DE202007005884U1

DE202007005884U1 - Behälter mit flexiblen Wänden

Info

Publication number: DE202007005884U1
Application number: DE202007005884U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2017-04-25

Abstract

Behälter (1) mit flexiblen Wänden, insbesondere ein Einweg-Bioreaktor, mit einem Behälterinnenraum (2), dessen ihn umgebende Behälterwandung (5) von einer aufblasbaren Struktur (3, 3') stabilisierbar ist und der einen von außen antreibbaren Mischer (4, 4') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (4, 4') von Teilen der aufblasbaren Struktur (3, 3'), die als eine Mischerführungsstruktur (17, 17') ausgebildet ist, in deren aufgeblasenem Endzustand geführt und in seiner durch die Mischerführungsstruktur (17, 17') vorgegebenen Position gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter mit flexiblen Wänden, insbesondere einen Einweg-Bioreaktor, mit einem Behälterinnenraum, dessen ihn umgebende Behälterwandung von einer aufblasbaren Struktur stabilisierbar ist und der einen von außen antreibbaren Mischer aufweist.
Behälter mit flexiblen Wänden werden insbesondere als Einweg-Bioreaktoren in der Pharmazie und Biotechnologie zunehmend verwendet.
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.
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.
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.
Soll auf eine Durchführung der Welle durch die Behälterwandung verzichtet werden, ist auch hier die Positionierung des Mischers im Behälterinnenraum schwierig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den bekannten Behälter so zu verbessern, dass bei Verwendung eines Mischers dieser in eine vorgegebene Position gebracht werden kann.
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 vorgegebenen Position gehalten wird.
Dadurch, dass der Mischer von der aufgeblasenen Struktur geführt und in seiner durch die Struktur vorgegebenen Position auch gehalten wird, läst sich die reibungslose Funktion des Mischers sicherstellen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Durch zusätzliche Rührflügel an der Unterseite des Basiselementes kann auch für zwischen Behälterboden und Basisteil befindliches 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine schematische Seitenansicht eines Behälters mit flexiblen Wänden, Mischer und Antrieb teilweise im Schnitt;
2: eine Draufsicht auf den Behälter von 1 entlang der Linie II-II geschnitten;
3: den Behälter von 2 im Ausriss entlang der Linie III-III geschnitten;
4: einen Behälter im Ausriss und Halbschnitt mit einen den Mischer im unteren Bereich umgebenden flüssigkeitsdichten Raum; und
5: den Behälter von 4 entlang der Linie V-V geschnitten.
Ein Behälter 1 mit flexiblen Wänden besteht im Wesentlichen aus einem Behälterinnenraum 2, einer aufblasbaren Struktur 3 und einem Mischer 4.
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.
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 dem Behälterboden 7 fest verbundene Bodenstabilisierungsschläuche 13, 14, 15, 16 über.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Basiselement 26 des 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.
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.
Weitere übliche Zuführungen und Abführungen für Medien sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargstellt.
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.
Beim Mischvorgang wirken die vertikalen Stabilisierungsschläuche 9, 10, 11, 12 als Schikanen.

Claims

Behälter (1) mit flexiblen Wänden, insbesondere ein Einweg-Bioreaktor, mit einem Behälterinnenraum (2), dessen ihn umgebende Behälterwandung (5) von einer aufblasbaren Struktur (3, 3') stabilisierbar ist und der einen von außen antreibbaren Mischer (4, 4') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (4, 4') von Teilen der aufblasbaren Struktur (3, 3'), die als eine Mischerführungsstruktur (17, 17') ausgebildet ist, in deren aufgeblasenem Endzustand geführt und in seiner durch die Mischerführungsstruktur (17, 17') vorgegebenen Position gehalten wird.
Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (4, 4') ein an einem ersten Ende einer Mischerachse (25, 25') angeordnetes Basiselement (26, 26') und ein an einem zweiten Ende der Mischerachse (25, 25') angeordnetes Mischelement (27) aufweist, dass das Basiselement (26, 26') und das Mischelement (27) mindestens teilweise über den Querschnitt der Mischerachse (25, 25') hinausragen, und dass die aufblasbare Struktur (3, 3') mit mindestens drei Auflagepunkten in den Zwischenraum zwischen Mischelement (27) und Basiselement (26, 26') eingreift und mindestens eine seitliche Führung für den Mischer (4, 4') bildet.
Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auflagescheibe (23, 23') vorgesehen ist, durch die die Mischerachse (25, 25') hindurchgeführt ist und die auf den Auflagepunkten der aufblasbaren Struktur (3, 3') aufliegt und fest mit dieser verbunden ist.
Behälter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der einem Behälterboden (7) zugewandten Unterseite (30) des Basiselementes (26) Rührflügel (31, 32) angeordnet sind, die zwischen Behälterboden (7) und Basiselement (26) eine Durchmischung sicherstellen.
Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerachse (25') gegenüber der Auflagescheibe (23') flüssigkeitsdicht ausgebildet ist, dass der Mischer (4') in seinem unterhalb der Auflagescheibe (23') angeordneten Mischerbereich (34) in einem Abstand von der aufblasbaren Struktur (3') umgeben ist, die in Verbindung mit dem Behälterboden (7') und der Auflagescheibe (23') einen den unteren Mischerbereich (34) umgebenden flüssigkeitsdichten Raum (35) bildet.
Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerachse (25') gegenüber der Auflagescheibe (23') durch einen Wellendichtring (36) abgedichtet ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Basisteil (26, 26') ein Permanentmagnet (37) angeordnet ist, der von einem außerhalb des Behälterinnenraumes (2) angeordneten Antrieb (38) in Rotation versetzt wird.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innen und/oder außen mit der Behälterwandung (5) verbundene und mit Druckluft stabilisierbare Stabilisierungsschläuche (9, 10, 11, 12) als Teile der aufblasbaren Struktur (3, 3') angeordnet sind.
Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der seitlichen Behälterwandung (6) die Stabilisierungsschläuche (9, 10, 11, 12) etwa parallel zu einer Behälterlängsachse angeordnet sind.
Behälter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Stabilisierungsschläuche (9, 10, 11, 12) ein Sicherheitsventil (40) aufweist.