CZ34277U1 - Zařízení pro manipulaci s tištěnými elektrodami - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká prostředku pro připojování tištěných elektrod k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami. Zasahuje do oblastí automatizace/robotiky, chemické analýzy/elektrochemie a elektrotechniky.

Dosavadní stav techniky

Novým trendem při elektrochemických analýzách je použití tzv. tištěných elektrod neboli screenprinted elektrod, jejichž hlavní výhodou je nízkonákladovost výroby, a které mohou být používány jednorázově, čímž je odstraněn problém reprodukovatelnosti kvality elektrod používaných opakovaně, které je nutné omývat či mechanicky čistit.

Současným problémem je vysoká zmetkovost výroby tištěných elektrod s ohledem na nedostatečně kvalitní a netotožné výstupy vyrobených tištěných elektrod s nedostatečnou kontrolou jejich kvality, díky čemuž se na trh dostávají v částečné míře i nefunkční výrobky. Nefunkčnost se pohybuje okolo 5 až 40 % dodaných kusů v závislosti na typu producenta. Jde o elektrody najedno použití, které jsou testováním znehodnoceny, atak nelze předem otestovat každou jednotlivou tištěnou elektrodu, která má být dále použitelná pro analýzy. Testování kvality se proto provádí na jednom souboru vzorků, přičemž se statisticky vyhodnotí procento zmetků. Samotným testováním se však tištěné elektrody také znehodnotí a pro další, například komerční využití, se použije jiný, dosud nepoužitý soubor výrobků. Proto jsou tištěné elektrody vnímané jako nespolehlivé prototypy elektrod bez možnosti reprodukovatelného testování, a kvůli tomu není jejich uplatnění v praxi tak vysoké.

Pro chemické analýzy se využívají pevné tištěné elektrody. Vznikají tak, že na nevodivou podkladní destičku, například z plastu nebo korundu, jsou natištěny tři oddělené vodivé, např. stříbrné, kontaktní pásky, které slouží v klasickém tříelektrodovém zapojení jako pracovní, referenční a pomocná elektroda. Tyto elektrody vedou elektrický proud tehdy, pokud jsou zároveň připojeny na potenciostat se zdrojem napětí pomocí tří protilehlých kontaktů kontaktní hlavy a současně ponořeny do elektricky vodivého roztoku, například kapalného vzorku, čímž se elektrický obvod jinak oddělených vodivých kontaktních pásek propojí. V současné době se využívá zásuvná kontaktní hlava v podobě zásuvného FFC (Flexible fiat cable) konektoru, do jejíhož slotu se tištěná elektroda manuálně zasune, přičemž tři protilehlé kontakty v zásuvné kontaktní hlavě mají podobu zahnuté pásoviny kovu o roztečích a šířce přibližně stejné, jako mají vodivé kontaktní pásky tištěné elektrody - viz obr. 1 až 3. Obr. 1 znázorňuje plně zasunutou tištěnou elektrodu do zásuvného FFC konektoru, na obr. 2 je pak znázorněn částečný řez konektorové části s patrným kontaktem ve formě zahnuté pásoviny, kde součástí kontaktní hlavy je i pevný nepohyblivý opěrný prvek uspořádaný proti kovovým vodivým kontaktům kontaktní hlavy. Na obr. 3 je schematicky znázorněn boční řez zásuvného FCC konektoru, kde šipka znázorňuje směr pohybu nasunutí a vysunutí tištěné elektrody. Při zasouvání tištěné elektrody do slotu zásuvné kontaktní hlavy se nejprve kontakt tvořený ohybem pásoviny kovu na vstupním kraji elektrody těsně dotkne a tlačí na vodivý kontaktní pásek elektrody a dalším zasouváním směrem od vstupního kraje elektrody dovnitř kontakty třou o sebe a tím se vodivý kontaktní pásek na elektrodě odírá a znehodnocuje, a znemožňuje se jeho další použití. Při nasouvání se vzhledem k mírným odchylkám při připojování tištěných elektrod stává, že je každá elektroda poškozena jinak, což může mít negativní vliv na statistiku a výsledky testování velkých sérií. U některých typů tištěných elektrod a zásuvných kontaktních hlav známých ze stavu techniky může nevýhodně docházet k nepřesnému navedení a posunutí tištěné elektrody tak, že kontakt zasouvacího konektoru z kovové pásoviny překlene mezeru mezi jednotlivými kontaktními pásky tištěné elektrody a tím vznikne vodivé spojení na místech, kde je jasně nežádoucí. Kvůli

- 1 CZ 34277 U1 stávajícímu způsobu řešení kontaktů zasouvací kontaktní hlavy dochází již při prvním zasunutí tištěné elektrody do zasouvací kontaktní hlavy k nevratnému a nespecifickému poškození obroušením či odřením kontaktů.

U elektrochemických analýz s klasickými elektrodami se využívají automatizovaná zařízení, jež zajišťují vyšší spolehlivost. Automatizování elektrochemických metod šetří čas na obsluhu a náklady v delším časovém horizontu, a dále eliminuje lidskou chybu, která velmi často negativně ovlivňuje výsledky analýz. Obecně jsou v různých zařízeních a oblastech techniky používány dvou a víceosé manipulační systémy, jako např. v 3D tiskárnách, elektrochemických automatech a u portálových jeřábů.

Podstata technického řešení

Výše popsané nevýhody zásuvné kontaktní hlavy tištěných elektrod řeší prostředek pro připojování tištěných elektrod k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami, který zahrnuje kontaktní hlavu se třemi vedle sebe uspořádanými kovovými vodivými kontakty, proti nimž je uspořádaný opěrný prvek, přičemž každý kovový vodivý kontakt je spojen s elektrickým vodičem pro připojení k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami, kde podstata technického řešení spočívá v tom, že prostředek pro připojování elektrod k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami dále zahrnuje polohovací prostředek upravený pro oddálení kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy od opěrného prvku při vkládání/vyjímání tištěné elektrody a pro vzájemné přiblížení opěrného prvku a kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy při uchopování a připojování tištěné elektrody k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami.

Ve výhodném provedení je kovový vodivý kontakt kontaktní hlavy tvořen kovovým kolíkem. Kovový kolík je s výhodou v místě pro styk s vodivou kontaktní páskou tištěné elektrody zakončen zaobleným, například zakulaceným, hrotem. Hrot je zaoblený za účelem dosažení šetrného kontaktu. Rozteče kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy jsou přibližně stejné jako rozteče vodivých kontaktních pásek tištěných elektrod.

S výhodou jsou polohovacím prostředkem inverzní kleště, jejichž jedna čelist je opěrným prvkem, přičemž vodivé kontakty kontaktní hlavy jsou upevněny k jejich druhé čelisti. Například pevná čelist inverzních kleští může být opěrným prvkem, a vodivé kontakty kontaktní hlavy mohou být upevněny k pohyblivé čelisti inverzních kleští, nebo naopak.

Opěrný prvek je plošný prvek, na nějž doléhá strana tištěné elektrody, na níž nejsou natištěna kovová spojení.

Technické řešení překonává zásadní nevýhodu stávajícího zásuvného řešení, tj. mechanické poškození tištěných elektrod již při prvním zapojení.

Prostředek pro připojování elektrod k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami s výhodou zahrnuje základovou desku a na ní pevně připojený servomotor, a polohovací prostředek, jímž jsou inverzní kleště, které obsahují pevnou čelist, pohyblivou čelist, páku, táhlo, zahnuté rameno a pružinu na jedné straně upevněnou k základové desce a na straně druhé upevněnou k jednomu konci zahnutého ramene, kde zahnuté rameno je ve svém ohybu otočným spojem připojeno k servomotoru a na druhém konci otočným spojem dále připojeno k jednomu konci táhla, kde táhlo je otočným spojem na svém druhém konci připojeno k jednomu konci páky, a ke druhému konci páky je pevně připojena pohyblivá čelist, přičemž základová deska je prodloužena o k ní pevně připojenou pevnou čelist, přičemž páka je ve své střední části přichycena k pevné čelisti přes otočný spoj, a kontaktní hlava je upevněna na jedné z čelistí tak, aby při uchopení tištěné elektrody jednotlivé kovové vodivé kontakty kontaktní hlavy dosedly přibližně kolmo na jednotlivé vodivé kontaktní pásky tištěné elektrody, kde opěrným prvkem je druhá z čelistí.

-2 CZ 34277 U1

Při testování velkých sérií tištěných elektrod je důležité, aby byla zajištěna co největší podobnost mezi jednotlivými měřeními, což mimo jiné zajišťují kovové vodivé kontakty tvořené kovovými kolíky se zaoblenými hroty, které se pomocí polohovacího zařízení, například inverzních kleští, přikládají ke každé tištěné elektrodě stejným způsobem. Inverzní kleště slouží především k šetrnému uchopování tištěných elektrod a jejich připojení nedestruktivním kontaktním způsobem bez poškození třením mezi protilehlými kontakty; a dále také slouží k odstínění nežádoucího elektromagnetického pole servomotoru, který by jinak musel být v době stisku v záběru, a tak by toto pole negativně působilo na měřený elektrochemický signál a tím velmi zkreslovalo výsledky vlastního měření.

Ve výhodném provedení je kontaktní hlava upevněna na pohyblivé čelisti, aby byly kovové vodivé kontakty ve formě kolíků přitlačovány na tištěnou elektrodu, nikoli tištěná elektroda na tyto vodivé kontakty kontaktní hlavy.

Kontaktní hlava má ve výhodném provedení tvar hranolu, který je výhodný pro snadné připevnění k čelisti.

Zařízení podle technického řešení pracuje tak, že nejprve se opěrný prvek pomocí polohovacího prostředku oddálí od kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy, následně se mezi ně vloží tištěná elektroda a nakonec se kovové vodivé kontakty kontaktní hlavy pomocí polohovacího prostředku přiblíží ke třem vodivým kontaktním páskám tištěných elektrod v přibližně kolmém směru a dotykem s nimi jsou uvedeny do kontaktu.

Zařízení podle výhodného provedení pracuje tak, že pro uchopení a držení tištěné elektrody oddaluje pružina prostřednictvím zahnutého ramene v inverzních kleštích táhlo a k němu připojený konec páky směrem od základové desky a tím tlačí pohyblivou čelist a na ní umístěnou kontaktní hlavu s kovovými vodivými kontakty proti pevné čelisti, přičemž mezi čelistmi je uchopena tištěná elektroda. Tímto dochází k přítlaku kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy přibližně kolmo na vodivé kontaktní pásky tištěné elektrody, čímž se zabraňuje nespecifickému opotřebení. Servomotorem v tuto chvíli neprochází proud, servomotor plní pouze roli kloubu, takže nedochází k rušení signálu elektromagnetickým polem servomotoru, což by byl velký problém při použití servomotoru jako zdroje přítlačné síly, neboť prováděné chemické analýzy jsou velmi náchylné na rušení okolním elektromagnetickým polem. Servomotor pro uvolnění tištěné elektrody ze sevření otáčí zahnutým ramenem ve směru natahování pružiny od základové desky a zároveň tlačí táhlo a k němu připojený konec páky směrem k základové desce, čímž se pohyblivá čelist odtáhne od pevné čelisti a tištěná elektroda se tímto uvolní ze sevření.

Výhodou zařízení podle tohoto technického řešení je, že při přibližování tištěné elektrody ke kovovým vodivým kontaktům kontaktní hlavy je větší míra tolerance k přesnému navedení než u zasouvacího typu kontaktní hlavy podle stavu techniky. Zakulacené hroty kovových kolíků jsou užší než kontaktní pásky zasouvací hlavy známé ze stavu techniky, a proto k překlenutí mezery mezi kontaktními páskami a tím k nežádoucímu propojení dvou tištěných pásek tištěné elektrody nemůže dojít. Technické řešení zajišťuje signifikantně menší míru opotřebení kontaktů tištěných elektrod a tím zajišťuje spolehlivější výsledky při modifikaci tištěných elektrod či při jejich opakovaném testování kvality. Funkčního vodivého připojení tištěných elektrod k potenciostatu je tedy dosaženo bez mechanické destrukce jednotlivých kontaktů (Obr. 9), a to dokonce i v případě opakované, několikanásobné manipulace.

Inverzní kleště jsou využitelné s přizpůsobeným dvou a víceosým systémem.

Technické řešení poskytuje praktické zařízení pro provádění plně automatizovaných elektrochemických analýz s různými typy tištěných elektrod, případně umožňuje testovat velké soubory tištěných elektrod nebo je chemicky modifikovat.

-3 CZ 34277 U1

Zařízením pro analýzu tištěnými elektrodami je zařízení schopné přijímat měřicí signály z tištěných elektrod a zpracovávat je. Nejčastěji se jedná o potenciostat.

Předkládané technické řešení dále poskytuje systém pro analýzu tištěnými elektrodami, který je vhodný jak pro provádění elektrochemických analýz, tak pro testování či modifikaci tištěných elektrod. Tento systém zahrnuje zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami, například potenciostat, vodivě spojené s prostředkem pro připojování tištěných elektrod upevněným k dvou- nebo víceosému manipulačnímu systému, zásobník tištěných elektrod, prvek (například nádobu) pro umístění analyzovaných látek, zásobník pro odkládání použitých elektrod, a řídicí jednotku pro řízení pohybů jednotlivých součástí systému a pro řízení měřicí sekvence.

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:

obr. 1 je znázorněna plně zasunutá tištěná elektroda do zásuvného FFC konektoru známého ze stavu techniky, obr. 2 je znázorněn částečný řez konektorové části zásuvného FFC konektoru známého ze stavu techniky s patrným kovovým vodivým kontaktem ve formě zahnuté pásoviny, obr. 3 je znázorněn boční řez zásuvného FFC konektoru známého ze stavu techniky, obr. 4 je znázorněno A) přibližování a B) oddalování kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy ve formě kovových kolíků dle technického řešení kolmo k vodivým kontaktním páskám tištěné elektrody, obr. 5 je znázorněn čelní pohled na prostředek pro připojování tištěných elektrod k potenciostatu dle technického řešení, obr. 6 je znázorněn boční pohled na prostředek pro připojování tištěných elektrod k potenciostatu dle technického řešení s vloženou tištěnou elektrodou A) s rozevřenými čelistmi, B) se sevřenými čelistmi inverzních kleští, obr. 7 je znázorněno schéma systému pro analýzu tištěnými elektrodami a pro modifikaci a testování těchto elektrod, obr. 8 je znázorněn zjednodušený systém pro analýzu tištěnými elektrodami a pro modifikaci a testování těchto elektrod s dvouosým manipulačním systémem, obr. 9 je fotografická ukázka fýzického poškození kontaktů koncové části použitých tištěných elektrod (Aa, Ba) po vysunutí z FCC konektoru známého ze stavu techniky v porovnání s použitými a nepoškozenými tištěnými elektrodami (Ab, Bb) po uvolnění z prostředku pro připojování tištěných elektrod k potenciostatu dle technického řešení.

V obrázcích jsou šipkami naznačeny směry pohybu či pohyblivosti jednotlivých součástí.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1: Popis příkladu zásuvné kontaktní hlavy (FFC konektoru) podle stavu techniky (srovnávací příklad)

-4 CZ 34277 U1

Zásuvná kontaktní hlava známá ze stavu techniky a používaná pro zasunutí tištěných elektrod 14 manuálně, v podobě tzv. zásuvného FFC konektoru, je znázorněna na obr. 1, 2 a 3. Na obr. 1, který znázorňuje plně zasunutou tištěnou elektrodu 14 do těla 25 FFC konektoru, jsou také na horní ploše tištěné elektrody 14 patrné natištěné kontaktní pásky 17, které slouží jako pracovní, referenční a pomocná elektroda. Na obr. 2 je znázorněn částečný výřez části FCC konektoru, jejíž součástí je i kovový vodivý kontakt 26 ze zahnuté kovové pásoviny, přičemž šipka pouze naznačuje směr pohybu při zasouvání/vysouvání. Proti těmto kovovým vodivým kontaktům je uspořádaný nepohyblivý opěrný prvek 20. který je pevnou součástí kontaktní hlavy. Na obr. 3 je schematicky znázorněn boční řez zásuvné kontaktní hlavy s vloženou tištěnou elektrodou 14, přičemž šipka znázorňuje směr pohybu nasunutí a vysunutí tištěné elektrody 14, která je během zasouvání do těla 25 FFC konektoru poškozována, a v nasunutém stavu zůstává ve styku s kontaktem 26 z kovové pásoviny.

Příklad 2: Zařízení podle technického řešení

Systém pro analýzu tištěnými elektrodami 14. a případně pro modifikaci a testování těchto elektrod 14, je schematicky znázorněn na obr. 7. Systém zahrnuje řídicí jednotku 1 napojenou na zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami (zde potenciostat) 2, které je dále propojeno prostřednictvím elektrického vodiče 18 vyvedeného z kontaktní hlavy 5 s prostředkem 3 pro připojování elektrod, a tento prostředek 3 je upevněný na víceosém manipulačním systému 4, vše je propojené s řídicí jednotkou 1, která celý systém ovládá. Dále je na obr. 7 znázorněn zásobník 7 tištěných elektrod, ze kterého jsou tištěné elektrody 14 postupně vytahovány prostředkem 3 pro připojování elektrod k potenciostatu a přemísťovány do nádoby 6 pro umístění analyzovaných látek, kde jsou ponořeny do elektricky vodivého roztoku, a následně jsou přesunuty do zásobníku 8 pro odkládání použitých elektrod, kde jsou odloženy.

Zjednodušená verze systému je vyobrazena na obr. 8. Manipulační systém 4 je dvouosý a pro polohování prostředku 3 pro připojování elektrod využívá krokové motory 27. Směr pohybu je znázorněn šipkami. Tištěné elektrody 14 jsou umístěny v zásobníku 7 tištěných elektrod tak, že vyčnívají vstupní hranou 15 nahoru. Z prostředku 3 pro připojování elektrod vyveden elektrický vodič 18 z kontaktní hlavy 5 na potenciostat 2.

Na obr. 5 je znázorněn náhled na prostředek 3 pro připojování elektrod dle technického řešení. Na obr. 5 jsou patrné konstrukční prvky 21 pro montáž k manipulačnímu systému. Na základové desce 10 je dále upevněn servomotor 9 a inverzní kleště, které obsahují pevnou čelist 19. pohyblivou čelist 12. páku 23, táhlo 22, zahnuté rameno 13 a pružinu 24, Pružina 24 je na jedné straně připevněna k základové desce 10 a na straně druhé připevněna k jednomu konci zahnutého ramene 13. Zahnuté rameno 13 je dále ve svém ohybu otočným spojem 11 připojeno k servomotoru 9 a na druhém konci otočným spojem 11 připojeno k jednomu konci táhla 22. Táhlo 22 je otočným spojem 11 na svém druhém konci připojeno k jednomu konci páky 23, a ke druhému konci páky 23 je pevně připojena pohyblivá čelist 12. Základová deska 10 je prodloužena o k ní pevně připojenou pevnou čelist 19. Páka 23 je ve své střední části přichycena k pevné čelisti 19 přes otočný spoj 11. Inverzní kleště jsou tomto příkladném provedení polohovacím prostředkem a pevná čelist 19 plní funkci opěrného prvku.

V obr. 6, rovněž znázorňujícím prostředek 3 pro připojování elektrod, tentokrát z bočního pohledu, je naznačeno, že kontaktní hlava 5 je upevněna na pohyblivé čelisti 12 tak, aby při uchopení tištěné elektrody 14 jednotlivé kovové vodivé kontakty kontaktní hlavy 5 ve formě kovových kolíků 16 dosedly kolmo na jednotlivé vodivé kontaktní pásky 17 tištěné elektrody. Z kontaktní hlavy 5 vychází elektrický vodič 18, který je dále připojen na potenciostat 2.

V jiném, k tištěným elektrodám méně šetrném, a tedy méně výhodném příkladném provedení byla kontaktní hlava 5 upevněna na pevné čelisti 19 a opěrným prvkem 20 byla pohyblivá čelist 12 (neznázoměno).

-5 CZ 34277 U1

Kontaktní hlava 5 zahrnuje tři vedle sebe uspořádané kovové vodivé kontakty (kolíky) 16 pro uvedení do kontaktu s třemi vodivými kontaktními páskami 17 tištěné elektrody, jak je patrné z obr. 4, a dále zahrnuje elektrický vodič 18 spojující kovové vodivé kontakty kontaktní hlavy 5 k potenciostatu 2. Ve výhodném příkladném provedení je každý vodivý kovový kontakt kontaktní hlavy 5 tvořen kovovým kolíkem 16 z elektricky vodivého materiálu a může být zakončen zaobleným hrotem pro kolmý styk s vodivou kontaktní páskou 17 tištěné elektrody 14 s přístupem kolmo na plochu tištěné elektrody 14. Rozteče kovových vodivých kontaktů 16 kontaktní hlavy 5 jsou stejné jako rozteče vodivých kontaktních pásek 17 tištěných elektrod.

Připojování tištěných elektrod 14 k potenciostatu 2 bylo provedeno tak, že nejprve byl opěrný prvek 20 pomocí polohovacího prostředku oddálen od kovových vodivých kontaktů 16 kontaktní hlavy 5, následně mezi ně byla vložena tištěná elektroda 14 a nakonec byly kovové vodivé kontakty 16 kontaktní hlavy 5 pomocí polohovacího prostředku přiblíženy ke třem vodivým kontaktním páskám 17 tištěných elektrod v přibližně kolmém směru a dotykem s nimi uvedeny do kontaktu.

Jak je znázorněno na obr. 6, pro uchopení a držení tištěné elektrody 14 oddaluje pružina 24 prostřednictvím zahnutého ramene 13 v inverzních kleštích táhlo 22 a k němu připojený konec páky 23 směrem od základové desky 10 a tím tlačí pohyblivou čelist 12 a na ní umístěnou kontaktní hlavu 5 svými kovovými vodivými kontakty ve formě kovových kolíků 16 proti pevné čelisti 19, a mezi čelistmi je uchopena tištěná elektroda 14. Tímto dochází k přítlaku kovových vodivých kontaktů 16 kontaktní hlavy 5 přibližně kolmo na vodivé kontaktní pásky 17 tištěné elektrody, čímž se zabraňuje nespecifickému opotřebení. Servomotorem 9 v tuto chvíli neprochází proud. Servomotor 9 pro uvolnění tištěné elektrody 14 ze sevření otáčí zahnutým ramenem 13 ve směru natahování pružiny 24 od základové desky 10 a zároveň tlačí táhlo 22 a k němu připojený konec páky 23 směrem k základové desce 10. čímž je pohyblivá čelist 12 odtažena od pevné čelisti 19 a tištěná elektroda 14 je tímto uvolněna ze sevření.

Výše uvedené zařízení bylo použito k testování kvality vyrobených tištěných elektrod 14 tak, že do nádoby 6 pro umístění analyzovaných látek bylo umístěno v závislosti na požadovaném typu kalibrace tištěných elektrod pole kalibračních roztoků buď různého, nebo stejného složení. Způsob manipulace s tištěnými elektrodami 14 v systému pro analýzu tištěnými elektrodami 14 a pro modifikaci atestování těchto elektrod 14 byl následující. Prostředek 3 pro připojování elektrod uchopil a připojil nebo odpojil a uvolnil tištěnou elektrodu 14 po přijmutí příkazu z řídicí jednotky j_. Prostředek 3 pro připojování elektrod k potenciostatu byl pomocí manipulačního systému 4 naveden nad zásobník 7 tištěných elektrod, čelisti 12. 19 inverzních kleští byly rozevřeny a kontaktní hlava 5 byla svými kovovými vodivými kontakty posunuta do úrovně vodivých kontaktních pásek 17, kde byly tyto tištěné elektrody 14 svou vstupní hranou 15 vzhůru natočeny tak, aby jejich vodivé kontaktní pásky 17 byly uvedeny do kontaktu s kovovými vodivými kontakty kontaktní hlavy 5 upevněné na pohyblivé čelisti 12. Pohyblivá čelist 12 byla přitlačena směrem k pevné čelisti 19 a sevřením čelistí 12, 19 byla tištěná elektroda 14 jednak uchopena a jednak připojena kovovými vodivými kontakty ve formě kovových kolíků 16 a prostřednictvím elektrického vodiče 18 vyvedeného z kontaktní hlavy 5 na potenciostat 2. Dále pomocí manipulačního systému 4 byla tištěná elektroda 14 vytažena ze zásobníku 7 tištěných elektrod a ponořena do roztoku vzorku umístěného v nádobě 6 pro umístění analyzovaných látek. Analýza koncentrace analytu v roztoku vzorku probíhala po dobu definovanou testovací metodou pomocí přednastaveného programu a za kontroly tištěné elektrody 14 potenciostatem 2. Poté byla vytažena z tohoto roztoku a přemístěna do prostoru 8 pro odkládání použitých elektrod, kde byla uvolněna z inverzních kleští a odložena. Manipulační systém 4 přesunul kontaktní hlavu 5 s inverzními kleštěmi nad následující netestovanou tištěnou elektrodu 14 pro její uchopení a opakování testovací analýzy. Veškeré kroky byly prováděny automatizovaně dle nastaveného programu prostřednictvím řídicí jednotky j_.

-6 CZ 34277 U1

Na obr. 7 je také znázorněno písmeny provádění jednotlivých kroků:

A - pokyny řídící jednotky 1 pro pohyb s prostředkem 3 pro připojování elektrod,

B - pokyny manipulačního systému 4 k připojení/odpojení prostředku 3 pro připojování elektrod,

C - vytažení tištěné elektrody 14 ze zásobníku 7 tištěných elektrod,

D - ponoření tištěné elektrody 14 do analyzovaného roztoku v nádobě 6 pro umístění analyzovaných látek,

E - odložení tištěné elektrody 14 do zásobníku 8 pro odkládání použitých elektrod,

F - vedení signálu z tištěné elektrody 14 do potenciostatu 2,

G - signál zpracovaný potenciostatem 2 digitálně odeslán do řídicí jednotky L

Dále byla provedena modifikace rekogniční (rozpoznávací) složky tištěných elektrod 14 a uvedené elektrody byly k potenciostatu 2 připojeny dvakrát po sobě. Poprvé pro vlastní modifikaci, při níž musí tištěnou elektrodou 14 procházet proud, kdy po modifikaci byla tištěná elektroda 14 odložena do zásobníku 7 tištěných elektrod, z něhož byla podruhé vyjmuta a připojena k potenciostatu 2 pro vlastní chemickou analýzu. Proto byl požadavek na minimalizaci poškození kontaktů při připojování. Rozdíl mezi modifikací a vlastní analýzou spočíval zejména v typu použitých roztoků požadovaného složení umístěných v nádobě 6 pro umístění analyzovaných látek, v závislosti na typu aplikace - nej častěji pro účel stanovení látek, mikroorganismů nebo virových částic. Při ponoru tištěné elektrody 14 do uvedeného roztoku pak proběhla chemická modifikace povrchu tištěné elektrody 14 potřebnými chemickými složkami, za kontrolovaných elektrochemických podmínek potenciostatem 2. V alternativním provedení byly tištěné elektrody 14 po modifikaci ukládány do zásobníku 8 pro odkládání použitých elektrod organizovaně s důrazem na to, aby jejich povrch rovnoměrně oschl a nebyl fýzicky v kontaktu s žádnou další částí zařízení. Takto připravené tištěné elektrody 14 byly určeny k následnému použití pro požadovanou analýzu.

Na obr. 9 je doložena fotografická ukázka fýzického poškození kontaktů koncové části použitých Aa - plastových a Ba - korundových tištěných elektrod 14 po vysunutí z FCC konektoru známého ze stavu techniky v porovnání s použitými a nepoškozenými Ab plastovými a Bb - korundovými tištěnými elektrodami 14 po uvolnění z prostředku 3 pro připojování elektrod k potenciostatu dle technického řešení.

Průmyslová využitelnost

Automatizovaný mechanizmus nedestruktivního zapojování tištěných elektrod má využití pro elektrochemické metody měření s tištěnými elektrodami čítající velké série, a to jednak pro testování vyrobených tištěných elektrod, jednak pro samotné automatizované měření velkého množství vzorků pomocí jednorázových elektrod, ale také pro možnost jejich dodatečné funkční modifikace v rámci výroby, zejména pak pro oblast výroby biosenzorů.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Prostředek pro připojování tištěných elektrod k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami, který zahrnuje kontaktní hlavu (5) se třemi vedle sebe uspořádanými kovovými vodivými kontakty, proti nimž je uspořádaný opěrný prvek (20), přičemž každý kovový vodivý kontakt je spojen s elektrickým vodičem (18) pro připojení k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami, vyznačující se tím, že prostředek (3) pro připojování elektrod k zařízení pro analýzu tištěnými elektrodami dále zahrnuje polohovací prostředek pro oddálení opěrného prvku (20) od kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy (5) při vkládání či vyjmutí tištěné elektrody (14) a pro vzájemné přiblížení opěrného prvku (20) a kovových vodivých kontaktů kontaktní hlavy (5) při uchopování a připojování tištěné elektrody (14) k potenciostatu (2).
2. 2. Prostředek podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovový vodivý kontakt kontaktní hlavy (5) je tvořen kovovým kolíkem (16), s výhodou zakončeným zaobleným hrotem.
3. 3. Prostředek podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že polohovacím prostředkem jsou inverzní kleště, jejichž jedna čelist (19, 12) je opěrným prvkem, přičemž vodivé kontakty kontaktní hlavy (5) jsou upevněny k jejich druhé čelisti (12, 19).
4. 4. Prostředek podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje základovou desku (10) a na ní pevně připojený servomotor (9), a že polohovacím prostředkem jsou inverzní kleště, které obsahují pevnou čelist (19), pohyblivou čelist (12), páku (23), táhlo (22), zahnuté rameno (13) a pružinu (24) na jedné straně přichycenou k základové desce (10) a na straně druhé přichycenou k jednomu konci zahnutého ramene (13), kde zahnuté rameno (13) je ve svém ohybu otočným spojem (11) připojeno k servomotoru (9) a na druhém konci otočným spojem (11) dále připojeno k jednomu konci táhla (22), kde táhlo (22) je otočným spojem (11) na svém druhém konci připojeno k jednomu konci páky (23), a ke druhému konci páky (23) je pevně připojena pohyblivá čelist (12), přičemž základová deska (10) je prodloužena o k ní pevně připojenou pevnou čelist (19), přičemž páka (23) je ve své střední části přichycena k pevné čelisti (19) přes otočný spoj (11), a kontaktní hlava (5) je upevněna na jedné z čelistí (12, 19) tak, aby při uchopení tištěné elektrody (14) jednotlivé kovové vodivé kontakty kontaktní hlavy (5) dosedly přibližně kolmo na jednotlivé vodivé kontaktní pásky (17) tištěné elektrody, kde opěrným prvkem (20) je druhá z čelistí (12, 19).
5. 5. Prostředek podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že kontaktní hlava (5) je upevněna na pohyblivé čelisti (12).
6. 6. Prostředek podle nároku 4, vyznačující se tím, že servomotor (9) obsahuje připojení na řídicí jednotku (1).