DE202019106908U1

DE202019106908U1 - Bioreaktor für einen Zellexpansionsprozess

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Publication number: DE202019106908U1
Application number: DE202019106908.2U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2029-03-21

Abstract

Bioreaktor für einen Zellexpansionsprozess, wobei der Bioreaktor (1) ein Kulturgefäß (2) aufweist, das eine sich in Axialrichtung (X) von einem unteren Ende zu einem oberen Ende entlang einer Mittelachse (3) erstreckende Reaktionskammer (4) zur Aufnahme eines biologischen Reaktionsmediums und zur Zellexpansion ausbildet, wobei der Bioreaktor (1) ein Rührwerk (5) aufweist, das ein um eine zur Mittelachse (3) der Reaktionskammer (4) koaxial ausgerichtete Rotationsachse (6) rotierbares Rührorgan (7) aufweist, wobei das Rührorgan (7) radiale Außenkanten (7a) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die radialen Außenkanten (7a) zumindest in einem axialen Abschnitt (a₁) des Rührorgans (7), insbesondere zumindest über den größten Teil der axialen Erstreckung des Rührorgans (7), jeweils gegenüber der Rotationsachse (6) radial nach außen geneigt sind und in Axialrichtung (X) nach oben auseinanderlaufen und
dass sich die Reaktionskammer (4) zumindest in einem axialen Abschnitt (b), in den das Rührorgan (7) im montierten Zustand zumindest abschnittsweise entgegen der Axialrichtung (X) eingetaucht ist, in Axialrichtung (X) nach oben hin radial erweitert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor für einen Zellexpansionsprozess gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zur Durchführung einer Zellexpansion, auch als Seed-Expansion oder Seed Train-Expansion bezeichnet, sind verschiedene biotechnologische Verfahren bekannt. Grundsätzlich dienen diese der Erzeugung einer für den jeweiligen Anwendungszweck ausreichenden Anzahl von Zellen, insbesondere von Gewebezellen oder mikrobiellen Zellen, in Kulturgefäßen. Ein Anwendungsfall ist die Vermehrung von Zellen zur Inokulation eines Produktions-Bioreaktors, also eines relativ großen Bioreaktors im Produktionsmaßstab mit einem Arbeitsvolumen von beispielsweise mehreren 100 oder mehreren 1000 Litern, zur industriellen Herstellung mikrobieller oder zellulärer Produkte, insbesondere Biopharmazeutika. Ein anderer Anwendungsfall ist die Vermehrung menschlicher Zellen, beispielsweise von T-Zellen (T-Lymphozyten) oder Stammzellen, die dem Patienten entnommen, anschließend ex vivo expandiert und dann dem Patienten reinfundiert werden.
Eine Zellexpansion erfolgt in der Regel in mehreren Durchgängen, wobei die Kulturgefäße mit jedem Durchgang größer werden. Als Kulturgefäße werden dabei beispielsweise Schüttelkolben, Rollerflaschen, T-Flaschen oder dergleichen, jeweils mit unterschiedlichen Arbeitsvolumina im Milliliter-Bereich, verwendet.
Da nach jedem Durchgang das die zu vermehrenden Zellen und ein Nährmedium enthaltende biologische Reaktionsmedium in das nächstgrößere Kulturgefäß umgefüllt werden muss, besteht das Risiko von Kreuzkontaminationen und Bedienungsfehlern. Unabhängig davon besteht die Problematik, dass für ein optimales Wachstumsverhalten möglichst gleiche Prozessparameter in den einzelnen Durchgängen zugrunde liegen müssen. Insbesondere ist hier eine möglichst gleichmäßige Bewegung und gleichmäßige Begasung des Reaktionsmediums in den einzelnen Kulturgefäßen notwendig, um nur einige Beispiele zu nennen. Zum einen sind aber die Prozessparameter in den verschiedenen verwendeten Kulturgefäßen niemals völlig identisch und zum anderen kommt es beim Transfer des Reaktionsmediums von dem einen in das nächstgrößere Kulturgefäß zu Phasen, in denen keine oder keine ausreichende Bewegung und Begasung des Reaktionsmediums erfolgt.
Aus dem Stand der Technik ( WO 2018/191405 A1 ), von dem die Erfindung ausgeht, ist ein Bioreaktor für einen Zellexpansionsprozess bekannt, der ein Kulturgefäß mit zwei Kammern unterschiedlicher Größe aufweist, die in Axialrichtung, das heißt vertikal übereinander, angeordnet sind und jeweils zur Aufnahme eines biologischen Reaktionsmediums und zur Zellexpansion ausgebildet sind. Bei diesem Bioreaktor wird zunächst in der kleineren der Kammern unter Zuführung von Nährmedium ein erster Vermehrungsschritt zur Expansion von Zellen durchgeführt, während das Reaktionsmedium begast und mittels eines Rührorgans bewegt wird. Nachdem ein bestimmtes Kulturvolumen und eine bestimmte Zelldichte erreicht worden ist, wird das Reaktionsmedium innerhalb des Kulturgefäßes von der kleineren in die größere Reaktionskammer geleitet. In der größeren Reaktionskammer wird das Reaktionsmedium dann ebenfalls unter Zuführung von Nährmedium begast und mit einem weiteren Rührorgan, das auf derselben Rührwelle wie das Rührorgan in der ersten Reaktionskammer gelagert ist, bewegt. Der bekannte Bioreaktor hat den Vorteil, dass das Reaktionsmedium beim Transfer von der kleineren in die größere Reaktionskammer nicht mit der Umgebung in Kontakt kommen kann, da sich beide Kammern in ein und demselben Kulturgefäß befinden. Dies verringert zum einen die Gefahr einer Kreuzkontamination. Da der Bioreaktor außerdem weitestgehend automatisch betrieben werden kann, wird zum anderen auch das Risiko von Bedienungsfehlern verringert. Der Prozess der Zellexpansion ist aber weiter optimierungsfähig.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den bekannten Bioreaktor derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine damit durchgeführte Zellexpansion weiter optimiert und das Wachstumsverhalten der Zellen verbessert wird.
Das obige Problem wird bei einem Bioreaktor für einen Zellexpansionsprozess gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, einen Bioreaktor, insbesondere einen Bioreaktor im Labormaßstab (Labor-Bioreaktor), das heißt mit maximal 30 Litern Arbeitsvolumen, mit einem Kulturgefäß vorzusehen, das eine Zellexpansion in mehreren aufeinanderfolgenden Durchgängen (Vermehrungsschritten) in einer einzigen Reaktionskammer erlaubt. Vor jedem Durchgang wird dabei insbesondere neues Nährmedium in die Reaktionskammer zugegeben, wobei zumindest vor dem ersten der Durchgänge auch die zu vermehrenden Zellen in die Reaktionskammer gegeben werden. Danach erfolgt bis zum Ende des jeweiligen Durchgangs vorzugsweise keine weitere Zugabe von Nährmedium oder Zellen. Vorzugsweise wird aber während jedes Durchgangs dem biologischen Reaktionsmedium ein Gas, insbesondere ein Sauerstoff enthaltendes Gas, zugeführt.
In der Reaktionskammer befindet sich ein Rührorgan, das so ausgestaltet und angeordnet ist, dass es bei unterschiedlichen Füllständen des Reaktionsmediums mit diesem in Kontakt kommt und dieses mittels einer Rührbewegung bewegen und durchmischen kann. Dabei sind die Reaktionskammer und das Rührorgan so geformt, dass bei den unterschiedlichen Füllständen immer im Wesentlichen gleiche Prozessparameter gegeben sind. Dies betrifft insbesondere die Strömungsverhältnisse, aber beispielsweise auch die Größe und Verteilung von Gasblasen, insbesondere Sauerstoffblasen, im Reaktionsmedium. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass sich keine Unterbrechungen des Zellexpansionsprozesses ergeben, da das Reaktionsmedium auch zwischen den Durchgängen, insbesondere während der Zugabe weiteren Nährmediums, einer Rührbewegung ausgesetzt werden kann. Vorzugsweise wird das Reaktionsmedium im gesamten Zeitraum vom Beginn des ersten Durchgangs bis zum Ende des letzten Durchgangs einer Rührbewegung ausgesetzt.
Wesentlich ist hierfür die Kombination einer Reaktionskammer mit sich zumindest in einem axialen Abschnitt nach oben hin erweiterndem Querschnitt einerseits mit einem Rührorgan mit sich ebenfalls zumindest in einem axialen Abschnitt nach oben hin erweiterndem Querschnitt andererseits. Der Querschnitt ist dabei bezogen auf einen Schnitt orthogonal zur Axialrichtung, also in radialer Richtung. Durch die spezielle, sich mit zunehmender Höhe erweiternde Querschnittsform der Reaktionskammer und des Rührorgans können auch die axialen Abmessungen (Kammer- und Reaktorhöhe) verringert werden. Dabei wird trotz verringerter axialer Abmessungen eine besonders schonende Durchmischung des die Zellen enthaltenden Reaktionsmediums ermöglicht. Grund hierfür ist, dass das Rührorgan nicht über seine gesamte axiale Erstreckung die gleiche Breite hat und somit die Umfangsgeschwindigkeit im Bereich der radialen Außenkanten nicht überall gleich hoch ist. So birgt eine hohe Umfangsgeschwindigkeit das Risiko einer Zerstörung von Zellen, was bei der vorschlagsgemäßen Lösung dadurch vermieden wird, dass die Umfangsgeschwindigkeit zum Gefäßboden hin, insbesondere kontinuierlich, abnimmt. Bei niedrigen Füllständen und insbesondere noch geringer Zelldichte wird das Reaktionsmedium dadurch vom Rührorgan vergleichsweise langsam und besonders zellschonend durchquert. Selbst bei hohen Füllständen wird nur der obere Teil des Reaktionsmediums vom Rührorgan vergleichsweise schnell durchquert, wodurch im Mittel ebenfalls eine zellschonende Bewegung und Durchmischung erzielt wird.
Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die radialen Außenkanten zumindest in einem axialen Abschnitt des Rührorgans, insbesondere zumindest über den größten Teil der axialen Erstreckung des Rührorgans, jeweils gegenüber der Rotationsachse radial nach außen geneigt sind und in Axialrichtung nach oben auseinanderlaufen und dass sich die Reaktionskammer zumindest in einem axialen Abschnitt, in den das Rührorgan im montierten Zustand zumindest abschnittsweise entgegen der Axialrichtung eingetaucht ist, in Axialrichtung nach oben hin radial erweitert.
Nach der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 ist die Reaktionskammer die einzige Reaktionskammer des Kulturgefäßes, wobei die Reaktionskammer insbesondere durchgehend, also ohne Trennwand und/oder Trennmembran ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer frei von jedweden Störkonturen, insbesondere Strömungsbrechern. Zusätzlich oder alternativ ist das Rührorgan insbesondere das einzige Rührorgan im Kulturgefäß und/oder in der Reaktionskammer.
Anspruch 3 definiert eine besonders bevorzugte Querschnittsform des Rührorgans, dessen radiale Außenkanten sich nämlich bei einer Rührbewegung jeweils auf der Mantelfläche eines gedachten Kegelstumpfes bewegen, dessen Grundfläche in Axialrichtung nach oben weist.
Die Ansprüche 4 bis 7 betreffen besonders bevorzugte Querschnittsformen der Reaktionskammer und des darin angeordneten Rührorgans.
Nach der weiter bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 kann die Reaktionskammer zusätzlich zu dem axialen Abschnitt, der sich nach oben hin radial erweitert, einen axialen Abschnitt aufweisen, der sich nicht nach oben hin erweitert, vorzugsweise einen axialen Zylinderabschnitt, also einen axialen Abschnitt mit in Axialrichtung gleichbleibendem Querschnitt. Dieser Abschnitt, insbesondere Zylinderabschnitt, ist im montierten Zustand vorzugsweise von dem Rührwerk, insbesondere von der Rührwelle, durchdrungen (Anspruch 9) und dient beispielsweise zur Aufnahme von sich beim Zellexpansionsprozess bildendem Schaum und/oder, zumindest abschnittsweise, zur Aufnahme eines Teils des biologischen Reaktionsmediums.
In Anspruch 10 sind besonders bevorzugte Bereiche für den Winkel zwischen radialer Innenseite der Gefäßwand des Kulturgefäßes und Mantelfläche des Kegelstumpfes, den Winkel zwischen Mantelfläche des Kegelstumpfes und Rotationsachse des Rührorgans und den Winkel zwischen Rotationsachse des Rührorgans und radialer Innenseite der Gefäßwand des Kulturgefäßes angegeben, und zwar für unterschiedliche axiale Abschnitte der Reaktionskammer.
Die Ansprüche 11 und 12 wiederum definieren besonders bevorzugte Größenverhältnisse und Volumina einzelner Abschnitte der Reaktionskammer.
Nach der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 13 ist das Rührorgan so in der Reaktionskammer angeordnet, dass es bei bestimmten Füllständen, insbesondere bereits bei einem eingefüllten Volumen von 20 ml, in das biologische Reaktionsmedium eingetaucht ist.
Die Ansprüche 14 und 15 betreffen besonders bevorzugte Ausgestaltungen, bei denen Leitungsabschnitte, beispielsweise zur Zuführung und/oder Entnahme von Medien, und/oder Hilfseinrichtungen wie Sensoren, Sparger (Begasungselemente), Probenahmesonden oder dergleichen, in der Reaktionskammer und/oder am Kulturgefäß angeordnet sind.
Anspruch 16 betrifft schließlich eine bevorzugte Ausgestaltung des Rührorgans mit mindestens zwei Rührblättern. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Rührorgan um einen Blattrührer, insbesondere mit geraden Rührblättern, bei dem die Rührblätter also in einer gemeinsamen Ebene mit der Rotationsachse des Rührorgans liegen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 einen vorschlagsgemäßen Bioreaktor für einen Zellexpansionsprozess im montierten Zustand,
2 eine Explosionsdarstellung eines Teils des vorschlagsgemäßen Bioreaktors gemäß 1,
3 eine schematische Darstellung der Füllstände im Kulturgefäß des vorschlagsgemäßen Bioreaktors gemäß 1 a) bei einem ersten Durchgang zur Zellexpansion, b) bei einem zweiten Durchgang zur Zellexpansion und c) bei einem dritten Durchgang zur Zellexpansion und
4 eine Schnittdarstellung des Kulturgefäßes und eines Rührwerks des vorschlagsgemäßen Bioreaktors gemäß 1.

1 zeigt schematisch einen Bioreaktor 1 für einen Zellexpansionsprozess. Der Bioreaktor 1 ist hier und vorzugsweise als Labor-Bioreaktor ausgestaltet, also als ein Bioreaktor, der im Unterschied zu einem Produktions-Bioreaktor ein relativ kleines Arbeitsvolumen (maximal zur Verfügung stehendes Volumen) von maximal 30 Litern aufweist. Das Arbeitsvolumen beträgt insbesondere maximal 10 Liter, vorzugsweise maximal 5 Liter, weiter vorzugsweise maximal 2 Liter, weiter vorzugsweise maximal 1,5 Liter. Im Ausführungsbeispiel beträgt das Arbeitsvolumen weniger als 1 Liter, beispielsweise etwa 0,5 Liter.
Der Bioreaktor 1 weist ein Kulturgefäß 2, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial oder aus Glas, auf. Das Kulturgefäß 2 kann auch ein Single-Use-Kulturgefäß (Einweg-Kulturgefäß) sein. Das Kulturgefäß 2 bildet eine sich in Axialrichtung X, also in vertikaler Richtung, von einem unteren Ende zu einem oberen Ende entlang einer Mittelachse 3 erstreckende Reaktionskammer 4 zur Aufnahme eines biologischen Reaktionsmediums und zur Zellexpansion aus. Das biologische Reaktionsmedium weist zumindest zu vermehrende Zellen, insbesondere Gewebezellen oder mikrobielle Zellen, sowie ein Nährmedium auf. Das Kulturgefäß 2 weist eine um die Mittelachse 3 umlaufende Gefäßwand 2a, einen Gefäßboden 2b und einen Gefäßdeckel 2c auf, die im montierten Zustand die Reaktionskammer 4 umschließen.
Der vorschlagsgemäße Bioreaktor 1 erlaubt es einerseits, neben den Zellen und dem Nährmedium noch weitere flüssige oder gasförmige Medien wie Sauerstoff, pH-Korrekturmittel oder dergleichen der Reaktionskammer 4 zuzuführen, und andererseits das die bestimmungsgemäß vermehrten Zellen aufweisende Reaktionsmedium und gegebenenfalls sich im Kopfraum des Kulturgefäßes 2 ansammelnde Gase jeweils aus der Reaktionskammer 4 abzuführen.
Der vorschlagsgemäße Bioreaktor 1 weist ferner ein Rührwerk 5 auf, das ein um eine Rotationsachse 6 rotierbares Rührorgan 7 aufweist. Das Rührorgan 7 ist hier und vorzugsweise das einzige Rührorgan 7 im Kulturgefäß 2 und/oder in der Reaktionskammer 4. Die Rotationsachse 6 verläuft hier koaxial zur Mittelachse 3 der Reaktionskammer 4. Das Rührorgan 7 ist an einer sich entlang der Rotationsachse 6 erstreckenden Rührwelle 8 drehfest angeordnet, die mit einem elektrischen Antriebsmotor 9 einer Antriebsanordnung 10 zum Antrieb des Rührwerks 5 drehfest gekoppelt ist. Das Rührorgan 7 weist dabei mindestens zwei, hier und vorzugsweise genau zwei, sich von der Rotationsachse 6 und/oder von der Rührwelle 8 radial nach außen erstreckende Rührblätter 11 auf. Die Rührblätter 11 verlaufen hier und vorzugsweise jeweils in einer gemeinsamen Ebene mit der Rotationsachse 6 des Rührorgans 7. Insoweit handelt es sich bei dem Rührorgan 7 hier um einen Blattberührer mit geraden Rührblättern 11. Wie insbesondere 4 veranschaulicht, weist das Rührorgan 7 bzw. weisen die Rührblätter 11 zum einen radiale Außenkanten 7a, also bezogen auf die Axialrichtung X radial nach außen weisende Kanten 7a, und zum anderen bezogen auf die Axialrichtung X obere Außenkanten 7b sowie untere Außenkanten 7c auf.
Wesentlich bei dem vorschlagsgemäßen Bioreaktor 1 ist nun, dass die radialen Außenkanten 7a zumindest in einem axialen Abschnitt a₁ des Rührorgans 7, hier und vorzugsweise über den größten Teil der axialen Erstreckung des Rührorgans 7, jeweils gegenüber der Rotationsachse 6 radial nach außen geneigt sind und in Axialrichtung X nach oben auseinanderlaufen und dass sich die Reaktionskammer 4 zumindest in einem axialen Abschnitt b, in dem das Rührorgan 7 im montierten Zustand zumindest abschnittsweise, hier und vorzugsweise vollständig, entgegen der Axialrichtung X eingetaucht ist, in Axialrichtung X nach oben hin radial erweitert.
„Zumindest über den größten Teil“ bedeutet, dass die radialen Außenkanten 7a über mehr als 50 %, vorzugsweise über mindestens 70 %, weiter vorzugsweise über mindestens 80 %, weiter vorzugsweise über mindestens 90 %, der axialen Erstreckung des Rührorgans 7 jeweils gegenüber der Rotationsachse 6 radial nach außen geneigt sind und in Axialrichtung X nach oben auseinanderlaufen. Grundsätzlich können die radialen Außenkanten 7a des Rührorgans 7 abschnittsweise auch jeweils parallel zur Rotationsachse 6 verlaufen.
Insbesondere ist das Rührorgan 7 mit mindestens 50 %, vorzugsweise mit mindestens 70 %, weiter vorzugsweise mit mindestens 80 %, weiter vorzugsweise mit mindestens 90 %, seiner axialen Erstreckung in den sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitt b der Reaktionskammer 4 eingetaucht. Abschnittsweise kann das Rührorgan 7 auch außerhalb, insbesondere oberhalb, des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 angeordnet sein.
Der sich nach oben hin radial erweiternde axiale Abschnitt b der Reaktionskammer 4 ist dabei hier und vorzugsweise so ausgestaltet, dass dieser sich in Axialrichtung X mit zunehmendem Abstand vom Kammerboden 2b ständig erweitert. Der axiale Abschnitt b kann aber auch gemäß einer hier nicht dargestellten Ausführungsform mindestens einen Unterabschnitt aufweisen, der sich nicht nach oben hin radial erweitert. Auch kann sich zu einer oder beiden axialen Seiten des sich nach oben hin radial erweiternden Abschnitts b ein axialer Abschnitt c anschließen, der sich nicht nach oben hin radial erweitert, was im Weiteren noch erläutert wird. Besonders bevorzugt ist, dass sich der axiale Abschnitt b, der sich nach oben hin radial erweitert, wie hier dargestellt ständig erweitert und insbesondere auch den größten Teil der axialen Erstreckung der Reaktionskammer 4 einnimmt.
In einem vertikalen Schnitt, wie er auch in 4 gezeigt ist, weist nun sowohl das Rührorgan 7 in dem axialen Abschnitt a₁ als auch die Reaktionskammer 4 in dem axialen Abschnitt b einen sich nach oben hin erweiternden Querschnitt auf. Auf diese Weise wird ein Kulturgefäß 2 gebildet, dessen Reaktionskammer 4, die insbesondere die einzige Reaktionskammer 4 des Kulturgefäßes 2 zur Aufnahme eines biologischen Reaktionsmediums und zur Zellexpansion ist, eine optimierte Form für die Durchführung einer Zellexpansion in mehreren aufeinanderfolgenden Durchgängen aufweist. So kann die Reaktionskammer 4, wie beispielsweise die 3a) bis c) zeigen, zum Zwecke der Vermehrung von Gewebezellen oder mikrobiellen Zellen schrittweise durch Zugabe insbesondere von Nährmedium befüllt werden, ohne dass der Zellexpansionsprozess dabei unterbrochen wird. Das Rührwerk 5 kann dabei durchgehend betrieben werden. Nach einer Erstbefüllung der Reaktionskammer 4 mit einem definierten Füllstand ist das Rührwerk 5 ständig mit dem Reaktionsmedium in Kontakt und kann dieses dauerhaft durch eine Rührbewegung bewegen und durchmischen. Dies erfolgt insbesondere auch während eines weiteren Befüllens der Reaktionskammer 4 nach der Erstbefüllung.
3a) zeigt beispielsweise einen Füllstand nach der Erstbefüllung der Reaktionskammer 4 für einen ersten Durchgang einer Zellexpansion. Hier sind beispielhaft 50 ml Reaktionsmedium in die Reaktionskammer 4 eingefüllt. Das Rührorgan 7 ist hier bereits bei einem in die Reaktionskammer 4 eingefüllten Volumen von 50 ml, vorzugsweise von 40 ml, weiter vorzugsweise von 30 ml, weiter vorzugsweise von 20 ml, abschnittsweise entgegen der Axialrichtung X in das biologische Reaktionsmedium eingetaucht. 3b) zeigt einen weiteren Füllstand für einen zweiten Durchgang der Zellexpansion, wobei hier beispielhaft 300 ml Reaktionsmedium in die Reaktionskammer 4 eingefüllt sind. 3c) zeigt noch einen weiteren Füllstand für einen dritten Durchgang der Zellexpansion, wobei hier beispielhaft 500 ml in die Reaktionskammer 4 eingefüllt sind. Durch die besondere Form und insbesondere auch durch den in 4 gezeigten Verlauf der radialen Außenkanten 7a des Rührorgans 7 relativ zu der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a in dem sich nach oben hin radial erweiternden Abschnitt b können bei allen genannten Füllständen im Wesentlichen gleiche Prozessparameter, insbesondere Strömungsverhältnisse, Gasblasenverteilungen, Gasblasengrößen etc., gewährleistet werden.
Wie 4 ferner zeigt, ist bei der im Ausführungsbeispiel gezeigten Reaktionskammer 4 zwischen dem Gefäßboden 2b und dem axial oberen Ende des sich nach oben hin radial erweiternden Abschnitts b, und auch im weiteren Verlauf bis zum oberen Ende der Reaktionskammer 4, das von dem Gefäßdeckel 2c gebildet wird, keine Trennwand, Trennmembran oder sonstige Störkontur, insbesondere kein Strömungsbrecher, vorgesehen. Die Reaktionskammer 4 ist hier also als eine durchgehende Reaktionskammer 4 ausgebildet. In einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist es aber auch denkbar, an der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a und/oder am Gefäßboden 2b vorspringende und/oder zurückgesetzte Abschnitte vorzusehen, um für bestimmte Anwendungsfälle andere Strömungsverhältnisse zu erreichen. Hier und vorzugsweise ist die Innenseite der Reaktionskammer 4 aber eben ausgebildet. Besonders bevorzugt hat die radiale Innenseite der Gefäßwand 2a und gegebenenfalls auch die radiale Außenseite der Gefäßwand 2a eine zur Mittelachse 3 der Reaktionskammer 4 rotationssymmetrische Form.
Die zuvor angesprochenen, bei den unterschiedlichen Füllständen optimalen Prozessparameter werden bei den unterschiedlichen Füllständen im Wesentlichen dadurch konstant gehalten, dass sich die radialen Außenkanten 7a zumindest in einem axialen Abschnitt a₁ des Rührorgans 7, insbesondere zumindest über den größten Teil der axialen Erstreckung des Rührorgans 7, gegebenenfalls auch über die gesamte axiale Erstreckung des Rührorgans 7, bei einer Rührbewegung des Rührorgans 7 jeweils auf der Mantelfläche M eines gedachten Kegelstumpfes bewegen, dessen Grundfläche G axial nach oben weist. Der gedachte Kegelstumpf ist in 4 gestrichelt dargestellt. Hier und vorzugsweise ist es ferner so, dass sich die bezogen auf die Axialrichtung X oberen Außenkanten 7b des Rührorgans 7 zumindest in einem radialen Abschnitt des Rührorgans 7, insbesondere zumindest über den größten Teil der radialen Erstreckung des Rührorgans 7, hier und vorzugsweise über die gesamte radiale Erstreckung des Rührorgans 7, bei der Rührbewegung auf der Grundfläche G des Kegelstumpfes bewegen. Zusätzlich oder alternativ können sich, wie ebenfalls bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, die bezogen auf die Axialrichtung X unteren Außenkanten 7c des Rührorgans 7 zumindest in einem radialen Abschnitt des Rührorgans 7, insbesondere zumindest über den größten Teil der radialen Erstreckung des Rührorgans 7, hier und vorzugsweise über die gesamte radiale Erstreckung des Rührorgans 7, bei der Rührbewegung auf der Deckfläche D des Kegelstumpfes bewegen.
Bei dem hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der sich nach oben hin radial erweiternde axiale Abschnitt b des Kulturgefäßes 2 bzw. der Reaktionskammer 4 mindestens zwei, hier genau zwei, axiale Unterabschnitte b₁ , b₂ , die eine unterschiedliche Neigung der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a gegenüber der Mittelachse 3 der Reaktionskammer 4 aufweisen. Die zwei Unterabschnitte b₁ , b₂ grenzen hier und vorzugsweise in Axialrichtung X aneinander. Grundsätzlich ist es in einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform aber auch denkbar, zwischen den beiden axialen Unterabschnitten b₁ , b₂ einen weiteren axialen Unterabschnitt vorzusehen, der sich nach oben hin nicht radial erweitert und beispielsweise zylinderförmig ist. Auch ist es denkbar, axiale Unterabschnitte mit derselben Neigung der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a vorzusehen.
Wie beispielsweise 4 zeigt, ist es hier vorgesehen, dass die radiale Innenseite der Gefäßwand 2a in dem sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitt b zumindest abschnittsweise, hier in dem ersten Unterabschnitt b₁ , über ihre axiale Erstreckung einen gleichbleibenden radialen Abstand x₁ zu der Mantelfläche M des Kegelstumpfes hat. Ferner hat die radiale Innenseite der Gefäßwand 2a in dem sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitt b zumindest abschnittsweise, hier in dem zweiten Unterabschnitt b₂ , einen sich über ihre axiale Erstreckung verändernden, hier und vorzugsweise einen sich über ihre axiale Erstreckung linear verändernden, radialen Abstand x₂ zu der Mantelfläche M des Kegelstumpfes. Der radiale Abstand x₂ nimmt in Axialrichtung X nach oben hin, hier linear, zu.
Weiter weist die Reaktionskammer 4 hier und vorzugsweise einen sich nach oben nicht radial erweiternden axialen Abschnitt, hier einen axialen Zylinderabschnitt c, auf. Dieser ist hier in Axialrichtung X oberhalb des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel schließt sich der Zylinderabschnitt c in Axialrichtung X oben an den axialen Abschnitt b der Reaktionskammer 4 an. Der lediglich optionale Zylinderabschnitt c dient hier beispielsweise zur Aufnahme von Schaum, der bei dem Zellexpansionsprozess entstehen kann. Der Zylinderabschnitt c ist im montierten Zustand von dem Rührwerk 5, hier der Rührwelle 8 des Rührwerks 5, in Axialrichtung X vollständig durchdrungen. Dabei ist es hier und vorzugsweise so, dass das Rührorgan 7 zumindest größtenteils, hier vollständig, außerhalb des Zylinderabschnitts c angeordnet ist.
In 4 sind ferner mehrere Winkel gezeigt, über die die Prozessparameter in besonderem Maße beeinflusst werden können. Die Wertebereiche für die Winkel sind vorzugsweise so gewählt, dass sich besonders bevorzugte Verläufe der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a relativ zu den radialen Außenkanten 7a des Rührorgans 7 und relativ zur Axialrichtung X ergeben.
Bei dem vorschlagsgemäßen Bioreaktor 1 ist insbesondere vorgesehen, dass der Winkel α₁ zwischen der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a des Kulturgefäßes 2 und der Mantelfläche M des Kegelstumpfes im ersten Unterabschnitt b₁ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von -10 bis 10°, vorzugsweise von -5 bis 5°, weiter vorzugsweise von -2 bis 2°, liegt. Hier beträgt der Winkel α₁ beispielhaft 0°.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Winkel α₂ zwischen der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a des Kulturgefäßes 2 und der Mantelfläche M des Kegelstumpfes im zweiten Unterabschnitt b₂ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt. Hier beträgt der Winkel α₂ beispielhaft 15°.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Winkel β₁ zwischen der Mantelfläche M des Kegelstumpfes und der Rotationsachse 6 des Rührorgans 7 im ersten Unterabschnitt b₁ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt. Hier beträgt der Winkel β₁ beispielhaft 15°.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Winkel β₂ zwischen der Mantelfläche M des Kegelstumpfes und der Rotationsachse 6 des Rührorgans 7 im zweiten Unterabschnitt b₂ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt. Hier beträgt der Winkel β₂ beispielhaft 15°.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Winkel γ₁ zwischen der Rotationsachse 6 des Rührorgans 7 und der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a des Kulturgefäßes 2 im ersten Unterabschnitt b₁ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt. Hier beträgt der Winkel γ₁ beispielhaft 15°.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Winkel γ₂ zwischen der Rotationsachse 6 des Rührorgans 7 und der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a des Kulturgefäßes 2 im zweiten Unterabschnitt b₂ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 15 bis 45°, vorzugsweise von 20 bis 40°, weiter vorzugsweise von 25 bis 35°, liegt. Hier beträgt der Winkel γ₂ beispielhaft 25°.
Weiter sind die Abmessungen des ersten Unterabschnitts b₁ der Reaktionskammer 4 vorzugsweise so gewählt, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite und mittlerer Höhe des ersten Unterabschnitts b₁ in einem Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 1,7 bis 2,1, weiter vorzugsweise von 1,8 bis 2,0, liegt. Hier beträgt dieses Verhältnis beispielhaft 1,9. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite des ersten Unterabschnitts b₁ und mittlerer Höhe der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 0,3 bis 1,3, vorzugsweise von 0,4 bis 0,6, weiter vorzugsweise von 0,45 bis 0,55, liegt. Hier beträgt dieses Verhältnis beispielhaft 0,5. Die „mittlere Breite“ ist immer die über die axiale Erstreckung durchschnittliche Breite. Bei einer zur Mittelachse 3 nicht-rotationssymmetrischen Form ist die Breite immer auf die Stelle des größten diametralen Abstands oder Durchmessers bezogen. Die „mittlere Höhe“ ist die über die radiale Erstreckung durchschnittliche Höhe.
Weiter sind die Abmessungen des zweiten Unterabschnitts b₂ der Reaktionskammer 4 vorzugsweise so gewählt, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite und mittlerer Höhe des zweiten Unterabschnitts b₂ in einem Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 2,0 bis 2,4, weiter vorzugsweise von 2,1 bis 2,3, liegt. Hier beträgt dieses Verhältnis beispielhaft 2,2. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite des zweiten Unterabschnitts b₂ und mittlerer Höhe der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 0,5 bis 1,5, vorzugsweise von 0,7 bis 0,9, weiter vorzugsweise von 0,75 bis 0,85, liegt. Hier beträgt dieses Verhältnis beispielhaft 0,8.
Weiter sind die Abmessungen des axialen Zylinderabschnitts c der Reaktionskammer 4 vorzugsweise so gewählt, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite und mittlerer Höhe des axialen Zylinderabschnitts c in einem Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 2,3 bis 2,7, weiter vorzugsweise von 2,4 bis 2,6, liegt. Hier beträgt dieses Verhältnis beispielhaft 2,5. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite des axialen Zylinderabschnitts c und mittlerer Höhe der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 0,5 bis 1,5, vorzugsweise von 0,9 bis 1,1, weiter vorzugsweise von 0,95 bis 1,05, liegt. Hier beträgt dieses Verhältnis beispielhaft 1,0.
Der vorschlagsgemäße Bioreaktor 1 ist darüber hinaus insbesondere so ausgestaltet, dass das Volumen V₁ des ersten Unterabschnitts b₁ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 20 bis 80 ml, vorzugsweise von 30 bis 70 ml, weiter vorzugsweise von 40 bis 60 ml, liegt. Hier beträgt das Volumen V₁ beispielhaft 50 ml.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Volumen V₂ des zweiten Unterabschnitts b₂ des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts b der Reaktionskammer 4 in einem Bereich von 200 bis 700 ml, vorzugsweise von 300 bis 600 ml, weiter vorzugsweise von 400 bis 500 ml, liegt. Hier beträgt das Volumen V₂ beispielhaft 450 ml.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Volumen V₃ des axialen Zylinderabschnitts c in einem Bereich von 200 bis 800 ml, vorzugsweise von 300 bis 700 ml, weiter vorzugsweise von 400 bis 600 ml, liegt. Hier beträgt das Volumen V₃ beispielhaft 500 ml.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Reaktionskammer 4 insgesamt ein Arbeitsvolumen V von mindestens 200 ml, vorzugsweise von mindestens 400 ml, weiter vorzugsweise von mindestens 600 ml, und/oder von maximal 10 Litern, vorzugsweise maximal 5 Litern, weiter vorzugsweise maximal 2 Litern, weiter vorzugsweise maximal 1,5 Litern, aufweist. Hier beträgt das Arbeitsvolumen V beispielhaft 1 Liter.
2 zeigt schließlich noch, dass durch den Abstand zwischen den radialen Außenkanten 7a des Rührorgans 7 bzw. der Mantelfläche M des Kegelstumpfes und der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a ein um die Mittelachse 3 umlaufender, radialer Ringraum 12 gebildet wird. Im montierten Zustand des Bioreaktors 1, wenn also das Rührwerk 5 bestimmungsgemäß in das Kulturgefäß 2 eingesetzt ist, wie dies 1 zeigt, verlaufen dann ein oder mehrere pneumatische und/oder hydraulische Leitungsabschnitte, hier zur Zuführung und/oder Entnahme von Medien, insbesondere entgegen der Axialrichtung X durch den Ringraum 12. Einzelne der Leitungsabschnitte, vorzugsweise die Mehrzahl oder sogar alle Leitungsabschnitte, sind insbesondere formstabil ausgestaltet. Zusätzlich oder alternativ können, wie ebenfalls in 2 beispielhaft dargestellt ist, ein oder mehrere Hilfseinrichtungen wie Sensoren, Sonden oder dergleichen im Ringraum 12 angeordnet sein.
Beispielsweise ist ein mit einem Einfüllanschlussstück 13a verbundener Leitungsabschnitt 13b und/oder ein mit einem Entnahmeanschlussstück 14a verbundener Leitungsabschnitt 14b und/ oder ein mit einem Ein- und/oder Auslass 15a für eine Kopfraumbegasung verbundener Leitungsabschnitt 15b und/oder ein mit einem Perfusionsanschlussstück 16a verbundener Leitungsabschnitt 16b in dem Ringraum 12 vorgesehen. Die einzelnen Anschlussstücke 13a bis 16a sind hier und vorzugsweise in dem Gefäßdeckel 2c des Kulturgefäßes 2 vorgesehen. Grundsätzlich können ein oder mehrere der Anschlussstücke 13a bis 16a auch in der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a oder dem Gefäßboden 2b vorgesehen sein. Hier und vorzugsweise ist in dem Gefäßdeckel 2c zusätzlich noch ein Universaleinlass und -auslass 17 vorgesehen. Weiter kann bzw. können, wie hier dargestellt, als Hilfseinrichtung bzw. Hilfseinrichtungen eine mit einem Anschlussstück 18a verbundene Probenahmesonde 18b und/oder ein mit einem Anschlussstück 19a verbundener Sparger 19b einer Begasungseinrichtung und/oder ein mit einem Anschlussstück 20a verbundener Temperatursensor 20b und/oder ein mit einem Anschlussstück 21a verbundener Biomassesensor 21b vorgesehen sein. Auch hier sind die Anschlussstücke 18a bis 21a vorzugsweise in dem Gefäßdeckel 2c angeordnet, können aber auch in der radialen Innenseite der Gefäßwand 2a oder dem Gefäßboden 2b vorgesehen sein. Hier und vorzugsweise sind am Gefäßboden 2b noch ein pO₂-Sensor und ein pH-Sensor vorgesehen, insbesondere innenseitig als Patches, also unmittelbar auf den Gefäßboden 2b aufgeklebt, oder angeschlossen über ein in dem Gefäßboden 2b vorgesehenes pO₂-Sensor-Anschlussstück 22 und pH-Sensor-Anschlussstück 23. Weiter ist hier und vorzugsweise im Gefäßdeckel 2c ein Anschlussstück 9a zum Anschluss des Antriebsmotors 9 vorgesehen.
Schließlich kann das Kulturgefäß 2, wie 1 beispielhaft zeigt, von einer Heizeinrichtung 24 umgeben sein, um das Reaktionsmedium bei dem Zellexpansionsprozess zu temperieren. 1 zeigt schließlich noch, dass das Kulturgefäß 2 mittels eines Adapters 25 mit einer Basis 26 mechanisch gekoppelt ist, wobei die Basis weitere Elektronik und/oder Sensorik aufweisen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/191405 A1 [0005]

Claims

Bioreaktor für einen Zellexpansionsprozess, wobei der Bioreaktor (1) ein Kulturgefäß (2) aufweist, das eine sich in Axialrichtung (X) von einem unteren Ende zu einem oberen Ende entlang einer Mittelachse (3) erstreckende Reaktionskammer (4) zur Aufnahme eines biologischen Reaktionsmediums und zur Zellexpansion ausbildet, wobei der Bioreaktor (1) ein Rührwerk (5) aufweist, das ein um eine zur Mittelachse (3) der Reaktionskammer (4) koaxial ausgerichtete Rotationsachse (6) rotierbares Rührorgan (7) aufweist, wobei das Rührorgan (7) radiale Außenkanten (7a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Außenkanten (7a) zumindest in einem axialen Abschnitt (a₁) des Rührorgans (7), insbesondere zumindest über den größten Teil der axialen Erstreckung des Rührorgans (7), jeweils gegenüber der Rotationsachse (6) radial nach außen geneigt sind und in Axialrichtung (X) nach oben auseinanderlaufen und dass sich die Reaktionskammer (4) zumindest in einem axialen Abschnitt (b), in den das Rührorgan (7) im montierten Zustand zumindest abschnittsweise entgegen der Axialrichtung (X) eingetaucht ist, in Axialrichtung (X) nach oben hin radial erweitert.
Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (4) die einzige Reaktionskammer (4) des Kulturgefäßes (2) zur Aufnahme eines biologischen Reaktionsmediums und zur Zellexpansion ist und insbesondere als durchgehende Reaktionskammer (4) ausbildet ist, und/oder, dass das Rührorgan (7) das einzige Rührorgan (7) im Kulturgefäß (2) und/oder in der Reaktionskammer (4) ist.
Bioreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radialen Außenkanten (7a) zumindest in einem axialen Abschnitt (a₁) des Rührorgans (7), insbesondere zumindest über den größten Teil der axialen Erstreckung des Rührorgans (7), bei einer Rührbewegung des Rührorgans (7) jeweils auf der Mantelfläche (M) eines Kegelstumpfes bewegen, dessen Grundfläche (G) axial nach oben weißt, vorzugsweise, dass sich die bezogen auf die Axialrichtung (X) oberen Außenkanten (7b) des Rührorgans (7) zumindest in einem radialen Abschnitt des Rührorgans (7), insbesondere zumindest über den größten Teil der radialen Erstreckung des Rührorgans (7), bei der Rührbewegung auf der Grundfläche (G) in Axialrichtung (X) des Kegelstumpfes bewegen, und/oder, dass sich die bezogen auf die Axialrichtung (X) unteren Außenkanten (7c) des Rührorgans (7) zumindest in einem radialen Abschnitt des Rührorgans (7), insbesondere zumindest über den größten Teil der radialen Erstreckung des Rührorgans (7), bei der Rührbewegung auf der Deckfläche (D) des Kegelstumpfes bewegen.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäßwand (2a) und/oder die radiale Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) eine zur Mittelachse (3) der Reaktionskammer (4) rotationssymmetrische Form hat.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich nach oben hin radial erweiternde axiale Abschnitt (b) der Reaktionskammer (4) mindestens zwei axiale Unterabschnitte (b₁, b₂) umfasst, die eine unterschiedliche Neigung der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) gegenüber der Mittelachse (3) der Reaktionskammer (4) aufweisen, vorzugsweise, dass die zwei axialen Unterabschnitte (b₁, b₂) oder jeweils zwei der axialen Unterabschnitte (b₁, b₂) in Axialrichtung (X) aneinander grenzen, oder, dass die Neigung der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) gegenüber der Mittelachse (3) der Reaktionskammer (4) über die gesamte axiale Erstreckung des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) gleich ist.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) in dem sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitt (b) der Reaktionskammer (4) zumindest abschnittsweise, insbesondere in einem ersten der Unterabschnitte (b₁), über ihre axiale Erstreckung einen gleichbleibenden radialen Abstand (x₁) zu der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes aufweist.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) in dem sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitt (b) der Reaktionskammer (4) zumindest abschnittsweise, insbesondere in einem zweiten der Unterabschnitte (b₂), einen sich über ihre axiale Erstreckung verändernden, insbesondere einen sich über ihre axiale Erstreckung linear verändernden, radialen Abstand (x₂) zu der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes hat, vorzugsweise, dass der radiale Abstand (x₂) in Axialrichtung (X) nach oben hin, insbesondere linear, zunimmt.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (4) einen axialen Abschnitt, der sich nicht nach oben hin erweitert, vorzugsweise einen axialen Zylinderabschnitt (c), aufweist, vorzugsweise, dass der axiale Abschnitt, insbesondere Zylinderabschnitt (c), in Axialrichtung (X) oberhalb des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) angeordnet ist, und/oder, dass sich der axiale Abschnitt, insbesondere Zylinderabschnitt (c), in Axialrichtung (X) oben an den sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitt (b) der Reaktionskammer (4) anschließt.
Bioreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderabschnitt (c) im montierten Zustand von dem Rührwerk (5), insbesondere von einer Rührwelle (8) des Rührwerks (5), an der das Rührorgan (7) angeordnet ist, in Axialrichtung (X) vollständig durchdrungen ist, vorzugsweise, dass das Rührorgan (7) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, außerhalb des Zylinderabschnitts (c) angeordnet ist.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α₁) zwischen der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) und der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes im ersten Unterabschnitt (b₁) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von -10 bis 10°, vorzugsweise von -5 bis 5°, weiter vorzugsweise von -2 bis 2°, liegt, und/oder, dass der Winkel (α₂) zwischen der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) und der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes im zweiten Unterabschnitt (b₂) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt, und/oder, dass der Winkel (β₁) zwischen der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes und der Rotationsachse (6) des Rührorgans (7) im ersten Unterabschnitt (b₁) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt, und/oder, dass der Winkel (β₂) zwischen der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes und der Rotationsachse (6) des Rührorgans (7) im zweiten Unterabschnitt (b₂) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt, und/oder, dass der Winkel (γ₁) zwischen der Rotationsachse (6) des Rührorgans (7) und der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) im ersten Unterabschnitt (b₁) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 5 bis 35°, vorzugsweise von 10 bis 30°, weiter vorzugsweise von 15 bis 25°, liegt, und/oder, dass der Winkel (γ₂) zwischen der Rotationsachse (6) des Rührorgans (7) und der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) im zweiten Unterabschnitt (b₂) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 15 bis 45°, vorzugsweise von 20 bis 40°, weiter vorzugsweise von 25 bis 35°, liegt.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite und mittlerer Höhe des ersten Unterabschnitts (b₁) in einem Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 1,7 bis 2,1, weiter vorzugsweise von 1,8 bis 2,0, liegt, und/oder, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite des ersten Unterabschnitts (b₁) und mittlerer Höhe der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 0,3 bis 1,3, vorzugsweise von 0,4 bis 0,6, weiter vorzugsweise von 0,45 bis 0,55, liegt, und/oder, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite und mittlerer Höhe des zweiten Unterabschnitts (b₂) in einem Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 2,0 bis 2,4, weiter vorzugsweise von 2,1 bis 2,3, liegt, und/oder, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite des zweiten Unterabschnitts (b₂) und mittlerer Höhe der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 0,5 bis 1,5, vorzugsweise von 0,7 bis 0,9, weiter vorzugsweise von 0,75 bis 0,85, liegt, und/oder, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite und mittlerer Höhe des axialen Zylinderabschnitts (c) in einem Bereich von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise von 2,3 bis 2,7, weiter vorzugsweise von 2,4 bis 2,6, liegt, und/oder, dass das Verhältnis zwischen mittlerer Breite des axialen Zylinderabschnitts (c) und mittlerer Höhe der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 0,5 bis 1,5, vorzugsweise von 0,9 bis 1,1, weiter vorzugsweise von 0,95 bis 1,05, liegt.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (V₁) des ersten Unterabschnitts (b₁) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 20 bis 80 ml, vorzugsweise von 30 bis 70 ml, weiter vorzugsweise von 40 bis 60 ml, liegt, und/oder, dass das Volumen (V₂) des zweiten Unterabschnitts (b₂) des sich nach oben hin radial erweiternden axialen Abschnitts (b) der Reaktionskammer (4) in einem Bereich von 200 bis 700 ml, vorzugsweise von 300 bis 600 ml, weiter vorzugsweise von 400 bis 500 ml, liegt, und/oder, dass das Volumen (V₃) des axialen Zylinderabschnitts (c) in einem Bereich von 200 bis 800 ml, vorzugsweise von 300 bis 700 ml, weiter vorzugsweise von 400 bis 600 ml, liegt, und/oder, dass die Reaktionskammer (4) insgesamt ein Arbeitsvolumen (V) von mindestens 200 ml, vorzugsweise von mindestens 400 ml, weiter vorzugsweise von mindestens 600 ml, und/oder von maximal 10 Litern, vorzugsweise maximal 5 Litern, weiter vorzugsweise maximal 2 Litern, weiter vorzugsweise maximal 1,5 Litern, aufweist.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührorgan (7) bei einem in die Reaktionskammer (4) eingefüllten Volumen von bereits 50 ml, vorzugsweise von bereits 40 ml, weiter vorzugsweise von bereits 30 ml, weiter vorzugsweise von bereits 20 ml, abschnittsweise entgegen der Axialrichtung (X) in das biologische Reaktionsmedium eingetaucht ist.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem radialen Ringraum (12) zwischen der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes und der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) im montierten Zustand ein oder mehrere pneumatische und/oder hydraulische Leitungsabschnitte (13b-16b) verlaufen, und/oder, dass in dem radialen Ringraum (12) zwischen der Mantelfläche (M) des Kegelstumpfes und der radialen Innenseite der Gefäßwand (2a) des Kulturgefäßes (2) im montierten Zustand ein oder mehrere Hilfseinrichtungen (18b-21b) angeordnet sind.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gefäßboden (2b) und/oder dem Gefäßdeckel (2c) des Kulturgefäßes (2) ein oder mehrere Anschlussstücke (13a-21a, 22, 23) für pneumatische und/oder hydraulische Leitungsabschnitte (13b-16b) und/oder für ein oder mehrere Hilfseinrichtungen (18b-21b) vorgesehen sind.
Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührorgan (7) mindestens zwei, insbesondere genau zwei, sich von der Rotationsachse (6) und/oder von der Rührwelle (8) radial nach außen erstreckende Rührblätter (11) aufweist, die insbesondere jeweils in einer gemeinsamen Ebene mit der Rotationsachse (6) des Rührorgans (7) verlaufen.