WO2005093038A1 - Inkubator - Google Patents

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WO2005093038A1
WO2005093038A1 PCT/AT2005/000105 AT2005000105W WO2005093038A1 WO 2005093038 A1 WO2005093038 A1 WO 2005093038A1 AT 2005000105 W AT2005000105 W AT 2005000105W WO 2005093038 A1 WO2005093038 A1 WO 2005093038A1
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WO
WIPO (PCT)
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incubator
inner chamber
incubator according
liquid
substances
Prior art date
Application number
PCT/AT2005/000105
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Dietl
Thomas Haller
Inge Tinhofer
Martin Ortner
Original Assignee
Paul Dietl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from ATA526/2004A external-priority patent/AT500299B8/de
Application filed by Paul Dietl filed Critical Paul Dietl
Priority to DE202005021050U priority Critical patent/DE202005021050U1/de
Publication of WO2005093038A1 publication Critical patent/WO2005093038A1/de

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Classifications

    • 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
    • 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
    • C12M41/14—Incubators; Climatic chambers
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas

Definitions

  • the present invention relates to an autonomous incubator for biological material for creating and maintaining a predeterminable CO 2 environment in at least one inner chamber of the incubator, with a regulating device for regulating the CO 2 concentration in the at least one inner chamber.
  • Generic incubators are used for the storage, cultivation and growth of biological material, such as, for example, non-human organisms, organs, tissues and cells, which are capable of survival in a CO 2 -enriched atmosphere or which find physiological conditions.
  • a CO 2 -enriched atmosphere is to be understood as an atmosphere with a CO 2 concentration which is above that of the ambient air. For most animal and human cells and tissues, the physiological CO 2 concentration is around 5% by volume.
  • any exposure of biological material that requires a CO 2 - enriched atmosphere to ambient air is a danger to the biological material.
  • the drop in the CO 2 concentration in the biological material and the increase in pH (alkalosis) lead to a severe impairment of the cellular functions which are required for the survival of the biological material.
  • the object of the invention is to provide a generic incubator in which the problems of the prior art are avoided.
  • the autonomous incubator comprises a CO 2 generator.
  • a CO 2 generator is to be understood as a device which generates gaseous CO 2 .
  • the generation of the gaseous carbon dioxide is usually associated with a phase transition, for example when the CO 2 is generated by combining several liquids.
  • a CO 2 bottle is not a CO 2 generator, since the CO 2 is already present in a chemically pure form.
  • the control device comprises a CO 2 sensor, preferably an infrared CO 2 sensor.
  • CO 2 sensor preferably an infrared CO 2 sensor.
  • Such sensors allow an exact determination of the instantaneous CO 2 concentration in the atmosphere of the inner chamber of the incubator and thus a reliable regulation of the CO 2 concentration to the desired value.
  • the CO 2 generator is activated, for example, when the CO 2 concentration in the inner chamber of the incubator drops below a predetermined value. This mechanism is preferably deactivated as soon as the incubator is opened. This can be detected, for example, using a door lock sensor.
  • the invention further relates to an incubator for biological material for creating and maintaining a predeterminable CO 2 medium in at least one inner chamber of the incubator, in particular an incubator of the aforementioned type.
  • this variant provides for the incubator to be improved by a CO 2 generator with at least two areas which can be separated from one another, at least one substance for producing CO 2 being able to be introduced into each of the separable areas.
  • Such a separation of the substances has the advantage that, by introducing the substances into separate areas, the substances can be exchanged more easily and can be stored longer in the idle state.
  • An embodiment variant provides that the separable regions are arranged such that they can be moved relative to one another. This enables, for example, space-saving installation or easier transport.
  • the substances which can be introduced can be brought together by moving at least one area, preferably by lifting, relative to the other area.
  • This has the advantage, for example, that the Activation of CO 2 -Generators is visibly better, since the relative position of the two regions is different to each other during operation of the CO 2 -Generators than in the off-state.
  • a preferred embodiment variant provides that one of the at least two separable regions is the reaction region for generating CO 2 . Such an embodiment is more space-saving than bringing the two substances together in a third area.
  • the separable regions can only be connected via exactly one connection, preferably via a hose.
  • the substance it is possible, for example, for the substance to flow from the moving area into the reaction space in a controlled manner by gravity.
  • the two areas (6, 7) and the one connection are gas-tight, so that one, preferably liquid, substance can be introduced into the reaction area from the movable area if the gas pressure P 1 in the Reaction area corresponds at most to the sum of gas pressure P2 and the hydrostatic pressure difference in the movable area.
  • the inner chamber of the incubator is connected to at least one area, preferably the reaction area.
  • a preferred exemplary embodiment provides that a CO 2 sensor is connected to a control or regulating unit in the inner chamber, the CO 2 sensor measuring the CO 2 content in the inner chamber and the control unit using a valve to supply the gas regulates from the reaction area.
  • Another aspect of the invention relates to an incubator for biological material
  • the incubator comprising a CO 2 generator, in particular of the aforementioned type, and wherein the incubator is a control or Has controller device for controlling or regulating the CO 2 concentration in the at least one inner chamber.
  • the CO 2 generator and / or the control device are detachably fastened in or on the incubator.
  • the incubator has a CO 2 sensor and that the signals of the CO 2 sensor at least the control or regulator device are feedable.
  • a CO 2 sensor is detachably fastened in or on the incubator in the incubator and that the signals of the CO 2 sensor can be fed at least to the control or regulating device. This allows the use of less robust CO 2 sensors that can be removed from the incubator before the incubator is autoclaved.
  • incubators according to the second variant of the invention are particularly advantageous if the incubator can be autoclaved with the CO 2 generator removed and / or the control device and / or CO 2 sensor removed.
  • the present invention further relates to an incubator for biological material for creating and maintaining a predeterminable CO 2 environment in at least one inner chamber of the incubator, in particular an incubator of the aforementioned type.
  • the temperature in the inner chamber of the incubator must be kept at a predetermined value.
  • electrical heating devices are known for this purpose, but for this purpose they have to be connected to an external power supply and thus reduce the transportability of the incubator or make transport impossible.
  • the incubator comprises a CO 2 generator, wherein at least two substances can be combined in the CO 2 generator to generate the CO 2, at least one of the at least two substances being a liquid and the at least one liquid forms a heat reservoir for the at least one inner chamber of the incubator.
  • the measure according to the invention is not limited to special liquids, liquids with a high heat capacity are particularly suitable.
  • At least two liquids can be combined in the CO 2 generator for generating the CO 2 and that at least one of the two liquids forms a heat reservoir for the at least one inner chamber of the incubator.
  • the liquid provided as the heat reservoir is water or an aqueous solution, since water is distinguished by a high heat capacity. If the CO 2 is generated by a reaction in which water vapor is produced, this also has the advantage that the water vapor can be used to create and maintain the desired atmospheric humidity in the inner chamber of the incubator.
  • the at least one inner chamber has at least one opening that communicates with the heat reservoir.
  • the communicating compound allows the steam released during the chemical reaction, in particular water vapor, to humidify the air in the inner chamber of the incubator. Furthermore, the steam introduced into the inner chamber of the incubator is used for the convective heat transport from the heat reservoir into the inner chamber of the incubator.
  • the at least one inner chamber has at least two openings and that the at least two openings are in communication with the heat reservoir separately from one another. This allows the creation of a circulating air system by means of which the inner chamber of the incubator is supplied with the CO 2 generated during the chemical reaction and, if appropriate, the steam which is also formed, in particular water vapor.
  • the incubator has a
  • the Ventilation or pump device for ventilating the connection (s) or for generating a flow between the at least one inner chamber and the heat reservoir.
  • the Ventilation or pump device comprises a preferably electrically driven fan or a preferably electrically driven pump.
  • the heat reservoir contacts the at least one inner chamber in a heat-conducting manner, preferably via at least one common heat-conducting wall.
  • the liquids that release a precisely known amount of CO 2 during mixing can easily be carried in their own containers in the incubator. However, provision can also be made to arrange at least one of the liquids in a wall of the incubator designed as a hollow wall.
  • the present invention further relates to an autonomous incubator for biological material for creating and maintaining a predeterminable CO 2 milieu in at least one inner chamber of the incubator, in particular according to the aforementioned type, the inner chamber being accessible from the outside through a door and the atmosphere in the Inner chamber is interchangeable with the atmosphere outside the incubator by a ventilation device.
  • Such incubators have the problem that the preselected CO is tuned 2 amount to provide the desired C0 2 atmosphere to the volume of the interior chamber and the opening of the interior chamber final door leads to an unpredictable fluctuation in the C0 2 concentration in the incubator.
  • the incubator has a device for detecting the door position and that the ventilation device can be controlled in dependence on the device for detecting the door position in such a way that opening the door triggers the ventilation device.
  • the complete exchange of the inside air of the incubator with ambient air with subsequent refilling with the well-defined preselected amount of CO 2 means that the CO 2 concentration remains at the desired value.
  • the ventilation device comprises a preferably electrically driven fan.
  • Such fans are available at low cost and take up little space.
  • the ventilation device can be activated by a switch and that opening the door activates the switch.
  • the switch for activating the ventilation device is a mechanical switch, preferably a pressure switch.
  • Another aspect of the invention relates to an incubator for biological material for creating and maintaining a predeterminable CO 2 milieu in at least one inner chamber of the incubator, in particular an incubator of the aforementioned type, with a circulation circuit for circulating the gas in the at least one inner chamber, wherein in the circulation circuit is a liquid provided with a disinfectant for disinfection of the circulating gas.
  • the gas enters the liquid from the inner chamber via a passage reaching into the liquid.
  • a pump device is arranged in or on the aisle.
  • the liquid provided with the disinfectant forms a heat reservoir for the inner chamber of the incubator.
  • the autonomous incubator comprises a CO 2 generator. This has the advantage that the desired CO 2 concentration can be maintained for a longer time than if the required amount had to be carried in the form of a CO 2 storage. This applies equally to incubators with a control device for controlling the CO 2 concentration as well as for incubators without a control device in which a well-defined amount of CO 2 is supplied.
  • the liquid which contains the disinfectant is at least one substance for generating CO 2 in the CO 2 generator.
  • the incubator has a preferably rechargeable current storage or voltage source, e.g. a battery. This gives the incubator greater autonomy. Additionally or alternatively, it could be provided that the incubator has a connection for an external power supply, for example via the general power network or the cigarette lighter of a car.
  • the incubator according to the invention is characterized by its manual portability.
  • the mass of an incubator according to the invention can be less than 20 kg. Therefore, it is further provided that the incubator can be operated autonomously.
  • the incubator comprises a heating device.
  • At least one container for biological material can be detachably fastened in the at least one inner chamber. This allows the container to be removed from the incubator for autoclaving. If a CO 2 generator is provided, this can also be removed from the incubator for autoclaving. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that at least two substances can be combined with one another in the CO 2 generator for generating the CO 2 . Substances, preferably liquids, which release a precisely known amount of CO 2 , preferably at a known rate, when mixed, can easily be carried in their own containers in the incubator.
  • a further advantageous embodiment variant of the invention results from the fact that at least one of the substances is a bicarbonate and at least one of the substances is an acid and CO 2 can be generated in accordance with the reaction equation HCO 3 " + H + ⁇ CO 2 + H 2 O.
  • the bicarbonate comes from a salt, preferably from the group NaHCO 3 , Ca (HCO 3 ) 2> Mg (HCO 3 ) 2 , KHCO 3 , LiHCO 3 , Be (HCO 3 ) 2
  • Other bicarbonates are of course also conceivable according to the invention.
  • At least one of the substances is a carbonate and at least one of the substances is an acid and CO 2 can be generated in accordance with the reaction equation CO 3 2 " + 2H + ⁇ CO 2 + H 2 O.
  • the carbonate originates from a salt, preferably from the group Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Li 2 CO 3- CaCO 3, MgCO 3 , BeCO 3 .
  • bicarbonates are particularly favorable because they are water-soluble, while carbonates are usually less soluble and can therefore be used in solid form, for example as a powder. In such a case, it is also conceivable to use other substances that supply CO 2 .
  • at least one substance is an acid, preferably an aqueous solution of hydrochloric acid (HCl) or citric acid, hydrochloric acid or citric acid being particularly easy to handle. It is of course also possible to use other inorganic or organic acids.
  • the chemical reaction in the CO 2 generator can be controlled particularly well if at least one of the at least two substances is a liquid, preferably an aqueous solution.
  • the reaction can be controlled particularly well by dropping an aqueous solution, for example a bicarbonate, in an aqueous solution of the acid, for example. It goes without saying that a solid is introduced into a liquid or a liquid Liquid to a solid is conceivable within the scope of the invention.
  • the corresponding design can be carried out in a known manner for the underlying reaction.
  • the at least one liquid can be pumped into the at least one other of the at least two substances via a pump.
  • at least one of the at least two liquids is arranged above another of the at least two liquids and that the liquids generating the CO 2 are brought together by gravity.
  • the incubator comprises a metering device which dispenses one of the at least two substances into a second substance arranged underneath.
  • the metering device allows precise metering of the carbon dioxide formed during mixing and thus a more precise setting of the CO 2 concentration in the incubator.
  • a particularly precise fine metering of the carbon dioxide formed during mixing results if it is provided that the at least one liquid can be dispensed drop by drop into the second substance arranged at a preselected rate by the metering device.
  • the incubator comprises a mixing spray button through which the at least two liquids can be sprayed as an aerosol. Spraying as an aerosol on the one hand achieves a better mixing of the liquids and on the other hand causes the carbon dioxide to be evenly distributed in the incubator.
  • one of the at least two substances is in solid form, preferably in the form of tablets, preferably in the form of CO 2 -releasing tablets.
  • the tablets are brought into contact with or dissolved in the liquid.
  • Incubator comprises a device for dispensing CO 2 -releasing tablets (tablet dispenser). This allows the supply of carbon dioxide over a longer period of time without opening the incubator. A particularly simple one The tablet dispenser is operated if it is provided that the closing of the incubator actuates the tablet dispenser.
  • the tablets released are encased in a layer which retards the decomposition.
  • the decomposition-retarding layer can be silicone gel.
  • a further embodiment variant provides that at least two substances can be combined in the CO 2 generator for generating the CO 2 and that at least one of the substances is present as a liquid, preferably as an aqueous solution, and forms a heat reservoir for the at least one inner chamber of the incubator.
  • the incubator can thus be made even more compact and lighter, since the additional heat reservoir is no longer required.
  • the liquid forming the heat reservoir can be brought to the desired temperature by an external heating device before the biological material is stored. Additionally or alternatively, it can be provided that the incubator has a — preferably controllable — heating device for heating the heat reservoir. This makes it possible to replace heat removed from the heat reservoir even during the transportation of the incubator.
  • the heating device comprises an electric heating element, or that the heating device comprises an immersion heater immersed in the liquid (s) forming the heat reservoir.
  • the incubator has a stirrer for stirring at least the liquid forming the heat reservoir. This ensures homogeneous heating of the liquid.
  • the incubator has a control or regulating device for controlling or regulating the CO 2 concentration in the at least one inner chamber.
  • the incubator has at least one temperature sensor for regulating the heating device.
  • the at least one inner chamber of the incubator with a holding device for a C0 2 cartridge in
  • FIG. 1 shows an embodiment of an incubator according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2 shows a detailed view of the exemplary embodiment shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a detailed view of a further exemplary embodiment of an incubator according to the invention.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a further exemplary embodiment of an incubator according to the invention
  • FIG. 5 shows a sectional illustration through a first exemplary embodiment of an incubator according to the invention
  • FIG. 6 is a front view of the embodiment shown in FIG. 5,
  • FIG. 7 is a sectional view through a further embodiment of an incubator according to the invention.
  • FIG. 8 is a sectional view through a further embodiment of an incubator according to the invention.
  • FIG. 9 shows a sectional illustration through a further exemplary embodiment of an incubator according to the invention and FIG. 1100 shows a sectional illustration through a further exemplary embodiment of an incubator according to the invention, 11 shows a schematic simplified illustration of an exemplary embodiment of an incubator according to the invention, FIG. 12 shows a schematic view of the exemplary embodiment shown in FIG. 11 in the operating position.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an incubator 1 according to the invention, a handle 10 for carrying the incubator 1 and a display 104, for example an LED display, being arranged as a control display on the housing 102, which consists for example of light metal.
  • An inner container 105 which is preferably made of precious metal and can be removed for autoclaving, can be tightly closed by a transparent inner door 12.
  • Inner container 105 and inner door 12 define the inner chamber 8 of the incubator 1 (incubation room), in which the material to be incubated is stored on flexible compartments 107.
  • the inner chamber 8 contains the controllable, removable CO 2 generator 2 and a fan 109.
  • the temperature in the inner chamber is kept constant by a controllable heating plate 110.
  • the inner chamber is surrounded on all sides by thermal insulation 111.
  • an outer door 13 represents the thermal insulation. If the outer door 13 is open, the CO 2 control is temporarily deactivated by a mechanical sensor 113 or switch.
  • the power supply 11 for the heating plate 110 and the CO 2 generator 2 is provided either by a rechargeable battery 14 or by an external power supply 16.
  • the connection to the cigarette lighter 15 of a car is possible for car transportation.
  • the heating plate 110 and the CO 2 generator 2 are regulated by the electronic control device 117.
  • This exemplary embodiment represents a portable CO 2 bottle autonomous incubator 1.
  • the CO 2 generator 2 shows the CO 2 generator 2, which is connected to the electronic control device 117 via a plug connection 118, for example on the rear wall of the inner container 119. All elements of the CO 2 generator 2 are attached to a holding plate 120 which is removable as a whole and is air-permeable to the inner chamber 8.
  • the CO 2 generator 2 includes a removable basin 6, filled with a first substance 4, for example in the form of an aqueous solution or a powder, which contains, for example, a bicarbonate (HCO 3 " ) salt.
  • the CO 2 generator 2 comprises a removable one Container 7, which is filled with second substance 5, for example containing an acidic solution,
  • This container 7 is connected via a plug connection 125 to an elastic hose 126 which can be compressed by a valve, for example a solenoid valve 127.
  • the liquids also in two containers arranged side by side be arranged, which are connected to one another via a pump, preferably a metering pump.
  • the electronic control device 117 controls the supply of acid 5 to the base 4 and thus the CO 2 production via the solenoid valve 127.
  • This arrangement can of course also be carried out in reverse, ie the base 4 is fed to the acid 5.
  • H 2 O is formed in this reaction, so that the content of H 2 O vapor in the inner chamber is also increased.
  • the electronic control device 117 receives 3 measurement data via a CO 2 sensor about the current CO 2 concentration in the inner chamber.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an incubator 1 according to the invention, in which a tablet dispenser 129 is provided instead of the acid container 7 shown in FIG. 2.
  • This contains CO 2 tablets 130, which are emptied into a water basin 132 by a tablet launcher 131 controlled analogously to the solenoid valve 127.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of an incubator 1 according to the invention, in which the CO 2 production takes place analogously to the embodiment shown in FIG. 3.
  • the ejection of the CO 2 tablet 130 is not controlled by the CO 2 sensor 3, but rather by opening and closing the inner door 12 of the incubator 1, the tablet launcher 131 being fastened to the inside of the inner door 12.
  • the tablet dispenser 129 is located on the side wall of the inner container 105.
  • a fan 109 blows the CO 2 out of the inner chamber 8 of the incubator 1 between two door openings.
  • FIG. 5 shows a sectional illustration through a further exemplary embodiment of an incubator according to the invention.
  • the inner chamber 8 of the incubator 1 for receiving the biological material is through a double door, which is made of an inner transparent
  • Doors 12, 13 can be locked by means of a locking device (not shown in FIG. 5), the locking device being disclosed by entering a number code on the keypad 218.
  • An electrical or mechanical sensor 222 measures to control others
  • Components such as a ventilation device for the air recirculation system
  • the CO 2 generator comprises two liquids 4, 5, one of the two liquids 5 being arranged in a container 7 above the other of the two liquids 4.
  • the upper liquid 5 can be dispensed drop by drop into the lower liquid 4.
  • the CO 2 generated by the chemical reaction of the two liquids 4, 5 and any steam, in particular water vapor, can be fed to the inner chamber 8 via the illustrated connecting passages 225, 226, which communicate with the inner chamber 8 of the incubator 1 via the openings 202 become.
  • the temperature of the gas or gas mixture in the passage 225 can be detected via a temperature sensor 206 and the control or. Control device 9 are supplied.
  • the CO 2 concentration in the passage 225 can be detected by a CO 2 sensor 3 and fed to the control device 9.
  • the power supply 11 can be provided by the electrical voltage source 11, for example in the form of a rechargeable battery 14, the power lines leading to the individual components not being shown for the sake of clarity.
  • the incubator 1 can be carried manually via a handle 10.
  • the liquid 4 can be stirred using a stirrer 207.
  • a temperature sensor 206 immersed in this liquid is provided for detecting the temperature of the liquid 4, the signals of which can be fed to at least the control or regulating device 9.
  • An immersion heater which can be controlled or regulated by the control device 9 replaces the heat removed from the heat reservoir formed by the liquid 4.
  • FIG. 6 schematically shows a front view of the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the outer door 13, the inner door 12, the keypad 218, the electrical or mechanical sensor 222 and the optionally attachable plate 219 in particular being recognizable.
  • Fig. 7 shows the incubator shown in Figures 5 and 6, vw wherein for steam (pressure) sterilization of the inner chamber 8, all temperature-sensitive components, in particular the control or regulating device 9, the voltage source 11, the--; various sensors and the CO 2 generator were removed. In place of the liquid 4, water 228 was brought, which can be boiled over the immersion heater 205. The gaps resulting from the removal of the sensitive components have been closed by covers 229. With doors 12, 13 open, the front of the incubator was closed by plate 219. During the sterilization, pressurized steam can escape from the interior of the incubator via the central opening 220 or the pressure valve 221.
  • FIG. 8 shows a sectional illustration of a further exemplary embodiment of an incubator according to the invention, which is characterized by a modular design.
  • the two liquids 4, 5 are stored in containers separate from the inner chamber 8 of the incubator 1.
  • the CO 2 generated and any steam generated are fed to the inner chamber 8 of the incubator 1 via hoses 230.
  • the liquid 4 forming the heat reservoir in this embodiment can be heated by heating devices not shown in FIG. 8.
  • heating devices 205 serve to temper the inner chamber 8 of the incubator 1.
  • FIG. 9 schematically shows the heat flow in the case of FIG. 5 to 7 illustrated embodiment of the incubator.
  • the arrows provided with the reference symbol 223 denote heat transport by heat conduction (conductive), while the arrows provided with the reference symbol 224 denote heat transport by convection.
  • the inner chamber 8 is heated conductively both by convection via the gas supplied and by direct contact.
  • the heat transport in the embodiment shown in FIG. 8 takes place predominantly convectively via the gas supplied through the hoses 230.
  • both liquids 4, 5 form the heat reservoir.
  • One part of the heat reservoir is heated, for example, by heating the liquid 5 to a higher temperature of above 37 ° C. before transportation by a built-in heater 205, filled with heat.
  • the temperature of the second part of the heat reservoir, namely the liquid 4, which communicates with the inner chamber 8 for gas supply or gas exchange, on the other hand, must not exceed 37 ° C. and is preferably brought to this value before transport.
  • the control device 9 If the heat transfer into the inner chamber 8 of the incubator 1 exceeds the total heat flow to the outside (environment), so that the temperature in the inner chamber 8 of the incubator 1 rises, which is registered by the control device 9, it can be done schematically via a Device 231 shown the lid 230 of the thermal insulator cover 215 are opened, whereby the temperature drops into the inner chamber 8 of the incubator 1. If the temperature in the inner chamber 8 drops below a predetermined value (for example 37 ° C.), the internal heating device 205 is activated.
  • a predetermined value for example 37 ° C.
  • the part of the heat reservoir is designed in the form of any heat-storing material, for example heating pads.
  • a pump 232 circulates the gas located in the inner chamber 8, gas from the inner chamber 8 passing into the liquid 4 via the passage 226.
  • the liquid 4 is mixed with a disinfectant for cleaning the gas.
  • the disinfected gas returns to interior chamber 8 via passage 225. This process is repeated continuously.
  • the incubator 1 in FIG. 11 has an incubation area 8 or inner chamber 8.
  • the CO 2 sensor 3 measures the CO 2 concentration in the incubation space 8 and is connected to it Control valve 306, which controls the connection, for example via a hose 317, of incubation space 8 and reaction space 6.
  • the CO 2 generator 2 is essentially divided into two regions, namely a first region 7, in which the first substance 5 is introduced, and a second region 6, in which the second substance 4 is introduced.
  • connection of the two areas 5 and 6 takes place, for example, via a hose or a flexible pipe connection 312.
  • Both areas 6 and 7 can have inlet connections 314 and 309, through which the substances 5 and 4 can be introduced. These filler necks 309, 314 can also be used for flushing the areas 6, 7.
  • an outlet connection 311 is also shown, through which contaminated substance 4 can be rinsed out on the one hand and the reaction products from the CO 2 generation can be discharged by reacting 4 with 5 on the other hand.
  • the state of the incubator 1 shown in FIG. 11 reflects the deactivated position.
  • FIG. 12 schematically shows the incubator 1 from FIG. 11 in the activated state.
  • area 7 On the left side of the figure you can see that area 7 has been folded up.
  • This movement activates the CO 2 generator, since the area 7 is brought into connection with the area 6 in such a way that the substance 5, for example in the present case as a solution, can flow into the reaction area which coincides with the area 6 where substance 4 is located.
  • substance 5 reacts with substance 4 and CO 2 is formed .
  • a higher pressure P1 builds up in the gas space 307 of the area 6 and no substance 5 can flow from the area 7 due to the increased pressure.
  • control and / or regulating unit 9 controls the valve 306 based on the signal from the CO 2 sensor 3, which opens the connection from the gas space 307 to the incubation space 8.
  • CO 2 -containing air flows from the gas space 307 into the incubation space 8, as a result of which the pressure in the gas space drops.
  • further substance 5 can now flow from region 7 into region 6 and substance 4 reacts with substance 5 until the desired CO 2 content in the incubation space 8 was achieved.
  • connection 312 from the two areas 6 and 7 must be dimensioned in such a way that gas can also enter the space 315 from the gas space 307 via the connecting path 312, so that a vacuum is not formed in the gas space 315.
  • the pressure relief valve 315 which prevents excessive pressure build-up, serves as a safety precaution.

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Abstract

Autonomer Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigsten einer Innenkammer des Inkubators mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der CO2-Konzentration in der wenigstens einen Innenkammer, wobei der autonome Inkubator (1) einen CO2-Generator (2) umfasst.

Description

Inkubator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen autonomen Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der CO2- Konzentration in der wenigstens einen Innenkammer.
Gattungsgemäße Inkubatoren dienen der Aufbewahrung, der Anzucht und dem Wachstum von biologischem Material, wie beispielsweise nicht-menschliche Organismen, Organe, Gewebe und Zellen, welche in einer CO2-angereicherten Atmosphäre überlebensfähig sind bzw. physiologische Bedingungen vorfinden. Unter einer CO2-angereicherten Atmosphäre ist dabei eine Atmosphäre mit einer CO2-Konzentration, welche über jener der Umgebungsluft liegt, zu verstehen. Für die meisten tierischen und menschlichen Zellen und Gewebe liegt die physiologische CO2-Konzentration bei etwa 5 Vol. %.
Grundsätzlich stellt jede Exposition von biologischem Material, welches eine CO2- angereicherte Atmosphäre benötigt, mit Umgebungsluft eine Gefahr für das biologische Material dar. Der Abfall der CO2-Konzentration im biologischem Material und der Anstieg des pH-Wertes (Alkalose) führt zu einer schweren Beeinträchtigung der zellulären Funktionen, welche für das Überleben des biologischen Materials benötigt werden.
Es sind bereits autonome Inkubatoren bekannt, welche zur Konstanthaltung der CO2- Konzentration unter Druck stehende voluminöse CO2-Flaschen aufweisen. Die CO2-Zufuhr wird über ein CO2-Sensor-gesteuertes Ventil derart geregelt, dass die CO2-Konzentratϊon im Innenraum des Inkubators konstant bleibt.
Problematisch ist daran, dass die großen und schweren Flaschen das Gewicht der Inkubatoren erhöhen. Weiters sind in vielen Transportsystemen, wie beispielsweise Flugzeugen, unter Druck stehende Gasflaschen untersagt.
Aufgabe der Erfindung ist es einen gattungsgemäßen Inkubator zu schaffen, bei welchem die Probleme des Standes der Technik vermieden werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der autonome Inkubator einen CO2-Generator umfasst. Unter einem CO2-Generator ist erfindungsgemäß eine Einrichtung zu verstehen, welche gasförmiges CO2 erzeugt. Meist ist die Erzeugung des gasförmigen Kohlendioxids mit einem Phasenübergang verbunden, beispielsweise dann, wenn das CO2 durch Zusammenführung mehrerer Flüssigkeiten erzeugt wird. Erfindungsgemäß stellt eine CO2-Flasche keinen CO2- Generator dar, da in dieser das CO2 bereits in chemischer reiner Form vorliegt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung einen CO2-Sensor, vorzugsweise einen lnfrarot-CO2-Sensor, umfasst. Derartige Sensoren gestatten eine genaue Bestimmung der momentanen CO2-Konzentration in der Atmosphäre der Innenkammer des Inkubators und somit eine sichere Regelung der CO2-Konzentration auf den gewünschten Wert. Der CO2-Generator wird beispielsweise aktiviert, wenn die CO2-Konzentration in der Innenkammer des Inkubators unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Vorzugsweise wird dieser Mechanismus deaktiviert, sobald der Inkubator geöffnet wird. Dies kann beispielsweise über einen Türverschlusssensor erfasst werden.
Die Erfindung betrifft weiters einen Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere einen Inkubator der vorgenannten Art.
Erfindungsgemäß ist bei dieser Variante vorgesehen, den Inkubator durch einen CO2- Generator mit wenigstens zwei voneinander abtrennbaren Bereichen, wobei in die abtrennbaren Bereiche jeweils wenigstens eine Substanz zur Erzeugung von CO2 einbringbar ist, zu verbessern.
Eine derartige Trennung der Substanzen hat den Vorteil, dass durch das Einbringen der Substanzen in getrennten Bereichen die Substanzen leichter austauschbar und im Ruhezustand länger lagerbar sind.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass die abtrennbaren Bereiche relativ zueinander bewegbar angeordnet sind. Dadurch ist bspw. ein platzsparendes Aufstellen oder ein einfacherer Transport möglich.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die einbringbaren Substanzen durch Bewegung zumindest eines Bereichs, vorzugsweise durch Heben, relativ zum anderen Bereich zusammenführbar sind. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass die Aktivierung des CO2-Generators besser sichtbar ist, da beim Betrieb des CO2-Generators die relative Stellung der beiden Bereiche zueinander anders ist als im ausgeschaltenen Zustand.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass einer der zumindest zwei abtrennbaren Bereiche der Reaktionsbereich zur Erzeugung von CO2 ist. Eine solche Ausführung ist platzsparender als die Zusammenführung der beiden Substanzen in einem dritten Bereich.
Günstig hat es sich außerdem herausgestellt, wenn die abtrennbaren Bereiche nur über genau eine Verbindung, vorzugsweise über einen Schlauch, verbindbar sind. In dieser Ausführungsvariante ist es bspw. möglich, dass die Substanz aus dem bewegten Bereich in den Reaktionsraum durch die Schwerkraft gesteuert fließt.
In einer günstigen Ausführungsvariante ist außerdem vorgesehen, dass die beiden Bereiche (6, 7) und die genau eine Verbindung gasdicht ausgeführt sind, sodass die eine, vorzugsweise flüssige, Substanz aus dem bewegbaren Bereich in den Reaktionsbereich einbringbar ist, wenn der Gasdruck P 1 im Reaktionsbereich höchstens der Summe aus Gasdruck P2 und der hydrostatischen Druckdifferenz im bewegbaren Bereich entspricht. In diesem Fall ist es möglich, die Reaktion so zu steuern, dass die Reaktanden nur dann zusammenfließen, wenn der durch die CO2-Produktion aufgebaute Überdruck im Reaktionsbereich, beispielsweise durch Umströmen in den Inkubationsbereich, abgebaut wurde.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, dass die Innenkammer des Inkubators in Verbindung mit wenigstens einem Bereich, vorzugsweise dem Reaktionsbereich, steht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass in der Innenkammer ein CO2-Sensor in Verbindung mit einer Steuer- bzw. Regeleinheit steht, wobei der CO2-Sensor den CO2- Gehalt in der Innenkammer misst und wobei die Steuereinheit mittels eines Ventils die Gaszufuhr aus dem Reaktionsbereich regelt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Inkubator für biologisches Material zur
Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer
Innenkammer des Inkubators, wobei der Inkubator einen CO2-Generator umfasst, insbesondere der vorgenannten Art, und wobei der Inkubator eine Steuer- bzw. Reglereinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der CO2-Konzentration in der wenigstens einen Innenkammer aufweist.
Erfindungsgemäß ist bei dieser Variante der Erfindung vorgesehen, dass der CO2-Generator und/oder die Steuer- bzw. Regeleinrichtung im bzw. am Inkubator lösbar befestigt sind.
Sowohl bei Inkubatoren nach den beiden ersten Varianten der Erfindung, als auch bei Inkubatoren nach dieser Variante der Erfindung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Inkubator einen CO2-Sensor aufweist und dass die Signale des CO2-Sensors wenigstens der Steuer- bzw. Reglereinrichtung zuführbar sind.
Bei Inkubatoren dieser Variante der Erfindung ist es insbesondere vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, dass im Inkubator ein CO2-Sensor lösbar im bzw. am Inkubator befestigt ist und dass die Signale des CO2-Sensors wenigstens der Steuer- bzw. Regeleinrichtung zuführbar sind. Dies gestattet den Einsatz von weniger robusten CO2-Sensoren, die vor einem Autoklavieren des Inkubators aus dem Inkubator entfernt werden können.
So sind Inkubatoren nach der zweiten Variante der Erfindung dann besonders vorteilhaft, wenn der Inkubator bei herausgenommenem CO2-Generator und/oder herausgenommener Steuer- bzw. Regeleinrichtung und/oder herausgenommenem CO2-Sensor autoklavierbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiters einen Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere einen Inkubator der vorgenannten Art.
Um für das biologische Material natürliche Bedingungen aufrecht zu erhalten, muss die Temperatur in der Innenkammer des Inkubators auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden. Beim Stand der Technik sind hierfür elektrische Heizvorrichtungen bekannt, die zu diesem Zweck allerdings an eine externe Stromversorgung anzuschließen sind und so die Transportfähigkeit des Inkubators herabsetzen bzw. einen Transport unmöglich machen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Inkubator einen CO2- Generator umfasst, wobei im CO2-Generator zur Erzeugung des CO2 wenigstens zwei Substanzen zusammenführbar sind, wobei wenigstens eine der wenigstens zwei Substanzen eine Flüssigkeit ist und dass die wenigstens eine Flüssigkeit ein Wärmereservoir für die wenigstens eine Innenkammer des Inkubators bildet. Obwohl die erfindungsgemäße Maßnahme nicht auf spezielle Flüssigkeiten beschränkt ist, eignen sich doch Flüssigkeiten mit hoher Wärmekapazität besonders gut.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im CO2- Generator zur Erzeugung des CO2 wenigstens zwei Flüssigkeiten zusammenführbar sind und dass wenigstens eine der beiden Flüssigkeiten ein Wärmereservoir für die wenigstens eine Innenkammer des Inkubators bildet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die als Wärmereservoir vorgesehene Flüssigkeit Wasser oder eine wässrige Lösung ist, da sich Wasser durch eine hohe Wärmekapazität auszeichnet. Wird das CO2 durch eine Reaktion erzeugt, bei der Wasserdampf entsteht, bringt dies außerdem den Vorteil mit sich, dass der Wasserdampf zur Schaffung und Aufrechterhaltung der gewünschten Luftfeuchtigkeit in der Innenkammer des Inkubators eingesetzt werden kann.
Hierfür kann, bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Innenkammer wenigstens eine mit dem Wärmereservoir in kommunizierender Verbindung stehende Öffnung aufweist.
Durch die kommunizierende Verbindung kann der bei der chemischen Reaktion freigesetzte Dampf, insbesondere Wasserdampf, die Luft in der Innenkammer des Inkubators befeuchten. Weiters dient der in die Innenkammer des Inkubators eingeleitete Dampf dem konvektiven Wärmetransport vom Wärmereservoir in die Innenkammer des Inkubators.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Innenkammer wenigstens zwei Öffnungen aufweist und dass die wenigstens zwei Öffnungen getrennt voneinander mit dem Wärmereservoir in kommunizierender Verbindung stehen. Dies gestattet die Schaffung eines Umluftsystems durch das die Innenkammer des Inkubators mit dem bei der chemischen Reaktion erzeugten CO2 sowie gegebenenfalls dem ebenfalls entstehenden Dampf, insbesondere Wasserdampf, versorgt wird.
Zur Schaffung einer forcierten Konvektion kann vorgesehen sein, dass der Inkubator eine
Ventilations- bzw. Pumpeinrichtung zum Ventilieren der Verbindung(en) bzw. zum Erzeugen einer Strömung zwischen der wenigstens einen Innenkammer und dem Wärmereservoir aufweist. In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Ventilations- bzw. Pumpeinrichtung einen vorzugsweise elektrisch angetriebenen Ventilator bzw. eine vorzugsweise elektrisch angetriebene Pumpe umfasst.
Zusätzlich oder alternativ zum konvektiven Wärmetransport vom Wärmereservoir zur Innenkammer des Inkubators kann vorgesehen sein, dass das Wärmereservoir die wenigstens eine Innenkammer wärmeleitend kontaktiert, vorzugsweise über wenigstens eine gemeinsame wärmeleitende Wand.
Die Flüssigkeiten, welche beim Mischen eine genau bekannte Menge an CO2 freisetzen, können leicht in eigenen Behältern im Inkubator mitgeführt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, wenigstens eine der Flüssigkeiten in einer als Hohlwand ausgebildeten Wand des Inkubators anzuordnen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiters einen autonomen Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere nach der vorgenannten Art, wobei die Innenkammer von außen durch eine Türe zugänglich ist und wobei die Atmosphäre in der Innenkammer durch eine Ventilationseinrichtung mit der Atmosphäre außerhalb des Inkubators austauschbar ist.
Es sind bereits gattungsgemäße Inkubatoren bekannt, bei denen keine Regelung der CO2- Konzentration erfolgt, sondern der wenigstens einen Innenkammer des Inkubators eine wohldefinierte vorgewählte CO2-Menge zugeführt wird. Dies kann beispielsweise, wie in der US 3,660,242 gezeigt, in Form einer wasserlöslichen Tablette erfolgen, welche bei Kontakt mit Wasser CO2 freisetzt.
Derartige Inkubatoren haben das Problem, dass die vorgewählte CO2-Menge zur Schaffung der gewünschten C02-Atmosphäre auf das Volumen der Innenkammer abgestimmt ist und das Öffnen der die Innenkammer abschließenden Türe zu einer nicht vorhersagbaren Schwankung der C02-Konzentration im Inkubator führt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Inkubator eine Einrichtung zur Erfassung der Türstellung aufweist und dass die Ventilationseinrichtung derart in Abhängigkeit von der Einrichtung zur Erfassung der Türstellung steuerbar ist, dass ein Öffnen der Türe die Ventilationseinrichtung auslöst. Der vollständige Austausch der Innenluft des Inkubators mit Umgebungsluft mit nachfolgender Neufüllung mit der wohldefinierten vorgewählten CO2-Menge führt dazu, dass die CO2-Konzentration auf dem gewünschten Wert bleibt.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ventilationseinrichtung einen vorzugsweise elektrisch angetriebenen Ventilator umfasst. Derartige Ventilatoren sind zu geringen Kosten erhältlich und benötigen wenig Platz.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventilationseinrichtung durch einen Schalter aktivierbar ist und dass ein Öffnen der Türe den Schalter aktiviert. Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Grundgedankens dar. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Schalter zur Aktivierung der Ventilationseinrichtung ein mechanischer Schalter, vorzugsweise ein Druckschalter, ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere einen Inkubator der vorgenannten Art, mit einem Umwälzkreislauf zum Umwälzen des Gases in der wenigstens einen Innenkammer, wobei in den Umwälzkreislauf eine mit einem Desinfektionsmittel versehene Flüssigkeit zur Desinfektion des umgewälzten Gases eingebunden ist.
Dies gestattet die fortlaufende Reinigung des Gases. Unerwünschte Mikroorganismen, beispielsweise Sporen, welche vom Gas in die Flüssigkeit transportiert werden, bleiben in der Flüssigkeit gefangen und werden vom Desinfektionsmittel unschädlich gemacht. Durch die wiederholte Reinigung des Gases kann die Konzentration von unerwünschten Mikroorganismen auf ein unkritisches Maß gesenkt werden.
Es kann zur verbesserten Einbringung des Gases vorgesehen sein, dass das Gas von der Innenkammer über einen in die Flüssigkeit reichenden Gang in die Flüssigkeit gelangt.
Zur Unterstützung der Gaszirkulation kann weiters vorgesehen sein, dass im bzw. am Gang eine Pumpeinrichtung angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn vorgesehen ist, dass die mit dem Desinfektionsmittel versehene Flüssigkeit ein Wärmereservoir für die Innenkammer des Inkubators bildet. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der autonome Inkubator einen C02-Generator umfasst. Dies hat den Vorteil, dass die gewünschte CO2-Konzentration für längere Zeit aufrecht erhalten werden kann, als wenn die benötigte Menge in Form eines CO2-Speichers mitgeführt werden muss. Dies gilt gleichermaßen für Inkubatoren mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der CO2- Konzentration wie für Inkubatoren ohne Regeleinrichtung, bei denen eine wohldefinierte CO2-Menge zugeführt wird.
Günstig ist es, wenn die Flüssigkeit, die das Desinfektionsmittel enthält, wenigstens eine Substanz zur CO2-Erzeugung im CO2-Generator ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Inkubator einen, vorzugsweise wiederaufladbaren, Stromspeicher oder Spannungsquelle, z.B. einen Akku, umfasst. Dadurch wird eine größere Autonomie des Inkubators erreicht. Zusätzlich oder alternativ könnte vorgesehen sein, dass der Inkubator einen Anschluss für eine externe Stromversorgung, beispielsweise über das allgemeine Stromnetz oder den Zigarettenanzünder eines Autos, aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass am Inkubator wenigstens ein Tragegriff angeordnet ist. Im Gegensatz zu den meisten vorbekannten Inkubatoren zeichnet sich der erfindungsgemäße Inkubator durch seine manuelle Tragbarkeit aus. Beispielsweise kann die Masse eines erfindungsgemäßen Inkubators kleiner als 20 kg sein. Deshalb ist des weiteren vorgesehen, dass der Inkubator autonom betreibbar ist.
Zur Schaffung und Aufrechterhaltung einer optimalen Temperatur für das biologische Material kann bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Inkubator eine Heizeinrichtung umfasst.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim erfindungsgemäßen Inkubator in der wenigstens einen Innenkammer wenigstens ein Behälter für biologisches Material lösbar befestigbar ist. Dadurch kann der Behälter zum Autoklavieren aus dem Inkubator entfernt werden. Ist ein CO2-Generator vorgesehen, kann auch dieser zum Autoklavieren aus dem Inkubator entfernt werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im CO2- Generator zur Erzeugung des CO2 wenigstens zwei Substanzen miteinander zusammenführbar sind. Substanzen, vorzugsweise Flüssigkeiten, die beim Mischen eine genau bekannte Menge an CO2, vorzugsweise mit einer bekannten Rate, freisetzen, können leicht in eigenen Behältern im Inkubator mitgeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung ergibt sich dadurch, dass wenigstens eine der Substanzen ein Bicarbonat ist und wenigstens eine der Substanzen eine Säure ist und CO2 entsprechend der Reaktionsgleichung HCO3 " + H+ → CO2 + H2O erzeugbar ist. Insbesondere ist es dann günstig, wenn das Bicarbonat von einem Salz, vorzugsweise aus der Gruppe NaHCO3, Ca(HCO3)2> Mg(HCO3)2, KHCO3, LiHCO3, Be(HCO3)2, stammt. Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich auch andere Bicarbonate denkbar.
Alternativ zur Verwendung von Bicarbonat wäre auch im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens eine der Substanzen ein Carbonat ist und wenigstens eine der Substanzen eine Säure ist und CO2 entsprechend der Reaktionsgleichung CO3 2" + 2H+ → CO2 + H2O erzeugbar ist. In diesem Fall ist es besonders günstig, wenn das Carbonat von einem Salz stammt, vorzugsweise aus der Gruppe Na2CO3, K2CO3, Li2CO3ι CaCO3, MgCO3, BeCO3.
Neben den genannten Carbonaten oder Bicarbonaten wäre im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, andere CO2-freisetzende Substanzen für den CO2-Generator zu verwenden. Bicarbonate sind deshalb besonders günstig, da sie wasserlöslich sind, während Carbonate meist schlechter löslich sind und daher in fester Form, bspw. als Pulver, einsetzbar sind. In so einem Fall ist es auch denkbar, andere CO2-liefernde Substanzen einzusetzen. Entsprechend der zuvor genannten Reaktionsgleichungen ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Substanz eine Säure, vorzugsweise eine wässrige Lösung von Salzsäure (HCI) oder Zitronensäure, ist, wobei Salzsäure oder Zitronensäure besonders leicht zu handhaben sind. Es ist selbstverständlich auch möglich, andere anorganische oder organische Säuren zu verwenden.
Die chemische Reaktion im CO2-Generator ist dann besonders gut steuerbar, wenn wenigstens eine der wenigstens zwei Substanzen eine Flüssigkeit, vorzugsweise eine wässrige Lösung, ist. Durch das Zutropfen einer wässrigen Lösung, bspw. eines Bicarbonats in bspw. eine wässrige Lösung der Säure, lässt sich die Reaktion besonders gut steuern. Selbstverständlich ist auch das Zuführen eines Festkörpers in eine Flüssigkeit oder einer Flüssigkeit zu einem Festkörper im Rahmen der Erfindung denkbar. Die entsprechende Ausgestaltung kann in bekannter Weise der zugrunde liegenden Reaktion erfolgen.
Zum Zusammenführen der zur Erzeugung des CO2 vorgesehenen Flüssigkeiten kann bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, die wenigstens eine Flüssigkeit über eine Pumpe in die wenigstens eine andere der wenigstens zwei Substanzen pumpbar ist. Alternativ könnte vorgesehen sein, dass wenigstens eine der wenigstens zwei Flüssigkeiten über einer anderen der wenigstens zwei Flüssigkeiten angeordnet ist und das Zusammenführen der das CO2 erzeugenden Flüssigkeiten durch die Schwerkraft erfolgt.
Vorteilhaft kann weiters vorgesehen sein, dass der Inkubator eine Dosiervorrichtung umfasst, welche eine der wenigstens zwei Substanzen in eine darunter angeordnete zweite Substanz abgibt. Die Dosiervorrichtung erlaubt eine genaue Dosierung des beim Mischen entstehenden Kohlendioxids und damit eine genauere Einstellung der CO2-Konzentration im Inkubator. Eine besonders genaue Feindosierung des beim Mischen entstehenden Kohlendioxids ergibt sich, wenn vorgesehen ist, dass durch die Dosiervorrichtung die wenigstens eine Flüssigkeit mit einer vorgewählten Rate tröpfchenweise in die darunter angeordnete zweite Substanz abgebbar ist.
Vorteilhaft kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der Inkubator einen Mischsprühknopf umfasst, durch den die wenigstens zwei Flüssigkeiten als Aerosol versprühbar sind. Durch das Versprühen als Aerosol wird einerseits eine bessere Mischung der Flüssigkeiten erreicht und andererseits die gleichmäßige Verteilung des Kohlendioxids im Inkubator bewirkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der wenigstens zwei Substanzen in fester Form, vorzugsweise in Form von Tabletten, vorzugsweise in Form von CO2-freisetzenden Tabletten, vorliegt. Zur Erzeugung des CO2 werden die Tabletten mit der Flüssigkeit in Verbindung gebracht bzw. in dieser aufgelöst.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Inkubator eine Vorrichtung zur Abgabe von CO2-freisetzenden Tabletten (Tablettenspender) umfasst. Dies gestattet die Versorgung mit Kohlendioxid über einen längeren Zeitraum hinweg, ohne dass dabei der Inkubator geöffnet werden muss. Eine besonders einfache Bedienung des Tablettenspenders ergibt sich, wenn vorgesehen ist, dass das Schließen des Inkubators den Tablettenspender betätigt.
Um bei Inkubatoren mit CO2-freisetzenden Tabletten eine zu schnelle Zersetzung in der feuchten Atmosphäre zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass die abgegebenen Tabletten von einer zersetzungsverzögernden Schicht umhüllt sind. Beispielsweise kann es sich bei der zersetzungsverzögernden Schicht um Silikongel handeln.
Als besonders günstig hat es sich bei einem Einsatz einer Substanz in flüssiger Form herausgestellt, wenn sich in der wenigstens einen Flüssigkeit ein Desinfektionsmittel befindet. Die unerwünschte Bildung von Bakterien oder anderen Organismen wird dadurch verringert.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass im CO2-Generator zur Erzeugung des CO2 wenigstens zwei Substanzen zusammenführbar sind und dass wenigstens eine der Substanzen als Flüssigkeit vorliegt, vorzugsweise als wässrige Lösung, und ein Wärmereservoir für die wenigstens eine Innenkammer des Inkubators bildet. Man kann so den Inkubator noch kompakter und leichter bauen, da das zusätzliche Wärmereservoir wegfällt.
Zur Speicherung der für die Schaffung und/oder Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in der Innenkammer des Inkubators benötigten Wärmemenge kann die das Wärmereservoir bildende Flüssigkeit vor der Lagerung des biologischen Materials durch eine externe Heizvorrichtung auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Inkubator eine - vorzugsweise regelbare - Heizvorrichtung zum Heizen des Wärmereservoirs aufweist. Dadurch wird der Ersatz von dem Wärmereservoir entnommener Wärme auch während des Transports des Inkubators möglich.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Heizvorrichtung ein elektrisches Heizelement umfasst, oder dass die Heizvorrichtung einen in die das Wärmereservoir bildende(n) Flüssigkeit(en) eingetauchten Tauchsieder umfasst.
Weiters kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Inkubator einen Rührer zum Umrühren wenigstens der das Wärmereservoir bildenden Flüssigkeit aufweist. Dadurch wird eine homogene Erwärmung der Flüssigkeit gewährleistet. Zur genaueren Einstellung der CO2-Konzentration in der Innenkammer kann vorgesehen sein, dass der Inkubator eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der CO2-Konzentration in der wenigstens einen Innenkammer aufweist.
Zum Regeln der Heizvorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Inkubator wenigstens einen Temperatursensor zum Regeln der Heizvorrichtung aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Innenkammer des Inkubators mit einer Aufnahmevorrichtung für eine C02-Patrone in
Verbindung steht. Vorzugsweise handelt es sich dabei um handelsübliche CO2-
Kleinpatronen, wie sie beispielsweise für Sodaflaschen eingesetzt werden können. Durch die
Verwendung handelsüblicher Haushaltspatronen kann das Mitführen von schweren und unhandlichen Druckflaschen entfallen.
Weitere Vorteile an den Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden
Figuren bzw. Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 eine Detailansicht des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 eine Detailansicht zu einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Inkubators,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators,
Fig. 6 eine Vorderansicht des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispieles,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators,
Fig. 8 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators,
Fig. 9 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators und FFiigg.. 1100 eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators, Fig. 11 eine schematische vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Inkubators, Fig. 12 eine schematische Ansicht des in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispieles in Betriebsposition.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators 1 , wobei am Gehäuse 102, welches beispielsweise aus Leichtmetall besteht, ein Tragegriff 10 zum Tragen des Inkubators 1 sowie ein Display 104, beispielsweise eine LED-Anzeige, als Steuerungsanzeige angeordnet sind. Ein vorzugsweise aus Edelmetall bestehender, zum Autoklavieren entfernbarer Innenbehälter 105 kann durch eine durchsichtige Innentür 12 dicht verschlossen werden. Innenbehälter 105 und Innentür 12 definieren die Innenkammer 8 des Inkubators 1 (Inkubationsraum), in welcher das zu inkubierende Material auf flexiblen Fächern 107 aufbewahrt wird. Die Innenkammer 8 enthält den steuerbaren, entnehmbaren CO2-Generator 2 sowie einen Ventilator 109. Die Temperatur in der Innenkammer wird durch eine steuerbare Heizplatte 110 konstant gehalten. Um Wärmeverluste zu minimieren, ist die Innenkammer auf allen Seiten von einer Wärmedämmung 111 umgeben. An der Vorderseite stellt eine Außentür 13 die Wärmedämmung dar. Ist die Außentür 13 geöffnet, wird durch einen mechanischen Sensor 113 oder Schalter die CO2-Steuerung vorübergehend deaktiviert. Die Stromversorgung 11 für die Heizplatte 110 und den CO2-Generator 2 erfolgt entweder über einen aufladbaren Akku 14 oder durch eine externe Stromversorgung 16. Für den Autotransport ist der Anschluss an den Zigarettenanzünder 15 eines Autos möglich. Die Heizplatte 110 und der CO2-Generator 2 werden von der elektronischen Regeleinrichtung 117 reguliert. Dieses Ausführungsbeispiel stellt einen portablen CO2-Flaschen-autonomen Inkubator 1 dar.
Fig. 2 zeigt den CO2-Generator 2, welcher über eine Steckverbindung 118 beispielsweise an der Hinterwand des Innenbehälters 119 mit der elektronischen Regeleinrichtung 117 verbunden ist. Alle Elemente des CO2-Generators 2 sind auf einer als Ganzes entnehmbaren, zur Innenkammer 8 hin luftdurchlässigen Halteplatte 120 angebracht. Zum CO2-Generator 2 gehören ein entnehmbares Becken 6, gefüllt mit einer ersten Substanz 4 z.B. in Form einer wässrigen Lösung oder einem Pulver, welches beispielsweise ein Bikarbonat (HCO3 ") Salz enthält. Weiters umfasst der CO2-Generator 2 einen entnehmbaren Behälter 7, welcher mit zweiten Substanz 5, enthaltend z.B. eine saure Lösung, gefüllt ist. Dieser Behälter 7 ist über eine Steckverbindung 125 mit einem elastischen Schlauch 126 verbunden, welcher durch ein Ventil, beispielsweise ein Magnetventil 127, komprimierbar ist. Alternativ können die Flüssigkeiten auch in zwei nebeneinander angeordneten Behältern angeordnet sein, welche über eine Pumpe, vorzugsweise Dosierpumpe, miteinander verbunden sind. Dadurch steuert die elektronische Regeleinrichtung 117 über das Magnetventil 127 die Zufuhr von Säure 5 zur Base 4 und somit die CO2-Produktion. Diese Anordnung kann selbstverständlich auch umgekehrt erfolgen, d.h. die Base 4 wird der Säure 5 zugeführt. Gleichzeitig wird bei dieser Reaktion H2O gebildet, sodass damit auch der Gehalt an H2O-Dampf in der Innenkammer erhöht wird. Die elektronische Regeleinrichtung 117 erhält über einen CO2-Sensor 3 Messdaten über die momentane CO2-Konzentration in der Innenkammer.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators 1 , bei dem anstelle des in Fig. 2 gezeigten Säurebehälters 7 ein Tablettenspender 129 vorgesehen ist. Dieser enthält CO2-Tabletten 130, die durch einen analog zum Magnetventil 127 gesteuerten Tablettenwerfer 131 in ein Wasserbecken 132 entleert werden.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators 1 , bei welchem die CO2-Produktion analog zu dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt. Es wird jedoch das Auswerfen der CO2-Tablette 130 nicht über den CO2-Sensor 3, sondern über das Öffnen und Schließen der Innentüre 12 des Inkubators 1 gesteuert, wobei der Tablettenwerfer 131 an der Innenseite der Innentür 12 befestigt ist. Der Tablettenspender 129 befindet sich an der Seitenwand des Innenbehälters 105. Ein Ventilator 109 bläst zwischen zwei Türöffnungen das CO2 aus der Innenkammer 8 des Inkubators 1.
Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Inkubators. Die Innenkammer 8 des Inkubators 1 zur Aufnahme des biologischen Materials wird durch eine Doppeltür, welche aus einer inneren durchsichtigen
Tür 12 und einer äußeren thermoisolierten Tür 13 besteht, verschlossen. Eine der beiden
Türen 12, 13 ist über eine in Fig. 5 nicht dargestellte Verriegelungsvorrichtung verriegelbar, wobei die Verriegelungsvorrichtung durch Eingabe eines Zahlencodes am Tastenfeld 218 offenbar ist. Ein elektrischer oder mechanischer Sensor 222 misst zur Steuerung anderer
Komponenten, wie zum Beispiel einer Ventilationsvorrichtung für das Umluftsystem, den
Offen- bzw. Geschlossenzustand der inneren Tür 12. Zum Zweck der Dampf(druck)- sterilisation wird bei offenen Türen 12, 13 die Vorderseite des Inkubators durch eine (in
Fig. 6 dargestellte) Platte 219, die entweder nur eine zentrale Öffnung 220 oder zusätzlich ein Druckventil 221 enthält, verschlossen. Der Inkubator wird nach außen hin durch eine thermische Isolatorhülle 215 abgegrenzt. Der CO2-Generator umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Flüssigkeiten 4, 5, wobei die eine der beiden Flüssigkeiten 5 in einem Behälter 7 über der anderen der beiden Flüssigkeiten 4 angeordnet ist. Über eine in diesem Ausführungsbeispiel ein Magnetventil 210 umfassende Dosiervorrichtung kann die obere Flüssigkeit 5 tröpfchenweise in die untere Flüssigkeit 4 abgegeben werden. Das durch die chemische Reaktion der beiden Flüssigkeiten 4, 5 entstehende CO2 sowie ein allfällig entstehender Dampf, insbesondere Wasserdampf, kann über die dargestellten Verbindungsgänge 225, 226, welche über die Öffnungen 202 mit der Innenkammer 8 des Inkubators 1 kommunizieren, der Innenkammer 8 zugeführt werden. Dies stellt ein Umluftsystem dar, wobei die durch natürliche Konvektion entstehende Gasströmung durch die mit dem Bezugszeichen 227 versehene Ventilationseinrichtung verstärkt werden kann. Die Temperatur des Gases bzw. der Gasmischung im Gang 225 kann über einen Temperatursensor 206 erfasst und der Steuerbzw. Regeleinrichtung 9 zugeführt werden. In gleicher Weise kann die CO2-Konzentration im Gang 225 durch einen CO2-Sensor 3 erfasst und der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 zugeführt werden.
Die Stromversorgung 11 kann in diesem Ausführungsbeispiel durch die elektrische Spannungsquelle 11 , beispielsweise in der Form eines Akku 14 erfolgen, wobei die zu den einzelnen Komponenten führenden Stromleitungen der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Über einen Griff 10 kann der Inkubator 1 manuell getragen werden.
Die Flüssigkeit 4 kann über einen Rührer 207 umgerührt werden. Zur Erfassung der Temperatur der Flüssigkeit 4 ist ein in diese Flüssigkeit eingetauchter Temperatursensor 206 vorgesehen, dessen Signale wenigstens der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 zuführbar sind. Ein von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 Steuer- bzw. regelbarer Tauchsieder (Bezugszeichen 205) ersetzt die dem durch die Flüssigkeit 4 gebildeten Wärmereservoir entnommene Wärme.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Vorderansicht des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels, wobei insbesondere die äußere Tür 13, die innere Tür 12, das Tastenfeld 218, der elektrische bzw. mechanische Sensor 222 und die wahlweise anbringbare Platte 219 erkennbar sind. Fig. 7 zeigt den in den Figuren 5 und 6 dargestellten Inkubator, vwobei zur Dampf(druck)sterilisation der Innenkammer 8 alle temperaturempfindlichen Komponenten, insbesondere die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9, die Spannungsquelle 11 , die--; diversen Sensoren sowie der CO2-Generator entfernt wurden. An die Stelle der Flüssigkeit 4 wurde Wasser 228 gebracht, welches über den Tauchsieder 205 zum Sieden gebrac-ht werden kann. Die durch die Entfernung der empfindlichen Komponenten entstehenden Lücken sind durch Deckel 229 verschlossen worden. Bei offenen Türen 12, 13 wurde die Vorderseite des Inkubators durch die Platte 219 verschlossen. Über die zentrale Öffnung 220 bzw. das Druckventil 221 kann bei der Sterilisation unter Druck stehender Dampf aus dem I nnenraum des Inkubators entweichen.
Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines e rfindungs- gemäßen Inkubators, welches sich durch eine modulare Bauweise auszeichnet. Die beiden Flüssigkeiten 4, 5 werden in von der Innenkammer 8 des Inkubators 1 getrennten Behältern aufbewahrt. Über Schläuche 230 wird in diesem Ausführungsbeispiel das erzeugte CO2 sowie der allfällig erzeugte Dampf der Innenkammer 8 des Inkubators 1 zugefüPirt. Die in diesem Ausführungsbeispiel das Wärmereservoir bildende Flüssigkeit 4 kann dabei durch in Fig. 8 nicht dargestellte Heizvorrichtungen erwärmt werden. Zusätzlich Heizvorrichtungen 205 dienen der Temperierung der Innenkammer 8 des Inkubators 1.
Fig. 9 zeigt in schematischer Weise den Wärmefluss bei dem in den Fig . 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel des Inkubators. Dabei bezeichnen die mit dem Bezugszeichen 223 versehenen Pfeile Wärmetransport durch Wärmeleitung (Iconduktiv), während die mit dem Bezugszeichen 224 versehenen Pfeile Wärmetransp ort durch Konvektion bezeichnen.
Erkennbar ist, dass die Erwärmung der Innenkammer 8 sowohl durch Konvektion über das zugeführte Gas als auch durch direkten Kontakt konduktiv erfolgt. Im Gegensatz dazu erfolgt der Wärmetransport bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel überwiegend konvektiv über das durch die Schläuche 230 zugeführte Gas.
Bei einer besonders bevorzugten, weil effizienten und energiesparenden Betriebsweise des erfindungsgemäßen Inkubators 1 erfolgt die Wärmeerhaltung während des Transport des Inkubators 1 im Batterie- bzw. Akkubetrieb. Vorzugsweise bilden beide Flüssigkeiten 4, 5 das Wärmereservoir. Dabei wird der eine Teil des Wärmereservoirs durch Erhiitzen der Flüssigkeit 5 auf eine höhere Temperatur von über 37°C vor dem Transport, beispielsweise durch eine eingebaute Heizvorrichtung 205, mit Wärme aufgefüllt. Die Temperatur des zweiten Teils des Wärmereservoirs, nämlich der Flüssigkeit 4, welche mit der Innenkammer 8 zur Gaszufuhr bzw. zum Gasaustausch in kommunizierender Verbindung steht, darf hingegen 37° C nicht übersteigen und wird vorzugsweise vor dem Transport auf diesen Wert gebracht.
Durch die höhere Temperatur, beispielsweise 45°C, der Flüssigkeit 5, ist in dieser Flüssigkeit 5 eine größere spezifische Wärmemenge gespeichert als dies bei 37°C der Fall wäre. Die Wärme wird nur langsam konduktiv an das der Innenkammer 8 zugeführte Gas abgegeben, sodass es in der Innenkammer 8 zu keinem Anstieg der Temperatur auf über 37°C kommt.
Sollte der Wärmetransfer in die Innenkammer 8 des Inkubators 1 den gesamten Wärmefluss der nach außen (Umwelt) übersteigen, sodass die Temperatur in der Innenkammer 8 des Inkubators 1 ansteigt, was von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 9 registriert wird, so kann über eine schematisch dargestellte Vorrichtung 231 der Deckel 230 der thermischen Isolatorhülle 215 geöffnet werden, wodurch die Temperatur in die Innenkammer 8 des Inkubators 1 abfällt. Sinkt die Temperatur in der Innenkammer 8 unter einen vorgegebenen Wert (zum Beispiel 37°C) wird die interne Heizvorrichtung 205 aktiviert.
Es könnte alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, den Teil des Wärmereservoirs, dessen Temperatur größer als 37°C ist, in Form eines beliebigen wärmespeichernden Materials, zum Beispiel Heizpads, auszubilden.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Pumpe 232 wälzt das in der Innenkammer 8 befindliche Gas um, wobei Gas aus der Innenkammer 8 über den Gang 226 in die Flüssigkeit 4 gelangt. Die Flüssigkeit 4 ist zur Reinigung des Gases mit einem Desinfektionsmittel versetzt. Das desinfizierte Gas gelangt über den Gang 225 wieder zur Innenkammer 8. Dieser Vorgang wird laufend wiederholt.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in stark vereinfachter Form. Der Übersichtlichkeit halber wurden mögliche Elemente wie eine Stromversorgung 11 oder bestimmte Bedien- oder Heizelemente nicht gezeigt. Der Inkubator 1 in Fig. 11 weist eine Inkubationsbereich 8 bzw. Innenkammer 8 auf. In die Innenkammer 8 reicht ein CO2- Sensor 3, der mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit 9 verbunden ist. Der CO2-Sensor 3 misst die CO2-Konzentration im Inkubationsraum 8 und steht in Verbindung mit dem Regelventil 306, das die Verbindung, beispielsweise über einen Schlauch 317, von Inkubationsraum 8 und Reaktionsraum 6 steuert. Der CO2-Generator 2 ist im Wesentlichen in zwei Bereiche unterteilt, und zwar in einen ersten Bereich 7, in dem die erste Substanz 5 eingebracht ist, und in einen zweiten Bereich 6, in dem die zweite Substanz 4 eingebracht ist. Die Verbindung der beiden Bereiche 5 und 6 erfolgt beispielsweise über einen Schlauch oder eine flexible Rohrverbindung 312. Beide Bereiche 6 und 7 können Einlassstutzen 314 und 309 aufweisen, durch die die Substanzen 5 und 4 einbringbar sind. Diese Einfüllstutzen 309, 314 können auch zum Spülen der Bereiche 6, 7 genutzt werden. Im unbewegten Bereich 6 ist des Weiteren ein Auslassstutzen 311 gezeigt, durch den einerseits verunreinigte Substanz 4 ausgespült werden kann und andererseits die Reaktionsprodukte aus der CO2-Generation durch Reaktion von 4 mit 5 abgelassen werden können. Der in Fig. 11 gezeigte Zustand des Inkubators 1 spiegelt die deaktivierte Stellung wieder.
Fig. 12 zeigt schematisch den Inkubator 1 aus Fig. 11 in aktiviertem Zustand. Auf der linken Seite der Abbildung ist erkennbar, dass der Bereich 7 nach oben geklappt wurde. Durch diese Bewegung wird der CO2-Generator aktiviert, da der Bereich 7 mit dem Bereich 6 derart in Verbindung gebracht wird, dass die Substanz 5, beispielsweise vorliegend als Lösung, in den Reaktionsbereich, der mit dem Bereich 6 zusammenfällt, fließen kann wo sich die Substanz 4 befindet. Dies ist in der rechten Abbildung der Fig. 12 gezeigt. In diesem Zustand reagiert die Substanz 5 mit der Substanz 4 und es kommt zur Bildung von CO2. Dadurch baut sich ein höherer Druck P1 im Gasraum 307 des Bereiches 6 auf und durch den erhöhten Druck kann keine Substanz 5 aus dem Bereich 7 nachfließen. Wenn nun der CO2- Gehalt in der Innenkammer 8 absinkt, steuert die Steuer- und/oder Regeleinheit 9 aufgrund des Signals des CO2-Sensors 3 das Ventil 306, das die Verbindung von Gasraum 307 zu Inkubationsraum 8 öffnet. Dadurch strömt CO2-hältige Luft aus dem Gasraum 307 in den Inkubationsraum 8, wodurch der Druck im Gasraum absinkt. Bei Erreichen desselben Druckes von P1 und P2 plus hydrostatischer Druckdifferenz der Flüssigkeitssäule kann nun weitere Substanz 5 aus dem Bereich 7 in den Bereich 6 strömen und es kommt zur Reaktion von Substanz 4 mit Substanz 5 so lange bis der gewünschte CO2-Gehalt im Inkubationsraum 8 erzielt wurde. Die Verbindung 312 von den beiden Bereichen 6 und 7 muss derartig dimensioniert sein, dass auch Gas vom Gasraum 307 über den Verbindungsweg 312 in den Raum 315 gelangen kann, damit es nicht zu Ausbildung eines Vakuums im Gasraum 315 kommt. Als Sicherheitsvorkehrung dient das Überdruckventil 315, das eine zu hohe Druckbildung verhindert.

Claims

Patentansprüche:
1. Autonomer Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der CO2-Konzentration in der wenigstens einen Innenkammer, dadurch gekennzeichnet, dass der autonome Inkubator (1) einen CO2- Generator (2) umfasst.
2. Inkubator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Regel- einrichtung (117) einen CO2-Sensor (3), vorzugsweise einen lnfrarot-CO2-Sensor, umfasst.
3. Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen CO2- Generator (2) mit wenigstens zwei voneinander abtrennbaren Bereichen (6, 7), wobei in die abtrennbaren Bereiche (6, 7) jeweils wenigstens eine Substanz (4, 5) zur Erzeugung von CO2 einbringbar ist.
4. Inkubator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die abtrennbaren Bereiche (6, 7) relativ zueinander bewegbar gelagert angeordnet sind.
5. Inkubator nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einbringbaren Substanzen (4, 5) durch Bewegung zumindest eines Bereichs (7), vorzugsweise durch Heben, relativ zum anderen Bereich (6) zusammenführbar sind.
6. Inkubator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der zumindest zwei abtrennbaren Bereiche (6, 7) der Reaktionsbereich zur Erzeugung von CO2 (6) ist.
7. Inkubator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abtrennbaren Bereiche (6, 7) nur über genau eine Verbindung, vorzugsweise über einen Schlauch (317), verbindbar sind.
8. Inkubator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bereiche (6, 7) und die genau eine Verbindung gasdicht ausgeführt sind, sodass die eine, vorzugsweise flüssige, Substanz (5) aus dem bewegbaren Bereich (7) in den Reaktionsbereich einbringbar ist, wenn der Gasdruck P1 im Reaktionsbereich höchstens der Summe aus Gasdruck P2 und der hydrostatischen Druckdifferenz im bewegbaren Bereich (7) entspricht.
9. Inkubator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkammer (8) des Inkubators (1) in Verbindung mit wenigstens einem Bereich (6, 7), vorzugsweise dem Reaktionsbereich, steht.
10. Inkubator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenkammer (8) ein CO2-Sensor (3) in Verbindung mit einer Steuer- bzw. Regeleinheit (9) steht, wobei der CO2-Sensor (3) den CO2-Gehalt in der Innenkammer (8) misst und wobei die Steuereinheit (9) mittels eines Ventils (306) die Gaszufuhr aus dem Reaktionsbereich in die Innenkammer (8) regelt.
11. Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Inkubator eine Steuerbzw. Regeleinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der CO2-Konzentration in der wenigstens einen Innenkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der CO2- Generator (2) und/oder die Steuer- bzw. Regeleinrichtung (9) im bzw. am Inkubator (1 ) lösbar befestigt ist (sind).
12. Inkubator nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) einen CO2-Sensor (3) aufweist und dass die Signale des CO2-Sensors (3) wenigstens der Steuer- bzw. Regeleinrichtung (9) zuführbar sind.
13. Inkubator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Inkubator (1) ein CO2-Sensor (3) lösbar im bzw. am Inkubator (1) befestigt ist und dass die Signale des CO2-Sensors (3) wenigstens der Steuer- bzw. Regeleinrichtung (9) zuführbar sind.
14. Inkubator nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) bei herausgenommenem CO2-Generator (2) und/oder herausgenommener Steuer- bzw. Regeleinrichtung (9) und/oder herausgenommenem CO2-Sensor (3) autoklavierbar ist.
15. Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) einen CO2-Generator (2) umfasst, wobei im CO2-Generator (2) zur Erzeugung des CO2 wenigstens zwei Substanzen (4, 5) zusammenführbar sind, wobei wenigstens eine der wenigstens zwei Substanzen (4, 5) eine Flüssigkeit ist und dass die wenigstens eine Flüssigkeit ein Wärmereservoir für die wenigstens eine Innenkammer (8) des Inkubators (1) bildet.
16. Inkubator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmereservoir die wenigstens eine Innenkammer (8) wärmeleitend kontaktiert, vorzugsweise über wenigstens eine gemeinsame wärmeleitende Wand.
17. Inkubator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Innenkammer (8) wenigstens eine mit dem Wärmereservoir In kommunizierender Verbindung stehende Öffnung (202) aufweist.
18. Inkubator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Innenkammer (8) wenigstens zwei Öffnungen (202) aufweist und dass die wenigstens zwei Öffnungen (202) getrennt voneinander mit dem Wärmereservoir in kommunizierender Verbindung stehen.
19. Inkubator nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, das der Inkubator (1) eine Ventilations- bzw. Pumpeinrichtung zum Ventilieren der Verbindung(en) bzw. zum Erzeugen einer Strömung zwischen der wenigstens einen Innenkammer (8) und dem Wärmereservoir aufweist.
20. Inkubator nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilations- bzw. Pumpeinrichtung (227) einen vorzugsweise elektrisch angetriebenen Ventilator bzw. eine vorzugsweise elektrische angetriebene Pumpe umfasst.
21. Inkubator nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Wände des Inkubators als Hohlwand (203) ausgebildet ist und dass wenigstens die das Wärmereservoir bildende Flüssigkeit in der Hohlwand (203) angeordnet ist.
22. Autonomer Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , wobei die Innenkammer von außen durch eine Türe zugänglich ist und wobei die Atmosphäre in der Innenkammer durch eine Ventilationseinrichtung mit der Atmosphäre außerhalb des Inkubators austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) eine Einrichtung zur Erfassung der Türstellung aufweist und dass die Ventilationseinrichtung derart in Abhängigkeit von der Einrichtung zur Erfassung der Türstellung steuerbar ist, dass ein Öffnen der Türe (12) die Ventilationseinrichtung auslöst.
23. Inkubator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilationseinrichtung einen vorzugsweise elektrisch angetriebenen Ventilator (109) umfasst.
24. Inkubator nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilationseinrichtung durch einen Schalter (113) aktivierbar ist und dass ein Öffnen der Türe (13) den Schalter (113) aktiviert.
25. Inkubator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (113) zur Aktivierung der Ventilationseinrichtung (109) ein mechanischer Schalter, vorzugsweise ein Druckschalter, ist.
26. Inkubator für biologisches Material zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines vorgebbaren CO2-Milieus in wenigstens einer Innenkammer des Inkubators, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 25, mit einem Umwälzkreislauf zum Umwälzen des Gases in der wenigstens einen Innenkammer, dadurch gekennzeichnet, dass in den Umwälzkreislauf wenigstens eine mit einem Desinfektionsmittel versehene Flüssigkeit zur Desinfektion des umgewälzten Gases eingebunden ist.
27. Inkubator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas von der Innenkammer (8) über einen in die Flüssigkeit reichenden Gang (226) in die Flüssigkeit gelangt.
28. Inkubator nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass im bzw. am Gang (226) eine Pumpeinrichtung (232) angeordnet ist.
29. Inkubator nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Desinfektionsmittel versehene Flüssigkeit ein Wärmereservoir für die Innenkammer (8) des Inkubators (1) bildet.
30. Inkubator nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der, vorzugsweise autonome, Inkubator (1) einen CO2-Generator (2) umfasst.
31. Inkubator nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit wenigstens eine Substanz (4, 5) zur CO2-Erzeugung im CO2-Generator ist.
32. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator autonom betreibbar ist.
33. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) elektrische, vorzugsweise wiederaufladbare, Spannungsquelle (11), besonders bevorzugt einen Akku (14), aufweist.
34. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass am Inkubator (1 ) wenigstens ein Tragegriff (10) angeordnet ist.
35. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 34 dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Inkubators (1) kleiner als 20 kg ist.
36. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) eine Heizeinrichtung (110) umfasst.
37. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Innenkammer (8) wenigstens ein Behälter (105) für biologisches Material lösbar befestigbar ist.
38. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass im CO2-Generator (2) zur Erzeugung des CO2 wenigstens zwei Substanzen (4, 5) miteinander zusammenführbar sind.
39. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Substanzen (4, 5) ein Bicarbonat ist und wenigstens eine der Substanzen (4, 5) eine Säure ist und CO2 entsprechend der Reaktionsgleichung HCO3 " + H+ → CO2 + H2O erzeugbar ist.
40. Inkubator nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Bicarbonat von einem Salz, vorzugsweise aus der Gruppe NaHCO3, Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, KHCO3, LiHCO3, Be(HCO3)2, stammt.
41. Inkubator nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Substanzen (4, 5) ein Carbonat ist und wenigstens eine der Substanzen (4, 5) eine Säure ist und CO2 entsprechend der Reaktionsgleichung CO3 2" + 2H+ → CO2 + H2O erzeug bar ist.
42. Inkubator nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, dass das Carbonat von einem Salz stammt, vorzugsweise aus der Gruppe Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, CaCO3, MgCO3, BeCO3.
43. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder 30 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Substanz (4, 5) eine Säure, vorzugsweise eine wässrige Lösung von Salzsäure (HCI) oder Zitronensäure, ist.
44. Inkubator nach einem der Ansprüche 3 bis 10 oder 15 bis 21 oder 30 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der wenigstens zwei Substanzen (4, 5) eine Flüssigkeit, vorzugsweise eine wässrige Lösung, ist.
45. Inkubator nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Flüssigkeit über eine Pumpe in die wenigstens eine andere der wenigstens zwei Substanzen (4, 5) pumpbar ist.
46. Inkubator nach einem der Ansprüche 38 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Substanzen (4, 5) Flüssigkeiten, vorzugsweise wässrige Lösungen, sind und die wenigstens zwei Flüssigkeiten nebeneinander angeordnet sind.
47. Inkubator nach einem der Ansprüche 38 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) eine Dosiervorrichtung umfasst, welche eine der wenigstens zwei Substanzen (4, 5) in eine darunter angeordnete zweite Substanz (4, 5) abgibt.
48. Inkubator nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Dosiervorrichtung die wenigstens eine Flüssigkeit mit einer vorgewählten Rate tröpfchenweise in die darunter angeordnete zweite Substanz (4) abgebbar ist.
49. Inkubator nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) einen Mischsprühknopf umfasst, durch den die wenigstens zwei Flüssigkeiten als Aerosol versprühbar sind.
50. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) eine Vorrichtung (129) zur Abgabe von CO2-freisetzenden Tabletten (Tablettenspender) umfasst.
51. Inkubator nach einem der Ansprüche 38 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass eine der wenigstens zwei Substanzen (4, 5) in fester Form, vorzugsweise in Form von CO2-freisetzenden Tabletten, vorliegt.
52. Inkubator nach Anspruch 50 oder 51 dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen des Inkubators (1) den Tablettenspender (129) betätigt.
53. Inkubator nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, dass die abgegebenen Tabletten (130) von einer zersetzungsverzögernden Schicht umhüllt sind.
54. Inkubator nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die zersetzungsverzögernde Schicht Silicongel ist.
55. Inkubator nach einem der Ansprüche 44 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der wenigstens einen Flüssigkeit ein Desinfektionsmittel befindet.
56. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder 30 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass im CO2-Generator (2) zur Erzeugung des CO2 wenigstens zwei Substanzen (4, 5) zusammenführbar sind und dass wenigstens eine der Substanzen (4, 5) als Flüssigkeit vorliegt, vorzugsweise als wässrige Lösung, und ein Wärmereservoir für die wenigstens eine Innenkammer (8) des Inkubators (1) bildet.
57. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) ein Wärmereservoir und eine - vorzugsweise regelbare - Heizvorrichtung (205) zum Heizen des Wärmereservoirs aufweist.
58. Inkubator nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (205) eine elektrisches Heizelement umfasst.
59. Inkubator nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (205) einen in die das Wärmreservoir bildende(n) Flüssigkeit(en) eingetauchten Tauchsieder umfasst.
60. Inkubator nach einem der Ansprüche 15 bis 21 oder 57 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator einen Rührer (207) zum Umrüh ren wenigstens der das Wärmereservoir bildenden Flüssigkeit aufweist.
61. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung (9) zur Steuerung bzw. Regelung der CO2-Konzentration in der wenigstens einen Innenkammer (8) aufweist.
62. Inkubator nach einem der Ansprüche 57 bis 61 , dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (1) wenigstens einen Temperatursensor (206) zum Regeln der Heizvorrichtung (205) aufweist.
63. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Innenkammer (8) des Inkubators (1) mit einer Aufnar-imevorrichtung für eine CO2-Patrone in Verbindung steht.
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