Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kultivierung von Zellen in einem Bioreaktor, dessen aus dem Reaktorinnenraum herausführende Abluftleitung einen Abluftfilter mit einer steril filtrierenden Mikrofiltermembran aufweist.

Stand der Technik

Zur Kultivierung von Zellen in einem Bioreaktor muss dem Reaktorinnenraum, der eine geschlossenen Kultivierungskammer bildet, ein relativ großer Luftstrom sicher zu- und abgeführt werden. Zurückgehalten werden müssen dabei Zellen (z. B.

Mikroorganismen) sowohl von außen nach innen als auch von innen nach außen. Der Reaktorinnenraum bzw. die

Kultivierungskammer wird in der Regel unter erhöhter

Temperatur mit einer belüfteten wässrigen Lösung betrieben, welche Nährstoffe und Zellen (z.B. Mikroorganismen) enthält, welche vermehrt werden sollen.

Es werden nach dem Stand der Technik hydrophobe steril filtrierende Mikrofiltermembranen eingesetzt, die

beispielsweise nach ASTM 838-05 qualifiziert sind. Vorzugsweise sind diese so hydrophob, dass sowohl kein Wasser in die Filtermembranstruktur eindringt als auch sich kein geschlossener Wasserfilm auf der Filtermembranoberfläche bilden und so den Luftstrom durch die Filtermembran

einschränken bzw. stoppen kann. Wird Wasserdampf mit dem Luftstrom aus der Lösung ausgetragen, so kondensiert dieser mindestens teilweise an der Filtermembran und allen Gehäuse- und Leitungsteilen und muss abgeführt werden. Im Besonderen bei hohen Luftströmen werden Zellen, Zellreste oder

partikuläre Stoffe, wie z.B. Nährstoffe oder Reste davon, mit auf die Filtermembranoberfläche getragen und verblocken die Porenstruktur der Filtermembran.

Aus der DE 10 2008 025 968 AI ist eine Vorrichtung zur

Kultivierung von Zellen in einem Bioreaktor bekannt, dessen aus dem Reaktorinnenraum herausführende Abluftleitung einen hydrophoben Steril- oder Abluftfilter mit einer

Mikrofiltermembran aufweist. Um das Kondensieren von

Wasserdampf an der Filtermembran zu vermeiden, wird bei dem bekannten Bioreaktor dem Abluftfilter ein Kondensator

vorgelagert, der warme feuchte Abluft herunterkühlt und abtropfendes Wasser in den Reaktorinnenraum zurückführt. Dies hat sich zwar grundsätzlich bewährt, ist jedoch relativ kostenintensiv und kann nicht verhindern, dass Zellen,

Zellreste oder partikuläre Stoffe auf die

Filtermembranoberfläche getragen werden und diese verblocken. Aufgabenstellung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Vorrichtung zur Kultivierung von Zellen so zu verbessern, dass sie einerseits kostengünstig hergestellt werden kann und dass sie andererseits neben der Vermeidung einer Verblockung durch Wasserdampf auch eine Verblockung der

Mikrofiltermembran durch Zellen oder partikuläre Stoffe verhindert .

Darlegung der Erfindung

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des

Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass dem

Abluftfilter zum Reaktorinnenraum hin mindestens ein

Vorfilter mit einem hydrophoben Filtermaterial vorgelagert ist .

Durch die Verwendung eines hydrophoben Filtermaterials als Vorfilter wird der steril filtrierende Mikrofilter einfach und kostengünstig vor einem unerwünschten Verblocken sowohl durch Wasserdampf oder Wasser als auch durch Zellen,

Zellreste oder partikuläre Stoffe geschützt.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden der Vorfilter und der Abluftfilter einen gemeinsamen

Kombinationsfilter und sind insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dabei sind der Vorfilter und der

Abluftfilter als zwei getrennte hintereinander in dem Gehäuse angeordnete Filtereinsätze ausgebildet. Es ist aber auch möglich, das Filtermaterial des Vorfilters direkt auf der zu schützenden Mikrofiltermembran des Abluftfilters anzuordnen. So kann der Vorfilter beispielsweise koaxial zum Abluftfilter in dem Gehäuse angeordnet werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Kombinationsfilter in eine Zuflussleitung zum Bioreaktor einzusetzen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung ist das Filtermaterial als ein Glasfaserfilter ausgebildet. Es ist aber auch möglich, das Filtermaterial des Vorfilters aus Melt-Blown-Faserfiltermaterialien aus PE

(Polyethylen), PP (Polypropylen), PET

(Polyethylenterephthalat) , PESU ( Polyethersulfon) , PVDF

(Polyvinylidenfluorid) oder PMP (Polymethylpenten)

auszubilden. Unter Melt-Blown versteht der Fachmann einen Prozess, in dem nichtgewebte Stoffe bzw. Vliese direkt aus Granulat hergestellt werden. Dabei wird ein spezielles

Spinnverfahren in Kombination mit Hochgeschwindigkeits- Heißluft genutzt, um feinfaserige Stoffe mit

unterschiedlichen Strukturen zu produzieren.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Filtermaterial des Vorfilters eine

durchschnittliche Porengröße von größer als 0,1 m und kleiner als 100 μπι auf. Weiter bevorzugt kann die

durchschnittliche Porengröße zwischen 3 ym und 30 μπι sein. Insbesondere kann die durchschnittliche Porengröße zwischen 10 μπι und 15 μπι sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung weist das Filtermaterial des Vorfilters eine Dicke von 50 μπι bis 250 μπι auf. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Abluftfilter eine hydrophobe Mikrofiltermembran aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) , ePTFE (expandiertes

Polytetrafluorethylen) , PP oder PE auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung weist der Abluftfilter eine hydrophobe

Mikrofiltermembran auf.

Die hydrophobe Mikrofiltermembran kann dabei aus einem hydrophoben polymeren Material gebildet sein, wobei die

Membranmatrix und ihre inneren und äußeren Oberflächen jeweils hydrophob sind. Die vorgenannten polymeren

Materialien sind bevorzugt aus der Gruppe umfassend PVDF, PTFE (Polytetrafluorethylen) , PMP, PP, PE oder Kombinationen davon ausgewählt. Bei einer weiteren bevorzugten

Ausführungsform ist die Membranmatrix hydrophil, während ihre inneren und äußeren Oberflächen durch Beschichtung oder

Pfropfpolymerisation hydrophobe Eigenschaften aufweisen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung weist der Abluftfilter eine hydrophobe

Mikrofiltermembran mit Porengrößen von größer als 0, 1 μιτι, bevorzugt 0,2 μπι, auf.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den

Zeichnungen . Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kultivierung von Zellen in einem Bioreaktor mit in getrennten Gehäusen angeordneten

Abluftfilter und Vorfilter,

Figur 2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kultivierung von Zellen in einem Bioreaktor mit Abluftfilter und Vorfilter, die in einem gemeinsamen Gehäuse als Kombinationsfilter angeordnet sind,

Figur 3: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kultivierung von Zellen in einem Bioreaktor mit Abluftfilter und Vorfilter, die in einem gemeinsamen Gehäuse als Kombinationsfilter angeordnet sind, wobei das Filtermaterial des Vorfilters direkt auf der zu schützenden

Mikrofiltermembran des Abluftfilters aufliegt,

Figur 4: eine Seitenansicht im Schnitt und Ausriss einer weiteren Vorrichtung entsprechend Figur 1 und

Figur 5: eine Seitenansicht im Schnitt und Ausriss einer weiteren Vorrichtung entsprechend Figur 3, bei der das Filtermaterial des Vorfilters die

Mikrofiltermembran des Abluftfilters konzentrisch umschließt. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Eine Vorrichtung 1 zur Kultivierung von Zellen besteht im Wesentlichen aus einem Bioreaktor 2, einer Abluftleitung 3, einem Abluftfilter 4 und einem Vorfilter 5.

Der Bioreaktor 2 weist einen Reaktorinnenraum 6 auf, der über die Abluftleitung 3 mit dem Abluftfilter 4 verbunden ist. Dem Abluftfilter 4 ist zum Reaktorinnenraum 6 hin der Vorfilter 5 vorgelagert. „

Entsprechend den Figuren 1 und 4 ist der Abluftfilter 4 in einem Abluftfiltergehäuse 7 und der Vorfilter 5 in einem Vorfiltergehäuse 8 angeordnet.

Entsprechend der Figur 2 sind der Abluftfilter 4 ^Λ und der Vorfilter 5 ^λ in einem gemeinsamen Filtergehäuse 9 angeordnet und bilden einen gemeinsamen Kombinationsfilter 10.

Entsprechend den Figuren 3 und 5 ist der Vorfilter 5 ^Λ ' konzentrisch zum Abluftfilter 4 ^λλ angeordnet, so dass der Vorfilter 5 ^λλ den Abluftfilter 4 ^{λ ί} abdeckt. Der

Kombinationsfilter 10' ' ist mit seinem Vorfilter 5 ^, und seinem Abluftfilter 4 ^Λ in dem gemeinsamen Filtergehäuse 9 ^λ angeordnet .

Die Vorfilter 5, 5 5 * weisen eine durchschnittliche

Porengröße zwischen 10 und 15 μπ\ auf. Das Filtermaterial der Vorfilter 5, 5 5 ^λ weist eine Dicke von 50 bis 250 pm auf. Die hydrophobe Mikrofiltermembran des Abluftfilters 4, 4 4 ^{, λ} weist im Ausführungsbeispiel eine Porengröße von 0,2 μπι auf . Der Bioreaktor 2 weist zu seinem Reaktorinnenraum 6 hin einen Gaszuführkanal 11 auf, über den Gas zugeführt werden kann.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele wurden erfolgreich getestet :

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1:

Vorfilter 5: eine Lage 10-15 ym Vorfiltermaterial

plissierte Kerze/Capsule 1: BH9 Capsule, 1 Lage PP elt Blown Filtermaterial, Mean Flow Porengröße 10-15 μπι (Topas), Dicke 150 pm, Basisgewicht 20 g/m ²

Abluftfilter 4: Sartofluor Sterilfilter,

Plissierte Kerze/Capsule 2: BH9 Capsule, 1 Lage ePTFE Mikrofiltermembran 0,2 μιη

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 5 Kombifilter 10'' (1 Lage 10-15 μτ Vorfiltermaterial vor 1 Lage ePTFE Mikrofiltermembran 0,2 μπ\) :

Vorfilter 5'': Plissierte Kerze/Capsule: BH9 Capsule, 1

Lage PP Melt-Blown-Filtermaterial Mean Flow Porengröße 10-15 μπι (Topas) , Dicke 150 μπι, Basisgewicht 20 g/m ² (vor Abluftfilter)

Abluftfilter 4'': 1 Lage ePTFE Mikrofiltermembran 0,2 μιη

Bewertung: Funktion gegeben, besonders einfacher Aufbau, kleinstes Baumaß,

einfachster Betrieb, identisch zu Betrieb ohne Vorfilter. Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung

diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden

Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen

Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere können die Filter 4, 4 4 ^,λ , 5, 5 5 ^,Λ bzw. die Kombinationsfilter 10, 10 ^{Λ Λ} auch im Gaszuführkanal 11 zusätzlich angeordnet werden. Auch ist es möglich, dem Kombinationsfilter 10, 10 einen nicht weiter dargestellten Kondensator zum Reaktorinnenraum 6 hin

vorzulagern .

Bezugszeichenliste

Vorrichtung

Bioreaktor

Abluftleitung Abluftfilter Vorfilter

Reaktorinnenraum Abluftfiltergehäu Vorfiltergehäuse Filtergehäuse Kombinationsfilte Gaszuführkanal