DE1949180A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Materials auf das Vorhandensein von Bakterien - Google Patents

Description

Dipl.-Jng. Heinz Bardehle , 19491 Patentanwalt

D-8 München 26 Postfach 4 München, uen 0 q

Telefon 0811/292555 £»

Mein Zeichen: P 799

Ai.melder : . Johnston Laboratories ,Inc.

3 Inaustry Lane
Cockeysville, Maryland 21Q3Q

USA

Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Materials auf das Vorhandensein von Bakterien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Materials auf das Vorhandensein von Bakterien. Die Erfindung betrifft insbesondere eine schnelle Durchführung von bakteriologischen Untersuchungen von Materialien, in denen Bakterien vermutet werden. Zu diesem Zweck wird ein radioaktiver Wachstumsstoff verwendet, der durch, die Bakterien in Gärung versetzbar ist und dadurch ein radioaktives gasförmiges Produkt erzeugt.

Werden Bakterien in einem geeigneten Nährboden gezüchtet, der eine gärungsfähige Kohlenstoffquelle, wie Glukose, enthält, so kann diese Kohlenstoffquelle während des Wachsens der Bakterien zu COp zerfallen. Ist der hier als Nährboden bezeichnete Wachstumsstoff alkalisch, so wird das COo im allgemeinen unter Bildung von Karbonaten oder Bikarbonaten absorbiert. Ist der Ausgangsstoff jedoch sauer (oder schwach alkalisch oder neutral, so daß eine geringe COp-Absorption zum Übergang auf saure Zustände führt), so wird .gasförmiges COp oberhalb der Lösung in die Atmosphäre abgegeben.

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Enthält der Nährboden eine Kohlenstoffquelle, die anstatt aus normalem Kohlenstoff mit einem Atomgewicht von 12 aus

14· radioaktivem Kohlenstoff mit einem Atomgewicht von 14 (G ) besteht, so enthält jegliches frei~w erdendes CO^ radioaktives C O₅. Die sich auf Grund des Betazerfalls von C ergebende

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Radioaktivität des C 0_? kann gemessen werden. Diese Radioaktivität hängt im allgemeinen von der Menge des erzeugten COp ab; die betreffende Größe kann somit dazu herangezogen werden, das Vorhandensein der Bakterien und das Wachstum in dem Nährboden zu messen. " · "■ ■

Bisher bestand* das grundsätzliche Verfahren zur Messung der

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Radioaktivität von freigesetztem C Op darin, das CQ₂ auf einem Filterpapier zu sammeln, das in eine alkalische Lösung getränkt war. Das Filterpapier mit einem in flüssiger Form vorhandenen radioaktiven Karbonat oder Dikarbonat wurde dann verarbeitet und zur Untersuchung auf Radioaktivität in einem Flüssigkeits-Scintillationszähler analysiert. Dieses Verfahren zur Bestimmung des Vorhandenseins von Bakterien und dem Züchten von Bakterien aus., der Radioaktivität des von dem Nährboden abgegebenen GOo ist langsam und aufwendig.

Bei Arbeiten in Krankenhäusern ist die frühe Erkennung von Bakterien in Körperflüssigkeiten von größter Bedeutung. Bisher wurden anerkanntermaßen Blut- oder Urinproben oder 'dgl. in einen geeigneten, in einer Petrischale befindlichen Nährboden eingebracht, und sodann wurde das bakteriologische Wachstum per Augenschein überwacht. Diese Methode ist ebenfalls langsam und aufwendig. Sie erleichtert jedoch die Schlußbestimmung betreffend das Vorhandensein von Bakterien. Bei allen Verfahren werden offensichtlich sämtliche Proben, und zwar unabhängig davon, ob sie hinsichtlich Bakterien positiv oder negativ reagieren, teuren und aufwendigen Untersuchungsvorgängen unterzogen.

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In vielen Fällen würde jedoch eine richtige Diagnose und Behandlung von Krankheiten erleichtert werden, wenn das Vorhandensein bestimmter Bakterien auf einfache und schnelle Weise bestimmt werden könnte. Könnten derartige negative Proben ermittelt und ohne aufwendige Verarbeitung beiseite geschafft werden, so ließe sich viel Laborarbeit vermeiden. Der zuletzt betrachtete Gesichtspunkt trifft auch dann zu, wenn das Vorhandensein einer bestimmten Gattung oder zumindest einer bestimmten Gruppe von Bakterien schnell freigesetzt werden könnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen, wie vorzugehen ist, um auf besonders einfache Weise ein Material auf äas Vorhandensein von Bakterien zu untersuchen.

Gelost wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe mit Hilfe eines Verfahrens zur Untersuchung eines Materials auf das Vorhandensein von Bakterien erfindungsgemäß dadurch, daß von dem zu untersuchenden Material eine Probe in einen Nähr-

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boden eingeführt wird, der eine einen C -kohlenstoff enthaltende Kohlenstoffquelle umfaßt, die durch Bakterien unter Bildung von Kohlendioxyd gärungsfähig ist, daß der Nährboden mit der Materialprobe Bedingungen ausgesetzt wird, die sum Auftreten normaler metabolischer Vorgänge für eine derart lan^e Seitspanne führen, daS sich durch Gärung des Nährbodens Kohlendioxid entwickelt, und daß bei zumindest einem Teil der oberhalb des Nährbodens und des Probenniaterials vorhandenen gasförmigen Atmosphäre zur Bestimmung" des Vorhandenseins von

C Op eine Radioaktxvitätsmessung vorgenommen wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, eine Vorrichtung zu verwenden, die erfindungsgemä5 dadurch gekennzeichnet ist, qsl3 ein Behälter vorgesehen ist, der eine Probe des jeweils zu untersuchenden

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Materials zusammen mit einem Nährboden aufnimmt, welcher eine einen C -Kohlenstoff enthaltende Kohlenstoffquelle aufweist, die durch Bakterien unter Bildung von Kohlendioxyd gärungsfähig ist, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die den Behälter und damit den Nährboden und die jeweilige Materialprobe Bedingungen aussetzen, die zum Auftreten normaler metabolischer Vorgänge führen, daß eine Rädioaktivitäts-Meßeinrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Radioaktivität einer G-asmenge meßbar ist, daß der Behälter über eine Rohrleitungsanordnung mit der Radioaktivitäts-Ql Meßeinrichtung verbunden ist und daß die Rohrleitungsanordnung normalerweise absperrende Verbindungseinrichtungen vorgesehen sind, die derart betätigbar sind, daß sie periodisch die Rohrleitung freigeben und zumindest einen Teil der in dem Behälter jeweils enthaltenen gasförmigen Atmosphäre in die Radioaktivitäts-Meßeinrichtung einströmen lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu dessen Durchführung dienende Vorrichtung gestatten eine schnelle Bestimmung des normalen Auftretens oder Nichtauftretens der medizinisch bedeutsamsten Bakterien in einer gegebenen Probe. Die Erfindung ermöglicht ferner eine schnelle Bestimmung des Vorhandenseins oder Fehlens einer bestimmten Gattung oder " Gruppe von Bakterien. Darüber hinaus eignet sich die Er-• findung dazu, bakteriologische Untersuchungen automatisch durchzuführen, wodurch Laborpersonal für andere Tätigkeiten frei wird. Ferner erleichtert die Erfindung die Durchführung einer Vielzahl von Einzelanalysen, und zwar dadurch, daß diese Analysen ein einziger Fachmann praktisch gleichzeitig durchführt.

Gemäß einer zweckmäßigen. Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient diese zur schnellen und aufeinanderfolgenden Untersuchung einer Vielzahl von Stoffen auf das Vorhandensein' von Bakterien, und zwar durch Messung der Radioaktivität von

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gasförmigen Bestandteilen, die aus den betreffenden Materialien abgeführt sind. Diese gasförmigen Bestandteile entstehen nach Inkubation in einzelnen Behältern, in denen sich zunächst einzelne Proben der zu untersuchenden Stoffe

14-mit -einem Nährboden befinden, der eine C · enthaltende Kohlenstoffquelle umfaßt, welche unter Bildung von Kohlendioxyd gärungsfähig ist* Die betreffende Vorrichtung umfaßt für diese· Zwecke ein Rohrleitungssegment für jeden der vor-. handenen Behälter, um die Behälter mit einer Radioaktivitäts-Meßeinrichtung verbinden zu können. Diese Radioaktivitäts-Meßeinrichtung enthält eine Ionisationskammer, welche so betreibbar ist, daß die Messung des radioaktiven Zerfalls

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des C in dem C O₀ erleichtert ist·. Das gerade erwähnte

Ali. *- *

C Op ist in gasförmigem Zustand in der Kammer enthalten, die ein Einlaßrohr aufweist. Die betreffende Vorrichtung enthält ferner Einrichtungen, die mit der erwähnten Kammer derart koppelbar sind, daß sie den elektrischen Strom messen, der durch den radioaktiven Zerfall entsteht. Ferner'sind Ventileinrichtungen mit den Rohrleitungssegmenten und dem Einlaßrohr verbunden. Diese Ventileinrichtungen sind in einer solchen Weise betätigbar, daß selektiv eine Verbindung des Einlaßrohres mit irgendeinem Rohrleitungssegment hergestellt wird. Auf diese Weise ist jeweils eine Strömung eines · gasförmigen Anteils aus einem entsprechenden Behälter in die Kammer hinein ermöglicht. Mit der Kammer sind Absaugeinrichtungen gekoppelt, die aus dieser Kammer den in diese eingeleiteten gasförmigen Anteil herauszuführen erlauben, nachdem die Radioaktivität dieses Anteiles gemessen worden ist. '

An Hand einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung ist schematisch ein bakteriologischer Detektor dargestellt, der entsprechend dem Konzept und den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.

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Eine die Prinzipien und die Ideen der Erfindung verkörpernde bakteriologische Detektorvorrichtung ist in der Zeichnung generell mit 10 'bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist insbesondere für eine frühzeitige Ermittelung des normalen Auftretens der medizinisch bedeutsamsten Bakterien in Stoffen, wie Blut-, Urin- und Wasserproben und dgl., geeignet. Das Vorhandensein derartiger Bakterien wird ein- .

14-fach dadurch ermittelt,, daß die Menge an C Oo gemessen wird, das dann entsteht, wenn ein auf Bakterien zu untersuchendes Material in einen Nährboden eingebracht wird, der eine einen C -Kohlenstoff enthaltende Quelle umfaßt (wie

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mit C substituierte Glukose), welche durch Bakterien um-

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gewandelt oder zum Gären gebracht wird und dabei C Op erzeugt. Der Nährboden mit der darin befindlichen Probe wird anschließend ausgebrütet. Das Vorhandensein von Radioaktivität in der Atmosphäre, oberhalb des Nährbodens ist damit offensichtlich eine Anzeige für das Vorhandensein von Bakterien in der ursprünglichen Stoffprobe.

Eine zu analysierende Probe, wie Blut oder Urin oder dgl., wird in einen sterilen Nährbodenbehälter 12 oder 14 zusammen mit einem Nährboden eingebracht, der vorzugsweise

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C -Glukose enthält, in welcher sämtliche Kohlenstoffatome

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durch C ersetzt sind. Sodann erfolgt der Ausbrütvorgang. In geeigneten Intervallen wird zumindest ein Teil der in der Närboden- bzw. Züchtungskammer 12 oder 14 enthaltenen gasförmigen Atmosphäre zu einer Radioaktivitäts-Meßeinrichtung hin geleitet, die eine Ionisationskammer 16 enthält. Der durch

den radioaktiven Zerfall von C in dem in der Kammer 16 enthaltenen Gas erzeugte elektrische Strom wird gemessen und mit Hilfe eines Meßinstrumentes 18 angezeigt. Dieses Meßinstrument 18 kann Einrichtungen zur gleichzeitigen Aufzeichnung auf einem (nicht dargestellten) Analpg-Schreibgerät enthalten. Nach erfolgter Messung wird durch die Kammer 16 Frischluft hindurchgeleitet, um den restlichen

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radioaktiven C Op-Anteil in einen Absorber 20 einzuführen. Danach kann die Kammer 16 vorzugsweise evakuiert werden. Hierzu dient eine Vakuumpumpe 22. Durch Evakuieren der Kammer 16 wird sichergestellt, daß aus dieser Kammer. 16 sämtliche radioaktiven Bestandteile herausgeführt werden, so daß die nächste Anzeige hierdurch nicht beeinflußt wird.

Die Vorrichtung 10 wird normalerweise dazu herangezogen, das Vorhandensein von Bakterien zu ermitteln anstatt eine bestimmte Gattung von Bakterien festzustellen. Deshalb wird

14 ein normaler bakteriologischer Nährboden, der aus C -Glukose besteht, bevorzugt. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß in einigen Fällen ein bestimmter Nährboden spezifisch für eine bestimmte Bakteriengattung oder zumindest für eine bekannte Gruppe von Bakterien sein kann. In jenen Fällen kann die Erfindung dazu herangezogen werden, das.Vorhandensein· oder Fehlen derartiger Bakteriengattungen oder generell der Glieder der jeweiligen Bakteriengruppe festzustellen. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß zwar Glukose der bevorzugte Nährboden ist, da er im allgemeinen gärungsfähig ist und durch nahezu sämtliche medizinisch bedeutsamen Bakterien gasförmiges COp bildet, dass jedoch nicht alle Bakterien auf Glukose unter Bildung von 00^ wirken. Einige Bakterien, wie z.B. Pseudomonas aeruginosa, Shigella flexneri und Salmonella typhi, sind in Standardwerken, w±e dem Buch "Determinative Bacteriology" von Bergey aufgeführt. Diese Bakterien führen nicht dazu, dass aus Glukose CO₂ gebildet wird. Dies hat sich jedoch als nicht richtig herausgestellt, da die geringen Mengen an entstehendem 00^, die durch herkömmliche Analysen nicht ermittelt werden können, durcli Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne weiteres feststellbar sind. In dem Fall, daß ein Stamm oder eine Klasse von untersuchten Bakterien aus Glukose nicht COp erzeugt, können einige andere Kohlenwasserstoffνerbindungen benutzt v.·erden, wie Xylose oder Maltose. Die einzige Forderung besteht

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14 dabei, daß die betreffende Kohlenwasserstoffverbindung O enthält und daß sie durch'einige bekannte Bakteriensorten

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oder -gruppen unter Bildung von gasförmigem C O₂ gärungsfähig ist.

In Verbindung mit der vorliegenden Verbindung verwendbare normale Nährstoffe können gewöhnlich Wasser, eine geeignete

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mit C substituierte Kohlenwasserstoffverbindung (C -Glukose), eine Stickstoffquelle, Kalzium, Magnesium, Kalium, Phosphat, Sulfat und Spurenelemente enthalten. Der Nährstoff kann ferner * einön Puffer für die Einstellung und Aufrechterhaltung des pH-Wertes enthalten.

AlL

Obwohl, wie-oben ausgeführt, C -Glukose die bevorzugt verwendete Kohlenstoffquelle darstellt,. umfaßt die Erfindung

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auch die Verwendung von Gärungsstoffen, die durch C -Kohlenstoff substituierte Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten. Diese Kohlenwasserstoffverbindungen umfassen im wesentlichen Stärken, Dextrine, Zucker und dgl.. Derartige radioaktive

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Stoffe sind allgemein bekannt. Andere mit C> substituierte Zucker, wie Saccharose, Fructose, Xylose, Maltose,Lactose und dgl. sowie Mischungen derartiger Zucker können bei der praktischen Ausführung der Erfindung benut zt werden, und zwar im allgemeinen für spezifische Bestimmungen. Mit den hier benutzten Ausdrücken "Zucker", "Saccharose" und dgl. sind nicht nur die unmittelbar dadurch bezeichneten Stoffe gemeint, sondern auch deren offentsichtliche Äquivalente, wie z.B. Melassen und dgl.. Zum Zwecke der Erzielung maximaler Empfindlichkeit sind sämtliche Kohlenstoffatome in der

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Kohlenstoffquelle vorzugsweise durch C -Kohlenstoffatome ersetzt. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. und

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zwar solange nicht, wie das C sich in der richtigen Stelle

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in den Kohlewasserstoffmolekülen befindet, um als C Op freigesetzt zu werden. In diesem Zusammenhang sei darauf hinge-

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wiesen, daß das C nicht willkürlich in dem jeweiligen ' -

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ein
Molekül gesetzt werden kann, sondern daß seine Stelle

sorgfältig ausgewählt sein muß.

Die Kohlenwasserstoffverbindungen werden in dem Gärungsstoff in Mengen von zumindest etwa 0,0001 Gewichtsprozent verwendet. Der Nährboden enthält vorzugsweise eine Kohlenwasserstoff verbindung zwischen etwa 0,0003# und etwa 0,0001$. Es sei Jedoch bemerkt, daß Gärungsstoffe, die bis zu 2.0%

• Kohlenwasserstoff und eine noch darüber liegende Kohlen-

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wasserstoffmenge enthalten, verwendbar sind. Die C -Aktivität in der Kohlenwasserstoffverbindung kann im Bereich von weniger als 0,1 Mikrocurie bis etwa 10 Mikrocurie oder bis zu einem noch höheren Wert reichen. Bevorzugt wird ein Wert von etwa 0,5 Mikrocurie. Es dürfte ersichtlich sein, daß der genaue Anteil der verwendeten Kohlenwasserstoffverbindung in dem Nährboden im allgemeinen eine Ü*rag.e. der Wahl ist.

Der Nährboden kann ferner eine normale Stickstoffquelle enthalten, wie Nitrate, Nitrite, Ammoniak, Harnstoff oder andere assimilierbare Stickstoffquellen, und zwar entweder organische oder anorganische. Vorzugsweise wird zumindest genügend Stickstoff für den Zellenwachstum bereitgestellt.

Eine Vielzahl von Kalzium-, Kalium- und Magnesiumsalzen kann in dem Gärungs-Nährboden verwendet werden. Als derartige Salze kommen Chloride, Sulfate, Phosphate und dgl. in Frage. In entsprechender Weise können die Phosphate und Sulfationen durch irgendwelche anderen Salze zugeführt werden. Während Salze, die sowohl die erwünschten Anionen als auch die erwünschten Kationen liefern, verwendet werden können (wie z.B. Kaliumphosphat, Magnesiumsulfat), ist die. Auswahl der betreffenden Salze durch nichts beschränkt. Derartige Materialien sind ebenfalls in Gärungs-Nährböden üblich, und die Wahl spezieller Materialien sowie ihre Verhältnisse liegsnim Rahmen des zu erwartenden Fachkönnens.

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Unter den sogenannten "Spurenelementen" werden allgemein Stoffe verstanden, die Mangan, Eisen, Zink, Kobalt und andere Elemente enthalten. Spuren derartiger Elemente werden bevorzugt, da derartige*Mengen normalerweise in den Stoffen vorhanden sind, die zur Herstellung von Gärungs-Nährböden verwendet werden.

Schließlich kann der jeweilige Nährboden' einen Puffer enthalten, mit dessen Hilfe der pH-Wert in dem gewünschten Bereich festgehalten werden kann. Auch hier kann eine große Anzahl von Stoffen verwendet werden. Häufig werden Kalium- oder Ammoniumphosphate benutzt, um den pH-Wert des jeweiligen Gärungs-Nährbodens aufrechtzuerhalten.

Ein besonders bevorzugter Nährbodentyp ist als thioglykolsaures Salz bekannt. Dieses Salz wird im allgemeinen in großem Umfang als Nährboden verwendet. Das thioglykolsäure Salz besteht, abgesehen von seinem Glukose-Anteil, aus folgenden Bestandteilen:

Trypticas 15,0 g/l

1-Cystin 0,5 "g/l

Nährhefe ' 5,0 g/l

Natriumchlorid 2,5 g/l

Natriumthioglykolat 0,5 g/l

Resazurin 0,001 g/l

Agar .' 0,75 g/l

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Dieser Zusammensetzung wird C -Kohlenstoff enthaltende Glukose entsprechend den oben dargelegten Bedingungen hinzugesetzt, so daß der schließlich gebildete bevorzugte Nährboden radioaktiv ist. ·

Ein anderer verwendbarer Nährboden, der normalerweise zur Verfügung steht, ist eine sogenannte Hirn-Herz-Aufgußbrühe, die bezogen auf ein Liter !Flüssigkeit folgende Zusammensetzung besitzt:

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Aufguß von 200 ml Kalbshirn Aufguß von 250 ml Rinderherz 10 g Peptongelysat

5 g Natriumchlorid

2,5 g Dinatriumphosphat. '

14-Auch hier wird dieser Zusammensetzung eine mit C substituier te Kohlenwasserstoffverbindung hinzugesetzt, um einen radioaktiven Nährboden zu erhalten«

Zu Beginn des Verfahrens wird der Gärungs-Nährboden mit einer Probe des zu untersuchenden Stoffes geimpft, während der pH-Wert zwischen etwa 6 und ? gehalten wird. Vorzugsweise wird der pH-Wert bei etwa 7 gehalten. Die Menge" der verwendeten Probe kann sich über einen großen Bereich hinweg ändern; häufig wird jedoch eine Probenmenge bevorzugt, die. zwischen etwa 0,01 bis etwa 10 Volumenprozent ausmacht. Nach einer kurzen Zeitspanne wächst jeder Organismus schnell, und anschließend erfolgt eine Abnahme in der Wachstumsgeschwindigkeit. Darüber hinaus ändert sich die Gärungsgeschwindigkeit und damit die Geschwindigkeit, mit der sich Göp ausbildet, in Abhängigkeit von Faktoren, wie der Kährbodenzusammensetzung, dem pH-Wert, der Temperatur, dem Anteil des Impfstoffes und dgl.. ' - '

Zur effektiven Gärung des Hauptteils der Bakterien wird die Temperatur des Nährbodens mit der darin befindlichen Probe vorzugsweise zwischen etwa 35⁰C und etwa 39°C gehalten. Die Gärung kann unter aktivem Schütteln, Umrühren oder dgl. ausgeführt werden, um von dem Nährboden in geeigneter V/eise COo abgeben zu lassen. Es sei jedoch bemerkt, daß ein zufriedenstellender Wachstum auch ohne eine Bewegung erreicht werden kann.

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Im folgenden sei auf die in der Zeichnung dargestellte mechanische Anordnung näher eingegangen. Die Nährbodenbehalter 12 und 14 besitzen vorzugsweise ein Gesamtfassungsvermögen von etwa 50 ml, wovon 15 bis 25 ml von dem Nährboden und der zu untersuchenden Probe in Anspruch genommen werden. Das Volumen an Blut oder Urin oder einer anderen verwendeten Probe sollte bei etwa 2 bis 5 ml liegen.

jedem Behälter 12 und 14 ist ein Submikron-Filter 24 zugeordnet, das mit einem Regulierventil versehen ist. Auf diese Weise können Luftbakterien und andere teilchenförmige Verunreinigungen von der in die Behälter 12 und 14 eingeführten Umgebungsatmosphäre abgehalten werden. Ein normalerweise in einem "vorangehenden Absorptionsfilter (nicht dargestellt) versehenes Auslaß-Rohrleitungssegment 26 ist für jeden Sehälter 12 und 14 vorgesehen. Dieses Auslaß-Rohrleitungssegment verhindert, daß aus dem Nährbodenbehälter Nährbodentröpfchen austreten. Die Segmente 26 sind gut oberhalb des Pegels 27 des jeweiligen Nährbodens angeordnet. Die Behälter 12! und 14 sind vorzugsweise aus Einzelteilen aufgebaut, die eine Sterilisation durch Behandlung in einem Autoklaven oder die Anwendung von Gas-Sterilisationsverfahren ermöglichen.

Die Nährbodenbehälter 12 und 14 mit den darin befindlichen Nährböden und Testproben werden -... in einen temperaturmäßig geregelten Brutofen 28 eingeführt, in welchem die Temperatur vorzugsweise auf 37°C + 2⁰C gehalten wird. Dies stellt optimale Bedingungen für dan Bakterienwachstum dar.

In Verbindung mit einer Vielzahl von Nährbodenbehältern, wie den Behältern 12 und 14, wird ein Detektor zur Messung der Radioaktivität von gasförmigen Stoffen,wie die Kammer 16, verwendet. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß zwar lediglich zwei Behälter 12 und 14 dargestellt sind*

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daß jedoch, zur Erzielung eines größeren Wirkungsgrades zumindest zehn bis zwanzig derartige Behälter tatsächlich bevorzugt werden. Ein Gas-Auswahlventil 30 wird dabei dazu benutzt, die Detektor-Kammer 16 abwechselnd nacheinander mit jeweils einem Nährbodenbehälter, wie dem Behälter 12 oder 14, zu verbinden und dann eine Verbindung zu einer Filterluftquelle 32 herzustellen, welche den Inhalt der Detektorfcammer 16 herauszuführen erlaubt. Das Ventil 30 ist . dabei als Ventil mit einer Vielzahl von Einlaßöffnungen 4-0, 42, 44, 46, 48, 50 und 52 dargestellt. Bei der praktischen Ausführung kann daa Ventil 30 jedoch vorzugsweise zwanzig bis vierzig Einlaßöffnungen aufweisen. In dem Ventil 30 sind Verschlußeinrichtungen in einer solchen Weise angeordnet, " daß sie selektiv betätigbar sind und jede der Einlaßöffnungen 40 bis 52 mit dem Ventilauslaß 53 zu verbinden erlauben· Wie dargestellt, ist die Einlaßöffnung 44 mit dem Rohrleitungssegment 26 des Behälters 12 verbunden, während die Einlaßöffnung 48 mit dem Rohrleitungssegment 26 des Behälters 14 gekoppelt ist. Die Einlaßöffnungen 42, 46 und 50 sind mit einer Rohrleitung 39 gekoppelt, die mit der FiIterluftquelle 32 in Verbindung steht. Die Einlaßöffnungen 40 und 52 sind, wie dargestellt, nicht benutzt. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß weitere Behälter benutzt werden könnten, um mit diesen Einlaßöffnungen gekoppelt zu werden. Der Brutofen 28 enthält ferner Einrichtungen zur Aufnahme weiterer Behälter. Zur Absperrung oder Freigabe der Rohrleitungen sind zu beiden Seiten der Kammer 16 zwei Magnetventile 54- und 56 vorgesehen. Diese Ventile können zur Entleerung oder Evakuierung der Kammer 16 vorgesehen sein.. Ein Stellungsanzeigeglied 34 kann vorzugsweise eine elektrische Anzeige der Stellung des Ventils 30 liefern. Das Anzeigeglied 34 wird durch einen (nicht dargestellten) eine Vielzahl von Stellungen einnehmenden Schalter betätigt, der mit dem Ventil 30 mechanisch gekoppelt ist.

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Die Ionisationkammer'fi ist vorzugsweise ein normaler.Radioaktivitätsdetektor entsprechend d , wie er in dem Triton-Modell 755G-der Johnston Iiaboratories verwendet wird. Die Kammer 16 dient dazu, einen elektrischen Ausgangsstrom entsprechend der in der Kammer vorhandenen Menge an Radioaktivität abzugeben;: Der elektrische Ausgangs strom, der mit Hilfe desMeßinstruments i8 angezeigt wird, sollte vorzugsweise einer Bttpfindlichkeit von zumindest etwa 12 Pikocurie an 0 pro Milliliter Luft hei voller Größe oder einer Aktivität von etwa 14- Nanöcurie in der Ionisationskammer 16 entsprechen. Ein Ausgangssignal für ein Analog-Aufzeichnungsgerät mit 10-mV-Vollausschlag kann ebenfalls erhalten werden, und zwarmit Hilfeeines Dämpfungsgliedes, das Ausgangssignale aufzuzeichnen erlaubt, die 120 Pikocurie an G pro Milliliter Luft bei voller Größe entsprechen. Daneben können auch andere Einrichtungen verwendet werden, die zur Messung von Radioaktivität in einem gasförmigen Stoff geeignet sind. Als derartige Einrichtungen kommen speziell Scintillationszähler, Proportionalitätszähler, Geigerzähler und Ionisationskammern in Frage, die im Impulsbetrieb arbeiten.

Der Pegel an Radioaktivität, der ermittelt werden muß, bevor ein Nährboden untersucht werden kann, der lebensfähige Bakterien enthält, wird auf dem Meßinstrument 18 voreingestellt. Dieses Meßinstrument kann auch ein elektrisches Relais enthalten. Wie einzusehen sein dürfte, werden Ionisationskammern, wie die Kammer 16, vorzugsweise durch empirische Verfahren voreingestellt (oder geeicht), bevor diese Einrichtungen fürUntersuchungszwecke eingesetzt werden. Wird, der eingestellte Pegel!: ^pTlie in einem bestimmten Teil des zu untersuchenden Gases enthaltene Radioaktivitätsmenge überschritten, so kann ein Anzeigeiicht eingeschaltet werden, das dem in Frage kommenden Nährbodenbehälter zugeordnet ist. Außerdem kann ein hörbarer Alarm abgegeben werden. Die Anzeige des

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Bakterienwachstums kann vorzugsweise solange erfolgen, bis eine Bückstellung durch eine Bedienperson vorgenommen wird. Im Falle eines kurzzeitigen Netzausfalls, kann ein batteriebetriebenes elektronisches Verknüpfungselement verwendet werden, um den Anzeigezustand des jeweiligen Nährbodenbehälters aufrecht, zuerhalten/um eine entsprechende Anzeige nach Rückkehr zum normalen Betrieb vorzunehmen. Die Betriebsweise des gesamten Anzeigesystems ist vorzugsweise so ausgelegt, daß eine Überwachung zu jedem Zeitpunkt vorgenommen werden kann, ohne daß sich irgendein Anzeigezustand, ändert.

Die Folge der Betriebsvorgänge, *die für jede Messung durchgeführt werden müssen, wird durch ein mbtorgetriebenes, nockenbetätigtes Programmwerk 36 gesteuert. Dabei kann sowohl eine manuelle als auch eine automatische Betriebsweise erfolgen. Bei der automatischen Betriebsweise kann die Ablauf-Steuereinrichtung 36 den Betrieb z.B. um eine ausgewählte Zeitspanne von 1, 2, 3 oder 4- Stunden nach Beginn des Brutvorgangs in der Probe und dem Hährboden auslösen. Die Steuereinrichtung 36 veranlaßt die Vorrichtung 10, nacheinander

eine Messung bei sämtlichen Nährbodenbehältern durchzuführen und dann in ihre Ruhe-^Ausgangs-)St ellung zurückzukehren, bis die ausgewählte Zeitspanne erneut vergangen ist, woraufhin der Zyklus wiederholt wird· Es dürfte ersichtlich sein, daß eine Reihe von gasförmigen Anteilen aus jedem Behälter abgeführt und untersucht wird, um die Größe der bakteriologischen Aktivität während einer bestimmten Zeitspanne anzuzeigen. Die Folgesteuereinrichtungs-Meßablauffolge wird durch einen Druckknopfschalter ausgelöst. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine Anzeige, Am Ende des Anzeigezyklus kehrt die AbIauf-Steuereinrichtung 36 in ihren Ruhezustand zurück, in welchem das Auswahlventil 30 auf den ausgewählten Behälter eingestellt ist. Beim manuellen Betrieb kann das Äuswahlventil 30 automatisch auf einen von einer

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Bedienperson mittels eines Stellungs-Wählers 138 ausgewählten Behälter eingestellt werden.

Während des Betriebs wird das Ventil 30 so betätigt, daß es das Rohrleitungssegment 26 eines Behälters (12 oder 14 oder irgendeines anderen Behälters) mit dem Einlaßrohr 38 der Kammer 16 verbindet. Zu diesem Zweck wird das Ventil 54 geöffnet. Zumindest ein Teil des gasförmigen Inhalts des jeweils ausgewählten Nährboden-Behälters wird in die Ionisationskammer 16 übertragen. Daraufhin wird das Ventil 54 wieder geschlossen. Zu diesem Zweck wird die Kammer am Ende des jeweils vorhergehenden Zyklus zumindest teilweise evakuiert zurückgelassen. Der damit in der Kammer 16 herrschende Unterdruck stellt den Antrieb für die Übertragung des gasförmigen Inhalts aus dem Behälter in die Kammer dar. Danach erfolgt eine Stromablesung in der Kammer 16* Übersteigt-der Radioaktivitätspegei den voreingestellten Grenzwert, so leuchtet die zugehörige Bakterienwuchs-Anzeigelampe auf, und außerdem ertönt ein Alarm. Nach erfolgter Messung wird das Auswahlventil 30 in seine nächste Stellung gebracht, in der es das Einlaßrohr 38 mit der Filterluftquelle 32 verbindet. Sodann werden die Ventile 54 und 56 geöffnet, und außerdem wird die Pumpe 22 in Betrieb gesetzt. Dadurch kann gefilterte Atmosphärenluft durch "die Ionisationskammer 16 und deren zugehörige Rohrleitungen gesaugt werden. Auf diese V/eise wird jeglicher in der Kammer 16 noch enthaltener Gasrest aus dieser Kammer herausgeführt und in einem Kohlen-; dioxyd-Filter 20 gefiltert. Sodann kann das Ventil 54 ge- ^s schlossen werden, während das Ventil 56 geöffnet wird. Die Pumpe 22 bleibt dabei in Betrieb, um die Kammer 16 zu evakuieren und sämtliche darin noch befindlichen radioaktiven Reste herauszuführen. Dieser Zyklus wird bei jedem Behälter wiederholt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß das Ventil 30 als Drehschrittschalter arbeitet, der jeweils eine , Einlaßöffnung (44 oder 48) mit der Äuslaßöffnung 53 verbindet. '

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So ist z.B. die Einlaßöffnung 44 mit der Auslaßöffnung 53 verbunden, wobei der gasförmige Inhalt des Behälters 12 in die Kammer 16 eingesaugt wird. Danach schaltet das Ventil 30 in eine Stellung, bei der die Einlaßöffnung 46 mit der Auslaßöffnung 53 verbunden ist. Damit kann saubere gefilterte Luft von der Quelle 32 her durch die Vorrichtung 10 hindurchgeleitet werden, und zwar durch die Rohrleitung 39» die Einlaßöffnung 46, die Aüslaßöffnung 53, die Rohrleitung 38 und die Kammer 16. Auf diese Weise wird der in der Kammer 16 und in den zugehörigen Rohrleitungen noch enthaltene Gasanteil herausgeführt. Nach dem Herausführen des Gasanteils und dem Evakuieren schaltet das Ventil 30 in seine nächste Stellung: weiter, in der es die Einlaßöffnung 48 mit der Auslaßöffnung 53 verbindet, so daß die in dem Behälter befindliche gasförmige Atmosphäre überwacht werden kann. Wenn nach einer geeigneten Brutzeitspanne keine Radioaktivität festgestellt wird, kann angenommen werden, daß in der ursprünglichen Probe keine Bakterien vorhanden, waren, die den (jeweiligen Nährboden zum Gären bringen und die Abgabe von gasförmigem CO₂ bewirken könnten.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht

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darin, daß das C Op in einem geschlossenen Behälter belassen und dann als Gas abgezogen wird, um seine Aktivität zu messen. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren schneller als bisher bekannte Verfahren. Ferner führt das erfindungsgemäße Verfahren zur Automatisierung des Meßvorgangs. Viele Proben können in ihren abgedichteten Behältern ausgebrütet und dann nacheinander mit Hilfe eines automatischen Meßinstruments geprüft werden. Auf diese Weise können Proben, die im Hinblick auf Bakterien negativ ausgefallen sind, schnell ermittelt werden. Damit ist es dann nicht mehr erforderlich, diese Proben noch aufwendigen Untersuchungen zu unterziehen.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Vielzahl von relativ feststehenden Nährbodenbehältern vorgesehen, und außerdem ist ein in eine Vielzahl von-Steilungen einstellbares Ventil vorgesehen, mit dessen Hilfe die Behälter selektiv mit einer Ionenkammer verbindbar sind. Im Unterschied dazu könnten die Behälter auch in einer automatischen Zuführanordnung angeordnet sein, in welcher sie nacheinander an einem Verbindungsmechanismus vorbeigeführt wurden, der mit der Ionenkammer verbunden ist. Dabei würde die gasförmige Atmosphäre aus einem Behälter herausgeführt werden, und anschließend würde der nächste Behälter in die entsprechende Stellung bewegt werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Λ. Verfahren zur Untersuchung eines Materials auf das Vorhandensein von Bakterien, dadurch gekennzeichnet, daß von dem zu untersuchenden Material eine Probe in einen

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   Nährboden eingeführt wird, der eine einen G -Kohlenstoff enthaltende Kohlenstoffquelle umfaßt, die durch Bakterien, unter Bildung von Kohlendioxyd gärungsfähig ist, daß de? Nährboden mit der Materialprobe Bedingungen ausgesetzt wird, die zum Auftreten normaler metabolischer Vorgänge für eine derart lange Zeitspanne führen, daß sich durch Gärung des Nährbodens Kohlendioxyd entwickelt, und daß bei zumindest einem Teil der oberhalb des Nährbodens und des Probenmaterials vorhandenen gasförmigen AtattDsphäre zur Bestimmung des Vorhandenseins von G Op eine Radioaktivitätsmessung vorgenommen wird.

   2. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Abhängigkeit der Größe des C O₂-Anteiles in der Atmosphäre von der Zeit unter Gärungsbedingungen Radioaktivitätsmessungen bei einer Anzahl von von der gasförmigen Atmosphäre entnommenen Proben vorgenommen werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radioaktivitätsmessungen in einer Meßzone (16) durchgeführt werden und daß eine Vielzahl von Untersuchungen dadurch nahezu gleichzeitig vorgenommen wird, daß von einer Anzahl von gasförmigen Atmosphären entnommene Proben nacheinander in die Meßzone eingeführt und gemessen werden.

   Verfahren nach einem der Ansprüche Λ bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstof: statuierte Glukose verwendet wird.

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   gekennzeichnet, daß als Kohlenstoffquelle mit G sub-

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   ξ>. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach * einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (12;14) vorgesehen ist, der eine Trobe des jeweils zu untersuchenden Materials zusammen mit

   14 einem Nährboden aufnimmt, welcher eine einen 0 -Köhleil·-

   stoff enthaltende Kohlenstoffquelle aufweist, die durch Bakterien unter Bildung von Koblendioxyd gärungsfähig ist, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die den Behälter (12; 14) und damit den Nährboden und die (jeweilige Materialprobe Bedingungen aussetzen, die zum Auftreten . normaler metabolischer Vorgänge führen, daß eine Radlo- w aktivitäts-Meßeinrichtung (16;18) vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Radioaktivität einer Gasmenge meßbar ist, daß der Behälter (12;14) über eine Rohrleitungsanordnung (26,38) mit der Radioaktivitäts-Meßeinrichtung (16;18) verbunden ist und daß die Rohrleitungsan- < Ordnung (26,38) normalerweise absperrende Verbindungseinrichtungen (30,54·) vorgesehen sind, die derart betätigbar sind, daß sie periodisch die Rohrleitung (26,38) freigeben und zumindest einen Teil der In dem Behälter (12;14) jeweils enthaltenen gasförmigen Atmosphäre in die Radioaktivitäts-Meßeinrichtung (16,18) einströmen lassen« ; . -

   6» Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zumindest noch ein weiterer Behälter ■(14.bzw. 12) vorgesehen ist, daß die für jeden Behälter (12,14) vorgesehene Rohrleitungsanordnung (26,38) ein einzelnes Rohrleitungssegment (44,48) ent hart? und daß die Verbindungseinrichtungen (30,54) derart betätigbar sind, 'daß sie die Radioaktivitäts-Meßeinrichtung (16, ■;.-■" 18) einzeln mit den RohrleitungsSegmenten (44,48) verbinden.

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   7. Verrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Radioaktivitäts-Meßeinrichtung (16,18) eine Ionisationskammer (16) enthält, daß die Verbindungseinrichtung (30,54·) ein Absperrglied (5²O enthält, das derart betätigbar ist, daß jeweils sämtliche vorgesehene Rohrleitungssegmente (44,48) gleichzeitig abgesperrt sind, und daß eine Saugeinrichtung (22) vorgesehen ist, die die Ionisationskammer (16) nach Messung der der jeweiligen gasförmigen Atmosphäre entnommenen Probe entleert.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche vorgesehenen Behälter (12,14·) und Materialproben gleichzeitig Bedingungen ausgesetzt werden, die zum Auftreten metabolischer Vorgänge führen, daß die Ionisationskammer (16) so beschaffen ist, daß der Radioaktivitätszerfall von C in G O₂ begünstigt ist, das in gasförmigem Zustand in der Ionisationskammer (16) vorhanden ist, und der Einrichtungen (18) zugehörig sind, mit deren Hilfe der durch den Radioaktivitätszerfall in der Ionisationskammer (16) erzeuge elektrische Strom meßbar ist, daß die Rohrleitungsanordnung (26,38) Rohrleitungssegmente (4-4-,48) enthält, die den jeweiligen Behält er (12,14-) mit einem Einlaßrohr (38)' der Ionisationskammer (16) verbinden, daß das Absperrglied (54-) an die Rohrleitungssegmente (44,48) und an das Einlaßrohr (38) angeschlossen und so betätigbar ist, daß das Einlaßrohr (38) der Ionisationskammer (16) selektiv mit jeweils einem Rohrleitungssegment (44;48) derart verbunden ist, daß eine Probe der gasförmigen Atmosphäre aus dem jeweiligen Behälter (12,14) in die Ionisationskammer (16) einströmt, und daß mit der Ionisationskammer (16) Einrichtungen (32,56,22) gekoppelt sind, die aus dieser Kammer (16) die in dieser jeweils enthaltene Gasprobe nach der Radioaktivitätsmessung herausführen.

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   • 33t -

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rohrleitungssegmente (44,4-8) mit der Rohrleitung (38) der Ionisationskammer (16) verbindenden Verhindung_s einrichtungen (30,54-) ein in eine Vielzahl von Stellungen einstellbares Ventil (30) auf- : weisen..; ■.·■■-"."■".-.. - . " '

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß Steuereinrichtungen (36) vorgesehen sind, die die Verbindungseinrichtungen (30,54-) derart betätigen, daß nacheinander die verschiedenen Rohrleitungssegmente (44,4-8) mit dem Einlaßrohr (38) der Ionisationskammer (16) verbunden sind.

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