DE4028871A1

DE4028871A1 - Biotechnologisches reaktionsgefaess

Info

Publication number: DE4028871A1
Application number: DE19904028871
Authority: DE
Inventors: Rustam Schakirowitsch Enalejew; Juri Aleksejewitsc Serschenkow; Alexander Wasiljewitsc Simukow; Viktor Michaelowitsc Emeljanow; Michael Dipl Ing Berger; Norbert Dr Ing Volk; Willi Prof Dr Neumann
Original assignee: TECH HOCHSCHULE C SCHORLEMMER
Current assignee: VOLK, NORBERT, DR., 06667 PETTSTAEDT, DE NEUMANN,
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1992-03-19

Description

Die Erfindung betrifft ein biotechnologisches Reaktionsgefäß zur Züchtung von Mikroorganismen, bestehend aus einem hohlen einseitig offenen doppelwandigen Korpus, einem Deckel zum Einbringen und Anordnen von Anschlußstutzen, Meßsonden und dgl., einem Rührer, der auf einer Antriebswelle befestigt ist und einem mechanischen Schaumzerstörer. Das Reaktionsgefäß ist insbesondere für den Laborbetrieb geeignet.

Bekannte Konstruktionen von biotechnologischen Reaktionsgefäßen bestehen aus einem oftmals gläsernen Hohlzylinder, sowie flachem Deckel und Boden (z. B. Metallscheiben), über welche Anschlußstutzen, Meßsonden und dgl. angeordnet und eingebracht werden, sowie einer ortsfesten Verbindung von Boden, Deckel und Wandungsabschnitt.

Diese ortsfeste Verbindung kann aus mehreren Zugankern bestehen, die den Boden und den Deckel außerhalb des Wandungsabschnittes etwa auf kreisförmiger Anordnung durchsetzen. Des weiteren kann die ortsfeste Verbindung aus einer zentralen Spanneinrichtung in der Mitte des Reaktionsgefäßes bestehen, um Boden, Deckel und Wandungsabschnitt gas- und flüssigkeitsdicht sowie sterildicht zu verbinden (DE-OS 37 06 961).

Um eine solcherart dichte Verbindung von Boden, Wandungsabschnitt und Deckel zu erreichen, müssen bei Konstruktionen mit mehreren Spannankern die zugehörigen Spannmuttern gleichmäßig über den Umfang angezogen werden. Das erfordert viel Zeitaufwand sowie entsprechend qualifiziertes Bedienpersonal. Es besteht immer die Gefahr des ungleichmäßigen Verspannens der Teile.

Bei Konstruktionen mit einer zentralen Spanneinrichtung muß die gesamte zum Abdichten des Reaktionsgefäßes nötige Spannkraft über eine Verschraubung aufgebracht werden. Das macht Spezialwerkzeug zum Spannen erforderlich. Außerdem erfordert hier die Dosierung der nötigen Vorspannung eine gewisse Erfahrung.

Bei Konstruktionen des Reaktionsgefäßes mit ebenen Boden und Deckel steht außerdem, besonders bei kleinem Volumen des Reaktionsgefäßes, für das Anordnen und Einbringen von Anschlußstutzen, Meßsonden und dgl. nur eine sehr begrenzte Fläche zur Verfügung (DE-OS 37 06 961).

Des weiteren sind dreiteilige Reaktionsgefäße in der Art bekannt, daß das Gefäß die Form eines Hohlzylinders mit kreisförmigen Querschnitt hat und durch einen kappenförmigen Deckel und stopfenartigen Boden verschlossen ist.

Bekannte Reaktionsgefäße haben gewöhnlich ein Rührwerk und einen mechanischen Schaumzerstörer. Dabei ist normalerweise der Rührwerksantrieb von unten und der Antrieb des Schaumzerstörers von oben in das Reaktionsgefäß eingebaut. Wenn keine Meßsonde für den Schaumstand vorgesehen ist, arbeitet der mechanische Schaumzerstörer ständig, was den Energiebedarf bei Experimenten erhöht.

Wird der Schaumzerstörer über einen Kontakt geschaltet, so kann bei längerem Betrieb Bewuchs oder Verunreinigung des Kontakts zum Ausfall des Schaumzerstörers führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein biotechnologisches Reaktionsgefäß der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß seine Handhabung und Anwendung vereinfacht wird. Dabei soll eine Bedienungserleichterung erreicht werden, die Übersichtlichkeit und gute Zugänglichkeit der Bestandteile gefördert werden und infolge dieser Eigenschaften soll sich die Produktivität des Reaktionsgefäßes erhöhen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der doppelwandige Korpus (1) mit einem Anschlußflansch (2) versehen ist, der Verschlußeinrichtungen (6) enthält und der sphärisch ausgeführte Deckel (4) mit Flansch im Inneren mit einem mechanischen Schaumzerstörer (7), der über eine Antriebswelle (15) mit Sterildichtung (16) angebracht ist, versehen ist.

Das Reaktionsgefäß kann aus dünnem nichtrostenden Stahl tiefgezogen werden. Diese abfallfreie Technologie ermöglicht die Verringerung des Materialverbrauchs zur Herstellung und das Gewicht des Reaktionsgefäßes verringert sich um ein Mehrfaches gegenüber konventionellen Reaktionsgefäßen gleichen Volumens.

Alle nichtlösbaren Verbindungen am Reaktionsgefäß, wie mit den Stutzen, dem Flansch, dem Korpus, dem Deckel werden durch Walzen hergestellt ("Kaltschweißen"). Das Fehlen geschweißter und gelöteter Verbindungen schließt die Einbringung von Korrosionsprodukten in das Kulturmedium aus, was die Qualität des Produkts erhöht. Die angewandte Technologie gestattet es, den Boden und den Hohlzylinder aus einem Stück in Art eines Korpus herzustellen.

Das führt zu einer Verringerung der Grundbestandteile des Reaktionsgefäßes von drei (Boden-Zylinder-Deckel) auf zwei (Korpus- Deckel), und die Anzahl der zu sterilisierenden Dichtflächen von zwei (Deckel-Zylinder, Zylinder-Boden) auf eine (Deckel- Korpus). Infolgedessen vereinfacht sich die Hermetisierung des Reaktionsgefäßes und die Handhabung bei Zusammenbau und Demontage des Reaktionsgefäßes.

Im Unterschied zu einem dreiteiligen Reaktionsgefäß entfällt die Notwendigkeit, Spannschrauben zu verwenden, die sich über die gesamte Höhe des Reaktionsgefäßes erstrecken. Es genügen kurze Spannschrauben, die fest am Flansch befestigt sind. Das führt zur Vereinfachung der Konstruktion und vereinfacht seine Benutzung.

Für die hermetische Verschließung des Reaktiongsgefäßes wird der Deckel auf den Korpus aufgesetzt und der Silikongummiring deformiert sich so lange, bis die außenliegenden Flächen der Flansche festen Kontakt haben. Dank dieser fixierten Deformation sind die Dichtkräfte entlang des ganzen Flansches konstant. Daher ist eine Verspannung der Dichtung ausgeschlossen.

Außerdem ist die Dimensionierung des Dichtungsringes so vorgesehen, daß die Spannkräfte relativ gering sind und die Verschraubung ohne weitere technische Hilfsmittel manuell erfolgen kann. All das vereinfacht die Verwendung des Bioreaktionsgefäßes und erleichtert seine Bedienung.

Der Deckel des Reaktionsgefäßes ist sphärisch ausgeführt. Das erlaubt im Vergleich mit einem ebenen Deckel die Schaffung zusätzlichen Raums für eine Schaumschicht. Andererseits vergrößert sich die Arbeitsfläche für die Anbringung von Stutzen, Stutzen für Meßsonden u. dgl., außerdem erleichtert sich die Handhabbarkeit bei der Montage von Verbindungsschläuchen, Kabeln u. dgl.

Des weiteren gestattet die sphärische Form der Deckelinnenseite und des Fensters die Vermeidung von Tatzonen und erleichtert das Ablöschen von Produkten der Biosynthese bei Funktion des Anti- Schaum-Rührwerkes.

Infolgedessen vergrößert sich die Bequemlichkeit der Benutzung, und erhöht sich die Produktivität. Die Verwendung von dünnem Blech und das Vorhandensein von spiralförmigen Kerben auf der äußeren Oberfläche der inneren Wand des doppelwandigen Reaktionsgefäßes erhöht die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit vom Wärmeträgermedium in die Kulturlösung und dadurch werden die Produktivität des Apparates sowie die Produktqualität erhöht.

Außerdem erhöht die geringe thermische Inertion der inneren Wand des Korpus die Genauigkeit der Temperaturregelung im Fermentationsprozeß, was ebenfalls die Produktivität und Produktqualität erhöht.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht des biologischen Reaktionsgefäßes, teilweise geschnitten

Fig. 2 eine Ansicht des Verschlußmechanismus im Schnitt

Fig. 3 eine Ansicht des Anti-Schaum-Rührers im Schnitt

Fig. 4 ein Schnitt durch das drehbare Element des Verschlusses.

Das in Fig. 1 dargestellte Reaktionsgefäß hat einen hohlen doppelwandigen einseitig offenen Korpus (1) mit Flansch (2) an der offenen Seite. Der Korpus ist anteilig aus dünnem Blech gefertigt. Der ringförmige Raum zwischen den beiden Wänden des Korpus (1) erfüllt die Funktion eines Heizmantels. Dieser Heizmantel ist sowohl dafür vorgesehen, mit einer Spezialflüssigkeit bei Temperaturen über 100°C eine thermische Sterilisierung des Reaktionsgefäßes zu ermöglichen, als auch dafür, während des normalen Betriebes die Temperierung des Reaktionsgefäßes zu ermöglichen.

Der Korpus ist zur Aufnahme des sphärischen Deckels (4) vorgesehen. Der Flansch (2) besitzt Bohrungen (3) zur Aufnahme der Befestigungsschrauben (30). Zwischen Korpus (1) und Deckel (4) ist der Dichtungsring (33) zur Gewährleistung hermetischer Bedingungen vorgesehen. Er ist aus antiseptischem Silikongummi gefertigt.

Um den Korpus (1) zu verschließen und abzudichten mit Hilfe des Deckels (4), sind die Verschlußeinrichtungen (6) vorgesehen, die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt sind. Der Verschluß besteht aus mehreren Teilen: das drehbare Element (27) ist als zylindrische Buchse ausgeführt. Der obere Teil hat eine Ringnut für den Friktionsring (29). Der untere Teil hat einen größeren Durchmesser und eine ringförmige Auflage (28). Die Auflage (28) hat eine Nut für die Fixierung (31). Die Schraube (30) ist am Flansch (2) des Korpus (1) befestigt und besitzt im oberen Teil ein Gewinde. Die Verschraubung erfolgt mit der Spannmutter (32), die ein passendes Gewinde hat. Die Spannmutter (32) umfaßt das drehbare Element (27) und den Friktionsring (29).

Im Inneren des Korpus des Reaktionsgefäßes sind entsprechend Fig. 1 an der Antriebswelle (12) mit Dichtung (13) die Rührer (11) angebracht. Der Korpus (1) des Reaktionsgefäßes kann zur Anbringung der Stutzen zum Eingang (8) und Ausgang (9) des Wärmeträgermediums und für Stutzen (10, 14) für Ein-/Ausgang flüssiger und Eingang gasförmiger Stoffe genutzt werden.

Am Flansch (2) des Korpus (1) sind die Verschußeinrichtungen (6) angebracht. Der Deckel (4), welcher auf Fig. 2 dargestellt ist, ist sphärisch ausgeführt. Das Beobachtungsfenster (17) im Deckel ist sphärisch ausgeführt zur besseren Beobachtbarkeit der Prozesse im Reaktionsgefäß.

Im Zentrum des sphärischen Deckels (84) ist mit Antriebswelle (15) und Dichtung (16) der mechanische Anti-Schaum-Rührer (7) detailliert dargestellt.

Das Anti-Schaum-Rührwerk kann in Becherform (21) ausgeführt werden, der die Form eines Kegelstumpfes hat, dessen größere Grundfläche sich oben befindet und der gebördelt ist. Die Seitenwand des Bechers (21) besitzt Bohrungen (22). Über dem Becher (21) befindet sich eine Scheibe (23). Zwischen Scheibe und Becher befindet sich ein ringförmiger Raum, in dem radiale Schaufeln angebracht sind. Der Deckel (4) kann durch die Stutzen (20) einen Infrarotgeber (25) und Infrarotdetektor (26) zur automatischen Erkennung der Schaumhöhe aufnehmen.

Bezugszeichen

1 Korpus
2 Anschlußflansch
3 Bohrungen
4 Deckel
5 Flansch
6 Verschlußeinrichtungen
7 Schaumzerstörer
8 Austrittsstutzen
9 Eintrittsstutzen
10 Ein- bzw. Austrittsstutzen
11 Rührer
12 Antriebswelle
13 Sterildichtung
14 Ein- bzw. Austrittsstutzen
15 Antriebswelle
16 Sterildichtung
17 Beobachtungsfenster
18 Stutzen
19 Stutzen für Stabsonden
20 Stutzen
21 Becher
22 Bohrung
23 Scheibe
24 Schaufeln
25 Infrarotgeber
26 Infrarotdetektor
27 drehbares Element
28 Auflage
29 Fixationsring
30 Stiftschraube
31 Fixation
32 Spannmutter
33 Dichtungsring

Claims

1. Biotechnologisches Reaktionsgefäß zur Züchtung von Mikroorganismen mit einem Deckel zum Einbringen und Anordnen von Anschlußstutzen, Meßsonden und dgl., einem Rührer, der auf einer Antriebswelle befestigt ist, sowie einem mechanischen Schaumzerstörer, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß aus einem doppelwandigen einseitig offenen Korpus (1) mit Anschlußflansch (2) auf der offenen Seite, welcher Verschlußeinrichtungen (6) enthält, besteht, der Deckel (4) mit Flansch sphärisch ausgeführt ist und im Inneren mit einem mechanischen Schaumzerstörer (7), der über eine Antriebswelle (15) mit Sterildichtung (16) angebracht ist, versehen ist.

2. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der inneren Wand des doppelwandigen Korpus schraubenförmige Vertiefungen besitzt.

3. Reaktionsgemäß nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischenraum des Korpus (1) eine Flüssigkeit mit einer Temperatur über 100°C zur thermischen Sterilisation des Fermentors fließen kann.

4. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korpus (1) einen Eintrittsstutzen (9) für das Wärmeüberträgermedium in den Zwischenraum der Korpuswände, einen Stutzen (10) für den Eintritt und Austritt flüssiger Substanzen in bzw. aus dem Reaktionsraum sowie für den Eintritt von Gasen in den Reaktionsraum besitzt.

5. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sphärische Deckel (4) mit einem sphärischen Beobachtungsfenster (17) und Stutzen (18) für den Eintritt flüssiger und den Austritt gasförmiger Substanzen in bzw. aus dem Reaktionsraum ausgerüstet ist und Stutzen (19) für das Einbringen vertikaler Stabsonden besitzt.

6. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Becherform (21) bzw. in Form eines Kegelstumpfes ausgeführte mechanische Schaumzerstörer (7) an der Welle (15) befestigt ist und seine Seitenwände Löcher aufweisen.

7. Reaktionsgefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Becher (21) eine Scheibe (23) angebracht ist und daß in dem so gebildeten Ring radial Schaufeln (24) angeordnet sind.

8. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (6) aus einem drehbaren Element (27) mit Auflage (28), Fixationsring (29), Stiftschraube (30) mit Fixation (31) und Spannmutter (32) besteht.

9. Reaktionsgefäß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Element (27) als zylindrische Buchse ausgeführt ist, der obere Teil der Buchse eine zylindrische Nut zur Aufnahme des Fixationsringes (29) besitzt, der untere Teil der Buchse mit größerem Durchmesser ausgeführt ist und eine Auflage (28) aufweist.

10. Reaktionsgefäß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (28) eine Nut für die Fixierung (31) besitzt.

11. Reaktionsgefäß nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmutter (32) den oberen Teil des drehbaren Elementes (27) und den Fixationsring umfaßt.

12. Reaktionsgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Korpus (1) mit Flansch (5) und dem Deckel (4) ein Dichtring (33) befindet, der aus antiseptischem Gummi besteht.