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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Sie betrifft außerdem langgestreckte
Hohlkörper
nach den Oberbegriffen der Ansprüche
4 und 6. Schließlich
betrifft sie eine Hohlform nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Stand der Technik
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Für den Ersatz
tierischer und menschlicher Blutgefäße werden gegenwärtig zumeist
Schläuche aus
Polyester oder expandiertem PTFE verwendet. Diese künstlichen
Gefäße haben
als funktionsfähiges Implantat
eine beschränkte
Lebensdauer und bleiben auch bei einem Gefäßdurchmesser größer der
als 5 Millimeter ist nur für
einen Zeitraum von einigen Monaten bis wenigen Jahren offen. Unterhalb
eines Durchmessers von 5 Millimetern kann bisher nur körpereigenes
Material, mit den damit verbundenen Nachteilen, verwendet werden.
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In
WO 01/61026 A1 wird
die Herstellung einer Mikrogefäßprothese
aus mikrobieller Cellulose beschrieben, die einen Innendurchmesser
von 0,8 Millimeter aufweist und in der Arteria Carotis der Ratte
eingesetzt auch nach einem Monat zu keinerlei Thrombenbildung geführt hat.
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Zur
Herstellung dieses Hohlkörpers
wurde eine Glasmatrix bestehend aus einem Glasrohr und einem inneren,
mit O-Ringen fixierten, runden Glasstab, die senkrecht in eine beimpfte
Nährlösung eintaucht
beschrieben. Durch eine erste Öffnung
im unteren Teil kann eine mit Cellulose produzierenden Bakterien
beimpfte Nährlösung in
den Raum zwischen Glasrohr und Glasstab eindringen. Eine weitere
bzw. zweite Öffnung
im oberen Teil schafft eine für die
Kultivierung der Bakterien günstige,
aerobe Atmosphäre,
die zur Abscheidung von Cellulose führt. Der Cellulosehohlkörper wächst symmetrisch
um den Glasstab herum in Richtung der Längsachse des durch die Glasmatrix
geschaffenen hohlzylindrischen Innenraums.
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Es
ist ein Nachteil des bekannten Verfahrens, dass die so erzeugten
Gefäße nur bis
zu einer Länge
von 15 bis 20 Millimeter hergestellt werden können.
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Zum
Stand der Technik gehören
auch Lösungen
zur Schaffung hohler mikrobiologischer Gebilde, vgl.
EP 0 396 344 A2 und
WO 2004/045458 A1 ,
bei denen ein Wachstumsprozess von Cellulose nicht in einer bestimmten
Wachstumsrichtung erfolgt. Jedoch wird bereits in der schon eingangs
referierten
WO 01/61026
A1 hinsichtlich der Lösung
laut der
EP 0 396 344
A2 dargelegt, dass die Formgebung während der Biosynthese unbefriedigend
sei und die innere Oberfläche
meist zu rau sei. Es müsse
mit Thrombenablagerungen selbst im Bereich von 2–3 mm Durchmesser gerechnet
werden, der an sich schon für
Gefäßprothesen
nicht ausreichend klein sei.
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Der Erfindung zugrundeliegendes
Problem
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung eines langgestreckten Hohlkörpers aus Cellulose, einen verbesserten
langgestreckten Hohlkörper
aus Cellulose, und eine verbesserte Hohlform zur Herstellung des
langgestreckten Hohlkörpers
aus Cellulose bereitzustellen.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Zur
Lösung
der Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
langgestreckten Hohlkörpers
aus Cellulose nach Anspruch 1, einen langgestreckten Hohlkörper aus
Cellulose nach Anspruch 4 oder 6 und eine Hohlform nach Anspruch
7.
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Zum
Kern der Erfindung gehört,
dass der der Cellulosehohlkörper
nicht wie beim einleitend referierten Stand der Technik entlang
der Längsachse des
Innenraums, sondern im wesentlichen senkrecht dazu wächst. Dadurch
ist erreichbar, dass der Hohlkörper
nicht mehr in seiner Länge
durch die in Wachstumsrichtung erreichbare Schichthöhe begrenzt
ist.
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Ein
erreichbarer Vorteil der Erfindung ist, dass langgestreckte Cellulosehohlkörper größerer Länge hergestellt
werden können.
Grundsätzlich
ist es denkbar, Cellulosehohlkörper
beliebiger Länge herzustellen.
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Es
ist ein erreichbarer Vorteil der Erfindung, dass der Hohlkörper schneller
hergestellt werden kann.
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Es
ist ein erreichbarer Vorteil der Erfindung, dass langgestreckte
Cellulosehohlkörper
als Implantate für
Lebewesen hergestellt werden können
die eine längere
Implantatlebensdauer haben.
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Es
ist ein erreichbarer Vorteil der Erfindung, dass langgestreckte
Cellulosehohlkörper
als Implantate für
Lebewesen hergestellt werden können,
die weniger vom Körper
des Implantatempfängers
abgestoßen
oder eingekapselt werden.
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Es
ist ein erreichbarer Vorteil der Erfindung, dass langgestreckte
Cellulosehohlkörper
als Gefäßersatz
hergestellt werden können,
die weniger zur Adhäsion
von Thromben neigen.
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Die
erfindungsgemäßen Cellulosehohlkörper können zum
Beispiel als Implantat für
Lebewesen, vorzugsweise Säugetiere,
besonders vorzugsweise Menschen, vorzugsweise zu Gefäßchirurgischen
Anwendungen, besonders vorzugsweise zum Ersatz von Blutgefäßen, zum
Ersatz anderer innerer Hohlorgane oder als Manschette zur Umhüllung von
Nervenfasern eingesetzt werden.
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Aufbau und Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung
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Der
langgestreckte Hohlkörper
ist vorzugsweise rohrförmig,
besonders vorzugsweise mit im Wesentlichen kreisringförmigem Querschnitt.
Andere denkbare Formen sind zum Beispiel eine langgestreckte Hohltonne,
ein langgestreckter Kegelstumpf, ein langgestreckter flaschenförmiger Körper oder
ein langgestreckter Hohlellipsoid. Bevorzugte langgestreckte Hohlkörper sind
rotationssymmetrisch um ihre Längsachse.
Eine wichtige Abweichung davon sind langgestreckten Hohlkörpern mit
Verzweigungen, die mit dem beschriebenen Verfahren ebenfalls herstellbar
sind und die insbesondere bei einer Verwendung als Blutgefäßersatz
sinnvoll sein können.
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Die
langgestreckten Hohlkörper
weisen allgemein Längsseiten
auf, die sich in Richtung der Längsachse
des Hohlkörpers
von einem Ende zum gegenüberliegenden
Ende erstrecken.
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Vorzugsweise
umfasst die Hohlform ein Rohr, das einen mittig positionierten Rundstab
enthält.
Vorzugsweise weist die Hohlform an zwei gegenüberliegenden Längsseiten
je eine Öffnung
oder Öffnungen
auf. Öffnung
oder Öffnungen
erstreckt/en sich vorzugsweise parallel zur Längsachse des Hohlkörpers, besonders
vorzugsweise wenigstens über einen
Teil der Länge
des hohlkörperförmigen Innenraums,
besonders vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Länge. Die Öffnungen
können
von unterschiedlicher Form sein, regulär oder irregulär, z. B.
eine Lochreihe in der Art einer Perforierung. Die Löcher können regelmäßig oder
unregelmäßig angeordnet
sein. Bevorzugt werden jedoch durchgehende Längsspalte. Diese Längsspalte
haben vorzugsweise je nach Rohrdurchmesser eine Breite zwischen 0,2
und 4 Millimetern, besonders bevorzugt 1–2 Millimetern. Bei durchlaufendem
Längsspalt
sind die beiden Teile des Rohres an den Enden vorzugsweise mir dünnen Bändern z.
B. aus Teflon oder O-Ringe zusammengehalten. Der Rundstab wird vorzugsweise
durch passende, d. h. den Raum zwischen Rundstab und Hohlkörperinnenseite
abdichtende, hohlzylinderförmige
Objekte z. B. O-Ringe oder kurze Teflonrohre in seiner Lage gehalten.
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Das
Rohr und der Rundstab sind vorzugsweise säurebeständig, besonders vorzugsweise
aus einem bezüglich
der zur Ausführung
des Verfahrens verwendeten und/oder dabei entstehenden Stoff und Organismen
chemisch inerten Material. Durchsichtige Materialien, z. B. Glas
werden bevorzugt. Besonders bevorzugt sind allgemein inerte Materialien.
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Vorzugsweise
wird zunächst
eine Nährlösung außerhalb
der Hohlform mit dem Cellulose bildenden Organismus beimpft. Die
Cellulose ist vorzugsweise mikrobielle Cellulose. Die z. B. von
dem Bakterium Acetobacter xylinus produzierte Cellulose, ist anfänglich weniger
dicht und von geringerer Festigkeit. Daher wird vorzugsweise erst
abgewartet, bis auf dem Nährmedium
eine ausreichend dichte Schicht von Cellulose abgelagert wurde.
Dies ist in der Regel nach ca. 7–10 Tagen der Fall.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung wird die Hohlform horizontal mit der oder den seitlichen Öffnungen
auf eine wachsende Schicht Cellulose produzierender Bakterien gelegt.
Da das spezifische Gewicht der Cellulose in etwa gleich dem des
Nährmediums
ist, wird die Celluloseschicht vorzugsweise unterstützt, z.
B. durch ein netzförmiges Objekt
aus Teflon oder Glas.
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Der
Hohlkörper
wächst
vorzugsweise in eine Richtung senkrecht zur Längsachse des Innenraums, besonders
vorzugsweise von unten nach oben.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung gelangen die Bakterien durch eine oder mehrere untere Öffnung(en)
in der Hohlform in diese um sie mit Cellulose auszufüllen, wobei
gleichzeitig auf kurzem Weg flüssiges
Medium zur Versorgung der Bakterien an die Cellulose-Oberfläche diffundieren
kann.
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Durch
eine oder mehrere obere(n) Öffnung(en)
in der Hohlform erfolgt eine Versorgung mit Sauerstoff. Sobald Cellulose
durch die obere(n) Öffnung(en)
austritt, kann der Formkörper
geöffnet
und der Cellulose-Hohlkörper
entnommen werden, im Falle einer Hohlform mit einem hohlzylindrischen
Innenraum ist das entstandene Produkt ist ein zylindrischer Hohlkörper.
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Vorzugsweise
wird der Hohlkörper
anschließend
einer Reinigung unterworfen. besonders vorzugsweise werden die noch
in diesem Cellulose-Hohlkörper
vorhandenen Bakterien durch 10-minütiges Kochen in 0,1 N Natronlauge
entfernt.
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Im
Falle der Verwendung des Längsspalt-Typus,
kann der Hohlkörper
an zwei gegenüberliegenden
Seiten Vorsprünge
in Form jeweils eines schmalen Grats, Kamms oder Flügels aufweisen.
Vorzugsweise erstreckt bzw. erstrecken sich die ersten und zweiten
Vorsprünge
bzw. Vorsprungsreihen über
den Großteil
der Länge
des Hohlzylinders, besonders vorzugsweise im Wesentlichen über die
gesamte Länge.
Sie verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse
des Hohlzylinders. Es ist ein erreichbarer Vorteil dieser Ausführung der
Erfindung, dass bei einer Verwendung als Gefäßprothese der Kamm es erleichtert,
die Prothese mit chirurgischen Instrumenten, wie z. B. einer Pinzette,
zu handhaben, ohne dass dadurch die Prothese beschädigt werden
kann. Es ist ein weiterer erreichbarer Vorteil dieser Ausführung der
Erfindung, dass der Kamm als Hilfslinie dienen kann, um eine nachteilige Verdrillung
der Prothese anzuzeigen, besonders, wenn eine Gewebeuntertunnelung
vorgenommen wird.
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Die
Cellulose bildenden Organismen sind vorzugsweise Bakterien, besonders
vorzugsweise Bakterien des Stamms Acetobacter xylinus.
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Für die Kultivierung
von Acetobacter xylinus sind unterschiedliche Nährmedien beschrieben. Ein geeignetes,
häufig
verwendetes Medium ist das im Biochemical Journal 58 von 1954, Seiten
345–352 beschriebene
Medium von Schramm und Hestrin. Der gesamte diesbezügliche Inhalt
des vorgenannten Artikels ist durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung.
Ein Nachteil dieses Mediums kann darin bestehen, das es nicht genau
definiert ist, da es Hefeextrakt und Pepton enthält.
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Für die Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird ein vollsynthetisches Medium bevorzugt, wie
zum Beispiel von Forng et al. in Applied and Environmental Microbiology
von 1989, Band 55, Nummer 5, Seiten 1317–1319 beschrieben. Der gesamte diesbezügliche Inhalt
des vorgenannten Artikels ist durch Verweis Teil der vorliegenden
Offenbarung. Ein Nachteil dieses Mediums kann in dem etwas langsameren
Wachstum der Bakterien bestehen.
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Es
ist auch denkbar, den sogenannten Kombucha-Teepilz zur Ausführung der
Erfindung zu verwenden. Diese Kultur enthält neben Acetobacter xylinus
zahlreiche andere, in Symbiose lebende Organismen wie Hefen und
Bakterien und lässt
sich durch ein Medium, bestehend lediglich aus Schwarztee und Sacharose
(100 Gramm/Liter), unterhalten.
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Kurbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen
mit weiteren Einzelheiten näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Hohlform;
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2:
Eine schematische Querschnittsdarstellung eines noch nicht fertig
gewachsenen langgestreckten Hohlkörpers in der Hohlform mit Angabe der
Wachstumsrichtung;
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3:
Eine schematische Längsschnittsdarstellung
der ersten erfindungsgemäßen Hohlform;
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4:
Eine schematische Querschnittsdarstellung eines Aufbaus zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5;
Eine schematische Längsschnittsdarstellung
einer zweiten erfindungsgemäßen Hohlform;
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6:
Eine schematische Ansicht von oben auf die zweite erfindungsgemäße Hohlform.
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Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen
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Die
in 1 bis 3 dargestellte Hohlform 1 hat
einen Innenraum in Form eines Hohlzylinders mit zwei ringförmigen Enden
und Längsseiten 2 und 3.
Dieser Innenraum wird durch zwei Rohrhälften aus Glas 4, 5,
einen Rundstab 6 aus Glas und zwei O-Ringe 7, 8 gebildet.
Spaltförmige Öffnungen 9, 10, die
zwischen den Rohrhälften über die
gesamte Länge
der Hohlform verlaufen, machen den Innenraum 16 der Hohlform 1 von
außen
zugänglich.
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Wie
in 2 dargestellt, wächst der Cellulosehohlkörper 11 innerhalb
des Innenraums 16 der Hohlform 1 in die allgemeine
durch den Pfeil 12 angegebene Richtung senkrecht zur Längsachse
des Innenraums von einer Längsseite 2 zu
der anderen Längsseite 3.
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Genauer
wächst
die Cellulose zunächst durch
eine Öffnung 13 in
der Hohlform 1 auf der ersten Längsseite 2 in die
Hohlform 1 hinein und dann entlang der Pfeile 14, 15 zur
anderen Längsseite 3. Gleichzeitig
kann über
eine zweite Öffnung 10 ein Luftaustausch
mit der Umgebung der Hohlform 1 stattfinden, insbesondere
um die Organismen mit Sauerstoff zu versorgen. Durch die Öffnungen 9 kann die
Cellulose von außen
die nötigen
Nährstoffe
aus dem Wachstumsmedium zu den Organismen im Inneren der Hohlform
transportieren. Schließlich wächst die
Zellulose in die Öffnung 10 hinein.
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Beispiel 1:
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Wie
in 4 schematisch dargestellt, wird ein steriles Gefäß 17 mit
2000 Milliliter Fassungsvermögen
mit 1000 Milliliter einer sterilen Nährlösung 18 bestehend
aus 20 Gramm Glucose, 5 Gramm Hefeextrakt, 5 Gramm Bactopepton,
2,7 Gramm Natriumphosphat und 1,15 Gramm Citronensäure-Monohydrat,
pH 6,0, gefüllt
und mit einer 3 Tage alten Vorkultur aus Acetobacter xylinus (z.
B. Gluconacetobacter xylinus, DSM-No 6513, DSMZ Braunschweig) angeimpft.
Wenn sich nach ca. 7 Tagen eine etwa 3 Millimeter dicke Schicht 19 aus
Cellulose auf der Flüssigkeitsoberfläche gebildet
hat, wird diese durch ein Netz 20 aus Teflon (ePTFE, expandiertes
Polytetrafluorethylen, z. B. Zahnseide GLIDE, W. L. GORE & Associates Inc.)
unterstützt,
das in einem von Stützen 21 aus
Glas getragenen Glasrahmen 22 aufgespannt ist.
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Zwei
Glasrohre (Duran-Glas, Innendurchmesser 6 Millimeter, Wandstärke 1,5
Millimeter, Länge
150 Millimeter) werden in Längsrichtung
so durchsägt,
dass zwei Teile 4, 5 entstehen, die, mit den Schnittflächen aufeinandergelegt
eine Höhe
von ca. 7 Millimetern ergeben. Diese beiden Glasrohrteile 4, 5 werden
dann symmetrisch um einen Glasstab 8 (Duran-Glas, Durchmesser
3 Millimeter, Länge
150 Millimeter) der an beiden Enden mit je einem O-Ring 7, 8 (Innendurchmesser
3 Millimeter, Wandstärke
1,5 Millimeter) aus Gummi (vulkanisierter Kautschuk) bestückt ist,
positioniert und an den Enden mit einem Teflonfaden (Zahnseide GLIDE,
W. L. GORE & Associates
Inc.) befestigt. Die so hergestellte Hohlform 1, die auf
zwei Seiten einen durchgehenden Spalt 9, 10 von
einer Breite von ca. 2 Millimetern aufweist, wird mit einem Spalt 9 nach
unten auf die, mit einem Netz 20 unterstützte Celluloseoberfläche gelegt
und bei 28°C
in einem Brutschrank kultiviert. Die Besiedelung der Hohlform 1 durch
die Bakterien und ihr Ausfüllen
mit Cellulose dauert in der Regel 2 bis 3 Wochen. In dieser Zeit
ist darauf zu achten, dass verbrauchtes bzw. verdunstetes Medium 18 gegebenenfalls
ersetzt wird. Wenn die Hohlform 1 vollständig mit Cellulose
aufgefüllt
ist, kann sie geöffnet
und der entstandene Cellulosehohlkörper entnommen werden. Die
in dem Cellulosehohlkörper
noch vorhandenen Bakterien werden durch 10-minütiges Kochen in 0,1 N NaOH
abgetötet
und entfernt.
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Beispiel 2:
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Ca.
20 Gramm Schwarztee (Paul Schrader China „Naturbelassen", No. 0400126) werden
mit ca. 2 Liter kochendem Wasser übergossen und für 15 Minuten
stehen gelassen. Anschließend
werden darin 200 Gramm Saccharose (Südzucker) aufgelöst. Nach
dem Abkühlen
wird der Tee in ein Kulturgefäß 17 mit
ca. 4000 Milliliter Fassungsvermögen
(Länge 40
Zentimeter, Höhe
10 Zentimeter, Breite 10 Zentimeter) gefüllt. Einer Vorkultur Kombucha „Teepilz" (z. B. Vukovits
International, 91522 Ansbach) wird eine Scheibe von einem Durchmesser
von ca. 10 Zentimetern und einer Stärke von ca. 15 Millimetern
entnommen und zusammen mit ca. 500 Milliliter Vorkulturmedium in
das Kulturgefäß 17 eingebracht
und bei 28°C
kultiviert. Nach etwa 7 Tagen ist auf der Flüssigkeitsoberfläche eine
Celluloseschicht 19 von ca. 3 Millimetern Dicke entstanden,
die mit einem Netz 20 aus ePTFE-Fäden (Zahnseide GLIDE, W. L.
GORE & Associates
Inc.) das in einem von Stützen 21 aus Glas
getragenen Glasrahmen 22 ausgespannt ist, unterstützt wird.
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Wie
in 5 und 6 dargestellt, wird ein Glasrohr 23 (Duran-Glas,
Innendurchmesser 6 Millimeter, Wandstärke 2 Millimeter,
Länge 300
Millimeter) radial unter der Bildung von Schlitzen 24 so
angesägt,
dass die Rohrwand gerade durchbrochen wird und eine rundliche Öffnung 25 von
einem Radius von 2 bis 3 Millimetern entsteht. Dieser Vorgang wird in
einer Linie in Längsrichtung
im Abständen
von 4 bis 5 Millimetern wiederholt, sodass eine perforierungsähnliche
Lochreihe entsteht. Auf der gegenüberliegenden Seite wird mit
dem gleichen Verfahren ebenfalls eine Lochreihe erstellt. In die
Mitte dieses beidseitig perforierten Rohres wird ein Glasstab 6 (Duran-Glas,
Durchmesser 3 Millimeter, Länge
300 Millimeter) durch O-Ringe 7, 8 (Innendurchmesser
3 Millimeter, Wandstärke
1,5 Millimeter) aus Gummi (vulkanisierter Kautschuk) an den Enden
fixiert. Die so hergestellte Hohlform 1 wird mit einer
Lochreihe nach unten auf die, mit einem Netz 20 unterstützte, Celluloseoberfläche gelegt
und bei 28°C
so lange kultiviert, bis die Hohlform 1 vollständig mit
Cellulose gefüllt
ist. Während
dieser Zeit muss darauf geachtet werden, dass verbrauchtes bzw.
verdunstetes Medium 18 ersetzt wird (z. B. aus der Vorkultur).
Die Entnahme des entstandenen Cellulosehohlkörpers geschieht durch vorsichtiges
Herausschieben, wobei gleichzeitig die dünnen Verbindungen an den Perforationen
durch die scharfen Glaskanten abgeschnitten werden und wodurch ein
Hohlzylinder ohne Grat entsteht. Die darin noch vorhandenen Bakterien
werden durch 10-minütiges Kochen
in 0,1 N NaOH abgetötet
und entfernt.