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Die
Erfindung betrifft einen Behälter
mit flexiblen Wänden,
insbesondere ein Einweg-Bioreaktor, mit einem Behälterinnenraum,
dessen ihn umgebende Behälterwandung
von einer aufblasbaren Struktur stabilisierbar ist und der einen
von außen
antreibbaren Mischer aufweist.
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Behälter mit
flexiblen Wänden
werden insbesondere als Einweg-Bioreaktoren
in der Pharmazie und Biotechnologie zunehmend verwendet.
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Aus
der WO 03/012027 A1 ist ein Bioreaktor mit flexiblen Wandungen bekannt.
Der Bioreaktor ist dabei als eine aufblasbare bzw. auffaltbare Apparatur bekannt.
Die einen Behälterinnenraum
umgebende Behälterwandung
ist dabei von einer aufblasbaren Struktur stabilisierbar.
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Nachteilig
an dem bekannten Behälter,
der sich grundsätzlich
bewährt
hat, ist, dass beispielsweise bei Verwendung eines als Magnetrührer ausgebildeten
Mischers dessen Positionierung im Behälterinnenraum schwierig ist.
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Weiter
ist aus der US 2004/0062140 A1 ein als Bioreaktor ausgebildeter
Behälter
mit flexiblen Wänden
bekannt, in dessen Behälterinnenraum
ein von außen über eine
durch die Behälterwandung
hindurchgeführte
welle antreibbarer Mischer angeordnet ist.
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Soll
auf eine Durchführung
der Welle durch die Behälterwandung
verzichtet werden, ist auch hier die Positionierung des Mischers
im Behälterinnenraum
schwierig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Behälter so
zu verbessern, dass bei Verwendung eines Mischers dieser in eine vorgegebene
Position gebracht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1
dadurch gelöst,
dass der Mischer von Teilen der aufblasbaren Struktur, die als eine
Mischerführungsstruktur
ausgebildet ist, in deren aufgeblasenen Endzustand geführt und
in seiner durch die Mischerführungsstruktur
vorgegebene Position gehalten wird.
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Dadurch,
dass der Mischer von der aufgeblasenen Struktur geführt und
in seiner durch die Struktur vorgegebene Position auch gehalten
wird, läst sich
die reibungslose Funktion des Mischers sicherstellen.
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Im
leeren nicht aufgeblasenen Zustand lässt sich der Behälter kleinvolumig
zusammenfalten und Platz sparend lagern. Bei Benutzung wird der
Behälter
dann durch Zuführung
von Druckluft, beispielsweise über
eine Pumpe, aufgeblasen und in seine vorgesehene Form gebracht,
wobei auch der Mischer in seine vorgegebene Position gelangt. Über Zuleitungen
kann der Behälter
dann mit flüssigen
Medien gefüllt
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist der Mischer ein an einem ersten Ende einer Mischerachse
angeordnetes Basiselement und ein an einem zweiten Ende der Mischerachse
angeordnetes Mischelement auf, wobei das Basiselement und das Mischelement
mindestens teilweise über
den Querschnitt der Mischerachse hinausragen, und wobei die aufblasbare
Struktur mit mindestens drei Auflagepunkten in den Zwischenraum
zwischen Mischelement und Basiselement eingreift und mindestens
eine seitliche Führung
für den Mischer
bildet.
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Dadurch,
dass die aufblasbare Struktur mit mindestens drei Auflagepunkten
in den Zwischenraum zwischen Mischelement und Basisteil eingreift, und
eine Auflage für
das Mischelement bildet, wird das Mischelement beim Aufblasen der
Struktur praktisch in seine Funktionsposition angehoben und in seiner
Position geführt.
Dies bietet gleichzeitig eine Sicherheit, dass bei Rotationsbewegungen
des Mischelementes, dieses in seiner Position gehalten wird und
der Behälter
bzw. seine Wandung nicht von dem Mischelement zerstört werden.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Auflagescheibe vorgesehen, durch die die
Mischerachse hindurchgeführt
ist und die auf den Auflagepunkten der aufblasbaren Struktur aufliegt
und fest mit dieser verbunden ist.
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Durch
die Verwendung einer Auflagescheibe wird eine sichere radiale Führung des
Mischers bzw. seines Schaftes erreicht. Dadurch, dass die Auflagescheibe
fest mit der aufblasbaren Struktur verbunden ist, wird sichergestellt,
dass sich der Mischer nicht aus seiner vorgesehenen Position lösen kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind an der einem Behälterboden zugewandten Unterseite
des Basiselementes Rührflügel angeordnet,
die zwischen Behälterboden und
Basiselement eine Durchmischung sicherstellen.
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Durch
zusätzliche
Rührflügel an der
Unterseite des Basiselementes kann auch zwischen Behälterboden
und Basisteil befindliche Medium eine Durchmischung sichergestellt
werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn der durch die aufblasbare
Struktur vorgegebene, den Mischer umschließende Raum weitgehend für eine Durchmischung
geöffnet
ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise drei oder vier säulenartig
ausgebildete, aufblasbare Strukturelemente den Mischerschaft umgeben
und beispielsweise für
die Auflagescheibe bzw. bei entsprechender Ausformung den Mischer
direkt tragen. Eine Abdichtung des Mischerschaftes gegenüber der
Durchführungsöffnung der
Auflagescheibe ist dabei nicht notwendig.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Mischerachse gegenüber der Auflagescheibe flüssigkeitsdicht
ausgebildet und der Mischer ist in seinem unterhalb der Auflagescheibe
angeordneten Mischerbereich in einem Abstand von der aufblasbaren
Struktur umgeben, die in Verbindung mit dem Behälterboden und der Auflagescheibe
einen den unteren Mischerbereich umgebenden flüssigkeitsdichten Raum bildet.
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Durch
die Anordnung eines flüssigkeitsdichten
Raumes im unteren Bereich des Mischers wird sichergestellt, dass
es nicht zu einer unzureichenden Durchmischung in diesem Raum und
zu einer unerwünschten
Lyse oder anderen unerwünschten
Stoffwechselvorgängen
kommen kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann dabei die Mischerachse gegenüber der Auflagescheibe durch
einen Wellendichtring abgedichtet sein. Wellendichtringe, die reibungsarm
eine Welle gegenüber
einer Durchgangsbohrung abdichten, sind an sich insbesondere aus
der Autoindustrie und aus der Lebensmitteltechnologie bekannt. Dabei
kann kostengünstig
eine so genannte dynamische Dichtzone in die Dichtung selbst verlagert
sein. Als Werkstoffe kommen dabei hochwertige Kunststoffe, wie beispielsweise
PTFE infrage.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist im Basisteil ein Permanentmagnet angeordnet, der
von einem außerhalb des
Behälterinnenraumes
angeordneten Antrieb in Rotation versetzt wird. Dabei kann kostengünstig, die an
sich bekannte Technologie, eines Magnetrührers verwendet werden.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind innen und/oder außen mit der Behälterwandung
verbundene und mit Druckluft stabilisierbare Stabilisierungsschläuche als
Teile der aufblasbaren Struktur angeordnet.
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Soweit
im Behälterinnenraum
keine Schikanen bzw. Wirbelstrombrecher angeordnet sein sollen, ist
es von Vorteil, die Behälterwand über an der
Außenseite
mit der Behälterwand
verbundene Stabilisierungsschläuche
als Teile der aufblasbaren Struktur zu stabilisieren. Soweit im
Behälterinnenraum Schikanen
oder Wirbelstrombrecher erwünscht
sind, ist es von Vorteil, die Stabilisierungsschläuche von
innen her mit der Behälterwand
zu verbinden und als Schikanen bzw. Wirbelstrombrecher zu nutzen. Selbstverständlich ist
es auch möglich
sowohl außen als
auch innen Stabilisierungsschläuche
als Teile der aufblasbaren Struktur anzuordnen. An der seitlichen Behälterwandung
werden die Stabilisierungsschläuche
dabei etwa parallel zu einer Behälterlängsachse, also
in vertikaler Richtung, angeordnet. Bei Verwendung der Stabilisierungsschläuche kann
es auch nützlich
sein, die als Schikanen verwendeten Stabilisierungsschläuche gegenüber der
Behälterlängsachse
zu kippen und wendelförmig
anzuordnen. Zur Behälterstabilisierung
können
dann außen
zusätzliche vertikale
Stabilisierungsschläuche
angeordnet sein. Weitere Stabilisierungsschläuche können insbesondere am Behälterboden
zu einer Stabilisierung beitragen. Am Behälterboden angeordnete Stabilisierungsschläuche können dabei
in die den Mischerbereich umgebende aufblasbare Struktur übergehen. Um
nur über
einen Zugang aufblasen zu müssen,
ist es von Vorteil, sämtliche
Stabilisierungsschläuche und
Teile der aufblasbaren Struktur miteinander zu verbinden. Dies ist
beispielsweise auch über
Stabilisierungsschläuche
im Bereich des Behälterdeckels möglich.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist mindestens einer der Stabilisierungsschläuche ein
Sicherheitsventil auf. Damit kann zuverlässig verhindert werden, dass
bei einem Aufblasen mit zu hohem Druck die aufblasbare Struktur
bzw. der Behälter
zerstört
werden können.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beispielhaft veranschaulicht sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Seitenansicht eines Behälters mit flexiblen Wänden, Mischer
und Antrieb teilweise im Schnitt;
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2:
eine Draufsicht auf den Behälter
von 1 entlang der Linie II-II geschnitten;
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3:
den Behälter
von 2 im Ausriss entlang der Linie III-III geschnitten;
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4:
einen Behälter
im Ausriss und Halbschnitt mit einen den Mischer im unteren Bereich
umgebenden flüssigkeitsdichten
Raum; und
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5:
den Behälter
von 4 entlang der Linie V-V geschnitten.
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Ein
Behälter 1 mit
flexiblen Wänden
besteht im wesentlichen aus einem Behälterinnenraum 2, einer
aufblasbaren Struktur 3 und einem Mischer 4.
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Der
als Einweg-Bioreaktor ausgebildete Behälter 1 weist den Behälterinnenraum 2 auf,
dessen ihn umgebende flexible Behälterwandung 5 aus
einer seitlichen Behälterwandung 6, einem
in vertikaler Richtung unten angeordneten Behälterboden 7 und einen
in vertikaler Richtung oben angeordneten Behälterdeckel 8 besteht.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 1, 2 und 3 sind im
Behälterinnenraum 2 innen
an der seitlichen Behälterwandung 6 vier
vertikale Stabilisierungsschläuche 9, 10, 11, 12 angeordnet.
Die vertikalen Stabilisierungsschläuche 9, 10, 11, 12 sind
fest mit der seitlichen Behälterwandung 6 verbunden
und bilden vier vertikale Schikanen. Im Bereich des Behälterbodens 7 gehen
die vertikalen Stabilisierungsschläuche 9, 10, 11, 12 in
mit den Behälterboden 7 fest
verbundene Bodenstabilisierungsschläuche 13, 14, 15, 16 über.
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Der
Mischer 4 wird von Teilen der aufblasbaren Struktur 3,
die als eine Mischerführungsstruktur 17 ausgebildet
sind, in deren aufgeblasenen Endzustand geführt und in seiner durch die
Mischerführungsstruktur 17 vorgegebene
Position gehalten. Die Mischerführungsstruktur 17 besteht
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
(siehe 1, 2, 3) aus vier
vertikalen Führungssäulen, 18, 19, 20, 21, die
fest mit dem Behälterboden 7 verbunden
sind und über
die Bodenstabilisierungsschläuche 13, 14, 15, 16 aufgeblasen
werden.
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Die
vertikalen Führungssäulen 18, 19, 20, 21 weisen
in vertikaler Richtung oben einen radial nach innen gerichteten
Ansatz 22 auf, der die Auflage bzw. Auflagepunkte für eine Auflagescheibe 23 bildet,
die fest mit den vertikalen Führungssäulen 18, 19, 20, 21 bzw.
deren Ansätzen 22 verbunden
sind. Die Auflagescheibe 23 weist eine Durchgangsöffnung 24 für den Mischer 4 auf.
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Der
Mischer 4 besteht aus einer Mischerachse 25, an
deren in vertikaler Richtung unteren ersten Ende ein Basiselement 26 und
in vertikaler Richtung oben angeordneten zweiten Ende ein Mischelement 27 angeordnet
ist. Das Basiselement 26 und das Mischelement 27 ragen
mindestens in einer quer zur Mischerlängsachse 28 angeordneten
Ebene über den
Querschnitt der Mischerachse 25 hinaus. Damit greifen die
vertikalen Führungssäulen 18, 19, 20, 21 mit
ihren radialen Ansätzen 22 sowie
die Auflagescheibe 23 in den Zwischenraum zwischen Mischelement 27 und
Basiselement 26 ein.
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Die
Mischerachse 25 wird durch die Durchgangsöffnung 24 der
Auflagescheibe 23 durchgeführt, so dass im aufgeblasenen
Zustand der aufblasbaren Struktur 3 bzw. der Mischerführungsstruktur 17 das
Mischelement 27 mit seiner Unterseite 29 der Auflagefläche 23 zugewandt
ist. Das Mischelement 27 bzw. die Mischerachse 25 wird
seitlich durch die Durchgangsöffnung 24 geführt. Gemäß der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 sind an
der dem Behälterboden 7 zugewandten
Unterseite 30 des Basiselementes 26 Rührflügel 31, 32 angeordnet,
die zwischen Behälterboden 7 und
Basiselement 26 eine Durchmischung sicherstellen. Um einen
Kontakt der Rührflügel 31, 32 mit
dem Behälterboden 7 zu
vermeiden, weist das Basiselement 26 an seiner Unterseite 30 eine über die
Rührflügel 31, 32 hinausragendes
kugelförmiges
Abstandselement 33 auf.
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Nach
dem Ausführungsbeispiel
von 4 ist der Mischer 4' in seinem unterhalb der Auflagescheibe 23' angeordneten
Mischerbereich in einem Abstand von der aufblasbaren Struktur 3' bzw. der Mischerführungsstruktur 17' umgeben, die
in Verbindung mit dem Behälterboden 7' und der Auflagescheibe 23' einen den unteren
Mischerbereich 34 umgebenden flüssigkeitsdichten Raum 35 bildet.
Zu diesem Zweck ist die Mischerachse 25' gegenüber der Auflagescheibe 23' durch einen
wellendichtring 36 abgedichtet.
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Das
Basiselement 26, 26' es
Mischers 4, 4' weist
einen Permanentmagneten 37 auf, über den der Mischer von einem
außerhalb
des Behälters 1 angeordneten
Antrieb 38, der dem Basiselement 26, 26' benachbart
angeordnet ist, angetrieben wird.
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Zur
Zuführung
von Druckluft über
eine Pumpe 39 ist der Stabilisierungsschlauch 9 durch
den Behälterdeckel 8 nach
außen
durchgeführt
und mit einem Druckluftanschluss bzw. direkt mit der Pumpe 39 versehen.
Der zweite vertikale Stabilisierungsschlauch 10 ist ebenfalls
durch den Behälterdeckel 8 hindurchgeführt und
mit einem Sicherheitsventil 40 verbunden, das den Innendruck
in der aufblasbaren Struktur 3, 3' begrenzt.
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Weitere übliche Zuführungen
und Abführungen
für Medien
sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht
dargstellt.
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Im
unbenutzten Zustand ist der Behälter 1 zusammengefaltet.
Zum Entfalten wird über
die Pumpe 39 der aufblasbaren Struktur 3, 3' Druckluft zugeführt, so
dass der Behälter 1 entfaltet
und stabilisiert wird. Dabei wird gleichzeitig der Mischer 4, 4' durch die Mischerführungsstruktur 17, 17' in seine vorgesehene
Position gebracht. Entsprechend können über die nicht dargestellten
Zuleitungen flüssige
und gasförmige
Medien eingebracht werden.
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Beim
Mischvorgang wirken die vertikalen Stabilisierungsschläuche 9, 10, 11, 12 als
Schikanen.