DE19535046C2 - Handgerät zum Pipettieren und photometrischen Messen von Proben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Handgerät zum Pipettieren und photometrischen Messen von Proben.

In der Analytik sind zwei Tendenzen zu beobachten: Einerseits das Zusammenfassen von Analyseeinrichtungen in großen Zentrallabors, wohin die zu analysierenden Stoffe und Stoffgemische geschafft werden müssen. Andererseits gibt es die Bestrebung, die Analy­ tik an das zu Analysierende heranzuführen, d. h. den Stoff oder das Stoffgemisch dort zu analysieren, wo es anfällt.

Für eine solche "Vorort"-Analytik sind bekannte photometrische Einrichtungen nicht be­ sonders geeignet. Die Dosierung von Proben, Mischung mit Reagenzien und photometri­ sche Messungen sind bislang nur unter Zuhilfenahme mehr oder weniger aufwendiger Apparaturen möglich, die einem mobilen Einsatz entgegenstehen.

So ist aus der DE-OS 20 40 481 eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Untersuchen mehrere Proben bekannt, bei der eine Durchflußküvette einen Ansaugstutzen und eine Kolben-Zylinder-Einheit aufweist. Beim Absenken der Durchflußküvette in Probenbe­ hälter wird Flüssigkeit durch den Durchtritt des Meßlichtes der Durchflußküvette geso­ gen und eine photometrische Messung durchgeführt. Diese Vorrichtung ist aufgrund der erforderlichen Koordination der Messung mit der Absenkbewegung der Durchflußküvette und des Bereitstellens von Probenbehältern aufwendig.

Aus der EP 0 332 732 A2 ist eine Vorrichtung zum Durchführen photometrischer und spektrophotometrischer Messungen und chemischer Mikroreaktionen bekannt. Diese hat ein Kapillarröhrchen mit einer oben daran befestigten Mikrozelle mit transparenten Wänden für den Einsatz in einer photometrischen Meßeinrichtung. Bei Benutzung wird die Kapillare in Kontakt mit einem Tröpfchen Blut gebracht. Das Blut wird mittels eines Stopfens in der Kapillare hochgedrückt und darin zentrifugiert und mit weiterem Stopfenmaterial oder einem Kolben aus der Kapillare in die Mikrozelle gedrückt. Dort ist eine Mischung mit einem chemischen Reagenz möglich, die in einem Behälter eingesetzt ist, dessen Boden innerhalb der Mikrozelle geöffnet werden kann. Diese Technik erfordert zusätzlich ein Photometer und ist speziell auf die Untersuchung von Blut ausgerichtet und in der Durchführung aufwendig.

Aus der EP 0 076 406 A2 ist ein optisches Analyseverfahren unter Verwendung einer rohrähnlichen Küvette mit einem Kolben für das Ansaugen und Abgeben von Flüssigkeit durch das äußere Ende derselben bekannt. Strahlung aus einer Strahlenquelle ist mit dem Kolben gekoppelt und durch diesen und die angesaugte Flüssigkeit gerichtet, so daß der optische Weg axial innerhalb der Flüssigkeit vom Kolben zum offenen äußeren Ende des Rohres verläuft und dabei die angesaugte Flüssigkeit als Lichtführung dient. Ein Sensor für die das Rohr verlassende Strahlung ist außerhalb der Küvette angeordnet. Diese Apparatur ist ebenfalls vorrichtungstechnisch und in der Handhabung aufwendig.

Die AT 391 634 B bezieht sich auf ein Analysengerät zur Bestimmung der Konzentration und/oder der Aktivität von in einer flüssigen Probe vorliegenden Probenbestandteilen, mit zumindest einem mit der Probe in Kontakt stehenden Sensor, wobei der Sensor in eine Pipettenspitze eingebaut ist und die aktive Fläche des Sensors in das als Meßkammer fungierende Lumen der Pipettenspitze eintaucht und mittels einer Pipettiertaste ein defi­ niertes Probenvolumen in die Meßkammer einbringbar ist. Am Pipettenschaft sowie am Kragenteil der Pipettenspitze befinden sich elektrische Kontaktflächen, die durch Form­ gebung eindeutig einander zuzuordnen sind und beim Aufstecken der Pipettenspitze auf den Pipettenschaft Versorgungsleitungen und Signalleitungen im Gehäuse der Mikro­ pipette mit entsprechenden Signal- und Versorgungsleitungen der Pipettenspitze verbin­ den. Die Signal- und Versorgungsleitungen sind in der Wand der Pipettenspitze geführt oder eingegossen. Der Sensor kann ein elektrochemischer Sensor oder ein Sensor am Ende einer Faseroptik sein, die über einen Optokoppler mit einer Lichtquelle und über ei­ nen Strahlenteiler mit einer Signalauswerte- und Anzeigeeinheit im Pipettenschaft ver­ bunden ist. Die Integration des Sensors und von Signal- und Versorgungsleitung in die Pipettenspitze sowie die störanfällige Kopplungseinrichtung zum Verbinden mit Signal- und Versorgungsleitungen in der Pipette sind aufwendig. Die Pipettenspitzen sind deshalb nicht als Einmalspitzen geeignet, die nach einer Untersuchung weggeworfen werden können.

Die EP 0 038 912 A1 bezieht sich auf eine Sensorkanüle zur selbsttätigen Entnahme einer Flüssigkeitsprobe aus einer in einem Gefäß vorliegenden Flüssigkeit. Dazu ist eine Ka­ nüle mantelartig von einem Lichtleiter umgeben, der einen Eingang für eine optische Quelle und einen Ausgang zu einem optischen Detektor aufweist. Bei einer Probennahme wird die Änderung des Reflexionsverhaltens des unteren Endes bei seinem Eintauchen in die Flüssigkeit zur Steuerung der Probennahme eingesetzt. Eine photometrische Messung einer Probe findet bei dieser Vorrichtung nicht statt.

Die EP 0 408 181 A2 bezieht sich auf einen Adapter zum Halten einer Mikropipette in einem stationären Photometer.

Die DE-OS 20 47 959 offenbart eine Ansaugküvette mit einer Plattenbauweise, die einer­ seits mit einer Ansaugkapillare und andererseits mit einer Kolben-Zylindereinheit oder mit einem Ansatzstück mit einer Membran verbindbar ist. Die aufwendige Küvettenkon­ struktion ist nicht als Einmalartikel geeignet. Außerdem muß sie für die Messung in den Strahlengang eines zusätzlichen Photometers gehalten werden.

Die EP 0 666 472 A2 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum optischen Messen von Flüs­ sigkeiten, die eine optische Faser aufweist, von der ein Zweig mit einer Lichtquelle und ein weiterer Zweig mit einer optischen Meßeinrichtung verbunden ist. Ein konisches Spitzenelement ist mit einem spitzen Ende eines Kupplungsteils der optischen Faser verbunden. Zwischen der optischen Faser und dem Kupplungsteil ist ein Spalt ausgebildet, durch den eine Saugeinrichtung Flüssigkeit in die Spitze einsaugen bzw. aus dieser ausstoßen kann. Die optische Faser kann Flüssigkeit in der Spitze mit Licht bestrahlen. So können Messungen durchgeführt werden, ohne daß die optische Fasereinheit verunreinigt wird. Diese Einrichtung ist jedoch nicht für photometrische Verfahren geeignet, die auf der Abschwächung von Lichtstrahlen beruhen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Handgerät zum Pipettie­ ren und photometrischen Messen von Proben zu schaffen, das den Einsatz von Einmal­ spitzen ermöglicht, Kontamination der Pipettiervorrichtung vermeidet und besser für eine Photometrie aufgrund einer Abschwächung von Lichtstrahlen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Handgerät mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrie­ ben.

Das erfindungsgemäße Handgerät hat eine Pipettiervorrichtung mit einer damit verbun­ denen Pipettenspitze, die nach dem Pipettieren von Proben gegen eine andere Pipetten­ spitze austauschbar ist. Die Pipettiervorrichtung ist baulich mit ei­ nem Photometer zum photometrischen Messen in die Pipettenspitze gesogener Proben vereinigt. Die Proben werden vom Photometer innerhalb der Pipettenspitze gemessen. Die Pipettenspitze ist als Küvette ausgebildet und bei Verbindung mit der Pipettiervorrichtung im Strahlengang des Photometers angeordnet. Dieses System ermöglicht, Proben und gegebenenfalls Reagenzien genau in für die photometrische Messung geeigneten Mengen zu dosieren, zu mischen und unmittelbar darauf mit der­ selben Vorrichtung die photometrische Messung durchzuführen. Damit wird ein praktikables "Vorort"-Analysesystem für ein breites Einsatzfeld z. B. in Kliniken, Indu­ strie, Boden/Wasser, Umwelt, Biologie und Forschung zur Verfügung gestellt.

Generell sind beliebige Pipettiervorrichtungen einsetzbar, welche die Flüssigkeitsaufnahme bzw. Abgabe einer damit verbundenen Pipettenspitze durch geeignete Maßnahmen steuern. Hierbei kann es sich um eine bekannte Pipettiervor­ richtung handeln, die zumeist als Kolbenhubpipette ausgeführt ist. Die Kolbenhubpipette hat eine Kolben-Zylinder-Einheit, bei deren Betätigung Flüssigkeit in die Pipettenspitze gesaugt bzw. aus dieser ausgestoßen wird.

Ferner kann die Pipettiervor­ richtung in bekannter Weise mit einer Stelleinrichtung auf ein geschlossenes, blasenarti­ ges Verdrängungsvolumen einer Pipettenspitze einwirken, so daß Flüssigkeit durch eine Spitzenöffnung gefördert wird. Diese Ausführung ist aufgrund der proximal geschlosse­ nen Pipettenspitze besonders kontaminationsarm.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Handgeräts sehen vor, daß die Pipettiervorrichtung einen elektrischen Antriebsmotor für einen Hubkolben und eine Elektronik insbesondere mit einer Anzeige hat. Die Elektronik kann einen Prozessor aufweisen. Ferner kann der elektrische Antrieb eine Drehung der Pipettenspitze für Positionierungs-, Erkennungs- oder Mischungszwecke oder eine andere Mischeinrichtung steuern. Ein Akkumulator kann sämtliche Verbraucher einschließlich des Photometers mit Energie versorgen. Das integrierte Photometer kann eine Miniaturlichtquelle als Punktstrahler (Xenon oder Halogen) mit Faserankopplung und eine Fotodiode oder Diodenzeile haben. Des weiteren kann ein Monochromator und eine Signal/Rauschabstandsverbesserung und ein Meß­ verstärker vorgesehen sein.

Die photometrische Messung hat einen vollständigen Lichtdurchgang durch das Pro­ benvolumen.

Die Elektronik bzw. Optik ist vorzugsweise in Mikrosystemtechnik bzw. Mikrooptik ausgeführt.

Ein stabilisiertes Reagenz bzw. stabilisierte Reagenzien für die zu untersuchenden Proben kann in versiegelten Pipettenspitzen vorgelegt werden, die gleichzeitig als Küvette die­ nen. Entsprechende Verschlüsse der Pipettenspitze werden bei Benutzung geöffnet, z. B. von der Pipettiervorrichtung beim Verbinden mit der Pipettenspitze. Außerdem können die Küvettenspitzen kodiert sein und kann die Pipettiervorrichtung einen Dekoder aufweisen. Nach Aufnahme einer Pipettenspitze z. B. aus einem thermisch isolierten Be­ hälter oder einem anderen Spitzenmagazin erkennt die Pipettiervorrichtung anhand der Kodierung den spezifischen Test für den das Reagenz bestimmt ist. Die Pipettiervor­ richtung kann dann unter Rückgriff auf gespeicherte Daten automatisch Testparameter wie Wellenlängen, Aufnahmevolumen usw. einstellen. Eine Minimalbedienerführung kann dem Anwender über die Anzeige mitteilen, was als nächstes zu tun ist, z. B. die Aufnahme der zu testenden Flüssigkeit. Die Mischung von Probe und Reagenz kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, z. B. durch Auf- und Abpumpen der Flüssig­ keit, die innere Form der Pipettenspitze oder durch deren Rotation.

Nach Gebrauch kann die Pipettenspitze in das Spitzenmagazin zurückgestellt und darin verschlossen werden. Hierbei ist denkbar, die Pipettenspitzen einem Ent-/Versorgungskreislauf zuzuführen. Die Pipettenspitzen sind als Einmal­ artikel aus Kunststoff ausgeführt. Die Pipettiervorrichtung kann in einem Pipettenständer aufbewahrt werden, wobei über eine geeignete Einrichtung - z. B. induktiv - eine Aufla­ dung des Akkumulators möglich ist. Dieselben oder andere Einrichtungen können zudem eine Datenübertragung zwischen Pipettiervorrichtung und Pipettenständer zulassen. Eine bidirektionaler Datenverkehr ermöglicht ein "Überspielen" der Testergebnisse von der Pipette über den Pipettenständer zu einer elektronischen Datenverarbeitung. In der ande­ ren Richtung ist eine Aktualisierung bzw. Ergänzung der Methoden und Parameter mög­ lich sowie eine Anforderungsliste, welche Tests Vorort durchzuführen sind.

Vorteile der Erfindung sind insbesondere in der Zusammenfassung mehrerer Arbeits­ schritte, der Benutzung nur eines Geräts, der Reduzierung der Fehlermöglichkeiten, dem verminderten Abfall, der Meßdurchführung ohne besonders ausgebildetes Personal, der Netzunabhängigkeit und der leichten Transportierbarkeit des Handgeräts zu sehen.

Ausführungsbeispiele des Handgeräts sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Handgerät aus Pipettiervorrichtung und Pipettenspitze in perspektivischer Seiten­ ansicht;

Fig. 2 eine Pipettenspitze derselben Vorrichtung in Vorderansicht;

Fig. 3 ein Magazin für Pipettenspitzen;

Fig. 4 eine Photometer-Optik mit Pipettenspitze des Handgeräts im Längsschnitt;

Fig. 5 den Strahlendurchgang derselben Optik im vergrößerten Querschnitt;

Fig. 6 den Strahlendurchgang einer anderen Photometer-Optik mit verspiegelter Spitzenfläche im Längsschnitt;

Fig. 7 den Strahlendurchgang einer anderen Photometer-Optik mit pipettenfester Spiegelflä­ che im Längsschnitt;

Fig. 8 den Strahlendurchgang einer anderen Photometer-Optik mit axialer Strahlenführung und verspiegelten Spitzenflächen im Längsschnitt.

Das Handgerät hat gemäß Fig. 1 eine als elektrische Kolbenhubpipette 1 ausgeführte Pipet­ tiervorrichtung. Die Kolbenhubpipette 1 hat einen Kopf mit einem Anzeige- und Bedien­ feld 2. Am Fuß ist sie mit einer Aufnahme 3 versehen, in die eine Pipettenspitze 4 einge­ setzt und gehalten ist. Das Einsetzen kann in radialer und/oder in axialer Richtung der Aufnahme 3 erfolgen.

Die Kolbenhubpipette 1 hat ein integriertes Photometer, das im Bereich einer Einfassung 5 für das proximale Ende der Pipettenspitze 4 einen Strahlengang hat, der durch einander diametral gegenüber liegenden Lichtaus- und Lichteintrittsöffnungen 6, 7 gekennzeichnet ist.

Die Pipettenspitze 4 hat im Bereich des Strahlenganges 6, 7 zwei planparallele Fenster 8, 9 an einander gegenüber liegenden Seiten ihrer Wand (vgl. Fig. 2). Sie ist ferner an ihrem proximalen Enden mit einer Kodierung 10 versehen, die der Übermittlung von In­ formationen an eine elektronische Auswerteeinrichtung der Kolbenhubpipette 1 dienen. An ihrem distalen Spitzenende ist die Pipettenspitze 4 in bekannter Weise zu einem Ko­ nus 11 verjüngt. Dort befindet sich eine Spitzenöffnung 12 für den Flüssigkeitsdurch­ gang, während eine Öffnung 13 für die vom Kolben verdrängte Luft am proximalen Ende der Pipettenspitze 4 ausgebildet ist.

Gemäß Fig. 3 werden Pipettenspitzen 4 in einem Behälter 14 mit einem Deckel 15 auf­ bewahrt, der eine Wärmeisolierung zum Schutz von Reagenzien aufweist. Die Pipetten­ spitzen 4 werden in Aufnahmelöcher 16 im Oberbereich des Behälters 14 eingehängt, aus denen sie durch Aufstecken der Kolbenhubpipette 1 aufgenommen und in umgekehrte Weise wieder eingesetzt werden können.

Gemäß Fig. 4 wird das Licht über Lichtleitfasern 17, 18 an den Strahlendurchgang 6, 7 heran bzw. von diesem weggeführt. Zur Unterdrückung von Umgebungslichteinflüssen wird das Licht auf der Senderseite 6 moduliert und auf der Empfängerseite 7 von einem getakteten Gleichrichter demoduliert.

Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, wird das Licht von Linsen in den Endpunkten des Strahlenganges 6, 7 so fokussiert, daß der Brennpunkt bei sämtlichen Wellenlängen in das Probenvolumen der Pipettenspitze 4 fällt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Photometeranordnung mit den Endpunkten 6, 7 des Strah­ lenganges auf der selben Seite der Pipettenspitze 4. Dabei werden die Lichtstrahlen mit­ tels eines Spiegels 19 umgelenkt, der gemäß Fig. 5 an der Innenseite der Pipettenspitze 4 und gemäß Fig. 6 außerhalb der Pipettenspitze 4 in der Pipettiervorrichtung angeordnet ist.

Nach Fig. 8 kann der Strahlengang 6, 7 des Photometers axial durch die proximale Öff­ nung 13 in die Pipettenspitze 4 gerichtet sein. Diese hat dann in der Nähe der distalen Öffnung 12 an der Innenwand Spiegelflächen 19 für eine Strahlungsumlenkung.

Claims (10)

1. Handgerät zum Pipettieren und photometrischen Messen von Proben, bestehend aus einer Pipettiervorrichtung (1) und einer dazugehörigen Pipettenspitze (4) mit einem in die Pipettiervorrichtung (1) integrierten Photometer, mit einer mit dem Fuß der Pipettiervorrichtung (1) verbundenen, austauschbaren Pipettenspitze (4) aus Kunststoff als Einmalartikel mit einer Spitzenöffnung (12) zum Einsaugen externer Flüssigkeit oder zum Abgeben von Flüssigkeit nach außen, wobei die Pi­ pettenspitze (4) bei Verbindung mit dem Photometer zum photometrischen Mes­ sen angesogener Proben als Küvette im Strahlengang des Photometers angeordnet ist, das in die Pipettiervorrichtung integrierte Lichtaus- und Eintrittsöffnungen (6, 7) aufweist, wobei der Strahlengang quer durch die Wände der Pipettenspitze (4) gerichtet ist, welche zwei planparallele, im Strahlengang angeordnete Küvetten­ fenster (8, 9) an einander gegenüberliegenden Seiten ihrer Wand aufweist.

2. Handgerät zum Pipettieren und photometrischen Messen von Proben, bestehend aus einer Pipettiervorrichtung (1) und einer dazugehörigen Pipettenspitze (4) mit einem in die Pipettiervorrichtung (1) integrierten Photometer, mit einer mit dem Fuß der Pipettiervorrichtung (1) verbundenen, austauschbaren Pipettenspitze (4) aus Kunststoff als Einmalartikel mit einer Spitzenöffnung (12) zum Einsaugen externer Flüssigkeit oder zum Abgeben von Flüssigkeit nach außen, wobei die Pi­ pettenspitze (4) bei Verbindung mit dem Photometer zum photometrischen Mes­ sen angesogener Proben als Küvette im Strahlengang des Photometers angeordnet ist, das in die Pipettiervorrichtung integrierte Lichtaus- und Eintrittsöffnungen (6, 7) aufweist, wobei der Strahlengang quer durch die Wand der Pipettenspitze (4) gerichtet ist, welche ein planes Küvettenfenster und einen Spiegel (19) an einander gegenüberliegenden Seiten ihrer Wand im Strahlengang aufweist.

3. Handgerät zum Pipettieren und photometrischen Messen von Proben, bestehend aus einer Pipettiervorrichtung (1) und einer dazugehörigen Pipettenspitze (4) mit einem in die Pipettiervorrichtung (1) integrierten Photometer, mit einer mit dem Fuß der Pipettiervorrichtung (1) verbundenen, austauschbaren Pipettenspitze (4) aus Kunststoff als Einmalartikel mit einer Spitzenöffnung (12) zum Einsaugen externer Flüssigkeit oder zum Abgeben von Flüssigkeit nach außen, wobei die Pi­ pettenspitze (4) bei Verbindung mit dem Photometer zum photometrischen Mes­ sen angesogener Proben als Küvette im Strahlengang des Photometers angeordnet ist, das in die Pipettiervorrichtung integrierte Lichtaus- und Eintrittsöffnungen (6, 7) aufweist, wobei der Strahlengang axial durch die proximale Öffnung der Pipet­ tenspitze (4) gerichtet ist, welche zwei Spiegel (19) zur Umlenkung des Strahlen­ gangs in der Nähe ihrer distalen Öffnung (12) aufweist.

4. Handgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Pipettiervorrichtung min­ destens eine elektronische Einrichtung zum Auswerten von Meßsignalen, Einge­ ben, Speichern und Anzeigen von Daten und/oder Steuern von Gerätefunktionen hat.

5. Handgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Pipettenspitze (4) eine Kodierung und die Pipettiervorrichtung (1) einen Dekoder zum Lesen der Kodie­ rung aufweist.

6. Handgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Photometer einen Referenzstrahlen­ gang aufweist.

7. Handgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Photometer dem Licht­ sender vorgeordnet einen Modulator und dem Lichtempfänger nachgeordnet einen Demodulator aufweist.

8. Handgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Photometer das Licht führende Lichtleitfasern (17, 18) hat.

9. Handgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Pipettenspitze (4) minde­ stens ein Reagenz enthält.

10. Handgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Elektronik und/oder Optik in Mikrosystemtechnik und/oder Mikrooptik ausgeführt sind.