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EP2898059A1 - Disposable bottle reactor tank - Google Patents

Disposable bottle reactor tank

Info

Publication number
EP2898059A1
EP2898059A1 EP13760060.7A EP13760060A EP2898059A1 EP 2898059 A1 EP2898059 A1 EP 2898059A1 EP 13760060 A EP13760060 A EP 13760060A EP 2898059 A1 EP2898059 A1 EP 2898059A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor tank
reactor
lid
separator
interior
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13760060.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joerg Kauling
Annette WALDHELM
Helmut Brod
Verena HERRMANN
Stefanie JACOB
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer Technology Services GmbH
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
Application filed by Bayer Technology Services GmbH filed Critical Bayer Technology Services GmbH
Priority to EP13760060.7A priority Critical patent/EP2898059A1/en
Publication of EP2898059A1 publication Critical patent/EP2898059A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02Form or structure of the vessel
    • C12M23/08Flask, bottle or test tube
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/08Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/22Transparent or translucent parts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/28Constructional details, e.g. recesses, hinges disposable or single use
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/34Internal compartments or partitions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/38Caps; Covers; Plugs; Pouring means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/48Holding appliances; Racks; Supports
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/10Rotating vessel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/14Rotation or movement of the cells support, e.g. rotated hollow fibers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20Degassing; Venting; Bubble traps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M37/00Means for sterilizing, maintaining sterile conditions or avoiding chemical or biological contamination
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M37/00Means for sterilizing, maintaining sterile conditions or avoiding chemical or biological contamination
    • C12M37/02Filters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation

Definitions

  • the subject of the application is a reactor tank designed as a disposable element with cover and / or opto-electronically readable sensor patches affixed in the interior, a reactor comprising the reactor tank and a real-estate tank peripheral comprising a catchment heater and possibly an opto-electronic measuring system for reading the Sensorpatche, the Reaktortankhait für is coupled to a drive unit for generating a rotationally oscillatory movement of the reactor tank Erend his own central vertical axis, and the use of this device for the cultivation of cells and / or microorganisms.
  • Boilers are often used in the USP and DSP as stirring and reaction systems. Especially in fermentation, a germ-free environment is essential for ertolgreiclic cultivation.
  • SIP steam-in-place
  • the autoclaving technique is also used, which, however, requires cumbersome transport of the reactors / to autoclaves and is applicable only in comparatively small reactor scales.
  • the risk of contamination during fermentation is particularly critical during sampling and on agitated stirrer shafts.
  • the latter are usually equipped with elaborate sealing systems (e.g., mechanical seals). Technologies that do not require such penetrations of the fermentation casing are preferred because of their greater process robustness.
  • the failure of the standard reactors due to the provisioning procedures can be of the order of magnitude of the retry effect, especially for short periods of use and frequent product changes.
  • Affected in the USP of biotechnological production for example, the process steps of media production and fermentation and DS solubilization, freezing, thawing, pH adjustment, precipitation, crystallization, rebuffering and virus inactivation.
  • the process steps of media production and fermentation and DS solubilization, freezing, thawing, pH adjustment, precipitation, crystallization, rebuffering and virus inactivation In order to meet the demand for a fast and flexible resending of the production plant while maintaining maximum cleanliness and sterility, there are concepts of disposable reactors of ever increasing interest on the market. In WO2007 / 121958A1 and WO2010 / 127689 such a disposable reactor for the cultivation of cells and microorganisms is described.
  • the deformable disposable reactor is received by a container that supports it. He is preferably introduced from the front into the container.
  • the container is connected to a drive unit.
  • the drive unit of the container including the disposable reactor is placed in a rotational oscillatory movement about a stationary, preferably vertical axis of the container.
  • a high power input can be achieved in the reactor contents in the oscillatory rotary motion, so that the disposable reactor can be used as a surface-agitated fermenter for the cultivation of cells and microorganisms.
  • the internals for supply and monitoring of the reactor are mounted laterally at the bottom of the reactor via a connection plate. These reactors are predominantly used at reactor volumes of more than 10 liters.
  • the challenge lies in small disposable reactors in achieving the sensor technology, mixing technology, temperature control and supply of the reactor in a possible compact and cost-effective form.
  • the drive of the stirrer is ensured via a drive shaft driven from above, the sensors (temperature, pH (former), oxygen (formerly)), the gas and gas disposal for the gas space as well as further supply and sampling via lines ,
  • the lid is attached to the reactor tank by means of a clamp connection and sealed in a sterile manner against the reactor tank via an O-ring.
  • the stirrer drive is sealed with 2 lip seals.
  • the sensors for monitoring of H and oxygen content can also be achieved by means of optoelectronic Sensorpatche at the bottom of the reactor tank.
  • the reactor tank is firmly positioned in a special container, this container having a retaining ring and a foot with an opto-electronic sensor system for reading the sensor patches.
  • the system should be usable for pess measurement volumes of 10 mL to 20 L, in particular 50 mL to 10 L and more preferably 250 mL to 3 L working volume. It is intended to meet the high requirements of the pharmaceutical industry, to be simple and intuitive to handle and to be cost-effective. It is intended to minimize safety risks by discharging substances from the process area to a minimum.
  • this object is achieved by the use of a dimensionally stable, square plastic bottle for delimiting the interior of the reactor, wherein the plastic bottle has a bottom, walls, an interior and at least one access to the interior and preferably a pyramidal, inwardly curved bottom, a wide neck and / or. or has one or more laterally in the lower region of the bottle at a position defined with coordinates Sensorpatche. ,
  • the first object of the present invention is therefore the use of a dimensionally stable square plastic bottle as a bioreactor tank for the cultivation of cells, especially sensitive cells and on (micro) carrier-growing cells such as stem, blood or tissue cells, the plastic bottle a floor, walls, a Interior and at least one lockable Access to the interior in particular has a bottleneck.
  • the plastic glass che on one or more walls in the lower region, attached to a position defined by coordinates, one or more Sensorpatche attached.
  • Another object of the present invention is a reactor tank comprising a dimensionally stable polygonal plastic bottle having a bottom, walls, an interior and at least one closable access to the interior, comprising at least one bottleneck esp.
  • Interior space, at one or more walls in the lower region of the plastic bottle, at a location defined by coordinates, one or more Sensorpatche are attached.
  • bushings are accommodated in the lid.
  • Support-fixed sensor patches constructed of fluorescent color layers (e.g., Presens, YSI), available e.g. can be stuck on bottle wall.
  • fluorescent color layers e.g., Presens, YSI
  • at least one pH sensor patch and one oxygen sensor trap are used.
  • the plastic bottle is usually made from a gamma-sterilizable plastic material.
  • the reactor tank according to the invention is preferably made of a single or multi-layer transparent polymer material that allows insight into the reactor tank during operation.
  • Plastics or glass are relatively inexpensive materials that can also be processed comparatively inexpensively.
  • the disposal of the used reactor tank and the use of a new disposable reactor tank are thus more economical than the cleaning of used reactor tanks, especially since when using a new disposable reactor tank, a complex cleaning and cleaning validation deleted.
  • the fiction, contemporary reactor tank is manufactured or cleaned in clean room and is preferably sterile packed.
  • the reactor tank according to the invention is dimensionally stable. Suitable materials or combination of materials for the reactor tank according to the invention are all cell biologically compatible, known in the art materials, in particular glass, polyethylene, polypropylene, polyether ketone (peek), PVC, polyethylene terephthalate and polycarbonate. Wall thicknesses of 0, lmm-5mm are preferred and 0.5-2mm is particularly preferred.
  • the side walls of the reactor tank or the plastic bottle according to the invention are at least partially formed as flat surfaces which meet at an angle of 45 ° to 120 °.
  • the side walls of the reactor form a polyhedron with the bottleneck attached to one of the surfaces.
  • the reactor tank or plastic bottle is cuboid with edge lengths H, b and c, where H represents the height, b the width and c the depth of the plastic bottle and b ⁇ c ⁇ H.
  • the broad neck is typically mounted on one of the small surfaces and the opposite surface serves as the bottom of the reactor tank.
  • the reactor tank according to the invention or the plastic bottle have a ratio of bottle height H to maximum width b and depth c in the range of 0.5 to 4, preferably 1 to 3, particularly preferably 1.5 to 2.5.
  • the reactor tank or the plastic bottle usually has an inwardly curved bottom.
  • the bottom has the shape of an inwardly directed tetrahedron, an inwardly directed pyramid, the shape of a paraboloid or a bell-shaped form.
  • the bottom is made pyramidal.
  • the height h w of the curvature is in the range of 0.01 times to 1 times the circle-equivalent diameter Dt of the bottom cross-section.
  • the height h w of the curvature at the circle-equivalent diameter Dt is preferably in the range from 3% to 100%, particularly preferably in the range from 5% to 30% and very particularly preferably in the range from 10% to 20%.
  • the reactor tank according to the invention can be heated and / or cooled via its outer walls.
  • a disposable heating mat is applied on the outside of the bottom of the plastic bottle or of the reactor tank, with which a very efficient heat transfer can be achieved because of the positive connection of the heating and lateral surface. In this way, the heating surface can be reduced to the floor area. .Dazu this heating mat is usually glued to the outside of the floor.
  • the reactor tank requires no additional cooling, since switching off the heating mat in reactors with a small volume and thus large specific heat exchange surface causes a sufficiently rapid cooling.
  • An additional cooling would be applicable, for example, in microbial applications at lower fermentation temperature and higher heat of respiration by attaching Peltier elements on the side surfaces of the reactor tank or the tank holder if necessary.
  • the reactor tank according to the invention preferably constitutes an externally sealable space for carrying out chemical, biological, biochemical and / or physical processes.
  • the reactor tank serves to provide a sterile space for culturing cells and / or microorganisms.
  • the bottleneck of the reactor tank is sealed by means of a lid, wherein the lid has at least passages and / or connections for the gas and liquid supply and removal of the reactor tank.
  • the cover has no passage for a drive axle [Fig. 2-5].
  • the lid is another element of the reactor tank according to the invention.
  • the connected gas lines are equipped with sterile filters, wherein the sterile filter of the exhaust pipe is preferably equipped with a heating mat to keep condensate from Fiiter schizophrenia.
  • the exhaust gas for condensate avoidance at the filter with egg nen exhaust gas cooler the e. is cooled down to a lower dew point (condensation temperature ⁇ ambient temperature) via an electronic cooling element (e.g., a Peltier element) mounted on a heat transfer surface made of sheet materials
  • the lid can, if necessary, further bushings and / or connections for elements from the group comprising:
  • one or more electronic, optoelectronic or electrochemical sensors in particular one-way electrochemical sensors from US 2012/0067724 A1 or PT100
  • Resistive sensor for temperature control and / or capacitive sensors for level control or cell density measurement
  • the reactor tank is equipped with one or more of these elements.
  • the lid is composed of a plug and a cap sleeve.
  • the plug is usually made of plastic selected from the group of polyetheretherketones, thermoplastic or silicone.
  • the plug is designed as a disposable plug, in a special imple mentation form reusable.
  • the plug is inserted into the neck of the reactor for closure, sealed by means of a circumferentially mounted O-ring seal against the inner side of the bottle neck and with a separate locking means such.
  • B screwed over a nut üb screwed to the thread of the bottle neck or jammed with a clamping ring.
  • the introduced into the bottleneck can be sealed by means of a sealing lip placed on the bottle opening and clamped with a separate screw-cap sleeve and screwed to the plastic bottle.
  • a lid containing the identical feedthroughs as the plug which is screwed to the plastic bottle and sealed with an O-ring against the bottle neck and / or the bottle opening.
  • the stopper inserted into the neck of the bottle is used, which is sealed with an O-ring seal on the neck of the bottle and screwed to the plastic bottle with a separate screw-on union nut [Fig. 2].
  • This embodiment has the advantage that the O-ring is subjected to little mechanical stress and no twisting of the hose occurs, as would be the case when turning a blanket.
  • the reactor tank with lid is preferably designed as a disposable element, i. It is preferably provided not to clean the entire reactor tank after use, but to dispose of it. Therefore, the reactor tank preferably comprises only the essential elements necessary to provide a sterile reaction space:
  • the plastic bottle is usually produced and used as a disposable item.
  • fumigation preferably takes place exclusively via the surface.
  • the lid does not have a passage for a bubble gasification element and the reactor tank according to the invention has no devices for the bubble gassing.
  • installation for additional micro- or Macrobegasung eg with hose lines from above the lid supplied and adhered to a container wall sintered body
  • the reactor according to the invention can be made completely from inexpensive elements and thus makes possible the use of the reactor as a one-way system.
  • all high quality elements are integrated into a reusable lid and only the reactor tank is used as a disposable element.
  • a cell separator in the reactor tank is used for cell retention.
  • the internal cell separator is formed by a central vertical separator tube and a separator head with a collector for extracting cells liberated culture solution, the lid has a passage for the collector and the Zellabscheider on the lid is either rotatably mounted or statically attached.
  • the tube and the separator head can have different lengths, conical and straight geometries and diameters, as well as various tube installations (conical and ring installations, rectifiers.) Special embodiments are shown in FIGS. 6 to 8.
  • the cell separator can be made of steel, glass or metal Preferably it is made of plastic such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyether ketone and / or polycarbonate and used as a disposable element.
  • Another object of the present invention is therefore an internal vertical cell separator for bioreactors, formed by a central vertical separator tube and a separator head with a collector for aspirating cell-depleted medium, the cell separator is attached to a cover for a reactor tank or rotatably mounted and the lid a Performing for the collector.
  • the cell separator is preferably designed so that the inner and outer regions of the cell separator are largely separated from one another by corresponding constrictions. In this way, a transfer of the sedimentation disturbing flows from the well-mixed outdoor space in the S edimentations zone can be reduced.
  • a return transport of the retained lines must remain ensured in the mixed, supplied reactor area
  • the case is a ratio l H of 0.2 to 0.9, preferably 0.5 to 0.9, in particular 0.8 used.
  • the separator tube has a round cross-section with a tube diameter d (350), wherein the ratio of tube diameter d to Flasch chenquers chnittkantenin D usually from 0.25 to 0.90, in particular from 0.5 to 0.85, preferably 0.83 ,
  • the tube diameter d is essential for the cell retention for the realization of the separator surface.
  • the gassing takes place exclusively via the surface (FIGS. 6 and 7).
  • the diameter of the pipe d (350) of the precipitator is selected so that a ratio of over the surfaces fumigated Kuiturvoiumen VK defined by formula (I) and trap volume VA defined by formula (II) of 0.01 to 1 0 preferably from 0.2 to 2 is present ,
  • V K D 2 * L - d 2 ⁇ L - S) (I)
  • V A ⁇ d 2 l (II)
  • the collector (320) At the separator head is the collector (320) for aspirating cell-free culture solution.
  • the ratio dv / d of the collector diameter dv (360) to the pipe diameter d 0, 1 to 0.7 is preferably 0.3-0.5
  • the collector (320) has a conical shape. This form has the advantage that there is room for the introduction of further elements (sensors, sample collection line, etc.) over the lid. Also, the fumigation * is reduced slightly.
  • the separator is used in the reactor tank with a ratio 1 / s from the separator length 1 to the bottom clearance s of the separator tube of 0.75 to 9.
  • the reactor according to the invention also has an automatic sampling element.
  • This Y-shaped sampling element is for the realization of an automatic sampling module consisting of hoses, pinch valves, sterile filters, a positive and negative pressure supply particularly advantageous.
  • the sample taking element which can be integrated in the cover is provided and used as a disposable element.
  • the basic principle of the Y-shaped sampling element is shown in WO 2007/121887, and is integrated by reference, in which two burettes are driven in order to ensure the transport and the aliquoting of a sample.
  • the Probe Erasmuseiement is sterilized with EtOH and dried.
  • filter elements for air and EtOH are incorporated to prevent contamination of the sampling element.
  • the sampling element is coupled with the biological chromatograph for automated analysis by Bayer Technology Services GmbH.
  • the reactor tank on a bottle wall in particular on the wall opposite the sensors (sensor patch or electrochemical sensors), has a passage and / or a connection in the area near the ground for the attachment of a sampling system.
  • feedthroughs and / or inserts include standardized Ingold nozzle or PG 13.5 threaded nozzles.
  • a suitable sampling system is z. B. described in DE102008033286 AI.
  • the mixing within the reactor tank according to the invention is carried out by a periodically reversing rotation of the reactor tank, which causes in combination with the polygonal shape of the plastic bottle inwardly directed wavy currents to the surface of the reactor contents.
  • WO2010 / 127689 is integrated by reference.
  • All other elements which are required for operating a reactor, in particular for cultivating cells and / or microorganisms, in particular a drive unit for generating the periodically direction-changing rotation of the reactor tank and optoelctronic sensor system for reading the Sensorpatche be provided by a periphery and are reusable.
  • Reactor which usually represents a coherent unit in the prior art, is thus preferably divided in the present case into separate parts, which are designed according to their functions.
  • a further element of the reactor according to the invention is therefore the periphery.
  • a reactor tank storage periphery is used as the periphery, which has one or more reactor deposits, wherein the reactor tank and the reactor tank aging are adapted to one another as separate parts of an overall system in such a way that the reactor tank into the reactor tank Reactor tank holder introduced or in particular can be trapped there and is supported by this in the liquid-filled state.
  • the reactor tank receiving periphery for accommodating a reactor tank according to the invention is a further element of the reactor according to the invention and comprises at least:
  • One or more Reaktortankhaiterept for receiving in each case a reactor tank comprising a matched on the Reaktorlank footprint and one or more lateral fastening elements.
  • the eaves on k ha 11 eru n g an adjusting plate and lateral lemmarme or surfaces on.
  • Reactor Tank Holdings is a drive unit for performing a periodically reversing rotation, such as Z.
  • B is a stepper motor.
  • a stepper motor without gears with direct coupling of the motor and the drive is used.
  • the reactor tank can be displaced about its stationary, vertical axis in a periodically inclined rotating rotation, so that a direct coupling of the drive unit to the reactor tank itself is not required.
  • a stepper motor without gear is used for the realization of the reactor movement.
  • the drive unit is controllable by means of a control unit.
  • the controller is part of the drive unit.
  • the data transmission is conducted via differential, serial
  • the optoelectronic sensor system has the differential, serial interface for symmetrical signal transmission type EIA485 / RS485 due to the robust data transmission and a high Toieran / against electromagnetic interference.
  • a stepper motor without a gearbox with direct coupling of the motor and the drive has been identified as particularly advantageous, because this allows a particularly trouble-free data transmission.
  • FIG. 11 shows a particular embodiment of the reactor including the reactor tank receiving periphery.
  • the footprint adapted to the reactor is replaceable or adaptable, so that the reactor frame can be used with reactors of different sizes.
  • the present invention also provides for the use of the inventive reactor and reactor tanks and a method for cultivating cells and / or microorganisms.
  • a ratio of liquid level to reactor tank width of preferably 0.05 to 2 and more preferably 0.1 to 1 is present in the reactor tank, wherein the liquid level may change as a result of replenishment with the growth of the cells.
  • a capacitive sensor for level control is used by the lid or on one of the container walls.
  • the reactor tank is moved at an angular amplitude ⁇ in the range of 2 ° ⁇ jaj ⁇ 3600 °, preferably 20 ° ⁇ jaj ⁇ 180 °, particularly preferably 45 ° ⁇ jaj ⁇ 90 ° in a rotationally oscillating manner Deviation of ⁇ 5 ° may be present.
  • jaj 60 ° is considered to be very particularly preferred when using particularly low-shear surface-treated bioreactors. In total, the oscillating motion thus covers an angle of 2 jaj.
  • Figure 1 shows schematically the lateral longitudinal section of a preferred embodiment of the reactor tank according to the invention and reactor tank holder in side view.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a plug-type thermoplastic construction from above.
  • Figure 3 shows a schematic section of a Stop fen- Silikonaus guide with hose nozzles (135) secured with cap sleeve (120) and O-ring seal (140).
  • FIG. 4 shows schematically in front view a section through a plug Siiikonausmentation attached with cap sleeve (120) and sealed by means of sealing lip (140b).
  • FIG. 5 shows a schematic front view of a section through a screwable plastic cover with hose nozzles (135).
  • Fig. 7 shows schematically in plan view a straight tube separator with a straight head.
  • Fig. 9 shows schematically the experimental set-up together with lines, wherein a reactor is shown by way of example with a statically fixed in the lid straight tube separator with conical head.
  • 10 shows the schematic structure of an automated lid sampling element with a sample suction line (1110) passing through the lid, which via Y-pieces (1170) with a sample line (1120) to an automation platform (1190) for fully automated
  • Removal and plug-flow transport of liquids is connected as well as to other lines for air supply and ETOH cleaning or sterilization (1210).
  • FIG. 11 shows in particular the guidance of the rector tank of the reactor receiving tank periphery.
  • Fig. 13 shows comparative experiments to other sedimentation. Reference / calibrate:
  • the container had rounded edges ( Figures 6 and 7); however, this hardly affected the characteristics of the system.
  • the drive was carried out with a stepper motor, which acted directly on the bottle holder (Fig. 11).
  • a cell separator 300 was installed in the container 100 to operate the bioreactor as a perfusion system ( Figure 9).
  • the suction tube 340 has been firmly integrated into the cover 120b and therefore followed the periodically direction-alternating rotary motion (also called oscillation movement) about the fixed axis 101 of the bioreactor (co-rotating embodiment).
  • the suction tube 340 was alternatively mounted on a tripod; in these experiments, the cell separator 300 was then used statically.
  • the separator tube 310 protruded into the suspension in the container (fill level 390> ground clearance s, 380).
  • the suspension was sucked from below into the separator volume V A of the separator tube 310 by means of a peristaltic pump (peristaltic pump from Watsen & Marlow) connected to the harvesting current collector 320.
  • a peristaltic pump peripheral pump from Watsen & Marlow
  • the suspension rose and was clarified by sedimentation of the lines / particles (vertical precipitation). The particles fell back against the flow direction out of the separator volume into the culture volume VK (FIG. 7).
  • the clarified solution was collected from the crop stream collector 320 of the separator tube 310 and discharged through the suction tube 340.
  • the surface A of the separator tube corresponds to its Kreisförmi en cross section and is according to Eq. III calculated.
  • the particle ytem PAN-X (polyacrylonitrile, spherical particles from Dralon GmbH) was used as the model particle for the investigation of the separation efficiency of the reactor bottle according to the invention with integrated cell enabels in cell culture.
  • the particle size distribution and the particle sinking rate were compared since these are the determining factors for the sedimentation.
  • the particle size distribution was determined by the laser diffraction method (Mastersizer 2000, measured according to the instruction manual). The application of the results is carried out as a particle volume in%, based on the total volume, as a function of the particle size in ⁇ .
  • the modal value XM OÜ indicates which particle size is most frequently represented by volume and was about 21 ⁇ .
  • the rate of descent was analyzed by means of a sedimentation balance.
  • a suspension was prepared which has the same concentration as that used in the experiment.
  • a temperature of 20 ° C was chosen.
  • Sinking rates v s measured from these experimental conditions, from 0.129 m / h to 0.137 mh, were determined on different PAN-X batches and correspond to the conditions of non-obstructed sedimentation.
  • C HO cells have a sedimentation rate of 0.0145 m / h [Searles J A, Todd P, Kompala D S, Biotechnol Prog (1994) 10: 198-206] and are relatively slow-sedimenting cells.
  • the hybridoma cell line AB2-143.2 has a sedimentation rate of 0.029 m / h [Wang Z, Belovich J M (2010) Biotechnol Prog 26 (5): 1361-1366].
  • the results showed the clear advantage of the conical harvest current collector.
  • the retention performance of this separator was surprisingly almost constant at separator lengths 1 of 90 to 143 mm in the entire examination area. In harvest crop collectors with sudden expansion, the separation efficiency increased with increasing separator lengths 1 from 90 to 170 mm, but without fully achieving the performance of the conical cross-sectional constriction.
  • the Klär perennial insect v of Ab s cheiderrohre s corresponds to the speed of the vertically rising medium and has according to Eq. IV direct influence on the Partikei Wegiens.
  • FIG. 13 A comparison of the performance of various separation systems is shown in FIG. 13 in the form of retention levels R over the treatment surface load.
  • the test results prove a nearly equivalent retention performance of all separators over the entire areas of the examined Kiär vombelastung of 0.025 to 0.2 m / h with slight Vortei len for the cube.

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Abstract

The invention relates to a reactor tank designed as a disposable element, comprising a cover and/or optoelectronically readable sensor patches fastened in the interior, a reactor, comprising the reactor tank and a reactor tank accommodating periphery, which comprises a reactor tank retainer and optionally an optoelectronic measuring system for reading sensor patches, wherein the reactor tank retainer is coupled to a drive unit for producing a rotational oscillating motion of the reactor tank about a center vertical axis of the reactor tank, and the use of said device to cultivate cells and/or microorganisms.

Description

Einweg-Fiasefaeiireaktortank  Disposable Fiasefaeiireaktortank
Gegenstand der Anmeldung ist ein als Einwegelement ausgeführter Reaktortank mit Deckel und / oder im Innenraum befestigte opto-elektronisch lesbare Sensorpatche, ein Reaktor umfassen den Reaktortank und eine Realrtortankaumahmeperipherie umfassend eine R ea kt ortan k ha I teru n und ggf. ein opto-elektronisches Messsystem zum Ablesen der Sensorpatche, wobei die Reaktortankhaiterung an eine Antriebseinheit zur Erzeugung einer rotatorisch-oszilli er enden Bewegung des Reaktortanks um eigene mittlere vertikale Achse gekoppelt ist, sowie die Verwendung dieser Vorrichtung zur Kultivierung von Zellen und/oder Mikroorganismen. The subject of the application is a reactor tank designed as a disposable element with cover and / or opto-electronically readable sensor patches affixed in the interior, a reactor comprising the reactor tank and a real-estate tank peripheral comprising a catchment heater and possibly an opto-electronic measuring system for reading the Sensorpatche, the Reaktortankhaiterung is coupled to a drive unit for generating a rotationally oscillatory movement of the reactor tank Erend his own central vertical axis, and the use of this device for the cultivation of cells and / or microorganisms.
Bei der stark regulierten pharmazeutischen Produktion entfällt ein großer zeitlicher, technischer und personeller Aufwand auf die Bereitstellung gereinigter und sterilisierter Bioreaktoren. Um Kreuzkontaminationen bei einem Produkt Wechsel, in einer Muiti-Purpose-Aniage oder zwischen zwei Produktchargen sicher zu vermeiden, wird außer der Reinigung eine sehr aufwändige Reinigungsvalidierung benötigt, welche bei einer Prozessadaption ggf. wiederholt werden muss. In highly regulated pharmaceutical production, a great deal of time, technical and personnel costs are incurred in the provision of purified and sterilized bioreactors. In order to reliably avoid cross-contamination in a product change, in a Muiti-Purpose-Aniage or between two product batches, apart from the cleaning, a very elaborate cleaning validation is required, which may need to be repeated during a process adaptation.
Dies gilt sowohl fiir das Upstream-Processing USP, d.h. die Herstellung biologischer Produkte in Fermentern als auch für das Downstream-Processing DSP, d. h . die Aufreinigung der Fermentationsprodukte. This applies both to the upstream processing USP, i. the production of biological products in fermenters as well as for the downstream processing DSP, d. H . the purification of the fermentation products.
Im USP und DSP kommen dabei häufig Kessel als Rühr- und Reaktions Systeme zum Einsatz. Gerade bei der Fermentation ist eine keimfreie Umgebung für eine ertolgreiclic Kultivierung essentiell. Zur Sterilisation von Batch- oder Fed-Batch-Fermentem kommt in der Regel die SIP -Technik zum Einsatz (SIP = steam-in-place). Um bei kontinuierlicher Prozessführung eine ausreichende Langzeitsterilität zu gewährleisten wird auch die Autoklaviertechnik genutzt, die allerdings einen umständlichen Transport der Reaktoren /um Autoklaven erfordert und nur in vergleichsweise kleinen Reaktormaßstäben anwendbar ist. Die Gefahr der Kontamination während der Fermentation ist besonders kritisch bei der Probenahme und an bewegten Rührerwellen. Letztere sind in der Regel mit aufwändigen Dichtungssystemen (z.B. : Gleitringdichtungen) ausgestattet. Technologien, die ohne solche Durchdringungen der Fermentationshülle auskommen, werden wegen ihrer größeren Prozessrobustheit bevorzugt. Boilers are often used in the USP and DSP as stirring and reaction systems. Especially in fermentation, a germ-free environment is essential for ertolgreiclic cultivation. For the sterilization of batch or fed-batch fermenters, the SIP technology is usually used (SIP = steam-in-place). In order to ensure sufficient long-term sterility in continuous process control, the autoclaving technique is also used, which, however, requires cumbersome transport of the reactors / to autoclaves and is applicable only in comparatively small reactor scales. The risk of contamination during fermentation is particularly critical during sampling and on agitated stirrer shafts. The latter are usually equipped with elaborate sealing systems (e.g., mechanical seals). Technologies that do not require such penetrations of the fermentation casing are preferred because of their greater process robustness.
Der durch die Bereitsteilungsprozeduren bedingte Nutzungsaus fall der Standardreaktoren kann insbesondere bei kurzen Nutzungsperioden und häufigem Produktwechsel in der Größenordnung der R ea kt or ver tu gbark ei t liegen. Betroffen sind im USP der biotechnologischen Produktion z.B. die Prozessschritte der Medienherstellung und Fermentation und im DS das Solubilisieren, Einfrieren, Auftauen, pH-Adjustieren, Fällen, Kristallisieren, das Umpuffern und die Virusinaktivierung. Um der Forderung an ein schnelles und flexibles Neubeschicken der Produktionsanlage unter Wahrung maximaler Sauberkeit und Sterilität gerecht zu werden, erfreuen sich auf dem Markt Konzepte für Einwegreaktoren eines ständig wachsenden Interesses. In WO2007/121958A1 und WO2010/127689 ist ein solcher Einwegreaktor für die Kultivierung von Zellen und Mikroorganismen beschrieben. Er besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem stabilen, vorzugsweise mehrlagigen Polymerwerkstoffbeutel. Der verformbare Einwegreaktor wird von einem Behälter aufgenommen, der ihn stützt. Dabei wird er bevorzugt von vorne in den Behälter eingeführt. Der Behälter ist mit einer Antriebseinheit verbunden. Durch die Antriebseinheit wird der Behälter inklusive des Einwegreaktors in eine rotatorisch-osziliierende Bewegung um eine ortsfeste, vorzugsweise vertikale Achse des Behälters versetzt. Durch eine eckige Ausführungsform des Einwegreaktors und/oder Einbauten im Einwegreaktor kann bei der oszillatorisch rotierenden Bewegung ein hoher Leistungs eintrag in den Reaktorinhalt erreicht werden, so dass der Einwegreaktor als oberflächenbegaster Fermenter zur Kultivierung von Zellen und Mikroorganismen eingesetzt werden kann. Die Einbauten zur Versorgung und Überwachung des Reaktors werden seitlich am Boden des Reaktors über eine Anschlussplatte angebracht. Diese Reaktoren werden überwiegend bei Reaktorvolumen von mehr als 10 L eingesetzt. The failure of the standard reactors due to the provisioning procedures can be of the order of magnitude of the retry effect, especially for short periods of use and frequent product changes. Affected in the USP of biotechnological production, for example, the process steps of media production and fermentation and DS solubilization, freezing, thawing, pH adjustment, precipitation, crystallization, rebuffering and virus inactivation. In order to meet the demand for a fast and flexible resending of the production plant while maintaining maximum cleanliness and sterility, there are concepts of disposable reactors of ever increasing interest on the market. In WO2007 / 121958A1 and WO2010 / 127689 such a disposable reactor for the cultivation of cells and microorganisms is described. It consists in a preferred embodiment of a stable, preferably multi-layer polymer material bag. The deformable disposable reactor is received by a container that supports it. He is preferably introduced from the front into the container. The container is connected to a drive unit. By the drive unit of the container including the disposable reactor is placed in a rotational oscillatory movement about a stationary, preferably vertical axis of the container. By an angular embodiment of the disposable reactor and / or internals in the disposable reactor, a high power input can be achieved in the reactor contents in the oscillatory rotary motion, so that the disposable reactor can be used as a surface-agitated fermenter for the cultivation of cells and microorganisms. The internals for supply and monitoring of the reactor are mounted laterally at the bottom of the reactor via a connection plate. These reactors are predominantly used at reactor volumes of more than 10 liters.
Für kleinere Reaktorvolumen ist die Produktion eines Reaktorbeutels samt passendem Behälter zu aufwändig. For smaller reactor volumes, the production of a reactor bag together with a suitable container is too time-consuming.
Die Herausforderung liegt in kleinen Einwegreaktoren darin, die Sensorik, die Mischtechnik, die Temperierung und Versorgung des Reaktors in einer möglich kompakten und kostengünstigen Form zu erreichen. The challenge lies in small disposable reactors in achieving the sensor technology, mixing technology, temperature control and supply of the reactor in a possible compact and cost-effective form.
Kleine gerührte Einwegreaktoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Small stirred one-way reactors are known in the art.
Sartorius Stedim Biotech bietet mit ihrem Univers el® SU (http://www.sart orius- stedim.com/Biotechnology/Fermentation_Technologies/Reusable_Bioreactors/Data Sheets/Data_ UniVessel_SU_SBI2033-e.pdf) einen gerührten Einwegreaktor, bei dem der Reaktortank zylindrisch ist. Der Einwegreaktor verfügt für das Durchmischen über einen Rührer und für die Gasversorgung von unten über einen I. -Sparger unter dem Rührer. Über dem Deckel wird der Antrieb des Rührers über eine von oben getriebene Antriebsachse, die Sensorik (Temperatur, pH (ehem.), Sauerstoff (ehem.)), die Gasver- und Gasentsorgung für den Gasraum, sowie weitere Versorgung sowie Probeentnahme über Leitungen gewährleistet. Der Deckel wird mittels Clamp- Verbindung an den Reaktortank befestigt und per O-Ring gegen den Reaktortank steril abgedichtet. Der Rührerantrieb wird mit 2 Lippendichtungen abgedichtet. Die Sensorik für die Überwachung von H und Sauerstoffgehalt kann auch mittels optoelektronischen Sensorpatche am Boden des Reaktortanks erreicht werden. Für den Betrieb wird der Reaktortank in einem speziellen Behälter fest positioniert, wobei dieser Behälter über einen Halterungsring und einen Fuß mit einem optoelektronischen Sensorsystem zum Ablesen der Sensorpatche verfügt. Sartorius Stedim Biotech offers with its Univers el® SU (http: //www.sart.org/Biotechnology/Fermentation_Technologies/Reusable_Bioreactors/Data Sheets / Data_ UniVessel_SU_SBI2033-e.pdf) a stirred, one-way reactor with a cylindrical reactor tank , The disposable reactor has a stirrer for mixing and, for the gas supply from below, an I. sparger below the stirrer. Above the cover, the drive of the stirrer is ensured via a drive shaft driven from above, the sensors (temperature, pH (former), oxygen (formerly)), the gas and gas disposal for the gas space as well as further supply and sampling via lines , The lid is attached to the reactor tank by means of a clamp connection and sealed in a sterile manner against the reactor tank via an O-ring. The stirrer drive is sealed with 2 lip seals. The sensors for monitoring of H and oxygen content can also be achieved by means of optoelectronic Sensorpatche at the bottom of the reactor tank. For operation, the reactor tank is firmly positioned in a special container, this container having a retaining ring and a foot with an opto-electronic sensor system for reading the sensor patches.
Der Nachteil dieses bzw. ähnlicher im Markt verfügbarer Reaktorsysteme liegt darin, dass diese gerührten Systeme bewegte Einbauten sowie ein aufwändiges, steriles Dichtungssystem im Deckel erfordern und infolge der hohen Scherkräfte für die Kultivierung von sehr empfindlichen Zellen, wie z.B. Stammzellen, wenig geeignet sind. The disadvantage of this or similar reactor systems available on the market is that these agitated systems require moving internals as well as a sophisticated, sterile sealing system in the lid and, due to the high shear forces, for the cultivation of very sensitive cells, e.g. Stem cells are poorly suited.
Es stellt sich ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe, ein scherarmes System zur Durchführung von Prozessen mit hohen Anforderungen an Reinheit und Sterilität bereitzustellen, das den zeitlichen, technischen und personellen Aufwand auf die Bereitstellung gereinigter und sterilisierter Komponenten reduziert. Das System soll für Pi zessvolumina von 10 mL bis 20 I insbesondere 50 mL bis 10 L und besonders bevorzugt 250 mL bis 3 L Arbeitsvolumen verwendbar sein. Es soll den hohen Anforderungen der pharmazeutischen Industrie gerecht werden, einfach und intuitiv handzuhaben und kostengünstig sein. Es soll Sicherheitsrisiken durch das Austreten von Stoffen aus dem Prozessraum auf ein Minimum reduzieren. Es soll eine ausreichende Durchmischung des Reaktorinhalts ermöglichen, für die Kultivierung von Mikroorganismen und Zeilkulturen geeignet sein und hierbei für eine ausreichende Ver- und Entsorgung des Kulturmediums mit flüssigen Nährmedien und insbesondere gasförmigen Stoffen sorgen. Es soll für die Prozessentwicklung ebenso geeignet sein wie für die Herstellung von Zellprodukten, insbklinischer Zeliprodukte wie. Z. B. menschliche oder tierische Körperzellen: Stammzellen, Blutzeilen, Leukozyten wie z. B. natürliche Killerzellen (NK-Zelien), Gewebezellen oder pharmazeutischer Wirkstoffe wie z.B. monoklonale Antikörper, Proteine, Enzyme in Bioreaktoren. It is based on the prior art, the task of providing a low-shear system for performing processes with high demands on purity and sterility, which reduces the time, technical and human resources on the provision of purified and sterilized components. The system should be usable for pess measurement volumes of 10 mL to 20 L, in particular 50 mL to 10 L and more preferably 250 mL to 3 L working volume. It is intended to meet the high requirements of the pharmaceutical industry, to be simple and intuitive to handle and to be cost-effective. It is intended to minimize safety risks by discharging substances from the process area to a minimum. It should allow adequate mixing of the reactor contents, be suitable for the cultivation of microorganisms and cell cultures and in this case ensure adequate supply and disposal of the culture medium with liquid nutrient media and in particular gaseous substances. It should be just as suitable for the process development as for the production of cell products, especially for clinical cell products like. For example, human or animal body cells: stem cells, blood lines, leukocytes such. Natural killer cells (NK cells), tissue cells or pharmaceutical agents, e.g. monoclonal antibodies, proteins, enzymes in bioreactors.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung einer formstabilen, eckigen Kunststoffflasche zur Abgrenzung des Reaktorinnenraums gelöst, wobei die Kunststoffflasche einen Boden, Wände, einen Innenraum und mindestens einen Zugang zum Innenraum aufweist und bevorzugt einen pyramidalen, nach innen gewölbten Boden, einen breiten Hals und/oder einen oder mehrere seitlich im unteren Bereich der Flasche an einer mit Koordinaten definierten Stelle angebrachte Sensorpatche aufweist. . According to the invention this object is achieved by the use of a dimensionally stable, square plastic bottle for delimiting the interior of the reactor, wherein the plastic bottle has a bottom, walls, an interior and at least one access to the interior and preferably a pyramidal, inwardly curved bottom, a wide neck and / or. or has one or more laterally in the lower region of the bottle at a position defined with coordinates Sensorpatche. ,
Erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung einer formstabile eckige Kunststoffflasche als Bioreaktortank für die Kultivierung von Zellen, insbesondere empfindlicher Zellen und auf (Mikro)träger wachsender Zellen wie z.B. Stamm, Blut- oder Gewebezellen, wobei die Kunststoffflasche einen Boden, Wände, einen Innenraum und mindestens einen verschließbaren Zugang zum Innenraum insbesondere einen Flaschenhals aufweist. Üblicherweise sind im Innenraum der Kunststoffflas che an einer oder mehreren Wänden im unteren Bereich, an einer mit Koordinaten definierten Stelle, einen oder mehrere Sensorpatche angebracht. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Reaktortank umfassend eine formstabile eckige Kunststoffflasche, die einen Boden, Wände, einen Innenraum und mindestens einen verschließbaren Zugang zum Innenraum aufweist, umfassend mindestens einen Flaschenhals insb. verschließbar durch einen Deckel und/oder mindestens eine Durchführung, wobei im Innenraum, an einem oder mehreren Wänden im unteren Bereich der Kunststoffflasche, an einer mit Koordinaten definierten Stelle, ein oder mehrere Sensorpatche angebracht sind. Vorzugsweise werden Durchführungen im Deckel untergebracht. The first object of the present invention is therefore the use of a dimensionally stable square plastic bottle as a bioreactor tank for the cultivation of cells, especially sensitive cells and on (micro) carrier-growing cells such as stem, blood or tissue cells, the plastic bottle a floor, walls, a Interior and at least one lockable Access to the interior in particular has a bottleneck. Usually, in the interior of the plastic glass che on one or more walls in the lower region, attached to a position defined by coordinates, one or more Sensorpatche attached. Another object of the present invention is a reactor tank comprising a dimensionally stable polygonal plastic bottle having a bottom, walls, an interior and at least one closable access to the interior, comprising at least one bottleneck esp. Closable by a lid and / or at least one passage, wherein Interior space, at one or more walls in the lower region of the plastic bottle, at a location defined by coordinates, one or more Sensorpatche are attached. Preferably, bushings are accommodated in the lid.
Im Markt sind trägerfixierte, aus fluoreszierenden Farbschichten aufgebaute Sensorpatche verfügbar (z.B. Fa. Presens, Fa. YSI), die z.B. auf Flaschenwand aufgeklebt werden können. Üblicherweise werden mindestens einen pH-Sensorpatch und einen Sauerstoff-S ensorpatch verwendet. Support-fixed sensor patches constructed of fluorescent color layers (e.g., Presens, YSI), available e.g. can be stuck on bottle wall. Usually, at least one pH sensor patch and one oxygen sensor trap are used.
Alternativ weist der Reaktortank bzw. ioreaktor an einer Flaschenwand oder in dem Deckel, bevorzugt in dem Deckel, Durchführungen für elektrochemische Sensoren, bevorzugtAlternatively, the reactor tank or ioreaktor on a bottle wall or in the lid, preferably in the lid, feedthroughs for electrochemical sensors, preferably
Einwegsensoren z.B. nach US 20120067724 AI, auf. Disposable sensors e.g. according to US 20120067724 AI, on.
Damit der Reaktor die Sterilitätsanforderungen der pharmazeutischen Industrie erfüllen kann, wird die Kunststoffflasche üblicherweise aus einem gamma-sterilisierbaren Kunststoffmaterial hergestellt. Der erfindungsgemäße Reaktortank ist vorzugsweise aus einem ein- oder mehrlagigen durchsichtigen Polymermaterial ausgeführt, dass Einblick in den Reaktortank während des Betriebs ermöglicht. In order for the reactor to meet the sterility requirements of the pharmaceutical industry, the plastic bottle is usually made from a gamma-sterilizable plastic material. The reactor tank according to the invention is preferably made of a single or multi-layer transparent polymer material that allows insight into the reactor tank during operation.
Kunststoffe oder Glas sind ein vergleichsweise kostengünstige Materialien, das sich auch vergleichsweise kostengünstig verarbeiten lassen. Die Entsorgung des gebrauchten Reaktortanks und die Verwendung eines neuen Einwegreaktortanks sind damit wirtschaftlicher als die Reinigung von gebrauchten Reaktortanken, insbesondere da bei der Verwendung eines neuen Einwegreaktortanks eine aufwändige Reinigung und Reinigungsvalidierung entfällt. Der erfindungs gemäße Reaktortank wird im Reinraum hergestellt oder gereinigt und ist vorzugsweise steril verpackt. Der erfindungsgemäße Reaktortank ist formstabil. Als Materialien oder Materialkombination für den erfindungsgemäßen Reaktortank eignen sich alle zellbiologisch kompatiblen, dem Fachmann bekannte Materialien, insbesondere Glas, Polyethylen, Polypropylen, Polyetherketon (Peek), PVC, Polyethylenterephthalat und Polycarbonat. Wandstärken von 0,lmm-5mm werden bevorzugt und von 0.5 - 2mm besonders bevorzugt. Plastics or glass are relatively inexpensive materials that can also be processed comparatively inexpensively. The disposal of the used reactor tank and the use of a new disposable reactor tank are thus more economical than the cleaning of used reactor tanks, especially since when using a new disposable reactor tank, a complex cleaning and cleaning validation deleted. The fiction, contemporary reactor tank is manufactured or cleaned in clean room and is preferably sterile packed. The reactor tank according to the invention is dimensionally stable. Suitable materials or combination of materials for the reactor tank according to the invention are all cell biologically compatible, known in the art materials, in particular glass, polyethylene, polypropylene, polyether ketone (peek), PVC, polyethylene terephthalate and polycarbonate. Wall thicknesses of 0, lmm-5mm are preferred and 0.5-2mm is particularly preferred.
Die Flaschenmaterialien werden üblicherweise mittels aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren des Streckblas ens in der gewünschten Form gebracht. Der Querschnitt des Reaktortanks bzw. der Kunststoffflasche weist vorzugsweise die Form eines n- Ecks mit n im Bereich von 3 bis 12 auf, bevorzugt im Bereich von 3 bis 6, ganz besonders bevorzugt im Bereich 3 bis 4, am meisten bevorzugt ist n gleich 4. The bottle materials are usually brought into the desired shape by means of stretch blown processes known from the prior art. The cross section of the reactor tank or the plastic bottle preferably has the shape of an n-corner with n in the range of 3 to 12, preferably in the range of 3 to 6, most preferably in the range of 3 to 4, most preferably n is equal to 4 ,
Vorzugsweise sind die Seitenwände des erfindungsgemäßen Reaktortanks bzw. der Kunststoffflasche zumindest teilweise als ebene Flächen ausgebildet, die in einem Winkel von 45° bis 120° aufeinandertreffen. Bevorzugt bilden die Seitenwände des Reaktors einen Polyeder, wobei der Flaschenhals auf einer der Fläche angebracht ist. Preferably, the side walls of the reactor tank or the plastic bottle according to the invention are at least partially formed as flat surfaces which meet at an angle of 45 ° to 120 °. Preferably, the side walls of the reactor form a polyhedron with the bottleneck attached to one of the surfaces.
Bevorzugt ist der Reaktortank bzw. die Kunststoffflasche quaderförmig mit Kantenlängen H, b und c, wobei H die Höhe, b die Breite und c die Tiefe der Kunststoffflasche darstellen und b < c < H. Der breite Hals ist typischerweise auf einer der kleinen Flächen angebracht und die dieser gegenüberliegenden Fläche dient als Boden des Reaktortanks. Der erfindungsgemäße Reaktortank bzw. die Kunststoffflasche weisen ein Verhältnis von Flaschenhöhe H zur maximalen Breite b und Tiefe c im Bereich von 0,5 bis 4, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1.5 bis 2.5 auf. In der bevorzugten Aus führungs form weist der Reaktor t an k e i n e qu a dra t i s c h e Flaschenquerschnittkantenlänge a=c=D auf. Preferably, the reactor tank or plastic bottle is cuboid with edge lengths H, b and c, where H represents the height, b the width and c the depth of the plastic bottle and b <c <H. The broad neck is typically mounted on one of the small surfaces and the opposite surface serves as the bottom of the reactor tank. The reactor tank according to the invention or the plastic bottle have a ratio of bottle height H to maximum width b and depth c in the range of 0.5 to 4, preferably 1 to 3, particularly preferably 1.5 to 2.5. In the preferred embodiment, the reactor has at least one cylinder cross-sectional edge length a = c = D.
Für eine bessere Durchmischung des Reaktors und ein verringertes Startvolumen weist der Reaktortank bzw. die Kunststoffflasche üblicherweise einen nach innen gewölbten Boden auf. Für die Gestaltung des Bodens wird die Lehre aus WO2010/127689 per Referenz integriert. Der Boden weist insbesondere die Form eines nach innen gerichteten Tetraeders, einer nach innen gerichteten Pyramide, die Form eines Paraboloids oder eine Glockenform auf— Besonders bevorzugt ist der Boden pyramidal ausgeführt. Die Höhe hw der Wölbung liegt im Bereich des 0,01 -fachen bis 1 -fachen des kreisäquivalenten Durchmessers Dt des Bodenquerschnitts. Bevorzugt liegt die Höhe hw der Wölbung zum kreisäquivalenten Durchmesser Dt im Bereich von 3 % bis 100%, besonders bevorzugt im Bereich von 5% bis 30% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10%o bis 20%. Der erfindungsgemäße Reaktortank kann über seine Außenwände beheizt und/oder gekühlt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Außenseite des Bodens der Kunststoffflasche bzw. des Reaktortanks eine Einweg-Heizmatte aufgebracht, mit der wegen der formschlüssigen Verbindung von Heiz- und Mantelfläche ein sehr effizienter Wärmetransport erreicht werden kann. Auf diese Weise kann die Heizfläche auf die Boden fläche reduziert werden. .Dazu wird diese Heizmatte üblicherweise auf die Außenseite des Bodens aufgeklebt. In der Regel bedarf der Reaktortank keiner zusätzlichen Kühlung, da ein Ausschalten der Heizmatte bei Reaktoren mit kleinem Volumen und somit großer spezifischer Wärmeaustauschfläche eine ausreichend schnelle Abkühlung herbeiführt. Eine zusätzliche Kühlung wäre z.B. bei microbiellen Anwendungen bei niedrigerer Fermentationstemperatur und höhere Respirationswärme durch Anbringung von Peltierelementen auf den Seitenflächen des Reaktortanks oder des Tankhalters im Bedarfsfall anwendbar. For a better mixing of the reactor and a reduced starting volume, the reactor tank or the plastic bottle usually has an inwardly curved bottom. For the design of the floor, the teaching of WO2010 / 127689 is integrated by reference. In particular, the bottom has the shape of an inwardly directed tetrahedron, an inwardly directed pyramid, the shape of a paraboloid or a bell-shaped form. Particularly preferably, the bottom is made pyramidal. The height h w of the curvature is in the range of 0.01 times to 1 times the circle-equivalent diameter Dt of the bottom cross-section. The height h w of the curvature at the circle-equivalent diameter Dt is preferably in the range from 3% to 100%, particularly preferably in the range from 5% to 30% and very particularly preferably in the range from 10% to 20%. The reactor tank according to the invention can be heated and / or cooled via its outer walls. In a preferred embodiment, a disposable heating mat is applied on the outside of the bottom of the plastic bottle or of the reactor tank, with which a very efficient heat transfer can be achieved because of the positive connection of the heating and lateral surface. In this way, the heating surface can be reduced to the floor area. .Dazu this heating mat is usually glued to the outside of the floor. In general, the reactor tank requires no additional cooling, since switching off the heating mat in reactors with a small volume and thus large specific heat exchange surface causes a sufficiently rapid cooling. An additional cooling would be applicable, for example, in microbial applications at lower fermentation temperature and higher heat of respiration by attaching Peltier elements on the side surfaces of the reactor tank or the tank holder if necessary.
Der erfindungsgemäße Reaktortank stellt vorzugsweise einen nach außen abdichtbaren Raum für die Durchführung von chemischen, biologischen, biochemischen und/oder physikalischen Prozessen dar. Insbesondere dient der Reaktortank der Bereitstellung eines sterilen Raumes zur Kultivierung von Zellen und/oder Mikroorganismen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktortanks wird hierfür der Flaschenhals des Reaktortanks mittels eines Deckels dicht verschlossen, wobei der Deckel mindestens über Durchführungen und / oder Anschlüsse für die Gas- und Flüssigkeitsversorgung und -abfuhr des Reaktortanks verfügt. Erfindungsgemäß weist der Deckel keine Durchführung für eine Antriebsachse auf [Fig. 2-5]. Der Deckel ist ein weiteres Element des erfindungsgemäßen Reaktortanks. Vorzugsweise werden die angeschlossenen Gasleitungen mit Sterilfiltern ausgestattet, wobei der Sterilfilter der Abgasleitung vorzugsweise mit einer Heizmatte ausgestattet ist, um Kondensat von den Fiiterflächen fernzuhalten. Alternativ kann das Abgas zur Kondensatvermeidung am Filter mit ei nen Abgaskühler , der z.B. über ein elektronisches Kühlelement (z.B. ein Peltiereiement), das auf einer aus Folienmaterialien hergestellten Wärmeübertragungsfläche aufgebracht ist, auf einen niedrigeren Taupunkt (Kondensationstemperatur < Umgebungstemp eratur) heruntergekühlt werden The reactor tank according to the invention preferably constitutes an externally sealable space for carrying out chemical, biological, biochemical and / or physical processes. In particular, the reactor tank serves to provide a sterile space for culturing cells and / or microorganisms. In a preferred embodiment of the reactor tank according to the invention for this purpose, the bottleneck of the reactor tank is sealed by means of a lid, wherein the lid has at least passages and / or connections for the gas and liquid supply and removal of the reactor tank. According to the invention, the cover has no passage for a drive axle [Fig. 2-5]. The lid is another element of the reactor tank according to the invention. Preferably, the connected gas lines are equipped with sterile filters, wherein the sterile filter of the exhaust pipe is preferably equipped with a heating mat to keep condensate from Fiiterflächen. Alternatively, the exhaust gas for condensate avoidance at the filter with egg nen exhaust gas cooler, the e. is cooled down to a lower dew point (condensation temperature <ambient temperature) via an electronic cooling element (e.g., a Peltier element) mounted on a heat transfer surface made of sheet materials
Weiterhin kann der Deckel nach Bedarf weitere Durchführungen und / oder Anschlüsse für Elemente aus der Gruppe umfassend: Furthermore, the lid can, if necessary, further bushings and / or connections for elements from the group comprising:
einen oder mehrere elektronische, optoelektronische oder elektrochemis che Sensoren, insbesondere einwegelektrochemische Sensoren aus US 2012/0067724 AI oder PT100 one or more electronic, optoelectronic or electrochemical sensors, in particular one-way electrochemical sensors from US 2012/0067724 A1 or PT100
Widerständes ensor zur Temperaturkontrolle und / oder kapazitive Sensoren zur Füllstandskontrolle oder zur Zelldichtemessung, Resistive sensor for temperature control and / or capacitive sensors for level control or cell density measurement,
- einen internen Zellabscheider und / oder  an internal cell separator and / or
ein Prob ennahmesystem  a trial system
aufweisen. Der Reaktortank ist entsprechend je nach Anwendung m it ei nem oder mehreren dieser Elemente ausgestattet. exhibit. Depending on the application, the reactor tank is equipped with one or more of these elements.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt sich der Deckel aus einem Stopfen und einer Überwurfhülse zusammen. Der Stopfen wird üblicherweise aus Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe der Polyetheretherketone, Thermoplast oder Silikon hergestellt. Üblicherweise ist der Stopfen als Einweg-Stopfen, in einer besonderen Aus führungs form auch wiederverwendbar ausgeführt. In a preferred embodiment of the invention, the lid is composed of a plug and a cap sleeve. The plug is usually made of plastic selected from the group of polyetheretherketones, thermoplastic or silicone. Usually, the plug is designed as a disposable plug, in a special imple mentation form reusable.
Bevorzugt wird der Stopfen in den Hals des Reaktors zur Schließung eingeführt, mittels einer auf dem Umfang angebrachten O-Ringdichtung gegen die innere Seite des Flaschenhals gedichtet und mit einer separaten Arretiermittel wie z. B. eine verschraubbare Üb erwurfmutter an das Gewinde des Flaschenhals angeschraubt oder mit einem Klemmring verklemmt. Alternativ kann der in den Flaschenhals eingeführte Stopfen mittels einer auf der Flaschenöffnung aufgelegten Dichtlippe abgedichtet und mit einer separaten verschraubbaren Überwurfhülse verklemmt und an der Kunststoffflasche angeschraubt werden. Eine weitere Alternative ist ein Deckel, der die identischen Durchführungen wie der Stopfen enthält, welcher an der Kunststoffflasche angeschraubt wird und mit einem O-Ring gegen die Flaschenhals und/oder die Flaschenöffnung abgedichtet wird. Bevorzugt wird der in den Flaschenhals gesteckte Stopfen verwendet, weicher mit O-Ringdichtung am Flaschenhals gedichtet und mit einer separaten verschraubbaren Überwurfmutter an der Kunststoffflasche festgeschraubt wird [Fig. 2]. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der O-Ring mechanisch gering beansprucht wird und keine Verdrillung der Schlauchleitung auftritt, wie es bei dem Drehen eines Deckeis der Fall wäre. Preferably, the plug is inserted into the neck of the reactor for closure, sealed by means of a circumferentially mounted O-ring seal against the inner side of the bottle neck and with a separate locking means such. B. screwed over a nut üb screwed to the thread of the bottle neck or jammed with a clamping ring. Alternatively, the introduced into the bottleneck can be sealed by means of a sealing lip placed on the bottle opening and clamped with a separate screw-cap sleeve and screwed to the plastic bottle. Another alternative is a lid containing the identical feedthroughs as the plug, which is screwed to the plastic bottle and sealed with an O-ring against the bottle neck and / or the bottle opening. Preferably, the stopper inserted into the neck of the bottle is used, which is sealed with an O-ring seal on the neck of the bottle and screwed to the plastic bottle with a separate screw-on union nut [Fig. 2]. This embodiment has the advantage that the O-ring is subjected to little mechanical stress and no twisting of the hose occurs, as would be the case when turning a blanket.
Der Reaktortank samt Deckel ist vorzugsweise als Einwegelement ausgeführt, d.h. es ist vorzugsweise vorgesehen, den kompletten Reaktortank nach der Verwendung nicht zu reinigen, sondern zu entsorgen. Daher umfasst der Reaktortank vorzugsweise nur die wesentlichen Elemente, die zur Bereitstellung eines sterilen Reaktionsraumes notwendig sind: The reactor tank with lid is preferably designed as a disposable element, i. It is preferably provided not to clean the entire reactor tank after use, but to dispose of it. Therefore, the reactor tank preferably comprises only the essential elements necessary to provide a sterile reaction space:
Die Kunststoffflasche wird üblicherweise als Einwegartikel produziert und verwendet. Für die Kultivierung empfindlicher Zellen bzw. Herstellung von klinischen Zellprodukten erfolgt die Begasung vorzugsweise ausschließlich über die Oberfläche. In diesem Fall weist der Deckel keine Durchführung für ein Blasenbegasungseiement auf und der erfindungsgemäße Reaktortank weist keine Einbauten f r die Blasenbegasung auf. Für Anwendungen im Rahmen der Prozessentwickiung mit dem Fokus der Maßstabsübertragung auf Großfermenter, für Perfusionsverfahren mit hohen Zeildichten oder für mikrobielie Prozesse kann ein Einbau für eine zusätzliche Mikro- oder Macrobegasung ( z.B. mit Schlauchleitungen von oben über den Deckel versorgte und an eine Behälterwand angeklebte Sinterkörper ) vorgesehen werden. Bevorzugter Weise las st sich der erfindungsgemäßen Reaktor vollständig aus preiswerten Elementen herstellen und ermöglicht hiermit die Verwendung des Reaktors als Einwegsystem. Alternativ werden alle hochwertigen Elemente in einen wiederverwendbaren Deckel integriert und der lediglich der Reaktortank wird als Einwegeiement verwendet. The plastic bottle is usually produced and used as a disposable item. For the cultivation of sensitive cells or production of clinical cell products, fumigation preferably takes place exclusively via the surface. In this case, the lid does not have a passage for a bubble gasification element and the reactor tank according to the invention has no devices for the bubble gassing. For applications in the context of process development with the focus on scale transfer to large fermenters, for perfusion processes with high cell densities or for microbial processes, installation for additional micro- or Macrobegasung (eg with hose lines from above the lid supplied and adhered to a container wall sintered body) be provided. Preferably, the reactor according to the invention can be made completely from inexpensive elements and thus makes possible the use of the reactor as a one-way system. Alternatively, all high quality elements are integrated into a reusable lid and only the reactor tank is used as a disposable element.
In einer besonderen Ausfuhrungsform des Reaktors wird zur Zeilrückhaltung ein Zellabscheider in dem Reaktortank verwendet. Erfindungsgemäß wird der interne Zellabscheider gebildet durch ein zentrales vertikales Abscheiderrohr und einen Abscheiderkopf mit einem Sammler zum Absaugen von Zellen befreiter Kulturlösung, wobei der Deckel eine Durchführung für den Sammler aufweist und der Zellabscheider am Deckel entweder drehbar gelagert oder statisch befestigt ist. Das Rohr und der Abscheiderkopf können unterschiedlichen Längen, Geometrie (konisch und gerade) und Durchmessern sowie diversen Rohreinbauten (Kegel- und Ringeinbauten, Gleichrichter aufweisen. Besondere Aus führungs formen sind in Fig. 6 bis 8 dargestellt. Der Zellabscheider kann aus Stahl, Glas oder Kunststoff hergestellt sein. Vorzugsweise wird er aus Kunststoff wie z. B. Polyethylen, Polypropylen. Polyethylenterephthalat, Polyetherketon und/oder Polycarbonat hergestellt und als Einwegelement verwendet. In a particular embodiment of the reactor, a cell separator in the reactor tank is used for cell retention. According to the invention, the internal cell separator is formed by a central vertical separator tube and a separator head with a collector for extracting cells liberated culture solution, the lid has a passage for the collector and the Zellabscheider on the lid is either rotatably mounted or statically attached. The tube and the separator head can have different lengths, conical and straight geometries and diameters, as well as various tube installations (conical and ring installations, rectifiers.) Special embodiments are shown in FIGS. 6 to 8. The cell separator can be made of steel, glass or metal Preferably it is made of plastic such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyether ketone and / or polycarbonate and used as a disposable element.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein interner vertikaler Zellabscheider für Bioreaktoren, gebildet durch ein zentrales vertikales Abscheiderrohr und einen Abscheiderkopf mit einem Sammler zum Absaugen von zellenbefreiten Medium, wobei der Zellabscheider am einem Deckel für einen Reaktortank befestigt oder drehbar gelagert ist und der Deckel eine Durchf hrung für den Sammler aufweist. Another object of the present invention is therefore an internal vertical cell separator for bioreactors, formed by a central vertical separator tube and a separator head with a collector for aspirating cell-depleted medium, the cell separator is attached to a cover for a reactor tank or rotatably mounted and the lid a Performing for the collector.
Wird ein Zellabscheider verwendet, weist der Reaktortank üblicherweise einen breiten Hals auf, damit der vorgefertigten an den Deckel befestigten Zellabscheider durch den Flaschenhals eingeführt werden kann. Ist der Zellabscheider bewegbar an den Deckel befestigt (=drehbar gelagert), wird er von der Drehbewegung des Reaktortanks aufgrund seiner Massenträgheit nur minimal beeinflusst. Dadurch lassen sich die vom Abscheider in den Sedimentationsraum übertragenen und den S edimentations Vorgang störenden Umwälzströmungen vermeiden, und die Rückhaltung erheblich verbessern, wie in Fig. 10 gezeigt. When a cell separator is used, the reactor tank usually has a wide neck so that the prefabricated cell separator attached to the lid can be inserted through the neck of the bottle. If the cell separator is movably attached to the cover (= rotatably mounted), it is only minimally influenced by the rotational movement of the reactor tank due to its inertia. As a result, the circulating flows transmitted from the separator into the sedimentation space and interfering with the sedimentation process can be avoided, and the retention can be remarkably improved, as shown in FIG.
Der Zellabscheider wird bevorzugt so konzipiert, dass Innen- und Außenbereich des Zellabscheiders durch entsprechende Verengungen weitgehend voneinander getrennt sind. Auf diese Weise soll eine Übertragung der die Sedimentation störenden Strömungen aus dem gut durchmischten Außenraum in die S edimentations zone vermindert werden. M it anderen Worten soll das Innenvolumen des Zellabscheiders von Strömungen im Außenvolumen (=Kulturvolumen) so wenig wie möglich beeinflusst werden, wobei jedoch ein Rücktransport des zurückgehaltenen Zeilen in den durchmischten, versorgten Reaktorbereich gewährleistet bleiben muss The cell separator is preferably designed so that the inner and outer regions of the cell separator are largely separated from one another by corresponding constrictions. In this way, a transfer of the sedimentation disturbing flows from the well-mixed outdoor space in the S edimentations zone can be reduced. In other words, the inner volume of the cell separator should be as small as possible of flows in the outer volume (= culture volume) However, a return transport of the retained lines must remain ensured in the mixed, supplied reactor area
Bevorzugt weist der interne Zellabscheider für einen Reaktortank mit den Dimensionen Querschnittkantenlänge D=120 mm, H=235 mm ein Abscheiderrohr (310) mit einer Abs cheider länge 1 (370) von 40 mm bis 200 mm, insbesondere von 90 bis 190 mm, bevorzugt 190 mm auf (Fig. 6 und 7). den ereil wird ein Verhältnis l H von 0,2 bis 0,9, bevorzugt 0,5 bis 0,9 insbesondere 0,8 verwendet. Preferably, the internal cell separator for a reactor tank with the dimensions of cross-sectional edge length D = 120 mm, H = 235 mm, a separator tube (310) with a Abs length 1 (370) of 40 mm to 200 mm, in particular from 90 to 190 mm, preferably 190 mm (Figures 6 and 7). the case is a ratio l H of 0.2 to 0.9, preferably 0.5 to 0.9, in particular 0.8 used.
Das Abscheiderrohr weist einen runden Querschnitt mit einem Rohrdurchmesser d (350) auf, wobei das Verhältnis von Rohrdurchmesser d zum Flas chenquers chnittkantenlänge D üblicherweise von 0,25 bis 0,90 insbesondere von 0,5 bis 0,85, bevorzugt 0,83 beträgt. Der Rohrdurchmesser d ist für die Zellrückhaltung wesentlich zur Realisierung der Abscheiderfläche. The separator tube has a round cross-section with a tube diameter d (350), wherein the ratio of tube diameter d to Flasch chenquers chnittkantenlänge D usually from 0.25 to 0.90, in particular from 0.5 to 0.85, preferably 0.83 , The tube diameter d is essential for the cell retention for the realization of the separator surface.
Es wird bevorzugt, den Flaschenhals- und die Zeliabscheiderquerschnitte so auszuwählen, dass der Zellabscheider mühelos in die Flasche eingeführt werden kann. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn ein wiederverwendbarer, autoklavierbarer Deckel verwendet werden soll, der unter der Cleanbench mit dem γ-steriliserten Reaktortank verbunden werden soll. It is preferred to select the bottleneck and cell separator sections so that the cell separator can be easily inserted into the bottle. This is particularly necessary if a reusable, autoclavable lid is to be used which is to be connected under the clean bench to the γ-sterilized reactor tank.
In einer ersten Aus führungs form des Bioreaktors erfolgt die Begasung ausschließlich über die Oberfläche (Fig. 6 und 7). Hierfür wird der Rohrdurchmesser d (350) des Abscheiders so ausgewählt, dass ein Verhältnis von über die Oberflächen begasten Kuiturvoiumen VK definiert durch Formel (I) und Abscheidervolumen VA definiert durch Formel (II) von 0.01 bis 1 0 bevorzugt von 0.2 bis 2 vorhanden ist. In a first embodiment of the bioreactor, the gassing takes place exclusively via the surface (FIGS. 6 and 7). For this purpose, the diameter of the pipe d (350) of the precipitator is selected so that a ratio of over the surfaces fumigated Kuiturvoiumen VK defined by formula (I) and trap volume VA defined by formula (II) of 0.01 to 1 0 preferably from 0.2 to 2 is present ,
VK = D2 * L - -d2 {L - S) (I) V K = D 2 * L - d 2 {L - S) (I)
VA = ~ d2 l (II) V A = ~ d 2 l (II)
Weitere Parameter des Zellabscheiders sind die Abscheidefläche (=Klärfläche) A definiert als A =—d (III) sowie die Klärflächenbelastung v=q/A, wobei q der Erntestrom ist. Am Abscheiderkopf befindet sich der Sammler (320) zum Absaugen von zellenfreier Kulturlösung. Üblicherweise beträgt das Verhältnis dv/d des Sammlerdurchmessers dv (360) zum Rohrdurchmesser d 0, 1 bis 0,7 bevorzugt 0.3-0.5 auf Further parameters of the cell separator are the separation surface (= clarifying surface) A defined as A = -d (III) and the clarifying surface loading v = q / A, where q is the harvesting current. At the separator head is the collector (320) for aspirating cell-free culture solution. Usually, the ratio dv / d of the collector diameter dv (360) to the pipe diameter d 0, 1 to 0.7 is preferably 0.3-0.5
Vorzugsweise weist der Sammler (320) eine konische Form auf. Diese Form hat den Vorteil, dass ehr Platz für die Einführung von weiteren Elementen (Sensoren, Probenaufhahmeleitung, usw.) über den Deckel verfügbar ist. Ebenfalls wird die Begasung* läche geringfügiger reduziert. Vorzugsweise wird der Abscheider im Reaktortank mit einem Verhältnis 1/s von der Abscheiderlänge 1 zum Bodenabstand s des Abscheiderohres von 0,75 bis 9 verwendet. Preferably, the collector (320) has a conical shape. This form has the advantage that there is room for the introduction of further elements (sensors, sample collection line, etc.) over the lid. Also, the fumigation * is reduced slightly. Preferably, the separator is used in the reactor tank with a ratio 1 / s from the separator length 1 to the bottom clearance s of the separator tube of 0.75 to 9.
Auf Einbauten in das Abscheiderrohr und Sammler (320) wird im Zellenabscheider bevorzugt verzichtet. On internals in the separator tube and collector (320) is preferably omitted in Zellabscheider.
In hydrodynamis chen Untersuchungen mit dem Modelpartikel PAN-X wurde ein an den Deckel statisch eingebautes Rohr mit unterschiedlichen Rohrlängen, Geometrie (konischer / gerader Kopf) und Durchmessern sowie diversen Rohreinbauten (Kegel- und Ringeinbauten, Gleichrichter usw.) untersucht. Nach den bisher vorliegenden Experimenten weist der statisch eingebaute (=mitdrehende) , interne Zellabscheider für Feststoffe im Bereich der Klärflächenbelastung v von 0,025 < v [m/h] < 0,2 bei einem Leistungs eintrag P/VK von 3 W/m3 einen vergleichbaren Rückhaltegrad wie statische externe Systeme auf (z.B. Plattenabs cheider, Dortmundbrunnen) auf (Fig. 13). Insbesondere ist der erfindungsgemäße Zellenabscheider für die Kultur von gut sedimentierbaren Partikeln, wie z. B. Träger-fix ierten Zellen anwendbar, die je nach Sinkgeschwindigkeit derIn hydrodynamic investigations with the model particle PAN-X, a tube with different tube lengths, geometry (conical / straight head) and diameters as well as various tube internals (conical and ring inserts, rectifier, etc.) was statically installed on the lid. According to the experiments available so far, the static built-in (= co-rotating) internal cell separator for solids in the area of the clarifying surface loading v of 0.025 <v [m / h] <0.2 shows a comparable P / VK of 3 W / m3 Retention level as static external systems on (eg Plattenabs checker, Dortmund fountain) (Fig. 13). In particular, the cell separator according to the invention for the culture of well sedimentable particles, such as. B. carrier-fixed ized cells applicable depending on the rate of descent of the
Trägermateriaiien in erheblich höheren Leistungseintragsbereichen P/VK von > >3W/m3 einsetzbar ist. Trägerermateriaiien in significantly higher power input ranges P / VK of>> 3W / m3 can be used.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist der erfindungsgemäße Reaktor außerdem ein automatisches Probennahmeeiement auf. In a particular embodiment of the invention, the reactor according to the invention also has an automatic sampling element.
In einer ersten Ausführungsform besteht das Probennahmeeiement aus einer Aufnahmeleitung, die durch den Deckel durchgeführt wird (=Deckelprobennaiimeeiement, siehe Fig 10). Außerhalb des Reaktors kann die Leitung mittels Klammern und Quetschventilen abgesperrt werden. Über ein angrenzendes Y-Stück, erfolgen einerseits die vertikale Ansaugung der Probe aus dem Fermenter mittels Unterdruck und der anschließende Transport zur Probenvorbereitungsstation mittels Überdruck. Dieses Y-förmige Proben entnahmeelement ist fü die Realisierung eines automatischen Probenahmemoduls bestehend aus Schlauchleitungen, Quetschventilen, Sterilfiltern, einer Über- und Unter druckversorgung besonders vorteilhaft. Üblicherweise werden kommerziell verfügbare Leitungen, Ventile und Y-Stücke aus Kunststoff verwendet, so dass das in den Deckel integrierbare Probennahmeeiement als Einwegelement bereitgestellt und eingesetzt wird. Das Grundprinzip des Y- förmige Probenentnahmeelement ist in WO 2007/121887 dargestellt, und wird per Referenz integriert, in dem zwei Büretten angesteuert werden, um den Transport und die Aliquotierung einer Probe zu gewährleisten. Nach der Probenentnahme wird das Probennahmeeiement mit EtOH sterilisiert und getrocknet. Vorzugweise werden Filterelemente für Luft und EtOH eingebaut, um die Kontamination des Probenentnahmenelements zu verhindert. Vorzugsweise wird das Probennahmeeiement mit der BiiyC hromat - lat form zur automatisierten Analyse der Bayer Technology Services GmbH gekoppelt. In einer weiteren Ausführungsform weist der Reaktortank an einer Flaschenwand insbesondere an der den Sensoren (Sensorpatch oder elektrochemische Sensoren) gegenüberliegenden Wand, eine Durchführung und/oder einen Anschluss im bodennahen Bereich für die Anbringung eines Probennahmesystems auf. Beispiele für Durchführungen und oder Einbringungen sind u.a. genormte Ingoldstutzen - oder PG 13,5 -Gewindestutzen. Ein geeignetes Probennahmesystem ist z. B. in DE102008033286 AI beschrieben. In a first embodiment, the Probennahmeeiement consists of a receiving line, which is performed by the lid (= Deckelprobennaiimeeiement, see Figure 10). Outside the reactor, the line can be shut off by means of clamps and pinch valves. Via an adjoining Y-piece, on the one hand the vertical suction of the sample from the fermenter takes place by means of negative pressure and the subsequent transport to the sample preparation station by means of overpressure. This Y-shaped sampling element is for the realization of an automatic sampling module consisting of hoses, pinch valves, sterile filters, a positive and negative pressure supply particularly advantageous. Usually commercially available lines, valves and plastic Y-pieces are used so that the sample taking element which can be integrated in the cover is provided and used as a disposable element. The basic principle of the Y-shaped sampling element is shown in WO 2007/121887, and is integrated by reference, in which two burettes are driven in order to ensure the transport and the aliquoting of a sample. After sampling, the Probenahmeeiement is sterilized with EtOH and dried. Preferably, filter elements for air and EtOH are incorporated to prevent contamination of the sampling element. Preferably, the sampling element is coupled with the biological chromatograph for automated analysis by Bayer Technology Services GmbH. In a further embodiment, the reactor tank on a bottle wall, in particular on the wall opposite the sensors (sensor patch or electrochemical sensors), has a passage and / or a connection in the area near the ground for the attachment of a sampling system. Examples of feedthroughs and / or inserts include standardized Ingold nozzle or PG 13.5 threaded nozzles. A suitable sampling system is z. B. described in DE102008033286 AI.
Das Durchmischen innerhalb des erfindungsgemäßen Reaktortanks erfolgt durch eine periodisch richtungswechselnde Rotation des Reaktortanks, die in Kombination mit der eckigen Form der Kunststoffflasche nach innen gerichtete wellenförmige Strömungen an die Oberfläche des Reaktorinhalts verursacht. Für die Gestaltung der Reaktorbewegung wird die Lehre aus WO2010/127689 per Referenz integriert. The mixing within the reactor tank according to the invention is carried out by a periodically reversing rotation of the reactor tank, which causes in combination with the polygonal shape of the plastic bottle inwardly directed wavy currents to the surface of the reactor contents. For the design of the reactor movement, the teaching of WO2010 / 127689 is integrated by reference.
Alle übrigen Elemente, die zum Betrieb eines Reaktors, insbesondere zur Kultivierung von Zellen und/oder Mikroorganismen benötigt werden, insbesondere eine Antriebseinheit zur Erzeugung der periodisch richtungs wechselnde Rotation des Reaktortanks und optoelelctronische Sensorsystem zum Ablesen der Sensorpatche werden durch eine Peripherie bereitgestellt und sind wiederwendbar. DerAll other elements which are required for operating a reactor, in particular for cultivating cells and / or microorganisms, in particular a drive unit for generating the periodically direction-changing rotation of the reactor tank and optoelctronic sensor system for reading the Sensorpatche be provided by a periphery and are reusable. Of the
Reaktor, der im Stand der Technik üblicherweise eine zusammenhängende Einheit darstellt, wird also im vorliegenden Fall vorzugsweise in separate Teile aufgeteilt, die ihren Funktionen gemäß gestaltet sind. Reactor, which usually represents a coherent unit in the prior art, is thus preferably divided in the present case into separate parts, which are designed according to their functions.
Ein weiteres Element des erfindungsgemäßen Reaktors stellt daher die Peripherie dar. Insbesondere wird als Peripherie eine Reaktortankaumahmeperipherie eingesetzt, die eine oder mehrere Reaktortankhaiterungen aufweist, wobei der Reaktortank und die Reaktortank alterung als separate Teile eines Gesamtsystems dabei so aufeinander angepasst sind, dass der Reaktortank in die Reaktortankhalterung eingebracht bzw. insbesondere dort eingeklemmt werden kann und von dieser im flüssigkeitsgefüllten Zustand gestützt wird. A further element of the reactor according to the invention is therefore the periphery. In particular, a reactor tank storage periphery is used as the periphery, which has one or more reactor deposits, wherein the reactor tank and the reactor tank aging are adapted to one another as separate parts of an overall system in such a way that the reactor tank into the reactor tank Reactor tank holder introduced or in particular can be trapped there and is supported by this in the liquid-filled state.
Die Reaktortankaufnahmeperipherie zur Aufnahme eines er fmdungs gemäß en Reaktortanks ist ein weiteres Element des erfindungsgemäßen Reaktors und umfasst mindestens: The reactor tank receiving periphery for accommodating a reactor tank according to the invention is a further element of the reactor according to the invention and comprises at least:
Ein oder mehrere Reaktortankhaiterungen zur Aufnahme jeweils eines Reaktortanks umfassend eine auf dem Reaktorlank angepasste Stellfläche und ein oder mehrere seitliche Befestigungselemente. Beispielsweise weist die R ea k t ort an k ha 11 eru n g eine Stellplatte und seitliche lemmarme bzw. flächen auf. - Verbunden mit dem Reaktortankhaiterungen, insbesondere mit der Stellfläche der One or more Reaktortankhaiterungen for receiving in each case a reactor tank comprising a matched on the Reaktorlank footprint and one or more lateral fastening elements. For example, the eaves on k ha 11 eru n g an adjusting plate and lateral lemmarme or surfaces on. - Associated with the Reaktortankhaiterungen, especially with the footprint of
Reaktortankhaiterungen, ist eine Antriebseinheit zur Durchführung einer periodisch richtungs wechs elnde Rotationsb ewegung, wie Z. B ein Schrittmotor. Vorzugsweise wird ein Schrittmotor ohne Getriebe mit direkter Kopplung des Motors und des Antriebes eingesetzt. Durch die Antriebseinheit kann der Reaktortank um seine ortsfeste, vertikale Achse in einer periodisch r i chtungs wechs elnde Rotationsbewegung versetzt werden, so dass eine direkte Koppelung der Antriebseinheit mit dem Reaktortank selbst nicht erforderlich ist. Vorzugsweise wird für die Realisierung der Reaktorbewegung ein Schrittmotor ohne Getriebe verwendet. Eine solche Anordnung besitzt den Vorteil sehr geräuscharm zu sein Vorzugsweise ist die Antrieb seinheit mittels einer Steuereinheit steuerbar. Üblicherweise ist die Steuerung Teil der Antriebeinheit. Reactor Tank Holdings, is a drive unit for performing a periodically reversing rotation, such as Z. B is a stepper motor. Preferably a stepper motor without gears with direct coupling of the motor and the drive is used. By means of the drive unit, the reactor tank can be displaced about its stationary, vertical axis in a periodically inclined rotating rotation, so that a direct coupling of the drive unit to the reactor tank itself is not required. Preferably, a stepper motor without gear is used for the realization of the reactor movement. Such an arrangement has the advantage of being very quiet Preferably, the drive unit is controllable by means of a control unit. Usually, the controller is part of the drive unit.
- Einem oder mehreren an der Reaktortanichalterung , insbesondere an einem der seitlichen Befestigungselemente installierten opto - elektronis chen Sensorsysteme zum Ablesen der seitlich an einer mit Koordinaten definierten Stelle des Reaktortanks angebrachten Sensorpatche, insbesondere ein pH-Trans mitler und /oder ein Sauerstoffgehalttrans mitter. Durch die direkte Ankopplung der Lichtanregungs- und Detektionseinheiten an die Sensoren lassen sich die - One or more installed at the Reaktortanichalterung, in particular on one of the lateral fasteners opto - electronic Chen sensor systems for reading the laterally attached to a coordinate point of the reactor tank Sensorpatche, in particular a pH Trans mitler and / or a Sauerstoffgehalttrans mitter. The direct coupling of the light excitation and detection units to the sensors can be the
Lichtintensitäten zur Erzeugung auswertbarer Messsignale und somit die Erzeugung von Radikaien erheblich verringern, was einer verlängerten Lebensdauer der Sensorpatche zugutekommt. Erfindungsgemäß erfolgt die Datenübertragung leitungsgebunden über differentielle, serielleReduce light intensities to produce evaluable measurement signals and thus the generation of Radikaien significantly, which benefits a prolonged life of the sensor patches. According to the invention, the data transmission is conducted via differential, serial
Schnittstellen und / oder leistungsungebunden über Funk wie beispielsweise Bluetooth oder WLAN. Vorzugsweise verfügt das opto- elektronisches Sensorsystem über die differentielle, serielle Schnittstelle zur symmetrischen Signalübertragung Typ EIA485/RS485 aufgrund der robusten Datenübertragung und eine hohe Toieran/ gegenüber elektromagnetischen Störungen. Für eine verbesserte Datenübertragung wurde ein Schrittmotor ohne Getriebe mit direkter Kopplung des Motors und des Antriebes als besonders vorteilhaft identifiziert, weil das eine besonders störungsfreie Datenübertragung ermöglicht. Interfaces and / or non-powered via radio such as Bluetooth or WLAN. Preferably, the optoelectronic sensor system has the differential, serial interface for symmetrical signal transmission type EIA485 / RS485 due to the robust data transmission and a high Toieran / against electromagnetic interference. For improved data transmission, a stepper motor without a gearbox with direct coupling of the motor and the drive has been identified as particularly advantageous, because this allows a particularly trouble-free data transmission.
Fig. 1 1 zeigt eine besondere Aus führungs form des Reaktors samt Reaktortankaufnahmeperipherie. FIG. 11 shows a particular embodiment of the reactor including the reactor tank receiving periphery.
Bevorzugt ist die auf dem Reaktor angepasst Stellfläche austauschbar bzw. anpassbar, so dass das Reaktorgestell mit Reaktoren verschiedener Größen anwendbar ist. Preferably, the footprint adapted to the reactor is replaceable or adaptable, so that the reactor frame can be used with reactors of different sizes.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des er findungs gemäßen Reaktors und Reaktortanks sowie ein Verfahren zur Kultivierung von Zellen und/oder Mikroorganismen. Im Reaktortank liegt während des Betriebs ein Verhältnis von Flüssigkeitsspiegel zur Reaktortankbreite von bevorzugt 0.05 bis 2 und besonders bevorzugt 0,1 bis 1 vor, wobei der Flüssigkeitsspiegel sich infolge Nachfütterung mit dem Wachstum der Zellen ändern kann. Außerdem wird der Reaktortank unter Wahrung seiner bevorzugten hydrodynamischen und prozesstechnischen Eigenschaften mit einem ausreichenden Kopfraum zwischen Reaktortankkopf und Flüssigkeitsspiegel (=Füllstand 180, Hi,)von mindestens 5% bis 50 % Flüssigkeitshöhe bevorzugt mindestens 25% Flüssigkeitshöhe betrieben, um bei Schaumbildung einen ausreichenden Abständen zur mit einem Sterilfilter ausgestatteten Gasaus tragsleitung zu gewährleisten. Zur Kontrolle des Füllstands wird üblicherweise durch den Deckel oder an einer der Behälterwände ein kapazitiver Sensor zur Füllstandskontrolle eingesetzt. The present invention also provides for the use of the inventive reactor and reactor tanks and a method for cultivating cells and / or microorganisms. During operation, a ratio of liquid level to reactor tank width of preferably 0.05 to 2 and more preferably 0.1 to 1 is present in the reactor tank, wherein the liquid level may change as a result of replenishment with the growth of the cells. In addition, the reactor tank is operated while maintaining its preferred hydrodynamic and process properties with sufficient headspace between reactor tank head and liquid level (= level 180, Hi) of at least 5% to 50% liquid height, preferably at least 25% liquid level, to provide adequate foam spacing to ensure a gas discharge line equipped with a sterile filter. To control the level usually a capacitive sensor for level control is used by the lid or on one of the container walls.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass eine vergleichsweise kleine Winkelamplitude für die rotatorisch-oszillierende Bewegung des Reaktors ausreicht, um eine gute Durchmischung und/oder eine hinreichende Intensivierung von Transportprozessen zu erreichen. Insbesondere ist es kaum erforderlich, 3600° -Umdrehungen (das entspricht 10 Umdrehungen) des Reaktors zu realisieren, so dass keine konstruktiv aufwändige Lösungen für die Anbindung des oszillatorisch rotierenden Reaktors an die ruhende Umgebung (z.B. zur Zu- und Abfuhr von Medien und Gasen, von elektrischer Energie und von elektrischen Signalen) erforderlich sind. Bei der er fmdungs gemäß en Verwendung wird der Reaktortank mit einer Winkelamp litude α im Bereich von 2° < jaj < 3600°, bevorzugt 20° < jaj < 180°, besonders bevorzugt 45° < jaj < 90° rotatorisch-oszillierend bewegt, wobei Abweichungen von ±5° vorhanden sein können. Insbesondere gilt jaj = 60° als ganz besonders bevorzugt bei der Verwendung von besonders scherarmen oberflächenbegasten Bioreaktoren. In Summe überstreicht damit die oszillierende Bewegung einen Winkel von 2 jaj. It has surprisingly been found that a comparatively small angle amplitude is sufficient for the rotationally oscillating movement of the reactor in order to achieve a thorough mixing and / or a sufficient intensification of transport processes. In particular, it is hardly necessary to realize 3600 ° revolutions (corresponding to 10 revolutions) of the reactor, so that no structurally complex solutions for the connection of the oscillatory rotating reactor to the static environment (eg for the supply and removal of media and gases, of electrical energy and electrical signals) are required. In accordance with the invention, the reactor tank is moved at an angular amplitude α in the range of 2 ° <jaj <3600 °, preferably 20 ° <jaj <180 °, particularly preferably 45 ° <jaj <90 ° in a rotationally oscillating manner Deviation of ± 5 ° may be present. In particular, jaj = 60 ° is considered to be very particularly preferred when using particularly low-shear surface-treated bioreactors. In total, the oscillating motion thus covers an angle of 2 jaj.
Versuche haben gezeigt, dass sich bei Erhöhung des Leistungseintrags Bewegungszustände in dem Reaktor einstellen können, bei denen Gasblasen in das Reaktormedium eingetragen werden. Gasblasen werden ab einem Leistungs eintrag von P/VK > 10 W/m3 eingezogen, Für Zellen und/oder Mikroorganismen, die durch eine Blasenbegasung nicht geschädigt werden, kann auf diese Weise eine sehr einfache Steigerung der Gasversorgung realisiert werden. Durch eine zusätzliche Blasenbegasung über ein bevorzugt seitlich im Bodenbereich installiertes Sinterohr kann der Stofftransport erheblich verbessert werden. Die durch die rotatorische Oszillation erzeugte Strömung sorgt für einen schonenden Abriss der Mikroblasen vom Sparger und somit für eine große Phasengrenzfläche a bzw. einen großen Stoffübergangskoeffizient km. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren näher erläutert, ohne sie jedoch auf die gezeigten Aus führungs formen zu beschränken. Experiments have shown that when the power input is increased, states of motion can occur in the reactor in which gas bubbles are introduced into the reactor medium. Gas bubbles are introduced from a power input of P / VK> 10 W / m 3 , For cells and / or microorganisms that are not damaged by a bubble fumigation, can be realized in this way a very simple increase in gas supply. By an additional bubble gas via a preferably laterally installed in the bottom of the sintering tube mass transport can be significantly improved. The flow generated by the rotational oscillation ensures a gentle demolition of the microbubbles from the sparger and thus for a large phase boundary a or a large mass transfer coefficient km. The invention will be explained in more detail with reference to figures, but without limiting it to the embodiments shown from management forms.
Beschreibung der Figuren: Description of the figures:
Figur 1 zeigt schematisch den seitlichen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktortanks und Reaktortankhalterung in der Seitenansicht. Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Stopfen-Thermoplastausführung von oben. Figure 1 shows schematically the lateral longitudinal section of a preferred embodiment of the reactor tank according to the invention and reactor tank holder in side view. FIG. 2 shows a schematic view of a plug-type thermoplastic construction from above.
Figur 3 zeigt ein schematischer Schnitt einer Stop fen- Silikonaus führung mit Schlauchtüllen (135) befestigt mit Überwurfhülse (120) und O-Ring-Dichtung (140). Figure 3 shows a schematic section of a Stop fen- Silikonaus guide with hose nozzles (135) secured with cap sleeve (120) and O-ring seal (140).
Figur 4 zeigt schematisch in Vorderansicht einen Schnitt durch eine Stopfen-Siiikonausführung befestigt mit Überwurfhülse (120) und abgedichtet mittels Dichtlippe (140b). Figur 5 zeigt schematisch in Vorderansicht einen Schnitt durch einen verschraubbaren Kunststoffdeckels mit Schlauchtüllen (135). Figure 4 shows schematically in front view a section through a plug Siiikonausführung attached with cap sleeve (120) and sealed by means of sealing lip (140b). FIG. 5 shows a schematic front view of a section through a screwable plastic cover with hose nozzles (135).
Fig. 6 zeigt schematisch in Vorderansicht einen geraden Rohrabscheiders mit geraden Kop (= sprunghafter Querschnittsverengung) im Längsschnitt. Fig. 6 shows schematically in front view a straight Rohrabscheiders with straight Kop (= sudden cross-sectional constriction) in longitudinal section.
Fig. 7 zeigt schematisch in der Draufsicht einen geraden Rohrabscheider mit geradem Kopf. Fig. 7 shows schematically in plan view a straight tube separator with a straight head.
Fig. 8 zeigt schematisch in der Vorderansicht einen geraden Rohrabscheiders mit geraden Kopf (= sprunghafter Querschnittsverengung) und Strömungsinverter. Fig. 8 shows schematically in the front view of a straight pipe separator with straight head (= sudden cross-sectional constriction) and flow inverters.
Fig. 9 zeigt schematisch den Versuchsaufbau samt Leitungen, wobei ein Reaktor mit einem im Deckel statisch befestigten geraden Rohrabscheider mit konischem Kopf exemplarisch dargestellt ist. Fig. 10 zeigt den schematischen Aufbau eines automatisierten Deckelprobennahmeelements mit einer durch den Deckel durchgeführten Probeeinsaugleitung (1110), die über Y-Stücke (1170) mit einer Probenleitung (1120) an eine Automatisierungsplattform ( 1190) zur vollautomatisiertenFig. 9 shows schematically the experimental set-up together with lines, wherein a reactor is shown by way of example with a statically fixed in the lid straight tube separator with conical head. 10 shows the schematic structure of an automated lid sampling element with a sample suction line (1110) passing through the lid, which via Y-pieces (1170) with a sample line (1120) to an automation platform (1190) for fully automated
Entnahme und zum pfropfenförmigen Transport von Flüssigkeiten angeschlossenen ist sowie an weitere Leitungen für die Luftzufuhr und die ETOH-Reinigung bzw. Sterilisation (1210). Removal and plug-flow transport of liquids is connected as well as to other lines for air supply and ETOH cleaning or sterilization (1210).
Fig. 11 z e i gt e in e b e s on dere Au s führun g s fo rm de s Re aktortank s s amt Reaktortankaufhahmeperipherie. Fig. 12 zeigt Versuchsergebnisse R = f(P/V) beim Vergleich des statischen und mitrotierenden Abscheiders nach Fig. 6 und 7 und belegt die höchst überraschende Notwendigkeit eines drehbar gelagerten Sedimentationsrohres, das im Gegensatz zur mitbewegten Variante auch bei höheren Leistungs einträgen P/VK > 3 W/m3 eine gute Partikelrückhaltung gewährleistet. Fig. 11 shows in particular the guidance of the rector tank of the reactor receiving tank periphery. FIG. 12 shows test results R = f (P / V) when comparing the static and co-rotating separator according to FIGS. 6 and 7 and proves the highly surprising necessity of a rotatably mounted sedimentation tube which, in contrast to the co-moving variant, also has higher power inputs P / VK> 3 W / m3 ensures good particle retention.
Fig. 13 zeigt Vergleichsversuche zu anderen Sedimentationsabscheidern. Bezugs/eichen: Fig. 13 shows comparative experiments to other sedimentation. Reference / calibrate:
8, 9 Port (ID 2mm, OD 3mm, Port länge: 15mm)  8, 9 port (ID 2mm, OD 3mm, port length: 15mm)
10 bis 15 Port ( I D 3mm, OD 4mm, Pon länge: 15mm, Port 10 mit beidseitiger Schlauchtülle)10 to 15 ports (I D 3mm, OD 4mm, Pon length: 15mm, port 10 with double-sided hose nozzle)
16, 17 PG13,5-Port 16, 17 PG13.5 port
18 baugleicher Port zu PC i 1 3.5 mit I D4mm  18 identical port to PC i 1 3.5 with I D4mm
100 Container  100 containers
101 Rotationsachsen  101 rotation axes
110 Flaschenhals 110 bottleneck
120 Üb erwurfmutter /' Überwurfhülse  120 Outer nut / 'Cap sleeve
120b ver s chraubbar er Deckel  120b he screwed lid
130 Stopfen  130 stopper
1 35 Schlauchtülle  1 35 hose nozzle
136 Silikonschlauch 136 silicone hose
140 O-Ring  140 O-ring
140b Dicht lippe  140b sealing lip
140c Dichtung  140c seal
150 Stutzen  150 nozzles
160 Boden 160 floor
170 Gasverteiler  170 gas distributor
180 Füllstand HL 180 level H L
185 Flaschenhöhe H  185 bottle height H
186 Flaschenquerschnitt D  186 bottle cross-section D
190 Flaschenwand 190 bottle wall
198 Kulturvolumen VB 198 culture volume V B
200 Gaszufuhr 200 gas supply
210 Sterilfilter 210 sterile filters
220 Gasabfuhr 220 gas discharge
230 Sterilfilter 230 sterile filters
240 Medium 250 Stellmittel 240 medium 250 adjusting agents
260 Harvest  260 Harvest
261 PG13,5-Stutzen (Deckeleinbringung) 270 Filterheizung (19Janl2)  261 PG13,5 connection (cover introduction) 270 Filter heating (19Janl2)
280 seitliche Probenahme (19Janl 2) 290 Sensorport (chem.)(19Janl2) 280 lateral sampling (19Janl 2) 290 sensor port (chem.) (19Janl2)
300 Settler/Zellabscheider 300 settlers / cell separator
310 Abscheiderrohr / -zylinder 310 separator tube / cylinder
320 Sammler / Konus 320 collectors / cone
330 Sammler einbau / Strömungsinverter 330 collector installation / flow inverter
331 Öffnung 331 opening
332 Spalt  332 gap
333 Sedimentabzug  333 sediment discharge
340 Ablauf / Absaugrohr 340 drain / suction tube
350 Rohrdurchmesser d  350 pipe diameter d
360 Sammlerdurchmesser dv  360 collector diameter dv
370 Abscheiderlänge 1  370 separator length 1
380 Bodenabstand s  380 ground clearance s
390 Füllstand 390 level
395 Abscheidervolumen VA 395 separator volume V A
400 Halter 400 holders
410 Wärmeleitelement  410 heat-conducting element
420 Oszillation 420 oscillation
430 Heizmatte  430 heating mat
610 pH-Messung 610 pH measurement
61 1 pH -Spot  61 1 pH spot
620 p02-Messung  620 p02 measurement
621 p02-Spot  621 p02 spot
630 Temperaturmessung  630 temperature measurement
640 Füllstandmessung 640 level measurement
700 Antriebseinheit mit Motor700 drive unit with motor
710 opto-elektronisches Messsysti 20 Schaltschrank710 opto-electronic measuring system 20 control cabinet
30 Temperaturmessung40 Drehknopf30 Temperature measurement40 Knob
50 Display50 display
60 Reaktorgestell 00 Probenventil60 reactor rack 00 sample valve
10 Überwurfmutter10 union nut
1 1 Dichtung1 1 seal
12 Rohr 12 pipe
21 Rückschlagventil21 check valve
22 Rückschlagventil22 check valve
23 Membran23 membrane
30 Probenleitung30 sample line
3 1 Probe 3 1 sample
50 Spülleitung 50 flushing line
51 Steril filier 51 Sterile filing
52 Gas 52 gas
53 Wasserdampf 53 water vapor
60 Probenverteilung 60 sample distribution
70 Druckleitung 70 pressure line
71 Unterdruck 71 negative pressure
72 Überdruck 72 overpressure
80 pH-Messung 80 pH measurement
81 pH-Sensor  81 pH sensor
982 Puffer  982 buffers
983 Abfall  983 waste
990 Koppler (Luer-Lock) 990 Coupler (Luer-Lock)
1 100 Deckelprobenahmeelement1 100 lid sampling element
1 1 10 Probeeinsaugleitung1 1 10 Sample suction line
1 120 Probeleitung 1 120 trial line
1130 Klemme  1130 clamp
1 140 Flüssigkeitsfilter  1 140 fluid filter
1 150 Luftfilter  1 150 air filters
1 160 Druckminderer  1 160 pressure reducer
1 170 Y-Stück  1 170 Y-piece
1 180 Quetschventile 1190 Automatisierungsplattform zur vo llautomati si erten Entnahme von Flüssigkeiten, Transport, Probenvorbereitung und anschließender Analytik wie z.B. aus der EP- 1439472 A I und der EP-2013328A2 bekannt (BaychroMAT®) 1 180 pinch valves 1190 automation platform for the fully automatic collection of liquids, transport, sample preparation and subsequent analysis, eg from EP-1439472 AI and EP-2013328A2 known (BaychroMAT®)
1200 Zufuhr Reinigsungslösung  1200 feed cleaning solution
1210 Luftzufuhr 1210 air supply
B spie B spit
Bioreaktorflasche  bioreactor bottle
Als Container 100 diente eine Einweg-Kunststoffflasche mit quadratischem Querschnitt und Querschnittskantenlänge D=120 mm, eine Höhe H=235 mm und einen runden Flaschenhals 110 mit einem Halsquerschnittdurchmesser von 105 mm. Der Container wies abgerundete Kanten auf (Fig. 6 und 7); dies beeinflusste die Charakteristik des Systems jedoch kaum. Der Antrieb erfolgte mit einem Schrittmotor, der direkt auf die Flaschenhalterung einwirkte (Fig. 11).  As a container 100 was a disposable plastic bottle with square cross-section and cross-sectional edge length D = 120 mm, a height H = 235 mm and a round neck 110 with a neck diameter of 105 mm. The container had rounded edges (Figures 6 and 7); however, this hardly affected the characteristics of the system. The drive was carried out with a stepper motor, which acted directly on the bottle holder (Fig. 11).
In den Container 100 wurde ein Zellabscheider 300 eingebaut, um den Bioreaktor als Perfusionssystem zu betreiben (Fig. 9). Der Zellabscheider 300 umfasste ein durch den Deckel 120b durchgeführtes Absaugrohr 340 senkrecht verbunden mit einem zylindrischen Abscheiderrohr 310 mit einem Rohrdurchmesser d (=350) von 70 mm, wob e i der Übergangsbereich zwischen dem Absaugrohr 340 und dem oberen Bereich des Abscheiderrohrs 310 den Erntestromsammler 320 bildete und den nach unten offenen unteren Teil des Abscheiderrohrs 310 das Abscheidervolumen VA bildete (fig. 7). A cell separator 300 was installed in the container 100 to operate the bioreactor as a perfusion system (Figure 9). The cell separator 300 comprised a suction pipe 340 passed through the lid 120b and perpendicularly connected to a cylindrical separator pipe 310 having a pipe diameter d (= 350) of 70 mm, wherein the transition region between the suction pipe 340 and the upper portion of the separator pipe 310 formed the crop stream collector 320 and the downwardly open lower part of the separator tube 310 formed the trap volume VA (Fig. 7).
Um auf bewegte Dichtungen zu verzichten, wurde das Absaugrohr 340 fest in den Deckel 120b integriert und folgte daher der periodisch richtungs wechs elnden Rotationsbewegung (auch Oszillationsbewegung genannt) um die ortsfeste Achse 101 des Bioreaktors (mitdrehende Ausfuhrungsform). Für Vergleichsversuche wurde alternativ der Absaugrohr 340 auf einen Stativ befestigt; in diesen Versuchen wurde dann der Zellabscheider 300 statisch verwendet. In order to dispense with moving seals, the suction tube 340 has been firmly integrated into the cover 120b and therefore followed the periodically direction-alternating rotary motion (also called oscillation movement) about the fixed axis 101 of the bioreactor (co-rotating embodiment). For comparative experiments, the suction tube 340 was alternatively mounted on a tripod; in these experiments, the cell separator 300 was then used statically.
Im Perfusionsbetrieb ragte das Abscheiderrohr 310 in die im Behälter befindliche Suspension (Füllgrad 390 > Bodenabstand s, 380) hinein. In the perfusion mode, the separator tube 310 protruded into the suspension in the container (fill level 390> ground clearance s, 380).
Durch eine am Erntestromsammler 320 angeschlossene Per usionspumpe (Schlauchpumpe von Watsen & Marlow) wurde die Suspension von unten in das Abscheidervolumen VA des Abscheiderrohrs 310 gesaugt. Innerhalb des Abscheiderrohrs 310 stieg die Suspension auf und wurde durch Sedimentation der Zeilen / Partikeln geklärt (Vertikalab s chei dung) . Die Partikel fielen entgegen der Strömungsrichtung unten aus dem Abscheidervolumen heraus in das Kulturvoiumen VK zurück (Fig. 7). Die geklärte Lösung wurde aus dem Erntestromsammler 320 des Abscheiderrohres 310 gesammelt und durch das Absaugrohr 340 abgeführt. The suspension was sucked from below into the separator volume V A of the separator tube 310 by means of a peristaltic pump (peristaltic pump from Watsen & Marlow) connected to the harvesting current collector 320. Within the separator tube 310, the suspension rose and was clarified by sedimentation of the lines / particles (vertical precipitation). The particles fell back against the flow direction out of the separator volume into the culture volume VK (FIG. 7). The clarified solution was collected from the crop stream collector 320 of the separator tube 310 and discharged through the suction tube 340.
Die lärfläche A des Abscheiderrohres entspricht seinem Kreisförmi en Querschnitt und wird nach Gl. III berechnet. PAN-X Untersuchungen: The surface A of the separator tube corresponds to its Kreisförmi en cross section and is according to Eq. III calculated. PAN-X examinations:
Als Modelpartikel für die Untersuchung der Abscheideleistung der erfindungsgemäßen Reaktorflasche mit integrierten Zell enab s cheider bei Zellenkultur wurde das Partikels ytem PAN-X (Polyacrylnitril, sphärische Partikel der Firma Dralon GmbH) verwendet.  The particle ytem PAN-X (polyacrylonitrile, spherical particles from Dralon GmbH) was used as the model particle for the investigation of the separation efficiency of the reactor bottle according to the invention with integrated cell enabels in cell culture.
Zur Prüfung der Identität der physikalischen Eigenschaften wurden die Partikeigrößenverteilung und die Partikelsinkgeschwindigkeit verglichen, da dies die bestimmenden Faktoren für die Sedimentation sind. Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung erfolgte über das Laserbeugungsverfahren (Mastersizer 2000, nach Bedienungsanleitung gemessen). Die Auftragung der Ergebnisse erfolgt als Partikelvolumen in %, bezogen auf das Gesamtvolumen, als Funktion über der Partikelgröße in μιη. Der Modalwert XM sagt aus, welche Partikelgröße volumenmäßig am häufigsten vertreten ist und betrug ca. 21 μπι. To verify the identity of the physical properties, the particle size distribution and the particle sinking rate were compared since these are the determining factors for the sedimentation. The particle size distribution was determined by the laser diffraction method (Mastersizer 2000, measured according to the instruction manual). The application of the results is carried out as a particle volume in%, based on the total volume, as a function of the particle size in μιη. The modal value XM indicates which particle size is most frequently represented by volume and was about 21 μπι.
Die Analyse der Sinkgeschwindigkeit erfolgte mit Hilfe einer Sedimentationswaage. Dazu wurde eine Suspension hergestellt, welche die gleiche Konzentration besitzt, wie die im Versuch verwendete. Das PAN-X wurde in entsalztem Wasser (= VE-Wasser) suspendiert und hatte eine Massenkonzentration von ca. 3 g 6 bzw. eine Volumenkonzentration von 0,88 Vol-%. Für die Analyse wurde eine Temperatur von 20 °C gewählt. . Unter diesen Versuchsbedingungen gemessenen Sinkgeschwindigkeiten vs, von 0,129 m/h bis 0,137 m h wurden an verschiedenen PAN-X Chargen ermittelt und entsprechen den Bedindungen der nicht-behinderten Sedimentation. The rate of descent was analyzed by means of a sedimentation balance. For this purpose, a suspension was prepared which has the same concentration as that used in the experiment. The PAN-X was suspended in deionized water (= deionised water) and had a mass concentration of about 3 g 6 or a volume concentration of 0.88 vol%. For the analysis, a temperature of 20 ° C was chosen. , Sinking rates v s measured from these experimental conditions, from 0.129 m / h to 0.137 mh, were determined on different PAN-X batches and correspond to the conditions of non-obstructed sedimentation.
C HO-Zellen weisen beispielsweise eine S edimentations ges chwindigkeit von 0,0145 m/h auf [Searles J A, Todd P, Kompala D S, Biotechnol Prog (1994) 10: 198-206] und sind hiermit relativ langsam sedimentierende Zeilen. Die Hybridoma-Zelllinie AB2-143.2 weist eine Sedimentationsgeschwindigkeit von 0,029 m/h auf [Wang Z, Belovich J M (2010) Biotechnol Prog 26 (5): 1361-1366]. Für die Herstellung der Modellsuspension wurden 3 g PAN-X abgewogen und in 1000 ml VE- Wasser unter Verwendung eines Magnetrühr ers suspendiert. Zur Probenahme wurde der Erntestrom in einem Messzylinder aufgefangen, während entnommenes Volumen mittels einer zweiten Schlauchpumpe durch VE- Wasser bis zu einem Füllstand H D = 1 ersetzt wurde. For example, C HO cells have a sedimentation rate of 0.0145 m / h [Searles J A, Todd P, Kompala D S, Biotechnol Prog (1994) 10: 198-206] and are relatively slow-sedimenting cells. The hybridoma cell line AB2-143.2 has a sedimentation rate of 0.029 m / h [Wang Z, Belovich J M (2010) Biotechnol Prog 26 (5): 1361-1366]. For the preparation of the model suspension, 3 g of PAN-X were weighed and suspended in 1000 ml of deionized water using a magnetic stirrer. For sampling, the crop stream was collected in a measuring cylinder, while the volume removed was replaced by DI water up to a level H D = 1 by means of a second peristaltic pump.
Wenn nicht abweichend angegeben, wurden alle Versuche mit folgenden Standardparametern durchgeführt: Unless otherwise specified, all experiments were performed using the following standard parameters:
Beschleunigung a = 1000 s2 (P/V = 1 1 ,12 W/m3) Acceleration a = 1000 s 2 (P / V = 1 1, 12 W / m 3 )
Abscheider mitdrehend Kiärflächenbelastung v = 0,1 m h Co-rotating separator Kiärflächenbelastung v = 0.1 mh
Bodenabstand s = 70 mm  Ground clearance s = 70 mm
Gravimetrische Bestimmung der Partikelkonzentration: Die Bestimmung der Partikelkonzentration im Erntestrom erfolgte durch Abfiltrieren (Saugfiltration) eines definierten Volumens Erntestroms und anschließendes Trocknen und Wiegen des Filters mittels einer Trocknungswaage. Gravimetric Determination of the Particle Concentration: The determination of the particle concentration in the harvest stream was carried out by filtering off (suction filtration) a defined volume of crop stream and then drying and weighing the filter by means of a drying weigher.
Der Einfluss der Beschleunigung bzw. des Leistungseintrages auf den Rückhaltegrad bei verschiedenen Abscheiderlängen 1 (=370) wurde ermittelt. Hierfür werden Versuche mit statischem Abscheider und mitdrehendem Abscheider verglichen (Ergebnisse siehe Fig. 12). An ein Abscheiderrohr mit einem Durchmesser d = 70 mm wurde der Erntestromsammler mit sprunghaften Querschnittsverengung nach Fig. 6 und 7 angebaut. Länge L des Abscheiders von 90 mm und 170 mm bei Beschleunigungen von 600 bis 2000 °/s2 wurden untersucht. The influence of the acceleration or the power input on the retention level at different separator lengths 1 (= 370) was determined. For this purpose, tests are compared with static separator and co-rotating separator (results see Fig. 12). To a separator tube with a diameter d = 70 mm, the harvest current collector with sudden cross-sectional constriction of Fig. 6 and 7 was grown. Length L of the separator of 90 mm and 170 mm at accelerations of 600 to 2000 ° / s 2 were investigated.
Der Leistungsvergleich bei der Rückhaitung der PAN-Modelipartike! bei verschiedenen Leitungs eintragen P/V von bis zu P/V = 50 W/m3 und Kiärflächenbelastung v = 0,1 m/h zeigte, dass der Rückhalt egrad R mit zunehmendem Leistungseintrag in den Bioreaktor bei einer mitrotierender Installation des Ab s cheiderrohr es abfallt, wobei der Rückhaltegrad durch erhöhte Länge L des Abscheiders erheblich positiv beeinflusst wird. In weiteren Experimente wurde der Einfluss verschiedener Erntestromsammle r bei einer Abscheiderlänge 1 = 108 mm und einem Leistungseintrag von P/V = 11,12 W/m3 (a = 1000 °/s2) und v = 0,1 m h untersucht. Der Erntestromsammler mit sprunghafter Querschnittsverengung nach Fig. 6 und 7 mit dem Durchmesserverhältnis dv/d = 5/70 (auch einfacher Sammler genannt) oder ein Erntestromsammler mit konischer Quer s chnitts Verengung nach Fig. 8 mit einem Öffnungswinkel von 54 ° und einer Abscheiderlänge 1 = 58 mm wurden mitdrehend in den Deckel 120b des Bioreaktors eingebaut. Die Ergebnisse zeigten den deutlichen Vorteil des konischen Erntestromsammlers. Die Rückhalteleistung dieses Abscheiders war überraschenderweise bei Abscheiderlängen 1 von 90 bis 143mm im gesamten Untersuchungsbereich beinahe konstant. Beim Erntestromsammler mit sprunghafter Erweiterung stieg die Abscheideleistung mit zunehmender Abscheiderlängen 1 von 90 bis 170 mm an, jedoch ohne die Leistungsfähigkeit der konischen Querschnittsverengung völlig zu erreichen. The performance comparison in the retention of the PAN model particulates! Enter at different line P / V of up to P / V = 50 W / m 3 and Kiärflächenbelastung v = 0.1 m / h showed that the retention degree R with increasing power input into the bioreactor in a co-rotating installation of the sideriderrohr it drops off, the degree of retention being significantly influenced positively by the increased length L of the separator. In further experiments the influence of different harvest current collectors at a separator length 1 = 108 mm and a power input of P / V = 11.12 W / m 3 (a = 1000 ° / s 2 ) and v = 0.1 mh was investigated. The harvest current collector with sudden cross-sectional constriction according to FIGS. 6 and 7 with the diameter ratio d v / d = 5/70 (also called simple collector) or a harvest current collector with conical cross section s constriction according to FIG. 8 with an opening angle of 54 ° and a separator length 1 = 58 mm were co-rotatingly installed in the lid 120 b of the bioreactor. The results showed the clear advantage of the conical harvest current collector. The retention performance of this separator was surprisingly almost constant at separator lengths 1 of 90 to 143 mm in the entire examination area. In harvest crop collectors with sudden expansion, the separation efficiency increased with increasing separator lengths 1 from 90 to 170 mm, but without fully achieving the performance of the conical cross-sectional constriction.
Einfluss des Bodenabstandes: Influence of ground clearance:
Zur Untersuchung des Bodenabstandes wurde ein Abscheiderrohr mit einfachem Erntestromsammler nach Fig. 6 und 7 und Ab s cheider länge 1 = 90 mm verwendet. Es wurde mit Bodenabständen s von 10 bis 90 mm eingestellt. Unter Standardversuchsbedingungen von PIV = 1 1 W/m3 und v = 0, 1 m/h konnte mit dem Abscheiderrohr d = 70 mm und / = 90 mm imTo investigate the ground clearance, a separator tube with a simple harvest current collector according to FIGS. 6 and 7 and from 1 to 90 mm long was used. It was set with floor spacings s from 10 to 90 mm. Under standard experimental conditions of PIV = 1 1 W / m 3 and v = 0, 1 m / h could with the separator tube d = 70 mm and / = 90 mm im
Bereich der Bodenabstände von 10 < s [mm] < 70 kein Einfluss des Bodenabstandes festgestellt werden. Erst oberhalb von s > 70 mm wird ein Einfluss des Bodenabstandes sichtbar. Einfluss der Klärfi ächenb elastung : Range of ground clearances of 10 <s [mm] <70 no influence of ground clearance can be determined. Only above s> 70 mm is an influence of the ground clearance visible. Influence of the clarification:
Die Klärflächenbelastung v des Ab s cheiderrohre s entspricht der Geschwindigkeit des vertikal aufsteigenden Mediums und hat nach Gl. IV direkten Einfluss auf die Partikeirückhaltung. Der Einfluss der Klärflächenbelastung wurde am Abscheiderrohr nach Fig 6 und 7 (d = 70 mm, I = 170 mm) untersucht. Das Abscheiderrohr wurde mit Bodenabstand s = 70 mm mitdrehend in den Flaschendeckel fixiert. Der Reaktor wurde bei einem Leistungs eintrag von 3,43 W/m3 (a = 600 °/s2) und einer Klärflächenbelastungen von v = 0,025 m h bis v = 0,2 m/h betrieben. Im untersuchten Belastungsbereich von 0,025 < v [m/h] < 0,2 nimmt der Rückhaitegrad R mit zunehmender Flächenbelastung bzw. Steiggeschwindigkeit v des Abscheiders nahezu linear ab. Dieses Ergebnis ist sowohl bedingt durch die Charakteristik des Ab s ch eiders , a l s auch durch di e S edimentations eigens chaft en der verwendeten Modellsuspension. PA -X-Partikel liegen als polydisperse Suspension mit breit verteilter Partikelgröße und Sinkgeschwindigkeit vor. Es ist daher davon auszugehen, dass die Rückhaltecharakteristik in den nahezu monodispersen Zellsuspensionen einen steileren und zu kleineren Aufstiegsgeschwindigkeiten hin verschobenen Verlauf aufweist. The Klärflächenbelastung v of Ab s cheiderrohre s corresponds to the speed of the vertically rising medium and has according to Eq. IV direct influence on the Partikeirückhaltung. The influence of the clarification area load was investigated on the separator tube according to FIGS. 6 and 7 (d = 70 mm, I = 170 mm). The separator tube was fixed in the bottle cap with a bottom clearance s = 70 mm. The reactor was operated at a power input of 3.43 W / m 3 (a = 600 ° / s 2 ) and a Klarsflächenbelastungen of v = 0.025 mh to v = 0.2 m / h. In the tested load range of 0.025 <v [m / h] <0.2, the backhaul degree R decreases almost linearly with increasing surface loading or rate of climb v of the separator. This result is due both to the characteristic of the descender and to the sedimentation characteristics of the model suspension used. PA-X particles are present as a polydisperse suspension with widely distributed particle size and sink rate. It can therefore be assumed that the retention characteristic in the almost monodisperse cell suspensions has a steeper course which has been shifted towards smaller ascent rates.
Eine Gegenüberstellung der Leistungsfähigkeit verschiedener Abscheidesysteme zeigt Fig. 13 in der Form der Rückhaltegrade R über der Klärflächenbelastung. Verglichen werden 2 bei Leistungseinträgern von P/V ~ 3 W/m3 mitdrehend in den Reaktortank eingebaute Vcrt ika labsche ider mit Abscheiderflächen von 8 cur und 39 cm2 (Innenrohre 1 und 2) m it den ruhenden externen Schwerkraftabscheidervarianten, wie dem klassischen Dortmundbrunnen, einem Schägkanalabscheider gemäß EP 1451290 und einem würfelförmigen Abscheider gemäß EP 1 2001 1 21 .8. Die Versuchsergebnisse belegen eine nahezu gleichwertige Rückhalteleistung aller Abscheider über den gesamten Bereiche der untersuchen Kiärflächenbelastung von 0.025 bis 0.2 m/h mit leichten Vortei len für den Würfelabscheider. A comparison of the performance of various separation systems is shown in FIG. 13 in the form of retention levels R over the treatment surface load. Compared with 2 power packers of P / V ~ 3 W / m 3 , the evaporator with built-in evaporator with separator surfaces of 8 cur and 39 cm 2 (inner tubes 1 and 2) with the stationary external gravity separator variants, such as the classic Dortmund well , a Schägkanalabscheider according to EP 1451290 and a cube-shaped separator according to EP 1 2001 1 21 .8. The test results prove a nearly equivalent retention performance of all separators over the entire areas of the examined Kiärflächenbelastung of 0.025 to 0.2 m / h with slight Vortei len for the cube.
Di e A rb eiten , di e zu die s er E rfin du n g g efü h rt h ab e n , w r d e n ge m äß d e r Finanzhilfevereinbarung„Bio. RW: ProCell - Innovative Plattformtechnologien für die integrierte Prozcssentwicklung mit Zeilkulturen" im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert T he e rf o rm e n ts o u r th e s e rf o rt o f th e s, o f the e ective grant agreement "Bio. RW: ProCell - Innovative Platform Technologies for Integrated Process Development with Cell Cultures "funded under the European Regional Development Fund (ERDF)

Claims

Patentansprüche  claims
1. Verwendung einer formstabilen eckigen Kunststoffflasche, die einen Boden, Wände, einen Innenraum und mindestens einen Zugang zum Innenraum aufweist als Bioreaktortank für die Kultur von Zellen. 1. Use of a dimensionally stable square plastic bottle having a bottom, walls, an interior and at least one access to the interior as a bioreactor tank for the culture of cells.
2. Reaktortank umfassend eine formstabile eckige Kunststoffflasche, die einen Boden, Wände, einen Innenraum und mindestens einen verschließbaren Zugang /um Innenraum aufweist, wobei der verschließbare Zugang aus mindestens einem Flaschenhals und / oder mindestens einer Durchführung besteht, und wobei im Innenraum, an einem oder mehreren Wänden im unteren2. Reactor tank comprising a dimensionally stable square plastic bottle having a bottom, walls, an interior and at least one closable access / to interior, said closable access consists of at least one bottleneck and / or at least one passage, and wherein in the interior, on a or more walls in the lower one
Bereich der Kunststoffflasche, an einer mit Koordinaten definierten Stelle, ein oder mehrere Sensorpatche angebracht sind. Area of the plastic bottle, at a location defined by coordinates, one or more Sensorpatche are attached.
3. Reaktortank umfassend eine formstabile eckige Kunststoffflasche, die einen Boden, Wände, einen Innenraum und mindestens einen verschließbaren Zugang zum Innenraum aufweist, wobei der verschließbare Zugang aus mindestens einem Flaschenhals besteht, und wobei der Flaschenhals mit einem Deckel verschlossen ist, der Durchführungen und / oder Anschlüsse für die Gas- und Flüssigkeitsversorgung und abfuhr in den und aus dem Reaktorlank und keine Durchführung für eine Antriebsachse aufweist. A reactor tank comprising a dimensionally stable square plastic bottle having a bottom, walls, an interior and at least one closable access to the interior, the closable access consisting of at least one bottleneck, and wherein the bottleneck is closed with a lid, the feedthroughs and / or or connections for the gas and liquid supply and discharge into and out of the reactor bank and has no implementation for a drive axle.
4. Reaktortank nach Anspruch 3, wobei für die Gasabfuhr eine mit einem Sterilfilter mit einer Heizmatte ausgestattete Gasaustragsleitung durch den Deckel durchgeführt ist. 4. Reactor tank according to claim 3, wherein for the gas discharge equipped with a sterile filter with a heating mat Gasaustragsleitung is performed by the lid.
5. Reaktortank nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei einen oder mehrere elektronische, optoelektronische oder elektrochemis che Sensoren durch den Deckel durchgeführt sind. 5. Reactor tank according to one of claims 3 to 4, wherein one or more electronic, optoelectronic or electrochemical sensors are performed by the lid.
6. Reaktortank nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiterhin umfassend einen internen vertikaler6. A reactor tank according to any one of claims 3 to 5, further comprising an internal vertical
Zellabscheider, selber umfassend: Cell separator, itself comprising:
a. ein zentrales vertikales Abscheiderrohr mit einem runden Querschnitt mit einem Rohrdurchmes s ers d, wob ei das Verhältnis von Rohrdurchmes s er d zur a. a central vertical separator tube with a round cross-section with a tube diameter d, where w is the ratio of tube diameter to diameter
Flaschenquerschnittkantenlänge D von 0,25 bis 0,90 beträgt, und Bottle cross-sectional edge length D is 0.25 to 0.90, and
b. einen Abscheiderkopf mit einem Sammler zum Absaugen von zellenbefreiter Kuiturlösung, wobei der Zellabscheider am dem Deckel des Reaktortanks statisch oder drehbar gelagert befestigt ist und der Sammler durch den Deckel durchgeführt ist.  b. a separator head with a collector for aspirating cell-freed Kuiturlösung, wherein the Zellabscheider is attached statically or rotatably mounted on the lid of the reactor tank and the collector is performed by the lid.
7. Reaktortank nach einem der Ansprüche 3 bis 6 weiterhin umfassend ein Einweg- Proben nahmeel einen t , wobei das Einweg-Probennahmeelement eine an der Wand oder am Deckel des Reaktortanks installierte Probeeinsaugleitung (11 10) aufweist , die mit Hilfe eines Y-Stückes (1170) an eine Probentransportleitung (1 120) angeschlossen ist, mit der die Probennahmeleitung an eine Automatisierungsplattform zur vollautomatisierten sterilen Entnahme von Flüssigkeiten (1 190), verbunden wird, wobei der Probentreagsport mittels einer an das Y-Stück angeschlossenen eine Luftzufuhr (1210) unterstütz wird. 7. A reactor tank according to any one of claims 3 to 6 further comprising a disposable sample taking a t, wherein the disposable sampling element on the wall or on Cover of the reactor tank installed Probeneinsaugleitung (11 10), which is connected by means of a Y-piece (1170) to a sample transport line (1 120), which connects the sampling line to an automation platform for fully automated sterile removal of liquids (1 190) wherein the sample reagent port is assisted by means of an air supply (1210) connected to the Y-piece.
Reaktor umfassend: Reactor comprising:
- einen Reaktortank gebildet durch eine formstabile eckige Kunststoffflasche, die einen Boden, Wände, einen Innenraum und mindestens einen verschließbaren Zugang zum Innenraum aufweist, wobei der verschließbare Zugang aus mindestens einem Flaschenhals und / oder mindestens einer Durchführung besteht, und  a reactor tank formed by a dimensionally stable square plastic bottle having a bottom, walls, an interior and at least one closable access to the interior, the closable access consisting of at least one bottleneck and / or at least one passage, and
- eine Reaktortankaufnahmeperipherie zur Aufnahme des Reaktortanks umfasst, wobei die Reaktortankaufnahmeperipherie besteht aus:  a reactor tank receiving periphery for receiving the reactor tank, the reactor tank receiving periphery comprising:
- Mindestens einer Reaktortankhalterung zur Aufnahme jeweils eines Reaktortanks mit einer auf dem Reaktortank angepasste Stellfläche und einem oder mehrerer seitlicher Befestigungselemente,  At least one reactor tank mount for receiving in each case one reactor tank with a footprint adapted to the reactor tank and one or more lateral fastening elements,
- einer mit der Reaktortanichalterung verbundenen Antriebseinheit zur Durchführung einer periodisch richtungs wechselnden Rotationsbewegung. 9. Reaktor gemäß Anspruch 8, wobei im Innenraum des Reaktortanks, an einem oder mehreren Wänden im unteren Bereich der Kunststo ffflas che , an einer mit Koordinaten definierten Stelle, ein oder mehrere Sensorpatche angebracht sind und wobei an der Reaktortankhalterung direkt oder mittels Lichtwellenleiter ein oder mehrere opto-elektronische Sensorsysteme zur Anregung und Auslesung der Sensorpatche befestigt sind.  - A connected to the Reaktortanichalterung drive unit for carrying out a periodically direction-changing rotational movement. 9. Reactor according to claim 8, wherein in the interior of the reactor tank, on one or more walls in the lower region of the Kunststo ffflas che, at a location defined by coordinates, one or more Sensorpatche are attached and wherein at the reactor tank mount directly or by means of optical waveguide or several opto-electronic sensor systems for excitation and readout of the Sensorpatche are attached.
10. Reakt r gemäß Anspruch 9, wobei das opto-elektronisches Sensorsystem gesammelte Daten leitungsgebunden über differentielle, serielle Schnittstellen und / oder leistungsungebunden über Funk überträgt. 11. Reaktor gemäß Anspruch 10, wobei die Antrieb einheit ein Schrittmotor ohne Getriebe mit direkter Kopplung des Motors und des Antriebes ist. 10. Reakt r according to claim 9, wherein the opto-electronic sensor system transmits collected data via the cable via differential, serial interfaces and / or unbundled via radio. 11. Reactor according to claim 10, wherein the drive unit is a stepper motor without a gearbox with direct coupling of the motor and the drive.
12. Reaktor gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei der verschließbare Zugang des12. Reactor according to one of claims 8 to 11, wherein the lockable access of the
Reaktortanks ein Flaschenhals ist und mit einem Deckel verschlossen ist, der Durchführungen und / oder Anschlüsse für die Gas- und Flüssigkeitsversorgung des Reaktortanks und keineReactor tank is a bottleneck and is closed with a lid, the feedthroughs and / or connections for the gas and liquid supply to the reactor tank and no
Durchführung für eine Antriebsachse aufweist. Realdortankaumahmeperipherie zur Aufnahme eine s Reaktortanks , wob e i di e Reaktortankaufhahmeperipherie umfasst: Has implementation for a drive axle. Realdortankaumahmeperipherie for receiving a s reactor tank, which ee the reactor tank receiving periphery comprises:
- Mindestens eine Reaktortankhalterung zur Aufnahme j eweils eines Reaktortanks mit einer auf dem Reaktortank angepasste Stellfläche und einem oder mehreren seitlichen Befestigungselementen,  At least one reactor tank mount for accommodating each of a reactor tank with a footprint adapted to the reactor tank and one or more lateral fasteners;
- ein oder mehrere an der Reaktortankhalterung befestigte opto-elektronische Sensorsysteme zum Ablesen von seitlich an einer mit Koordinaten definierten Stelle des Reaktortanks angebrachten Sensorpatch en,  one or more optoelectronic sensor systems attached to the reactor tank mount for reading sensor patches attached laterally to a location of the reactor tank defined with coordinates,
- Verbunden mit der Reaktortankhalterung, eine Antriebseinheit zur Durchführung einer periodisch richtungswechselnden Rotationsbewegung, wobei die Antriebeinheit ein Schrittmotor ohne Getriebe mit direkter Kopplung des Motors und des Antriebes ist.  - Connected to the reactor tank mount, a drive unit for performing a periodic direction-changing rotational movement, wherein the drive unit is a stepper motor without a gearbox with direct coupling of the motor and the drive.
Verfahren zur Kultur von Zellen in einem Reaktor gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Reaktortank mit einer Winkelamp litude α im Bereich von 2° < jcxj < 3600° mit einem Leistungseintrag >10 W/m3 um seine ortsfeste, vertikale Achse in einer periodisch richtungswechselnde Rotationsbewegung versetzt wird. A method of culturing cells in a reactor according to any one of claims 8 to 12, wherein the reactor tank with an angular amplitude α in the range of 2 ° <jcxj <3600 ° with a power input> 10 W / m3 about its stationary, vertical axis in one Periodically reversing the direction of rotation is offset.
Verfahren nach Anspruch 14 zur Kultur von Zellen gekennzeichnet durch eine Sinkgeschwindigkeit von 0.01 bis 100 cm / h , wobei der Reaktortank einen internen vertikalen Zeilabscheider aufweist, der durch ein zentrales vertikales Abscheiderrohr und einen Abscheiderkopf mit einem Sammler zum Absaugen von zellenbefreiten Medium gebildet ist, wobei der Zellabscheider am einem Deckel für einen Reaktortank statisch oder drehbar gelagert befestigt ist und der Sammler durch den Deckel durchgeführt ist,, wobei eine von Zellen mit Hil e des Zellabscheiders abgetrennte Kuituriösung aus dem Reaktortank abgesaugt wird. The method of claim 14 for culturing cells characterized by a rate of descent of 0.01 to 100 cm / h, the reactor tank having an internal vertical cell separator formed by a central vertical separator tube and a separator head with a collector for aspirating cell-depleted medium the Zellabscheider is fixed statically or rotatably mounted on a lid for a reactor tank and the collector is performed by the lid, wherein a Kuituriösung separated from cells with Hil e of Zellabscheiders is sucked from the reactor tank.
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