DE3606648C2 - Durchlüftungsvorrichtung für ein Flüssigkeit enthaltendes Zellkulturreaktorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchlüftungsvorrichtung für ein Flüssigkeit enthaltendes Zellkulturreaktorsystem. Die Erfindung betrifft ferner Gefäße für Gewebekulturen und insbesondere eine Belüftungsvorrichtung für Fermentierungssystem auf Basis von Mikroträgern.

Techniken auf Basis von Zellkulturen sind weit bekannt und stellen die Basis für das Studium des Aufbaues tierischer Zellen und für die Herstellung wichtiger medizinischer Stoffe, wie Hormone, Enzyme, Antikörper, Seren und dgl. dar. Bei Zellkulturen auf Basis von Geweben und Mikroträgern sind die Zellen von Natur her äußerst brüchig und können während des Wachstums daher leicht beschädigt werden. Die Kultur von verankerungsabhängigen Zellen ist besonders schwierig, so daß für diesen Zweck Mikroträger entwickelt wurden. Bei Kulturen auf Basis von Mikroträgern wachsen die Zellen in Form einer einzelnen Lage und manchmal auch mehrlagig auf der Oberfläche von Mikroträgern, bei denen es sich im allgemeinen um kleine Kugeln handelt, welche Mikroträger wiederum in einem Wachstumsmedium durch leichtes Umrühren verteilt sind. Eine detaillierte Beschreibung der Vorgehensweise bei Zellkulturen auf Mikroträgern ist im Buch "Microcarriers Cell Culture: Principles and Methods", Pharmacia Fine Chemicals, Schweden, Dezember 1981 zu finden.

Wichtig ist die Zufuhr von Luft zu Fermentierungssystemen mit Mikroträgern, um die Zellen mit Sauerstoff zu versorgen. Außerdem müssen auch andere Gase dem System zugeführt werden. Eine Hauptschwierigkeit liegt jedoch darin, daß die Belüftung durch herkömmliche Systeme dadurch erzielt wird, daß man Gase in Blasenform durch das Fluid strömen läßt, indem ein Auslaßrohr in das Fluid mit einem Austrittsende nahe dem Fluidboden angeordnet wird. Diese Blasenbildung erzeugt Schaum, der bei den meisten Fermentierungsprozessen schädlich ist und bei Gewebekulturen auf Basis von Mikroträgern fatale Folgen haben kann.

Ein Verfahren wurde schon entwickelt, um Luft oder andere Gase durch ein Rohr aus Silikonkautschuk diffundieren zu lassen. Das Rohr muß jedoch eine große Oberfläche haben, so daß im allgemeinen keine ausreichende Menge an Sauerstoff dem Medium zugeführt wird. Es wurde auch schon vorgeschlagen, mittels eines herkömmlichen Rohres Luft einer Stelle am unteren Ende eines zylindrischen Siebes zuzuführen. Die Blasen gelangen durch die Flüssigkeit im Sieb, was die Mikroträger von den Blasen weghält, so daß der schädliche Effekt der Schaumbildung verringert wird. Diese Anordnung hat sich jedoch nicht als zufriedenstellend erwiesen.

Eine verbesserte Durchlüftungsvorrichtung zur Verwendung bei Fermentierungssystemen auf Basis von Mikroträgern ist daher erwünscht.

Erfindungsgemäß wird demzufolge eine Durchlüftungsvorrichtung für Zellkulturreaktorsysteme auf Basis von Mikroträgern geschaffen, die eine in einer Flüssigkeit angeordnete Kammer enthält, die durch wenigstens eine erste Wand definiert ist, die teilweise durch ein Sieb gebildet wird. Das Gas wird in das untere Ende der Kammer eingeleitet, um die Flüssigkeit zu durchlüften. Ein Teil der belüfteten Flüssigkeit gelangt durch das Sieb, jedoch in Form von so kleinen Blasen, daß einer Schaumbildung in der Flüssigkeit des Systems entgegengetreten wird.

Eine erste Weiterbildung der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine schmale im wesentlichen vertikal sich erstreckende äußere Kammer durch eine feste Wand und eine aus einem Sieb gebildete Wand definiert ist. Luft oder anderes Gas wird dabei unter Druck durch wenigstens ein Rohr zum unteren Ende der äußeren Kammer eingedrückt und gelangt von dort zu einem Verteilungselement mit Öffnungen, die längs des unteren Bereiches der äußeren Kammer verteilt sind, um das Gas nach oben in die Kammer freizugeben. Das obere Ende der äußeren Kammer ist mit Austrittsöffnungen versehen, die mit einer Stelle oberhalb der Oberfläche des Mediums in Verbindung steht. Das Gas strömt blasenförmig durch die Fluidsäule in der äußeren Kammer, wobei ein Teil des Gases durch das Sieb in Gestalt von so feinen Blasen hindurchtritt, daß keine Schaumbildung hierdurch bewirkt wird.

Die Gasverteilung wird durch die Verteilung des gasangereicherten Nährstoffes mittels eines Rührwerkes verstärkt. Eine innere Kammer, die durch eine feste Wand definiert ist, hat ein offenes unteres Ende und ein geschlossenes oberes Ende und umfaßt wenigstens eine rohrförmige Ausbildung, die mit einer Öffnung in der festen Wand an einer Stelle verknüpft ist, die in Abstand vom offenen Ende der Wand steht. Das äußere Ende der rohrförmigen Ausbildung schafft eine Austrittsöffnung, die so angeordnet ist, daß bei Drehung der festen zylindrischen Wand um ihre Achse an der Öffnung des Zylinders eine Saugkraft hervorgerufen wird.

Bei einer anderen Weiterbildung umfaßt die Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung eine äußere feste Wand und eine innere Wand, die eine vertikal sich erstreckende äußere Kammer definiert. Die äußere Kammer hat ein offenes unteres Ende und ein geschlossenes oberes Ende und umfaßt wenigstens eine rohrförmige Ausbildung, die mit einer Öffnung in der festen Wand, wie vorbeschrieben, verbunden ist. Die innere Wand hat eine Vielzahl von Fenstern, die durch ein Sieb bedeckt sind und eine innere Kammer definieren. Ein Gas wird unter Druck in das untere Ende der inneren Kammer eingepreßt und gelangt von dort zu einem Verteilungselement mit kleinen Öffnungen zur Freigabe des Gases in die Kammer. Das Gas strömt in Form von Blasen durch das Fluid in der inneren Kammer, wobei es durch die Siebe, die die Fenster bedecken, in Form von so feinen Blasen hindurchgelangt, daß keine Schaumbildung hervorgerufen wird.

Durch die Erfindung wird somit eine verbesserte Belüftungsvorrichtung für Fermentierungssysteme, insbesondere auf Basis von Mikroträgern geschaffen. Die Belüftungsvorrichtung bewirkt eine wesentlich bessere Verteilung der Gase in den Nährstoffen unter minimaler Schaumbildung, wodurch das Zellwachstum gefördert wird. Die verbesserte Belüftungsvorrichtung läßt sich leicht in den Abmessungen vergrößern, so daß sie für Gefäße mit verschiedener Abmessung verwendet werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Gesamtansicht ein Rührwerk mit einer erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte fragmentarische quergeschnittene Ansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte fragmentarische quergeschnittene Ansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine quergeschnittene Ansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine quergeschnittene Ansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte quergeschnittene Ansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 3,

Fig. 7 eine vergrößerte fragmentarische quergeschnittene Ansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 eine quergeschnittene Ansicht eines Teiles einer Belüftungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem ringförmigen Rohr mit kleinen Öffnungen zur Freigabe des Gases in die Kammer der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung,

Fig. 9 eine quergeschnittene Ansicht eines Teiles einer Belüftungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einem Kappenelement mit einer Vielzahl von Fenstern und einem um das Kappenelement angeordneten, die Fenster überdeckenden Siebelement, und

Fig. 10 eine fragmentarische quergeschnittene Ansicht eines Rührwerkes mit einer Belüftungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Fermentierungsgefäß 10, das ein Rührwerk 16 enthält. Das Gefäß 10 wird mittels einer Halterung 11 auf der Fläche 13 eines nicht gezeigten Steuergerätes gehalten, das die für den Betrieb der Fermentierungsvorrichtung notwendige Apparatur enthält. Das Gefäß 10 wird durch einen Deckel 12 geschlossen, der mittels einer Dichtung 15 gegenüber dem oberen Rand 14 des Gefäßes 10 abgedichtet ist. Das Rührwerk 16 ist vom Deckel 12 gehalten und umfaßt eine zylindrische Grundanordnung 32, die am besten aus Fig. 3 hervorgeht, und ein erstes offenes Ende 34 sowie ein zweites geschlossenes Ende 36 hat. Die Anordnung 32 umfaßt drei rohrförmige Ausbildungen 38, die von der Anordnung 32 nahe dem zweiten geschlossenen Ende 36 angeordnet sind und seitlich abstehen. Die Ausbildungen 38 sind hohl und umfassen ein erstes eine Austrittsöffnung 40 bildendes Ende und ein zweites Ende 42. Das zweite Ende 42 jeder rohrförmigen Ausbildung 38 ist mit der Grundanordnung 32 an einer Öffnung 44 in deren inneren zylindrischen Wand 29 verbunden, so daß das Fluid durch das offene Ende 34, durch die Öffnungen 44 der Anordnung und nach außen durch die Austrittsöffnungen 40 fließen kann.

Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Austrittsöffnungen 40 jeder rohrförmigen Ausbildung 38 so gestaltet, daß sie in eine Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung (Pfeil 39) des Rührwerkes 16 weisen. Während des Betriebes wird die Anordnung 32 des Rührwerkes 16 um ihre Längsachse gedreht, so daß die geschlossenen Flächen 46 jeder rohrförmigen Ausbildung 38 der Bewegung der rohrförmigen Ausbildungen voreilen. Folglich wird ein Saugeffekt in der Anordnung 32 und den rohrförmigen Ausbildungen 38 hervorgerufen. Dies wiederum bewirkt, daß das Fluid im Gefäß 10 in das offene Ende 34 der inneren zylindrischen Wand 29 durch den zentralen Kern 31 der Wand 29 in und durch die rohrförmigen Ausbildungen 38 und aus deren Öffnungen 40 strömt.

Nach Fig. 3, 6 und 7 enthält das Rührwerk 16 eine ringförmige zylindrische Kammer 26, die durch die Innenwand 29 der Anordnung 32 und ein äußeres zylindrisches Sieb 20 gebildet ist. Der obere Bereich der Innenwand 29 endet an einer verdickten Zone 53, die wiederum integral mit einem Endelement 55 verbunden ist, und eine Endwand 36 bildet. Das Sieb 20 wird an seiner Oberseite durch ein ringförmiges Element 56 gehalten, das an dem verdickten Bereich 53 anliegt und mit einem inneren O-Ring 57 versehen ist, der in Eingriff mit dem oberen Ende der Innenwand 29 steht. Ein Rohr 22 erstreckt sich in Längsrichtung in der Kammer 26. Das Rohr 22 ist an seinem oberen Ende mit einer Bohrung 80 verbunden, die sich durch das ringförmige Element 56 erstreckt, und mit einem Gaseinführungsweg verbunden. Der Gaseinführungsweg umfaßt eine Bohrung 82 durch das Endelement 55, eine ringförmige Kammer 84, die zwischen dem Umfang einer das Endelement 55 lagernden Hohlwelle 48 und einer Bohrung 86 im Endelement 55, gebildet ist, eine seitliche Passage 88 in der Wand der Welle 48, eine zentrale Bohrung 58 in der Welle 48, eine Bohrung 91 in dem sich bewegenden Wellentragelement 90 (Fig. 2), die Bohrung 93 in einem feststehenden Wellentragelement 92, die Gaszuführdüse 70 und ein damit verbundenes Gaszuführrohr 68. Luft oder anderes Gas wird durch den Gaseinführungsweg in das Rohr 22 unter Druck hineingepreßt.

Wie insbesondere aus Fig. 3, 6 und 7 hervorgeht, ist das untere Ende des Siebes 20 an einem zylindrischen Tragelement 94 gehalten, das mit dem unteren Bereich der Innenwand 29 durch Schrauben 96 und einen O-Ring 98 verbunden ist. Die obere Fläche des Tragelementes 94 enthält einen ringförmigen Ausschnitt, der zusammen mit einer ringförmigen Kappe 100 einen ringförmigen Gaskanal 24 bildet. Das Rohr 22 steht mit dem Kanal 24 über eine Öffnung 102 in der Kappe 100 in Verbindung (Fig. 7).

Die ringförmige Kappe 100 hat kleine Öffnungen 27, die sich längs ihrer oberen Fläche erstrecken, um das Gas nach oben in die Kammer 26 auszulassen. Die Kammer 26 zusammen mit dem Gefäß 10 enthält dann ein Fluidmedium. Das aus den Öffnungen 27 ausgetretene Gas strömt blasenförmig durch die Fluidsäule in der Kammer 26, wobei ein gewisser Teil des Gases durch das Sieb 20, jedoch in Gestalt derart feiner Blasen hindurchtritt, daß keine Schaumbildung hervorgerufen wird. Ferner wird ein gewisser Teil des Fluides in der Kammer 26, das aufgrund der Freigabe des Gases stark mit Luft gesättigt wurde, durch das Sieb 20 nach außen gedrückt.

Das ringförmige Element 56 enthält ferner zwei Austrittsrohre 59, die mit betreffenden zwei vertikalen Austrittsbohrungen 54 im Endelement 55 verbunden sind (Fig. 5). Die Austrittsrohre 59 sind in Bohrungen 54 angeordnet und erstrecken sich über die Fluidfüllstandshöhe 104 im Gefäß 10. Das Fluid in der Kammer 26 wird durch die Blasen in die Bohrungen 54 und aus den Rohren 59 befördert, was die Verteilung des Gases im Fluid verbessert. Diese Verteilung wird ferner durch den Betrieb des vorerwähnten Rührwerkes 16 verstärkt.

Das Rührwerk 16 ist an der Welle 48 mittels einer Stellschraube 64 befestigt. Die Welle ist wiederum drehbar durch eine in Fig. 2 gezeigte Lageranordnung 30 gehalten. Die Lageranordnung 30 umfaßt Lager 72, die eine Drehung der Welle 48 und damit des Rührwerkes 16 ermöglichen, wenn eine Drehkraft darauf einwirkt. Dichtungen 106, die durch eine Feder 108 in Berührung gehalten sind, verhindern einen Austritt der Flüssigkeit und ermöglichen dennoch eine Drehbewegung der Welle 48. Der feststehende Teil der Lageranordnung 30 ist mit dem Deckel 12 des Gefäßes 10 verbunden.

Fig. 1 und 3 zeigen eine ringförmige Magnetanordnung, die durch Stäbe 51 am zylindrischen Tragelement 94 befestigt ist.

Die Magnetanordnung 50 umfaßt einen ringförmigen Permanentmagneten 4, der von einer Schutzhülle 52 umgeben und gehalten ist. Wenn sich ein Magnet 60 eines unter dem Tragteil 13 befestigten magnetischen Antriebsmotors 62 dreht, bewirkt er eine ebensolche Drehung der Magnetanordnung 50, was wiederum das Rührwerk 16 und die Welle 48 an der durch die Welle gebildeten Achse in Drehbewegung versetzt. Dieser Aufbau erfordert daher keine direkte physische Verbindung zwischen Antriebsmotor und Rührwerk. Ferner unterstützt die Magnetanordnung 50 die Verbreitung des Strömungsweges am unteren Ende des Gefäßes 10 und die Verhinderung einer Ansammlung von Mikroträgern am Umfang des Gefäßbodens. Diese Vorrichtung kann auch von oberhalb oder unterhalb mechanisch durch einen direkten Antriebsmotor in Bewegung versetzt werden, so daß das Rührwerk 16 ohne Vorsehen von Magneten gedreht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Sieb 20 der Belüftungsvorrichtung durch einen Käfig aus Stangen 18 gehalten sein, die sich zwischen dem ringförmigen Element 56 und dem Tragelement 94 erstrecken. Der Käfig aus Stangen 18, das ringförmige Element 56 und das Tragelement 94 können zusammen mit dem Rohr 22 und dem Sieb 20 als Einheit entfernt werden. Die Fluidabgabe könnte durch den oberen Kreisring erfolgen. Der untere Kreisring könnte mit einer Ringnut versehen sein, die durch eine ringförmige Scheibe mit darin vorgesehenen kleinen Öffnungen abgedeckt ist, durch die sich das Abgaberohr hindurcherstreckt. Eine solche Anordnung entspricht funktionsmäßig dem vorerwähnten ringförmigen Rohr.

Obgleich die Vorrichtung in Verbindung mit dem Rührwerk 16 gezeigt und beschrieben wurde, ist sie bei irgendeinem Fermentierungsgefäß unabhängig von der Art der verwendeten Rühreinrichtung verwendbar. Die rohrförmigen Ausbildungen 38 können daher weggelassen werden.

Der Gaseinführweg einschließlich der Tragwelle 48 kann auch dazu verwendet werden, um beispielsweise Nährstoffe oder andere Fluide anzuliefern. Ferner kann für einen kontinuierlichen Betrieb ein zweites siebartiges Rohr 76, vgl. Fig. 1, vorgesehen werden, um verbrauchte Nährstoffe aus dem Gefäß 10 abzuziehen, während die frischen Nährstoffe durch das Gaszuführrohr 68 zugeliefert werden. Dieses Verfahren wird als Übergießen bezeichnet.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Rührwerk von unten durch eine Welle angetrieben und kann die Flüssigkeit oder das Gas von unterhalb durch die Motorwelle eintreten und wird zum oberen Ende des ringförmigen zylindrischen Elementes, das mit dem oberen Ende des nach unten sich erstreckenden Rohres der ursprünglichen Vorrichtung verknüpft ist, nach oben befördert.

Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 8 gezeigt ist, ist der ringförmige Kanal 24 durch ein Ringrohr 111 ersetzt, das mit dem Rohr 22 verbunden und mit kleinen Öffnungen versehen ist, die längs der oberen Fläche des Rohres 111 verteilt sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein zylindrisches Sieb um den rohrförmigen Ausbildungen befestigt sein, was irgendwelche Schaumbildung in der durch die Rohre ausgedrückten Flüssigkeit ausschaltet.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 9 gezeigt. Diese umfaßt ein zylindrisches Sieb, das um Rohre 59 befestigt sein kann, damit eine Schaumbildung in der aus den Rohren 59 ausgepreßten Flüssigkeit verhindert wird. Insbesondere trägt das Endelement 55 des Rührwerkes eine Kappe 166 und definiert eine Kammer 172. Die Kappe 166 umfaßt eine Endwand 160 mit einer Öffnung 173, durch die sich die Welle 48 hindurcherstreckt. Die Kappe 166 ist am Endelement 55 durch einen O-Ring 168 befestigt und besitzt eine Vielzahl von Fenstern 170. Ein zylindrisches Sieb 174 ist um die Kappe 166 so gelegt, daß es die Fenster 170 überdeckt. Wenn Flüssigkeit aus den Rohren 59 ausgepreßt wird, strömt die Flüssigkeit durch die mit dem Sieb 174 bedeckten Fenster 170 und fällt dann in die Flüssigkeit im Behälter.

Fig. 10 zeigt ein Fermentierungsgefäß 110, das ein zylindrisches Rührwerk 116 mit einer anderen Ausbildung als nach Fig. 1 bis 9 enthält. Das Gefäß 110 ist mittels eines Deckels 112 verschlossen, der gegenüber dem oberen Rand 114 des Gefäßes 110 abgedichtet ist. Das Rührwerk 116 ist am Gefäßdeckel 112 gehalten und umfaßt ein erstes offenes Ende 120 und ein zweites geschlossenes Ende 122. Das Rührwerk 116 enthält ferner einen äußeren Zylinder 118 und einen inneren Zylinder 130, die zwischen sich eine ringförmige Kammer 126 bilden.

Drei rohrförmige Ausbildungen 124 ragen seitlich vom äußeren Zylinder 118 des Rührwerkes 116 ab. Die rohrförmigen Ausbildungen 124 sind hohl und enthalten Öffnungen 128. Die rohrförmigen Ausbildungen 124 sind ähnlich den rohrförmigen Ausbildungen der ersten Ausführungsform gestaltet. Demzufolge wird im Rührwerk 116 und den rohrförmigen Ausbildungen 124 eine Saugwirkung hervorgerufen, was eine Strömung des Fluides im Gefäß 110 in das offene Ende 120 durch die Ringkammer 126 in die rohrförmigen Ausbildungen 124 und dann nach außen durch die Öffnungen 128 bewirkt.

Wie Fig. 10 zeigt, ist der innere Zylinder 130 des Rührwerkes 116 an einem Tragelement 131 gehalten und bildet eine innere Kammer 132. Zweckmäßigerweise sind der innere Zylinder 130 und das Tragelement 131 um eine im wesentlichen vertikale Achse drehbar. Der innere Zylinder 130 umfaßt eine Vielzahl von oberen Fenstern 134 und unteren Fenstern 136, so daß die Ringkammer 126 mit der inneren Kammer 132 in Verbindung steht. Der innere Zylinder 130 enthält ferner ein erstes oberes äußeres zylindrischen Sieb 138, das die oberen Fenster 134 überspannt und ein zweites unteres äußeres zylindrisches Sieb 140, das die unteren Fenster 136 überspannt. Ein Rohr 142 erstreckt sich in Längsrichtung in der inneren Kammer 132 des inneren Zylinders 130 und ist an einem ersten Ende 143 mit einem Gaseinlaß 144 und an seinem zweiten Ende 145 mit einem ringförmigen Gaskanal 146 verbunden. Das Rohr 142 ist am Tragelement 131 gehalten, das wiederum an einem Anschlußstück befestigt, d. h. durch einen wasserdichten O-Ring 143, Schrauben 145 und eine ringförmige Dichtplatte 147 verbunden ist.

Beim Betrieb wird Luft oder ein anderes Gas unter Druck durch den Gaseinlaß 144 in das Rohr 142 und dann in den ringförmigen Gaskanal 146 gedrückt. Da der ringförmige Gaskanal 146 eine Vielzahl von kleinen Öffnungen 148 längs seiner unteren Fläche aufweist, um das Gas in die innere Kammer 132 abzugeben, strömt das abgegebene Gas blasenförmig durch das Fluid in der inneren Kammer 132. Wegen des Gasdruckes gelangt das blasenartig aufsteigende Gas durch die oberen und unteren Siebe 138 und 140, die die Fenster 134 bzw. 136 bedecken, jedoch in so feinen Blasen, daß hierdurch keine Schaumbildung bewirkt. Im Ergebnis wird das durch die Ringkammer 126 strömende Fluid kontinuierlich ohne Schaumbildung belüftet. Ferner wird überschüssiges Gas mittels des ringförmigen Gasauslasses 150 im zweiten geschlossenen Ende 122 abgeführt.

Durch Messung des gelösten Sauerstoffes und des pH-Wertes kann die Bedienungsperson den genauen Bedarf des Systems für Sauerstoff und andere Gase oder Flüssigkeiten bestimmen, die durch die Vorrichtung in wirksamer Weise zugeführt und verteilt werden können. Ferner kann das Rührwerk mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten je nach Bedarf gedreht werden. Insbesondere liegt die bevorzugte Drehzahl in etwa 20 und 225 min^-1. Der bevorzugte Durchsatz liegt zwischen etwa 0,2 bis 1,5 l/min und das bevorzugte Arbeitsvolumen (maximales praktisches Volumen des Systems) beträgt etwa 3,8 l.

Versuche haben gezeigt, daß die Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung 10mal wirksamer als eine herkömmliche Oberflächenbelüftung und gerade halb so wirksam wie eine direkte Luftdurchsetzung ist - letztere ist jedoch mit übermäßiger Schaumbildung verbunden.

Claims (23)

1. Durchlüftungsvorrichtung (10; 110) für ein Flüssigkeit enthaltendes Zellkulturreaktorsystem, gekennzeichnet durch eine sich vertikal erstreckende Kammer (26; 132), die in der Flüssigkeit angeordnet und durch wenigstens eine wenigstens teilweise durch ein Sieb (20; 138, 140) gebildete erste Wand definiert ist, und eine Einrichtung (22, 24, 48; 142, 146) zum Einleiten eines Gases in das untere Ende der Kammer, um die Flüssigkeit zu belüften, wobei die belüftete Flüssigkeit durch das Sieb und durch wenigstens eine in der Nähe des oberen Endes der Kammer angeordnete, mit einer Stelle oberhalb des Flüssigkeitsfüllstandsniveaus in Verbindung stehende Austrittsöffnung (59; 134) hin­ durchtritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand durch das Sieb (20) gebildet ist, daß die sich vertikal erstreckende Kammer (26) schmal ist und daß die Kammer durch eine zweite, feste, innere Wand (29) und die siebartige Wand gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite feste Wand (29) und die siebartige Wand (20) im wesentlichen zylindrisch sind und eine zylindrische Kammer (26) bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (22, 24, 48) eine ringförmige Gaspassage (24; 110) mit wenigstens einer Eintrittsöffnung (22) und einer Vielzahl längs der Länge der Passage verteilten Austrittsöffnungen (27) umfaßt, wobei die Passage im unteren Bereich der zylindrischen Kammer (26) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (22, 24, 48) ferner wenigstens eine Rohreinrichtung (22) umfaßt, die sich in der Kammer (26) zwischen deren oberen und unteren Wand erstreckt und mit der Eingangsöffnung der ringförmigen Gaspassage in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine obere und untere Trageinrichtung (56, 94) zum Halten des Siebes (20) in beabstandeter Beziehung zur festen Wand (29), wobei die obere Trageinrichtung die Oberseite der Kammer (26) bildet und Öffnungen (54) enthält, die einen Teil der Austrittsöffnungen (59) bzw. Gaseinleitungseinrichtung (22, 24, 48) bildet, wobei wenigstens eine einen Teil der Gaseinleitungseinrichtung bildende Öffnung mit der wenigstens einen Rohreinrichtung (22) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung (22, 24, 48) eine Einrichtung (48) umfaßt, um die wenigstens eine Öffnung (54) mit einer Gasquelle außerhalb des Zellkulturreaktorsystems zu verbinden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Wand (29), das Sieb (20) und die Trageinrichtung (56, 94) um eine im wesentlichen vertikale Achse drehbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein Gefäß (10) umfaßt und daß eine hohle Treibwelle (48) die sich drehende Kammer (26) trägt sowie Teil der Gaseinleitungseinrichtung (22, 24, 48) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Wand (29) sich über das Sieb (20) hinauserstreckt und mit wenigstens einer Durchgangsöffnung (44) im verlängerten Bereich versehen ist, daß eine obere Wand (36) die zylindrische feste Wand an einer Stelle oberhalb der wenigstens einen Öffnung (44) verschließt und daß wenigstens eine rohrförmige Ausbildung (38) vorgesehen ist, die sich von der wenigstens einen Öffnung (44) erstreckt und eine äußere Öffnung aufweist, die so angeordnet ist, daß bei einer Drehung der zylindrischen Kammer (26) an der äußeren Öffnung eine Saugkraft hervorgerufen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß um die Austrittsöffnung (59) ein Sieb (174) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb (174) an der Austrittsöffnung (59) mittels eines Kappenelementes (166) befestigt ist, das die Austrittsöffnung (59) bedeckt und wenigstens ein Fenster (170) hat, das durch das Sieb (174) überdeckt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sieb um wenigstens eine rohrförmige Ausbildung (128) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die erste Wand gebildete Kammer (132) wenigstens ein Fenster (134, 136) hat, das durch das Sieb (138, 140) gebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand wenigstens ein oberes Fenster (134) längs des oberen Bereiches der Wand und wenigstens ein unteres Fenster (136) längs des unteren Bereiches der Wand aufweist, wobei die Fenster mit einer Stelle unterhalb des Flüssigkeitsfüllstandsniveaus im System in Verbindung stehen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand im wesentlichen zylindrisch ist und eine zylindrische Kammer (132) bildet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung eine ringförmige Gaspassage (146) mit wenigstens einer Eintrittsöffnung und einer Vielzahl längs der Länge der Passage verteilten Austrittsöffnungen umfaßt, wobei die Passage im unteren Bereich der Kammer (132) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung wenigstens eine Rohreinrichtung (142) umfaßt, die sich in die Kammer (132) erstreckt und mit der Eintrittsöffnung der ringförmigen Gaspassage (146) in Verbindung steht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand an einer unteren Trageinrichtung (131) gehalten ist, die wenigstens eine Öffnung aufweist, um einen Teil der Gaseinleitungseinrichtung zu bilden, die mit der wenigstens einen Rohreinrichtung (142) verbunden ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungseinrichtung eine Einrichtung (144) umfaßt, um die wenigstens eine Öffnung mit einer Gasquelle außerhalb des Zellkulturreaktorsystems zu verbinden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand und die untere Trageinrichtung (131) um eine im wesentlichen vertikale Achse drehbar sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite äußere feste Wand (118) die erste Wand umgibt und wenigstens eine Durchgangsöffnung (128) aufweist, wobei die Wände eine äußere vertikal sich erstreckende Kammer (126) bilden, daß eine obere Wand (122) die äußere feste Wand an einer Stelle oberhalb der wenigstens einen Öffnung (128) verschließt und daß ferner wenigstens eine rohrförmige Ausbildung (124) sich von der wenigstens einen Öffnung (128) erstreckt und eine äußere Öffnung enthält, die so angeordnet ist, daß bei Drehung der vertikal sich erstreckenden Kammer an der äußeren Öffnung eine Saugkraft hervorgerufen wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein Gefäß (110) und eine hohle, die sich drehenden Kammern tragende Treibwelle umfaßt.