WO2003076599A2 - Kultur/expositionsvorrichtungen, bausatz für den zusammenbau einer solchen sowie verfahren zur kultivierung und exposition von prokaryonten - Google Patents

Kultur/expositionsvorrichtungen, bausatz für den zusammenbau einer solchen sowie verfahren zur kultivierung und exposition von prokaryonten Download PDF

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WO2003076599A2
WO2003076599A2 PCT/EP2003/002711 EP0302711W WO03076599A2 WO 2003076599 A2 WO2003076599 A2 WO 2003076599A2 EP 0302711 W EP0302711 W EP 0302711W WO 03076599 A2 WO03076599 A2 WO 03076599A2
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culture
exposure device
flow
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gaseous medium
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Ulrich Mohr
Franz Durst
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    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature

Definitions

  • the invention relates to culture / exposure devices for receiving cultures, a kit for assembling such culture / exposure devices and a method for cultivating prokaryotes.
  • Culture / exposure devices are known from the prior art, in which a cell culture contained in a culture vessel is exposed to a gaseous medium within the culture / exposure device.
  • the generic documents DE 100 140 57 by the same applicant and EP 1174496 are mentioned as an example of this.
  • the culture / exposure device of the same applicant holds a culture vessel for receiving cell cultures with a side wall that tapers conically to the bottom.
  • a device is also provided for charging the cell cultures with a gaseous medium, with which the cell cultures can be exposed, for example, to predetermined damaging or therapeutic conditions.
  • gases, aerosols and / or particulate substances are brought into direct contact with the cell cultures, such as tobacco smoke on lung cells.
  • the application device comprises one continuous cylindrical flow guide, which leads into the vessel up to above the surface of the cell culture in such a way that a flow flow of the gaseous medium is generated through this flow guide, over the surface of the cell culture and through an annular gap which arises between the flow guide and the inner wall of the culture container.
  • Such a flow is generated, for example, by a vacuum pump which is arranged in the flow direction behind the annular gap mentioned.
  • the flow guide is connected on the inlet side, for example, to an intake port with which outside air, test gases, etc. can be drawn in and passed through the cell cultures.
  • the EP 1174496 mentioned corresponds essentially to the design of the application device to the publication mentioned by the same applicant.
  • this publication is concerned with determining more precisely the dose of the aerosol particles deposited on the cell culture, which are carried along by the gaseous medium.
  • the streamlines of the gas flow within the cylindrical flow guide are determined by a marked aerosol particle that becomes visible in the pulsed laser light.
  • that flow line is determined which sweeps along at a certain distance above the cell culture surface and at which the entrained aerosols can still diffuse onto the cell culture surface.
  • This flow line is traced back to the entrance of the flow guide and an effective cross section within this flow line is determined with reference to the total cross section of the opening of the flow guide, through which all aerosols flowing through can reach the cell culture surface.
  • the object of the invention is to optimize the flow properties of the gas flow conducted over the surface of a culture. Another object of the invention is to improve the extraction of gaseous medium, for example from an outside space. After all, it is also based on the task of offering extended investigation options for the cultivation and exposure of prokaryotes.
  • a culture / exposure device for receiving cultures is created, with a device for applying a gaseous medium to the received culture, which has a mechanical flow guide for forcibly guiding the gaseous medium with an entrance to Introducing the gaseous medium into the flow guide and an exit mouth opening above the surface of the culture, which comprises an inner surface opening in the direction of the flow in the shape of a trumpet.
  • the advantage of this trumpet-shaped opening mouth is that, in particular, difficult-to-control detachment zones at its mouth edge are avoided, which lead, for example, to self-contained vortices and thus dead zones above the culture surface.
  • This specially shaped outlet mouth ensures that the flow of the gaseous medium is smooth and free of detachment over the culture surface and that the flow, including any particles contained therein, is distributed as evenly as possible over the culture surface.
  • the term “trumpet-shaped” means not only circular openings, but also, for example, openings with an elongated (rectangular), square, polygonal (rotationally symmetrical) or other opening cross section.
  • the only decisive factor is that the overall opening cross section increases continuously towards the mouth edge, a "linear” enlargement in the form of a truncated cone-shaped initial mouth not yet achieving the desired success; Certainly no "tulip-shaped” mouths.
  • the general term “culture” includes both cell cultures (or more generally eukaryotic cultures) and prokaryotic cultures (bacterial cultures, etc.).
  • a culture / exposure device for receiving cultures is provided with a device for supplying the received culture with a gaseous medium, which has a suction nozzle with a suction opening for sucking in the gaseous medium and an outlet with a flow guide for guiding of the gaseous medium to above the surface of the Culture is connected, wherein the intake opening of the intake manifold has an inner surface opening in the shape of a trumpet against the direction of flow.
  • a kit for the assembly of a culture / exposure device which contains four kit elements, namely attachments according to claim 21, attachments with a device for charging the culture received in a culture container with a gaseous medium, the charging device having a suction nozzle for sucking in the gaseous medium and a flow guide connected to the suction nozzle for guiding the gaseous medium up to above the surface of the culture comprises pedestals according to one of claims 24 to 29, and pedestals according to one of claims 30 to 33.
  • prokaryotes eg bacteria, fungi, etc.
  • claim 55 relates to a culture / exposure device for carrying out a method according to claim 54 with a receptacle for receiving a culture container with the prokaryotes to be cultivated and a device for loading the prokaryotes received in the culture container with a gaseous medium, the loading device providing one Intake nozzle for sucking in the gaseous medium and a flow guide connected to the inlet nozzle for guiding the gaseous medium over the prokaryotes accommodated in the culture container.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section through a culture / exposure device according to the invention with flow guidance according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic side section through a culture / exposure device according to the invention with flow guidance according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the base of a culture / exposure device according to the invention.
  • 5a and b show a schematic plan view and a schematic side view of an annular diaphragm used in the culture / exposure device according to the invention for evenly distributing the intake flow around the
  • 6a and b are a schematic side view and a
  • Fig. 7 is a schematic sectional view through the
  • FIG. 8a and b are a schematic sectional view of an intake manifold according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment and a schematic plan view of a bottom region of this intake manifold according to the invention
  • 9a and b are a schematic sectional view of an intake manifold according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment and a schematic plan view of a bottom region of this intake manifold according to the invention
  • FIG. 10 is a perspective oblique view of a further attachment for the kit according to the invention for assembling a culture / exposure device .
  • FIG. 11 is a perspective side view of a further pedestal for receiving cell culture containers with a supply device for supplying the cell cultures with a liquid medium, which is a
  • FIG. 12 is a perspective side view of a culture / exposure device constructed from the attachment of FIG. 10 and the base of FIG. 11.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a culture / exposure device according to the invention.
  • This has almost a box shape and is composed of two box halves, a pedestal 2 and an attachment 4. In the assembled state, bottom 2 and top 4 can be closed via a closure 6 in the form of a buckle mechanism.
  • the pedestal 2 contains three receptacles 8 for holding three culture containers 10. Of course, this number can be chosen as desired.
  • the receptacles 10 are cylindrical recesses in the block-shaped base 2, which can be seen from the view of the base in FIG. 3.
  • the culture containers 10 also have a circular cup shape cylindrical outer walls, the height of the cup being somewhat lower than the depth of the cylindrical recesses for the receptacles 8.
  • An ejection mechanism 12 is provided for removing the culture container 10, which can be seen particularly clearly in the sectional view of FIG. 2.
  • the ejection mechanism comprises a cylindrical through bore 14, which extends from the underside of the base 2 into the receptacle 8, with a projection 16 - seen from the underside of the base 2 - on which a return spring 18 is supported.
  • An ejection pin 20 is guided to and fro in the through bore 14, the outer diameter of which corresponds approximately to the inner diameter of the through bore 14 in its tapered section.
  • the ejection pin 20 has a cylindrical head 22, the outer diameter of which corresponds to the inner diameter of the through hole 14 in its enlarged section. This guarantees an exact guidance of the ejection pin 20 in the through hole 14.
  • the return spring 18 engages on the underside of the head 22, thus biasing the ejection pin 20 in the direction away from the receptacle 8.
  • a lever 24 engages on the flat outside of the head 22 and can be pivoted in the longitudinal direction of the ejection bolt 20 about a pivot axis 26 offset from the through hole 14.
  • the lever 24 protrudes from the underside of the base 2 in the form of a manually operable handle 28 from the culture / exposure device.
  • a common pivot axis 26 is provided for all three ejection mechanisms 12 in the form of a through bolt projecting through the base 2 in the longitudinal direction. This through bolt is fixed in the base 2, while the levers 24 are arranged freely pivotable about it.
  • the lever 24 has a rounded actuating section 30 which strikes the end face of the head 22. With this rounded actuating section 30, the pivoting movement of the lever 24 is transmitted as smoothly as possible into the back and forth movement of the ejection pin 20.
  • the ejection pin 20 has an annular seal 32 at the level of the tapered section of the through bore 14, which seals the receptacle 8 from the lower section of the ejection mechanism 12.
  • any other type of ejection mechanism is also possible with which the culture container 10 can be ejected from its receptacle 8 for easier removal.
  • the base 2 is essentially hollow and forms a liquid-tight chamber 34 around the receptacle 8, into which a liquid for tempering the receptacle 8 and thus the culture received in the culture container 10 is filled.
  • a liquid inlet 36 and a liquid outlet 38 are also provided on the chamber 34, which can be connected to an external heating circuit for adjusting the temperature of the liquid in the chamber 34.
  • an alternative heating device can be provided around the receptacle 8, for example a heating coil, etc., with which the culture container 10 can be kept at a predetermined temperature.
  • the attachment 4 comprises an application device for applying a gaseous medium to the culture received in the culture container 10.
  • the gaseous medium can be present, for example, as a pure gas, ie all substances contained therein (atoms, molecules etc.) are in the gas phase, it can also serve as a carrier for solids and / or liquids and / or it can be used as a gas - be mixed (for example when it comes to applying gaseous components to the cultures).
  • par- Aerosols, atomized liquids, small liquid droplets (e.g. crop protection agents 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. For example, the exposure of lung cells to cigarette smoke particles can be examined.
  • the substances listed are not exhaustive, but can vary depending on the experiment.
  • the pressurization device comprises a flow guide 40 with an inlet 42 in the form of a connecting piece and an outlet mouth 44 which opens into the culture container 10 just above the surface of the culture when the attachment 4 is placed on the base 2.
  • the flow guide 40 comprises a cylindrical guide section 46 with a cylindrical inner bore which continuously merges into the inner surface of the outlet mouth 44 which opens in the direction of the trumpet.
  • This inner surface is preferably hyperboloid-shaped in the direction of flow (see in particular FIGS. 4a-c).
  • the outer shape of the flow guide 40 is independent of the hyperboloid-shaped inner surface.
  • special designs of the mouth edge 48 of the outlet mouth 44 can be advantageous (for example roundings, the sharpest possible edge, etc.).
  • the inner surface of the exit mouth 44 already runs horizontally at the mouth edge 48, ie the hyperbola of the cut inner surface is designed such that it has a horizontal increase at the mouth edge 48.
  • the hyperbolic course thus leads from the completely vertical course merging into the cylindrical guide section 46 into the completely horizontal course present at the mouth edge 48, with the result that the flow applied to the inner surface of the flow guide 40 is thus deflected radially outward by a 90 ° angle.
  • This special geometry enables a smooth, non-detachable flow which, among other things, ensures the continuous supply of fresh gaseous medium to the culture surface.
  • the concentration distribution of the medium is almost completely uniform over the surface to be exposed.
  • the flow guide 40 is held in a friction-locking manner in a through-bore 52 opening in the attachment 4 from its upper side into an interior 50.
  • an annular groove 54 is provided in the outer surface of the cylindrical guide section 46 for receiving an annular seal, which thus seals the outside of the culture / exposure device against the inside 50 airtight between the outside wall of the flow guide 40 and the inside wall of the through bore 52.
  • the flow guide 40 is displaceable in the longitudinal bore 52 in the longitudinal direction so that the distance between the mouth edge 48 and the surface of the culture accommodated in the culture container 10 can be adjusted (see further discussion below).
  • the interior 50 forms in the assembled state of lower 2 and attachment 4 with the receptacle 8 a closed interior of cylindrical shape, the interior 50 and the receptacle 8 merging into one another without abutting edges.
  • a swirl body 56 which is shown in more detail in FIGS. 6a and b, is frictionally received in the cylindrical guide section 46.
  • the swirl body 56 is a short, cylindrical shaped piece, the outer diameter of which corresponds to the inner diameter of the cylindrical guide section 46 and in which three helical grooves 58 arranged next to one another are arranged.
  • the number of grooves 58 arranged side by side is arbitrary.
  • the length of the grooves 58 with respect to the length of the entire swirl body 56 is such that the grooves 58 are essentially half a turn around the cylindrical one Carry out swirl body 56 around.
  • the grooves 58 are arranged so close to one another that the remaining web between them is as thin as possible, that is to say the flow cross section of all the grooves 58 is as large as possible.
  • a conical tip 60 is formed centrally on the upper side of the swirl body 56, the outer wall of which at its base merge into the bottom of the grooves 58 without any abutting edges.
  • the cone tip 60 is directed against the flow.
  • the term "free of abutting edges" is chosen so that there is a possibly more or less sharp kink between the outer surface of the cone tip 60 and the inner surface of the grooves 58 at its lowest point, but no displacement, at which otherwise the vertebrae could possibly be detached Can adjust flow.
  • 6b the circular base surface of the cone tip 60 is shown in broken lines.
  • a disk-shaped ring diaphragm 62 Arranged around the cylindrical guide section 46 of the flow guide 40 is also a disk-shaped ring diaphragm 62 which is displaceable in the longitudinal direction, the inside diameter of which corresponds to the outside diameter of the cylindrical guide section 46 and the outside diameter of which corresponds to the inside diameter of the interior 50 in the attachment 4.
  • the ring diaphragm 62 comprises a plurality of axially extending through bores 66, which allow the upper spatial section of the interior 50 separated from the annular diaphragm 62 to communicate with the lower spatial section thereof.
  • a vacuum pump for all three can be connected to the culture / exposure device shown in FIG. 1 via a corresponding hose distributor.
  • the ring diaphragm 62 now serves the uniformly rotationally symmetrical distribution of the negative pressure and the resulting flow around the entire outer surface of the flow guide 40 in order to compensate for the lack of rotational symmetry due to the arrangement of the through hole 66 with respect to the flow guide 40 (see also FIGS. 5a and b).
  • different ring diaphragms 62 can be provided per flow guide 40, which differ in the dimensioning of their through bores 66.
  • a corresponding ring diaphragm 62 is selected and pushed over the flow guide 40.
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view through the flow guide 40 and the container 10 to explain the setting of the distance between the mouth edge 48 and the surface of a culture 72 accommodated in the container 10.
  • the distance between the outlet mouth 44 and the surface of the culture 72 is set in such a way that that the flow cross-section Q2 of the annular gap between the mouth edge 48 and the surface of the culture 72 is smaller than the flow cross-section Q1 in the cylindrical guide section 46 of the flow guide 40.
  • the distance of the mouth edge 48 from the surface of the culture 72 is in the millimeter range, for example 1 mm.
  • the ratio of the inner diameter of the container 10 and the outer diameter of the outlet mouth 44 at the mouth edge 48 is dimensioned such that the diameter flow cross-section Q3 of the annular gap between the mouth edge 48 and the inner wall of the container 10 is also larger than the flow cross-section Ql mentioned above.
  • the distance between the mouth edge 48 and the surface of the culture 72 can either be adjusted by placing a setting plate of known thickness in the receptacle 8 before inserting the culture container 10 with culture 72 and the flow guide 40 with the bottom 2 and top 4 closed is pressed down against the frictional force until the mouth edge 48 rests on the adjusting plate.
  • the culture / exposure device can then be opened, the setting plate removed and the culture container 10 with the culture 72 taken up inserted in its place.
  • an adjustment device for manual or automatic adjustment of the distance is provided in the ceiling area of the attachment 4.
  • the manual adjusting device can be, for example, a worm drive with a knurled screw as a manual actuating element, the worm drive acting between the attachment 4 and the flow guide 40.
  • setting markings can also be provided on the end of the flow guide protruding from the attachment 4, with which one or more different distances can be set.
  • a screw connection can also be provided so that the distance can be adjusted by rotating the flow guide 40 against the attachment 4.
  • a heating winding can be provided around the flow guide 40, which is connected to a corresponding heating device for controlling the temperature.
  • the flow guide 40 can be formed from a corrosion-resistant metal (preferably titanium) or at least be encased by this, to which a current can likewise be applied for heating.
  • a volume flow meter or mass flow meter with a coupled control valve can be connected either between the inlet 42 of the flow guide 40 and an intake connection connected thereto or between the connection connection 70 and the vacuum pump. With this, for example, the flow rates of the gaseous medium through the individual flow guides 40 can be set individually.
  • the intake supports 74 and 74 ' are constructed similarly to the flow guide 40, ie they comprise an intake opening 76 with an inner surface opening in a trumpet shape against the direction of flow.
  • the inner surface has a hyperboloid shape, particularly in the direction of flow.
  • a cylindrical guide section 78 with a cylindrical inner surface adjoins this inner surface.
  • the suction mouth 76 in hyperboloid form can - in contrast to that shown in FIGS.
  • a coarse-pore foam 82 is stretched over the opening of the suction mouth 76, which ensures a uniform flow into the suction mouth 76 even in the event of draft or turbulence in the room air and dampens faults without, for example, filtering out smoke particles or other particulate solids or liquids. It thus prevents, in particular, that flows impinging laterally on the intake ports 74, 74 'disrupt the actual flow of flow into the intake port 76.
  • a correspondingly coarse-meshed grille can also be provided in the suction mouth 76 or any other means which dampens cross-flows hitting the mouth region of the suction mouth 76.
  • the suction port 74 shown in FIGS. 8a and b has in the bottom region of its cylindrical guide section 78 radially outwardly directed connection port 84 for connecting lines to the individual inputs 42 of the flow guides 40.
  • the connecting pieces 84 projecting radially from the guide section 78 are arranged rotationally symmetrically around its outer wall.
  • four connecting pieces 84 arranged offset by 90 ° are provided.
  • dividing walls 86 are arranged at their height symmetrically at the bottom area of the guide section 78.
  • the four partition walls 86 form four quarter-circle-shaped chambers.
  • the length-to-diameter ratio of the guide section 78 is approximately of the order of 2
  • the length the straight, radially projecting connecting piece 84 corresponds approximately to the diameter of the guide section 78.
  • the diameter of the connection piece 84 is approximately 10 times smaller than the length of the guide section 78 and the height of the partition walls 86 is approximately three times the diameter of the connection piece 84.
  • the alternative embodiment of the connecting piece 74 'shown in FIGS. 9a and b has four connecting pieces 88 which protrude in the longitudinal direction from the bottom of the guide section 78 and merge into the guide section 78 with a cylindrical inner surface via correspondingly shaped transition sections 90 and 92.
  • the transition sections 90 and 92 to the connecting pieces 88 are not rotationally symmetrical, in contrast to the arrangement of the connecting pieces 88 with respect to the bottom of the guide section 78. Therefore, corresponding dividing walls 94 were used to divide the through the guide section 78 flowing volume flow provided in equal parts on the four connecting pieces 88.
  • partitions 94 which divide a central connecting line between the two transition sections 92 into approximately the same distances, and are perpendicular to the said connecting line, and a partition 94 along the said connecting line, which is arranged between the two first-mentioned partition walls 94 and separates the transition sections 90 in the cylindrical guide section 80.
  • the ratio of height to diameter of the guide section 78 is approximately five, the ratio of
  • such an intake manifold 74 can also directly connect to a flow guide 40, ie without the connection via its connecting port 84, the connecting line and the inlet 42 of the flow guide 40.
  • the cylindrical guide section 78 of the intake manifold 74 can thus directly with the same diameter in the cylindrical guide section 46 of the flow guide 40 pass over, or it can even the tro peteniform opening 76 of the intake 74 pass directly into the trumpet-shaped opening 44 of the flow guide 40.
  • FIG. 10 shows an attachment 96 with a simplified loading device for loading cultures with a gaseous medium, which comprises three essentially cup-shaped recesses with a rotationally symmetrical inner surface as flow guides 98 for guiding the gaseous medium up to above the surface of the culture.
  • the flow guides 98 have a cylindrical inner profile at the level of their mouth edge, which merges rounded into a flat bottom region.
  • connecting pieces 100 and 102 protrude through the attachment 96 into the flow guides 98 and serve as inlet and outlet for the gaseous medium into the flow guides 98.
  • medium thus reaches, for example, via a connection piece 102 functioning as an inlet (which is connected, for example, to the intake socket 74, 74 'according to the invention) on one side wall into the flow guide 98 and is on the opposite side wall of the flow guide 98 via the connection piece 100 functioning as an outlet (which can be connected, for example, to a vacuum pump) is sucked out of the flow guide 98.
  • the attachment 96 which is designed as a liquid-tight hollow body, also comprises an inlet 104 and outlet 106 for a heating liquid, with which the flow guides 98 and thus the gaseous medium can be heated above the culture.
  • FIG. 11 shows a further base 108, which is designed for holding culture containers with cell cultures (general eukaryotes) contained therein.
  • the attachment 108 contains three receptacles 110 for holding three culture containers 112 (e.g. Transwell inserts) in which the cell cultures are accommodated.
  • culture containers 112 e.g. Transwell inserts
  • These culture containers 112 (Transwell inserts) 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 is made of a porous plastic material, for example of polyethylene rephthalate.
  • the cell culture insert provides a liquid permeable support structure for a membrane, which ⁇ e can be made from different plastic materials, for example also from polyethylene terephthalate, as required by the cells to be cultivated.
  • the membrane supports the cell culture.
  • the receptacles 112 are connected in their bottom area to a common conduit system 114, which in turn branches into two connecting pieces 116, to which a liquid level control unit is connected, with which the cell cultures in the culture containers 112 can be supplied with liquid nutrient (for example a pulsed one Control of the supply and discharge of the nutrient liquid).
  • the control unit (not shown in detail) controls the level of the liquid medium within the culture containers 112. In this way, for example, the cell cultures within the culture containers 112 can be fed alternately basally and submerged by adjusting the liquid level of the nutrient liquid accordingly above or below the surface of the cell cultures.
  • the base 108 is in turn designed as a liquid-tight hollow body, with a liquid inlet 118 and a liquid outlet 120, via which a temperature-controllable liquid for tempering the cell cultures accommodated in the culture container 112 can be passed through the stand 108.
  • the receptacles 110 or culture containers 112 are also sealed liquid-tight against the interior mentioned.
  • FIG. 12 shows a variant of an assemblable culture / exposure device in which the base 108 of FIG. 11 is combined with the top 96 of FIG. 10.
  • the kit is designed in such a way that the base and 2 ze 4 can be combined as desired with the sub-108 and attachments 96, depending on which cultures are to be examined (the sub-assembly 108 is preferably used for cell cultures, the sub-assembly 2 is preferably used for prokary ⁇ tene cultures, these cultures then for the purpose Nutrition in a suitable substance, e.g. agar in the culture containers) and whether a temporally and spatially homogeneous distribution of the gaseous medium to be charged is a prerequisite for the examination (if this is critical for the examination, the article 4 with the flow guide according to the invention is used if this is less critical for the examination, the attachment 98 is preferably used).
  • a suitable substance e.g. agar in the culture containers
  • the culture / exposure device can be designed such that it can be equipped on an automatic assembly line by robots with the appropriate culture containers 10 and 112 and the cultures accommodated therein (eukaryotic or prokaryotic cultures).
  • a robot-compatible closure is provided, with which the lower parts 2, 108 and attachment 4, 96 can be easily opened and closed by a robot.
  • means are provided on the culture containers 10 and 112, for example (magnets, notches, latching noses, etc.), with which a robot arm can easily grasp and remove the culture containers 10 and 112 within the receptacles 8 and 110 or correspondingly can use there.
  • the culture / exposure device as a whole is designed in such a way that it can be easily rinsed in a rinsing station after, for example, all culture containers 10 and 112 have been removed. Edges and other difficult-to-access spaces that come into contact with the gaseous medium to be acted upon and the cultures are thus avoided as far as possible.
  • prokaryotes for example bacteria, fungi, etc.
  • the culture / exposure device shown in FIG. 1 the attachment 4 can be replaced by the attachment 96 if a correspondingly homogeneous flow distribution is not required
  • a gaseous one Medium is applied, which opens up completely new investigation options with this type of culture.
  • the Arnes test which was previously only carried out with liquid active substances (which were encapsulated with the bacteria in agar), can be carried out on active substances carried with the gaseous medium (the gaseous medium itself or liquid and / or solids contained therein) expand (the bacteria may only be encapsulated with their nutrients in agar and the active ingredient flows over the encapsulated bacteria).
  • the volume flow of the pressurizing gaseous medium is usually set to the following values in such tests, about 80 ml / minute, about 50 ml / minute, about 10 ml / minute, so that the flow within the flow guides is in the range of low Reynolds numbers and as a creeping flow can be classified.
  • smoke / air mixing ratios of 1: 5 to 1:10 are set, and this air / smoke mixture is kept at a temperature of about 35 ° Celsius (for example by the appropriate heating means around Flow guides 40 and 98).
  • Flow guides 40 and 98 for example by the appropriate heating means around Flow guides 40 and 98.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kultur/Expositionsvorrichtung zum Aufnehmen von Kulturen (72) mit einer Einrichtung zum Beaufschlagen der aufgenommenen Kultur (72) mit einem gasförmigen Medium, die eine mechanische Strömungsführung (40) mit einem Eingang (42) zum Einleiten des gasförmigen Mediums in die Strömungsführung (40) und einer oberhalb der Oberfläche der Kultur (72) mündenden Ausgangsmündung (44) umfasst, wobei die Strömungsführung (40) das gasförmige Medium zwangsführt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Innenfläche der Ausgangsmündung (44) der Strömungsführung (40) sich in Strömungsrichtung trompetenförmig öffnet. Ausserdem ist ein Ansaugstutzen (74, 74') mit einer Ansaugmündung (76) zum Ansaugen des gasförmigen Mediums mit der Strömungsführung (40) verbunden, der sich dadurch auszeichnet, dass die Innenfläche seiner Ansaugmündung (76) sich gegen die Strömungsrichtung trompetenförmig öffnet. Weiterhin ist noch ein Bausatz aus zwei unterschiedlichen Unter- (2; 108) und zwei unterschiedlichen Aufsätzen (4; 96), die beliebig zu vier unterschiedlichen Kultur/Expositionsvorrich-tungen kombinierbar sind.

Description

K-ultur/Expositionsvorrichtungen,
Bausatz für den Zusammenbau einer solchen sowie Verfahren zur Kultivierung und Exposition von Prokaryonten
Die Erf indung betrif ft Kultur/Expositionsvorrichtungen zum Aufnehmen von Kulturen, einen Bausatz zum Zusammenbau sol cher Kultur/Expositionsvorrichtungen sowie ein Verfahren zum Kultivieren von Prokaryonten .
Aus dem Stand der Technik sind Kultur/Expositionsvorrich- tungen bekannt , bei denen eine in einem Kulturgefäß enthal tene Zellkultur innerhalb der Kultur/Expositionsvorrichtung mit einem gasförmigen Medium beaufschlagt wird . Als Bei spiel werden hierzu die gattungsgemäßen Druckschriften DE 100 140 57 des gleichen Anmelders sowie die EP 1174496 ge- nannt .
Die Kultur/Expositionsvorrichtung des gleichen Anmelders nimmt ein Kulturgefäß zum Aufnehmen von Zellkulturen mit einer konisch sich zum Boden verj üngenden Seitenwand auf . Es ist ferner eine Einrichtung zum Beauf schlagen der Zell - kulturen mit einem gasförmigen Medium vorgesehen, mit denen die Zellkulturen beispielsweise vorgegebenen schädigenden oder therapeutischen Bedingungen ausgesetzt werden können . Hierzu werden beispielsweise Gase , Aerosole und/oder parti - kuläre Wirkstof fe unmittelbar mit den Zellkulturen in Kontakt gebracht , wie beispielsweise Tabakrauch auf Lungenzel len . Die Beaufschlagungseinrichtung umfaßt hierzu eine durchgehend zylinderförmige Strömungsführung, die in das Gefäß bis oberhalb der Oberfläche der Zellkultur derart führt, daß ein Strömungsfluß des gasförmigen Mediums durch diese Strömungsführung hindurch, über die Oberfläche der Zellkultur und durch einen zwischen der Strömungsführung und der Kulturbehälterinnenwand entstehenden Ringspalt hindurch erzeugt wird. Eine solche Strömung wird beispielsweise durch eine Vakuumpumpe erzeugt, die in Strömungsrichtung hinter dem genannten Ringspalt angeordnet ist. Die Strö- mungsfuhrung ist eingangsseitig beispielsweise mit einem Ansaugstutzen verbunden, mit dem Außenluft, Testgase, usw. angesaugt und über die Zellkulturen geleitet werden kann.
Die genannte EP 1174496 entspricht von der Ausgestaltung der Beaufschlagungseinrichtung im wesentlichen der genannten Druckschrift des gleichen Anmelders. Darüber hinaus beschäftigt sich diese Druckschrift damit, die Dosis der auf der Zellkultur abgelagerten Aerosolpartikel, die vom gasförmigen Medium mitgeführt werden, genauer zu bestimmen. Hierzu werden die Stromlinien der Gasströmung innerhalb der zylinderförmigen Strömungsführung durch eine im gepulsten Laserlicht sichtbar werdende markierte Aerosolpartikel ermittelt. Anschließend wird von den ermittelten hyperbelartigen Stromlinien diejenige Stromlinie ermittelt, die in einem bestimmten Abstand oberhalb der Zellkulturoberfläche entlang streicht und bei der die mitgeführten Aerosole noch auf die Zellkulturoberfläche diffundieren können. Diese Stromlinie wird bis zum Eingang der Strömungsführung zurückverfolgt und es wird ein wirksamer Querschnitt inner- halb dieser Stromlinie mit Bezug auf den Gesamtquerschnitt der Öffnung der Strömungsführung ermittelt, durch alle hindurch strömenden Aerosole auf die Zellkulturoberfläche gelangen können.
Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß die bisherigen Beaufschlagungseinrichtungen unbefriedigend ar- beiten, da kein kontinuierlicher Austausch des gasförmigen Mediums oberhalb der Zellkulturoberfläche und auch keine gleichmäßig konzentrierte Beaufschlagung der Zellkulturen gewährleistet werden konnte. Offensichtlich haben sich über der Zellkulturoberfläche stehende "Totzonen" gebildet, in den "verbrauchtes gasförmiges Medium" akkumuliert wurde, innerhalb denen den Zellkulturen also nicht ständig frisches gasförmiges Medium zugeführt werden kann.
Auch haben sich beim Ansaugstutzen Probleme ergeben, da beispielsweise das Absaugen von Raumluft über herkömmliche zylinderförmige Ansaugstutzen starken Schwankungen abhängig von der eingestellten Absaugleistung unterworfen war. Damit ließ sich aber keine raumspezifische Absaugung realisieren, sondern lediglich eine unerwünschte von der Absaugungslei- stung abhängige Absaugung.
Der Erfindung- liegt die Aufgabe zugrunde, die Strömungseigenschaften des über die Oberfläche einer Kultur geleiteten Gasströmung zu optimieren. Ebenfalls liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Absaugung von gasförmigem Medium beispielsweise aus einem Außenraum zu verbessern. Schließlich liegt ihr auch die Aufgabe zugrunde, bei der Kultivierung und Exposition von Prokaryonten erweiterte Untersu- chungs öglichkeiten zu bieten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe jeweils mit den Gegenständen der Ansprüche 1, 39, 53, 54 und 55. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach Anspruch 1 ist eine Kultur/Expositionsvorrichtung zum Aufnehmen von Kulturen geschaffen, mit einer Einrichtung zum Beaufschlagen der aufgenommenen Kultur mit einem gas- förmigen Medium, die eine mechanische Strömungsführung zum Zwangführen des gasförmigen Mediums mit einem Eingang zum Einleiten des gasförmigen Mediums in die Strömungsführung und einer oberhalb der Oberfläche der Kultur mündenden Ausgangsmundung, die eine sich in Strömungsrichtung trompetenformig öffnende Innenfläche umfaßt . Der Vorteil dieser trompetenformig sich öffnenden Ausgangsmundung liegt darin, daß insbesondere schwer zu kontrollierende Ablösezonen an deren Mündungskante vermieden werden, die beispielsweise zu in sich geschlossenen Wirbeln und damit Totzonen oberhalb der Kulturoberfläche führen. Mit dieser speziell geformten Ausgangsmundung wird sichergestellt, daß die Strömung des gasförmigen Mediums glatt und ablösefrei über die Kulturoberfläche geführt wird und die Strömung, einschließlich etwaig darin enthaltener Partikel, etc., über der Kulturoberfläche möglichst gleichmäßig verteilt ist.
Es sei bemerkt, daß mit dem Begriff "trompetenformig" nicht nur kreisförmige Öffnungen gemeint sind, sondern auch beispielsweise Öffnungen mit einem länglichen (rechteckigen) , quadratischen, mehreckigen (rotationssymmetrischen) oder sonstigem Öffnungsquerschnitt. Entscheidend ist lediglich, daß sich der Öffnungsquerschnitt insgesamt zur Mündungskante hin ständig vergrößert, wobei eine "lineare" Vergrößerung in Form einer kegelstumpfartigen Ausgangsmundung noch nicht den gewünschten Erfolg bringt; erst recht keine "tulpenförmige" Ausgangsmündungen. Außerdem umfaßt der allgemeine Begriff "Kultur" sowohl Zellkulturen (oder allgemeiner Eukaryonten-Kulturen) wie auch Prokaryonten-Kulturen (Bakterienkulturen, etc.).
Nach Anspruch 39 ist eine Kultur/Expositionsvorrichtung zum Aufnehmen von Kulturen mit einer Einrichtung zum Beaufschlagen der aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium geschaffen, die einen Ansaugstutzen mit einer Ansaugmündung zum Ansaugen des gasförmigen Mediums und einen Aus- gang aufweist, der mit einer Strömungsführung zum Führen des gasförmigen Mediums bis oberhalb der Oberfläche der Kultur verbunden ist, wobei die Ansaugmündung des Ansaugstutzens eine sich gegen die Strömungsrichtung trompetenformig öffnende Innenfläche aufweist. Hier gilt analog das zum Anspruch 1 Ausgeführte, nämlich daß mit der trompeten- förmig sich öffnenden Ansaugmündung insbesondere sich oberhalb des Ansaugstutzens bildende Totzonen vermieden werden, aus denen keine frische Außenluft angesaugt wird.
Nach Anspruch 53 ist ein Bausatz für den Zusammenbau einer Kultur/Expositionsvorrichtung geschaffen, der vier Bausatzelemente enthält, nämlich Aufsätze nach Anspruch 21, Aufsätze mit einer Einrichtung zum Beaufschlagen der in einem Kulturbehälter aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium, wobei die Beaufschlagungseinrichtung einen Ansaug- stutzen zum Ansaugen des gasförmigen Mediums und eine mit dem Ansaugstutzen verbundene Strömungsführung zum Führen des gasförmigen Mediums bis oberhalb der Oberfläche der Kultur umfaßt, Untersätze nach einem der Ansprüche 24 bis 29, sowie Untersätze nach einem der Ansprüche 30 bis 33. Somit lassen sich prinzipiell vier unterschiedliche Kultur/Expositionsvorrichtungen zusammenstellen, eine erste mit einem Untersatz zum Kultivieren von Zellkulturen (oder allgemeiner von Eukaryonten-Kulturen) , der insbesondere eine submerse und basale Ernährung der Zellkulturen mit Nähr- flüssigkeit erlaubt, zusammen mit einem Aufsatz mit der erfindungsgemäßen Strömungsführung, eine zweite mit dem le ztgenannten Untersatz zusammen mit einem Aufsatz mit einer "einfacheren" Strömungsführung (z.B. mit durchgehend zylindrischer Strömungsführung) , eine dritte mit einem Un- tersatz zum Kultivieren von Prokaryonten, insbesondere von Bakterien in einer Petrischale (ohne externe Versorgung mit Nährflüssigkeit) , zusammen mit einem Aufsatz mit der erfindungsgemäßen Strömungsführung sowie eine vierte mit dem letztgenannten Untersatz zusammen mit einem Aufsatz mit ei- ner "einfacheren" Strömungsführung. Nach Anspruch 54 ein Verfahren zum Kultivieren von Prokaryonten unter Verwendung einer Kultur/Expositionsvorrichtung mit einer Aufnahme zum Aufnehmen eines Kulturbehälters mit den zu kultivierenden Prokaryonten sowie einer Einrich- tung zum Beaufschlagen der im Kulturbehälter aufgenommenen Prokaryonten mit einem gasförmigen Medium geschaffen, wobei die Beaufschlagungseinrichtung einen Ansaugstutzen zum Ansaugen des gasförmigen Mediums und eine mit dem Ansaugstutzen verbundene Strömungsführung zum Führen des gasförmigen Mediums über die im Kulturbehälter aufgenommenen Prokaryonten umfaßt. Hiermit ist vorteilhaft erstmals ein Kultur/Expositionsverfahren geschaffen, bei dem auch Prokaryonten (z.B. Bakterien, Pilze, usw.) einem vorgegebenem gasförmigen Medium ausgesetzt werden können und deren Reak- tion darauf untersucht werden kann. Bislang wurden solche Untersuchungen nur an Eukaryonten (Säugetierzellen) durchgeführt. Prokaryonten, oder spezieller Bakterien wurden nur zusammen mit einem flüssigen Wirkstoff beispielsweise in Agar eingekapselt kultiviert und untersucht. Schließlich betrifft der Anspruch 55 eine Kultur/Expositionsvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 54 mit einer Aufnahme zum Aufnehmen eines Kulturbehälters mit den zu kultivierenden Prokaryonten sowie einer Einrichtung zum Beaufschlagen der im Kulturbehälter aufgenommenen Prokaryon- ten mit einem gasförmigen Medium geschaffen, wobei die Beaufschlagungseinrichtung einen Ansaugstutzen zum Ansaugen des gasförmigen Mediums und eine mit dem Ansaugstutzen verbundene Stromungsfuhrung zum Führen des gasförmigen Mediums über die im Kulturbehälter aufgenommenen Prokaryonten um- faßt.
Die Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläu- tert, in der: Fig. 1 eine schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kultur/Expositionsvorrichtung mit erfindungsgemäßer Strömungsführung ist, Fig. 2 eine schematischer Seitenschnitt durch eine erfindungsgemäße Kultur/Expositionsvorrichtung mit erfindungsgemäßer Strömungsführung ist,
Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf den Unter- satz einer erfindungsgemäßen Kultur/Expositionsvorrichtung ist,
Fig. 4a - c eine Schnittansicht, eine perspektivische
Ansicht von schräg oben bzw. eine perspektivische Ansicht von schräg unten einer er- findungsgemäßen Strömungsführung ist,
Fig. 5a und b eine schematische Aufsicht auf bzw. eine schematische Seitenansicht einer in der erfindungsgemäßen Kultur/Expositionsvorrichtung verwendeten Ringblende zum gleichmäßi- gen Verteilen der Ansaugströmung um die
Strömungsführung ist,
Fig. 6a und b eine schematische Seitenansicht bzw. eine
Aufsicht auf einen in der erfindungsgemäßen Strömungsführung angeordneten Drallkörper sind,
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht durch die
Anordnung von erfindungsgemäßer Strömungs- führung und Kulturbehälter mit aufgenommener Kultur ist, Fig. 8a und b eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ansaugstutzens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel bzw. eine schematische Aufsicht auf einen Bodenbereich dieses erfindungsgemäßen Ansaugstutzens sind, Fig. 9a und b eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ansaugstutzens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel bzw. eine schematische Aufsicht auf einen Bodenbereich dieses erfindungsgemäßen Ansaugstutzens sind, Fig. 10 eine perspektivische Schrägansicht eines weiteren Aufsatzes für den erfindungsgemäßen Bausatz zum Zusammenbau einer Kul- tur/Expositionsvorrichtung ist,
Fig. 11 eine perspektivische Seitenansicht eines weiteren Untersatzes für die Aufnahme von Zellkulturbehältern mit einer Versorgungseinrichtung zum Versorgen der Zellkulturen mit einem Flüssigmedium ist, der ein
Bausatzteil des erfindungsgemäßen Bausatzes zum Zusammenbau einer Kultur/Expositionsvorrichtung ist, und Fig. 12 eine perspektivische Seitenansicht einer aus dem Aufsatz der Fig. 10 und dem Untersatz der Fig. 11 aufgebauten Kultur/Expositionsvorrichtung ist.
Fig. 1 zeigt ein schematische Längsschnitt durch eine er- findungsgemäße Kultur/Expositionsvorrichtung. Diese hat nahezu Kastenform und ist aus zwei Kastenhälften, einem Untersatz 2 und einem Aufsatz 4 zusammengesetzt. Im zusammengesetzten Zustand können Unter- 2 und Aufsatz 4 über einen Verschluß 6 in Form eines Schnallenmechanismus verschlossen werden. Der Untersatz 2 enthält in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel drei Aufnahmen 8 für die Aufnahme von drei Kulturbehältern 10. Selbstverständlich kann diese Anzahl beliebig gewählt werden. Die Aufnahmen 10 sind zylindrische Ausnehmungen in dem blockfδrmigen Untersatz 2, was aus der Auf- sieht auf den Untersatz in Fig. 3 ersichtlich wird. Auch die Kulturbehälter 10 haben eine kreisrunde Becherform mit zylindrischen Außenwänden, wobei die Höhe des Bechers etwas niedriger als die Tiefe der zylindrischen Ausnehmungen für die Aufnahmen 8 ist.
Zum Entnehmen des Kulturbehälters 10 ist ein Auswurfmechanismus 12 vorgesehen, der besonders deutlich in der Schnittansicht der Fig. 2 ersichtlich wird. Der Auswurfmechanis- mus umfaßt eine zylindrische Durchgangsbohrung 14, die von der Unterseite des Untersatzes 2 bis in die Aufnahme 8 reicht, mit einem - von der Unterseite des Untersatzes 2 her gesehenen - Vorsprung 16, an dem sich eine Rückstellfeder 18 abstützt. In der Durchgangsbohrung 14 ist ein Aus- wurfbolzen 20 hin- und herbeweglich geführt, dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 14 in deren verjüngtem Abschnitt entspricht. Der Auswurfbolzen 20 weist einen zylindrischen Kopf 22 auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 14 in deren erweitertem Abschnitt entspricht. Hiermit ist eine exakte Führung des Auswurfbolzens 20 in der Durch- gangsbohrung 14 gewährleistet. An der Unterseite des Kopfes 22 greift die Rückstellfeder 18 an, die den Auswurfbolzen 20 somit in Richtung von der Aufnahme 8 weg vorspannt. An der flachen Außenseite des Kopfes 22 greift ein Hebel 24 an, der um eine von der Durchgangsbohrung 14 versetzte Schwenkachse 26 in Längsrichtung des Auswurfbolzens 20 schwenkbar ist . Der Hebel 24 ragt von der Unterseite des Untersatzes 2 in Form eines manuell betätigbaren Griffstük- kes 28 aus der Kultur/Expositionsvorrichtung hervor. Wie aus Fig. 1 ersichtlich wird, ist für alle drei Auswurfme- chanismen 12 eine gemeinsame Schwenkachse 26 in Form eines in Längsrichtung durch den Untersatz 2 hindurch ragenden Durchgangsbolzen vorgesehen. Dieser Durchgangsbolzen ist im Untersatz 2 festgelegt, während die Hebel 24 um ihn frei schwenkbar angeordnet sind. Somit ragen aus der Längsseite des Untersatzes 2 drei Griffstücke 28 hervor, mit denen die drei Kulturbehälter 10 einzeln manuell ausgeworfen werden können. Der Hebel 24 weist einen abgerundeten Betätigungsabschnitt 30 auf, der an der Stirnfläche des Kopfes 22 anschlägt. Mit diesem abgerundeten Betätigungsabschnitt 30 wird die Schwenkbewegung des Hebels 24 möglichst reibungs- frei in die Hin- und Herbewegung des Auswurfbolzens 20 übertragen. Der Auswurfbolzen 20 weist in Höhe des verjüngten Abschnitts der Durchgangsbohrung 14 eine Ringdichtung 32 auf, die die Aufnahme 8 vom unteren Abschnitt des Auswurfmechanismus 12 abdichtet. Selbstverständlich ist auch jede andere Art von Auswurfmechanismus möglich, mit der der Kulturbehälter 10 für eine leichtere Entnahme aus seiner Aufnahme 8 ausgeworfen werden kann.
Der Untersatz 2 ist im wesentlichen hohl und bildet um die Aufnahme 8 herum eine flüssigkeitsdichte Kammer 34, in die eine Flüssigkeit zum Temperieren der Aufnahme 8 und damit der im Kulturbehälter 10 aufgenommenen Kultur gefüllt ist. Für die Temperatursteuerung ist ferner ein Flüssigkeitseinlaß 36 und ein Flüssigkeitsablaß 38 (in Fig. 3 ersichtlich) an der Kammer 34 vorgesehen, die mit einem externen Heizkreislauf zum Einstellen der Temperatur der Flüssigkeit in der Kammer 34 verbunden werden können. Es kann selbstverständlich eine alternative Heizeinrichtung um die Aufnahme 8 herum vorgesehen sein, beispielsweise eine Heizwicklung, etc., mit der der Kulturbehälter 10 auf einer vorgegebenen Temperatur aufbewahrt werden kann.
Der Aufsatz 4 umfaßt eine Beaufschlagungseinrichtung zum Beaufschlagen der in dem Kulturbehälter 10 aufgenommenen Kultur mit einem gasförmigen Medium. Das gasförmige Medium kann beispielsweise als reines Gas vorliegen, d.h. alle darin enthaltenen Stoffe, (Atome, Moleküle etc.) befinden sich in der Gasphase, es kann auch als Träger für Fest- und/oder Flüssigstof e dienen und/oder es kann als Gasge- misch vorliegen (wenn es beispielsweise darum geht, gasförmige Bestandteile auf die Kulturen aufzubringen) . Insbeson- dere 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. Beispielsweise kann die Belastung von Lungenzellen mit Zigarettenrauchpartikeln untersucht werden. Die aufgezählten Stoffe sind nicht abschließend, sondern können je nach Experiment weiter variieren.
Die Beaufschlagungseinrichtung umfaßt eine Strömungsführung 40 mit einem Eingang 42 in Form eines Anschlußstutzens und einer Ausgangsmundung 44, die bei auf dem Untersatz 2 aufgesetzten Aufsatz 4 knapp oberhalb der Oberfläche der Kultur im Kulturbehälter 10 mündet. Die Strömungsführung 40 umfaßt einen zylindrischen Führungsabschnitt 46 mit einer zylindrischen Innenbohrung, die stetig in die sich in Strömungsrichtung trompetenformig öffnende Innenfläche der Ausgangsmundung 44 übergeht. Diese Innenfläche ist in Strö- mungsrichtung bevorzugt hyperboloidförmig (siehe insbesondere Figuren 4a-c) . Die Außenform der Strömungsführung 40 ist von der hyperboloidförmigen Innenfläche unabhängig. Je nach Anwendung (Zusammensetzung des Aerosols, etc.) können besondere Gestaltungen der Mündungskante 48 der Ausgangs- mündung 44 vorteilhaft sein (z.B. Abrundungen, möglichst scharfe Kante, etc.). Die Innenfläche der Ausgangsmundung 44 verläuft an der Mündungskante 48 bereits horizontal, d.h. daß die Hyperbel der geschnittenen Innenfläche so ausgebildet ist, daß sie an der Mündungskante 48 eine horizon- tale Steigerung besitzt. Insgesamt führt der Hyperbelverlauf also vom in den zylindrischen Führungsabschnitt 46 übergehenden vollständig senkrechten Verlauf in den an der Mündungskante 48 vorliegende vollständig horizontalen Verlauf, womit die an der Innenfläche der Strömungsführung 40 anliegende Strömung somit um einen 90° Winkel radial nach außen umgelenkt wird. Diese spezielle Geometrie ermöglicht eine glatte ablösungsfreie Strömung, die unter anderem die kontinuierliche Zufuhr von frischem gasförmigen Medium auf die Kulturoberfläche sicherstellt. Darüber hinaus ist die Konzentrationsverteilung des Mediums über der zu beauf- schlagenden Oberfläche nahezu völlig gleichmäßig.
Die Strömungsführung 40 ist in einer im Aufsatz 4 von dessen Oberseite in einen Innenraum 50 mündenden Durchgangsbohrung 52 reibschlüssig gehalten. In der Außenfläche des zylindrischen Führungsabschnitts 46 ist eine Ringnut 54 zur Aufnahme einer Ringdichtung vorgesehen, die somit zwischen der Außenwand der Strömungsführung 40 und der Innenwand der Durchgangsbohrung 52 den Außenraum der Kultur/Expositions- vorrichtung gegen den Innenraum 50 luftdicht abdichtet. Die Strömungsführung 40 ist in der Durchgangsbohrung 52 in Längsrichtung verschiebbar, damit der Abstand der Mündungs- kante 48 zur Oberfläche der in dem Kulturbehälter 10 aufgenommenen Kultur eingestellt werden kann (siehe nähere Diskussion unten) .
Der Innenraum 50 bildet im zusammengesetzten Zustand von Unter- 2 und Aufsatz 4 mit der Aufnahme 8 einen geschlossenen Innenraum von zylindrischer Form, wobei der Innenraum 50 und die Aufnahme 8 stoßkantenfrei ineinander übergehen.
Im zylindrischen Führungsabschnitt 46 ist ein in den Fig. 6a und b näher dargestellter Drallkörper 56 reibschlüssig aufgenommen. Der Drallkörper 56 ist ein kurzes zylinderför- miges Formstück, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmes- ser des zylindrischen Führungsabschnitts 46 entspricht und in den drei nebeneinander angeordnete schneckenförmig verlaufende Rillen 58 angeordnet sind. Selbstverständlich ist die Anzahl der nebeneinander angeordneten Rillen 58 beliebig. Die Länge der Rillen 58 bezüglich der Länge des gesam- ten Drallkörpers 56 ist derart, daß die Rillen 58 im wesentlichen eine halbe Umdrehung um den zylinderförmigen Drallkörper 56 herum durchführen. Ferner sind die Rillen 58 so dicht nebeneinander angeordnet, daß der dazwischen liegende verbleibende Steg möglichst dünn ist, insgesamt also der Durchflußquerschnitt aller Rillen 58 möglichst groß ist. Zentral an der Oberseite des Drallkörpers 56 ist eine Kegelspitze 60 ausgebildet, deren Außenwandung an ihrer Basis stoßkantenfrei in den Boden der Rillen 58 übergehen. Die Kegelspitze 60 ist gegen die Strömung gerichtet. In diesem Zusammenhang ist der Begriff "stoßkantenfrei" so ge- wählt, daß zwar ein gegebenenfalls mehr oder weniger scharfer Knick zwischen Außenfläche der Kegelspitze 60 und Innenfläche der Rillen 58 an deren tiefster Stelle vorliegt, jedoch keine Versetzung, an der sich anderenfalls möglicherweise Wirbelablösungen der Strömung einstellen können. In Fig. 6b ist die kreisförmige Basisfläche der Kegelspitze 60 gestrichelt eingezeichnet.
Um den zylindrischen Führungsabschnitt 46 der Strömungsführung 40 ist ferner eine in Längsrichtung verschieblich ge- führte scheibenförmige Ringblende 62 angeordnet, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des zylindrischen Führungsabschnitts 46 und deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Innenraum 50 im Aufsatz 4 entspricht. An der zylinderförmigen Außenwand der Ringblende 62 ist ferner eine Ringnut 64 zur Aufnahme eines Dichtungsringes eingelassen, der die zylindrische Außenwand der Ringblende 62 gegen die Innenwand des Innenraums 50 abdichtet. Wie aus Fig. 5a ersichtlich wird, umfaßt die Ringblende 62 mehrere axial verlaufende Durchgangsbohrungen 66, die den von der Ringblende 62 abgetrennten oberen Raumabschnitt des Innenraums 50 mit dem unteren Raumabschnitt des selben kommunizieren lassen. An der Oberseite des Innenraums 50 ist ferner eine Durchgangsbohrung 68 bis zu einem Anschlußstutzen 70 vorgesehen, an den beispielsweise über eine Schlauchver- bindung eine Vakuumpumpe angeschlossen werden kann, die den Innenraum 50 somit unter Unterdruck setzt. Beispielsweise kann eine Vakuumpumpe für alle drei an der in Fig. 1 gezeigten Kultur/Expositionsvorrichtung über einen entsprechenden Schlauchverteiler angeschlossen sein. Die Ringblende 62 dient nunmehr der gleichmäßig rotationssymmetrischen Verteilung des Unterdrucks und der sich hierdurch einstellenden Strömung um die gesamte Außenfläche der Strömungsführung 40 herum, um die aufgrund der Anordnung der Durchgangsbohrung 66 bezüglich der Strömungsführung 40 fehlende RotationsSymmetrie auszugleichen (siehe auch Figuren 5a und b) . Außerdem können unterschiedliche Ringblenden 62 pro Strömungsführung 40 vorgesehen sein, die sich in der Dimensionierung ihrer Durchgangsbohrungen 66 unterscheiden. Je nach einzustellendem Unterdruck in der Strömungsführung 40 wird eine entsprechende Ringblende 62 ausgewählt und über die Strömungsführung 40 geschoben.
Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittansicht durch die Stromungsfuhrung 40 und den Behälter 10 zum Erläutern der Einstellung des Abstandes zwischen der Mündungskante 48 und der Oberfläche einer im Behälter 10 aufgenommenen Kultur 72. Der Abstand der Ausgangsmundung 44 zur Oberfläche der Kultur 72 wird derart eingestellt, daß der Durchflußquerschnitt Q2 des Ringspaltes zwischen der Mündungskante 48 und der Oberfläche der Kultur 72 kleiner als der Durch- flußquerschnitt Ql im zylindrischen Führungsabschnitt 46 der Strömungsführung 40 ist. Mit dieser Maßnahme wird die Strömung über der Oberfläche der Kultur 72 beschleunigt, was wiederum die Entstehung von Wibelablösegebieten vermeidet. In der Regel liegt der Abstand der Mündungskante 48 von der Oberfläche der Kultur 72 im Millimeterbereich, beispielsweise 1 mm. Ein solcher Mindestabstand ist auch deshalb erforderlich, da die Oberfläche der Kultur 72 stellenweise uneben sein kann. Als weitere Maßnahme ist vorgesehen, das Verhältnis des Innendurchmessers von Behälter 10 und Außendurchmesser der Ausgangsmundung 44 an der Mündungskante 48 derart zu dimensionieren, daß der Durch- flußquerschnitt Q3 des Ringspalts zwischen Mündungskante 48 und Innenwand des Behälters 10 ebenfalls größer als der zuvor genannte Durchflußquerschnitt Ql ist. Insgesamt sind der Höhe der Strömungsführung 40 - abgesehen von der Aus- bildung der Hyperboloidform der Ausgangsmundung 44 - keine Höhenbeschränkungen auferlegt. Selbstverständlich kann der zylindrische Führungsabschnitt 46 auch weggelassen werden, der Eingang 42 also direkt in die hyperboloidförmige Ausgangsmundung 44 einleiten. Der Durchmesser der Ausgangsmün- düng 44 an ihrer Mündungskante 48 wird bei Einhaltung des genannten Verhältnisses Q3/Q1 vor allem von der Größe des Kulturbehälters bestimmt, der ein in der Praxis häufig verwendeter Standardbehälter sein kann.
Der Abstand der Mündungskante 48 von der Oberfläche der Kultur 72 kann entweder dadurch eingestellt werden, daß in die Aufnahme 8 vor Einsetzen des Kulturbehälters 10 mit Kultur 72 ein Einstellplättchen mit bekannter Dicke gelegt wird und die Strömungsführung 40 bei geschlossenem Unter- 2 und Aufsatz 4 solange gegen die Reibschlußkraft nach unten gedrückt wird, bis die Mündungskante 48 auf dem Einstellplättchen aufliegt. Anschließend kann die Kultur/Expositionsvorrichtung geöffnet werden, das Einstellplättchen entnommen werden und an dessen Stelle der Kulturbehälter 10 mit der aufgenommenen Kultur 72 eingesetzt werden. Alternativ ist im Deckenbereich des Aufsatzes 4 eine EinStelleinrichtung zum manuellen oder automatischen Verstellen des Abstandes vorgesehen. Die manuelle Einsteileinrichtung kann beispielsweise ein Schneckentrieb mit Rändelschraube als manuelles Betätigungselement sein, wobei der Schneckentrieb zwischen dem Aufsatz 4 und der Strömungsführung 40 wirkt. Im anderen Fall können auch Einstellmarkierungen an dem aus dem Aufsatz 4 hervorstehenden Ende der Strömungsführung vorgesehen sein, mit dem ein oder mehrere verschiedene Ab- stände eingestellt werden können. Anstelle der reibschlüssigen Verbindung zwischen Strömungsführung 40 und Aufsatz 4 kann auch eine Schraubverbindung vorgesehen sein, so daß der Abstand durch Verdrehen der Strömungsführung 40 gegen den Aufsatz 4 eingestellt werden kann.
Zum Temperieren des gasförmigen Mediums kann eine Heizwicklung um die Strömungsführung 40 vorgesehen sein, die mit einer entsprechenden Heizeinrichtung zum Steuern der Temperatur verbunden ist. Alternativ kann die Strömungsführung 40 aus einem korrisionsbeständigen Metall (vorzugsweise Ti- tan) ausgebildet oder zumindest von diesem ummantelt sein, an das ebenfalls ein Strom zum Erwärmen angelegt werden kann. Weiterhin kann entweder zwischen Eingang 42 der Strömungsführung 40 und einem damit verbundenen Ansaugstutzen oder zwischen den Anschlußstutzen 70 und die Vakuumpumpe ein Volumendurchflußmesser oder Massendurchflußmesser mit einem gekoppelten Stellventil geschaltet sein. Hiermit können beispielsweise die Durchflußmengen des gasförmigen Mediums durch die einzelnen Strömungsführungen 40 individuell eingestellt werden.
In den Fig. 8a und b bzw. 9a und b sind zwei alternative Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Ansaugstutzens 74 bzw. 74' dargestellt, der mit den Eingängen 42 der mehreren Strömungsführungen 40 verbunden sein kann. Die Ansaugstut- zen 74 bzw. 74' sind im Prinzip ähnlich wie die Strömungsführung 40 aufgebaut, d.h. sie umfassen eine Ansaugmündung 76 mit einer sich gegen die Strömungsrichtung trompetenformig öffnenden Innenfläche. Die Innenfläche hat insbesondere in Strömungsrichtung eine Hyperboloidform. Ferner schließt sich an diese Innenfläche ein zylindrischer Führungsabschnitt 78 mit einer zylindrischen Innenfläche an. Die Ansaugmündung 76 in Hyperboloidform kann - anders als in den Fig. 8a und 9a gezeigt - sich bevorzugt auch soweit öffnen, daß die Mündungskante 80 einen horizontalen Verlauf hat, somit also wiederum eine Stromungsumlenkung der an der Ansaugmündung 76 anliegenden Strömung um 90° von der Horizon- talen in die Vertikale stattfindet. Über die Öffnung der Ansaugmündung 76 ist ein grobporiger Schaumstoff 82 gespannt, der eine gleichmäßige Strömung in die Ansaugmündung 76 selbst bei Zug oder Turbulenzen in der Raumluft sicher- stellt und Störungen dämpft, ohne daß er beispielsweise Rauchpartikel oder andere partikuläre Feststoffe bzw. Flüssigstoffe herausfiltert. Er verhindert somit insbesondere, daß seitlich auf den Ansaugstutzen 74, 74' auftreffende Strömungen den eigentlichen Strömungsfluß in die Ansaugmün- düng 76 hinein stören. Anstelle des aufgespannten Schaumstoffes 82 kann auch ein entsprechend grobmaschiges Gitter in der Ansaugmündung 76 vorgesehen sein oder irgend ein anderes Mittel, das auf den Mündungsbereich der Ansaugmündung 76 treffende Querströmungen dämpft.
Der in den Fig. 8a und b gezeigte Ansaugstutzen 74 weist im Bodenbereich seines zylindrischen Führungsabschnitts 78 radial nach außen gerichtete Anschlußstutzen 84 für den Anschluß von Leitungen zu den einzelnen Eingängen 42 der Stromungsführungen 40 auf. Wie in Fig. 8b ersichtlich, sind die radial vom Führungsabschnitt 78 abstehenden Anschlußstutzen 84 rotationssymmetrich um dessen Außenwand angeordnet. In dem gezeigten Beispiel sind vier um 90° versetzt angeordnete Anschlußstutzen 84 vorgesehen. Selbstverständ- lieh kann auch eine andere Anzahl an Anschlußstutzen 84, beispielsweise acht, vorgesehen sein. Um Strömungswechsel- Wirkungen der vier sich gegenüberliegenden Anschlußstutzen 84 innerhalb des Führungsabschnitts 78 zu vermeiden, sind darin in deren Höhe Trennwände 86 symmetrisch am Bodenbe- reich des Führungsabschnitts 78 angeordnet. Sie reichen vom geschlossenen Boden des Führungsabschnitts 78 etwa zweimal so hoch wie die Öffnungen der gleich hoch, nahe dem Boden angeordneten Anschlußstutzen 84. Insgesamt bilden die vier Trennwände 86 vier viertelkreisförmige Kammern. Das Ver- hältnis von Länge zu Durchmesser des Führungsabschnitts 78 liegt in etwa in der Größenordnung von 2, wobei die Länge der geradlinigen radial abstehenden Anschlußstutzen 84 in etwa dem Durchmesser des Führungsabschnitts 78 entspricht. Der Durchmesser der Anschlußstutzen 84 ist in etwa um den Faktor 10 kleiner als die Länge des Führungsabschnittes 78 und die Höhe der Trennwände 86 beträgt in etwa das dreifache des Durchmessers des Anschlußstutzens 84.
Die in den Fig. 9a und b gezeigte alternative Ausführungsform des Anschlußstutzens 74' weist vier vom Boden des Füh- rungsabschnitts 78 in Längsrichtung abstehende Anschlußstutzen 88 auf, die über entsprechend geformte Übergangsabschnitte 90 und 92 in den Führungsabschnitt 78 mit zylindrischer Innenfläche übergehen. Wie aus den Fig. 9a und b ersichtlich wird, sind die Übergangsabschnitte 90 und 92 zu den Anschlußstutzen 88 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet, im Gegensatz zur Anordnung der Anschlußstutzen 88 bezüglich des Bodens des Führungsabschnitts 78. Daher wurden entsprechende Trennwände 94 zum Aufteilen des durch den Führungsabschnitt 78 fließenden Volumenstroms in gleiche Teile auf die vier Anschlußstutzen 88 vorgesehen. Diese umfassen zwei Trennwände 94, welche eine zentrale Verbindungslinie zwischen den beiden Übergangsabschnitten 92 in etwa auf in drei gleiche Strecken aufteilen, und dabei senkrecht zur genannten Verbindungslinie stehen, sowie eine Trennwand 94 entlang der genannten Verbindungslinie, die zwischen den beiden erst genannten Trennwänden 94 angeordnet ist und die Übergangsabschnitte 90 im zylindrischen Führungsabschnitt 80 voneinander trennt. Bei diesem Ansaugstutzen 74 ' beträgt das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser des Führungsabschnitts 78 in etwa fünf, das Verhältnis der
Durchmesser von Führungsabschnitt 78 und von Ansaugstutzen
88 etwa vier und das Verhältnis von Höhe der Trennwände 94
(die genannten drei Trennwände sind gleich hoch) zu Höhe des Führungsabschnitts 78 etwa sieben. Selbstverständlich kann sich ein solcher Ansaugstutzen 74 auch unmittelbar an eine Strömungsführung 40 anschließen, d.h. ohne die Verbindung über seinen Anschlußstutzen 84, die Verbindungsleitung und den Eingang 42 der Strömungsfüh- rung 40. Der zylindrische Führungsabschnitt 78 des Ansaugstutzens 74 kann somit direkt bei gleichem Durchmesser in den zylindrischen Führungsabschnitt 46 der Strömungsführung 40 übergehen, oder es kann sogar die tro petenförmige sich öffnende Ansaugmündung 76 des Ansaugstutzens 74 unmittelbar in die trompetenformig sich öffnende Ausgangsmundung 44 der Strömungsführung 40 übergehen. Der Ansaugstutzen 74, 74' kann entweder in der Außenluft positioniert sein, oder in einem entsprechenden Raum, dem die von dem gasförmigen Medium mitzuführenden Bestandteile künstlich zugegeben werden (beispielsweise werden Flüssigkeitströpfchen über entsprechende Flüssigkeitsdüsen in den Raum gesprüht, oder es werden Feststoffe über eine Öffnung in den Raum geblasen, ein Rauchroboter erzeugt Tabakrauch im Raum, etc.) .
Nachfolgend werden weitere Bestandteile in Form von Auf- und Untersätzen eines Bausatzes für eine Kultur/Expositionsvorrichtung beschrieben, welche in Kombination mit den vorstehend beschriebenen Unter- 2 und Aufsätzen 4 im Bausatz kombiniert werden können. So zeigt Fig. 10 einen Aufsatz 96 mit einer vereinfachten Beaufschlagungseinrichtung zum Beaufschlagen von Kulturen mit einem gasförmigen Medium, die drei im wesentlichen becherförmige Ausnehmungen mit rotationssymmetrischer Innenfläche als Strömungsführun- gen 98 zum Führen des gasförmigen Mediums bis oberhalb der Oberfläche der Kultur umfaßt. Die Strömungsführungen 98 haben in Höhe ihrer Mündungskante ein zylindrisches Innenprofil, daß abgerundet in einen flachen Bodenbereich übergeht. Von beiden Längsseiten des Aufsatzes 96 ragen Anschlußstutzen 100 und 102 durch den Aufsatz 96 hindurch in die Strö- mungsführungen 98 und dienen als Zu- und Ablauf für das gasförmige Medium in die Strömungsführungen 98. Das gasför- mige Medium gelangt somit beispielsweise über einen als Zulauf fungierenden Anschlußstutzen 102 (der beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Ansaugstutzen 74, 74' verbunden ist) an einer Seitenwand in die Strömungsführung 98 und wird an der gegenüberliegenden Seitenwand der Strömungsführung 98 über den als Ablauf fungierenden Anschlußstutzen 100 (der beispielsweise mit einer Vakuumpumpe verbunden sein kann) aus der Strömungsführung 98 abgesaugt. Hierbei handelt es sich um eine in strömungstechnischer Hinsicht gesehen einfacher gestalteten Strömungsführung 98, die nicht die gleiche zeitlich und räumlich homogene Verteilung des gasförmigen Mediums über der Gesamtfläche der Ausgangsmundung der Strömungsführung 98 hat. Ferner umfaßt der als flüssigkeitsdichter Hohlkörper ausgebildete Aufsatz 96 noch einen Zu- 104 und Ablauf 106 für eine Heizflüssigkeit, mit der die Strömungsführungen 98 und damit das gasförmige Medium oberhalb der Kultur temperiert werden können.
Fig. 11 zeigt einen weiteren Untersatz 108, der für die Aufnahme von Kulturbehältern mit darin enthaltenen Zellkulturen (allgemeiner Eukaryonten) ausgebildet ist. Hierzu enthält der Aufsatz 108 drei Aufnahmen 110 für die Aufnahme von drei Kulturbehältern 112 (z.B. Transwell-Inserts) , in denen die Zellkulturen aufgenommen sind. An dieser Stelle wird auf das deutsche Patent 198 017 63 verwiesen, das eine Kulturvorrichtung zum Kultivieren von Zellkulturen offenbart. Die Offenbarung dieses Patentes wird hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen.
Diese Kulturbehälter 112 (Transwell-Inserts) haben beispielsweise eine becherartige Form mit kreisförmigen Querschnitt, wobei sich der Durchmesser von der Becheröffnung bis zum Becherboden konisch verjüngt. Der Becherboden be- steht aus einem porösen Kunststoffmaterial , z.B. aus Polye- thylenrephthalat . Das Zellkulturinsert stellt eine flüssig- keitsdurchl ssige Tragstruktur für eine Membran dar, die ηe nach Erfordernis der zu kultivierenden Zellen aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien hergestellt sein kann, z.B. ebenfalls aus Polyethylenterephtaltat . Die Membran tragt dabei die Zellkultur.
Die Aufnahmen 112 sind in ihrem Bodenbereich mit einem gemeinsamen Leitungssystem 114 verbunden, das wiederum m zwei Anschlußstutzen 116 verzweigt, an die eine Flussig- keitspegel-Steueremheit angeschlossen ist, mit der die Zellkulturen in den Kulturbehältern 112 mit Flüssignährstoff versorgt werden können (z.B. eine pulsmäßige Steuerung von Zufuhr und Abfuhr der Nährflüssigkeit) . Die nicht näher dargestellte Steuereinheit steuert das Niveau des Flύssigmediums innerhalb der Kulturbehälter 112. Damit können beispielsweise die Zellkulturen innerhalb der Kulturbehälter 112 periodisch abwechselnd basal und submers ernährt werden, indem der Flussigkeitspegel der Nährflüssigkeit entsprechend oberhalb oder unterhalb der Oberfläche der Zellkulturen eingestellt wird. Für weitere Details bezüglich der Pulssteuerung und Niveauregelung des flüssigen Mediums innerhalb des Kulturbehalters 112 wird ebenfalls auf die oben genannte Patentanmeldung verwiesen. Der Untersatz 108 ist wiederum als flüssigkeitsdichter Hohlkörper ausge- bildet, mit einem Flüssigkeitszulauf 118 und einem Flüssigkeitsablauf 120, über die eine temperierbare Flüssigkeit zum Temperieren der im Kulturbehälter 112 aufgenommenen Zellkulturen durch den Untersatz 108 geleitet werden kann. Die Aufnahmen 110 bzw. Kulturbehälter 112 sind dabei eben- falls flussigkeitsdicht gegen den genannten Innenraum abgedichtet .
Fig. 12 zeigt eine Variante einer zusammenbaubaren Kul- tur/Expositionsvorrichtung, bei der der Untersatz 108 der Fig. 11 mit dem Aufsatz 96 der Fig. 10 kombiniert ist. Der
Bausatz ist so gestaltet, daß auch die Unter- 2 und Aufsät- ze 4 entsprechend mit den Unter- 108 und Aufsätzen 96 beliebig kombinierbar sind, je nach dem, welche Kulturen untersucht werden sollen (für Zellkulturen wird bevorzugt der Untersatz 108 verwendet, für Prokaryσnten-Kulturen wird bevorzugt der Untersatz 2 verwendet, wobei diese Kulturen dann zwecks Ernährung in einer geeigneten Substanz, z.B. Agar in den Kulturbehältern gehalten werden) und ob eine zeitlich und räumlich möglichst homogene Verteilung des zu beaufschlagenden gasförmigen Mediums Voraussetzung für die Untersuchung ist (falls dies untersuchungskritisch ist, wird der Aufsatz 4 mit der erfindungsgemäßen Strömungsführung verwendet, wenn dies weniger untersuchungskritisch ist, wird bevorzugt der Aufsatz 98 verwendet) .
Insgesamt kann die Kultur/Expositionsvorrichtung so ausgebildet sein, daß sie auf einer automatischen Bestückungsstraße durch Roboter mit den entsprechenden Kulturbehältern 10 bzw. 112 und den darin aufgenommenen Kulturen (Eukaryonten- oder Prokaryonten-Kulturen) bestückt werden kann. Hierzu ist beispielsweise anstelle des in Fig. 1 gezeigten Verschlusses 6 in Form eines Schnallenmechanismuses ein robotertauglicher Verschluß vorgesehen, mit dem Unter- 2, 108 und Aufsatz 4, 96 durch einen Roboter leicht geöffnet und geschlossen werden können. Ferner sind an den Kul- turbehältern 10 bzw. 112 beispielsweise Mittel vorgesehen (Magnete, Einkerbungen, Rastnasen, etc.), mit denen ein Roboterarm die Kulturbehälter 10 bzw. 112 leicht innerhalb der Aufnahmen 8 bzw. 110 greifen und herausnehmen kann bzw. entsprechend dort einsetzen kann. Schließlich ist die Kul- tur/Expositionseinrichtung insgesamt so ausgebildet, daß sie in einer Spülstation, nachdem beispielsweise alle Kulturbehälter 10 bzw. 112 entnommen wurden, leicht gespült werden kann. Es werden also möglichst Kanten und sonstige schwer zugängliche Zwischenräume, die in Kontakt mit dem zu beaufschlagenden gasförmigen Medium und den Kulturen gelangen, vermieden. Insbesondere können erfindungsgemäß mit der in Fig. 1 gezeigten Kultur/Expositionsvorrichtung (wobei der Aufsatz 4 durch den Aufsatz 96 ausgewechselt werden kann, wenn eine entsprechend homogene Strömungsverteilung nicht erforderlich ist) Prokaryonten (z.B. Bakterien, Pilze, usw.) kultiviert und mit einem gasförmigen Medium beaufschlagt werden, was völlig neuartige Untersuchungsmöglichkeiten mit dieser Art von Kulturen eröffnet. Bislang wurden solche Untersu- chungen nur an Zellkulturen durchgeführt. So läßt sich beispielsweise der Arnes-Test, der bislang nur mit Flüssigwirkstoffen (die zusammen mit den Bakterien in Agar eingekapselt wurden) durchgeführt wurde, auf mit dem gasförmigen Medium mitgeführte Wirkstoffe (das gasförmige Medium selbst oder darin enthaltene Flüssig- und/oder Feststoffe) erweitern (die Bakterien werden ggf. nur noch mit ihren Nährsubstanzen in Agar eingekapselt und der Wirkstoff strömt über die eingekapselten Bakterien) .
Der Volumenstrom des beaufschlagenden gasförmigen Mediums wird bei solchen Untersuchungen gewöhnlich auf folgende Werte eingestellt, etwa 80 ml/Minute, etwa 50 ml/Minute, etwa 10 ml/Minute, so daß die Strömung innerhalb der Strömungsführungen im Bereich niedriger Reynoldszahlen liegt und als schleichende Strömung klassifiziert werden kann. Zudem werden beispielsweise bei Untersuchungen der Auswirkungen von Tabakrauch auf Lungenzellen Rauch/Luft- Mischungsverhältnisse von 1:5 bis 1:10 eingestellt, und diese Luft/Rauch-Mischung bei einer Temperatur von etwa 35° Celsius gehalten (beispielsweise durch die entsprechenden Heizmittel um die Strömungsführungen 40 bzw. 98) . Von dem in der Luft mitgeführten Rauch werden erfahrungsgemäß etwa 1% von den Lungenzellen gebunden.

Claims

Ansprüche :
1. Kultur/Expositionsvorrichtung zum Aufnehmen von Kulturen (72) mit einer Einrichtung zum Beaufschlagen der aufgenommenen Kultur (72) mit einem gasförmigen Medium, die eine mechanische Strömungsführung (40) mit einem Eingang (42) zum Einleiten des gasförmigen Mediums in die Strömungsführung (40) und einer oberhalb der Oberfläche der Kultur (72) mündenden Ausgangsmundung (44) umfaßt, wobei die Strömungsführung (40) das gasförmige Medium zwangsfuhrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Ausgangsmundung (44) der Strömungsführung (40) sich in Strömungsrichtung trompetenformig öffnet.
2. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Innenfläche der Strömungsführung (40) quer zur Strömungsrichtung rotationssymmetrisch ist.
3. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Innenfläche der Ausgangsmundung (44) der Strömungsführung (40) in Strömungsrichtung hyperbo- loidförmig ist.
4. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beaufschlagungseinrichtung einen stromauf der Ausgangsmundung (44) angeordneten Drallkörper (56) umfaßt, der dem durch die Strömungsführung (40) strömenden gasförmigen Medium einen Drall verleiht.
5. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Drallkörper (56) wenigstens einen schneckenförmig verlaufenden Führungskanal (58) aufweist.
6. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Strömungsführung (40) zwischen ihrem Eingang (42) und ihrer Ausgangsmundung (44) einen Führungsabschnitt (46) mit zylindrischer Innenfläche aufweist.
7. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Drallkörper (56) eine zylindrische Außenform mit den eingelassenen Führungskanälen (58) aufweist, der im zylindrischen Führungsabschnitt (46) der Strömungsführung (40) aufgenommen ist.
8. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Drallkörper (56) einen stromauf liegenden, gegen die Strömungsrichtung gerichteten kegelförmigen Körper (60) aufweist, dessen Außenfläche an seiner Basis stoßkantenfrei in die eingelassenen Führungskanäle (58) übergeht.
9. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Abstand der Ausgangsmundung (44) zur Oberfläche der Kultur (72) derart eingestellt ist, daß der Durchflußquerschnitt (Q2) des Ringspalts zwischen Mündungskante (48) der Strömungs- führung (40) und Oberfläche der Kultur (72) kleiner als der Durchflußquerschnitt (Ql) in der Strömungsführung (40) stromauf der sich trompetenformig öffnenden Ausgangsmundung (44) ist.
10. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 9, mit einer Einsteileinrichtung zum Verstellen des Abstandes .
11. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die EinStelleinrichtung eine manuell betätigbare Einstellschraube mit Einstellgetriebe ist.
12. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem schalenförmigen Kulturbehälter (10; 112) zur Aufnahme von Kulturen (72), wobei das Verhältnis zwischen Innendurchmesser des Kulturbe- hälters (10) in Höhe der Mündungskante (48) der Ausgangsmundung (44) und Außendurchmesser der Ausgangsmundung (44) derart dimensioniert ist, daß der Durchflußquerschnitt (Q3) des Ringspalts zwischen Mündungskante (48) und Innenwand des Kulturbehälters (10; 112) größer als der Durchflußquerschnitt (Ql) des Ringspalts in der Strömungsführung (40) stromauf der sich trompetenformig öffnenden Ausgangsmundung (44) ist.
13. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorherge- henden Ansprüche, die einen Innenraum (8) zur Aufnahme des Kulturbehälters (10; 112) mit der Kultur (72) mit einem die Strömungsführung (40) tragenden ersten Raumbereich (50) und einem den Kulturbehälter (10; 112) tragenden zweiten Raumbereich (8) umfaßt, wobei die Strömungsführung (40) durch einen zentralen Abschnitt (52) des oberen Raumbereichs (50) in den Innenraum (8, 50) ragt und im verbleibenden Abschnitt des oberen Raumbereichs (50) eine Vakuumöffnung (68) vorgesehen ist, die mit einem Mittel zum Erzeugen eines Vakuums verbunden ist.
14. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der Strömungsführung (40) , Kulturbehälter (10) und Innenraum (8, 50) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
15. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der die Beaufschlagungseinrichtung eine luftdicht zwischen Innenwand des Innenraums (8, 50) und Außenwand der Strömungsführung (40) angeordnete Ring- blende (62) mit rotationssymmetrisch verteilten Luftdurchlässen (66) umfaßt.
16. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der über die Dimensionierung der Luftdurchlässe (66) der Ringblende (62) der Unterdruck in der Beaufschla- gungseinrichtung kalibriert wird.
17. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beaufschlagungseinrichtung einen Volumen- und/oder Massendurchflußmesser um- faßt.
18. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Beaufschlagungseinrichtung ein mit dem Volumen- und/oder Massendurchflußmesser verbundenes Stell- ventil umfaßt.
19. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beaufschlagungseinrichtung mit einer Heizeinrichtung zum Temperieren des zu- zuführenden gasförmigen Mediums ausgestattet sind.
20. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Heizeinrichtung an der Wand der Strömungsführung (40) angeordnete Heizmittel umfaßt.
21. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zweiteilig aus einem den Kulturbehälter (10; 112) aufnehmenden Untersatz (2; 108) und einem die Beaufschlagungseinrichtung aufnehmenden Auf- satz (4) aufgebaut ist und durch Trennen von Unter- (2; 108) und Aufsatz (4) Zugriff auf den Kulturbehälter (10; 112) gewährt.
22. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorherge- henden Ansprüche, die zur Aufnahme mehrerer Kulturbehälter (10; 112) ausgestaltet ist, wobei die Beauf- schlagungseinrichtung je eine Strömungsführung (40) pro Kulturbehälter (10; 112) umfaßt, deren Eingänge
(42) mit einem gemeinsamen Ansaugstutzen zum Einleiten des gasförmigen Mediums in die Beaufschlagungseinrich- tung verbunden sind.
23. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, soweit rückbezogen auf einen der Ansprüche 13 bis 20, bei der der Innenraum (8, 50) durch je einen Teil- räum im Auf- (4) und Untersatz (2; 108) gebildet ist.
24. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kulturbehälter (10) zur Aufnahme von Prokaryonten-Kulturen ausgebildet ist, und der Untersatz (2) entsprechend zur Aufnahme dieses Kulturbehälters (10) ausgebildet ist.
25. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 24, bei der der Untersatz (2) eine Heizeinrichtung (36, 38) zum Temperieren des Kulturbehälters (10) umfaßt.
26. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 25, bei der der Untersatz (2) eine Flüssigkeitskammer zur Aufnahme einer Heizflüssigkeit bildet, wobei der Teilraum (8) zur Aufnahme des Kulturbehälters (10) von der Heizflüssigkeit umspült ist.
27. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Auswurfeinrichtung (12) zum Auswerfen der Kulturbehälter (10) umfaßt.
28. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 27, soweit rückbezogen auf Anspruch 23, bei der die Auswurfeinrichtung eine durch den Boden des Teilraums (8) ragen- de und an den Boden des dort aufgenommenen Kulturbe- hälters (10) anstoßende Ausstoßstange (20) umfaßt, die von außerhalb des Untersatzes (2) betätigbar ist.
29. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 28, bei der jedem Teilraum (8) zur Aufnahme eines Kulturbehälters (10) eine Ausstoßstange (20) zugeordnet ist, die getrennt voneinander betätigbar sind.
30. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorherge- henden Ansprüche, bei der der Kulturbehälter (112) zur
Aufnahme von Zellkulturen ausgebildet ist, und der Untersatz (108) entsprechend zur Aufnahme dieses Kulturbehälters (112) ausgebildet ist.
31. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 30, bei der der Untersatz (108) eine Versorgungseinheit zum
Versorgen der Zellkultur im Kulturbehälter (112) mit einem flüssigen Medium umfaßt.
32. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Versorgungseinheit zum wahlweisen submersen oder basalen Versorgen der Zellkultur mit dem flüssigen Medium ausgebildet ist .
33. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der die Versorgungseinheit ein Heizmittel (118, 120) zum Temperieren des flüssigen Mediums aufweist .
34. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 21, bei der Auf- (4) und Untersatz (2) derart ausgebildet sind, daß ein Aufsatz (4) mit der Beaufschlagungseinrichtung nach Anspruch 21 sowohl in Verbindung mit einem Untersatz (2) nach einem der Ansprüche 24 bis 29 als auch in Verbindung mit einem Untersatz (108) nach einem der Ansprüche 30 bis 33 verwendet werden kann.
35. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die robotertauglich ausgebildet ist.
36. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 35, soweit rückbezogen auf einen der Ansprüche 21 bis 34, bei der am Unter- (2; 108) und am Aufsatz (4) Mittel vorgesehen sind, die einem Roboter das Öffnen von Unter- (2; 108) und Aufsatz (4) ermöglichen.
37. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, bei der am Kulturbehälter (10; 112) Mittel vorgesehen sind, die einem Roboter das Entnehmen des Kulturbehälters (10) aus und das Einsetzen in den Unter- satz (2) ermöglichen.
38. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, deren Aufbau so konzipiert ist, daß sie zum automatischen Ausspülen in einer Spülstation ge- eignet ist .
39. Kultur/Expositionsvorrichtung zum Aufnehmen von Kulturen mit einer Einrichtung zum Beaufschlagen der aufgenommenen Kultur (72) mit einem gasförmigen Medium, die einen Ansaugstutzen (74, 74') mit einer Ansaugmündung (76) zum Ansaugen des gasförmigen Mediums und einem Ausgang (84; 88) aufweist, der mit einer Strömungsführung zum Führen des gasförmigen Mediums bis oberhalb der Oberfläche der Kultur (72) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Ansaugmündung (76) des Ansaugstutzens (74; 74') sich gegen die Strömungsrichtung trompetenformig öffnet .
40. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 39, bei der die Innenfläche des Ansaugstutzen (74; 74') quer zur Strömungsrichtung rotationssymmetrisch ist.
41. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, bei der die Innenfläche der Ansaugmündung (76) des Ansaugstutzens (74; 74') gegen die Strömungsrichtung hyperboloidförmig ist.
42. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 41, bei der der Ansaugstutzen (74; 74') zwischen seiner trompetenformig sich öffnenden Ansaugmün- düng (76) und seinem Ausgang einen Führungsabschnitt (78) mit zylindrischer Innenfläche aufweist.
43. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 42, bei der die Ansaugmündung (76) mit einer gasdurchlässigen Abdeckung (82) abgedeckt ist.
44. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 43, bei der die Abdeckung (82) ein hochporöser Schaumstoff ist .
45. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 44, bei der der Ausgang (84; 88) des Ansaugstutzens (74; 74') eine Verzweigung zu mehreren Strömungsführungen umfaßt.
46. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 45, bei der die Verzweigung am stromab gelegenen Ende des Führungsabschnitt (78) mit zylindrischer Innenfläche angeordnet ist.
47. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 46, bei der die Verzweigung radial von der Außenwand des Führungsabschnitts (78) mit zylindrischer Innenfläche abstehende Anschlußstutzen (84) aufweist.
48. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 47, bei der die Anschlußstutzen (84) rotationssymmetrisch um die Außenwand des Führungsabschnitts mit zylindrischer Innenfläche (78) verteilt sind.
49. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 46, bei der die Verzweigung in Längsrichtung vom Führungsabschnitt (78) mit zylindrischer Innenfläche von dessen Bodenbereich abstehende Anschlußstutzen (88) aufweist.
50. Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 46 bis 49, bei der innerhalb des Führungsabschnitts (78) mit zylindrischer Innenfläche in dessen Längsrichtung verlaufende, von dessen Boden bis über die Höhe der Anschlußstutzen (84; 88) verlaufende Trennwände (86; 94) angeordnet sind, welche getrennte Ansaugräume für jeden Anschlußstutzen (84; 88) bilden.
51. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 50, soweit rückbezogen auf den Anspruch 49, bei der die von den
Trennwänden (86; 94) gebildeten Ansaugräume derart dimensioniert sind, daß das Ansaugvolumen in alle Ansaugstutzen (84; 88) bei gleicher Ansaugleistung in etwa gleich groß ist.
52. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 50, soweit rückbezogen auf den Anspruch 48, bei der die von den Trennwänden (86) gebildeten Ansaugräume im Führungsabschnitt (78) mit zylindrischer Innenfläche rotations- symmetrisch angeordnet sind und gleich groß dimensioniert sind.
53. Bausatz für den Zusammenbau einer Kultur/Expositionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der aus folgende vier Bausatzelemente enthält:
Aufsätze (4) nach einem der Ansprüche 21 bis 52, Aufsätze (96) mit einer Einrichtung zum Beaufschlagen der in einem Kulturbehälter (10; 112) aufgenommenen Kultur (72) mit einem gasförmigen Medium, wobei die Beaufschlagungseinrichtung ei- nen Ansaugstutzen zum Ansaugen des gasförmigen
Mediums und eine mit dem Ansaugstutzen verbundene Strömungsführung (98) zum Führen des gasförmigen Mediums bis oberhalb der Oberfläche der Kultur (72) umfaßt, - Untersätze (2) nach einem der Ansprüche 24 bis 29, sowie
Untersätze (108) nach einem der Ansprüche 30 bis 33.
54. Verfahren zur Kultivierung und Exposition von Prokaryonten unter Verwendung einer Kultur/Expositionsvorrichtung mit einer Aufnahme (8) zum Aufnehmen eines Kulturbehälters (10) mit den zu kultivierenden Prokaryonten sowie einer Einrichtung zum Beaufschlagen der im Kulturbehälter aufgenommenen Prokaryonten mit einem gasförmigen Medium, wobei die Beaufschlagungseinrichtung einen Ansaugstutzen zum Ansaugen des gasförmigen Mediums und eine mit dem Ansaugstutzen verbundene Strömungsführung (40; 98) zum Führen des gas- förmigen Mediums über die im Kulturbehälter (10; 112) aufgenommenen Prokaryonten umfaßt .
55. Kultur/Expositionsvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 55, mit einer Aufnahme (8) zum Aufnehmen eines Kulturbehälters (10) mit den zu kultivierenden Prokaryonten sowie einer Einrichtung zum Beaufschlagen der im Kulturbehälter aufgenommenen Prokaryonten mit einem gasförmigen Medium, wobei die Beaufschlagungseinrichtung einen Ansaugstutzen zum An- saugen des gasförmigen Mediums und eine mit dem Ansaugstutzen verbundene Strömungsführung (40; 98) zum Führen des gasförmigen Mediums über die im Kulturbehälter (10; 112) aufgenommenen Prokaryonten umfaßt.
56. Kultur/Expositionsvorrichtung nach Anspruch 55, die einen nach einem der Ansprüche 24 bis 29 ausgebildeten Untersatz (2) zur Aufnahme der Kulturbehälter (10) umfaßt.
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