DE102006014495B4

DE102006014495B4 - Vorrichtung zum Nehmen von Proben aus Systemen mit flexiblen Wandungen und zum Eintragen von Fluiden in solche

Info

Publication number: DE102006014495B4
Application number: DE102006014495.3A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Mennenga Heyo; Dr. Reif Oscar-Werner; Dr. Schmidt Dieter; Reinhard Vogt
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: DE102006014495A1; DE202007003707U1; US8408078B2; US20070227270A1

Abstract

Vorrichtung zum Nehmen von Proben aus Systemen (1) mit flexiblen Wandungen (2) und zum Eintragen von Fluiden in solche und aus Probennehmern/Fluidgebern (3), wobei mindestens ein Probennehmer/Fluidgeber (3) vorhanden ist und der Probennehmer/Fluidgeber (3) mit einer Verbindungsfläche (4) seines Fußes (5) fluiddicht auf einem Probennahmebereich/Fluidgeberbereich (6) der flexiblen Wandung (2) außen befestigt ist und in seinem Inneren über ein Durchtrennelement (8) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Durchtrennelement (8) zum Nehmen der Proben und zum Eintragen von Fluiden in Richtung des Probennahmebereiches/Fluidgeberbereiches (6) derart vorschiebbar ist, dass die Wandung (2) innerhalb des Probennahmebereiches/Fluidgeberbereiches (6) perforierbar ist, so dass zwischen dem Inneren (15) des Systems (1) und dem Probennehmer/Fluidgeber (3) eine kommunizierende Verbindung (9) besteht und wobei zum Vorschieben das Durchtrennelement (8) von einer elastischen Hülle (5, 11, 13) umschlossen ist, und das System (1) und der Probennehmer/Fluidgeber (3) innerlich steril und der Probennahmebereich/Fluidgeberbereich (6) und die Verbindungsfläche (4) durch abziehbare Schutzfolien (7, 7') keimfrei sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Form einer Einheit aus einem System mit flexiblen Wandungen, wie Behältern, Beuteln und Schläuchen und einem Probennehmer zum Nehmen von Proben aus den Systemen und zum Eintragen von Fluiden in die Systeme.
Aus der DE 197 80 610 T1 ist eine Probenahme vorrichtung für Gase aus zu kontrollierenden verschlossenen Behältern, insbesondere Dosen oder luftdicht verschlossenen weichelastischen Beuteln, die Lebensmittel enthalten, bekannt, welche auf dem Behälter fixierbar ist, wobei ein Entnahmeelement die Wandung des Behälters durchdringen kann. Nachteilig ist, dass eine Kontamination des Inhalts des Gefäßes oder der Umgebung durch die Probenahmevorrichtung nicht ausgeschlossen werden kann und dass der Aufwand in ihrer Herstellung und in ihrem Gebrauch relativ hoch ist. Aus der DE 34 39 778 A1 ist eine Probenahmevorrichtung für Gase aus zu kontrollierenden verschlossenen Packungen, insbesondere Dosen, die Lebensmittel enthalten, bekannt. Auf der Packung ist ein Saugnapf aufgesetzt und an dessen Innenraum ein Vakuum angelegt. Ein freies Ende eines Durchtrennelements ist aus dem evakuierten Raum schlagartig in die Packung einbringbar. Der evakuierte Raum des Saugnapfes nimmt das Gas auf, welches über eine Kapillare einem Analysegerät zuführbar ist. Ein ebenfalls evakuierbarer den Saugnapf umhüllender Balg kann die Fixierung des Saugnapfes auf der Packung verstärken. Nachteilig ist, dass die Vorrichtung wegen des Vakuums nicht zum Eintragen von Fluiden geeignet ist, kein steriles Arbeiten ermöglicht und eine Kontamination des Inhalts der Packung durch die Probenahmevorrichtung nicht ausgeschlossen werden kann, der Aufwand für Herstellung und Gebrauch relativ hoch ist. In der EP 1 060 730 A2 wird eine Konnektoranordnung zum Anschluss einer Schlauchleitung an eine Verpackung, die eine Flüssigkeit für medizinische Anwendungen enthält, beschrieben. Das Anschlusssystem umfasst einen Spike, an den die Schlauchleitung anschließbar ist, und eine den Spike über seine gesamte Länge umschließende Abdeckung. Die Spikeabdeckung wird an das Portsystem konnektiert und durch Aufschrauben eines ersten auf ein zweites Teilstück der Spikeabdeckung teleskopartig vorgeschoben, wobei eine Membran durchstoßen wird, die Konnektorstück abdeckt. Aus der WO 98/48 765 A1 ist ein steriler Konnektor zum Anschluss einer Schlauchleitung an einen medizinische Flüssigkeiten enthaltenden Behälter bekannt, der ein Anschlussstück aufweist, das mit einer kanalförmigen Ausnehmung versehen ist, die von einer durchstechbaren Membran verschlossen ist. das andere Ende der kanalförmigen Ausnehmung ist mit einer als Abbrechteil ausgebildeten Schutzkappe verschlossen. Bei einer ähnlichen Vorrichtung gemäß DE 196 37 856 A1 ist nach Abnehmen einer Schutzkappe ein mit einer Überwurfmutter versehener Dorn in die kanalförmige Ausnehmung einsetzbar, der durch Drehen der Überwurfmutter die Membran durchsticht. Nachteilig ist, dass beim Entfernen der Schutzkappe die kanalförmige Ausnehmung kontaminiert werden kann.
Einer der aktuellen Trends der Bioprozess- und Pharmatechnik ist die zunehmende Nutzung innerlich steriler flexibler Einweg-Systeme. Die Wandungen dieser Systeme trennen die innere sterile Umgebung von der äußeren weitgehend unsterilen Umgebung ab (Sterilbarriere). Bei der Nutzung derartiger Systeme dürfen keine Keime von außen nach innen oder von innen nach außen gelangen.
„Steriles System” wird hier in dem Sinne gebraucht, dass dieses System vor der Nutzung steril ist und während des Gebrauchs infolge seiner Ausführung keine Keime von außen in das Innere des Systems gelangen lässt.
Ein Problem bei der Nutzung derartiger Systeme ist das Entnehmen von Proben aus den flexiblen sterilen Einwegsystemen. Bei Blutbeuteln als das bekannteste Beispiel für sterile, flexible Einwegsysteme ist bekannt, einen mit dem sterilen Inneren verbundenen und auf der anderen Seite geschlossenen Schlauch zu nutzen, diesen mit einer Rollerzange zu leeren, dann mit der Ausdehnung des Schlauches nach Wegnahme der Rollerzange diesen mit der zu prüfenden Flüssigkeit voll laufen zu lassen, dann am Ende des Schlauches ein Schlauchstück mit zwei nebeneinander liegenden Schweißstellen abzuschweißen und den Schlauch zwischen den Schweißstellen durchzuschneiden. Das Ergebnis ist ein kleines Probenvolumen in einem beidseitig sicher geschlossenen Schlauchstück. Hier ist die Beschränkung auf sehr kleine Probenvolumen nachteilig. Probennahmesysteme wie sie an Stahlreaktoren Anwendung finden, sind für flexible Systeme nicht bekannt. Diese haben den Nachteil, dass sie zum Gebrauch in Verbindung mit Bioreaktoren ganz oder teilweise vorzugsweise mittels Dampf aufwändig zu sterilisieren sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Nehmen von Proben aus Systemen und zum Eintragen von Fluiden in Systeme mit flexiblen Wandungen anzugeben, die Forderungen nach Reinheit gerecht wird und wenig Aufwand für die Herstellung und den Gebrauch der Vorrichtung erfordert.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung in Form einer Einheit aus einem System mit flexiblen Wandungen und wenigstens einem Probennehmer zum Nehmen von Proben aus dem System und zum Eintragen von Fluiden in das System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur besseren Übersichtlichkeit und der sprachlichen Einfachheit halber wird nur der Begriff „Probennehmer” benutzt. Darunter soll aber sowohl ein Probennehmer zum Nehmen von Proben aus dem System als auch ein Fluidgeber zum Eintragen von Fluiden in das System verstanden werden.
Der Probennehmer ist mit einer Verbindungsfläche seines Fußes fluiddicht auf einem Probennahmebereich der flexiblen Wandung außen befestigt und er verfügt in seinem Inneren über ein Durchtrennelement.
Zur besseren Übersichtlichkeit und der sprachlichen Einfachheit halber wird nur der Begriff „Probennahmebereich” benutzt. Darunter soll aber sowohl ein Probennahmebereich zum Nehmen von Proben aus dem System als auch ein Fluidgeberbereich zum Eintragen von Fluiden in das System verstanden werden.
Wenigstens das Durchtrennelement ist in Richtung des Probennahmebereiches zum Nehmen der Proben derart vorschiebbar, dass dabei die Wandung innerhalb des Probennahmebereiches perforiert wird, so daß zwischen dem Inneren des Systems und dem Probennehmer eine kommunizierende Verbindung besteht. Das Vorschieben des Durchtrennelementes kann beispielsweise per Hand erfolgen, wobei das Durchtrennelement vorteilhafterweise von einer elastischen, zum Beispiel balgartigen Hülle umschlossen ist.
Das System und der Probennehmer sind innerlich steril und der Probennahmebereich und die Verbindungsfläche sind keimfrei ausgeführt. Dazu sind der Probennahmebereich und die Verbindungsfläche des Fußes des Probennehmers vorsterilisiert und mit abziehbaren Schutzfolien überdeckt, die erst während des Zusammenfügens entfernt werden. Die Sterilisierung des Probennahmebereichs der flexiblen Wandung außen kann beispielsweise großflächig durch Behandeln mit Sterilisationsmitteln erfolgen.
Vorteilhafterweise verfügt der Probennehmer an seinem Fuß über ein Septum, welches mit der flexiblen Wandung verbunden ist. Dabei kann ein Schaftteil des Septums oder der Fuß des Probennehmers elastisch ausgebildet sein, wodurch zum Nehmen der Proben das Durchtrennelement in Richtung des Probennahmebereiches derart vorschiebbar ist, dass die Wandung des Systems perforierbar ist, so dass zwischen dem Inneren des Systems und dem Probennehmer eine kommunizierende Verbindung entsteht. Als Durchtrennelement sind beispielsweise Stößel, Hohlnadeln oder Doppelkanülen einsetzbar, welche über Spitzen und/oder Schneidkanten verfügen. Der Einsatz von Doppelkanülen ist bevorzugt, wenn die Wandungen der Systeme relativ unflexibel sind oder wenn größere Probenmengen schnell entnommen oder größere Fluidmengen schnell eingeführt werden sollen. Über eine der Kanülen in der Doppelkanüle wird zum Druckausgleich für die entnommene Probenmenge oder für die zugeführte Fluidmenge ein Gas in das System eingeleitet oder abgeführt, welches beispielsweise über ein hydrophobes Sterilfilter für Gase vor dem Eintritt in diese Kanüle oder vor dem Austritt aus der Kanüle steril filtriert wird. Dadurch wird gewährleistet, dass Kontaminationen des Inneren des Systems und des Probennehmers sowie der Umwelt vermieden werden. An dem Probennehmer ist ein Auffanggefäß als Probensammler, beziehungsweise ein Vorratsgefäß für einzutragende Fluide, beispielsweise in Form eines Proben/Fluidbehälters und/oder Probennehmer-/Fluidgeberschlauches anschließbar. An diese kann zur besseren Befüllbarkeit mit Proben ein Vakuum, oder zum erleichterten Eintrag von Fluiden in das System ein Überdruck angelegt sein, oder sie sind zum Nehmen von Proben über ein Sterilfilter für Gase mit der Atmosphäre in kommunizierender Verbindung.
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität der Verbindung ist bei kleinen Systemen, deren Wandungen eine starke Krümmung aufweisen, der Fuß des Probennehmers, oder aber die Form des Septums der äußeren Kontur der flexiblen Wandung im Probennahmebereich angepasst.
Vorzugsweise bestehen die Systeme mit den flexiblen Wandungen mindestens aus einem Behälter unterschiedlicher äußerer Form, wie einem Kanister, einem Beutel und/oder einem Schlauch. Die Systeme sind beispielsweise als Gefäße zum Befüllen, Mischen, Transportieren, Lagern von Medien, wie biologischen Flüssigkeiten, Seren, Puffern, ultrareinem Wasser oder dergleichen verwendbar. Sie können auch als Bioreaktoren oder Zellkulturgefäße verwendet werden. Sie kommen insbesondere in der Pharma-, Chemie-, Biotechnologieindustrie und in der Gen- und Medizintechnik zum Einsatz.
Die Vorrichtung kann auch erst in Form der Einheit aus dem System mit flexiblen Wandungen und des Probennehmers, das heißt nach Herstellung der fluiddichten Befestigung des Probennehmers auf dem Probennahmebereich des Systems sterilisiert werden, z. B. durch Einwirkung von Gammastrahlung, mittels Elektronenstrahlung oder auf andere Art, z. B. durch Einwirkung von Hitze. Dadurch sind das System mit der flexiblen Wandung und der Probennehmer innen steril. Zum Gebrauch, das heißt, wenn bei einem Prozessschritt eine Probe aus den Inneren des flexiblen Systems entnommen werden soll, wird beispielweise die Hohlnadel des Probennehmers bis zum Inneren des flexiblen Systems vorgeschoben, wobei die Wandung durchgestochen wird, und durch die Nadel fließt die zu untersuchende flüssige Probe in ein Auffanggefäß, das vorzugsweise zu Beginn der Probennahme unter Vakuum steht. An dem Sammler kann ein Probennehmerschlauch vorhanden sein, oder dieser ist direkt an dem Probennehmer angebracht. Nach dem Nehmen der Probe kann der Schlauch durch Klemmen, auch mit einer Metallklemme, oder durch Schweißen mehrfach dichtgesetzt und zwischen den dichtgesetzten Stellen getrennt werden. So kann eine beliebig große Probe steril entnommen und zur Untersuchung gebracht werden. An dem flexiblen System können mehrere derartige Probennehmer befestigt sein, so dass auch mehrere Proben getrennt entnommen oder mehrere Fluide getrennt zugeführt werden können. Der erfindungsgemäße Gegenstand kann auch zum Entnehmen von Probenmengen aus Schläuchen und zum Eintragen von Fluiden in Schläuche angewendet werden, wozu die zu durchstechende Fläche mit der Schlauchwandung dicht verbunden ist und Schlauch und Probennehmer gemeinsam sterilisiert werden. Bei der Probennahme werden Septum, Verbindungsschicht und Schlauchwandung durchstochen.
Die Erfindung soll nun anhand der 1a und 1b näher erläutert werden. Die 2 und 3 sollen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung dienen.
Dabei zeigen:
1a einen Ausschnitt eines Systems mit flexiblen Wandungen und einen Probennehmer in getrenntem Zustand,
1b einen Ausschnitt eines Systems mit flexiblen Wandungen und einen Probennehmer im Zustand der Probennahme,
2 eine weitere Vorrichtung mit einem Beutel und
3 eine weitere Vorrichtung mit einem Schlauch.
Die 1a und 1b zeigen ein System 1 mit einer flexiblen Wandung 2 und einen Probennehmer 3 zum Nehmen von Proben aus dem System und zum Einführen von Fluiden in das System. Der Probennehmer 3 verfügt über eine Verbindungsfläche 4 an seinem Fuß 5. Der Fuß ist fluiddicht auf einem Probennahmebereich 6 der flexiblen Wandung 2 außen befestigbar (1a) oder befestigt (1b). Die Verbindungsfläche 4 und der Probennahmebereich 6 können, wie in der 1a gezeigt, vor dem Zusammenfügen durch abziehbare Schutzfolien 7, 7' geschützt sein. Der Probennehmer 3 verfügt in seinem Inneren über ein Durchtrennelement 8. Das Durchtrennelement 8 ist in Richtung des Probennahmenbereiches 6 bewegbar und zwar derart, dass die Wandung 2 innerhalb des Probennahmebereiches 6 von dem Durchtrennelement 8 perforierbar ist, so dass zwischen dem Inneren des Systems 1 und dem Probennehmer 3 eine kommunizierende Verbindung 9 besteht, über welche die Probe in einen Probennehmerschlauch 10 überführt oder ein Fluid aus einem Vorratsgefäß in das System eingeführt werden kann. Das in der Ausführungsform der 1a/1b als Stößel ausgebildet Durchtrennelement 8 ist mittels einer balgartigen Umhüllung 11 bewegbar. Am Schaft des Stößels ist eine Dichtung 12 vorgesehen, die gleichzeitig eine Art Arretierung bildet.
In 2 ist ein Teil der flexiblen Wandung 2 eines innerlich sterilen Systems (Beutels) 1 dargestellt. Der Probennehmer besteht aus einer spitzen Hohlnadel als Durchtrennelement 8, einem weichen und flexiblen als Fuß 5 des Probennehmers ausgebildetem Septum 13 und einem harten Handteil 14, in dem ein Teil der Hohlnadel 8 und ein an die Hohlnadel anschließender Probennehmerschlauch 10 eingebettet sind. Der Probennehmerschlauch kann auch als Verbindungsschlauch zu einem nicht dargestellten sterilen Auffanggefäß (Sammler) für die Probe beziehungsweise eines Vorratsgefäßes für einzutragende Fluide dienen. Ein zu durchstechendes Teil des Septums 13, ist auf einem Probennahmebereich 6 der Beutelwandung 2 über eine Verbindungsfläche 4 verschweißt, verklebt oder auf andere Art fest und fluiddicht verbunden. Nach dem Herstellen dieser Verbindung werden Beutel 1 und Probennehmer 3 gemeinsam sterilisiert. Auf die gemeinsame Sterilisation kann verzichtet werden, wenn Beutel und Probennehmer getrennt sterilisiert wurden und dann auf eine Weise derart verbunden werden, dass durch den Verbindungsschritt die Verbindungsfläche 4 keimfrei ist. Dies kann z. B. durch thermisches Schweißen, z. B. Spiegelschweißen, wobei mindestens eine Seite thermisch erweicht wird, oder mit einem für organische Polymere wirksamen Kleber erfolgen, der vollständig desinfizierend wirkt. Zum Nehmen einer Probe und zum Einführen von Fluiden wird das Handteil 14 gefasst und mit diesen Teil die Hohlnadel 8 durch Septum 13 und Beutelwand 2 ins sterile Innere 15 des Beutels geschoben. Auf diese Weise entsteht eine für den Durchgang eines Fluids (Flüssigkeit, Gas) geeignete sterile kommunizierende Verbindung 9 (nicht dargestellt) vom Inneren des flexiblen Systems 1 über das Innere des Probennehmers 3 zum Auffangbehälter beziehungsweise zum Vorratsgefäß für Fluide.
In 3 ist ein Schlauch als Beispiel für ein steriles flexibles System 1 dargestellt, aus dessen sterilem Inneren 15 eine Probe zu entnehmen oder in dessen steriles Inneres ein Fluid einzuführen ist. Das Septum 13 des Probennehmers 3 ist mit der Verbindungsfläche 4 auf einem Probennahmebereich 6 mit der äußeren Wandung 2 des Schlauches 1 dicht und fest verbunden. Die Form des Septums 13 wird dazu günstigerweise dem äußeren Durchmesser des Schlauches 1 angepasst. Bei der Probennahme werden Septum 13, Verbindungsfläche 4 und Schlauchwandung 2 durchstochen.
Bezugszeichenliste

1: System
2: flexible Wandung
3: Probennehmer/Fluidgeber
4: Verbindungsfläche
5: Fuß
6: Probennahmebereich/Fluidgeberbereich
7: Schutzfolien
8: Durchtrennelement
9: kommunizierende Verbindung
10: Probennehmerschlauch
11: balgartige Umhüllung
12: Dichtung
13: Septum
14: Handteil
15: Inneres des Systems

Claims

Vorrichtung zum Nehmen von Proben aus Systemen (1) mit flexiblen Wandungen (2) und zum Eintragen von Fluiden in solche und aus Probennehmern/Fluidgebern (3), wobei mindestens ein Probennehmer/Fluidgeber (3) vorhanden ist und der Probennehmer/Fluidgeber (3) mit einer Verbindungsfläche (4) seines Fußes (5) fluiddicht auf einem Probennahmebereich/Fluidgeberbereich (6) der flexiblen Wandung (2) außen befestigt ist und in seinem Inneren über ein Durchtrennelement (8) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Durchtrennelement (8) zum Nehmen der Proben und zum Eintragen von Fluiden in Richtung des Probennahmebereiches/Fluidgeberbereiches (6) derart vorschiebbar ist, dass die Wandung (2) innerhalb des Probennahmebereiches/Fluidgeberbereiches (6) perforierbar ist, so dass zwischen dem Inneren (15) des Systems (1) und dem Probennehmer/Fluidgeber (3) eine kommunizierende Verbindung (9) besteht und wobei zum Vorschieben das Durchtrennelement (8) von einer elastischen Hülle (5, 11, 13) umschlossen ist, und das System (1) und der Probennehmer/Fluidgeber (3) innerlich steril und der Probennahmebereich/Fluidgeberbereich (6) und die Verbindungsfläche (4) durch abziehbare Schutzfolien (7, 7') keimfrei sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Hülle jenes Ende des Durchtrennelements (8) balgartig umhüllt, welches seiner Spitze abgewandt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probennehmer/Fluidgeber (3) an seinem Fuß (5) über ein Septum (13) verfügt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der elastischen Hülle als ein Schaftteil des Septums (13) oder als Fuß (5) des Probennehmers/Fluidgebers (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtrennelement (8) als Stößel, Hohlnadel oder Doppelkanüle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) aus mindestens einem Beutel und/oder Schlauch besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Form des Septums (13) der äußeren Kontur der flexiblen Wandung (2) im Probennahmebereich/Fluidgeberbereich (6) angepasst ist.