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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, einen Membranträger zur
quantitativen Bestimmung der mikrobiologischen Verunreinigung von Flüssigkeiten,
zum Beispiel von Getränken,
Kosmetika und von Medikamenten.
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Hersteller
müssen
die oben genannten Produkte vor dem "Inverkehrbringen" auf ihre mikrobiologische Verunreinigung
untersuchen. Abhängig
von der Art des Produktes und von einzelnen nationalen gesetzgebenden
Vorschriften darf die mikrobiologische Belastung eine festgelegte
Grenze (zum Beispiel 50 Keime pro Milliliter) nicht überschreiten.
Darüberhinaus
dürfen
einige Keimarten, zum Beispiel koliforme Keime, überhaupt nicht vorhanden sein. Der
Sinn dieser Untersuchung ist es, Gefahren von dem Anwender oder
Konsumenten dieser Produkte fernzuhalten.
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Die
Keimzahlbestimmung in Flüssigkeiten wird
typischerweise mit der Membranfiltermethode durchgeführt. Hierzu
wird ein steriles Rundfilter bevorzugt aus Cellulosenitrat, mit
47 mm Durchmesser und einer Porengröße von 0,45 μm in einer
Filtrationsvorrichtung, bestehend aus einer Absaugeinheit und einem
Aufgußtrichter,
eingespannt. Die Filtrationsvorrichtung muß nach jedem Gebrauch sterilisiert werden.
Ein festgelegtes Volumen der zu prüfenden Probe wird in den Aufgußtrichter
hineingegeben und unter Anlegen von Vakuum durch das Membranfilter hindurchgesaugt.
Die vorhandenen Kontaminationen werden auf dem Membranfilter zurückbehalten. Eventuell
vorhandene bakteriostatische Substanzen können durch Nachspülen der
Membran mit sterilem Wasser oder Pufferlösung entfernt werden. Danach wird
die Filtrationseinheit auseinandergebaut und die Membran wird auf
ein für
die gesuchten Keime geeignetes Nährmedium
platziert und spezifisch inkubiert. Nach einiger Zeit bilden sich
auf der Membranoberfläche
Kolonien, die einfach zu identifizieren und auszuzählen sind.
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Die
Hauptschwierigkeit bei der Durchführung dieser Methode ist die
Vermeidung von Sekundärkontaminationen,
das Handling der Filtrationsvorrichtung insgesamt und hier insbesondere
die Handhabung der extrem empfindlichen Membran unter sterilen Kautelen,
zum Beispiel mit einer Pinzette. Eine Beschädigung der Membran würde zu falschen
Ergebnissen mit den daraus resultierenden Gefährdungen für den Anwender oder Konsumenten
dieser Produkte führen.
Eine Vorrichtung, die für
die Durchführung
dieses Verfahrens geeignet ist, ist aus der
EP 0 463 897 A1 bekannt.
Diese Vorrichtung soll die Handhabung der extrem empfindlichen Membran,
insbesondere bei der Entnahme der Membran aus der Filtrationsvorrichtung,
erleichtern. Hierzu besteht die aus dem Stand der Technik bekannte
Vorrichtung aus einem Halter für
kreisförmige
Filtermembranen und einem Teil zum Separieren des Halteteiles. Die
Einrichtung zum Separieren wird durch einen fingerähnlichen
Stempel gebildet, dessen Achse senkrecht zu der Fläche des
Halteteiles der Membran angeordnet ist, wobei er so ausgelegt ist,
dass er axial bewegt werden kann, um die Membran aus dem Halteteil
herauszuheben. Diese Vorrichtung soll die Handhabung der extrem
empfindlichen Membranen, insbesondere bei der Entnahme der Membran
aus der Filtrationsvorrichtung, erleichtern. Trotzdem ist es aber nach
wie vor notwendig, die Membran nach ihrem Anheben direkt mit einer
Pinzette aufzunehmen.
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Das
Aufnehmen der Membran mit der Pinzette birgt immer die Gefahr von
einer Anschlusskontamination in sich und verfälscht entsprechend die Untersuchungsergebnisse.
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Die
EP 0 463 897 A1 beschreibt
eine zur einmaligen Verwendung bestimmte Vorrichtung für die Bestimmung
der Keimzahl in Flüssigkeiten
mit einem Ausgusstrichter, einer mikroporösen Membran mit Membranträger und
einer Membranunterstützungseinheit.
Der Ausgusstrichter und der Membranträger sind miteinander verbunden,
wobei am Ausgusstrichter eine Auswerfvorrichtung für den Membranträger vorgesehen
ist. Die mikroporöse
Membran befindet sich auf der Oberseite des Membranträgers. Aus
der
DE 32 20 122 C2 ist
ein Filtriergerät
zur Filtration von Flüssigkeiten
bekannt, das über
einen Membranträger
verfügt,
an dessen Ober- und
Unterseite Membranen befestigt sind. Die untere Membran wird dabei nicht
nur durch Kapillarkräfte
gehalten, sondern auch von Stützringen,
die an der Unterseite des Membranträgers angebracht sind.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Membranträger
zur Keimzahlbestimmung zu entwickeln, der nicht die Gefahr einer
Anschlusskontamination bei der Entnahme aus der Filtervorrichtung
in sich birgt und welcher sowohl im nassen als auch im trockenen
Zustand eine faltenfreie glatt aufliegende Membran gewährleistet,
so dass deren gesamte Oberfläche
eben auf ein geeignetes Nährmedium platziert
werden kann.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der äußere Durchmesser
des als Membranträger
fungierenden Kunststoffringes größer bemessen
als der Durchmesser der Membran. Der Membranträger kann dadurch hergestellt
werden, dass die Membran an ihrem äußeren Rand von unten mit einem
größeren Kunststoffring,
zum Beispiel durch Verschweißen,
verbunden wird. Der so entstandene Membranträger hat aufgrund des größeren Durchmessers
des Kunststoffringes einen über
die Membran hinaus stehenden Kunststoffrand. Hierdurch ist gewährleistet,
dass bei der Handhabung des Membranträgers die Membran nicht berührt werden
muss, da der freie äußere Kunststoffrand
des Membranträgers
zum Beispiel mit der Pinzette ergriffen werden kann. Die Membran
ist wie bereits gesagt mit dem Kunststoffring nur an einer Stelle
verbunden, insbesondere verschweißt. Das hat den großen Vorteil,
dass sich keine Falten in der Membran bilden, wenn die Membran 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.
Auch hierdurch könnte
es zu falschen Ergebnissen kommen, da keine optimale Versorgung der
Keime auf der Oberseite der Membran mit Nährstoffen gewährleistet
ist. Der innige Kontakt mit dem Nährmedium ist auch der Grund
dafür,
dass die Membran von unten an dem Kunststoffring befestigt ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der den Membranträger
bildende Kunststoffring an der der mikroporösen Membran zugewandten Berührungsfläche so ausgestaltet,
dass die Membran sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand
in axialer Richtung leicht lösbar
fixiert ist und in radialer Richtung um den Befestigungspunkt bewegbar
ist. Um den Effekt der leicht lösbaren
axialen Fixierung zu erzielen, ist die Kontaktfläche des Kunststoffringes zum
Membranfilter insbesondere sehr glatt ausgebildet, damit die nasse
Membran aufgrund der Kapillarwirkung des zwischen Membran und Kunststoffring
befindlichen Flüssigkeitsfilmes
an dem Kunststoffring in vollem Umfang anhaftet. In trockenem Zustand
haftet die Membran aufgrund der elektrostatischen Anziehung an dem
Kunststoffring besonders gut. Durch beide Effekte wird die Membran
so stabilisiert, dass sie einfach und sicher handhabbar ist, ohne
die Membran andererseits so stark zu fixieren, dass die Dimensionsänderungen
zwischen der nassen und trockenen Membran nicht mehr ausgeglichen
werden können.
Dies wäre
bei einer Verschweißung
des ganzen Umfanges der Membran mit dem Membranträger nicht
gewährleistet.
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Der
Membranträger
ist vorteilhafterweise auf der der Membran abgewandten oberen Seite
des Kunststoffringes mit einem umlaufenden Dichtring ausgestattet.
Dieser umfänglich
umlaufende Dichtring gestattet es, den Membranträger zum Filtern einer Flüssigkeitsprobe über seinen
an der oberen Seite angeordneten Dichtring mit einem kompatiblen Aufgusstrichter
flüssigkeitsdicht
zu verbinden. Dieser Aufgusstrichter zum Filtern einer Flüssigkeitsprobe über einer
Membran, die über
den Membranträger am
Aufgusstrichter flüssigkeitsdicht
fixierbar ist, kann von einem sterilen zum einmaligen Gebrauch bestimmten
Aufgusstrichter aus Kunststoff gebildet werden. Der Aufgusstrichter
hat vorzugsweise ein zylindrisches Oberteil in Form eines zylindrischen
Ringes. Dieser zylindrische Ring weist vorzugsweise eine radial
umlaufende nach unten gerichtete Dichtlippe auf, die eine umlaufende
Stufe ausbildet und den zylindrischen Ring mit einem schlankeren
kegelstumpfförmigen,
konischen Mittelteil des Trichters verbindet. Die umlaufende Stufe
weist eine nach unten gerichtete Dichtlippe, die nach außen über den
Durchmesser des zylindrischen Ringes hinaus verlängert ist, auf. Die außen umlaufende
nach unten gerichtete Dichtlippe greift beim Stapeln mehrerer Aufgusstrichter übereinander
in den zylindrischen Ring eines darunter liegenden Aufgusstrichters
unter Ausbildung eines bakteriendichten Labyrinthes ein. Diese bakteriendichte
Abdichtung ist sehr wichtig, um unverfälschte Analysenergebnisse zu
erhalten.
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Der
Aufgusstrichter besitzt an seinem unteren Ende ein mit Versteifungsrippen
versehenes Bodenteil, das eine um seine Austrittsöffnung umlaufende
Dichtnut aufweist, die mit dem Dichtring des Membranträgers kompatibel
ist und ein Verbinden von Membranträger und Aufgusstrichter schnell
und flüssigkeitsdicht
ermöglicht.
Am äußeren Umfang
der umlaufenden Dichtnut der Austrittsöffnung ist vorzugsweise ein
Sicherungsring angeordnet, welcher der Befestigung einer Schutzkappe
auf der unteren Austrittsöffnung
dient. Diese zur bakteriendichten Abdichtung der unteren Austrittsöffnung des
Aufgusstrichters aufgebrachte Schutzkappe ist vorzugsweise eine
leicht zu entfernende Schutzkappe, welche vor bestimmungsgemäßem Gebrauch
des Filters abgenommen werden muss. Der bei einer Stapelung von Aufgusstrichtern
an oberster Stelle angeordnete Trichter muss ebenfalls durch eine
separate Schutzkappe abgedeckt werden. Die Stapelbarkeit der Aufgusstrichter,
wobei der oberste Trichter eine Schutzkappe trägt und jeder Aufgusstrichter
an seiner Austrittsöffnung
ebenfalls verschlossen werden kann, in der Art und Weise, dass die
umlaufenden Stufen mit ihren nach unten gerichteten Dichtlippen
jeweils in den oberen zylindrischen Ring des darunter liegenden
Aufgusstrichters eingreifen und so eine labyrinthartige bakteriendichte
Abdichtung bilden, machen diese Aufgusstrichter geeignet, in Magazinform
stapelbar zu sein, ohne dass eine Kontaminationsgefahr besteht.
Dies stellt eine substantielle Verbesserung gegenüber dem
bekannten Stand der Technik dar, der es vorsieht, über sogenannte
UV-Sterilisation, die Aufgusstrichter bakterienfrei zu stapeln.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich
an den oberen zylindrischen Ring des Aufgusstrichters, welcher eine
radial umlaufende nach unten gerichtete Dichtlippe aufweist, nach
unten hin ein Mittelteil, welches konisch ausgebildet ist, an, welches
wiederum nach unten hin in ein flaches, durch innen- und außenliegende
Versteifungsrippen verstärktes
Bodenteil mündet.
In der Mitte des Bodenteiles befindet sich eine Austrittsöffnung,
welche an ihrer Unterseite eine umlaufende Dichtnut zum Verbinden
mit dem Membranträger,
insbesondere mit dem Dichtring des Membranträgers, welcher in diese Nut
eingreift, aufweist. Diese umlaufende Nut ist rund oder keilförmig ausgebildet
und sitzt im zusammengebauten Zustand, dadurch dass sie den Dichtring des
Membranträgers
in sich aufnimmt, auf der Oberseite des Membranträgers auf
und bildet damit an dieser Verbindungsstelle eine fluiddichte Abdichtung. An
der Unterseite des flachen Bodenteiles des Aufgusstrichters sind
mindestens zwei Zapfen als Verdrehsicherung und Zentrierhilfe angeordnet,
welche in Ausfräsungen
in einer Absaugvorrichtung eingreifen können und dort der Zentrierung
des Trichters auf der Absaugvorrichtung sowie gleichzeitig der Zentrierung
auch des Membranträgers
dienen, als Verdrehsicherung arbeiten und gleichzeitig nach außen gerichtete
Lagerzapfen tragen, welche als Widerlager für die Anpressvorrichtung zur
Aufnahme des Aufgusstrichters dienen.
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Der
Aufgusstrichter mit fixierter Membran kann auf eine Absaugvorrichtung
aufgebracht werden. Die Zentrierzapfen des Aufgusstrichters können für eine korrekte
Positionierung sowohl zum Membranträger – der Außendurchmesser des Membranträgers und
die Innenkanten der Zentrierzapfen bilden eine Passung – als auch über Membranträger und Zentrierring
zur Absaugvorrichtung selbst sorgen. Der zur Abdichtung notwendige
Anpressdruck kann mit Hilfe einer klauenförmigen Anpressvorrichtung erzielt
werden, die über
die Lagerzapfen greift, welche sich außen auf den Zentrierzapfen
des Aufgusstrichters befinden. Die Anpressvorrichtung wird vorzugsweise
auf der Unterseite der Absaugvorrichtung zentrisch um eine senkrechte
Achse beweglich geführt.
Die Anpressvorrichtung umschließt
die Absaugvorrichtung vorzugsweise an den Seiten über einen
Teil des Umfanges mit zwei senkrechten Klauen. Die Klauen besitzen
auf ihrer Innenseite vorteilhafterweise Führungen, die in der Lage sind,
auf die Lagerzapfen axiale Kräfte
auszuüben.
Bei Drehung der Anpressvorrichtung in der einen Richtung wird der
Aufgusstrichter nach unten auf den Membranträger und die Absaugvorrichtung
gezogen, um eine Abdichtung des kompletten Systems zu erreichen.
Zur Verbesserung der Kraftübertragung
ist das Bodenteil des Aufgusstrichters mit Versteifungsrippen verstärkt.
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Die
flüssigkeitsdichte
Abdichtung zwischen Membranträger
und Absaugvorrichtung kann durch einen umlaufenden Dichtring auf
der Oberseite der Absaugvorrichtung, der von unten die Membran gegen
den Kunststoffring drückt,
bewerkstelligt werden, der die Membranunterstützung umschließt, die
aus einem perforierten oder gesinterten Material bestehen kann.
Die Absaugvorrichtung ist bevorzugt aus Edelstahl hergestellt, damit
sie zu Sterilisationszwecken abgeflammt werden kann.
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Bei
Drehung in die andere Richtung wird der Aufgusstrichter wieder freigegeben
und kann leicht abgenommen werden. Danach kann der Membranträger entnommen
werden. Diese Art der Befestigung des Aufgusstrichters auf der Absaugvorrichtung hat
gegenüber
dem Stand der Technik den Vorteil, dass maßliche Toleranzen der einzelnen
Komponenten, die zu Undichtigkeiten führen würden, problemlos ausgeglichen
werden und dass die Dichtigkeit des Gesamtsystems ohne großen Kraftaufwand
erzielt werden kann, da keine Dichtlippe von Hand mit Kraftaufwand
elastisch verformt werden muss.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel (1 bis 6)
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen senkrechten Querschnitt durch den
Membranträger;
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2 eine
Aufsicht auf die Unterseite des Membranträgers;
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3 in
schematischer Darstellung einen senkrechten Querschnitt des Aufgusstrichters;
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4 in
schematischer Darstellung einen senkrechten Querschnitt der zusammengebauten Einheit
Aufgusstrichter/Membranträger/Absaugvorrichtung/Anpreßvorrichtung;
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5 in
schematischer Darstellung einen senkrechten Querschnitt durch einen
Stapel von Aufgusstrichtern; und
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6 in
schematischer Darstellung einen senkrechten Querschnitt der Absaugvorrichtung
mit der Anpressvorrichtung.
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1 zeigt
einen Membranträger 5 im
Querschnitt mit einem als Kunststoffring 1 ausgebildeten Membranträger und
einer von unten an dem Kunststoffring 1 befestigten Membran 2.
Auf der der Membran gegenüberliegenden
Seite des Membranträgers 5 des
Kunststoffringes 1 ist ein Dichtring 3 angeformt, der
umfänglich
auf dem Kunststoffring 1 umläuft.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung die Unterseite eines Membranträgers 5,
wobei der Kunststoffring 1 in seinem Durchmesser größer bemessen
ist als die darauf fixierte Membran 2. Die Membran ist
am Befestigungspunkt 4, also an einem Punkt mit dem Kunststoffring,
verbunden. Die Membran 2 ist dabei an der Befestigungsstelle 4 auf
dem Kunststoffring 1 aufgeschweißt. Der Durchmesser des inneren Durchbruchs
des Kunststoffringes 1 ist wenigstens 5 mm kleiner als
der Durchmesser des Membranfilters 2, um eine gute Anhaftung
der Membran an den Kunststoffring zu gewährleisten. Der äußere Durchmesser
des Kunststoffringes 1 ist dagegen mindestens 6 mm größer als
der äußere Durchmesser
der Membran 2, um einen genügend breiten Rand für die Handhabung
des Membranträgers 5 mit einer
Pinzette zur Verfügung
zu haben.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch einen Aufgusstrichter 6 mit einem
oberen zylindrischen Ring 17, der eine radial umlaufende
nach unten gerichtete Dichtlippe 19 aufweist, die eine
umlaufende Stufe 25 ausbildet. In diese umlaufende Stufe 25 greift
bei der Stapelbildung der obere zylindrische Ring 17 des
darunter liegenden Aufgusstrichters ein. An den oberen zylindrischen
Ring 17 schließt
sich ein konischer Mittelteil an, der in ein flaches Bodenteil 7 mündet, welches
innen- und außen
liegende Verstärkungsrippen 15 aufweist.
Das flache Bodenteil 7 mündet in eine zylindrische Austrittsöffnung,
welche von einer Dichtnut 9, die radial umläuft, durchzogen wird.
Diese Dichtnut 9 nimmt den Dichtring 3 des Membranträgers 5 in
sich auf und schafft damit eine flüssigkeitsdichte Verbindung
zwischen Aufgusstrichter und sich daran anschließender Membran. Radial außen an der
Austrittsöffnung
des Aufgusstrichters läuft
ein Sicherungsring 8 um, an welchem eine Schutzkappe 16 befestigt
werden kann, um den Aufgusstrichter gegen Kontamination zu schützen. Zusätzlich sind
am Aufgusstrichter 6 Lagerzapfen 14 mit Klauen 20 fixiert,
die beim Verdrehen des Trichters gegen eine Anpressvorrichtung 21 in
Klauen der Anpressvorrichtung 22 eingreifen, fest fixiert.
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4 zeigt
im Querschnitt eine zusammengebaute Einheit Aufgusstrichter 6/Membranträger 5/Absaugvorrichtung 10 und
Anpressvorrichtung 21. Der Aufgusstrichter 6 ist
dabei über
die Dichtnut 9, in welche der Dichtring des Membranträgers 1 eingreift, flüssigkeitsdicht
verbunden. Aufgusstrichter 6 und Membranträger 5 sind über die Anpressvorrichtung 21 mit
der Absaugvorrichtung 10 verbunden. Die Lagerzapfen des
Trichters 20 wirken mit den innen liegenden Führungen
der senkrechten Klauen 22 der Anpressvorrichtung 21 zusammen
und ziehen den Aufgusstrichter 6 auf den Membranträger 5.
Der Druck wird über
die Verstärkungsrippen 15 des
Bodenteiles 7 des Aufgusstrichters übertragen. Von unten wird der
Druck durch den Dichtring 11 der Absaugvorrichtung 10 abgefangen.
Hierbei wird die Membran 2 fest gegen den Kunststoffring 1 gedrückt, so
dass auch hier eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung erfolgt. Die korrekte Positionierung des Membranträgers zum
Aufgusstrichter wird über
den Zentrierring 13 bewirkt. Der Aufgusstrichter 6 wird über die Zentrerzapfen 14,
die in die Ausfräsung 23 der
Absaugvorrichtung 10 fassen und den äußeren Rand des Membranträgers 5 positionieren,
mit diesem verbunden. Zusätzlich
ist der Aufgusstrichter 6 durch die in die Ausfräsung 23 fassenden
Zentnerzapfen 14 gegen Verdrehen gesichert. An seinem oberen
Ende besitzt der Aufgusstrichter 6 ein umlaufendes nach oben
gerichtetes zylindrisches Teil 17, das bei Stapelung der
Aufgusstrichter 6 unter die umlaufende Stufe 25 und
in die nach unten gerichtete Dichtlippe des nächst höheren Trichters fasst und so
eine labyrinthartige bakteriendichte Abdichtung bildet. Zur bakteriendichten
Abdichtung der unteren Austrittsöffnung des
Aufgusstrichters 6 ist dort eine leicht zu entfernende
Schutzkappe, welche über
den Sicherungsring 8, der radial außen um die Austrittsöffnung umläuft, aufschnappbar.
Vor Gebrauch ist diese Schutzkappe zu entfernen.
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6 zeigt
einen Querschnitt der Absaugvorrichtung 10 mit der Anpressvorrichtung 21 Zwischen
Anpressvorrichtung 21 und Ansaugvorrichtung 10 ist
ein Dichtring 11 eingebracht. Ein innen umlaufender Zentrierring
positioniert den Membranträger hinsichtlich
des Aufgusstrichters 6. Die innen liegenden Führungen
der senkrechten Klauen 22 der Anpressvorrichtung 21 wirken
mit den Lagerzapfen des Trichters 20 zusammen.