSWALD LEIBNIZ INST FU; Inp Greifswald Leibniz-Institut fur Plasmaforschung und Technologie E V; Neoplas GmbH
Current assignee: INP GREIFSWALD LEIBNIZ INST FU; Inp Greifswald Leibniz-Institut fur Plasmaforschung und Technologie E V; Neoplas GmbH
Priority date: 2009-02-14
Filing date: 2009-02-14
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2019-02-15

Abstract

Biofilmreaktor, umfassend ein Gefäß mit Ein- und Auslaufstutzen und integriertem Probenhaltersystem, wobei das Probenhaltersystem auf das Becherglas aufgesetzt ist und sich im Zentrum des Probenhaltersystem ist ein Stab befindet, der im Kontakt mit einem Rührflügel steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Auslaufstutzen sind mit einem Luer-Lock versehen sind und mit beliebigen Schlauchsystemen aus dem medizinischen Bereich können.Biofilmreaktor, comprising a vessel with inlet and outlet nozzles and integrated sample holder system, wherein the sample holder system is placed on the beaker and in the center of the sample holder system is a rod which is in contact with a stirring blade, characterized in that the inlet and outlet nozzles are equipped with a Luer-lock and with any hose systems in the medical field can.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Biofilmbildung in medizinischen und technischen Bereichen.The The invention relates to a device for biofilm formation in medical and technical areas.

Aufgabe der Erfindung:Object of the invention:

Die Problematik der Biofilmbildung in medizinischen und technischen Bereichen spielt eine immer größere Rolle. Aber auch der Nutzen von Biofilmen, besonders für den Abbau von schwer abbaubaren Substanzen wird immer interessanter. Um die Grenzen der Umweltresistenz und die physiologischen Leistungen der in Biofilmen lebenden Mikroorganismen zu erforschen, sind standardisierte Biofilme erforderlich. Daher ist es notwendig, ein verlässliches System für eine kontinuierliche und kontrollierte Biofilmbildung für unterschiedliche Problemstellungen zu verfügen. Der Biofilmreaktor ist ein solches System.The Problem of biofilm formation in medical and technical Areas plays an increasingly important role. But also the benefits of biofilms, especially for the degradation of persistent Substances are becoming more and more interesting. To the limits of environmental resistance and the physiological performances of microorganisms living in biofilms To explore, standardized biofilms are required. Therefore it is necessary, a reliable one System for a continuous and controlled biofilm formation for different To have problems. The biofilm reactor is one such system.

Lösung der Aufgabe:solution the task:

Die Aufgabe wurde gemäß den Merkmalen der Schutzansprüche gelöst.The Task became according to the characteristics the protection claims solved.

Der Biofilmreaktor ist ein spezielles Gefäß (Becherglas) mit einem Auslaufstutzen und integriertem Probenhaltersystem. Das Probenhaltersystem wird auf das Becherglas aufgesetzt. Damit werden vorzugsweise 8 Reaktorstäbe befestigt. In diese Reaktorstäbe können je 5 Probenkörper fixiert werden. Damit ist eine Probenkörperzahl von insgesamt 40 Stück möglich. Im Zentrum des Haltersystems ist ein Stab – vorzugsweise ein Glasstab – befestigt, der im Kontakt mit einem Rührflügel steht. Mit dem Rührflügel wird das Medium für alle Probenkörper gleichmäßig bewegt. Die Ein- und Auslaufstutzen sind mit einem Luer-Lock versehen und können mit beliebigen Schlauchsystemen aus dem medizinischen Bereich gekoppelt werden. Die Materialien Glas und Edelstahl verhalten sich neutral zu ihrer Umgebung, sind gut zu säubern und behalten dauerhaft ihre Funktionalität. Der Biofilmreaktor kann mit einem herkömmlichen beheizbaren Magnetrührsystem gemeinsam genutzt werden. Darüber lassen sich die Scherkräfte über den Rührflügel und die Temperatur exakt regulieren.Of the Biofilmreaktor is a special vessel (beaker) with a spout and integrated sample holder system. The sample holder system becomes placed on the beaker. Thus, preferably 8 reactor rods are attached. In these reactor rods can 5 samples each be fixed. Thus, a total number of samples of 40 pieces is possible. in the Center of the holder system is a rod - preferably a glass rod - attached, which is in contact with a stirring blade. With the impeller is the medium for everyone specimen moved evenly. The inlet and outlet are provided with a Luer-Lock and can with coupled to any hose systems from the medical field become. The materials glass and stainless steel behave neutrally to their environment, are easy to clean and keep their functionality permanently. The biofilm reactor can with a conventional one heated magnetic stirring system be shared. About that can the shear forces on the Agitator and to regulate the temperature exactly.

Prinzip:Principle:

In einem Reaktorstab können 5 beliebige Proben befestigt werden.In a reactor rod can 5 arbitrary samples are attached.

Über die 3 oberen Zugänge kann Mediumslösung zugeführt werden und ermöglicht die Veränderung des Mediums im Reaktor während des Versuchablaufs. Somit ist ein Durchflusssystem möglich, der für die Biofilmbildung von entscheidender Rolle sein kann. Ebenso ist es möglich, ein Gas oder Gasgemisch über die Zugänge zuzuführen, um das Milieu für die Mikroorganismen, z. B. aerobe, anaerobe Stoffwechsellage zu beeinflussen. Ein gemeinsamer Temperatur- und pH-Wertmessfühler kann eingeführt werden, um eine konstante Temperatur im Reaktor zu gewährleisten und um den pH-Wert zu überwachen. Zusammen mit einer Pumpe kann über den Ab- und Zufluss des Biofilmreaktors ein kontrollierter Durchfluss ermöglicht werden. Darüber ist eine kontinuierliche Mediumsänderung möglich, um z. B. den Nährstoffgehalt und die Erregerzahl im Medium zu verändern. Das ist hilfreich für die Erzeugung von Stressfaktoren um die Biofilmbildung positiv zu beeinflussen oder auch um zu gewährleisten, dass sich im Verlaufe des Versuchs nur noch adhärierte Mikroorganismen an den Proben befinden und keine im Medium.About the 3 upper accesses can medium solution supplied become and possible the change of the Medium in the reactor during of the experiment. Thus, a flow-through system is possible, the for the Biofilm formation can be crucial. It is the same possible, a gas or gas mixture over the accesses supply, around the milieu for the microorganisms, eg. B. aerobic, anaerobic metabolism influence. A common temperature and pH sensor can introduced to ensure a constant temperature in the reactor and to monitor the pH. Together with a pump can over the inflow and outflow of the biofilm reactor a controlled flow allows become. About that is a continuous medium change possible, to z. B. the nutrient content and to change the number of exciters in the medium. That's helpful for the generation of stress factors to positively influence biofilm formation or also to ensure that in the course of the experiment only adherent microorganisms on the Samples are located and none in the medium.

Vorteile des erfindungsgemäßen Biofilmreaktors im Vergleich zum CDC:Advantages of the biofilm reactor according to the invention in comparison to the CDC:

- More specimen (40 instead of 24) per run. Better for statistical statements and subsequently several continuation attempts are possible because more samples are available are.
- None Areas where dirt can accumulate.
- Longer lifetime, because mechanically stressed parts made of stainless steel
- Higher bakeability by choosing higher quality materials
- Improved Handling and safety for the user
- Luerlock system allows the fitting of sterile tube systems and it is international

Gemäß einer speziellen Ausführungsvariante der Erfindung wird für den anaeroben Betrieb der Standard-Biofilmreaktor gasdicht ausgeführt, so dass dieser auch mit Unter- und Überdruck betrieben kann. Desweiteren soll der Biofilmreaktor als neuer europäischer Referenz-Biofilmreaktor fungieren.According to one special design variant the invention is for the anaerobic operation of the standard biofilm reactor gas-tight, so that this too with under and over pressure can operate. Furthermore, the biofilm reactor as a new European reference biofilm reactor act.

Der im Biofilmreaktor befindliche Sauerstoff wird beispielsweise durch das Einlassen von geeigneten Gasen (Stickstoff, Kohlendioxid, andere inerte Gase und/oder Edelgase wie z. B. Argon) verdrängt oder durch chemische Verfahren innerhalb des Biofilmreaktors entfernt. Typische Verfahren können beispielsweise sein: Mikrobiologie Anaerocult C Gasgene ratorsystem Merck: 1.13682.0001 bzw. 1.16275.0001 (mit CO₂-Anreicherung für z. B. Legionellen, bzw. ohne CO₂-Anreicherung für z. B. Bacteroides, Clostridien). Dabei verwendete Indikatorsysteme: BBL CO₂-Indicators, 8053509.The oxygen in the biofilm reactor is displaced or passed through, for example, by the admission of suitable gases (nitrogen, carbon dioxide, other inert gases and / or noble gases such as argon) chemical processes within the biofilm reactor removed. Typical processes can be, for example: Microbiology Anaerocult C Gas generator system Merck: 1.13682.0001 or 1.16275.0001 (with CO ₂ enrichment for eg Legionella, or without CO ₂ enrichment for eg Bacteroides, Clostridia) , Indicator Systems Used: BBL CO ₂ Indicators, 8053509.

Durch das Arbeiten mit Überdruck wird das Eindringen von Gasen von außerhalb des Biofilmreaktors verhindert. Ein spezielles Überdruckventil begrenzt dabei den Maximaldruck im Biofilmreaktor.By working with overpressure prevents the ingress of gases from outside the biofilm reactor. A special pressure relief valve limits the maximum pressure in the biofilm reactor.

Speziell angebrachte Druckmesser erlauben dabei die Drucküberwachung der eingebrachten Prozessgase.specially attached pressure gauges allow the pressure monitoring of the introduced Process gases.

Weiterhin erlauben speziell angebrachte Gasflusssteuergeräte (Mass-Flow-Controller) in Zusammenarbeit mit geeigneten Vakuumpumpen den Betrieb bei verschiedenen Drücken, Gasflüssen und in verschiedenen Zusammensetzungen, was zum Beispiel der Simulation des Biofilmwachstums in verschiedenen Höhenlagen unter verschiedenen Umwelteinflüssen entspräche.Farther allow specially mounted gas flow control devices (mass flow controllers) in Working with suitable vacuum pumps operating at different To press, gas flows and in different compositions, such as the simulation biofilm growth at different altitudes among different environmental influences correspond.

Weiterhin kann über eine Lufttrocknung und anschließende Zusetzung von Feuchtigkeit der Feuchtigkeitsgehalt definiert geregelt werden.Farther can over an air drying and subsequent Adding moisture to the moisture content defines regulated become.

Durch die durchsichtige Ausführung des Biofilmreaktors können die Biofilme, mit verschiedenen außen angebrachten Bestrahlungsquellen, wie zum Beispiel Xenon-Gasentladungslampen, zur Simulation von verschiedenen Helligkeiten und Bestrahlungsstärken genutzt werden. Mit Hilfe von weiteren optischen Filtern kann beispielsweise die Sonneneinstrahlung hinter Fensterglas oder ähnlichen Materialien simuliert werden. Somit ist eine vollständige Bewetterung der Biofilme über Änderungen von Licht, Wärme, Druck, pH-Wert- und Nährstoffkonzentration gegeben.By the transparent version of the biofilm reactor biofilms, with different sources of radiation on the outside, such as xenon gas discharge lamps, used to simulate different brightness levels and irradiance levels become. For example, with the help of further optical filters the sunlight is simulated behind window glass or similar materials become. Thus, a complete Ventilation of biofilms about changes of light, heat, Pressure, pH value and nutrient concentration given.

Für den gasdichten Betrieb des Biofilmreaktors wird der Deckel in veränderter Form ausgeführt, so dass über eine Dichtung (z. B. mittels O-Ring oder Elastomermaterialien) eine Gasdichtheit zwischen a) Deckel und Glasgefäßwand sowie b) zwischen Probenträger und Deckel hergestellt wird.For the gas-tight Operation of the biofilm reactor, the lid is changed in Executed form, so that over a seal (eg by means of O-ring or elastomeric materials) one Gas tightness between a) lid and glass vessel wall and b) between sample carrier and Lid is made.

Alle anderen Dichtungen des Biofilmreaktors für Normalluftdruckbetrieb sind bereits gasdicht, genauso wie die angebrachten Luer-Lock-Verbindungen. Dabei wird konstruktiv die unterschiedliche Ausdehnung der Materialien während des Ausheizprozesses bis 140°C im Autoklaven berücksichtigt. Zur besseren Abdichtung und einer erhöhten Passgenauigkeit zwischen Deckel und Glasgefäß wird zusätzlich der obere Glasrand mit Ringverstärkung versehen.All other seals of biofilm reactor for normal air pressure operation are already gas-tight, as well as the attached Luer-Lock connections. In the process, the different expansion of the materials becomes constructive while the baking process up to 140 ° C considered in the autoclave. For better sealing and increased accuracy of fit between Lid and glass jar is additionally the upper rim of glass with ring reinforcement Mistake.

Eine weitere Bauform ist ein Biofilmreaktor für die Simulation von verschiedenen Drücken im Meer, zum simulierten Wachstum von Marine-Biofilme. Hierfür sind weitere aufwendige Hochdruckkammern mit speziellen Verschlüssen notwendig.A Another design is a biofilm reactor for the simulation of various To press in the sea, for the simulated growth of marine biofilms. There are more for this elaborate high-pressure chambers with special closures necessary.

Alle kontrollierbaren Mess- und Steuergeräte sind computergesteuert und sind an ein zentrales oder dezentrales Computer-Datenbanksystem angeschlossen und alle verwendeten Versuchsparameter werden über ein Vielkanalgerät mitgeschrieben, so dass ein nachträgliches Data-Mining über den Ergebnissen der einzelnen und auch verschiedenen weltweiten Arbeitsgruppen erfolgen kann.All Controllable measuring and control devices are computer-controlled and are connected to a centralized or decentralized computer database system connected and all used test parameters are over Multi-channel device co-written, so that a subsequent data mining over the Results of the individual and also different worldwide working groups can be done.

Trotzdem die Wachstumsbedingungen mit Standard-Referenz-Biofilmreaktoren erfolgen, sollte spezielle Referenz-Labore (A-Labore) durch die Anmelder eingerichtet werden können, welche Zertifikate für das standardisierte Biofilmwachstum vergibt oder vergeben kann. Für die Einrichtung dieser Referenz-Labore ist die Zustimmung der Anmelder notwendig. Zum Erhalt der Zertifikate ist es zwingend notwendig, die Methodik der statistischen Versuchsplanung zu benutzen, um eine höhere Signifikanz bei den Ergebnissen der Experimenten zu erhalten oder auch bereits kleinere Trends zielsicherer feststellen zu können.Nevertheless the growth conditions with standard reference biofilm reactors should be carried out by the special reference laboratories (A laboratories) Applicants can be established which certificates for can award or grant standardized biofilm growth. For the Establishment of these reference laboratories is the consent of the applicants necessary. To receive the certificates, it is absolutely necessary to use the method of statistical experimental design to a higher To obtain significance in the results of the experiments or Even smaller trends can be determined more accurately.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht.The The invention will become apparent from the accompanying drawings.

11: Dichtungpoetry
22: Klemmplattenclamps
33: Ständerstand
44: Gefäßvessel
55: Probenhaltersample holder
66: Deckelcover
77: Rührachsestirring axis
88th: Nabehub
99: Rührblattstirring blade
10, 1110 11: Rohrstutzenpipe socket
1212: Magnetmagnet
1313: O-RingO-ring
1414: Zylinderstiftstraight pin
1515: Zylinderschraubecylinder head screw
1616: Gewindestiftescrews

Claims

Biofilmreaktor, comprising a vessel with inlet and outlet nozzles and integrated sample holder system, wherein the sample holder system is placed on the beaker and in the center of the sample holder system is a rod, which is in contact with a stirring blade, characterized in that the inlet and outlet nozzles are equipped with a Luer-lock and with any hose systems in the medical field can.

Biofilm reactor according to claim 1, characterized in that that the vessel is a Beaker is trading.

Biofilmreaktor according to claim 1 or 2, characterized that in the biofilm reactor 8 reactor rods are attached, in each 5 samples can be fixed and thus a number of samples of a total of 40 pieces possible is.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rod is a glass rod is.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 4, characterized in that it einbeheizbares magnetic stirring system has.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 5, characterized in that it controls the agitator and contains the temperature, so that the shear forces to regulate exactly.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 6, characterized in that it contains temperature and pH sensor to a to ensure constant temperature in the reactor and to monitor the pH.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is connected to a pump and so the outflow and inflow of the biofilm reactor and a continuous medium change is controlled.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises means for generating Underpressure and overpressure contains.

Biofilm reactor according to claim 9, characterized in that that he has devices for the admission of gases, preferably nitrogen, carbon dioxide, other inert gases and / or noble gases such. As argon contains.

Biofilm reactor according to claim 9, characterized in that that he has at least one pressure relief valve having.

Biofilmreaktor according to one of claims 9 to 11, characterized in that it has specially attached pressure gauge owns the pressure monitoring allow the introduced process gases.

Biofilmreaktor according to one of claims 9 to 12, characterized in that it has specially attached gas flow control devices (mass flow controller) and vacuum pumps.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 13, characterized in that different, au ßen mounted, irradiation sources, preferably xenon gas discharge lamps, for the simulation of different brightnesses and contains.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 14, characterized in that it has optical filters with which the sunlight behind window glass or similar Materials are simulated.

Biofilmreaktor according to one of claims 9 to 15, characterized in that it has a gas-tight lid, the over a seal, preferably by means of O-ring or elastomeric materials, a gas tightness between a) lid and glass vessel wall and b) between sample carrier and Lid guaranteed.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 16, characterized in that all the seals of the biofilm reactor for normal air pressure operation are already gas-tight, as well as the attached Luer-Lock connections.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 17, characterized in that between the lid and glass vessel in addition to the upper rim of glass with ring reinforcement is provided.

Biofilmreaktor according to one of claims 1 to 18, characterized in that all controllable measuring and ECUs are computer-controlled and are at a central or decentralized Computer database system are connected.