DE10226731A1

DE10226731A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Online-Detektion biologischer Kontaminanten und deren Reste

Info

Publication number: DE10226731A1
Application number: DE2002126731
Authority: DE
Original assignee: BIOTECHNOLOGIE 3000 GmbH
Current assignee: BIOTECHNOLOGIE 3000 GmbH
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Detektion von biologischen Kontaminationen in flüssigen Medien durch eine Kollektor-Detektor-Kombination beschrieben, bei der das Medium durch die erfindungsgemäße Anordnung von einer oder mehreren Kollektorplatten und einer optischen Messeinrichtung geführt wird. Die zu untersuchenden Keime werden selektiv an den Kollektorflächen gebunden. Die Messung erfolgt als Absorptions-, Transmissions-, Reflexions- oder Fluoreszenzmessung. Durch eine Referenzmesszelle wird das Hintergrundsignal unterdrückt.

Description

Biologische Keime oder deren Reste in wässrigen Medien stellen eine ernsthafte Gesundheitsbedrohung dar. Beispiele dafür sind regionale Legionellenepidemien, Salmonellenvergiftungen oder das Vorkommen von Pseudomonas aeruginosa im Trinkwasser. Auch wirtschaftlicher Schaden wird durch diese Keime ausgelöst. So wird beispielsweise Bier durch das Vorkommen von Lactobacillus brevis verdorben.
Diese Beispiele zeigen, dass das Vorhandensein einer Kontamination in den jeweiligen wässrigen Medien oft erst erkannt wird, wenn es bereits zu spät ist. Traditionelle Testverfahren dauern 3 bis 9 Tage, neuere Ansätze, z.B. aus der Molekularbiologie benötigen eine Arbeitszeit von mindestens 4 Stunden. Mit beiden Ansätzen ist eine kontinuierliche Überwachung von Prozessen oder Medien zu nur mit sehr hohem Aufwand und Zeitverzug zu realisieren.
Um eine schnelle Aussage über das Vorhandensein, die Art und die Konzentration von biologischen Keimen oder deren Resten zu erhalten, wurde ein Gerät entwickelt, welches aus dem Medienstrom repräsentative Proben entnimmt und analysiert. Durch dieses Verfahren ist eine quasi-Online-Analytik möglich.
Zu diesem Zweck wird aus dem stehenden oder fließenden Medium kontinuierlich eine Teilmenge entnommen und durch zwei Messzellen gepumpt. In diesen Durchflusskammern befinden sich Platten aus lichtdurchlässigem Material, auf deren Oberfläche die jeweils zu beobachtenden Keime selektiv gebunden werden. Dies geschieht durch eine spezielle Beschichtung der Platten (Kollektoren), zum Beispiel mit immobilisierten monoklonalen Antikörpern. Eine weitere Möglichkeit ist ein Imprinting-Verfahren, bei dem in der Oberfläche der Platten Vertiefungen zurückbleiben, die der Größe und Form der Keime entsprechen, die gebunden werden sollen. Zur Verstärkung des Signals ist es möglich, mehrere Platten zu Stapeln innerhalb der Kammer anzuordnen. Erhält man ein ausreichend starkes Signal genügt es, nur die Innenseiten der Ein- und Austrittsfenster der Kammern so auszuführen.
Die Signale entstehen durch die optische Vermessung der Oberflächeneigenschaften der Kollektorplatten. Dazu gehören Transmission, Absorption, Reflexion, sowie Fluoreszenz und Phosphoreszenz. Verwendete werden die Signale, die für die jeweilige Kontamination die aussagekräftigsten Werte liefern.
Um das Hintergrundsignal so gering wie möglich zu halten, nutzt das Gerät eine baugleiche Referenzmesszelle. Der Unterschied besteht hier jedoch darin, dass sich die selektive Bindungskapazität der Oberfläche sich zum Beispiel gegen Keime richtet, die in dem gerade untersuchten Medium keinesfalls vorkommen können. So bleiben die Bindungsstellen hier von den beobachteten Kontaminanten unberührt. Effekte wie die unspezifische Anlagerung anderer Keime bzw. der Markersubstanzen oder die Alterung der Kollektorplatten durch das Ausbluten der Bindungsvermittler, können durch die Steuer- und Auswertetechnik des Verfahrens aus den Betrachtungen herausgerechnet werden.
Fluoreszenzmarker können eingesetzt werden, um das Messsignal zu verstärken. Dazu werden monoklonale Antikörper, die gegen die jeweiligen Kontaminante gerichtet sind, mit einer Fluoreszenzmarkierung gelabelt. Aus einem Vorratsbehälter werden sie in die Mess- und Referenzzelle gegeben um dort die vorhandenen Keime zu markieren. Mit einer Waschlösung werden ungebundene Marker vor der Messung ausgespült. In diesem Fall erfolgt die Messung semikontinuierlich im Abstand weniger Minuten bis Stunden, je nach Art des Rahmenprozesses. Es können auch andere Marker mit signalverstärkender Wirkung an die monoklonalen Antikörper angekoppelt werden.
Des weiteren besteht die Möglichkeit, mehrere Kontaminanten gleichzeitig zu beobachten. Dazu müssen die Kollektorplatten mit einer Mischung der entsprechenden selektiven Bindungsstellen beschichtet werden. Dies kann räumlich voneinander getrennt geschehen, oder als Mischpopulation. Zur Trennung des Signals nach den einzelnen Kontaminanten, werden die zugehörigen Antikörper mit verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffen gelabelt, um so über die Detektion bei unterschiedlichen Wellenlängen des Lichtes eine Aussage über Vorhandensein und Art der jeweiligen Kontaminanten zu erhalten.

Claims

Vorrichtung und Verfahren zur Detektion biologischer Keime oder deren Reste, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem flüssigen Medium vorliegenden Keime oder deren Reste bei der Passage einer oder mehrerer Kollektorplatten selektiv an diesen gebunden und durch ein spektrophotometrisches oder fluoreszenzphotometrisches Verfahren erfasst werden, welches daraufhin beliebige Effektoren auslöst.
Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolle des Mediums innerhalb einer Durchflusskammer erfolgt.
Vorrichtung und Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des Mediums wahlweise kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.
Vorrichtung und Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Bindung der Keime durch die Vermittlung spezieller Proteinkomplexe (monoklonaler Antikörper) erfolgt.
Vorrichtung und Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass keine manuelle Probenahme für die Überwachung nötig ist.
Vorrichtung und Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine parallele Überwachung des Vorkommens verschiedener Keime oder deren Reste möglich ist.
Vorrichtung und Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass flüssige Medien unterschiedlichster Art überwacht werden können.
Vorrichtung und Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Hintergrundsignale eliminiert werden, indem gegen eine baugleiche Referenzzelle gemessen werden kann, welche mit Antikörpern bestückt ist, die gegen nicht im jeweiligen Medium vorkommende Antigene gerichtet sind.
Vorrichtung und Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung des Messsignals Fluoreszenzmarker eingesetzt werden können.