DE4230861C2 - Verfahren zum Mischen von Medien mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Medien durch Rotation, wobei die Medien ein unterschiedliches spezifisches Gewicht aufweisen und in einem länglichen, geschlossenen Gefäß so abgefüllt sind, daß ein genügend großer Leerraum zum Mischen der Probe verbleibt.

Das Durchmischen von leichte und schwere Teile enthaltenden Proben, wie das Durchmischen von Suspensionen, die Resuspendierung von Blutzellen oder das Mischen von Blut und Antikoagulantien nach der Blutentnahme, die in geringer Menge in länglichen Gefäßen wie Reagenzröhren und -flaschen mit einem kleinen Durchmesser oder Küvetten abgefüllt sind, ist besonders problematisch. Eine schonende und ausreichend gründliche Durchmischung ist mit bekannten Mischern, wie solchen, die das Gefäß um eine Querachse kippen oder bei denen das Gefäß um eine horizontal gelegte Längsachse rotiert, häufig nur schwer zu erreichen. Das liegt daran, daß immer geringere Flüssigkeitsmengen benötigt und damit entsprechend engere Gefäße eingesetzt werden. Die Schwerkraft reicht daher bei Kippmischern nicht mehr aus, um ein Vorbeifließen der Luft an der Flüssigkeit zu gewährleisten. Je nach dem Durchmesser und dem Material des Gefäßes sowie der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, wird das oft nicht einmal beim Überkopfstehen des Gefäßes erreicht. Es werden daher Mischer eingesetzt, die eine kontinuierliche Kippbewegung bei gleichzeitiger Rotationsbewegung der Proben ermöglichen, so daß sich höhere Kräfte als das Eigengewicht der Flüssigkeit einstellen, die das Vorbeifließen der Luft an der Flüssigkeit und damit die Mischung der Medien erlauben. Nachteilig ist bei den bekannten Mischern der ungesteuerte Vorgang, d. h. die Probenröhrchen können zu jeder Zeit aus dem bzw. vom Mischer entnommen werden, so daß eine kontrollierte Mischung nicht möglich ist.

Für Gefäße anderer Art, nämlich einseitig offene Mischküvetten, die zudem nur eine sehr geringe, begrenzte Füllhöhe besitzen, ist es aus DE 27 10 889 B2 bekannt, das Mischen mittels einer schrittweise fortlaufenden Drehbewegung der Mischküvette um ihre Längsachse durchzuführen. Die sich aufgrund des schrittweisen Betriebs ergebenden Impulse sollen den Inhalt der Mischküvette zur Mischung in Bewegung bringen und die eingebrachten Komponenten an den Innenwandteilen der Küvette unterschiedlich beschleunigen. Die Nachteile der Mischküvette sind eine besondere Formgebung und/oder zusätzliche, das Mischen fördernd beeinflussende Einbauten, um das Mischungsergebnis der sich um ihre Längsachse drehenden Mischküvette zu verbessern. Zur guten Durchmischung werden zusätzliche konstruktive Maßnahmen somit als unumgänglich angesehen, und akzeptiert. Dabei können unkontrollierte Strömungen entstehen, die eine homogene Mischung nicht gewährleisten.

Bei einer aus der US 37 78 033 bekannten Vorrichtung zum Mischen von im Dentalbereich benötigten Stoffen ist eine auf einer vertikalen Haupt-Drehachse rotierend angeordnete Halterung für ein die zu mischenden Stoffe aufnehmendes Gefäß vorgesehen. Das Gefäß lagert auf einer in der Halterung vorgesehenen Neben-Drehachse, die unter einem die Haupt-Drehachse schneidenden Winkel verläuft, so daß sich das Gefäß in einer Schräglage befindet und mit seinem oberen Ende der Haupt-Drehachse zugewandt ist. Um ein gutes Durchmischen zu erreichen, werden sowohl die Haupt-Drehachse als auch die Neben-Drehachse angetrieben, und zwar in entgegengesetzter Drehrichtung. Diese Ausführung ist mit einem großen antriebstechnischen Aufwand verbunden und erfordert zudem einen hohen Energieeinsatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ohne die genannten Nachteile erlaubt, in den eingangs genannten, länglichen Probengefäßen enthaltene, verschieden schwere Medien schnell, schonend und gründlich zu mischen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein oder mehrere Gefäße mit ihren unteren Gefäßenden auf einem kleineren Radius als mit ihren oberen Gefäßenden um eine Drehachse in Intervallen rotieren.

Der Erfindung liegt die durch zahlreiche Versuche bestätigte Erkenntnis zugrunde, daß sich aufgrund der Schräglage des Gefäßes bzw. der Gefäße und des Drehens in Intervallen ein synergetischer Effekt von Zentrifugalbeschleunigung und Schwerkraft einstellt, der es ohne die genannten Nachteile der bekannten Mischer erlaubt, die Medien bzw. Substanzen homogen, ohne Schaumbildung schonend und gründlich zu mischen. Das bzw. die Gefäße drehen sich dabei nicht um ihre Längsachse, sondern sind in mit der Drehachse verbundenen Aufnahmen angeordnet und rotieren zusammen mit der zentralen, angetriebenen Drehachse.

Von besonderem Vorteil ist die Erfindung für das Mischen von Blut, das-sich in länglichen Röhrchen befindet. Die beim Mischen entstehende Fliehkraft bewirkt in Kombination mit der Schräglage des Röhrchens hier ein Hochwandern der schweren Bestandteile des Blutes (z. B. Erythrocyten) bis zum oberen Gefäßende. In den intervallmäßigen Rotationspausen gleitet das Medium (Blut) an den Innenwandteilen des Gefäßes herab. Dabei fallen die schweren Erythrocyten aufgrund ihrer größeren Dichte schneller in Richtung unteres Gefäßende als die flüssigen Substanzen und führen somit in kurzer Zeit zu einer homogenen Mischung.

Die in dem zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Mischer eingesetzten Gefäße - von denen aus Symmetriegründen vorzugsweise mindestens zwei bzw. eine gerade Anzahl vorhanden sein sollte, die dann um die bezogen auf die Gefäße gemeinsame, zentrische Drehachse, d. h. mit dieser zusammen rotierend angeordnet sind - lassen sich sogleich in der gewünschten Schräglage in die entsprechenden Aufnahmen des Mischers einbringen. Alternativ läßt sich die Aufnahme so ausbilden, daß die Röhrchen senkrecht in den Mischer eingestellt werden und erst mit dem Drehbeginn aufgrund der Zentrifugalkräfte in die Schräglage kippen. Die Aufnahme kann weiterhin so beschaffen sein, daß die Röhrchen bei geringer oder nicht vorhandener Zentrifugalkraft eine senkrechte Position einnehmen, z. B. mittels einer in der Aufnahme angeordneten, das obere Gefäßende beaufschlagenden Druckfeder.

Welches das obere und welches das untere Gefäßende ist, ergibt sich hierbei unter Bezugnahme auf den Mischer, wobei dem Mischerfuß selbstverständlich stets das untere Gefäßende zugewandt ist.

Wie sich herausgestellt hat, läßt sich mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Mischer, der gegebenenfalls auch mit einem Analysengerät kombiniert werden kann, eine befriedigende Durchmischung schon nach drei oder vier Zyklen mit einer Gesamt-Mischdauer von nicht mehr als etwa 12 sek. erreichen. Bei jedem Zyklus wird der Mischer mit z. B. einer Beschleunigungsphase von 1 sek., einer Laufzeit mit der Höchstdrehzahl von 1 sek. und einer Pause von 1 sek. betrieben; die Auslaufzeit beträgt etwa 1 sek.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert ist. Der in der Zeichnung in Vorderansicht dargestellte Intervallmischer 1 besitzt einen Standfuß 2 mit einer Rückwand 3. Im Standfuß 2 ist ein Motor 4 angeordnet, der eine einerseits in dem Fuß 2 und andererseits in dem abgewinkelten Steg 5 des Rückenteiles 3 gelagerte Drehachse 6 in Intervallen antreibt.

Die Drehachse 6 weist an ihrem oberen Ende eine Drehscheibe 7 und an ihrem unteren Ende, oberhalb des Standfußes 2 einen Aufnahmerotor 8 auf. In den Aufnahmerotor 8 ist mit einer Schräglage ein an seinem oberen Ende durch einen Verschluß 10 verschlossenes Probengefäß 11 eingesetzt, und zwar so, daß das obere Gefäßende in der Drehscheibe 7 anliegt. Der Winkel 9 zwischen der Gefäßachse und der Drehachse beträgt etwa 7,5°. Soll der Inhalt lediglich eines Probengefäßes 11 durchmischt werden, empfiehlt es sich, zur Symmetrie ein Ausgleichsgewicht, z. B. in Form eines Gefäßes, vorzusehen oder den Standfuß 2 des Intervallmischers 1 entsprechend zu dimensionieren.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Aufnahmen für das bzw. die Probengefäße 11 so auszubilden, daß sich die unteren Gefäßenden zeitweilig auf einem kleineren und zeitweilig auf einem größeren Radius als die oberen Gefäßenden (vgl. den Verschluß 10) befinden. Damit wird auch bei der umgekehrten Wanderung der Medien - z. B. Blut von oben nach unten und Luft von unten nach oben - eine höhere Kraft als die Schwerkraft ausgeübt, was die Mischung insbesondere auch in sehr engen Gefäßen gewährleistet.

In jedem Fall wird die in kürzester Zeit durchzuführende gründliche, schonende Durchmischung der Medien bzw. Substanzen stets dadurch erreicht, daß die sich während des Drehens einstellende Zentrifugalbeschleunigung ein durch die Schräglage des Gefäßes begünstigtes Hochwandern der schweren, im unteren Gefäßende angesammelten Substanz an den Innenwandteilen bis zum oberen Ende (Verschluß 10) des Probengefäßes 11 hin bewirkt, während die Schwerkraft in den intervallmäßigen Rotationspausen und bei sich verringernder Drehzahl für ein Herabgleiten der schweren Substanz an den Innenwandteilen des Probengefäßes in Richtung zum Gefäßboden hin sorgt, so daß die leichten und schweren Substanzen stetig, von Beginn des Mischvorgangs an gut durchmischt werden.

Claims (1)

1. Verfahren zum Mischen von Medien durch Rotation, wobei die Medien ein unterschiedliches spezifisches Gewicht aufweisen und in einem länglichen, geschlossenen Gefäß so abgefüllt sind, daß ein genügend großer Leerraum zum Mischen der Probe verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Gefäße mit ihren unteren Gefäßenden auf einem kleineren Radius als mit ihren oberen Gefäßenden um eine Drehachse in Intervallen rotieren.