SE450171B - Anordning for automatisk uppsamling av sma vetskevolymer - Google Patents

Description

10 15 20 30 35 450 171 transporteras sedan till en injektionsventil genom att sugas baklänges in i ventilen eller genom att nålen automatiskt placeras i ventilens injektionshâl.

För att kunna hantera små vätskemängder har allt mindre prov- rör börjat utnyttjas. vilka dessutom ofta försätts med en konisk botten. Problemet blir här att placera uppsugnings- kanylen så nära botten att mesta möjliga vätska kan sugas upp.

Förutom i samband med vätskekromatografi används mycket små vätskevolymer i samband med automatiska pipetteringsmaskiner, vilka utnyttjas för provpreparation. där reagens och prov blandas på olika sätt. Även här föreligger problemet att nå ner i botten på provrören för att tillåta användning av minsta möjliga provvolym.

En ytterligare komplicering i samband med hanteringen av små vätskevolymer och utvecklingen av känsliga, analytiska metoder är risken att framförallt biologiska ämnen bryts ned i samband med den automatisk hanteringen. Detta motverkas genom att utnyttja kylda prover samt genom att förse proverna med tätt- slutande membran. I vissa fall kan man även byta luften mot en inert gas innanför det tättslutande membranet över provrörets öppning.

Problemet med hantering av mycket små vätskevolymer löses van- ligen genom att låta änden på det kanylrör. som användes, vid- röra provrörets vägg. Ett sådant förfarande har fördelen att kanylens spets kan glida utmed provrörets vägg utan att stöta emot rörets botten. Nackdelen är att en droppe kan bli sittan- de på rörets vägg och icke nå ner till rörets botten, så att den kan återfinnas där vid senare uppsugning av provet. I vissa fall kan det även vara nödvändigt att från början inklu- dera en liten volym syra i röret för att förhindra vidare ned- brytning av provet. Denna ligger då som en droppe i botten. varvid risk finns att en droppe på väggen icke rinner ned i syran. 10 15 20 25 30 35 450 171 Ett annat förfarande som ofta utnyttjas är att med kanylröret vidröra provrörets botten. Inställningen av kanylrörets- rörelse har då tidigare skett antingen genom inprogrammering av den vertikala rörelsen hos antingen kanylen eller prov- röret, beroende på vilket som är rörligt i förhållande till det andra till en viss slutpunkt i rymden. eller genom att provröret förses med en fjädrande upphängning. vilket gör att kanylröret kan föras ned till botten utan risk att kanylen eller provröret skadas. Ett dylikt arrangemang är dock dyr- bart. eftersom varje provrör måste förses med en speciell spiralfjäderupphängning. Det innebär dessutom risk att kanyl- rörets spets blockeras vid kontakt med provrörets botten. Ofta används därför kanylrör med en sidoorienterad öppning. vilket dock minskar möjligheterna att suga upp vätska längst ner i rörets spets i samband med autoinjektíon. Det finns också risk för att en droppe stannar kvar på kanylröret i samband med fraktionssamling.

Ovan nämnda problem löses på ett enkelt. tillförlitligt och billigt sätt med en anordning. som erhållit de i patentkravet l angivna kännetecknen. Ytterligare sädrag anges i övriga patentkrav.

Uppfinningen ger en generell lösning på problemet både med uppsugning och med deponering av mycket små vätskevolymer i samband med autoinjektion, fraktionssamling och automatisk pipettering. Enligt uppfinningen förses kanylröret med en upp- hängning ansluten till ett mekaniskt eller elektronisk sensor- arrangemang. vilket registrerar ett tryck mot kanylens ände i axiell riktningl Detta arrangemang kan ges flera utformningar beroende på tillämpning och tillverkningskostnad. Utnyttjandet av en sensor innebär att det läge. där kanylens spets när rörets botten exakt kan bestämmas. Därigenom elimineras behovet av den fram till nu allmänt använda spiralfjäderupp- hängningen av kanylrör. Dessutom blir det möjligt att på ett kontrollerat sätt avlägsna kanylspetsen från direkt kontakt med rörets botten. Distansen mellan kanylspetsen och rörets botten kan hållas mycket liten beroende på hur rörelsen av 10 15 20 25 30 35 450 171 kanylen eller rörelsen av provröret kontrolleras. Väsentligt är att rörelsen är så liten. att avståndet till rörets botten är mindre än diametern på den droppe, vilken formas vid kanyl- rörets överände. när vätska flödar ut.

Uppfinníngen har generell tillämpbarhet i samband med insam- ling av små fraktioner, autoinjektion av små prover samt pipettering av små volymer. Den tillåter exakt placering av pipetteringsrörets fria ände oberoende av provrörets djup, vilket innebär att provrör av olika dimensioner kan användas i samband med automatisk apparatur. Dessutom har metoden väsent- liga fördelar utöver den metod. där kanylrörets öppning bestämmes av en koordinat i rymden. eftersom ett sådant för- farande icke tar hänsyn till att tjockleken på_botten normalt varierar mellan olika provrör i en tíllverkningsserie.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna. där fig. l visar en principskiss. delvis i perspektiv. av en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett diagram av en sensorsignal som funktion av höjdläge, och fig. 3 visar en principskiss på en andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen.

I den i fig. 1 visade utföringsformen är provrör 1. 2 placera- de i en cirkelsektorformig hållare 3, som kan rymma ett fler- tal provrör. av vilka enbart två visas av åskådlighetsskäl.

Hållaren 3, som visas delvis genomskuren. sitter löstagbart fäst (fästanordningen icke visad) på en ringformig. utskjutan- de klack 4 på en cylinder 5. Cylindern S är styrbar av en vertíkalstyrenhet 6 att föras teleskopiskt uppåt eller nedåt över en cylinder 7 med mindre diameter än cylindern 5. Styr- ningen kan ske på ett flertal sätt och visas icke i detalj. eftersom den icke utgör någon del av uppfinningen.

I arrangemanget enligt uppfinningen visas uppsamling av ett prov från en patient eller dylikt. men det i fig. 1 visade 10 15 20 25 30 35 450 171 arrangemanget är även användbart när prov skall hämtas av en kanyl från ett provrör. vilket kommer att belysas längre fram f i beskrivningen. över hållaren 3 med provrören 1. 2 sitter en hållare 9. som har en kanyl 10 fäst i ett kanylfäste ll. För uppsamling av prov är kanylen 10 via en böjlig. elastisk slang 12 ansluten till en provtagningsnål 13 placerad i den kropp. från vilken provtagning sker. Nålen 12 är av speciellt slag för att kunna extra de substanser. som skall undersökas och har därför en extra slang 14 ansluten till en vätskekälla. Någon närmare beskrivning av nålarrangemanget ges icke. eftersom det icke utgör någon egentlig del av uppfinningen.

För att hålla provrören 1. 2 på plats. när kanylen 10 senare dras ur dem, sitter en skena 15 vrid- bart fäst på cylinderns 5 axel. Skenans 15 andra ände har ett infrâst spår 16. En gejd 17 sitter fast i rummet och skjuter in i spåret 16. så att skenan 15 alltid har samma orientering oberoende av cylinderns 5 höjdläge. Skenan 5 har ett hål 18 respektive 19 placerat rakt ovanför var sitt provrör 1. 2.

Kanylhållaren 9 kan vridas av en vridstyrenhet 20. när cylindern är i nedskjutet läge. och kanylen 10 befinner sig ovanför skenan 15. för att alternerande kunna placeras i ett inre l eller ett yttre 2 provrör. Likaså kan själva cylindern 5 vridas. när den befinner sig i nedskjutet läge med en vrid- styrenhet 8 för framvridning av ett annat par provrör att befinna sig under skenan 15.

En styranordning 21 för hela systemet styr i sekvens den vertikala styrenheten 6 att köra ner cylindern 5 med provrörs- hållaren 3 och skenan 15 i botten. så att kanylens 10 spets befinner sig ovanför skenan 15. styr vridstyrenheten 2 till ändrat läge för kanylfästet 11 ovanför det andra av hålen 18. 19. och styr varannan gång vridstyrenheten 8 för vridning av cylindern i och för frammatning av två nya provrör under skenan 15. samt styr cylindern S att löpa uppåt. 10 15 20 25 30 35 450 171 Det väsentligaste för uppfinningen är dock att kanylhållaren 9 är försedd med en sensor 22, som avkänner om kanylfästet ll förs uppåt, när kanylen 10 förs in i ett provrör. dvs. om kanylspetsen stöter på ett motstånd av provröret. själva sensorn 22 antyds enbart i fig. l. eftersom valet av sensortyp är relativt okritískt för uppfinningen. Trycksensorer av piezoelektrisk. kapacitiv. elektromagnetisk eller magneto- striktiv typ kan användas. För att åstadkomma tryckavkänningen är i utföringsformen i fig. l kanylhållaren 9 utförd som en hylsa. Kanylfästet 11 är placerat på den utskjutande delen av en i hylsan 9 delvis inskjutande tunga 23. Sensorn 22 är lämp- ligen placerad mellan tungans 23 övre sida och hylsans 9 övre vägg. Tungan 23 är lämpligen fjädrande infäst i hylsan 9 lämp- ligen i dess bakre del. När sensorns 22 signal ger för handen att kanylen har nått botten på ett provrör, stoppas cylinderns S vidare färd uppåt genom styrning till enheten 6 från styr- anordningen 21. Sedan kan såsom tidigare nämnts styranordning- en 21 styra vertikalstyrenheten 6 att åter sänka cylindern 5 en mycket liten sträcka, så att kanylen icke direkt ligger an mot provrörets botten utan håller ett avstånd till bottnen som är mindre än diametern på den droppe. vilken formas vid kanyl- rörets överände, när vätska flödar ut.

Sensorn 22 kan vara av linjär typ. men ökad känslighet erhål- les. om sensorn är av t.ex. kvadratisk eller exponentiell typ.

Ofta är använda provrör 1. 2 försedda med en öppning försluten med ett membran, som måste perforeras av den kanyl. som skall lämna eller hämta vätska i provröret. Därvid erhåller kanylen 10 ett motstånd vid sin färd ner i provröret 1. Det läge hos cylindern 5 under dess uppåtgående rörelse, där detta sker, ligger emellertid långt från det läge, där kanylen förväntas nå botten på ett provrör. Styranordningen 21 kan därför vara anordnad att enbart reagera på signaler från sensorn, när cylindern 5 i vertikalled befinner sig inom ett 1 förväg bestämt höjdintervall. ett s.k. känslighetsintervall.

Emellertid kan ett provrör hamna snett i sin hållare, eller '< .kr 10 15 20 25 30 35 450 171 operatören ha glömt att ta bort ett metallskydd. som ofta finns anbragt ovanför membrahet på nya provrör. Därför kan styranordningen 21 vara anordnad att reagera på varje signal från sensorn 23 över en bestämd. högsta tillåtna trycknivå, som är relativt hög. för att stoppa vidare rörelse uppåt hos cylindern 5.

I fíg. 2 visas ett diagram över avkänt sensortryck som funk- tion av höjdläge hos cylindern 5 under uppåtgående. Under ett första moment upp till S avkänns inget tryck. vid S träffar kanylen membraneâ och trycks genom detta. Deå avkända sensortrycket ökar därvid avsevärt. dock ej ända till högsta tillåtna trycknivå. för att sedan sjunka så snart kanylen har perforerat membranet. Membranet kan dock utöva ett visst mot- stånd för kanylen även under dess fortsatta färd ner i prov- röret. Därför avkännes ett visst tryck tl av sensorn 22. Vid S2 stöter kanylen 10 i botten på provröret. Det avkända sensortrycket ökar därvid. S2 ligger inom det förväntade läget för provrörsbottnen, det s.k. känslighetsområdet. Styr- anordningen 21 är därför inom detta område anordnad att reagera för en betydligt lägre sensorsignal än den högsta tillåtna eller är alternativt anordnad att reagera på relativt måttliga tryckökningar från det avkända trycket t för att 1 stoppa vidare uppåtgående för cylindern 5 och eventuellt efterföljande liten sänkning av denna.

För att icke den hanterade vätskan skall förstöras genom luftens inverkan är som nämnt provrören ofta fyllda med någon inert gas. såsom kväve. Om det gäller inplacering av ytterst små vätskemängder har icke införande av kanylen och vätske- tíllförseln någon större betydelse för trycket i provröret.

Det är emellertid ett önskemål att kunna använda apparaten både för hantering av mycket små och något större vätskemäng- der. Därför är det lämpligt att använda en kanyl med två kanaler, en för vätskan och en för anslutning till en källa 24 med den ínerta gasen. Styranordningen 21 kan ha en styrledning kopplad till en ventil 25 i ledningen till källan 24 och öppna denna vid själva vätskehanteringen. vilken vid påfyllning kan 10 15 20 30 35 450 171 ske efter inplacering av kanylen i provröret och i samband med eventuell signal för vätskestyrning till en enhet (icke visad) ansluten till slangen 14. “ När anordningen enligt fig. 1 skall användas för att hämta redan avsatta små vätskemängder i provrör 1. 2 i och för analys. kan källan 24 ha ett högre tryck än trycket i prov- röret. öppningen av ventilen 25 kan ske just vid införandet av den på botten befintliga vätskan i kanylen 10. Därigenom kan det ökade trycket i provröret hjälpa till att föra in vätskan i kanylöppningen samtidigt med att slangen för vätskan ansluten till kanylen sätts under visst undertryck.

Den i fig. 1 visade utföringsformen är den föredragna. efter- som den är ansluten till vätsketransportsystemet med en rörlig slang. De dynamiska och statiska tryckvariationer. som uppstår när kanylen förflyttas eller om vätskans viskositet förändras, förändrar systemets volym. En sådan volymförändring. som sker företrädesvis i vätsketransportsystemets flexibla delar. kan med lätthet bli större än volymen av den vätskevolym, som avses att uppsamlas. Detta gör uppsamlandet av små vätske- volymer med existerande fraktionssamlare mycket svårkontrolle- rat och osäkert.

Vidare kan en ej fullt utvecklad droppe lämna kanylens spets på grund av de dynamiska krafter, som uppstår vid kanylens rörelse. vilket givetvis kan äventyra resultatet. Därför är det en fördel om kanylen är placerad så orörligt som möjligt, dvs. att ha arrangemanget med provrör höj- och sänkbart istäl- let för kanylrörsarrangemanget.

Emellertid är uppfinningstanken även användbar för redan ~ befintliga apparater med stationära provrörssställ och rörlig a kanylhållare. Därför visas schematiskt 1 fig. 3 en andra n utföringsform. där ett provrör 26 är placerat 1 en stationär fv hållare 27 och en kanylrörshållare 28 med kanyl 29 och sensor I: 30 är placerad höj- och sänkbar av en styranordning 31 för systemet. Styrningen sker enligt de principer. som beskrivits 10 15 450 171 i anslutning till fíg. 1.

Många modifieringar är möjliga inom ramen för uppfinningen. I den i fíg. 1 visade utföringsformen kan kanylen. om så önskas. anslutas till vätsketransportsystemet med stela rör. Dessutom kan kanylhållaren göras helt orörlig. dvs. icke vridas mellan två rör. Frånvaron av rörelse hos kanylen gör att tryckvaria- tionerna minimeras och därmed också volymförändringarna i vätsketransportsystemet härrörande från tryckvariationerna.

Genom att icke elastiska eller böjliga rör behöver användas ges också frihet att välja material i rören. så att volymför- ändringar i rörsystemet på grund av temperaturförändringar hos vätskan eller omgivningen eller viskositetsförändringar i vätskan, vilket ger tryckförändringar vid konstant flödeshas- tighet. helt eller delvis kan elimineras eller bli beräknings- bara.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 45Û 171 10 Patentkrav

1. Anordning för hantering av en liten vätskemängd, ínnefat- 9 tande minst ett kärl (1, 2) för vätskemängden. en kanylupp- hängningsanordníng (9, ll, 23) med en i kärlet införbar kanyl (10) och ett styrarrangemang (6. 21), som i och för hantering- en av vätskemängden är anordnad att styra systemet kärl och kanyl så i förhållande till varandra att kylen förs ner till kärlets botten. k ä n n e t e c k n a d av att kanylupphäng- ningsanordningen (9. ll, 23) innefattar en till styrarrange- manget (6. 21) kopplad sensor (22). som reagerar för om kanylens (10) spets utsätts för en axiellt mot kanylen riktad kraft. och att styrarrangemanget (6, 21) vid signal från sensorn över en bestämd nivå är anordnad att stoppa vidarer införande av kanylen i kärlet.

2. Anordning enligt krav 1. där kärlet är försett med skydds- membran över sin öppning. k ä n n e t e c k n a d av att styrarrangemanget (6, 21) i och för vätskehantering är anord- nat att reagera på signaler från sensorn enbart när kanylupp- hängningsanordningen (9, 11. 23) och en hållanordning (3-5) för kärlet befinner sig inom ett första i förväg bestämt avstândsområde i förhållande till varandra.

3. Anordning enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a d av att styrarrangemanget (6. 21) även utanför nämnda avståndsområde är anordnad att reagera på signaler från sensorn (22). vilka signaler har en högsta tillåten nivå, som är betydligt högre än den nivå. som styrarrangemanget reagerar på inom nämnda första avståndsbmråde, för att stoppa vidare införande av kanylen i kärlet och för att stoppa efterföljande sekvens för vätskehantering. ~

4. Anordning enligt något av föregående krav. k ä n n e - t e c k n a d av att styrarrangemanget i och för vätskehante- ring är anordnad att efter stopp mot vidare införande av * kanylen i kärlet styra systemet kärl och kanyl en kort distans åt motsatt håll. vilken distans är mindre än diametern på en 10 15 20 25 450 171 droppe av den aktuella vätska. som hanteras.

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att kanylupphängningsanordningen (9, 11, 23) är orörlig i vertikalled och att kärlet (1. 2) är placerat i en hållaranordníng (3-5). som av styrarrangemanget är styrbar i vertíkalled.

6. Anordning enligt något av föregående krav. där flera kärl (1, 2) ingår. k ä n n e t e c k n a d av att kanyluppnäng- níngsanordníngen och/eller en hållaranordning (3-5) för kärlen är styrbara för förflyttning i väsentligen horisontalled av styrarrangemanget (6. 8. 20, 21). när kanylupphängningsanord- ningen och hållaranordningen för kärlen befinner sig inom ett andra i förväg bestämt avståndsområde från varandra i verti- kalled. inom vilket område kanylspetsen vid utövad förflytt- ning i horisontalled går fri från beröring med något kärl eller kärlens hållaranordning.

7. Anordning enligt något av krav 2-6. k ä n n e t e c k - n a d av att den bestämda nivån hos sensorsignalen. som styr- arrangemanget är anordnat att reagera för inom nämnda första avståndsområde är en i förväg bestämd nivå över en avkänd nivå under en sekvens hos införingsrörelsen, vilken ligger mellan en utanför nämnda första avståndsområde avkänd nivå. som är hög men lägre än högsta tillåtna nivå. och nämnda första avståndsområde.