DE19850607A1 - Behältnis für in flüssiger Phase vorliegende biologisch aktive Substanzen, Zellen oder Zellorganellen, sowie diesbezügliches Herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Behältnis für in flüssiger Phase vorliegende biologisch aktive Substanzen, Zellen oder Zellorganellen, im wesentlichen bestehend aus einem flexiblen Behältnis, das einen Verschluß besitzt, und einem starren Behältnis, das eine Öffnung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß sich das flexible Behältnis im Inneren des starren Behältnisses befindet, und zwar derart, daß zwischen Außenwand des flexiblen Behältnisses im Bereich des Verschlusses und der Innenwand des starren Behältnisses im Bereich der Öffnung ein luft- und flüssigkeitsdichter Kontakt besteht und daß außerhalb dieses Bereichs die Wandung des starren Behältnisses zumindest eine Perforation aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Behältnis für in flüssiger Phase vorliegende biologisch aktive Substanzen, wie z. B. chemisch definierte Verbindungen, z. B. Pharmaka etc. oder (Oligo-) Peptide, wie z. B. Hormone, wie FSH, TSH, Insulin etc. oder Proteine, wie z. B. Enzyme, Antikörper, Wachstumsfaktoren, Mediatorsubstanzen etc. oder (Oligo-) Nukleotide oder (vermehrungsfähige) Zellen oder Zellorganellen etc. Diese biologisch aktiven Substanzen, Zellen oder Zellorganellen sind dabei in flüssiger Phase, wie z. B. Wasser, alkoholisch-wässrigen Lösungen, Salz- oder Puffer­ systemen (mit und ohne Anteil an Konservierungsstoffen) gelöst bzw. suspendiert. Beispiele hierfür sind injizierbares Insulin, injizierbare Impfstoffe, infundierbare Interleukin-Lösungen oder transfundierbare Suspensionen von zellulären Blut­ elementen, wie z. B. Thrombozyten.- Im folgenden werden die in flüssiger Phase vorliegenden biologisch aktiven Verbindungen, Zellen oder Zellorganellen als Gut" bzw. "Güter" bezeichnet.

All diesen Gütern ist gemeinsam, daß sie dann leicht denaturieren, wenn sie aus flüssiger Phase heraus, mit (Material-) Oberflächen in Kontakt kommen, deren Oberflächenspannung (genauer: freie Oberflächenenergie) kleiner ist als die der flüssigen Phase. Die freie Oberflächenenergie von Wasser liegt bei 72 mN/m, die von sauberem Glas bei 65 mN/m, die bestimmter Sorten von Polyurethan liegt bei 45 mN/m, die von Polypropylen bei 28 mN/m, die von Silikonkautschuk bei 22 mN/m, die von Polytetrafluoroethylen bei 18 mN/m und die von Luft ist 0 mN/m.-. In diesem Zusammenhang ist auch die bekannte Regel zu verstehen, daß beim Arbeiten mit Enzym-Lösungen strikt auf die Vermeidung von Schaumbildung (= Luft in Kontakt mit flüssiger Phase) zu achten ist. - Oder, mit anderen Worten: o.g. Güter behalten nur dann ihre biologische Aktivität, wenn sie nicht mit Luft(blasen), sondern nur mit Ober­ flächen in Kontakt kommen, die (annähernd) die gleichen freien Oberflächenenergien wie die flüssige Phase haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, preiswert und mit an sich bekannten Mitteln für die genannten Güter Behältnisse zu schaffen, die aufgrund der gewählten Formgebung sowie der verwendeten Materialien und ihrer Oberflächeneigenschaften die Denaturierung dieser Güter weitgehend vermeiden helfen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man ein flexibles Behältnis, das einen Ver­ schluß besitzt, und ein starres Behältnis, das eine Öffnung besitzt, derart aus­ gestaltet, daß sich das flexible Behältnis im Inneren des starren Behältnisses befindet und zwar derart, daß zwischen Außenwand des flexiblen Behältnisses im Bereich des Verschlusses und der Innenwand des starren Behältnisses im Bereich der Öffnung ein luft- und flüssigkeitsdichter Kontakt besteht und daß außerhalb dieses Bereichs die Wandung des starren Behältnis zumindest eine Perforation aufweist.

Flexible, einen Verschluß aufweisende Behältnisse sind bekannt und können bei­ spielsweise als (Flüssigkeits-) Beutel, Röhrchen, Tuben oder als an beiden Enden verschlossener Schlauch ausgebildet sein. Als bekannteste Formbeispiele seien (Zahnpasta-) Tuben aus Kunststoff oder Blutbeutel genannt. Das Fassungs­ vermögen der Behältnisse kann dabei zwischen weniger als ein Milliliter und mehreren hundert Millilitern liegen. Der Verschluß des Behältnis kann separat, z. B. ein Schraubverschluß oder ein Stopfen, sein oder aber im Behältnis, z. B. als Durchstichstopfen, integriert sein. Die Flexibilität der Behältnisse muß dabei so sein, daß diese bei Entnahme des flüssigen Inhalts ihre Form verändern, also infolge des herrschenden Luftdrucks kollabieren. Dies ist beispielsweise von den in der Medizin verwendeten, flexiblen, ein- oder mehrschichtigen Flüssigkeitsbeuteln her bekannt, siehe hierzu beispielsweise die Produktinformationen der Fa. Sengewald Verpackungen GmbH, D-33790 Halle/Westfalen, u. a. den Prospekt "Propyflex®- Flüssigkeitsbeutel".

Vorzugsweise werden flexible Behältnisse eingesetzt, dessen mit flüssiger Phase in Kontakt kommendes Material hydrophil ist, d. h. dieses Material besitzt dann eine freie Oberflächenenergie von mindestens 35 mN/m. Für Behältnisse, die als Folienbeutel ausgebildet sind, werden beispielsweise folgende kommerziell erhält­ liche hydrophile Folien verwendet: z. B. regenerierte Zellulose in Form von Zellglas- Folien, z. B. Cellophan®, Folien aus Zellulose-21/2-Acetat, z. B. Cuprophan®, Poly­ amid-Folien, Polyurethan-Folien oder, bevorzugt, nach DE-OS 42 16 271 ober­ flächen-modifizierte Silikonfolie. Die Formgebung dieser Folien zu flexiblen Behält­ nissen ist bekannt.

Als Tuben ausgebildete flexible Behältnisse lassen sich beispielsweise durch bekannte Formgebungsverfahren, wie z. B. durch Spritzgießen herstellen, wobei beispielsweise Zellulosederivate, Polyamide, Polyurethane oder auch hydrophobe Flüssig-Silikone zur Verarbeitung kommen. Dialyse-Schläuche aus regenerierter Zellulose, wie sie routinemäßig im (bio)chemischen Labor eingesetzt werden, eignen sich ebenfalls vorteilhaft als Material für die flexiblen Behältnisse. - Aufgrund ihrer leichten Verarbeitbarkeit und Langzeitstabilität werden Zellu-lose(derivate) und oberflächen-modifiziertes Silikon bevorzugt eingesetzt.

Erfindungsgemäß befindet sich das flexible Behältnis im Inneren eines starren Behältnisses, welches eine Öffnung besitzt. "Starr" bedeutet, daß bei Flüssigkeits­ entnahme das Behältnis seine Form nicht oder nur wenig verändert. Die starren Behältnisse sind größer als die flexiblen Behältnisse und sind, vorzugsweise, ähnlich wie mit Flüssigkeit vollgefüllte flexible Behältnisse geformt. Das flexible Behältnis ist im starren Behältnis erfindungsgemäß so positioniert und fixiert, daß die Außenwand des flexiblen Behältnisses im Bereich des Verschlusses mit der Innenwand des starren Behältnisses im Bereich der Öffnung luft- und flüssigkeitsdicht verbunden ist. Die Schaffung einer im Öffnungsbereich luft- und flüssigkeitsdichten Kontaktfläche zwischen flexiblen Behältnis und starren Behältnis stellt für den Fachmann kein Problem dar: unter Berücksichtigung der Materialpaarungen kann sie physikalisch­ mechanisch, z. B. durch Adhärenz an Nuten oder Hinterschneidungen; sein oder physikalisch-chemisch, z. B. durch Verkleben oder (Hochfrequenz-) Verschweißen erfolgen.

Außerhalb der luft- und flüssigkeitsdichten Kontaktfläche zwischen flexiblen und starren Behältnis weist das starre Behältnis zumindest eine Perforation auf. Diese Perforation dient dazu, daß unter atmosphärischem Druck stehende Luft zwischen die beiden Behältnisse eindringen kann, so daß, wenn Flüssigkeit aus dem flexiblen Behältnis entnommen wird, sich dieses verformt, kollabiert.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Behältnis dadurch hergestellt, daß man als starres Behältnis wenig bis nicht verformbare Hohlkörper, die eine Öffnung auf­ weisen, einsetzt. Diese Hohlkörper sind vorzugsweise als Zylinder, Kegelzylinder oder Kegel ausgebildet, wobei eine bzw. die Deckfläche fehlt. Derartige Hohlkörper, die fehlende Deckfläche entspricht dabei der Öffnung des starren Behältnisses, sind beispielsweise als (Reagenzglas-)Röhrchen mit rundem, flachem oder konischem Boden bekannt und in den verschiedensten Ausbildungen hinsichtlich Dimensio­ nierung und Materialbeschaffenheit kommerziell erhältlich. Ganz besonders bevorzugt eingesetzt werden zylindrische Hohlkörper mit konischem Boden, wobei deren Wandung bereits durch den Herstellungsprozeß eine Perforation aufweist.

Das flexible Behältnis, das sich im Inneren des starren Behältnis befindet, wird dadurch geschaffen, daß man die Innenflächen des starren Behältnisses gleichmäßig mit unvernetztem Silikonelastomer beschichtet und dieses dann aushärtet. Auf diese Art und Weise wird die gesamte innere Oberfläche des starren Behältnisses mit einem flexiblen Behältnis ausgekleidet, welches sich seinerseits leicht von der Wand des starren Behältnisses abzulösen läßt und dabei aus einem chemisch definierten, leicht oberflächen-modifizierbaren und biokompatiblen Polymeren besteht. Die gleichmäßige Beschichtung der inneren Oberfläche des starren Behältnis mit unvernetztem Silikonelastomer erfolgt vorzugsweise durch sogn. "spin coating", d. h. unvernetztes Silikonelastomer niedriger Viskosität wird auf die innere Oberfläche des Behältnisses aufgetragen und das starre Behältnis wird dann in eine achsen­ symmetrische Rotationsbewegung versetzt, wodurch sich das Silikon über die gesamte Oberfläche gleichmäßig als dünne Schicht ausbreitet. Die sich daran anschließende Aushärtung des unvernetzten Silikon erfolgt in Abhängigkeit vom eingesetzten Silikon, vorzugsweise bei erhöhten, in der Regel aber unter 100°C liegenden Temperaturen.

Der im Bereich der Öffnung des starren Behältnis vorgesehene, luft- und flüssigkeits­ dichte Kontakt - zwischen Außenwand des gemäß obiger Ausführungen geschaf­ fenen flexiblen Behältnisses und der Innenwand des starren Behältnisses - läßt sich beispielsweise leicht durch den Einsatz elastischer (Silikon-)Stopfen zum Verschluß des flexiblen Behältnisses im Bereich der Öffnung des starren Behältnisses schaffen. Der luft- und flüssigkeitsdichte Kontakt wird bevorzugt aber dadurch hergestellt, daß man das starre, nunmehr aber mit einer flexiblen Silikonhaut ausgekleidete Behältnis mit seiner Öffnung in eine mit unvernetztem Silikon gefüllte derart ausgestaltete Form positioniert, daß nach Aushärten des Silikon die ehemalige Öffnung des starren Behältnis nunmehr durch eine elastische Silikonkappe verschlossen ist, die gleich­ zeitig dem Verschluß des flexiblen Behältnisses entspricht.

Beispiel

Als starres Behältnis wird ein 3,5 ml fassendes Kryoröhrchen aus Polypropylen (Fa. Brand GmbH, D-97861 Wertheim) eingesetzt. Im Bereich des Bodens wird mittels Bohrer eine 0,2,5 mm große Perforation gesetzt. Die Perforation wird dann mittels Klebestreifen temporär verschlossen. In das Röhrchen werden dann 0,9 Gramm eines additions-vernetzenden Silikons (ELASTOSIL® M 4600 der Fa. Wacker, Burghausen) gegeben. Das silikon-enthaltende Röhrchen wird mittels einer Bohrmaschine in eine langsame Rotationsbewegung versetzt, welche das Silikon im Inneren des Röhrchens gleichmäßig verteilt, gleichzeitig wird das Röhrchen mit einer Wärmelampe bestrahlt. Nach ca. 60 min ist das Innere des Röhrchens nunmehr mit einem dünnen, zusammenhängenden Silikonfilm überzogen. (Der Film läßt sich dabei leicht von der Oberfläche des Röhrchens ablösen.) Zum Verschluß des so geschaffenen flexiblen Behältnis im Inneren eines starren Behältnisses und zur Schaffung des vorgesehenen luft- und flüssigkeitsdichten Kontakts wird das Röhrchen mit seiner Öffnung in eine mit unvernetztem ELASTOSIL® RT 625 gefüllte, derart ausgestalte Form positioniert, daß nach Aushärten dieses Silikons eine passende elastische Silikonkappe das gesamte Röhrchen verschließt.

Das so geschaffene Behältnis kann folgendermaßen leicht, zum Beispiel mit einer Proteinlösung, luftblasenfrei befüllt werden: man steckt, zum Entfernen von Luft im (flexiblen) Behältnis, eine Kanüle durch die Kappe in das Röhrcheninnere und injiziert dann die Proteinlösung mittels einer, mit einer zweiten Kanüle versehenen Spritze, durch die Kappe hindurch, in das Röhrchen. Die Entnahme der Lösung geschieht ausschließlich mittels einer solche kanülen-bewehrten Spritzen: hierzu wird die Kanüle durch die Kappe gestochen und die Proteinlösung langsam in die Spritze auf­ gesogen, dabei löst sich der dünne Silikonfilm von der Wand des starren Poly­ propylenröhrchens ab, die Wandung des flexiblen Silikonbehältnis schmiegt sich dabei, unter Einschluß eines Flüssigkeitsfilms, aneinander. Bei der skizzierten Vorgehensweise bleibt das Innere des flexiblen Silikonbehältnisses stets luft­ blasenfrei, die gelösten Proteine werden nicht an einer niederenergetischen Oberfläche denaturiert.

Claims (5)

1. Behältnis für in flüssiger Phase vorliegende biologisch aktive Substanzen, Zellen oder Zellorganellen im wesentlichen bestehend aus einem flexiblen Behältnis, das einen Verschluß besitzt, und einem starren Behältnis, das eine Öffnung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß sich das flexible Behältnis im Inneren des starren Behältnisses befindet und zwar derart, daß zwischen Außenwand des flexiblen Behältnisses im Bereich des Verschlusses und der Innenwand des starren Behältnisses im Bereich der Öffnung ein luft- und flüssigkeitsdichter Kontakt besteht und daß außerhalb dieses Bereichs die Wandung des starren Behältnis zumindest eine Perforation aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung für ein Behältnis für in flüssiger Phase vorliegende biologisch aktive Substanzen, Zellen oder Zellorganellen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenwände eines, eine Öffnung und eine Perforation auf­ weisenden Hohlkörpers mit unvernetztem Silikon derart beschichtet werden, daß nach Aushärten des Silikon ein, von den Innenwänden leicht ablösbarer, zusammenhängender Silikonfilm erzielt wird und daß danach der Silikonfilm im Bereich der Öffnung des Hohlkörpers durch Mittel verschlossen wird, die in diesem Bereich auch einen luft- und flüssigkeitsdichten Kontakt zwischen Außenwand des Silikonfilms und der Innenwand des Hohlkörpers bewirken.

3. Verfahren nach Anspruch 2, daß es sich bei den Mitteln um elastische Stopfen oder um als Kappen ausgebildete Formkörper aus ausgehärtetem Silikon handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des unvernetzten Silikon unter 90.000 mPa.s liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit flüssiger Phase in Kontakt kommende Oberfläche des ausgehärteten Silikonfilm gemäß DE-OS 42 16 271 oberflächen-modifiziert ist.