DE102019208789B4 - Probenbehälter mit Zeitindikator - Google Patents

Abstract

Probenbehälter (1), welcher mit einer Flüssigkeit befüllbar ist, und welcher ein Probengefäß (3) und ein Indikationsgefäß (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefäß (3) über ein Verbindungselement (7), welches für die Flüssigkeit durchlässig ist, mit einem Indikationsgefäß (5) verbunden ist und das Indikationsgefäß (5) mit einer Zeitskala mit Zeitmarken versehen ist, wobei zwei benachbarte Zeitmarken jeweils ein Volumen der Flüssigkeit begrenzen, welches in dem durch die Zeitmarken bestimmten Zeitraum durch das Verbindungselement (7) in das Indikationsgefäß (5) strömt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Probenbehälter, welcher so ausgestaltet ist, dass er eine präzise Bestimmung einer Zeitdauer ermöglicht, welche seit der Befüllung des Probenbehälters mit einer flüssigen Probe vergangen ist und in welcher die Probe zumindest teilweise einen flüssigen Aggregatszustand aufwies.
• Eine der wichtigsten Herausforderungen beim Umgang mit flüssigen Patientenproben ist die Präanalytik. Die Präanalytik beinhaltet die Probenentnahme, das Probenhandling sowie den Probentransport und muss gewährleisten, dass die Probenqualität bis zur Analyse erhalten bleibt.
• Um die Qualität von flüssigen Patientenproben über einen längeren Zeitraum erhalten zu können, wird der Abbau der empfindlichen Biomarker in der Probe durch Einfrieren verlangsamt. Aufgrund der notwendigen Aufbereitungs- und Vorbereitungsprozesse innerhalb der Präanalytik lässt es sich jedoch nicht vermeiden, dass sich die Probe nach der Entnahme für eine bestimmte Zeit in einem nicht gefrorenen Zustand befindet und empfindliche Biomarker bereits einem Abbau unterliegen.
• In Kliniken mit einer eigenen Abteilung für Klinische Chemie wird sogar für bestimmte Analysen auf das Einfrieren gänzlich verzichtet. Unter der Annahme, dass die Probe unmittelbar und zügig transportiert wird, findet zudem kein individuelles Zeitmonitoring der Proben statt. Wenn die Probe im Analyselabor ankommt, ist die verstrichene Zeit, in der sich die Probe in einem flüssigen Zustand befand, unbekannt. Aus diesem Grund kann der Qualitätsverlust der Probe nicht für das Analysenergebnis berücksichtigt werden. Das hat zur Folge, dass die Messgenauigkeit abnimmt.
• Durch eine standardisierte Vorgehensweise (SOP - standard operating procedure) während der Probenentnahme und dem weiteren Probenhandling lässt sich die vergangene Zeit abschätzen. Die Genauigkeit und Verlässlichkeit dieser Methode beruht allerdings auf der Einhaltung der Protokolle durch den Menschen. Nachteilig ist somit, dass eine genaue Zeitmessung für individuelle Proben nicht gewährleistet ist.
• In der Druckschrift WO 2018 / 224 000 A1 wird ein Zeit-Temperatur Indikator (time temperature indicator, TTI) System für Temperatur sensitive Produkte und Verfahren für deren Herstellung beschrieben. In einer Ausführungsform wird ein aktivierbares TTI System bereitgestellt, welches eine mehrlagige Anordnung aus mindestens drei funktionalen Membranlagen umfasst.
• Die Druckschrift US 2014 / 0 098 834 A1 beschreibt ein Zeit-Temperatur Indikatorsystem, welches geeignet ist die Zeit und Temperaturaussetzung von Nahrungsmitteln, Pharmazeutika, Kosmetika, Chemikalien und anderer Produkte zu überwachen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine einfachere, zuverlässigere Messung der Zeit ermöglicht, die sich eine Flüssigkeit in einem einzelnen Probenbehälter befindet, und die sich zudem einfach mit bestehenden Laborartikeln durchführen lässt.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Probenbehälter nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des Probenbehälters an.
• Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie entgegen der im Stand der Technik bekannten, standardisierten Vorgehensweise ein individuelles Zeitmonitoring jedes einzelnen Probenbehälters ermöglicht. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Probe labile Biomarker enthält. Zudem kann sie einfach in bestehende Laborartikel als Verbrauchsgut integriert werden, so dass kein zusätzlicher Arbeitsaufwand entsteht.
• Erfindungsgemäß weist der Probenbehälter ein Probengefäß und ein Indikationsgefäß auf. Ein Verbindungselement verbindet das Probengefäß mit dem Indikationsgefäß. Das Verbindungselement ist derart gestaltet, dass eine Flüssigkeit, welche in das Probengefäß eingebracht werden kann, in das Indikationsgefäß strömen kann. Das Verbindungselement kann beispielsweise in Form eines Loches oder einer sehr dünnen Kapillare ausgestaltet sein.
• Bevorzugterweise ist das Verbindungselement so eingerichtet, dass der Volumenstrom, mit welchem die Flüssigkeit durch das Verbindungselement von dem Probengefäß in das Indikationsgefäß strömt, im Wesentlichen konstant ist. Der Volumenstrom kann durch die konkrete Ausgestaltung des Verbindungselements an Eigenschaften der Flüssigkeit, wie beispielweise ihre Viskosität, sowie an Größe und Form von Proben- und Indikationsgefäß angepasst werden.
• Vorteilhafterweise ist das Verbindungselement an der Seite des Probengefä-ßes angeordnet, welche bei bestimmungsgemäßer Verwendung in Richtung der Gravitationskraft unten angeordnet ist.
• Das Indikationsgefäß ist mit einer Zeitskala versehen, welche Zeitmarken aufweist. Ein Volumen, das von zwei benachbarten Zeitmarken begrenzt wird, ist das Volumen, das von der Flüssigkeit, die in einem von den zwei benachbarten Zeitmarken bestimmten Zeitraum in das Indikationsgefäß geströmt ist, eingenommen wird.
• Die Skala erlaubt es also, durch eine Volumenmessung eine Zeitdauer zu bestimmen. Die Zeitdauer beschreibt vorteilhaft die Zeit, die seit Einbringen der Flüssigkeit in das Probengefäß vergangen ist. Durch die Volumenmessung wird somit eine zeitliche Integration des Volumenstroms der Flüssigkeit durch die Querschnittsfläche des Verbindungselements durchgeführt. Mathematisch lässt sich dies mit der Formel $$\Delta V={\displaystyle \int {}_{t1}^{t2}Q\left(t\right)dt}\stackrel{Q\left(t\right)=Q}{=}Q\cdot \left(t2-t1\right)$$

  

  beschreiben, wobei Q(t) der Volumenstrom durch die Querschnittsfläche des Verbindungselements ist und für das letzte Gleichheitszeichen nur unter der Annahme gilt, dass der Volumenstrom zeitlich konstant ist.
• Ein Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist, dass die Zeitmessung automatisch mit Einbringen der Flüssigkeit in das Probengefäß beginnt. Zudem wird nur die Zeit erfasst, in der die Probe sich zumindest teilweise im flüssigen Aggregatszustand befindet. Das bedeutet insbesondere, dass Zeiten, in denen die Probe vollständig gefroren ist, und in denen ein Abbau von Biomarkern nicht stattfindet, nicht erfasst werden. Nach zumindest teilweisem Auftauen der Probe setzt die Zeitmessung automatisch wieder ein.
• Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Erfindung ist, dass das Messprinzip keiner zusätzlichen Energiezufuhr, wie beispielsweise elektrischen Stromes, bedarf, da es physikalische Effekte, wie Kapillarität, Gravitation und Diffusion, ausnutzt.
• Vorteilhafterweise kann das Probengefäß als Probenröhrchen ausgestaltet sein. Dadurch kann die Zeitmessung einfach und reibungslos in bestehende Arbeitsabläufe integriert werden.
• Die Gestalt des Probengefäßes weist bevorzugterweise im Wesentlichen die Form eines Kreiszylinders auf. Dabei ist der Radius r des Kreiszylinders vorteilhafterweise kleiner als die Gesamthöhe h.
• Das Verbindungselement ist vorteilhafterweise mit einer oder mehreren Diffusionsbarrieren versehen. Diese erstrecken sich im Wesentlichen oder vollständig über eine oder mehrere oder sämtliche Öffnungsflächen des Verbindungselements.
• Die eine oder mehreren Diffusionsbarrieren sind vorteilhafterweise als Membran ausgebildet. Die Porengröße ist dabei vorteilhafterweise größer gleich 0,01 µm, vorteilhafterweise größer gleich 0,1 µm und/oder kleiner gleich 20 µm, vorteilhafterweise kleiner gleich 10 µm. Die Porendichte liegt vorteilhafterweise zwischen 5E7 und 5E9. Als Membran eignet sich vorteilhafterweise eine „track etched“ Membran (Kernspurmembran).
• Das Indikationsgefäß, in welches die Flüssigkeit durch das Verbindungselement hineinströmt, kann als gepackte Minisäule oder als Kapillare ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass eine Wand des Probengefäßes das Indikationsgefäß im Wesentlichen oder vollständig beinhaltet.
• Das Indikationsgefäß kann beispielsweise die Form eines Kreiszylinders mit dem Radius r haben. Das Volumen zwischen zwei Zeitmarken der Zeitskala, die sich an unterschiedlichen Höhen h1 und h2 des Kreiszylinders befinden, ist dann durch $$\Delta V=\pi r^2\left(h2-h1\right)=\pi r^2\Delta h$$

  

  gegeben.
• Unter der Annahme eines konstanten Volumenstroms der Flüssigkeit in das Indikationsgefäß, lässt sich ein einfacher mathematischer Zusammenhang zwischen der Messung der Zeitdauer und der Volumenmessung herstellen. Durch Gleichsetzen der Formeln (1) und (2) erhält man die Formel $$\stackrel{\left(1\right)=\left(2\right)}{\to }\Delta h=\Delta t\frac{Q}{\pi r^2}$$

  
• Die Höhendifferenz Δh der Flüssigkeit in dem Indikationsgefäß hängt somit im Fall des konstanten Volumenstroms linear von der vergangenen Zeitdauer, der Zeitdifferenz Δt=t2-t1, ab. Der Steigungskoeffizient ist dabei proportional zum Verhältnis aus Volumenstrom und dem Quadrat des Radius des Indikationsgefäßes.
• Vorteilhafterweise ist das Fassungsvermögen des Probengefäßes größer als das Fassungsvermögen des Indikationsgefäßes. Das Indikationsgefäß kann bevorzugterweise so gestaltet sein, dass es im Wesentlichen oder vollständig in dem vom Probengefäß umschlossenen Volumen enthalten ist.
• Weist das Probengefäß einen Deckel auf, so ist das Indikationsgefäß vorteilhafterweise so gestaltet, dass es an dem Deckel angebracht werden kann.
• Das Indikationsgefäß weist bevorzugterweise einen wasserlöslichen Indikator auf. Falls das Verbindungselement eine Diffusionsbarriere aufweist, so ist diese vorteilhafterweise so ausgebildet, dass sie für den Indikator undurchlässig ist.
• Der Indikator kann einen Farbstoff enthalten oder daraus bestehen. Die Wahl des Farbstoffes ist hierbei nicht darauf beschränkt, dass er Licht im sichtbaren Bereich streut. Er kann ebenso als Fluoreszenzfarbstoff ausgebildet sein, welcher Licht im infraroten, ultravioletten (UV) oder sichtbaren (VIS) Spektralbereich emittiert.
• Der Indikator, oder die in das Indikatorgefäß strömende Probe, kann zu einer detektierbaren Veränderung des Anregungs- oder Emissionsspektrums im UV/VIS oder Infrarotbereich führen. Insbesondere kann die in das Indikatorgefäß strömende Probe auch die Fluoreszenz des Indikators löschen (Quenching).
• Der Indikator kann ebenfalls in Form von magnetischen Beads (Kügelchen) ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine magnetische Messung der Zeitdauer am Indikationsgefäß z.B. unter Einsatz von induktiven oder Magnetfeldsensoren oder eine elektrische Messung der Zeitdauer z.B. mit Hilfe von Leitfähigkeits-, Kapazitäts- oder Impedanzmessungen.
• Die Eigenschaften des Indikators können daher vorteilhafterweise so gewählt werden, dass auch bei Proben, die Licht im sichtbaren Bereich stark absorbieren, d.h. insbesondere undurchsichtig sind, eine Messung der Zeitdauer möglich ist.
• Außerdem weist das Indikationsgefäß vorteilhaftweise ein hydrophiles Material als Säulenfüllung auf. Als Säulenfüllung eignet sich insbesondere Kieselgel oder Cellulose. Da die Laufgeschwindigkeit des Indikators von der Zusammensetzung des Materials der Säulenfüllung beeinflusst wird, kann durch eine geeignete Wahl der Säulenfüllung die Auflösung der Zeitmessung und maximale Messdauer angepasst werden. Zusätzlich kann eine Anpassung der Messdauer über die Wahl des Verbindungselements (d.h. Membrantyp oder Lochgröße) erfolgen.
• Die zurückgelegte Laufstrecke des Indikators gibt nun Auskunft über die vergangene Zeit. Beispielhaft kann der Indikator eine Bande an der Grenzfläche der eingeströmten Flüssigkeit bilden. Die Zeitdauer kann dann einfach anhand der Position der Indikatorbande relativ zur Skala bestimmt werden. Dabei kann die Position des Indikators in Abhängigkeit der Eigenschaften des Indikators auf unterschiedliche Arten ausgelesen werden.
• Bevorzugterweise ist das Indikationsgefäß mit einer Öffnung versehen, welche gaspermeabel ist. Dadurch wird erreicht, dass ein Druckausgleich stattfinden kann, d.h. die durch die einströmende Flüssigkeit verdrängte Luft entweichen kann. Vorteilhafterweise ist die Öffnung an der Seite des Indikationsgefäßes angeordnet, welche bei der ordnungsmäßigen Orientierung des Probenbehälters in Richtung der Gravitationskraft oben angeordnet ist.
• Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Probenbehälter gegeben. Bei diesen Beispielen werden für gleiche und ähnliche Elemente gleiche und ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass deren Erläuterung gegebenenfalls nicht wiederholt wird. Die nachfolgenden Beispiele weisen weiterhin eine Vielzahl von zusätzlichen Merkmalen auf, welche die Erfindung weiterhin verbessern können. Diese zusätzlichen Merkmale können jedoch nicht ausschließlich in der im jeweiligen Beispiel gezeigten Kombination eingesetzt werden, sondern auch isoliert voneinander oder in Kombination mit anderen Merkmalen in anderen Beispielen.
• Es zeigt:
• 1 einen erfindungsgemäßen Probebehälter,
• 2 Ausschnitte des Probenbehälters gemäß 1,
• 3 einen weiteren erfindungsgemäßen Probenbehälter,
• 4 schematisch einen möglichen zeitlichen Verlauf einer Indikatorbande,
• 5 Messungen einer gemessenen Wegstrecke des Indikators in Abhängigkeit der Zeit für unterschiedliche Membranen.
• 1 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Probebehälter 1. Das Probengefäß 3 ist als Probenröhrchen ausgebildet und weist einen Deckel 11 auf. Das Indikationsgefäß 5 ist als Steigröhrchen ausgebildet und ist mit einem Verbindungselement 7 sowie einer Öffnung 9 versehen. Das Indikationsgefäß 5 ist an dem Deckel 5 angebracht und erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Hauptachse des zylinderförmigen Probengefäßes 3. Das Verbindungselement 7 befindet sich an dem Ende des Indikationsgefäßes 5, welches dem Boden des Probengefäßes 3 zugewandt ist. Die Öffnung 9 ist an dem Ende des Indikationsgefäßes 5 vorgesehen, welches mit dem Deckel 11 verbunden ist.
• 2 (a) und (b) stellen vergrößerte Ausschnitte der beiden Enden des in 1 beispielhaft gezeigten Probenbehälters 1 dar. In 2(a) ist das Verbindungselement 7 zwischen Probengefäß 3 und Indikationsgefäß 5 ist als eine Mehrzahl rechteckiger Löcher in der Außenwand des Indikationsgefäßes 5 ausgebildet, wobei die Löcher gleichmäßig entlang des Umfangs auf einer Höhe des Indikationsgefäßes 5 verteilt sind. In 2 (b) ist die Öffnung 9, als eine einzelne rechteckige Öffnung in der Außenwand des Indikationsgefäßes 5 ausgebildet.
• 3 zeigt eine weitere mögliche Ausbildung eines erfindungsgemäßen Probenbehälters 1. In der Figur wird perspektivisch ein Querschnitt eines Probenbehälters 1 gezeigt. Ein Indikationsgefäß 5 ist als doppelwandiges Indikationskompartiment des Probenbehälters 5 ausgestaltet. Das Indikationsgefäß 5 weist dabei eine gemeinsame Seitenwand mit dem Probengefäß 3 auf. Das Probengefäß 3 weist dabei im Wesentlichen die Form eines Kreiszylinders auf. Das Indikationsgefäß 5 weist zwei Seitenwände auf, welche in radialer Richtung verlaufen und eine Seitenwand, welche parallel zum Zylindermantel des Probengefäßes auf dessen Innenseite angeordnet ist. Eine Öffnung 9, durch welche ein Druckausgleich zwischen Indikationsgefäß 5 und Probengefäß 3 erfolgen kann, ist als Loch auf der Seite des Indikationsgefäßes 5 ausgebildet, welche dem Inneren des Probengefäßes 3 zugewandt ist.
• 4 a) zeigt schematisch eine weitere mögliche Ausbildung eines erfindungsgemäßen Probenbehälters 1. Der im Querschnitt gezeigte Probenbehälter 1 weist ein Probengefäß 3 mit einem reagenzglasartigen Umriss auf und ist mit einer Probe befüllt. Innerhalb des Probengefäßes 3 ist ein Indikationsgefäß 5 mittig angeordnet, welches als Säule ausgestaltet ist und mit Kieselgel gefüllt ist. Ein Verbindungselement 7, welches von einer wasserdurchlässigen Membran abgedeckt ist, ist an der Unterseite des Indikationsgefäßes 5 vorgesehen. Eine Graduierung, welche entlang der Längsachse des Indikationsgefä-ßes 5 verläuft, erlaubt es die Zeit, welche seit Einbringen der Probe in das Probengefäß vergangen ist, zu messen.
• 4 b), (i) bis (iii) stellen beispielhaft den zeitlichen Verlauf einer Zeitmessung mittels des in 4 a) dargestellten Probenbehälters anhand von Momentaufnahmen zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten dar. 4 b) (i) zeigt beispielsweise den Zeitpunkt des Probenzugs. Das heißt, die Probe wurde gerade in ein Probengefäß 3 eingebracht und der Indikator befindet sich noch am unteren Ende des Indikationsgefäßes 5.
• In 4 b) (ii) ist bereits soviel Flüssigkeit in das Indikationsgefäß 5 geströmt, dass die Laufstrecke des Indikators ungefähr die Hälfte der Gesamtlänge der Skala beträgt. Zu einem späteren Zeitpunkt, welcher in 4 b) (iii) beispielhaft dargestellt ist, ist im Vergleich zum vorhergehenden Zeitpunkt noch mehr Flüssigkeit in das Indikationsgefäß 5 geströmt. Die zurückgelegte Laufstrecke des Indikators hat sich entsprechend vergrößert. Die Zeitdauer, welche seit Probenzug vergangen ist, lässt sich so in dem gezeigten Beispiel einfach anhand der Position der Lauffront des Indikators bestimmen.
• In 5 ist eine Auswertung einer Messung, wie sie für 4 beispielhaft beschrieben wurde, graphisch aufgetragen. Die Indikatorbelegung ist in Abhängigkeit der Zeit aufgetragen. Die Indikatorbelegung ist in Prozent angegeben und beschreibt die zurückgelegte Laufstrecke des Indikators im Indikationsgefäß 5 in Prozent der Gesamtlänge der Skala des Indikatorgefäßes. Dargestellt sind beispielhaft 2 Messreihen für zwei Probenbehälter mit unterschiedlichen Verbindungselementen (Membranen mit unterschiedlichen Porengrößen). Es besteht für beide Messreihen ein linearer Zusammenhang zwischen Zeit und zurückgelegter Laufstrecke.
• Bezugszeichenliste

1

Probenbehälter,

3

Probengefäß,

5

Indikationsge-fäß,

7

Verbindungselement,

9

Öffnung,

11

Deckel

Claims (12)

1. Probenbehälter (1), welcher mit einer Flüssigkeit befüllbar ist, und welcher ein Probengefäß (3) und ein Indikationsgefäß (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefäß (3) über ein Verbindungselement (7), welches für die Flüssigkeit durchlässig ist, mit einem Indikationsgefäß (5) verbunden ist und das Indikationsgefäß (5) mit einer Zeitskala mit Zeitmarken versehen ist, wobei zwei benachbarte Zeitmarken jeweils ein Volumen der Flüssigkeit begrenzen, welches in dem durch die Zeitmarken bestimmten Zeitraum durch das Verbindungselement (7) in das Indikationsgefäß (5) strömt.
2. Probenbehälter (1) nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) eine oder mehrere Diffusionsbarrieren aufweist, welche sich über eine oder mehrere Öffnungsflächen des Verbindungselements (7) im Wesentlichen oder vollständig erstrecken.
3. Probenbehälter (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Diffusionsbarrieren jeweils als Membran ausgebildet sind.
4. Probenbehälter (1) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Membran zwischen 0,01 µm und 20 µm liegt.
5. Probenbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Indikationsgefäß (5) eine gepackte Minisäule oder eine Kapillare ist.
6. Probenbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Indikationsgefäß (5) zumindest teilweise eine gemeinsame Seitenwand mit dem Probengefäß (3) aufweist oder an einem abnehmbaren Deckel (11), mit welchem das Probengefäß (3) versehen ist, anbringbar ist.
7. Probenbehälter (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Indikationsgefäß (5) einen wasserlöslichen Indikator enthält und die Diffusionsbarriere für den Indikator undurchlässig ist.
8. Probenbehälter (1) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator einen Farbstoff enthält oder daraus besteht.
9. Probenbehälter (1) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator magnetische Beads enthält oder daraus besteht.
10. Probenbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Indikationsgefäß (5) mit einem hydrophilen Material, vorzugsweise Kieselgel oder Cellulose, gefüllt ist.
11. Probenbehälter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Indikationsgefäß (5) eine oder mehrere Öffnungen (9) aufweist, welche gasdurchlässig sind.
12. Probenbehälter (1) nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Öffnungen (9) des Indikationsgefäßes (5) vollständig von einer gasdurchlässigen und flüssigkeitsundurchlässigen Schicht, vorzugsweise einer Membran, abgedeckt werden.

Images