VDI Frankfurt II 2006 - und Biotechnologie (KMUB)

T I T E l T H E M E N
■ Transportabler Bioreaktor -
Temperatur und Co 2 kontrolliert
In der pharmazeutischen Industrie,
der Biotechnologie und verschiedenen
medizinischen und diagnostisch/
analytischen Anwendungen gibt es
eine Reihe von Prozessen, bei denen
Mikroorganismen, Zellen oder Gewebekulturen
bei konstanter Temperatur
inkubiert werden müssen. Dabei
w e r d e n
diese in
einem mit
Nährstofflösung
gefülltem System über längere
Zeiträume kultiviert und vermehrt.
Solche Prozesse dienen oftmals der
Gewinnung eines Produktes, welches
Abb. 1:
Transportables Bioreaktorsystem
aufrecht installiert.
a) Co 2 Sensor mit Transmitter und
Display
b) Aufbau der Wand:
Vakuumisolierung,
Heizfolien auf Aluminiumplatten
c) Datalogger zur langzeittemperaturaufzeichnung
die Organismen synthetisieren. Sie
können aber auch der Vermehrung
pathogener Keime oder Organismen
zu diagnostischen Zwecken oder der
Herstellung eines Implantates dienen.
In vielen Fällen spielt die Dauer
der Inkubation und die Zeit des
gesamten Herstellungsprozesses eine
wichtige Rolle. So ist es zum Beispiel
bei diagnostischen Anwendungen
wichtig, die Diagnose einer Erkrankung
möglichst schnell zu treffen und
keine Zeit durch den Transport zu
verlieren. Da die
Inkubation bzw.
Kultivierung in
der Praxis erst
nach dem Transport
erfolgt, ist
die Transportzeit
einer Probe
oder eines
Inokulums meist
verlorene Zeit.
Nicht zuletzt ist
die Lebenserhaltung
der zu
transportierenden
Organismen
von essentieller
Bedeutung. Zur Lösung dieses Problems
wurde im Rahmen einer vom
Bundeswirtschaftsministerium finanziell
unterstützten Forschungskooperation
von der AG für Bioverfahrenstechnik
der Fachhochschule Gießen-
Friedberg und der Firma Delta T
GmbH ein neuartiges transportables
Kultivierungssystem auf der Basis von
Latentwärmespeichertechnologie für
die Kultivierung bzw. Inkubation von
Laborproben, Mikroorganismen und
Zellkulturen entwickelt
Die Besonderheit bei der Kultivierung
tierischer Zellen ist eine sichere Versorgung
mit CO 2 , um den pH-Wert
im Kultivierungsmedium auf dem für
die Zellen physiologischen Niveau zu
halten. Ebenfalls ist eine konstante
Temperatur von 37º Celsius sicherzustellen.
Um diese Anforderungen zu erfüllen
Technik & Mensch · VDI Frankfurt-Darmstadt II/2006
ist die Wand des Systems mehrschichtig
aufgebaut. Neben einer Isolierung
durch Vakuumpaneele erfolgt
die Temperierung mittels elektrischer
Heizfolien. Die Regelungstechnik für
Temperatur und CO 2 ist in den Dekkel/Tür
integriert. Die CO 2 Messung
innerhalb des Inkubationsraumes
erfolgt mit einem Infrarotsensor.
Die Versorgung mit CO 2 kann auf
zwei Wegen erfolgen: erstens durch
eine integrierte Kartusche oder
zweitens durch eine externe Quelle.
Abbildung 2 zeigt den Verlauf
der CO 2 Konzentration im Reaktor
über einen Zeitraum von 2,5 h. Als
Störgröße erfolgte ein Öffnen des
Systems bei 60 und 82 Minuten. Der
Sollwert von 5% CO 2 konnte innerhalb
von wenigen Minuten durch die
Regelung wieder eingestellt werden.
Abb. 3 zeigt den Temperaturverlauf,
inkl. der Aufheizphase, im Kultivierungssystem
während des Betriebes
über einen Zeitraum von 12 Stunden.
Bei Transport und bei Ausfall der
Stromversorgung kann mittels La-
tentwärmespeicher und der Isolie-
CO2-Konzentration [%]
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Zeit [min]
Abb. 2: Co 2 -Konzentrationsverlauf im
Bioreaktorsystem Ventilöffnungszeit: 2 s;
Abtastintervall: 40 s; Co 2 -Konzentration:
5 ± 0,25%, Störgrößenbeaufschlagung:
Öffnen des Deckels bei 60 und 82 min
rung mittels Vakuumpaneele die Temperatur
über einen längeren Zeitraum
konstant gehalten werden. Zusätzlich
kann das System beim Transport an
12V Gleichspannung angeschlossen
werden.

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Abb. 3: Temperaturverlauf im Bioreaktorsystem mit Aufheizphase
und Störgrößenbeaufschlagung durch Öffnen des Deckels bei 65 min
Das System ist für alle Transportgüter,
die temperiert oder in CO 2 -Atmosphäre
transportiert werden müssen,
geeignet, wie z.B. für die Bebrütung
von Mikroorganismen und Zellkul-
engineering
für Pharma und Chemie
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Institut für Biopharmazeutische
Technologie AG
für Bioverfahrenstechnik,
Membrantechnologie und
Zellkulturtechnik
Fachhochschule Gießen-Friedberg,
35390 Giessen
E-mail:
peter.czermak@tg.fh-giessen.de
Internet: http://kmubserv.tg.fh-giessen.de/pm/czermak
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Senior Scientist
Delta T Gesellschaft für
Medizintechnik mbH
35394 Gießen
E-mail: gokorsch@deltat.de
Internet: www.deltaT.de
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