FI96007B - Nuppipipetti sekä menetelmä männän liikkeen ohjaamiseksi pipetissä - Google Patents

Description

96007 NUPPIPIPETTI SEKÄ MENETELMÄ MÄNNÄN LIIKKEEN OHJAAMISEKSI PIPETISSÄ

Tekniikan ala 5 Keksintö liittyy nesteannostelussa käytettäviin pipettei- hin, joissa on nuppia painamalla liikuteltava mäntä.

Tekniikan tausta

Nesteiden annosteluun laboratorioissa käytetään pipettejä, 10 joissa on sylinteri ja siinä mäntä jonka avulla neste imetään ja poistetaan. Männän varsi ulottuu pipetin kädensijan yläpuolelle nupiksi, jonka avulla mäntää liikutetaan.

Esimerkiksi patenttijulkaisusta FI-47461 (vastaa julkaisua US-3810391) tunnetaan eräs edellä mainitunlainen pipetti. 25 Siinä männänvarteen liittyy lisäksi jousi, joka palauttaa varren (ja siten myös männän) yläasentoonsa, ellei nupista paineta.

Tunnetaan myös pipettejä, joissa mäntää liikutetaan sähkö-moottorin voimalla. Näin pipetin käyttö luonnollisestikin 20 tulee kevyemmäksi.

Sähkökäyttöisiä pipettejä tunnetaan esimerkiksi julkaisusta FI-55007, DE-3136777, WO-87/00085, US-4519258, US-4905526 ja FI—A—902267.

Tunnetuissa sähkökäyttöisissä pipeteissä moottorin toimin-25 taa ja siten myös männän liikettä ohjataan kaksiasentoisten kytkimien avulla.

Keksinnön yleinen kuvaus

Nyt on keksitty sähkökäyttöinen pipetti, jossa on mäntää 30 liikuttava sähkömoottori ja jossa moottorin toimintaa ohja taan edestakaisin liukuvasti siirrettävällä nupilla, jonka siirtymä säätöjärjestelmän välityksellä määrää männän liik-:. keen.

Keksityllä ratkaisulla on todettu olevan tavanomaisiin 35 kytkinkäyttöisiin sähköpipetteihin verrattuna se etu, että virhetoimintojen ja tarpeettomien varmistustoimintojen määrä vähenee. Tämä johtuu aivan ilmeisesti siitä, että käyttäjällä on parempi motorinen tuntuma pipetin toimintaan.

96007 2

Keksintö ja sen eräät sovellutukset määritellään täsmällisesti patenttivaatimuksissa.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus 5 Selityksen piirustuksissa kuviot 1 ja 2 esittävät pipettiä edestä ja sivulta, kuviot 3 ja 4 esittävät pipetissä käyttökelpoisia nupin siirtymän mittausjärjestelyjä, kuvio 5 esittää vaihtoehtoista nupin sijoitusta, 10 - kuviot 6, 7 ja 8 pipetin käytön eri vaiheita ja kuvio 9 pipetin kytkentäkaaviota.

Pipetin pääosat ovat runko, jossa on yläpää ja alapää, rungon alapäässä sylinteriosa, sylinteriosassa edestakaisin liikuteltava mäntä nesteen imemiseksi ja poistamiseksi, säh-15 kömoottori ja voimansiirtolaitteisto männän liikuttelemisek si, säätöjärjestelmä männän liikkeen ohjaamiseksi sekä rungossa liukuvasti edestakaisin siirrettävä nuppi, jonka siirtymä säätöjärjestelmän välityksellä määrää männän liikkeen.

Sähkömoottori voi olla esimerkiksi askel- tai tasavirta-20 moottori.

Voimansiirtolaitteisto voi perustua esimerkiksi johtoruu-viin ja -mutteriin tai hammastankoon ja -pyörään.

Nupilla on kaksi ääriasentoa, joiden välillä se on liputettavissa. Sopivimmin ohjaus on järjestetty siten, että 25 nupilla on rungosta ulkoneva yläasento ja rungon suhteen sisempänä oleva ala-asento, jotka vastaavat myös männän ylä-’· ja ala-asentoa. Parhaiten nuppiin liittyy vielä palautus- jousimekanismi joka pyrkii pitämään nupin yläasennossaan. Nuppi on silloin periaatteessa samanlainen kuin käsivoimalla 30 toimivissa pipeteissä ja sen käyttömotoriikka antaa käyttä jälle koko ajan havainnollisen tuntuman pipetoinnista.

Koska nuppi ei ole mekaanisesti voimanvälitysyhteydessä '·· mäntään, voidaan nuppi helposti sijoittaa runkoon mihin koh taan tahansa, esimerkiksi rungon sivulle. Näin konstruktioni mahdollisuudet lisääntyvät. Nuppi voi siten olla esimerkiksi etusormen avulla rungon poikkisuunnassa liikuteltava. Männällä on parhaiten vielä ala-asennon alapuolella tyhjennysasen-to, johon mäntä ajetaan kun neste annostellaan pois pipetis-: : tä. Näin varmistetaan nesteen mahdollisimman täydellinen 3 96007 poistuminen. Vastaavasti on nupilla ala-asennon alapuolella tyhj ennysasento.

Parhaiten nuppiin liittyy tyhjennys liikkeen palautusjousi, joka vastustaa nupin painamista ala-asennon alapuolelle. Näin 5 käyttäjä tuntee selvästi, milloin nuppi tulee ala-asentoon.

Nupin siirtymä mitataan parhaiten liikesuunnan havaitsevalla pulssianturilla, vastusanturilla tai optisella anturilla. Myös kapasitiivista tai induktiivista anturia voidaan käyttää. Tieto siirtymästä välitetään säätöjärjestelmään, 10 joka halutulla tavalla ohjaa männän liikettä.

Männän liikerajat voidaan määrätä runkoon tai voimansiir-tolaitteistoon sijoitettujen liikkeenrajoittimien, kuten esteiden, rajakytkimien tai jarrulaitteiden avulla. Säätötila-vuuksisissa pipeteissä on rajoitin säädettävä, jolloin pipe-15 toitava tilavuus voidaan asettaa halutuksi.

Parhaiten pipetissä on säätöjärjestelmään liittyvä männän-liikkeen seurantajärjestelmä. Järjestelmä voi perustua esimerkiksi pulssienkooderiin tai takogeneraattoriin. Seurantajärjestelmä antaa säätöjärjestelmälle tiedon männän liikkuko masta matkasta. Tämän tiedon perusteella voidaan männän liike pysäyttää täsmällisesti silloin, kun mäntä on halutussa paikassa. Parhaiten männän liike pysäytetään hidastamalla moottorin pyörimisnopeutta. Järjestelmän avulla voidaan haluttaessa seurata myös männän liikenopeutta. Säätöjärjestelmässä 25 voidaan käyttää säätösuureina myös männän hetkellistä nopeutta sekä nupin ja männän siirtymän eroa.

Säätöjärjestelmän tietoja männän liikkeestä voidaan rekisteröidä ajan funktiona, jolloin saadaan tieto männän hetkellisestä nopeudesta. Säätöparametreina voidaan käyttää suhde-30 säätöä, jossa verrataan nupin siirtymää männän kulkemaan matkaan sekä derivoivaa säätöä, jossa verrataan nupin ja männän nopeuseroja. Kun pipetoija voi nupin liikkeen avulla hallita ·’ myös männän liikenopeutta, voi hän käyttää eri nesteille ja nestemäärille erilaisia nopeuksia.

35 Parhaiten pipetissä on myös tilavuudensäätömekanismi, jol loin myös asetettu tilavuus otetaan säätösuureeksi.

Kaikkein parhaiten pipetissä on vielä vaihdettava sylinteri-mäntämoduu li eri tilavuusalueita varten. Tällöin myös vo-' lyymialuetta voidaan käyttää säätösuureena.

96007 4

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa pipetissä on runko 1 ja sen alapäässä sylinteriosa 2. Rungon yläpäässä on painonuppi 3. Rungon yläosa muodostaa kämmenotteella tartuttavan kädensi-jan.

5 Sylinteriosan 2 alapäähän kiinnitetään vaihdettava nesteen kärkisäiliö 4.

Sylinteriosan 2 päällä on liukuva irrotusholkki 5 ja sen yläpään jatkeena rungon 1 sivulla liukuva jousikuormitettu irrotusvarsi 6 (kuvio 2) . Tämä kärkisäiliön poistojärjestelmä 10 on periaatteessa vastaavanlainen kuin esimerkiksi julkaisussa FI-57540 kuvattu.

Pipetin rungon ulkopuolella on vielä näyttö 7, jossa ilmaistaan muun muassa asetettu tilavuus, sekä kytkimet 8, joilla voidaan muun muassa asettaa tilavuus.

15 Sylinteriosassa 2 on sylinterissä edestakaisin liikutelta va mäntä 9 (kuvio 2) . Sen pyörimisliike sylinterin suhteen on estetty johteiden 10 avulla.

Mäntää 9 liikutetaan sähkömoottorin 11 avulla. Moottorin liike välitetään kytkimen 12 ja hammaspyörävaihteiston 13 20 muodostaman voimansiirtolaitteiston välityksellä laakeroituun johtoruuviin 14. Kytkimessä on jousi, joka painaa hammaspyörää vasten akselin päätylaippaa. Näin kytkin luistaa tietyllä rajamomentilla. Männän yläpäässä on johtoruuvia vastaava joh-tomutteri 15 ja männän sisällä tilaa, jotta mäntä voi liikkua 25 johtoruuvin päälle. Kun johtoruuvia pyöritetään, liikkuu män tä siten pyörimissuunnasta riippuen joko ylös- tai alaspäin. '*·' Moottorin voimanlähteenä toimii esimerkiksi akku 16.

Männän 9 liikettä seurataan järjestelmän 17 avulla, jossa on voimansiirtojärjestelmään kytketty pyörivä enkooderilevy 30 18 sekä sen viivoja laskeva anturipari 19. Järjestelmän avul la voidaan ilmaista sekä männän paikka että nopeus.

. Painonuppi 3 on sovitettu liukuvaksi rungon 1 pituussuun- ·· täisessä kolossa 20. Nuppiin liittyy ensiöjousi 21, joka pai naa nuppia yläasentoon. Lisäksi nuppiin liittyy toisiojousi 35 22, joka painaa nuppia ylöspäin vasta kun nuppia painetaan ala-asennon alapuolelle.

Lisäksi nuppiin liittyy ensiökytkin 23 ja toisiokytkin 24 (kuviot 6 - 8) , joiden avulla tunnistetaan se missä toiminta-* vaiheessa nuppi on.

il Ul.L flltU 1,14-EI

5 96007

Nupin 3 siirtymää seurataan mittausjärjestelmän 25 avulla. Kuvioissa 3 ja 4 esitetään esimerkkeinä erilaisia mittausjärjestelmiä.

Kuvion 3 järjestelmä 25.1 perustuu pulssianturiin. Siinä 5 on nupin 3 varressa enkooderiviivoja 26 ja kolon 20 seinillä kiinteitä enkooderiviivoja 27. Viivoja 26 ja 27 luetaan optisen anturin 28 avulla.

Kuvion 4 järjestelmä 25.2 perustuu vastusanturiin. Siinä on koloon 20 kiinnitetty kiinteä vastus 29 sekä nupin 3 ίο varteen kiinnitetty vastuksen päällä liukuva haarukka 30.

Järjestelmän mittaama vastus on verrannollinen männän siirtymään. Tällainen järjestelmä on virrankulutuksen kannalta edullisempi kuin optisiin antureihin perustuvat järjestelmät. Haluttaessa voidaan käyttää myös optisanalogiseen anturiin 15 perustuvaa järjestelmää.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa järjestelyssä nuppi on sijoitettu rungon 1 yläpään jatkeeksi peukalolla käytettäväksi vastaavalla tavalla kuin käsivoimalla toimivissa pipeteissä. Ergonomisesti voi kuitenkin olla edullisempi esim. kuvion 5 20 ratkaisu, jossa nuppi 3.1 on sijoitettu rungosta 1 vaakasuoraan ulkonevaksi ja etusormella käytettäväksi. Kuvio 5 esittää kahdeksankanavaista pipettiä. Muuten se vastaa kuvioissa 1-4 esitettyä.

Sekä männän liikkeen seurantajärjestelmä 17 että paino-25 nupin siirtymän mittausjärjestelmä 25 on yhdistetty elekt roniseen säätöjärjestelmään 33 (kuvio 2).

Sylinteriosa 2 mäntineen 9 voi muodostaa irrotettavan moduulin. Tällöin sylinterin halkaisijaa muuttamalla saadaan eri tilavuusalueilla toimivia pipettejä. Sylinteriosassa on 30 tilavuusalueen ilmaisevat koodi 34, esim. kohoumien tai ko lojen muodostama koodi, ja rungossa 1 vastaavasti säätöjärjestelmään 33 yhdistetty koodinlukija 35, esim. kytkimien muodostama lukija. Näin säätöjärjestelmä hoitaa automaattisesti tilavuusalueen asetuksen.

35 Koodinlukija 35 voi perustua myös esimerkiksi induktans sin, kapasitanssin tai vastuksen mittaukseen.

Pipetin toimintaa havainnollistetaan kuvioiden 6-8 avulla. Pipetoinnin alussa (kuvio 6) painonuppi 3 on yläasennossa * ja mäntä 9 viimeksi pipetoitua tilavuutta vastaavassa ylä- 6 96007 asennossa. Tilavuus asetetaan tarvittaessa uudeksi, ja painetaan nuppi ensiöjousen 21 voimaa vastaan ala-asentoon. Nupin lähtiessä alaspäin, mittausjärjestelmä 25 antaa tiedon säätöjärjestelmälle, jonka ohjauksella mäntä ajetaan ala-asentoon 5 (kuvio 7) . Pipetin kärkisäiliö 4 viedään nyt nesteeseen ja päästetään nuppi yläasentoon. Mittausjärjestelmä antaa nupin ylöspäin siirtymisestä tiedon säätöjärjestelmälle ja mäntä ajetaan asetettua tilavuutta vastaavaan yläasentoon (kuvio 6) . Näin säiliöön imetään haluttu tilavuus nestettä. Kun nes-10 te annostellaan ulos, painetaan nuppi ala-asennon ohi toi-siojousen 22 voimaa vastaan tyhjennysasentoon. Männän siirtyessä ala-asennon ohi, antaa mittausjärjestelmä siitä tiedon säätöjärjestelmälle, joka vastaavasti hoitaa männän ajamisen tyhjennysasentoon. Kun nuppi päästetään ylös, palautuu mäntä 15 vastaavasti yläasentoon.

Pipettiä voidaan käyttää myös askeltoimisesti, jolloin si-säänimetty nestemäärä annostellaan ulos pienempinä annoksina. Tällöin nupin painallus ala-asentoon siirtää mäntää aina asetetun askelen alaspäin.

20 Säätöjärjestelmän kaaviokuva esitetään kuviossa 9.

Ohjelmoitu kontrolleripiiri Dl, hoitaa kaikki pipetin käyttöliityntään (näyttö 7, näppäimistö 8, koodikytkimet 35), moottorin li ajoihin (pipetointi, askellus) ja akkujen 16 lataukseen liittyvät toimet.

25 Käyttöliittymän ohjelmat seuraavat näppäimistöltä 8 annet tavia komentoja ja siirtävät ohjelman suorituksen niiden mu-!'’· kaisesti. Moottorin 11 ajossa seurataan enkooderilta 18, 19 tulevia signaaleja, joista lasketaan männän siirtymä. Pipe-tointi-moodissa annosteltava volyymi on verrannollinen käyt-30 tökytkimen asentoon. Askellus-toiminnossa valitun tilavuuden annostelu käynnistetään käyttökytkimen ensiöliikkeellä. La-taustoiminto kytkeytyy kun kontrollerin Dl sisäänmenossa · havaitaan latausjännitteen kytkeytyminen.

Näyttö LCD-1 ja näppäimistö, SI ... S4, on liitetty suo-35 raan kontrolleripiirin Dl vastaaviin ohjaimiin. Moottorin käyttöön on erillinen kanavatransistoreista, VI ... V4, koottu silta, jota kontrolleri ohjaa. Kontrolleriin liitettyjä aputoimintoja ovat virhetoimintojen aktivoima summeri Hl ja käyttöjännitteen ilmaisu.

Claims (10)

1. Nuppipipetti, jossa on runko ja siinä alapää ja yläpää, rungon alapäässä alhaalta avoin sylinteri ja siinä ala-ja yläasennon välillä liikuteltava mäntä (9) nesteen imemi-5 seksi pipettiin ja poistamiseksi siitä, moottori ja siihen liittyvä voimansiirtolaitteisto (12, 13) männän liikuttelemiseksi, elektroninen säätöjärjestelmä (33) männän liikkeen ohjaamiseksi, pysäytysjärjestelmä männän liikkeen pysäyttämiseksi haluttuun asentoon ja rungossa edestakaisin siir-10 rettävä nuppi männän liikkeen ohjaamiseksi säätöjärjestelmän välityksellä, tunnettu siitä, että nuppi (3) on liukuvasti siirrettävä ja että säätöjärjestelmään on yhdistetty nupin siirtymän mittausjärjestelmä (25) siten, että nupin siirtymä ohjaa säätöjärjestelmän välityksellä männän liikettä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pipetti, tunnettu sii tä, että siinä on männän liikkeen seurantajärjestelmä (17) sekä säätöjärjestelmä (33) joka seurantajärjestelmän antamien tietojen perusteella antaa pysäytysjärjestelmälle käskyn pysäyttää männän liike.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen pipetti, tunnettu siitä, että siinä on pysäytysjärjestelmä, joka ennen männän liikkeen pysäyttämistä hidastaa sen liikenopeutta, parhaiten nollaan, moottorin avulla.

4. Jonkin vaatimuksen 1-3 mukainen pipetti, tunnettu 25 siitä, että siinä on ala- ja yläasennon välillä siirrettävis sä oleva nuppi (3) ja että nupin ala- ja yläasento vastaavat männän ala- ja yläasentoa.

5. Jonkin vaatimuksen 1-4 mukainen pipetti, tunnettu siitä, että siinä on mäntä (9) jonka toisen asennon, parhai- 30 ten yläasennon paikka on säädettävissä.

6. Jonkin vaatimuksen 1-5 mukainen pipetti, tunnettu siitä, että siinä on sylinteriosa (2), joka on vaihdettavissa.

7. Jonkin vaatimuksen 4-6 mukainen pipetti, tunnettu 35 siitä, että siinä on jousimekanismi (21) nupin painamiseksi yläasentoon.

7 96007 Kontrolleripiiriin Dl on lisäksi liitetty inertiakytkin 36. Se reagoi liikkeeseen ja aktivoi piirin. Vastaavasti piiri deaktivoituu, jos pipetti seisoo käyttämättömänä tietyn ajan, esim. 5 min. Järjestelmä toimii siis automaattisena 5 on/off-kytkimenä. Se säästää paristoja ja lisäksi helpottaa käyttöä. 3 96007

8. Jonkin vaatimuksen 4-7 mukainen pipetti, tunnettu siitä, että siinä on mäntä (9), joka on lisäksi liikutettavissa ala-asennon alapuolelle tyhjennysasentoon, sekä nuppi 9 96007 (3), joka on vastaavasti siirrettävissä ala-asennon alapuolelle tyhjennysasentoon ja jossa parhaiten on jousimekanismi (22) , joka vastustaa nupin siirtämistä ala-asennon ohi kohti tyhj ennysasentoa.

9. Jonkin vaatimuksen 4-8 mukainen pipetti, jossa run gossa on kämmenellä tartuttava kädensija, tunnettu siitä, että nuppi (3) on runkoon, parhaiten sivulta, päin ja siitä poispäin siirrettävissä.

10. Menetelmä männän liikkeen ohjaamiseksi pipetissä, 10 jossa on runko ja siinä alapää ja yläpää, rungon alapäässä alhaalta avoin sylinteri ja siinä ala- ja yläasennon välillä liikuteltava mäntä nesteen imemiseksi pipettiin ja poistamiseksi siitä sekä moottori ja siihen liittyvä voimansiirto-laitteisto männän liikuttelemiseksi siten, että männän lii-15 kettä ohjataan rungossa edestakaisin siirrettävän nupin avulla, tunnettu siitä, että männän liikettä ohjataan liukuvasti siirrettävän nupin avulla siten, että nupin siirtymää mitataan ja tämän perusteella ohjataan männän liikettä. 10 96007