DE3943590C2 - Anlage zur Inaktivierung von in Flüssigkeiten befindlichen Viren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Inaktivierung von in Flüssigkeiten befindlichen Viren.

Viren können bekanntlich durch chemische Substanzen (chemische Sterilisation) oder durch Erhitzen der Flüssigkeit (Hitzesterilisation) unschädlich gemacht werden. Des weiteren ist bekannt, Viren mittels Ultrafiltration aus Flüssigkeiten zu entfernen.

Ein Nachteil der chemischen Sterilisation liegt darin, daß die zur Inaktivierung erforderlichen Substanzen in der Flüssigkeit selbst verbleiben und zu nachteiligen Nebenwirkungen führen können. Der Nachteil der Hitzesterilisation liegt darin, daß eine thermische Zersetzung oder zumindest Modifikation der in der Flüssigkeit vorhandenen Komponenten eintreten kann. Dies ist besonders gravierend, wenn es sich bei der Flüssigkeit um Kulturüberstände handelt, die hochempfindliche Substanzen, wie z. B. Proteine enthalten.

Bei der Entfernung von Viren mittels Ultrafiltration wirkt sich nachteilig aus, daß dieses Verfahren nicht zur Behandlung von Suspensionen geeignet ist, da in diesem Fall eine Abtrennung der festen Phase erfolgen würde.

Zusätzlich besteht die Gefahr der Adsorption von Bestandteilen aus der Lösung der Filtermaterialien. Weiterhin kann der Prozeß im technischen Maßstab nur sehr schwer und kostenaufwendig unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden. Auch müssen die Filter in regelmäßigen Abständen gereinigt und gewechselt werden, das je nach Art der herausgefilterten Viren zu Entsorgungsschwierigkeiten führen kann.

Bei einem anderen, aus der DE-PS 9 49 253 bekannten Verfahren zum Sterilisieren von Flüssigkeiten durch Behandeln mit Ultraschall wird die Flüssigkeit durch Ultraschalleinwirkung vernebelt, wobei anschließend der Nebel abgeleitet und kondensiert wird.

Des weiteren wird in der DE-PS 8 78 462 eine Einrichtung zur Entkeimung von Süßmost und anderen Flüssigkeiten beschrieben, bei der der auf die Flüssigkeit einwirkende Schall- oder Ultraschall dadurch erzeugt wird, daß eine Schneide mit der zu entkeimenden Flüssigkeit angeblasen bzw. angeströmt wird und dadurch eine Ultraschallpfeife gebildet wird. Durch die Anordnung der Schneide als schwingendes Teil einer Pfeife sollen die Probleme gelöst werden, die bei der Behandlung größerer Flüssigkeitsmengen durch magnetostriktive oder piezoelektrische Schwingungserzeuger auftreten.

Die DE-AS 10 37 830 beschreibt ein Verfahren zur Kaltsterilisierung von Milch, bei dem die zu sterilisierende Flüssigkeit einer Anzahl von Schallstößen mit steiler Front ausgesetzt wird. Diese Front wird vorzugsweise durch Flüssigkeitsfunkenstrecken erzeugt.

Aus der DE 24 08 754 A1 ist eine Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten bekannt, insbesondere von Milch, Fruchtsäften oder dergleichen, wobei die Flüssigkeit mehrfach großen Beschleunigungsänderungen unterworfen wird, indem die Flüssigkeit mit hoher, vorzugsweise zunehmender Geschwindigkeit durch ein Leitungssystem mit stoßweise sich ändernden Durchlaßquerschnitten geführt wird, indem eine Zentrifuge mit mindestens einer in einem Auffanggefäß angeordneten, um ihre Achse rotierende Scheibe vorgesehen ist, innerhalb welcher ein von einem in Scheibenachsnähe liegenden Zuführbereich zum Scheibenrand verlaufender Durchlaß von abwechselnd zu- und abnehmendem Querschnitt angeordnet ist.

Bei einer anderen Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Ultraschallwellen wird in der GB 1,179,827 vorgeschlagen, die Flüssigkeit durch eine Rohrleitung zu transportieren, auf der Ultraschallschwinger angeordnet sind.

Außerdem schlägt die GB 671,922 zusätzlich zur Behandlung mittels einem Ultraschallfeld die Verwendung eines weiteren Energiefeldes vor, beispielsweise ein elektromagnetisches Feld.

Im Römps-Chemielexikon, 1988, Seite 4411/4412 werden als Schwingungserzeuger zur Erzeugung eines Ultraschallfeldes Ultraschallpfeifen, Ultraschallsirenen, piezoelektrische Schwinger und elektrische Schwinger genannt, und deren biologische Wirkung mit Kavitation in Verbindung gebracht.

Die DE-OS 21 31 878 verwendet bei einem Verfahren zur Reinigung von Wasser zusätzlich zu einem Gleich- oder Wechselstrom eine Beschallung mittels Ultraschall.

Aus der DE 34 30 605 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung, Desinfektion und Sterilisation von ärztlichen Instrumenten bekannt, bei dem die Instrumente in einem Bad einem Ultraschallfeld ausgesetzt werden.

Die DE 35 00 384 A1 schlägt vor, die Flächen von Festkörpern zur Reinigung zu beschallen.

Bei der DE 35 04 533 A1 wird Ultraschall zum Lösen von Bakterien und/oder Pilzen von Flächen benutzt, wobei sie dann, nachdem sie gelöst wurden, abgesaugt werden.

Schließlich ist aus der DE 37 28 946 A1 eine Homogenisiervorrichtung bekannt, bei der ein gebildeter Homogenisierspalt, durch den eine Zellkultur unter hohem Druck geleitet wird, zum Aufschließen dieser Zellen genutzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur Inaktivierung von in Flüssigkeiten befindlichen Viren zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, Viren in Flüssigkeiten zu inaktivieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 7 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage.

Überraschenderweise werden selbst so kleine organische Bestandteile, wie sie Viren darstellen, durch Kavitationswirkung inaktiviert. Dabei bleiben andere Begleitsubstanzen innerhalb der Flüssigkeit vorteilhaft unverändert. Als besonders günstig hat sich bei Versuchen ergeben, wenn dabei ein Energieeintrag in die Flüssigkeit zwischen 10 000 Ws bis 150 000 Ws je Liter eingestellt wird.

Besonders nützlich ist diese Methode zur Qualitätssicherung bei der Reinigung von Kulturüberständen von Zellkulturen und bei der Aufreinigung von Produkten, die durch Fermentation von Organismen mit rekombinierter DNA hergestellt werden. Als Beispiel, aber nicht ausschließlich, ist die Produktion von Plasma Faktor VIII und anderen Blutfaktoren anzusehen.

Aber auch bei der Produktion von mikrobiellen Kulturen, die sehr Bacterio-phagen-empfindlich sind, ist diese Anlage zur Virus-Inaktivierung sehr günstig.

Eine derartige Anlage läßt sich kostengünstig aus bereits auf dem Markt befindlichen Komponenten aufbauen.

Für praktische Anwendungsfälle hat es sich als beson­ ders vorteilhaft erwiesen, wenn in die Flüssigkeit Schall mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und 1 MHz eingeleitet wird.

Sehr effektiv läßt sich der Schall dann in die Flüssigkeit einleiten, wenn die Flächen des Homogeni­ sierventils, die die sich verjüngenden Verdichtungsräume begrenzen, aus magnetostriktivem Material gefertigt sind, das einem sich wechselnden Magnetfeld ausgesetzt ist.

Die Erfindung wird in den Fig. 1 und 2 beschrieben. Die Zeichnungen zeigen

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Anlage,

Fig. 2 schematisch die Spaltausbildung eines geeigneten Homogenisierventils.

In Fig. 1 bedeutet 1 eine Flüssigkeit, die mit Viren beladen ist.

Flüssigkeiten können kohlenhydrat- oder proteinhaltige Lösungen während eines Aufarbeitungsprozesses zu Pharmazeutika oder aber auch Wasser für die Produktion sein, das virusfrei aufbereitet werden oder von Viren befreit werden muß. Dies spielt u. a. auch in der Milchindustrie eine erhebliche Rolle, da die Starterkulturen durch Bacteriophagen vernichtet werden können. Die Glutaminsäure-Fermentation mit Corynebacterium glutamicum ist ebenfalls extrem phagenempfindlich.

Die Flüssigkeit befindet sich in einem Bassin 2. Dabei kann es sich beispielsweise auch um ein Schwimmbad handeln, dessen Wasserqualität verbessert werden soll. Die Hochdruckpumpe 3 saugt durch die Ansaugleitung 4 die Flüssigkeit an und führt sie über die Druckleitung 5 mit einem Druck von ca. 1000 bar dem Homogenisierventil 6 zu. In diesem Ventil kavitiert die Flüssigkeit 1, so daß die Viren inakti­ viert werden. Über die Austrittsleitung 7 wird die in der Qualität verbesserte Flüssigkeit dem Bassin 2 wie­ der zugeführt. Auf diese Weise wird die im Kreis geführte Flüssigkeit in ihrer Qualität angehoben.

Aus der Fig. 1 ist zusätzlich ersichtlich, daß die Anlage als geschlossenes System mit steriltechnischen einwandfreien Bauteilen erstellt werden kann.

In Fig. 2 bedeuten die mit 8 und 9 bezeichneten Ven­ tilteile ringförmige Kolbenende, die im Schnitt keil­ förmig ausgebildet sind und mit ihren Keilspitzen und der gegenüberliegenden Leitfläche 10 Ringspalten 11 und 12 bilden. Zwischen den Ringspalten entsteht durch die keilförmige Ausbildung der ringförmigen Kolbenenden 8 und 9, die konzentrisch angeordnet sind, ein sich verjüngender Verdichtungsraum 13. Zur Einleitung von Schall in die Flüssigkeit 1, die in Pfeilrichtung 14 fließt, kann der Ringkolben 8 aus magnetostriktivem Material gefertigt sein, das einem sich zyklisch verändernden Magnetfeld ausgesetzt ist.

In anderer Ausgestaltung kann eine oder mehrere den Ringraum 13 begrenzende Fläche 15, 16 und/oder 17 selbst zur Schalleinleitung genutzt werden.

Dazu kann, wie in Fig. 2 dargestellt, beispielsweise die Fläche 15 auch mit piezoelektrischem Material 18 belegt sein.

Es ist auch möglich, durch nicht dargestellte Teile einen Schwingkörper 19 innerhalb des Verdichtungsraumes anzuordnen.

Mit Hilfe eines derartig erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils lassen sich wirkungsvoll in Flüssigkeiten befindliche Viren inaktivieren.

Der inaktivierende Einfluß der Kavitation und des ein­ geleiteten Schalls wird dadurch erklärt, daß beispiels­ weise Phagen ihrer viralen Aktivität durch Abtrennung ihrer Testikel und/oder durch Abspaltung ihres DNA- Kopfes beraubt werden.

Die Wirksamkeit des Verfahrens wurde anhand von zwei verschiedenen Typen von Viren nachgewiesen, wobei in Proben mit einem Inhalt von 50 Millilitern und einer Konzentration von ca. 100 000 Viren je Milliliter nach vier bis fünfminütiger Behandlung die Viren sich auf Coli-Stämmen nicht mehr anzüchten ließen.

Beispiel

Von einer Abimpfung des Stammes Escheria coli 54 werden Zellen mit einer Impföse in 1 l Erlenmeyer-Kolben mit 120 ml Nährlösung (10 g/l Bacto-Trypto-Difco, 5 g/l Bacto Yeast Extract, 10 g/l NaCl p.a., aqua dest., 20 min 121°C sterilisiert) überführt und 16 h bei 37°C, 290 Upm auf der Schüttelmaschine bebrütet. Die Extinktion als Maß des Wachstums der E.coli Kulturlösung beträgt nach dieser Zeit 49,3 OD (578 nm).

Von dieser Kultur werden 33,5 ml in einen Nährlösungssoft-agar (Nährlösung wie oben plus 7,5 g/l Agar) bei 45°C gegeben und in Platten (10 ml) gegossen.

Claims (7)

1. Anlage zur Inaktivierung von in Flüssigkeiten befindlichen Viren, wobei innerhalb der Flüssigkeit Kavitation erzeugt wird, mit mindestens einer Hochdruckpumpe (3) mit nachgeschaltetem Homogenisierventil (6), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochdruckpumpe (3) als Membranpumpe ausgebildet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Homogenisierventil (6) mehrere hintereinandergeschaltete spaltenbildende (11, 12) Überströmkanten aufweist.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Überströmkanten sich verjüngende Verdichtungsräume (13) angeordnet sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Überströmkanten sich zyklisch verlagernd ausgebildet ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine einen Verdichtungsraum (13) begrenzende Fläche (15, 16, 17) sich zyklisch verändernd ausgebildet und die Frequenz der zyklischen Veränderungen einstellbar ist.

6. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Verdichtungsraumes (13) eine Schallquelle (18) angeordnet ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß sie mehrere Hochdruckpumpen (3) mit zugehörigem Homogenisierventil (6) hintereinandergeschaltet aufweist.