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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE3516080 C2
Publication typeGrant
Application numberDE19853516080
Publication date21 Jul 1988
Filing date4 May 1985
Priority date4 May 1985
Also published asDE3516080A1, US4695551
Publication number19853516080, 853516080, DE 3516080 C2, DE 3516080C2, DE-C2-3516080, DE19853516080, DE3516080 C2, DE3516080C2, DE853516080
InventorsWolfgang Dr. Samhaber, Werner Allschwil Ch Renn
ApplicantProton Ag, Zug, Ch
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet

DE 3516080 C2
Abstract  available in
Claims(6)  translated from German
1. Probeentnahmevorrichtung, mit einer mit einem Bioreaktor verbindbaren semipermeablen Membrane, welche mit einer Lei tung für die Probeentnahme verbunden ist, gekennzeichnet durch ein in einem Sondengehäuse ( 4 ) verschiebbar gelager tes und mittels Dichtungen ( 20 ) abgedichtetes Rohrstück ( 14 ), das an einem Ende die Membrane ( 12 ) und am anderen Ende einen Anschluß für die Leitung ( 32 ) sowie ein Kop plungsgehäuse ( 26 ) trägt, an dem ein Vibrator ( 28 ) zur Vi bration des Rohrstücks ( 14 ) und der Membrane ( 12 ) ange schlossen ist. 1 sampling device, with a connectable to a bioreactor semipermeable membrane, which is connected to a Lei device for the sampling, characterized by an in a probe housing (4) slidably gelager TES and by means of seals (20) sealed tube piece (14) attached to one end of the membrane (12) and at the other end of which carries a connection for the line (32) and a Kop, clutch cover (26) on which a vibrator (28) for Vi bration of the tubular piece (14) and the diaphragm (12) is closed.
2. Probeentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schwingungen des Vibrators ( 28 ) in Längsrichtung ( 30 ) der Sonde ( 10 ) erfolgen. 2. Sampling device according to claim 1, characterized in that the vibrations of the vibrator (28) in the longitudinal direction (30) carried out of the probe (10).
3. Probeentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Sondengehäuse ( 4 ) zur lösbaren Befe stigung an einem Anschlußstutzen ( 6 ) des Bioreaktors ( 8 ) ausgebildet ist. 3. Sampling device according to claim 1, characterized in that the probe housing (4) for releasably BEFE stigung to a connecting piece (6) of the bioreactor (8) is formed.
4. Probeentnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Sondengehäuse ( 4 ) einen für Meßsonden genormten Anschlußstutzen aufweist. 4. Sampling device according to claim 3, characterized in that the probe housing (4) having a standardized connection piece for measurement probes.
5. Probeentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sie an ein Meß- und/oder Regelgerät an schließbar ist. 5. Sampling device according to claim 1, characterized in that it can be closed to a measuring and / or regulating device.
6. Probeentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Membrane ( 12 ) mittels eines Halters ( 16 ) am Rohrstück ( 14 ) befestigt ist, wobei der Halter ( 16 ) zur Abdichtung über einen Balg ( 18 ) mit dem Sonden gehäuse ( 4 ) verbunden ist. 6. Sampling device according to claim 1, characterized in that the membrane (12) by means of a holder (16) is fastened to the tube piece (14), wherein the holder (16) for sealing over a bellows (18) housing, with the probe ( 4) is connected.
Description  translated from German

Die Erfindung betrifft eine Probeentnahmevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. The invention relates to a sampling device specified in the preamble of claim 1..

Solche Probeentnahmevorrichtungen sind vor allem für die Be stimmung von gelösten Substanzen wie Nährstoffen, Metaboliten, Produkten und deren Konzentration vorgesehen. Such sampling devices are intended primarily for cargo determination of dissolved substances such as nutrients, metabolites, products and their concentration. Die Messung die ser Parameter - neben den bereits klassischen Parametern wie Temperatur, pH, Sauerstoff, CO 2 usw. The measurement of the water parameters - in addition to the already classic parameters such as temperature, pH, oxygen, CO 2, etc. - ermöglicht eine verbes serte Führung von biologischen Prozessen. - Allows produce faster management of biological processes. Unterstützt wird diese Prozeßführung heutzutage durch den Einsatz von Mirkopro zessoren. This process control is supported processors today through the use of Mirkopro. Deren Einsatz ist jedoch nur möglich, wenn alle Me ßungen "on line" erfolgen können, um die für die Prozeßführung notwendigen Meßdaten kontinuierlich und schnell erhalten zu können. However, their use is only possible if all welds Me "on line" can be done in order to obtain the information necessary for the process control measurement data continuously and quickly.

Für den Einsatz von Mikroprozessoren geeignete Meßmethoden sind für bestimmte Parameter bereits entwickelt worden, wie z. B. Enzymelektroden oder Meßsonden mit Siliconmembranen, die jedoch sehr produktspezifisch und teilweise aus Gründen der Sterilisierbarkeit nicht direkt im Bioreaktor einsetzbar sind. For the use of microprocessors for appropriate measurements have already been developed for certain parameters, such as, for example, enzyme electrodes or probes with silicone membranes, which are not directly usable very product specific and partly for reasons of sterilization in the bioreactor, however.

Um dieses Problem zu meistern, wurde neuerdings der Vorschlag einer Probeentnahmevorrichtung der eingangs genannten Art ge macht, bei der die kontinuierliche Probeentnahme mittels eines Mikrofiltrationssystems erfolgen, das mit Reaktorgut durch strömt und an ein Meßsystem angeschlossen ist. To cope with this problem, recently, the proposal of a sampling device of the type mentioned has been GE Power with which the continuous sampling by means of a microfiltration system take place, that is with Reaktorgut flows through and connected to a measuring system. Beschrieben ist dieser Vorschlag beispielsweise in Described this proposal, for example, in

  • a) A. Dincer et al. a) A. Dincer et al. (1984), Developments in Industrial Micro biology 25; (1984), Developments in Industrial Microbiology 25; Seite 603 ff, und Page 603 et seq, and
  • b) Kempe und Schallenberger (1983), Process Biochemistry, De cember; b) Kempe and sound Berger (1983), Process Biochemistry, De cember; Seite 7 ff. Page 7 ff.

Ein entscheidender Nachteil der vorgeschlagenen Probeentnahme vorrichtung ist, daß die Probeentnahme in einem externen Loop erfolgt. A decisive disadvantage of the proposed sampling device is that the sampling takes place in an external loop. Dies bedingt die Konstruktion von eigens zu diesem Zweck konzipierten Entnahmesystemen mit Pumpe, Zu- und Rück leitungen und Trenneinrichtungen. This requires the construction of specially designed for this purpose systems comprising a pump supply and return lines and separators. Dazu kommt, daß die unbe dingt erforderliche Sterilisation dieser Systeme Probleme mit sich bringt. Add to this that the work must required sterilization of these systems poses problems. Außerdem ist die entnommene Probemenge relativ groß. In addition, the collected sample quantity is relatively large.

Aus der EP 7 133-A ist es bekannt, Mikrofilmmembranen in Biore aktoren in situ, jedoch lediglich zur kontinuierlichen Abfüh rung der gewünschten Endprodukte einzusetzen. From EP-A 7133, it is known microfilm membranes in Biore actuators in situ, but only for continuous Abfüh tion of the desired end products to use.

Eine aus der DE-PS 26 22 850 bekannte Vorrichtung zur Pro beentnahme von gewichtsmäßig kleinem Körpergewebe sieht es zum Ausschluß einer durch das Entnahmeverfahren sowie beim Proben transport zum Untersuchungsort bedingten Kontamination der Probe mit Mikroorganismen vor, das stempelförmige Gewebeent nahmeinstrument dicht verschließbar in einem Transportröhrchen anzuordnen. A known from DE-PS 26 22 850 device for Pro beentnahme by weight as a small body tissue sees it from the exclusion of by the extraction method and the sample transport to the examination site-related contamination of the sample with microorganisms, the punch-shaped Gewebeent measure instrument tightly closed in a transport tube to arrange ,

Aus der DE-OS 27 23 240 ist eine Vorrichtung zur Entnahme von Untersuchungsmaterialproben aus Zellkulturen bekannt, die eine schlauchförmige Anschlußsonde umfaßt, über die eine Material probe ansaugbar ist. From DE-OS 27 23 240 an apparatus for the removal of specimen samples from cell cultures is known, comprising a tubular probe terminal via which a sample material is sucked. Zu diesem Zweck ist die Schlauchsonde an einen von zwei Anschlüssen im Verschlußstopfen eines Probeauf nahmeröhrchens angeschlossen, während der andere Anschluß mit einer Saugeinrichtung verbunden ist. For this purpose the tube probe is connected to one of two terminals in the plug of a Probeauf acquisition tube, while the other terminal is connected to a suction device. Die derart angesaugte Ma terialprobe sammelt sich im Bodenbereich des Aufnahmeröhrchens an, ohne daß das mit der Probeentnahme befaßte Personal in Kontakt mit der Probe gelangt, was vor allem bei infektiösen Proben wichtig ist. The thus sucked Ma terialprobe collects in the bottom area of the receiving tube without the individuals involved in the sampling personnel coming into contact with the sample, which is especially important in infectious samples.

Eine weitere aus der DE-OS 28 53 956 bekannte Probeentnahme vorrichtung dient zur Probeentnahme von Partikeln auf (Haut-) Oberflächen und ist für den ambulanten Einsatz vor Ort in Form einer Pistole ausgelegt, über deren Mündung zerstäubte Spül flüssigkeit auf die zu untersuchende Hautfläche aufgesprüht und die abgespülte, mit Partikeln angereicherte Spülflüssig keit in einen Probeaufnahmebehälter abgeleitet wird, der an den Pistolenkörper angeschlossen ist. Another known from DE-OS device 28 53,956 known sampling is used for sampling of particles on (skin) surfaces and for ambulatory use locally designed in the form of a gun, on the mouth of atomized rinsing liquid on the investigated area of skin sprayed and rinsed, enriched with particles Spülflüssig speed is derived in a sample receptacle that is connected to the gun body.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Probeentnahme vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sterile in situ Messung von gelösten Substanzen im Bioreaktor gewährleistet. The object of the invention is to provide a sampling device of the type mentioned which ensures a sterile in situ measurement of solutes in the bioreactor.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungs gemäßen Probeentnahmevorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is solved by the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments of the sampling device according to the Invention are given in the dependent claims.

Mit der erfindungsgemäß über ein abgedichtetes Rohrstück, an das die Probeentnahmeleitung angeschlossen ist, vibrationsan getriebenen Membrane wird eine in situ Messung von gelösten Substanzen im Bioreaktor ermöglicht. With the present invention a sealed tube section, to which the sampling line is connected, a diaphragm driven vibrationsan dissolved in situ measurement of substances is made possible in the bioreactor.

Die erfindungsgemäße Probeentnahmevorrichtung ist vorteilhaf terweise mit Anschlüssen nach bestehender Anschlußform für Bioreaktoren versehen, wie sie z. B. bei pH-, pO 2 -etc. The sampling device according to the invention is advantageously prepared provided with connections to existing terminal form for bioreactors as -etc z. B. in pH, pO 2. Sonden gelten. Probes apply. Die grundsätzlich bestehende Gefahr, daß sich wegen der relativ kleinen Querschnittsfläche der Sonden, je nach Be schaffenheit des Bioreaktors, Substanzen an der Membrane an setzen, wodurch deren Funktionsfähigkeit vermindert ist, wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Membranbewegung vermie den, die entweder intermittierend oder kontinuierlich erfolgen kann. The fundamental nature of the danger that because of the relatively small cross-sectional area of the probes, depending Be establish safety of the bioreactor, put substances on the membrane at, so that their functionality is reduced is determined by the inventively provided diaphragm movement avoided the ones done either intermittently or continuously can.

Die Membranbewegung durch den Vibrationsantrieb kann entweder als Drehbewegung um die Membranachse oder als Hin- und Herbe wegung erfolgen, also als vibrierende Bewegung in Umfangsrich tung oder in axialer Richtung des Rohrstücks. The diaphragm movement by the vibratory drive can be effected either as a rotational movement around the diaphragm axis or moving back and forth motion, so as a vibrating movement in the circumferential direction or rich in the axial direction of the tubular piece. Eine axiale Bewe gung wird bevorzugt, da eine zweckmäßige "crossflow"-Strömung an der Membrane durch Hin- und Herbewegen der Membrane mit kleiner Amplitude bei sehr hoher Frequenz mit geringem Aufwand realisiert werden kann. An axial BeWe supply is preferred as a convenient "crossflow" flow can be realized at a very high frequency with little effort on the membrane by reciprocating the membrane with small amplitude. Hierdurch wird der Einfluß des Reak torgutes auf die Probeentnahme bei optimaler Effizienz gering gehalten. In this way, the influence of the reac is kept low torgutes on sampling with optimum efficiency.

Die mit der erfindungsgemäßen Probeentnahmevorrichtung erziel ten Vorteil sind demnach: The recoverable with the sampling device according to the invention are therefore th advantage:

  • a) Einsatz in bestehenden Bioreaktoren an Normstutzen; a) use in existing bioreactors to standard socket;
  • b) große Effizienz bei geringfügigem Einfluß des Bioreaktorgu tes; b) high efficiency with slight influence of Bioreaktorgu tes;
  • c) kontinuierliche und sehr schnelle Erfaßbarkeit von momen tanen Substanzwerten im Bioreaktor; c) continuous and very fast detectability of momen neous value stocks in the bioreactor;
  • d) Entnahme der jeweils erforderlichen Probemengen, die durch das geringe Totvolumen der Sonden sehr genaue Meßwerte er lauben und d) removal of the required sample quantities due to the low dead volume of the probe very accurate readings he arbors and
  • e) in situ Sterilisation. e) in situ sterilization.

Für die Membrane können Materialien ausgewählt werden, die nur für die zu messenden gewünschten Substrate durchlässig sind. For the membrane materials can be selected, which are permeable only for the substrates to be measured desired. Es können konventionelle Membranen wie z. B. symme trische oder asymmetrische, polare oder unpolare, hydrophile oder hydrophobe Membranen verwendet werden, die je nach Be schaffenheit der zu messenden gelösten Substanzen ausgewählt werden können, wobei diese vor allem für die gezüchteten Mikroorganismen, Zellen usw. undurchlässig sein müssen. It may be conventional membranes such. As sym metric or asymmetric polar or non-polar, hydrophilic or hydrophobic membranes are used, which provide standardized depending Be the measured dissolved substances can be selected, which bred especially for the microorganisms, cells, etc. need to be. impermeable. Für Proteine wäre z. B. eine Porengröße von ca. 0,01 bis 0,1 µm vorteilhaft. For proteins, eg. As would be advantageous a pore size of about 0.01 to 0.1 microns.

Die Probeentnahmevorrichtung kann sowohl zur Entnahme von Einzelproben dienen wie zur fortlaufenden Entnahme. The sampling device can be used both for the removal of individual samples are used as for the continuous removal. Insbe sondere in letzterem Falle werden die entnommenen Proben vor zugsweise zu einem geeigneten on line Meßsystem geführt, das nach bekannten Prinzipien gewählt wird. In particular cially in the latter case the samples are preferably performed prior to a suitable on-line measurement system, which is selected according to known principles. Einzelkomponenten sind z. B. solche, wie in der Literaturstelle a) beschrieben und können z. B. an einem Mikroprozessor-Steuergerät ange schlossen werden. Individual components are, for. Example, those as described in the literature a) and can be, for. Example, to a microprocessor control unit is closed.

Die Bewegung der Membrane kann durch eine geeignete Vorrich tung für drehende oder hin- und hergehende Bewegung bewirkt werden. The movement of the diaphragm can be effected by a suitable device for Vorrich rotating or reciprocating motion. So kann z. B. im letzteren Fall mit einer Bewegung von z. B. lediglich 0,1 mm Amplitude eine "cross-flow" Strö mung an der Membrane von ca. 4 m/s durch Einsatz eines Ultra schallvibrators bei einer Frequenz von ca. 20 kHz erreicht werden. Thus, for. Example, can in the latter case with a movement of, for. Example, only 0.1 mm amplitude a "cross-flow" Strö determination at the membrane of about 4 m / s by using an ultrasonic vibrator at a frequency of about 20 kHz was achieved.

Ein typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher beschrieben. A typical embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the drawing.

Dabei zeigt die Figur einen Schnitt durch eine an einem Bioreaktor montierte Probeentnahmevorrichtung. In this case, the figure shows a section through a mounted on a bioreactor sampling device.

Die Probeentnahmevorrichtung 2 enthält ein Sondengehäuse 4 , welches am Anschlußstutzen 6 eines Bioreaktors 8 lösbar be festigt, beispielsweise angeschraubt ist. The sampling device 2 includes a probe housing 4 which releasably be fastened on the connecting piece 6 of a bioreactor 8, for example, is screwed on. Die Probeentnahme vorrichtung 2 enthält eine Sonde 10 , die im Sondengehäuse 4 in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. The sampling device 2 includes a probe 10 which is mounted displaceably in the axial direction in the probe housing 4. Die Sonde 10 weist eine Kopf aus einer semipermeablen Membrane 12 auf, die an einem Rohrstück 14 befestigt ist, welches im Sondenge häuse 4 beweglich gelagert ist. The probe 10 has a head made of a semi-permeable membrane 12, which is fixed to a pipe piece 14 which is movably mounted in the housing 4 Sondenge. Die Membrane 12 ist an einem Halter 16 des Rohrstückes 14 befestigt, wobei der Halter 16 zur Abdichtung über einen Balg 18 mit dem Sondengehäuse 4 verbunden ist. The membrane 12 is attached to a holder 16 of the tube piece 14, the holder 16 is connected via a bellows 18 for sealing with the probe housing 4. Das im Sondengehäuse 4 geführte Rohrstück 14 ist über Dichtungsringe 20 weiter abgedichtet. Mentioned in the probe housing 4 pipe section 14 is sealed by sealing rings 20 on. Im Sondenge häuse 4 ist eine das Rohrstück 14 umgebende Ringkammer 22 vorhanden, die mit Leitungsanschlüssen 24 in Verbindung steht, um eine Sterilitätsbarriere beispielsweise mittels Durchströmung von Dampf, zu bilden. In Sondenge housing 4 is a piece of the pipe 14 surrounding annular chamber 22 is provided which is connected to line terminals 24 connected to form a sterile barrier, for example, by passage of the steam.

Das der Membrane 12 abgewandte Ende des Rohrstückes 14 der Sonde 10 trägt ein weiteres Gehäuse 26 , mit dem das Rohrstück 14 mit einem Vibrator 28 verbunden ist, welcher der Sonde eine axiale Schwingbewegung 30 verleiht. The membrane 12 facing away from the end of the pipe section 14 of the probe 10 carries a further housing 26, with the pipe piece 14 is connected with a vibrator 28, which imparts an axial oscillating movement of the probe 30.

An dem Rohrstück 14 ist innerhalb des Gehäuses 26 eine Lei tung 32 angeschlossen, die über ein Kupplungsstück 34 mit einer flexiblen Leitung 36 verbunden ist, die zu einem Meß system 38 führt. To the tube piece 14 a Lei device 32 is connected within the housing 26, which is connected via a coupling piece 34 with a flexible conduit 36, 38 leads to a measuring system. An das Meßsystem 38 ist ein Mikroprozessor 40 angeschlossen, der die gemessenen Daten des Meßsystems 38 verarbeitet und damit den Prozeß des Bioreaktors 8 in nicht näher dargestellter Weise steuert. To the measuring system 38 includes a microprocessor 40 is connected, which processes the measured data of the measuring system 38 and thus controls the process of the bioreactor 8 in a manner not shown. Anstelle der Leitung 36 kann an dem Kupplungsstück 34 ein Hahn zur Entnahme von Einzelproben angeschlossen sein. Instead of the line 36 may be connected for the removal of individual samples on the coupling piece 34 a valve.

Die dem Inneren des Bioreaktors 8 ausgesetzten Teile der Probeentnahmevorrichtung 2 bestehen aus solchen Materialien, die den in einem Bioreaktor üblichen Sterilisationsmaßnahmen standhalten. The inside of the bioreactor 8-exposed parts of the sampling device 2 consist of such materials that can withstand the usual in a bioreactor sterilization measures.

Während des Betriebes wird das Gehäuse 26 durch den Vibrator 28 in Schwingung gehalten, wodurch sich diese Schwingungen über das Rohrstück 14 in die Membrane 12 der Sonde 10 fort setzen. During operation, the housing 26 is held by the vibrator 28 to vibrate, thereby contact these vibrations over the pipe section 14 into the diaphragm 12 of the probe 10 continues. Dadurch wird ein Ansetzen, beispielsweise von Zellen, an der Membrane weitgehend verhindert. Thereby, a attaching, for example, of cells to the membrane largely prevented. Das Kulturfiltrat dringt durch die Membrane 12 und wird über das Rohrstück 14 , die Leitung 32 und die Leitung 36 in das Meßsystem 38 ge führt und dort ausgewertet. The culture filtrate permeates through the membrane 12 and through the pipe piece 14, the conduit 32 and the conduit 36 into the measuring system 38 GE leads and evaluated there. Dichtungsringe 20 verhindern das Eindringen des Reaktorgutes in die Probeentnahmevorrichtung bzw. bewahren umgekehrt die innere Sterilität des Bioreaktors 8 . Sealing rings 20 prevent the penetration of the material in the reactor sampling device or vice versa preserve the internal sterility of the bioreactor. 8

  • Bezugszeichenliste 2 Probeentnahmevorrichtung List of reference numerals 2 sampling device
    4 Sondengehäuse 4 probe housing
    6 Anschlußstutzen 6 hydrants
    8 Bioreaktor 8 bioreactor
    10 Sonde 10 probe
    12 Membrane 12 membrane
    14 Rohrstück 14 pipe section
    16 Halter 16 Holder
    18 Balg 18 bellows
    20 Dichtungsring 20 sealing ring
    22 Ringkammer 22 annular chamber
    24 Leitungsanschluß 24 line connection
    26 Gehäuse 26 housing
    28 Vibrator 28 Vibrator
    30 Schwingbewegung 30 swinging motion
    32 Leitung 32 Cable
    34 Kupplungsstück 34 coupling
    36 Leitung 36 line
    38 Meßsystem 38 measuring system
    40 Mikroprozessor 40 microprocessor
Referenced by
Citing PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
DE29705206U1 *14 Mar 199728 May 1997Inst Bioprozess AnalysenmesstVorrichtung zur Probenahme aus unter sterilen Bedingungen arbeitenden Prozessen
Classifications
International ClassificationG01N1/10, C12M1/26
Cooperative ClassificationC12M33/14, G01N1/10, C12M33/08
European ClassificationC12M1/26, G01N1/10
Legal Events
DateCodeEventDescription
6 Nov 1986OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law
6 Nov 1986OM8Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
21 Jul 1988D2Grant after examination
19 Jan 19898364No opposition during term of opposition
11 Jun 19928339Ceased/non-payment of the annual fee