VDI Frankfurt II 2006 - und Biotechnologie (KMUB)
VDI Frankfurt II 2006 - und Biotechnologie (KMUB)
VDI Frankfurt II 2006 - und Biotechnologie (KMUB)
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T I T E l T H E M E N<br />
■ Transportabler Bioreaktor -<br />
Temperatur <strong>und</strong> Co 2 kontrolliert<br />
In der pharmazeutischen Industrie,<br />
der <strong>Biotechnologie</strong> <strong>und</strong> verschiedenen<br />
medizinischen <strong>und</strong> diagnostisch/<br />
analytischen Anwendungen gibt es<br />
eine Reihe von Prozessen, bei denen<br />
Mikroorganismen, Zellen oder Gewebekulturen<br />
bei konstanter Temperatur<br />
inkubiert werden müssen. Dabei<br />
w e r d e n<br />
diese in<br />
einem mit<br />
Nährstofflösung<br />
gefülltem System über längere<br />
Zeiträume kultiviert <strong>und</strong> vermehrt.<br />
Solche Prozesse dienen oftmals der<br />
Gewinnung eines Produktes, welches<br />
Abb. 1:<br />
Transportables Bioreaktorsystem<br />
aufrecht installiert.<br />
a) Co 2 Sensor mit Transmitter <strong>und</strong><br />
Display<br />
b) Aufbau der Wand:<br />
Vakuumisolierung,<br />
Heizfolien auf Aluminiumplatten<br />
c) Datalogger zur langzeittemperaturaufzeichnung<br />
die Organismen synthetisieren. Sie<br />
können aber auch der Vermehrung<br />
pathogener Keime oder Organismen<br />
zu diagnostischen Zwecken oder der<br />
Herstellung eines Implantates dienen.<br />
In vielen Fällen spielt die Dauer<br />
der Inkubation <strong>und</strong> die Zeit des<br />
gesamten Herstellungsprozesses eine<br />
wichtige Rolle. So ist es zum Beispiel<br />
bei diagnostischen Anwendungen<br />
wichtig, die Diagnose einer Erkrankung<br />
möglichst schnell zu treffen <strong>und</strong><br />
keine Zeit durch den Transport zu<br />
verlieren. Da die<br />
Inkubation bzw.<br />
Kultivierung in<br />
der Praxis erst<br />
nach dem Transport<br />
erfolgt, ist<br />
die Transportzeit<br />
einer Probe<br />
oder eines<br />
Inokulums meist<br />
verlorene Zeit.<br />
Nicht zuletzt ist<br />
die Lebenserhaltung<br />
der zu<br />
transportierenden<br />
Organismen<br />
von essentieller<br />
Bedeutung. Zur Lösung dieses Problems<br />
wurde im Rahmen einer vom<br />
B<strong>und</strong>eswirtschaftsministerium finanziell<br />
unterstützten Forschungskooperation<br />
von der AG für Bioverfahrenstechnik<br />
der Fachhochschule Gießen-<br />
Friedberg <strong>und</strong> der Firma Delta T<br />
GmbH ein neuartiges transportables<br />
Kultivierungssystem auf der Basis von<br />
Latentwärmespeichertechnologie für<br />
die Kultivierung bzw. Inkubation von<br />
Laborproben, Mikroorganismen <strong>und</strong><br />
Zellkulturen entwickelt<br />
Die Besonderheit bei der Kultivierung<br />
tierischer Zellen ist eine sichere Versorgung<br />
mit CO 2 , um den pH-Wert<br />
im Kultivierungsmedium auf dem für<br />
die Zellen physiologischen Niveau zu<br />
halten. Ebenfalls ist eine konstante<br />
Temperatur von 37º Celsius sicherzustellen.<br />
Um diese Anforderungen zu erfüllen<br />
Technik & Mensch · <strong>VDI</strong> <strong>Frankfurt</strong>-Darmstadt <strong>II</strong>/<strong>2006</strong><br />
ist die Wand des Systems mehrschichtig<br />
aufgebaut. Neben einer Isolierung<br />
durch Vakuumpaneele erfolgt<br />
die Temperierung mittels elektrischer<br />
Heizfolien. Die Regelungstechnik für<br />
Temperatur <strong>und</strong> CO 2 ist in den Dekkel/Tür<br />
integriert. Die CO 2 Messung<br />
innerhalb des Inkubationsraumes<br />
erfolgt mit einem Infrarotsensor.<br />
Die Versorgung mit CO 2 kann auf<br />
zwei Wegen erfolgen: erstens durch<br />
eine integrierte Kartusche oder<br />
zweitens durch eine externe Quelle.<br />
Abbildung 2 zeigt den Verlauf<br />
der CO 2 Konzentration im Reaktor<br />
über einen Zeitraum von 2,5 h. Als<br />
Störgröße erfolgte ein Öffnen des<br />
Systems bei 60 <strong>und</strong> 82 Minuten. Der<br />
Sollwert von 5% CO 2 konnte innerhalb<br />
von wenigen Minuten durch die<br />
Regelung wieder eingestellt werden.<br />
Abb. 3 zeigt den Temperaturverlauf,<br />
inkl. der Aufheizphase, im Kultivierungssystem<br />
während des Betriebes<br />
über einen Zeitraum von 12 St<strong>und</strong>en.<br />
Bei Transport <strong>und</strong> bei Ausfall der<br />
Stromversorgung kann mittels La-<br />
tentwärmespeicher <strong>und</strong> der Isolie-<br />
CO2-Konzentration [%]<br />
6,0<br />
5,0<br />
4,0<br />
3,0<br />
2,0<br />
1,0<br />
0,0<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150<br />
Zeit [min]<br />
Abb. 2: Co 2 -Konzentrationsverlauf im<br />
Bioreaktorsystem Ventilöffnungszeit: 2 s;<br />
Abtastintervall: 40 s; Co 2 -Konzentration:<br />
5 ± 0,25%, Störgrößenbeaufschlagung:<br />
Öffnen des Deckels bei 60 <strong>und</strong> 82 min<br />
rung mittels Vakuumpaneele die Temperatur<br />
über einen längeren Zeitraum<br />
konstant gehalten werden. Zusätzlich<br />
kann das System beim Transport an<br />
12V Gleichspannung angeschlossen<br />
werden.
Anzeige<br />
Abb. 3: Temperaturverlauf im Bioreaktorsystem mit Aufheizphase<br />
<strong>und</strong> Störgrößenbeaufschlagung durch Öffnen des Deckels bei 65 min<br />
Das System ist für alle Transportgüter,<br />
die temperiert oder in CO 2 -Atmosphäre<br />
transportiert werden müssen,<br />
geeignet, wie z.B. für die Bebrütung<br />
von Mikroorganismen <strong>und</strong> Zellkul-<br />
engineering<br />
für Pharma <strong>und</strong> Chemie<br />
Conceptual Design<br />
Basic Engineering<br />
Projektmanagement<br />
Generalplanung<br />
GMP Qualifizierung<br />
Deutsche VTU-Engineering GmbH<br />
Industriepark Höchst, Geb. D710<br />
<strong>Frankfurt</strong>/Main, Tel.: +49/69/305-22260<br />
office.frankfurt@vtu.com<br />
Erfolgsfaktor Mensch:<br />
Perfekte Lösungen<br />
durch ein perfektes<br />
Team<br />
turen oder von<br />
diagnostischem<br />
Probenmaterial<br />
(z.B. Blutproben)<br />
während<br />
des Transports.<br />
Für kleine Labore<br />
<strong>und</strong> Praxen<br />
kann das System<br />
ortsfest installiert<br />
als Labor-Brutschrankverwendet<br />
werden.<br />
Weitere Informationen:<br />
Prof. Dr.-Ing. Peter Czermak,<br />
geschäftsführender Direktor<br />
www.vtu.com<br />
<strong>Frankfurt</strong> · Rheinbach · Penzberg<br />
Grambach/Graz · Wien · Linz · K<strong>und</strong>l · Bozen<br />
T I T E l T H E M E N<br />
Institut für Biopharmazeutische<br />
Technologie AG<br />
für Bioverfahrenstechnik,<br />
Membrantechnologie <strong>und</strong><br />
Zellkulturtechnik<br />
Fachhochschule Gießen-Friedberg,<br />
35390 Giessen<br />
E-mail:<br />
peter.czermak@tg.fh-giessen.de<br />
Internet: http://kmubserv.tg.fh-giessen.de/pm/czermak<br />
Dr. rer.nat. Stephanie Gokorsch,<br />
Senior Scientist<br />
Delta T Gesellschaft für<br />
Medizintechnik mbH<br />
35394 Gießen<br />
E-mail: gokorsch@deltat.de<br />
Internet: www.deltaT.de<br />
Engineering mit Schwerpunkt<br />
Verfahrenstechnik<br />
VTU Engineering plant Anlagen für Pharma,<br />
<strong>Biotechnologie</strong> <strong>und</strong> Chemie. Der Fokus der<br />
Arbeiten liegt auf der Prozesstechnik <strong>und</strong> dem<br />
Projektmanagement von der Konzepterstellung<br />
bis zur Inbetriebnahme.<br />
Für die pharmazeutische Industrie werden<br />
zusätzlich umfangreiche Dienstleistungen zur<br />
GMP-Qualifizierung <strong>und</strong> -Validierung bis zur<br />
Begleitung von Inspektionen <strong>und</strong> Audits<br />
durchgeführt. Die deutsche Zentrale ist in<br />
<strong>Frankfurt</strong>-Höchst. Weitere Niederlassungen<br />
befinden sich in Rheinbach bei Bonn <strong>und</strong><br />
Penzberg sowie in Österreich (Grambach/Graz,<br />
Wien, Linz, K<strong>und</strong>l) <strong>und</strong> Italien (Bozen). Die<br />
K<strong>und</strong>enliste umfasst renommierte Namen der<br />
Pharma- <strong>und</strong> Chemiebranche wie z.B. AMI,<br />
Boehringer Ingelheim, Degussa, DSM, OMV,<br />
Roche Diagnostics, Sandoz, Sanofi-Aventis<br />
oder Wacker<br />
Der nachhaltige Erfolg von VTU Engineering<br />
steht auf zwei Säulen: Kompromisslose Orientierung<br />
der Arbeiten am Nutzen der K<strong>und</strong>en<br />
<strong>und</strong> hohe Mitarbeiterqualität.<br />
Die Techniker bei VTU (ca. 80 Verfahrensingenieure,<br />
Chemieingenieure <strong>und</strong> Biotechnologen)<br />
werden nach ihrer Ausbildung an TU<br />
oder FH in Kursen <strong>und</strong> Seminaren ständig weitergebildet.<br />
Weitere Infos unter www.vtu.com