DE2500527A1

DE2500527A1 - Vorrichtung zum selbsttaetigen verduennen von fluessigkeitsproben

Info

Publication number: DE2500527A1
Application number: DE19752500527
Authority: DE
Inventors: William Taylor Henderson; Loran Vinson Melnick; Oscar Proni
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1974-01-10
Filing date: 1975-01-08
Publication date: 1976-02-05
Also published as: FR2264277A1; FR2264277B1; GB1495662A; NL7500244A; JPS50103392A; IT1026272B

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing E. Eder
DIpI.-Ing. K. Schieschke

München 40, Elisabethstraiie 34

Coulter Electronics Inc., Hialeah, Florida / USA

Vorrichtung zum selbsttätigen Verdünnen von Flüssigkeitsproben

Bei der Untersuchung von Blut und anderen Flüssigkeiten muß die Flüssigkeit zur Durchführung der Analyse meist verdünnt werden. In vielen Fällen erfolgt das Verdünnen unter Verwendung einer geeichten Standardpipette von Hand. Dieses manuelle Verfahren ist nicht nur zeitraubend, sondern kann auch zu Fehlern führen, insbesondere bei nicht sehr geschickten Assistenten oder wenn schnell gearbeitet werden muß. Seit einigen Jahren

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haben sich deshalb mechanische Verdünner bewährt.

Zur Durchführung der Verdünnung hat man halbautomatische, elektromagnetische Vorrichtungen zu entwickeln versucht. Solche halbautomatischen, elektromechanischen Verdünner konnten zwar einige Jahre lang verwendet werden, waren aber sehr umständlich und kompliziert zu handhaben. Solche halbautomatischen Verdünner, die auf die Wünsche der Benutzer zugeschnitten sind, werden vor allem dadurch weiter verkompliziert, daß sie durch einfachen Tastendruck das gewünschte, genaue Verdünnungsverhältnis liefern sollen. Auch frühere Versuche, Verdünner zu entwickeln, die selektiv jedes gewünschte Verdünnungsverhältnis liefern konnten, hatten keinen Erfolg oder führten aber zu Vorrichtungen, die in der genauen Einstellung oder der Aufrechterhaltung dieser Einstellung Schwierigkeiten bereiteten.

Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum automatischen Verdünnen von Blutproben und anderen Flüssigkeitsproben, wobei die Probe in einem bestimmten Verhältnis mit einem Verdünnungsmittel gemischt wird und wobei eine Verdünnungsmittelkammer einen ersten Kolben und eine erste Probenkammer einen zweiten Kolben verschiebbar aufnimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine an die beiden Kolben angeschienene und diese um gleiche Strecken bewegende Kupplungsvorrichtung, wobei der erste Kolben in der Verdünnungsmittelkammer ein erstes Volumen und der zweite Kolben in der Probenkammer ein zweites Volumen so verschiebt, daß die beiden Volumen bei Verschiebung der beiden Kolben um die gleiche Strecke in einem bestimmten und genauen Verhältnis stehen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltventilanordnung, die in einem GeKJuse eine Kammer, eine erste und eine zweite Steueröffnung und mehrere Schaltöffnungen im Gehäuse enthält, die mit der Kammer in Verbindung stehen, wobei mindestens eine schaltbare Verbindung sich in der Kammer befindet und eine geschlossene Verbindung mindestens zwischen einer ersten und

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einer zweiten Schaltöffnung herstellt, so daß die Verbindung mindestens zwischen einer der beiden ersten Schaltöffnungen und einer dritten Schaltöffnung schaltbar ist.

Die eingehendere Erläuterung der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verdünners von vorn, oben und von der Seite, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Verdünners und der

Verdünnungseinrichtung bei abgenommener Abdeckung, Fig. 3 eine Seitenansicht des Verdünners, wobei verschiedene

Teile der Verdünnungseinrichtung geschnitten sind, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Verdünners, insbesondere

des Motors und weiterer elektrischer Einrichtungen, Fig. 5 eine Draufsicht auf die Schaltventilanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 eine Ansicht des Kolbens in der Schaltventilanordnung, und Fig. 7 bis 10 die Verdünnungseinrichtung mit ihren Verbindungen und in teilweisem Schnitt in jeweils einer anderen von vier Arbeitsstufen.

In Fig. 1 ist ein Verdünner 10 gemäß der Erfindung mit einem Gehäuse aus zwei ineinanderpassenden Gehäuseabschnitten 12 und dargestellt. Der Gehäuseabschnitt 12 bildet die obere, die rückwärtige und die seitlichen Wände und der Gehäuseabschnitt 14 bildet den Boden, die vordere Wand 16 und eine kleine nach oben gerichtete, rückwärtige Lippe 18. An der vorderen Wand des Gehäuseabschnittes 14 ist ein Montageblock 20 mit zwei getrennten, durchgebohrten und in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Fluidbahnen oder -leitungen festgemacht. Eine nicht geeichte Pipette 22 steht außen mit einer der Fluidbahnen im Montageblock 2ü in Verbindung. Eine Düse 24, die mit der zweiten Fluidbahn im Montageblock 20 verbunden ist, ragt weniger weit als die Pipette 22 nach außen. Eine Schalterbetätigung 26 geht durch die vordere Wand 16 und befindet sich zwischen der Pipette 22 und einer Wand 16. Zum Ansaugen und Ausstoßen

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einer Probe und der Verdünnung wird die Schalterbetätigung 26 gejpn die vordere Wand 16 gedrückt.

Außerdem befindet sich an der vorderen Wand 16 ein Stromschalter 28 zum Ein- und Ausschalten des Verdünners 10. Eine Anzeigelampe 30 gibt an, daß der Verdünner mit der Aufnahme der Probe und der Verdünnung beginnt oder begonnen hat, während die Anzeigelampe 32 durch ihr Aufleuchten anzeigt, daß der Verdünner die Probe und die Verdünnung abgibt oder abgeben wird. Indem der Verdünnungsknopf 34 in eine von zwei Schaltpositionen gebracht wird, kann man zwei genaue VerdünnungsVerhältnisse einstellen.

Ein vertikal nach hinten gerichtetes Teil 36 (Fig. 2) ist am Gehäuseabschnitt 14 festgemacht und trägt praktisch den gesamten Verdünnungsmechanismus im Verdünner 10. Gemäß Fig. 4 ist ein Elektromotor 38 auf eine Seite des Teiles 36 montiert und zur deutlicheren Darstellung eines Ausschnittes 40 im Teil 36 zum Teil geschnitten. Ein rotierendes Antriebsteil 42 des Motors 3b geht durch den Auschnitt 40. Auf eine Seite eines am rotierenden -Antriebsteil 42 festgemachten Nockens 44 sind Exzenter 46 und 48 montiert (Fig. 4), während auf die andere Seite gemäß Fig. 2, 3, 7, 8, 9 und 10 ein Exzenter 50 montiert ist. Ein am Teil 36 angebrachter Mikroschalter 52 besitzt einei normalerweise geschlossenen Kontakt zur Stromversorgung des Motors 38. Dieser normalerweise geschlossene Kontakt öffnet und unterbricht dadurch die Stromversorgung für den Motor 38, wenn einer der Nocken 46 oder 48 auf den Hebel 54 des Mikroschalters 52 trifft. Die Schalterbetätigung 26 schließt einen normalerweise offenen Kontakt im Mikroschalter 56, der am Teil 36 angebracht ist, parallel zum normalerweise geschlossenen Kontakt des Mikroschal ters 52 und ebenfalls zur Stromversorgung des Motors 38. Wenn sich der Motor 38 so weit gedreht hat, daß der Exzenter 46 oder 48 vom Hebel 54 wegbewegt ist, kann sich der normalerweise geschlossene Kontakt im Mikroschalter 52 schließen, die Schalterbetätigung 26 wird freigegeben und der Motor 38 läuft

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solange weiter, bis der Exzenter den Mikroschalter 52 wieder unterbricht. Für den Betriebszustand ist auch am Teil 36 ein Steuermikroschalter 58 angebracht, der einen (nicht gezeigten) Hebel wie etwa den Hebel 54 enthält, der durch einen Ausschnitt im Teil 36 (nicht gezeigt) geht, ähnlich dem Ausschnitt 40 im Teil 36. Der Hebel berührt, wie noch eingehend erläutert wird, Teile der Verdünnereinrichtung, wodurch der Mikroschalter 58 die Anzeigelampen 30 und 32 entsprechend dem Betriebszustand des Verdünners 10 einschaltet.

Gemäß den Fig. 2 und 3 ist ein mit Kamern versehener Block 64 am Teil .36 angebracht. Der Block 64 besitzt eine Probenkammer 66, eine Probenkammer 68 und eine Verdünnungsmittelkammer 70. Ein- und Auslaßöffnungen 70, 72 der Probenkammer 66, Ein- und Auslaßöffnungen 76 und 78 bzw. eine Ein- und Auslaßöffnung 80 der Verdünnungsmittelkammer 70 stehen jeweils über den Block miteinander in Verbindung.

Die Verdünnungsmittelkammer 70 ist in dem Kammerblock 64 genau hergestellt und dient zur Verdrängung eines genau bestimmten Volumens, wenn der Kolben 04 um eine bestimmte Strecke in der Kammer 70 bewegt wird. Der Durchmesser der Kammer 70 ist so gewählt, daß bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 84 in der Kammer von beispielsweise von 12 mm ein genau bestimmtes, festes Volumen in der Verdünnungsmittelkammer 70 verdrängt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser der Kammer 70 auf 0,1 mm genau gearbeitet. Der Kolben ist in der Kammer 70 verschiebbar und am unteren Ende an einer Montageplatte 86 befestigt.

Die Kolben 88 und 90 sind unten an der Montageplatte Ü6 befestigt und gehen mit ihrem Oberteil in die Probenkammer 66 bzw. 68. Sie sind in diesen Kammern verschiebbar und im Durchmesser präzise gearbeitet, so daß jeder Kolben bei einer bestimmten Strecke ein bestimmtes Volumen verdrängt. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser des Kolbens äö auf 0,005 mm

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und der Durchmesser des Kolbens SO auf 0,025 mm genau gearbeitet. Bei Hin- und Herbewegung eines Kolbens 88 oder SO in der Probenkammer 66 bzw. 68 wird somit in der Probenkammer 66 bzv/. 68 ein präzises Volumen verdrängt. Der Durchmesser des Kolbens ö8 ist so gewählt, daß das in der Kammer 66 bei Bewegung des Kolbens öd beispielsweise um 12 mm verdrängte Volumen genau 1/l>o-.. ^r^-^s Volumens beträgt, das der Kolben 84 in der Verdünnungskammer bei Bewegung um die gleiche Strecke von 12 mm verdrängt. Der Durchmesser des Kolbens 90 ist so gewählt, daß das von ihm in der Kammer 66 verdrängte Volumen, bei Bewegung um eine bestimmte Strecke, genau 1/100 des Volumens ausmacht, das bei Bewegung des Kolbens 84 in der Verdünnungsmittelkammer 70 um die gleiche Strecke verdrängt wird.

Über Positionierplatten 94 ist unter der Montageplatte ö6 ein Drehzapfen 92 fest angebracht. Ein Dreharm 96 ist am einen Ende auf dem Zapfen 92 drehbar festgemacht und besitzt am anderen Ende einen langen Schlitz bzw. ein Langloch 98, in dem ein Exzenter 50 auf dem drehbaren Nocken 44 festgemacht ist. Bei Drehung des Nockens 44 und des Exzenters 50 durch den Motor 38 folgt der Dreharm 96 dem Exzenter 50 und bewegt dadurch die Montageplatte 86 zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung auf und ab, bei einer halben Umdrehung des Exzenters 50, und zwischen der zweiten und der ersten Stellung bei der anderen Hälfte der Umdrehung von Exzenter 50 und Nocken 44. Das Langloch 98 gestattet ein gewisses Spiel zwischen der Drehung des Exzenters 50 und der Hin- und Herbewegung der Platte 86. Dadurch wird die Platte 86 nur bei bestimmten Abschnitten im Drehungszyklus des Exzenters 50 nach oben oder unten gedruckt, infolge des Langlochs 98 am einen Ende des Dreharms 96«

Führungsstäbe 100 und 102 sind am einen Ende auf der Oberseite der Montageplatte 86 befestigt und gehen nach oben durch die Führungsbohrung 104 bzw. 106 in dem mit Kammern versehenen Block 64. Vier Büchsen 1üö in den Führungsbohrungen 104 und 106 gestatten die Hin- und Herbewegung der Führungsstäbe 100 und 102

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und halten dabei die Ebene der Montageplatte 86 genau senkrecht zur Achse der Kammern 66, 68 und 70. Dadurch bewegen sich die Kolben 88, 90 und 84 bei einer Hin- und Herbewegung der Montageplatte 86 in ihren einzelnen Kammern um die genau gleiche Strecke, so daß das von den Kolben 88 und 84 oder 84 und 90 verdrängte Volumen immer genau gleich ist. Das Verhältnis bleibt unabhängig von Änderungen der Bewegungsst2?ecke der Montageplatte 86 immer gleich. Die Größe der Bewegung der Montageplatte 86 beeinflußt somit nur das gesamte von den Kolben verdrängte Volumen, aber nicht das Volumenverhältnis.

Bin Kolbenschieberventil 110 mit einer durchgehenden Bohrung ist am Teil 36 festgemacht. Durch die Seiten des Gehäuses 110 stehen fünf Ein- und Auslaßöffnungen 114, 116,118, 120 und 122 mit der Bohrung 112 in Verbindung. In der Bohrung 112 ist ein Kolbenschieber 123 verschiebbar. Der Kolbenschieber 123 ist ein Stab mit genügend Spielraum in der Bohrung 112, damit Fluid dazwischenströmen kann. In den Stab sind Umfangsnuten 128 eingeschnitten, in welchen sich Dichtringe 130 befinden. Diese dichten ab zwischen der Wand der Bohrung 112 und dem Kolbenschieber 123, so daß irgendwelches Fluid in Längsrichtung der Bohrung nicht von einer auf die andere Seite des Dichtringes gelangen kann. Wie besonders die Fig. 7 und 9 zeigen, ist der Schieber 123 im Gehäuse 110 in zwei Stellungen bringbar. In der ersten Stellung nach Fig. 7 stehen die Ein- und Auslaßöffnungen 114 und 122 miteinander in Verbindung, während die Ein- und Auslaßöffnungen 116, 118 und 120 gesperrt sind. In der zweiten Stellung nach Fig. 3 sind die Ein- und Auslaßöffnungen 116 und 118 sowie 114 und 120 miteinander verbunden, während die Ein- und Auslaßoffnu-icj Ti·2. gesperrt ist. Bin Ende eines Dreharmes 124 ist am einen Ende des Kolbenschiebers 123 drehbar angebracht, während der Arm 124 am anderen Ende ein Langloch 126 aufweist, in dem ein Exzenter 50 fixiert ist. Bei Drehung des Nockens 44 und des Exzenters 50 durch den Motor 38 geht der Dreharm 124 mindestens

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über einen Teil im Drehungszyklus von Exzenter 50 und Nocken 44 hin und her. Die Hin- und Herbewegung des Dreharms 124 bewirkt während bestimmter Abschnitte im Drehungszyklus des Exzenters die Hin- und Herbewegung des Schiebers 122 zwischen der genannten ersten und zweiten Stellung. Der Schieber 123 bewegt sich lediglich während bestimmter Abschnitte im Drehungszyklus des Exzenters 5O_f da das Langloch 126 ein gewisses Spiel zwischen der Drehung des Exzenters 50 und der Hin- und Herbewegung des Dreharms 124 gestattet.

Wie bereits erwähnt, kann der Verdünner 10 durch einfaches Einstellen des Verdünnungsknopfes 34 zwei verschiedene Verdünnungsverhältnisse liefern. Der Verdünnungsknopf 34 geht über eine (nicht gezeigte) Welle zu Kegelrädern 132 und 134 zur Umsetzung der horizontalen Drehbewegung in eine vertikale. Eire am Kegelrad 134 festgemachte Welle 136 gibt die Drehbewegung um die vertikale Achse auf eine Schaltventilanordnung 140. Ein Nocken 142, der an der Welle 136 festgemacht ist, greift an einem Führungsstift 144 an, der an der Montageplatte 86 festgemacht ist und davon nach unten ragt, an den Enden der Drehung von Knopf 34 und Nocken 142, damit der Knopf 34 und die Welle 136 nicht über die gewünschte Schaltstellung hinausgedreht werden können. Ausnehmungen 146 im Nocken 142, am Ende der Drehbewegung des Nockens 142, lassen den Stift 144 durchgehen, die Ausnehmungen 146 verhindern eine Drehung des Knopfes 34 und eine Veränderung der Schaltventilanordnung 140, wenn die Montageplatte 186 nach dem halben Verdünnungszyklus in der unteren bzw. zweiten Stellung steht. Bei Zyklusbeginn befindet sich die Montageplatte 86 in der ersten bzw. oberen Stellung, so daß der Stift 144 nicht in die Ausnehmungen 146 ragt, die die Drehung von Knopf 34 und Welle 136 ermöglichen.

Die Schaltventilanordnung 140 ist ganz bzw. teilweise in den Fig. 2 und 3 bzw. 5 und 6 dargestellt. Die Anordnung 140 im Ausführungsbeispiel enthält ein kubusförmiges Gehäuse 150 mit einer zentralen Kammer 152. Einlaßöffnungen 154 und 156 in einer Wand 1 58 des Gehäuses 150 stehen mit der zentralen

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Kammer 152 in Verbindung. Am Boden 174 des Gehäuses 150 sind kreisförmig sechs schaltbare Einlaßöffnungen 162, 164, 166, 168, 170 und 172 vorhanden. Eine der Schaltöffnungen steht mit dem zentralen Hohlraum 152 in Verbindung. Eine Schaltventilrotoranordnung 17Ö im zentralen Hohlraum 152 ragt mit einem stabförmigen Abschnitt 180 durch einen Ausschnitt in der oberen Wand 182 aus dem Gehäuse 150. Dichtringe 1Ö4 dichten die zentrale Kammer 152 ab. Über Federn 1b6 ist eine zweite kreisförmige Platte 184 der Schaltventilrotoranordnung I78 am Ende des stabförmigen Abschnittes 180 festgemacht und gegenüber dem Boden 174 gehalten. Wie besonders Fig. 6 zeigt, sind zwei ovale Gummiösen 188 und 190 an der Unterseite der kreisförmigen Platte 184 der Anordnung 178 festgemacht. Die Ösen 188 und 190 bestehen aus Silikongummi mit einer Härte von etwa 60 bis 70 auf der Shoreskala. Die ovalen ösen 18b und 19u begrenzen Hohlräume bzw. 194» die so liegten, daiS sie mit zwei schaltbaren Einlaßöffnungen gleichzeitig in Verbindung stehen und so einen Kanal bzw. eine Leitung zwischen diesen beiden Einlaßöffnungen herstellen. So bildet beispielsweise die Schaltventilrotoranordnung 178 gemäß Fig. 5 und 6 des Hohlraumes 192 in der ovalen Öse 188 eine Leitung zwischen den schaltbaren Einlaßöffnungen 162 und 164, während der Hohlraum 194 in dac öse 190 eine Leitung zwischen den Öffnungen 168 und I70 herstellt. Hierbei handelt es sich um die Lage der Hohlräume 192 und 194, wenn der Knopf 34 auf ein Verdünnungsverhältnis eingestellt ist. Bei Einstellung des Knopfes 34 auf das andere Verdünnungsverhältnis, wird die Kreisplatte 184 der Schaltventilrotoranordnung 178 um 60° geschwenkt, wobei der Hohlraum 192 die schaltbaren Einlaßöffnungen 162 und 172 und der Hohlraum 194 die Öffnungen 166 und 168 miteinander verbindet. Infolge der Herstellung der Ösen 188 und 190 aus Silikongummi mit einer Härte von 60 bis 70 auf der Shoreskala lassen sie sich ohne Deformation leicht um die erforderlichen 60° drehen, ohne daß die Dichtwirkung verlorengeht und ein Fluid aus den Hohlräumen 192 oder 194 in die zentrale Kammer 152 gelangen kann. Die beiden nicht über die Hohlräume 192 und

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194 miteinander verbundenen Einlaßöffnungen sind mit der zentralen lammer 1 52 der Anordnung 140 verbunden.

Die Fig. η bis 10 zeigen der Verdünner 10 in verschiedenen Betriebszuständen. Bs sei angenommen, daß der Schlauch 200 mit einem Wasservorrat oder einem anderen Verdünnungsmittel verbunden ist und daß der Verdünner 10 einige Male betätigt wurde, damit die Durchlässe in den Schläuchen, die den Kammerblock 64, das Kolbenschieberventilgehäuse 110, die Schaltventilanordnung 140 und den Montageblock 20, die Kammern 66, 68 und 70, den zentralen Hohlraum 152 und die entsprechenden Abschnitte des Gehäuses 110 miteinander verbinden, mit Verdünnungsmittel gefüllt sind.

Bevor die Vorrichtung zu arbeiten beginnt, bringt die Bedienungsperson den Verdünnungswählknopf 34 in einen seiner beiden Stellungen und wählt damit das gewünschte Probenvolumen, das mit einem bestimmten Volumen des Verdünnungsmittels verdünnt werden soll. Im Beispiel nach den Fig. 7 bis 10 ist ein Volumenverhältnis von Probe zu Verdünnungsmittel von 1/100 gewählt. Danach wird ein Becherglas mit der zu verdünnenden Flüssigkeitsprobe angehoben, bis die Spitze der Pipette 22 in die Probe eintaucht. Die Schal tobe tätigung 26 wird gedrückt und schließt den Mikroschal ter 56. Der Motor 38 läuft an und dreht das Antriebsteil 42. Damit drehen sich auch der Nocken 44 und der Exzenter 50 im Uhrzeigersinn, wobei der Exzenter 50 aus der Stellung nach Fig. 7 beginnt, am Ende des Langloches 98 im Dreharm 96, so daß eine zusätzliche Drehbewegung des Exzenters 50 eine Abwärtsbewegung der Platte 86 und der Kolben 84, ö8 und 90 bewirkt.

Die Abwärtsbewegung des Kolbens 84 erzeugt ein Vakuum in der Kammer 70, wodurch Verdünnungsmittel aus dem Vorrat durch den Schlauch 200 über die Öffnungen 156 und 154 in der Schaltventilanordnung 140, die Öffnungen 122 und 114 im Kolbenschieberventilgehäuse 110 und durch die Öffnung 80 in der Verdünnungsmittelkammer 70 gesaugt wird. Die Abwärtsbewegung des Kolbens SO erzeugt ein Vakuum in der Kammer 78, das über die Ein- und Auslaßöffnung 78, die schaltbare Einlaßöffnung 164, den Hohlraum Λ^λ,

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die schaltbare Einlaßöffnung 162 eine Fluidbahn im Montageblock 20 und die Pipette 22 einen Teil der Probe in die nicht geeichte Pipette 22 saugt. Die in die Pipette 22 gesaugte Probenmenge ist gleich dem durch die Bewegung des Kolbens 90 verdrängten Volumen. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 88 erzeugt auch ein Vakuum in der Kammer 66. Dieses Vakuum wirkt über die Bin- und Auslaßöffnung 74, die schaltbare Einlaßöffnung 172, die Einlaßöffnung 1 56 der Schaltventilanordnung 150 und den Schlauch auf den Verdünnungsmittelvorrat und saugt Verdünnungsmittel in die Probenkammer 66. Verdünnungsmittel wird in die Probenkammer gesaugt, wenn die Kammer nicht zur Erzielung eines bestimmten Probenvolumens verwendet wird, damit in der Kammer 66 kein unzulässig großes Vakuum entsteht, das nachteilig auf die Dichtungen wirken oder diese beschädigen könnte mit ernster Gefährdung der Arbeitsweise des Verdünners.

In dem Drehungszyklus des Exzenters 50 zwischen den Stellungen in Fig. 7 und 8 bleibt der Kolbenschieber 123 in der ersten Stellung, da der Dreharm 124 durch das Langloch 126 auf dem Exzenter 50 frei verschiebbar ist. Wenn jedoch da? Exzenter 50 den Drehpunkt nach Fig. 8 erreicht und sich weiter im Uhrzeigersinn dreht, trifft er auf das Ende des Langloches 126 und bewegt den Dreharm 124 mit der weiteren Drehung des Exzenters 50, wodurch der Kolbenschieber 123 in die zweite Stellung gelangt. In dieser zweiten Stellung nach Fig. 9 erfolgt keine weitere Bewegung mehr. Es ist darauf hinzuweisen, daß zwischen den Positionen des Exzenters nach Fig. 8 und 9 und während der Bewegung des Kolbenschiebers 123 keine zusätzliche Auf- oder Abwärtsbewegung der Platte 86 und der Kolben 84, Ö8 und 90 vorhanden ist.

Wenn durch den Motor 38 die Stellung nach Fig. 9 erreicht ist, trifft eine der Nocken 46 und 48 auf der Rückseite des Teiles auf den Hebel 54, öffnet die Kontakte der Stromversorgung zum Motor 38 und schaltet automatisch ab. Der Verdünner 10 saugt keine zusätzliche Probe oder Verdünnung mehr an. Die Bedienungsperson kann nun das Becherglas von der Spitze der Pipette 22

wegnehmen, insbesondere an der Außenseite der Spitze der Pipette 22 haftende Flüssigkeit abwischen und diese absenken. Darauf wird ein (nicht gezeigtes) Gefäß zur Aufnahme der verdünnten Probe unter die Pipette 22 gebracht und über die Schalterbetätigung 26 wird wieder der kontakt des Mikroschalters 56 geschlossen. Die Kontakte im Mikroschalter 52 werden überbrückt und der Motor 38 und das Antriebsteil 42 drehen sich wieder im Uhrzeigersinn. In diesem Punkt befindet sich gemäß Fig. 9 der Exzenter 50 am oberen Ende des Langlochs 9b im Dreharm 96, so daß bei weiterer Drehung im Uhrzeigersinn die Montageplatte 86 angehoben wird. Diese Aufwärtsbewegung dauert so lange an, bis der Exzenter 50 den in Fig. 10 dargestellten Hinkt erreicht. Die Kolben 84, 88 und 90 bewegen sich um die gleiche Strecke nach oben und verdrängen ein präzises, durch die Bewegungsstrecke der ϊ-olben definiertes Volumen der Probenverdüm,ung. Das Verdrangungsverhaitnis zwischen Probenkammer und Kolben 90 und Verdünnungskammer und Kolben 84 wird auf 1/100 genau eingehalten, unabhängig von Schwankungen des bei Bewegung der Montageplatte 86 verdrängten gesamten Volumens. Wie bereits erwähnt, wird dies erreicht durch das präzise Durchmesserverhältnis der Kammer und der Kolben 88 und 90. Während der Aufwärtsbewegung der Montageplatte 86 und des Kolbens 90, entweicht das aus der Kammer 68 verdrängte Verdünnungsmittel über die Ein- und Auslaßöffnung 78, die schaltbare Einlaßöffnung 164, den Hohlraum 192, die schaltbare Einlaßöffnung 162 der Schaltventilanordnung 140, den. Fluiddurchlaß im Montageblock 20 und in der Pipette 22, wodurch die gesamte in die Pipette gesaugte Probe aus der Pipette herausgedrückt wird. Infolge der relativ beschränkten Öffnungsgröße am Ende der Pipette 22 wird die Probe im Verhältnis zur Aufnahme mit relativ hoher Geschwindigkeit ausgestoßen.

Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 84 in der Kammer 70 wird das verdrängte Verdünnungsmittel durch die Ein- und Auslaßöffnung 80, 114 und 120 im Kolbenschxeberventil 110 ausgestoßen.

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An der Ein- und Auslaßöffnung 120 des Gehäuses 110 geht das austretende Verdünnungsmittel über zwei Bahnen gemäß der Y-Verbindung 202. Die erste Bahn geht von der Y-Verbindung 202 über ein Rückschlagventil 204, eine Fluidleitung im Montageblock 20 und durch die Düse 24 in das Gefäß. Die Öffnung am Ende der Düse 24 ist erheblich größer als die Öffnung am Ende der Pipette 22. Dadurch kann in der gleichen Zeit durch die Düse 24 ein erheblich größeres Volumen an Verdünnungsmittel als durch die Düse 22 ausgestoßen werden. Außerdem erfolgt der Ausstoß des Verdünnungsmittels mit viel niedrigerer Geschwindigkeit, so daß in der verdünnten Probe keine Blasen entstehen. Wenn Verdünnungsmittel und Probe aus einer einzigen Düse oder Pipette abgegeben werden, wie dies bisher der Fall war, erfolgt die Abgabe erheblich langsamer, beispielsweise unter Zwischenschaltung mehrerer Reduktionszahnräder am Motor 38 oder unter Entstehung unerwünschter Blasen in der verdünnten Probe.

Die zweite Bahn geht von der Y-Verbindung 202 durch die Ein- und Auslaßöffnungen 118 und 116 des Kolbenschieberventilgehäuses 110, die schaltbare Einlaßöffnung 168, den Hohlraum 194, die schaltbare Einlaßöffnung 170 der Schaltventilanordnung 140, die Ein- und Auslaßöffnung 76 in der Kamer 68, die Ein- und Auslaßöffnung 78, die schaltbare Einlaßöffnung 164, den Hohlraum 192, die schaltbare Einlaßöffnung 162 der Schaltventilanordnung 140, die Fluidleitung im Montageblock 20 und die Pipette 22 in das Gefäß. Diese Bahn des Verdünnungsmittels gewährleistet, daß die gesamte, in die Pipette 22 gesaugte Probe vollständig abgegeben wird, wobei gleichzeitig die Innenseite der Pipette 22 abgewaschen und verhindert wird, daß sich eine Probe mit einer nachfolgenden Probe vermischt, die ebenfalls untersucht und verdünnt werden soll.

Während dieser Aufwärtsbewegung der Montageplatte 86 geht auch der Kolben 88 nach oben in seine Kammer 66. Durch die Verdrängung

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des Verdünnungsmittels in der Kammer 66 entweicht dieses über die beiden Ein- und Auslaßöffnungen 74 und 72 in die schaltbaren Einlaßöffnungen 172 und 166 der Schaltventi!anordnung 14u. Da diese beiden schaltbaren Einlaßöffnungen über die Kammer 152, die Einlaßöffnung 1 56 und den Schlauch 2OÜ mit dem Verdünnungsmittel in Verbindung stehen, wird das aus der Kammer 66 verdrängte Verdünnungsmittel wieder zum Verdünnungsmittelvorrat zurückgebracht.

V/ährend der Bewegung des Exzenters 50 zwischen den Stellungen nach Fig. 9 und 1ü bleibt der Kolbenschieber 123 fest in seiner zweiten Stellung, da der Dreharm 124 über das Langloch 126 wieder auf dem Exzenter 50 frei verschiebbar ist. Zwischen den Stellungen des Exzenters 50 nach Fig. 10 und 7 bleibt die Montageplatte Ö6 in ihrer ersten oder oberen Stellung, da der Dreharm 36 durch das Langloch 98 im Dreharm 96 auf dem Exzenter 50 frei verschiebbar ist. In diesem Drehungsabschnitt des Exzenters 50 wird jedoch der Kolbenschieber 123 über den Exzenter 50 und den Dreharm 24 in seine erste Stellung zurückbewegt. Wenn der Exzenterstift 50 die Stellung nach Fig. 7 erreicht, trifft einer der Nocken 46, auf den Hebelarm 54 zur Öffnung der Kontakte des Mikroschalters 52 und unterbricht die Stromzufuhr zum Motor 38. Die Drehung im Uhrzeigersinn von Nocken 44 und des Exzenters 50 und damit des gesamten Verdünners 10 hört damit auf. Der Verdünnungszyklus ist beendet.

Wie bereits erwähnt, ist ein (nicht gezeigter) Hebel am Mikroschal ter 58 festgemacht und geht durch einen Ausschnitt im Teil 36. Dieser Hebel drückt gegen die Oberseite der Montageplatte 86. Wenn die Montageplatte in ihrer ersten oder oberen Stellung ist, schließt das Teil 86 die Kontakte und schaltet die Lampe 30 ein, die angibt, daß der Verdünner 10 zur Probenentnahme bereit ist. Wenn sich die Montageplatte 86 in der zweiten oder unteren Stellung befindet, ist auch der Hebelarm des Mikroschalters 58 in einer zweiten Stellung nach oben von der Montageplatte 86 entfernt, wodurch ein zweiter Satz Kontakte im Mikroschalter 58

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geschlossen wird, der die Anzeigelampe 32 einschaltet. Dies zeigt an, daß der Verdünner 10 bereit ist für eine Verdünnung oder eine vorher entnommene, verdünnte Probe.

Aus dem vorhergehenden folgt, daß die erfindungsgemäße Anordnung eine wirksame, selbsttätige Verdünnungsvorrichtung darstellt, die einfach und sicher arbeitet. Da die Probe beim Ansaughub in die Pipette gesaugt und beim Ausstoßhub ausgestoßen wird, worauf ein kleiner Teil Verdünnungsmittel folgt, wird die Pipette nach der Probenabgabe sorgfältig mit Verdünnungsmittel gespült, so daß keine Gefahr besteht, daß die nächste Verdünnung durch eine Probe verunreinigt wird. Außerdem gestattet die Verwendung einer Pipette zum Ansaugen der Probe und zum Ausstoßen der Probe mit einer kleinen zusätzlichen Menge Verdünnungsmittel über eine zweite Düse das Ausstoßen des Hauptvolumens des Verdünnungsmittels in der gleichen Zeit, daß die Verdünnung während kürzerer Zeit zubereitet werden kann, ohne daß unerwünschte Blasen entstehen können.

Das Ausführungsbeispiel bezog sich auf die Verdünnung einer Probe im Verhältnis 1/100. Zur Herstellung einer Verdünnung im Verhältnis 1/500 wird lediglich der Verdünnungsknopf 34 in seine andere Schalterstellung gebracht. In dieser anderen Stellung stehen die schaltbaren Einlaßöffnungen 162 und 172 über den Hohlraum 192 und die schaltbaren Einlaßöffnungen 166 und 16b mit dem Hohlraum 194 in der Schal tventilonoir-dOinc 14u in Verbindung. Ohne den gesamten Zyklus im einzelnen nochmals zu wiederholen, wird hierbei in die Pipette 22 ein Probenvolumen gesaugt, das gleich dem Volumen ist, das der Kolben 88 beim Zurückgehen im Zylinder 66 verdrängt. Das gleiche Volumen wird zusammen mit einem kleinen Anteil Verdünnungsmittelvolumen der Kammer 70 ausgestoßen, wenn die Montageplatte 86 in ihre erste oder untere Stellung zurückgeht und der Kolben 88 ganz in der Kammer 66 steht. Wenn die Kammer 66 über die Schaltventil-

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anordnung 140 mit der Pipette 22 verbunden ist, steht die Kammer 6b über die schaltbaren Einlaßöffnungen 164 und 170, die Einlaßöffnung 156 und den Schlauch 2UO mit dem Verdünnungsmittelvorrat in Verbindung und saugt Verdünnungsmittel bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 90 an bzw. stößt es bei der Abwärtsbewegung aus, in Übereinstimmung mit der Volumenverdrängung in der Kammer

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Claims

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bip!.-Ing E. Eder
Dipl.-Ing. K. Schieschke

8 München 40, Elisabethst, a,₅e 34

Patentansprüche

Vonichtung zum automatischen Verdünnen von Blutproben und anderen Flüssigkeiten, wobei die Probenflüssigkeit in einem bestimmten Verhältnis mit einem Verdünnungsmittel gemischt wird und wobei eine Verdünnungsmittelkammer (7ü) einen ersten Kolben (84) und eine erste Probenkammer (66) einen zweiten Kolben (öd) verschiebbar aufnimmt, gekennzeichnet durch eine an die beiden Kolben angeschlossene und diese um gleiche Strecken bewegende Kupplungsvorrichtung (86, 96), wobei der erste Kolben in der Verdünnungsmittelkammer ein erstes Volumen und der zweite Kolben in der Probenkammer ein zweites Volumen so verschiebt, daß die beiden Volumen bei Verschiebung der beiden Kolben um die gleiche Strecke in einem bestimmten und genauen Verhältnis stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung die beiden Kolben in ihren Kammern gleichzeitig um gleiche Strecken bewegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsvorrichtung (96, 98, 50, 44, 3ö), mit der Kupplungsvorrichtung zur Hin- und Herbewegung zwischen der ersten und der zweiten Stellung verbunden ist, so daß die Kolben um gleiche Strecken hin- und herbewegt werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Motor (38) mit einem Antrieb (42) und mit einem sich mit dem Antrieb drehenden Nocken (44), der einen mit der Kupplungsvorrichtung verbundenen Exzenter (50) zur Hin- und Herbewegung der Kupplungsvorrichtung zwischen den beiden Stellungen aufweist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung einen Exzenterstößel (96, s»ö) enthält, der der Exzenterdrehung folgt, daß der Exzenterstößel die Kupplungsvorrichtung während bestimmter erster Drehungsabschnitte des Nockens und des Exzenters hin- und herbewegt, zur Bewegung der Kupplungsvorrichtung in die erste und zweite Stellung, wobei die Kupplungsvorrichtung die erste oder zweite Stellung während bestimmter zweiter Drehungsabschnitte von Nocken und Exzenter beibehält.

6. Vorrichtung nach einem da? Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Ventilanordnung (110, 123, 130) mit einer Ventilkammer (112) angeschlossen an die Verdünnungsmittelkammer, einen Verdannungsmitteleinlaßdurchlcuj (2Uu, 154, 1!>6, 123) und einen Verdünnungsmittelausstoßdurchlaß (120, 202, 204, 24) angeschlossen an die Ventilanordnung, wobei die Ventilanordnung einen Ventilkolben (123) einschließt, der zwischen einer dritten Stellung, in der die Ventilkammer den Verdünnungsmitteleinlaßdurchlaß mit der Verdünnungsmittelkammer koppelt, und einer vierten Stellung, in der die Ventilkammer den Verdünnungsmittelausstoßdurchlaß mit der Verdünnungsmittelkammer verbindet, verschiebbar ist, und durch Mittel (124, 126) zur Verschiebung des Ventilkolbens zwischen der dritten und der vierten Stellung, wenn die Kupplungsvorrichtung in der ersten und zweiten Stellung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtung (124, 126) den Ventilkolben mit dem Exzenter verbindet und zwischen der dritten und vierten Stellung während bestimmter zweiter Drehungsabschnitte von Nocken und Exzenter verschiebt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (46, 48, 54, 52) zum Stillsetzen der Drehung nach Verschiebung des Kolbenschiebers zwischen der dritten und vierten Stellung.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Probenkammer (68) mit einem dritten, hin- und herscWebbaren Kolben (90), wobei die Kupplungsvorrichtung mit dem Kolben verbunden ist und diesen um eine Strecke in der zweiten Kammer bewegt, die gleich der Bewegungsstrecke von erstem und zweitem Kolben ist, so daß der dritte Kolben, wenn er in der zweiten Probenkammer bewegt wird, ein drittes Volumen verdrängt und das zweite und das dritte Volumen in einem zweiten, festen und genauen Verhältnis bei jeder gleichen Bewegungsstrecke des ersten und dritten Kolbens in der Verdünnungskammer und der zweiten Probenkammer stehen, wobei die Kupplungsvorrichtung zur Hin- und Herbewegung des ersten, zweiten und dritten Kolbens in ihren Kammern zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung hin- und herbewegbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Probenansaug- und -ausstoßdurchlaß (22, 20) und einen Verdünnungsmittelans augdurchlaß (200), durch eine Schaltventilanordnung (140), gekuppelt mit dem Probenansaug- und -ausstoßdurchlaß und mit der ersten und der zweiten Probenkammer, wobei die Schaltventilanordnung eine erste SchaltStellung zur Verbindung des Probenansaug- und -ausstoßdurchlasses mit der ersten Probenkammer (162, 172, 192) und des Verdünnungsmittelansaugdurchlasses mit der zweiten Probenkammer (200, I64) aufweist und eine zweite Schaltsteilung zur Verbindung des Probenansaug- und -ausstoßdurchlasses mit der zweiten Probenkammer(162, 164, 192) und des Verdünnungsmittelansaugdurchlasses mit der ersten Probenkammer (200, 172).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Verdünnungsmittelausstoßdurchlaß (24, 204, 202) und durch eine Ventilanordnung (110, 123, 130) mit einer Ventilkammer (112), die mit der Verdünnungsmittelkammer verbunden ist, wobei die Schaltventilanordnung und der Verdünnungsmittelausstoßdurchlaß

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mit der Ventilanordnung verbunden sind und die Ventilanordnung einen Kolbenschieber (123) enthält, der zwischen einer ersten Stellung, in der die Ventilkammer die Verdünnungsmittelkammer mit dem Verdünnungsmittelansaugdurchlaß über die Schaltventilanordnung in der ersten oder zweiten Schaltstellung der Schaltventilanordnung, und einer zweiten Stellung, in der die Ventilkammer den Verdünnungsmittelausstoßdurchlaß mit der Verdünnungsmittelkammer verbindet, verschiebbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdünnungsmittelausstoßdurchlaß mit der ersten Probenkammer verbunden ist, wenn die Schaltventilanordnung in der ersten Stellung steht und die Ventilanordnung in der zweiten Stellung und daß der Verdünnungsmittelausstoßdurchlaß mit der zweiten Probenkammer verbunden ist, wenn die Schaltventilanordnung und die Ventilanordnung in der zweiten Stellung stehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltventilanordnung ein Gehäuse (150) enthält, mit einer Kammer (152), eine erste Öffnung (158) im Gehäuse zur Verbindung der Kammer mit dem Verbindungsmittelansaugdurchlaß, eine zweite öffnung (154) im Gehäuse zur Verbindung der Kammer mit der Ventilanordnung, mehrere Sfchaltöffnungen (162, 164, 166, 168, I70, 172), mindestens eine schaltbare Verbindung (178) in der Kammer zur Herstellung einer geschlossenen Bahn (192, 194) zwischen mindestens einer ersten und einer zweiten Schaltöffnung, wobei die schaltbare Verbindung mindestens zwischen einer der ersten und zweiten Schaltöffnungen und einer dritten Schaltöffnung schaltbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine schaltbare Verbindung mit einer Leitung (192, 194), festgemacht an einem drehbaren Teil (184) in der Kammer, zur Bildung der geschlossenen Bahn, wobei die schaltbare Verbindung mindestens

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•«inzwischen einer erstenund einer zweiten Stellung schaltbar ist, zur Schaltung der Leitung zwischen mindestens einer ersten und zweiten und einer dritten Schaltöffnung.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Schaltöffnungen, die über die geschlossene Bahn getrennt sind, mit der ersten Kammer und den ersten und zweiten Öffnungen in Verbindung stehen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Verbindung eine Leitung (192, 194) enthält, angeschlossen an ein drehbares Teil (184) in der Kammer, das die zweite geschlossene Bahn bildet, wobei die schaltbare Verbindung zwischen mindestens einer ersten und einer zweiten Stellung zur Schaltung der Leitung zwischen mindestens einer der ersten und zweiten und der dritten Schaltöffnung schaltbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Schaltöffnungen kreisförmig im Gehäuse angeordnet sind, daß die schaltbare Verbindung eine kreisförmige Platte(i84) enthält, in der Kammer angeordnet und mit einer ersten und einer zweiten Leitung (192, 194) darauf, und daß das Gehäuse mit der Platte von einem davor liegenden Punkt zur Drehung der kreisförmigen Platte zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verbunden ist, wobei die erste und die zweite Leitung eine erste und eine zweite Schaltöffnung verbinden und wobei die zweite Leitung eine dritte und vierte Schaltöffnung in dieser Stellung verbindet, während die erste Leitung eine der ersten und zweiten und eine fünfte Schal toffroi/ig und die zweite Leitung eine der dritten und vierten und eine sechste Schaltöffnung in der zweiten Stellung verbindet.

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