Hochdruckanlage HPL6

Hoher Anspruch an Zellaufschluss

Zellmembranen schützen, alltagstaugliche Handhabung, leichte Reinigung – die Anforderungen einer Arbeitsgruppe am Biochemischen Institut der Uni Zürich an ein neues Zellaufschlusssystem waren hoch. Das Unternehmen Maximator hat die Aufgabe gelöst und in Zusammenarbeit mit dem Biochemischen Institut der Uni Zürich eine Hochdruckanlage für die Produktion bzw. Vervielfältigung von organischem Material wie DNA, RNA oder Viren entwickelt.

Bild 1: Die Hochdruckanlage HPL6 wird an die Universität Zürich übergeben. Von links nach rechts: Prof. Raimund Dutzler, Sascha Weidner (beide Biochemisches Institut, Universität Zürich), René Himmelstein (Maximator GmbH Deutschland), Peter Brülhart (Maximator Schweiz AG). (Bild: Maximator GmbH)

Die Maximator GmbH mit Sitz in Nordhausen weist langjährige Erfahrung speziell im Projektgeschäft für Prüf- und Produktionsanlagen auf. Jetzt hat das Unternehmen das Biochemische Institut der Universität Zürich (UZH) in einem Projekt unterstützt, mit dem dieses seine Aktivitäten in der Proteintechnologie und Strukturbiologie ausbauen will: Die gemeinsam entwickelte HPL6 funktioniert nach dem Prinzip der „French Press“ und dient zum besonders schonenden Hochdruck-Zellaufschluss.

Die Anlage wurde nach aktuellen Standards für den Laborbetrieb konzipiert und speziell im Bereich der Temperierung und Reinigung optimiert. Nachdem der Prototyp durch das Biochemische Institut der UZH ausgiebig getestet wurde und durchweg positive Ergebnisse erzielte, übernimmt Maximator die Produk-tion und den weltweiten Vertrieb dieser HPL6 Hochdruck-Zellaufschluss-Einheit.

Durchgehende Kühlung zum Schutz von Zellmembranen
Hochdruckanlagen für den physikalischen Zellaufschluss kommen in Medizintechnik, Biotechnik, Chemie, Biologie und Pharmaindustrie insbesondere im Forschungsbereich zum Einsatz, um Zellwände zu „knacken“. Meist ist es bei diesem Prozess nicht entscheidend, eine bestimmte niedrige Temperatur exakt einzuhalten; deshalb wird bei den marktüblichen Anlagen nur im letzten Prozessabschnitt mit dem Probengefäß gekühlt. Im Falle eines Projekts des Biochemischen Instituts der UZH zur Gewinnung und Analyse intakter Zellmembrane war diese Kühlung jedoch nicht ausreichend. Dazu Prof. Raimund Dutzler von der Universität Zürich: „Um die Zellmembranen unbeschädigt zu erhalten, muss der Temperaturbereich in unserem Fall durchgehend unter 8 °C liegen. Das konnten marktübliche Anlagen nicht leisten.“ Gleichzeitig sollte das Gerät auch einfacher zu reinigen sein als die bisher üblichen Anlagen.

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Bild 2: Maximator Hochdruckanlage HPL6. (Bild: Maximator GmbH)

Die UZH konzipierte einen Prototypen nach ihren eigenen hohen Anforderungen, den die Maximator GmbH in eine reproduzierbare Anlage umsetzte. Vor kurzem hat sie die Anlage auf den Markt gebracht. Der HPL6 (High Pressure Lyser, 60 000 psi) erzielte in den Tests der UZH durchwegs positive Resultate und setzt nach Angaben des Unternehmens neue Leistungsstandards.

Vier-Zonen-Kühlung für gleichmäßige Temperatur
Der HPL6 verfügt über eine Vier-Zonenkühlung, so dass die Temperatur über den gesamten Prozess, also auch an den Stellen, an denen Wärme entsteht, einheitlich bei > 2 °C gehalten wird. Die Kühlzonen befinden sich am Hochdruckpumpenkopf (Pumpenkühlung), an der Leitung zwischen Pumpe und Nadelventil (T-Stück-Kühlung), an der Aufschlussdüse (Düsenkühlung) sowie am Probengefäß mit dem fertigen Produkt (Auslasskühlung). 

Einfaches Handling, problemlose Reinigung
Maximator und das Biochemische Institut der UZH legten hohen Wert auf die Alltagstauglichkeit der Anlage. Durch den Einsatz hochwertiger Schnellverschluss-Kupplungen aus Edelstahl ist der Wechsel zwischen Probengefäß und Spülkopf schnell erledigt. Der Reinigungsaufwand ist signifikant reduziert – ein großer Vorteil gegenüber vergleichbaren Anlagen. Dauerten Reinigung und Desinfektion dort ca. 15 bis 20 Minuten, sind es beim HPL6 von Maximator höchstens fünf Minuten. Ein weiterer Pluspunkt des einfachen Handlings und der schnellen Reinigung: Der gesamte Prozessablauf wird beschleunigt und spart Kosten ein.

Der Betrieb des leisen und wartungsarmen HPL6 von Maximator ist bereits ab 20 ml Probenvolumen möglich. Das Totvolumen ist stark minimiert und beläuft sich auf weniger als 6 ml. Neben der enorm hohen Kühlleistung von ca. 2 °C für selbst schwierigste Anwendungsfälle überzeugt die Anlage mit guten Durchflussraten bei sehr hohem Druck (Maximaldruck 4200 bar / 60 000 psi). Die Durchflussrate von E. coli beträgt beispielsweise 120-330 ml/min bei 1400 bar/20 000 psi und für Hefe 80-150 ml/min bei 3200 bar/45 000 psi.

René Himmelstein, Vice President Sales and Marketing bei Maximator, zu den Einsatzgebieten der Hochdruckanlage: „Neben diesem biochemischen Einsatz für organisches Material ist die Anlage möglicherweise auch für weitere Analyseaufgaben interessant, z.B. in Prüflaboratorien der Lebensmittelindustrie oder der Abwassertechnologie.“ sk

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