DE102009041895A1

DE102009041895A1 - Einweg-Vorrichtung zur Aufbewahrung von biologischen Flüssigkeiten und deren Verwendung zum Nachweis von Stoffen, Partikel und/oder Zellen

Info

Publication number: DE102009041895A1
Application number: DE102009041895A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Heinrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-04-07
Also published as: WO2011032530A1; US20120202193A1; EP2477743A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einwegvorrichtung, in der die Zielsubstanzen an feste Träger, vorzugsweise Mikropartikel, gebunden werden. Ein erfindungsgemäßer Mechanismus ermöglicht die einfache Konzentration der festen Träger in einem Volumen zweckmäßiger Größe. Über eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung können die festen Träger in der Vorrichtung bekannten Isolierungs-, Amplifizierungs- und/oder Nachweisreaktionen unterworfen werden. Die Vorrichtung eignet sich besonders zur Anreicherung und Isolierung und/oder Nachweis von Stoffen in bzw. aus biologischen Flüssigkeiten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gewinnen, Aufbewahrung und Bearbeiten von Substanzen aus Flüssigkeiten besteht aus einem Zylinder zur Aufnahme der Flüssigkeiten, festen Trägern, mit einer Hohlnadel durchdringbaren, Verschlüssen an beiden Enden des Zylinders, wobei wenigstens einer der Verschlüsse als Kolbenscheibe gebildet oder perforierbar ist, Trennmembranen, Hohlnadeln zum Ein- und Ableiten von Flüssigkeiten und gegebenenfalls einem Stempel zum aktiven Befüllen des Zylinders.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einwegvorrichtung in der die Zielsubstanzen an feste Träger, vorzugsweise Mikropartikel gebunden werden. Ein erfindungsgemäßer Mechanismus ermöglicht die einfache Konzentration der festen Träger in einem Volumenzweckmäßiger Größe. Über eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung können die festen Träger in der Vorrichtungen bekannten Isolierungs-, Amplifizierungs- und/oder Nachweisreaktionen unterworfen werden. Die Vorrichtung eignet sich besonders zur Anreicherung und Isolierung und/oder dem Nachweis von Stoffen in bzw. aus biologischen Flüssigkeiten.
Biologische Forschung, Erkennung von Krankheiten und Krankheitserregern, Umweltbelastungen und Nahrungsmittel-Überwachung benötigen einfache Verfahren zur Isolierung und/oder Nachweis der Zielsubstanz. In Forschungslaboren besteht der Bedarf nach Einsparung von Arbeitszeit, in der Diagnostik nach einer sinnvollen Ergänzung von automatengestützten Verfahren durch Schnellteste als Entscheidungsgrundlage über notwendige medizinische Sofortmaßnahmen. Risikogefährdete Personen wie Allergiker benötigen einfache Teste zum Ausschluss von Allergenen.
Seit Jahrzehnten haben sich Streifenteste als Schnelltest in der Diagnostik durchgesetzt. Sie bewähren sich zum Nachweis von diffundierbaren, gelösten Stoffen wie Hormone und Proteine, die in der Probe mindestens im Nanogramm-Bereich pro ml vorhanden seien müssen. Nicht nachweisbar bleiben mit diesen Verfahren niedrigere Konzentrationen von gelösten Stoffen und Partikel und/oder Zeilen, die wegen ihrer Größe nicht in den immunchemischen Reaktionsraum diffundieren können.
Mit spezifischen Antikörpern beladene Partikel werden für die Anreicherung von gelösten Stoffen erfolgreich eingesetzt. Aus großen Volumina kann so die Zielsubstanz in einen kleinen Reaktionsraum konzentriert werden. Aber auch Partikel und/oder Zellen lassen sich spezifisch mit Fängerpartikeln anreichern.
Isolieren und/oder Detektieren der Zielsubstanz erfolgt in einer Abfolge von physikalischen und chemischen Reaktionen wie z. B. Waschen mit Puffer, Freisetzten der Zielsubstanz, Inkubation mit markierten Antikörpern, Waschen und enzymchemische Detektion. Alle Reagenzien sind in Flüssigkeiten gelöst oder selbst flüssig.
Es bestand die Aufgabe, eine Vorrichtung zu entwickeln, die zur aseptischen Probenentnahme und Lagerung geeignet ist und gleichzeitig als Reaktionsraum für die Anreicherung und/oder Nachweis von Zielsubstanzen verwendet werden kann. Die Vorrichtung soll eine weitgehende Mechanisierung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung betrifft demnach eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ihre Verwendung gemäß Anspruch 15 und ein Verfahren gemäß Anspruch 19. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die überraschende Feststellung zugrunde, dass eine Vorrichtung bestehend aus oder mit

– einem Zylinder (1) zur Aufnahme der Flüssigkeiten, der vorzugsweise evakuiert ist
– festen Trägern (2),
– zumindest teilweise elastischen, insbesondere mit einer Hohlnadel durchdringbaren, Verschlüssen (3A; 3B) an beiden Enden des Zylinders (1), wobei wenigstens einer der Verschlüsse (3A) als Kolbenscheibe gebildet oder perforierbar ist
– Trennmembranen (4A, 4B)
– Hohlnadeln (5) zum Ein- und Ableiten von Flüssigkeiten
– und gegebenenfalls einer geeigneten Halterung zur Fixierung der Vorrichtung zum Zweck der Probenbearbeitung
– und gegebenenfalls einem Stempel (9) zum aktiven Befüllen des Zylinders (1) mit Flüssigkeit, wobei der Stempel (9) mit der Kolbenscheibe (3A) über eine Sollbruchstelle (10) vorzugsweise lose verbunden ist, und insbesondere derart gebildet ist, dass nach dem aktiven Befüllen durch Zug am Stempel (9), dieser an der Sollbruchstelle abgebrochen wird und die Vorrichtung nun zur erfindungsgemäßen Lagerung und/oder Bearbeitung der Probe verwendbar ist

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip wird aus den 1–5, ersichtlich, die mehrere mögliche Ausführungsformen der Erfindung und ihre Verwendung zeigen.
Als die zumindest teilweise elastischen, insbesondere mit einer Hohlnadel durchdringbaren, Verschlüsse (3A; 3B) werden vorzugsweise geeignete handelsübliche Systeme verwendet, insbesondere Verschlüsse die aus oder mit starrem Kunststoff, z. B. Polypropylen, und einem dehnbaren und nach einer Hohlnadeldurchdringung selbstverschließbare Material (3A1, 3B1), z. B. (synthetisches) Latex oder Silikon, zusammengesetzt bzw. gebildet sind.
Die Verschlüsse (3A; 3B) sind zudem vorzugsweise derart beschaffen, dass sie eine (möglichst) lineare Durchströmung der festen Träger im Zylinder (1) mit Flüssigkeit ermöglichen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, wobei

– der Zylinder (1) ein Hohlzylinder ist,
– wenigstens eine der Hohlnadeln (5) mit einer Mitnahmevorrichtung (6) versehen ist, die vorzugsweise als hohlzylindrische Scheibe gebildet ist, durch die die Hohlnadel (5) geführt ist, und der wenigstens eine Verschluss (3A) eine Kolbenscheibe ist (s. 1A) oder derart perforierbar ist, dass aus dem Verschluss (3A) durch Berührung mit der Mitnahmevorrichtung (6) eine Kolbenscheibe (3Aa) herauslösbar ist (s. 2A und B), wobei die Kolbenscheibe vorzugsweise die Innenwand des Zylinders (1) über ihren gesamten Querschnitt berührt (s. 1B bzw. 2B), und
– in dem Zylinder (1) zwei Trennmembranen (4A, 4B) angeordnet sind, zwischen denen die Träger (2) angeordnet sind, wobei wenigstens eine Trennmembran (4A) verschiebbar gelagert ist und vorzugsweise an der Kolbenscheibe (3Aa) befestigt ist, so dass die Träger (2) mittels Kolbenscheibenbewegung (4A) in Richtung der weiteren Trennmembran (4B) bewegbar sind, wobei die Porenweite der Trennmembranen (4A, 4B) insbesondere kleiner ist als der Durchmesser der verwendeten festen Träger.

Erfindungsgemäß ist es besonders geeignet, wenn der wenigstens eine Verschluss (3A) an der dem Zylinder (1) zugewandten Seite eine Aussparung aufweist, über die vorzugsweise die Trennmembran (4A) gespannt bzw. befestigt ist. Die Aussparung ist dabei bevorzugt derart gebildet, insbesondere so tief, dass die Spitze der mit der Mitnahmevorrichtung versehenen Hohlnadel (5) beim Einstechen in den Verschluss (3A) und beim nachfolgenden Bewegen der Kolbenscheibe (3Aa) durch den Zylinder die Trennmembran (4A) nicht berühren kann.
In einer besonders einfach zu bedienenden Ausführungsform der Vorrichtung sind die Verschlüsse 3A und 3B identisch gebildet und vorzugsweise auch die Trennmembranen, wobei die Trennmembran 4A an dem Verschluss 3A und die Trennmembran 4B an dem Verschluss 3B befestigt ist, und besonders bevorzugt weisen auch die Hohlnadeln (5) zum Ein- und Ableiten von Flüssigkeiten jeweils eine Mitnahmevorrichtung (6) auf.
Für eine besonders geeignete aktiv, z. B. mit Blut, befüllbare Vorrichtung ist ein Teil des Stempels (9), insbesondere das für die Kraftübertragung auf die Kolbenscheibe (3A) verwendete Stempelende mit vorzugsweise wenigstens einem Teil der Sollbruchstelle (10) lose in einem Hohlraum (12) bzw. in einer Aussparung der Kolbenscheibe (3A) gelagert bzw. befindlich (s. 5A), vorzugsweise derart, dass beim Abbrechen des Stempels (9) an der Sollbruchstelle (10) dieser Teil des Stempels (9) in dem Hohlraum bzw. der Aussparung (12) verbleibt (10A, s. 5B).
Die festen Träger (2) können erfindungsgemäß jede geometrische Form haben und sind bevorzugt Partikel, insbesondere Mikropartikel, wobei an der Oberfläche der festen Träger (2) vorzugsweise kovalent oder adsorptiv Liganden gebunden sind, die die Zielsubstanz erkennen und binden.
Als Liganden sind dabei insbesondere Antikörper und/oder Nukleinsäuren besonders geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung dient einer der elastischen Verschlüsse (3A) als Kolbenscheibe (3Aa).
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine der Hohlnadeln (5) mit einer Mitnahmevorrichtung (6) versehen, die nach Perforation des elastischen Verschlusses diesen als Kolbenscheibe in den Zylinder drückt, wobei Besonders geeignet ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn vorzugsweise parallel bzw. gleichzeitig mit der Perforation der Kolbenscheibe eine weitere Hohlnadel das anderer Ende der Vorrichtung durchdringt.
In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung ist zumindest die ableitende Öffnung, z. B. die Öffnung der ableitenden Hohlnadel (5), mit einer Filtermembran, versehen, deren Porenweite kleiner ist als der Durchmesser der verwendeten festen Träger.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die ein- und/oder die ableitende Hohlnadel (5) in einer Hülse mit einem Federmechanismus eingebettet s. Z. B. (3).
Erfindungsgemäß besonders geeignet ist eine Vorrichtung, über deren einleitende Hohlnadel (5) beliebige Flüssigkeiten in die Vorrichtung verbracht werden können und/oder dass die Vorrichtung in eine geeignete Halterung verbracht werden kann, die über Kühl- und/oder Heizmöglichkeiten verfügen kann.
Für unterschiedlichste Anwendungen ist insbesondere eine Vorrichtung geeignet, wobei durch Eindrücken der Kolbenscheibe (3Aa) in den Zylinder (1) die funktionalisierten Partikel vor dem ableitenden Ende der Vorrichtung in einem Volumen angereichert werden können, die dem jeweiligen Zweck der Anwendung dienen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Isolieren und/oder Anreichern und/oder Nachweis von Stoffen aus bzw. in biologischen Flüssigkeiten wie Blut, Liquor, Se- und/oder Exkreten, Gewebeaufbereitungen, Zell-Hefe- und Bakterienkulturen, Spülproben von Organen, Lebensmitteln und/oder der Umwelt, wobei die Stoffe vorzugsweise Toxine, Proteine, Nukleinsäuren, Immunkomplexe, Zellorganelle, Viren, Bakterien, Protozoen, Parasiten, und/oder somatische Zellen sind.
Besonders geeignet ist die Vorrichtung dabei prinzipiell für alle möglichen trägergebundenen Reaktionen, insbesondere zum Isolieren, Amplifizieren, Nachweis und/oder für die weitere Modifikation der Stoffe.
Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung derart verwendet, dass die Stoffe durch bekannte Reaktionen, z. B. einen pH-Shift, von den Trägern (2) abgelöst und außerhalb der Vorrichtung weiter bearbeitet werden, z. B. modifiziert und/oder quantifiziert werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen, Aufbewahrung und/oder Bearbeiten von Substanzen aus Flüssigkeiten, umfassend die Schritte

– Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
– Füllen der Vorrichtung mit Flüssigkeit, z. B. Blut, die vorzugsweise wenigstens eine Zielsubstanz enthält, bevorzugt, z. B. bei evakuiertem Zylinder (1), indem der Verschluss (3B oder A) mittels einer handelsüblichen Vorrichtung zum Füllen von Blutentnahmeröhrchen (Vakutainer^®) mit der außerhalb der punktierten Vene liegenden Hohlnadel durchstochen wird. Die Vorrichtung wird nach dem Füllen von der Hohlnadel gezogen. Der Perforation wird durch das elastische Material verschlossen und verhindert dadurch ein Ausfließen der Probe. Im gefüllten Zustand kann die Vorrichtung gelagert und/oder transportiert werden.
– Binden der wenigstens einen Zielsubstanz an Fänger-Strukturen, die an der Oberfläche der festen Träger (2) kovalent oder adsorptiv Liganden gebunden sind, vorzugsweise indem eine Zeitspanne von 10–60 Minuten abgewartet wird
– zur Bearbeitung der Probe wird eine Hohlnadel (5) mit Mitnahmevorrichtung (6) durch den Verschluss 3A gestochen
– Durchstechen des weiteren Verschlusses (3B) mit einer weiteren Hohlnadel (5) und Verkleinern des Reaktionsraums durch Drücken der Mitnahmevorrichtung (6), die vorzugsweise eine mit der Hohlnadel (5) fest verbundene Scheibe ist, gegen den Verschluss (3A), so dass, falls der Verschluss (3A) als Kolbenscheibe (3Aa) gebildet ist, der Verschluss (3A) in den Zylinder (1) gedrückt wird, oder, falls der Verschluss (3A) perforierbar ist, eine Kolbenscheibe (3Aa) aus dem Verschluss (3A) herausgelöst, vorzugsweise herausgestanzt, wird, und die herausgelöste Kolbenscheibe (3Aa)) in den Zylinder (1) gedrückt wird, wobei die vorzugsweise an der Kolbenscheibe (3Aa) befestigte Trennmembran (4A) in Richtung der weiteren Trennmembran (4B) bewegt wird und wobei die Flüssigkeit, die vorzugsweise von der wenigstens einen Zielsubstanz abgereichert ist, über die Trennmembran (4B) und die weitere Hohlnadel (5) aus dem Zylinder abgeleitet wird
– Bearbeiten der am festen Träger gebundenen Zielsubstanz durch die Einleitung von methodengemäßen Flüssigkeiten in den Reaktionsraum über die Einlauf-Hohlnadel. und ggf.
– Ablösen der an den Trägern (2) gebundenen wenigstens einen Zielsubstanz und Ableiten der abgelösten Zielsubstanz aus dem Zylinder (1), vorzugsweise indem über eine der Hohlnadeln (5) ein Medium, z. B. eine Salzlösung, eine Säure oder eine Lauge, in den verkleinerten Reaktionsraum zugeführt wird und das Medium mit der abgelösten Zielsubstanz über die weitere Hohlnadel (5) aus dem Zylinder abgeleitet wird.

Für ein bevorzugtes aktives Verfahren wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Flüssigkeit, z. B. Blut, befüllt, indem der zumindest teilweise elastische Verschluss 36 mit bekannten Hohlnadelsystemen (11) an der elastischen Stelle (3B1) durchstochen wird, und das andere Ende der Hohlnadel (11) in einen Probenentnahmeraum, z. B. ein Blutgefäß, ragt, und durch Herausziehen des Stempels (1) aus dem Zylinder (1) die Flüssigkeit, z. B. Blut, aus dem Probenentnahmeraum über die Hohlnadel (11) in die Vorrichtung gefördert wird, und wobei nach dem Befüllen der Vorrichtung mit der Flüssigkeit der Stempel (9) über die Sollbruchstelle (10) abgebrochen wird, so dass die Kolbenscheibe (3A) für das Durchstechen mit der Hohlnadel (5) mit Mitnahmevorrichtung (6) bereitgestellt wird.
Das Verfahren ist dabei insbesondere für die o. g. Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden auch aus den nachfolgend gegebenen, nicht erschöpfenden Beispielen erfindungsgemäßer Einwegvorrichtungen und ihren Verwendungen ersichtlich, wobei in den 1–5 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung wiedergegeben werden.
1A und B zeigen dabei eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Verschluss (3A) als Kolbenscheibe (3Aa) gebildet ist.
2A und B zeigen eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Verschluss (3A) als perforierbarer Verschluss (3A) gebildet ist, aus dem mittels der Mitnahmevorrichtung (6) eine Kolbenscheibe (3A) herauslösbar ist, so dass aus dem Verschluss (3A) eine Kolbenscheibe (3Aa) und der an der Zylinderöffnung verbleibende Verschlussteil (3Ab) gebildet werden.
3 zeigt die vorteilhafte Lagerung einer Hohlnadel (5) in einer Sicherungshülse (7) mit Federmechanismus.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Spritzenprinzip, um den Zylinder (1) mit einer Probe (s. 4B), z. B. Blut, zu befüllen, die dann anschließend insbesondere gemäß den 1–3 weiterverarbeitet wird.
5 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spritzensystems (Ausschnitt) zum aktiven Befüllen der Vorrichtung, wobei 5A die Vorrichtung nach Herausziehen des Stempels (9) unter gleichzeitiger Befüllung der Vorrichtung mit einer Probe, z. B. Blut, zeigt, wobei der Stempel (9) anschließend an der Sollbruchstelle (10) abgebrochen wird, um dann die Hohlnadel (5) mit Mitnahmevorrichtung (6) durch den elastischen Teil (3A1) des Verschlusses (3A), der als Kolbenscheibe gebildet ist, durchzustechen (5B), mittels derer dann nachfolgend gemäß 1B der Reaktionsraum durch Verschieben der Kolbenscheibe (3A) und der Trennmembran 4A in den Zylinder (1) verkleinert wird.
Die Einwegvorrichtung basiert auf einem Rohr, das von beiden Seiten mit einem elastischen Material luftdicht verschlossen ist. Mittels einer Hohlnadel, z. B. einer Kanüle können beide Seiten des Rohres temporär für das Einleiten und Ableiten von Flüssigkeiten genutzt werden. Die Einwegvorrichtung kann unter Unterdruck stehen, was das passive Füllen ermöglicht. In der Einwegvorrichtung befinden sich feste Träger, vorzugsweise Mikropartikel, an die die Zielsubstanzen gebunden werden. Das Erkennen und Binden der Zielsubstanzen erfolgt über Fänger-Strukturen, die die Zielsubstanz ausreichend genau erkennt und an sie bindet. Diese Strukturen sind Oligo- oder Polypeptide, vorzugsweise Antikörper mit bekannter Spezifität oder Nukleinsäuren mit bekannter Nukleotidsequenz. Die Fänger-Strukturen sind adsorptiv oder kovalent mit bekannten Verfahren an die festen Träger gebunden. Bei agglutinierendem Probenmaterial wie Blut, sollte eine ausreichende Menge einer antiagglutinierenden Substanz wie z. B. Heparin, EDTA oder Citrat in die Einwegvorrichtung verbracht werden.
Nach Füllen der Einwegvorrichtung mit z. B. Blut werden die Zielsubstanzen über die Fänger-Strukturen an den festen Trägern gebunden. Dieser Vorgang ist in der Regel nach 10–60 Minuten abgeschlossen.
Die festen Träger dienen als Support zur nachfolgenden Probenbearbeitung.
Erfindungsgemäß kann der Reaktionsraum nun verkleinert werden. Dazu wird mittels einer mit einer Hohlnadel fest verbundenen Scheibe und einem möglichen Stanzmechanismus ein Ende des elastischen Verschlusses vergleichbar einer Kolbenscheibe einer Spritze in die Einwegvorrichtung gedrückt. Parallel mit der Perforation der Kolbenscheibe wird das andere Ende der Vorrichtung mit einer Hohlnadel durchstochen. Vorzugsweise sollte die Vorrichtung sich in einer vertikalen Position befinden, so das zuerst eingeschlossenen Luft über die Auslaufhohlnadel abgeführt wird. Vor der ableitenden Hohlnadel ist in der Einwegvorrichtung eine Trennmembran mit einem Porendurchmesser angebracht, die das Probenmaterial passieren lässt, nicht aber die festen Träger. Für Blut hat sich ein Durchmesser von 20–30 μm bewährt. Eine gleiche Membran kann optional vor der Kolbenscheibe angebracht sein.
Durch das Bewegen der Kolbenscheibe in Richtung Auslauf könne die Mikropartikel in gewünschter Dichte zwischen Kolbenscheibe und Trennmembran angereichert werden. In diesem Kompartiment, das erfindungsgemäß als „Reaktionsraum” definiert wird, können jetzt alle trägergebundenen Reaktionen durchgeführt werden, die der Fachmann leicht an das System adaptieren kann. Die dazu notwendigen Flüssigkeiten werden in gewünschter Folge und Verweilzeit über die Einleithohlnadel zugeführt. Die Ableitung erfolgt passiv über die Auslaufhohlnadel. Der Reaktionsraum kann mittels bekannter Verfahren gekühlt wie auch erhitzt werden. Die Zielsubstanz kann mittels einer immunchemischen Reaktion sichtbar gemacht und semiquantifiziert werden oder die Zielsubstanz wird mit einer geeigneten Flüssigkeit zur weiteren Be- oder Verarbeitung aus dem Reaktionsraum befördert.
Zum aktiven Füllen der Vorrichtung eignet sich besonders die Spritzenverwendung durch einen zusätzlichen Kolbenstempel (9) die mit der Kolbenscheibe 3A lose verbunden ist und über eine Sollbruchstelle (10) verfügt. Der interne Teil des Kolbenstempels verbleibt nach Entfernung der Kolbenstempels im Hohlraum der Kolbenscheibe. Die Kolbenscheibe verfügt über die im vorher beschriebenen System vorgestellte elastische, mit einer Hohlnadel durchdringbare und sich selbst verschließende Stelle (3A1). Die Vorrichtung wird vor der Probenentnahme mit den gewünschten Trägern (2) und weiteren der Anwendung entsprechenden Substanzen wie z. B. zur Anti-Koagulation versehen. Zum Füllen wird der zumindest teilweise elastische Verschluss 3B mit bekannten Hohlnadelsystemen (11) an der elastischen Stelle (3B1) durchstochen. Das andere Ende der Hohlnadel befindet sich im Probenentnahmeraum, z. B. einem Blutgefäß. Durch Ziehen am Stempel (9) wird die Probe in die Vorrichtung gefördert. Erreicht der Stempel 3A das Ende der Vorrichtung, wird die Sollbruchstelle des Stempels freigelegt. Die Hohlnadel wird aus 3B gezogen und der Stempel (9) abgebrochen. Die Vorrichtung kann jetzt wie die vorher beschriebene passiv gefüllte Vorrichtung weiter verwendet werden. Das in der Kolbenscheibe verbliebene Bruchstück des Kolbenstempels wird von der eingeführten Hohlnadel (5) zur Seite gedrückt.
Die Hohlnadeln (5) sind vorzugsweise als Sicherheitsnadel (safety needle) gestaltet. Dazu befinden sich die Nadeln in einer Hülse (7) versenkt. Nach dem Aufliegen der Hülse am Ende der Vorrichtung wird bei weiterem Vorschub die Hohlnadel in die Vorrichtung eingeführt. Die Hohlnadel ist mit einem Federmechanismus (8) versehen, der beim Zurückziehen der Nadel die Hülse in die alte Position führt.
Die Verwendung einer Motorsteuerung macht den Einsatz in der Vorrichtung in der biologischen Forschung interessant, wo trotz des Einsatzes von anwenderfreundlichen Systemlösungen (Kits) noch immer einzelne Prozesse wie Spülen, Abtrennen durch Zentrifugieren, Lösungen pipettieren manuell durchgeführt werden müssen.
Besonders bevorzugt ist eine Anwendung der Erfindung für die Forschung zum Isolieren von Zellen, Proteine und/oder Nukleinsäuren.
Aufgrund ihres kostengünstigen Aufbaus und einfachen Bedienbarkeit ist die Erfindung insbesondere für Schnellteste geeignet, wobei

– Schnellteste für die Krankheitsdiagnostik über Substanzen, die herkömmlich angereichert werden müssen
– Schnellteste für den direkten Erregernachweis in Körperflüssigkeiten
– Schnellteste zum Nachweis von Tumorzellen in Blut, Se- und Exkreten
– Schnellteste zur Bestimmung des zellulären Immunstatus
– Schnellteste zum Allergennachweis in Lebensmitteln und der Umwelt
– Schnellteste zur Abwehr von Gefahren (z. B. Bioterrorismus)

Die Erfindung betrifft zudem auch ein Kit zum Gewinnen, Aufbewahren und Bearbeiten von Substanzen aus Flüssigkeiten bestehend aus oder mit den Bestandteilen (1) bis (6), ggf. den Bestandteilen (9)–(10) und vorzugsweise den Bestandteilen (7) und (8), gemäß den Ansprüchen 1–14, das die Herrichtung und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder zur Aufnahme der Flüssigkeiten,
2: feste Träger
3: Verschlüsse (3A; 3B), die zumindest teilweise elastisch sind (3A1; 3B1), an beiden Enden des Zylinders (1)
3Aa: Kolbenscheibe
3Ab: nach Perforation am Zylinderende verbleibender Teil des Verschlusses (3A)
4: Trennmembranen (4A, 4B)
5: Hohlnadeln zum Ein- und Ableiten von Flüssigkeiten
6: Mitnahmevorrichtung
7: Schutzhülse
8: Feder
9: Stempel
10: Sollbruchstelle
10A: Sollbruchstelle(n) nach Bruch
11: handelsübliche Kanüle, z. B. für die Blutentnahme
12: zumindest teilweise von der Kolbenscheibe (3A) eingeschlossener Hohlraum bzw. Aussparung in der Kolbenscheibe (3A) Das Ein- und Ableiten von Flüssigkeiten über die Vorrichtung ist in den 1B, 2B, 4B und 5B mittels schwarzer Pfeile (Fließrichtung) wiedergegeben. Die Bewegung des Stempels (9) mit Kolbenscheibe (3A) in 4B ist mithilfe eines weiteren Pfeils dargestellt.

Claims

Vorrichtung zum Gewinnen, Aufbewahrung und Bearbeiten von Substanzen aus Flüssigkeiten bestehend aus oder mit – einem Zylinder (1) zur Aufnahme der Flüssigkeiten, – festen Trägern (2), – zumindest teilweise elastischen, insbesondere mit einer Hohlnadel durchdringbaren, Verschlüssen (3A; 3B) an beiden Enden des Zylinders (1), wobei wenigstens einer der Verschlüsse (3A) als Kolbenscheibe gebildet oder perforierbar ist – Trennmembranen (4) – Hohlnadeln (5) zum Ein- und Ableiten von Flüssigkeiten – gegebenenfalls einer geeigneten Halterung zur Fixierung der Vorrichtung zum Zweck der Probenbearbeitung, – und gegebenenfalls einem Stempel (9) zum aktiven Befüllen des Zylinders (1) mit Flüssigkeit, wobei der Stempel (9) mit der Kolbenscheibe (3A) über eine Sollbruchstelle (10) vorzugsweise lose verbunden ist, und insbesondere derart gebildet ist, dass nach dem aktiven Befüllen durch Zug am Stempel (9) dieser an der Sollbruchstelle abgebrochen wird und die Vorrichtung nun zur erfindungsgemäßen Lagerung und/oder Bearbeitung der Probe verwendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zylinder (1) ein Hohlzylinder ist, – wenigstens eine der Hohlnadeln (5) mit einer Mitnahmevorrichtung (6) versehen ist, die vorzugsweise als hohlzylindrische Scheibe gebildet ist, und der wenigstens eine Verschluss (3A) eine Kolbenscheibe ist oder derart perforierbar ist, dass aus dem Verschluss (3A) durch Berührung mit der Mitnahmevorrichtung (6) eine Kolbenscheibe (3Aa) herauslösbar ist, wobei die Kolbenscheibe vorzugsweise die Innenwand des Zylinders (1) über ihren gesamten Querschnitt berührt, – der wenigstens eine Verschluss (3A) an der dem Zylinder (1) zugewandten Seite eine Aussparung aufweist, über die vorzugsweise die Trennmembran (4A) gespannt ist, wobei die Aussparung dabei bevorzugt derart gebildet ist, dass die Spitze der mit der Mitnahmevorrichtung versehenen Hohlnadel (5) beim Einstechen in den Verschluss (3A) und beim nachfolgenden Bewegen der Kolbenscheibe (3Aa) durch den Zylinder die Trennmembran (4A) nicht berühren kann, und/oder – in dem Zylinder (1) zwei Trennmembranen (4A, 4B) angeordnet sind, zwischen denen sich die Träger (2) befinden, wobei wenigstens eine Trennmembran (4A) verschiebbar gelagert ist und vorzugsweise an der Kolbenscheibe (3Aa) befestigt ist, so dass die Träger (2) mittels der Trennmembran (4A) in Richtung der weiteren Trennmembran (4B) bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder vorzugsweise evakuiert ist oder dass ein Teil des Stempels (9), insbesondere das Stempelende mit vorzugsweise wenigstens einem Teil der Sollbruchstelle (10) lose in einem Hohlraum (12) bzw. in einer Aussparung der Kolbenscheibe (3A) gelagert ist, vorzugsweise derart, dass beim Abbrechen des Stempels (9) an der Sollbruchstelle (10) der Teil des Stempels (9) in dem Hohlraum bzw. der Aussparung (12) verbleibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Träger jede geometrische Form haben können, bevorzugt jedoch Partikel, insbesondere Mikropartikel, zur Anwendung kommen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an die Oberfläche der festen Träger kovalent oder adsorptiv Liganden gebunden sind, die die Zielsubstanz erkennen und binden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Liganden vorzugsweise Antikörper oder Nukleinsäuren sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der elastischen Verschlüsse als Kolbenscheibe dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hohlnadel (5) mit einer Mitnahmevorrichtung (6) versehen ist, die nach Perforation des elastischen Verschlusses diesen als Kolbenscheibe in den Zylinder drückt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Perforation der Kolbenscheibe eine Hohlnadel das anderer Ende der Vorrichtung durchdringt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet dass zumindest die ableitende Öffnung mit einer Filtermembran versehen ist, deren Porenweite kleiner ist als der Durchmesser der verwendeten festen Träger.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die ein- und ableitenden Hohlnadeln als in einer Hülse mit Feder Mechanismus eingebettet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass über die einleitende Hohlnadel (5) beliebige Flüssigkeiten in die Vorrichtung verbracht werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in eine geeignete Halterung verbracht werden kann, die über Kühl- und/oder Heizmöglichkeiten verfügen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass durch Eindrücken der Kolbenscheibe (3Aa) in den Zylinder (1) die funktionalisierten Partikel vor dem ableitenden Ende de Vorrichtung in einem Volumen angereichert werden können, die dem jeweiligen Zweck der Anwendung dienen.
Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–14 zum Isolieren und/oder Anreichern und/oder Nachweis von Stoffen aus oder in biologischen Flüssigkeiten wie Blut, Liquor, Se- und/oder Exkreten, Gewebeaufbereitungen, Zell-Hefe- und Bakterienkulturen, Spülproben von Organen, Lebensmitteln und/oder der Umwelt.
Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffe vorzugsweise Toxine, Proteine, Nukleinsäuren, Immunkomplexe, Zellorganelle, Viren, Bakterien, Protozoen, Parasiten, und/oder somatische Zellen sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 15–16, dadurch gekennzeichnet, dass prinzipiell alle trägergebundenen Reaktionen zum Isolieren, Amplifizieren, Nachweis und/oder weiterer Modifikation der Stoffe möglich sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffe durch bekannte Reaktionen abgelöst außerhalb der Vorrichtung weiter bearbeitet werden können.
Verfahren zum Gewinnen, Aufbewahrung und Bearbeiten von Substanzen aus Flüssigkeiten, umfassend die Schritte – Füllen einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–14 mit Flüssigkeit, z. B. Blut, die wenigstens eine Zielsubstanz enthält, vorzugsweise indem der Verschluss (3B) mittels z. B. üblicher Blutentnahme-Vorrichtungen für Vakutainer^® durchstochen wird und sich die bevorzugt evakuierte Vorrichtung mit der Probe bis zum Druckausgleich fuellt. – Binden der wenigstens einen Zielsubstanz an Fänger-Strukturen, die an der Oberfläche der festen Träger (2) kovalent oder adsorptiv Liganden gebunden sind, vorzugsweise indem eine Zeitspanne von 10–60 Minuten abgewartet wird – Durchstechen des Verschlusses (3A) mittels einer Hohlnadel (5) mit Mitnahmevorrichtung (6) und – Durchstechen des weiteren Verschlusses (3B) mit einer weiteren Hohlnadel (5) und Verkleinern des Reaktionsraums durch Drücken der Mitnahmevorrichtung (6), die vorzugsweise eine mit der Hohlnadel (5) fest verbundene Scheibe ist, gegen den Verschluss (3A), so dass, falls der Verschluss (3A) als Kolbenscheibe (3Aa) gebildet ist, der Verschluss (3A) in den Zylinder (1) gedrückt wird, oder, falls der Verschluss (3A) perforierbar ist, eine Kolbenscheibe (3Aa) aus dem Verschluss (3A) herausgelöst, vorzugsweise herausgestanzt, wird, und die herausgelöste Kolbenscheibe (3Aa)) in den Zylinder (1) gedrückt wird, wobei die vorzugsweise an der Kolbenscheibe (3Aa) befestigte Trennmembran (4A) in Richtung der weiteren Trennmembran (4B) bewegt wird und wobei die Flüssigkeit, die vorzugsweise von der wenigstens einen Zielsubstanz abgereichert ist, über die Trennmembran (4B) und die weitere Hohlnadel (5) aus dem Zylinder abgeleitet wird – Bearbeiten und/oder Nachweis der am festen Träger gebundenen Zielsubstanz durch die Einleitung von methodengemäßen Flüssigkeiten in den Reaktionsraum über die Einlauf-Hohlnadel und ggf. – Ablösen der an den Trägern (2) gebundenen wenigstens einen Zielsubstanz und Ableiten der abgelösten Zielsubstanz aus dem Zylinder (1), vorzugsweise indem über eine der Hohlnadeln (5) ein Medium, z. B. eine Salzloesung, eine Säure oder eine Lauge, in den verkleinerten Reaktionsraum zugeführt wird und das Medium mit der abgelösten Zielsubstanz über die weitere Hohlnadel (5) aus dem Zylinder abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–14 aktiv mit der Flüssigkeit, z. B. Blut, befüllt wird, indem der zumindest teilweise elastische Verschluss 3B mit bekannten Hohlnadelsystemen (11) an der elastischen Stelle (3B1) durchstochen wird, und das andere Ende der Hohlnadel (11) in einen Probenentnahmeraum, z. B. ein Blutgefäß, ragt, und durch Herausziehen des Stempels (1) aus dem Zylinder (1) die Flüssigkeit, z. B. Blut, aus dem Probenentnahmeraum über die Hohlnadel (11) in die Vorrichtung gefördert wird, und wobei nach dem Befüllen der Vorrichtung mit der Flüssigkeit der Stempel (9) über die Sollbruchstelle (10) abgebrochen wird, so dass die Kolbenscheibe (3A) für das Durchstechen mit der Hohlnadel (5) mit Mitnahmevorrichtung (6) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–20 für die Verwendung gemäß den Ansprüchen 15–18.
Kit zum Gewinnen, Aufbewahren und Bearbeiten von Substanzen aus Flüssigkeiten bestehend aus oder mit den Bestandteilen (1) bis (6), ggf. den Bestandteilen (9)–(10) und vorzugsweise den Bestandteilen (7) und (8), gemäß den Ansprüchen 1–14.