NL9201907A - Peristaltisch mengende reactor en peristaltische kleppenpomp. - Google Patents

Description

Titel: Peristaltisch mengende reactor en peristaltische kleppenpomp.

De uitvinding heeft in eerste instantie betrekking op een peristaltisch mengende reactor.

Een gebruikelijke menginrichting bestaat uit een pot of vat waarin een roerorgaan is opgesteld. Met een dergelijke menginrichting is bijvoorbeeld het verteringsproces in het maagdarmkanaal slechts zeer gebrekkig na te bootsen. In het bijzonder ontbreken de peristaltische bewegingen die aan de menging en homogenisatie bijdragen en het transport van de stoffen kunnen verzorgen.

Met de uitvinding wordt beoogd een peristaltisch mengende reactor te verschaffen waarmee in het bijzonder sterk visceuze vloeistoffen gemengd en gehomogeniseerd kunnen worden.

Volgens de uitvinding omvat de reactor hiertoe tenminste één eenheid bestaande uit twee of meer kamers elk met een daarin zodanig bevestigde flexibele huls dat de ruimte tussen de kamerwand en de huls is gesloten en de hulzen met elkaar in verbinding staan, en in elk van de gesloten ruimtes tussen een kamerwand en een huls uitmondende inlaat- en uitlaatmiddelen voor een gas of vloeistof.

Om zowel de frequentie als de kracht van de peristaltische bewegingen nauwkeurig te kunnen beheersen kan gebruik worden gemaakt van regelmiddelen om de druk in de gesloten ruimten tussen een kamerwand en een huls op gecontroleerde wijze te verhogen en te verlagen.

Deze regelmiddelen zullen gewoonlijk uit computer gestuurde pompen bestaan.

Het volume van de reactor is aan de behoefte aan te passen doordat het aantal kamers per mengeenheid en het aantal mengeenheden kan worden gevarieerd.

Om de te mengen stoffen gemakkelijk in en uit de reactor te kunnen brengen is tussen twee kamers van elke eenheid een tussenstuk aangebracht dat de verbinding tussen de twee kamers vrij laat en waarin een toevoerleiding voor te mengen bestanddelen en een afvoerleiding voor gemengde bestanddelen uitmonden.

In geval van verscheidene mengeenheden kan van opeenvolgende eenheden de afvoerleiding voor gemengde bestanddelen van de eerste eenheid zijn verbonden met de toevoerleiding voor te mengen bestanddelen van een tweede eenheid en kunnen computer gestuurde kleppen in de gecombineerde afvoer- en toevoerleidingen zijn aangebracht.

Bij een dergelijke reactor kan een in vitro model van het maagdarmkanaal worden gebouwd waarbij de overeenkomst met de in vivo situatie groot is. Door krachtige contracties kunnen deeltjes worden fijn gewreven. De voor het tegengaan van micro-biologische overgroei wezenlijke mechanische reinigende werking in de dunne darm kan met de reactor uitstekend worden nagebootst. Er kan met sterke visceuze vloeistoffen, zoals kweekmedia, de maag-darminhoud van een vaste maaltijd of de inhoud van de dikke darm worden gewerkt. Door het ontbreken van uitstekende delen, zoals roerders, en de aanwezigheid van een flexibele wand wordt de aangroei van organismen sterk gereduceerd. Door te kiezen voor weinig krachtige contracties, kunnen wrijvingsgevoelige cellen worden gekweekt.

Bij voorkeur bestaan de flexibele hulzen uit siliconenrubber.

Door toepassing van semi-permeabele hulzen kan uitwisseling van nutriënten, produktie- en afvalstoffen, vloeistoffen en gassen worden gerealiseerd. Dit geldt ook indien tenminste één eenheid is aangesloten op een inrichting voor het uitwisselen van laag moleculaire componenten, welke inrichting in het bijzonder is voorzien van holle membraanvezels.

De inhoud van de mengreactor kan op iedere gewenste temperatuur worden gebracht (bijvoorbeeld op 37°C) wanneer de reactor is voorzien van middelen voor het verwarmen van het vloeibare of gasvormige medium dat naar de ruimtes tussen de wand van de kamers en de hulzen kan worden geleid.

De peristaltisch mengende reactor is overigens niet uitsluitend voor een in vitro model van het maagdarmkanaal geschikt, doch ook bij de produktie van polymeren, high density cultures, slurry-fermentaties en schimmelfermentaties is de reactor volgens de uitvinding van toepassing. In het algemeen zal de reactor van belang zijn voor de voedingsmiddelenindustrie, de farmaceutische en biotechnologische industrie, in laboratoria en in het onderwijs.

Vaak zullen in de reactor één of meer pH-electrodes zijn ingébracht die een computer-gestuurd fysiologisch pH-verloop van de reactorinhoud mogelijk maken. Ook de geleidelijke lediging van de maag is na te bootsen.

De reactor volgens de uitvinding is bij uitstek geschikt voor volledige computers turing.

Het uitvindingsprincipe kan tevens met voordeel worden toegepast op een peristaltische kleppenpomp die is gekenmerkt door drie of meer kamers elk met een daarin zodanig bevestigde flexibele huls dat de ruimte tussen de kamerwand en de huls is gesloten en de hulzen met elkaar in verbinding staan, in elk van de gesloten ruimtes tussen een kamerwand en een huls uitmondende inlaat- en uitlaatmiddelen voor een gas of vloeistof, en regelmiddelen om de toevoer en afvoer van gas of vloeistof naar respectievelijk uit de gesloten ruimtes tussen een kamerwand en een huls te regelen.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren nader worden toegelicht.

Figuur 1 toont schematisch een peristaltisch mengende reactor volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een langsdoorsnede van een mogelijke constructieve uitvoering.

Figuur 3 toont schematisch een uitgebreidere versie van een reactor volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont een computer gestuurd in vitro maagmodel onder gebruikmaking van de reactor volgens de uitvinding.

De in figuur 1 schematisch weergegeven reactor bevat een eenheid 1 bestaande uit twee cilindrische kamers 2 en 3 die via een cilindrisch tussenstuk 4 met elkaar zijn verbonden. In elk van de kamers is een bijvoorbeeld uit siliconenrubber bestaande buigzame huls 5 bevestigd.

Tussen de hulzen 5 en de wanden van de kamers 2 en 3 bevinden zich gesloten ruimtes 6, in elk waarvan een inlaat 9 en een uitlaat 8 uitmonden. De inlaat 9 en de uitlaat 8 kunnen uit hetzelfde kanaal bestaan.

De bevestiging van de eindranden van de hulzen 5 is gas- en vloeistofdicht.

In figuur 1 is te zien dat de ruimte 6 van de kamer 3 via de inlaat 9 met een gas of vloeistof onder druk is gevuld en dat als gevolg daarvan de huls 5 in de kamer 3 is samengeknepen. Een mengsel van stoffen, dat in de huls van de kamer 3 aanwezig was, zal uit die huls zijn gedreven en via het tussenstuk 4 in de niet samengeknepen huls 5 van de kamer 2 zijn geduwd. Door vervolgens de gas- of vloeistofvulling van de ruimte 6 van de kamer 3 via de uitlaat 8 af te voeren en de ruimte 6 van de kamer 2 via de inlaat 9 met gas of vloeistof te vullen, zal de inhoud van de huls 5 van de kamer 2 weer terugvloeien naar de huls 5 van de kamer 3· Op deze wijze worden de peristaltische bewegingen van de maag en het darmkanaal nagebootst en kan een goede menging en homogenisatie van de reactorinhoud tot stand worden gebracht. Om de reactor te kunnen vullen mondt in het tussenstuk 4 een toevoerleiding 10 uit terwijl voor de afvoer van in de reactor gemengde materialen van een zich vanaf het tussenstuk 4 uitstrekkende afvoerleiding 11 gebruik wordt gemaakt. Alternatief is tussen de kamers 2 en 3 geen tussenstuk geplaatst en is een toevoerdeel voor te mengen componenten op de linkerkopwand van kamer 2 en is een afvoerdeel voor gemengde componenten op de rechterkopwand van kamer 3 gemonteerd.

Een mogelijk constructieve uitvoering van de reactor volgens figuur 1 is in figuur 2 te zien. Overeenkomstige delen zijn van dezelfde verwijzingscijfers voorzien.

De eindranden van de hulzen 5 zijn om omgebogen randdelen 12 van de mantel van de kamers 2 en 3 geslagen. Ter bevestiging van de twee kamers 2 en 3 aan het tussenstuk 4 is in de ringvormige spleet naast elk van de omgebogen randdelen 12 een ring 13 geplaatst en lopen bevestigingsbouten 14 door openingen in deze ringen 13 en openingen in flenzen 15 van het tussenstuk 4.

Aan de van elkaar afgekeerde kopeinden van de kamers 2 en 3 zijn sluitstukken 16 geplaatst met een zich daar doorheen uitstrekkende pH-electrode 17· De sluitstukken 16 zijn met behulp van bouten 14 aan een ring 13 bevestigd.

Figuur 3 toont sterk schematisch drie op elkaar volgende eenheden la, lb en lc die respectievelijk een in vitro model vormen voor de maag, de twaalfvingerige darm (duodenum) en de nuchtere darm (jejunum).

De afvoerleiding 11 van de eerste eenheid la vormt één geheel met de toevoerleiding 10a van de tweede eenheid lb terwijl de afvoerleiding 11 van de tweede eenheid lb één geheel vormt met de toevoerleiding 10a van de derde eenheid lc. Er zijn vier kleppen 18, 19, 20 en 21 getekend waarmee de toevoer en afvoer van de stoffen nauwkeurig kan worden gecontroleerd. Elk van de eenheden heeft een of meer extra toevoerleidingen 10b.

Op de tweede eenheid lb sluit een uit holle membraanvezels bestaande uitwisselinrichting 22 aan. Met behulp hiervan kunnen laag moleculaire componenten en gassen worden uitgewisseld. Elk van de eenheden la, lb, lc is voorzien van een kanaal 23 voor het nemen van monsters.

Figuur 4 is een schema van een in vitro maagmodel met een peristaltisch mengende reactor volgens uitvinding.

Het electrisch (bijvoorbeeld tot 37°) te verwarmen waterbad is met 24 aangegeven. Warm water kan met behulp van de pompen 25 en 26 naar de inlaat van de kamers 2 en 3 worden gepompt en kan via de leidingen 9 worden teruggevoerd naar het waterbad 24. De pH-regeleenheid heeft het verwijzingscijfer 27 en de computer voor de besturing van het gehele systeem is met 28 aangeduid. De computerbesturingsleidingen zijn met stippellijnen aangegeven. 29 is een vat voor maagzuur (HCL) en 30 is een vat voor enzymen. Met behulp van de pompeenheid 31 kunnen maagzuur en enzymen via de leidingen 32 en 33 naar het tussenstuk 4 worden gevoerd. Voedingsbestanddelen worden via de normale toevoer 10 ingebracht.

De beschreven reactor kan leiden tot een uitstekende menging en homogenisatie van de componenten met of zonder beschadiging daarvan.

Het op de peristaltiek gebaseerde uitvindingsprincipe kan worden toegepast in een peristaltische klempomp bestaande uit drie of meer kamers 2, 3· De toevoer en afvoer van gas of vloeistof naar respectievelijk uit de gesloten ruimtes tussen een kamerwand en een huls wordt geregeld door bijvoorbeeld computer-gestuurde regelmiddelen. Bij koppeling van drie kamers kan in een eerste fase uitsluitend de huls van de derde kamer zijn dichtgeknepen, kunnen in een tweede fase de hulzen van de eerste en derde kamer zijn dichtgeknepen, kan in een derde fase uitsluitend de huls van de eerste kamer zijn dichtgeknepen, kunnen in een vierde fase de hulzen van de eerste en tweede kamer zijn dichtgeknepen en kunnen in een vijfde fase de hulzen van de drie kamers zijn dichtgeknepen. Om de vloeistof- of gasdruk naar de ruimte tussen de kamerwand en de flexibele huls bij een eenheid met verscheidene achter elkaar geplaatste kamers en aldus de peristaltische stuwende bewegingen gemakkelijk te kunnen regelen, kan gebruik worden gemaakt van computergestuurde magneetkleppen. Niet slechts de tijdstippen van verhogen en verlagen van de vloeistof- of gasdruk maar ook de toe te voeren volumina kunnen worden geregeld, bijvoorbeeld door de hoeveelheid te doseren met behulp van een in een cilinder tussen instelbare aanslagen verplaatsbare zuiger. In figuur 3 zou de combinatie van een afvoerleiding 11 een toevoerleiding 10e en een klep 19 kunnen worden vervangen door een peristaltische kleppenpomp volgens de uitvinding die is ontstaan door koppeling van drie kamers 2, 3·

Claims (10)

1. Peristaltisch mengende reactor omvattende: tenminste één eenheid (1) bestaande uit twee of meer kamers (2, 3) elk met een daarin zodanig bevestigde flexibele huls (5) dat de ruimte (6) tussen de kamerwand en de huls is gesloten en de hulzen met elkaar in verbinding staan, en in elk van de gesloten ruimtes tussen een kamerwand en een huls uitmondende inlaat- en uitlaatmiddelen (8, 9) voor een gas of vloeistof.

2. Reactor volgens conclusie 1, gekenmerkt door regelmiddelen (25, 26, 28) om de druk in de gesloten ruimtes tussen de wand van een kamer (2, 3) en een huls (5) op gecontroleerde wijze te verhogen en te verlagen.

3· Reactor volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat tussen twee kamers (2, 3) van elke eenheid een tussenstuk (4) is aangebracht dat de verbinding tussen de twee kamers vrij laat en waarin een toevoerleiding (10) voor te mengen bestanddelen en een afvoerleiding (11) voor gemengde bestanddelen uitmonden.

4. Reactor volgens conclusie 3 niet verscheidene eenheden (1), met het kenmerk, dat van opeenvolgende eenheden (1) de afvoerleiding (11) voor gemengde bestanddelen van de eerste eenheid is verbonden met de toevoerleiding (10) voor te mengen bestanddelen van een tweede eenheid en dat computer gestuurde kleppen (18, 19, 20, 21) in de gecombineerde afvoer- en toevoerleidingen (10, 11) zijn aangebracht.

5. Reactor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de flexibele hulzen (5) uit siliconenrubber bestaan.

6. Reactor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat van tenminste één eenheid (1) de flexibele hulzen (5) uit semi-permeabel materiaal bestaan.

7. Reactor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste één eenheid van een poort (23) voor het nemen van monsters is voorzien.

8. Reactor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste één eenheid is aangesloten op een inrichting (22) voor het uitwisselen van laag moleculaire componenten, welke inrichting in het bijzonder is voorzien van holle membraanvezels.

9. Reactor volgens één van de voorgaande conclusies, gekenmerkt door middelen voor het verwarmen van het vloeibare of gasvormige medium dat naar de ruimtes tussen de wand van de kamers en de hulzen kan worden geleid.

10. Peristaltische kleppenpomp omvattende drie of meer kamers elk met een daarin zodanig bevestigde flexibele huls dat de ruimte tussen de kamerwand en de huls is gesloten en de hulzen met elkaar in verbinding staan, in elk van de gesloten ruimtes tussen een kamerwand en een huls uitmondende inlaat- en uitlaatmiddelen voor een gas of vloeistof, en regelmiddelen om de toevoer en afvoer van gas of vloeistof naar respectievelijk uit de gesloten ruimtes tussen een kamerwand en een huls te regelen.