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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine vorbefüllte Flüssigkeitskartusche, ein Probentrenngerät, eine Anordnung und ein Verfahren.
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In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bar bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar ist, durch eine stationäre Phase (zum Beispiel eine chromatographische Trennsäule) bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. In einer Flusszelle eines Flüssigchromatographiegeräts erfolgt dann die Detektion der getrennten Fraktionen der Probe. Hierfür wird die fluidische Probe von einer Kapillare stromabwärts der Trennsäule in einen Behälter der Flusszelle geführt. Während die fluidische Probe die Flusszelle passiert, kann eine Fluoreszenzmessung der Probe durchgeführt werden, womit die einzelnen Fraktionen der Probe identifiziert bzw. quantifiziert werden können.
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Ein solches HPLC-System ist zum Beispiel aus der
EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc., bekannt.
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Zum Durchführen chromatographischer Trennungen sind unterschiedliche Betriebsflüssigkeiten, insbesondere Lösungsmittel erforderlich. Diese werden in offene Flaschen eingefüllt. Diese Flaschen werden an der Oberseite eines aus mehreren Modulen bestehenden Flüssigchromatographiegeräts abgestellt und über in die Flaschen eingehängte Schläuche an die Module angeschlossen.
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In solchen Fluidhandhabungsgeräten ist die Handhabung der Flaschen und Schläuche für einen Benutzer umständlich, da diese häufig über Schulterhöhe gehandhabt werden müssen. Ferner ist, da bestimmte Lösungsmittel gesundheitsbedenklich sind, diese Anordnung von Flaschen auch nicht ungefährlich, da beim Handhaben der an der Oberseite offenen Flaschen und Schläuche über Schulterhöhe diese der Gefahr eines Umkippens unterliegen.
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OFFENBARUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die gefahrlose und benutzerfreundliche Handhabung von Betriebsflüssigkeiten zum Betreiben eines Probentrenngeräts oder dergleichen zu ermöglichen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine vorbefüllte Flüssigkeitskartusche zum fluidischen Anschließen an ein Probentrenngerät zum Trennen von Komponenten einer fluidischen (insbesondere flüssigen) Probe unter Verwendung von Flüssigkeit der Flüssigkeitskartusche geschaffen, wobei die Flüssigkeitskartusche einen Flüssigkeitsbehälter, der mit Flüssigkeit vorbefüllt ist, und einen an dem Flüssigkeitsbehälter vorgesehenen Flüssigkeitsentnahmeanschluss aufweist, der eingerichtet ist, mittels bloßen Einführens der Flüssigkeitskartusche in eine korrespondierende Flüssigkeitskartuschenaufnahme des Probentrenngeräts mit mindestens einer Flüssigkeitsleitung des Probentrenngeräts fluidisch gekoppelt zu werden.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät zum Trennen von Komponenten einer fluidischen Probe unter Verwendung von Flüssigkeit einer Flüssigkeitskartusche bereitgestellt, wobei das Probentrenngerät mindestens ein Gehäuse, mindestens eine Funktionseinrichtung, die zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse angeordnet ist und unter Verwendung von Flüssigkeit der Flüssigkeitskartusche zum Bereitstellen einer Funktion im Rahmen des Trennens von Komponenten der fluidischen Probe eingerichtet ist, mindestens eine an und/oder in dem Gehäuse angeordnete Flüssigkeitsleitung zum Versorgen der mindestens einen Funktionseinrichtung mit Flüssigkeit, und eine an und/oder in dem mindestens einen Gehäuse vorgesehene Flüssigkeitskartuschenaufnahme aufweist, die zum Aufnehmen einer korrespondierenden, vorbefüllten Flüssigkeitskartusche derart eingerichtet ist, dass mittels bloßen Einführens der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche in die Flüssigkeitskartuschenaufnahme eine fluidische Kopplung zwischen der mindestens einen Flüssigkeitsleitung und der vorbefüllten Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter der Flüssigkeitskartusche mittels eines an dem Flüssigkeitsbehälter vorgesehenen Flüssigkeitsentnahmeanschlusses der Flüssigkeitskartusche ausgebildet wird.
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Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Anordnung bereitgestellt, die ein Probentrenngerät mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Trennen von Komponenten einer fluidischen Probe unter Verwendung von Flüssigkeit einer Flüssigkeitskartusche und diese, in das Probentrenngerät eingeführte oder einführbare und vorbefüllte Flüssigkeitskartusche mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist.
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Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zur Flüssigkeitsversorgung eines Probentrenngeräts zum Trennen von Komponenten einer fluidischen Probe unter Verwendung von Flüssigkeit einer Flüssigkeitskartusche geschaffen, wobei bei dem Verfahren eine mit Flüssigkeit vorbefüllte Flüssigkeitskartusche in eine Flüssigkeitskartuschenaufnahme an und/oder in mindestens einem Gehäuse des Probentrenngeräts derart eingeführt wird, dass bloß mittels des Einführens (d. h. automatisch mittels Vollendens des Einführens) eine fluidische Kopplung zwischen mindestens einer Flüssigkeitsleitung des Probentrenngeräts und der vorbefüllten Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter der Flüssigkeitskartusche mittels eines an dem Flüssigkeitsbehälter vorgesehenen Flüssigkeitsentnahmeanschlusses der Flüssigkeitskartusche ausgebildet wird, und die Flüssigkeit aus der eingeführten Flüssigkeitskartusche durch den Flüssigkeitsentnahmeanschluss und die mindestens eine Flüssigkeitsleitung zu mindestens einer Funktionseinrichtung des Probentrenngeräts gefördert wird, die zumindest teilweise in dem mindestens einen Gehäuse des Probentrenngeräts angeordnet ist.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine bereits vor Inbetriebnahme durch einen Benutzer mit Flüssigkeit vorbefüllte Flüssigkeitskartusche bereitgestellt, die als Einwegkartusche verwendet werden kann, um einem Probentrenngerät Betriebsflüssigkeiten, wie zum Beispiel Lösungsmittel oder dergleichen, bereitzustellen. Eine derartige vorbefüllte Flüssigkeitskartusche kann von einem Benutzer ausgehend von einem nach außen hin fluiddichten Zustand an ein Probentrenngerät angeschlossen werden, wobei bloß durch Durchführen einer Einführbewegung eine ordnungsgemäße fluidische Kopplung zwischen dem Inneren der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche einerseits und einer entsprechenden fluidischen Schnittstelle des Probentrenngeräts oder sonstigen Probenhandhabungsgeräts hergestellt wird. Für einen Benutzer ist dadurch die Handhabung einer solchen vorbefüllten Kartusche und der Lösungsmittel, die für ein Probentrenngerät benötigt werden, äußerst einfach möglich. Im Unterschied zu herkömmlichen Systemen ist es nicht mehr erforderlich, händisch Lösungsmittel in Behälter einzufüllen und diese mittels provisorischer Schlauchverbindungen mit dem Probentrenngerät zu verbinden. Erfindungsgemäß kann dadurch eine bessere Reproduzierbarkeit der Messungen erreicht werden, da Lösungsmittel unter ganz definierten, standardisierten Bedingungen bereitgestellt werden. Auch ist es erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich, nach oben hin offene Flüssigkeitsbehälter über Kopfhöhe zu handhaben, da ein bloßes Einschieben der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche in einen entsprechenden Schacht des Probentrenngeräts ausreichend ist, um die Zufuhr der Betriebsflüssigkeiten an das Probentrenngerät zu bewirken. Wenn die vorbefüllten Flüssigkeitskartuschen vor Inbetriebnahme flüssigkeitsdicht ausgebildet sind, ist auch bei einem Umfallen der Flüssigkeitskartuschen nicht mehr mit einer Kontamination von zum Teil gesundheitsbedenklichen Lösungsmitteln oder sonstigen Betriebsflüssigkeiten des Probentrenngeräts zu rechnen. Durch das fabrikseitige Vorbefüllen der Flüssigkeitskartuschen können für einen Benutzer einfach handhabbare Kartuschen bereitgestellt werden, die nach außen hin wie eine Blackbox erscheinen und bloß an das Probentrenngerät angedockt werden müssen, um die Versorgung des Probentrenngeräts mit der oder den Betriebsflüssigkeiten zu ermöglichen. Probentrennexperimente können dadurch auch fehlerrobuster betrieben werden.
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Im Weiteren werden Ausgestaltungen der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche, des Probentrenngeräts, der Anordnung und des Verfahrens beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsbehälter mit der Flüssigkeit vor einer erstmaligen Flüssigkeitsentnahme durch den Flüssigkeitsentnahmeanschluss fluiddicht (d. h. flüssigkeits- und/oder gasdicht) vorbefüllt sein. Anders ausgedruckt kann der Flüssigkeitsbehälter so ausgebildet sein, dass die darin enthaltene Flüssigkeit vor der Erstentnahme vollkommen unzugänglich oder hermetisch dicht im Inneren des Flüssigkeitsbehälters untergebracht ist. Erst durch das erstmalige Entnehmen von Flüssigkeit wird der fluidichte Schutz überwunden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsbehälter mit der Flüssigkeit steril bzw. keimfrei vorbefüllt sein. Dadurch ist eine längere Lagerung der Flüssigkeitskartusche vor einer erstmaligen Verwendung möglich. Das sterile Bereitstellen von Lösungsmitteln ist besonders beim Handhaben von empfindlichen biologischen Proben vorteilhaft. Kontaminationen, die den Probentrennprozess negativ beeinflussen können, können auf diese Weise zuverlässig vermieden werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsbehälter mit einem Lösungsmittel, insbesondere mit einem organischen und/oder anorganischen Lösungsmittel, vorbefüllt sein. Derartige Lösungsmittel werden zum Beispiel für chromatographische Trennprozesse benötigt, bei denen an eine Probe ein Lösungsmittelgradient angelegt wird. Dadurch wird Probenmaterial, das an einer Flüssigchromatographiesäule immobilisiert worden ist, fraktionsweise von der Säule gelöst und dadurch getrennt. Beispiele für verwendbare Lösungsmittel sind destilliertes Wasser und organische Lösungsmittel, wie zum Beispiel Acetonitril (ACN) oder Methanol. Indem flüssigkeitsdichte vorbefüllte Flüssigkeitskartuschen bereitgestellt werden, sind auch teils gesundheitsgefährdende Lösungsmitteldämpfe vermieden, da die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche nach außen hin vollkommen flüssigkeitsdicht ausgebildet ist. Auch bei einem Umfallen solcher Flüssigkeitsbehälter ist eine Kontamination mit flüssigen oder gasförmigen Inhaltsstoffen vermieden, wodurch die Betriebssicherheit für einen Benutzer signifikant erhöht werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Flüssigkeitskartusche eingerichtet sein, dass ein Wiederbefüllen des Flüssigkeitsbehälters mit Flüssigkeit verunmöglicht ist. Zum Beispiel kann der Flüssigkeitsentnahmeanschluss so konfiguriert sein, dass er durch ein erstmaliges externes Schaffen eines Zugangs zu Flüssigkeit im Inneren des Flüssigkeitsbehälters irreversibel zerstört oder undicht gemacht wird. Auch kann der Flüssigkeitsentnahmeanschluss mit einem Einwegventil versehen werden, das zwar eine Entnahme von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter erlaubt, nicht aber ein Einfüllen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche also mit einem Mechanismus ausgestattet sein, der es verhindert, dass Flüssigkeitskartuschen mit zum Beispiel verunreinigten oder nicht sterilen Flüssigkeiten wiederbefüllt wird, was die Reproduzierbarkeit von Messungen und die Qualität eines Trennprozesses bzw. die Leistungsfähigkeit des Trennprozesses negativ beeinflussen kann. Zum Beispiel kann durch das Eindringen einer Entnahmelanzette bzw. des Endes einer Fluidleitung des Probentrenngeräts in die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche eine Membran irreversibel zerstört werden, welche zuvor die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche fluiddicht verschließt. Durch ein entsprechendes Einreißen einer Membran oder Folie kann dadurch verhindert werden, dass ein unbefugtes oder sogar gefährliches Wiederbefüllen erfolgt.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann jedoch die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche als wiederbefüllte Flüssigkeitskartusche ausgestaltet werden, indem als fluidische Schnittstelle zum Entnehmen der fluidischen Flüssigkeit eine reversible Dichtung eingesetzt wird, zum Beispiel ein Gummiring mit einem zentralen Loch geringer Dimension, das von einer Lanzette oder dergleichen durchstoßen werden kann, aber wieder abdichtbar ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsentnahmeanschluss am unteren Ende einer Seitenwand des Flüssigkeitsbehälters gebildet sein. Insbesondere kann er (zum Beispiel unmittelbar) angrenzend an einen Boden der Flüssigkeitskartusche positioniert sein. Das Vorsehen des Flüssigkeitsentnahmeanschlusses an einer Seitenwand des Flüssigkeitsbehälters erlaubt es, diesen an der Oberseite und der Unterseite von fluidischen Anschlüssen frei auszubilden. Dadurch kann die Unterseite zum stabilen Aufstellen auf einen Untergrund und die Oberseite mit Mitteln zum Einführen der Flüssigkeitskartusche in einen formschlüssigen Aufnahmeschacht ausgestaltet werden. Vorzugsweise erfolgt die Entnahme der Flüssigkeit in einem unteren Bereich der Flüssigkeitskartusche, da dann die auf die in der Kartusche noch enthaltende Flüssigkeit einwirkende Gravitationskraft die Entnahme von Flüssigkeit auch ohne das Anlegen eines starken Saugdruckes fördert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsentnahmeanschluss fluiddicht und ferner so ausgebildet sein, dass er erst bei Durchstoßen durch einen Flüssigkeitskartuschenanschluss des Probentrenngeräts eine Fluidverbindung zwischen der vorbefüllten Flüssigkeit und der mindestens einen Flüssigkeitsleitung des Probentrenngeräts zulässt. Insbesondere kann der Flüssigkeitsentnahmeanschluss eine an sich fluiddichte, aber zum Ausbilden eines externen Zugangs zu Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter von einer Lanzette oder dergleichen durchstoßbare Membran oder dergleichen aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Flüssigkeitskartuschenaufnahme entsprechend eine Durchstoßeinrichtung aufweisen, die zum Durchstoßen einer durchstoßbaren Fluiddichtung des Flüssigkeitsentnahmeanschlusses zum Ausbilden einer Fluidverbindung zwischen der vorbefüllten Flüssigkeit und der mindestens einen Flüssigkeitsleitung des Probentrenngeräts eingerichtet ist, wenn die Flüssigkeitskartusche in die Flüssigkeitskartuschenaufnahme eingeführt wird. Durch bloßes Einschieben der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche in eine Aufnahme des Probentrenngeräts kann dadurch die fluidische Kopplung hergestellt werden. Auch ein ungeübter Nutzer kann dadurch die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche problemlos und fehlerrobust handhaben, da ein intuitives Einschieben ausreicht, um die Flüssigkeitsversorgung zu aktivieren. Ferner ist die Handhabung von Schläuchen oder dergleichen durch einen Benutzer dank dieser Ausgestaltung weitgehend oder vollständig entbehrlich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsbehälter aus einem rigiden (zum Beispiel auch stoßfesten) Festkörpermaterial gebildet sein und der Flüssigkeitsentnahmeanschluss mit einer fluiddichten durchstoßbaren Membran in dem (insbesondere vollumfänglich umgeben von dem) rigiden Festkörpermaterial versehen sein. Das rigide Festkörpermaterial kann zum Beispiel Glas oder Plexiglas oder ein anderer Kunststoff sein. In diesen rigiden Behälter kann dann die durchstoßbare Membran zum Beispiel aus einem Kunststoff- oder Metallfolienmaterial eingebettet sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Flüssigkeitskartusche ein für die Identität der Flüssigkeitskartusche indikatives Identifizierungsmerkmal (zum Beispiel einen RFID-Tag) aufweisen, das ausgebildet ist, von dem Probentrenngerät zum Identifizieren der Flüssigkeitskartusche nur dann erkannt zu werden, wenn die Flüssigkeitskartusche in die Flüssigkeitskartuschenaufnahme des Probentrenngeräts eingeführt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät entsprechend eine Identifizierungsmerkmalerkenneinrichtung (zum Beispiel ein RFID-Lesegerät) aufweisen, die eingerichtet ist, ein für die Identität der aufgenommenen Flüssigkeitskartusche indikatives Identifizierungsmerkmal zu erkennen, wenn die Flüssigkeitskartusche in die Flüssigkeitskartuschenaufnahme eingeführt ist. Ein solches Identifizierungsmerkmal kann zum Beispiel ein RFID-Tag sein, das von einem korrespondierenden Lesegerät des Probentrenngeräts auslesbar sein kann. Auf diese Weise können für die Probentrennung erforderliche Informationen über die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter ausgetauscht werden, zum Beispiel die Art der Flüssigkeit, ein Flüssigkeitsvolumen, ein Reinheitsgrad, ein Haltbarkeitsdatum und andere Daten. Alternativ zu einem RFID-Tag sind auch andere Identifikationsmerkmale möglich, zum Beispiel ein zweidimensionaler Barcode, ein dreidimensionaler Barcode, alphanumerische Zeichen oder eine magnetisch gespeicherte Information. Vorzugsweise kann die Kartusche im Verhältnis zu dem Probentrenngerät derart ausgebildet sein, dass erst im eingeführten Zustand eine Datenkommunikation zwischen Probentrenngerät und der Flüssigkeitskartusche ermöglicht ist, die das Auslesen der Daten erlaubt. Zum Beispiel kann eine Reichweite eines entsprechenden Sensors oder Lesegeräts des Probentrenngeräts entsprechend angepasst werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Flüssigkeitskartusche eine Verriegelungseinrichtung aufweisen, die zum selbsttätigen Verriegeln an dem Probentrenngerät eingerichtet ist, wenn die Flüssigkeitskartusche in die Flüssigkeitskartuschenaufnahme des Probentrenngeräts eingeführt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät eine entsprechende Verriegelungseinrichtung aufweisen, die zum selbsttätigen Verriegeln an der Flüssigkeitskartusche eingerichtet ist, wenn die Flüssigkeitskartusche in die Flüssigkeitskartuschenaufnahme eingeführt ist. Eine derartige Verriegelung, zum Beispiel durch Zusammenspiel solcher Verriegelungseinrichtungen, kann mechanischer Art sein, zum Beispiel zwei miteinander in Eingriff genommene Verriegelungselemente an Flüssigkeitskartusche und Probentrenngerät. Alternativ sind aber auch magnetische Verriegelungselemente, zum Beispiel anziehende Permanentmagnete an Flüssigkeitskartusche und Probentrenngerät, oder andere Verriegelungselemente möglich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsbehälter im grünen Wellenlängenbereich lichtgeschützt ausgebildet sein, um dadurch die vorbefüllte Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter vor Umgebungslicht im grünen Wellenlängenbereich zu schützen. Ein solcher Lichtschutz des Flüssigkeitsbehälters kann sicherstellen, dass auch bei längerer Lagerung des vorbefüllten Probentrenngeräts ein Wachsen von Algen effizient unterdrückt werden kann. Algen benötigen für ihr Wachstum Licht im grünen Wellenlängenbereich. Auf diese Weise kann die Haltbarkeit der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche deutlich erhöht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsbehälter einen insbesondere vertikalen (oder schrägen) Sichtschlitz zum Ermitteln (zum Beispiel zum sensorischen Ermitteln mittels eines Sensors oder zum visuellen Erkennen durch einen Benutzer) eines Füllstands der vorbefüllten Flüssigkeit aufweisen und ansonsten zumindest im grünen Wellenlängenbereich lichtundurchlässig ausgebildet sein. Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Flüssigkeitsbehälter von dem vorzugsweise vertikalen Sichtschlitz abgesehen aus einem optisch nicht transparenten Material gebildet werden, so dass Algenwachstum in der Flüssigkeit zumindest deutlich gehemmt wird. Alternativ ist auch eine bloße Tönung dieses Bereichs des Flüssigkeitsbehälters möglich. Mittels des Sichtschlitzes kann auf optische Weise der Füllstand des Flüssigkeitsbehälters ausgelesen werden. Alternativ zu einem solchen Sichtschlitz kann allerdings die Füllstandsmessung auch zum Beispiel durch eine Gewichtsbestimmung der Flüssigkeitskartusche erfolgen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Flüssigkeitsbehälter aus einem selektiv im grünen Wellenlängenbereich absorbierenden, getönten Lichtschutzmaterial gebildet sein, um die vorbefüllte Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter vor Umgebungslicht zumindest im grünen Wellenlängenbereich zu schützen. Eine Tönung, zum Beispiel Brauntönung, des gesamten Flüssigkeitsbehälters kann eine entsprechende Filterung grüner Wellenlängenbereiche des Lichts, die für Algenwachstum erforderlich sind, bewerkstelligen. Da eine Tönung immer noch eine gewisse Durchlässigkeit von Licht gestattet, steht diese einer optischen Füllstandsmessung nicht entgegen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Flüssigkeitsaufnahmevolumen des Flüssigkeitsbehälters in mehrere Kompartments aufgeteilt sein, die voneinander getrennt mit (gleichen oder unterschiedlichen) Flüssigkeiten gefüllt sind. Der Flüssigkeitsentnahmeanschluss kann derart eingerichtet sein, dass der mindestens einen Flüssigkeitsleitung selektiv Flüssigkeit aus einem (oder mehreren) der Kompartments bereitstellbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung können unterschiedliche Flüssigkeiten in ein und derselben vorbefüllten Flüssigkeitskartusche gelagert werden. Zum Beispiel können alle für einen bestimmten chromatographischen Trennprozess erforderliche Betriebsflüssigkeiten in verschiedenen Kompartments des Flüssigkeitsbehälters untergebracht sein, die zum Beispiel durch Trennwände voneinander fluidisch getrennt werden können. Dadurch kann zum Beispiel ein chromatographischer Gradientenlauf ausschließlich unter Einsatz von Betriebsflüssigkeiten aus der vorbefüllten Kartusche absolviert werden. Somit braucht ein Benutzer nur eine einzige Flüssigkeitskartusche zu handhaben, um einen gesamten chromatographischen Trennprozess durchführen zu können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Flüssigkeitskartuschenaufnahme einen Einschubschacht in dem Gehäuse aufweisen, der zum geführten Einschieben der Flüssigkeitskartusche in das Probentrenngerät derart eingerichtet ist, dass bloß mittels des geführten Einschiebens die fluidische Kopplung zwischen der mindestens einen Flüssigkeitsleitung und der vorbefüllten Flüssigkeit ausgebildet wird. Mittels eines solchen Einschubschachts kann einem Benutzer auf intuitive Weise angezeigt werden, an welcher Stelle eine vorbefüllte Flüssigkeitskartusche in ein Probentrenngerät eingeführt werden muss, um den ordnungsgemäßen Anschluss der Fluidversorgung zu ermöglichen. Ein Formmerkmal der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche kann auf ein Formmerkmal des Aufnahmeschachts angepasst sein, so dass ein falsches Einführen mechanisch verunmöglicht wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann an und/oder in dem mindestens einen Gehäuse eine Mehrzahl von Flüssigkeitskartuschenaufnahmen (mit separaten Flüssigkeitsentnahmestutzen bzw. Durchstoßeinrichtungen) vorgesehen sein, wobei jede der Flüssigkeitskartuschenaufnahmen zum Aufnehmen und fluidischen Koppeln einer korrespondierenden, vorbefüllten Flüssigkeitskartusche eingerichtet ist. Indem mehrere Flüssigkeitskartuschenaufnahmen in einem Probentrenngerät vorgesehen sein können, ist eine redundante Bereitstellung mehrerer Kartuschen derselben Flüssigkeiten oder auch unterschiedlicher Kartuschen (zum Beispiel hinsichtlich Füllvolumen und/oder Füllflüssigkeit) möglich. Dadurch können auch komplexe Trennprozesse unter Einsatz unterschiedlicher Betriebsflüssigkeiten durchgeführt werden und kann auch beim Leerlaufen einer Flüssigkeitskartusche ein Probentrennexperiment unterbrechungsfrei weitergeführt werden, da dann auf eine andere Kartusche ausgewichen werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät eine Restbefüllungserfasseinheit aufweisen, die eingerichtet ist zu erkennen, wenn eine Restbefüllung einer in der Flüssigkeitskartuschenaufnahme aufgenommenen Flüssigkeitskartusche unter einen vorbestimmten Schwellwert abgesunken ist und in diesem Fall ein vorbestimmtes Ereignis auszulösen. Zum Beispiel kann ein Füllstandssensor ermitteln, dass eine Kartusche hinsichtlich ihres Füllstands unter einen vorbestimmten Schwellwert, zum Beispiel 20% Restbefüllung, abgesunken ist. Bei Auftreten dieses Ereignisses kann dann die Flüssigkeitsversorgung auf eine andere Kartusche desselben Lösungsmittels umgestellt werden. Dadurch können die Standzeiten eines Probentrenngeräts reduziert werden. Eine solche Füllstandsmessung kann zum Beispiel mittels einer Gewichtsmessung der im Betrieb befindlichen und in den Einführschacht eingeführten Flüssigkeitskartusche oder optisch durch Erfassung des aktuellen Flüssigkeitsspiegels durchgeführt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das ausgelöste Ereignis das Ausgeben einer Warnung, das Umschalten einer Flüssigkeitsversorgung der Fluidverarbeitungseinrichtung von der Flüssigkeitskartusche auf eine andere Flüssigkeitskartusche oder das Beenden einer Probentrennprozedur sein. Andere Ereignisse können bei Unterschreitung der Mindestmenge ebenfalls ausgelöst werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät als Mehrzahl fluidgekoppelter Module eingerichtet sein, von denen jedes außenseitig von einem separaten Gehäuse begrenzt ist und von denen jedes eine Funktionseinrichtung zum Bereitstellen einer Funktion im Rahmen des Trennens von Komponenten der fluidischen Probe aufweist. Zwischen solchen Modulen, die turmartig aufeinander gestellt werden können, kann mittels Schlauchverbindungen ein Austausch der Betriebsflüssigkeiten, einer Probenflüssigkeit, etc., erfolgen. Jedes dieser Module kann in einem separaten Behälter vorgesehen sein, wobei jedes der Module eine Teilfunktion im Rahmen des Trennprozesses übernehmen kann. Die Flüssigkeitsversorgung der einzelnen Module kann zum Beispiel über ein separates und gemeinsam genutztes Modul zur Aufnahme der Flüssigkeitskartusche(n) erfolgen. Alternativ kann eine Flüssigkeitskartusche auch in ein Modul eingeführt werden, welches eine bestimmte Funktion im Rahmen der Trennprozedur erfüllt. Bei einem modularen Flüssigchromatographiesystem beispielsweise kann ein Pumpenmodul auch mit Flüssigkeitskartuschen ausgestattet werden, um die fluidischen Transportwege zur Versorgung der Pumpe mit Lösungsmitteln kurz zu halten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät eine Steuereinheit (zum Beispiel einen Prozessor) aufweisen, die eingerichtet ist, eine Probentrennprozedur basierend auf der Identifizierung der aufgenommenen Flüssigkeitskartusche zu steuern. Je nach bereitgestelltem Lösungsmittel kann zum Beispiel ein chromatographischer Gradientenlauf entsprechend angepasst werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät als Flüssigchromatographietrenngerät ausgebildet sein. Andere Probentrennverfahren, wie zum Beispiel mittels Elektrophorese, sind ebenfalls möglich. Das Probenseparationsgerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigchromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), ein Gaschromatographiegerät, ein Elektrophoresegerät und/oder ein Gelelektrophoresegerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei dem Verfahren ferner ein Trennen von Komponenten der fluidischen Probe mittels der mindestens einen Funktionseinrichtung unter Verwendung der von der Flüssigkeitskartusche geförderten Flüssigkeit erfolgen. Zum Beispiel kann im Rahmen einer flüssigchromatographischen Trennmethode ein Gradientenlauf oder ein isokratischer Lauf mittels der Betriebsflüssigkeiten der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche durchgeführt werden.
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Das Probenseparationsgerät kann eine Pumpe zum Bewegen einer mobilen Phase aufweisen. Eine solche Pumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurch zu pumpen. Alternativ oder ergänzend kann das Probenseparationsgerät einen Probeninjektor zur Injektion der Probe in eine mobile Phase aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine Nadel in einem Sitz eines entsprechenden Flüssigkeitspfades aufweisen, die aus diesem Sitz herausfahren kann, um Probe aufzunehmen, und die nach dem Wiedereinführen in den Sitz die Probe in das System injiziert. Alternativ oder ergänzend kann das Probenseparationsgerät einen Probenfraktionierer zum Fraktionieren der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionierer kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Waste-Container zugeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein HPLC-System gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt ein Probentrenngerät mit einer herkömmlichen Flüssigkeitsversorgung.
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3 zeigt ein Probentrenngerät mit einer Flüssigkeitsversorgung in Form von vorbefüllten Flüssigkeitskartuschen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Moduls mit einer vorbefüllten Flüssigkeitskartusche für ein chromatographisches Probentrenngerät gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 zeigt mehrere Einführschächte zum Einführen und gleichzeitigen Handhaben mehrerer Flüssigkeitskartuschen für ein Probentrenngerät gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines HPLC-Systems 10, wie es zum Beispiel zur Flüssigchromatographie verwendet werden kann. Eine Pumpe 20, die mit Lösungsmitteln aus einer Versorgungseinheit 25 versorgt wird, treibt eine mobile Phase durch ein Separationsgerät 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), das eine stationäre Phase beinhaltet. Ein Entgaser 27 kann die Lösungsmittel entgasen, bevor diese der Pumpe 20 zugeführt werden. Eine Probenaufgabeeinheit 40 ist zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 angeordnet, um eine Probenflüssigkeit in die mobile Phase einzubringen. Die stationäre Phase des Separationsgerätes 30 ist dazu vorgesehen, Komponenten der Probenflüssigkeit zu separieren. Ein Detektor, siehe Flusszelle 50, detektiert separierte Komponenten der Probe, und ein Fraktionierungsgerät 60 kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probenflüssigkeit auszugeben, zum Beispiel in dafür vorgesehene Behälter oder einen Abfluss.
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Während ein Flüssigkeitspfad zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 typischerweise auf Hochdruck steht, wird die Probenflüssigkeit unter Normaldruck zunächst in einen vom Flüssigkeitspfad getrennten Bereich, eine so genannten Probenschleife (englisch: Sample Loop), der Probeneinheit 40 eingegeben, die dann wiederum die Probenflüssigkeit in den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitspfad einbringt. Beim Zuschalten der zunächst unter Normaldruck stehenden Probenflüssigkeit in der Probenschleife in den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitspfad wird der Inhalt der Probenschleife schlagartig (typischerweise im Bereich von Millisekunden) auf den Systemdruck des HPLC-Systems 10 gebracht.
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Eine Steuereinheit 70 steuert die einzelnen Module 20, 27, 30, 40, 50, 60 des Probentrenngeräts 10.
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Für ein chromatographisches Trenngerät ist es erforderlich, dass mehrere unterschiedliche Lösungsmittel mittels der Versorgungseinheit 25 zugeführt werden. Wie in 1 schematisch angedeutet ist, können hierfür unterschiedliche vorbefüllte Flüssigkeitskartuschen 80 in entsprechende Einführschächte 82 einer Kartuschenaufnahmeeinrichtung 84 eingeführt werden. Für jedes Lösungsmittel, das die Pumpe 20 im Betrieb benötigt, kann ein oder können auch mehrere Flüssigkeitskartuschen 80 bereitgestellt sein.
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2 zeigt eine herkömmliche Möglichkeit, wie unterschiedliche Module 206 eines Probentrenngeräts 200 mit Betriebsflüssigkeiten versorgt werden. Hierzu werden einzelne Flaschen 204 auf eine Oberseite des modularen Turms gestellt und mittels Schlauchverbindungen 202 mit den Flüssigkeitsabnehmern in den Modulen 206 des Probentrenngeräts 200 verbunden. Dies erfordert einerseits ein Handhaben der Flaschen 204 über Schulterhöhe, was ein Umkippen der Flaschen 204 und damit eine Kontamination des Benutzers oder des Probentrenngeräts 200 mit teils gesundheitsschädigenden Flüssigkeiten verursachen kann. Auch können Schlauchverbindungen 202 verknicken oder anderweitig fehlschlagen, so dass die Flüssigkeitsversorgung der einzelnen Module 206 des Probentrenngeräts 200 nicht immer zuverlässig sichergestellt werden kann.
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Im Unterschied zu 2 zeigt 3 ein Probentrenngerät 10 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch in diesem Falle sind unterschiedliche Module 300 gezeigt, die turmartig in einer modularen Betriebsweise übereinander angeordnet sind. Die einzelnen Module 300 können wie die Komponenten 20, 27, 30, 40, 50, 60 gemäß 1 ausgestaltet sein. Ein eigenes Modul mit einem Gehäuse 302 ist vorgesehen, um Einschubschächte bereitzustellen, in denen die einzelnen vorbefüllten Flüssigkeitskartuschen 80 untergebracht werden können. Ein Benutzer braucht diese bloß in gewünschter Weise in diese Einführschächte einzuschieben, um eine fluidische Verbindung auszubilden. Herumliegende Schläuche, freistehende Flaschen oder dergleichen sind ebenso vermieden wie die Notwendigkeit, Flaschen über Schulterhöhe zu handhaben. Auch ist durch das fluiddichte Ausbilden der vorbefüllten Flüssigkeitskartuschen 80 ein unerwünschtes Entweichen von Dämpfen oder Flüssigkeiten vermieden. Die Handhabung der Flüssigkeitskartuschen 80 ist einfach, da diese einem Benutzer bereits visuell durch die Formanpassung der Flüssigkeitskartuschen 80 auf die Einführschächte des Moduls zum Aufnehmen der Flüssigkeitskartuschen 80 angezeigt wird.
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4 zeigt eine Anordnung 450 aus einem nur teilweise dargestellten Probentrenngerät (das die Komponenten gemäß 1 enthalten kann) und einer vorbefüllten Flüssigkeitskartusche 80 zum Bereitstellen einer Betriebsflüssigkeit gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es können weitere, nicht gezeigte Flüssigkeitskartuschen 80 zum Bereitstellen weiterer Betriebsflüssigkeiten vorgesehen werden.
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Das Probentrenngerät weist Behälterwände 422 auf, in die Fluidleitungen 410 integriert sind. Herumliegende oder ungeordnete Schläuche können durch die Wandintegration vermieden werden. Die in 4 gezeigte vorbefüllte Flüssigkeitskartusche 80 ist zum fluidischen Anschließen an die Fluidleitungen 410 des Probentrenngeräts vorgesehen, um im angeschlossenen Zustand darin enthalten Flüssigkeit 402 als Betriebsflüssigkeit zum Probentrennen einsetzen zu können. Beim Trennen von Komponenten einer fluidischen Probe, zum Beispiel einer biologischen Probe, wird die Flüssigkeit 402, die im Inneren eines Flüssigkeitsbehälters 404 der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche 80 enthalten ist, zum Beispiel für einen Gradientenlauf eines Chromatographieexperiments eingesetzt. 4 zeigt ferner, dass an dem Flüssigkeitsbehälter 404 im unteren Seitenwandbereich ein Flüssigkeitsentnahmeanschluss 406 angestückt ist. Dieser ist mittels einer durchstoßbaren Membran 414 fluiddicht ausgebildet. Diese Membran 414 ist an einem Andockstutzen 444 angebracht, der ein Außengewinde hat. Mittels dieses Außengewindes kann ein mit einem korrespondierenden Innengewinde versehener Deckel 446 auf der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche 80 aufgeschraubt werden.
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Zur Entnahme der Flüssigkeit 402 zum Bereitstellen als Betriebsflüssigkeit für das Probentrenngerät reicht es aus, dass ein Benutzer den Deckel 446 abschraubt und die Flüssigkeitskartusche 80 in der in 4 gezeigten Weise entlang eines dort gezeigten Pfeils 448 in einen Aufnahmeschacht 408 einführt. Ein Flüssigkeitskartuschenanschluss 412 ist an das Ende der Fluidleitung 410 angestückt bzw. angeschlossen und hat eine Lanzette 428 zum Durchstoßen der Membran 414, wenn die Flüssigkeitskartusche 80 entlang der Pfeilrichtung 448 eingeschoben wird. Dadurch wird eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Flüssigkeitsbehälters 404 und der Fluidleitung 410 ausgebildet, so dass die Flüssigkeit 402 nachfolgend aus dem Flüssigkeitsbehälter 404 herausgesaugt, durch die Fluidleitung 410 gepumpt und gewünschten Komponenten des Probentrenngeräts zugeführt werden kann.
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Um Algenwachstum in der Flüssigkeit 402 zu unterbinden, ist der Flüssigkeitsbehälter 404 aus einem optisch intransparenten oder zumindest braun getönten Material (zum Beispiel ein geeigneter Kunststoff) hergestellt, um zu verhindern, dass entsprechende Wellenlängen des Umgebungslichts ein solches Algenwachstum fördern. Der Füllstand der Flüssigkeit 402 in dem Flüssigkeitsbehälter 404 kann dennoch ermittelt werden, zum Beispiel mittels einer Gewichtsbestimmungseinrichtung 426, die ein jeweiliges Restgewicht der Flüssigkeitskartusche 80 während des Betriebs ermitteln kann. Alternativ kann der Füllstand auch optisch durch einen optisch transparenten vertikalen Sichtschlitz 420 in dem Flüssigkeitsbehälter 404 bestimmt werden, so dass der gegenwärtige Flüssigkeitsspiegel und somit die Restbefüllung fortwährend ermittelt werden kann. Wird ermittelt, dass der verbleibende Füllstand nicht ausreichend ist, um das Experiment fertigzustellen, so kann die Flüssigkeitsversorgung zum Beispiel auf eine andere in das Probentrenngerät eingeführte Flüssigkeitskartusche 80 umgeschaltet werden oder kann die Messung unterbrochen oder beendet werden. Auch das Ausgeben einer Alarm- oder Fehlermeldung ist möglich.
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Mit dem Einschieben ist nicht nur das Herstellen einer Fluidkommunikation zwischen dem Behälterinneren und der Fluidleitung 410 verbunden, sondern simultan auch das Herstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen einem Identifikationsmerkmal 416, zum Beispiel einem RFID-Tag, an der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche 80 einerseits und einem Lesegerät 430, zum Beispiel einem RFID-Lesegerät, des Probentrenngeräts. Sind die beiden Komponenten 416, 430 in Kommunikationsreichweite miteinander gebracht, so kann das Probentrenngerät Informationen über die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche 80 auslesen, zum Beispiel die Art der darin enthaltenen Flüssigkeit, das Flüssigkeitsvolumen, ein Haltbarkeitsdatum, etc. Diese Information kann für die Steuerung des Probentrenngeräts verwendet werden.
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Um einem Benutzer eine haptische Rückmeldung zur Bestätigung des richtigen Einführens der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche 80 in den Aufnahmeschacht 408 zu geben, verrasten korrespondierende mechanische Rastelemente 432 des Probentrenngeräts und 418 der vorbefüllten Flüssigkeitskartusche 80 miteinander, wenn die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche 80 ordnungsgemäß in den Aufnahmeschacht 408 eingeführt ist. Ist die vorbefüllte Flüssigkeitskartusche 80 leer, so kann der Benutzer durch Ausüben einer Zugkraft die Rastverbindung lösen und die Flüssigkeitskartusche 80 aus dem Aufnahmeschacht 408 entnehmen.
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5 zeigt, dass mehrere Aufnahmeschächte 408 für mehrere Flüssigkeitskartuschen 80 in einem Modul eines Probentrenngeräts bzw. in dem gesamten Probentrenngerät vorgesehen sein können. Entlang entsprechender Führungsschienen 500 kann die jeweilige Flüssigkeitskartusche 80, die in ihrem Bodenbereich eine korrespondierende Führungsnut aufweisen kann, eingeschoben werden und verrastet dann mittels Ausbildens einer mechanischen Rastverbindung zwischen Komponenten 418 und 432. Durch die vorstehende Lanzette 428, welche eine Membran 414 der jeweiligen vorbefüllten Flüssigkeitskartusche 80 durchdringt, kann die Fluidverbindung hergestellt werden. 5 zeigt auch, dass Lesegeräte für jeden Aufnahmeschacht vorgesehen sein können.
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Die unterschiedlichen Aufnahmeschächte 408 in 5 können unterschiedliche, aber standardisierte Größen aufweisen. Im gezeigten Beispiel sind Aufnahmeschächte 408 zur Aufnahme von Flüssigkeitskartuschen 80 der Breite B und der Breite b gezeigt, wobei B > b.
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Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen” nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein” nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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