EP0105834A2 - Verfahren und Einrichtung zum Uebertragen einer flüssigen Probe in Mikro- und Millilitermengen - Google Patents
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Definitions
- the method can advantageously be developed further according to claims 2 and 3. After these further process steps there is only a homogeneous, bubble-free dilution of the sample in the cannula, storage tube and transition point, which is then downward, e.g. can be delivered to several process vessels. These levies have a uniform concentration, regardless of the time and amount of the respective levy.
- the syringe 1 as an example of a displacement pump device has a cylinder 2 serving as a storage tube, in which the piston 3 is fitted from above, the cannula 4 is cemented in from below and the hose nozzle with opening 5 is glued to the side at top dead center 6 of the piston 3.
- Below the bottom dead center 7 sits in the 45 ° conical transition 8 a cylindrical profile body 9, which ends at the bottom in a three-sided regular inverted pyramid 10 with a 45 ° surface inclination. This results in three passages 12 between the three contact points 11 of the profile body 9 in the transition 8.
- the shape of the profile body (9) described approximately represents an easily producible streamlined shape, and if the material selected is corrosion-resistant steel, the result is a weight that is sufficient with bubble-free suction to prevent such a profile body 9 from moving in the opposite direction to the flow in the To keep crossing point 8 sizzling.
- the profile body 9 also sits against the flow due to its weight Mung in the transition point 8, so that the inflowing liquid column between the profile body 9 and cannula 4 in the transition point 8 distributed to the outside, passed in the space 15 along the profile body 9 and finally reunited on the upper side of the profile body 9 facing away from the cannula 4, now filling the entire cross section of the cylinder 2.
- the liquid is introduced from the cannula 4 into the cylinder 2, turbulence and other negative pressure zones are avoided, in which the liquid outgasses and could give rise to spontaneous formation of gas bubbles.
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Abstract
Description
- Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Bei einem bekannten derartigen Verfahren wird die Kanüle vor der Probenaufnahme bloss in die Nähe der Probe gebracht, vorerst ohne diese zu berühren. In dieser Vorbereitungs-Position wird nun bereits der Saugvorgang begonnen. Auf diese Weise wird zwischen der Wassersäule und der Probe absichtlich eine Trennblase aus Luft gebildet. Bei fortgesetztem Saugvorgang gelangt die Luftblase in die Uebergangsstelle zwischen Kanüle und Vorratsrohr und trifft dort auf den darin sitzenden zylindrischen Profilkörper. Dieser wird angehoben und trennt die Luftblase von der über ihm stehenden Wassersäule, bis auf eine rundum stehende dünne Wasserschicht. Dadurch kann die Vermischung von Probe und Wasser, und damit die Verschleppung von Probe zu Probe vermindert werden.
- Dieses Verfahren hat jedoch den grossen Nachteil, dass die Luftblase ihr Volumen je nach Druck und Temperatur ändert, wodurch die Menge der übertragenen Flüssigkeit ungenau abgemessen wird.
- Man hat daher wieder auf solche absichtlich erzeugte Luftblasen verzichtet und die Probenverschleppung auf andere Weise unwirksam zu machen versucht, z.B. durch besseres Waschen und Spülen von Kanüle und Vorratsrohr. Mit weiter gesteigerten Anforderungen, insbesondere bei schnellerer Aufnahme der Probe in Analyseautomaten, traten erneut Unregelmässigkeiten auf. Es wurde beobachtet, dass sich im Vorratsrohr wieder Gasblasen eingestellt hatten.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, trotz hoher Geschwindigkeit bei der Probenaufnahme Gasblasen zu vermeiden und dadurch gleichbleibend genaue Mengen der Probe aufzunehmen und zu übertragen. Durch eine Abwandlung des bekannten Verfahrens gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist es gelungen, die angeführte Aufgabe zu lösen. Die Flüssigkeit wird dadurch auf dem Wege von der Kanüle in das Vorratsrohr derart geführt, dass blasenbildende Turbulenzen vermieden werden.
- Das Verfahren kann vorteilhaft nach den Patentansprüchen 2 und 3 weiterentwickelt werden. Nach diesen weiteren Verfahrensschritten befindet sich in Kanüle, Vorratsrohr und Uebergangsstelle ausschliesslich eine homogene blasenfreie Verdünnung der Probe, welche anschliessend nach unten, z.B. an mehrere Prozessgefässe abgegeben werden kann. Dabei weisen diese Abgaben eine einheitliche Konzentration auf, unabhängig von Zeitpunkt und Menge der jeweiligen Abgabe.
- Eine weitere vorteilhafte Fortentwicklung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist im Patentanspruch 4 umschrieben. Damit wird das Reinigen von Kanüle und Vor-Vorratsrohr wie oben verlangt verbessert, wobei nach dem letzten Ausspülen das ganze Gerät mit blasenfreiem Wasser gefüllt ist, bereit zur nächsten blasenfreien Probenaufnahme.
- In den weiteren Patentansprüchen ist eine Einrichtung zur vorteilhaften Durchführung des Verfahrens definiert.
- Die Erfindung wird wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt die einzige Zeichnung
- Fig. 1 einen Ansichts-Schnitt durch eine KolbenSpritze.
- Die Spritze 1 als Beispiel einer Verdrängerpumpeinrichtung besitzt einen als Vorratsrohr dienenden Zylinder 2, bei dem der Kolben 3 von oben her eingepasst, die Kanüle 4 von unten her eingekittet und der Schlauchstuzzen mit Oeffnung 5 beim oberen Totpunkt 6 des Kolbens 3 seitlich angeklebt sind. Unterhalb dem unteren Totpunkt 7 sitzt im 45° konischen Uebergang 8 ein zylindrischer Profilkörper 9, der unten in einer dreiseitig-regulären umgekehrten Pyramide 10 mit ebenfalls 45° Flächenneigung endet. Dadurch ergeben sich zwischen den drei Kontaktstellen 11 des Profilkörpers 9 im Uebergang 8 drei Durchlässe 12. Entsprechend der mit 45° gegen die Oberkante der Oeffnung 5 ansteigenden Stirnfläche 13 des Kolbens 3 ist der Profilkörper 9 oben mit einem Kegel 14 abgeschlossen, dessen Mantellinie die gleiche Neigung von 45 hat wie die Kolbenstirnfläche 13. Der Durchmesser des Profilkörpers 9 ist so gewählt, dass der Zwischenraum 15 zum Zylinder 2 nicht geringer ist, als der grösste Abstand zwischen der Pyramidenfläche 11 und der Kegelfläche des Uebergangs 8 im Durchgang 12.
- Es sind nun Vorkehren getroffen, dass bei der z.B. durch hochziehen des Kolbens 3 bewirkten Probenaufnahme der Profilkörper 9 entgegen der Strömung in der Uebergangsstelle 8 sitzend gehalten wird.
- Die beschriebene Gestalt des Profilkörpers (9) stellt nämlich näherungsweise eine leicht herstellbare Stromlinienform dar, und wenn als Werkstoff korrosionsfester Stahl gewählt wird, ergibt sich ein Gewicht, das bei blasenfreiem Einsaugen ausreicht, um einen solchen an sich beweglichen Profilkörper 9 entgegen der Strömung in der Uebergangsstelle 8 sizzend zu halten.
- Man könnte aber auch den Profilkörper 9 fest mit dem Körper der Spritze 1 verbinden, z.B. an den Stellen 11 durch verlöten.
- Schliesslich könnte man einen beweglichen Profilkörper 9 aus ferromagnetischem Werkstoff herstellen, oder einen ferromagnetischen Kern mit chemikalienbeständigem Kunststoff umhüllen. Dies würde erlauben, den Profilkörper 9 durch ein von aussen her angelegtes Magnetfeld stärker auf die Uebergangsstelle 8 zu drükken, wenn das Eigengewicht zu klein wäre.
- Die zuletzt erwähnten Ausführungen des Profilkörpers führen nun zu einem weiteren interessanten Aspekt der Erfindung. Es kann nämlich das Bedürfnis auftreten, den Inhalt des Zylinders 2 rasch zu vermischen. Dann kann das äussere Magnetfeld mit einer schwingenden Komponente ausgeführt werden, sei es durch stationär längs dem Zylinder 2 angeordnete Spulen, die abwechselnd erregt werden, sei es durch auf und ab schwingende Permanentmagnete.
- Da ähnliche Magnetmischvorrichtungen in Labors seit langem bekannt sind, wird hier auf eine ins Einzelne gehende, insbesondere zeichnerische Darstellung der Kürze halber verzichtet.
- Aus dem gleichen Grund wird darauf verzichtet, den mechanischen Aufbau der Entsorgungseinrichtung zu zeigen, welche unter anderem einen Anschluss am Schlauchstutzen der Oeffnung 5 aufweist,und mittels welcher die Spritze 1 jeweils vom Probenrest befreit, d.h. gereinigt und mit Wasser gefüllt wird. Ihre Funktion geht aus der nachfolgenden Beschreibung eines Dosiervorganges hervor.
- Zu Beginn einer Dosierung wird die wassergefüllte Spritze 1 zur Probenaufnahmestelle gebracht, wo sich z.B. das einem Patienten entnommene und zentrifugierte Blut in einem Probengefäss befindet. Die Spitze der Kanüle 4 wird mit der Oberfläche der Probe, d.h. mit dem Blutplasma, in Berührung gebracht. Es bildet sich eine Flüssigkeitsbrücke zwischen Probe und Wasser. Jetzt erst wird der Kolben 3 vom untern Totpunkt(7)aus rückwärts in Bewegung gesetzt und gleichzeitig die Distanz zwischen Probengefäss und Spritze so gesteuert, z.B. mittels Niveaufühler, dass die Flüssigkeitsbrücke nie abreisst. Die durch die Kanüle 4 geförderte Flüssigkeit bildet somit während des ganzen Saugvorganges eine durchgehend blasenfreie Säule von der Spitze der Kanüle 4 bis zum obersten Punkt der Kolbenstirnfläche 13.
- Während des ganzen Saugvorganges sitzt ferner der Profilkörper 9 durch sein Gewicht entgegen der Strömung in der Uebergangsstelle 8, so dass die einströmende Flüssigkeitssäule zwischen Profilkörper 9 und Kanüle 4 in der Uebergangsstelle 8 nach aussen verteilt, im Zwischenraum 15 entlang dem Profilkörper 9 weitergeleitet und schliesslich auf der der Kanüle 4 abgewandten oberen Seite des Profilkörpers 9 wiedervereinigt wird, jetzt den ganzen Querschnitt des Zylinders 2 ausfüllend. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit derart von der Kanüle 4 in den Zylinder 2 eingeführt, Turbulenzen und andere Unterdruckzonen vermieden werden, in welchen die Flüssigkeit ausgasen und zu spontaner Bildung von Gasblasen Anlass geben könnte.
- Nachdem der Ansaugvorgang beendet ist, befindet sich der höchste Punkt der Kolbenstirnfläche 13 knapp unterhalb der Oeffnung 5. Die ganze Spritze 1 wird nun hochgehoben und quer in Richtung der Prozesseingabestelle verschoben. Bevor sie diese jedoch erreicht, hält sie in*einer Zwischenposition an. Die dort angebrachte Magnetmischvorrichtung tritt in Tätigkeit, und der Profilkörper 9 vermischt die Flüssigkeit oberhalb der Kanüle 4 durch kräftige vertikale Rührbewegungen. Anschliessend wird der Kolben 3 so weit abgesenkt, dass der nicht oder ungenügend vermischte Teil der Probe in der Kanüle 4 bzw. im Uebergang 8 nach unten ausgestossen wird, z.B. in eine Zelle mit ionensensitiven Elektroden, oder in den Ablauf der Entsorgungseinrichtung.
- Die Spritze 1 enthält jetzt ausschliesslich eine homogene blasenfreie Verdünnung der Probe und wird nun horizontal aus der Zwischenposition zur Prozesseingabestelle geführt, die z.B. ein oder mehrere Prozessgefässe enthalten kann. In jedes derselben wird nacheinander die für den betreffenden Prozess programmierte Menge eingegeben, wobei jede dieser Eingaben unabhängig von Zeitpunkt und Menge eine einheitliche, für die jeweilige Probe repräsentative Zusammensetzung aufweist.
- Nach der letzten Abgabe von Probenflüssigkeit in ein Prozessgefäss wird die Spritze 1 horizontal in Richtung der Probenentnahmestelle zurückgeführt. Gleichzeitig wird der Kolben 3 so weit zurückgezogen, dass die Oeffnung 5 im Zylinder freigelegt wird und die Oberkanten von Kolbenstirnfläche 13 und Oeffnung 5 bündig sind.
- Diese Horizontalbewegung führt jedoch mindestens vorläufig nicht bis zur Probenentnahmestelle, sondern endet in einer Waschstation der Entsorgungseinrichtung. Es wird jetzt ein Spülfluid, z.B. Wasser mit Detergenz unter Druck durch den Schlauchanschluss der Oeffnung 5 in die Spritze 1 gefördert, welches durch die Kanüle 4 in einen Ablauf der Entsorgungseinrichtung geleitet wird. Dabei sorgt der Profilkörper 9 dafür,dass im Uebergang 8 festsitzende Probenreste vollständig entfernt werden. In ähnlicher Weise bewirkt die Abschrägung der Kolbenstirnfläche 13 eine vorteilhaft geführte Strömung.
- Als Letztes wird durch die Entsorgungseinrichtung eine Wasserquelle unter die Spitze der Kanüle 4 gebracht und Unterdruck an den Schlauchanschluss der Oeffnung 5 gelegt. Der Profilkörper 9 bleibt entgegen der nun einsetzenden Aufwärts-Strömung im Uebergang 8 sitzen und sorgt dafür, dass in den Zwischenräumen 12 und 15 sitzengebliebene Luftblasen nach oben gehen. Die schiefe Kolbenstirnfläche 13 leitet diese Blasen dann restlos der Oeffnung 5 zu, wo sie abgesaugt werden. Nachdem der Kolben 3 noch in seine untere Totpunktlage 7 gebracht worden ist, befindet sich in der Spritze 1 nur noch eine minimale Restmenge absolut blasenfreien Wassers. Die Spritze 1 ist jetzt wieder bereit zur nächsten Probenaufnahme.
- Noch kurz einige weitere Ausführungsarten der Erfindung: Die wirksame Stirnfläche des Kolbens 3 könnte als umgekehrter Trichter mit seitlichem Auslauf oben ausgebildet sein. Das Vorratsrohr 2 braucht nicht immer exakt zylindrisch zu sein, z.B. wenn ein Tauchkolben vorgesehen ist, oder wenn die eigentliche Pumpe vom Vorratsrohr getrennt angeordnet wird; dabei kommen auch Verdrängerpumpen ohne Kolben in Frage. Es liegt auch im Ermessen des Fachmanns, anstelle von Wasser ganz oder teilweise ein anderes Verdünner- und/ oder Spülfluid anzuwenden, z.B. ein Reagenz oder Aerosol, oder auch erhöhte Temperaturen. In solchen Fällen Fällen mag der Spritzeninhalt durch die Magnetmischvorrichtung in andern Positionen aufgerührt werden, als oben beschrieben, z.B. um eine Suspension in Schwebe zu halten. Es kann ferner Anwendungen geben, bei welchen die Spritze 1 von Hand zwischen Probenaufnahmestelle und Prozesseingabestelle bewegt wird, mit oder ohne mechanische Führungsmittel und Wegbegrenzungen. Beim heutigen Stand der Technik sind anderseits Steuerungen durch Mikroelektronik unterschiedlichen Automatisierungsgrades selbstverständlich. Gewisse Bewegungen können ohne weiteres durch alternative Relativbewegungen ersetzt werden.
Claims (9)
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
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