Speziell betrifft die Erfindung eine neuartige Vorrichtung, mit der Biomoleküle und gelöste Stoffe in Flüssigkeiten von Sterilprozessen qualitativ und quantitativ bestimmt werden können und die eine kompakte Kombination eines Probenahme- systems und einer Analyseneinheit darstellt, die eine un- mittelbar im Anschlu an die Probenahme stattfindende und somit quasi zeitgleiche Messung und gleichzeitig eine Redu- zierung des Infektionsrisikos auf ein Minimum ermöglicht.

Die Vorrichtung eignet sich zum Einsatz in allen Bereichen, in denen Bioprozesse, insbesondere biotechnologische und enzymtechnologische Produktionsverfahren, involviert und hohe Anforderungen an sterile Proze bedingungen zu stellen sind. Die Vorteile der Erfindung lassen sich daher insbe- sondere in der Nahrungsmittelherstellung, der Gewinnung von Pharmaka, Carbonsäuren, Lösungsmitteln, Enzymen und Amino- säuren, in Verfahren der Umweltbiotechnologie und der Wirk- stoffproduktion mit rekombinanten Zellen bzw. Enzymen nutzen.

Die in biotechnologischen Produktionsprozessen statt- findenden Stoffumwandlungen mit Biokatalysatoren, d.h.

Enzymen, Mikroorganismen oder tierischen und pflanzlichen Zellen, müssen durch off-line- und on-line-Überwachung genau verfolgt werden, um hohe Produktivität und Produkt- qualität zu erreichen. Nur durch die Messung der den Proze kennzeichnenden Grö en und deren zeitlichen Verlaufs lassen sich jederzeit die für das Proze ziel günstigsten Ma nahmen treffen.

Das Fehlen geeigneter Überwachungsinstrumente, insbesondere von in-situ-Instrumenten, die sich für den Einsatz bei Fermentationsprozessen eignen, stellt ein besonderes Pro- blem für biotechnologische Produktionsprozesse mit hohen Anforderungen an eine sterile Proze führung dar. Aus diesem Grund werden die meisten physikalisch-chemischen oder bio- logischen Analysen, die in der Regel aus der sterilen Pro- benentnahme, der Probenaufbereitung, der Analyse selbst und der Signalauswertung bestehen, au erhalb des Bioreaktors durchgeführt. Da jeder dieser Vorgänge eine Quelle fehler- hafter Ergebnisse sein kann, ist ihre strenge Kontrolle enorm wichtig. Nur wenn die Zeit zwischen Probenahme und dem Vorliegen des Analysenergebnisses ausreichend kurz ist, kann die Analyse eine geeignete Proze kontrolle gewähr- leisten.

In den meisten herkömmlichen Systemen zur Sterilproze - kontrolle und -steuerung liegen sowohl das Probenahmesystem als auch die eigentliche Me einheit au erhalb des Reaktors vor. Die Probenahme und -aufbereitung findet dabei in der Regel durch Trennverfahren, wie Mikrofiltration, Dialyse, Elektrolyse und Gasdiffusion statt; alternativ kann die Probelösung auch durch die Einwirkung abbauender Enzyme, wie Proteasen, von Mikroorganismen und ungelösten Teilen befreit werden. Anschlie end wird die aufbereitete und ggf.

an die entsprechende Analysemethode angepa te Probe der eigentlichen Analyseneinheit zugeführt.

Aber selbst für den Fall, da ein sterilisierbares, in den Reaktor integriertes Probenahmesystem, beispielsweise ein sterilisierbares Membranmodul, eingesetzt wird, finden in herkömmlichen Systemen Probenahme und -messung räumlich getrennt voneinander statt. Die Überführung der Probe von dem Reaktor zu einer Me einheit resultiert nicht nur in einem erheblichen Infektionsrisiko, sondern auch in einer

unerwünschten zeitlichen Verzögerung. Während des Transports der Probelösung zu der Me station können zum Teil drastische Veränderungen der zu messenden Probe auf- treten, die zu fehlerhaften Analyseergebnissen führen und eine aussagekräftige Kontrolle der Kulturflüssigkeit in dem Reaktor daher nicht erlauben.

Ein Beispiel für ein sterilisierbares Probenahmesystem ist in der deutschen Patentschrift 26 50 730 offenbart. Der dort beschriebene Tauchdialysator umfa t einen abnehmbaren Dialysationskopf mit Membranhalterung und sich durch den Dialysationskopf erstreckende Zulauf- und Rücklaufkanäle sowie ein mit dem Dialysationskopf lösbar verbundenes Halterungsrohr, durch das der Tauchdialysator an dem Fer- menter oder einem Bypass befestigt werden kann. Im Anschlu an die Dialyse kann eine zuvor über die Zulaufleitungen der Membran zugeführte Pufferlösung, die jetzt die dialysier- baren Materialien aus der Kulturflüssigkeit enthält, über eine Rücklaufleitung abgezogen und anschlie end über Schläuche, die den Tauchdialysator mit einer Analysenvor- richtung verbinden, einer Analyseneinheit, beispielsweise einem automatischen Analyzer, zugeführt werden. Die Mög- lichkeit, einen Tauchdialysator mit einer Detektionseinheit in kompakter Form zu kombinieren, wird im Stand der Technik nicht erwähnt.

Die deutsche Offenlegungsschrift 195 33 510 offenbart eine Sonde zur Entnahme gelöster Gase oder flüchtiger Komponen- ten aus Flüssigkeiten zur Bestimmung ihrer Konzentration in diesen Flüssigkeiten. Zwar verkörpert die in dieser Ent- gegenhaltung offenbarte Vorrichtung eine Kombination einer Sonde und eines Sensors, doch werden, abgesehen davon, da der eingesetzte Sensor ausschlie lich für die Quantifi- zierung von Gasen, wie bspw. Zinndioxid, ausgerichtet ist und hierfür entsprechend speziellen Erfordernissen genügen

mu , Sterilprozesse und deren besondere Probleme und Anfor- derungen an keiner Stelle erwähnt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine für die Sterilprozeukontrolle geeignete Sonde bereit- zustellen, die die Nachteile herkömmlicher Kontrollinstru- mente überwindet, insbesondere die Zeit zwischen Probenahme und Vorliegen des Analysenergebnisses verkürzt und das Infektionsrisiko auf ein Minimum vermindert bzw. vollkommen ausschlie t.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemä e Vorrichtung zur Bestimmung von Biomolekülen und gelösten Stoffen in Flüssigkeiten von Sterilprozessen gelöst, bei der es sich um eine Kombinationssonde handelt, in der ein mit der zu analysierenden Flüssigkeit innerhalb eines Bioreaktors in direktem Kontakt stehendes Probenahmesystem und eine Analy- seneinheit als kompakte Einheit vorliegen und als solche mit dem Bioreaktor verbunden werden. Die Vorrichtung kann auch für die Kontrolle von Prozessen in anderen Gefä en bzw. Behältnissen, z.B. Whirlpools in Brauprozessen u.ä., eingesetzt werden, d.h. der Begriff "Bioreaktor" ist im Rahmen dieser Erfindung nicht auf klassische Fermenter beschränkt, sondern umfa t allgemein Gefä e, in denen in Flüssigkeiten stattfindende Stoffumwandlungen gemessen und überwacht werden können.

Nach dem Verbinden der erfindungsgemä en Vorrichtung mit dem Bioreaktor, das in herkömmlicher Weise, z.B. mittels eines Gewindes, erfolgen kann, kann die Vorrichtung zusam- men mit dem Bioreaktor einer Sterilisationsbehandlung un- terzogen werden. Dabei kann die Vorrichtung sowohl in einer Flüssigkeit als auch mit Dampf bei üblichen Temperaturen, in der Regel bei mindestens 120 OC, sterilisiert werden.

Im Anschlu an die Sterilisationsbehandlung und ggf. eine sich daran anschlie ende Abkühlungsphase kann die Vor- richtung, genauer gesagt die au erhalb des Bioreaktors an- geordnete Analyseneinheit, mit einem oder mehreren Biosen- soren bestückt werden. Nach erfolgter Kalibrierung des Sensors ist die Vorrichtung sofort betriebsbereit.

Biosensoren sind im Rahmen dieser Erfindung im üblichen Sinn zu verstehen, d.h. als Kombination von bioaktiven Komponenten, z.B. immobilisierten Biokatalysatoren, und einem physikalischen bzw. physikochemischen Sensor (Trans- duktor), der in Gegenwart von Substrat ein Signal als Ma für den Substratgehalt liefert. Das biologisch erzeugte und vom Transduktor in eine me bare Grö e umgewandelte Signal kann anschlie end durch eine elektronische Komponente ver- stärkt und mittels einer Rechnereinheit ausgewertet werden.

Bei den bioaktiven Komponenten handelt es sich um Analyten, die in der Lage sind, die zu analysierende Substanz zu er- kennen". Zur spezifischen Erkennung eignen sich beispiels- weise Rezeptoren, Antikörper, Enzyme, Organellen, Gewebe- schnitte oder ganze prokaryontische oder eukaryontische Zellen. Kommerziell erhältlich sind gegenwärtig vor allem Enzymsensoren, Immunosensoren und mikrobielle Sensoren.

Für den Einsatz in der erfindungsgemä en Kombinationssonde ist jeder beliebige Biosensor geeignet. Die bioaktive Komponente mu lediglich in einer Form vorliegen, die den Einsatz in die Analyseneinheit der Vorrichtung ermöglicht.

Hier bieten sich beispielsweise konventionelle Biosensoren in Form von Chips, Me bausteinen, Biokapseln o.ä. an.

Sollen beispielsweise Enzyme, Glykoproteine, Antigene oder Hormone in der zu analysierenden Flüssigkeit detektiert werden, bietet sich der Einsatz von Bioaffinitätssensoren

an, die in der Regel Farbstoffe, Lektine, Antikörper oder Hormonrezeptoren für die spezifische Erkennung nutzen. Die durch die Bindung bzw. Komplexbildung hervorgerufenen Ver- änderungen (Lichtabsorption, Brechungsindex, elektrische Ladung etc.) werden als me bare Grö en angezeigt. Als be- sonders geeignet sind auch sog. Metabolismus-Sensoren zu nennen, die auf der spezifischen Erkennung von Substraten und ihrer chemischen Umsetzung zu entsprechenden Produkten beruhen. Hierzu zählen u.a. Enzymelektroden, Organellen- Sensoren, mikrobielle Sensoren und allgemein Sensoren auf der Basis biokatalyisch aktiver Materialien. Häufig ist auch ein gekoppeltes Analyseverfahren mit mehreren Enzymen angezeigt, das u.U. zusätzlich den Nachweis von Cofaktoren umfa t. Des weiteren können auch Biosensoren des biomime- tischen Typs eingesetzt werden, die Funktion von Sinnes- organen simulieren und physikalische Signale, wie Dehnung oder Licht in chemische Signale umkodieren. Es ist darüber hinaus auch möglich, bestimmte Substanzen mittels Nachweis- reaktionen zu detektieren, deren Ablauf ein unmittelbar mit blo es Auge erkennbares optisches Signal, beispielsweise in Form einer Farbreaktion, Fluoreszenz, Biolumineszenz oder Trübung der Probe, liefert. Des weiteren können enzymati- sche und immunologische Verfahren mit einander gekoppelt werden, insbesondere wenn besonders niedrige Konzentra- tionen einer Substanz zu bestimmen sind. Zu nennen ist hier der sog. ELISA-Nachweis (Enyzme-linked-immuno-sorbent- assay).

Häufig liegt die bioaktive Substanz, insbesondere ein Rezeptor, Antikörper oder Enzym, zwischen Membranen einge- schlossen oder an Membranen immobilisert vor. Des weiteren kann der Analyt unmittelbar auf der Transduktoroberfläche gebunden oder direkt auf das elektronische Element aufge- bracht sein, das die Signale umwandelt oder verstärkt.

Gegenwärtig sind bereits zahlreiche, für den Nachweis ver- schiedenster Substanzen aufgerichteter Biosensoren erhält- lich, die für den Einsatz in der erfindungsgemä en Vor- richtung geeignet sind. Eine aktuelle Übersicht, insbe- sondere hinsichtlich Affinitätsbiosensoren, liefern bei- spielsweise Buchholz K. und Kasche V. in Biokatalysatoren und Enzymtechnologie", VCH, Weinheim, 1997.

Damit die erfindungsgemä e Vorrichtung zusammen mit dem Bioreaktor sterilisiert werden kann, können für deren Her- stellung nur solche Materialien eingesetzt werden, die einer Sterilisationsbehandlung unterzogen werden können und vorzugsweise Temperaturen von mindestens 120 OC und beson- ders bevorzugt von bis zu 150 "C aushalten. Darüber hinaus sollten die verwendeten Materialien gegen Oxidation bzw.

Korrosion beständig sein. Des weiteren müssen sämtliche Teile der Vorrichtung, die einer Sterilisationsbehandlung zu unterziehen sind, den dabei entstehenden Sterilisations- druck aushalten, der bis zu 1,5 bar betragen kann. Weitere Anforderungen an die zur Herstellung eingesetzten Materia- lien ergeben sich daraus, da die Probenahmeeinheit in direktem Kontakt mit der zu analysierenden Flüssigkeit in dem Bioreaktor steht. Zumindest die Probenahmeeinheit soll- te daher eine inerte Oberfläche aufweisen. Als geeignete, d.h. sterilisierbare und inerte Materialien sind rostfreier Stahl und Kunststoffe, insbesondere Polytetrafluorethylen, zu nennen.

Die Probenahmeeinheit kann einen herkömmlichen Aufbau auf- weisen und beispielsweise in Form des in der deutschen Patentschrift 26 50 730 beschriebenen Tauchdialysators vor- liegen. In diesem Fall umfa t die erfindungsgemä e Vor- richtung mindestens zwei Kanäle, einen Zuführ- und einen Rückführkanal, die sich von dem mit der zu analysierenden Flüssigkeit in dem Bioreaktor in Kontakt stehenden Ende der

Probenahmeeinheit durch die gesamte Vorrichtung erstrek- ken, d.h. in jedem Fall über die Probenahmeeinheit hinaus in die Analyseneinheit. In der Analyseneinheit wird die aufgenommenen Probe vorzugsweise zu dem Biosensor geführt.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Probe - ohne Zu- führen zur Biosensoreinheit - zu einer unabhängigen, auBer- halb der erfindungsgemä en Vorrichtung vorliegenden Analy- seneinheit zu leiten.

Die Probenahme kann über eine Dialysemembran erfolgen, die an dem in den Reaktor hineinragenden Ende der Einheit ange- bracht ist. Vorzugsweise ist die Dialysemembran Teil eines Dialysekopfes, der abnehmbar mit dem mit der Wand des Bio- reaktors in Verbindung stehenden Teils der Vorrichtung ver- bunden ist. In diesem Fall verfügt der Dialysekopf eben- falls über mindestens zwei darin eingearbeitete Kanäle (Zuführ- und Rückführkanal), die mit den Kanälen bzw.

Leitungen der Vorrichtung lösbar verbunden sind. Eine dichte und festsitzende Verbindung des Dialysekopfes mit der restlichen Vorrichtung kann beispielsweise durch Ring- nuten am unteren Ende des Dialysekopfes erreicht werden, in die O-Ringe aus Gummi oder Kunststoff eingelegt werden kön- nen. Die Kanäle bzw. Leitungen der Vorrichtung können mit den Kanälen des Dialysekopfes beispielsweise über Steck- oder Gewindeverbindungen verbunden werden.

Das Vorderende der Probenahmeeinheit - bei Verwendung eines abnehmbaren Dialysekopfes die Vorderseite des Dialysekopfes - kann planar und ggf. mit einem erhöhten Randbereich ver- sehen sein, weist jedoch vorzugsweise eine konisch geformte und noch bevorzugter eine abgerundete Spitze auf. Die Spitze kann zur besseren Verteilung der mit der Membran in Kontakt stehenden Pufferlösung mit Längs- und Querrillen aufweisen.

Das Vorderende der Probenahmeeinheit - bei Verwendung eines abnehmbaren Dialysekopfes das vordere Ende des Dialyse- kopfes - weist eine Membranhalterung in Form einer oder mehreren um den Umfang der Einheit bzw. des Dialysekopfes herumlaufenden Ringnuten auf, in die Gummi-O-Ringe einge- legt werden können, die die über die Spitze der Probenahme- einheit bzw. des Dialysekopfes gezogene Dialysemembran festlegen. Die Nuten sollten keine scharfkantigen Ränder aufweisen, die die empfindliche Dialysemembran beschädigen könnten. Die Dialysemembran ist somit am vorderen Ende der Probenahmeeinheit, vorzugsweise am vorderen Ende des ab- nehmbaren Dialysekopfes, mittels einer Membranhalterung abnehmbar befestigt. Die sich durch die Vorrichtung und ggf. den abnehmbaren Dialysekopf erstreckenden Kanäle sind <BR> <BR> <BR> vorzugsweise so angeordnet, et, da sie an verschiedenen Stel- len der Spitze der Vorrichtung bzw. des Dialysekopfes enden, wodurch die an der Dialysemembran vorbeigeführte Pufferlösung eine möglichst gro e Fläche bestreicht. Die Kanäle und damit verbundenen Leitungen besitzen üblicher- weise einen Innendurchmesser von 0,1 bis 3 mm und vorzugs- weise zwischen 0,8 und 1,3 mm.

In vielen Fällen können neben Dialysemembranen für die Pro- benahme, insbesondere zellfreier Medien, gelöster Gase und flüchtiger Komponenten, auch Ultrafiltrations- oder Mikro- filtrationsmembranen eingesetzt werden. Insbesondere für die Entnahme gelöster Gase, aber auch für die Entnahme hochmolekularer Verbindungen bieten sich darüber hinaus auch in-situ-Filter an. Als Membran kann jede geeignete Membran eingesetzt werden, beispielsweise Membranen aus Cellulose oder Kunststoffen, Teflon, PVC, Silikon, allge- mein keramische oder polymere Membranen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Probenahme- einheit bzw. der abnehmbare Dialysekopf zusätzlich zu einer

Dialysemembran einen Tiefenfilter auf, der insbesondere für die Probenahme von höher- und niedermolekularen Stoffen geeignet ist. Abhängig von der Porengrö e des Filters können so auch nicht dialysierbare bzw. ungelöste Stoffe entnommen werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Tiefenfilters in Kombination mit einem Pulsierver- fahren, mittels dessen über der Oberfläche des Filters turbulente Strömungen erzeugt werden, durch welche die Fil- teroberfläche von Ablagerungen freigeschwebt wird. Auf diese Weise wird verhindert, da der Filter insbesondere bei hohen Dichten der Medien zugesetzt wird. Der Einsatz eines Pulsierverfahrens erlaubt die Probenahme trotz hoher Dichen auch über einen längeren Zeitraum. Das Freihalten des Filters kann auch durch die vorrübergehende oder konti- nuierliche Erzeugung von Vibrationen bzw. Schwingungen des in den Reaktor ragenden Vorrichtungsteiles bzw. eines Teiles davon erreicht werden.

Im Falle des kombinierten Einsatzes einer Dialysemembran und eines Tiefenfilters umfa t die Vorrichtung mindestens drei Kanäle, also mindestens einen Zuführ- und Rückführ- kanal für die Dialyse und mindestens einen weiteren Kanal, durch den das Filtrat von dem Filter in den au erhalb des Reaktors liegenden Teil der Vorrichtung geführt wird. Im Falle des Einsatzes des Tiefenfilters allein mu die Vor- richtung lediglich mindestens einen Kanal aufweisen, der die filtrierte Probe der Analyseneinheit, und dort vorzugs- weise dem Biosensor, zuführt.

Da die erfindungsgemä e Vorrichtung vorzugsweise im einge- bauten Zustand zusammen mit dem Fermenter sterilisiert wird, mu bei Einsatz einer empfindlichen Membran diese durch Drucküberlagerung gegen das Zerplatzen geschützt werden. Dies erfolgt dadurch, da während der Sterili- sationsphase der Innenraum des Bioreaktors durch Schlie en

eines oder mehrerer in der Vorrichtung angeordneter Ventile nach au en hin abgeschlossen wird. Durch diese sog. in- situ-Brücke wird gewährleistet, da sich bei der Sterilisa- tion der Druck auf beiden Seiten der Membran gleich stark aufbaut, so da keine Beschädigungen der Membran zu befürchten sind. Nach Beendigung der Sterilisation wird, nachdem sich der Druck wieder abgebaut hat, die durch die in-situ-Brücke erreichte Drucküberlagerung durch Öffnen des bzw. der Ventile wieder entfernt. Die in-situ-Brücke sollte allerdings nicht nur beim Einsatz von Membranen, sondern auch bei der Verwendung von Filtern zur Drucküberlagerung eingesetzt werden, um auf diese Weise das Zusetzen bzw. Zu- kleben des Filters während der Sterilisationsbehandlung zu verhindern.

Die in-situ-Brücke kann durch jedes geeignete Ventil, bei- spielsweise ein Absperrventil, Umschalt-/Umleitventil, bei- spielsweise 3-Wegeventil, Stempelventil, in Gestalt eines Magnet-, pneumatischen oder manuell bedienbaren Ventils, bewirkt werden. Die Position des Ventils innerhalb der Vor- richtung, ggf. innerhalb der Kombination aus Vorrichtung und Dialysekopf, mu lediglich die Voraussetzung erfüllen, da das Öffnen/Schlie en des Ventils an dem nach dem Ver- binden der Vorrichtung mit dem Bioreaktor au erhalb des Bioreaktors liegenden Teils der Vorrichtung bzw. allgemein von au erhalb des Reaktors bewerkstelligt werden kann. Die Abriegelung innerhalb der Vorrichtung kann allerdings auch innerhalb des in den Reaktor ragenden Teils der Vorrichtung erfolgen.

Die Zulauf- und Rücklaufkanäle bzw. -leitungen der Vor- richtung werden am hinteren Ende der Analyseneinheit mit geeigneten Leitungen, bspw. Gummi- oder Kunststoffschläu- chen, verbunden. Diese können der Zufuhr von Flüssigkeiten, insbesondere Pufferlösungen, und der Ableitung der Proben,

beispielsweise zu zusätzlichen Analysevorrichtungen, dienen. Soll eine Probe nicht bzw. nicht vollständig dem Biosensor zugeführt werden, sondern insgesamt oder teil- weise direkt zu einem au erhalb der erfindungsgemä en Vorrichtung vorliegenden Analysegerät (z.B. Massenspektro- meter oder Flie injektionsanalyse) geleitet werden, kann dies über zusätzliche Leitungen bzw. Ableitungen und ent- sprechende Ventile innerhalb des au erhalb des Reaktor vor- liegenden Teils der Vorrichtung erreicht werden.

Im allgemeinen wird die für die Dialyse und/oder Filtration erforderliche Pufferlösung geeigneter Zusammensetzung über die Zuführungsleitungen in die Zulaufkanäle gespeist und von dort zum vorderen Ende der Probenahmeeinheit geführt.

Über Dialyse bzw. Filtration werden die in dem zu analy- sierenden Medium vorliegenden dialysierbaren bzw. filtrier- baren Stoffe in dem Pufferstrom aufgenommen und anschlies- send über die Rückführkanäle und -leitungen zu der Analy- seneinheit transportiert. Parallel hierzu kann der Puffer- strom auch direkt zu einem au erhalb der Vorrichtung vor- liegenden Analysator geleitet werden. Die Strömungsge- schwindigkeit des Pufferstroms kann so reguliert werden, da sich die zu bestimmenden Substanzen beiderseits der Membran bzw. des Filters im Gleichgewicht befinden.

Des weiteren kann die Analyseneinheit der Vorrichtung durch eine Temperaturvorrichtung ergänzt sein, um Temperaturver- änderungen zu kompensieren und hierdurch bedingten fehler- haften Me ergebnissen entgegenwirken zu können. Die Tempe- raturregulierung kann beispielsweise durch eine Kühl spule oder Mantelkühlung bewirkt werden.

Darüber hinaus kann die Vorrichtung durch eine zwischen die Entnahme- und Analyseneinheit geschaltete Ultraschallein- heit für Zellaufschlüsse ergänzt werden. Diese ermöglicht

die Analyse von intrazellulären Stoffen, wie Enzymen und anderen aus den Zellen nicht herausgeschleusten Substanzen.

Um die mit der zu analysierenden Flüssigkeit innerhalb des Reaktors in Kontakt stehende Oberfläche der Vorrichtung zu vergrö ern und auf diese Weise beispielsweise die Konzen- tration der Probe erhöhen zu können, kann die Analysenein- heit durch eine bewegliche, vorzugsweise aufklappbare Um- mantelung ergänzt werden. Eine solche teilweise oder voll- ständige Ummantelung des vorderen Endes der Probenahmeein- heit bzw. des Dialysekopfes kann beispielsweise fächer- förmig bzw. (halb)schalenförmig ausgestaltet sein. Während des Einführens der Vorrichtung durch die Reaktorwand liegt die Ummantelung eng an dem vorderen Ende der Probenahmeein- heit bzw. des Dialysekopfes an und kann anschlie end durch eine au erhalb des Reaktors vorliegende Vorrichtung zum Aus- und Zuklappen gebracht werden. Hierdurch erfüllt die Ummantelung im geschlossenen Zustand gleichzeitig eine Schutzfunktion für die empfindliche Membran bzw. Filter.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung, insbesondere die eine oder mehrere Biosensoreinheiten, an eine Rechnereinheit angeschlossen, die eine kontinuierliche Prozeuüberwachung und -steuerung ermöglicht. Zusätzlich können die gewonnenen Analysendaten mittels Ferndatenüber- tragung weitergegeben werden, wodurch eine on-line-Über- wachung und -steuerung des Prozesses möglich wird. Hierbei kommt der besondere Vorteil der erfindungsgemä en Vor- richtung, nämlich eine Echtzeitmessung ohne die üblichen Verzögerungen zwischen Probenahme und Analyse, besonders zum tragen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die von mehreren Biosensoren generierten Signale unmittelbar zu einer Rechnereinheit übertragen und in komplexer Form auf- gezeichnet und ausgewertet.

Die erfindungsgemä e Kombinationssonde ermöglicht die Bestimmung und Analyse sämtlicher Stoffe, die durch Dialyse und/oder Filtration aus dem Medium abgetrennt werden kön- nen. Hieraus ergibt sich ein besonders breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Die Möglichkeit, neben gelösten Stoffen (z.B. Glucose, Nitrate, Ammoniak, Phosphate, Schwermetalle, Gase wie Stickstoff, Kohlensäure, Cyanide) auch nicht gelöste Stoffe (z.B. Proteine, Enzyme, Anti- körper) effizient analysieren zu können, eröffnet einen vielfältigen Einsatz beispielsweise in Brauereien und Bren- nereien (z.B. zur Bestimmmung von Zucker, Alkohol, Kohlen- dioxid etc.), in der Umweltbiotechnologie (Abwasser- und Abgasreinigung, Wasseraufbereitung, Biogas- und Kläran- lagen), Verfahren der Nahrungsmittelherstellung (Hefepro- duktion, Käse, Molkereiprodukte), Gewinnung von Pharmaka, Carbonsäuren, Lösungsmitteln, Proteinen, Enyzmen, Amino- säuren, in der Fischzucht und dem Gewässerschutz, in petro- chemischen und allgemein in chemischen Prozessen. Insgesamt kann die erfindungsgemä e Vorrichtung, in sämtlichen Pro- zessen eingesetzt werden, in denen dialysierbare und/oder filtrierbare Stoffe nachgewiesen werden sollen, wobei die Vorrichtung besonders für Prozesse mit hohen Anforderungen an sterile Proze bedingungen geeignet ist, wie beispiels- weise Verfahren zur Kultivierung von Säugerzellen für die Produktion hochwertiger pharmazeutischer Wirkstoffe und die Wirkstoffproduktion mit rekombinanten Zellen.

Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeich- nungen zeigt Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemä en Vorrichtung, Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemä en Vorrichtung.

In der Figur 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsge- mäusen Kombinationssonde dargestellt, die eine Probenahme- einheit (3), mit einem Dialysekopf (2), und eine im einge- bauten Zustand au erhalb des Bioreaktors liegende Analysen- einheit (8), einschlie lich Biosensoreinheit (9) umfa t.

Die Vorrichtung kann über ein Schraubgewinde (4) an dem Bioreaktor befestigt werden. Der Dialysekopf (2) umfa t eine Membran (1), die über den Randbereich und einen Teil des Dialysekopfes herumgelegt ist und mit Hilfe eines Gummiringes an dem Dialysekopf festgehalten wird. In den Dialysekopf (2) sind im Abstand voneinander ein Zulaufkanal (6a) und ein Rücklaufkanal (7a) eingearbeitet, über die die für die Dialyse erforderliche Pufferlösung zugeführt bzw.

abgeführt wird. Diese Kanäle (6a, 7a) sind mit den sich durch die Probenahmeeinheit (3) zur Analyseneinheit (8) erstreckenden Zuführ- und Rückführkanälen (6, 7) verbunden.

Die Pufferlösung wird über die Zuführungskanäle (6, 6a) zur Dialysemembran geführt und über die Rückführkanäle (7, 7a) in die Analyseneinheit abgezogen. In dieser Ausführungsform bildet sich unter der Membran (1) ein Pufferraum, der über die genannten Zuführ- und Rückführkanäle mit der Analysen- einheit (8) bzw. der von der Analyseneinheit umfa ten Bio- sensoreinheit (9) in Verbindung steht. Das äu ere Ende der Vorrichtung wird durch einen die Analyseneinheit abschlies- senden Schraubverschlu (10) gebildet, der einen festen und dichten Zusammenbau der Vorrichtung sicherstellt. Die Ana- lyseneinheit ist mit einem über der Biosensoreinheit lie- genden Deckel (11) ausgestattet, der den einfachen Einsatz eines Biosensors, beispielsweise in Form eines Chips oder eines anderen Biosensorbausteins, ermöglicht. Die Möglich- keit, die Vorrichtung zusammen mit dem Bioreaktor zu steri- lisieren, wird durch eine durch ein Absperrventil (5) be- wirkte in-situ-Brücke gewährleistet.

Fig. 2 zeigt die schematische Ansicht einer zweiten

Ausführungsform der erfindungsgemä en Kombinationssonde, in der die Probenahmeeinheit (3) neben einer Dialysemembran (1) einen Tiefenfilter (13) umfa t. Zusätzlich wird der Kopf der Probenahmeeinheit, umfassend die Membran (1) und den Tiefenfilter (13), durch ein Schutzgitter (12) ge- schützt. In dieser Ausführungsform wird eine Pufferlösung über die Zuführleitung (6) zu der Dialysemembran (1) ge- führt und über die Rückführleitung (7) zu der Analysen- einheit (8) geleitet. Durch entsprechende Einstellung eines 3-Wegeventils (17) kann die Pufferlösung der Biosensorein- heit (9) zugeführt oder über eine Rückführleitung (16) direkt zu einem au erhalb der Vorrichtung vorliegenden Analysengerät geleitet werden. Die Biosensoreineinheit ist über eine Leitung (15) mit einer Rechnereinheit verbunden.

Der Tiefenfilter (13) ist mit der Biosensoreineinheit über einen Kanal (14) verbunden, durch den das Filtrat von der Probenahmeeinheit zur Analyseneinheit geleitet wird.

Während der Sterilisationsbehandlung wird das Innere des Bioreaktors mit Hilfe von die Zuführ- und Rückführkanäle abriegelnden Ventilen (5a,b,c) nach au en abgeschlossen und auf diese Weise eine in-situ-Brücke bewirkt.