JP6073903B2 - バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置、バイオリアクタのための排気ガス温度制御デバイス、およびバイオテクノロジー装置内を流れる排気ガスを処理する方法 - Google Patents

Description

本発明は、バイオテクノロジー装置の分野に関する。特に、バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置と、バイオリアクタのための排気ガス温度制御デバイスと、バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置内を流れる排気ガスを処理する方法とに関する。

さらに、本発明は、滅菌済みの使い捨て流体導管、特に使い捨てバイオリアクタの無菌の使い捨て排気ガスチューブのための再利用可能な接続デバイスに関する。また、使い捨てバイオリアクタの滅菌済みの使い捨て流体導管の温度を制御するための再利用可能な温度制御デバイス、滅菌済みの使い捨て流体導管を用いる使い捨てバイオリアクタを有するバイオテクノロジーデバイス、およびバイオテクノロジーデバイス内の流体の流れを処理するための方法に関する。

バイオリアクタは、発酵槽と呼ばれており、バイオテクノロジー装置の一部である。これらは閉じた反応チャンバを備え、反応チャンバ内では、可能な限り最適に規定されて制御された条件のもとで、真核細胞や原核細胞が培養される。プロセス工学によって略自動的に制御される物質の転化が、研究されており、有機体に必要な拘束条件を用いておよびプロセスに必要な主要物質および二次物質が存在する下で最適化され且つ実行されている。

生物工学的培養は、有機体に関しておよび達成される転化に関して最適化された条件の下で実行される。使用される細胞型の比率が大きい場合、プロセスは３７℃で行われる。３７℃の乾燥空気は、空気１Ｋｇあたり４０ｇの水分を吸収することができる。これは、微生物に必要なガス成分を含むガスによって培養が行われる場合に水分がシステムから継続的に抜け出ることを意味する。この影響を抑制するために、排気ガスが温度制御デバイスを備える排気ガス導管を介してガイドされ、その温度制御デバイスが、ガス流を例えば約４℃から約１０℃の間の温度に冷却するために、排気ガス導管の表面を冷却する。これにより、排気ガス流は十分に冷却される。排気ガス導管の表面の温度は露点以下に下がる。その結果、排気ガス流から取り除かれた水分は、排気ガスクーラーの壁面に凝縮し、培地に戻る。

このようなバイオリアクタを細胞培養テクノロジーの分野で用いる場合、数日から数週間の培養時間は一般的ではない。ガス処理速度は微生物学での使用に比べて十分に低い。したがって、排気ガス導管の下流側に接続された無菌フィルタの目詰まりを抑制するために、排気ガス流の加熱が必要とされる可能性がある。

温度制御デバイスによる温度制御は、通常、温度制御流体を用いて行われる。そのような流体は、別のユニット内において調節される。その温度が十分に制御される場合には、代わりとして、主に水が使用されてもよい。

クーラントおよび別のユニットが使用される場合、複雑な接続技術が必要である。接続ユニットとその周囲との間に温度差が生じると、その温度差による多くの凝縮物の形成を供給用パイプラインおよび排出用パイプラインに確認することができる。

”卓状スケール”（研究室スケール）で行われる一般的なバイオテクノロジー方法においては、ガラス製の反応器が頻繁に使用される。これにより、加圧滅菌処理においてガラス製の反応器が無傷でスチームによって滅菌される加圧滅菌可能なバイオリアクタを構成することができる。これに関連して、加圧滅菌処理前に、制御ユニットと反応器との全ての接続を切り離す必要がある。接続は、一般的に、締め付けねじ接続、差し込みコネクタ、圧着接続などのホースコネクタの形態である。このような加圧滅菌可能な構成のバイオリアクタにおいては、バイオリアクタに接続するバイオテクノロジー装置の機能部品が、可能な限り効率的に反応器に取り付けられ、また加圧滅菌処理が予定されているときに取り外せるようにする必要がある。

使い捨てのバイオリアクタの形態をとるように構成された他のバイオリアクタでは、反応器が例えば一培養プロセスにおいてのみ使用され、その一方で、撹拌器の駆動源、除去される排気ガス用の温度制御ユニットなどの反応器に取り付けられる機能部品が再利用される。また、関連して、バイオリアクタに連結されるバイオテクノロジー装置の機能部品は、反応器に取り付けられ、そして可能な限り有効に使用された後再び取り外される必要がある。

発酵槽と頻繁に呼ばれるバイオリアクタは、研究室スケールで生物学的プロセスまたは生物工学的プロセスが内部で実行される反応チャンバを囲んでいる。このようなプロセスとして、例えば、規定され、好ましくは最適化され、また制御される再現可能な条件の下での細胞、微生物、小さい植物の培養が挙げられる。バイオリアクタは、多くの場合、複数のコネクタを備え、そのコネクタを介して、主要物質や二次物質、同様にセンサなどの様々な器具を反応チャンバに導入することができる、または流体導管に接続することができる。流体、特にガスを、このような流体導管、特にガス導管を介して、反応チャンバに供給するまたは反応チャンバから取り除くことができる。流体の流れの方向によるが、流体導管は、供給用導管または排出用導管と呼ばれる。ガス導管は、ガス流の方向によるが、ガス供給ライン、ガス抜きライン、ガス供給用導管、ガス導管、ガス排気導管、ガス送出用導管と呼ばれる。

細胞培養の分野ではなく微生物学的用途においては、バイオリアクタは、バイオリアクタシステム、好ましくは並行バイオリアクタシステム内で好ましく使用される。並行バイオリアクタシステムが、例えば、ＤＥ１０ ２０１１ ０５４ ３６３．５およびＤＥ １０ ２０１１ ０５４ ３６５．１に開示されている。このようなバイオリアクタシステムにおいては、複数のバイオリアクタが並行に動作され、高精度に制御される。再現性および拡張性がある高スループットな実験を、少しの作業量で、個々のバイオリアクタにおいて実行することができる。

細胞培養の分野において、このような並行バイオリアクタシステムが、例えば、統計的計画方法（実験の設計：ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ＤｏＥ）に基づくプロセス最適化のための、また、調査および開発における、例えば、チャイニーズハムスタの卵巣（ＣＨＯ）、ハイブリドーマ、ＮＳＯなどの異なる培養株を培養するためのプロセス開発のための試験シリーズに使用される。この用途に関連して、”細胞培養”の表現は、有機体外側の培養液内の動物細胞または植物細胞を培養することを意味すると具体的には理解される。

微生物学の分野においても、並行バイオリアクタシステムが、同様に、統計的計画方法（実験の設計：ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ＤｏＥ）に基づくプロセス最適化のための、調査および開発における、例えば、様々な微生物、特にバクテリアや酵母などの菌類の培養するためのプロセス工学のための試験シリーズに使用される。

研究室にて使用されるバイオリアクタは、多くの場合、ガラスおよび／または金属から作製され、特に、バイオリアクタが使用される度に、好ましくは加圧滅菌処理においてスチーム滅菌によって滅菌される必要がある場合には、ステンレス鋼から作製される。再利用可能なバイオリアクタの滅菌および洗浄は、複雑なプロセスである。滅菌および洗浄プロセスについては、確認が行われ、個々のバイオリアクタに関して記録される必要がある。完全に滅菌されていないバイオリアクタ内の残留物は、次のプロセスの結果を改悪するまたはそれを使用不可能にし、また次のプロセスの障害になる可能性がある。さらに、滅菌プロセスによってバイオリアクタ内の個々の部品や材料がストレスにさらされて変形し、多くの場合には損傷する可能性がある。

使い捨てバイオリアクタは、再利用可能なバイオリアクタの代替品であって、廃棄される前に、一回の生物学的または生物工学的プロセスの実行に使用される。各プロセス用の新しい使い捨てバイオリアクタを用意し、それぞれがその生産プロセス中に好ましくは滅菌されることにより、コンタミネーションのリスクの減少が可能になり、それにより、使用済みのバイオリアクタの完璧な洗浄および滅菌を実行して記録する必要性がなくなる。使い捨てバイオリアクタは、多くの場合、例えばバッグなどのフレキシブルなレセプタクル容器として、または少なくとも部分的にフレキシブルな壁を備える容器としてデザインされる。このようなバイオリアクタの例が、ＵＳ ２０１１/０００３３７４ Ａ１、ＵＳ２０１１／００５８４４７ Ａ１、ＤＥ ２０ ２００７ ００５ ８６８ Ｕ１、ＵＳ ２０１１／００５８４４８ Ａ１、ＵＳ ２０１１／０２０７２１８ Ａ１、ＷＯ ２００８／０８８３７９ Ａ２、ＵＳ２０１２／０００３７３３ Ａ１、ＷＯ ２０１１／０７９１８０ Ａ１、ＵＳ ２００７／０２５３２８８ Ａ１、ＵＳ ２００９／０２７５１２１ Ａ１、およびＵＳ ２０１０／００２８９９０ Ａ１に開示されている。寸法安定性がある使い捨てバイオリアクタは、例えば、ＥＰ２ ２５１ ４０７ Ａ１およびＵＳ ２００９／０３１１７７６ Ａ１によって知られている。

滅菌済みの使い捨てバイオリアクタは、一般的に、それに取り付けられた流体導管、特に１つ以上のガス導管を含んでおり、その流体導管は同様に滅菌されて使い捨てである。このような使い捨て流体導管は、硬いパイプとして、またはフレキシブルなチューブとして組み込まれてもよい。無菌フィルタも、多くの場合に同様に滅菌されて使い捨てであって、通常、使い捨て流体導管に設けられ、好ましくはバイオリアクタに接続されない側の端に設けられている。特にガス導管の場合、無菌フィルタを、ガス導管を介してバイオリアクタ内に流入するガス、または排気ガス導管を介してバイオリアクタから流出するガスが通過する。

生物学的または生物工学的プロセスにおいて、例えば、様々な有機体、特にバクテリアや酵母などの菌類を培養するために、またはチャイニーズハムスタの卵巣（ＣＨＯ）、ハイブリドーマ、ＮＳＯなどの様々な細胞株を培養するためにバイオリアクタを用いる場合、使い捨てバイオリアクタおよびその構成部品の滅菌について妥協しないことが重要である。この用途に関連して、”細胞培養”の表現は、有機体外側の培養液内の動物細胞または植物細胞を培養することを意味すると具体的には理解される。

このような生物学的および生物工学的プロセスは、培養ブロスと呼ばれる含水媒体の滅菌条件の下で、バイオリアクタの反応チャンバ内にて一般的に実行される。ガス状の流体、例えば、窒素、酸素、二酸化炭素などの混合ガスが、培養の少なくとも特定の期間中にシステムに供給され、それにより生物学的プロセスの実行が維持され、および／または生物学的プロセスによって生じた他の成分を含みうるメタン、二酸化炭素などのガス状流体がシステムから取り除かれる。流体を供給するときおよび流体を取り除くときの両方におけるバイオリアクタおよび生物学的システムの反応チャンバ内の滅菌条件は、一般的に、流体の流れに挿入された無菌フィルタによって維持される。ガス状流体は、取り除かれるとき、通常、水蒸気を用いて飽和状態にされる。含水培養ブロスの温度は、大抵の場合、システムの周囲、例えば研究室の温度に比べて高い。この場合、取り除かれたガス状流体は、バイオリアクタの反応チャンバから排気ガスチューブに排出されるときに少なくともわずかに冷却される。これにより、ガス内の水蒸気の一部が凝縮される。この凝縮物は反応チャンバに戻すのがよく、さもなくば、培養ブロス内の媒体成分の濃度がプロセスの途中において上昇し、その結果、例えば、オスモル濃度の好ましくない上昇が起こりうる。他の不都合なこととして、無菌フィルタが凝縮物の生成によって目詰まりする可能性があり、それにより排気ガスを取り除くことができず、その結果として排気ガスの流れがブロックされることがある。これにより、反応チャンバー内へのガス供給がブロックされ、その上、培養プロセスが中断するまたは終了する。

そのため、例えば、ＵＳ ２０１２／０１０３５７９ Ａ１、ＵＳ ２０１０／０１７０４００ Ａ１、およびＵＳ ２０１１／００７６７５９ Ａ１に示すように、再利用可能なバイオリアクタの排気ガス導管に、クーリングデバイスが配置される。使い捨てバイオリアクタ用の排気ガスクーリングデバイスが、例えば、ＷＯ ２０１１／０４１５０８ Ａ１によって提案されている。

滅菌状態を維持する必要があるために、特に使い捨てバイオリアクタにおいて排気ガス冷却用のシステムの使用がいまだ実現されていないために、上述の水が抜き出ることおよびフィルタの目詰まりという不都合な問題が起こる。多くの既存の解決方法において、排気ガス流内の相対湿度をある程度下げることによって無菌フィルタの詰まりを抑制することが試みとして行われ、それは、排気ガスチューブのその領域内の排気ガスを加熱することによって行われる。それにより、凝縮物が生成されることなく排気ガスが無菌フィルタを通過することができる。この方法は、排気ガスから回収された凝縮物を培養溶液に戻すことができないという不都合があるために行われていない。また、この方法を実行しても、無菌フィルタの目詰まりがいまだに生じている。プロセスの信頼性を向上させるために、デプスフィルタやカプセルフィルタなどの複雑な使い捨て無菌フィルタが、安価ではあるが目詰まりしやすい薄膜フィルタに代わって、多くの場合に使用される。しかしながら、その結果、使い捨てバイオリアクタのコストが上昇する。

無菌フィルタ自体を加熱してその温度を上昇させることによって凝縮物の生成を阻止するまたは減少させ、それにより無菌フィルタの目詰まりを抑制することが試みられている。この場合、とりわけ、排気ガスから回収された凝縮物が培養溶液に戻らないという不都合があって、またこのアプローチでは無菌フィルタの目詰まりの防止に関して信頼性が十分ではない。

温度制御デバイスを備えるバイオテクノロジー装置が、特許出願 ＤＥ １０ ２０１１ ０５４ ３６４．３によって知られている。これに記載されているバイオテクノロジー装置および温度制御デバイスは加圧滅菌可能なバイオリアクタに対して利点を提供できるが、それでもなお、滅菌済みの使い捨てバイオリアクタの排気ガスの温度制御に関して、特にプロセスの信頼性やエネルギ効率の観点から、さらなる単純化およびさらなる向上が求められている。使い捨てバイオリアクタおよびそれに取り付けられている滅菌済み使い捨て排気ガスチューブの滅菌性は、排気ガスの温度を制御するデバイスを設けることによって不利に影響を受けるべきではない。

従来の解決方法の別の不都合としては、反応チャンバ内の温度が、流体またはガス、例えば冷えた流体が反応チャンバ内に供給されることによって影響を受けて変化し、とりわけ温度に対して敏感なプロセスに対して悪影響を与え、そのために、培養ブロスの温度制御が複雑化して高コスト化する可能性があるということである。また、その温度制御が、流体またはガス、例えば冷えた流体が反応チャンバ内に供給されることによって、特に冷却ガスインパルスによって悪影響を受ける。ガス供給導管またはガス抜き導管に、凝縮物の生成によって目詰まりしうるフィルタが取り付けられている可能性がある。湿ったガスまたは混合ガスが供給される場合、例えばプロセスの上流からの排気ガスが下流側のバイオリアクタに供給ガスとして供給される場合、目詰まりが不都合なフィルタによってガス成分を除去することが求められる可能性がある。

本発明の目的は、バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置内の排気ガス流の温度を制御する技術を向上させることであり、またそれによって当該装置の取り扱いや操作を簡単にすることである。

本発明のさらなる目的は、流入するまたは流出する流体、特に滅菌済み使い捨て流体導管内を流入するまたは流出するガス、特に使い捨てバイオリアクタの使い捨てガス導管内の排気ガスの流体温度制御を向上させて、上述の１つ以上の不都合を解消するまたは軽減することである。本発明の目的は、特に、プロセスの信頼性および／または流体温度制御のエネルギ効率、特に排気ガスの温度制御を向上させる、使い捨てバイオリアクタの滅菌済みの使い捨て流体導管のための接続デバイスを規定することである。本発明の別の目的は、流体の温度制御の適用を容易にする、使い捨てバイオリアクタの滅菌済みの使い捨て流体導管のための接続デバイスを提供することである。本発明のさらに別の目的は、安価に生産且つ使用できる、使い捨てバイオリアクタの滅菌済みの使い捨て流体導管のための接続デバイスを提供することである。本発明のまたさらに別の目的は、バイオテクノロジー装置において、流体の流れ、特にガス流を処理する適切な方法を規定することである。

本発明によれば、独立請求項１に係る、バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置によって本目的が達成される。独立請求項１０によれば、バイオリアクタのための排気ガス温度制御デバイスが規定され、独立請求項１１によれば、バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置内の排気ガス流を処理するための方法が規定される。本発明の有利な実施の形態は、これらの独立請求項に記載されている。

本発明は、バイオリアクタと、バイオリアクタ上に構成されて培養中にバイオリアクタの反応器内に生じたガスを取り除く排気ガス導管と、温度制御流体がないように構成された排気ガス温度制御デバイスと、温度制御アクチュエータと、を有し、排気ガス制御デバイスが接続デバイスを用いて分離可能に排気ガス導管と接続するとともに温度制御アクチュエータと排気ガス導管を熱的に連結するように構成されているバイオテクノロジー装置の概念を含んでいる。

本発明の別の態様によれば、バイオリアクタ用であって且つ温度制御流体がない排気ガス温度制御デバイスは、次の特徴を備える。温度制御アクチュエータが、温度制御流体がないようにデザインされ、且つ、バイオリアクタの排気ガス導管の温度を制御するように構成されている。連結機構が接続デバイスに配置され、その接続デバイスを用いて温度制御アクチュエータが排気ガス導管に対して分離可能に取り付けられ且つ熱的に連結される。

本発明はまた、バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置内の排気ガス流を処理する方法を含み、その方法では、排気ガス導管を介して、培養中にバイオリアクタの反応器内に生じたガスの流れが取り除かれ、温度制御流体がないように構成され且つ排気ガスの流れが部分的に凝縮するように構成された排気ガス温度制御デバイスによって排ガス導管内の排気ガスの流れの温度を制御し、そして排気ガスの流れの温度の制御時に形成された凝縮物の少なくとも一部が反応器内の培養プロセスに戻される。

より具体的には、本発明は、バイオリアクタの動作中に生じた排気ガスの流れの温度が、温度制御流体がない温度制御アクチュエータを備えることによって温度制御流体がないように構成された排気ガス温度制御デバイスによって制御されることを規定している。特に、バイオリアクタは、加圧滅菌可能なバイオリアクタまたは使い捨てバイオリアクタであってもよい。後者は、滅菌済みのパッケージング内に設けられるのが好ましい。なお、提案する技術は、様々に異なるバイオリアクタの様々な実施の形態において使用可能である。

アクチュエータと呼ばれうる熱アクチュエータが、接続デバイスによって排気ガス導管に熱的に連結され、その内部を排気ガス流が案内され、その結果として、例えば、排気ガスクーラーが形成される。なお、熱を供給する、例えば、排気ガス流内のフィルタ要素を加熱する温度制御デバイスが使用される可能性がある。接続デバイスを用いて排気ガス温度制御デバイスを連結または配置することにより、温度制御アクチュエータと排気ガス導管とが熱的に自動的に連結する。言い換えると、排気ガス温度制御デバイスが排気ガス導管に配置されていないときには温度制御アクチュエータが排気ガス導管から熱的に分離し、一方、排気ガス温度制御デバイスが分離可能に接続デバイスを用いて排気ガス導管に取り付けられているときには温度制御アクチュエータと排気ガス導管との間の熱的連結が自動的に確立される。

温度制御流体のない排気ガス温度制御デバイスを構成することによる利点は、排気ガスの温度を制御する手段として流体を使用する従来技術では必要であったその流体のためのパイプラインや供給ラインを省くことができる点である。反応器から機能部品を外すときにパイプラインやコネクタを接続するまたは取り外す必要がなくなり、またパイプラインや供給ライン内に凝縮物が形成されることがない。この新しい技術は、温度制御流体を用意して取り扱うための付加的な外部デバイスを必要としない。これにより、付加的な外部デバイスのエネルギ消費やノイズ放射がなくなる。他の利点として、温度制御媒体が漏れてシステムの一部に故障が生じるような潜在的な漏出が防止されることがある。

提案する技術の別の利点としては、温度制御流体の運転管理を行う従来技術に使用されているパイプラインや供給ラインを外す必要がないため、例えばバイオリアクタが加圧滅菌処理される予定である場合に、排気ガス温度制御デバイスを単純な方法でバイオリアクタから取り外すことができる、または、使い捨て反応器をそれに連結する機能部品から外せる点である。さらに、提案する接続デバイスは、排気ガス温度制御デバイスが取り付けられたときに、温度制御アクチュエータと排気ガス導管とを自動的に熱的に連結する。これにより、排気ガス温度制御デバイスが取り外されたときに、排気ガス導管と温度制御アクチュエータとが自動的に熱的に分離する。

排気ガス流の温度を制御するときに熱伝達面と係合する表面形状が、排気ガス導管内をガイドされる排気ガス流が流れる排気ガス流路内に形成されてもよい。このような表面形状は、排気ガス流内に乱流を誘発させるために追加的にまたは代わりとして使用されてもよく、排気ガスの温度を制御するときに熱伝達を促進する役割をする。排気ガス温度制御デバイスは、温度制御アクチュエータと動作環境との間の熱的な接続性を向上させるために、１つ以上のファンを備えてもよい。動作環境は、大気圧でもよく、または、例えば、他の流体フリー位置（ｆｌｕｉｄ−ｆｒｅｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）であってもよい。

温度制御によって排気ガス流が少なくとも部分的に凝縮する場合、本発明の一バリエーションにおいて、温度制御時に形成された凝縮物の少なくとも一部をバイオリアクタ内の培養プロセスに戻すように構成された流体戻りラインに対して排気ガス導管が連結されることが規定されてもよい。

本発明の好ましい一つの展開において、排気ガス温度制御デバイスは、接続デバイスによって排気ガス導管に機械的に連結される。機械的接続は、一般的に相互に結合することができる様々な方法によって行われ、そこには、例えば、プラグ接続やねじ接続が含まれる。機械的連結は、例えは、１つ以上の弾性ばね部材を使用することによっておよび／または例えば、ラバーなどの弾性的な柔らかい材料を用いた１つ以上の連結部材のための弾性取り付けを使用することによって弾性接続を提供する弾性的な形態であってもよい。

本発明の適切な一つの構成において、排気ガス温度制御デバイスと排気ガス導管との機械的連結は自己ロック式である。自己ロックは、例えば、後述するように圧入によって実現される。圧入接続は、意図しない分離を抑制する。排気ガス温度制御デバイスと排気ガスとの間の機械的接続の自己ロックの特徴は、温度制御アクチュエータと排気ガス導管との間の熱的連結を自動的にまた同時に確立することである。その結果、温度制御アクチュエータが排気ガス流と熱的に連結する。

本発明の有利な一実施の形態において、排気ガス温度制御デバイスの機械的連結は、排気ガス温度制御デバイスを押すと排気ガス温度制御デバイスと排気ガス導管との間の直線的な相対移動が実行されるように相互に協働する排気ガス温度制御デバイスおよび排気ガス導管上にそれぞれ配置されたガイド部材によって具現化されたプッシュオン接続によって形成される。例えば、相互に係合し合うガイド部材は、例えばアンダーカットを使用することにより、好ましくはポジティブに相互に係合する。本発明のこの実施の形態における圧入を形成するために、互いに係合し合うガイド部材は、円錐形状部とくさび形状部とを備えてもよい。プッシュオン接続の相互に配置されたガイド部材によって排気ガス温度制御デバイスが排気ガス導管に向かって押され、それにより機械的連結が形成され、その結果、排気ガス導管と温度制御アクチュエータとの間の熱的な連結が形成される。一構成において、排気ガス温度制御デバイスは、排気ガス導管内に形成される排気ガスの流れに沿って移動するように、排気ガス導管に向かって押される。例えば、バイオテクノロジー装置においてスペースが制限される場合、例えば、バイオリアクタの軸方向に排気ガス温度制御デバイスを取り外すことが可能であることを規定されるのが適切である。この実施の形態または他の実施の形態において、機械的または熱的連結を形成する接続は、コンパクトな構成のシステムにつながる。

本発明の一つの展開において、排気ガス温度制御デバイスと排気ガス導管との機械的な連結は、排気ガス温度制御デバイスと排気ガス導管それぞれに配置された熱伝達面が互いに押し合うような圧入によって形成されてもよい。この構成において、排気ガス温度制御デバイスの排気ガス導管への圧入は、連結状態時において排気ガス温度制御デバイスと排気ガス導管それぞれに配置された熱交換面が互いに押し合う機械的連結によって生じ、その結果、圧入接続が提供される。

本発明の一つの展開において、温度制御アクチュエータの排気ガス導管への熱的連結は、好ましくは、排気ガス導管に熱エネルギ伝達面を与える支持面と対応するアクチュエータ温度制御表面との互いに平面接触し合う配置を含んでいる。一つの構成において、排気ガス導管の支持面は、その内部に形成された排気ガス流路に沿って延在する。排気ガス温度制御デバイスが排気ガス導管に向かって押されるとき、２つの相互に配置された表面、すなわち、排気ガス導管上の支持面とアクチュエータ上の温度制御面は、排気ガス温度制御デバイスが完全に押されたときにおける最適な重なり状態になるまで重なり面積が段階的に増加するように互いに対してスライドする。このようにして、本発明の一実施の形態において、上述の圧入接続の一つのバリエーションを提供することができる。

本発明の有利な一つのバリエーションにおいて、温度制御アクチュエータは、排気ガス温度制御デバイスが排気ガス導管から取り外されたときに温度制御アクチュエータを自動的に停止させるように構成されている制御ユニットに連結されてもよい。温度制御アクチュエータの自動停止は、制御ユニットを用いて実現される。温度制御機能は、例えば、温度制御アクチュエータへのエネルギ供給を停止するおよび／または温度制御アクチュエータに信号を送ることによって自動的に停止される。一つの構成において、バイオリアクタのためのガス流を発生させる換気要素および／または換気部品などのバイオテクノロジー装置の一つ以上の他の機能部品も同様に、温度制御アクチュエータの自動停止および／または自動起動に合わせて、自動的に起動／停止される。他の機能部品は、同一の制御ユニットに連結されてもよい。排気ガス温度制御デバイスが排気ガス導管から取り外されたときに自動起動／自動停止するために使用されるさらなる制御ユニットが設けられてもよい。

本発明一つの展開において、制御ユニットは、光学的停止、機械的停止、磁気的停止、および電気的停止を含む停止機構のグループの中から選択された少なくとも一つの停止機構を用いるように構成されてもよい。それぞれの機構は、それぞれの構成に適する送受信センサシステムによって形成される。バイオリアクタ上に存在する排気ガス導管に配置されるセンサ部材は、好ましくは受動的に動作する、すなわち、特段それへの電力供給が必要ではない。そのようなセンサ部材の例として、機械的停止機構における永久磁石、または光学センサの場合には光反射部材が挙げられる。これに関連して、電気的な回収可能情報を排気ガス温度制御デバイス上のＲＦＩＤチップに記録することを可能にするＲＦＩＤ（無線自動識別）技術を用いてもよい。単一の停止機構、または複数の停止機構の組み合わせが、排気ガス温度制御デバイスが排気ガス導管から外されたときに、温度制御アクチュエータおよび他の機能部品を選択的に且つ自動的に停止する制御ユニットに組み入れらて使用されてもよい。反対に、使用される機構が温度制御アクチュエータや選択的に他の機能部品の自動停止を行ってよく、特に排気ガス温度制御デバイスが取り付けられた後に温度制御アクチュエータの温度制御機能が提供されるようにするのがよい。制御ユニットは、例えば光エミッタからの信号が光レシーバに到達しないときに停止を行う光学的停止を備えてもよい。その代わりとしてまたはそれに加えて、上述のものとは別の停止機構が同様に組み入れられてもよい。磁気的停止の場合、例えば排気ガス導管上のセンサとして永久磁石が配置され、ホールセンサが使用されてもよい。

本発明の好ましい一つの展開において、温度制御アクチュエータは、少なくとも１つのペルチェ素子を備える。この実施の形態または他の実施の形態において、排気ガス温度制御デバイスは、一つ以上のヒートシンクおよび／または少なくとも１つのファンアセンブリを備えてもよく、それにより、温度制御機能の最適な構成がサポートされる。

排気ガス温度制御デバイスと排気ガス流の処理方法とを組み合わせて、有利な構成やバリエーションに関連して上記の説明が適用される。

本発明の別態様によれば、本目的は、使い捨てバイオリアクタの滅菌済みの使い捨て流体導管のための再利用可能な接続デバイスによって実現され、その接続デバイスは、流体導管の一部がその内部に離脱可能に配置されるレセプタクルと、接続デバイスと温度制御デバイスとを接続するための連結面を備える連結部材とを有する。レセプタクルは接触面を備え、その接触面はレセプタクル内に配置された流体導管の一部と隣接するように配置され且つ構成されている。また、流体導管の一部が、接続デバイスの長手軸と実質的に直交する方向にレセプタクルに導入可能である。

特に好ましいことは、使い捨てバイオリアクタの滅菌済み使い捨てガス導管のための再利用可能な接続デバイスが、流体導管の一部がその内部に離脱可能に配置されるレセプタクルと、接続デバイスと温度制御デバイスとを接続するための連結面を備える連結部材とを有し、そこにおいて、レセプタクルが接触面を備え、その接触面がレセプタクル内に配置されたガス導管の一部に隣接するように配置され構成され、ガス導管の一部が接続デバイスの長手軸と実質的に直交する方向にレセプタクルに導入可能であることである。

本明細書において、本発明の実施の形態および利点は、特にガスの伝導に関して、また特に排気ガスの伝導に関して説明されている。なお、実施の形態および利点は、流れ方向が異なるガス導管に関して、特にガス抜き導管またはガス供給導管に関して実現される。本明細書に記載されている実施の形態および利点は、一般的な流体導管に関しても実現可能である。

本発明の実施の形態および利点は同様に、温度制御デバイスによる排気ガス流温度の制御に特に関連して説明されている。ここで、それぞれの実施の形態および利点はまた、流体の流れ方向に関係なく、流体の温度制御に関して実現される。

本発明は、使い捨てバイオリアクタの滅菌性およびそれに接続されたガス導管の滅菌性に対する妥協を避けることができることと、滅菌済み使い捨てガス導管が接続された従来の使い捨てバイオリアクタを用いるとともに、それに本発明に係る再利用可能な接続デバイスを配置することにより、ガス温度の制御を安価で行える方法が実現可能であることとに基づいている。したがって、特定のデバイスの製造コストを上昇させることなく、従来の使い捨てバイオリアクタが使用可能である。同時に、本発明の接続デバイスが再利用可能であるため、ガス温度制御に関するコストが低く抑えられる。

このことを達成するために、接続デバイスは、ガス導管の一部、特に排気ガスチューブの一部が離脱可能にその内部に配置されるレセプタクルを備える。ガス導管、特に排気ガスチューブと接続デバイスとの間の相対移動は、接続デバイスの長手軸と実質的に直交する、すなわちガス導管はレセプタクルに実質的に放射方向（直線状の導管の導管軸に対して）に挿入される。ここでは、接続デバイスの長手軸は、接続デバイスの最大長の方向に延在する軸と理解される。接続デバイスの長手軸は、好ましくは、導管が直線状である場合においてはガス導管の導管軸に対して一致するまたは平行である。

したがって、ガス導管および接続デバイスは、簡単な方法で接続されまた分離される。レセプタクルを備える接続デバイスは、好ましくは徐々に、レセプタクルの延在方向に実質的に直交する方向に、ガス導管に対して取り付けられまた分離される。これは、非常に利点である。なぜなら、このような構成により、特に簡単な方法で、ガス導管を使い捨てバイオリアクタから取り外す必要がなくなるとともガス導管から無菌フィルタを取り外す必要がなくなり、その結果、システムの滅菌性が維持されるからである。一度滅菌済み使い捨てバイオリアクタが用意されると、プロセスが実行できるように、本発明に係る接続デバイスが、接続デバイスのレセプタクル内にガス導管の一部を挿入することにより、またはレセプタクルを備える接続デバイスをガス導管に取り付けることにより、滅菌済み使い捨て排気ガスチューブに配置される。プロセスが完了して使い捨てバイオリアクタを廃棄する前に、接続デバイスはガス導管から取り外され、そして再利用可能になる。使い捨てガス導管の滅菌性または使い捨てバイオリアクタの滅菌性は、接続デバイスの分離可能な取り付けによって損なわれない。

流体導管、特にガス導管は、例えば、フレキシブルチューブとして、または寸法安定性があるパイプとして具現化されてもよい。

フレキシブルチューブである一つの実施の形態において、接続デバイスは、寸法安定性がある形態で具現化されるのが特に好ましい。ガス導管がパイプとして具現化される場合、接続デバイス、特にレセプタクルとその接触面は、変形可能な、好ましくは弾性変形な材料で作成されるのが好ましい。この組み合わせにより、ガス導管と接続デバイスは有利に簡単な方法で接続および分離することができる。それは、上述の組み合わせにおけるガス導管および／または接続デバイスが、圧入やクランプ係合を簡単に確立することができるまたは分離できるように、ある程度の変形が可能であるからである。

接続デバイスはまた、接続デバイスを温度制御デバイスに取り付けるための連結部材を備える。このような温度制御デバイスにより、ガス導管内の温度、すなわちガス導管内を流れるガス流の温度を制御することが可能になる。レセプタクル内に離脱可能に配置されるガス導管とは異なり、連結部材と温度制御デバイスとの間の接続は分離可能であってもよいし、また永久的であってもよい。連結部材とガス温度制御デバイスとの間の接続は、好ましくは熱的連結接続であり、それにより、接続デバイスと温度制御デバイスとの間に良好な熱伝達性が確保される。連結部材は、好ましくは平面、または温度制御デバイスの温度制御面と接触する平面になることができる連結面を備える。

接続デバイスのレセプタクルは、レセプタクル内に配置されたガス導管の一部の外側面に隣接する接触面を備える。レセプタクルの断面において、接触面は、好ましくは、実質的には弓形状の接触断面を形成する。接触面は、好ましくは弓形状の接触断面と長手軸方向のレセプタクルの延伸とによって生じる。断面におけるレセプタクルの接触断面の半径は、好ましくはガス導管の半径に対応し、それによりその接触面がガス導管の外側面における対応する部分に接触することができる。接触面は、その全体にわたって、ガス導管の外側面の対応する部分に対して接触するのが好ましい。接触面全体にわたって接触することにより、接続デバイスとガス導管との間において良好な熱伝達が可能になる。このことは、連結部材、ガス導管、およびその中を流れるガス流に接続されるガス温度制御デバイスの温度制御能力、特に冷却能力に効果的につながる利点である。

接続デバイスはまた、特にガス導管がフレキシブルチューブとして具現化されている場合、レセプタクル内に配置されたガス導管の一部が安定し、それによりガス管のねじれを抑制することができるという利点を有する。この安定性、特にそれが各方向に発揮されている場合、ガス導管内に形成された凝縮物の使い捨てバイオリアクタ内に戻る流れが重力を受けて促進される。

本発明に係る接続デバイスの別の利点は、使い捨てバイオリアクタの用途の範囲を拡大し、排気ガスから効率的に流体を回収する必要がある滅菌用途に応用される点である。

特に、本発明の接続デバイスは、名称が”使い捨てバイオリアクタ、ヘッドプレート、およびこれらの製造方法（Ｓｉｎｇｌｅ−ｕｓｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ ａｎｄ ｈｅａｄ ｐｌａｔｅ，ａｎｄ ａ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓａｍｅ）”であって同一出願人の出願ＥＰ１２１７２３０４．３に記載されているような使い捨てバイオリアクタとともに使用されるのが好ましい。

レセプタクルは、第１および第２の部分を備えてもよい。その２つの部分は接続デバイスの長手軸と実質的に直交する方向に互いに結合するように構成され、且つレセプタクル内で流体導管の一部、特にガス導管の一部を受けるように構成されている。この実施の形態において、ガス導管はレセプタクル内にガス導管の軸に対して実質的に放射方向に配置され、その結果、特にガス導管と無菌フィルタの分離、すなわちガス導管と使い捨てバイオリアクタからの分離を回避することにより、システムの殺菌性が同様に有利に維持される。

好ましい一つの実施の形態において、レセプタクルは、流体導管の一部、特にガス導管の一部がその内部にクランプされることによっておよび／または係合した結果によって維持されるように構成される。特定の良好な熱的連結とそれによる特定の良好な熱伝達を、レセプタクルと流体、すなわちレセプタクルとガス導管との間の接続を確立するこれらのオプションによって実現することができる。

特に好ましくは、フレキシブルチューブがレセプタクルに挿入されたときに弾性変形するとともに、変形したチューブがレセプタクル内で元の形状に戻るときにチューブの外側面の対応する領域がレセプタクルの接触面に対して接触する。

代わりの好ましい実施の形態では、接続デバイスのレセプタクルが寸法安定性があるパイプに取り付けられたときにそのレセプタクルが弾性的に変形し、レセプタクルの接触面がパイプの外側面の対応する領域を覆う。

特に好ましくは、接続デバイスは、高い熱伝導率を備える材料から作製されるまたはそのような材料を含んでいる。１０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）より大きい熱伝導率λが好ましい。１５Ｗ／（ｍ＊Ｋ）より大きい熱伝導率λが特に好ましい。特に、熱伝導率は、２５Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上、５０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上、７５Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上、１００Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上、１５０Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上、または２００Ｗ／（ｍ＊Ｋ）以上である。特に好ましくは、接続デバイスはアルミニウムから作製されるまたはアルミニウムを含んでいる。接続デバイス用の他の好ましい材料としては、ステンレス鋼などの材料、または高い熱伝導率を備える材料がある。例えば、特に弾性変形可能な接続デバイスが好ましい場合、プラスチック母材とその内部に含まれる高熱伝導性材料とを備える複合材料が使用される。

また好ましくは、接続デバイスの長手方向の大きさが、使い捨てバイオリアクタに対する流体導管の接触部と流体導管に配置されている無菌フィルタに対する流体導管の接触部との間を延在する流体導管の部分に比べて短い。特に好ましくは、接続デバイスの長手方向の大きさが、使い捨てバイオリアクタに対するガス導管の接触部とガス導管に配置されている無菌フィルタに対するガス導管の接触部との間を延在するガス導管の部分に比べて短い。

このようにして、接続デバイスが、接続対象として利用されるガス導管の部分に比べて長くはないことを確保することができる。なお、好ましくは、接続デバイスの長手方向の大きさが、使い捨てバイオリアクタに対する接続部と無菌フィルタに対する接続部との間におけるガス導管の大部分の長さを占めることにより、熱伝達に使用される接触面の増加が可能になる。

レセプタクルおよびその接触面は、好ましくは長手方向の大きさが同じであり、すなわち、好ましくは、レセプタクルの長さ全体にわたってレセプタクルの断面が実質的に弓形状の接触断面で具現化される。

さらに好ましくは、接続デバイスは接続部を備える。その接続部を用いて、接続デバイスは使い捨てバイオリアクタの接続部材に分離可能に取り付けられる。この取り付けは、好ましくは分離可能なプラグ接続であって、接続デバイスの接続部が好ましくは使い捨てバイオリアクタの対応する接続部材内に挿入可能である。接続部材は、例えば、使い捨てバイオリアクタのヘッドプレートに配置されてもよい。

使い捨てバイオリアクタの接続部材に対して接続部を介して接続デバイスが接続されることにより、接続デバイスとガス導管とが、特にその内部に分離可能に存在するフレキシブルチューブが、ガス導管内に形成された凝縮物が重力を受けて使い捨てバイオリアクタの反応器内に容易に戻るような位置に固定される。

接続デバイスは好ましくは熱絶縁部材を備え、その熱絶縁部材は分離可能に接続デバイスに接続される。この熱絶縁部材はガス導管を絶縁するために使用され、妥当な場合、接続デバイスがガス導管を囲む。ガス流を熱絶縁することにより、特に、ガス導管または接続デバイスの外側での凝縮物形成が抑制されるまたは低減される。

熱絶縁部材は、好ましくは、ガス導管の一部および／または接続デバイスの一部に係合した結果および／またはクランプされることによって接続される。熱絶縁部材は、好ましくは分離可能にガス導管および／または接続デバイスに取り付けられ、また再利用可能に構成されている。その接続は、熱絶縁部材が適度に弾性変形可能であって、変形、例えば拡大することによってガス導管の一部および／または接続デバイスの一部に配置され、その弾性変形部材が元の形状に戻ったときにクランプ接続および／または係合接続が実現されることにより、確立される。

熱絶縁部材は、２つの部分によって具現化されてもよい。２つの部分は、接続デバイスの長手軸と好ましくは一致するまたは平行な熱絶縁部材の長手軸に対して実質的に直交する方向に好ましくは互いに結合し、それにより、ガス導管の一部および／または接続デバイスの一部を囲む。

熱絶縁部材は、好ましくは、熱伝導性が低い材料、好ましくは発砲ポリマーなどの絶縁空洞が内在する材料から構成されてもよいまたは含んでいてもよい。

本発明のさらに別の態様によれば、本発明の目的は、使い捨てバイオリアクタの滅菌済み使い捨て流体導管、特に滅菌済み使い捨てガス導管の温度を制御するための再利用可能な温度制御デバイスによって達成される。温度制御デバイスは、温度制御流体を含まず、且つ、温度制御デバイスと使い捨てバイオリアクタの流体導管、特にガス導管とを接続する上述の接続デバイスによって特徴付けされる温度制御アクチュエータを有する。

特に好ましくは、温度制御アクチュエータを、接続デバイスの連結部材に、好ましくは熱的に連結するように取り付けることができる。さらに好ましい実施形態においては、温度制御アクチュエータを、接続デバイスの連結部材に分離可能に取り付けることができる。このような分離可能な接続は、例えば係合接続および／または力締め（ｆｏｒｃｅ−ｌｏｃｋｉｎｇ）接続であってもよく、特に、プラグ接続、スナップオン接続、ねじ接続、またはスライド接続として具現化されるのがよい。代わって、温度制御アクチュエータは、ユーザによって分解不可能に、連結部材に接続されるのが好ましい。これは、温度制御アクチュエータと接続デバイスとの間の分離できない一体的な接続として、または、デバイスが意図されたように使用されている場合に、分離可能な接続に対して万が一にもユーザが触れないようにすなわち分離しないようにすることによって実現されてもよい。

好ましい一実施の形態において、温度制御デバイスは、使い捨てバイオリアクタの無菌フィルタの温度を制御するための、特に無菌フィルタを加熱するための少なくとも１つの熱伝達部材によって特徴付けられる。少なくとも１つの熱伝達部材は、温度制御アクチュエータに熱連結的に接続される。特に好ましくは、温度制御アクチュエータからの廃熱が少なくとも１つの熱伝達部材の加熱に使用される。

これには、凝縮物を回収するために排気ガスが冷却されたときに発生した廃熱が、単純に散逸されず、無菌フィルタの加熱に使用されるという利点がある。排気ガスの冷却により、凝縮物を形成するすなわち排気ガスの含水率を低下させるだけでなく、無菌フィルタが加熱されることよって排気ガス内に残る水蒸気による無菌フィルタの目詰まりが抑制されるため、この組み合わせによって、プロセスの信頼性をさらに向上させることができる。クーリングプロセスによって発生した廃熱が熱伝達部材の加熱に使用されることにより、同時にエネルギ効率の問題が解消される。熱伝達部材および温度制御アクチュエータは、好ましくは温度制御アクチュエータの温かい側が、温度制御アクチュエータから離れるように廃熱を伝導するように主に機能する、ヒートシンクと呼ばれる熱伝導性を備える熱伝達体を介して、熱的に連結される。ヒートシンクは、温度制御アクチュエータと熱伝達部材とを接続する連続的な部材であってもよい。

別の好ましい実施の形態において、温度制御デバイスは、使い捨てバイオリアクタの無菌フィルタの温度を制御するための、特に無菌フィルタを加熱するための第２の熱伝達部材によって特徴付けられる。第２の熱伝達部材は温度制御アクチュエータに熱連結的に接続され、第１および第２の熱伝達部材は好ましくは、無菌フィルタを少なくとも部分的に囲むように構成され配置されている。

特に好ましくは、温度制御アクチュエータからの廃熱が第２の熱伝達部材の加熱に使用される。

この構成によれば、プロセスの信頼性のみならずエネルギ効率もさらに向上する。２つの熱伝達部材の好ましくは無菌フィルタの異なる側への配置により、無菌フィルタへの加熱性が向上し、より均一になる。

第１および／または第２の熱伝達部材は、好ましくはプレート形状で具現化され、必要である場合にはガス導管が通過するスロットを備える。さらに、第１および／または第２の熱伝達部材は、好ましくは、無菌フィルタに対向する側に、無菌フィルタの少なくとも一部を受けるくぼみを有する。くぼみは、無菌フィルタの一部を受け入れる対応する形状として形成されるのが好ましい。これには、第１および／または熱伝達部材と無菌フィルタとが良好に係合し、それにより良好な熱伝達が実現できるという利点がある。

好ましくは、第１および／または第２の熱伝達部材は水平軸を中心として旋回可能に取り付けられ、それにより無菌フィルタを容易に囲むまたは容易に離れる。
この第１および／または熱伝達部材の旋回可能な取り付けは、好ましくは、熱伝達部材と温度制御アクチュエータとを接続する熱伝達体上に行われる。

特に好ましくは、温度制御デバイスは、ＤＥ １０ ２０１１ ０５４ ３６４．３に記載するような、温度制御流体を含まない排気ガス温度制御デバイスとして具現化される。具体的には、好ましくは、ＤＥ １０ ２０１１ ０５４ ３６４．３に記載された排気ガス温度制御デバイスの１つまたはいくつかの実施の形態は、上述の実施の形態の接続デバイスの２つまたはいくつかと組み合わせることができる。

本発明の別の態様によれば、本発明の目的は、滅菌済み使い捨て流体導管、特にガス導管を備える使い捨てバイオリアクタ、上述した再利用可能な温度制御デバイス、および／または上述した再利用可能な接続デバイスを有するバイオテクノロジーデバイスによって達成される。

特に好ましくは、バイオテクノロジーデバイスは、ＤＥ １０ ２０１１ ０５４ ３６４．３に記載されたものと同種のバイオテクノロジーデバイスとして具現化される。具体的には、好ましくは、ＤＥ １０ ２０１１ ０５４ ３６４．３に記載されたバイオテクノロジーデバイスの１つまたはいくつかの実施の形態は、上述の実施の形態の接続デバイスまたは温度制御デバイスの１つまたはいくつかと組み合わせることができる。

また好ましくは、使い捨てバイオリアクタは、名称が”使い捨てバイオリアクタ、ヘッドプレート、およびこれらの製造方法（Ｓｉｎｇｌｅ−ｕｓｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ ａｎｄ ｈｅａｄ ｐｌａｔｅ，ａｎｄ ａ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓａｍｅ）”であって同一出願人の出願ＥＰ１２１７２３０４．３に開示するような、使い捨てバイオリアクタとして具現化される。具体的には、好ましくは、これに記載の使い捨てバイオリアクタの１つまたはいくつかの実施の形態は、上述の実施の形態の接続デバイスまたは温度制御デバイスの１つまたはいくつかと組み合わせることができる。

本発明の別の態様によれば、本発明の目的は、バイオテクノロジーデバイス内の流体流れを処理する方法によって達成され、その方法では、滅菌済み使い捨て流体導管を介して、使い捨てバイオリアクタに流体流れを供給するまたは使い捨てバイオリアクタから流体流れを取り除き、再利用可能な接続デバイスを上述するように流体導管の一部に配置する。特に好ましいことは、バイオテクノロジーデバイス内のガス流を処理する方法であって、その方法では、滅菌済み使い捨てガス導管を介して、使い捨てバイオリアクタにガス流を供給するまたは使い捨てバイオリアクタからガス流を取り除き、再利用可能な接続デバイスを上述するようにガス導管の一部に配置する。

方法は、好ましくは、再利用可能な温度制御デバイスを接続デバイスの連結部材に接続し、流体流れが少なくとも部分的に凝縮するように温度制御デバイスによって流体導管内の流体流れの温度を制御し、そして、流体流れの温度の制御時に形成された凝縮物の少なくとも一部を使い捨てバイオリアクタに戻すことによって発展できる。特に好ましい方法では、再利用可能な温度制御デバイスを接続デバイスの連結部材に接続し、ガス流が少なくとも部分的に凝縮するように温度制御デバイスによってガス導管内のガス流の温度を制御し、そして、ガス流の温度の制御時に形成された凝縮物の少なくとも一部を使い捨てバイオリアクタに戻す。

利点、本発明のバリエーション、および方法やその変形例の詳細に関しては、デバイスの特徴について上述されている。

本発明のさらなる態様によれば、本発明の目的は、上述するように、温度制御デバイスに対して、使い捨てバイオリアクタの滅菌済み使い捨て流体導管の一部、特に滅菌済み使い捨てガス導管の一部を接続するための、特に熱的に連結するための再利用可能な接続デバイスを使用することによって達成される。

本発明は、好ましい実施の形態と図１〜５とを参照しながら説明される。本発明のさらに好ましい実施の形態は、図６〜１１を参照しながら説明される。
バイオリアクタを有するバイオテクノロジー装置の斜視図 図１のバイオテクノロジー装置の排気ガス導管およびそれに取り付けられた排気ガス温度制御デバイスを有する構成の斜視図 排気ガス温度制御デバイスが排気ガス導管から外された状態の図２の構成の斜視図 異なる視点から見た図３の構成の斜視図 図２の構成の断面図 使い捨てバイオリアクタ、接続デバイス、および温度制御デバイスを有するバイオテクノロジー装置の三次元図 図６Ａのバイオテクノロジーデバイスの側面図 図６Ａのバイオテクノロジーデバイスの平面図 図６ＣにおけるＡ−Ａ線に沿った図１のバイオテクノロジー装置の断面図 バイオテクノロジーデバイスを使用するための並行バイオリアクタシステムを示す図 図６Ｄの拡大図 接続デバイスと温度制御デバイスとを排気ガスチューブに取り付ける工程を示す図 接続デバイスと温度制御デバイスとを排気ガスチューブに取り付ける工程を示す図 接続デバイスと温度制御デバイスとを排気ガスチューブに取り付ける工程を示す図 接続デバイスと温度制御デバイスとを排気ガスチューブに取り付ける工程を示す図 ２つの熱伝達部材を備えた、接続デバイスと温度制御デバイスの三次元図 図１０に示す接続デバイスと温度制御デバイスの別の三次元図

図１は、加圧滅菌可能に構成された実施の形態に係るバイオリアクタ１を有するバイオテクノロジー装置の斜視図である。バイオリアクタ１の反応器２はガラスから作製されている。反応器２内に通常の方法で機能部品、特に撹拌器３が配置されている。以下の説明は、図面に明確に示されていない、使い捨て用反応器やハイブリッド反応器などを構成する他のバイオリアクタにもそれ相応に適用される。

反応器２を閉じる内側カバー４、複数のフィードスルー５は、培養プロセスに必要な物質を供給するためにおよび／または反応器２から物質、例えば培養中に発生したガスを取り除くために形成されている。一つのフィードスルー６には、培養中に反応器２内に発生したガス、例えば水蒸気をガス流の形態で取り除くために使用される排気ガス流路８が内部に形成されている排気ガス導管７が配置されている。

排気ガス導管７に排気ガス温度制御デバイス９が配置されている。排気ガス温度制御デバイス９は、排気ガス導管７に分離可能に取り付けられ、排気ガス流路８内を流れる排気ガス流の温度を、特に排気ガス流が少なくとも部分的に凝結するように制御するために使用される。そのように生成された凝結物は反応器２に戻され、その結果、例えば、ガス抜きによる培養中に生じる水分ロスの量が減少する。

図２〜５は、概略図であって、排気ガス導管７とそれに配置される排気ガス温度制御デバイス９とを有する構成のさらなる詳細を示している。

図２に示すように、排気ガス温度制御デバイス９は、排気ガス導管７の作用位置に取り付けられている。図５は、この構成の断面を示している。

図３および図４に示すように、排気ガス温度制御デバイス９が、排気ガス導管７から取り外され、排気ガス温度制御デバイス９に含まれる温度制御アクチュエータ１１の温度制御面１０と排気ガス導管７の対応する支持面１２との間の熱的な連結が解消されている。排気ガス温度制御デバイス９が排気ガス導管７に取り付けられたときにこれらの表面が機械的に接続され、且つ自動的に熱的に連結するように、排気ガス温度制御デバイス９が排気ガス導管７に取り付けられると、これらの表面は自動的に重なって接触する。

温度制御アクチュエータ１１は、例えば少なくとも１つのペルチェ素子を用いて構成されてもよい。図示する実施の形態において、排気ガス温度制御デバイス９は、それに配置されたヒートシンク１３とファンアセンブリ１４とを備える。

図３および４に示す実施の形態において、排気ガス導管７と排気ガス温度制御デバイス９とに形成されたガイド部材１５、１６によって提供される機械的な自己ロック接続を用いて、排気ガス温度制御デバイス９は排気ガス導管７に固定される。排気ガス温度制御デバイス９を押すときにガイド部材１５、１６は積極的に互いに係合し、それにより、排気ガス温度制御デバイス９を上方から下方向に向かって且つ排気ガス導路と平行な方向に少しずつ押し進められる。図示する実施の形態において、ガイド部材１５、１６は、排気ガス導管７と排気ガス温度制御デバイス９との間の熱的な連結を提供する役割をする２つの表面の縁に形成されている。ガイド部材１５、１６の少なくとも一方が円錐状またはくさび状に構成され、それにより対向し合う表面が互いに押圧し合う状態で熱交換を行う。

図４において、センサ部材１７が排気ガス温度制御デバイス９の支持面１２の下部に配置されている。センサ部材１７は、排気ガス温度制御デバイス９上の対応するセンサ部材１８（図５）と協働することにより、排気ガス温度制御デバイス９と排気ガス導管７とが連結されているか否かを確認し、連結されていない場合には排気ガス温度制御デバイス９内の温度制御アクチュエータ１１を自動的に停止させるセンサシステムの一部を形成する。センサ部材１７は、例えば光を反射するミラーであって、排気ガス温度制御デバイス９が接続されているときに対応するセンサ部材１８から照射された光信号を反射する。別の実施の形態においては、センサ部材１７は、対応するセンサ部材１８内に含まれるホールセンサと協働する永久磁石の形態で提供される。

図５は図２に示す構成の断面を示し、図５を見れば、排気ガス導路８内に、熱の移動を最適化する乱流を誘発させる複数の突起１９が排気ガス導路８の軸方向に沿って形成されていることがわかる。図示する実施の形態において、突起１９は、排気ガス導路８の軸方向に対して左右対称な構成を形成する。

上述の説明、請求項、および図面に開示された本発明の特徴は、本発明を実現するために、それぞれがまたは組み合わせることにより、種々の実施の形態の材料となりうる。

図６〜図１１は、例示のために、本発明の特定の実施の形態とその応用の仕方を示している。図において、同一または類似の要素には、同一の参照符号が付されている。

図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄは、ヘッドプレート１００とコンテナ２００とを有する使い捨て用のバイオリアクタ１’を示している。コンテナ２００は反応チャンバ４００を収容し、反応チャンバ４００内では、ミキサの撹拌部３２０がミキサのシャフトにねじり剛性高く配置されている。ヘッドプレート１００は、反応チャンバに対向する内部側１０１を備え、その内部側には、反応チャンバ４００内に突出する複数の浸漬管１１０が配置されている。複数のコネクタ１２０が、反応チャンバ４００に対向するヘッドプレート１００の外部側１０２に設けられている。ヘッドプレート１００は、外部側に配置されたコネクタ１２０と内部側に配置された浸漬管１１０とを含む一体構成であるのが好ましく、射出成型によってポリアミドから作製されるのが好ましい。浸漬管１１０とコネクタ１２０の一部とが係合し、それにより、器具、センサ、導管、またはチューブを、浸漬管１１０と対応するコネクタ１２０とを介して、反応チャンバ内に挿入することができ、また反応チャンバ内から取り出すことができる。コネクタ１２０は、反応プロセスに必要な物質を提供するために、および／または動作中に生じたガスなどの物質を反応チャンバ４００から取り除くために使用される。コネクタ１２０はまたオーバーレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）と呼ばれ、浸漬管１１０はサブマーシブル（ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ）と呼ばれる。

名称が”使い捨てバイオリアクタ、ヘッドプレート、およびこれらの製造方法（Ｓｉｎｇｌｅ−ｕｓｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ ａｎｄ ｈｅａｄ ｐｌａｔｅ，ａｎｄ ａ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓａｍｅ）”であって同一出願人の出願ＥＰ１２１７２３０４．３に開示するような寸法安定性のある使い捨てバイオリアクタは、特に、図７に示すシステムなどの並行バイオリアクタシステム１０’での使用に適する。図７に示す並行バイオリアクタシステム１０’は、内部に４つの容器１２’を配置可能なベースブロック１１’を備える。容器１２’それぞれには、使い捨て用バイオリアクタ１’を離脱可能に挿入することができる。容器１２’内に配置されたバイオリアクタ１’を必要に応じて加熱する又は冷却するように構成された温度制御ユニットは、好ましくはベースブロック１１’内に配置される。コンテナ１３’を備える構成がベースブロック１１’に隣接して形成されている。ベースブロック１１’はまた、２つの機能ブロック１４’、１５’が分離可能にスタックされるスタック面を備える。機能ブロック１５’は、例えば、保管および表示ステーションとして、または、例えば使い捨て用バイオリアクタの動作に必要な液体を供給するまたは取り除くためのポンプステーションとして構成されている。このような、並行バイオリアクタシステム１０’は拡張性が高く、４つの使い捨て用バイオリアクタ１’を備えるこのような並行バイオリアクタシステム１０９’を複数個並べで配置することができる。

図８から分かるように、特に、温度制御デバイス７００は、ここでは排気ガスチューブ７０１として具現化され且つ使い捨てバイオリアクタ１’の無菌フィルタ７０２を備えるガス導管に分離可能に取り付けられる中央部材７０９を有する。以下、温度制御デバイス７００と、ヘッドプレート１００を備えて寸法安定性のある使い捨て用バイオリアクタ１’と接続するための接続デバイス７２０との使い方について説明する。なお、温度制御デバイス７００と接続デバイス７２０は同様に、フレキシブルな壁を備える使い捨て用バイオリアクタとともに使用してもよく、また後者の場合は接続部材に接続されるのが好ましい。接続デバイスの使い方、およびフレキシブル排気ガスチューブ内の排気ガス流の温度を制御する温度制御デバイスの使い方は同様に本明細書にて説明される。なお、接続デバイスおよび温度制御デバイスは同様に、他の流体導管内の流体の温度および/または例えば寸法安定性のある供給パイプまたは排気パイプ内における他の流れ方向の流体の温度を制御するために使用されてもよい。

図９Ａ〜９Ｃに示すように、温度制御デバイス７００は接続デバイス７２０から取り外され、その結果として、温度制御デバイス７００に含まれる温度制御アクチュエータ７１１の温度制御面７１０が接続デバイス７２０の連結部材７１２から離れている。温度制御デバイス７００が接続デバイス７２０に取り付けられると、ここでは平面として具現化された温度制御表面７１０と連結部材７１２の連結面とが重なるように接触し、そして、温度制御デバイス７００と接続デバイス７２０が係合して機械的接続と熱的連結が自動的に確立される。

温度制御アクチュエータ７１１は、例えば少なくとも１つのペルチェ素子を備えるように構成されてもよい。図示する実施の形態において、温度制御デバイス７００は、ヒートシンク７１３とそれに配置されたファンアセンブリ７１４とを備える。

温度制御デバイス７００は、好ましくは、機械的な自己ロック接続を用いて接続デバイス７２０に取り付けられる。図８および図９Ａ〜９Ｃにおいて、連結部材７１２の下部に、センサ部材７１７が見える。センサ部材７１７は、温度制御デバイス７００上の対応するセンサ部材７１８（図８）と協働し、温度制御デバイス７００が接続デバイス７２０に接続されているか否かを確認し、接続されていない場合には温度制御デバイス７００の温度制御アクチュエータ７１１を自動的に停止するセンサシステムの一部を形成する。センサ部材７１７は、例えば光を反射するミラーであって、温度制御デバイス７００が接続されているときに対応するセンサ部材７１８によって送信された光信号を反射する。別の実施の形態において、センサ部材７１７は永久磁石を備え、対応するセンサ部材７１８に含まれるホールセンサと協働する。

接続デバイス７２０と温度制御デバイス７００のアタッチメント機構の製造方法が図９Ａ〜９Ｄに示されている。滅菌済みの使い捨てバイオリアクタ１’は、通常、無菌フィルタ７０２付き排気ガスチューブ７０１を既に備えている。排気ガスチューブは、同様にその製造プロセス中に滅菌されており、またヘッドプレート１００のコネクタ１２３に取り付けられている。排気ガスチューブ７０１と無菌フィルタ７０２とを含むシステムの滅菌性を維持することは、使い捨てバイオリアクタにおいて生物学的または生物工学的プロセスを実行するためには非常に重要である。

長手方向の溝として具現化されて連結部材７１２と接続部７２２とを有するレセプタクル７２１を備えた接続デバイス７２０は、滅菌性を損なうことなく、使い捨てバイオリアクタ１’に分離可能に取り付けることができる。接続部７２２は、ヘッドプレート１００に設けられた接続スロット１２４に挿入される。排気ガスチューブ７０１がレセプタクル７２１内に好ましくクランプされるように、フレキシブルチューブ７０１は、接続デバイス７２０の長手軸に対して実質的に直交する方向にレセプタクル７２１に向かって部分的に押される。レセプタクル７２１の接触面７２３は排気ガスチューブ７０１の外側面の対応する領域に好ましく接触し、それにより、排気ガスチューブ７０１と接続デバイス７２０との間の最適な熱伝達が実現される。接続デバイス７２０の長手方向の大きさは、使い捨てバイオリアクタ１’に対する接続部と排気ガスチューブ７０１に配置されている無菌フィルタ７０２に対する接続部との間を延在する排気ガスチューブ７０１の部分に比べて短い。なお、接続デバイス７２０の長手方向の大きさが、使い捨てバイオリアクタ１’に対する接続部と無菌フィルタ７０２に対する接続部との間を延在する排気ガスチューブ７０１の部分の長さのほとんどを占めることにより、接触面が増大し、それにより良好な熱伝達が実現される。接続デバイス７２０は、好ましくはアルミニウムから作製される。

接続デバイス７２０は、排気ガスチューブ７０１を全周囲に渡って、可能であれば、好ましくはクランプすることによっておよび／または係合した結果として受けとめるために、例えば２つ部分で具現化されてもよい。２つの部分は、接続デバイス７２０の長手軸に対して実質的に直交する方向に互いに結合可能に、またレセプタクル７２１内で排気ガスチューブ７０１の一部を受けるように構成されるのが好ましい。

熱絶縁部材７３０は、熱効率を向上させるとともに外側での凝縮物の形成を抑制するために、次に工程において配置される。熱絶縁部材７３０は、長手方向の溝を備えてもよく、またクランプによっておよび／または係合によって排気ガスチューブ７０１および／または接続デバイス７２０に接続されてもよい。

熱絶縁部材７３０は、発砲ポリマーなどの熱伝導性が低い材料から作製されるのが好ましい。この場合、温度制御デバイス７００を、接続デバイス７２０の連結部材７１２に、良好に熱的に連結された状態で、好ましくは分離可能に接続することができる。好ましくはペルチェ素子として具現化された温度制御アクチュエータ７１１と、熱伝達体すなわちヒートシンク７１３と、それに配置されたファンアセンブリ７１４とを有する温度制御デバイス７００の構成は、好ましくは、出願 ＤＥ １０ ２０１１ ０５４ ３６４．３に記載された温度制御デバイスと同一であってもよい。

図１０および図１１は、一バリエーションの温度制御デバイス７００’を示している。この温度制御デバイス７００’において、熱伝達体７１３’は長手方向に延在し、それに対して２つの熱伝達部材７４１、７４２が水平軸を中心として回転可能に取り付けられ、それらの熱伝達部材はスロットを備えるプレート形状であって、少なくとも一部分で無菌フィルタ７０２を受けることができる。さらに、第１の熱伝達部材７４１は、無菌フィルタ７０２と対向する側に、無菌フィルタ７０２の少なくとも一部を受けるくぼみ７４３を有する。くぼみ７４３は、好ましくは、無菌フィルタ７０２の一部を受け入れる対応する形状として形成される。同様に、第２の熱伝達部材７４２は、無菌フィルタ７０２と対向する側に、無菌フィルタ７０２の少なくとも一部を受けるくぼみ７４４を有する。また、第２の熱伝達部材７４２のくぼみ７４４は、好ましくは、無菌フィルタ７０２の一部を受け入れる対応する形状として形成される。

これには、凝縮物を回収するために排気ガスが冷却されたときに発生した廃熱が、単純に散逸されず、無菌フィルタの加熱に使用されるという利点がある。熱伝達部材７４１、７４２と温度制御アクチュエータ７１１の熱的連結が、好ましくは温度制御アクチュエータの温かい側が、ヒートシンク７１３’を介して好ましく影響される。２つの熱伝達部材７４１、７４２が好ましく無菌フィルタ７０２の２つの異なる側に配置されることにより、無菌フィルタ７０２の加熱性が向上し、より均一になる。

本明細書、クレーム、および図面に開示されている本発明の特徴は、発明の実現のために、それぞれがまたは組み合わせることにより、様々な実施の形態の材料となりうる。

Claims (9)

1. バイオリアクタ（１）と、
   バイオリアクタ（１）に設けられるように構成され、培養中にバイオリアクタ（１）の反応器（２）内に発生したガスを取り除くための排気ガス導管（７）と、
   温度制御流体がないように構成され、温度制御アクチュエータ（１１）を備える排気ガス温度制御デバイス（９）と、を有し、
   排気ガス温度制御デバイス（９）が、接続デバイス（１０、１２、１５、１６）を用いて分離可能に排気ガス導管（７）と接続するとともに温度制御アクチュエータ（１１）と排気ガス導管（７）とを熱的に連結するように配置され、
   排気ガス温度制御デバイス（９）が、接続デバイス（１０、１２、１５、１６）を用いて、排気ガス導管（７）と機械的に連結され、
   排気ガス温度制御デバイス（９）の機械的連結が、プッシュオン接続によって形成され、
   温度制御アクチュエータ（１１）が、排気ガス温度制御デバイス（９）が排気ガス導管（７）から取り外されたときに温度制御アクチュエータ（１１）を自動的に停止させるように構成された制御ユニットに対して連結され、
   制御ユニットが、排気ガス温度制御デバイス（９）に設けられた自動停止用部材（１８）と、排気ガス導管（７）に設けられた協働する自動停止用部材（１７）とを含み、
   自動停止用部材（１８）と協働する自動停止用部材（１７）とが、協働して排気ガス温度制御デバイス（９）と排気ガス導管（７）との間の連結解除を検出する、バイオテクノロジー装置。
   
2. 排気ガス温度制御デバイス（９）と排気ガス導管（７）との機械的連結が自己ロック式である、請求項１のバイオテクノロジー装置。
   
3. プッシュオン接続が、排気ガス温度制御デバイス（９）を押し進めると排気ガス温度制御デバイス（９）と排気ガス導管（７）との間の直線的な相対移動が実行されるように相互に協働する排気ガス温度制御デバイス（９）および排気ガス導管（７）上にそれぞれ配置されたガイド部材（１５、１６）によって具現化されている、請求項１または２のバイオテクノロジー装置。
   
4. 排気ガス温度制御デバイス（９）と排気ガス導管（７）との機械的な連結が、排気ガス温度制御デバイス（９）および排気ガス導管（７）上それぞれの熱伝達面が互いに押し合うような圧入によって形成されている、請求項１から３のいずれか一項のバイオテクノロジー装置。
   
5. 温度制御アクチュエータ（１１）と排気ガス導管（７）との熱的連結が、排気ガス導管（７）に熱エネルギ伝達面を与える支持面（１２）と対応するアクチュエータ温度制御表面（１０）との互いに接触し合う配置を含んでいる、請求項１から４のいずれか一項のバイオテクノロジー装置。
   
   
6. 制御ユニットが、光学的停止、機械的停止、磁気的停止、および電気的制止を含む停止機構のグループから選択された少なくとも１つの停止機構を用いて構成されている、請求項１から５のいずれか一項のバイオテクノロジー装置。
   
7. 温度制御アクチュエータ（１１）が、少なくとも１つのペルチェ素子を備える、請求項１から６のいずれか一項のバイオテクノロジー装置。
   
8. 温度制御流体がないように構成された、バイオリアクタのための排気ガス温度制御デバイス（９）であって、
   温度制御流体がないように構成され、且つバイオリアクタ（１）の排気ガス導管（７）の温度を制御するように構成されている温度制御アクチュエータ（１１）と、
   接続デバイスに配置された連結機構（１０、１５）と、を有し、
   温度制御アクチュエータが、接続デバイスを用いて、排気ガス導管（７）に対して分離可能に取り付けられ且つ熱的に接続され、
   排気ガス温度制御デバイス（９）が、接続デバイス（１０、１２、１５、１６）を用いて、排気ガス導管（７）と機械的に連結され、
   排気ガス温度制御デバイス（９）の機械的連結が、プッシュオン接続によって形成され、
   温度制御アクチュエータ（１１）が、排気ガス温度制御デバイス（９）が排気ガス導管（７）から取り外されたときに温度制御アクチュエータ（１１）を自動的に停止させるように構成された制御ユニットに対して連結され、
   制御ユニットが、排気ガス温度制御デバイス（９）に設けられた自動停止用部材（１８）と、排気ガス導管（７）に設けられた協働する自動停止用部材（１７）とを含み、
   自動停止用部材（１８）と協働する自動停止用部材（１７）とが、協働して排気ガス温度制御デバイス（９）と排気ガス導管（７）との間の連結解除を検出する、排気ガス温度制御デバイス。
   
9. バイオリアクタ（１）を用いて形成されたバイオテクノロジー装置において排気ガス流を処理する排気ガス処理方法であって、
   排気ガス導管（７）を介して、培養中にバイオリアクタ（１）の反応器（２）内に生じたガス流を取り除き、
   温度制御流体がないように構成され且つ排気ガス流を部分的に凝縮するように構成された排気ガス温度制御デバイス（９）の温度制御アクチュエータ（１１）により、排気ガス導管（７）内の排気ガス流の温度を制御し、排気ガス温度制御デバイス（９）が、接続デバイス（１０、１２、１５、１６）を用いて、排気ガス導管（７）と機械的に連結され、且つ、排気ガス温度制御デバイス（９）の機械的連結が、プッシュオン接続によって形成されており、
   排気ガス流の温度制御時に形成された凝縮物の少なくとも一部を、反応器（２）内の培養プロセスに戻し、
   温度制御アクチュエータ（１１）が、排気ガス温度制御デバイス（９）が排気ガス導管（７）から取り外されたときに温度制御アクチュエータ（１１）を自動的に停止させるように構成された制御ユニットに対して連結され、
   制御ユニットが、排気ガス温度制御デバイス（９）に設けられた自動停止用部材（１８）と、排気ガス導管（７）に設けられた協働する自動停止用部材（１７）とを含み、
   自動停止用部材（１８）と協働する自動停止用部材（１７）とが、協働して排気ガス温度制御デバイス（９）と排気ガス導管（７）との間の連結解除を検出する、排気ガス処理方法。

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