DE102022207706A1 - Analysis device for analyzing a sample contained in a cartridge and method for operating an analysis device - Google Patents
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Abstract
Der hier vorgestellte Ansatz betrifft ein Analysegerät (100) zum Analysieren einer in einer Kartusche (105) enthaltenen Probe, wobei das Analysegerät (100) eine bewegliche Verteilereinheit (140) zum Koppeln mit der Kartusche (105), einen Arbeitszylinder (130) mit einem linear beweglichen Kolben und einem an dem Kolben angeordneten Stößel (200) zum mechanischen Einwirken auf die Kartusche (105) und mindestens einen an dem Stößel (200) angeordneten Mitnehmer (210) aufweist zum Übertragen einer Bewegung des Stößels (200) auf die Verteilereinheit (140) bei einem Überführen des Analysegerätes (100) von einem Ruhezustand in einen Betriebszustand.The approach presented here relates to an analysis device (100) for analyzing a sample contained in a cartridge (105), the analysis device (100) having a movable distributor unit (140) for coupling to the cartridge (105), a working cylinder (130) with a linearly movable piston and a plunger (200) arranged on the piston for mechanical action on the cartridge (105) and at least one driver (210) arranged on the plunger (200) for transmitting a movement of the plunger (200) to the distribution unit ( 140) when the analysis device (100) is transferred from a rest state to an operating state.
Description
Stand der TechnikState of the art
Der Ansatz geht von einem Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe und einem Verfahren zum Betreiben eines Analysegerätes nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.The approach is based on an analysis device for analyzing a sample contained in a cartridge and a method for operating an analysis device according to the preamble of the independent claims. The subject of the present approach is also a computer program.
Ein mikrofluidisches Analysesystem, auch Chiplabor (sog. Lab-on-Chip, kurz LoC) genannt, kann beispielsweise ein automatisiertes Prozessieren von zum Beispiel Patientenproben für die medizinische Diagnostik ermöglichen. Durch die Kombination einer Vielzahl von Operationen für die kontrollierte Manipulation von Fluiden können komplexe molekulardiagnostische Testabläufe in einer mikrofluidischen Vorrichtung, welche auch als Lab-on-Chip-Kartusche oder Mikrofluidikkartusche bezeichnet wird, durchgeführt werden. Das Prozessieren der Mikrofluidikkartusche und die Analyse der Probe können dabei in einem kompakten Analysegerät erfolgen, das auch als Mikrofluidikeinrichtung bezeichnet werden kann. Es sind unterschiedliche Typen von mikrofluidischen Analysesystemen bekannt, welche auch als Lab-on-Chip-Plattformen oder Lab-on-Chip-Systeme bezeichnet werden können. Derartige Lab-on-Chip-Plattformen verfolgen für die Bereitstellung der mikrofluidischen Operationen diverse technologische Ansätze: Eine Klasse von Lab-on-Chip-Plattformen stellen druckbasierte Systeme dar, welche durch das Anlegen von wenigstens zwei Druckniveaus mittels des Analysegeräts an die Mikrofluidikkartusche einen kontrollierten Flüssigkeitstransport in der Mikrofluidikkartusche bewerkstelligen können.A microfluidic analysis system, also called a chip laboratory (so-called lab-on-chip, LoC for short), can, for example, enable automated processing of, for example, patient samples for medical diagnostics. By combining a variety of operations for the controlled manipulation of fluids, complex molecular diagnostic test procedures can be carried out in a microfluidic device, which is also referred to as a lab-on-chip cartridge or microfluidic cartridge. The processing of the microfluidic cartridge and the analysis of the sample can be carried out in a compact analysis device, which can also be referred to as a microfluidic device. Different types of microfluidic analysis systems are known, which can also be referred to as lab-on-chip platforms or lab-on-chip systems. Such lab-on-chip platforms pursue various technological approaches to provide microfluidic operations: One class of lab-on-chip platforms are pressure-based systems, which control one by applying at least two pressure levels to the microfluidic cartridge using the analysis device Can achieve liquid transport in the microfluidic cartridge.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein verbessertes Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Analysegerätes, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, the approach presented here presents an improved analysis device for analyzing a sample contained in a cartridge and an improved method for operating an analysis device, further a control device that uses this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims. The measures listed in the dependent claims make advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim possible.
Es wird ein Analysegerät vorgestellt, welches gegenüber üblicherweise genutzten Geräten vereinfacht ausgeführt sein kann. Das bedeutet, dass beispielsweise weniger Bauteile benötigt werden, um eine Probenflüssigkeit analysieren zu können. Durch ein Reduzieren der Bauteile können wiederum beispielsweise bei einer Produktion eines solchen Gerätes Kosten gesenkt werden. Andernfalls kann dadurch ermöglicht werden, dass das Analysegerät kompakt ausgeformt sein.An analysis device is presented, which can be designed in a simplified manner compared to commonly used devices. This means that, for example, fewer components are required to be able to analyze a sample liquid. By reducing the number of components, costs can be reduced, for example when producing such a device. Otherwise, this can make it possible for the analysis device to be compact.
Es wird ein Analysegerät zum Analysieren einer in einer Kartusche enthaltenen Probe vorgestellt, wobei das Analysegerät eine bewegliche Verteilereinheit zum Koppeln mit der Kartusche, einen Arbeitszylinder mit einem linear beweglichen Kolben und einem an dem Kolben angeordneten Stößel zum mechanischen Einwirken auf die Kartusche und mindestens einen an dem Stößel angeordneten Mitnehmer zum Übertragen einer Bewegung des Stößels auf die Verteilereinheit bei einem Überführen des Analysegerätes von einem Ruhezustand in einen Betriebszustand aufweist.An analysis device for analyzing a sample contained in a cartridge is presented, the analysis device having a movable distributor unit for coupling to the cartridge, a working cylinder with a linearly movable piston and a plunger arranged on the piston for mechanically acting on the cartridge and at least one driver arranged on the plunger for transmitting a movement of the plunger to the distribution unit when the analysis device is transferred from a rest state to an operating state.
Das Analysegerät kann beispielsweise im medizinischen Bereich, beispielsweise zu Diagnostikzwecken, eingesetzt werden. Die Kartusche, die auch als Mikrofluidikkartusche bezeichnet werden kann, kann dabei als ein kleines Labor fungieren, in dem die Probe analysiert werden kann. Beispielsweise kann hierzu ein Analysereagenz auf oder in der Kartusche vorgehalten sein. Die Verteilereinheit kann beispielsweise als ein Manifold ausgeformt sein, das mit der Kartusche fluidmechanisch koppelbar ist. Der Arbeitszylinder kann beispielsweise als eine pneumatische Antriebseinheit ausgeführt sein, die linear beweglich sein kann. Der Stößel, der beispielsweise auch als Stange des Arbeitszylinders ausgeformt sein kann, kann beispielsweise mit der Kartusche arretiert werden und ein Ausgeben eines Prozessiermittels oder des Analysereagenz der Kartusche bewirken. Dazu kann der Stößel beispielsweise eine Siegelfolie an der Kartusche durchstoßen und das Prozessiermittel freigeben. Der Mitnehmer kann vorteilhafterweise brückenartig oder planar als eine Platte ausgeformt sein und somit im Betriebszustand des Analysegerätes, das bedeutet mindestens während des Überführens in den Betriebszustand als Verbindung zwischen dem Stößel und der Verteilereinheit ausgeformt sein. Der Stößel kann demnach als Teil des Arbeitszylinders ausgeformt oder alternativ an ihm angeordnet sein. Beispielsweise kann das Analysegerät eine pneumatische Druckerzeugungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um mindestens ein Druckniveau an die Verteilereinheit bereitzustellen. Vorteilhafterweise kann durch die vereinfachte Ausführung des Analysegerätes eine Vielzahl von Funktionen für das Analysegerät mit verringertem Aufwand und demnach mit reduzierten Kosten sowie energieeffizient angesteuert oder durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Mitnehmer die Verteilereinheit in mindestens eine Richtung mitnehmen, wenn der Arbeitszylinder pneumatisch aktiv ist. Umgekehrt bedeutet dies, dass ein Ansteuern der Verteilereinheit verzichtbar ist, um mit der Kartusche koppeln zu können.The analysis device can be used, for example, in the medical field, for example for diagnostic purposes. The cartridge, which can also be referred to as a microfluidic cartridge, can function as a small laboratory in which the sample can be analyzed. For example, an analysis reagent can be kept on or in the cartridge. The distribution unit can, for example, be designed as a manifold that can be fluid-mechanically coupled to the cartridge. The working cylinder can, for example, be designed as a pneumatic drive unit that can be linearly movable. The plunger, which can also be shaped, for example, as a rod of the working cylinder, can, for example, be locked with the cartridge and cause a processing agent or the analysis reagent to be dispensed from the cartridge. For this purpose, the plunger can, for example, pierce a sealing film on the cartridge and release the processing agent. The driver can advantageously be shaped like a bridge or planar as a plate and thus be formed as a connection between the plunger and the distributor unit in the operating state of the analysis device, that is, at least during the transfer to the operating state. The plunger can therefore be formed as part of the working cylinder or alternatively be arranged on it. For example, the analysis device can have a pneumatic pressure generating unit that is designed to provide at least one pressure level to the distribution unit. Advantageously, due to the simplified design of the analysis device, a large number of functions for the analysis device can be controlled or carried out with reduced effort and therefore with reduced costs and in an energy-efficient manner. For example, the driver can take the distribution unit along in at least one direction when the working cylinder is pneumatically active. Conversely, this means that there is no need to control the distribution unit in order to be able to couple with the cartridge.
Durch die Kopplung des Arbeitszylinders mit dem Stößel kann nun vorteilhaft erreicht werden, dass beispielsweise eine Antriebseinheit zum Bewegen des Arbeitszylinders auch gleich eine Bewegung des Stößels bewirken kann. Auf diese Weise können im Analysegerät verbaute Komponenten zweckmäßigerweise mehrfach verwendet werden, sodass das Analysegerät kosteneffizient hergestellt werden kann.By coupling the working cylinder with the plunger, it can now advantageously be achieved that, for example, a drive unit for moving the working cylinder can also immediately cause a movement of the plunger. In this way, components installed in the analysis device can expediently be used multiple times, so that the analysis device can be manufactured cost-effectively.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Arbeitszylinder als Pneumatikantrieb, Elektroantrieb oder als manueller Antrieb ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, dass innerhalb des Analysegerätes kleinere Kräfte gegenüber üblichen Analysegeräten wirken und nur solche Kräfte aufgebracht werden können, die für Teilfunktionen benötigt werden können. According to one embodiment, the working cylinder can be designed as a pneumatic drive, electric drive or as a manual drive. Advantageously, it can be achieved that smaller forces act within the analysis device compared to conventional analysis devices and only those forces that are required for partial functions can be applied.
Weiterhin kann dadurch eine Überbestimmtheit innerhalb des Analysegerätes reduziert werden. Durch die Wahl des Pneumatikantriebs kann vorteilhafterweise eine Menge von Partikeln, die durch Abrieb eines Getriebes und zusätzlich oder alternativ Führungen entstehen können.Furthermore, overdetermination within the analysis device can be reduced. By choosing the pneumatic drive, a quantity of particles that can arise from abrasion of a gear and additionally or alternatively guides can advantageously be removed.
Das Analysegerät kann eine Schiebetür, insbesondere zum Verschließen eines Aufnahmefachs zur Aufnahme der Kartusche in das Analysegerät, aufweisen, wobei die Schiebetür mit dem Stößel koppelbar oder gekoppelt sein kann. Die Schiebetür kann vorteilhafterweise einen Geräteinnenraum und somit Koppelstellen innerhalb eines Geräteschachts zum Aufnehmen der Kartusche schützen. Beispielsweise kann die Schiebetür linear beweglich automatisiert geöffnet und geschlossen werden. Vorteilhafterweise kann das Öffnen und Schließen ebenfalls eine der zuvor erwähnten Funktionen repräsentieren, da die Schiebetür mit dem Stößel gekoppelt oder koppelbar sein kann und der Stößel beweglich ist. Das bedeutet, dass eine Bewegung des Stößels mit einer Bewegung der Schiebetür korrelieren kann.The analysis device can have a sliding door, in particular for closing a receiving compartment for receiving the cartridge in the analysis device, wherein the sliding door can be coupled or coupled to the plunger. The sliding door can advantageously protect a device interior and thus coupling points within a device shaft for receiving the cartridge. For example, the sliding door can be opened and closed automatically in a linearly movable manner. Advantageously, the opening and closing can also represent one of the previously mentioned functions, since the sliding door can be coupled or can be coupled to the plunger and the plunger is movable. This means that movement of the plunger can correlate with movement of the sliding door.
Gemäß einer Ausführungsform kann mindestens ein weiterer Mitnehmer zum Übertragen der Bewegung des Stößels auf die Schiebetür an dem Stößel angeordnet sein. Der weitere Mitnehmer kann beispielsweise dem Mitnehmer ähneln oder mit ihm verbunden sein. Vorteilhafterweise kann der weitere Mitnehmer in die Schiebetür eingreifen oder beispielsweise an einem Halteelement halten, sodass die Bewegung des Stößels übertragen werden kann.According to one embodiment, at least one further driver can be arranged on the plunger for transmitting the movement of the plunger to the sliding door. The further driver can, for example, be similar to the driver or be connected to it. Advantageously, the further driver can engage in the sliding door or, for example, hold it on a holding element so that the movement of the plunger can be transmitted.
Die Verteilereinheit und zusätzlich oder alternativ die Schiebetür des Analysegeräts kann oder können federgelagert angeordnet sein, insbesondere wobei der Arbeitszylinder ausgebildet sein kann, um die Verteilereinheit und zusätzlich oder alternativ die Schiebetür gegen eine Federvorspannung bewegen zu können. Dadurch kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass beispielsweise eine Pumpeinheit des Analysegerätes dauerhaft aktiv ist, um die Schiebetür geschlossen zu halten, da die Federvorspannung entgegen einer Öffnungsbewegung der Schiebetür wirken kann. Durch das Verwenden einer Federkraft kann vorteilhafterweise eine Menge von bewegten Bauteilen, somit auch mechanische Führungen reduziert werden. Dadurch können beispielsweise weitere Kosten vermieden werden.The distribution unit and additionally or alternatively the sliding door of the analysis device can or can be arranged spring-loaded, in particular wherein the working cylinder can be designed to be able to move the distribution unit and additionally or alternatively the sliding door against a spring preload. This can advantageously avoid that, for example, a pump unit of the analysis device is permanently active in order to keep the sliding door closed, since the spring preload can act against an opening movement of the sliding door. By using a spring force, a number of moving components, including mechanical guides, can advantageously be reduced. This can, for example, avoid further costs.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verteilereinheit einen Wirkvorsprung aufweisen, auf den der Mitnehmer einwirkt. Der Wirkvorsprung kann beispielsweise auch als eine Nut oder eine Vertiefung ausgeführt sein, in welche der Mitnehmer eingreifen kann. Vorteilhafterweise kannAccording to one embodiment, the distribution unit can have an active projection on which the driver acts. The active projection can also be designed, for example, as a groove or a recess into which the driver can engage. Advantageously can
Ferner kann die Verteilereinheit einen Justagepin aufweisen, der ausgebildet sein kann, um die Verteilereinheit auf einer Bewegungsachse der Verteilereinheit halten zu können. Der Justagepin kann vorteilhafterweise als ein zusätzliches Halteelement ausgeführt sein, das sich auf einer Bewegungsachse der Verteilereinheit bewegen kann. Beispielsweise kann der Justagepin längs durch die Verteilereinheit geführt sein, sodass er der Verteilereinheit vorteilhafterweise zusätzlich Stabilität bieten kann. Alternativ kann der Justagepin auch an einer anderen Stelle angeordnet sein. Der Verteiler sollte geführt werden, damit er die Bohrungen am Interface trifft. Der Justagepin kann aber auch in die Kartusche eindringen, um diese relativ zum Clampingantrieb auszurichten, damit das Öffnen der Folien der Reagenzbehälter ohne Radialversatz erfolgen kann. Dieser Versatz würde die Membran stärker belasten und im Worst-case zum Reißen bringen.Furthermore, the distribution unit can have an adjustment pin, which can be designed to be able to hold the distribution unit on a movement axis of the distribution unit. The adjustment pin can advantageously be designed as an additional holding element that can move on a movement axis of the distribution unit. For example, the adjustment pin can be guided lengthways through the distribution unit, so that it can advantageously offer the distribution unit additional stability. Alternatively, the adjustment pin can also be arranged at a different location. The distributor should be guided to meet the holes on the interface. The adjustment pin can also penetrate into the cartridge in order to align it relative to the clamping drive so that the foils of the reagent container can be opened without radial offset. This offset would put more strain on the membrane and, in the worst case scenario, cause it to rupture.
Weiterhin kann das Analysegerät eine Heizeinrichtung zum Heizen zumindest eines Bereichs der Kartusche, wenn die Kartusche in dem Analysegerät angeordnet ist, aufweisen. Die Heizeinrichtung kann vorteilhafterweise eine Mehrzahl von federgelagerten Heizriegeln aufweisen, deren Wärme auf den mindestens einen Bereich der Kartusche wirken kann. Vorteilhafterweise kann durch die Wärme ein Prozessiermittel aktiviert und demnach die Analyse durchgeführt werden. Die Heizeinrichtung kann dabei federgelagert ausgeführt sein, um beispielsweise einen Kontakt mit der eingesetzten Kartusche sicherstellen und zusätzlich oder alternativ gewähren zu können. Das bedeutet, dass die Heizeinrichtung beispielsweise die Heizriegel mit an ihnen angeordneten Federelementen aufweisen kann, die bei eingesetzter Kartusche in das Analysegerät vorgespannt sein können und dadurch vorteilhafterweise eine Kraft in Richtung der Kartusche ausüben können.Furthermore, the analysis device can have a heating device for heating at least a region of the cartridge when the cartridge is arranged in the analysis device. The heating device can advantageously have a plurality of spring-loaded heating bars, the heat of which can act on at least one area of the cartridge. Advantageously, a processing agent can be activated by the heat and the analysis can therefore be carried out. The heating device can be designed to be spring-loaded in order, for example, to ensure contact with the inserted cartridge and to be able to provide this additionally or alternatively. This means that the heating device can, for example, have the heating bars with spring elements arranged on them, which can be biased into the analysis device when the cartridge is inserted and can thereby advantageously exert a force in the direction of the cartridge.
Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Analysegerätes in einer zuvor genannten Variante vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns des Arbeitszylinders umfasst, um den an dem linear beweglichen Kolben angeordneten Stößel zu bewegen, um auf die Kartusche mechanisch einzuwirken, sowie einen Schritt des Übertragens einer Bewegung des Stößels auf die Verteilereinheit unter Verwendung des Mitnehmers, um das Analysegerät vom Ruhezustand in den Betriebszustand zu überführen.A method for operating an analysis device in a variant mentioned above is also presented, the method comprising a step of controlling the working cylinder in order to move the plunger arranged on the linearly movable piston in order to mechanically act on the cartridge, as well as a step of Transmitting a movement of the plunger to the distribution unit using the driver to transfer the analyzer from the idle state to the operating state.
Durch das Verfahren kann die Analyse der in der Kartusche enthaltenen Probe vorteilhafterweise automatisiert und effizient durchgeführt werden.Through the method, the analysis of the sample contained in the cartridge can advantageously be carried out automatically and efficiently.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form eines Steuergeräts kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. This embodiment variant of the approach in the form of a control device can also solve the task on which the approach is based quickly and efficiently.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control device can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or have at least one communication interface for reading or outputting data that is embedded in a communication protocol. The computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, whereby the storage unit can be a flash memory, an EEPROM or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and/or by wire, wherein a communication interface that can read or output wired data can, for example, read this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or output it into a corresponding data transmission line.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedene Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and, depending on them, outputs control and/or data signals. The control device can have an interface that can be designed in hardware and/or software. In the case of a hardware design, the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of software training, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also advantageous is a computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard drive memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, particularly if the program product or program is executed on a computer or device.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Analysegerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Clampingeinheit für ein Analysegerät; -
3A eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts; -
3B eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts; -
3C eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts; -
3D eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts; -
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben eines Analysegerätes; und -
5 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 a schematic representation of an analysis device according to an exemplary embodiment; -
2 a schematic representation of an exemplary embodiment of a clamping unit for an analysis device; -
3A a partial schematic representation of an exemplary embodiment of an analysis device; -
3B a partial schematic representation of an exemplary embodiment of an analysis device; -
3C a partial schematic representation of an exemplary embodiment of an analysis device; -
3D a partial schematic representation of an exemplary embodiment of an analysis device; -
4 a flowchart of a method according to an exemplary embodiment for operating an analysis device; and -
5 a block diagram of a device according to an exemplary embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable exemplary embodiments of the present approach, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby on a repeated description of these elements is omitted.
Das Analysegerät 100 umfasst ferner eine pneumatische Druckerzeugungseinheit 120. Die Druckerzeugungseinheit 120 ist ausgebildet, um der Verteilereinheit 140 mindestens einen und insbesondere zwei unterschiedliche Druckniveaus bereitzustellen. Dabei ist die Druckerzeugungseinheit 120 mit der Verteilereinheit 140 fluidmechanisch verbunden. Zudem umfasst das Analysegerät 100 mindestens eine pneumatische betriebene Funktionseinheit in Gestalt eines Arbeitszylinders 130. Der Arbeitszylinder 130 ist mit der Verteilereinheit 140 fluidmechanisch verbunden und alternativ auch als Elektroantrieb oder als manueller Antrieb ausgeformt oder ausformbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden diese Komponenten auch als Clampingeinheit 145 bezeichnet.The
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Analysegerät 100 ferner ein Display 115 mit einer Touchfunktion, mittels dessen lediglich beispielhaft Einstellungen zum gewünschten Analyseprozess manuell eingebbar sind. Zudem ist das Display 115 lediglich beispielhaft ausgebildet, um Analyseergebnisse anzuzeigen.According to the exemplary embodiment shown here, the
Das Analysegerät 100 weist weiterhin ein Steuergerät 150 auf, das ausgebildet ist, um ein Verfahren zum Betreiben des Analysegerätes 100 anzusteuern und/oder durchzuführen, wie es in
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Analysegerät 100 zusätzlich eine Heizeinrichtung 220 auf, die wiederum eine Mehrzahl von Heizriegeln 225 aufweist. Die Heizriegel 225 werden auch als Heizelemente bezeichnet. Die Heizeinrichtung 220 ist dabei ausgeformt, um mindestens einen Bereich der Kartusche 105 zu beheizen. Die Heizriegel 225 wirken dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel an zwei gegenüberliegenden Flächen der Kartusche 105 auf die Kartusche 105. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Verteilereinheit 140 einen Wirkvorsprung 230 auf, auf den Mitnehmer 210 einwirkt.According to this exemplary embodiment, the
In heutigen Analysegeräten erfolgt oftmals eine Druckversorgung der Kanäle pneumatisch, während das Clampen, das bedeutet ein Koppeln mit der Kartusche, über einen Schrittmotor erfolgt, der eine Trägerplatte nach oben verfährt und damit die Kartusche an obere mechanische Anschläge presst und clampt. Durch das Bewegen des Motors werden die Manifolds an die Kartusche angepresst, sodass damit die pneumatische Anbindung zwischen Kartusche und Analysegerät gegeben ist. Im weiteren Verfahrweg können Stößel, die sich ebenfalls auf der Trägerplatte befinden, in die Tankaussparungen der Kartusche eindringen und im Weiteren die Siegelfolie der Reagenzien-Riegel aufbrechen, so dass das darin enthaltene Fluid freigesetzt wird. Der Motor ist hierbei über Lichtschrankungen weggesteuert. Die Verfahrgeschwindigkeit ist fix in einem Code hinterlegt und aus Erfahrungen und unter Kriterien, wie beispielsweise der Vorbereitungszeit eines Tests oder einem Umsetzen von Initalzuständen, und der Reißfestigkeit einer Membran der Kartusche definiert.In today's analysis devices, pressure is often supplied to the channels pneumatically, while clamping, which means coupling with the cartridge, via a stepper motor that moves a carrier plate upwards and thus presses and clamps the cartridge against upper mechanical stops. By moving the motor, the manifolds are pressed onto the cartridge, so that the pneumatic connection between the cartridge and the analysis device is established. In the further travel path, plungers, which are also located on the carrier plate, can penetrate into the tank recesses of the cartridge and then break the sealing film of the reagent bars, so that the fluid contained therein is released. The motor is controlled via light barriers. The travel speed is stored in a fixed code and is defined based on experience and criteria such as the preparation time for a test or the implementation of initial states, and the tear strength of a cartridge membrane.
Vor diesem Hintergrund wird zur Analyse einer Patientenprobe die Kartusche 105 während der Messung in einer definierten Position gehalten, um Fluidikkanäle auf der Kartusche 105 mit Arbeitsdruckniveaus zu versorgen. Weiterhin wird die Kartusche 105 dort gehalten, um zu erreichen, dass alle Anschlüsse oder Ports an der Verteilereinheit 140 konzentrisch zu den Ports auf der Kartusche 105 ausgerichtet sind, sowie um erreichen, dass eine Mindestanpresskraft der Verteilereinheit 140 gegeben ist, um Leckagen zu vermeiden. Des Weiterhin werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels des mindestens einen Stößels 200 Reagenzien auf der Kartusche 105 freigegeben, indem sie die beispielsweise Folien aufbrechen, der Stößel 200 im ausgefahrenen Zustand verweilt und damit eine Verdrängung der Reagenzien in den Tanks während der Prozessierung bewirkt. Bei dem Halten der Kartusche 105 in der Position wird beispielsweise der Kontakt der Heizeinrichtung 220 zur Kartusche 105 sichergestellt und/oder gewährt, um einen Wärmeeintrag in die Kartusche 105 zu leisten. Das Halten der Kartusche in Position wird dabei garantiert, wobei dies nicht zwangsläufig nur über die Position der Stößel erfolgt. Diese dienen besonders dem Verdrängen der Flüssigkeit. Das Clampen der Heizer, das Andocken der Heizer und der Tür wird beispielsweise passiv über mechanische Elemente gewährt. Die Stößel sollten dabei zur Minimierung der Quereinflüsse keinen signifikanten Anteil besitzen.Against this background, to analyze a patient sample, the
Von dem Analysegerät 100 sind in den Darstellungen von
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Arbeitszylinder 130 mit dem mindestens einen Stößel 200 gekoppelt, der ausgebildet ist, um mechanisch auf die Kartusche 105 einzuwirken. Ferner ist der Arbeitszylinder 130 mit dem mindestens einen Mitnehmer 210 zum Bewegen der Verteilereinheit 140 und einem weiteren Mitnehmer 320 zum Bewegen der Schiebetür 310 gekoppelt. Ferner sind gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Verteilereinheit 140 und die Schiebetür 310 federgelagert angeordnet. Der Arbeitszylinder 130 ist dabei ausgebildet, um die Verteilereinheit 140 und die Schiebetür 310 gegen die Federvorspannung zu bewegen. Auch die Heizriegel 225 sind federgelagert angeordnet.According to the exemplary embodiment shown here, the working
In anderen Worten ausgedrückt ist der Arbeitszylinder 130 als ein linearer Antrieb ausgeformt, der mit seiner Bewegung abhängig von einer Verfahrrichtung mehrere verschiedene Funktionen bei einer Bewegung in Richtung der Kartusche 105 und einer der Richtung entgegengesetzten weiteren Richtung abdeckt. Solche Funktionen sind beispielsweise bei der Bewegung in Richtung der Kartusche 105, dass ein Justagepin 330 in die Kartusche 105 eingeführt wird, der Stößel 200 einen Reagenzriegel der Kartusche 105 ausdrückt, die Verteilereinheit 140 an die Kartusche 105 gepresst wird, indem beispielsweise eine Federkraft freigegeben wird, sowie dass die Schiebetür 310 durch das Freigeben der Federkraft schließt.In other words, the working
Bei einer weiteren Bewegung des Arbeitszylinders 130 in die weitere Richtung wird die Verteilereinheit 140 nach unten gedrückt, wodurch die Verteilereinheit 140 von der Kartusche 105 getrennt wird oder ein Kartuschenraum freigegeben wird. Die Kartusche 105 ist dabei eingebbar oder herausnehmbar. Weiterhin wird bei der weiteren Bewegung die Schiebetür 310 über eine Mechanik geöffnet. Weiterhin fahren dabei auch der Justagepin 330 und Stößel 200 aus der Kartusche 105 heraus.When the working
Da die beweglichen Komponenten, das bedeutet die Verteilereinheit 140, die Heizeinrichtung 220 und/oder die Schiebetür 310, durch eine Federkraft an die Kartusche 105 angepresst oder aktuiert werden, muss die Antriebseinheit während des Klemmvorgangs diese Kräfte nicht mit aufbringen. Die Antriebseinheit dient lediglich kurzzeitig als Stellelement. Weiterhin kann für jede Komponente individuell die entsprechende Anpresskraft ausgelegt werden. Darüber hinaus sitzt das Antriebssystem unterhalb der Hauptkraftachse (Stößel), was zu sehr geringen Querkräften und Biegemomenten führt.Since the movable components, that is to say the
Zusammengefasst ist eine Freigabe inklusive des zeitgleichen Öffnens der auch als Schachtverschluss bezeichneten Schiebetür 310 und Vorspannen der Verteilereinheit 140 visualisiert.In summary, a release including the simultaneous opening of the sliding
In dem Betriebszustand wird demnach ein Clamping oder Koppeln der Kartusche 105, ein Anpressen der Verteilereinheit 140, ein Freigeben von Reagenzflüssigkeiten in der Kartusche 105 über den Stößel 200 und ein (Wieder-) Verschließen des Aufnahmebereichs 110 durchgeführt.In the operating state, a clamping or coupling of the
Anders ausgedrückt sind in
Bei einer Umsetzung inklusive verfahrbarer Verteilereinheit 140, Stößel 200 und ortsfesten Heizeinrichtung 220 ragt im Initialzustand der Stößel 200 und die Verteilereinheit 140 in den Kartuscheneinlegeschacht bzw. den Aufnahmebereich 110. Beim Start einer Messung lediglich beispielhaft wird im Rahmen der Vorbereitung der Stangenraum des Arbeitszylinders 130 mit Überdruck beaufschlagt, so dass der Zylinder einfahren kann. Damit wird der Stößel 200 aus dem Kartuscheneinlegeschacht bzw. dem Aufnahmebereich 110 gezogen. Über einen an der Verteilereinheit 140 angebrachten Wirkvorsprung 230 wird die Verteilereinheit 140 mit nach unten gezogen, wodurch die Manifold-Federn vorgespannt werden und der obere Teil der Verteilereinheit 140 ebenfalls aus dem Schacht gezogen wird, um das Einführen der Mikrofluidikkartusche 105 zu ermöglichen. Wenn die Mikrofluidikkartusche 105 eingelegt ist, werden die Druckniveaus im Kolben- und Stangenraum des Arbeitszylinders 130 getauscht, so dass die resultierende Kraft die Stange ausfährt. Damit wird als erstes die Vorspannung der Verteilereinheit 140 gelöst und die Verteilereinheit 140 kann an der eingelegten Mikrofluidikkartusche 105 anpressen. Beim weiteren Verfahren haben die Stößel 200 auf einer Stößelplatte Kontakt mit der TPU-Membran und verformen diese bis zum Kontakt mit der Siegelfolie. Durch weiteres Verfahren wird die Siegelfolie belastet, bis diese aufreißt und die beinhaltenden Flüssigkeiten freisetzt.In an implementation including a
Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.The process steps presented here can be carried out repeatedly and in an order other than that described.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment includes an “and/or” link between a first feature and a second feature, this should be read as meaning that the exemplary embodiment, according to one embodiment, has both the first feature and the second feature and, according to a further embodiment, either only that first feature or only the second feature.
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