CN102858946A - 用于照射生物反应器中的介质的生物反应器系统、振动装置和方法 - Google Patents

Abstract

生物反应器系统和方法，该生物反应器系统具有生物反应器和用于照射布置在反应器内部空间中的介质的照明体，其中，照明体具有至少一个辐射面，电磁辐射例如光经由所述辐射面辐射，电磁辐射经由至少一个端面反射到反应器内部空间中，其中，生物反应器构造为具有透明壁的容器，其中，在反应器内部空间之外，与透明壁的至少一个部分区域相邻地布置照明体，并且其中，所述照明体以其辐射面构成生物反应器的支承面或支撑面。振动装置，其具有用于构造为带有透明壁的容器的生物反应器的可振动的反应器容纳部，其中，反应器容纳部具有面状的照明体，其辐射面为待容纳的生物反应器构成支承面或支撑面，电磁辐射例如光能够经由该辐射面反射到生物反应器的反应器内部空间中。

Description

用于照射生物反应器中的介质的生物反应器系统、振动装置和方法

技术领域

本发明涉及生物反应器系统，其具有生物反应器和用于照射布置在反应器内部空间中的介质的照明体，其中，照明体具有至少一个辐射面，电磁辐射例如光经由所述辐射面辐射，所述电磁辐射经由至少一个端面反射到反应器内部空间中。

此外，本发明涉及振动装置，其具有可置于振动中的容纳部，该容纳部用于构造为带有透明壁的容器的生物反应器。

此外，本发明涉及用于利用电磁辐射例如光照射具有透明壁的生物反应器中的介质的方法，该生物反应器在振动装置中置于振动运动中。

背景技术

针对在生物反应器中进行光养的细胞培养物的培养而言，除了环境条件例如温度、湿度和二氧化碳含量之外，照明也具有决定性的意义。

DE 29819259Ul公知一种生物反应器系统，其具有光生物反应器，在其反应器内部空间中布置有柱形照明体。来自布置在反应器内部空间之外的光源的光经由穿透反应器壁的光导体（光导体在反应器内部空间中呈环形地扇状打开）反射到照明体的端面中，这样光侧向地经由照明体的柱形面辐射。为了侧向辐射，透明的照明体具有夹杂物或者说颗粒。此外，为了支持侧向辐射，照明体的侧面可以具有粗糙化的表面。公知的生物反应器系统的缺点如下，即，为了装入导光器必须穿通反应器壁。这导致生物反应器的构造相对复杂并且成本高昂。此外，这种生物反应器不适合用作可折叠的、袋状一次性生物反应器。

此外，由WO 2010/016538A1公知一种光反应器系统，其中，在反应器内部空间中同样布置有照明体，光经由其端面进行反射并且经由侧向的辐射面进行辐射。在此，经由前置的多个LED的端面进行光反射。该生物反应器系统也具有上述缺点。

由WO 2009/069967A2公知一种呈方形或柱形构造的光生物反应器，其反应器内部空间中布置有光辐射的平面的或者柱形的照明体。来自多个LED的光耦入到照明体中。为此，需要将多个LED包括其电路板防液体地封住。这种生物反应器系统也具有缺点，即，它相对耗费并且成本高昂。这种生物反应器系统也不适用于柔韧能弯曲的一次性生物反应器。

最后，例如由DE 4432515A1和DE 10200828497A1公知一种光导板形式的照明体。

为了保证处于生物反应器中的介质或者细胞培养物所需的气化和所需的营养物质运输，在生物反应器中装入混合器或者说搅动器。尤其是在用作为柔韧能弯曲的一次性容器的生物反应器中，为了混合而安装振动装置，该振动装置使生物反应器连同所包含的介质振动或者说颤动或摆动。

由EP 1173542Bl公知一种振动装置，其具有用于柔韧能弯曲的容器的可置于振动中的反应器容纳部。该装置的缺点如下，即，原则上证实该装置不可以与作为介质的植物细胞培养物相结合地在光生物反应器中使用，所述植物细胞培养物需要以限定方式照射。在此，在反应器内部空间中的环境系统不应受热量输入例如受由光源产生的热量的干扰。

发明内容

因而本发明的任务在于提供一种生物反应器系统，其具有生物反应器，该生物反应器适合作为利用电磁辐射尤其是光来照射介质的光反应器。

本发明的另一任务是提供一种振动装置，其用于特别是构造为柔韧能弯曲的容器的光反应器。

本发明的另一任务还在于提供一种用于照射具有透明壁的生物反应器中的介质的方法，其中，生物反应器可以在振动装置中被混匀。

关于生物反应器系统的任务结合权利要求1的前序部分如此地解决，即，生物反应器构造为具有透明壁的容器，在反应器内部空间之外、相邻透明壁的至少一个部分区域地布置照明体，并且照明体以其辐射面构成用于生物反应器的支承面或支撑面。

通过将照明体布置在反应器内部空间之外可以实现如下，即，将生物反应器构造为具有透明壁的柔韧能弯曲的容器。由此还可以实现将柔韧能弯曲的容器或者说生物反应器折叠地并且无菌包装地运输。通过将照明体的辐射面构造为用于生物反应器的支承面或支撑面，生物反应器可以简单地放置在照明体上并且由于其接触辐射面的壁必然地具有相对于照明体的限定的照射位置。通过反应所需波长的电磁辐射尤其是光的到照明体端面中的照射和反射，实际上没有热量输入出现在反应器内部空间中。

在优选实施方式中，照明体具有用于将传感器、接头或者搅动器通到生物反应器的缺口。

根据本发明的优选实施方式，照明体布置在振动装置的反应器容纳部上。通过将照明体布置在振动装置的反应器容纳部上，照明体的辐射面构成振动装置的反应器容纳部的支承面或支撑面。因此，相对简单地实现了将自身公知的振动装置用于构造为例如具有柔韧能弯曲的壁的容器的生物反应器，该生物反应器通过照明体成为光生物反应器。

根据本发明的另一优选实施方式，生物反应器构造为一次性使用的柔韧能弯曲的塑料袋。通过将照明体布置在生物反应器之外，可以将生物反应器构造为或者说应用为一次性使用的成本低廉的柔韧能弯曲的塑料袋。

根据本发明的另一优选实施方式，照明体构造为平坦的板，其中，具有多个以限定波长辐射的发光体，尤其是LED光源的光带布置在用于反射电磁辐射尤其是光的至少一个端面上。通过构造为平坦的板，可以相对简单和成本低廉地制造照明体。但原则上也可以实现照明体与生物反应器的形状匹配。例如如下也是可能的，即，柱形地或杯形地构造照明体，从而通过照明体支撑生物反应器的壁。这尤其可以实现代替枕形而柱形地构造生物反应器。此外，通过应用多个LED光源，在反应器内部空间之外，光源仅产生少量的可忽略的热量。

根据本发明的另一优选实施方式，照明体在其内部具有光散射颗粒。这些光散射颗粒导致如下，即，在照明体中常见的全反射中断并且通过端侧反射的光侧向地从辐射面射出。在此，背离生物反应器的面可以镜面化，以便阻止该侧面上的光射出。如下也是可能的，即，设有具备光散射结构的辐射面。光散射结构例如可以由粗糙化的表面构成。

关于振动装置的任务结合权利要求9的前序部分由此解决，即，反应器容纳部具有面状的照明体，其辐射面为待容纳的生物反应器构成支承面或支撑面，电磁辐射例如光能够经由该辐射面反射到生物反应器的反应器内部空间中。

通过将面状的照明体布置在用于生物反应器的反应器容纳部中，如下以简单的方式是可能的，即，电磁辐射尤其是光反射到生物反应器的反应器内部空间中，从而生物反应器在振动过程期间可以用作光反应器。

根据本发明的优选实施方式，能够经由至少一个端面反射的电磁辐射例如光经由辐射面辐射到生物反应器中。在此，实际上无热量地进行到生物反应器中的反射，从而不影响反应器内部空间的热环境。通过经由端面的反射或者说照明体的端面，光源产生的热量尽可能地输出到生物反应器的周边。

关于方法的任务结合权利要求11的前序部分由此解决，即，生物反应器如此地装入振动装置的反应器容纳部，即，生物反应器壁的至少一部分贴靠在反应器容纳部的由面状照明体的辐射面构成的支承面或支撑面上，并且电磁辐射尤其是光反射到照明体的至少一个端侧中，所述电磁辐射经由辐射面和生物反应器壁射入到布置在反应器内部空间中的介质中。

由于装入提供限定波长的电磁辐射的发光体，因此该方法得到使用者的广泛应用。可以依赖于培养任务地调节辐射的波长和强度。在此，经由检测生物质形成/生物量形成来调节光强度被证实是尤其有利的。

依据本发明的方法以简单和成本低廉的方式实现了光射入到带有光反应器的向光性微生物或藻类的介质中，其中，实现了介质在振动装置中的同时的搅拌。

附图说明

由在其中示例性说明本发明优选实施例的以下详细的描述和附图得到本发明的其它细节。

在附图中：

图1以局部剖面的方式示出具有振动装置的生物反应器系统的侧视图；

图2在放大的图中示出图1的振动装置的反应器容纳部的侧视图，其中未示出生物反应器；

图3以剖面的方式示出图1的照明体的侧视图；

图4示出由方向IV观察的图3的照明体的俯视图。

具体实施方式

生物反应器系统1大致包括生物反应器2、照明体3和振动装置4。

生物反应器2根据图1的实施例构造为具有透明壁5的柔韧能弯曲的袋式容器，该壁包围反应器内部空间6。为了更好地概览，未示出本领域人员公知的反应器内部空间6的注入口和排出口。照明体3以其面向生物反应器2的辐射面7构成振动装置4的反应器容纳部9的支承面8。振动装置4具有驱动器和控制器10，所述驱动器和控制器将反应器容纳部9置于振动运动中或者说震动中。

根据图1至图4，照明体3构造为平坦的板。照明体3在其端侧的端部11、12上具有两个横向分布的穿通部13、14，这两个穿通部使功能性的端面15、16露出，光经由所述端面反射到照明体3中。具有LED光源18的光带17分别装入穿通部13、14。LED光源18的光经由照明体3的端面15、16反射并且经由面向生物反应器2的辐射面7辐射。照明体3在其内部具有光散射颗粒19，这些光散射颗粒应当支持经由辐射面7的侧向辐射。另外辐射面7也可以具有光散射的结构，例如以粗糙化表面的形式。

在实施例中，照明体3由丙烯酸玻璃构造。照明体3通常可以由任意的光辐射材料构成，例如玻璃。

通过辐射面7辐射的光穿过生物反应器2的透明壁5射入到处于反应器内部空间6中的介质20中，该介质包含细胞培养物。

包含介质20的袋式生物反应器2如此地装入振动装置4的反应器容纳部9，即，其透明壁5的面向照明体3的辐射面7的部分贴靠在辐射面7上，该辐射面构成反应器容纳部9的支承面8。在此，具有其LED光源18的光带17的反射到照明体3的端面15、16中的光被反射并且通过辐射面7被辐射，从而使光通过壁5射入到介质20中。同时，用于反应器容纳部9的生物反应器2处于震荡震动中。通过固定机构21可以将生物反应器2固定在反应器容纳部9上。

Claims (13)

1.生物反应器系统（1），所述生物反应器系统具有生物反应器（2）和用于照射布置在反应器内部空间（6）中的介质（20）的照明体（3），其中，所述照明体（3）具有至少一个辐射面（7），电磁辐射例如光经由所述辐射面辐射，所述电磁辐射经由至少一个端面（15、16）反射到所述反应器内部空间（6）中，其特征在于，所述生物反应器（2）构造为具有透明的壁（5）的容器，在所述反应器内部空间（6）之外、与透明的所述壁（5）的至少一个部分区域相邻地布置所述照明体（3），并且所述照明体（3）以所述照明体的辐射面（7）构成用于所述生物反应器（2）的支承面或支撑面（8）。

2.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其特征在于，所述照明体（3）具有用于将传感器、接头或者搅动器通到所述生物反应器（2）的缺口。

3.根据权利要求1或2所述的生物反应器系统，其特征在于，所述照明体（3）布置在振动装置（4）的反应器容纳部（9）上。

4.根据权利要求1至3之一所述的生物反应器系统，其特征在于，所述生物反应器（2）构造为一次性使用的柔韧能弯曲的塑料袋。

5.根据权利要求1至4之一所述的生物反应器系统，其特征在于，所述照明体（3）构造为平坦的板，并且具有多个LED光源（18）的光带（17）布置在用于反射光的至少一个端面（15、16）上。

6.根据权利要求1至5之一所述的生物反应器系统，其特征在于，所述照明体（3）在所述照明体的内部具有光散射颗粒（19）。

7.根据权利要求1至6之一所述的生物反应器系统，其特征在于，面向所述生物反应器（2）的所述辐射面（7）具有光散射结构。

8.根据权利要求1至7之一所述的生物反应器系统，其特征在于，所述照明体（3）由丙烯酸玻璃构造。

9.振动装置（4），所述振动装置具有用于构造为具有透明的壁（5）的柔韧能弯曲的容器的生物反应器（2）的、能置于振动中的反应器容纳部（9），其特征在于，所述反应器容纳部（9）具有面状的照明体（3），所述照明体的辐射面（7）为待容纳的所述生物反应器（2）构成支承面或支撑面（8），电磁辐射例如光能够经由所述辐射面反射到所述生物反应器（2）的反应器内部空间（6）中。

10.根据权利要求9所述的振动装置，其特征在于，能够经由至少一个端面（15、16）反射的电磁辐射例如光能够经由所述辐射面（7）辐射到所述生物反应器（2）中。

11.利用电磁辐射例如光照射具有透明的壁（5）的生物反应器（2）中的介质的方法，所述生物反应器在振动装置（4）中置于振动运动中，其特征在于，所述生物反应器（2）以如下方式装入所述振动装置（4）的反应器容纳部（9）中，即，所述生物反应器的壁（5）的至少一部分贴靠在所述反应器容纳部（9）的、由面状照明体（3）的辐射面（7）构成的支承面或支撑面（8）上，并且电磁辐射例如光反射到所述照明体（3）的至少一个端侧（15、16）中，所述电磁辐射经由所述辐射面（7）和所述生物反应器（2）的壁（5）射入布置在反应器内部空间（6）中的介质（20）中。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，调节电磁辐射例如光的波长和强度。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过检测生物质形成/生物量形成来进行照射强度的调节。

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