Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Einwegvorrichtung zur Keimzahlbestimmung in Flüssigkeiten
zu entwickeln, deren Membran nicht mehr direkt gehandhabt werden
muß, und
welche als kostengünstige
leicht zu handelnde Einwegvorrichtung nach Benutzung verworfen werden
kann und nicht der kostenintensiven regelmäßigen Sterilisation unterworfen
werden muß.
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Einwegvorrichtung zur Keimzahlbestimmung in Flüssigkeiten
gelöst,
mit einem Aufgußtrichter,
einer mikroporösen
Membran mit Membranträger
und einer Membranunterstützungseinheit,
welche herstellerseits gebrauchsfertig sterilisiert ist, wobei der
Aufgußtrichter
und der Membranträger
miteinander fixier bar sind und wobei am Aufgußtrichter mindestens eine Auswerfvorrichtung
für den
Membranträger
vorgesehen ist und Membranträger
und Auswerfvorrichtung von einer Membranunterstützungseinheit lösbar übergriffen
werden, so daß eine
vollständige
sterilisierte Einheit gebildet wird.
Die
Einwegvorrichtung, der Aufgußtrichter der
Einwegvorrichtung ist mit einem Deckel verschlossen. Am Aufgußtrichter,
auf dessen unterem kegelstumpfförmigem
Ende, ist ein Membranträger aufgesteckt.
Das untere kegelstumpfförmige
Ende und der Membranträger
werden von einem Membranunterstützungsteil übergriffen,
so daß eine
zylindrische kompakte Einheit gebildet wird. Alle Teile sind einfach
ohne zusätzliches
Werkzeug auseinandernehmbar und miteinander verbindbar. Auch die
Membran ist ohne Benutzung einer Pinzette einfach in das vorgesehene
Nährmedium überführbar. Eine
Sekundärkontamination
bei der Handhabung, z.B. durch unbeabsichtigtes Berühren steriler
Teile, wie dem Membranträger,
ist konstruktionsbedingt sehr unwahrscheinlich, da er durch das
darüberliegende Membranunterstützungsteil
geschützt
ist. An dem unteren kegelstumpfförmigen
Ende des Aufgußtrichters
ist mittels einer Preßpassung
ein Membranträger flüssigkeitsdicht
befestigt. Der Aufgußtrichter
ist stufenförmig
aus einem oberen und einem unteren kegelstumpfförmigen Teil aufgebaut, wobei
beide kegelstumpfförmigen
Teile durch ein umlaufendes stufenförmiges Verbindungselement,
welches die Form des Aufgußtrichters
stabilisiert, miteinander verbunden sind. Unmittelbar unter dem
Verbindungselement erstreckt sich mindestens eine Auswerfvorrichtung
in Richung auf den Membranträger
hin.
Der
Membranträger
besteht aus einem flachen kegelstumpfförmigen Kunststofftrichter,
welcher einen schmalen unteren umlaufenden Rand aufweist, der sich
ringförmig
radial nach innen unter Bildung einer Öffnung erstreckt. Diese Öffnung weist
einen Durchmesser auf, der einige Millimeter kleiner ist als der
Durchmesser der an diesem Ring punktförmig von unten her, also am
unteren umlaufenden Rand, befestigten Membran. Diese Membran überdeckt
die Öffnung
im Membranträger
vollständig
und den Öffnung
umschließenden
Rand teilweise.
Diese Öffnung bildet
die für
die Filtration zur Verfügung
stehende offene Fläche
des Membranträgers.
Die von unten an diesem sich axial erstreckenden Rand befestigte
Membran ist vorzugsweise angeschweißt. Sie kann aber auch angeklebt
oder anderweitig fixiert sein. Der große Vorteil der einpunktförmigen Befestigung
der Membran von unten am Membranträger besteht darin, daß sich keine
Falten in der Membran bilden, wenn diese sich dehnt, nachdem sie
bei der Filtration naß geworden
ist. Eine Faltenbildung würde
einen innigen, flächigen
Kontakt der Membran mit dem Nährmedium
(Agar oder Nährkartonscheiben)
verhindern. Hierdurch könnte
es zu falschen Ergebnissen kommen, da keine optimale Versorgung
der Keime auf der Oberfläche
der Membran mit Nährstoffen
gewährleistet
wäre.
Die
Kontaktfläche
des unteren umlaufenden Randes der sich ringförmig radial nach innen erstreckenden
Kunststoffteile des Membranträgers
zur Membran selbst ist vorteilhafterweise glatt auszubilden, damit
die nasse Membran aufgrund der Kapillarwirkung des sich zwischen
Membran und Kunststoffteil befindlichen Flüssigkeitsfilmes an dem Kunststoffteil
in vollem Umfang anhaftet. In trockenem Zustand haftet die Membran
aufgrund der elektrostatischen Anziehung an dem Kunststoffring.
Durch
den Effekt der Kapillarwirkung haftet die Membran sehr stabil am
Membranträger,
so daß dieser
einfach und sicher handhabbar ist, ohne die Membran andererseits
so stark zu fixieren, daß die Dimensionsänderung
zwischen der nassen und trockenen Membran nicht mehr ausgeglichen
werden kann.
Der
am unteren kegelstumpfförmigen
Ende des Aufgußtrichters
aufgesteckte Membranträger wird
von unten durch ein becherförmiges
Membranunterstützungsteil übergriffen.
Der kegelstumpfförmige
Teil des Aufgußtrichters
wird von den Seitenwänden
der becherförmigen
Membra nunterstützungseinheit übergriffen,
während
der Membranträger
und die Membran selbst von einer kreisförmigen Membranunterstützung abgedeckt
werden. Die becherförmige Membranunterstützungseinheit
kann nach Übergreifen
des unteren Teiles des Aufgußtrichters
an demselben befestigt werden. Zur Gewährleistung dieser Befestigung
befinden sich am unteren kegelstumpfförmigen Teil des Aufgußtrichters
Befestigunsmittel, über
welche er mit komplementären
Mitteln in der Seitenwand der Membranunterstützungseinheit lösbar verrastet
oder verbunden wird.
Das
Membranunterstützungsteil
schützt
den Membranträger
vor Sekundärkontamination
durch Berührung
mit den Händen
oder anderen unsterilen Gegenständen
und vor Rückverkeimung
von der Absaugeinheit her. Eine weitere Funktion, welche der Membranunterstützungseinheit
zukommt, ist der Schutz der am unteren kegelstumpfförmigen Ende des
Aufgußtrichters
angeordneten Auswerfvorrichtung vor einer Fehlbedienung. So ist
sichergestellt, daß die
Einwegvorrichtung zur Keimzahlbestimmung nach der Filtration nur
in korrekter Reihenfolge demontiert werden kann.
Nach
Befestigung der gebrauchsfertigen Einheit auf einer Absaugvorrichtung
wird die zu untersuchende Flüssigkeit
in den Aufgußtrichter
gegossen und mittels Vakuum durch das Membranfilter gesaugt. Anschließend wird
das Membranunterstützungsteil
vom Aufgußtrichter
gelöst.
Dies geschieht durch Drücken
auf zwei sich gegenüberliegende
gekennzeichnete Stellen des aus thermoplastischem Kunststoff gefertigten
Membranunterstützungsteiles. Das
becherförmige
Membranunterstützungsteil
wird dadurch ovalisiert und rutscht dann von den Befestigungsmitteln
des Aufgußtrichters,
die in Mittel innerhalb der Seitenwände des Membranunterstützungsteiles
eingegriffen hatten und kann entfernt werden. Hierbei wird die Membran
vom Rand des kegelstumpfförmigen,
als flacher Kunststofftrichter ausgebildeten Membranträger abgelöst, da sie
stärker
an dem Membranunterstützungsteil,
insbesondere an der kreisförmigen
Membranunterstützung,
welche innerhalb der Membranunterstützungseinheit gespannt ist
und über
Federelemente mit den Seitenwänden der
Membranunterstützung
flexibel verbunden ist, anhaftet. Damit wird vorteilhafterweise
mit Entfernen des Membranunterstützungsteiles
vom Aufgußtrichter
gleichzeitig die Membran vom Membranträger soweit abgelöst, daß sie lediglich
noch an ihrer punktförmigen
Befestigungsstelle von unten am Rand des Membranträgers festhängt.
Bei
diesem Ablösevorgang
wird die Membran gleichzeitig geglättet und es verschwinden alle Falten
aus der Membran, die sich aufgrund der durch den Flüssigkeitseinfluß bewirkten
Dimensionsänderung
der Membran während
des Filtrationsvorganges gebildet haben. Die so geglättete Membran
wird durch einfaches Kippen des Aufgußtrichters mit dem noch daran
befestigten Membranträger
um ca. 90° zurück an den
Rand des sich ringförmig
axial nach innen erstreckenden Kunststofftrichters zurückgeschwungen
und haftet nunmehr faltenfrei von unten, aufgrund des kapillaren
Flüssigkeitsfilmes,
am Membranträger.
Zum
kontaminationsfreien Ablösen
des Membranträgers
vom unteren kegelförmigen
Teil des Aufgußtrichters
werden die sich unmittelbar unter dem Verbindungselement des Aufgußtrichters
in Richtung auf den Membranträger
hin erstreckenden Auswerfvorrichtungen bedient.
Die
Auswerfvorrichtungen werden von zwei formstabilen Hebelarmen gebildet,
die über
Filmscharniergelenke miteinander und mit dem kegelstumpfförmigen unteren
Teil des Aufgußtrichters
verbunden sind. Die formstabilen Hebelarme sind dabei nach Art eines
Kniehebels ausgebildet, der sich über den unteren kegelstumpfförmigen Teil
des Aufgußtrichters
erstreckt und mit diesem verbunden ist, wobei eine der Verbindungsstellen
mit dem Aufgußtrichter
durch ein Filmscharnier gebildet wird.
Die
kniehebelförmigen
Elemente der Auswerfvorrichtung bestehen jeweils aus zwei formstabilen
länglichen
Elementen und zwei alternierend dazu angebrachten Filmscharniergelenken.
Die beiden formstabilen Elemente sind in einem Winkel von ca. 120° zueinander
angeordnet und über
ein Filmscharniergelenk miteinander verbunden. Das in Richtung auf
die Verbindungsstufe der kegelstumpfförmigen Trichterteile gerichtete
formstabile Element ist elastisch über ein zweites Filmscharniergelenk
an dem Aufgußtrichter
befestigt. Das untere formstabile Element liegt mit seiner unteren
Stirnfläche
auf dem oberen Rand des Membranträgers auf. Wird nun eine auf die
Mitte des Trichters gerichtete Kraft auf die Verbindungsstelle zwischen
den beiden formstabilen Elementen ausgeübt, so bewegt sich die Stirnfläche des unteren
formstabilen Elementes nach unten und schiebt ihrerseits den Membranträger vom
unteren kegelstumpfförmigen
Teil des Aufgußtrichters
herunter. Dieser Vorgang wird über
einer geöffneten
mit Nährmedium
gefüllten
Petrischale durchgeführt,
so kann der Membranträger
ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen
Vorrichtungen oder Werkzeugen direkt auf das Nährmedium überführt werden.
Die
Erfindung wird nunmehr an einem Ausführungsbeispiel – 1 bis 8 – näher erläutert.
1 zeigt
dabei einen senkrechten Querschnitt der gebrauchsfertigen Filtrationseinheit;
2 zeigt
einen senkrechten Querschnitt des Aufgußtrichters mit daran befestigtem
Membranträger;
3 zeigt
einen senkrechten Querschnitt des Aufgußtrichters mit abgedrücktem Membranträger;
4 zeigt
eine Aufsicht entlang der Linie A-A auf den Aufgußtrichter
mit Membranunterstützungsteil
beim Entfernen des Membranunterstützungsteils;
5 zeigt
einen senkrechten Querschnitt des Membranträgers;
6 zeigt
einen senkrechten Querschnitt des Aufgußtrichters mit Membranträger nach
dem Entfernen des Membranunterstützungsteiles
mit teilweise abgelöster
Membran;
7 zeigt
das Membranunterstützungsteil;
8 zeigt
das Membranunterstützungsteil mit
technisch anderen Befestigungselementen zum Verrasten mit dem Aufgußtrichter.
1 zeigt
in schematischer Darstellung eine gebrauchsfertige Einwegvorrichtung
zur Keimzahlbestimmung von Flüssigkeiten.
Die gebrauchsfertige Filtrationseinheit weist einen Aufgußfilter 1,
einen Membranträger 10 und
ein Membranunterstützungsteil 11 auf.
Die fertige Filtrationseinheit ist mit einem Deckel 25,
der auf den oberen Rand des Aufgußtrichters 1 aufgerastet
oder übergestülpt wird, verschlossen.
2 zeigt
im Querschnitt einen Aufgußtrichter 1 mit
daran befestigtem Membranträger 10. Der
Aufgußtrichter
besteht aus zwei kegelstumpfförmigen
Teilen, einem Kegelstumpf größeren Durchmessers,
welcher den oberen Teil 3 bildet, und einem Kegelstumpf
kleineren Durchmessers, welcher den unteren Teil 2 bildet.
Der obere Teil 3 und der untere Teil 2 sind über ein
stufenförmiges
Verbindungselement 4 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 4,
welches in der gezeigten Ausführungsform rechtwinklig
um den Kegelstumpf 3 mit größerem Durchmesser umläuft, dient
der mechanischen Stabilisierung des Aufgußtrichters. Der untere kegelstumpfförmige Teil 2 des
kleineren Durchmessers trägt
an seinem Außendurchmesser
die Funktionseinheiten des Aufgußtrichters 1, Verbindungselemente 13 für ein Verbinden
oder Verrasten mit dem Membranunterstützungseinheit 11,
sowie mindestens einen Mechanismus, vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende
Auswerfvorrichtungen 5, die von zwei formstabilen Hebelarmen 6 und 9 gebildet werden,
die über
ein Filmscharnier 7 miteinander verbunden sind. Diese formstabilen
Hebel sind unterhalb des umlaufenden stufenförmigen Ver bindungselementes 4 über ein
Filmscharnier 8 mit dem unteren kegelförmigen Teil 2 des
Aufgußtrichters 1 verbunden.
Der Hebelarm 9 stützt
sich mit seinem Armende auf den oberen Rand des Membranträgers 10 auf.
Das
umlaufende stufenförmige
Verbindungselement 4 hat eine Stabilisierungsfunktion dahingehend,
daß es
den Aufgußtrichter 1 bei
Betätigung
der kniehebelförmigen
Auswerfvorrichtungen 5, die zum Lösen des Membranträgers 10 radial
gegen den unteren kegelstumpfförmigen
Teil 2 gedrückt
werden, nicht verformt. Die kniehebelförmigen Auswerfvorrichtungen 5 bestehen
aus jeweils zwei formstabilen länglichen
Elementen und zwei alternierend dazu angebrachten Filmscharniergelenken.
Die beiden formstabilen Elemente sind in einem Winkel von ca. 120° zueinander
angeordnet und über
das Filmscharnier 7 miteinander verbunden. Der obere formstabile
Hebelarm 6 ist elastisch mit dem Aufgußtrichter 1, dicht unterhalb
des stufenförmigen
Verbindungselementes 4 über
ein zweites Filmscharniergelenk 8 mit diesem verbunden.
Das untere formstabile Element 9 liegt mit seiner unteren
Stirnfläche
auf dem oberen Rand des Membranträgers auf. Wird nun eine auf
die Mitte des Trichters gerichtete Kraft auf die Auswerfvorrichtung 5 im
Bereich des Filmscharniergelenkes 7 zwischen den beiden
formstabilen Elementen 6 und 9 ausgeübt, so bewegt
sich das Hebelarmende des unteren formstabilen Elementes 9 nach
unten und schiebt ihrerseits den Membranträger 10 vom unteren
kegelstumpfartigen Teil 2 des Aufgußtrichters herunter. Dieser
Vorgang wird nachfolgend in 3 dargestellt.
3 zeigt
einen nicht mit einem Deckel verschlossenen Aufgußtrichter 1,
welcher aber problemlos im nachhinein mit einem Deckel 25,
wie in 1 dargestellt, versehen werden kann. An dem unteren kegelstumpfförmigen Teil 2 des
Aufgußtrichters 1 war ein
Membranträger 10 mittels
einer Preßpassung, also
formschlüssig
ineinander greifende Kegelstumpfelemente von Aufgußtrichter
und Membranträger,
befestigt. Der Membranträger 10 besteht
aus einem flachen kegelstumpfförmigen Trichter 23 (5) aus
Kunststoff, welcher einen schmalen umlaufenden unteren waagerechten
Rand 20 aufweist, der sich ringförmig radial nach innen unter
Bildung einer Öffnung 17 (5)
am unteren Ende des Trichters erstreckt und eine entsprechend runde
Aussparung freiläßt, deren
Durchmesser einige Millimeter kleiner ist als der Durchmesser der
Membran 21.
An
diesem unteren umlaufenden Ring 20 (5) ist die
Membran 21 lediglich an einer Stelle von unten punktförmig durch
Verschweißen
befestigt. Der obere Durchmesser des kegelstumpfförmigen Trichters 23,
welcher den Membranträger
bildet, hat bei gleicher Ausformschräge einen geringfügig größeren Durchmesser
als der untere kegelstumpfförmige
Teil 2 des Aufgußtrichters 1,
so daß beide
Teile, wenn sie fest ineinander gepreßt werden, eine flüssigkeitsdichte
Passung bilden und der Aufgußtrichter 1 formschlüssig auf
der Innenseite, also innerhalb des Membranträgers 10, auf dem waagerechten Rand 20 aufsitzt.
Nach
Betätigen
der Auswerfvorrichtung 5, nachdem der Membranträger vom
unteren kegelstumpfförmigen
Teil 2 gedrückt
wurde, liegen die formstabilen Hebelarme der Kniehebel, bedingt durch
ihre Anlenkung, über
ein Filmscharnier 8 am Aufgußtrichter 1 annähernd senkrecht
an der Wandung des Aufgußtrichters,
gestreckt, an.
4 zeigt
eine Schnittdarstellung einer gebrauchsfertigen Filtrationseinheit,
wobei verdeutlicht wird, wie das in 4 nicht
dargestellte Membranunterstützteil 21 vom
Aufgußtrichter 1 gelöst werden kann.
Der
Membranträger 10 wird
von unten durch ein becherförmiges
Membranunterstützungsteil 11, welches
den gesamten unteren kegelstumpfförmigen Teil 2 des
Aufgußtrichters 1 abdeckt, übergriffen.
Dieses Membranunterstützungsteil 11 wird
durch zwei unterhalb des Verbindungselementes 4 am unteren Teil 2 des
Aufgußtrichters 1 angeordnete
Zapfen 13 verrastet. Die Befestigungsmittel in Form von
Zapfen 13 fassen durch Öffnungen 12 innerhalb
der Seitenwände 22 des
Membranunterstützungsteiles 11.
In einer weiteren Ausführungsform – und hier
wird auf 8 Bezug genommen – erfolgt
die Verbindung des Membranunterstützungsteiles 11 über einen
innerhalb des Membranunterstützungsteiles 11 umlaufenden
Sicherungsring 24, der in eine komplementäre Nut im
Aufgußtrichter
eingreift und so beide Elemente miteinander fixiert.
Ein
Lösen des
Membranunterstützungsteiles 11 vom
Aufgußtrichter 1 erfolgt
durch Druckkräfte,
die auf zwei sich gegenüberliegende
zu den Zapfen 13 um 90° versetzte
Gehäusestellen
der Seitenwände 22 des
Membranunterstützungsteiles 11 gerichtet sind.
Das becherförmige
Membranunterstützungsteil wird
dadurch ovalisiert (22')
und rutscht dann von den Befestigungszapfen 13 des Aufgußtrichters
herunter und kann so entfernt werden.
Hierbei
wird wie in 6 näher dargestellt die Membran 21 vom
unteren Rand 20 des Membranträgers 10 abgelöst, da diese
durch die Filtration stärker
an der kreisförmigen
Membranunterstützung 14 der
Membraneinheit 11 anhaftet. Sie wird abgelöst und hängt dann
nur noch an der punktförmigen
Befestigungsstelle am Rand 20 (5) fest.
Durch diesen Vorgang werden alle Falten, die sich auf der Membran
aufgrund der durch den Flüssigkeitseinfluß wirkenden
Dimensionsänderung
der Membran während
des Filtrationsvorganges gebildet haben, entfernt. Die Membran wird
auf diese Art und Weise geglättet.
Durch Ankippen um ca. 90° des
Aufgußtrichters 1 wird
die Membran wieder zurück
an den Membranträger
geschwungen, an welchem sie aufgrund seiner glatten Oberfläche und
durch den noch vorhandenen Flüssigkeitsfilm
geglättet
wieder anhaftet.
5 zeigt
im Querschnitt einen Membranträger 10 mit
kegelstumpfförmigem
Kunststofftrichter 23, dessen schmaler unterer waagerechter,
ringförmig
umlaufender, sich nach innen axial erstreckender Rand 20 eine Öffnung 17 im
Membranträger
bildet. Unterhalb der Öffnung 17 am
Rand 20 ist die Membran 21 punktförmig angelenkt,
wobei sie einen größeren Durchmesser
als die Öffnung 17 aufweist.
Die kegelstumpfförmigen
Seitenwände
des Membranträgers
haben paßgenaue
Abschrägung
zu dem unteren kegelförmigen
Teil 2 des Aufgußtrichters,
so daß beide
paßgenau
flüssigkeitsdicht über eine
Preßpassung
miteinander verbindbar sind.
7 und 8 zeigen
ein Membranunterstützungsteil 11,
welches becherförmig
ausgebildet ist und an seinen Seitenwänden 22 Öffnungen 12 bzw.
einen innen umlaufenden Sicherungsring zum Fixieren mit dem Aufgußtrichter 1 aufweisen.
Innerhalb des Membranunterstützungsteiles
ist eine Membranunterstützung 14 über Federelemente 15 mit den
Seitenwänden
des Membranunterstützungsteiles 22 verbunden.
Die kreisförmige
Membranunerstützung 14 weist
auf ihrer Oberseite, also auf der Kontaktseite zur Membran Flüssigkeitskanäle und Abschlußlöcher auf.
Diese Membranunterstützung 14 hat
den gleichen Durchmesser wie die Öffnung 17 des Membranträgers 10.
Um die Membranunterstützung 14 herum
ist ein ringförmiges
Abdichtelement angeformt. Dieses Abdichtelement 16 drückt von
unten die Membran 21 flüssigkeitsdicht
gegen den umlaufenden waagerechten Ring 20 des flachen
Kunststofftrichters 23 des Membranhalters 10.
Im Anschluß an
das Abdichtelement 16 ist das Federelement 15 angeordnet,
welches sich ringförmig
innerhalb des Membranunterstützungsteiles 11 spannt und
fest mit den Seitenwänden 22 verbunden
ist. Die Aufgabe dieses Federelemente 15 ist es, die vorhandenen
Toleranzen zwischen Aufgußtrichter 1,
dem Membranträger 10 und
dem Membranunterstützungsteil 11 auszugleichen
und für
den notwendigen Anpreßdruck
für die
flüssigkeitsdichte
Abdichtung der Membran 21 gegen den umlaufenden waagerechten
Ring 20 des Kunststofftrichters 23 zu sorgen.