DE102020129201A1 - Method for preparing a sample concentrate and kit for carrying it out - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates mit den Schritten: Bereitstellen eines Filtermoduls; Bereitstellen einer Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe; Verbinden der Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe mit dem einen Retentatraumzugang des Filtermoduls; Verschließen des anderen Retentatraumzuganges des Filtermoduls; Leiten der Probe in den Retentatraum des Filtermoduls; Leiten eines Teils der Probe von dem Retentatraum über eine Membranwand in den Filtratraum des Filtermoduls; Anreichern von Probenkonzentrat im Retentatraum, wobei optional Mikroben im Retentatraum angereichert werden und/oder Mikroben an und/oder in der Membranwand angelagert werden; Ableiten des Teils der Probe aus dem Filtratraum dadurch gekennzeichnet, dass folgende weitere Schritte durchgeführt werden: Bereitstellen einer Spülgasquelle; Bereitstellen eines Sammelbehälters; Verschließen des Filtratraumzuganges; Öffnen des anderen Retentatraumzuganges und Sammeln von Probenkonzentrat in dem Sammelbehälter; Verbinden der Spülgasquelle mit einem Retentatraumzugang; Leiten von Spülgas über einen Retentatraumzugang in den Retentatraum; Lösen des Probenkonzentrates und optional von Mikroben von und/oder aus der Membranwand; optional Akkumulation der Mikroben im Probenkonzentrat; Ableiten des Probenkonzentrates über den anderen Retentatraumzugang aus dem Retentatraum; Sammeln des Probenkonzentrates im Sammelbehälter.A method for providing a sample concentrate is disclosed, with the steps: providing a filter module; providing a source of a sample optionally containing microbes; connecting the source of a sample optionally containing microbes to the one retentate compartment port of the filter module; Closing the other retentate space access of the filter module; passing the sample into the retentate compartment of the filter module; passing a portion of the sample from the retentate space through a membrane wall into the filtrate space of the filter module; Enrichment of sample concentrate in the retentate space, microbes optionally being enriched in the retentate space and/or microbes being attached to and/or in the membrane wall; Deriving the part of the sample from the filtrate space, characterized in that the following further steps are carried out: providing a flushing gas source; providing a collection container; Closing the access to the filtrate space; opening the other retentate space access and collecting sample concentrate in the collection container; connecting the purge gas source to a retentate space port; directing purge gas into the retentate space via a retentate space port; dissolving the sample concentrate and optionally microbes from and/or out of the membrane wall; optional accumulation of microbes in sample concentrate; Deriving the sample concentrate from the retentate space via the other retentate space access; Collecting the sample concentrate in the collection container.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates und ein Set zu dessen Durchführung.The invention relates to a method for providing a sample concentrate and a set for carrying it out.
Stand der TechnikState of the art
Es sind verschiedene Filtersysteme bekannt, mit denen beispielsweise für industrielle Zwecke Fluid gefiltert und das gefilterte Fluid wieder abgeleitet wird. Um in den Bereichen der Umweltkontrolle, der Schmutz- und Abwasserkontrolle oder der Wasserqualitätskontrolle mikrobiologische Eigenschaften des zu filternden Fluids zu bestimmen, werden unter anderem mit dem Filter herausgefilterte Bestandteile, insbesondere mikrobielle Bestandteile analysiert. Ein dafür geeignetes Verfahren ist beispielsweise in der
Nachteile bestehender Lösungen zur Bereitstellung von Proben aus Filtersystemen sind jedoch, dass die Proben als Nebenprodukt des vordergründig stattfindenden Reinigungsprozesses beziehungsweise Rückspülprozesses gewonnen werden. Bei der Reinigung beziehungsweise Rückspülung wird primär versucht, einen maximalen Reinigungseffekt zu erzielen. Dementsprechend wird solange mit Rückspülflüssigkeit rückgespült, bis der Filter die gewünschte Sauberkeit erreicht hat. Je nach Verunreinigungsgrad kann dafür eine große Menge an Rückspülflüssigkeit notwendig sein. Die Probe, die dabei als Nebenprodukt abfällt, ist dementsprechend teilweise stark verdünnt und kann nur noch unter erhöhtem Aufwand analysiert werden. Dadurch wird die Analyse auch potentiell anfälliger gegenüber Fehlern. In der Folge sinkt dementsprechend auch die Aussagekraft der Analyseergebnisse.However, the disadvantages of existing solutions for providing samples from filter systems are that the samples are obtained as a by-product of the cleaning process or backwashing process that is primarily taking place. During cleaning or backwashing, the primary attempt is to achieve a maximum cleaning effect. Accordingly, backwashing is carried out with backwashing liquid until the filter has reached the desired level of cleanliness. Depending on the degree of contamination, a large amount of backwash liquid may be necessary. The sample, which is a by-product, is therefore partially highly diluted and can only be analyzed with great effort. This also makes the analysis potentially more susceptible to errors. As a result, the informative value of the analysis results also decreases accordingly.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates anzugeben, wobei das Probenkonzentrat effektiv und mit geringem Aufwand bereitgestellt werden soll und eine hohe Konzentration an Mikroben in dem Probenkonzentrat erreicht werden soll. Bevorzugt wird das Verfahren mit zu analysierendem Wasser angewandt, da dieses häufig Mikroben enthält.The object of the invention is to specify a method for providing a sample concentrate, in which the sample concentrate is to be provided effectively and with little effort and a high concentration of microbes in the sample concentrate is to be achieved. The method with water to be analyzed is preferably used, since this often contains microbes.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch ein Set nach Anspruch 10. Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.This object is solved by a method according to claim 1 and by a set according to claim 10. Further features embodying the invention are contained in the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates weist die folgenden Schritte auf. Zuerst wird ein Filtermodul bereitgestellt, das einen Innenraum aufweist, der durch eine Membranwand in einen Retentatraum und einen Filtratraum unterteilt ist, wobei der Retentatraum zwei Retentatraumzugänge aufweist und der Filtratraum mindestens einen Fluidraumzugang aufweist. Daraufhin wird eine Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe bereitgestellt. Die Mikroben können Viren, Bakterien oder Protozoen, aber auch Proteine oder Proteinkomplexe sein.A method according to the invention for providing a sample concentrate has the following steps. First, a filter module is provided which has an interior space which is divided by a membrane wall into a retentate space and a filtrate space, the retentate space having two retentate space accesses and the filtrate space having at least one fluid space access. A source of a sample optionally containing microbes is then provided. The microbes can be viruses, bacteria or protozoa, but also proteins or protein complexes.
Im Folgenden werden für einzelne Verfahrensschritte beispielhaft Volumina und Volumenraten angegeben. Diese erwiesen sich bei der Verwendung eines Filtermoduls mit einer Filterfläche im Bereich von 0,1-5,0 m2, insbesondere 0,25-3,50 m2 und besonders bevorzugt 0,5-2,5 m2 als vorteilhaft. Solche Filtermodule werden konventionell beispielsweise für Dialysezwecke eingesetzt. Dahingegen werden für die industrielle Filtration konventionell Filtermodule mit einer Filterfläche von 30-100 m2 eingesetzt. Für Filtermodule mit anderer Filterfläche wird davon ausgegangen, dass sich entsprechend der Änderung der Filterfläche geänderte Volumina und Volumenraten als vorteilhaft erweisen.In the following, volumes and volume rates are given as examples for individual process steps. These proved to be advantageous when using a filter module with a filter area in the range of 0.1-5.0 m 2 , in particular 0.25-3.50 m 2 and particularly preferably 0.5-2.5 m 2 . Such filter modules are conventionally used for dialysis purposes, for example. In contrast, conventional filter modules with a filter area of 30-100 m 2 are used for industrial filtration. For filter modules with a different filter area, it is assumed that changed volumes and volume rates corresponding to the change in filter area prove to be advantageous.
Danach wird die Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe mit dem einen Retentatraumzugang verbunden. Dann wird der andere Retentatraumzugang verschlossen. Anschließend beginnt der eigentliche Filtrationsbetrieb, bei dem die Probe von der Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe über den einen Retentatraumzugang in den Retentatraum geleitet wird. Daraufhin wird ein Teil des membrangängigen Teils der Probe von dem Retentatraum über die Membranwand in den Filtratraum geleitet. Dabei wird Probenkonzentrat im Retentatraum angereichert, wobei optional Mikroben im Retentatraum angereichert werden und/oder Mikroben an und/oder in der Membranwand angelagert werden. Schließlich wird der Teil des membrangängigen Teils der Probe über den Filtratraumzugang aus dem Filtratraum abgeleitet. Bevorzugt ist ein membrangängiger Teil der Probe Wasser. Unter Membrangängigkeit ist zu verstehen, dass der membrangängige Stoff durch die Membranwand oder Membranporen diffundieren oder durch die Membranwand oder Membranporen konvektiv transportiert werden kann.Thereafter, the source of an optional microbe-containing sample is connected to one retentate space port. Then the other retentate space access is closed. The actual filtration operation then begins, in which the sample is conducted from the source of a sample optionally containing microbes via the one access to the retentate space into the retentate space. As a result, a part of the membranous A large part of the sample is conducted from the retentate space over the membrane wall into the filtrate space. In this case, sample concentrate is enriched in the retentate space, microbes optionally being enriched in the retentate space and/or microbes being attached to and/or in the membrane wall. Finally, the part of the membrane-penetrating part of the sample is derived from the filtrate space via the filtrate space access. A membrane-permeable part of the sample is preferably water. Membrane permeability is to be understood as meaning that the substance which permeates the membrane can diffuse through the membrane wall or membrane pores or can be transported convectively through the membrane wall or membrane pores.
Während des Filtrationsbetriebes kann das Leiten der optional Mikroben enthaltenden Probe mit einer Volumenrate von 250 ml/min begonnen werden, wobei die Volumenrate anschließend so weit wie möglich erhöht werden kann, um die Prozesseffizienz zu steigern. Bevorzugt wird ein Filtrationsdruck im Bereich von 0,0 bar bis 2,0 bar gewählt, insbesondere von 0,1 bar bis 1,5 bar und besonders bevorzugt von 0,2 bar bis 1,0 bar. Dadurch kann eine hohe Prozessstabilität erreicht werden.During the filtration operation, the passage of the sample containing optional microbes can be started at a volume rate of 250 ml/min, after which the volume rate can be increased as much as possible to increase the process efficiency. A filtration pressure in the range from 0.0 bar to 2.0 bar is preferably selected, in particular from 0.1 bar to 1.5 bar and particularly preferably from 0.2 bar to 1.0 bar. This allows a high process stability to be achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass folgende weitere Schritte durchgeführt werden. Der Filtratraumzugang wird verschlossen. Danach wird der andere Retentatraumzugang geöffnet und Probenkonzentrat im Sammelbehälter gesammelt. Dann wird eine Spülgasquelle bereitgestellt. Daraufhin wird die Spülgasquelle mit einem Retentatraumzugang verbunden und Spülgas von der Spülgasquelle über einen Retentatraumzugang in den Retentatraum geleitet, wobei mit Hilfe des Spülgases Probenkonzentrat und Mikroben von und/oder aus der Membranwand gelöst werden können und die Mikroben in dem Probenkonzentrat akkumuliert werden können. Dabei wird bevorzugt ein Spülgasvolumen im Bereich von 10 ml bis 500 ml, insbesondere im Bereich von 20 ml bis 300 ml und besonders bevorzugt im Bereich von 30 ml bis 200 ml in den Retentatraum geleitet. Dann wird das Probenkonzentrat über den anderen Retentatraumzugang aus dem Retentatraum abgeleitet. Schließlich wird das Probenkonzentrat in einem Sammelbehälter gesammelt. Anhand des Volumens des im Sammelbehälter gesammelten Probenkonzentrates können Rückschlüsse darauf gezogen werden, wie stark das Filtermodul zugesetzt ist. Darüber hinaus ergibt sich mit der Verwendung eines gasförmigen Fluides zum Spülen der Vorteil, dass dieses nicht im Sammelbehälter verbleibt und das Probenkonzentrat verdünnt. Dadurch wird die spätere Analyse des Probenkonzentrates vereinfacht.The method according to the invention is characterized in that the following additional steps are carried out. The access to the filtrate space is closed. Then the other access to the retentate space is opened and sample concentrate is collected in the collection container. A purge gas source is then provided. The purge gas source is then connected to a retentate chamber access and purge gas is conducted from the purge gas source via a retentate chamber access into the retentate chamber, with the aid of the purge gas sample concentrate and microbes being able to be detached from and/or out of the membrane wall and the microbes in the sample concentrate being able to be accumulated. A flushing gas volume in the range from 10 ml to 500 ml, in particular in the range from 20 ml to 300 ml and particularly preferably in the range from 30 ml to 200 ml, is preferably passed into the retentate space. Then the sample concentrate is derived from the retentate space via the other access to the retentate space. Finally, the sample concentrate is collected in a collection container. Based on the volume of the sample concentrate collected in the collection container, conclusions can be drawn as to how heavily the filter module is clogged. In addition, the use of a gaseous fluid for rinsing has the advantage that this does not remain in the collection container and dilute the sample concentrate. This simplifies subsequent analysis of the sample concentrate.
In einer weiteren Ausführungsform wird zwischen dem Bereitstellen des Filtermoduls und dem Bereitstellen der Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe zum Primen eine Spüllösungsquelle bereitgestellt, die Spüllösungsquelle mit einem Retentatraumzugang verbunden, der Filtratraumzugang verschlossen, Spüllösung von der Spüllösungsquelle über den einen Retentatraumzugang in den Retentatraum geleitet sowie die Spüllösung über den anderen Retentatraumzugang aus dem Retentatraum abgeleitet. Damit wird das Filtermodul mittels Befeuchtung durch die Spüllösung für den eigentlichen Filtrationsbetrieb vorbereitet. Gleichzeitig wird sich im Filtermodul befindliche Luft entfernt, wodurch die Prozesseffizienz des sich anschließenden Filtrationsbetriebes erhöht wird.In a further embodiment, between the provision of the filter module and the provision of the source of an optionally microbe-containing sample for priming, a rinsing solution source is provided, the rinsing solution source is connected to a retentate chamber access, the filtrate chamber access is closed, rinsing solution is routed from the rinsing solution source via one retentate chamber access into the retentate chamber and the rinsing solution is derived from the retentate space via the other access to the retentate space. This prepares the filter module for the actual filtration operation by means of moistening with the rinsing solution. At the same time, air in the filter module is removed, which increases the process efficiency of the subsequent filtration operation.
In einer weiteren Ausführungsform wird zwischen dem Bereitstellen des Filtermoduls und dem Bereitstellen der Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe zum Primen eine Spüllösungsquelle bereitgestellt, die Spüllösungsquelle mit einem Retentatraumzugang verbunden, der andere Retentatraumzugang verschlossen, Spüllösung von der Spüllösungsquelle über den einen Retentatraumzugang in den Retentatraum geleitet, die Spüllösung von dem Retentatraum über die Membranwand in den Filtratraum geleitet sowie die Spüllösung über den Filtratraumzugang aus dem Filtratraum abgeleitet. Auf diese Weise wird das Filtermodul ebenfalls mittels Befeuchtung durch die Spüllösung für den eigentlichen Filtrationsbetrieb vorbereitet. Gleichzeitig wird sich im Filtermodul befindliche Luft entfernt, wodurch die Prozesseffizienz des sich anschließenden Filtrationsbetriebes erhöht wird.In a further embodiment, between the provision of the filter module and the provision of the source of an optionally microbe-containing sample for priming, a rinsing solution source is provided, the rinsing solution source is connected to a retentate chamber access, the other retentate chamber access is closed, rinsing solution from the rinsing solution source is routed via one retentate chamber access into the retentate chamber , the rinsing solution is conducted from the retentate chamber via the membrane wall into the filtrate chamber and the rinsing solution is derived from the filtrate chamber via the filtrate chamber access. In this way, the filter module is also prepared for the actual filtration operation by means of moistening with the rinsing solution. At the same time, air in the filter module is removed, which increases the process efficiency of the subsequent filtration operation.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden beide oben beschriebenen vorbereitenden Zwischenschritte zum Primen, bei denen das Filtermodul mittels der Spüllösung vorbereitend befeuchtet wird, nacheinander durchgeführt. Dadurch wird erreicht, dass aus allen Bereichen, die sich jeweils um einen Retentatraumzugang beziehungsweise Filtratraumzugang befinden, die Luft entfernt wird, wodurch die Prozesseffizienz des sich anschließenden Filtrationsbetriebes nochmals erhöht wird. Sollten zusätzliche Retentatraumzugänge beziehungsweise Filtratraumzugänge vorhanden sein, kann auch durch diese Spüllösung geleitet werden. Bevorzugt wird die Spüllösung mit einer Volumenrate im Bereich von 50 ml/min bis 500 ml/min, insbesondere im Bereich von 100 ml/min bis 300 ml/min und besonders bevorzugt im Bereich von 150 ml/min bis 250 ml/min durch das Filtermodul geleitet. Besonders bevorzugt wird das Filtermodul vollständig mit Spüllösung gefüllt, wobei dabei nur so viel Spüllösung wie nötig verwendet wird. Dementsprechend wird beispielsweise bei einem freien inneren Volumen des Filtermoduls von 100 ml idealerweise auch nur 100 ml Spüllösung verwendet.In a preferred embodiment, both of the above-described preparatory intermediate steps for priming, in which the filter module is preliminarily moistened by means of the rinsing solution, are carried out one after the other. This ensures that the air is removed from all areas that are located around a retentate room access or filtrate room access, whereby the process efficiency of the subsequent filtration operation is increased again. If there are additional accesses to the retentate space or filtrate space, this rinsing solution can also be used. Preferably, the rinsing solution is administered at a volume rate in the range from 50 ml/min to 500 ml/min, in particular in the range from 100 ml/min to 300 ml/min and particularly preferably in the range from 150 ml/min to 250 ml/min through the filter module passed. The filter module is particularly preferably completely filled with rinsing solution, with only as much rinsing solution as necessary being used. Accordingly, for example wise, with a free inner volume of the filter module of 100 ml, ideally only 100 ml of rinsing solution is used.
In einer weiteren Ausführungsform wird beziehungsweise werden im Anschluss an das Sammeln des Probenkonzentrates in dem Sammelbehälter weiter eine Pufferlösungsquelle bereitgestellt, der Filtratraumzugang geöffnet, die Pufferlösungsquelle mit dem Filtratraumzugang verbunden, Pufferlösung von der Pufferlösungsquelle über den Filtratraumzugang in den Filtratraum geleitet, die Pufferlösung von dem Filtratraum über die Membranwand in den Retentatraum geleitet, optional Mikroben von und/oder aus der Membranwand mit der Pufferlösung herausgelöst, optional die Mikroben in der Pufferlösung akkumuliert, die optional Mikroben enthaltende Pufferlösung über den Retentatraumzugang aus dem Retentatraum abgeleitet sowie die optional Mikroben enthaltende Pufferlösung in dem Sammelbehälter als Erweiterung des in dem Sammelbehälter bereits vorhandenen Probenkonzentrates gesammelt. Dadurch wird es ermöglicht, neben dem Lösen der Mikroben von und/oder aus der Membranwand mittels des Spülgases ausgehend von der Retentatseite, die Mikroben auch ausgehend von der Filtratraumseite von und/oder aus der Membranwand zu lösen. Dadurch werden potentiell insgesamt mehr Mikroben aus der Membranwand herausgelöst, wodurch die spätere Analyse des Probenkonzentrates vereinfacht wird. Bevorzugt wird ein Spüllösungsvolumen im Bereich von 25 ml bis 1000 ml, insbesondere im Bereich von 50 ml bis 750 ml und besonders bevorzugt im Bereich von 100 ml bis 500 ml in den Filtratraum geleitet. Dabei wird bevorzugt eine Volumenrate im Bereich von 25 ml/min bis 1000 ml/min, insbesondere im Bereich von 50 ml bis 750 ml und besonders bevorzugt im Bereich von 100 ml/min bis 500 ml/min verwendet.In a further embodiment, a buffer solution source is or will be provided following the collection of the sample concentrate in the collection container, the filtrate space access opened, the buffer solution source connected to the filtrate space access, buffer solution from the buffer solution source via the filtrate space access into the filtrate space, the buffer solution from the filtrate space conducted via the membrane wall into the retentate space, optionally microbes are released from and/or out of the membrane wall with the buffer solution, optionally the microbes are accumulated in the buffer solution, the buffer solution optionally containing microbes is derived from the retentate space via the access to the retentate space, and the buffer solution optionally containing microbes is in the Collection container collected as an extension of the sample concentrate already present in the collection container. This makes it possible, in addition to detaching the microbes from and/or from the membrane wall by means of the flushing gas starting from the retentate side, and also detaching the microbes from and/or from the membrane wall starting from the filtrate chamber side. As a result, potentially more microbes are released from the membrane wall overall, which simplifies later analysis of the sample concentrate. A flushing solution volume in the range from 25 ml to 1000 ml, in particular in the range from 50 ml to 750 ml and particularly preferably in the range from 100 ml to 500 ml, is fed into the filtrate space. A volume rate in the range from 25 ml/min to 1000 ml/min, in particular in the range from 50 ml to 750 ml and particularly preferably in the range from 100 ml/min to 500 ml/min, is preferably used here.
In einer weiteren Ausführungsform wird beziehungsweise werden nach dem Ableiten der optional Mikroben enthaltenden Pufferlösung über den Retentatraumzugang aus dem Retentatraum der Filtratraumzugang verschlossen, die Pufferlösung aus der Pufferlösungsquelle mit der Spülgasquelle entnommen, die in der Spülgasquelle enthaltene Pufferlösung aus der Spülgasquelle über einen Retentatraumzugang in den Retentatraum geleitet, optional Mikroben von und/oder aus der Membranwand mit der Pufferlösung herausgelöst, optional die Mikroben in der Pufferlösung akkumuliert, die optional Mikroben enthaltende Pufferlösung über den anderen Retentatraumzugang aus dem Retentatraum abgeleitet sowie die optional Mikroben enthaltende Pufferlösung in dem Sammelbehälter als Erweiterung des in dem Sammelbehälter bereits vorhandenen Probenkonzentrates gesammelt. Durch diese Leitung einer Pufferlösung durch das Filtermodul über einen Retentatraumzugang ausgehend von der Retentatseite werden potentiell zusätzlich Mikroben von und/oder aus der Membranwand gelöst, wodurch die spätere Analyse des Probenkonzentrates nochmal vereinfacht wird. Dabei wird bevorzugt ein Pufferlösungsvolumen im Bereich von 10 ml bis 500 ml, insbesondere im Bereich von 15 ml bis 350 ml und besonders bevorzugt im Bereich von 20 ml bis 200 ml in den Retentatraum geleitet.In a further embodiment, after the buffer solution optionally containing microbes has been drained off via the retentate room access from the retentate room, the filtrate room access is or are closed, the buffer solution is removed from the buffer solution source with the purge gas source, the buffer solution contained in the purge gas source is removed from the purge gas source via a retentate room access into the retentate room guided, optionally microbes are released from and/or out of the membrane wall with the buffer solution, optionally the microbes are accumulated in the buffer solution, the optionally microbe-containing buffer solution is drained from the retentate chamber via the other access to the retentate space, and the optionally microbe-containing buffer solution is in the collection container as an extension of the in collected from the sample concentrate already present in the collection container. This routing of a buffer solution through the filter module via a retentate chamber access starting from the retentate side potentially additionally releases microbes from and/or out of the membrane wall, which further simplifies the subsequent analysis of the sample concentrate. A buffer solution volume in the range from 10 ml to 500 ml, in particular in the range from 15 ml to 350 ml and particularly preferably in the range from 20 ml to 200 ml, is fed into the retentate space.
In einer weiteren Ausführungsform wird beziehungsweise werden nach dem Leiten der Pufferlösung durch das Filtermodul mittels der Spülgasquelle und den damit verbundenen Schritten Spülgas in der Spülgasquelle angereichert, das in der Spülgasquelle enthaltene Spülgas aus der Spülgasquelle über einen Retentatraumzugang in den Retentatraum geleitet, die Pufferlösung und optional Mikroben von und/oder aus der Membranwand mit Hilfe des Spülgases gelöst, optional Mikroben in der Pufferlösung akkumuliert, die optional Mikroben enthaltende Pufferlösung über den anderen Retentatraumzugang aus dem Retentatraum abgeleitet sowie die optional Mikroben enthaltende Pufferlösung in dem Sammelbehälter als Erweiterung des in dem Sammelbehälter bereits vorhandenen Probenkonzentrates gesammelt. Durch diesen erneuten Spülgasstoß ausgehend von der Retentatseite werden potentiell nochmal insgesamt mehr Mikroben von und/oder aus der Membranwand gelöst, wodurch die spätere Analyse des Probenkonzentrates nochmal vereinfacht wird. Dabei wird bevorzugt ein Spülgasvolumen im Bereich von 10 ml bis 500 ml, insbesondere im Bereich von 15 ml bis 350 ml und besonders bevorzugt im Bereich von 20 ml bis 200 ml in den Retentatraum geleitet.In a further embodiment, after the buffer solution has been passed through the filter module by means of the purge gas source and the associated steps, purge gas is or are enriched in the purge gas source, the purge gas contained in the purge gas source is/are conducted from the purge gas source via a retentate space access into the retentate space, the buffer solution and optionally Microbes are released from and/or out of the membrane wall with the aid of the flushing gas, optionally microbes are accumulated in the buffer solution, the optionally microbe-containing buffer solution is drained from the retentate chamber via the other access to the retentate space, and the optionally microbe-containing buffer solution is in the collection container as an extension of the one already in the collection container existing sample concentrate collected. This renewed blast of flushing gas from the retentate side potentially releases more microbes from and/or out of the membrane wall, which further simplifies the subsequent analysis of the sample concentrate. A flushing gas volume in the range from 10 ml to 500 ml, in particular in the range from 15 ml to 350 ml and particularly preferably in the range from 20 ml to 200 ml, is preferably passed into the retentate space.
In einer weiteren Ausführungsform werden zwischen dem Verbinden der Spülgasquelle mit einem Retentatraumzugang und dem Leiten des Spülgases von der Spülgasquelle über einen Retentatraumzugang in den Retentatraum das Filtermodul und die Spülgasquelle derart positioniert, dass die Spülgasquelle vertikal über dem einen Retentatraumzugang angeordnet ist und dass in der Spülgasquelle enthaltenes Fluid über den einen Retentatraumzugang vertikal nach unten in den Retentatraum leitbar ist, wobei der eine Retentatraumzugang dem Retentatraumzugang entspricht, an dem die Spülgasquelle angeschlossen ist. So wird sichergestellt, dass mit Hilfe des ersten Spülgasstoßes die maximale Menge an potentiell an und/oder in der Membranwand vorhandenen Mikroben von und/oder aus der Membranwand gelöst wird. Dadurch wird die spätere Analyse des Probenkonzentrates vereinfacht. Bei der Positionierung des Filtermoduls und der Spülgasquelle kann das Filtermodul beliebig rotiert werden. Beispielsweise kann das Filtermodul für den Wechsel des oben liegenden Retentatraumzuganges um 180° um eine horizontale Achse rotiert werden.In a further embodiment, between the connection of the purge gas source to a retentate chamber access and the routing of the purge gas from the purge gas source via a retentate chamber access into the retentate chamber, the filter module and the purge gas source are positioned in such a way that the purge gas source is arranged vertically above the one retentate chamber access and that in the purge gas source contained fluid can be passed vertically downwards into the retentate space via the one retentate space access, wherein the one retentate space access corresponds to the retentate space access to which the flushing gas source is connected. This ensures that the maximum amount of microbes potentially present on and/or in the membrane wall is released from and/or out of the membrane wall with the aid of the first flushing gas pulse. This simplifies subsequent analysis of the sample concentrate. When positioning the filter module and the purge gas source, the filter module can be rotated as required. For example, the filter module can be rotated by 180° around a horizontal axis to change the access to the retentate space at the top.
In einer weiteren Ausführungsform wird ferner eine Pumpe bereitgestellt und erfolgt das Leiten der Lösung beziehungsweise Lösungen mit Hilfe der Pumpe. Die Pumpe ist vorzugsweise eine Verdrängerpumpe, wobei besonders bevorzugt die zu fördernde Lösung beziehungsweise die zu fördernden Lösungen durch äußere mechanische Verformung eines Schlauches durch diesen hindurchgedrückt wird. Dafür kann beispielsweise eine Peristaltikpumpe verwendet werden. Dadurch wird erreicht, dass die potentiell in den Lösungen enthaltenen Mikroben in möglichst geringem Umfang geschädigt werden. Dadurch wird die spätere Analyse des Probenkonzentrates zusätzlich vereinfacht.In a further embodiment, a pump is also provided and the solution or solutions are/are conveyed with the aid of the pump. The pump is preferably a positive-displacement pump, the solution or solutions to be conveyed being particularly preferably pushed through the hose by external mechanical deformation of the hose. A peristaltic pump can be used for this, for example. This ensures that the microbes potentially contained in the solutions are damaged to the smallest possible extent. This further simplifies the subsequent analysis of the sample concentrate.
Die Erfindung betrifft auch ein Set zur Durchführung eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates aufweisend ein Filtermodul aufweisend einen Innenraum, der durch eine Membranwand in einen Retentatraum und einen Filtratraum unterteilt ist, wobei der Retentatraum zwei Retentatraumzugänge aufweist und der Filtratraum einen Filtratraumzugang aufweist; und eine Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe aufweisend eine optional Mikroben enthaltende Lösung. Das Set ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine Spülgasquelle aufweisend ein Spülgas; und einen Sammelbehälter aufweist. Dieses Set ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates und die damit verbundenen Vorteile.The invention also relates to a set for carrying out a method for providing a sample concentrate, comprising a filter module having an interior space which is divided by a membrane wall into a retentate space and a filtrate space, the retentate space having two retentate space accesses and the filtrate space having one filtrate space access; and an optionally microbially containing sample source comprising an optionally microbially containing solution. The set is characterized in that it further comprises a purge gas source comprising a purge gas; and a collection container. This set enables the method according to the invention for providing a sample concentrate and the associated advantages.
Die Membranwand ist dabei vorzugsweise porös und kann beispielsweise als Hohlfasermembran ausgebildet sein. Diese Membranart eignet sich besonders gut zur Herausfilterung von Mikroben. Je nach Größe der zu detektierenden Mikroben wird die Porengröße der Membranwand derart gewählt, dass die Mikroben zuverlässig zurückgehalten werden. Beispielsweise hat sich für das zuverlässige Zurückhalten von Viren, die eine Größe von 20 nm bis 60 nm aufweisen, eine maximale Porengröße von 1 nm bis 5 nm, bevorzugt von 2 nm bis 4 nm, als vorteilhaft erwiesen. Unter der maximalen Porengröße ist zu verstehen, dass bei einer Siebkoeffizientenmessung nach DIN EN ISO 8637-1 :2016-05 mit einer wässrigen Dextranlösung einer breiten Molekulargewichtsverteilung ein sogenannter Molecular Weight Cut- Off (10 % Permeation) ermittelt wird, der mit Hilfe der Gleichung
Die Retentatraumzugänge und der Filtratraumzugang ermöglichen sowohl das Einleiten als auch das Ableiten von Fluid. Im einfachsten Fall sind die Retentatraumzugänge und der Filtratraumzugang als Loch ausgebildet. Werden über die Retentatraumzugänge beziehungsweise Filtratraumzugänge Fluidquellen mit dem Filtermodul verbunden und soll ein sicheres Ein- und Ableiten der Fluide ermöglicht werden, können beispielsweise zylindrische Teile mit Gewinde oder anderen längs umlaufenden Vertiefungen verwendet werden, die einen fluiddichten Anschluss ermöglichen.The retentate space access and the filtrate space access allow both the introduction and the discharge of fluid. In the simplest case, the access to the retentate space and the access to the filtrate space are designed as a hole. If fluid sources are connected to the filter module via the retentate chamber inlets or filtrate chamber inlets and safe inlet and outlet of the fluids is to be enabled, for example cylindrical parts with a thread or other longitudinally circumferential depressions can be used, which enable a fluid-tight connection.
Ferner kann das Set eine Spüllösungsquelle aufweisend eine Spüllösung aufweisen. Dadurch werden die erfindungsgemäße Vorbereitung des Retentatraumes des Filtermoduls und die erfindungsgemäße Vorbereitung des Filtratraumes des Filtermoduls sowie die damit verbundenen Vorteile ermöglicht.Furthermore, the set can have a rinsing solution source having a rinsing solution. This enables the preparation of the retentate space of the filter module according to the invention and the preparation of the filtrate space of the filter module according to the invention, as well as the associated advantages.
Ferner kann das Set eine Pufferlösungsquelle aufweisend eine Pufferlösung aufweisen. Dadurch werden die erfindungsgemäße Leitung einer Pufferlösung durch das Filtermodul über einen Filtratraumzugang und die erfindungsgemäße Leitung der Pufferlösung durch das Filtermodul über einen Retentatraumzugang sowie die damit verbundenen Vorteile ermöglicht.Furthermore, the set can have a buffer solution source having a buffer solution. This enables the inventive routing of a buffer solution through the filter module via a filtrate space access and the inventive routing of the buffer solution through the filter module via a retentate space access and the associated advantages.
Ferner kann das Set eine Pumpe, beispielsweise eine Peristaltikpumpe, aufweisen. Dadurch werden das erfindungsgemäße Leiten der Lösung beziehungsweise Lösungen mit Hilfe der Pumpe und die damit verbundenen Vorteile ermöglicht.Furthermore, the set can have a pump, for example a peristaltic pump. This enables the solution or solutions to be conveyed according to the invention with the aid of the pump and the advantages associated therewith.
In einer weiteren Ausführungsform sind alle Retentatraumzugänge und alle Filtratraumzugänge verschließbar. So wird es ermöglicht, den Filter für eine spätere erneute Verwendung zu lagern. Dadurch können kontinuierlich repetitiv Probenkonzentrate bereitgestellt werden, sodass über einen langen Zeitraum mit einem einzigen Filtermodul immer wieder Vergleichsproben bereitgestellt werden können. Dadurch können die Analysequalität gesteigert und die Prozesskosten verringert werden.In a further embodiment, all accesses to the retentate space and all accesses to the filtrate space can be closed. This makes it possible to store the filter for later re-use. As a result, sample concentrates can be provided continuously and repetitively, so that reference samples can be provided again and again over a long period of time with a single filter module. This increases the quality of analysis and reduces process costs.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Filtratraum des Filtermoduls einen zweiten Filtratraumzugang auf. Dadurch wird die Membranwand über einen größeren Bereich verwendet und dementsprechend ein effizienterer Filtrationsbetrieb ermöglicht, wodurch Prozesszeiten und damit Prozesskosten minimiert werden können.In a further embodiment, the filtrate space of the filter module has a second filtrate space access. As a result, the membrane wall is used over a larger area and accordingly more efficient filtration operation is made possible, whereby process times and thus process costs can be minimized.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Spülgasquelle eine Spritze. Dadurch wird eine einfache und zügige Handhabung der Spülgasquelle ermöglicht, wodurch die Prozesseffizienz gesteigert werden kann. Bevorzugt befindet sich das Spritzenvolumen im Bereich von 10 ml bis 500 ml, insbesondere im Bereich von 15 ml bis 350 ml und besonders bevorzugt im Bereich von 20 ml bis 200 ml. Dadurch wird es ermöglicht, das für das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates notwendige Volumen an Spülgas beziehungsweise Pufferlösung mit einem einzelnen Spritzenhub in den Retentatraum des Filtermoduls zu leiten.In another embodiment, the purge gas source is a syringe. This enables simple and rapid handling of the purge gas source, which can increase process efficiency. The syringe volume is preferably in the range from 10 ml to 500 ml, in particular in the range from 15 ml to 350 ml and particularly preferably in the range from 20 ml to 200 ml volume of flushing gas or buffer solution with a single syringe stroke into the retentate space of the filter module.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Spülgas Luft. Dadurch kann auf ein hinsichtlich der Handhabung aufwendiges Spülgas verzichtet werden, wodurch die Prozessstabilität gesteigert und Prozesskosten verringert werden können. Falls die herauszuspülende Probe oxidationsgefährdet ist, kann alternativ auch nicht oxidierendes Spülgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid verwendet werden.In another embodiment, the purge gas is air. As a result, there is no need for a flushing gas that is complicated to handle, which means that the process stability can be increased and process costs can be reduced. If the sample to be flushed out is at risk of oxidation, non-oxidizing flushing gas such as nitrogen or carbon dioxide can alternatively be used.
Figurenlistecharacter list
-
In
1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates schematisch dargestellt.In1 a method according to the invention for providing a sample concentrate is shown schematically. -
In
2 ist erfindungsgemäß der Filtrationsbetrieb eines Filtermoduls schematisch dargestellt.In2 According to the invention, the filtration operation of a filter module is shown schematically. -
In
3a ist erfindungsgemäß der Verfahrensschritt der Vorbereitung eines Retentatraumes eines Filtermoduls schematisch dargestellt.In3a According to the invention, the process step of preparing a retentate space of a filter module is shown schematically. -
In
3b ist erfindungsgemäß der Verfahrensschritt der Vorbereitung eines Filtratraumes eines Filtermoduls schematisch dargestellt.In3b According to the invention, the process step of preparing a filtrate chamber of a filter module is shown schematically. -
In
4a ist erfindungsgemäß der Schritt des Ausspülens eines Probenkonzentrates schematisch dargestellt, wobei über einen Retentatraumzugang ein erster Spülgasstoß durchgeführt wird.In4a According to the invention, the step of flushing out a sample concentrate is shown schematically, with a first flushing gas pulse being carried out via a retentate chamber access. -
In
4b ist erfindungsgemäß der Schritt des Ausspülens einer optional ein Probenkonzentrat enthaltenden Pufferlösung schematisch dargestellt, wobei über einen Filtratraumzugang eine Pufferlösung durch ein Filtermodul geleitet wird.In4b According to the invention, the step of rinsing out a buffer solution optionally containing a sample concentrate is shown schematically, with a buffer solution being passed through a filter module via a filtrate chamber access. -
In
4c ist erfindungsgemäß der Schritt des Ausspülens einer optional ein Probenkonzentrat enthaltenden Pufferlösung schematisch dargestellt, wobei mit einer Spülgasquelle eine Pufferlösung aus einer Pufferlösungsquelle entnommen wird.In4c According to the invention, the step of rinsing out a buffer solution optionally containing a sample concentrate is shown schematically, a buffer solution being removed from a buffer solution source using a rinsing gas source. -
In
4d ist erfindungsgemäß der Schritt des Ausspülens einer optional ein Probenkonzentrat enthaltenden Pufferlösung schematisch dargestellt, wobei über einen Retentatraumzugang eine Pufferlösung durch ein Filtermodul geleitet wird.In4d According to the invention, the step of rinsing out a buffer solution optionally containing a sample concentrate is shown schematically, with a buffer solution being passed through a filter module via a retentate chamber access. -
In
4e ist erfindungsgemäß der Schritt des Ausspülens einer optional ein Probenkonzentrat enthaltenden Pufferlösung schematisch dargestellt, wobei über einen Retentatraumzugang ein weiterer Spülgasstoß durchgeführt wird.In4e According to the invention, the step of flushing out a buffer solution optionally containing a sample concentrate is shown schematically, with a further flushing gas pulse being carried out via a retentate chamber access. -
In
5 ist ein erfindungsgemäßes Set zur Durchführung eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates schematisch dargestellt.In5 a set according to the invention for carrying out a method for providing a sample concentrate is shown schematically. -
In
6a ist ein erfindungsgemäßes Filtermodul schematisch dargestellt, wobei der Filtratraum zwei Filtratraumzugänge aufweist.In6a a filter module according to the invention is shown schematically, the filtrate chamber having two filtrate chamber accesses. -
In
6b ist ein erfindungsgemäßes Filtermodul schematisch dargestellt, wobei der Filtratraum zwei Filtratraumzugänge aufweist und alle Filtratraumzugänge verschlossen sind.In6b a filter module according to the invention is shown schematically, the filtrate space having two filtrate space accesses and all filtrate space accesses being closed.
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the Preferred Embodiments
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden detailliert beschrieben, ohne dass dabei beispielhaft erläuterte Ausführungsformen den Schutzumfang unnötig beschränken.The present invention is described in detail in the following, without the embodiments explained by way of example unnecessarily limiting the scope of protection.
In
Dabei besteht der Hauptverfahrensschritt der Vorbereitung eines Filtermoduls 210 aus zwei Verfahrensschritten, nämlich der Vorbereitung eines Retentatraumes 212 und der Vorbereitung eines Filtratraumes 214. Die genaue Reihenfolge der Verfahrensschritte der Vorbereitung eines Retentatraumes 212 und der Vorbereitung eines Filtratraumes 214 innerhalb des Hauptverfahrensschrittes der Vorbereitung eines Filtermoduls 210 ist für die korrekte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates 200 unerheblich. So können sowohl der Verfahrensschritt der Vorbereitung eines Retentatraumes 212 als auch der Verfahrensschritt der Vorbereitung eines Filtratraumes 214 zuerst durchgeführt werden.The main process step of preparing a
Der Hauptverfahrensschritt des Ausspülens eines Filtermoduls 230 besteht aus fünf Verfahrensschritten, nämlich der Durchführung eines ersten Spülgasstoßes 232, der Leitung einer Pufferlösung durch ein Filtermodul über einen Filtratraumzugang 234, der Entnahme einer Pufferlösung mit einer Spülgasquelle 236, der Leitung einer Pufferlösung durch ein Filtermodul über einen Retentatraumzugang 238 und der Durchführung eines weiteren Spülgasstoßes 233. Deren Reihenfolge ist - anders als beim Hauptverfahrensschritt der Vorbereitung eines Filtermoduls 210 - für die korrekte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates 200 relevant, was im Folgenden detailliert ausgeführt wird.The main process step for flushing out a
Bevor das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen eines Probenkonzentrates 200 beispielsweise mit dem in
Die Präparation des Filtratraumes 116 erfolgt mittels des in
Nachdem das Filtermodul 110 vollständig präpariert wurde, kann erfindungsgemäß der schematisch in
Sollte sich während der Hauptverfahrensschritte der Vorbereitung eines Filtermoduls 210 (siehe
Der Druck, mit dem die optional Mikroben enthaltende Probe 132 in das Filtermodul 110 geleitet wird, wird während des Filtrationsbetriebes eines Filtermoduls 220 mit Hilfe des Manometers 122 bestimmt. Mit Hilfe des aktuellen Druckes und des Druckverlaufes können Rückschlüsse darauf gezogen werden, wie stark das Filtermodul 110 aktuell mit verstopfenden Komponenten zugesetzt ist beziehungsweise wie schnell das Filtermodul 110 mit verstopfenden Komponenten zugesetzt wird. Die davon ableitbare Betriebsdauer des Filtermoduls 110 kann erhöht werden, indem die optional Mikroben enthaltende Probe 132 verdünnt wird beziehungsweise die Volumenrate, mit der die optional Mikroben enthaltende Probe 132 in das Filtermodul 110 geleitet wird, verringert wird.The pressure with which the
Ist das Filtermodul 110 derart mit verstopfenden Komponenten zugesetzt, dass ein zuverlässiger Filtrationsbetrieb eines Filtermoduls 220 nicht mehr gewährleistet werden kann, muss das Filtermodul 110 gereinigt werden. Soll gleichzeitig geprüft werden, welche verstopfenden Komponenten im Filtermodul 110 angelagert wurden, wird der in den
Bevor dieser erfindungsgemäß letzte Hauptverfahrensschritt durchgeführt werden kann, wird die vorerst nicht mehr benötigte Quelle einer optional Mikroben enthaltenden Probe 130 vom Filtermodul 110 getrennt.Before this last main method step according to the invention can be carried out, the source of a
Während des schematisch in
Als nächster Verfahrensschritt wird der schematisch in
Als nächster Verfahrensschritt wird der schematisch in
Als nächster Verfahrensschritt wird der schematisch in
Als letzter, optionaler Verfahrensschritt wird der schematisch in
Im Laufe der in den
In
In
In
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Set zum Durchführen eines Verfahrens zum Bereitstellen eines ProbenkonzentratesSet for carrying out a method for providing a sample concentrate
- 110110
- Filtermodulfilter module
- 112112
- Membranwandmembrane wall
- 114114
- Retentatraumretentate dream
- 115115
- Retentatraumzugangretentate room access
- 116116
- Filtratraumfiltrate space
- 117117
- Filtratraumzugangfiltrate space access
- 119119
- Verschlusskappesealing cap
- 120120
- Pumpepump
- 122122
- Manometermanometer
- 130130
- Quelle einer optional Mikroben enthaltenden ProbeSource of a sample optionally containing microbes
- 132132
- Optional Mikroben enthaltende ProbeOptional sample containing microbes
- 140140
- Spülgasquellepurge gas source
- 142142
- Spülgaspurge gas
- 150150
- Spüllösungsquellerinsing solution source
- 152152
- Spüllösungrinsing solution
- 160160
- Pufferlösungsquellebuffer solution source
- 162162
- Pufferlösungbuffer solution
- 170170
- Sammelbehältercollection container
- 180180
- Probenkonzentratsample concentrate
- 200200
- Verfahren zum Bereitstellen eines ProbenkonzentratesMethod of providing a sample concentrate
- 210210
- Vorbereitung eines FiltermodulsPreparation of a filter module
- 212212
- Vorbereitung eines RetentatraumesPreparation of a retentate room
- 214214
- Vorbereitung eines FiltratraumesPreparation of a filtrate room
- 220220
- Filtrationsbetrieb eines FiltermodulsFiltration operation of a filter module
- 230230
- Ausspülen eines FiltermodulsFlushing a filter module
- 232232
- Durchführung eines ersten SpülgasstoßesExecution of a first flushing gas burst
- 233233
- Durchführung eines weiteren SpülgasstoßesExecution of another flushing gas burst
- 234234
- Leitung einer Pufferlösung durch ein Filtermodul über einen FiltratraumzugangConduction of a buffer solution through a filter module via a filtrate chamber access
- 236236
- Entnahme einer Pufferlösung mit einer SpülgasquelleTaking a buffer solution with a purge gas source
- 238238
- Leitung einer Pufferlösung durch ein Filtermodul über einen RetentatraumzugangConduction of a buffer solution through a filter module via a retentate chamber access
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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