DE3826589A1

DE3826589A1 - Cell culture fermenter

Info

Publication number: DE3826589A1
Application number: DE19883826589
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Schoels
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1990-02-08

Abstract

The cell culture fermenter is used, in particular, for cultivating and growing mammalian cells. The living cells must, as a precondition of their survival and their growth, be provided with oxygen and nutrients in accurately metered amounts and likewise have their waste products, which result from metabolic reactions, such as carbon dioxide and other substances which are no longer required, disposed of. For this purpose, a stirrer shaft (5) which is mounted rotatingly about a vertical long axis (z-z) of a pressure tank (1) is provided on its circumference with stirrer blades (6) which are designed like an aerofoil profile. The stirrer blades (6) are hollow on the inside and their boundary walls (6a, 6b) are perforated. The cavities (19a, 19b) in the stirrer blades communicate with collecting channels (k1a, k1b, k2a, k2b) of the stirrer shaft (5), which are supplied from the connection head (A) of the stirrer shaft with the substances to be introduced or discharged. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zellkulturen-Fermenter mit wenigstens einem Druckbehälter zur Aufnahme der Zellkulturen enthaltenden Nährlösung, mit Mitteln zum Zuführen von Nährstof fen und Sauerstoff zur Nährlösung, mit Mitteln zum Abführen von Schlacken und Kohlendioxid aus der Nährlösung und mit einem Rührwerk zur Intensivierung des Stoffaustausches in der Nährlösung.The invention relates to a cell culture fermenter at least one pressure vessel for receiving the cell cultures containing nutrient solution, with means for supplying nutrient and oxygen to the nutrient solution, with means for removing Slag and carbon dioxide from the nutrient solution and with one Agitator to intensify the exchange of substances in the Nutrient solution.

In solchen Zellkulturen-Fermentern werden insbesondere Säugetierzellen gezüchtet und vermehrt. Die lebenden Zellen müssen als Voraussetzung ihres Überlebens und ihrer Vermehrung mit Sauerstoff und Nährstoffen in exakt dosierten Mengen versorgt und ebenso von ihren sich aus den Stoffwechselreaktio nen ergebenden Abfallstoffen, wie Kohlendioxid und anderen nicht mehr benötigten Substanzen, entsorgt werden. Die lebenden Zellen sind sehr empfindlich gegen mechanische und chemische Einwirkungen. Infolgedessen müssen die im allgemeinen beim Ein- und Ausbringen der vorgenannten Stoffe in bzw. aus dem Fermenter unvermeidlich auftretenden Scherkräfte auf ein absolutes Minimum gebracht werden. Ferner muß die Ver- und Ent sorgung der Stoffe über den Fermenterinhalt gesehen gleichmäßig verteilt erfolgen.In such cell culture fermenters, in particular Mammalian cells grown and propagated. The living cells must be a prerequisite for their survival and their multiplication with oxygen and nutrients in precisely dosed quantities cared for and also from their own metabolic reaction resulting waste materials such as carbon dioxide and others substances that are no longer required are disposed of. The living Cells are very sensitive to mechanical and chemical Actions. As a result, the general and applying the aforementioned substances in or from the Fermenter inevitable shear forces on a be brought to an absolute minimum. Furthermore, the Ver and Ent supply of the substances seen over the fermenter content evenly distributed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zellkulturen-Fermenter der eingangs definierten gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit welchem den vorstehend geschilderten Anforderungen auf vorteilhafte Weise Rechnung getragen werden kann, d.h., mit welchem eine gleichmäßige und schonende Ver und Entsorgung der zuzuführenden bzw. abzuleitenden Stoffe weitestgehend gleichmäßig über das gesamte Behältervolumen, erreicht werden kann. The invention has for its object a Cell culture fermenters of the generic type defined at the outset To create the way with which the above Requirements are taken into account in an advantageous manner can, i.e., with which an even and gentle Ver and disposal of the materials to be supplied or derived largely uniform over the entire container volume, can be reached.

Gegenstand der Erfindung ist ein Zellkulturen-Fermenter mit den eingangs definierten Merkmalen. Dieser Zellkulturen-Fermenter weist zur Lösung der gestellten Aufgabe die folgenden weiteren Merkmale auf:The invention relates to a cell culture fermenter with the characteristics defined at the beginning. This cell culture fermenter assigns the following to solve the problem Features on:

- The around a vertical longitudinal axis of the pressure vessel The circumferentially mounted agitator shaft has a wing on its circumference profile-shaped hollow stirring blades provided Head ends face in direction of rotation,
- The stirring blades have perforation in their boundary walls to the exit or entry of the substances to be exchanged and inside corresponding collection chambers,
the collection chambers each communicate with collection channels, which inside the agitator shaft up to a connection head of the Run agitator shaft,
- And the agitator shaft is with means for its rotatable mounting provided in the pressure vessel and at least one agitator shaft end sealing through a shaft bushing of the tank bottom performed and with a protruding from the pressure vessel Part arranged in the connection head, with each other and after externally sealed supply and discharge chambers of the connection head with communicate the associated collecting channels of the agitator shaft.

Vorteihafte Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 angegeben.Advantageous further developments are in claims 2 to 9 specified.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß mit dem Zellkulturen-Fermenter nach der Erfindung nun ein kontinuierlicher, für die Säugetierzellen sehr schonender Betrieb ermöglicht ist, wobei eine hervorragende Raumausnutzung erzielt werden kann. Wegen der sehr hohen erziel baren Werte des Stoffaustausches pro Volumen- und Zeiteinheit können mehrere Zellkulturen-Fermenter mit entsprechenden Druck behältern nebeneinander angeordnet sein, so daß bei den von Zeit zu Zeit notwendigen Inspektionen (die zweckmäßig dann erfolgen, wenn der angestrebte Reifezustand einer Säugetierzellenkolonie erreicht ist) die Aufrechterhaltung der Kapazität der Anlage durch Weiterbetrieb anderer Zellkulturen-Fermenter gewährlei stet bleibt. Von besonderer Bedeutung sind die porösen Begrenzungswände der Rührblätter und deren Ausbildung als Tragflügel derart, daß bei der Rührbewegung an allen Stellen der Rührblätter eine laminare Strömung erhalten bleibt.The advantages that can be achieved with the invention are above all in it to see that with the cell culture fermenter according to the invention now a continuous one, very much for the mammalian cells gentle operation is possible, being an excellent Space utilization can be achieved. Because of the very high achieved exchangeable values per unit of volume and time can use multiple cell culture fermenters with appropriate pressure containers should be arranged side by side, so that at the time currently necessary inspections (which are then carried out appropriately, if the desired maturity of a mammalian cell colony reached) maintaining the capacity of the plant by continuing to operate other cell culture fermenters remains constant. The porous ones are of particular importance Boundary walls of the stirring blades and their training as Wing such that the stirring movement at all points the stirring blades maintain a laminar flow.

Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung hervor, die sich auf zwei Ausführungsbei spiele nach der Erfindung bezieht. In der Zeichnung zeigen in schematischer, vereinfachter Darstellung:Further features and advantages are evident from the following Description of the figures, which refer to two embodiments games according to the invention relates. In the drawing show in schematic, simplified representation:

Fig. 1 einen Zellkulturen-Fermenter nach der Erfindung im Aufriß; Fig. 1 shows a cell culture fermenter according to the invention in elevation;

Fig. 2 die Einzelheit II aus Fig. 1 vergrößert im Detail; FIG. 2 shows the detail II from FIG. 1 enlarged in detail;

Fig. 3 die Einzelheit III aus Fig. 1 vergrößert, im Detail und perspektivisch; FIG. 3 shows the detail III from FIG. 1 enlarged, in detail and in perspective;

Fig. 4 die Einzelheit eines Rührwellenstückes mit einem Rühr blatt im Aufriß und Fig. 4 shows the detail of a stirring shaft piece with a stirring blade in elevation and

Fig. 5 den zugehörigen Grundriß; Fig. 5 is the corresponding plan view;

Fig. 6 die Einzelheit VI aus Fig. 1 vergrößert im Detail und Fig. 6 shows the detail VI of FIG. 1 enlarged in detail and

Fig. 7 einen Querschnitt durch die abgewandelte Ausführungs form eines Rührblattes, welches nach Art einer mit Transpirationskühlung arbeitenden Gasturbinenschaufel ausgebildet ist. Fig. 7 shows a cross section through the modified embodiment form of a stirring blade, which is designed in the manner of a gas turbine blade working with perspiration cooling.

Der Zellkulturen-Fermenter nach Fig. 1 ist in Phantom-Darstellung gezeigt; er weist einen hohlzylindrischen Druckbehälter 1 aus nicht rostendem Stahl auf mit Bodenkalotte 1.1 und Deckel kalotte 1.2, wobei letztere mit einem Ringflansch 1.21 an einem entsprechenden Gegenflansch 1.11 des Druckbehälter-Unterteils 1.0 dichtend verspannt ist. Die Flanschschrauben 2 sind durch Linien angedeutet; zwischen die Dichtflächen der beiden Ring flansche 1.21, 1.11 sind Ringdichtungen 3 eingefügt. Der Druck behälter 1 ist bis zur Spiegelhöhe 4 mit Nährlösung zur Züchtung von Säugetierzellen gefüllt.The cell culture fermenter according to Fig. 1 is shown in phantom; it has a hollow cylindrical pressure vessel 1 made of stainless steel with a bottom cap 1.1 and cap 1.2 , the latter being tightly clamped with an annular flange 1.21 to a corresponding counter flange 1.11 of the lower part 1.0 of the pressure vessel. The flange screws 2 are indicated by lines; ring seals 3 are inserted between the sealing surfaces of the two ring flanges 1.21 , 1.11 . The pressure vessel 1 is filled up to level 4 with nutrient solution for the cultivation of mammalian cells.

Um eine vertikale Längsachse z-z des Druckbehälters 1 ist die Rührwelle 5 umlaufend gelagert. Sie ist an ihrem Umfang mit tragflügelprofilartig ausgebildeten, hohlen generell mit 6 bezeichneten Rührblättern versehen. Die Rührwelle 5 ist mit Mitteln zur ihrer drehbaren Lagerung innnerhalb des Druck behälters 1 versehen. Dargestellt sind ein oberes Traglager 7, ein unteres Traglager 8 und ein unteres Drucklager 9, welch letzteres das Gewicht der Rührwelle 5 trägt. Das obere Traglager 7 ist als Ausfütterung einer zentralen Bohrung 10 der kreisscheibenförmigen Abschlußplatte 11 ausgebildet, letztere ist an ihrem Außenumfang mit dem Innenumfang des Behälter-Unterteils 1.0 verschweißt (Schweißnähte 11.1). Die Abschlußplatte 11 dient zugleich als Versteifung des Druckbehälters 1 in dessen Flanschbereich, mit ihr ist der untere Flanschring für den Gegenflansch 1.11 verschweißt.The agitator shaft 5 is supported all around a vertical longitudinal axis zz of the pressure vessel 1 . It is provided on its periphery with hollow, generally aerofoil-shaped, generally designated 6 stirring blades. The agitator shaft 5 is provided with means for its rotatable mounting within the pressure container 1 . An upper support bearing 7 , a lower support bearing 8 and a lower pressure bearing 9 are shown , the latter bearing the weight of the agitator shaft 5 . The upper support bearing 7 is designed as a lining of a central bore 10 of the circular disk-shaped end plate 11 , the latter being welded on its outer circumference to the inner circumference of the lower container part 1.0 (weld seams 11.1 ). The end plate 11 also serves as a stiffener of the pressure vessel 1 in its flange area, with which the lower flange ring for the counter flange 1.11 is welded.

Am unteren Ende der Rührwelle 5 sitzt auf dieser eine Riemenscheiben-Anordnung 12 mit z.B. drei auf der Welle befestigten bzw. verkeilten Riemenscheiben, welche über Treib riemen 13 antreibbar sind. Letztere werden angetrieben von einer Abtriebsscheiben-Anordnung 14, welche drei Abtriebsschei ben aufweist und auf eine Abtriebswelle 15 der Getriebeeinheit 16 sitzen. Die Getriebeeinheit 16 steht in Antriebsverbindung mit der Antriebswelle 17.1 eines Antriebsmotors 17. Dieser kann insbesondere ein drehzahlgeregelter Elektromotor sein, dessen Drehzahl durch die Getriebeeinheit 16, in diesem Falle ein Untersetzungsgetriebe, auf die relativ kleinen Umdrehungszahlen für die Rührwelle 5 heruntergesetzt werden. Es wird z.B. mit Umdrehungen von 5 bis 10 pro Minute gearbeitet. At the lower end of the agitator shaft 5 sits on this a pulley arrangement 12 with, for example, three pulleys fastened or wedged on the shaft, which can be driven by drive belts 13 . The latter are driven by an output disk arrangement 14 , which has three output disks ben and sit on an output shaft 15 of the gear unit 16 . The gear unit 16 is in drive connection with the drive shaft 17.1 of a drive motor 17 . This can in particular be a speed-controlled electric motor, the speed of which is reduced by the gear unit 16 , in this case a reduction gear, to the relatively small number of revolutions for the agitator shaft 5 . For example, revolutions of 5 to 10 per minute are used.

Fig. 3 zeigt deutlicher die tragflügelprofilartig ausgebildeten Rührblätter 6 im Ausschnitt, diese weisen sowohl innerhalb ihrer oberen Begrenzungswand 6 a als auch ihrer unteren Begrenzungswand 6 b Perforationen 18 zum Austritt oder Eintritt der auszutauschenden Stoffe auf und ferner in ihrem Inneren entsprechende Sammelkammern 19 a und 19 b, welch letztere durch eine schaufel-interne Trennwand 20 voneinander getrennt sind. Für die Ausführung der porösen Trennwände kann man ein poröses Material, z.B. Sintermetall, wählen. Eine andere Möglichkeit ist die in Fig. 3 dargestellte, wobei die Begrenzungswände von porösen Membranen gebildet sind. Es handelt sich dabei um poröses Blech oder um entsprechend porösen Kunststoff, welcher um einen Rührblatt-Kern (nicht dargestellt) gewickelt ist, wobei die obere und die untere Membran 6 a, 6 b im Bereich der Blatthinterkante 6.2 miteinander verschweißt bzw. thermo plastisch verschweißt sind. Eine weitere Ausführungsform für die Rührblätter ist in Fig. 7 dargestellt, worauf weiter unten noch eingegangen wird. Fig. 3 shows clearly the aerofoil-like stirring blades 6 cut away, of these, both in its upper boundary wall 6 a and its lower boundary wall 6 b perforations 18 for the exit or entrance of the replacement materials to and corresponding further in its interior collection chambers 19 a and 19 b , the latter being separated from one another by an internal blade partition 20 . A porous material, for example sintered metal, can be selected for the execution of the porous partition walls. Another possibility is that shown in FIG. 3, the boundary walls being formed by porous membranes. It is porous sheet metal or correspondingly porous plastic, which is wound around a stirring blade core (not shown), the upper and lower membranes 6 a , 6 b being welded to one another or thermoplastic welded in the area of the blade rear edge 6.2 are. Another embodiment for the stirring blades is shown in Fig. 7, which will be discussed further below.

Die einzelnen Rührblätter 6 nach Fig. 3 sind auf mechanisch stabile Weise mit der Rührwelle 5 verbunden. Eine günstige Befestigungsart ist z.B. diejenige, daß die Rührwelle in ihrem Durchmesser etwas stärker ausgeführt ist und an ihrem Umfang Aussparungen aufweist, welche haargenau dem Profil der Rühr blätter 6 entsprechen, so daß letztere in die Aussparungen mit einem Ende eingesteckt und in dieser eingesteckten Lage verlötet, verklebt oder verschweißt werden. Die Kopfseiten 6.1 der Rührblätter 6 weisen in Dreh- bzw. Rührrichtung, die Blatt hinterkanten (bzw. Schaufelhinterkanten) 6.2 sind in Gegendreh richtung orientiert. Aus Fig. 3 erkennt man die tragflügel profilartige Ausbildung. Die obere Begrenzungswand 6 a ist dabei bevorzugt keulenförmig gekrümmt bzw. weist eine entsprechende Profillinie auf, und die untere Begrenzungswand 6 b weist eine im wesentlichen gerade Profillinie auf. Beim Betrieb erfolgt durch die obere Begrenzungswand 6 a jeweils der Stoffeintrag und durch die untere Begrenzungswand 6 b hindurch der Stoffaustrag. The individual stirring blades 6 according to FIG. 3 are connected to the stirring shaft 5 in a mechanically stable manner. A cheap type of attachment is, for example, that the stirrer shaft is made somewhat stronger in diameter and has recesses on its circumference which correspond exactly to the profile of the stirrer blades 6 , so that the latter is inserted into the recesses with one end and soldered in this inserted position , be glued or welded. The head sides 6.1 of the stirring blades 6 point in the direction of rotation or stirring, the blade trailing edges (or blade trailing edges) 6.2 are oriented in the opposite direction. From Fig. 3 you can see the wing profile training. The upper boundary wall 6 a is preferably curved in the shape of a club or has a corresponding profile line, and the lower boundary wall 6 b has an essentially straight profile line. During operation, the material input takes place through the upper boundary wall 6 a and the material output takes place through the lower boundary wall 6 b .

Wie es Fig. 3 zeigt und es auch bereits erläutert wurde, weisen die Rührblätter 6 in ihrem Inneren je eine Sammelkammer 19 a, 19 b für den Eintrag bzw. den Austrag zweier unterschiedlicher Stoffe auf.As FIG. 3 shows and it has already been explained, the stirring blades 6 each have a collecting chamber 19 a , 19 b in their interior for the entry or the discharge of two different substances.

Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1 zeigt, daß die Rührwelle 5 in ihrem Inneren axial verlaufende und generell mit K bezeichnete Sammelkanäle aufweist, welche, angefangen bei den Anschluß stellen zu den obersten Rührblättern 6 bis zu einem Anschluß kopf A der Wellendurchführung W unterhalb der Druckbehälter- Bodenkalotte 1.1 verlaufen. Fig. 2 zeigt, daß vier unterschied liche Sammelkanäle K innerhalb der Rührwelle 5 vorgesehen sind: Ein Sauerstoffkanal k 1 a, ein Kohlendioxidkanal k 1 b, ein Nähr stoff-Kanal k 2 a und ein Schlacke-Kanal k 2 b. Das in Fig. 2 im Ausschnitt ersichtliche Rührblatt 6 dient der O₂-Zuführung in die Nährlösung durch die Poren 18 seiner oberen Begrenzungswand 6 a hindurch, und ferner der Abführung von Kohlendioxid durch die Poren seiner unteren Begrenzungswand 6 b hindurch. Im Betrieb perlt also durch die Oberseite solcher Rührblätter 6 jeweils frischer Sauerstoff, wogegen über die Unterseiten Kohlendioxid aufgenommen wird. Das Kohlendioxid gelangt dann über die untere Sammelkammer 19 b in den Kohlendioxid-Kanal k 1 b, wogegen der einzuspeisende Sauerstoff vom Kanal k 1 a über die angeschlossene obere Sammelkammer 19 a durch die obere Begrenzungswand 6 a in die Nährlösung perlt. Dieser erste Typ der Rührblätter, welcher der O₂-Zufuhr und der CO₂-Abfuhr dient, ist in Fig. 1 auf der rechten Seite der Rührwelle 5 dargestellt. Ein zweiter Typ von Rührblättern, der auf der linken Seite der Rührwelle 5 dargestellt ist, dient der Zufuhr von Nährstoffen durch die Oberseite der Rührblätter und der Abfuhr von Schlacken durch die Unterseite der Rührblätter hindurch. Der Aufbau dieses zweiten Typs von Rührblättern ist sinngemäß zu demjenigen des ersten Typs, der anhand von Fig. 3 beschrieben wurde. Ein geringer Unterschied kann sich durch den Grad der Porosität ergeben, weil die Nährstoffe und Schlacken in Flüssigform zu- bzw. abgeführt werden, der erste Typ der Rührblätter dagegen der Zu- bzw. Abfuhr von Gasen dient. Die Poren beim zweiten Typ werden deshalb in ihrem Mikro-Durchmesser etwas größer sein. Die optimale Porengröße bzw. die Relation der Poren des ersten und des zweiten Typs läßt sich durch Versuch für den jeweiligen Anwendungsfall leicht ermitteln. Fig. 2 in conjunction with Fig. 1 shows that the agitator shaft 5 in its interior axially extending and generally designated K collecting channels, which, starting with the connection to the top stirring blades 6 to a connection head A of the shaft bushing W below the pressure vessel bottom cap 1.1 run. Fig., 2 shows that there are four Liche collecting channels K differed provided within the agitator shaft 5: An oxygen channel k 1 a, a carbon dioxide channel k 1 b, a nutrient material-channel k 2 a and a slag channel k 2 b. The stirrer blade 6 shown in FIG. 2 serves for the O ₂ supply into the nutrient solution through the pores 18 of its upper boundary wall 6 a and also for the removal of carbon dioxide through the pores of its lower boundary wall 6 b . In operation, fresh oxygen bubbles through the top of such stirring blades 6 , whereas carbon dioxide is absorbed through the undersides. The carbon dioxide then passes through the lower collecting chamber 19 b into the carbon dioxide channel k 1 b , whereas the oxygen to be fed in from the channel k 1 a via the connected upper collecting chamber 19 a bubbles through the upper boundary wall 6 a into the nutrient solution. This first type of stirring blades, which is used for the O ₂ supply and the CO ₂ removal, is shown in FIG. 1 on the right side of the stirring shaft 5 . A second type of stirring blade, which is shown on the left side of the stirring shaft 5 , serves to supply nutrients through the top of the stirring blades and to remove slag through the underside of the stirring blades. The structure of this second type of stirring blades is analogous to that of the first type, which was described with reference to FIG. 3. A small difference can result from the degree of porosity, because the nutrients and slags are supplied or removed in liquid form, whereas the first type of stirring blades is used for the supply or removal of gases. The pores in the second type will therefore be somewhat larger in their micro-diameter. The optimal pore size or the relation of the pores of the first and the second type can easily be determined by experiment for the respective application.

Die Darstellung des ersten Typs auf der rechten und des zweiten Typs der Rührblätter auf der linken Seite der Rührwelle 5 ist nur der übersichtlichen Darstellung wegen getroffen; in der Praxis können die Rührblätter des ersten und des zweiten Typs über den gesamten Umfang der Rührwelle 5 verteilt sein.The representation of the first type on the right and the second type of stirring blades on the left side of the stirring shaft 5 is only made for the sake of clarity; in practice, the stirring blades of the first and the second type can be distributed over the entire circumference of the stirring shaft 5 .

Bei der Rührblattausführung nach Fig. 7 ist ein hohler Schaufelblattkern 21 aus nicht rostendem Stahl, z.B. in Guß konstruktion, vorgesehen, der über seinen Umfang insbesondere gleichmäßig mit Bohrungen 22 a (zugehörig zur oberen Sammel kammer 19 a) und Bohrungen 22 b (zugehörig zur unteren Sammel kammer 19 b) versehen ist. Beide Sammelkammern sind wieder durch eine Trennwand 20 voneinander getrennt. Um diesen hohlen Stahl kern ist dann ein Mantel 23 aus porösem Sintermetall gelegt. Dieses Ganzmetall-Rührblatt stellt eine besonders stabile Aus führung dar, die an sich aus dem Gasturbinenbau, und zwar bei den mit Transpirationskühlung arbeitenden Gasturbinenschau feln, bekannt ist.In the Rührblattausführung of FIG. 7, a hollow airfoil core 21, for example, construction in casting of stainless steel, provided that (part with bores 22 a b over its circumference, particularly in a uniform (belonging to the upper collection chamber 19 a) and bores 22 for lower collecting chamber 19 b ) is provided. Both collecting chambers are again separated from one another by a partition 20 . A jacket 23 made of porous sintered metal is then placed around this hollow steel core. This all-metal stirring blade is a particularly stable version, which is known per se from gas turbine construction, namely in the gas turbine blades working with perspiration cooling.

In Fig. 2 sind die Verbindungen zwischen den Sammelkanälen k 1 a und k 1 b mit den oberen bzw. unteren Sammelkammern 19 a, 19 b nur gestrichelt und schematisch angedeutet.In Fig. 2 the connections between the collection channels are k 1 a and 1 b k with the upper and lower collection chambers 19 a, 19 b just in broken lines and indicated schematically.

In Fig. 4 und 5 ist im Auf- und Grundriß dargestellt, daß die Rührblätter 6 nach Art der Kreisbogenschaufeln radialer Lauf räderpumpen ausgebildet sind, also einen sichel- bzw. säbel förmigen Grundriß haben, dessen konvexe Seite in Drehrichtung f 1 weist und dessen konkave Seite in Gegendrehrichtung orientiert ist. In Fig. 4 and 5 is shown in elevation and plan that the stirring blades 6 are designed in the manner of the circular blades radial run wheel pumps, so have a sickle or saber-shaped plan, the convex side in the direction of rotation f 1 and its concave Side is oriented in the opposite direction of rotation.

Aus der Gesamtdarstellung nach Fig. 1 kennt man bei dem Anschlußkopf A der Wellendurchführung W von oben nach unten gesehen vier Ringräume, die als Einspeis- oder Abfuhrstellen dienen, und zwar ist die oberste zur Einspeisung der Nährstoffe vorgesehen und kommuniziert demgemäß mit dem Sammelkanal k 2 a (Fig. 2), der darunter befindliche Ringraum dient zur Abfuhr der nicht mehr benötigten Stoffwechselprodukte, er kommuniziert demgemäß mit dem Schlacke-Kanal k 2 b nach Fig. 2.From the overall view according to FIG. 1, four annular spaces are known for the connection head A of the shaft bushing W, seen from top to bottom, which serve as feed or discharge points, namely the top one is provided for feeding in the nutrients and accordingly communicates with the collecting channel k 2 a ( FIG. 2), the annular space located underneath serves to remove the metabolic products that are no longer required, and accordingly communicates with the slag channel k 2 b according to FIG. 2.

Zur Wellendurchführung W nach Fig. 1 gehört nicht nur der soeben prinzipiell beschriebene Anschlußkopf A zum Einspeisen von O₂ und Nährlösung bzw. zur Abfuhr von CO₂ und Schlacken, sondern auch die Gleitringdichtungsanordnung GD.To shaft passage W of FIG. 1, not only the connecting head A principle just described is part of the feeding O ₂ and nutrient solution and for the removal of CO ₂ and slag, but also the mechanical seal assembly GD.

Fig. 6 zeigt einen Teil des beschriebenen Anschlußkopfes A vergrößert mit den beiden Ringräumen a 2 a für die Nährstoffzu fuhr und a 2 b für die Abfuhr der Stoffwechselprodukte. Darüber angeordnet erkennt man eine Doppelgleitringdichtung mit Sperr flüssigkeit. Zu dieser gehört ein an der Bodenkalotte 1.1 fest geschweißter Ringkragen 24, an dessen Innenumfang ein kreis scheibenförmiger Bund 25 befestigt ist. Ein weiterer Ringein satz 26 ist im Bereich des Randes der zentralen Durchführungs öffnung 27 der Bodenkalotte 1.1 festgeschweißt. Die Rührwelle 5, welche mit Ringspalt durch den Bund 25 und die Ringscheibe 27 hindurchgeführt ist, trägt an ihrem Umfang zwei axial zuein ander beabstandete Wellenbünde 28 und 29. Von diesen Wellen bünden 28 bzw. 29 erstrecken sich koaxial zur Rührwelle 5 federelastisch vorgespannte Gummimembranen 30 und 31, welche mit Gleitkörpern ihrer freien Enden auf entsprechenden Gegen gleitflächen der beiden druckbehälter-festen Teile 25 (Bund) und 27 (Ringscheibe) gleiten können. Auch zwischen dem Bund 25 und dem Wellenbund 29 ist eine gleitfähige Wellendichtung angeordnet, die aber wegen der Art der zeichnerischen Darstellung nicht näher erkennbar ist. Durch den gehäusefesten Bund 25 kann eine Sperrflüssigkeit unter Druck eingeleitet werden, welche Leckströme vom Nährlösungsbad des Druckbehälters in den Raum der zweiten Wellendichtungs-Kammer 33 verhindert. Die erste darüber befindliche Wellendichtungs-Kammer ist mit 32 bezeichnet. Fig. 6 shows a part of the connection head A enlarged with the two annular spaces a 2 a for the nutrient supply and a 2 b for the removal of the metabolites. Arranged above it you can see a double mechanical seal with locking liquid. This includes an annular collar 24 , which is welded firmly to the base 1.1 , on the inner circumference of which a circular disk-shaped collar 25 is attached. Another ring insert 26 is welded in the area of the edge of the central bushing opening 27 of the bottom cap 1.1 . The agitator shaft 5 , which is guided with an annular gap through the collar 25 and the washer 27 , carries on its circumference two axially spaced shaft bundles 28 and 29th Of these shafts 28 and 29 extend coaxially to the agitator shaft 5 resiliently biased rubber membranes 30 and 31 , which can slide with sliding bodies of their free ends on corresponding mating surfaces of the two pressure vessel-fixed parts 25 (collar) and 27 (washer). A slidable shaft seal is also arranged between the collar 25 and the shaft collar 29 , which, however, is not recognizable due to the type of drawing. A sealing liquid can be introduced under pressure through the housing-fixed collar 25 , which prevents leakage flows from the nutrient solution bath of the pressure container into the space of the second shaft seal chamber 33 . The first shaft seal chamber located above is designated 32 .

Zurückkommend auf Fig. 1: Der zentrale Stutzen 34 in der Deckelkalotte 1.2 dient zum Einfüllen der mit zu züchtenden Säugetierzellen versehener Nährlösung. Die Abschlußplatte 11 kann zum besseren Einfüllen perforiert sein. Das Entnehmen überschüssiger Nährlösung oder fertig ausgereifter Nährlösung kann so erfolgen, daß der Druckbehälter 1 auf den Kopf gestellt wird oder aber es ist im Bereich der Bodenkalotte 1.1 hierzu ein verschließbarer Ablaßhahn vorgesehen (nicht dargestellt). Wenn die Nährlösung eingefüllt ist und die optimale Temperatur durch eine nicht näher dargestellte Regelungseinrichtung im Druckbehälter aufrechterhalten wird, so wird im kontinuier lichen Betrieb die Rührwelle 5 langsam gedreht, und gleichzeitig werden Nährstoffe und Sauerstoff einerseits dem Gemisch aus Nährlösung und Säugetierzellen zugeführt, andererseits werden CO₂ und die Stoffwechselprodukte bzw. Schlacken abgeführt, wie weiter oben im Detail erläutert.Returning to FIG. 1: The central nozzle 34 in the cap 1.2 serves to fill in the nutrient solution provided with mammalian cells to be grown. The end plate 11 can be perforated for better filling. Excess nutrient solution or fully matured nutrient solution can be removed in such a way that the pressure vessel 1 is turned upside down or a closable drain tap is provided in the area of the bottom cap 1.1 (not shown). When the nutrient solution is filled and the optimal temperature is maintained in the pressure vessel by a control device (not shown in more detail), the stirring shaft 5 is rotated slowly in continuous operation, and at the same time nutrients and oxygen are supplied to the mixture of nutrient solution and mammalian cells on the one hand and CO ₂ and the metabolic products or slags removed, as explained in detail above.

Der Einfüllstutzen 34 kann während des Betriebes durch einen nicht gezeichneten Deckel verschlossen sein.The filler neck 34 can be closed during operation by a cover, not shown.

Claims

1. Cell culture fermenter with
at least one pressure vessel ( 1 ) for holding the nutrient solution containing the cell cultures,
Means for supplying nutrients and oxygen to the nutrient solution,
Means for removing slag and carbon dioxide from the nutrient solution and
an agitator ( 5 , 6 ) for intensifying the exchange of substances in the nutrient solution,
with the other features:

- The agitator shaft ( 5 ), which is mounted all around a vertical longitudinal axis ( zz ) of the pressure vessel ( 1 ), is seen on its circumference with hollow blade blades ( 6 ) designed like a wing profile, the top sides ( 6.1 ) of which point in the direction of rotation (fl) ,
- The stirring blades ( 6 ) have in their boundary walls ( 6 a , 6 b ) perforations ( 18 ) for the exit or entry of the substances to be exchanged and in their interior corresponding collecting chambers ( 19 a , 19 b ),
- The collecting chambers ( 19 a , 19 b ) each communicate with collecting channels ( K ) which run inside the agitator shaft ( 5 ) up to a connection head ( A ) of the agitator shaft ( 5 ),
- The agitator shaft ( 5 ) is provided with means ( 7 , 8 , 9 ) for its rotatable storage in the pressure vessel and at least one agitator shaft seal sealingly through a shaft bushing ( W ) of the tank bottom ( 1.1 ) and with one from the pressure vessel ( 1 ) protruding part in the connection head ( A ) is arranged, with each other and externally sealed supply and discharge chambers ( a 1 a , a 2 a ; a 1 b , a 2 b ) of the connection head ( A ) with the associated collecting channels ( k 1 a , k 2 a ; k 1 b , k 2 b ) of the stirring shaft ( 5 ) communicate.

2. Cell culture fermenter according to claim 1, characterized in that the boundary walls ( 6 a , 6 b ) of the stirring blades ( 6 ) consist of a porous material.

3. Cell culture fermenter according to claim 1 or 2, characterized in that the boundary walls ( 6 a , 6 b ) have porous membranes or are formed by such.

4. cell culture fermenter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the upper boundary wall ( 6 a ) of the stirring blade ( 6 ) has a club-shaped curved profile line and the lower boundary wall ( 6 b ) has a substantially straight profile line and that by the upper boundary wall ( 6 a ) through which the material is introduced and through the lower boundary wall ( 6 b ) through which the material is discharged.

5. cell culture fermenter according to claim 4, characterized in that the stirring blades ( 6 ) have in their interior a collecting chamber ( 19 a and 19 b ) for the entry or discharge of two different substances, the collecting chambers to each internal collecting duct ( k 1 a , k 1 b ; k 2 a , k 2 b ) of the agitator shaft ( 5 ) are connected and separated from each other and via the porous upper or lower boundary wall ( 6 a , 6 b ) with the bath of Communicate pressure vessel ( 1 ).

6. Cell culture fermenter according to claim 4 or 5, characterized in that through the upper boundary wall ( 6 a ) of the stirring blades ( 5 ) in the bath oxygen and the substance discharged through the lower boundary wall ( 6 b ) is carbon dioxide.

7. Cell culture fermenter according to claim 4 or 5, characterized in that the substance entered through the upper boundary wall ( 6 a ) of the stirring blades into the bath is a nutrient solution and the substances discharged through the lower boundary wall ( 6 b ) are the metabolic products or Are slags of living organisms.

8. cell culture fermenter according to claim 1, characterized in that the shaft bushing ( W ) has a double mechanical seal with locking liquid.

9. cell culture fermenter according to one of claims 1 to 8, characterized in that stirring blades ( 6 ) are designed in the manner of the circular arc blades of radial impellers of pumps.