DE2334375A1 - Wegwerfbare einrichtung zum konzentrieren von fluessigkeiten - Google Patents

Description

DR.-ING.VON KREISLtR DR.-ING. SCHCfNWALD^ ^{J J}^ ^J ' ^D DR-ING. TH. MEYER DR.FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖHSCH DIPL.-ING. SELTING

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 5.7.73

Amicon Corporation, Lexington (MA.,USA)

Wegwerfbare Einrichtung zum Konzentrieren von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Konzentrieren von flüssigen Mustern mittels Filtrieren oder Ultrafiltrieren durch eine durchlässige Membran, und insbesondere eine Einrichtung für ein schnelles Konzentrieren von kleinen zu bestimmenden Mustern flüssiger Stoffe.

Der wirksame Gebrauch von modernen Bestimmungsarbeitsverfahren für eine schnelle Bestimmung von flüssigen ^! Mustern, insbesondere biologischen Mustern wie beispielsweise Plasma, ganzes Blut, cerebrospinale Flüssigkeit,oder Urin, währenddem nur kleine Muster gebraucht werden, benötigt für

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ORIGINAL INSPECTED

beste Resultate den Gebrauch von Mustern, in welchem die Konzentration des wirksamen Stoffes wesentlich grosser ist als im gewöhnlich vorkommenden flüssigen Muster. Es wurde früher vorgeschlagen für die Konzentration von flüssigen Mustern Dialyses oder Ultrafiltration anzuwenden, aber Einrichtungen, wie diejenige vom USA Patent Nr. 3,188,768 von Rigopulos und dem USA Patent 3,565,256 von Löffler, benötigen teure Hilfsausrüstungen um ein Strömen durch die Membran zu bewirken, zusätzlich zur Notwendigkeit des Reinigens der Musterkammer nach jedem Gebrauch. Obwohl vorgeschlagen wurde, im Falle der Dialyse, die Hilfsausrüstung, mit einer starken Lösung von einem Werkstoff mit einem hohen Molekulargewicht, bezüglich dessen die Membran undurchlässig ist, oder mit puderförmigen Polyethylenglycol wie bei Kohn in Nature, 183, 1055 (1959), oder im Falle der Ultrafiltration mit einer Vielzahl von Austrocknungsmitteln, gemäss Grossman, Journal of Applied Physiology 32, 283-U (1972) zu ersetzen, sind solche Einrichtungen aufwendig , bewirken keine gleichförmigen Ergebnisse, und sind unfähig, eine Konzentration in einem erwünschten, genau vorbestimmten Ausmass ohne eine sorgfältige und enge Ueberwachung der Bedienungsperson zu schaffen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung überwindet die

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Schwierigkeiten und Nachteile des Standes der Technik, und ist in der Form einer einfachen und billigen Einrichtung, welche imstande ist, eine gleichmässige Konzentration von Mustern in kurzer Zeit, ohne die Notwendigkeit von teuren Hilfeinrichtungen, und mit einem Kleinstmass von Ueberwachung der Bedienungsperson zu erzeugen. In einem vorgezogenen Ausführungsbeispiel umfasst sie zwei oder mehrere Musterkammern für eine voneinander unabhängige Konzentration von Mustern, wobei die Einrichtung leicht in einem Gebrauchsfertigen -Zustand' verschickt und gelagert werden kann," und'

welche imstande ist mit hoher Geschwindigkeit zu konzentrieren, und zulässt, dass die Bedienungsperson eine Konzentration eines genau vorbestimmten Ausmasses erhalten kann und ebenfalls, falls erwünscht, eine automatische Beendung des Konzentrationsvorganges bewirken kann. Aufgrund ihrer niedrigen Kosten, kann sie wegwerfbar sein, d.h. nach ihrem Gebrauch kann sie weggeworfen werden.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines vorgezogenen Ausführungsbeispieles, Fig. 2 einen in senkrechter Richtung erfolgenden

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Schnitt, entlang den Linien II-II der Fig. 1, der teilweise weggebrochen ist,

Fig. 3 ein waagrechter Schnitt, der teilweise weggebrochen ist und in einem vergrösserten Massstab aufgezeichnet ist und

Fig. U eine Ansicht eines senkrechten Schnittes entlang der Linie IV - IV der Fig. 3.

Wie in den Zeichnungen aufgezeigt ist, umfasst die Einrichtung ein Paar von identisch .geformten Kunststoff-' rahmengliedern 10^12, wobei jedes" Rähmenglied'ein" Teil 'von "' '" U identischen Musterkammern bildet. Jedes Rahmenglied weist eine Bodenfläche IU auf, eine durchsichtige Vorderwand 16 und hervorragende Teilwände 18, Vielehe zusammen mit der Vorderwand 16 drei Seiten jeder der Musterkammern bilden. Eine durchlässige Membran 20 erstreckt sich entlang jedes Rahmengliedes, wobei sie mit jeder Teilwand 18 mittels einem beliebigen Verbindungsstoff oder Klebstoff oder mittels Heissversiegeln oder Ultraschallversiegeln verklebt oder verbunden vzerden kann, wobei sie in einem Abstand bezüglich der gegenüberliegenden Vorderwand 16 mittels Stützgliedern oder Rippen 22 gehalten wird, welche von der Vorderwand 16 wegragen, und welche unmittelbar vor der Decke und des Bodens der Kammer enden, um ein um sie Herumfliessen des flüssigen Musters zuzulassen.

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Die Membran kann in beliebiger herkömmlicher Art ausgebildet sein und aus zellstoffartigem oder anderem polymerischem Werkstoff sein, welche von dem Gesichtspunkt aus gewählt sind, dass sie für den flüssigen Träger oder die flüssigen Träger der zu konzentrierenden flüssigen Mustern durchdringbar sind, .währenddem sie zur gleichen Zeit für die wirksamen Bestandteile von denen erwünscht wird, dass sie im Muster zurückgehalten, werden, undurchlässig sind. Die Grosse der Teilchen oder des aufgelösten Stoffes der zurückbehalten werden soll., ist ein Faktor im Auswählen der Membran j d'." h.' den Ult^ä-■"'"■'· filtrationsgrad für die aufgelösten Stoffe, Membranen mit grösseren Poren für Feststoffteilchen wie.beispielsweise Blutzellen; anisotropische Membranen von der Art, welche im USA Patent Nr. 3,615,024 beschrieben sind, sind im allgemeinen vorgezogen. Solche Membranen sind handelsmässig unter dem Handelszeichen "Diaflo" erhältlich. Der Abstand zwischen der vorderen Wand 16 und der Membran 20 ist vorzugsmässig klein, in der Grössenordnung von 3/4 mm - 6,3 mm, um das Verhältnis von Membranoberfläche zu Kammervolumen auf ein Grösstmass zu bringen, währenddem die kappilarischen Kräfte, welche den Durchtritt des Flüssigkeitsträgers durch die Membran zu verhindern suchen, auf ein Mindestmass gebracht wird.

Unmittelbar neben der Oberfläche jeder Membran

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ausserhalb der Kammer ist eine Schicht eines festen, aufnahmefähigen Werkstoffes 24 angeordnet. Der aufnahmefähige Werkstoff muss derart sein, dass er den flüssigen Träger des zu konzentrierenden Musters leicht aufnimmt, und muss vom flüssigen Träger leicht benetzbar sein. Im Falle von -Wasser, welches gewöhnlich grösstenteils den flüssigen Träger bildet, muss der aufnahmefähige Werkstoff hydrophy] sein. Währenddem jede Schicht 24 in der Form von kleinen, gesonderten Teilchen oder» von Puder aufnahmefähigen Werkstoffes wie. Silicagel oder kreuzvernetzes Dextran sein kann welches unter dem Handelsnamen "Sephadex" verkauft wird, oder sogar Teilchen von Polyethylen-Glycol, welches nicht nur Träger wie V/asser aufnimmt, aber sich in ihm auflöst, für beste Ergebnisse vom Gesichtspunkt der Festigkeit während des Versendens und des Lagers und der Gleichheit der Ergebnisse in Gebrauch sein-kann sollten die Schichten 24, 24 in der Form von zusammenhängenden und selbsttragenden Blättern aus faserartigem Werkstoff sein, welche ihre Form und Abmessungen unabhängig von mechanischen Schlägen, welche die Einrichtung während dem Verschiffen oder dem Gebrauch erleiden kann, beibehalten. Befriedigende Ergebnisse können mittels dem Gebrauch von Blättern von Fliesspapier oder ähnlichem erzielt werden. Beste Ergebnisse, im Falle, dass die Muster Wasser als Träger aufweisen, wurden mit Blättern von

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gereinigten Zelulosefasern welche von Zellstoff erhalten - wurden, welche bis zu 10 - 20 Gewichts% Asbestfasern aufweisen, wobei die Blätter dick genug sind, dass sie das erwünschte Volumen des flüssigen Trägers aufnehmen können. Es wurde befunden, dass der Zusatz von Asbest das Ausmass des Durchfliessens des Wassers durch die Membran merkbar verdrösse^. In dem Falle einer Einrichtung, in welcher die Trägerkammern ungefähr 9710 mm Dicke aufweisen, wurden aus-, gezeichnete Ergebnisse beim Gebrauch von faserigen, aufnahmefähigen Blättern welche «ungefähr · 3·., 2- mm dick waren,, erhalten.».

Um ein grösstmögliches Entfernen des flüssigen Trägers durch die Membran 20 zu erzielen, ist es wichtig, dass der" Abstand zwischen jedem Membran und der entsprechenden Schicht 2t des aufnahmefähigen Werkstoffes so klein als möglich ist. Entsprechend sollte die Oberfläche der Schichten sehr flach ausgebildet sein. Wenn nicht,- können kleine Unregelmässigkeiten oder Rauhigkeiten der Oberfläche mittels dem Gebrauch von einer oder mehreren Schichten von glattem, dünnen Seidenpapier ausgeebnet werden, welches zwischen jeder Schicht 24 und der Oberfläche der entsprechenden Membran einen Zusatz zur fasrigen Wasseraufnahmeschicht 26 bildet.

Mittel zum automatischen Beenden der Entnahme des flüssigen Trägers vom Muster sind angeordnet

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durch ein Anbringen an den unteren Bereich jeder Membran 20, entlang des Bodenbereiches der Kammer eines Blattes 28 eines undurchlässigen Kunstwerkstoffes, beispielsweise eines Klebbandes, so dass der untere Bereich der Kammern vollständig undurchlässige Wände aufweist, um ein bestimmtes Volumen des Musters nach dem dasEntfernen der erwünschten Menge von Trägermitteln vervollständigt wurde, zurückzubehalten.

Die entsprechenden Schichten 24 und 26 des aufnahmefähigen Werkstoffes werden federnd gegen die Oberflächen von entsprechenden Membranen 20 mittels einem zwischen den. . ■ Blättern 24,24 Zwischenordnen eines Blattes 30 aus einem elastischen federnden schwammartigen VJerkstof f es, beispielsweise einen. Polyurethan Schwamm gedruckt, wobei dann die einander gegenüberliegenden Endbereiche der Rahmenglieder 10 und 12 miteinander entlang des Umfangbereiches der Einrichtung fest verbunden werden. Die Schicht des elastischen Schwammes 30 dient nicht nur zum Aufnehmen jeglicher Unregelmässigkeiten der Oberfläche der entsprechenden Schichten 24, sondern weist auch eine derartige Dicke auf, dass sie bezüglich ihrer Dicke etwas zusammengepresst wird, vorzugsx^eise in der Grössenordnung von 20 - 25%, wenn die Endbereiche der Rahmenglieder 10,12 miteinander versiegelt v/erden. Das Versiegeln der Endbereiche kann in jeglicher beliebiger herkömmlicher Art

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erfolgen, beispielsweise durch Heissiegeln, Versiegeln mittels einem Lösungsmittel, oder einfach indem eine Schicht von einem Bindemittel oder einem Klebeband über den Verbindungsbereich angebracht wird.

Eine beschränkte Oeffnung 32 ist im oberen Endbereich jeder Kammer angeordnet, um ein Einführen und Entnehmen eines Muster mittels einer Pipette 34 zuzulassen. Diese Oeffnung weist vorzugsweise Kapillarische Ausmasse · auf, so dass ein Verschütten des Musters im Falle, dass die Einrichtung unbeabsichtigt ,. umg.estοsserj wir.d.i verhindert -■-ist. Um ein Entnehmen des konzentrierten Musters zu erleichtern, sind die Teilwände 18, welche den unteren Bereich jeder Kammer begrenzen, vorzugsweise gegeneinander geneigt angeordnet, so dass der untere Bereich jeder Kammer bezüglich seines Querschnittes dreieckförmig ausgebildet ist. Im aufgezeigten Ausführungsbeispiel, in welchem der Abstand'zwischen der Vorderwand 12 und der Membran 20 von der Grössenordnung von 9/10 mm ist, ist es vorgezogen, dass ein Kanal 36 an der inneren Stirn der Vorderwand 16 angeordnet ist, welche sich von der Oeffnung 32 bis zum Boden der Kammer erstreckt.. Der Kanal kann die Pipette aufnehmen, welche zum Entfernen des konzentrierten Musters gebraucht wird, und bringt die Gefahr eines ' •unbeabsichtigten Zerreissens der Membran mit dem daraus erfolgenden

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Verlust eines Teiles des Musters während dem Entnahmearbeitsvorgang auf einen Mindestwert.

Während des Aufbauens der Einrichtung werden die verschiedenen Membranen, aufnahmefähxgen Blätter etc., in der entsprechenden Reihenfolge zusammengebaut, wobei die Membran mit den Teilwänden 18 verklebt wird, die Schwammschicht 30 eingeführt wird, und die zwei Rahmenglieder 10,12 aneinandergedrückt und entlang ihrer Endbereiche abgedichtet werder

Während dem Gebrauch der Einrichtung, wird ein · flüssiges Küster, von.eT^ünschterMenge." .mittels s.einer...Pipette ■in eine der Kammern eingeführt, wobei die vollständige Menge des Musters einfach mittels eines Beobachtens durch die durchsichtige Vorderwand 16 feststellbar ist (falls erwünscht, können auf der Wand Marken angebracht sein), und die Einrichtung wird stehen gelassen, bis das erwünschte Verhältnis von flüssigem Träger vom Muster durch die Membran 20 in die aufnahmefähigen Schichten 24,26 entnommen wurde, ein Vorgang, v/elcher gewöhnlich 1 bis 2 Stunden dauert. Wenn der Spiegel des flüssigen Musters bis zum oberen Randbereich des undurchlässigen. Blattes 28 abgesenkt ist, ist die Entnahme des flüssigen Trägers automatisch beendet, wobei ein genau vorbestimmtes Ausmass von konzentriertem Muster im unteren Bereich der Kammer zum Entfernen nach Bedarf der Bedienungsperson mittels einer Pipette verbleibt.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   1· Einrichtung zur Ultrafiltration zum Entfernen eines flüssigen Trägers eines einen Träger aufweisenden Musters, welche eine Kammer umfasst, welche zur Aufnahme des Musters ausgebildet ist, wobei wenigstens eine ihrer Wände aus einer Membran gebildet ist, welche bezüglich dieses flüssigen Trägers durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schicht eines festen, aufnahmefähigen Werkstoffes aufweist, der diese Träger aufnehmen kann, und nahe der Membran ausserhalb der Kammer angeordnet ist, und Mittel zum elastischen Anpressen des aufnahmefähigen Werkstoffes gegen diese Membran aufweist.
2. 2. Einrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des festen, aufnahmefähigen Werkstoffes in der Form eines zusammenhängenden Blattes von faserartigem Werkstoff ist.
3. 3. Einrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anpressmittel einen Körper aus elastischem, schwammigem Werkstoff aufweisen, welche sieh imselben Ausmaß und in dem Bereich des faserartigen Blattes erstrecken.
4. 4. Einrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine beschränkte Öffnung zum Einführen und Entfernen eines Musters mittels einer Pipette aufweist.

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5. 5. Einrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Zellulose und Zellulosemischungen mit maximal 2o Gew.-% Asbest umfassen.
6. 6. Einrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kammer eine feste, undurchlässige Wand aufweist, durch welche die Menge des Musters sichtbar ist.
7. 7. Einrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese feste Wand der Membran gegenüberliegend angeordnet ist und daß Stützglieder zum Stützen der Membran unter- festbestimmten Abstand bezüglich der festen Wand angeordnet sind.
8. 8. Einrichtung gemäss Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen unteren Bereich aufweist, der vollständig undurchlässige Wände zum Zurückhalten eines bestimmten Volumens des Musters nach dem das Entfernen der erwünschten Menge des Trägers vervollständig ist, aufweist.
9. 9. Einrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Paar Kammern aufweist, deren Membranwände bezüglich einander gegenüberliegend im Abstand angeordnet sind, wobei eine Schicht festen, aufnahmefähigen Werkstoffs, welcher den Träger aufnehmen kann, nahe und neben jeder Membran zwischen den Kammern angeordnet ist, daß eine Schicht elastischen, schwammartigen Werkstoffes zwischen den Schichten des aufnahmefähigen Werkstoffes angeordnet ist und daß Mittel zum unter Druck zusammenklemmen des schwammartigen Werkstoffes mit den Kammern angeordnet sind, um die Schichten des aufnahmefähigen Werkstoffes gegen die Membran zu drücken.

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