Konstruktion einer Vorrichtung zur Befüllung von hermetisch verschlossenen Behältern mit variablen Flüssigkeitsmengen

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines medizinischen Produktes zur Befüllung von vorevakuierten, hermetisch verschlossenen Behältern mit einem wohldefinierten Flüssigkeitsvolumen. Speziell soll dies für Blutkulturflaschen möglich sein, wobei die Befüllung mit einer Füllmenge von 5 bis 10 ml anzustreben ist. Der Grund dafür liegt darin, dass die Blutkulturflaschen im Krankenhaus mit Blut befüllt werden und diese Proben dann für weitere Untersuchungen verwendet werden, für welche eine Blutmenge von 5-10 ml ausreicht.Das Befüllen der Flaschen mit Flüssigkeit geschieht dadurch, dass in den Flaschen im Vergleich zum Außendruck, der auf die Flüssigkeit wirkt, ein geringerer Druck herrscht. Bei Durchstechen der Flaschendichtung mit einer Nadel, mit welcher ein Schlauch verbunden ist, welcher wiederum am anderen Ende luftdicht mit einer Flüssigkeit verbunden ist, wird so lange Flüssigkeit in die Flasche strömen, bis das Gas im Inneren der Flasche so stark komprimiert ist, dass der Innendruck und der Außendruck ident sind. Gegenwärtig werden die Flaschen mit 20-30 ml Flüssigkeit befüllt.Um das gewünschte Zielvolumen zu erhalten, muss der Innendruck in den Flaschen entsprechend erhöht werden. Dazu soll eine Vorrichtung entwickelt werden, die eine kontrollierte Befüllung realisiert. Das Grundprinzip einer solchen Vorrichtung besteht darin, dass zunächst ein Druckausgleich zwischen dem Gas in einem Bereich innerhalb dieser Vorrichtung, dem sogenannten Hilfsvolumen, und dem Gas in der Flasche erfolgt. Dadurch erhöht sich der Gasdruck in der Flasche und die Befüllung kann erfolgen.Die Konstruktion sollte folgende Anforderungen erfüllen. Die Fläschchen sollen zur Befüllung in die Vorrichtung gesteckt werden können. Außerdem soll die Verwendung der Vorrichtung nicht dazu führen, dass die momentane Vorgehensweise verkompliziert wird und die Vorrichtung soll möglichst klein sein. Um beobachten zu können, wie die Befüllung abläuft, wird der im Zuge dieser Arbeit entwickelte Prototyp aus einem transparenten Material, nämlich aus Polymethylmethacrylat (Acrylglas), gefertigt.Durch die Verwendung der entwickelten Konstruktion, sie soll als „Adapter“ bezeichnet werden, kann die als Ziel gesetzte Füllmenge von 5 bis 10 ml nur zum Teil erreicht werden. Aufgrund des normalen Ablaufes in Krankenhäusern, bei dem ein Adapter zur Befüllung zweier Fläschchen verwendet werden soll, unterscheiden sich die Füllmengen der beiden Fläschchen deutlich. Außerdem ist für die Verwendung des Adapters, verglichen mit dem gegenwärtigen Ablauf, auch mindestens ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig.

The aim of this work is the development of a medical product for filling pre-evacuated, hermetically sealed containers with a well-defined volume of liquid. Specifically, this should be achievable for blood culture bottles, with a filling volume of 5 to 10 ml being the target. The reason for this is that blood culture bottles in hospitals are filled with blood, and these samples are then used for further investigations, for which a blood volume of 5-10 ml is sufficient.The filling of the bottles with liquid occurs by creating a lower pressure inside the bottles compared to the external pressure acting on the liquid. By piercing the bottle seal with a needle connected to a hose, which is airtight connected to a liquid at the other end, liquid will flow into the bottle until the gas inside the bottle is compressed to the point where the internal and external pressures are equal. Currently, the bottles are filled with 20-30 ml of liquid.To achieve the desired target volume, the internal pressure in the bottles must be increased accordingly. For this purpose, a device is to be developed that realizes controlled filling. The basic principle of such a device is that first, a pressure equalization occurs between the gas in a region within this device, known as the auxiliary volume, and the gas in the bottle. This increases the gas pressure inside the bottle, allowing for filling.The construction should fulfil certain requirements. The bottles should be insertable into the device for filling. Additionally, the use of the device should not overly complicate the current procedure, and the device should be as compact as possible. To observe the filling process, the prototype developed in the course of this work will be made from a transparent material, specifically polymethylmethacrylate (acrylic glass).By using the developed construction, referred to as an "adapter", the targeted filling volume of 5 to 10 ml can only be partially achieved. Due to the typical workflow in hospitals, where one adapter is used to fill two bottles, the filling volumes of the two bottles differ significantly. Moreover, the use of the adapter requires at least one additional step compared to the current procedure.