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1. HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1.1 GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Immunproben und besonders die Verwendung von Immunproben, um Verunreinigungen
in Lebensmitteln nachzuweisen. Insbesondere stellt die vorliegende
Erfindung ein Antikörper-Nachweissystem zum
Nachweis von Verunreinigungen in verpackten Lebensmitteln bereit.
Die vorliegende Erfindung findet Anwendung in der Toxikologie, der
Landwirtschaft und der Lebensmittelsicherheit.
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1.2 Verwandte Technik
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Die Massenerzeugung und der Masenvertrieb
von Lebensmitteln, besonders von Fleisch-, Geflügel- und Fischprodukten hat
in großem
Maße zur
guten Gesundheit beigetragen, deren sich die meisten modernen Gesellschaften
erfreuen. Insbesondere die Zunahme der industriellen Produktion
und des industriellen Vertreibs von Fleisch, Geflügel und
Fisch gibt auch denjenigen Personen, die in sehr abgelegenen Gebieten
leben, die Möglichkeit,
die nutritiven und gastronomischen Vorteile einer ausgeglichenen
Ernährung
zu genießen.
Als Ergebnis sind viele mit schlechter Ernährung in Zusammenhang stehende
Kinderkrankeiten fast aus unseren modernen Gesellschaften verschwunden.
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Die Massenerzeugung und der Massenvertrieb
von Lebensmitteln, insbesondere von Fleisch, hat jedoch zu Bedenken
geführt.
Veränderungen
bei der Herstellung und der Inspektion der Fleisch-, Gefügel- und Fischverarbeitung
sowie bei den Essgewohnheiten (moderne Gesellschaften neigen dazu, öfter zum
Essen auszugehen) haben zu einer Zunahme der Lebensmittelverunreinigungen
geführt.
Die Zunahme der Vertriebs und des Verzehrs von verunreinigten Lebensmitteln
Nahrung wurde mit mehreren Ausbrüchen
von Lebensmittelvergiftung wärhend
der letzen Jahre in Verbindung gebracht, die zu zahlreichen Krankheits-
und Todesfällen geführt haben.
Besonders Besorgnis erregend war die regelmäßige Zunahme von Fleisch, das
mit der Bakterie E. Coli verunreinigt war, insbesondere mit dem
als 0157 : H7 bezeichenten Stamm. E. Coli 0157 : H7 erzeugt ein
Toxin, das den Magen-Darm-Kanal befällt und zu schweren Krämpfen, Bauchschmerzen,
wässrigem
und blutigem Durchfall, Erbrechen und/oder Fieber führt (Brody,
1998). In einigen Fällen
kann das Toxin sogar zu Nierenversagen führen, was in etwa 30% der Fälle tödlich ist.
Kürzlich
wurde die Zunahme von mit E. Coli verunreinigtem Fleisch auf die
Praxis zurückgeführt, Vieh
auf der Grundlage einer Ernährung
mit einem hohen Anteil an Getreide zu züchten, das bekanntermaßen wünschenswerteres
Fleich liefern (Diez-González,
Callaway et al., 1998).
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Außerdem gibt es andere durch
Lebensmittel übertragene
Toxine. Salmonella wurde in zunehmendem Maße in Hähnchen und rohen Eiern gefunden.
Listeria wurde in Molkereiprodukten gefunden, die unzureichend pasteurisiert
wurden. Ciguatoxin kann in Fisch angetroffen werden. Diese Toxine
sind besonders gefährlich,
da sie im Allgemeinen durch Kochen nicht beeinträchtigt werden. Schalentiere
wie z. B. Austern, Miesmuscheln oder anderen Essmuscheln sind oft
mit Bakterien aus Abwasser verinreinigt, das entweder in unbehandelter
oder nur teilweise behandelter Form in Küstengewässer eingeleitet wird, aus
denen die Schalentiere geerntet werden. Außerdem hat die zunehmende Beliebtheit
von rohem Fisch auch zunehmend zu Fällen von Lebensmittelvergiftung
aus verunreinigtem Fisch geführt.
Darüberhinaus
haben kürzliche
Ausbrüche
von BSE dazu geführt,
dass Gesundheitsbeamte sich um die Übertragung von auf Prionen
basierenden Krankheiten von Tier zu Mensch durch den Verzehr von
verunreinigtem Fleisch und/oder verunreinigten Fleischprodukten Sorgen
machen.
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Oftmals kann die Anwesenheit von
gefährlichen
Bakterien vom Verbraucher schwer nachgewiesen werden. Zunächst kann
die Menge von Bakterien, die für
die Hervorrufung einer Infektion erforderlich ist, zu klein sein,
um sie mit dem Auge oder durch den Geruch feststellen zu können. Zweitens
kann die Anwesenheit einer Verunreinigung nicht leicht in einer
Verpackung festgesttellt werden, die Gerüche abschirmt und die meisten
Lebensmitteloberfächen
verbirgt. Somit besteht das Bedürfnis,
Verbrauchern und Vertreibern ein wirksames, genaues Mittel zum Nachweis
der Anwesenheit von Verunreinigungen in Lebensmitteln – insbesondere in
verpackten Lebensmitteln – bereitzustellen.
Idealerweise ist ein derartiges Mittel zum Nachweis von Verunreinigungen
von Lebensmitteln vom Verbraucher oder am Verkaufspunkt wahrnehmbar
und seine Bereitstellung billig.
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Ein Versuch, eine derartige Lösung bereitzustellen,
wird im US-Patent Nr. 5,306,466 an Goldsmith und im US-Patent Nr. 5,869,341
an Woodaman beschrieben. Diese Patente beschreiben einen Stichcode,
der gebildet wird, indem ein bekanntes Toxin in einem Strichcodemuster
auf einem Substrat angebracht und mit dem gebundenen Toxin ein farbmarkiertes
Antitoxin ligiert wird, um einen sichtbaren Strichcode bereitzustellen.
Das markierte Toxin-Antitoxin-Substrat befindet sich in einer Wand,
die in den Lebensmittelbehälter
eingelassen ist, die Flüssigkeiten
und andere Feuchtigkeit aus dem verpackten Lebensmittel sammelt.
Toxine in den Flüssigkeiten
konkurrieren mit dem gebundenen Toxin um das markierte Antitoxin.
In dem Maße,
in dem sich eine größere Menge
des Antitoxins mit dem in der Lösung
enthaltenen Toxin verbindet, wird der Strichcode zersetzt, was zu
einer nachweisbaren Veränderung
der Markierung führt – entweder
sichtbar oder durch die Verwendung eines Stichcode-Lesegerätes, das
beim Lesen-des zersetzten Strichcodes das Ergebnis "Null" oder "Error" liefert. Leider
sind derartige Proben komplex und schwierig herzustellen. So ist
der Strichcode, der in den Patenten '466' und '3411' beschrieben wird,
für die
Massenproduktion von Lebensmittelverpackungen nicht besonders attraktiv.
Außerden
kann der Strichcode, der in den Patenten '466' und '3411' beschrieben wird,
die Identität
des nachgewisenen Toxins (oder der nachgewiesenen Toxine) nicht
leicht einer Datenbank bereitstellen, wenn der Strichcode gelesen
wird.
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Somit bleibt das Bedürfnis nach
einer in hohem Maße
skalierbaren, genauen Lebensmittelverunreinigungsprobe bestehen,
die einfach an mehreren Kontrollpunkten in der Verteilerkette und
am Verkaupfspunkt wahrgenommen werden kann.
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2. Zusammenfasung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Lebensmittelverunreinigungsprobe zur Verfügung, die genau, leicht herzustellen
und skalierbar ist. Somit ist zu erkennn, dass die vorliegende Erfindung
eine Lebensmittelverunreinigungsprobe bereitstellt, die in Massenproduktion
für moderne
Lebensmittelverpackungs- und – vertreibsnetze
hergestellt werden kann, um Herstellern, Spediteuren und Verbrauchern
eine Warnung vor Lebensmittelverunreinigungen bereitzustellen.
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In einem ersten Aspekt stellt die
vorliegende Erfindung einen Kontaminierungsdetektor bereit. In einem
Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Kontaminierungsdetektor der Erfindung ein Substrat, auf dem
ein Strichcode aufgedruckt ist. Der Strichcode umfaßt eine
erste Farbe (z. B. schwarz), die dazu in der Lage ist, das Licht eines
Strichcodelesers zu reflektieren und so ein Ergebnis des Strichcodes
zu ermitteln. Er umfaßt
auch einen Toxindetektor. Der Toxindetektor weist in Abwesenheit
eines Toxins eine zweite Farbe auf, wobei die zweite Farbe das Ergebnis
des Strichcodes nicht wesentlich beeinflußt oder ändert. Der Toxindetektor weist
jedoch bei Anwesenheit eines Toxins eine dritte Farbe auf, die das
Erbebnis des Strichcodes wesentlich verändert und dadurch die Anwesenheit
von Toxin anzeigt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Toxinanazeiger über dem
Strichcode angebracht, um eine Hintergrundfarbe bereitzustellen,
gegen die der Stichcode gescannt oder anderweitig gelesen wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die dritte Farbe, die vom Toxindetektor bei Anwesenheit eines
Toxins angezeigt wird, dazu in der Lage, ein "Null"-Strichcode-Ergebnis
zu erzeugen, wenn der Strichcode gescannt wird. In einem besonderen
Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Toxindetektor ein Polydiacetylen-Polymer ("PDA"),
das an ein Toxine erkennendes Teil gekoppelt ist. Noch spezifischer
umfaßt
der Toxindetektor eine PDA enthaltende Blase.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist das Substrat im Wesentlichen transparent und der Toxindetektor
ist hinter dem Substrat angebracht. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Toxindetektor so angebracht, um ein zweites Strichcodeergebnis
bereitzustellen, das sich vom ersten Strichcodeergebnis unterscheidet,
wenn der Toxindetektor dem Toxin ausgesetzt ist. In einem noch spezielleren
Ausführungsbeispiel ist
der zweite Strichcode dazu in der Lage, das Toxin zu identifizieren.
Der Toxindetektor kann ein PDA-Polymer oder eine PDA enthaltende
Blase sein.
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In einem zweiten Aspekt stellt die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Identifizierung einer Toxin-Kontaminierung bereit,
in dem ein Substrat bereitgestellt wird, das einen aufgedruckten
ersten Strichcode aufweist, um ein erstes Strichcodeergebnis zu
erzeugen. Ein Toxindetektor wird in der Nähe des ersten Strichcodes bereitgestellt.
Der Toxindetektor weist bei Abwesenheit des Toxins eine zweite Farbe
auf, wobei die zweite Farbe das Strichcodergebnis nicht wesentlich
beeinflußt
oder ändert.
Der Toxindetektor weist jedoch bei Anwesenheit eines Toxins eine
dritte Farbe auf, die das Strichcodeergebnis wesentlich verändert und
dadurch die Anwesenheit von Toxin anzeigt. Der Toxindetektor wird
dem Toxin ausgesetzt, um einen Farbumschlag von der zweiten Farbe
zur dritten Farbe zu bewirken. Der Strichcode wird dann gescannt
um die Anwesenheit des Toxins nachzuweisen. Alternativ kann der
Toxindetektor so angebracht werden, um einen zweiten Strichcode
bereitzustellen.
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In einem Ausführungsbeispiel wird das Ergebnis
des Scannens in einer Datenbank gespeichert. In dem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Toxindetektor mit einem ersten Strichcode gekoppelt, um
das Ergebnis "Null" oder "Error" bereitzustellen,
wenn der Strichcode gescannt wird. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
stellt der Toxindetektor eine Hintergrundfarbe für den ersten Strichcode zur
Verfügung.
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Diese und weitere Aspekte und Vorteile
werden bei der Lektüre
der untenstehenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
offensichtlich.
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3. Kurze Beschreibung
der Zeichnungen.
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1A und 1B zeigen zwei Ansichten
eines verpackten Lebensmittels gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 1A ist
eine Draufsicht des verpackten Lebensmittels. 1B ist eine Ansicht von Unten eines verpackten
Lebensmittels.
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2 ist
eine weggeschnittene Ansicht eines verpackten Lebensmittels gemäß eines
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, die ein 1A und 1B dargestellt ist.
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3 ist
eine Darstellung eines Strichcodes gemäß eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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4A und 4B stellen den Betrieb eines
Strichcode formatierten Toxindetektors gemäß eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung dar. 4A stellt
den Strichcode vor dem Kontakt mit einem Toxin dar. 4B stellt den Strichcode nach dem Kontakt
mit dem Toxin dar.
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5A und 5B stellen den Betrieb eines
Hub-and-Spokeformatierten Toxindetektors gemäß eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung dar. 5A stellt
den Detektor vor dem Kontakt mit einem Toxin dar. 5B stellt den Detektor nach dem Kontakt
mit dem Toxin dar.
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6 stellt
den Betrieb des Strichcodes der Erfindung an einem Verkaufspunkt
dar.
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7 stellt
die Verwendung eines Toxindetektors der Erfindung in Verbindung
mit einer Reinigungsvorrichtung wie z. B. einen Wasserreiniger dar.
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Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
Verfahren, Materialien und Systeme bereit, um die Anwesenheit von Toxin-Verunreinigungen
nachzuweisen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung Toxin-Kontaminierungsdetektoren
bereit, die kalorimetrische, immunoreaktive Polymere aufweisen,
die so konfiguriert sind, um die Anwesenheit von Toxinverunreinigungen
in Verbindung mit einem Strichcode festzustellen und anzuzeigen.
In einigen Ausführungsbeispielen
umfassen die kalorimetrischen, immunoreaktiven Polymere einen Strichcode, so
dass bem Nachweis eines Toxins die kalorimerischen, immunoreaktiven
Polymere von einer ersten Farbe zu einer zweiten Farbe wechseln,
um somit das Aussehen des Strichcodes zu verdunkeln oder auf eine
andere Weise zu verändern.
In anderen Ausführungsbeispielen
werden die kalorimetrischen, immunoreaktiven Polymere in Form eines
Strichcodes angebracht, der von einem Strichcodelesegerät nicht
erkannt werden kann, bis die beschriebene Farbveränderung
bem Nachweise eines Toxins eintritt. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Toxindetektor ein Hub-and-Spoke-Format,
das bei Anwesenheit eines Toxins sein Aussehen verändert. Somit
ist zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung bei der Reaktion
mit einem Toxin eine toxinspezifische Information bereitstellt.
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1A zeigt
eine Draufsicht eines Lebensmittelbehälters gemäß eines ersten Aspekts der
Erfindung bei 100. Der Behälter 100 umfaßt ein Tablett 102,
das ein inneres Tablett 104 definiert, innerhalb dessen
sich ein Sammler 106 befindet, der unten ausführlicher
beschrieben wird. Innerhalb des inneren Tabletts 104 befindet
sich ein Lebensmittel 108. Das Design, die Materialien
und der Aufbau des Behälters 100 sind
dem Fachmann für
Behälter
bekannt. Die Wahl des Designs, der Materialien und des Aufbaus hängt von
Faktoren ab wie z. B., ohne sich darauf zu beschränken, den
Materialien, die im Behälter
aufbewahrt werden, ebenso wie den Bedingungen, unter denen der Behälter transportiert
und gelagert wird. In einem Ausführungsbeispiel
ist der Behälter
ein Lebensmittelbehälter
und insbesodnere ein Behälter
zur Aufbewahrung von Fleisch, Geflügel oder Fisch für den öffentlichen
Verkauf und Verzehr. Oftmals werden derartige Beälter in eine klare, farblose Hülle eingeschlossen,
wie sie aus einem Plastik wie z. B. Polyäthylen gebildet wird.
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Die Ansicht von Unten des Behälters 100 wird
in 1B gezeigt. Gemäß eines
Ausführungsbeispiels der
Erfindung umfaßt
der Boden des Behälters 100 eine
Ansicht eines Strichcodes 110. Wie unten ausführlicher
beschrieben ist der Strichcode 110 so konfiguriert, um
eine nachweisbare Anzeige der Anwesenheit einer oder mehrerer Toxinverunreinigungen
im Behälter 100 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2,
die eine weggeschnittene Ansicht von Behälter 100 bereitstellt,
ist der Strichcode 110 am Boden des Sammlers 106 angeordent,
der sich im Wesentlichen unter dem Lebensmittel 108 befindet.
Der Sammler 106 ist so konfiguriert, um Feuchtigkeit aufzunehmen
und im Wesentlichen zurückzuhalten,
insbesondere Flüssigkeiten,
die vom Lebensmittel 108 verströmt werden, die am Boden des
Behälters 100 abgelagert
werden. Das Tablett 104 kann weiter Kanäle 204 umfassen, so
wie diejenigen, die durch Wulstelemente 202 definiert sind,
um die Ansammlung von Feuchtigkeit im Sammler 106 zu erleichtern.
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Ein Ausführungsbeispiel des Strichcodes 110 ist
bei 300 in 3 dargestellt.
Dort werden Strichcodeelemente 302 auf einem Substrat 304 aufgebracht.
Das Substrat 304 umfaßt
innere und äußere Flächen 306 beziehungszeise 308.
Die Strichcodeelemente 302 werden aus Dünnfilmablagerungen aus Polydivinylacetylen
("PDA") gebildet, die ein
Empfangsteil umfassen, das spezifisch für ein Toxin ist. Es hat sich
gezeigt, dass derartige Filme nach Aussetzung an ein geeignetes
Toxin eine kalorimetrische Veränderung
zeigen (Charych, Nagy et al., 1993; Reichert, Nagy et al., 1995;
Charych, Chang et al. 1996; Okada, Peng et al., 1998). Im Allgemeinen
kann Ersatz-PDA unter Verwendung von bekannten Techniken der organischen
Chemie aus Diacetylenen gebildet werden, wie unten dargestellt.
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Die sich ergebenden Polymere sind
gefärbt,
typischerweise in einem tiefen blau, was vermutlich zumindestens
teilweise auf die ene-yne Konjugation zurückzuführen ist (Okada, Peng et al.,
1998), obwohl der tatsächliche
Wirkungsmechanismus für
die vorliegende Erfindung nicht wichtig ist. Außerdem wurde beobachtet, dass
PDAs, die Liganden für
biologische Toxine umfassen, bei Aussetzung der PDA des entsprechenden Toxins
Farbveränderungen
zeigen. Zum Beispiel hat sich gezeigt, dass die Reaktion von Verbindung
1 mit dem Grippevirus eine Fabveränderung von blau zu rot verursacht.
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Wobei R4 das
Teil ist, das unten gezeigt wird (Verbindung 2).
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Es hat sich gezeigt, dass andere
PDA-Derivate andere Toxine feststellen, darin eingeschlossen E.
coli (Charych, Cheng et al., 1996). Es wird angenommen, dass die
Farbveränderung
eine allgemeine Eigenschaft der PDAs ist, die sich aus den Veränderungen
der tatsächlichen
Konjugationslänge
der Polydiacetylen-Hauptkette und Veränderungen der Seitenketten-Verifizierung
ergibt (Reichert, Nagy et al., 1995). Somit ist die oben beschriebene
Farbveränderung
eine allgemeine Eigenschaft der Wechselwirkung der PDAs, die biologische Liganden
aufweisen, mit dem entsprechenden Toxin.
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Wie oben angemerkt kann die Synthese
der PDAs, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, unter
Verwendung von Verfahren, Materialien und Vorichtungen durchgeführt werden,
die den Fachleuten für
organische Chemie bekannt sind. Die Liganden, die verwendet werden,
um das gewünschte
Toxin nachzuweisen, können
ebenfalls unter Verwendung von bekannten Materialien und Verfahren
bestimmt, synthetisiert und an das Diacetylen gekoppelt werden.
Gewünschte
Toxine umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, E.coli, Ciguatoxin,
Salmonella, Botulismus, Listeria, Scrape (oder BSE) und andere ebenso
schädliche
Viren und Bakterien. Verbindungen, die dazu in der Lage sind, sich
an Prionen zu binden, können
ebenso mit den PDAs konjugiert werden, die hier beschrieben werden,
um Prion-Krankheiten festzustellen. Beispiele von geiegneten Polymer-Liganden-Konjugationen
sind den Fachleuten bekannt (Charych, Nagy et al., 1993; Charych
and Nagy, 1987; Charych 1998).
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Unter erneutem Bezug auf 3 umfaßt ein Audführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung die Anbringung einer PDA in einem Strichcodeformat auf
einem Substrat, das eine Farbe aufweist, die im Wesentlichen ähnlich derjenigen
Farbe ist, die die PDA bei Aussetzung an ein Toxin zeigt. Somit
ist zu erkennen, dass vor dem Aussetzen der PDA an das entsprechende
Toxin der Strichcode vor dem Hintergrund aufscheint, der vom Substrat
in einem ausreichenden Kontrast bereitgestellt wird, um ein Scannen
und ein Decodieren des Strichcodes unter Verwendung von Verfahren
und Vorrichtungen zu ermöglichen,
die dem Elektronik-Fachmann bekannt sind. Beim Aussetzen des Strichcodes
an das Toxin verändert
der Strichcode die Farbe, um im Wesentlichen das Scannen und das
Dekodieren des Strichcodes wirksam zu beeinträchtigen. Der sich ergebende
Fehler warnt somit vor der Verunreinigung. Die Warnung kann durch
eine visuelle Inspektion der Farbveränderung im Hintergrund des
Strichcodes bestätigt
werden.
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Zum Beispiel wird ein erster Strichcode
auf dem Substrat in einer ersten Farbe zusammen mit dem oben beschriebenen
Toxinindikator-PDA-Film bereitgestellt, der, in Abwesenheit des
Toxins, eine zweite Farbe aufweist, die ausreichend Konstrast mit
dem Strichcode bereitstellt, um zu ermöglichen, dass der Strichcode Licht
von einem Strichcodelesegerät
reflektiert, um das Ergebnis des Strichcodes bereitzustellen (z.
B. Preis- und Lagerinformation). Bei der Aussetzung des Substrats
an dasToxin, geht der PDA-Film in eine dritte Farbe über, die
im Wesentlichen das Ergebnis des Strichcodes verändert. In einem Ausführungsbeispiel
verhindert die dritte Farbe die Dekodierung des Strichcodes, um
die Mitteilung "Null" oder "Error" zu erzeugen, wie
oben beschrieben. Dies kann auf zahlreiche Weisen erreicht werden.
Zum Beispiel, und ohne Beschränkung,
durch die Anbringung eines dünnen
Films der PDA über
das gesamte Substrat. Alternativ kann die PDA über einen kleineren Bereich
des Substrates angebracht werden, der ausreichend ist, um die Dekodierung
des Strichcodes zu verhindern. Die PDA kann sogar in einem Muster
angebracht werden, wie z. B. einer piktographischen Warnung (z.
B. eines Totenkopfes mit gekreuzten Knochen) oder einer Warnung
in Textform (z. B. "NICHT
FÜR DEN
VERZEHR GEEIGNET").
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
wird die PDA in der Form eines zweiten Strichcodes angebracht, und
ein Filter (gezeigt in 3 bei 320)
wird bereitgestellt, um die Anwesenheit eines zweiten Strichcodes
zu verbergen, bis die Reaktion des PDA mit dem Toxin stattfindet.
Bei einer Reaktion mit dem Toxin ändert die PDA die Farbe um
ausreichend Kontrast durch den Schirm bereitzustellen, um zu ermöglichen,
dass der zweite Strichcode zusammen mit dem ersten Strichcode decodiert
wird. In einem Beispiel, dargestellt in 4A und 4B,
kann der zweite Strichcode dem ersten Strichcode Information hinzufügen. Wie
bei 400 in 4A gezeigt,
wird bei 402 ein gedruckter Strichcode bereitgestellt,
wobei bei 404 ein nicht dekodierbare PDA-Strichcode bereitgestellt
wird. Bei Aussetzung an das Toxin verändert jedoch der PDA-Strichcode 404 die Farbe,
um dekodierbar zu werden (siehe 4B).
In einem zweiten Beispiel kann der zweite Strichcode Information
bereitstellen, die sich von derjenigen Information unterscheidet,
die vom ersten Strichcode bereitgestellt wird. Beispiele einer derartigen
Information umfassen, aber sind nicht beschränkt auf, die Identität des Toxins
sowie die Identität
des Ursprungspunktes des Behälters.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Toxindetektor der Erfindung in einer Hub-and-Spoke-Konfiguration formatiert,
wie bei 500 in 5A und 5B gezeigt. Ein Beispiel
eines Hub-and-Spoke-Detektors umfaßt einen zentralen Abschnitt 502.
Rechtwinklige Abschnitte, wie in 504 und 506 gezeigt,
erstrecken sich vom zentralen Abschnitt 502 strahlenförmig nach
außen.
Jeder der sich erstreckenden Abschnitte endet in einem distalen
Abschnitt, wie bei 508 und 510 gezeigt. In einem
Ausführungsbeispiel
umfaßt
jeder der rechtwinkligen und distalen Abschnitte eine PDA, die so
konfiguriert ist, um auf ein bestimmtes Toxin zu antworten, und
der zentrale Abschnitt 502 ist so konfiguriert, um auf
jedes Toxin zu antworten, das von einem der rechtwinkligen und distalen
Abschnitte nachgewiesen werden kann. Somit gibt es, wie in 5A gezeigt, in einem "ruhigen" Zustand (d. h. in
einem Zustand, in dem kein Toxin nachgewiesen wurde), im Wesentlichen
keinen Konstrast zwischen einem der Elemente des Detektors. Beim
Nachweis eines Toxins verändert
jedoch der zentrale Abschnitt, ebenso wie diejenige Kombination
aus rechtwinkligem und distalem Abschnitt, die für das Toxin spezifisch ist,
die Farbe (gezeigt bei 502', 506' und 508'), wodurch sie
ein Konstrastmuster bereitstellen, so wie es in 5B gezeigt wird. Somit kann ein Benutzer
vor der Anwesenheit eines Toxins, ebenso wie der Identität des Toxins
durch das Rufscheinen einer verschiedenen Farbe/eines verschiedenen
räumlichen
Musters gewarnt werden. Ein derartiges Muster kann auch elektronisch
festgestellt werden, z. B. durch die Verwendung eines modifizierten
Kontrast empfindlichen Scanners.
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Alternativ kann der zentrale Abschnitt 502 eine
beständige
Farbe aufweisen, die dazu entworfen ist, um den Blick des Benutzers
auf den Detektor zu ziehen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass
der Benutzer den Status des Toxindetektors betrachtet. Alternativ
kann der zentrale Abschnitt weggelassen werden. Bei noch einer anderen
Alternative kann der Detektor eine Reihe von bogenförmigen Bereichen
aufweisen, die angeordent sind, um einen Kreis zu bilden. Das Auftreten
einer Farbveränderung
in einem oder in mehreren bogenförmigen
Bereichen signalisiert die Anwesenheit und die Identität eines
Toxins. In noch weiteren Ausführungsbeispielen
können
die Detektorbereiche auf anderen Formen, wie z. B. rechtwinkligen
Streifen, gebildet sein. Noch weitere Anordnungen können für den Fachmann
offensichtlich sein.
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Die oben beschriebene Hub-and-Spoke-Konfiguration
kann auf Verpackungen angewandt und damit verwendet werden, die
für das
Strichcode-Ausführungsbeispiel
beschrieben wurden. Außerdem
können
beide Konfigurationen mit anderen Verpackungen verwendet werden,
wie z. B. Flaschen (Glas oder Plastik, gefärbt oder farblos), Plastikbehältern, darin
eingeschlossen Obst- und Fruchtbehälter ebenso wie auf Polymeren
basierende Behälter
wie z. B. Styropor oder Papieroder andere auf Fasern basierende
Behälter
wie z. B. Eierkartons. Darüberhinaus
kann der Toxindetektor der Erfindung innerhalb von Behältersiegeln,
wie z. B. Flaschenkappen verwendet werden. Somit können die
Toxindetektoren der Erfindung verwendet werden, um die Anwesenheit
von Krankheitserregern in Lebensmitteln wie z. B. Milch, Saft, Joghurt,
Fleisch, Fisch, Früchten (z.
B. Kopfsalat, Alf alfasprossen, Radieschen) und Obst (z. B. Erdbeeren,
Trauben, Melonen) nachzuweisen. Insbesondere werden die Toxindetektoren
der Erfindung für
die Feststellung von Krankheitserregern in Lebensmitteln aus Umgebungen,
in denen Mist zur Düngung
verwendet wird, für
nützlich
erachtet werden.
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In einem vierten Ausführungsbeispiel
ist der Toxindetektor eine PDA, die in Form von Blasen bereitgestellt
wird. Die Bildung von PDA-Blasen kann unter Verwendung von bekannten
Verfahren und Materialien erzielt werden (Charyen, Cheng et al.,
1966). Die Farbe der Blase ist eine Funktion aus der chemischen
Struktur der PDA: somit kann die Blase "abgestimmt" werden, um verschiedene Tönungen bereitzustellen,
darin eingeschlossen blau, purpurrot, orange und rot (Okada, Peng
et al., 1998). Die Blasen können
unter Verwendung von bekannten Verfahren an das Substrat gebunden
werden, um den Hintergrund und die Strichcodes bereitzustellen,
die oben beschrieben werden. Durch die Auswahl der geeigneten PDA-Struktur
unter Verwendung geeigneter Verfahren und Materialien kann die Farbe,
die vom Toxindetektor PDA bereitgestellt wird, ausgewählt werden,
um die Detektorfunktion zu optimieren. Alternativ können die
Blasen im Sammler angebracht werden, entweder an eine oder mehrere
Flächen
davon gebunden oder frei. Im letzteren Ausführungsbeispiel kann eine halb
durchlässige
Membrane verwendet werden, um die nicht gebundenen Blasen im Sammler
zurückzuhalten,
den Zustrom von Toxin jedoch zu ermöglichen. Noch weitere Anordnungen
sind für
die Fachleute offensichtlich.
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Außerdem können die hier beschriebenen
Detektoren mehr als eine Toxinverunreinigung enthalten. Zum Beispiel
kann eine PDA auf E. Coli zielen, eine andere auf Salmonella und
eine dritte auf Cholera. Die PDAs können so aufgebaut sein, um
verschiedene Farben bereitzustellen und unter Verwendung der oben
beschriebenen Prinzipien können
sie so spezifische Warnungen und Identifizierungen von zahlreichen
Toxinen unter Verwendung eines einzigen Detektors bereitstellen
(z. B. unter Verwendung mehrerer Schirme). Außerdem steht die Intensität der Farbveränderung
im Allgemeinen in Verbindung mit der Konzentration (oder der Menge)
des Toxins. Somit kann der Detektor der vorliegenden Erfindung auch
eine Anzeige des Grades der Verunreinigung bereitstellen, die im
Behälter
vorhanden ist.
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Die Verwendung des Verunreiniugngsdetektors
der Erfindung wird bei 600 in 6 dargestellt. Dort wird ein Behälter 602 in
die Nähe
eines Strichcodelesegerätes 604 gebracht,
um das Scannen des Strichcodes gemäß der vorliegenden Erfindung
zu ermöglichen,
wie hier durch die Beispiele beschrieben. Signale vom Strichcodelesegerät 604 werden
an einen Prozessor 606 zur Verarbeitung und zum Dekodieren
geschickt. Die Information vom Prozessor 606 wird an die
Datenbank 608 und die Anzeige 610 geschickt. Beim
Scannen und Decorideren signalisiert jeder Fehler – entweder
die Unmöglichkeit,
den Strichcode zu dekodieren oder die Vergrößerung des Strichcodes – dem Betreiber,
dass eine weitere Inspektion der Verpackung erforderlich ist. Die Anwesenheit
einer Farbveränderung
dient dazu, das Feststellen eines Toxins in der Packung zu bestätigen. Die
Verpackung kann dann zur Entsorgung oder zur weiteren Analyse beiseite
gelegt werden. Die Verfahren und Materialien zur Ausführung dieser
Funktionen sind für
einen Elektronik- und Computerfachmann offensichtlich.
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Im Allgemeinen hängt das Scannen und Decodieren
eines Strichcodes zumindestens teilweise von der Feststelleung des
Kontrastes zwischen den Linien des Strichcodes gegenüber der
Hintergrundfarbe ab. Somit stellt ein größerer Kontrast eine größere Zuverlässigkeit
der Decodierung bereit. Dennoch werden die Biotest- und Elektronikfachleute
zu schätzen
wissen, dass durch die Manipulation verschiedener Parameter unter
Vewendung gut bekannter Verfahren und Materialien ausreichend Kontrast
erzielt werden kann. Zum Beispiel kann die Konzentration der PDA
(entweder in Form eines dünnen
Films oder einer Blase) verändert werden,
um ausreichend Kontrast bereitzustellen. Alternativ können andere
Pigmentierungswirkstoffe verwendet werden, um jede Hintergrundfarbe,
die von der PDA bereitgestellt wird, "aufzuhellen". Diese Techniken können alleine oder in Verbindung
mit de Signalverarbeitung (z. B. Grundlinienverschiebung) verwendet
werden, um ein genaues uns schnelles Scannen und Decodieren des
Strichcodes unter den Bedingungen zu ermöglichen, die von der Verbindung
Strichcode – Toxindetektor
bereitgestellt werden.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel
stellt die vorliegende Erfindung Verfahren, Zusammensetzungen zum
Nachweis von Toxinen bereit, in denen eine oder mehrere der oben
beschriebenen Toxin-Nachweis-PDAs in einem Aerosol verbunden werden,
das in eine Luftmenge und/oder auf eine Oberfläche gesprüht wird, die ein oder mehrere
Toxine enthalten kann. Die Bildung eines derartigen Ausführungsbeispieles
kann unter Verwendung von bekannten Verfahren und Materialien durchgeführt werden.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel
kann dazu verwendet werden, um durch die Luft verbreitete Toxine
festzustellen, und insbesodnere durch die Luft verbreitete Krankheitserreger
wie z. B. Anthrax. Man wird jedoch verstehen, dass eine derartige
Aerosol-Nachweis-Ausführung
dazu verwendet werden kann, um jede Substanz nachzuweisen, die unter
Verwendung eines Antikörpers
wie z. B. gewisser Chemikalien identifiziert werden kann. Somit
ist zu erkannen, dass die vorliegende Erfindung Anwendungen auf
den Gebieten der chemischen/biologischen Kriegsverteidigung und
des Nachweises von chemischen Verseuchungen findet. In einem Ausfuhrungsbeispiel
einer derartigen Anwendung wird eine Aerosolformulierung des Toxindetektors,
umfassend eine oder mehrere der oben beschriebenen Blasen, in einer
Konzentration in eine Luftmenge gesprüht, die ausreichend ist, um
eine nachweisbare gefärbte
Suspension der luftübertragenen
Blasen bereitzustellen. Eine Farbveränderung oder eine Farbe, die
die Erkennung eines Toxins in der Suspension anzeigt, weist auf
die Anwesenheit von luftüberrragenen
Toxinen hin. Durch die Bestimmung der Konzentration der Blasen und
der Farbintensität
als einer Funktion der Konzentration kann eine Schätzung bezüglich der
Konzentration des in der Luftmenge vorhandenen Toxins bereitgestellt
werden. Außerdem
können
Mischungen von Blasen, die für
verschiedene Toxine spezifisch sind und verschiedene Toxin-Nachweis-Farben
aufweisen, dazu verwendet werden, um die Identifizierung von zahlreichen
Toxinen in einer einzigen Aerosolanwendung bereitzustellen.
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Alternativ kann das Aerosol auf die
Fläche
gesprüht
werden, von der angenommen wird, dass die ein oder mehrere Toxine
verbirgt. Dies wird vervollständigt
durch die Verwendung einer Blase oder einer Polymerlösung, wie
hier beschrieben, die auf die Fläche
gesprüht,
gemalt oder anderweitig aufgetragen wird. Verfahren und Materialien
zur Herstellung oder zum Aufbringen derartiger Lösungen sind für die Fachleute
offensichtlich. Eine Farbveränderung
oder die Anwedenheit einer Farbe, die auf die Erkennung eines Toxins
hinweist, zwigt die Anwesenheit eines Toxins an. Die Kenntnis der
Konzentration der Lösung
und der Farbintensität
als eine Funktion der Toxinkonzentration stellt einen quantitativen
Hinweis auf den Grad der Verunreiniung bereit. Die Lösung kann
durch Abwaschen entfernt werden. In der Tat wird man verstehen,
dass das Entfernen der Lösung
auch als ein Indikator der vollständigen Entfernung des Toxins
von der Fläche
dient. Derartige Lösungen können auf
Flächen
wie z. B. Lebensmittelzubereitungsflächen, Waschraumflächen, Flächen von ärztlichen Untersuchungsräumen, Flächen von
Laboratorien ebenso wie Oberflächen
von Fleisch, Geflügel
und Fisch verwendet werden. Die Lösung kann abgewaschen werden,
nachdem die Anwesenheit oder die Abwesenheit von Vereinreinigungen
festgestellt ist. In der Tat wird man verstehen, dass das Entfernen
der Lösung
auch als ein Indikator der vollständigen Entfernung des Toxins
von der Fläche
dient. Außerdem
können
Mischungen von Blasen, die für
verschiedene Toxine spezifisch sind und verschiedene Toxin-Nachweis-Farben aufweisen, dazu
verwendet werden, um die Identifizierung von zahlreichen Toxinen
in einer einzigen Anwendung bereitzustellen. Bei noch einer weiteren
Alternative können
die Toxin-Nachweis-Blasen oder Polymermaterialien, die hier beschrieben
werden, mit einem Reinigungsmittel verbunden werden, so dass der
Toxinnachweis durchgeführt
werden kann, wenn das Reinigungsmittel auf die Oberfläche angebracht
wird. Eine derartige Verbindung macht die Notwendigkeit getrennter
Nachweis- und Reinigungsvorgänge
deutlich. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Blase
oder eine Polymerlösung,
wie hier beschrieben, auf die Oberfläche von Körnern oder geschroteten Lebensmitteln
wie z. B. Tierfutter gesprüht,
gemalt oder sonstwie aufgetragen, um Toxine oder andere Krankheitserreger
(z. B. Aflatoxin) festzustellen. Alternativ können derartige Lösungen auf
die Oberflächen
von Obst oder Gemüse
aufgetragen werden, um Toxine oder chemische Verunreinigungen wie
z. B. Pestizidrückstände festzustellen.
Man wird verstehen, dass durch die Kontrolle der Konzentration von Nachweismitteln
und Materialien Nachweisgrenzen zumindest annähernd festgelegt werden können, so
dass Verunreinigungen, die in Konzentrationen über der festgelegten Grenze
vorhanden sind, festgestellt werden können.
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In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
werden die Toxin nachweisenden PDAs und Blasen der Erfindung direkt
auf das innere des Lebensmittelbehälters aufgebracht. Zum Beispiel
können
die oben beschriebenen PDAs auf jede Innenfläche aufgetragen werden, die
mit dem Lebensmittel oder der Feuchtigkeit, die vom Lebensmittel
wie z. B. Fleisch- oder Geflügelflüssigkeiten
abgegeben wird, in Kontakt tritt. In einem Ausführungsbeispiel werden die PDAs
als Polymere oder Blasen auf die Innenfläche 210 des Tabletts 102 (siehe 2) aufgetragen. Der Nachweis
einer Farbveränderung
zeigt die Anwesenheit eines Toxins an. Alternativ können die
PDA-Polmere oder Blasen auf die Fläche eines Anzeigeeinsatzes
angewandt werden, der sich innerhalb des Lebensmittelbehälters befindet
und so angeordnet ist, um mit den Lebensmitteln oder den Substanzen,
die vom Lebensmittel abgegeben werden, in Kontakt zu treten. In
einer weiteren Alternative können die
Toxin nachweisenden Materialien, die hier beschrieben werden, direkt
auf der Oberfläche
des Verpackungsmaterials befestigt oder direkt darin eingeschlossen
werden, um den Nachweis bereitzustellen. Zum Beispiel können die
Toxin nachweisenden Materielien, die hier beschrieben werden, in
einem Bereich oder im Wesentlichen in der gesamten Innenfläche der
Verpackungsabdeckung, dem Tablett 102 von 1,
eingeschlossen werden, um im Wesentlichen einen ununterborchenen
Nachweiskontakt mit dem Lebensmittel oder den Flüssigkeiten davon bereitzustellen.
Mischungen von Blasen, die für
verschiedene Toxine spezifisch sind und verschiedene Toxin-Nachweis-Farben
aufweisen, können
auf die Oberfläche
angebracht werden, um eine Identifizierung von zahlreichen Toxinen
bereitzustellen.
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In einer anderen Hinsicht können die
Toxin nachweisenden Materialien, die hier beschrieben werden, dazu
verwendet werden, um die relative Reinheit von Flüssigkeiten
wie z. B. Wasser zu bestimmen. Unter Bezugnahme auf 7 bei 700 umfaßt ein erster
Behälter 702 eine
Flüssigkeit 704 (z.
B. Wasser) von fraglicher Reinheit. Die Flüssigkeit aus Tank 702 wird
auf eine Reinigungsvorrichtung 706 übertragen, die einen Reinigungsmechanismus
oder ein Reinigungsmaterial 708 und einen Toxin- oder Verunreinigungsdetektor
aufweist, der die Toxin nachweisenden Materialien umfaßt, die
hier beschrieben werden. In einem Ausführungsbeispiel umfaßt der Detektor 709 Toxin
nachweisende Materialien in einem Sol-Gel-Matrix-Format, wie es im Stand der Technik
beschrieben wird (Charyach, Sasaki et al., 1999). Die gereinigte
Flüssigkeit 712 wird
in einem zweiten Behälter 710 gelagert.
Alternativ oder zusätzlich
zu diesem Ausführungsbeispiel
können
die Toxin nachweisenden Materialien in einem oder in beiden der
Behälter 702 und 710 enthalten
sein, indem sie einen getrennten Detektor aufweisen, der die Toxin nachweisenden
Materialien umfaßt,
die hier beschrieben werden, oder wobei die Materialien, aus denen
einer oder beide Behälter
gebildet sind, die Toxin nachweisenden Naterialien, wie oben beschrieben,
umfassen können.
Man wird weiter verstehen, dass die Materialien, aus denen die Reinigungsvorrichtung 706 gebildet
ist, auch die Toxin nachweisenden Mateialien, wie oben beschrieben,
enthalten können.
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Außerdem können die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele,
die die Identifizierung von Krankeheitserregern oder Verunreinigungen
bereitstellen können,
in Verbindung mit der Reinigungsvorrichtung verwendet werden, die
unter Bezugnahme auf 7 beschrieben
wird. Zum Beispiel kann der Detektor 709 in einem Strichcode-
oder "Rad"-Format angeordent
werden, wie oben beschrieben, so dass der nachgewiesene Krankheitserreger
visuell oder mit Hilfe einer Scanvorrichtung identifiziert werden
kann. Derartige Ausführungsbeispiele
umfassen diejenigen, für
die ein Filter oder ein farbiges Material eingeschlossen ist, so
dass der Strichcode- doer der Radabschnitt sichtbar wird oder sich
beim Erkennen eines Krankheitserregers feststellbar fststellbar
verändert.
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Somit wird erkannt werden, dass die
vorliegende Erfindung einen einfachen, verlässlichen Verunreinigungsdetektor
bereitstellt, der für
die Massenproduktion geeignet ist. Bei Verwendung des Toxin-Verunreinigungs-Detektors
der Erfindung können
Verbraucher, Vertreiber und Hersteller Verunreinigungen in verpackten Lebensmitteln
und an anderen Orten vor ihrem Verzehr oder der Zuführung an
ihre Zwecke feststellen; wodurch die Anzahl von Krankheits- und
Todesfällen
in Verbindung mit dem Verzehr von verunreinigten Lebensmitteln oder
dem Aussetzen an Toxine verringert wird.
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Obwohl gewisse Ausführungsbeispiele
und Beispiele dazu verwendet wurden, um die vorliegende Erfindug
zu beschreiben, wird aus dem Vorhergehenden zu erkennen sein, dass
verscheidenen andere farbige Polymere, die ihre Farbe in Antwort
auf Ligantenbindungen ändern
können,
für die
vorliegende Erfindung verwendet werden können, und dass alle Liganten,
die dazu in der Lage sind, ein Toxin zu binden, in Verbindung mit
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Außerdem werden Fachleute zu
schätzen
wissen, dass der Toxindetektor der Erfindung zahlreiche Anwendungen
findet und für
den Nachweis von Toxinen unter Bedingungen verwendet werden kann,
die sich von denjenigen unterscheiden, die hier beschrieben werden. Zum
Beispiel kann der Toxindetektor dazu verwendet werden, um das Vorhandensien
von Toxinen in Arzneien, Blutprodukten und medizinischen Proben
festzustellen.
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5 Bibliographie:
-
Die folgenden Bezugnahmen werden
hier durch vollständigen
Hinweis und für
alle Zwecke aufgenommen.
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