EP2308588B1 - Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeitsprobe - Google Patents

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EP2308588B1
EP2308588B1 EP10009070.3A EP10009070A EP2308588B1 EP 2308588 B1 EP2308588 B1 EP 2308588B1 EP 10009070 A EP10009070 A EP 10009070A EP 2308588 B1 EP2308588 B1 EP 2308588B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
holder
liquid container
cuvette
mixing
transfer arm
Prior art date
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Active
Application number
EP10009070.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2308588A2 (de
EP2308588A3 (de
Inventor
Achim Herz
Thorsten Michels
Holger Dr. Pufahl
Joerg Dr. Schmiedeskamp
Alexander Wiedekind-Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH
Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany
Original Assignee
Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH
Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH, Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany filed Critical Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH
Publication of EP2308588A2 publication Critical patent/EP2308588A2/de
Publication of EP2308588A3 publication Critical patent/EP2308588A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2308588B1 publication Critical patent/EP2308588B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/24—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes the containers being submitted to a rectilinear movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/201—Holders therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/22—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes with supporting means moving in a horizontal plane, e.g. describing an orbital path for moving the containers about an axis which intersects the receptacle axis at an angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B01F35/22—Control or regulation
    • B01F35/2201—Control or regulation characterised by the type of control technique used
    • B01F35/2209—Controlling the mixing process as a whole, i.e. involving a complete monitoring and controlling of the mixing process during the whole mixing cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation

Definitions

  • the present invention relates to a device for mixing and optionally transporting a fluid sample for use in automated analyzers for microbiology, analytics, forensics or clinical diagnostics.
  • Automated analyzers as routinely used today in microbiology, analytics, forensics, and clinical diagnostics, typically perform a series of repetitive steps. In many of these operations, different materials must be mixed together as evenly as possible in order to provide precise examination results. The need for uniform mixing concerns, in particular, liquid samples, e.g. Blood, serum or plasma samples. For example, they must be uniformly mixed with analysis reagents before being fed to an analysis unit.
  • liquid samples e.g. Blood, serum or plasma samples.
  • a gripper known which consists of two gripping arms, which are pulled together by a spring.
  • This gripper is attached to a holding element which is coupled to a transfer arm.
  • the combination of transfer arm and holding element can eg be part of a robot station for the treatment, manipulation and analysis of chemical, clinical and / or biological samples.
  • this device does not ensure that the vibration caused by the engine arrives in the cuvette in any case.
  • the inventors have observed that in certain cases the vibrations are transmitted at least in part to the transfer arm and thus, for example, the robot station in Vibrations is added, which affects the mixing result and may even endanger the robot station.
  • the transmission of vibration to the cuvette can be affected as soon as parts of the device become caught or jammed.
  • the oscillating vibration of the cuvette may be different due to variations or disturbances of components involved. This is undesirable because in all cuvettes should be mixed as identical as possible across different devices.
  • the motor is moved each time the transfer arm is moved, which may affect the functionality of the device.
  • the EP 742435 A1 discloses a device according to the preamble of claim 1.
  • this movement should preferably also be monitored.
  • This device 20 is not part of the invention.
  • an apparatus for mixing a liquid sample according to claim 1 is provided.
  • the device according to the invention can be e.g. integrate into a laboratory robot and has due to the provided flexible intermediate element has the advantage that it can be ensured that any movements of the shaker are overwhelmingly transferred to the liquid container without reducing the mobility of the holder for the liquid container to an up and down movement.
  • the flexible intermediate element ensures that a planar circular movement, which is generated by a shaker and transmitted via a coupling device to the holder for the liquid container, is not transmitted to the transfer arm. If the plane circular movement, into which the holder for the liquid container is displaced by means of the shaker, were also transferred to the transfer arm, stepping errors would occur in the activation of the transfer arm.
  • the shaker in the present invention is releasably connected to the transfer arm, it does not have to be moved with each movement of the transfer arm, as in the device according to EP 0742435 A1 the case is.
  • the device according to the invention has the advantage that it requires no contact of the contents with other tools for mixing the content of a liquid container to be mixed, since no magnetic particles or magnetic pins are added to the liquid container for mixing must, as is the case with magnetic mixing devices.
  • flexible intermediate element is intended below to designate a device which is mounted between the holder and the stand arm, which cushion the movement of the shaker, which prevents a movement transfer to the stand arm and which allows the holder enough mobility during the shaking to a To ensure optimal and efficient mixing of the liquid in the liquid container, but at the same time is rigid enough so that stand arm and holder cuvettes can accommodate, transport and deliver.
  • the flexible intermediate element consists of an elastic and / or damping material such as - but not limited to - elastomers, urethane rubber, rubber, rubber, foam or spring steel.
  • an elastic and / or damping material such as - but not limited to - elastomers, urethane rubber, rubber, rubber, foam or spring steel.
  • several separate intermediate elements can be used side by side or one above the other to ensure a security against rotation.
  • the flexible intermediate element ensures that the liquid container and not the transfer arm is shaken with any further system components arranged thereon, and that the holder for the liquid container is sufficiently movable (ie shakeable) in order to achieve optimal mixing of the liquid sample in the liquid container. At the same time, it also limits the deflection of the gripper during transport of the vessel due to its thickness.
  • stand arm is intended below to denote a device on which the holder for the liquid container is arranged over the flexible intermediate piece.
  • the stand arm is a transfer arm that can be used to move the holder for the liquid container.
  • the latter makes sense, in particular, when the transfer arm is part of a robotic station for the treatment, manipulation and analysis of chemical, clinical and / or biological samples.
  • the transfer arm serves, for example, for transporting liquid containers, such as e.g. Cuvettes, from a pipetting station to a photometer or a PCR cycler.
  • the transfer arm is robotic. It is furthermore preferably part of a laboratory automaton or laboratory system, for example for microbiology, analytics, forensics or clinical diagnostics.
  • shaker is intended to generally refer to a device that causes liquid in the fluid container to move to achieve thorough mixing.
  • the shaker has a motor-driven eccentric.
  • an eccentric e.g. rotatory are converted into translational movements and vice versa.
  • the motor may be, for example, an electric motor, a servomotor, or a stepping motor.
  • the eccentric can be coaxial, but also driven by a belt drive or a pinion drive.
  • liquid container is intended below to denote a device containing the liquid to be mixed and transported.
  • liquid sample or “sample” shall in the following mean a quantity of liquid such as are commonly used in microbiology, analytics, forensics or clinical diagnostics. Normally the sample will be a subset of the liquid to be analyzed, e.g. in a blood, plasma or serum sample. In exceptional cases, however, the sample may also represent all available liquid.
  • the device further comprises a sensor, with the aid of which the duration, the frequency, and qualitatively the amplitude of the gripper movement and thus the mixing process in the liquid container can be monitored.
  • a sensor is a Hall sensor.
  • a Hall sensor uses the Hall effect to measure magnetic fields and currents or for position detection.
  • a magnet is embedded in the holder for the liquid container whose magnetic field is measured by a fixed Hall sensor. Since the field of the magnet at the location of the Hall sensor decreases with the distance of the Hall sensor from the magnet, the position of the magnet relative to the Hall sensor and thus the distance of the holder can be determined from the value of the magnetic field at the location of the Hall sensor for the liquid container relative to the Hall sensor.
  • the motor and the holder for the liquid container are interconnected only during the mixing process.
  • holder is intended below to designate a device that can hold the liquid container.
  • the holder can grab, hold and release the liquid container. It is advantageous if the holder has an integrally manufactured gripper for the liquid container.
  • the gripping is a basic movement for detecting and holding and establishes the connection between robot or analyzer and workpiece, here liquid container.
  • Decisive for a secure connection are the type of active pairing and the number of contact levels.
  • the active combination can be achieved by force, shape or substance pairing.
  • the hold is generated by exerting a pressure on the workpiece surface.
  • the holding takes place via a shape-identical enclosure of the workpiece. Thereby are at safer Guide the transmitted clamping forces very small.
  • the contact with the workpiece takes place via the utilization of the adhesion.
  • the gripping systems can be subdivided according to their effect into mechanical, pneumatic, magnetic and adhesive systems. These effects can also be used in combination for greater flexibility of the gripping system.
  • mechanical grippers are preferably used, but in particular magnetic grippers can also be used.
  • Mechanical grippers are available as one-finger, two-finger or multi-finger grippers in a rigid, rigid-hinged or elastic design.
  • a gripper which consists of two pliers, which are pulled together by a spring.
  • the production of this gripper is associated with higher costs and a higher cost, since the different parts must be assembled.
  • the gripper preferred here is made of one piece. This allows a reproducible production of higher volumes, since no individual parts assembled and the proper operation of the compound gripper only randomly - but not for each individual piece - must be checked.
  • the one-piece gripper is configured elastically deformable and is in a clamping state. If he moves with sufficient force against an obstacle, it comes to a snap effect and the gripper opens. By moving further in the direction of the obstacle, the gripper encloses the obstacle and by the clamping state it snaps back to as soon as the obstacle is completely enclosed. In addition, the gripper is only on overcoming a release force, which is necessary to reopen the gripper, the enclosed obstacle free again.
  • a liquid container which is preferably a cuvette
  • This liquid container which is preferably a cuvette
  • the holder Upon reaching the cuvette, the holder is pressed on by a cuvette flange and encloses the cuvette by the spring action of the plastic material or the clamping state in a further process. After enclosing the cuvette, the cuvette can be lifted by an upward movement of the holder or the transfer arm. The cuvette is now held and can be moved by moving the transfer arm.
  • Coupled device is intended below to denote a means by which the shaker can be releasably connected to the holder for the liquid container, i. via an eccentric pin and a coupling hole.
  • This coupling device has a coupling hole, which is designed so that it can engage in a complementary device on the shaker.
  • the shaker has a coupling pin in the form of an eccentric pin, which can engage in that complementary coupling hole in the coupling device.
  • the shaker is a motor with eccentric.
  • the shaking device is preferably designed to be movable.
  • an automatic analyzer according to claim 10 for the treatment, manipulation and analysis of chemical and / or biological samples is further provided, which has a device according to the invention according to claim 1.
  • step c it is preferably provided that the mixing process is monitored, for example with the aid of a Hall sensor which registers the movements of a magnet in the holder for the liquid container.
  • step e the container is gripped in a pipetting station after reaction or sample liquid has been pipetted into the container.
  • step f) the container is moved to a different station in a robot / analyzer after completion of the mixing, for example to a photometer, a PCR cycler or the like.
  • step g e.g. be provided that the container is placed in a photometer, a PCR cycler or the like.
  • the shaking device and the holder are coupled to one another only during mixing.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the device 10 which is part of an analyzer, comprises a transfer arm 11, a holder 12 for a cuvette, a flexible intermediate element (here a disc of rubber) 13, which is arranged between the transfer arm 11 and the cuvette holder 12 Shaking device in the form of a motor 14, a coupling device arranged on the cuvette holder (in this case a coupling hole) 15, which is complementary to an eccentric pin 17 arranged on the motor 14, and a cuvette 16.
  • the coupling hole 15 lowered to the Exzenterpin 17, so that a detachable connection is formed between the two.
  • the movement of the motor 14 can then be transmitted via the eccentric pin 17, which performs a circular movement (see arrow), to the cuvette holder 12 and thus to the cuvette 16.
  • the mixing of the cuvette contents takes place in a rotary motion.
  • the necessary for the mixing mobility of the cuvette holder 12 is ensured by the flexible rubber disc 13, which is repeatedly compressed by the movement of the cuvette holder.
  • the coupling hole 15 has a chamfer arranged at its opening, which contributes to the fact that the coupling hole 15 can always be moved directly onto the eccentric pin 17, without this having to be moved to a certain position beforehand.
  • the device further has a Hall sensor 18, symbolically represented on the transfer arm, which detects the magnetic field emanating from a magnet 19 arranged on the cuvette holder 12 and in particular can measure its movements and pass it on to a control device (not shown).
  • a Hall sensor 18 symbolically represented on the transfer arm, which detects the magnetic field emanating from a magnet 19 arranged on the cuvette holder 12 and in particular can measure its movements and pass it on to a control device (not shown).
  • Fig. 2 shows another embodiment, which is not part of the invention.
  • the device 20 which in turn is part of an analyzer, comprises a transfer arm 21, a holder 22 for a cuvette, a flexible intermediate element (here a disc of rubber) 23, which is arranged between the transfer arm 21 and the cuvette holder 22, a shaking device in the form of a loudspeaker 24, a coupling device 25 arranged on the cuvette holder with a contact element 27, and a cuvette 26.
  • a transfer arm 21 a holder 22 for a cuvette
  • a flexible intermediate element here a disc of rubber
  • the coupling device 25 can be brought into contact with the loudspeaker 24 via the contact element 27.
  • the coupling device 25 is moved by movement of the transfer arm 21 against the speaker 24.
  • the loudspeaker in turn, is connected to a frequency generator 28 which vibrates the former by means of an amplifier (not shown).
  • the vibrations of the loudspeaker 24 can then be transmitted via the contact element 27 to the cuvette holder 22 and thus to the cuvette 26.
  • the mixing of the cuvette contents takes place in a shaking motion, depending on the amplitude and phase of the sound waves of the loudspeaker.
  • the necessary for the mixing mobility of the cuvette holder 22 is ensured by the flexible rubber disc 23.
  • the shaking device is moved in order to produce the detachable connection.

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Description

    ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen und ggf. zum Transport einer Flüssigkeitsprobe zur Verwendung in automatisierten Analysegeräten für die Mikrobiologie, die Analytik, die Forensik oder die klinische Diagnostik.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In automatisierten Analysegeräten, wie sie heute routinemäßig in der Mikrobiologie, der Analytik, der Forensik und der klinischen Diagnostik Verwendung finden, werden in der Regel eine Reihe von stetig wiederkehrenden Arbeitsschritten durchgeführt. Bei vielen dieser Arbeitsschritte müssen verschiedene Materialien möglichst gleichmäßig miteinander vermischt werden, um präzise Untersuchungsergebnisse zu liefern. Die Notwendigkeit zum einheitlichen Vermischen betrifft insbesondere flüssige Proben, wie z.B. Blut-, Serum- oder Plasmaproben. Diese müssen beispielsweise gleichmäßig mit Analysereagenzien vermischt werden, bevor sie einer Analyseeinheit zugeführt werden.
  • Zu diesem Zweck existieren im Stand der Technik zum Beispiel Vorrichtungen, die einen Magnetrührer zum Mischen verwenden. Allerdings besteht bei diesen Vorrichtungen die Gefahr der Verunreinigung des Behälterinhalts durch Partikel, die dem Magnetrührer anhaften können und mit ihm in die Probe gelangen.
  • Einen weiteren bekannten Ansatz bieten die Küvettenrotoren der Gerinnungsanalyzer BCS® bzw. BCS® XP von Siemens Healthcare Diagnostics. In diesen Geräten werden Flüssigkeiten in verschiedene, voneinander getrennte Kammern eines Küvettenrotors pipettiert. Durch schnelles Drehen des Rotors und die dabei auftretenden Fliehkräfte werden die Flüssigkeiten in eine äußere Kammer geschleudert, wo sie sich vermischen. Allerdings bedarf es bei dieser Anordnung mehrerer Kammern und eines vergleichsweise komplizierten Aufbaus. Derartige Küvettenrotoren sind zum Beispiel in EP 1008844 A1 beschrieben.
  • Zudem ist aus der EP 742435 A1 ein Greifer bekannt, der aus zwei Greifarmen, die über eine Feder zusammengezogen werden, besteht. Dieser Greifer ist an einem Halteelement befestigt, das an einen Transferarm gekoppelt ist. Die Kombination aus Transferarm und Halteelement kann z.B. Teil einer Roboterstation zur Behandlung, Manipulation und Analyse von chemischen, klinischen und/oder biologischen Proben sein. Über ein Verbindungselement ist dabei das Halteelement mit einem Motor verbunden, der mittels eines Exzenters als Schütteleinrichtung fungiert. Dreht sich dieser Motor, so wird der Greifer in Schwingungen versetzt. Falls der Greifer ein Probengefäß mit flüssigem Inhalt ergriffen hat, kommt es durch die Übertragung der Schwingung vom Motor auf den Greifer zu einer Durchmischung der Flüssigkeit im Probenbehälter.
  • Allerdings ist bei dieser Vorrichtung nicht sichergestellt, dass die vom Motor ausgelöste Schwingung auch in jedem Fall in der Küvette ankommt. Die Erfinder haben beobachtet, dass in bestimmten Fällen die Schwingungen mindestens zum Teil auf den Transferarm übertragen und somit z.B. die Roboterstation in Schwingungen versetzt wird, was das Mischergebnis beeinträchtigt und unter Umständen sogar die Roboterstation gefährdet.
  • Hinzu kommt, dass die Übertragung der Schwingung auf die Küvette beeinträchtigt werden kann, sobald sich Teile der Vorrichtung verhaken oder verklemmen. Ferner kann die sich ausbildende Schwingung der Küvette durch Variationen oder Störungen von beteiligten Bauteilen unterschiedlich ausfallen. Dieses ist unerwünscht, da in allen Küvetten auch über verschiedene Geräte hinweg möglichst identisch gemischt werden soll.
  • Zudem wird der Motor jedes Mal, wenn der Transferarm bewegt wird, mitbewegt, was die Funktionalität der Vorrichtung beeinträchtigen kann.
  • Die EP 742435 A1 offenbart eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruch 1.
    • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeitsprobe bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile vermeidet.
  • Insbesondere ist es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeitsprobe bereitzustellen, in welcher sichergestellt ist, dass die von einer Schütteleinrichtung generierte Bewegung, insbesondere eine von einer Schütteleinrichtung generierte Drehbewegung, möglichst umfassend und reproduzierbar auf einen Behälter mit zu mischendem Inhalt, wie z.B. einer Küvette, übertragen werden.
  • Ferner sollte diese Bewegung bevorzugt auch überwachbar sein.
  • Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
    • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, in der die Schütteleinrichtung 14 einen Motor aufweist und die Koppeleinrichtung 15 ein Koppelloch, das komplementär zu einem Exzenterpin 17 ist.
    • Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 20, in der die Schütteleinrichtung 24 einen Lautsprecher und die Koppeleinrichtung 25 ein Kontaktelement 27 aufweist.
  • Diese Vorrichtung 20 ist nicht Teil der Erfindung.
    • AUSFÜRHLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeitsprobe entsprechend Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich z.B. in einen Laborroboter integrieren und weist aufgrund des vorgesehenen flexiblen Zwischenelements den Vorteil auf, dass sichergestellt werden kann, dass etwaige Bewegungen der Schütteleinrichtung ganz überwiegend auf den Flüssigkeitsbehälter übertragen werden, ohne die Bewegbarkeit der Halterung für den Flüssigkeitsbehälter auf eine Auf- und Abwärtsbewegung zu reduzieren. Durch das flexible Zwischenelement wird sichergestellt, dass eine ebene Kreisbewegung, die von einer Schütteleinrichtung erzeugt und über eine Koppeleinrichtung auf die Halterung für den Flüssigkeitsbehälter übertragen wird, nicht auch auf den Transferarm übertragen wird. Würde die ebene Kreisbewegung, in die die Halterung für den Flüssigkeitsbehälter mittels der Schütteleinrichtung versetzt wird, auch auf den Transferarm übertragen, käme es zu Schrittfehlern der Ansteuerung des Transferarms.
  • Da die Schütteleinrichtung in der vorliegenden Erfindung lösbar mit dem Transferarm verbunden ist, muss sie nicht bei jeder Bewegung des Transferarms mitbewegt werden, wie es bei der Vorrichtung gemäß EP 0742435 A1 der Fall ist.
  • Zudem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass es für das Durchmischen des zu mischenden Inhalts eines Flüssigkeitsbehälters keiner Berührung des Inhalts mit anderen Hilfsmitteln bedarf, da zum Durchmischen keine Magnetpartikel oder Magnetstifte in den Flüssigkeitsbehälter gegeben werden müssen, wie es bei magnetischen Mischeinrichtungen der Fall ist.
  • Der Begriff "flexibles Zwischenelement" soll im Folgenden eine Einrichtung bezeichnen, die zwischen der Halterung und dem Stativarm angebracht ist, die die Bewegung der Schütteleinrichtung abfedert, die eine Bewegungsübertragung auf den Stativarm verhindert und die der Halterung genügend Bewegbarkeit während des Schüttelvorgangs erlaubt, um eine optimale und effiziente Durchmischung der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter zu gewährleisten, gleichzeitig aber starr genug ist, so dass Stativarm und Halterung Küvetten aufnehmen, transportieren und abgeben können.
  • Bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass das flexible Zwischenelement aus einem elastischen und/oder dämpfenden Werkstoff wie zum Beispiel - aber nicht beschränkt auf - Elastomere, Urethangummi, Kautschuk, Gummi, Schaumstoff oder Federstahl besteht. Außerdem können auch mehrere separate Zwischenelemente neben- oder übereinander eingesetzt werden, um eine Verdrehsicherheit zu gewährleisten.
  • Das flexible Zwischenelement gewährleistet, dass der Flüssigkeitsbehälter und nicht der Transferarm mit ggf. daran angeordneten weiteren Systembestandteilen geschüttelt wird, und dass die Halterung für den Flüssigkeitsbehälter ausreichend bewegbar (also schüttelbar) ist, um eine optimale Durchmischung der Flüssigkeitsprobe im Flüssigkeitsbehälter zu erzielen. Gleichzeitig begrenzt sie durch ihre Dicke aber auch die Auslenkung des Greifers beim Transport des Gefäßes.
  • Der Begriff "Stativarm" soll im Folgenden eine Einrichtung bezeichnen, an welcher die Halterung für den Flüssigkeitsbehälter über das flexible Zwischenstück angeordnet ist.
  • Bei dem Stativarm handelt es sich um einen Transferarm, mit dessen Hilfe die Halterung für den Flüssigkeitsbehälter bewegt werden kann.
  • Letzteres ergibt insbesondere dann Sinn, wenn der Transferarm Teil einer Roboterstation zur Behandlung, Manipulation und Analyse von chemischen, klinischen und/oder biologischen Proben ist. Dabei dient der Transferarm beispielsweise zum Transport von Flüssigkeitsbehältern, wie z.B. Küvetten, von einer Pipettierstation zu einem Photometer oder einem PCR-Cycler.
  • Der Transferarm wird dabei robotisch verfahren. Er ist ferner bevorzugt Teil eines Laborautomaten oder Laborsystems, beispielsweise für die Mikrobiologie, die Analytik, die Forensik oder die klinische Diagnostik.
  • Der Begriff "Schütteleinrichtung" soll generell eine Einrichtung bezeichnen, die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter in Bewegung versetzt, um eine Durchmischung zu erreichen.
  • Die Schütteleinrichtung weist einen motorisch angetriebenen Exzenter auf.
  • Unter einem Exzenter versteht man in der Mechanik und im Maschinenbau eine auf einer Welle angebrachte Steuerungsscheibe, deren Mittelpunkt außerhalb der Wellenachse liegt. Mit einem Exzenter können z.B. rotatorische in translatorische Bewegungen umgewandelt werden und umgekehrt.
  • Bei dem Motor kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor, einen Servomotor, oder einen Schrittmotor handeln. Der Exzenter kann dabei koaxial, ebenso aber auch über einen Riemenantrieb oder einen Ritzelantrieb angetrieben werden.
  • Der Begriff "Flüssigkeitsbehälter" soll im Folgenden eine Einrichtung bezeichnen, die die zu durchmischende und zu transportierende Flüssigkeit enthält.
  • Weiterhin handelt es sich bei dem Flüssigkeitsbehälter vorzugsweise um mindestens einen Behälter ausgewählt aus der Gruppe enthaltend
    • Mikroreaktionsgefäße (beispielsweise ein sogenanntes "Eppendorf-Tube"),
    • Photometerküvetten und/oder
    • Zentrifugengefäße.
  • Der Begriff "Flüssigkeitsprobe" bzw. "Probe" soll im Folgenden eine Flüssigkeitsmenge, wie sie üblicherweise in der Mikrobiologie, der Analytik, der Forensik oder der klinischen Diagnostik Verwendung finden, bezeichnen. Normalerweise wird die Probe eine Teilmenge der zu analysierende Flüssigkeit darstellen, z.B. bei einer Blut-, Plasma- oder Serumprobe. In Ausnahmefällen kann die Probe jedoch auch die gesamte verfügbare Flüssigkeit darstellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin einen Sensor auf, mit dessen Hilfe die Dauer, die Frequenz, und qualitativ die Amplitude der Greiferbewegung und damit der Mischvorgang im Flüssigkeitsbehälter überwacht werden kann. Bevorzugt handelt es sich bei besagtem Sensor um einen Hall-Sensor.
  • Ein Hall-Sensor (auch Hall-Sonde oder Hall-Geber, nach Edwin Hall) nutzt den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern und Strömen oder zur Lageerfassung. Im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Magnet in der Halterung für den Flüssigkeitsbehälter eingelassen, dessen Magnetfeld von einem feststehenden Hall-Sensor gemessen wird. Da das Feld des Magneten am Ort des Hall-Sensors mit der Entfernung des Hall-Sensors vom Magneten abnimmt, kann aus dem Wert des Magnetfeldes am Ort des Hall-Sensors die Position des Magneten relativ zu dem Hall-Sensor und somit die Entfernung der Halterung für den Flüssigkeitsbehälter relativ zu dem Hall-Sensor berechnet werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Motor und die Halterung für den Flüssigkeitsbehälter nur während des Mischvorgangs miteinander verbunden.
  • Der Begriff "Halterung" soll im Folgenden eine Einrichtung bezeichnen, die den Flüssigkeitsbehälter halten kann. Vorzugsweise kann die Halterung den Flüssigkeitsbehälter auch greifen, halten und wieder freigeben. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Halterung einen einstückig gefertigten Greifer für den Flüssigkeitsbehälter aufweist.
  • Grundsätzlich ist das Greifen eine Grundbewegung zum Erfassen und Halten und stellt die Verbindung zwischen Roboter bzw. Analysegerät und Werkstück, hier Flüssigkeitsbehälter, her. Ausschlaggebend für eine sichere Verbindung sind dabei die Art der Wirkpaarung und die Anzahl der Kontaktebenen. Die Wirkpaarung kann über Kraft-, Form- oder Stoffpaarung erzielt werden. Beim Einsatz einer Kraftpaarung wird der Halt durch das Ausüben eines Druckes auf die Werkstückoberfläche erzeugt. Im Gegensatz dazu erfolgt bei der Formpaarung das Halten über eine formgleiche Umschließung des Werkstücks. Dabei sind bei sicherer Führung die übertragenen Klemmkräfte sehr klein. Bei einer Stoffpaarung erfolgt der Kontakt mit dem Werkstück über die Ausnutzung der Adhäsion.
  • Des Weiteren lassen sich die Greifsysteme nach ihrer Wirkung in mechanische, pneumatische, magnetische und adhäsive Systeme unterteilen. Diese Wirkungen können zur größeren Flexibilität des Greifsystems auch kombiniert eingesetzt werden.
  • Bevorzugt werden im Rahmen dieser Erfindung mechanische Greifer verwendet, aber insbesondere auch magnetische Greifer sind verwendbar. Mechanische Greifer gibt es als Einfinger-, Zweifinger- oder Mehrfingergreifer in starrer, starr-gelenkiger oder elastischer Ausführung.
  • Aus der EP 742435 A1 ist ein Greifer bekannt, der aus zwei Zangen, die über eine Feder zusammengezogen werden, besteht. Die Fertigung dieses Greifer ist mit höheren Kosten und einem höheren Aufwand verbunden, da die verschiedenen Teile zusammengesetzt werden müssen.
  • Im Gegensatz dazu ist der hier bevorzugte Greifer aus einem Stück gefertigt. Dies ermöglicht eine reproduzierbare Fertigung von höheren Stückzahlen, da keine Einzelteile zusammengesetzt und der einwandfreie Betrieb des zusammengesetzten Greifers nur stichprobenartig - aber nicht bei jedem einzelnen Stück - überprüft werden muss.
  • Der einteilige Greifer ist elastisch verformbar ausgestaltet und ist in einem Spannzustand. Wird er mit ausreichender Kraft gegen ein Hindernis bewegt, kommt es zu einem Schnappeffekt und der Greifer geht auf. Durch weiteres Bewegen in Richtung des Hindernisses umschließt der Greifer das Hindernis und durch den Spannzustand schnappt er wieder zu, sobald das Hindernis komplett umschlossen ist. Zudem gibt der Greifer erst bei Überwindung einer Lösekraft, die notwendig ist, um den Greifer wieder zu öffnen, das umschlossene Hindernis wieder frei.
  • Während des Betriebs der Vorrichtung bewegt sich also z.B. die Halterung durch Seitwärtsbewegung bzw. Vor- oder Rückwärtsbewegung des Transferarms zunächst in Richtung eines Flüssigkeitsbehälters. Dieser Flüssigkeitsbehälter, bei dem es sich vorzugsweise um eine Küvette handelt, steht z.B. in einem Stativ. Bei Erreichen der Küvette wird die Halterung durch einen Küvettenflansch aufgedrückt und umschließt durch die Federwirkung des Kunststoffmaterials bzw. den Spannzustand bei weiterem Verfahren die Küvette. Nach dem Umschließen der Küvette kann die Küvette durch eine Aufwärtsbewegung der Halterung bzw. des Transferarms angehoben werden. Die Küvette wird nun gehalten und kann mittels Bewegung des Transferarms verfahren werden.
  • Zur Abgabe wird die Küvette in der Halterung durch Bewegung des Transferarms so in ein Stativ gefahren, dass beim Zurückfahren der Halterung die Küvette im Stativ verbleibt, die Halterung wird also wieder aufgedrückt, gibt die Küvette frei und schließt sich danach wieder elastisch.
  • Der Begriff "Koppeleinrichtung" soll im Folgenden eine Einrichtung bezeichnen, über die die Schütteleinrichtung mit der Halterung für den Flüssigkeitsbehälter lösbar verbunden werden kann, d.h. über einen Exzenterpin und ein Koppelloch.
  • Dies Koppeleinrichtung weist ein Koppelloch auf, das so ausgestaltet ist, dass es in eine komplementäre Einrichtung an der Schütteleinrichtung eingreifen kann. Durch eine an der Öffnung des Koppellochs angeordnete Fase kann das Koppelloch immer direkt auf den Koppelstift gefahren werden, ohne dass dieser vorher in eine bestimmte Stellung gefahren werden muss.
  • Es ist dabei vorgesehen , dass die Schütteleinrichtung einen Koppelstift in Form eines Exzenterpins, aufweist, der in dass komplementäre Koppelloch in der Koppeleinrichtung eingreifen kann. Bei der Schütteleinrichtung handelt es sich um einen Motor mit Exzenter.
  • Vorzugsweise ist die Schütteleinrichtung überdies bewegbar ausgestaltet.
  • Durch eine solche Anordnung ist es möglich, vor Beginn des Mischprozesses die Schütteleinrichtung in Kontakt mit der Halterung für den Flüssigkeitsbehälter zu bringen.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin ein automatisches Analysegerät entsprechend Anspruch 10 zur Behandlung, Manipulation und Analyse von chemischen und/oder biologischen Proben, vorgesehen, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend Anspruch 1 aufweist.
  • Außerdem ist ein Verfahren zum Durchmischen einer Flüssigkeitsprobe, aufweisend die Schritte
    1. a) Halten eines die Flüssigkeitsprobe enthaltenden Flüssigkeitsbehälters mit einer Halterung,
    2. b) Kopplung der Halterung über eine Koppeleinrichtung mit einer Schütteleinrichtung,
    3. c) Mischen der Flüssigkeitsprobe,
    4. d) Entkopplung der Halterung von der Schütteleinrichtung
    vorgesehen, das nicht Teil der Erfindung ist.
  • Zeitgleich mit Schritt c) ist bevorzugt vorgesehen, dass der Mischprozess überwacht wird, beispielsweise mit Hilfe eines Hall-Sensors, der die Bewegungen eines Magneten in der Halterung für den Flüssigkeitsbehälter registriert.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren auch einen der Schritte
    1. e) Greifen des Flüssigkeitsbehälters vor Beginn des Durchmischens,
    2. f) Weitertransport des Flüssigkeitsbehälters nach Entkopplung, und/oder
    3. g) Loslassen des Behälters.
  • Hierbei kann z.B. vorgesehen sein, dass in Schritt e) der Behälter in einer Pipettierstation gegriffen wird, nachdem Reaktions- oder Probenflüssigkeit in den Behälter pipettiert wurde.
  • Ebenso kann vorgesehen sein, dass in Schritt f) der Behälter nach Abschluss des Mischens zu einer anderen Station in einem Roboter/Analysegerät gefahren wird, z.B. zu einem Photometer, einem PCR-Cycler oder dergleichen.
  • In Schritt g) kann z.B. vorgesehen sein, dass der Behälter in einem Photometer, einer PCR-Cycler oder dergleichen abgestellt wird.
  • Bevorzugt ist in besagtem Verfahren vorgesehen, dass die Schütteleinrichtung und die Halterung nur während des Mischens aneinander gekoppelt sind.
    • ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Bespiel umfasst die Vorrichtung 10, die Teil eines Analysegerätes ist, einen Transferarm 11, eine Halterung 12 für eine Küvette, ein flexibles Zwischenelement (hier eine Scheibe aus Gummi) 13, die zwischen dem Transferarm 11 und der Küvettenhalterung 12 angeordnet ist, eine Schütteleinrichtung in Form eines Motors 14, eine an der Küvettenhalterung angeordnete Koppeleinrichtung (hier ein Koppelloch) 15, das zu einem am Motor 14 angeordneten Exzenterpin 17 komplementär ist, und eine Küvette 16.
  • Bei einer derartigen Vorrichtung kann also durch Bewegen des Transferarms 11 die Küvettenhalterung 12 und damit auch die Küvette 16 innerhalb des Analysegeräts verfahren werden. Zum Durchmischen der Probe in der Küvette wird das Koppelloch 15 auf den Exzenterpin 17 abgesenkt, so dass zwischen beiden eine lösbare Verbindung entsteht. Die Bewegung des Motors 14 kann sodann über den Exzenterpin 17, der eine kreisförmige Bewegung ausführt (siehe Pfeil), auf die Küvettenhalterung 12 und damit auf die Küvette 16 übertragen werden. Auf diese Weise erfolgt die Durchmischung des Küvetteninhalts in einer Drehbewegung. Die für das Durchmischen nötige Bewegbarkeit der Küvettenhalterung 12 wird durch die flexible Gummischeibe 13 gewährleistet, die durch die Bewegung der Küvettenhalterung immer wieder zusammengedrückt wird. Das Koppelloch 15 weist eine an seiner Öffnung angeordnete Fase auf, die dazu beiträgt, dass das Koppelloch 15 immer direkt auf den Exzenterpin 17 gefahren werden kann, ohne dass dieser vorher in eine bestimmte Stellung gefahren werden muss.
  • Die Vorrichtung weist ferner einen am Transferarm angeordneten, symbolhaft dargestellten Hall-Sensor 18 auf, der das von einem an der Küvettenhalterung 12 angeordneten Magneten 19 ausgehende Magnetfeld erfasst und insbesondere dessen Bewegungen messen und an eine nicht dargestellte Kontrolleinrichtung weitergeben kann.
  • Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist. In diesem Bespiel umfasst die Vorrichtung 20, die wiederum Teil eines Analysegerätes ist, einen Transferarm 21, eine Halterung 22 für eine Küvette, ein flexibles Zwischenelement (hier eine Scheibe aus Gummi) 23, die zwischen dem Transferarm 21 und der Küvettenhalterung 22 angeordnet ist, eine Schütteleinrichtung in Form eines Lautsprechers 24, eine an der Küvettenhalterung angeordnete Koppeleinrichtung 25 mit einem Kontaktelement 27, und eine Küvette 26.
  • Wie in Fig. 1 beschrieben, kann bei einer derartigen Vorrichtung durch Bewegen des Transferarms 21, die Küvettenhalterung 22 und damit auch die Küvette 26 innerhalb des Analysegeräts verfahren werden.
  • Zum Durchmischen der Probe in der Küvette kann die Koppeleinrichtung 25 über das Kontaktelement 27 mit dem Lautsprecher 24 in Verbindung gebracht werden. Zu diesem Zweck wird die Koppeleinrichtung 25 durch Bewegung des Transferarms 21 gegen den Lautsprecher 24 gefahren. Der Lautsprecher ist seinerseits an einen Frequenzgenerator 28 angeschlossen, der ersteren mit Hilfe eines nicht dargestellten Verstärkers in Schwingungen versetzt. Die Schwingungen des Lautsprechers 24 können sodann über das Kontaktelement 27 auf die Küvettenhalterung 22 und damit auf die Küvette 26 übertragen werden. Auf diese Weise erfolgt die Durchmischung des Küvetteninhalts in einer Schüttelbewegung, je nach Amplitude und Phase der Schallwellen des Lautsprechers. Die für das Durchmischen nötige Bewegbarkeit der Küvettenhalterung 22 wird durch die flexible Gummischeibe 23 gewährleistet.
  • In Abweichung der oben gezeigten Figuren kann außerdem vorgesehen sein, dass die Schütteleinrichtung zwecks Herstellens der lösbaren Verbindung bewegt wird.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeitsprobe
    11
    Transferarm
    12
    Halterung für eine Küvette
    13
    flexibles Zwischenelement
    14
    Motor
    15
    Koppelloch
    16
    Küvette
    17
    Exzenterpin
    18
    Hall-Sensor
    19
    Magnet
    20
    Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeitsprobe
    21
    Transferarm
    22
    Halterung für eine Küvette
    23
    flexibles Zwischenelement
    24
    Lautsprecher
    25
    Koppeleinrichtung
    26
    Küvette
    27
    Kontaktelement
    28
    Frequenzgenerator

Claims (10)

  1. Vorrichtung (10) zum Mischen einer Flüssigkeitsprobe, aufweisend
    a) einen robotisch verfahrbaren Transferarm (11),
    b) eine Halterung (12) für einen Flüssigkeitsbehälter,
    c) mindestens ein flexibles Zwischenelement (13), das zwischen dem robotisch verfahrbaren Transferarm (11) und der Halterung (12) für den Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist,
    d) eine Schütteleinrichtung (14), und
    e) eine an der Halterung für den Flüssigkeitsbehälter angeordnete Koppeleinrichtung (15),
    wobei mithilfe der Koppeleinrichtung (15) eine lösbare Verbindung zwischen der Schütteleinrichtung (14) und der Halterung (12) für den Flüssigkeitsbehälter herstellbar ist, wobei die Schütteleinrichtung (14) einen motorisch angetriebenen Exzenter aufweist
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Koppeleinrichtung (15) ein Koppelloch aufweist, das so ausgestaltet ist, dass es in eine komplementäre Einrichtung an der Schütteleinrichtung (14) eingreifen kann,
    und
    die Schütteleinrichtung einen Koppelstift in Form eines Exzenterpins aufweist, der in das komplementäre Koppelloch in der Koppeleinrichtung eingreifen kann.
  2. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Zwischenelement (13) aus einem elastischen und/oder dämpfenden Werkstoff besteht.
  3. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Zwischenelement (13) aus einer Scheibe aus Gummi besteht.
  4. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des robotisch verfahrbaren Transferarms (11) die Halterung (12) für den Flüssigkeitsbehälter bewegt werden kann.
  5. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Flüssigkeitsbehälter (16) um mindestens einen Behälter ausgewählt aus der Gruppe enthaltend
    • Mikroreaktionsgefäß,
    • Photometerküvette, und
    • Zentrifugengefäß
    handelt.
  6. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin einen Sensor aufweist, mit dessen Hilfe der Mischvorgang im Flüssigkeitsbehälter (16) überwacht werden kann.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schütteleinrichtung (14) und die Halterung (12) nur während des Mischvorgangs miteinander verbunden sind.
  8. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (12) für den Flüssigkeitsbehälter einen einstückig gefertigten Greifer für den Flüssigkeitsbehälter (16) aufweist.
  9. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schütteleinrichtung (14) bewegbar ausgestaltet ist.
  10. Automatisches Analysengerät zur Behandlung, Manipulation und Analyse von chemischen und/oder biologischen Proben, aufweisend eine Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 - 9.
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