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Die
Erfindung betrifft eine Labor-Pumpeinheit mit einer Pumpe, die saug-
und/oder druckseitig mit einer Pipette oder dergleichen Fluidaufnahme lösbar verbindbar
ist, zum Ansaugen oder Ausstoßen eines
Fluids.
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Labor-Pumpeinheiten
der eingangs erwähnten
Art sind bereits bekannt, um in den Labors Bakterien, Viren und
sonstige Krankheitserreger und andere, mit lebensgefährlichen
Inhaltsstoffen kontaminierte Flüssigkeiten
zum Zwecke weiterer Untersuchungen beispielsweise in eine Pipette
saugen zu können, ohne
das Leben und die Gesundheit des untersuchenden Laborpersonals zu
gefährden.
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So
ist beispielsweise bereits eine Labor-Pumpeinheit bekannt, bei der
die Pumpe, die dazugehörige
netzunabhängige
Stromversorgung und die zur Steuerung der Pumpe und des Ansaugvorgangs
benötigten
Bedienelemente in einem pistolengriffartigen Gehäuse untergebracht sind. Diese
vorbekannte Pumpeinheit ist jedoch derart schwer, dass das untersuchende
Laborpersonal mit dieser Pumpeinheit nicht über einen längeren Zeitraum ständig hantieren
kann.
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Man
hat daher auch bereits eine Labor-Pumpeinheit geschaffen, die in
ein Hand- und einen Pumpenteil funktional aufgeteilt ist, um dabei
das Handteil möglichst
leicht und entsprechend bedienungsfreundlich ausgestalten zu können.
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Bei
einigen der vorbekannten Labor-Pumpeinheiten wird die Pumpleistung
durch eine Querschnittsveränderung
in der Saugleitung an das vergleichsweise geringe maximale Aufnahmevolumen der
verwendeten Pipette oder dergleichen Fluidaufnahme angepasst. Eine
solche Querschnittsverengung lässt
anschließend
jedoch nur wenig Spielraum, um mittels eines in die Saugleitung
zwischengeschalteten Regelventils eine Feinregulierung vorzunehmen.
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Labor-Pumpeinheiten,
deren Bestandteile in einem pistolengriffartigen Gehäuse zusammengefasst
sind, haben darüber
hinaus den Nachteil, dass die in der Pipette angesaugte Flüssigkeit
nach Durchführung
der Untersuchungen aus der Pipette entfernt und probenweise getrennt
von der Labor-Pumpeinheit jeweils einzeln entsorgt werden müssen.
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Aus
der AT 313 857 ist eine Vorrichtung zum Halten, Füllen und
Entleeren von auswechselbaren Pipetten mit einem Pipettenhalter
bekannt, der mit der Saug- und Druckleitung einer Pumpe sowie mit einem
Ventil derart verbunden ist, dass die Pipette durch Umschalten des
Ventils wahlweise entweder mit der Saugleitung zur Füllung oder
mit der Druckleitung zur Entleerung verbunden werden kann. Um den
Flüssigkeitsdurchsatz
in der Saugleitung zu vermindern und um das Volumen der zum Entleeren
dienenden Druckluft zu begrenzen, ist sowohl in der Saugleitung
als auch in der Druckleitung eine Drossel vorgesehen. Bei einem,
in 3 der AT 313 857 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist in die Druckleitung eine Druckkammer zwischengeschaltet, die über ein einstellbares
Druckentlastungsventil zur Umgebung entlüftet wird. Die Verstellbarkeit
des Druckentlastungsventils soll eine direkte Steuerung des maximalen
Druckes im System ermöglichen.
Eine unmittelbare Steuerung des Unterdruckes soll mit Hilfe einer gleichartigen
Druckkammer und eines Druckentlastungsventils auch in der Saugleitung
möglich
sein. Die im Bereich der Druckkammern angeordneten Druckentlastungsventile
sind jedoch auch während des
Betriebs der vorbekannten Vorrichtung regelmässig geschlossen und öffnen nur
vorübergehend bei
Erreichen eines vorgewählten
Druckwertes. Sowohl die Saugleitung als auch die Druckleitung der aus
AT 313 857 vorbekannten Vorrichtung weisen daher keine unmittelbare
Verbindung zur Atmosphäre
auf. Eine Anpassung der Pumpleistung beispielsweise an die verwendeten
Pipettengrößen ist
daher nur mittels der Drosselstelle möglich, was jedoch ein exaktes
Pipetieren nicht unerheblich erschweren kann, weil nämlich die
an den Drosselstellen vorgesehenen bloßen Querschnittsverengungen
der Saug- oder Druckleitung gemäß der Bernoullischen Gleichung
zwangsläufig
auch die Ansaug- und/oder Ausstoßgeschwindigkeit erhöhen. Die
maximale Pumpleistung der in der vorbekannten Labor-Vorrichtung
verwendeten Pumpe ist daher vergleichsweise gering und allein auf
das Füllen
und Entleeren üblicher
Pipetten ausgerichtet.
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Aus
dem im Jahre 1997 veröffentlichten
Prospekt „Biochem-VacuuCenter BVC 21/BVC
01" der Firma Vacuubrand
GmbH ist bereits eine Absaugeinrichtung bekannt, die zum Absaugen
und Sammeln von Flüssigkeiten
bestimmt und auf ein hohes Saugvermögen sowie ein großes Sammelvolumen
hin ausgelegt ist. Das vorbekannte Laborgerät weist dazu lediglich einen
vom Pumpenteil getrennten Handteil auf, der zur Aufnahme verschiedener
Pipetten und Spitzen bestimmt ist. Eine zur Atmosphäre hin offene
Nebenleitung, mit der der von einer Pumpe erzeugte Unter- oder Überdruck
auf das benötigte Maß begrenzt
werden kann, ist jedoch auch in dieser Druckschrift nicht erwähnt.
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Es
besteht daher die Aufgabe, eine gegebenenfalls auch leistungsstarke
Labor-Pumpeinheit der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die
erforderlichenfalls auch mit geringen Pipettiergeschwindigkeiten
betrieben werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe besteht in einer Labor-Pumpeinheit mit den Merkmalen des
Patentanspruch 1.
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Durch
die zumindest eine Nebenleitung wird die Ansaug- und/oder Ausstoßgeschwindigkeit
in der Saug- und/oder Druckleitung auf einen maximalen Wert begrenzt.
Zum genauen Pipettieren darf nämlich
die Ansauggeschwindigkeit einen maximalen Wert nicht überschreiten;
deshalb wird bei der Labor-Pumpeinheit
der zum Ansaugen erforderliche Unterdruck auf einen maximalen Wert
begrenzt. Dieser Unterdruck kann mittels der Drosselstelle erzeugt und
konstant gehalten werden, die in der zur Saugleitung führenden
Nebenleitung angeordnet ist. Um auch beim Entleerungsvorgang insbesondere
eine flüssige
Probe nicht in die Umgebung spritzen zu lassen, darf auch die Ausstoßgeschwindigkeit
einen maximalen Wert nicht überschreiten.
Deshalb wird auch der zum Ausstoßen erforderliche Überdruck
auf einen maximalen Wert begrenzt. Dieser Überdruck wird mittels der Drosselstelle
erzeugt und konstant gehalten, die in der von der Druckleitung abgehenden
Nebenleitung argeordnet ist. Die Pumpe der Labor-Pumpeinheit wird
somit saug- bzw. druckseitig im „offenen" Pumpenbetrieb mit einem genau eingestellten
Leitungsdruck in der Saug- und/oder der Druckleitung be trieben,
der von der Pumpe nicht über-
bzw. unterschritten werden kann.
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Um
beim Pipettieren die Ansauggeschwindigkeit an die verschiedenen
Größen der
Pipetten oder dergleichen Fluidaufnahmen anpassen zu können, ist
es vorteilhaft, wenn in die Saugleitung in Strömungsrichtung vor dem mit der
Nebenleitung verbundenen Leitungsknoten ein Regelventil angeordnet
ist, welches als Drosselventil eine Querschnittsveränderung
in der Saugleitung erlaubt.
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Um
auch beim Entleeren der Pipette die Ausstoßgeschwindigkeit an die verschiedenen
Größen der
Pipetten oder dergleichen Fluidaufnahmen anpassen zu können, ist
es zweckmäßig, wenn
in die Druckleitung in Strömungsrichtung
nach dem mit der Nebenleitung verbundenen Leitungsknoten ein Regelventil
angeordnet ist, welches als Drosselventil eine Querschnittsveränderung
im Bereich der Druckleitung erlaubt. So kann die Pipettiergeschwindigkeit exakt
zwischen Null und einem, durch die Drosselstelle eingestellten Maximal-
oder Minimalwert eingeregelt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn im Bereich des zur Atmosphäre hin offenen
Leitungsendbereiches der Nebenleitung(en) ein Luftfilter und/oder
Geräuschdämpfer angeordnet
ist. Im Laborbereich empfiehlt sich insbesondere ein Geräuschdämpfer, um
das zu untersuchende Laborpersonal nicht durch einen hohen Lärmpegel
unnötig
zu stören.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, dass die Pumpe saugseitig wahlweise mit der Pipette oder
dergleichen F1uidaufnahme oder mit einer Absaugleitung verbindbar
ist, die mit einem Sammelbehälter
und/oder mit einer Filtriereinrichtung verbunden ist, und dass in
die Absaugleitung ein Zwei- oder Mehrwegeventil
zwischengeschaltet ist, welches die Pumpe saugseitig wahlweise entweder
mit der Pipette oder dergleichen Fluidaufnahme oder mit der Absaugleitung
verbindet. Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Labor-Pumpeinheit kann
nicht nur ein Pipettieren, d.h. ein Ansaugen der Probe in die Pipette
und ein Entleeren der Probe aus der Pipette erfolgen, – vielmehr
lassen sich diese Proben nach der Untersuchung im Sammelbehälter zwischenlagern
und anschließend
bequem entsorgen. Da in die Saugleitung ein Zwei- oder Mehrwegeventil
zwischengeschaltet ist, welches die Pumpe saugseitig wahlweise entweder
mit der Pipette oder dergleichen Fluidaufnahme oder mit der Absaugleitung
verbindet, wird eine einfache Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Labor-Pumpeinheit
begünstigt.
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Sehr
oft müssen
gerade im bio-chemischen Labor Nährlösungen gereinigt,
d.h. filtriert werden. Bei entsprechender pneumatischer Vorschaltung kann
daher die Labor-Pumpeinheit
auch als Vakuumeinheit für
Filtrationsprozesse benutzt werden, wenn die Absaugleitung mit einer
dazu benötigten Filtriereinrichtung
verbunden wird. Danach wird die Nährlösung beispielsweise pipettiert
und auf eine Probenlösung
gebracht, um anhand dieser Probe beispielsweise die Wirksamkeit
verschiedener Antibiotika oder anderer Wirkstoffe zu testen.
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Um
die Handhabbarkeit der Labor-Pumpeinheit noch zusätzlich zu
vereinfachen, ist es zweckmäßig, wenn
die Ansaugöffnung
der Saugleitung und die Auslassöffnung
der Druckleitung in einem mit der Pipette oder dergleichen Fluidaufnahme
verbindbaren und vorzugsweise pistolengriffförmig ausgestalteten Adapter
angeordnet sind und wenn der Adapter zumindest ein Ventil hat zur
wahlweisen Verbindung der Pipette oder dergleichen Fluidaufnahme
mit der Saug- oder der Druckleitung.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, dass die Pumpe als Membranpumpe, insbesondere als Formmembranpumpe;
ausgestaltet ist. Eine solche Membranpumpe zeichnet sich durch -ihren
geräuscharmen
Lauf aus und eignet sich daher besonders für den Laborbereich.
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Weitere
Merkmale der Labor-Pumpeinheit ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je
für sich oder
zu mehreren bei einer Ausführungsform
der Labor-Pumpeinheit rwirklicht sein.
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In
der einzigen Figur ist eine Labor-Pumpeinheit 1 dargestellt,
die funktional in ein pistolengriffförmiges Handteil 2 und
ein Pumpenteil aufgeteilt ist. Durch diese funktionale Aufteilung
kann das Handteil 2 besonders leicht ausgestaltet und bequem
zu handhaben sein.
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Die
hier dargestellte Labor-Pumpeinheit 1 ist zum Absaugen
eines insbesondere mit Krankheitserregern oder anderen lebensgefährlichen
Inhaltsstoffen kontaminierten, gasförmigen oder flüssigen Fluids
bestimmt; sie weist dazu eine vorzugsweise als Membranpumpe und
insbesondere als Formmembranpumpe ausgestaltete Pumpe 3 auf,
die saugseitig mit einer Pipette 4 oder dergleichen Fluidaufnahme lösbar verbindbar
ist.
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Die
hier dargestellte Labor-Pumpeinheit 1 hat eine mit der
Saugseite der Pumpe 3 verbundene Saugleitung 6 und
eine an die Druckseite der Pumpe 3 angeschlossene Druckleitung 7.
Sowohl die Ansaugöffnung
der Saugleitung 6 als auch die Auslassöffnung der Druckleitung 7 sind
in dem als Adapter dienenden Handteil 2 angeordnet, das
mit der Pipette 4 oder dergleichen Fluidaufnahme lösbar verbindbar ist.
In den im Hand teil geführten
Leitungsabschnitten der Saug- und der Druckleitung 6, 7 ist
jeweils ein Sperrventil zwischengeschaltet, wobei die Sperrventile
wechselweise betätigbar
sind.
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Wird
das in die Saugleitung 6 zwischengeschaltete Sperrventil
im Handteil 2 geschlossen, ist gleichzeitig die Druckleitung 7 freigeschaltet,
um das in der Pipette 4 oder dergleichen Fluidaufnahme
befindliche Fluid auszustoßen.
Ist demgegenüber
das in der Druckleitung 7 angeordnete Sperrventil geschlossen,
wird gleichzeitig die Saugleitung 6 freigeschaltet, um
eine flüssige
oder gasförmige
Probe in die Pipette 4 oder dergleichen Fluidaufnahme ansaugen
zu können.
An die jeweils mit der Pipette 4 einerseits und der Pumpe 3 andererseits
verbundenen Saug- und Druckleitungen 6, 7 sind
Nebenleitungen 9, 10 angeschlossen, die zur Atmosphäre hin offen ausgebildet
sind und die zur Begrenzung der angesaugten oder ausgestoßenen Luftmenge
jeweils eine Drosselstelle 11, 12 aufweisen. Durch
diese Nebenleitungen 9, 10 und die darin vorgesehenen
Drosselstellen 11, 12 wird die Ansauggeschwindigkeit
in der Saugleitung 6 beziehungsweise die Ausstoßgeschwindigkeit
in der Druckleitung 7 auf einen maximalen Wert begrenzt.
Zum genauen Pipettieren darf nämlich
die Ansauggeschwindigkeit in der Saugleitung 6 einen maximalen
Wert nicht überschreiten,
so dass der zum Ansaugen erforderliche Unterdruck auf einen maximalen
Wert (x bis y mbar), zum Beispiel auf 100 mbar zu begrenzen ist.
Dieser Unterdruck in der Saugleitung wird mittels der Drosselstelle 11 erzeugt
und konstant gehalten.
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Damit
beim Entleerungsvorgang die in der Pipette befindliche Fluid-Probe
nicht in die Umgebung spritzen kann, darf die Ausstoßgeschwindigkeit in
der Druckleitung 7 einen maximalen Wert nicht überschreiten.
Deshalb wird auch der zum Ausstoßen erforderliche Überdruck
auf einen maximalen Wert (x–y
mbar), zum Beispiel auf 50 mbar, begrenzt. Dieser Überdruck
in der Druckleitung 7 wird mittels der Drosselstelle 12 erzeugt
und konstant gehalten.
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Während des
Ansaugvorganges wird die zu untersuchende Flüssigkeit über die Saugleitung 6 in die
Pipette 4 gesaugt, wobei die dabei angesaugte Luft über die
Druckleitung 7 und die Nebenleitung 10 durch die
Drosselstelle 12 und den Geräuschdämpfer 15 ausgestoßen wird.
Während
des Entleerens der Pipette 4 wird die zum Entleeren benötigte Luft durch
die Drosselstelle 11 und den ihr zugeordneten Geräuschdämpfer 15 durch
die Nebenleitung 9 und die Saugleitung 6 angesaugt
und durch die Druckleitung 7 in die mit dem Handteil 2 lösbar verbundene Pipette 4 eingeblasen.
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In
die Saugleitung 6 ist in Strömungsrichtung vor dem mit der
Nebenleitung 9 verbundenen Leitungsknoten ein Regelventil 13 angeordnet. Über das Regelventil 13 läßt sich
der Querschnitt in der Saugleitung 6 derart verändern, dass
die Ansauggeschwindigkeit in der Saugleitung 6 an die verschiedenen
Größen der
Pipetten oder dergleichen Fluidaufnahmen anzupassen ist oder angepaßt werden
kann.
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Auch
in die Druckleitung 7 ist in Strömungsrichtung nach dem mit
der Nebenleitung 10 verbundenen Leitungsknoten ein Regelventil 14 angeordnet,
das zur Querschnittsveränderung
in der Druckleitung 7 und zur Anpassung der Ausstoßgeschwindigkeit
an die verschiedenen Pipettengrößen bestimmt
ist.
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Im
Bereich der zur Atmosphäre
hin offenen Leitungsendbereiche der Nebenleitungen 9, 10 ist sind
die Geräuschdämpfer 15 vorgesehen,
die auch als Luftfilter ausgestaltet sein können.
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Mit
Hilfe eines in die Saugleitung 6 zwischengeschalteten Mehrwege-Ventils 5 kann
die Pumpe 3 saugseitig wahlweise ent weder mit der Pipette 4 oder dergleichen
Fluidaufnahme oder mit einer Absaugleitung 8 verbunden
werden, in die ein Tropfenabscheider und/oder Sammelbehälter 16 zwischengeschaltet
ist. Bei entsprechender Verschaltung des Mehrwege-Ventils 5 kann
die Labor-Pumpeinheit 1 auch als Vakuumeinheit für allgemeine
Filtrationsprozesse benutzt werden, wenn die Absaugleitung 8 an
ihrem der Pumpe 3 abgewandten Leitungsende mit einer Filtriereinrichtung
verbunden ist. Durch die strichpunktierten Linien ist angedeutet,
dass diese Filtriereinrichtung bedarfsweise auch in Strömungsrichtung vor
dem Sammelbehälter 16 angeordnet
sein kann. Zweckmäßig ist
es, wenn zwischen dem Sammelbehälter 16 und
der Filtriereinrichtung ein hier nicht weiter dargestelltes Regelventil
zwischengeschaltet ist.
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Die
Ansaugöffnung
der Saugleitung 6 und die Auslassöffnung der Druckleitung 7 sind
in dem als pistolengriffförmigen
Handteil 2 ausgestalteten Adapter angeordnet. Durch Umschalten
der im Handteil 2 vorgesehenen und über zwei Druckknöpfe betätigbaren
Ventile kann wahlweise entweder der Ansaugvorgang oder der Entleerungsvorgang
begonnen oder abgeschlossen werden.
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Während das
pistolengriffförmige
Handteil 2 leicht ausgestaltet und bequem zu handhaben
ist, kann das Pumpenteil beispielsweise unter dem Labortisch integriert
und/oder als fahrbare mobile Station ausgestaltet werden. Durch
eine übersichtliche
Funktionsanzeige und durch vorteilhaft ausgestaltete und platzierte
Bedienelemente wird die leichte Bedienbarkeit der Labor-Pumpeinheit 1 sowohl
für Rechts- als
auch für
Linkshändler
begünstigt.
Durch die der Saug- und der Druckleitung 6, 7 zugeordneten
Nebenleitungen 9, 10 und den darin angeordneten Drosselstellen 11, 12 lässt sich
bei der hier dargestellten Labor-Pumpeinheit 1 die Pipettiergeschwin digkeit
besonders leicht und exakt in einem vergleichsweise großen Einstellbereich
variieren.
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Dabei
ist die Pipettiergeschwindigkeit auf jede Größe der verwendeten Pipetten
oder dergleichen Flüssigkeitsaufnahmen
individuell derart einstellbar, dass stets die optimale Füll- und Ausstoßgeschwindigkeit
schnell und bequem zu finden ist. Die hohe Leistungsfähigkeit
der Labor-Pumpeinheit 1 und die leichte Ausgestaltung ihres
Handteiles 2 ohne eine im Handteil 2 integrierte
Pumpe oder Batterie begünstigt
ein ermüdungsfreies
Arbeiten.
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Da
das Pumpenteil der Labor-Pumpeinheit unter dem Labortisch integriert
und beispielsweise auch am Netz angeschlossen werden kann, sind
keine Ladephasen zum Aufladen einer Batterie erforderlich. Da die
Labor-Pumpeinheit 1 ein Entsorgen der untersuchten Proben
im Sammelbehälter 16 erlaubt, ist
ein hoher Sicherheitsstandard erreichbar. Dieser hohe Sicherheitsstandard
wird noch begünstigt, wenn
der Sammelbehälter 16 als
ausschüttsichere und/oder
autoklavierbare Glasflasche ausgestaltet ist. Vorteilhaft ist es,
wenn die Labor-Pumpeinheit 1 einen Sterilfilter hat, der
ein Einsaugen von Flüssigkeit
in die. Labor-Pumpeinheit 1 und insbesondere in dessen
Pumpenteil verhindert.
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Bevorzugt
wird eine Ausführungsform,
bei der die Labor-Pumpeinheit 1 eine chemiefeste und entsprechend
langlebige Membranpumpe 3 aufweist, die sich auch durch
ihre leise Betriebsweise auszeichnet. Es ist ein besonderer Vorteil
der hier dargestellten Labor-Pumpeinheit 1, dass diese
sowohl das Pipettieren als auch das Ausstoßen der verwendeten Flüssigkeitsproben
und das Entsorgen dieser Proben nach durchgeführter Untersuchung erlaubt
und somit drei Geräte
in einer Geräteeinheit
zusammenfasst.
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Dabei
wird die Labor-Pumpeinheit 1 saug- und druckseitig im „offenen" Pumpenbetrieb mit
einem genau eingestellten Leitungsdruck in der Saug- und/oder Druckleitung
(6, 7) betrieben, der von der Pumpe (2)
nicht über-
oder unterschritten werden kann.