Warum exakte Laborbefunde von der Dosiertechnik abhängen

Kein anderer Stoff symbolisiert das Leben so sehr wie Blut. Das erklärt, warum Blutuntersuchungen neben einer körperlichen Anamnese wichtiges Mittel im Klinik- und Praxisalltag sind. Das können routinemäßige Blutentnahmen sein, oder gezielte mit denen sich spezifische Krankheiten basierend auf den einzelnen Blutbestandteilen näher eingrenzen lassen. Das kann zudem der Überprüfung dienen, ob Arzneimittel die erwünschte Wirkung zeigen. Im medizinischen Alltag wird zwischen arterieller, venöser und einer Blutentnahme aus den Kapillargefäßen unterschieden, wie sie z. B. beim Blutzuckercheck an der Fingerbeere vorgenommen wird. Die venöse Blutentnahme mittels Blutentnahmeröhrchen z. B. eines so genannten Vacutainers zählt zur häufigsten Methode auf deren Grundlage die Laborauswertung erfolgt. Blut besteht aus Flüssigkeit und Feststoffen. Trennt man beides etwa durch Zentrifugieren voneinander, entsteht das so genannte Plasma oder Serum. Bereits hier spielt das Blutentnahmeröhrchen eine wichtige Rolle, da seine Qualität entscheidend dafür ist, wie exakt und damit aussagekräftig die Laborwerte sind. Blutentnahmeröhrchen werden deshalb unter enorm strengen Qualitätskriterien produziert.

Vom Wirkprinzip zum Namensgeber: der Vacutainer

Die Blutentnahme mit Blutentnahmeröhrchen basiert auf dem Unterdruckprinzip. So bestehen z.B. Vacutainer – Marke des Unternehmens Becton Dickinson – wie in Abb. 1 dargestellt, aus einem Kunststoffhalter, einem Blutentnahmeröhrchen und einer doppelseitigen Nadel. Das eine Ende der doppelseitigen Nadel wird oben in ein Loch im Kunststoffhalter verschraubt; das andere Ende später zum Zweck der Blutentnahme in die Vene eingeführt. Das Besondere: Die Entnahmeröhrchen sind mit Serum Separator Gel vorbefüllt. Nachdem die Nadel in die Vene geführt wurde, erfolgt das vorsichtige Einschieben des vakuumierten Entnahmeröhrchens in den Kunststoffbehälter, was zur Öffnung führt. Das Vakuum greift jetzt und saugt Blut aus der Vene an. Die dem Patienten entnommene Blutmenge leitet sich aus der kalibrierten Vakuummenge im Entnahmeröhrchen ab.

Nach der Blutentnahme gilt es, Blutbestandteile und Serum voneinander zu trennen, was unter Zuhilfenahme einer Zentrifuge erfolgt. Durch die dort herrschenden Kräfte verflüssigt sich das Serum Separator Gel im Entnahmeröhrchen und fließt aufgrund seiner veränderten Dichte zwischen Blutzellen und Blutserum. Mit Stoppen der Zentrifugation wird es wieder fest – die für eine Analytik nötige Barriere zwischen den Blutschichten ist jetzt vorhanden. Bereits hier wird deutlich, von welcher Relevanz die präzise Dosierung der richtigen Menge Serum Separator Gel im Entnahmeröhrchen ist.

Zähe Sache: von der Herstellung ins Labor

Der Herstellungsprozess der mit Serum Separator Gel befüllten Entnahmeröhrchen beginnt mit der Zuführung der Produktteile in die Maschine. Meist als Schüttgut in Behältern auf der Anlage gelagert, werden diese über spezielle Sortier- und Vereinzelungseinheiten einer Montagelinie zugeführt. In der Füllstation wird die Dosierung des Serum Separator Gel realisiert, es können – in Abhängigkeit von den diagnostischen Anforderungen – aber auch andere Stoffe sein. Nach einem Sprüh- und Trocknungsprozess erfolgt der Weitertransport zur Vakuumstation, wo zudem maschinell die Stopfen gesetzt werden. Während Vakuumieren und Stopfen setzen zu standardisierten Prozessen im pharmazeutischen bzw. In-vitro-diagnostischen Herstellungsumfeld zählen, gestaltet sich die Dosierung des Serum Separator Gels herausfordernd: Mit einer Viskosität von etwa 4 Mio. mPas ist das Gel extrem fadenbildend. Nicht zu vergessen: die Temperaturabhängigkeit. So wichtig sie ist, um Blut und Serum durch Zentrifugieren zu trennen, so erschwerend ist sie für den Herstellungsprozess. Hinzu kommen die Viskosität des Gels in Kombination mit der intensiven Fadenbildung, die es sehr häufig erforderlich machen, dass der Anlagenbediener kaum ohne Zusatzgeräte wie pneumatische Ventile auskommt, um während der Befüllung die Fadenbildung im Griff zu haben. Alles in allem Rahmenbedingungen, die den Prozess verlangsamen.

Die Idee: Entnahmeröhrchen mit Serum Separator Gel auf dem Prüfstand

Das Wichtigste für die Hersteller von Entnahmeröhrchen mit Serum Separator Gel ist maximale Performance in Verbindung mit Präzision – das Gel darf beim Befüllen des Entnahmeröhrchens auf keinen Fall die Innenwand berühren. Verschiedene Versuche haben gezeigt, wie die optimale Dosierung ablaufen sollte, um allen Eigenschaften des Serum Separator Gels bei der Abfüllung gerecht zu werden und dennoch einen schnellen Prozess zu haben:

• Platziert man die Düse für die Dosierung an der tiefst möglichen Stelle im Entnahmeröhrchen hat das zur Folge, dass sich das Material besser in der Kavität verteilt.
• Zu Beginn des Füllvorgangs wird die Düse bzw. Kavität in die entgegengesetzte Richtung bewegt – der Füllstand ist konstant in der Nähe des Düsenauslasses.
• Ein Rücksaugmechanismus am Ende des Füllvorgangs in absoluter Übereinstimmung mit der linearen Z-Achsen-Bewegung sichert einen sauberen Fadenabriss.
• Die Viskosität von Fluidem sinkt mit steigenden Temperaturen, was in der Produktion zu beachten ist.

Technische Umsetzung für die Vacutainer-Serienfertigung

Basierend auf diesen Erkenntnissen entstand ein Abfüllsystem (Abb. 2) welches aus Dosierpumpen, Entleerungseinheit (wahlweise Kartusche, Hobbock, 200l-Fass oder Sondermaßbehälter) und Materialaufbereitung besteht. Letztere ist nur erforderlich, wenn das zu dosierende Ausgangsmaterial Lufteinschlüsse aufweist, die eine blasenfreie Dosierung nicht zulassen und damit das Vakuumieren erschweren. Die Dosiereinheit im hier vorgestellten Beispiel ist als Multi-Füllanlage ausgelegt, um dem zumeist geringen Platzbedarf im Pharmaumfeld gerecht zu werden – eine spezielle V-förmige Anordnung mit zwei Dispenser-Reihen, einem mittig angeordneten Verteiler und Sonderdüsen auf der Auslassseite schaffen eine platzsparende hochfunktionale Dosier-Einheit, die unter qualitativen und quantitativen Betrachtungen optimale Ergebnisse in der Herstellung von Blutentnahmeröhrchen ermöglicht.