DE68924260T2

DE68924260T2 - Kontinuierliche perfusionsvorrichtung mit lüftung.

Info

Publication number: DE68924260T2
Application number: DE68924260T
Authority: DE
Inventors: Hisatake Nojima; Youko Nojima
Original assignee: Parasight YK
Current assignee: Parasight YK
Priority date: 1988-03-01
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: US5169781A; WO1989008141A1; EP0402468A1; EP0402468B1; DE68924260D1; EP0402468A4; JPH0714338B2; JPH01222770A; ATE127836T1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Perfusion einer Flüssigkeit unter Verwendung von Lüftung, im einleitenden Teil des Patentanspruches definiert.
Die Perfusion einer Brutflüssigkeit für die Beatmungssteuerung und Nährstoffzufuhr ist für die Zucht von Lebewesen, so wie einer Zellkultur, hydroponisch, und das Bebrüten wesentlich. Eine Vorrichtung für die Perfusion einer Flüssigkeit geringen Volumens ist normalerweise oder üblicherweise derart, daß Wasser durch eine Wasserstrompumpe bewegt wird, um die Flüssigkeit zu perfundieren. Für die Perfusion einer Flüssigkeit großen Volumens, so wie einigen hundert Tonnen oder einigen tausend Tonnen, ist eine außerordentlich große Wasserstrompumpe erforderlich, um einen stehenden Bereich zu vermeiden, in dem die Flüssigkeit nicht perfudiert wird. Tatsächlich wird eine Vielzahl von Wasserstrompumpen installiert, um die stehenden Bereiche zu bearbeiten, oder eine solche Arbeitsweise, die Brutflüssigkeit vollständig zu ersetzen, behandelt die stehenden Bereiche. Die vorliegende Erfindung kann die automatische Perfusion der oben beschriebenen Flüssigkeit geringen Volumens nur durch einfache Lüftung behandeln. Es wird in Betracht gezogen, daß, in einem Hauptaspekt, die Erfindung die Perfusion der Flüssigkeit großen Valumens behandeln kann.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des einleitenden Teiles des Patentanspruches ist in der US-A 3,898,018 offenbart. Der darin offenbarte hydraulisch gesteuerte pneumatische Ejektor zum Pumpen von Flüssigkeiten arbeitet diskontinuierlich, da die Flüssigkeit weggepumpt wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für die Perfusion einer Flüssigkeit unter Verwendung von Belüftung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, kontinuierlich zu arbeiten.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Patentanspruches gelöst.
Die Erfindung ist ursprünglich auf eine Perfusionsvorrichtung gerichtet, wenn jedoch ein Einwegventil eingebaut wird, arbeitet die Erfindung als eine Wasserstrompumpe. Als erstes wird der Hintergrund der Wasserstrompumpe beschrieben werden. Der mechanische Aufbau der normalen oder üblichen Wasserstrompumpe verwendet eine Antriebskraft eines Rotors, der verschiedene Ausgestaltungen annimmt. Obwohl es möglich ist, die Wasserstrompumpe aus der Kombination der Kolbenbewegung und des Einwegventils zu erzeugen, ergibt das Auftreten eines elektrischen Motors, der in der Leistungsfähigkeit überlegen ist, gegenwärtig nicht so sehr die Vorteile der Wasserstrompumpe. Die Erfindung jedoch ähnelt der Kolbenbewegüng. Das heißt, die Erfindung perfudiert die Flüssigkeit nach oben und nach unten durch einen Wasserstrom, wobei die Kolbenbewegung von Luft verwendet wird, und das Ventil ist dem Wasserstrom zugeordnet, um die Wasserstrompumpe zu bilden.
Im Hinblick auf die Perfusionsvorrichtung wird das Wasser durch die vorliegende Wasserstrompumpe für die Perfusion der Flüssigkeit geringen Volumens bewegt, um die Flüssigkeit zu rühren, wodurch der stehende Bereich ausgeschaltet wird, so daß die Flüssigkeit perfudiert wird. Bei der Erfindung wird, da die Flüssigkeit nach oben und nach unten bewegt wird, um so perfudiert zu werden, die Flüssigkeit ohne irgendeinen stehenden Bereich perfudiert. Das Auftreten des stehenden Bereiches ist für die Flüssigkeit großen Volumens unvermeidbar. Die Erfindung löst die Schwierigkeit der Perfusion durch einen einfachen Aufbau.
Ein wichtiger Punkt beim Durchführen der Erfindung ist die Funktion eines kleinen Rohres. Das heißt, zu einem Zeitpunkt tritt das Wasser in ein Lumen ein und dient als ein "Wasserstopfen", so daß Luft gesammelt wird. Nachfolgend wird das Wasser in dem Lumen ausgeblasen, um das Lumen zu belüften, so daß die angesammelte Luft schnell offenliegt und entfernt wird.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

In allen den Figuren 1 bis 5 bezeichnen die Pfeile A, B und C ein Rohr, ein kleines Rohr bzw. ein Lüftungsrohr. Das Wasser hat eine Oberfläche, die durch den schattierten Bereich bedeckt ist. Gemeinsam in den Figuren 1 bis 4 bezeichnen a und b ein oberstes Ende bzw. ein unterstes Ende des Rohrs, während c, d und e ein oberstes Ende auf der Außenseite eines Behälters, ein unterstes Ende auf der Innenseite des Behälters (auch auf der Außenseite des Behälters in Figur 4) bzw. ein oberstes Ende auf der Innenseite des Behälters bezeichnen.
Figur 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Vorrichtung, in die kein Wasser eintritt. Wenn Wasser eintritt, ohne die Luft auszutreiben, unter der Bedingung, die in Figur 1 gezeigt ist, tritt das Wasser in den Behälter durch das Rohr A ein und erzeugt eine künstliche Wasseroberfläche in der Höhe von e, und das überschüssige oder zusätzliche Wasser wird auf einer oberen Wand gesammelt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Zustand in einen gebracht, der in Figur 2 veranschaulicht ist. Anschließend beginnt das Luftaustreiben durch das Lüftungsrohr C, wobei die künstliche Wasseroberfläche bis d absinkt, das ist das unterste Ende des Rohres B. Gleichzeitig sinkt die Wasseroberfläche innerhalb des Rohres auch ab. Gegebenenfalls sinkt die künstliche Wasseroberfläche (Wasseroberfläche innerhalb des Rohrs) weiter über d hinaus ab. Dies ist in Figur 3 dargestellt. Nun, in dem Fall, daß das Rohr B im Innendurchmesser ausreichend dünn ist, zum Beispiel in der Größenordnung von 5 mm, wirken das Schweregewicht und die Oberflächenspannung des Wassers aufeinander, so daß das Wasser, das als der Stopfen innerhalb des Lumens des Rohrs dient, ausgelassen wird, und das Lumen des Rohrs wird belüftet. Somit entweicht die Luft schnell nach oben durch das Rohr. Das Ausströmen der Luft wird an der Höhe e beendet. Dann wieder strömt Wasser zurück in das Rohr, so daß das Lumen des Rohrs durch das Wasser verstopft wird. Somit wird die Kommunikation in dem Rohr unterbrochen. Da die Luft kontinuierlich ausgeblasen wird, beginnt die künstliche Wasseroberfläche wieder zu sinken. In diesem Zusammenhang, wenn der Innendurchmesser des Rohres B in der Größenordnung von 40 mm liegt, wird die Oberflächenspannung des Wassers von dem Schweregewicht des Wassers zu Null gemacht, so daß das Wasser nicht ausgelassen wird und das Rohr nicht vollständig belüftet wird. Als Ergebnis steigt nur eine kleine Menge der gelieferten Luft auf, und das Rohr wird belüftet. Zu dieser Zeit, da der Stopfen für das Wasser nicht freigegeben werden kann, gibt es keine Funktion der kontinuierlichen Perfusion.
Die Positionen, an denen c, d und e in dem kleinen Rohr B jeweils angeordnet sind, sind sehr wichtig. Wenn c nicht ausreichend höher liegt als e, gibt es die Gefahr, daß das Wasser nicht gut zurückströmt. Wenn c und e eine Differenz (Wasserpegeldifferenz) zwischen sich in der Größenordnung von 1,5 cm haben, strömt das Wasser gut zurück. Wenn die Position von d unmittelbar über dem horizontalen Pegel des Einlasses b des Rohrs A wird, und wenn es keine Differenz (Wasserpegeldifferenz) gibt, gibt es die Möglichkeit, daß die Luft durch das Rohr läuft. d und b sollten eine Differenz zwischen sich haben, der höher liegt als ein Wert der Größenordnung 1 cm.
Es ist nichtnotwendigerweise erforderlich, daß die Öffnung c des kleinen Rohrs B auf der oberen Wand des Behälters angeordnet ist. Wie es in Figur 4 gezeigt ist, hat, wenn ein adäquater Wasserpegel durch einen anderen Behälter gegeben ist, der an dem Behälter angebracht ist, die Vorrichtung eine Perfusionsfunktion.
Es gibt insbesondere keine Grenze oder Einschränkung hinsichtlich der Position des Lüftungsrohres innerhalb des Behälters. Wenn das Lüftungsrohr an einer niedrigeren Position eingerichtet ist, gibt es einen Energieverlust. Wenn die Belüftungsmenge außerordentlicht groß ist, geht die Synchronisierung des Rückwärtsstromes des Wassers (Wasserpegel von e) verloren. In diesem Fall sollte der Innendurchmesser des Rohres B vergrößert werden.
In Figur 5 bezeichnet m ein Ventil, das bei b (unterstes Ende) des Rohres A angebracht ist. Das Ventil ist ein Einwegventil, das nur nach oben offen ist. n bezeichnet ein Ventil, das an der Seitenwand angebracht ist, die in einem unteren Bereich des Behälters angeordnet ist. Das Ventil öffnet sich in einer Richtung nur in Richtung auf das Innere des Behälters. Figur 5 ist eine solche, die den Zeitpunkt darstellt, wo die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Funktion einer Pumpe hat, und ist eine vertikale Querschnittsansicht davon.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Diese Erfindung bezieht sich auf die Perfusion oder das Drehen oder das Einbringen von Kulturen des Kulturfluides, um Sauerstoff und Nährstoffe in die Kultur von tierischen oder pflanzlichen Zellen einzubringen. Die Perfusionsvorrichtung gemäß der Erfindung ist auf ein neues und nicht teures Verfahren gerichtet.
Weiter, wenn das Einwegventil angebracht ist, um den Strom der Flüssigkeit in einer konstant bleibenden Richtung festzulegen, hat die Perfusionsvorrichtung die Funktion als Wasserstrompumpe. Dies bedeutet, daß nur die Luftleitung eine einfache und nicht teure Pumpe ermöglicht, die eingerichtet werden kann, die Elektrizität nicht benutzt.

Claims

1. Vorrichtung für die Perfusion einer Flüssigkeit unter Verwendung von Belüftung, mit einem zwischengeschalteten Deckel, der an einer Wanne angebracht ist, um die letztere vollständig abzudichten, wobei die Wanne einen abgedichteten Behälter auf ihrer unteren Seite hat, weiterhin mit einem hohlen Rohr A, das sich durch eine obere Wand des Behälters erstreckt, wobei ein oberer Einlaß a des Rohrs A oberhalb der oberen Wand auf der Außenseite des Behälters angeordnet ist, während ein unterer Einlaß b benachbart einer Bodenwand an einer Stelle innerhalb des Behälters positioniert ist, einem kleinen Rohr B, das eine erste Öffnung c und eine zweite Öffnung e an einer Position unmittelbar unterhalb der oberen Wand an einem Ort innerhalb des Behälters angeordnet hat, wobei ein Zwischenabschnitt des kleinen Rohres B abgeklappt und nach unten gekrümmt ist, so daß ein unterstes Ende d des kleinen Rohres B oberhalb des unteren Einlasses b des Rohres A angeordnet ist, und einem Lüftungsrohr C zum Liefern eines Gases, so wie Luft oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung c des kleinen Rohres B, das einen Innendurchmesser von weniger als 40 mm hat, oberhalb der oberen Wand an einer Stelle auf der Außenseite des Behälters angeordnet ist, wobei der Pegelunterschied zwischen den Öffnungen c und e in der Größenordnung von 1,5 cm ist und der Pegelunterschied zwischen dem untersten Ende d des kleinen Rohres B und dem unteren Einlaß b des Rohres A mehr als etwa 1 cm ist und das Lüftungsrohr C sich durch den Behälter erstreckt, so daß, wenn die Flüssigkeit in die Wanne durch das Rohr A eintritt und wenn Gas kontinuierlich durch das Lüftungsrohr C geliefert wird, die Flüssigkeit eine solche vertikale Bewegung ausführt, daß die Flüssigkeit langsam durch das Rohr aufsteigt und schnell absteigt, um in einem anderen Zyklus teilzunehmen.