DE10005024A1 - Dialysestopfen - Google Patents

Abstract

Stopfen zum Verschließen der Öffnung eines Gefäßes für Laborarbeiten mit einem kreisringförmigen Dichtbereich am Außenumfang zur abdichtenden Anlage an der Innenwand des Gefäßes, einem axialen Durchgang und einer den Durchgang versperrenden Dialysemembran.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stopfen zum Verschließen der Öffnung eines Gefäßes für Laborarbeiten. Der Stopfen dient insbesondere als Dialysehilfsmittel.

Die Dialyse ist ein Verfahren zur Abtrennung niedermolekularer Teilchen von Kolloi­ den oder Makromolekülen mittels Diffusion aus einer Dispersion in ein Lösungsmittel (meist Wasser) durch semipermeable Membranen, die die großen Teilchen zu­ rückhalten. Sie wird vor allem zur Reinigung von Biopolymeren von anhaftenden Salzen angewendet. Sie wird insbesondere im Rahmen biochemischer und molekular­ biologischer Verfahren eingesetzt. Typische Anwendungen sind die Dialyse von ge­ ringen Mengen Proteinlösungen, die Dialyse von DNA- und RNA-Lösungen gegen destilliertes Wasser oder Puffer und die Dialyse von bakteriellen Zellen zur Vorbe­ reitung der Elektroporation.

Als Dialysehilfsmittel kommen insbesondere Dialysebeutel und Dialyseschläuche zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Beutel oder Schläuche aus einem Membran­ material, die mit der Dialyseprobe gefüllt und auf die Dialyseflüssigkeit gesetzt wer­ den. Nachteilig ist die ungünstige Handhabung und die Neigung dieser Hilfsmittel zu Undichtigkeiten. Aufgrund des großen Volumens des Beutels oder Schlauches können außerdem beim Umfüllen des Dialysats erhebliche Verluste eintreten. Zudem können beim Umfüllen Verunreinigungen eingeschleppt werden.

Außerdem bekannt sind Dialyse-Kassetten, die ähnlich wie ein Diarähmchen kon­ struiert sind, wobei die Fenster von Dialysemembranen gebildet sind. Durch eine randseitige Einspritzschleuse kann die Dialyseprobe eingespritzt werden. Die Dia­ lysekassette kann mittels eines Schwimmkörpers in die Dialyseflüssigkeit eingehängt werden. Nachteilig ist das große Volumen dieser Vorrichtungen, das eine entspre­ chend große Menge Probenflüssigkeit voraussetzt. Auch kann die große Membran­ oberfläche erhebliche Verluste zur Folge haben, wenn das Dialysat umgefüllt wird. Das Umfüllen kann auch hier zu Verunreinigungen führen.

Des weiteren bekannt sind Membran-Gefäße, die einen Schraubdeckel mit einer inte­ grieren Membran aufweisen. Diese Gefäße werden mit der zu reinigenden Probe gefüllt und mit dem Deckel nach unten in Dialyseflüssigkeit gehalten. Nachteilig ist hier, daß Dialysat in das Deckelgewinde eintreten kann. Außerdem ist auch hier das Um­ füllen in ein anderes Gefäß, beispielsweise in ein membranloses Gefäß, mit Verlusten und der Gefahr von Verunreinigungen verbunden. Bei dem bekannten Gefäß ist auch die Aktivierung der Membran zeitaufwendig.

Bei der sogenannten "Waterbug"-Methode werden von Mikrozentrifugen-Röhrchen Deckelverschlüsse einschließlich des Flansches abgetrennt. Dann wird die Probe auf den Deckel geträufelt und eine Dialysemembran zwischen Flansch und Deckel einge­ klemmt. Diese Anordnung wird schließlich mit der Membran nach unten auf eine Dialyseflüssigkeit gesetzt. Die Handhabung ist ebenfalls aufwendig und das Umfüllen des Dialysates mit der Gefahr von Verlusten und Verunreinigungen verbunden.

Generell gilt, daß die Verwendung von Zelluloseacetet-Dialysemembranen aufwen­ dige Konservierungs- und Aktivierungsschritte erfordert. Auch ist die Lagerfähigkeit solcher Dialysemembranen begrenzt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dialysehilfsmittel zu schaffen, das die Handhabung erleichtert, mit geringen Probenvolumina auskommt, das Gewinnen des Dialysates begünstigt und Probenverluste und -verunreinigungen vermeiden hilft.

Die Aufgabe wird durch einen Stopfen mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Stopfens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung betrifft einen Stopfen zum Verschließen der Öffnung eines Gefäßes für Laborarbeiten mit

• - einem kreisförmigen Dichtbereich am Außenumfang zur abdichtenden Anlage an der Innenwand des Gefäßes,
• - einem axialen Durchgang und
• - einer den Durchgang versperrenden Dialysemembran.

Dieser Stopfen (oder "Dialysestopfen") ist abdichtend in die Öffnung eines Gefäßes für Laborarbeiten einsetzbar, das insbesondere ein Gefäß mit Füllvolumina von bis zu einigen Milliliter oder eine Mikrotiterplatte sein kann. Insbesondere kann der Stopfen so ausgeführt sein, daß er in die Öffnung eines Reaktionsgefäßes mit Deckel paßt, insbesondere eines Reaktionsgefäßes mit angelaschtem Deckel gemäß europäischen Patent EP-0 149 797 B2, auf das für weitere Einzelheiten des Gefäßes vollinhaltlich Bezug genommen wird. Der Stopfen kann insbesondere für den Einsatz in Reaktions­ gefäße der Anmelderin im Volumenbereich von 1,5 bis 2,2 ml ausgeführt sein. Grund­ sätzlich kann der Stopfen auch so elastisch ausgeführt werden, daß er dicht schließend in unterschiedliche Gefäße einsetzbar ist, insbesondere wenn diese verschiedene Innendurchmesser aufweisen.

Die Dialyseprobe kann auf die Seite der Dialysemembran aufgebracht werden, die nach dem Einsetzen des Stopfens dem Innenraum des Gefäßes zugewandt ist. Die Probe kann grundsätzlich aber auch schon in dem Gefäß vorliegen oder in dieses ein­ gebracht werden. Danach kann das Gefäß durch Eindrücken des Stopfens geschlossen und mit dem Stopfen nach unten zumindest so tief in einer Dialyseflüssigkeit ange­ ordnet werden, so daß die Außenseite der Dialysemembran mit der Dialyseflüssigkeit in Kontakt kommt.

Nach Durchführen der Dialyse kann das Dialysat einfach gewonnen werden, indem das Gefäß umgedreht bzw. zentrifugiert wird. Durch Zentrifugieren können auch ge­ ringste Mengen des Dialysates von der Innenseite der Membran gelöst und im Gefäß aufgefangen werden. Für eine weitere Behandlung der Probe ist grundsätzlich kein Umfüllen in ein anderes Gefäß erforderlich. Nach Schließen eines Deckels, ggfs. nach Entnehmen des Stopfens, kann das Gefäß in bekannter Weise weiterbenutzt werden, beispielsweise zum Mischen, Temperieren, Zentrifugieren, Durchführen von Reak­ tionen etc. Dadurch, daß kein Umfüllen der Probe erforderlich ist, werden Verluste und Verunreinigungen vermieden.

Insgesamt wird durch die Erfindung die Handhabung kleiner und kleinster Proben­ mengen im Labor beträchtlich erleichtert, die Probenausbeute vergrößert und die Pro­ benqualität verbessert.

Gemäß einer Ausgestaltung hat der Stopfen einen Boden mit einem von der Dialyse­ membran abgedeckten Durchgangsloch des axialen Durchganges. Vorzugsweise kann der Boden an einer Seite eine kreiszylindrische Dichtlippe aufweisen. Bei Ausführung des Stopfens aus einem zumindest geringfügig elastischen Material kann die kreis­ zylindrische Dichtlippe für eine besonders gute Abdichtung an der Innenwand des Ge­ fäßes sorgen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zur Steigerung des Dichteffek­ tes der Dichtbereich als Dichtwulst ausgeführt, der insbesondere am Außenumfang der Dichtlippe umlaufen kann. Vorzugsweise ist der Dichtwulst am körperfernen Ende der Dichtlippe angeordnet, wodurch das Eindringen von Probenflüssigkeit zwischen Dichtlippe und Gefäß vermieden werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Boden mit dem von der Dialyse­ membran versperrten Durchgangsloch und die Dichtlippe einen Napf für die Auf­ nahme einer Dialyseprobe begrenzen. Der Napf kann insbesondere ein Aufnahme­ volumen im Bereich von etwa 50 bis 250 µl aufweisen. Diese Kavität kann zum Ein­ pipettieren einer Dialyseprobe genutzt werden. Grundsätzlich ist es dann auch mög­ lich, den Stopfen ohne Gefäß auf die Dialyseflüssigkeit zu setzen bzw. in Dialyseflüs­ sigkeit eingetaucht zu halten. Für die Dialyse kann jedoch der Stopfen auch dann in das Gefäß eingesetzt werden, um die Probe abzudecken und um das Gefäß als Halte­ hilfe zu nutzen. Wenn das Gefäß von oben über die Dichtlippe gestülpt und die An­ ordnung ohne vorheriges Schwenken in die Dialyseflüssigkeit eingesetzt wird, kann verhindert werden, daß Dialyseflüssigkeit zwischen Dichtlippe und Gefäß gelangt und für die Dialyse verloren geht. Für eine vollständige Gewinnung des Dialysates braucht die Anordnung nur mit dem Stopfen nach oben geschwenkt und dann zentrifugiert zu werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Dialysemembran auf der von der Dicht­ lippe abgewandten Seite des Bodens angeordnet. Hierdurch kann erreicht werden, daß sich die Dialysemembran bei der Dialyse an der tiefsten Stelle des Stopfens befindet. Hierdurch wird begünstigt, daß die gesamte Probemenge an dem Dialysevorgang teil­ nimmt. Außerdem wird hierdurch eine Ansammlung von Luftblasen in einem Hohl­ raum unter der Dialysemembran entgegengewirkt, die den Stoffaustausch behindert könnte.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat der Stopfen einen vorspringen­ den Rand an einer weiteren Seite des Bodens. Dieser kann insbesondere ganz oder teilweise um die Mittelachse des Stopfens umlaufen. Der Rand bildet einen Mate­ rialüberstand, der eine mechanische Beschädigung der Dialysemembran beim Abset­ zen des Deckels auf Flächen verbindet. Darüber hinaus verhindert der Rand eine Handberührung der Membran beim Ergreifen des Stopfens. Zudem kann die Kraft zum Eindrücken des Stopfens in ein Gefäß über den Rand aufgebracht werden, so daß dieser insbesondere einem Benutzer als Daumenkontaktfläche dienen kann. Außerdem kann dieser Rand zur Aufnahme eines Verschlußstopfens oder eines Deckels eines Gefäßes dienen, um den Stopfen oben zu schließen. Er verhindert überdies beim Transportieren eine Verletzung der Dialysemembran. Der Rand kann aber auch der Aufnahme einer Dichtlippe eines identischen Stopfens dienen, um eine Reihe von Stopfen platzsparend zu lagern, beispielsweise in einem Magazin.

Vorzugsweise kann der Rand mit mindestens einer quergerichteten Durchgangsöff­ nung versehen sein. Die Durchgangsöffnung kann insbesondere dazu dienen, daß beim Anordnen in eine Dialyseflüssigkeit vom Rand eingefangene Luftblasen seitlich entweichen können und den Stoffaustausch nicht behindern. Außerdem begünstigt die Durchgangsöffnung eine Umwälzung von Dialyseflüssigkeit direkt unterhalb der Membran, die beispielsweise durch ein Rührorgan bewirkt werden kann, welches sich in der Dialyseflüssigkeit befindet. Zudem kann die Durchgangsöffnung auch ein seit­ liches Ablaufen restlicher Dialyseflüssigkeit erleichtern, die nach dem Umdrehen des Gefäßes von dem dann oben angeordneten Rand eingefangen sein könnte. Um dies zu fördern erstreckt sich vorzugsweise die Durchgangsöffnung in axialer Richtung bis etwa zum Niveau der Dialysemembran, genauer gesagt, bis zum Niveau der Außen­ seite der Dialysemembran. Dabei kann die mindestens eine Durchgangsöffnung insbe­ sondere eine Tasche sein, die sich vom körperfernen Ende des Randes aus auf den Boden zu erstreckt.

Um die Anbringung des Stopfens in einer definierten Position im Gefäß zu erleich­ tern, kann dieser außen einen Vorsprung zum Abstützen am Rand der Öffnung des Gefäßes haben. Dieser Vorsprung ist vorzugsweise von einem seitlich über die Dicht­ lippe hinausstehenden Randbereich des Bodens gebildet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Stopfen mindestens eine seitlich nach außen vorstehende Lasche aufweisen. Vorzugsweise weist der Stopfen an zwei dia­ metral gegenüberliegenden Seiten außen Laschen auf. Die mindestens eine Lasche erleichtert das Entnehmen des Stopfens aus einem Gefäß, indem sie eine Angriffsflä­ che zur Verfügung stellt und das Ausüben einer Hebelwirkung ermöglicht. Dann kann auch ein besonders festsitzender Stopfen unter erschwerten Bedingungen leicht abge­ nommen werden, beispielsweise bei Benutzung von Laborhandschuhen.

Der Stopfen kann vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt sein, insbesondere durch Spritzgießen. Das Material kann beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen sein. Der gesamte Stopfen kann integral aus einem einzigen Material hergestellt werden. Vorzugsweise kann jedoch die Dialysemembran aus einem anderen Material herge­ stellt sein. Für die Dialysemembran geeignet sind grundsätzlich solche Membranen, die einen selektiven Stoffdurchgang ermöglichen. Je nach Anwendungsfall kann die Trenngrenze einer Dialysemembran zwischen etwa 1000 und einigen 100.000 Dalton liegen. Bei der Dialysemembran kann es sich um eine Membran handeln, die originär für Dialysezwecke bestimmt ist. Solche Membranen werden üblicherweise als "Dia­ lysemembran" bezeichnet.

Eine Membran aus einem besonderen Werkstoff kann mit dem übrigen Material des Stopfens auf verschiedene Weise verbunden werden. Vorzugsweise kann die Verbin­ dung durch Verschweißen und/oder Kleben und/oder Siegeln und/oder Umspritzen und/oder Festklemmen erfolgen. Diese Verbindung kann insbesondere im Randbe­ reich des Durchganges durchgeführt werden.

Vorzugsweise kann der gesamte Stopfen so ausgeführt sein, daß in Verbindung mit bekannten Gefäßen (beispielsweise dem aus dem oben genannten europäischen Pa­ tent) eine Zentrifugierbarkeit gegeben ist. Demgemäß kann die Ausführung insbeson­ dere eine Belastbarkeit mit etwa 10.000 bis 20.000 g gewährleisten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Stopfen in Seitenansicht;

Fig. 2 denselben Stopfen in der Draufsicht;

Fig. 3 denselben Stopfen in einem Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 denselben Stopfen in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben;

Fig. 5 denselben Stopfen in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten.

Der Stopfen gemäß Fig. 1 bis 5 besteht aus einem Stopfenkörper 1, der einteilig aus­ gebildet ist, und einer damit randseitig verbundenen, kreisscheibenförmigen Membran 2.

Der Stopfenkörper 1 hat einen kreisringscheibenförmigen Boden 3, in dem ein großes axiales Durchgangsloch 4 ausgebildet ist. Von der - in der Fig. 1 - unteren Seite des Bodens 3 steht eine kreiszylindrische Dichtlippe 5 vor, die innen bündig mit dem Durchgangsloch 4 abschließt. Am körperfernen Ende läuft am Außenumfang der Dichtlippe 5 ein leicht konvexer Dichtwulst 6 um. In Fortsetzung der Wölbung des Dichtwulstes 6 zum körperfernen Ende der Dichtlippe 5 hin verjüngt sich die Wand­ stärke der Dichtlippe 5 stark. Hierdurch wird sowohl die Dichtwirkung verbessert als auch das Einführen des körperfernen Endes der Dichtlippe 5 in die Öffnung eines Ge­ fäßes erleichtert.

Auf der Oberseite des Bodens 3 läuft um die Durchgangsöffnung 4 ein im Querschnitt dreieckförmiger Vorsprung 7 um, auf dessen Spitze die Dialysemembran 2 aufliegt. Die Dialysemembran 2 ist mit dem Vorsprung 7 verschweißt.

Ferner trägt der Boden 3 auf derselben Seite an seinem äußeren Umfang einen vor­ springenden Rand 8, der konzentrisch zum Durchgangsloch 4 ausgerichtet ist. Im Rand 8 sind symmetrisch um die Achse vier Taschen 9 ausgebildet. Diese erstrecken sich vom distalen Ende des Randes 8 bis etwa auf das Niveau der Außenseite der Membran 2. Sie sind etwa trapezförmig, wobei sich ihre breite Basis am körperfernen Ende des Randes 8 befindet und ihre schmalere Seite in der Nähe der Membran 2.

Ferner weist der Stopfenkörper 1 außen auf dem Niveau des Bodens 3 zwei seitlich vorstehende Laschen 10 auf, die sichelförmig sind. Die Laschen 10 schließen unten bündig mit der Unterseite des Bodens 3 ab.

Der unten über die Dichtlippe 5 vorstehende Abschnitt des Bodens 3 bildet zusammen mit den Laschen 10 einen Vorsprung 11, mit dem sich der Stopfen am oberen Rand der Öffnung eines Gefäßes abstützen kann, in die er mit der Dichtlippe 5 abdichtend einsetzbar ist. Der gezeigte Stopfen ist für das Einsetzen in ein Laborgefäß mit einem Füllungsvolumen von etwa 1,5 bis 2,2 ml bestimmt, das Gegenstand des europäischen Patentes EP-B1-0 149 797 B2 ist.

Der Stopfen ist zu Dialysezwecken nutzbar, indem in einen Napf 12, der von der Dichtlippe 5 und der Membran 2 begrenzt ist, eine Dialyseprobe eingefüllt wird. Da­ bei wird der Stopfen mit der Dichtlippe 5 nach oben gehalten.

Danach kann das Gefäß mit seiner Öffnung von oben auf die Dichtlippe 5 gestülpt und damit die Probe abgedeckt werden.

Danach wird der Stopfen mit Hilfe des Gefäßes so in Dialyseflüssigkeit getaucht, daß zumindest die Außenseite der Membran 2 in die Dialyseflüssigkeit eintaucht. Dabei kann eine Luftblase durch die Taschen 9 seitlich entweichen und Dialyseflüssigkeit durch dieselben Taschen 9 entlang der Membran 2 wandern. Infolgedessen findet der Dialysevorgang statt.

Schließlich kann das Gefäß umgedreht und in eine Zentrifuge gesteckt werden. Dieses bewirkt das Ansammeln des Dialysates auf dem Gefäßboden, wobei auch kleinste Reste von der Dialysemembran 2 abgelöst werden. Dabei kann ein Deckel des ver­ wendeten Gefäßes in die von dem Rand 8 gebildete Aufnahme 13 eingeklemmt wer­ den.

Schließlich kann das Dialysat in demselben Gefäß weiterbehandelt werden, wobei ge­ gebenenfalls der Stopfen entfernt und das Gefäß mit dem zugehörigen Deckel ver­ schlossen werden kann.

Claims (21)

1. Stopfen zum Verschließen der Öffnung eines Gefäßes für Laborarbeiten mit

• - einem kreisringförmigen Dichtbereich (6) am Außenumfang zur abdichten­ den Anlage an der Innenwand des Gefäßes,
• - einem axialen Durchgang (4) und
• - einer den Durchgang (4) versperrenden Dialysemembran (2).

2. Stopfen nach Anspruch 1, der einen Boden (3) mit einem von der Dialyse­ membran (2) abgedeckten axialen Durchgangsloch (4) des Durchganges aufweist.

3. Stopfen nach Anspruch 2, der eine kreiszylindrische Dichtlippe (5) an einer Seite des Bodens (3) aufweist.

4. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Dichtbereich ein Dicht­ wulst (6) ist.

5. Stopfen nach Anspruch 4 und 4, bei dem der Dichtwulst (6) am körperfernen Ende der Dichtlippe (5) angeordnet ist.

6. Stopfen nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Boden (3) mit dem von der Dialysemembran (2) versperrten Durchgangsloch (4) und die Dichtlippe (5) einen Napf (12) für die Aufnahme einer Dialyseprobe begrenzen.

7. Stopfen nach Anspruch 6, bei dem der Napf (12) ein Aufnahmevolumen von maximal 250 µl aufweist.

8. Stopfen nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Dialysemembran (2) auf der von der Dichtlippe (5) abgewandten Seite des Bodens (3) angeordnet ist.

9. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 8, der einen vorspringenden Rand (8) an einer weiteren Seite des Bodens (3) aufweist.

10. Stopfen nach Anspruch 9, der einen zumindest teilweise um den Durchgang um­ laufenden Rand (8) aufweist.

11. Stopfen nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Rand (8) mindestens eine querge­ richtete Durchgangsöffnung (9) hat.

12. Stopfen nach Anspruch 11, bei dem die mindestens eine Durchgangsöffnung (9) bis etwa zum Niveau der Dialysemembran (2) erstreckt ist.

13. Stopfen nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die mindestens eine Durchgangs­ öffnung eine Tasche (9) ist, die sich vom körperfernen Ende des Randes (8) auf den Boden (3) zu erstreckt.

14. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, der außen mindestens einen Vor­ sprung (11) zum Abstützen am Rand der Öffnung des Gefäßes hat.

15. Stopfen nach einem der Ansprüche 3 bis 14, bei dem der Vorsprung (11) von ei­ nem seitlich über die Dichtlippe (5) hinausstehenden Randbereich des Bodens (3) gebildet ist.

16. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, der mindestens eine seitlich nach außen vorstehende Lasche (10) aufweist.

17. Stopfen nach Anspruch 16, der an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten Laschen (10) aufweist.

18. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Verschließen eines Laborgefäßes mit einem Fassungsvermögen von etwa 1,5 bis 2,2 ml.

19. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 18, der aus Kunststoff hergestellt ist.

20. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dessen Dialysemembran (2) eine Ausschlußgrenze von 4 bis 100 kD hat.

21. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem die Dialysemembran (2) mit einem anderen Material des Stopfens durch Verschweißen und/oder Kleben und/oder Siegeln und/oder Umspritzen und/oder Festklemmen verbunden ist.