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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen lebender
Zellen aus einer Supensionsflüssigkeit und spezieller
betrifft sie ein Zentrifugaltrennverfahren, das dazu dienen
soll, zu verhindern, daß Verletzungen lebender Zellen
auftreten, und das eine Verunreinigung der Zellen durch
Bakterien vermeidet.
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Anders als bei Bakterienzelien ist die Fortpflanzungsrate
tierischer Zellen gering, und es ist ziemlich schwierig,
eine kontinuierliche Kultur vom Chemostat-Typ auszuführen. Um
tierische Zellen industriell zu züchten, und um Erzeugnisse
herzustellen, ist es erforderlich, eine sogenannte
"Perfusionskultur" zu verwenden, bei der ein flüssiges Medium, das
Nährstoffkomponenten enthält, mit einer Abfallflüssigkeit
ausgetauscht wird, die Abfallkomponenten enthält, während
Zellen innerhalb eines Kulturbehälters gesammelt werden. Um
die Fortpflanzung von Zellen bei einer Perfusionskultur
aufrechtzuerhalten, muß die Zelltrennung über eine lange
Zeitspanne wiederholt werden, wie zumindest einen Monat,
wobei eine mechanische Verletzung der verletzlichen Zellen
vermieden wird und die Zellen unter physiologischen
Bedingungen, wie sie für Zellen geeignet sind, und in
bakterienfreiem Zustand gehalten werden.
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Wie z.B. in "Hitachi Review", Vol. 69, No. 4 (1987), S. 13
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ein von Hand ausgeführter Trennvorgang ausgeführt. anders
gesagt, wird eine Kulturlösung in ein Zentrifugenrohr in
einer sterilen Kammer eingefüllt, während höchste Sorgfalt
gewahrt wird, daß es zu keiner bakteriellen Verunreinigung
kommt, und dann werden die Zellen durch eine offene
Zentrifugenvorrichtung abgetrennt. Dann wird die überstehende
Flüssigkeit verworfen, gefolgt von einer Suspendierung der
abgesetzten Zellen in ein neues Medium und von einem
Zurückgeben derselben in den Kulturbehälter. Bei diesem Vorgang
besteht extrem hohe Gefahr einer Verunreinigung durch
Mikroben und er muß durch Unterteilen der Lösung in kleine Mengen
ausgeführt werden. Da mindestens eine oder zwei Stunden für
eine Charge erforderlich sind, befinden sich die Zellen in
der Zwischenzeit unvermeidlicherweise in
nichtphysiologischen Bedingungen, wie einem Mangel gelösten Sauerstoffs,
eines Temperaturabfalls und dergleichen.
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In jüngster Zeit wurde eine Zentrifugenvorrichtung in einem
abgedichteten System entwickelt, wie z.B. in der Japanischen
Patentoffenlegung Nr. 266151/1987 offenbart, um Blut und
Serum in Krankenhäusern voneinander zu trennen. Da die Zellen
enthaltende Lösung jedoch bei hoher Geschwindigkeit mit
einer festen Fläche in Kontakt kommt, und da eine mechanische
Dichtung an einer sich nach außen erstreckenden Drehachse
verwendet wird, besteht die Gefahr, daß die verletzlichen
Zellen verietzt werden, und es besteht hohe Gefahr eines
Eindringens von Bakterien in die Rotorkamner durch den
Abdichtbereich hindurch.
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GB-A-1 476 670 betrifft nicht das Zentrifugieren von Zellen,
sondern diese Schrift offenbart eine Zentrifuge, bei der
Scheidewände drehbar im Potor angeordnet sind. Die
Scheidewände können sich frei relativ zum Rotor drehen, jedoch wird
angemerkt, daß sie durch abgeschiedenes Sediment im Rotor
blockiert werden können.
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GB-A-1 237 296 beschreibt eine Kombination aus einem
dynamischen Mischer und einer Zentrifuge zur Verwendung z.B. bei
Lösungsmittelextraktion. Sie weist einen frei drehbaren
Zentrifugenzylinder auf, der Trennwandabschnitte aufweist, die
nach innen vorstehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Zentrifugierverfahren
zu schaffen, daß die Nachteile des vorstehend beschriebenen
Standes der Technik beseitigt. So kann die Erfindung Kontakt
der Nährmedium/Zellenkultur-Suspension mit einer
feststehenden Oberfläche vermeiden, und sie erlaubt es, daß der Rotor
eine druckbeständige Dichtungsstruktur aufweist.
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Die Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet vorzugsweise nach
einem Schritt (4) einen Schritt (5) des Suspendierens der
Zellen in der neuen Flüssigkeit, wobei sich der Rotor und
die Scheidewände während dieses Schritts (5) mit
verschiedenen Drehzahlen drehen können.
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Die Erfindung kann eine Zentrifugiervorrichtung verwenden,
die sich dadurch auszeichnet, daß ein Rotor drehbar in einer
dichten Rotorkammer aus einer dampfdruckfesten Wand
angebracht ist. Der Begriff "Dichtung" bezeichnet keine
mechanische Dichtung mit einem Gleitabschnitt, sondern sie bedeutet
ein Dichtungssystem mit prinzipiell hoher Zuverlässigkeit
für Luftdichtheit für eine Zellenkultur für eine lange
Zeitspanne, wie durch Druckkontakt zwischen der Kammer und einem
Flanschabschnitt iw oberen Teil der Kammer z.B. über ein
Dichtungselement.
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Durch diese Struktur kann das Eindringen von Bakterien in
die Rotorkammer von außen wirkungsvoll selbst bei einer
kontinuierlichen Kultur verhindert werden, die für eine
Zeitspanne von einem Monat oder mehr andauert.
Selbstverständlich besteht die bei der Erfindung verwendete
Zentrifugiervorrichtung aus einem Material mit einer mechanischem
Festigkeit,
die dafür ausreicht, daß es einer
Dampfdrucksterilisierung standhält, die zu diesem Zweck ausgeführt wird.
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Mit der bei der Erfindung verwendeten Struktur wird es
einfach, die Zellen in einer Zellen enthaltenden Lösung zu
zentrifugieren und zu gewinnen, ohne die Rohrstruktur in den
Potor einzusetzen oder sie aus diesem herauszunehmen, und
die gewonnenen Zellen erneut in einer Mediumflüssigkeit wie
einem flüssigen Kulturmedium zu suspendieren Da sich der
Rotor und das rohrförmige Teil zum Zeitpunkt der Abtrennung
durch Zentrifugieren synchron zueinander drehen, kommen in
diesem Fall die feste Fläche und die Zellen enthaltende
Lösung nicht mit hoher Geschwindigkeit in Kontakt miteinander,
wie dies bei einer herkömmlichen Zentrifugiervorrichtung der
Fall ist, und die Zellen können abgetrennt werden, ohne daß
sie mechanische Verletzungen erleiden.
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Ferner kann die Erfindung abweichend vom Fall bei einem
herkömmlichen abgedichteten Rotor den Effekt aufweisen, daß
verhindert wird, daß die Zellen im Rotor in einen
Sauerstoffmangelzustand eintreten, und zwar dadurch, daß das
Sauerstoff enthaltende Gas in der Rotorkammer beim Zuführen
der Lösung in den Rotor, bei der Abtrennung durch
Zentrifugieren und beim Suspendieren in Kontakt mit der
Flüssigkeitsoberfläche gebracht wird.
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Die bei der Erfindung verwendete Zentrifugiervorrichtung
kann dergestalt beschaffen sein, daß die Verdrehung des
Rotors durch einen Magnetkraft-Übertragungsmechanismus, der
außerhalb der Rotorkammer angeordnet ist, durch die
Rotorkammerwand hindurch bewirkt wird. Bei diese Struktur kann
sich der Rotor in horizontaler Richtung frei drehen, während
die Rotorkammer abgedichtet gehalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine zentrifugierende
Abtrennvorrichtung, wie sie bei Ausführungsbeispielen der
Erfindung verwendet wird;
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Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines
zentrifugierenden Abtrennsystems, wie es bei der Erfindung verwendet
werden kann;
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Fig. 3a und 3b sind Querschnitte durch eine zentrifugierende
Abtrennvorrichtung, wie sie bei der Erfindung verwendet
werden kann;
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Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Rotorkammer;
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Fig. 5a und 5b sind eine Draufsicht und ein Querschnitt
durch einen Rotor;
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Fig. 6a und 6b sind eine Draufsicht und ein Querschnitt
durch Scheidewände;
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Fig. 7 zeigt einen Kupplungsmechanismus;
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Fig. 8a und Sb sind ein Vertikalschnitt und ein
Horizontalschnitt durch einen gleitenden Schmierabschnitt;
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Fig. 9 zeigt den Trägermechanismus des Rotors;
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Fig. 10 zeigt die Struktur des unteren Teils der
Rotorkammer;
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Fig. 11 zeigt die Leitungsanordnung des zentrifugierenden
Abtrennsystems; und
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Fig. 12 zeigt das zentrifugierende Abtrennsystem.
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Nachfolgend wird eine detaillierte Erläuterung durch einige
Beispiele gegeben.
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Zunächst wird die Rotorkammer beschrieben, wie sie bei der
Erfindung zu verwenden ist.
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Da die Rotorkammer mit solchen Strukturen versehen ist, daß
der Rotor in Kontakt mit einer Zellen enthaltenden Lösung
kommt, muß sie während der Abtrennperiode im Zustand ohne
Bakterien gehalten werden. Zu diesen Zweck wird eine
Dampfsterilisation unter Verwendung einer Rotorkammer mit
Dampfdruckfestigkeit bei mindestens 120 ºC für mindestens 10
Minuten ausgeführt. Die Rotorkammer muß eine solche Struktur
aufweisen oder aus solchem Material bestehen, daß
Komponenten wie Eisenionen, die die Zellen nachteilig beeinflussen,
nicht in Kontakt mit der Kulturlösung kommen. Im allgemeinen
wird rostfreier Stahl verwendet.
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Vom Gesichtspunkt der Handhabung aus kann die Rotorkammer in
mehrere Segmente unterteilt sein. Dies kann z.B. dadurch
bewerkstelligt werden, daß die Rotorkammer in einen oberen
Deckel und einen unteren Behälterteil, in einen oberen
Dekkel, eine Bodenplatte und eine mittlere Trommel unterteilt
wird, oder daß die Trommel in vertikaler Richtung weiter in
mehrere Segmente unterteilt wird.
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Die Rotorkammer ist zumindest mit dem Rotor, der
rohrförmigen Struktur mit Scheidewänden und einer Leitungsanordnung
versehen, die durch die Wand der Rotorkammer dringt und mit
der rohrförmigen Struktur in Verbindung steht.
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Der Rotor ist becherförmig, mit einer Öffnung in seinem
oberen Teil, und er kann sich in horizontaler Richtung frei
drehen, während er auf dem Boden der Rotorkamme abgestützt
wird. Der Rotor kann eine integrale Einheit darstellen, oder
er kann eine Struktur aufweisen, die für einfache Handhabung
in mehrere Einheiten unterteilt werden kann. Die Form des
Rotors kann abhängig von der Art und der Konzentration der
ins Auge gefaßten Zellensuspension und den vorgegebenen
Betriebsbedingungen festgelegt werden. Jedoch muß der
Durchmesser größer als die Öffnung sein, damit die Flüssigkeit
während der Umdrehung in seinem Trommelabschnitt gehalten
werden kann.
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Die Mitte des Bodens des Rotors wird dazu verwendet, die
rohrförmige Struktur abzustützen, und es werden verschiedene
Strukturen abhängig von der Struktur und dem Verfahren des
ausgewählten rohrförmigen Teils verwendet, was später
beschrieben wird.
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Die rohrförmige Struktur verfügt über einen unteren Teil,
der mit dem Boden innerhalb des Rotors in Kontakt kommt,
Scheidewände über dem unteren Teil und einen Gleitabschnitt
über den Scheidewänden, für ein Gleiten gegenüber dem
unteren Anschluß der Leitungsanordnung, die durch die Wand der
Rotorkammer hindurchdringt
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Wie vorstehend beschrieben werden die Scheidewände in
derselben Drehrichtung und mit derselben Winkelgeschwindigkeit
wie der Rotor gedreht, wenn eine zentrifugierende Abtrennung
erfolgt, während der gesamte Abschnitt der Scheidewände oder
ein Teil derselben in die Lösung im Rotor eingetaucht ist.
Wie es später beschrieben wird, wird die Drehung des Rotors
durch die Bodenwand der Rotorkammer hindurch durch eine
Magnetkraft bewirkt. Die Verbindung zwischen der rohrförmigen
Struktur und dem Rotor während der zentrifugalen Abtrennung
kann durch einen Kupplungsmechanismus zwischen dem Rotor und
der rohrförmigen Struktur oder durch einen Drehmechanismus
bewerkstelligt werden.
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Der Kupplungsmechanismus zwischen dem Rotor und dem
rohrförmigen Teil wird manchmal zwischen dem inneren Bodenabschnitt
des Rotors und dem unteren Teil des rohrförmigen Teils oder
in anderen Fällen zwischen dem Leitungsabschnitt im oberen
Teil der Scheidewände und der Wand der Rotorkammer
ausgebildet.
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Andererseits wird der Rotor, wenn die durch die zentrifuga%e
Abtrennung gewonnenen Zellen in der Mediums lösung
suspendiert werden, gedreht, während die Scheidewände festgehalten
werden, oder die Scheidewände und der Rotor werden in
derselben Richtung aber mit voneinander verschiedenen
Geschwindigkeiten verdreht, oder beide werden in voneinander
verschiedenen Richtung gedreht. In diesem Fall wird die
Kupplung, die zum Zeitpunkt der zentrifugalen Abtrennung
aktiviert ist, von der rohrförmigen Struktur abgetrennt, um sie
dadurch unabhängig voneinander zu betreiben. Die Kupplung
kann z.B. dadurch gelöst werden, daß die rohrförmige
Struktur leicht in vertikaler Richtung verstellt wird, um mit dem
Kupplungseingriffsabschnitt außer Eingriff zu kommen.
Alternativ kann die rohrförmige struktur unabhängig durch einen
Antriebsmechanismus festgehalten werden, der sich vom
Antriebsmechanismus des Rotors unterscheidet.
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Übrigens stehen die rohrförmige Struktur und die durch die
Rotorkammer dringende Leitungsanordnung für einen
Flüssigkeitstransport miteinander in Verbindung. Daher besteht ein
Teil der Leitungsanordnung aus einer flexiblen Struktur und
gleichzeitig ist eine Drehgleitfläche zwischen ihr und dem
unteren Teil der Leitungsanordnung ausgebildet, um den
Strömungsweg zur hindurchdringenden Leitungsanordnung selbst
dann zu gewährleisten, wenn sich die rohrförmige Struktur
nach oben oder unten bewegt oder sich dreht.
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Für den flexiblen Abschnitt kann ein Rohr aus einem
wärmebeständigen und wasserdichten Material wie Silikongummi
verwendet werden.
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Die Scheidewände können plattenförmige Flügel sein, und ein
flexibles Teil oder ein bürstenähnlicher Abschnitt mit
Schabefunktion kann an den Endabschnitt eines Flügels angesetzt
sein, um das Suspendieren der Zellen zu fördern. Die Form
und die Anzahl von Flügeln können abhängig von der Struktur
des Rotors und dessen Betriebsbedingungen geeignet gewählt
werden. Zeitweilig treten Blasen auf und verbleiben an der
Flüssigkeitsoberfläche, wenn die Lösung in den Rotor
eingefüllt wird, oder wenn Zellen suspendiert werden. In diesem
Fall kann dem oberen Teil der Scheidewände oder der Öffnung
des Rotors ein mit einem Entscnäumungsmittel beschichtetes
Netz oder eine aus einem Entschäumungsmaterial bestehende
netzähnliche Struktur hinzugefügt werden, um zum Entschäumen
zu dienen.
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Verschiedene Strukturen können als Kupplungsmechanismus
zwischen dem rohrförmigen Teil und dem Rotor gewählt werden.
Z.B. dient eine Kupplung als Lager für die rohrförmige
Struktur im unteren Teil des Rotors, und die Kupplung kann
mit einer gerillten Struktur versehen sein, die mit dem
unteren Teil der rohrförmigen Struktur kämmt. Es ist möglich,
im unteren Teil der rohnförmigen Struktur und im unteren
Teil des Rotors übereinander eine Nocke und eine
zurückziehbare Nocke, die mit der Nocke nur bei Drehung in einer
Richtung kämmt, anzuordnen. Ferner ist es möglich, ein Verfahren
zu verwenden, das bewirkt, daß zwischen ihnen eine
magnetische Kraft wirkt. Z.B. werden Kombinationen verwendet, bei
denen das eine Teil von ihnen aus einem Permanentmagnet oder
einem Elektromagnet besteht, wobei das andere aus einem
Permanentmagnet, einem Elektromagnet oder einem magnetischen
Metall besteht. Wenn ein Elektromagnet verwendet wird, wird
die Kupplung durch eine elektrische Verdrahtung von
außerhalb der Rotorkammer geöffnet und geschlossen, jedoch muß im
Fall eines Permanentmagneten ein Antriebsabschnitt zum
Auf- und Abbewegen der rohrförmigen Struktur getrennt zum Öffnen
und Schließen der Kupplung vorhanden sein.
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An der Seitenfläche des Kupplungsabschnitts am Innenboden
des Rotors können mehrere Verbindungskanäle ausgebildet
sein, um für eine gleichmäßige Verbindung des Gases und der
Flüssigkeit zwischen der rohrförmigen Struktur und dem
Rotorinneren zu sorgen.
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Die folgenden Systeme werden geeigneterweise als
Gleitabschnitt verwendet, der zwischen der die Rotorkammer
durchdringenden Leitungsanordnung und der rohrförmigen Struktur
abhängig von den Betriebsbedingungen und dergleichen
auszubilden ist.
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Bei den Systemen sind die Schnittflächen an beiden Enden
oder beide Enden von einem Kugellagertyp als Gleitflächen
verwendbar. Diese Gleitflächen oder der Pfad in der Nähe der
Gleitfläche können sich in vertikaler Richtung ausdehnen
oder zusammenziehen, um Luftdichtheit der Leitungsanordnung
bei einer Vertikalbewegung der Rohrstruktur beizubehalten.
Z.B. kann ein Verfahren verwendet werden, das ein flexibles
Leitungsmaterial für einen Teil der durchdringenden
Leitungsanordnung oder für einen Teil der rohrförmigen Struktur
verwendet, oder ein Verfahren, das eine Doppelrohrstruktur
für die Gleitabschnitte von beiden verwendet.
Hilfseinrichtungen wie eine Feder oder eine magnetische Kraft können
verwendet werden, damit sich die Gleitabschnitte nicht
voneinander trennen, sondern immer in gegenseitigem Kontakt
stehen.
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Im Fall eines Gleitvorgangs unter Verwendung eines
Doppelrohrsystems kann ein Ring aus flexiblem Material in beide
Spalte eingesetzt sein.
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Die rohrförmige Struktur wird durch die Trägerstruktur der
Rotorkammer in vertikaler Richtung gehalten. Da die
Trägerstruktur sich dreht, wird für den Lagerabschnitt ein
Kugellager oder ein Gleitflächenmechanismus verwendet.
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Wie es bereits beschrieben wurde, wird der Rotor durch die
Bodenwand der Rotorkammer hindurch durch ein Magnetkraft-
Übertragungssystem gedreht. Magnete sind am Rotorboden und
dessen entgegengesetztem Abschnitt durch die Bodenwand
hirdurch parallel zueinander angeordnet, oder einer davon ist
ein Magnet, während der andere ein magnetisches Metall zum
Antreiben des letzteren ist, und um den Rotor in
festgekoppelter Anordnung anzutreiben. Ein Träger von außerhalb ist
erforderlich, um beide um eine vertikale Achse frei zu
drehen und sie fest auf der Drehachse zu halten. Z.B. wird der
Rotor durch einen Arm abgestützt, der mit einem Lager
versehen ist, das sich von der Wand der Rotorkammer aus
erstreckt, während der gegenüberstehende Magnet von einem Arm
abgestützt wird, der mit einem Lager versehen ist, das sich
von der Wand einer Motorkammer aus erstreckt, in mit dem
Motor verbundener Form.
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Die Bodenwand der Rotorkammer kann insgesamt eine ebene
Fläche sein, jedoch ist ihr dem Magnet gegenüberstehender
Abschnitt nach innen gekrümmt, damit der Niederschlag
innerhalb der Rotorkammer einfach aus dem sich drehenden
Abschnitt ausgegeben werden kann.
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Die Drehzahl des Rotors wird geeignet abhängig von den
Betriebsbedingungen wie der Zentrifugalkraft, der Betriebszeit
und dergleichen ausgewählt, jedoch können bei mindestens
5,000 G beinahe alle Zellenstämme zum Anhaften an der
Innenwand des Rotors gebracht werden.
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Die Drehzahl der rohrförmigen Struktur, d.h, die
Relativdrehzahl des Rotors bei der Zellensuspension ist geringer
als bei der zentrifugierenden Abtrennung.
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Alle Leitungsanordnungen, die sich von der Rotorkammer aus
nach außen erstrecken, sind solche, die durch Ventile
abgedichtet werden können. Die Leitungsanordnungen beinhalten
zumindest die Leitunganordnung zum Hineinführen der
Zellkulturlösung, des Kulturmediuns, der Zellensuspension usw. in
das Rotorsystem hinein und aus ihm heraus, die
Leitungsarordnung zum Ausgeben des Abwassermaterials aus der
Rotorkammer, und die Leitungsanordnung zum Errichten eines
Druckgleichgewichts zwischen der Außenseite des Systems und dem
Innendruck der Rotorkammer. Die erstere Leitungsanordnung
steht mit dem bakterienfreien System über ein Ventil in
Verbindung. Die Leitungsanordnung zum Ausgeben des
Abwassermaterials ist vorzugsweise über ein Ventil doppelt
abgedichtet, um das Eindringen von Bakterien zu verhindern. Ein
Filter, das Bakterien aus der Außenluft ausfiltern kann, ist
bei der letztgenannten Leitungsanordnung zusätzlich zum
Ventil erforderlich.
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Ferner kann eine andere Leitungsanordnung über ein Filter
und ein Ventil zur Rotorkammer hinzugefügt werden, damit die
Zellen im Rotor keinen Sauerstoffmangel erfahren.
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Nachfolgend wird das System mit der Zentrifuge sowie sein
Betriebsprozeß erläutert.
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Wie in Fig. 12 dargestellt, weist das Trennsystem einen
Zellen enthaltenden Lösungstank 35, einen Mediumtank 45 zum
Suspendieren der Zellen, einen Tank 48 für zentrifugierte,
überstehende Flüssigkeit sowie einen Dampfgenerator 50 auf,
und von ihnen ausgehende Leitungsanordnungen, die durch die
Rotorkammerwand dringen, sind am rohrförmigen Teil
angebracht. Mindestens ein Ventil oder eine Pumpe oder diese
beiden Teile sind in jeder Leitungsanordnung angeordnet, und
sie werden durch eine Prozeßabwassersteuerung 55 geöffnet
und geschlossen.
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Das Innere der Rotorkammer wird vor der Zellenabtrennung
durch den folgenden Prozeß durch Dampf sterilisiert:
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(1) Einleiten von Dampf in die Rotorkammer durch das
rohrförmige Teil;
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(2) Ausgeben der Luft in der Rotorkammer nach außen;
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(3) Verschließen des Abwasser-Ausgabeventils, und das System
wird für mindestens 10 Minuten auf 120 ºC oder darüber
gehalten;
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(4) Kühlen;
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(5) Ausgeben des Abwassers zur Außenseite der Rotorkammer;
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(6) Einleiten steriler Luft in die Rotorkammer und
Herstellen des Gleichgewichts zwischen dem Innendruck in der
Rotorkammer und dem Außendruck; und
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(7) Einstellen der Innentemperatur der Rotorkammer auf eine
vorgegebene Temperatur.
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Der Vorgang der Dampfsterilisation kann in ausreichender
Weise durch Handbetrieb ausgeführt werden.
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Nachfolgend wird die Zellenabtrennung durch den folgenden
Prozeß ausgeführt:
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(1) quantitatives Zuführen der Zellen enthaltenden Lösung
(Kulturlösung) in den Rotor über die rohrförmige Struktur;
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(2) zentrifugierendes Abtrennen durch Rotieren des Rotors;
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(3) Anhalten des Rotors;
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(4) Ausgeben der überstehenden Flüssigkeit über die
rohrförmige Struktur aus der Rotorkammer heraus;
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(5) Einleiten der Mediumflüssigkeit (flüssiges Medium) in
den Rotor über die rohrförmige Struktur;
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(6) Drehen des Rotors und der rohrförmigen Struktur mit
voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten, um die Zellen im
Medium zu suspendieren;
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(7) Zurückführen der Zellensuspension in den Zellen
enthaltenden Lösungsbehälter (Kulturbehälter) über die rohrförmige
Struktur; und
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(8) Bereitschaftsstellung aufrecht erhalten.
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Der vorstehend beschriebene Prozeß kann wiederholt werden.
Nach dem Ausgeben der überstehenden Flüssigkeit zur
Außenseite der Rotorkammer im Schritt (4) kann der Prozeß zur
Zufuhr der Zellen enthaltenden Lösung in den Rotor gemäß dem
Schritt (1) rückgeführt werden, und nachdem dieser Vorgang
mehrmalig wiederholt wurde, kann dann der Prozeß zum Schritt
(5) und den folgenden fortschreiten.
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Im Ausgabeschritt (4) für die überstehende Flüssigkeit kann
bakterienfreie Druckluft in einen Teil der Leitungsanordnung
eingegeben werden, um die Zellen enthaltende Lösung im
Schritt (1) in den Rotor zu fördern, und die die Kultur
enthaltende Lösung, die in der Leitungsanordnung steht, kann in
den Rotor transportiert werden, solange diese die Kultur
enthaltende Lösung in der Leitungsanordnung nicht als solche
im Ausgabeschritt (4) für die überstehende Flüssigkeit
zusammen mit dieser überstehender Flüssigkeit aus dem System
ausgegeben wird.
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Ferner können mehrere Zentrifugiervorrichtungen zur
Zellensuspension aus einem einzelnen Kulturbehälter verwendet
werden, oder es kann eine einzelne Zentrifugiervorrichtung
gemeinsam für mehrere Kulturbehälter verwendet werden.
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Einige Beispiele der Erfindung sowie Vergleichsbeispiele
werden nun detailliert erläutert.
Beispiel 1
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Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel einer erfindungsgemäßen
Zentrifugiervorrichtung.
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Die Vorrichtung verwendet einen zylindrischen, druckfesten
Behälter aus rostfreiem Stahl mit einer Druckfestigkeit von
3,0 kg/cm², und er ist mit einem Rotor 21, einer
rohrförmigen Struktur 18 und einem Träger 9 als Hauptbauteilen
versehen. Ein Außenmantel 4, der Thermostatwasser durchleiten
kann, und ein Kontrollfenster 8 mit einem Glas 7 zum
Kontrollieren des Rotors sind an der Seitenfläche der
Rotorkammer 1 angeordnet. Ein oberer Deckel 2 weist ein Klemmband 3,
damit der obere Teil dem Rotorkammer wegnehmbar ist, eine
Gas/Flüssigkeitstransport-Leitungsanordnung 11, damit
Gas/Flüssigkeit mit der rohrförmigen Struktur 18 in Verbindung
steht, und eine Gastransport-Leitungsanordnung auf, um den
Druck mit dem Außendruck des Systems ins Gleichgewicht zu
bringen, wenn Behandlungsdampf durch den oberen Deckel 2
eindringt.
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Der Rotor 21 bei diesem Beispiel verfügt über einen
trapezförmigen Querschnitt, so daß sich Zellen in den
spitzwinkligen Eckabschnitten des Bodens ansammeln, wenn zentrifugale
Abtrennung ausgeführt wird (die maximale Flüssigkeitsmenge
beim zentrifugierenden Abtrennen beträgt 500 ml). Der Rotor
besteht aus einem korrosionsbeständigen und dampfbeständigen
Material wie einem rostfreien Stahl, in derselben Weise wie
der Rotorkammer. Der Boden des Rotors ist über eine
Rotordrehachse 27, die von einem Lager 23 gehalten wird, das vom
Träger 9 abgestützt wird, und durch einen Permanentmagneten
10 angeschlossen, der unter den Lager angeordnet ist. Der
Rotor kann sich in horizontaler Richtung drei drehen, wobei
er mit dem sich außerhalb der Rotorkammer drehenden
Magnetfeld fest gekoppelt ist. Der Permanentmagnet in der
Rotorkammer ist an eine Position angeordnet, die dem
Permaflentmagnet 10 außerhalb des Bodens der Rotorkammer gegenübersteht,
während die Bodenwand der Rotorkammer dazwischenliegt. Die
Bodenwand der Rotorkammer zwischen den beiden Magneten
krümmt sich nach außen, um die magnetische Kraft zu erhöhen,
und damit Abwasser leicht ausgegeben werden kann. Der
Permamentmagnet 10 der Rotorkammer 31 wird von einem Träger 30
und durch ein Lager 26 abgestützt, und er ist mit einem
Motor 29 über eine Riemenscheibe 25 und einen Riemen 24
verbunden
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Der Rotor 21 und die rohrförmige Struktur 18 können über
eine Bodenkupplung 22 im Rotor am Boden desselben frei mit der
rohrförmigen Struktur 18 verbunden werden. Die rohrförmige
Struktur wird bei der zentrifugierenden Abtrennung
abgesenkt, und sie wird durch kämmende Verzahnungen 22a und 19a
mit der Kupplung 22 verbunden, während sie um eine Höhe
entsprechend derjenigen der Verzahnungen angehoben wird, wenn
Zellen suspendiert werden, und sie ist dann vom Rotor
losgelöst. Mehrere Verbindungskanäle 22b sind in einer
Seitenfläche der Kupplung 22 am Boden des Rotors ausgebildet, damit
die Bewegung eines Fluids in der rohrförmigen Struktur 18
und im Rotor leicht vor sich geht.
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Die rohrförmige Struktur 18 verfügt über vier flügelähnliche
Scheidewände 20, und der obere Teil jeder Scheidewand 20 ist
durch ein Lager 24 an der Drehachse befestigt, um die
rohrförmige Struktur zu halten, die durch den Träger 9 fixiert
wird. Ein schmierender Abschnitt 17 im oberen Teil der
rohrförmigen Struktur sowie ein schmierender Abschnitt 15,
der der rohrförmigen Struktur gegenübersteht, bilden
zusammen einen Kugellagerabschnitt mit hoher Luftdichtigkeit
durch eine Feder 16 für engen Kontakt der Schmierflächen und
einer Feder 14 zum Hochziehen und Abpuffern der rohrförmigen
Struktur. Um die rohrförmige Struktur 18 beim Suspendieren
von Zellen hochzuziehen, wird eine Spule 13 verwendet, die
mit der rohrförmigen Struktur 18 verbunden ist.
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Die Gastransport-Leitungsanordnung 11 und der
Schmierabschnitt 15 außerhalb der rohrförmigen Struktur sind über ein
Silikongummirohr 12 miteinander verbunden, um das Anheben
der rohrförmigen Struktur 18 abzupuffern.
Beispiel 2
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Bei einem Zellkultursystem sind die Zentrifuge 47, der
Kulturbehälter 35, der Mediumbehälter 45, der Behälter 48 für
überstehende Flüssigkeit und der Dampfgenerator 56 durch
Leitungsanordnungen miteinander verbunden, wie in Fig. 2
dargestellt. Ein Ventil 43 und eine Förderpumpe sind im
mittleren Abschnitt jeder Leitungsanordnung zwischen den
vorstehend genannten drei Teilen und der
Zentrifugiervorrichtung 47 angeordnet, und sie sind elektrisch mit einer
Ablaufsteuerung 55 verbunden, die den EIN/AUS-Ablauf jedes
Ventils und jeder Pumpe steuert.
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Der Kulturbehälter 25 aus rostfreiem Stahl verfügt über ein
Arbeitsvolumen von 5 l, und Sauerstoff enthaltendes Gas wird
in die Lösung eingesprüht, um Sauerstoff in der
Nährmedium/Zellen-Kultursuspension zu lösen. Ein Einblasrohr 38 und
eine Verteilereinrichtung 39 sind innerhalb der Lösung im
Kulturbehälter angeordnet, während eine Entschäumungsschicht 26
auf der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet ist.
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Ein Luftfilter 41 ist sowohl im Mediumbehälter 45 als auch
im Behälter 48 für abzentrifugierte, überstehende
Flüssigkeit angeordnet, um ein Eindringen von Bakterien aus der
Umgebung zu verhindern.
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Vor dem Beginn des Züchtungsvorgangs wird Dampf der Reihe
nach in jedem Tank und jede Leitungsanordnung des Systems
eingelassen, um sie für 30 Minuten zur Sterilisation auf
125 ºC aufzuheizen. Ein Medium mit der folgenden
Zusammensetzung wird steril in den Mediumbehälter 45 eingegeben:
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Medium Eagle MEM ("Eagle MBM Nissui (1), ein
Erzeugnis von Nissui Seiyaku K. K.) 9,4 g/l
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Glutamin 0,92 g/l
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7,5 %-ige wässrige Lösung von
Natriumhydrocarbonat 29 ml/l
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Glukose 20 g/l
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Rinderserum 100 ml/l
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Rattenleber-Krebszellen JTC-1 (Japan Tissue Culture Nr. 1)
wurden als Keimzellen verwendet. Die für die Kultur
verwendete Keimzellenlösung wurde auf die folgende Weise
hergestellt.
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Fünf Milliliter des vorstehend beschriebenen Mediums wurden
unterteilt in jeweils 15 ebene Kolben von 20 ml eingefüllt,
und nachdem der vorstehend angegebene Stamm JTC-1 mit einer
Konzentration von 1 x 10&sup5; Zellen/ml geimpft war, wurde die
Züchtung ausgeführt. Der Züchtungsvorgang wurde bei einer
Temperatur von 37 ºC in Luftatmosphäre ausgeführt. Die
Zellen, die nach einer Züchtung von 3 Tagen an der Kolbenfläche
anhafteten, wurden abgelöst, und es wurden 75 ml einer
Kulturlösung mit einer Zellenkonzentration von 4,0 x 10&sup5;
Zellen/ml erhalten. Diese Kulturlösung wurde steril und
unterteilt in das Zentrifugierrohr, das einer
Sterilisationsbehandlung unterzogen war, eingefüllt, und die Zellen wurden
durch eine offene Suspension-Zentrifugiervorrichtung
gewonnen. Die Zellen wurden in zwei Walzflaschen von 1 l
eingeimpft, in die 75 ml des Mediums unterteilt eingegeben waren,
und der Züchtungsvorgang wurde für drei Tage bei 37 ºC
ausgeführt. Derselbe Vorgang wurde wiederholt ausgeführt, um
die Konzentration der Kulturlösung zu erhöhen und um 2 l
einer Keimkulturlösung von 1,0 x 10&sup6; Zellen/ml zu erhalten.
Nachdem diese Kulturlösung eingeleitet war, wurden 0,5 l der
Keimlösung eingeimpft, um die Zellenkonzentration auf 4 x
10&sup5; Zellen/ml einzustellen.
-
Ein Netz aus rostfreiem Stahl mit Rechteckmaschen (Seite
einer Masche: 3 mm), dessen Fläche mit Polysilan beschichtet
war, wurde als Bntschäumungschicht angeordnet, und
Sauerstoff enthaltendes Gas wurde von Ringverteilern
(Porendurchmesser: 1 mm, 10 Teile), die am Boden des Behälters
angeordnet waren, eingeperlt. Der Züchtungsvorgang wurde bei 37 ºC
ausgeführt. Die Luftmenge und die Sauerstoffmenge wurden
automatisch durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des
Sauerstoff enthaltenden Gases so eingeregelt daß die
Konzentration gelösten Sauerstoffs (DO) der Kulturlösung 2,5
ppm betrug. Dem Sauerstoff enthaltenden Gas wurde
gasförmiges Kohlendioxid zugesetzt, und es erfolgte ein Durchblasen
durch eine automatische Einstellvorrichtung für den pH-Wert,
damit der pH-Wert im Bereich von 7,0 bis 7,6 eingestellt
wurde.
-
Danach wurden 500 ml der Kulturlösung durch die Pumpe 56 und
die Transport-Leitungsanordnung 52 in 1 Minute in den Rotor
der Zentrifugiervorrichtung 47 übertragen. Während der Rotor
21 und die rohrförmige Struktur 18 in Verbindung gehhalten
wurden, wurden der Rotor mit 2.000 U/min für 2 Minuten
angetrieben, um die Zellen in der Kulturlösung zur Seitenwand
des Rotors abzutrennen und zu sedimentieren. Nach der
Drehung für 2 Minuten vergingen ungefähr 0,5 Minuten, bis der
Rotor anhielt. Nach 0,5 Minuten wurde die überstehende
Flüssigkeit im Rotor durch die Pumpe 57 und die
Transport-Leitungsanordnung 53 in den Behälter 48 für überstehende
Flüssigkeit übertragen. Danach wurden 500 ml des Mediums durch
die Pumpe 57 und die Transport-Leitungsanordnung 48
innerhalb 1 Minute vom Mediumbehälter 45 in den Rotor übertragen.
Danach wurde die rohrförmige Struktur durch die Spule
angehoben, und während sie vom Rotor abgetrennt war, wurde der
Rotor in Gegenrichtung für 0,5 Minuten mit 60 U/min gedreht,
um die Zellen im Medium zu verteilen. Nach dem Beenden des
Betreibens des Rotors wurde die Zellensuspersion durch die
Pumpe 58 und die Zellensuspension-Rückführleitungsanordnung
60 in den Kulturbehälter 35 zurückgeliefert. Ein Zyklus der
vorstehend beschriebenen Worgänge nahm 8 bis 10 Minuten in
Anspruch. Die Vorgänge wurden mit 10 bis 20 Zyklen pro Tag
ausgeführt, und die Kultur wurde beibehalten.
-
Tabelle 1 zeigt den Fortpflanzungszustand der Zellen
aufgrund des vorstehend beschriebenen Züchtungsvorgangs.
-
Wie in Tabelle 1 dargestellt, wurde bei der Zellenabtrennung
kein Zerreißen von Zellen beobachtet, und innerhalb einer
kurzen Zeitspanne und mit einem hohen Überlebensverhältnis
von 90 % oder mehr wurde ein Zustand hoher Dichte von 1,3 x
10&sup7; Zellen/ml erhalten. In der Zwischenzeit wurden keinerlei
Zellen in der Kulturlösung aufgefunden, und es zeigte sich,
daß in ausreichender Weise ein bakterienfreier Zustand
aufrecht erhalten werden konnte.
Vergleichsbeispiel 1
-
Der Züchtungsversuch wurde auf dieselbe Weise wie beim
Beispiel 2 ausgeführt, wobei die beim Beispiel 2 verwendete
Zentrifugiervorrichtung ersetzt wurde. Die bei diesem
Vergleichsbeispiel verwendete Zentrifugiereinrichtung wies den
folgenden Unterschied beim Rotor gegenüber der beim Beispiel
1 verwendeten Zentrifugiervorrichtung auf:
-
1) Der obere Teil des Rotors beim Beispiel 1 ist
geschlossen.
-
2) Beim Drehübertragungsmechanismus für den Rotor sind der
Rotorboden und die Motorachse direkt gekoppelt.
-
3) Einlaß/Auslaß-Leitungen für die Flüssigkeit liegen fest,
und der Rotor behält über eine mechanische Dichtung
Luftdichtheit gegen die Flüssigkeit-Einlaß/Auslaß-Leitungen.
-
4) Die Größe der Scheidewände zum Suspendieren der im Medium
zentrifugierten Zellen ist verkleinert, und sie sind
unterhalb der Flüssigkeitstransport-Leitungsanordnung angebracht.
-
Der Betrieb wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1
ausgeführt, mit der Ausnahme, daß kein Verbinden/Trennen
zwischen der rohrförmigen Struktur 18 und dem Rotor 21 wie
beim Beispiel 1 vorgenommen wurde. Die Betriebsergebnisse
sind in Tabelle 2 dargestellt. Da die Zellen mit den
Scheudewänden, die beim Zentrifugieren feststanden, und mit den
Flüssigkeit-Einlaß/Auslaß-Leitungen mit hoher
Geschwindigkeit in Kontakt kamen, fiel das Überlebensverhältnis
aufgrund eines Zerreißens von Zellen ab, und es konnte keine
Züchtung ausgeführt werden. Darüber hinaus trat am fünften
Tag eine Zellenverunreinigung auf, von der angenommen wird,
daß sie vom mechanischem Dichtungsabschnitt 61a herrührt.
-
Durch die folgenden Beispiel 3 bis 9 wird die Grundstruktur
innerhalb der Rotorkammer und das Betriebsverfahren
derselben beim zentrifugierenden Abtrennen und bei der
Zellensuspension erläutert.
Beispiel 3
-
Das Beispiel 3 ist in den Fig. 3a und 3b dargestellt. Fig.
3a zeigt den Betriebsmodus beim zentrifugierenden Abtrennen,
und Fig. 3h zeigt den Betriebsmodus beim Suspendieren von
Zellen.
-
Die Rotorkammer 1 ist durch eine druckdichte Wand gegen die
Umgebung abgetrennt. Das Material der Wand ist ein
wärmebeständiges, druckfestes und wasserdichtes Material, so daß
die Rotorkammer 1, der Mechanismus innerhalb der Rotorkammer
sowie das Innere der Leitungsanordnung einer Temperatur von
120 ºC mindestens 10 Minuten standhalten können. Giftige
Komponenten wie Schwermetallionen werden aus dem Metall
nicht wesentlich herausgelöst. Beispiele solcher Materialien
sind rostfreier Stahl und Titan. Der Rotor 21 ist ein
Nagnetkraft-Übertragungssystem, er kann sich frei um die
Vertikalachse drehen, und er verfügt über Becherform mit einer
Öffnung im oberen Teil. Der Rotor 21 kann durch die
Bodenwand der Rotorkammer 1 hindurch angetrieben und gedreht
werden. Die rohrförmige Struktur 18 ist in die Drehachse
innerhalb des Rotors 21 eingepaßt. Das untere Ende der
Rohrförmigen Struktur 18 bildet einen Kupplungsabschnitt 62, der am
Boden innerhalb des Rotors befestigt und von diesem gelöst
werden kann. Die rohrförmige Struktur 18 verfügt über
Scheidewände 20 über dem Kupplungsabschnitt und innerhalb der
Rotorkammer, und ihr oberes Ende bildet eine Gleitfläche zum
unteren Ende der Leitungsanordnung, die durch den oberen
Teil der Rotorkammer dringt. Der Zwischenabschnitt der
hindurchdringenden Leitungsanordnung verwendet eine flexible,
rohrförmige Struktur 12.
Tabelle 1
Züchtungsdauer (Tage)
Züchtungsbedingungen
Konzentration lebender Zellen (x 10&sup5; Zellen/ml)
Überlebensverhältnis (%)
Festgestellte Bakterien
Zentrifugierende Abtrennung (Zyklen/Tag)
Menge des ausgetauschten Mediums (l/Tag)
keine
Tabelle 2
Züchtungsdauer (Tage)
Züchtungsbedingungen
Konzentration lebender Zellen (x 10&sup5; Zellen/ml)
Überlebensverhältnis (%)
Festgestellte Bakterien
Zentrifugierende Abtrennung (Zyklen/Tag)
Menge des ausgetauschten Mediums (l/Tag)
keine
stabförmige Bakterien
Vermehrung der stabförmigen Bakterien
-
Vor der zentrifugierenden Abtrennung wird die die Zellen
enthaltende Nährmedium/Zellen-Kultursuspension vom
Kulturbehälter über die flexible Leitungsanordnung 12, den
Schmierabschnitt 61 und die rohrförmige Struktur 18 in den Rotor
eingeleitet. Danach dringt die rohrförmige Struktur 18,
während sie im Kupplungsabschnitt 62 an ihrem unteren Ende mit
dem Rotor gekoppelt wird, im Gleitabschnitt 61 durch die
Rotorkammer, und sie gleitet zum unteren Ende der
feststehenden Leitungsanordnung, wobei sie sich in derselben Richtung
und mit derselben Geschwindigkeit wie der Rotor dreht, und
die Zellen in der Kulturlösung werden zur Innenfläche der
Trommel des Rotors 21 zentrifugiert. Nach dem Anhalten des
Rotors 21 wird die überstehende Flüssigkeit über die
rohrförmige Struktur 18 aus der Rotorkammer herausgegeben.
Danach wird die rohrförmige Struktur 18, nachdem das flüssige
Medium in die Rohrkammer eingeleitet wurde, hochgezogen und
vom Rotor abgetrennt, so daß zumindest der gesamte Abschnitt
der Scheidewände 20 nicht aus der Flüssigkeitsoberfläche
austritt. Während die rohrförmige Struktur 18 vom Rotor
getrennt gehalten wird, und während sie den schmierenden
Abschnitt bildet, kann sie sich aufgrund der Verformung der
flexiblen Leitungsanordnung 12 nach oben bewegen. Danach
wird die rohrförmige Struktur 18 fixiert, und der Rotor 21
wird in Umkehrrichtung verdreht, um die Zellen an der
Rotorinnenwand im Flüssigkeitsmedium zu suspendieren.
Beispiel 4
-
Während die rohrförmige Struktur 18 feststeht und der Rotor
21 beim Suspendieren von Zellen in Umkehrrichtung gedreht
wird, wie beim Beispiel 1, wird bei diesem Beispiel der
Rotor beim zentrifugierenden Abtrennen in derselben Richtung
gedreht.
Beispiel 5
-
Dieses Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel 1 im
Mechanismus des Kupplungsabschnitts 62. Während beim Beispiel 1
die Kupplung im unteren Teil der rohrförmigen Struktur nach
unten zeigt und die Kupplungsfläche an der Rotorbodenfläche
nach oben zeigt, bilden bei diesem Beispiel die Rückseiten
beider Kupplungsflächen beim Beispiel 1 die Kupplungsfläche,
während der untere Teil des rohrförmigen Teils durch die
Mitte der Kupplungsfläche der Rotorbodenfläche
hindurchdringt, wie in der Zeichnung dargestellt.
-
Beim Suspendieren von Zellen steht die rohrförmigen Struktur
18 fest und der Rotor wird in Umkehrrichtung gedreht. Es ist
auch möglich, die rohrförmige Struktur 18 festzuhalten und
den Rotor in derselben Richtung wie beim zentrifugierenden
Abtrennen zu drehen, wenn das Suspendieren der Zellen
ausgeführt wird.
Beispiel 6
-
Abweichend von den Beispielen Nr. 1 bis 4 besteht der
Kupplungsabschnitt 62 bei diesem Beispiel aus einer
elektromagnetischen Kupplung oder einer Kupplung, die mit einem
Sperrstift für Rückwärtsumdrehung versehen ist. Daher können
die zentrifugierende Abtrennung und das Suspendieren von
Zellen ausgeführt werden, ohne die rohrförmige Struktur 18
nach oben und unten zu bewegen. Der Rotor 21 und die
rohrförmige Struktur 28 werden bei der zentrifugierenden
Abtrennung durch den oben beschriebenen Mechanismus durch den
Kupplungsabschnitt 62 gekoppelt, wobei der (nicht
dargestellte) Kupplungsabschnitt, der im Mittelabschnitt der
rohrförmigen Struktur 13 angeordnet ist, offengehalten wird
und der Rotor und die rohr£örmige Struktur synchron
miteinander drehen.
-
Der Kupplungsabschnitt 62 wird beim Suspendieren von Zellen
abgetrennt, da jedoch der Kupplungsabschnitt arbeitet und
die rohrförmige Struktur 18 feststeht, dreht sich nur der
Rotor und die Zellen werden im Flüssigkeitsmedium
suspendiert.
Beispiel 7
-
Der Drehmechanismus der rohrförmigen Struktur 18, der
getrennt von denjenigen des Rotors vorliegt, wird synchron mit
dem letzteren gedreht, wenn zentrifugierende Abtrennung
erfolgt, und er wird beim Suspendieren von Zellen in
Umkehrrichtung gegenüber dem Rotor gedreht.
-
In diesem Fall ist es möglich, die rohrförmige Struktur 18
dadurch anzuhalten, daß der Widerstand der Drehmechanismen
8, 9 der rohrförmigen Struktur 18 verwendet wird, und den
Rotor in Umkehrrichtung zu drehen.
Beispiel 8
-
Der Rotor 21 und die rohrförmige Struktur 18 weisen
verschiedene Drehantriebsabschnitte auf, und die Drehrichtungen
des Rotors 21 und der rohrförmigen Struktur 18 sind beim
Suspendieren von Zellen einander entgegengesetzt.
-
In diesem Fall werden der Rotor 21 und die rohrförmige
Struktur 18 in derselben Drehrichtung jedoch mit voneinander
verschiedenen Drehzahlen gedreht.
Beispiel 9
-
Der Kupplungsabschnitt zwischen dem Rotor 21 und der
rohrförmigen Struktur 18 beim Beispiel 6 wird weggenommen, und
der Kupplungsabschnitt 62 wird im Mittelabschnitt des
rohrförmigen Teils angeordnet, so daß die rohrförmige Struktur
18 in derselben Richtung und mit derselben Drehzahl wie der
Rotor unter Verwendung einer ausschließlich dafür
vorgesehenen Antriebsquelle angetrieben wird, wenn zentrifugierende
Abtrennung erfolgt. Die rohrförmige Struktur 18 wird während
des Suspendierens von Zellen durch die Kupplung
festgehalten, und nur der Rotor 21 wird gedreht.
-
Nachfolgend werden einige Beispiele, die die Grundstruktur
der Rotorkammer 1 betreffen, veranschaulicht.
Beispiel 10
-
Die Rotorkammer 1 ist in die Oberwand 70 der Rotorkammer und
die Seitenwand der Rotorkammer unterteilt, die den unteren
Teil der Rotorkammer bildet, wie in Fig. 4 dargestellt. Die
Oberwand 70 der Rotorkammer und der untere Teil der
Rotorkammer sind über Flansche 70 und 72 unter Verwendung eines
Dichtungselements 71 als Dichtungsmaterial luftdicht
gemacht. In der Zeichnung ist dargestellt, daß die beiden
Flansche dadurch miteinander verklemmt werden, daß ein
Flanschklemmband 73 durch eine Befestigungsschraube 74
angezogen wird.
Beispiel 11
-
Die Rotorkammer ist in die Oberwand 70 der Rotorkammer, die
Seitenwand 68 der Rotorkammer und die Bodenwand 69 der
Rotorkammer unterteilt. Das Verkoppeln der Oberwand 70 und der
Bodenwand 69 erfolgt mit denselben Mechanismus wie für die
Oberwand 70 beim Beispiel 10.
-
Die Oberwand 70 und die Bodenwand 69 der Rotorkammer 1
können mit dem Flansch 72 der Seitenwand 68 der Rotorkammer
dadurch verbunden werden, daß der Flansch 72 durch eine
Schraube und eine Mutter befestigt wird, während das
Dichtungselement 71 dazwischen liegt.
Beispiel 12
-
Die Rotorkammer ist im mittleren Abschnitt der Seitenwand 2
beim Beispiel 11 weiter unterteilt.
-
Nachfolgend werden einige Beispiel für den Rotor
veranschaulicht.
Beispiel 13
-
Die Fig. 5a und 5h zeigen eine Draufsicht und einen
Querschnitt durch einen Rotor, dessen Innenseite gewellt ist. In
diesem Fall können Zellen, die sich leicht von der Fläche
der Rotorwand ablösen, an der gewellten Wand festgehalten
werden.
-
Um Luftdichtheit der Kontaktflächen der oberen und unteren
Hälfte aufrecht zu erhalten, wenn der Rotor in diese
unterteilt ist, ist ein Dichtungselement zwischen die beiden
eingefügt.
-
Bei einem Rotor, der in einen oberen und unteren Abschnitt
unterteilt werden kann, werden die Kontaktflächen zwischen
den beiden Abschnitten durch eine Schraube oder unter
Verwendung eines Bandes befestigt. Die Querschnittsform des
Rotors kann krugförmig oder rhombisch sein oder im
wesentlichen die Form eines gleicbseitigen Dreiecks aufweisen.
-
Der Rotor bildet von der Innenfläche des Rotors zur Richtung
der Drehachse hin mehrere rechenförmige Stufen. Diese Stufen
können von der Innenfläche des Rotors ablösbar sein.
-
Der Querschnitt des Rotors kann auch im wesentlichen gebogen
sein.
-
Nachfolgend werden einige Beispiele erläutert, die die
Struktur der Trennwände betreffen.
-
Die in den Fig. 6a und 6h dargestellte Trennwand verfügt
über zwei Flügel, die sich von der rohrförmigen Struktur aus
in zentrifugaler Richtung erstrecken.
-
Ein anderer Typ von Scheidewänden kann vier Blätter
aufweisen, die sich von der rohrförmigen Struktur aus in
zentrifugaler Richtung erstrecken. Die Anzahl von Flügeln kann eine
beliebige Anzahl von mindestens drei sein.
-
Bei einem anderen Typ von Scheidewänden ist die Scheidewand
vertikal in mehrere Stufen unterteilt.
-
Diese Scheidewände können vertikal in mehrere Stufen
unterteilt sein, und die unterteilten Scheidewände weisen jeweils
voneinander verschiedene Struktur auf.
-
Die Scheidewände sind mit einer Entschäumungsschicht (z.B.
einem Entschäumungsnetz) im oberen Teil der Scheidewände
versehen, um im Rotor erzeugte Schäume zu zerstören.
-
Nachfolgend werden einige Beispiele für den
Kupplungsmechanismus zwischen dem unteren Ende der rohrförmigen Struktur
und dem Boden innerhalb des Potors veranschaulicht.
Beispiel 14
-
Fig. 7 zeigt eine Kupplung mit einem Mechanismus, bei dem
sowohl die Oberfläche des mittleren Abschnitts des Bodens 83
innerhalb des Rotors als auch die Oberfläche des unteren
Teils der Rotorstruktur 18 Rillen aufweisen, und eine
Kopplung erzielt und aufgehoben wird, wenn die rohrförmige
Struktur 18 nach oben und unten bewegt wird. Dieses Beispiel
zeigt eine Form, bei der der Querschnitt des gerillten
Abschnitts gebogen ist. EIn Gas/Flüssigkeit-Verbindungskanal
85 ist im unteren Teil des Rotors ausgebildet, um eine
Verbindung zum Gas und zur Flüssigkeit herzustellen, die sich
in der rohrförmigen Struktur nach oben und unten bewegen.
-
Die Kupplung kann im Abschnitt des gerillten Teils derselben
einen spitzwinkligen Teil aufweisen, und sie kann über eine
kleine Anzahl von Zähnen verfügen.
-
Im Kupplungsabschnitt kann eine große Anzahl von Zähnen
angeordnet sein.
-
Die Kupplung kann einen Permanentmagnet, einen Elektromagnet
oder ein magnetisches Metall für den Kupplungsabschnitt im
unteren Teil der rohrförmigen Struktur verwenden, und sie
verwendet einen Permanentmagnet im Kupplungsabschnitt am
Boden des Rotors. Die rohrförmige Struktur bei diesem
Mechanismus bewegt sich nach oben und nach unten.
-
Die Kupplung kann auch einen Mechanismus aufweisen, bei dem
sich die rohrförmige Struktur nicht nach oben und unten
bewegt, und der untere Teil der rohrförmigen Struktur bildet
eine Nocke in horizontaler Richtung, und die rohrförmige
Struktur und der Rotor können integral miteinander in einer
Richtung drehen, jedoch werden sie daran gehindert, in der
verriegelten Anordnung in Gegenrichtung zu drehen, was durch
einen Umkehrsperrstift bewerkstelligt wird, der an der
Innenwand des Kupplungsabschnitts am Boden des Rotors
angeordnet ist, und der dem Nocken in horizontaler Richtung
gegenübersteht.
-
Die Kupplung kann einen Mechanismus aufweisen, bei dem die
Kupplung im unteren Teil der rohrförmigen Struktur und der
Boden im Rotor auf einen Nockenmechanismus angeordnet sind,
der in horizontaler Richtung beider Flächen angeordnet ist.
Eine Nut mit einer Schräge über eine gewünschte Tiefe ist an
einer der beiden Flächen ausgebildet, und an der
gegenüberliegenden Fläche ist ein Stift vorhanden, der sich nach oben
und unten bewegen kann.
-
Nachfolgend werden einige Beispiele veranschaulicht, die den
schmierenden Gleitabschnitt im oberen Teil der rohrförmigen
Struktur betreffen.
Beispiel 15
-
Bei einem Mechanismus des schmierenden Gleitabschnitts sind
die schmierende Fläche des oberen Endes 17 der rohrförmigen
Struktur und die gegenüberstehende schmierende Fläche 15,
die an der ersteren angeordnet ist, horizontal und parallel
zueinander, und zumindest ein Teil der Leitungsanordnung
zwischen der gegenüberstehenden, schmierenden Fläche und der
Oberwand der Rotorkammer besteht aus der flexiblen Leitung
12.
-
Der Mechanismus des schmierenden Gleitabschnitts kann die
schmierende Fläche 15 am oberen Ende der rohrförmigen
Struktur und die gegenüberstehende schmierende Fläche 17, die
an der schmierenden Fläche so liegt, daß die Flächen 15, 17
parallel zueinander sind, aufweisen, wobei jedoch eine von
ihnen Hohlräume bildet, während die andere Ausbauchungen
bildet. Bei diesem Beispiel ist ein Lager stromabwärts in
bezug auf die Schmierfläche angeordnet, und eine Feder ist
nahe der Schmierfläche vorhanden, um zu verhindern, daß die
rohrförmige Struktur von der Drehachse abweicht oder
abfällt,
und um die beiden Schmierflächen in engen Kontakt
miteinander zu bringen. Es können auch mehrere Federn
verwendet werden.
-
Beim Beispiel 15 kann der schmierende Gleitabschnitt eine
Kugellagerstruktur aufweisen. In diesem Fall kann eine Feder
nahe der (den) schmierenden Flächen verwendet werden.
-
Der schmierende Gleitabschnitt kann auch die Seitenfläche am
oberen Ende der rohrförmigen Struktur abdecken. In diesem
Fall kann die Feder (können die Federn) in der Nähe der
Gleitfläche verwendet werden.
-
Die Fig. 8a und 8h zeigen schmierende Gleitabschnitte, bei
denen die schmierende Fläche der rohrförmigen Struktur auch
die Seitenfläche der gegenüberstehenden schmierenden Fläche
der rohrförmigen Struktur abdeckt. Fig. 8a zeigt einen
Vertikalschnitt, und Fig. 8b zeigt einen Horizontalschnitt.
-
Das obere Ende 17 der rohrförmigen Struktur des schmierenden
Gleitahschnitts kann, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, als
Innenrohr dienen, während der gegenüberstehende schmierende
Abschnitt 15 und die Seitenflächen als Außenrohr dienen.
-
Das obere Ende der rohrförmigen Struktur des schmierenden
Gleitabschnitts kann auch als Innenrohr dienen, während der
gegenüberstehende schmierende Abschnitt 15 als Außenrohr
dient, wobei die Seitenflächen zwischen den zwei Rohren über
einen O-Ring geschmiert werden, und wobei dieser schmierende
Gleitabschnitt auf der flexiblen Leitungsanordnung 12
angeordnet ist.
-
Nachfolgend werden einige Beispiele für den
Trägermechanismus für den Rotor veranschaulicht.
Beispiel 16
-
Der Rotor 21 wird durch ein Lager abgestützt, das an der
Innenfläche der Rotorkammer gehalten wird, während die
Rotorachse des Magnets der Motorkammer durch ein Lager abgestützt
wird, das an der Seitenfläche der Motorkammer gehalten wird.
Jedes Lager kann ein Tandemlager sein.
-
Das Lager des Trägermechanismus wird an der Bodenfläche der
Rotorkammer und der Bodenfläche der Motorkammer gehalten.
-
Das Lager des Trägermechanismus wird an der Bodenfläche der
Rotorkammer und am oberen Teil der Motorkammer gehalten.
-
Nachfolgend werden einige Beispiele einer Leitungsanordnung
veranschaulicht, die mit der Rotorkammer verbunden ist.
Beispiel 17
-
Das Leitungsanordnungssystem der Zentrifuge beinhaltet eine
Gastransport-Leitungsanordnung 32 zum Erzielen eines
Gleichgewichts mit dem Außendruck nach der Dampfsterilisation,
außer der Gas/Flüssigkeittransport-Leitungsanordnung 11, die
eine Verbindung zwischen der Rotorkammer und der
rohrförmigen Struktur 18 herstellt, und die Leitungsanordnung zum
Ausgeben des Abwassers.
-
in 32 ist ein bakterienentfernendes Filter 21 für ein Gas
eingesetzt, um das Eindringen von Bakterien in die
Rotorkammer zu verhindern.
-
Zwei Ventile 43, 43 sind der Reihe nach in die Leitung zum
Ausgeben des Abwassers beim Beispiel 17 eingesetzt. Wenn das
Ventil doppelt ausgeführt wird, kann der Rückfluß von
Bakterien beim Ausgeben von Abwasser wirkungsvoll verhindert
werden.
-
Zusätzlich ist eine Leitungsanordnung zum Einleiten von
Sauerstoff enthaltendem Gas vorhanden, um ein Sauerstoff
enthaltendes Gas in die Rotorkammer zu führen. Ein
Sauerstoffmangel der Zellen kann wirkungsvoll dadurch verhindert
werden, daß sterile Luft und sauerstoffreiches Gas
eingeleitet werden, während sich Zellen in der Rotorkammer befinden.
-
Wie in Fig. 11 dargestellt, ist eine
Gastransport-Leitungsanordnung zum Ausgehen von Abgas aufgrund einer Belüftung
mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas zur Außenseite der
Rotorkammer ausschließlich getrennt von der
Gastransport-Leitungsanordnung vorhanden, um nach der Dampfsterilisation ein
Druckgleichgewicht zu erzielen.
-
Nachfolgend werden einige Beispiel für Systeme mit der
Zentrifugiervorrichtung veranschaulicht.
Beispiel 18
-
Es liegt ein System zum Ausführen eines Prozesses vor, bei
dem die durch die rohrförmige Struktur 18 der
Zentrifugiervorrichtung gebende Leitungsanordnung, die Flüssigkeit von
außerhalb des Rotors her üherträgt, zumindest den
Kulturbehälter 35, den Mediumbehälter 45, den Behälter 48 für
zentrifugierte, überstehende Flüssigkeit und den
Dampfgenerator 50 miteinander verbindet, wobei ein Ventil und eine
Pumpe, die in die Leitungsanordnung eingesetzt sind, einer
Öffnungs/Schließ- und einer EIN/AUS-Steuerung durch die
Prozeßablaufsteuerung 55 unterzogen werden.
-
Fig. 12 zeigt ein anderes Beispiel für ein System zum
Ausführen eines Prozesses, bei dem eine Leitungsanordnung zum
Einleiten eines bakterienfreien, Sauerstoff enthaltenden
Gases
mit der Rotorkammer bei der vorstehend angegebenen
Leitungsanordnung verbunden ist, wobei das in diese einleitende
Leitungsanordnung eingesetzte Ventil durch eine
Prozeßablaufsteuerung 55 geöffnet und geschlossen wird, die auch bei
diesem System vorhanden ist.
-
Nachfolgend wird ein Überblick über den erfindungsgemäßen
Prozeß mit einem System mIt Zentrifugiervorrichtung gegeben.
Beispiel 19
-
Das folgende ist ein Prozeßablauf. Die folgenden Vorgänge
werden nach der Dampfsterilisation der Rotorkammer und der
Leitungsanordnung ausgeführt:
-
(1) quantitatives Zuführen der Zellen enthaltenden Lösung
von der Außenseite der Rotorkammer in den Rotor.
-
(2) zentrifugierendes Abtrennen durch gemeinsames Drehen des
Rotors und der rohrförmigen Struktur.
-
(3) Anhalten des Rotors.
-
(4) Ausgehen der abzentrlfugierten, überstehenden
Flüssigkeit zur Außenseite der Rotorkammer über die rohrförmige
Struktur.
-
(5) quantitatives Zuführen von
Zellensuspension-Mediumflüssigkeit in den Rotor.
-
(6) Verdrehen entweder des Rotors oder der rohrförmigen
Struktur oder Verdrehen derselben mit voneinander
verschiedenen Geschwindigkeiten, um die Zellen in der
Mediumflüssigkeit zu dispergieren.
-
(7) Ausgeben der Zellensuspensionlösung zur Außenseite der
Rotorkammer über die rohrförmige Struktur.
-
(8) Warten.
-
(9) Zurückkehren zum Schritt (1).
-
Anstelle des vorstehend angegebenen Prozesses existiert der
folgende Prozeß, der nach der Dampfsterilisation ausgeführt
wird:
-
(1) quantitatives Zuführen der Zellen enthaltenden Lösung
aus der rohrförmigen Struktur in den Rotor.
-
(2) zentrifugierendes Abtrennen durch Drehen des Rotors.
-
(3) Anhalten des Rotors.
-
(4) Ausgeben der ahzentrifugierten, überstehenden
Flüssigkeit aus der rohrförmigen Struktur zu Außenseite der
Rotorkammer.
-
(5) Zurückkehren zum Schritt (1) und Wiederholen der
Vorgänge zumindest zweimal.
-
(6) erneutes Suspendieren der Zellen durch Drehen der
rohrförmigen Struktur und des Rotors mit voneinander
verschiedenen Drehzahlen.
-
(7) Ausgeben der Zellensuspensionlösung aus der rohrförmigen
Struktur zur Außenseite der Rotorkammer.
-
(8) Warten.
-
(9) Zurückkehren zum Schritt (1).