(57)【要約】【課題】フォトバイオリアクタのできる限り効率的な使用を可能にするとともに、フォトバイオリアクタの内部の汚染が減じられる、電磁放射を放出する装置を備えるフォトバイオリアクタおよびフォトバイオリアクタ用の電磁放射を放出する装置を提供する。【解決手段】フォトバイオリアクタは、生物学的材料を含む流動性の媒体を収容する容器と、電磁放射を放出する源が内部に配置されているハウジングを有する電磁放射を放出する装置と、を備え、電磁放射を放出する装置のハウジングは、生物学的材料を収容する容器内に配置されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトバイオリアクタであって、
生物学的材料を含む流動性の媒体を収容する容器と、
電磁放射を放出する源が内部に配置されているハウジングを有する電磁放射を放出する装置と、
を備えるフォトバイオリアクタにおいて、
電磁放射を放出する前記装置の前記ハウジングは、生物学的材料を収容する前記容器内に配置されている、
ことを特徴とするフォトバイオリアクタ。
【請求項２】
前記フォトバイオリアクタは、前記フォトバイオリアクタの少なくとも１つの壁を貫く少なくとも１つのフィードスルーを備え、電磁放射を放出する前記装置は、少なくとも１つのフィードスルーに保持されていることを特徴とする、
請求項１記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項３】
生物学的材料を収容する前記容器内に、電磁放射を放出する複数の装置は、好ましくは、前記容器の長手方向軸線に対して対称に配置されていることを特徴とする、
請求項１または２記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項４】
流動性の媒体を収容する前記容器は、特殊鋼を含むまたは特殊鋼からなることを特徴とする、
請求項１、２または３記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項５】
電磁放射を放出する前記装置のハウジングは、生物学的材料を収容する前記容器の壁に対して間隔を置いて配置されていることを特徴とする、
請求項１から４までのいずれか１項記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項６】
前記フォトバイオリアクタは、前記フォトバイオリアクタの内部、特に生物学的材料を収容する前記容器の内部に、固定用、特にバッフル板または渦動板の固定用の少なくとも１つの装着装置を備え、電磁放射を放出する少なくとも１つの前記装置は、少なくとも１つの前記装着装置に結合されていることを特徴とする、
請求項１から５までのいずれか１項記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項７】
前記フォトバイオリアクタは、電磁放射を放出する前記装置とともにオートクレーブ処理可能、特に電磁放射を放出する前記装置のハウジングが、生物学的材料を収容する前記容器内に配置されている間に、オートクレーブ処理可能であることを特徴とする、
請求項１から６までのいずれか１項記載のフォトバイオリアクタ。
【請求項８】
フォトバイオリアクタ用、特に請求項１から７までのいずれか１項記載のフォトバイオリアクタ用の電磁放射を放出する装置であって、電磁放射を放出する源が内部に配置されているハウジングを備える、
フォトバイオリアクタ用の電磁放射を放出する装置。
【請求項９】
電磁放射を放出する前記装置は、オートクレーブ処理可能であることを特徴とする、
請求項８記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１０】
電磁放射を放出する前記源は、ＬＥＤ、特にＬＥＤのアレイを有することを特徴とする、
請求項８または９記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１１】
前記ハウジング内に、電磁放射を測定する少なくとも１つのセンサが配置されており、前記センサにより、運転状態において、好ましくは、入ってくる電磁放射の強度および／または波長が測定可能かつ／または調整可能、特に制御されて調整可能である、
請求項８、９または１０記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１２】
ＬＥＤおよび／または少なくとも１つのセンサは、前記ハウジングの単数または複数の窓の後に配置されていることを特徴とする、
請求項８から１１までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１３】
単数または複数の窓は、それぞれ１つのガラス封止、好ましくはＧＴＭＳ圧縮ガラス封止を形成することを特徴とする、
請求項１２記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１４】
前記窓の基体は、直接、特にレーザ溶接によりそれぞれ気密にハウジングボディに結合され、前記ハウジングは、気密に形成されていることを特徴とする、
請求項１２または１３記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１５】
窓の少なくとも１つの透明の要素は、ディスク形に形成されており、特に面平行な主表面を有することを特徴とする、
請求項１２、１３または１４記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１６】
透明の要素は、平凸、平凹、両凸、両凹、凸凹または凹凸に成形されていることを特徴とする、
請求項１２、１３または１４記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１７】
それぞれの前記窓の透明の要素は、ガラスを含むまたはガラスからなることを特徴とする、
請求項１２から１６までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１８】
前記窓の透明の要素のガラスは、石英ガラスまたはホウケイ酸ガラスを含むことを特徴とする、
請求項１２から１７までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項１９】
少なくとも１つの窓の透明の要素は、２５０〜２０００ｎｍの波長を有するスペクトル範囲において、８０％より高い、特に好ましくは９０％より高い透過を示すことを特徴とする、
請求項１２から１８までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項２０】
前記ハウジングは、フライス加工品として形成されているハウジングボディを有することを特徴とする、
請求項８から１９までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項２１】
前記ハウジングボディは、柱形に形成されており、前記ハウジングボディの、長手方向で延在する側壁のうちの２つは、互いに３０°の角度を有し、前記ハウジングボディの、長手方向で延在する側壁のうちの２つは、互いに６０°の角度を有することを特徴とする、
請求項２０記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項２２】
長手方向で延在する側壁のうちの少なくとも２つは、窓を有することを特徴とする、
請求項８から２１までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項２３】
前記ハウジングは、少なくとも１つの電気的な接続器を有し、前記接続器は、好ましくは、別のハウジングの接続器に継ぐことができるように形成されていることを特徴とする、
請求項８から２２までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項２４】
電磁放射を放出する前記装置の前記ハウジング内は、前記ハウジングの外部に対して減じられた圧力が支配しており、特に前記ハウジングは、流体密に閉鎖可能な排気ポートを有することを特徴とする、
請求項８から２３までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項２５】
前記ハウジングは、モジュール式に継ぐことができるように形成されており、特にモジュール式に継ぐために用いられる取り付け手段を有することを特徴とする、
請求項８から２４までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置。
【請求項２６】
生物学的材料を繁殖させるまたは培養する、好ましくは、医薬品、特にバイオ医薬品を製造する方法であって、
生物学的材料、または生物学的材料の前駆体を、請求項１から７までのいずれか１項記載のフォトバイオリアクタ内に入れるステップと、
請求項８から２５までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する装置により発せられた電磁放射を作用させるステップと、
を含む、生物学的材料を繁殖させるまたは培養する、好ましくは、医薬品、特にバイオ医薬品を製造する方法。
【請求項２７】
生物学的材料を処理するかつ／または医薬品、特にバイオ医薬品を製造する方法であって、請求項８から２５までのいずれか１項記載の電磁放射を放出する少なくとも１つの装置を装備するフォトバイオリアクタを用意するステップを含む、生物学的材料を処理するかつ／または医薬品、特にバイオ医薬品を製造する方法。
【請求項２８】
前記フォトバイオリアクタは、少なくとも１つのフィードスルー、特に少なくとも１つの標準スパージャポートを備え、電磁放射を放出する前記装置用のフィード線路および／またはコントロール線路が、少なくとも１つの前記フィードスルーを通して案内される、
請求項２６または２７記載の方法。
【請求項２９】
前記フォトバイオリアクタは、前記フォトバイオリアクタの内部、特に生物学的材料を収容する前記容器の内部に、バッフル板または渦動板の固定用の少なくとも１つの装着装置を備え、電磁放射を放出する少なくとも１つの前記装置は、少なくとも１つの前記装着装置に結合され、好ましくは、電磁放射を放出する前記装置は、少なくとも１つの前記フィードスルーと、少なくとも１つの前記装着装置とにより前記フォトバイオリアクタの内部、特に生物学的材料を収容する前記容器の内部に固定される、
請求項２６から２８までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項３０】
前記フォトバイオリアクタを、電磁放射を放出する前記装置の装着後、滅菌する、
請求項２６から２９までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項３１】
電磁放射を放出する前記装置は、少なくとも１つのセンサを備え、運転状態において、前記フォトバイオリアクタの内部の前記電磁放射の放射強度および／または波長が測定される、
請求項２６から３０までの少なくとも１項記載の方法。
【請求項３２】
所定の期間、所定の波長、好ましくは２５０ｎｍの電磁放射を前記フォトバイオリアクタ内に入射させ、この入射後、広帯域に、または選択的に特定の波長、特に２７０ｎｍの波長で前記フォトバイオリアクタの内部の前記電磁放射の放射強度および／または波長を測定する、
請求項２６から３１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３３】
所定の期間、所定の波長、好ましくは２５０ｎｍの電磁放射を前記フォトバイオリアクタ内に入射させ、この入射後、所定の別の波長、好ましくは６２０〜７８０ｎｍの範囲の電磁放射を前記フォトバイオリアクタ内に入射させる、
請求項２６から３２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３４】
突然変異生成により変化される光栄養微生物または混合栄養微生物、特に微細藻類、酵母および細菌も使用する、
請求項２６から３３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
前記フォトバイオリアクタを、前記フォトバイオリアクタの、生物学的材料を含む流動性の媒体を収容する容器と電磁放射を放出する前記装置とともに、電磁放射を放出する前記装置のハウジングが、生物学的材料を収容する前記容器内に配置されている間に、オートクレーブ処理する、
請求項２６から３４までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射を放出する装置を備えるフォトバイオリアクタおよびフォトバイオリアクタ用の電磁放射を放出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学的材料を製造する方法、例えば、微生物および動植物の細胞の培養を含む生物工学的な生産プロセスの重要度は、増している。このことは、特にバイオ医薬品または機能性食品、デザイナーフードもしくはプロバイオティクスの製造や、例えば蛍光信号または（標識）磁気信号を誘導し得る診断に関する。
【０００３】
微細藻類は、例えば生産スケールで、タンクまたはリアクタ、特にチューブリアクタ内で培養される。生成物に応じて太陽光またはＬＥＤ光が使用される。ＬＥＤ光は、十分な生成物収量のために太陽の光スペクトルが適していない場合に必要である。一般に生成物の値とともに、生成物の生産条件に対する要求も上昇する。機能性食品の分野からの例は、フコキサンチンもしくはアスタキサンチンの製造、または例えば診断目的用のフィコビリタンパク質の製造である。しかし、このためには、所定の波長選択が必要である。アストラキサンチンのためには、成長期あるいは生成物形成期に、青色光ないし赤色光のスペクトル範囲で刺激が加えられる。
【０００４】
従来技術によれば、バイオ医薬品を製造するために微細藻類を使用することは、不可能である。それというのも、生産スケールでの培養には、滅菌下での生産条件が必須であるからである。
【０００５】
独国特許発明第１０２００５０１２５１５号明細書（DE 10 2005 012 515 B4）は、バイオリアクタ、特に光栄養細胞を培養するインキュベータ用の照明装置に関し、この照明装置は、バイオリアクタ外に配置されている。照明装置は、主として、複数の動作制御可能な光源からなっており、これらの光源は、異なるスペクトル範囲の光を発射する。さらにこの文献は、異なるスペクトル範囲の複数の光を発射する光源を有する照明装置を用いて、バイオリアクタ、特にインキュベータ内で光栄養培養細胞を培養するために、可変に照明を行う方法を開示している。
【０００６】
独国特許発明第４４１６０６９号明細書（DE 44 16 069 C2）において、光栄養微生物を培養し、光を用いた光化学的なプロセスを実施すべく容器内に導入されている媒体を照らす方法および装置が公知である。装置は、照らすために支持体装置上に配置されていて、容器内の媒体の変換が達成されるように、光を媒体に向けて発射する、平滑な表面を有する側面発射型の光導波路を有している。照らす装置、容器および容器内の媒体は、一緒に熱により滅菌され、再び培養温度に冷却されることができ、光導波路は、熱に関して−２０℃〜＋２００℃の作業範囲で有効性を保つ。光導波路内に入力結合される光は、容器外に配置される光源に由来する。
【０００７】
特許文献である独国特許発明第４４２３３０２号明細書（DE 44 23 302 C1）は、光源の放射エネルギを、光透過性の材料、例えばガラスからなる管を備えるフォトリアクタ内に入力結合する装置を開示している。光化学的な合成を実施すべく、放射エネルギの少なくとも１つの波長選択性の成分をリアクタの内部に向かって集束させる集光ホログラム装置が使用される。
【０００８】
独国特許発明第１０２０１００１４７１２号明細書（DE 10 2010 014 712 B3）は、流動性の媒体の光化学的な処理用のモジュール式のフォトチューブリアクタを開示しており、フォトチューブリアクタは、少なくとも１つの放射源を有する中心軸型の放射ユニットを備えている。放射ユニットは、ガラスからなるリアクタ壁により同軸に包囲されており、リアクタ壁と放射ユニットとの間に、放射容積を提供する環状間隙を有している。確かにフォトチューブリアクタは、放射ユニットを包囲しているが、この放射ユニットも、流体力学的にチューブリアクタの流体ダイナミクス内に組み込まれていないため、フォトチューブリアクタ外に配置されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の根底にある課題は、フォトバイオリアクタのできる限り効率的な使用を可能にするとともに、フォトバイオリアクタの内部の汚染が減じられる、電磁放射を放出する装置を備えるフォトバイオリアクタおよびフォトバイオリアクタ用の電磁放射を放出する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、それぞれ、独立請求項に記載の対象により解決される。有利な発展形は、従属請求項およびさらなる説明に看取可能である。
【００１１】
フォトバイオリアクタであって、生物学的材料を含む流動性の媒体を収容する容器と、電磁放射を放出する源が内部に配置されているハウジングを有する電磁放射を放出する装置と、を備え、電磁放射を放出する装置のハウジングが、生物学的材料を収容する容器内に配置されている、フォトバイオリアクタにより、電磁放射をフォトバイオリアクタ内に導入することができるだけでなく、さらに、リアクタ内に配置される媒体の流体ダイナミクスに対して影響を及ぼすこともできる。
【００１２】
フォトバイオリアクタの少なくとも１つの壁を貫くフィードスルー、特に少なくとも１つのフィードスルーを備え、電磁放射を放出する装置が、少なくとも１つのフィードスルーに保持されているフォトバイオリアクタでは、電磁放射の源のためのフィード線路および／またはコントロール線路が、フォトバイオリアクタの外部からフォトバイオリアクタ内に、そしてフォトバイオリアクタ内からフォトバイオリアクタの外部に案内され得る。特に有利には、このフィードスルーは、標準スパージャポートとして形成されていることができ、このことは、従来慣用のフォトバイオリアクタに、本発明に係る電磁放射を放出する装置をより簡単に後付けする助けにもなる。
【００１３】
バイオ医薬品の製造に関する厳しい要求を充足すべく、フォトバイオリアクタおよび電磁放射を放出する装置がそれぞれ含んでいる材料は、用途に応じて以下のスタンダードのそれぞれ１つまたは複数に合致するように選択されていることができる：
ｉ）ＦＤＡ承認材料（ＩＣＨ  Ｑ７Ａ，ＣＦＲ  ２１１．６５（ａ）−Ｃｏｄｅ  ｏｆ  Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ，ＵＳＰ  Ｃｌａｓｓ，ａｎｉｍａｌ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  ｆｒｅｅ，ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ  Ａ  ｆｒｅｅ）
ｉｉ）ＥＭＡ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅｓ  Ａｇｅｎｃｙ：欧州医薬品庁）ＥＵ  ＧＭＰ  Ｇｕｉｄｅ  Ｐａｒｔ  ＩＩ承認材料
ｉｉｉ）分野別耐薬品性−ＡＳＴＭ  Ｄ  ５４３−０６
ｉｖ）例えばＵＳ  Ｐｈａｒｍａｃｏｐｅｉａ（米国薬局方）関連の生体適合性またはＩＳＯ  １０９９３関連のテスト。
【００１４】
その際、流動性の媒体を収容する容器が、特殊鋼を含むまたは特殊鋼からなると、有利である。すべての特殊鋼、特にオーステナイト系およびフェライト系の特殊鋼も、ただし、好ましくは、それが、本発明の実施時、ステンレスである場合にのみ、使用可能である。
【００１５】
さらに原理的には、チタンや、高い割合の銅を含むモネル合金も使用可能であり、材料は、電磁放射を放出する装置、特にそのハウジングボディに使用する際、ホーロー引きされていてもよい。
【００１６】
フォトバイオリアクタも、特に生物学的材料を収容する容器の内面において、ホーロー引きされていてもよい。
【００１７】
好ましくは、生物学的材料を含む流体と接触する表面は、０．８以下の粗さ値を有している。
【００１８】
電磁放射を放出する装置のハウジングが、生物学的材料を収容する容器の壁に対して間隔を置いて配置されていると、例えばバッフル板を置換することができ、こうして特に有利には、流動性の媒体の流動に対して流体力学的に影響を及ぼすことができる。
【００１９】
この場合、フォトバイオリアクタが、フォトバイオリアクタの内部、特に生物学的材料を収容する容器の内部に、固定用、特にバッフル板または渦動板の固定用の少なくとも１つの装着装置を備え、電磁放射を放出する少なくとも１つの装置が、少なくとも１つのこの装着装置に結合されていると、有利である。
【００２０】
フォトバイオリアクタが、電磁放射を放出する装置とともにオートクレーブ処理可能、特に電磁放射を放出する装置のハウジングが、生物学的材料を収容する容器内に配置されている間に、オートクレーブ処理可能であると、これにより、生物学的に活性の材料または相互作用する材料による汚染は、極めて高い確実性をもって排除され得る。
【００２１】
このために、特に電磁放射を放出する装置も、オートクレーブ処理可能に形成されている。驚くべきことに、少なくとも１つのセンサを保持するここで開示するセンサ受け部の場合、２ｂａｒ、１３４℃で、３５００サイクルのオートクレーブ処理が可能であることが判った。
【００２２】
オートクレーブ処理可能とは、本開示の範囲内において、医学製品に関して効力のあるＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １４９３７；ＥＮ  ＩＳＯ  １７６６５の意味でのオートクレーブ処理可能とも解される。
【００２３】
特に好ましい一実施の形態では、加えて、生物学的材料を収容する容器内に、電磁放射を放出する複数の装置が、好ましくは、容器の長手方向軸線に対して対称に配置されている。この場合、流動性の媒体およびこの流動性の媒体内に存在する生物学的材料のより均一な照射も達成され得る。
【００２４】
フォトバイオリアクタ用の電磁放射を放出する装置の好ましい一実施の形態は、電磁放射を放出する源が内部に配置されているハウジングを備える。これにより、電磁放射を放出する装置は、フォトバイオリアクタ内の汚染なしの培養条件を実現可能である。
【００２５】
有利には、電磁放射を放出する源は、ＬＥＤ、特にＬＥＤのアレイを有し、フォトバイオリアクタ内の拡大された容積を規定通り照らすことができる。この場合、ＬＥＤアレイは、微細藻類の最適化した培養のために必要な光エネルギを特殊鋼バイオリアクタの内部に提供する。さらにＬＥＤアレイは、必要に応じて様々な波長で発光することができ、これにより、成長期および生成物形成期のプロセスを適切に制御することができる。
【００２６】
同じく有利には、電磁放射を放出する装置は、電磁放射の波長および／または強度を測定する少なくとも１つのセンサを備え、好ましくは、電磁放射を測定する少なくとも１つのセンサは、ハウジング内に配置されており、センサにより、運転状態において、好ましくは、入ってくる電磁放射の強度および／または波長が測定可能である。センサにより得られた信号により、入ってくる電磁放射の強度は、調整可能、特に制御されて調整可能、好ましくは、フィードバック機構により制御（閉ループ制御）されて調整可能である。センサの信号は、フィードスルー、特にコントロール線路の形態のフィードスルーを通して導かれ得る。センサは、一方では、ＬＥＤにより発せられた放射の強度および／または波長を測定するために使用可能である。ＬＥＤは、劣化することがあるかつ／またはＬＥＤの発光スペクトルは、例えば周囲温度に依存することがあるので、ＬＥＤの発光は、運転状態において、センサを利用して制御可能である。しかし、少なくとも１つのセンサは、バイオリアクタ内の生物学的材料の状態をコントロールするかつ／または特徴付けるためにも使用可能である。運転状態において照明される生物学的材料の後方散乱により、例えばセンサにより受信される電磁放射の波長は、生物学的材料についての情報を提供し得る。生物学的材料、例えば特定の藻類は、例えば白色光で特にその成長のために照明されると、例えば緑色光を後方散乱させる。この緑色光の強度は、藻類の濃度および／またはその成長状態に依存し得る。これらの情報は、バイオリアクタ内のプロセス、例えば栄養素供給、温度等を制御するために利用可能である。同じく、蛍光等を測定することも、もちろん可能である。
【００２７】
運転状態において放射源により発せられた放射をセンサ信号と相関させることができるように、本発明に係る装置は、同じく、運転状態において放射源により発せられた放射の一部を上述のセンサに、例えばビームスプリッタおよび／または光ガイドにより導くようになっている。発せられた放射をセンサに導く手段は、ハウジング内に組み込まれていてもよい。
【００２８】
さらに、電磁放射を放出する装置は、バイオリアクタ内のＣＯ２含有量を測定する単数または複数のセンサを備えていてもよい。
【００２９】
バイオリアクタが、電磁放射を放出する２つ以上の装置を装備していると、同じく有利である。このことは、フォトバイオリアクタの内部の改善された照射を達成することができる。この場合、特に、電磁放射を放出する装置のセンサが、バイオリアクタ内に存在する材料の後方散乱を測定し得るだけでなく、透過についても測定し得ることも、可能である。この場合、電磁放射を放出する装置のセンサは、いわば、これとは別の、電磁放射を放出する装置により発せられ、バイオリアクタ内に存在する材料の影響を受けた、特に透過および／または散乱された放射を測定する。
【００３０】
照明信号および／またはセンサ信号を時間に関して評価することで、フォトバイオリアクタで行われるプロセスは、高められた精度で、特に、その中に存在する生物学的材料の、行われる反応の結果に応じて制御される。このことは、大幅な収量改善に貢献し得る。概して、流体内のリアルな強度の有利な加減が、それどころか場所的に分解されて可能である。特にこのことは、目標強度に動的に適合させつつ、実施可能である。さらに、培養中、変化／増加する細胞密度に起因して変化する照射深度の補償が行われ得る。同じく、培地消費と、流体中の吸着変化を引き起こし得る生成物形成と、による補償が可能である。
【００３１】
ＬＥＤおよび／または少なくとも１つのセンサが、ハウジングの単数または複数の窓の後に配置されている場合、電磁放射を放出する装置のハウジングは、機械的に安定に、かつ熱負荷に耐え得るように構成されることができ、その結果、オートクレーブ処理も、ＣＩＰ（Ｃｌｅａｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ：定置洗浄）およびＳＩＰ（Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ：定置滅菌）と称呼される方法を用いた清浄化および滅菌も、可能となる。
【００３２】
電磁放射を放出する装置の流体密封性、特に気密封止性にとって、単数または複数の窓が、それぞれ１つのガラス封止、好ましくはＧＴＭＳ圧縮ガラス封止（Ｇｌａｓｓ−ｔｏ−Ｍｅｔａｌ−Ｓｅａｌ−Ｄｒｕｃｋｅｉｎｇｌａｓｕｎｇ：ガラス対金属シールを用いた圧縮ガラス封止）を形成すると、極めて有利である。これにより、機械的な安定性も、化学的な耐性も、熱負荷に対する耐性も、大幅に増進される。
【００３３】
好ましい一実施の形態では、窓の少なくとも１つの透明の要素が、ディスク形に形成されており、特に面平行な主表面を有している。
【００３４】
しかし、透明の要素が、平凸、平凹、両凸、両凹、凸凹または凹凸に成形されていると、これにより、電磁放射の放射野の空間的な分布に与える影響が規定され、フォトバイオリアクタの容器の、一層均一な照射が達成され得る。
【００３５】
好ましくは、それぞれの窓の透明の要素は、ガラスを含むまたはガラスからなる。この場合、窓の透明の要素のガラスは、高い化学的な抵抗性（優先されるのは、水に対する化学的な抵抗性）と、所望の、以下に表示する波長範囲における良好な光学的な透明性とを示す石英ガラス、ホウケイ酸ガラスまたはガラスシステムを含むまたは石英ガラス、ホウケイ酸ガラスまたはガラスシステムからなることができる。
【００３６】
少なくとも１つの窓の透明の要素は、２５０〜２０００ｎｍのスペクトル範囲において、８０％より高い、特に好ましくは９０％より高い透過を示してもよい。
【００３７】
ハウジングが、フライス加工品として形成されているハウジングボディを有していると、製造技術的に好適かつ精緻な製造が実現可能である。
【００３８】
好ましくは、窓の基体は、直接、特にレーザ溶接によりそれぞれ気密にハウジングボディに結合され、ハウジングは、気密に形成されている。これにより、有利には、医薬分野にとって絶対的な材料要求について顧慮することができる。
【００３９】
容器の照らされる容積をできる限り大きくするために、ハウジングボディは、柱形、有利には三角形の断面を有する柱形に形成されていることができ、ハウジングボディの、長手方向で延在する側壁のうちの２つは、互いに３０°の角度を有し、ハウジングボディの、長手方向で延在する側壁のうちの２つは、互いに６０°の角度を有していることができる。有利には、バイオリアクタは、できる限り最良に照らすために、このようなハウジングボディを備える電磁放射を放出する装置を４つ備えている。
【００４０】
この場合、長手方向で延在する側壁の少なくとも２つが、窓を有していることができる。
【００４１】
モジュール式の構造にとって、電磁放射を放出する装置のハウジングは、少なくとも１つの電気的な接続器を有していることができ、接続器は、好ましくは、別のハウジングの接続器に継ぐことができるように形成されている。モジュールのオートクレーブ処理を保証すべく、接続器（コネクタ）も、ガス密なガラス絶縁体またはセラミック絶縁体を有して構成される。接続器またはコネクタを有するモジュール式の構造は、この業界で一般的なバイオリアクタ寸法にフレキシブルに適合させるべく、複数のアレイを接合することを可能にし、これにより、スケールアップもしやすくなる。
【００４２】
その際、ハウジングは、モジュール式に継ぐことができるように形成されていることができ、特にモジュール式に継ぐために用いられる取り付け手段を有していることができる。
【００４３】
電磁放射を放出する装置のハウジング内は、ハウジングの外部に対して減じられた圧力が支配しており、特にハウジングは、流体密に閉鎖可能な排気ポートを有していると、有利である。それというのも、ハウジングは、排気ポートにより排気されることができ、その結果、ハウジングの外部に対して減じられた圧力を有し、これにより、電磁放射を放出する装置のハウジングから、ハウジング内に配置される構成群への熱伝導を減じることができるからである。
【００４４】
これにより、特に電子的な構成群は、より長時間、故障せずに、ハウジングが曝される例えば滅菌またはオートクレーブ処理に耐えることができる。
【００４５】
驚くべきことに、ここで開示する電磁放射を放出する装置は、３５００サイクルを超えるオートクレーブ処理に故障せずに耐えることを確認できた。
【００４６】
オートクレーブ処理可能とは、本開示の範囲内において、医学製品に関して効力のあるＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １４９３７；ＥＮ  ＩＳＯ  １７６６５の意味でのオートクレーブ処理可能とも解される。
【００４７】
生物学的材料を繁殖させるまたは培養する好ましい方法は、生物学的材料、または生物学的材料の前駆体を、ここで説明するフォトバイオリアクタ内に入れるステップと、ここで説明するような電磁放射を放出する装置により発せられた電磁放射を作用させるステップと、を含んでいる。
【００４８】
有利には、生物学的材料を処理するかつ／または医薬品、特にバイオ医薬品を製造する方法は、ここで開示するような電磁放射を放出する少なくとも１つの装置を装備するフォトバイオリアクタを用意するステップを含んでいる。
【００４９】
フォトバイオリアクタが、少なくとも１つのフィードスルー、特に少なくとも１つの標準スパージャポートを備え、電磁放射を放出する装置用のフィード線路および／またはコントロール線路が、少なくとも１つのフィードスルーを通して案内されると、往々にして、従来慣用のフォトバイオリアクタまたは従来慣用のバイオリアクタにも、ここで開示する電磁放射を放出する装置が簡単かつ低コストに後付け可能である。
【００５０】
この場合、フォトバイオリアクタが、フォトバイオリアクタの内部、特に生物学的材料を収容する容器の内部に、バッフル板または渦動板の固定用の少なくとも１つの装着装置を備え、電磁放射を放出する少なくとも１つの装置が、少なくとも１つのこの装着装置に結合され、好ましくは、電磁放射を放出する装置が、少なくとも１つのフィードスルーと、少なくとも１つの装着装置とによりフォトバイオリアクタの内部、特に生物学的材料を収容する容器の内部に固定されると、特に好適である。
【００５１】
単回使用の用途のために、電磁放射を放出する装置は、誘導式のエネルギ入力結合と信号伝送とを含む磁気式かつ／または接着式の固定手段を有していてもよい。
【００５２】
ユーザにとって特に好ましい利点は、フォトバイオリアクタを、電磁放射を放出する装置の装着後、滅菌するようにしてやると、得られる。これにより、滅菌後のフォトバイオリアクタの汚染は、大幅に回避され得る。
【００５３】
電磁放射を放出する装置が、少なくとも１つのセンサを備え、センサにより、運転状態において、好ましくは、入ってくる電磁放射の強度および／または波長が測定可能かつ／または調整可能、特に制御されて調整可能であり、かつ運転状態において、バイオリアクタの内部の電磁放射の放射強度および／または波長が、このセンサにより測定されると、さらに有利である。
【００５４】
所定の期間、所定の波長、好ましくは２５０ｎｍの電磁放射をフォトバイオリアクタ内に入射させ、この入射後、広帯域に、バイオリアクタの内部の電磁放射の放射強度および／または波長を測定するか、または選択的に特定の波長、特に２７０ｎｍの波長でバイオリアクタの内部の電磁放射の放射強度を測定すると、これにより、光の蛍光発光成分を検知し、フォトバイオリアクタ内の所定の代謝プロセスについて評価することができる。
【００５５】
さらに、特に有利には、例えば生産期中、所定の期間、所定の波長、好ましくは２５０ｎｍの電磁放射をフォトバイオリアクタ内に入射させ、この入射後、所定の別の波長、好ましくは６２０〜７８０ｎｍの範囲の電磁放射をフォトバイオリアクタ内に入射させてもよい。
【００５６】
方法の一実施の形態において、フォトバイオリアクタを、フォトバイオリアクタの、生物学的材料を含む流動性の媒体を収容する容器と、電磁放射を放出する装置とともに、電磁放射を放出する装置のハウジングが、生物学的材料を収容する容器内に配置されている間に、オートクレーブ処理すると、有利である。それというのも、フォトバイオリアクタの汚染は、従来よりも遥かに高い蓋然性をもって回避されることができ、オートクレーブ処理は、１回の工程で実施可能であるからである。したがってオートクレーブ処理をフォトバイオリアクタへの生物学的材料の充填前に即時的に行えば、オートクレーブ処理と充填との間に異物が混入するリスクも低減する。
【００５７】
ここで開示する方法では、特に突然変異生成により変化される光栄養微生物または混合栄養微生物、特に微細藻類、酵母および細菌も使用し得る。
【００５８】
「A novel histone crosstalk pathway important for regulation of UV-induced DNA damage repair in Saccharomyces cerevisiae（Boudoures, A.L., Pfeil, J.J., Steenkiste, E.M., Hoffman, R.A., Bailey, E.A., Wilkes, S.E., Higdon, S.K., Thompson, J.S., (2017) Genetics, 206(3), pp. 1389-1402）」という記事には、生物学的材料を繁殖させる際、収穫高を高めることが可能な細胞修復機構についてレポートされている。
【００５９】
この場合、好ましい一般的な機構は、入射された特定の波長におけるアミンの不安定化であることができ、このことは、相応の修復機構により、それぞれ該当する細胞の高められた収穫高に至らしめる。
【００６０】
例えば２５０ｎｍの波長を有する電磁放射を、生物学的材料を収容する容器内に入射させることにより、この機構について本装置により相応に顧慮することができる。これについては、以下にさらに詳しく説明する。
【００６１】
信号カスケードに対して影響を及ぼす可能性についての別の例は、「Inhibitory effects of ginsenosides on basic fibroblast growth factorinduced melanocyte proliferation(Lee, J.E., Park, J.I., Myung, C.H., Hwang, J.S., (2017) Journal of Ginseng Research, 41(3), pp. 268−276)」である。
【００６２】
一方では、ＵＶ−Ｂにより増殖が刺激されることが述べられており、このことは、ここで説明する方法に基づいて同じく実施可能である。
【００６３】
他方では、抗体添加（可能性としてあり得ることは、バイオリアクタのフィード通路を通して）による抑制が引き起こされることができ、センサユニット、特にここで説明するセンサにより、ＬＥＤアレイの選択された波長を介した活性化と、相応のフィードによる抑制とが検出される。
【００６４】
「ROS and calcium signaling mediated pathways involved in stress responses of the marine microalgae Dunaliella salina to enhanced UV-B radiation（Zhang, X., Tang, X., Wang, M., Zhang, W., Zhou, B., Wang, Y. (2017) Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 173, pp. 360−367）」には、ＵＶ−Ｂ強度の増大に伴い、微細藻類のリーシスが増大することが記載されている。細胞密度のこの減少は、特定のタンパク質の上昇を伴い、これにより、このタンパク質の生成物形成は、適切に、ここで説明する装置および方法により制御され、高められる。
【００６５】
「Model-supported phototrophic growth studies with Scenedesmus obtusiusculus in a flat-plate photobioreactor（Koller, A.P., Loewe, H., Schmid, V., Mundt, S., Weuster-Botz, D., (2017) Biotechnology and Bioengineering, 114 (2), pp. 308-320）」には、パラメータに依存した成長速度論が記載されている。パラメータとして、光束強度、細胞系による吸着および散乱、ならびに間接的には、培養時間が記載されている。放射強度の最適化により増大されるバイオマス収量が記載されている。このことは、ここで開示するようなＬＥＤアレイおよびセンサユニットの制御回路の利点を証明するものである。
【００６６】
説明する実施の形態は、特に混合栄養培養も可能にし、有利には、光合成と化学合成とが組み合わされる。その際、微細藻類による医薬品の、滅菌下での改善された生産も、可能となる。
【００６７】
「Adhesion of Chlamydomonas microalgae to surfaces is switchable by light(Christian Titus Kreis, Marine Le Blay, Christine Linne, Marcin Michal Makowski, Oliver Baeumchen, NATURE PHYSICS DOI: 10.1038/NPHYS4258)」という記事は、光の入射により表面に付着させたり、表面から解離させたりすることが可能な微細藻類の挙動について記載している。相応の波長の電磁放射の適切な入射により、例えばリピートバッチ運転で使用されるフォトバイオリアクタのために、媒体、例えば培養液の交換中、これらの微細藻類が表面に付着し、かつ媒体の供給後、再び表面から解離することが達成され得る。これによっても、フォトバイオリアクタの運転の能率は、さらに向上し得る。
【００６８】
著者Ni, M., Tepperman, J.M., Quail, P.H.(1999)は、刊行物（Phytochromes and gene expression）、「Binding of phytochrome B to its nuclear signalling partner PIF3 is reversibly induced by light(Nature 400, 781-784)」において、遺伝子発現が相応の細胞シグナル経路を介して適切に光に依存して誘導されることを記載している。
【００６９】
刊行物「A red／far-red light-responsive bi-stable toggle switch to control gene expression in mammalian cells(Konrad Mueller, Raphael Engesser, Stephanie Metzger, Simon Schulz, Michael M. Kaempf, Moritz Busacker, Thorsten Steinberg, Pascal Tomakidi, Martin Ehrbar, Ferenc Nagy, Jens Timmer, Matias D. Zubriggen, Wilfried Weber, Nucleic Acids Research, 2013, Vol. 41, No. 7 e77)」は、遺伝子導入（ｔｒａｎｓｇｅｎｅ  Ａｋｔｉｖｉｔａｅｔ）をコントロールするための、哺乳類細胞のためのこの機構について記載している。
【００７０】
光遺伝学的なコントロールは、「A Phytochrome-Derived Photoswitch for Intracellular Transport(Max Adrian, Wilco Nijenhuis, Rein I. Hoogstraaten, Jelmer Willems, Lukas C. Kapitein, DOI: 10.1021/acssynbio.6b00333 ACS Synth. Biol. 2017, 6, 1248-1256)」にも記載されている。この文書によれば、波長固有に細胞内の双方向輸送機構が制御される。
【００７１】
本発明について、以下に添付の図面を参照しながら好ましい実施の形態を基により詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の好ましい実施の形態のフォトバイオリアクタの中央を鉛直方向に通って、図８に示す切断平面ＡＡ内を延びる概略断面図であって、生物学的材料を収容する容器を上方に向かって閉鎖する上側の区間を明瞭性のために著しく簡略化して示す図である。
【図２】好ましい第１の実施の形態のフォトバイオリアクタの概略側面図であって、生物学的材料を収容する容器を上方に向かって閉鎖する上側の区間を明瞭性のために著しく簡略化して示す図である。
【図３】第１の好ましい実施の形態のフォトバイオリアクタを水平に通って、図２に示す切断平面ＢＢ内を延びる概略断面図である。
【図４】第１の好ましい実施の形態のフォトバイオリアクタを水平に通って、図２に示す切断平面ＣＣ内を延びる断面図である。
【図５】図４の抜粋箇所のより詳細な拡大図であるが、図４に対して相対的に若干回転させて示してあり、スパージャポートと、フィードスルー兼保持装置によりこれに保持される電磁放射を放出する装置とともに示す図である。
【図６】斜め置きに配置される第１の好ましい実施の形態のフォトバイオリアクタを斜め上方から示す図であって、生物学的材料を収容する容器を上方に向かって閉鎖する上側の区間を明瞭性のために示さず、生物学的材料を収容する容器を透明に示す図である。
【図７】縦置きに配置される第１の好ましい実施の形態のフォトバイオリアクタの一部区間を斜め上方から示す概略断面図であって、生物学的材料を収容する容器を上方に向かって閉鎖する上側の区間を明瞭性のために示さず、生物学的材料を収容する容器を透明に示す図である。
【図８】発せられる電磁放射および測定される電磁放射を説明するための、図４の再度の拡大図であるが、図４に対して相対的に若干回転させて示す図である。
【図９】電磁放射を放出する装置を水平に通って延びる概略断面図であって、切断平面が、図３に示す切断平面に実質的に相当し、生物学的材料を収容する容器を透明に示す、フォトバイオリアクタを斜め上方から示す詳細図である。
【図１０】第１の好ましい実施の形態のフォトバイオリアクタの中央を鉛直方向に通って、図８に示す切断平面ＤＤ内を延びる概略断面図であって、生物学的材料を収容する容器を上方に向かって閉鎖する上側の区間を明瞭性のために示さず、生物学的材料を収容する容器を透明に示す図である。
【図１１】図１０に符号Ｅを付した図１０の要部の断面図である。
【図１２】図１０に符号Ｆを付した図１０の要部の断面図である。
【図１３】ＬＥＤの２列のアレイおよびセンサの２列のアレイならびにＬＥＤの動作制御およびセンサとの通信用の２つのコントローラを有する電磁放射を放出する源の一実施の形態を示す図である。
【図１４】ＬＥＤの単列のアレイおよびセンサの単列のアレイならびにＬＥＤの動作制御およびセンサとの通信用の１つのコントローラを有する電磁放射を放出する源の一実施の形態を示す図である。
【図１５】ここで説明する窓の製造方法を説明するための、窓の、対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図である。
【図１６】電磁放射を放出する装置の窓の対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図であって、電磁放射を放出する装置のハウジングボディの一部と、面平行な透明の要素とを含み、対称軸線Ｓは、図９に示す１つの窓のために例示的に示すにすぎない図である。
【図１７】電磁放射を放出する装置の窓の対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図であって、電磁放射を放出する装置のハウジングボディの一部と、両凸の透明の要素とを含む図である。
【図１８】電磁放射を放出する装置の窓の対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図であって、電磁放射を放出する装置のハウジングボディの一部と、両凹の透明の要素とを含む図である。
【図１９】電磁放射を放出する装置の窓の対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図であって、電磁放射を放出する装置のハウジングボディの一部と、平凸の透明の要素とを含む図である。
【図２０】電磁放射を放出する装置の窓の対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図であって、電磁放射を放出する装置のハウジングボディの一部と、平凹の透明の要素とを含む図である。
【図２１】電磁放射を放出する装置の窓の対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図であって、電磁放射を放出する装置のハウジングボディの一部と、凸凹の透明の要素とを含む図である。
【図２２】電磁放射を放出する装置の窓の対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図であって、電磁放射を放出する装置のハウジングボディの一部と、凹凸の透明の要素とを含む図である。
【図２３】ここで説明する石英ガラスを含む透明の要素を有する窓の製造方法を説明するための、窓の、対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図である。
【図２４】石英ガラスを含む透明の要素を有する図２３に示す窓の平面図である。
【図２５】電磁放射を放出する装置の上側すなわち第１のモジュールのハウジングまたは電磁放射を放出する装置の下側すなわち第２のモジュールのハウジングの一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
本発明について、以下に好ましい実施の形態を基により詳しく説明する。
【００７４】
図は、明瞭性のために縮尺通りに示していない。図中、同じ符号は、それぞれ同じまたは同一作用の構成部材を指している。
【００７５】
図１および図２を以下では参照するが、図１および図２には、それぞれ、好ましい第１の実施の形態の、その好ましい運転位置において縦置きしたフォトバイオリアクタ１を示してある。
【００７６】
以下の位置に関するすべての表示は、フォトバイオリアクタのこの位置に関するものであり、上、下、横、上方または下方等の概念は、本開示の範囲内では、フォトバイオリアクタのこの位置を基準とする。
【００７７】
フォトバイオリアクタ１は、生物学的材料を含む流動性の媒体を収容する容器２を備え、生物学的材料を含む流動性の媒体を収容する容器２は、以下に略して生物学的材料を収容する容器２または単に容器２ともいう。
【００７８】
好ましい本実施の形態の容器２は、特殊鋼からなっているまたは特殊鋼を含んでいる。特殊鋼は、３１６Ｌ医薬品工業用鋼を含んでいてもよいまたは完全にこの３１６Ｌ医薬品工業用鋼からなっていてもよい。
【００７９】
生物学的材料を収容する容器２内には、電磁放射を放出する少なくとも１つの装置３のハウジング７が、その上端部において、フィードスルー兼保持装置４によりスパージャポート、好ましくは標準スパージャポート５に保持されている。
【００８０】
この分野の当業者に公知のスパージャポート５は、フィードスルー５ａを形成し、フィードスルー５ａは、フォトバイオリアクタの少なくとも１つの壁、特に容器２の壁を貫通する。これについては、以下にさらに詳しく図１１を参照しながら説明する。これにより、電磁放射を放出する装置３は、フォトバイオリアクタの少なくとも１つのフィードスルーに保持される。
【００８１】
電磁放射を放出する装置３の下端部では、電磁放射を放出する装置３が、それぞれ、少なくとも１つの装着装置６により容器２の内壁に保持されている。装着装置６は、通常の形式で固定、特にバッフル板または渦動板を通常の形式で固定するために用いられ、かつ従来慣用の形式でバイオリアクタまたはフォトバイオリアクタ内で使用されるような装着装置、例えばインフォースＨＴアダプタ（Ｉｎｆｏｒｃｅ  ＨＴ−Ａｄａｐｔｅｒ）であってもよいし、または保持用の標準化された固有の受け部、例えば貫通孔が設けられていて、フォトバイオリアクタの容器２から突出するボルトに保持されている保持部を有していてもよい。例示的にのみ、それぞれ１つの装着装置６をその貫通孔とともに図１に略示してある。
【００８２】
電磁放射を放出する装置３は、さらにハウジング７、好ましい第１の実施の形態では、上側のモジュールのハウジング７．１と下側のモジュールのハウジング７．２とを備え、ハウジング７，７．１，７．２は、それぞれ、電磁放射をハウジング７．１，７．２内にまたはハウジング７．１，７．２外に通過させる少なくとも１つの窓８を有している。
【００８３】
例示的にのみ、図１では、それぞれ１つの窓８にのみ符号を付して示してある。しかし、看取可能であるように、ハウジング７．１および７．２内には、それぞれ多数の窓８が配置されている。
【００８４】
別の好ましい一実施の形態では、電磁放射を放出する装置３は、それぞれ、それぞれ１つのハウジング７．１，７．２を有する２つのモジュールの代わりに、ハウジングを１つだけ有し、このハウジングは、図１に示す両モジュールと同じ長さおよび同じ窓数を有していてもよいし、または代替的には、長手方向でより小さな寸法およびより少数の窓を有していてもよい。本発明の別の構成において、装置３は、２つより多くのモジュールを有していてもよい。
【００８５】
図９、図１１および図１２に特に良好に看取可能であるように、電磁放射を放出する装置３のハウジング７，７．１，７．２は、生物学的材料を収容する容器２の壁、特に内壁に対して間隔を置いて配置されている。この場合、ハウジング７，７．１，７．２と、容器２の壁と、の間には、これらの図中に双方向矢印で示すそれぞれ１つの最小の間隔１２が生じ、最小の間隔１２は、生物学的材料１０を含む流動性の材料９が、装置３のハウジング７，７．１および７．２の周囲を全面的に流動可能であることを保証し、これにより装置３は、それぞれ、バッフル板または渦動板の機能を担うことができる。
【００８６】
同じく看取可能であるように、装置３は、その好ましい位置では、生物学的材料１０を含む流動性の媒体９内に完全に浸漬されており、流動性の媒体９の表面１１は、好ましくは、少なくとも窓８の上方に位置している。
【００８７】
例示的にのみ図１に１つだけ符号１０を付し、視認性のために極めて強く拡大して示す生物学的材料は、概して、光子が細胞シグナル経路をトリガする原核細胞および真核細胞ならびに光栄養微生物、従属栄養微生物および混合栄養微生物を含み、例えば微細藻類、例えば藍藻または細菌、例えば藍色細菌の形態で存在し、特に突然変異生成により変化される光栄養微生物もしくは混合栄養微生物または酵母も含んでいる。
【００８８】
流動性の材料は、水溶液として存在し、生物学的材料のための栄養素、例えば糖分を含んでいてもよい。
【００８９】
図３の断面図を以下では参照するが、図３の断面図には、生物学的材料を収容する容器２内に、複数の、特に第１の好ましい実施の形態では４つの、電磁放射を放出する装置３が配置されていることが看取可能である。電磁放射を放出する装置３は、それぞれ、容器２の長手方向軸線に対して対称に配置されている。
【００９０】
図４の断面図には、フォトバイオリアクタ１の容器２の壁を貫くフィードスルー５ａをそれぞれ形成するスパージャポート５の相応の位置が、良好に看取可能である。以下にさらに詳細に図１１を参照しながら説明するフィードスルー兼保持装置４により、電磁放射を放出する装置３は、それぞれ、容器２の壁に保持されており、これにより、この種のスパージャポートを備える従来慣用のフォトバイオリアクタでも後付けが可能である。
【００９１】
図１１の断面図から看取可能であるように、略Ｌ字形の、中空、好ましくは管形に構成されるフィードスルー兼保持装置４は、スパージャポート５により形成されるフィードスルー５ａを貫いて延在し、フィードスルー兼保持装置４の、フォトバイオリアクタの外面側に接続器２１を有していることができる。
【００９２】
フィードスルー兼保持装置４は、スパージャポート５内、ひいてはスパージャポート５により形成されるフィードスルー５ａ内に、当業者に公知の相応のシール手段、例えばＯリングにより封止されつつ保持されている。
【００９３】
これによりフィードスルー兼保持装置４が、フィードスルー兼保持装置４に取り付けられた電磁放射を放出する装置３とともにスパージャポート５内に装入またはスパージャポート５から除去されることにより、電磁放射を放出する装置３の後付けおよび交換が可能となる。
【００９４】
電磁放射を放出する装置３を永続的に取り付けるには、フィードスルー兼保持装置４が、例えば金ろうを用いたろう接により、持続的かつ気密にスパージャポート５に結合されてもよい。
【００９５】
図５を以下では参照するが、図５は、図４の一部抜粋箇所のより詳細な拡大図を示している。ただし、この抜粋箇所は、図４に対して相対的に若干回転させて示してある。
【００９６】
看取可能であるように、平面図で示す電磁放射を放出する装置３は、スパージャポート５にフィードスルー兼保持装置４により保持されている。
【００９７】
さらに本図には、柱形の装置３の三角形の断面も看取可能である。
【００９８】
ハウジング７，７．１，７．２は、それぞれ、ハウジング７，７．１，７．２の、柱形に形成されるハウジングボディ７．３により、ハウジングボディ７．３の長手方向で延在する３つの側壁７．４，７．５および７．６を形成している。好ましくは、ハウジングボディ７．３は、それぞれ、単数または複数のフライス加工品から形成されていることができる。
【００９９】
ハウジングボディ７．３は、好ましくは特殊鋼からなっているまたは少なくとも特殊鋼を含んでいる。
【０１００】
この場合、すべての特殊鋼、特にオーステナイト系およびフェライト系の特殊鋼も、ただし、好ましくは、それが、本発明の実施時、ステンレスである場合にのみ、使用可能である。
【０１０１】
特殊鋼は、好ましくは３１６Ｌ医薬品工業用鋼を含んでいてもよいまたは完全に３１６Ｌ医薬品工業用鋼からなっていてもよい。
【０１０２】
さらに原理的には、チタンや、高い割合の銅を含むモネル合金も使用可能であり、材料は、電磁放射を放出する装置、特にそのハウジングボディに使用する際、ホーロー引きされていてもよい。
【０１０３】
代替的には、ハウジングボディ７．３は、耐高温性のプラスチック、特に熱可塑性のプラスチック、例えばポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトン、ＰＥＥＫを含んでいてもよいまたは耐高温性のプラスチック、特に熱可塑性のプラスチック、例えばポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトン、ＰＥＥＫからなっていてもよい。
【０１０４】
長手方向で延在する側壁７．４，７．５および７．６のうちの少なくとも２つは、それぞれ窓８を有し、窓８は、図６および図７にも特に良好に看取可能である。これらの両側壁の例は、図６および図７にもそれぞれ示してあるように、側壁７．５および７．６である。
【０１０５】
長手方向で延在する側壁７．４，７．５および７．６のうちの２つは、互いに３０°の角度を有し、長手方向で延在する側壁７．４，７．５および７．６のうちの２つは、互いに６０°の角度を有している。
【０１０６】
その都度使用される撹拌機構に応じて、かつここで説明する電磁放射を放出する装置の数にも応じて、有利には、３０°の角度および６０°の角度とは別の角度が使用されてもよい。
【０１０７】
前述の角度は、特に存在する撹拌機構に適合され、別の大きさを有していてもよい。
【０１０８】
図５に示す実施の形態では、側壁７．４および７．５が、互いに６０°の角度γを有し、側壁７．４および７．６が、互いに３０°の角度δを有している。
【０１０９】
角度γおよびδをこのように選択したことにより、追ってさらに図８を参照しながらより詳しく説明するように、容器２を特に均一に照らすことが可能となる。
【０１１０】
それにもかかわらず、角度γおよびδのこの選択は、限定的に解すべきでない。それというのも、例えば４つ未満または５つ以上の電磁放射を放出する装置３が容器２内にある場合、別の角度が有利な場合もあるからである。
【０１１１】
電磁放射を放出する装置３のハウジング７，７．１，７．２内には、それぞれ、好ましくは、電磁放射を放出する少なくとも１つの源１３と、好ましくは、それぞれ、電磁放射を測定する少なくとも１つのセンサ１７と、が配置されている。電磁放射を放出する源１３および電磁放射を測定するセンサ１７については、以下に図９、図１３および図１４を参照しながらより詳しく説明する。
【０１１２】
図１４は、電磁放射を放出する源１３の一実施の形態を示しており、この電磁放射を放出する源１３は、複数のＬＥＤ１５の単列のアレイ１４と、複数のセンサ１７の単列のアレイ１６と、ＬＥＤ１５の動作を制御し、センサ１７と通信する１つのコントローラ１８と、を有している。
【０１１３】
アレイ１４のＬＥＤ１５も、アレイ１６のセンサ１７も、それぞれ、プリント回路板（ＰＣＢ）１９によりコントローラ１８に導電接続されており、それぞれのプリント回路板（ＰＣＢ）１９，１９’の前面に取着されている。回路板（ＰＣＢ）１９の導電接続は、板１９内を延びているので、図面には示していないが、当業者にはそれ自体公知である。図１３および図１４では、回路板１９，１９’の背面は、それぞれ、回路板１９，１９’が図示されている紙面に向かっている。
【０１１４】
図１３は、電磁放射を放出する源１３の別の一実施の形態を示しており、この電磁放射を放出する源１３は、図１４に示す実施の形態とは異なり、複数のＬＥＤ１５の２列のアレイ１４と、複数のセンサ１７の２列のアレイ１６と、ＬＥＤ１５の動作を制御し、センサ１７と通信する２つのコントローラ１８と、を有しているが、その他の点では、図１４の実施の形態と機能的に略同じである。この場合、本実施の形態は、符号１９’を付したプリント回路板（ＰＣＢ）を有しており、これにより、この回路板（ＰＣＢ）と、図１４に示す符号１９を付した回路板と、は区別可能である。例えば回路板１９’として、導電性を有するように印刷を施した、極めて高い耐熱性に加えて高い電気伝導性も有するセラミック基板１９ａおよび１９ｂを有する複層のスタックが準備されてもよい。
【０１１５】
セラミック基板１９ａ，１９ｂとして、本発明の好ましい一実施の形態によれば、ＤＣＢ（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｐｐｅｒ  ｂｏｎｄ）セラミック基板が使用される。
【０１１６】
ＤＣＢセラミック基板は、セラミックの絶縁体上に高温溶融および拡散プロセスで銅、特に純銅が被着され、セラミックに強固に付着結合されているセラミック基板である。基板との強固な結合の他、比較的厚い導体路、特に２００μｍ超の厚さを有する導体路が被着可能である。ＤＣＢ基板の導体路を介して大電流が導電される。
【０１１７】
別の一実施の形態では、ＤＰＣ（ｄｉｒｅｃｔ  ｐｌａｔｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ）セラミック基板１９ａ，１９ｂが使用される。ＤＰＣセラミック基板１９ａ，１９ｂは、金属、特にＣｒ／Ｎｉの電気めっき開始層を有し、その上に銅層が被着されているセラミック基板である。このことは、特に電気めっき法により実施可能である。電気めっきによっても１０μｍ超、好ましくは、１００μｍまでまたはそれ以上の層厚さが形成される。ｄｉｒｅｃｔ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｏｐｐｅｒセラミック基板１９ａ，１９ｂとしての構成も可能である。厚層印刷法によっても１０μｍ超の銅層が被着可能である。
【０１１８】
センサ１７により、運転状態において、好ましくは、センサ１７に入ってくる電磁放射の強度および／または波長が測定可能である。
【０１１９】
図９には、例えば、プリント回路板１９および１９’の配置が看取可能であり、この配置の場合、それぞれのＬＥＤ１５およびセンサ１７は、それぞれ、ＬＥＤ１５およびセンサ１７の前に位置する窓８に面しており、回路板１９，１９’は、その背面でもってハウジング７．２のハウジングボディ７．３に保持されている。
【０１２０】
好ましくは、それぞれのアレイ１４，１６のそれぞれ１つのＬＥＤ１５とそれぞれ１つのセンサ１７とが、１つの共通の窓８の後に配置されている。
【０１２１】
しかし、複数あるＬＥＤ１５の１つおよび／または複数あるセンサ１７の１つが、それぞれ、ハウジング７．１，７．２の１つより多い窓８の後に配置されていてもよい。
【０１２２】
図１１に例えば看取可能であるように、コントローラ１８は、フィードスルー兼保持装置４の内部を通って接続器２１へと延在する多導体接続線路２０により、ただし、明瞭性のために図面には示さない別の供給兼制御装置に接続されている。
【０１２３】
図１１には、明瞭性のために、多導体接続線路２０の１つの線路のみを、接続器２１に接続した状態で示してある。
【０１２４】
図１２にも、同じく明瞭性のために、それぞれ、多導体接続線路２２の１つの線路のみを、接続器２３に接続した状態で示してある。
【０１２５】
第１のモジュールのハウジング７．１の接続器２３は、第２のモジュールのハウジング７．２の接続器２４に対して差し込み互換性があり、これにより、ハウジング７．１は、好ましくは、別のハウジング７．２の接続器２４に継ぐことができるように形成されている少なくとも１つの電気的な接続器を有している。
【０１２６】
接続器２４は、別の多導体接続線路２５により、ハウジング７．２内に配置されている電磁放射を放出する別の源１３のプリント回路板１９、特にこのプリント回路板上に配置されている（しかし、図面には示さない）コントローラ１８に接続されている。
【０１２７】
ここで開示する多導体接続線路は、それぞれ、電磁放射を放出する装置３用のフィード線路および／またはコントロール線路を有し、これらの線路のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのフィードスルー５ａを通して案内されている。
【０１２８】
しかし、これによりハウジング７．１も、ハウジング７．２も、モジュール式に継ぐことができるように形成されており、この種のモジュールにより、これらのモジュールを継ぐことで、それぞれのフォトバイオリアクタ、特に既存のフォトバイオリアクタの多様な所与の条件に対応可能である。
【０１２９】
ハウジング７．１および７．２は、特にモジュール式に継ぐために用いられる取り付け手段、例えば第１のハウジングの嵌合ピンであって、それぞれ第２のハウジングの対応する嵌合溝またはちょうど嵌まり合う止まり穴状の孔内に係合可能な嵌合ピンを有していてもよい。
【０１３０】
図１２には、例示的に、第２のモジュールのハウジング７．２の嵌合ピン２６のみを示してあり、嵌合ピン２６は、第１のモジュールのハウジング７．１の対応する孔２７内に係合する。
【０１３１】
図１４を再び以下では参照する。図１４は、接続器２１に接続されている多導体接続線路２０も、接続器２３に接続されている多導体接続線路２２も示している。これらの多導体接続線路２０，２２と、接続器２４をプリント回路板１９およびそのコントローラ１８に接続する多導体接続線路２５と、は、通信バスの信号線路と、それぞれの供給線路、特にコントローラ１８およびＬＥＤ１５用の供給線路と、を有し、必要とあらば、センサ１７用の供給線路も有していることができる。
【０１３２】
好ましい通信バスは、例えばＯＰＣ  ＸＭＬを介したデータ交換を含み、ＪＡＶＡプログラミング可能なクライアントを含んでいる。この種の通信バスは、そのクライアントを含めて、例えば「SIMOTION, Beschreibung und Beispiel zum Datenaustausch ueber OPC XML Schnittstelle（バージョン１．０、エディション０７/２００７、Ｓｉｅｍｅｎｓ  ＡＧ社より刊行）」に記載されている。
【０１３３】
プリント回路板１９のコントローラ１８により、第１のハウジング７．１のサーボモータ２７の動作も制御可能である。サーボモータ２７は、定置にハウジング７．１に結合されている。しかし、ハウジング７．１は、図１１に示す矢印に応じて回動可能にフィードスルー兼保持装置４に保持されている。
【０１３４】
サーボモータ２７により駆動される歯車２８が、フィードスルー兼保持装置４に堅固に結合される歯車２９と、力を伝達するように噛み合っていることにより、歯車２８が回転することで、電磁放射を放出する装置３は、コントローラ１８の制御下で規定通りに、その長手方向軸線回りに図１１に示す矢印の方向で旋回され得る。歯車２８の回転方向の変更により、図１１に示す矢印の方向とは反対方向の旋回も行うことができる。
【０１３５】
この旋回により、以下にさらに詳しく説明する測定区間ＭｏｄおよびＭｏｉの調整も行うことができる。この調整は、マニュアル制御されてもよいし、またはコントローラ１８と通信するプロセス制御装置により行われてもよい。
【０１３６】
ハウジング７．１の気密性を保証すべく、フィードスルー兼保持装置４は、セラミックのシール要素３０を有し、ハウジング７．１は、セラミックのシール要素３１を有している。
【０１３７】
接続器２１，２３および２４も、それぞれ少なくとも１つのセラミックのシール要素３２，３３，３４を有し、ハウジング７．１および７．２の気密封止性をこれによっても保証する。さらにセラミックのシール要素は、滅菌時に使用されるような温度に対して、特に１５０℃を超える温度まで安定であり、フォトバイオリアクタまたはバイオリアクタの清浄化にも従来慣用であるような化学的な清浄化手段に対しても耐性である。
【０１３８】
ここで好ましい実施の形態では、１つの窓８または複数の窓８が、透明の要素３５用のそれぞれ１つのガラス封止、好ましくはＧＴＭＳ圧縮ガラス封止を形成している。これについては、以下に図１５を参照しながら説明する。
【０１３９】
図１５は、ここで説明する窓８の製造方法を説明するための、窓８の、対称軸線Ｓに沿って延びる概略断面図を示している。
【０１４０】
図１５に示す窓８は、鋼からなるリング形またはシリンダ形の基体３６を有し、基体３６は、透明の要素３５を側方から包囲し、透明の要素３５に対して圧力を及ぼす。この圧力は、透明の要素３５と基体３６との間の、持続的に気密な、かつ圧力および温度に対して本発明の目的にとって十分に強固な結合を保証する。
【０１４１】
それぞれの窓８の透明の要素３５は、それぞれ、ガラスを含んでいるかまたはガラスからなっている。
【０１４２】
窓８の透明の要素３５のガラスは、例えばそれぞれ石英ガラスもしくはホウケイ酸ガラスを含んでいるまたは石英ガラスもしくはホウケイ酸ガラスからなっていることができる。
【０１４３】
窓８を製造する際、好ましくは、既にその最終的な形状に概ね相当する要素３５を基体３６内に配置し、基体３６とともに、透明の要素３５のガラスがそのガラス温度Ｔｇまたはその半球温度を超過し、基体３６に融着し始めるまで、加熱する。
【０１４４】
融着した後、次いで透明の要素３５と基体３６とからなる複合体を室温に冷却する。これにより、略ディスク形の透明の要素３５を有するそれぞれ１つの窓８が形成される。
【０１４５】
透明の要素３５のガラスを基体３６に結合するこの前述の工程は、当業者に公知であるように、ガラス接合とも称呼され、その際に生じる、透明の要素３５と基体３６との結合は、ガラス封止とも称呼される。
【０１４６】
基体３６の特殊鋼の熱膨張係数は、透明の要素３５のガラスの熱膨張係数より大きいので、基体３６の特殊鋼は、透明の要素のガラスが硬化し始めると直ちに、透明の要素３５のガラスに対して圧縮応力を及ぼす。この圧縮応力は、温度が低下していくにつれ増大していく。
【０１４７】
冷却した後、基体３６は、透明の要素３５をその後、このいわば固定化された圧縮応力により、連続運転に耐えるように気密かつ温度安定に保持する。透明の要素３５と基体３６とのこの種の結合は、当業者に公知であるように、圧縮ガラス封止とも称呼される。
【０１４８】
この種の圧縮ガラス固定は、本開示の範囲内では、基体３６が金属からなる場合、ガラス対金属結合またはガラス対金属シール（ＧＴＭＳ：Ｇｌａｓｓ−ｔｏ−Ｍｅｔａｌ−Ｓｅａｌ）とも称呼される。
【０１４９】
この種のガラス対金属結合の場合、金属は、全動作温度範囲にわたって、特に、少なくとも１２０℃、好ましくはそれどころか１４０℃までの温度でも、圧力をガラスに対して及ぼし、この圧力は、金属とガラスとの間に圧縮応力を形成し、ガラス対金属結合が持続的に高い運転信頼性をもって流体密かつ気密であることに寄与する。
【０１５０】
さらにこの種のガラス対金属結合の場合、一般に間隙が生じない。従来慣用のシール手段、例えばＯリングを使用した場合は、間隙が生じ、不純物のためのスペースを提供してしまうことがある。このような不純物の除去は、可能とはいえ、往々にして困難である。
【０１５１】
この場合、有利であるのは、透明の要素３５のガラスと、窓８のリング形またはシリンダ形の基体３６の金属と、の間の圧縮応力を、少なくとも動作温度範囲にわたって確実に維持する熱膨張係数差である。
【０１５２】
金属の膨張係数ＣＴＥＭと、透明の要素３５のガラスの膨張係数ＣＴＥＧと、のこの差は、例えば８０×１０−６／Ｋ未満、好ましくは３０×１０−６／Ｋ未満または特に好ましくは２０×１０−６／Ｋ未満であってよい。このとき、金属の熱膨張係数ＣＴＥＭは、それぞれ、ガラスの熱膨張係数ＣＴＥＧより大きくあるべきである。しかし、すべての場合において、この差は、好ましくは、少なくとも１×１０−６／Ｋであるべきである。
【０１５３】
石英ガラスは、例えば０．６×１０−６／ＫのＣＴＥＧを有し、例えば１７〜１８×１０−６／ＫのＣＴＥＭを有する特殊鋼と組み合わせ可能である。
【０１５４】
ハウジングボディ７．３は、耐高温性のプラスチック、特に熱可塑性のプラスチック、例えばポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトン、ＰＥＥＫを含んでいるまたは耐高温性のプラスチック、特に熱可塑性のプラスチック、例えばポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトン、ＰＥＥＫからなっている場合、必ずしも、本開示の範囲内で記載されているように完全に気密である必要はなく、それにもかかわらず、十分に有益な運転時間および使用時間を達成することができる。
【０１５５】
この場合、例えばハウジングボディ７．３は、直径比に関して透明の要素３５の外径よりも約１／１０小さい好ましくは円形の貫通開口を有していてもよい。ハウジングボディ７．３を約２００℃の温度に加熱すると、透明の要素３５をこの貫通開口内に装入することができ、冷却時、前述のような圧縮応力、例えば約３８ＭＰａの圧縮応力が生じる。この圧縮応力は、まだ、１１０ＭＰａというＰＥＥＫの降伏点を明らかに下回っている。
【０１５６】
この連続運転に耐える気密かつ温度安定の状態で、透明の要素３５のガラスは、好ましくは、各面の表面の検査後、直接使用されるか、または表面を加工するさらなる方法、例えば研磨、もしくは形状付与を行う研削へと供給され得る。
【０１５７】
図１６ないし図２２の断面図に看取可能であるように、ＬＥＤ１５がそれぞれ透明の要素３５の左側に存在すると仮定した場合、それぞれの透明の要素３５は、面平行な面を有する主表面３７および３８を形成してもよいし、または透明の要素３５は、平凸、平凹、両凸、両凹、凸凹または凹凸に成形されてもよい。
【０１５８】
表面品質、特に照明光路または測定にも使用される光路に関する表面品質に対する光学的な要求が比較的低い場合、透明の要素３５は、製造方法の間も、既にその最終形状に実質的に相当する相応のネガ型内に保持されていることができる。
【０１５９】
図２３および図２４に例えば示したように、窓８の透明の要素３５が、石英ガラスからなっているまたは石英ガラスを含んでいる場合、石英ガラスを窓８のリング形またはシリンダ形の基体３６に流体密かつ気密に結合すべく、レーザ溶接シーム３９の代わりに別のガラス３９．１またはガラスろう３９．１を使用してもよい。
【０１６０】
このとき使用するガラスろうは、好ましくは、重金属フリー、特に鉛フリーのガラスろうである。
【０１６１】
フォトバイオリアクタ１と電磁放射を放出する装置３とは、それぞれ個々に独立的に、またはフォトバイオリアクタ１と電磁放射を放出する装置３とは、一緒にオートクレーブ処理可能である。このことは、特に電磁放射を放出する装置３が、ここで開示する窓８により気密であり、その際、１２１℃の温度の飽和蒸気を用いた処理に、この飽和蒸気、またはこの飽和蒸気により形成される流体が装置３内に侵入してしまうことなく、耐えることを意味する。
【０１６２】
オートクレーブ処理可能とは、本開示の範囲内において、医学製品に対して効力を有するＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １４９３７；ＥＮ  ＩＳＯ  １７６６５の意味でのオートクレーブ処理可能とも解される。
【０１６３】
これにより、当業者に公知の有利な定置蒸気滅菌（Ｓｔｅａｍｉｎｇ−ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）も可能となる。
【０１６４】
この場合、電磁放射を放出する装置３のハウジング７、特にモジュールのハウジング７．１および７．２内は、電磁放射を放出する装置３のハウジング７の外部に対して減じられた圧力が支配していても、有利である。
【０１６５】
これにより、ハウジング７，７．１，７．２内の熱伝導が減じられるだけでなく、ハウジング７，７．１，７．２内に配置される構成群の腐食も減じられる。
【０１６６】
図２５は、電磁放射を放出する装置３の上側すなわち第１のモジュールのハウジング７．１の一部、または、電磁放射を放出する装置３の下側すなわち第２のモジュールのハウジング７．２の一部を通る断面図を示しており、両者は、排気ポート４０を有していることができる。
【０１６７】
排気ポート４０は、電磁放射を放出する装置３の上側すなわち第１のモジュールのハウジング７．１または電磁放射を放出する装置３の下側すなわち第２のモジュールのハウジング７．２の壁を貫く貫通開口４１を有している。
【０１６８】
図２５では、排気ポート４０は、貫通開口４１内に圧入される特殊鋼球４２を有し、特殊鋼球４２は、貫通開口４１を流体密かつ気密に閉鎖する。
【０１６９】
この特殊鋼球４２は、例えば電磁放射を放出する装置３のハウジング７．１，７．２内に、ハウジングの外部に対して減じられた圧力が、例えばその排気により形成された後、例えば貫通開口４１内に圧入され得る。
【０１７０】
特殊鋼球４２の使用に代えて、排気ポート４０の、チューブ形に突出する区間４３を、排気後、流体密かつ気密な閉鎖を提供すべく、圧締、ろう接または溶接してもよい。
【０１７１】
主表面３７，３８は、コーティングを有していてもよく、コーティングは、波長選択性であり、こうして光学的なバンドパスフィルタまたはエッジフィルタを形成する。この種の光学的なフィルタを用いることで、装置３により所定の波長が容器２内に入射されるとともに、同一の、またはこれとは異なる波長が測定、特にセンサにより検出され得る。このコーティングは、一方の主表面にのみ存在していても、両方の主表面に存在していてもよい。
【０１７２】
この種のコーティング、特にあらゆるコーティングがなければ、少なくとも１つの窓８の透明の要素３５は、２５０〜２０００ｎｍの波長を有するスペクトル範囲において、８０％より高い、特に好ましくは９０％より高い透過を示す。
【０１７３】
好ましくは、窓８の基体３６は、直接、特にレーザ溶接によりそれぞれ気密に、電磁放射を放出する装置３のそれぞれのハウジング７，７．１，７．２のハウジングボディ７．３に結合され、その結果、これによりハウジング７，７．１，７．２は、気密に形成されている。
【０１７４】
対象、例えば電磁放射を放出する装置３が、Ｈｅを充填して、圧力差を１ｂａｒとしたときに、室温で１×１０−３ｍｂａｒ×ｌ／ｓｅｃ未満の漏れ率を有していれば、本開示の意味で気密または流体密と見なされる。
【０１７５】
図１６に、例示的に、このときに生じるレーザ溶接シームを符号３９で示してある。
【０１７６】
光がＬＥＤ１５の１つから出射されると、この光は、それぞれ、そのＬＥＤ１５の前に配置される窓８を通過し、図８に示す配光が生じる。
【０１７７】
ハウジング７，７．１，７．２の、長手方向で延在する側壁であって、それぞれ１つの列の窓８と、これらの窓の後に配置される、図１４に示す電磁放射を放出する源１３と、を有する側壁７．５の前に、開き角αを有するそれぞれ１つのライトコーンが形成される。
【０１７８】
さらに、ハウジング７，７．１，７．２の、長手方向で延在する側壁であって、それぞれ２つの列の窓８と、これらの窓８の後に配置される、図１３に示す電磁放射を放出する源１３と、を有する側壁７．６の前に、開き角βを有するそれぞれ１つのライトコーンが形成される。
【０１７９】
開き角αおよびβを有するこれらのライトコーンは、それぞれ、それぞれのＬＥＤ１５から発射される電磁放射の放射強度の９５％超を含み、実質的にライトコーンの空間的な特徴は、それぞれ、ＬＥＤ１５と、これらのＬＥＤ１５の前に配置される透明の光学的な要素３５と、により規定される。
【０１８０】
図８から看取可能であるように、これにより、容器２の内室の略全体が照らされる。
【０１８１】
主表面３７および３８の相応の構成により、それぞれのＬＥＤの発射特性と相俟って、極めて均一な発射が達成可能であり、このとき、開き角αおよびβを有するライトコーン内において、放出される電磁放射の強度は、容器２が空で、散乱および吸収による損失ならびに反射の影響が無視できる場合、最大強度の約３０％の所定の最小値を下回らない。
【０１８２】
図７および図８にさらに例示的にのみ示す、電磁放射を放出する第１の装置３．１のＬＥＤ１５は、電磁放射を放出する第２の装置３．２のセンサ１７とともに、両装置３．１および３．２により形成される測定区間Ｍｏｄ内に生じる例えば散乱損失および吸収損失を検出する所定の測定装置を規定している。これにより、濁度チャンバに相当する測定をその都度インサイチュ（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で行うことができる。
【０１８３】
図７に例示的に示したように、さらにこの測定は、電磁放射を放出する２つだけの装置に限らず、相応の測定が、多数の別のＬＥＤ１５とセンサ１７との間で行われることもでき、このことは、図７に例示的にさらなる測定区間ＭｏｄおよびＭｏｉにより示してある。
【０１８４】
図８に測定区間Ｍｏｄにより示してあり、この測定区間Ｍｏｄにおいて測定を行うセンサ１７が、それぞれ、開き角αまたはβを有するライトコーン内に位置し、これにより、流体９が容器２内になければ、この測定区間Ｍｏｄに属するＬＥＤ１５により直接照射される、直接的な光学的な接続を有する測定区間の他に、測定区間Ｍｏｉも存在し、測定区間Ｍｏｉは、この測定区間に割り当てられた光学的なセンサ１７の、いわば間接的な照明を伴い、同じく例示的にのみ図７に示してある。
【０１８５】
この測定区間Ｍｏｉでは、この測定区間に割り当てられたセンサ１７が、この測定区間に割り当てられた発光ダイオード１５の開き角αまたはβを有するライトコーン外に位置するが、それにもかかわらず、生物学的材料が内在する流体９により発生される、このそれぞれの測定区間上に生じる散乱光を検出することができる。
【０１８６】
ＬＥＤ１５により送出される電磁放射は、短いパルスでも放出され得るので、所定の時間、後続の測定サイクルが実施され得る。
【０１８７】
１つまたは所定の数の第１の発光ダイオード１５は、短い時間インターバル、例えば１〜１０μｓの時間インターバル間、所定の強度の電磁放射を放出する。この時間インターバル中、１つのセンサ１７または多数のセンサ１７は、電磁放射の、その際に受信される強度を測定することができる。
【０１８８】
その後、１つの第２の発光ダイオードは、短い時間インターバル、例えば１〜１０μｓの時間インターバル間、所定の強度の電磁放射を放出することができる。この時間インターバル中も、１つのセンサ１７または多数のセンサ１７が、電磁放射の、その際に受信される強度を測定することができる。
【０１８９】
このプロセスは、容器２の内部が、所望の場所的かつ時間的な分解能でもって完全に、特にその動的な挙動についてまたは静的な挙動についても検出されるまで、継続され得る。
【０１９０】
これにより、それぞれ、フォトバイオリアクタ１の容器２内のプロセスの、時間応答の点で最適化されるセンシングと、これに基づく極めて即時的な最適化とが可能となり、しかも場所的に分解されたセンシングが提供され、これにより、フォトバイオリアクタ１の容器２内のプロセスの、フォトバイオリアクタの容器２内の検出が行われる容積全体にわたる最適化、特に制御された最適化が実現される。
【０１９１】
ＬＥＤ１５の相応の動作制御およびセンサ１７により検出されるセンシング量の評価は、それぞれ、コントローラ１８により行われ、かつ多導体接続線路により、容器２外のプロセス制御装置および割り当てられた評価装置に通信され、これらのプロセス制御装置および評価装置により制御されてもよい。
【０１９２】
別の好ましい一実施の形態では、窓８がそれぞれの前に配置されているＬＥＤ１５およびセンサ１７のＮ×Ｍアレイが使用される。ここで、ＮおよびＭは、それぞれ、好ましくは２〜１２５の数値範囲内にある。
【０１９３】
さらに、例えばＬＥＤ１５がレーザダイオードであり、略０°の開き角を有する面平行な透明の要素が使用されるとき、平面波を送出すると、第２の対応するセンサアレイにより列状の測定が容器２の内部で行われることができ、この測定は、容器２の内側の容積の略全体を検出することができる。
【０１９４】
これにより、流体内の電磁放射のリアルな実際の強度の特に有利な加減が可能となる。さらに、目標強度への動的な適合が可能である。培養中、変化／増加する細胞密度に起因し得る、変化する照射深度の補償も、リアルタイムで、または少なくとも僅かな時間的なずれしか伴わずに可能である。
【０１９５】
同じく、培地消費の補償および／または流体中の生成物形成に起因する吸着変化の補償は、それぞれ、場所的にも時間的にも分解されて可能である。
【０１９６】
これによりフォトバイオリアクタ１は、ここで説明する装置３，３．１および３．２により、光学的な吸収、散乱および生物学的材料１０の蛍光信号の、時間的にも場所的にも分解されるインサイチュ測定と、生物学的材料１０の所望の代謝プロセスを最適化するためのこれらの測定信号の使用とを可能にする。
【０１９７】
例えばフォトバイオリアクタが、別の、ただし、図面には示さない相応の供給装置を備えている場合、これらの測定信号に基づいて、培養液の大幅に効率的な供給も、時間的かつ場所的に分解されて行われ得る。
【０１９８】
さらに、前述の測定区間の各々に沿って、生物学的材料１０の成長に関するインジケータとしての波長浸透深さ測定としてのインサイチュ有効性測定が行われ得る。
【０１９９】
フォトバイオリアクタ１は、当業者に公知の形式で付加的にさらに、流動性の媒体を動かすアジテータを有していてもよい。しかし、アジテータは、図面には、明瞭性のために示していない。さらにフォトバイオリアクタは、供給部、温度調整装置および流動に対して影響を及ぼす装置を含んでいてもよい。これらは、確かに当業者に公知であるが、同じく図面には示していない。
【０２００】
電磁放射を放出する装置のここで説明するモジュールは、特に攪拌機を備えるフォトバイオリアクタの場合、好ましくは、バイオリアクタの流動分布の好適な領域に取着される。この場合、チューブリアクタに対して、統計学的平均で見て、細胞に対する光量子のより均一な分布が生じる。
【０２０１】
ここで説明する装置により、特に光栄養微生物の培養の実験室スケールから生産スケールへのスケールアップおよび移行も、滅菌条件下で実現され得る。
【０２０２】
しかし、本発明は、装置のみならず、方法も包含している。
【０２０３】
これらの方法のうちの１つは、生物学的材料を繁殖させるまたは培養する、好ましくは、医薬品、特にバイオ医薬品を製造する方法であって、生物学的材料、または生物学的材料の前駆体を、ここで開示するようなフォトバイオリアクタ内に入れるステップと、ここで開示するような電磁放射を放出する装置により発せられた電磁放射を作用させるステップとを含む方法である。
【０２０４】
別の方法は、生物学的材料を処理するかつ／または医薬品、特にバイオ医薬品を製造する方法であって、ここで開示するような電磁放射を放出する少なくとも１つの装置を装備するフォトバイオリアクタ１を用意するステップを含む方法を包含している。
【０２０５】
これらの方法において、フォトバイオリアクタ１は、少なくとも１つのフィードスルー５ａ、特に少なくとも１つの標準スパージャポート５を備え、電磁放射を放出する装置３用のフィード線路および／またはコントロール線路、特に多導体接続線路２０が、少なくとも１つのフィードスルー５ａを通して案内される。これにより、例えば、好ましくは、電磁放射を放出する源１３のプリント回路板１９，１９’上に配置されているコントローラ１８が、単数の多導体接続線路２０または複数の多導体接続線路２２，２５により、容器２外のプロセス制御装置および割り当てられた評価装置と通信し、これらのプロセス制御装置および評価装置により制御されてもよい。
【０２０６】
この場合、プリント回路板１９は、特にオートクレーブ処理時のサイクル強度にとって有利な、例えば３８０℃の温度に対する耐性を示す材料からなっていることができる。
【０２０７】
ここで開示する方法において、フォトバイオリアクタ１は、フォトバイオリアクタ１の内部、特に生物学的材料を収容する容器２の内部に、好ましくは、バッフル板または渦動板の固定用の少なくとも１つの装着装置６を備え、電磁放射を放出する少なくとも１つの装置３は、少なくとも１つのこの装着装置６に結合され、好ましくは、電磁放射を放出する装置３は、少なくとも１つのフィードスルー５ａと、少なくとも１つの装着装置６とによりフォトバイオリアクタ１の内部、特に生物学的材料を収容する容器２の内部に固定される。
【０２０８】
概して、かつ特にここで開示する方法の実施時、フォトバイオリアクタ１を、電磁放射を放出する装置３の装着後、滅菌してもよい。
【０２０９】
これらの方法において、電磁放射を放出する少なくとも１つの装置３は、有利には、電磁放射を測定する少なくとも１つのセンサ１７を備え、運転状態において、フォトバイオリアクタ１の容器２の内部の電磁放射の放射強度および／または波長を測定し、かつ運転状態において、フォトバイオリアクタ１の容器２の内部の電磁放射の放射強度および／または波長を、好ましくは、時間的かつ場所的に分解して測定する。
【０２１０】
さらに、ここで説明する方法では、所定の期間、所定の波長、好ましくは２５０ｎｍの電磁放射をフォトバイオリアクタ内に入射させ、この入射後、広帯域にフォトバイオリアクタ１の容器２の内部の電磁放射の放射強度および／または波長を測定してもよい。
【０２１１】
さらに、同じく所定の期間、好ましくは生産期中、所定の波長、好ましくは２５０ｎｍの電磁放射をフォトバイオリアクタ内に入射させ、この入射後、所定の別の波長、好ましくは６２０〜７８０ｎｍの範囲の電磁放射を入射させてもよい。
【０２１２】
これらの方法では、有利には、特に突然変異生成により変化される光栄養微生物または混合栄養微生物も使用し得る。
【０２１３】
ここで説明する方法は、バッチ（Ｂａｔｃｈ）運転、所定のフィードレート、特に場所的かつ時間的に分解され、かつ制御されるフィードレートを有するフェッドバッチ（Ｆｅｄ−Ｂａｔｃｈ）運転で実施され、有利には、この場合、好適な波長、例えば２５０ｎｍの入射により、抑制、特に培地抑制が引き起こされることができ、このことは、生物学的材料の高められた生成率につながる。
【０２１４】
さらに、時間的かつ場所的に分解され、好ましくは、コントロールされて制御される培養液予添加、特に糖分予添加および追加フィーディングにより、生成物形成の刺激が引き起こされてもよい。
【０２１５】
ここで説明する方法は、同じくリピートバッチ（Ｒｅｐｅａｔｅｄ−Ｂａｔｃｈ）運転で使用されてもよい。
【０２１６】
波長の最適条件は、常に株特異性であるので、ＬＥＤ１５またはレーザダイオード１５および透明の要素３５の上述のコーティングの好適な選択により考慮し得る。
【０２１７】
生産の他に、本発明は、プロセス開発にとっても、極めて有利である。特にプロセス開発にとって、波長のフレキシブルな適合は、再度、別の利点を必然的に伴うことができる。
【０２１８】
有利には、電磁放射を放出する装置は、バイオリアクタ内のＣＯ２含有量を測定する単数または複数のセンサを備えていてもよい。
【０２１９】
フォトバイオリアクタのできる限り効率的な使用を可能にするとともに、フォトバイオリアクタの内部の汚染が減じられる、電磁放射を放出する装置を備えるフォトバイオリアクタおよびフォトバイオリアクタ用の電磁放射を放出する装置を提供すべく、概して本発明により、電磁放射を放出する装置のハウジングは、生物学的材料を収容する容器内に配置されているようになっている。
【０２２０】
本願は、同一出願人の出願であって、本願と同日にドイツ特許商標庁に出願され、参照による引用により本願に全面的に組み込まれる、発明の名称が「Sensoraufnahme fuer einen Bioreaktor sowie Bioreaktor mit Sensoraufnahme und Verfahren zur Vermehrung oder Kultivierung biologischen Materials」という出願と、発明の名称が「Vorrichtung zur Halterung einer bilderfassenden Einrichtung an einem Bioreaktor, Bioreaktor mit Vorrichtung zur Halterung einer bilderfassenden Einrichtung sowie Verfahren zur Vermehrung oder Kultivierung biologischen Materials」という出願との対象も包含している。
【符号の説明】
【０２２１】
１  フォトバイオリアクタ
２  生物学的材料を含み、生物学的材料を収容する容器ともいう、流動性の媒体を収容する容器
３  電磁放射を放出する装置
４  フィードスルー兼保持装置
５  それぞれ１つのフィードスルー５ａを形成するスパージャポート、特に標準スパージャポート
６  装着装置
７  電磁放射を放出する装置のハウジング
７．１  電磁放射を放出する装置の上側すなわち第１のモジュールのハウジング
７．２  電磁放射を放出する装置の下側すなわち第２のモジュールのハウジング
７．３  電磁放射を放出する装置３のそれぞれのハウジング７，７．１，７．２のハウジングボディ
７．４  ハウジング７，７．１，７．２の、長手方向で延在する側壁
７．５  ハウジング７，７．１，７．２の、長手方向で延在する側壁
７．６  ハウジング７，７．１，７．２の、長手方向で延在する側壁
８  窓
９  生物学的材料を含む流動性の媒体
１０  生物学的材料
１１  流動性の媒体の表面
１２  電磁放射を放出する装置３のハウジング７または電磁放射を放出する装置３のそれぞれのモジュールのハウジング７．１，７．２の、壁、特に容器２の内壁に対する最小の間隔
１３  電磁放射を放出する源
１４  ＬＥＤ１５の単列のアレイ
１５  ＬＥＤ
１６  センサ１７の単列のアレイ
１７  電磁放射の強度または波長を測定するセンサ
１８  コントローラ
１９，１９’  図１４の実施の形態および図１３の実施の形態のプリント回路板（ＰＣＢ）
１９ａ  セラミック基板
１９ｂ  セラミック基板
２０  多導体接続線路
２１  接続器
２２  多導体接続線路
２３  第１のモジュールのハウジング７．１の接続器
２４  第２のモジュールのハウジング７．２の接続器
２５  多導体接続線路
２６  ハウジング７．２の嵌合ピン
２７  サーボモータ
２８  駆動歯車
２９  被動歯車
３０  セラミックのシール要素
３１  セラミックのシール要素
３２  セラミックのシール要素
３３  セラミックのシール要素
３４  セラミックのシール要素
３５  窓８の透明の要素
３６  窓８のリング形またはシリンダ形の基体
３７  透明の要素３５の面の主表面
３８  透明の要素３５の面の主表面
３９  レーザ溶接シーム
３９．１  ガラスろう
４０  排気ポート
４１  貫通開口
４２  特殊鋼球
４３  突出するチューブ形の区間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【外国語明細書】
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