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Reagenzröhrchen für die Bestimmung der Konzentration
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einer in einer Flüssigkeit enthaltenen Untersuchungssubstanz Die Erfindung
betrifft ein Reagenzröhrchen für die Bestimmung der Konzentration einer in einer
Flüssigkeit, z.B. Blutserum, enthaltenen Untersuchungssubstanz, die durch eine Komplexbildung,
z.B. eine Antigen-Antikörper-Komplexbildung, an einen Reaktionspartner anlagerbar
ist, der auf einen in das Reagenzröhrchen eingebrachten Trägerkörper aufgebracht
ist.
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Reagenzröhrchen dieser Art werden, um einen typischen Einsatzfall
näher zu erläutern, im Rahmen des sogenannten RIA (Radio-Immuno-Assay)-Verfahrens
benutzt, das eine radiometrische Bestimmung der Konzentration einer Untersuchungssubstanz,
z.B. der Konzentration eines bestimmten Hormons im Blutserum eines Patienten ermöglicht.
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Im einzelnen wird dabei wie folgt vorgegangen: In das Reagenzröhrchen
wird eine definierte Menge z.B.
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100 pol Serum eingefüllt, das - in unbekannter Konzentration - die
Untersuchungssubstanz enthält.
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Weiter wird eine definierte Menge von beispielsweise 100U1 einer Lösung
zugegeben, die radioaktiv markierte Untersuchungssubstanz enthält. Sodann oder schon
zuvor wird in das Reagenzröhrchen eine Kugel oder ein anderer geeigneter Trägerkörper
eingegeben, der mit einer Substanz beschichtet ist, z.B. Antikörper, die mit der
Untersuchungssubstanz, z.B. einem spezifischen Antigen-Material - einen stabilen
(immobilisierten) Komplex bilden kann, der nach der Komplexbildung an der Kugel
haftet. Die Mengen der an der Kugel haftenden bzw.
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in der Flüssigkeit enthaltenen nicht-markierten und radioaktiv-markierten
Untersuchungssubstanz werden dabei so gewählt, daß die Untersuchungssubstanz und
die entsprechende radioaktiv-markierte Substanz im Überschuß zu dem auf die Kugel
aufgebrachten Komplex-Bildungspartner-Material vorhanden sind, das durch die Komplexbildung
einen Teil der Untersuchungssubstanz und der radioaktiv-markierten Substanz an der
Kugel bindet.
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Der Überschuß an Untersuchungssubstanz und radioaktivmarkierter Substanz
ist erforderlich, damit das Verhältnis der radioaktiv-markierten und der nicht-radioaktiv-markierten
Untersuchungs-Substanzmoleküle, die auf der Kugel gebunden bleiben, dem Konzentrationsverhältnis
der radioaktiv-markierten und der nichtmarkierten Untersuchungs-Substanzmoleküle
in der Flüssigkeit entspricht.
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Nach Ablauf einer Zeitspanne, innerhalb der das Konzentrationsverhältnis
von radioaktiv-markierten und radioaktiv-nicht-markierten Untersuchungs-Substanz-Molekülen
auf der Kugel den durch das Reaktions-spezifische
Reaktionsprodukt
bestimmten Wert erreicht, wird die überschüssige, nicht gebundene Untersuchungssubstanz
und die überschüssige radioaktiv-markierte Substanz entfernt.
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Abschließend wird die von den an der Kugeloberfläche gebildeten Komplexen
ausgehende Radioaktivität, üblicherweise mit Hilfe eines NaJ-Szintillations-Zählers
gemessen, wobei die auf eine bestimmte Zählzeit bezogene Zählrate, die der Anzahl
der durch die Komplexbildung an der Kugel angelagerten radioaktiv-markierten Substanzmoleküle
proportional ist, auch ein Maß für die Konzentration der Untersuchungssubstanz in
der Untersuchungsflüssigkeit ist und um so kleiner ist, je größer die Konzentration
der Untersuchungssubstanz war. Die genaue Konzentration wird derart ermittelt, daß
man unter den gleichen Bedingungen mehrere verschiedene Proben bekannter Konzentration
bestimmt und aus der auf diese Art erhaltenen Standardkurve die gesuchten Konzentrationen
ablesen kann.
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Eine derartige Verwendung der bekannten Reagenzröhrchen und der in
diese einzubringenden Kugeln, die mit dem einen, zur Komplexbildung benötigten Reaktionspartner
beschichtet sind, ist mit zumindest den folgenden Nachteilen behaftet: Das Entfernen
der überschüssigen Flüssigkeit aus dem bzw. einer Mehrzahl gleichzeitig präparierter
Reagenzröhrchen erfordert umständliche Manipulationen; die Mündungsöffnungen der
Reagenzröhrchen, die z.B. in einem Ständer gehalten sind, müssen mit einem Gitter
abgedeckt
werden, damit die Reagenzröhrchen durch Umkippen und Schütteln entleert werden können,
die Kugeln jedoch zurückgehalten werden. Damit vermieden wird, daß Flüssigkeit,
die an dem Gitter haften bleibt, beim Zurückbringen der Röhrchen in ihre Normallage
in die Röhrchen zurücktropfen kann, da diese Flüssigkeit radioaktiv-märkierte Untersuchungs-Substanzmoleküle
enthält, das Ergebnis der radiometrischen Untersuchung verfälscht würde, muß das
Gitter mit absorbierendem Material sorgfältig abgetupft und getrocknet werden.
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Durch einen solchen Reinigungsvorgang entsteht somit zusätzlicher
radioaktiver Abfall - z.B. zum Trocknen des Gitters benutztes Saugpapier - der besondere
Maßnahmen zu seiner Beseitigung erfordert. Auch die nach Abschluß einer Meßreihe
zur Vorbereitung einer weiteren Meßreihe erforderliche Reinigung des Abdeckungsgitters
muß sehr sorgfältig durchgeführt werden und ist daher mit einem erheblichen Zeitaufwand
verknüpft. Der auf diese Manipulationen und Reinigungsvorgänge entfallende Anteil
der insgesamt für eine Meßreihe mit z.B. 20 Röhrchen benötigten Zeit ist erheblich
und kann, da die Radioaktivitätsmessung pro Reagenzröhrchen nur etwa eine Minute
benötigt, ohne weiteres in der Größenordnung der Meßzeit selbst liegen. Es kommt
hinzu, daß trotz sorgfältigen Arbeitens in nicht zu seltenen Fällen Meßfehler hingenommen
werden müssen, weil am Gitter oder am Mündungsrand der Reagenzröhrchen haftende
Flüssigkeitstropfen nicht vollständig entfernt worden waren.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Reagenzröhrchen der eingangs
genannten Art zu schaffen, das bei der Durchführung radiometrischer Bestimmungen
eine bequemere Handhabung ermöglicht, die Entfernung überschüssiger Testflüssigkeit
erleichtert und die Wahrscheinlichkeit verunreinigungsbedingter Meßfehler herabsetzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
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Hiernach ist zwischen dem Boden des Reagenzröhrchens und dessen Mündungsöffnung
mindestens eine Querschnittsverengung vorgesehen, die nach dem Einbringen des Trägerkörpers
in das Röhrchen an diesem angebracht wird.
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Das Entfernen der überschüssigen Flüssigkeit, die die Untersuchungssubstanz
und radioaktiv-markierte, in ihrem chemischen Aufbau nach der Untersuchungssubstanz
entsprechende Test-Substanz enthält, kann auf einfache Weise durch Ausschütten des
Röhrchens erfolgen, wobei der die entstandenen Komplexe (Antigen-Antikörper-Komplexe)
tragende Trägerkörper durch die Querschnittsverengung zuverlässig in dem Röhrchen
zurückgehalten wird, ohne das Abströmen der überschüssigen Flüssigkeit zu behindern.
Es ist mit Sicherheit ausgeschlossen, daß Trägerkörper durch unsachgemäße Manipulationen
verloren gehen können; ein Abdeckgitter, das ansonsten zum Zurückhalten der Trägerkörper
in dem Reagenzröhrchen erforderlich ist, wird nicht benötigt und dementsprechend
entfallenaich eine Vielzahl von Reinigungsvorgängen
und es wird
auch das Entstehen zusätzlichen radioaktivverseuchten Abfallmaterials - z.B. feuchtigkeitsabsorbierenden
Papiers - vermieden, das ansonsten besondere Entsorgungsmaßnahmen erfordern würde.
Es kommt hinzu, daß die Bestückung der Reagenzröhrchen mit reaktionsspezifisch beschichteten
Trägerkörpern, die bei einem erfindungsgemäßen Röhrchen schon vom Hersteller durchgeführt
wird, bei diesem sehr viel rationeller möglich ist als in dem die jeweiligen Untersuchungen
durchführenden Labor, wodurch auch insoweit anwenderseitig zeitraubende Arbeitsgänge
eingespart werden. Das erfindungsgemäße Reagenzröhrchen ermöglicht daher insgesamt
eine raschere und zuverlässigere Durchführung quantitativer Bestimmungen einer Untersuchungssubstanz
nach dem RIA-Verfahren odereinem dazu analogen Verfahren, das z.B. anstelle einer
Markierung der Test-Substanz mit radioaktiven Molekülen eine Markierung der Testsubstanz
mit lumineszierenden Molekülen vorsieht und dementsprechend mit einem photoelektrischen
Nachweis der von den lumineszierenden Komplexen ausgehenden Lumineszenz-Strahlung
arbeitet.
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Durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 6 sind alternativ, ggf. auch
in Kombination ausnutzbare Gestaltung des Reagenzröhrchens und des Trägerkörpers
angegeben, die bei einer Ausführung des Reagenzröhrchens, wie durch den Anspruch
7 angege-en, mit einfachen technischen Mitteln realisiert werden können.
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Die durch die Merkmale des Anspruchs 7 angegebene Gestaltung eines
erfindungsgemäßen Reagenzröhrchens hat den Vorteil, daß der Trägerkörper bei gleichwohl
sicherer Fixierung im Reagenzröhrchen bei Bedarf auch herausgenommen und ggf. einer
weiteren Behandpung unterworfen werden kann.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
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Es zeigen: Fig.1 ein erfindungsgemäßes Reagenzröhrchen mit Querschnittsverengung,
mit im Bereich der Querschnittsverengung und des Röhrchenbodens in Längsschnitt
dargestelltem Röhrchenmantel, Fig.2 eine weitere Gestaltung eines erfindungsgemäßen
Reagenzröhrchens, das eine Querschnittsverengung mit dreieckiger Grundform hat,
im Schnitt längs der Ebene der Querschnittsverengung, Fig.3 eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Reagenzröhrchens mit umlaufend-rillenförmiger Querschnittsverengung
und mit einem Trägerkörper mit sternförmigem Querschnitt, in einer der Fig.2 entsprechenden
Schnittdarstellung, Fig.4 das Reagenzröhchen gemäß Fig.3 in einer dem unteren Teil
der Fig.1 entsprechenden Längsschnitt-Darstellung.
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Fig.5 eine weitere Gestaltung eines erfindungsgemäßen Reagenzröhrchens,
ebenfalls in einer der Fig.2 entsprechenden Querschnitts-Darstellung.
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Das in der Fig.1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei,
im Maßstab 2:1 dargestellte, erfindungsgemäße Reagenzröhrchen 10 ist insbesondere
für eine Verwendung radiometrischer Bestimmungen der Konzentration einer Untersuchungssubstanz
in einer Flüssigkeit gedacht, z.B. zur Bestimmung der Konzentration eines Hormons
im Blutserum eines Patienten nach dem einleitend erläuterten, bekannten RIA-Verfahren
oder einem hierzu analogen Verfahren. Hiernach wird der Flüssigkeit, die eine unbekannte
Menge der Untersuchungssubstanz - z.B. in gelöster Form - enthält, eine definierte
Menge radioaktiv-markierter Untersuchungssubstanz zugegeben. Die nunmehr sowohl
radioaktiv-markierte als auch nicht-markierte Untersuchungssubstanz enthaltende
Flüssigkeit wird in das Reagenzröhrchen 10 eingefüllt, in dem sich ein Trägerkörper
11 befindet, der mit einer an seiner Oberfläche haftenden Substanz beschichtet ist,
mit der die Untersuchungssubstanz eine Komplex-Bindung eingehen kann, wobei die
z.B. aus einer Antigen-Antikörper-Reaktion, bei der die Untersuchungssubstanz als
Antigen wirkt und der Trägerkörper 11 mit für das Antigen spezifischen Antikörpern
beschichtet ist, hervorgehenden immobilisierten Komplexe an dm Trägerkörper 11 haften.
Die Mengen der an der Komplexbildung beteiligten Komponenten - die Untersuchungssubstanz
einerseits, z.B. als Antigen und die Beschichtung des Trägerkörpers 11, z.B. als
Antikörper-Material,
andererseits - werden dabei so aufeinander abgestimmt, daß das Verhältnis der im
Ergebnis an den Trägerkörper 11 "gebundenen" radioaktiv-markierten Moleküle der
Untersuchungssubstanz zu der Anzahl der nicht-markierten Untersuchungssubstanz-Moleküle
dem Verhältnis bezw. den Konzentrationen entspricht, in denen die nicht-radioaktiv-markierte
Untersuchungssubstanz und die 'zugesetzte, radioaktiv-markierte Untersuchungssubstanz
in der in das Röhrchen 10 angegebenen Flüssigkeit vorliegen.
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Nach dem Entfernen der Flüssigkeit aus dem Reagenzröhrchen 10 kann
dann aus einer Messung der von dem Trägerkörper bzw. den an diesen haftenden Komplexen
ausgehenden Radioaktivität auf einfache Weise die interessierende Konzentration
der Untersuchungssubstanz ermittelt werden.
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Das Reagenzröhrchen 10 hat in typischer Gestaltung, zwischen dem Rand
12 seiner Mündungsöffnung 13 und dem Boden 14 gemessen, eine Länge L von 4 bis maximal
12 cm, einen Innendurchmesser von 10 mm und einen Außendurchmesser von 12 mm. Es
ist aus einem - vorzugsweise durchsichtigen - thermoplastischen Kunststoff gefertigt.
Geeignete Materialien sind Polyäthylen (PE), Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP)
und hierzu ähnliche thermoplastische Kunststoffe.
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Der Trägerkörper 11 ist als Kugel aus Glas oder Kunststoff ausgebildet,
die einen Durchmesser von 8 mm hat.
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Ein gemäß Fig.1, die das Reagenzröhrchen 10 in dessen vertikaler,
z.B. für die Radioaktivitätsmessung geeigneter Gebrauchslage zeigt, unterer, den
halbkugelförmig gewölbten Boden 14 mit umfassendem Abschnitt 16 des Reagenzröhrchens
10 ist gegen den oberen, zylindrischen Abschnitt 17 des Reagenzröhrchens 10 durch
eine Einsenkung 18 abgesetzt, die soweit in den insgesamt mit 19 bezeichneten Innenraum
des Reagenzröhrchens 10 hineinragt, daß der kugelförmige Trägerkörper bei einem
Ausschütten der in dem Reagenzröhrchen 10 enthaltenen Flüssigkeit nicht herausfallen
kann.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 ist diese Einsenkung
18 kuppelförmig ausgebildet und ragt, von der Innenwandfläche 21 des Röhrchenmantels
22 aus gemessen, ca. 3 mm in radialer Richtung in den Innenraum 19 hinein. Bei der
insoweit erläuterten, speziellen Gestaltung des Reagenzröhrchens 10 genügt es, wenn
nur eine Einsenkung 18 vorhanden ist, die verhindert, daß der Trägerkörper 11 aus
seinem durch den unteren Röhrchenabschnitt 16 begrenzten Aufnahmeraum 23 herausfallen
kann.
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Wenn der Trägerkörper 11 in einer Stellung des Reagenzröhrchens 10,
in der dessen Mündungsöffnung 13 nach unten weist, an der Einsenkung 18 zur Anlage
kommt, so verbleibt in deren Bereich zwischen dem Trägerkörper 11 und der Innen"kandfläche
21 des Reagenzröhrdhens 10 ein genügend weiter Spalt, durch den Flüssigkeit aus
dem Aufnahmeraum 23 abströmen kann. Der vertikale Abstand der Einsenkung 18 vom
Boden 14 des Reagenzröhrchens 10 sollte so groß gewählt sein, daß der Trägerkörper
11 durch Schütteln des Reagenzröhrchens 10
ausreichend hin und
her bewegt werden kann, um an dem Trägerkörper 11 haftende Flüssigkeitstropfen abschütteln
zu können. Hierzu genügt es, wenn der Trägerkörper 11 um etwa 5 bis 10 mm auf- und
abbewegt werden kann. Es versteht sich jedoch, daß die das Herausfallen des Trägerkörpers
11 aus dem Reagenzröhrchen 10 verhindernde Einsenkung 18 auch in der Nähe des Randes
12 der Mündungsöffnung 13 angeordnet sein könnte.
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Bei der durch die Querschnittsdarstellung der Fig.2 wiedergegebenen
Gestaltung eines in seinem Aufbau und seiner Verwendbarkeit zum Reagenzröhrchen
10 gemäß Fig.1 analogen Reagenzröhrchens 10' sind anstelle nur einer einzigen Einsenkung
insgesamt drei, bezüglich der zentralen Achse 24 symmetrisch gruppierte, querschnittsverengende
Einsenkungen oder Eindrückungen 18' des Röhrchenmantels 22 vorgesehen, die eine
gemeinsame, die Schnittebene markierende Mittelebene haben. Als Trägerkörper 11
kann bei dem Reagenzröhrchen 10' gemäß Fig.2 wiederum eine Kugel verwendet werden.
Bei dem Reagenzröhrchen 10' hat der in seinem Querschnitt verengte Bereich, der
den Aufnahmeraum 23 des Trägerkörpers 11 gegen den oberen Abschnitt 17 des Reagenzröhrchens
10' absetzt, eine etwa dreieckige Grundform; es versteht sich jedoch, daß dieser
Querschnittsverengte Bereich auch eine beliebige andere polygonale Form haben könnte.
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In den Figuren 3 und 4, auf deren Einzelheiten wiederum ausdrücklich
verwiesen sei, ist in zu den Figuren 2 und 1 analogen Darstellungen eine weitere
Gestaltung eines erfindungsgemäßen Reagenzröhrchens 10'' wiedergegeben, bei dem
anstelle nur punktuell oder bereichsweise vorgesehener Einsenkungen 18 bzw. 18'
eine kreisrillenförmige Einschnürung 26 des Röhrchenmantels 22 vorgesehen ist, die
den oberen Abschnitt 17 des Reagenzröhrchens 10' gegen dessen unteren Abschnitt
16 absetzt, der den Aufnahmeraum 23 für den Trägerkörper 11' begrenzt. Der Trägerkörper
11' hat hier, wie am besten aus der Fig.3 ersichtlich, einen sternförmigen Querschnitt,
dessen Kerndurchmesser kleiner ist als der lichte Innendurchmesser des Reagenzröhrchens
10' im Bereich der Mittelebene 27 der rillenförmigen Einschnürung 26. Dadurch verbleiben
hinreichend weite Abströmkanäle 28 zwischen dem Röhrchenmantel 21 und dem Trägerkörper
11', durch die Flüssigkeit aus dem Aufnahmeraum 23 des Reagenzröhrchens 10 sowie
durch den im Querschnitt verengten Bereich abströmen kann.
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Eine bei Verwendung eines kugelförmigen Trägerkörpers 11 im Sinne
des Erfindungsgedankens vorteilhaft ausnutzbare Gestaltung eines Reagenzröhrchens
10''' ist schließlich in der zu den Darstellungen der Figuren 2 und 3 analogen Querschnittsdarstellung
der Fig.5 wiedergegeben, auf deren Einzelheiten wiederum ausdrücklich verwiesen
sei. Der Röhrchenmantel 22 hat hier in seinem querschnittsverengten Bereich die
Grundform einer Ellipse; die Länge D der Hauptachse 28
dieser Ellipse
stimmt mit dem Durchmesser des Reagenzröhrchens 10' in dessen oberem Abschnitt 17
(vgl.Fig.1) überein und ist etwas größer als der Durchmesser des kugelförmigen Trägerkörpers
11. Die den kleinsten Wert des lichten Durchmessers d des Röhrchenmantels 22 im
querschnittsverengten Bereich bestimmende Länge der Nebenachse 29 dieser Ellipse
ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des Trägerkörpers 11. Eine hinreichende
Nachgiebigkeit des Röhrchenmantel-Materials vorausgesetzt, kann der querschnittsverengte
Bereich des Röhrchenmantels 22 durch Zusammendrücken in Richtung der Zeile 31 und
32, entlang der Nebenachse 29 der Ellipse gesehen, so weit aufgeweitet werden, daß
der Trägerkörper erforderlichenfalls aus seinem Aufnahmeraum 23 wieder entnommen
werden und ggf. einer weiteren Behandlung unterworfen werden kann.
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Bei den anhand der Figuren 1 bis 4 geschilderten Gestaltungen der
Reagenzröhrchen 10 und 10' bzw. 10 " müssen die querschnittsverengenden Einsenkungen
18 und 18' bzw. die Rille 26 angeformt werden, nachdem die Trägerkörper 11 bzw.
11' in die jeweilige Reagenzröhrchen 10 und 10' bzw. 10'' eingebracht worden sind.
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Dieses Anbringen der Querschnittsverengungen 18 und 18' bzw. 26 kann
durch thermische Verformung erfolgen, wobei die jeweiligen Reagenzröhrchen 10, 10'
oder 10'' mit Heißluft angeblasen und durch radiale Verrückung von Stempeln oder
Verengung einer in der Art einer Blende ausgebildeten Querschnitts-Form-Einrichtung
die Querschnittsverengungen mit einfachen technischen Mitteln geschaffen werden
können.
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Falls erforderlich, können die Einsenkungen 18 und 18' bzw. rillenförmige
Einschnürungen 26 auch in größeren Abständen vom Boden 14 des jeweiligen Reagenzröhrchens
als in den Figuren 1 und 4 beispielsweise dargestellt, vorgesehen werden.
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Durch die anhand der Figuren 1 bis 5 erläuterten Gestaltungen von
Reagenzröhrchen 10, 10', 10'' und 10''' und deren Trägerkörper 11 bzw. 11' wird
eine deutlich rationellere Durchführung radiometrischer Konzentrationsbestimmungen
von Untersuchungssubstanzen ermöglicht.
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