WO1998050774A1 - Device for detecting biomolecules and dissolved substances in liquids - Google Patents

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WO1998050774A1
WO1998050774A1 PCT/EP1998/002625 EP9802625W WO9850774A1 WO 1998050774 A1 WO1998050774 A1 WO 1998050774A1 EP 9802625 W EP9802625 W EP 9802625W WO 9850774 A1 WO9850774 A1 WO 9850774A1
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analysis unit
sampling
processes
sampling system
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PCT/EP1998/002625
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Albert Stumpf
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Albert Stumpf
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
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    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/405—Concentrating samples by adsorption or absorption
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a device for determining biomolecules and solutes in liquids, comprising a sampling system which can be brought into direct contact with the liquid to be analyzed within a vessel, in particular within a bioreactor, and an analysis unit.
  • the invention relates to a novel device with which biomolecules and solutes in liquids of sterile processes can be determined qualitatively and quantitatively and which represents a compact combination of a sampling system and an analysis unit, which takes place immediately after the sampling and thus quasi simultaneous measurement and at the same time a reduction of the infection risk to a minimum.
  • the device is suitable for use in all areas in which bioprocesses, in particular biotechnological and enzyme-technological production processes, are involved and high demands are placed on sterile process conditions.
  • the advantages of the invention can therefore be used in particular in food production, the production of pharmaceuticals, carboxylic acids, solvents, enzymes and amino acids, in processes of environmental biotechnology and in the production of active substances with recombinant cells or enzymes.
  • both the sampling system and the actual measuring unit are located outside the reactor.
  • Sampling and processing usually takes place using separation processes such as microfiltration, dialysis, electrolysis and gas diffusion; alternatively, the sample solution can also be freed from microorganisms and undissolved parts by the action of degrading enzymes, such as proteases.
  • the sample which has been prepared and possibly adapted to the corresponding analysis method, is then fed to the actual analysis unit.
  • a sterilisable sampling system integrated in the reactor for example a sterilisable membrane module
  • sampling and measurement take place spatially separated from one another in conventional systems.
  • the transfer of the sample from the reactor to a measuring unit not only results in a considerable risk of infection, but also in one unwanted time delay.
  • drastic changes in the sample to be measured can sometimes occur, which lead to incorrect analysis results and therefore do not allow meaningful control of the culture liquid in the reactor.
  • the immersion dialyzer described therein comprises a removable dialysis head with membrane holder and inlet and return channels extending through the dialysis head, as well as a mounting tube detachably connected to the dialysis head, through which the immersion dialyzer can be attached to the fermenter or a bypass.
  • a buffer solution previously supplied via the feed lines to the membrane which now contains the dialyzable materials from the culture liquid, can be withdrawn via a return line and then via tubes which connect the immersion dialyzer to an analysis device, an analysis unit, for example one automatic analyzer.
  • an analysis unit for example one automatic analyzer.
  • German Offenlegungsschrift 195 33 510 discloses a probe for removing dissolved gases or volatile components from liquids in order to determine their concentration in these liquids.
  • the device disclosed in this citation embodies a combination of a probe and a sensor, apart from the fact that the sensor used is exclusively designed for the quantification of gases, such as tin dioxide, and for this purpose it meets special requirements must not mention sterile processes and their particular problems and requirements at any point.
  • the object of the present invention is therefore to provide a probe suitable for the sterile process control, which overcomes the disadvantages of conventional control instruments, in particular shortens the time between sampling and the presence of the analysis result and reduces or completely excludes the risk of infection to a minimum.
  • the device according to the invention for the determination of biomolecules and solutes in liquids of sterile processes, which is a combination probe in which a sampling system in direct contact with the liquid to be analyzed within a bioreactor and an analysis unit as a compact Unit are present and as such are connected to the bioreactor.
  • the device can also be used to control processes in other vessels, e.g. Whirlpools are used in brewing processes etc.
  • the term "bioreactor” is not limited to classic fermenters in the context of this invention, but rather generally includes vessels in which material conversions taking place in liquids can be measured and monitored.
  • the device After the device according to the invention has been connected to the bioreactor, which can be carried out in a conventional manner, for example by means of a thread, the device can be subjected to a sterilization treatment together with the bioreactor.
  • the device can be sterilized both in a liquid and with steam at usual temperatures, usually at least 120 ° C.
  • the device more precisely the analysis unit arranged outside the bioreactor, can be equipped with one or more biosensors. After the sensor has been calibrated, the device is immediately ready for operation.
  • biosensors are to be understood in the usual sense, i.e. as a combination of bioactive components, e.g. immobilized biocatalysts, and a physical or physicochemical sensor (transducer) that delivers a signal in the presence of substrate as a measure of the substrate content.
  • bioactive components e.g. immobilized biocatalysts
  • transducer a physical or physicochemical sensor
  • the bioactive components are analytes that are able to "recognize” the substance to be analyzed.
  • Receptors, antibodies, enzymes, organelles, tissue sections or whole prokaryotic or eukaryotic cells are suitable for specific recognition.
  • Enzyme sensors, immunosensors and microbial sensors are currently commercially available.
  • biosensor is suitable for use in the combination probe according to the invention.
  • the bioactive component only has to be in a form that enables use in the analysis unit of the device.
  • conventional biosensors are available in the form of chips, measuring modules, bio-capsules or the like. on.
  • bioaffinity sensors can be used who usually use dyes, lectins, antibodies or hormone receptors for specific recognition.
  • the changes caused by the binding or complex formation are displayed as measurable quantities.
  • So-called metabolism sensors which are based on the specific detection of substrates and their chemical conversion to corresponding products, are also particularly suitable. These include enzyme electrodes, organelle sensors, microbial sensors and generally sensors based on biocatalytically active materials. A coupled analysis method with several enzymes is also often indicated, which may also include the detection of cofactors.
  • biosensors of the biomimetic type can be used, simulate the function of sensory organs and recode physical signals such as strain or light into chemical signals.
  • enzymatic and immunological methods can be coupled with one another, especially if particularly low concentrations of a substance are to be determined. The so-called ELISA detection (enzyme-linked immunosorbent assay) should be mentioned here.
  • bioactive substance in particular a receptor, antibody or enzyme
  • the analyte can be bound directly to the transducer surface or applied directly to the electronic element that converts or amplifies the signals.
  • Numerous biosensors which are arranged for the detection of various substances and are suitable for use in the device according to the invention, are already available. Buchholz K. and Kasche V., for example, in “Biocatalysts and Enzyme Technology", VCH, Weinheim, 1997, provide a current overview, particularly with regard to affinity biosensors.
  • the device according to the invention can be sterilized together with the bioreactor, only those materials can be used for its production which can be subjected to a sterilization treatment and preferably withstand temperatures of at least 120 ° C. and particularly preferably up to 150 ° C.
  • the materials used should be resistant to oxidation and corrosion.
  • all parts of the device that are to be subjected to a sterilization treatment must withstand the resulting sterilization pressure, which can be up to 1.5 bar.
  • Further requirements for the materials used for the production result from the fact that the sampling unit is in direct contact with the liquid to be analyzed in the bioreactor. At least the sampling unit should therefore have an inert surface.
  • Sterilizable and inert materials include stainless steel and plastics, especially polytetrafluoroethylene.
  • the sampling unit can have a conventional structure and, for example, in the form of the German one
  • the device according to the invention comprises at least two channels, a feed and a return channel, which extend from the end of the contact with the liquid to be analyzed in the bioreactor Extend the sampling unit through the entire device, ie in any case beyond the sampling unit into the analysis unit.
  • the sample taken is preferably led to the biosensor.
  • Sampling can take place via a dialysis membrane which is attached to the end of the unit which projects into the reactor.
  • the dialysis membrane is preferably part of a dialysis head which is detachably connected to the part of the device which is connected to the wall of the bioreactor.
  • the dialysis head also has at least two channels incorporated therein (feed and return channels), which are detachably connected to the channels or lines of the device.
  • feed and return channels A tight and tight connection of the dialysis head with the rest of the device can be achieved, for example, by ring grooves at the lower end of the dialysis head, into which rubber or plastic O-rings can be inserted.
  • the channels or lines of the device can be connected to the channels of the dialysis head, for example via plug-in or threaded connections.
  • the front end of the sampling unit - the front of the dialysis head when using a removable dialysis head - can be provided planar and possibly with a raised edge area, but preferably has a conically shaped and more preferably a rounded tip.
  • the tip can have longitudinal and transverse grooves for better distribution of the buffer solution in contact with the membrane.
  • the front end of the sampling unit - if a removable dialysis head is used, the front end of the dialysis head - has membrane membrane in the form of one or more ring grooves running around the circumference of the unit or dialysis head, into which rubber O-rings can be inserted. which define the dialysis membrane pulled over the tip of the sampling unit or the dialysis head.
  • the grooves should not have any sharp edges that could damage the sensitive dialysis membrane.
  • the dialysis membrane is thus removably attached to the front end of the sampling unit, preferably at the front end of the removable dialysis head, by means of a membrane holder.
  • the channels extending through the device and possibly the removable dialysis head are preferably arranged in such a way that they end at different points on the tip of the device or dialysis head, as a result of which the buffer solution guided past the dialysis membrane covers as large an area as possible.
  • the channels and the lines connected to them usually have an inside diameter of 0.1 to 3 mm and preferably between 0.8 and 1.3 mm.
  • ultrafiltration or microfiltration membranes can also be used.
  • In-situ filters are also particularly suitable for the removal of dissolved gases, but also for the removal of high-molecular compounds.
  • Any suitable membrane can be used as the membrane, for example membranes made of cellulose or plastics, Teflon, PVC, silicone, generally ceramic or polymeric membranes.
  • the sampling unit or the removable dialysis head additionally has one Dialysis membrane on a depth filter, which is particularly suitable for sampling higher and lower molecular weight substances.
  • a depth filter in combination with a pulsation method, by means of which turbulent flows are generated over the surface of the filter, through which the filter surface is cleared of deposits. This prevents the filter from being clogged, particularly at high media densities.
  • the use of a pulsation method allows sampling even over a long period of time, despite the high density.
  • the filter can also be kept free by the temporary or continuous generation of vibrations or oscillations of the part of the apparatus projecting into the reactor or a part thereof.
  • the device comprises at least three channels, i.e. at least one feed and return channel for dialysis and at least one further channel through which the filtrate is led from the filter into the part of the device outside the reactor becomes. If the depth filter is used alone, the device only has to have at least one channel which feeds the filtered sample to the analysis unit, and preferably there to the biosensor.
  • the device according to the invention is preferably sterilized together with the fermenter in the installed state, when a sensitive membrane is used, it must be protected against bursting by pressure overlay. This is done by closing the interior of the bioreactor during the sterilization phase one or more valves arranged in the device is closed to the outside.
  • This so-called in-situ bridge ensures that the pressure builds up equally on both sides of the membrane during sterilization, so that there is no fear of damage to the membrane.
  • the pressure overlay achieved by the in-situ bridge is removed by opening the valve or valves.
  • the in-situ bridge should not only be used when using membranes, but also when using filters for pressure overlay, in order to prevent the filter from clogging or sticking during the sterilization treatment.
  • the in-situ bridge can be brought about by any suitable valve, for example a shut-off valve, changeover / diverter valve, for example a 3-way valve, stamped valve, in the form of a solenoid, pneumatic or manually operated valve.
  • a shut-off valve for example a 3-way valve, stamped valve
  • the position of the valve within the device possibly within the combination of device and dialysis head, only has to meet the requirement that the opening / closing of the valve on the part of the device lying outside the bioreactor after connecting the device to the bioreactor or can generally be accomplished from outside the reactor.
  • the locking within the device can, however, also take place within the part of the device which projects into the reactor.
  • the inlet and return channels or lines of the device are connected at the rear end of the analysis unit with suitable lines, for example rubber or plastic hoses.
  • suitable lines for example rubber or plastic hoses.
  • These can include the supply of liquids, especially buffer solutions, and the removal of the samples, serve, for example, for additional analysis devices. If a sample is not to be supplied to the biosensor, or is not to be supplied entirely, but rather, in whole or in part, is to be passed directly to an analysis device (eg mass spectrometer or flow injection analysis) outside the device according to the invention, this can be done via additional lines or discharge lines and corresponding valves within the part of the device present outside the reactor can be reached.
  • an analysis device eg mass spectrometer or flow injection analysis
  • the buffer solution of suitable composition required for dialysis and / or filtration is fed via the feed lines into the feed channels and from there to the front end of the sampling unit.
  • the dialysable or filterable substances present in the medium to be analyzed are taken up in the buffer stream via dialysis or filtration and then transported to the analysis unit via the return channels and lines.
  • the buffer stream can also be passed directly to an analyzer present outside the device.
  • the flow rate of the buffer stream can be regulated so that the substances to be determined are in equilibrium on both sides of the membrane or the filter.
  • the analysis unit of the device can be supplemented by a temperature device in order to compensate for temperature changes and to be able to counteract erroneous measurement results caused thereby.
  • the temperature can be regulated, for example, by a cooling coil or jacket cooling.
  • the device can be supplemented by an ultrasonic unit for cell disruption connected between the removal and analysis unit.
  • an ultrasonic unit for cell disruption connected between the removal and analysis unit. This enables the analysis of intracellular substances such as enzymes and other substances that have not been removed from the cells.
  • the analysis unit can be supplemented by a movable, preferably hinged casing.
  • a partial or complete sheathing of the front end of the sampling unit or of the dialysis head can, for example, be fan-shaped or (semi) bowl-shaped.
  • the casing lies tightly against the front end of the sampling unit or the dialysis head and can then be brought out and folded down by a device present outside the reactor.
  • the casing also fulfills a protective function for the sensitive membrane or filter when closed.
  • the device in particular the one or more biosensor units, is connected to a computer unit which enables continuous process monitoring and control.
  • the analysis data obtained can be forwarded by means of remote data transmission, which enables online monitoring and control of the process.
  • the particular advantage of the device according to the invention namely real-time measurement without the usual delays between sampling and analysis, comes into play in particular.
  • the signals generated by a plurality of biosensors are transmitted directly to a computer unit and recorded and evaluated in complex form.
  • the combination probe according to the invention enables the determination and analysis of all substances which can be separated from the medium by dialysis and / or filtration. This results in a particularly wide range of possible applications.
  • dissolved substances e.g.
  • undissolved substances e.g. proteins, enzymes, antibodies
  • breweries and distilleries e.g. for the determination of sugar, alcohol, carbon dioxide etc.
  • environmental biotechnology wastewater and exhaust gas purification, water treatment, biogas and sewage treatment plants
  • food production processes yeast production, cheese, dairy products
  • production of pharmaceuticals Carboxylic acids, solvents, proteins, enzymes, amino acids, in fish farming and water protection, in petrochemical and in general in chemical processes.
  • the device according to the invention can be used in all processes in which dialysable and / or filterable substances are to be detected, the device being particularly suitable for processes with high demands on sterile process conditions, such as, for example, methods for cultivating mammalian cells for the Production of high-quality pharmaceutical active ingredients and the active ingredient production with recombinant cells.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 1 shows an embodiment of the combination probe according to the invention, which comprises a sampling unit (3) with a dialysis head (2) and an analysis unit (8), including the biosensor unit (9), which is in the installed state outside the bioreactor.
  • the device can be attached to the bioreactor by means of a screw thread (4).
  • the dialysis head (2) comprises a membrane (1) which is placed around the edge area and part of the dialysis head and is held on the dialysis head with the aid of a rubber ring.
  • An inlet channel (6a) and a return channel (7a) are incorporated at a distance from one another via the dialysis head, via which the buffer solution required for dialysis is supplied or removed. These channels (6a, 7a) are connected to the feed and return channels (6, 7) which extend through the sampling unit (3) to the analysis unit (8).
  • the buffer solution is fed to the dialysis membrane via the feed channels (6, 6a) and drawn off into the analysis unit via the return channels (7, 7a).
  • a buffer space is formed under the membrane (1), which is connected to the analysis unit (8) or the biosensor unit (9) comprised by the analysis unit via the feed and return channels mentioned.
  • the outer end of the device is formed by a screw cap (10) which closes off the analysis unit and ensures a firm and tight assembly of the device.
  • the analysis unit is equipped with a cover (11) located above the biosensor unit, which enables simple use of a biosensor, for example in the form of a chip or another biosensor module. The possibility of sterilizing the device together with the bioreactor is ensured by an in-situ bridge caused by a shut-off valve (5).
  • Fig. 2 shows the schematic view of a second Embodiment of the combination probe according to the invention, in which the sampling unit (3) comprises a depth filter (13) in addition to a dialysis membrane (1).
  • the head of the sampling unit comprising the membrane (1) and the depth filter (13)
  • a protective grille (12) is protected by a protective grille (12).
  • a buffer solution is fed to the dialysis membrane (1) via the feed line (6) and passed to the analysis unit (8) via the return line (7).
  • the buffer solution can be fed to the biosensor unit (9) by a corresponding setting of a 3-way valve (17) or can be fed via a return line (16) directly to an analysis device outside the device.
  • the biosensor unit is connected to a computer unit via a line (15).
  • the depth filter (13) is connected to the biosensor unit via a channel (14) through which the filtrate is conducted from the sampling unit to the analysis unit.
  • a channel (14) through which the filtrate is conducted from the sampling unit to the analysis unit.

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Abstract

A device for detecting biomolecules and dissolved substances in liquids has a sampling system (3) which can be brought into direct contact with a liquid to be analysed inside a container, in particular a bioreactor, and an analysis unit (8). In particular, a device of a new type is disclosed for qualitatively and quantitatively determining biomolecules and dissolved substances in liquids used in sterile processes and representing a compact combination of a sampling system and an analysis unit which allows samples to be measured as soon as they are collected, at the same time reducing the risk of infection to a minimum. The device is useful in all fields in which biological processes, in particular biotechnological and enzymatic production processes, are involved, and in which strict sterility requirements are applied. The invention is particularly advantageous in the foodstuff, pharmaceutical and chemical industry, for processes of environmental biotechnology and production of active substances by means of recombinant cells and enzymes.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung von Biomolekülen und gelösten Stoffen in Flüssigkeiten Device for the determination of biomolecules and solutes in liquids
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Biomolekülen und gelösten Stoffen in Flüssigkeiten, umfassend ein mit der zu analysierenden Flüssigkeit innerhalb eines Gefässes, insbesondere innerhalb eines Bioreaktors, in unmittelbaren Kontakt bringbares Probenahmesystem und eine Analyseneinheit.The present invention relates to a device for determining biomolecules and solutes in liquids, comprising a sampling system which can be brought into direct contact with the liquid to be analyzed within a vessel, in particular within a bioreactor, and an analysis unit.
Speziell betrifft die Erfindung eine neuartige Vorrichtung, mit der Biomoleküle und gelöste Stoffe in Flüssigkeiten von Sterilprozessen qualitativ und quantitativ bestimmt werden können und die eine kompakte Kombination eines Probenahme- Systems und einer Analyseneinheit darstellt, die eine unmittelbar im Anschluß an die Probenahme stattfindende und somit quasi zeitgleiche Messung und gleichzeitig eine Reduzierung des Infektionsrisikos auf ein Minimum ermöglicht. Die Vorrichtung eignet sich zum Einsatz in allen Bereichen, in denen Bioprozesse, insbesondere biotechnologische und enzymtechnologische Produktionsverfahren, involviert und hohe Anforderungen an sterile Prozeßbedingungen zu stellen sind. Die Vorteile der Erfindung lassen sich daher insbesondere in der Nahrungsmittelherstellung, der Gewinnung von Pharmaka, Carbonsäuren, Lösungsmitteln, Enzymen und Aminosäuren, in Verfahren der Umweltbiotechnologie und der Wirk- stoffproduktion mit rekombinanten Zellen bzw. Enzymen nutzen.Specifically, the invention relates to a novel device with which biomolecules and solutes in liquids of sterile processes can be determined qualitatively and quantitatively and which represents a compact combination of a sampling system and an analysis unit, which takes place immediately after the sampling and thus quasi simultaneous measurement and at the same time a reduction of the infection risk to a minimum. The device is suitable for use in all areas in which bioprocesses, in particular biotechnological and enzyme-technological production processes, are involved and high demands are placed on sterile process conditions. The advantages of the invention can therefore be used in particular in food production, the production of pharmaceuticals, carboxylic acids, solvents, enzymes and amino acids, in processes of environmental biotechnology and in the production of active substances with recombinant cells or enzymes.
Die in biotechnologischen Produktionsprozessen stattfindenden StoffUmwandlungen mit Biokatalysatoren, d.h. Enzymen, Mikroorganismen oder tierischen und pflanzlichen Zellen, müssen durch off-line- und on-1ine-Überwachung genau verfolgt werden, um hohe Produktivität und Produkt- qualitat zu erreichen. Nur durch die Messung der den Prozeß kennzeichnenden Größen und deren zeitlichen Verlaufs lassen sich jederzeit die für das Prozeßziel günstigsten Maßnahmen treffen. Das Fehlen geeigneter Überwachungsinstrumente, insbesondere von in-situ-Instrumenten, die sich für den Einsatz bei Fermentationsprozessen eignen, stellt ein besonderes Problem für biotechnologische Produktionsprozesse mit hohen Anforderungen an eine sterile Prozeßführung dar. Aus diesem Grund werden die meisten physikalisch-chemischen oder biologischen Analysen, die in der Regel aus der sterilen Probenentnahme, der Probenaufbereitung, der Analyse selbst und der Signalauswertung bestehen, außerhalb des Bioreaktors durchgeführt. Da jeder dieser Vorgänge eine Quelle fehlerhafter Ergebnisse sein kann, ist ihre strenge Kontrolle enorm wichtig. Nur wenn die Zeit zwischen Probenahme und dem Vorliegen des Analysenergebnisses ausreichend kurz ist, kann die Analyse eine geeignete Prozeßkontrolle gewähr- leisten.The substance conversions with biocatalysts that take place in biotechnological production processes, ie enzymes, microorganisms or animal and plant cells, have to be closely monitored by off-line and on-line monitoring in order to achieve high productivity and product quality. Only by measuring the variables that characterize the process and their course over time can the most favorable measures for the process goal be taken at any time. The lack of suitable monitoring instruments, especially in-situ instruments, which are suitable for use in fermentation processes, poses a particular problem for biotechnological production processes with high demands on sterile process control. For this reason, most physico-chemical or biological analyzes , which usually consist of sterile sampling, sample preparation, the analysis itself and the signal evaluation, carried out outside the bioreactor. Because each of these processes can be a source of erroneous results, strict control is extremely important. The analysis can only guarantee a suitable process control if the time between sampling and the analysis result is sufficiently short.
In den meisten herkömmlichen Systemen zur Sterilprozeßkontrolle und -Steuerung liegen sowohl das Probenahmesystem als auch die eigentliche Meßeinheit außerhalb des Reaktors vor. Die Probenahme und -aufbereitung findet dabei in der Regel durch Trennverfahren, wie Mikrofiltration, Dialyse, Elektrolyse und Gasdiffusion statt; alternativ kann die Probelösung auch durch die Einwirkung abbauender Enzyme, wie Proteasen, von Mikroorganismen und ungelösten Teilen befreit werden. Anschließend wird die aufbereitete und ggf. an die entsprechende Analysemethode angepaßte Probe der eigentlichen Analyseneinheit zugeführt.In most conventional systems for sterile process control and control, both the sampling system and the actual measuring unit are located outside the reactor. Sampling and processing usually takes place using separation processes such as microfiltration, dialysis, electrolysis and gas diffusion; alternatively, the sample solution can also be freed from microorganisms and undissolved parts by the action of degrading enzymes, such as proteases. The sample, which has been prepared and possibly adapted to the corresponding analysis method, is then fed to the actual analysis unit.
Aber selbst für den Fall, daß ein sterilisierbares, in den Reaktor integriertes Probenahmesystem, beispielsweise ein sterilisierbares Membranmodul, eingesetzt wird, finden in herkömmlichen Systemen Probenahme und -messung räumlich getrennt voneinander statt. Die Überführung der Probe von dem Reaktor zu einer Meßeinheit resultiert nicht nur in einem erheblichen Infektionsrisiko, sondern auch in einer unerwünschten zeitlichen Verzögerung. Während des Transports der Probelösung zu der Meßstation können zum Teil drastische Veränderungen der zu messenden Probe auftreten, die zu fehlerhaften Analyseergebnissen führen und eine aussagekräftige Kontrolle der Kulturflüssigkeit in dem Reaktor daher nicht erlauben.But even in the event that a sterilisable sampling system integrated in the reactor, for example a sterilisable membrane module, is used, sampling and measurement take place spatially separated from one another in conventional systems. The transfer of the sample from the reactor to a measuring unit not only results in a considerable risk of infection, but also in one unwanted time delay. During the transport of the sample solution to the measuring station, drastic changes in the sample to be measured can sometimes occur, which lead to incorrect analysis results and therefore do not allow meaningful control of the culture liquid in the reactor.
Ein Beispiel für ein sterilisierbares Probenahmesystem ist in der deutschen Patentschrift 26 50 730 offenbart. Der dort beschriebene Tauchdialysator umfaßt einen abnehmbaren Dialysationskopf mit Membranhaiterung und sich durch den Dialysationskopf erstreckende Zulauf- und Rücklaufkanäle sowie ein mit dem Dialysationskopf lösbar verbundenes Halterungsröhr, durch das der Tauchdialysator an dem Fer- menter oder einem Bypass befestigt werden kann. Im Anschluß an die Dialyse kann eine zuvor über die Zulaufleitungen der Membran zugeführte Pufferlösung, die jetzt die dialysier- baren Materialien aus der Kulturflüssigkeit enthält, über eine Rücklaufleitung abgezogen und anschließend über Schläuche, die den Tauchdialysator mit einer Analysenvorrichtung verbinden, einer Analyseneinheit, beispielsweise einem automatischen Analyzer, zugeführt werden. Die Möglichkeit, einen Tauchdialysator mit einer Detektionseinheit in kompakter Form zu kombinieren, wird im Stand der Technik nicht erwähnt.An example of a sterilizable sampling system is disclosed in German Patent 26 50 730. The immersion dialyzer described therein comprises a removable dialysis head with membrane holder and inlet and return channels extending through the dialysis head, as well as a mounting tube detachably connected to the dialysis head, through which the immersion dialyzer can be attached to the fermenter or a bypass. Following dialysis, a buffer solution previously supplied via the feed lines to the membrane, which now contains the dialyzable materials from the culture liquid, can be withdrawn via a return line and then via tubes which connect the immersion dialyzer to an analysis device, an analysis unit, for example one automatic analyzer. The possibility of combining a submersible dialyzer with a detection unit in a compact form is not mentioned in the prior art.
Die deutsche Offenlegungsschrift 195 33 510 offenbart eine Sonde zur Entnahme gelöster Gase oder flüchtiger Komponenten aus Flüssigkeiten zur Bestimmung ihrer Konzentration in diesen Flüssigkeiten. Zwar verkörpert die in dieser Entgegenhaltung offenbarte Vorrichtung eine Kombination einer Sonde und eines Sensors, doch werden, abgesehen davon, daß der eingesetzte Sensor ausschließlich für die Quantifizierung von Gasen, wie bspw. Zinndioxid, ausgerichtet ist und hierfür entsprechend speziellen Erfordernissen genügen muß, Sterilprozesse und deren besondere Probleme und Anforderungen an keiner Stelle erwähnt.German Offenlegungsschrift 195 33 510 discloses a probe for removing dissolved gases or volatile components from liquids in order to determine their concentration in these liquids. Although the device disclosed in this citation embodies a combination of a probe and a sensor, apart from the fact that the sensor used is exclusively designed for the quantification of gases, such as tin dioxide, and for this purpose it meets special requirements must not mention sterile processes and their particular problems and requirements at any point.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine für die Sterilprozeßkontrolle geeignete Sonde bereitzustellen, die die Nachteile herkömmlicher Kontrollinstrumente überwindet, insbesondere die Zeit zwischen Probenahme und Vorliegen des Analysenergebnisses verkürzt und das Infektionsrisiko auf ein Minimum vermindert bzw. vollkommen ausschließt.The object of the present invention is therefore to provide a probe suitable for the sterile process control, which overcomes the disadvantages of conventional control instruments, in particular shortens the time between sampling and the presence of the analysis result and reduces or completely excludes the risk of infection to a minimum.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Biomolekülen und gelösten Stoffen in Flüssigkeiten von Sterilprozessen gelöst, bei der es sich um eine Kombinationssonde handelt, in der ein mit der zu analysierenden Flüssigkeit innerhalb eines Bioreaktors in direktem Kontakt stehendes Probenahmesystem und eine Analyseneinheit als kompakte Einheit vorliegen und als solche mit dem Bioreaktor verbunden werden. Die Vorrichtung kann auch für die Kontrolle von Prozessen in anderen Gefäßen bzw. Behältnissen, z.B. Whirlpools in Brauprozessen u.a., eingesetzt werden, d.h. der Begriff "Bioreaktor" ist im Rahmen dieser Erfindung nicht auf klassische Fermenter beschränkt, sondern umfaßt allgemein Gefäße, in denen in Flüssigkeiten stattfindende StoffUmwandlungen gemessen und überwacht werden können.This object is achieved by the device according to the invention for the determination of biomolecules and solutes in liquids of sterile processes, which is a combination probe in which a sampling system in direct contact with the liquid to be analyzed within a bioreactor and an analysis unit as a compact Unit are present and as such are connected to the bioreactor. The device can also be used to control processes in other vessels, e.g. Whirlpools are used in brewing processes etc. the term "bioreactor" is not limited to classic fermenters in the context of this invention, but rather generally includes vessels in which material conversions taking place in liquids can be measured and monitored.
Nach dem Verbinden der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Bioreaktor, das in herkömmlicher Weise, z.B. mittels eines Gewindes, erfolgen kann, kann die Vorrichtung zusammen mit dem Bioreaktor einer Sterilisationsbehandlung unterzogen werden. Dabei kann die Vorrichtung sowohl in einer Flüssigkeit als auch mit Dampf bei üblichen Temperaturen, in der Regel bei mindestens 120 °C, sterilisiert werden. Im Anschluß an die Sterilisationsbehandlung und ggf. eine sich daran anschließende Abkühlungsphase kann die Vorrichtung, genauer gesagt die außerhalb des Bioreaktors angeordnete Analyseneinheit, mit einem oder mehreren Biosen- soren bestückt werden. Nach erfolgter Kalibrierung des Sensors ist die Vorrichtung sofort betriebsbereit.After the device according to the invention has been connected to the bioreactor, which can be carried out in a conventional manner, for example by means of a thread, the device can be subjected to a sterilization treatment together with the bioreactor. The device can be sterilized both in a liquid and with steam at usual temperatures, usually at least 120 ° C. Following the sterilization treatment and, if appropriate, a subsequent cooling phase, the device, more precisely the analysis unit arranged outside the bioreactor, can be equipped with one or more biosensors. After the sensor has been calibrated, the device is immediately ready for operation.
Biosensoren sind im Rahmen dieser Erfindung im üblichen Sinn zu verstehen, d.h. als Kombination von bioaktiven Komponenten, z.B. immobilisierten Biokatalysatoren, und einem physikalischen bzw. physikochemisehen Sensor (Trans- duktor) , der in Gegenwart von Substrat ein Signal als Maß für den Substratgehalt liefert. Das biologisch erzeugte und vom Transduktor in eine meßbare Größe umgewandelte Signal kann anschließend durch eine elektronische Komponente verstärkt und mittels einer Rechnereinheit ausgewertet werden.Within the scope of this invention, biosensors are to be understood in the usual sense, i.e. as a combination of bioactive components, e.g. immobilized biocatalysts, and a physical or physicochemical sensor (transducer) that delivers a signal in the presence of substrate as a measure of the substrate content. The biologically generated signal and converted into a measurable size by the transducer can then be amplified by an electronic component and evaluated by means of a computer unit.
Bei den bioaktiven Komponenten handelt es sich um Analyten, die in der Lage sind, die zu analysierende Substanz zu "er- kennen" . Zur spezifischen Erkennung eignen sich beispielsweise Rezeptoren, Antikörper, Enzyme, Organellen, Gewebeschnitte oder ganze prokaryontische oder eukaryontische Zellen. Kommerziell erhältlich sind gegenwärtig vor allem Enzymsensoren, Immunosensoren und mikrobielle Sensoren.The bioactive components are analytes that are able to "recognize" the substance to be analyzed. Receptors, antibodies, enzymes, organelles, tissue sections or whole prokaryotic or eukaryotic cells are suitable for specific recognition. Enzyme sensors, immunosensors and microbial sensors are currently commercially available.
Für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Kombinationssonde ist jeder beliebige Biosensor geeignet. Die bioaktive Komponente muß lediglich in einer Form vorliegen, die den Einsatz in die Analyseneinheit der Vorrichtung ermöglicht. Hier bieten sich beispielsweise konventionelle Biosensoren in Form von Chips, Meßbausteinen, Biokapseln o.a. an.Any biosensor is suitable for use in the combination probe according to the invention. The bioactive component only has to be in a form that enables use in the analysis unit of the device. Here, for example, conventional biosensors are available in the form of chips, measuring modules, bio-capsules or the like. on.
Sollen beispielsweise Enzyme, Glykoproteine, Antigene oder Hormone in der zu analysierenden Flüssigkeit detektiert werden, bietet sich der Einsatz von Bioaffinitätssensoren an, die in der Regel Farbstoffe, Lektine, Antikörper oder Hormonrezeptoren für die spezifische Erkennung nutzen. Die durch die Bindung bzw. Komplexbildung hervorgerufenen Veränderungen (Lichtabsorption, Brechungsindex, elektrische Ladung etc.) werden als meßbare Größen angezeigt. Als besonders geeignet sind auch sog. Metabolismus-Sensoren zu nennen, die auf der spezifischen Erkennung von Substraten und ihrer chemischen Umsetzung zu entsprechenden Produkten beruhen. Hierzu zählen u.a. Enzymelektroden, Organellen- Sensoren, mikrobielle Sensoren und allgemein Sensoren auf der Basis biokatalyisch aktiver Materialien. Häufig ist auch ein gekoppeltes Analyseverfahren mit mehreren Enzymen angezeigt, das u.U. zusätzlich den Nachweis von Cofaktoren umfaßt. Des weiteren können auch Biosensoren des biomime- tischen Typs eingesetzt werden, die Funktion von Sinnesorganen simulieren und physikalische Signale, wie Dehnung oder Licht in chemische Signale umkodieren. Es ist darüber hinaus auch möglich, bestimmte Substanzen mittels Nachweis- reaktionen zu detektieren, deren Ablauf ein unmittelbar mit bloßem Auge erkennbares optisches Signal, beispielsweise in Form einer Farbreaktion, Fluoreszenz, Biolumineszenz oder Trübung der Probe, liefert. Des weiteren können enzymati- sche und immunologische Verfahren mit einander gekoppelt werden, insbesondere wenn besonders niedrige Konzentra- tionen einer Substanz zu bestimmen sind. Zu nennen ist hier der sog. ELISA-Nachweis (Enyzme-linked-immuno-sorbent- assay) .If, for example, enzymes, glycoproteins, antigens or hormones are to be detected in the liquid to be analyzed, bioaffinity sensors can be used who usually use dyes, lectins, antibodies or hormone receptors for specific recognition. The changes caused by the binding or complex formation (light absorption, refractive index, electrical charge, etc.) are displayed as measurable quantities. So-called metabolism sensors, which are based on the specific detection of substrates and their chemical conversion to corresponding products, are also particularly suitable. These include enzyme electrodes, organelle sensors, microbial sensors and generally sensors based on biocatalytically active materials. A coupled analysis method with several enzymes is also often indicated, which may also include the detection of cofactors. Furthermore, biosensors of the biomimetic type can be used, simulate the function of sensory organs and recode physical signals such as strain or light into chemical signals. In addition, it is also possible to detect certain substances by means of detection reactions, the course of which provides an optical signal which can be recognized directly with the naked eye, for example in the form of a color reaction, fluorescence, bioluminescence or turbidity of the sample. Furthermore, enzymatic and immunological methods can be coupled with one another, especially if particularly low concentrations of a substance are to be determined. The so-called ELISA detection (enzyme-linked immunosorbent assay) should be mentioned here.
Häufig liegt die bioaktive Substanz, insbesondere ein Rezeptor, Antikörper oder Enzym, zwischen Membranen eingeschlossen oder an Membranen immobilisert vor. Des weiteren kann der Analyt unmittelbar auf der Transduktoroberflache gebunden oder direkt auf das elektronische Element aufgebracht sein, das die Signale umwandelt oder verstärkt. Gegenwärtig sind bereits zahlreiche, für den Nachweis verschiedenster Substanzen aufgerichteter Biosensoren erhältlich, die für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet sind. Eine aktuelle Übersicht, insbe- sondere hinsichtlich Affinitätsbiosensoren, liefern beispielsweise Buchholz K. und Kasche V. in "Biokatalysatoren und Enzymtechnologie", VCH, Weinheim, 1997.The bioactive substance, in particular a receptor, antibody or enzyme, is often enclosed between membranes or immobilized on membranes. Furthermore, the analyte can be bound directly to the transducer surface or applied directly to the electronic element that converts or amplifies the signals. Numerous biosensors, which are arranged for the detection of various substances and are suitable for use in the device according to the invention, are already available. Buchholz K. and Kasche V., for example, in "Biocatalysts and Enzyme Technology", VCH, Weinheim, 1997, provide a current overview, particularly with regard to affinity biosensors.
Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen mit dem Bioreaktor sterilisiert werden kann, können für deren Herstellung nur solche Materialien eingesetzt werden, die einer Sterilisationsbehandlung unterzogen werden können und vorzugsweise Temperaturen von mindestens 120 °C und besonders bevorzugt von bis zu 150 °C aushalten. Darüber hinaus sollten die verwendeten Materialien gegen Oxidation bzw. Korrosion beständig sein. Des weiteren müssen sämtliche Teile der Vorrichtung, die einer Sterilisationsbehandlung zu unterziehen sind, den dabei entstehenden Sterilisationsdruck aushalten, der bis zu 1,5 bar betragen kann. Weitere Anforderungen an die zur Herstellung eingesetzten Materialien ergeben sich daraus, daß die Probenahmeeinheit in direktem Kontakt mit der zu analysierenden Flüssigkeit in dem Bioreaktor steht. Zumindest die Probenahmeeinheit sollte daher eine inerte Oberfläche aufweisen. Als geeignete, d.h. sterilisierbare und inerte Materialien sind rostfreier Stahl und Kunststoffe, insbesondere Polytetrafluorethylen, zu nennen.So that the device according to the invention can be sterilized together with the bioreactor, only those materials can be used for its production which can be subjected to a sterilization treatment and preferably withstand temperatures of at least 120 ° C. and particularly preferably up to 150 ° C. In addition, the materials used should be resistant to oxidation and corrosion. Furthermore, all parts of the device that are to be subjected to a sterilization treatment must withstand the resulting sterilization pressure, which can be up to 1.5 bar. Further requirements for the materials used for the production result from the fact that the sampling unit is in direct contact with the liquid to be analyzed in the bioreactor. At least the sampling unit should therefore have an inert surface. As suitable, i.e. Sterilizable and inert materials include stainless steel and plastics, especially polytetrafluoroethylene.
Die Probenahmeeinheit kann einen herkömmlichen Aufbau auf- weisen und beispielsweise in Form des in der deutschenThe sampling unit can have a conventional structure and, for example, in the form of the German one
Patentschrift 26 50 730 beschriebenen Tauchdialysators vorliegen. In diesem Fall umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei Kanäle, einen Zuführ- und einen Rückführkanal, die sich von dem mit der zu analysierenden Flüssigkeit in dem Bioreaktor in Kontakt stehenden Ende der Probenahmeeinheit durch die gesamte Vorrichtung erstrek- ken, d.h. in jedem Fall über die Probenahmeeinheit hinaus in die Analyseneinheit. In der Analyseneinheit wird die aufgenommenen Probe vorzugsweise zu dem Biosensor geführt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Probe - ohne Zuführen zur Biosensoreinheit - zu einer unabhängigen, außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorliegenden Analyseneinheit zu leiten.Patent document 26 50 730 described immersion dialyzer. In this case, the device according to the invention comprises at least two channels, a feed and a return channel, which extend from the end of the contact with the liquid to be analyzed in the bioreactor Extend the sampling unit through the entire device, ie in any case beyond the sampling unit into the analysis unit. In the analysis unit, the sample taken is preferably led to the biosensor. However, there is also the possibility of routing the sample to an independent analysis unit outside the device according to the invention, without being fed to the biosensor unit.
Die Probenahme kann über eine Dialysemembran erfolgen, die an dem in den Reaktor hineinragenden Ende der Einheit angebracht ist. Vorzugsweise ist die Dialysemembran Teil eines Dialysekopfes, der abnehmbar mit dem mit der Wand des Bioreaktors in Verbindung stehenden Teils der Vorrichtung ver- bunden ist. In diesem Fall verfügt der Dialysekopf ebenfalls über mindestens zwei darin eingearbeitete Kanäle (Zuführ- und Rückführkanal) , die mit den Kanälen bzw. Leitungen der Vorrichtung lösbar verbunden sind. Eine dichte und festsitzende Verbindung des Dialysekopfes mit der restlichen Vorrichtung kann beispielsweise durch Ringnuten am unteren Ende des Dialysekopfes erreicht werden, in die O-Ringe aus Gummi oder Kunststoff eingelegt werden können. Die Kanäle bzw. Leitungen der Vorrichtung können mit den Kanälen des Dialysekopfes beispielsweise über Steck- oder Gewindeverbindungen verbunden werden.Sampling can take place via a dialysis membrane which is attached to the end of the unit which projects into the reactor. The dialysis membrane is preferably part of a dialysis head which is detachably connected to the part of the device which is connected to the wall of the bioreactor. In this case, the dialysis head also has at least two channels incorporated therein (feed and return channels), which are detachably connected to the channels or lines of the device. A tight and tight connection of the dialysis head with the rest of the device can be achieved, for example, by ring grooves at the lower end of the dialysis head, into which rubber or plastic O-rings can be inserted. The channels or lines of the device can be connected to the channels of the dialysis head, for example via plug-in or threaded connections.
Das Vorderende der Probenahmeeinheit - bei Verwendung eines abnehmbaren Dialysekopfes die Vorderseite des Dialysekopfes - kann planar und ggf. mit einem erhöhten Randbereich ver- sehen sein, weist jedoch vorzugsweise eine konisch geformte und noch bevorzugter eine abgerundete Spitze auf. Die Spitze kann zur besseren Verteilung der mit der Membran in Kontakt stehenden Pufferlösung mit Längs- und Querrillen aufweisen. Das Vorderende der Probenahmeeinheit - bei Verwendung eines abnehmbaren Dialysekopfes das vordere Ende des Dialyse- kopfes - weist eine Membranhaiterung in Form einer oder mehreren um den Umfang der Einheit bzw. des Dialysekopfes herumlaufenden Ringnuten auf, in die Gummi-O-Ringe eingelegt werden können, die die über die Spitze der Probenahmeeinheit bzw. des Dialysekopfes gezogene Dialysemembran festlegen. Die Nuten sollten keine scharfkantigen Ränder aufweisen, die die empfindliche Dialysemembran beschädigen könnten. Die Dialysemembran ist somit am vorderen Ende der Probenahmeeinheit, vorzugsweise am vorderen Ende des abnehmbaren Dialysekopfes, mittels einer Membranhaiterung abnehmbar befestigt. Die sich durch die Vorrichtung und ggf. den abnehmbaren Dialysekopf erstreckenden Kanäle sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie an verschiedenen Stellen der Spitze der Vorrichtung bzw. des Dialysekopfes enden, wodurch die an der Dialysemembran vorbeigeführte Pufferlösung eine möglichst große Fläche bestreicht. Die Kanäle und damit verbundenen Leitungen besitzen üblicher- weise einen Innendurchmesser von 0,1 bis 3 mm und vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,3 mm.The front end of the sampling unit - the front of the dialysis head when using a removable dialysis head - can be provided planar and possibly with a raised edge area, but preferably has a conically shaped and more preferably a rounded tip. The tip can have longitudinal and transverse grooves for better distribution of the buffer solution in contact with the membrane. The front end of the sampling unit - if a removable dialysis head is used, the front end of the dialysis head - has membrane membrane in the form of one or more ring grooves running around the circumference of the unit or dialysis head, into which rubber O-rings can be inserted. which define the dialysis membrane pulled over the tip of the sampling unit or the dialysis head. The grooves should not have any sharp edges that could damage the sensitive dialysis membrane. The dialysis membrane is thus removably attached to the front end of the sampling unit, preferably at the front end of the removable dialysis head, by means of a membrane holder. The channels extending through the device and possibly the removable dialysis head are preferably arranged in such a way that they end at different points on the tip of the device or dialysis head, as a result of which the buffer solution guided past the dialysis membrane covers as large an area as possible. The channels and the lines connected to them usually have an inside diameter of 0.1 to 3 mm and preferably between 0.8 and 1.3 mm.
In vielen Fällen können neben Dialysemembranen für die Probenahme, insbesondere zellfreier Medien, gelöster Gase und flüchtiger Komponenten, auch Ultrafiltrations- oder Mikro- filtrationsmembranen eingesetzt werden. Insbesondere für die Entnahme gelöster Gase, aber auch für die Entnahme hochmolekularer Verbindungen bieten sich darüber hinaus auch in-situ-Filter an. Als Membran kann jede geeignete Membran eingesetzt werden, beispielsweise Membranen aus Cellulose oder Kunststoffen, Teflon, PVC, Silikon, allgemein keramische oder polymere Membranen.In many cases, in addition to dialysis membranes for sampling, in particular cell-free media, dissolved gases and volatile components, ultrafiltration or microfiltration membranes can also be used. In-situ filters are also particularly suitable for the removal of dissolved gases, but also for the removal of high-molecular compounds. Any suitable membrane can be used as the membrane, for example membranes made of cellulose or plastics, Teflon, PVC, silicone, generally ceramic or polymeric membranes.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Probenahme- einheit bzw. der abnehmbare Dialysekopf zusätzlich zu einer Dialysemembran einen Tiefenfilter auf, der insbesondere für die Probenahme von höher- und niedermolekularen Stoffen geeignet ist. Abhängig von der Porengröße des Filters können so auch nicht dialysierbare bzw. ungelöste Stoffe entnommen werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Tiefenfilters in Kombination mit einem Pulsierverfahren, mittels dessen über der Oberfläche des Filters turbulente Strömungen erzeugt werden, durch welche die Filteroberfläche von Ablagerungen freigeschwebt wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Filter insbesondere bei hohen Dichten der Medien zugesetzt wird. Der Einsatz eines Pulsierverfahrens erlaubt die Probenahme trotz hoher Dichen auch über einen längeren Zeitraum. Das Freihalten des Filters kann auch durch die vorrübergehende oder konti- nuierliehe Erzeugung von Vibrationen bzw. Schwingungen des in den Reaktor ragenden Vorrichtungsteiles bzw. eines Teiles davon erreicht werden.In a preferred embodiment, the sampling unit or the removable dialysis head additionally has one Dialysis membrane on a depth filter, which is particularly suitable for sampling higher and lower molecular weight substances. Depending on the pore size of the filter, non-dialyzable or undissolved substances can also be removed. It is particularly preferred to use a depth filter in combination with a pulsation method, by means of which turbulent flows are generated over the surface of the filter, through which the filter surface is cleared of deposits. This prevents the filter from being clogged, particularly at high media densities. The use of a pulsation method allows sampling even over a long period of time, despite the high density. The filter can also be kept free by the temporary or continuous generation of vibrations or oscillations of the part of the apparatus projecting into the reactor or a part thereof.
Im Falle des kombinierten Einsatzes einer Dialysemembran und eines Tiefenfilters umfaßt die Vorrichtung mindestens drei Kanäle, also mindestens einen Zuführ- und Rückführkanal für die Dialyse und mindestens einen weiteren Kanal, durch den das Filtrat von dem Filter in den außerhalb des Reaktors liegenden Teil der Vorrichtung geführt wird. Im Falle des Einsatzes des Tiefenfilters allein muß die Vorrichtung lediglich mindestens einen Kanal aufweisen, der die filtrierte Probe der Analyseneinheit, und dort vorzugsweise dem Biosensor, zuführt.In the case of the combined use of a dialysis membrane and a depth filter, the device comprises at least three channels, i.e. at least one feed and return channel for dialysis and at least one further channel through which the filtrate is led from the filter into the part of the device outside the reactor becomes. If the depth filter is used alone, the device only has to have at least one channel which feeds the filtered sample to the analysis unit, and preferably there to the biosensor.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise im eingebauten Zustand zusammen mit dem Fermenter sterilisiert wird, muß bei Einsatz einer empfindlichen Membran diese durch Drucküberlagerung gegen das Zerplatzen geschützt werden. Dies erfolgt dadurch, daß während der Sterili- sationsphase der Innenraum des Bioreaktors durch Schließen eines oder mehrerer in der Vorrichtung angeordneter Ventile nach außen hin abgeschlossen wird. Durch diese sog. in- situ-Brücke wird gewährleistet, daß sich bei der Sterilisation der Druck auf beiden Seiten der Membran gleich stark aufbaut, so daß keine Beschädigungen der Membran zu befürchten sind. Nach Beendigung der Sterilisation wird, nachdem sich der Druck wieder abgebaut hat, die durch die in-situ-Brücke erreichte Drucküberlagerung durch Öffnen des bzw. der Ventile wieder entfernt. Die in-situ-Brücke sollte allerdings nicht nur beim Einsatz von Membranen, sondern auch bei der Verwendung von Filtern zur Drucküberlagerung eingesetzt werden, um auf diese Weise das Zusetzen bzw. Zukleben des Filters während der Sterilisationsbehandlung zu verhindern.Since the device according to the invention is preferably sterilized together with the fermenter in the installed state, when a sensitive membrane is used, it must be protected against bursting by pressure overlay. This is done by closing the interior of the bioreactor during the sterilization phase one or more valves arranged in the device is closed to the outside. This so-called in-situ bridge ensures that the pressure builds up equally on both sides of the membrane during sterilization, so that there is no fear of damage to the membrane. After the sterilization has ended, after the pressure has decreased again, the pressure overlay achieved by the in-situ bridge is removed by opening the valve or valves. However, the in-situ bridge should not only be used when using membranes, but also when using filters for pressure overlay, in order to prevent the filter from clogging or sticking during the sterilization treatment.
Die in-situ-Brücke kann durch jedes geeignete Ventil, beispielsweise ein Absperrventil, Umschalt-/Umleitventil, beispielsweise 3 -Wegeventil, Stempelventil, in Gestalt eines Magnet-, pneumatischen oder manuell bedienbaren Ventils, bewirkt werden. Die Position des Ventils innerhalb der Vorrichtung, ggf. innerhalb der Kombination aus Vorrichtung und Dialysekopf, muß lediglich die Voraussetzung erfüllen, daß das Öffnen/Schließen des Ventils an dem nach dem Verbinden der Vorrichtung mit dem Bioreaktor außerhalb des Bioreaktors liegenden Teils der Vorrichtung bzw. allgemein von außerhalb des Reaktors bewerkstelligt werden kann. Die Abriegelung innerhalb der Vorrichtung kann allerdings auch innerhalb des in den Reaktor ragenden Teils der Vorrichtung erfolgen.The in-situ bridge can be brought about by any suitable valve, for example a shut-off valve, changeover / diverter valve, for example a 3-way valve, stamped valve, in the form of a solenoid, pneumatic or manually operated valve. The position of the valve within the device, possibly within the combination of device and dialysis head, only has to meet the requirement that the opening / closing of the valve on the part of the device lying outside the bioreactor after connecting the device to the bioreactor or can generally be accomplished from outside the reactor. The locking within the device can, however, also take place within the part of the device which projects into the reactor.
Die Zulauf- und Rücklaufkanäle bzw. -leitungen der Vorrichtung werden am hinteren Ende der Analyseneinheit mit geeigneten Leitungen, bspw. Gummi- oder Kunststoffschlauchen, verbunden. Diese können der Zufuhr von Flüssigkeiten, insbesondere Pufferlösungen, und der Ableitung der Proben, beispielsweise zu zusätzlichen Analysevorrichtungen, dienen. Soll eine Probe nicht bzw. nicht vollständig dem Biosensor zugeführt werden, sondern insgesamt oder teilweise direkt zu einem außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorliegenden Analysegerät (z.B. Massenspektro- meter oder Fließinjektionsanalyse) geleitet werden, kann dies über zusätzliche Leitungen bzw. Ableitungen und entsprechende Ventile innerhalb des außerhalb des Reaktor vorliegenden Teils der Vorrichtung erreicht werden.The inlet and return channels or lines of the device are connected at the rear end of the analysis unit with suitable lines, for example rubber or plastic hoses. These can include the supply of liquids, especially buffer solutions, and the removal of the samples, serve, for example, for additional analysis devices. If a sample is not to be supplied to the biosensor, or is not to be supplied entirely, but rather, in whole or in part, is to be passed directly to an analysis device (eg mass spectrometer or flow injection analysis) outside the device according to the invention, this can be done via additional lines or discharge lines and corresponding valves within the part of the device present outside the reactor can be reached.
Im allgemeinen wird die für die Dialyse und/oder Filtration erforderliche Pufferlösung geeigneter Zusammensetzung über die Zuführungsleitungen in die Zulaufkanäle gespeist und von dort zum vorderen Ende der Probenahmeeinheit geführt. Über Dialyse bzw. Filtration werden die in dem zu analysierenden Medium vorliegenden dialysierbaren bzw. filtrierbaren Stoffe in dem Pufferstrom aufgenommen und anschlies- send über die Rückführkanäle und -leitungen zu der Analyseneinheit transportiert. Parallel hierzu kann der Puffer- ström auch direkt zu einem außerhalb der Vorrichtung vorliegenden Analysator geleitet werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Pufferstroms kann so reguliert werden, daß sich die zu bestimmenden Substanzen beiderseits der Membran bzw. des Filters im Gleichgewicht befinden.In general, the buffer solution of suitable composition required for dialysis and / or filtration is fed via the feed lines into the feed channels and from there to the front end of the sampling unit. The dialysable or filterable substances present in the medium to be analyzed are taken up in the buffer stream via dialysis or filtration and then transported to the analysis unit via the return channels and lines. In parallel to this, the buffer stream can also be passed directly to an analyzer present outside the device. The flow rate of the buffer stream can be regulated so that the substances to be determined are in equilibrium on both sides of the membrane or the filter.
Des weiteren kann die Analyseneinheit der Vorrichtung durch eine Temperaturvorrichtung ergänzt sein, um Temperaturveränderungen zu kompensieren und hierdurch bedingten fehlerhaften Meßergebnissen entgegenwirken zu können. Die Tempe- raturregulierung kann beispielsweise durch eine Kühlspule oder Mantelkühlung bewirkt werden.Furthermore, the analysis unit of the device can be supplemented by a temperature device in order to compensate for temperature changes and to be able to counteract erroneous measurement results caused thereby. The temperature can be regulated, for example, by a cooling coil or jacket cooling.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung durch eine zwischen die Entnahme- und Analyseneinheit geschaltete Ultraschallein- heit für Zellaufschlüsse ergänzt werden. Diese ermöglicht die Analyse von intrazellulären Stoffen, wie Enzymen und anderen aus den Zellen nicht herausgeschleusten Substanzen.In addition, the device can be supplemented by an ultrasonic unit for cell disruption connected between the removal and analysis unit. This enables the analysis of intracellular substances such as enzymes and other substances that have not been removed from the cells.
Um die mit der zu analysierenden Flüssigkeit innerhalb des Reaktors in Kontakt stehende Oberfläche der Vorrichtung zu vergrößern und auf diese Weise beispielsweise die Konzentration der Probe erhöhen zu können, kann die Analyseneinheit durch eine bewegliche, vorzugsweise aufklappbare Ummantelung ergänzt werden. Eine solche teilweise oder voll- ständige Ummantelung des vorderen Endes der Probenahmeeinheit bzw. des Dialysekopfes kann beispielsweise fächerförmig bzw. (halb) schalenförmig ausgestaltet sein. Während des Einführens der Vorrichtung durch die Reaktorwand liegt die Ummantelung eng an dem vorderen Ende der Probenahmeein- heit bzw. des Dialysekopfes an und kann anschließend durch eine außerhalb des Reaktors vorliegende Vorrichtung zum Aus- und Zuklappen gebracht werden. Hierdurch erfüllt die Ummantelung im geschlossenen Zustand gleichzeitig eine Schutzfunktion für die empfindliche Membran bzw. Filter.In order to enlarge the surface of the device in contact with the liquid to be analyzed within the reactor and to be able to increase the concentration of the sample in this way, for example, the analysis unit can be supplemented by a movable, preferably hinged casing. Such a partial or complete sheathing of the front end of the sampling unit or of the dialysis head can, for example, be fan-shaped or (semi) bowl-shaped. During the introduction of the device through the reactor wall, the casing lies tightly against the front end of the sampling unit or the dialysis head and can then be brought out and folded down by a device present outside the reactor. As a result, the casing also fulfills a protective function for the sensitive membrane or filter when closed.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung, insbesondere die eine oder mehrere Biosensoreinheiten, an eine Rechnereinheit angeschlossen, die eine kontinuierliche Prozeßüberwachung und -Steuerung ermöglicht. Zusätzlich können die gewonnenen Analysendaten mittels Ferndatenübertragung weitergegeben werden, wodurch eine on-line-Über- wachung und -Steuerung des Prozesses möglich wird. Hierbei kommt der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich eine Echtzeitmessung ohne die üblichen Verzögerungen zwischen Probenahme und Analyse, besonders zum tragen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die von mehreren Biosensoren generierten Signale unmittelbar zu einer Rechnereinheit übertragen und in komplexer Form aufgezeichnet und ausgewertet. Die erfindungsgemäße Kombinationssonde ermöglicht die Bestimmung und Analyse sämtlicher Stoffe, die durch Dialyse und/oder Filtration aus dem Medium abgetrennt werden können. Hieraus ergibt sich ein besonders breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Die Möglichkeit, neben gelösten Stoffen (z.B. Glucose, Nitrate, Ammoniak, Phosphate, Schwermetalle, Gase wie Stickstoff, Kohlensäure, Cyanide) auch nicht gelöste Stoffe (z.B. Proteine, Enzyme, Antikörper) effizient analysieren zu können, eröffnet einen vielfältigen Einsatz beispielsweise in Brauereien und Brennereien (z.B. zur Bestimmmung von Zucker, Alkohol, Kohlendioxid etc.), in der Umweltbiotechnologie (Abwasser- und Abgasreinigung, Wasseraufbereitung, Biogas- und Kläranlagen) , Verfahren der Nahrungsmittelherstellung (Hefepro- duktion, Käse, Molkereiprodukte) , Gewinnung von Pharmaka, Carbonsäuren, Lösungsmitteln, Proteinen, Enyzmen, Aminosäuren, in der Fischzucht und dem Gewässerschutz, in petro- chemischen und allgemein in chemischen Prozessen. Insgesamt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, in sämtlichen Pro- zessen eingesetzt werden, in denen dialysierbare und/oder filtrierbare Stoffe nachgewiesen werden sollen, wobei die Vorrichtung besonders für Prozesse mit hohen Anforderungen an sterile Prozeßbedingungen geeignet ist, wie beispielsweise Verfahren zur Kultivierung von Säugerzellen für die Produktion hochwertiger pharmazeutischer Wirkstoffe und die WirkstoffProduktion mit rekombinanten Zellen.In a preferred embodiment, the device, in particular the one or more biosensor units, is connected to a computer unit which enables continuous process monitoring and control. In addition, the analysis data obtained can be forwarded by means of remote data transmission, which enables online monitoring and control of the process. Here, the particular advantage of the device according to the invention, namely real-time measurement without the usual delays between sampling and analysis, comes into play in particular. In a preferred embodiment, the signals generated by a plurality of biosensors are transmitted directly to a computer unit and recorded and evaluated in complex form. The combination probe according to the invention enables the determination and analysis of all substances which can be separated from the medium by dialysis and / or filtration. This results in a particularly wide range of possible applications. In addition to dissolved substances (e.g. glucose, nitrates, ammonia, phosphates, heavy metals, gases such as nitrogen, carbonic acid, cyanides), the ability to efficiently analyze undissolved substances (e.g. proteins, enzymes, antibodies) opens up a wide range of uses, for example in breweries and distilleries (e.g. for the determination of sugar, alcohol, carbon dioxide etc.), in environmental biotechnology (wastewater and exhaust gas purification, water treatment, biogas and sewage treatment plants), food production processes (yeast production, cheese, dairy products), production of pharmaceuticals, Carboxylic acids, solvents, proteins, enzymes, amino acids, in fish farming and water protection, in petrochemical and in general in chemical processes. Overall, the device according to the invention can be used in all processes in which dialysable and / or filterable substances are to be detected, the device being particularly suitable for processes with high demands on sterile process conditions, such as, for example, methods for cultivating mammalian cells for the Production of high-quality pharmaceutical active ingredients and the active ingredient production with recombinant cells.
Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigtFurther embodiments, objects and advantages of the invention will become apparent from the following description in which reference is made to the drawings. In the drawings shows
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of the device according to the invention,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der Figur 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kombinationssonde dargestellt, die eine Probenahmeeinheit (3) , mit einem Dialysekopf (2) , und eine im eingebauten Zustand außerhalb des Bioreaktors liegende Analysen- einheit (8), einschließlich Biosensoreinheit (9) umfaßt. Die Vorrichtung kann über ein Schraubgewinde (4) an dem Bioreaktor befestigt werden. Der Dialysekopf (2) umfaßt eine Membran (1) , die über den Randbereich und einen Teil des Dialysekopfes herumgelegt ist und mit Hilfe eines Gummiringes an dem Dialysekopf festgehalten wird. In denFigure 2 is a schematic sectional view of a second embodiment of the device according to the invention. FIG. 1 shows an embodiment of the combination probe according to the invention, which comprises a sampling unit (3) with a dialysis head (2) and an analysis unit (8), including the biosensor unit (9), which is in the installed state outside the bioreactor. The device can be attached to the bioreactor by means of a screw thread (4). The dialysis head (2) comprises a membrane (1) which is placed around the edge area and part of the dialysis head and is held on the dialysis head with the aid of a rubber ring. In the
Dialysekopf (2) sind im Abstand voneinander ein Zulaufkanal (6a) und ein Rücklaufkanal (7a) eingearbeitet, über die die für die Dialyse erforderliche Pufferlösung zugeführt bzw. abgeführt wird. Diese Kanäle (6a, 7a) sind mit den sich durch die Probenahmeeinheit (3) zur Analyseneinheit (8) erstreckenden Zuführ- und Rückführkanälen (6, 7) verbunden. Die Pufferlösung wird über die Zuführungskanäle (6, 6a) zur Dialysemembran geführt und über die Rückführkanäle (7, 7a) in die Analyseneinheit abgezogen. In dieser Ausführungsform bildet sich unter der Membran (1) ein Pufferraum, der über die genannten Zuführ- und Rückführkanäle mit der Analyseneinheit (8) bzw. der von der Analyseneinheit umfaßten Biosensoreinheit (9) in Verbindung steht. Das äußere Ende der Vorrichtung wird durch einen die Analyseneinheit abschlies- senden Schraubverschluß (10) gebildet, der einen festen und dichten Zusammenbau der Vorrichtung sicherstellt. Die Analyseneinheit ist mit einem über der Biosensoreinheit liegenden Deckel (11) ausgestattet, der den einfachen Einsatz eines Biosensors, beispielsweise in Form eines Chips oder eines anderen Biosensorbausteins, ermöglicht. Die Möglichkeit, die Vorrichtung zusammen mit dem Bioreaktor zu sterilisieren, wird durch eine durch ein Absperrventil (5) bewirkte in-situ-Brücke gewährleistet.An inlet channel (6a) and a return channel (7a) are incorporated at a distance from one another via the dialysis head, via which the buffer solution required for dialysis is supplied or removed. These channels (6a, 7a) are connected to the feed and return channels (6, 7) which extend through the sampling unit (3) to the analysis unit (8). The buffer solution is fed to the dialysis membrane via the feed channels (6, 6a) and drawn off into the analysis unit via the return channels (7, 7a). In this embodiment, a buffer space is formed under the membrane (1), which is connected to the analysis unit (8) or the biosensor unit (9) comprised by the analysis unit via the feed and return channels mentioned. The outer end of the device is formed by a screw cap (10) which closes off the analysis unit and ensures a firm and tight assembly of the device. The analysis unit is equipped with a cover (11) located above the biosensor unit, which enables simple use of a biosensor, for example in the form of a chip or another biosensor module. The possibility of sterilizing the device together with the bioreactor is ensured by an in-situ bridge caused by a shut-off valve (5).
Fig. 2 zeigt die schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kombinationssonde, in der die Probenahmeeinheit (3) neben einer Dialysemembran (1) einen Tiefenfilter (13) umfaßt. Zusätzlich wird der Kopf der Probenahmeeinheit, umfassend die Membran (1) und den Tiefenfilter (13) , durch ein Schutzgitter (12) geschützt. In dieser Ausführungsform wird eine Pufferlösung über die Zuführleitung (6) zu der Dialysemembran (1) geführt und über die Rückführleitung (7) zu der Analyseneinheit (8) geleitet. Durch entsprechende Einstellung eines 3 -Wegeventils (17) kann die Pufferlösung der Biosensoreinheit (9) zugeführt oder über eine Rückführleitung (16) direkt zu einem außerhalb der Vorrichtung vorliegenden Analysengerät geleitet werden. Die Biosensoreineinheit ist über eine Leitung (15) mit einer Rechnereinheit verbunden. Der Tiefenfilter (13) ist mit der Biosensoreineinheit über einen Kanal (14) verbunden, durch den das Filtrat von der Probenahmeeinheit zur Analyseneinheit geleitet wird. Während der Sterilisationsbehandlung wird das Innere des Bioreaktors mit Hilfe von die Zuführ- und Rückführkanäle abriegelnden Ventilen (5a,b,c) nach außen abgeschlossen und auf diese Weise eine in-situ-Brücke bewirkt. Fig. 2 shows the schematic view of a second Embodiment of the combination probe according to the invention, in which the sampling unit (3) comprises a depth filter (13) in addition to a dialysis membrane (1). In addition, the head of the sampling unit, comprising the membrane (1) and the depth filter (13), is protected by a protective grille (12). In this embodiment, a buffer solution is fed to the dialysis membrane (1) via the feed line (6) and passed to the analysis unit (8) via the return line (7). The buffer solution can be fed to the biosensor unit (9) by a corresponding setting of a 3-way valve (17) or can be fed via a return line (16) directly to an analysis device outside the device. The biosensor unit is connected to a computer unit via a line (15). The depth filter (13) is connected to the biosensor unit via a channel (14) through which the filtrate is conducted from the sampling unit to the analysis unit. During the sterilization treatment, the inside of the bioreactor is closed off from the outside with the aid of valves (5a, b, c) which shut off the feed and return channels, and in this way an in-situ bridge is brought about.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung von Biomolekülen und gelösten Stoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Flüssig- keiten von Sterilprozessen, umfassend ein mit der zu analysierenden Flüssigkeit innerhalb eines Gefässes, insbesondere innerhalb eines Bioreaktors, in unmittelbaren Kontakt bringbares Probenahmesystem (3) und eine Analyseneinheit (8), dadurch gekennzeichnet, daß das Probenahmesystem (3) und die Analyseneinheit (8) als kompakte Einheit ausgebildet und als solche mit dem Gefäß verbindbar sind.1. Device for determining biomolecules and dissolved substances in liquids, in particular in liquids of sterile processes, comprising a sampling system (3) which can be brought into direct contact with the liquid to be analyzed within a vessel, in particular within a bioreactor, and an analysis unit (8 ), characterized in that the sampling system (3) and the analysis unit (8) are designed as a compact unit and as such can be connected to the vessel.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit aus Probenahmesystem (3) und Analyseneinheit (8) derart mit dem Gefäß verbindbar ist, daß zumindest ein Teil des Probenahmesystems (3) in die Flüssigkeit eintaucht und die Einheit anschließend zusammen mit dem Gefäß einer Sterilisations- behandlung unterzogen werden kann.2. Device according to claim 1, characterized in that the unit of sampling system (3) and analysis unit (8) can be connected to the vessel in such a way that at least part of the sampling system (3) is immersed in the liquid and the unit is then together with the Can be subjected to a sterilization treatment.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß sich durch das Probenahmesystem (3) zur Analyseneinheit (8) erstreckende Zufuhr- und Rück- führkanäle (6,7,14) während des Sterilisationsvorganges durch mindestens ein als in-situ-Brücke wirkendes Ventil (5) , vorzugsweise ein Magnet- und/oder Dreiwege-Ventil, verschließbar sind.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that through the sampling system (3) to the analysis unit (8) extending supply and return channels (6,7,14) during the sterilization process by at least one as in-situ Bridge acting valve (5), preferably a solenoid and / or three-way valve, can be closed.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseneinheit (8) im Anschluß an eine Sterilisationsphase und ggf. darauffolgende Abkühlungsphase mit mindestens einem eine bio- aktive Komponente umfassenden Biosensor, innerhalb einer Biosensoreinheit (9) in der Analyseneinheit (8) , ausgerüstet werden kann.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the analysis unit (8) following a sterilization phase and possibly subsequent cooling phase with at least one biosensor comprising a bioactive component, within a Biosensor unit (9) in the analysis unit (8), can be equipped.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenahme über eine Dialysemembran (1) , angeordnet am vorderen Ende des im Einbauzustand in das Gefäß hineinragenden Probenahmesystems (3) , erfolgt .5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sampling via a dialysis membrane (1), arranged at the front end of the protruding into the vessel in the installed sampling system (3).
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenahme über einen Tiefenfilter (13) , angeordnet am vorderen Teil des im Einbauzustand in das Gefäß hineinragenden Probenahmesystems (3), erfolgt.6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sampling is carried out via a depth filter (13), arranged on the front part of the sampling system projecting into the vessel in the installed state (3).
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Tiefenfilters (13) durch kontinuierliches oder vorübergehendes Pulsieren von Materialablagerungen freigehalten wird.7. The device according to claim 6, characterized in that the surface of the depth filter (13) is kept free by continuous or temporary pulsation of material deposits.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenahme sowohl über eine Dialysemembran (1) als auch einen Tiefenfilter (13) erfolgt.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sampling takes place both via a dialysis membrane (1) and a depth filter (13).
9. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von mindestens einem Biosensor innerhalb der Biosensoreinheit (9) ausgehenden Meßsignale zu einer mit der Analyseneinheit (8) verbundenen Rechnereinheit geleitet werden.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring signals emanating from at least one biosensor within the biosensor unit (9) are passed to a computer unit connected to the analysis unit (8).
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Rechnereinheit erstellten Daten per Ferndatenübertragung weitergeleitet werden können und die Vorrichtung somit eine Fernüberwachung und -Steuerung des Bioprozesses ermöglicht.10. The device according to claim 9, characterized in that the data created by the computer unit can be forwarded by remote data transmission and the device thus enables remote monitoring and control of the bioprocess.
11. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Detektion von gelösten Stoffen, wie beispielsweise Glukose, Nitrate, Phosphate, Ammoniak, Stickstoff, Schwermetalle, Kohlensäure, Cyanide und/oder nicht gelösten Stoffen, wie beispielsweise Proteine und Enzyme .11. Use of the device according to one of the preceding claims for the detection of solutes, such as glucose, nitrates, phosphates, ammonia, nitrogen, heavy metals, carbonic acid, cyanides and / or undissolved substances, such as proteins and enzymes.
12. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Kontrolle von Brauprozessen, von Bioprozessen in der Nahrungsmittelherstellung, beispielsweise der Käseherstellung und der Erzeugung anderer Molkereiprodukte, von Bioprozessen in der Umwelt- und Wasserwirtschaft, von Bioprozessen zur Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe und zur Kultivierung prokaryontischer oder eukaryontischer Organismen bzw. Zellen, von petröche- mischen Prozessen und allgemein von chemischen, biochemischen oder biologischen Prozessen mit hohen Anforderungen an eine sterile Prozeßführung. 12. Use of the device according to one of the preceding claims for the control of brewing processes, of bioprocesses in food production, for example cheese production and the production of other dairy products, of bioprocesses in the environmental and water management, of bioprocesses for the production of active pharmaceutical ingredients and for the cultivation of prokaryotic or eukaryotic organisms or cells, petroleum-chemical processes and generally chemical, biochemical or biological processes with high demands on sterile process control.
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