DE3886483T2

DE3886483T2 - Zellkulturkolben mit einer Membranbarriere.

Info

Publication number: DE3886483T2
Application number: DE3886483T
Authority: DE
Inventors: Joseph Guy Cremonese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-11
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2008-09-07
Also published as: EP0307048A3; CA1306714C; EP0307048A2; ATE98988T1; US4839292B1; DE3886483D1; EP0307048B1; US4839292A

Description

Die Erfindung betrifft einen Zellkulturkolben, umfassend ein hohles Gehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete gasdurchlässige Membran, welche das Gehäuse in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt, ein Rückhaltemittel zur lösbaren Befestigung der gasdurchlässigen Membran und zur Bildung einer flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer und eine in das Gehäuse einführende und mit der zweiten Kammer verbundene Mediumleitung zur Zuleitung von Zellwachstumsmedium dazu.
Solch ein Zellkulturkolben ist aus DE-A-839 245 bekannt.
Lebende Zellen werden in vitro üblicherweise für verschiedene Zwecke kultiviert, z. B. für die medizinische, biologische oder genetische Forschung. Die Zellen werden typischerweise in Medien kultiviert, die Nährstoffe und andere Bestandteile enthalten, die für Zellstoffwechsel, Zellwachstum und Zellteilung erforderlich sind. Die Zellen und/oder ihre Nebenprodukte können anschließend aus den Medien entfernt und verwendet bzw. untersucht werden.
Bei dem aus DE-A-839 245 bekannten Kolben ist es nicht möglich, ein für das Zellwachstum geeignetes Gas, wie z. B. Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff oder eine Mischung dieser Gase einzuleiten. Er ist daher für moderne anspruchsvolle Forschungszwecke nicht geeignet.
In der Technik sind verschiedene Zellkulturartikel bekannt. Aus den US-Patenten Nr. 4 225 671 und 3 941 662 sind Artikel bekannt, bei denen eine gasdurchlässige Membran eine vollständige Oberfläche eines Kulturbehälters bildet. Die Strukturen des Membrangefäßes sind jedoch montageaufwendig, und ihre Herstellung ist mit hohen Kosten verbunden. Aus US-Patent Nr. 4 201 845 ist ein Zellkulturreaktor bekannt, der aus einem oben offenen Gehäuse besteht, das mit Öffnungen zum Einleiten von Medium sowie einer Gaseinleit- bzw. - ausleitöffnung versehen ist. Ein Deckel ist mit einer Öffnung zum Ausleiten von Medium und einer Zugangsöffnung zur Probenahme bzw. zum Beimpfen versehen. Im unteren Gehäuse befindet sich eine Schicht aus gasdurchlässigen Hohlfasern, die auf einer mit zahlreichen Löchern versehenen Platte angeordnet ist. Die Gaseinleitöffnung und die Gasausleitöffnung stehen direkt mit den Hohlfasern in Verbindung, um die Faserinnenseite zu belüften, wobei das Medium um die Hohlfasern herumfließt. Die Verwendung solcher Hohlfasern zum Kultivieren im Labormaßstab ist jedoch ziemlich umständlich, und die Herstellung von solch einem Artikel ist mit hohen Kosten verbunden. Außerdem ist es schwierig, die kultivierten Zellen im ganzen. Zustand von einer Schicht abzutrennen, die aus Hohlfasern besteht, die typischerweise recht empfindlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zellkulturkolben mit einer kostengünstigen Wachstumsoberfläche zur Verfügung zu stellen, die leicht herzustellen ist, und von der die Zellen einfach und im ganzen Zustand entfernt werden können, wobei es möglich ist, ein beliebiges Gas zuzuführen, das die Membran durchdringen und so die Zellen direkt mit Gas versorgen bzw. die Medien belüften kann.
Um die Zellen unter dem Mikroskop zu untersuchen, wird der Biologe oder medizinische Forscher die Zellen typischerweise färben. Dabei handelt es sich um einen aufwendigen Vorgang, bei dem die Zellen auf den Objektträger gebracht werden, wo sie dann fixiert und gefärbt werden. Wenn die Zellen aus einem Kolben oder einem anderen Standardgefäß auf einen Objektträger gebracht werden, können sie deformiert bzw. beschädigt werden oder nebeneinander zu liegen kommen, wodurch die Untersuchung und/oder Beobachtung der Zellen erschwert wird und möglicherweise unvollständig bleibt.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Zellkulturkolben mit einer Wachstumsoberfläche zur Verfügung zu stellen, die es gestattet, die kultivierten Zellen im ganzen Zustand umgesetzten und direkt zu färben, statt sie auf einen Objektträger zu bringen. Zusätzlich kann man die Membran selbst anstelle eines Objektträgers verwenden.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Zellkulturkolben zur Verfügung zu stellen, der gemeinsam mit einem lukubator verwendet werden kann, so daß man Zellkulturen so kultivieren kann, daß der Kontakt mit dem Menschen auf ein Minimum beschränkt ist.
Erfindungsgemäß umfaßt der im Oberbegriff erwähnte Kolben weiterhin eine in das Gehäuse einführende und mit der ersten Kammer verbundene Gaseinleitung zur Zuleitung von Gas dazu, wobei die Membran flüssigkeitsundurchlässig ist.
In einer Ausführungsform hat der Zellkulturkolben ein Gehäuse, das eine Struktur mit offenem Oberteil, die und einen Boden und eine Umfangswandung aufweist. Das Rückhaltemittel ist ein Rückhaltering, der sich einem inneren geometrischen Durchmesser der Umfangswandung anpaßt. Die Membran wird durch Reibung festgehalten, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer äußeren Fläche des Rückhalterings und einer inneren Fläche des Gehäuses zusammengedrückt wird. Eine aus dem Gehäuse heraus führende und mit der ersten Kammer verbundene Gasausleitung kann ebenfalls vorgesehen werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse eine Struktur mit offenem Oberteil, die einen Boden, eine äußere Umfangswandung und eine innere Umfangswandung aufweist. Das Rückhaltemittel ist ein Rückhaltering, der sich einem Umfang der inneren Umfangswandung anpaßt. Die Membran wird durch Reibung festgehalten, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer Fläche des Rückhalterings und einer Fläche der inneren Umfangswandung zusammengedrückt wird. Die erste Kammer befindet sich unterhalb der Membran und innerhalb der inneren Umfangswandung. Vorzugsweise stützt sich ein Teil des Rückhalterings gegen einem Teil der äußeren Umfangswandung ab und bildet eine Zwischenkammer. Der Rückhaltering bildet eine Abdichtung gegen Flüssigkeit und Gas zwischen der Zwischenkammer und der zweiten Kammer. Die Gaseinleitung ist mit der Zwischenkammer verbunden, und die innere Umfangswandung weist eine Öffnung auf, die unterhalb des Rückhalterings angeordnet ist und mit der Zwischenkammer in Verbindung für Fluids steht.
Eine weitere Ausführungsform ist eine Struktur mit offenem Bodenteil, die einen Oberteil und eine Umfangswandung aufweist. Die Membran ist oberhalb des Bodenteils angeordnet. Das Rückhaltemittel ist ein Rückhaltering, der sich dem Umfang der Umfangswandung anpaßt. Die Membran wird durch Reibung festgehalten, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer Fläche des Rückhalterings und einer Fläche der Umfangswandung zusammengedrückt wird. Der Rückhaltering kann auch eine untere Fläche aufweisen, die dazu ausgebildet ist, sich auf eine Bodeneinheit abzustützen, welche ein Mittel zur Zuleitung von Gas zur ersten Kammer aufweist.
Eine weitere Ausführungsform ist ein hohles Gehäuse mit offenem Oberteil, wobei das Gehäuse einen Boden und eine Umfangswandung aufweist. Eine gasdurchlässige Membran erstreckt sich über den offenen Oberteil und die Umfangswandung des Gehäuses. Zum Festhalten der gasdurchlässigen Membran um eine äußere Fläche der Umfangswandung ist ein Rückhaltering vorgesehen. Der Rückhaltering paßt sich einem äußeren geometrischen Durchmesser der Umfangswandung an. Die Membran wird durch Reibung festgehalten, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer inneren Fläche des Rückhalterings und einer äußeren Fläche des Gehäuses zusammengedrückt wird. Der Rückhaltering erstreckt sich auch über die Umfangswandung. Unterhalb der Membran wird eine erste Kammer gebildet, und oberhalb der Membran und innerhalb der inneren Fläche des Rückhalteringes wird eine zweite Kammer gebildet. Die in das Gehäuse führende und mit der ersten Kammer zur Zuleitung von Gas dazu verbundene Gaseinleitung ist vorgesehen.
Die erfindungsgemäß verwendete gasdurchlässige Membran kann durchsichtig sein, so daß kultivierte Zellen auf der Membran gefärbt und unter dem Mikroskop betrachtet und untersucht werden können. Außerdem können auch die Kolben durchsichtig sein, so daß die Zellen während der Kultivierung beobachtet werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zellkulturkolbens;
Fig. 2 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt des in Fig. 1 dargestellten Zellkulturkolbens;
Fig. 3 ein Profil entlang der Linien III-III in Fig. 1;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellkulturkolbens;
Fig. 5 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt des in Fig. 4 dargestellten Zellkulturkolbens;
Fig. 6 ein Profil entlang der Linien VI-VI in Fig. 1;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zellkulturkolbens;
Fig. 8 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt des in Fig. 7 dargestellten Zellkulturkolbens;
Fig. 9 ein Profil entlang der Linien IX-IX in Fig. 7;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zellkulturkolbens;
Fig. 11 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt eines auf eine Bodeneinheit aufgesetzten, in Fig. 10 dargestellten Zellkulturkolbens;
Fig. 12 ein Profil entlang der Linien XII-XII in Fig. 11;
Fig. 13 einenteilweise angeschnittenen Aufriß eines erfindungsgemäßen Zellkulturgerätes; und
Fig. 14 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Zellkultursystems.
Gleiche Bezugszahlen werden durchgehend zur Kennzeichnung gleicher Teile verwendet.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Bezugnahme auf Fig. 1-3 wird eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zellkulturkolbens 2 dargestellt. Der Zellkulturkolben 2 umfaßt ein hohles Gehäuse 4 mit einem offenen Oberteil. Das Gehäuse 4 ist vorzugsweise rechteckig und umfaßt einen Boden 6 sowie eine aus einander gegenüberliegenden und parallelen Wänden 8 und 9 sowie einander gegenüberliegenden und zueinander parallelen Wänden 10 und 11 gebildete Umfangswandung. Wand 10 und Wand 11 liegen zwischen und sind verbunden mit den Wänden 8 und 9. Die Wände 8-11 sind alle etwa gleich hoch und erstrecken sich entlang der äußeren Umfangskanten des Bodens 6, mit dem sie eine Einheit bilden, nach oben.
Wand 8 ist mit einer durch sie führenden Gaseinleitung 16 versehen, die sich vorzugsweise in der Nähe einer unteren Ecke, benachbart Wand 10 befindet. Wand 9 ist mit einer durch sie führenden Gasausleitung 18 versehen, die sich vorzugsweise in der Nähe einer unteren Ecke, benachbart Wand 11 befindet. Die Gaseinleitung 16 und die Gasausleitung 18 liegen vorzugsweise aneinander diagonal gegenüber, um den Gasfluß durch den Zellkulturkolben 2 optimal zu gestalten. Bei der Gaseinleitung 16 und der Gasausleitung 18 kann es sich um wie in den Abbildungen gezeigte Hohlnippel oder um irgendeine ähnliche Einrichtung handeln, die eine Fluidströmung durch das Gehäuse 4 erzeugt.
In dem Gehäuse 4 befindet sich eine gasdurchlässige Membran 20. Die gasdurchlässige Membran 20 ist rechteckig und etwas größer als die äußeren Dimensionen des Bodens 6. Die gasdurchlässige Membran 20 besteht aus irgendeinem flüssigkeitsundurchlässigen Material, das das Zellwachstum auf ihr fördert und den Durchtritt von Gas durch sie gestattet. Geeignete Materialien sind z. B. fluorierte Ethylen-propylen-Copolymere, Polycarbonate, Polyethylen-Copolymere, Ethylen- Copolymere, Polypropylen und Fluorkunststoffe. Die Membran kann behandelt werden, um das Haften von Zellen an der Membran zu fördern; so kann z. B. die Oberfläche der Membran geätzt werden.
Die gasdurchlässige Membran 20 liegt über dem Boden 6 des Gehäuses 4 und auch über der Gaseinleitung 16 und der Gasausleitung 18 und wird durch einen Rückhaltering 22 festgehalten. Der Rückhaltering 22 ist rechteckig und verfügt über einander gegenüberliegende und zueinander parallele Seitenwände 24 und 25 und Wände 26 und 27, die einander gegenüberliegen und zueinander parallel sind. Die Seitenwände 26 und 27 liegen zwischen den Seitenwänden 24 und 25, mit denen sie verbunden sind. Die Seitenwände 24 und 25 bilden auch mit den Seitenwänden 26 und 27 einen rechten Winkel. Ein nach innen gerichteter, am unteren Ende der Seitenwände 24 bis 27 gebildeter Rand 32 kann als integraler Teil des Rückhalterings 22 ausgebildet sein. Die Höhe der Seitenwände 24 bis 27 des Rückhalterings 22 liegt unter der Höhe der Wände 8-11 des Gehäuses 4. Die äußeren Dimensionen des Rückhalterings 22 liegen knapp unter den inneren Dimensionen des Gehäuses 4, so daß der Rückhaltering 22 innerhalb des Gehäuses 4 positioniert werden kann.
Der untere Rand 32 des Rückhalterings 22 ist mit der gasdurchlässigen Membran 20 in Kontakt, und Wände 24-27 des Rückhalterings 22 drücken den äußeren Umfang der Membran 20 gegen Wände 8-11 des Gehäuses 4, so daß der Rückhaltering 22 und die Membran 20 innerhalb des Gehäuses 4 reibungsschlüssig fixiert werden. Eine Oberkante 34 des Gehäuses 4 ist vorzugsweise gegen eine Oberkante 36 des Rückhalterings 22 ausgerichtet.
Ein rechteckiger Deckel 42, der etwas größer ist als die durch die Wände 8-11 gebildete Umfangswandung, befindet sich oben auf dem Gehäuse 4 einschließlich des Rückhalterings 22. Der Deckel 42 verfügt über einen nach unten gerichteten Rand 44, der sich um den äußeren Umfang des Deckels 42 erstreckt. Der Rand 44 des Deckels 42 befindet sich neben der äußeren Fläche der Wände 8-11 und dient dazu, den Deckel 42 gegen das Gehäuse 4 auszurichten. Der Deckel 42 verfügt auch über eine Mediumeinleitung 46 und eine Mediumausleitung 48, die sich durch ihn erstrecken, und die in den Deckel 42 eingeformt werden können. Die Mediumeinleitung 46 und die Mediumausleitung 48 können sich jedoch auch durch eine der Seitenflächen erstrecken. Die Mediumeinleitung 46 und die Mediumausleitung 48 sind voneinander beabstandet auf dem Deckel 42 angeordnet, so daß die obere Fläche der gasdurchlässigen Membran 20 mit einem optimalen Fluß von Zellkulturmedien versorgt werden kann. Bei Mediumeinleitung 46 und Mediumausleitung 48 kann es sich um Hohlnippel wie dargestellt handeln, obwohl andere Durchflußverbindungsstücke einschließlich nach innen gerichteter Durchgänge, verwendet werden können.
Bei dieser Anordnung ist der Zellkulturkolben 2 in zwei Kammern unterteilt, wobei sich eine untere oder erste Kammer 50 zwischen der gasdurchlässigen Membran 20 und dem Boden 6 des Gehäuses 4 und eine obere oder zweite Kammer 52 zwischen der gasdurchlässigen Membran 20 und dem Deckel 42 befindet. Zwischen der unteren Kammer 50 und der oberen Kammer 52 wird durch die gasdurchlässige Membran 20 und den Rückhaltering 22 eine Abdichtung gegen Flüssigkeit gebildet.
Der in Fig. 1-3 gezeigte Zellkulturkolben 2 wird folgendermaßen für die Vermehrung von Zellen verwendet: Die gasdurchlässige Membran 20 liegt innerhalb des Gehäuses 4 und wird durch den Rückhaltering 20 festgehalten. Eine Zellkulturprobe wird in die obere Kammer 52 auf eine obere Oberfläche der gasdurchlässigen Membran 20 aufgetragen. Dann wird der Deckel 42 auf das Gehäuse 4 gelegt. Zellkulturmedium wird in die obere Kammer 52 durch eine Mediumeinleitung 46 ein und durch die Mediumausleitung 48 aus ihr ausgeleitet. Eine Gaszufuhrleitung ist mit der Gaseinleitung 16 verbunden und eine Gasabfuhrleitung mit der Gasausleitung 18. Bei dem zugeführten Gas kann es sich um irgendein für das Zellwachstum geeignetes Gas handeln, wie z. B. Sauerstoff, Kohlendioxid oder Stickstoff, bzw. eine Mischung dieser Gase. Das Gas wird der Gaseinleitung 16 mit einem Druck zugeführt, der gleich dem oder höher als der durch die Gasausleitung 18 abgeführte des Gases ist. Auf diese Weise kann das Gas die untere Kammer 50 durchströmen. Die von der Gasausleitung 18 wegführende Abfuhrleitung kann gedrosselt oder vollständig geschlossen werden, so daß Gas unter Druck in der unteren Kammer verweilen kann, während der Fluß während vorgegebener Zeiten unterbrochen wird. Der Gasdruck in der unteren Kammer 50 ist auch höher als der Gasdruck in der oberen Kammer 52, so daß ein Teil des an die untere Kammer 50 gelieferten Gases die gasdurchlässige Membran 20 durchdringen kann. Auf diese Weise werden die wachsenden Zellen direkt mit Gas versorgt. Gas perlt auch durch das Medium, wodurch das Medium in der oberen Kammer 52 belüftet wird.
Das Gas verläßt den Kolben 2 auch durch die Mediumausleitung 43 und die Grenzfläche zwischen dem Rand 44 des Deckels 42 und Wänden 8-11 des Gehäuses 4. Von den Zellen während des Wachstums produzierte gasförmige Abfallprodukte werden aus dem Kolben 2 auf ähnliche Weise entfernt.
Obwohl der Kolben 2 dieser Ausführungsform ein aerobes Kultursystem darstellt, kann man dieses auch für anaerobe Zellkulturen durch Weglassen der Gaszufuhr zur die Gaseinleitung 16 und Verschließen der Gaseinleitung 16 und Gasausleitung 18 verwenden.
Die obere Kammer 52 wird mit dem flüssigen Wachstumsmedium durch Mediumeinleitung 46 versorgt. Das Medium bleibt oberhalb der Zellen; die sich auf der oberen Oberfläche der gasdurchlässigen Membran 20 befinden. Kolben 2 kann durch die Mediumeinleitung 46 ständig mit frischem Medium versorgt werden, und verbrauchtes Medium kann aus dem Kolben 2 durch die Mediumausleitung 48 entfernt werden.
Sobald die Zellen eine gewünschte Zeit inkubiert sind, wird das Medium entfernt, und die gasdurchlässige Membran 20, auf der sich nun eine Zellschicht befindet, wird im ganzen Zustand entweder durch Ausschneiden der Membran 20 entlang ihrer äußeren Ränder oder durch Entfernen des Rückhalterings 22 vom Gehäuse 4 und Entfernen der gasdurchlässigen Membran 20 im ganzen entfernt.
Die gasdurchlässige Membran 20 ist vorzugsweise durchsichtig, so daß die Zellen direkt fixiert, gefärbt und unter dem Mikroskop betrachtet werden können. Die durchsichtige Membran mit Zellen kann auf Glas- oder Kunststoffunterlagen verschiedener Größe, d. h. einem 75 mm · 25 mm Objektträger, angebracht und so bequem manipuliert oder betrachtet werden. Diese Vorrichtung stellt eine rasche und wirksame Möglichkeit zum Beobachten der Zellen dar, da nur wenig Gefahr besteht, daß die Zellen zerstört werden, wie dies bei der traditionellen Zellenkultur, wo die Zellen mechanisch oder enzymatisch aus dem Kolben/Medium entfernt und auf Objektträger gebracht werden, möglich ist.
Eine zweite Ausführungsform des Zellkulturkolbens 60 nach der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 4-6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird das gleiche Gehäuse 4 und die gleiche gasdurchlässige Membran 20 wie beim Kolben 2 verwendet. Dementsprechend werden die gleichen Bezugszahlen für gleiche Teile bei dieser Ausführungsform verwendet. Die gasdurchlässige Membran 20 befindet sich über dem Boden 6 des Gehäuses 4. Die Membran 20 befindet sich auch oberhalb der Gaseinleitung 16 und der Gasausleitung 18 und stützt sich auf die obere Kante 34 des Gehäuses 4, so daß sie sich über die Wände 8-11 des Gehäuses 4 erstreckt. Die Membran 20 wird mittels eines Rückhalterings 62 festgehalten. Der Rückhaltering 62 ist rechteckig und verfügt über einander gegenüberliegende und zueinander parallele Wände 64 und 65 und Wände 66 und 67, die einander gegenüberliegen und zueinander parallel sind. Die Wände 66 und 67 befinden sich zwischen den Wänden 64 und 65, mit denen sie verbunden sind. Die Wände 64 und 65 schließen mit den Wänden 66 und 67 auch einen rechten Winkel ein. Die inneren Dimensionen des Rückhalterings 62 sind etwas größer als die äußeren Dimensionen des Gehäuses 4, so daß der Rückhaltering 62 entlang dem äußeren Umfang des Gehäuses 4 um die Wände 8-11 zu liegen kommen kann.
Die Wände 64-67 des Rückhalterings 62 drücken den äußeren Umfang der Membran 20 gegen die äußeren Flächen der Wände 8-11 des Gehäuses 4, so daß der Rückhaltering 62 und die Membran 20 festgehalten werden. Die obere Kante 34 des Gehäuses 4 befindet sich unterhalb einer oberen Kante 68 des Rückhalterings 62.
Ein rechteckiger Deckel 82, der etwas größer ist als der äußere geometrische Durchmesser des durch die Wände 64-67 gebildeten Rückhalterings 62, befindet sich auf der oberen Kante 66 des Rückhalterings 62. Der Deckel 82 verfügt über einen nach unten gerichteten Rand 84, der sich entlang eines äußeren Umfangs des Deckels 82 erstreckt. Der Rand 84 des Deckels 82 befindet sich neben den äußeren Flächen der Wände 64-67 des Rückhalterings 62 und dient dazu, den Deckel gegen das Gehäuse 4 auszurichten. Der Deckel 82 verfügt auch über eine sich durch ihn erstreckende Mediumeinleitung 86 bzw. Mediumausleitung 88, die in den Deckel 82 eingeformt sein können. Die Mediumeinleitung 86 und die Mediumausleitung 88 sind auf dem Deckel 82 voneinander beabstandet, so daß der oberen Oberfläche der Membran 20 ein optimaler Zellkulturmediumfluß zugeführt werden kann. Bei der Mediumeinleitung 86 und der Mediumausleitung 88 kann es sich um Hohlnippel wie gezeigt handeln, obwohl andere Verbindungsstücke für den Durchfluß von Flüssigkeiten einschließlich nach innen gerichteter Durchgänge auch verwendet werden können.
Bei dieser Anordnung ist der Zellkulturkolben 60 in zwei Kammern unterteilt, wobei sich eine untere oder erste Kammer 90 zwischen der gasdurchlässigen Membran 20 und dem Boden 6 des Gehäuses 4 und eine obere oder zweite Kammer 92 zwischen der gasdurchlässigen Membran 20 und dem Deckel 82 befindet. Zwischen der unteren Kammer 90 und der oberen Kammer 92 wird durch die gasdurchlässige Membran 20 und den Rückhaltering 62 eine Abdichtung gegen Flüssigkeit gebildet.
Obwohl nicht unbedingt erforderlich, kann auf einer äußeren Oberfläche der Wände 8-11 des Gehäuses 4 ein sich nach außen erstreckender Anschlag vorgesehen sein, so daß eine untere Kante des Rückhalterings hierauf zu liegen kommt. Dies gewährleistet, daß die obere Kante 68 des Rückhalterings 62 sich über die obere Kante 64 des Gehäuses 4 erstreckt. Weiterhin ist auch möglich, obwohl nicht unbedingt erforderlich, daß auf einer inneren Oberfläche der Wände 64-67 des Rückhalterings 62 ein sich nach innen erstreckender Anschlag vorgesehen ist, so daß der Rückhaltering 62 sich auf einem Teil der oberen Oberfläche der Membran 20, der sich direkt darüber befindet und von Wänden 8-11 des Gehäuses 4 gestützt wird, abstützt. Dies gewährleistet auch, daß die obere Kante 68 des Rückhalterings 62 sich über die oberen Kante 34 des Gehäuses 4 erstreckt.
Der in Fig. 4-6 dargestellte Zellkulturkolben 60 wird folgendermaßen zum Vermehren von Zellen verwendet: Die gasdurchlässige Membran 20 liegt oberhalb der oberen Kante 34 des Gehäuses 4 und wird reibungsschlüssig durch den Rückhaltering 62 festgehalten. Eine Zellkulturprobe wird in die obere Kammer 92 auf eine obere Oberfläche der gasdurchlässigen Membran 20 aufgetragen. Dann wird der Deckel 82 auf das Gehäuse 4 gelegt. Zellkulturmedium wird in die obere Kammer 92 durch eine Mediumeinleitung 86 ein- und durch die Mediumausleitung 88 aus ihr ausgeleitet. Eine Gaszufuhrleitung ist mit der Gaseinleitung 16 verbunden und eine Gasabfuhrleitung mit der Gasausleitung 18. Bei dem zugeführten Gas kann es sich um irgendein für das Zellwachstum geeignetes Gas handeln, wie z. B. Sauerstoff, Kohlendioxid oder Stickstoff, bzw. eine Mischung dieser Gase. Das Gas wird der Gaseinleitung 16 mit einem Druck zugeführt, der gleich dem oder höher als der des durch die Gasausleitung 18 abgeführten Gases ist. Auf diese Weise kann das Gas die untere Kammer 90 durchströmen. Der Gasdruck in der unteren Kammer 90 ist auch höher als der Gasdruck in der oberen Kammer 92, so daß ein Teil des an die untere Kammer 90 gelieferten Gases die gasdurchlässige Membran 20 durchdringen kann. Auf diese Weise werden die wachsenden Zellen direkt mit Gas versorgt. Gas perlt auch durch das Medium, wodurch das Medium in der oberen Kammer 92 belüftet wird.
Das Gas verläßt den Kolben 60 auch durch die Mediumausleitung 88 und die Grenzfläche zwischen dem Rand 84 des Deckels 82 und Wänden 64-67 des Rückhalterings 62. Von den Zellen während des Wachstums produzierte gasförmige Abfallprodukte werden aus dem Kolben 60 auf ähnliche Weise entfernt.
Obwohl der Kolben 60 dieser Ausführungsform ein aerobes Kultursystem darstellt, kann man dieses auch für anaerobe Zellkulturen durch Weglassen der Gaszufuhr für die Gaseinleitung 16 und Verschließen der Gaseinleitung 16 und Gasausleitung 18 verwenden.
Die obere Kammer 92 wird mit dem flüssigen Wachstumsmedium durch Mediumeinleitung 86 versorgt. Das Medium bleibt oberhalb der Zellen, die sich auf der oberen Oberfläche der gasdurchlässigen Membran 20 befinden. Kolben 60 kann durch die Mediumeinleitung 86 ständig mit frischem Medium versorgt werden, und verbrauchtes Medium kann aus dem Kolben 60 durch die Medienausleitung 88 entfernt werden.
Sobald die Zellen eine gewünschte Zeit inkubiert sind, wird das Medium entfernt, und die gasdurchlässige Membran 20, auf der sich nun eine Zellschicht befindet, wird im ganzen Zustand entweder durch Ausschneiden der Membran 20 entlang ihrer äußeren Ränder oder durch Entfernen des Rückhalterings 62 vom Gehäuse 4 und Entfernen der gasdurchlässigen Membran 20 im ganzen entfernt.
Eine dritte Ausführungsform eines Zellkulturkolbens 102 nach der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 7-9 dargestellt. Der Zellkulturkolben 102 verfügt über ein hohles Gehäuse 104 mit einem offenen Oberteil. Das Gehäuse 104 ist vorzugsweise rechteckig und verfügt über einen Boden 106 und eine Umfangswandung, die aus den einander gegenüberliegenden und zueinander parallelen Wänden 108 und 109 und Wänden 110 und 111 gebildet wird, die einander gegenüberliegen und zueinander parallel sind. Wand 110 und Wand 111 liegen zwischen und sind verbunden mit den Wänden 108 und 109. Die Wände 108-111, die alle ungefähr gleich hoch sind, erstrecken sich vom Boden 106 entlang dessen äußerer Kanten nach oben und bilden mit diesem eine Einheit. Im unteren Teil der Wand 108 kann ein Ausgangsdurchgang 116, eventuell in der Form eines Auswurfschnittstücks, vorgesehen sein, und in Wand 109 ist ein Einlaßdurchgang 118 vorgesehen.
Beim Einlaßdurchgang 118 handelt es sich um ein hohles zylindrisches Element mit einem Gewindeaußenende 120. Der Einlaßdurchgang 118 erstreckt sich in einem Winkel nach oben und weg von der Wand 109. Ein Enddeckel 122 ist auf das äußere Ende 120 des Einlaßdurchgangs 118 aufgeschraubt. Der Enddeckel 122 ist mit einer sich hierdurch erstreckenden Mediumeinlaßbohrung 124 und Gaseinlaßbohrung 125 versehen.
Der Kolben 102 verfügt auch über eine rechteckige innere Umfangswandung 126, die sich vom Boden 106 des Gehäuses 104 nach oben erstreckt und mit ihm eine Einheit bildet. Die innere Umfangswandung 126 hat vier innere Wände 128-131, die den Wänden 108-111 benachbart, jedoch etwas beabstandet angeordnet, sind. Die innere Wand 129 verfügt über eine Öffnung 136, die im wesentlichen vor dem Einlaßdurchgang 118 liegt.
Der Kolben 102 verfügt über eine gasdurchlässige Membran 138, die sich über die innere Umfangswandung 126, mit der sie in Berührung steht, erstreckt und durch einen Rückhaltering 140 festgehalten wird. Die gasdurchlässige Membran 138 hat die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften wie die gasdurchlässige Membran 20 des Kolbens 2, der oben im Zusammenhang mit Fig. 1-3 besprochen wurde. Die gasdurchlässige Membran 138 ist rechteckig und geometrisch ähnlich der, jedoch etwas größer als die, inneren Umfangswandung 126.
Der Rückhaltering 140 ist rechteckig und verfügt über Seitenwände 142-145, die, wenn der Ring positioniert ist, jeweils den inneren Wänden 128-131 benachbart sind. Die Seitenwände 142, 144 und 145 des Rückhalterings 140 sind im wesentlichen gleich hoch und höher als die innere Umfangswandung 126. Die Seitenwände 142, 144 und 145 stützen sich auch auf dem Boden 106 des Gehäuses 104 ab. Die Seitenwand 144 und die Seitenwand 145 des Rückhalterings 140 sind im wesentlichen senkrecht und parallel zueinander. Die Seitenwand 142 des Rückhalterings 140 besteht aus einem ersten Teil 150, der sich unterhalb eines zweiten Teils 152 befindet, mit dem er eine Einheit bildet. Der erste Teil 150 ist im wesentlichen senkrecht und erstreckt sich zwischen den Seitenwänden 144 und 145 des Rückhalterings 140 und stützt sich auf dem Boden 106 des Gehäuses 104 ab. Der zweite Teil 152 befindet sich oberhalb der inneren Umfangswandung 126 und neigt sich nach innen zum Innern des Rückhalterings 140. In der Mitte des zweiten Teils 152 befindet sich eine Abfluß-Einkerbung 154. Die Abfluß-Einkerbung 154 ist oben offen und hat nach innen geneigte Seiten. Die Seitenwand 143 des Rückhalterings 140 ist von einer Stellung etwas unterhalb des oberen Teils von Wand 129 der inneren Umfangswandung 126 gegen den oberen Teil des Rückhalterings 140 zu nach außen geneigt. Auf einer oberen Kante der Seitenwand 143 ist eine bogenförmige Einlaß-Einkerbung 155 vorgesehen.
Der Rückhaltering 140 klemmt die gasdurchlässige Membran 138 zwischen eine obere äußere Fläche der inneren Umfangswandungen 128-131 und einer unteren inneren Fläche des ersten Teils 150 der Seitenwand 142 und unteren Flächen der Seitenwände 143-145 des Rückhalterings 140 ein. Obwohl sich die Membran auf der oberen äußeren Fläche der Umfangswandungen 128-131 befindet, läßt die Membran die Öffnung 136 der inneren Wand 129 frei, so daß Gas durchströmen kann. Die äußeren Flächen der Seitenwände 145 und 144 des Rückhalterings 140 sind den inneren Flächen der Wände 111 bzw. 110 des Bodenelements 104 benachbart und stehen mit ihnen in Berührung, so daß dazwischen ein im wesentlichen gas- und flüssigkeitsdichter Verschluß gebildet wird. Die innere Wand 128 der inneren Umfangswandung 126 läßt die Wand 108 frei und bildet dazwischen eine Ausgangsspalte 159. Die innere Wand 129 der inneren Umfangswandung 126 läßt die zweite Seitenwand 109 frei und bildet dazwischen eine Eingangsspalte. Eine obere Fläche der Seitenwand 143 des Rückhalterings 140 ist einer inneren Oberfläche der Wand 110 des Gehäuses 104 benachbart und steht im Kontakt mit ihr. Unterhalb der Seitenwand 143 und zwischen den Wänden 110 und 111 wird eine Zwischenkammer 161 definiert. Der Einlaßdurchgang 118 steht in Fluidverbindung mit der Zwischenkammer 161. Die Öffnung 136 in der inneren Wand 129 steht ebenfalls in Fluidverbindung mit der Zwischenkammer 161. Die Einfluß-Einkerbung 155 befindet sich unterhalb und direkt vor einem oberen Teil der Einlaßdurchgangsöffnung 160. Die Abfluß-Einkerbung 154 befindet sich auch direkt vor der Mediumausleitung 116.
Eine Gaszufuhrleitung 162 tritt durch die Gaszufuhrbohrung 125 des mit einem Gewinde versehenen Enddeckels 122 ein und erstreckt sich in den Einlaßdurchgang 118.
Eine Mediumeinleitung 163 erstreckt sich wiederum durch die Mediumzufuhrbohrung 124, den Einlaßdurchgang 118 und die Einlaß-Einkerbung 155. Auf diese Weise kann einer oberen Oberfläche der gasdurchlässigen Membran 138 Zellkulturmedium zugeführt werden. An der Grenzfläche des Einlaßdurchgangs 118, der Seitenwand 143 des Rückhalterings 140 und der Mediumeinleitung 163 wird eine im wesentlichen gasdichte Abdichtung gebildet. Eine untere oder erste Kammer 166 wird unterhalb der gasdurchlässigen Membran 138 gebildet, und eine obere bzw. zweite Kammer 167 wird oberhalb der Membran 138 gebildet.
Schließlich liegt ein Deckel 168 mit einem nach unten gerichteten äußeren Rand 170 auf einer oberen Fläche des Gehäuses 104. Der Rand 170 richtet den Deckel 168 gegen die Wände 108 bis 111 des Gehäuses 104 aus.
Beim Betrieb wird die gasdurchlässige Membran 138 an der rechteckigen inneren Umfangswandung 126 durch den Rückhaltering 140 festgehalten. Eine Zellkulturprobe wird auf die obere Oberfläche 164 der gasdurchlässigen Membran 138 gegeben. Der mit einem Gewinde versehene Enddeckel 122 ist am Ende 120 des Einlaßdurchgangs 118 befestigt. Die Mediumeinleitung 163 wird sowohl durch den Mediumeinlaßdurchgang 125 als auch die Einfluß- Einkerbung 155 des Rückhalterings 140 geführt. Die Gaszufuhrleitung 162 wird in den Gaseinlaßdurchgang 118 geführt. Ein geeignetes Ansaugelement oder eine Vorrichtung für Schwerkraftentleerung werden am Auslaßdurchgang 116 befestigt. Schließlich wird der Deckel 168 auf das Gehäuse 104 aufgelegt.
Gas wird von der Gaszufuhrleitung 162 durch den Einlaßdurchgang 118, durch die Zwischenkammer 161, durch die Öffnung 136 und dann in die untere Kammer 166 geleitet. Ein Großteil des Gases durchdringt dann die gasdurchlässige Membran 138. Die obere Oberfläche 164 der gasdurchlässigen Membran 138 wird durch die Mediumeinleitung 163 mit Medium versorgt. Auf der gasdurchlässigen Membran 138 wird wird die Höhe des Mediums durch den Rückhaltering 140 in Abhängigkeit von der Tiefe der Abfluß-Einkerbung 154 konstant gehalten. Durch die Abfluß-Einkerbung 154 kann sich überflüssiges Medium im Ausgangsspalt 159 ansammeln. Das Medium wird anschließend durch den Auslaßdurchgang 116 entfernt. Auf diese Weise kann der Zellkulturkolben 102 kontinuierlich mit frischem Medium versorgt werden. Überschüssiges Gas wird entweder durch den Auslaßdurchgang 116 entfernt oder entweicht von der Grenzfläche zwischen dem Rand 170 des Deckels 168 und den Wänden 108 bis 111 des Bodenelements 104. Obwohl ein Kolben 102 dieser Ausführungsform ein aerobes Zellkultursystem darstellt, kann man ihn durch Entfernung der Gaszufuhrbohrung 125 von dem mit einem Gewinde versehenen Enddeckel 120 auch für anaerobe Zellkulturen verwenden.
Eine vierte Ausführungsform des Zellkulturkolbens 202, der sich auf einem Boden 204 zwecks Gaszufuhr und Stütze befindet, wird in Fig. 10-12 dargestellt. Der Kolben 202 verfügt über ein hohles Gehäuse 206 mit offenem Unterteil, eine gasdurchlässige Membran 208 und einen Rückhaltering 210. Das Gehäuse 206 ist vorzugsweise rechteckig und verfügt über ein flaches Oberteil 212 und eine sich hiervon nach unten erstreckende Umfangswandung, die über einander gegenüberliegende und zueinander parallele Wände 214 und 215 bzw. Wände 216 und 217 verfügt, die einander gegenüberliegen und zueinander parallel sind. An den unteren Kanten der Wände 214-217 des Gehäuses 206 sind nach innen geneigte Teile 219, 220, 221 bzw. 222 befestigt.
An die Wand 215 des Gehäuses 206 ist ein nach oben geneigter, hohler zylindrischer Hals 226 als Einheit angeformt. Der Hals 226 verfügt über ein außen mit einem Gewinde versehenes Ende 228 und nimmt einen Enddeckel 230, der innen mit einem Gewinde versehen ist, auf. Durch den Enddeckel 230 geht eine Mediumeinleitbohrung 234 und eine Mediumausleitbohrung 236. Ein Rohr 237 zur Mediumeinleitung erstreckt sich durch die Mediumeinleitbohrung 234, und ein Rohr 239 zur Mediumleitung erstreckt sich durch die Mediumausleitbohrung 236. Das Rohr 237 zur Mediumeinleitung und das Rohr 239 zur Mediumausleitung werden durch Bohrungen 234 und 236 fest fixiert, so daß der Enddeckel 230 eine wirksame Gasabdichtung bildet.
Bei dem Rückhaltering 210 handelt es sich um eine rechteckige Struktur, die über eine Seitenwand 240 verfügt, die im wesentlichen zur Seitenwand 241 parallel ist und ihr gegenüberliegt. Ebenso liegt die Seitenwand 242 der Seitenwand 243 gegenüber und ist im wesentlichen parallel zu ihr. Nach außen geneigte Teile 244, 245, 246 und 247 sind an den oberen Kanten der Seitenwände 240-243 des Rückhalterings 210 angebracht und bilden damit eine Einheit. Nach außen geneigte Teile 244-247 des Rückhalterings 210 bilden eine Form, die geometrisch der durch die nach innen geneigten Teile 219-222 des Gehäuses 206 gebildeten, ähnlich ist. Eine obere Fläche 248 der nach außen geneigten Teile 244-247 hat jedoch einen größeren geometrischen Durchmesser als eine untere Fläche 249 der nach innen geneigten Teile 219-222 des Gehäuses 206, und eine untere Fläche 250 der nach außen geneigten Teile 244-247 hat einen kleineren geometrischen Durchmesser als die untere Fläche 249 des Gehäuses 206, so daß die geneigten Teile 244-247 des Rückhalterings 210 von den geneigten Teilen 219-222 des Gehäuses 206 aufgenommen werden können.
Die gasdurchlässige Membran 208 ist rechteckig und befindet sich im Rückhaltering 210 oberhalb der Wände 240-243. Die Membran 208 ist zusammengedrückt und reibungsschlüssig zwischen den nach innen geneigten Teilen 219-222 des Gehäuses 206 und den nach außen geneigten Teilen 244-247 des Rückhalterings 210 festgehalten. Eine untere oder erste Kammer 252 wird unterhalb der Membran 208 und eine obere oder zweite Kammer 254 oberhalb der Membran 208 gebildet.
Der Kolben 202 ist so ausgestaltet, daß er auf einen flachen Boden 204 oder auf eine andere Stützfläche gelegt werden kann. Der Boden 204 kann über eine Gasöffnung 258 oder ein anderes Mittel zur Zuleitung von Gas verfügen, und der Rückhaltering 210 befindet sich oberhalb der Gasöffnung 258. Fig. 11-12 zeigen eine Ausführungsform des Bodens 204. Die Gasöffnung 258 wird durch einen im Boden 204 befindlichen Gasverteiler 259 mit Gas versorgt. Auf der oberen Fläche des Bodens 204 befindet sich ein Ausrichtering 260, so daß der Kolben 202 über der Gasöffnung 258 zu liegen kommt, und am Hin- und Herbewegen gehindert wird. Der Ausrichtering 260 ist rechteckig und hat senkrechte Wände. Eine äußere Fläche des Ausrichterings 260 wirkt mit den inneren Flächen der Seitenwände 240-243 des Rückhalterings 210 zusammen. Der Boden 204 kann auch über eine Heizspirale 262 oder ähnliches verfügen, um das durch den Verteiler 259 strömende Gas aufzuheizen.
Beim Betrieb wird eine obere Oberfläche der gasdurchlässigen Membran 208, die dann zusammengedrückt ist und reibungsschlüssig um ihren äußeren Umfang zwischen den nach innen geneigten Teilen 219-222 des Gehäuses 206 und den nach außen geneigten Teilen 244-247 des Rückhalterings 210 festgehalten wird, mit einer Zellkultur beschickt. Die untere Kammer 252 des Kolbens 202 wird durch den Gasverteiler 259 und die Öffnung 258 mit Gas versorgt. Die obere Kammer 254 wird durch das Rohr 237 zur Mediumeinleitung mit Kulturmedium versorgt. Erschöpftes Medium wird durch das Rohr 239 zur Mediumausleitung entfernt, wobei dieses Rohr Saugkraft zum Transportieren von Zellkulturmedium aus dem Zellkulturkolben 202 verwendet. Gas durchdringt die Membran 208 und das Medium. Bei dieser Ausführungsform wird das Gas zwischen den Windungen des Enddeckels 230 und den Windungen des zylindrischen Halses 226 ausgetrieben. Dies wird dadurch erreicht, daß man den Enddeckel 230 auf dem mit einem Gewinde versehenen Ende 228 des zylindrischen Halses 226 lockert. Für optimales Wachstum der Zellen werden das einströmende Gas und der Boden 204 mittels der Heizspirale 262 auf der richtigen Temperatur gehalten. Obwohl der Kolben 202 dieser Ausführungsform ein aerobes Zellkultursystem darstellt, kann man ihn durch Entfernen des Gasverteilers 259 und der Öffnung 258 des Bodens 204 auch für anaerobe Zellkulturen verwenden.
Die Gesamtheit der Kolben 2, 60, 102 und 202, die in Fig. 1-12 dargestellt sind, können in einem abgeschlossenen Mehrkammerinkubator verwendet werden. Die Kolben in den Inkubatoren können mit Zellkulturmedium und Gas versorgt werden. Auf diese Weise kann die Umgebung für das Wachstum der Zellkultur gesteuert werden, um die Bedingungen für Zellwachstum, z. B. eine einheitliche Temperatur innerhalb und außerhalb der Kolben, zu optimieren. Zusätzlich wird der menschliche Kontakt mit den Kolben minimiert. Dies verringert das Infektionsrisiko zwischen Zellkultur und der Außenumgebung. Ein Beispiel solch eines Inkubators wird in Fig. 13 dargestellt. Der Inkubator 282 verfügt über vier Abteile, die so gestaltet sind, daß sie den Kolben 202 aufnehmen, obwohl jede beliebige Anzahl Abteile verwendet werden kann, und Inkubatoren können so konstruiert werden, daß sie den einen Kolben 2 und einen Kolben 102 aufnehmen.
Beim Inkubator 282 handelt es sich um eine kistenförmige Struktur, die vorn eine Tür 283 hat. Jedes Abteil ist mit Isoliermaterial 284 isoliert und verfügt über einen flachen Boden 204. Die Tür 283 ist mittels Scharnieren 285 am Körper des Inkubators angebracht. Ein Griff 286 ist zum leichten Öffnen und Schließen der Tür 283 an dieser angebracht. Das obere Abteil 287 zeigt, wie der Zellkulturkolben 202 auf dem Ausrichtering 260 auf dem Boden 204 aufliegt. Das Rohr 237 zur Mediumeinleitung in das, bzw. das Rohr 239 zur Mediumausleitung aus dem obere/n Abteil 287 verlaufen entlang einer Innenwand 288 des Inkubators 282 und treten aus einem Oberteil 289 des Inkubators 282 aus. Das obere Abteil 287 wird durch den Gasverteiler 259 mit Gas versorgt. Das Gas tritt durch den sich an einer Seite des Inkubators 282 befindenden Eingangsdurchgang 290 ein. Gas, das aus dem Kolben 202 entweicht, strömt aus dem Inkubator 282 entlang des Umfangs der Tür 283 und in die Umgebung. Nach Reifung der Zellkultur werden das Rohr 237 zur Mediumeinleitung und das Rohr 239 zur Mediumausleitung aus dem Kolben 202 entfernt. Der Kolben wird dann aus dem Inkubator 282 entfernt, so daß die inkubierten Zellen gefärbt und untersucht werden können.
Wie oben beschrieben, kann jeder beliebige erfindungsgemäße Kolben von einem Inkubator mit einer beliebigen Anzahl Kammern aufgenommen werden. Um die richtigen Gase und Medien für das Zellwachstum zu liefern und um zwecks Überwachung des Zellwachstums in den Kolben das erschöpfte Zellkulturmedium und Gas zu analysieren, können für den Inkubator andere Beschlagteile als die in Fig. 13 gezeigten erforderlich sein.
Fig. 14 stellt ein Zellkultursystem dar, bei dem ein Zellkulturkolben mit einer gasdurchlässigen Membran, ein Inkubator und Mittel zur Versorgung der Kolben mit den richtigen Gasen und Medien für optimales Zellwachstum verwendet wird. Dieses System verfügt über mehrere Gaszylinder 304, die Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid oder ein beliebiges anderes, für das Zellwachstum erforderliche Gas enthalten. Die Gasströmung aus den Zylindern 304 wird durch Gasströmungsregulatoren 306 reguliert. Eine von jedem Zylinder 304 ausgehende Zufuhrleitung 308 befördert das Gas zu einem Multiplexer 310, wo die Gase so untereinander gemischt werden, wie dies für einen bestimmten Anwendungszweck erwünscht ist. Das Gas wird dann von der Gasleitung 312 zu einer Feinporenfiltereinheit 314 befördert, um die Gasmischung zu filtrieren. Das Gas wird dann durch die Gasleitung 316 zu einem Gasbefeuchter 318 befördert. Der Befeuchter 318 kann auch durch einen Erwärmer 320 vorgeheizt werden, um das einströmende Gas zu erwärmen. Das befeuchtete Gas strömt durch die Gasleitung 322 in einen beheizten Medienbehälter 324. Man läßt das Gas durch den Behälter 324 perlen worauf das Gas durch die Gasleitung 326 den Behälter verläßt. Das Gas kann nochmals durch den Erwärmer 328 erwärmt werden, so daß das Gas auf eine für das Zellwachstum optimale Temperatur erwärmt wird. Schließlich wird das Gas an einen Inkubator 330 geliefert und an alle Zellkulturkolben 331 verteilt.
Beheiztes Medium verläßt den Medienbehälter 324 durch die Mediumförderleitung 332. Das Medium wird aus dem Behälter mittels einer Förderpumpe 333, wie z. B. einer Schlauchquetschpumpe, abgezogen. Das Medium fließt dann durch die Förderleitung 334 zu einem Mediumverteiler 336 und anschließend in die Kolben 331 im Inkubator 330. Erschöpftes Medium kann ebenfalls aus den Zellkulturkolben 331 mittels Mediumausleitungen 338 entfernt werden und kann durch ein Mehrwegeventil 339 fließen, das entweder das erschöpfte Medium zwecks Wiederverwendung zur Förderleitung 332 leitet oder das erschöpfte Medium zu einem Modul 340 befördert, das die chemische Zusammensetzung und den pH des Mediums analysiert. Vom Modul 340 wird dann das Medium durch ein Ventil 341 entweder zu einer Abfallbeseitigung 342 geleitet oder durch eine Mediumförderleitung 344 zwecks Weiterverwendung befördert. Ein Mehrwegeventil 346 kann das erschöpfte Medium von der Förderleitung 344 zur Mediumförderleitung 332 leiten und das Medium zwecks Wiederverwendung an den Mediumbehälter 322 abgeben. Das Mehrwegeventil 346 kann auch das Medium aus der Förderleitung 344 zur Mediumförderleitung 334 leiten und direkt den Medienverteiler 336 mit dem Medium beschicken. Schließlich kann die Förderpumpe 333 umgekehrt werden, um die Flußrichtung umzukehren und Gas oder Luft aus den Zellkulturkolben 331 auszublasen. Die ausgeblasenen Gase werden durch den Mediumverteiler 336 und die Mediumförderleitung 334 befördert, worauf eine Ausblasleitung 348 mit ihnen zwecks Entfernung aus dem System beaufschlagt wird.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kolben mit Ausnahme der gasdurchlässigen Membran kann jedes geeignete Material verwendet werden. Die Kolben sollten vorzugsweise aus einem durchsichtigen Material bestehen, wie z. B. Glas oder Kunststoff, so daß das Bedienungspersonal, ohne die Kolben auseinanderzunehmen, das Zellwachstum beobachten kann.
Nach Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung muß betont werden, daß diese so zu verstehen ist, daß sie auch auf andere Weise im Rahmen der beigefügten Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

1. Zellkulturkolben, umfassend ein hohles Gehäuse (4, 104, 206), eine in dem Gehäuse angeordnete gasdurchlässige Membran (20, 138, 208), welche das Gehäuse in eine erste Kammer (50, 90, 166, 252) und eine zweite Kammer (52, 92, 167, 254) unterteilt, ein Rückhaltemittel (20, 140, 210) zur lösbaren Befestigung der gasdurchlässigen Membran (20, 138, 208) und zur Bildung einer flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtung zwischen der ersten Kammer (50, 90, 166, 252) und der zweiten Kammer (52, 92, 167, 254), eine in das Gehäuse einführende und mit der zweiten Kammer (52, 92, 167, 254) verbundene Mediumeinleitung (46, 86, 163, 237) zur Zuleitung von Zellwachstumsmedium dazu, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zudem eine in das Gehäuse (4, 104, 206) einführende und mit der ersten Kammer (50, 90, 166, 252) verbundene Gaseinleitung (16, 162, 258) zur Zuleitung von Gas dazu umfaßt, und daß die Membran (20) flüssigkeitsundurchlässig ist.

2. Zellkulturkolben nach Anspruch 1, zudem umfassend eine aus dem Gehäuse heraus führende und mit der zweiten Kammer verbundene Mediumausleitung zur Entladung von Zellwachstumsmittel daraus.

3. Zellkulturkolben nach Anspruch 2, bei welchem das hohle Gehäuse eine Struktur mit offenem Oberteil ist, die einen Boden und eine Umfangswandung aufweist, und das Rückhaltemittel ein Rückhaltering ist, der sich einem inneren geometrischen Durchmesser der Umfangswandung anpaßt, wobei die Membran durch Reibung festgehalten wird, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer äußeren Fläche des Rückhalteringes und einer inneren Fläche des Gehäuses zusammengedrückt wird.

4. Zellkulturkolben nach Anspruch 2, bei welchem die Membran durchsichtig ist.

5. Zellkulturkolben nach Anspruch 2, zudem umfassend eine aus dem Gehäuse heraus führende und mit der ersten Kammer verbundene Gasausleitung.

6. Zellkulturkolben nach Anspruch 2, bei welchem das Gehäuse eine Struktur mit offenem Oberteil ist, die einen Boden, eine äußere Umfangswandung und eine innere Umfangswandung aufweist; das Rückhaltemittel ein Rückhaltering ist, der sich einem Umfang der inneren Umfangswandung anpaßt, wobei die Membran durch Reibung festgehalten wird, indem ein äußere Umfang der Membran zwischen einer Fläche des Rückhalteringes und einer Fläche der inneren Umfangswandung zusammengedrückt wird; und die erste Kammer sich unterhalb der Membran und innerhalb der inneren Umfangswandung befindet.

7. Zellkulturkolben nach Anspruch 2, bei welchem das hohle Gehäuse eine Struktur mit offenem Bodenteil ist, die einen Oberteil und eine Umfangswandung aufweist, wobei die Membran oberhalb des Bodenteils angeordnet ist, und das Rückhaltemittel ein Rückhaltering ist, der sich einem Umfang der Umfangswandung anpaßt, wobei die Membran durch Reibung festgehalten wird, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer Fläche des Rückhalteringes und einer Fläche der Umfangswandung zusammengedrückt wird.

8. Zellkulturkolben nach Anspruch 3, zudem umfassend einen auf dem Gehäuse lösbar angeordneten und oberhalb der Membran davon beabstandeten Deckel.

9. Zellkulturkolben nach Anspruch 8, bei welchem sich die Mediumeinleitung und die Mediumausleitung durch den Deckel erstrecken und mit der zweiten Kammer verbunden sind.

10. Zellkulturkolben nach Anspruch 6, bei welchem sich ein Teil des Rückhalteringes gegen einen Teil der äußeren Umfangswandung abstützt und eine Zwischenkammer bildet, der Rückhaltering eine Abdichtung gegen Flüssigkeit und Gas zwischen der Zwischenkammer und der zweiten Kammer bildet, die Gaseinleitung mit der Zwischenkammer verbunden ist, und die innere Umfangswandung eine Öffnung aufweist, die unterhalb des Rückhalteringes angeordnet ist und mit der Zwischenkammer in Verbindung für Fluids steht.

11. Zellkulturkolben nach Anspruch 6, bei welchem der Rückhaltering eine auf vorbestimmter Höhe angeordnete Abfluß-Einkerbung und eine in das Gehäuse einleitende und mit der Abfluß-Einkerbung verbundene Mediumausleitung aufweist, wodurch das Medium durch die Abfluß-Einkerbung in der zweiten Kammer auf der Membran auf eine vorbestimmte Höhe gehalten wird und überschüssiges Medium aus der Abfluß-Einkerbung in die Mediumausleitung fließt.

12. Zellkulturkolben nach Anspruch 6, zudem umfassend einen auf dem Gehäuse lösbar angeordneten und oberhalb des Rückhalteringes davon beabstandeten Deckel.

13. Zellkulturkolben nach Anspruch 10, zudem umfassend einen mit der Zwischenkammer verbundenen Einlaßdurchgang durch die äußere Umfangswandung.

14. Zellkulturkolben nach Anspruch 13, bei welchem der Einlaßdurchgang dazu ausgebildet ist, eine Leitung zur Mediumeinleitung aufzunehmen, und der Rückhaltering eine Einkerbung aufweist, die zur Aufnahme der Leitung zur Mediumeinleitung ausgebildet ist, wobei die Einkerbung einen Durchmesser aufweist, der genügt, um zusammen mit der Leitung zur Mediumeinleitung eine Abdichtung zwischen der zweiten Kammer und der Zwischenkammer zu bilden.

15. Zellkulturkolben nach Anspruch 13, bei welchem der genannte Durchgang auf seinem äußeren Ende einen lösbaren Deckel aufweist, wobei der Deckel dazu ausgebildet ist, eine Leitung zur Mediumeinleitung und eine Leitung zur Mediumausleitung aufzunehmen.

16. Zellkulturkolben nach Anspruch 7, bei welchem der Rückhaltering eine untere Fläche aufweist, die dazu ausgebildet ist, sich auf eine Bodeneinheit abzustützen, welche ein Mittel zur Zuleitung von Gas zur ersten Kammer aufweist.

17. Zellkulturkolben nach Anspruch 7, bei welchem ein unterer Teil der Umfangswandung nach innen geneigt ist und ein oberer Teil des Rückhalteringes nach außen geneigt ist und den unteren Teil der Umfangswandung aufnimmt, wobei die Membran durch Reibung festgehalten wird, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen dem nach innen geneigten Teil der Umfangswandung und dem nach außen geneigten Teil des Rückhalteringes zusammengedrückt wird.

18. Zellkulturkolben nach Anspruch 7, zudem umfassend: einen sich durch das Gehäuse erstreckenden und mit der zweiten Kammer verbundenen Hals, einen von dem Hals aufgenommenen Enddeckei, der dazu ausgebildet ist, ein Rohr zur Mediumausleitung und ein Rohr zur Mediumeinleitung aufzunehmen, wobei das Rohr zur Mediumausleitung und das Rohr zur Mediumeinleitung durch den Enddeckel hindurch in die zweite Kammer drückbar und in verschiedenen Höhen über der Membran feststellbar sind, um die Höhe des auf der Membran ruhenden Mediums zu steuern, und der Enddeckel anziehbar ist, um Gas daran zu hindern, aus der zweiten Kammer zu entweichen, und lockerbar ist, um Gas zu erlauben, aus der zweiten Kammer zu entweichen.

19. Zellkulturkolben nach Anspruch 16, bei welchem die Bodeneinheit einen Richtring aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Rückhaltering aufzunehmen und den Kolben auf der Bodeneinheit festzuhalten.

20. Zellkulturkolben, umfassend:

ein hohles Gehäuse mit offenem Oberteil, der einen Boden und eine Umfangswandung aufweist;

eine in dem Gehäuse oberhalb des Bodens angeordnete gasdurchlässige Membran und welche das Gehäuse in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt;

einen lösbaren Rückhaltering, der sich einem inneren geometrischen Durchmesser der Umfangswandung anpaßt, wobei die Membran zwischen einer äußeren Fläche des Rückhalteringes und einer inneren Fläche des Gehäuses durch Reibung festgehalten wird, wodurch eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer gebildet wird;

eine in das Gehäuse einführende und mit der ersten Kammer verbundene Gaseinleitung und eine aus dem Gehäuse heraus führende und mit der ersten Kammer verbundene Gasausleitung; und

einen auf dem Gehäuse lösbar angeordneten und oberhalb der Membran davon beabstandeten Deckel, wobei der Deckel eine Mediumeinleitung und eine Mediumausleitung aufweist, die sich durch den Deckel erstrecken und mit der zweiten Kammer verbunden sind.

21. Zellkulturkolben, umfassend

ein hohles Gehäuse mit offenem Oberteil, der einen Boden und eine Umfangswandung umfaßt;

eine in dem Gehäuse oberhalb des offenen Oberteils und der Umfangswandung des Gehäuses angeordnete gasdurchlässige Membran;

einen lösbaren Rückhaltering zur lösbaren Befestigung der gasdurchlässigen Membran um eine äußere Fläche der Umfangswandung, wobei sich der Rückhaltering einem äußeren geometrischen Durchmesser der Umfangswandung anpaßt, wobei die Membran durch Reibung festgehalten wird, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer inneren Fläche des Rückhalteringes und einer äußeren Fläche des Gehäuses, und sich der Rückhaltering über der Umfangswandung erstreckt; eine erste Kammer, die unterhalb der Membran ausgebildet ist;

eine zweite Kammer, die oberhalb der Membran und innerhalb der inneren Fläche des Rückhalteringes ausgebildet ist; und

eine in das Gehäuse einführende und mit der ersten Kammer verbundene Gaseinleitung zur Zufuhr von Gas dazu.

22. Zellkulturkolben nach Anspruch 21, zudem umfassend eine aus dem Gehäuse heraus führende und mit der ersten Kammer verbundene Gasausleitung.

23. Zellkulturkolben nach Anspruch 21, zudem umfassend einen auf dem Rückhaltering lösbar angeordneten und oberhalb der Membran davon beabstandeten Deckel.

24. Zellkulturkolben nach Anspruch 23, zudem umfassend eine Mediumeinleitung und eine Mediumausleitung, die sich durch den Deckel erstrecken und mit der zweiten Kammer verbunden sind.

25. Vorrichtung zur Vermehrung von Zellkulturen, umfassend:

einen Zellkulturkolben, umfassend ein hohles Gehäuse (4, 104, 206), eine in dem Gehäuse angeordnete gasdurchlässige Membran (20, 138, 208), welche das Gehäuse in eine erste Kammer (50, 90, 166, 252) und eine zweite Kammer (52, 92, 167, 254) unterteilt, ein Rückhaltemittel (20, 140, 210) zur lösbaren Befestigung der gasdurchlässigen Membran (20, 138, 208) und zur Bildung einer flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtung zwischen der ersten Kammer (50, 90, 166, 252) und der zweiten Kammer (52, 92, 167, 254), eine in das Gehäuse einführende und mit der zweiten Kammer (52, 92, 167, 254) verbundene Mediumeinleitung (46, 86, 163, 237) zur Zuleitung von Zellwachstumsmedium dazu, eine in das Gehäuse (4, 104, 206) einführende-und mit der ersten Kammer (50, 90, 166, 252) verbundene Gaseinleitung (16, 162, 258), wobei die Membran (20) flüssigkeitsundurchlässig ist;

einen Inkubator (282) zur Aufnahme von einem oder mehreren Zellkulturkolben, wobei der Inkubator ein Mittel aufweist, welches einem aus dem Zellkulturkolben austretenden Gas erlaubt, aus dem Zellkulturkolben auszutreten, wobei der Inkubator ein Mittel (237) zur Mediumeinleitung zu jedem der Kolben aufweist, und wobei der Inkubator ein Mittel (259, 290) zur Gaseinleitung zu jedem der Kolben aufweist;

mindestens eine unter Druck stehende Gasquelle (304) sowie ein Mittel (310) zur Zubereitung einer Gasmischung und zur selektiven Steuerung des Gaszuflusses zu den Kolben; und

eine Pumpe (333) zur Eingabe von flüssigem Medium in die Kolben.

26. Vorrichtung zur Vermehrung von Zellkulturen nach Anspruch 25, zudem umfassend:

ein Gasfilter, das unmittelbar stromabwärts vom Mittel zur Zubereitung einer Gasmischung angeordnet ist; einen Gasbefeuchter, der unmittelbar stromabwärts vom Filter angeordnet ist; und

einen Gaserwärmer, der unmittelbar stromabwärts vom Gasbefeuchter angeordnet ist.

27. Vorrichtung zur Vermehrung von Zellkulturen nach Anspruch 25, zudem umfassend:

eine Leerungspumpe zum Entleeren des Mediums aus den Kolben; einen Mediumanalysator, der stromabwärts von der Auslaßpumpe angeordnet ist; und ein stromabwärts vom Mediumanalysator angeordnetes Zweistellungssteuerventil, wobei eine erste Stellung des Ventils das Medium aus der Vorrichtung abzieht und eine zweite Stellung des Ventils die Wiederverwendung des Mediums erlaubt.

28. Vorrichtung zur Vermehrung von Zellkulturen nach Anspruch 25, bei welcher das hohle Gehäuse des Zellkulturkolbens eine Struktur mit offenem Bodenteil ist, die einen Oberteil und eine äußere Umfangswandung aufweist, wobei die Membran oberhalb des Bodenteils angeordnet ist, das Rückhaltemittel ein Rückhaltering ist, der sich einem Umfang der Umfangswandung anpaßt, die Membran durch Reibung festgehalten wird, indem ein äußerer Umfang der Membran zwischen einer Fläche des Rückhalteringes und einer Fläche der äußeren Wandung zusammengedrückt wird, und der Rückhaltering ebenfalls eine Bodenfläche aufweist, die sich auf einem Boden des Inkubators abstützt, und Gas durch diesen Boden hindurch der ersten Kammer zugeführt wird.