CH710352A2 - Einwegbehälter zum Mischen, Homogenisieren, Extrahieren, Fraktionieren oder Aufschlämmen von Probenmaterial. - Google Patents

Abstract

Der Einwegbehälter zum Mischen, Homogenisieren, Extrahieren, Fraktionieren oder Aufschlämmen von Probenmaterial umfasst eine Abdeckungseinheit, die als Niederpresser für im Behälter befindliche Stoffe (36) ausgebildet ist. Der Niederpresser, bestehend aus einem Spiralzylinder (3) und einem Stössel (4), ist gegenüber dem Röhrchen drehbar gelagert. Durch Drehen des Niederpressers werden die Stoffe (36) und Flüssigkeiten (35) zwischen den Reibflächen am Stössel (14) und Röhrchenboden (15) gepresst und gerieben. Im Behälter entsteht während der Verarbeitung kein Überdruck und das Austreten von Aerosolen ist somit gebannt.

Description

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Einwegmischer, -homogenisator, -extrahierer, -fraktionierer oder -aufschlämmer gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Im Laborbetrieb sind verschiedene mehrfach einsetzbare Vorrichtungen zum Mischen, Homogenisieren, Extrahieren, Fraktionieren oder Aufschlämmen von meist in Kleinmengen zu bearbeitenden Stoffen, insbesondere infektiösen, übelriechenden, chemisch aggressiven oder steril zu haltenden Stoffen, bekannt. Diese Vorrichtungen müssen aus Kreuzkontaminationsgründen nach jedem Gebrauch aufwendig gereinigt werden. Aus der Patentliteratur sind auch einige Einweg-Vorrichtungen bekannt, die aber den Nachteil beinhalten, dass diese Vorrichtungen entweder nicht dicht gegen Aerosole sind oder hartes biologisches Probenmaterial mit Flüssigkeit nicht oder nur mit Hilfsmaterialen (z.B. Beads) bearbeiten können.

[0003] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einwegmischer, -homogenisierer, -extrahierer, -fraktionierer oder -aufschlämmer zu schaffen, mit welchem unter Verschluss des Labor-Testgerätes eine vollständige Homogenisation, Fraktionierung oder Durchmischung von mischbaren Stoffen und Flüssigkeiten unter Einhaltung einer bestimmten Korngrösse ermöglicht wird und die mischbaren Stoffe nicht schädigend erwärmt oder sogar erhitzt.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Einwegmischer, -homogenisator, -extrahierer, -fraktionierer oder -aufschlämmer gemäss den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.

[0005] Durch den erfindungsgemässen Aufbau der Vorrichtung gelingt es, nach dem Einbringen des zu bearbeitenden Stoffes in den Behälter, z.B. bereits vor Ort, wo der Stoff anfällt, dessen Verarbeitung vollständig hermetisch und von der Aussenwelt abgeschlossen innerhalb der Vorrichtung durchzuführen und anschliessend das Produkt aus der Verarbeitung dem Gerät zu entnehmen. Die Vorrichtung kann für unterschiedliche Arbeiten eingesetzt werden. In der Handhabung besteht das Labor-Testgerät im Wesentlichen aus zwei Teilen, einem Basisbehälter (Röhrchen) und einem Deckel mit integriertem Stössel. Der Basisbehälter besteht aus einem zylindrischen Röhrchen mit Aussengewinde. Unterhalb des Aussengewindes ist ein Rückhalter für die Zentrifugierung angebracht. Aussen im Röhrchenboden ist eine Sechskant-Kupplungsöffnung angebracht. Im Innern des Röhrchens ist der Röhrchenboden als Reibfläche ausgebildet. Diese Reibfläche kann eben, konisch oder kreissegmentförmig ausgeführt sein und enthält radial angeordnete Reibrippen.

[0006] Die Abdeckung des Röhrchens besteht aus drei Teilen: einem Deckel mit Innengewinde und zentrischer Öffnung für den Antriebsdurchlass, einem Zylinder mit spiralförmiger Aussparung für den vertikalen und radialen Vorschub und dem eigentlichen Stössel. Diese drei Teile sind lose miteinander verbunden (vormontiert) und bilden eine Einheit, d.h. zum Aufsetzen und Entfernen der Abdeckung wird lediglich die Aussenwand des Deckels berührt. Der Boden des Stössels hat ebenfalls eine Reibfläche mit radial und zusätzlich Spiral angeordneten Reibrippen. Der Boden des Stössels kann entweder flach, konisch oder kreissegmentförmig ausgebildet sein. Die spiralförmig angeordneten Rippen in der Reibfläche des Stössels können die gleiche Höhe wie die radial angeordneten haben oder können zum Zwecke einer schonenden Behandlung des Probenmaterials (z.B. lebendes Zellmaterial) etwas höher sein, so dass die radial angeordneten Reibrippen im Röhrchenboden die ebenfalls radial angeordneten Reibrippen im Stösselboden nicht berühren. Die beiden Reibflächen können anstelle der Reibrippen auch andere abrasive Strukturen aufweisen, z. B. matrixförmig oder kreisförmig angeordnete Pyramiden.

[0007] Für die hermetische Verschliessung des Behälters wird der Deckel fest angezogen, wobei der der Deckel den Wulstrand des Spiralzylinders auf den Röhrchenrand drückt. Während der Verarbeitungsphase ist der Deckel lose und der obere Antrieb oder Festhalter drückt den Spiralzylinder auf den Röhrchenrand. Somit ist gewährleistet, dass keine Flüssigkeit und Aerosole dem Behälter entweichen können.

[0008] Der radiale Antrieb an der Sechskant-Kupplungsöffnung ist oben und die zweite Sechskant-Kupplungsöffnung unten dient dazu, das Röhrchen radial und vertikal gegen Verschiebung nach unten zu blockieren. Anstelle der beiden Sechskant-Kupplungsöffnungen können auch andere polygone Ausformungen sein. Der Antrieb oder in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung des Behälters, wird bei der Bearbeitung des Stoffes nicht verschmutzt und muss daher nicht gereinigt werden.

[0009] Der erfindungsgemässe Einwegmischer mit vordosierter Flüssigkeit kann beispielsweise direkt bei einem Patienten zu Hause nach Entnahme von z.B. Stuhlprobe oder in einem Schlachthof nach Entnahme von Gewebeproben aus Tieren oder forensischen Proben im Feld mit diesen gefüllt und so das Probenmaterial unter sterilen Bedingungen ins Labor gebracht werden. Der Einwegmischer ermöglicht es auch, den darin bearbeitete Inhalt stets hermetisch zu schliessen, die Fraktion nach dem Fraktionieren oder Mischen im Mischer zu belassen, dort Inkubieren (Wachsen) lassen und erst später zur Analyse zu entnehmen. Damit wird auch verhindert, dass das zu untersuchende Gewebe zwischen dem Fraktionieren und der Untersuchung von einem Gefäss zum andern gefördert werden muss.

[0010] In Fig. 1 ist der Vorschub des Stössels mittels eines spiralförmigen Ausschnitts vorgesehen. Wird der Spiralzylinder mittels Antrieb gedreht, so muss der Stössel, bedingt durch die beiden Nocken, ebenfalls mitdrehen oder er verschiebt sich in vertikaler Richtung bis die beiden Reibflächen sich berühren. Die vertikale Verschiebung des Stössels kann durch gezielte, ruckartige Winkelbeschleunigungen des Antriebs in beide Richtungen zusätzlich unterstützt werden. Die vertikale Kraft des Stössels auf das Probenmaterial hängt aber grundsätzlich von der Steigung der Spirale ab. Durch den erfindungsgemässen Aufbau des Behälters entsteht durch die Verschiebung des Stössels innerhalb des Röhrchens keine Druckänderung, auch nicht gegenüber der Aussenwelt. Das zu verdrängende Flüssigkeits- oder Gasvolumen strömt, in Abhängigkeit des gewünschten Abstandes zwischen Reibflächenrand des Stössels und der Innenwand des Röhrchens, mit gewünschter Fraktionsgrösse an diesem Spalt vorbei. Senkt sich der Stössel und muss Flüssigkeit verdrängen, so fliesst nur das Material mit gewünschter Fraktionsgrösse in den oberen Bereich zwischen Röhrchenwand und Stössel. Der Stössel hat vorteilhaft mehrere Öffnungen über der Reibfläche, so dass auch der Innenbereich des Stössels als Pufferzone für die Flüssigkeitsaufnahme dient.

[0011] In Fig. 10 ist ein alternativer vertikaler Stösselvorschub vorgesehen. Der Stössel selbst ist vertikal grundsätzlich frei beweglich innerhalb des Gleitbereichs der Gleitkupplung. Das Aussengewinde des Stössels berührt die Innenwandung des Röhrchens nur leicht und muss sich somit bei einer radialen Bewegung der Gleitkupplung nicht zwangsläufig vertikal verschieben. Werden aber nun die beiden Pressschalen in radialer Richtung auf das Röhrchen gepresst, so verformt sich der Innenkreisdurchmesser des Röhrchens zu einer leicht ovalen Form und bietet dem Aussengewinde des Gewindestössels einen Reibungswidertand entgegen, der die vertikale Kraft und Bewegung des Gewindestössels beeinflusst. Aufgrund des robusten Aufbaus des Behälters werden somit selbst bei geringer Drehzahl grosse vertikale und radiale Kräfte zwischen den beiden Reibflächen aufgebaut. Der Flüssigkeitsvolumen- resp. Gasvolumen-Austausch zwischen den beiden Reibflächen geschieht durch das Feingewinde und die speziell dafür eingesetzten axialen Aussparungen am Aussengewinde.

[0012] Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen <tb>Fig. 1<SEP>eine Frontansicht des Behälters <tb>Fig. 2<SEP>eine Schnittansicht des Behälters <tb>Fig. 3<SEP>eine dreidimensionale Ansicht des Deckels <tb>Fig. 4<SEP>eine Schnittansicht des Deckels <tb>Fig. 5<SEP>eine dreidimensionale Ansicht des Spiralzylinders <tb>Fig. 6<SEP>eine dreidimensionale Ansicht des Stössels <tb>Fig. 7<SEP>eine Aufsicht auf die Reibfläche im Röhrchenboden <tb>Fig. 8<SEP>eine Untersicht auf die Reibfläche am Stösselboden <tb>Fig. 9<SEP>eine dreidimensionale Ansicht des Röhrchens <tb>Fig. 10<SEP>eine Frontansicht des Behälters mit Gleitkupplung und Gewindestössel <tb>Fig. 11<SEP>eine Frontansicht des geschlossenen Behälters mit Gleitkupplung und Gewindestössel (beide Teile nicht sichtbar) und allen Antriebseinheiten <tb>Fig. 12<SEP>eine dreidimensionale Darstellung der Gleitkupplung <tb>Fig. 13<SEP>eine dreidimensionale Darstellung des Gewindestössels <tb>Fig. 14<SEP>eine dreidimensionale Darstellung der Gleitkupplung <tb>Fig. 15<SEP>eine dreidimensionale Darstellung eines klassischen Deckels mit Dichtlippen ohne Membrane <tb>Fig. 16<SEP>eine dreidimensionale Darstellung eines Deckels mit Dichtlippen und perforierter Membrane <tb>Fig. 17<SEP>eine Aufsicht auf den Deckel mit perforierter Membrane <tb>Fig. 18<SEP>eine Aufsicht auf den Spiralzylinder mit perforierter Membrane in der Sechskant-Kupplungsöffnung <tb>Fig. 19<SEP>eine dreidimensionale Darstellung des Antriebs mit Sechskantkupplung und Absenkbegrenzungsrand <tb>Fig. 20<SEP>Pressschale rechts

[0013] In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein La bortest-Gerät, im Folgenden kurz Behälter 1 genannt, mit einer vormontierten Abdeckungseinheit, bestehend aus einem Deckel 2, einem Spiralzylinder 2 und einem Stössel 4, dargestellt. Die Vormontage der Abdeckungseinheit wird vorteilhaft beim Produzenten durchgeführt. Dabei wird der Stössel 4 in den Spiralzylinder 3 eingeführt. Für die Einführung der seitlichen Führungsnocken 12 in den spiralförmigen Führungsschlitz 37 ist im Spiralzylinder 3 ein Hilfsschnitt 11 vorgesehen, der eine einseitige Ausweitung dieser Partie auf den axialen Nockendurchmesser zulässt.

[0014] Der Innendurchmesser des Röhrchens 5 und Aussendurchmesser des Stössels 4 sind in der Funktionsweise so bemessen, dass sich der Spiralzylinder 3 im Röhrchen 5 gerade noch frei drehen lässt und die Nocken 12 nicht aus dem spiralförmigen Führungsschlitz 37 springen können.

[0015] Die Bedienungsperson füllt durch die Öffnung 38 des Röhrchens Flüssigkeit 35 (z.B. Enzym) und zu bearbeitendes Probenmaterial 36 ein. Dann wird die integrierte Abdeckung (Deckel 2 mit Spiralzylinder 3 und Stössel 4) aufgesetzt. Für den Transport und die Lagerung des geschlossenen Behälters 1 wird der Deckel 2 hermetisch dicht zugedreht. Für die Bearbeitung (Homogenisation, Mischung, Extrahierung, Fraktionierung und Aufschlämmung) wird der Behälter 1 vertikal mit der Sechskant-Kupplungsöffnung 7 auf den Sechskant-Rückhalter 26 gesetzt und der Antrieb 22 soweit vertikal abgesetzt, bis die Sechskantkupplung 23 in Sechskant-Kupplung 8 vollständig einrastet und einen leichten Druck auf den Wulstrand 28 ausübt. Dann wird der Deckel 2 manuell oder durch die Antriebseinheit 22 (nicht eingezeichnet) um ca. eine halbe Umdrehung gelockert. Anschliessend beginnt der Antrieb 22 mit den gewünschten radialen Umdrehungen in beide Richtungen. Nach Abschluss der Homogenisation oder Fraktionierung kann der Antrieb 22 zusätzlich noch periodische Winkelbeschleunigungen (in der Darstellung des Spiralzylinders 3) im Uhrzeigersinn (von oben betrachtet) durchführen. Dadurch wird der Stössel nach oben angehoben und entleert gleichzeitig die Flüssigkeits-Pufferzone innerhalb des Stössels durch die Löcher 13. Bevor der Behälter 1 dem Antrieb entnommen wird, kann der Deckel 1 manuell oder maschinell wieder hermetisch dicht angezogen werden. Für die Entnahme des verarbeiteten Produkts aus dem Röhrchen 5 wird der Deckel 1 mitsamt Spiralzylinder 3 und Stössel 4 aus dem Röhrchen 5 entfernt und mittels Pipette und Pipettenspitze (nicht gezeichnet) entnommen. Die Abdeckung des Behälters 1 kann für weitere Arbeitsprozesse (Zentrifugierung oder Lagerung) durch einen klassischen Röhrchen-Deckel 39 ohne zentrische Öffnung oder Deckel 41 mit perforierter 43 Membrane 42 hermetisch dicht geschlossen werden.

[0016] Für spezielle Prozesse kann der Boden der Sechskant-Kupplungsöffnung 8 im Spiralzylinder 3 mit einer durchstechbaren, perforierten 43 Membrane 42 ausgerüstet sein, wobei dann die Sechskantkupplung 23 einen zusätzlichen Absenkungsbegrenzungsrand 44 aufzuweisen hat, damit die Sechskantkupplung 23 die Membrane 42 nicht beschädigt. Die Membrane 42 kann mit einer Pipettenspitze durchstochen werden und das verarbeitete Produkt teilweise oder ganz aus dem Röhrchen 5 entnommen werden. Die Membrane 42 schliesst sich anschliessend wieder von selbst.

[0017] Mit dem Sechskantrückhalter 26 kann auch das zu verarbeitende Probenmaterial 36 und die Flüssigkeit 35 im Röhrchen erwärmt werden, z.B. auf 37 Grad Celcius für die Inkubation von lebenden Zellen oder anderen biologischen Materialien.

Legende

[0018] <tb>1<SEP>Behälter <tb>2<SEP>Deckel <tb>3<SEP>Spiralzylinder <tb>4<SEP>Stössel <tb>5<SEP>Röhrchen <tb>6<SEP>Aussengewinde <tb>7<SEP>Sechskant-Kupplungsöffnung unten <tb>8<SEP>Sechskant-Kupplungsöffnung oben <tb>9<SEP>Innengewinde <tb>10<SEP>Öffnung im Deckel <tb>11<SEP>Assemblierungshilfschnitt <tb>12<SEP>Antriebsnocken <tb>13<SEP>Öffnung für Flüssigkeit <tb>14<SEP>Reibfläche am Stössel <tb>15<SEP>Reibfläche im Röhrchenboden <tb>16<SEP>Radialrippe <tb>17<SEP>Spiralförmige Rippe <tb>18<SEP>Linearantrieb rechts <tb>19<SEP>Linearantrieb links <tb>20<SEP>Gleitkupplung <tb>21<SEP>Gewindestössel <tb>22<SEP>Antrieb <tb>23<SEP>Sechskantkupplung <tb>24<SEP>Pressklotz rechts <tb>25<SEP>Pressklotz links <tb>26<SEP>Sechskantrückhalter <tb>27<SEP>Sechskant-Kupplungsöffnung <tb>28<SEP>Wulstrand <tb>29<SEP>Vierkant-Kupplungsöffnung <tb>30<SEP>Reibfläche <tb>31<SEP>Radialrippe <tb>32<SEP>Flüssigkeitsdurchlass <tb>33<SEP>Gewinde <tb>34<SEP>Rückhalter für Zentrifugierung <tb>35<SEP>Flüssigkeit <tb>36<SEP>Probenmaterial <tb>37<SEP>spiralförmiger Führungsschlitz <tb>38<SEP>Öffnung des Röhrchens <tb>39<SEP>Röhrchen-Deckel ohne Membrane <tb>40<SEP>Lippendichtung <tb>41<SEP>Röhrchen-Deckel mit Membrane <tb>42<SEP>Membrane <tb>43<SEP>Perforation <tb>44<SEP>Absenkbegrenzungsrand <tb>45<SEP>Radialrippe <tb>46<SEP>Pufferzone

Claims (13)

1. Einwegmischer, -homogenisator, -extrahierer, -fraktionierer oder -aufschlämmer von Stoffen, insbesondere von infektiösen, übelriechenden, chemisch aggressiven, harten oder steril zu haltenden Stoffen, umfassend einen Behälter (1), bestehend aus einem zylindrischen Röhrchen (5) und einer Abdeckung, die einen Deckel (2), einen Spiralzylinder (3) und einen Stössel (4) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Röhrchen (5) eine flache, konische oder kreissegmentförmige Boden-Innenfläche als Reibfläche (15) mit radial angeordneten Rippen (16) aufweist und an der Boden-Aussenseite des Röhrchens (5) eine Sechskant-Kupplungsöffnung (7) angeordnet ist und dass im Innern des Behälters (1) ein Stössel (4) mit einer flachen, konischen oder kreissegmentförmigen Reibfläche (14) mit radial (45) und spiralförmig (17) angeordneten Rippen von einem drehbar gelagerten Spiralzylinder (3) mit einer Sechskant-Kupplungsöffnung gedreht, abgesenkt und angehoben wird.

2. Einwegmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiralzylinder (3) durch eine Öffnung (10) des Deckels (2) von einer Sechskantkupplung (23) drehbar auf der Öffnung (38) gehalten wird.

3. Einwegmischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Spiralzylinder (3) ein Wulstrand (28) das Röhrchen (5) an der Öffnung (38) umfasst und drehbar mit dem Röhrchen (5) verbindet.

4. Einwegmischer nach Anspruch 3, dass der Deckel (2) den Wulstrand (28) hermetisch dicht auf die Öffnung (38) des Röhrchens (5) presst.

5. Einwegmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Spiralzylinder (3) zwei spiralförmige Schlitze (37) angebracht sind, die einen zylindrischen Stössel (4) mit zwei Antriebsnocken (12) drehen und diesen vertikal auf und ab bewegen und die eingeschlossenen Stoffe (35) und (36) zwischen den beiden Reibflächen (14) und (15) zerreibt.

6. Einwegmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (14) am Spiralzylinder (3) eine oder mehrere spiralförmige Rippen (17) aufweisen kann, die gleich hoch sind wie die Radialrippen (45) oder, zum Schutze von Probenmaterial (36) mit z.B. lebenden Zellen, etwas höher sein können, so dass die Radialrippen (45) am Stössel die Radialrippen (16) im Boden des Röhrchens (5) nicht berühren und somit einen definierten Spalt zwischen den Radialrippen (45) und (16) zulassen.

7. Einwegmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Röhrchen (5) mit einem Sechskantrückhalter (26) an der Sechskant-Kupplungsöffnung (7) gegen Verdrehung gesichert ist und dass dieser Sechskantrückhalter auch für die Erwärmung (Inkubation) des Probenmaterials (36) eingesetzt werden kann.

8. Einwegmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Stössels (4) und Spiralzylinder (3) ein Gewindestössel (21) mit einer Gleitkupplung (20) eingesetzt werden kann.

9. Einwegmischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Bewegung des Gewindestössels (21) von aussen mittels zwei oder mehreren Pressschalen (24), die gegen das Röhrchen (5) drücken, unterstützt wird.

10. Einwegmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verarbeitung des Probenmaterials (36) durch den vertikalen und radialen Antrieb des Stössels (4) oder Gewindestössel (21) im Innern des Behälters (1) weder ein Überdruck noch ein Unterdruck aufgebaut wird.

11. Einwegmischer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verdrängende Probenmaterial (36) nur in gewünschter Korngrösse entweder in die Pufferzone (46) des Stössels (5) oder über den Gewindestössel (21) fliesst und durch Anheben des Stössels (5) oder des Gewindestössels (21) dieses Material wieder zurückfliessen kann zur wiederholten Verarbeitung.

12. Einwegmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für Eingabe von Flüssigkeit (35) in den Behälter (1) wie auch für die Entnahme des verarbeiteten Produkts aus dem Behälter (1) ein Spiralzylinder (3) mit perforierten (43) Membrane (42) eingesetzt werden kann.

13. Einwegmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bereitstellung des Behälters (1) mit Probenmaterial oder für nachfolgende Prozesse wie Zentrifugierung oder Teilentnahme von bearbeitetem Material oder Zugabe weiterer Flüssigkeit oder für die Lagerung des Behälters (1), die Abdeckung, bestehend aus dem Deckel (2), dem Spiralzylinder (3) und dem Stössel (4) durch einen Deckel (41) mit oder ohne (39) perforierter (43) Membrane (42) und Lippendichtung (40) ausgetauscht werden kann.