Die Erfindung betrifft eine Mikrobioreaktoranordnung mit einer Vielzahl von Mikrobioreaktoren. Die Anordnung umfasst eine Mikrotiterplatte mit zahlreichen Wells in einer vorbestimmten Rasteranordnung .

Mikrotiterplatten (microwell plate) sind in ihrer Bauweise grundsätzlich bekannt und dienen der Untersuchung von biologi schen Substanzen, beispielsweise der Absorptionsmessung in Photometern oder Screening-Untersuchungen zahlreicher Abwand lungen einer Basissubstanz. Mikrotiterplatten besitzen übli cherweise eine rechteckige Grundform und bestehen aus Kunst stoff oder Glas. Eine Mikrotiterplatte besitzt zahlreiche voneinander isolierte Näpfchen, sogenannte Wells, die in einem vorgegebenen Raster angeordnet sind. Die genauen Abmessungen sind regelmäßig gemäß einem ANSI-Standard gewählt. Die Wells sind in verschiedenen Formen verfügbar, beispielsweise mit Flachboden oder U-förmige zulaufendem Boden in jedem Well. In jedem Fall ist die Bodenfläche der Mikrotiterplatte verschlos sen und die Oberseite geöffnet, sodass der Hohlraum jedes Wells von der Oberseite aus zugänglich ist.

Aus der DE 198 06 681 Al ist eine Mikrotiterplatte mit einer für Licht transparenten Bodenplatte und einer an zwei gegen überliegenden Oberflächen offenen Kavitätenplatte mit matrix artiger Anordnung der Kavitäten oder Wells bekannt. Boden- und Kavitätenplatte sind unlösbar und flüssigkeitsdicht miteinan der verbunden. Die Bodenplatte besitzt eine ebene, struktur lose Oberfläche und trägt an ihrer den Wells zugewandten ersten Oberfläche ein aus mindestens zwei Schichten mit unter schiedlichem Brechungsindex bestehendes Schichtsystem. In der DE 20 2006 017 853 Ul ist ein Einsatz für eine Mikroti terplatte beschrieben, bestehend aus einer Trägerstruktur, in die mindestens eine Vertiefung eingebracht ist, wobei der obere Durchmesser der Vertiefung so gewählt ist, dass sich diese in eine Vertiefung der Mikrotiterplatte einsetzen lässt. Der Boden der Vertiefung besitzt jeweils mindestens eine nach unten ausgeformte Mikrokavität. Der Einsatz ist zumindest teilweise mit Poren versehen.

Neben Mikrotiterplatten gibt es auch andere Ansätze, um Kavi täten für die Untersuchung biologischer Substanzen bereitzu stellen .

So beschreibt die WO 2011/035937 Al einen mikrostrukturierten Formkörper, umfassend eine Folie, die in unverformte Bereiche und verdünnte Verstreckungsbereiche geteilt ist. Zumindest in einigen der verdünnten Verstreckungsbereichen sind Mikrostruk turen ausgebildet, wobei Poren zumindest in einem der verdünn ten Verstreckungsbereiche ausgebildet sind und zumindest einige der unverformten Bereiche undurchlässig sind.

Weiterhin ist aus der WO 2011/035938 Al ein mikrostrukturier ter Formkörper bekannt, der einen folienartigen Grundkörper besitzt, welcher eine erste Folienschicht und eine darunter befindliche zweite Folienschicht umfasst, wobei die zweite Folienschicht Ausnehmungen mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm aufweist, die durch verformte Bereiche der ersten Folienschicht ausgeformt sind, durch welche Kavitäten ausge bildet sind. Zumindest einige der verformten Bereiche der ersten Folienschicht besitzen Poren. Die Bereiche des folien artigen Grundkörpers sind außerhalb der Ausnehmungen undurch lässig. In der DE 10 2010 037 968 Al ist eine Struktur zur Nachbildung eines Sinusoids beschrieben, die sich in eine Mikrotiterplatte einsetzen lässt. Die Struktur umfasst mehrere übereinander angeordnete Schichten aus einem porösen Material, wobei zwischen den Schichten jeweils ein Zwischenraum ausgebildet ist. Die Zwischenräume sind durch in den Schichten zur Weiter leitung eines Fluids ausgebildete Kanäle verbunden.

Im Stand der Technik sind bislang keine Anordnungen bekannt, welche die Kultivierung biologischer Substanzen in großer Variationszahl gestatten, gleichzeitig die Untersuchung der Substanzen ermöglichen, insbesondere mit herkömmlichen opti schen Beobachtungeinrichtungen, und außerdem unter Verwendung breit verfügbarer Systeme preiswert realisiert werden können.

Ausgehend von diesem Bedarf besteht eine Aufgabe der vorlie genden Erfindung darin, ein Mikrobioreaktorsystem auf der Basis von Mikrotiterplatten bereitzustellen, welches eine parallele Versorgung einer Vielzahl von Mikrobioreaktoren gestattet, die in den einzelnen Wells ausgebildet sind.

Gleichzeitig soll die Beobachtung der kultivierten biologi schen Substanzen in allen Mikrobioreaktoren möglich sein, vorzugsweise unter Verwendung bekannter Inversmikroskope.

Schließlich wird eine einfache und preiswerte Herstellbarkeit der Mikrobioreaktoranordnung angestrebt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Mikrobioreaktoranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.

Die erfindungsgemäße Mikrobioreaktoranordnung realisiert eine Vielzahl von Mikrobioreaktoren und umfasst dafür eine Mikroti terplatte mit zahlreichen Wells in einer vorbestimmten, vorzugsweise standardisierten Rasteranordnung. Die Mikrotiter platte besitzt in an sich bekannter Weise eine geschlossene Bodenfläche, die vorzugsweise eine optische Beobachtung gestattet, d. h. Lichtstrahlen passieren lässt. Die einzelnen Wells sind an der Oberseite der Mikrotiterplatte offen, sodass von dort aus Einätze einer Einsatzeinheit, die auf der Ober seite der Mikrotiterplatte angeordnet ist, eingesetzt werden können. Die zahlreichen Einsätze weisen dieselbe Rasteranord nung auf, sodass jeweils ein Einsatz in ein Well eingreift.

Der Einsatz unterteilt das Well in mindestens zwei Bereiche, insbesondere einen Zellkultivierungsbereich und einen

geschlossenen Bereich für den Nährstofftransport .

Weiterhin ist eine Aktivierungseinheit Bestandteil der Mikro bioreaktoranordnung. Die Aktivierungseinheit ist auf der

Einsatzeinheit aufgesetzt und besitzt zahlreiche Pumpen, die an die durch die Einsätze gebildeten Bereiche angeschlossen sind, nämlich über Versorgungskanäle, welche einen Fluid- oder Nährstofftransport zwischen den zwei Bereichen ermöglichen.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die

einzelnen Zellkultivierungsbereiche durch die Unterseite der Mikrotiterplatte beobachtbar sind und gleichzeitig durch die obere Öffnung auch in automatischen Pipettiersystemen und in Standard-Analyse-Geräten (z.B. Fluoreszenz Mikroplatten- Readern) eingesetzt werden können. Es wird also die voll ständige Kompatibilität zu standardisierten Mikrotiterplatten erreicht, incl . aller Handhabungen und Analysemöglichkeiten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt jeder der Einsätze der Einsatzeinheit einen mikrostrukturierten Formkör per, der parallel zur Bodenfläche der Mikrotiterplatte ange ordnet ist und ein Ansiedlungsgerüst für Zellkulturen bereit- stellt. Beispielsweise kann der Formkörper gemäß der o. g.

WO 2011/035938 Al ausgebildet sein.

Eine abgewandelte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einer, vorzugsweise mehrere der Einsätze mindestens zwei mikrostrukturierte Formkörper besitzen, die parallel zueinander und axial beabstandet voneinander positioniert sind .

Vorteilhaft ist es, wenn die Bodenfläche zumindest im Bereich der Formkörper optisch transparent ist und nicht durch

Gestellelemente oder dergleichen verdeckt wird. Dies gestattet die optische Beobachtung der Substanzen bzw. Zellkulturen an den Formkörpern durch die Bodenfläche hindurch, wozu vorzugs weise übliche Inversmikroskope verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Mikrobioreaktoranordnung kann daher in vorhandenen Beobachtungsanordnungen wie eine übliche Mikro titerplatte eingespannt werden, um die Beobachtungen durch zuführen .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Aktivie rungseinheit ein Verteilerkanalsystem ausgebildet, über welches die mehreren Pumpen mit Druckluft versorgt werden, um den Pumpbetrieb durchzuführen. In einem einfachen Fall werden alle Pumpen parallel angetrieben, sodass in jedem Well diesel ben Strömungsverhältnisse herrschen. Insbesondere transportie ren die Pumpen eine Nährstofflösung zur Versorgung der Zell kulturen, die auf den Formkörpern der Einsätze angesiedelt sind. In alternativen Ausführungen können die Pumpen auch einzeln oder in Gruppen angetrieben werden, wozu eine gezielte Ansteuerung, beispielweise durch Schaltventile, die integraler Bestandteil der Aktivierungseinheit sein können, ermöglicht ist . Eine vorteilhafte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einsatzeinheit eine Dichtungsstruktur umfasst. Diese ist so ausgebildet, dass an jedem der Einsätze ein druckoffener Bereich, in welchen Zellkulturen einbringbar sind, von einem geschlossenen Bereich, in welchem Nährstofflösung umwälzbar ist, getrennt ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der offene Bereich für die Zellkulturen zylindrisch geformt und koaxial im zugehörigen Well positioniert. Bevorzugt ist die Abdeckein heit oberhalb der offenen Bereiche mit einer zentralen Öffnung versehen, über welche mithilfe einer Pipette Substanzen zuge führt werden können. Der geschlossene Bereich kann ebenfalls zylindrisch und koaxial angeordnet sein oder aber in Form von Röhren oder Kapillaren in den offenen Bereich eingefügt sein. Die beiden Bereiche sind vorzugsweise an die Dichtungsstruktur angeformt, in diese eingesteckt oder auch einstückig mit der Dichtungsstruktur ausgebildet. Die Dichtungsstruktur erstreckt sich im Wesentlichen in der Ebene Mikrotiterplatte und liegt auf dieser flächig auf.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Einsatzeinheit ein Versorgungskanalsystem umfasst, welches mit jedem ihrer

Einsätze gekoppelt ist, um die Zu- und Abfuhr einer Nährstoff lösung zu den Einsätzen zu ermöglichen. Die Einsatzeinheit kann dazu aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein, um die benötigten Hohlräume auszuformen.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform umfasst die Mikro bioreaktoranordnung weiterhin eine Deckelplatte, welche auf der Aktivierungseinheit angebracht ist, um die Mikrobioreak toranordnung nach oben zu verschließen. Die Deckelplatte kann in diesem Fall bei Bedarf entfernt werden, beispielsweise um die zentralen Öffnungen in den Einsätzen zugänglich zu machen. Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mikrobioreaktoranordnung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mikrobioreak toranordnung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die zusammengesetzte

Mikrobioreaktoranordnung;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Mikrobioreaktoranordnung vor dem Zusammenbau;

Fig. 4 eine geschnittene perspektivische Detailansicht eines einzelnen Wells mit einem Einsatz.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Mikrobioreaktoranordnung 01 in einer perspektivischen Explosionsansicht dargestellt.

Die Mikrobioreaktoranordnung 01 besitzt mehrere Hauptgruppen, nämlich eine Mikrotiterplatte 02, eine auf deren Oberseite aufgesetzten Einsatzeinheit 03 und eine oberhalb der Einsatz einheit angeordnete Aktivierungseinheit 04. Bei der darge stellten Ausführung ist außerdem eine separate Deckelplatte 05 vorhanden, welche die Aktivierungseinheit an der Oberseite abdeckt. Die Hauptgruppen werden übereinander geschichtet, sodass die Mikrotiterplatte 02 als unterer Träger agiert. Die Hauptgruppen sind nach dem Zusammenbau fest, bei Bedarf aber lösbar, miteinander verbunden, beispielsweise über Rastele mente 07. An der Aktivierungseinheit 04 ist ein Versorgungsan schluss 08 vorgesehen, über welchen beispielsweise Druckluft und eine Nährstofflösung zuführbar sind. Weitere Anschlüsse (nicht gezeigt) können bei Bedarf an der Einsatzeinheit vorge sehen werden.

Fig. 2 zeigt die Mikrobioreaktoranordnung 01 in einer Drauf sicht, wobei die Deckelplatte 05 aus transparentem Material besteht, sodass die darunter liegenden einzelnen Wells 09 der Mikrotiterplatte 02 erkennbar sind. Die Wells oder Näpfchen 09 sind im dargestellten Beispiel in einer 6x4 Matrix angeordnet. Selbstverständlich können auch andere Mikrotiterplatten verwendet werden, wobei die anderen Hauptgruppen dann entspre chend anzupassen sind.

Fig. 3 zeigt die Mikrobioreaktoranordnung 01 nochmal in einer geschnitten Explosionsdarstellung. Erkennbar ist hier gut, dass die Hauptgruppen ausgerichtet zueinander übereinander gestapelt sind und die Matrixanordnung der Mikrotiterplatte 02 in den darüber liegenden Schichten wiederholt ist. Auf diese Weise sind zahlreiche Mikrobioreaktoren ausgebildet, die in ihrem Aufbau alle identisch sind aber mit unterschiedlichen Zellkulturen besiedelt werden können.

Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht einen solchen Mikrobioreaktor, der aus Abschnitten der zuvor genann ten Hauptgruppen wie folgt zusammengesetzt ist: In das sack lochartige Well 09 der Mikrotiterplatte 02 greift ein Einsatz 11 ein, der Bestandteil der Einsatzeinheit 03 ist. Der Einsatz 11 besitzt einen zylinderförmigen Zellkultivierungsbereich 12, in welchen biologische Substanzen eingebracht und kultiviert werden können. Am Boden des Zellkultivierungsbereichs 12 befindet sich ein mikrostrukturierter Formkörper 13, auf welchem sich Zellkulturen ansiedeln lassen. Eine Bodenfläche 14 der Mikrotiterplatte 02 ist zumindest unterhalb des mikro strukturierten Formkörpers 13 transparent, um eine optische Beobachtung der angesiedelten Zellkulturen zu ermöglichen. Im oberen Bereich mündet die Wandung des Einsatzes 11 in eine Dichtungsstruktur 16, welche den offenen Zellkultivierungsbe reich 12 gegenüber einem geschlossenen Bereich 17 abdichtet. Der geschlossene Bereich 17 erstreckt sich bei der dargestell ten Ausführungsform koaxial zwischen der Innenwand des Wells 09 und der Außenwand des Einsatzes 11. Zur Einsatzeinheit 03 gehört außerdem ein Tragrahmen 18, welcher die Dichtungsstruk tur 16 stabilisiert und weiterhin einen Versorgungskanal 19 bereitstellt, durch welchen Nährstofflösung transportierbar ist. An den Versorgungskanal 19 ist eine Saugkapillare 21 angeschlossen, die sich axial im Zellkultivierungsbereich 12 erstreckt. Über den Versorgungskanal 19 kann somit Nährstoff lösung zwischen dem Zellkultivierungsbereich 12 und dem geschlossenen Bereich 17 umgewälzt werden.

Auf die Einsatzeinheit 03 ist oben die Aktivierungseinheit 04 aufgesetzt, die im dargestellten Beispiel aus einer unteren Platte 22 und einer oberen Platte 23 zusammengesetzt ist, zwischen denen ein abgeschlossener Druckraum 24 ausgebildet ist. In der unteren Platte 22 ist eine Membran 26 eingesetzt, welche auf das Versorgungskanalsystem 19 wirkt und vom Druck raum 24 mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Wenn zwischen der unteren Platte 22 und der oberen Platte 23 durch die Zufuhr von Druckluft über den Versorgungsanschluss 08 ein Druck aufgebaut wird, wirkt die Membran 26 als Pumpe, welche die Förderung der Nährstofflösung im geschlossenen Bereich 17 antreibt .

In der Aktivierungseinheit 04 ist schließlich eine nach oben offene zentrale Öffnung 27 vorgesehen, welche in den Zellkul tivierungsbereich 12 mündet. Über die zentrale Öffnung 27 können Substanzen bevorzugt mit einer automatisierten Pipette zugegeben werden. Die zentrale Öffnung 27 kann durch die Deckelplatte 05 verschlossen werden, wenn eine Zugabe nicht erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

01 Mikrobioreaktoranordnung

02 Mikrotiterplatte

03 Einsatzeinheit

04 Aktivierungseinheit

05 Deckelplatte

0 6

07 Rastelemente

0 8 Versorgungsanschluss

0 9 Well

10

11 Einsatz

12 Zellkultivierungsbereich

13 mikrostrukturierter Formkörper

14 Bodenfläche

15

1 6 DichtungsStruktur

17 geschlossener Bereich

1 8 Tragrahmen

1 9 VersorgungskanalSystem

20

21 Saugkapillare

22 untere Platte

23 obere Platte

24 Druckraum

25

2 6 Membran / Pumpe

27 zentrale Öffnung