AT511739B1 - Behältereinheit für eine im wesentlichen flüssige probe - Google Patents

Abstract

Behältereinheit (1) für eine im wesentlichen flüssige Probe zum Aufkonzentrieren von in der Probe enthaltenen Partikeln, umfassend einen Becher (2) zur Aufnahme der Probe, einen Filter (6) zum Trennen zumindest eines Teils der Probe von den Partikeln sowie mit einem mit dem Filter (6) verbundenen Stempel zum Bewegen des Filters (6) durch die Probe hindurch, wobei der Stempel als flüssigkeitsdicht in den Becher (2) eingesetzter und beweglicher Hohlstempel (4) ausgebildet ist, an dessen Stempelfront (5) der Filter (6) angeordnet ist, und die Behältereinheit (1) an der Basis des Bechers (2) eine Öffnung (8) zur Entnahme zumindest eines Teils der Probe oder mindestens ein Beobachtungsfenster (29) zur optischen Auswertung der Probe aufweist.

Description

8stm«ld»5idi«s pitwiamt AT511 739 B1 2013-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Behältereinheit für eine im Wesentlichen flüssige Probe zum Aufkonzentrieren von in der Probe enthaltenen Partikeln, umfassend einen Becher zur Aufnahme der Probe, einen Filter zum Trennen zumindest eines Teils der Probe von den Partikeln sowie mit einem mit dem Filter verbundenen Stempel zum Bewegen des Filters durch die Probe hindurch.

[0002] Im Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Herausfiltern von Partikeln aus Flüssigkeiten durch bewegte Filter bekannt. Beispielsweise werden Filter an einem Stempel angeordnet durch Flüssigkeiten geführt. Wenn sich die Flüssigkeit in einem nach oben offenen Behälter befindet, kann der entsprechende Filter von oben in Richtung der Erdschwerkraft gedrückt werden und dadurch am Boden des Behälters einen Sud mit den aufkonzentrierten Partikeln erzeugen. Oberhalb des heruntergedrückten Filters verbleibt die gefilterte Flüssigkeit. Im Haushalt finden diese Arten von Vorrichtungen als Kaffeezubereitungsmaschinen Verwendung. Nachteilig ist bei diesen Lösungen, dass das Filtrieren an offenen oder teilweise offenen Behältern durchgeführt wird und gehobenen hygienischen Anforderungen, wie sie etwa in der Medizintechnik bestehen, nicht genügt.

[0003] Die DE 10 2008 024 106 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln in und aus Flüssigkeiten. Dabei wird Flüssigkeit mit einem Kolben in den Innenraum einer Probenröhre gezogen. Anschließend wird ein kreisscheibenförmiger Filter mittels eines zweiten Kolbens wieder zurück durch die Flüssigkeit geführt. Der zweite Kolben wird koaxial und gleitverschieblich im ersten Kolben gelagert. Die Flüssigkeit hinter dem Filter weist weniger bis keine der vorbestimmten Partikel auf, die Flüssigkeit vor dem Filter wird dagegen mit Partikeln aufkonzentriert. Nachteilig ist bei dieser Lehre, dass zwei Kolben ineinander flüssigkeitsdicht und doch beweglich gehalten werden und dass ferner der erste Kolben und die Filterscheibe dicht an der Innenwandung der Röhre abschließen müssen. Dies erzeugt das Problem der Dichtheit sowie der Kontaminationsfreiheit für die Umgebung und wirkt sich negativ auf die Einfachheit der Konstruktion und die Bedienbarkeit aus.

[0004] Die Erfindung zielt darauf ab, eine Behältereinheit wie eingangs angeführt zu schaffen, welche es erlaubt, Partikel in einer im wesentlichen flüssigen Probe schnell und einfach aufzukonzentrieren und dies ohne Gefahr einer Kontamination der Umgebung mit der Probenflüssigkeit zu tun. Ein weiteres Ziel besteht darin, die Behältereinheit möglichst einfach zu konstruieren.

[0005] Die erfindungsgemäße Behältereinheit erreicht dies dadurch, dass der Stempel als flüssigkeitsdicht in den Becher eingesetzter und beweglicher Hohlstempel ausgebildet ist, an dessen Stempelfront der Filter angeordnet ist, und dass die Behältereinheit an der Basis des Bechers eine Öffnung zur Entnahme zumindest eines Teils der Probe oder mindestens ein Beobachtungsfenster zur optischen Auswertung der Probe aufweist.

[0006] Eine bevorzugte Ausführungsform der Behältereinheit zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlstempel an der der Stempelfront abgewandten Seite ein Ventil zum Entlüften aufweist.

[0007] In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung durch ein Siegel zeitweise flüssigkeitsdicht verschlossen.

[0008] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dem Becher abgewandte Ende des Hohlstempels als Stempel ausgebildet.

[0009] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, dass die Menge der im Becher verbleibenden flüssigen Probe bei eingesenktem Hohlstempel zur gesamten Probenmenge im Verhältnis von etwa 1 zu 20 bis etwa 1 zu 200 steht.

[0010] Weiterhin bevorzugt wird in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Behältereinheit, dass der Hohlstempel einen als Deckel ausgebildeten Ring aufweist, der auf den Becher auf-schnappbar oder aufschraubbar ist. 1/13

Merreöiische pitesSäsnt AT511 739B1 2013-10-15 [0011] Eine bevorzugte Ausführungsform der Behältereinheit zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlstempel mit dem Ring des Deckels über eine Sollbruchstelle verbunden ist.

[0012] In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Behältereinheit an einer der mit der flüssigen Probe Kontakt habenden Stelle eine Menge eines Farbstoffes auf, durch welchen allfällige vorbestimmte Partikel in der flüssigen Probe markierbar sind.

[0013] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält das Ventil Quellpolymere.

[0014] Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, dass der Becher ein Dornelement aufweist, durch welches auslösbar durch die Bewegung des Hohlstempels das Siegel aufbrechbar ist.

[0015] Alternativ dazu ist bevorzugt, dass der Becher ein Dornelement aufweist, durch welches auslösbar durch die Bewegung des Hohlstempels ein Elastomerventil an der Becherbasis reversibel öffenbar ist.

[0016] Weiterhin bevorzugt wird in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Behältereinheit, dass sie in Strömungsrichtung hinter der Öffnung einen als Messkapilare ausgebildeten Messkanal aufweist, der über zumindest ein Beobachtungsfenster verfügt.

[0017] In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Messkanal ein chemisch oder biochemisch präpariertes Substrat, dessen Reaktionen mit der Probe optisch auswertbar sind.

[0018] Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält der Filter und/oder eine Kammer im Deckel des Hohlstempels ein chemisch oder bio-chemisch präpariertes Substrat mit aktivierter Oberfläche, dessen Reaktionen mit der Probe optisch auswertbar sind.

[0019] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch die Behältereinheit, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform der Behältereinheit, Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein Ventil zur Entlüftung des Hohlstempels, und die Fig. 4 und Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch je eine alternative Ausführungsform der Behältereinheit.

[0020] Eine Behältereinheit 1 gemäß Fig. 1 besteht aus einem Becher 2, in welchem sich eine Probenflüssigkeit befindet. Beispielsweise ist es bei medizinischen Testverfahren wichtig zu wissen, ob und in welcher Konzentration sich vorbestimmte Partikel in der Flüssigkeit befinden. Typischerweise sollen einerseits entsprechende Messverfahren unter hygienisch anspruchsvollen Bedingungen erfolgen, anderseits liegt eine sehr geringe Konzentration der Partikel vor. Um schnell und zuverlässig zu messen, werden die Partikel in der Behältereinheit aufkonzentriert, ein Teil der aufkonzentrierten Flüssigkeitsprobe vermessen und anschließend der gemessene hohe Konzentrationswert auf die gesamte Flüssigkeitsprobenmenge heruntergerechnet. Auf eine unter Umständen zeitaufwendige Sedimentation der Partikel ist man nicht mehr angewiesen. Flüssigkeiten für diese Zwecke sind z.B. Körperflüssigkeiten, wie Harn oder Sputum, aber auch Blut und Zellsuspensionen von Geweben. Die erfindungsgemäße Behältereinheit kann zur zoologischen Erkennung von Krebserkrankungen, bei Dopingkontrollen oder zur Zählung von Partikeln und Bakterien in vorteilhafterWeise angewandt werden.

[0021] Auf den Becher 2 ist ein Deckel 3 mittels Verschraubung oder mittels eines Einschnappmechanismus aufgesetzt. Dabei ist ein Hohlstempel 4 an der Öffnung des Bechers 2 angeordnet und schließt diese luft- und flüssigkeitsdicht ab. Dies kann z.B. durch geeignete Gummirippen 4' erfolgen. An einer Stempelfront 5 des Hohlstempels 4 ist ein Filter 6 angeordnet. Der Filter 6 ist ein herkömmliches Filtergewebe einer vorbestimmten Maschengröße oder eine Filtermembran. Der Hohlstempel ist vor der Aufkonzentrierung mit Umgebungsluft gefüllt. Über ein Ventil 7 kann die Luft entweichen, wenn der Hohlstempel 4 in den Becher 2 gesenkt wird. Dadurch gelangt die gefilterte und für das Messverfahren nicht mehr wichtige Probenflüssigkeit in den Hohlstempel 4. Unterhalb des Hohlstempels 4 wird die verbleibende Flüssigkeit mit allfälligen Partikeln aufkonzentriert.

[0022] Typischerweise ist das Volumen des Hohlstempels 4 in Relation zu dem des Bechers 2 2/13 österreichische;! jafsüfeMt AT511 739 B1 2013-10-15 derart bemessen, dass die Probenflüssigkeit um den Faktor von etwa 20 bis etwa 200 aufkonzentriert wird. Ein Beispielwert für das Volumen des Bechers 2 liegt bei etwa 50 ml; ein Beispielwert für das Volumen der verbleibenden Probenflüssigkeitsmenge unterhalb des Hohlstempels 4 nach seinem Absenken liegt bei etwa 2,5 ml.

[0023] Der Hohlstempel 4 wird soweit in Richtung des Pfeils A heruntergedrückt, bis er mechanisch auf dem Boden des Bechers 2 aufsitzt oder durch andere mechanische Elemente, wie etwa Stege oder Verjüngungen des Bechers 2, zum Halten gebracht wird. Die aufkonzentrierte Flüssigkeit kann dann über eine im Bodenbereich des Bechers angeordnete Öffnung 8 entnommen werden.

[0024] Vorteilhafterweise weist die Stempelfront 5 die Form des Becherbodens auf. Dies ist in Fig. 1 gezeigt, wobei es sich beispielsweise um eine Konusform von Boden und Stempelfront 5 handelt.

[0025] Das Ventil 7 für die Entlüftung ist so ausgelegt, dass es automatisch bei Feuchtigkeitsdurchgang schließt. Dadurch wird Flüssigkeit am Austritt beim Umgang mit der Behältereinheit gehindert.

[0026] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Ventils 7 mit Dichtelementen, welches in der Oberseite 19 des Hohlstempels 4 eingesetzt ist. Beim Einschieben des Hohlstempels 4 entweicht vorerst die Restluft durch eine Hohlschraube 10 gegen den Widerstand eines elastischen Silikonschlauchs 11, welcher eine Querbohrung 12 der Hohlschraube 10 abdeckt. Ebenso lässt eine leicht gekrümmte Dichtungsscheibe 13 die Restluft durch eine Bohrung 14 in die freie Umgebung entweichen. Strömt jedoch gefilterte Flüssigkeit durch die Hohlschraube 10 in den Kammerbereich zwischen den beiden Kolbenelementen 15, 16 nach, so drückt ein Schwimmkörper 17 gegen die Dichtscheibe 13 und verschließt die Ventilkammer. Die Kolbenelemente 15, 16 sind mit O-Ringen 16' in der Oberseite 19 dicht schließend eingesetzt und bilden so die Ventilkammer. Gegebenenfalls weiter nachströmende Flüssigkeit erhöht nur noch den Druck in der Kammer auf Dichtscheibe 13 und Silikonschlauch 11, bis die Kammer dadurch versiegelt wird. Ab diesem Zeitpunkt liegt ein rein hydraulisches System der Behältereinheit 1 vor, und es werden auch Zugbewegungen am Hohlstempel 4 möglich, oder in einer alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 2, oszillierende Bewegungen des weiteren Stempels 9, mit denen beispielsweise ein verstopfter Filter 6 freigeräumt werden kann. Alternativ zum Schwimmkörper 17 kann zur Verbesserung der Lageunabhängigkeit die Kammer auch mit einem Polymergranulat gefüllt sein, welches bei Flüssigkeitskontakt rasch aufquillt und damit ebenso gegen Dichtscheibe 13 und Silikonschlauch 11 drückt. Dies eröffnet Möglichkeiten zur Miniaturisierung der automatischen, selbstversiegelnden Entlüftungseinheit.

[0027] Vor der Benutzung können der Deckel 3 und der Hohlstempel 4 über eine Sollbruchstelle miteinander verbunden sein, um ein erstmaliges Anwenden anzuzeigen oder gegebenenfalls nur ein einmaliges Anwenden zu ermöglichen.

[0028] In einer alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 2 kann der Hohlstempel 4 einen weiteren Stempel 9 aufweisen. Dadurch wird es möglich, nach Niederdrücken des Hohlstempels 4 die Probenflüssigkeit forciert aus der Öffnung 8 des Bechers 2 zu drücken. Die Probenflüssigkeit wird dann einem Messgerät 20 zugeführt, was unter Umständen schneller erfolgt, wenn der Anwender über den Stempel 9 durch Absenken in Richtung des Pfeils A nachhilft. In Fig. 2 ist der Stempel 9 in seiner Grundposition gezeigt, wobei er schlicht die Oberseite des Hohlstempels 4 bildet.

[0029] Die Öffnung 8 des Bechers 2 kann weiters mit einem Siegel 21 versiegelt sein, welches verschlossen bleibt, solange die Behältereinheit gefüllt, aufkonzentriert und gegebenenfalls noch mit einem Messgerät 20 verbunden wird. Die aufkonzentrierte Restmenge der Probenflüssigkeit kann abermals verringert werden, z.B. auf wenige Mikroliter (μΙ). Der Hohlstempel 4 kann bis auf den Becherboden gedrückt werden, und eine anschließende Entnahme der Flüssigkeit wird durch das Eindrücken des Stempels 9 in den Hohlstempel 4 ermöglicht. Durch weiteres Absenken des Stempels 9 nach der Messung kann überdies ein Messkanal 22 von einer parti- 3/13 keltragenden Flüssigkeit gereinigt werden, da die nachfließende Flüssigkeit aus dem Hohlstempel 4 stammt und bereits von Partikel befreit ist.

[0030] Die Behältereinheit 1 kann schließlich an einer geeigneten Stelle, etwa an der Innenwand des Bechers 2 oder an der Innenwand des Hohlstempels 4, einen geeignet gelagerten Farbstoff 23 und andere Agenzien und Biomarker aufweisen, die sich beispielsweise bei Berührung mit Feuchtigkeit in der Probenflüssigkeit verteilen, von den zu vermessenden Partikeln aufgenommen werden und anschließend die Zählung oder anderweitige Vermessung der Partikel nach dem Aufkonzentrieren ermöglichen bzw. erleichtern. Eine Versiegelung von Filter 6 und Entlüftungsbohrung 14 des Ventils 7 mittels abziehbaren Schutzfolien können das Eindringen von Luftfeuchtigkeit sowie eine Kontamination der im Hohlstempel 4 eingelagerten Farbstoffe 23 während der Lagerzeit der Behältereinheit 1 bis zu ihrem Einsatz verhindern.

[0031] Bei einer Ausführungsform wird der Hohlstempel 4 soweit in den befüllten Becher 2 gesenkt, dass die gesamte Luft aus dem Hohlstempel 4 gewichen ist und das Ventil 7 aufgrund von Feuchtigkeitskontakt schließt. Weiter kann sich der Hohlstempel 4 in diesem Zustand nicht in den flüssigkeitsdichten Becher 2 bewegen. Es verbleibt dabei eine aufkonzentrierte Restmenge der Probenflüssigkeit im Becher 2 außerhalb des Hohlstempels 4, z.B. 2,5 ml. Anschließend wird das Siegel 21 an der Öffnung 8 des Bechers geöffnet, so dass nun durch weiteren Druck auf den Hohlstempel 4 die aufkonzentrierte Restmenge einem allfälligen Messverfahren außerhalb des Bechers 2 zugeführt werden kann. Vorteilhaft ist, dass die Restmenge der Probenflüssigkeit sehr klein gewählt werden und dadurch abermals eine Kontamination oder Verunreinigung der Umgebung verhindert oder stark verringert werden kann.

[0032] Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Möglichkeit, für ein Sedimentationsverfahren je nach Partikelbeschaffenheit aus einer größeren Bandbreite an Flussraten durch den Messkanal 22 eine optimale Einstellung wählen zu können, wobei auch bei sehr langsamen Einstellungen die Dauer des gesamten Analyseprozesses durch das massiv reduzierte Probenvolumen erheblich verkürzt werden kann. Dennoch erfahren Flüssigkeitsproben mit biologischen Zellen eine im Vergleich zu Zytozentrifugen schonende Manipulation des Zellmaterials.

[0033] Weitere Ausführungsformen mit einem einfacheren oder mit einem komplexen Aufbau sind wie folgt möglich.

[0034] System ohne Entlüftung: In dieser einfachsten Aufbauvariante kann nach Absenken des Hohlstempels 4 die komprimierte Luft dazu genutzt werden, die Flüssigkeitsprobe über Öffnen des Siegels 21, die aufkonzentrierte Flüssigkeitsprobe in ein angeschlossenes Messsystem 20 einzuspritzen. Einströmgeschwindigkeiten sind hier jedoch stark zeitabhängig, vom anfänglichen Füllstand des Bechers 2 abhängig und nur durch zusätzliche Regelungsmaßnahmen beeinflussbar.

[0035] Automatische, unidirektional sperrende Entlüftung, z.B. Nadelventil mit Schwimmkörper, Schwimmerkugel oder diffusionsoffene, aber flüssigkeitsdichte Kunststoffmembran, Hi-Tec-Gewebe: In einer bevorzugten Variante kann die nach außen wirksame Entlüftung bei geschlossenem Siegel 21 und kurzzeitigem Hochziehen des Hohlstempels 4 Luft wieder in den Stempelhohlraum zurückströmen lassen. Dabei fließt gefilterte Probenflüssigkeit durch den Filter 6 abwärts in Richtung Gefäßbasis zurück. Dies ermöglicht im Rückwärtsbetrieb ein Freispülen der Filterfront und bewirkt eine geringfügige Verdünnung und ein Durchmischen bzw. Verwirbeln der aufkonzentrierten Probe durch Bewegung der flexiblen Filtermembran. Unterstützend kann eine Schwingungsanregung der Membran mittels Ultraschall erfolgen und/oder durch Mischperlen (z.B. Glaskugeln, nicht gezeigt), die im Hohlstempel an der Filterrückseite aufliegen und strömungsbedingt durch pulsartige Kolbenstoße in Bewegung versetzt werden und so durch ihr Eigengewicht den Filterkuchen an der gegenüberliegenden Membranseite mechanisch lösen.

[0036] Bidirektionale, selbstversiegelnde Entlüftung: In dieser weiteren bevorzugten Variante kann das System ebenfalls durch eine spezielle Anordnung von zwei Ventilen entlüftet werden. Sobald die Flüssigkeit die Kammer des Ventils 7 benetzt bzw. füllt, schließt der Schwimmkörper isterreidiiscises AT511 739B1 2013-10-15 17 oder ein durch Flüssigkeitskontakt rasch quellendes Polymer-Granulat (nicht gezeigt) im Inneren der Ventilkammer das Ventil 7. Ein Wiedereintritt von Luft durch Hubbewegungen des Hohlstempels 4 ist damit irreversibel unterbunden. Dadurch können Hubbewegungen nach Öffnen des Siegels 21 dazu genutzt werden, die ausgeleitete aufkonzentrierte Probenflüssigkeit zumindest teilweise wieder in den Becher 2 zurückzusaugen. Ebenso kann eine Reinigungsflüssigkeit durch den Ausgang eines an der Gefäßbasis angeschlossenen Messgeräts 20 von außen in Richtung Behältereinheit 1 eingesaugt werden, wodurch dieser Ausgang vor Entnahme dieser Funktionseinheit aus einer Gerätemechanik durch Spülung gereinigt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, durch Zug-Schub-Zyklen des Hohlstempels 4 verstopfte Kanäle in einem flüssigkeitsdicht angeschlossenen Messgerät 20 frei zu spülen.

[0037] Kontaminationssicherung: Durch verschiedene Maßnahmen, wie z.B. einer mäanderförmigen Verlängerung von Vorlauf- bzw. Nachlaufstrecke des Entlüftungsbereichs sowie der Oberflächenbehandlung der Kanalwände (Erhöhung des Benetzungswinkels bzw. der Oberflächenspannung, insbesondere im Vorlauf, hydrophobe Kanalwände), und dem Einbau eines Filterschwämmchens im Nachlauf kann eine Kontamination durch Austreten selbst von geringsten Flüssigkeitsmengen beim Entlüften verhindert werden. Die Flüssigkeitsprobe verbleibt somit zur Gänze innerhalb des geschlossenen Systems von Behältereinheit 1 und Messgerät 20.

[0038] Der Messkanal 22 kann eingangseitig über einen Partikelfilter (nicht gezeigt) verfügen, sodass anschließend gefilterte Probenflüssigkeit durch ihn strömt. Der Messkanal 22 ab dem Partikelfilter kann als, z.B. mäanderförmige, Messkapillare 28 ausgebildet sein und verfügt über zumindest ein Beobachtungsfenster 27 zur optischen oder fluoreszenzspektroskopischen Auswertung der gefilterten Probe auf Molekülebene (z.B. durch Absorption, Reflexion, Transmission, Streuung). In der Messkapillare 28, vorzugsweise im Bereich des Beobachtungsfensters 27, kann zu diesem Zweck ein (bio)-chemisch präpariertes Substrat (z.B. Bio-Chip-Matrix/ELISA, Farbumschlag an pH-Messstreifen, mittels Interferometer messbare reaktionsabhängige Änderungen der Brechungsindizes aktivierter Oberflächen von Lichtwellenleitern, welche von der Probe umströmt werden) vorhanden sein. Diese Ausführungen gelten sinngemäß auch für die Varianten der Behältereinheit 1, wie sie in den Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt sind.

[0039] Mechanische Anbindung, Antriebe: Je nach Ausführung kann die Funktionseinheit zur Probenaufkonzentrierung durch einen oder mehrere Antriebe gesteuert werden. Allen Varianten liegt jedenfalls das Merkmal zugrunde, in einem ersten Schritt den zu untersuchenden partikularen Anteil einer Flüssigkeitsprobe aufzukonzentrieren, um das interessierende Flüssigkeitsvolumen wesentlich zu reduzieren und danach ein Siegel 21 oder ein (nicht gezeigtes) Ventil an der Basis des Bechers 2 zu öffnen und im Zuge des Filterfreispülens eine Probe mit höchster partikularer Ausbeute der Weiterverarbeitung (z.B. einer spektroskopischen Messzelle) zuzuführen.

[0040] Variante mit einfachem Kolbenantrieb, ohne Stempelentlüftung: In dieser Minimalvariante wird der Hohlstempel 4 durch einen Antrieb bis zu einem Anschlag im Becher 2 abgesenkt. Der Anschlag bestimmt durch seine Bauhöhe das aufkonzentrierte Probenvolumen. Er kann als Distanzring 24 in den leeren Becher 2 eingeschoben werden. Während des Aufkonzentrierens bewegt sich der einfahrende Hohlstempel 4 solange abwärts, bis er auf diesem Distanzring aufsitzt.

[0041] Der Distanzring 24 kann auch gemäß Fig. 2 als Aufhängung für ein mittels elastischen Stegelementen 24' zentral positioniertes nach unten weisendes Dornelement 25 dienen. Dieses Dornelement 25 wird durch die Aufhängung in sicherer Distanz über dem Siegel 21 schwebend gehalten. Erst ein Drücken der Stempelfront 5 gegen das Dornelement 25 führt es aus seiner lokal stabilen angehobenen Position nach unten, wobei das Siegel 21 durchbrochen wird. Die Öffnung 8 an der Becherbasis kann anstatt mit einem Siegel 21 mit einem herkömmlichen Elastomerventil geschlossen sein. Dieses Elastomerventil ist durch das Dornelement 25 reversibel öffenbar.

[0042] In einer bevorzugten Ausführungsform bildet eine Hülse 26 des Dornelements 25 dabei eine Verbindungsröhre zwischen Filter 6 und Öffnung 8 an der Becherbasis, welche als Blende 5/13 östemdc&scfces ρ®ίκηΕδίϊϊί AT511 739 B1 2013-10-15 ein unerwünschtes Abgleiten der gesammelten Partikel in Randzonen der Stempelfront während der Probenentnahme unterdrückt. Die komprimierte Luft spritzt die aufkonzentrierte Probenflüssigkeit in ein gegebenenfalls angeschlossenes Messsystem 20 ein. Die Siegelfolie des Siegels 21 weist vorzugsweise eine geringere spezifische Dichte als die Probenflüssigkeit auf, so dass Fragmente der Folie vorzugsweise aufschwimmen und den fluidischen Pfad nach Siegelbruch freigeben. Parameter, wie das Volumen des Stempelkörpers, der Füllstand des Bechers 2, die Abmessungen von Distanzring 24, Hülse 26 und Dornelement 25, bestimmen die transiente Flussrate nach Siegelbruch. Die Ein-Kolbenvariante erfordert eine genaue Systemabstimmung und Einhaltung des Füllstands.

[0043] Variante mit einem Kolbenantrieb, inklusive automatischer, unidirektional wirkender Stempelentlüftung: In dieser modifizierten Minimalvariante wird beim Absenken des Hohlstempels 4 die Stempelkammer entlüftet. Nach Aufsitzen des Hohlstempels 4 auf dem Ringelement 24 und dem damit verbundenen Siegelbruch wird nun der seinerseits als Stempel 9 ausgebildete Deckel 19 des Hohlstempels 4 nach Überwindung einer Sollbruchstelle (oder z.B. Schnappfederelement) zusätzlich abgesenkt, bis sich das automatische Ventil 7 mit der gefilterten Probenflüssigkeit füllt und abdichtet. In der Folge bestimmt dann die Absenkgeschwindigkeit des Stempels 9 die Flussrate der aufkonzentrierten Probe beim Einleiten in eine angeschlossene Messzelle. Diese Variante erfordert eine besondere Abstimmung (Leichtgängigkeit) der automatischen Entlüftung, da ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen das Siegel 21 an der Basis des Bechers 2 bereits gebrochen ist, während die Entlüftung gegebenenfalls noch nicht abgeschlossen ist. Eine Drucksensorik und -regelung kann die Schwankungsbreite der gewünschten Flussrate minimieren.

[0044] Variante mit zwei Kolbenantrieben: Hierbei können Hohlstempel 4 (bestimmt den Grad der Aufkonzentrierung) und beweglicher als Deckel ausgeführter Stempel 9 der Stempelkammer unabhängig voneinander gesteuert werden, was die Flexibilität der Prozesssteuerung erhöht. Im Falle der bidirektional wirkenden automatisierten Entlüftung mit Selbstversiegelung können durch Zugbewegungen blockierte fluidische Pfade in einem flüssigkeitsdicht angeschlossenen System frei gespült werden.

[0045] Variante mit drei Kolbenantrieben: In dieser weiteren bevorzugten Variante kann nun ein dritter Kolbenantrieb der Becher 2 selbst gezielt gegen ein angeschlossenes Messgerät 20 pressen, wodurch die Haltekraft jener Rastelemente überwunden wird, welche einen zwischen Basis des Bechers 2 und Messsystem 20 befindlichen Dorn auf Distanz hält. Der Becher 2 senkt sich damit auf das angeschlossene Messgerät 20 ab und dessen Dorn durchbricht das Siegel 21. Dieser dritte Antrieb dient also zur Realisierung einer unabhängigen Steuerung des Ventils an der Basis von Becher 2 und Behältereinheit 1.

[0046] Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der Behältereinheit 1, die zum einen ohne Öffnung 8 auskommt, und die zum anderen eine weitere optische Auswertung gestattet. Der Becher 2 weist an seiner Basis ein Fenster 29 auf, durch welches die aufkonzentrierte Probenflüssigkeit nach Absenken des Hohlstempels 4 in Richtung A beobachtbar ist. Die Flüssigkeit gelangt demnach während der Messung nicht nach außen, was die Gefahr der Kontamination oder Verunreinigung der Umgebung minimiert. Weiters wird die gefilterte Flüssigkeit innerhalb des Hohlstempels 4 durch einen Kanal 30 an eine Stelle transportiert, an welcher die Flüssigkeit ebenfalls optisch ausgewertet werden kann. Dies erfolgt über ein weiteres Fenster 31 am Ende des Kanals 30, das sich gemäß Fig. 4 im Bereich des Deckels des Hohlstempels 4 befindet. Eine Auswerteeinrichtung, wie etwa eine Kamera 32, fährt entlang der Richtung B und beobachtet ein chemisch oder biochemisch präpariertes Substrat 34 mit gegebenenfalls aktivierter Oberfläche, das mit der gefilterten Probenflüssigkeit wechselgewirkt hat. Dies kann z.B. durch Farbumschlag geschehen. Das Substrat 34 kann auch im Hohlstempel 4 oder im Becher angeordnet sein.

[0047] In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist der Hohlstempel 4 ein Mittel zur Beobachtung der Rückseite des Filters 6 auf. Dazu wird eine Auswerteeinrichtung, wie etwa eine Kamera 32, innerhalb des Hohlstempels 4 nahe über der Rückseite des Filters 6 durch 6/13

8stm«iö»5idi«s fiäteiitafnt AT511 739 B1 2013-10-15 einen röhrenförmigen Zugang 33 gehalten, wobei die Kamera 32 durch das Fenster 31 sehend die optische Auswertung vornimmt. Der Filter 6 weist ein chemisch oder biochemisch präparierten Filtersubstrat mit gegebenenfalls aktivierter Oberfläche auf. Die Ausführungsformen aus Fig. 4 und Fig. 5 können auch kombiniert werden.

[0048] Es versteht sich, dass die geschilderten Ausführungsbeispiele im Rahmen des Erfindungsgedankens verschiedentlich abwandelbar sind, z.B. hinsichtlich der Mengenangaben, der Eigenschaften des Filtermaterials, sowie der Fläche oder Form des Filters. 7/13

Claims (14)

1. AT511 739 B1 2013-10-15 Patentansprüche 1. Behältereinheit für eine im wesentlichen flüssige Probe zum Aufkonzentrieren von in der Probe enthaltenen Partikeln, umfassend einen Becher zur Aufnahme der Probe, einen Filter zum Trennen zumindest eines Teils der Probe von den Partikeln sowie mit einem mit dem Filter verbundenen Stempel zum Bewegen des Filters durch die Probe hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel als flüssigkeitsdicht in den Becher (2) eingesetzter und beweglicher Hohlstempel (4) ausgebildet ist, an dessen Stempelfront (5) der Filter (6) angeordnet ist, und dass die Behältereinheit (1) an der Basis des Bechers (2) eine Öffnung (8) zur Entnahme zumindest eines Teils der Probe oder mindestens ein Beobachtungsfenster (29) zur optischen Auswertung der Probe aufweist.
2. 2. Behältereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlstempel (4) an der der Stempelfront (5) abgewandten Seite ein Ventil (7) zum Entlüften aufweist.
3. 3. Behältereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) durch ein Siegel (21) zeitweise flüssigkeitsdicht verschlossen ist.
4. 4. Behältereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Becher (2) abgewandte Ende des Hohlstempels (4) als Stempel (9) ausgebildet Ist.
5. 5. Behältereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der im Becher (2) verbleibenden flüssigen Probe bei eingesenktem Hohlstempel (4) zur gesamten Probenmenge im Verhältnis von etwa 1 zu 20 bis etwa 1 zu 200 steht.
6. 6. Behältereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlstempel (4) einen als Deckel (3) ausgebildeten Ring aufweist, der auf den Becher (2) aufschnappbar oder aufschraubbar ist.
7. 7. Behältereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlstempel (4) mit dem Ring des Deckels (3) über eine Sollbruchstelle verbunden ist.
8. 8. Behältereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältereinheit an einer der mit der flüssigen Probe Kontakt habenden Stelle eine Menge eines Farbstoffes (23) aufweist, durch welchen allfällige vorbestimmte Partikel in der flüssigen Probe markierbar sind.
9. 9. Behältereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) Quellpolymere enthält.
10. 10. Behältereinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Becher (2) ein Dornelement (25) aulWeist, durch welches auslösbar durch die Bewegung des Hohlstempels (4) das Siegel (21) aufbrechbar ist.
11. 11. Behältereinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Becher (2) ein Dornelement (25) aufweist, durch welches auslösbar durch die Bewegung des Hohlstempels (4) ein Elastomerventil an der Becherbasis reversibel öffenbar ist.
12. 12. Behältereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Strömungsrichtung hinter der Öffnung (8) einen als Messkapillare ausgebildeten Messkanal (22) aufweist, der über zumindest ein Beobachtungsfenster verfügt.
13. 13. Behältereinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (22) ein chemisch oder biochemisch präpariertes Substrat enthält, dessen Reaktionen mit der Probe optisch auswertbar sind.
14. 14. Behältereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (6) und/oder eine Kammer im Deckel des Hohlstempels (4) ein chemisch oder biochemisch präpariertes Substrat mit aktivierter Oberfläche enthält. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 8/13