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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter
zur Vereinfachung des nichtinvasiven Mischens von
Fluiden.
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Es ist bekannt, daß das Erzeugen eines Wirbels in
dem in einem Gefäß oder einer Kammer enthaltenen
Fluid ein wirksames Mittel zum Mischen des
Gefäßinhalts ist. Herkömmliche Laborwirbelvorrichtungen
verwenden eine Lagerschale oder eine elastische
Gefäßaufnahmefläche, die exzentrisch an einem Motor
angebracht ist, um den unteren Teil eines Gefäßes
mit hoher Geschwindigkeit auf eine Kreisbahn oder
einen Orbit zu bringen und auf diese Weise einen
wirksamen Wirbel in dem in dem Gefäß enthaltenen
Fluid zu erzeugen. Beispiele für diese Art von
Vorrichtung sind die in US-A-4 555 183 und US-A-3 850
580 offenbarten. Diese Vorrichtungen sind von Hand
zu betätigen, und zwar dahingehend, daß ein Bediener
erforderlich ist, um das Gefäß mit der exzentrisch
bewegbaren Einrichtung in Kontakt zu halten, um den
Wirbel in dem in dem Gefäß befindlichen Fluid zu
erzeugen.
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Eine derartige Mischeinrichtung vom Wirbeltyp wäre
sehr vorteilhaft bei einem automatisierten
chemischen Analysator, da sie nichtinvasiv ist und daher
das Problem der mit einer ungenügend gereinigten
invasiven Mischeinrichtung zusammenhängenden
Kontamination entfällt.
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Leider ist es schwierig, wenn der Boden eines
Gefäßes oder einer Kammer zur Erzeugung eines Wirbels in
eine Kreisbahn versetzt wird, die Deckelstruktur des
Gefäßes dicht zu halten. Dies trifft insbesondere
dann zu, wenn Mehrfachkammern vorhanden sind, von
denen eine auf eine Kreisbahn gebracht wird, während
die übrigen stationär bleiben.
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Häufig weisen einige der in den verschiedenen
Kammern gehaltenen Reagenzien die Form von Tabletten
auf, die hydratisiert werden müssen. Es ist bekannt,
zur Vereinfachung des Hydrations- oder
Auflösungsprozesses Ultraschallenergie zu verwenden. Eine
derartige Beschallungstechnik ist in US-A-4 720 374
beschrieben. Obwohl dies insgesamt ein
zufriedenstellendes Verfahren ist, ist die Anwendung von
Ultraschallenergie etwas kostspielig.
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Bei derartigen automatisierten chemischen
Analysatoren ist es wünschenswert, mehrere Reagenzien in
benachbarten herkömmlichen Reagenzgefäßen zu lagern.
Ein derartiger herkömmlicher Mehrfachgefäßbehälter
wird heute in Instrumenten vertrieben, die als
Dimension Chemical Analyzers von E.I. du Pont de
Nemours and Company, Wilmington, Delaware, bekannt
sind. Dieser herkömmliche Behälter hat die Form
eines Behälterstreifens, der ein starres Umfangsband
aufweist, das aus einem inerten Kunststoff gebildet
ist. Das Band ist entweder an die Behälter angefügt
oder einstückig mit jedem von ihnen ausgebildet,
derart, daß der Behälterstreifen sich generell im
wesentlichen nach Art eines länglichen Keils von
einer ersten Kante zu einer zweiten Kante verjüngt.
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Das keilförmige Planprofil des Behälterstreifens
erleichtert die Montage mehrerer derartiger Streifen
in der Weise, daß sie umfangsmäßig aneinander
angrenzen und sich im wesentlichen radial über eine
drehbare Reagenztrageplatte erstrecken. Die oberen
Enden der Gefäße sind mit einem geeigneten Laminat
versiegelt, das das Entweichen von Gas und Dampf
verhindert und dennoch zuläßt, daß eine Sonde zur
Aspiration etc. hindurchdringt. Der für den
Dimension -Behälter verwendete Kunststoff ist Polyäthylen
und das Laminat ist ein dreilagiges Laminat aus
einem Polyesterfilm, einer Beschichtung aus
Polyvinyliden auf dem Polyesterfilm und schließlich einer auf
der Beschichtung haftend angebrachten
Polyäthylenbahn. Das Laminat wird auf die Umfangsfläche der
Polyäthylengefäße gesiegelt, wobei die
Polyäthylenbahn die Ränder der Gefäße berührt.
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Bei diesen Behältern nach dem Stand der Technik wird
das Wirbelmischen nicht erleichtert, wenn es bei nur
einem der mehreren in dem Behälter enthaltenen
Gefäße erfolgt.
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Beim Lagern eines flüssigen Reagenzes oder einer
flüssigen Probe muß man zum Minimieren der
Verdunstung Sorgfalt walten lassen. Gleichzeitig muß sich
jedoch eine zur Verhinderung von Verdunstung
verwendete Struktur mit den Anforderungen hinsichtlich des
Zugangs zu der Flüssigkeit, wie beispielsweise durch
eine Aspirationssonde während der Benutzung,
vereinbaren lassen. US-A-4 720 374 beschreibt einen
solchen Deckel, der die Durchlässigkeit für Luft und
Dampf durch die Oberseite des Deckels reduziert.
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Durch Isolieren der Gefäße und der dadurch bewirkten
Bildung von Mehrfachgefäßbehältern wird die
Kontamination zwischen den Gefäßen ebenfalls reduziert.
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Die in US-A-4 720 374 beschriebene Deckelstruktur
besteht aus verbundenen oberen und unteren
Materialbahnen. In einer der Bahnen ist ein Behälter
ausgebildet, der ein selbstheilendes Elastomerkissen
aufnimmt. Ein Teil der verbundenen ersten und zweiten
Bahnen bildet einen Dichtflansch, der den Umfang des
Behälters vollständig umgibt und der eine Fläche
darstellt, durch die der Deckel von dem Behälter
gesichert werden kann.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Behälter zu
schaffen, der das nichtinvasive Mischen von Fluiden
erleichtert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Viele der Probleme des automatischen Mischens von
Materialien in den Reagenzbehältern nach dem Stand
der Technik werden durch das Bilden eines
Wirbelgefäßes gelöst, dessen oberer Teil flexibel gehalten
ist und dessen unterer Teil um die Achse des
Wirbelgefäßes zum Bewirken von Wirbelmischen darin
schwanken kann.
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Vorzugsweise ist der für die Kammer verwendete
Kunststoff Polypropylen, da dieser ein flexibles
Gelenk mit relativ langer Lebensdauer bildet. Das
die Gas- und Dampfdichtung bildende Laminat ist ein
dreilagiges Laminat aus einem Polyesterfilm, einer
Polyvinylidenbeschichtung auf dem Polyesterfilm und
einer auf der Beschichtung haftend angebrachten
Polypropylenbahn, wobei das Laminat auf die
Umfangsfläche heißgesiegelt wird, wobei die
Polypropylenbahn mit der Oberfläche verbunden ist. Das Gelenk
ist unterhalb der Befestigungsfläche positioniert,
so daß es die Nutationsbewegung des Wirbelgefäßes
nicht beeinträchtigt und seine
Festigkeitseigenschaften nicht durch den Deckelheißsiegelprozeß
verändert werden. Das Wirbelgefäß weist einen
vorspringenden Bodenspitzenteil auf, der entlang der
Längsachse angeordnet ist. Dies erleichtert das Angreifen
an dem Boden des Wirbelgefäßes bei der
Nutationsbewegung. Sowohl das Gehäuse, das zusätzliche Gefäße
halten kann, als auch das längliche
Nutationswirbelgefäß weisen eine Umfangsbefestigungsfläche auf.
Beide Befestigungsflächen liegen in derselben Ebene
und das Laminat ist mit beiden Befestigungsflächen
verbunden, doch in dem Bereich eingeschlitzt, der
den Rand des Wirbelgefäßes unmittelbar umgibt. Dies
erleichtert die Nutation des unteren Endes des
Wirbelgefäßes und trägt dazu bei, daß diese
Nutationsbewegung die Dichtung an der Umfangsfläche des
Wirbelgefäßes nicht beeinträchtigt.
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Die Erfindung wird deutlicher anhand der folgenden
ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den
beigefügten Zeichnungen, die einen Teil dieser
Anmeldung bilden und in denen gleiche Elemente mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und zwar in
allen Figuren in den Zeichnungen, welche zeigen:
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Figur 1 eine Explosionsdarstellung des Behälters,
der nützlich zum Tragen von Flüssigkeiten für
chemische Tests ist, wobei jede Kammer imstande ist,
Reagenzien in entweder flüssiger oder lyophilisierter
(Tabletten-) Form zu halten;
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Figur 2 ist eine Seitenansicht des Behälters von
Fig. 1;
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Figur 3 ist eine Draufsicht des in Fig. 1
dargestellten Mehrfachbehälterstreifens; und
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Figur 4 ist eine quergeschnittene Seitenansicht des
Behälters entlang der Schnittlinie 4-4 von Fig. 3.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind mehrere Gefäße 10
und ein Wirbelgefäß 13 zur Bildung eines
streifenförmigen Behälters hintereinander angeordnet, der
mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Der
Behälter 12 kann auf eine beliebige geeignete Weise
hergestellt werden. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel weist der Behälter 12 ein starres
Umfangsband 14 auf, das aus einem geeigneten Material,
beispielsweise einem inerten Kunststoff, hergestellt
ist. Das Band 14 ist entweder an jedes der Gefäße 10
und den Wirbelbehälter 13 angesetzt oder einstückig
mit diesen ausgebildet, derart, daß sich der
Behälter 12 im bevorzugten Fall im wesentlichen nach Art
eines länglichen Keils von einer ersten Kante 16L zu
einer zweiten Kante 16R verjüngt. Dieses keilförmige
Planprofil des Behälters 12 erleichtert die Montage
mehrerer derartiger streifenförmiger Behälter 12 in
der Weise, daß sie umfangsmäßig aneinander angrenzen
und sich radial über eine drehbare
Reagenztrageplatte erstrecken. Eine Platte von dieser Art ist in der
mitanhängigen Anmeldung mit dem Titel "Method and
Apparatus for Effecting the Automatic Analytical
Testing of Samples" (US-A-5 194 808) beschrieben. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, daß die einzelnen
Behälter 12 eine beliebige vorbestimmte
Ausgestaltung haben können und alleine oder in jeglicher
geeigneten Zahl und Weise zusammen angeordnet werden
können und im Rahmen dieser Erfindung bleiben.
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Wie in US-A-4 720 374 beschrieben, kann jedes der
Gefäße 10 und das Wirbelgefäß 13 entweder einzeln
oder in einem streifenförmigen Behälter 12
angeordnet sein und ist aus einem geeigneten inerten
Kunststoffmaterial hergestellt und weist eine Kammer auf,
die durch sich im wesentlichen gegenüberliegende
Paare im wesentlichen paralleler und einstückig
ausgebildeter Seitenwände 18 und Endwände 20 gebildet
ist. Die oberen Flächen der Seitenwände 18 und der
Endwände 20 zusammen mit der Oberseite des Bandes 14
und den daran angrenzenden Bereichen überlagern sich
zur Bildung einer im wesentlichen planaren
Dichtfläche 22, die das offene obere Ende des
Gefäßes 10 und des Wirbelgefäßes 13 umfangsmäßig umgibt.
Erfindungsgemäß ist eines der Gefäße 10,13 ein
Wirbelgefäß 13. Jedes des Gefäße 10, dieses Wirbelgefäß
13 ausgenommen, ist durch einen nach unten schräg
abfallenden umgekehrten pyramidalen Boden
geschlossen.
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Die Seitenwände 18 jedes Gefäßes 10 unter Ausnahme
des Wirbelgefäßes 13 sind an das Umfangsband 14
angefügt.
Das Band 14 verläuft geringfügig unterhalb
der unteren Enden der Gefäße 10 und bildet auf diese
Weise eine Stützstruktur 26, durch die der Behälter
12 auf eine geeignete Arbeitsfläche gesetzt werden
kann. Die mehreren Gefäße 10 können in verschiedenen
Konfigurationen angeordnet sein, im Quadrat, im
Rechteck usw.
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Die aneinander angrenzenden Gefäße 10 und das
Wirbelgefäß 13 sind voneinander um einen vorbestimmten
Spalt 28 beabstandet, um die Wärme- und
Dampfisolierung jedes der Gefäße 10 und des Wirbelgefäßes 13 zu
verbessern. Vorzugsweise wird der Behälter 12 im
Spritzgußverfahren und aus Polypropylen hergestellt.
Alternativ dazu können Polyäthylen oder andere
geeignete Konstruktionsmaterialien verwendet werden,
jedoch wird Polypropylen aufgrund seiner
Eigenschaft, häufig gebogen werden zu können, ohne zu
brechen, bevorzugt.
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Gemäß der Erfindung ist das Ende des Wirbelgefäßes
13 rohrförmig und länglich und weist eine Längsachse
50 auf. Das Wirbelgefäß 13 weist ferner einen Rand
52 auf, der eine Umfangsbefestigungsfläche bildet,
die den durch die Gefäße 10 und das Band 14
gebildeten Umfangsbefestigungsflächen ähnlich ist. Das
Wirbelgefäß 13 ist mit dem Band 14 durch einen
einstückigen, flexiblen dünnen Kunststoffinger
verbunden, der auf diese Weise ein flexibles Gelenk 54
bildet. Das flexible Gelenk 54 ist auf eine Ecke 56
gerichtet, die von dem Band 14 und dem Endgefäß 18
gebildet ist. Das Gelenk 54 ist unmittelbar
unterhalb des Randes 52 derart angeordnet, daß es sich
nicht auf die Dampfdichtung auswirkt, die auf dem
Wirbelgefäß 13 und den Gefäßen 10 angeordnet ist,
und so, daß seine Festigkeitseigenschaften nicht
durch das Deckelheißsiegelverfahren beeinträchtigt
werden.
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Der Boden des Wirbelgefäßes 13 ist derart
ausgebildet, daß er einen sich abwärts erstreckenden
vorspringenden Spitzenteil 58 aufweist, der derart
ausgestaltet ist, daß eine Antriebseinrichtung vom
exzentrischen oder orbitalen Typ daran angreifen kann,
um eine Nutationsbewegung des unteren Bereichs zu
erzeugen, wobei das Wirbelgefäß 13 um das flexible
Gelenk 54 schwenkt. Der untere Teil des Bands 14
wird entfernt, um eine kurze Einfassung um das
Wirbelgefäß 13 herum derart auszubilden, daß das
Wirbelgefäß 13 an seinem unteren Bereich für diese
Nutationsbewegung frei ist.
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Eine geeignete Antriebseinrichtung für den
vorspringenden Spitzenbereich 58 zum Erzeugen einer
derartigen Nutationsbewegung ist in der mitanhängigen U.S.-
Anmeldung Nr. 07/237,254 mit dem Titel "Automatic
Vortex Mixer" beschrieben. Eine alternative
verwendbare Antriebsvorrichtung ist die in einem Artikel
von Wada et al., Automatic DNA Sequencer:
Computerprogrammed microchemical manipulator for the Maxam-
Gilbert sequencing method, Rev. Sci. Instrum., 54
(11), 1969-72, beschriebene. Da die bestimmte
Antriebseinrichtung keinen Teil dieser Erfindung
darstellt, wird sie nicht weiter beschrieben, außer daß
darauf hingewiesen wird, daß die Funktion der
Antriebseinrichtung darin besteht, an der
vorspringenden
Spitze anzugreifen und sie in einer Nutations-
oder orbitalen Bewegung derart zu bewegen, daß in
dem Wirbelgefäß 13 ein Wirbelmischen erfolgt.
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Wenn in den Gefäßen 10 und in dem Wirbelgefäß 13
Reagenzien gelagert sind, ist es am besten, eine
Dampfsperre und eine wiederheilbare Bahn zu
verwenden, damit zum Entnehmen des Reagenzes mehrfach
Einstechungen mit einer Sonde vorgenommen werden
können. Aus diesem Grund wird ein dreilagiges Laminat
60 auf die Umfangsbefestigungsflächen der Gefäße 10
sowie des Wirbelgefäßes 13 und des Bands 14
heißgesiegelt, insbesondere dort, wo es eine Einfassung um
den Rand 52 des Wirbelgefäßes 13 bildet.
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Um das Versiegeln der einzelnen Kammern zu
vereinfachen, wird bei dem Formverfahren zwischen den
Gefäßen 10 jeweils eine kleine Kerbe 64 ausgebildet,
außer bei dem dem Wirbelgefäß 13 benachbarten Gefäß
10. Schließlich wird eine selbstheilende
Deckelstruktur 66 in haftender Weise auf dem Laminat 60
angebracht. Die selbstheilende Struktur 66 kann ein
beliebiges der chemisch inerten Elastomere sein.
Bevorzugt wird jedoch eine Silikongummibahn mit
einer Dicke von 0,813 mm (32 mils), vertrieben von CHR
Industries, verwendet. Sie wird auf dem Laminat 60
angebracht, und zwar mit einem geeigneten
Haftmittel, wie es beispielsweise von der General Electric
Company, Waterford, NY, mit dem
Produktidentifizierungskode TSA6574 erhältlich ist, ein Silikonharz,
das eine Primerlösung verwendet, deren
Produktidentifizierungskode SR500 ist. Das Äußere des
Endes der Deckelstruktur 66, die sich über dem
Wirbelgefäß
13 befindet, ist gezackt, wobei ein
halbkreisförmiges Ende entsteht, das den gleichen
Durchmesser und die gleiche Breite aufweist wie das
Wirbelgefäß 13. Ferner wird das Laminat 60 unmittelbar
um den Rand 52 eingeschlitzt, ehe die Deckelstruktur
66 aufgesetzt wird, um die Nutationsbewegung des
Behälters 12 zu erleichtern, ohne die Dichtungen zu
beeinträchtigen.
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Das Laminat verschließt jedes der Gefäße 10,13 mit
einer undurchlässigen Dichtung derart, daß für den
Inhalt des Wirbelgefäßes 13 und des Gefäßes 10 eine
Dampfsperre gebildet und die Kammer und die Gefäße
10,13 gegen gegenseitige Kontaminierung durch Dampf
isoliert und die Gefäße 10,13 gegen kontaminierende
Gase, wie beispielsweise Kohlendioxid oder
Sauerstoff, isoliert sind.
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Da das Laminat 60 auf die jedes Gefäß 10 umgebenden
Befestigungsflächen, den Rand 52 des Wirbelgefäßes
13 und den Behälter 12 heißgesiegelt ist, muß das
Material der unteren Lage auf den das Band 14
bildenden Kunststoff heißsiegelbar sein. In seiner
bevorzugten Ausführungsform ist das Laminat 60 ein
dreilagiges Laminat, wobei die äußere Schicht ein
Polyesterfilm ist, wie der von E.I. du Pont de
Nemours and Company unter dem Warenzeichen Mylar
vertriebene, eine Polyvinylidenchloridbeschichtung auf
dem Polyesterfilm angeordnet ist, wie die von Dow
Chemical Co. unter dem Warenzeichen Saran
vertriebene, und schließlich eine äußere Sperrschicht aus
Polypropylen vorhanden ist, da das Band 14 aus
Polypropylen
besteht. Wenn das Band 14 aus Polyäthylen
bestünde, wäre dieses untere Laminat Polyäthylen.
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Die Deckelstruktur 66 kann mit Schlitzen versehen
sein, um das Einführen von Sonden in das Wirbelgefäß
13 und die Gefäße 10 zu vereinfachen. Die Verwendung
von Silikongummi, einem selbstheilenden Elastomer,
gewährleistet, daß die Sonde abgewischt wird, es
nicht an der Sonde haftet und nicht leicht
ausgestochen wird.
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Die Dichtung wird nicht durch die Nutationsbewegung
des Wirbelgefäßes 13 beeinträchtigt. Eine derartige
Nutationsbewegung wird insbesondere durch das
Einschlitzen des Laminats um den oberen Rand 52 des
Wirbelgefäßes 13 erleichtert. Das flexible Gelenk
hat eine relativ lange Lebensdauer und gestattet
daher eine signifikante Nutationsbewegung des
Wirbelgefäßes 13.