EP3740557A1 - Elektrobioreaktor und dessen teile für sterile mikrobielle elektrosynthesen zur mehrweg- und einmal-verwendung - Google Patents

Elektrobioreaktor und dessen teile für sterile mikrobielle elektrosynthesen zur mehrweg- und einmal-verwendung

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Publication number
EP3740557A1
EP3740557A1 EP18701701.7A EP18701701A EP3740557A1 EP 3740557 A1 EP3740557 A1 EP 3740557A1 EP 18701701 A EP18701701 A EP 18701701A EP 3740557 A1 EP3740557 A1 EP 3740557A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insert
lid
bioreactor
sterile
electrobioreactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18701701.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffi Hunger
Falk Harnisch
Carla Gimkiewicz
Vitalij JEGOROW
Luis Filipe Morgado Rosa
Beate Strehlitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Original Assignee
Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ filed Critical Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Publication of EP3740557A1 publication Critical patent/EP3740557A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/14—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus with filters, sieves or membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/34—Internal compartments or partitions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/38—Caps; Covers; Plugs; Pouring means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/42—Integrated assemblies, e.g. cassettes or cartridges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements

Definitions

  • the present invention relates to an insert for a bioreactor vessel for forming an electrobioreactor for performing a sterile microbial electrosynthesis, an electrobioreactor with the aforementioned use, a kit comprising an electrobioreactor or its parts, a use of the aforementioned insert and the electro bioreactor.
  • Bioelectrosynthesis or electrobiosynthesis is divided into enzymatic electrosynthesis and microbial electrosynthesis.
  • the aim of microbial electrosynthesis is the linking of microbial synthesis power with the flow of electrical current.
  • both electrical current can be converted in the case of oxidation processes to anodes and also in the case of reductions at the cathode, and thus can be used as reactant.
  • microbial conversion is associated with the flow of electrical current.
  • the coupling is preferably carried out directly via extracellular electron transfer or indirectly via an abiotic electrochemical reaction for substrate or product conversion of microbial syntheses.
  • EET extracellular electron transfer
  • direct EET DEET
  • DEET direct electrode contact
  • MEET soluble molecules
  • the DEET can take place by means of membrane-bound redox molecules or via pili, which act like nanowires (nanowires).
  • the MEET may be via natural (endogenous) or process-added (exogenous) mediators.
  • microorganisms which are of course capable of EET or have been developed microbiologically or molecularly for it can be used.
  • the microbial electrosynthesis in comparison to classical electrochemical synthesis has numerous advantages such as potentially higher selectivities, yields, etc., but there are also advantages over enzymatic electrosyntheses, since in most cases only max. Two electrons can be transferred per reaction step and the catalyst is not self-regenerating, but this may be the case in microbial electrosynthesis.
  • sterile microbial electrosynthesis the following processes may be included:
  • Microorganisms and product formation with microorganisms, incl. The electrochemical fermentation control and
  • Reactors which are suitable for carrying out the microbial electrosynthesis are disclosed, for example, in the publications US 2013/0256149 A1, WO 201 1/062485 A2, WO 2010/117864 A1 and WO 00/03447 DE 10 2013 224 673 A1.
  • sterilizable bioreactors and sterile disposable bioreactors i. E. Reactors that are delivered in a sterile package and ready for immediate use are the drug of choice for research and development as well as for production.
  • Sterile bioreactors are well established for numerous applications in slightly different designs, for example with regard to the geometry of the bioreactor vessel.
  • an insert for a bioreactor vessel for forming an electrobioreactor for carrying out a sterile microbial electrosynthesis is provided.
  • This insert has a top, a bottom and a wall between the top and bottom running on.
  • the top of the insert is designed open and the wall is provided with at least one passage opening.
  • the at least one passage opening is closed by a preferably ion-selective membrane.
  • the insert according to the invention is suitable to be sterilized.
  • bioreactor is used if it is not equipped for microbial electrobiosynthesis. If the insert according to the invention is introduced into the bioreactor, this electrobioreactor is called.
  • This insert can be introduced into a bioreactor or into the bioreactor vessel of a bioreactor in order to subdivide the reaction chamber into two reaction chambers connected through the membrane and thus to provide an electrobioreactor with separation of anode chamber and cathode chamber.
  • the insert according to the invention can be sterilized, i. H.
  • the insert consists of sterilizable materials such as glass, ceramics or plastics, preferably plastics.
  • the sterilization can either be done by a user himself or the insert can be sterilized in a sterile package purchased, the use is suitable for re-sterilization or single use.
  • the membrane is an ion-conducting, preferably an ion-selective membrane.
  • the membrane is preferably an ion exchange membrane, preferably based on functionalized and cross-linked hydrocarbons.
  • a Nafion membrane or a ceramic membrane can be used.
  • Composite materials of ion exchange membranes and other plastics such as polyesters, polypropylenes and polyetheretherketone, (functionalized) ceramic materials and materials based on (functionalized) glasses and composite materials thereof can also be used according to the invention.
  • the membrane is preferably formed by casting, welding (eg gas welding, extrusion welding, heating element welding, RF welding, ultrasonic welding), gluing with adhesives based on acrylics, epoxies and the like or mechanical joining technologies (screwing, pressing, "snap") in the through hole of the For use with glass or ceramic inserts the membrane is already introduced or etched into the material directly during production. Crucial in the production process is that the resulting use is sterilizable.
  • the size and the number of at least one passage opening and thus the membrane (s) is chosen such that the internal resistance is minimized. Therefore, the ratio of the size of the electrodes used for the synthesis, which are respectively arranged in the two reaction chambers of the electrobioreactor, to the size and the number of the passage opening or the membrane (s) is expediently in the range from 1: 100 to 100: 1.
  • the through hole (s) may consist of one or more small through holes with round or polygonal shapes which may be evenly or irregularly distributed around the circumference of the insert.
  • the insert is cylindrically shaped, since this allows an optimal mixing of the media in the reaction chambers in the electrobioreactor.
  • the insert has a cover with which the opening of the insert or the open top can be closed.
  • the cover has at least one passage opening, which is preferably suitable and configured for receiving an electrode and a reference electrode.
  • Other ports may be provided for various purposes, as described below.
  • the guided during use of the insert through the through hole electrode protrudes into the insert into it.
  • Other devices guided by the lid such as a reference electrode, protrude into the reaction chamber formed by the insert.
  • the passage opening is guided through the lid like a through-hole.
  • it can also be provided a shoulder in the through hole, which can serve as a support for a corresponding counterpart of an electrode.
  • At least one sealing element for example an annular seal, can be provided in the at least one passage opening on or in the passage opening for the electrode in order to prevent influences from outside the electrobioreactor during the synthesis and to better ensure the sterility for the microbial bioelectrosynthesis.
  • a flange is preferably provided, on which the lid rests, it being possible for a seal to be arranged between the lid and the insert.
  • the insert is combined with a cover for a bioreactor or a bioreactor vessel.
  • the insert may be arranged in a passage opening of the lid, wherein the insert and the lid are separate components or may be integrally formed. When closing the electro bioreactor with the lid, the insert projects into the electro bioreactor.
  • means are provided to fix the insert in the passage opening of the cover for the Bioreaktorgefäß.
  • a sealing element for example an annular seal, is preferably provided between the cover for the bioreactor vessel and the lid of the insert.
  • the cover for the electrobioreactor is formed integrally with the insert.
  • the insert according to the invention can be made up as a sterile (once) product, which can also be used several times after renewed sterilization.
  • the insert according to the invention in the above-described embodiments can be arranged sterile in a sterile packaging on the inside.
  • the insert can also be designed to be open on the underside, wherein it must then be dimensioned in such a way that it rests on the bottom of the bioreactor vessel and is preferably sealed and fixed by suitable means.
  • the insert is preferably designed to be closed on the bottom side and, after introduction into the bioreactor vessel, is spaced from its bottom in order to receive suitable stirring means, such as magnetic stirrers, in the intermediate space.
  • an electrobioreactor for carrying out a sterile microbial electrosynthesis which has a bioreactor vessel open to one side (upper side) which has a previously described insert with lid and optionally a lid for closing the opening of the bioreactor vessel.
  • the insert is reversibly insertable into the bioreactor vessel and open to the same side as the bioreactor vessel, the insert being spaced from the interior wall of the bioreactor vessel, thereby forming a reaction chamber between the insert and the wall of the bioreactor vessel. Another reaction chamber is in use.
  • the bioreactor vessel is also suitable to be sterilized.
  • the insert has in the wall facing the inner wall of the reactor vessel a through-opening closed with a membrane, wherein the bioreactor vessel, the lid of the bioreactor vessel, the insert and / or the lid of the insert are suitable for being sterilized. Furthermore, reference is made to the above statements on the use.
  • the electrobioreactor and at least one, preferably all of the parts described above are made of an electrochemically inert material, which is also preferably autoclavable / steam sterilizable.
  • plastics for example polylactic acid
  • the cover of the bioreactor vessel and the lid of the insert for connecting the anode and cathode have suitable through openings, preferably with corresponding seals, wherein the through openings are configured to receive the electrodes in such a way that the anode / cathode is located in the insert, and the cathode / anode is located outside the insert in the bioreactor vessel.
  • passages or passage openings in the lid of the bioreactor vessel may be provided for introducing stirrers, probes, electrodes, reference electrodes, measuring probes, gassing or degassing, sampling and the like, wherein the passages or passage openings may be provided with seals.
  • the lid for the bioreactor vessel preferably has conventional attachment means and seals.
  • the bioreactor vessel at the top can also have a flange on which the lid rests and can be fixed by means known to those skilled in the art. Between the flange and the lid can also be arranged a seal.
  • the electrobioreactor or the bioreactor vessel and / or the lid of the bioreactor vessel and / or the insert and / or the lid of the insert sterile and in each case or together to arrange in a sterile on the inside packaging.
  • the invention furthermore relates to a kit for a previously described electrobioreactor, or a previously described bioreactor vessel and also an insert described above, optionally comprising a lid for the bioreactor vessel and / or a lid for use, wherein the components of the kit are sterile and sterile individually or together are packed.
  • Also claimed in accordance with the invention are the use of the bioreactor vessel, bioreactor vessel, electrobioreactor to perform sterile microbial electrosynthesis, and use of the resulting electrobioreactor to perform sterile microbial electrosynthesis.
  • the volume of the two reaction chambers of the electrobioreactor according to the invention is particularly preferably in the ratio 1: 1, but also ratios of 10: 1 to 1:10 are preferably used to carry out a sterile microbial electrosynthesis.
  • the electrodes used are anodes and cathodes as well as reference electrodes.
  • the anode or cathode is in the outer reaction chamber of the electro bioreactor and the respective other electrode in the inner reaction chamber, ie in use.
  • Both electrodes can each have a plurality of interconnected electronic conductors (electrodes), connected in parallel or in series; include.
  • Electrodes may have the same or different geometries and sizes and be made of the same or different materials. Suitable materials are metals and nonmetals. Suitable non-metals may be, for example, graphite and graphite modifications, eg carbon nanotubes or carbon nanoparticles, as well as all corresponding composite materials.
  • the metals used are, for example, gold, silver, zinc, gallium, copper, nickel, iron, platinum, titanium, etc., and their bi-, trinary and higher alloys. Furthermore, this includes electrode materials based on a functional surface coating of said materials on a substrate, including conductive substrates such as stainless steels or graphites.
  • the electrode specification may comprise all geometric shapes and modifications of said metals and nonmetals, in particular sheets, plates, films, rounds, tubes, sponges, scrims, fabrics, brushes, cylinders.
  • the reference electrode is preferably located in the outer electrobioreactor chamber, but may also be arranged in the inner chamber or in both chambers. As reference electrodes known in the art products are used.
  • the microbial electrosynthesis preferably takes place at direct current.
  • Figure 1 is a schematic representation of a microbial electrosynthesis on
  • FIG. 2 shows a perspective view of an electrobioreactor according to the invention with an insert for a bioreactor vessel
  • FIG. 1 shows by way of example a microbial electrosynthesis according to the prior art. It is a cathodic hydrogenation using microbial extracellular electron transfer.
  • reaction chambers 11 1, 112 each have an anode 113 and a cathode 1 14 is arranged, which are connected to a voltage source 115, wherein the cathode 114 is provided with a biofilm 116 of a bioelectrocactively active microorganism.
  • a substrate X is selectively reduced by taking up electrons from the cathode to the product XH 2 , while at the anode 1 13 H 2 0 to provide H + and electrons is oxidized, with electrons being delivered to the anode.
  • the membrane 1 10 Through the membrane 1 10, the corresponding ion transfer 117 takes place.
  • the resulting product XH 2 is removed from the reaction chamber 1 12, while substrate X is fed.
  • reaction substrate or the biofilm is not used as a growth substrate for the biofilm, but a separate growth substrate provides stable stationary properties of the biofilm.
  • anodic concepts i. for microbial electro-oxidation.
  • FIG. 2 shows an electrobioreactor 10 according to the invention for carrying out a sterile microbial electrosynthesis.
  • the electrobioreactor 10 has a cylindrical bioreactor vessel 12 open to one side 11 (usually upwards, ie against gravity), a lid 13 for closing the opening 14 of the bioreactor vessel 12 and an insert 15 reversibly insertable into the bioreactor vessel 12 ,
  • the insert 15 is cylindrically shaped like the bioreactor vessel 12, but has a smaller diameter.
  • the insert 15 is likewise designed to be open on the upper side 16 and can be attached via a flange 17 into a passage opening 18 with formations corresponding to the flange 17, not shown here, of the lid 13 of the electrobioreactor 10 and thus introduced into the bioreactor vessel 12.
  • the insert 15 is closed by a cover 19, which has two passage openings 20, wherein an electrode 21 is arranged in at least one passage opening 20. In the other passage opening 20, a second electrode can be arranged depending on the required electrode area.
  • the lid 19 has four openings 22 for the passage of fasteners, such as screws or the like, with which a fixation on the lid 13 of the electro bioreactor 10 takes place. The fastening means are not shown here. Between the flange 17 of the insert 15 and the lid 19 of the insert 15 not shown seals can be arranged.
  • the insert 15 has in the wall 23 three superimposed arranged through openings 24, which are each closed by a membrane 25.
  • the lid 13 for closing the opening 14 of the bioreactor vessel 12 is formed such that a flange 26 provided on the bioreactor vessel 12 formed at the opening 14 is gripped and sealed so that the lid 13 is fixed in its fitted state , Again, not shown seals and fasteners may be provided.
  • two reaction chambers 27, 28 are formed in the bioreactor vessel 12.
  • a first reaction chamber 27 is formed through the interior of the insert 15 and the second reaction chamber 28 through the space between the insert 15 and the inner wall of the bioreactor vessel 12.
  • Both reaction chambers 27, 28 are interconnected by the membrane (s) 25.
  • a magnetic stirrer not shown here, can also be located in the insert 15.
  • a through hole 30 is provided, through which an electrode 31 is guided.
  • a reference electrode 33 is arranged in the assembled state of the electrobioreactor 10 in the second reaction chamber 28.
  • a plurality of additional through holes 34 are provided in the lid 13, in the electrodes, probes, gassing or degassing, sampling or the like, not shown can be introduced. All through holes 20, 30, 32, 34 are, if they are not used with a suitable means such as a plug or the like. closed, otherwise no sterile operation is possible. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Um einen Elektrobioreaktor (10) zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese und/oder dessen Teile bereitzustellen, werden ein Einsatz (15) mit einer durch eine Membran (25) versehenen Durchgangsöffnung (24) und ein Elektrobioreaktor (10) vorgeschlagen, der ein zu einer Seite offenes Bioreaktorgefäß (12) und den Einsatz (15), der in das Bioreaktorgefäß (12) reversibel einbringbar ist, aufweist, wobei im Einsatz (15) eine erste Reaktionskammer (27) und zwischen Einsatz (15) und Innenwand des Bioreaktorgefäßes (12) eine zweite Reaktionskammer (28) ausgebildet sind und wobei das Bioreaktorgefäß (12) und der Einsatz (15) geeignet sind, sterilisiert zu werden. Zudem werden ein Kit umfassend einen Elektrobioreaktor und/oder dessen Teile sowie Verwendungen des Einsatzes und des Elektrobioreaktors (10) offenbart.

Description

Elektrobioreaktor und dessen Teile für sterile mikrobielle Elektrosynthesen zur Mehrweg- und
Einmal-Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einsatz für ein Bioreaktorgefäß zur Ausbildung eines Elektrobioreaktors zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese, einen Elektrobioreaktor mit vorgenanntem Einsatz, ein Kit umfassend einen Elektrobioreaktor oder dessen Teile, eine Verwendung des vorgenannten Einsatzes sowie des Elektrobioreaktors.
Die Bioelektrosynthese oder Elektrobiosynthese unterteilt sich in die enzymatische Elektrosynthese und mikrobielle Elektrosynthese. Ziel der mikrobiellen Elektrosynthese ist die Verknüpfung von mikrobieller Syntheseleistung mit dem Fluss von elektrischem Strom. Dabei kann sowohl elektrischer Strom bei Oxidationsprozessen an Anoden als auch bei Reduktionen an der Kathode umgesetzt und so als Reaktionsmittel eingesetzt werden. In beiden Fällen ist die mikrobielle Stoffumwandlung mit dem Fluss elektrischen Stroms verbunden. Die Kopplung erfolgt vorzugsweise direkt über extrazellulären Elektronentransfer oder indirekt über eine abiotische elektrochemische Reaktion zur Substrat- oder Produktumwandlung mikrobieller Synthesen.
Der extrazelluläre Elektronentransfer (EET) kann dabei mittels direktem Elektrodenkontakt (direkter EET=DEET) oder durch lösliche Moleküle vermittelt erfolgen (mediierter EET=MEET). Der DEET kann mittels membranständiger Redoxmoleküle oder über Pili, die wie Nanodrähte ( nanowires ) wirken, erfolgen. Der MEET kann über natürliche (endogene) oder dem Prozess zugesetzte (exogene) Mediatoren erfolgen. Weiterhin können Mikroorganismen, welche natürlich zum EET befähigt sind oder mikro-/ molekularbiologisch dafür entwickelt wurden, zum Einsatz kommen.
Dabei hat die mikrobielle Elektrosynthese im Vergleich zur klassischen elektrochemischen Synthese zahlreiche Vorteile wie potentiell höhere Selektivitäten, Ausbeuten etc., aber auch gegenüber enzymatischen Elektrosynthesen bestehen Vorteile, da hier zumeist nur max. zwei Elektronen pro Reaktionsschritt übertragen werden können und der Katalysator nicht selbst-regenerierend ist, was bei der mikrobiellen Elektrosynthese jedoch der Fall sein kann. Bei steriler Durchführung der mikrobiellen Elektrosynthese können folgende Prozesse umfasst sein:
i) Elektrobiotechnologische Untersuchungen, Steuerung und Verwendung
von mikrobiellen Reinkulturen,
ii) Spezifische bioelektrochemische Steuerung der Kultivierung von
Mikroorganismen und der Produktbildung mit Mikroorganismen, incl. der elektrochemischen Fermentationssteuerung und
iii) Spezifische elektrochemische Substrat- und oder Produktumwandlung
während der Kultivierung von Mikroorganismen
Reaktoren, die zur Durchführung der mikrobiellen Elektrosynthese geeignet sind, werden beispielsweise in den Druckschriften US 2013/0256149 A1 , WO 201 1/062485 A2, WO 2010/117864 A1 und WO 00/03447 DE 10 2013 224 673 A1 offenbart.
In vielen Zweigen der biotechnologischen Industrie stellen heutzutage sterilisierbare Bioreaktoren sowie sterile Einweg-Bioreaktoren, d.h. Reaktoren die steril verpackt geliefert werden und sofort einsatzfähig sind, das Mittel der Wahl für die Forschung und Entwicklung, aber auch für die Produktion dar. Sterile Bioreaktoren sind für zahlreiche Applikationen in geringfügig verschiedenen Ausführungen, beispielsweise hinsichtlich der Geometrie des Bioreaktionsgefäßes, etabliert.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Elektrobioreaktor zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese oder dessen Teile bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Einsatz für ein Bioreaktorgefäß, einen Elektrobioreaktor, ein Kit zur Ausbildung eines Elektrobioreaktors und Verwendungen des Einsatzes und des Elektrobioreaktors mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Einsatz für ein Bioreaktorgefäß zur Ausbildung eines Elektrobioreaktors zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese bereitgestellt. Dieser Einsatz weist eine Oberseite, eine Unterseite und eine Wandung zwischen Oberseite und Unterseite verlaufend auf. Die Oberseite des Einsatzes ist offen ausgestaltet und die Wandung ist mit zumindest einer Durchgangsöffnung versehen. Die zumindest eine Durchgangsöffnung ist mit einer vorzugsweise ionenselektiven Membran verschlossen. Zudem ist der erfindungsgemäße Einsatz geeignet sterilisiert zu werden.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird der Begriff Bioreaktor verwendet, wenn dieser nicht zur mikrobiellen Elektrobiosynthese ausgerüstet ist. Sofern in den Bioreaktor der erfindungsgemäße Einsatz eingebracht ist, wird dieser Elektrobioreaktor genannt.
Dieser Einsatz ist, wie nachstehend noch beschrieben wird, in einen Bioreaktor bzw. in das Bioreaktorgefäß eines Bioreaktors einbringbar, um in diesem die Reaktionskammer in zwei durch die Membran verbundene Reaktionskammern zu unterteilen und somit einen Elektrobioreaktor mit Trennung von Anodenkammer und Kathodenkammer bereitzustellen.
Da mikrobielle Elektrobiosynthesen vorzugsweise unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden, ist der erfindungsgemäße Einsatz sterilisierbar, d. h. der Einsatz besteht aus sterilisierbaren Materialien wie Glas, Keramik oder Kunststoffen, vorzugsweise Kunststoffen.
Die Sterilisierung kann entweder durch einen Nutzer selbst erfolgen oder der Einsatz kann sterilisiert in einer sterilen Verpackung erworben werden, wobei der Einsatz zum nochmaligen Sterilisieren bzw. zum Einmalgebrauch geeignet ist.
Bei der Membran handelt es sich um eine ionenleitende, vorzugsweise eine ionenselektive Membran. Die Membran ist vorzugsweise eine lonenaustauschmembran, vorzugsweise auf Basis von funktionalisierten und quervernetzten Kohlenwasserstoffen. Beispielsweise können eine Nafion-Membran oder eine keramische Membran zum Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß können auch Verbundmaterialien von lonenaustauschmembranen und weiteren Kunststoffen wie Polyestern, Polypropylenen und Polyetheretherketon, (funktionalisierte) keramische Materialien und Materialien auf Basis von (funktionalisierten) Gläsern sowie Verbundmaterialien davon verwendet werden.
Die Membran wird vorzugsweise durch Gießverfahren, Schweißen (u.a. Gasschweißen, Extrusionsschweißen, Heizelementschweißen, HF-Schweißen, Ultraschallschweißen), Kleben mit Klebern auf Basis von Acrylen, Epoxiden und dergleichen oder mechanische Verbindungstechnologien (Verschrauben, Pressen, "Schnappverbindungen“) in der Durchgangsöffnung des Einsatzes befestigt. Bei den Einsätzen aus Glas oder Keramik kann die Membran bereits direkt bei der Herstellung in das Material eingebracht oder eingeätzt werden. Entscheidend bei den Herstellungsverfahren ist, dass der erhaltene Einsatz sterilisierbar ist.
Die Materialauswahl für den Einsatz und seine Ausführungsformen wird ansonsten nachstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektrobioreaktor beschrieben.
Die Größe und die Anzahl der zumindest einen Durchgangsöffnung und damit der Membran(en) wird derart gewählt, dass der Innenwiderstand möglichst gering ist. Zweckmäßigerweise liegt daher das Verhältnis der Größe der zur Synthese eingesetzten Elektroden, die jeweils in den beiden Reaktionskammern des Elektrobioreaktors angeordnet sind, zur Größe und der Anzahl der Durchgangsöffnung bzw. der Membran(en) im Bereich von 1 :100 bis 100:1.
Zudem kann oder können in Abhängigkeit von der Art der Verbindung zwischen Membran(en) und Einsatz die Durchgangsöffnung(en) aus einer großen oder mehreren kleinen Durchgangsöffnungen mit runden oder vieleckigen Formen bestehen, die gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang des Einsatzes verteilt sein können.
In einer bevorzugten Variante ist der Einsatz zylindrisch ausgeformt, da dieser im Elektrobioreaktor eine optimale Durchmischung der Medien in den Reaktionskammern zulässt.
Besonders bevorzugt weist der Einsatz einen Deckel auf, mit dem die Öffnung des Einsatzes bzw. die offene Oberseite verschließbar ist. Der Deckel weist zumindest eine Durchgangsöffnung auf, die vorzugsweise zur Aufnahme einer Elektrode und einer Referenzelektrode geeignet und ausgestaltet ist. Weitere Durchgangsöffnungen können für verschiedene Zwecke, wie nachstehend beschrieben, vorgesehen sein.
Die beim Gebrauch des Einsatzes durch die Durchgangsöffnung geführte Elektrode ragt dabei in den Einsatz hinein. Auch sonstige durch den Deckel geführte Einrichtungen wie eine Referenzelektrode ragen in die durch den Einsatz ausgebildete Reaktionskammer. lm einfachsten Fall ist die Durchgangsöffnung wie eine Durchgangsbohrung durch den Deckel geführt. Es kann jedoch auch ein Absatz in der Durchgangsöffnung vorgesehen sein, der als Auflager für ein entsprechendes Gegenstück einer Elektrode dienen kann.
Zudem kann in der zumindest einen Durchgangsöffnung an oder in der Durchgangsöffnung für die Elektrode zumindest ein Dichtelement, beispielsweise eine ringförmige Dichtung vorgesehen sein, um während der Synthese Einflüsse von außerhalb des Elektrobioreaktors zu unterbinden und die Sterilität für die mikrobielle Bioelektrosynthese besser zu gewährleisten.
Im Bereich der Oberseite des Einsatzes ist vorzugsweise ein Flansch vorgesehen, auf dem der Deckel aufliegt, wobei zwischen dem Deckel und dem Einsatz eine Dichtung angeordnet sein kann.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Einsatzes ist dieser mit einem Deckel für einen Bioreaktor bzw. ein Bioreaktorgefäß kombiniert. So kann der Einsatz in einer Durchgangsöffnung des Deckels angeordnet sein, wobei der Einsatz und der Deckel separate Bauteile sind oder einteilig ausgebildet sein können. Beim Verschließen des Elektrobioreaktors mit dem Deckel ragt der Einsatz in den Elektrobioreaktor hinein.
Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um den Einsatz in der Durchgangsöffnung des Deckels für das Bioreaktorgefäß zu fixieren.
Zwischen dem Deckel für das Bioreaktorgefäß und dem Deckel des Einsatzes ist vorzugsweise ein Dichtelement, beispielsweise eine ringförmige Dichtung vorgesehen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Deckel für den Elektrobioreaktor einstückig mit dem Einsatz ausgebildet.
Wie bereits ausgeführt, kann der erfindungsgemäße Einsatz als steriles (Einmal)-Produkt konfektioniert vorliegen, das nach erneuter Sterilisierung auch mehrfach verwendbar ist.
Vorzugsweise kann daher der erfindungsgemäße Einsatz in den vorbeschriebenen Ausführungsformen steril in einer auf der Innenseite sterilen Verpackung angeordnet sein. Der Einsatz kann nach einer Ausführungsform der Erfindung auch auf der Unterseite offen ausgestaltet sein, wobei dieser dann derart dimensioniert sein muss, dass er auf dem Boden des Bioreaktorgefäßes aufsitzt und durch geeignete Mittel vorzugsweise gegenüber diesem gedichtet und fixiert ist.
Ansonsten ist der Einsatz vorzugsweise bodenseitig geschlossen ausgeführt und ist nach dem Einbringen in das Bioreaktorgefäß von dessen Boden beabstandet, um in dem Zwischenraum geeignete Rührmittel wie Magnetrührer aufzunehmen.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Elektrobioreaktor zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese bereitgestellt, der ein zu einer Seite (Oberseite) offenes Bioreaktorgefäß aufweist, der einen vorbeschriebenen Einsatz mit Deckel und gegebenenfalls einen Deckel zum Verschließen der Öffnung des Bioreaktorgefäßes aufweist.
Der Einsatz ist in das Bioreaktorgefäß reversibel einbringbar und zur gleichen Seite wie das Bioreaktorgefäß offen, wobei der Einsatz von der Innenwand des Bioreaktorgefäßes beabstandet ist, wodurch eine Reaktionskammer zwischen dem Einsatz und der Wandung des Bioreaktorgefäßes ausgebildet ist. Eine weitere Reaktionskammer ist im Einsatz gegeben. Das Bioreaktorgefäß ist zudem geeignet sterilisiert zu werden.
Weiterhin weist der Einsatz in der zur Innenwand des Reaktorgefäßes weisenden Wandung eine mit einer Membran verschlossene Durchgangsöffnung auf, wobei das Bioreaktorgefäß, der Deckel des Bioreaktorgefäßes, der Einsatz und/oder der Deckel des Einsatzes geeignet sind, sterilisiert zu werden. Weiterhin wird Bezug genommen auf die oben gemachten Ausführungen zum Einsatz.
Oben in Bezug auf den Elektrobioreaktor ist hierbei definiert als einer Standfläche des Einsatzes oder eines Bioreaktorgefäßes, in dem der Einsatz angeordnet ist, gegenüberliegend.
Alle Einbauten des Elektrobioreaktors, die mit Reaktanten in Berührung kommen, sollen vorzugsweise sterilisierbar ausgestaltet sein. Der Elektrobioreaktor und zumindest eines, vorzugsweise alle der vorab beschriebenen Teile sind aus einem elektrochemisch inerten Material gefertigt, das zudem vorzugsweise autoklavierbar/dampfsterilisierbar ist.
Bei der Einweg-Verwendung, insbesondere des Einsatzes und des oder der Deckel können vorteilhafterweise günstigere Kunststoffe (z.B. Polymilchsäure)welche nicht autoklavierbar aber Gamma-sterilisierbar sind, eingesetzt werden.
Für die wiederverwendbaren Teile des Einsatzes werden autoklavierbare Kunststoffe, Glas, oder Keramik verwendet. Entsprechende Kunststoffe sind dem Fachmann bekannt.
Wie bereits ausgeführt, weisen der Deckel des Bioreaktorgefäßes und der Deckel des Einsatzes für den Anschluss der Anode und Kathode geeignete Durchgangsöffnungen, vorzugsweise mit entsprechenden Dichtungen auf, wobei die Durchgangsöffnungen ausgestaltet sind die Elektroden derart aufzunehmen, dass Anode/Kathode in dem Einsatz befindlich ist, und die Kathode/Anode außerhalb des Einsatzes im Bioreaktorgefäß befindlich ist.
Weitere Durchführungen oder Durchgangsöffnungen im Deckel des Bioreaktorgefäßes können zur Einbringung von Rührer, Sonden, Elektroden, Referenzelektroden, Messsonden, Begasung oder Entgasung, Probenahme und dergleichen vorgesehen sein, wobei die Durchführungen oder Durchgangsöffnungen mit Dichtungen versehen sein können.
Sämtliche Durchgangsöffnungen sind im Rahmen der Erfindung, sofern diese nicht genutzt werden, mit einem geeigneten Mittel wie einem Stopfen o.dgl. verschlossen, da sonst kein Sterilbetrieb möglich ist.
Der Deckel für das Bioreaktorgefäß weist vorzugsweise übliche Befestigungsmittel und Dichtungen auf. Zur Befestigung kann das Bioreaktorgefäß an der Oberseite ebenfalls einen Flansch aufweisen, auf dem der Deckel aufliegt und mit Mitteln, die dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt sind, fixiert werden kann. Zwischen Flansch und Deckel kann zudem eine Dichtung angeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist es, den Elektrobioreaktor oder das Bioreaktorgefäß und/oder den Deckel des Bioreaktorgefäßes und/oder den Einsatz und/oder den Deckel des Einsatzes steril und jeweils oder gemeinsam in einer auf der Innenseite sterilen Verpackung anzuordnen.
Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kit für einen vorbeschriebenen Elektrobioreaktor, oder ein vorbeschriebenes Bioreaktorgefäß sowie einen ebenfalls vorbeschriebenen Einsatz, optional einen Deckel für das Bioreaktorgefäß und/oder einen Deckel für den Einsatz umfassend, wobei die Komponenten des Kits steril sind und einzeln oder gemeinsam steril verpackt sind.
Erfindungsgemäß beansprucht werden auch die Verwendung des Einsatzes zur Ausrüstung eines Bioreaktors bzw. eines Bioreaktorgefäßes, zur Ausbildung eines Elektrobioreaktors, um mit diesem eine sterile mikrobielle Elektrosynthese durchzuführen, und die Verwendung des erhaltenen Elektrobioreaktors zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese.
Das Volumen der beiden Reaktionskammern des erfindungsgemäßen Elektrobioreaktors steht besonders bevorzugt im Verhältnis 1 :1 , aber auch Verhältnisse von 10:1 bis 1 :10 werden vorzugsweise eingesetzt, um eine sterile mikrobielle Elektrosynthese durchzuführen.
Bei der Durchführung von Synthesen mit dem erfindungsgemäßen Elektrobioreaktor kommen als Elektroden Anoden und Kathoden sowie Referenzelektroden zum Einsatz. Dabei befindet sich die Anode oder Kathode in der äußeren Reaktionskammer des Elektrobioreaktors und die jeweils andere Elektrode in der inneren Reaktionskammer, d.h. im Einsatz. Beide Elektroden können dabei jeweils mehrere miteinander verbundene Elektronenleiter (Elektroden), parallel oder in Reihe geschaltet; umfassen. Elektroden können die gleiche oder unterschiedliche Geometrien und Größen aufweisen und aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Als Materialien kommen Metalle und Nichtmetalle in Frage. Geeignete Nichtmetalle können beispielsweise Graphit und Graphitmodifikationen, z.B. Kohlenstoffnanoröhrchen oder Kohlenstoffnanopartikel, sowie alle entsprechenden Verbundmaterialien sein. Als Metalle kommen beispielsweise Gold, Silber, Zink, Gallium, Kupfer, Nickel, Eisen, Platin, Titan u.a. und deren bi-, trinäre und höhere Legierungen zur Anwendung. Des Weiteren schließt dies Elektrodenmaterialien ein, welche auf einer funktionalen Oberflächenbeschichtung der genannten Materialien auf einem Trägermaterial beruhen, dazu gehören auch leitfähige Trägermaterialien wie Edelstähle oder Graphite. Die Elektrodenspezifikation kann alle geometrischen Formen und Modifikationen der genannten Metalle und Nichtmetalle aufweisen, insbesondere Bleche, Platten, Folien, Rundlinge, Röhren, Schwämme, Gelege, Gewebe, Bürsten, Zylinder.
Die Referenzelektrode befindet sich vorzugsweise in der äußeren Elektrobioreaktorenkammer, kann aber auch in der inneren Kammer oder in beiden Kammern angeordnet sein. Als Referenzelektroden kommen dem Fachmann bekannte Produkte zum Einsatz.
Die mikrobielle Elektrosynthese erfolgt vorzugsweise bei Gleichstrom.
Alle voranstehend beschriebenen Gegenstände und Verwendungen der Erfindung und deren Ausführungsformen sind vorteilhaft zu kombinieren. Zudem betreffen die Ausführungen zu bestimmten Gegenständen und Verwendungen der Erfindung und deren Ausführungsformen stets auch die anderen Gegenständen und Verwendungen der Erfindung und deren Au sf ü h ru n gsform en .
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine mikrobielle Elektrosynthese am
Beispiel einer kathodischen Hydrierung unter Nutzung von mikrobiellem extrazellulärem Elektronentransfer nach dem Stand der Technik,
Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Elektrobioreaktor mit einem Einsatz für ein Bioreaktorgefäß
In Figur 1 wird beispielhaft eine mikrobielle Elektrosynthese nach dem Stand der Technik dargestellt. Es handelt sich um eine kathodische Hydrierung unter Nutzung eines mikrobiellen extrazellulären Elektronentransfers. In zwei voneinander durch eine Membran 1 10 getrennten Reaktionskammern 11 1 , 112 ist jeweils eine Anode 113 bzw. eine Kathode 1 14 angeordnet, die mit einer Spannungsquelle 115 verbunden sind, wobei die Kathode 114 mit einem Biofilm 116 eines bioelektrokatalytisch aktiven Mikroorganismus versehen ist. An der Kathode 1 14 wird ein Substrat X selektiv unter Aufnahme von Elektronen aus der Kathode zum Produkt XH2 reduziert, während an der Anode 1 13 H20 zur Bereitstellung von H+ und Elektronen oxidiert wird, wobei Elektronen an die Anode abgegeben werden. Durch die Membran 1 10 erfolgt der entsprechende lonentransfer 117. Das erhaltene Produkt XH2 wird aus der Reaktionskammer 1 12 abgeführt, während Substrat X zugeführt wird.
Für biotechnologisch interessante Konzepte ist vor allem die Chemo-, Regio-, und Stereospezifität der mikrobiellen Bioelektrosynthese von großem Wert. Dabei wird das Reaktionssubstrat bzw. der Biofilm nicht als Wachstumssubstrat für den Biofilm verwendet, sondern ein separates Wachstumssubstrat sorgt für stabile stationäre Eigenschaften des Biofilms. Analog können auch anodische Konzepte, d.h. zur mikrobiellen Elektrooxidation, entwickelt werden.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Elektrobioreaktor 10 zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese gezeigt. Der Elektrobioreaktor 10 weist ein zylindrisches zu einer Seite 11 (üblicherweise nach oben, d.h. entgegen der Schwerkraft) offenes Bioreaktorgefäß 12, einen Deckel 13 zum Verschließen der Öffnung 14 des Bioreaktorgefäßes 12 sowie einen Einsatz 15, der in das Bioreaktorgefäß 12 reversibel einbringbar ist, auf.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Elektrobioreaktors 10 ist der Einsatz 15 wie das Bioreaktorgefäß 12 zylindrisch ausgeformt, weist jedoch einen geringeren Durchmesser auf. Der Einsatz 15 ist ebenfalls auf der Oberseite 16 offen ausgestaltet und kann über einen Flansch 17 in eine Durchgangsöffnung 18 mit zum Flansch 17 korrespondierenden Ausformungen, hier nicht dargestellt, des Deckels 13 des Elektrobioreaktors 10 eingehangen und damit in das Bioreaktorgefäß 12 eingebracht werden.
Der Einsatz 15 wird mit einem Deckel 19 verschlossen, der zwei Durchgangsöffnungen 20 aufweist, wobei in mindestens einer Durchgangsöffnung 20 eine Elektrode 21 angeordnet ist. In der anderen Durchgangsöffnung 20 kann in Abhängigkeit zur erforderlichen Elektrodenfläche eine zweite Elektrode angeordnet sein. Zudem weist der Deckel 19 vier Öffnungen 22 zum Hindurchführen von Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben oder dergleichen, auf, mit denen eine Fixierung auf dem Deckel 13 des Elektrobioreaktors 10 erfolgt. Die Befestigungsmittel sind hier nicht weiter dargestellt. Zwischen dem Flansch 17 des Einsatzes 15 bzw. dem Deckel 19 des Einsatzes 15 können nicht dargestellte Dichtungen angeordnet sein. Der Einsatz 15 weist in der Wandung 23 drei übereinander angeordnete Durchgangsöffnungen 24 auf, die jeweils mit einer Membran 25 verschlossen sind.
Der Deckel 13 zum Verschließen der Öffnung 14 des Bioreaktorgefäßes 12 ist derart ausgebildet, dass ein am Bioreaktorgefäß 12 vorgesehener Flansch 26, der an der Öffnung 14 ausgebildet ist, umgriffen und abgedichtet wird, so dass der Deckel 13 in seiner Position in aufgesetztem Zustand fixiert ist. Auch hier können nicht dargestellte Dichtungen und Befestigungsmittel vorgesehen sein.
Im zusammengesetzten Zustand des Elektrobioreaktors 10 sind im Bioreaktorgefäß 12 zwei Reaktionskammern 27, 28 ausgebildet. Eine erste Reaktionskammer 27 wird durch den Innenraum des Einsatzes 15 ausgebildet und die zweite Reaktionskammer 28 durch den Raum zwischen dem Einsatz 15 und der Innenwandung des Bioreaktorgefäßes 12. Beide Reaktionskammern 27, 28 sind durch die Membran(en) 25 miteinander verbunden. Für die Durchmischung befinden sich im Bioreaktorgefäß 12 zwei Magnetrührer 29, wobei der Einsatz 15 bodenseitig vom Bioreaktorgefäß 12 beabstandet ist, so dass in dem gegebenen Zwischenraum die Magnetrührer 29 angeordnet sein können. Zudem kann bei Bedarf auch im Einsatz 15 ein hier nicht dargestellter Magnetrührer befindlich sein.
Im Deckel 13 des Bioreaktorgefäßes 12 ist zudem eine Durchgangsöffnung 30 vorgesehen, durch die eine Elektrode 31 geführt ist. In einer weiteren Durchgangsöffnung 32 ist eine Referenzelektrode 33 angeordnet. Die Elektrode 31 sowie die Referenzelektrode 33 befinden sich im zusammengebauten Zustand des Elektrobioreaktors 10 in der zweiten Reaktionskammer 28. Zudem sind in dem Deckel 13 eine Mehrzahl von zusätzlichen Durchgangsöffnungen 34 vorgesehen, in die nicht dargestellte Elektroden, Messsonden, Begasung oder Entgasung, Probennahme oder dergleichen eingebracht werden können. Sämtliche Durchgangsöffnungen 20, 30, 32, 34 werden, sofern diese nicht genutzt werden mit einem geeigneten Mittel wie einem Stopfen o.dgl. verschlossen, da sonst kein Sterilbetrieb möglich ist. Bezugszeichenliste
Membran 110
Reaktionskammer 111,112
Anode 113
Kathode 114
Spannungsquelle 115
Biofilm 116 lonentransfer 117
Substrat X
Produkt XH2
Elektrobioreaktor 10
Seite 11
Bioreaktorgefäß 12
Deckel 13
Öffnung 14
Einsatz 15
Oberseite 16
Flansch 17
Durchgangsöffnung 18
Deckel 19
Durchgangsöffnung 20
Elektrode 21
Öffnung 22
Wandung 23
Durchgangsöffnung 24
Membran 25.
Flansch 26
Reaktionskammern 27, 28
Magnetrührer 29
Durchgangsöffnung 30
Elektrode 31 Durchgangsöffnung 32
Referenzelektrode 33
Durchgangsöffnung 34

Claims

Patentansprüche
1. Einsatz (15) für ein Bioreaktorgefäß (12) zur Ausbildung eines Elektrobioreaktors (10) zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese, mit einer Oberseite (16), einer Unterseite und einer Wandung (23) zwischen Oberseite (16) und Unterseite verlaufend, wobei die Oberseite (16) offen ist, wobei die Wandung (23) zumindest eine mit einer Membran (25) versehene Durchgangsöffnung (24) aufweist und wobei der Einsatz (15) geeignet ist, sterilisiert zu werden.
2. Einsatz (15) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (15) einen Deckel (19) zum Verschließen der offenen Oberseite (16) aufweist, wobei der Deckel (19) zumindest eine Durchgangsöffnung (20) aufweist und die zumindest eine Durchgangsöffnung (20) ausgestaltet ist, eine Elektrode (21 ) derart aufzunehmen, dass die Elektrode (21 ) in dem Einsatz (15) befindlich ist. 3. Einsatz (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Einsatz (15) mit einem Deckel (13) für das Bioreaktorgefäß (12) versehen ist oder in diesen integriert ist, wobei der Einsatz (15) in einer Durchgangsöffnung (18) des Deckels (13) angeordnet ist. 4. Einsatz (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Durchgangsöffnung (24) mit einer Membran (25), vorzugsweise einer ionenselektiven Membran (25) versehen ist.
5. Einsatz (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (15) aus einem elektrochemisch inerten Material besteht.
6. Einsatz (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (15) und/oder der Deckel (19) und/oder der Deckel (13) für das Bioreaktorgefäß (12) autoklavierbar/dampfsterilisierbar ist oder sind. 7. Einsatz (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Einsatz (15) und/oder der Deckel (19) und/oder der Deckel (13) für das Bioreaktorgefäß (12) steril ist oder sind und jeweils oder gemeinsam in einer auf der Innenseite sterilen Verpackung angeordnet ist oder sind. 8. Elektrobioreaktor (10) zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen
Elektrosynthese, der ein zu einer Seite offenes Bioreaktorgefäß (12), optional einen Deckel (13) zum Verschließen der Öffnung (14) des Bioreaktorgefäßes (12) sowie einen Einsatz (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält, der in das Bioreaktorgefäß (12) reversibel einbringbar ist und zur gleichen Seite wie das Bioreaktorgefäß (12) offen ist, wobei im Einsatz (15) eine erste
Reaktionskammer (27) ausgebildet ist und der Einsatz (15) von der Innenwand des Bioreaktorgefäßes (12) beabstandet ist, wodurch eine zweite Reaktionskammer (28) ausgebildet ist, und in der zur Innenwand des Bioreaktorgefäßes (12) weisenden Wandung (23) zumindest eine mit einer Membran (25) versehene Durchgangsöffnung (24) vorgesehen ist, wobei das
Bioreaktorgefäß (12), der Deckel (13) und der Einsatz (15) geeignet sind, sterilisiert zu werden.
9. Elektrobioreaktor (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (13) des Bioreaktorgefäßes (12) zumindest eine Durchgangsöffnung
(30) aufweist, wobei eine Durchgangsöffnung (30) ausgestaltet ist, eine Elektrode (31 ) derart aufzunehmen, dass die Elektrode (31 ) außerhalb des Einsatzes (15) im Bioreaktorgefäß (12) befindlich ist. 10. Elektrobioreaktor (10) nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Bioreaktorgefäß (12) und optional der Deckel (13) autoklavierbar bzw. dampfsterilisierbar sind.
11. Elektrobioreaktor (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrobioreaktor (10) zumindest teilweise aus einem elektrochemisch inerten Material besteht.
12. Elektrobioreaktor (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei der Elektrobioreaktor (10) und/oder der Einsatz (15) und/oder die Deckel (13) steril ist oder sind und jeweils oder gemeinsam in einer auf der Innenseite sterilen Verpackung angeordnet ist oder sind.
13. Kit umfassend einen Elektrobioreaktor (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, oder ein Bioreaktorgefäß (12) und/oder einen Einsatz (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und/oder einen Deckel (13) für das Bioreaktorgefäß (12) und/oder einen Deckel (19) für den Einsatz (15), wobei die Komponenten des Kits steril sind und einzeln oder gemeinsam steril verpackt sind.
14. Verwendung eines Einsatzes (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Ausrüstung eines Bioreaktors zur Erzeugung eines Elektrobioreaktors (10), um mit diesem eine sterile mikrobielle Elektrosynthese durchzuführen.
15. Verwendung eines Elektrobioreaktors (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 zur Durchführung einer sterilen mikrobiellen Elektrosynthese.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2037493A1 (en) * 1990-03-12 1991-09-13 Jerry W. Smith Culture dish package system and method of making
ES2190229T3 (es) 1998-07-09 2003-07-16 Univ Michigan State Metodos electroquimicos de generacion de una fuerza motriz protonica de naturaleza bilogica y de regeneracion de un cofactor de nucleotido de piridina.
US20120082869A1 (en) 2009-04-07 2012-04-05 Arizona Board Of Regents Microbial Electrolytic Cell
NL2003812C2 (en) 2009-11-17 2011-05-18 Stichting Wetsus Ct Excellence Sustainable Water Technology Bio-electrochemical device and method for upgrading a fluid.
DE102011054364C5 (de) * 2011-10-10 2022-05-19 DASGIP Information and Process Technology GmbH Biotechnologische Vorrichtung mit einem Bioreaktor, Abgastemperiereinrichtung für einen Bioreaktor und Verwendung
US9216919B2 (en) 2012-03-28 2015-12-22 Arizona Science And Technology Enterprises Llc Microbial electrolysis cells and methods for the production of chemical products
DE102013224673A1 (de) 2013-12-02 2015-06-03 Helmholtz-Zentrum Für Umweltforschung Gmbh - Ufz Aufrüstset für Bioreaktoren zur Durchführung der mikrobiellen Bioelektrosynthese

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