DE69929254T2

DE69929254T2 - Luftraumfreier Behälter für Multi-Analyten Referenzlösungen mit stabilem pO2

Info

Publication number: DE69929254T2
Application number: DE69929254T
Authority: DE
Inventors: Dennis R. Conlon; Minna Rannikko; Kevin J. Sullivan; Robert B. Green
Original assignee: Bayer Corp
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Inc
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: US6136607A; ATE224545T1; DE69902994T2; ATE314654T1; US6632675B1; US20040047771A1; ES2256145T3; EP1265074A3; JP2010101908A; WO1999040430A2; ES2183504T3; EP1243336B1; CA2319071A1; DE69902994D1; AU2069999A; EP1243336A3; JP5301476B2; US6835571B2; EP1265074B1; JP4567880B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft in ersten Linie das Gebiet von klinischen Referenzlösungen, Qualitätskontrollmaterial und Kalibratoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen, die in Behältern ohne Kopfraum, vorzugsweise in Behältern aus Laminaten flexibler Folien, einen stabilen Sauerstoffpartialdruck (pO₂) aufweisen. Die Lösungen sind bei Raumtemperatur stabil und verfügen über lange Lagerbarkeit und Gebrauchsdauer.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In klinischen Labors wird eine Vielzahl von Instrumentensystemen für die Analyse von Patientenproben eingesetzt. Beispielsweise wird mit pH/Blutgas-Instrumenten der Blut-pH, -pCO₂ und -pO₂ gemessen. Mit CO-Oxymeterinstrumenten wird üblicherweise die Gesamthämoglobinkonzentration (tHb) und die Hämoglobinanteile, Oxyhämoglobin (O₂Hb), Carboxyhämoglobin (COHb), Methämoglobin (MetHb), reduziertes Hämoglobin (HHb) und Sulfhämoglobin (SHb) (kollektiv als "CO-Ox-Anteile" bezeichnet), gemessen. Mit ionenselektiven Elektroden- (ISE-) Instrumenten wird der Gehalt an Blutelektrolyten gemessen, wie z.B. von Na⁺, Cl^–, Ca⁺⁺, K⁺, Mg⁺⁺ und Li⁺. Zudem kann in klinischen Labors eine Vielzahl anderer Parameter, beispielsweise Metaboliten, wie z.B. Glucose, Lactat, Creatinin und Harnstoff, mittels verwandter Instrumentensysteme gemessen werden.
Gegenwärtig verfügbare Instrumentensysteme können die Messung von Blut-pH, Gasen, Elektrolyten, verschiedenen Metaboliten und CO-Ox-Anteilen in einem Instrument zur umfassenden Überprüfung der Eigenschaften von Blut vereinen. Alle diese Analyten sind beispielsweise mit dem von der Chiron Diagnostics Corporation (Medfield, MA, USA) erhältlichen Rapidlab^TM 865-Diagnostiksystem für die Intensivmedizin messbar.
Ein Kalibrator wird verwendet, um den Ansprechgrad der Sensoren einzustellen. Eine Kontrolle wird verwendet, um die Genauigkeit und Verlässlichkeit eines solchen Instrumentensystems zu verifizieren.
Die Kontrolle ist eine Lösung mit einer bekannten Konzentration eines oder mehrerer darin enthaltener Analyten oder eine ähnliche Matrix, in der die zu analysierenden Proben vorliegen. Die Testergebnisse des Kontrollprodukts werden mit den erwarteten Testergebnissen verglichen, um sicherzustellen, dass das Testverfahren wie erwartet funktioniert.
Handelsübliche Blutgasanalysesysteme sind seit den 1960er-Jahren verfügbar. Die frühesten Vergleichsmaterialien waren Gasgemische in Druckzylindern, wobei diese Materialien nach wie vor allgemein in Verwendung sind. In den 1970er-Jahren begann die Entwicklung von flüssigen Vergleichslösungen, was zu Produkten führte, in denen Reagenzien mit Präzisionsgasgemischen abgeglichen und in flexible Behälter ohne Kopfraum verpackt waren, wobei zur Beibehaltung der Stabilität entweder Kühlung erforderlich war oder auf Berechnungen zurückgegriffen werden musste, um die während der Lagerung erwarteten pO₂-Änderungen zu kompensieren.
Die meisten Qualitätskontrollmaterialien für solche Analysatoren bestehen aus tonometrischen wässrigen Lösungen (Lösungen, die gelöste Gase enthalten) in Glasampullen. Der typische Gaskopfraum über der Flüssigkeit stellt in solchen Ampullen eine Sauerstoffreserve gegen jegliche potenzielle sauerstoffverbrauchende Reaktionen dar, die während der Lagerung des Produkts in der Lösung auftreten können.
Ohne Gaskopfraums in ihren Behältern sind Vergleichslösungen zur Sauerstoffbestimmung besonders schwierig herzustellen und stabil zu halten. Die Erfinder haben festgestellt, dass es mehrere Ursachen für die Instabilität gibt.
Erstens kann die Instabilität auf Reaktivität zwischen dem gelösten Sauerstoff und den anderen Komponenten des Kalibrators oder des Qualitätskontrollmaterials zurückzuführen sein. Die anderen Komponenten können entweder mit dem gelösten Sauerstoff reagieren, was dessen Konzentration verringert, oder alternativ dazu können die anderen Komponenten unter Bildung von Sauerstoff miteinander reagieren, was ebenfalls die Sauerstoffkonzentration verändert. Zweitens könnte die Lösung mit Mikroorganismen kontaminiert sein, die durch ihren Metabolismus den Sauerstoffgehalt ändern können. Drittens kann Sauerstoff das Verpackungsmaterial durchdringen oder damit reagieren, was sich ebenfalls auf den Sauerstoffgehalt des Vergleichsmaterials auswirkt.
Vergleichsmaterialien, die für den Handelsvertrieb hergestellt werden, müssen diversen, in der Verteilungskette herrschenden Bedingungen standhalten und ausreichend stabil sein, um innerhalb des Zeitrahmens, für den der Konsument erwartet, sie verwenden zu können, eine gute Leistung zu erbringen; üblicherweise sind das 6 Monate, vorzugsweise etwa 9 Monate, noch bevorzugter etwa 1 Jahr, für die übliche, an Labors und Krankenhäuser geliefert Kalibrator- oder Qualitätskontrolllösung. Zudem sollten Vergleichslösungen, wie andere Reagenzien auch, in Behälter verpackt werden, die leicht zu handhaben und bequem zu verwenden sind und andere Designkriterien für ihren beabsichtigten Zweck erfüllen. Dies trifft insbesondere auf Reagenzien zu, die zusammen mit verschiedenen Analysegeräten verwendet werden. Die Benutzer von Messinstrumenten zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdrucks von Blut und anderer Körperflüssigkeiten benötigen solche Vergleichsmaterialien und würden – im Vergleich zu den herkömmlicheren Präzisionsgasgemischen in Zylindern mit Reglern – von flüssigen Materialien profitieren. Flüssige Vergleichslösungen sind schon an sich kostengünstiger, sicherer und einfacher im Umgang als Hochdruckgasbehälter.
Obwohl Vergleichslösungen, die in Instrumenten zur Messung des pO₂ verwendet werden, bereits hergestellt werden, weisen diese die Nachteile auf, instabil zu sein und kostenintensiver, komplizierter oder unzuverlässiger Mittel zu bedürfen, um an ihren Inhalt zu gelangen. Die Eignung einiger Vergleichslösungen bei Verwendung in Analyseinstrumenten ist erweitert worden, indem ermöglicht wurde, dass die Geräte den erwarteten Sauerstoffgehalt ermitteln, wobei der Gehalt angesichts der Tatsache, dass die Abnahmegeschwindigkeit des Sauerstoffgehalts auf der Basis von frü heren Werten vorhergesagt werden kann, aus dem Alter des Produkts berechenbar ist [Conlon et al., Clin. Chem. 42, 6, Abstr. S281 (1996)]. Mehrere Entwickler haben Innenschichten aus Kunststoffmaterialien miteinbezogen, die aufgrund ihrer Verschweißbarkeit (z.B. US-Patent 5.405.510, ausgegeben an Betts), ihrer niedrigen Gasdurchlässigkeit (US-Patent 4.113.336, ausgegeben an Sorensen) oder ihrer Gasdichtheit (US-Patent 4.163.734, ausgegeben an Sorensen) ausgewählt wurden. Einige haben offenbart, dass die Innenschicht inert sein sollte, wobei jedoch nicht darauf eingegangen wurde, wie eine solche innere Schicht auszuwählen ist (US-Patent 4.643.976, ausgegeben an Hoskins), und/oder waren nicht in der Lage, den Sauerstoff auf einem exakten, für Blutgaszwecke geeigneten Niveau zu halten.
Die meisten gegenwärtig auf dem Markt erhältlichen Blutgas/Elektrolyt/Metabolit/CO-Oxymetrie/Hämatokrit-Qualitätskontrollen (QCs) werden in Glasampullen bereitgestellt, die manuell aufgebrochen und dem Analysegerät manuell zugeführt werden müssen. H. Rüther beschreibt im US-Patent 5.628.353 (veröffentlicht am 13. Mai 1997) ein automatisiertes Gerät, das die Glasampullen aufbricht, indem ein Metallrohr mit dicken Wänden und einem geringen Innendurchmesser gewaltsam in den Boden einer Ampulle eingesetzt wird, und anschließend den Inhalt der Ampulle in ein Analysegerät saugt. Ein solches automatisiertes Gerät zum Aufbrechen von Ampullen ist mechanisch komplex, erfordert bewegliche Teile, die Abnutzung und Ausfallsrisiken ausgesetzt sind, und kann kleine Teile des aufgebrochenen Ampullenglases blockieren und verstopfen.
In den 1980er-Jahren wurde von Kevin J. Sullivan eine Alternative zu Glasampullen offenbart – das erste im Handel erhältliche Produkt mit einem Blutgasreagens in einer flexiblen Verpackung ohne Kopfraum (US-Patente 4.266.941, 4.375.743 und 4.470.520). Beschichtete Aluminiumröhrchen ohne Kopfraum wurden mit 40-50 ml Blutgas-QC-Lösungen befüllt. Die Röhrchen wurden in Druckdosen eingeschlossen, um ein Ausgasen zu verhindern und eine Druckquelle bereitzustellen, um die QC-Lösungen in den Probenweg eines Blutgasanalysators fließen zu lassen. Ein Behälter von Sullivans Verpackungskonstruktion ersetzte etwa 30 Glasampullen. Die Verpackung von Sullivan bewahrte den Benutzer davor, zahlreiche Glasampullen öffnen zu müssen sowie den Nebenrisiken von gebrochenem Glas ausgesetzt zu sein. Der Nachteil der Verpackung von Sullivan lag mitunter darin, dass diese gekühlt werden musste und eine Lagerbarkeit von weniger als einem Jahr, eine Palette von lediglich drei Analyten sowie die Komplexität und Kosten eines federbetätigten Ventils aufwies.
Die vorliegende Erfindung überwindet nicht nur die Einschränkungen von Glasampullen, wie z.B. die Empfindlichkeit der Gaswerte bei Raumtemperatur aufgrund des Kopfraums über der Flüssigkeit, die Komplikationen, die auf die beim Aufbrechen der Glasampullen gebildeten scharfen Kanten oder auf kleine, scharfkantige Glasstücke zurückzuführen sind, die während des Öffnens der Ampulle Wegbrechen können, sondern auch die Einschränkungen der oben beschriebenen Verpackung von Sullivan ohne Kopfraum. Die mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen mit stabilem pO₂ gemäß vorliegender Erfindung werden in Behälter ohne Kopfraum, vorzugsweise in Behälter aus Laminaten flexibler Folien, verpackt und sind bei Raumtemperatur über eine Lagerzeit von etwa 1 bis 3 Jahren stabil.
Einen weiteren Nachteil von Lagervorrichtungen für Vergleichslösungen zur Sauerstoffbestimmung (Sauerstoffvergleichslösungen) stellte die Öffnung oder das Ventil dar, die/das erforderlich ist, um bei Verwendung Zugang zur Flüssigkeit zu erhalten, während die Unversehrtheit der Flüssigkeit während der Lagerung aufrechterhalten wird. Die zur Ventilherstellung verfügbaren Materialien und die Notwendigkeit, zum Einbau des Ventils die Sperrschicht durchbrechen zu müssen, könnte die Flüssigkeitsstabilität beeinträchtigt haben. Die hierin offenbarte Zugriffsvorrichtung für die bevorzugten Folienlaminatbehälter, die in den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, löst dieses Problem. Die Einfachheit des einstückigen Ventils sollte zu Kostenersparnissen und höherer Verlässlichkeit führen.
In der WO 97/16309 ist eine flexible Verpackung für eine Sauerstoffvergleichslösung offenbart, die aus einer Laminatschicht besteht, die vorzugsweise Polypropylen als innere Schicht, Aluminium als mittlere Schicht und Polyester als äußere Schicht umfasst. Die Nähte sind verschweißt, während eine optionale Zugriffsvorrichtung, um nach Lagerung Zugang zur Lösung zu erhalten, an der Innenwand des Beutels angebracht wird, ohne dabei die mittlere Sperrschicht zu durchbrechen.
Im US-Patent 4.116.336 ist eine Verpackung offenbart, die eine Vergleichsflüssigkeit zur Kalibrierung und/oder Qualitätskontrolle von Blutgasanalysatoren enthält: Die Vergleichsflüssigkeit wird ohne jegliche Gasbläschen in einen flexiblen, gasdichten Behälter eingeschlossen, wobei der Gasdruck in der Flüssigkeit unter 600 mmHg bei 37 °C gehalten wird. Der Behälter ist vorzugsweise ein Laminatbeutel aus Aluminiumfolie mit einer Innenschicht aus verschweißbarem Kunststoff mit geringer Gasdurchlässigkeit, vorzugsweise einem Polyacrylnitril-Copolymer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung war die Beseitigung der Nachteile von Glasampullen als Lagerbehälter für QCs und Kalibratoren, die für Vollblutanalysatoren verwendet werden, wobei gleichzeitig eine Automatisierung der Abgabe von QCs und Kalibrator ermöglicht wird. In einem Aspekt löst die vorliegende Erfindung das Problem von Glasampullen als Lagerbehälter für Sauerstoffvergleichslösungen, die als Kontrollen für Geräte verwendet werden, die Blutanalyten messen. Hierin wird eine neuartige flexible Verpackung für Sauerstoffvergleichslösungen offenbart.
Die Verpackung besteht aus einer Laminatfolie, die Folgendes umfasst: eine innere Schicht mit geringer oder keinerlei Reaktivität mit Sauerstoff, vorzugsweise aus Polypropylen, eine Aluminiumfolie als mittlere Schicht und eine äußere Schicht, die die Aluminiumfolie vor physikalischer Beschädigung, wie z.B. Abrieb oder Korrosion, schützt. Die Nähte sind verschweißt, während eine optionale Zugriffsvorrichtung, die nach der Lagerung Zugang zur Lösung ermöglicht, an der Innenwand des Beutels angebracht ist, ohne dabei die Laminatschichten zu durchbrechen. Die Laminatfolienverpackung ermöglicht eine einfache Mechanik.
Bevorzugte Schläuche, die eine mehrere Analyten enthaltende Vergleichslösung mit stabilem pO₂ aus einem Behälter zu einem Blutanalysator transportieren, werden ebenfalls offenbart. Solche Schläuche sind flexibel und relativ gasdicht mit einem Durometerwert (Shore D) im Bereich von 10 bis 100, vorzugsweise 70 bis 94, noch bevorzugter 80 bis 84. Als solche Schläuche werden vorzugsweise Polyamidkondensationspolymere, noch bevorzugter Polyester/Polyether-Blockcopolymere oder Polyester-Elastomere, insbesondere Nylon^TM [DuPont; Wilmington, DE, USA] und Hytrel^TM 8238[DuPont], verwendet.
Die Auskleidung der bevorzugten Laminatfolienverpackung der vorliegenden Erfindung, welche die mehrere Analyten enthaltenden erfindungsgemäßen Vergleichslösungen mit stabilem pO₂ enthält, wird im Hinblick auf geringe Reaktivität mit Sauerstoff ausgewählt. Die bevorzugte Polypropylenauskleidung der Laminatfolienverpackung, vorzugsweise eines Laminatfolienbeutels, wurde ausgewählt, da sie im Wesentlichen inert gegenüber Sauerstoff ist.
Zudem werden Ausgangsmaterialien, insbesondere organische Ausgangsmaterialien, für die anderen Komponenten der mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen der vorliegenden Erfindung mit stabilem pO auch im Hinblick auf geringe Sauerstoffreaktivität untersucht. Es wurde herausgefunden, dass einige der Ausgangsmaterialien Verunreinigungen aufweisen, die mit Sauerstoff ausreichend reaktiv sind, um den pO-Wert derartiger mehrere Analyten enthaltender Vergleichslösungen zu destabilisieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine Seitenansicht einer vierseitigen mehrschichtigen Verpackung der vorliegenden Erfindung. 1b ist eine Querschnittsansicht, die drei Schichten der Verpackung zeigt. 1c ist eine Ansicht eines ersten Endes der Verpackung aus 1a. 1d ist eine Vorderansicht einer dreiseitigen Verpackung mit Mittelnaht.
2 ist eine Seitenansicht einer in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Zugriffsvorrichtung.
3 ist eine Seitenansicht einer Sonde zum Durchstoßen der Laminatfolie, die in die Zugriffsvorrichtung aus 2 passt.
4a ist ein Diagramm einer Klemmen- und Lokalisierungsvorrichtung, die zusammen mit den erfindungsgemäßen Laminatfolienbehältern verwendet werden kann.
4b ist eine Draufsicht der Vorrichtung aus 4a. 4c ist eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 4a.
5 ist ein Arrhenius-Diagramm, das die voraussichtliche Lagerstabilität einer typischen Formulierung zeigt, die in der neuartigen Verpackung der Erfindung enthalten ist.

6 stellt grafisch die Ergebnisse einer Studie zur Verwendungsdauer dar, worin der pO₂ einer repräsentativen automatisierten Qualitätskontrollformulierung im Lauf der Zeit gemessen wurde, wobei die zum Transport der Lösungen von der Durchstoßungssonde zum Fluidikauswahlventil des Laminatfolienbeutels verwendeten Schläuche entweder Nylon^TM [DuPont; Wilmington, DE, USA] oder Hytrel^TM 8238 DuPont] waren. ABKÜRZUNGEN UND MARKENNAMEN

AQC	– Reagens für die automatisierte Qualitätskontrolle
BRIJ 700^TM	– Polyoxyethylen-100-Stearylether mit 0,01 % BHA und 0,005 Zitronensäure als Konservierungsmittel [Tensid von ICI Americas, Inc., Wilmington, DE, USA]
CDC	– Chiron Diagnostics Corporation (ehemals Ciba Corning Diagnostics Corporation)
COHb	– Carboxyhämoglobin
CO-Ox	– CO-Oxymeter oder CO-Oxymetrie für Geräte und Verfahren, bzw. zur Messung des Gesamthämoglobins und der Hämoglobinanteile, wie z.B. O₂Hb, MetHb, COHb, SHb und HHb

Cosmocil CQ^Tm	– Polyhexamethylenbiguanidhydrochlorid, 20%ig [Biozid von Zeneca Biocides, Wilmington, DE, USA]
Dantogard^TM	– 32 % 1,3-Bis(hydroxymethyl)-5,5-dimethylhydantoin und 7,5 % Hydroxymethyl-5,5-dimethylhydantoin, in Wasser [Biozid von Lonza, Inc., Fair Lawn, NJ, USA]
EDTA	– Ethylendiamintetraacetat
Hct	– Hämatokrit
HDPE	– hochdichtes Polyethylen
HEPES	– 2-[4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinyl]ethansulfonsäure [pKa: 7,31 bei 37 °C]
HHb	– reduziertes Hämoglobin
HIDA	– N-(2-Hydroxyethyl)iminodiessigsäure
ISE	– Ionenselektive Elektrode
LLDPE	– lineares, niedrigdichtes Polyethylen
M288	– Blutgasanalysator vom Modell 288 [Chiron Diagnostics Corporation; Medfield, MA, USA]
MetHb	– Methämoglobin
MIT	– Methylisothiazolon [Biozid von Boehringer-Mannheim GmbH, Indianapolis, IN, USA]
MOPS	– 3-(N-Morpholino)propansulfonsäure [pKa: 7,01 bei 37 °C]
M. Yellow 7	– Beizengelb 7
O₂Hb	– Oxyhämoglobin
P. B. Violet	– Patentblauviolett
PE	– Polyethylen
pCO₂	– Kohlendioxidpartialdruck
PO₂	– Sauerstoffpartialdruck
PP	– Polypropylen
ProClin 300^TM	– 2,3 % 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on und 0,7 % 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on mit 3 % Alkylcarboxylat in 94 % modifiziertem Glykol [Biozid von Rhom & Haas Co., Spring House, PA, USA]

PSI	– Pfund pro Quadratzoll
PVC	– Polyvinylchlorid
PVF	– Polyvinylfluorid
QC	– Qualitätskontrolle
Saran^TM	– Polyvinylidenchlorid [Dow Chemical Company, Midland, MI, USA]
SHb	– Sulfhämoglobin
SRB	– Sulforhodamin B (Farbstoff; GAS Nr. 3520-42-1)
THb	– Gesamthämoglobin
TTF	– Zeit bis zum ersten Ausfall

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Laminatfolienverpackung
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine neuartige flexible Verpackung für Sauerstoffvergleichslösungen. Übliche Sauerstoffsvergleichslösungen, die in Vollblutanalysegeräten verwendet werden, umfassen Natrium-, Kalium- und Calciumchloridsalze, pH-Puffer, Natriumbicarbonat, Calciumchelatbildner, Tenside und Biozide, die vor dem Einfüllen unter Teilvakuum mit einem Kohlendioxid/Sauerstoff-Gasgemisch äquilibriert werden. Der übliche Sauerstoffpartialdruck beträgt etwa 30 bis zu etwa 700 mmHg, wobei auch ein hoher Partialdruck von sogar 2.000 mmHg (d.h. über dem Umgebungsdruck) sowie ein niedriger Partialdruck von 0 (kein Sauerstoff enthalten) verwendet werden können.
Die hierin beschriebene Verpackung führt zu einer Stabilisierung der Sauerstoffvergleichslösungen mittels Verwendung einer mehrschichtigen Folie als Verpackungsmaterial. Zudem weist die Verpackung eine ungewöhnliche Zugriffsvorrichtung zur Entfernung der Lösung auf. Die Zugriffsvorrichtung ist der äußeren Umgebung des Behälters nicht ausgesetzt. Stattdessen ist sie dicht im Behälter eingeschlossen, wodurch es während der Lagerung vor dem Gebrauch zu keinem Austritt um die Versie gelung herum kommen kann – im Gegensatz zu Zugriffsvorrichtungen, die in die Verpackungsnaht eingeschlossen sind oder durch die Behälterwand hindurch ragen, wo sie normalerweise erwartungsgemäß eingeschlossen sind.
Die hierin beschriebene Laminatfolienverpackung ist neu. Erstens wird das Verpackungsmaterial auf Basis der Nichtreaktivität seiner Innenschicht mit Sauerstoff ausgewählt. Zweitens unterscheidet sich die Dicke der Schichten von jenen bisheriger flexibler Verpackungen. Drittens weist die hierin beschriebene Verpackung ein optionales neuartige Ventil oder eine Zugriffsvorrichtung auf, die das Ausmaß von Leckverlusten reduziert und die Unversehrtheit des Behälterinhalts besser gewährleistet. Viertens basierte jeglicher Stand der Technik auf diesem Gebiet auf vierseitigen Beuteln mit der Sicherung nur einer kontinuierlichen Schweißnaht um den gesamten Umfang der Verpackung herum, während hierin ein dreiseitiger Beutel mit einer Mittelnaht offenbart wird, der an manchen Stellen zwei, an anderen Stellen vier Laminatschichten zum Verschweißen sowie sechs Beanspruchungspunkte pro Beutel aufweist, an denen das Laminat um 360° gefaltet wird und wo erwartet werden könnte, dass dadurch ein dünner Kanal entsteht, der einen Gasaustausch zulassen würde.
Die erfindungsgemäße Laminatfolienverpackung wird im Vakuum ohne Gaskopfraum über der Sauerstoffvergleichsflüssigkeit befüllt, um den Inhalt unempfindlich gegenüber Temperatur- und Luftdruckänderungen zu machen. Ein geeignetes Füllvolumen beträgt üblicherweise zwischen 10 und 1.000 ml, vorzugsweise etwa 20 bis 250 ml.
Unter der Überschrift Folie wird die mehrschichtige Laminatfolienverpackung detailliert beschrieben. Ebenso wird die Zugriffsvorrichtung unter der Überschrift Zugriffsvorrichtung detailliert beschrieben.
Mehrere Analyten enthaltende Vergleichslösungen mit stabilem pO₂
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen mit stabilem pO₂ in Behältern ohne Kopfraum, vorzugsweise in einer hierin beschriebenen flexiblen Laminatfolienverpackung. Die Bezeichnung "mehrere Analyten enthaltende Vergleichslösungen mit stabilem pO₂" ist hierin so definiert, dass darunter eine Vergleichslösung zu verstehen ist, die als Kalibrator oder als Kontrolle für pO₂ plus einen oder mehrere andere Analyten verwendet wird, worin der pO₂ der Vergleichslösung innerhalb des vorgegebenen Bereichs gehalten wird. Ein solcher Bereich ist beispielsweise ein spezifischer Wert ± 4 mmHg, oder alternativ ein spezifischer Wert ± 2 %, vorzugsweise ± 1 %.
Beispiele für mehrere Analyten enthaltende Vergleichslösungen mit stabilem pO₂ umfassen Folgende: (1) eine Blutgasvergleichslösung mit stabilem pO₂, die den pO₂, pH und pCO₂ kalibriert oder kontrolliert; (2) eine Blutgas- und Elektrolytvergleichslösung, die pO₂, pH, pCO₂ und Elektrolyte, wie z.B. Na⁺, Cl^–, K⁺, Ca⁺⁺, Li⁺ und Mg⁺⁺, kalibriert oder kontrolliert; (3) eine Blutgas/Elektrolyt- und Metabolitvergleichslösung, die pO₂, pH, pCO₂ Elektrolyte und Metaboliten, wie z.B. Glucose, Lactat, Bilirubin, Harnstoff und Creatinin, kalibriert oder kontrolliert; (4) eine Blutgas/Elektrolyt/Metabolit- und tHb-Vergleichslösung; (5) eine Blutgas/Elektrolyt/Metabolit/tHb- und CO-Ox-Anteils-Vergleichslösung; (6) Vergleichslösungen, die zur Sauerstoffbestimmung und zur Kontrolle oder Kalibrierung eines oder mehrerer anderer, aus pH, CO₂, Elektrolyten, Metaboliten, tHb, CO-Ox-Anteilen und Hct ausgewählter Analyten verwendet wird.
Beispiele für pO₂-Bereiche, die mit den mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen der Erfindung mit stabilem pO₂ kalibriert oder kontrolliert werden, liegen bei 0 bis 1.000 mmHg, 20 bis 700 mmHg und 30 bis 500 mmHg. Beispiele für pO₂-Bereiche, die mit den mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen der Erfindung, mit denen Blutgas getestet werden kann, kalibriert oder kontrolliert werden, liegen bei 0 bis 150 mmHg, 5 bis 100 mmHg und 15 bis 75 mmHg.
Nachstehend werden unter der Überschrift Verfahren zur Herstellung von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen mit stabilem pO₂ Verfahren zur Aufrechterhaltung des pO₂ einer mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösung mit stabilem pO₂ innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für eine gewünschte Lagerzeit von 1 bis etwa 3 Jahren beschrieben.
Nachstehend werden unter der Unterüberschrift Analytenkonzentrationen und Formulierungen repräsentativer QC- und Kalibratormaterialien beispielhafte und bevorzugte Fünf-Lösungs- ("Five level"-) QC-Materialien der Erfindung beschrieben. In diesem Unterkapitel sind die Parameter einer Schlüssel-Gesamtlösung (durch nachstehende Lösung 3 veranschaulicht) angegeben.
Verfahren zur Herstellung von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen mit stabilem pO₂
Die instabilste Komponente einer mehrere Analyten enthaltenden klinischen Vergleichslösung in einem Behälter ohne Kopfraum, die neben anderen Bestimmungen zur Sauerstoffbestimmung verwendet wird, ist üblicherweise pO₂. Hierin werden Verfahren bereitgestellt, um den pO₂ von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen in einem Behälter ohne Kopfraum innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu halten, und zwar beispielsweise bei einem spezifischen Wert ± 4 mmHg, oder alternativ ± 2 %, vorzugsweise ± 1 %.
Wichtig für die Verfahren zur Erhaltung der Stabilität des pO₂ in mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen in Behältern ohne Kopfraum ist die Verringerung des Sauerstoffgehalts in einer solchen Vergleichslösung mit Materialien, die gegenüber Sauerstoff reaktiv sind. Wie nachstehend beschrieben wird die Auskleidung der Laminatfolienverpackung für mehrere Analyten enthaltende Vergleichslösungen der Erfindung mit stabilem pO₂ hinsichtlich ihrer geringen Reaktivität gegenüber Sauerstoff ausgewählt. PP stellt das bevorzugte Auskleidungsmaterial für die erfindungsgemäße flexible Verpackung ohne Kopfraum dar.
Zudem umfassen die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen mit stabilem pO₂ die Herstellung solcher Vergleichslösungsformulierungen mit Komponenten, die im Hinblick auf geringe oder gar keine Sauerstoffreaktivität gescreent worden sind. Ein repräsentatives Rohmaterial-Screeningverfahren ist nachstehend angeführt. Besonders wichtig ist das Screenen von organischen Materialien auf geringe oder keine Sauerstoffreaktivität. Wie nachstehend angeführt wurde herausgefunden, dass einige Ausgangsmaterialien Verunreinigungen enthalten können, die gegenüber Sauerstoff ausreichend reaktiv sind, um den pO₂-Wert von solchen mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen in einem Behälter ohne Kopfraum zu destabilisieren.
Zudem werden hierin Verfahren zur Herstellung von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen mit stabilem pO₂ in zumindest zwei Behältern ohne Kopfraum bereitgestellt, um möglichst viele Analyten der Intensivmedizin zu detektieren. Nachstehend werden Beispiele für solche Formulierungen angeführt. Erneut ist eine geringe Sauerstoffreaktivität entscheidend, um stabile Formulierungen herzustellen. Es ist wichtig, eine Gesamtlösung, in der der pO₂ niedrig ist, wie z.B. bei 30 mmHg, 40 mmHg oder 50 mmHg, mit einem niedrigen pH von beispielsweise 7,13 oder 7,15 und einer niedrigen Glucosekonzentration von beispielsweise 46 oder 50 mg/dl sowie mit einer geringen Farbstoffkonzentration zu formulieren.
Zudem ist es bezüglich anderer Konzentrationen eines solchen Reagens wichtig, die zum Überprüfen auf Mittel-pO₂ und Hoch-pO₂ verwendeten Formulierungen von Glucose und von Farbstoffen, die zur Simulation von tHb und CO-Ox-Anteilen erforderlich sind, zu trennen. Beispielhafte Formulierungen werden nachstehend angeführt.
Analytenkonzentrationen und Formulierungen repräsentativer QC- und Kalibratormaterialien
Es ist wünschenswert, eine Mindestanzahl an Formulierungen für die Gruppen von mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösungen der Erfindung [d.h. vorzugsweise Qualitätskontrolle-(QC-)Materialien] herzustellen, damit die Testzeiten an den Analysegeräten maximiert und die Kosten gesenkt werden. Dadurch, dass es in der erfindungsgemäßen Verpackung keinen Kopfraum gibt, erweist sich das Ziel, mit einer minimalen Anzahl an Formulierungen eine maximale Anzahl an Analyten testen, insofern als schwierig, als im Vergleich zu herkömmlichen Glasampullenverpackungen, die auf Vol./Vol.-Bäsis etwa 32-mal mehr Sauerstoff im Kopfraum aufweisen als in der Lösung, die erfindungsgemäße Verpackung keine Sauerstoffreserve aufweist. Ohne Sauerstoffreserve reagieren organische Materialien in den Lösungen, wie z.B. Glucose und die zur Simulation von Hämoglobin verwendeten Farbstoffe, oder Verunreinigungen in diesen Ausgangsmaterialien mit dem in den Lösungen enthaltenen Sauerstoff, wodurch es zu einer Abnahme des pO₂ der Lösungen kommt.
Der Schlüssel zum Kombinieren von derartig vielen Analyten in möglichst wenig Behältern besteht (1) in der Verwendung einer Formulierung mit niedrigem pH, niedrigem pO₂, niedrigem Glucosewert und niedrigem tHb als Gesamt- ("all inclusive"-) Lösung (hierin durch Lösung 3 veranschaulicht) und (2) in der Trennung der MittelpO₂- und Hoch-pO₂-Vergleichslösungen von Glucose und Farbstoffen. Beispielhafte Formulierungen von Fünf-Lösungs-QC-Materialien sind nachstehend angeführt. Solche Fünf-Lösungs-QCs umfassen etwa 5 bis etwa 20 Analyten, vorzugsweise etwa 12 bis etwa 20 Analyten, einschließlich pH, pO₂, pCO₂, Elektrolyte, Metaboliten, Hämatokrit, tHb und CO-Ox-Anteile. Die Gesamtlösung eines solchen QC-Reagens kontrolliert folgende Analytenkonzentrationen:

(1) einen niedrigen pH von etwa 6,4 bis etwa 7,4, noch bevorzugter etwa 6,8 bis etwa 7,3, insbesondere etwa 7,1 bis etwa 7,2;
(2) einen pO₂ von etwa 20 mmHg bis etwa 75 mmHg, noch bevorzugter etwa 25 mmHg bis etwa 70 mmHg, insbesondere etwa 30 mmHg bis etwa 60 mmHg; und
(3) eine niedrige Glucosekonzentration von etwa 10 mg/dl bis etwa 80 mg/dl, noch bevorzugter etwa 30 mg/dl bis etwa 60 mg/dl; und
(4) enthält eine niedrige Farbstoffkonzentration, die einer Hämoglobinkonzentration von etwa 5 g/dl bis etwa 11 g/dl, vorzugsweise etwa 6 g/dl bis etwa 10 g/dl, noch bevorzugter etwa 7 g/dl bis etwa 9 g/dl, entspricht.

Die nachstehende Tabelle 1 gibt beispielhafte Analytenkonzentrationen für ein repräsentatives 5-Lösungs-Reagens für die automatisierte Qualitätskontrolle ("5-Lösungs-AQC") gemäß vorliegender Erfindung an.
TABELLE 1 Beispielhafte Analytenkonzentrationen für 5-Lösungs-AQCs
Es wird zudem bevorzugt, dass die Analytenkonzentrationen der Vergleichslösungen nicht nur tHb als Analyten, sondern auch die anderen in Tabelle 1 angeführten CO-Ox-Anteile, d.h. O₂Hb, COHb, MetHb, SHb und HHB, umfassen. Deshalb kontrolliert die repräsentative Gesamtlösung (Lösung 3) folgende 16 Analyten:

Blutgas pH, pCO₂, pO₂

Elektrolyten Na⁺, K⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Cl^–

Metaboliten Glucose, Lactat, Bilirubin

CO-Ox tHb, O₂Hb, COHb, MetHb, HHb
In Tabelle 2 sind repräsentative Formulierungen angeführt; die zur Herstellung von 5-Lösungs-AQCs verwendet werden könnten. Es wird bevorzugt, dass in fünf Formulierungen Hct, Creatinin und Harnstoff nur in zwei Konzentrationen verfolgt werden, während die anderen Analyten in drei Konzentrationen verfolgt werden.
TABELLE 2 Repräsentative Formulierungen für 5-Lösungs-AQCs
Beispielhafte bevorzugte Gesamtlösungs-Formulierung (Lösung 3)
Eine bevorzugte Gesamtlösungs-Formulierung (hierin als Lösung 3 bezeichnet) einer 5-Lösungs-AQC kontrolliert üblicherweise etwa 5 bis etwa 20 Analyten, vorzugsweise etwa 12 bis etwa 18 Analyten, noch bevorzugter etwa 14 bis etwa 16 Analyten. Nachstehend ist ein Beispiel für eine bevorzugte Formulierung angeführt, die 14 Komponenten umfasst:
Nachstehend werden beschleunigte Stabilitätsstudien für die bevorzugte Gesamtlösungs-Formulierung (Lösung 3) offenbart.
Die folgenden Analytenkonzentrationen wurden mit der bevorzugten Gesamtlösungs-Formulierung (Lösung 3) erhalten:
Aus der gesamten Charge wurden Beutel zufällig ausgewählt und bei erhöhten Temperaturen in geeigneten Zeitintervallen Belastung ausgesetzt, um eine beschleunigte Stabilitätsstudie durchzuführen und ein Arrhenius-Diagramm aufzuzeichnen, um die Lagerbarkeit bei Raumtemperatur vorhersagen zu können. Die eingesetzten Verfah ren waren ähnlich den später beschriebenen. Die Ergebnisse für pO₂, den am wenigsten stabilen Analyten, sind in Tabelle 3 angeführt.
TABELLE 3 Beschleunigte Stabilität einer 3-Lösungs-Formulierung als Beispiel
Die nachstehende Tabelle zeigt die zur Bestimmung der geschätzten Lagerbarkeit verwendeten Arrhenius-Berechnungen.
TABELLE 4 Arrhenius-Berechnungen für eine bevorzugte 3-Lösungs-Formulierung
Die vorhergesagte Lagerbarkeit bei Raumtemperatur von 875 Wochen oder 17 Jahren für die repräsentative 3-Lösungs-Formulierung wurde unter Verwendung von 0,94 als Korrelationskoeffizient abgeschätzt. Eine konservativere Schätzung kann unter Anwendung einer Faustregel angestellt werden, die auf der Tatsache beruht, dass die minimale Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit pro 10 °C Reaktionstemperaturanstieg ein 2facher Anstieg ist. Auf der Basis eines Ausfalls nach 2 Monaten bei 45 °C schätzten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass es bei 25 °C zumindest 8 Monate lang zu keinem Ausfall kommt. Die Erfinder erachten es jedoch als höchst unwahrscheinlich, dass die Reaktionsgeschwindigkeitserhöhung pro 10 °C Reaktionstemperaturanstieg weniger als das 3fache ist. Deshalb sind die Erfinder der Meinung, dass eine realistische und dennoch konservative Abschätzung der Lagerbarkeit der repräsentativen 3-Lösungs-Formulierung zumindest 18 Monate wären.
Herstellung der Formulierung
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formulierungen müssen sämtliche Lösungen Tonometrie mit den geeigneten Gasen unterzogen werden, um die oben angeführten Gaskonzentrationen zu erzielen. Obwohl für die obigen Lösungen 4 und 5 nicht immer die Gaskonzentrationen angegeben sind, ist Tonometrie dennoch wünschenswert, um Gaskonzentrationen zu erzielen, die Hysterese- und Mitnahmeeffekte auf die Gassensoren minimiert.
Die Tonometrie kann bei einer Temperatur von 25 °C oder 37 °C oder sogar 50 °C erfolgen, wobei die Wahl der Temperatur natürlich die Zusammensetzung des Tonometriegases beeinflusst. Noch wichtiger ist, dass die Tonometrie bei einem Druck unterhalb von Atmosphärendruck, vorzugsweise in einem Bereich von 300 bis 500 mmHg, erfolgen sollte, damit es zu keiner Entgasung kommt, wenn die Lösungen in großer Höhe, wo der Luftdruck unter Normaldruck liegt, oder in warmer Umgebung zur Anwendung gelangen. Ein Beispiel für geeignete Bedingungen ist 37 °C bei 450 mmHg, wobei die Gaszusammensetzung für eine 2-Lösungs-QC 10 % CO₂, 25 % O₂ und 65 % N₂ betragen würde.
Beispiele für bevorzugte Farbstoffe für die Formulierungen der vorliegenden Erfindung sind in obiger Tabelle 2 angeführt. Diese Farbstoffe sind von Li, J. in der EP 0.743.523 A2 (veröffentlicht am 20. November 1996) offenbart.
Puffer
HEPES und MOPS werden als Puffer für die erfindungsgemäßen Formulierungen bevorzugt. MOPS stellt einen besonders bevorzugten Puffer dar. Andere geeignete Puffersysteme, einschließlich Natriumsalzderivate, werden von Good et al., Bioche mistry 5, 467-477 (1966), und von Ferguson et al., Analytical Biochemistry 104, 300-310 (1980), beschrieben.
Lagerbarkeit und Gebrauchsdauer
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Lagerbarkeit und Gebrauchsdauer der erfindungsgemäßen QC- und Kalibratorformulierungen. Eine annehmbare Lagerbarkeit (d.h. bei verschlossener Verpackung) beträgt üblicherweise etwa 1 Jahr. Eine bevorzugte Lagerbarkeit beträgt üblicherweise etwa 1 bis 2 Jahre, insbesondere etwa 1 bis 3 Jahre.
Eine annehmbare Gebrauchsdauer (d.h. nach Öffnen der Verpackung) beträgt normalerweise etwa 2 Wochen, vorzugsweise etwa 2 Wochen bis etwa 1 Monat, insbesondere etwa 2 Wochen bis etwa 2 Monate. Die Gebrauchsdauer wird verlängert, indem ein geeignetes Schlauchmaterial ausgewählt wird, um die Vergleichslösungen aus der Zugriffsvorrichtung zum unten beschrieben Blutanalysegerät zu transportieren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen entscheidenen Punkt herausgefunden, der Aufschluss darüber gibt, wie die Formulierungen die Lagerbarkeit durch Destabilisierung von pO₂ beeinträchtigen. In einer Studie wurde eine sehr einfache Formulierung, die nur Natriumbicarbonat zur Neutralisation des CO₂ im Tonometriegas und das Tensid BRIJ 700 zur Erzeugung einer geeigneten Oberflächenspannung, sodass sich die Lösung im Tonometer normal verhält, und Füllstoff enthielt, mit einer vollständigen, 10 Inhaltsstoffe enthaltenden Formulierung verglichen. Die Daten sind in den Tabellen 5 und 6 zusammengefasst.
TABELLE 5 Beschleunigte Stabilität von Formulierungen mit 2 bzw. 10 Inhaltsstoffen: ΔpO₂ (mmHg) mittels Vergleich
TABELLE 6 Arrhenius-Berechnungen, basierend auf pO₂-Daten für Formulierungen in Tabelle XVI
Die Korrelation für die Arrhenius-Vorhersage für die 2-Komponentenformulierung betrug 0,99999 und für die 10-Komponentenformulierung 0,9999 (ger.). Es ist ersichtlich, dass die Zugabe von 8 zusätzlichen Chemikalien, d.h. der anorganischen Verbindungen NaCl, KCl, CaCl₂, NaOH und der organischen Verbindungen Zitronensäure, Glucose, MOPS (pH-Puffer) und ProClin 300 (Biozid), dazu führte, dass der pO₂ 5- bis 6-mal weniger stabil als bei der einfachen 2-Komponentenformulierung war. Die für 25 °C geschätzte Lagerbarkeit sank von 34 Monaten für die 2-Komponentenformulierung auf 6 Monate für die 10-Komponentenformulierung. Folglich reagierten manche oder alle der acht zugesetzten Chemikalien mit Sauerstoff in der wässrigen Lösung im flexiblen Beutel, wodurch es zu einer frühzeitigen Abnahme der Lagerbarkeit kam.
Deshalb haben Studien der Erfinder der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass es schwer ist, mit Formulierungen, die viele Inhaltsstoffe aufweisen, wovon jeder potenziell dazu fähig ist, mit Sauerstoff zu reagieren, einen stabilen pO₂ in einem Behälter ohne Kopfraum zu erzielen, wobei erkannt wurde, dass Wechselwirkungen zwischen den Inhaltsstoffen auch zu Destabilisierung führen könnten. Insbesondere lassen Testergebnisse darauf schließen, dass Glucose und die zur Simulation von Hämoglobin verwendeten Farbstoffe mit Sauerstoff reagieren können. Die Sauerstoffreaktivität solcher Chemikalien ist ein Grund, dass die Erfinder solche Chemikalien bevorzugt in den QC-Lösungen 4 und 5 von den QC-Lösungen 1 und 2 trennen. Die Erfinder haben jedoch auch herausgefunden, dass die QC-Gesamtlösung (Lösung 3) jene 3 Analyten zusammen mit den 9 anderen Analyten umfasst, wobei dennoch bestimmt wurde, dass die Formulierung von Gesamtlösung 3 funktionieren sollte, da:

1. bei einem pH von 7,15 Glucose stabiler ist als bei den zwei höheren pH-Werten;
2. die Konzentration von Glucose und Hb-simulierendem Farbstoff jeweils gering ist; und
3. der pO₂ niedrig ist. tatsächlich beträgt der wahre pO₂ bei niedriger Konzentration etwa die Hälfte des gemessenen pO₂.

Folglich haben die Erfinder herausgefunden, dass die einzigartigen Eigenschaften von Lösung 3 das Verpacken einer QC in 5 Behälter statt in 6 ermöglichen, so dass der Benutzer den Vorteil hat, dass in einem bestimmten Zeitraum mehr Patientenproben getestet werden können.
Direkter Vergleich der pO₂-Stabilität in Verpackungen ohne Kopfraum mit jener in Ampullen
Es wurde eine Studie durchgeführt, um eine herkömmliche mehrere Analyten enthaltende QC-Formulierung, ähnlich der Formulierung in Tabelle A des US-Patents 5.637.505, in Glasampullen mit der gleichen Formulierung in einer erfindungsgemä ßen Laminatfolienverpackung ohne Kopfraum zu vergleichen. Zur Erzielung von etwa denselben pCO₂- und pO₂-Werte im Laminatfolienverpackungsverfahren wie im Ampullenabfüllverfahren wurden die Laminatfolienbeutel mit QC-Lösungen befüllt, die im Teilvakuum mit den geeigneten Gasen tonometriert wurden, wonach die Lösungen in Laminatfolienbeutel ohne Kopfraum gepumpt und wie nachstehend beschrieben pasteurisiert wurden. Anschließend wurde eine begrenzte beschleunigte Stabilitätsstudie gemäß dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die zwei Studien ermöglichten es den Erfindern, folgenden Vergleich anzustellen:
TABELLE 7 Vergleich der Verpackungen mit und ohne Kopfraum
Die nachstehenden Werte (mit der Ausnahme der Faktoren) sind ΔpO₂-Werte (in mmHg).
Daraus geht hervor, dass es unter den sechs Faktoren einen stark variierenden Bereich gibt, von einem niedrigen Bereich von 14fach bis zu einem 3-mal höheren Bereich, nämlich 42fach. Aus den Daten kann geschlossen werden, dass die Beibehaltung der pO₂-Stabilität in einer relativ inerten Verpackung ohne Kopfraum zumindest um eine Größenordnung schwieriger ist als die Beibehaltung des gleichen pO₂-Stabilitätgrads in einer Verpackung mit einem Kopfraum, der zumindest halb so groß wie das Lösungsvolumen ist.
Rohmaterial-Screeningtest
Ein repräsentativer Screeningtest für die Komponenten von Formulierungen der vorliegenden Erfindung wird durch die Studie dieses Abschnitts veranschaulicht. Es wurden 10 Lösungen mit dem gleichen definierten pO₂-Wert gleichzeitig hergestellt, indem entionisiertes Wasser in Glasbehältern bei 50 °C in einem Wasserbad äquili briert wurde. Die Temperatur des Wasserbads muss zumindest genauso hoch wie jene Temperatur sein, die im darauf folgenden beschleunigten Test eingesetzt werden soll, damit während des Beanspruchungsszyklus bei erhöhten Temperaturen ein Ausgasen von Sauerstoff vermieden wird.
Zur Verdeutlichung des Sauerstoffverbrauchs einzelner Inhaltsstoffe, insbesondere in Fällen, bei denen es – im Gegensatz zu einem oder zwei hauptsächlich beitragenden Faktoren – mehrere gering beitragende Faktoren gibt, werden die Konzentrationen wünschenswerterweise über ihre normalen Gebrauchswerte erhöht. In der vorliegenden Studie haben die Erfinder Konzentrationen um das Fünffache erhöht.
Die Erfinder haben die acht Chemikalien isoliert, die zu den zwei nachstehend unter der Überschrift Lagerbarkeit und Gebrauchsdauer beschriebenen Komponentenformulierungen zugesetzt wurden. Diese acht Chemikalien sind die anorganischen Verbindungen NaCl, KCl, CaCl₂, NaOH und die organischen Verbindungen Zitronensäure, Glucose, MOPS (pH-Puffer) und ProClin 300 (Biozid). Zum Testen im neutralen pH-Bereich (6-8) mussten manche Chemikalien zusammen getestet werden, und zwar MOPS zusammen mit NaOH und Zitronensäure zusammen mit Natriumbicarbonat. Zur Effizienzsteigerung wurden die drei Chloridsalze gemeinsam getestet, basierend auf der Vorhersage der Erfinder, dass die anorganischen Chemikalien wahrscheinlich keine signifikanten beitragenden Faktoren darstellen, die zu einer Verlangsamung der Oxidationsreaktionen führen würden. Zusätzlich zu den bereits angeführten acht Chemikalien wurden auch alternative pH-Puffer, HEPES und zwei Farbstoffe, SRB und Beizengelb 7, getestet.
Die Chemikalien wurden zu vorgewärmtem entionisiertem Wasser in Glasflaschen zugesetzt und durch Umdrehen vermischt. Nachdem alle Chemikalien in sämtlichen Flaschen gelöst waren, wurden Lösungen in die Beutel gegossen, die an 3 Seiten dicht verschlossen worden waren, unmittelbar gefolgt vom Verschließen der vierten Seite unterhalb des Flüssigkeitsstands. Nach einem 44-stündigen Pasteurisierungsschritt bei 65 °C wurde die Hälfte der Beutel bei Raumtemperatur belassen, während die andere Hälfte 12 Tage lang bei 50 °C belastet wurden, gefolgt von Abkühlung auf Raumtemperatur. Die Vergleichs- und die belasteten Beutel wurden in einem Durchlauf auf zwei 288s-Modellen auf ihren pO₂ getestet. Dabei wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:
TABELLE 8 Screening-Test der chemischen Inhaltsstoffe auf Sauerstoffreaktivität
Diese Ergebnisse zeigen, dass:

1. Glucose und Beizengelb 7 am signifikantesten mit Sauerstoff reagieren;
2. Proclin 300 mäßig reaktiv ist;
3. MOPS, HEPES und die drei Chloridsalze relativ unreaktiv sind; und
4. die Ergebnisse für SRB und das Zitronensäure/Bicarbonat/BRIJ-Gemisch aufgrund übermäßiger Schwankungen von Beutel zu Beutel nicht stichhaltig waren. Zusätzliches, im Wesentlichen gleiches Screenen ergab jedoch, dass SRB mäßig reaktiv und Zitronensäure, Natriumbicarbonat sowie BRIJ relativ unreaktiv waren.

In Bezug auf Beizengelb 7, das oben als signifikant sauerstoffreaktiv dargestellt wurde, kann gefolgert werden, dass in den erfindungsgemäßen Formulierungen vorzugsweise ein anderer Gelbfarbstoff oder ein Beizengelb 7, das weniger sauerstoffreaktiv ist, z.B. aus einer anderen Quelle, verwendet werden wird. Wenn tHb der einzige zu testende CO-Oxymetrie-Analyt ist, reicht ein Rotfarbstoff aus. SRB ist ein Rotfarbstoff und das spezielle gescreente SRB erwies sich als mäßig reaktiv. Es kann bevorzugt werden, SRB aus anderen Quellen oder andere Rotfarbstoffe für ein SRB oder einen anderen Rotfarbstoff mit geringerer Sauerstoffreaktivität zu screenen. Die beschleunigten Stabilitätsergebnisse in Tabelle 4 zeigen, dass die Formulierung der Lösung 3, die die oben gescreenten Farbstoffe SRB und Beizengelb 7 enthält, signifikanterweise über eine Lagerbarkeit über einem Jahr verfügt. Die Lagerbarkeit einer solchen Formulierung kann zudem durch Screenen und Miteinbeziehen von Farbstoffen mit geringerer Sauerstoffreaktivität weiter verlängert werden.
Auswirkung von Glucose auf die pO₂-Instabilität
Die starke Destabilisierungswirkung von Glucose auf die pO₂-Stabilität wurde in der nachstehend beschriebenen Studie festgestellt. In dieser Studie wurden zwei in einer Menge von 1,8 g/l verwendete Glucosequellen, eine von Fluka Chemical Corp. [Ronkonkoma, NY, USA] und die andere von Sigma Chemical Co. [St. Louis, MO, USA], in einem 150-mmHg-pO₂-Kalibrator bei einem pH von 6,8 mit dem gleichen Kalibrator ohne jegliche zugesetzte Glucose verglichen. Mit diesen Lösungen wurden begrenzte beschleunigte Stabilitätstests mit folgendem Ergebnis durchgeführt.
TABELLE 9 Auswirkung der Lagerung eines 150-mmHg-Kalibrators bei hohen Temperaturen über einen Zeitraum von 2 Wochen auf den pO₂
Mittlere Unterschiede nichterhitzter Lösungen (in mmHg).
Daraus geht hervor, dass:

1. bei beiden Temperaturen beide Glucosequellen die pO₂-Abnahme zumindest verdoppeln; und
2. die Unterschiede zwischen den zwei Glucosequellen, relativ gering sind.

Folglich stimmen diese Ergebnisse sehr gut mit den im obigen Abschnitt über das Screenen von Rohmaterialien beschriebenen Ergebnissen überein. Außerdem kann daraus geschlossen werden, dass, da die Quelle eine relativ untergeordnete Rolle zu spielen scheint, die Sauerstoffreaktivität von Glucose inhärent ist, was für die Erfinder vor Durchführung der vorliegenden Studie nicht offensichtlich war.
Es gibt zumindest drei allgemeine bekannte Zersetzungsmechanismen für Glucose:

1. Reaktion mit Sauerstoff, wodurch Gluconsäure gebildet wird, wenn Glucose-Oxidase zugegen ist;
2. Reaktion mit ATP, wodurch Glucose-6-phosphat gebildet wird, wenn Hexokinase zugegen ist; und
3. alkalische Umlagerung, wodurch zuerst Fructose, später Mannose gebildet wird.

Die ersten beiden kommen häufig in klinisch-chemischen Tests zur Messung des Glucoseblutspiegels zur Anwendung. Die dritte, die sogar bei leicht basischen pH abläuft, kommt in Qualitätskontrollen auf Glucoseinstabilität, die zusammen mit Glucosetests angewandt werden, am häufigsten zum Einsatz.
Keine dieser drei häufigen Reaktionen erläutert die vermutliche Reaktion zwischen Glucose und Sauerstoff in den erfindungsgemäßen Formulierungen, da nur eine davon Sauerstoff als Reaktant aufweist, und in diesem.
Folie
Die für den Behälter verwendete Folie besteht aus mehreren Schichten und verwendet ein Material mit geringer oder keinerlei Sauerstoffreaktivität, vorzugsweise Polypropylen (PP), als innere Schicht, eine Aluminiumfolie als mittlere Schicht und eine äußere Schicht, die die Aluminiumschicht schützt, vorzugsweise aus Polyester. Die äußere Schicht dient zum Schutz der Aluminiumschicht und verhindert Abrieb und Korrosion. Folglich stellen beispielsweise eine Nylonschicht oder sogar eine einfache Lackbeschichtung geeignete Alternativen dar. (Nylon stellt eine Familie von hochbeständigen, elastischen Kunststoffmaterialien dar, deren langkettiges Molekül wiederkehrende Amidgruppen CONH enthält. Die Bezeichnung "Nylon" wurde von dessen Erfindern bei E.I. duPont de Nemours & Co., Inc. geprägt.) Die äußere Schicht sollte jedoch einen Schmelzpunkt aufweisen, der über dem Schmelzpunkt von PP liegt, der etwa 170 °C beträgt.
Ein wichtiger Parameter der Aluminiumschicht ist, dass sie ausreichend dick sein muss, so dass es zu keinen Pinholes kommt, wodurch ein physikalisches Auslecken von Sauerstoff verhindert wird, und dennoch ausreichend dünn sein muss, so dass sie mittels automatisierter Maschinen leicht zu Beuteln geformt werden kann und so dass ihr Inhalt nach der Befüllung ohne besonderen Kraftaufwand durch einfaches Zusammenfallen während der Entfernung des Inhalts freigesetzt wird.
Die innere PP-Schicht ist aus mehreren Gründen wichtig. Erstens muss sie schmelzen und die Dichtung ausbilden, welche die Verpackung verschließt: Zweitens darf sie nicht mit Sauerstoff reagieren. Dieser zweite Faktor unterscheidet dieses Verpackungsmaterial von zuvor für diesen Zweck verwendeten Materialien.
Den Erfindern ist kein Laminat bekannt, das bisher kommerziell zur Verpackung von Produkten verwendet wurde, die Präzisionslösungen mit darin gelösten Gasen für wissenschaftliche, medizinische und analytische Zwecke enthalten. Es ist nicht bekannt, dass das mit PP ausgekleidete Laminat von anderen als Sauerstoffsperrschicht für chemische Produkte verwendet wird. Ein ehemaliger Hersteller von Sauerstoffkalibratoren (Mallinckrodt Sensor Systems, Inc., Ann Arbor, MI, USA) hat Laminatfolie verwendet, um einen Kalibrator zu verpacken, wobei jedoch Polyethylen als innere Dichtungsschicht verwendet wurde. In der Vergangenheit wurde mit PP ausgekleidetes Laminat hauptsächlich für Lebensmittelprodukte verwendet und aufgrund des hohen Schmelzpunkts der Polypropylen-Dichtungsschicht ausgewählt, wodurch sich dieses Material zur Sterilisation in einem Dampfautoklaven oder ähnlicher Gerätschaft eignet.
Es wurden Folien verschiedener Anbieter auf ihre Wirksamkeit zur Beibehaltung der Konzentrationen an gelöstem Gas von darin aufbewahrten Lösungen untersucht. Die Folien wurden von Kapak Corp., Minneapolis, MN, USA (Teilnr. 50703), American National Can Co., Mount Vernon, OH, USA (Teilnr. M-8309, M-8359, M-8360), James River Corp., Cincinatti, OH, USA (Teilnr. JR 4123, JR 4400), Technipaq, Inc. Crystal Lake, IL, USA ("Dull Foil Laminate"), Lawson Mardon Flexible Packaging, Schaumburg, IL, USA (LC Flex 70459, 70464) und Rollprint Packaging Products, Inc., Addison, IL, USA (RPP Nr. 26-1045) erhalten. Es wurden 4-seitige Beutel entweder mit 3 vorverschweißten Seiten erworben oder unter Einsatz eines bei Toss Machine Components, Inc., Bethlehem, PA, USA, erhältlichen Impulsschweißgeräts vom Modell 01617 ausgebildet. Die an 3 Seiten verschweißten Beutel wurden mit verschiedenen Vergleichslösungen befüllt und unmittelbar danach durch die Flüssigkeit hindurch verschweißt, wodurch kein Kopfraum im Inneren der Verpackung ausgebildet wurde. In manchen Fällen wurden zur Verbesserung der Stabilität des Sauerstoffpartialdrucks in der in den Beuteln gelagerten Vergleichslösung die befüllten und verschweißten Beutel bei einer Temperatur zwischen etwa 50 °C und 121 °C 15 Minuten bis 7 Tage lang, je nach Temperatur, wärmebehandelt.
1a zeigt eine Seitenansicht eines verschweißten Beutels 1 und eine mögliche Stelle für die Zugangsvorrichtung 5 im Inneren des Beutels. Der verschweißte Teil des Beutels 6 ist auch dargestellt. 1b zeigt die 3 Schichten einer bevorzugten Folie, nämlich die innere Polypropylenschicht 2, die mittlere Aluminiumschicht 3 und die äußere Polyesterschicht 4.
Manche befüllte Beutel wurden bei Raumtemperatur belassen; andere wurden bei höheren Temperaturen über unterschiedliche Zeiträume hinweg gelagert. Zur vereinfachten Beschreibung dieses und darauf folgender Versuche wählten die Erfinder eine 1-wöchige Lagerung bei 55 °C als Vergleichsbasis. Nach Entfernen der Testbeutel aus dem Inkubator wurden diese auf Raumtemperatur abgekühlt und mittels zweier intensivmedizinischer Analysegeräte [im Allgemeinen aus der 200-Reihe der von Chiron Diagnostics Corporation, Medfield, MA, USA, hergestellten Diagnostiksysteme für die Intensivmedizin; es wurde häufig ein Modell 278 wurde zusammen mit einem Modell 288 verwendet] zusammen mit Kontrollbeuteln im gleichen Durchlauf getestet. Genauer gesagt wurden die pO₂-Ergebnisse in einer Reihe aus sechs Studien überprüft. Aufgrund von Unterschieden in den Bedingungen, wie z.B. Reagenszusammensetzung und Oberflächen-Volumen-Verhältnis der Verpackung, sind die pO₂-Unterschiede nicht direkt vergleichbar. Deshalb wurden alle Ergebnisse in relative Punktezahlen umgerechnet, wobei dem stabilsten Laminat eine Punktezahl von 1,00 zugeordnet und allen anderen Laminaten Punktezahlen auf der Basis von ΔpO₂-Verhältnissen zugeordnet wurden. So wurden gemäß dieser Konvention folgende Ergebnisse erhalten: TABELLE 11
Die bevorzugten und besonders bevorzugten Laminate weisen eine innere PP-Auskleidung der nachstehend angeführten Dicke, eine mittlere Schicht aus Aluminium wie nachstehend ausgeführt und eine äußere Polyesterschicht auf. (Die Dicke und Materialwahl der äußeren Schicht ist am wenigsten entscheidend und kann etwas variieren.) Annehmbare Foliendicken werden ebenfalls angegeben. Die ungefähren Dicken der Schichten sind in Mil (1/1000 Zoll) angegeben: TABELLE 12
Andere annehmbare Schichten umfassen Polyester mit 0,5-2 Mil für die innere Schicht; für die äußere Schicht entweder Nylon mit einer Dicke von 0,2-2 Mil oder eine Lackbeschichtung. Es stellte sich heraus, dass Polyethylen nicht als innere Schicht geeignet ist.
Wenn beliebige der Folienschichten zu dick sind, kommt es zu nachteiligen Eigenschaften. Und zwar wird das Laminat zu steif, wodurch es während der Herstellung schwer form- und befüllbar wird und das Herauspumpen des flüssigen Inhalts aus dem Beutel bei Gebrauch erschwert wird. Wenn darüber hinaus die Aluminiumschicht zu dünn ist, kommt es wahrscheinlicher zu Pinholes, die zu einem Auslecken von Gas führen können. Wenn die Dichtungsschicht zu dünn ist, kann diese beim Verschweißen an der Dichtung unter dem hohen Druck, der für feste Dichtungen er forderlich ist, zur Gänze verdrängt werden, wodurch das blanke Aluminium frei liegen und mit Sauerstoff reagieren würde.
Stabilitätstests haben gezeigt, dass die mit PP ausgekleidete Folie gegenüber der Polyethylenfolie zu bevorzugen ist. Das Arrhenius-Verfahren zur Vorhersage der Produktlagerbarkeit ist in der In-vitro-Diagnostik und in der Pharmazie allgemein bekannt (Conners et al., "Chemical Stability of Pharmaceuticals; A Handbook for Pharmacists", NY, Wiley (1986); Porterfield & Capone, MD&DI 45-50, April (1984); Anderson & Scott, Clin. Chem. 37(3), 398-402 (1991); Kirkwood, Biometrics 33, 736-742 (Dez 1977)). Die Produkte werden bei höheren Temperaturen über unterschiedliche Zeiträume hinweg gelagert, wonach sie bei Umgebungstemperatur erneut äquilibriert werden und im Vergleich mit unbelasteten Kontrollen auf entscheidende Eigenschaften getestet werden, wie z.B. die Aktivität einer Komponente oder eines gemessenen Analyten. Die Veränderungsrate oder besser die Zeit bis zum ersten Ausfall eines bestimmten Analyten wird für die jeweilige Temperatur bestimmt, häufig mittels Auftragen von log(C/Co) über der Zeit, was für die häufigsten Reaktionen, d.h. solche 1. Ordnung, eine lineare Funktion darstellt. Aufgrund der linearen Beziehung zwischen log(Zeit bis zum ersten Ausfall) und dem Kehrwert der absoluten Temperatur (1/K) kann aus den Werten bei höheren Temperaturen ein Diagramm ermittelt werden, und die resultierende Linie kann bis zur maximal empfohlenen Lagertemperatur extrapoliert werden, um die Zeit bis zum ersten Ausfall bei dieser Temperatur vorherzusagen. Auf diese Weise kann die tatsächliche Lagerbarkeit im Voraus ermittelt werden.
In einer Lagerbarkeitsstudie mit frühen Vorhersagen unter Verwendung von Polyethylen-ausgekleideten Beuteln wurden fertige, mit einer Sauerstoffvergleichslösung befüllte Packungen bei 35, 45 und 55 °C über einen Zeitraum von 4 Tagen bis 8 Wochen, je nach Lagertemperatur, aufbewahrt. Jede Testbedingung umfasste 4 Beutel, die mittels zweier Blutgasanalysatoren [Serie 200 von der Chiron Diagnostics Corp. (CDC), siehe oben] getestet wurden. Die Zeit bis zum ersten Ausfall ("time-to-failure", TTF) wurde als 2%ige Änderung des pO₂ definiert.
TABELLE 13 Polyethylen (PE)
Regressionsanalyse der obigen Daten, basierend auf das Auftragen von log(TTF) als Funktion von 1/K, ergibt bei 25 °C eine Lagerbarkeit von 3 Monaten für eine in einem mit Polyethylen ausgekleideten Beutel gelagerte Sauerstoffvergleichslösung. Der Korrelationskoeffizient r beträgt 0,98.
In der Polypropylenstudie wurden fertige, mit einer Sauerstoffvergleichslösung befüllte Packungen bei 35, 40, 45 und 55 °C über einen Zeitraum von 1 bis 9 Wochen, je nach Lagertemperatur, aufbewahrt, wobei bei niedrigeren Temperaturen längere Zeiträume gewählt wurden. Jede Testbedingung umfasste 3 Beutel, die mittels zweier Blutgasanalysatoren in einfacher Ausführung [Serie 200 von der Chiron Diagnostics Corp. (CDC), siehe oben] getestet wurden. Das Modell der 1. Ordnung wurde verwendet, um die Zeit bis zum ersten Ausfall (TTF) zu bestimmen, wobei der Ausfall als 2%ige Änderung des pO₂ definiert war.
TABELLE 14 Polypropylen (PP)
Unter Verwendung der vier TTF wurde ein Arrhenius-Diagramm erstellt (siehe 5), worin die Zeit bis zum ersten Ausfall (in Wochen) (TTF) als Funktion des Kehrwerts der Temperatur 1/K (in 5 als T gezeigt) dargestellt ist. Lineare Extrapolation auf 25 °C ergibt 61 Wochen oder 14 Monate für eine mittlere pO₂-Änderung von 0,066 mmHg/Woche. Die Zuverlässigkeit der Vorhersage wird durch die stark lineare Beziehung zwischen den 4 Punkten bestätigt, wobei der Korrelationskoeffizient r 0,99 betrug. Eine Punktezahl von 1,00 zeigt an, dass alle Punkte auf einer Geraden liegen; eine Punktezahl von 0,00 zeigt an, dass zwischen log(TTF) und 1/K keine Beziehung besteht. (Men beachte, dass die Gleichung des Arrhenius-Diagramms des Beispiels mit log y = –19,48 + 6339x ermittelt wurde.)
Die resultierende vorhergesagte Lagerbarkeit der Sauerstoffvergleichslösung in mit Polypropylen ausgekleideten Beuteln stellt eine vier- bis fünffache Verbesserung gegenüber der für die in mit Polyethylen ausgekleideten Beuteln gelagerte Sauerstoffvergleichslösung vorhergesagten Lagerbarkeit dar. Dies stellt auch eine fast zehnfache Verbesserung gegenüber einem neuen Produkt nach dem Stand der Technik dar, das als "Cal B" bekannt ist und von Mallinckrodt Sensor Systems, Inc., Ann Arbor, MI, USA, vertrieben wird. Die im GEM^®-Premier-Analysator eingesetzte Software, die diesem System beiliegt, subtrahiert automatisch 0,58 mmHg pO₂ vom anfänglich ausgewiesenen pO₂ für jede seit der Herstellung verstrichene Woche, damit der Cal-B-Kalibrator über den für seinen kommerziellen Einsatz erwarteten Zeitraum hinaus verwendet werden kann. Wenn auch nicht für diese Berechnung, würde eine brauchbare Lagerbarkeit unter Verwendung des 2%-Kriteriums der Erfinder nur 7 Wochen betragen, was eine deutlich zu kurze Zeit für den kommerziellen Einsatz des Produkts darstellt.
Zudem ist zu beachten, dass die gegenwärtige Cal-B-Lagerbarkeit von 6 Monaten die Lagerbarkeit der gesamten Patrone auf lediglich 6 Monate beschränkt, was vertretbarerweise die minimale praktische Lagerbarkeit für ein In-vitro-Diagnostikprodukt darstellt. Andererseits sind 14 Monate durchaus eine annehmbare Lagerbarkeit.
Andere Faktoren, die von der Verwendung von mit PP ausgekleideten Laminaten wegführen, sind deren höhere Steifheit und höheren Schmelzpunkte. Die PP-Durometerhärte beträgt auf der Shore-D-Skala (ASTM-Bezeichnung: D 2240-91 American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, USA) 70-80, verglichen mit lediglich 44-48 für PE. Steifheit verhindert ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhält nis, das die Lagerbarkeit verbessert, und erschwert die Automatisierung auf Form/Füll/Schweißmaschinen. Der höhere Schmelzpunkt von 171 °C für PP erfordert im Vergleich mit nur 137,5 °C für PE mehr Energie, Zeit oder beides, um die Beutel abzudichten.
Auch andere Schwankungen im Verpackungsverfahren sind möglich. Beispielsweise würden andere Verpackungsformen, die das Verhältnis zwischen Verpackungsoberfläche und Volumen der Lösung und des in der Verpackung enthaltenen Gases reduzieren (z.B. 2 kreisförmige Folienstücke, die miteinander verschweißt werden), den Kontakt der Lösung und des Gases mit der Folie noch weiter verringern und Sauerstoffabbau zusätzlich reduzieren. Die hierin offenbarte Verpackung eignet sich auch zum Schutz von tonometrierten Lösungen, die abgesehen von Sauerstoff noch andere Gase enthalten. Darüber hinaus können eine Reihe von verschiedenen Verpackungsmodellen (z.B. dreiseitige Verschweißung oder Seitennaht; vierseitig verschweißt; Verpackungen mit Seitenfalten; oder "freistehende" Beutel) verwendet werden. (Men vergleiche beispielsweise 1c, die 4 verschweißte Seiten zeigt, mit 1d, die eine 3-seitige Verschweißung zeigt. Diese Verpackungsvariationen beeinflussen den Nutzen des Verpackungsverfahrens und stellen nicht nur alternative Designs dar. Andere Variationen sind für Fachleute auf diesem Gebiet der Erfindung offensichtlich.
Die Zugriffsvorrichtung
Die Zugriffsvorrichtung wird im Inneren der Verpackung angebracht. Das Anbringen kann unter Verwendung jedes beliebigen verfügbaren Verfahrens erfolgen, wie z.B. unter Anwendung von Klebern, Heißklebeverfahren, Ultraschallverschweißen etc. Diese Zugriffsvorrichtung stellt eine optionale Komponente der Verpackung dar und ist besonders dann geeignet, wenn der Inhalt des Behälters nach längerer Lagerung eine Zeit lang verwendet wird. In früheren Herangehensweisen wurde ein Ventil am Rand oder durch die Wand des Behälters hindurch eingeschweißt, damit von außerhalb des Behälters darauf zugegriffen werden konnte. In der hierin verwendeten Verpackung ist die Zugriffsvorrichtung jedoch vollständig in die Verpackung (an ihrer Innenwand) eingeschweißt und durchbricht weder die Dichtung noch die Wände des Behälters.
Die 1a, 1c und 1d zeigen typische Stellen für die Zugriffsvorrichtung. 2 stellt ein Detail einer typischen Zugriffsvorrichtung dar, wobei 7 jener Teil der Zugriffsvorrichtung ist, der an die Behälterwand angeschweißt ist, 8 der äußere Teil des Ausflusskanals ist, 9 der innere Teil des Ausflusskanals ist und 10 der verschweißte Teil des Ausflusskanals ist, der mit der Sonde durchstochen wird, die dann mit dem inneren Teil des Ausflusskanals dichtpassend wird, was ein Auslecken aus dem Behälter verhindert. 3 stellt eine typische Sonde dar, die zum Durchstoßen des Beutels eingesetzt und in die Zugriffsvorrichtung im Inneren des Beutels eingepasst wird, wobei 11 die Sonde darstellt und 12 das scharfe Ende der Sonde darstellt, das den verschweißten Teil des Ausflusskanals durchstößt. Die Sonde ist in eine Klemmvorrichtung 13 eingebaut (siehe 4a, 4b und 4c) vor, die eine kreisförmige Öffnung 14 aufweist, welche über die halbkugelförmige Rückseite der Zugriffsvorrichtung 15 passt und die Sonde mit dem Ausflusskanal verbindet. Die Sonde ist mit anderen Komponenten verbunden, die ein Strömen der Sauerstoffvergleichslösung zum Messgerät ermöglichen, wo sie für Tests verwendet werden kann. Wenn die Verpackung durchstoßen wird, durchsticht die Sonde die Wand und bildet eine Dichtung mit dem Ausflusskanal der Zugriffsvorrichtung. Bevor die Verpackung durchstoßen wird, ist die Zugriffsvorrichtung innerhalb der undurchlässigen Behälterwände (mehr oder weniger) vollkommen isoliert. Dieser Ansatz hat den Vorteil gegenüber anderen Ventilen und Zugriffsvorrichtungen, dass dabei kein Diffusionsweg zur äußeren Umgebung hin existiert. Es gibt natürlich Variationen bezüglich des Designs der Zugriffsvorrichtung und Sonde, was Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar ist.
Die Zugriffsvorrichtung besteht ebenfalls aus PP, damit sie mit der Behälterwand gut dicht hält. Die Beschreibung der Zugriffsvorrichtung sollte einige Variationen der bevorzugten Zugriffsvorrichtung zulassen. Die Zugriffsvorrichtung könnte beispielsweise an beide Verpackungswände verschweißt werden, um einen zusätzlichen Vorteil zur Stabilisierung der Verpackungsform bereitzustellen. Die Zugriffsvorrichtung kann an jeder beliebigen Stelle des Behälterinneren angeschweißt sein, z.B. in einer Ecke (zum einfacheren Anbringen einer Klemme) oder entfernt vom Behälterrand. Zudem muss die Zugriffsvorrichtung nicht mit dem Behälter verbunden sein, wenn eine Technik zur Lokalisierung der Zugriffsvorrichtung zum Einsatz kommt. Wenn die Zugriffsvorrichtung beispielsweise einen eingebetteten Magneten enthielte, könnte der Einsatz eines äußeren Magneten dazu dienen, die Position der Zugriffsvorrichtung zu lokalisieren. Andere Formen (Kegel, Vertiefungen etc.) könnten als Positionierungsmerkmal verwendet werden. In die Innenwand des Ausflusskanals können Ringe eingeformt werden, um die Dichtheit nach dem Durchstoßen zu verbessern. Der Bewegungsweg der Sonde kann begrenzt werden, um ein Durchstoßen der benachbarten Behälterwand zu vermeiden.
Schläuche
Die Zugriffsvorrichtung der erfindungsgemäßen Verpackung verlängert die Gebrauchsdauer der Sauerstoffvergleichslösungen. Nachdem Öffnen der Verpackung ist die Zugriffsvorrichtung dafür bestimmt, die Sauerstoffdiffusion zu minimieren, wodurch die Gebrauchsdauer der Vergleichslösung erhöht wird. Zudem werden flexible und relativ gasundurchlässige Schläuche verwendet, um die Sauerstoffdiffusion zu minimieren.
Die Schläuche leiten die Sauerstoffvergleichslösung aus der Verpackung durch die Stichsonde (3) in den Analysator. In 3 würde beispielsweise ein solcher Schlauch einen Durchmesser aufweisen, der dicht in den zweiten der drei zylindrischen Bereiche eingepasst ist, wobei der dritte zylindrische Bereich den gleichen Durchmesser wie der innere Durchmesser der Schläuche (in 3 mit strichlierten Linien gekennzeichnet) aufweist, die die Stichsonde (11) kreuzen.
Der Durometer-Wert (Shore-D-Skala) eines solchen Schlauchs liegt in einem Bereich von 10 bis 100, vorzugsweise 70 bis 94, noch bevorzugter 80 bis 84. Kondensationspolymere mit den erforderlichen Durometereigenschaften werden bevorzugt, noch bevorzugter sind Polyamid-Kondensationspolymere, noch bevorzugter Polyes ter/Polyether-Blockcopolymere oder Polyester-Elastomere; besonders bevorzugt werden Nylon^TM [DuPont; Wilmington, DE, USA] und Hytrel^TM 8238[DuPont].
Repräsentative Versuche werden nachstehend beschrieben, worin die Schlauchmaterialien auf ihre Eignung für den Einsatz in Verfahren der vorliegenden Erfindung getestet werden. Dabei stellte sich heraus, dass Silicon, Fluorpolymere und plastifiziertes Polyvinylchlorid nicht zur Verwendung als Schlauchmaterialien geeignet sind.
Gebrauchsdauer – Auswahl des Schlauchmaterials
Ähnlich wie die Lagerbarkeit, die aufgrund der Reaktion von Sauerstoff mit der Verpackung oder dem Inhalt häufig durch den pO₂ eingeschränkt ist, ist die Gebrauchsdauer ebenfalls durch den pO2 eingeschränkt, jedoch durch einen anderen Mechanismus, nämlich durch Diffusion. Die Wirksamkeit des Zugriffsvorrichtungsdesigns der ertindungsgemäßen Laminatfolienverpackung minimiert die pO₂-Diffusion. In dieser Studie wurden zwei flexible Schlauchmaterialien, nämlich Hytrel^TM 8238[DuPont] und Zytel 42 Nylon [DuPont], verwendet. Diese Schläuche wurden eingesetzt, um die Sauerstoffvergleichslösung aus der Sonde aus 3 (wie oben ausgeführt), die in die Zugriffsvorrichtung des Laminatfolienbeutels passt, in den Analysator (M288-Modell von CDC, siehe oben) zu leiten.
Ein Gebrauchsdauertest mit offenem Beutel erfolgte mittels folgender Formulierung, die einen pO₂ von 40 mmHg aufwies:

NaHCO₃ 20 mmol/l

NaCl 65

KCL 3,2

CaCl₂ 2,8

Zitronensäure 1,7

LiCl 6

MOPS 40

BRIJ 700 0,05 g/l

Cosmocil CQ 0,10
Der pO₂-Gleichgewichtspunkt liegt bei einer Messung bei 37 °C ca. bei 190 mmHg bei 22 °C. Der niedrigere pO₂ im Beutel erhöht die Triebkraft für Sauerstoff aus der Raumluft, in den Beutel und dadurch in die Testlösung zu diffundieren. Über einen Zeitraum von 28 Tagen wurden sechs Beutel unter Verwendung von 2 M288-Modellen (CDC, siehe oben) getestet. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle und in 6 zusammengefasst. TABELLE 15 Gebrauchsdauertest von Lösungen mit sehr niedrigem pO₂ in Beuteln mit Nylonschläuchen und Beuteln mit Hytrelschläuchen
pO₂-Änderung innerhalb von 28 Tagen
Eine annehmbare Toleranzgrenze für zulässige pO₂-Änderungen stellen bei diesem niedrigen pO₂ ±4 mmHg dar. Daraus geht hervor, dass alle sechs Beutel innerhalb dieses Bereichs lagen, wobei die Beutel mit Nylonschläuchen im Durchschnitt einen geringeren Anstieg des pO₂ über die Testdauer verzeichneten.
Die beste Erklärung der Erfinder für die höhere Stabilität des pO₂ in Beuteln mit Nylonschläuchen ist, dass Nylon einen höheren Durometer- oder Härtewert als Hytrel 6356 aufweist. Auf der Shore-D-Skala (ASTM-Bezeichnung, siehe oben) wird Zytel 42 Nylon (DuPont) mit 82 bewertet, Hytrel 6356 im Vergleich dazu mit 63. Der höhere Durometerwert deutet darauf hin, dass die Nylonmoleküle dichter aneinander gepackt vorliegen, wodurch das Material steifer wird und die Diffusion von Gasmolekülen durch die Interstitialräume erschwert wird. Deshalb werden Zytel 42 Nylon und vermutlich andere Nylons als Schlauchmaterialien bevorzugt. Hytrel 8238 weist ebenfalls den erforderlichen Durometerwert auf und stellt ein bevorzugtes Schlauchmaterial dar.
Es wurden weitere Versuche mit Schlauchmaterialien durchgeführt, wobei wässrige Lösungen mit einem Gasgemisch tonometriert wurden, das keinen Sauerstoff enthielt, in einen Abschnitt des Testschlauchs, der ausreichte, um 100 ml zu enthalten, mit einer Spritze eingesaugt wurden, in den Schläuchen 60 Sekunden lang gehalten wurden und anschließend durch manuelles Drehen der Pumpenwalze über das Segmentierungsventil hinaus in ein Analysator-Modell 288 (CDC, siehe oben) gesaugt wurden. Die resultierenden pO₂-Ablesungen dienten als Indikator für den Diffusionsgrad von Sauerstoff aus den Schläuchen in die wässrigen Lösungen. Auf diese Weise wurden mehr als 15 Schlauchmaterialien getestet. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass Polyester/Polyether-Blockcopolymere, nämlich Zytel 42 Nylon und Hytrel 8238, als bevorzugte Schlauchmaterialien gelten. Ein weiteres bevorzugtes Schlauchmaterial stellt Saran^TM [Polyvinylidenchlorid; Dow Chemical Company; Midland, MI, USA] dar. Silicon, Fluorpolymere und plastifiziertes Polyvinylchlorid stellten sich als ungeeignete Schlauchmaterialien heraus.
Reaktivität von Sauerstoff mit Polypropylen
Sauerstoff ist mit PP weit weniger reaktiv als mit Polyethylen. Diese geringere Reaktivität macht PP zu einem bevorzugteren Material zur Verwendung als innere Schicht der erfindungsgemäßen Laminatfolienverpackung. Bisher waren Entwickler mit der Durchlässigkeit der inneren Schicht für Sauerstoff beschäftigt, was sich jedoch als weniger wichtige Eigenschaft als die Reaktivität mit diesem Typ von Vergleichslösung herausgestellt hat.
Sowohl PP als auch PE stellen eine annehmbare Dichtung bereit, obwohl PP eine höhere Schmelztemperatur aufweist. Zudem bieten beide Materialien gleichwertigen Schutz gegen Flüssigkeitsaustritt. Bei Polyethylen liegt jedoch höhere Reaktivität zwischen Sauerstoff und dem Polymer vor, wodurch der Sauerstoffgehalt verringert wird. Somit ist Permeation durch die Polyethylenfolie hindruch nicht der Hauptgrund für die Verringerung des Sauerstoffgehalts. Dieses Argument stützt sich auf die nachstehend aufgezählten Punkte.

1. Obwohl der pO₂-Wert in der Sauerstoffvergleichslösung mit etwa 200 mmHg hoch zu sein scheint, beträgt dieser molbezogen lediglich 0,27 mmol/l. Die Berechnung zur Umrechnung des Partialdrucks in mmHg in die Sauerstoffkonzentration in mmol/l ist ziemlich simpel und einfach, allerdings wird Sauerstoff in der Literatur selten in Moleinheiten beschrieben. Wenn er nicht in Partialdruckeinheiten, wie z.B. mmHg oder kPa angegeben ist, ist er eher in Konzentrationseinheiten, wie z.B. mg/l oder ml/dl, anzutreffen. Das Sauerstoffverlustproblem vom molaren Blickwinkel zu betrachten, lehrt jedoch, dass die Reaktion von nur 0,005 mmol/l (2 %) zu einem fehlerhaften Produkt führen würde. UV-Spektroskopiestudien zeigen, dass bei höheren Temperaturen wasserlösliche UV-absorbierende Substanzen aus der Dichtungsschicht in den Beutelinhalt extrahiert werden. Dies gilt sowohl für PP- als auch PE-ausgekleidete Beutel. Während schließlich nur 0,005 mmol/l eines Reaktanten zu fehlerhaften Produkten (durch pO₂-Abnahme) führen können, wobei 100 ml des Reagens in einem 4'' × 6'' großen Beutel enthalten sind, würden schließlich lediglich 0,1 % eines Additivs mit einem Molekulargewicht von 500 in einer 4 Mil dicken PP-Folie 0,05 mmol/l eines oxidierbaren Reaktanten bereitstellen, was die 10fache Menge jener Menge darstellt, die erforderlich war, um eine 2%ige Abnahme des pO₂ zu erklären. Folglich stimmt die Stöchiometrie, selbst wenn eine Extraktionseffizienz von lediglich 10 % angenommen wird.
2. Die PP-Dichtungsschichten verschiedener Anbieterunterscheiden sich deutlich hinsichtlich pO₂-Änderungen eines darin verschweißten Sauerstoffkalibrators, wenn sie, wie oben in Tabelle 11 aufgezeigt, höheren Temperaturen ausgesetzt sind. Es ist jedoch zu erwarten, dass die Durchlässigkeit von Polypropylen als Rollenmaterial der jeweiligen verschiedenen Verkäufer ähnlich sein wird, da dies eine Eigenschaft des Polymers als solches sein sollte, sofern selbiges nicht zu gerecktem Polypropylen modifiziert worden ist (Wobei nicht bekannt ist, dass gerecktes PP auf Aluminiumfolie laminiert wird.) Folglich ist es unwahrscheinlich, dass Durchlässigkeitsunterschiede die Unterschiede in den in Tabelle 11 angeführten ΔpO₂-Werten erklären können. Da die verschiedenen Anbieter von PP jedoch dafür bekannt sind, eine beachtliche Vielzahl von Additiven für das Grund-PP-Harz zu verwenden (wobei diese Additive fast immer rechtlich geschützt sind), ist es ziemlich wahrscheinlich, dass die Unterschiede in den Additiven zwischen den verschiedenen Harzen einen Großteil der Unterschiede in den ΔpO₂-Werten erklären, da verschiedene Additive oder sogar die gleichen Additive in unterschiedlichen Konzentrationen mehr oder weniger stark mit dem Sauerstoff im Kalibrator reagieren.
3. Der überzeugendste Beleg für die Bedeutung der Reaktivität gegenüber der Durchlässigkeit geht aus einem Versuch hervor, bei dem die zwei Wirkungen isoliert wurden. Eine einheitliche Anzahl von 3-seitig verschweißten, mit PP ausgekleideten Beuteln wurde mit einer Sauerstoffkalibratorlösung befüllt, die so tonometriert war, dass der Sauerstoffpartialdruck etwa 200 mmHg betrug. Eine Kontrollgruppe der gleichen Beutel wurde normal befüllt und unmittelbar danach mittels Toss-Impulsschweißgerät verschweißt. Zwei Testgruppen umfassten je fünf Stück, die so zugeschnitten waren, dass sie genau in die Beutel passten, aus entweder Polyethylen oder Polypropylen, die kurz vor dem Befüllen und Verschweißen in die Beutel eingebracht wurden. Wie in den oben beschriebenen Stabilitätstests wurden manche Beutel aus allen drei Gruppen bei Raumtemperatur belassen, während andere, zufällige ausgewählt, 1, 2 und 3 Wochen lang bei 55 °C gelagert wurden. Die Beutel wurden abgekühlt und bei Raumtemperatur etwa 24 Stunden lang äquilibrieren gelassen und anschließend auf die übliche Weise getestet, und zwar in dreifacher Ausführung mittels zweier Blutgasanalysatoren der Serie 200[CDC, Medfield, MA, USA], wobei während der Durchgänge zwischen Kontroll- und Testbedingungen gewechselt wurde. Dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Die Auswirkung des Polyethylens auf den pO₂ ist sowohl drastisch, da sie eine Größenordnung höher als Polypropylen liegt, als auch signifikant, da die zusätzliche Abnahme um 29 mmHg fast dem Fünffachen der höchsten SA von 6 mmHg entspricht. Dieser Unterschied lässt sich nicht durch die Durchlässigkeit erklären, da die Kunststofffolien vollständig in den Beuteln enthalten waren.

Claims

Verfahren, um den Partialdruck von Sauerstoff in einer mehrere Analyten enthaltenden Vergleichslösung in einem Behälter ohne Kopfraum bei Raumtemperatur auf einem vorgegebenen Wert ±4 mmHg zu halten, um auf die mehrere Analyten enthaltende Vergleichslösung zuzugreifen und um die mehrere Analyten enthaltende Vergleichslösung zu einem Analysator zu leiten, worin der Behälter aus einem Vielschichtlaminat besteht, wobei das Verfahren die (a) Herstellung des Behälters durch (i) Auswählen einer inneren Schicht für den Behälter, die geringe oder keine Sauerstoffreaktivität aufweist; (ii) Auswählen einer mittleren Schicht für den Behälter, die aus Aluminium besteht; und (iii) Auswählen einer äußeren Schicht für den Behälter, welche die mittlere Schicht, die aus Aluminium besteht, vor physischem Schaden schützt, (b) Bereitstellung einer Zugriffsvorrichtung, die sich vollständig innerhalb des Behälters befindet und weder die Laminatschichten des Behälters durchbricht noch die Kante des Behälters, an welcher der Behälter versiegelt ist, unterbricht, (c) Bereitstellung einer Sonde zum Durchstoßen der Zugangsvorrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde über Schläuche mit einem Durometer-Wert (Shore D) im Bereich von 10 bis 100 mit dem Analysator verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schläuche einen Durometer-Wert im Bereich von 70 bis 94 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schläuche einen Durometer-Wert im Bereich von 80 bis 94 aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Schläuche aus einem Polyamid-Kondensationspolymer bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Schläuche aus einem Polyester/Polyether-Blockcopolymer oder einem Polyester-Elastomer bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Schläuche aus Nylon^TM, Zytel 42 Nylon, Hytrel^TM 8238 oder Polyvinylidenchlorid bestehen.