-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft das Aufbereiten oder Testen von erhitzten
Probenmedien, die in Behältern
enthalten sind, und im Besonderen das gesteuerte Erhitzen von Probenmedien
in den Behältern
ohne den Einsatz eines Wasserbades.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In
der pharmazeutischen Industrie ist das gesteuerte Erhitzen von Probenmedien
in Behältern
ein wichtiger Schritt bei Probenaufbereitungsverfahren. Beispiele
solcher Verfahren schließen
diejenigen ein, die zum Zwecke des Testens und Analysierens der Rate
durchgeführt
werden, mit der Dosen aus pharmazeutischen Produkten, wie beispielsweise
Tabletten, gefüllten
Kapseln oder transdermalen Pflastern, freigesetzt werden. Die Dosen
werden in Lösungen unter
kontrollierten Bedingungen freigesetzt, die für den menschlichen Verdauungsvorgang,
den Kontakt mit der Haut oder die Implantation in dem Körper repräsentativ
oder nicht repräsentativ
sein können.
Die Verfahrensschritte, die Testdauer, das Lösungsmedium und die Vorrichtung,
die bei einem beliebigen gegebenen Dissolution-Test (Wirkstoff-Freisetzungstest)
verwendet werden, müssen
den USP-(United States Pharmacopeia) Richtlinien entsprechen, so dass
der Test als zugelassen für
die getestete spezifische Dosis oder das getestete Applikationssystem anerkannt
wird.
-
Beispielsweise
spezifizieren die allgemeinen Anforderungen von Section 711 (Dissolution)
der USP 23-NF18, Ninth Supplement, 15. November 1998, eine bestimmte
Vorrichtung, die als „Apparatus 1" bezeichnet wird
und einen bedeckten Behälter,
der aus Kunststoff, Glas oder einem anderen inerten, transparenten
Material hergestellt ist, das die zu testende Probe nicht absorbiert,
nicht mit dieser reagiert oder diese nicht beeinträchtigt;
einen Motor; eine metallische Antriebswelle; und einen zylindrischen
Korb enthält.
Weitere Einrichtungen können
bei Gelegenheit für
das Rühren,
Mischen oder das Fixieren des Applikationssystems während der
Testprozedur spezifiziert werden.
-
Der
Behälter
kann zylindrisch mit einem nach außen gewölbten oder flachen Boden und
Seiten sein, die oben angeflanscht sind. Die Abmessungen des Behälters sind
entsprechend dem nominellen Fassungsvermögen des Behälters festgelegt. Ein angebrachter
Deckel kann verwendet werden, um Verdampfen aus dem Behälter zu
verzögern,
und muss, wenn er verwendet wird, hinreichend Öffnungen bereitstellen, um
das unkomplizierte Einführen
eines Thermometers und die Entnahme von Proben zu ermöglichen.
Des Weiteren sind Anforderungen für die Abmessungen, das Konstruktionsmaterial,
die Position in Bezug auf den Behälter sowie die Leistung der Welle
und der anderen operativen Komponenten enthalten. Es ist wesentlich,
dass der Behälter
entweder teilweise in einem Wasserbad eingetaucht oder in einem
Heizmantel platziert sein muss, um die Temperatur im Inneren des
Behälters
auf 37 ± 0,5°C oder einer
anderen spezifizierten Temperatur zu halten. Wenn ein Wasserbad
verwendet wird, muss das Bad-Fluid in konstanter, weicher Bewegung
gehalten werden.
-
1 illustriert
eine herkömmliche
Dissolution-Test-Vorrichtung, die allgemein mit 10 bezeichnet wird.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein Hauptgehäuse oder einen Kopf 12,
das/der ein programmierbares Systemsteuerungsmodul enthält. Der
Kopf 12 befindet sich über
einer Behälterplatte 14 und
einem Wasserbad-Gefäß 16 und
wird üblicherweise
durch einen Motor angetrieben, um sich vertikal in Richtung der Behälterplatte 14 und
von dieser weg zu bewegen. Periphere Elemente, die an dem Kopf 12 angeordnet sind,
umfassen eine LCD-Anzeige 18 zum Bereitstellen von Menüs, Status-
und weiteren Informationen; ein Tastenfeld 21 zum Ermöglichen
der Benutzereingabe des Vorgangs und der Steuerung von Spindeldrehzahl,
Temperatur, Startzeit für
den Test, Testdauer und dergleichen; Anzeigen 23 zum Anzeigen
von Informationen, wie beispielsweise Drehzahl, Temperatur, verstrichene
Laufzeit oder dergleichen. Wasser muss erhitzt werden und mit Hilfe
von Einrichtungen, wie beispielsweise externen Heizer- und Pumpenmodulen
(nicht dargestellt), die in einem einzigen Heizer-/Zirkulatormodul
kombiniert sein können,
durch das Wasserbad-Gefäß 16 zirkuliert
werden. Das Wasserbad-Gefäß 16 erfordert
demzufolge eine Fluid-Übertragungseinrichtung,
wie beispielsweise das Rohr 25, sowie eine Ablaufleitung 27 und
ein Ventil 29.
-
Die
Behälterplatte 14 trägt eine
Vielzahl von Behältern 31,
die sich in das Innere des Wasserbad-Gefäßes 16 hinein erstrecken. Üblicherweise können drei,
vier, sechs oder acht Behälter 31 getragen
werden. Jeder Behälter 31 weist
eine standardmäßige Form auf,
die durch einen seitlichen zylindrischen Abschnitt 31A,
einen nach außen
gewölbten (oder
flachen) Bodenabschnitt 31B und einen Flanschabschnitt 31C um
die Öffnung
des Behälters 31 herum
gekennzeichnet ist. Die Behälter 31 sind
in der Behälterplatte 14 mit
Hilfe von Einrichtungen, wie beispielsweise Ringarretierungseinrichtungen
oder Klemmen (nicht dargestellt), gesichert und zentriert. Ein Rührelement,
das eine motorbetriebene Spindel 37A und einen Blattrührer (Paddle) 37B umfasst,
arbeitet in jedem Behälter 31.
Einzelne Kupplungen 39 können vorgesehen sein, um die
Energiezufuhr zu jeder Spindel 37A abwechselnd anzuschalten
und auszuschalten. Ein Dosiszuführmodul 41 wird
verwendet, um zu vorgegebenen Zeiten und Bad- (oder Behälter-) Temperaturen
jeden Behälter 31 mit
Dosiereinheiten (wie beispielsweise Tabletten) vorzuladen oder diese
in jeden Behälter 31 zu
geben. Ein automatischer Probenentnahmesammelblock 45 senkt und
hebt die Probenentnahmekanülen 47 in
jeden entsprechenden Behälter 31 hinein
und aus jedem entsprechenden Behälter 31 heraus.
Der Probenentnahmesammelblock 45 kann ebenfalls vertikal
zwischen dem Kopf 12 und der Behälterplatte 14 bewegt werden.
Die Probenentnahmekanülen 47 arbeiten mit
einer bidirektionalen Peristaltikpumpe (nicht dargestellt) zusammen
und werden während
des Dissolution-Test-Verfahrens
verwendet, um periodisch Proben für die Analyse aus dem Behältermedium
zu entnehmen. Die Proben könnten
ebenfalls manuell unter Verwendung von Pipetten und/oder Probenentnahmekanülen/-Spritzen-Anordnungen
entnommen werden. Miniatur-Temperatursonden 49, die mit
jedem Behälter 31 assoziiert
sind, können
ebenfalls an dem Probenentnahmesammelblock 45 angeordnet sein.
-
Bei
einem typischen Vorgang werden Dosiereinheiten auf die Böden jedes
eine Lösung
enthaltenden Behälters 31 gegeben
und jeder Blattrührer 37B dreht
sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und Dauer in der Testlösung, wobei
sich die Dosiereinheiten auflösen.
Bei anderen Typen von Tests wird jeder Blattrührer 37B durch einen
mit einer Dosiereinheit beladenen zylindrischen Korb (nicht dargestellt)
ersetzt, der sich in der Testlösung
dreht. In einem beliebigen gegebenen Behälter 31 muss die Temperatur
der Testlösung
auf einer vorgegebenen Temperatur (zum Beispiel 37°C) gehalten
werden. Die Temperatur der Lösung
wird durch Eintauchen des Behälters 31 in
das Wasserbad des Wasserbad-Gefäßes 16 aufrechterhalten.
Dementsprechend ist die Temperatur der Testlösung von der Temperatur des
Wasserbades abhängig
und wird folglich indirekt durch diese geregelt, wobei die Temperatur
des Wasserbades wiederum durch die verwendeten externen Heizeinrichtungen
bestimmt wird. Eine Temperatursonde 49 wird verwendet,
um die Temperatur der Testlösung
zu überwachen,
und kann jeder geeignete Typ von Messwertgeber, wie beispielsweise
ein Thermistor, sein.
-
Wie
einer Person mit gewöhnlicher
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich ist, ist die
Verwendung eines Wasserbades zusammen mit einer Vorrichtung, wie
beispielsweise der Dissolution-Test-Vorrichtung 10, mit
einigen Nachteilen verbunden. Erstens ist das Wasserbad-Gefäß 16 notwendigerweise
groß,
um das Eintauchen mehrerer Behälter 31 zu
ermöglichen,
und erfordert folglich ein beachtliches Volumen an Wasser, um als
das Medium zum Übertragen
von Wärmeenergie
auf das/die in den Behältern 31 enthaltene
Medium/Lösung
zu fungieren. Infolgedessen sind eine unangemessene Zeit und Energiemenge
erforderlich, um zunächst das
Volumen an erwärmtem
Wasser in das Wasserbad-Gefäß 16 zu
füllen
und jeden Behälter 31 auf
die gewünschte
Sollwerttemperatur zu bringen. Das Wasservolumen erhöht ebenfalls
das Gesamtgewicht der Vorrichtung 10. Zweitens ist ein
externes Heizer- und Wasserzirkulationssystem notwendig. Es könnte möglich sein,
das Wasserzirkulationssystem durch Bereitstellen einer externen
Widerstandsheizplatte oder -Spule zum Erhitzen des Wasserbades zu eliminieren.
Ein solches Widerstandsheizelement würde jedoch notwendigerweise
ziemlich groß sein, um
das gesamte Volumen des Wasserbades zu erhitzen, eine große Menge
an elektrischer Energie zum Arbeiten erfordern, und würde die
Anlaufzeit, die erforderlich ist, um die Behälter 31 auf eine gewünschte Sollwerttemperatur
zu bringen, nicht nennenswert verringern. Drittens erlaubt das Wasserbadsystem keine
individuelle Steuerung jedes Behälters 31.
Die Fähigkeit,
das Heizprofil eines gegebenen Behälters 31 oder einer
Gruppe von Behältern 31 unabhängig und
getrennt von anderen Behältern 31 der
Dissolution-Test-Vorrichtung 10 zu steuern, würde bei
vielen Typen von Verfahren recht nützlich sein. Viertens besteht
die Tendenz, dass in dem Wasserbad biologisches Wachstum und Wassersteinbildung
auftreten und sich weitere Verunreinigungen ansammeln, so dass die
Anwendung des Wasserbades Reinigungspflege und das Hinzugeben von
Konservierungsmitteln oder Zusätzen
erfordert, was alles zu einer Erhöhung der Kosten des Wasserbadsystems
beiträgt.
-
Ein
Ansatz zum Eliminieren des Bedarfs für ein Wasserbad und zum Steuern
der Temperaturen von einzelnen Behältern wird, wobei die USP-Dissolution-Anforderungen
nach wie vor eingehalten werden, in dem
U.S.-Patent Nr. 5,589,649 von Brinker
et al. offenbart. Die darin offenbarten Ausführungsformen stellen einzelne
flexible Widerstandshei zerelemente bereit, die an dem seitlichen
zylindrischen Abschnitt der Außenwand
jedes Behälters
angebracht und dort herum gewickelt sind. Jedes Heizerelement ist
in horizontal ausgerichtete Heizflächen unterteilt, die unterschiedliche
Nennleistungen (zum Beispiel 100 W, 200 W und so weiter) aufweisen.
Die Heizflächen
werden durch die verbundene Dissolution-Test-Vorrichtung über Verbindungsleitungen
gesteuert. Jedes Heizerelement muss durch einen abgefederten Edelstahlmantel
an seinem Behälter
befestigt sein. Der Mantel weist ein Profil auf, um einen Spalt
zwischen dem Mantel und dem Heizerelement bereitzustellen. Da der
Behälter
nicht in ein wärmebereitstellendes
Wasserbad eingetaucht wird, ist eine reflektierende Beschichtung
auf dem nach außen
gewölbten
Abschnitt des Behälters
aufgebracht, um den Wärmeverlust
aus dem Behälter
zu reduzieren und um die Zeit zu verringern, die erforderlich ist,
um die Testlösung
auf die gewünschte
Lösungs-Temperatur
zu bringen.
-
Das
in Brinker et al. offenbarte Temperatursteuerungssystem erfordert
die Verwendung eines modifizierten Rührelementes für jeden
Behälter.
Die Welle des modifizierten Rührelementes
ist hohl. Ein Temperatursensor, wie beispielsweise ein RTD-(resistive
thermal device) Sensor, ein Thermoelement oder Thermistor, ist in
der Nähe
des Bodens des hohlen Inneren der Rührelementwelle in physikalischem Thermokontakt
damit angeordnet und erzeugt Signale, die repräsentativ für die innerhalb des Behälters gemessene
Temperatur sind. Die Energie für
diesen Temperatursensor sowie die durch ihn erzeugten Signale werden über ein
Kabel, welches durch die hohle Länge
der Rührelementwelle
verläuft, über eine
Signalübertragungseinrichtung,
die an der Oberseite der Welle positioniert ist, und über ein
zweites mit der Steuerschaltung der Dissolution-Test-Vorrichtung verbundenes Kabel übertragen.
-
Der
erforderliche Mantel ist dahingehend nachteilig, dass er eine Sicht
auf die Inhalte des Behälters
und das darin betriebene Rührelement
beeinträchtigt
oder in einigen Fällen
fast vollständig
verhindert. Das Problem ist in Anbetracht der Tatsache besonders
kritisch, dass USP Section 711 ausdrücklich angibt, dass die Dissolution-Vorrichtung
vorzugsweise das Beobachten der Proben und des Rührelementes während des
Testens zulassen sollte. Darüber
hinaus isoliert der Mantel den Behälter nicht vollständig von äußeren thermischen
Einflüssen,
wie beispielsweise der Raumklimatisierung, -Heizung, -Belüftung und
offenen Türen.
Ferner gelten das individuell angepasste Rührelement und dessen notwendigen elektrischen
Komponenten sowie der Bedarf für
das Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung als übermäßig komplexe
und teuere Lösungen
für die Probleme,
die die gegenwärtigen
Behälter-Heizsysteme
aufweisen.
-
Dementsprechend
bleibt ein Bedarf für
eine praktischere, effektivere, wellen- und energieeffizientere
Lösung
bestehen, um ein Behälter-Heizsystem bereitzustellen,
das kein Wasserbad erfordert und das einzelne Behälter in
einem behälterenthaltenden System,
wie beispielsweise einer Dissolution-Test-Vorrichtung, unabhängig steuern
kann. Die vorliegende Erfindung wird bereitgestellt, um diese und
weitere mit erhitzten Behälter-Heizsystemen verbundene
Probleme anzugehen.
-
Das
Dokument
US-A-3299253 offenbart
eine Einrichtung zum Abdecken und Erwärmen eines Körpers, ohne
die visuellen Beobachtungen davon zu beeinträchtigen, die eine erste äußere Kunststoffschicht,
einen leitenden Film auf der Außenschicht, einen
Stromanschluss und ein leitendes Geflecht auf dem leitenden Film
sowie eine Kunststoffschicht, die den leitenden Film, den Stromanschluss
und das leitende Geflecht abdeckt, und eine zweite äußere Kunststoffschicht
umfasst.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Entsprechend
einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Heizerelement des Typs
bereitgestellt, der einen ersten und einen zweiten durchsichtigen Film,
ein Heizelement zwischen dem ersten und dem zweiten durchsichtigen
flexiblen Film, ein Temperaturmesselement und ein elektrisches Kontaktelement umfasst,
das mit dem Heizelement und dem Temperaturmesselement verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein innerer Klebstoff zwischen dem
ersten und dem zweiten durchsichtigen flexiblen Film befindet, wobei
das Temperaturmesselement an einer ersten Seite des inneren Klebstoffs
angeklebt ist, und das Heizelement an einer zweiten Seite des inneren
Klebstoffs angeklebt ist.
-
In
einer Ausführungsform
enthält
das Heizerelement drei Filme. Das Temperaturmesselement ist zwischen
dem ersten und dem zweiten Film angeordnet, und das wärmeleitende
Element ist zwischen dem zweiten und dem dritten Film angeordnet.
-
Entsprechend
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Behälter-Heizsystem einen
Behälter
und ein flexibles Heizerelement entsprechend dem ersten Aspekt der
Erfindung.
-
In
einer Ausführungsform
ist das Heizerelement mittels eines druckempfindlichen Klebstoffs
an dem Behälter
angeklebt.
-
In
einer anderen Ausführungsform
ist das Heizerelement mittels eines geeigneten Klebstoffs direkt
an dem Behälter
angebracht.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
erstreckt sich der Behälter
in eine transparente Behälter-Isolierkammer
hinein, so dass sich das Heizerelement zwischen dem Behälter und
der Behälter-Isolierkammer
befindet und ein ringförmiger
Spalt an das Heizerelement angrenzend zwischen dem Behälter und der
Behälter-Isolierkammer
gebildet ist.
-
In
noch einer weiteren Ausführungsform
ist der Behälter
an einer Behälterplatte
angebracht. Eine Gruppe von Kolbenkontakten, die ebenfalls an der Behälterplatte
angebracht sind, ist mit dem elektrischen Kontaktelement verbunden.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt darüber
hinaus ein Verfahren zum Erhitzen eines Behälters ohne den Einsatz eines
Fluid-Heizmediums bereit, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen
eines flexiblen Heizerelementes entsprechend dem ersten Aspekt der
Erfindung um einen Umfang eines Behälters herum; Abgeben einer
Substanz in den Behälter; Ausfahren
einer Temperatursonde in die Substanz; Zuführen von elektrischer Energie
zu dem Heizerelement, um die Übertragung
von Wärmeenergie
auf die Substanz zu verursachen; Zuführen von elektrischer Energie
zu dem Temperaturmesselement; Verwenden der Temperatursonde, um
die Temperatur der Substanz zu überwachen,
wenn die Substanz mit dem Heizerelement erhitzt wird, und um zu
bestimmen, wenn die Substanz eine vorgegebene Sollwerttemperatur
erreicht hat; Ablesen eines mit dem Temperaturmesselement gemessenen
Wertes, der der Sollwerttemperatur entspricht; und Verwenden des mit
dem Temperaturmesselement gemessenen Wertes, um die Sollwerttemperatur
aufrechtzuerhalten.
-
Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Behälter-Heizsystem bereitzustellen,
das nicht auf ein Wasserbad angewiesen ist, um die Temperatur einer
in einem Behälter enthaltenen
Testlösung
zu steuern und aufrechtzuerhalten.
-
Es
ist noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Behälter-Heizsystem
bereitzustellen, das in der Lage ist, einen einzelnen Behälter einer behälterenthaltenden
Vorrichtung unabhängig
zu steuern.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Behälter-Heizsystem
bereitzustellen, das die Anlaufzeit verringert, die erforderlich
ist, um die Lösung
oder das Medium, die oder das in einem Behälter oder in mehreren Behältern enthalten
ist, auf eine stabilisierte, vorgeschriebene Sollwerttemperatur
zu bringen.
-
Einige
der Aufgaben der Erfindung wurden vorstehend dargelegt, weitere
Aufgaben werden im weiteren Verlauf der Beschreibung im Zusammenhang
mit den begleitenden Zeichnungen, die auf beste Weise im Folgenden
beschrieben werden, ersichtlich.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Dissolution-Test-Vorrichtung, die
mit einem Wasserbad-Heizsystem ausgerüstet ist;
-
2 ist
eine vertikale Querschnittsdarstellung eines entsprechend der vorliegenden
Erfindung bereitgestellten Behälters;
-
3 ist
eine Vorderansicht eines entsprechend der vorliegenden Erfindung
bereitgestellten Heizerelementes;
-
4A ist
eine perspektivische Ansicht eines entsprechend der vorliegenden
Erfindung bereitgestellten Kolbenkontaktelementes;
-
4B ist
eine weitere perspektivische Ansicht des in der 4A bereitgestellten
Kolbenkontaktelementes;
-
5 ist
eine detaillierte Vorderansicht eines Abschnittes des in der 3 dargestellten
Heizerelementes;
-
6 ist
eine Vorderansicht eines alternativen entsprechend der vorliegenden
Erfindung bereitgestellten Heizerelementes;
-
7 ist
eine vertikale Querschnittsdarstellung eines entsprechend der vorliegenden
Erfindung bereitgestellten Heizerelementes;
-
8 ist
eine vertikale Querschnittsdarstellung eines alternativen entsprechend
der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Heizerelementes;
-
8A ist
eine detaillierte vertikale Querschnittsdarstellung eines operativen
Abschnitts des in der 8 dargestellten Heizerelementes.
-
9 ist
eine perspektivische Ansicht einer Dissolution-Test-Vorrichtung,
die mit einem Behälter-Heizsystem
entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist; und
-
10 ist
ein schematisches Diagramm von operativen Elementen, die in einem
Behälter-Heizsystem
entsprechend der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
In
Bezug auf die 2 ist ein allgemein mit 60 bezeichneter
Behälter
als Teil eines wasserlosen Behälter-Heizsystems
entsprechend der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Das Design
des Behälters 60 bewirkt,
dass er besonders für
den Einsatz zusammen mit vielen Typen von Dissolution-Test-Vorrichtungen,
wie beispielsweise der in 1 dargestellten
Vorrichtung 10, geeignet ist. Der Behälter 60 ist eine Modifizierung
eines standardmäßigen USP-Behälters, der
einen seitlichen zylindrischen Abschnitt 60A, einen nach
außen
gewölbten Bodenabschnitt 60B und
einen Flanschabschnitt 60C aufweist. Ein allgemein mit 70 bezeichnetes
flexibles Heizerelement ist an der Außenfläche des zylindrischen Abschnitts 60A angebracht.
Das Heizerelement 70 erstreckt sich um den gesamten Umfang
des zylindrischen Abschnitts 60A herum. Durch die Erfinder
erfasste Testdaten haben gezeigt, dass, wenn der Behälter 60 mit
einem Heizerelement 70 der vorliegenden Erfindung versehen
ist, der nach außen gewölbte Abschnitt 60B nicht
erhitzt werden muss. Dies ist teilweise aufgrund der Tatsache der
Fall, dass es ein primärer
Arbeitsgang der Dissolution-Test-Vorrichtung ist, das in dem Behälter 60 enthaltene
Medium zu rühren.
Dieses Rühren
oder Umwälzen
findet größtenteils
in dem inneren Abschnitt des Behälters 60 statt,
der an den nach außen
gewölbten
Abschnitt 60B angrenzt. Die Rate der durch das Heizerelement 70 auf
das Behältermedium übertragenen
Wärmeenergie
ist ausreichend hoch, dass bei Kombination mit der durch das Rührelement
hinzugefügten
Energie der Wärmeverlust
von dem nach außen
gewölbten
Abschnitt 60B vernachlässigt
werden kann.
-
Darüber hinaus
ist in der vorliegenden Erfindung eine durchsichtige Kunststoff-
oder Glas-Behälter-Isolierkammer 62 an
der Unterseite einer modifizierten Behälterplatte 64 angebracht.
Die Behälter-Isolierkammer 62 umschließt den Behälter 60,
so dass ein isolierender Luftspalt oder eine isolierende Luftschranke 66 zwischen
den jeweiligen Wänden des
Behälters 60 und
der Behälter-Isolierkammer 62 gebildet
ist. Testdaten haben aufgezeigt, dass der Luftspalt 66 einen
positiven Effekt auf das Aufrechterhalten der Temperatur des Behältermediums
und das Isolieren des Behälters 60 und
des darin enthaltenen Mediums von äußeren thermischen Einflüssen hat.
-
In
Bezug auf die 3 wird das Heizerelement 70 in
einer deinstallierten planaren Form dargestellt. Das Heizerelement 70 umfasst
eine Heizerfläche 72,
die durch seitliche Ränder 70A und 70B,
einen oberen Rand 70C und einen unteren Rand 70D des
Heizerelementes 70 abgegrenzt ist. Das Heizerelement 70 enthält ebenfalls
eine Gruppe von Kontakten 74, um elektrische Verbindung
zwischen den operativen Komponenten der Heizerfläche 72 und dem durch
die vorliegende Erfindung bereitgestellten Steuersystem bereitzustellen,
was im Folgenden beschrieben wird. In dieser Ausführungsform
enthält
die Kontaktgruppe 74 vier elektrisch leitende Kontaktelemente 74A–74D,
die in Form von flachen oder zylindrischen Platten oder Streifen
bereitgestellt werden können.
Wie im Folgenden beschrieben wird, enthält die Heizerfläche 72 sowohl
wärmeleitende
als auch Temperaturmesselemente. Darüber hinaus enthält die Heizerfläche einen
Schutzsensor 81, wie beispielsweise einen Thermistor, der
in der Heizerfläche 72 eingebettet
ist und als eine Sicherheitseinrichtung in dem Fall einer Störung des
Steuersystems dient.
-
In
Bezug auf die 4A und 4B wird
ein Kontaktblock 75 verwendet, um elektrischen Kontakt mit
der Kontaktgruppe 74 herzustellen. Wie in der 2 dargestellt
ist, ist der Kontaktblock 75 an der Behälterplatte 64 angebracht.
Eine Gruppe von vier vergoldeten Edelstahl-Federkolbenkontakten 77A–77D steht
von einer Oberfläche 75A des
Kontaktblocks 75 hervor. Die Kontaktgruppe 74 befindet sich
vorzugsweise an der Unterseite des Flanschabschnittes 60C von
Behälter 60.
Folglich werden, wenn der Behälter 60 in
der Behälterplatte 64 installiert
wird, die Kontaktelemente 74A–74D in Kontakt mit
den entsprechenden Kolbenkontakten 77A–77D gepresst. Eine
untere Fläche 75B des
Kontaktblocks 75 enthält
Verbindungseinrichtungen 79A–79D zum Ermöglichen
von elektrischer Verbindung mit dem der vorliegenden Erfindung entsprechenden
Steuersystem.
-
Anhand
von 2 ist ersichtlich, dass der Kontaktblock 75 an
einer festgelegten Position an der Behälterplatte 64 angebracht
ist. In Bezug auf die Öffnung
der Behälterplatte 64,
durch die der Behälter 60 hindurch
eingebaut wird, ist die Position des Kontaktblocks 75 sowohl
radial als auch den Umfang betreffend festgelegt. Infolgedessen
wird der Behälter 60 stets
an derselben Position und in derselben Richtung in die Behälterplatte 64 eingebaut
werden, selbst nachdem er entfernt wurde und neu eingebaut wird.
Dies liegt daran, dass der Einbau in dieser bestimmten Ausführungsform
das Ausrichten der Kontaktelemente 74A–74D des Heizerelementes 70 auf die
Kolbenkontakte 77A–77D des
Kontaktblocks 75 erfordert. Aus diesem Grund wird durch
die Verwendung des Kontaktblocks 75 die Konsistenz und
Wiederholbarkeit der Ausrichtung des Behälters 60 verbessert.
-
Unter
Bezugnahme auf die detaillierte Darstellung von 5 sind
die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 sowie die Temperaturmesselemente 87 in
der Heizerfläche 72 in
Form eines mäanderförmigen,
alternierenden Verdrahtungsmusters bereitgestellt, das mit den Kontaktelementen 74A–74D verbunden
ist und entlang wesentlicher Abschnitte der Länge und der Höhe der Heizerfläche 72 verläuft. Dementsprechend
grenzt, wenn das Heizerelement 70 in der in den 3 und 5 dargestellten
planaren Form betrachtet wird, der durch die wärmeleitenden Elemente 83 und 85 genommene
Verlauf an den durch die Temperaturmesselemente 87 genommenen
Verlauf an. Die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 sind vorzugsweise wärmeleitende
Drähte
und das Temperaturmesselement 87 ist vorzugsweise ein Temperaturmessdraht.
Darüber
hinaus sind die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 vorzugsweise aus einem guten
wärmeableitenden
Widerstandsmaterial, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt, und
das Temperaturmesselement 87 ist vorzugsweise ein RTD in
Drahtform.
-
Die
wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 verlaufen jeweils von dem ersten
Kontaktelement 74A entlang eines alternierenden Verlaufs
in Richtung des seitlichen Randes 70A des Heizerelementes 70 (siehe 3)
und kehren zu dem vierten Kontaktelement 74D zurück, um den
Heizerkreislauf zu schließen.
Das Temperaturmesselement 87 verläuft gleichermaßen von
dem zweiten Kontaktelement 746 entlang eines alternierenden
Verlaufs zwischen den wärmeleitenden
Elementen 83 und 85 in Richtung des seitlichen
Randes 70A und kehrt zu dem dritten Kontaktelement 74C zurück, um den
Temperaturmesskreislauf zu schließen. Es ist zu sehen, dass
die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 sowie das Temperaturmesselement 87 jeweils
mehrere jeweilige horizontal ausgerichtete Abschnitte 83A, 85A und 87A sowie
vertikal ausgerichtete Abschnitte 83B, 85B und 87B aufweisen.
Durch dieses Design sind die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 gleichmäßig über die Heizerfläche 72 zum
Zwecke der gleichmäßigen Wärmeübertragung
von dem Heizerelement 70 auf das Medium in dem Behälter 60 verteilt,
und das Temperaturmesselement 87 ist gleichmäßig über die
Heizerfläche 72 verteilt,
um eine mittlere Temperatur des Heizerelementes 70/Behälters 60 effektiv zu
messen. Während 5 eine
Ausführungsform darstellt,
bei der vertikal ausgerichtete Abschnitte 83B, 85B und 87B die
dominanten Längen
sind, ist offensichtlich, dass das Verdrahtungsmuster so konfiguriert
werden kann, dass horizontal ausgerichtete Abschnitte 83A, 85A und 87A die
dominanten Längen
sind. Darüber
hinaus können
die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 sowie die Temperaturmesselemente 87 Abschnitte
enthalten, die in Bezug auf die Horizontale oder die Vertikale angewinkelt
sind. Derartige alternative Verdrahtungsmuster können ebenfalls zu einer gleichmäßigen Verteilung über die Heizerfläche 72 führen.
-
Die
wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 sowie die Temperaturmesselemente 87 weisen
vorzugsweise kontinuierliche Längen
in der gesamten Heizerfläche 72 auf.
Die Anzahl der wärmeleitenden Elemente 83 und 85 sowie
der Temperaturmesselemente 87 und die Anzahl der Kontaktelemente 74A–74D werden
durch die vorliegende Erfindung nicht auf die illustrierten Ausführungsformen
beschränkt.
-
In
einer exemplarischen Ausführungsform
ist das Heizerelement 70 13,1 Zoll lang und 3,875 Zoll hoch.
Die gesamte zugeführte
Ausgangsleistung des Heizers beträgt 120 W während des Betriebes bei einer
Versorgungsspannung von 48 VDC und einer Stromstärke von
3,0 A. Die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 weisen bei 25°C einen Widerstand
von 17,6 Ω auf.
Das Temperaturmesselement 87 wird gemittelt über die
Heizerfläche 72 mit
1000 Ω bewertet. Der
Thermistor wird mit 2,252 kΩ bewertet.
-
In
Bezug auf 6 enthält ein alternatives allgemein
mit 90 bezeichnetes Heizerelement eine Kontaktgruppe 94 in
Form von „Pferdeschwänzen", wobei die in der 3 dargestellten
Kontaktelemente 74A–74D durch
die Verbindungsleitungen 94A–94D ersetzt werden.
Das mäanderförmige, alternierende
Verdrahtungsmuster, das durch die wärmeleitenden Elemente 83 und 85 sowie
die Temperaturmesselemente 87 gebildet wird, kann ähnlich wie das
in der 5 dargestellte konzipiert werden.
-
Das
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Heizerelement 70 (oder 90)
ist dadurch gekennzeichnet, dass es flexibel und dünn ist.
Darüber
hinaus ist das Heizerelement 70 hochtransparent, so dass
es das Beobachten des Behältermediums,
der Testsubstanz und der verschiedenen in dem Behälter 60 arbeitenden
Komponenten, wie beispielsweise des Rührelements, der Temperatursonde,
der Probenkanüle
und dergleichen, nicht beeinträchtigt.
Dementsprechend ist das Heizerelement 70 als ein durchsichtiger
Schichtstoff, wie dies in den Querschnittsdarstellungen der 7 und 8 dargestellt
ist, aufgebaut.
-
In
Bezug auf die 7 wird das Heizerelement 70 (oder 90)
durch Aufbringen des Temperaturmesselementes 87 auf einem
durchsichtigen Polymerfilm 101, durch Aufbringen der wärmeleitenden Elemente 83 und 85 auf
einem durchsichtigen Polymerfilm 103 und durch Aufbringen
eines zusätzlichen durchsichtigen
Polymerfilms 105 hergestellt, um die wärmeleitenden Elemente 83 und 85 zu
erhitzen. Dementsprechend ist das Temperaturmesselement 87 zwischen
den Filmen 101 und 103 angeordnet und die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 sind zwischen den Filmen 103 und 105 angeordnet.
Der sich ergebende Schichtstoff wird anschließend mit einem geeigneten druckempfindlichen
Klebstoff 107, wie beispielsweise einem von 3M erhältlichen
Hochleistungstyp, an der Wand des Behälters 60 befestigt.
-
In
Bezug auf die 8 und 8A wird
ein stärker
bevorzugter Aufbau für
das Heizerelement 70 (oder 90) dargestellt. Ein
Verbundstoff 110 befindet sich zwischen zwei Polyesterfilmen 114 und 116.
Wie in der 8A dargestellt ist, wird der
Verbundstoff 110 durch Aufbringen des Temperaturmesselementes 87 an
einer Seite eines inneren Klebstoffs 112 und Aufbringen
der wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 an einer anderen Seite eines
inneren Klebstoffs 112, wie beispielsweise eines von 3M
erhältlichen
Hochleistungstyps, gebildet. Der sich ergebende Schichtstoff wird
unter Verwendung eines Polyethylenklebstoffs 118, wie beispielsweise
eines von 3M erhältlichen
Hochieistungstyps, direkt auf die Wand des Behälters 60 gebrannt.
-
In
Bezug auf 9 ist eine allgemein mit 130 bezeichnete
Dissolution-Test-Vorrichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Eine Vielzahl modifizierter
Behälter 60,
die mit Heizerelementen 70 (oder 90) und Behälter-Isolierkammern 62 versehen
sind, ist in einer modifizierten Behälterplatte 64 installiert.
Der Probenentnahmesammelblock 45 ist vorzugsweise in der
Lage, sämtliche
Temperatursonden 49 gleichzeitig in ihre jeweiligen Behälter 60 zu
senken oder eine einzelne Temperatursonde 49 ausgenommen
der anderen Temperatursonden 49 in ihren Behälter 60 zu
senken. Durch die Verwendung der modifizierten Behälter 60 ist
das in 1 dargestellte Wasserbadsystem nicht erforderlich.
Weitere Leistungsmerkmale und Komponenten der Dissolution-Test-Vorrichtung 130 können im Allgemeinen
gleich denjenigen sein, die im Zusammenhang mit 1 beschrieben
wurden.
-
10 ist
ein allgemeines schematisches Diagramm eines wasserlosen Behälter-Heiz-Steuersystems, das
allgemein mit 150 bezeichnet und in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung bereitgestellt wird, um zusammen mit einer Vorrichtung, wie
beispielsweise der Dissolution-Test-Vorrichtung 130, die
mit einem Behälter 60 oder
mit mehreren Behältern 60 ausgerüstet ist,
zu arbeiten. Die Heizsystem-Steuerschaltung oder -Steuereinrichtung 155 ist eingerichtet,
um mit der Haupt-Steuerschaltung 160 der Dissolution-Test-Vorrichtung 130 über eine
dedizierte Kommunikationsverbindung 162 in Verbindung zu
stehen, und kann daher in dem Hauptkopf 12 einer solchen
Vorrichtung 130 aufgenommen sein. Die Steuereinrichtung 155 arbeitet
entsprechend einem Satz von Befehlen, der durch Systemsoftware bereitgestellt
wird, und aus diesem Grund enthalten, wie dies Personen mit gewöhnlicher
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich ist, die Steuereinrichtung 155 und/oder
die Haupt-Steuerschaltung 160 ei nen angemessenen Speicher,
angemessene Logik und Schnittstellen-Komponenten. Die Steuereinrichtung 155 betreibt
die wärmeleitenden
Elemente 83 und 85 jedes Behälters 60 unabhängig voneinander,
indem sie die zu ihnen zugeführte
Energie steuert. Die Steuereinrichtung 155 versorgt darüber hinaus
das Temperaturmesselement 87 sowie den Schutzsensor 81,
die in jedem Heizerelement 70 enthalten sind, mit Energie
und empfängt
Signale von diesen. Des Weiteren steht die Steuereinrichtung 155 mit
jeder Temperatursonde 49 in Verbindung, die mit jedem Behälter 60 assoziiert
ist. Das Element 164 stellt eine Einrichtung, wie beispielsweise
eine Tastatur, dar, die die Benutzereingabe der Sollwerttemperatur
des Behältermediums
oder entsprechender anderer Systemparameter für jeden Behälter 60 ermöglicht.
Das Element 166 stellt eine Einrichtung zum Anzeigen der
Temperatur und weiterer den Behälter-Heizprozess
betreffender Informationen dar.
-
Daran
lässt sich
sehen, dass das Steuersystem 150 in der Lage ist, jeden
Behälter 60 gleichzeitig und
einzeln zu steuern und auf einer gegebenen Temperatur mit einer
gemessenen Genauigkeit von ±0,1°C zu halten,
und ermöglicht,
dass jeder Behälter 60,
wenn gewünscht,
auf eine andere Temperatur eingestellt werden kann. Darüber hinaus
ist das Steuersystem 150 konfiguriert, um die anfängliche
Anlaufzeit jedes erhitzten Behälters 60 zu
minimieren. Beispielweise wurde festgestellt, dass die Anlaufzeit,
die erforderlich ist, um das Medium in einem 900 ml-Behälter von
Raumtemperatur auf eine stabile Sollwerttemperatur von ungefähr 37 oder
38°C zu
bringen, annährend
weniger als 9 Minuten beträgt,
was eine beachtliche Verbesserung gegenüber Wasserbadsystemen darstellt.
Das Steuersystem 150 ist ferner dadurch gekennzeichnet,
dass es drei Temperatursensoren pro Behälter 60 nutzt. Insbesondere
wird die Temperatursonde 49 zum Überwachen von Anlaufbedingungen
sowie zum unmittelbaren Überwachen
der Temperatur des Behältermediums
nach der Stabilisierung verwendet. Das Temperaturmesselement 87 wird
zum Steuern der Heizerelement-/Behältertemperatur und somit letztendlich
zum Steuern der Temperatur des Behältermediums verwendet. Der Schutzsensor 81 ist
vorzugsweise ein Thermistor, der als eine Sicherheitsmaßnahme eingesetzt
wird, um zu verhindern, dass sich das Heizerelement 70 im Fall
einer Störung
selbst zerstört.
-
In
Betrieb initiiert die Software des Steuersystems 150 beim
Anlaufen eine Behälter-Selbsttestroutine,
die jeden Behälter 60 auf
ordnungsgemäßen elektrischen
Kontakt so wie ordnungsgemäße Installation
in der Behälterplatte 64 prüft. Dies
wird vorzugsweise durchgeführt,
indem für
eine sehr kurze Zeit eine Spannung an jedes Heizerelement 83 und 85 angelegt
wird und der Spannungsabfall in einem Reihenwiderstand gemessen
wird. Wenn die Behälter-Selbsttestroutine
abgeschlossen ist, wird der Status jedes Behälters 60 (wie zum
Beispiel „OK" oder „STÖRUNG") angezeigt. Der
Benutzer der Dissolution-Test-Vorrichtung 130 kann zu Zwecken
einer spontanen Diagnose vorzugsweise jeder Zeit auf diese Behälter-Selbsttestroutine
zugreifen. Um dem Benutzer die Option des Einstellens unterschiedlicher Betriebstemperaturen
für jeden
Behälter 60 oder
jede Gruppe von Behältern 60 zu
ermöglichen,
fordert die Software den Benutzer vorzugsweise entweder mit „SET ALL" oder mit „SET INDIVIDUAL" auf, entweder eine
Temperatur für
alle Behälter
oder eine Temperatur für
jeden einzelnen Behälter
einzustellen. Wenn die Option „SET
ALL" ausgewählt wird,
wird der Benutzer aufgefordert werden, den Wert für eine einzige Sollwerttemperatur
einzugeben, und dieser Wert wird von der Steuereinrichtung 155 verwendet
werden, um sämtliche
in der Behälterplatte 64 installierten
Behälter 60 zu
steuern. Wenn die Option „SET
INDIVIDUAL" ausgewählt wird,
wird der Benutzer aufgefordert werden, einen Sollwerttemperaturwert
für jeden einzelnen
Behälter 60 einzugeben,
der in der Vorrichtung 130 arbeitet.
-
Wenn
anschließend
das Behälter-Heizsystem
auf EIN geschaltet wird, führt
die Steuereinrichtung 155 in Übereinstimmung mit der für einen
entsprechenden Behälter 60 eingegebenen
Sollwerttemperatur den wärmeleitenden
Elementen 83 und 85 jedes Heizerelementes 70 eine
geeignete Energiemenge zu. Der Kopf 12 der Dissolution-Test-Vorrichtung 130 bewegt
sich nach unten in Richtung der Behälterplatte 64 und
der Probenentnahmesammelblock 45 senkt jede Temperatursonde 49 in
das Medium jedes Behälters 60 hinein.
Zu diesem Zeitpunkt verwendet die Steuereinrichtung 155 jede
Temperatursonde 49 als den primären Sensor und die primäre Quelle
zum Steuern des Behälters 60,
in den die jeweilige Temperatursonde 49 hineingesenkt wird.
Die Temperatursonden 49 senden Signale zu der Steuereinrichtung 155,
die die in den jeweiligen Behältern 60 gemessenen
Medientemperaturen angeben, so dass die Steuereinrichtung 155 den
Anstieg der Medientemperatur in jedem Behälter 60 überwacht.
-
Die
Steuereinrichtung 155 stellt auf Basis einer entsprechenden
in der Software eingetragenen Bedingung fest, dass sich die Medientemperatur
in einem gegebenen Behälter 60 auf
eine zuvor eingegebene Sollwerttemperatur stabilisiert hat. Die
Steuereinrichtung 155 bestimmt das Auftreten der Stabilisierung
vorzugsweise dann, wenn die Steuereinrichtung 155 über einen
Zeitraum von 10 Sekunden eine Reihe von Medientemperaturwerten von
einer gegebenen Temperatursonde 49 liest, die weniger als ±0,05°C von der
Sollwerttemperatur abweichen, welche zuvor für diesen Behälter 60 festgelegt
wurde.
-
Wenn
die Steuereinrichtung 155 feststellt, dass sich die Medientemperatur
in einem bestimmten Behälter 60 auf
die programmierte Sollwerttemperatur stabilisiert hat, übergibt
die Steuereinrichtung 155 daraufhin die sensorische Funktion
von der Temperatursonde 49, die mit diesem Behälter 60 verbunden
ist, an das Temperaturmesselement 87 des Heizerelements 70,
das mit diesem Behälter 60 assoziiert
ist. Der durch das Temperaturmesselement 87 gemessene Temperaturwert
kann als die Behälter- oder
Heizerelementtemperatur charakterisiert werden und wird etwas höher als
jedoch trotzdem direkt proportional zu dem Isttemperaturwert des
in dem Behälter 60 enthaltenen
Mediums sein. Wenn der Sollwerttemperaturwert des Mediums beispielsweise 37°C beträgt, könnte der
durch das Temperaturmesselement 87 gemessene Wert 39°C betragen.
Zu diesem Zeitpunkt sichert die Steuereinrichtung 155 den durch
das Temperaturmesselement 87 gemessenen Wert, assoziiert
diesen Wert mit der Energiemenge, die den jeweiligen wärmeleitenden
Elementen 83 und 85 des Heizerelementes 70 zuzuführen ist,
und verwendet das Temperaturmesselement 87 als den primären Steuersensor.
Nachdem sämtliche
Behälter 60 auf
ihre jeweiligen Sollwerttemperaturen stabilisiert wurden und die
Steuerung auf die Temperaturmesselemente 87 umgeschaltet
wurde, wird der Probenentnahmesammelblock 45 nach oben
bewegt, um die Temperatursonden 49 aus den Behältern 60 zu
entnehmen, und eine Nachricht angezeigt, die angibt, dass sämtliche
Behälter 60 ihre
jeweiligen Sollwerttemperaturen erreicht haben.
-
Der
durch jedes Temperaturmesselement 87 gemessene Wert wird
anschließend
von der Steuereinrichtung 155 während des Medienprobenentnahmeprozesses
verwendet, um die Medientemperatur für diesen bestimmten Behälter 60 zu
steuern. Während
der Medienprobenentnahme können
die Temperatursonden 49 periodisch zum Messen und Verifizieren
der gegenwärtigen
Medientemperaturen verwendet werden. Wenn festgestellt wird, dass
die Medientemperatur eines gegebenen Behälters 60 außerhalb
einer angemessenen Fehlertoleranz (von beispielsweise ±0,05°C) liegt,
führt die
Steuereinrichtung 155 die Anpassung an den Temperaturmesselementwert
durch, was erforder lich ist, um die Medientemperatur zurück in die
vorgeschriebenen Grenzen zu bringen. Der Schutzsensor 81 sendet
beim Erfassen einer Störung,
wie beispielsweise einer außer Kontrolle
geratenen Temperaturbedingung, ein Signal zu der Steuereinrichtung 155,
um das System auszuschalten.
-
Es
versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den spezifischen
Kontext von Dissolution-Test-Vorrichtungen beschränkt ist,
sondern vielmehr in einer beliebigen Vorrichtung oder in einem beliebigen
Verfahren Anwendung findet, bei der/dem die Inhalte eines Behälters oder
von Behältern
einem gesteuerten Temperaturprofil unterzogen werden müssen.
-
Es
versteht sich darüber
hinaus, dass verschiedene Einzelheiten der Erfindung geändert werden
können,
ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Des Weiteren dient
die vorstehende Beschreibung lediglich zu Illustrationszwecken und sollte
nicht im restriktiven Sinne verstanden werden--die Erfindung wird
durch die Patentansprüche definiert.
Es versteht sich, dass verschiedene Einzelheiten der Erfindung geändert werden
können,
ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Des Weiteren dient
die vorstehende Beschreibung lediglich zu Illustrationszwecken und
sollte nicht im restriktiven Sinne verstanden werden--die Erfindung
wird durch die Patentansprüche
definiert.