DE2800437A1

DE2800437A1 - Vorrichtung zum erhalt einer nicht- toxischen atmosphaere

Info

Publication number: DE2800437A1
Application number: DE19782800437
Authority: DE
Inventors: Brian Michael Lewin; Henry Keith Spong; Derwent Swaine
Original assignee: Oxoid Ltd
Current assignee: Oxoid Ltd
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2800437B2; US4200610A; CH632528A5; CA1088013A; DE2800437C3; GB1544995A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 - D-80OO MÜNCHEN 71 - TELEFON OS9/797O77-797O78 - TELEX 05-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1719 WK/li

OXOID LIMITED, Basingstoke (England)

Vorrichtung zum Erhalt einer nicht-toxischen Atmosphäre

₇₆₂₄ 809829/0722

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein gas-erzeugende Vorrichtungen, die eine nicht-toxische Atmosphäre zur Züchtung von Mikroorganismen liefern, z.B. Vorrichtungen, die Gas für eine Anaerobiose unter kontrollierten Bedingungen freisetzen, in denen ein vorgewähltes Gasvolumen freigesetzt wird.

Das Wachstum vieler Mikroorganismen wird behindert, wenn diese atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt sind. Es muß daher eine spezielle Vorrichtung für das Wachstum der Mikroorganismen verwendet werden. Es muß weiterhin dafür Sorge getragen werden,daß eine nicht-toxische Atmosphäre in die Vorrichtung eingeführt wird, damit das Wachstum der Mikroorganismen erhalten wird. Mikroorganismen, wie gonococcus, meningococcus und brucella, benötigen für das richtige Wachstum eine erheblich höhere Kohlendioxidkonzentration, als wie sie in der gewöhnlichen Atmosphäre vorhanden ist. Mikroorganismen, die zwangsweise anaerob sind, wie beispielsweise die Bazillen von Tetanus, Gasbrand, Botulinus sowie Bakteroide benötigen zum richtigen Wachstum die Abwesenheit von Sauerstoff. In der Züchtungsvorrichtung müssen daher nicht-toxische Atmosphären vorliegen, damit das richtige Wachstum der gewünschten Mikroorganismen aufrechterhalten wird.

In der US-PS 3 246 959 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer nicht-toxischen Atmosphäre zur Verwendung beim Züchten von anaeroben Mikroorganismen beschrieben, welche folgendes enthält: Einen Mantel aus einem inerten Material, der eine erste Flüssigkeitsaufnahmekammer und eine zweite Gaserzeugungskammer enthält, welche ein Material zur Erzeugung der gewünschten Gasatmosphäre enthält, wenn es mit einer Flüssigkeit vermischt wird, einen Docht, der die zwei Kammern verbindet, wodurch Flüssigkeit langsam von der ersten Kammer in die zweite Kammer strömt, und einen Durchtritt, aus dem das erzeugte Gas von der zweiten Kammer in die erste Kammer und so zu der Atmosphäre strömt. Die Vorrichtung wird betätigt, indem die erste Kammer aufgebrochen und ein spezifiziertes Volumen einer Flüssigkeit, im allgemeinen von Wasser, eingeführt wird.

809829/0722

-χ- 2800A37

Solche Vorrichtungen sind seit einigen Jahren im Handel. Wenn eine solche Vorrichtung zur Erzeugung einer Wasserstoff/Kohlendioxidatmosphäre verwendet wird, dann enthält die zweite Kammer eine Tablette von Natriumborhydrid und eine Tablette von Bicarbonat/Säure. Die Mengen von Borhydrid und Bicarbonat werden so ausgewählt, daß genügend Wasserstoff zur Umsetzung mit irgendwelchem vorhandenen Sauerstoff erzeugt wird, und daß in dem anaeroben Gefäß eine reduzierende Atmosphäre erhalten wird, sowie daß mindestens eine Kohlendioxidkonzentration von 4 Vol-% erzeugt wird. Eine solche Vorrichtung hat jedoch zwei Hauptnachteile.

Kohlendioxid ist für viele anaerobe Organismen wesentlich oder stimulierend. Man sagt, daß in der Atmosphäre ein Kohlendioxidgehalt von 8 bis 10% günstig ist. Vor einiger Zeit ist gezeigt worden (J. appl. Bact., 1975, 39, 167-173), daß die tatsächliche Kohlendioxidmenge, die in der handelsüblichen Vorrichtung erzeugt wird, variierbar ist, jedoch erheblich weniger als sogar 4 Vol-% ist. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen, daß sich das Wasser mit dem Natriumborhydrid umsetzt, wobei Wasserstoffgas und eine Natriumhydroxidlösung gebildet wird. Die Bicarbonattablette wird von dieser alkalischen Lösung nicht ohne weiteres angegriffen. Wenn sie angegriffen wird, dann löst sich ein großer Teil des erzeugten Kohlendioxids auf und trägt nicht zu der gewünschten Atmosphäre bei.

Der zweite Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die Wasserpermeabilität des Dochts der einzige Faktor ist, der eine Kontrolle über die Zutrittsgeschwindigkeit des Wassers in die zweite Kammer ausübt.

Es wurde versucht, den ersten Nachteil in der Weise zu vermeiden, daß man die Reaktion in einer solchen Weise durchführt, daß der pH-Wert der Endlösung sauer ist, vorzugsweise unterhalb 5,0 liegt. Die Reaktion des Wassers mit Natriumbor-

809829/0722

hydrid ist jedoch bei sauren Bedingungen erheblich heftiger als bei alkalischen Bedingungen. Somit ist es bei sauren Bedingungen nicht nur zweckmäßig, sondern sogar erforderlich, eine gewisse positive Kontrolle über die Zutrittsgeschwindigkeit des Wassers in die zweite Kammer auszuüben.

Durch die Erfindung wird nun eine Vorrichtung zum Erhalt einer nicht-toxischen Atmosphäre zur Verwendung beim Züchten von anaeroben Mikroorganismen zur Verfügung gestellt, die durch folgendes gekennzeichnet ist: Eine geschlossene Hülle aus einem inerten Material, die einen zerbrechlichen Teil aufweist, der zerbrochen werden kann, um den Zutritt von Flüssigkeit zu gestatten, einen innerhalb der Hülle angeordneten, geschlossenen Behälter (sachet), von dem ein Teil aus einer gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Membran gebildet ist und ein innerhalb des Behälters angrenzend an die Membran angeordnetes Material zur Umsetzung mit einer Flüssigkeit, um die gewünschte Gasatmosphäre zu erzeugen, wobei die Oberflächenfläche und die Permeabilität der Membran so ausgewählt sind, daß die Zutrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit auch die Erzeugungsgeschwindigkeit der Gasatmosphäre kontrolliert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut geeignet, um eine Wasserstoff/Kohlendioxidatmosphäre zu erzeugen. Sie kann jedoch im Prinzip auch zur Erzeugung anderer Atmosphären, z.B. aus Wasserstoff oder Kohlendioxid oder Stickstoff oder Acetylen, verwendet werden. Zur Erzeugung einer Wasserstoff/Kohlendioxidatmosphäre ist das Material in dem Behälter vorzugsweise Natriumborhydrid und ein Bicarbonat und eine feste, organische Carbonsäure in solchen Verhältnismengen, daß die Umsetzung mit Wasser eine saure Lösung erzeugt. Die Chemikalien für die Erzeugung von anaeroben Atmosphären sind gut bekannt und brauchen hier nicht erläutert zu werden.

Die Hülle bzw. der Mantel kann aus einem flexiblen Kunststoffmaterial oder aus einem Laminat aus Aluminium mit einem

809829/0722

Kunststoffmaterial hergestellt sein.

Der Behälter nimmt vorzugsweise die Form einer getrennten, im allgemeinen flachen Packung ein, von der eine Hauptseite aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material und die andere Hauptseite aus einer Infundiermembran besteht. Das flüssigkeitsundurchlässige Material ist zweckmäßigerweise eine Blase aus einem Kunststoffmaterial, die so geformt ist, daß sie eine oder mehrere Tabletten .eines gaserzeugenden Materials enthält.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich von der bekannten Vorrichtung gemäß der US-ES 3 246 959 aufgrund der wichtigen Tatsache, daß die Membran eine Einrichtung sowohl für den Eintritt der Flüssigkeit in den Behälter hinein als auch für den Austritt von Gas daraus darstellt. Hierdurch wird eine automatische Kontrolle der Erzeugungsgeschwindigkeit des Gases erhalten, wie es nachstehend genauer erläutert werden wird.

Die Membran sollte aus einem Material bestehen, das gegenüber den verwendeten Chemikalien inert ist und das eine genügende Festigkeit hat, daß es bei den Bedingungen der Gaserzeugung nicht zerbrochen wird. Papier kann verwendet werden, wenn es eine genügende Festigkeit hat. Auch gewebte oder nicht gewebte Textilien können geeignet sein. Besonders vorteilhaft sind Infundiermembranen der Art, wie sie herkömmlicherweise für Teebeutel verwendet werden.

Infundiermembranen sind im Handel mit einem weiten Bereich von Fließgeschwindigkeiten sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten erhältlich. Sie werden beispielsweise von James R. Crompton und Bros. Ltd., Elton Papers Mills, Bury, Lanes, -geliefert. Für die Zwecke der Erfindung geeignete Membranen sind beispielsweise solche, die eine Fließgeschwindigkeit

3 2

von 2830 bis 28 300 dm Luft pro 0,09 m /Min. gestatten. Es wird bevorzugt, Membranen zu verwenden, die eine FlieBge-

809829/0722

schwindigkeit von 8490 bis 16 980, insbesondere 11 320 dm³, Luft/0,09m /Min. ergeben. Wenn die Membranflache kleiner gemacht würde, dann müßte die Membran wahrscheinlich dünner sein und umgekehrt. Obgleich die Dicke der Membran offensichtlich von Wichtigkeit ist, wurde doch gefunden, daß die Zutrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Behälter bis zu einem erheblichen Ausmaß auch von dem Ausbilden eines Gasdrucks darin kontrolliert wird. Somit strömt ein erster Teil der Flüssigkeit durch die Membran in den Behälter hinein und setzt sich mit dem dort befindlichen Material unter Erzeugung von Gas um. Dieses erzeugt einen Druck und trägt dazu bei,daß der Strom weiterer Flüssigkeit in den Behälter verzögert wird, bis das Gas eine Möglichkeit zum Entweichen hatte. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, daß die Fläche der Infundiermembran, die einen Zutritt zum Inneren des Behälters ergibt, begrenzt wird und daß der Rest des Behälters aus einem flüssigkeits- und gasundurchlässigen Material gebildet wird. Das oben angegebene Prinzip ist jedoch genügend definiert, daß der gleiche ventilartige Effekt selbst dann beobachtet wird, wenn die Tabletten in einen Behälter eingebracht werden, der vollständig aus einer Infundiermembran gebildet ist. Unter bestimmten Umständen kann es jedoch vorteilhaft sein, den Behälter ganz aus einer Infundiermembran zu bilden.

Behälter für anaerobe Züchtungen sind im Handel mit einer Nominalgröße von 3 1 erhältlich. Sie sind mit einem Palladiumkatalysator versehen, damit Sauerstoff aus der Atmosphäre durch Umsetzung mit Wasserstoff entfernt werden kann. Geeignete Chemikalien zur Erzeugung einer Wasserstoff/Kohlendioxidatmosphäre in einem solchen Behälter sind z.B. 0,015 bis 0,075 Mol Natriumborhydrid oder eine äquivalente Menge eines anderen* wasserstofferzeugenden Materials, 0,01 bis 0,05 Mol Natriumbicarbonat oder eine äquivalente Menge eines anderen kohlendioxiderzeugenden Materials, und 0,01 bis 0,05 Mol wasserfreie Weinsäure oder eine äquivalente Menge einer anderen festen organischen Carbon-

809829/0722

säure. Es wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, diese Materialien in Form von Tabletten vorzusehen, wobei die eine das Borhydrid und das Bicarbonat enthält und eine oder zwei weitere die organische Säure enthalten. Alternativ wäre es auch möglich, das Bicarbonat mit der Säure einzuarbeiten.

In der Erfindung wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht der Vorrichtung, wobei die Vorderwand der Hülle entfernt worden ist, um das Innere zu zeigen; und

Fig. 2 einen Querschnittsaufriß entlang der Linie A-A der Fig.1.

Eine Hülle ist aus zwei Blättern 10,12 eines Aluminiumfolie/ Polyäthylenlaminats gebildet, die um die vier Kanten herum bei 14 heißversiegelt sind. Die Heißversiegelungslinxen erstrecken sich von der Mitte der Längsseiten der Hülle bei 16 nach innen, um einen Behälter bzw. ein Briefchen (sachet) in der unteren Hälfte der Hülle beizubehalten. Der Behälter umfaßt eine Blase 18 aus gas- und flüssigkeitsundurchlässigem PVC und eine Infundiermembran 20, die daran um die vier Kanten 22 herum angesiegelt bzw. angeschweißt ist. Die Blase 18 ist mit drei kreisförmigen Vertiefungen 24 geformt, um drei Tabletten 26, 28 und 30 aufzunehmen, die durch die Infundiermembran 20 an Ort und Stelle gehalten werden.

Die Tabletten 26, 28 und 30 bilden das gaserzeugende Material, Sie haben folgende Zusammensetzung;

Tablette 26

Natriumborhydrid 0,9g

Natriumbicarbonat 1,2g

Polyäthylenglycol 6000 0,1g

Talk 0,1g

809829/0722

-40'

Tabletten 28 und 30 (jeweils)

Weinsäure 2,Og

Zerfallmittel (Weinsäure/Natriumbicarbonat) O₇Ig

Magnesiumstearat 0,1g

Der Verbraucher schneidet die Ecke der Hülle bei 32 ab und bringt die Hülle in einen Behälter für anaerobische Züchtungen mit einem Volumen von 3 1. In den Schlitz 32 werden 20 ml Wasser einpipettiert und der Behälter wird rasch verschlossen. Das Wasser fließt die Hülle hinunter. Es strömt durch die Infundiermembran 20 und setzt sich mit den Tabletten 26/ 28, 30 mit kontrollierter langsamer Geschwindigkeit um, so daß Wasserstoff und Kohlendioxid gebildet wird. Die Hülle wird in dem Behälter über die Dauer des Versuchs belassen. Wenn der Behälter ein größeres Nominalvolumen als 3 1 hat, dann werden zwei oder mehr Hüllen verwendet.

Naturgemäß können zahlreiche Modifizierungen durchgeführt werden, ohne daß der Rahmen dieser Erfindung verlassen wird. So kann beispielsweise eine bessere Kontrolle der Gasentwicklung erhalten werden, wenn die Infundiermembran 20 an die Blase 18 zwischen sowie um die Tabletten herum angeschweißt ist, wie es beispielsweise bei 34 gezeigt wird (vgl.Fig.2). Das gaserzeugende Material kann auch unterschiedlich sein, beispielsweise in Form von 2 oder 4 oder mehreren Tabletten vorliegen, die in einer Reihe oder als Quadrat oder auf sonstige Weise angeordnet sein können. Alternativ kann das gaserzeugende Material auch kornförmig oder pulverförmig sein. Ein Vorteil, der erhalten wird, wenn das gesamte gaserzeugende Material an die Infundiermembran angrenzt, ist die Tatsache, daß sich das gesamte Material mit dem eintretenden Wasser mit vorhersagbarer und kontrollierbarer Geschwindigkeit umsetzt.

Ende der Beschreibung.

809829/0722

Claims

PAT ENTAiv) \WÄCf t DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-80OO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 - TELEX 05-212156 kpatd TELEGRAMM KRAUSPATENT 1719 WK/li OXOID LIMITED/ Basingstoke (England) Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Erhalt einer nicht-toxischen Atmosphäre zur Verwendung beim Züchten von anaeroben Mikrooganismen, gekennzeichnet durch eine geschlossene Hülle (10,12) aus einem inerten Material, die einen zerbrechlichen Teil aufweist, der zerbrochen werden kann, um den Zutritt von Flüssigkeit zu gestatten, einen innerhalb der Hülle angeordneten, geschlossenen Behälter, von dem ein Teil aus einer gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Membran (20) gebildet ist, und ein innerhalb des Behälters angrenzend an die Membran (20) angeordnetes Material zur Umsetzung mit einer Flüssigkeit, um die gewünschte Gasatmosphäre zu erzeugen, wobei die Oberflächenfläche und die Permeabilität der Membran (20) so ausgewählt sind, daß die Zutrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit auch die Erzeugungsgeschwindigkeit der Gasatmosphäre kontrolliert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter die Form einer gesonderten flachen Packung einnimmt, von der eine Hauptseite aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material gebildet ist und die andere Hauptseite die Membran darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 pder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Infundiermembran ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Infundiermembran eine Strömungsgeschwindigkeit der Luft

8098 2 9/0722

von 2830 bis 28 300 dm³ Luft/0,09 iu²/Min. (100 bis 1000 cubic feet pro square foot pro Min.) zuläßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Infundiermembran eine Strömungsgeschwindigkeit der Luft von 8490 bis 16 980 dm³ Luft/0,09 m²/M: fett pro square foot pro Min.) zuläßt.

von 8490 bis 16 980 dm³ Luft/0,09 m²/Min. (300 bis 600 cubic

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gaserzeugenden Materialien wasserstoff- und kohlendioxiderzeugende Chemikalien sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstofferzeugende Material Natriumborhydrid und das kohlendioxiderzeugende Material Natriumbicarbonat zusammen mit einer festen organischen Carbonsäure ist, und daß die Chemikalien in solchen Verhältnismengen vorhanden sind, daß die Umsetzung mit Wasser eine saure Lösung erzeugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß;« zur Verwendung in einem 3 1-Behälter das wasserstofferzeugende Material 0,015 bis 0,075 Mol Natriumborhydrid und das kohlendioxiderzeugende Material 0,01 bis 0,05 Mol Natriumbicarbonat und 0,01 bis 0,05 Mol wasserfreie Weinsäure enthält.

809829/0722