CH625964A5

CH625964A5 -

Info

Publication number: CH625964A5
Application number: CH1336277A
Authority: CH
Inventors: Albert Stumpf; Jan Strejcek
Original assignee: Boehringer Mannheim Gmbh
Priority date: 1976-11-05
Filing date: 1977-11-02
Publication date: 1981-10-30
Also published as: US4240912A; HU178471B; AT355546B; SE7711940L; GB1595076A; FR2369860A1; DE2650730C2; JPS5358288A; DE2650730B1; NL7710916A; FR2369860B1; ES463602A1; ATA673277A

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchdialysator gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Bestimmung von Substraten und anderen gelösten Substanzen in sterilen Medien, die in einem Reaktor, einem Vorratsgefäss, einem Fermenter oder dergleichen vorliegen, erfordern im allgemeinen eine Probennahme, die einerseits das Volumen des zu bestimmenden Mediums verringert und anderseits die Gefahr mit sich bringt, dass das Medium verunreinigt oder infiziert wird. Die Infektionen verursachen dabei oft kostspielige Verluste.

Es sind bereits verschiedene Systeme für eine sterile Probennahme beschrieben (G.L. Solomons «Materials and Me-thods in Fermentation», Acad. Press, London, New York, 1969) und angewandt worden.

Solange ein grosses Volumen des Mediums zur Verfügung steht, ist es vertretbar, die für die Analysen erforderlichen Proben zu ziehen, wobei stets eine latente Infektionsgefahr besteht. Schwieriger ist es jedoch, wenn aus einem kleineren Ansatz mehrmals am Tage für längere Zeit Proben genommen werden müssen, da sich in diesen Fällen häufige Analysen wegen der zwangsläufigen Verminderung des Mediums verbieten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen insbesondere für analytische Zwecke einsetzbaren Dialysator zu schaffen, der keine Verminderung des Volumens des Mediums mit sich bringt und die Infektionsgefahr auf ein Minimum vermindert.

Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemässen Tauchdialysator gelöst, der wie eine Sonde in den Reaktor eingebaut oder eingeführt werden kann und der zuvor oder nach dem Einbau mit dem Reaktor sterilisiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Massnahmen gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Tauchdialysa-tors sind in den Ansprüchen 2 bis 13 umschrieben.

Der Dialysationskopf kann an seiner Vorderseite gegebe-40 nenfalls mit einem erhöhten Randbereich versehen sein, weist jedoch eine abgerundete bzw. rotationsparaboloidartig geformte Spitze auf. Die Spitze ist vorzugsweise zur besseren Verteilung der mit der Membran in Kontakt stehenden Pufferlösung mit Längs- und Querrillen versehen. 45 Der Dialysationskopf ist aus einem inerten und sterilisierbaren Material, vorzugsweise aus einem Kunststoff und insbesondere Polytetrafluoräthylen gefertigt. An seinem unteren Ende ist er zweckmässig mit Ringnuten versehen, in die O-Ringe aus Gummi oder Kunststoff eingelegt werden können, so die eine dichte und festsitzende Verbindung des Dialysations-kopfes mit dem Halterungsrohr ermöglichen.

Der Dialysationskopf besitzt zweckmässig an seinem vorderen Ende eine Membranhalterung in Form von einer oder mehreren um den Umfang des Dialysationskopfes herumlau-55 fenden Ringnuten, in die Gummi-O-Ringe eingelegt werden können, die die über die Spitze des Dialysationskopfes gezogene Dialysemembran festlegen.

Durch den Dialysationskopf erstrecken sich Zulauf- und Rücklauf-Kanäle, die an verschiedenen Stellen der Spitze des 60 Dialysationskopfes enden können, so dass die an der Dialysemembran vorbeigeführte Pufferlösung eine möglichst grosse Fläche der Membran bestreicht. In die mit einem Gewinde versehenen Enden der Zulauf- und Rücklaufkanäle können die Zuführungsleitungen bzw. die Rücklaufleitungen einge-6s schraubt werden, welche Leitungen durch das Halterungsrohr und den mit entsprechenden Rohrdurchgängen versehenen Verschlussstopfen geführt sind. An die Enden dieser Zurüh-rungs- bzw. Rücklaufleitungen werden meistens Gummi

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schlauche oder Kunststoffschläuche, vorzugsweise Tygon-schläuche, befestigt, über die der Tauchdialysator mit einer geeigneten Analysenvorrichtung, beispielsweise einem automatisch arbeitenden Analysator, verbunden wird.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dialy-satorkopf mit einem Aussengewinde versehen, auf das ein Schutzgitter aus einem inerten sterilisierbaren Material, zweckmässig aus rostfreiem Stahl, aufgeschraubt werden kann, so dass die empfindliche Dialysemembran vor Beschädigungen geschützt wird. Zur Aufbewahrung kann über dieses Schutzgitter eine mit einem Randwulst ausgerüstete Gummikappe geschoben werden, so dass die Membran nicht austrocknet.

Die Zulauf- und Rücklaufkanäle bzw. die damit verbundenen Zuführungs- bzw. Rücklaufleitungen besitzen vorzugsweise einen Innendurchmesser von 0,5 bis 3 mm und noch bevorzugter von etwa 1 mm. Die an der Spitze des Dialysationskopfes angeordnete Spiralnut weist vorzugsweise eine Tiefe von 1 mm und eine Breite von 1,5 mm auf und ist so gearbeitet, dass sie keine scharfkantigen Ränder besitzt, die die empfindliche Dialysemembran zerstören könnten.

Das Halterungsrohr und die Zuführungsleitungen bzw. die Rückführungsleitung können aus einem inerten, sterilisierbaren Material, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, gearbeitet sein, während der Verschlussstopfen aus irgendeinem geeigneten Material, beispielsweise einem Kunststoff bestehen kann.

Es ist jedoch wichtig, dass nur solche Materialien zur Herstellung des Tauchdialysators eingesetzt werden, die einer Sterilisationsbehandlung unterzogen werden können, vorzugsweise Temperaturen von bis zu 150 °C aushalten und gegen Oxidation bzw. Korrosion beständig sind.

Die an der Spitze des Dialysationskopfes angeordneten Längs- bzw. Querrillen bzw. die Spiralnut können eingefräst, gespritzt, gedreht oder eingepresst werden. Die Breite und die Anzahl der Windungen der Spiralnut ist für die Dialyseausbeute verantwortlich, da hierdurch eine möglichst grosse Fläche der Dialysemembran mit der an ihr vorbeigeführten Pufferlösung in engen Kontakt kommt.

Die mit den Zuführungs- bzw. Rücklaufleitungen verbundenen Schläuche besitzen vorzugsweise einen Innendurchmesser von 0,7 bis 0,8 mm und müssen den Sterilisationsdruck aushalten, der bis zu 1,5 atü betragen kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstands wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 einen Tauchdialysator; und

Fig. 2 den Dialysationskopf und das dafür geeignete Schutzgitter.

Die Fig. 1 zeigt einen Tauchdialysator in einer schematischen Explosionsschnittdarstellung. Der Dialysationskopf 1, der vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht, weist eine abgerundete Spitze 12 auf, die mit einer zur Spitze hin verlaufenden Spiralnut 14 mit Rundbett 15 versehen ist. Diese Spiralnut verbindet den Zulaufkanal 3 mit dem Rücklaufkanal 4 und weist vorteilhafterweise 3 bis 4 Windungen auf. Die Spiralnut kann eingefräst, gespritzt, eingedreht oder eingepresst sein, weist jedoch vorzugsweise abgerundete Ränder auf, damit eine Beschädigung der empfindlichen Membrane vermieden wird. Die Membrane 8 wird über die Spitze 12 des Dialysationskopfes gelegt und mit Hilfe von in die Ringnuten 16 eingelegten Gummi-O-Ringen an dem Dialysationskopf dichtsitzend festgeklemmt. An seinem hinteren Ende ist der Dialysationskopf 1 mit Ringnuten 19 versehen, in die Gummi-O-Ringe eingelegt werden können, die eine dichte Verbindung des Dialysationskopfes 1 mit dem Halterungsrohr 5 ermöglichen. Die Enden des Zulaufkanals 3 bzw. des Rücklaufkanals 4 sind mit Gewinden 20 versehen, in die entsprechende Gewinde 27 der Zuführungsleitung 6 bzw. der Rückführungsleitung 7 eingeschraubt werden können. Die Zuführungs- bzw.

Rücklaufleitungen 6 und 7 sind durch das Halterungsrohr 5 und durch den mit dichtsitzenden Rohrdurchgängen 24 versehenen Verschlussstopfen 9 geführt. Diese Leitungen bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und weisen vorteilhafterweise einen Durchmesser von 1 mm auf, während die Rohrdurchgänge 24 einen Durchmesser von 1,2 mm besitzen. Der Verschlussstopfen 9 ist mit einer Ringnut 25 zur Aufnahme eines abdichtenden Gummi-O-Ringes versehen.

Die in die Spitze 12 des Dialysationskopfes eingearbeitete Spiralnut 14 führt den Puffer gezielt über den Dialysationskopf. Dabei wird die Luft herausgedrückt, so dass keine Luftblasen entstehen können, was eine konstante Dialyseausbeute zur Folge hat. Der Dialysator ist gegen eine Sterilisation stabil und kann direkt in einen Fermenter eingeführt oder eingebaut werden.

In der Fig. 2 ist der mit einem Aussenge winde 21 versehene Dialysationskopf 1 und ein dafür geeignetes Schutzgitter 23 gezeigt. Das Schutzgitter 23 kann mit Hilfe des Innengewindes 22 auf dem Dialysationskopf 1 festgeschraubt werden und schützt in dieser Weise die empfindliche Dialysemembran. Über das Schutzgitter 23 kann eine entsprechend geformte Gummikappe geschoben werden, die möglichst dicht anliegen sollte, damit ein Auslaufen bzw. ein Verdunsten der Desinfektionslösung verhindert wird, in dessen Gegenwart die Membran vorzugsweise aufbewahrt wird.

Als Dialysemembran kann man irgendwelche geeigneten Membranen aus Cellulose oder Kunststoffen, insbesondere aus Cellophan, verwenden. Vorzugsweise verwendet man einen Cellophan-Dialysierschlauch mit einer Flachbreite von 75 bis 85 und einem Durchmesser von 50 mm (erhältlich von der Firma Kalle, Niederlassung Höchst AG, Wiesbaden). Die Membrane besitzt eine von dem zu dialysierenden Material abhängige Porengrösse, die vorzugsweise 4 bis 6 nm beträgt.

Der erfindungsgemässe Tauchdialysator kann wie eine Sonde in das zu analysierende Medium eingetaucht werden und wird vorzugsweise direkt in den Fermenter eingebaut.

Bei der Anwendung des Tauchdialysators werden sämtliche in dem zu analysierenden Medium vorhandenen dialysierbaren Stoffe über den Dialysationskopf und die Membran in einen Pufferstrom geeigneter Zusammensetzung aufgenommen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Pufferstroms wird so reguliert, dass sich die zu bestimmenden Substanzen beiderseits der Membran im Dialysegleichgewicht befinden. Der «gesättigte» Pufferstrom wird zu dem eigentlichen Analysensystem transportiert und gegebenenfalls nach einer Umsetzung mit einem Indikator anschliessend analysiert. Auf diese Weise können praktisch sämtliche Stoffe, die durch Dialyse aus dem Medium abgetrennt werden können, einer Analyse zugeführt werden.

Es treten keine Volumenverluste ein, es besteht keine Gefahr der Infektion, es fallen die diffizilen Probennahmetätig-keiten und die Probenaufbereitung, wie die Filtration und die Zentrifugation usw. weg. Dies stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Probenahmesystemen dar, da dort beim Abziehen der Probe das Problem auftritt, dass Schläuche und Dialysekammer sich sehr schnell verstopfen, so dass diese häufig zerlegt und gereinigt werden müssen. Bei den herkömmlichen Manipulationen und auch dem erforderlichen Umpum-pen besteht eine sehr hohe Infektionsgefahr, die bei Anwendung des erfindungsgemässen Tauchdialysators nicht mehr ge-' geben ist, da er sterilisiert werden kann.

Durch den erfindungsgemässen Tauchdialysator wird bei mycelhaltigen (beispielsweise Aspergillus niger) Ansätzen die Filtration überflüssig, die immer grosse Schwierigkeiten bereitet und ohne Beaufsichtigung auch nicht während kurzer Zeit durchgeführt werden kann.

Der erfindungsgemässe Tauchdialysator garantiert eine kontinuierliche Probennahme ohne Volumen Verluste und ohne Infektionsgefahr und kann direkt an einen automatischen Ana-

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lysator angeschlossen werden. Der Tauchdialysator kann, da er sterilisationsbeständig ist, sterilisiert werden, was auch in der Weise erfolgen kann, dass man den in dem Fernmenter eingebauten Tauchdialysator sterilisiert.

Zur Benutzung des Tauchdialysators werden zunächst die 5 Zuführungs- bzw. Rücklaufleitungen 6 und 7 aus rostfreiem Stahl mit dem Dialysationskopf 1 verschraubt. Sie werden durch das Halterungsrohr 5, das aus rostfreiem Stahl besteht und vorzugsweise einen Durchmesser von 19 mm aufweist, eingeführt, worauf der Dialysationskopf in das Halterungsrohr 10 5 gepresst wird. Die in den Ringnuten 19 eingelegten O-Ringe wirken dabei abdichtend und stellen einen festen Sitz sicher.

Dann wird der Verschlussstopfen aufgesteckt, der ebenfalls mit Hilfe eines in die Ringnut 25 eingelegten O-Ringes in dem Halterungsrohr 5 befestigt wird. Dabei ist zu beachten, dass 15 sich die Zuführungs- bzw. Rücklaufleitungen nicht verschränken oder überkreuzen.

Dann wird der Tauchdialysator mit Hilfe von Schläuchen, vorzugsweise Tygonschläuchen, mit einem Innendurchmesser von 0,7 bis 0,8 mm mit der Analysenvorrichtung verbunden.

Die Dialysationsmembran wird auf eine Grösse von 6x6 cm zugeschnitten und in einer 0,1 %igen Desinfektionslösung (Natriumazidlösung) eingeweicht. Das Einweichen soll während mindestens einer Stunde erfolgen, kann jedoch unbegrenzt lange durchgeführt werden. Zum Überziehen nimmt man die Membrane an den vier Enden und legt sie in der Mitte auf den Dialysationskopf. Dann zieht man sie gleichmässig nach unten, ohne dass Falten auf der Dialysierfläche auftreten. Die Membrane dehnt sich ausreichend. Nun rollt man vorsichtig die O-Ringe von der Dialysatorkopfspitze her über die Membrane in die Ringnuten 16. Dabei muss die Membrane in gespanntem Zustand sein.

Die überflüssigen Membranreste werden hinter dem unteren O-Ring abgetrennt. Danach schraubt man das Schutzgitter 23 auf.

Bei längerer Nichtbenutzung steckt man eine Gummikappe, die mit einer 0,1 %igen Natriumazid-Desinfektionslösung gefüllt ist, über das Schutzgitter, um ein Austrocknen der Membrane zu vermeiden.

Die Membrane kann mehrfach sterilisiert und nach einer möglichen Beschädigung ohne weiteres ausgewechselt werden.

Beim Zusammenbau des Tauchdialysators werden die Gewinde 20 und 27 vorzugsweise mit Hilfe von Dichtungsmaterialien, insbesondere einem Polytetrafluoräthylenband, abgedichtet.

Wenn der Tauchdialysator in eingebautem Zustand zusammen mit dem Fermenter sterilisiert werden soll, muss die Membrane durch Drucküberlagerung gegen das Zerplatzen geschützt werden. Dies erfolgt dadurch, dass man die Zuführungsleitung 6 mit einem Verschluss versieht und die Rücklaufleitung 7 mit dem Fernmenterraum verbindet. Bei der Sterilisation baut sich der Druck auf beiden Seiten der Membran gleich stark auf, so dass keine Beschädigung der Membrane zu befürchten ist. Nach Beendigung der Sterilisation wird, nachdem sich der Druck wieder abgebaut hat, die Drucküberlagerung wieder entfernt, worauf der Tauchdialysator mit Hilfe von Schläuchen an den kontinuierlich arbeitenden Analysator angeschlossen wird.

Vor der Sterilisation müssen diese Schläuche bei niedrigster Pumpengeschwindigkeit mit Flüssigkeit gefüllt werden, damit kein Luftpolster entsteht.

Der erfindungsgemässe Tauchdialysator kann sowohl in einer Flüssigkeit als auch mit Dampf bei 120 °C sterilisiert werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Tauchdialysator mit einem Dialysationskopf, der eine Membranhalterung, mindestens einen Zulaufkanal und einen Rücklaufkanal aufweist, einer mit dem Zulaufkanal lösbar verbundenen Zuführungsleitung und einer mit dem Rücklauf- s kanal lösbar verbundenen Rücklaufleitung und einer über den Dialysationskopf gespannten, abnehmbaren Dialysemembran (8), gekennzeichnet durch ein mit dem Dialysationskopf (1)

lösbar verbundenes Halterungsrohr (5), einen Verschlussstopfen (9) für das Halterungsrohr (5), einen Dialysationskopf (1) 10 mit abgerundeter Spitze (12), die mit einer zur Spitze hin verlaufenden Spiralnut (14) mit Rundbett versehen ist, welche Spiralnut den Zulaufkanal (3) mit dem Rücklaufkanal (4) verbindet, welche Spitze von der Dialysemembran (8) überspannt ist, die mit Hilfe einer Membranhalterung (16, 17) festgelegt 15 ist.

2. Tauchdialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralnut drei bis vier Windungen aufweist.

3. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dialysationskopf 20 aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen gefertigt ist.

4. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranhalterung aus einer oder mehreren in den Dialysationskopf eingearbeite- 25 ten Ringnuten (16) zur Aufnahme von Gummi-O-Ringen (17) besteht.

5. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dialysationskopf zur dichten Verbindung mit dem Halterungsrohr (5) an seinem 30 hinteren Ende Ringnuten (19) zur Aufnahme von abdichtenden Gummi-O-Ringen aufweist.

6. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Dialysationskopf eingearbeiteten Zulauf- und Rücklaufkanäle (3, 4) mit Gewinden (20) versehen sind, in die die Zuführungs- und Rücklaufleitungen (6, 7) eingeschraubt sind.

7. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dialysationskopf ein Aussengewinde (21) zur Befestigung eines mit dem entsprechenden Innengewinde (22) versehenen Schutzgitters (23) aufweist.

8. Tauchdialysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgitter aus rostfreiem Stahl besteht.

9. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungs- und Rücklaufleitungen (6,7) aus rostfreiem Stahl bestehen.

10. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulauf- bzw. Rücklaufkanäle (3, 4) und die Zuführungs- bzw. Rücklaufleitungen (6, 7) einen Innendurchmesser von 0,5 bis 3 mm aufweisen.

11. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (9) mit an die Zuführungs- und Rücklaufleitungen (6, 7) ange-passten, dichtsitzenden Rohrdurchgängen (24) versehen ist.

12. Tauchdialysator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verschlussstopfen mindestens eine Ringnut (25) zur Aufnahme von Gummi-O-Ringen eingearbeitet ist.

13. Tauchdialysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungsrohr aus rostfreiem Stahl gefertigt ist.