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Kreuzkontaminationen durch Aerosole

Kontaminationsfrei Pipettieren

Über die relative Effizienz von Filterspitzen beim kontaminationsfreien Pipettieren – und eine Alternative.

Bild 1: Zwei Pipettenkonzepte: Luftverdrängungsprinzip mit Standard-Filterspitzen und Direktverdrängungsprinzip wie bei der Microman E-Pipette. © Gilson
Filterspitzen gelten als anerkannte Lösung zur Vermeidung der Kreuzkontamination von Proben. Aber: Die Grundlagen des Aerosolverhaltens demonstrieren, dass Filterspitzen keinen 100%igen Schutz gegen alle Partikelgrößen bieten. Ist die Kontaminationsvermeidung besonders wichtig, kann eine Direktverdrängungspipette eine Alternative sein.

PCR ist ein außerordentlich empfindliches Verfahren zur Amplifizierung geringer Mengen von DNA. Dabei ist die Vermeidung von Kontamination von höchster Bedeutung. Weist die Probe auch nur die geringste Kontamination mit DNA auf, wird diese DNA vervielfältigt und kann zu einer falsch-positiven Identifizierung führen. Ein Beispiel: Führt ein Labortechniker in der Gerichtsmedizin PCR an einer Blutprobe durch, könnte eine Kreuzkontamination der Proben zu einer irrtümlichen Schuldzuweisung führen. Das gilt auch, wenn der Labortechniker für jede Probe eine frische Pipettenspitze verwendet. Blut kann z. B. im Pipettenschaft verdunsten, am Kunststoff der Pipette hängenbleiben und dann versehentlich in die nächste Probe gelangen.

Bild 2: Größenskala der verschiedenen Partikel. © Gilson

Moderne Laboratorien haben sich dieses Sachverhalts bereits angenommen und arbeiten unermüdlich an der Vermeidung des durch den Einsatz von Filterspitzen bedingten Problems. Die Frage ist aber: Können sie sich 100%ig auf die Effizienz ihrer Filterspitzen verlassen, wenn bereits ein einziger Aerosoltropfen eines PCR-Produkts tausende DNA-Stränge enthalten kann, die den Reaktanden leicht kontaminieren können? Die Direktverdrängungspipette Microman E wurde entwickelt, um vor Kreuzkontaminationen zu schützen. Das Prinzip: Ein spezieller Mechanismus sorgt dafür, dass die angesaugte Probe vom Pipettenkörper isoliert wird und die Bildung eines Luftraums, in dem sich Aerosole bilden können, unterbunden wird. Das geschieht durch den Einsatz von Einwegkapillaren und -kolben (Bild 1). Der Abstreichvorgang des Kolbens gegen die Kapillarwand ermöglicht eine genaue Abgabe selbst von zähflüssigen Proben und schließt eine Übertragung auf andere Proben aus.

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Aerosole als Ursache für Kontaminationen

Ein Aerosol ist eine Dispersion aus festen oder flüssigen Partikeln, die in Gas schweben. Die Größe von Aerosol-Partikeln wird, ausgehend von einer kugelförmigen Form, allgemein über den Radius des Partikels bestimmt (Bild 2). Aerosole werden mechanisch durch viele Aktivitäten im Labor produziert (u. a. durch das Pipettieren mit Luftverdrängungspipetten) und sind eine Hauptursache für Kontaminationen, wenn mit infektiösen, toxischen, ätzenden oder radioaktiven Stoffen gearbeitet wird.

Die Pipettenspitzen-Hersteller reagierten auf dieses Problem und entwickelten spezielle Filterspitzen. In diesen Spitzen befindet sich ein poröser Filter, durch den beim Pipettieren Luft strömt. Die Aerosole gelangen in diesen Luftstrom und kommen so nicht in Kontakt mit dem Pipettenschaft. Folglich soll so die Übertragung in eine andere Probe vermieden werden.

Aerosol-Verhalten während der Filterpassage

Es ist wichtig, zu verstehen, wie sich Aerosole während der Filterpassage verhalten, da der Mechanismus, durch den die Partikel aufgehalten werden, von der Partikelgröße abhängt [1, 2]. Abhängig vom Durchmesser eines Aerosols können drei Mechanismen für das Abfangen von Aerosolen angewendet werden [3] (Bild 3).

  1. Kleine Aerosole (Durchmesser kleiner als 0,3 μm) sind so leicht, dass die Kollision der kleinen Partikel mit Luftpartikeln deren Bewegungsablauf stören. Die Aerosole werden dann aus dem Luftstrom heraus befördert und geraten in Kontakt mit den Filterfasern.

  2. Bei mittelgroßen Aerosolen (Durchmesser von 0,3 – 0,7 μm) ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass sie nicht vom Filter aufgehalten werden. Da ihr Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser der Fasern nicht geringer ist, können sie trotzdem abgefangen werden.

  3. Große Aerosole (Durchmesser größer als 0,7 μm) zeichnen sich durch eine hohe Masse und Trägheit aus. Ihnen ist es daher nicht möglich, dem Luftstrom um die Fasern zu folgen, und sie werden direkt von den Fasern aufgefangen.

Tatsächliche Effizienz von Filterspitzen gegen Kreuzkontamination

Im Versuch wurden vier verschiedene Filterspitzen ähnlicher Qualität von unterschiedlichen Herstellern untersucht. Aerosole der Größen 0,05 μm, 0,1 μm, 0,3 μm, 0,5 μm und 1 μm kamen zum Einsatz. Die Untersuchung ergab, dass sich diese Partikel genau wie in der zuvor beschriebenen Filtertheorie verhalten. Es wurde eine Filtereffizienz von gerade einmal 85 % zwischen den Bereichen beobachtet, in denen Diffusions- und Abfangmechanismen eingreifen (0,3 – 0,7 μm). Dieser Bereich entspricht der Größe von Viren und Bakterien (Daten nicht dargestellt).

Bild 3: Filtrationsmechanismus: Drei Mechanismen in Abhängigkeit von der Partikelgröße. Der Übergang zwischen den Mechanismen ist fließend. © Gilson

Immer mehr Laboratorien müssen sich mit der Notwendigkeit von GLP auseinandersetzen. Strenge Bedingungen sind für DNA-Anwendungen vorgegeben; und um biologische oder radioaktive Kontamination zu vermeiden, sind sterile Geräte, saubere Handschuhe und geeignete Pipettiersysteme unerlässlich. Der Gilson Microman E wurde genau hierfür konzipiert, also für die Verwendung von Einwegkapillaren und -kolben – ein Schutz, der die Bildung von Aerosolen und die daraus folgende Kontamination von Proben durch Übertragung verhindert. Die Kapillar-Kolben-Technologie verhindert den direkten Kontakt der Probe mit dem Pipettenschaft, wodurch ein umfassender Schutz gegen Kontamination gewährleistet wird. Das Entfernen des Einweg-Kolben-Kapillar-Systems schützt den Nutzer zudem vor potenziellen Gefahren. Das Auswechseln der Kapillaren und Kolben zwischen den einzelnen Untersuchungen reicht aus, um absoluten Schutz zu garantieren.

Schlussfolgerung

Der Schutz der Probe vor Kontamination ist unerlässlich, um akkurate Ergebnisse in der biologischen Forschung zu erreichen. Zu diesem Zweck wurden Filterspitzen für Pipetten entwickelt. Unabhängig von der Ursache einer möglichen Aerosol-Kontamination können Filterspitzen keinen 100 %igen Schutz gegen eine Kontamination durch Übertragung bieten. In Umgebungen, in denen DNA- Proben untersucht werden und Testergebnisse absolut zuverlässig sein müssen (z. B. in der Gerichtsmedizin, der klinischen Diagnostik oder der Genanalyse), empfehlen wir den Einsatz der Gilson Microman E-Pipetten. Sie eignen sich besonders für sensible Fragestellungen, bei denen unumstößliche Ergebnisse erzielt werden müssen.

Literatur

  1. K.W. & Liu, B.H.Y. (1982): Experimental study of aerosol filtration by fibrous filters. Aerosol Sci. Technol. 1, 35–46
  2. K.W. & Liu, B.H.Y. (1982): Theoretical study of aerosol filtration by fibrous filters. Aerosol Sci. Technol. 1, 147–162
  3. A. & Boulaud, D. (1998): The aerosols: physics and metrology (Lavoisier Technique et Documentation, Paris)

Gilson International BV Deutschland, Limburg

www.gilson.com

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