DK155717B - Doseringsapparat - Google Patents

Description

DK 155717 B

Opfindelsen angår et doseringsapparat af den i krav l's indledning angivne art.

I sædvanlig moderne praksis bliver reagenser afleveret 5 til laboratoriet på konventionelle flasker. Pra disse flasker udtages afmålte rumfang. I handelen forekommer et stort antal apparater til nøjagtig måling af rumfang, fra den simple manuelle type, hvor en væskemængde suges op i et målerør eller hulrum (pipette) og udtages derfra 10 som en udmålt mængde, til den helt automatiske apparattype, hvor reagensvæsken suges ind i en målesprøjte fra en reagensflaske eller reagensbeholder og igen udtages som en udmålt mængde bestemt ved målesprøjtens stempelslaglængde og dens diameter.

15 I en pipetteringsanordning forekommer altid to forskellige rumfang, hvoraf et nærmere bestemt rumfang af en prøve trækkes op i en sondespids for senere at blive presset ud til blanding med et andet nærmere bestemt 20 rumfang af et reagensmiddel. Sådanne apparater har i dag to målesprøjter eller pumper, en til prøven og en til reagenset. Pumperne og reagensbeholderen er forbundet med rør og ventiler.

25 Ulemperne ved disse apparater er, at ventilerne er kostbare at udforme og fremstille og ofte er en kilde til besvær og fejlfunktion. Desuden skal ventiler og forbindende rør gennemskylles, renses og tilføres nyt reagensmiddel, når man ønsker at skifte reagensmiddel i appara-30 tet. Herved går reagensmiddel til spilde, bortset fra den kendsgerning, at operationen er tidsrøvende og besværlig.

35 2

DK 155717 B

Det har tidligere faktisk været umuligt at udtage en prøve eller afgive meget små mængder, f.eks. 1 del pr.

100.000 fra en målesprøjtes totale rumfang. Grunden hertil er, at målesprøjtens stempel bevæges ved mekaniske 5 midler og med mekaniske stop til bestemmelse af det udtagne eller afgivne rumfang. Problemet er, at stemplet i en målesprøjte har en pakning, som bevirker både glidningsfriktion og igangsætningsfriktion imod målesprøjtens vægge.

10

Inden stemplet således kan bevæge sig, skal igangsætningsfriktionen overvindes. For at overvinde igangsætningsfriktionen skal en vis kraft påføres. Denne kraft indvirker ufordelagtigt på den mekaniske ledforbindelse 15 og på stopsystemet, som er beregnet til at bevæge stemplet en forudbestemt distance. Når stemplet har overvundet igangsætningsfriktionen, frigøres den kraft, som var nødvendig for at overvinde igangsætningsfriktionen, og forårsager herved et pludseligt spring i stempelbevægel-20 sen med en dertil svarende mængde afgivet reagens til følge. Den omhandlede mængde reagens er meget svær at måle og kontrollere og sætter derfor en grænse for det mindste rumfang, som med pålidelighed kan afgives.

25 En anden ulempe ved det tidligere kendte er, at den kraft, som kræves til forskydning af stemplet for afgivelse af væske, tilføres over et relativt stort og kompliceret mekanisk apparat, hvorved elasticitet og tolerancer i apparatet adderer fejlen i den styrede afgivne 30 væskemængde og sætter en grænse for det mindste rumfang, som med nøjagtighed og pålidelighed kan håndteres.

Opfindelsen har til formål at overvinde ovennævnte ulemper ved at formindske eller endog helt overvinde den 35 3

DK 155717 B

nævnte igangsætningsfriktion.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at det indledningsvis angivne doseringsapparat er ejendommeligt 5 ved det i krav l's kendetegnende del angivne. Ved at stemplets gevind skærer en meget tynd rille opnår man, at igangsætningsfriktionen ved start af et forskydningsforløb ikke påvirker stemplet til springvis forskydning i doseringsretningen, og at doseringen endvidere bliver 10 meget nøjagtig, fordi de skårede gevindgænger slutter meget tæt. Rillen, som skæres i beholdervæggen, fremkommer ikke ved spånaftagende bearbejdning, men ved en op-slidsning.

15 Stemplet virker følgelig som en mikrometerskrue i selve beholderen. Der findes ikke noget spillerum imellem stemplet og påvirkningsmekanismen, eftersom stemplet driver sig selv frem i forhold til overfladen eller vægge i den beholder, hvormed stemplet samvirker.

20

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå fig. 1 viser et længdesnit af reagensbeholderen, 25 fig. 2 er et snit af en detalje i fig. 1, fig. 3 viser et delsnitbillede af reagensbeholderen anbragt i udleveringsmekanismen, 30 fig. 4 viser et snit langs linien III-III i fig. 3, og fig. 5 er et skematisk billede af reagensbeholderen og udleveringsmekanismen forbundet til en digitalprogrammør 35

DK 155717B

4 og indstillet til en pipetteringsfortyndingsoperation.

Den i fig. 1 viste beholder udgøres af et hovedlegeme 1, som fortrinsvis er fremstillet af et relativt blødt, men 5 stabilt plastmateriale. Legemet kan være en standard engangssprøjte af den type, som allerede er tilgængelig i handelen. Et stempel 2, som fortrinsvis er støbt af et hårdt stabilt plast af polyamidtypen, såsom "Durothan", er anbragt i legemet. Stemplet er forsynet med en tæt-10 ningsdel 3 af et siliconegummi eller andet blødt bøjeligt materiale. Tætningsdelen kan være af den type, som anvendes i allerede tilgængelige engangssprøjter. Stemplet har en gevinddel 4 med tynde gevindkanter. Denne del er en smule større end målesprøjtens bund og er inddelt 15 i flere sektorer 5. Hver sektor virker som en fjeder, som trykker gevindene således, at de trænger ind i sprøjtens vægge 6 og udskærer riller i væggen. Fjedervirkningen kan forstærkes med en metallisk stålfjeder (ikke vist), som virker på hver sektor. Dette er af vær-20 di i det tilfælde, hvor stemplet er fremstillet af et materiale, som har tendens til at flyde og således mister sin fjederkraft ved lang tids oplagring under spæn-' ding.

25 Stemplets gevinddel 4 virker som en mikrometerskrue over for sprøjtelegemet l's indre vægge 6. Eftersom både stemplet og tætningen drejes sammen, bevæger stemplet og tætningen sig aksialt sammen ved rotation. Stempelsektorens fjedervirkning sikrer, at der ikke er noget slør 30 eller spillerum mellem stemplet og sprøjtevæggene.

Sprøjtevæggene er ikke forsynet med gevind, men glatte.

I dette tilfælde virker stemplet som en selvskærende skrue i sprøjtelegemet. En særlig gevindform på stemplet 35 5

DK 155717 B

er at foretrække. Fig. 2 viser et skematisk billede af denne gevindprofil. Den har høje skarpe kanter. Formålet med disse knivskarpe kanter er at skære en rille i sprøjtelegemets vægge ved deformering af vægmaterialet, 5 ikke ved at fjerne materialet. I praksis er et meget fladt gevind tilstrækkeligt, eftersom så snart den drejende tætning er blevet aflastet fra igangsætningsfriktion, Oliver friktionen lavere, og den til fremdrivnin-gen af stemplet nødvendige kraft derfor er relativt rin-10 ge. En fordybning 7 er anbragt i sprøjtelegemets væg 6 med henblik på at forhindre stemplet i utilsigtet at blive skruet ud af sprøjten. Uden for fordybningen er tilvejebragt en flange 8.

15 Stemplet er i midten forsynet med en uregelmæssigt formet fordybning (ikke vist), hvis formål er at gå i forbindelse med en roterende drivaksel. Formen af denne fordybning er fortrinsvis trekantet.

20 Som vist i fig. 3 er stemplet 2 forbundet med en stang 9, som samvirker med den trekantformede fordybning. Den modsatte ende af stangen er forsynet med en på tværs anbragt understøttende plade 10, som bærer to kuglelejer 11, 12, monteret på tappe 13, 14. Kuglelejerne 11, 12's 25 yderrringe er indrettet til at bevæge sig i et rør 15 og i forbindelse med dets diametralt modsatte hjørnedele 16, 17 som vist i fig. 4. Kuglelejerne 11, 12 er under tryk i røret 15. Dette opnås ved at gøre afstanden mellem kuglelejernes midte en smule for stor til stram til-30 pasning. Røret 15 er drejeligt, og grunden til at belaste lejerne er at begrænse spillerummet eller vinkelsløret, således at stangen 9, når røret drejes, følger denne drejning så nær som muligt. Stangen 9 trænger gennem et hul i endepladen 19 af røret 15, hvis modsatte ende 35 6

DK 155717 B

er forsynet med en bøjelig skive 19. Nævnte bøjelige skive 19 bærer i midten en bøsning 20 til forbindelse med en aksel 22, som på sin side bærer en skive 23, hvis funktion skal beskrives i det følgende. Nævnte aksel 22 5 hører til en tandhjulsudveksling 24, som på sin side er forbundet med en motor 25. Imellem den bøjelige skive 19 og kuglelejeenden af stangen 9 er anbragt en svag fjeder 26, som holder yderenden af stangen 9 i indgreb med stemplet 2. Formålet med den bøjelige skive 19 er at JO tillade små bevægelser af røret 15 og stangen 9. Dette nedsætter kravet til snævre fremstillingstolerancer uden at forringe virkningen, eftersom skiven er meget torsionsstiv. Som vist i fig. 3 er stangen og de tilhørende detaljer i stand til at bevæge sig i den dobbelt-hovedet 15 pils 27 retning.

Motoren 25 er understøttet af den nederste del 28 af et hus 29. Den øverste ende 30 af huset bærer en muffe 31, som er forsynet med et indre gevind 32, som samvirker 20 med det udvendige gevind 33 på en møtrik 34, som er indrettet til at trykke imod flangen 8 af beholderlegemet 1, som indeholder stemplet 2. Flangen 8 ligger an mod overfladen af delen 30.

25 Skiven 23 er en optisk kodeskive med f.eks. 1.000 uigennemsigtige og gennemsigtige punkter i sin periferi.

Nævnte skive 23 samvirker med en lyskilde 35, som er anbragt i en støttedel 36, som også bærer en linse 37 og en fotoelektrisk celle 38. Når lyskilden 35 belyser ski-30 ven 23, fremkommer et billede på den fotoelektriske celle 38. Den fotoelektriske celle ser enten mørke eller lyse pletter på skiven 23 afhængigt af skivens drejningsstilling. En hel omdrejning af skiven frembringer i det foreliggende eksempel 1.000 lysimpulser til den fo-35 7

DK 155717 B

toelektriske celle 38.

I fig. 5 er det i fig. 3 viste arrangement indeholdt sammen med de tilhørende, elektriske kredsløb. De elek-5 triske kredsløb er i form af en simpel digital programmerings- og udløsningsmekanisme. Nævnte kredsløb er simple, men tilstrækkelige til at betjene beholderen og udløseren som en digitalt programmeret pipetteringsfortynder. Elektromotoren 25 er en reversibel vekselstrøms-10 motor, som er forsynet med tre tilslutningsledninger 39, 40 og 41. Ledningen 39 er forbundet med spændingstilførselen over en relækontakt 42. Imellem ledningerne 40 og 41 er tilsluttet en kondensator 43 til frembringelse af en kunstig fase. Ledningen 40 er forbundet med en kon- 15 takt 44 og ledningen 41 er forbundet med en anden kontakt 45 af en omskifter 46, som på sin side er forbundet med den anden tilslutningsterminal. Rotationsretningen for motoren afhænger således af, til hvilken kontakt omskifteren 46 er forbundet. I den viste neutrale stilling 20 er motoren afbrudt.

Den fotoelektriske celle 38 er forbundet med indgangen af en binær tæller 47. Nævnte tæller kan være af en type, som allerede er tilgængelig i handelen. Tælleren har 25 en række binære udgange, hvoraf enhver på et hvilket som helst tidspunkt kan forbindes til enhver af kontakterne 48, 49 af en omskifter 50, som udgør en sektion af omskifteren 46. Omskifteren 50 er ved hjælp af en modstand 51 forbundet til basis 52 af en transistor 53. Nævnte 30 transistors emitter 54 er forbundet til en spændingskilde B, og dens kollektor 55 er forbundet med jord gennem en relæspole 56, som påvirker den tidligere nævnte relækontakt 42. Tælleren 47 har en tilbagestillingsterminal 57, som er forbundet til spændingskilden B via en mod-35 8

DK 155717 B

stand 58. Nævnte terminal 57 er forbundet til begge kontakter 59 og 60 af en omskifter 61, som ligesom omskifteren 50 er en sektion af omskifteren 46. Omskifteren 61 er forbundet til jord og til spændingskilden B som vist 5 i £ig. 5.

Beholderen 1 er ved hjælp af en slange 62 forbundet til en uddelingsspids 63, som skal føres ind i en beholder 64, som indeholder prøvevæske 65. Nævnte uddelingsspids 10 63 er også indrettet til at føres ind i en yderligere beholder 66 som angivet med punkterede linier. Sidstnævnte beholder 66 er en recipientbeholder, hvori en udmålt prøve fra beholderen 64 skal uddeles sammen med et udmålt rumfang reagensmiddel fra beholderen 1. Udde-15 lingsspidsen 63 kan udgøres af en allerede tilgængelig type.

Apparatet på fig. 5 virker som følger: 20 Det antages, at omskifteren 46 samt de tilhørende omskiftere 50 og 61 er i deres neutrale stillinger. Det ønskede prøverumfang udvælges ved at tilslutte den tilhørende udgang fra tælleren 47 til omskifterkontakten 48, som antages at være den såkaldte prøvestillingskon-25 takt. Det rumfang, som ønskes afgivet, udvælges ved at forbinde den tilhørende udgang fra tælleren 47 til kontakten 49, som således er afgivelseskontakten for omskifteren 50. Uddelingsspidsen 63 anbringes i prøvebeholderen 64 og føres ind i prøvevæsken 65. Armen for om-30 skifteren 50 føres til kontakten 48, som er prøvestillingskontakten. Samtidig bevæges kontakterne 46 og 61 til de respektive kontakter 45 og 59. Dette betyder, at tælleren 47 nu er klar til at modtage impulser fra den fotoelektriske celle 38, og motoren 25 begynder at dre-35 9

DK 155717 B

je, idet den skruer stemplet 2 i retning ud af beholderen 1, og således optager en prøve fra undersøgelsesvæskebeholderen 64. Samtidig registrerer den fotoelektriske celle antallet af streger på skiven 23, som passerer 5 forbi, og tælleren 47 tæller disse streger. Når udgangsklemmen fra tælleren 47, som er forbundet til kontakten 48, kommer op på en højt værdi, vil transistoren 53 blive afbrudt, hvilket betyder, at der ikke vil være aktiv strøm i relæspolen 56, og herved åbner relækontakten 42, 10 og motoren standser.

Uddelingsspidsen 63 anbringes nu i den foreliggende reagensbeholder 66, og omskifteren 50 skiftes om til uddelingsstilling, dvs. i berøring med kontakten 49. Dette 15 betyder, at omskifterne 46 og 61 bevæges over til deres respektive kontakter 44 og 60. Ved omskiftningen passeres den neutrale stilling, og tælleren 47 bliver tilbagestillet, som følge af at omskifteren 61 åbner forbindelsen imellem terminalen 57 og jord. Motoren begynder 20 nu at løbe i den modsatte retning, idet den skruer stemplet i retningen ind i beholderen 1 og således afgiver et bestemt rumfang. Uddelingen vil fortsætte, indtil tælleren 47 har talt tilstrækkeligt langt til at bringe udgangssignalet til kontakten 49 i den høje tilstand. I 25 dette øjeblik bliver transistoren 53 igen afbrudt, og relækontakten 42 falder, og motoren 25 standser igen.

Det ovenfor beskrevne er en fuld periode af programmeret prøveoptagning og afgivelse. Hele apparatet er meget 30 nøjagtigt, og anbringelsen af stemplet, som skruer sig ind og ud af beholderen, gør det muligt i praksis at undgå igangsætningsfriktionskræfterne. Selv om der skulle være en kraftig friktionskraft, når rotationen af røret 15, stangen 9 og stemplet 2 begynder, betyder ak-35

DK 155717 B

10 sialbevægelsen af stemplet i forbindelse med et sådant uundgåeligt friktionsspring intet i praksis. Det er muligt at ændre formen af gevindet 4 på stemplet 2 inden for vide grænser. Fortrinsvis består beholderen 1 af et 5 noget eftergivende materiale, såsom styrenplast eller lignende, hvilket materiale også er let at skære gevindriller i. For at opnå tætning mellem beholdervæggen 6 og stempletgevindet 4 er det muligt at have en ikke-lineær stigning af gevindene. Mekanismen til at dreje stemplet .10 kan være af en anden end den viste art. Kredsløbene til at styre rumfangene kan benyttes i forbindelse med andre typer tællere og andre motortyper, såsom trinmotorer.

15 20 25 30 35

Claims (8)

1. Doseringsapparat, såsom en pipetteringsfortynder, og 5 som omfatter: en cylindrisk beholder (1), som har en glat indre overflade (6), 10 en fluidumudløbspassage, som står i forbindelse med den cylindriske beholders (1) indre, et stempel (2), som er anbragt inden i den cylindriske beholder (1) og er udstyret med et ringformet tætnings-15 organ (3), som danner en tætning mellem stemplet (2) og den cylindriske beholders (1) indre overflade (6), og organer til at tilvejebringe en relativ drejning imellem nævnte stempel (2) og nævnte cylindriske beholder (1) 20 ved relativ aksial forskydning deraf til afgivelse af fluidum fra nævnte udløbspassage, kendetegnet ved, at stemplet (2) har et rundgående gevind (4) med æg, som skærer en tilsvarende rille i den cylindriske beholders (1) indre overflade (6) ved den relative bevæ-25 gelse imellem stemplet (2) og den cylindriske beholder (1)/ at nævnte tætningsorgan (3) er fast i forhold til stemplet og gi ideligt i forhold til den cylindriske beholders 30 (1) indre overflade (6) og er anbragt imellem det rundt- gående gevind (4) og nævnte fluidumpassage, og at organer er indrettet til at styre graden af sådan relativ drejning imellem stemplet (2) og den cylindriske beholder (1). 35 DK 155717 B

2. Doseringsapparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gevindet (4) består af et antal gevinddele med en afstand fra det ringformede tætningsorgan (3), som er mindst lige så stor som afstanden imellem nævnte gevind- 5 dele i aksialretningen.

3. Doseringsapparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at organerne til styring af drejningen omfatter en skive (23), som er båret af udgangsakselen 10 (22) fra en motor (25) og er forsynet med markeringer såsom gennemskinnelige dele og samvirker med et detekteringsorgan (38) til detektering af antallet af nævnte gennemskinnelige dele ved akselens (9) drejning for derved at måle stemplets (2) drejning. 15

4. Doseringsapparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at detekteringsorganet omfatter en fotoelektrisk føler (38) koblet til en tæller (47) til tælling af antallet af nævnte gennemskinnelige dele. 20

5. Doseringsapparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at tælleren (47) er forud indstillelig til et forudbestemt tal og forbundet med et kredsløb til standsning af motoren (25), når nævnte tal er nået. 25

6. Doseringsapparat ifølge ethvert af kravene 3-5, kendetegnet ved, at der mellem motorens (25) udgangsaksel (22) og stemplet er anbragt en styredel (15) omfattende en aksel (9), som i den ene ende er for- 30 bundet med stemplet (2) og i den anden ende forsynet med organer (11, 12) med ringe friktion, som samvirker med et rør (15) med et rektangulært tværsnit, hvorhos organerne med ringe friktion passende omfatter et par kuglelejer (11, 12), som er presset mod modstående hjørner 35 DK 155717 B (16, 17) i det rektangulære rør (15), som på sin side er forbundet med nævnte udgangsaksel (22) for motoren (25).

7. Doseringsapparat ifølge krav 6, kendetegnet 5 ved, at en forbindelse mellem røret (15) og motoren (25) omfatter en bøjelig skive (19), som er anbragt i rørets 115) ene ende, hvorhos en mellemdel af nævnte bøjelige skive (19) er forbundet med motorens (25) udgangsaksel (22) ved hjælp af en bøsning (20). 10

8. Doseringsapparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at en fjeder (26) forbinder nævnte bøjelige skive (19) med akselens (9) anden ende og presser nævnte aksel (9) i indgreb med stemplet, hvorved beholderen (1) og 15 motoren (25) er mekanisk forbundet (28-34) med hinanden. 20 25 30 35