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Title:
METHOD AND DEVICE FOR THE METERED ADDITION OF FLUIDS INTO REACTION VESSELS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/101479
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a metering system (105) for the metered addition of at least one fluid (31, 31') at a certain first metering rate (DR1) from at least one reservoir (30) into one or more reaction vessels (2, 2'), comprising at least one metering device (87, 87', 54), means for determining a first pressure (p1) downstream of the metering device (87, 87', 54) and means for determining a second pressure (p2) upstream of the metering device, a device for pressurization (46), wherein the device is suitable for pressurizing the fluid in the reservoir (30) at the second pressure (p2), a control device (99), wherein the control device (99) is suitable for setting at least one control value (SW) for the metering device (87, 87', 54) on the basis of a pressure differential between the second pressure (p2) and the first pressure (p1) and the determined first metering rate (DR1), and metering rate determination means (135, 136), wherein the metering rate determination means (135, 136) are suitable for measuring a second metering rate (DR2), and the control device (99) is suitable for adjusting the at least one control value (SW) on the basis of a differential between the first determined metering rate (DR1) and the second measured metering rate (DR2).

Inventors:
BERGER, Stefan (Kreuzgraben 16, Burgdorf, CH-3400, CH)
MÄCHLER, Andreas (Badweg 8, Moosseedorf, CH-3302, CH)
SCHNETZ, Christine (Geissfluhstrasse 3, Solothurn, CH-4500, CH)
SCHÄR, Manfred (Gotthelfstrasse 52, Burgdorf, CH-3400, CH)
BIRCHER, Fritz (Wiesenweg 9, Madiswil, CH-4934, CH)
HASLEBACHER, Philipp (Unterlinden, Wasen, CH-3457, CH)
Application Number:
EP2011/052545
Publication Date:
August 25, 2011
Filing Date:
February 21, 2011
Export Citation:
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Assignee:
RESEACHEM GMBH (Pestalozzistrasse 16, Burgdorf, CH-3400, CH)
BERGER, Stefan (Kreuzgraben 16, Burgdorf, CH-3400, CH)
MÄCHLER, Andreas (Badweg 8, Moosseedorf, CH-3302, CH)
SCHNETZ, Christine (Geissfluhstrasse 3, Solothurn, CH-4500, CH)
SCHÄR, Manfred (Gotthelfstrasse 52, Burgdorf, CH-3400, CH)
BIRCHER, Fritz (Wiesenweg 9, Madiswil, CH-4934, CH)
HASLEBACHER, Philipp (Unterlinden, Wasen, CH-3457, CH)
International Classes:
B01L3/02; B01J4/00; B01J19/00; G01N35/10
Attorney, Agent or Firm:
Rentsch & Partner (Fraumünsterstrasse 9, P.O. Box 2441, Zürich, CH-8022, CH)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Dosiersystem ( 1 05) zum Dosieren von mindestens einem Fluid (31 , 31 ' ) mit einer bestimmten ersten Dosierrate (DRl ) von mindestens einem Vorratsbehälter (30) in ein oder mehrere Reaktionsgefässe (2, 2 ' ), gekennzeichnet durch mindestens eine Dosiervorrichtung (87, 87', 54), Mittel zur Bestimmung eines ersten Drucks (pl ) nach der Dosiervorrichtung (87, 87', 54) und Mittel zur Bestimmung eines zweiten Drucks (p2) vor der Dosiervorrichtung, eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung (46), wobei die Vorrichtung dazu geeignet ist, das Fluid im Vorratsbehälter (30) mit dem zweiten Druck (p2) zu beaufschlagen, und eine Steuerungsvorrichtung (99), wobei die Steuerungsvorrichtung (99) dazu geeignet ist, basierend auf einem Differenzdruck zwischen dem zweiten Druck (p2) und dem ersten Druck (pl ) und der bestimmten ersten Dosierrate (DRl ) mindestens ein Stel lwert (SW) für die Dosiervorrichtung (87, 87', 54) festzulegen, und Dosierratenbe- stimmungsmittel (1 35, 1 36), wobei die Dosierratenbestimmungsmittel (1 35, 1 36) dazu geeignet sind, eine zweite Dosierrate (DR2) zu messen, und die Steuerungsvorrichtung (99) dazu geeignet ist, basierend auf einer Differenz zwischen der ersten bestimmten Dosierrate (DRl ) und der zweiten gemessenen Dosierrate (DR2) den mindestens einen Stel lwert (SW) nachzuregeln.

2. Dosiersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierratenbestimmungsmittel (1 35, 1 36), vorzugsweise Wiegemittel (1 35) , besonders bevorzugt eine Präzisionswaage umfassen.

3. Dosiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wiegemittel (1 35) geeignet ist die zweite gemessene Dosierrate (DR2) zu messen, indem eine Massendifferenz des Fluids im Vorratsbehälter (30, 30') innerhalb eines bestimmten Messinterval ls bestimmt wird.

4. Dosiersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierratenbestimmungsmittel (1 35, 1 36) einen Durchfl usssensor (1 36) um- fasst, wobei der Durchflusssensor (1 36) in einer Transferleitung (32, 32') zwischen dem mindestens einen Vorratsbehälter (30, 30') und der Dosiervorrichtung (87, 87') angeordnet ist und dazu geeignet ist, die zweite gemessene Dosierrate (DR2) zu ermitteln.

5. Dosiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Durchfl usssensor um einen Single-Use Durchflusssensor handelt.

6. Dosiersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bestimmung eines zweiten Drucks (p2) einen Drucksensor (1 25) um- fasst.

7. Dosiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (1 25) in die Dosiervorrichtung (87, 87', 54) integriert ist.

8. Dosiersystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (1 25) einen Bypass (1 26) umfasst.

9. Dosiersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (1 25) einen ersten Strömungsquerschnitt (Ql ) und der Bypass einen zweiten Strömungsquerschnitt (Q2) aufweist, wobei der Strömungsquerschnitt (Q2) des Bypass grösser ist als der Strömungsquerschnitt (Q l ) des Drucksensors.

10. Dosiersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (96) zur Entnahme von Proben aus dem Reaktionsgefäss (2, 2') vorgesehen ist.

1 1 . Verfahren zur Dosierung eines Fluids mit einer bestimmten ersten Dosierrate (DRl ) aus einem Vorratsbehälter (30) in ein Reaktionsgefäss (2, 2') mit einer Dosiervorrichtung (87, 87', 54), die dazu geeignet ist, einzelne Tropfen des Fl uids zu erzeugen, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein zweiter Druck (p2) vor der Dosiervorrichtung (87, 87', 54) und ein erster Druck (pl ) nach der Dosiervorrichtung (87, 87', 54) erfasst wird und aus der Differenz zwischen dem zweiten Druck (p2) und dem ersten Druck (pl ) ein Differenzdruck (p2-pl ) gebildet wird, und aus dem Differenzdruck (p2-pl ) und der bestimmten ersten Dosierrate (DR1 ) mindestens ein Stel lwert (SW) für die Dosiervorrichtung (87, 87') bestimmt wird, wobei der mindestens eine Stellwert (SW) die Öffnungsdauer und/oder die Frequenz der Dosiervorrichtung (87, 87', 54) umfasst, und durch Dosierratenbestim- mungsmittel (1 35, 1 36) eine zweite Dosierrate (DR2) gemessen wird; und basierend auf einer Differenz zwischen der ersten bestimmten Dosierrate (DR1 ) und der zweiten gemessenen Dosierrate (DR2) der mindestens eine Stellwert (SW) nachgeregelt wird.

1 2. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungsvorrichtung (99) die Öffnungsdauer und/oder die Frequenz der Dosiervorrichtung (87, 87') derart steuert, dass die zweite gemessene Dosierrate (DR2) der ersten bestimmten Dosierrate (DR1 ) entspricht.

1 3. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierratenbestim- mungsmittel (1 35, 1 36) mindestens ein Wiegemittel (1 35) umfassen, wobei das mindestens eine Wiegemittel (1 35) unter oder über einem oder mehreren Vorratsbehältern (30) angeordnet ist und einen Cewichtswert des Fluids im Vorratsbehälter (30) bestimmt, wobei die Änderung des Cewichtswerts innerhalb eines bestimmten Messintervalls der zweiten gemessenen Dosierrate (DR2) entspricht.

14. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierratenbestim- mungsmittel (1 35, 1 36) mindestens einen Durchfl usssensor (1 36) umfassen, wobei der Durchfl usssensor (1 36) die zweite gemessene Dosierrate (DR2) bestimmt.

1 5. Verfahren nach Anspruch 1 1 bis 1 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosiersystem gemäss Anspruch 1 bis 9 eingesetzt wird.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Zudosierung von Fluiden in Reaktionsgefässe Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur präzisen und sterilen Zudosierung von Flüssigkeiten und Gasen in Reaktionsgefässe.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind viele Lösungsansätze zur Dosierung von Flüssigkeiten und Gasen bekannt, welche jedoch im speziel len nicht die Bedürfnisse in der Biotechnologie befriedigen. Im Folgenden ist der Stand der Technik an ausgesuchten Beispielen wiedergegeben.

Al lgemein bekannt zur präzisen automatisierten Dosierung kleiner Mengen von Flüssigkeiten sind Schlauchquetschpumpen, druckluftbetriebene Dosiersysteme, motorgetriebene Spritzen und Büretten sowie Roboter-Pipettier-Anlagen.

Die DE 1 0 2006 030 068 AI offenbart eine Vorrichtung zur Zu- und Abfuhr von Fluiden in geschüttelten Mi kroreaktoren-Arrays. Angewendet werden Standard-Mi krotiterplatten, wobei zu den Reaktoren ein oder mehrere Fl uidkanäle führen, welche zur Prozesskontrolle individuell gesteuert und geregelt werden können. Die zu- oder abgeführten Flüssigkeitsmengen werden während eines kontinuierlichen Schüttelvorgangs in das Vol umen der Reaktionsflüssigkeit ein- oder abgeleitet. Für die Steuerung der Fluide in den Kanälen und für die tropfenweise Zufuhr der Fl uide in geschlossene Mikroreaktoren Arrays werden neben Formgedächnislegierungen auch Piezokristalle vorgeschlagen. Nachteil ig an diesen vorgeschlagenen Lösungen ist, dass diese Dosiersysteme nicht in einem Autoklaven steril isierbar sind. Piezokristalle sind aufgrund der mangelnden Temperaturbeständigkeit und der Empfindl ichkeit gegenüber feuchtem Mi lieu nicht autoklavierbar. Ähnl iches gilt für formveränderbare Polymere, die leicht verspröden.

In DE 603 02 477 T2 ist ein System zur Präzisionsausgabe von Flüssigkeiten beschrieben. Die Flüssigkeit befindet sich in einem Behälter, der mit einer PI D-geregelten Luftpumpe auf kon- stant 34.5 kPa Überdruck gepumpt wird. Schnei Ischalt-Magnetventi le werden mit einer Nadelimpuls-Haltespannung für die Dauer der Dosierzeit geöffnet. Der Benutzer legt den Dosiervolumenstrom fest, aus dem das Steuersystem die erforderliche Venti löffnungszeit mit Hi lfe einer hinterlegten Abgleichtabelle bestimmt. Nachteil ig an dieser Lösung ist, dass dieses Dosierkonzept für eine Pipettier-Roboter-Anlage konzipiert ist. Pipettier-Roboter sind teure Anlagen, die für ihren Betrieb entsprechend viel Platz sowie eine aufwendige Infrastruktur benötigen. Die Steri lität kann nur in einer voluminösen Laminarflow-Kabine gewährleistet werden, der Betrieb auf einem Schütteltisch ist aus mechanischen Gründen nicht mögl ich.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dosiereinheit zur Verfügung zu stellen, welche die erwähnten und andere Nachteile nicht aufweist. Insbesondere sol l eine Dosiereinheit eine platzsparende Bauweise aufweisen. Ausserdem soll die Dosiereinheit steril isierbar sein z.B. in einem Autoklaven und eine hohe Dosiergenauigkeit aufweisen.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Dosiereinheit zur Verfügung zu stel len, mit welcher sehr kleine Tropfenvol umina über längere Zeiträume einzeln dosiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Dosiereinheit und ein Dosiersystem sowie durch ein Dosierverfahren gemäss den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vortei lhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Darstellung der Erfindung

Eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung zur Einbringung eines Fl uids in ein Reaktionsgefäss umfasst ein Verschlusselement zum Abschl iessen des Reaktionsgefässes, mindestens einen Tropfenerzeuger, der im Verschl usselement angeordnet ist, und eine Zuleitung, welche zur Zufuhr des Fluid zum mindestens einem Tropfenerzeuger dient. Der Tropfenerzeuger weist eine Düse zur Abgabe des Fluids in das Reaktionsgefäss und ein Ventil auf, wobei das Venti l im geschlossenen Zustand die Düse von der Zuleitung abtrennt und wobei der Tropfenerzeuger geeignet ist, einzelne Tropfen des Fluids zu erzeugen.

In einer bevorzugten Ausführung ist das Venti l des Tropfenerzeugers elektromagnetisch betätigbar. Geeignet ist beispielsweise ein Venti l, wie es in der WO 2008/083509 beschrieben ist. Die Offenbarung dieses Dokuments bi ldet einen integralen Bestandtei l dieser Beschreibung.

Beim Öffnen des Ventils strömt Fl uid in die Düse ein, welches beim Schl iessen als einzelner Tropfen mit einem definierten Fluidvolumen mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse austritt. Auf diese Weise können sehr kleine Tropfenvolumina hoch präzise in das Reaktionsgefäss dosiert werden. Mit der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung ist neben der Dosierung von wäss- rigen Lösungen auch die Dosierung von Flüssigkeiten wie Säuren, Laugen, Lösungsmitteln und Flüssigkeiten mit erhöhter Viskosität mögl ich, und auch die Dosierung von Gas. Mit der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung können Fluide bis zu 1 50 m Pa -s dosiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung Fluid in mehrere Reaktionsgefässe dosieren, beispielweise Nährlösung in die einzelnen Reaktoren einer Multiwell-Bioreaktorplatte. Die Reaktionsgefässe werden durch ein Verschl usselement steril abgeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist pro Reaktionsgefäss ein Verschlusselement vorgesehen und mindestens ein Tropfenerzeuger.

Eine erfindungsgemässe Mehrfach-Dosiervorrichtung weist mehrere erfindungsgemässe Dosiervorrichtungen auf, wobei die Dosiervorrichtungen auf einer Rasterplatte angeordnet sind. Diese Rasterplatte entspricht der Anordnung der Bioreaktoren auf der Multiwell-Bioreaktorplatte.

Weiter kann eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung über eine Entlüftungsvorrichtung verfügen, welche geeignet ist, einen Überdruck aus dem Reaktionsgefäss abzuleiten.

Ebenfal ls vorgesehen sein kann eine Vorrichtung zum Messen des Drucks im Reaktionsgefäss, welche vorzugsweise am Verschlusselement angeordnet ist, und/oder eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus dem Reaktionsgefäss. Im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik, ist es mit der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung möglich, über sehr lange Zeiträume, beispielsweise zwei Wochen, sehr kleine Mengen mit sehr kleiner Frequenz zu dosieren, beispielsweise ein Tropfen ä 1 00 nl pro Tag, ohne dass es zu Einbussen hinsichtl ich der Genauigkeit der Dosierung kommt. Durch die erfin- dungsgemässe Dosiervorrichtung wird zudem ein Austrocknen oder ein Verkleben des Tropfenerzeugers verhindert. Ebenfalls möglich sind längere Dosierstopps, beispielsweise über mehrere Wochen.

Vortei lhaft an der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung ist zudem, dass bei jeder Dosierung Kavitationsblasen erzeugt werden, welche als Steril barriere funktionieren.

Die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung ist so konzipiert, dass sie mehrfach verwendbar ist und mehrfach steri lisierbar ist. Die Material ien, welche für die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung verwendet werden, sind mehrmals auf 1 50 °C erhitzbar, beispielsweise geschl iffenes Glas für die Venti le, Metal le, keramische Material ien und wärmeresistente Kunststoffe.

In einer anderen vorteil haften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dosiervorrichtung für den Einmalgebrauch vorgesehen.

Ein erfindungsgemässes Dosiersystem zum Dosieren von mindestens einem Fl uid in ein oder mehrere Reaktionsgefässe umfasst mindestens eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung eines oder mehrerer Vorratsbehälter für das mindestens eine Fluid, mindestens eine Zuleitung für den Transport des mindestens einen Fluids vom mindestens einen Vorratsbehälter zu mindestens einen Dosiervorrichtung, eine Vorrichtung zum Messen des Drucks im Reaktionsgefäss und eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist dazu geeignet, die mindestens eine Dosiervorrichtung und die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung zu steuern.

Vortei lhaft an einem erfindungsgemässen Dosiersystem ist, dass pro Reaktionsgefäss mindestens ein Fluid zugeführt werden kann. Je nach Anforderungen können auf diese Weise eine beliebige Anzahl von Fluiden einer bel iebigen Anzahl von Reaktionsgefässen zugeführt werden. Durch die Prozessregeleinheit kann die Zufuhr der Fl uide selektiv und individuell gesteuert werden. Des Weiteren kann das erfindungsgemässe Dosiersystem für jedes einzelne Fl uid kali briert werden.

Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Dosierung eines Fluids mit einer bestimmten Viskosität und Temperatur in ein Reaktionsgefäss umfasst folgende Schritte: Messen eines Drucks pl im Reaktionsgefäss, Messen eines Drucks p2 in der Zuleitung, Öffnen eines Ventils zwischen der Zuleitung und einer Düse während einer bestimmten Zeitdauer. Beim Öffnen der Düse tritt das Fluid als einzelner Tropfen aus. Die Zeitdauer zwischen dem Öffnen und dem Schliessen des Venti ls ist dabei so gewählt, dass in Abhängigkeit der Viskosität und der Temperatur des Fluids sowie der positiven Druckdifferenz (p2 - pl ) zwischen dem Druck in der Zuleitung p2 und dem Druck im Reaktionsgefäss pl , ein bestimmtes Tropfenvolumen erhalten wird. Auf diesem Wege werden während eines bestimmten Zeitraums eine bestimmte Anzahl einzelner Tropfen erzeugt und so ein bestimmtes zudosiertes Gesamtvolumen erzielt.

In einer vortei lhaften Variante des Verfahrens werden während eines bestimmten Zeitraums eine bestimmte Anzahl einzelner Tropfen erzeugt, um ein bestimmtes Gesamtvolumen des zudosierten Fluids zu erzielen, bzw. einen bestimmten Vol umenstrom.

Zum Beispiel können mit einer Frequenz von 1 s "1 Tropfen ä 1 00 nl zudosiert werden, was einem Volumenstrom von 6 μΙ/min entspricht bzw. 360 μΙ/h. Wird alle 1 0 s dosiert, reduziert sich der Vol umenstrom entsprechend, auf 36 μΙ/h.

Durch das erfindungsgemässe Dosierverfahren wird die erzielte Dosiergenauigkeit im Vergleich zu herkömml ich eingesetzten Dosierverfahren mittels Schlauchquetschpumpe erheblich verbessert. Das erfindungsgemässe Verfahren ist zur Dosierung in Kleinstreaktoren (z.B. Fassungsvolumen 1 00 μΙ) sowie in Reaktoren mit einem Fassungsvolumen von beispielsweise 1 000 I vorgesehen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist zudem unabhängig von Änderungen des Atmosphärendrucks und kurzfristigen Druckfluktuationen in den Reaktionsgefässen.

Vortei lhaft wird ein erfindungsgemässes Dosierverfahren mit einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung und/oder einem erfindungsgemässen Dosiersystem durchgeführt.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens legt beispielsweise ein Kultivierungsprogramm eine bestimmte erste Dosierrate (Soll-Wert) für die Dosierung des Fl uids fest. Die bestimmte erste Dosierrate kann beispielsweise als lineare oder exponentiel le Feed- Strategie im Kultivierungsprogramm hinterlegt werden. Eine Steuerungsvorrichtung berechnet ausgehend von der im Kultivierungsprogramm für das Fluid festgelegten bestimmten ersten Dosierrate und dem mit einem Drucksensor gemessenen ersten Druck pl in einem Kopfraum eines Reaktionsgefässes und einem festgelegten erforderl ichen Differentialdruck von 0.05 + 0.001 Pa über der Dosiervorrichtung den Differentialdruck-Stel lwert für einen elektropneuma- tischen Druckregler. Aufgrund der resultierenden Druckdifferenz (p2-pl ) zwischen dem Fl u- iddruck p2 vor der Dosiervorrichtung, welcher vom Messwert eines Drucksensors herleitbar ist, und dem gemessenen Innendruck pl , nach der Dosiervorrichtung im Reaktionsgefäss, wird dann der Stellwert für die Dosiervorrichtung berechnet. In einer ersten Stufe wird der Differentialdruck-Stellwert (p2-pl ) in einer Ausgangsstufe in ein elektrisches Sol lwertsignal umgewandelt und an einen elektro-pneumatischen Druckregler übermittelt, um so die Druckdifferenz in einem bestimmten engen Band zu halten. In einer zweiten Stufe wird dann in einem Ventiltreiber ein speziel les elektrisches Puls-Frequenz-Signal umgewandelt und an die Dosiervorrichtung geleitet, wo ein Ventil angesteuert wird. Die Pulsbreite bestimmt die Öffnungsdauer des Ventils, und damit in Abhängigkeit von Druckdifferenz (p2-pl ), sowie der Viskosität, Dichte und Temperatur des Fl uids, das Vol umen eines einzelnen Tropfens. Die Frequenz des Steuersignals regelt die Anzahl Tropfen pro Zeiteinheit, und damit die bestimmte erste Dosierrate.

Zur Steigerung der Genauigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt auch die Ermittlung einer zweiten gemessenen Dosierrate (Ist-Wert) durch Dosierratenbestimmungsmittel, vorzugsweise Wiegemittel oder Durchflusssensoren. Beim Wiegemittel 1 35 handelt es sich um eine Präzisionswaage, die beispielsweise unter einem oder mehreren Vorratsbehältern positioniert wird, vorzugsweise ist pro Vorratsbehälter ein Wiegemittel vorgesehen. In weiteren Ausführungsformen handelt es sich bei den Wiegemitteln um Hängewaagen oder Waagen mit Unterfl ur-Wageeinrichtung. Bei diesen Ausführungsformen befindet sich der Vorratsbehälter unter dem Wiegemittel. Er ist beispielsweise unter dem Wiegemittel eingehängt.

Mit H ilfe der Präzisionswaage wird innerhalb eines bestimmten Messintervalls die Gewichtsänderung des Fl uids im Vorratsbehälter erfasst und daraus die zweite Dosierrate bestimmt. Dann erfolgt der Vergleich der ersten Dosierrate mit der zweiten Dosierrate. Stimmt die von der Steuerungsvorrichtung berechnete Dosierrate nicht mit der vom Dosierratenbestimmungsmittel gemessenen Dosierrate überein, erfolgt eine Anpassung der Stellwerte durch die Steuerungsvorrichtung, beispielsweise der Frequenz und der Öffnungszeit der Dosiervorrichtung, sodass die zweite gemessene Dosierrate (Ist-Wert) der ersten bestimmten Dosierrate (Soll-Wert) entspricht.

Das Dosiersystem zum Dosieren von mindestens einem Fluid mit einer bestimmten ersten Dosierrate von mindestens einem Vorratsbehälter in ein oder mehrere Reaktionsgefässe umfasst mindestens eine Dosiervorrichtung, ein Mittel zur Bestimmung eines ersten Drucks nach der Dosiervorrichtung und ein Mittel zur Bestimmung eines zweiten Drucks vor der Dosiervorrichtung, eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung, wobei die Vorrichtung dazu geeignet ist, das Fluid im Vorratsbehälter mit dem zweiten Druck zu beaufschlagen. Weiters umfasst das erfin- dungsgemässe Dosiersystem eine Steuerungsvorrichtung, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu geeignet ist, basierend auf einem Differenzdruck zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck und der bestimmten ersten Dosierrate mindestens einen Stellwert für die Dosiervorrichtung festzulegen. Weiters umfasst das erfindungsgemässe Dosiersystem ein Dosierratenbestimmungsmittel, wobei die Dosierratenbestimmungsmittel dazu geeignet sind eine zweite Dosierrate zu messen, und die Steuerungsvorrichtung dazu geeignet ist, basierend auf einer Differenz zwischen der ersten von der Steuerungsvorrichtung bestimmten Dosierrate und der zweiten mit dem Dosierratenbestimmungsmittel gemessenen Dosierrate den mindestens einen Stel lwert nachzuregeln. In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems umfassen die Dosi erraten be- stimmungsmittel Wiegemittel, vorzugsweise eine Präzisionswaage. Das mindestens eine Wiegemittel ist geeignet die zweite gemessene Dosierrate zu messen, indem eine Massendifferenz des Fl uids im Vorratsbehälter innerhalb eines bestimmten Messinterval ls bestimmt wird.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystem ist das Dosierraten- bestimmungsmittel ein Durchfl usssensor, wobei der Durchfl usssensor in einer Transferleitung zwischen dem mindestens einen Vorratsbehälter und der Dosiervorrichtung angeordnet ist und dazu geeignet ist, die zweite gemessene Dosierrate zu ermitteln. Beim Durchflusssensor handelt es sich beispielsweise um einen Single-Use Durchflusssensor.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems umfasst das Mittel zur Bestimmung des zweiten Drucks einen Drucksensor, beispielsweise um einen Single-Use Durchfl usssensor.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems ist der Drucksensor in die Dosiervorrichtung integriert.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems umfasst der Drucksensor einen Bypass, wobei der Drucksensor einen ersten Strömungsquerschnitt und der Bypass einen zweiten Strömungsquerschnitt aufweist und der zweite Strömungsquerschnitt des Bypass grösser ist als der ersten Strömungsquerschnitt des Drucksensors.

Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Dosierung eines Fluids mit einer bestimmten ersten Dosierrate aus einem Vorratsbehälter in ein Reaktionsgefäss mit einer Dosiervorrichtung, die dazu geeignet ist, einzelne Tropfen des Fluids zu erzeugen, wird ein zweiter Druck vor der Dosiervorrichtung und ein erster Druck nach der Dosiervorrichtung erfasst. Aus der Differenz zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck wird ein Differenzdruck gebildet. Aus dem Differenzdruck sowie der von der Steuervorrichtung bestimmten ersten Dosierrate wird mindestens ein Stellwert für die Dosiervorrichtung bestimmt, wobei der mindestens eine Stel lwert die Öffnungsdauer und/oder die Frequenz der Dosiervorrichtung umfasst. Durch Dosi erraten be- stimmungsmittel wird eine zweite Dosierrate gemessen, wobei basierend auf einer Differenz zwischen der ersten bestimmten Dosierrate und der zweiten gemessenen Dosierrate der mindestens eine Stellwert nachgeregelt wird.

In einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsvariante umfasst das Verfahren eine Steuerungsvorrichtung, die Öffnungsdauer und/oder die Frequenz der Dosiervorrichtung derart steuert, sodass die zweite gemessene Dosierrate (Ist-Wert) der ersten von der Steuervorrichtung bestimmten Dosierrate (Soll-Wert) entspricht.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird als Dosierratenbestimmungsmittel mindestens ein Wiegemittel eingesetzt, wobei das mindestens eine Wiegemittel unter oder über einem oder mehreren Vorratsbehältern angeordnet ist. Das Dosierratenbestimmungsmittel bestimmt einen Cewichtswert des Fluids im Vorratsbehälter, wobei die Änderung des Cewichtswerts innerhalb eines bestimmten Messintervalls der zweiten gemessenen Dosierrate entspricht.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird als Dosierratenbestimmungsmittel mindestens ein Durchfl usssensor eingesetzt, wobei der Durchfl usssensor die zweiten gemessenen Dosierrate bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein erfin- dungsgemässes Dosiersystem eingesetzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele zeigen, wird die Erfindung im Folgenden erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung, montiert auf einem Reaktionsgefäss. zeigt eine schematische Schnittdarstell ung durch den Tropfenerzeuger einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung, wobei (a) das Ventil geöffnet ist und Fluid durch die Zuleitung strömt, und (b) wobei das Ventil geschlossen ist. zeigt einen Querschnitt durch eine mögl iche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung zur Verwendung mit autoklavierbaren Bioreaktoren. zeigt einen Querschnitt durch eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung zur Verwendung mit einem kleinen Bioreaktor. zeigt eine Aufsicht auf eine 24er- ultiwellplatte. zeigt einen Querschnitt durch einen einzelnen Bioreaktor. zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemässen Dosiersystems. zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Dosiersystems mit einem gemeinsamen Vorratsbehälter und mehreren erfindungsgemässen Dosiervorrichtungen. zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Dosiersystems mit einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung mit mehreren Vorratsbehältern und mit mehreren Tropfenerzeugern. zeigt ein erfindungsgemässes Dosiersystem mit einer zusätzlichen Druckkammer zur Verwendung von flexiblen Beuteln als Vorratsbehälter. zeigt einen Querschnitt durch eine mögl iche Ausführungsform eines Drucktanks eines erfindungsgemässen Dosiersystems. zeigt ein erfindungsgemässes Dosiersystem mit einer zusätzl ichen Vorrichtung zur Probenentnahme. Figur 1 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Bioreaktor- ultiwel lplatte, auf welche eine erfind ungsgemässe ehrfach-Dosiervorrichtung montiert ist.

Figur 14 zeigt einen Querschnitt durch die Mehrfach-Dosiervorrichtung und die Reaktorplatte aus Figur 1 3.

Figur 1 5 zeigt ein Detai l aus Figur 14.

Figur 1 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Bioreaktor-Multiwel lplatte, auf welche eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Mehrfach-Dosiervorrichtung montiert ist.

Figur 1 7 zeigt einen Querschnitt durch die Mehrfach-Dosiervorrichtung und die Reaktorplatte aus Figur 1 6.

Figur 1 8 zeigt ein Detai l aus Figur 1 7.

Figur 1 9 zeigt eine Seitenansicht der Montagevorrichtung für die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung (nicht dargestel lt).

Figur 20 zeigt eine perspektivische Ansicht der Montagevorrichtung von oben mit der Dosiervorrichtung aufgesetzt auf eine Mehrzahl von Reaktionsgefässen.

Figur 21 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems mit einem Drucksensor und einem Bypass.

Figur 22 zeigt eine Schnittdarstell ung des Drucksensors und des Bypasses angeschlossen am

Tropfenerzeuger.

Figur 23 zeigt eine Schnittdarstel lung eines Adapters zur Dosierung von Kleinstmengen

Figur 24 zeigt eine mögl iche Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems mit

Durchfl usssensor, Drucksensor und Bypass. Figur 25 zeigt eine mögl iche Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems mit Wiegemittel, Drucksensor und Bypass.

Figur 26 zeigt eine mögl iche Ausführungsform des erfindungsgemässen Dosiersystems mit

Wiegemittel, Durchfl usssensor, Drucksensor und Bypass.

Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 87. Ein Reaktionsgefäss 2 wird nach oben durch ein Verschlusselement 89 der Dosiervorrichtung 87 dicht abgeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Verschlusselement 89 der Tropfenerzeuger 33 angeordnet. Der Tropfenerzeuger 33 wird über die Zuleitung 91 mit Fl uid 31 gespeist. Durch Öffnen und Schliessen eines Venti ls (nicht dargestel lt) wird das Fluid als einzelne Tropfen 37 in das Reaktionsgefäss 2 eingebracht wird. Der Druck im Reaktionsgefäss 2 wird über eine Vorrichtung zum Messen des Drucks 39 erfasst. Überdruck, der im Reaktionsgefäss 2 entsteht, wird über die Entlüftungsvorrichtung 38 abgeleitet.

Der Tropfenerzeuger 33 einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 87 umfasst ein Venti l 35, eine Düse 36 und eine Zuleitung 91 , über die das Fl uid 31 gespeist wird. Figur 2(a) zeigt schematisch den Tropfenerzeuger 33 einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung, mit geöffneten Venti l 35. Im gezeigten vortei lhaften Beispiel umfasst das Venti l 35 eine Ventil kugel 35 ' und einen Ventilsitz 35 " . Im geöffneten Zustand des Ventils 35 umströmt das Fluid 31 die Venti lkugel und tritt in die Düse 36 ein. In dieser wird das Fluid beschleunigt.

Wird nun das Venti l 35 geschlossen, wie in Figur 2(b) dargestel lt, drückt die Ventil kugel gegen die Innenwand 1 1 9 beziehungsweise Ventilsitz 35 " . Die Düse 36 ist von der Zuleitung 91 abgetrennt und es kann kein weiteres Fl uid 31 nachströmen. Das bereits in der Düse 36 befindliche Fl uidvolumen verlässt die Düse, und bi ldet einen Tropfen 37, welcher mit hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel zwischen 2 und 1 0 m/s, vom Tropfenerzeuger 33 Richtung Innen- räum des Reaktionsgefässes 2 wegfl iegt. Eine Einzeldosis des Fluids wurde nun also in das Re- aktionsgefäss 2 zudosiert. Dieser Vorgang kann nach Bedarf wiederholt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Venti l 35 elektromagnetisch betätigt, wodurch das Venti l flexibel mit einem gepulsten Signal angesteuert werden kann, um eine Tropfensequenz mit der gewünschten Frequenz und den gewünschten Tropfenvol umina zu erreichen.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine mögl iche Ausführungsform einer erfindungsgemäs- sen Dosiervorrichtung 87, welche speziel l geeignet ist zur Verwendung mit autoklavierbaren Bioreaktoren. Die Dosiervorrichtung wird mit einem Aussengewinde 79 des Abschl usselements 89 in eine freie Portbohrung der Portplatte eines Bioreaktors (nicht dargestel lt) eingeschraubt. Ein O-Ring 80 stellt eine druckfeste, sterile Abdichtung zwischen Portplatte und Abschlusselement sicher. In der Mitte des Abschl usselements 89 ist der Tropfenerzeuger mit Venti l 35 und Düse 36 angeordnet. Ein Cewindering 67 ist steril auf den Crundkörper des Ventils 35 aufgeklebt. Der verwendete Klebstoff ist FDA konform und autoklavierbar. Das Ventil 35 wird dann bis zum Anschlag in das Abschlusselement 89 eingeschraubt. Ein O-Ring dichtet die Verbindung zwischen Ventil und Einsatz steri l ab. Von oben her sichert ein Niederhalter 82 mit Federelement 81 die Spule 63 spielfrei. Die Spule ist drehbar eingespannt, damit die Anschlussdrähte der Spule nach Bedarf ausgerichtet werden können Ein Schlauchanschluss 75 erlaubt die Kopplung der Zuleitung 91 an eine Transferleitung 32.

Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 87 ist in Figur 4 dargestel lt. Diese Variante ist besonders geeignet für einzelne kleine Bioreaktoren. Die Dosiervorrichtung 87 wird mit dem Gewinde 72 in eine freie Portbohrung der Portplatte des Bioreaktors (nicht dargestellt) eingeschraubt. Ein Dichtring 69 dichtet die Verbindung zwischen Dosiervorrichtung 87 und Portplatte steri l ab. In der Mitte des Abschlusselements ist der Tropfenerzeuger 33 mit Ventil 35 und Düse 36 angeordnet. Ein Cewindering 67 ist steri l auf den Crundkörper des Venti ls 35 aufgeklebt. Der verwendete Klebstoff ist FDA konform und autoklavierbar. Das Ventil 35 wird dann bis zum Anschlag 71 in das Abschlusselement 89 einge- schraubt, und ein O-Ring 68 dichtet die Verbindung zwischen Ventil und Einsatz steril ab. Auf diese Einheit wird der Spulenkörper 63 auf die Zuleitung 91 des Tropfenerzeugers aufgeschoben, und durch ein Einschnapptei l 73, 76 formschl üssig gehalten. Der Schnappverbinder ist vortei lhaft so gestaltet ist, dass Spule 63 und Spulenhalter 73 drehbar sind, damit die Anschlussdrähte 78 der Spule nach Bedarf ausgerichtet werden können. Ein Anschl uss 75 der Zuleitung 91 dient der Verbindung mit einer Transferleitung 32.

Eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung kann für verschiedene Reaktionsgefässe verwendet werden, beispielsweise für ultiwel l-Platten, wie sie für chemische, biochemische und mi krobiologische Untersuchungen verwendet werden. Figur 5 zeigt beispielhaft eine Aufsicht auf eine handelsübl iche, dem SBS Standard entsprechende Multiwell-Bioreaktorplatte 1 mit dem Format 1 28x86 mm, auf welcher insgesamt 24 Rea ktionsgefässe 2, welche im vorliegenden Fall Bioreaktoren genannt werden, mit 5 bis 50 ml Reaktorvolumen und entsprechend empfohlenem Kulturvolumen aufgebaut sind. Mit einer solchen Multiwel l-Bioreaktorplatte 1 können bis zu 24 mi krobiologische Prozesse paral lel gefahren werden.

Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch ein einzelnes Reaktionsgefäss am Beispiel eines einzelnen Bioreaktor 2. Der Bioreaktor ist mit einer Steri ldichtung 3 nach aussen hin steril abgeschlossen. Im Bioreaktor 2 ist Kulturmedi um 7 bis zum Fl üssigkeitsniveau 6 eingefüllt. Der Kopfraum 5 des Innenraums über der Kulturmedi um 7 wird über einen Steri lfi lter 4 gegen den Atmosphärendruck hin entlüftet.

Im gezeigten Beispiel wird die Reaktortemperatur wird mit einem Temperatursensor 9 gemessen, welcher mittels eines Wärmeleiters 8 an den Reaktorboden angekoppelt ist. Die Reaktortemperatur kann mit einer Heizung 20 erhöht werden, welche mittels eines Wärmeleiters 1 9 an den Reaktorboden angekoppelt ist.

Dem Reaktionsgefäss 2 können CCh-Gas 1 2 zur Senkung des pH-Werts, GvGas oder Luft 1 3 zur Erhöhung des DO-Werts und N H 3 -Gas 1 4 zur Erhöhung des pH-Werts zugeführt werden. Die Gase werden über ein Dichtelement 1 5 und eine steri le semipermeable Membrane 1 6 in das Kulturmedium 7 eingebracht und steigen als Casblasen 21 in den Kopfraum 5 des Bioreaktors auf. Im Reaktionsgefäss 2 ist zur Messung des pHs ein pH-Sensor angeordnet, in Form eines pH- empfindlichen Materials 1 0 und einem darauf gerichteten optischen Sensor 1 1 , welcher den notwendigen Messwert zur Bestimmung des pH-Werts im Kulturmedium 7 l iefert. Zur Messung des Sauerstoffgehalts im Reaktionsgefäss 2 ist ein Sauerstoff-empfindliches Material 1 7 eingelassen, auf welches wiederum ein optischer Sensor 1 8 gerichtet ist, der den notwendigen Messwert zur Bestimmung des DO (dissolved oxygen)-Werts im Kulturmedium 7 ermittelt.

Eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung 87 als Tei l eines erfindungsgemässen Dosiersystems 1 05 ist in Figur 7 schematisch dargestellt. Auf einem Reaktionsgefäss 2 ist eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung 87 angeordnet. Ein Verschlusselement 89 der Dosiervorrichtung 87 schliesst das Reaktionsgefäss gegenüber der Umgebung dicht ab. Der Bioreaktor 2 wird mit einem Orbitalschüttler 41 (nur symbolhaft dargestellt) mit einem Orbitaldurchmesser von beispielsweise 5 mm und einer Frequenz von 0 bis 1 000 min "1 geschüttelt um eine gute Durchmischung des Kulturmediums 7 sicherzustel len, und gleichzeitig eine schnel le Untermischung des eingebrachten Fl uids 31 zu erreichen. Ein solches beizumischendes Fl uid 31 kann zum Beispiel ein Feed-Fluid für die Mikroorganismen im Kulturmedi um 7 des Bioreaktors sein. Im Bioreaktor 2 kann durch die biotechnologischen Prozesse ein Überdruck entstehen, welcher über einen Steri lfi lter-Entl üfter 38 an die Atmosphäre abgegeben wird. Im gezeigten Beispiel ist der Steri lfi lter-Entlüfter 38 am Verschl usselement 89 angebracht.

Die Dosiervorrichtung 87 weist einen Tropfenerzeuger 33 auf, mit einer Zuleitung 91 für das Fluid 31 , einem Ventil 35 und einer nachgeschalteten Düse 36. In der Zuleitung kann wie im gezeigten Beispiel ein Parti kelfilter 34 angeordnet sein, beispielsweise mit einer Siebgrösse von 1 7 μιτι. Das Fl uid wird über eine geeignete Transferleitung 32 von einem Vorratsbehälter 30 zur Zuleitung des Tropfenerzeugers 33 gefördert, mittels eines Überdrucks im Vorratsbehälter 30. Das Fluid 31 in der Zuleitung steht gegenüber dem Reaktionsgefäss unter Überdruck. Die Düse 36 kann beispielsweise einen Durchmesser von 0.1 5 mm aufweisen. Der Tropfenerzeuger 33 dosiert das Fl uid 31 zu einzelnen Tropfen 37, mit einem definierten Vol umen von 1 00 nl bis 1 00 μΙ. Durch schnel les Öffnen und Schliessen des elektromagnetisch betätigbaren Ventils 35 gelangt eine definierte Menge des Fluids 31 in die Düse und verlässt diese als einzelner Tropfen 37. Aufgrund der hohen Beschleunigung des Fl uids in der Düse hat der Tropfen 37 im Freifl ug eine Geschwindigkeit von 2 bis 1 0 m/s. Diese Geschwindigkeit ist wesentlich höher als die Orbitalgeschwindigkeit, so dass das geschüttelte fl üssige Kulturmedium 7 während der Fl ugphase als statisch aufgefasst werden kann. Der Tropfen 37 durchquert den Kopfraum 5 und trifft auf die Oberfläche 6 des Kulturmedium 7 auf. Dort vermischt es sich anschliessend mit dem Kulturmedium 7. Durch wiederholtes Öffnen des Venti ls 35 kann der Tropfenerzeuger 33 eine genau bestimmte Anzahl Tropfen 37 erzeugen, und so ein grösseres Dosiervol umen erreichen und/oder die Dosiergeschwindigkeit steuern.

Wenn der Druck pl im Reaktor 2 gegenüber dem Aussendruck einen bestimmten Wert überschreitet, wird dieser Überdruck über die Entl üftungsvorrichtung 38 abgeführt. Der durchschnittliche Druck im Reaktionsgefäss 2 ist somit im Wesentlichen konstant. Um die Genauigkeit der einzelnen Tropfenvolumen und damit die Dosiergenauigkeit zu verbessern, wird der Druck pl im Kopfraum 5 der Reaktionsgefässes 2 mit einem Drucksensor 39 gemessen und an den Prozessregler 43 einer Steuerungsvorrichtung 99 eines erfindungsgemässen Dosiersystems 1 05 übermittelt. Das Dosiersystem 1 05 weist zudem eine Vorrichtung 46 zur Druckbeaufschlagung der Vorratsbehälters 30 auf. Diese Vorrichtung 46, welche durch die Prozessregeleinheit 43 gesteuert wird, erlaubt es, den Druck p2 im Inneren des Vorratsbehälters 30 in einer bestimmten Bandbreite zu regeln.

In der dargestel lten Variante weist die Vorrichtung 46 eine Druckl uftquelle 22 mit trockener, ölfreier Druckl uft und mit einem Systemdruck von 0.2 ... 0.7 MPa auf. Die Druckl uftquelle 22 ist an eine Wartungseinheit 23 angeschlossen, welche die Druckl uft filtert und den Druck auf 0.2 MPa reduziert. Ein nachgeschalteter Mikrofilter 24, beispielsweise mit einer Siebgrösse von 0.3 μιη, entfernt Parti kel aus der Druckl uft. Ein elektropneumatischer Druckregler 25, welcher durch die Prozessregeleinheit 43 ansteuerbar ist, reduziert den Luftdruck weiter und regelt den Druck auf den gewünschten Wert im Bereich von 0.005 bis 0.1 MPa auf +0.001 MPa genau. Der resultierende Druck wird mit einem Drucksensor 25a gemessen und an die Prozessregeleinheit 43 übermittelt. Mit einem 3/2 -Wege-Absperrventil 26 wird die Druckl uft nach Bedarf in das nachgeschaltete System zugeschaltet oder dieses drucklos geschaltet. Ein Manometer 27 zeigt einem Benutzer zur visuel len Kontrolle den Druck im System an. Eine Schnell kuppl ung 28 bildet die Schnittstelle von der Druckversorgungseinheit 46 zum nachgeschalteten System. Die Druckluft wird über ein Steri lfi lter 29 in den Vorratsbehälter 30 eingebracht. Der resultierende Druck p2 im Vorratsbehälter trei bt das Feed-Fluid 31 über eine geeignete Transferleitung 32, beispielsweise einem sterilen Schlauch 32, zur Zuleitung des Tropfenerzeugers 33 der erfindungs- gemässen Dosiervorrichtung 87.

Ein Kultivierungsprogramm 42 legt unter anderem die Sollwerte für die Dosierung des Fluids 31 fest. Die Sollwerte können beispielsweise als lineare oder exponentiel le Feed-Strategien im Kultivierungsprogramm 42 hinterlegt werden. Der Prozessregler 43 berechnet ausgehend von dem im Kultivierungsprogramm 42 für das Fluid 31 festgelegten Vol umenstrom-Sol lwert und dem mit dem Drucksensor 39 gemessenen Druck pl im Kopfraum 5 und einem festgelegten erforderl ichen Differentialdruck von 0.05 + 0.001 MPa über dem Tropfenerzeuger 33 den Differentialdruck-Stel lwert für den elektropneumatischen Druckregler 25. Aufgrund der resultierenden Druckdifferenz (p2-pl ) zwischen dem Fl uiddruck p2 vor dem Venti l 35, welcher vom Messwert des Drucksensors 25a herleitbar ist, und dem gemessenen Innendruck pl im Reaktor 2 wird dann der Stel lwert für den Tropfenerzeuger 33 berechnet. In einer ersten Stufe wird der Differentialdruck-Stel lwert (p2-pl ) in der Ausgangsstufe 45 in ein elektrisches Sol lwertsignal umgewandelt und an den elektro-pneumatischen Druckregler 25 übermittelt, um so die Druckdifferenz in einem bestimmten engen Band zu halten. In einer zweiten Stufe wird dann im Venti ltrei ber 44 ein speziel les elektrisches Puls-Frequenz-Signal umgewandelt und an den Tropfenerzeuger 33 geleitet, wo es das Venti l 35 ansteuert. Die Pulsbreite bestimmt die Öffnungsdauer des Ventils 35, und damit in Abhängigkeit von Druckdifferenz (p2-pl ), sowie der Viskosität, Dichte und Temperatur des Fluids das Vol umen eines einzelnen Tropfens 37. Die Frequenz die Steuersignals regelt die Anzahl Tropfen pro Zeiteinheit, und damit die Dosiergeschwindigkeit. Durch Berücksichtung der Theologischen Eigenschaften des Fluids kann die Dosiergenauigkeit über einen breiten Temperaturbereich von 1 5 bis 50 °C unabhängig gemacht werden.

Beispiel 1 : Der erforderl iche Differentialdruck beträgt 0.05 MPa. Der mit dem Drucksensor 39 gemessene Überdruck im Kopfraum 5 beträgt 0.02 MPa. Der Differentialdruck-Stellwert für den elektropneumatischen Druckregler 25 beträgt 0.07 MPa ist gleich dem Differentialdruck von 0.05 MPa plus dem Überdruck (Innendruck pl abzüglich Atmosphärendruck) im Kopfraum 5 von 0.02 MPa. Statische Druckabfäl le beispielsweise über den Sterilfilter 29 werden hier vorzugsweise mitberücksichtigt.

Beispiel 2: Der Vol umenstrom für das Feed-Fluid 31 soll 1 ml/h betragen. Die Dosiereinheit 33 erzeugt bei einer Pulsbreite von 1 0Ό00 μ$ Dauer einen Tropfen 37 mit einem Volumen von 1 000 nl. Der Venti ltrei ber 44 muss demzufolge al le 3.6 s einen Puls erzeugen.

Vorzugsweise kann die Prozessregeleinheit 43 weitere relevante Messwerte X im Bioreaktor verwerten, wie zum Beispiel Temperatur T, pH, DO, und diese ebenfalls in einem Kultivierungsprogramm 42 berücksichtigen.

Figur 8 zeigt eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Dosiersystems 1 05, bei welchem Fl uid 31 aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter 30 über eine gemeinsame Transferleitung 32 in mehrere erfindungsgemässe Dosiervorrichtungen 87, 87 ', welche jeweils auf einem Bioreaktor 2, 2 ' angebracht sind. Zur vereinfachten Darstel lung ist der Partikelfilter 34, das Venti l 35 und die Düse 36 als Tropfenerzeuger 33 zusammengefasst dargestellt. Im dargestellten Beispiel weisen die Bioreaktoren 2, 2 ' unten angebrachte Rührer 47 auf, um eine gute Durchmischung von Kulturmedium 7 und zudosiertem Fl uid 31 zu erreichen.

Ein Überdruck im Bioreaktor 2, 2 ' kann wiederum über einen Steri lfi lter-Entl üfter 38 an die Atmosphäre abgegeben werden. Der Druck pl , pl ' in jedem Reaktionsgefäss 2, 2 ' wird mit einem zugeordneten Drucksensor 39 gemessen und der ermittelte Wert an den Prozessregler 43 übermittelt. Ein Kultivierungsprogramm 42 legt die Sollwerte für die Dosierungen des Feed- Fluid 31 in die verschiedenen Bioreaktoren 2 fest.

Da der Druck p2 im gemeinsamen Vorratsgefäss 30 für al le Dosiervorrichtungen 87, 87 ' identisch ist, werden unterschiedliche Dosiervol umina für die verschiedenen Reaktoren 2, 2 ' über die Pulsbreite und/oder die Pulsfrequenz des Steuersignals des jewei ligen Ventils geregelt.

Der Prozessregler 43 kann das Kultivierungsprogramm 42 für alle Reaktoren parallel abarbeiten. Für eher langsame biotechnologische Vorgänge ist es jedoch vorteil haft, in einem ultip- lex-Verfahren die Reaktoren hintereinander während eines wählbaren Zeitabschnitts im Bereich von beispielsweise 0.1 bis 1 0 s abzuarbeiten. Der Prozessregler 43 regelt in jedem Zeitabschnitt den Differentialdruck von 0.05+0.001 Pa für die jewei lige Dosiervorrichtung 87, 87 ' individuel l neu, unter Berücksichtigung des im jewei ligen Kopfraum 5 der 1 bis n Bioreaktoren 2 mit dem Drucksensor 39 gemessenen Überdruckes. Der Differentialdruck-Stellwert wird in der Ausgangsstufe 45 in ein elektrisches Sollwertsignal umgewandelt und an den elektropneumati- schen Druckregler 25 übermittelt. Der Prozessregler 43 bestimmt dann für den jewei ligen Tropfenerzeuger 33, 33 ' des Bioreaktors die anwendbare Pulsbreite und Frequenz. Mit den resultierenden individuellen Steuersignalen werden dann mittels der Venti ltrei ber 44, 44 ' der Steuerungsvorrichtung 99 die Tropfenerzeuger 33, 33 ' gesteuert.

Figur 9 zeigt eine weitere vorteil hafte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Dosiersystems 1 05, mit einer auf einem einzelnen Bioreaktor 2 angebrachten Dosiervorrichtung 87 mit mehreren einzelnen Tropfenerzeugern 33, 33 ', welche je ein Fluid 31 , 31 ' aus einem Vorratsbehälter 30, 30 ' beziehen. Die einzelnen Tropfenerzeuger 33, 33 ' sind von der Prozessregeleinheit 43 separat ansteuerbar.

Die einzelnen Vorratsbehälter 30, 30 ' sind über ein jeweil iges Sterilfilter 29, 29 ' mit einer gemeinsamen Druckregelvorrichtung 46 verbunden. Der wirkende Druck trei bt das jeweil ige Fluid 31 , 31 ' über separate Transferleitungen 32, 32 ' zu den Tropfenerzeugern 33, 33 ' der Dosiervorrichtung 87. Der Druck im Bioreaktor 2 wird mit einem Drucksensor 39 gemessen und der ermittelte Wert an den Prozessregler 43 übermittelt. Ein Kultivierungsprogramm 42 steuert individuel l die Dosierung der einzelnen Fluide 31 , 31 ' in den Reaktor 2, durch Ansteuern der Venti le der einzelnen Tropfenerzeuger 33, 33 ' mit individuel len Puls-Frequenz-Steuersignalen.

Figur 1 0 offenbart noch eine Variante einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung, in welcher ein Steril beutel 49 als Vorratsbehälter für das Fluid 31 verwendet werden kann. Die Steuerungseinheit 99 und die Dosiervorrichtung 87 und die Druckversorgungseinheit 46 (vereinfacht dargestel lt) entsprechen der Ausführunsgform in Figur 7. Zusätzlich umfasst dass gezeigte Dosiersystem eine Druckkammer 48 auf, welche mit der Druckversorgungseinheit 46 verbunden ist.

In der Druckkammer 48 ist ein flexi bler Beutel 49 angeordnet, in dem das Feed-Fluid 31 vorgängig steril eingebracht wurde. Der Druck in der Druckkammer wirkt über die flexi ble Beutelwand direkt auf das Fl uid 31 , und fördert das Fluid 31 über die Transferleitung 32 zum Tropfenerzeuger 33 der Dosiervorrichtung 87.

Figur 1 1 zeigt im Querschnitt einer möglichen Ausführungsform einer Druckkammer 48 eines erfindungsgemässen Dosiersystems 1 05, in welchem ein flexi bler Beutel 49 als Vorratsbehälter

30 angeordnet ist. Das Fl uid 31 ist steril im Beutel 49 abgefüllt. Die Druckkammer 48 ist über eine Kupplung 28 an die Druckversorgungseinheit 46 des Dosiersystems 1 05 angeschlossen. Der Druck im Innenraum der Druckkammer 48 wirkt auf den Beutel 49 und fördert das Fl uid

31 über eine Transferleitung zur Dosiervorrichtung. Der Druckbehälter 48 wird über eine Dichtung 84 abgedichtet, welcher sich zwischen einer Überwurfmutter 83 und dem Druckkammerflansch befindet. Der Beutel 49 wird mit einer geteilten, doppelkonischen Dichtung 85 in der Druckkammer dichtend gehalten. Die genannte doppel konische Dichtung wird mit einem Spannring 86 auf die Entnahmeleitung 49a des Beutels 49 gepresst. Über eine Steril kupplung 49b wird die Entnahmeleitung an eine Fluid-Transferleitung 32 angekoppelt. Eine besonders vorteil hafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 1 05 ist in Figur 1 2 schematisch dargestellt, mit einer Vorrichtung 96 zur Entnahme einer Probe aus der Kulturmedi um 7 während der Kultivierung.

Das Dosiersystem 1 05 umfasst eine Dosiervorrichtung 87, eine Steuerungsvorrichtung 99, und eine Druckversorgungseinheit 46. Die Dosiervorrichtung 87 weist einen Tropfenerzeuger 33 auf, welcher Fl uid 31 aus einem Vorratsbehälter 30 bezieht, welcher durch die Druckversorgungseinheit 46 mit Druck beaufschlagt ist.

Zusätzl ich ist an die Druckversorgungseinheit 46 ein 2/2-Wege-Ventil 50 angeschlossen, welches vom Prozessregler 43 über einen Venti ltrei ber 44a ansteuerbar ist. Soll eine Probe entnommen werden, so wird das Ventil 50 geöffnet, wodurch der Innenraum des Reaktors 2 über eine Schnell kupplung 28a und einen Steri lfi lter 29a mit Druck beaufschlagt wird. Während der Probeentnahme blei bt der Tropfenerzeuger 33 ausser Betrieb. Die Prozessregeleinheit 43 steuert über einen Venti ltrei ber 44b ein Probeentnahmeventi l 51 an. Der Überdruck im Reaktions- gefäss 2 fördert nun eine Probe 53 des Kulturmediums 7 durch das Probeentnahmeventil 51 in einen Probenbehälter 52. Die entnommene Probe 53 sammelt sich im Behälter 52, welcher über einen Sterilfilter-Entl üfter 38 entlüftet wird.

Für die Verwendung einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 87 beziehungsweise eines erfindungsgemässen Dosiersystems 1 05 für eine Mehrzahl von strukturell gekoppelten Reakti- onsgefässen, wie beispielsweise einer 24er-Multiwel l-Bioreaktorplatte 1 , wie sie in Figur 5 gezeigt ist, werden anstatt einzelner Dosiervorrrichtungen 87 für die einzelnen Reaktoren vorzugsweise erfindungsgemässe Mehrfach-Dosiervorrichtungen 54 verwendet. Figur 1 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer 24er-Biorea ktorplatte 1 mit 24 Bioreaktoren 2, auf weiche eine 24-kanal ige erfindungsgemässe Mehrfach-Dosiervorrichtung 54 aufgesteckt ist. Figur 14 zeigt einen Querschnitt durch die Mehrfach-Dosiervorrichtung 54 und die Reaktorplatte 1 entlang der Linie A-A, und Figur 1 5 zeigt ein Detail aus Figur 1 4. Die ehrfach-Dosiereinheit 54 umfasst eine Rasterplatte 56, mit einer Lochung, welche der Anordnung der Bioreaktoren auf der Bioreaktorenplatte 1 entspricht. Die Rasterplatte richtet die Einsätze auf das Rastermass aus. In den Löchern der Rasterplatte 56 sind einzelne Dosiervorrichtungen 87 in Form von Einsätzen 57 angeordnet. Rasterplatte und Einsätze sind mit einer radialen Spielpassung von 0.5 mm vorgesehen.

In den Dosiervorrichtungs-Einsätzen 87, 57 ist exzentrisch ein Tropfenerzeuger 33 angeordnet. Im gezeigten Beispiel ist der Tropfenerzeuger in den Einsatz eingeschraubt, wobei ein O-Ring die Verbindung steril abdichtet. Die exzentrische Anordnung stellt sicher, dass auch bei Bioreaktoren 2 mit zentral angeordnetem Begasungsrohr 59 alle zudosierten Tropfen in das Kulturmedium 7 gelangen. Ein Stift 61 in einer Bohrung 62 definiert die rotatorische Lage von Mehr- fachvertei ler 55 und Einsatz 57 zueinander. Somit ist sichergestel lt, dass die Zuleitung 91 des Einsatzes 57, 87 korrekt a uf die Zuleitung 91 a im Mehrfachvertei ler 55 ausgerichtet ist.

Die Spule 63 des elektromagnetisch betätigten Venti ls 35 ist fest in den Einsatz 57 eingeklebt. Der verwendete Kleber ist FDA (United States Food and Drug Administration) konform und autoklavierbar. Der Kleber füllt die Ringspalte 64 zwischen Spule und Einsatz vollständig aus und vermeidet somit ein für das Autoklavieren unvortei lhaftes Totvol umen. Alternative mechanische Befestigungsarten wie Klemmen, Pressen, Schrauben etc. sind ebenfalls mögl ich, aber aufwendiger.

Für die elektrische Kontaktierung der Spulen 63 der Mehrfach-Dosiervorrichtung ist eine Leiterplatte 65 vorgesehen. An die Spule 63 ist ein Kabelpaar 66 angelötet, welches mit der Leiterplatte 65 verbunden ist. Mit der verwendeten Leiterplatte entfällt ein aufwändig aufgebauter und schwierig zu montierender Kabelbaum.

Über der Rasterplatte 56 ist eine Mehrfachverteilerplatte 55 angeordnet, welche eine zentrale Fluidzuleitung 91 a für al le Zuleitungen der einzelnen Dosiervorrichtungen 87, 57 der Mehrfach-Dosiervorrichtung 54 umfasst. O-Ringe 57a dichten die Verbindung zwischen den Zulei- tungen 91 , 91 a steri l ab. Die Rasterplatte ist mit dem Mehrfachverteiler gekoppelt und drückt die Einsätze gegen den Mehrfachvertei ler.

Am dem Bioreaktor 2 zugeordneten Längsende der Dosiervorrichtung 57 ist ein Verschl usselement 89 in Form einer konischen Dichtung angeordnet, mit welcher der Bioreaktor von der Umgebung dicht abgeschlossen wird. Die Dichtung ist aus Si likon gefertigt und kann Abweichungen vom idealen Rastermass von 0.1 bis 0.3 mm ausgleichen. Diese Variante hat den Vortei l, dass eine erfindungsgemässe Dosiervorrichtung mit geringem Kraftaufwand auf einem Bioreaktor zu montieren und zu demontieren ist, und trotzdem den Bioreaktor steri l abdichtet. Auch O-Ringe könnten verwendet werden. Herkömmliche O-Ringe sind jedoch zu hart, verhaken sich beim Montagevorgang leicht an der scharfen Innenkante des Bioreaktors und werden dort angeschnitten.

Eine Längsbohrung (nicht sichtbar) verbindet das reaktorseitige Ende der einzelnen Dosiervorrichtung 87 mit einem am entgegen gesetzten Ende angebrachten herkömml ichen Steri lfilter- Entl üfter 38. Dieser kann nach Gebrauch ausgetauscht werden.

Die Mehrfach-Dosiereinheit wird im gezeigten Beispiel nur durch wird nur durch die Haftreibungskräfte der Sterildichtung 89 auf der Bioreaktorplatte gehalten. Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung in Kombination mit einem Orbitalschüttler mit 800 min-1 die Masse der Dosiereinheit 54 vorzugsweise kleiner 1 kg sein sollte, damit zum einen der Orbitalschüttler nicht mechanisch überlastet wird und zum anderen die Dosiereinheit 54 nicht weggeschleudert wird.

In einer vortei lhaften Variante einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung sind Entlüftungsleitungen im Mehrfachvertei ler 55 vorgesehen, die von einem in einer Öffnung des Mehrfachvertei lers 55 angebrachten Sterilfi lter-Entl üfter 38 über eine Entlüftungsbohrung 60a zu einer Entl üftungsbohrung im Einsatz 57 führen. Figuren 1 6 bis 1 8 zeigen eine solche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 54. Der Einsatz 57 mit dem exzentrisch angeordneten Tropfenerzeuger 33 ist von oben durch das Rasterloch der Rasterplatte 56 geschoben. Von unten ist die konische Dichtung 58 auf den Einsatz 57 gestülpt. Die Einsätze 57 werden zwischen Rasterplatte 56 und Mehrfachvertei lerplatte 55 formschl üssig gehalten.

Die Montage und Demontage einer erfindungsgemässen Mehrfach-Dosiereinheit 54 auf einer Bioreaktorplatte erfolgt unter steri len Bedingungen in einer Laminar-Flow-Werkbank mit Hilfe eines Montagewerkzeuges. Die Figuren 1 9 und 20 zeigen eine erfindungsgemässe Montagevorrichtung 1 20 für eine Mehrfach-Dosiervorrichtung 54.

Die Montagevorrichtung 1 20 umfasst in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform eine Grundplatte 1 1 0 mit zwei N iederhaltern I I I , in welche die Bioreaktorplatte 1 eingeschoben werden kann. Zwei Führungssäulen 1 14 tragen einen Bal ken 1 1 5 und eine Hebevorrichtung 1 1 7 mit Kniehebel 1 1 8. Diese ist über einen Bolzen 1 1 6 mit einer Pressplatte 1 1 3 verbunden, die von den Tragsäulen 1 1 4 durchstossen wird, so dass die Pressplatte 1 1 3 auf den Tragsäulen 1 14 verschiebbar gelagert ist. Zwei Haken 1 1 2 sind seitlich an der Pressplatte 1 1 3 angebracht und schwenkbar gelagert.

Bei der Montage wird die erfindungsgemässe Mehrfach-Dosiervorrichtung 54 auf die Bioreaktorplatte 1 aufgelegt, wobei die konischen Sterildichtungen 89 die Dosiervorrichtung positionieren. Die Bioreaktorplatte 1 wird auf der Grundplatte 1 1 0 in die N iederhalter I I I eingeschoben. Durch die schwenkbare Lagerung der Haken 1 1 2 an der Führungsplatte 1 1 3 kann die Dosiervorrichtung mit der Bioreaktorplatte ungehindert in die Montagevorrichtung 1 20 eingesetzt werden. Anschlagsbolzen 1 22 auf einer Längsseite zwischen den Halterungen 1 1 1 stel len eine exakte Positionierung sicher. Mittels Kniehebel 1 1 8 wird nun die Pressplatte 1 1 3 ruckfrei nach unten gedrückt. Die Pressplatte 1 1 3 wird dabei mit den Führungssäulen 1 1 4 geführt. Drei Distanzelemente 1 23 übertragen die Kraft auf die Dosiervorrichtung, so dass die Sterilfilter-Entlüfter nicht beschädigt werden. In einer vorteil haften Variante können die Distanzelemente 1 23 als Federelemente ausgeführt sein, um eine definierte Anpresskraft zu erreichen. Bei der Demontage einer erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 54 wird die Bioreaktorplatte 1 mit montierter ehrfach-Dosiervorrichtung 54 auf der Grundplatte 1 1 0 in die Halterungen I I I eingeschoben, wodurch sie durch die Halterungen 1 1 1 in verti kaler Richtung fixiert ist. Durch die schwenkbare Lagerung der Haken 1 1 2 an der Pressplatte 1 1 3 kann die Dosiervorrichtung mit der Bioreaktorplatte ungehindert in die Montagevorrichtung 1 20 eingesetzt werden. Anschlagsbolzen 1 1 2 auf einer Längsseite zwischen den Halterungen I I I stellen wiederum eine exakte Positionierung sicher.

Anschl iessend werden die Haken 1 1 2 vom Benutzer mit Hi lfe der Griffe 1 1 9' heruntergeklappt und untergreifen die Dosiervorrichtung 54. Durch die Betätigung des Kniehebels 1 1 8 wird nun die Pressplatte 1 1 3 ruckfrei nach oben gezogen, und dabei über die Haken 1 1 2 die Dosiervorrichtung 54 von der Bioreaktorplatte 1 weggehoben. Diese kann dann wieder aus den Niederhaltern 1 1 1 herausgezogen werden. Vortei lhaft an dieser erfindungsgemässen Montagevorrichtung ist dabei unter anderem, dass die verti kale Zugkraft, die notwendig ist um die Dosiervorrichtung 54 von der Bioreaktorplatte zu lösen, regelmässig übertragen wird, sodass die Dosiereinheit 54 bei der Demontage nicht abkippen kann. Eine Kreuzkontamination benachbarter Reaktionsgefässe durch herumschwappendes Kulturmedium kann so vermieden werden.

Um bei Herausziehen der Bioreaktorplatte aus der Montagevorrichtung 1 20 eine Kreuzkontamination zu vermeiden, kann vorher zwischen Bioreaktor und Dosiervorrichtung in die Führungsschlitze 1 24 ein Abtropfblech (nicht dargestellt) eingeschoben werden.

Figur 21 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, welche um einen Drucksensor 1 25 und einen Bypass 1 26 erweitert ist. Der Drucksensor 1 25 ist möglichst nahe beim Tropfenerzeuger 33 angeordnet. Mit dem Drucksensor 1 25 wird der für die Dosierung notwendige wirksame Druck im Fl uid 31 direkt beim Einlass des Tropfenerzeugers gemessen. Abweichungen vom notwendigen erforderlichen Differenzdruck über dem Tropfenerzeuger 33 infolge von Strömungsverl usten in der Transferleitung 32 und infolge statischer Druckunterschiede durch die unterschiedliche Höhenanordnung von Vorratsbehälter 30 und Bioreaktor 2 können somit gemessen werden. Die Regelung erfolgt durch den Prozessregler 43. Die Dosier- Genauigkeit wird messbar verbessert. Der Bypass 1 26 sorgt dafür, dass der Volumenstrom im Drucksensor 1 25 klein bleibt und die Druckmessung nicht nachtei lig beeinflusst wird. In der dargestel lten Ausführungsform ist der Drucksensor 1 25 über dem Tropfenerzeuger 33 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform (in Figur 21 nicht dargestel lt) ist der Drucksensor

1 25 in den Tropfenerzeuger 33 integriert. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Drucksensor 1 25 ohne den Bypass eingesetzt.

Figur 22 zeigt eine bevorzugte Anordnung des Drucksensors 1 25 und des Bypasses 1 26 am Tropfenerzeuger 33. Beim Drucksensor 1 25 handelt es sich mit Vorteil um einen kostengünstigen Einweg-Drucksensor, beispielsweise der Firma PendoTECH mit Sitz in Princeton USA. Dieser Drucksensor ist für einige wenige Zyklen autoklavierbar. Der Strömungsquerschnitt vom Bypass

1 26 ist deutl ich grösser als der Strömungsquerschnitt im Drucksensor 1 25. Durch die Bypass- Schaltung blei bt der Drucksensor 1 25 mit Fluid durchströmt, so dass sich kein Belag im Drucksensor 1 25 absetzen kann. Der Drucksensor 1 25 ist auf der Höhe vom Einlass des Tropfenerzeugers 33 positioniert, so dass sich ein mögl ichst geringer statischer Druckunterschied zwischen Drucksensor 1 25 und Tropfenerzeuger 33 einstellt.

Figur 23 zeigt einen Adapter 1 33 zum Aufsetzen auf den Bioreaktor 2. Der Adapter 1 33 ist zweiteil ig ausgeführt und umfasst einen unteren Adapterteil 1 29 und einen oberen Adapterteil 1 30. Die zweiteil ige Ausfü hrung ermögl icht eine verbesserte Ausrichtung des Adapters 1 33 bei der Montage auf dem Bioreaktor 2. Der obere und der untere Adapterteil werden mittels Zentriersitz 1 34 zueinander konzentrisch ausgerichtet auf der Bioreaktorplatte 2 positioniert. Eine untere Überwurfmutter 1 28 fixiert die Adaptertei le. In den oberen Adaptertei l 1 30 wird ein Transferleitungsanschl uss 1 32 konzentrisch eingesetzt und mit einer oberen Überwurfmutter

1 27 fixiert. Der Transferleitungsanschluss 1 32 dient gleichzeitig als Sitz für eine Sil ikon- Dichtung 1 31 , welche den Transferleitungsanschl uss 1 32 dichtend mit dem Ventil 35' verbindet. Die Spule ist als Magnetspule 63' ausgeführt.

Figur 24 zeigt eine weitere Ausführungsform des in Figur 7 und in Figur 21 dargestel lten Dosiersystems, wobei das Dosiersystem um einen Durchflusssensor 1 36 erweitert ist. Beim Durch- fl usssensor 1 36 handelt es sich um ein Dosierratenbestimmungsmittel angeordnet in der Transferleitung 32. Das Dosierratenbestimmungsmittel bestimmt die zweite Dosierrate beim Eintritt des Fluids in den Tropfenerzeuger 33.

Das Fl uid wird mittels eines Überdrucks im Vorratsbehälter 30 über die Transferleitung 32 vom Vorratsbehälter 30 zur Zuleitung des Tropfenerzeugers 33 gefördert. Der Tropfenerzeuger 33 dosiert das Fluid 31 zu einzelnen Tropfen 37, mit einem definierten Vol umen von 1 00 nl bis 1 00 μΙ. Durch Steuerung der Frequenz und der Öffnungszeit des elektromagnetisch betätigbaren Ventils mit H ilfe der Steuerungsvorrichtung 99 des Tropfenerzeugers 33 gelangt eine definierte Menge des Fluids 31 in die Düse und verlässt diese als einzelner Tropfen 37. Der Tropfen 37 durchquert den Kopfraum 5 und trifft auf das Kulturmedium 7 auf. Dort vermischt es sich anschliessend mit dem Kulturmedium 7, welches mit H ilfe eines Rührers 47 in Bewegung gehalten wird. Durch wiederholtes Öffnen des Venti ls 35 kann der Tropfenerzeuger 33 eine genau bestimmte Anzahl Tropfen 37 erzeugen, und so eine bestimmte erste Dosierrate erzielen. Zur Verbesserung der Genauigkeit des erfindungsgemässen Dosiersystems wird mit H ilfe eines Durchfl usssensors eine zweite Dosierrate gemessen und von der Steuerungsvorrichtung 99 er- fasst. Entspricht dieser Wert nicht der ersten von der Steuerungsvorrichtung bestimmten Dosierrate, wird mit Hi lfe der Prozessregeleinheit 43 der Venti ltreiber 44' angesteuert und die Stellwerte, umfassend beispielsweise die Frequenz und die Öffnungsdauer des Tropfenerzeugers 33, angepasst. In einer weiteren Ausführungsform kann auf einen Drucksensor 1 25 verzichtet werden, wenn der Durchflusssensor 1 36 verwendet wird.

Der Drucksensor 1 25 ist möglichst nahe beim Tropfenerzeuger 33 angeordnet. Mit dem Drucksensor 1 25 wird der für die Dosierung notwendige wirksame Druck im Fluid 31 direkt beim Einlass des Tropfenerzeugers gemessen. Abweichungen vom notwendigen erforderl ichen Differenzdruck über dem Tropfenerzeuger 33 infolge von Strömungsverl usten in der Transferleitung 32 und infolge statischer Druckunterschiede durch die unterschiedl iche Höhenanordnung von Vorratsbehälter 30 und Bioreaktor 2 können somit gemessen und durch den Prozessregler 43 ausgeregelt werden. Die Dosier-Cenauigkeit wird messbar verbessert. Der Bypass 1 26 sorgt dafür, dass der Vol umenstrom im Drucksensor 1 25 klein blei bt und die Druckmessung nicht nachtei lig beeinflusst wird. In der dargestel lten Ausführungsform ist der Drucksensor 1 25 über dem Tropfenerzeuger 33 angeordnet.

Figur 25 zeigt das gleiche Dosiersystem aus Figur 24 mit dem Unterschied, dass die zweite gemessene Dosierrate durch ein Wiegemittel 1 35 bestimmt wird. Bevorzugt handelt es sich bei den Wiegemitteln 1 35 um eine Präzisionswaage. Die Ausführungsform nach Figur 25 zeigt mindestens einen Vorratsbehälter 30, positioniert auf dem Wiegemittel 1 35. Um das Wiegemittel 1 35 von Störeinflüssen zuschützen, wird der mindestens eine Vorratsbehälter 30 und das Wiegemittel 1 35 von einem Gehäuse 1 39 umgeben. Das Gehäuse 1 39 weist Öffnungen, vorzugsweise mit Fixiermitteln 1 40 auf, die als Anschlüsse für die Druckversorgungseinheit 46 und für die Transferleitung 32 dienen. Das Wiegemittel 1 35 misst das Gewicht des Fl uids 31 im Vorratsbehälter 30 bei der Zudosierung des Fl uids in das Reaktionsgefäss 2. Die auf diese Weise gemessene zweite Dosierrate wird mit der ersten von der Steuerungsvorrichtung bestimmten Dosierrate verglichen. Bei einer Abweichung werden mit H ilfe der Steuerungsvorrichtung 99 die Stel lwerte, z.B. Frequenz und Öffnungszeit des Tropfenerzeugers 33, angepasst. Neben dem Wiegemittel 1 35 dient auch der Drucksensor 1 25 und der Bypass 1 26 dazu die Dosiergenauigkeit des erfindungsgemässen Dosiersystems zu verbessern.

Figur 26 zeigt das erfindungsgemässe Dosiersystem aus Figur 24 und Figur 25, wobei beide Dosierratenbestimmungsmittel, die Wiegemittel 1 35 und der Durchfl usssensor 1 36, vorhanden sind und der Drucksensor 1 25 mit Bypass 1 26 eingesetzt ist.

Bezugszeichenliste

1 Multiwell-Bioreaktorplatte

2, 2' Reaktionsgefäss, Bioreaktor

3 Sterildichtung

4 Sterilfilter

5 Kopf räum

6 Flüssigkeitsniveau, Flüssigkeitsoberfläche

7 Kulturmedium

8 Wärmeleiter

9 Temperatursensor

10 pH-empfindliches Material

11 Optischer Sensor

12 C0 2 -Zufuhr

13 ( Luft-Zufuhr

14 NH 3 -Zufuhr

15 Dichtelement

16 Sterile semipermeable Membrane

17 DO empfindliches Material

18 Optischer DO Sensor

19 Wärmeleiter

20 Heizung

21 Casblasen

22 Druckluftquelle

23 Wartungseinheit

24 Mikrofilter

25 Elektropneumatischer Druckregler

25a Drucksensor

26 Absperrventil

27 Manometer

28, 28a, 28b Schnellkupplung

29, 29', 29a Sterilfilter

30 Vorrats behälter

31, 31 ' Fluid

32, 32' Transferleitung

33, 33' Tropfenerzeuger

34 Partikelfilter

35 Ventil, Magnetventil

36 Düse

37 Tropfen, zudosiertes Fluidvolumen

38 Sterilfilter-Entlüfter, Entlüftungsvorrichtung

39 Drucksensor, Vorrichtung zum Messen des Drucks

40 Sensoren für T, pH, DO, X

41 Orbitalschüttler

42 Kultivierungsprogramm

43 Prozessregler, Prozessregeleinheit

44, 44' Ventiltreiber

44a, 44b Ventiltreiber

45 Sollwertsignal Druck

46 Druckversorgungseinheit, Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung Rührer

Druckkammer

Beutel

a Entnahmeleitung

b Steril kuppl ung

Ventil

Probeentnahmeventil

Probenbehälter

Proben-Fl uid, Probe

24-kanal ige Dosiervorrichtung, Mehrfach-Dosiervorrichtung

Mehrfachvertei ler, Verteilerplatte

Rasterplatte

Einsatz

a O-Ring

Innenkante

Begasungsrohr

Entlüftungsbohrung

a Entlüftungsbohrung

Stift

Bohrung

, 63' Spule, Magnetspule

Ringspalte

Leiterplatte

Kabel

Einschraubtei l

O-Ring

Dichtring

Gewinde

Anschlag

Gewinde

Spulenhalter

Schnappverbinder

Schlauchanschl uss

Klemmstück

Befestigungsbohrung

Anschl ussdrähte

Gewinde

O-Ring

Federelement

N iederhalter

Überwurfmutter

Dichtung

geteilte Doppel konusdichtung

Spannring

, 87 ' Dosiervorrichtung

Verschl usselement

Zuleitung

' Ventil kugel

" Ventilsitz

Vorrichtung zur Entnahme von Proben

Steuerungsvorrichtung 105 Dosiersystem

110 Grundplatte

III Niederhalter

112 Haken

113 Pressplatte

114 Führungssäule

115 Balken

116 Bolzen

117 Hebevorrichtung

118 Kniehebel

119 Innenwand

119' Griff

120 Montagevorrichtung

121 Innenwand

122 Anschlagsbolzen

123 Distanzelement

124 Führungsschlitz

125 Drucksensor

126 Bypass

127 obere Überwurfmutter

128 untere Überwurfmutter

129 unterer Adapterteil

130 oberer Adapterteil

131 Silikondichtung

132 Feedadapter

133 Adapter

134 Zentriersitz

135 Wiegemittel

136 Durchflusssensor

139 Gehäuse

140 Fixiermittel

DR1, DR2 Dosierrate

SW Stell wert

Q1. Q2 erster Strömungsquerschnitt, zweiter Strömungsquerschnitt