DE2364099A1

DE2364099A1 - Vorrichtung zum genauen dosieren von fluiden

Info

Publication number: DE2364099A1
Application number: DE2364099A
Authority: DE
Inventors: Max Davis Liston
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-07-04
Also published as: CA1006475A; FR2211645B1; US3831618A; FR2211645A1; JPS4991667A; GB1429325A; IT1001417B; JPS5326974B2

Description

2364093

Patentanwälte:
Dr ing. Watter Abltz

nr Dieter F. Morf 21. Dezember 1973

Dr. Hans-A. Brauns <^>

^tr21

ABBOTT LABORATORIES
'North Chicago, 111. 6OO6*I, V.St.A.

Vorrichtung zum. genauen Dosieren von KLuiden

Die Erfindung betrifft das Präzisions-Ansaugen und Verteilen von Fluid und insbesondere Proben-Ansaug- und Zuteil-Bysteiae zur chemischen Analyse von Blutserum.

Bei der chemischen Analyse von Blutserum werden allgemein automatisierte und halb-automatisierte Geräte zur Durchfüh- ■ rung der gewünschten chemischen und analytischen Untersuchungen des Blutserums verwendet. Diese automatisierten Systeme ahmen in Wirklichkeit Reagensglas'-Verfahren nach. Jeder Test wird als eine getrennte Einheit behandelt und muss frei sein von kreuzweiser Verunreinigung und Übertragung zwischen den verschiedenen durchgeführten chemischen Untersuchungen. Bei diesen automatisierten Systemen v/erden die Proben allgemein in kleine Näpfe gegeben, die sich auf einem beweglichen Pro-

- 1 -409827/1017

2965 . . 2364039

bentisch befinden. Zur Durchführung eines gewünschten Testes muss eine vorherbestimmte Menge der Probe in ein einzelnes Reagenzröhrchen gegeben werden. Diese Reagenzröhrchen werden durch ein Pörderbandsystem durch eine Reihe von Reaktionsstationen befördert, in denen Reagenzien nach Bedarf zugegeben werden und die Reaktionen unter genauer Temperatursteuerung ablaufen. Der Inhalt jedes Reagenzröhrchens wird sequentiell kolorimetrisch abgetastet, wodurch eine Messung der Konzentration oder der Reaktionsaktivität zur Verfügung gestellt wird. Ein wesentlicher und kritischer Teil des automatisierten Blutuntersuchungssysteins ist die Vorrichtung zum Ansaugen und Zuteilen des Serums. Diese Vorrichtung saugt die Serumprobe aus dem Probennapf an und gibt sie in die Reagenzröhrchen ab. Diese Punktionen sind durch ein hydraulisches System durchgeführt worden, das einen hohen Grad von Präzision und Genauigkeit liefert. Zu Beginn bewegt sich ein Serumarm über den Probentisch und eine Ansaug/Zuteil-Madel bewegt sich in eine Aufnahmestellung. Üblicherweise wurde zwischen das Bydraulik-Pluid, das Im allgemeinen entionisiertes Wasser war, und das in die Vorrichtung angesaugte Serum eine Luft-Zwischenschicht eingeführt. Die Luft-Zwischenschicht verhindert jedes Vermischen des entionisierten Wassers und des Serums. In einem System nach dem Stand der Technik erfolgt nach dem Ansaugen der benötigten Probenmenge eine Abgabe zurück in den Probennapf, um sicherzustellen, dass alle Untersuchungs-Abgaben korrekt sind. Der Arm wird dann über die Reagenzröhrchen bewegt und programmierte Abgaben vorherbestimmter Serummengen werden in dieses einzelne Reagenzröhrchen abgegeben. Nach der. Abgabe des Serums in das Reagenzröhrehen wird die Nadel gewaschen und das System mit entionisiertem Wasser gespült. Bei einem typischen System beträgt die Menge der angesaugten Probe etwa 0,25 ήΙ oder 250 Lambda plus einem Volumen für jeden durchzuführenden Test von durchschnittlich etwa 0,05 ml oder 50 Lambda. Das gesamte benötigte Probenvolumen beträgt daher zwischen 0,3 ml für eine Untersuchung und 1,05 ml für sechszehn Untersuchungen. Obwohl die

409827/1017

Geräte zum Ansaugen und Abgeben (Zuteilen) von Serumproben den Zweck erfüllt haben, haben sie sich nicht unter allen Betriebsbedingungen als vollständig zuverlässig erwiesen, weil sich beträchtliche Schwierigkeiten ergeben haben beim genauen Steuern der angesaugten und abgegebenen Serummengen bis auf Genauigkeiten von etwa 1/2 Lambda. Diese Sehwierigkeiten ergaben sich aus den Volumenungenauigkeiten, die durch die Eederungs- oder Pufferwirkung der Luft-Zwischenschicht zwischen dem entionisierten Wasser (Hydraulik-IPluid) und dem Serum hervorgerufen wurden, und aus der Bildung von Serum-Oberflächenspannungströpfchen am Ende der-Ansaug- und Abgabenadel, die eine Grosse von etwa 10 Lambda besitzen können.

Bei der Entwicklung von Serum-Ansaug— und -Abgabe-Systemen wurde seit.langem die Notwendigkeit einer Ansaug/Abgabe-Vorrichtung erkannt, die die Serumvolumina auf etwa 1/2 Lambda genau steuert. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Aufgabe.

Einer der kritischsten. Punkte bei der Konstruktion einer Vorrichtung zur genauen Voluiaenabgabe von, Blutseren ist die Verhinderung von Verunreinigung und unkontrollierter Verdünnung des Serums gevresen. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Schwierigkeit.

Die allgemeine Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Präzisions-Fluid-Dosiergerätes, das alle Vorteile ähnlicher, verwendeter Fluid-Aasaug- und -Abgabevorrichtungen vereinigt und keinen der oben genannten Nachteile besitzt. Um dies zu erreichen, wird in der vorliegenden Erfindung eine neuartige Kombination eines Siliconöl-Hydraulik-Fluids und einer Anordnung einer einmündenden Kapillarleitung in der Fluid-Aufnähme- und -Abgabenadel verwendet, wodurch Ungenauigkeiten infolge von Oberflächenspannungströpfchen und Fluid-Zwischenschicht-Vermischung vermieden werden.

409827/1017

2965 · f

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung "besteht darin, das genaue Ansaugen und Verteilen eines. Fluids ohne Ungenauigkeiten infolge von Oberflächenspannungströpfchen zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung von prä~- zisem₅ hydraulischem Ansaugen und Verteilen von Fluid, wobei sich das .Hydraulik-Fluid nicht mit dem angesaugten und verteilten Fluid vermischt und dieses nicht verunreinigt.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Zwei-Hydraulik~Fluid-Ansaug- und Abgabesystems, wodurch ein Untersuchungsfluid durch das eine Hydraulik-Fluid, das sich mit dem Untersuchungsfluid nicht vermischt und es nicht verunreinigt, angesaugt und verteilt werden kann, und wodurch das Untersuchungsfluid durch das andere Hydraulik-Fluid verteilt werden kann, wobei Ungenauigkeiten infolge von Oberflächenspannungströpfchen des Untersuchungsfluids vermieden werden.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Bildung einer ersten präzisen Zwischenfläche zwischen dem Fluid, das auf einer ersten Fluidbahn fliesst, und einem Fluid auf einer zweiten Fluidbahn und einer zweiten präzisen Zwisehenflache zwischen einem Fluid, das auf einer zweiten Fluidbahn fliesst, und Fluid auf der ersten Fluidbahn.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von zwei getrennten Flüidbahnen, die einen gemeinsamen Abschnitt mit einer ersten präzisen Zwischenfläche zwischen Fluid, das die eine Fluidbahn kreuzt, und Fluid in der anderen Fluidbahn und mit einer zweiten präzisen Zwischenfläche zwischen Fluid in der einen Fluidbahn und Fluid, das die andere Fluidbahn kreuzt, besitzen.

Weitere Aufgaben und viele der angestrebten Vorteile der Er-

409827/1017

findung ergeben sich: aus der nachfolgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erfolgt, bei denen überall gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine zum Teil mechanisch und zum Teil in Blockform wiedergegebene Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

KLg. 2 eine Querschnittsansicht der Fluid-Auf nähme- und -Abgabenadelsonde von Fig. 1,

^iS· 3(a)> Cb), Cc), (d) und (e) verschiedene Fluidpositionen in der Aufnahme- und Abgabesonde, die während des Betriebs des Fluid-Ansaug- und Abgabesystems von Fig. 1 auftreten, und

Fig. 4- eine zeichnerische Wiedergabe der erfindungsgemässen Ausführungsform der AufnaJime-Sonde.

Fig. 1, die eine bevorzugte Ausführungsform wiedergibt, zeigt eine Sonde mit einem gemeinsamen Kapillarleitungsabschnitt 7 und einem getrennten, d. h. nur von dem einen Hydraulik fluid durch.fl os senen Kapillarlei tungsabschnitt 9* die zusammen eine erste Kapillarleitung und eine erste Fluidbahn bilden. Eine zweite Kapillarleitung 11 mündet in die erste Kapillarleitung bei einer kleinen Öffnung ein und bildet eine zweite Fluidbahn, die durch den gemeinsamen Abschnitt 7 und die zweite Kapillarleitung 11 führt. Eine Fluidleitung 13 verbindet den getrennten Abschnitt 9 der ersten Kapillarleitung mit einer Verdünnungsmitteispritze 15· Eine Fluidleitung 17 verbindet die zweite Kapillarleitung 11 mit einer Siliconöl-Spritze 19· Die Verdünnungsmittelspritze 15 besitzt seitlich eine FluidÖffnung, die mit einer Lösungsmittelvorratsspritze 23 verbunden ist. Ein Kolben 25 befindet sich innerhalb der Verdünnungsmittelspritze 15 und ein Kolben 27 innerhalb der Verdünnungsüiittelvorratsspritze 23· Das Innenvolumen der

- 5 -409827/1017

Verdünnungsmi'ttelvorratsspritze 23 wird als Volumen 28 bezeichnet. Eine Stange 29 verbindet den Kolben 25 mit einem Arm 31, de-r seinerseits eine Gernndeöffnung besitzt, in der eine Schraube-33 angreift und dadurch einen Spindel-Antrieb smechanismus bildet. Die Schraube 33 ist ihrerseits durch eine Kupplung 35 mit einer Welle 37 eines Digital-Schrittmotors 30 verbunden» Der Digital-Motor 39 ist mit einer elektrischen Steuerung 41 verbunden, die wiederum mit einer Programmsteuerung 43 verbunden ist» Die elektrische Steuerung M kann ein üblicher elektrischer Schaltkreis sein, der zum -Antrieb von Digital-Schrittmotoren verwendet wird, wobei dieser Sehaltkreis aus der Anx^endung und Steuerung von Schrittmotoren bekannt ist» Die elektrische Steuerung kann auch einen Eingangs-Schaltkreis besitzen₈ der einen digitalen Eingangscode in-ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzen kann und dadurch den Schrittmotor um einen vorgegebenen Winkelausschlag bewegt» Schaltkreise dieser Art sind bekannt und zur Steuerung der Winkelstellung eines Digital-Schrittmotors weitverbreitet. Die Programmsteuerung 43 kann aus einer Reihe von Daumenrads ehalt em bestehen, die zur Erzeugung eines geeigneten Digitalcodes für den Eingangsschaltkreis der elektrischen Steuerung' 41 gedreht v/erden können.»

Die Siliconölspritze 19 besitzt seitlich, eine JPluidöffnung 45, die mit der Siliconöl-Vorratsspritze 47 verbunden ist. Innerhalb des Irmenvolumens der Siliconölspritze 19 ist ein Kolben 49 angeordnet und innerhalb des Innenvolumens 52 der Siliconöl-Vorratsspritze 47 ist ein Kolben 51 angeordnet. Die Stange 55 ist mit dem Kolben 49 und dem Arm 55 verbunden, wobei der Arm 55 eine G-ewindeöffnung besitzt, die zur Herstellung eines Schraubenmechanismus mit einer Schraube 57 in Eingriff steht. Die.Schraube 57 ist mit der Kupplung verbunden, die ihrerseits mit der Welle 51 des Digitalmotors 63 verbunden ist. Der Digitalmotor 63 ist mit der elektrischen Steuerung 65 verbunden, die ihrerseits an die Pro-

409827/101 7

grammsteuerung 67 geschaltet ist. Die elektrische Steuerung 65 kann mit der elektrischen Steuerung 41 übereinstimmen und die Programmsteuerung 67 kann mit der Programmsteuerung 43 übereinstimmen.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Aufnahme- und Abgabesonde der Erfindung. Die erste Fluid-Kapillarleitungsbahn enthält einen gemeinsamen Abschnitt 7 und einen getrennten Abschnitt 9 und besteht aus einer kurzen Länge eines dünnwandigen Kapillarrohres mit einer kleinen Öffnung 8, die seitlich zwischen dem gemeinsamen Abschnitt 7 und dem getrennten Abschnitt 9 angeordnet ist. Der Block 12, in dem durch Bohren von zwei sich schneidenden, rechtwinkligen Kapillaröffnungen eine zweite Kapillarleitung 11 hergestellt ist, ist in der Weise seitlich an der Röhre der ersten Kapillarleitungsbahn angelötet, dass das eine Ende der zweiten Kapillarleitungsbahn bei der kleinen Öffnung 8 einmündet und mit dieser zusammenpasst. Die Fluidleitung 13, die ein flexibles Kunststoffoder Teflon-Kapillarröhrchen sein kann., ist an dem Ende des getrennten Abschnitts 9 des Röhrchens der ersten Fluid-Kapillarleitung befestigt. Ein kurzer Abschnitt eines Kapillarröhrchens 14 ist in das andere Ende der zweiten Kapillarleitungsbahn 11 in dem Block 12 gelötet. Die Fluidleitung die ein flexibles Kunststoff- oder Teflon-Kapillarröhrchen ähnlich der Leitung 13 sein kann, ist an dem Kapillarröhrchen 14 befestigt.

Di.e Fig. 3(a), Cb), (c), (d) und (e) zeigen die Fluidpositionen innerhalb der Aufnahme- und Abgabesonde während der verschiedenen Arbeitszustände der Sonde. Fig. 3(^a) zeigt die Sonde im Zustand des Ansaugens von Fluid, wobei das Fluid B, das ein Siliconöl sein kann, den gemeinsamen Abschnitt 7 und die zweite Fluidleitungsbahn 11 füllt, und Fluid A, das eine Salzlösung sein kann, den getrennten Abschnitt 9 füllt und eine Zwischenfläche mit dem Fluid B am Ende des getrennten Abschnittes 9 in der Nähe der kleinen Öffnung 8 bildet.

409827/1017

2965 9 . 2364M99

Pig. 3(b) zeigt die Fluide innerhalb der Sonde unmittelbar nach dem Ansaugen eines Untersuchungsfluids C, das ein Blutserum sein kann» Das Fluid C füllt den gemeinsamen Abschnitt und die zweite Kapillarleitungsbahn 11 und breitet sich unter Bildung einer Grenzfläche mit dem Fluid B in der Fluidleitung 17 aus. Das Fluid A in dem getrennten Abschnitt 9 stösst mit dem Fluid C am Ende des getrennten Abschnittes 9 ^n der Nähe der kleinen öffnung 8 zusammen»

Fig. j(c) zeigt die Lage des Fluids innerhalb der Sonde, nach dem das Untersuchungsfluid 0 durch Drücken des Fluids A durch' den gemeinsamen Abschnitt 7 zum Ende dieses Abschnitts aus dem gemeinsamen Abschnitt 7 gespült worden ist. Das Fluid A füllt den gemeinsamen Abschnitt 7 und den getrennten Abschnitt 9 und bildet eine Grenzfläche mit dem Fluid C bei der kleinen Öffnung 8. Das Fluid C füllt die zweite Kapillarlei tungsbahn 11 und setzt sich oben in die Fluidleitung 17 fort, wo es mit dem Fluid B zusammentrifft« Die innerhalb · der zweiten Kapillarleitungsbahn 11 und der Fluidleitung 17 enthaltene Menge des Fluids C hängt von der Menge des angesaugten Untersuchungsfluids C ab. ■>

Fig. 3(d) zeigt die Position des Fluids innerhalb der Sonde, wenn ein bestimmter Bruchteil des Untersuchungsfluids ö aus der Leitung 17 und der zweiten Leitungsbahn 11 in den gemeinsamen Abschnitt 7 abgegeben worden ist. Die Grosse des Volumens des Bruchteils kann äusserst gering sein und kann den ganzen gemeinsamen Abschnitt 7 oder einen Teil davon belegen. Auf diese Weise können genaue aliquote Teile von einem Lambda oder weniger erhalten werden. Der aliquote Teil wird aus dem gemeinsamen Abschnitt 7 ausgegeben, indem das Fluid A aus dem getrennten Abschnitt 9 durch den gemeinsamen Abschnitt 7 hindurch zu dessen Ende in der Weise verschoben wird, dass sich die Fluide in der in Fig. 3(c) gezeigten Psoition befinden.

409827/1017

Fig. 3(e) zeigt die Fluidpositionen innerhalb der Sonde_s wenn das ganze Untersuchungsfluid C aus der Leitung 17 und der zweiten Leitungsbahn 11 verteilt worden ist und die Sonde durch Ausgeben des Fluids A aus dem getrennten Abschnitt 9 durch den gemeinsamen Abschnitt 7 hindurch und aus dessen Ende hinaus ausgespült wurde.

Fig. 4 zeigt eine zeichnerische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsforra der Aufnahme- und Ausgabe-Sonde. Das Röhrchen der ersten Kapillarleitungsbahn enthält den gemeinsamen Abschnitt 7 und den getrennten Abschnitt 9 und ist gemäss der Darstellung an den Block 12 angelötet, der die zweite Kapillarleitungsbahn 11 (nicht gezeigt) enthält, die mit einem kurzen Abschnitt eines E api Harr öhre hens 14 verbunden inte

Zur Beschreibung der Arbeitsweise der Erfindung wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Der Kolben 25 der Verdünnungsmittelspritze 15 ist so, angeordnet, dass die Öffnung 21 geöffnet ist und dadurch Fluid aus der Verdünnungsmittel»·Vorratsspritze 23 durch einen Kolben 27 aus dem Volumen 21 in das Innere der Verdünmingsmittelspritze 15 gedruckt werden kann. Der Kolben 27 wird so lange in das Volumen 28 bewegt, bis das Verdünnungsmittelfluid aus dem gemeinsamen Abschnitt 7 Aufnahme- und Ausgabesonde hinausgeschoben worden ist, wodurch aas Innenvolumen der Verdünnungsmittelspritze der Fluidleitung 13 und der getrennten und gemeinsamen Abschnitte 9 und 7 d⁶^ Aufnahme- und Ausgabesonde gefüllt werden. Zum Schliessen der Öffnung 21 wird dann der Kolben bewegt, wodurch die Verdünnungsmittelspritze in Betriebsstellung gebracht wird.

In ähnlicher Weise wird der Kolben 49 zum Offnen der öffnung 45 in der Siliconölspritze 19 bewegt, um Fluid aus dem Volumen 52 der Siliconöl-Vorratsspritze 47 durch Bewegen des Kolbens 51 in das Volumen 52 drücken zu können. Aus der Vorratsspritze 47 wird Fluid in das Innenvolumen der Spritze 19, der Fluidleitung 17, der zweiten Kapillarleitungsbahn 11 und

- 9 409827/1017

2364^99

des gemeinsamen Abschnittes 7 der Aufnahme- und Ausgabesonde gedrückt» Wegen der.kleinen Kapillarquerschnitte des ersten Kapillarleitungsröhrchens, das dem gemeinsamen Abschnitt 7 und den getrennten Abschnitt 9 bilden, wird zwischen dem Verdünnungsniit te !fluid A (Figo 3) und dem Siliconöl B (Fig. 3) eine sehr· kleine Grenzschicht gebildet, wo durch das Verunreinigen und Vermischen so weit wie möglich verringert wird. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Siliconöls B verringern ferner das Vermischen mit dem· Verdünnungsmittel A und stellen innerhalb der Sonde eine im wesentlichen unabhängige Bahn für das Hydraulikfluid zur Verfügung»

Der Kolben 49 wird dann in das Innere der Siliconölspritze geschoben₉ wodurch die Öffnung 45 geschlossen wird und der Inhalt der Siliconölspritze 19 in die Fluidleitung 17? durch die Sonde hindurch und aus dem gemeinsamen Abschnitt 7 heraus gefördert wirdo Dies bereitet die'Siliconölspritze 19 für das Ansaugen eines Untersuch-ungsfluids in die Sonde vor, wobei die Position der Fluide in Fig» 3(&) gezeigt sind»

Die Programmsteuerung 67_s die durch Finger betätigte Digitalschalter enthalten kann, programmiert die elektrische Steuerung 65 zur Erzeugung eines bestimmten lintriebssignals für den Digitalmotor 63, wodurch die Welle 61 um einen "bestimmten Winkel rotiert wird, die ihrerseits die Schraube ^>7 in der Eichtung bewegt, dass sich der Arm 55 und der Kolben 49 in einer das Innenvolumen der Siliconölspritse 19 vergrössemdea Richtung bewegen und Untersuchungsfluxd C in die Sonde einsaugen, wie es in Fig. 300 dargestellt ist» Durch die Verwendung von Siliconöl erhält man. eine sich nicht vermischende Grenzfläche zwischen dem Untersuchungsfluid C und dem Siliconöl B«. Die kleine Querschnittsfläche des KapiHarröhrchens erzeugt ausserdem eine genaue Grenzfläche zwischen dem Verdünnungsmittel A und dem Untersuchungsfluid G am Ende des getrennten Abschnittes 9 in der Nähe der kleinen Öffnung 8. Da die Siliconöl spritze 19 eine durch eine Präzisionsbohrung geeichte

- 10 409827/1017 ,

Spritze sein kann, kann die Programmsteuerung 67 in der Weise betrieben werden, dass auf Grund einer genauenVolunienänderung der Siliconölspritze 19 ein genau festgelegtes Volumen des Untersuchungsfluids C in die Sonde und die Fluidleitung 17 angesaugt wird.

Vor dem Abgeben des Untersuchungsfluids 0 aus der Sonde kann das Fluid A in öen gemeinsamen Abschnitt 7 der Sonde, wie es in Fig. 3(c) dargestellt ist, gedruckt werden, um das Fluid C daraus zu entfernen und wegzuspülen, wodurch jegliche Oberflächenspannungströpfchen am Ende der Sonde beseitigt werden und das Abgeben von genauen aliquoten Teilen des Unter sue hungsflui eis von bis zu einem Lambda möglich wird. Dies geschieht durch Bewegen des Kolbens 25 um einen festgelegten Betrag mittels Betätigung der Programmsteuerung 43, wodurch die elektrische Steuerung 41 programmiert wird und dadurch ein Antriebssignal für den Digitalmotor 39 erzeugt xirird, der daraufhin die Welle 37 um einen bestimmten Winkel dreht, wodurch die Schraube 33 gedreht und der Arm JI und der Kolben 25 einen vorgegebenen Betrag, der gleich dem Volumen des gemeinsamen Abschnittes 7 ist, in das Innenvolutaen der Verdünnungsmitte Ispritze 15 geschoben werden, Die für dieses Abgeben verwendete Menge des Verdünnungsmittelfluids A braucht nicht grosser zu sein als das Volumen des gemeinsamen Kapillarabschnitts 7·

Zum Verteilen des Untersuchungsfluids C können die Daumenradschalter der Programmsteuerung 67 zum Programmieren der elektrischen Steuerung 65 betätigt werden, um dadurch ein Antriebssignal für den Digitalmotor 63 zu erzeugen, der daraufhin die Welle 61 und die Sehraube 57 um einen bestimmten Winkel dreht, wodurch der Arm 55 und der Kolben 49 um einen dem genau bestimmten Volumen des abzugebenden Untersuchungsfluids entsprechenden Betrag verschoben werden. Gemäss Fig. 3(d) drückt die Ausbreitung des Untersuchungsfluids G in den gemeinsamen Abschnitt 7 eine gleiche Menge des Verdünnungsfluids A, das

- 11 40 9 827/1017

₁₉₆₅ '2364 0 93

in dem gemeinsamen Abschnitt 7 enthalten ist, vor dem genau festgelegten Volumen, des darin befindlichen Untersuchungsfluids C aus der. Sonde heraus« Es \d.rd daher ein sehr kleiner und genau bestimmbarer Bruchteil des Untersuchungsfluids C, der ein Bruchteil des Volumens des gemeinsamen Abschnitts 7 sein kann5 in den gemeinsamen Abschnitt 7 geschoben» Selbstverständlich können auch Volumina des Testfluids C, die grosser sind als der gemeinsame Abschnitt 7? mit gleicher Präzision verteilt werden. Um das Verteilen oder Abgeben des Untersuchungsfluids zu vollenden, kann der Kolben 25 und die Verdünnungsmittel spritze 15 einen vorher festgelegten Betrag weiter geschoben werden, wodurch der in dem gemeinsamen Abschnitt 7 enthaltene aliquote Teil des Untersuchungsfluids C aus der Sonde gespült wird und die Fluide wieder in die Positionen von Hg» 3(c) gebracht werden ο Man erkennt, dass die Menge des Verdünnungsmittels, das bei jedem Abgeben dem Untersuchungsbruchteil hinzugefügt wird, immer genau das gleiche ist und gleich dem Volumen des gemeinsamen Abschnitts 7 ist« Es können daher Vergleichsuntersuchungen an aufeinanderfolgenden aliquoten Untersuchungsteilen ohne die Ungenauigkeiten ausgeführt werden, die durch schwankende Verdünnungen ausgelöst werden.

Nachdem die letzte Menge des Untersuchungsfluids C in den gemeinsamen Abschnitt 7 befördert worden ist, wird der Abschnitt dadurch gespült, dass das Fluid A durch ihn hindurchgedrückt wird, wodurch die Fluide die in Fig* 3(e) gezeigten Positionen einnehmen. Das Verdünnungsfluid A belegt nun den getrennten Abschnitt 9 und den gemeinsamen Abschnitt 7 und bildet eine Grenzfläche mit dem Siliconöl B bei der kleinen Öffnung 8. Die Sonde wird dann mit Siliconöl aus der weiten Leitungsbahn. 11 gespült, wodurch die Fluidpositionen von Fig. 3(a) hergestellt werden, in der die Sonde zum Wiederansaugen von Untersuchungsfluid C bereit ist.

Aus dem Bisherigen ergibt sich, dass die Erfindung, eine Präzi-

- 12 -.
409 8 27/1017

sIons-Ansaug- und Abgabesonde zur Verfügung stellt, die die Ungenauigkeiten des Ansaugens und Abgebens von Fluxden vermeidet, die durch Bildung von Oberflächenspannungströpfchen am Ende der Sonde verursacht werden. Man kann dadurch Genauigkeiten beim Ansaugen und Abgeben von Fluid erreichen, die bisher unerreichbar waren. Die Verwendung von SiliconÖl als sich nicht vermischendes, nicht verunreinigendes Hydrauliküluid zur Bildung von Grenzflächen mit den TJnt er suchung sfluiden, die angesaugt und abgegeben werden sollen, bedeutet ferner einen ausserordentlichen Fortschritt beim Erreichen höherer Präzision und Genauigkeiten, die bisher bei Systemen unerreichbar waren, die Luft-Zwischenflächen und andere Arten von Hydraulikfluiden verwendet haben.

Die vorliegende Erfindung, findet insbesondere Anwendung auf dem Gebiet der Analyse von Blutserum, bei der genaue aliquote Mengen von einem Lambda oder weniger benötigt werden und das Verteilen aus einem Probenbehälter in eine Vielzahl von Behältern notwendig ist. Untersuchungsfluide, die Blutseren sind, können mit hoher Genauigkeit angesaugt und verteilt werden, wodurch eine grössere Anzahl von chemischen Untersuchungen als bisher mit einem gegebenen Volumen des Serums ermöglicht werden. Da mehr chemische Untersuchungen mit einer gegebenen Blutprobe durchgeführt werden können, wird die Kenge des einem Patienten für einen gegebenen Satz von Untersuchungen abgenommenen Blutes so weit wie möglich verringert. Die kleineren Testvolumina gestatten auch ein rascheres Untersuchen, da weniger Zeit zum Ansaugen und Abgeben der aliquoten Mengen des Serums benötigt wird.

Man erkennt nun, dass die vorliegende Erfindung eine Sondenanordnung und ein inertes Hydraulikfluid zur Verfugung stellt, die in Verbindung mit einem System zum genauen Dosieren von Fluid dazu verwendet werden können, Blutseren für chemische Untersuchungen ohne die unerwünschte Verunreinigung und die Probenvolumenfehler, die bei den bisher verwendeten Unter-

- 13 409 8 27/1017

suchungssystemen auftraten, und mit Prob en all quo ten von kleineren Präzisionsvolumina als bisher in exakter Weise anzusaugen und'abzugeben =

Obwohl bestimmte Komponenten usw. in Verbindung mit einer speziellen Ausführungsform einer Präzisions-Fluiddosierungs-' sonde und von Steuerungssystemen, die entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung konstruiert wurden, erläutert worden sind₅ können auch andere verwendet werden» ObwoHl eine "beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde„ sind ferner selbstverständlich andere Anwendungen und Schaltungsanordnungen möglich, da an der beschriebenen Ausführungsform verschiedene Änderungen, Modifikationen und Substitutionen irorgenommen werden können, ohne notwendigerweise von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen ο

- 14 -

409827/1017

Claims

.

Patentansprüche

Vorrichtung zum genauen Dosieren von Fluiden, gekennzeichnet durch eine erste Kapillarleitung mit einer
kleinen Öffnung (8), die die erste Leitung in einen getrennten Abschnitt (9) und einen gemeinsamen Abschnitt

(7) teilt, wobei die erste Leitung eine durch den getrennten und gemeinsamen Abschnitt hindurohführende,
erste Fluidleitungsbahn bildet, und eine zweite Kapillarleituhg (11), deren eines Ende in die erste Leitung einmündet und mit der kleinen ,öffnung (8) zusammentrifft, um dadurch eine z\*eite, durch die zweite Leitung und den gemeinsamen Abschnitt der ersten Leitung hindurchführende Fluidleitungsbahn zu bilden, wobei die
kleine Öffnung (8) eine erste präzise Grenzfläche zwischen der ersten Fluidbahn und der zweiten Leitung bildet, und der Kapillarquerschnitt des getrennten Abschnittes (9) der ersten Leitung in der Eahe der kleinen Öffnung

(8) eine zweite präzise Grenzschicht zwischen der zweiten Fluidleitungsbahn (11) und dem getrennten Abschnitt (9) bildet, wodurch I^uid im wesentlichen ohne Verunreinigung infolge von Fluiden, die an die erste präzise Grenzfläche angrenzen, die erste Bahn durchströmen kann«. und Fluide im wesentlichen ohne Verunreinigung infolge von Fluiden, die an die zweite präzise Grenzfläche angrenzen, die zweite Bahn durchströmen können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Spritze (15)? öie mit dem Ende des getrennten Abschnittes (9) der ersten Leitung verbunden ist und einen beweglichen Kolben (25) aufweisen, der dazu dient, das Volumen der Spritze zu ändern, wodurch Fluide über die erste Fluidbahn angesaugt und abgegeben werden können.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine

- 15 -

409827/1017

zweite Spritze (19)? Sie mit dem Ende der zweiten Leitung verbunden ist und einen beweglichen Kolben (4-9) enthält, der dazu dient, das Volumen dieser Spritze zu ändern, wodurch Fluide über die zweite Fluidbahn angesaugt und abgegeben werden können»
4« Vorrichtung nach Anspruch 5? gekennzeichnet durch ein erstes Fluid,'das in der ersten Spritze (15) und in dem getrennten Abschnitt (9) der ersten Leitung bis zu der zweiten präzisen Grenzfläche enthalten ist, wodurch eine Verringerung des Volumens der ersten Spritze (15) um einen bestimmten Betrag das erste Fluid an der zweiten ■ präzisen Grenzfläche vorbei und in den gemeinsamen Abschnitt (7) der ersten Leitung schiebt, wodurch jegliches Fluid, das in dem gemeinsamen Abschnitt (7) enthalten ist, verdrängt wird.
5« Vorrichtung nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch ein zweites Fluid, das in der zweiten Spritze (19) und in der zweiten Leitung (11) und dem gemeinsamen Abschnitt (7) enthalten ist, wodurch bei Vergrösserung des Volumens der zweiten Spritze (19) ein Untersuchungsfluid, in das das Ende des gemeinsamen Abschnittes (7) eingetaucht ist, über den gemeinsamen Abschnitt und in die zweite Leitung (11) -angesaugt wird, wobei das Untersuchungsfluid in dem gemeinsamen Abschnitt (7) durch das erste Fluid verdrängt wird, und wodurch bei Verringerung des Volumens der zweiten Spritze (19) in dosierten Schritten das Untersuchungs fluid in präzisen Mengen aus der zweiten Leitung in den gemeinsamen Abschnitt (7) abgegeben wird, aus dem diese genauen Mengen durch das erste Fluid verdrängt werden können.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid ein Silieonöl ist.

- 16 -

409827/1017

"⁰^³³
7· Vorrichtung nach'Anspruch 6_T dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pluid eine Salzlösung ist und das Untersuchungsfluid ein Blutserum.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7> gekennzeichnet durch eine erste Kupplungseinrichtung (35)? die mit dem Kolben (25) der ersten Spritze (15) verbunden ist, und einen ersten digitalen Schrittmotor (39)» der mit der ersten Kupplungseinrichtung (35) verbunden ist, wodurch der Kolben (25) der ersten Spritze 05) bewegt und das Volumen der ersten Spritze (15) vergrössert oder verkleinert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine zweite Kupplungseinrichtung (59) * die mit dem Kolben (4-9) der zureiten Spritze .(19) verbunden ist, und einen zweiten digitalen Schrittmotor (63), der mit der zweiten Kupplungseinrichtung (59) verbunden ist, wodurch der Kolben der zweiten Spritze bewegt und das Volumen der zweiten Spritze vergrössert oder verkleinert wird«
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» wobei die erste und zweite Kupplungseinrichtung ein Spindelantriebsmechanismus ist, gekennzeichnet durch eine Gewindewelle (33t 5i)i die an dem digitalen Schrittmotor (39 * 63) befestigt ist und durch "diesen gedreht wird, und eine Einrichtung (35 s 55) rait einer Gewinde© ffmmg zur Herstellung eines Eingriffes mit der Gewindewelle, die an dem Kolben (25* 4-9) der Spritze "befestigt ist, wodurch das Volumen der Spritze vergrössert oder verkleinert wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zwei elektronische Schalteinrichtungen (41, 65)» die jeweils mit einem Digitalmotor zu dessen Antrieb verbunden sind, und zwei Steuereinrichtungen (43, 61), von denen jede für sich mit einer der elektronischen Steuereinrichtungen verbunden ist, um ein codiertes eeelektro-

- 17 4098277101-7

nisch.es Signal für diese Steuereinrichtung zu erzeugen_$ wodurch jeder der Digitalmotore entsprechend dem codierten Signal· schrittweise angetrieben

i2o Vorrichtung nach Inspruch 11, gekennzeichnet durch eine Vorratsspritze (23) sur Aufnahme eines Vorrats der
Salzlösung und eine Fluidöffnung (21), die seitlich in
der ersten Spritze (15) angeordnet ist und mit der Vorratsspritze (23) zum Aufnehmen von Fluid aus der Vorratsspritze in Verbindung steht=

13= Vorrichtung nach Anspruch .12, gekennzeichnet durch eine Vorrast sprit se (4-7) zur Aufnahme eines Vorrats an
Siliconölfluid und eine Pluidöffnung (45)? die seitlich in der zweiten Spritze (19) angeordnet ist und mit der
Vorrastsspritze zur Aufnahme von Fluid aus der Vorratsspritse in Verbindung steht=.

- 18 409827/1017