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1. Gebiet
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Blutentnahme und insbesondere auf
eine Kunststoff-Blutprobensammelvorrichtung und ein Verfahren zu
ihrer Herstellung.
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2. Hintergrund
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Blutproben
werden routinemäßig in evakuierte
Glasröhrchen
entnommen. Ein Ende einer Nadel mit zwei Enden wird in die Vene
eines Patienten eingeführt.
Dann durchstößt das andere
Ende der Nadel eine Membran, die das offene Ende des Röhrchens
bedeckt, so dass das Vakuum in dem Röhrchen die Blutprobe durch
die Nadel in das Röhrchen
saugt. Mit dieser Technik können
mit einem einzigen Durchstoßen
der Haut mit einer Nadel mehrere Proben entnormen werden.
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Außerdem haben
es neuere Fortschritte bei analytischen Geräten ermöglicht, eine Vielzahl von hämatologischen
oder chemischen Diagnoseverfahren mit sehr kleinen Blutmengen durchzuführen, wie
man sie erhalten kann, indem man den Finger oder das Ohrläppchen eines
Patienten oder die Ferse eines Säuglings
einsticht. Dementsprechend wurden in der Technik eine Vielzahl von
Blutprobenmikrosammelvorrichtungen offenbart.
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Kunststoffröhrchen wurden
ebenfalls zur Blutentnahme vorgeschlagen. Kunststoff bietet gegenüber Glas
mehrere Vorteile, wie geringere Zerbrechlichkeit, geringeres Gewicht
beim Transport und leichtere Entsorgung durch Verbrennung. Blut
fließt
jedoch nicht glatt über
hydrophobe Oberflächen,
und Blutkomponenten wie Thrombocyten, Fibrin oder geronnenes Blut
haften im Allgemeinen hartnäckig
an Kunststoffoberflächen und
bleiben an den Wänden
von Kunststoffsammelröhrchen hängen. Dies
ist ein besonderes Problem bei Mikrosammelröhrchen auf Schwerkraftbasis
mit kleinem Durchmesser während
der Probenentnahme oder bei Vakuumröhrchen während der anschließenden Zentrifugation.
Bei jeder Sammelvorrichtung ist es also hochgradig vorteilhaft,
wenn das Sammelröhrchen
eine Oberfläche
hat, die gegenüber
dem Anhaften von Blutkomponenten in irgendeinem Stadium des Sammelvorgangs
oder Analyseverfahrens beständig
ist.
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Das
Anhaften von Blutkomponenten ist bei Glassammelröhrchen kein Problem, und dementsprechend besteht
ein Ansatz zur Überwindung
dieses Problems bei Kunststoff darin, die Kunststoffoberfläche so zu
modifizieren, dass sie glasähnlicher
ist, d.h. dem Blut eine hydrophile Oberfläche darzubieten. Zu diesem
Zweck wurden Sammelröhrchen
mit einem Gasplasma behandelt, um die Oberflächenchemie durch Einführung von Heteroatomen
zu verändern.
Bei einem anderen Ansatz wird die Innenwandfläche des Kunststoffröhrchens durch
Beschichtung mit Materialien wie Tensiden, wasserlöslichen
Polymeren oder wasserunlöslichen
Polymeren, die hydrophil-hydrophobe Copolymere tragen, modifiziert.
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Die
obigen Offenbarungen haben zwar das Fließen des Blutes verbessert und
das Anhaften an Kunststoff-Blutsammelröhrchen verbessert, doch wurde
das Problem nicht völlig
gelöst,
da die Copolymere auf den Oberflächen
des Standes der Technik durch das Blut partiell oder vollständig entfernt
werden, so dass die Oberflächen
wieder hydrophob werden. Es besteht ein Bedürfnis nach einem Sammelröhrchen,
bei dem das Anhaften vermieden wird, bis die Analyse beendet ist,
und keine Fremdmaterialien, die die anschließende Blutanalyse stören könnten, in
das Plasma, Serum oder Gerinnsel eingeführt werden.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Eine
Anordnung für
eine Blutprobenentnahme umfasst ein hydrophobes Kunststoffröhrchen,
das keine strukturelle Verformung erfährt, wenn es über seine
Glasübergangstemperatur
hinaus erhitzt wird, und das daher in der Lage ist, dicht in einen
Verschluss für
ein offenes Ende des Röhrchens
einzugreifen. Die Anordnung umfasst ein Block- oder Pfropfcopolymer,
das eine hydrophile Domäne
und eine hydrophobe Domäne
aufweist und mit dem Polymer des Röhrchens verträglich und
mit diesem interpenetriert ist. In dieser Offenbarung umfasst der
Ausdruck "Domäne" die gesamten hydrophoben
oder hydrophilen Segmente, die in dem Copolymer vorhanden sind.
Der Ausdruck "verträglich" bezieht sich, wie
in der Technik bekannt ist, auf Polymere, die identische oder ähnliche
funktionelle Struktureinheiten enthalten und die sich beim Erhitzen
zu einer einzigen polymeren Phase vermischen. Der Ausdruck "interpenetriert" wird verwendet,
um verträgliche
polymere Domänen
zu beschreiben, die wenigstens mit einem Teil des Querschnitts eines
Artikels innig durchmischt sind, so dass sie im Wesentlichen eine
einzige polymere Phase bilden. Obwohl es nicht bewiesen ist, wird
vermutet, dass sich die langen Polymermoleküle ineinander verschlingen
und so diese Phase bilden, während
sich unverträgliche
Domänen
nicht ineinander verschlingen. Bevorzugte Anordnungen sind evakuierte
Polyester-Sammelröhrchen mit
durchstechbarem Verschluss oder Polypropylen-Mikroröhrchen mit
einer Kappe und einer einstückig
angeformten Lippe.
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Die
Interpenetration der hydrophoben Domäne im Polymer des Röhrchens
verhindert ein Exudieren des Copolymers in eine Blutprobe, und die
Block- oder Pfropfnatur des Copolymers ermöglicht es, dass sich wenigstens
ein Teil der hydrophilen Domäne
zur Innenwandfläche
des Röhrchens
erstreckt und ihr Hydrophilie verleiht.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines typischen Blutsammelröhrchens
mit durchstechbarem Stopfen;
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2 ist
eine Längsschnittansicht
eines typischen Blutmikrosammelröhrchens
mit daran angepasstem Lippenteil;
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3 ist
eine schematische Darstellung der molekularen Orientierung der Polymermoleküle im Röhrchen der
Erfindung; und
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die 4 bis 10 sind
Infrarotkurven, die das Nichtexudieren bei Röhrchen der Erfindung und das Exudieren
bei Röhrchen
des Standes der Technik zeigen.
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Ausführliche
Beschreibung
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Diese
Erfindung wird zwar durch Ausführungsformen
in vielen verschiedenen Formen verkörpert, doch werden hier bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung ausführlich
beschrieben, wobei die vorliegende Offenbarung als beispielhaft
für die
Prinzipien der Erfindung angesehen werden soll und die Erfindung
nicht auf die erläuterten
und beschriebenen Ausführungsformen
einschränken
soll. Der Umfang der Erfindung bemisst sich nach den beigefügten Ansprüchen und
ihren Äquivalenten.
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Die
Blutsammelanordnung der Erfindung kann einen beliebigen Behälter mit
einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende umfassen, wie zum
Beispiel Flaschen, Ampullen, Kolben und dergleichen, vorzugsweise
Röhrchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des bevorzugten Röhrchens
beschrieben, wobei die Offenbarung hier genauso gut auf andere Behälter angewendet
werden kann. Außerdem
sollte man sich darüber
im Klaren sein, dass die Erfindung hier zwar anhand des bevorzugten
Blutsammelröhrchens
offenbart wird, das Sammelröhrchen
aber genauso gut zum Sammeln irgendeiner anderen Körperflüssigkeit
verwendet werden kann.
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Das
Röhrchen
kann zwar so dimensioniert sein, dass es eine Blutprobe mit einem
beliebigen Volumen aufnehmen kann, doch haben bevorzugte Röhrchen eine
Standardgröße, wie
in der Technik bekannt ist. Das Röhrchen kann also ein auf Schwerkraft
basierendes Mikrosammelröhrchen
herkömmlicher
Größe sein,
im Allgemeinen mit einer Länge
von 40-50 mm und einem Innendurchmesser von 5-10 mm. Andererseits
sind evakuierte Behälter,
die für
größere Proben
vorgesehen sind, im Allgemeinen 50 bis 150 mm lang und haben einen Durchmesser
von 10-20 mm. Repräsentative
herkömmliche
Mikrosammelröhrchen
sind in den US-Patenten Nr. 4,967,763 und 5,288,466 vollständig beschrieben, und
herkömmliche
Vakuum-Blutsammelröhrchen
sind in den US-Patenten Nr. 4,985,026 und 4,856,533 offenbart.
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Die
Zeichnungen zeigen ein Vakuum-Blutsammelröhrchen mit einem Stopfen und
einem auf Schwerkraft basierenden Mikrosammelröhrchen mit daran angepasster
Lippe, ohne dass die Erfindung auf die gezeigten Ausgestaltungen
eingeschränkt
werden soll. Der Fachmann ist sich völlig darüber im Klaren, dass die Gestaltung
des Sammelröhrchens
und des Stopfens nicht entscheidend ist, und Hydrophilie, um ein
Anhaften von Blutkomponenten, Gerinnseln und Fibrin zu verhindern,
kann Röhrchen
jeder Ausgestaltung verliehen werden.
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1 zeigt
ein Blutsammelröhrchen 10 der
Erfindung mit einem offenen Ende 12, einem geschlossenen
Ende 14 und einem Stopfen 16 im offenen Ende 12.
Das Röhrchen 10 hat
eine Bodenwand 18 und eine Seitenwand 20, die
zusammen mit dem Stopfen 16 ein Innenvolumen 22 des
Röhrchens
einschließen,
das vorzugsweise evakuiert ist. Der Stopfen 16 ist vorzugsweise
durchstechbar und erstreckt sich in das Röhrchen hinein und drückt gegen
die Innenwandfläche 24 der
Seitenwand 20 und hält
den Stopfen 16 dadurch an Ort und Stelle. Das Copolymer 26 ist
wenigstens in einen Teil der Seitenwand 20 und der Bodenwand 18 interpenetriert
(wie in 3 gezeigt ist). Durchstechbare
Stopfen für
evakuierte Probensammelröhrchen
sind in der Technik Standard und können aus jedem geeigneten Material
bestehen, wie KRATONTM (Warenzeichen der Shell
Corp. für
Styrol-Butadien-Copolymer).
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2 zeigt
eine typische Mikrosammelanordnung 50, die ein Sammelröhrchen 52 und
eine Lippe 54, die dabei hilft, eine Blutprobe aus einer
Lanzettenwunde in das Röhrchen
zu leiten, umfasst. Während
die Zeichnung das Röhrchen
und die Lippe getrennt zeigt, können
sie genauso gut nach dem Formvorgang eine einzige einstückige Einheit
bilden und so konfiguriert sein, dass sie für einen dichten Angriff an
einen Verschluss oder eine Kappe (nicht gezeigt) nach der Probenahme
angepasst sind. Die Innenwand 60 des Röhrchens 52 und vorzugsweise
die Lippe 54 tragen das Copolymer 62 der Erfindung.
Während
die Zeichnung das Copolymer als Beschichtung zeigt, ist die hydrophobe
Domäne
in Wirklichkeit in wenigstens einen Teil des Röhrchens 52 interpenetriert,
so dass die hydrophile Domäne
auf der Oberfläche
des Röhrchens
exponiert ist. Diese Situation ist in 3 gezeigt,
wobei das Röhrchenwandsegment 70 Polymermoleküle 72 aufweist,
die mit Blöcken 74 der
hydrophoben Domäne
des Copolymers interpenetriert sind, so dass das Polymer des Röhrchens
und die hydrophobe Domäne
tatsächlich
eine einzige polymere Phase bilden. Wenigstens ein Teil der Blöcke oder
Pfropfen der hydrophilen Domäne 76 des
Copolymers erstreckt sich auf die Wand des Röhrchens, um ihr Hydrophilie
zu verleihen.
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Jedes
thermoplastische Polymer oder Copolymer, das mit der hydrophoben
Domäne
des Copolymers verträglich
ist, kann für
den Behälter
verwendet werden. Geeignete Polymere für das Röhrchen sind zum Beispiel Polyolefine,
wie Polyethylen und Polypropylen (PP), Polyester, wie Polyethylenterephthalat
(PET), Polystyrol, Polyvinylchlorid und Polyacryl. PP ist für die Mikrosammelröhrchen bevorzugt,
und PET ist für
Vakuumsammelröhrchen
bevorzugt.
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Das
Copolymer, das eine im Allgemeinen hydrophobe Domäne und eine
im Allgemeinen hydrophile Domäne
aufweist, kann ein Block- oder Pfropfcopolymer sein. Die Monomere
für die
Copolymerdomänen
müssen
miteinander copolymerisierbar sein, wie etwa durch herkömmliche
Additions- oder Kondensationspolymerisation, und die hydrophobe
Copolymerdomäne
muss mit dem Polymer des Röhrchens
verträglich
sein. Bei einem Polypropylenröhrchen
kann die hydrophobe Domäne
des Copolymers zum Beispiel eine Kohlenwasserstoff-Struktureinheit
für die
Verträglichkeit,
wie Polyethylen, Polypropylen und andere Polyolefine, Polystyrol, Polyacrylnitril
und dergleichen, aufweisen. Bei einem PET-Röhrchen kann die hydrophobe
Domäne
des Copolymers zum Beispiel eine Carbonylgruppe oder einen aromatischen
Ring für
die Verträglichkeit
aufweisen. Geeignete hydrophobe Copolymerdomänen können also in anderen Polyestern,
Polyamiden, Polyacrylaten, Polyvinylacetat (PVAc) und dergleichen
vorhanden sein. Geeignete hydrophile Struktureinheiten können von
Polyalkylenoxiden, wie Polyethylenoxid (PEO), Polyvinylalkohol,
Polyvinylpyrrolidon, Polyhydroxyalkylacrylaten, Polystyrolsulfonat
und dergleichen, geliefert werden. Ein bevorzugtes Copolymer für ein PET-Röhrchen ist
ein Copolymer von PET und PEO, und ein bevorzugtes Copoly mer für ein PP-Röhrchen ist
ein Copolymer von Polyethylen und PEO. Die Wahl geeigneter Monomere,
um ein Copolymer mit einer hydrophilen Domäne und einer mit dem Polymer
des Röhrchens
verträglichen
hydrophoben Domäne
zu erreichen, obliegt dem Fachmann auf dem Gebiet der Polymertechnik,
und für
ein volles Verständnis
durch einen Fachmann werden keine weiteren Einzelheiten in Bezug
auf diesen Aspekt der Erfindung benötigt.
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Wie
bereits erwähnt,
sorgt die Verträglichkeit
des Polymers des Röhrchens
und der hydrophoben Domäne
im Wesentlichen für
eine einzige polymere Phase. Gemäß der Erfindung
hat sich gezeigt, dass diese einzige Phase ein Exudieren des Copolymers
aus dem Polymer des Röhrchens
verhindert oder stark verzögert,
so dass sich wenigstens ein Teil der hydrophilen Domäne an der
Innenwandfläche
des Röhrchens
befindet und für
eine verlängerte
Hydrophilie sorgt.
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In
dem Copolymer kann die hydrophile Domäne etwa 10 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise
etwa 30 bis 70 Gew.-%, ausmachen. Das Copolymer kann etwa 20 bis
80 Gew.-%, vorzugsweise etwa 30 bis 70 Gew.-%, des gesamten Polymers
im Röhrchen
ausmachen.
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Das
Blutsammelröhrchen
der Erfindung kann hergestellt werden, indem man das Polymer des
Röhrchens
vor dem Spritzgießen
mittels irgendeines herkömmlichen
Verfahrens mit dem Copolymer compoundiert. Bei dem bevorzugten Verfahren
kann das Copolymer mit irgendeinem herkömmlichen Verfahren, wie Sprühen, Tauchen
oder Füllen
und Leersaugen, auf die Innenwandfläche des Röhrchens aufgetragen werden,
und das beschichtete Röhrchen
kann dann auf eine Temperatur von bis zu und vorzugsweise oberhalb
der Glasübergangstemperatur
des Polymers des Röhrchens
erhitzt werden, wodurch die hydrophobe Domäne des Copolymers unter Bildung
einer einzigen polymeren Phase mit dem Polymer des Röhrchens
interpenetriert. Eine geeignete Temperatur für das Erhitzen, um die Interpenetration
zu erreichen und jede strukturelle Verformung des Röhrchens
zu vermeiden, kann vom Fachmann auf dem Gebiet der Polymertechnik
leicht bestimmt werden.
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Jedes
Additiv, das für
die Blutanalyse geeignet ist, einschließlich von sowohl Prokoagulantien
als auch Antikoagulantien, kann in dem Röhrchen vorhanden sein. Auf
diese Weise kann die Anordnung durch eine geeignete Wahl des Additivs über das
gesamte Spektrum der kommerziellen Blutsammelröhrchen verwendet werden. Wenn
mit Serum eine Analyse durchgeführt
werden soll, kann also ein Prokoagulans verwendet werden, um die
Gerinnungsgeschwindigkeit zu steigern. Eine repräsentative, aber nicht erschöpfende Liste
geeigneter Prokoagulantien sind teilchenförmige Gerinnungsaktivatoren,
wie Siliciumoxidteilchen und Enzym-Gerinnungsaktivatoren, wie Ellaginsäure, Fibrinogen
und Thrombin. Wenn für
die Analyse Plasma benötigt
wird, wird im Allgemeinen ein Antikoagulans bereitgestellt, um die
Koagulation während
der Zentrifugation zu hemmen. Geeignete Antikoagulantien sind Chelatbildner,
wie Oxalate, Citrate und EDTA, oder Enzyme, wie Heparin.
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Das
Röhrchen
kann ein herkömmliches
thixotropes Gel enthalten, das bei der Zentrifugation zur Grenzfläche zwischen
dem Serum und den Zellen wandert und zur Trennung der Schichten
dient.
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Das
Vakuum-Blutsammelröhrchen
der Erfindung kann auch mit jeder herkömmlichen Methode behandelt
werden, um seinen Widerstand gegenüber Durchtritt von Feuchtigkeit
oder Gas, was das Vakuum des Röhrchens
reduzieren und das Blutsogvolumen beeinflussen würde, zu erhöhen. Ohne uns darauf festlegen zu
wollen, besteht ein häufig
verwendetes Verfahren, um Gas- und Feuchtigkeitsundurchlässigkeit
zu verleihen, darin, eine Beschichtung aus einem siliciumhaltigen
Material, wie SiOx, auf die Außenseite
des Röhrchens aufzutragen.
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Experimentelles
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Beispiel 1 – Erfindung
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- A. Standard-PET-Blutsammelröhrchen wurden mit einer wässrigen
Lösung
aus einem PET-PEO-Blockcopolymer gefüllt und 1 Minute lang auf 60 °C gehalten.
Jeweils zehn Röhrchen
wurden so mit Lösungen
von 0,5, 1,0 bzw. 5,0 Gew.-% behandelt. Alle Röhrchen wurden dekantiert, trockengesaugt
und dann 20 s lang in einem auf 130 °C vorgeheizten Ofen erhitzt.
Die so vorbereiteten Röhrchen
wurden gemäß Beispiel
4 auf Copolymer-Exudation getestet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle
angegeben.
- B. Das Verfahren von A wurde wiederholt, wobei man ein Copolymer
aus Vinylalkohol und Vinylacetat (PVA-PVAc) verwendete.
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Beispiel 2A und 2B – Vergleichsbeispiele
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Röhrchen aus
demselben Röhrchenpolymer
und Copolymer wie in den Beispielen 1A und 1B wurden durch Sprühauftragung
des Copolymers und Entfernen des Lösungsmittels bei 60 °C mit einem
Gebläse
vorbereitet. Diese Röhrchen
wurden wie in Beispiel 4 getestet, und es zeigte sich, dass die
Copolymere exudiert wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben.
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Beispiel 3 – Erfindung
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In
derselben Weise wie in Beispiel 1 wird ein PP-Mikrosammelröhrchen mit
einem Copolymer von Polyethylen und PEO behandelt, und es zeigt
sich, dass es eine nichtexudierbar hydrophile Innenwandfläche hat.
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Beispiel 4 – Bestimmung
der Exudierbarkeit
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Röhrchen (16 × 100 ml),
die gemäß den Beispielen
1A und 1B (10 Röhrchen
aus jeder Gruppe) beschichtet wurden, und 10 unbeschichtete Kontrollröhrchen wurden
mit 3 ml entionisiertem Wasser gefüllt und 24 Stunden lang bei
Raumtemperatur rotieren gelassen. Der Inhalt der Röhrchen wurde
in saubere leere Röhrchen
gegossen, und das Wasser wurde jeweils daraus verdampft. Die Röhrchen wurden
gründlich
getrocknet, und 250 μl
Aceton wurden hinzugefügt,
um durch das Wasser gegebenenfalls entfernte Beschichtung aufzulösen. Das
Aceton wurde auf einem Bariumfluoridkristall abgeschieden, das Aceton
wurde verdampft, und die auf dem Kristall zurückbleibende Probe wurde einer
FTIR-Analyse unter
Verwendung eines Nicolet-20SXC-Instruments unterzogen. Die IR- Transmission wurde
für jede
extrahierte Probe mit der Kontrolle verglichen. Eine Röhrchenbeschichtung
wurde als nichtexudierbar beurteilt, wenn die Transmission etwa
dieselbe wie bei der Kontrolle war. Exudierbarkeit wurde durch die
Anwesenheit von IR-Peaks angezeigt, die denjenigen einer Kontroll-IR-Kurve
des Copolymers entsprechen.
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Man
ersieht Folgendes aus der Tabelle: Wenn PET-Blutsammelröhrchen gemäß dem Verfahren
der Erfindung behandelt werden (Beispiel 1), ist das Copolymer nach
24 Stunden Kontakt mit Wasser nicht exudierbar. Dagegen beobachtet
man bei Röhrchen,
die gemäß dem Stand
der Technik behandelt wurden (Beispiel 2), dass sie das Copolymer
exudieren, wenn sie unter denselben Bedingungen getestet werden.
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Die 4, 5 und 6 sind
Kontroll-IR-Kurven von Wasser, PET-PEO-Copolymer bzw. PVA-PVAc-Copolymer.
Die 7 und 8 sind IR-Kurven der Rückstände von
der Extraktion der Röhrchen von
Beispiel 1A und 1B gemäß Beispiel
4, die im Vergleich zu 4 keine Polymerexudation zeigen.
Die 9 und 10 sind IR-Kurven von Extrakten
von Röhrchen,
die durch die Vergleichsbeispiele 2A und 2B hergestellt wurden.
Diese Kurven zeigen beim Vergleich mit Kontrollkurven (5 und 6),
dass eine Exudation von Copolymer stattgefunden hat.
