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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aufnahmeelement mit mindestens einem Behältnis mit spaltförmigem Einschnitt.
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Zur Untersuchung von biologischen Eigenschaften von Proben werden diese oftmals als Flüssigkeit in sogenannte Näpfchen eingebracht oder eine feste Probe mit einer Flüssigkeit in dem Näpfchen umspült und in diesen Näpfchen einer Analyse unterzogen. In vielen Fällen ist es jedoch unpraktisch, die Flüssigkeit durch eine Öffnung, in die sie in das Näpfchen gefüllt wurde, wieder aus dem Näpfchen entfernen zu müssen bzw. bei bestimmten Analysemethoden ist es sogar notwendig, die Flüssigkeit separiert von der festen Probe der Analyse zu unterziehen. Aus der Druckschrift
US 2013/0196841 A1 ist ein entsprechendes mehrteiliges Näpfchen bekannt, bei dem die Flüssigkeit in mehreren Kammern enthalten sein kann. Ähnliche Vorrichtungen zeigen die
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Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Aufnahmeelement mit einem Behältnis für Flüssigkeit vorzuschlagen, das den genannten Nachteil vermeidet, in dem also die Flüssigkeit gehalten und bei Bedarf in einfacher Weise aus dem Behältnis entfernt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Aufnahmeelement nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Aufnahmeelement weist mindestens ein Behältnis zum Aufnehmen einer Flüssigkeit auf. Das Behältnis hat eine Öffnung zum Einfüllen der Flüssigkeit und eine der Öffnung gegenüberliegendes Endstück. Das Endstück ist mit einem spaltförmigen Einschnitt versehen, der durch eine gesamte Wandung des Behältnisses hindurch ausgebildet ist und derart ausgestaltet ist, dass unter alleinigem Einwirken der Schwerkraft, bei normalem Umgebungsdruck und einer für die Flüssigkeit unkritischen Temperatur geschlossen ist. Bei Einwirken einer zusätzlichen Kraft ist der spaltförmige Einschnitt jedoch so weit geöffnet, dass die in dem Behältnis enthaltene Flüssigkeit einen innerhalb der Wandung liegenden Innenraum des Behältnisses durch den spaltförmigen Einschnitt verlassen kann. Das Aufnahmeelement und bzw. oder das mindestens eine Behältnis bestehen aus einem bei Einwirken der zusätzlichen Kraft formstabilen Kunststoffwerkstoff.
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Durch den geschlossenen Zustand des Einschnitts bei Normalbedingungen, worunter typischerweise ein mittlerer Luftdruck von 101,325 kPa auf Meereshöhe und eine Temperatur von 20 °C fallen, wird die Flüssigkeit sicher in dem Behältnis des Aufnahmeelements gehalten. Dadurch, dass durch Beaufschlagen mit einer zusätzlichen Kraft die Flüssigkeit das Behältnis durch den spaltförmigen Einschnitt und nicht durch die Öffnung verlassen kann, wird ein einfaches Ableiten der Flüssigkeit aus dem innerhalb der Wandung liegenden Innenraum des Behältnisses ermöglicht. Da der Kunststoff, aus dem das Aufnahmeelement und bzw. oder das Behältnis bestehen, auch bei dem Einwirken der zusätzlichen Kraft formstabil ist, also eine Form des Aufnahmeelements bzw. des Behältnisses unverändert bleibt, können die genannten Bauteile gefahrlos und ohne negative Einflüsse auf die Flüssigkeit verwendet werden.
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Unter der für die jeweilige Flüssigkeit unkritischen Temperatur soll jede Temperatur verstanden werden, bei der weder ein Phasenübergang der Flüssigkeit stattfindet noch eine Ausflockung oder Ansammlung an bestimmten Positionen von in der Flüssigkeit enthaltenen Bestandteilen. Vorzugsweise liegen diese Temperaturen zwischen 0 °C und 60 °C, besonders vorzugsweise zwischen 10 °C und 30 °C. Als normaler Umgebungsdruck soll neben dem bereits genannten Luftdruck von 101,325 kPa auch ein um bis zu 15 Prozent größerer oder kleinerer Luftdruck verstanden werden, wobei der Luftdruck in Abhängigkeit von einer Höhe über Normalnull über die barometrische Höhenformel bestimmt wird und ausgehend von dem für die jeweilige Höhe bestimmten Normaldruck eine Abweichung von bis zu 15 Prozent noch als normaler Luftdruck angesehen werden soll.
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Das Behältnis ist typischerweise rotationssymmetrisch um eine durch ein Zentrum der Öffnung verlaufende Längsachse des Behältnisses ausgebildet, um eine einfach zu handhabende Form zu haben. Alternativ kann das Behältnis auch rechteckig, insbesondere quadratisch sein. Die Längsachse kann durch den spaltförmigen Einschnitt verlaufen, der somit einen maximal möglichen Abstand in dem Behältnis zu der Öffnung aufweist. Vorzugsweise ist die Längsachse des mindestens einen Behältnisses größer als der größte Innendurchmesser, so dass das Behältnis eine längliche Form aufweist. Besonders vorzugsweise ist die Längsachse mindestens doppelt so groß wie eine senkrecht auf der Längsachse stehende Querachse des Behältnisses. Alternativ kann auch die Querachse länger als die Längsachse sein.
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Der spaltförmige Einschnitt weist typischerweise eine Breite auf, die kleiner als sowohl eine Länge als auch eine Tiefe des Einschnitts ist. Vorzugsweise beträgt die Breite maximal 50 %, besonders vorzugsweise maximal 30 % der Tiefe und bzw. oder der Länge des Schnitts. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Einschnitt geschlossen bleibt, sich durch die zusätzliche Kraft aber zuverlässig öffnen kann. Die zusätzliche Kraft kann eine Zentrifugalkraft oder eine Druckkraft sein. Bei Vorliegen der Druckkraft gelangt die Flüssigkeit durch einen auf den Schlitz ausgeübten hydrostatischen Druck aus dem Behältnis. Hierzu ist ein Druck im Innenraum des Behältnisses größer als ein Druck in einem Außenraum des Behältnisses, vorzugsweise wird im Außenraum ein Vakuum erzeugt.
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Das Aufnahmeelement und bzw. oder das mindestens eine Behältnis kann aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polymethylpenten, Polyvinylchlorid oder Polyethylenterephthalat gebildet sein. Die genannten Kunststoffwerkstoffe sind typischerweise in einem weiten Bereich formstabil herstellbar und einfach zu verarbeiten.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Endstück flach, rund oder spitz-konisch zulaufend ausgebildet ist. Das Behältnis weist somit die Form eines in biologischen Labors verwendeten Reagenzglases oder Zentrifugenröhrchens auf, die in bestehende Analysegeräte einfach einsetzbar sind.
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Das mindestens eine Behältnis kann außerdem ein maximales Füllvolumen zwischen 50 ml und 0,01 ml, vorzugsweise zwischen 10 ml und 0,03 ml, besonders vorzugsweise zwischen 3 ml und 1 ml aufweisen. Diese Füllvolumen sind bei biologischen Proben üblich und erlauben eine ausreichende Flüssigkeitsaufnahme in dem Innenraum des Behältnisses für eine nachfolgende Analyse.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Öffnung des mindestens einen Behältnisses mit einer Abdeckung gegenüber der Umgebung verschließbar sein, insbesondere bei Einwirken äußerer Kräfte, die zum Öffnen des spaltförmigen Einschnitts führen. Hierdurch wird die Flüssigkeit sicher im Innenraum des Behältnisses gehalten und kann das Behältnis nur durch den spaltförmigen Einschnitt verlassen.
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Das Aufnahmeelement ist vorzugsweise eine Mikrotiterplatte und das Behältnis ein Näpfchen der Mikrotiterplatte. Typischerweise weist die Mikrotiterplatte 12*8=96 Näpfchen auf, die ein Füllvolumen zwischen 1 ml und 3 ml haben. Die Mikrotiterplatte kann allgemein zwischen 12 und 192 Näpfchen aufweisen.
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Ein spaltförmiger Einschnitt sollte so ausgebildet werden, dass dabei kein, zumindest ein sehr geringer Werkstoffabtrag erfolgt.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen des beschriebenen Aufnahmeelements wird mit einem Schneidelement der spaltförmige Einschnitt im Bereich des Endstücks durch die Wandung des mindestens einen Behältnisses hindurch ausgebildet. Dies erlaubt ein einfaches Versehen des Endstücks mit dem spaltförmigen Einschnitt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Behältnis zum erleichterten Schneiden auf eine Temperatur oberhalb 30 °C und unterhalb einer Schmelztemperatur des Kunststoffwerkstoffs erwärmt wird.
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Zum Einbringen eines feinen spaltförmigen Einschnitts wird typischerweise ein Schneidelement mit einer Breite bzw. einer Dicke von maximal 500 µm, vorzugsweise von maximal 100 µm eingesetzt. Der spaltförmige Einschnitt ist dann geschlossen und kann sich dennoch bei dem Einwirken der zusätzlichen Kraft ausreichend öffnen.
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Das beschriebene Aufnahmeelement wird typischerweise zur DNA-Isolation verwendet. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Körper, der zu isolierende DNA enthält, in das Behältnis gebracht wird und durch eine Flüssigkeit, die als Lyse bezeichnet wird, DNA in die Flüssigkeit übergeht, wobei die Flüssigkeit das Behältnis durch den Einschnitt schließlich unter Einwirken der zusätzlichen Kraft verlässt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 7 erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Behältnisses zum Aufnehmen einer Flüssigkeit;
- 2 eine Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Behältnisses;
- 3 eine 2 entsprechende Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des Behältnisses mit einer Abdeckung;
- 4 eine Ansicht eines Endstücks mit einem eingebrachten Einschnitt des Behältnisses;
- 5 eine perspektivische Ansicht einer Mikrotiterplatter mit mehreren der Behältnissen;
- 6 eine perspektivische Ansicht des Behältnisse, in das mittels eines Schneidelements der Einschnitt eingebracht wird und
- 7 eine 1 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Behältnisses.
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In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Behältnis 1 dargestellt. Das Behältnis 1 ist aus Polypropylen und hat die Form eines spitz-konisch zulaufenden rotationssymmetrischen Röhrchens. An einer Oberseite des Behältnisses 1 ist eine kreisförmige Öffnung 2, durch die Flüssigkeit in einen Innenraum 3 des Behältnisses 1 eingebracht werden kann. Das Behältnis 1 ist für Licht im sichtbaren Bereich transparent. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Behältnis 1 natürlich auch intransparent oder teiltransparent für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich sein.
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Der Öffnung 2 gegenüber befindet sich ein Endstück 4 des Behältnisses 1, das eine spitz-konische Form hat. Am tiefsten Punkt des Endstücks 4, d. h. an dem Punkt des Endstücks 4, der am weitesten von der Öffnung 2 entfernt ist und genau gegenüber einem Zentrum der Öffnung 2 liegt, ist ein spaltförmiger Einschnitt 5 in das Behältnis 1 eingebracht. Der spaltförmige Einschnitt 5 geht durch eine Wandung des Behältnisses 1 komplett hindurch bis zu dem Innenraum 3. In weiteren Ausführungsformen kann der Einschnitt 5 auch an anderen Positionen des Endstücks 4 angeordnet sein. Die Wandung ist hierbei an allen Stellen gleich dick. Das Behältnis 1 ist im Spritzguss hergestellt, allerdings nach dem Spritzgießen noch nicht mit dem Einschnitt 5 versehen.
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Bei Zimmertemperatur, also 20 °C, und einem Luftdruck von 101,325 kPa auf Meereshöhe ist der Einschnitt 5 für eine in dem Behältnis 1 durch die Öffnung 2 eingebrachte Flüssigkeit verschlossen. Wird eine zusätzliche Kraft ausgeübt, die eine Form des Behältnisses 1 allerdings nicht ändert, so öffnet sich bei Erreichen eines Schwellwerts der Einschnitt 5 und die Flüssigkeit kann durch den Einschnitt 5 herausfließen. Das Behältnis 1 ist hierzu aus einem Kunststoffwerkstoff ausgebildet, der über einen weiten Temperatur- und Luftdruckbereich formstabil ist. Neben Polypropylen kommen hierfür beispielsweise Polyethylen oder Polyethylenterephthalat in Frage.
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2 zeigt einen mittigen Schnitt durch das in 1 dargestellte Röhrchen. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Eine Längsachse 6 verläuft durch das Behältnis 1 durch das Zentrum der Öffnung 2 und den Einschnitt 5. Die Längsachse 6 ist Symmetrieachse für die rotationssymmetrische Form des Behältnisses 1, das die Form eines Zentrifugenröhrchens oder eines Näpfchens hat. Eine Länge der Längsachse 6 beträgt, gemessen zwischen dem Zentrum der Öffnung 2 und dem Einschnitt 5, gerade ein Vierfaches einer Länge einer auf der Längsachse 6 senkrecht stehenden Querachse 7, deren Länge zwischen der Wandung des Behältnisses 1 durch das Zentrum der Öffnung 2 als größter Innendurchmesser des Behältnisses 1 bestimmt wird.
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3 zeigt in einer 2 entsprechenden Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Behältnisses 1, bei dem das Endstück 4 nun rund ausgebildet ist, so dass das Behältnis 1 die Form eines Reagenzglases hat. Der Innenraum 3, in den eine Flüssigkeit eingebracht werden kann, ist nun durch eine Abdeckung 8, im dargestellten Beispiel einen die Öffnung 2 verschließenden Stopfen, verschlossen. Die Flüssigkeit kann das Behältnis 1 somit nur durch den Einschnitt 5 verlassen. Allerdings ist dieser Einschnitt 5 bei Wirkung der Schwerkraft, normalem Luftdruck und Raumtemperatur geschlossen und öffnet sich nur bei Einwirken einer zusätzlichen Kraft. Typischerweise wird hierfür eine Druckkraft verwendet, also ein niedrigerer Druck im Außenraum des Behältnisses 1 als im Innenraum 3 angelegt. Diese Druckkraft kann im Rahmen eines Vakuumierens erzeugt werden. Alternativ kann auch ein Zentrifugieren mit einem bis zu 250-fachen der Erdbeschleunigung stattfinden. Das Behältnis 1 wird hierbei so ausgerichtet, dass die Flüssigkeit durch die Fliehkraft sich in dem Endstück 4 sammelt, somit in Kontakt mit dem Einschnitt 5 kommt und das Behältnis 1 schließlich durch den Einschnitt 5 verlässt.
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Das Behältnis 1 ist in 4 in einer Ansicht von unten gezeigt. Der spaltförmige Einschnitt 5 ist mittig in dem Endstück 4 angeordnet, wobei eine Länge des Einschnitts 5 größer als eine Tiefe des Einschnitts 5 ist. Die Tiefe des Einschnitts 5 entspricht hierbei gerade einer Dicke der Wandung des Behältnisses 1 und ist halb so groß wie die Länge des spaltförmigen Einschnitts 5.
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5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Aufnahmeelement 9 mit mehreren Behältnissen 1. Das Aufnahmeelement 9 ist eine Mikrotiterplatte oder „deep well plate“, bei der die Behältnisse 1 unterschiedliche maximale Füllvolumen aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können die Behältnisse 1 auch alle identische maximale Füllvolumen haben.
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Das Aufnahmeelement 9 ist aus dem gleichen Kunststoff wie die Behältnisse 1, die in drei Zweierreihen nebeneinander in dem Aufnahmeelement 9 angeordnet sind. Die Öffnungen 2 der Behältnisse 1 liegen bündig an einer rechteckigen Oberfläche des Aufnahmeelements 9. Je zwei der Behältnisse 1 haben eine identische Form, nämlich entweder mit einem runden Endstück 4, wie die beiden links angeordneten Behältnisse 1, mit einem konisch zulaufenden Endstück 4, wie die beiden mittleren Behältnisse 1, oder mit einem flachen Endstück 4, wie die beiden rechts angeordneten Behältnisse 1. Das maximale Füllvolumen ist dementsprechend unterschiedlich, liegt aber in dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen 2 ml und 5 ml. Typischerweise wird ein Aufnahmeelement 9 verwendet, das acht Reihen mit jeweils zwölf Behältnissen 1 aufweist, wobei die Behältnisse 1 in diesem Fall ein Füllvolumen von 1 ml bis 3 ml haben. Es können auch mehrere Behältnisse 1 mit einem identischen maximalen Füllvolumen von jeweils 1 ml in weiteren Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
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Das Aufnahmeelement 9 ist kastenförmig, wobei die Behältnisse 1 in einem Inneren des Aufnahmeelements 9 angeordnet sind. Typischerweise wird zur Isolation von Desoxyribonukleinsäure (als DNS oder DNA abgekürzt) eine Probe, beispielsweise ein mit Speichel versehenes Wattestäbchen, in eines der Behältnisse 1 eingebracht und eine Flüssigkeit, eine sogenannte Lyse, ebenfalls in das Behältnis 1 durch die Öffnung 2 eingebracht. Nach Verschließen der Öffnung 2 durch einen Stopfen oder ein vorzugsweise perforiertes Klebeband oder eine perforierte Folie wird das Aufnahmeelement 9, dessen Behältnisse 1 alle jeweils mit dem spaltförmigen Einschnitt 5 versehen sind, auf ein baugleiches Aufnahmeelement 9 aufgesetzt, dessen Behältnisse 1 jedoch keinen Einschnitt aufweisen. Da die Behältnisse 1 der beiden Aufnahmeelement 9 dann einander fluchtend gegenüberliegen, kann durch Zentrifugieren die Flüssigkeit aus den Behältnissen 1, in der sie ursprünglich enthalten war, durch den spaltförmigen Einschnitt 5 in die darunter angeordneten dichten Behältnisse 1 des zweiten Aufnahmeelements gelangen.
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6 zeigt in perspektivischer Ansicht das in 1 dargestellte Behältnis 1 vor dem Einbringen des spaltförmigen Einschnitts 5. Ein metallenes Schneidelement 10, beispielsweise eine Rasierklinge oder ein Messer, wird an das Endstück 4 des Behältnisses 1 geführt und erzeugt durch die Wandung des Behältnisses 1 hindurchgehend den Einschnitt 5. Eine Breite bzw. eine Dicke des Schneidelements 10 beträgt hierbei maximal 500 µm, im Falle einer Rasierklinge beispielsweise 100 µm. Der Kunststoffwerkstoff des Behältnisses 1 wird erhitzt, um ein erleichtertes Schneiden zu ermöglichen. Die Temperatur des Behältnisses 1 liegt hierbei über 30 °C und unterhalb der Schmelztemperatur von Polypropylen bzw. eines anderen für das Behältnis 1 verwendeten Kunststoffwerkstoffs.
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In 7 ist eine weitere Ausführungsform des Behältnisses in einer 1 entsprechenden Ansicht dargestellt. Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Querachse 7 länger als die Längsachse 6 des Behältnisses, so dass sich eine Schalenform ergibt. Der Einschnitt 5 befindet sich im halbkugelförmigen Endstück 4. In weiteren Ausführungsformen kann das Behältnis 1 auch eine rechteckige Form haben.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
