EP4208009A2 - Lagerbehältnis, wachstums- und/oder vermehrungsstation, kultivierungssystem und verfahren zur kultivierung von entwicklungsgut - Google Patents

Lagerbehältnis, wachstums- und/oder vermehrungsstation, kultivierungssystem und verfahren zur kultivierung von entwicklungsgut

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Publication number
EP4208009A2
EP4208009A2 EP21770129.1A EP21770129A EP4208009A2 EP 4208009 A2 EP4208009 A2 EP 4208009A2 EP 21770129 A EP21770129 A EP 21770129A EP 4208009 A2 EP4208009 A2 EP 4208009A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
storage container
growth
propagation
station
substrate
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
EP21770129.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin RUTZ
Günter DÜRR
Fabio Cirillo
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.)
Capsero Ag
Original Assignee
Capsero Ag
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 Capsero Ag filed Critical Capsero Ag
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01N2291/0215—Mixtures of three or more gases, e.g. air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Definitions

  • Storage container growth and/or propagation station, cultivation system and method for the cultivation of developmental material
  • the present invention relates to a storage container, a growth and/or propagation station, a cultivation system and a method for cultivating developmental material
  • JP 4'979'976 B2 Furthermore, greenhouses are known from the prior art JP 4'979'976 B2, in which a harvest is carried out under aseptic conditions by means of harvesting robots. Next are from JP 4'979'976 B2, as well
  • WO201 7/041757 A1 discloses walk-in containers for growing plants or similar goods, which allow seedlings to be grown from seeds, and also the simultaneous raising of plant goods from seedlings, and devices for harvesting them. However, these do not have any provisions for aseptic processing after harvest.
  • the object of the present invention to provide development material for cultivation in such a way that the development material is not contaminated during introduction, development, harvesting and processing, the cultivation of the development material can be carried out depending on the development stage, the transport container for the material to be developed occupies as small a volume as possible in accordance with the material to be developed and the material to be developed can develop both inside and outside the transport container until harvest under aseptic conditions that are optimal for the material to be developed, ie different climates.
  • the development material should be provided in such a way that it can be transported in a protected manner, which already uses the transport period for cultivation, which can be easily stored and can be expanded modularly as part of a farm. In particular, this task arises from the requirements of regulated industries such as pharmaceuticals, cosmetics and dietary supplements.
  • the present invention solves the problem by a storage container with the features of claim 1 and by a growth and/or propagation station with the features of claim 11 and a maintenance unit of claim 19 and a method of claim 20.
  • a storage container comprises an interior space and a substrate arranged therein.
  • the substrate forms the surface which allows growth or multiplication of biological living development material.
  • the substrate can allow rooting, ie penetration or adhesion of roots.
  • Porous materials such as porous rock or a sponge material, or gel-like materials, such as hydrogels or gels made from biological materials, are particularly well suited for this.
  • the development material particularly preferably has a high water absorption capacity. Of course, instead of water, other liquid media, e.g. a nutrient solution, can also be absorbed. Nutrients can be contained in the substrate, e.g. in liquid but also in solid form, e.g. as salt.
  • the substrate can preferably extend over the entire width of the interior and is arranged stationary on the wall of the storage container according to the invention, for example by adhesion or for example by placing the substrate on a mesh layer that is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the storage container.
  • the substrate can also be designed in such a way that, without a support structure, the substrate is stationary due to adhesion to the wall of the storage container and due to cohesion in the substrate itself.
  • the substrate is designed as an absorbent material with a water absorption capacity in the dry state of at least 50 g water/cm 3
  • the water absorption capacity can include both unbound water and unbound water, such as is present in the form of hydrogel.
  • the absorbent material can have several components or can also be formed in several layers.
  • the absorbent material can be a spongy material, which is optionally held in its position by an additional support structure.
  • the absorbent material is a dimensionally stable sponge material, possibly with additional nutrients incorporated. Fixing the substrate without losing its dimensional stability is advantageous, especially since this can prevent the formation of a reservoir, e.g. an accumulation of water, in the area of the end segment, which would make opening the storage container on the bottom end segment more difficult.
  • the storage container also has a living biological development material arranged in or on the substrate.
  • the developmental material can preferably be a plant, for example in the form of a seed, a seedling or a cloned seedling.
  • fungi, fungal spores, algae or other biological organisms can also be used as development material.
  • Other organisms that fall under the term "development good” are named in the following description.
  • the specialist would provide an open device, e.g. a flower pot or the like, for a storage container, since the plant can become moldy if stored for a long period of time, water supply is not possible and otherwise an adequate supply of nutrients is not guaranteed.
  • biological living development material can be designed as a plant, cell cluster, seed, synthetic seed or embryo, in particular as a cloned biological creature.
  • the biological living development material is not exclusively tied to a volume to biological mass ratio.
  • the storage container is designed according to the invention as a closed capsule, with the storage container preferably has a tubular middle segment defining the longitudinal axis.
  • the capsule is only intended to bridge the short period of time between the provision of the plant, eg a cloning process, and the placement of the plant in an aseptic atmosphere of a container.
  • the stay of the material to be developed in the storage container in the closed state is therefore preferably less than 14 days, in particular less than 5 days. If the storage container is in the aseptic atmosphere, it can be opened, which allows for water supply and air exchange and prevents mold growth.
  • the storage container thus ensures an aseptic atmosphere, preferably aseptic according to ISO 11135, ISO 11137, ISO 17665-1, ISO 13408-1, EU GMP Annex 1 or US cGMP with a sterilization process target of an SAL of at least 10′ 5 .
  • the storage container particularly preferably consists of a dimensionally stable material which can be inserted into an opening in a storage rack.
  • the storage container has two end segments and a tubular middle segment, with the substrate and the material to be developed, in particular the plant, being arranged in the middle segment and with at least one of the end segments having a smaller wall thickness than the middle segment or a thermally, physically stronger than the middle segment -, and / or has chemically vulnerable dimensionally stable wall material.
  • a thermal vulnerability can consist in a difference in the melting point of the respective wall materials.
  • a physical vulnerability can, for example, lie in a better mechanical destructibility, e.g. by ultrasound or by mechanical shock.
  • a predetermined separation point can also be provided between the middle segment and the end segment.
  • the predetermined separation point can be a predetermined breaking point. It is also possible that a heating wire melts the material at this point (e.g. through inductive heating). In this case, the predetermined separation point would be a predetermined melting point.
  • At least the middle segment of the storage container can preferably consist of a dimensionally stable wall material.
  • dimensionally stable means that the wall material, unlike a film, cannot be folded, but forms a container, ie a shaped body.
  • deformability of the wall for example in the case of a plastic capsule, is possible within the scope of the present invention.
  • the storage container is also preferably designed in such a way that it cannot be autoclaved, but can be surface sterilized.
  • the substrate is preferably arranged stationary in the area of the central segment.
  • the substrate may comprise a porous material.
  • the substrate may also include a water soluble material incorporated into the bibulous material.
  • the storage container can be designed as a hermetically sealed capsule without additional connections for ventilation or medium supply or for filtration.
  • the storage container can be designed in such a way that it can be opened on both sides in an aseptic environment.
  • the substrate is arranged in the middle segment for the introduction and positioning of the material to be developed.
  • At least one of the end segments can be formed from a gas-permeable material.
  • the material can in particular be designed as a gas-selective, semi-permeable material, preferably CO2, O2, N2 and/or CH4-selective.
  • the storage container can advantageously have a space below the substrate in the form of a gas-filled or vacuum-filled cavity, which can preferably be used to accommodate roots that have grown beyond the substrate.
  • This cavity is delimited by wall sections of the storage container and by the substrate. This means that no accumulation of water is planned in this area.
  • the first of the end segments which has a smaller wall thickness than the middle segment and/or has a wall material that is more susceptible to thermal, physical and/or chemical attack and/or has a predetermined breaking point, is preferably used as a bottom end segment with respect to the living biological development material educated.
  • a wall of the storage container, in particular of the middle segment can consist of a transparent material, at least partially or completely, so that a visual check of the condition of the material to be developed in the storage container is possible.
  • the material can consist of a transparent, UV-impermeable, thermally insulating material that is at least partially gas-tight to the outside.
  • the middle segment can have at least one limit stop distributed around the circumference or several limit stops distributed around the circumference as an axial stop or a conical shape for the same purpose.
  • the storage container can also have a locking device in order to fix the storage container in a stationary and vibration-proof manner.
  • a locking device is preferably attached to the middle segment, in particular to the lower half of the middle segment.
  • the substrate is particularly preferably arranged as the only water reservoir within the storage container.
  • the substrate has a water content of at least 30 g water/cm 3 and is preferably positioned as a shaped body in the middle segment of the storage container. This means that the substrate does not necessarily have to be filled with water up to its maximum absorption capacity, although this is preferred.
  • the storage container can also have an all-encompassing sterilizable surface that can be sterilized by suitable sterilization methods such as UVC, ethanol, ozone, perchloroacetic acid, hydrogen peroxide, etc. Sterilization can be carried out as CIP as well as WIP, wipe sterilization, immersion sterilization, exposure to light or gassing.
  • suitable sterilization methods such as UVC, ethanol, ozone, perchloroacetic acid, hydrogen peroxide, etc. Sterilization can be carried out as CIP as well as WIP, wipe sterilization, immersion sterilization, exposure to light or gassing.
  • Materials of the storage container that are particularly suitable for this purpose are those based on a metal such as aluminum, iron, a thermoplastic such as polyamide, polycarbonate, polyolefin, polyacrylic, polymethacrylic, halogenated ethylene, etc. and/or an elastomer such as rubber. halogenated elastomers, silicones, etc. is formed. i.e. consist of
  • a growth and/or propagation station for cultivating development material, the growth and/or propagation station being designed as a large-capacity container, in particular as an ISO container and wherein the large-capacity container has a device for generating and/or monitoring an aseptic inner atmosphere.
  • the device can in particular be a sensor-monitored distributor device.
  • a distribution device can have inlet and outlet lines, actuators such as fans or pumps, and control devices such as valves or gas flaps.
  • a sensor arrangement comprising one or more sensors for determining various parameters.
  • Another part of the distributor device can be at least one control and/or evaluation unit, which receives measurement data from the sensors and, if necessary, sets the actuators or control devices to a setpoint based on the measurement data.
  • the aforementioned device is thus designed and set up to provide and monitor an aseptic inner atmosphere while at the same time setting, monitoring and/or maintaining optimal growth conditions based on various parameters.
  • the parameters are monitored, adjusted and/or maintained to ensure the growth conditions. They include the temperature, air pressure, humidity and the gas exchange rate, which can be determined and set by sensors using the device.
  • the parameters air pressure, light intensity, amount of fertilizer, fertilizer composition, pH value and/or conductance value can also be used for an even better realization of the monitoring, setting and/or maintenance of the parameters.
  • monitoring and adjusting the gas exchange rate parameter is beneficial to create a controlled, hermetic atmosphere while optimizing energy efficiency.
  • sensors for fulfilling this task are known per se to a person skilled in the art.
  • humidity sensors pressure sensors, ion-selective electrodes, flow sensors, conductivity sensors and the like can be used.
  • SAL level is the sterility assurance level which can be determined by combining several measured values.
  • the monitored and adjustable partial gas pressure can be the partial gas pressure of one or a combination of the following gases: CO2, O2, N2, He, Ar, O3, CO, CH4, ethane, ethene, ethyne and/or terpenes.
  • the terpenes can be the concentration of one or more of the following terpenes: hemiterpenes, monoterpenes, sesquiterpenes, diterpenes, sesterterpenes, triterpenes, tetraterpenes, polyterpenes and/or terpenoids.
  • the growth and/or propagation station has a growth room with an inlet and/or outlet for a CIP medium, in particular IIV-C radiation, gases such as ozone, ethylene oxide, propylene oxide, or a nebulized liquid medium such as hydrogen peroxide, inorganic acids or inorganic bases.
  • gases such as ozone, ethylene oxide, propylene oxide, or a nebulized liquid medium such as hydrogen peroxide, inorganic acids or inorganic bases.
  • gases and mist it is also preferred that a distribution system is available to decontaminate the entire interior. This can happen in particular with ventilation or pressure-delivered nebulized media.
  • ventilation distribution is advantageous for gases and spray nozzles for fluids.
  • Suitable sensors such as gas sensors to determine the gas concentration, radiation sensors to determine the photon flow, pH sensors to determine the acid or base strength, and/or ion-selective electrons to determine the ionic strength.
  • the exposure time In connection with the concentration, the exposure time must be measured to confirm successful decontamination.
  • ozone is advantageously used, which is formed by arc discharge or by UV-C on atmospheric oxygen and is introduced into the wax chamber until the concentration and/or the exposure time has been reached.
  • the large-capacity container can have at least one storage rack for arranging one or preferably a plurality of storage containers according to the invention.
  • the storage rack or racks is or are movable, in particular movable, arranged relative to the container wall.
  • the storage racks can be mounted on roller bearings, compressed air bearings and/or plain bearings.
  • the large-capacity container according to the invention can preferably have at least one, several or preferably all of the following devices:
  • a pump for transporting media including a nutrient-containing medium and/or a sterilization medium
  • control and/or evaluation unit for controlling a control circuit for adapting the interior atmosphere to the changes detected by the sensor
  • Individual devices in particular electronic devices, can be arranged in a service area that is spatially separate from the wax room, which is accessible from the outside and is not subject to the aseptic atmosphere.
  • Media and/or signal or power lines from this service area to the wax room are preferably cast in a media-tight partition so that the interior atmosphere cannot penetrate into the service room and, conversely, the aseptic properties in the wax room are retained even when the service area is accessed. Further advantageous configurations of the growth and/or propagation station result from the following description and the figures.
  • a cultivation system comprising a growth and / or propagation station and a maintenance unit, in particular a harvesting unit, wherein the maintenance unit with the growth and / or propagation unit for transferring development material or machines between the connected to both units and wherein the maintenance unit has the aseptic inner atmosphere.
  • the maintenance unit can be part of the container which also has the wax room or, particularly preferred for a larger modular arrangement, the maintenance unit can be arranged in a separate container.
  • a sluice can be arranged between two containers and decontaminated with suitable measures such as negative pressure, in particular vacuum, or, as mentioned above, one or more CIP media. By opening both containers, the lock can be flooded with the aseptic inner atmosphere.
  • a double door on one or both of the two containers can also represent a safety device for coupling the containers.
  • the containers have suitable coupling devices in order to connect the two containers to one another firmly in an adjacent position and preferably in a medium-tight manner.
  • Also according to the invention is a method for the cultivation of material to be developed, which has at least the following steps: a) providing a storage container according to the invention, b) introducing a material to be developed into the storage container under aseptic conditions. c) Inserting the storage container into a storage frame of a growth and/or propagation station, in particular a growth and/or propagation station according to the invention, and opening the storage container at least at both ends. d) monitoring the growth and/or multiplication of the development material in the aseptic inner atmosphere until a growth and/or multiplication stage for harvest is detected;
  • the growth or propagation stage can be determined by optical analysis, for example the size of the plant, the spread of a bacterial strain or the outgassing of organic substances, and compared with a target value.
  • optical analysis for example the size of the plant, the spread of a bacterial strain or the outgassing of organic substances, and compared with a target value.
  • other measurement methods are also possible within the scope of the present invention.
  • a maintenance unit preferably a maintenance unit according to the invention, is then used to recover the valuable material.
  • Sterilization preferably takes place in step c), preferably after the insertion of the storage container, preferably as part of a CIP method. This implies that the storage container withstands the sterilization conditions at least during the sterilization and thus protects the material to be developed.
  • a first process step of the method can be, among other things, the introduction of development material into the storage container together with substances that can influence growth.
  • the development material can be individual seedlings or any form of viable, in particular living, biomass.
  • the storage container can serve to protect the material to be developed both as storage, manipulation or transport protection, in particular in the case of ground, water or air transport.
  • the storage container can be sterilized in the process and can be opened automatically, preferably after it has been placed in the trays of the storage rack and after the internal atmosphere has been sterilized.
  • the storage container can be firmly anchored in the trays and can be clearly identified by a marking arranged on the storage container.
  • a single growth and/or propagation station or several such stations, which are combined to form a so-called farm can have a service area, also referred to below as a process room, and a maintenance unit.
  • the growth and/or propagation station or farm can allow continuous aseptic cultivation of biomass to be cultivated, called development material, without human having to or being allowed to enter the system.
  • the growth and/or propagation stations can be stacked and have stacking stops, which are typical for ISO containers, particularly in the corner areas.
  • the growth and/or propagation station or the farm may have indoor atmosphere conditions in the unit (called indoor atmosphere) which can preferably be provided as follows according to the needs of the development material by i) setting up the indoor atmosphere conditions in the unit as a closed-loop , and that ii) the atmospheric conditions can be controlled and meet the aseptic criteria of a clean room according to ISO and/or GMP, iii) the development material the temperature, humidity, nutrient composition, pressure, electromagnetic field, air flow, atmospheric composition , the pH value, the light intensity, the light spectrum, and/or the day/night cycle can be made available as required, iv) the conditions in the indoor atmosphere are measured and recorded just in time, v) the recorded data are local and /or used centrally for analysis and interpretation, processing tet and used to control further processes.
  • the growth and/or propagation station or farm can have the mass and transport properties of standard containers (ISO containers) transportable by truck or ship.
  • ISO containers standard containers
  • the growth and/or propagation station or the farm can have at least one power supply and one communication module, in particular a radio module, for operation.
  • the unit with a storage rack or rack system optimized for cultivation area can be formed from at least two racks that can be moved parallel to one another, each with a supply system integrated in the racks.
  • the shelving system allows for the promotion of nutrients for the cultivation of the cultivation material.
  • the nutrients can be both aeroponic and hydroponic, or a mixture of these, are conveyed to the cultivation material.
  • Aeroponic cultivation can preferably be accomplished by a low-pressure system by nebulization using piezo elements.
  • Hydroponic cultivation can be accomplished using low pressure systems, particularly nutrient film technology.
  • the individual shelves can contain one or more shelves for holding storage containers, which can hold the storage container or a plurality of storage containers.
  • the trays are modular, reusable, cleanable and sterilizable, with the option of firmly anchoring the storage container.
  • the maintenance unit allows the aseptic transfer of development material from the growth and/or propagation station into the maintenance unit, in particular in the form of a harvesting unit.
  • the maintenance unit can preferably be moved in the horizontal and vertical direction
  • a scissor lift may be used for the vertical movement
  • a mecanum drive may be used for horizontal travel
  • FIG. 1 shows a sectional side view through a storage container for living biomass, in particular one that is capable of growth or reproduction;
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of the growth and/or propagation station;
  • Figure 3 rear view of the growth and/or propagation station;
  • FIG. 4 shows a sectional side view through a supply station for connection to the growth and/or propagation station
  • FIG. 5 shows a sectional side view through a first maintenance unit for connection to the growth and/or propagation station
  • FIG. 6 shows a sectional side view through a second maintenance unit for connection to the growth and/or propagation station.
  • biomass is produced which is suitable as a starting product which reproduces and/or develops, e.g. grows, in a subsequent growth phase.
  • the growth phase is also called maturation in the following.
  • the biomass can belong both to the group of prokariots and to the group of eukaryotes.
  • the biomass can be produced in particular by means of somatic embryogenesis, zygotic embryogenesis and/or apomixis and their subgroups using a method which is characterized in that aseptic conditions can be maintained.
  • cells can be derived from the meristem, the simple permanent and/or the complex permanent tissue. Furthermore, stem cells, spores, sperm, ova and/or seeds can be used.
  • the biomass can be preserved by suitable chemical, biological and/or physical measures such as hormones, toxins, enzymes and/or by cooling, freezing or drying.
  • suitable chemical, biological and/or physical measures such as hormones, toxins, enzymes and/or by cooling, freezing or drying.
  • the biomass is referred to as a development good, because the biomass obtained in the process steps I, II and III described here is to be fed into its development into a form ready for harvesting.
  • the material to be developed is placed in packaging under aseptic conditions, hereinafter referred to as the storage container.
  • the storage container in the embodiment variant has an interior space 3 in the area of a central segment 2 in which a substrate 4 for the provision and/or storage of nutrients 5 for development material 6 arranged in the substrate 4 and cultivated under aseptic conditions, in particular a plant seed, plant seedling or a plant germ and/or a fungal spore and/or alga or the like is arranged .
  • a substrate can contain, inter alia, water or a hydrated gel, as well as various salts, hormones, vitamins, carbohydrates, chelates and/or amino acids, which additionally support plant growth.
  • the interior space 3 is delimited by a wall 7 which extends circumferentially around the substrate 4 in the form of a tube.
  • the middle segment 2 has an end segment 8 on both sides, which closes the interior space 2 at the ends.
  • the end segments 8 have a detachable connection, e.g. a sealed mechanical interface and/or a predetermined breaking point 9, at the transition area to the middle segment 2.
  • the mechanical interface 9 can be designed as a non-positive connection of the end segment with the middle segment, e.g. with a circumferential seal, with the end and middle segment being connected to one another via a mechanical connection mechanism, e.g. a latching mechanism.
  • a material connection can also be provided, as is the case with a predetermined breaking point, or an insulating and/or adhesive connection, as is the case with z.
  • a fusible seal is the case.
  • the interface can also have a film hinge which, after releasing the mechanical connection mechanism, connects the respective end segment to the middle segment 2 as a cover-like configuration.
  • the storage container 1 can have a water and/or contamination-repellent protective layer 10, for example a layer of wax.
  • the coating allows for surface sterilizability as part of a CIP process or any other sterilization process and/or maintains the aseptic barrier.
  • a CIP method is understood here to mean a cleaning and/or sterilization method in which cleaning in place or sterilization in place can be carried out.
  • a CIP process includes cleaning, rinsing, washing and sterilization.
  • the wall 7 of the storage container 1 has a barrier layer 11, preferably made of glass, polyolefin, polyamide, halogenated polyvinylene, terephthalates and/or EVOH, the diffusion barrier layer preferably being at least 2% of the wall thickness, preferably between 10-100% of the wall thickness.
  • the diffusion barrier layer can be arranged between two supporting layers 12 . This can be any transparent material so that the condition of the plants within the storage container can be visually identified.
  • the wall 7 of the storage container 1 also has UV protection in the form of the material and/or material additives, such as polymer additives from the benzotriazole series, triazines, acrylates, phenones and/or HALS and/or as a barrier layer 11, preferably made of UV-inhibiting Material such as pigmented and/or opaque polymers,
  • the storage container 1 has a preferred dimensional stability such that the storage container and the goods contained therein can be transported by ground, water and air.
  • the storage container has a dimensional stability of a pressure difference of at least 255 hPa, preferably 500 hPa.
  • the storage container 1 has at least one limit stop 14 which protrudes radially from the central segment 2 and limits the insertion depth of the storage container 1 into a storage rack 14 in a growth and/or propagation station 100 .
  • the storage container 1 can be opened at a defined position, preferably in an automated manner.
  • the storage container 1 can be opened at both ends without human intervention in the aseptic atmosphere of a growth and/or multiplication station 100 described below and also according to the invention.
  • the storage container 1 is in particular shaped in such a way that it can be automatically inserted into the opening of the storage rack 14 provided for the maturation at the location of the maturation of the material to be developed 6 .
  • the openings for maturing in the storage rack 14 are referred to below as the setting area.
  • the phase between the introduction of the material to be developed 6 into the storage container 1 and the introduction of the storage container into the placement area is called process step II in the following.
  • the planting place is a place in a growth and propagation station 100, also referred to below as a growth room, where the storage container 1 remains during maturation until harvest and where the material to be developed 6 is kept stable by means of the storage container 1.
  • the storage container 1 according to the invention is provided with the material to be developed 6, which is placed on the aforementioned substrate 4, which contains a depot of substances that stop, inhibit, delay, slow down, accelerate, promote and promote the growth or multiplication of the material to be developed 6 /or allow.
  • the storage container 1 is designed to form a sterile barrier between the environment outside the growth and propagation station 100 and the material to be developed 6 .
  • This sterile barrier is provided by the storage container 1 both during the packaging of the material to be developed 6 and during its storage, transport, handling and introduction to the planting site in the growth and propagation station 100.
  • the storage container 6 is, particularly after it has been introduced into the growth room of the growth and propagation station 100, sterilizable, be it with the help of liquids, radiation, gases or a mixture of the aforementioned variants.
  • the storage container 1 protects the material to be developed 6 during this sterilization process.
  • the storage container 1 can be opened by an automated and/or controllable opening method.
  • Variants of this opening method includes
  • the storage container 1 contains substances for the supply of the material to be developed 6 during storage, transport and introduction into the growth and/or propagation station 100. These can include water, nutrients and other media or substances. In particular, the substances can either interrupt, inhibit, slow down, promote, accelerate and/or continue the development cycle.
  • the wall of the storage container 1 can also allow gas exchange while maintaining the sterility of the material 6 to be developed.
  • a membrane can be incorporated into the wall, which allows gas to escape on one side, but not liquids.
  • a membrane can be incorporated into the wall, which respectively allows specific gases or gas mixtures to escape. lets occur.
  • the storage container 1 can have a marking which has an identification of the material to be developed 6 and the position or the place where the storage container 1 is placed, as well as possibly further information.
  • the marking and consequently the item 7 to be developed can preferably be designed as a QR code, barcode, data matrix code, point or dot matrix, symbols, color or colors, pattern, RFID or a mixture of these variants mentioned above, so that the development good 7 is identifiable and traceable.
  • the invention further relates to a cultivation system consisting of at least one growth and/or propagation station 100 or of several assembled, modular growth rooms, hereinafter referred to as farm 200, in which process step III takes place
  • Each individual growth and/or propagation station 100 can be designed as a container with overseas container standard dimensions, ie a large-capacity container according to ISO 668 in the current version at the priority time of the present invention.
  • the container can be transported in particular by truck or ship, can be stacked and/or bolted using conventional devices in accordance with ISO 668, and it is therefore possible to combine a number of growth and/or propagation stations 100 and, if necessary, other stations to form a farm 200.
  • the growth and/or propagation station 100 is thermally separated from the outside world by internal insulation 15 and can provide a desired climate.
  • the inner insulation 15 made of polystyrene, polyurethane, cellulose, mineral substances, glass, respectively. Foams, fibers or wool made of these.
  • the material to be developed 6 is offered its own hemisphere, which is referred to below as the inner atmosphere, which is made available to the material to be developed 6 over the various maturation cycles for each growth and/or propagation station 100 or for the entire farm in accordance with the conditions required by the material to be developed 6 can.
  • the growth and/or propagation station 100 also has a sluice-like installation and/or docking point 16 and optionally a maintenance unit 17 as an extension to a processing system on a first end face of the growth and/or propagation station 100 .
  • the maintenance unit 17, hereinafter referred to as the maintenance unit 300 can be used to maintain the growth and/or propagation station 100 and/or the harvest in a contamination-free and sterile manner.
  • the maintenance unit 300 can have, among other things, a double door 18 which enables the lock-like installation. The harvest takes place in process step IV.
  • the growth and/or propagation station 100 should not be entered by humans. This is necessary in order to provide the material to be developed 6 with an aseptic inner atmosphere, and consequently pesticides for treating the material to be developed 6 can be dispensed with.
  • Media can be supplied via a second end face, the technical side 19, of the growth and/or propagation station 100, which is preferably designed as a container, and can thus be accessible from the outside for maintenance and servicing work, in particular also during process step III. All the materials and media required for the growth and multiplication of the material to be developed 6 can be supplied to and/or removed from the growth and/or multiplication station 100 via the technology side 19 . Optionally and particularly preferably, maintenance cycles can be provided for this supply and/or removal in order to maintain control and aseptics within the wax chamber.
  • the growth and/or multiplication station 100 has at least one energy supply and management unit 20 of its own.
  • the energy supply and management unit 20 has at least one communication module 21 of its own.
  • the energy supply and management unit 20 can also have an uninterruptible power supply 22 at its disposal.
  • a light source 23 can be provided in order to provide the material to be developed 6 with calibratable light conditions, i.e. to make all other atmospheric conditions available to the material to be developed 6, such as the day/night cycle or a required changeable light spectrum and light intensity.
  • the material to be developed 6 can be provided with a constant light intensity during the entire growth cycle.
  • the growth and/or propagation station 100 has a humidification and/or a ventilation unit, hereinafter referred to as the air conditioning unit 24, in order to provide the material to be developed with the required humidity, the atmospheric composition and winds via preferably ventilation slots 25.
  • the air conditioning unit 24 a humidification and/or a ventilation unit, hereinafter referred to as the air conditioning unit 24, in order to provide the material to be developed with the required humidity, the atmospheric composition and winds via preferably ventilation slots 25.
  • the growth and / or propagation station 100 has a nutrient resp. Irrigation system 26 in order to provide the material to be developed 6 with the required coordinated nutrients for the entire growth cycle and to provide them at the points required by the material to be developed 6, such as the roots or foliage.
  • Irrigation system 26 in order to supply the nutrients in an irrigation system 26 so that the components, respectively. the composition of the nutrient medium is known. This can be realized in that water is disinfected, deionized and/or freed from heavy metals by a water treatment 27 . This treated water can be temporarily stored in a reservoir 28, respectively. be recycled to the effect to the nutrient medium, respectively. to be fed back to the irrigation system 26 .
  • Aeroponic cultivation is characterized by wetting roots with an aerosol of a solution of nutrients and water.
  • the growth and/or propagation station 100 can have a low-pressure system, for example.
  • a high-pressure system or an ultrasonic atomizer can also be used.
  • the solution can be nebulized by means of piezo elements.
  • hydroponic cultivation using NFT can also be made possible.
  • the material to be developed is used in net pots or the like, which allow the roots of plants or the mycelium of mushrooms or other parts of the material to be developed to protrude from the pot and into a liquid-carrying channel in which a nutrient solution is carried.
  • This channel is slightly slanted and thus specifies a direction of flow for the nutrient solution.
  • the nutrient solution can then be discharged via discharge openings and in a collection area below the channel collected and possibly returned to the channel in the circuit, preferably pumped.
  • An air space is arranged between the nutrient solution and the pot, which must be overcome or bridged by the parts of the material to be developed in order to reach the nutrient solution.
  • the nutrient medium is mixed from water that has previously passed the water treatment 27 and/or was conveyed from the reservoir 28 by means of actuators 29 and/or gravitationally and the various nutrients that are advantageously stored in nutrient containers 30 .
  • the nutrients from the nutrient containers 30 are advantageously mixed passively and/or actively by a mixing chamber 31 .
  • gradients, pulses, steps or changes in nutrient media compositions can be implemented, which, coordinated with the growth cycle of the material to be developed 6, can influence the development of the material to be developed 6.
  • the growth and/or multiplication station 100 has a closed control circuit with a control and/or evaluation unit 32 and a number of actuators 29 and sensors 33 .
  • the control circuit detects the concentrations of the substances both in the internal atmosphere and in the nutrient media supplied, and can analyze changes in the internal atmosphere. Then, by controlling and/or regulating the actuators 29 of the control circuit, the control and/or evaluation unit 32 enables the material to be developed 6 to be provided with an adapted internal atmosphere and/or nutrient media based on the analyzed data. This can be done promptly or just in time, so that the preferred period of time between the measurement and the adjustment is less than 30 minutes, preferably less than 15 minutes.
  • the aforementioned control circuit is advantageous within the scope of the present invention as part of the growth and/or multiplication station 100.
  • the control circuit can advantageously be designed as a closed control circuit. It can have a control and/or evaluation unit 32 for controlling it. The control takes place in particular after the evaluation of sensor signals by corresponding sensors 33 within the growth and/or propagation station 100.
  • the control and/or evaluation unit 32 and preferably also the entire control circuit can preferably be operated remotely and particularly preferably by an external device via a communication module 21 can be controlled bidirectionally. A more complex analysis of measurement data can be performed by the external device.
  • the data can be stored in particular by the external device.
  • the term "external device" also includes an IT infrastructure, such as a cloud or a neural network.
  • Data transmission can take place between the control circuit and the external device.
  • An IT infrastructure in the form of an artificial neural network can also be used to control the control circuit, which, for example, recognizes tendencies from the sensor data and can draw conclusions about the overall state of the development item 6 using corresponding analysis logarithms.
  • artificially generated swarm intelligence can be used to evaluate a large number of sensor data.
  • the data is preferably transmitted between the control circuit and the external device via a communication module 21 that transmits and/or receives via GSM, WiFi, LoRa and/or Bluetooth.
  • the control loop is characterized in that the data collected by the sensors 33 is logged and used by an evaluation corresponding to the product 6 to be developed in order to maintain, restore and/or bring about conditions. These conditions can advantageously be that a desired or required internal atmosphere or a change in the nutrient composition is controlled. This can be applied both in real time and in a time-delayed or a so-called time-shift method.
  • the control circuit can use data from all growth rooms and all farms 200 for the evaluation, both simultaneously and over a period of time. The data can be used for the purpose of analyzing the growth phases, the state of health or the maximization and/or minimization of parameters of the development good 6, in particular for determining limit and/or target values.
  • analyzes or other data can also be supplemented, verified or made plausible for the analysis.
  • the data may be accessed through methods of mathematical analysis, interpretation, causality, reasoning, decision making, and/or prognosis.
  • the analyzes can be refined, supplemented, expanded and/or completed using statistical methods. Statistical methods such as error analysis, ANOVA, series developments, maxima, minima, differential, integral and/or convergence analyzes are particularly suitable.
  • the analysis, management, storage, archiving and backup of the data can be done remotely from the growth and/or propagation station 100 or from the farm 200 in the external device and uses common transmission protocols, techniques and infrastructure, further data processing called.
  • the data processing is characterized in that bidirectional communication with the growth and/or propagation station 100 and/or the farm 200 is possible and that the data is processed by algorithms using AI (artificial intelligence, machine learning or supervised machine learning (central ) is used, processed and the knowledge gained from this is used for the cultivation of development good 6.
  • AI artificial intelligence, machine learning or supervised machine learning (central )
  • the growth and/or propagation station 100 has storage racks 14 or shelves for storing the storage containers 1, in particular in the configuration as a storage container.
  • the storage rack 14 can be arranged so that it can be moved within the wax chamber.
  • the respective storage rack 14 can also be moved into a connected maintenance unit 300.
  • An advantageous variant of such a bearing can be a roller bearing, with the rollers being guided on a guide, e.g. a guide rail on the floor or on the ceiling of the growth and/or propagation station 100.
  • a respective storage rack 14 can be moved out of the respective wax chamber for cleaning and/or for the new loading of the storage racks 14 with trays 34 and/or storage containers 1 .
  • the storage racks 14 are preferably rack systems that contain all the connections and/or installations necessary for supplying the material to be developed 6 with media. These media are preferably nutrients, water, gases, wind and/or other substances that influence growth or reproduction. Necessary installations and/or connections can preferably be designed individually for each berth and can include, e.g. Nutrient containers 30 for nutrients and other media can be provided individually for each planting place or storage rack, which is particularly advantageous if different development material e, e.g. different types of plants, are arranged in different planting places or storage racks.
  • a respective storage rack 14 can be constructed in several parts and preferably have insertable trays 34 and/or drip pans with one or more receiving openings for one or more storage containers 1.
  • the trays 34 can be sterilized separately or, if necessary, discarded as single-use elements and, when renewed Use are exchanged for new trays 34. If only a single type of material to be developed 6 is present in a growth and/or propagation station 100, a single reservoir 28 and/or nutrient container 30 per growth and/or propagation station 100 or even only per processing system 400 can be provided.
  • the storage racks 14 can also contain installations necessary for the disposal of the used media.
  • the previous statements on the reservoir 28 and nutrient container 30 are also to be applied correspondingly to the collecting tanks for residual medium.
  • the trays 34 are advantageously of modular design, with the development material 6 being able to be provided on each tray 34 preferably nine or more places for the safe and controlled holding of the development material 6 during cultivation.
  • the trays 34 also enable efficient harvesting, since preferably a collecting device for the roots or the part of the material to be developed 6 facing the nutrient medium is attached to the tray 34 .
  • This can be a net, a bag and/or a tub, for example.
  • the moveable storage racks 14 are installed in such a way that no traffic areas are necessary within the interior atmosphere and the wax space for storing the development material 6 is thus used to the maximum.
  • Farms 200 i.e. larger systems consisting of several, any number of individual growth rooms, can be operated via a single maintenance unit 300, e.g. a separate container, for their maintenance, harvesting and supply.
  • Both the maintenance unit 300, the process unit 500 and the growth and/or multiplication station 100 thus form a processing system 400, which allows growth/multiplication of the development material 6 and the harvesting, processing and packaging of the harvested development material 6 guaranteed under aseptic and in particular hermetic conditions from the time of insertion and closure of the developing material 6, for example as seeds in the storage container 1.
  • the processing system is based on one or more Large-capacity containers or containers, which ensure the maintenance of a hermetic inner atmosphere at least for growth and propagation, but preferably also for harvesting, processing in a process unit 500 and/or packaging.
  • the complete processing system 400 or at least the growth and propagation station 100 and particularly preferably each container of the processing system 400 has inlet and/or outlet lines for the introduction of a cleaning medium, preferably a CIP medium, e.g. steam or the like - so that System is sterilized after use for reuse.
  • a cleaning medium preferably a CIP medium, e.g. steam or the like - so that System is sterilized after use for reuse.
  • the maintenance unit 300 allows the manipulation of the material to be developed 6 and the monitoring of the material to be developed 6 by means of automated systems, such as robot systems and/or a time-delayed harvesting of the material to be developed 6 and thus allows manipulation from the outside without contaminating the aseptic inner atmosphere.
  • One or more data records on the type of development material 6 and the desired growth stage e.g. plant size, leaf size, fruit size, degree of ripeness of a fruit, fungus size, number of bacteria, etc.
  • a control and evaluation unit 32 for the initiation of a harvesting process . If a target value or the combination of several target values corresponding to the growth stage is reached, then the control and/or evaluation device 32 can initiate the harvesting process.
  • the opening device can also be arranged only in the growth and/or multiplication station 100, for example as part of a mobile robot which is not assigned to any storage rack 14.
  • the maintenance unit 300 can have storage or transport elements, for example storage rollers, for vertical and lateral maneuvering.
  • a lifting mechanism in particular a lifting mechanism, and/or a Mecanum drive device, eg Mecanum wheels, can be provided as part of the maintenance unit.
  • a single maintenance unit 300 may service many grow rooms, process units 500 and/or farm 200.
  • the maintenance unit 300 can be used to maintain a single growth and/or propagation station 100, process unit 500 or a farm 200.
  • the maintenance unit 300 can harvest and process the material to be developed 6, for example drying, crushing, separating, tempering, packaging, distilling, extracting, cleaning, photographing and/or analyzing.
  • One or more of these steps can be carried out individually or in combination in process step III.
  • the maintenance unit 300 i.e. the container, can in each case or together be a harvesting machine, a drying device, a comminuting device, e.g. a chopper and/or a mill, a filtration and/or centrifuging device, a temperature control device, e.g.
  • a shock freezing system e.g., a packaging device, a still, an extraction device, a cleaning module, a photo or video apparatus and/or an analysis device, preferably an HPLC, GC (gas chromatography), UV-Vis, Raman and/or IR analysis device.
  • Newer devices e.g. process photometers, also enable inline measurement during processing and can be used in the present case.
  • the above processes are placed in their own container, i.e. Outsourced process unit 500 and the maintenance unit 300 supplies the process unit 500 with harvested development material 6 from the growth and propagation station 100 via the respective docking points 16 at the growth and propagation station 100, the maintenance unit 300 and the process Unit 500 to ensure continuous, contamination-free processing of an item 6 to be developed.
  • the maintenance unit 300 can be adapted to the atmospheric conditions and needs of the growth and/or propagation station 100 for carrying out process step III and/or IV. Furthermore, the maintenance unit 300 can have a personnel airlock in order to bring personnel in and out under clean room conditions or conditions similar to clean rooms or in order to facilitate the docking of further units, eg a process unit 500 . Process step III and/or IV in the maintenance unit 300 can be carried out manually, semi-manually or automatically. Through the constant Atmospheric and/or microbial conditions in the production of development material 6 up to process step IV, a highly consistent quality and homogeneity of harvest-ready development material 6 and its processing can be achieved.
  • the maintenance unit 300 and/or the process unit 500 can have a storage room for non-processed and/or processed goods, which can be temperature-controlled, atmospherically controlled and/or placed under protective gas in order to protect the development goods 6 from undesirable external environmental influences to protect the container.
  • Warehouse management can be automated or manual using lifts, paternosters or similar systems.
  • a storage container 1 is shown in the form of a capsule.
  • the storage container 1 has a wall 7 and has a middle segment 2 in the form of a tubular area, a first end segment 8 designed as an upper cap and a second end segment 8 designed as a lower cap.
  • the upper cap or the first end segment can be gas-permeable .
  • the tubular area i.e. the middle segment 2
  • Mechanical interfaces and/or predetermined breaking points 9 are formed in each case between the middle segment 2 and the end segments 8 .
  • the mechanical interface 9 can, for example, comprise a latching mechanism.
  • At least one limit stop 13 is provided as a holding device distributed around the circumference on the wall 7 .
  • Circumferentially distributed here means a plurality of individual segments distributed around the circumference at one height of the middle segment or a single segment running all the way around at one height, which represents an axial stop and limits the insertion depth of the middle segment 2 in an opening.
  • Fig. 2-4 shows a growth and propagation station 100 designed as a container.
  • This has an outer shell with devices that allow a non-positive connection to other containers or carrying devices according to ISO 668, an inner insulation 15, a supply unit 20 and a docking point 16 with Double door 18.
  • Inside the container there can be an arrangement of one or preferably more storage racks 14 or a shelving system, which contains sensors 33, an irrigation system 26, a ventilation system or at least parts thereof, such as ventilation slots 25, and the light source 23.
  • the supply unit 20 can one or more actuators 29, such as pumps and / or valves, sensors 33, a control and evaluation unit 32, an air conditioner 24, a water treatment 27, a reservoir 28, nutrient tank 30, mixing chambers 31, an energy supply and - Management unit 20 and a communication module 21, preferably in the form of a radio module.
  • the container can be combined into a farm 200.
  • the maintenance unit 300 can have a lifting mechanism 37 and/or a drive 38 so that it can be moved vertically and horizontally.
  • the maintenance unit 300 can have a docking point 16 at one point, in particular on a first end face, and a personnel lock 34 at another point, in particular on a second end face, and an energy supply and management unit 20 as well as insulation 15 on the inside.
  • the interior may include a conveyor system 37 to convey the storage rack 14 and a robotic installation 40 for automated harvesting.
  • the maintenance unit 300 can have a storage space 41 .
  • FIG. 6 shows a process unit 500.
  • This can have an energy supply and administration unit 20, a security gate 39, a docking point 16 and internal insulation 15.
  • the energy supply and management unit 20 can have a technology side 19 , a communication module 21 and/or a reservoir 28 .
  • the docking station 16 can have a double door 18 .
  • One or more technical installations, mostly robot-like installations 40, can be installed in the interior of the process unit 500 and there can be a storage area 41 for unprocessed and processed goods.

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Abstract

Ein Lagerbehältnis (1) umfassend einen Innenraum (3) und ein darin angeordnetes Substrat (4), wobei das Lagerbehältnis (1) zudem ein im oder am Substrat (4) angeordnetes biologisches lebendes Entwicklungsgut (6) aufweist, wobei das Lagerbehältnis (1) als eine abgeschlossene Kapsel zur Gewährleistung einer aseptischen Atmosphäre ausgebildet ist, wobei das Substrat (4) ein saugfähiges Material ist mit einer Wasseraufnahmekapazität im trockenen Zustand von zumindest 50 g Wasser/cm3 und wobei das Lagerbehältnis (1) zumindest zwei Endsegmente (8) und ein rohr- förmiges Mittelsegment (2) aufweist, wobei das Substrat (4) und das Entwicklungsgut (6), im Mittelsegment (2) angeordnet sind und wobei zumindest ein erstes der Endsegmente (8) gegenüber dem Mittelsegment (2) eine geringere Wandstärke aufweist und/oder ein thermisch-, physikalisch- und/oder chemisch-angreifbareres Wandungsmaterial aufweist und/oder eine Solltrennstelle aufweist.

Description

Lagerbehältnis, Wachstums- und/oder Vermehrungsstation, Kultivierungssystem und Verfahren zur Kultivierung von Entwicklungsgut
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerbehältnis, eine Wachstums- und/oder Vermehrungsstation, ein Kultivierungssystem und ein Verfahren zur Kultivierung von Entwicklungsgut
In der Schrift JP 4'979'976 B2 wird ein automatisierter, aseptischer Kultivierungsraum beschrieben. Diese Technologie hat den Nachteil, dass aufgrund der technischen Installationen der Raum nicht maximal für Bepflanzungen genutzt werden kann und das Pflanzgut nicht aseptisch eingebracht oder der Raum nach Einbringung des Pflanzengut sterilisiert werden kann. Zudem sind kommerziell verpackte inkrustierte Samen erhältlich, welche jedoch ebenfalls nicht in einer aseptischen Atmosphäre und in einer definierten Position der Verpackung angeordnet sind.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik JP 4'979'976 B2 Gewächshäuser bekannt, in welchen eine mittels Ernterobotern eine Ernte unter aseptischen Bedingungen durchgeführt wird. Weiter sind aus der JP 4'979'976 B2, als auch
WO201 7/041757 A1 begehbare Behältnisse zur Zucht von Pflanzen oder ähnlichen Gütern bekannt, die eine Heranzucht von Setzlingen aus Samen zulässt, als auch das gleichzeitige Aufziehen von Pflanzengütern aus Setzlingen, sowie Vorrichtungen zu deren Ernte. Diese weisen allerdings keinerlei Vorkehrungen für eine aseptischen Prozessierung nach der Ernte auf.
In weiteren Schriften (US 2015/027049, EP 3'398'429, und US 5'375'372) wird jeweils ein Transportbehältnis genannt, das eine aseptische Kultivierung von einem Gut zulässt, sich aber einerseits von Adaptern zur Zu- und Abführung von Medien bedient oder aber dies über durchlässige oder halbdurchlässige Öffnungen oder Membranen gegen außen hin bewerkstelligt. Im Stand der Technik werden auch Abschnitte benannt, die einen Austausch von Medien verhindern sollen oder aber durch Leitungen oder ähnliche Öffnungen Nährstoffe und Flüssigkeit aus einem Reservoir abziehen sollen.
Somit ist aus dem Stand der Technik kein Transportbehältnis bekannt, dass einen aseptischen Transport unter hermetischen Bedingungen zulässt und nach Einbringung in einen Kultivierungsraum einerseits sterilisierbar und andererseits selbstöffnend ist. Zudem ist die Kultivierung von Entwicklungsgut im genannten Stand der Technik in Abhängigkeit vom Entwicklungsstand nur eingeschränkt möglich und lässt die Kultivierung von hochwachsenden oder großvolumigen Entwicklungsgut nicht zu. Ausgehend vom vorliegenden Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Entwicklungsgut möglichst so zur Kultivierung zu geben, dass das Entwicklungsgut während der Einbringung, Entwicklung, Ernte und Prozessierung nicht verunreinigt wird, die Kultivierung des Entwicklungsgutes in Abhängigkeit des Entwicklungsstadiums geführt werden kann, das Transportbehältnis des Entwicklungsgutes dem Entwicklungsgut entsprechend möglichst ein geringes Volumen einnimmt und das Entwicklungsgut sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Transportbehältnisses bis zur Ernte unter aseptischen und dem Entwicklungsgut entsprechenden optimalen Bedingungen, i.e. verschiedenen Klimata, entwickeln kann. Weiter soll das Entwicklungsgut so bereitgestellt werden, dass dieses geschützt transportierbar ist, welche den Transportzeitraum bereits zur Kultivierung nutzt, welche gut lagerbar ist und modular im Rahmen einer Farmhaltung erweiterbar ist. Insbesondere entsteht diese Aufgabe den Anforderungen der regulierten Industrien, wie Pharmazie, Kosmetik und Nahrungsergänzungsmitteln.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein Lagerbehältnis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , sowie durch eine Wachstums- und/oder Vermehrungsstation mit den Merkmalen des Anspruchs 11 , sowie einer Maintenance-Einheit des Anspruchs 19, sowie ein Verfahren des Anspruchs 20.
Ein erfindungsgemäßes Lagerbehältnis umfasst einen Innenraum und ein darin angeordnetes Substrat. Das Substrat bildet die Oberfläche, welches ein Wachstum oder eine Vermehrung von biologischen lebenden Entwicklungsgut erlaubt. Insbesondere kann das Substrat eine Verwurzelung, also eine Durchdringung oder ein Anhaften von Wurzeln, erlauben. Poröse Materialien, wie z.B. poröses Gestein oder ein Schwamm-Material, oder gelartige Materialien, wie z.B. Hydrogele oder Gele aus biologischen Materialien, sind dafür besonders gut geeignet. Besonders bevorzugt weist das Entwicklungsmaterial eine hohe Wasseraufnahmekapazität auf. Anstelle von Wasser können selbstverständlich auch andere flüssige Medien, z.B. eine Nährstofflösung aufgenommen werden. Nährstoffe können z.B. in flüssiger aber auch in fester Form, z.B. als Salz, im Substrat enthalten sein.
Das Substrat kann sich vorzugsweise über die gesamte Breite des Innenraumes erstrecken und ist erfindungsgemäß ortsfest an der Wandung des Lagerbehältnisses angeordnet, z.B. durch Kraftschluss oder z.B. durch Auflage des Substrats auf einer Netzlage, die senkrecht zur Längsachse des Lagerbehälters angeordnet ist. Alternativ oder Zusätzlich kann das Substrat auch der Gestalt ausgebildet sein, dass ohne eine Auflagestruktur das Substrat ortsfest durch Adhäsion an der Wandung des Lagerbehältnisses und durch Kohäsion im Substrat selber besteht. Erfindungsgemäß ist das Substrat als ein saugfähiges Material ausgebildet mit einer Wasseraufnahmekapazität im trockenen Zustand von zumindest 50 g Wasser/cm3 Die Wasseraufnahmekapazität kann sich sowohl auf ungebundenes Wasser als auch auf ungebundenes Wasser, wie es z.B. in Form von Hydrogel vorliegt, umfassen.
Eine zusätzliche Wasseransammlung im Endsegment des Lagerbehältnisses kann dadurch entfallen. Die Befeuchtung z.B. von Pflanzenwurzeln variiert nicht mit der Füllhöhe an Wasser. Die Öffnung des Endsegments des Lagerbehältnisses in aseptischer Atmosphäre wird nicht durch ausfließendes Wasser behindert.
Das saugfähige Material kann mehrere Komponenten aufweisen oder auch in mehreren Schichten ausgebildet sein. Beispielsweise kann das saugfähige Material ein schwammartiges Material sein, welches ggf. durch eine zusätzliche Stützstruktur in seiner Position gehalten wird. Alternativ ist das saugfähige Material ein formstabiles Schwammmaterial ggf. mit zusätzlichen eingebundenen Nährstoffen. Die Festlegung des Substrats ohne dabei die Formstabilität zu verlieren ist von Vorteil, zumal dadurch die Bildung eines Reservoirs, z.B. einer Wasseransammlung, im Bereich des Endsegments verhindert werden kann, welches die Öffnung des Lagerbehältnisses am bodenseitigen Endsegment erschweren würde.
Das Lagerbehältnis weist erfindungsgemäß zudem ein im oder am Substrat angeordnetes biologisches lebendes Entwicklungsgut auf. Das Entwicklungsgut kann vorzugsweise eine Pflanze, z.B. in Form eines Samens, eines Keimlings oder eines klo- nierten Setzlings, sein. Es können aber auch Pilze, Pilzsporen, Algen oder andere biologische Organismen als Entwicklungsgut eingesetzt werden. Weitere Organismen, welche unter den Begriff „Entwicklungsgut“ fallen, werden in der nachfolgenden Beschreibung genannt.
Insbesondere bei Pflanzen würde der Fachmann für ein Lagerbehältnis eine offene Vorrichtung, z.B. einen Blumentopf oder dergleichen vorsehen, da die Pflanze bei längerer Aufbewahrung schimmeln kann, eine Wasserzufuhr nicht möglich ist und auch ansonsten keine hinreichende Nährstoffversorgung gewährleistet ist.
Zusammengefasst kann biologische lebende Entwicklungsgut als eine Pflanze, Zellhaufen, Samen, synthetischer Samen oder Embryonen insbesondere als Moniertes biologisches Lebewesen, ausgebildet sein. Insbesondere ist das biologische lebende Entwicklungsgut nicht ausschließlich an ein Volumen zu biologischer Masse Verhältnis gebunden.
Das Lagerbehältnis ist allerdings entgegen dieser Überlegung erfindungsgemäß als eine abgeschlossene Kapsel ausgebildet, wobei das Lagerbehältnis vorzugsweise ein rohrförmiges Mittelsegment aufweist, welches die Längsachse definiert. Die Kapsel soll nur den kurzen Zeitraum zwischen der Bereitstellung der Pflanze, z.B. einem Klonierungsprozess, und dem Einsetzen der Pflanze in eine aseptische Atmosphäre eines Containers überbrücken. Der Aufenthalt des Entwicklungsgutes im Lagerbehältnis im geschlossenen Zustand ist daher vorzugsweise weniger als 14 Tage, insbesondere weniger als 5 Tage. Sofern sich das Lagerbehältnis in der aseptischen Atmosphäre befindet, kann dieses geöffnet werden, wodurch eine Wasserzufuhr und ein Luftaustausch möglich wird und ein Schimmeln verhindert wird.
Das Lagerbehältnis gewährleistet somit eine aseptische Atmosphäre, bevorzugterweise eine Aseptik nach ISO 11135, ISO 11137, ISO 17665-1 , ISO 13408-1 , EU GMP Annex 1 oder US cGMP mit einem Sterilisationsprozessziel eines SAL von mindestens 10’5. Besonders bevorzugt besteht das Lagerbehältnis aus einem formstabilen Material, welches in eine Öffnung eines Lagergestells einsetzbar ist.
Das Lagerbehältnis weist erfindungsgemäß zwei Endsegmente und ein rohrförmiges Mittelsegment auf, wobei das Substrat und das Entwicklungsgut, insbesondere die Pflanze, im Mittelsegment angeordnet ist und wobei zumindest eines der Endsegmente gegenüber dem Mittelsegment eine geringere Wandstärke aufweist oder ein gegenüber dem Mittelsegment ein thermisch-, physikalisch-, und/oder chemisch-angreifbareres formstabiles Wandungsmaterial aufweist. Eine thermische Angreifbarkeit kann in einem Unterschied des Schmelzpunktes der jeweiligen Wandungsmaterialien bestehen. Eine physikalische Angreifbarkeit kann z.B. in einer besseren mechanischen Zerstörbarkeit liegen, z.B. durch Ultraschall oder durch mechanische Erschütterung.
Alternativ oder zusätzlich zur unterschiedlichen Wandstärke und/oder zur verschiedenen Zerstörbarkeit kann auch eine Solltrennstelle zwischen dem Mittelsegment und dem Endsegment vorgesehen sein. Die Solltrennstelle kann eine Sollbruchstelle sein. Es ist auch möglich, dass an dieser Stelle ein Heizdraht das Material schmilzt (z.B. durch induktive Erwärmung). In diesem Fall wäre die Solltrennstelle eine Sollschmelzstelle.
Zumindest das Mittelsegment des Lagerbehältnisses kann vorzugsweise aus einem formstabilen Wandmaterial bestehen. Dies hat besondere Vorteile bei der Halterung und Lagerung in einem Lagergestell, in Abgrenzung zu einem Folienbeutel oder dergleichen. Formstabil bedeutet im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung, dass das Wandmaterial, anders als bei einer Folie, nicht faltbar ist, sondern einen Behälter, also einen Formkörper ausbildet. Eine Verformbarkeit der Wandung, z.B. bei Kunststoffkapsel, ist allerdings im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Ebenfalls bevorzugt ist das Lagerbehältnis derart ausgebildet, dass es nicht autoklavierbar, allerdings oberflächensterilisierbar ist.
Das Substrat ist vorzugsweise ortfest im Bereich des Mittelsegments angeordnet. Das Substrat kann ein poröses Material umfassen. Das Substrat kann zudem ein wasserlösliches Material aufweisen, welches in dem saugfähigen Material eingebunden ist.
Das Lagerbehältnis kann als eine hermetisch-abgeschlossene Kapsel ausgebildet sein, ohne zusätzliche Anschlüsse zur Belüftung oder Mediumsversorgung oder zur Filtration.
Das Lagerbehältnis kann derart ausgebildet sein, dass es beidseitig in einer aseptischen Umgebung öffenbar ist. Für das Einbringen und zur Positionierung des Entwicklungsgutes ist das Substrat im Mittelsegment angeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Um zumindest einen Gasaustausch im geschlossenen Zustand des Lagerbehältnisses zu gewährleisten kann zumindest eines der Endsegmente aus einem gaspermeablen Material gebildet sein. Das Material kann insbesondere als ein gas-selektives semi-permeables Material ausgebildet sein, vorzugsweise CO2, 02, N2 und/oder CH4-selektiv.
Das Lagerbehältnis kann vorteilhaft einen Raum unterhalb des Substrats als ein gasgefüllter oder vakuum ierter Hohlraum aufweisen, welcher vorzugsweise zur Aufnahme von Wurzeln, die über das Substrat hinausgewachsen sind, dienen kann. Dieser Hohlraum wird durch Wandabschnitte des Lagerbehältnisses und durch das Substrat begrenzt. Dies heißt, dass keine Wasseransammlung in diesem Bereich vorgesehen sind.
Das erste der Endsegmente, welches gegenüber den Mittelsegment eine geringere Wandstärke aufweist und/oder ein thermisch-, physikalisch- und/oder chemisch-angreifbareres Wandungsmaterial aufweist und/oder eine Sollbruchstelle aufweist, ist vorzugsweise als ein bodenseitiges Endsegment mit Bezug auf das biologische lebende Entwicklungsgut ausgebildet. Eine Wandung des Lagerbehältnisses, insbesondere des Mittelsegments, kann zumindest bereichsweise oder vollständig aus einem transparenten Material bestehen, so dass eine visuelle Kontrolle über den Zustand des Entwicklungsgutes im Lagerbehältnis möglich ist. Besonders bevorzugt kann das Material aus einem transparenten, UV-undurchlässigen, thermisch-isolierenden und zumindest teilweise gegen außen gasdichtes Material bestehen.
Für eine definierte Position des Lagerbehältnisses in einer Öffnung eines Lagergestells kann das Mittelsegment zumindest einen umfangsverteilten Begrenzungsanschlag oder mehrere umfangsverteile Begrenzungsanschläge als Axialanschlag oder eine konische Form für den gleichen Zweck aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann auch das Lagerbehältnis eine Verriegelungsvorrichtung aufweisen, um das Lagerbehältnis ortsfest und erschütterungsfest zu fixieren. Vorzugsweise ist ein solcher Begrenzungsanschlag und/oder eine Verriegelungsvorrichtung am Mittelsegment, insbesondere an der unteren Hälfte des Mittelsegmentes, angebracht.
Besonders bevorzugt ist das Substrat als einziges Wasserreservoir innerhalb des Lagerbehältnisses angeordnet. Dabei weist das Substrat einen Wassergehalt von zumindest 30 g Wasser/cm3 auf und ist vorzugsweise als Formkörper, im Mittelsegment des Lagerbehältnisses positioniert. Das bedeutet, dass das Substrat nicht zwingend bis zu seiner maximalen Aufnahmekapazität mit Wasser gefüllt sein braucht, allerdings ist dies bevorzugt.
Das Lagerbehältnis kann zudem eine allumfassende sterilisierbare Oberfläche aufweisen, die durch geeignete Sterilisationsmethoden, wie z.B. UVC, Ethanol, Ozon, Perchloressigsäure, Wasserstoffperoxid, usw. sterilisierbar ist. Die Sterilisation kann sowohl als CIP als auch als WIP, Wischsterilisation, Tauchsterilisation, Belichtung oder Begasung durchgeführt werden. Insbesondere eignen sich hierzu Materialien des Lagerbehältnis welche auf Basis eines Metalls, wie Aluminium, Eisen, eines Thermoplastes, wie z.B. Polyamid, Polycarbonat, Polyolefin, Polyacryl, Polymethac- ryl, halogenierte Ethylene, usw. und/oder eines Elastomeren, wie z.B. Kautschuk, halogenierte Elastomere, Silikone, usw. gebildet ist. i.e. zu mindestens 50% aus diesen bestehen.
Weiterhin erfindungsgemäß ist eine Wachstums- und/oder Vermehrungsstation zur Kultivierung von Entwicklungsgut, wobei die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation als ein Großraumbehälter, insbesondere als ein ISO-Container, ausgebildet ist und wobei der Großraumbehälter eine Vorrichtung zur Erzeugung und/oder Überwachung einer aseptischen Innenatmosphäre aufweist.
Die Vorrichtung kann insbesondere eine sensorisch überwachte Verteilervorrichtung ausgebildet sein. Eine solche Verteilervorrichtung kann Zu- und Ableitungen, Aktuatoren, wie Ventilatoren oder Pumpen, sowie Regeleinrichtungen wie Ventile oder Gasklappen aufweisen. Weiterhin teil der Verteilervorrichtung ist eine Sensoranordnung umfassend einen oder mehreren Sensoren zur Ermittlung verschiedener Parameter. Weiter Teil der Verteilervorrichtung kann zumindest eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit sein, welche Messdaten der Sensoren empfängt und bei Bedarf die Aktuatoren oder Regeleinrichtungen basierend auf den Messdaten auf einen Sollwert einstellt.
Somit ist die vorgenannte Vorrichtung ausgebildet und eingerichtet zur Bereitstellung und Überwachung einer aseptischen Innenatmosphäre aufweist bei gleichzeitiger Einstellung, Überwachung und/oder Aufrechterhaltung von optimalen Wachstumsbedingungen basierend auf verschiedenen Parametern.
Die Überwachung, Einstellung und/oder Aufrechterhaltung der Parameter dienen zur Gewährleistung der Wachstumsbedingungen. Sie umfassen die Temperatur, Luftdruck, Feuchte und die Gasaustauschrate, welche durch die Vorrichtung sensorisch ermittelbar und einstellbar sind.
Optional und besonders bevorzugt können auch die Parameter Luftdruck, Lichtstärke, Düngemittelmenge, Düngemittelzusammensetzung, pH-Wert und/oder Leitwert für eine noch bessere Realisierung der Überwachung, Einstellung und/oder Aufrechterhaltung der Parameter dienen.
Insbesondere ist die Überwachung und Einstellung des Parameters Gasaustauschrate von Vorteil um eine kontrollierte, hermetische Atmosphäre zu schaffen und zugleich die Energieeffizienz zu optimieren.
Entsprechende Sensoren zur Erfüllung dieser Aufgabe sind dem Fachmann an sich bekannt. Es können u.a. Feuchtesensoren, Drucksensoren, ionenselektive Elektroden, Durchflusssensoren, Leitfähigkeitssensoren und dergleichen eingesetzt werden.
Weitere Parameter, welche die Vorrichtung zusätzlich sensorisch, einzeln oder in Kombination, ermittelt, überwacht und/oder einstellt sind SAL-Level, Partialgasdruck, Düngemitteltemperatur, Windstärke, Windrichtung, Schallpegel und/oder Schallfrequenzabfolge. SAL ist das Sterilitätssicherheitsniveau welches durch Kombination mehrerer Messwerte ermittelbar ist.
Als überwachter und einstellbarer Partialgasdruck kann es sich um den Partialgasdruck von einzelnen oder in Kombination folgender Gase handeln: CO2, 02, N2, He, Ar, 03, CO, CH4, Ethan, Ethen, Ethin, und/oder Terpene.
Speziell bei den Terpenen kann es sich die Konzentration einer oder mehrerer der folgenden Terpene handeln: Hemiterpene, Monoterpene, Sesquiterpene, Diterpene, Sesterterpene, Triterpene, Tetraterpene, Polyterpene und/oder Terpenoide.
Vorteilhaft weist die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation einen Wachsraum auf mit einer Zu- und/oder Ableitung eines CIP-Mediums, insbesondere von IIV-C Strahlung, Gasen, wie Ozon, Ethylenoxid, Propylenoxid, oder eines vernebelten flüssigen Mediums, wie Wasserstoffperoxid, anorganische Säuren oder anorganische Basen. Bei Gasen und Nebel ist es zudem bevorzugt, dass ein Verteilsystem vorhanden ist um den gesamten Innenraum zu dekontaminieren. Dies kann insbesondere mit Ventilation oder druck-geförderten vernebelten Medien geschehen. Insbesondere ist für Gase eine Ventilationsverteilung und bei Fluiden Sprühdüsen vorteilhaft.
Die Überwachung der erfolgreichen Dekontamination wird durch geeignete Sensorik gemessen, wie z.B. Gassensoren zur Ermittlung der Gaskonzentration, Strahlungssensoren zur Ermittlung des Photonenflusses, pH-Sensoren zur Ermittlung der Säure- oder Basenstärke, und/oder ionenselektive Elektronen zur Ermittlung der lo- nenstärke. Im Zusammenhang mit der Konzentration muss die Einwirkzeit gemessen werden um eine erfolgreiche Dekontamination zu bestätigen.
Bei der Dekontamination wird vorteilhaft Ozon verwendet, dass durch Lichtbogen- Entladung oder durch UV-C an Luftsauerstoff gebildet wird und solange in den Wachsraum eingeleitet wird, bis die Konzentration und/oder die Einwirkzeit erreicht wurde.
Nach erfolgreicher Dekontamination wird das Überschüssige CIP-Medium aus dem Wachsraum abgeführt um das Entwicklungsgut nicht zu schädigen. Hierfür können geeignete Maßnahmen ein Belüften mit Frischluft oder Prozessgas, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Argon und/oder Spuren davon in Luft, Niederwaschen oder eine Titration sein. Vorteilhaft ist ein Niederwaschen mit Wasser, mit anschließender Neutralisierung. Weiterhin kann der Großraumbehälter zumindest ein Lagergestell zur Anordnung eines oder vorzugsweise einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Lagerbehältern aufweisen. Bevorzugt ist das oder sind die Lagergestelle bewegbar, insbesondere verfahrbar, gegenüber der Containerwand angeordnet. Hierfür können die Lagergestelle rollengelagert, pressluftgelagert und/oder gleitlagergelagert sein.
Weiterhin bevorzugt kann der erfindungsgemäße Großraumbehälter zumindest eines, mehrere oder vorzugsweise sämtliche der folgenden Vorrichtungen aufweist:
• eine Lichtquelle zur Bestrahlung des Entwicklungsgutes
• eine Pumpe zum Medientransport, einschließlich einem nährstoffhaltigen Medium und/oder einem Sterilisationsmedium;
• einen Sensor zur Überwachung des Gesundheitszustands des Entwicklungsgutes;
• eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit zur Steuerung eines Regelkreises zur Anpassung der Innenatmosphäre an die vom Sensor erfassten Änderungen;
• eine Wasserversorgungs- und/oder Aufbereitungseinheit;
• ein Klimagerät;
• ein Nährstoffbehälter;
• eine Energieversorgungs- und/oder -Verwaltungseinheit;
• eine Mischkammer und/oder
• ein Kommunikationsmodul zum Datenaustausch mit einem externen Gerät.
Einzelne Vorrichtungen, insbesondere Elektronikvorrichtungen, können in einem vom Wachsraum räumlich-getrennten Servicebereich angeordnet sein, welcher von außen zugänglich ist und nicht der aseptischen Atmosphäre unterliegt.
Medien- und/oder Signal- oder Strom leitungen von diesem Servicebereich in den Wachsraum sind vorzugsweise mediendicht in einer Trennwand vergossen, so dass die Innenatmosphäre nicht in den Serviceraum eindringen kann und umgekehrt die Aseptik im Wachsraum auch bei Zugang des Servicebereichs erhalten bleibt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Kultivierungssystem umfassend eine Wachstums- und/oder Vermehrungsstation sowie eine Maintenance-Einheit, insbesondere eine Ernteeinheit, wobei die Maintenance-Einheit mit der Wachstums- und/oder Vermehrungseinheit zur Überführung von Entwicklungsgut oder Maschinen zwischen den beiden Einheiten verbunden ist und wobei die Maintenance-Einheit die aseptische Innenatmosphäre aufweist.
Die Maintenance-Einheit kann Teil des Containers sein, welcher auch den Wachsraum aufweist oder, besonders bevorzugt für eine größere modulare Anordnung, kann die Maintenance Einheit in einem gesonderten Container angeordnet sein. Eine Schleuse kann zwischen zwei Containern angeordnet und mit geeigneten Maßnahmen, wie z.B. Unterdrück, insbesondere Vakuum, oder wie oben genannt eine oder mehrere CIP-Medien, dekontaminiert werden. Durch Öffnen beider Container kann die Schleuse mit der aseptischen Innenatmosphäre geflutet werden. Dies stellt allerdings nur eine Variante der Kopplung der beiden Container dar. Eine Doppeltür an einem oder beider der beiden Container kann ebenfalls eine Sicherheitsvorrichtung zur Kopplung der Container darstellen. Die Container weisen dabei geeignete Kopplungsvorrichtungen auf, um die beiden Container in benachbarter Position fest und, vorzugsweise mediumsdicht, miteinander zu verbinden.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Kultivierung von Entwicklungsgut, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Lagerbehälters, b) Einbringung eines Entwicklungsgutes in den Lagerbehälter unter aseptischen Bedingungen. c) Einsetzen des Lagerbehälters in ein Lagergestell einer Wachstums- und/oder Vermehrungsstation, insbesondere einer erfindungsgemäßen Wachstums- und/oder Vermehrungsstation, und zumindest beidseitig-endständiges Öffnen des Lagerbehälters. d) Überwachen des Wachstums und/oder der Vermehrung des Entwicklungsgutes in der aseptischen Innenatmosphäre, bis zur Detektion eines Wachstums- und/oder Vermehrungsstadiums für die Ernte;
Das Wachstums- oder Vermehrungsstadium kann durch optische Analyse, z.B. der Größe der Pflanze, der Ausbreitung eines Bakterienstamms oder das Ausgasen von organischen Stoffen ermittelt werden und mit einem Sollwert abgeglichen werden. Allerdings sind auch andere Messverfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. e) Einsatz einer Maintenance-Einheit unter Aufrechterhaltung der aseptischen Atmosphäre unter Gewinnung eines Wertstoffs, insbesondere eines wirkstoffhaltigen biologischen Materials.
Sodann wird eine Maintenance-Einheit, vorzugsweise eine erfindungsgemäße Maintenance-Einheit, zur Gewinnung des Wertstoffs eingesetzt.
Bevorzugt erfolgt in Schritt c), vorzugsweise nach dem Einsetzen des Lagerbehälters, eine Sterilisation, vorzugsweise im Rahmen eines C IP-Verfahrens. Dies impliziert, dass das Lagerbehältnis zumindest während der Sterilisation den Sterilisationsbedingungen standhält und somit das Entwicklungsgut schützt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvananten der Erfindung, sowohl des Verfahrens als auch der Vorrichtungen werden nachfolgend beschrieben.
Ein erster Prozessschritt des Verfahrens kann u.a. das Einbringer von Entwicklungsgut in das Lagerbehältnis zusammen mit Substanzen sein, die das Wachstum beeinflussen können.
Das Entwicklungsgut können einzelne Setzlinge oder irgendeine Form entwicklungsfähiger, insbesondere lebender, Biomasse sein.
Das Lagerbehältnis kann dem Entwicklungsgut sowohl als Lager-, Manipulationsoder Transportschutz dienen, insbesondere bei Boden-, Wasser- oder Lufttransport.
Das Lagerbehältnis ist im Prozess sterilisierbar und kann, vorzugsweise nach erfolgter Einsetzung in Tablare des Lagergestells, und nach Sterilisierung der Innenatmosphäre automatisch geöffnet werden.
Weiterhin kann das Lagerbehältnis stabil in die Tablare verankert werden und durch eine auf dem Lagerbehältnis angeordnete Markierung eindeutig identifizierbar werden.
Weiterhin kann eine einzelne Wachstums- und/oder Vermehrungsstation oder mehrere solcher Stationen, die zu einer sogenannten Farm zusammengefasst sind, einen Servicebereich, nachfolgend auch Prozessraum genannt, aufweisen und eine Maintenance-Einheit.
Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation oder die Farm kann eine durchgehend aseptische Kultivierung von zu kultivierender Biomasse, Entwicklungsgut genannt, zulassen, ohne dass ein Mensch in das System eintreten muss oder darf. Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstationen sind stapelbar und weisen typisch für ISO-Container, insbesondere in den Eckbereichen, Anschläge zur Stapelung auf.
Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation oder die Farm kann Innenatmosphärebedingungen in der Einheit (Innenatmosphäre genannt) aufweisen, die entsprechend den Bedürfnissen des Entwicklungsgutes vorzugsweise wie folgt zur Verfügung gestellt werden können, indem i) die Innenatmosphärebedingungen in der Einheit als closed-loop aufgesetzt sind, und dass ii) die atmosphärischen Bedingungen sich kontrollieren lassen und die aseptischen Kriterien eines Reinraumes nach ISO und/oder GMP erfüllen, iii) dem Entwicklungsgut die Temperatur, die Feuchte, die Nährstoffzusammensetzung, der Druck, das elektromagnetische Feld, der Luftstrom, die Atmosphärenzusammensetzung, der pH-Wert, die Lichtstärke, das Lichtspektrum, und/oder der Tag/Nacht-Zyklus bedarfsentsprechend zur Verfügung gestellt werden können, iv) die Bedingungen in der Innenatmosphäre just in time gemessen und aufgezeichnet werden, v) die aufgezeichneten Daten lokal und/oder zentral zur Analyse und Interpretation herangezogen, aufbereitet und zur Steuerung der weiteren Prozesse verwendet werden.
Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation oder die Farm kann die Masse und transporttechnischen Eigenschaften von mit Lastwagen oder Schiffen transportierbaren Normcontainern (ISO-Containern) aufweisen.
Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation oder die Farm kann zum Betrieb mindestens eine Stromversorgung und ein Kommunikationsmodul, insbesondere ein Funkmodul, aufweisen.
Die Einheit mit einem anbauflächenoptimierten Lagergestellen bzw. Regalsystem kann aus zumindest zwei parallel zueinander verschiebbaren Regalen mit je in den Regalen integriertem Versorgungssystem, gebildet sein.
Alle flüssigen Medien, teilweise auch die gasförmigen Medien und die Energie, die Sensoren und ihre Anbindung können in den Hohlräumen der Regalsystemen geführt werden.
Das Regalsystem lässt zur Kultivierung des Kultivierungsgutes die Förderung von Nährstoffen zu. Insbesondere können die Nährstoffe sowohl aeroponische als auch hydroponische, oder eine Mischung dieser, an das Kultivierungsgut gefördert werden.
Eine aeroponische Kultivierung kann vorzugsweise von einem Niedrigdrucksystem durch Vernebelung mittels Piezoelementen bewerkstelligt werden.
Eine hydroponische Kultivierung kann mittels Niedrigdrucksystem, insbesondere durch Nährstoff-Film-Technologie bewerkstelligt werden.
Die einzelnen Regale können eines oder mehrere Tablare für die Aufnahme von Lagerbehältnissen enthalten, die den Lagerbehälter oder eine Mehrzahl von Lagerbehältern aufnehmen können. Die Tablare sind modular, wiederverwendbar, reinigbar und sterilisierbar, die mit der Möglichkeit einer festen Verankerung des Lagerbehältnis versehen sind.
Die Maintenance-Einheit erlaubt den aseptischen Transfer von einem Entwicklungsgut aus dem Wachstums- und/oder Vermehrungsstation in die Maintenance-Einheit, insbesondere in Form einer Ernteeinheit.
Die Maintenance-Einheit ist vorzugsweise in horizontaler und vertikaler Richtung verfahrbar,
(a) für die Verfahrung in vertikaler Richtung kann eine Scheren-Hebung benutzt werden,
(b) für die Verfahrung in horizontaler Richtung kann ein Mecanum-An- trieb benutzt werden,
Einzelne Ausführungsvarianten der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen lediglich bevorzugte Ausführungsvarianten und sind nicht beschränkend für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird jedoch einzelne Elemente der jeweiligen Ausführungsvarianten auch auf weitere Ausführungsvarianten übertragen, so dass diese nicht nur im Kontext mit der konkreten Ausführungsvariante offenbart sind. Es zeigen:
Fig. 1 geschnittene Seitenansicht durch ein Lagerbehältnis für lebendige, insbesondere Wachstums- oder vermehrungsfähige, Biomasse;
Fig. 2 geschnittene Ansicht in Längsrichtung der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation; Fig. 3 Rückansicht der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation;
Fig. 4 geschnittene Seitenansicht durch eine Versorgungsstation zum Anschluss an die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation;
Fig. 5 geschnittene Seitenansicht durch eine erste Maintenance-Einheit zum Anschluss an die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation; und
Fig. 6 geschnittene Seitenansicht durch eine zweite Maintenance-Einheit zum Anschluss an die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation.
Durch bekannte Klonierungs- oder anderweitige Reproduktions- oder Produktionsmethoden wird Biomasse hergestellt, die als Ausgangsprodukt geeignet ist, welches sich in einer anschließenden Wachstumsphase vermehrt und/oder entwickelt, z.B. wächst. Die Wachstumsphase wird im Folgenden auch Reifung genannt.
Die Biomasse kann sowohl der Gruppe der Prokarioten als auch der Gruppe der Eu- karioten zugehören. Die Biomasse kann insbesondere mittels somatischer Embryogenese, zygotischer Embryogenese und/oder Apomixis und deren Untergruppen über eine Methode produziert werden, die sich dadurch auszeichnet, dass aseptische Bedingungen eingehalten werden können.
Als Startzellen im Falle von der Klonierung können Zellen aus dem Meristem, dem einfachen permanenten und/oder dem komplexen permanenten Gewebe stammen. Des Weiteren können Stammzellen, Sporen, Spermien, Eizellen und/oder Samen verwendet werden.
Weiter kann die Biomasse durch geeignete chemische, biologische und/oder physikalische Maßnahmen wie Hormone, Toxine, Enzyme und/oder durch Kühlung, Ge- frierung oder Trocknung konserviert werden. Die Biomasse wird im Folgenden Entwicklungsgut genannt, weil die gewonnene Biomasse in den hier beschriebenen Prozessschritten I, II und III ihrer Entwicklung hin zur erntereifen Form zugeführt werden soll.
Das Entwicklungsgut wird in einem ersten Schritt unter aseptischen Bedingungen in eine Verpackung eingebracht, im Weiteren Lagerbehältnis genannt.
Fig. 1 zeigt ein Lagerbehältnis 1 für ein aseptisches Lagerbehältnis, welches hermetisch gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Hierfür weist das Lagerbehältnis in der Ausführungsvariante im Bereich eines Mittelsegments 2 einen Innenraum 3 auf, in welchem ein Substrat 4 zur Bereitstellung und/oder Lagerung von Nährstoffen 5 für ein im Substrat 4 angeordnetes unter aseptischen Bedingungen gezüchtetes Entwicklungsgut 6, insbesondere einen Pflanzensamen, Pflanzensetzling oder ein Pflanzenkeim und/oder eine Pilzspore und/oder Alge oder dergleichen angeordnet ist. Ein solches Substrat kann u.a. Wasser oder hydrathaltiges Gel aufweisen, sowie verschiedene Salze, Hormone, Vitamine, Kohlenhydrate, Chelate und/oder Aminosäuren, welche das Pflanzenwachstum zusätzlich unterstützen.
Der Innenraum 3 wird durch eine Wandung 7 begrenzt, welche sich umfänglich in Form eines Rohres um das Substrat 4 erstreckt. Dabei weist das Mittelsegment 2 zu beiden Seiten ein Endsegment 8 auf, welches den Innenraum 2 endständig verschließt. Die Endsegmente 8 weisen am Übergangsbereich zum Mittelsegment 2 eine lösbare Verbindung, z.B. eine abgedichtete mechanische Schnittstelle und/oder eine Sollbruchstelle 9 auf.
Die mechanische Schnittstelle 9 kann als eine kraftschlüssige Verbindung des Endsegments mit dem Mittelsegment, z.B. mit einer umlaufenden Dichtung ausgebildet sein, wobei jeweils das End- und Mittelsegment über ein mechanischen Verbindungsmechanismus, z.B. einen Rastmechanismus, miteinander verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen sein, wie dies bei einer Sollbruchstelle der Fall ist, oder eine isolierende und/oder klebende Verbindung, wie dies bei z. B. einer Schmelzdichtung der Fall ist.
Je nach Variante kann die Schnittstelle zudem ein Filmscharnier aufweisen, welches nach Lösen des mechanischen Verbindungsmechanismus, das jeweilige Endsegment als deckelartige Ausgestaltung mit dem Mittelsegment 2 verbindet.
Alternativ oder zusätzlich kann das Lagerbehältnis 1 eine wasser- und/oder kontaminationsabweisende Schutzschicht 10 aufweisen, beispielsweise eine Wachsschicht. Die Beschichtung ermöglicht eine Oberflächensterilisierbarkeit im Rahmen eines C IP-Verfahrens oder eines beliebigen anderen Sterilisationsverfahrens und/oder hält die aseptische Barriere aufrecht. Als CIP-Verfahren wird hier ein Reinigungs- und/oder Sterilisationsverfahren verstanden, bei dem eine Reinigung vor Ort (engl. Cleaning in place) oder Sterilisation (engl. Sterilisation in place) durchgeführt werden kann. Dabei wird bei einem CIP-Verfahren sowohl die Reinigung, das Spülen, das Waschen als auch das Sterilisieren verstanden.
Hierfür weist die Wandung 7 des Lagerbehältnisses 1 eine Sperrschicht 11 , vorzugsweise aus Glas, Polyolefin, Polyamid, halogenierten Polyvinylen, Therephthalaten und/oder EVOH auf, wobei die Diffusionssperrschicht vorzugsweise zumindest 2% der Wandstärke, vorzugsweise zwischen 10-100% der Wandstärke, einnimmt. Weiterhin kann die Diffusionssperrschicht zwischen zwei Stützschichten 12 angeordnet sein. Dabei kann es sich um einen beliebigen transparenten Stoff handeln, so dass der Zustand der Pflanzen innerhalb des Lagerbehältnisses visuell erkennbar ist.
Die Wandung 7 des Lagerbehältnisses 1 besitzt zusätzlich einen UV-Schutz in Form des Materials und/oder Materialzusätze, wie Polymeradditive der Reihe der Benzotri- azole, Triazine, Acrylate, Phenone und/oder HALS und/oder als Sperrschicht 11 vorzugsweise aus UV-hemmenden Material, wie pigmentierte und/oder opaque Polymere,
Das Lagerbehältnis 1 weist eine bevorzugte Formstabilität, dass ein Transport des Lagerbehältnis und das darin befindliche Gut auf dem Boden-, Wasser- und Luftweg möglich ist. Insbesondere weist das Lagerbehältnis eine Formstabilität von einem Druckunterschied von mindestens 255 hPa auf, bevorzugterweise von 500 hPa.
Weiterhin weist das Lagerbehältnis 1 zumindest einen Begrenzungsanschlag 14 auf, welcher radial aus dem Mittelsegment 2 heraussteht und die Einstecktiefe des Lagerbehältnisses 1 in ein Lagergestell 14 in einer Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 begrenzt.
Aufgrund der mechanischen Schnittstelle und/oder der Sollbruchstelle 9 ist das Lagerbehältnis 1 an einer definierten Position vorzugsweise automatisiert öffenbar. Somit kann die beidseitig-endständige Öffnung des Lagerbehältnisses 1 ohne menschliches Zutun in der aseptischen Atmosphäre einer nachfolgend beschriebenen und ebenfalls erfindungsgemäßen Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 erfolgen.
Das Lagerbehältnis 1 ist insbesondere so geformt, dass es automatisiert am Ort der Reifung des Entwicklungsgutes 6 in die für die Reifung vorgesehene Öffnung des Lagergestells 14 einsetzbar ist. Die Öffnungen für die Reifung im Lagergestell 14 werden im Weiteren Setzplatz genannt. Die Phase zwischen Einbringung des Entwicklungsgutes 6 in das Lagerbehältnis 1 bis zur Einbringung des Lagerbehältnisses in den Setzplatz wird im Folgenden Prozessschritt II genannt.
Der Setzplatz ist ein Ort in einer Wachstums- und Vermehrungsstation 100, im Folgenden auch Wachsraum genannt, an dem das Lagerbehältnis 1 während der Reifung bis zur Ernte verbleibt und an dem das Entwicklungsgut 6 mittels des Lagerbehältnisses 1 stabil gehalten wird. Das erfindungsgemäße Lagerbehältnis 1 ist erfindungsgemäß mit dem Entwicklungsgut 6 versehen, welches auf dem vorgenannten Substrat 4 platziert ist, welches ein Depot an Substanzen enthält, die das Wachstum bzw. die Vermehrung des Entwicklungsgutes 6 stoppen, hemmen, verzögern, verlangsamen, beschleunigen, fördern und/oder erlauben können.
Das Lagerbehältnis 1 ist so ausgelegt, dass es als eine sterile Barriere zwischen der Umgebung außerhalb der Wachstums- und Vermehrungsstation 100 und dem Entwicklungsgut 6 ausgebildet ist. Diese sterile Barriere bietet das Lagerbehältnis 1 sowohl während der Verpackung des Entwicklungsgutes 6, als auch während seiner Lagerung, seines Transports, seiner Handhabung und seiner Einbringung an den Setzplatz in der Wachstums- und Vermehrungsstation 100. Das Lagerbehältnis 6 ist, insbesondere nach ihrer Einbringung in den Wachsraum der Wachstums- und Vermehrungsstation 100, sterilisierbar, sei es mit Hilfe von Flüssigkeiten, Strahlung, Gasen oder einer Mischung der vorgenannten Varianten. Das Lagerbehältnis 1 schützt das Entwicklungsgut 6 während dieses Sterilisationsprozesses.
Nach der Sterilisierung kann das Lagerbehältnis 1 durch ein automatisier- und/oder kontrollierbares Öffnungsverfahren geöffnet werden.
Varianten dieses Öffnungsverfahrens umfasst
I. mechanische Verfahren wie Platzen, Sprengen, Schneiden, Auflösen, Durchdringen, Aufschrauben, (Auf)drehen, Drücken, Schall, Ultraschall, Vibration, Klopfen, Schlagen, Perforieren
II. und/oder durch Degradation bzw. Zersetzung insbesondere auf thermischem und/oder chemischem Weg
III. und/oder durch Fermentierung
IV. und/oder durch Energieeintrag, wie z.B. Gleichstrom, Wechselstrom, elektromagnetische Strahlung, Magnetismus, Laser
V. und/oder eine Mischung davon aus zwei oder mehr der vorgenannten Verfahren
Das Lagerbehältnis 1 enthält, wie bereits zuvor beschrieben, Substanzen für die Versorgung des Entwicklungsgutes 6 während der Lagerung, des Transportes und des Einbringens in die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100. Hierzu können u.a. Wasser, Nährstoffe und andere Medien oder Substanzen gehören. Die Substanzen können insbesondere den Entwicklungszyklus entweder unterbrechen, hemmen, verlangsamen, fördern, beschleunigen und/oder fortführen.
Die Wandung des Lagerbehältnisses 1 kann zudem unter Einhaltung der Sterilität des Entwicklungsgutes 6 einen Gasaustausch erlauben. Vorzugsweise kann die Wandung des Lagerbehältnisses alternativ oder zusätzlich zur Diffusionssperrschicht zumindest ein Wandungssegment vorgesehen sein, welches die Gasdiffusion erlaubt, jedoch diffusionsdicht gegenüber Flüssigkeiten ist. Besonders bevorzugt kann eine Membran in die Wandung eingearbeitet sein, welche einen einseitigen Austritt von Gas, allerdings nicht von Flüssigkeiten erlaubt. Insbesondere kann eine Membran in die Wandung eingearbeitet sein, die gezielt spezifische Gase oder Gasgemische austreten resp. eintreten lässt.
Außenseitig kann das Lagerbehältnis 1 eine Markierung aufweisen, welche eine Identifizierung des Entwicklungsgutes 6 und die Position bzw. den Setzplatz des Lagerbehältnisses 1 , sowie ggf. weitere Informationen aufweist. Die Markierung und folglich mit ihr das Entwicklungsgut 7, kann vorzugsweise als QR-Code, Barcode, Datamatrix code, Punkt- bzw. dot-matrix, Symbole, Farbe oder Farben, Muster, RFID oder eine Mischung dieser obgenannten Varianten ausgebildet sein, so dass das Entwicklungsgut 7 identifizierbar und rückverfolgbar ist.
Die Erfindung betrifft weiter ein Kultivierungssystem, bestehend aus mindestens einer Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 oder aus mehreren zusammengefügten, modularen Wachsräumen, im Folgenden Farm 200 genannt, in welchem der Prozessschritt III stattfindet
Eine jede einzelne Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 kann als ein Container mit Überseecontainer-Normmaßen, also einen Großraumbehälter gemäß ISO 668 in der aktuellen Fassung zum Prioritätszeitpunkt der vorliegenden Erfindung, ausgebildet sein.
Der Container kann insbesondere per Lastwagen oder Schiff transportiert werden, ist mittels üblicher Vorrichtungen nach ISO 668 stapel- und/oder verbolzbar und somit ein Zusammenschließen von mehreren Wachstums- und/oder Vermehrungsstationen 100 und ggf. von weiteren Stationen zu einer Farm 200 möglich wird.
Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 ist gegenüber der Außenwelt thermisch durch eine innere Isolation 15 getrennt und kann ein gewünschtes Klima bereitstellen. Insbesondere ist die innere Isolation 15 aus Polystyrol, Polyurethan, Cellulose, mineralischen Stoffen, Glas resp. Schäumen, Fasern oder Wollen dieser hergestellt. Somit wird das Entwicklungsgut 6 eine eigene Hemisphäre geboten, die im weiteren Innenatmosphäre genannt wird, welche für jede Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 oder für die ganze Farm entsprechend der durch das Entwicklungsgut 6 geforderten Bedingungen dem Entwicklungsgut 6 über die diversen Reifezyklen zur Verfügung stellen kann. Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 weist zudem eine schleusenähnliche Installation und/oder Andockstelle 16 und optional in der Erweiterung zu einem Verarbeitungssystem eine Unterhaltseinheit 17 an einer ersten Stirnseite der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 auf. Durch die Unterhaltungseinheit 17, im Weiteren Maintenance-Einheit 300 genannt, kann der Unterhalt der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 und/oder die Ernte kontaminationsfrei und steril erfolgen. Dabei kann die Maintenance-Einheit 300 u.a. eine Doppeltür 18 aufweisen, welche die schleusenähnliche Installation ermöglicht. Die Ernte erfolgt dabei in Prozessschritt IV.
Während der Prozessschritte ll-IV sollte die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 nicht durch Menschen betreten werden. Dies ist notwendig um dem Entwicklungsgut 6 eine aseptische Innenatmosphäre zu bieten, und in Konsequenz auf Pestizide zur Behandlung des Entwicklungsgutes 6 verzichtet werden kann.
Eine Medienversorgung kann über eine zweite Stirnseite, der Technikseite 19, der vorzugsweise als Container ausgebildeten Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 erfolgen und somit für Wartungs- und Unterhaltsarbeiten von außen, insbesondere auch während des Prozesschrittes III zugänglich sein. Sämtliche für das Wachstum und die Vermehrung des Entwicklungsgutes 6 benötigten Materialien und Medien können jeweils über die Technikseite 19 der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 zu- und/oder abgeführt werden. Optional und besonders bevorzugt können für dieses Zu- und/oder Abführen Maintenance-Zyklen vorgesehen sein, um die Kontrolle und Aseptik innerhalb des Wachsraumes aufrecht zu erhalten.
Die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 weist mindestens eine eigene Energieversorgungs- und -Verwaltungseinheit 20 auf. Die Energieversorgungs- und - Verwaltungseinheit 20 weist mindestens ein eigenes Kommunikationsmodul 21 auf. Um für das Entwicklungsgut 6 wichtige Prozesse permanent zur Verfügung zu stellen, kann die Energieversorgungs- und -Verwaltungseinheit 20 zudem über eine unterbruchsfreie Stromversorgung 22 verfügen.
Um eine aseptische Produktion des Entwicklungsgutes 6 zu erlauben, in welchem das Entwicklungsgut 6 von der Außenwelt komplett hermetisch getrennt ist, sollte die technische Auslegung der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 derart erfolgen, dass für den Prozessschritt II bis IV Reinraumkriterien nach ISO und/oder GMP für die biologische Kontamination innerhalb des Wachsraumes bestehen. Weiterhin kann eine Lichtquelle 23 vorgesehen sein, um dem Entwicklungsgut 6 kalibrierbare Lichtverhältnisse zu bieten, also dem Entwicklungsgut 6 auch alle sonstigen atmosphärischen Bedingungen wie etwa den Tag/Nacht-Zyklus oder ein gefordertes veränderliches Lichtspektrum und Lichtintensität zur Verfügung zu stellen. Insbesondere kann dem Entwicklungsgut 6 eine konstante Lichtstärke während des gesamten Wachstumszyklus zur Verfügung gestellt werden.
Weiterhin weist die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 eine Befeuch- tungs- und/oder eine Ventilationseinheit, nachstehend Klimagerät 24 genannt auf, um dem Entwicklungsgut über vorzugsweise Ventilationsschlitze 25 die benötigte Luftfeuchtigkeit, die atmosphärische Zusammensetzung und Winde zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin weist die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 ein Nährstoff- resp. Bewässerungssystem 26 auf, um dem Entwicklungsgut 6 die benötigten abgestimmten Nährstoffe für den gesamten Wachstumszyklus bereitzustellen und an den vom Entwicklungsgut 6 geforderten Stellen, etwa am Wurzel- oder Blattwerk, zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es vorteilhaft die Nährstoffe in einem Bewässerungssystem 26 so zuzuführen, dass die Bestandteile resp. die Zusammensetzung des Nährmediums bekannt ist. Dies kann dadurch realisiert werden, dass Wasser durch eine Wasseraufbereitung 27 desinfiziert, entionisiert und/oder von Schwermetallen befreit wird. Dieses aufbereitete Wasser kann in einem Reservoir 28 zwischengelagert werden resp. dahingehend recycled werden, um dem Nährstoffmedium resp. dem Bewässerungssystem 26 wieder zugeführt zu werden.
Eine aeroponische Kultivierung zeichnet sich dadurch aus, dass Wurzeln mit Aerosol einer Lösung aus Nährstoffen und Wasser benetzt werden. Zur Realisierung dieser Technologie kann die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 beispielsweise ein Niedrigdrucksystem aufweisen. Alternativ ist auch ein Hochdrucksystem oder ein Ultraschallzerstäuber einsetzbar. Im bevorzugten Fall eines Niederdrucksystems kann eine Vernebelung der Lösung mittels Piezoelementen erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eine hydroponische Kultivierung mittels NFT (nutrient film technique) ermöglicht werden. Dabei wird das Entwicklungsgut in Netztöpfen oder dergleichen eingesetzt, welche es ermöglichen, dass Wurzel bei Pflanzen oder Myzel bei Pilzen oder andere Teile des Entwicklungsgutes aus dem Topf herausragen und in eine flüssigkeitsführende Rinne hineinragen, in welcher eine Nährstofflösung geführt ist. Diese Rinne ist leicht schräg und gibt somit eine Strömungsrichtung für die Nährstofflösung vor. Die Nährstofflösung kann sodann über Abführöffnungen abgeführt und in einem Sammelbereich unterhalb der Rinne gesammelt und ggf. im Kreislauf in die Rinne rückgeführt, vorzugsweise gepumpt, werden. Zwischen der Nährstofflösung und dem Topf ist ein Luftraum angeordnet, welcher durch die Teile des Entwicklungsgutes überwunden bzw. überbrückt werden muss, um an die Nährstofflösung zu gelangen.
Das Nährstoffmedium wird aus Wasser, das zuvor die Wasseraufbereitung 27 passiert hat und/oder aus dem Reservoir 28 mittels Aktuatoren 29 und/oder gravitativ gefördert wurde und den verschiedenen Nährstoffen, die vorteilhafterweise in Nährstoffbehältern 30 gelagert sind, angemischt. Vorteilshafterweise werden die Nährstoffe aus dem Nährstoffbehältern 30 durch eine Mischkammer 31 passiv und/oder aktiv gemischt. Dadurch lassen sich Gradienten, Pulse, Stufen oder Wechsel von Nährstoffmedienzusammensetzungen realisieren, die abgestimmt auf den Wachstumszyklus des Entwicklungsgutes 6 die Entwicklung des Entwicklungsgutes 6 beeinflussen lassen.
Zudem weist die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 einen geschlossenen Regelkreis mit einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit 32 und mehreren Aktuatoren 29 und Sensoren 33 auf. Der Regelkreis detektiert die Konzentrationen der Stoffe sowohl in der Innenatmosphäre als auch in der zugeführten Nährmedien, und kann Veränderungen der Innenatmosphäre analysieren. Sodann ermöglicht die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 32 durch Steuerung und/oder Regelung der Aktuatoren 29 des Regelkreises, dass dem Entwicklungsgut 6 aufgrund der analysierten Daten eine angepasste Innenatmosphäre und/oder Nährmedien zur Verfügung gestellt wird. Dies kann zeitnah bzw. just in time erfolgen, so dass der bevorzugte Zeitraum zwischen der Messung und der Anpassung weniger als 30 min, vorzugsweise weniger als 15 min, beträgt.
Vorteilhaft im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der vorgenannte Regelkreis als Teil des Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100. Der Regelkreis kann vorteilhaft als geschlossener Regelkreis ausgebildet sein. Er kann eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 32 zu dessen Steuerung aufweisen. Die Steuerung erfolgt insbesondere nach der Auswertung von Sensorsignale durch entsprechende Sensoren 33 innerhalb der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100. Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 32 und vorzugsweise auch der gesamte Regelkreis ist vorzugsweise fernbedienbar und besonders bevorzugt von einem externen Gerät über ein Kommunikationsmodul 21 bidirektional ansteuerbar. Eine komplexere Analyse von Messdaten kann durch das externe Gerät erfolgen. Die Datenspeicherung kann insbesondere durch das externe Gerät erfolgen. Der Begriff „externes Gerät“ umfasst dabei auch eine IT-Infrastruktur, wie beispielsweise eine Cloud oder eines neuronalen Netzwerkes. Zwischen dem Regelkreis und dem externen Gerät kann eine Datenübertragung, vorzugsweise eine bidirektionale Datenübertragung, erfolgen. Zum Ansteuern des Regelkreises kann zudem auch eine IT-Infrastruktur in Form des künstlichen neuronalen Netzwerkes genutzt werden, welches z.B. Tendenzen aus den Sensordaten erkennt und durch entsprechende Analyselogarithmen Schlussfolgerungen über den Gesamtzustand des Entwicklungsgutes 6 ziehen kann. An dieser Stelle kann somit künstlich generierte Schwarmintelligenz zur Auswertung einer Vielzahl von Sensordaten eingesetzt werden. Die Datenübertragung zwischen dem Regelkreis und dem externen Gerät erfolgt bevorzugt über ein Kommunikationsmodul 21 , dass über GSM, WiFi, LoRa und/oder Bluetooth sendet und/oder empfängt.
Der Regelkreis zeichnet sich dadurch aus, dass die erhobenen Daten der Sensoren 33 geloggt werden und durch eine dem Entwicklungsgut 6 entsprechende Auswertung herangezogen werden, um Bedingungen zu halten, wiederherzustellen und/oder herbeizuführen. Diese Bedingungen können dabei vorteilhafterweise sein, dass eine gewünschte oder benötigte Innenatmosphäre oder eine Veränderung der Nährstoffzusammensetzung angesteuert wird. Das kann sowohl in Echtzeit als auch in einem zeitversetzten bzw. einem sogenannten time-shift Verfahren angewendet werden. Der Regelkreis kann Daten aller Wachsräume und aller Farmen 200 für die Auswertung heranziehen, sowohl simultan als auch über eine Zeitspanne. Die Daten können zum Zweck einer Analyse der Wachstumsphasen, des Gesundheitszustandes oder der Maximierung und/oder Minimierung von Parametern des Entwicklungsgutes 6, insbesondere zur Ermittlung von Grenz- und/oder Sollwerten, herangezogen werden.
Zur Analyse können zudem externe Literatur, Analysen oder andere Daten ergänzt, verifiziert oder plausibi lisiert werden. Die Daten können durch Verfahren der mathematischen Analyse, Interpretation, Kausalität, Sinnbildung, Entscheidungsfindung und/oder Prognose herangezogen werden. Die Analysen können durch statistische Methoden verfeinert, ergänzt, erweitert und/oder komplettiert werden. Insbesondere bieten sich statistische Methoden, wie Fehleranalyse, ANOVA, Reihenentwicklungen, Maxima, Minima, Differential, Integral und/oder Konvergenzanalysen an.
Die Analyse, die Verwaltung, die Speicherung, die Archivierung und die Sicherung der Daten kann von der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 oder von der Farm 200 entfernt in dem externen Gerät erfolgen und bedient sich gängiger Übermittlungsprotokolle, Techniken und Infrastruktur, im weiteren Datenverarbeitung genannt. Dabei zeichnet sich die Datenverarbeitung dadurch aus, dass eine bidirektionale Kommunikation mit der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 und/oder der Farm 200 möglich ist und dass die Daten durch Algorithmen mittels Kl (künstliche Intelligenz, machine learnings oder des supervised machine learnings (zentral) verwertet, verarbeitet und die daraus gewonnenen Erkenntnisse für die Kultivierung des Entwicklungsgutes 6 verwendet werden.
Weiter weist die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100, wie bereits zuvor erwähnt, Lagergestelle 14 bzw. Regale zur Lagerung der Lagerbehältnisse 1 , insbesondere in der Ausgestaltung als Lagerbehältnis, auf. Das Lagergestell 14 kann innerhalb des Wachsraumes verfahrbar angeordnet sein. Optional kann das jeweilige Lagergestell 14 auch in eine angeschlossene Maintenance-Einheit 300 verfahrbar sein. Eine vorteilhafte Variante einer solchen Lagerung kann eine Rollenlagerung sein, wobei die Rollen auf einer Führung, z.B. einer Führungsschiene am Boden oder an der Decke der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100, geführt sind.
Zur Reinigung und/oder für das neue Beschicken der Lagergestellen 14 mit Tablaren 34 und/oder Lagerbehältnisse 1 kann ein jeweiliges Lagergestell 14 aus dem jeweiligen Wachsraum ausgefahren werden.
Die Lagergestelle 14 sind dabei vorzugsweise Regalsysteme, die alle zur Versorgung des Entwicklungsgutes 6 mit Medien notwendigen Anschlüsse und/oder Installationen enthalten. Diese Medien sind vorzugsweise Nährstoffe, Wasser, Gase, Wind und/oder ggf. weitere Wachstums- oder vermehrungsbeeinflussende Substanzen. Notwendige Installationen und/oder Anschlüsse können vorzugsweise setzplatzindividuell ausgebildet sein und können z.B. Sprühdüsen, Zu- und/oder Ableitungen, Verteilungssysteme, elektrische Signalleitungen, Stromzuleitungen, setzplatzindividuelle Funkmodule, sowie setzplatzindividuelle Sensoren 33 und/oder Aktuatoren 29 umfassen. Nährstoffbehälter 30 für Nährstoffe und andere Medien können setzplatzindividuell oder Lagergestell-individuell vorgesehen sein, was besonders von Vorteil ist, sofern unterschiedliches Entwicklungsgut e, z.B. verschiedene Pflanzensorten, in unterschiedlichen Setzplätzen oder Lagergestellen angeordnet ist.
Ein jeweiliges Lagergestell 14 kann mehrteilig aufgebaut sein und vorzugsweise einlegbare Tablare 34 und/oder Auffangwannen aufweisen mit einer oder mehreren Aufnahmeöffnungen für ein oder mehrere Lagerbehältnisse 1. Die Tablare 34 können dabei gesondert sterilisiert oder ggf. als single-use Elemente auch verworfen und bei erneuter Benutzung gegen neue Tablare 34 ausgetauscht werden. Sofern lediglich eine einzige Sorte an Entwicklungsgut 6 in einer Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 vorliegt, kann auch ein einziges Reservoir 28 und/oder Nährstoffbehälter 30 pro Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 oder sogar lediglich pro Verarbeitungssystem 400 vorgesehen sein.
Die Lagergestelle 14 können zudem zur Entsorgung der verbrauchten Medien notwendigen Installationen enthalten. Die vorhergehenden Ausführungen zu dem Reservoir 28 und Nährstoffbehälter 30 sind entsprechend auch für die Auffangtanks für Restmedium anzuwenden.
Die Tablare 34 sind vorteilhafterweise modular aufgebaut, wobei das Entwicklungsgut 6 je Tablar 34 vorzugsweise neun oder mehr Setzplätze für das sichere und kontrollierte Halten des Entwicklungsgutes 6 während der Kultivierung bereitgestellt werden können. Die Tablare 34 ermöglichen weiter eine effiziente Ernte, da vorzugsweise eine Auffangvorrichtung für die Wurzeln oder den Nährstoffmedium zugewandter Teil des Entwicklungsgutes 6 am Tablar 34 befestigt ist. Dies kann z.B. ein Netz, ein Beutel oder/und eine Wanne sein.
Die verfahrbaren Lagergestelle 14 sind so verbaut, dass innerhalb der Innenatmosphäre keine Verkehrsflächen notwendig sind und so der Wachsraum zur Lagerung des Entwicklungsguts 6 maximal genutzt wird.
Mehrere Wachstums- und/oder Vermehrungsstationen 100 können zu größeren Einheiten, sogenannten Farmen 200, zusammengeschlossen werden. Farmen 200, also größere Anlagen aus mehreren, beliebig vielen einzelnen Wachsräume, können zu deren Unterhalt, Ernte und Versorgung über eine einzige Maintenance-Einheit 300, z.B. einen gesonderten Container, betrieben werden.
Es ist jedoch auch möglich lediglich aus einem eine Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 vorzusehen und die Maintenance-Einheit 300 auch angrenzend an den Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 innerhalb eines einzigen Containers, vorzugsweise benachbart zum Wachsraum, anzuordnen.
Sowohl die Maintenance-Einheit 300, die Prozess-Einheit 500 als auch die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 bilden somit ein Verarbeitungssystem 400, welches ein Wachstum/Vermehrung des Entwicklungsgutes 6 als auch die Ernte, die Prozessierung und die Verpackung des geernteten Entwicklungsgutes 6 unter aseptischen und insbesondere hermetischen Bedingungen ab dem Zeitpunkt des Einsetzens und des Verschlusses des Entwicklungsgutes 6, z.B. als Samen im Lagerbehältnis 1 gewährleistet. Dabei wird das Verarbeitungssystem auf einen oder mehrere Großraumbehälter bzw. Container, verteilt, welche das Aufrechterhalten einer hermetischen Innenatmosphäre zumindest für das Wachstum und die Vermehrung, jedoch bevorzugt auch für die Ernte, Prozessierung in einer Prozess-Einheit 500 und/oder Verpackung gewährleisten.
So können beispielsweise Heilpflanzen oder dergleichen unter sterilen Bedingungen gezüchtet werden. Das komplette Verarbeitungssystem 400 oder zumindest die Wachstums- und Vermehrungsstation 100 und besonders bevorzugt jeder Container des Verarbeitungssystems 400, weist dabei Zu- und/oder Ableitungen für die Einleitung eines Reinigungsmediums, vorzugsweise eines CIP-Mediums, z.B. Dampf oder dergleichen, auf - damit das System nach dem Gebrauch für eine erneute Benutzung sterilisiert ist.
Die Maintenance-Einheit 300 erlaubt die Manipulation am Entwicklungsgut 6 und die Überwachung des Entwicklungsgutes 6 mittels automatisierter Systeme, etwa Robotersystemen und/oder eine zeitversetzte Ernte des Entwicklungsguts 6 und erlaubt so eine Manipulation von außen ohne die aseptische Innenatmosphäre zu kontaminieren. Hierbei wird auf einem Datenspeicher 35 einer Steuer- und Auswerteeinheit 32 einer oder mehrere Datensätze zur Art des Entwicklungsgutes 6 und dem gewünschten Wachstumsstadium (z.B. Pflanzengröße, Blattgröße, Fruchtgröße, Reifegrat einer Frucht, Pilzgröße, Bakterienzahl, usw.) für die Initiierung eines Ernteprozesses hinterlegt. Wird ein Sollwert oder die Kombination mehrerer des Wachstumsstadiums entsprechenden Sollwerten erreicht, so kann die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 32 den Ernteprozess initiieren.
Dies kann u.a. die Aktivierung einer Erntemaschine, insbesondere eines Ernteroboters, umfassen oder ggf. auch zunächst die hermetische Kopplung einer Maintenance-Einheit 300 an die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100, sowie das anschließende Verfahren der Erntemaschine, insbesondere des Ernteroboters, in die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 oder alternativ ein Verfahren eines Lagergestells 14 aus der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 in die angeschlossene Maintenance-Einheit 300.
Alternativ kann die Öffnungsvorrichtung auch lediglich in der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100, z.B. als Teil eines verfahrbaren Roboters angeordnet sein, welcher keinem Lagergestell 14 zugeordnet ist. Diese Lösung ist allerdings weniger bevorzugt, da sich der Zeitaufwand zum Öffnen jedes Lagerbehältnisses bei dieser Lösung erhöht. Die Maintenance-Einheit 300 kann Lager- oder Transportelemente, z.B. Lagerrollen, zum vertikalen und lateralen Manövrieren aufweisen. Beispielsweise kann ein Hebemechanismen, insbesondere ein Hebemechanismus, und/oder eine Mecanum-An- triebsvorrichtungen, z.B. Mecanum-Räder, als Teil der Maintenance-Einheit vorgesehen sein. Eine einzelne Maintenance-Einheit 300 kann viele Wachsräume, Prozess- Einheiten 500 und/oder Farm 200 bedienen.
Die Maintenance-Einheit 300 kann zum Unterhalt einer einzelnen Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100. Prozess-Einheit 500 oder einer Farm 200 verwendet werden. Die Maintenance-Einheit 300 kann das Entwicklungsgut 6 ernten und prozessieren, so zum Beispiel trocknen, zerkleinern, separieren, temperieren, verpacken, destillieren, extrahieren, reinigen, fotografieren und/oder analysieren. Einer oder mehrere dieser Schritte können einzeln oder in Kombination im Prozessschritt III durchgeführt werden. Hierfür kann die Maintenance-Einheit 300, also der Container jeweils oder zusammen eine Erntemaschine, eine Trocknungsvorrichtung, eine Zerkleinerungsvorrichtung, z.B. ein Häcksler und/oder eine Mühle, eine Filtrations- und/oder Zentrifugiereinrichtung, eine Temperiervorrichtung, z.B. eine Schockfrostanlage, eine Verpackungsvorrichtung, eine Destille, eine Extraktionsvorrichtung, ein Reinigungsmodul, ein Foto- oder Videoapparat und/oder ein Analysengerät, vorzugsweise ein HPLC, GC (Gaschromatigraphie), UV-Vis, Raman und/oder IR-Analysen- gerät aufweisen. Neuere Geräte, z.B. Prozessphotometer, ermöglichen zudem eine Inline-Messung im Verarbeitungsprozess und können in vorliegenden Fall angewandt werden.
Vorteilhafterweise werden die oben genannten Prozesse in einen eigenen Container, i.e. Prozess-Einheit 500 ausgelagert und die Maintenance-Einheit 300 beliefert die Prozess-Einheit 500 mit geerntetem Entwicklungsgut 6 aus der Wachstums- und Vermehrungsstation 100 über die jeweilige Andockstellen 16 an der Wachstums- und Vermehrungsstation 100, der Maintenance-Einheit 300 und der Prozess-Einheit 500, um eine durchgehende, kontaminationsfreie Prozessierung eins Entwicklungsgutes 6 zu gewährleisten.
Die Maintenance-Einheit 300 kann den atmosphärischen Bedingungen und Bedürfnissen der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation 100 für die Durchführung des Prozessschrittes III und/oder IV angepasst werden. Weiter kann die Maintenance- Einheit 300 eine Personenschleuse aufweisen, um Personal unter Reinraumbedingungen oder Reinraum-ähnlichen Bedingungen ein- und auszubringen oder um das Andocken weiterer Einheiten, e.g. eine Prozess-Einheit 500, zu erleichtern. Der Prozessschritt III und/oder IV in der Maintenance-Einheit 300 kann manuell, semi-manuell oder automatisiert durchgeführt werden. Durch die gleichbleibenden atmosphärischen und/oder mikrobiellen Bedingungen bei der Herstellung des Entwicklungsgutes 6 bis zum Prozessschritt IV kann eine im hohen Maße gleichbleibende Qualität und Homogenität des erntereifen Entwicklungsgutes 6 und dessen Prozessierung erreicht werden. Die Maintenance-Einheit 300 und/oder die Prozess- Einheit 500 kann einen Lagerraum für nicht prozessierte und/oder prozessierte Güter aufweisen, der temperiert, atmosphärisch kontrolliert und/oder unter Schutzgas gesetzt werden kann, um das Entwicklungsgut 6 vor ungewünschten Einflüssen der Umwelt außerhalb des Containers zu schützen. Die Lagerbewirtschaftung kann durch Lifte, Pater-Noster oder ähnliche System automatisiert oder manuell sein.
Nachfolgend wird detaillierter auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten eingegangen. In Fig. 1 ist ein Lagerbehältnis 1 in Form einer Kapsel dargestellt. Das Lagerbehältnis 1 weist eine Wandung 7 auf und hat ein Mittelsegment 2 in Form eines röhrenartigen Bereichs, ein als obere Kappe ausgebildetes erstes Endsegment 8 und ein als untere Kappe ausgebildetes zweites Endsegment 8. Die obere Kappe bzw. das erste Endsegment kann dabei gaspermeabel ausgebildet sein. Im röhrenartigen Bereich, i.e. dem Mittelsegment 2, gibt es eine Matrix bzw. ein Substrat 4 mit Nährstoffen 5 in der das Entwicklungsgut 6 angeordnet ist. Zwischen dem Mittelsegment 2 und den Endsegmenten 8 sind jeweils mechanische Schnittstellen und/oder Sollbruchstellen 9 ausgebildet. Die mechanische Schnittstelle 9 kann z.B. einen Rastmechanismus umfassen. Weiter ist zumindest ein Begrenzungsanschlag 13 als Haltevorrichtung umfangsverteilt an der Wandung 7 vorgesehen. Umfangsverteilt bedeutet dabei mehrere auf einer Höhe des Mittelsegments um den Umfang verteilte Einzelsegmente oder ein einziges vollumfänglich auf einer Höhe verlaufendes Segment, welches einen Axialanschlag darstellt und die Einstecktiefe des Mittelsegments 2 in einer Öffnung begrenzt.
Fig. 2-4 zeigt eine als Container ausgebildete Wachstums- und Vermehrungsstation 100. Diese hat eine Außenhülle mit Vorrichtungen, die eine Kraftschlüssige Verbindung zu anderen Containern oder Tragvorrichtungen nach ISO 668 zulässt, eine innere Isolation 15, eine Versorgungseinheit 20 und eine Andockstelle 16 mit Doppeltüre 18. Innerhalb des Containers kann es eine Anordnung aus einem oder vorzugsweise mehreren Lagergestellen 14 bzw. ein Regalsystem geben, welches Sensoren 33, ein Bewässerungssystem 26, eine Belüftungsanlage oder zumindest Teile davon, wie z.B. Ventilationsschlitze 25, und die Lichtquelle 23 beinhaltet. Die Versorgungseinheit 20 kann jeweils eine oder mehrere Aktuatoren 29, wie Pumpen und/oder Ventile, Sensoren 33, eine Steuer- und Auswerteeinheit 32, ein Klimagerät 24, eine Wasseraufbereitung 27, ein Reservoir 28, Nährstoffbehälter 30, Mischkammern 31 , eine Energieversorgungs und -Verwaltungeinheit 20 und ein Kommunikationsmodul 21 , vorzugsweise in der Ausgestaltung als Funkmodul, beinhalten. Der Container kann zu einer Farm 200 zusammengeschlossen werden.
Fig. 5 zeigt eine Maintenance-Einheit 300. Diese kann einen Hebemechanismus 37 und/oder einen Antrieb 38 aufweisen um vertikal und horizontal verfahrbar zu sein. Die Maintenance-Einheit 300 kann an einer Stelle, insbesondere an einer ersten Stirnseite, eine Andockstelle 16 aufweisen und an anderer Stelle, insbesondere an einer zweiten Stirnseite, eine Personenschleuse 34, und eine Energieversorgungs und -Verwaltungeinheit 20 sowie innenliegend eine Isolation 15. Der Innenraum kann ein Fördersystem 37 aufweisen um das Lagergestell 14 zu fördern, sowie eine roboterähnliche Installation 40 zur automatisierten Ernte. Zusätzlich kann die Maintenance-Einheit 300 einen Lagerraum 41 aufweisen.
Fig. 6 zeigt eine Prozess-Einheit 500. Diese kann eine Energieversorgungs- und - Verwaltungseinheit 20, eine Personenschleuse 39, eine Andockstelle 16 und eine Innenisolation 15 aufweisen. Die Energieversorgungs- und -Verwaltungseinheit 20 kann eine Technikseite 19, ein Kommunikationsmodul 21 und/oder ein Reservoir 28 aufweisen. Die Andockstelle 16 kann eine Doppeltür 18 aufweisen. Im Innenraum der Prozess-Einheit 500 kann ein oder mehrere technische Installationen, mehrheitlich Roboterähnliche Installationen 40 installiert sein und ein Lagerbereich 41 für unprozessierte und prozessierte Güter sein.
Bezugszeichen
1 Lagerbehältnis
2 Mittelsegment
3 Innenraum
4 Substrat
5 Nährstoffen
6 Entwicklungsgut
7 Wandung
8 Endsegment
9 Mechanische Schnittstelle
10 Schutzschicht
11 Sperrschicht
12 Stützschichten
13 Begrenzungsanschlag
14 Lagergestell
15 Isolation
16 Andockstelle
17 Unterhaltseinheit
18 Doppeltür
19 Technikseite
20 Energieversorgungs- und -Verwaltungseinheit
21 Kommunikationsmodul
22 Unterbruchsfreie Stromversorgung
23 Lichtquelle
24 Klimagerät
25 Ventilationsschlitze
26 Bewässerungssystem
27 Wasseraufbereitung
28 Reservoir
29 Aktuatoren
30 Nährstoffbehälter
31 Mischkammer
32 Steuer- und Auswerteeinheit
33 Sensoren
34 Tablare
35 Datenspeicher
36 Personenschleuse
37 Hebemechanismus
38 Antrieb 9 Fördersystem 0 Roboterähnliche Installation
Lagerraum
Wachstums- oder Vermehrungsstation
Farm
Maintenance-Einheit
Verarbeitungssystem
Prozess-Einheit

Claims

Patentansprüche ) Lagerbehältnis (1 ) umfassend einen Innenraum (3) und ein darin angeordnetes Substrat (4), welches ortsfest an der Wandung des Lagerbehältnisses angeordnet ist, wobei das Lagerbehältnis (1 ) zudem ein im oder am Substrat (4) angeordnetes biologisches lebendes Entwicklungsgut (6) aufweist, wobei das Lagerbehältnis (1 ) als eine abgeschlossene Kapsel zur Gewährleistung einer aseptischen Atmosphäre ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) ein saugfähiges Material ist mit einer Wasseraufnahmekapazität im trockenen Zustand von zumindest 50 g Was- ser/cm3 und dass das Lagerbehältnis (1 ) zumindest zwei Endsegmente (8) und ein rohrförmiges Mittelsegment (2) aufweist, wobei das Substrat (4) und das Entwicklungsgut (6), im Mittelsegment (2) angeordnet sind und wobei zumindest ein erstes der Endsegmente (8) gegenüber dem Mittelsegment (2)
• eine geringere Wandstärke aufweist und/oder
• ein thermisch-, physikalisch- und/oder chemisch-angreifbareres Wandungsmatenal aufweist und/oder
• eine Solltrennstelle aufweist. ) Lagerbehältnis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Substrats zumindest ein poröses Material, insbesondere poröses Gestein, und/oder zumindest ein Schwamm-Material, und/oder zumindest ein gelartiges Material, insbesondere ein Hydrogel oder ein Gel aus biologischen Materialien, in welchem Wasser in gespeicherter Form vorliegt, umfasst. ) Lagerbehältnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerbehältnis einen Raum unterhalb des Substrats ein gasgefüllter oder vakuum ier- ter Hohlraum, vorzugsweise zur Aufnahme von Wurzeln, ist und welcher durch Wandabschnitte des Lagerbehältnisses und durch das Substrat begrenzt wird. ) Lagerbehältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste der Endsegmente (8) ein bodenseitiges Endsegment mit Bezug auf das biologische lebende Entwicklungsgut (6) ist. ) Lagerbehältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites der Endsegmente (8), insbesondere ein deckelseitiges Endsegment, aus einem gas-selektiven semi-permeablen Material gebildet ist, vorzugsweise CO2, 02, N2 und/oder CH4-selektiv. ) Lagerbehältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (7) des Lagerbehältnisses (1 ), insbesondere des Mittelsegments (2), zumindest bereichsweise oder vollständig aus einem transparenten Material besteht und besonders bevorzugt aus einem transparenten, UV- undurchlässigen, thermisch-isolierenden und zumindest teilweise gegen Außen gasdichten Material besteht. ) Lagerbehältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelsegment (2) zumindest einen umfangsverteilten Begrenzungsanschlag (13) oder mehrere umfangsverteile Begrenzungsanschläge oder eine konische Form aufweist und/oder eine Verriegelungsvorrichtung aufweist, um das Lagerbehältnis ortsfest und erschütterungsfest zu fixieren. ) Lagerbehältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Begrenzungsanschläge und/oder die Verriegelungsvorrichtung an der unteren Hälfte des Mittelsegmentes angebracht ist oder sind. ) Lagerbehältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) als einziges Wasserreservoir innerhalb des Lagerbehältnisses (1 ) angeordnet ist und bei einem Wassergehalt von 30 g Was- ser/cm3 , vorzugsweise als Formkörper, im Mittelsegment des Lagerbehältnisses positioniert ist. 0) Lagerbehältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerbehältnis (1 ) eine, vorzugsweise allumfassende, sterilisierbare Oberfläche aus einem peroxid- und/oder radikalstabilen Material, insbesondere einem Ozon-, Peressigsäure- und/oder Wasserstoffperoxid-stabilen Material aufweist, vorzugsweise aus einer Beschichtung oder einer Wandung auf Basis von Metallen, wie Aluminium, Eisen, , eines Thermoplastes, wie z.B. Polyamid, Polycarbonat, Polyolefin, Polyacryl, Polymethacryl, halogenierte Ethylene und/oder eines Elastomeren, wie z.B. Kautschuk, halogenierte Elastomere, Silikone aufweist. 1 ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) zur Kultivierung von Entwicklungsgut (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) als ein Großraumbehälter, insbesondere als ein ISO-Container, ausgebildet ist, wobei der Großraumbehälter eine Vorrichtung, insbesondere eine sensorisch überwachte Verteilervorrichtung, zur Bereitstellung und Überwachung einer aseptischen Innenatmosphäre aufweist bei gleichzeitiger Einstellung, Überwachung und/oder Aufrechterhaltung von optimalen Wachstumsbedingungen, wobei zur Gewährleistung dieser Wachstumsbedingungen die Vorrichtung zumindest die Parameter: Luftdruck, Temperatur, Feuchte und Gasaustauschrate, durch die Vorrichtung sensorisch ermittelbar und einstellbar sind. ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach Anspruch
11 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorrichtung zusätzlich, einzeln oder in Kombination, die Parameter SAL-Level, Partialgasdruck, Düngemitteltemperatur, Windstärke, Windrichtung, Schallpegel und/oder Schallfrequenzabfolge sensorisch ermittelbar und/oder einstellbar sind. ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorrichtung zusätzlich, einzeln oder in Kombination, die Parameter Lichtstärke, Düngemittelmenge, Düngemittelzusammensetzung, pH-Wert und/oder Leitwert durch die Vorrichtung sensorisch ermittelbar und/oder einstellbar sind. ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach Anspruch
12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um den Partialgasdruck von einzelnen oder in Kombination folgender Gase: CO2, O2, N2, He, Ar, 03, CO, CH4, Ethan, Ethen, Ethin, und/oder Terpene handelt. ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Terpenen um einzelne oder in Kombination von Hemiterpenen, Monoterpenen, Sesquiterpenen, Diterpenen, Sesterterpenen, Triterpenen, Tetraterpenen, Polyterpenen, und Terpenoide, ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) einen Wachsraum aufweist mit einer Zu- und/oder Ableitung eines CIP-Mediums, insbesondere von Ozon. ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) einen Wachsraum aufweist mit einer Zu- und/oder Ableitung eines Reinigungsmediums für eine CIP-Reinigung, insbesondere von Ozon. ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Großraumbehälter zumindest ein Lagergestell (14) zur Anordnung eines oder vorzugsweise einer Mehrzahl von Lagerbehältern (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. ) Industrielle Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Großraumbehälter zumindest eines oder vorzugsweise sämtliche der folgenden Vorrichtungen aufweist: eine Lichtquelle (23) zur Bestrahlung des Entwicklungsgutes; ein Aktuator, wie Pumpe (29) zum Medientransport, einschließlich einem nährstoffhaltigen Medium und/oder einem Sterilisationsmedium; einen Sensor (33) zur Überwachung des Gesundheitszustands des Entwicklungsgutes (6); eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit (32) zur Steuerung eines Regelkreises zur Anpassung der Innenatmosphäre an die vom Sensor (33) erfassten Änderungen auf zumindest einen vorgegebenen Sollwert; eine Wasserversorgungs-(26) und/oder -aufbereitungseinheit (27); ein Klimagerät (24); ein Nährstoffbehälter (30); eine Energieversorgungs- und/oder -Verwaltungseinheit (20); eine Mischkammer (31 ) und/oder ein Kommunikationsmodul (21 ) zum Datenaustausch mit einem externen Gerät. ) Kultivierungssystem umfassend eine Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie eine Maintenance- Einheit (300) und/oder eine Prozess-Einheit (500), insbesondere eine Ernteeinheit, wobei die Maintenance-Einheit mit der Wachstums- und/oder Vermehrungseinheit zur Überführung von Entwicklungsgut oder Maschinen zwischen den beiden Einheiten (100 und 300 oder 500) verbunden ist und wobei die Maintenance- Einheit (300) oder Prozess-Einheit (500) zumindest in Kombination mit der Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100) ausgerüstet ist zum Aufrechterhalten einer aseptischen Innenatmosphäre. ) Verfahren zur Kultivierung von Entwicklungsgut (6), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte a) Bereitstellen eines Lagerbehälters (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, b) Einsetzen des Lagerbehälters (1 ) in ein Lagergestell (14) einer Wachstums- und/oder Vermehrungsstation (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und zumindest einseitig-endständiges Öffnen des Lagerbehälters (1 ), vorzugsweise beidseitig-endständiges Öffnen des Lagerbehälters (1 ) c) Überwachen des Wachstums und/oder Vermehrung des Entwicklungsgutes (6) in der aseptischen Innenatmosphäre, bis zur Detektion eines Wachstums- und/oder Vermehrungsstadiums für die Ernte; d) Einsatz einer Maintenance-Einheit (300) und/oder Prozess-Einheit (500) unter Aufrechterhaltung der aseptischen Atmosphäre unter Gewinnung eines Wertstoffs, insbesondere eines wirkstoffhaltigen biologischen Materials aus dem geernteten Entwicklungsgut. ) Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b), vorzugsweise nach dem Einsetzen des Lagerbehälters (1) in das Lagergestell (14), eine Sterilisation, vorzugsweise nach einem CIP-Verfahren, also einem ortsgebundenen Reinigungsverfahren ohne Demontage der Anordnung aus Lagergestell (14) und Lagerbehälter (1 ) erfolgt. ) Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Schritt c) zur Gewährleistung einer Atmosphäre für das Wachstum und/oder die Vermehrung zumindest die Parameter: Luftdruck, Temperatur, Feuchte, Lichtstärke, Gasaustauschrate, Düngemittelmenge, Düngemittelzusammensetzung, pH-Wert und Leitwert ermittelt, überwacht und/oder eingestellt werden. ) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Schritt c) zur Gewährleistung einer Atmosphäre für das Wachstum und/oder die Vermehrung Parameter SAL-Level, Partialgasdruck, Düngemitteltemperatur, Windstärke, Windrichtung, Schallpegel und/oder Schallfrequenzabfolge ermittelt, überwacht und/oder eingestellt werden.
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