CZ32828U1 - Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami a jejich připojení - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předmětem technického řešení je zařízení určené pro použití jako příslušenství pro tří- a více-osé manipulační systémy pro automatizované a rychlé elektrochemické analýzy roztoků s využitím jednorázových elektrod.

Dosavadní stav techniky

Automatizovaná zařízení jsou běžnou součástí přístrojů pro elektrochemické analýzy a jejich uplatnění pro spolehlivé měření je hojné. Automatizování elektrochemických metod šetří čas obsluhy, a tím i náklady v delším časovém horizontu, a dále eliminuje lidskou chybu, která velmi často negativně ovlivňuje výsledky operací s tímto druhem elektrod. Pro účely manipulace s tištěnými elektrodami (screen printed elektrodami, SPE) pro realizaci měření či pro modifikace elektrod na trhu dosud neexistuje cenově dostupné, spolehlivé a kompaktní řešení. Možnosti v rychlosti měření jsou omezeny možnostmi pracovníka, který s elektrodami manipuluje. Při zvýšení počtu těchto elektrod se násobně zvyšuje celkový čas všech analýz a zároveň se zvětšuje i riziko lidské chyby.

Tříosé manipulační systémy, které se běžné používají např. v: 3D tiskárnách, elektrochemických automatech a u portálových jeřábů, ve spojení se systémem, který automaticky připojuje a odpojuje elektrody, jsou známé a v praxi se využívají.

Jedním z existujících technických řešeni pro manipulace se vzorky v biochemii je zařízení pro manipulaci s tekutinami EPMotion 5075 od firmy Eppendorf. Zařízení využívá 3-osý systém pro pohyb univerzální hlavy, na kterou se připojují různé druhy pipetovacích hlavic. Pipetovací hlavice vždy nasadí špičku s určitým objemem, provede přesun tekutiny a vyhazovacím mechanizmem odhodí špičku do odpadního koše. Protože špičky jsou najedno použití, neprovádí se jejich vracení do původního, popřípadě odkládacího, zásobníku. Zařízení také není vybaveno žádným elektrochemickým měřícím zařízením.

Další existující technické řešení je konektor pro tištěné elektrody od firmy Palmsens. Jedná se o tříkontaktní konektor, který má vyvedené kontakty do laboratorních standardů kabelu, popřípadě jsou kontakty připojeny přímo s kabelem od měřícího zařízení Emstat od firmy Palmsens. Tento konektor je schopen připojit a mechanicky držet tištěnou elektrodu, ale nedokáže vysunout elektrodu bez kontaktu s aktivní částí elektrody a ani neposkytuje možnost této úpravy.

Podstata technického řešení

Předmětem předkládaného technického řešení je zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami a jejich připojení, které obsahuje hlavici pro uchopení elektrody a její vodivé spojení s měřicím kabelem, opatřenou pojezdovou vidlicí pro vytlačení elektrody z hlavice, a upevněnou k prostředku pro posun pojezdové vidlice ve vertikálním směru.

Pro uchopení elektrody je hlavice s výhodou opatřena štěrbinou, do které se vsune tištěná elektroda. Pro vodivé spojení s měřicím kabelem je hlavice s výhodou opatřena konektory na místech, kam při uchopení elektrody přilehnou konektory tištěné elektrody. Dále může být hlavice opatřena přívodním kabelem pro spojení konektorů s měřicím přístrojem.

Prostředkem pro posun pojezdové vidlice ve vertikálním směru může být lanko nebo táhlo napojené na ovládací mechanismus, například servomotor, který slouží pro vysunutí tištěné

- 1 CZ 32828 U1 elektrody, a pružinou nebo nasunutím nové tištěné elektrody se pojezdová vidlice vrátí do původní polohy. Při použití táhla není nutné využit pružinu nebo nasunutí nové elektrody k zasunutí pojezdové vidlice.

Pojezdová vidlice pro vytlačení elektrody má alespoň dva tenké a dlouhé hranolky nebo válce (výstupky), dosedajícími na dvě místa elektrody tak, že jejich posunutím dojde k vytlačení elektrody z hlavice. Například mohou dosedat na dvě místa horní hrany elektrody.

Dále je poskytnuto zařízení pro měření s použitím tištěných elektrod, které obsahuje zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami, připojené ke dvou-, nebo víceosému manipulátoru, a stojan na tištěné elektrody.

Toto zařízení umožňuje provádění plně automatizovaných elektrochemických analýz s různými typy tištěných elektrod se stejnými roztečemi konektorů. Zařízení umožňuje připojení a uchopení tištěných elektrod a manipulaci s nimi ve tří- nebo více-osém systému.

Objasnění výkresů

Obr. 1: Schematické znázornění zařízení s vyznačenými směry posunu v tříosém systému. (A) Náhled, (B) Čelní řez.

Obr. 2: Detailní pohledy na vyměnitelnou hlavu pro uchycení tištěné elektrody. (A) Přední pohled, (B) Boční pohled, (C) Spodní pohled.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Zařízení pro manipulaci s elektrodami a zařízení pro měření s pomocí tištěných elektrod je znázorněno na Obr. 1, hlavice pak v detailu na Obr. 2.

Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami 3 a jejich připojení obsahuje hlavici 7 pro uchopení elektrody a její vodivé spojení s měřicím kabelem, upevněnou k lanku 2 pro posun ve vertikálním směru, ovládanému servomotorem, a k vysouvacímu mechanismu 1. Hlavice je dále opatřena pojezdovou vidlicí 6 pro vytlačení elektrody z hlavice. Pojezdová vidlice 6 dosedá na dvě místa na horním okraji elektrody. V hlavici 7 jsou konektory 9 pro připojení tištěných elektrod a otvor 4 pro vedení měřicího kabelu.

Hlava je pak uchycena ke dvou-, anebo více-osému manipulátoru prostřednictvím připojovacích otvorů 5.

Součástí zařízení pro měření je dále stojan 8 na tištěné elektrody (zde znázorněn s vloženými tištěnými elektrodami 3).

Pro uchopení elektrody je hlavice 7 opatřena štěrbinou, do které se vsune tištěná elektroda 3.

Příklad 2: Stanovení kvality vyrobených tištěných elektrod

Příklad 2 ilustruje využití zařízení podle technického řešení. Tištěné elektrody jsou umístěny do 3-osého systému, kde jsou pro pohyb připojovací hlavy použity krokové motory a konstrukci tvoří pojezdové tyče v duralové konstrukci. Elektrody v zásobníku elektrod jsou umístěny způsobem, jenž je kompatibilní s orientací připojovací hlavy (konektory nahoru vodorovně kolmo k podložce a konektory ke straně, kde jsou na připojovací hlavě připojovací piny).

-2CZ 32828 U1

Následně je do systému umístěno pole kalibračních roztoků buď různého, nebo stejného složení (v závislosti na požadovaném typu kalibrace elektrod). Zařízení pro manipulaci elektrod pak podle předvoleného programu automaticky připojí elektrodu tak, že pohne celou hlavou v ose Z natolik, aby došlo k vodivému spojení mezi elektrodou a kontakty v připojovacího konektoru, a podle požadovaného zadání postupně všechny elektrody, které se nachází v zásobníku, umístí citlivou částí (ponořením) do analytu. Následně proběhne analýza koncentrace analytu v roztoku vzorku pomocí přednastaveného programu. Poté zařízení vyjme elektrodu z analytu a odloží ji do vymezeného prostoru (zásobníku) s použitými elektrodami.

Průmyslová využitelnost

Automatizovaný mechanizmus zapojování tištěných elektrod má využití pro elektrochemické metody měření s tištěnými elektrodami pro velké série jednak pro testování vyrobených elektrod, ale také pro možnosti měření velkého množství vzorků pomocí jednorázových elektrod. Při použití vyhodnocovacího programu, který bude schopen rozlišit míru nejistot analýz, se snižuje chybovost všech procesů analýzy, neboť se do značné míry eliminuje lidský faktor obsluhy, která při konvenční analýze provádí vše ručně.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (5)

1. Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami a jejich připojení, vyznačené tím, že obsahuje hlavici (7) s konektorem (9) pro uchopení elektrody a její vodivé spojení s měřicím kabelem, opatřenou pojezdovými vidlicemi (6) pro vytlačení elektrody z hlavice, a upevněnou k vysouvacímu mechanizmu (1), který je mechanicky spojený s pojezdovou vidlicí (6) a s lankem (2).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že hlavice (7) je opatřena štěrbinou pro vsunutí tištěné elektrody.

3. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačené tím, že prostředkem pro posun pojezdové vidlice (6) ve vertikálním směruje lanko (2), které sílu vytlačení zprostředkovává pomocí vysouvacího mechanizmu (1) a nasouvaná tištěná elektroda, která po uvolnění lanka (2) a tím i vysouvacího mechanizmu (1), zasune pojezdovou vidlici (6).

4. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačené tím, že pojezdová vidlice (6) pro vytlačení elektrody má alespoň dva výstupky dosedající na dvě místa elektrody tak, že jejich posunutím dojde k vytlačení elektrody z hlavice, s výhodou že alespoň dva výstupky dosedají na dvě místa horní hrany elektrody, čímž je zajištěno souměrné vysunutí elektrody.

5. Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami, vyznačené tím, že je s výhodou použito v nadřazeném manipulačním systému o 2 a více osách pohybu.