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Die
vorliegende Erfindung betrifft System zur Probenahme sowie eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Probenaufarbeitung.
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Bei
analytischen Untersuchungen, bei denen lediglich geringe Probenmengen
erforderlich sind und das zu beprobende Material von eher flüssiger Konsistenz
ist, werden für
Probenahmen meist Tupfer verwendet. Diese bestehen aus einem Stiel
und einem an dem distalen Ende des Stiels angebrachten Kopf, mit
dem die Probe aufgenommen werden kann. Als Material für den Kopf
kann beispielsweise ein Wattebausch (Tampon) verwendet werden.
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Bei
Probenahmen ist generell darauf zu achten, dass keine Verunreinigungen
in das aufgenommene Probenmaterial eingebracht werden, die das Analyseergebnis
verfälschen
könnten.
Somit ist insbesondere bei der Aufnahme biologischer Proben sicherzustellen,
dass vor, während
und nach der Probennahme sterile Bedingungen herrschen und somit eine
Kontamination mit biologischem Fremdmaterial ausgeschlossen ist.
Aus diesem Grund bestehen entsprechende Probenahmesysteme oft aus
einem Tupfer und einem verschließbaren Behälter in dem der Tupfer vor
und nach der Probennahme steril aufbewahrt ist.
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Entsprechende
Behälter
mit Tupfer für
biologische Materialien sind beispielsweise in der
DE 10 2007 006 505 B3 beschrieben.
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Um
eine Verunreinigung der aufgenommenen Probe durch biologisches Material
von der die Probenahme durchführenden
Person zu vermeiden, wird nach der Aufnahme der Probe entweder nur
ein distaler Abschnitt oder der Kopf des Tupfers in den Behälter gegeben.
Alternativ ist bei einigen Probenahmesystemen der Tupfer fest mit
dem Deckel des Behälters
verbunden, so dass bei der Probenahme der Tupfer nicht in Kontakt
mit der die Probenahme durchführenden
Person kommt und somit einer Kontamination vorgebeugt wird.
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Für die meisten
analytischen Untersuchungsmethoden ist es notwendig, dass die Probe
in eine flüssige
Phase überführt wird.
Für eine
diesbezügliche
Probenaufbereitung wird eine geeignete Elutionsflüssigkeit
in den Behälter
mit dem darin befindlichen Tupfer eingebracht und dadurch zumindest ein
Teil der Probe von dem Kopf des Tupfers in die flüssige Phase überführt. Die
flüssige
Phase mit darin gelöster
oder suspendierter Probe wird dann mittels einer geeigneten Vorrichtung
wie einer Pipettenspitze, Spritze oder Kanüle abgezogen und der weiteren Analyse
zugeführt.
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Die
Genauigkeit einer analytischen Untersuchung hängt in der Regel von der absoluten
Menge an vorhandener Probe bzw. der Konzentration der Probe in der
flüssigen
Phase ab. Somit ist es bedeutend, dass nicht mehr als die zur Ablösung der
Probe notwendige Menge an Elutionsflüssigkeit in den Behälter eingebracht
und ein möglichst
großer
Anteil daraus wieder abgesaugt wird.
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Viele
der analytischen Standarduntersuchungen wie beispielsweise die Bestimmung
eines genetischen Fingerabdrucks (DNA-Profil) werden automatisiert
durchgeführt.
Dies umfasst auch den oben beschriebenen Schritt der Probenaufbereitung. Bei
der automatisierten Absaugung der flüssigen Phase aus dem Behälter tritt
das Problem auf, dass der darin befindliche Tupfer oder distale
Endabschnitt oder Kopf des Tupfers, der sich zusammen mit der flüssigen Phase
im unteren Bereich des Behälters befindet,
das Absaugen behindert.
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So
besteht die Gefahr, dass beim Einführen von beispielsweise einer
Pipettenspitze diese auf den Tupfer trifft wodurch zum einen der
Vorgang der Einführung
mechanisch blockiert wird, was eine Beschädigung der Pipettenspitze verursachen
kann, und zum anderen die Öffnung
der Pipettenspitze derart abdeckt wird, dass eine Absaugung erschwert oder
verhindert wird. Um dies zu Vermeiden kann die Pipettenspitze nicht
bis zum Boden des Behälters eingeführt werden.
Dies hat wiederum zur Folge, dass nur ein begrenzter Teil der flüssigen Phase
aus dem Behälter
abgezogen werden kann und somit die Genauigkeit und Nachweisgrenzen
nachfolgender analytischer Untersuchungen nicht optimal ausgenutzt
werden können.
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In
der
US 2004/0235196
A1 ist ein biochemisches Analyseverfahren beschrieben,
bei denen Biomoleküle
auf Magnetpartikeln adsorbiert werden, um diese einfacher mit anderen
in Lösung
befindlichen Biomolekülen
umsetzen und danach einfacher aufreinigen zu können. Durch die Verwendung
der magnetischen Teilchen als Träger
lassen sich die darauf adsorbierten Biomoleküle einfacher handhaben, da sie
je nach Notwendigkeit an einem gewünschten Ort durch Einsatz eines
Magneten fixiert werden können.
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Der
aus der
WO 2008/048
300 A2 bekannte ”Nasal
Swab” nach
der
62 zeigt einen Tupfer, bei dem
zwar der Griffteil und der Kopf des Tupfers durch Abschneiden voneinander
getrennt werden, der Kopf jedoch kein magnetisches oder magnetisierbares Material
auf aufweist. Der Tupfer nach
188 weist demgegenüber zwar
eine magnetische Spitze auf, ist jedoch nicht so ausgestaltet, dass
ein distaler Abschnitt des Tupfers, der den Kopf umfasst, abtrennbar
ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System zur
Probenahme, eine Vorrichtung zur Probenaufbereitung und ein Verfahren
zur Probenaufbereitung zur Verfügung
zu stellen, die bei dem automatisiert durchgeführten Probenaufbereitungsschritt
der Überführung einer
mittels eines Tupfers aufgenommene Probe in eine flüssige Phase eine
möglichst
optimale Ausnutzung der Probenmenge sicherstellen.
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Vorrichtungstechnisch
wird dies erreicht durch ein aus dem Tupfer und einem Behälter bestehenden
System gemäß den Ansprüchen 1 und
einer Vorrichtung zur Probenaufarbeitung gemäß Anspruch 8. Verfahrenstechnisch
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zur Probenaufarbeitung gemäß Anspruch 11.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin,
die Anziehungskraft zwischen einem Magneten und einem magnetischen Material
zu nutzen, um den Tupfer während
des Absaugvorgangs der Elutionsflüssigkeit so an der Wand des
Behälters
zu fixieren, dass die zur Absaugung eingeführte Pipettenspitze ungehindert
bis zum Boden des Behälters
eingeführt
werden kann und somit ein möglichst
großer
Teil der flüssigen
Phase abgesaugt und einer nachfolgenden analytischen Untersuchung
zugeführt
werden kann.
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Unter
dem Begriff eines ”magnetischen
oder magnetisierbaren Materials”,
wie er in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ist daher jegliches Material
zu verstehen, dass entweder selbst ein Magnet ist, d. h. ein Permanentmagnet,
oder das unter Einwirkung eines Magnetfeldes, das von einem Permanentmagneten
oder einem Elektromagneten erzeugt wird, magnetisiert wird und dadurch
die gewünschte
Anziehungskraft zwischen dem magnetischen oder magnetisierbaren
Material des Tupfers und dem Magneten entsteht.
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Als
einfachstes Beispiel für
ein magnetisches oder magnetisierbares Material kann metallisches
Eisen genannt werden, das ferromagnetisch ist und bei dem sich die
magnetischen Momente der Weißschen
Bereiche unter Einwirkung eines Magnetfeldes parallel zu dem Magnetfeld
ausrichten und das Material dadurch magnetisiert wird.
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Weist
der Tupfer ein magnetisierbares Material wie metallisches Eisen
auf, so kann er mittels eines von Außen an die Wand des Behälters gehaltenen
Permament- oder Elektromagneten an der Innenwand des Behälters fixiert
werden. Weist der erfindungsgemäße Tupfer
ein magnetisches Material auf, d. h. einen Permanentmagneten, so
kann zur Fixierung des Tupfers an der Innenwand entweder ein Permament-
oder Elektromagnet oder aber auch ein magnetisierbares Material
wie Eisen verwendet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Stiel des Tupfers so ausgebildet ist, dass ein distaler
Abschnitt mit dem daran befindlichen Kopf abtrennbar ist und das
magnetische oder magnetisierbare Material sich an dem abtrennbaren
distalen Abschnitt befindet. Dadurch wird ermöglicht, dass nach der Aufnahme
der Probe nur ein den Kopf umfassender distaler Abschnitt des Tupfers
in den Behälter verbracht
werden kann und somit einer Verunreinigung durch den Anwender, der
bei der Probenahme in Kontakt mit dem proximalen Teil des Tupferstiels kommt,
vorgebeugt wird.
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Die
Abtrennbarkeit kann beispielsweise durch eine Sollbruchstelle realisiert
werden, die so ausgestaltet ist, dass der Stiel an dieser Sollbruchstelle
bricht, wenn der Kopf des Tupfers nach der Probenahme in den Behälter eingeführt und
seitlich gegen die Innenwand gedrückt wird.
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Der
Tupfer kann auch so ausgebildet sein, dass nur der Kopf vom Stiel
abtrennbar ist und das magnetische oder magnetisierbare Material
sich an oder in dem abtrennbaren Kopf befindet. Dies kann beispielsweise
dadurch realisiert werden, dass der Kopf so auf den Stiel aufgesteckt
ist, dass er nach der Probenahme leicht abgestreift werden kann.
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Dabei
muss das magnetische oder magnetisierbare Material natürlich bei
dem abtrennbaren Kopf verbleiben.
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Das
magnetische oder magnetisierbare Material kann entweder außen auf
dem Tupfer oder dem abtrennbaren distalen Abschnitt des Tupfers
angeordnet sein oder kann sich im Inneren des Stiels oder des Kopfes
befinden. Es ist auch möglich,
dass ein Teil des Tupfers aus dem magnetischen oder magnetisierbaren
Material hergestellt ist.
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Um
Wechselwirkungen mit der Elutionsflüssigkeit oder der aufgenommenen
Probe zu vermeiden, ist das magnetische oder magnetisierbare Material
vorzugsweise so an dem Tupfer vorgesehen, dass es nicht in Kontakt
mit der aufgenommenen Probe oder der Elutionsflüssigkeit kommen kann. Beispielsweise
kann das magnetische oder magnetisierbare Material von einer inerten
Kunststoffumhüllung
umgeben sein.
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Wie
bereits oben erwähnt,
kann als das magnetische oder magnetisierbare Material metallisches
Eisen verwendet werden. Alternativ können auch geeignete Eisenlegierungen
verwendet werden, die unter Einwirkung eines Magneten die gewünschte Anziehungskraft
aufzeigen.
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In
einer speziellen Ausführungsform
ist am proximalen Ende des Stiels eine Verschlusskappe angebracht,
mit der ein Behälter,
in den der Tupfer nach der Probenahme verbracht wird, verschließbar ist.
Dies gestattet eine kontaminationsfreie Anwendung, da der Anwender
bei der Probenahme nur mit den Außenoberflächen der Verschlusskappe in
Kontakt kommt und somit kein Fremdmaterial in den Behälter mit
der Probe eingebracht werden kann.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der Tupfer vorzugsweise so gestaltet, dass ein distaler Abschnitt mit
dem daran befindlichen Kopf oder der Kopf alleine abtrennbar ist,
wobei der abtrennbare Teil das magnetische oder magnetisierbare
Material umfasst.
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Die
Verschlusskappe kann ferner über
ein geeignete Membran (Septum) verfügen, die einerseits einen ausreichend
dichten und sterilen Verschluss bereitstellt und andererseits zum
Zuführen und
Absaugen der Elutionsflüssigkeit
während
der Probeaufarbeitung von der dazu verwendeten Pipettenspitze durchstoßen werden
kann. Vorzugsweise ist die Membran so ausgestaltet, dass die Dichtigkeit des
Verschlusses auch nach einem Einstechen und anschließendem Herausziehen
einer Pipettenspitze erhalten bleibt.
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Die
Membran der Verschlusskappe kann auch eine semipermeable Membran
sein, die die Eigenschaft aufweist, dass sie im Behälter enthaltene Feuchtigkeit
nach Außen
passieren lässt
aber einen Zugang von die Probe verunreinigenden oder sonstigen
unerwünschten
Substanzen von Außen
verhindert. Durch eine derartige semipermeable Membran kann eine
Trocknung einer feuchten Probe während ihrer
Lagerung im Inneren des Behälters
erreicht und somit einem Abbau durch beispielsweise Schimmelbildung
vorgebeugt werden. Diese Technologie wird ausführlich in der
DE 10 2007 006 505 B3 beschrieben
auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Mit
dem oben beschriebenen Tupfer zur Probenahme ist es auf einfache
Weise möglich,
während des
Absaugens der Elutionsflüssigkeit
den Tupfer oder Kopf davon an der Innenwand des Behälters zu fixieren
und somit ein ungehindertes Absaugen sicherzustellen. Dazu wird
vor dem Einführen
der Pipettenspitze zum Absaugen dem Behälter von Außen ein Magnet so weit angenähert, dass
der sich im Inneren des Behälters
befindliche Tupfer oder Kopf davon, der das magnetische oder magnetisierbare Material
aufweist, so zu einer Behälterinnenwand
hin bewegt und dort fixiert wird, dass der nachfolgende Absaugvorgang
nicht beeinträchtigt
wird. Damit dieser Effekt bei bestehenden automatisierten Probenaufbereitungsvorrichtungen
genutzt werden kann, muss lediglich an geeigneter Stelle ein ausreichend starker
Permanentmagnet oder Elektromagnet vorgesehen werden. Bei der Verwendung
eines Elektromagneten, kann die für die Fixierung notwendige
Anziehungskraft zum einen so gesteuert werden, dass diese nur zu
vorbestimmten Zeitpunkten aktiviert wird, und kann ferner die Anziehungskraft
auch in ihrer Stärke
variiert und damit an verschiedene Tupfer mit unterschiedlichen
magnetischen oder magnetisierbaren Materialien angepasst werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen System
zur Probenahme kann die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende
Idee auch bei herkömmlichen
Probenaufbereitungsvorrichtungen verwendet werden, ohne dass diese
dafür angepasst
werden müssen.
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Dazu
besteht das erfindungsgemäße System
aus einem wie oben beschriebenen Tupfer und einem zugehörigen Behälter zur
Aufnahme des Tupfers oder eines distalen Abschnitts davon, wobei
der Behälter
einen Permanentmagneten aufweist.
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Der
Permanentmagnet ist dabei derart angeordnet, dass der Tupfers oder
ein distaler Abschnitt davon innen an einer Wand des Behälters fixiert
werden kann.
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Der
Permanentmagnet ist so an dem Behälter angeordnet, dass der Tupfers
oder ein distaler Abschnitt davon derart an der Innenwand des Behälters fixierbar
ist, dass der Kopf des Tupfers mit der darauf befindlichen Probe
im Behälter
mit der Elutionsflüssigkeit
in Kontakt gebracht und die Elutionsflüssigkeit ohne Behinderung wieder
abgesaugt werden kann.
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Der
Permanentmagnet kann so an dem Behälter angeordnet sein, dass
er von diesem abtrennbar ist oder untrennbar mit der Wand des Behälters verbunden
ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen System
bestehend aus dem oben beschriebenen Tupfer mit magnetischem oder
magnetisierbarem Material und einem Behälter mit Permanentmagnet, kann
die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee bei jeder Art
von Probenaufbereitungsvorrichtung angewendet werden. Nach dem Einbringen
des Tupfers mit der Probe, wird dieser durch die Magnetwirkung an
der Innenwand des Behälters
fixiert. Dadurch kann die während
des Aufarbeitungsschrittes zugeführte
Elutionsflüssigkeit
nach der Aufnahme der Probe ohne Behinderung und in ausreichendem Maße wieder
abgesaugt werden. Dazu ist der Permanentmagnet so an dem Behälter angeordnet,
dass der Kopf des Tupfers mit der darauf befindlichen Probe nach
dem Zuführen
der Elutionsflüssigkeit
in ausreichendem Maße
in Kontakt mit der Elutionsflüssigkeit
kommen kann.
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Wird
der oben beschriebene erfindungsgemäße Tupfer mit herkömmlichen
Behältern
verwendet ist für
eine automatisierte Probenaufbereitung eine geeignet angepasste
Vorrichtung notwendig. Eine derartige Vorrichtung zur Probenaufarbeitung
ist in Anspruch 8 definiert.
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Der
Magnet der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann entweder ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein. Die
Vorteile eines Elektromagneten wurden bereits oben genannt.
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Der
Magnet ist vorzugsweise hinsichtlich seiner Position verstellbar
angeordnet, so dass eine Anpassung an verschiedene Probenahmesysteme und/oder
Behältergrößen möglich ist.
Der Magnet kann auch Teil der Halteeinrichtung sein, so dass beim
Einstellen des Behälters
mit darin befindlichem Tupfer in die Halteeinrichtung der Tupfer
automatisch fixiert wird. Wird dazu ein Elektromagnet verwendet, kann
der Zeitpunkt und die Zeitdauer des Fixierens geeignet gesteuert
und dem Ablauf der Probenaufbereitung angepasst werden.
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Bestandteil
der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Probenaufarbeitung
nach Anspruch 11, mit dem eine mittels des oben genannten Tupfers
genommene Probe in eine Flüssigkeit überführt wird.
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Unter
dem Begriff ”Elutionsflüssigkeit” wie er in
der vorliegenden Erfindung verwendet wird sind jegliche Flüssigkeiten
gemeint, die den Übergang von
zumindest einem Teil der aufgenommenen Probe in die flüssige Phase
bewirken. Somit sind Flüssigkeiten
umfasst, die die Probe zumindest teilweise auflösen, ablösen oder auch aufschließen.
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Der
Magnet, mit dem die Fixierung des Tupfers bewirkt wird, kann sowohl
außerhalb
des Behälters
angeordnet sein als auch Bestandteil des Behälter sein, wie bei dem oben
beschriebenen erfindungsgemäßen System
aus Tupfer und Behälter.
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In
einer speziellen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird als der distale Abschnitt des Tupfers nur der Kopf des Tupfers
verwendet und befindet sich das magnetische oder magnetisierbare
Material an oder in dem Kopf.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann als der Magnet entweder ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet
verwendet werden.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zur Fixierung des Tupfers oder eines distalen Abschnitts davon
vor dem Absaugen dem Behälter
von Außen
der Magnet so weit angenähert,
dass der sich im Inneren des Behälters
befindliche Tupfer oder distale Abschnitt davon, der das magnetische
oder magnetisierbare Material aufweist, so zu einer Behälterinnenwand
hin bewegt und dort fixiert wird, dass der nachfolgende Absaugvorgang
nicht beeinträchtigt wird.
Alternativ kann auch ein bereits an der geeigneten Position befindliche
Elektromagnet vor dem Absaugen durch Anlegen einer ausreichenden Spannung
aktiviert werden. Vorzugsweise bleibt der Elektromagnet während des
gesamten Absaugvorgangs aktiv und damit der Tupfer oder distale
Abschnitt davon an der Behälterinnenwand
fixiert.
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Bei
der Verwendung eines Elektromagneten kann ferner die Anziehungskraft
auch in ihrer Stärke variiert
und damit an verschiedene Tupfer mit unterschiedlichen magnetischen
oder magnetisierbaren Materialien angepasst werden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund
der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen.
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Es
zeigt:
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1a und 1b einen
Tupfer zur Probenahme nach dem Stand der Technik, und
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2a und 2b einen
Tupfer zur Probenahme gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 1a ist
ein Tupfer zur Probenahme nach dem Stand der Technik, bestehend
aus einem Stiel (4) und einem Kopf (5) abgebildet.
Der Tupfer ist in einem Behälter
(1) mit schraubbarer Verschlusskappe (2) aufbewahrt,
wobei die Verschlusskappe (2) eine Membran (Septum) (3)
aufweist, durch die mittels einer Pipettenspitze eine Elutionsflüssigkeit
eingebracht und wieder abgesaugt werden kann.
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In 1b ist
eine alternative Anordnung abgebildet, bei der in dem Behälter (1)
nur der Kopf (5) eines Tupfers aufbewahrt ist.
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Die 1a und 1b zeigen
somit den Zustand nach einer Probenahme und vor der Aufbereitung
der Probe zur Durchführung
einer analytischen Untersuchung.
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In 2a ist
ein Tupfer gemäß der vorliegenden
Erfindung abgebildet. Dieser umfasst einen Stiel (14) und
einen Kopf (15) der zur Aufnahme der Probe dient. Der erfindungsgemäße Tupfer
weist ferner im Inneren des Stiels (14) einen Eisenkern
(16) auf. Der Tupfer befindet sich in einem Behälter (11),
der mit einer schraubbaren Verschlusskappe (12) verschlossen
ist, wobei die Verschlusskappe (12) eine Membran (Septum)
(13) aufweist, durch die mittels einer Pipettenspitze eine
Elutionsflüssigkeit
eingebracht und wieder abgesaugt werden kann. In dem Behälter (11) befindet
sich ferner eine Elutionsflüssigkeit
(17), die in einer solchen Menge zugegeben wurde, dass
der Kopf (15) des Tupfers vollständig in der Flüssigkeit eingetaucht
ist.
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2a zeigt
somit den Zustand nach der Probenahme und nach der Zugabe der Elutionsflüssigkeit
zur Überführung der
aufgenommenen Probe in eine flüssige
Phase. Der abgebildete Tupfer kann auch nur der distale Abschnitt
eines erfindungsgemäßen Tupfers
sein, der nach der Probenahme abgetrennt wurde. Würde bei
der in 2a gezeigten Anordnung nun eine
Pipettenspitze eingeführt
werden, um die Elutionsflüssigkeit
wieder abzusaugen, dann bestände
die Gefahr, dass die Pipettenspitze auf den Tupfer trifft, wodurch
zum einen die eingeführte
Pipettenspitze beschädigt
werden könnte
oder deren Öffnung
so abgedeckt werden könnte,
dass die Absaugung erschwert oder unmöglich wäre.
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2b zeigt
den Zustand während
der Absaugung der Elutionsflüssigkeit
bei Verwendung eines Tupfers. Damit eine Behinderung der Absaugung vermieden
wird, wurde vor dem Einführen
der Pipettenspitze (19) an der Außenwand des Behälters (11) ein
Magnet (18) angeordnet. Dieser hat den Tupfer mit dem Eisenkern
(16) angezogen und an der Behälterinnenwand so fixiert, dass
die Pipettenspitze (19) ungehindert eingeführt werden
konnte. Die Pipettenspitze (19) konnte ferner so weit in
den nach unten spitz zulaufenden Boden des Behälters (11) eingeführt werden,
dass dadurch nahezu die gesamte Elutionsflüssigkeit abgezogen werden kann.
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Die 2a und 2b demonstrieren
somit nicht nur die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Tupfers
sondern auch des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Probenaufbereitung.
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Der
in 2b aufgezeigte Magnet (18) kann sowohl
ein Permanentmagnet als auch ein Elektromagnet sein.
