DE2051189C3 - Vorrichtung zum Messen der optischen Dichte von Mikrobenkulturen - Google Patents

Vorrichtung zum Messen der optischen Dichte von Mikrobenkulturen

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DE2051189C3 DE2051189A DE2051189A DE2051189C3 DE 2051189 C3 DE2051189 C3 DE 2051189C3 DE 2051189 A DE2051189 A DE 2051189A DE 2051189 A DE2051189 A DE 2051189A DE 2051189 C3 DE2051189 C3 DE 2051189C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.
Das Beobachten und Aufzeichnen der Entwicklung derartiger Kulturen in Reagenzgläsern erfolgt gegenwärtig durch Messen ihrer optischen Dichte mit Hilfe einer eine Lichtquelle enthaltenden Mcßzcllc und eines foloclcklrischcn Empfängers, auf welchen das von der Quelle ausgestahlle Licht nach Durchdringen der Kultur in einer bestimmten Bahn auftrifft. Um günstige Meßbedingungen zu erzielen, mußten gewisse Schwierigkeiten überwunden werden, wie sie sich beispielsweise aus dem Anhaften des Kulturgutes an der Reagenzglaswand ergeben. Man hat daher auf den Einsatz eines an sich bekannten Abstreifers oder Rührwerks zurückgegriffen.
Wenn das Wachstum einer Kultur in einem Behälter, der wesentlich umfangreicher als ein Reagenzglas ist, oder in einem Industrie-Großgefäß verfolgt werden soll, so wird so verfahren, daß Kiilturprobcn cnlnommcn und in das Probierglas einer Meßzellc gebracht werden, wo ihre optische Dichte abgelesen wird. Anschließend wird die Probe in den Großbehälter zurückgegeben.
Dieses Verfahren ist unbequem und mit gewissen Schwierigkeiten verbunden. Heim Umfüllen des Kulturgutes wird der Zustand des Asepsis beeinträchtigt und das Personal gefährdet. Außerdem bilden sich bei einem solchen Umfüllen fast immer Luftblasen, die das Meßergebnis beeinträchtigen. Ferner nimmt der Umgang mit den Proben lange Zeit in Anspruch, wodurch die Anzahl der je Zeiteinheit durchzuführenden Messungen eingeschränkt wird. Schließlich stellt die ständige Anwesenheit eines Fachmannes, der die Gärung Tag und Nacht für die Dauer einer Wochr oder mehr zu überwachen hat, eine schwere personelle Belastung dar.
Aufgabe der Erfindung ist das Schaffen eines Meßaggregates. Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßkammer aus einem Zylinder im mechanischen Sinne besteht, daß die Hilfsmittel zur Säuberung der mit dem Nährboden in Berührung kommende Meßkammerwand durch einen Kolben gebildet sind, daß dieser Kolben und dieser Zylinder Bestandteil einer pneumatisch betriebenen Pumpe zur Entnahme von Proben sind und daß die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder mit hülfe einer Ringdichtung erfolgend gestaltet ist, die gleichzeitig auch zum Säubern der Innenwand des Zylinders vorgesehen ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser grundsätzlichen erfindungsgemäßen Lehre ;,ind in den Llnteransprüchcn erläutert.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden folgende Vorteile erzielt:
Durch den hin- und hergehenden Kolben erfolgt ein Abstreifen der Innenwand des Zylinders und hierdurch die Beseitigung von Niederschlagen, die bei heterogenen biologischen Nährböden naturgemäß immer vorkommen. Die Vorrichtung ist leicht demontierbar zum Zweck der Sterilisierung im Autoklav, wofür lediglich die Anschlüsse der Zuleitung abgeschraubt werden müssen und die Dichtemeßvorrichtung abgenommen werden muß.
Durch die im Kolben vorgesehene Querbohrung wird eine Lichtöffnung geschaffen, die im Vergleich zu einem aus lichtdurchlässigem Werkstoff bestehenden Kolben den Vorteil hat, d;iß sich ein solcher Kolben im Laufe seiner Bclriebszcii beschlägt und in seiner Lichtdurchlässigkeit beeinträchtigt wird, wogegen eine Liehtöffnung in Form einer freien und durchgehenden Bohrung dem Lichlstrahlenbündel kein Hindernis entgegensetz! und eine Bezugsmessung von ausgezeichneter Reproduzierbarkeit während des Betriebes ergibt.
Die Erfahrung hat weiterhin gelehrt, daß sich beispielsweise bei Ausbildung der Querbohrung als lichtdurchlässige Stäbchen unstabile lläutchcn bilden, kur. scitig auf den Stirnseiten des Stäbchens festsetzen und den Ablesewert der Bczugsmcssung verfälschen können.
Darüber hinaus schafft die erfindungsgemäße Probeentnahmevorrichtung eine einfache und wirksame Lösung des Problems der l.uftblascnbildung und deren störende Einflüsse auf die optische Dichtinessung im Kullurnährboden in Form einer vom Programmiergerät abhängigen Zeitverzögerung /wischen dem lct/.lcn Ansaugen und dem Augenblick der Zuschaltung der Meß/.enlrale. Während dieses Zeitraumes haben even tuell in der Probe vorhandene Gasblasen Zeil zum Aufsteigen aus der Mcß/one.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeiEt dabei in
I ig. I einen Längsschnitt ilurch eine Probenahmevorriehtung (Kolben in unterer .Stellung), in
I"ig. 2 einen Längsschnitt in einer anderen Ebene durch die Probenahmevorrichtung (Kolben in oberer Stellung), in
I"ig. J eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit Steuereinheit, in
Fig.4 ein Progrumm-Abljufdiagrumm für die Vorrichtung und in
Fig. 5 ein Schaltschema einer mit der Vorrichtung bevorzugt eingesetzten Linearisierungseinheit.
In Fig. 1 und 2 besieht die Vorrichtung aus einem Haupi- oder Grundkörper 1. der beispielsweise aus Metall zylindrisch ausgebildet ist und dessen Oberteil 2 eine Axialbohrung 3 mit zwei anschließenden Radialbohrungen 4 und 5 aufweist, wobei letztere an ihren Mündungen mit Gewinden 28 und 29 für den dichten Anschluß von seitlichen Zuführungen vorgesehen sind. Ein Unterteil 6 des Grundkörpers 1 weist einen inneren Hohlraum 7 und ein Außengewinde 8 auf, auf welches eine Kappe 9 aufgeschraubt und dadurch eine mit einer axialen Gewindebohrung 11 versehene Tülle 10 dicht am Unterteil des Grundkörpers I befestigt wird.
Zwischen diesem Unter- und Oberteil bestellt der Grundkörper 1 aus dem Mittelteil, in welchem sicii eine am unteren Ende mit einem Gewinde 12 versehene Axialbohrung befindet. In diese Axialbohrung ist ein durchsichtiger, an beiden Knden sauber plan bearbeiteter Zylinder 13 eingesetzt, der mit Hilfe eines mit einer Spannmutter 16 und einer Axialbohrung versehenen Nippels 15 gegen die Ringdichtungen 14 und 17 gedrückt und dazwischen gehalten wird. Zwischen Mittel- und Oberteil des Grundkörpers ist eine durchgehende Radialbohrung 18 mi; ihren Endgewindeteilen 118 gezeigt, in welche eine Dichtemeßvorrichiung eingeschraubt wird. Bei der DichicmcUvorrichtung 19 handelt es sich um eine Lichtquelle einerseits und um einen !bioelektrischen Empfänger oder Detektor andererseits. Es ist zu erkennen, daß sich die beiden nicht stcrilisicrbaren Elemente leicht abbauen lassen, wenn der Grundkörper I und die Probcnahmevorrichlung getrennt sterilisiert werden sollen.
In Fig. 2 ist außer den vorstehend beschriebenen Teilen insbesondere der im Innern des Zylinders 13 bewegliche Kolben 20 gezeigt, der mit einer Ringdichlung 21 zum Abdichten in dem Zy'inder und zum Abstreifen von Kulturgut von der Innenwand des Zylinders 13 versehen ist und eine zylindrische Querbohrung 201 aufweist, durch welche die Lichtstrahlen der Dichlcnießvorrichlung 19 falllcn können, wenn sich der Kolben 20 in der oberen Stellung befindet. Eine in der Uohrung des Nippels 15 gleitende Kolbenstange 22 ist bei 221 abgeplattet und paßt in den entsprechend geformten Querschnitt der Axialbohriing in dem Nippel 15, wodurch eine Drehung des Kolbens 20 um seine Achse verhindert wird. Das untere Ende der Kolbenstange 22 ruht in einer Bohrung 23 einer Schutzkappe 24. Außerdem wird die Kolbenstangc 22 durch eine an der Spannmuller 16 und an einer Kändclmutlcr 26 anliegende Feder 25 nach unlcn gedruckt, wobei die in der Schuhkappe 24 befindliche Rändelmutter 26 zur Regelung der Spannung der Feder 25 dienl. Die Schutzkappe 24 ruht auf einer geschmeidigen Membrane 27, welche den Hohlraum 7 gegen die Gewindcbohrung Il abdichtet.
In I·'i g. 3 ist eine IVobcnahmcvorrichlung 31 nach den F i g. I und 2 für Dichtcmessiingen an Mikrobenkulluren in einem Gärhchällci 40 mit einer Steuereinheit gezeigt, welche aus eifern Zeiischaliwerk 32, einem in Abhängigkeit davon ameiienden Programmiergerät 33 zur Auslosung der Funktion eines Magnetventils 34, aus einer Pumpe 35 und einer Meßzentrale 36, einem Einspeisungsblock 37, einem Linearisierungsblock 38 und einem Verstärker 39 besieht.
Fi g. 3 zeigt ferner eine Drucklultleilung 4L über die ein nicht gezeigter Drucklufterzeuger über das Magnetventil 34 an das Unterteil der Probenuhmevorriehtung an die Gewindebohrung Il angeschlossen ist. Außerdem zeigt Fig. 3 eine Probenahmeleitung 42, welche die Vorrichtung 31 über die Pumpe 35 mit dem Gärbehälter 40 verbindet, und eine Leitung 43 zur Übertragung des Meßsignals oder Meßimpulses von der Vorrichtung 31 über den Verstärker 39 zur Meßzentrale 36, wobei der Linearisierungsblock 38 zwischen der Vorrichtung 31 und dem Verstärker 39 dieser Leitung 43 zugeschaltet ist. An der Vorrichtung 31 münden die Leitungen 42 in die Radialbohrungen 4 und 5 und sind dort mit Hiife der Gewinde 28 und 29 dicht und aseptisch befestigt.
F ι g. 4 zeigt schematisch ein Funktio.isabiaufprogramm mit den verschiedenen Wechselphasen von Ruhe und Arbeit für das in Fig. i dargestellte Sys'cm. Durch das Zeilschaltwerk 32 wird periodisch (Spit/c 321 in Fig.4; die Tätigkeit des Programmiergerätes Ii ausgelöst, dessen Programmablauf gemeinsam aus den Fi)/. I. 2, i und 4 besser ersichtlich ist und welches nacheinanderfolgende Funktionen auslöst:
— Anlauf 351 der Pumpe 35 in der Anfangszeit /„wobei die in die Leitung 42 eingebaute Pumpe die aus dem Gärbehälter40entnommene Kuluir;>robe in Umlauf setzt.
— Nach einer gewissen Umlauf/eil d.is abwechselnde Öffnen und Schließen des Magnetventils 34. Ist dieses geöffnet, so wird die Membrane 27 der Vorrichtung 31 von unten mit Druckluft beaufschlagt und der Kolben 20 nach oben gedruikt, wodurch der in dem Zylinder 13 über dem Kolben 20 befindliche Nährboden in die Leitung 42 befördert w:.d.
— Ist das Magnetventil 34 geschlossen, so wird die Membrane 27 vom Luftdruck entiastel i'nd der Kolben 20 durch die Feder 25 nach unten gedruckt, wobei frische" Nährboden in den Zylinder 13 eingesaugt wird. Das wechselweise Öffnen und Schließen des Magnetventils bedingt somit eine Auf- und Abbewegung des Kolbens mit Stillstandszeiten in oberer und unterer Stellung.
— Anschluß 361 der Meßzentrale 36 an den Ausgang des Verstärkers 39. wenn der Kolben 20 sich zum vierten Mal in oberer Stellung befindet. Die MeLze;itrale 36 registriert dann einen von der Kultur unabhängigen Bezugswert, weil die Querbohrung 201 mit Luft gefüllt ist. Beispielsweise m.ch dem vierten Ansaugvorgang, wenn der Kolben 20 wieder in untere Stellung gegangen ist. kann angenommen werden, daß der in dem Zylinder 13 befindliche Nährboden repräsentativ für die im Gärbehälter 40 befindliche Kultur ist; außerdem ist dann die Innenwand lies Zylinders 13 durch die Abstrcifbewegung der Ringdichtung 21 restlos von Ablagerungen gesäubert worden.
— Stillsetzen 352 der Pumpe 35 unmittelbar nachdem der Kolben 20 seine untere Stellung wieder eingenommen und eine Probe aus der Mikrobenkultur abgesaugt hat.
I rncule Verbindung ίβ2 /wischen Mcll/enlial·. Ib iiiul Verstärker )9. wenn nach Slillsland der l'iiinpe ?5 der /eilriiiim I ahgclaulcn ist. der /um Abselzcn von grollen !'artikeln und /im Hesriiigung von (iasblasen aus der Hahn der Lichtstrahlen benötigt wird. Das /wischen der Vorrichtung 11 und dem Verstärker W zugeschaltete l.ineansierungsgerät wandelt den gemessenen optischen Dichlcwei! in l.inheiten der Haktenenkon/entration um.
I i g. 1J zeigt das schematische Beispiel einer l.inean sierungseinheit, die besonders gut fiir eine sehr schnell zunehmende I unklioii geeignet ist. wie ti it s bei Ausgangsimpulsen von optischen Dichtemessungen fast immer verlangt wird. D.is Schema enthält die Potentiometer l'\, /*>... /'in in Parallelschaltung mit der Quelle 57 und die mit diesen Potentiometern in Reihe geschalteten Sicherheitswiderstände Ai. A> \m. Die Läufer
oiler Schieber der Potentiometer /V /'>... /Ίο sind über die Dioden /J1. I);... 1'J1,, und die Reihcnwiderstände K,. R;... Kw an die Abgangsklemme Hder Linearisierungseinheit angeschlossen.
Die Linsteilung de1, Potentiometers /' bestimmt beispielsweise die Spannung ρ Ι seines Läufers. Liegt die Spannung bei Ii unter ρ I. so ist die Diode Di blockiert. Wenn alle Dioden /),. lh ■ ■ ■ Ow blockiert sind, ist die Impedanz der l.inearisierungseinheit unendlich und wirkungslos. Lrreicht die Spannung bei Il den niedrigsten Wert von /> I. p2...pi0. so werden die Dioden I),, D:...l)w leitend und die Impedanz der l.inearisieruugseinheit wird gleich derjenigen des einsprechenden Stromkreises. Wenn die Spannung bei Ii weiter zunimmt, verringert sich die Lingangsimpe dan/ der l.inearisierungseinheit jedesmal, wenn ein Wert von ρ I. ;> 2 .. /j 10 erreicht wird. Die Lmpfintllichkeit des Verstärkers nimmt ebenfalls ab.
Durch eine entsprechende Umstellung der Potentiometer I'·,. /'.·... /',,, kann erreicht werden, dall der l-'ingangsimpuls des Verstärkers 39 weitgehend proportional zur Bakterienkonzenlration in der Kultur gestaltet wird.
I.in Vorteil der erfindungsgemäl.ten ProbenahmevoriilIiiuiii: isi die einfache und wirksame Losung ties Problems der l.uftblasenbildiing und tieren störende Kinflüsse auf die optische Dichtemessung im Kulturnährboden in l-'orni einer vom Programmiergerät abhängigen Zeitverzögerung zwischen dem letzten Ansaugen iiiul dem Augenblick der /.!!schaltung de Mcllzenlralc. Während theses Zeitraumes haben even tuell in der Probe vorhandene (iasblasen /eil ziiu Aufsteigen aus der MeBzonr I in zwciicr Vorteil ist da ■ Abstreifen der Innenwand ties Zylinders I ? durch dci hm und hergehenden Kolben und die Beseitigung voi Niederschlagen, die bei heterogenen biologische) Nährböden naturgemäß immer vorkommen
I.in weilerer Vorteil tlieser Vorrichtung ist ihre leicht!
in Demontierbarkeil zum Zwecke der Sterilisierung in Autoklaven, wofür lediglich die seitlichen Anschlüsse von den bohrungen 4 und ϊ abgeschraubt und tlii l.lemente IS sowie die Drutkliiflleitiing 41 gelos werden müssen.
Ί Der Vorteil tier im Kolben vorgesehenen l.iehloff nung ((^uerbobrung) 201 hegt im Vergleich /\\ einen Kolben aus lichtdurchlässigem Material tiarin, dall siel ein solcher Kolben im Laufe «-einer Betriebs/ei beschlägt und in seiner l.ichttliirchlässigkeit bccinträch
JIi tigt wird, wogegen eine l.ichtöffnung in l-'orm eine freien und durchgehenden (,hierbohnmg dem Licht strahlenbündel kein llintiernis entgegengesetzt und eim lieziigsmessung von ausgezeichneter Kcprodiizici bar kcit während ties Betriebs ergibt. Die Lrfahrung ha
.'< darüber hinaus gelehrt, dall sich beispielsweise be Ausbildung der l.ichtöffnung 201 als lichtdurchlässige: Stäbchen i"islabile I läiitchen bilden, kurzzeitig auf tier Stirnseiten ties Stäbchens festsetzen und den Ablese wert tier Hezugsmessiing verfälschen können.
in Der Vorteil tier Verwendung einer l.mearisierungs einheit ist eine praktisch konstante Mellgenauigkeil ii einem sehr weiten optischen Dichtebereich, trotz tlci Tatsache, dall letzlere einer linearen l'unklion tlei Konzentration nahekommt.
Γ· Der Vorteil einer l.inearisierungseinheit mit parallel geschalteten Potentiometern /'. /'.·... l'w liegt gegen über einer im Prinzip vergleichbaren, aber mi Potentiometern in .Serienschaltung ausgerüsteten Lin heu darin, dall ein besserer .Schaltübergang be
in Linstelliing der l.äuferspanniing erzielt wird. Anderer seits ermöglicht die individuelle Anordnung de .SiL-HL1IiieiiNwitieisianue .Ai. -v - - - 'Λιη eine scnr sentient Verminderung der Impedanz bei tlen höheren Spannun gen und somit eine Linearisierung von sehr schnei
;■> wachsenden Kurven, die bei dieser Art von Messungei auftreten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Messen der optischen Dichte von Mikrobenkulturen oder Nährböden durch das ί Entnehmen von Proben, bestehend aus einer Meßkammer, die mit Hilfsmitteln zur Säuberung der mit dem Nährboden in Berührung kommenden Kammerwand versehen ist, aus einer Strahlenquelle, einem Lichtstrahlenempfänger und aus Hilfsmitteln zur Probenahme, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer aus einem Zylinder (13) im mechanischen Sinne besteht, daß die Hilfsmittel zur Säuberung der mit dem Nährboden in Berührung kommenden Meßkammer durch einen Kolben (20) ι? gebildet sind, daß dieser Kolben (20) und dieser Zylinder (13) Bestandteil einer pneumatisch betriebenen Pumpe zur Entnahme von Proben sind und daß die Abdichtung zwischen Kolben (20) und Zylinder (13) mit Hilfe einer Ringdichtung (21) >o erfolgend gestaltet ist, die gleichzeitig auch zum Säubern der innenwand des Zylinders (Ϊ3) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Kolben (20) angebrachte Rcndclmut- ->> ter (26) und durch eine auf diese Rendelmutter (26) wirkende Kolbcnrückholfcder (25).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Antriebsmittel über eine Membrane (27) auf den Kolben (20) ■<> wirkend sind und daß diese Membrane (27) die biologische !se erung zwischen dem pneumatischen Antriebsmittel einerseits und dci Zylinder (13) und Kolben (20) andererseits gewährleistend ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch ! N:i Probecntnah- i> mc bei der Abwärtsbewegung des Kolbens, gekennzeichnet durch eine unterhalb der Ringdichtung (21) angeordnete Querbohrung (201) im Kolben (20) als Lichtöffnung und Hilfsmittel zur Verhinderung von Drehbewegungen des Kolbens (20). w
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