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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Technisches
Gebiet. Diese Anmeldung betrifft allgemein mikrobielle Probenehmer-
und Filtervorrichtungen und noch spezifischer Saugvorrichtungen
für die
Probennahme, das Filtrieren, Gewinnen und/oder Konzentrieren von
mikrobiellen Populationen.
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Hintergrund:
Ausbrüche
menschlicher enterischer Krankheiten, die durch mit der Nahrung übertragene
E. coli 0157/H7, Salmonella spp., Campylobacter jejuni/coli und
Listeria monocytogenes verursacht werden, führten im Jahre 1993 in den
USA zu schätzungsweise
5.000.000 Krankheitsfällen
und 3.700 Todesfällen.
Die der medizinischen und Produktionsverlusten zuzuschreibenden
Kosten werden während
der gleichen Periode auf $4,7 bzw. $7,5 Milliarden geschätzt. Nahrungsmittel
werden während des
Vorgangs des Zubereitens eines Nahrungsmittels für den Verbrauch duch die Konsumenten
routinemäßig auf
mikrobielle Kontamination hin geprüft. Bei Fleisch besteht eines
der Hauptprobleme aus der Kontamination mit E. coli-Bakterien. E.
coli-Bakterien sind ein Typ von Bakterien, der allgemein im Verdauungskanal
und dem Kot von Tieren vorliegt.
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Die
Verarbeiter von Fleisch unterliegen ständig steigenden Erfordernissen,
sicherzustellen, dass ihre Fleischverarbeitungssysteme Fleisch erzeugen, das
von Kontamination durch E. coli- oder andere Bakterienkrankheitseneger
frei ist. Ein Programm, das vor kurzem eingeführt worden ist, ist „Hazards Analysis
and Critical Control Point (Gefahrenanalyse- und kritischer Kontrollpunkt)" oder HACCP genannt.
Dieses Programm beruht auf dem Analysieren eines Systems, um zu
bestimmen, bei welchen kritischen Punkten eine verstärkte Kontrolle
zu einer wesentlichen Verbesserung der Qualität oder Reduzierung der Kontamination
des Nahrungsmittelprodukts führen
würde.
Bei diesem Programm müssen
Nahrungsmittelverarbeiter ihre Systeme analysieren und bestimmen,
bei welchen kritischen Kontrollpunkten ein verstärktes Testen angewendet werden
sollte.
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Sobald
diese kritischen Kontrollpunkte identifiziert worden sind, sollte
ein verstärktes
Testen bei diesen kritischen Kontrollpunkten zu einer besseren Kontrolle
des Nahrungsmittelprozesses und zu einer höheren Garantie der Sicherheit
des endgültigen Nahrungsmittelprodukts
führen.
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Im
Zusammenhang mit dem HACCP-Programm wird die USDA von mehr als 9.000
Fleisch- und Geflügelunternehmen
verlangen, dass sie mehr Bakterienlabortests durchführen als
zur Zeit durchgeführt
werden. Es ist auch ein Hauptziel der mikrobiologischen Laborprüfprotokolle,
für Fleisch-
und Geflügelproben
zumindest vorläufige
Prüfergebnisse
innerhalb einiger weniger Stunden nach der Probenahme von Tierschlachtkörpern zu
melden. Dieses ideale Ziel würde
der Industrie jährlich
Millionen von Dollar einsparen, da das Zurückrufen und die Retentionszeiten
verdächtigter
Produkte reduziert würden.
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Beim
Verarbeiten von Rind- und anderen Fleischprodukten bestehen einige
der ersten Schritte darin, das Rind an den Hinterbeinen aufzuhängen, das
Rind zu häuten,
die Eingeweide aus dem Rind zu entfernen und das Rind der Mittellinie
entlang in zwei zu spalten. Es ist festgestellt worden, dass diese Schritte
kritische Kontrollpunkte sind und dass es sich um Schritte handelt,
bei denen eine erhöhte Möglichkeit
der Kontamination besteht. Da E. coli-Bakterien im Darm und dem
Kot von Rindern und anderen Tieren vorliegen, bietet der Vorgang
des Häutens
des Schlachtkörpers
um den Anus und des Entfernens der Eingeweide durch einen Arbeiter
mit Hilfe eines Messers eine starke Möglichkeit, dass das Messer
mit E. coli-Bakterien kontaminiert wird. Wird ein derartig kontaminiertes
Messer auf einer Fläche abgelegt,
so kann eine andere Vorrichtung, die mit der gleichen Fläche in Berührung kommt,
einer Kreuzkontamination unterliegen. Aus diesem Grund ist es kritisch,
in der Lage zu sein, eine Probe von dem Rinderschlachtkörper abzunehmen,
nachdem die Eingeweide und nachdem die Haut entfernt worden sind,
um das Vorliegen von E. coli-Bakterien nachzuprüfen. Es ist auch kritisch,
in der Lage zu sein, andere Flächen
und Einrichtungen, wie die Oberflächen von Messern, Tischplatten
oder Fleischwölfen
zu testen, um das Vorliegen von E. coli-Bakterien nachzuprüfen.
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Es
stehen im Handel eine Reihe verschiedener nicht zerstörender Bakterienprobenprobenehmervorrichtungen
für die
Probenahme bei großen Tierschlachtkörpern zur
Verfügung.
Diese umfassen den Direktkontakt mit Agar, das Kontaktklebeband, das
Spülen,
Abkratzen und Vakuumsaugen. Vakuumsaugen- oder Aspirationsverfahren
sind bei tierischen Fleischschlachtkörpern bisher nicht erfolgreich angewendet
worden. Eine Bakterien- oder Staubteilchenvakuumaspirationsmethode
ist auf Reinraumoberflächen
angewendet worden. Diese Methode fände bei tierischen Schlachtkörpern keine
Anwendung. Beim PASS-Probenehmer für Schlachtkörper wird ein steriler Sprühnebel auf
die Schlachtkörperoberfläche aufgebracht,
gefolgt vom Aufnehmen der überbleibenden
Flüssigkeit
durch Aspiration oder Druck. Diese Vorrichtung wird von pbi, Italien,
hergestellt. Diese Probenahmevorrichtung hat in den Vereinigten
Staaten keine weitverbreitete Aufnahme gefunden.
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Die
praktischste der gegenwärtigen
Methoden für
die Probenahme von Bakterien bei großen tierischen Schlachtkörpern umfasst
die Anwendung von Abstrichtupfern oder Schwämmen mit und ohne Schablonen,
die Oberflächenfeuchtigkeit
und diese begleitende Mikroben von den ausgewählten Oberflächen abtupfen,
aufwischen oder aufsaugen. Durch diese Methoden kann eine einzige,
eine Einheit bildende Bakterienkolonie (KBE) aufgefangen werden, wenn
sie während
der Probenahme adsorbiert wird. Das Prinzip, auf dem diese Technik
beruht, liegt darin, dass für
jedes einzelne Bakterium, das ursprünglich auf dem sterilen Schwamm
oder dem Baumwolltupfer vorlag, jedes dieser einzelnen Bakterien
in die Bouillon und später
auf den Agar in der Petrischale übertragen
wird. Im Laufe einer Zeitspanne von ca. 18 Stunden bei der entsprechenden
Temperatur und unter den entsprechenden Luftbedingungen E. coli-Bakterien sind normalerweise
aerobe Bakterien) wird jedes der einzelnen Bakterien (KBE) durch
Zellspaltung zu einer Kolonie von Bakterien gewachsen sein, wobei
jede Kolonie auf einer Agarplatte für das bloße Auge sichtbar ist. Da diese
Bakterien typischerweise ihre Population in ca. 20 bis 30 Minuten unter
idealen Bedingungen verdoppeln, wird nach 18 Stunden in Nährbouillon
oder auf Agarplatten eine ausreichende Anzahl von Teilungen der
ursprünglichen
Bakterien stattgefunden haben, so dass die erhöhte Anzahl von Bakterien leichter
erfasst werden kann.
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Bei
dieser Schwammmethode wird eine gleichbleibende erhöhte Affinität der Aufnahmevorrichtungsoberfläche mit
Bezug auf die Oberfläche, auf
der die Probenahme stattfindet, während der Aufnahme angenommen.
Da die Affinität
der Bakterien und ihre Befestigung an Schlachtkörperoberflächen durch den pH-Wert der
Oberfläche,
die Schlachtkörpertemperatur,
-textur, -hydrophobizität,
-ionenstärke und
-Oberflächenfeuchtigkeit
beeinflusst wird, ist der tatsächliche
Prozentsatz der aufgenommenen Mikroben eventuell geringer als repräsentativ
wäre.
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Viele
der Bakterien, die auf dem Fleisch vorlagen, könnten innerhalb der Falten
der Schlachtkörperoberfläche oder
innerhalb rauer Bereiche, Fettzellen oder Bindegewebe eingeschlossen
sein und einfach nicht auf den Schwamm aufgewischt werden. Viele
derjenigen Bakterien, die auf den Schwamm aufgewischt werden, können am
Schwamm hängenbleiben
und werden während
eines schnellen Auswaschens oder Übertragungsversuchs nicht in
die Bouillonlösung
oder die Petrischalen übertragen.
Die Inkubationszeit von 18 Stunden bedeutet, dass ein Rinderschlachtkörper, wäre er stark
kontaminiert, bei diesem Prozess 18 Stunden lang weiterbefördert worden
wäre und
andere Rinderschlachtkörper
oder andere Schneideutensilien oder Handhabungsmaschinen kontaminiert
haben könnte.
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Eine
weitere Beschränkung
dieser Methode besteht darin, dass mit Feuchtigkeit gesättigte Schwämme Krankheitserreger
während
der Probenahme von mehr als einer Stelle auf einem Schlachtkörper Krankheitserreger
von einer Stelle zu einer anderen ausbreiten können. Das Umdrehen der Seiten
des Schwamms und die Probenahme von den drei empfohlenen Seiten
auf Rinder- und Schweineschlachtkörpern von der am wenigsten
zur am wahrscheinlichsten kontaminierten bietet einen guten Ansatz,
dieses Problem zu überwinden.
Wird es jedoch falsch angewendet oder im Falle einer anormalen Schlachtkörperbakterienverteilung
kann es zum weiteren Verteilen von Krankheitserregern beitragen.
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Die
zur Zeit angewendeten Probenahmeverfahren führen zu Routinelaborproben,
die ein mehrere Stunden langes Anreicherungswachstum erfordern,
bevor die Analyse auf Bakterienidentifizierung stattfindet. Auf
die Anreicherungsvorgänge
hin, können
Standard- oder Schnellbakterienerfassungsmethoden angewendet werden.
Beim Versuch, schnellere Analysen während der gegenwärtigen Aufnahmevorgänge und
Schnellbakterienerfassungskits zu verwenden, können Schlachtkörperaufnahmeschwämme für kurze
Zeitspannen in gepufferten Lösungen
gespült
oder eingeweicht werden. Die Ergebnisse dieser Vorgänge sind
zweifelhaft, weil die Bakterienzahlen normalerweise gering sind.
Falsche negative Laborergebnisse sind für die Verbraucher potentiell
gefährlicher
als falsche positive Ergebnisse. Aus diesem Grund sind Schnellerfassungsmethoden bei
den gegenwärtigen
Aufnahmetechniken ohne Anreicherungsschritte nicht routinemäßig akzeptabel.
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Filtrieren
und Zentrifugieren von verdünnten flüssigen Proben
oder von Bouillon, die daraufhin verdächtigt werden, Mikroben zu
enthalten, werden in Labors allgemein verwendet, um Gewebereste
zu trennen und Bakterien für
die darauffolgende Identifizierung und andere Prüfungen aufzufangen und zu konzentrieren.
Ganzvogelspüllösungen könnten durch
diese Methoden konzentriert werden, große Fluidvolumen dieser Tierschlachtkörper sind
jedoch für
Routinelaboranalysen besonders dann umständlich, wenn eine große Anzahl
von Proben involviert sind.
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In
den letzten Jahren sind wesentliche Verbesserungen bei den Erfassungsmethoden
für Bakterien
erfolgt. Beispielsweise stehen heute Schnellerfassungssysteme für E. coli
0157/H7 und Salmonella zur Verfügung,
die innerhalb nur weniger Stunden abgeschlossen werden können. Bei
den gegenwärtigen Schnellerfassungsmethoden
braucht keine Kultur angelegt zu werden, sie erlauben jedoch das
Analysieren einer Probe innerhalb einer Zeitspanne von mehreren
Stunden. Der Nachteil dieser Schnellerfassungsmethoden besteht darin,
dass eine ziemlich konzentrierte Probe erforderlich ist. Die meisten
dieser Methoden sind nicht direkt auf zur Zeit verwendete Vogel-
oder Schwammspüllösung anwendbar
wegen der geringen Anzahl von Krankheitserregern, die normalerweise
von Schlachtkörpern
aufgenommen werden, sowie der Verdünnungswirkung der Spüllösungen.
Es werden Zeit und Laborarbeit beanspruchende Verfahren für das Anreichern
und die Bakterienkonzentrierung benötigt, bevor Schnell- Elisa-, PCR- oder ähnliche
Identifikationstests angewendet werden. Es werden verbesserte Schnellprobenahme-
und Verarbeitungsmethoden benötigt,
um diese neuen Bakterienidentifizierungstechniken effizient anwenden
zu können.
Die gegenwärtigen
nicht zerstörender
Bakterienprobenahmemethoden für
große Tierschlachtkörper haben
mehrere Nachteile, die im Laufe von Aufträgen und durch Auswirkungen
der HACCP-Programme noch stärker
werden können. Diese
Methoden:
- A. erlauben die Probenahme auf nur
einem beschränkten
Schlachtkörperbereich;
- B. führen
zu Bakterienlösungen,
die für
die Analyse am gleichen Tag zu verdünnt sind;
- C. erfordern eine verlängerte
Laboranreicherungszeit;
- D. erfordern einen hohen Arbeits- und Zeitaufwand.
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Gleichgültig, welches
Laborverfahren verwendet wird, werden verbesserte Bakterienprobenahmemethoden,
insbesondere für
große
Tierschlachtkörper,
bei denen Ganzkörperspültechniken nicht
verwendet werden können,
benötigt,
die die Probenahme auf größeren Oberflächenbereichen ohne übermäßige Erhöhung des
Arbeits- und Materialaufwands ermöglichen. Außerdem würden neue Probenahmemethoden
es Fleisch- und Geflügelunternehmen
erlauben, routinemäßig den
Vorteil der Verwendung kürzlich
entwickelter Schnellerfassungsmethoden für E. coli 0157/H7 und andere menschliche
Krankheitserreger ausnutzen zu können.
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US 5469597 betrifft ein
vom Umweltstandpunkt her empfmdliches Zirkulationsdruckreinigungssystem
zum Reinigen von Oberflächen.
Das System minimiert den Wasserverbrauch und hält Verschmutzungen zurück, bevor
sie in ein Regenwasserablasssystem eintreten.
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EP-A-0455904
betrifft ein mikrobiologisches Probenahmesystem und Methoden für dessen
Verwendung. Das System umfasst eine längsgezogene Röhrenvorrichtung
mit einem sich verjüngenden
Einlassende und einem Auslassende, das durch ein Filtersystem abgetrennt
ist, das Bakterien auffängt.
Der sich verjüngende
Einlass wird zur Aufnahme von Bakterien durch Aufbringen eines negativen
Drucks oder Vakuums auf das Auslassende verwendet. Nach dem Aufnehmen
wird das System von der Vakuumquelle entfernt und die Bakterien
aus dem Einlassende in ein Probekompartiment durch Füllen des Auslassendes
mit einer wässrigen
Lösung
und Abfließenlassen
der Lösung
durch das Filter gespült. Die
die Bakterien mitführende
Lösung
fließt
aus dem Einlassende in ein Probekompartiment hinein. Das System
findet bei der Probenahme in subgingivalen periodontalen Hohlräumen besondere
Anwendung.
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Dementsprechend
werden eine Probenahmemethode und eine Probenahmevorrichtung benötigt, durch
die mehr Bakterien von der Oberfläche, auf der die Probenahme
stattfindet, entfernt werden. Es ist eine weitere Aufgabe, dass
nach dem Entfernen von der Oberfläche eine größere Anzahl der aufgenommenen
Bakterien, von denen eine Probe genommen wird, durch das Probenahmesystem
hindurchgehen und so schließlich
gezählt
werden, d.h. es findet eine verbesserte Bakteriengewinnung statt.
Um die verbesserte Gewinnung zu unterstützen, sollten Bakterien ohne
Weiteres aus dem Probenahmevorgang und der Probenahmevorrichtung
aufnehmbar sein.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Methode und einen
Apparat bereitzustellen, durch die bzw. den Bakterien auf derartigen
Oberflächen
innerhalb einer kürzeren
Zeitspanne erfasst werden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Probenahmemethode
bereitzustellen, durch die große
Volumen verdünnter
Spül- und
Bakteriensuspensionen in kürzerer
Zeitspanne im Vergleich mit bestehenden Probenahmemethoden und -vorrichtungen
konzentrierte Bakterienpopulationen bereitstellen könnten.
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Zusätzliche
Aufgaben, Vorteile und neuartige Kennzeichen der Erfindung werden
teilweise in der Beschreibung wie folgt aufgeführt und werden teilweise den
mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten bei der Untersuchung
des Folgenden offensichtlich oder können durch die praktische Anwendung
der Erfindung erlernt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung
können
durch die Vermittlungen und Kombinationen, auf die in den angehängten Ansprüchen besonders
hingewiesen wird, verwirklicht und erreicht werden.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
und andere Aufgaben werden durch einen mikrobiellen Probenehmer
für die
Probenahme auf einer Oberfläche
erreicht. Der mikrobielle Probenehmer umfasst eine Oberflächenbefestigung
zum Aufsagen von Mikroben von der Oberfläche unter Anwendung einer wässrigen
Waschlösung,
in der die Mikroben suspendiert sind. Er umfasst auch eine Filtervorrichtung
für das
Auffangen von Mikroben und das Trennen der Mikroben von der wässrigen
Waschlösung,
in der sie suspendiert sind. Er umfasst auch eine Art und Weise
des Gewinnens und Konzentrierens der Mikroben aus der Filtervorrichtung.
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Der
mikrobielle Probenehmer kann als Filtervorrichtung ein Filter anwenden,
das so konstruiert ist, dass es Mikroben einer ausgewählten Größe auffängt. Beispielsweise
hätte ein
Filter für
das Auffangen von Bakterien eine andere Porengröße als ein Filter, das für das Aufnehmen
von Hefe- oder Parasitenproben konstruiert ist. Das Problem bei
Filtern mit Poren, die klein genug sind, um Bakterien zu filtrieren,
liegt darin, dass sie den Durchgang keiner ausreichenden Luftströmung erlauben,
um eine ausreichende Saugwirkung auf der Oberfläche, auf der die Probenahme
stattfindet, zu bieten. Um dieses Luftströmungsproblem zu lösen, ist
die Filtervorrichtung so konstruiert, dass sie ein hydrophobes Filter
einschließt,
das den Durchgang von Luft erlaubt, jedoch den Durchgang (unter
normalen Anwendungsbedingungen) der wässrigen Waschlösung, in
der die Mikroben suspendiert sind, nicht erlaubt.
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Die
Filtervorrichtung kann ein Vorfilter umfassen, das so konstruiert
ist, dass es Kontaminationsstoffe einer ausgewählten Größe auffängt. Beispielsweise können bei
der Probenahme von Mikroben von der Oberfläche eines Tierschlachtkörpers Fettzellen,
Blutzellen, Haar, Bindegewebe und Hautstücke in die Probenahmevorrichtung
hineingezogen werden. Das Vorfilter würde diese Gewebe, Zellen und
Zellteile in der endgültigen
Probe reduzieren.
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Bei
dem oben beschriebenen mikrobiellen Probenehmer wird eine Möglichkeit
zur Gewinnung und Konzentrierung der mikrobiellen Probe verwendet.
Diese Möglichkeit
umfasst eine Spüllösung, die durch
das Filter zurückgespült wird,
auf dem die Mikroben aufgenommen werden, das Loslösen der
Mikrobe von dem Filter und das Transportieren derselben in einem
suspendierten Zustand mit der Spüllösung. Die
Spüllösung mit
den suspendierten Mikroben geht in ein Aufnahmegefäß zum Aufnehmen
und weiteren Konzentrieren der Mikroben hinein. Typischerweise wird
das Sammelgefäß zum weiteren Konzentrieren
der Mikroben zentrifugiert. Nach dem Konzentrieren zu einem Granulat
wären die
Mikroben zur Erfassung und Quantifizierung durch eine Reihe verschiedener
analytischer Vorrichtungen verfügbar.
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Einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein
mikrobieller Probenehmer für
die Probenahme auf einer Oberfläche
bereitgestellt, umfassend:
ein Oberflächenzubehör zum Aufsaugen von Mikroben
von der Oberfläche
unter Anwendung einer wässrigen
Waschlösung,
in der die Mikroben suspendiert sind;
eine hydrophobe Filtermöglichkeit
stromabwärts
von einer Filterkammer, durch die eine hohe Luftströmung hindurchgehen
kann, die jedoch das Entkommen der Mikroben und wässrigen
Waschlösung
aus der Filterkammer verhindert; und
eine Möglichkeit zur Gewinnung und
Konzentrierung der Mikroben aus der Filterkammer.
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Einer
zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein
Verfahren für
die Probenahme von Mikroben von einer Oberfläche bereitgestellt, umfassend
die Schritte des:
Sprühens
einer wässrigen
Lösung
auf die Oberfläche zum
Loslösen
und Suspendieren der Mikroben von der Oberfläche zusammen mit möglichen
Kontaminationsteilchen;
Aufsaugen der wässrigen Lösung und der suspendierten
Mikroben;
Trennen der Kontaminationsteilchen von der wässrigen
Lösung
und den Mikroben in Suspension unter Anwendung eines Vorfilters;
Bereitstellen
einer Filterkammer, in die die Mikroben und die wässrige Waschlösung hineingehen,
und eines hydrophoben Filters stromabwärts von der Filterkammer, durch
die eine hohe Luftströmung
hindurchgehen kann, zum Erleichtern der verstärkten Aufnahme wässriger
Lösung
durch die hohe Luftströmung; und
Trennen
der Mikroben in Suspension von der wässrigen Lösung unter Anwendung eines
Filters.
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Noch
weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten aus der folgenden
genauen Beschreibung offensichtlich werden, wobei ich nur die bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung einfach als Veranschaulichung der besten Art und Weise,
die durch Ausführen
meiner Erfindung in Betracht gezogen wird, gezeigt und beschrieben
habe. Wie man sich im Klaren darüber
sein wird, ist die Erfindung geeignet, in verschiedenen Beziehungen modifiziert
zu werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollen
die Zeichnung und Beschreibung als veranschaulichender Natur und
nicht als einschränkend
betrachtet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht, die den mikrobiellen Probenehmer bei der Anwendung
auf einem Stück
Rind zeigt.
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2 ist
eine veranschaulichende Ansicht des mikrobiellen Probenehmers in
der Haltevorrichtung.
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3 ist
eine Seitenqueransicht des mikrobiellen Probenehmers.
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4 ist
eine Seitenansicht des mikrobiellen Probenehmers in einer Zentrifugenröhre.
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines mikrobiellen Probenehmers und einer
Zentrifugenröhre vor
dem Zentrifugieren.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines mikrobiellen Probenehmers und einer
Zentrifugenröhre während des
Zentrifugierens.
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines mikrobiellen Probenehmers und einer
Zentrifugenröhre nach
dem Zentrifugieren.
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DIE BESTE ART UND WEISE
DES DURCHFÜHRENS
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 bis 7 wird die
Erfindung vorteilhaft aufgezeigt. Der mikrobielle Probenehmer wird
allgemein als 10 bezeichnet und umfasst eine Oberflächendüse 16 (in 1, 2 und 3 gezeigt),
eine Vorfilterkammer 20, eine Filterkammer 22,
Vorfilter 26 und 24, Filter 42 (wie in 3 gezeigt).
Der mikrobielle Gewinnungs- und Konzentriervorgang der Vorrichtung
ist in 4 bis 7 gezeigt und umfasst die Filterkammer 22,
die Waschkammer 60 und die Gewinnungskammer 62 mit
einer konischen Konzentrationsspitze 68.
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Die
Oberflächendüse 16 ist
in 1, 2 und 3 gezeigt.
Der Zweck der Oberflächendüse besteht
darin, durch Vakuum gebildete. Luftströmung über die Oberfläche, auf
der die Probenahme stattfindet, zu ziehen. Die bevorzugte Ausführungsform
zu diesem Zeitpunkt ist eine einfache, trichterförmige Düse 16, die in 2 gezeigt
ist. Eine andere bevorzugte Ausführungsform
umfasst eine Waschröhre 48, die
eine Waschlösung
auf die Oberfläche,
auf der die Probenahme stattfindet, wie in 3 gezeigt,
richtet. Die Waschlösung
wird durch die Luftströmung
mit den Bakterien, die darin suspendiert sind, hochgehoben und in
die Vorfilterkammer 20 gezogen. Die Oberflächendüse 16 sowie
die Vorfilterkammer 20, die Filterkammer 22, die
Waschkammer 60 und die Gewinnungskammer 62 bestehen
bevorzugt aus Polyethylen oder Polypropylen, eine Vielzahl an Materialien
können
jedoch dazu verwendet werden und das verwendete Material ist nicht
kritisch.
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Der
mikrobielle Probenehmer ist zylinderförmig und ca. 3,81 bis 5 ein
breit auf 20,3 bis 25,4 cm (1-1/2 bis 2 Zoll breit auf 8 bis 10
Zoll) hoch. Die Vorfilterkammer weist von oben gesehen einen runden Querschnitt
auf und ist allgemein zylindrisch. An ihrem unteren Ende befindet
sich ein Probentrichter 30, in 3 gezeigt.
Der Trichterhals 72 erstreckt sich über den Trichter 30 und
das Vorfilterkammergewinde 32 hinaus. Innerhalb der Vorfilterkammer 20 befindet
sich ein Vorsieb 24, ein Vorfilter 26 und eine
Vorfilterstütze 28.
Das Vorsieb 24, das Vorfilter 26 und die Vorfilterstütze 28 sind
von oben gesehen rund und blockieren die Vorfilterkammer vollständig, wodurch
sie ein jegliches Fluid, das durch Vakuum durch die Vorfilterkammer 20 gezogen
wird, durch jedes dieser drei Elemente hindurchdrücken. Das
Vorsieb 24 besteht aus ziemlich grobem Material wie beispielsweise
Baumwollgewebe oder einem anderen Stoff Der Zweck des Vorsiebs 24 besteht
darin, den Durchgang ziemlich großer Kontaminationsstoffe wie Fettteilchen,
Haar, Bindegewebe oder anderer Kontaminationsstoffe zu blockieren.
Das Vorfilter 26 besitzt Poren von ca. 1,5 Mikron, die
klein genug sind, um Kontaminationsstoffe wie rote Blutzellen (einer Größe von 3
bis 10 Mikron) oder andere Zellen, wie einzelne Fettzellen oder
Stücke
von Zellmaterial, aufzuhalten. Jedoch erlaubt das Vorfilter 26 es
Teilchen, die kleiner als 1,5 Mikron sind, hindurchzugehen. E. coli-Bakterien besitzen
einen Durchmesser von 0,45 bis 0,7 Mikron und gehen deshalb ohne
Weiteres durch das Vorfilter 26 hindurch. Ein Vorfilter
mit einer Porengröße von 1,5
Mikron ist groß genug,
um eine ausreichende Luftströmung
durch das Vorfilter hindurchgehen zu lassen. Die Vorfilterstütze 28 weist ebenfalls
Poren auf, und diese sind viel größer als diejenigen sowohl des
Vorsiebs als auch des Vorfilters. Die Vorfilterstütze 28 bietet
nur eine physikalische Struktur gegen die das Vorfilter 26 und
das Vorsieb 24 gestützt
werden können.
Die Vorfilterkammer 20 stellt das Segment 2 des
mikrobiellen Probenehmers dar.
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Das
Segment 3 des mikrobiellen Probenehmers umfasst die Filterkammer 22 und
ihre Komponenten. Die Filterkammer 22 weist von oben gesehen einen
runden Querschnitt auf und ist im Allgemeinen von zylindrischer
Gestalt. Die Wände
der Filterkammer 22 verjüngen sich in einen Filtrattrichter 46 an
ihrem unteren Ende. Der Filtrattrichter 46 mündet in
einer Verbindung 50 und Gewinden 52. Oberhalb
des Filtrattrichters 46 befindet sich eine Filterstütze 44 und
ein Filter 42. Das Filter 42 ist typischerweise
ein hydrophiles Nitrocellulosefilter mit Porengrößen von ca. 0,45 Mikron. Die
Porengröße ist so
gestaltet, um E. coli-Bakterien auf dessen Oberfläche aufzufangen.
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Es
wäre möglich, Filter,
die aus anderen Materialien und mit anderen Porengrößen hergestellt sind,
zum Auffangen von Mikroben verschiedener Größen oder Oberflächencharakteristiken
zu verwenden. Dem Filter 42 gegenüber befindet sich ein hydrophobes
Filter 36 und eine hydrophobe Filterstütze 38. Das hydrophobe
Filter 36 besteht typischerweise aus einem Material auf
Teflon®-Basis oder
einem ähnlichen
Material und weist Poren von ca. 1,5 Mikron auf. Diese Poren erlauben
den Durchgang von Luft, die Position des Filters und das hydrophobe
Merkmal des Filtermaterials hindern die Waschlösung oder die suspendierten
Mikroben jedoch daran, durch das hydrophobe Filter hindurchzugehen.
Eine Luftkammer 40 steht in Kommunikation mit der Filterkammer 22 durch
das hydrophobe Filter 36.
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Typischerweise
weist das Filter 42 Poren auf, die zu klein sind, um ausreichend
Luft hindurchgehen zu lassen, um die richtige Luftströmung an
der Oberflächendüse 16 aufrechtzuerhalten.
Um diese Luftströmung
bereitzustellen, wird eine Luftkammer 40 bereitgestellt,
die Luft aus der Filterkammer 22 durch das hydrophobe Filter 36 und
durch die Luftkammer 40 zur Vakuumquelle 12, die
in 1 gezeigt ist, zieht. Die Waschlösung, in
der die Mikroben suspendiert sind, wird durch das Filter 42 gezogen
und von dem hydrophoben Filter 36 abgewiesen. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist die Luftkammer 40 zwischen der Außenwand 76 und
der Innenwand 78 der Filterkammer 22, die in 3 gezeigt
ist, gebildet.
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Der
mikrobielle Probenehmer umfasst auch eine Spülkammer 60, wie in 4-7 zu
sehen ist, die an der Filterkammer 22 befestigt ist. Die
Spülkammer 60 ist
eine im Allgemeinen zylindrische Struktur mit Gewinden 52 an
einem Ende. Sie enthält eine
Spüllösung 66,
wie in 5 gezeigt. Die Spülkammer 60 besteht
bevorzugt aus Polyethylen- oder Polypropylenkunststoff, eine Anzahl
anderer Materialien wären
jedoch ebenfalls geeignet.
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Der
mikrobielle Probenehmer umfasst auch eine Gewinnungskammner 62,
wie in 4 gezeigt. Die Gewinnungskammer 62 ist
ein im Allgemeinen zylindrischer Behälter mit Gewinden 32 an
einem Ende und einer konischen Konzentrierspitze 68 am anderen
Ende. Sie wird in das Filterkammergewinde 32 hineingeschraubt
und ist leer, wenn sie zum ersten Mal angebracht wird.
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Im
Betrieb wird die mikrobielle Probenehmereinheit 10 wie
folgt angewendet. Es wird eine mikrobielle Probenehmereinheit, die
eine Vorfilterkammer, eine Filterkammer und eine Oberflächendüse umfasst,
zusammengebaut.
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Normalerweise
wären diese
drei Einheiten vorher zusammengebaut und gebrauchsfertig in einer
sterilen Packung an der Probenahmestelle, wie beispielsweise im
Arbeitsraum eines Fleischverarbeitungsbetriebs, von einem Probennahmewagen
aus anzuwenden. Eine Vakuumquelle 12 würde an die Verbindung 50 der
Filterkammer 22 angeschlossen. Waschlösung (nicht gezeigt) würde auf
die Oberfläche,
auf der die Probenahme stattfinden soll, entweder durch Anwendung
einer in der Hand gehaltenen Waschflasche oder durch eine Waschröhre 48 aufgebracht,
die in die mikrobielle Probenahmeeinheit eingebaut sein könnte, und
aus einer Öffnung
in der Nähe
der Oberflächendüse 16 auf
die zu prüfende Oberfläche aufgespritzt.
Die Vakuumquelle 12 würde das
Innere der Filterkammer 22 evakuieren und hauptsächlich durch
die Luftkammer 40 Luft durch den Trichterhals aus der Vorfilterkammer 20 und
von der Vorfilterkammer 20 durch das Vorfiltersieb 24 und das
Vorfilter 26 hindurchziehen. Durch diesen Weg der Luftevakuierung
würde Luft
von der Oberflächendüse 16 evakuiert.
Dies würde
eine Luftströmung über die
Oberfläche,
auf der die Probenahme stattfindet, verursachen, durch die die Waschlösung (nicht gezeigt)
mit ihren suspendierten Mikroben 64 in die Oberflächendüse 16 hineingezogen
würde.
Die Waschlösung
(nicht gezeigt) und die suspendierten Mikroben würden dann mit der Luftströmung, die durch
die Vakuumquelle 12 gebildet wird, durch das Vorsieb 24 und
das Vorfilter 26 hindurchgehen. Irgendwelche Teilchen von
größerem Zellmaterial
wie beispielsweise Stückchen
von Fett, Fettzellen, roten Blutzellen, Bindegewebe, Haar, Bruchstücken von roten
Blutzellen oder andere Gewebetrümmer
würden
entweder von dem Vorsieb 24 oder dem Vorfilter 26 aufgehalten.
Die Waschlösung
(nicht gezeigt) mit den suspendierten Mikroben 64 würde durch
das Vorsieb 24 und das Vorfilter 26 hindurchgehen,
mit der Luft durch den Probentrichter 30 und den Trichterhals 72 von
der Vorfilterkammer 20 und in die Filterkammer 22 gezogen
werden. Zu diesem Zeitpunkt würde
die Waschlösung
(nicht gezeigt) durch das Filter 42 hindurchgezogen und
die Mikroben 64 würden auf
der Oberfläche
des Filters 42 abgesetzt. Luft aus der Filterkammer 22 würde durch
das hydrophobe Filter 36 in die Luftkammer 40 und
aus der Verbindung 50 hinaus zur Vakuumquelle 12 gezogen.
Irgendwelche Waschlösung
mit suspendierten Bakterien, die mit dem hydrophoben Filter in Kontakt
käme, würde durch
das Filtermaterial abgewiesen werden und an der Seite der Filterkammmer 22 hinunterlaufen,
anstatt durch die Poren des hydrophoben Filters 36 gezogen
zu werden.
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Nachdem
der Bereich, auf dem die Probenahme stattfinden soll, so mit Waschlösung (nicht
gezeigt) kontaktiert und diese Lösung
durch eine Luftströmung,
die vom Vakuum 12 gebildet wird, weggezogen worden ist,
wäre der
Probenahmeteil des Arbeitsvorgangs abgeschlossen.
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Der
nächste
Schritt des Arbeitsvorgangs, nämlich
der mikrobielle Gewinnungs- und Konzentrierschritt, würde dann,
wie in 4–7 gezeigt, beginnen.
Der Gewinnungs- und Konzentrierschritt würde durch Entfernen der Filterkammer 22 von
der Vorfilterkammer 20 und Trennen der Filterkammer 22 bei 50 von
der Vakuumquelle 12 beginnen. An diesem Punkt würde irgendeine
Art von Gewinde- oder Schnappverschluss zum Abschließen der Öffnungen an
jedem Ende der Filterkammer 22 benutzt. Als Alternative
könnten
die Spülkammer 60 und
die Gewinnungskammer 62 zu diesem Zeitpunkt an die Filterkammer 22 angeschlossen
werden. Die Spülkammer 60 oder
die Gewinnungskammer 62 könnte auch an die Filterkammer 22 angeschlossen
werden, wenn die Filterkammer 22 zu einem Labor befördert worden
ist, für
die Erfassung und/oder Quantifizierung der Mikroben. Die Schritte
der mikrobiellen Gewinnung und Konzentrierung sind in 5 bis 7 gezeigt.
In 5 ist die Filterkammer 22 mit der Spülkammer 60 und
der Gewinnungskammer 62 verbunden gezeigt. Diese drei miteinander
verbundenen Kammern sind innerhalb der Zentrifugenröhre 58 gezeigt.
Der große
Pfeil auf der rechten Seite von 5 zeigt
die Schwerkraft, die sich auf diese drei Kammern auswirkt. Die Schwerkraft
führt dazu,
dass die Spüllösung 66 in
der Spülkammer 60 bleibt.
Der Pfeil neben 6 zeigt den Zug der Zentrifugalkraft,
der die Spüllösung 66 dazu
bringt, anzufangen, die Spülkammer 60 zu
verlassen und in die Filterkammer 22 hinein und durch die
Filterstütze 44 und
das Filter 42 hindurchzufließen. Während die Spüllösung 66 durch das
Filter 42 fließt,
werden Mikroben 64 losgelöst und in der Spüllösung 66 suspendiert.
Die Spüllösung 66 mit
suspendierten Mikroben 64 geht von der Filterkammer 22 in
die Gewinnungskammer 62 hinein. Wie in 7 gezeigt,
drückt
die Zentrifugalkraft der Zentrifuge die Mikroben 64 in
die konische Konzentrationsspitze 68 der Gewinnungskammer 62.
Während das
Zentrifugieren fortdauert, wird der Hauptteil der Spüllösung 66 in
der Gewinnungskammer 62 abgesetzt. Gleichzeitig geht Luft
von der Gewinnungskammer 62 durch das hydrophobe Filter 36,
durch die Luftkammer 40 hindurch und ersetzt das Volumen der
Waschlösung 66 in
der Spülkammer 60.
Eine geringe Menge Spüllösung 66 wird
durch das Filter 42 absorbiert und bleibt dort. Nach einer
Zeitspanne kann das Zentrifugieren gestoppt werden und Mikroben 64 bleiben
als Granulat 70 in der konischen Konzentrationsspitze der
Gewinnungskammer 62.
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Nachdem
die Bakterien oder anderen Mikroben sich zu einem Granulat 70 gebildet
haben, können
sie herausgenommen und durch analytische Schnellerfassungsmethoden
wie der enzymgekoppelte Immunosorbensassay (ELISA) die Polymerasekettenreaktion
(PCR), das Radioimmunassay (RIA), Immunfluoreszenz oder andere Schnellerfassungsmethoden
analysiert werden. Diese Methoden sind Schnellerfassungsmethoden,
die Erfassungs- und/oder Quantifizierungsergebnisse viel schneller ergeben
können
als Methoden, die Bakterienwachstum in Wachstumsmedien involvieren.
Jedoch erfordern diese Methoden eine ziemlich konzentrierte Probe.
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So
erzielt der mikrobielle Probenehmer eine repräsentativere Probe von der Oberfläche, auf
der die Probenahme stattfinden soll, durch die Verwendung von Luft-
und Spüllösungsbewegung,
die durch eine Vakuumquelle gebildet wird. Bakterien oder andere
Mikroben werden auf einer Filteroberfläche in einer Einheit abgesetzt,
die so konstruiert ist, dass sie sich zum weiteren Konzentrieren
der Mikroben und einer schnellen Analyse durch Schnellerfassungsmethoden
eignet.
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Während die
vorliegende bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, sollte man sich
vollkommen im Klaren darüber
sein, dass diese Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern sich in Form
verschiedener Ausführungsformen
für die
praktische Anwendung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche eignet.