FI85190B - Avkaennare foer vaetskenivaon avsedd foer anvaendning i en automatisk anordning foer framstaellning av immunologiska doseringar. - Google Patents

Description

1 85190

Nesteenkorkeuden ilmaisin käytettäväksi immunologisia annostuksia valmistavassa automaattilaitteessa

Avkännare för vätskenivän avsedd för användning i en automatisk anordning för framställning av immunologiska doseringar

Keksintö kohdistuu apulaitteisiin automaattisia laitteistoja varten, erityisesti nesteen korkeuden ilmaisimiin. Erityisemmin keksintö kohdistuu nesteen korkeuden ilmaisimeen, jota voidaan käyttää apulaitteena immunologisia annostuksia valmistavassa automaattisessa laitteessa.

Veressä hyvin alhaisina pitoisuuksina läsnä olevien aineiden, kuten hormonien, lääkeaineiden, proteiinien, jne. määrittäminen diagnostisiin tarkoituksiin on nykyään mahdollista käyttämällä immunologisia annostustekniikoita (RIA, EIA, jne.), joiden tunnusomaisena piirteenä on erittäin suuri herkkyys. Tällaisten yhdessä ainoassa koeputkessa lukuisten aineiden (esimerkiksi tuntemattoman antigeenin, merkityn antigeenin, spesifisen vasta-aineen) inkubointia tarvitsevien annostusten valmistaminen toteutetaan useassa vaiheessa. Yksi näistä vaiheista käsittää reagenssit sisältävien nesteiden imemisen lukuisista säiliöistä tai koeputkista, ja tämän jälkeen näiden nesteiden annostelun koeputkiin, joissa reaktiot tapahtuvat. Laitteen käyttäjä toteuttaa nämä toimenpiteet yleensä käsin käyttäen annostelupipettejä.

Immunologisten annostusten valmistamiseen liittyvien kaikkien vaiheiden automatisointipyrkimysten puitteissa alalla on viime vuosina kehitetty tietokoneen ohjaamia järjestelmiä nesteiden täsmällisten määrien annostelemiseksi. Tyypilliseen automaattiseen järjestelmään (kuva 1) kuuluu tietokone, joka ohjaa "piirturin" (plotter) toimintaa annostelevan koettimenX-, Y- ja Z-koordinaattien sijoittamiseksi annostuslevyjä kantavalla toimintapinnalla 2 85190 koettimeen yhdistetyn laimentimen toimintaa nesteiden imemiseksi ja annostelemiseksi.

Laimennin on tehty tavallisesti yhdestä tai useammasta ruiskusta, jotka on yhdistetty taipuisien letkujen avulla piirturin koettimeen. Imeminen ja annostelu toteutetaan liikuttamalla ruiskun mäntää ylös ja alas. Piirturin koetinta nimitetään tavallisesti z-akseliksi, ja siinä ei ole kiinteätä neulaa, vaan siinä käytetään pipettikärkiä, jotka otetaan aika ajoin sopivalta levyltä ja jotka vaihdetaan automaattisesti kunkin annostelutapahtuman jälkeen mahdollisen kontaminoitumisen estämiseksi.

Tavallisesti annostuksia valmistavan laitteen toiminnan aikana kärki ottaa samasta koeputkesta (tai säiliöstä) useita kertoja annostelevan nesteen tarkoin määriteltyjä määriä. Koeputken sisältämä nestemäärä pienenee poistamiskertojen mukaan, joten on välttämätöntä, että järjestelmä tietää ennen kutakin uutta imukertaa käytettävissä olevan nestemäärän verrattuna tarvittavaan määrään. Toisin sanoen, ennen nesteen poistamista koeputken sisältämän nesteen tilavuus on tunnettava. Koska kuitenkin nesteen geometria tunnetaan, riittää, että tunnetaan vain yksi parametri: nesteen korkeus koeputkessa. Tämän tiedon saamista varten on ollut välttämätöntä kehittää järjestelmä, joka sinä aikana, kun z-akselia lasketaan alas koeputkeen, kykenee: pysäyttämään liikkeen nopeasti heti, kun z-akselin kärki koskettaa nesteen vapaata pintaa viestittämään tietokoneelle kärjen saavuttaman tason ver-tailupisteeseen nähden (z-perusasema).

Tämän järjestelmän avulla tietokone tietää koeputken sisältämän nesteen korkeuden ja näin ollen sen tilavuuden. Mikäli nesteen määrä riittää tarpeen tyydyttämiseen, voi tietokone nyt laskea kärkeä alaspäin nesteen vapaaseen pintaan verrattuna syvyydelle, joka vastaa imettävän nesteen tilavuutta, ja estää täten kärjen laskemisen tarpeettoman syvälle.

3 85190 Tämä toimenpide saadaan vieläkin kehittyneemmäksi siten, että myöhemmissä vaiheissa kärkeä lasketaan pieninä askelina alaspäin imien kärkeen kunkin askeleen välissä pieni tilavuus nestettä, kunnes koko toivottu nestemäärä on saatu imetyksi. Tällä tavalla ainoastaan pieni osa kärjestä on uponneena nesteeseen.

Tuntoelimet, joita käytetään tavallisimmin nesteen korkeuksien ilmaisemiseen, perustuvat kapasitanssiin ja ominaisvastukseen (resistivisyyteen). Kapasitanssiin perustuvat tuntoelimet ilmaisevat dielektrisyysvakion eron ja näin ollen kapasitanssin, mikäli väliaineissa, joihin ne upotetaan, esiintyy vaihteluja. Ominaisvastukseen perustuvissa tuntoelimissä käytetään hyväksi sen nesteen johtokykyä, johon ne upotetaan, mikä oiko-sulkee nämä kaksi sähköistä kontaktia.

Näiden tuntoelinten suora soveltaminen kyseiseen järjestelmään on valitettavasti mahdotonta ainakin seuraavista syistä: 1) Annostusten valmistamista varten imettävien eri nesteiden sähköiset ominaisuudet vaihtelevat toisiinsa verrattuna. Esimerkiksi kaikkien nesteiden johtokyky ei ole hyvä. Tästä syystä tuntoelimistä saadut signaalit eivät ole erityisen luotettavia.

2) Tuntoelin tulisi kiinnittää z-akselin kärkeen, joka ei ole aina sama, kuten edellä mainittiin, vaan joka vaihdetaan automaattisesti kunkin annostelutoimenpiteen jälkeen. Kaikkien kärkien varustaminen tuntoelimellä on mahdotonta ja erittäin kallista.

Tässä järjestelmässä ei voida käyttää suoraan edes tavallisimpia paineantureita, kuten esimerkiksi pietsometriseen resis-tiivisyyteen perustuvaa painemuutinta. Tällaisen laitteen käyttö kuvissa 2 ja 3 esitetyssä annostelujärjestelmässä ei voi tuottaa tyydyttäviä tuloksia johtuen kaupallisesti saatavien paineantureiden huonosta herkkyydestä.

Keksinnön puitteissa todettiin, että edellä mainittu ongelma voidaan ratkaista käyttämällä uutta nesteen korkeuden ilmai- 4 85190 sinta, joka koostuu vettä sisältävästä U-putkesta, jonka yhden haaran pää käsittää ominaisvastuksen ilmaisimen, ja jonka toinen haara on yhdistetty automaattiseen laitteeseen kuuluvan, nestettä imevän tai annostelevan järjestelmän päätteeseen siten, että hyvin pieni paine-ero järjestelmässä johtaa veden korkeuden muuttumiseen kummassakin haarassa, ja näin ollen ominaisvastuksen ilmaisimen aktivoitumiseen (tai inakti-voitumiseen).

Keksintö on ymmärrettävissä paremmin seuraavan yksityiskohtaisen kuvauksen ja liitteenä olevien piirustusten avulla, joissa piirustuksissa:

Kuvio 1 esittää, kuten edellä mainittiin, tyypillistä automaattista laitetta immunologisten annostusten valmistamiseksi, käsittäen tietokoneen, joka ohjaa "piirturin" (plotter) toimintaa annostelevan koettimen sijoittamiseksi annostuslevyjä kantavalle toimintapinnalle, sekä koettimeen yhdistetyn lai-mentimen toimintaa nesteiden imemiseksi ja annostelemiseksi.

Kuviot 2 ja 3 esittävät teoreettista ratkaisua siihen ongelmaan, joka liittyy nesteen korkeuden ilmaisemiseen riittävällä tarkkuudella käyttäen paineenmuutinta.

Kuva 2 esittää sitä tilannetta, jossa z-akselin kärki ei kosketa nestettä. Tällöin ilma virtaa ulos itse kärjen käsittämästä suuaukosta, jolloin sisäistä painetta ei kehity. Kuva 3 esittää sitä tilannetta, jossa kärki joutuu kosketuksiin koeputken sisältämän nesteen (tai säiliön sisältämän reagenssin) vapaan pinnan kanssa, jolloin suuaukko uppoaa nesteeseen, mikä johtaa puolestaan ylipaineen kehittymiseen ja edelleen paine-katkaisijan aktivoitumiseen. Kuten edellä mainittiin, tällä ratkaisulla ei päästä sen teoreettisesta käyttökelpoisuudesta huolimatta tyydyttäviin tuloksiin johtuen olemassa olevien laitteiden huonosta herkkyydestä.

Kuvissa 4, 5 ja 6 esitetään keksinnön mukainen laite sellaisenaan (kuva 4), annostelujärjestelmään asennettuna (kuva 5) I: 5 85190 sekä aktivoituna sen seurauksena, että kärki joutuu kosketuksiin nesteen vapaan pinnan kanssa (kuva 6). Nämä kuvat saattavat helpottaa keksinnön seuraavaa yksityiskohtaista kuvausta:

Keksinnön mukainen nesteen korkeuden ilmaisin koostuu vettä sisältävästä U-putkesta (kuva 4) . Veden molemmat vapaat pinnat, joihin kohdistuu ilmakehän paine, ovat yleensä samalla korkeudella toisiinsa yhdistettyihin säiliöihin liittyvän lain mukaisesti. Mikäli paine haarassa 1 kasvaa, laskee veden korkeus tässä haarassa, joten veden korkeus haarassa 2 nousee. U-putken haaran 2 päähän on asennettu ominaisvastuksen ilmaisin, ja mikäli vesimäärä pidetään tietyissä rajoissa, ulottuu vesi tällöin ilmaisimen kontakteihin paineen hyvin pienen suurenemisen seurauksena.

Mikäli toinen ilmaisimen kahdesta kontaktista on yhdistetty jännitelähteeseen V, saadaan jännite siirtymään veden johto-kyvyn ansiosta myös toiseen kontaktiin, jolloin saatavaa signaalia tietokone voi käyttää.

Edellä kuvattua laitetta käytetään nesteen korkeuden ilmaisemiseksi koeputkissa kuvassa 5 esitetyn toiminnallisen liitoksen avulla. Annostuksia valmistavan laitteen z-akseli on yhdistetty sopivan T-kappaleen avulla toisaalta laimentimen ruiskuun ja toisaalta U-putken haaraan 1. Ruiskun mäntää liikuttamalla saadaan aikaan ilman liike z-akselia kohden. Mikäli z-akselin kärki ei kosketa nesteen pintaa, ilma virtaa itse kärjen suuaukon läpi. Tämän lisäksi, mikäli ruiskun mäntä nousee hitaasti ylös, ilma virtaa helposti kehittämättä painetta sisäisiin liitoksiin.

Välittömästi, kun kärki joutuu kosketuksiin koeputken (tai säiliön) sisältämän nesteen vapaan pinnan kanssa, ilmavirta keskeytyy ja aiheuttaa välittömästi paineen suurenemisen liitoksissa. Tämä paineen suureneminen välittyy U-putken haaraan 1, mikä aiheuttaa veden nopean syrjäytymisen (kuva 6). Nesteen korkeuden suureneminen haarassa 2 aktivoi ilmaisimen, joka lähettää sähköisen signaalin tietokoneelle.

5 85190

Edullisessa suoritusmuodossa keksinnön mukainen toiminnallinen laite kytketään annostelevaan järjestelmään sähköisesti säädettävän venttiilin välityksellä, joka venttiili on sijoitettu haaran 1 sisäänmenoon (kuva 5) . Venttiilin tehtävänä on pitää tämä liitos auki ainoastaan nesteen korkeuden ilmaisimen käytön aikana. Muiden vaiheiden, eli nesteen imemisen ja annoste-lemisen, aikana tämän liitoksen tulisi olla suljettu mainittujen toimenpiteiden toteuttamiseksi asianmukaisella tavalla. Tietokone avaa ja sulkee venttiilin automaattisesti.

Alan asiantuntijalle on selvää, ettei keksintö rajoitu ohessa kuvattuun ja havainnollistettuun suoritusmuotoon. Esimerkiksi U-putken sisältämä neste, jonka esitetään olevan vettä, voisi olla mitä tahansa sellaista nestettä, jonka johtokyky sopii käytettyyn ominaisvastuksen ilmaisimeen. Lisäksi ohessa kuvattua nesteen korkeuden ilmaisinta, joka on sekä riittävän herkkä että rakenteeltaan yksinkertainen, voidaan käyttää apuvälineenä missä tahansa sellaisessa järjestelmässä, jossa on välttämätöntä määrittää nesteen korkeus ja muuntaa se sää-töyksikön välittömäksi palautussignaaliksi. Näin ollen sen käyttö ei rajoitu immunologisia annostuksia valmistaviin automaattisiin laitteisiin.

Claims (3)

7 85190

1. Nesteen korkeuden ilmaisin, jota voidaan käyttää apulaitteena automaattisissa järjestelmissä nesteiden imemiseksi ja annostelemiseksi astioihin, tunnettu siitä, että se koostuu vettä sisältävästä U-putkesta, jonka yhden haaran pää käsittää ominaisvastuksen ilmaisimen, ja jonka toinen haara on yhdistetty toiminnallisesti automaattiseen järjestelmään kuuluvan, nestettä imevän tai annostelevan laitteen päätteeseen siten, että hyvin pieni paine-ero tässä laitteessa johtaa veden korkeuden muuttumiseen kummassakin haarassa, ja tämän seurauksena ominaisvastuksen ilmaisimen aktivoitumiseen (inak-tivoitumiseen).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen nesteen korkeuden ilmaisin yhdistettynä toiminnallisesti nestettä imevään tai annostelevaan laitteeseen, tunnettu siitä, että mainittu toiminnallinen yhdistäminen on toteutettu sähköisesti säädetyn venttiilin avulla, joka venttiili on sijoitettu ominaisvastuksen ilmaisimen käsittävää haaraa vastakkaisen haaran sisään-menoon.

3. Jommankumman patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen nesteen korkeuden ilmaisimen käyttö apulaitteena immunologisia annostuksia valmistavassa automaattisessa järjestelmässä. 8 85190