DE19922285A1 - Probengefäß - Google Patents
ProbengefäßInfo
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- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Probengefäß (1) mit zwei Stirnenden (3) und einem Mantel (5) zwischen den Stirnenden (3) zur Begrenzung einer Probengefäßkammer, wobei der Mantel (5) in der Weise formflexibel ausgebildet ist, daß er in einem bestimmten Bewegungsbereich ein wahlweises Bewegen der Stirnenden (3) aufeinander zu oder voneinander weg unter damit einhergehender Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Volumens der Probengefäßkammer ermöglicht.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hilfsmittel zur Handhabung
von Probensubstanzen in Form von Fluiden, Pulvern, Granulaten etc., wie
sie vorwiegend in chemischen und biochemischen Laboratorien zum Einsatz
kommen. Die Erfindung betrifft im speziellen ein Probengefäß oder
Reaktionsgefäß.
In jedem Labor, in dem z. B. biologisch, chemisch oder verfahrenstechnisch
gearbeitet wird, fallen permanent Arbeitsschritte an, bei denen Flüssigkei
ten, Pulver oder Granulate zusammengeschüttet, getrennt oder gemischt
werden. Typische Vorgänge dieser Art sind das Dosieren, Pipettieren,
Pumpen, Mischen, Trennen, Zerkleinern von Probenmaterial, Filtern etc.
Hierbei werden je nach Anforderungen des jeweiligen Vorganges unter
schiedliche Volumina von Probensubstanzen bereitgehalten, transportiert,
separiert, vermischt und/oder anderweitig manipuliert, etwa um betreffende
biologische, chemische oder kombinierte Reaktionen herbeizuführen, die oft
mit einer Veränderung des Volumens verbunden sind.
Eine Qualitätssicherung zur Gewährleistung reproduzierbarer Ergebnisse ist
hierbei von großer Bedeutung. Besonders bei Reaktionen, die hinsichtlich
kleinster Kontaminationen "sensibel" sind, ist deshalb eine verschleppungs
freie Handhabung der üblicherweise fluidischen Probensubstanzen
(Flüssigkeiten, Gase, Suspensionen von Granulaten etc.) wichtig. Dies
bedeutet, daß weder von einem Probengefäß zum anderen, noch aus der
Umgebung (z. B. über verwendete Geräte, Werkzeuge, Pipetten oder
sonstige Hilfsmittel) unbeabsichtigt Substanzen in das betreffende
Reaktionsgefäß transportiert werden dürfen. Ein typisches Beispiel für
kontaminationssensible Labortätigkeit stellt die Nukleinsäuren-Analytik mit
molekularbiologischen Methoden dar. Nukleinsäuren (meist DNA) sind der
generelle Informationsträger des Lebens und damit auch überall präsent, wo
es Leben gibt. Als einzelner Molekülstrang liegen Nukleinsäuren unter der
Nachweisgrenze derzeit verfügbarer analytischer Verfahren. Daher bedient
man sich u. a. der Polymerase-Kettenreaktion (PCR/Polymerase Chain
Reaction) zur exponentiellen Vervielfältigung kleinster DNA-Mengen mittels
enzymatischer Reaktionen, bis die Nachweisgrenze überschritten ist und ein
analytischer Nachweis durchgeführt werden kann. Die Problematik dieser
Vorgehensweise liegt in der Anforderung, absolut verschleppungs- und
kontaminationsfrei zu arbeiten. Bei Kontamination der Reaktion mit
geeignetem genetischem Material (z. B. aus der Laborumgebung oder durch
den Experimentator selbst) wird dieses ansonsten analog der untersuchten
Sequenz exponentiell vervielfältigt, so daß das spätere Untersuchungs
ergebnis entscheidend verfälscht sein kann.
Es sind Probengefäße bzw. Probenträgersysteme als Einzelgefäße mit nur
einem Innenraum und als Mehrfachgefäße mit einer Vielzahl von Räumen
verfügbar, die eine querkontaminationsfreie Handhabung fluider Proben und
Reagentien ermöglichen sollen. Bei den Einzelgefäßen sind Reaktionsgefäße
nach Bauart der sog. Eppendorf-Tubes der Firma Eppendorf am weitesten
verbreitet. Diese gibt es mit oder ohne Klapp- oder Schraubdeckel in
unterschiedlichen Materialien. Für Verfahren mit Aerosolbildung, wie
beispielsweise der oben angesprochenen PCR, werden üblicherweise die
Gefäße mit Schraubverschlüssen verwendet, um die Verbreitung der
Aerosole beim Öffnen eines betreffenden Gefäßes zu minimieren. Schraub
verschlüsse sind jedoch nicht ohne weiteres einer automatisierten Handha
bung durch einfache Maschinen zugänglich. Es gibt auch bereits Probenröhr
chen bzw. PCR-Tubes mit automatisierungsgerechtem Verschluß, der einen
Schnappmechanismus aufweist.
Bei den Mehrfachgefäßen ist das Format der Mikrotiterplatte (Löcher bzw.
Vertiefungen in einer üblicherweise rechteckigen Platte) mit normalerweise
96 Räumen am weitesten verbreitet. Neuere Plattenformate haben bei
gleichen Außenabmessungen schon bis zu 1564 entsprechend kleinere
Räume für die Aufnahme von Fluiden (Flüssigkeiten oder feste Stoffe in
Pulver- oder Granulatform etc.). In diese Platten können Funktionen wie
Deckel, Filter oder Abflußkanäle je nach der vorgesehenen Anwendung
integriert sein.
Bei den vorstehend angesprochenen bekannten Probengefäßen bzw.
Probenträgersystemen ist eine Öffnung der Probenräume gegenüber der
Umgebung bei Befüllung, Zugabe von weiteren Substanzen und bei
Entnahmen nur schwierig zu vermeiden und häufig mit Aerosolbildung
verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Probengefäß bereitzustellen,
welches vielseitig verwendbar ist, insbesondere als Reaktionsgefäß benutzt
werden kann und eine weitestgehend verschleppungs- und damit querkon
taminationsfreie Handhabung von Fluiden ermöglicht und zudem noch
volumenvariabel ist.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Probengefäß weist zwei Stirnenden
und einen Mantel zwischen den Stirnenden zur Begrenzung einer Probenge
fäßkammer auf, wobei der Mantel in der Weise formflexibel ausgebildet ist,
daß er in einem bestimmten Bewegungsbereich ein wahlweises Bewegen
der Stirnenden aufeinander zu oder voneinander weg unter damit ein
hergehender Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Volumens der Probenge
fäßkammer ermöglicht.
Wenngleich ein Probengefäß nach der Erfindung einen Mantel aus teleskop
artig ineinandergreifenden, ausziehbaren und nach außen hin abgedichteten
Elementen aufweisen könnte, wird eine Lösung favorisiert, bei der der
Mantel zumindest teilweise über seine axiale Länge als ausziehbarer Balg
ausgebildet ist. Das Funktionsprinzip ähnelt dann dem eines Blasebalgs bzw.
einer Ziehharmonika. Durch das Bewegen der Wände wird das Probengefäß
kammervolumen verändert. Durch ein Aufeinanderzubewegen der beiden
Stirnenden wird das Innenvolumen des Balgs verkleinert, wohingegen das
Voneinanderentfernen der beiden Stirnenden zu einer Vergrößerung des
Innenvolumens, also des Probengefäßkammervolumens führt. Mit einer
Sorte Balg können daher unterschiedliche Probengefäßkammervolumina
eingestellt werden. Die Möglichkeit der wahlweisen Änderung des
Probengefäßkammervolumens ermöglicht die Erzeugung von Druck- und
Saugeffekten, so daß das Probengefäß selbst als Pumpe oder Spritze z. B.
für Dosier- oder Pipettiervorgänge genutzt werden kann. Der Balg kann in
geeigneten Größen z. B. aus Kunststoff oder einem anderen elastischen
Material ausgeführt werden. Für Anwendungen in der Nukleinsäuren-
Analytik sind insbesondere miniaturisierte Ausführungsformen mit Volumina
von nl bis ml von Interesse. Bei anderen Anwendungen kann das Probenge
fäßkammervolumen von ml bis hin zu l und mehr betragen.
Das Balg-Probengefäß nach der Erfindung integriert zwei Funktionen, die bei
bekannten Systemen fast immer getrennt sind. Dies sind:
- 1. die Containerfunktion für die Aufnahme von Fluiden, z. B. als Reaktionsgefäß bzw. für die Aufbewahrung oder für das Zusammen führen von Fluiden (z. B. Zellen im Medium) oder
- 2. Transporterfunktion für den Transfer von Fluiden von einem Proben behälter in einen weiteren Probenbehälter.
Für einen entsprechenden Transfer von Fluiden im chemischen, biochemi
schen oder biologischen Labor wurden bisher in aller Regel Pipetten oder
Spritzen verwendet. Diese liegen definitionsgemäß getrennt vom Aufbewah
rungsgefäß vor und werden dann in dieses eingebracht, um Fluid zu
entnehmen oder Fluid hinzuzufügen. Dazu muß das Aufbewahrungsgefäß
in aller Regel geöffnet werden, so daß es zu einem mehr oder weniger
intensiven Kontakt mit der Umgebung kommen kann, d. h. zu Kontakt mit
Umgebungsluft, die z. B. Kontaminationen in Form von DNA oder reaktive
chemische Agentien, wie Sauerstoff (O2), enthalten kann. Für die Arbeit mit
konventionellen Spritzen sind Gummi-Septen verfügbar, die den Innenraum
des betreffenden Aufbewahrungsgefäßes (oder Reaktionsgefäßes) bei der
Entnahme (z. B. sterile Lösungen in der Medizin) vor Kontakt mit der
Umgebung schützen. Allerdings sind auch hier Aufbewahrungsgefäß und
Transferinstrument nach dem Stand der Technik gesonderte Teile.
Das Balg-Probengefäß nach der Erfindung kann gleichzeitig als Container
und Transporter genutzt werden. Dies hat unter andern die folgenden
Vorteile:
- - Keine Öffnung des Containers zur Außenumgebung hin erforderlich, um Proben zu entnehmen oder einzubringen.
- - Keine getrennte Gewährleistung von Reinheit oder Sterilität für Container einerseits und Transporter andererseits erforderlich.
- - Vorliegen von Reaktanden, Chemikalien, Enzymen (ggf. als Lyophili sat) und bei Befüllen des Balgs direkter Kontakt mit diesem (günstig für bestimmte Reaktionen).
- - Reduktion des Materialverbrauchs durch Entfallen der Verwendung von Pipettenspitzen oder Spritzen für den Transport von Fluid zwischen zwei Containern.
Der Hub in einer Pipette oder Spritze, durch den Fluid in konventioneller
Weise entnommen oder ausgegeben wird, ist beim Balg-Probengefäß durch
die Volumen-Varianz gegeben. Hierzu muß das Balg-Probengefäß mecha
nisch auseinandergezogen oder komprimiert werden, so daß hierdurch und
durch die Verwendung geeigneter Ventile ein Pumpprinzip mit Saug- und
Druckfunktion entsteht. Balg-Probengefäße nach der Erfindung können als
Spritzgußteile aus Kunststoff realisiert sein, wobei die Wände eines solchen
Spritzguß-Balges mit "Soll-Knickstellen" versehen und/oder schon als
"Falten" vorgeformt sein können.
Die stirnseitigen Enden können je nach geplanter Anwendung unter
schiedliche Ausprägungen aufweisen.
Vorzugsweise sind an den Stirnenden des Probengefäßes Deckelteile
vorgesehen, um die Probengefäßkammer stirnseitig zu verschließen, wobei
in wenigstens einem der Deckelteile ein Einlaßventil und/oder ein Aus
laßventil vorgesehen sein sollte. Zweckmäßigerweise sollte an einem
Stirnende ein Auslaßventil vorgesehen sein und an dem anderen Stirnende
ein Einlaßventil. Bei diesen Ventilen kann es sich um Rückschlagventile
handeln, die sicherstellen, daß bei Vergrößerung des Probengefäßkammer
volumens Probensubstanz über das Einlaßventil angesaugt werden kann und
bei Verkleinerung des Probengefäßkammervolumens Probensubstanz durch
das Auslaßventil hindurch ausgebracht werden kann.
Die beiden Stirnenden können zwecks Austausch mit anderen Gefäßen oder
ggf. mit der Umgebung (z. B. bei Zufuhr und Entnahme) unterschiedlich
ausgeprägt sein. Neben einer einfachen Deckelfunktion ist die bereits
angesprochene Integration von Ventilen oder aber anderer Funktions
elemente, wie etwa Filter (z. B. Steril-Filter), Düsen, Strömungsumlenkungen
(z. B. zur Verwirbelung und Mischung von Substanzen), Gittern (z. B. zur
Verkleinerung von Probengut wie beispielsweise Zellen) oder Nadeln
möglich. Derartige Funktionselemente können in betreffende Deckelteile
integriert sein. Vorzugsweise sind die stirnseitigen Deckelteile abnehmbar
austauschbar an dem Mantel vorgesehen.
Je nach Ausführungsform kann bei vollkommen zusammengefaltetem Balg
ein restliches Probengefäßkammervolumen zurückbleiben oder nicht.
Eine Deckelvariante an einem Stirnende oder an beiden Stirnenden ist durch
eine Membran, Folie, o. ä. realisierbar, die beispielsweise aus dem gleichen
Material wie der Balg selbst besteht. Eine solche Membran oder Folie kann
so ausgestaltet sein, daß sie mit einer Hohlnadel o. ä. zur Befüllung der
Probengefäßkammer oder zur Probenentnahme durchstochen werden kann.
Eine solche "Nadel-Funktion" kann auch in ein weiteres Probengefäß nach
der Erfindung integriert sein, so daß beim Zusammenfügen eines solchen
weiteren Probengefäßes und eines mit Membrandeckel ausgestatteten
Probengefäßes die Membran automatisch durchstochen wird, um die beiden
Probengefäßkammern der Probengefäße zu einer gemeinsamen Probenge
fäßkammer zu verbinden. Gegebenenfalls kann für einen solchen Vorgang
eine Führungsvorrichtung für die Probengefäße zweckmäßig sein.
Probengefäße nach der Erfindung können darüber hinaus mittels betreffen
der Anschlußmittel aneinander oder ggf. an andere bestimmte Gegenstände
angeschlossen werden. Auf diese Weise lassen sich ganze Balg-Cluster
erzeugen, wobei an den Schnittstellen zwischen den beteiligten Probengefä
ßen gleiche oder verschiedene funktionale Elemente wie Ventile, Filter,
Siebe, absorbierende Matrizen, Umlenkgitter, Düsen, Nadeln oder dgl. an
betreffenden Deckelelementen oder ggf. Adaptern vorgesehen sein können.
Bei der Kopplung der einzelnen Subräume aneinander angeschlossener
Probengefäße können dann neben der Volumenvariabilität der Balge die
Eigenschaften der funktionalen Elemente ausgenutzt werden.
Vorzugsweise sind als Anschlußmittel zur Kopplung zweier Probengefäße
Steckanschlußmittel vorgesehen, die die Herstellung einer jeweiligen
Steckverbindung ermöglichen, die zur Außenumgebung hin abgedichtet ist.
Als funktionelle Elemente kommen auch ringförmige Adapterelemente in
Frage, die auf beiden axial entgegengesetzten Seiten für den Anschluß eines
Balgs bzw. Balg-Probengefäßes kompatibel sind. Ein solcher Adapterring
oder Anschlußring zur Verbindung gleichartiger oder verschiedenartiger
Balg-Probengefäße kann beispielsweise eine adsorbierende Matrix (z. B. ein
Glasvlies) enthalten, an welcher im Probenfluid vorhandene Substanzen oder
Analyten (z. B. Nukleinsäuren) reversibel binden können.
Probengefäße nach der Erfindung erlauben in entsprechender Ausgestaltung
ein verschleppungs- und damit querkontaminationsfreies Handhaben von
Probenfluiden in einem immer in sich geschlossenen System, was zudem
noch volumenvariabel ist und dadurch alle Pump-, Dosier-, Pipettier-, Trenn-
und Mischvorgänge etc. durch entsprechende Handhabung ermöglicht bzw.
integriert. Einzelne Probengefäße können als Module zur Bildung eines
modularen Probenträgersystems herangezogen werden, welches eine große
Funktionsvariabilität aufweist und bedarfsweise als geschlossenes
Gesamtsystem betrieben werden kann, um Verschleppung und Querkon
tamination auszuschließen, wobei auch die Teilmodule zur Außenumgebung
hin geschlossene Elemente darstellen.
Die Balg-Struktur ermöglicht eine sehr wirksame Übertragung von Ultraschall
zur Probengefäßkammer, wobei der Ultraschall entweder mit einer externen
Schallquelle oder durch schnelle Vibrationen der Balgenden erzeugt werden
kann. So könnten die Falten im Innenraum alle als Sonotroden zur Über
tragung des Ultraschalls vom Balg auf das Probengut wirken. Dies ist z. B.
für die Zerkleinerung von DNA mittels Ultraschall ausnutzbar, aber auch
allgemein als Energieeintrag (z. B. zur Erwärmung). Eine geschlossene
Probengefäßkammer verhindert zudem die Bildung von Schaum, was z. B.
bei der Solubilisierung von Proteinen mit Vorteil genutzt werden kann. Die
Balg-Struktur bildet überdies eine relativ große Oberfläche und ermöglicht
somit eine sehr effiziente Energieübertragung. Die Effizienz der Energieüber
tragung kann durch die Größe der Falten der einzelnen Ringe des jeweiligen
Balgs auch konstruktiv beeinflußt werden. Dies ist z. B. bei der Energiezu-
und -abfuhr in den Zyklen einer PCR entscheidend für die Zeit, welche das
Verfahren insgesamt benötigt. Damit könnte die gesamte Probenvor
bereitung in der Nukleinsäurechemie in einem einzigen geschlossenen
System ablaufen. Daran kann direkt die Auswertung oder Weiterver
arbeitung z. B. einer aufbereiteten Probe angeschlossen sein, so daß sich
insgesamt eine Reduktion und Vereinfachung der Schnittstellen ergibt.
Auch die Übertragung von Druck durch ein geeignetes umgebendes Gerät
ist ohne Öffnung des Balgs möglich, indem der Abstand der beiden
Stirnenden durch das Gerät fixiert und ein Ausbeulen der Falten durch z. B.
Führungsschienen verhindert wird.
Insgesamt ist mit einem Balg-Probengefäßsystem ein 100%ig geschlosse
nes volumenvariables System realisierbar, welches eine nahezu unbegrenzte
Anzahl an Subräumen für getrennte Reaktionen und Verfahrensschritte zur
Verfügung stellt. Die Integration unterschiedlicher Verfahrensschritte ist
zudem sehr einfach möglich. Dabei bieten die einzelnen Balg-Probengefäß
module die Möglichkeit zur Batch-Herstellung von vorgefertigten Einheiten,
die z. B. mit einer speziellen Innenbeschichtung versehen sind oder
Chemikalien (wie z. B. Puffer-Substanzen zur PH-Wert-Veränderung) in der
Probengefäßkammer enthalten, die dann den Anforderungen entsprechend
kombiniert werden können. Die Verwendung von Innenbeschichtungen aus
z. B. Enzymen kann in Analogie zu den sog. "Coated Tubes" mit den
entsprechenden Anwendungen erfolgen. Durch die modulare Zusammen
fassung oder Integration mehrerer Balg-Probengefäße mit unterschiedlichen
Funktionen in einem Prozeßablauf, an dessen Ende z. B. die Auswertung
durch ein analytisches Gerät steht (z. B. Probenaufbereitung aus Zellmaterial
und Übertragung in einen sogenannten BioChip), wird ein modulares
Gesamtsystem geschaffen. Dessen Einzelteile, die funktionellen Module,
geben dem Gesamtsystem eine große Flexibilität und entsprechende
Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten.
Wie bereits angedeutet, können die Enden der Balg-Probengefäße nach der
Erfindung unterschiedliche Ausprägungen aufweisen. Besonders interessant
ist die Ausprägung eines Adapters oder einer Anschlußpaarung nach dem
"Stecker-Dose"-Prinzip in die Anschlußstücke (als Verbindungsstück
zwischen Balgen oder für die Verbindung mit einem anderen Container- oder
Transportsystem). Damit lassen sich auf einfache Weise mehrere Balg-
Probengefäße und damit Subräume verbinden und in verbundenem Zustand
noch in ihrem individuellen Innenraumvolumen verändern, was z. B. sehr
komplexe Strömungs-, Misch- oder Transportvorgänge ermöglicht. Hierzu
ist es notwendig, daß die Anschlußstücke jedes Balges im System einzeln
bewegt werden können, um den gewünschten Hub zu erzeugen (Pumpfunk
tion). Zudem ist unter Umständen eine seitliche Führung der Falten der
Balge, z. B. über Schienen, zweckmäßig. Durch die betreffenden Adapter-
oder Anschlußstücke ist generell auch die indirekte Führung in andere Container-
oder Transporter-Formate möglich, z. B. mit Luerlockanschluß zu einer
Spritze. Weitere Andockpartner können Eppendorf-Tubes, allgemein Spritzen
oder Mikrotiterplatten sein. In anderen Ausführungsvarianten kann die
direkte Übertragung in einen Effektor- oder Reaktionsraum erfolgen, z. B. die
Übertragung vorbereiteten Probenmaterials in einen BioChip.
Das Balg-Probengefäß kann auch einfach nur als Aufbewahrungsgefäß
verwendet werden, welches den Vorteil eines in Grenzen variablen
Volumens aufweist. Dieses Gefäß weist zudem durch die Faltenwände eine
sehr große Oberfläche zum Innenvolumen auf, wobei die Falten auch als
Sonden in den Innenraum genutzt werden können.
Ein wesentlicher Vorteil von Balg-Probengefäßen nach der Erfindung,
insbesondere von ventilbestückten Balg-Modulen, liegt darin, daß sich
daraus ein System mit abgeschlossenen Modulen realisieren läßt, welches
prinzipiell in sich geschlossen ist. Der Kontakt mit der Umgebung (Außenluft
etc.) wird also minimiert oder gar vollständig unterbunden, so daß selbst
Substanzen und Reaktionen mit Schutzgasbedarf gehandhabt werden
können (z. B. oxidationsempfindliche Phosphoramidite aus der DNA-
Synthese). Ein Austausch des Fluids mit einer nicht definierten Gasphase,
wie der umgebenden Luft, findet nicht statt.
Als weiterer Vorteil des geschlossenen Systems ist zu nennen, daß in
einzelnen und in aufeinanderfolgenden Balgen (bei Übertragung von einem
Balg zu einem weiteren) keine Querkontaminationen auftreten können, da
es keinen gemeinsamen Umgebungsbereich, wie z. B. die umgebende Luft,
gibt.
Durch die Integration von funktionellen Elementen, wie z. B. Filtern,
Membranen oder Vliesen zwischen zwei Balg-Probengefäßen nach der
Erfindung kann bei Überführung des Fluids von einem Balg in den anderen
ein Reinigungs- oder Chromatographie-Effekt entstehen, z. B. bei Ver
wendung von Filtern mit bestimmten absorptiven Eigenschaften (z. B. für
Nukleinsäure-Isolation). Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Systemen
kann während dieses Prozesses in beiden Richtungen über ein solches
funktionelles Element gespült werden, z. B. für Adsorption der Probe, Spülen
oder Elution eines gebundenen Analyten, ohne daß ein Umgebungskontakt
stattfindet, der u. a. zur Aerosolbildung führen könnte.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß in das Balg-Probengefäß
Reaktanten, Chemikalien, Enzyme etc. integriert werden können. Eine
diesbezügliche Anwendung ist die Zellpräparation mit z. B. mRNA-Isolation
(Inhibitoren für Nukleasen im Folge-Balg-Probengefäß). Mechanischer
Aufschluß und Inhibition fallen nahezu zusammen, so daß eine Verbes
serung von Qualität und Quantität der isolierten RNA zu erwarten ist. Diese
RNA könnte direkt in folgenden Modulen weiter aufbereitet werden, was
auch die zeitlichen Verzögerungen minimiert. Außerdem ist die komplette
Aufbereitung bis zur Eingabe in einen BioChip oder ein anderes analytisches
System möglich.
Balg-Probengefäße nach der Erfindung können auch als Einweg-Gefäß für
eine 100%-verschleppungsfreie Handhabung von Fluiden realisiert werden.
Solche Einweg-Probengefäße lassen sich einfach und preiswert herstellen,
beispielsweise aus Kunststoff.
Hervorzuheben ist noch einmal der Vorteil, daß aufgrund der relativ großen
Gefäßoberfläche des Probengefäßes nach der Erfindung auch eine sehr
schnelle Energieübertragung in den Innenraum hinein möglich ist, beispiels
weise Wärmeübertragung zur Erwärmung oder Kühlung des Probengutes.
Bei Verwendung von Ultraschall kann die große Oberfläche für die effiziente
Übertragung der Schallenergie genutzt werden. Dies ist z. B. interessant für
Proteinsolubilisierung, Ultraschallzerkleinerung von Nukleinsäuren, Zellauf
schluß etc. Wie bereits erwähnt, können die Falten des Balgs dabei direkt
mechanisch in Schwingung gebracht werden. Gemäß einer Variante kann
der Ultraschall mit einer konventionellen Ultraschallquelle erzeugt und
beispielsweise über Wasser als Umgebung auf den Balg übertragen werden.
Wie bereits oben angesprochen, eignen sich Probengefäße nach der
Erfindung zum Aufbau eines modularen Systems aus aneinander ankoppel
baren Bausteinen. In diesem Zusammenhang ist der Vorteil zu betonen, daß
durch aufeinanderfolgende Balg-Probengefäß-Module (und ggf. Adaptern
dazwischen) die Entstehung von Aerosolen und deren Austausch über
Umgebungsluft vermieden werden. Einzelne Module können (in Batch-
Produktion) mit geeigneten Reagentien, Reaktanden, Enzymen oder
sonstigen Substanzen modifiziert sein, z. B. als Pulver im Innenraum, als
Beschichtung der Innenwand oder als Teil des Zugangs- oder Ausgangs
filters bzw. Ventils. Damit kann ein Fluid, z. B. eine biologische Probe, durch
eine ganze Reihe von unterschiedlichen Modulen "gepumpt" werden. In
jedem der Module können Enzymreaktionen, pH-Wert-Veränderungen oder
Reaktionen mit der Oberfläche der Innenwände (z. B. mit dort immobilisierten
Rezeptoren, Antikörpern oder Enzymen) stattfinden. Bei Übertragung von
einem Modul in ein zweites kann am Übergang durch einen Filter oder eine
andere funktionelle Einheit Substanz manipuliert oder zurückgehalten
werden (z. B. Nukleinsäure an einer Glasmatrix). Durch Hin- und Herspülen
z. B. nach "Andocken" eines neuen Moduls (mit z. B. geeignetem Puffer oder
pH-Einsteller darin) auf einer Seite des funktionellen Elementes kann ein Spül-
oder Desorptionseffekt erzielt werden. Durch Austausch von Modulen auf
beiden Seiten des funktionellen Elementes kann dabei außerdem aufkonzen
triert werden (Desorption mit kleinerem Volumen).
Als weiterer Vorteil der Erfindung ist anzuführen, daß in die Balg-Probenge
fäß-Module Funktionselemente integriert werden können, z. B. Filter, Ventile,
Düsen, Umlenkgitter.
Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die Balg-Module aufgrund der
einfachen mechanischen Manipulationsmöglichkeiten sehr gut für die
Automatisierung von Abläufen geeignet sind.
Hinzuweisen ist auch noch darauf, daß Balg-Probengefäße im zusammen
gefalteten Zustand sehr wenig Platzbedarf haben, also zu ihrer Lagerung
keine nennenswerten Lagerraumkapazitäten erfordern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme
auf die Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1a und 1b ein Balg-Probengefäß nach der Erfindung im auseinander
gezogenen Zustand und im zusammengedrückten Zustand,
Fig. 2 eine teils aufgebrochen und geschnitten gezeichnete Teildarstellung
zweier aneinander gekoppelter Probengefäße nach der Erfindung,
Fig. 3 eine teils geschnitten dargestellte Teildarstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 4 eine teils ausgebrochen und geschnitten dargestellte Ansicht einer
Verbindung zweier Probengefäße nach der Erfindung mittels Adapter,
Fig. 5 drei Beispiele unterschiedlich geformter Adapter zur Kopplung von
Probengefäßen,
Fig. 6 eine teils ausgebrochen dargestellte Ansicht eines weiteren Aus
führungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 7 eine Anordnung mehrerer in Reihe geschalteter Probengefäße nach
der Erfindung und
Fig. 8 eine Trägerplatte zur Handhabung einer Vielzahl von Probengefäßen
nach der Erfindung.
Fig. 1a zeigt in einer Seitenansicht ein Balg-Probengefäß nach der Erfindung,
bei dem die Stirnenden 3 näherungsweise in ihre Position maximaler
Entfernung voneinander bewegt worden sind, um das Innenvolumen des
Probengefäßes 1, also das Probengefäßkammervolumen, möglichst groß zu
machen. Der Mantel 5 hat die Struktur eines Faltenbalgs und ist ent
sprechend formflexibel ausgebildet, so daß er in einem bestimmten
Bewegungsbereich ein wahlweises Bewegen der Stirnenden 3 aufeinander
zu oder voneinander weg unter damit einhergehender Verkleinerung bzw.
Vergrößerung des Volumens der von dem Mantel umgebenen Probengefäß
kammer ermöglicht.
Fig. 1b zeigt das Probengefäß nach Fig. 1a mit einander angenäherten
Stirnenden 3 und entsprechend verkleinertem Probengefäßkammervolumen.
An den Stirnenden 3 sind Deckelteile 7 vorgesehen, die unterschiedliche
Ausprägungen aufweisen und Funktionen erfüllen können.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1a und 1b weist eines der
Deckelteile 7 ein Auslaßventil 8 auf, wohingegen das andere Deckelteil 7 ein
Einlaßventil 9 enthält. Vorzugsweise handelt es sich bei den Ventilen 8 und
9 um Rückschlagventile. Wird das Probengefäßkammervolumen im Sinne
eines Übergangs von dem in Fig. 1a gezeigten Zustand des Probengefäßes
1 zu dem in Fig. 1b gezeigten Zustand des Probengefäßes 1 verkleinert, so
gibt das Auslaßventil 8 einen Fluidströmungsweg von der Probengefäßkam
mer nach außen frei, wohingegen das Einlaßventil 9 in einem Sperrzustand
verbleibt. In der Probengefäßkammer befindliches Fluid wird dabei über das
Auslaßventil 8 aus dem Probengefäß 1 herausgepumpt. Werden dann die
Enden 7 des Probengefäßes 1 wieder auseinandergezogen, um zu dem
Zustand gemäß Fig. 1a zurückzukehren, so öffnet das Einlaßventil 9,
wohingegen das Auslaßventil 8 sperrt. Auf diese Weise kann somit Fluid
über das Einlaßventil 9 in die Probengefäßkammer eingesaugt werden. Zur
Öffnung des Einlaßventiles 9 ist ein Mindestdruckgefälle von außen nach
innen zur Probengefäßkammer hin erforderlich, wohingegen zur Öffnung des
Auslaßventils 8 ein Druckgefälle vom Kammerinneren nach außen hin
erforderlich ist.
Die Deckelteile 7 können alternativ oder zusätzlich weitere Funktions
elemente enthalten, beispielsweise Filter o. dgl. Insbesondere können die
Deckelteile als komplementäre Elemente zur Herstellung einer Steckver
bindung zweier Probengefäße 1 nach der Erfindung ausgestaltet sein.
Fig. 2 zeigt in einer teils ausgebrochen und geschnitten gezeichneten
Teildarstellung eine solche Steckverbindung zweier Probengefäße 1. Das
untere Probengefäß in Fig. 2 weist in seinem Deckelteil 7 eine Ausnehmung
10 nach Art einer Buchse auf, in die der komplementäre Vorsprung 11 im
Deckelteil 7 des oberen Probengefäßes zur Außenumgebung hin abdichtend
eingreift, wobei die Probengefäßkammern der miteinander verbundenen
Probengefäße über betreffende Ventile 8' bzw. 9' miteinander kom
munizieren können, um Fluidaustausch zu ermöglichen.
Bei dem Probengefäß 1 gemäß Fig. 3 ist eine weitere Variante eines
Deckelteils 7 gezeigt. Das im Schnitt dargestellte Deckelteil 7 weist eine
Membran 13 auf, die in der in Fig. 3 angedeuteten Weise mit der Nadel 14
einer Spritze o. dgl. durchstochen werden kann, um Fluid in die Probenge
fäßkammer 15 einzubringen oder aus der Probengefäßkammer 15 zu
entnehmen.
In Fig. 4 ist ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung dargestellt, nämlich
die Möglichkeit, Probengefäße 1 nach der Erfindung mittels Adapter
element 17 aneinander anzuschließen. Wenngleich das Adapterelement 17
in Fig. 4 zur Verbindung zweier Probengefäße 1 gleichen Formats dimensio
niert ist, so können im Rahmen der Erfindung auch Adapterelemente
vorgesehen sein, welche ein größeres Balg-Probengefäß mit einem kleineren
Balg-Probengefäß oder ggf. einem anderen Element verbinden können. In
dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel weist der Adapter 17 an seinen axial
entgegengesetzten Enden einen jeweiligen Vorsprung 19 im Sinne einer
Steckerkontur auf. Diese Steckerkontur 19 paßt zur Außenumgebung hin
abdichtend in die jeweilige Buchsenausnehmung 21 in den Deckelteilen 7
der über den Adapter 17 miteinander verbundenen Probengefäße 1. Die
Steckervorsprünge 19 sind so geformt, daß sie als Stechwerkzeug zum
Durchstechen einer betreffenden Membran 13 in den Deckelteilen 7
wirksam werden können, wenn ein betreffendes Probengefäß 1 ange
schlossen wird. In Fig. 4 sind die Membranen 13 im durchstochenen
Zustand gezeigt.
Da der Adapter 17 gemäß Fig. 4 einen Strömungspfad 20 von einem axialen
Ende zum anderen axialen Ende aufweist, können die Probengefäßkammern
15 nach Durchstechen der Membranen 13 über den Strömungspfad 20 des
Adapters 17 miteinander kommunizieren.
In dem Strömungspfad 20 ist ein Filter 26, beispielsweise ein Sterilfilter,
eingesetzt.
Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch andere Adapter
Verwendung finden, insbesondere Adapter mit anderen Anschlußgeometrien
und mit anderen Zusatzfunktionen, um ein modulares System aus Probenge
fäßen 1 zu bilden.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung beispielsweise einen
Winkelstück-Adapter 17', einen Stern-Adapter 17" zum Anschluß von drei
Probengefäßen 1 und einen Ring-Adapter 17''' zum Anschluß einer Vielzahl
von Probengefäßen 1.
Adapter 17 der in Fig. 4 oder 5 gezeigten Art können auch als Verbindungs
elemente zwischen Probengefäßen 1 nach der Erfindung und anderen
Leitungselementen bzw. Behältnissen verwendet werden, beispielsweise
zwischen einer Vielzahl von Probengefäßen 1 und einer entsprechenden
Vielzahl von Kammern einer Mikrotiterplatte.
Fig. 6 zeigt in einer teils ausgebrochen dargestellten Seitenansicht eine
weitere Variante eines Probengefäßes nach der Erfindung. In dem äußeren
Balg 5' befindet sich ein kleinerer innerer Balg 5", der auch sämtliche
Merkmale eines Probengefäßes 1 nach der Erfindung aufweisen kann. Die
kleinere Balgstruktur 5" ist am Deckelteil 7 der größeren Balgstruktur 5'
angeordnet. Vorzugsweise sind die Balge 5' und 5" jeweils gesondert
und/oder in Abhängigkeit voneinander betätigbar. Auch der kleinere Balg 5"
kann Ventilelemente enthalten, die einen Austausch zwischen den Kammern
15a und 15b ermöglichen.
Fig. 7 zeigt eine "Reihenschaltung" von vier aneinander angeschlossenen
Probengefäßen 1 nach der Erfindung. Die Probengefäße 1 sind über
Kopplungselemente 28 in den jeweiligen Schnittstellenbereichen an
Führungsschienen 30 geführt verschiebbar und bedarfsweise arretierbar
angeordnet. Mit 32 sind in Fig. 7 Greiferelemente gekennzeichnet, die ein
Verschieben der betreffenden Stirnend-Schnittstellen längs der Führungs
schienen 30 ermöglichen, um beispielsweise Probensubstanz von einem
Probengefäß 1 in ein daran angeschlossenes Probengefäß 1 zu pumpen.
Eine Anordnung gemäß Fig. 7 und insbesondere die Bedienung der
Greifelemente 32 ist mit relativ einfachen Mitteln automatisierbar.
Fig. 8 zeigt in einer Draufsicht (oder Unteransicht) eine Sammelplatte 34 zur
Handhabung einer Vielzahl von Probengefäßen 1 nach der Erfindung. Im
einfachsten Fall weist die Sammelplatte 34 lösbare Befestigungsmittel zur
Fixierung der Probengefäße 1 auf, so daß sie lediglich die Funktion einer
einheitlich handhabbaren Trägervorrichtung für Probengefäße 1 erfüllt. Die
Rasterabstände der Probengefäße 1 an der Platte 34 können so gewählt
werden, daß sie den Rasterabständen der Kammern einer Mikrotiterplatte
entsprechen, so daß unter Verwendung der Platte 34 eine schnelle parallele
Ankopplung von Probengefäßen 1 an eine Mikrotiterplatte möglich ist.
Gemäß einer Variante kann die Platte 34 im Rahmen der vorliegenden
Erfindung von Kanälen durchsetzt sein, die Anschlüsse für Probengefäße 1
und ggf. Reaktionsräume in der Platte 34 miteinander verbinden. Die Platte
34 kann daher ein Reaktionskammersystem darstellen, welches über die
betreffenden Anschlüsse von verschiedenen Probengefäßen 1 mit Chemika
lien beschickt werden kann.
Claims (20)
1. Probengefäß (1) mit zwei Stirnenden (3) und einem Mantel (5)
zwischen den Stirnenden (3) zur Begrenzung einer Probengefäßkam
mer (15), wobei der Mantel (5) in der Weise formflexibel ausgebildet
ist, daß er in einem bestimmten Bewegungsbereich ein wahlweises
Bewegen der Stirnenden (3) aufeinander zu oder voneinander weg
unter damit einhergehender Verkleinerung bzw. Vergrößerung des
Volumens der Probengefäßkammer (15) ermöglicht.
2. Probengefäß nach Anspruch 1, wobei der Mantel (5) zumindest
teilweise als ausziehbarer Balg ausgebildet ist.
3. Probengefäß nach Anspruch 1 oder 2, wobei an wenigstens einem
Stirnende (3) ein Deckelteil (7) vorgesehen ist, um die Probengefäß
kammer (15) stirnseitig zu verschließen.
4. Probengefäß nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine Deckelteil
(7) ein Einlaßventil (9) und/oder ein Auslaßventil (8) aufweist.
5. Probengefäß nach Anspruch 1 oder 2, wobei an beiden Stirnenden
(3) ein jeweiliges Deckelteil (7) vorgesehen ist und eines der
Deckelteil ein Einlaßventil (9) aufweist und das andere Deckelteil ein
Auslaßventil (8) aufweist.
6. Probengefäß nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das betref
fende Deckelteil (7) abnehmbar austauschbar an dem Mantel
vorgesehen ist.
7. Probengefäß nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Deckelteil
(7) eine Membran (13) aufweist, die mit einem Stechwerkzeug,
insbesondere einer Injektionsnadel (14) durchstochen werden kann.
8. Probengefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an
wenigstens einem Stirnende (3) ein physikalisch und/oder chemisch
funktionales Element angeordnet oder anschließbar ist.
9. Probengefäß nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem funktionalen
Element um ein Filter, insbesondere Sterilfilter, um ein Sieb, um eine
adsorbierende Matrix, insbesondere Glasvliesmatrix, um ein Um
lenkgitter oder um eine Ventileinrichtung handelt.
10. Probengefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an
wenigstens einem Stirnende Anschlußmittel (10, 11) zur Verbindung
des Probengefäßes mit Anschlußmitteln eines jeweiligen bestimmten
Gegenstands, wie z. B. eines weiteren, insbesondere gleichartigen
Probengefäßes, eines Behandlungsgerätes oder eines Fluidleitungs
elementes vorgesehen sind.
11. Probengefäß nach Anspruch 10, wobei es sich bei den Anschluß
mitteln um Steckanschlußmittel (10, 11) zur Herstellung einer
jeweiligen Steckverbindung handelt.
12. Probengefäß nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die
Anschlußmittel (10, 11) dazu eingerichtet sind, mit komplementären
Anschlußmitteln des bestimmten Gegenstandes eine zur Außen
umgebung hin dichte Verbindung herzustellen.
13. Probengefäß nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei es sich bei
dem bestimmten Gegenstand um ein weiteres Probengefäß oder um
ein Fluidleitungselement handelt und wobei Mittel zur Öffnung eines
Fluidströmungsweges durch die einander benachbarten Anschluß
stirnenden hindurch von dem einen Probengefäß zu dem weiteren
Probengefäß bzw. Fluidleitungselement vorgesehen sind.
14. Probengefäß nach Anspruch 13, wobei die Mittel zur Öffnung eines
Fluidströmungsweges ein Stechwerkzeug zum Durchstechen eines
Deckelteils und/oder komplementär ein durchstechbares Deckelteil
umfassen.
15. Probengefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
maximale Probengefäßkammervolumen kleiner als 10-2 l, insbeson
dere kleiner als 10-3 l ist.
16. Probengefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine
Innenwand des Probengefäßes, insbesondere die Mantelinnenwand,
zumindest teilweise mit Reagentien für das Probengut beschichtet ist.
17. Probengefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Mantel aus einem Kunststoff besteht.
18. Set aus einer Vielzahl von Probengefäßen (1) und damit zu koppeln
den Funktionselementen (17) zum Aufbau eines modularen Systems.
19. Set nach Anspruch 18, wobei zumindest einige der Probengefäße
vorbestimmte Reagentien enthalten.
20. Adapter (17, 17', 17", 17''') zur Kopplung wenigstens zweier
Probengefäße (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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