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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Herstellen von Einwegspitzen für
eine Abgabesonde eines Analysegerätes, bevorzugt in dem Analysegerät und als
Teil desselben.
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Es
ist allgemeine Praxis bei vielen Analysegeräten, Einwegspitzen auf festen
Abgabesonden zu verwenden, so daß jede neue Probe in eine neue Spitze
angesaugt und aus dieser abgegeben wird. Dadurch wird eine Kreuzkontamination
zwischen Proben vermieden.
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Es
ist ebenso üblich,
derartige Spitzen mit bestimmten, relativ komplexen Formen vorzufertigen,
wie z. B. in der „Raketen"-Form, die in US-A-4,347,875
gezeigt ist, um bestimmte Abgabefunktionen zu ermöglichen.
Obwohl solche Spitzen bewundernswert arbeiten, weisen diese einige
Nachteile auf: Das Formen derselben ist relativ teuer und sie können nicht
einfach und schnell an das Analysegerät gefügt und an die Abgabesonde angepaßt werden,
weil diese als getrennte Teile geliefert werden. Die Verzögerungen
beim letzteren sind nicht bedeutsam, es sei denn, ein Hochgeschwindigkeitsanalysegerät mit einem
maximalen Durchsatz ist gewünscht.
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Auf
der anderen Seite ist es in dem Stand der Technik lange bekannt,
eine sehr kostengünstige
Pipette bereitzustellen, die lediglich ein kontinuierliches, zylindrisches
Kunststoffrohr von beachtlicher Länge umfaßt, und einen signifikanten
Teil der Länge zwischen
zwei Platten zu komprimieren, um eine Flüssigkeit a) anzusaugen und
sodann b) abzugeben, die in den Abschnitt gesaugt wurde, der nicht komprimiert
wurde. Wenn das Abgeben beendet ist, wird das Rohr einfach von gegenläufig drehenden Walzen
nach vorne geschoben, bis ein Messer den verwendeten Abschnitt abschneiden
kann, und ein neuer Abschnitt des kontinuierlichen Rohres wird folgend
zur Verwendung zur Verfügung
gestellt. Beispiele sind veröffentlicht
in US-A-3,736,099.
Obwohl eine solche Vorgehensweise das Kostenproblem löst, beruht
sie auf äußeren Platten,
um das Rohr zu komprimieren, um einen Ansaug- und Abgabedruck zu
erzeugen. Ein solcher Mechanismus ist nicht so genau wie die Pumpen,
die herkömmlicherweise
bei festen Sonden verwendet wurden, die die Spitzen halten, die
in dem '875-Patent
beschrieben sind. D. h., daß das
Flachlegen des Rohres, um Drücke
zu erzeugen, variabel sein kann. Ferner ist diese Vorgehensweise
auf die Verwendung von elastischen Rohren beschränkt und schließt daher
die Verwendung von starren Rohren aus. Ein genaues Abgeben wurde
sehr wichtig, weil zur Zeit quantitative Untersuchungen durchgeführt werden,
bei denen z. B. getrocknete Objektträgertestelemente verwendet werden,
wobei sehr kleine Gesamtvolumina einer Flüssigkeit verwendet werden (10 μl). Eine
Ungenauigkeit von 5 μl,
die nicht groß ist,
wenn zu Hause ein Finger für
einen Bluttest angestochen wird, macht einen Unterschied von 50%
aus, wenn das optimale Gesamtvolumen 10 μl beträgt.
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Daher
erreichte die Vorgehensweise über ein
kontinuierliches Rohr als eine Einwegpipettenspitze nie einen bedeutsamen
kommerziellen Status, trotz ihrer Verfügbarkeit in der öffentlichen
Literatur seit 1973.
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Es
gibt daher ein Bedürfnis
nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Herstellen einer Einwegspitze,
das so günstig
wie ein kontinuierliches, zylindrisches Rohr ist, jedoch die Genauigkeit der
teureren, geformten „Raketen"-Spitzen aufweist.
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Ich
habe eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Spitzen
entwickelt, die es ermöglichen,
das kontinuierliche Rohr für
die Spitzen zu verwenden, ohne auf die Abgabegenauigkeit zu verzichten.
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Die
zuvor genannten Probleme werden in Übereinstimmung mit einer ersten
Ausführungsform der
Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen einer Pipettenspitze
zum Anordnen in einer Öffnung
einer Pipette oder einer Abgabesonde gelöst. Das Verfahren umfaßt die Schritte
des Anspruchs 1.
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In Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung werden die Probleme durch eine Vorrichtung zum Bilden
einer Pipettenspitze gelöst,
die in eine Öffnung
einer Pipette oder einer Abgabesonde eingebracht ist, wobei die
Vorrichtung umfaßt:
eine erste und eine zweite Stempelplatte, die erste Oberflächen aufweisen,
die einander gegenüberliegen
und miteinander in Gleitkontakt stehen, und eine erste und eine
zweite Öffnung
in diesen, die im wesentlichen miteinander ausgerichtet sind, um eine
Achse zu bilden, wobei die erste der Platten eine dritte Öffnung aufweist,
die im wesentlichen koaxial mit der ersten Öffnung der ersten Platte ist,
um darin eine Öffnung
der Pipette oder der Abgabesonde aufzunehmen, ein Mittel, um die
Platten relativ zueinander entlang der ersten Oberflächen in
einer Richtung zu verschieben, die im wesentlichen senkrecht zu
der Achse ist, und
ein Eingriffsmittel, um mit einem kontinuierlichen,
zylindrischen Material reibschlüssig
zusammenzuwirken und dieses durch die Platten zu schieben, um eine
Pipettenspitze herzustellen.
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In Übereinstimmung
mit einer dritten Ausführungsform
der Erfindung werden die Probleme durch eine Abgabestation in einem
Analysegerät
zum Analysieren von Meßproben
in einer biologischen Flüssigkeit
gelöst,
wobei die Station umfaßt:
eine
Sonde mit einer Öffnung
zum Anordnen einer Einwegspitze,
ein Druckerzeugungsmittel
zum Erzeugen von Über- und
Unterdrücken,
bezogen auf die Umgebung, innerhalb der Öffnung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die
Station ferner die Vorrichtung umfaßt, die eine Pipettenspitze
entsprechend der zweiten Ausführungsform
der Erfindung bildet.
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Daher
ist es ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung, daß eine Einwegspitze
aus einem einfachen, zylindrischen Rohr hergestellt werden kann, ohne
auf die Abgabegenauigkeit zu verzichten.
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Es
ist ein verwandtes, vorteilhaftes Merkmal einer solchen Spitze,
daß diese,
wie gewünscht,
von dem Analysegerät
automatisch hergestellt und zusammengebaut werden kann, wodurch
die Notwendigkeit einer manuellen Beschickung einzelner Spitzen
umgangen wird.
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Andere
vorteilhafte Merkmale werden unter Bezug auf die detaillierte Beschreibung,
die folgt, augenscheinlich, wenn diese im Licht der beiliegenden Zeichnungen
gelesen wird.
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1 ist
eine isometrische Ansicht eines beispielhaften Handhabungsabschnittes
eines herkömmlichen
Analysegerätes,
die das Aufsetzen der Spitze und die Abgabestation zeigt;
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2 ist
eine unvollständige
Seitenansicht, teilweise eine Querschnittsansicht, von der Spitzenbildungsvorrichtung
entsprechend der Erfindung;
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3 ist
eine Ansicht, ähnlich
zu der der 2, die jedoch eine ansaugende
Sonde zeigt, die angeordnet ist, um das Bilden einer Spitze entsprechend
der Erfindung einzuleiten;
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4 ist
eine unvollständige,
isometrische Ansicht der Vorrichtung, die an der Abgabestation in Verbindung
mit dem Rest der Erfindung verwendet wird, und
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5–9 sind
Ansichten, ähnlich
zu der der 3, die jedoch aufeinander folgende
Schritte bei der Verwendung der Erfindung zeigen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben, wobei bevorzugte Stempel verwendet werden, um einzelne
Spitzen von dem kontinuierlichen Material mit zylindrischer Form
abzutrennen, das von gegenläufig
rotierenden Walzen zugeführt
wird, um eine Flüssigkeitsprobe
abzugeben. Ferner ist die Erfindung nützlich, unabhängig von
dem Trennmechanismus oder der Form des kontinuierlichen Materials, die
verwendet werden, oder ob das Vorschubmittel Walzen oder irgendeine
andere Einrichtung verwendet. Ferner ist sie unabhängig von
der Art der Flüssigkeit
verwendbar, die angesaugt und abgegeben wird, und unabhängig von
der Art des Testmaterials, dem die Flüssigkeit zugeführt wird.
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Das
gelöste
Problem und das Umfeld der Erfindung sind in 1 gezeigt,
die einen bestimmten Stand der Technik zeigt, z. B. das Analysegerät der US-A-5,008,082.
Bei einem solchen herkömmlichen Analysegerät wird eine
Patientenflüssigkeitsprobe von
Behältern
C (die als Rohre dargestellt sind) zugeführt, die von einem Träger 10 getragen
werden, der linear verlaufend dargestellt ist und linear durch einen Riemen 20 angetrieben
ist. Alternativ kann der Träger 10 ein
Rotor sein, der gedreht wird. Vorgefertigte Einwegspitzen T sind
bereitgestellt, z. B. der „Raketen"-Typ der US-A-4,347,875,
und werden auf einem Tray 30 zugeführt, das sich linear nach vorne
bewegt, Pfeil 32, das jedoch alternativ auch ein Rotor
sein kann. Eine Abgabesonde 40 ist mit einer Pumpe 42 verbunden,
um ein Ansaugvakuum und einen Abgabedruck zu erzeugen, wie bekannt
ist. Die Sonde 40 wiederum ist auf einem Träger 46 für eine vertikale Hin-
und Herbewegung, Pfeil 44, angeordnet, der linear und senkrecht,
Pfeil 48, entlang einer Schiene 50 verfährt. Der
Zweck liegt natürlich
darin, die Sonde zuerst zu dem Tray 30 zu bewegen, um eine
Spitze T aufzunehmen, folgend zu dem Träger 10, um eine Flüssigkeitsprobe
in die Spitze aus dem Behälter
C anzusaugen, und folgend zurück,
Pfeil 52, zu einer neuen Station 60, die die Abgabestation
ist, in der die Spitze T abgesenkt wird, Pfeil 62, um ein Abgeben
der Flüssigkeitsprobe
auf ein getrocknetes Objektträgertestelement
E zu ermöglichen,
wie z. B. eines von denen, die von Clinical Diagnostic Systems, Inc.,
einer Johnson & Johnson
Firma, unter dem Markennamen „Ektachem" erhältlich sind.
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Dies
war bisher der Stand der Technik für die Verwendung von Einwegspitzen
in Analysegeräten. Der
einzige Nachteil war, daß das
Tray 30 ein manuelles Auffüllen von Spitzen, durch einen
Bediener oder Bedienassistenten, und somit eine Vorfertigung der
Spitzen und in einer speziellen Form erfordert.
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Entsprechend
der Erfindung, 2, werden das Tray 30 und
die vorgefertigten Spitzen durch einen Mechanismus 100, 2,
ersetzt, der ein Teil des automatischen Analysegerätes ist.
Dieser Mechanismus umfaßt
erste und zweite, gegenüberliegende
Stempelplatten 102, 104, die jeweils eine Gleitkontaktoberfläche 106 aufweisen,
die die andere Platte berührt,
und eine Oberfläche 108, 110,
gegenüber
der Oberfläche 106.
Jede Oberfläche 106 ist wiederum
bei 112, 114 durchbrochen, bevorzugt mit einer
zylindrischen Form, die im wesentlichen den Durchmessern D1 entspricht.
Die gegenüberliegende
Oberfläche 110 ist
entweder der Ausgang der Öffnung 114 oder
kann wahlweise abgeschrägt
sein, wie mit 120 gezeigt. Die gegenüberliegende Oberfläche 108 ist
bevorzugt mit einer weiteren Öffnung 122 versehen,
die zylindrisch und koaxial an der Öffnung 122 ausgerichtet
ist, wenn auch mit einem Durchmesser größer als D1. Wahlweise kann
dieser auch an 124 abgeschrägt sein, weil es seine Funktion
ist, das Öffnungsende
einer Abgabesonde (in dieser Schrift später gezeigt) aufzunehmen.
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Um
eine relative Gleitbewegung der Platten 102 relativ zu
der Platte 104, Pfeil 130, zu ermöglichen,
ist mindestens eine Platte mit einem Antrieb 132, 134 verbunden.
Derartige Antriebe umfassen irgendeinen herkömmlichen Mechanismus, wie z.
B. einen Zahnstangenantrieb, der einen Schrittmotor verwendet, einen
hydraulischen Kolbenantrieb oder einen Riemenantrieb. Begrenzende
Walzen oder äquivalente
Mechanismen 140, wie z. B. Schienen, werden verwendet,
um zu verhindern, daß sich
die Platten 102 und 104 aus ihren Positionsebenen
herausbewegen, die in 2 gezeigt sind.
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Die
eigentliche Einwegspitze wird von einem kontinuierlichen Material
eines hohlen Rohres T gebildet, das bevorzugt eine im wesentlichen
zylindrische Querschnittsform von konstanten Durchmesser aufweist,
und aus irgendeinem geeigneten Kunststoff besteht, z. B. aus denen,
die üblicherweise
für die Spitzenherstellung
verwendet werden. Dieses Rohr wird aus einem „Endlos"-Vorrat, wie z. B. einer großen Rolle 150 (mit
Seitenflanschen auf beiden Seiten, um die Rolle zu halten, wobei
nur Flansch 152 gezeigt ist), zugeführt.
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Um
mit dem Rohrmaterial T zusammenzuwirken und dieses vorwärts zu schieben,
sind Mittel, wie z. B. die gegenüberliegenden
und gegenläufig
rotierenden Walzen 160, 162, bereitgestellt, mit
einem Walzenspalt 164, der von der Größe her ausgelegt ist, um reibschlüssig mit
dem Rohr T zusammenzuwirken. Der Walzenspalt 164 ist koaxial
an der Öffnung 114 mindestens
während
des Zeitraumes ausgerichtet, in dem das Rohrmaterial nach vorne
geschoben wird. Die Walzen 160, 162 werden durch
irgendeinen geeigneten, herkömmlichen
Mechanismus angetrieben.
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Alternative
Mittel, die das Rohr nach vorne schieben, umfassen oszillierende
Klemmbacken, nicht dargestellt, die das Rohr einklemmen, es in die Stempelplatten
nach vorne schieben, die Umklammerung lösen und in die erste Stellung
zum Einklemmen zurückkehren.
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Die
Abgabensonde 40 ist ebenso bevorzugt weiter verändert, 3,
um einen hohlen Auswurfzylinder 170 zu umfassen, der in
der Öffnung 171 der Sonde 40 angeordnet
ist, weil die bevorzugte Ausführungsform
es der Spitze ermöglicht,
daß in
der Sonde und nicht außerhalb
auf diese eingewirkt wird. Der Auswurf kann alternativ an der Außenseite
der Sonde 40 angeordnet sein, wenn die Spitze, die von
dem Rohr 7 gebildet wird, wie folgend in dieser Schrift
beschrieben, über
und um die Außenseite
der Sonde eingebracht wird, wie es der Fall ist bei Spitzen T des zuvor
genannten '082 Patentes.
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Die
Sonde 40 ist weiter bevorzugt verändert, um eine abgeschrägte Oberfläche 172 von
graduell verringertem oder keilförmigem
Durchmesser zu bilden, die in einem Abstand von einem Abschlußende 174 der
Sonde gebildet ist. Auf diese Weise ist eine hohle Bohrung 175 von
einem geringfügig
größeren Durchmesser
als der von 172 gebildet. Der Keil der Oberfläche 172 ist
derart gebildet, daß dieser
auf ein Abschlußende 199 des
Rohrmaterials T drückt,
wenn dieses in die Sonde geführt
wird, wodurch zwangsläufig
mit dem zusammengewirkt wird, was einmal die „Spitze" wird.
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Eine
weitere strukturelle Veränderung
ist es, wahlweise an der Abgabestation 60, wie deutlicher
in 4 gezeigt, einen Seitenträger 190 anzuordnen, der
eine Platte 192 aufweist, die eine V-förmige Aussparung 193 mit
einer vertikalen Achse 194 umfaßt, um eine geformte Spitze
aufzunehmen und diese während
des Abgebens zu stabilisieren, wie weiter unten beschrieben wird.
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Dies
wird anhand der vorstehenden Beschreibung deutlich geworden sein.
Im Detail, wie in den 3 und 5–9 gezeigt,
arbeitet diese wie folgt:
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Die
Sonde 40 wird in eine Öffnung 122 eingebracht, 3,
und auf einen Absatz 196 gesetzt, der die Verbindung zwischen
der Öffnung 112 und der Öffnung 122 ist.
Damit das Rohr T mit der Öffnung 171 zusammenwirkt,
sind die Platten 102 und 104 gleitfähig justiert,
so daß die Öffnungen 114 und 112 koaxial
entlang einer Materialdurchführungsachse 198, 2,
ausgerichtet sind. Dann wird das Abschlussende 199 des
Rohres T, 3, zuerst in die Öffnung 114 bewegt,
durch Schieben desselben, durch die Drehung der Walzen 160, 162,
Pfeile 200. Die Walzen schieben das Rohr T weiter in Richtung A
durch die Öffnung 112, 5,
in die Öffnung 171, bis
das Ende 199 des Rohres T reibschlüssig innerhalb der Abschrägung 172 anliegt.
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Um
einen Abschnitt des Rohres T abzuschneiden, um die eigentliche Einwegspitze
Ti zu bilden, 6, werden
die beiden Platten seitlich, relativ zueinander, entlang einer Richtung 202,
die im wesentlichen senkrecht zu der Achse 198 ist, geschoben,
vorliegend dadurch, daß lediglich
die Platte 104 bewegt wird. Dies trennt das Rohr Ti an den Kontaktflächen 106 der Stempelplatten
ab. Die Sonde 40 wird sodann von der Öffnung 122 zurückgezogen, 7,
zusammen mit der Spitze Ti, und zu einem Probenbehälter bewegt,
z. B. einem Behälter
C, 1, wobei nur die Spitze Ti in
die Flüssigkeit
eingebracht wird, um diese anzusaugen. Folgend wird die Sonde 40,
die Spitze Ti und die Flüssigkeit zu der Abgabestation
bewegt, z. B. der Station 60, 1, um einen
Teil der angesaugten Flüssigkeit
oder die gesamte angesaugte Flüssigkeit
auf ein Objektträgertestelement
E, 8, abzugeben. An der Station 60, 4,
drücken
die Platte 192 und die Aussparung 193 gegen die
Sonde 40, während
die Spitze in die Stellung gefahren wird, in der die Flüssigkeit
abgegeben wird, Pfeil 210. Das Objektträgertestelement E wird bevorzugt
entlang einer Richtung 212 in die Station 60 geschoben
und aus dieser heraus. Die Aussparung 193 bewirkt dann,
daß die
Sonde 40 und die Spitze Ti fest
gegenüber
einer unerwünschten Bewegung
in x-, y-Richtung gehalten werden.
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Wenn
diese Flüssigkeitsprobe
abgearbeitet ist, verfährt
der Auswerfer 170 durch die Sonde 40, 9,
nach vorne, um die Spitze Ti von der Sonde 40 zu
lösen,
in Richtung B, entgegengesetzt zu der Richtung A, 5.
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Die
Sonde 40 wird sodann in ihre Stellung verfahren, in der
sie in die Öffnung 122 eingebracht ist
und in der Öffnung 122 aufliegt,
so daß diese
erneut das Rohr T entlang der Richtung A, 5, aufnehmen
kann, wobei ein neues Abschlußende
mit der abgeschrägten
Oberfläche 172 zusammenwirkt. Der
Rohrschneideprozeß und
die Verwendung der Spitze wird wiederholt, um eine neue Einwegspitze Ti+1 (nicht dargestellt) zu bilden, um diese
bei der nächsten
Flüssigkeitsprobe
zu verwenden. Das Verfahren wird wiederholt verwendet, um bis zu
Ti+n neue Spitzen zu bilden.
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Zusätzlich zu
den bisher beschriebenen, kann das Rohr T aus leitenden Kunststoffen
an Stelle von nichtleitenden Kunststoffen bestehen. D. h. es kann
ein Polymer umfassen, das ausreichend Rußpartikel umfaßt, sodaß die Spitzen
Ti, Ti+1 und Ti+n elektrisch leitend sind. Dies führt dazu,
daß die
Sonde 40 das Flüssigkeitsniveau
in dem Behälter
C erfassen kann, wobei die Spitze Ti, Ti+1 oder Ti+n und
ein Kapazitätserfassungsschaltkreis
verwendet werden, um zu erfassen, wenn die Spitze die Flüssigkeit
berührt, wie
bekannt ist. Es sei auf die US-A-4,326,851
verwiesen.