FI116612B

FI116612B - Imulaite

Info

Publication number: FI116612B
Application number: FI20040936A
Authority: FI
Inventors: Osmo Suovaniemi; Pertti Ekholm
Original assignee: Biohit Oyj
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2006-01-13
Also published as: EP1725334A4; EP1725334A1; FI20040936A0; JP5147395B2; CN1980741A; KR20070052275A; WO2006003261A1; RU2007104169A; RU2352395C2; CN100571874C; US8318108B2; JP2008505334A; WO2006003261A8; US20110167933A1; US20080247913A1

Description

116612

Imulaite Tämä keksintö liittyy mäntäkäyttöisiin nesteannostelijoihin, kuten käsikäyttöisiin pipetteihin, joita käytetään nesteiden annostelemiseen. Erityisesti keksintö liittyy nesteen luotettavaan 5 poistamiseen nesteannostelijasta. Erityisen edullinen keksintö on sellaisissa nesteannosteli-joissa, joilla käsitellään suhteellisen pieniä näytemääriä, kuten esimerkiksi luokkaa mikrolitra. Täsmällisemmin sanottuna keksinnön kohde on se, mitä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten johdanto-osissa.

10 Mäntäkäyttöisillä nesteannostelijoilla on tavanomaisesti toiminto, jota sanotaan blow-outiksi. Siinä männän liikematka on nestettä poistettaessa (toisioliike) pitempi kuin se matka, jonka mäntä on tehnyt nestettä imettäessä. Näin voidaan parantaa nesteen poistumista verrattuna siihen tilanteeseen, jolloin mäntä kulkisi saman matkan sekä imu- että poistovaiheessa. Käsikäyttöisissä manuaalisissa pipeteissä tämä toiminto on tavallisesti toteutettu kahden jousen 15 avulla, kun taas puolestaan elektronisissa pipeteissä toiminto yksinkertaisesti toteutettavissa männän liikettä jatkamalla moottorin avulla. Molemmissa lähestymistavoissa käytetään ainoastaan yhtä mäntää.

Em. nesteen poistumisongelma korostuu pienillä volyymeillä kun männän halkaisija on pieni 20 suhteessa kärjessä olevaan poistumisaukkoon. Tavanomaisesti käy niin että neste ei irtoa kär-' · i ·1 jestä, vaan kiertyy kärjen ulkopinnalle. Tällöin joudutaan nestepisara irrottamaan mekaanises- : ·' ti käyttäjän toimesta, siirtämällä neste mekaanisesti näytettä vastaanottavan putken seinä- ’; ’ mään. Usein ulospipetointi toistetaan monta kertaa peräkkäin. Toinen tapa on imeyttää näyte ’ · ·; jo putkessa olevaan nesteeseen. Loppujen lopuksi aina kuitenkin riippuu pipetoijan huolelli- ’;;; 25 suudesta kuinka hyvin neste todellisuudessa siirtyy ja kuinka suuri osa jää edelleen kiinni ' ’ 1 kärkeen. Luonnollisesti tällaisten erilaisten kosketuksien seurauksena myös erilaiset kontami- . naatioriskit kasvavat.

t 1 » « ’ Yleisemmin sanottuna pipettien heikkoutena voidaan pitää juuri tätä pienten annosvolyymien 30 huonoa pipetoitavuutta. Alle 10 μ1:η annokset eivät irtoa pipetin kärjestä, jolloin ne on siis pipetoitava nesteeseen imeyttämällä tai saatava tarttumaan näyteputken seinämään. Tästä , i : johtuen pienillä volyymeillä käytetään manuaalisia pipettejä, koska niillä voi toistaa poiston useita kertoja peräkkäin. Tarkkuus kuitenkin jää tällöin vaatimattomaksi.

2 116612

Kansainväliset pipettien standardit sallivat 0,1 -2μ1 volyymeille suuria CV prosentteja. Kuitenkin pienimmät volyymit usein ovat tutkittavan näytteen annosvolyymejä, jotka määräävät koko testin tarkkuuden. Nämä standardit on selvästikin laadittu ottaen huomioon pienen män-nänhalkaisijan aiheuttama ongelma.

5

Automaattisissa annostelijoissa, joissa edellytetään että kullekin näytteelle käytetään omaa kärkeä, ei voida mennä pieniin volyymeihin, jolloin reagensseja kuluu paljon. Lisäksi jos tällaisilla automaattisilla annostelijoilla yritetään näyte tartuttaa näyteputken/levyn pohjaan, on tällaisen laitteen rakenteen tarkkuus hallittava erittäin hyvin, ja pahimmillaan tilanne on sel-10 lainen että huono tarkkuus ilmenee satunnaisesti.

Kädessä pidettävissä pipeteissä puolestaan varsinkin 10μ1 monikanavapipetissä ongelmana on kärkien erilainen kiinnittyminen, jolloin näytteen tartuttaminen näytelevyyn on erityisen vaikeaa.

15

Eräs lähestymistapa on kahden sisäkkäisen männän käyttäminen. Sisempi mäntä on annoste-lumäntä, jonka liikematka määrää annosteltavan tilavuuden. Tämän annostelumännän liikematka on sama sekä imettäessä että poistettaessa nestettä. Ulompi mäntä toimii blow-out mäntänä, joka aloittaa liikkeensä vasta kun annostelumäntä on suorittanut oman poistoliikkeensä.

20 ’ ; ’ Vielä yksi lähestymistapa on kahden männän käyttäminen siten, että nämä kaksi mäntää toi- *, ; mivat poistotilanteessa yhtä aikaa, jolloin pipetin kärkeen muodostuu enemmän painetta. Tä- !,. män paineen avulla pyritään pienimmätkin pisarat, j oilla on taipumuksena j äädä kärkeen, saamaan poistettua kärjestä.

25

Edellä mainittuun liittyen on nyt havaittu nesteen poistumisongelmien liittyvän männän hitaa-.;, seen liikenopeuteen poistotilanteessa. Tämän keksinnön tarkoituksena on siten edelleen kehit-

M i I

. * * *, tää nesteannostelijoiden toimintaa tilanteissa, joissa pyritään saamaan nesteannostelijan kärki . * mahdollisimman tyhjäksi nestettä annosteltaessa niin, ettei kosketusta näyteputkeen tai nes- « · 30 teeseen tarvita, ja että nesteen jakautuminen putken ja kärjen välillä toistuisi annostelusta toi-* 1 ’ seen samankaltaisena.

Edellä mainittuun tekniikan tasoon nähden tämän keksinnön tuoma opetus liittyy siihen, että nesteannostelijan mäntä saatetaan nopeutettuun liikkeeseen nestettä poistettaessa. Tuo nopeu- 3 116612 den muutos on edullisesti äkillinen, jolloin näyte ikään kuin ammutaan ulos nesteannostelijas-ta. Täsmällisemmin sanottuna keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa. Eräinä edullisina suoritusmuotoina esitetään se, mitä on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

5

Keksinnön taustalla on ajatus, että näyte annostellaan yhdellä männällä niin, että mäntä toimii pienihalkaijaisena mäntänä sisäänimussa, ja suurihalkaisijaisena mäntänä ulosannostelussa. Männän näennäinen suurempi halkaisija on toteutettu moninkertaisella liikenopeudella. Lii-kenopeus voidaan ottaa käyttöön sopivimmassa kohdassa annostelun optimoimiseksi. Suuren 10 liikenopeuden ja sen aktivoimisen voi toteuttaa useilla teknisillä komponenteilla.

Sähkökäyttöisissä käsipipeteissä on käytössä ollut aikaisemmin sellaisia säätömahdollisuuk-sia, joissa männän nopeus voidaan ohjelmallisesti säätää. Tämä on sinällään ammattimiehelle ilmeistä kokeilemisen kautta, jotta männälle saadaan optimaalinen liikenopeus. Nämä aikai-15 semmat sähköiset pipetit eivät kuitenkaan ole tehneet eroa männän imu- ja poistonopeuksien välillä siten, että poistoliikenopeus olisi nopeutettu ratkaisemaan tämä nimenomainen ongelma siitä, että varsinkin pienillä volyymeillä näytteellä on taipumuksena kuroutua käqen ulkopintaan yritettäessä sitä poistaa. Olemassa olevissa moottoriratkaisuissa ei ole myöskään esitetty sellaisia moottoreita, jotka pystyisivät tuottamaan riittäviä nopeuksia.

20 » · » ' ·: ‘ Edellä mainittu männän liikenopeuden optimointi on oleellinen osa tätä keksintöä. On tärkeää : ·' että sisäänimu tapahtuu rauhallisesti ja poistoliike tapahtuu suurella nopeudella. Nyt esitetyn v ’ perusteella on sitten alan ammattimiehelle ilmeistä, että kyseinen poistoliikenopeus voidaan * ’ ·; toteuttaa useilla erilaisilla tavoilla. Keksinnön mukaisesti siis nesteannostelija varustetaan ';;; 25 sellaisilla elimillä, joilla männän poistoliikenopeus saadaan kasvatettua huomattavan suureksi.

Tällaisen nopean poistoliikkeen avulla nesteannostelijan kärki tyhjentyy aina samalla tavalla, . jolloin CV prosentti on myös pienillä volyymeillä vertailukelpoinen

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan em. elimet käsittävät edullisesti jousen tavoin toimi-‘ 30 van elimen, voimaelimen, joka viimekädessä tuottaa tyhjennysliikkeen tarvitseman energian.

; * Tässä on huomioitava, että jousen tavoin toimiva elin on erityisen edullinen, tällainen energia : : voidaan kuitenkin tuottaa myös muulla tavoin, esimerkiksi sähköisen pipetin tapauksessa oh jelmoinnin avulla. Edullisesti siis tällainen jousen tavoin toimiva elin voi olla esimerkiksi jousi, tai esimerkiksi magneettivoimaa hyödyntävä yhdistelmä. Tämän suoritusmuodon mu- 116612 4 kaisesti jousen tavoin toimiva elin tulee virittää, jonka virityksen jälkeen tämä viritys täytyy lukita siihen soveltuvilla elimillä. Tällainen viritys voidaan toteuttaa, jälleen ainoastaan esimerkinomaisesti, magneettivoimia hyödyntämällä. Luonnollisesti tämä suoritusmuoto vaatii myös elimet jotka vapauttavat sanotun virityksen. Tällaisina laukaisueliminä voi toimia esi-5 merkiksi mekaaninen laukaisin, hyödyntäen mahdollisia magneettivoimia.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan nesteannostelija on elektroninen pipetti, kuten esimerkiksi Biohitin eLine-sarjan pipetti. Pipetti käsittää rungon sisään sovitetun sylinteriosan, jonka sisällä mäntä liikkuu nesteen annostelemiseksi. Männällä on tavanomainen, moottorin 10 tuottama suhteellisen hidas liikenopeus. Keksinnön toteuttamiseksi pipetti varustetaan lau-kaisuelimillä. Nämä laukaisuelimet käsittävät aktuaattorin varren, joka on edullisesti magneettista terästä. Lisäksi laukaisuelimiin kuuluu jousi, magneetti sekä laukaisuväline, joka on edullisesti laukaisupuikko, tai jokin vastaavalla tavalla toimiva mekaaninen vaste. Keksinnön toteuttamiseksi aktuaattorin varsi saatetaan kosketuksiin magneettiin. Tällöin laukaisujousi on 15 virittynyt. Tämän jälkeen näyte imetään tavanomaisesti liikuttamalla mäntää ylöspäin. Kun tarvittava nestemäärä on imetty, mäntä pysähtyy. Kun neste halutaan poistaa näytetilasta, aloitetaan moottorilla männän liike jälleen ylöspäin. Liikkeen jatkuessa ylöspäin tulee laukaisupuikko kosketuksiin edullisesti pipetin runkoon sovitetun vasteen kanssa. Liikkeen edelleen jatkuessa ylöspäin, laukaisupuikko pakottaa aktuaattorin varren irti magneetista, jolloin 20 jousi puolestaan pakottaa aktuaattorin nopeaan alaspäin suuntautuvaan liikkeeseen, jonka seu-' · · · 1 rauksena varsinainen imumäntä alaspäin liikkuessaan aiheuttaa nesteen nopeutetun poistumi- • (>; 1 sen näytetilasta, jolloin neste ei kuroudu kärjen ulkopinnalle vaan poistuu kokonaan kärjestä, j oka on esimerkiksi irrotettava kertakäyttökärki.

t 25 Vielä yksi suoritusmuoto on kädessä pidettävä mekaaninen pipetti, jossa hyödynnetään nyt käsillä olevaa keksintöä. Mekaanisessa pipetissä voimaelimen viritys voi tapahtua esimerkiksi . edellä mainittua mukaillen männän alaspäin suuntautuvan liikkeen yhteydessä, joka liike voi olla esimerkiksi blow-out liike. Tämän jälkeen näyte imetään sisään normaalisti. Lopuksi voi-maelin laukaistaan siihen soveltuvilla elimillä. Tällainen laukaisuun kykenevä elin voi olla 30 esimerkiksi pipetin runkoon sovitettu liipaisin.

: Seuraavassa vielä viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa esitetään eräs tapa toteuttaa keksintö.

• 1 ‘ Piirustuksissa: 116612 5 kuvio 1 esittää kädessä pidettävän pipetin yksinkertaistetun poikkileikkausku- van; kuvio 2 esittää hieman enemmän yksityiskohtia kuvion 1 pipetistä; ja kuvio 3 esittää kuviot a-d joissa kuvataan kuvion 2 pipettiä keksinnön mukaises-5 sa toiminnassa.

Kuvioissa käytetään yhtenevää numerointia sellaisista osista, jotka esiintyvät useammissa kuvioissa. Pipetti 10 käsittää sisäänsä sovitetut aktuaattorin varren 1, jousen 2, magneetin 3, laukaisupuikon 4, ylävasteen 5, imumännän 6, toimintomännän 7, sylinterin 8, moottorin 9, 10 irrotettavan kertakäyttökärjen 11 sekä laukaisuelinrungon 12.

Varsinaisen keksinnön toteuttavan aktuaattorin muodostaa näissä kuvioissa aktuaattorin varsi, jousi, magneetti sekä laukaisupuikko.

15 Imumäntä on liitetty aktuaattorin varteen, joka puolestaan on magneetin avulla liitetty toimin-tomäntään. Moottorin liikuttaessa toimintomäntää ylöspäin nämä kolme (1,6,7) liikkuvat yhdessä ja imumäntä liikkuu sylinterin sisällä aiheuttaen näytteen imutoiminnon näytteen imemiseksi kärkeen. Jousi on asetettu aktuaattorin varressa olevan vasteen ja laukaisuelinrungon välille. Magneetti on puolestaan laukaisuelinrungon sisällä kiinteästi asennettuna, ja aktuaat-20 torin varsi puolestaan on sovitettu liikkumaan sanotun laukaisuelinrungon sisällä. Laukaisupuikko on sovitettu siten, että tullessaan kosketuksiin pipetin runkoon sovitetun ylävasteen kanssa, se pakottaa laukaisuelinrungon sisällä aktuaattorin varren irti magneetista.

‘'; Keksinnön mukaisesti on siis tavoitteena, että annosteltava volyymi ammutaan ulos nopealla '!!! 25 liikkeellä. Rakennetta toteutettaessa on tärkeää että imumännän kotipesä sijaitsee niin, että » · näyteimuliike mahtuu ennen laukaisukohtaa. Tämä kotipesä on esitetty erityisesti kuviossa 3a.

. Seuraavaksi keksinnön mukaisesti näyte imetään kärkeen, joka tilanne on esitetty kuviossa •.\ 3b. Tämän jälkeen ajetaan moottorilla vielä hieman ylöspäin, jolloin laukaisupuikko törmää ylävasteeseen ja työntää aktuaattorin varren irti magneetista. Laukaisupuikon kosketus ylävas-30 teen kanssa on esitetty myös kuviossa 3b. Kun aktuaattorin varsi on irronnut magneetista, !' jousen voimasta mäntä ampuu alaspäin suurella nopeudella, kuten on esitetty kuviossa 3c.

• : Kädessä pidettävässä elektronisessa pipetissä kärjen poisto voidaan edullisesti suorittaa sa maan aikaan kun aktuaattori ladataan uutta imutoimintoa varten. Tällainen aktuaattorin lataus on esitetty kuviossa 3d, jossa moottorin avulla laukaisuelimen runkoa on työnnetty toiminto- 116612 6 männän avulla alaspäin ja näin magneetti on saatu jälleen kosketuksiin aktuaattorin varren kanssa.

Claims

116612

1. Nesteannostelija, joka käsittää: - runko-osan; 5. runko-osan sisään sovitetun sylinteriosan; sylinteriosan sisään liikkuvasti sovitetun männän; elimet männän liikkeen aikaansaamiseksi; jolle on tunnusomaista se, että nesteannostelija käsittää: toiset elimet männän nopeutetun tyhjennysliikkeen aikaansaamiseksi. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen nesteannostelija, jossa sanotut toiset elimet käsittävät: - voimaelimen, joka tuottaa tyhjennysliikkeen tarvitseman energian; - kiinnityselimen, joka lukitsee sanotun voimaelimen virityksen; ja laukaisuelimen, joka vapauttaa sanotun voimaelimen virityksen. 15

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen nesteannostelija, jossa: - voimaelinelin on j ousi; - kiinnityselin on magneetti; ja laukaisuelin on mekaaninen vaste. 20

; ’ 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen nesteannostelija, jossa laukaisuelimet edelleen käsittävät: ; ’ - magneettisilla ominaisuuksilla varustetun aktuaattorin varren, jolla on sekä ala- että , yläosa, j a joka aktuaattorin varsi on alaosastaan yhteydessä nesteannostelijan rungon ! alaosaan sijoitettuun imumäntään, ja yläosastaan magneettiin, joka magneetti puoles- ! 25 taan on liitetty toisesta päästään nesteannostelij an rungon yläosaan suuntautuvaan toimintomäntään; - laukaisuelinrungon, jonka sisään aktuaattorin varren yläosa ulottuu, ja johon magneetti on sijoitettu; - yhdistelmän, jossa jousi on sovitettu laukaisuelimen rungon ja aktuaattorin varren vä-

30 Iillä jännittyväksi; !' - laukaisuelinrunkoon sovitetun mekaanisen vasteen, laukaisupuikon, joka on yläosas- : taan saatettavissa kosketuksiin nesteannostelij an runkoon sijoitetun vasteen kanssa; - toiminnon, jossa sanotun kosketuksen tapahtuessa nesteannostelij an runko-osaan nähden ylöspäin suuntautuva liike on jatkettavissa, jolloin liikettä jatkettaessa lau- 116612 kaisupuikko on sovitettu pakottamaan aktuaattorin varsi irti magneetista, jolloin jousi on sovitettu pakottamaan aktuaattorin varsi alaspäin suuntautuvaan liikkeeseen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteannostelija, jossa nesteannostelija on 5 elektroninen nesteannostelija.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteannostelija, jossa nesteannostelija on monikanavainen.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteannostelija, jossa nesteannostelija on kädessä pidettävä pipetti.

8. Menetelmä näytteen pipetoimiseksi nesteannostelijalla, käsittäen vaiheet: imetään näyte nesteannostelijan kärkeen; 15. poistetaan näyte nesteannostelijan kärjestä; jolle menetelmälle on tunnusomaista se, että - poistoliike näytteen poistamiseksi kärjestä suoritetaan nopeampana kuin imuliike.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa nesteannostelija käsittää runko-osan, 20 runko-osan sisään sovitetun sylinteriosan, sylinteriosan sisään liikkuvasti sovitetun män- '; nän, elimet männän liikkeen aikaansaamiseksi, sekä toiset elimet männän liikkeen aikaan saamiseksi j a nopeutetun tyhj ennysliikkeen aikaansaamiseksi, j ossa menetelmässä edelleen: '1 - aktivoidaan toiset mäntää liikuttavat elimet; ];* 25 - imetään näyte; ja - vapautetaan toiset mäntää liikuttavat elimet männän toisioliikkeen aikaansaamiseksi.

.: : 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, jossa edelleen toteutuvat vaiheet: - magneetilla tartutaan aktuaattorin varteen; ja 30. magneetti vapautetaan aktuaattorin varresta.

; * 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, jossa: "; - magneetin ollessa tarttuneena aktuaattorin varteen, laukaisuelimiä siirretään ylöspäin näytettä imettäessä; / 116612 näytettä poistettaessa mekaaninen vaste saatetaan kosketuksiin nesteannostelijan runkoon sovitetun vasteen kanssa; - jatketaan laukaisuelinten liikettä ylöspäin kunnes aktuaattorin varsi vapautuu magneetista; 5. jousella pakotetaan magneetista irrottautunut aktuaattorin varsi nopeutettuun alaspäin suuntautuvaan liikkeeseen näytteen tehokkaaksi poistamiseksi nesteannostelijasta. • * ίο 116612