Die Erfindung betrifft eine Begasungsvorrichtung für einen Schütteikolben .

Im Stand der Technik ist es bekannt, Kultivierungen mit

Schüttelkolben in Schüttel-Inkubatoren unter vorgegebenen Bedingungen, wie einer bestimmten Temperatur und

Feuchtigkeit, sowie einer definierten Gasatmosphäre

durchzuführen. Die Adolf Kühner AG Dinkelbergstr . 1, 4127 BIRSFELDEN (Basel), Schweiz, stellt u.a. unter der

Bezeichnung ISF1-X einen derartigen Schüttel-Inkubator her.

Eine Begasung mit verschiedenen Gasen oder Gasgemischen ist insbesondere bei der automatisierten Erfassung von

Prozessparametern mikrobieller, biochemischer, enzymatischer und chemischer Reaktionen von Kulturen sowie pflanzlicher, tierischer und humaner Zellen in Schüttelkolben erforderlich, die bis zum Abschluss der Reaktion unterbrechungslos

geschüttelt werden. Als Parameter der Kulturen werden

beispielsweise die Sauerstoff-Transferrate (OTR) und die Kohlendioxid-Transferrate (CTR) erfasst und daraus die

Parameter Respirationsquotient (RQ) und maximale spezifische Wachstumsrate (y _max ) abgeleitet.

Die Schüttelkolben weisen zur Begasung in dem Inkubator jeweils eine Verschlusskappe mit einer einen Mantel

begrenzenden Decke auf, in der ein Gasdurchgang angeordnet ist. Unterhalb des Gasdurchgangs befindet sich an der

Innenseite der Decke ein Sterilfilter. Durch den Durchgang hindurch wird die Kultur innerhalb des Schüttelkolbens begast. Die Begasung erfolgt üblicherweise mittels eines Gemisches aus Kohlendioxid und Luft. Die Kultivierung

innerhalb des Inkubators erfordert die Aufrechterhaltung der Temperatur, Feuchtigkeit und Zusammensetzung der definierten Gasatmosphäre innerhalb des Inkubators. Wird während der Kultivierung der Inkubator geöffnet, kann sich die

Temperatur, Feuchtigkeit und Zusammensetzung der

Gasatmosphäre innerhalb des Inkubators und infolgedessen innerhalb der begasten Schüttelkolben ändern.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Begasungsvorrichtung für einen Schüttelkolben für den Betrieb in einem Inkubator zu

schaffen, die eine Begasung der Kultur innerhalb des

Schüttelkolbens unabhängig von der Zusammensetzung und

Feuchtigkeit der Gasatmosphäre innerhalb des Inkubators ermöglicht .

Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem Gedanken, jeden Schüttelkolben über eine lösbar mit der Verschlusskappe verbundene, einfach handhabbare Begasungsklammer individuell und unabhängig von der Feuchtigkeit und Zusammensetzung der Gasatmosphäre in dem Inkubator zu begasen. Im Einzelnen wird die Aufgabe durch eine Begasungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Entkopplung der Begasung in jedem Schüttelkolben erfolgt mittels einer lösbar mit der Verschlusskappe des

Schüttelkolbens verbundenen Begasungsklammer mit mindestens zwei elastischen Klemmbacken und einem die Klemmbacken miteinander verbindenden Steg, wobei die Klemmbacken auf den Mantel der Verschlusskappe eine Klemmkraft ausüben. Die Klammer lässt sich unproblematisch auf die Verschlusskappe aufsetzen und wird durch die elastischen Klemmbacken sicher gehalten. Der Steg der Begasungsklammer verfügt über eine Ausnehmung an seiner Innenseite, wobei die Ausnehmung bei korrekt aufgesetzter Begasungsklammer oberhalb des

Gasdurchgangs in der Verschlusskappe angeordnet ist. Zusammen mit dem Sterilfilter bildet die gegen die Verschlusskappe abgedichtete Ausnehmung einen Gasraum. Mittels eines

Einlasses zur Zufuhr von Gas in die Ausnehmung und einem Auslass für das Austreten von Gas aus der Ausnehmung kann oberhalb des Sterilfilters in dem Gasraum eine individuelle Gasatmosphäre für die Begasung der Kultur in den jeweiligen Schüttelkolben erzeugt werden.

Über den Einlass zur Zufuhr von Gas wird der Schüttelkolben mit einer Gasversorgung, vorzugsweise einer Gasmischbatterie, verbunden. Die Gasmischbatterie ist mit mehreren Gasquellen für unterschiedliche Gase verbunden. Bei den Gasquellen handelt es sich beispielsweise um Druckgasflaschen für Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff. Um die Feuchtigkeit des Gases beziehungsweise des Gasgemisches in dem

Schüttelkolben einzustellen, ist vorzugsweise in die Leitung zwischen dem Einlass des Schüttelkolbens und der

Gasmischbatterie eine Waschflasche eingeschaltet. Das von der Gasmischbatterie zugeführte Gas oder Gasgemisch wird mittels eines Tauchrohres gezwungen, durch eine Flüssigkeit in der Gaswaschflasche zu perlen, bevor es den Behälter wieder verlässt und über den Einlass in die Ausnehmung in der

Begasungsklammer eingeleitet wird.

Wird bei der parallelen Kultivierung mehrerer Kulturen in einem Inkubator einer der Schüttelkolben aus dem Inkubator entnommen, hat dies auf die Begasung der Kulturen in den übrigen Schüttelkolben nahezu keinen Einfluss. Zwar ändert sich bei der Türöffnung des Inkubators die Temperatur

geringfügig, jedoch hat diese geringe Temperaturänderung keinen Einfluss auf die Kulturen in den übrigen

Schütteikolben .

Es gibt auch Kultivierungen, die in einer Gasatmosphäre mit geringem Sauerstoffgehalt, beispielsweise 5%, durchgeführt werden müssen. Derartige Kultivierungen lassen sich mit der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung vorteilhaft

kultivieren, weil der beim Öffnen des Inkubators ansonsten zwangsläufig eintretende Anstieg der Sauerstoffkonzentration auf die Werte der Umgebungsluft vermieden werden kann. Zur Aufrechterhaltung der Gasatmosphäre in einem zu entnehmenden Schüttelkolben ist dessen Ein- und Auslass mit einem

Absperrventil verschließbar. Die Aufrechterhaltung niedriger Sauerstoffkonzentrationen ist beispielsweise bei der

Kultivierung von Stammzellen oder von mikroaerophilen

Mikroorganismen erforderlich.

Indem die Feuchtigkeit der Gasatmosphäre in jedem individuell begasten Schüttelkolben mittels einer Waschflasche

eingestellt wird, kann die Luftfeuchte im Innenraum des

Inkubators geringer sein. Die geringere Feuchtigkeit in dem Innenraum des Inkubators erhöht dessen Lebensdauer.

Eine gute Abdichtung des Innenraums des Schüttelkolbens gegen die umgebende Atmosphäre sowie eine sichere Befestigung der Verschlusskappe an den Schüttelkolben wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass die

Verschlusskappe als Schraubverschluss ausgebildet ist. Der Schraubverschluss ermöglicht zugleich eine einfache

Befestigung eines kreisförmigen Sterilfilters, der entlang seines Umfangsrandes zwischen dem oberen Rand des Halses des Schüttelkolbens und der Innenseite der Decke der

Verschlusskappe eingeklemmt wird. Diese Befestigung bewirkt zugleich die Abdichtung des Sterilfilters gegen die

Innenseite der Decke der Verschlusskappe.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innenseite der Verschlusskappe eine Halterung zur Aufnahme des Sterilfilters angeordnet. Vorzugsweise umgibt die

Halterung den Gasdurchgang ringförmig und nimmt den

Sterilfilter an seinem Umfangsrand bündig auf. Hierdurch wird der Sterilfilter nicht nur an der Innenseite der Decke der Verschlusskappe unterhalb des Gasdurchgangs befestigt, sondern zugleich gegen die Innenseite der Decke abgedichtet. Die sich von der Innenseite der Decke in die Verschlusskappe hinein erstreckende Halterung kann beim Spritzgießen der Verschlusskappe in einem Arbeitsgang hergestellt werden.

Eine ebenfalls im Wege des Spritzgießens einfach herstellbare und zudem gut handhabbare Begasungsklammer weist zwei diametral gegenüberliegende Klemmbacken auf.

Wenn die Krümmung der Klemmbacken an die Krümmung des üblicherweise kreiszylindrischen Mantels der Verschlusskappe angepasst ist, kann die Begasungsklammer in beliebiger

Drehlage zur Längsmittelachse der Verschlusskappe aufgesetzt und gegenüber der Verschlusskappe verdreht werden. Dies erlaubt eine Ausrichtung des Ein- und Auslasses der

Begasungsklammer unter Berücksichtigung der räumlichen Verhältnisse in dem Inkubator sowie der Gasversorgungs- Leitungen .

Um ein Abrutschen der Begasungsklammer von der

Verschlusskappe zu verhindern und zugleich eine Vorspannung zwischen dem Steg der Begasungsklammer und der Decke der Verschlusskappe bei moderaten Klemmkräften auf den Mantel der Verschlusskappe zu erzeugen, weist jede Klemmbacke

vorzugsweise eine Rastnase auf, die einen öffnungsseitigen Rand der Verschlusskappe hintergreift. Die Vorspannung ist erforderlich, um eine hinreichende Abdichtung der Ausnehmung der Begasungsklammer gegen die Außenseite der Verschlusskappe sicherzustellen .

Wenn die Ausnehmung den Gasdurchgang vollständig überdeckt, wird der Gasaustausch durch den Gasdurchgang in der

Verschlusskappe verbessert. Ein ebener Rand, der die

Ausnehmung vollständig umgibt, kann die Ausnehmung gegen die Außenseite wirksam abdichten.

Eine nochmals verbesserte Gasdichtigkeit wird dadurch

erreicht, dass als Abdichtung der Ausnehmung gegen die

Außenseite der Decke der Verschlusskappe ein die Ausnehmung umgebender O-Ring zwischen der Decke und dem Steg der

Begasungsklammer angeordnet ist. Der O-Ring ist vorzugsweise in eine umlaufende Nut an der Innenseite des Stegs

eingelassen. Die Nut wird vorzugsweise in einen ebenen Rand eingelassen, der die Ausnehmung vollständig umgibt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die

Ausnehmung und der Gasdurchgang fluchtend zu der

Längsmittelachse der Verschlusskappe angeordnet. Sofern sowohl die Ausnehmung als auch der Gasdurchgang im Querschnitt kreisförmig sind, wird durch die Ausrichtung an der Längsmittelachse ein rotationssymmetrischer Gasraum geschaffen, in dem sich ein gleichmäßiges Mikroklima oberhalb des Sterilfilters ausbildet.

Zur weiteren Vergleichmäßigung des Mikroklimas trägt eine Anordnung des Ein- und Auslasses diametral zur

Längsmittelachse der Verschlusskappe bei. Der Ein- und

Auslass sind insbesondere als hohlzylindrische Durchgänge ausgebildet, die in der Ausnehmung münden. Die Zylinderachsen der Durchgänge verlaufen parallel zur Längsmittelachse in einem möglichst großen Abstand.

Nachfolgend wir die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert .

Es zeigen

Fig. 1A eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel

einer erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung,

Fig. 1B einen Schnitt entlang der Linie A-A

nach Fig. la,

Fig. IC einen Schnitt entlang der Linie B-B nach Fig. la,

Fig. ID einen Schnitt entlang der Linie C-C nach Fig. la,

Fig. 2A eine Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Begasungs _V orrichtung,

Fig. 2B einen Schnitt entlang der Linie B-B nach Fig. 2a, Fig. 2C einen Schnitt entlang der Linie C-C nach Fig. 2a sowie

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Schüttei-

Inkubators mit mehreren Schüttelkolben, die mit erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtungen ausgerüstet sind .

Die Begasungsvorrichtung für einen Schüttelkolben (1) umfasst eine hohlzylindrische, als Schraubverschluss ausgebildete Verschlusskappe (2) mit einer Decke (2.1), einer der Decke (2.1) gegenüberliegenden unteren Öffnung (2.2) sowie einem sich zwischen der Decke (2.1) und der unteren Öffnung (2.2) erstreckenden Mantel (2.3) . In der Decke (2.1) ist ein in den Figuren 1B und IC erkennbarer Gasdurchgang (2.4) konzentrisch zur Längsmittelachse (2.5) der Verschlusskappe (2)

angeordnet. Der Gasdurchgang (2.4) weist radiale und

ringförmig verlaufende Aussteifungen auf, die einteilig mit der Verschlusskappe (2) als Spritzgussteil hergestellt werden .

An der Innenseite der Verschlusskappe (2) ist eine ringförmig den Gasdurchgang (2.4) umgebende Halterung (2.6) an die

Innenseite der Verschlusskappe (2) angespritzt, die einen Sterilfilter (3) bündig aufnimmt. Die angespritzte Halterung (2.6) dichtet den Sterilfilter zugleich gegen die Innenseite der Decke (2.1) der Verschlusskappe (2) ab.

Mit der Verschlusskappe (2) ist eine Begasungsklammer (4) lösbar verbunden. Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine

Verschlusskappe (2), die korrekt mit der Begasungsklammer (4) verbunden ist. Die Begasungsklammer (2) weist zwei diametral gegenüberliegende, elastische Klemmbacken (4.1, 4.2) und einen die beiden Klemmbacken miteinander verbindenden Steg

(4.3) auf, wobei die Klemmbacken (4.1, 4.2) auf den Mantel

(2.3) der Verschlusskappe (2) eine Klemmkraft (F _K) ausüben.

Der Steg (4.3) weist eine der Außenseite der Decke (2.1) der Verschlusskappe (2) zugewandte Innenseite auf. An der

Innenseite des Stegs (4.3) befindet sich eine Ausnehmung

(4.4) oberhalb des Gasdurchgangs (2.4). Wie insbesondere aus Figur IC in Verbindung mit Figur 1B erkennbar, überdeckt die Ausnehmung (4.4) den Gasdurchgang (2.4) vollständig. Ein ebener Rand (4.5) umgibt die Ausnehmung (4.4) vollständig, wobei der ebene Rand (4.5) in Längsrichtung des Steges (4.3) geradlinig, wie aus Figur 1B erkennbar, und im

Übergangsbereich zu den Klemmbacken (4.1, 4.2) gekrümmt verläuft. Der ebene Rand (4.5) liegt bündig an der ebenen Außenseite der Decke (2.1) der Verschlusskappe (2) an und bewirkt dadurch eine Abdichtung der Ausnehmung (4.4) gegen die Verschlusskappe (2) .

In die Ausnehmung (4.4) der Begasungsklammer (4) münden zwei zylindrische Durchgänge, wobei einer der beiden Durchgänge einen Einlass (4.6) zur Zufuhr von Gas in die Ausnehmung

(4.4) und der andere Durchgang ein Auslass für das Austreten von Gas aus der Ausnehmung (4.4) bildet.

Wie insbesondere aus der Aufsicht nach Figur 1A erkennbar, ist die Krümmung der Klemmbacken (4.1, 4.2) an die Krümmung des im Querschnitt kreiszylindrischen Mantels (2.3) der Verschlusskappe (2) angepasst. Beide Klemmbacken (4.1, 4.2) sind an ihren unteren, freien Enden nach außen abgewinkelt. Im Bereich der Abwinkelung weist jede Klemmbacke (4.1, 4.2) eine Rastnase (4.8) auf, die den Rand an der unteren Öffnung

(2.2) der Verschlusskappe (2) hintergreift.

Die Begasungsvorrichtung nach Figur 2 entspricht im Aufbau der Begasungsvorrichtung nach Figur 1. Übereinstimmende

Bauteile sind daher mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Unterschiede ergeben sich jedoch hinsichtlich der Form der Ausnehmung (4.4) sowie deren Abdichtung gegen die Außenseite der Decke (2.1) der Verschlusskappe (2) . Die

Ausnehmung (4.4) weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, der von einem ebenen, ringförmig die Ausnehmung (4.4) umgebenden Rand (4.5) vollständig umgeben wird. In den ebenen Rand ist eine ringförmig umlaufende Nut (4.9) in den Steg

(4.3) eingelassen. Die Nut (4.9) nimmt einen O-Ring (4.10) auf, der die Ausnehmung (4.4) gegen die Außenseite der Decke (2.1) abdichtet.

Um den Abstand zwischen den den Einlass (4.6) und den Auslass (4.7) bildenden Durchgängen zu der Längsmittelachse (2.5) der Verschlusskappe (2) so groß wie möglich zu wählen, münden die Durchgänge in den sich konisch vom Grund der Ausnehmung erweiternden Seitenwänden der Ausnehmung (4.4).

Figur 3 zeigt einen Schüttel-Inkubator (5) mit einem

Innenraum (5.1), in dem auf einem Schüttler (5.2) vier

Schüttelkolben (1) fixiert sind, die mit einer

erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung umfassend eine

Verschlusskappe (2) sowie eine Begasungsklammer (4)

ausgestattet sind. Die Einlässe (4.6) der vier Schüttelkolben (1) sind über lediglich schematisch dargestellte

Schlauchleitungen (5.3) mit einem Gasverteiler und - _W äscher (5.4) gasleitend verbunden. Der Gasverteiler und - _W äscher (5.4) ist über eine Gaszuführleitung (5.5) mit einer

Gasmischbatterie (5.6) verbunden, die das Gas aus mehreren Gasquellen (5.7) für unterschiedliche Gase beziehungsweise Gasgemische, wie beispielsweise Luft, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid entsprechend der für die Begasung benötigten Gasatmosphäre vermischt. Derartige Gasmischmodule (5.6) sind an sich bekannt und werden beispielsweise von der Adolf

Kühner AG, Dinkelbergstrasse 1, CH-4127 Birsfelden (Basel) unter der Bezeichnung FlowCon 2/3/4 angeboten (vgl. Kühner shaker, FlowCon 2/3/4 Stand-alone gas mixing device,

https : //www . kühner . com/de/produkte/anwendungstechnologien/gas -mixing/flowcon-234.html, heruntergeladen am 30.11.2018).

Die Gasmischstation (5.6) sowie die Gasquellen (5.7) sind außerhalb des Schüttel-Inkubators (5) angeordnet, lediglich die Gaszuführleitung (5.5) durchsetzt die Wand des Schüttel- Inkubators (5) . Das Gas beziehungsweise das Gasgemisch gelangt über die Gaszuführleitung (5.5) zu dem Gasverteiler und - _W äscher (5.4) . Dieser verteilt das Gas unabhängig von der Gasatmosphäre in dem Innenraum (5.1) des Schüttel- Inkubators (5) über die Leitungen (5.3) zu den

Begasungsvorrichtungen der einzelnen Schüttelkolben (1).

In dem Gasraum oberhalb des Sterilfilters (3) der

Begasungsvorrichtung jedes Schüttelkolbens (1) bildet sich ein Mikroklima aus, was die zugeführte Gaszusammensetzung und die durch den Gasverteiler und - _W äscher (5.4) eingestellte Feuchtigkeit aufweist. Unter der Wirkung dieses Mikroklimas erfolgt die Kultivierung der Kulturmedien (1.1) in den

Schüttelkolben (1) . Wird nun ein Schüttelkolben (1) dem

Schüttel-Inkubator (5) entnommen, hat diese Entnahme praktisch keinen Einfluss auf die parallelen Kultivierungen. Die geringfügige Abnahme der Temperatur in dem Innenraum (5.1) durch das Öffnen der Inkubator-Tür wirkt sich auf die Kultivierung der Kulturmedien (1.1) in den verbleibenden Schüttelkolben (1) praktisch nicht aus. Durch die besonders einfach handhabbare und von den Verschlusskappen (2) lösbare Begasungsklammer (4) kann auf einfache Art und Weise jeder Schüttelkolben mit einer erfindungsgemäßen

Begasungsvorrichtung versehen werden.

Sofern nach dem Trennen der erfindungsgemäßen

Begasungsvorrichtung von der Leitung (5.3) für die

Kultivierung die Gasatmosphäre in dem Schüttelkolben (1) aufrechterhalten werden soll, kann in einer nicht

dargestellten Ausführungsform der Erfindung sowohl der Ein ais auch der Auslass (4.6, 4.7) jeweils mit einem

Absperrventil versehen sein.

Hierzu können manuell betätigbare Absperrventile oder

Quetschventile an Schlauchleitungen vorgesehen sein, die mit dem Ein- beziehungsweise Auslass in Verbindung stehen.

Bezugszeichenliste