DE9421778U1 - Neues Probenahmesystem für die Bioprozeßanalytik - Google Patents
Neues Probenahmesystem für die BioprozeßanalytikInfo
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Description
Neues Probenahmesystem für die Bioprozeßanalytik
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine neuartige Probenahmevorrichtung,
die eine sterile Entnahme von Zellkulturproben und sonstigen flüssigen Medien aus Bioreaktoren oder Sterilbehältern
ermöglicht, wobei der Schutz vor Rückkontamination mit Hilfe eines sterilfiltrierten inerten Gasstromes gewährleistet
wird.
Die Optimierung biotechnologisch relevanter Herstellverfahren
hängt in erster Linie von Fortschritten im Bereich der Bioprozeßanalytik ab, weil hieraus Erkenntnisse für eine verbesserte
Prozeßführung gewonnen werden können. In zunehmendem Maße werden hierzu moderne Analyseverfahren wie Zytofluorometrie, Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie
und Biosensoren eingesetzt. Voraussetzung dafür ist die Anwendung geeigneter Probenahmesysteme,
welche das Verbindungsglied zum Fermenterinhalt darstellen.
Bei der Kultivierung von tierischen, bakteriellen und pflanzlichen
Zellen kommt der aseptischen Betriebsweise und den steriltechnischen Komponenten der Fermentationen besondere Bedeutung
zu, da während des Fermentationsprozesses laufend Proben gezogen werden müssen, um wichtige Parameter wie Wachstumsverhalten
der Kultur, Zellzustandsgrößen und Stoffwechselwerte bestimmen zu können.
Die eigentliche Probenahme am Bioreaktor stellt einen kritischen Vorgang dar, weil damit die Sterilbarriere zum Fermenterinhalt
durchbrochen wird. Daher ist bei mehrere Wochen dauernden Fermentationen beziehungsweise hoher Probenahmefrequenz
eine einfache und zuverlässige Probenahmemöglichkeit von großer Bedeutung für den Prozeßerfolg.
Weiterhin muß eine Probenahme den Fermenterinhalt repräsentativ
wiedergeben und ständig verfügbar sein, wobei der zunehmende
Einsatz automatisierter Analysensysteme außerdem die Möglichkeit
einer vollautomatischen Probenziehung verlangt.
Einsatz automatisierter Analysensysteme außerdem die Möglichkeit
einer vollautomatischen Probenziehung verlangt.
Die bisherigen Probenahmevorrichtungen für diesen Zweck werden von Herstellern von Bioreaktoren angeboten oder stellen eine
Eigenkonstruktion des Anwenders dar. Diese können die genannten Forderungen nur teilweise erfüllen oder sind mit folgenden spezifischen Nachteilen behaftet:
Eigenkonstruktion des Anwenders dar. Diese können die genannten Forderungen nur teilweise erfüllen oder sind mit folgenden spezifischen Nachteilen behaftet:
Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal ist hierbei die Art der Vermeidung
von Rückkontaminationen des Fermenterinhaltes über den Probenahmeweg, da dies die Schnittstelle zur mikrobiologisch
belasteten Umgebung darstellt.
belasteten Umgebung darstellt.
Diese Aufgabe wird auf unterschiedliche Weise gelöst:
- Durchstechen von Septen oder Membranen auf vorsterilisierten Probenfläschchen. Diese Methode wird häufig, vor allem in der
Bakterienfermentation, angewandt. Diese ist aber umständlich zu handhaben und erfordert die chemische oder thermische Desinfektion der Anstechnadel, z. B. mittels Abflammen.
Bakterienfermentation, angewandt. Diese ist aber umständlich zu handhaben und erfordert die chemische oder thermische Desinfektion der Anstechnadel, z. B. mittels Abflammen.
- Desinfektion eines Probenahmeweges durch chemische Agenzien
wie z.B. Ethanol. Diese Methode bringt die Gefahr der Probenbeeinflussung, den unerwünschten Anfall von Chemikalien und einen risikoreichen Neuanschluß des Probengefäßes mit sich.
wie z.B. Ethanol. Diese Methode bringt die Gefahr der Probenbeeinflussung, den unerwünschten Anfall von Chemikalien und einen risikoreichen Neuanschluß des Probengefäßes mit sich.
- Verwendung geschlossener Probenahmesysteme mit Fläschchen
oder Einmalspritzen. Hier wird ein Probenahmeweg nur einmal benutzt und dann abgeklemmt. Diese Methode erfordert räumlich
große Konstruktionen und einen häufigen Wechsel der Gefäßvorlagen, wobei zusätzlich viel Einwegmaterial, z. B. Spritzen, anfällt.
oder Einmalspritzen. Hier wird ein Probenahmeweg nur einmal benutzt und dann abgeklemmt. Diese Methode erfordert räumlich
große Konstruktionen und einen häufigen Wechsel der Gefäßvorlagen, wobei zusätzlich viel Einwegmaterial, z. B. Spritzen, anfällt.
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- Thermische Desinfektion der Schnittstelle, z. B. mittels Dampf. Diese Methode erfordert druckfeste Verbindungen wie eine
Verrohrung sowie einen nicht unerheblichen Zeitaufwand für die Abkühlung und ist damit wenig geeignet.
- Verwendung von Membranen, die für Bakterien unpassierbar sind. Diese Methode wird vor allem für die Analysenmethode
"FIA" (Flow injection analysis) angewandt. Bei dieser Methode ist aber nur eine zellfreie Probenahme möglich.
Allgemein gilt, daß die genannten Methoden bis auf das FIA-System
wegen der notwendigen manuellen Bedienung keine Möglichkeit zur Automatisierung bieten und somit nicht universell einsetzbar
sind.
Kommerziell erhältliche Systeme werden beispielsweise in Biotech-Forum £, 274-288 (1989)beschrieben sowie von der Firma
Bioengineering, CH 8636 Wald, vertrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Probenahmesystem aufzufinden, welches folgende Mindestanforderungen
erfüllt:
- kompakte Bauweise, einfacher Aufbau
- universell anwendbar für sterile Probenziehung
- sichere Betriebsweise
- keine Beeinflussung des Probenmaterials durch chemische Agenzien
- einfache Handhabung und ständige Zugriffsmöglichkeit
- kein Anfall von Verbrauchsmaterial wie Desinfektionsmittel,
- Spritzen etc.
- keine Limitierung in der Probenahmehäufigkeit
- vollautomatisierbares System, z.B. Anschlußmöglichkeit an Au-
- tosampler für Online-Analytik
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß beim erfindungsgemäßen
Probenahmegerät die Trennstelle zur mikrobiolo-
gisch belasteten Umgebung als steriler definierter Schutzgasstrom,
welcher vorzugsweise aus steriler Luft besteht, nach dem "Laminar-Air-Flow-Prinzip" ausgeführt ist, wobei, die Verbindungsstelle
der inneren Röhre (7) mit dem Proberöhrchen (10) so erfolgt, daß dies innerhalb bis knapp unterhalb der Gehäuseglocke
(7) fest oder ohne feste Verbindung und für den automatischen Betrieb knapp unter der Gehäuseglocke (7) ohne feste
Verbindung erfolgt.
Die Abbildungen 1 und 2 beschreiben eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Probenahmegerätes:
Abb.l beschreibt die schematische Gesamtfunktion des Gerätes in
Zusammenhang mit dem Bioreaktor.
a) Sterilisation des Gerätes:
Das Probenahmegerät wird über eine geeignete Verbindung (3) und
einem Schlauch, vorzugsweise aus Silikon, an den Ausgang des Probenahme-Tauchrohrs des Fermenters (1) angeschlossen und zusammen
mit dem Fermenter autoklaviert. Dazu muß die Haube (7) am unteren Ende durch einen geeigneten Deckel verschlossen
werden. Die Schnittstelle (3) ist hierbei zweckmäßigerweise eine handelsübliche Schnellkupplung für steriltechnische
Verbindungen, z. B. eine der Firma Swagelock, USA), welche erforderlichenfalls einen Austausch oder nachträglichen Anbau
des sterilisierten Gerätes erlaubt.
b) Betriebsweise:
Nach der Sterilisation wird an die eine oder mehrere, vorzugsweise
jedoch an 2 Schutzgaseintrittsöffnungen (9), welche vorzugsweise Luftfilter (z. B. Acrodisc, 0,2 &mgr;&eegr;&igr; Porenweite, Fa.
Gelman) darstellen, ein inertes Schutzgas, vorzugsweise sterile Druckluft, wie sie in jedem Labor zur Verfügung steht, angelegt.
Gleichzeig oder vorteilhafter vor der Entfernung des für die Sterilisation verwendeten Deckels wird der Vordruck des
Gases derart eingestellt, daß eine Gasgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s erreicht wird. Dieser Aufbau bleibt während der gesam-
ten Prozeßdauer erhalten und erlaubt einen ständigen Zugang zum Fermenterinhalt.
Abb.2.stellt die Probenahmevorrichtung in ihrem Aufbau dar:
Das Gehäuse (7) besteht aus 2 konzentrisch angeordneten Röhren, welche vorzugsweise aus hitzebeständigem Glas gefertigt sind,
wobei der Zwischenraum zwischen der äußeren und inneren Röhre die Schutzhaube für die Sterilbegasung darstellt. Die äußere
Abmessung des Gehäuses beträgt bei dieser speziellen Beschreibung 10 cm Länge und 4 cm Durchmesser; es kann aber auch andere
Dimensionen annehmen. In den inneren Gehäuseteil, welcher erforderlichenfalls
mit einem oder mehreren Entlüftungsventilen (9.1) ausgestattet sein kann, wobei diese zweckmäßigerweise
baugleich mit den Schutzgaseintrittsöffnungen sind, wird ein Rohr (11), z. B. ein Glasrohr, eingeführt, welches über eine
Verbindung, z. B. einer Silikonschlauchverbindung, und über eine Schnellkupplung (5) mit dem Bioreaktor (1) verbunden wird.
Eine Peristaltikpumpe (6), die zweckmäßigerweise zwischen der Schnellkuplung (5) und dem Probenahmegerät liegt, befördert das
gewünschte Probenvolumen direkt in ein geeignetes Probengefäß (10). Die Zellkulturflüssigkeit wird dabei durch einen Gasstrom,
der durch die oben beschriebenen Luftfilter (9) geführt wird, vor Fremdkontamination geschützt. Hierbei ist es von Vorteil,
wenn eine permeable Membran (8), z.B. aus PolyvinyldifIuorid
oder eine geeignete Glasfritte, im Zwischenraum zwischen
der äußeren und inneren Röhre der Schutzhaube (7) angebracht ist, um eine gleichmäßige Gasverteilung und einen laminaren
Gasstrom zu gewährleisten. Durch die austretende laminare Strömung wird die Umgebungsluft verdrängt und eine Infektion der
Probenflüssigkeit sicher verhindert.
Überraschenderweise reicht ein geringes Gehäusevolumen der Schutzhaube (7) zur Gewährleistung des sicheren Betriebes des
Gerätes aus. Am beschriebenen Beispiel beträgt das äußere Gehäusevolumen nur ca. 110 cm3. Dies macht eine kompakte Bauweise
der Vorrichtung möglich.
Bei manueller Probenahme wird ein vorsterilisiertes Probengefäß (10), idealerweise ein 15 ml-Röhrchen beispielsweise der Fa.
Falcon auf den inneren Gehäusering des inneren Rohres aufgeschraubt, wobei auch andere Verbindungsarten wie Schnappverschlüsse
in Betracht kommen, oder einfach unter das Glasrohr (11) zweckmaßigerweise innerhalb der Haube (7) gehalten. Bei
einer festen Verbindung erfolgt die Entlüftung vorzugsweise über die zweckmaßigerweise baugleiche Filtereinheit (9.1.)
Bei automatisierter Probenahme wird das Probengefäß (10) in der dargestellten Weise positioniert und automatisch über Ansteuerung
der Pumpe (6) befüllt. Hierbei ist das Probengefäß so unterhalb der Haube (7) in einem Abstand von 1 bis 50 mm, vorzugsweise
jedoch 5 bis 2 0 mm angebracht, daß eine automatische Befüllung des Proberöhrchen möglich ist.
Vor jedem Meßzyklus muß in jedem Fall ein bestimmtes Vorlaufvolumen,
das dem Inhalt des Silikonschlauches bis zum Fermenter entspricht, verworfen werden.
1. Bioreaktor mit Rührer
2. Tauchrohr mit Probenahmeschlauch
3. Schnittstelle zum Bioreaktor; Schnellkupplung
4. Probenahmesystem
5. Schnellkupplung, Schnittstelle z. Reaktor
&bgr;. Pumpe
7. Gehäuse
8. permeable Membran
9. Luftfilter (0,2 /im)
10. Proberöhrchen
11. Glasrohr mit Silikonschlauch
Claims (4)
1. Probenahmesystem für die Bioprozessanalytik, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennstelle zur mikrobiologisch belasteten Umgebung als steriler Schutzgasstrom nach dem "Laminar-Air-Flow-Prinzip"
unter einer Gehäuseglocke {7) ausgebildet ist, wobei die Verbindungsstelle der inneren Röhre (7) mit dem
Proberöhrchen (10) so erfolgt, daß dies innerhalb bis knapp unterhalb der Gehäuseglocke (7) fest oder ohne feste Verbindung
und für den automatischen Betrieb knapp unter der Gehäuseglocke
(7) ohne feste Verbindung erfolgt.
2. Probenahmesystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) aus 2 konzentrisch angeordneten Röhren
besteht, wobei der Zwischenraum zwischen der äußeren und inneren Röhre die Schutzhaube für die Sterilbegasung darstellt
und in der inneren Röhre ein Rohr (11) eingeführt wird, welches über eine Verbindung und über eine Schnellkupplung (5) mit dem
Bioreaktor (1) verbunden ist.
3. Probenahmesystem gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Schnellkuplung (5) und dem Probenahmegerät
eine Peristaltikpumpe (6) liegt.
4. Probenahmesystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine permeable Membran (8) im Zwischenraum zwischen der äußeren und inneren Röhre der Schutzhaube (7) angebracht
ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9421778U DE9421778U1 (de) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | Neues Probenahmesystem für die Bioprozeßanalytik |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4432599A DE4432599C2 (de) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | Probenahmeverfahren für die Bioprozeßanalytik |
| DE9421778U DE9421778U1 (de) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | Neues Probenahmesystem für die Bioprozeßanalytik |
Publications (1)
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| DE9421778U1 true DE9421778U1 (de) | 1996-11-14 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE9421778U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3209765A1 (de) * | 2014-10-24 | 2017-08-30 | Genzyme Corporation | Integrierte kontinuierliche isolierung von fluidströmen aus sterilen prozessgefässen |
-
1994
- 1994-09-13 DE DE9421778U patent/DE9421778U1/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| AU2015336130B2 (en) * | 2014-10-24 | 2020-07-09 | Genzyme Corporation | Integrated continuous isolation of fluid streams from sterile process vessels |
| EP3209765B1 (de) * | 2014-10-24 | 2022-09-07 | Genzyme Corporation | Integrierte kontinuierliche isolierung von fluidströmen aus sterilen prozessgefässen |
| US11920120B2 (en) | 2014-10-24 | 2024-03-05 | Genzyme Corporation | Integrated continuous isolation of fluid streams from sterile process vessels |
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