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Vorrichtung und Verfahren für die
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Testung von Untersuchungsflüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung und ein Verfahren für die Testung von Untersuchungsflüssigkeiten mit
Hilfe von Teststreifen, insbesondere von solchen, die für mikrobiologische Untersuchungen
geeignet sind.
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Die schnelle, einfache und zuverlässige Charakterisierung von Flüssigkeiten,
insbesondere auch von wäßrigen Suspensionen von Enzymen oder von Stoffwechselprodukten
von Mikroorganismen ist für Routineuntersuchungen von größter Bedeutung. Hierbei
haben sich insbesondere die Teststreifen bewährt. Die praktische Handhabung, insbesondere
bei der Identifizierung von Mikroorganismen, zu der zahlreiche verschiedene Reaktionen
durchgeführt werden müssen, ist jedoch noch umständlich und zeitaufwendig. Das Einlegen
der Teststreifen in verschiedene Gefäße, die dann notwendige separate Zugabe der
Untersuchungsflüssigkeit in jedes einzelne Gefäß beinhalten einen großen Zeitaufwand
und erfordern oft besondere Geschicklichkeit. Darüber hinaus ist eine sorgfältige
Handhabung der Einfüllkanüle oder -pipette und bei wiederholtem Gebrauch der Geräte
eine aufwendige Reinigung erforderlich, um den notwendigen hygienischen Zustand
zu garantieren und Kontaminationen auszuschalten.
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Es hat nicht an Versucicn gefehlt:, diese Bestinunungsmethoden und
die dazu benötic;ten Vorrichüungen zu vercinfachen. So sind Testkarten-Systeme bekannt,
die aus zwei aufeinandergeklebten Schichten bestehen und deren obere Schicht so
ausgebildet ist, daß eine Reihe von Hohlräumen entsteht. In diese Hohlräume sind
die für die Identifizierung von Mikroorganismen notwendigen Reaktionskörper, Indikatoren
und ggf. Nährmedien eingebracht. Die notwendige separate Beimpfung jedes dieser
Hohlräume mit der eim-Suspension ist jedoch zeitaufwendig und bereitet oft Schwierigkeiten,
so daß eine vor allem bei Reihenuntersuchungen erwünschte schnelle Handhabung nicht
möglich ist. Auch ist nach der Bebrütung, die bis zu 48 Stunden dauert, in vielen
Fällen noch eine zusätzliche Reagenzienzugabe erforderlnch. Ein weiterer gewisser
Nachteil liest darin, daß diese Systeme nicht so lange lagerfähig sind, wie z.B.
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die Teststreifen.
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Die Beimpfung aller Reaktionskammern in einem einzigen Vorgang gestattet
dagegen ein im Handel befindliches Reagierröhrchen, das in 8 Kammern, in denen sich
die Nährmedien befinden, unterteilt ist. Mit einer sterilen Impfnadel, die durch
die ganze Vorrichtung geführt wird, werden sämtliche Nährmedien beimpft. Das Untersuchungsergebnis
steht hier jedoch erst nach einer Bebrütung von 1 bis 3 Tagen zur Verfügung. Die
relativ geringe Anzahl der zur Verfügung stehenden Reaktionen erfordert es auch,
daß in vielen Fällen zeitaufwendige Zusatzreaktionen zur Identifizierung der Mikroorganismen
durchgeführt werden müssen. Für viele Untersuchungen ist es jedoch wünschenswert,
das Untersuchungsergebnis in kürzerer Zeit vorliegen zu haben. Weiterhin ist auch
bei diesem System die zeitlich begrenzte Lagerfähigkeit von Nachteil.
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Es bestand also die Aufgabe, ein VerEahrerl und eine zur Durchführung
dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu finden, die es gestattet, die Testung
von Untersuchungsflüssigkeiten einfach, schnell und preiswert in einem geschlossenen
System durchzuführen.
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Diese Aufgabe wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst.
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Es wurde nämlich gefunden, daß die noch bestehenden Nachteile bei
der Testung von Untersucl1ungsflüssigkeiten vermieden werden können, wenn man eine
geschlossene Vorrichtung verwendet, die aus einer Schar von Kammern besteht, in
welche die Teststreifen bereits fest eingelegt sind und bei der durch einmaliges
Zugeben der Untersuchungsflüssigkeit alle Kammern gefüllt werden. Eine solche besonders
vorteilhafte Ausgestaltung ist bisher trotz der Vielzahl von Systemen zum Schnellnachweis
von Untersuchungsflüssigkeiten nicht beschrieben worden. Mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind eine Reihe von Vorteilen zu erzielen, nämlich 1. Einfache Handhabung
durch eimnaliges Zugeben der Untersuchungsflüssigkeit.
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2. Erhebliche Zeitersparnis durch gleichzeitige Durchführung einer
Vielzahl von Reaktionen.
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3. Sauberes Arbeiten, da ein geschlossenes System vorliegt, und Vermeidung
von Kontaminationen.
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4. Hygienische Verwendung durch einmaligen Gebrauch der Vorrichtung.
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5. Fertigung der Vorrichtung mit einfachen technischen Mitteln.
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Gegenstand der L'rfindung ist den nach eine Vorri.c}ltung fiir die
Testung von Untersuchnngsflüssigkeiten mit Hilfc von Teststreifen, die gekennzeichnet
ist durch eine Schar von die Teststreifen (1) enthaltenden langgestreckten Ttammern
(2), die oben und unten ülJer je ein enges Vcrbindungsrohr (3 und 4) mit je einem
quer zur Längsacllse der Kammern (2) verlaufenden Kanal (5 und 6) verbunden sind,
und durch eine Einfüllstelle (7), die in den unteren Kanal (6) einmündet.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Testen von Untersuchungsflüssig]eiten
mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Untersuchungsflüssigkeit in die Einfüllstelle (7) eingebracht wird, bis die Teststreifen
(1) in den Kanriern (2j von der Untersuchungsflüssigkeit mindestens benetzt sind.
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Gegenstand der Erfindung ist auch die Verasendung dieser Vorrichtung
zum Nachweis von Mikroorganismen.
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Wesentliches Merknwal der neuen Vorrichtung ist die Ausgestaltung
in Form einer Schar von Kammern, die durch enge Verbindungsrohre und Kanäle miteinander
verbunden sind.
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In den Abbildungen 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der
Vorrichtung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung.
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Fig. II zeigt einen Querschnitt durch eine Kammer der Vorrichtung.
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Mit (1) sind diese Teststreifen, mit (2) die Kammern, mit (3 und 4)
die Verbinduncjsrohre, mit (5 und 6) die quer zur Langsachse der Kammern (2) verlaufenden
Kanäle bezeichnet. (7) ist die Einfüllstelle und (8) sind Engstellen in den Kammern
(2), die Elalterungsvorrichtungen für die Teststreifen (1) darstellen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beliebig gestaltet sein, z.B.
rechteckig oder rund, je nachdem in welcher Weise die Kammern angeordnet sind. Vorzugsweise
sind die Kammern (2) nebeneinander angeordnet, die Vorrichtung stellt sich dann
in rechteckiger'flach gestalteter Form dar.
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Wenn die Vorrichtung z.B. durch Verschweißen oder Versiegeln geschlossen
wird, ist ebenfalls eine.insgesamt flach gestaltete Vorrichtung bevorzugt. Die Dimensionen
der Vorrichtung sind durch Anzahl und Abmessungen der rammern (2) gegeben.
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Die Kammern (2) sind bevorzugt langgestreckt zylindrisch gestaltet.
Aber auch eine quaderförmige, langgestreckte Ausführung ist möglich. Länge, Breite
und Höhe der Kammern (2) richten sich nach den Teststreifen, die zur Verwendung
gelangen sollen.
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In der Regel sind diese Teststreifen rechteckig, mit einem Länge:
Breite-Verhältnis von 5:1 bis 20:1, vorzugsweise 8:1 bis 15:1. Zweckmäßigerweise
sollte die Länge der Teststreifen 10 cm nicht überschreiten. Die Dicke der Teststreifen
beträgt 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm.
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Die Kammern (2) gehen oben und unten in je ein enges Verbindungsrohr
(3 und 4) über, das die Kammern (2) mit je einem quer zur J,ängsachse der Kammern
(2) verlaufenden Kanal (5 und 6) verbindet. Verbindungsrohr und Kanal weisen i der
Regel einen Innendurchmesser von 0,5 bis 2 zur auf.
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Je nach den Erfordernissen der zu untersuchenden Flüssigkeiten oder
Erfordernissen bei der Herstellung der Vorrichtung können diese Werte aber auch
über- bzw. unterschritten werden.
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über eine Einfüllstelle (7), die in den unteren Kanal (6) einmündet,
wird die Untersuchungsflüssigkeit in die Vorrichtung eingebracht. Diese Einfüllstelle
(7) ist vorzugsweise etwa in der Mitte der Vorrichtung angeordnet.
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Zweckmäßigerweise ist sie als oben offener Zylinder ausgestaltet,
der unten trichterförmig in den Kanal (6) mündet. Dieser oben offene Zylinder weist
in der Regel die gleichen Dimensionen wie die Rammern (2) auf. Bei Bedarf kann die
Einfüllöffnung verschlossen werden.
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Die Einfüllstelle (7) kann aber auch aus einer Dünnstelle bestehen,
die mittels einer Kanüle durchstochen wird. In der Regel ist die Dicke der Dünnstelle
1/4 bis 1/2 der Wandstärke des die Dünnstelle umgebenden Materials. Ein beim Füllen
gegebenenfalls entstehender Überdruck im System wird durch eine Entlüftungskanüle
ausgeglichen, die mit der Füllkanüle eine Einheit bilden kann. Falls erforderlich,
kann die Einfüllstelle mit einem Pfropf, einem Plättchen oder einem Stück Folie,
vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Dünnstelle, verschlossen werden.
Am zweckmäßigsten geschieht dies durch Einwirkung von erhöhter Temperatur oder Ultraschall.
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Die Kammern (2) weisen Engstellen (8) auf, die ialterungsvorrichtungen
für die Teststreifen darstellen. Vorzugsweise sind diese im oberen bzw. unteren
Teil der Kammern angebracht. Die Abmessungen der Engstellen richten sich nach den
verwendeten Teststreifen. Die Engstellen (8) können durch Einschnürungen erreicht
werden oder auch durch eine im Innern angebrachte, zahnkranzähnliche oder sternförmige
Lamellenanordnung, die den Innendurchmesser der Engstelle (8) verengt. In der Regel
wird man jedoch die Kammern an diesen Stellen auf die Breite und Dicke der Teststreifen
verringern.
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Bei einer Ausgestaltung mit 10 Kammern und einer Einfüllstellc hat
die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise eine Gesamtlänge zwischen 120 und
180 mm und eine Gesamthöhe zwischen 80 und 120 mm. Die Dicke der Vorrichtung beträgt
zwischen 8 und 15 mm. Die einzelnen Kammern sind dann zwischen 60 und 100 mm lang
und weisen einen Innendurchmesser von 6 bis 12 mm auf.
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Als Materialien für die Vorrichtung eignen sich insbesondere Kunststoffe.
Es kommen Kunststoffolien in Betracht, die sich tiefziehen lassen, wie z.B. Polyvinylchlorid,
Polystyrol, Celluloseacetat, aber auch Kunststoffe, die im Spritzguß-Verfahren verarbeitet
werden können, wie z.B.
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Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Copolymere aus Styrol und Butadien
und aus Styrol und Acrylnitril, Polyamid, Polyacetal.
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Zumindest eine Seite der Vorrichtung sollte aus einem durchsichtigen
und farblosen Kunststoffmaterial bestehen.
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Zweckmäßic3erveise besteht die crfindungsgemäße Vorrichtung aus zwei
gleich geformten Folien, die im Tiefzieh- oder Spritzguß-Verfahren hergestellt werden.
Die Kammern werden mit den für die gewünschte Untersuchung benötigten Teststreifen
versehen, und die Folienhälften werden miteinander verbunden, was zweckmäßigerweise
durch Versiegeln oder Verschweißen geschieht. Diese Herstellung geschieht vorzugsweise
in einem Arbeitsgany. Natürlich ist auch eine diskontinuierliche Fabrikation möglich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Testung der verschiedensten
Untersuchungsîlüssigkeiten geeignet. Bevorzugt findet sie Verwendung zum Nachweis
von Mikroorganismen. Zur Identifizierung einer Mikroorganismen-Kultur sind eine
Reihe von Reaktionen notwendig, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem einzigen Arbeitsgang ausgeführt werden können.
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Die verwendeten Teststreifen sind zur Messung der biochemischen Charakteristika
der Mikroorganismen mit Reagenzien imprägniert. Sie weisen ein, zwei oder mehrere
Reaktionszonen auf. Auf diese Zonen sind genau definierte Mengen von Substraten
für die Durchführung biochemischer Reaktionen bzw. von Nachweisreagenzien aufgetragen.
Positive bzw. negative Reaktionen sind aufgrund von Farbumschlägen erkennbar. Diese
Teststreifen sind bekannt. Es sollen hier nur einige Angaben zu ihrer Funktion und
zur wesentlichen Zusammensetzung der Substrate bzw. der Nachweisreagenzien gemacht
werden.
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Teststreifen Substrat ~~~~~ Nachweisreagenz Glucoseabbau Glucose pH-Indikation
Nitratreduktase Nitrat Lunges Reacrenz Urease Harnstoff pH-Indikation H2S Thiosulfat
Bleiacetat Phenylalanindesaminase Phenylalanin Fe ornithindecarboxylase Ornithin
pH-Indikation In schneller und leicht zu handhabender Weise können so eine große
Zahl von Mikroorganismen identifiziert werden. Dazu gehören u.a. qramnegative Stäbchen
der gattungen Providencia, Salmonella, Citrobacter, Shiaella, Escherichia coli,
Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Proteus.
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Die erfindunqsgemäße Vorrichtunq ist ehenso zum Nachweis von flüchtigen
Substanzen in Wasser oder von Substanzen, die sich in flüchtiqe Verbindunqen iiberführen
lassen, geeignet. Im folgenden sollen beispielhaft einiqe Einzelnachweise und die
Zusammensetzunq der erforderlichen Teststreifen genannt werden.
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Einzelnachweis Reaqenzzone Nachweis zone H2S-Nachweis Säure Bleiacetat
NH3, NH4+ Lauge Säure, pTI-Indikation As (über AsH3) Reduktionsmittel Hq Br2 Carbonate
(über CO2) Säure Ba(OH) 2 pH-Indikation Alkohol Oxidationsmittel Hydrazinhydrochlorid,
pH-Indikation
Weiterhin kann die Vorrichtung Verwendung zum 1achwe
is ähnlicher Subs-tanzen im Urin finden. Die hierzu crforderllel-icn Teststreifen
sind bekannt.
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Auch das Verfahren zum Testen von Untersuchungsflüssigkeiten ist einfach
und schnell durchführbar. Die Untersuchungsflüssigkeit wird in die Einfüllstelle
der Vorrichtung eingebracht, verteilt sich über den unteren Kanal, füllt alle Kammern
gleichmäßig und besetzt dabeI die unteren Zonen der Teststreifen. Das Einbringen
der Untersuchungsflüssigkeit kann mit Hilfe einer Pipette oder einer Kanüle geschehen.
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Dies richtet sich nach der jeweiligen Ausgestaltung der Einfüllstelle,
Von der Untersuchungsflüssigkeit wird soviel eingefüllt, daß die Teststreifen mindestens
benetzt werden.
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In der Regel sollen die unteren Reaktionszonen der Teststreifen von
der Lösung getränkt werden. Durch einmaliges Zugeben werden somit alle in den Kammern
vorhandenen Teststreifen beimpft.
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Nach dem Einfüllen der Untersuchungsflüssigkeit werden die Kammern
verschlossen. Nach einem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren geschieht dies durch
Zugabe einer mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit, die schwerer als Wasser ist.
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Die Menge dieser Flüssigkeit ist so bemessen, daß sie gerade den unteren
Kanal füllt und so die einzelnen Kammern verschließt. Es eignen sich alle mit Wasser
nicht mischbaren Flüssigkeiten, die schwerer als Wasser sind. Besonders bevorzugt
sind Siliconöle.
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Wenn die Einfüllstelle als oben offener Zylinder ausgestaltet ist,
kann diese zusätzlich auch verschlossen, z. B. zugestöpselt werden.
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Je nach Art der ausgeführten UJltersuchung steht das Untersuchungsergebnis
sofort zur Verfügung, oder es bedarf noch einer Reaktionszeit, um das erhaltene
Ergebnis von den Teststreifen ablesen zu können. Verwendet man die Vorrichtung zum
Nachweis von Mikroorganismen, so wird das System normaler-
weise
für einige Zeit in einen Brutschrank gestellt. Die Bebrütungszeit liegt in der Regel
zwischen 2 und 6 Stunden, vorzugsweise bei 4 bis 5 Stunden. Die Bebrütungstemperatur
beträgt 35 bis 40 OC. Gerade hierbei bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung besondere
Vorteile.
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Nach der Erfindung stehen somit eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Verfügung, die in denkbar einfacher, leicht zu handhabender und sauberer Weise
die Testung von Untersuchungsflüssigkeiten gestatten.
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Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren mit
EIilfe der neuen Vorrichtung näher erläutern: Beispiel 1: Eine unbekannte Bakterienkultur
wird mit 3 ml 1 %iger Kochsalzlösung versetzt, und durch Rühren mit einem Glasstab
wird eine milchig trübe Bakteriensuspension hergestellt.
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1,5 ml dieser Suspension werden mit einer Pipette in die Einfüllstelle
der Vorrichtung gegeben. Die Suspension verteilt sich über den unteren Kanal gleichmäßig
in alle Kammern und tränkt dabei die unteren Zonen der Teststreifen. Nach der Zugabe
von 0,5 ml Siliconöl'die in der benutzten, erfindungsgemäßen Vorrichtung ausreichen
zum Verschließen der Kammern, wird das System für 4 Stunden zur Bebrütung bei 400
C in einen Trockenschrank gestellt.
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Für folgende Nachweise stehen Teststreifen in den 10 Kammern: Glucoseabbau,
Lysindecarboxylase, Citratverwertung, Indol, Phenylalanindesaminase, Nitratreduktase,
Schwefelwasserstoff, Urease, Ornithindecarboxylase und ß-Galaktosidase.
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Die Auswertung nach 4 Stunden ergibt folgende Resultate (positive
Reaktion +, negative Reaktion -): Glucose +, Lysin -, Citrat -, Indol +, Phenylalanin
+, Nitrat +, H2S +, Urease +, Ornithin -, ß-Galaktosidase -.
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Aus der Literatur (P.R. Edwards, W.H. Ewing, Identification of Enterobacteriaceae,
Minneapolis 1964) ergibt sich, daß bei diesem Ausgang der biochemischen Reaktionen
Proteus vulgaris vorliegt.
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Beispiel 2: Durchführung und Testzusammensetzung wie unter Beispiel
1: Ergebnis nach 4-stündiger Bebrütung: Glucose +, Lysin +, Citrat -, Indol +, Phenylalanin
-, Nitrat +, H2S -, Urease -, Ornithin +, ß-Galaktosidase +.
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Aus der literatur ergibt sich, daß es sich um E.colibakterien handelt.
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Beispiel 3: 1,5 ml Urin werden mit einer Pipette in die Einfüllstelle
der Vorrichtung gegeben, in deren 10 Kammern handelsübliche Teststreifen für folgende
Nachweise stehen: Eiweiß, pH-Wert, Glucose, Ascorbinsäure, Nitrit, Blut, Bilirubin,
Urobilinogen, harnsäure und Ketonkörper.
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Die Auswertung nach 1 Minute ergibt folgende Resultate: (positive
Reaktion +, negative Reaktion -): Eiweiß -, pH-Wert: 6, Glucose +, Ascorbinsäure:
5 mg%, Nitrit -, Blut -, Bilirubin -, Urobilinogen -, Harnsäure: normal, Ketonkörper
+.
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Bei diesem Ausgang der Nachweisreaktionen besteht Verdacht auf Zuckerkrankheit.