WO2001070927A1 - Vorrichtung und verfahren zum beaufschlagen einer in einem kulturgefäss aufgenommenen kultur mit einem gasförmigen medium sowie expositionsvorrichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum beaufschlagen einer in einem kulturgefäss aufgenommenen kultur mit einem gasförmigen medium sowie expositionsvorrichtung Download PDF

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WO2001070927A1
WO2001070927A1 PCT/EP2001/003268 EP0103268W WO0170927A1 WO 2001070927 A1 WO2001070927 A1 WO 2001070927A1 EP 0103268 W EP0103268 W EP 0103268W WO 0170927 A1 WO0170927 A1 WO 0170927A1
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culture
flow
vessel
gaseous medium
culture vessel
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Ulrich Mohr
Michaela Aufderheide
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Ulrich Mohr
Michaela Aufderheide
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/08—Flask, bottle or test tube
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for applying a gaseous medium to a culture received in a culture vessel and an exposure device.
  • the object of the invention is to further develop the known devices and methods for applying a gaseous medium to a culture received in a culture vessel in such a way that the most homogeneous possible distribution of the gaseous medium to be applied can be achieved on the culture surface.
  • the latter is designed to produce a targeted flow of the gaseous medium over essentially the entire surface of the culture.
  • a targeted flow of the gaseous medium is generated over essentially the entire surface of the culture.
  • a targeted flow is understood to mean in particular a "type of controllable flow that flows positively and continuously (interrupted or uninterrupted) over the surface, in such a way that the flow path is optimized in advance according to certain criteria, be it in terms of its temporal or spatial homogeneity Compared to the static application of a gaseous medium known from the prior art, a flow allows the ratios of the medium to be acted upon (concentrations, homogeneities, etc.) above the culture to be set much more precisely.
  • the solid particles can now be carried along in the gaseous medium and can be conducted with the flow over the surface.
  • the loading of lung cells by particles can be examined by changing the flow above the lung cells.
  • the gaseous medium can be present as a pure gas, i.e. all substances contained therein (atoms, molecules, etc.) are in the gas phase, and / or it can also serve as a carrier for solids and / or liquids.
  • aerosols, atomized liquids, small liquid droplets (e.g. pesticides as spray, etc.), suspended particles, solid particles (e.g. wood dust, etc.), gaseous suspensions, atomized suspensions or emulsions can be contained in the carrier gas as substances to be carried.
  • the device comprises an inlet for introducing the gaseous medium, an outlet for discharging the gaseous medium, the culture in the culture vessel being arranged between the inlet and the outlet in terms of flow, and a means for continuously generating a pressure difference between the inlet and the Exit .
  • the device preferably has a flow guide which comprises the following: at least one flow introduction means with two ends, the first end of which is inserted into the culture vessel dips and its second end communicates with the entrance, and at least one two-way flow diverting means, the first end of which dips into the culture vessel and the second end communicates with the exit.
  • a flow guide which comprises the following: at least one flow introduction means with two ends, the first end of which is inserted into the culture vessel dips and its second end communicates with the entrance, and at least one two-way flow diverting means, the first end of which dips into the culture vessel and the second end communicates with the exit.
  • the means for continuously generating a pressure difference is preferably a pump, which is arranged with its suction-side connection in terms of flow technology after the culture vessel.
  • the pump output is particularly preferably controllable.
  • the device is preferably designed for the parallel application of the gaseous medium to cultures taken up in a plurality of culture vessels, the flow guide for this comprising a corresponding number of flow introduction and discharge means, and one pair each consisting of a flow introduction and a flow discharge means exactly is assigned to a culture vessel. It is therefore possible to carry out several tests in parallel with the same or different cultures, each of which is given the same composition of the (test) medium in order to statistically improve the measurement results or to test a corresponding medium for different reactions using several cultures at the same time.
  • the plurality of flow introduction means are all connected to the inlet via a common swirl chamber.
  • the plurality of flow deflection means are preferably all connected to the pump via a common outlet chamber.
  • the flow Conductor in the region of its first end in its cross-sectional shape, preferably approximately the cross-sectional shape of the associated culture vessel.
  • the device is preferably designed to apply a gaseous medium to culture vessels which have a circular cross section, the flow introduction means having a circular cross section at least in the region of their first end, and the outside diameter of a flow introduction means being somewhat smaller than the inside diameter of the associated culture vessel near the surface of the culture in the culture vessel.
  • the flow initiating agent is preferably immersed in the associated culture vessel up to just above the surface of the culture accommodated in the respective culture vessel.
  • the device is preferably designed to apply a gaseous medium to culture vessels which have a cross-section which tapers conically to the bottom of the vessel, the flow deflection means being designed such that they only dip a short distance into the associated culture vessel with respect to the vessel height of the culture vessel , In this way, a particularly homogeneous flow in the region of the culture surface is advantageously achieved.
  • the flow introduction means is designed as a straight cylinder tube, the second end of which projects a certain distance into the common swirl chamber, - the flow deflection means is designed as a straight cylinder tube, the second Ends in the common outlet chamber, the outer cylinder diameter of the flow introduction means is slightly smaller than the inside diameter of the flow discharge means and the flow inlet Conducting agent is guided centrally within the flow deflecting means, and / or the difference between the cylinder outer and cylinder inner diameters plus the cylinder wall thickness of the flow deflecting means corresponds approximately to the difference in the inner diameter of the culture vessel at the level of the first end of the flow introduction means and at the level of the first end of the Flow deflector.
  • the exit chambers are preferably arranged between the swirling chamber and the culture vessels to be accommodated, the flow introduction means being guided through the exit chamber and being fluidically isolated therefrom.
  • the invention further relates to an exposure device for supplying a culture received in a culture vessel with a liquid medium, which device further comprises an inventive device for applying a gaseous medium to a culture received in a culture vessel.
  • the exposure device can be used, for example, in a mobile manner for investigations of environmentally relevant atmospheres, both indoors and outdoors, to determine the potential health hazard on cells. In the field trials, the cultures can advantageously be supplied (i.e. fed) via the liquid medium.
  • the exposure device preferably further comprises the following: a culture unit which serves to hold at least one, in particular four, culture vessel (s), and a supply unit for supplying the culture (s) in the culture vessel (s) with the liquid medium , a receiving device for receiving the culture unit, and a device for automatically positioning and coupling the culture unit with the device for loading the culture with a gaseous medium.
  • a culture unit which serves to hold at least one, in particular four, culture vessel (s), and a supply unit for supplying the culture (s) in the culture vessel (s) with the liquid medium
  • a receiving device for receiving the culture unit
  • a device for automatically positioning and coupling the culture unit with the device for loading the culture with a gaseous medium This makes it particularly advantageous to handle the exposure procedures in a particularly simple manner. direction, especially with regard to the exchange of cultural vessels.
  • the culture unit preferably also has a temperature-controlled trough for holding the culture vessels.
  • the cultures can thus advantageously also be kept outside the laboratory at temperatures which are necessary for the survival or growth of the cultures.
  • the exposure device preferably also has a spring-mounted contact plate which, in the coupling position of the culture unit, comes into contact with the vessel edges of the culture vessels and thereby yields in a springy manner.
  • the contact pressure of the culture vessels against the loading device and thus also the tightness at this point is advantageously increased.
  • sealants are very particularly preferably let into the contact plate, at least in the areas of the contact plate which come into contact with the edges of the culture vessel in the coupling position.
  • the features claimed in combination in the exposure device can advantageously also be implemented independently of one another, in particular without the device for applying a gaseous medium to a culture received in a culture vessel.
  • FIGS. la, b each show two different side views of an exposure device according to the preferred embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic view of a device for applying a gaseous culture in a culture vessel Shows medium according to the preferred embodiment, with which the principle operation of this device is to be explained, and
  • Figure 3 is a more detailed view of the device shown in Figure 2.
  • the (mobile) exposure device has a frame 2 which is fastened to a base plate 4.
  • the base plate 4 stands on three or more height-adjustable feet 6 for the horizontal alignment of a liquid surface of a liquid received in the exposure device (see below) in the gravitational field.
  • a height-adjustable middle plate 8 for receiving a culture unit 10 is arranged on the frame 2.
  • the middle plate 8 has a kind of drawer compartment into which the box-shaped bottom section of the culture unit 10 can be inserted and its position can be fixed there. The definition is ensured by a tongue and groove guide 12.
  • the culture unit 10 comprises at the level of its bottom section a temperature-controllable metal block 14 which has a trough-shaped depression for receiving a tub 16, and above its bottom section a storage container 18 (for example a medium bottle) for receiving a liquid medium and a peristaltic pump 20 for conveying the liquid medium between the tub 16 and the reservoir 18.
  • a temperature-controllable metal block 14 which has a trough-shaped depression for receiving a tub 16, and above its bottom section a storage container 18 (for example a medium bottle) for receiving a liquid medium and a peristaltic pump 20 for conveying the liquid medium between the tub 16 and the reservoir 18.
  • the tub 16 in turn has receiving means (not shown) for receiving cultural vessels 22 (for example Transwell inserts), the cultures being accommodated in the cultural vessels 22.
  • cultural vessels 22 for example Transwell inserts
  • the culture device disclosed in German Patent 198 01 763 can be used as a culture vessel 22 at this point.
  • the disclosure of this patent is hereby incorporated by reference in its entirety into the present application.
  • These culture vessels 22 have, for example, a cup-like shape with a circular cross section, the diameter tapering conically from the cup opening to the cup base.
  • the cup base consists of a porous plastic material, for example of polyethylene terephthalate.
  • the cell culture insert represents a liquid-permeable support structure for a membrane which, depending on the requirements of the cells to be cultivated, can be made of different plastic materials, for example also polyethylene terephthalate. The membrane supports the cell culture.
  • the culture unit 10 comprises at least one, preferably two or more sensors (not shown) and an associated control unit (not shown) which supplies the cultures in the culture vessels 22 in a pulsed manner (pulsed control of the supply and discharge of, for example, nutrient fluid) and the level of the Medium within the culture vessels 22 regulates.
  • a pulsed manner pulsed control of the supply and discharge of, for example, nutrient fluid
  • the level of the Medium within the culture vessels 22 regulates.
  • the cultures within the culture vessels 22 can be alternately fed basally and submerged by adjusting the liquid level of the nutrient liquid accordingly above or below the surface of the cultures.
  • the difference between the culture device described in the attached patent application and the corresponding tub 16 described here is that in the tub 16 the culture vessels are no longer inserted via modules with three culture vessels each, but hang directly in the tub 16 , The culture vessels 22 in the tub 16 are supplied with nutrient liquid via the lid of the tub 16, the liquid then being able to penetrate into the culture vessels 22 via the porous bottom.
  • the sensors are also no longer provided per module, but can be attached to the side wall of the tub 16, ' and adjustable in height so that they can detect different liquid levels within the tub 16. For this purpose, any number of (height-adjustable) sensors can be provided, all of which are attached to the side wall of the tub 16 at different heights.
  • the liquid level within the tub 16 can be controlled in such a way that some cultures are simultaneously fed submerged, while others are still fed basally (provided the culture vessels 22 have different immersion depths in the tub 16).
  • the culture device described in the attached patent application can of course also be adopted unchanged.
  • temperature sensors can be provided on or within the tub 16, specifically for temperature control of the liquid within the tub 16.
  • the culture unit 10 thus integrates all elements for the optimal supply of the cultures (cells, etc.) during the exposure phase in the temperature-controllable metal block 14.
  • the center plate 8 is, after being fitted with the cultures to be examined, in the culture vessels 22 by means of a geared motor 24 and a threaded spindle 26 are raised to a loading device 28.
  • the application device 28, together with its associated vacuum pump 30, is mounted on a cover plate 32.
  • the application device 28 is described in detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the pressurizing device 28 essentially consists of an upper swirl chamber 34, an outlet chamber 38 arranged underneath it and only separated from one another by a partition 36 (both chambers 34 and 38 thus form a two-chamber system), a plurality of flow inlet pipes 40, each with a first 41a and a second end 41b, a plurality of flow diverter pipes 42, each with a first one 43a and a second end 43b, a suction opening 44 and the vacuum pump 30 together.
  • the suction opening 44 (which can be designed, for example, as a suction nozzle with a certain height, in order to suck in the outside atmosphere clearly above the air layer, which is possibly contaminated by evaporation phenomena of undesirable substances from the entire exposure device and would falsify the measurement result), via which the action to be taken Medium is sucked in, is arranged on the top of the swirl chamber 34.
  • the medium to be charged can either come from a further storage bottle, not shown, or a production unit for generating the medium (diesel engine, gasoline engine, reaction container in which the medium to be charged is only produced from one or more starting products, etc.), if one known gaseous medium in its composition is to be introduced to the cell cultures, or when using the exposure device in a field test from the outside atmosphere. In this way, for example, the effects of various naturally occurring atmospheres on the growth or generally the behavior of cell cultures (e.g. lung cells, etc.) can be examined.
  • the flow inlet tubes 40 are designed as straight cylinder tubes (for example as a metal sleeve) with a circular cross section that is the same over their entire length.
  • the flow inlet tubes 40 protrude with their second end 41b a little way from the underside of the swirling chamber 34, ie from the partition wall 36, into the interior of the swirling chamber 34, penetrate the outlet chamber 38 from its upper side, ie the partition wall 36, to the latter Underside 46 and then protrude with their first end 41a a little way beyond the underside 46 into the open (when the culture vessel 22 is not attached).
  • the flow inlet pipes 40 are sealed airtight from the outlet chamber 38 by means of sealing rings 48 and are fixed by means of suitable fastening means 50 against lateral as well as axial displacement.
  • the flow diverter tubes 42 can also be re separate to be formed around the outer circumference of a flow inlet tube 40 tubes with a small diameter.
  • the flow discharge tube 42 like the flow introduction tube 40, is designed as a straight cylinder tube (e.g. as a metal sleeve) with a circular cross section that is the same over its entire length. However, their diameter is dimensioned somewhat larger than the diameter of the flow inlet tubes 40.
  • the flow inlet tubes 40 run centrally within the flow outlet tube 42 and protrude a little from the flow outlet tubes 42 on the underside 46 of the outlet chambers. This outstanding length is dimensioned such that in the case of a culture vessel 22 which tapers conically to the bottom, the flow inlet tubes 40 extend to just above the surface of the cell culture 23 located therein, while the flow outlet tubes 42 only protrude a short distance from above into the culture vessel 22.
  • the outer diameter of the flow inlet tubes 40 is dimensioned such that it is somewhat smaller than the inner diameter of the culture vessel 22 in the vicinity of the surface of the cell culture 23. Overall, when the culture vessel 22 is in place, an annular gap is formed at the first end 40a or the lower mouth of the flow inlet tubes 40 between the outer wall and the inner wall of the culture vessel 22, through which the gaseous medium can flow. This annular gap can also be achieved in a manner other than the manner described with the two cylinder tubes 40 and 42 pushed into one another.
  • the flow path through the application device 28 is indicated by the individual arrows in FIG. 2.
  • the gaseous medium flows due to the pressure difference between the intake port 44 and the outlet 39, which is generated by the vacuum pump 30 connected to the outlet 39 of the outlet chamber 38, that is to say through the intake port 44, is swirled in the swirling chamber 34 so that this gaseous medium can flow as homogeneously as possible through all flow inlet pipes 40, from there if it reaches the surface of the cell cultures 23 in the individual culture vessels 22, there flows continuously over the substantially the entire cell culture surface and along the inner walls of the culture vessels 22 upwards to the annular inlet gap between the flow inlet 40 and outlet tube 42, through the flow outlet tube 42 into the output chamber 38 and from there via the outlet 39, the vacuum pump 30 and the pump outlet 31 to the outside.
  • the silicone seal can also be embedded in the contact plate 52 only in a ring shape around the flow deflecting tubes 42. This ensures an airtight seal between the interior of the culture vessels 22 and the exterior.
  • the application device 28 is either placed on the contact plate 52 via spring means 54 (the contact plate 52 being directly coupled to the cover plate 32). This ensures that when the spring means 54 are engaged, the first ends 41a and 43a of the flow introduction or discharge pipes 42 always dip equally far into the culture vessels 22 regardless of the depth of engagement of the spring means 54.
  • the contact plate 52 can be coupled directly to the cover plate 32 via the spring means 54 and the loading device 28. However, this varies depending on the depth of engagement of the Fe- means 54, when the culture unit 10 is pressed onto the contact plate 52, also the immersion depth of the flow introduction pipes 40 or discharge pipes 42 into the culture vessels 22.
  • the pumping capacity of the vacuum pump 30 can be selected and controlled, so that in particular the flow rate above the culture 23 can be changed. For example, by increasing the flow rate, the concentration of pollutants contained in the atmosphere can be artificially increased, since with increased flow rate per unit of time there is a greater amount of these pollutants on the surface. This can be advantageous in cases where the cells generally have a higher uptake rate for this pollutant (i.e. at higher concentrations they can also take up more pollutants per unit of time) and thus either a measurement can be carried out in a shorter time or a series of measurements of artificially set different ones Concentrations can be recorded. In an attempt to determine the regeneration behavior of cells, exposure pauses can also be inserted by stopping the vacuum pump 30. These pauses can also coincide with periods of submerged supply of the liquid medium via the peristaltic pump 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (28) zur Exposition einer in einem Kulturgefäß (22) aufgenommenen Kultur (23) mit einem gasförmigen Medium. Zum Erzielen einer möglichst homogenen Verteilung des zu beaufschlagenden gasförmigen Mediums auf der Kulturoberfläche wird eine gezielte Strömung des gasförmigen Mediums über im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Kultur (23) erzeugt. Die Erfindung betrifft ferner eine Expositionsvorrichtung zum Versorgen einer in einem Kulturgefäß (22) aufgenommenen Kultur (23) mit einem flüssigen Medium, welche die Beaufschlagungsvorrichtung (28) aufweist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Beaufschlagen einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium sowie Expositionsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beaufschlagen einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium sowie eine Expositions- vorrichtung .
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, der in einem Kulturgefäß enthaltenen Kultur flüssige Nährmedien zuzuführen. So ist insbesondere bekannt, ein bestimmtes flüssiges Nährmedium innerhalb des Kulturgefäßes durch ein anderes Nähr- medium auszutauschen, einen bestimmten Flüssigkeitspegel des flüssigen Nährmediums innerhalb des Kulturgefäßes einzustellen und das Kulturgefäß zu entleeren. Ein Beispiel für eines solches Kulturgefäß ist in der Druckschrift DE 196 19 114 AI gezeigt.
So ist es weiterhin bekannt, die Kulturen innerhalb des Kulturgef ßes mit einem gasförmigen Medium zu beaufschlagen, die Zellkulturen somit vorgegebenen schädigenden und therapeutischen Bedingungen auszusetzen. Aus der DE 198 01 762 ist es weiterhin bekannt, neben der Behandlung von Zellkulturen mit Gasen und/oder Aerosolen auch partikuläre Wirkstoffe unmittelbar mit den Zellkulturen in Kontakt zu bringen. Hierzu werden die zu untersuchenden Partikel auf die Zellkulturen aufgestäubt und ggf. unter Senken und He- ben des Nährflüssigkeitspegels innerhalb des Kulturgefäßes von der Zellkultur abgehoben bzw. mit dieser in Kontakt gebracht .
All diesen bekannten Kulturgefäßen ist gemein, daß eine be- stimmte gasförmige Atmosphäre oberhalb der in dem Kulturgefäß enthaltenen Kultur durch Zuführen der gewünschten Atmosphäre eingestellt werden kann. Dies geschieht entweder, indem das Kulturgefäß mit der Umgebungsluft kommuniziert, d.h. die Umgebungsluft über eine Eingangsöffnung in das Kulturgefäß gelangen kann, oder indem über die Eingangsöffnung eine gewünschte Atmosphäre beispielsweise von einer unter leichtem Druck stehenden Vorratsflasche an die Kultur angelegt wird. Bei letzterer Methode strömt nach Öffnen des Druckventils in der Vorratsflasche aufgrund des anfängli- chen Druckunterschiedes zwischen der Atmosphäre in der Vorratsflasche und der Atmosphäre in dem Kulturgefäß solange etwas von der Atmosphäre aus der Vorratsflasche in das Kulturgefäß, bis sich ein statisches Druckgleichgewicht eingestellt hat. Danach gibt es keine weitere Strömung in das Kulturgefäß, erst recht nicht in Richtung der Kulturoberfläche. Der einzige Antrieb einer Bewegung der Partikel in dem gasförmigen Medien erfolgt dann über den Diffusionsmechanismus. Grundsätzlich wird in beiden Fällen also das gasförmige Medium statisch angelegt.
Der Nachteil dieser bekannten Methoden zum Beaufschlagen der Kultur mit einem gasförmigen Medium liegt darin, daß keine zeitlich und räumlich homogene Verteilung der Atmosphäre über die gesamte Zellkulturoberfläche bzw. bei meh- reren in mehreren verschiedenen Kulturgefäßen aufgenommenen Zellkulturen über die mehreren Zellkulturoberflächen gewährleistet werden kann und damit beispielsweise die Ergebnisse der Versuche mit diesen Zellkulturen in Verbindung mit der Atmosphäre statistisch unerwünschten Schwankungen ausgesetzt sind.
Insbesondere bei gasförmigen Medien, welche Partikel mit sich führen, läßt sich mit den bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen keine homogene Verteilung der Partikel auf der Oberfläche der Zellkulturen erzielen, was zu ungenauen Meßergebnissen führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Beaufschlagen einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine möglichst homogene Verteilung des zu beaufschlagenden gasförmigen Mediums auf der Kulturoberfläche erzielt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe jeweils mit den Gegenständen der Ansprüche 1 und 18.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beaufschlagen (zur Exposition) einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit (in) einem gasförmigen Medium ist diese zum Er- zeugen einer gezielten Strömung des gasförmigen Mediums über im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Kultur ausgestaltet. Bei dem entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren zum Beaufschlagen (zur Exposition) einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit- (in) einem gasförmigen Medium wird eine gezielte Strömung des gasförmigen Mediums über im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Kultur erzeugt. Unter einer gezielten Strömung wird insbesondere eine " Art steuerbare Strömung verstanden, die zwangsgeführt und kontinuierlich (unterbrochen oder ununterbrochen) über die Oberfläche strömt, und zwar derart, daß der Strömungsverlauf im vornherein nach bestimmten Kriterien optimiert ist, sei es in seiner zeitlichen oder räumlichen Homogenität . Mit einer Strömung lassen sich gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten statischen Anlegen eines gasförmigen Mediums die Verhältnisse des zu beaufschlagenden Mediums (Konzentrationen, Homogenitäten, etc.) oberhalb der Kultur sehr viel genauer einstellen.
Außerdem wird es erstmals möglich, auch allein die Außenat- mosphäre (Außenluft) als gasförmiges Medium zufriedenstel- lend über die Kulturoberfläche zu leiten. Bei der statischen Situation wurden beispielsweise die ' in die Außenluft abgegebenen Reaktionsprodukte der Kulturen nur unzureichend abtransportiert und konnten somit das Versuchsergebnis verfälschen. Mit dem Einstellen einer Strömung ist nunmehr vorteilhaft eine sehr viel größere Bandbreite an Simulationsmöglichkeiten gegeben, insbesondere hinsichtlich der Einstellung der Konzentration des gasförmigen Mediums oberhalb der Kultur.
Auch ist hiermit erstmals die problematische Behandlung der Kulturen mit Festpartikeln zufriedenstellend gelöst (siehe oben) . Nunmehr können die Festpartikel in dem gasförmigen Medium mitgeführt werden und mit der Strömung über die Oberfläche geleitet werden. So kann beispielsweise die Belastung von Lungenzellen durch Partikeldurch Verändern der Strömung oberhalb der Lungenzellen untersucht werden.
Das gasförmige Medium kann erfindungsgemäß als reines Gas vorliegen, d.h. alle darin enthaltenen Stoffe (Atome, Moleküle, etc.) befinden sich in der Gasphase, und/oder es kann auch als Träger für Fest- und/oder Flüssigstoffe dienen. Insbesondere können so Aerosole, zerstäubte Flüssigkeiten, kleine Flüssigkeitströpfchen (z.B. Pflanzenschutzmittel als Sprühnebel, etc.), Schwebeteilchen, Feststoffpartikel (z.B. Holzstaub, etc.), gasförmige Suspensionen, zerstäubte Suspensionen oder Emulsionen als zu tragende Substanzen in dem Trägergas enthalten sein.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung einen Eingang zum Einleiten des gasförmigen Mediums, einen Ausgang zum Ableiten des gasförmigen Mediums, wobei die Kultur in dem Kulturgefäß strömungstechnisch gesehen zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordnet ist, und ein Mittel zum kontinuierlichen Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang .
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Strömungsführung auf, die folgendes umfaßt: wenigstens ein Strömungseinleitmittel mit zwei Enden, dessen erstes Ende in das Kulturgefäß ein- taucht und dessen zweites Ende mit dem Eingang kommuniziert, und wenigstens ein Strömungsableitmittel mit zwei Enden, dessen erstes Ende in das Kulturgefäß eintaucht und dessen zweites Ende mit dem Ausgang kommuniziert. Vorteil- haft wird mit dieser Strömungsführung das zu beaufschlagende gasförmige Medium als gerichte Strömung direkt zur Oberfläche der Kultur zwangsgeführt .
Bevorzugt ist das Mittel zum kontinuierlichen Erzeugen ei- ner Druckdifferenz eine Pumpe, die mit ihrem saugseitigen Anschluß strömungstechnisch nach dem Kulturgefäß angeordnet ist. Zum vorteilha ten Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums oberhalb der Oberfläche der Zellkultur ist die Pumpe in ihrer Pumpleistung dabei besonders bevorzugt steuerbar.
Bevorzugt ist die Vorrichtung zum parallelen Beaufschlagen von in mehreren Kulturgefäßen aufgenommenen Kulturen mit dem gasförmigen Medium ausgestaltet, wobei die Strömungs- führung hierfür eine entsprechende Anzahl an Strδmungsein- leit- und ableitmittel umfaßt, und jeweils ein aus einem Strömungseinleit- und einem Strömungsableitmittel bestehendes Paar genau einem Kulturgefäß zugeordnet ist. Somit ist es möglich, parallel mehrere Untersuchungen mit gleichen oder unterschiedlichen Kulturen durchzuführen, die jeweils alle die gleiche Zusammensetzung des (Prüf) -Mediums erhalten, um die Meßergebnisse statistisch aufzubessern bzw. ein entsprechendes Medium mittels mehrerer Kulturen gleichzeitig auf verschiedene Reaktionen hin zu untersuchen.
Dabei sind zum vorteilhaften weiteren Homogenisieren des gasförmigen Mediums vor Überströmen der einzelnen Kulturoberflächen die mehreren Strömungseinleitmittel alle über eine gemeinsame Verwirbelungskammer mit dem Eingang verbun- den. Außerdem sind hierfür bevorzugt die mehreren Strömungsableitmittel alle über eine gemeinsame Ausgangskammer mit der Pumpe verbunden.
Zum Erzielen einer Strömung über im wesentlichen die gesam- te Oberfläche einer Kultur entsprechen die Strömungsein- leitmittel im Bereich ihres ersten Endes in ihrer Querschnittsform bevorzugt in etwa der Quersch ittsform des zugehörigen Kulturgefäßes. Außerdem ist hierzu die Vorrichtung bevorzugt zum Beaufschlagen von Kulturgefäßen, die ei- nen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, mit einem gasförmigen Medium ausgelegt, wobei die Strömungseinleitmittel zumindest im Bereich ihres ersten Endes einen kreisförmigen Querschnitt haben, und der Außendurchmesser eines Strömungseinleitmittels etwas geringer als der Innendurchmesser des zugehörigen Kulturgefäßes in der Nähe der Oberfläche der im Kulturgefäß aufgenommen Kultur ist.
Zum Erzielen einer definierten Strömung in unmittelbarer Nähe der (Zeil) -Kulturoberfläche taucht das Strömungsein- leitmittel bevorzugt in das zugehörige Kulturgefäß bis kurz oberhalb der Oberfläche der im jeweiligen Kulturgefäß aufgenommenen Kultur ein.
Bevorzugt ist die Vorrichtung zum Beaufschlagen von Kultur- gefäßen, die einen sich zum Gefäßboden konisch verjüngenden Querschnitt aufweisen, mit einem gasförmigen Medium ausgelegt, wobei die Strömungsableitmittel derart ausgebildet sind, daß sie bezüglich der Gefäßhöhe des Kulturgefäßes lediglich eine kurze Strecke in das zugehörige Kulturgefäß eintauchen. Vorteilhaft wird hiermit eine besonders homogene Strömung im Bereich der Kulturoberfläche erzielt.
Als weitere bevorzugte Maßnahmen zum Verbessern des Strömungsprofils und/oder Vereinfachen des Gesamtaufbaus wird folgendes vorgesehen: das Strömungseinleitmittel ist als gerades Zylinderrohr ausgebildet, dessen zweites Ende eine bestimmte Strecke weit in die gemeinsame Verwirbelungskammer ragt, - das Strömungsableitmittel ist als gerades Zylinderrohr ausgebildet, dessen zweites Ende in die gemeinsame Ausgangskammer mündet , der Zylinderaußendurchmesser des Strömungseinleitmittels ist etwas geringer als der Zylinderinnendurchmes- ser des Strόmungsableitmittels und das Strömungsein- leitmittel ist zentral innerhalb des Strömungsableit- mittels geführt, und/oder der Unterschied zwischen dem Zylinderaußen- und dem Zylinderinnendurchmesser zuzüglich der Zylinderwandstärke des Strömungsableitmittels entspricht in etwa dem Unterschied des Innendurchmessers des Kulturgefäßes in Höhe des ersten Endes des Strömungseinleitmittel und in Höhe des ersten Endes des Strömungsableitmittels .
Zum Erzielen einer möglichst kompakten Bauweise ist die Ausgangskämmer bevorzugt zwischen der Verwirbelungskammer und den aufzunehmenden Kulturgef ßen angeordnet, wobei die Strömungseinleitmittel durch die Ausgangskammer geführt und von dieser strömungstechnisch isoliert sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Expositionsvorrichtung zum Versorgen einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit einem flüssigen Medium, welche ferner eine erfin- dungsgemäße Vorrichtung zum Beaufschlagen einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium aufweist. Die Expositionsvorrichtung kann beispielsweise mobil für Untersuchungen umweltrelevanter Atmosphären sowohl im Innen- als auch im Außenraumbereich zur Bestim- mung des gesundheitsgefährdenden Potentials an Zellen eingesetzt werden. Die Kulturen können dabei bei den Feldversuchen vorteilhaft über das flüssige Medium versorgt (d.h. ernährt) werden.
Bevorzugt umfaßt die Expositionsvorrichtung ferner folgendes: eine Kultureinheit, welche zur Aufnahme von wenigstens einem, insbesondere vier Kulturgef ß (en) dient, und eine Versorgungseinheit zum Versorgen der Kultur (en) in dem(den) Kulturgefäß (en) mit dem flüssigen Medium aufweist, eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der Kultureinheit, und eine Einrichtung zum automatischen Positionieren und Koppeln der Kultureinheit mit der Vorrichtung zum Beaufschlagen der Kultur mit einem gasförmigen Medium. Vorteilhaft ist hiermit eine besonders einfache Handhabung der Expositionsvor- richtung, insbesondere hinsichtlich des Austausche von Kulturgefäßen, ermöglicht.
Bevorzugt weist die Kultureinheit ferner eine temperierbare Wanne zur Aufnahme der Kulturgefäße auf. Vorteilhaft können die Kulturen somit auch außerhalb des Labors auf Temperaturen gehalten werden, welche für das Überleben bzw. Wachstum der Kulturen notwendig sind.
Bevorzugt weist die Expositionsvorrichtung ferner eine federnd gehalterte Kontaktplatte auf, die in der Ankoppelposition der Kultureinheit in Kontakt mit den Gefäßrändern der Kulturgefäße gelangt und dabei federnd nachgibt. Vorteilhaft wird damit der Anpreßdruck der Kulturgefäße an die Beaufschlagungsvorrichtung und damit auch die Dichtheit an dieser Stelle erhöht. Ganz besonders bevorzugt sind hierzu Dichtmittel in die Kontaktplatte eingelassen, und zwar wenigstens in den Bereichen der Kontaktplatte, die in der Ankoppelposition mit den Gefäßrändern der Kulturgefäße in Kontakt kommen.
Die in der Expositionsvorrichtung in Kombination beanspruchten Merkmale können vorteilhaft auch unabhängig voneinander, insbesondere ohne die Vorrichtung zum Beaufschla- gen einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium verwirklicht werden.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der:
Figuren la, b jeweils zwei unterschiedliche Seitenansichten einer Expositionsvorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen,
Figur 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Beaufschlagen einer in einem Kulturgefäß aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt, mit der die prinzipielle Funktionsweise dieser Vorrichtung erläutert werden soll, und
Figur 3 eine detailliertere Ansicht der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung ist.
Die (mobile) Expositionsvorrichtung weist ein Gestell 2 auf, das an einer Bodenplatte 4 befestigt ist. Die Bodenplatte 4 steht auf drei oder mehreren höhenverstellbaren Füßen 6 zum horizontalen Ausrichten einer Flüssigkeitsoberfläche einer in der Expositionsvorrichtung aufgenommenen Flüssigkeit (siehe unten) im Schwerefeld. An dem Gestell 2 ist eine in der Höhe verfahrbare Mittelplatte 8 zum Aufnehmen einer Kultureinheit 10 angeordnet. Die Mittelplatte 8 weist hierzu eine Art Schubladenfach auf, in das der kastenförmige Bodenabschnitt der Kultureinheit 10 eingeschoben und dort in seiner Lage festgelegt werden kann. Die Festlegung wird dabei über eine Feder/Nut-Führung 12 gewährleistet .
Die Kultureinheit 10 umfaßt in Höhe ihres Bodenabschnitts einen temperierbaren Metallblock 14, der eine wannenförmige Vertiefung zur Aufnahme einer Wanne 16 aufweist, und oberhalb ihres Bodenabschnitts einen Vorratsbehälter 18 (beispielsweise eine Mediumflasche) zum Aufnehmen eines flüssigen Mediums sowie eine Schlauchpumpe 20 zum Fördern des flüssigen Mediums zwischen der Wanne 16 und dem Vor- ratsbehälter 18.
Die Wanne 16 weist wiederum nicht dargestellte Aufnahmemittel für die Aufnahme von Kulturgefäßen 22 (z.B. Transwell- Inserts) auf, wobei die Kulturen in den Kulturgefäßen 22 aufgenommen werden. Beispielsweise kann an dieser Stelle die in dem deutschen Patent 198 01 763 offenbarte Kulturvorrichtung als Kulturgefäß 22 verwendet werden. Die Offenbarung dieses Patentes wird hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen. Diese Kulturgefäße 22 (Transwell-Inserts) haben beispiels- weise eine becherartige Form mit kreisförmigen Querschnitt, wobei sich der Durchmesser von der Becheröffnung bis zum Becherboden konisch verjüngt. Der Becherboden besteht aus einem porösen Kunststoffmaterial, zum Beispiel aus Polye- thylenterephthalat . Das Zellkulturinsert stellt eine flüs- sigkeitsdurchlässige Tragstruktur für eine Membran dar, die je nach Erfordernis der zu kultivierenden Zellen aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien hergestellt sein kann, z.B. ebenfalls Polyethylenterephthalat . Die Membran trägt dabei die Zellkultur.
Ferner umfaßt die Kultureinheit 10 wenigstens einen, vorzugsweise zwei oder auch mehrere nicht dargestellte Sensoren und eine zugehörige nicht dargestellte Steuer- /Regelungseinheit , welche die Kulturen in den Kulturgefäßen 22 pulsmäßig versorgt (pulsmäßige Steuerung der Zufuhr und Abfuhr von beispielsweise Nährflüssigkeit) und das Niveau des Mediums innerhalb der Kulturgefäße 22 regelt. Damit können beispielsweise die Kulturen innerhalb der Kulturgefäße 22 periodisch abwechselnd basal und submers ernährt werden, indem der Flüssigkeitspegel der Nähr lüssigkeit entsprechend oberhalb oder unterhalb der Oberfläche der Kulturen eingestellt wird. Für weitere Details bezüglich der Pulssteuerung und Niveauregelung des flüssigen Mediums innerhalb der Kulturgefäße 22 wird ebenfalls auf die in der Anlage beigefügte Patentanmeldung verwiesen. Es sei bemerkt, daß der Unterschied zwischen der in der beigefügten Patentanmeldung beschriebenen Kulturvorrichtung und der hier beschriebenen entsprechenden Wanne 16 darin besteht, daß in der Wanne 16 die Kulturgefäße nicht mehr über Module mit jeweils drei Kulturgefäßen eingebracht sind, sondern direkt in der Wanne 16 hängen. Die Versorgung der Kulturgefäße 22 in der Wanne 16 mit Nährflüssigkeit erfolgt hierbei über den Deckel der Wanne 16, wobei die Flüssigkeit dann über den porösen Boden der Kulturgefäße 22 in diese ein- dringen kann. Auch die nicht dargestellten Sensoren sind nun nicht mehr pro Modul vorgesehen, sondern können an der Seitenwand der Wanne 16 angebracht sein, ' und zwar in der Höhe verstellbar, so daß sie verschiedene Flüssigkeitspegel innerhalb der Wanne 16 detektieren können. Hierzu kann eine beliebige Anzahl an (höhenverstellbaren) Sensoren vorgesehen sein, die alle in unterschiedlicher Höhe an der Seitenwand der Wanne 16 angebracht sind. Damit kann beispielsweise der Flüssigkeitspegel innerhalb der Wanne 16 so gesteuert werden, daß simultan einige Kulturen submers, andere hingegen noch basal ernährt werden (sofern die Kulturgefäße 22 unterschiedliche Eintauchtiefen in die Wanne 16 aufweisen) . Alternativ kann selbstverständlich auch die in der beigefügten Patentanmeldung beschriebene Kulturvorrichtung unverändert übernommen werden.
Es können ferner (nicht dargestellte) Temperatursensoren an oder innerhalb der Wanne 16 vorgesehen sein, und zwar für eine Temperaturregelung der Flüssigkeit innerhalb der Wanne 16.
Insgesamt integriert die Kultureinheit 10 also sämtliche Elemente zur optimalen Versorgung der Kulturen (Zellen, etc.) während der Expositionsphase in dem temperierbaren Metallblock 14.. Die Mittelplatte 8 wird dabei nach Bestük- kung mit den zu untersuchenden Kulturen in den Kulturgefäßen 22 mittels eines Getriebemotors 24 und einer Gewinde- spindel 26 zu einer Beaufschlagungsvorrichtung 28 hochgefahren. Die Beaufschlagungsvorrichtung 28 ist samt ihrer zugehörigen Vakuumpumpe 30 auf einer Deckelplatte 32 mon- tiert.
Nachfolgend wird die Beaufschlagungsvorrichtung 28 mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 im Detail beschrieben. Die Beaufschlagungsvorrichtung 28 setzt sich im wesentlichen aus einer oberen Verwirbelungskammer 34, einer darunter angeordneten und lediglich durch eine Trennwand 36 voneinander getrennte Ausgangskämmer 38 (beide Kammern 34 und 38 bilden also ein Zweikammersystem) , mehreren Strömungseinleitrohren 40 mit jeweils einem ersten 41a und einem zweiten Ende 41b, mehreren Strömungsableitrohren 42 mit jeweils einem ersten 43a und einem zweiten Ende 43b, einer Ansaugöffnung 44 und der Vakuumpumpe 30 zusammen. Die Ansaugöffήung 44 (die beispielsweise als Ansaugstutzen mit einer bestimmten Höhe ausgebildet sein kann, um die Außenatmosphäre deutlich oberhalb der Luftschicht anzusaugen, die ggf. durch Abdampfungsphänomene unerwünschter Stoffen von der gesamten Expositionsvorrichtung verunreinigt ist und das Meßergebnis verfälschen würde) , über die das zu beaufschlagende Medium eingesaugt wird, ist an der Oberseite der Verwirbelungskam- mer 34 angeordnet. Das zu beaufschlagende Medium kann entweder von einer weiteren nicht dargestellten Vorratsflasche oder einer Erzeugungseinheit zum Erzeugen des Mediums (Dieselmotor, Benzinmotor, Reaktionsbehälter, in dem das zu beaufschlagende Medium erst aus einem oder mehreren Aus- gangsprodukten erzeugt wird, etc.) stammen, sofern ein in seiner Zusammensetzung bekanntes gasförmiges Medium zu den Zellkulturen eingeleitet werden soll, oder bei Anwendung der Expositionsvorrichtung in einem Feldversuch aus der Au- ßenatmösphäre . Somit können beispielsweise die Auswirkungen verschiedener natürlich vorkommender Atmosphären auf das Wachstum oder generell das Verhalten von Zellkulturen (beispielsweise Lungenzellen, etc.) untersucht werden.
Die Strömungseinleitrohre 40 sind als gerade Zylinderrohre (z.B. als Metallhülse) mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, der über ihre gesamte Länge gleich ist. Die Strömungseinleitrohre 40 ragen mit ihrem zweiten Ende 41b ein Stück weit von der Unterseite der Verwirbelungskammer 34, d.h. von der Trennwand 36, in den Innenraum der Verwir- belungskammer 34, durchdringen die Ausgangskammer 38 von deren Oberseite, d.h. der Trennwand 36, bis zu deren Unterseite 46 und ragen anschließend mit ihrem ersten Ende 41a ein Stück weit über die Unterseite 46 hinaus ins Freie (bei nicht aufgesetztem Kulturgefäß 22) . Wie aus Figur 3 deut- lieh sichtbar wird, sind die Strömungseinleitrohre 40 gegenüber der Ausgangskammer 38 über Dichtringe 48 luftdicht abgedichtet und mittels geeigneter Befestigungsmittel 50 sowohl gegen laterales als auch axiales Verschieben festgelegt. Alternativ können die Strömungsableitrohre 42 in ei- ne nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch als mehre- re separate, um den Außenumfang jeweils eines Strömungseinleitrohres 40 angeordnete Röhrchen mit kleinem Durchmesser ausgebildet sein.
Die Strömungsableitröhre 42 sind ebenfalls wie die Strömungseinleitröhre 40 als gerade Zylinderrohre (z.B. als Metallhülse) mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, der über ihre gesamte Länge gleich ist . Ihr Durchmesser ist jedoch etwas größer dimensioniert als der Durchmesser der Strömungseinleitrohre 40. Dabei verlaufen die Strömungseinleitrohre 40 zentral innerhalb der Strömungsableitröhre 42 und ragen an der Unterseite 46 der Ausgangskämmer ein Stück weit aus den Strömungsableitrohren 42 heraus. Diese herausragende Länge ist so bemessen, daß bei einem konisch sich zum Boden verjüngenden Kulturgefäß 22 die Strömungseinleitrohre 40 bis knapp oberhalb der Oberfläche der sich darin befindlichen Zellkultur 23 reichen, die Strömungsableitrohre 42 hingegen lediglich ein kurzes Stück von oben in das Kulturgefäß 22 ragen. Dabei ist der Außendurchmesser der Strömungseinleitrohre 40 so bemessen, daß er etwas geringer als der Innendurchmesser des Kulturgefäßes 22 in Nähe der Oberfläche der Zellkultur 23 ist. Insgesamt bildet sich bei aufgesetztem Kulturgefäß 22 somit ein ringförmiger Spalt am ersten Ende 40a bzw. der unteren Mündung der Strö- mungseinleitrohre 40 zwischen deren Außenwand und der Innenwand des Kulturgefäßes 22, durch welchen das gasförmige Medium strömen kann. Dieser ringförmige Spalt kann auch auf andere Weise als über die beschriebene Art mit den beiden ineinander geschobenen Zylinderrohren 40 und 42 erzielt werden. Der Strömungsverlauf durch die Beaufschlagungsvorrichtung 28 ist mit den einzelnen Pfeile in Figur 2 angedeutet .
Insgesamt strömt das gasförmige Medium aufgrund der Druck- differenz zwischen dem Ansaugstutzen 44 und dem Ausgang 39, welche durch die am Ausgang 39 der Ausgangskammer 38 angeschlossene Vakuumpumpe 30 erzeugt wird, also durch den Ansaugstutzen 44, wird in der Verwirbelungskammer 34 so verwirbelt, daß das gasförmige Medium möglichst homogen durch alle Strömungseinleitrohre 40 einströmen kann, von dort ge- langt es auf die Oberfläche der Zellkulturen 23 in den einzelnen Kulturgefäßen 22, strömt dort kontinuierlich über die im wesentlichen die gesamte Zellkulturoberfläche und entlang der Gefäßinnenwände der Kulturgefäße 22 nach oben zu dem ringförmigen Eingangsspalt zwischen Strömungeinleit- 40 und -ableitrohr 42, durch das Strömungsableitrohr 42 in die Ausgangskammer 38 und von dort über den Ausgang 39, die Vakuumpumpe 30 und den Pumpenausgang 31 ins Freie.
In der in Figur 1 gezeigten Expositionsvorrichtung befindet sich an der Unterseite 46 der Ausgangskämmer 38 eine gefederte Kontaktplatte 52, welche bei Hochfahren der Mittelplatte mit der Kultureinheit 10 bei Kontakt nach oben federnd nachgibt und somit einen gewissen Anpreßdruck des Au- ßenrandes der Kulturgefäße 22 gegen eine in der Kontaktplatte 52 eingelassene Silikonmatte 53 herstellt. Die Silikondichtung kann alternativ (nicht dargestellt) auch nur ringförmig um die Strömungsableitrohre 42 herum in die Kontaktplatte 52 eingelassen sein. Dies sorgt für einen luft- dichten Abschluß des Innenraums der Kulturgefäße 22 gegenüber dem Außenraum. Damit wird gewährleistet, daß jede Zellkultur 23 im Prinzip einer identischen Zusammensetzung der Atmosphäre ausgesetzt ist, da alle Zellkulturen 23 die durch eine einzige Ansaugöffnung 44 angesaugte Atmosphäre erhalten, die anschließend noch in der Verwirbelungskammer 34 derart homogenisiert wird, daß etwaige Konzentrationsunterschiede über den Einströmquerschnitt gesehen nochmals ausgeglichen werden.
Die Beaufschlagungsvorrichtung 28 ist dabei entweder über Federmittel 54 auf der Kontaktplatte 52 aufgesetzt (wobei die Kontaktplatte 52 direkt mit der Deckelplatte 32 gekoppelt ist). Hiermit wird gewährleistet, daß bei Einrücken der Federmittel 54 die ersten Enden 41a und 43a der Strö- mungseinleit- 40 bzw. -ableitrohre 42 unabhängig von der Einrücktiefe der Federmittel 54 immer gleich weit in die Kulturgefäße 22 eintauchen. Andererseits können die Kontaktplatte 52 über die Federmittel 54 und die Beaufschlagungsvorrichtung 28 direkt mit der Deckelplatte 32 gekop- pelt sein. Damit variiert aber je nach Einrücktiefe des Fe- dermittels 54 beim Anpressen der Kultureinheit 10 an die Kontaktplattte 52 auch die Eintauchtiefe der Strömungsein- leit- 40 bzw. ableitrohre 42 in die Kulturgefäße 22.
Die Pumpleistung der Vakuumpumpe 30 ist wähl- und steuerbar, so daß insbesondere die Strömungsgeschwindkeit oberhalb der Kultur 23 verändert werden kann. So kann beispielsweise durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit die Konzentration von in der Atmosphäre enthaltenen Schadstof- fen künstlich erhöht werden, da bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit eine größere Menge dieser Schadstoffe an der Oberfläche vorliegt. Dies kann in Fällen vorteilhaft sein, in denen die Zellen grundsätzlich eine höhere Aufnahmerate für diesen Schadstoff haben (d.h. bei höheren Konzentrationen auch mehr Schadstoffe pro Zeiteinheit aufnehmen können) und somit entweder in kürzerer Zeit eine Messung durchgeführt werden kann oder eine Meßreihe zu künstlich eingestellten unterschiedlichen Konzentrationen aufgenommen werden kann. Auch können bei einem Versuch zum Ermitteln des Regenerationsverhalten von Zellen, Beaufschlagungspausen durch Stoppen der Vakuumpumpe 30 eingelegt werden. Diese Pausen können auch mit Zeitperioden submerser Versorgung mit dem flüssigen Medium über die Schlauchpumpe 20 zusammenfallen.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zum Beaufschlagen einer in einem Kulturge- faß (22) aufgenommenen Kultur (23) mit einem gasförmigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Erzeugen einer gezielten Strömung des gasförmigen Mediums über im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Kultur
(23) ausgestaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit: einem Eingang (44) zum Einleiten des gasförmigen
Mediums , einem Ausgang (31) zum Ableiten des gasförmigen Mediums, wobei die Kultur (23) in dem Kulturgefäß
(22) strömungstechnisch gesehen zwischen dem Eingang (44) und dem Ausgang (31) angeordnet ist, und einem Mittel (30) zum kontinuierlichen Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen dem Eingang (44) und dem Ausgang (31) .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit einer Strömungsführung
(40, 42), die folgendes umfaßt: - wenigstens ein Strömungseinleitmittel (40) mit zwei Enden (41a, b) , dessen erstes Ende (41a) in das Kulturgefäß (22) eintaucht und dessen zweites Ende (41b) mit dem Eingang (44) kommuniziert, und wenigstens ein Strömungsableitmittel (42) mit zwei Enden (43a, b) , dessen erstes Ende (43a) in das Kulturgefäß (22) eintaucht und dessen zweites Ende (43b) mit dem Ausgang (31) kommuniziert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 , bei welcher das Mittel zum kontinuierlichen Erzeugen einer Druckdifferenz eine Pumpe (30) ist, die mit ihrem saugseitigen Anschluß strömungstechnisch nach dem Kulturgefäß (22) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, welche zum parallelen Beaufschlagen von in mehreren Kulturgefäßen (22) aufgenommenen Kulturen (23) mit dem gasförmigen Medium ausgestaltet ist, wobei die Strömungsführung (40, 42) hierfür eine entsprechende Anzahl an Strömungseinleit- (40) und ableitmittel (42) umfaßt, und jeweils ein aus einem Strömungseinleit- (40) und einem Strömungsableitmittel (42) bestehendes Paar genau einem Kulturgefäß (22) zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die mehreren
Strömungseinleitmittel (40) alle über eine gemeinsame
Verwirbelungskammer (34) mit dem Eingang (44)- verbunden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher die mehreren Strömungsableitmittel (42) alle über eine gemeinsame Ausgangskammer (38) mit der Pumpe (30) verbunden sind.
8. Vorrichtung nach einem Ansprüche 3 bis 7, bei welcher die Strömungseinleitmittel (40) im Bereich ihres ersten Endes (41a) in ihrer Querschnittsform in etwa der Querschnittsform des zugehörigen Kulturgefäßes (22) entsprechen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, welche zum Beaufschlagen von Kulturgefäßen (22) , die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, mit einem gasförmigen Medium ausge- legt ist und bei welcher die Strömungseinleitmittel (40) zumindest im Bereich ihres ersten Endes (41a) einen kreisförmigen Querschnitt haben, wobei der Außendurchmesser eines Strömungseinleitmittels (40) etwas geringer als der Innendurchmesser des zugehörigen Kul- turgefäßes (22) in der Nähe der Oberfläche der im Kulturgefäß (22) aufgenommen Kultur ist (23) .
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei welcher das Strömungseinleitmittel (40) mit seinem ersten Ende (41a) in das zugehörige Kulturgefäß (22) bis kurz oberhalb der Oberfläche der im jeweiligen Kulturgefäß (22) aufgenommenen Kultur (23) eintaucht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, welche zum Be- aufschlagen von Kulturgefäßen (22) , die einen sich zum
Gefäßboden konisch verjüngenden Querschnitt aufweisen, mit einem gasförmigen Medium ausgelegt ist, und die Strömungsableitmittel (42) derart ausgebildet sind, daß sie mit ihrem ersten Ende (43a) bezüglich der Ge- fäßhöhe des Kulturgef ßes (22) lediglich eine kurze Strecke in das zugehörige Kulturgefäß (22) eintauchen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis -11, bei welcher das Strömungseinleitmittel (40) als gerades Zylinderrohr ausgebildet ist, dessen zweites Ende (41b) eine bestimmte Strecke weit in die gemeinsame Verwirbelungskammer (34) ragt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei welcher das Strömungsableitmittel (42) als gerades Zylinderrohr ausgebildet ist, dessen zweites Ende (43b) in die gemeinsame Ausgangskammer (38) mündet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher der Zylin- deraußendurchmesser des Strömungseinleitmittels (40) etwas geringer als der Zylinderinnendurchmesser des Strömungsableitmittels (42) ist und das Strδmungsein- leitmittel (40) zentral innerhalb des Strömungsableit- mittel (42) geführt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Unterschied zwischen dem Zylinderaußen- und dem ZylinderInnendurchmesser zuzüglich der Zylinderwandstärke des Strömungsableitmittels (42) in etwa dem Unterschied des Innendurchmessers des Kulturgefäßes (22) in Höhe des ersten Endes (41a) des Strömungseinleitmittels (40) und in Höhe des ersten Endes (43a) des Strömungsableitmittels (42) entspricht.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, bei welcher die Ausgangskammer (38) zwischen der Verwirbelungskammer (34) und den aufzunehmenden Kulturgefäßen (22) angeordnet ist, wobei die Strömungseinleitmittel (40) durch die Ausgangskammer (38) geführt und gegenüber dieser luftdicht isoliert sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, bei welcher die Pumpe (30) in der Pumpleistung steuerbar ist.
18. Verfahren zum Beaufschlagen einer in einem Kulturgefäß
(22) aufgenommenen Kultur (23) mit einem gasförmigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß eine gezielte Strömung des gasförmigen Mediums über im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Kultur (23) erzeugt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem das gasförmige Medium über einen Eingang (44) angesaugt und mittels einer Strömungsführung (40, 42) zur Oberfläche der Kultur (23) und von dieser zu einem Ausgang (31) geführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei welchem das gasförmige Medium zwischen dem Eingang (44) und der
Strömungsführung (40, 42) zwecks Homogenisierung verwirbelt wird.
21. Expositionsvorrichtung zum Versorgen einer in einem Kulturgefäß (22) aufgenommenen Kultur (23) mit einem flüssigen Medium, welche ferner eine Vorrichtung (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.
22. Expositionsvorrichtung nach Anspruch 21, welche ferner folgendes umfaßt : eine Kultureinheit (10) , welche zur Aufnahme von wenigstens einem Kulturgefäß (22) dient,, und eine Versorgungseinheit (18, 20) zum Versorgen der Kultur (23) im Kulturgefäß (22) mit dem flüssigen Medium aufweist, eine Aufnahmeeinrichtung (8, 12) zur Aufnahme der Kultureinheit (10) , und eine Einrichtung (24, 26) zum automatischen Positionieren und Ankoppeln der Kultureinheit (10) an die Vorrichtung (28) zum Beaufschlagen der Kultur
(23) mit einem gasförmigen Medium.
23. Expositionsvorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher die Kultureinheit (10) ferner eine temperierbare Wanne (14, 16) zur Aufnahme der Kulturgefäße (22) aufweist.
24. Expositionsvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, welche ferner eine federnd gehalterte Kontaktplatte (52) aufweist, die in der Ankoppelposition der Kulturein- heit (10) in Kontakt mit den Gefäßrändern der Kulturgefäße (22) gelangt und dabei federnd nachgibt.
25. Expositionsvorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher Dichtmittel (53) an die Kontaktplatte vorgesehen, und zwar wenigstens in den Bereichen, die in der Ankoppel- position mit den Gefäßrändern der Kulturgefäße (22) in Kontakt kommen.
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