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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Präzisionssaugapparate, die für die Verwendung
in automatisierten Flüssigkeitsprobenanalysegeräten zum
Aufnehmen von Flüssigkeit
aus Behältern
durch Saugwirkung geeignet sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf Präzisionssaugapparate,
die Flüssigkeitssaugrohre
verwenden, die Deckel, die die Öffnungen
von Behältern
mit diagnostischen Proben und Reagenzien abdichten, durchstechen
können
und derartige Behälter
unterscheiden können.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Automatisierte
Flüssigkeitsprobenanalysatoren,
wie z. B. Blutproben-Analysegeräte,
verwenden Saugpipetten, um eine vorbestimmte Menge oder Aliquot
einer Probenflüssigkeit
wie Blutplasma der Reihe nach aus einer Reihe an röhrenförmigen Probenbehältern zu
entnehmen. Die Probenbehälter
befinden sich in einer Probenhalterung, die Behälter nach Behälter in
eine Saugposition unter der Pipette gebracht wird. Jeder Behälter bleibt
in der Saugposition stehen, in der ein die Pipette betätigender
Mechanismus diese in den Behälter
einführt,
durch die Pipette eine Saugwirkung ausübt, um ein Aliquot aufzunehmen,
die Pipette zurückbringt
und sie in eine Ausstoßposition
verlagert. In der Ausstoßposition
wird das Aliquot z. B. in ein Reaktionsgefäß gespritzt, das Reagenzien
für einen
Blutanalysetest enthält.
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Manche
der Behälter,
die auf die Probenhalterung aufgeladen werden, können z. B. mit einem Gummideckel
abgedichtet oder anderweitig verschlossen sein. Die Spitzen der
Nadel-artigen Saugpipetten, die zum Aufnehmen von Aliquoten aus
Probenbehältern
verwendet werden, sind schräg
geschnitten, um einen abgedichteten oder verschlossenen Behälter zu
durchstechen.
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Ein
Saugrohr mit einer Einsaugöffnung,
die auf dessen Umfangsfläche
von der Spitze entfernt ausgebildet ist, so dass, wenn das Saugrohr
einen Gummideckel durchsticht, keine Gummiteile das Saugrohr verstopfen,
wie es die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-304400 offenbart,
ist bekannt.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5.201.232 offenbart eine
Flüssigkeitsprobennahmevorrichtung
zum Entnehmen von Flüssigkeitsproben aus
offenen Behältern
sowie eine Probennahmenadel für
geschlossene Behälter.
Die Flüssigkeitsprobennahmevorrichtung
kann daher bei jeder Art von Behältern – Behälter mit
Deckel (geschlossen) oder ohne Deckel (offen) – verwendet werden. Die offenbarte
Flüssigkeitsprobennahmevorrichtung
unterscheidet zudem offene von geschlossenen Behältern mittels eines Detektors,
der ein Identifizierungsetikett oder -karte liest, die auf dem Behälteräußeren bereitgestellt
ist.
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Die
in der japanischen Patentschrift Nr. 2511549 gelehrte Vorrichtung
benötigt
dennoch spezielle an den Behältern
angebrachte Etiketten oder Karten sowie einen Detektor zum Lesen
derselben, um die Behälter
zu identifizieren, aus denen Proben zu entnehmen sind. Folglich
kann die Vorrichtung nicht korrekt identifizieren, wenn die Etiketten
oder Karten nicht richtig angebracht sind. Zudem macht das Ausstatten
der Vorrichtung mit zwei Arten von Saugapparaten den Mechanismus
groß und
komplex.
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Die
US-A-5.576.504 A offenbart eine weitere Flüssigkeitsprobennahmevorrichtung
nach dem Stand der Technik. Diese Probennahmevorrichtung verwendet
einen mechanischen Sensor, der an der Nadelhalterung angebracht
ist, um die Höhe
des Probenbehälters
zu detektieren. Aus der Höheninformation
kann dieser die unterschiedlichen Arten von offenen und geschlossenen
Behältern
unterscheiden. Es deutet nichts darauf hin, dass diese Information
zur Steuerung der Bewegung der Nadel verwendet werden sollte.
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Wenn
z. B. ein einzelnes Saugrohr für
offene sowie für
geschlossene Behälter
verwendet werden soll, ist es in manchen Situationen erwünscht, die Saugöffnung in
der Spitze des Saugrohrs bereitzustellen. Wenn beispielsweise gewünscht wird,
die Mengenbestimmungsgenauigkeit bei Mikroproben von wenigen μl zu verbessern,
um das Totvolumen (die Menge, die nicht aufgesaugt werden kann und daher
im Behälter
zurückbleibt)
an Probenflüssigkeit oder
das Ausmaß zu
verringern, mit dem das Saugrohr in eine Probenflüssigkeit
eingetaucht wird, um eine gegenseitige Kontamination der Flüssigkeiten zu
verhindern, muss die Saugöffnung
in der Spitze des Saugrohrs angeordnet sein.
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Wenn
die Saugöffnung
in der Spitze des Saugrohrs bereitgestellt ist, ist es wahrscheinlich, dass
das Rohr verstopft wird, wenn es den Deckel eines geschlossenen
Behälters
durchdringt.
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Bei
herkömmlichen
Flüssigkeitsprobennahmevorrichtungen
wird das Saugrohr vertikal verlagert, um ein Aliquot aufzunehmen,
wodurch relativ wenig Kraft erforderlich ist, um die Pipette in
einen offenen Behälter
nach unten zu führen,
jedoch deutlich mehr Kraft benötigt
wird, um die Pipette durch einen geschlossenen Behälter einzubringen.
Das Aufbringen einer großen
Kraft bei einem offenen Behälter führt zu mechanischen
Verlusten, behindert die Beweglichkeit und führt zu operationalen Problemen wie
eine Beschädigung
des Saugrohrs, wenn es aufgrund der vertikalen Position des Behälters am
Boden des Behälters
anstößt. Eine
horizontale Verlagerung des Flüssigkeitssaugrohrs
und dessen großer Antriebsquelle,
wenn diese in eine Einheit integriert sind, führt zu praktischen Problemen,
dass die Einheit aufgrund ihrer Größe nicht bei hoher Geschwindigkeit
horizontal bewegt werden kann, und daher auch der horizontale Verlagerungsmechanismus groß sein muss.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine korrekte Identifizierung
von Flüssigkeitsprobenbehältern zu
ermöglichen,
indem eine einfach konstruierte Behälter-Identifzierungsvorrichtung verwendet
wird.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, zu verhindern, dass
die Saugöffnung
in der scharfen Spitze einer Saugpipette verstopft wird.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Manipulation
einer Flüssigkeitsproben-Saugpipette
für offene
und geschlossene Behälter
zu ermöglichen,
indem entsprechend eine geeignete Kraft auf einen Saugapparat ausgeübt wird,
der z. B. für
die Verwendung in einem automatisierten Analysegerät ausgebildet
ist.
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Die
Erfindung ist in ihren zahlreichen Aspekten in den Ansprüchen erläutert. Optionale
Merkmale werden untenstehend beschrieben.
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Ein
Saugapparat gemäß der vorliegenden Erfindung
kann in einem automatisieren Analysegerät betrieben werden, um Flüssigkeitsaliquote
aus einer Reihe von verschlossenen und offenen Behältern in
einer Probenhalterung abzusaugen, die durch eine Probensonde inkremental
in eine Saugposition gebracht werden. Bevorzugte optionale Komponenten des
Saugapparats beinhalten eine Nadelpipette mit einer schräg geschnittenen
Saugspitze, eine erste und eine zweite Saugapparat-Manipulationseinheit, externe
Kraft-Abtastmittel, die mit der ersten Saugapparat-Manipulationseinheit
verbunden sind, um eine externe auf die Pipette wirkende Kraft zu
detektieren, und ein Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsmittel, das
durch die Pipette betrieben wird.
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Die
erste Saugapparat-Manipulationseinheit schließt eine erste Halterung, die
die Pipette vertikal zurückhält, und
ein erstes Antriebsmittel ein, das die erste Halterung in der Saugposition
vertikal in einen Behälter
verschiebt und aus diesem herausführt. Die zweite Saugapparat-Manipulationseinheit
beinhaltet eine zweite Halterung, die ausgebildet ist, um die erste
Halterung zu umschließen,
wobei ein vorbestimmtes Spiel freigehalten wird. Ein zweites Antriebsmittel für die zweite
Saugapparat-Manipulationseinheit wirkt
mit dem ersten Antriebsmittel zusammen, um die zweite Halterung
zusammen mit der ersten Halterung vertikal zu verschieben, und wird
unabhängig vom
ersten Antriebsmittel betätigt,
um die zweite Halterung gegen die erste Halterung anzutreiben.
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Eine
Saugapparat-Steuerungseinheit ist mit dem ersten und dem zweiten
Antriebsmittel verbunden und reagiert sowohl auf das externe Kraft-Abtastmittel
als auch das Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsmittel.
Somit steuert der Saugapparat die erste und zweite Saugapparat-Manipulationseinheit.
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Die
Saugapparat-Steuerungseinheit ist so programmiert, dass sie das
erste und das zweite Antriebsmittel betätigt, um die erste und die
zweite Halterung gemeinsam vertikal zu verlagern. Wenn durch das
Außenkraft-Abtastmittel
keine externe auf die Pipette wirkende Kraft detektiert wird, fährt die
Steuerungseinheit damit fort, das erste und zweite Antriebsmittel
anzuweisen, die Pipette nach unten zu führen, bis sie in der Saugposition
die Flüssigkeit
in einem Behälter
berührt.
Wenn die Nadelpipette in der Saugposition keine Flüssigkeit
im Behälter
berührt, nachdem
sie um eine vorbestimmte Distanz verlagert worden ist, stoppt die
Steuerungseinheit das erste und das zweite Antriebsmittel. Wenn
durch das Außenkraft-Abtastmittel
eine auf die Pipette wirkende externe Kraft detektiert wird, d.
h. wenn die Pipettenspitze die Oberseite eines Behälters mit
Deckel oder Stöpsel
berührt,
hält das
Steuerungselement das erste Antriebsmittel an und fährt damit
fort, das zweite Antriebsmittel zu betätigen. Durch diesen Vorgang wird
die zweite Halterung auf die erste Halterung gedrückt, um
die Pipette durch den Deckel oder Stöpsel zu stechen.
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Um
zu verhindern, dass der durchbohrt Gummi des Deckels die Spitze
verstopft, ist die schräg
geschnittene Saugspitze der Nadelpipette am Innenrand abgeschrägt.
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Der
Saugapparat wird automatisch betrieben und kontrolliert bei jedem
Behälter,
ob ein Deckel/Stöpsel
vorhanden ist. Dementsprechend bleibt beim Verlagern der ersten
und der zweiten Halterung des Behälters nach unten in den Behälter die
zweite Halterung von der ersten Halterung innerhalb des vorbestimmten
Ausmaßes
an Spiel getrennt, wenn die Pipette keinen Deckel/Stöpsel vorfindet.
Folglich wird die erste Halterung, die die Pipette hält, lediglich durch
die Kraft der ersten Antriebsquelle verlagert.
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Andererseits
wird, wenn der sich in der Saugposition befindliche Behälter verschlossen
ist, die zweite Halterung alleine angetrieben und drückt auf
die erste Halterung nach unten. Folglich wird die durchstechende
Pipette nur durch die Kraft der zweiten Antriebsquelle betätigt.
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Dementsprechend
bringt die erste Antriebsquelle beim vertikalen Verlagern eine relativ
kleine Kraft auf die Pipette auf, während die zweite Antriebsquelle
eine relativ große
Kraft auf die Pipette ausübt,
um einen Deckel/Stöpsel
vertikal zu durchstechen. Das heißt, der Antriebsmodus (die
Größenordnung
der bereitgestellten Kraft) zum Verlagern der Pipette wird dementsprechend
verändert,
wodurch ansonsten auftretende mechanische Verluste vermieden werden
und Beweglichkeit und Zuverlässigkeit
beim Betreiben des Saugapparats dazugewonnen werden.
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Der
Saugapparat gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet die Pipette, um verschlossene von offenen Behältern zu
unterscheiden, wodurch identifiziert wird, dass ein vorliegender
Behälter
entweder offen oder verschlossen/zugestöpselt ist. Da der Saugapparat
feststellen kann, dass kein Flüssigkeitskontakt
und keine auf die Pipette wirkende externe Kraft vorhanden ist,
nachdem die Pipette um eine vorbestimmte Distanz verlagert worden
ist, kann der Saugapparat zudem ermitteln, dass keine Flüssigkeit oder
kein Behälter
vorhanden ist. Die Antriebsquellen können in diesem Fall so gesteuert
werden, dass sie die Pipette nicht weiter absenken, wodurch deren
Beschädigung
verhindert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wie oben beschrieben wurde, ein Fehler beim Identifizieren
von Behältern
unwahrscheinlich, da das Vorhandensein eines Deckels/Stöpsels direkt
durch die Pipette detektiert wird.
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Die
in einem gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführten
Saugapparat verwendete Pipette besteht vorzugsweise der Beständigkeit
halber und da die die Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsfähigkeit
des Saugapparats durch eine in der Pipette erzeugte Kapazität ausgebildet
wird aus einem Metall. Zudem wird die Pipette, um ihr Antikorrosions-
und Verschleißschutzeigenschaften
zu verleihen, aus Edelstahlrohrmaterial hergestellt, dessen Außenfläche mit
einer harten Beschichtung wie Chromnitrid (CrN) beschichtet ist.
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Wie
oben festgestellt wurde, ist die schräg geschnittene Oberfläche vorzugsweise
am Innenrand abgeschrägt,
um ein Verstopfen der Spitze der Pipette zu verhindern. Das heißt, sie
ist so ausgebildet, dass keine spitzwinkligen Kanten am inneren Umfangsrand
der Spitzenöffnung
entstehen. Der gesamte innere Umfangsrand der schräg geschnittenen Pipettenspitzenöffnung kann
abgeschrägt
sein, um sämtliche
spitzwinkligen Kanten auf dem Rand zu beseitigen. Es kann jedoch
auch nur die Hälfte
des inneren Umfangsrand, an der spitzwinklige Kanten auftreten,
wenn die Spitze geschnitten ist, abgeschrägt werden.
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Die
Arten von Flüssigkeiten,
die durch die Pipette abgesaugt werden können, sind nicht speziell eingeschränkt. Ein
Beispiel, bei dem der Saugapparat in einem automatisierten Analysegerät verwendet wird,
sind jedoch Blutproben wie Plasma. Bei automatisierten Analysegeräten werden
Behälter,
die Flüssigkeitsproben
zum Analysieren enthalten, vorzugsweise auf eine Probenhalterung
geladen, die in die Saugposition unterhalb der Pipette transportiert wird.
Genauer gesagt, wird bei automatisierten Analysegeräten eine
als Probennehmer bekannte Vorrichtung eingesetzt, um die Probehalterung,
in die eine Vielzahl von Behältern
gegeben oder „geladen" ist, sequentiell
unter der Pipette in Position zu bringen, um Behälter nach Behälter Aliquote
aus den Behältern
abzusaugen.
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Was
die Verwendung des Saugapparats anbelangt, ist die erste Saugapparat-Manipulationseinheit
einschließlich
dem Außenkraft-Detektionsmittel vorzugsweise
horizontal verlagerbar.
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Aus
der vorhergehenden Erläuterung
versteht es sich, dass zwar die Oberfläche der enthaltenen Flüssigkeit
bei jedem offenen Behälter
verschieden ist, die Steuerungseinheit jedoch in Reaktion auf das
Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsmittel
die erste Antriebsquelle anhält,
um die Abwärtsbewegung der
Pipette zu stoppen. Ins besondere kann die Menge an Flüssigkeit,
die überflüssigerweise
am Saugrohr haften bleibt, minimiert werden. Obwohl die Position
des Bodens jedes offenen Behälters
unterschiedlich sein kann, hält
die Steuerungseinheit die erste Antriebsquelle in Reaktion auf das
Außenkraft-Detektionsmittel
an, um die Abwärtsbewegung der
Pipette zu stoppen. Dies verhindert, dass die Pipette auf den Boden
des Behälters
auftritt und zerbricht.
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Bei
geschlossenen Behältern
hält die
Steuerungseinheit, nachdem die Pipette durch einen Deckel/Stöpsel gestochen
worden ist, die zweite Antriebsquelle in Reaktion auf das Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsmittel
an, um die Abwärtsbewegung der
Pipette zu stoppen.
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Das
Außenkraft-Detektionsmittel
schließt vorzugsweise
einen Sensor ein, der das Kollidieren der Pipettenspitze mit einem
Hindernis detektiert. Diese Art von Sensor ist normalerweise als „Crash-Sensor" bekannt und wird
zum Detektieren des Anstoßens
der Pipette an einem Objekt bereitgestellt. Die Pipette wird sofort
angehalten, wenn sie auf ein Objekt trifft und wird entfernt, um
eine Beschädigung
zu vermeiden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
die Behälter,
die in einem automatisierten Analysegerät verwendet werden, in dem
der oben beschriebene Saugapparat eingesetzt wird, durch einen solchen
im Saugapparat bereitgestellten Crash-Sensor identifiziert werden.
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Die
vorhergehenden sowie weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte
Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen deutlicher
gemacht.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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1 ist eine schematische
Darstellung der allgemeinen Konfiguration eines Saugapparats gemäß der vorliegenden
Erfindung, betrachtet von der linken Seite der Vorrichtung in Bezug
auf einen Benutzer;
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2 ist eine teilweise Ansicht
von 1, die teils weggebrochen
ist und teilweise im Schnitt dargestellt ist und Details des Saugapparatmechanismus
veranschaulicht;
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3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die
die Spitze einer im Saugapparat verwendeten Pipette veranschaulicht;
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4 ist eine Querschnittsansicht
von 3;
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5 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht,
die die Spitze einer herkömmlichen
Pipette veranschaulicht, die ein verschlossenes Probengefäß durchsticht;
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6 ist eine Vorderansicht
einer Blutgerinnungsanalysator-Probenhalterung, auf die eine Reihe
von Behältern
geladen ist, aus denen durch den Saugapparat Aliquote entnommen
werden; und
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7A und 7B stellen ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsprogramms
dar, das von einer Saugapparat-Steuerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgeführt
wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der
Saugapparat dieser Ausführungsform
ist in einen Blutgerinnungsanalysator eingebaut. 2 ist eine Stirnansicht betrachtet von
der linken Seite des Blutgerinnungsanalysators in Bezug auf einen Benutzer,
worin die rechte Seite der Figur das vordere Ende der Vorrichtung
und die linke Seite das Innere der Vorrichtung darstellt. Eine Probenhalterung 66, die
eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Probenbehälter 68 enthält, wird
von einem Probennehmer (nicht dargestellt) Behälter um Behälter in die Richtung von der
Rückseite
zur Vorderseite des Blatts transportiert.
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Wie
in 1 ersichtlich, umfasst
der Saugapparat eine erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 und
eine zweite Saugapparat-Manipulationseinheit 11. Die erste
Saugapparat-Manipulationseinheit 10 ist mit einer ersten
Halterung 30 ausgestattet, die eine Pipette 12 hält, die
in ein Flüssigkeitssaugrohr
ist, und eine erste Antriebsquelle 43, die die erste Halterung 30 nach
oben und nach unten bewegt. Die zweite Saugapparat-Manipulationseinheit 11 ist mit
einer zweiten Halterung 74, die in die erste Halterung 30 eingreift,
und einer zweiten Antriebsquelle 86, die die zweite Halterung 74 nach
oben und nach unten verlagert, ausgestattet. Die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 ist
horizontal verlagerbar ausgebildet. Die strichpunktierten Linien
in 1 zeigen eine Situation,
in der sich die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 in
ihrer vordersten Position befindet und die erste Halterung 30 an
die zweite Halterung 74 angrenzt, wo die beiden in einander
eingreifen können.
Die durchgezogenen Linien zeigen die Situation, in der sich die
erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 in ihrer rückwärtigen Position
befindet und die erste Halterung 30 von der zweiten Halterung 74 entfernt
ist, so dass die beiden nicht in einander eingreifen können.
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Die
Pipette 12 hat einen inneren Durchlass 14 (bezugnehmend
auf 4) und besteht aus
einem zylindrischen Rohr aus Edelstahl mit einem Außendurchmesser
von 2,0 mm, einem Innendurchmesser von 1,3 mm und einer Gesamtlänge von
130 mm. Ein elektrischer Draht 34 ist am oberen Endabschnitt
der Pipette befestigt. Der elektrische Draht 34 ist mit
einem Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsschaltkreis 35 verbunden,
der Flüssigkeitsoberflächen auf
Basis der Kapazitätsveränderung
detektiert, wenn die Spitze der Pipette 12 die Oberfläche einer
Flüssigkeit
berührt.
Ein Rohr 36 ist am oberen Ende der Pipette 12 angebracht
und mit einem Flüssigkeitsmengenmesser 37,
wie z. B. eine Spritzenpumpe, verbunden. In dieser Ausführungsform wird
die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 durch entsprechende
dritte und vierte Antriebsquellen 94 und 96 horizontal
verlagert.
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Bezugnehmend
auf die 3 und 4 ist die Pipette 12 nahe
dem unteren Ende auf einen Außendurchmesser
von 1,2 mm und einem Innendurchmesser von 0,5 mm verengt und ist
wie in den Figuren dargestellt in Bezug auf die Pipettenachse schart schräg abgeschnitten.
Der innere Durchlass 14 öffnet sich in eine Öffnung 18 auf
der schräg
geschnittenen Oberfläche 16.
Durch den schrägen
Schnitt entsteht eine spitzwinklige Kante 21 auf dem Innenwandrand 21 der
schräg
geschnittenen Oberfläche 16 (die spitzwinklige
Kante entsteht im Bereich der oberen Hälfte 20, und eine
stumpfwinklige Kante im Bereich der unteren Hälfte 22).
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5 veranschaulicht eine Situation,
bei der eine herkömmliche
Pipette 13 einen Gummideckel durchsticht. Eine spitzwinklige
Kante 23 auf dem Innenwandrand schneidet den Gummideckel 24,
wenn die Pipette 13 diesen durchsticht, und ein Abschnitt des
durchschnittenen Gummideckels (ein Gummikrümel) gelangt in die Öffnung,
so dass diese unmittelbar blockiert wird.
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Daher
wird ein Abschrägungsvorgang
zum Entfernen der spitzwinkligen Kante auf der oberen kreisförmigen Hälfte 20 der
schräg
geschnittenen Oberfläche 16 auf
dem verengten unteren Ende der Pipette 12 ausgeführt. Dadurch
wird die spitzwinklige Kante um den gesamten Innenwandrand entfernt. Selbst
bei Tests mit zumindest 30.000 Wiederholungen wurde bestätigt, dass
es beim durchstechenden Ende einer derartig konfigurierten Pipette
zu keiner Blockierung kam.
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Ein
Bereich der Außenwand
der Pipette 12, etwa 80 mm vom Boden, wird einem Chromnitrid(CrN)-Beschichtungsverfahren
unterzogen, um dessen Verschließschutzeigenschaften
zu verbessern.
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Bezugnehmend
auf die Stirnansicht aus 2 einer
Ausführungsform
eines Saugapparats dient eine erste Grundplatte 44 als
Rahmen für
die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10.
Ein Riemen 42 verbindet die Riemenscheiben 40 und 41, und
die Riemenscheibe 41 ist direkt mit dem Schaft der ersten
Antriebsquelle 43 (in dieser Ausführungsform ein Schrittmotor)
verbunden. Ein Schwenkelement 50 ist schwenkbar auf einer
zweiten Grundplatte 38 gelagert und über eine Klammer 48 an
einen Abschnitt des Riemens 42 befestigt. Die zweite Grundplatte 38 wird
geführt,
indem die auf der ersten Grundplatte 44 montierten Führungsschafte 46 und 47 vertikal
begrenzt werden. Die erste Halterung 30, in die die Pipette 12 gehalten
wird, ist ebenfalls auf der zweiten Grundplatte 38 montiert.
Dementsprechend kann das Schwenkelement 50 durch Betätigen der
ersten Antriebsquelle (Schrittmotor) 43, um die Riemenscheibe 41 anzutreiben,
durch die Befestigung am Riemen 42 nach oben und nach unten
bewegt werden, wobei die erste Halterung 30, die zweite
Grundplatte 38 und das Schwenkelement 50 zusammen
vertikal verlagert werden.
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Ein
Druckmittel 52, in diesem Fall eine gewickelte Kompressionsfeder,
ist zwischen der ersten Grundplatte 38 und dem Schwenkelement 50 angeordnet.
In einem Zustand in dem keine externe Kraft auf die Pipette 12 wirkt,
wird das Schwenkelement 50 im Uhrzeigersinn in 2 auf eine Hebelstütze 51 gedrückt und
berührt
ein auf der zweiten Grundplatte 38 bereitgestelltes Widerlager 56.
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Ein
Außenkraft-Detektionsmittel 54 zum
Detektieren der nach oben gerichteten Außenkraft, die auf die Pipette 12 wirkt,
ist in der ersten Saugapparat-Manipulationseinheit 10 bereitgestellt,
wie in 1 gezeigt wird.
Das Außenkraft-Detektionsmittel 54 umfasst
einen Sensor 53, in diesem Fall einen Mikroschalter, und
einen Außenkraft-Detektionsschaltkreis 55,
mit dem der Sensor 53 elektrisch verbunden ist.
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Wenn
die sich nach unten bewegende Pipette 12 einen Gegenstand
berührt,
so dass eine Außenkraft
nach oben auf diese wirkt, wird die Seite der zweiten Grundplatte 38 auf
der sich die Hebelstütze 51 befindet,
angehalten, die Seite des Schwenkelements 50 mit der Klammer 48 jedoch
nach unten verlagert. Das Schwenkelement 50 wird daher
gegen den Uhrzeigersinn, wie durch die strichpunktierten Linien
in 2 angedeutet, gegen
die Druckkraft der Feder 52 gedreht. Der Mikroschalter 53 erfastet
diese äußerst geringe
Schwankung, die vom Außenkraft-Detektionsschaltkreis 55 durch
dessen elektrische Verbindung mit dem Mikroschalter 53 detektiert wird.
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Eine
Führungshülse 58,
die an der ersten Grundplatte 44 befestigt ist, dient als
Führungsmittel, um
die Pipette 12 vertikal zu bewegen. Da die Pipette 12 100
mm oder länger
ist, ist die Führungshülse 58 in
dieser Ausführungsform
so ausgestattet, dass die Pipette 12 nicht horizontal vibriert,
wenn sie bewegt wird.
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Ein
Reinigungselement 60 mit einem Durchgangsloch 63 (dargestellt
in 1) reinigt die Wand der
Pipette 12, indem ein Reinigungsfluid aus einer Öffnung 62 dem
Durchgangsloch 63 zugeführt
wird und verbrauchtes Fluid von einer Öffnung 64 abgegeben
wird. Das Reinigungselement 60 wird durch eine Antriebsquelle 72,
in diesem Fall ein Luftzylinder, über ein Verbindungsglied 70,
das auf einer vertikal angeordneten Führungsschiene geführt wird,
nach oben und nach unten verlagert.
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Nachdem
die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 gerade beschrieben
worden ist, wird nun die zweite Saugapparat-Manipulationseinheit 11 erläutert. Die
zweite Halterung 74 kann mit der ersten Halterung 30 in
Eingriff gebracht werden. Der Blutgerinnungsanalysator ist in dieser
Ausführungsform
so konfiguriert, dass die zwei Halterungen 30 und 74 durch
Konvex-Konkav-Ineinandergreifen zusammengefügt werden. Die erste Halterung 30 schließt insbesondere
einen konvexen Teil 32 ein. Die zweite Halterung 74 besitzt
einen konkaven Teil 76, in den der konvexe Teil 32 mit
einem Abstand hineinpasst. Die vertikale Breite des konvexen Teils 32 beträgt etwa
6 mm und die des konkaven Abschnitts 76 14 mm. Dementsprechend
besitzt die erste Halterung 30 Platz, um ohne Störung durch
die zweite Halterung 74 bewegt werden zu können, d.
h. es besteht ein störungsfreier
Randabstand von 8 mm.
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Die
zweite Halterung 74 wird durch folgenden Mechanismus nach
oben und nach unten verlagert. Eine Antriebswelle 80 mit
einer spiralförmigen Nut
ist drehbar auf den Halterungen 84 und 85 gelagert.
Ein Schlitten 82 ist auf die Antriebswelle 80 geschraubt
und wird in Folge der Rotation der Antriebswelle 80 vertikal
bewegt. An einem Ende der Antriebswelle 80 ist eine Riemenscheibe 89 befestigt. Die
zweite Antriebsquelle 86 ist hierin ein Schrittmotor, an
den eine Riemenscheibe 88 angebracht ist. Ein Riemen 90,
der um die Riemenscheiben 88 und 89 verläuft, überträgt dementsprechend
die Drehung des Schrittmotors 86 auf die Antriebswelle 80 und
somit auf den Schlitten 82. Die zweite Halterung 74 ist über ein Verbindungsglied 78 mit
dem Schlitten 82 verbunden und wird in ihrer Bewegung von
der Führungsschiene 71 gelenkt.
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Während die
zweite Halterung 74 in die erste Halterung 30 eingreift,
geht die Stromzufuhr zum ersten Schrittmotor 43 verloren,
wobei das Drehen des zweiten Schrittmotors 86 die zweite
Halterung 74 dazu bringt, auf die erste Halterung 30 zu
drücken und
diese zu verlagern. Die Außenkraft
versetzt hierbei den ersten Schrittmotor 43 in Drehung.
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In
dieser Ausführungsform
ist der Blutgerinnungsanalysator so konfiguriert, dass die erste
Saugapparat-Manipulationseinheit 10 durch die dritte Antriebsquelle 94 nach
vor und zurück
(nach rechts und nach links in 1)
verlagert wird, die hierin ebenfalls aus einem Schrittmotor besteht.
Darüber
hinaus ist der Analysator so konfiguriert, dass die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 durch
die vierte Antriebsquelle 96, die auch ein Schrittmotor
ist, seitlich verlagert wird. Wenn sich die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 am
vorderen Ende (rechts in den 1 und 2) des Analysators befindet, greift
die erste Halterung 30 in die zweite Halterung 74 ein.
Wenn sich die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 hinten
befindet (links in den Figuren), wird der Eingriff zwischen den
beiden gelöst,
wobei die Pipette 12 lediglich durch die Drehung des ersten Schrittmotors 43 vertikal
verlagert wird.
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In
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die in den Probenbehältern behinhaltete Probenflüssigkeit
Plasma, und der (nicht dargestellte) Probennehmer befördert die
Probenbehälter
in die Probenhalterung 66, die in diesem Fall 10 Behälter aufnehmen
kann, und transportiert diese der Reihe nach in eine Position unter
dem Saugapparat. Die Probenhalterung 66 wird insbesondere
abwechselnd von links nach rechts in 6 verlagert,
wodurch jeweils ein Behälter
ausgerichtet wird.
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Die
in dieser Ausführungsform
verwendeten Probenbehälter
können
grob in drei Kategorien unterteilt werden. Die erste Kategorie – die verschlossenen
Behälter
A, B, C, D, E und F – fährt auf
der Bodenwand der Probenhalterung 66 (die Behälterböden berühren die
Probenhalterungsbodenwand). Die Deckel auf jedem Behälter sind
unterschiedlich. Die zweite Kategorie – der offene Behälter G – fährt ebenfalls
auf der Bodenwand der Probenhalterung 66 (der Behälterboden
berührt
die Probenhalterungsbodenwand). Die dritte Kategorie – die offenen
Behälter
N, I und J – sind über der
Probenhalterungsbodenwand angeordnet, wobei die Behälter entweder mit
einem Flansch ausgestattet sind, der auf der oberen Wand der Probenhalterung
(H, J) oder auf dem oberen Ende eines offenen Behälters zum
Beladen (I) sitzt. Der Boden keines der offenen Behälter der dritten
Kategorie berührt
die Bodenwand der Probenhalterung.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
weitet sich die Unterseite der Durchgangsöffnung 63 durch das
Reinigungselement 60 in einen konischen Trichter 61,
wodurch Behälter
gehalten werden können, ohne
dass sie aus ihrer Position rutschen, selbst wenn sie so eigenartig
wie Behälter
F (Vakuum-Blutabnahmeröhrchen „MONOVETTE" von Sarstedt) in 6 geformt sind.
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Bezugnehmend
auf die 7 erläutert das Ablaufdiagramm
detailliert ein Programm zum Betreiben des in einem Probenanalysator
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführten
Saugapparats. Eine Steuerungseinheit 92, dargestellt in 1, empfängt Signale vom Sensor 53 über das
Außenkraft-Detektionsmittel 54 und
treibt jeden der Schrittmotoren – d. h. die erste bis zur vierten
Antriebsquelle 43, 86, 94 und 96 – gemäß dem Programm
entsprechend an.
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Schritte S1.1 bis S1.3:
Detektieren des Vorhandenseins von Behälterdeckeln
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In
der Situation, in der die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 in
ihrer vordersten Position angeordnet ist, wird die Pipette 12 um
eine vorbestimmte Distanz von ihrer Anfangsposition (oberster Punkt)
abgesenkt, wobei sie durch das Reinigungselement 60 dringt
(S1.1). Die Pipette 12 wird hierin durch Drehen des ersten
und des zweiten Schrittmotors 43 und 86 abgesenkt,
um die erste und die zweite Halterung 30 und 74 abzusenken,
während
ihr nicht interferierender Eingriffszustand wie oben beschrieben
aufrechterhalten wird. Während
diesem Vorgang überwacht
die Steuerungseinheit 92 in Schritt S1.2 Signale vom Außenkraft-Detektionsschaltkreis 55.
Wenn eine auf die Pipette 12 wirkende Außenkraft
detektiert wird, stellt die Steuerungseinheit 92 fest,
dass ein Deckel auf einem verschlossenen Behälter vorhanden ist und hält in Schritt
S2-1.1 den ersten Schrittmotor 43 an. Wenn die Steuerungseinheit 92 keine
auf die Pipette 12 wirkende Außenkraft detektiert, wenn diese
um die vorbestimmte Distanz abgesenkt worden ist, stellt die Steuerungseinheit
fest, dass ein offener Behälter
ohne Deckel vorliegt (S1.3). Die „verschlossen/offen" Information, die in
Schritt S1.2 ermittelt wurde, wird wie untenstehend angeführt gespeichert,
um in Schritt 4 darauf Bezug nehmen zu können.
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Schritte S2-1.1 bis S2-1.5:
Absenken der Pipette wenn der Behälter verschlossen ist (durchstechen)
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Nach
Schritt S2-1.1, der den Schrittmotor 43 beim Detektieren
einer Außenkraft
in S1.2 anhält, wird
die Spitze der Pipette 12 vom Deckel entfernt, indem der
angehaltene erste Schrittmotor 43 leicht in Rückwärtsrichtung
gedreht wird. Dann wird in Schritt S2-1.3 die konische Schale 61 durch
Betätigen
der Antriebsquelle 72 auf der Unterseite des Reinigungselements 60 auf
den Deckel 69 (wie in den 1 und 2) des vorliegenden Behälters abgesenkt,
um diesem mit Druck zu halten. In Schritt S2-1.4 wird die Stromzufuhr
zum ersten Schrittmotor 43 gestoppt und der zweite Schrittmotor 86 wird
gedreht, wodurch die zweite Halterung 74 betätigt wird,
um die erste Halterung 30 nach unten zu drücken, so
dass die Pipette 12 den Deckel 69 des vorliegenden
Behälters 68 durchsticht.
Hierbei senkt allein die Kraft des zweiten Motors 86 die
Pipette 12 ab. Dann wird in Einklang mit der Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsinformation
des Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsschaltkreises 35 oder
einer im Vorhergehenden ermittelten Positionsinformation, die anzeigt,
dass die Pipette 12 einen untersten Punkt erreicht hat,
in Schritt S2-1.5 der zweite Schrittmotor 86 angehalten,
wodurch auch die Pipette 12 gestoppt wird.
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Schritte S2-2.1 und S2-2.2:
Absenken der Pipette wenn der Behälter offen ist
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Wenn
die Pipette 12 auf keine auf sie wirkende Außenkraft
trifft, wenn sie in Schritt S1.3 um den vorbestimmten Abstand abgesenkt
wird, wird die Pipette 12 in Schritt S2-2.1 weiter abgesenkt.
Hierin wird die erste Halterung 30 durch kontinuierliches Drehen
des ersten und des zweiten Schrittmotors 43 und 86 abgesenkt,
ohne dass sie die zweite Halterung 74 berührt. Dementsprechend
senkt die Kraft des ersten Schrittmotors 43 die Pipette 12 ab.
Anschließend
wird in Schritt S2-2.2 in Einklang mit der Information von dem Flüssigkeitsoberflächen-Detektionsschaltkreis 35 oder
dem Außenkraft-Detektionsschaltkreis 55 oder
in Einklang mit der im Vorhergehenden ermittelten Positionsinformation,
die andeutet, dass die Pipette 12 einen untersten Punkt
ermittelt hat, der erste Schrittmotor 43 angehalten, wodurch
auch die Pipette 12 gestoppt wird.
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Schritte S3.1 bis S3.3:
Absaugen von Probenflüssigkeit
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In
Schritt 3.1 wird auf Basis des Ergebnisses von Schritt
S2-2.2 oder S2-1.5 ermittelt, ob beim Absenken der Pipette 12 in
den vorliegenden Behälter 68 die
Oberfläche
der Flüssigkeitsprobe
(Plasma) detektiert worden ist. Wenn ja, wird die Pipette 12 in Schritt
S3.2 um einen vorbestimmten Abstand gemäß dem Absaugvolumen abgesenkt,
und der Flüssigkeitsmengenmesser 37 wird
betrieben, um das vorbestimmte Volumen an Plasma (in der vorliegenden
Ausführungsform
5 bis 500 μl)
durch die Öffnung 18 in
der Spitze der Pipette 12 abzusaugen.
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Wenn
das Absenken der Pipette 12 in Schritt S2-1.5 durch Erreichen
des untersten Punkts oder in Schritt 2-2.2 durch Detektion
von Außenkraft
oder durch Erreichen des untersten Punkts gestoppt wird, bedeutet
dies, dass kein Plasma abgesaugt wird. Daher wird in Schritt 3.3 eine
Fehlermeldung mit dem Inhalt „Absaugung
wird nicht durchgeführt/keine
Probenflüssigkeit" ausgegeben.
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Schritte S4, S4-1.1 und
S4-1.2: Anheben der Pipette wenn der Behälter erschlossen ist
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Wenn
in Schritt 4 aus der in Schritt S1.2 gespeicherten Information
ermittelt wird, dass der vorliegende Behälter 68 verschlossen
ist, wird in Schritt S4-1.1, wenn die Stromzufuhr zum ersten Schrittmotor 43 gestoppt
wird, der zweite Schrittmotor 86 rückwärts gedreht. Dementsprechend
drückt
die zweite Halterung 74 die erste Halterung 30 nach
oben, und die Pipette 12 wird aus dem Deckel 69 des
vorliegenden Behälters 68 herausgezogen.
Hierbei wird die Pipette 12 lediglich durch die Kraft des
zweiten Schrittmotors 86 angehoben. Gleichzeitig wird eine
Reinigungsflüssigkeit
dem Reinigungselement 60 zugeführt, um die Außenwand
der Pipette 12 zu reinigen, und die verbrauchte Flüssigkeit
wird abgegeben. Wenn die Pipette 12 vollständig herausgezogen
ist, wird das Reinigungselement 60 in Schritt S4-1.2 angehoben,
um den Eingriff in den vorliegenden Behälter 68 zu lösen, und
die Pipette 12 wird in ihre Anfangsposition zurückgebracht.
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Schritte S4, S4-2.1 und
S4-2.2: Anheben der Pipette wenn der Behälter offen ist
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Wenn
in Schritt 4 aus der in Schritt S1.2 gespeicherten Information
ermittelt wird, dass der vorliegende Behälter 68 nicht verschlossen
ist, dann werden in Schritt S4-2.1
der erste und der zweite Schrittmotor 43 und 86 rückwärts gedreht,
um die erste Halterung 30 anzuheben, ohne die zweite Halterung 74 zu
berühren.
Herbei wird die Pipette 12 nur durch die Kraft des ersten
Schrittmotors 43 angehoben.
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Gleichzeitig
wird eine Reinigungsflüssigkeit in
das Reinigungselement 60 eingeführt, um die Außenwand
der Pipette 12 zu reinigen, und die verbrauchte Flüssigkeit
wird abgegeben. In Schritt S4-2.2 wird die Pipette 12 in
ihre Anfangsposition zurückgebracht.
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Schritt S5: Verlagern
der Pipette nach rückwärts
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Durch
Drehen des Motors 94 wird die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 nach
hinten verlagert. Dadurch wird der Eingriff zwischen der ersten
Halterung 30 und der zweiten Halterung 74 vollständig gelöst. Die
erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 kann
zudem, falls notwendig, durch Drehen des Motors 96 seitlich
verlagert werden.
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Schritt S6: Absenken der
Pipette
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Die
Pipette 12 wird um eine vorbestimmte Distanz abgesenkt,
indem lediglich der erste Schrittmotor 43 gedreht wird,
da der Eingriff zwischen der ersten Halterung 30 und der
zweiten Halterung 74 gelöst wird.
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Schritt S7: Probenflüssigkeitsausstoß
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Durch
Betätigen
des Flüssigkeitsmengenmessers 37 wird
ein vorbestimmtes Volumen an Plasma durch die Öffnung 18 in der Spitze
der Pipette 12 in ein Reaktionsgefäß (nicht dargestellt) ausgestoßen.
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Schritt S8: Anheben der
Pipette
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In
diesem Schritt wird der erste Schrittmotor 43 rückwärts gedreht,
um die Pipette 12 anzuheben. Anschließend werden die Innen- und
Außenwände der
Pipette 12 gereinigt, indem z. B. der Schrittmotor 94 oder 96 angetrieben
wird, um die Pipette 12 in ein nicht dargestelltes Reinigungsgefäß zu transportieren
und sie dort zu reinigen. Alternativ dazu kann die Innen- und die
Außenwand
der Pipette 12 durch Zuführen einer Reinigungsflüssigkeit
durch den Innendurchlass 14 sowie durch Zuführen einer Reinigungsflüssigkeit
zum Reinigungselement 60 und Abfließen der Reinigungsflüssigkeit
aus dem Reinigungselement gereinigt werden.
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Schritt S9: Vorwärtsverlagern
der Pipette
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In
diesem Schritt wird der Motor 94 rückwärts gedreht, um die erste Saugapparat-Manipulationseinheit 10 nach
vor zu verlagern, und die Pipette 12 wieder in ihre Anfangsposition
zurückgeführt. Dadurch
wird die erste Halterung 30 in eine Position gebracht,
in der sie in die zweite Halterung 74 eingreifen kann.
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Schritt S10: Transportieren
der Probenhalterung
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Der
Probennehmer wird so angetrieben, dass er die Probenhalterung 66 um
einen Behälter 68 vorrückt, und
wird dann angehalten. Dann werden die oben angeführten Schritte der Reihe nach
ausgeführt.
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Die
vorherige Beschreibung der Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind zu Illustrationszwecken bereitgestellt und dienen nicht
der Eingrenzung der Erfindung.