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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION formée par
V-TECH, INC. pour : "Appareil et procédé pour obtenir des échantillons liquides reproductibles de volume réduit"
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"Appareil et procédé pour obtenir des échantillons liquides reproductibles de volume réduit"
La présente invention est relative à un procédé et un appareil de laboratoire semi-automatiques, améliorés, et d'une manière plus spécifique à un procédé et un appareil pour préparer de manière reproductible, précise des échantillons en phase liquide, etc, pour une analyse chimique et microscopique ultérieure, par exemple des échantillons d'urine.
Les résultats d'analyse d'urine constituent un outil intéressant pour le médecin expert à diagnostiquer, comme aide dans la détermination d'états pathologiques dans le corps, et dans la détection de différentes maladies. Les processus de diagnostic réalisés dans l'exécution d'une analyse d'urine sont bien connus et comprennent l'examen microscopique d'un échantillon d'urine. La préparation d'un échantillon d'urine standardisé et reproductible pour un examen microscopique est importante. Suivant un processus standard, on centrifuge 12 ml d'échantillon d'urine pendant 5 minutes à 400 g, c'est-à-dire à 400 fois la force d'accélération gravitationnelle. Le sédiment est de ce fait en suspension dans environ 1 ml d'urine. Ce sédiment d'urine concentré est normalement localisé dans la portion inférieure de 1 ml du tube de centrifugation.
On décante normale-
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ment ou sépare par écoulement les 11 ml supérieurs d'échantillon et on prélève ordinairement une goutte du liquide restant contenant des matières solides en suspension pour l'examen microscopique. On examine ce sédiment d'urine concentrée pour ce qui est des éléments cellulaires, tels que les érythrocytes, leucocytes, cellules épithéliales, calculs et cristaux, dont la présence en des quantités supérieures ou inférieures aux quantités préalablement déterminées peut être une indication de troubles particuliers du système corporel.
La séparation précise de la portion liquide surnageante majeure de l'échantillon, appelée dans le cas présent liquide résiduaire, de la portion d'échantillon de 1 ml contenant les matières solides en suspension (appelée quelque fois ci-après"échantillon liquide") est importante dans la préparation de l'échantillon liquide pour un examen microscopique et est ordinairement réalisée par de simples méthodes de décantation. Toutefois, si l'on décante une quantité quelque peu plus grande ou plus petite que 11 ml après la centrifugation, les solides restants en suspension dans la portion séparée de l'urine seront anormalement dilués ou concentrés, et l'examen résultant peut être imprécis et non reproductible.
De plus, un manque de soin dans la technique de décantation peut conduire à la perte de matières solides en suspension, qui mèneront à des résultats imprécis et non reproductibles.
La présente invention prévoit un appareil et un procédé améliorés pour une préparation semi-automatique d'un volume de liquide d'échantillonnage contenant une matière en suspension concentrée, reproductible d'une
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manière précise et aisée. Comme amélioration par rapport à la technique antérieure, la présente invention élimine la décantation par des méthodes manuelles, de sorte que le danger d'une contamination de l'opérateur par le liquide résiduaire ou d'une décantation imprécise de l'échantillon est éliminé ou très sensiblement réduit. Le procédé et l'appareil permettent ainsi pour des échantillons préparés de façon uniforme de réaliser des volumes d'échantillonnage précis et reproductibles pour un examen microscopique.
Les publications de la technique antérieure les plus pertinentes connues actuellement sont le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4. 022.576 de la demanderesse, et les brevets qui y sont cités, en particulier le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3.481. 477 de Farr.
On connaît également, à cet égard, le brevet des EtatsUnis d'Amérique nO 3.355. 098 de Farr. Toutefois, le procédé et l'appareil du brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4.022. 576 de la demanderesse requièrent une décantation manuelle du liquide résiduaire par le technicien, suivie d'une aspiration de la portion concentrée de l'échantillon dans l'extrémité inférieure ouverte du tube de prélèvement lui-même. La présente invention élimine le processus de décantation manuel non hygiénique et imprécis, et laisse l'échantillon concentré intact dans le tube à essai. La manipulation du liquide d'échantillonnage par le technicien est réduite au minimum. A aucun moment le technicien ne doit toucher manuellement le tube de prélèvement ou entrer en contact avec le liquide résiduaire comme cela pourrait être le cas avec les processus de décantation manuels.
Suivant
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le procédé de la présente invention, le récipient de prélèvement reste dans une position verticale, ordinairement dans un support à tubes à essai, tout au long de la préparation de l'échantillon, en éliminant ainsi le danger de perte par écoulement.
Les brevets de Farr se rapportent à des écumoiresà sérum dans lesquelles le liquide résiduaire est expulsé du tube de récolte par un dispositif du type à piston en laissant le liquide résiduaire ou échantillon liquide dans le tube de récolte. Le dispositif du type à piston, appelé écumoire à sérum, doit être réalisé dans des limites de tolérance extrêmement réduites, et nécessite une durée d'utilisation prolongée par le fait que l'opérateur doit prendre certaines précautions pour obtenir un volume d'échantillon liquide précis et reproductible.
La présente invention prévoit un procédé et un appareil améliorés pour la préparation d'échantillons permettant de réaliser un examen microscopique ou chimique précis et reproductible.
La présente invention prévoit un procédé et un appareil semi-automatiques améliorés pour la préparation d'échantillons liquides en vue de l'examen des matières solides qu'ils contiennent et d'autres de leurs composants. Grace à la présente invention, la récolte d'un volume d'échantillon liquide reproductible est réalisée d'une manière plus rapide et semi-automatique et d'une manière plus fiable que précédemment.
De plus, puisque l'on peut éviter les techniques de décantation manuelles, la durée de manipulation pour l'opération est réduite, les pertes par écoulement
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sont éliminées et l'obtention de l'échantillon liquide devient un travail de routine, rapide et parfaitement hygiénique. Les matières solides en suspension d'un échantillon centrifugé ne sont pas perturbées par le processus de préparation puisque l'échantillon liquide peut rester relativement en repos au cours de la séparation du liquide résiduaire surnageant. En outre, le coût des tubes de prélèvement peut être sensiblement réduit puisque les tolérances dimensionnelles ne sont pas critiques.
L'appareil de la présente invention comprend, en combinaison, différents éléments. Le premier élément est un récipient allongé ouvert à son extrémité normalement supérieure, et fermé à l'extrémité opposée, et est appelé dans le cas présent tube à essai. Le tube à essai est pourvu d'indications ou de repères pour introduire avec précision une quantité donnée d'échantillon (non concentré). L'extrémité fermée du tube à essai est de préférence effilée ou en forme de cône pour faciliter la récolte des matières solides en suspension au cours de la centrifugation ou d'une opération similaire.
Le second élément comprend un tube allongé creux, ouvert à son extrémité normalement supérieure et fermé à son extrémité inférieure. Ce tube, appelé dans le cas présent dispositif ou tube de prélèvement, comporte un corps principal plus étroit de diamètre que le tube à essai et comporte une portion inférieure d'aire transversale agrandie quelque fois appelée ci-après "chambre de prélèvement", la chambre de prélèvement étant disposée à proximité de l'extrémité inférieure fermée du dispositif de prélèvement. L'extrémité supérieure
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ouverte du dispositif de prélèvement a de préférence une aire transversale croissante pour conférer une forme en entonnoir de manière à réaliser un contact étanche avec un troisième composant, à savoir les moyens d'aspiration.
La chambre de prélèvement est en communication pour un fluide avec l'extrémité supérieure ouverte du dispositif de prélèvement.
Le tube de prélèvement est logé librement dans le corps principal du tube à essai, et lorsque son extrémité inférieure repose sur le fond des parois coniques inférieures du tube à essai, la chambre de prélèvement est, dans une première forme de réalisation préférée, espacée des parois intérieures du tube à essai. La chambre de prélèvement comporte au moins une ouverture de fluide en communication avec l'extrémité supérieure ouverte du tube de prélèvement. Cette ouverture de fluide est espacée au-dessus de l'extrémité inférieure du tube à essai, pour définir, en dessous de ladite ouverture, un volume de liquide d'échantillonnage préalablement déterminé de, par exemple, 0,75 ml.
Lors de l'aspiration du liquide résiduaire dans le tube à essai par l'extrémité supérieure ouverte du tube de prélèvement ou d'échantillonnage, on a constaté que la totalité de ce liquide au-dessus de l'ouverture de fluide est aspirée mais que le liquide restant en dessous de l'ouverture de fluide reste intact et non perturbé et qu'il n'est pas aspiré p3r l'ouverture de fluide. C'est ainsi que l'on obtient un volume préalablement déterminé d'échantillon liquide, dont le volume dépend du placement de l'ouverture de fluide par rapport à l'extrémité inférieure du tube à essai dans lequel le tube de prélèvement
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est logé.
Dans la forme de réalisation préférée, les parois périphériques de la chambre creuse du tube de prélèvement sont espacées des parois tubulaires intérieures d'une distance d'environ 0,076 mm à 0,152 mm, bien qu'une gamme plus étendue soit applicable, par exemple d'environ 0,076 mm à 0,381 mm, et il apparaît que, dans ce cas, il n'y a pas d'entrave dans l'intégrité du volume d'échantillon préalablement déterminé désiré se trouvant en dessous de l'ouverture de fluide lors de l'aspiration du liquide résiduaire.
Dans une seconde forme de réalisation, la chambre de prélèvement n'est pas sous-dimensionnée par rapport à la paroi intérieure du tube à essai mais est en contact étanche avec cette paroi pour définir un volume d'échantillon liquide scellé. Dans cette seconde forme de réalisation, la chambre de prélèvement comporte une ouverture de fluide juste au-dessus du niveau du contact étanche de sorte que le volume d'échantillon liquide est défini par le volume scellé, le liquide excédentaire étant aspiré au-dessus de cette chambre par l'ouverture de fluide et par l'extrémité supérieure du tube de prélèvement relié aux moyens d'aspiration.
Dans les deux formes de réalisation, les tubes de prélèvement et les tubes à essai sont fabriqués en une matière plastique moulable relativement bon marché.
Le troisième élément, à savoir les moyens ou le système d'aspiration, complète l'appareil. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens d'aspiration consistent en une pompe à vide reliée par un tube flexible à un récipient à déchets, par exem-
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ple un flacon, le récipient à déchets étant, à son tour, relié par un tube flexible ou rigide à un dispositif aspirateur (quelque fois appelé dans le cas présent pistolet aspirateur), qui est en contact étanche avec l'extrémité supérieure du dispositif de prélèvement.
Une fois l'aspiration du liquide résiduaire achevée, le pistolet aspirateur éjecte le dispositif de prélèvement pour évacuation sans aucune manipulation ou contact physique entre le technicien et le dispositif de prélèvement, le pistolet étant alors disponible pour être fixé au dispositif de prélèvement suivant. Le dispositif d'aspiration comprend des moyens de vanne pour activer ou désactiver celui-ci.
Le procédé de la présente invention implique le remplissage d'un tube à essai d'un liquide en grand excès par rapport à l'échantillon liquide désiré, et ensuite la centrifugation, sous des conditions standardisées, de l'échantillon pour concentrer les matières solides en suspension dans la portion inférieure du tube à essai. Après la centrifugation, le tube de prélèvement, dont l'extrémité supérieure ouverte est fixée au pistolet aspirateur, est introduit librement dans le tube à essai jusqu'à ce que son extrémité inférieure fermée repose sur le fond du tube à essai. Les moyens d'aspiration sont ensuite activés pour séparer le liquide dans le tube à essai qui se trouve au-dessus de l'ouverture de fluide de la chambre de prélèvement.
Le liquide restant en dessous de l'ouverture de fluide n'est pas aspiré, et puisque l'ouverture de fluide est agencée d'une manière tout à fait précise et reproductible, on obtient un volume d'échantillon liquide reproductible,
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précis. Dans le cas où la chambre de prélèvement est sous-dimensionnée (la première forme de réalisation), le volume d'échantillon prédéterminé sera le volume se trouvant juste en dessous de l'ouverture de fluide. Dans le cas où la chambre de prélèvement est en contact étanche avec les parois du tube à essai, le volume d'échantillon défini sera ég18ment le volume se trouvant juste en dessous de l'ouverture de fluide de la chambre de prélèvement et est essentiellement égal au volume de l'aire scellée définie.
Une fois l'aspiration de la totalité du liquide résiduaire terminée, le dispositif de prélèvement est séparé du tube à essai et éjecté par le pistolet aspirateur, de manière à pouvoir s'en débarrasser. Un échantillon du liquide restant concentré en matières solidez peut ensuite être coloré, etc, et extrait du tube à essai de la manière habituelle, par exemple au moyen d'une pipette de transfert, pour une analyse microscopique ou autre des solides ou liquides qu'il contient.
Bien que l'invention soit décrite dans le cas présent conjointement à l'analyse d'urine, on notera que l'invention n'y est pas limitée, et trouve des applications dans d'autres processus, par exemple dans l'analyse de sang et des études d'émulsion. La présente invention est applicable dans tous les cas où une analyse précise et reproductible de liquides contenant des particules en suspension, des gouttelettes et d'autres systèmes en phase liquide, est nécessaire.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
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La figure l est une vue en perspective des éléments de l'appareil de la présente invention, montrant leur utilisation lorsqu'ils sont combinés les uns aux autres.
La figure 2 est une vue en perspective d'un tube à essai, avec les repères qui y sont représentés, utilisé conjointement à l'appareil de l'invention.
La figure 3 est une vue en perspective d'une forme de réalisation préférée de dispositif de prélèvement utilisée conjointement à la forme de réalisation de la figure 1.
La figure 4 est une vue en coupe transversale fragmentaire, agrandie prise suivant les lignes 4-4 de la figure 1, montrant le dispositif de prélèvement de la figure 3 dans un tube à essai, et communiquant avec le dispositif d'aspiration de la présente invention.
La figure 5 est une vue de détail fragmentaire, agrandie de l'extrémité inférieure de la figure 4, représentée par les flèches en forme d'arc 5-5, montrant le dispositif de prélèvement en position dans le tube à essai et représentant la direction d'écoulement pour le liquide résiduaire au cours de l'aspiration.
La figure 5A est une vue de détail fragmentaire agrandie de l'extrémité inférieure de la figure 4 comme dans le cas de la figure 5, mais montrant le niveau de liquide résiduaire dans le tube à essai après aspiration.
La figure 6 est une vue d'extrémité partielle de la figure 4, montrant le pistolet aspirateur.
La figure 7 est une vue en perspective de la seconde forme de réalisation de dispositif de prélève-
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ment.
La figure 8 est une vue en coupe transversale d'une seconde forme de réalisation de la présente invention, montrant le dispositif de prélèvement de la figure 7 dans un tube à essai, et communiquant avec le dispositif d'aspiration de la présente invention.
La figure 9 est une vue de détail fragmentaire agrandie de l'extrémité inférieure de la figure 8, représentée par les flèches 9-9, montrant le dispositif de prélèvement en position de support normale dans le tube à essai.
La figure 10 est une vue en perspective montrant une modification du pistolet aspirateur de la figure 1.
La figure 11 est une vue en perspective d'une troisième forme de réalisation de dispositif de prélèvement.
Dans la préparation d'échantillons en phase liquide, tels que des échantillons d'urine pour analyse, on centrifuge un volume mesuré de l'échantillon, par exemple 12 ml, afin de concentrer les matières solides contenues dans celui-ci enun volume de liquide relativement réduit, d'une manière spécifique 1 ml. Suivant la présente invention, on prépare l'échantillon liquide dans un tube à essai 10, comportant une extrémité supérieure ouverte 12 et une extrémité inférieure fermée 14.
Afin d'obtenir un volume d'échantillon liquide reproductible de, par exemple, 0,75 ml 0, 1 ml dans le tube à essai, on utilise un tube de prélèvement 116 tel que représenté d'une manière spécifique par les figures 3 à 5, le tube de prélèvement 116 étant la forme de
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réalisation préférée, principale de la présente invention.
Le tube de prélèvement 116 comprend une portion de corps principale d'allure générale tubulaire 102, une extrémité supérieure ouverte en forme d'entonnoir, conique vers l'extérieur, et vers le haut 117, une extrémité inférieure fermée 120 sous la forme d'une tige d'allure générale cylindrique de diamètre réduit par rapport à la portion de corps principale 102, et une chambre creuse élargie 118 disposée à une distance finie, par exemple 8 à 12 mm au-dessus de l'extrémité inférieure fermée 120 du tube de prélèvement. La chambre 118 est évasée par rapport à la portion de corps principale 102 et est, de préférence, de configuration générale sphérique.
Le dispositif de prélèvement est aisément moulé par soufflage dans une matière plastique quelconque choisie parmi un grand nombre de matières plastiques différentes, telles que le polyéthylène à basse densité, le polypropylène ou le polystyrène.
Le dispositif de prélèvement 116 peut être introduit librement dans le corps principal 11 du tube à essai 10 jusqu'à ce que la tige de tube de prélèvement 120 aboutisse contre l'aire de fond 9 du tube à essai 10. Dans cette position, le diamètre extérieur de la chambre creuse 119 est espacé des parois intérieures du tube à essai 10 d'une distance de préférence se situant entre environ 0,076 mm à environ 0,152 mm telle que représentée (de manière exagérée) sur les figures 4- 5A, bien que l'on puisse utiliser un espacement plus large pouvant aller jusqu'à 0,381 mm d'après des facteurs, tels que la substance à tester et les matières du tube à essai et du tube de prélèvement.
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Au moins une ouverture de fluide ou orifice 119 est prévu dans la chambre creuse 118. Les ouvertures de fluide 119 sont en communication pour un fluide, par l'intermédiaire de la portion de corps principale 102, avec l'extrémité supérieure ouverte 117 du tube de prélèvement. Les orifices 119 sont de préférence disposés juste au-dessus de la ligne équatoriale de la chambre creuse sphérique 118 pour des raisons qui seront expliquées ci-après. Pour une question d'économie de fabrication, une seule ouverture de fluide 119 est actuellement préférable.
Dans un exemple spécifique de réalisation d'une analyse d'urine suivant-le procédé de la présente invention, on recueille l'échantillon d'urine du patient, et on remplit le tube à essai 10 jusqu'à la ligne des 12 mm. On effectue un examen physique de l'urine où l'on enregistre la coloration et l'aspect. Ensuite, on détermine le poids spécifique et on réalise divers essais chimiques sur l'urine. L'étape suivante consiste en la centrifugation du tube à essai de la manière habituelle. Le tube à essai 10 contenant un échantillon liquide 38 et un liquide résiduaire 36 est ensuite séparé de la centrifugeuse et placé dans un support à tubes à essai 44 (figures 1 et 4).
Un dispositif de prélèvement non utilisé 116 a son extrémité supérieure en forme d'entonnoir 117 fixée à un dispositif ou pistolet aspirateur, représenté d'une manière générale par la référence numérique 42 (dont les détails seront décrits ci-après). L'opérateur, maintenant le pistolet 42 avec le dispositif de prélèvement fixé 116, introduit le dispositif de prélèvement dans le
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tube à essai 10 (contenant l'échantillon liquide centrifugé 36 dans le fond et le liquide résiduaire 38).
Le ou les orifices 119 de la chambre creuse 118 du dispositif de prélèvement 116 sont disposés de telle sorte que le volume défini en dessous du ou des orifices 119, c'est- à-dire suivant les lignes C-C du tube à essai 10 des figures 5 et 6, soit égal au volume désiré d'échantillon liquide qui doit être retenu dans le tube à essai 10. Ordinairement, ce volume d'échantillon liquide équivaut à environ 0,75 ml + 0, 1 ml.
Une aspiration est provoquée par l'extrémité supérieure 117 du tube de prélèvement 116 au moyen du pistolet d'aspiration 42, le liquide résiduaire 36 étant d'abord aspiré par le tube de prélèvement, via les orifices 119 dans la direction indiquée par les flèches sur la figure 5. L'aspiration se poursuit jusqu'à ce que le niveau de liquide tombe juste en dessous des orifices 119, c'est-à-dire suivant les lignes C-C du tube à essai 10, comme indiqué sur la figure 5. Le volume d'échantillon liquide 38, retenu après aspiration, est représenté de manière agrandie sur la figure 6.
L'échantillon liquide d'urine 38 restant dans le tube à essai 10 peut à présent être coloré et extrait en vue d'une analyse microscopique, transféré dans un autre récipient ou encore mélangé à une autre substance dans le tube à essai, ou bien le tube à essai peut être fermé au moyen d'un bouchon et l'échantillon stocké pour d'autres analyses.
Un autre brevet de la demanderesse est basé sur le fait que l'échantillon de volume liquide (le volume en dessous des lignes C-C) devait être scellé au cours de l'aspiration afin de conserver l'intégrité du
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volume déchantillon liquide. Toutefois, la demanderesse a constaté à présent d'une façon tout à fait inattendue que la chambre de prélèvement 118 ne doit pas se trouver en contact étanche avec les parois intérieures du tube à essai, suivant les lignes C-C, mais plutôt que la chambre de prélèvement 118 doit, pour obtenir un effet optimal, être sous-dimensionnée par rapport aux parois intérieures du tube à essai 10, suivant les lignes C-C.
On a constaté que même s'il y avait un intervalle ou espacement 139 (figure 5A) d'environ 0,076 à 0,152 mm suivant les lignes C-C, et que s'il n'y avait pas d'engagement étanche et/ou de contact physique ou autre, l'aspiration du liquide résiduaire 36 ne se fera que jusqu'au niveau des orifices 119, ou peut être légèrement en dessous, comme indiqué sur la figure 5A. Toute aspiration de l'échantillon liquide 38 en dessous des lignes C-C, ne se produit pas, peut être à cause de l'attraction capillaire du liquide restant dans le tube à essai 10 vers les parois du tube à essai, et de la pression atmosphérique sur le tube à essai.
Des forces telles que celles-là peuvent être responsables du maintien en place de l'échantillon liquide 38 ; mais quelles que soient la théorique correcte ou les hypothèses relatives au comportement du tube de prélèvement 116 par rapport au tube à essai 10, dans le maintien d'un volume d'échantillon liquide juste en dessous des orifices 119, au cours de l'aspiration, il est clair que le volume d'échantillon liquide 38 ainsi obtenu est hautement reproductible (dans la gamme de 5 à 10%) 0 Des variations de volume d'échantillon de 5 à 10% sont ordinairement considérées comme étant non significatives.
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La forme de réalisation principale représentée par les figures 4-5A, est en fait préférée pour des raisons d'économie substantielles, à la fois au niveau de la production et au niveau de l'opérateur (utilisateur). Au niveau de la production, parce qu'elle permet d'éviter la nécessité d'un engagement étanche entre la chambre de prélèvement et la paroi intérieure du tube à essai, et qu'il n'est pas nécessaire ainsi de maintenir des tolérances étroites pour ce qui est de la chambre de prélèvement. Ce facteur est d'une importance spécifique parce que le dispositif de prélèvement est d'allure générale tubulaire et est de préférence moulé par soufflage puisque c'est le mode de production le moins coûteux. Toutefois, les tolérances dimensionnelles sont difficiles à maintenir avec les matières plastiques moulées par soufflage.
Si l'on doit fabriquer une chambre de prélèvement avec un espacement ou intervalle de 0,127 mm et qu'on"dépasse"celui-ci d'une valeur allant jusqu'à 0,051 mm, cela n'a aucune importance puisque le contact étanche n'est pas important, n'est pas requis et doit en fait être évité pour la raison suivante.
L'absence de contact étanche est particulièrement avantageuse en ce que le tube de prélèvement 116 peut être libéré aisément du tube à essai 10 une fois l'aspiration terminée. Si l'on prévoit un contact étanche, le tube de prélèvement doit être libéré de force du tube à essai avant qu'il ne puisse être éjecté du pistolet aspirateur 42. Cette étape d'enlèvement de force demande du temps, étant donné que l'opérateur doit tenir le tube à essai avec une main et tirer en même temps le tube de prélèvement du tube à essai. Cette étape de-
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mandant du temps est totalement évitée par l'utilisa- teur du tube de prélèvement sous-dimensionné 116. L'utilisation du tube de prélèvement sous-dimensionné 116 est par conséquent d'un avantage important au niveau de l'opérateur.
Système d'aspiration
Les détails du système d'aspiration seront à présent exposés.
L'extrémité supérieure 117 du tube de prélèvement 116 est en contact étanche avec une source à vide 21, via un pistolet d'aspiration 42, un tube flexible 23, une vanne 52 et un flacon à déchets 46, ainsi qu'un tube associé 34, comme représenté sur la figure 1.
Les moyens ou pistolet d'aspirationsemiautomatiques 42 sont de préférence en une matière plastique moulée, telle que de l'ABS, et comprennent une enveloppe 30 de préférence allongée qui sert de poignée au pistolet 42. L'enveloppe 30 est pourvue d'un alésage cylindrique allongé 31 s'étendant de l'extrémité arrière 43 du pistolet 42 jusqu'à une cavité 47 formée dans la partie avant 45 de l'enveloppe 42. Un second alésage cylindrique 32 est prévu dans la partie avant 45 de l'enveloppe 30, dont la direction est à angle droit par rapport à l'alésage 31. L'extrémité supérieure de l'alésage 31 aboutit à une cavité 47, et comme on peut le voir les alésages 31,32 seront en communication pour un fluide par l'intermédiaire de la cavité 47.
L'alésage 32 est pourvu d'un conduit tubulaire ou bras d'extension conique vers le bas, rigide 50 qui sert de moyen de fixation à l'extrémité en forme d'entonnoir 17 du dispositif de prélèvement 16. Un tube 23
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est fixé dans l'alésage 31, ce tube 23 s'étendant vers l'arrière jusqu'au flacon à déchets 46, qui est mis sous vide grace à la pompe à vide 21, par l'intermédiai- re d'un tuyau à vide 34, de la manière habituelle. Une vanne à deux voies ordinaire 52 est disposée dans le tuyau 23 et règle le degré de vide désiré, par exemple 0,055 à 0,069 MPa, et par conséquent le taux d'extraction de liquide résiduaire du tube à essai 10.
On notera que l'extrémité supérieure en forme d'entonnoir 117 du tube de prélèvement 116 peut être et est emmanchés à force sur le bras d'extension conique vers le bas 50 pour permettre le transfert d'un fluide du dispositif de prélèvement 116 vers le flacon 46 par l'intermédiaire du pistolet 42 et du tube 23.
Après que le liquide résiduaire 36 a été aspiré dans le flacon à déchets 46, et lorsque seul l'échan- tillon liquide 38 reste dans le tube à essai 10, le dispositif de prélèvement 116 est extrait du tube à essai 10, l'utilisateur effectuant cette opération levant avec une main le pistolet aspirateur 42 vers le haut pour dégager le tube à essai 10 tout en maintenant le tube à essai 10 en place avec l'autre main. Le dispositif de prélèvement 16 est ensuite éjecté du pistolet 42, comme on le décrira ci-après.
Si l'on se réfère à la figure 6, ainsi qu'aux figures 1 et 4, on y a représenté un bras ou tige-poussoir tubulaire 54 qui est agencé pour un mouvement de vaet-vient dans la partie avant 45 du pistolet 42, la tigepoussoir 54 s'étendant (normalement) verticalement à travers celle-ci. Une barre-poussoir 56 est fixée à l'extrémité inférieure en saillie de la tige-poussoir et un
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bouton-poussoir 48 est fixé d l'extrémité supérieure de la tige-poussoir 54. La barre-poussoir 56 s'étend pratiquement à angle droit par rapport à la tige-poussoir 54, comporte d'un côté une ouverture ou un trou 57 la traversant, et comporte de l'autre côté une cheville 59 conique vers le haut, s'étendant vers le haut (voir en particulier la figure 4).
La barre-poussoir 56 est reliée à l'extrémité inférieure de la tige-poussoir 54, en emmanchant à force la cheville 59 dans l'extrémité inférieure tubulaire creuse de la tige-poussoir 54 tout en alignant le trou 57, et en le déplaçant vers le haut, sur et autour du bras d'extension 50 du dispositif aspirateur. De cette manière, la barre-poussoir 56 monte ou descend sur le bras d'extension 50 lorsque la tige-poussoir 54 est respectivement abaissée ou libérée par le bouton-poussoir 48. Un ressort 58 rappelle la tigepoussoir 54 et le bouton-poussoir 48 vers une position normalement la plus élevée, comme indiqué sur la figure 4.
L'éjection du dispositif de prélèvement 116 du bras d'extension 50 du pistolet aspirateur se fait de la façon suivante : on abaisse le bouton-poussoir 48, ce qui entraîne également l'abaissement de la tige-poussoir 54 et de la barre-poussoir 56 et la compression du ressort 58. La barre-poussoir 56 entrera alors en contact avec le bord supérieur 125 du dispositif de prélèvement 116, et surmontera l'engagement étanche ou emmanchement à force entre le dispositif de prélèvement 116 et le bras d'extension de pistolet aspirateur 50, en dégageant ou éjectant ainsi le dispositif de prélèvement 16 du pistolet aspirateur 42, vers un dispositif d'évacuation pour déchets (non représenté).
La position totalement abais-
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sée de la barre-poussoir 56 (pour provoquer l'élection du dispositif de prélèvement 16) est représentée en traits interrompus sur les figures 4 et 6.
Une fois la force vers le bas sur le boutonpoussoir 48 libérée, la tige-poussoir 54 et la barrepoussoir 56 reviennent automatiquement à la position en trait plein représentée sur les figures 4 et 6, sous l'influence de la décompression du ressort 58, position dans laquelle l'extrémité inférieure 51 du bras d'extension 50 est totalement libérée de la barre-poussoir 56, et peut recevoir rapidement et aisément l'extrémité évasée supérieure 117 du dispositif de prélèvement 116 suivant.
Sur la figure 8, on a représenté un pistolet aspirateur 100, qui diffère du pistolet 42, par le fait que la partie portante principale de son corps 101, autour de laquelle les doigts de l'utilisateur sont placés, est plus éloignée de l'extrémité supérieure du tube de prélèvement 116 que dans le cas du pistolet aspirateur 42 de la figure 1. Les autres parties des pistolets aspirateurs 42 et 100 sont essentiellement les mêmes.
Un organe en forme de crochet 90 est fixé à la partie avant 45 de l'enveloppe 30 pour pouvoir suspendre le pistolet 42 à un élément de support approprié lorsqu'on ne l'utilise pas (non représenté).
On notera que le positionnement des orifices 119 dans la chambre 118 détermine la quantité de liquide résiduaire qui sera aspirée du tube de prélèvement 116.
Corollairement, le positionnement des orifices 119 sur la chambre de prélèvement 118 détermine le volume d'échantillon liquide 38 qui restera dans le tube à essai 10.
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On peut utiliser le même moule pour dispositif de prélèvement, avec un agencement différent des orifices, pour faire varier le volume de liquide d'échantillonnage 38 restant dans le tube à essai 10.
La portion d'extrémité inférieure 14 du tube à essai 10 est amincie radialement vers l'intérieur dans une direction vers la portion d'extrémité fermée 14 du tube à essai, de manière à définir une portion intérieure inférieure ayant essentiellement la forme d'un cône inversé. Cette configuration facilite la concentration des matières solides en suspension par centrifugation. De plus, l'intérieur du tube à essai 10 dans sa portion d'extrémité inférieure 14 est de section transversale réduite par rapport à la section transversale intérieure adjacente à la partie en forme d'entonnoir 22.
Puisque le tube à essai 10 diminue progressivement vers son extrémité fermée, un certain nombre de "lignes de volume d'échantillon liquide", choisies en différents points le long de l'axe longitudinal du même récipient, peuvent être utilisées avec des chambres de prélèvement 118 ayant des diamètres extérieurs différents, de manière à former des volume scellés de différentes dimensions.
Un bouchon ou capsule approprié (non représenté) peut être prévu pour obturer l'extrémité ouverte 12 du tube à essai 10 au cours de la centrifugation ou d'une opération similaire. Des repères de volume 24 sont disposés le long du tube à essai 10 pour indiquer et mesurer le volume de liquide.
La chambre de prélèvement 118 du dispositif de prélèvement 116 illustrée par les figures 4-5A, est
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définie dans cette forme de réalisation par une extrémité fermée creuse de forme généralement sphérique pourvue de trous 119 agencés juste au-dessus de la circonférence suivant l'équateur de la chambre sphérique pour réduire au minimum les obturations provoquées par des sédiments. On peut faire varier la longueur de la tige de manière plastique 120 faisant partie intégrante de la chambre 118, en dessous de celle-ci, pour ajuster le volume de liquide à maintenir en dessous de la chambre 118 et pour espacer positivement d'une manière reproductible le dispositif de prélèvement 16 et la chambre de prélèvement 118 de l'aire de fond de support 9 du tube à essai.
Seconde forme de réalisation (figures 7 à 9)
Suivant une seconde forme de réalisation de la présente invention, on prépare l'échantillon liquide dans le tube à essai 10, comportant une extrémité supérieure ouverte 12 et une extrémité inférieure fermée 14, comme précédemment. Un volume préalablement déterminé du liquide d'échantillonnage est scellé dans l'extrémité fermée 14 du tube à essai 10 au moyen d'un tube de prélèvement 16. Le tube de prélèvement 16 est insérable librement dans le corps principal 11 du tube à essai 10.
Le tube de prélèvement 16 est pourvu d'une chambre de prélèvement 18 de plus grand diamètre, creuse adjacente à son extrémité inférieure et d'une extrémité supérieure conique vers l'extérieur et vers le haut ou en forme d'entonnoir 17 comportant un bord supérieur 25. La chambre de prélèvement 18 forme un joint avec l'aire de paroi inférieure conique intérieure A du tube à essai 10 (mais on notera que l'aire de paroi A du tube à essai de la
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figure 5 est éloignée des parois de la chambre de prélèvement 118).
Des orifices 19 sont prévus dans la chambre de prélèvement 18 pour permettre au liquide résiduaire 36 se trouvant au-dessus de la chambre de prélèvement 18 d'être évacué par aspiration, après quoi la totalité ou une partie du liquide d'échantillonnage scellé restant 38 dans le tube à essai 10 peut être prélevée pour être transférée à une lame de microscope ou à tout autre instrument analytique.
L'extrémité supérieure 17 du dispositif de prélèvement 16 est en contact étanche avec une source à vide 21, par l'intermédiaire d'un pistolet d'aspiration 42, d'un tube flexible 23, d'une vanne 52 et d'un flacon pour évacuation de déchets 46, tels que représentés et décrits en se référant à la figure 1.
On notera que l'extrémité supérieure en forme d'entonnoir 17 du tube 16 est emmanchée à force sur le bras d'extension conique vers le bas pour permettre le transfert d'un fluide du dispositif de prélèvement 16 vers le flacon à déchets 46 via le pistolet 42 et le tube qui lui est associé.
Après que le résidu liquide 36 a été aspiré dans le flacon à déchets 47, et lorsque seul le liquide d'échantillonnage 38 reste dans le tube à essai, le dispositif d'échantillonnage 16 est extrait du tube à essai 10 en maintenant le tube à essai en place avec une main, pendant que l'on lève le pistolet aspirateur 42 vers le haut avec l'autre d'une hauteur suffisante pour dégager le tube à essai 10. Le dispositif de prélèvement 16 est ensuite éjecté du pistolet 42, de la manière décrite précédemment.
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La circonférence extérieure de la chambre de prélèvement 18 est choisie pour permettre un intervalle suffisant entre la chambre 18 et la paroi du tube à essai 10 de manière à ce que le dispositif de prélèvement 16 et la chambre 18 puissent aisément être introduites par l'extrémité supérieure 12 du tube à essai 10, et puissent passer librement dans le corps principal 11 du tube à essai 10 jusqu'à ce que tout mouvement de la chambre 18 vers l'extrémité fermée 14 soit empêché par la mise en contact avec le fond de la tige 20 à l'extrémité inférieure du tube à essai 10.
A ce moment, la périphérie extérieure de la chambre de prélèvement 18 est en contact étanche avec une partie de la paroi intérieure du tube à essai 10, cette partie de tube à essai 10 entre la chambre 18 et l'extrémité de fond 9 étant scellée du restant de l'intérieur du tube à essai.
La chambre de prélèvement 18, lorsqu'elle est en contact étanche avec la paroi intérieure du tube à essai 10, est espacée de l'extrémité de fond 9 du tube à essai 10 de telle sorte qu'un volume de liquide d'échantillonnage prédéterminé uniforme soit contenu dans l'espace scellé en dessous de la chambre 18. A cet égard, le diamètre extérieur de la chambre 18 est choisi de manière à correspondre essentiellement au diamètre intérieur du tube à essai 10 au moment oÙ le niveau de volume d'échantillon liquide est défini. Un épaulement ou cordon annulaire intérieur de dimension appropriée (non représenté) peut être prévu dans le tube à essai 10 à la ligne de section transversale réduite, pour assurer une obturation parfaite à la distance désirée de l'extrémité fermée du tube à essai.
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La seconde forme de réalisation des figures 7 à 9 assure un volume d'échantillon liquide 38, reproductible, scellé mais présente les inconvénients, par rapport au tube de prélèvement sous-dimensionné 116, énumérés précédemment.
Une autre forme de réalisation du dispositif de prélèvement, désignée par la référence numérique 70, est représentée par la figure 11. Sur la figure 11, la chambre 72 est définie par une paroi cylindrique 74, une paroi d'extrémité inférieure 76 de forme conique tronquée, et une paroi supérieure plane 78, des trous 80 étant pratiqués sur la paroi supérieure plane. Le dispositif de prélèvement 70 comprend une extrémité en forme d'entonnoir supérieure, ouverte 81, et comprend également un épaulement d'éjection 82. La barre-poussoir 56 du pistolet aspirateur 42 engage l'épaulement d'éjection 82, pour l'éjection du dispositif de prélèvement 70 après l'aspiration, au lieu de s'appuyer sur le bord supérieur 83 du dispositif de prélèvement 70 aux fins d'un engagement avec la barre-poussoir 56.
Dans cette forme de réalisation, la chambre 72 est de préférence sous-dimensionnée, par rapport aux parois du tube à essai, de la manière représentée sur les figures 4-5A, et peut également être utilisée avec une chambre de prélèvement plus grande, comme sur les figures 7 à 9, de manière à obtenir un volume d'échantillon liquide scellé dans le tube à essai.
Compte tenu de ce qui précède, et en particulier de la forme de réalisation préférée, on peut voir que lors de la réalisation d'examens de matières solides en suspension dans des liquides, l'échantillon liquide
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est préparé de manière appropriée, rapide et d'une manière uniforme. L'invention permet d'éliminer pratiquement toutes les modifications apportées à la technique de préparation qui peuvent conduire à une disparité dans les résultats, même entre des échantillons du même liquide. La présente invention permet de réduire au minimum la manipulation de l'échantillon, le danger de contamination par le technicien par une mise en contact avec l'échantillon, et le danger de pertes par écoulement.
On obtient une préparation d'échantillon uniforme même si l'on utilise des personnes à demi-qualifiées pour préparer les échantillons.
La présente invention permet au technicien de préparer un volume d'urine ou de n'importe quel autre échantillon liquide 38, essentiellement reproductible dans le tube à essai 10 (après centrifugation et placement dans un support pour tubes à essai 44 ou tout autre moyen de support) sans jamais venir en contact avec l'échantillon liquide au cours de la séparation du liquide résiduaire 36, et sans jamais perturber la position verticale du tube à essai 10 lors de la préparation de l'échantillon pour analyse.
L'appareil de la présente invention peut être fabriqué à des taux de production relativement élevés en utilisant des matériaux bon marché, et on peut donc les utiliser comme objets à jeter, à utiliser une seule fois. Les différentes formes de réalisation de dispositifs de prélèvement, décrites dans le cadre de la présente invention, peuvent être fabriquées d'une façon appropriée par un procédé de moulage par soufflage en utilisant n'importe quel type de matière plastique appropriée.
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Bien que le tube à essai 10 ait été décrit comme comportant une portion d'extrémit6 inférieure en forme de cône 14, on notera que la configuration précise du récipient ou tube à essai n'est pas critique dans le cadre de la présente invention.
On notera également que la présente invention représente une amélioration importante dans le domaine de l'analyse en laboratoire de liquides, tels que l'urine, contenant des matières en suspension. D'une manière spécifique, l'invention procure une technique semi-automatique, fiable pour isoler un volume prédéterminé d'échantillon liquide pour une analyse ultérieure.
En terme de méthodologie, on peut considérer que les étapes prises en combinaison, a) de remplissage du tube à essai avec un large excès de liquide, et ensuite b) d'aspiration (c'est-à-dire de séparation par succion) d'une certaine quantité de ce liquide jusqu'à un niveau positif fini dans le tube à essai tel que déterminé automatiquement par des moyens de limitation d'aspiration (ce niveau correspondant au volume prédéterminé d'échantillon liquide désiré) sont nouvelles et originales.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
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PATENT OF INVENTION formed by
V-TECH, INC. for: "Apparatus and method for obtaining reproducible liquid samples of reduced volume"
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"Apparatus and method for obtaining reproducible liquid samples of reduced volume"
The present invention relates to an improved semi-automatic laboratory method and apparatus, and more specifically to a method and apparatus for reproducibly, accurately preparing samples in liquid phase, etc., for analysis chemical and microscopic subsequent, for example urine samples.
The results of urinalysis are an interesting tool for the expert doctor to diagnose, as an aid in the determination of pathological conditions in the body, and in the detection of various diseases. The diagnostic processes performed in performing a urinalysis are well known and include microscopic examination of a urine sample. It is important to prepare a standardized and reproducible urine sample for microscopic examination. According to a standard process, 12 ml of urine sample are centrifuged for 5 minutes at 400 g, that is to say at 400 times the force of gravitational acceleration. The sediment is therefore suspended in approximately 1 ml of urine. This concentrated urine sediment is normally located in the lower 1 ml portion of the centrifuge tube.
We decant normal-
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drain or separate the top 11 ml of sample and a drop of the remaining liquid usually containing suspended solids is usually taken for microscopic examination. This concentrated urine sediment is examined for cellular elements, such as erythrocytes, leukocytes, epithelial cells, stones and crystals, the presence of which in amounts greater or less than the amounts previously determined may be an indication of particular disorders. of the body system.
The precise separation of the major supernatant liquid portion of the sample, in this case called residual liquid, from the 1 ml sample portion containing the suspended solids (sometimes referred to hereinafter as "liquid sample") is important in the preparation of the liquid sample for microscopic examination and is usually carried out by simple decantation methods. However, if a little more or less than 11 ml is decanted after centrifugation, the remaining solids suspended in the separated portion of the urine will be abnormally diluted or concentrated, and the resulting examination may be inaccurate. and not reproducible.
In addition, a lack of care in the decanting technique can lead to the loss of suspended solids, which will lead to imprecise and non-reproducible results.
The present invention provides an improved apparatus and method for semi-automatic preparation of a volume of sampling liquid containing a concentrated, reproducible suspended matter of a
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precise and easy way. As an improvement over the prior art, the present invention eliminates settling by manual methods, so that the danger of operator contamination by the waste liquid or imprecise settling of the sample is eliminated or very significantly reduced. The method and apparatus thus allow for uniformly prepared samples to achieve precise and reproducible sample volumes for microscopic examination.
The most relevant prior art publications known at present are US Patent No. 4,022,576 to the Applicant, and the patents cited therein, in particular United States Patent No. 3,481 . 477 of Farr.
Also known, in this regard, US Patent No. 3,355. 098 by Farr. However, the method and apparatus of U.S. Patent No. 4,022. 576 of the applicant require manual decantation of the residual liquid by the technician, followed by aspiration of the concentrated portion of the sample in the open lower end of the sampling tube itself. The present invention eliminates the unhygienic and imprecise manual settling process, and leaves the concentrated sample intact in the test tube. Technician handling of the sample liquid is minimized. At no time should the technician manually touch the sampling tube or come into contact with the residual liquid as could be the case with manual decantation processes.
following
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In the method of the present invention, the sample container remains in an upright position, usually in a test tube holder, throughout the preparation of the sample, thereby eliminating the danger of loss by flow.
Farr's patents relate to serum skimmers in which the waste liquid is expelled from the collection tube by a piston-type device leaving the residual liquid or liquid sample in the collection tube. The piston type device, called a serum skimmer, must be produced within extremely reduced tolerance limits, and requires a prolonged period of use by the fact that the operator must take certain precautions to obtain a volume of liquid sample. precise and reproducible.
The present invention provides an improved method and apparatus for preparing samples for precise and reproducible microscopic or chemical examination.
The present invention provides an improved semi-automatic method and apparatus for the preparation of liquid samples for examination of the solids contained therein and others of their components. Thanks to the present invention, the harvesting of a volume of reproducible liquid sample is carried out in a faster and semi-automatic manner and in a more reliable manner than previously.
In addition, since manual settling techniques can be avoided, the handling time for the operation is reduced, flow losses
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are eliminated and obtaining the liquid sample becomes routine, fast and perfectly hygienic work. The suspended solids of a centrifuged sample are not disturbed by the preparation process since the liquid sample can remain relatively at rest during the separation of the supernatant residual liquid. In addition, the cost of the sampling tubes can be significantly reduced since the dimensional tolerances are not critical.
The apparatus of the present invention comprises, in combination, different elements. The first element is an elongated container open at its normally upper end, and closed at the opposite end, and in this case is called test tube. The test tube is provided with indications or markers for accurately introducing a given quantity of sample (not concentrated). The closed end of the test tube is preferably tapered or cone-shaped to facilitate the collection of suspended solids during centrifugation or a similar operation.
The second member includes an elongated hollow tube, open at its normally upper end and closed at its lower end. This tube, called in the present case device or sampling tube, comprises a main body narrower in diameter than the test tube and comprises a lower portion of enlarged transverse area sometimes called hereinafter "sampling chamber", the the sampling chamber being disposed near the closed lower end of the sampling device. The upper end
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open of the sampling device preferably has an increasing transverse area to impart a funnel shape so as to make a sealed contact with a third component, namely the suction means.
The sampling chamber is in communication for a fluid with the open upper end of the sampling device.
The sampling tube is freely housed in the main body of the test tube, and when its lower end rests on the bottom of the lower conical walls of the test tube, the sampling chamber is, in a first preferred embodiment, spaced from the inner walls of the test tube. The sampling chamber has at least one fluid opening in communication with the open upper end of the sampling tube. This fluid opening is spaced above the lower end of the test tube, to define, below said opening, a volume of predetermined sampling liquid of, for example, 0.75 ml.
During the aspiration of the residual liquid in the test tube by the open upper end of the sampling or sampling tube, it was found that all of this liquid above the fluid opening is sucked but that the liquid remaining below the fluid opening remains intact and undisturbed and that it is not sucked through the fluid opening. Thus a predetermined volume of liquid sample is obtained, the volume of which depends on the placement of the fluid opening relative to the lower end of the test tube in which the sampling tube
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is housed.
In the preferred embodiment, the peripheral walls of the hollow chamber of the sampling tube are spaced from the inner tubular walls by a distance of about 0.076 mm to 0.152 mm, although a wider range is applicable, for example d '' approximately 0.076 mm to 0.381 mm, and it appears that, in this case, there is no obstacle in the integrity of the desired volume of previously determined sample lying below the fluid opening during the suction of the residual liquid.
In a second embodiment, the sampling chamber is not undersized with respect to the interior wall of the test tube but is in sealed contact with this wall to define a volume of sealed liquid sample. In this second embodiment, the sampling chamber has a fluid opening just above the level of the sealed contact so that the volume of liquid sample is defined by the sealed volume, the excess liquid being aspirated above this chamber through the fluid opening and through the upper end of the sampling tube connected to the suction means.
In both embodiments, the sample tubes and the test tubes are made of a relatively inexpensive moldable plastic.
The third element, namely the means or the suction system, completes the device. According to a preferred embodiment of the invention, the suction means consist of a vacuum pump connected by a flexible tube to a waste container, for example
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ple a bottle, the waste container being, in turn, connected by a flexible or rigid tube to a vacuum device (sometimes called in this case vacuum gun), which is in sealed contact with the upper end of the device sample.
Once the suction of the residual liquid is complete, the vacuum gun ejects the sampling device for evacuation without any manipulation or physical contact between the technician and the sampling device, the gun then being available for attachment to the next sampling device. The suction device comprises valve means for activating or deactivating it.
The method of the present invention involves filling a test tube with a liquid in excess in excess of the desired liquid sample, and then centrifuging, under standardized conditions, the sample to concentrate the solids suspended in the lower portion of the test tube. After centrifugation, the collection tube, the open upper end of which is attached to the vacuum gun, is freely inserted into the test tube until its closed lower end rests on the bottom of the test tube. The suction means are then activated to separate the liquid in the test tube which is located above the fluid opening of the sampling chamber.
The liquid remaining below the fluid opening is not drawn in, and since the fluid opening is arranged in a completely precise and reproducible manner, a volume of reproducible liquid sample is obtained,
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specific. In the case where the sampling chamber is undersized (the first embodiment), the predetermined sample volume will be the volume located just below the fluid opening. In the case where the sampling chamber is in leaktight contact with the walls of the test tube, the defined sample volume will also be the volume located just below the fluid opening of the sampling chamber and is essentially equal to the volume of the defined sealed area.
Once all of the residual liquid has been aspirated, the sampling device is separated from the test tube and ejected by the vacuum gun, so that it can be removed. A sample of the liquid remaining concentrated in solid matter can then be colored, etc., and extracted from the test tube in the usual way, for example by means of a transfer pipette, for microscopic or other analysis of the solids or liquids which it contains.
Although the invention is described in the present case together with the urinalysis, it should be noted that the invention is not limited thereto, and finds applications in other processes, for example in the analysis of blood and emulsion studies. The present invention is applicable in all cases where an accurate and reproducible analysis of liquids containing suspended particles, droplets and other liquid phase systems is required.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which:
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Figure 1 is a perspective view of the elements of the apparatus of the present invention, showing their use when combined with each other.
Figure 2 is a perspective view of a test tube, with the pins shown therein, used in conjunction with the apparatus of the invention.
FIG. 3 is a perspective view of a preferred embodiment of the sampling device used in conjunction with the embodiment of FIG. 1.
Figure 4 is a fragmentary cross-sectional view, enlarged taken along lines 4-4 of Figure 1, showing the sampling device of Figure 3 in a test tube, and communicating with the suction device of this invention.
FIG. 5 is a fragmentary detail view, enlarged from the lower end of FIG. 4, represented by the arrows in the shape of an arc 5-5, showing the sampling device in position in the test tube and representing the direction of the residual liquid during aspiration.
Figure 5A is an enlarged fragmentary detail view of the lower end of Figure 4 as in the case of Figure 5, but showing the level of waste liquid in the test tube after aspiration.
Figure 6 is a partial end view of Figure 4 showing the vacuum gun.
Figure 7 is a perspective view of the second embodiment of the sampler
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is lying.
Figure 8 is a cross-sectional view of a second embodiment of the present invention, showing the sampling device of Figure 7 in a test tube, and communicating with the suction device of the present invention.
Figure 9 is an enlarged fragmentary detail view of the lower end of Figure 8, shown by arrows 9-9, showing the sampling device in the normal support position in the test tube.
FIG. 10 is a perspective view showing a modification of the vacuum gun of FIG. 1.
Figure 11 is a perspective view of a third embodiment of the sampling device.
In the preparation of liquid phase samples, such as urine samples for analysis, a measured volume of the sample, for example 12 ml, is centrifuged in order to concentrate the solids contained therein into a volume of liquid. relatively reduced, specifically 1 ml. According to the present invention, the liquid sample is prepared in a test tube 10, comprising an open upper end 12 and a closed lower end 14.
In order to obtain a reproducible liquid sample volume of, for example, 0.75 ml 0.1 ml in the test tube, use is made of a collection tube 116 as shown specifically in FIGS. 3 to 5, the sampling tube 116 being the form of
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preferred, main embodiment of the present invention.
The sampling tube 116 comprises a main body portion of general tubular appearance 102, an upper end open in the form of a funnel, conical towards the outside, and upwards 117, a closed lower end 120 in the form of a generally cylindrical rod of reduced diameter with respect to the main body portion 102, and an enlarged hollow chamber 118 disposed at a finite distance, for example 8 to 12 mm above the closed lower end 120 of the tube direct debit. The chamber 118 is flared relative to the main body portion 102 and is preferably of generally spherical configuration.
The sampling device is easily blow molded from any plastic material chosen from a large number of different plastic materials, such as low density polyethylene, polypropylene or polystyrene.
The sampling device 116 can be freely introduced into the main body 11 of the test tube 10 until the sampling tube rod 120 ends up against the bottom area 9 of the test tube 10. In this position, the outer diameter of the hollow chamber 119 is spaced from the inner walls of the test tube 10 by a distance preferably between about 0.076 mm to about 0.152 mm as shown (exaggeratedly) in Figures 4-5A, although wider spacing of up to 0.381 mm may be used depending on factors such as the test substance and the materials of the test tube and the sample tube.
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At least one fluid opening or orifice 119 is provided in the hollow chamber 118. The fluid openings 119 are in communication for a fluid, via the main body portion 102, with the open upper end 117 of the tube direct debit. The orifices 119 are preferably arranged just above the equatorial line of the spherical hollow chamber 118 for reasons which will be explained below. For reasons of manufacturing economy, a single fluid opening 119 is currently preferable.
In a specific example of performing a urinalysis according to the method of the present invention, the patient's urine sample is collected, and the test tube 10 is filled to the 12 mm line. A physical examination of the urine is done, recording the color and appearance. Next, the specific gravity is determined and various chemical tests are carried out on the urine. The next step is to centrifuge the test tube in the usual way. The test tube 10 containing a liquid sample 38 and a waste liquid 36 is then separated from the centrifuge and placed in a test tube holder 44 (Figures 1 and 4).
An unused sampling device 116 has its funnel-shaped upper end 117 fixed to a vacuum device or gun, represented generally by the reference numeral 42 (the details of which will be described below). The operator, holding the gun 42 with the attached sampling device 116, introduces the sampling device into the
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test tube 10 (containing the centrifuged liquid sample 36 in the bottom and the residual liquid 38).
The opening (s) 119 of the hollow chamber 118 of the sampling device 116 are arranged so that the volume defined below the opening (s) 119, that is to say along the lines CC of the test tube 10 of the figures 5 and 6, is equal to the desired volume of liquid sample which must be retained in the test tube 10. Ordinarily, this volume of liquid sample is equivalent to approximately 0.75 ml + 0.1 ml.
Suction is caused by the upper end 117 of the sampling tube 116 by means of the suction gun 42, the residual liquid 36 being first sucked by the sampling tube, via the orifices 119 in the direction indicated by the arrows in FIG. 5. The suction continues until the liquid level drops just below the orifices 119, that is to say along the lines CC of the test tube 10, as indicated in FIG. 5 The volume of liquid sample 38, retained after aspiration, is shown in enlarged form in FIG. 6.
The liquid urine sample 38 remaining in test tube 10 can now be stained and extracted for microscopic analysis, transferred to another container, or mixed with another substance in the test tube, or the test tube can be closed with a stopper and the sample stored for further analysis.
Another patent of the applicant is based on the fact that the liquid volume sample (the volume below the lines C-C) had to be sealed during the aspiration in order to preserve the integrity of the
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liquid sample volume. However, the Applicant has now found, quite unexpectedly, that the sampling chamber 118 should not be in leaktight contact with the interior walls of the test tube, along the lines CC, but rather that the chamber sample 118 must, to obtain an optimal effect, be undersized with respect to the interior walls of the test tube 10, along the lines CC.
It was found that even if there was an interval or spacing 139 (FIG. 5A) of approximately 0.076 to 0.152 mm along the lines CC, and that if there was no tight engagement and / or contact physical or other, the suction of the residual liquid 36 will only be done up to the level of the orifices 119, or may be slightly below, as indicated in FIG. 5A. Any aspiration of the liquid sample 38 below the CC lines, does not occur, may be due to the capillary attraction of the liquid remaining in the test tube 10 towards the walls of the test tube, and atmospheric pressure on the test tube.
Forces such as these may be responsible for holding the liquid sample 38 in place; but whatever the correct theoretical or hypotheses relating to the behavior of the sampling tube 116 with respect to the test tube 10, in maintaining a volume of liquid sample just below the orifices 119, during the aspiration , it is clear that the liquid sample volume 38 thus obtained is highly reproducible (in the range of 5 to 10%) 0 Variations in sample volume of 5 to 10% are ordinarily considered to be insignificant.
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The main embodiment shown in Figures 4-5A is actually preferred for reasons of substantial economy, both at the production level and at the operator (user) level. At the production level, because it avoids the need for a sealed engagement between the sampling chamber and the inner wall of the test tube, and it is not thus necessary to maintain close tolerances with regard to the sampling chamber. This factor is of specific importance because the sampling device is generally tubular in appearance and is preferably blow molded since it is the least expensive mode of production. However, dimensional tolerances are difficult to maintain with blow molded plastics.
If it is necessary to manufacture a sampling chamber with a spacing or interval of 0.127 mm and that it "exceeds" this by a value of up to 0.051 mm, this does not matter since the tight contact n is not important, is not required, and should in fact be avoided for the following reason.
The absence of sealed contact is particularly advantageous in that the sampling tube 116 can be easily released from the test tube 10 once the aspiration is complete. If a tight contact is provided, the sample tube must be forcibly released from the test tube before it can be ejected from the vacuum gun 42. This force removal step takes time, since the The operator must hold the test tube with one hand and at the same time pull the sample tube from the test tube. This step of-
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time is completely avoided by the user of the undersized sampling tube 116. The use of the undersized sampling tube 116 is therefore of great advantage to the operator.
Suction system
The details of the vacuum system will now be discussed.
The upper end 117 of the sampling tube 116 is in sealed contact with a vacuum source 21, via a suction gun 42, a flexible tube 23, a valve 52 and a waste bottle 46, as well as an associated tube. 34, as shown in Figure 1.
The automatic suction means or pistol 42 are preferably made of a molded plastic material, such as ABS, and comprise a casing 30 which is preferably elongated and which acts as a handle for the pistol 42. The casing 30 is provided with a bore elongated cylindrical 31 extending from the rear end 43 of the gun 42 to a cavity 47 formed in the front part 45 of the casing 42. A second cylindrical bore 32 is provided in the front part 45 of the casing 30 , whose direction is at right angles to the bore 31. The upper end of the bore 31 terminates in a cavity 47, and as can be seen the bores 31, 32 will be in communication for a fluid by the through the cavity 47.
The bore 32 is provided with a tubular conduit or rigid conical downward extension arm 50 which serves as a means of attachment to the funnel-shaped end 17 of the sampling device 16. A tube 23
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is fixed in the bore 31, this tube 23 extending rearward to the waste bottle 46, which is evacuated by the vacuum pump 21, via a hose to empty 34, in the usual manner. An ordinary two-way valve 52 is placed in the pipe 23 and regulates the desired degree of vacuum, for example 0.055 to 0.069 MPa, and consequently the rate of extraction of residual liquid from the test tube 10.
It will be noted that the funnel-shaped upper end 117 of the sampling tube 116 can be and is force-fitted on the downward conical extension arm 50 to allow the transfer of a fluid from the sampling device 116 to the bottle 46 via the gun 42 and the tube 23.
After the residual liquid 36 has been drawn into the waste bottle 46, and when only the liquid sample 38 remains in the test tube 10, the sampling device 116 is extracted from the test tube 10, the user performing this operation raising the vacuum gun 42 with one hand upwards to disengage the test tube 10 while holding the test tube 10 in place with the other hand. The sampling device 16 is then ejected from the gun 42, as will be described below.
Referring to Figure 6, as well as Figures 1 and 4, there is shown an arm or tubular push rod 54 which is arranged for a reciprocating movement in the front part 45 of the gun 42 , the push rod 54 extending (normally) vertically therethrough. A push bar 56 is attached to the projecting lower end of the push rod and a
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push button 48 is fixed to the upper end of push rod 54. The push bar 56 extends practically at right angles to the push rod 54, has on one side an opening or a hole 57 crossing it, and comprises on the other side a pin 59 conical upward, extending upward (see in particular Figure 4).
The push bar 56 is connected to the lower end of the push rod 54, forcibly fitting the pin 59 into the hollow tubular lower end of the push rod 54 while aligning the hole 57, and moving it upwards, on and around the extension arm 50 of the suction device. In this way, the push bar 56 goes up or down on the extension arm 50 when the push rod 54 is respectively lowered or released by the push button 48. A spring 58 recalls the push rod 54 and the push button 48 to a normally highest position, as shown in Figure 4.
The ejection of the sampling device 116 from the extension arm 50 of the vacuum gun is done as follows: the push button 48 is lowered, which also causes the push rod 54 and the bar to be lowered. pusher 56 and the compression of the spring 58. The pusher bar 56 will then come into contact with the upper edge 125 of the sampling device 116, and will overcome the sealed engagement or press fitting between the sampling device 116 and the arm of extension of the vacuum gun 50, thereby releasing or ejecting the sampling device 16 from the vacuum gun 42, towards a waste evacuation device (not shown).
The totally lowered position-
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The size of the push bar 56 (to cause the selection of the sampling device 16) is shown in broken lines in FIGS. 4 and 6.
Once the downward force on the push button 48 is released, the push rod 54 and the push bar 56 automatically return to the position in solid lines shown in FIGS. 4 and 6, under the influence of the decompression of the spring 58, position wherein the lower end 51 of the extension arm 50 is completely released from the push bar 56, and can quickly and easily receive the upper flared end 117 of the following sampling device 116.
In Figure 8, there is shown a vacuum gun 100, which differs from the gun 42, in that the main bearing part of its body 101, around which the fingers of the user are placed, is further from the upper end of the sampling tube 116 than in the case of the vacuum gun 42 of Figure 1. The other parts of the vacuum guns 42 and 100 are essentially the same.
A hook-shaped member 90 is fixed to the front part 45 of the casing 30 so that the gun 42 can be suspended from an appropriate support element when it is not being used (not shown).
It will be noted that the positioning of the orifices 119 in the chamber 118 determines the quantity of residual liquid which will be drawn from the sampling tube 116.
As a corollary, the positioning of the orifices 119 on the sampling chamber 118 determines the volume of liquid sample 38 which will remain in the test tube 10.
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The same sampling device mold can be used, with a different arrangement of the orifices, to vary the volume of sampling liquid 38 remaining in the test tube 10.
The lower end portion 14 of the test tube 10 is tapered radially inward in a direction toward the closed end portion 14 of the test tube, so as to define a lower interior portion having essentially the shape of a inverted cone. This configuration facilitates the concentration of suspended solids by centrifugation. In addition, the interior of the test tube 10 in its lower end portion 14 is of reduced cross section relative to the interior cross section adjacent to the funnel-shaped portion 22.
Since test tube 10 gradually decreases towards its closed end, a number of "liquid sample volume lines", chosen at different points along the longitudinal axis of the same container, can be used with sampling chambers 118 having different outside diameters, so as to form sealed volumes of different dimensions.
A suitable plug or capsule (not shown) may be provided to seal the open end 12 of the test tube 10 during centrifugation or a similar operation. Volume markers 24 are arranged along the test tube 10 to indicate and measure the volume of liquid.
The sampling chamber 118 of the sampling device 116 illustrated in FIGS. 4-5A is
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defined in this embodiment by a hollow closed end of generally spherical shape provided with holes 119 arranged just above the circumference along the equator of the spherical chamber to minimize fillings caused by sediment. The length of the rod can be varied in a plastic manner 120 forming an integral part of the chamber 118, below the latter, to adjust the volume of liquid to be maintained below the chamber 118 and to positively space in a way reproducible the sampling device 16 and the sampling chamber 118 of the support base area 9 of the test tube.
Second embodiment (Figures 7 to 9)
According to a second embodiment of the present invention, the liquid sample is prepared in the test tube 10, comprising an open upper end 12 and a closed lower end 14, as before. A predetermined volume of the sampling liquid is sealed in the closed end 14 of the test tube 10 by means of a sampling tube 16. The sampling tube 16 is freely insertable in the main body 11 of the test tube 10 .
The sampling tube 16 is provided with a sampling chamber 18 of larger diameter, hollow adjacent to its lower end and of an upper end conical towards the outside and upwards or in the form of a funnel 17 comprising an edge upper 25. The sampling chamber 18 forms a seal with the inner conical lower wall area A of the test tube 10 (but it will be noted that the wall area A of the test tube of the
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Figure 5 is distant from the walls of the sampling chamber 118).
Ports 19 are provided in the sampling chamber 18 to allow the waste liquid 36 above the sampling chamber 18 to be evacuated by suction, after which all or part of the remaining sealed sampling liquid 38 in the test tube 10 can be removed to be transferred to a microscope slide or to any other analytical instrument.
The upper end 17 of the sampling device 16 is in sealed contact with a vacuum source 21, by means of a suction gun 42, a flexible tube 23, a valve 52 and a waste disposal bottle 46, as shown and described with reference to FIG. 1.
It will be noted that the funnel-shaped upper end 17 of the tube 16 is force fitted on the downward conical extension arm to allow the transfer of a fluid from the sampling device 16 to the waste bottle 46 via the gun 42 and the tube associated therewith.
After the liquid residue 36 has been drawn into the waste bottle 47, and when only the sampling liquid 38 remains in the test tube, the sampling device 16 is extracted from the test tube 10 while maintaining the tube test in place with one hand, while the vacuum gun 42 is raised upwards with the other of a sufficient height to release the test tube 10. The sampling device 16 is then ejected from the gun 42, as previously described.
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The outer circumference of the sampling chamber 18 is chosen to allow a sufficient gap between the chamber 18 and the wall of the test tube 10 so that the sampling device 16 and the chamber 18 can easily be inserted from the end 12 of the test tube 10, and can pass freely through the main body 11 of the test tube 10 until any movement of the chamber 18 towards the closed end 14 is prevented by contacting the bottom of the rod 20 at the lower end of the test tube 10.
At this time, the outer periphery of the sampling chamber 18 is in sealed contact with a part of the interior wall of the test tube 10, this part of test tube 10 between the chamber 18 and the bottom end 9 being sealed. the rest of the interior of the test tube.
The sampling chamber 18, when in tight contact with the inner wall of the test tube 10, is spaced from the bottom end 9 of the test tube 10 so that a predetermined volume of sampling liquid uniform be contained in the sealed space below the chamber 18. In this regard, the outside diameter of the chamber 18 is chosen so as to correspond essentially to the inside diameter of the test tube 10 at the moment when the volume level of liquid sample is defined. An appropriately sized inner annular shoulder or bead (not shown) may be provided in the test tube 10 at the reduced cross-section line, to ensure perfect sealing at the desired distance from the closed end of the test tube.
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The second embodiment of Figures 7 to 9 provides a volume of liquid sample 38, reproducible, sealed but has the disadvantages, compared to the undersized sampling tube 116, listed above.
Another embodiment of the sampling device, designated by the reference numeral 70, is represented by FIG. 11. In FIG. 11, the chamber 72 is defined by a cylindrical wall 74, a bottom end wall 76 of conical shape. truncated, and a flat upper wall 78, holes 80 being formed on the flat upper wall. The sampling device 70 comprises an open, upper funnel-shaped end 81, and also comprises an ejection shoulder 82. The push bar 56 of the vacuum gun 42 engages the ejection shoulder 82, for ejection of the sampling device 70 after the suction, instead of pressing on the upper edge 83 of the sampling device 70 for the purpose of engagement with the push bar 56.
In this embodiment, the chamber 72 is preferably undersized, relative to the walls of the test tube, as shown in Figures 4-5A, and can also be used with a larger sample chamber, as in FIGS. 7 to 9, so as to obtain a volume of liquid sample sealed in the test tube.
In view of the above, and in particular of the preferred embodiment, it can be seen that when carrying out examinations of solids suspended in liquids, the liquid sample
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is prepared appropriately, quickly and in a uniform manner. The invention makes it possible to eliminate practically all the modifications made to the preparation technique which can lead to a disparity in the results, even between samples of the same liquid. The present invention makes it possible to minimize handling of the sample, the danger of contamination by the technician by bringing it into contact with the sample, and the danger of losses by flow.
Uniform sample preparation is obtained even if semi-skilled people are used to prepare the samples.
The present invention allows the technician to prepare a volume of urine or any other liquid sample 38, essentially reproducible in the test tube 10 (after centrifugation and placing in a support for test tubes 44 or any other means of support) without ever coming into contact with the liquid sample during the separation of the residual liquid 36, and without ever disturbing the vertical position of the test tube 10 during the preparation of the sample for analysis.
The apparatus of the present invention can be manufactured at relatively high production rates using inexpensive materials, and therefore can be used as disposables, to be used only once. The various embodiments of sampling devices, described in the context of the present invention, can be suitably manufactured by a blow molding process using any type of suitable plastic.
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Although the test tube 10 has been described as having a lower cone-shaped end portion 14, it should be noted that the precise configuration of the test container or tube is not critical in the context of the present invention.
It will also be noted that the present invention represents a significant improvement in the field of laboratory analysis of liquids, such as urine, containing suspended matter. Specifically, the invention provides a reliable, semi-automatic technique for isolating a predetermined volume of liquid sample for later analysis.
In terms of methodology, it can be considered that the steps taken in combination, a) filling the test tube with a large excess of liquid, and then b) suction (i.e. separation by suction) from a certain amount of this liquid to a finished positive level in the test tube as automatically determined by suction limitation means (this level corresponding to the predetermined volume of desired liquid sample) are new and original.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of this patent.