Revolutionäre Wärmestrahlung

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Warum sind heutzutage die teuersten Bioreaktorsysteme immer mit Doppelmantelgefässen und Zirkulationsbädern ausgestattet?

Eine solche Ausrüstung ist sehr teuer, braucht viel Platz, ist unpraktisch und bringt einige ernsthafte Probleme mit sich: Eine sehr hohe Wärmekapazität, einen schlechten Wärmeaustausch während der Sterilisation (mit oder ohne Wasser im Doppelmantel) und somit eine stark verlängerte Sterilisationszeit (Heiz- und Kühlphase), die zusätzliche Installation von Kühlwasser, eine Zirkulierpumpe oder ein Wasserbad, Schläuche und Anschlüsse. Die Komplexität rund um den Bioreaktor ist dadurch stark erhöht.

Thermostatisierende Wasserbäder und Doppelmantelgefässe werden eingesetzt, um lokale Überhitzungen im Reaktor zu verhindern, die zu einer Degradation des Mediums und zu Zellschäden führen. Alle anderen und billigeren Heizsysteme (Heizdecken, Heizmantel, Heizklammern, Heizblöcke und Heizplatten) eliminieren dieses Problem nicht.

Die grösste Gefahr lokaler Überhitzung geht von Heizschlangen aus, da sie direkt ins Medium und die Zellkultur eingetaucht werden. Solche Konstruktionen werden nicht Ihren Versuchen gerecht, sondern einzig der Kostensparung im Reaktorbau. Nicht selten ist der Kunde gezwungen, ein solches Produkt durch einen für seine Bakterien gebauten Fermenter bzw. für seine Zellkulturen gebauten Bioreaktor zu ersetzen!

Unverständlicherweise hat erst einmal nur LAMBDA die IR-Strahlung als vorzügliches Heizsystem für Laborreaktoren eingesetzt: MINIFOR hat mit seinem IR-Strahler sämtliche Vorteile der anderen Systeme in sich vereinigt und alle Nachteile eliminiert:

• Die Wärmestrahlung ist dem für den Menschen sichtbaren Licht ähnlich und kann mit einem Metallspiegel einfach reflektiert werden. Ein vergoldeter Parabolspiegel verteilt die Strahlung gleichmässig auf die ganze Oberfläche des Reaktorgefässes. Der Gefässboden braucht dazu nicht einmal flach zu sein.
• Während die Wärme einer gewissen Wellenlänge vom Glas absorbiert wird, gehen andere Wellenlängen durch das Glas und werden von den Wassermolekülen direkt absorbiert – analog der Erwärmung von Wasser durch die Sonne. Die Strahlung wärmt äusserst sanft, ohne lokale Überhitzungen zu erzeugen.
• Der IR Strahler weist einen sehr viel tieferen Energieverlust als Heizdecken und Doppelmantelgefässe auf. Und benötigt entsprechend weniger Heizleistung. (Bei Heizdecken und Doppelmantelgefässen ist der Energieverlust sogar grösser als die in das Medium übertragene Wärme! Durch die Isolierwand wird zudem die natürliche Kühlung der Kultur unterdrückt, es kommt zu Überhitzungen und im Gegenzug ist wiederum Energie für eine Kühlung aufzuwenden).
• MINIFOR benutzt für seine Heiztechnologie einen kurzen Metalldraht mit geringer Wärmekapazität. Die IR-Heizung ist daher schnell ein- und ausschaltbar. So wird ein schnelles Heizen und Abkühlen ermöglicht, was der äusserst präzisen Temperaturregelung dient. Vergleichen Sie dazu wie viele Liter Wasser mit einer hohen Wärmekapazität über die gewünschte Reaktortemperatur erwärmt werden müssen, um überhaupt einen signifikante Heizleistung durch ein Doppelmantelgefäss herzustellen! Sobald die Soll-Temperatur erreicht wird, muss somit wieder dasselbe Volumen Wasser abgekühlt werden. Solch eine Heizregelung ist wesentlich umständlicher als die Regelung der Wärmestrahlung.
• Schon eine sehr kleine Erhöhung der Medium-Temperatur durch die Wärmestrahlung führt zu thermaler Konvektion im Reaktorgefäss. Da diese Strahlung auf den Gefässboden gerichtet ist führt diese Konvektion zu einem Temperaturausgleich im Medium sogar ohne Rührung. Als Beispiel beträgt bei einer Versuchstemperatur von 30°C und einem Arbeitsvolumen von einem Liter die Temperaturabweichung nur +/- 0.1°C.
• Temperatursprünge, wie sie etwa bei thermischen Induktionen zwischen der Wachstums- und der Produktionsphase nötig sind, können mit MINIFOR gefahren werden ohne die Soll-Temperatur zu überschiessen.