容纳件及具有容纳件的生物反应器和制造生物材料的方法

摘要

一种生物反应器，包括用于容纳含有生物材料的流体介质的容器、在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的内部和用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的外部之间具有通孔的套管，其特征在于，用于无菌保持至少一个传感器的容纳件至少部分地在套管的通孔中延伸，其中用于无菌保持至少一个传感器的容纳件包括传感器室和具有直至0.2μm的孔径的微孔玻璃层，其中具有直至0.2μm的孔径的微孔玻璃层至少部分地使传感器室形成边缘，由此尤其实现在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的内部和传感器室的内部之间的流体交换。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无菌保持用于生物反应器的传感器的容纳件以及一种具有用于无菌保持传感器的容纳件的生物反应器和一种用于繁殖或培养生物材料的方法。

背景技术

用于无菌保持传感器的容纳件在下面也被称为容纳件、无菌端口或无菌传感器端口，并且在本公开的范围内，在此端口被理解为通道，特别是也被理解为用于流体介质的通道。

用于制造生物材料的方法(例如生物技术的生产工艺，其也称为生物技术生产流程并且其包括微生物、动物和植物细胞的培养)具有越来越重要的意义。这些生物技术生产工艺包括例如微生物、动物和植物细胞的培养。

常规上，测量探针在对生物反应器灭菌之前进行安装，不仅在一次性生物反应器(其也称为单次使用反应器)的情况下，而且在为多次使用而提供的生物反应器(其在专业上通常也称为多次使用反应器)的情况下。

无菌条件和关键参数的实时测量或实时测量对于生物技术生产工艺的开发和控制是至关重要的。特别是对于生物药物的制造，产品产量的提高和由此利润增加的提高得到大力推进。

在不进行灭菌的情况下，培养将被污染。产量的损失将不可避免地是感染的后果。

生物技术方法的产量常常决定性地取决于基质和产物浓度的确定。因此，在培养过程中要取样。但是，在此时间耗费是相当大的。这是由采样(污染风险通常也与采样相关联)以及由资源密集的离线分析决定的。

尽管做了这些耗费，但是工艺控制仍然会由于缺少实时数据或实时数据而受损。

DE 10 2010 063 031 A1示出了一种电位传感器以及一种用于起动电位传感器的方法。为了使作为一次性发酵罐或一次性生物反应器的容器的使用特别简单，在那里公开的电位传感器已经可以在例如通过伽马射线辐照的灭菌之前由连接头牢固地安装到容器的壁中，并且在存储和使用的持续时间上保留在其中。

在DE 10 2006 022 307 A1描述了一种具有可逆地在外部安装的传感器装置的一次性生物反应器，该传感器装置用于测量所含有的介质的物理参量，其中在生物反应器的用于介质流入和/或流出的至少一个外围管线中集成有传感器适配器，该传感器适配器用于容纳经由传感器适配器的内部界面与流过外围管线的介质相互作用的电子传感器装置。由于测量只能在生物反应器的外围管线中进行，因此采用这种布置不可能进行在生物反应器内的工艺控制。

DE 10 2010 037 923 A1公开了一种用于细胞的生物反应器装置，其包括封闭的生物反应器、用于接收细胞团块的细胞团块载体以及用于将营养溶液供给到细胞团块中的机构。这种装置允许对氧含量的非接触式测量。在此氧气探针被激光器激发而发出磷光。发出的磷光信号被检测器接收并发送到评估电子设备。为此，生物反应器具有半透明的窗口，并且激光器和检测器布置在生物反应器的外部。在该文献中没有描述传感器或测量设备的更换。

DE 10 2011 101 108 A1描述了一种透射反射探针，用于对位于刚性容器中的流体进行透射反射测量，该探针具有在其内部装备了光导路径的探针杆，在探针杆的前端处布置有敞开的流动室，流动室具有与探针杆的前端相对置的反射盘。探针杆被设计为在其前端处被透明窗封闭的、刚性空心体，该刚性空心体在其后端处具有用于将传感器模块刚性地耦联至探针杆上的第一耦联装置。然而，该耦联装置与敞开的流动室并且尤其是与位于探针杆前端对面的反射盘固定地连接，因此可以实现在探针上的传感器模块的更换或在相同的或不同的容器的不同的探针上的传感器模块的交替的耦联。没有公开用于测量物理、化学或生物学的测量变量的传感器的交换。

用于细胞悬浮液的常规无菌过滤器主要由聚醚砜、聚丙烯、尼龙和硝酸纤维素制成。它们往往由于膜结垢而阻塞。由此这些常规的无菌过滤器通常对于所需的培养时间是不可用的。

根据现有技术，目前尚无法使用不可灭菌的测量探针进行现场的工艺控制。

发明内容

本发明基于的目的是，提供一种也称为传感器端口的用于无菌保持传感器的容纳件，以及一种具有该容纳件的生物反应器，借此可以分别实现利用不可灭菌的测量探针进行现场的工艺控制，同时不损害在生物反应器内的无菌条件，这意味着不会污染生物反应器。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求以及说明书中可以获得有利的扩展方案。

根据本发明的生物反应器包括用于容纳含有生物材料的流体介质的容器、在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的内部和用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的外部之间具有通孔的套管，其中用于无菌保持至少一个传感器的容纳件至少部分地在套管的通孔中延伸，其中用于无菌保持至少一个传感器的容纳件包括传感器室和具有直至0.2μm的孔径的微孔玻璃层，其中具有直至0.2μm的孔径的微孔玻璃层至少部分地使传感器室形成边缘，由此尤其实现在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的内部和传感器室的内部之间的流体交换。

微孔玻璃层作为第一层形成无菌边界并且借助于直至0.2μm孔径的孔可以可靠地防止生物反应器被污染。这意味着没有细菌或污染物可以通过这些孔进入生物反应器。

有利地，通过另一个由多孔玻璃制成的第二层保护该微孔玻璃层免受膜结垢。

特别有利地，允许使用不可灭菌和不可现场校准的系统和尤其传感器，并且实现与此相关的效率和产量的提高。

这些系统和传感器包括生物传感器。生物传感器通常是特定于分析物的。例如，在培养期间中真核细胞发生意想不到的行为的情况下可以将传感器的优选特性用于工艺控制。

生物传感器本身是不可灭菌的，并且因此其使用要求在生物反应器和传感器之间建立无菌接口，以维持无菌边界。

例如在“酶葡萄糖传感器的灭菌：问题和概念(Sterilization of enzymeglucose sensors:problems and concepts)”，Th.von Woedtke,W.-D.Jülich,V.Hartmann,M.Stieber,P.U.Abel,Biosensors&Bioelectronics 17(2002)373–382中也描述了无菌挑战。

在“在生物技术过程中用于细胞营养、代谢产物、细胞密度和pH值的并行现场监测的集成多传感器系统(Integrated multi-sensor system for parallel in-situmonitoring of cell nutrients,metabolites,cell density and pH inbiotechnological processes)”，Stefan Mrossa,Tom Zimmermanna,Nadine Winkinb,Michael Kraftc,Holger Vogta,Sensors and Actuators B 236(2016)937–946中描述了实际现场测量系统的必要性，因为对于诸如抗体之类的复杂产品而言，必须将培养条件保持在尽可能接近至少局部最佳状态。与此局部最佳状态的偏差例如会影响糖基化和与此相关的产量和质量的损失。借助于多传感器平台可以实时抵消这些偏差。多传感器平台的功能和空间需求与在此处公开的设备、特别是在此处描述的用于无菌保持至少一个传感器的容纳件(其也称为无菌端口)相协调，并能够通过现场监控来提高效率、产量和质量。

优选地，该套管包括标准端口，例如Ingold端口、Broadly James端口、B.Braun安全端口或符合另一个标准的端口。它们各自具有限定直径的开口，该开口通常将生物反应器的内部与其外部连接或打开。

一般地，用于容纳含有生物材料的流体介质的容器可以是用于多次应用的多次使用生物反应器的容器。

有利地，用于容纳含有生物材料的流体介质的容器包括不锈钢或该容器由不锈钢制成。

替代地，用于容纳含有生物材料的流体介质的容器也可以是用于一次性应用的单次使用生物反应器的容器。

在这种情况下，有利的是，用于容纳含有生物材料的流体介质的容器包括塑料、特别是可灭菌的塑料，或由塑料、特别是可灭菌的塑料制成。该塑料可以包括聚合物材料，并且特别地可以由可承受伽玛灭菌或采用ETO的化学灭菌的合适材料制成。

作为塑料，例如合适的有具有EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)的聚酯弹性体或聚乙烯。在此，可以使用材料混合物，在该材料混合物中例如层系统具有提供机械稳定性的外层。气密的中间层可以随后连接到内部的生物相容的层上。

为了满足药物生产的严格要求，可以如此地选择生物反应器和传感器容纳件各自包括的材料，即该材料分别符合以下标准：

i)FDA批准的材料(ICH Q7A，CFR 211.65(a)-联邦法规代码，USP类，不含动物衍生物，不含双酚A)

ii)EMA(欧洲药品管理局)欧盟GMP指南第二部分批准的材料

iii)行业性的耐化学性-ASTM D 543-06

iv)例如参考美国药典的生物相容性或参考ISO 10993的试验。

为了获得在测量技术上有利的情况和用于无菌保持传感器的容纳件(该容纳件也被缩写地称为传感器容纳件)的机械稳定的保持并且尤其用于无菌保持在传感器容纳件中保持的传感装置的容纳件的机械稳定的保持，用于无菌保持至少一个传感器的容纳件或至少一个传感器容纳件可以在套管内与套管形状锁合地延伸。

特别有利的是，生物反应器可以与用于无菌保持至少一个传感器的容纳件一起用高压灭菌器灭菌，特别是在容纳件至少部分地被保持在套管的通孔中期间，可以用高压灭菌器灭菌。由此可以以非常高的可靠性排除受到生物活性的或相互作用的材料的污染。

一个有利的实施方式包括传感器室和具有直至0.2μm的孔径的微孔玻璃层，该微孔玻璃层至少部分地使传感器室形成边缘，由此尤其实现在传感器室的内部与传感器室的外部之间的流体交换。

在此还有利的是，实现了在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的内部和传感器室的内部之间的交换，尤其在将用于无菌保持至少一个传感器的容纳件布置在生物反应器的套管的通孔中，如该生物反应器在本文再所公开的那样的时候。

当具有直至0.2μm的孔径的微孔玻璃层形成第一层，该第一层被第二多孔层围绕，该第二多孔层在直至85％的孔隙率下具有200-700μm的孔径时，不仅可以可靠地避免生物反应器的污染，而且通过第二层的大的表面也大大地抑制了第一层的孔的结垢或堵塞。

作为一个层的、尤其由玻璃制成的层的孔隙率Φ是在玻璃中存在的孔的体积Vp与没有孔的玻璃的体积Vo的比，并且因此有Φ＝Vp/(Vo+Vp)。如果以百分比给出该值，则该参数涉及到孔相对于玻璃的总体积的百分比体积值。

在一个优选的实施方式中，传感器室具有基本上圆柱形的形状，并且第一层和第二层在圆柱形的传感器室的纵向方向上延伸并且该传感器室尤其以在远端端面闭合的方式延伸。

在该优选实施方式中，第一层可以由第一玻璃制成或包括第一玻璃，并且第二层可以由第二玻璃制成或包括第二玻璃。

替代地，第一层也可以由第一玻璃制成或包括第一玻璃，并且第二层也可以由第一玻璃制成或包括第一玻璃。

为了尽可能最有效地交换流体和尽可能最及时地进行传感检测，有利的是，第一层和第二层在纵向方向上连续地沿着传感器室延伸。

在另一个优选实施方式中，第一层和第二层在传感器室限定纵向方向上不连续地延伸，并且第一层和第二层被保持在基本上管状的支撑件上，特别是被保持在包括玻璃的或由玻璃制成的基本上管状的支撑件上。

通过在纵向方向上可移动的活塞(特别是具有活塞架或活塞杆的活塞，借助于该活塞架或活塞杆，活塞可以在纵向方向上移动)可以将传感器室相对于容器的外部以流体密封的方式封闭，并且可以将必要时被保持在该活塞上的传感器定位在那里。

为此，活塞可以有利地具有传感器保持器。

特别有利的是，具有传感器保持器的活塞可以在与灭菌或用高压灭菌器灭菌相关的第一位置和与传感检测相关的第二位置之间移动。由此可以减少由灭菌或用高压灭菌器灭菌引起的热负荷，或甚至可以在传感器室的灭菌或用高压灭菌器灭菌期间将传感器取出。

在活塞具有用于至少一个传感器的占位件时，该占位件可以随后例如在用高压灭菌器灭菌或灭菌期间占用在其他情况下传感器使用的位置。

一般地有利的是，活塞具有用于传感器的固定件，尤其具有用于传感器的标准化的固定件，因为随后例如可以进行传感器、特别是不同类型的传感器的快速更换。

有利地，活塞可以包括塑料、特别是乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)。

替代地，活塞也可以包括磨光玻璃活塞，该磨光玻璃活塞优选地具有在其上布置的O形环。

对于上面描述的生物反应器的所有实施方式以及对于上面描述的容纳件的所有实施方式，尤其可以规定，具有直至0.2μm孔径的微孔玻璃层具有渗透系数(也称为水力传导率)，其对于水至少为5*10

对一个实施例进行了滴水试验，根据该试验水的渗透系数为5*10

本发明还公开了一种用于繁殖或培养生物材料的方法，包括将流体介质、特别是生物材料或生物材料的前体引入如在本文中描述的生物反应器中，在使用如在本文中描述的、用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的情况下检测物理、化学或生物学的测量变量。

本发明还公开了一种用于繁殖或培养生物材料的方法，包括将含有生物材料或生物材料的前体的流体介质引入生物反应器中、特别是引入用于容纳含有生物材料的流体介质的生物反应器的容器中，其中用于容纳含有生物材料的流体介质的容器具有套管，该套管在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的内部和用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的外部之间具有通孔，并且在引入含有生物材料或生物材料的前体的流体介质之前，将用于无菌保持至少一个传感器的容纳件安装在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的套管处或套管中。

该方法也可以包括药物的制造，特别是生物药物的制造。

当在用于无菌保持至少一个传感器的容纳件至少部分地被保持在套管的通孔中期间对具有其用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的生物反应器以及用于无菌保持至少一个传感器的容纳件进行灭菌时，可以可靠地避免在灭菌之后出现的污染。

当在用于无菌保持至少一个传感器的容纳件至少部分地被保持在套管的通孔中期间对具有其用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的生物反应器以及用于无菌保持至少一个传感器的容纳件用高压灭菌器进行灭菌时，尤其也是这种情况。

为了避免对热敏感的传感器的损害，可以在安装用于无菌保持至少一个传感器的容纳件之后才在生物反应器上装配传感器，特别是在灭菌和/或用高压灭菌器灭菌之后在生物反应器上装配传感器。

有利地，可以随后对在本公开的用于无菌保持至少一个传感器的容纳件中布置的传感器的传感测量值进行检测。

当用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞在灭菌或用高压灭菌器灭菌期间被布置在第一位置上，并且在检测传感测量值期间被布置在第二位置上时，可以由此减小布置在活塞上的传感器的热负荷。

非常有利地，在本公开的方法中，也可以使用通过诱变被改变的光营养的或混合营养的微生物，特别是也使用微藻、酵母菌和细菌。

附图说明

下面根据优选的实施例并且参考附图对本发明进行更详细的描述。上面提到的特征和在附图中示出的特征分别可以单独地或以任意的组合在根据本发明的生物反应器、根据本发明的容纳件或根据本发明的方法上实现。

在图中：

图1示出了用于多次应用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图；

图2示出了倾斜地从上方，但是从用于容纳流体介质的容器的内侧出发来看的、用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的俯视图；

图3示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图；

图4示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图；

图5示出了用于多次应用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图；

图6示出了倾斜地从上方，但是从用于容纳流体介质的容器的内侧出发来看的、用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的俯视图；

图7示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图；

图8示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图；

图9示出了用于一次性使用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的横截面图；

图10示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的俯视图；

图11示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的横截面图；

图12示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的横截面图；

图13示出了用于多次应用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第三优选实施方式的横截面图；

图14示出了以放大图示出的来自优选实施方式的在图13中所示的矩形K的局部图；

图15示出了以放大图示出的另一个优选实施方式的对应于来自在图13中所示的矩形K的局部的视图；

图16示出了用于多次应用的生物反应器侧视图；和

图17示出了来自图5的视图的局部图。

具体实施方式

图1是用于多次应用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面沿着在图4中所示的截平面AA延伸，在该截平面中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与传感检测相关。

图2是倾斜地从上方，但是从用于容纳流体介质的容器的内侧出发来看的、用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的俯视图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与传感检测相关。

图3是用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面沿着在图2中所示的截平面BB延伸，在该截平面中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与传感检测相关。

图4是用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面沿着在图2中所示的截平面CC延伸，在该截平面中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与传感检测相关。

图5是用于多次应用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面沿着在图4中所示的截平面AA延伸，在该截平面中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与灭菌和/或用高压灭菌器的灭菌相关；

图6是倾斜地从上方，但是从用于容纳流体介质的容器的内侧出发来看的、用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的俯视图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与灭菌和/或用高压灭菌器的灭菌相关。

图7是用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面沿着在图2中所示的截平面BB延伸，在该截平面中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与灭菌和/或用高压灭菌器的灭菌相关。

图8是用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第一优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面沿着在图2中所示的截平面CC延伸，在该截平面中在一个位置上示出了用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的活塞，该位置与灭菌和/或用高压灭菌器的灭菌相关。

图9是用于一次性使用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面基本上与在用于第一实施方式的图1中一样地延伸，然而没有在传感器室中布置的活塞并且没有其活塞杆。

图10是用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的俯视图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，然而是从用于容纳流体介质的容器的内侧出发来看的；

图11是用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面容纳件垂直地通过用于容纳生物材料的容器在容纳件前面和在套管前面延伸，然而没有在传感器室中布置的活塞并且没有其活塞杆。

图12是用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第二优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面容纳件水平地通过用于容纳生物材料的容器在容纳件前面和在套管前面延伸，然而没有在传感器室中布置的活塞并且没有其活塞杆。

图13是用于多次应用的生物反应器和用于无菌保持至少一个传感器的容纳件的第三优选实施方式的横截面图，该容纳件被布置在用于容纳含有生物材料的流体介质的容器的通孔中，但该容器仅部分地示出，其中截平面基本上与在用于第一实施方式的图1中一样地延伸。

图14是以放大图示出的来自优选实施方式的在图13中所示的矩形K的局部图，其中活塞包括乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)。

图15是以放大图示出的另一个优选实施方式的对应于来自在图13中所示的矩形K的局部的视图，其中活塞包括玻璃或由玻璃制成。

图16是用于多次应用的生物反应器侧视图，具有用于无菌保持至少一个传感器的容纳件，其中用于容纳含有生物材料的流体介质的容器被部分断开地示出。

图17是来自图5的视图的局部图，采集图5的右上方区域如此旋转地示出，使得对称线S垂直于水平面延伸。

1 生物反应器；

2 用于保持至少一个传感器的传感器容纳件；

3 用于容纳含有生物材料的流体介质的容器；

4 流体介质或多种流体介质；

5 生物材料；

6 端口或套管；

7 容器3的通孔；

8 传感器；

14 通孔；

15 保持架；

16 摩擦元件、优选是O形圈；

17 圆柱形凹口；

18 环形压力元件；

20 在径向方向上延伸的侧面的凸肩；

21 上部法兰；

22 盖形螺母；

24 螺纹；

25 配对螺纹；

26 卡环；

27 密封件、特别是O形环；

28 生物反应器1的内壁；

100 传感器室；

110 第一多孔层；

120 第二多孔层；

130 活塞。