DE10106362B4

DE10106362B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Sammeln von wässrigen Flüssigkeitsproben

Info

Publication number: DE10106362B4
Application number: DE2001106362
Authority: DE
Inventors: Michael Licht
Original assignee: Licht Michael Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Licht Michael Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: DE10106362A1

Abstract

Vorrichtung zum Sammeln von wässrigen Flüssigkeiten umfassend,
a) eine Kapillare (1) mit einer Einsaugöffnung (6) und einer Auslassöffnung (7),
b) ein Verschlusselement (4) im Bereich der Auslassöffnung (7), aus wasserquellbaren Polymer,
c) wenigstens eine Sollbruchstelle (8), die so an- geordnet ist, dass das Verschlusselement (4) einschließlich des es umgebenden Kapillarsegments auf- oder abgebrochen werden kann,
d) innerhalb der Kapillare (1) ein ferromagnetisches Mischelement (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sammeln von wässrigen Flüssigkeitsproben, vorzugsweise menschlichen und tierischen Körperflüssigkeiten, besonders bevorzugt von Blut, gemäß den Patentansprüchen.
Beim Sammeln von Blutproben werden für größere Probenvolumina Spritzen, für geringere Volumina Kapillaren verwendet. Das aus einer Wunde austretende Blut wird durch die in den Kapillaren wirkenden Kapillarkräfte eingesaugt. Dazu wird das Einsaugende der Kapillare in den Blutstropfen eingetaucht und das Kapillarröhrchen vorzugsweise horizontal oder leicht gesenkt gehalten. Nach dem Füllen der Kapillare ist diese in der Regel mit einem separaten Stopfen zu verschließen. Dazu muss die Kapillare möglichst waagerecht gehalten werden um ein Auslaufen des Blutes zu vermeiden. Eine andere Möglichkeit ist, wie im US-Patent 5,065,768 vorgeschlagen, ein Ende der Kapillare mit selbstverschließenden Polymeren, zu versehen. Das Blut lässt dabei wasserabsorbierende Polymere wie in der DE-A-199 09 653 und DE-A-199 09 838 beschrieben, aufquellen wodurch die Öffnung verschlossen wird. Solche Verschlüsse halten Zentrifugalkräften von bis zu 10000 g stand. Für das Entfernen des besagten selbstverschließenden Stopfens, z. B. um das Blut der nasschemische Analysen zuzuführen, wurde im US-Patent-5,065,768 vorgeschlagen mit einer dünnen Nadel ein Luftloch in das aufgequollene Polymer zu bohren. Dabei riskiert man jedoch die Verschmutzung der Probe mit einzelnen aufgequollenen Polymerpartikeln, die leicht zu Verstopfungen der Leitungen des Analysengeräts führen.
Zur Durchmischung der Blutprobe, wie z. B. bei der Blutgasanalyse notwendig, wird ein Mischstäbchen in die Kapillare eingeführt. Als Mischstäbchen verwendet man aus ferromagnetischem Material bestehende, meist galvanisch beschichtete Eisenstäbchen. Der Außendurchmesser des Mischstäbchens ist dabei kleiner als der Innendurchmesser der Kapillare, zur besseren Handhabbarkeit besitzt das Stäbchen eine Länge von einigen Millimetern. Nach dem Einsetzen des Mischstäbchen wird das durch das Volumen des Stäbchens verdrängte Blut von der Kapillare abgewischt und das Einsaugende mittels eines Stopfens verschlossen.
Bei diesen Handgriffen ist der Operator dem Kontakt mit potentiell infektiösem Material ausgesetzt. Die Probennahme inklusive des Einführens des Mischstäbchens sollte zügig geschehen, da zum einen eine Nachversorgung der offene Wunde erfolgen muss und zum anderen keine Vermischung der Probe mit dem Luftsauerstoff erfolgen darf, da sich solche Gasverunreinigungen im präanalytischen Fehler der Blutgasanalyse niederschlagen. Wegen des geringen Kapillardurchmessers und der dadurch bedingten geringen Stäbchengrösse, gestaltet sich gerade das Einführen des Mischstäbchens schwierig und zeitaufwendig. Abhilfe verschafft man im Stand der Technik dadurch, dass das Mischstäbchen vor der Probennahme in die Kapillare eingeführt wird und als Transportsicherung des Mischstäbchens die Kapillare mit Stopfen verschlossen wird. Vor der Aufnahme der Flüssigkeitstropfen in die Kapillare ist der Stopfen so weit zu lösen, dass die verdrängte Luft aus der Kapillare ohne größeren Widerstand entweichen, das Mischstäbchen jedoch nicht herausfallen kann. Dabei darf das Einsaugende nicht zu stark nach unten gehalten werden, damit das Mischstäbchen nicht bei der Probennahme herausfällt. Diese Schritte schränken das Handling des Operators stark ein und fordern dessen erhöhte Aufmerksamkeit.
Zur Analyse wird das Mischstäbchen mittels eines außen an der Kapillare vorbeigeführten Magneten in der Kapillare bewegt und die Probe somit durchmischt. Nach dem Entfernen des Stopfens wird die Kapillare in die Aufgabeöffnung des Analysengerätes gesteckt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung von Kapillaren, welche die zuvor genannten Nachteile ausschließen, eine Kontamination der Probe vermeiden und dem Operator ein schnelles, sicheres und komfortables Handling der Kapillare und Proben ermöglichen.
Beschreibung der Figuren
1 zeigt die Kapillare 1, das Verschlusselement 4 und die Sollbruchstelle 8, die im Bereich des Verschlusselements 4 angeordnet ist und ein leichtes Auf- oder Abtrennen des Verschlusselements samt des ihn umschließenden Kapillarsegments ermöglicht, ohne Mischelement.
2 zeigt die Kapillare 1, das Verschlusselement 4 und die Sollbruchstelle 8, die im Bereich des Verschlusselements 4 angeordnet ist und ein leichtes Abtrennen des Verschlusselements ermöglicht, sowie die Sollbruchstelle 8', durch die ein definiertes Volumenelement abgetrennt werden kann, ohne Mischelement.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform umfassend die Kapillare 1, ein Mischelement 2, das Verschlusselement 4, eine Sollbruchstelle 8, ein erstes Rückhalteelement 3 im Bereich der Auslassöffnung 7 und ein weiteres Rückhalteelement 5 im Bereich der Einsaugöffnung 6.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform umfassend die Kapillare 1, ein Mischelement 2, das Verschlusselement 4, die Sollbruchstelle 8, ein erstes Rückhalteelement 3, gebildet durch eine Biegung der Kapillare 1 im Bereich der Auslassöffnung 7 und ein weiteres Rückhalteelement 5 im Bereich der Einsaugöffnung 6, gebildet durch eine radiale Einschnürung.
5 zeigt verschiedene Ausgestaltungen von Rückhalteelementen, die zu einer Reduzierung des inneren Kapillarquerschnitts führen. Während die Varianten A-C lokale Einbauten bzw. Stege darstellen, beschreibt D eine radiale Einschnürung.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sammeln von wässrigen Flüssigkeiten umfassend,

a) eine Kapillare 1 mit einer Einsaugöffnung 6 und einer Auslassöffnung 7,
b) ein Verschlusselement 4 im Bereich der Auslassöffnung 7, aus wasserquellbaren Polymer,
c) wenigstens eine Sollbruchstelle 8, die so angeordnet ist, dass das Verschlusselement 4 einschließlich des es umgebenden Kapillarsegments auf oder abgebrochen werden kann.
d) innerhalb der Kapillare (1) ein ferromagnetisches Mischelement.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die aufzunehmenden Flüssigkeiten aufgrund der wirkenden Kapillarkräfte angesaugt. Geeignete Kapillaren 1 weisen daher einen Innendurchmesser von 0,001 bis 20 mm, bevorzugt 0,01 bis 15,8 mm, besonders bevorzugt 0,6 bis 2,0 mm auf. Der Außendurchmesser der Kapillare ist dabei so zu wählen, dass eine ausreichende Wandstärke vorhanden ist, um die notwendige Stabilität und Steifigkeit der Vorrichtung zu gewährleisten. Andererseits darf jedoch das Handling nicht durch unnötiges Gewicht oder die Abmessungen der Kapillare beeinträchtigt werden.
Geeignete Kapillaren 1 weisen daher einen Außendurchmesser von 0,01 bis 25 mm, bevorzugt 0,2 bis 16 mm, besonders bevorzugt 1 bis 3 mm auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Kapillaren einen runden Innenquerschnitt auf.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Einsaugendes 6 ist der Luerkonus der es ermöglicht zur arteriellen als auch venösen Blutentnahme eine Kanüle aufzusetzen. In einer weiteren Ausgestaltungsform ist das Einsaugende mit Kanülenschliff versehen oder ausgeformt, so das bei entsprechend geringen Außendurchmesser ein durchdringen der Haut und Ligamentums bei minimalen Gewebeschäden möglicht ist.
Bevorzugte Materialien sind insbesondere Glas, Aluminium, Titan, polyolefinische Kunststoffe und chirurgische Stähle. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist Glas ein besonders bevorzugter Werkstoff. Dies ist besonders auf die transparenten Eigenschaften, die ein gutes Abmessen der Proben ermöglichen, die hohe thermische und chemische Stabilität, die ein Sterilisieren der Kapillare 1 erlaubt, die Sprödigkeit, die einfache Herstellung und den geringen Materialpreis zurückzuführen. Üblicherweise werden Glassorten eingesetzt, die zumindest der Klasse HGB 3 nach ISO 719 angehören. Geeignete Kunststoffe, sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Polyolefinen [wie z. B. PE, PP, Topas^® (ein Ethylen/Norbornen-Copolymer), SEBS], Polyestern (PET, PBT), Polyacrylaten, Polycarbonaten und Polyvinylchlorid, Polyamiden und PTFE. Bei Verwendung von Kunststoff ist die Wandstärke für Kapillaren, die zur Blutgasuntersuchung eingesetzt werden, so zu wählen, dass eine ausreichende Gasdichtigkeit gewährleistet ist und/oder die Kapillare mit gasdichteren Material zu beschichten. Beschichtungsmaterial und Methoden sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik z. B. aus der Offenbarung EP 0607573 bekannt. Dabei handelt es sich um Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und/oder Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Methylmethacrylat-Methylacrylat-Acrylsäurepolymere.
In einer besonderen Ausgestaltungsform bilden zwei verschiedene oder gleiche Materialien im gepresster, warm- oder kaltlaminierter Form die Ober- und Unterseite der Kapillarröhre.
Als Verschlusselement 4 im Bereich der Auslassöffnung 7 werden Polymere, die durch die eindringenden wässrigen Probemedien aufquellen und somit die Kapillaröffnung abdichten, verwendet. Solche wasserquellbaren Polymere ersparen dem Operator die Handhabung von separaten Stopfen. Der Wegfall dieses Arbeitsschrittes erleichtert zudem die Automatisierung der Probenentnahme und -analyse. Geeignete wasserquellbare Polymere, die den Verschluss der Kapillare nach ihrem Füllen bewirken, sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik z. B. aus der Offenbarung der DE-A-199 09 838 oder der DE-A-199 09653 bekannt. Dabei handelt es sich um Verbindungen wie z. B. vernetzte Polyacrylsäuren oder vernetzte Stärke-Acrylsäure-Pfropfpolymerisate, Alginate, Hydroxyethylcellulose, Carrageen, Gummi arabicum oder Mischungen dieser Verbindungen. Die Polymere werden zwischen der Sollbruchstelle 8 und der Auslassöffnung 7 befindliche Segment der Kapillare aufgebracht. Bevorzugt wird dieses Kapillarstück ganz oder Teilweise mit dem Polymer beschichtet. Die Verwendung eines solchen Polymerverschlusses 4 schließt die zusätzliche Benutzung von separaten oder anhängenden Stopfen, die nach dem Füllen der Kapillare deren Enden verschließen nicht aus. Die anhängenden Stopfen können über ausreichend lange bewegliche Verbindungsstücke auf die Kapillarenden befestigt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verbindungsstück, zum anhängendem Stopfen, mit wenigstens eine Sollbruchstelle versehen, die es ermöglicht den Stopfen abzubrechen.
Zur Analyse der Probe wird das Verschlusselement 4 mitsamt des es umgebenden Kapillarsegments auf oder abgetrennt. Diesen Vorgang erleichtert eine Sollbruchstelle 8, die vor dem Verschlusselement 4 auf der Kapillare 1 angeordnet ist. Durch das Auf- oder Abbrechen des verstopften Kapillarsegments an dieser prädisponierten Position kann die in der Kapillare eingeschlossene flüssige Probe freigesetzt werden. Die Sollbruchstelle 8 kann durch eine Einkerbung der Kapillaraußenwandung gebildet werden. Darüber hinaus kann aber auch eine Einschnürung, die zugleich zu einer Verringerung des inneren Querschnitts der Kapillare führt, als Sollbruchstelle verwendet werden.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kapillare weist neben der, im Bereich der Auslassöffnung 7 angeordneten Sollbruchstelle 8, zusätzliche Sollbruchstellen 8'–8^n' auf, die in axialer Richtung entlang der Kapillare angeordnet sind. Durch diese zusätzlichen Sollbruchstellen können vordefinierte Volumenelemente der Kapillare abgetrennt werden, was das genaue Abmessen definierter Flüssigkeitsvolumina ermöglicht.
Bei einer zusätzlichen Variante der vorliegenden Erfindung erleichtert eine graduierte Skala, die an der Außenwandung der Kapillare angebracht ist, das Abmessen definierter Flüssigkeitsmengen. Die Graduierung als auch weitere zur Kennzeichnung von Medizinprodukten nötige Informationen wie in DIN EN 1041 beschrieben kann durch Farbauftragung, Ätzung oder Einkerbung auf der äußeren Oberfläche der Kapillare angebracht sein, beispielsweise ringförmig.
Für die Aufnahme von Blut ist die innere Kapillaroberfläche ganz oder teilweise mit Coa- oder Anticoagulanzien und/oder Fibrinolytika zu beschichten. Als Coagulanzien kann ein oder mehrere Gerinnungsfaktoren, Thrombin, Phospholipide, Protaminsulfat, Kaolin, Quarz oder Mischungen dieser Verbindungen verwendet werden. Als Fibrinolytika kann Plasmin, Urokinase, Streptokinase oder Mischungen dieser Verbindungen verwendet werden. Geeignete Anticoagulanzien sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik z. B. DIN ISO 6710 oder US 3,634,123 bekannt. Dabei handelt es sich um Verbindungen wie Oxalat, EDTA tri Kalium, EDTA di Natrium, EDTA di Kalium, NaF, Citrat, Dextransulfat, Hirudin, Ammonium Heparin, Natrium Heparin, Benzalkonium Heparin, Zink Heparin, Lithium Heparin, Calcium Heparin oder Mischungen dieser Verbindungen.
Das Mischelement 2 besteht aus einem ferromagnetischen Material und kann daher mit einem von außen an die Vorrichtung herangeführten Magneten in Bewegung gesetzt werden. Geeignete Materialien derartiger Mischelemente sind chirurgische Stähle mit einem hohen Eisenanteil, oder entsprechend magnetisierbare eisenhaltige Metalle, mit oder ohne einer inerten galvanischen, keramischen und/oder Polymerbeschichtung. Für die Ausgestaltung des Mischelements 2 sind zahlreiche Formen und Querschnitte möglich. Aufgrund der erleichterten Herstellbarkeit, ist jedoch eine angenähert zylindrische Form von Vorteil. Um eine gute Durchmischung der Probe zu gewährleisten, sollte die Querschnittsfläche des Mischelements 2 mindestens 5 bis 99%, bevorzugt 40 bis 80%, besonders bevorzugt 50–70% des inneren Querschnittsfläche der Kapillare 1 betragen. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Kapillaren, wird das Mischelement 2 schon bei der Herstellung der Vorrichtung eingesetzt und mit Hilfe geeigneter Mittel in einem mittleren Segment der Kapillare 1 fixiert.
Zur Fixierung des Mischelements 2 kann ein Rückhalteelement 5 im Bereich der Einsaugöffnung 6, welches den Innenquerschnitt der Kapillare 1 unter den Querschnitt des Mischelements 2 reduziert und ein weiteres Rückhalteelement 3 im Bereich der Auslassöffnung 7 der Kapillare verwendet werden. Das Mischelement 2 kann dabei innerhalb eines begrenzten Segments der Kapillare, welches sich zwischen den Rückhalteelementen 5 und 3 befindet, in axialer Richtung bewegt werden.
Als Rückhalteelemente 5 werden in diesem Zusammenhang alle Mittel bezeichnet, die den Querschnitt der Kapillare soweit reduzieren, dass das Mischelement 2 diese Verengung nicht passieren kann. Solche Mittel können z. B. radiale Verjüngungen, Einschnürungen, Einbauten, Stege oder ähnliches sein.
Als Rückhalteelemente 3 werden in diesem Zusammenhang alle Mittel bezeichnet, die ein Passieren des Mischelements 2 verhindern. Dazu ist nicht zwingend eine der zuvor genannten Reduzierung des Kapillarquerschnitts erforderlich, auch eine ausreichend starke Krümmung der Kapillare kann das Passieren des Mischelements 2 verhindern.
Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung nutzt zur Fixierung des Mischelements 2 ein wasserlösliches Polymer, durch weiches das Mischelement 2 an der Wandung der Kapillare 1 haftet und folglich nicht herausfallen kann. Nach dem Füllen des Kapillarinnenraums mit der wässrigen Probenflüssigkeit löst sich das Polymer und gibt das Mischelement frei. Geeignete wasserlösliche Polymere sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik wie z. B. aus DE-A-199 09 83 A1 bekannt. Dabei handelt es sich um Verbindungen wie teil- oder vollverseiften Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrollidon, Stärke und Stärkederivate, Polyglycol und/oder Polyacrylsäuren, bevorzugt verwendet man Polyvinylpyrollidon.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Sammeln wässrigen Flüssigkeitsproben unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung. Aufgrund der wenigen und einfachen Arbeitsschritte, insbesondere zur Freisetzung der Proben durch Auf- oder Abbrechen 5 des Polymerverschlusses 4 entlang der Sollbruchstelle 8 ist das Verfahren insbesondere zur Automatisierung mit Hilfe von Autosamplern und Analyserobotern geeignet.

Claims

Vorrichtung zum Sammeln von wässrigen Flüssigkeiten umfassend, a) eine Kapillare (1) mit einer Einsaugöffnung (6) und einer Auslassöffnung (7), b) ein Verschlusselement (4) im Bereich der Auslassöffnung (7), aus wasserquellbaren Polymer, c) wenigstens eine Sollbruchstelle (8), die so an- geordnet ist, dass das Verschlusselement (4) einschließlich des es umgebenden Kapillarsegments auf- oder abgebrochen werden kann, d) innerhalb der Kapillare (1) ein ferromagnetisches Mischelement (2).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (8) durch eine Einerbung gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (1) im Bereich der Auslassöffnung (7) ein Rücklialteelement (3) für das Mischelement (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (3) gebildet wird durch i) eine Reduzierung (3) des inneren Querschnitts der Kapillare (1) unter den Querschnitt des Mischelements (2) und/oder ii) eine Biegung (3) der Kapillare (1) und/oder iii) ein wasserlösliches Polymer, durch welches das Mischelement (2) an der Kapillarinnenwandung haftet.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (1) im Bereich der Einsaugöffnung (6) ein Rückhalteelement (5) für das Mischelement (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (5) gebildet wird durch i) eine Reduzierung (3) des inneren Querschnitts der Kapillare (1) unter den Querschnitt des Mischelements (2) und/oder ii) eine Biegung (3) der Kapillare (1).
Vorrichtung nach irgendeinen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsaugende (6) der Kapillare (1) als Luerkonus ausgeformt ist.
Vorrichtung nach Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Einsaugende (6) der Kapillare (1) mit Kanülenschliff versehen oder ausgeformt ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie entlang der Kapillare (1) weitere Sollbruchstellen (8') aufweist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Mischelement (2) eine Querschnittsfläche besitzt, die bis zu 99% der inneren Querschnittsfläche der Kapillare (1) beträgt.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (1) einen Innendurchmesser von 0,001 bis 20 mm aufweist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (1) an ihrer Innen- und/oder Außenwandung eine Sperrschicht aus Aluminiumoxid, Siliciumoxid und/oder Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Methylmethacrylat-Methylacrylat-Acrylsäure-Polymers trägt.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ober und Unterseite der Kapillare (1) aus zwei verschiedenen oder gleichen Materialien zusammengefügt, kalt- oder warmlaminiert sind.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (1) an ihrer Außenwandung eine Graduierung und/oder Beschriftung aufweist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (1) an ihrer Innenwandung ganz oder teilweise mit Coa- oder Anticoagulantien und/oder Fibrinolytika beschichtet ist.
Verfahren zum Sammeln wässrigen Flüssigkeitsproben, durch Verwendung einer Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsproben ausgewählt sind aus menschlichen und tierischen Körperflüssigkeiten.