ЖИДКОСТНЫЙ ДОЗАТОР И СПОСОБ ДОЗИРОВАНИЯ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
LIQUID PROPORTIONER AND METHOD OF PROPORTIONING BY THIS DEVICE

Данное изобретение относится к поршневым жидкостным дозаторам, таким как ручные пипетки, которые используются для дозирования жидкостей. Конкретно изобретение относится к надежному извлечению жидкостей из жидкостного дозатора. Особенно предпочтительно изобретение в таких жидкостных дозаторах, которые используются для обработки относительно небольших объемов проб, к примеру, приблизительно один микролитр. Более конкретно целью изобретения является то, что заявлено в преамбулах независимых пунктов прилагаемой формулы изобретения.
Поршневые жидкостные дозаторы обычно имеют функцию, называемую выдуванием. При этом перемещение поршня при извлечении жидкости (вторичное перемещение) имеет больший ход, чем перемещение поршня при приеме жидкости. Таким образом, извлечение жидкости может быть улучшено по сравнению с ситуацией, когда поршень должен проходить одинаковое расстояние в фазах приема и извлечения. В ручных пипетках эта функция обычно осуществляется посредством двух пружин, тогда как в электронных пипетках данную функцию можно реализовать просто посредством продления перемещения с помощью двигателя. В обоих подходах используется только один поршень.
Вышеупомянутая проблема извлечения возрастает при небольших объемах, когда диаметр поршня мал относительно отверстия для извлечения в насадке. Обычно происходит то, что жидкость не извлекается из насадки, а перетекает к внешней поверхности насадки. После этого капля жидкости должна быть механически удалена пользователем посредством механического переноса к стенке пробирки, которая принимает пробу. Обычно извлечение из пипетки повторяется несколько раз. Другое решение заключается в насыщении пробы до жидкости, уже находящейся в пробирке. В конечном счете, именно от человека, выполняющего извлечение из пипетки, зависит то, насколько хорошо перемещается жидкость и сколько ее остается в насадке. Разумеется этот тип различных контактов также приводит к увеличению различных рисков заражений.
Если обобщить, то к недостаткам пипеток можно отнести трудное извлечение из пипетки небольших доз. Объемы меньше 10 мкл не выходят из насадки пипетки, где они должны быть насыщены до жидкости или должны быть уловлены стенкой пробирки. Это привело к тому, что для вбирания пипеткой небольших объемов используются ручные пипетки, поскольку они позволяют выполнять несколько извлечений. Однако в этом случае точность достаточно низкая.
Международные стандарты разрешают значительные CV-проценты для объемов 0,1-2 мкл. Тем не менее, меньшие объемы, как правило, являются объемами доз проб, которые определяют точность всего теста. Эти стандарты, безусловно, составлены с учетом проблемы, вызываемой небольшим диаметром поршня.
В автоматических дозаторах, которые требуют того, чтобы различные насадки обязательно использовались для каждой пробы, невозможно дозировать небольшие объемы, что приводит к необходимости использования множества реактивов. Помимо этого, при попытке уловить пробу в нижней части тестовой пробирки или пластины с помощью этих автоматических дозаторов точность структуры этого типа устройства должна контролироваться особенно тщательно, и в худшем случае могут возникать ситуации, при которых точность иногда является недостаточной.
В свою очередь в ручных пипетках, особенно пипетках на 10 мкм, возникает проблема различного крепления насадок, вследствие чего помещение пробы на тестовую пластину очень затрудняется.
Один подход заключается в использовании двух вложенных поршней. Внутренний поршень является поршнем разделения на дозы, и расстояние его перемещения задает дозируемый объем. Перемещение этого поршня разделения на дозы одинаково при приеме жидкости и ее извлечении. Внешний поршень является поршнем выдувания, и он начинает перемещение только после того, как поршень разделения на дозы выполнил перемещение извлечения.
Другой подход заключается в использовании двух поршней так, чтобы эти два поршня действовали одновременно при извлечении, и в таком случае создается большее давление на насадку пипетки. Даже самые миниатюрные капли, которые могут оставаться в насадке, могут быть извлечены из нее.
На основе вышеизложенного заметим, что проблемы извлечения жидкости связаны с медленным перемещением поршня в фазе извлечения. Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в дополнительном совершенствовании функции пипеток в случаях, когда необходимо опустошать насадку жидкостных дозаторов так, чтобы не было необходимости в контакте с тестовой пробиркой или с жидкостью, и разделение жидкости между пробиркой и насадкой оставалось неизменным при делении на дозы.
Раскрытие настоящего изобретения в отношении вышеописанного предшествующего уровня техники заключается в том, что перемещение поршня жидкостного дозатора ускоряется при извлечении жидкости. Это изменение скорости предпочтительно является резким, когда проба должна быть выпущена из жидкостного дозатора.
Предложен жидкостной дозатор, содержащий корпусную часть, цилиндрическую часть, размещенную внутри корпусной части; поршень, подвижно размещенный в цилиндрической части, и средство для перемещения поршня, отличающийся тем, что жидкостной дозатор дополнительно содержит вторичное средство для ускорения перемещения поршня при опустошении дозатора, которое является более быстрым, чем перемещение поршня при всасывании, при этом указанное перемещение при опустошении по существу резко ускоряется.
Предпочтительно вторичное средство содержит средство создания энергии, необходимой для перемещения при опустошении дозатора; средство блокировки включения средства создания энергии; средство запуска для включения средства создания энергии. Средством создания энергии может являться пружина, средством блокировки - магнит, а средство запуска может представлять собой механическое средство срабатывания.
Предпочтительно средство запуска содержит корпус, внутри которого размещен магнит; рукоятку привода с магнитными знаками, которая имеет нижнюю часть и верхнюю часть, при этом рукоятка привода в нижней части прикреплена к всасывающему поршню, размещенному в нижней части корпуса жидкостного дозатора, а в верхней части соединена с магнитом, причем другой конец магнита соединен с функциональным поршнем, направленным к верхней части корпуса жидкостного дозатора; при этом верхняя часть рукоятки привода проходит внутрь корпуса средства запуска; соединение, в котором пружина размещена так, чтобы быть натянутой между корпусом средства запуска и рукояткой привода; механическое средство срабатывания, пусковой контакт, размещенный в корпусе средства запуска, который в верхней части может соприкасаться со средством срабатывания, размещенным в корпусе жидкостного дозатора; причем, когда возникает упомянутый контакт, продолжается перемещение вверх относительно корпуса жидкостного дозатора, при этом при продолжении перемещения пусковой контакт выполнен с возможностью принудительного отодвигания рукоятки привода от магнита, посредством чего пружина принудительно перемещает рукоятку привода в направлении вниз.
В одном из вариантов воплощения изобретения жидкостным дозатором является электронный дозатор, предпочтительно многоканальный дозатор, или ручная пипетка.
Также предложен способ дозирования пробы с помощью указанного выше жидкостного дозатора, содержащий этапы, на которых принимают пробу в насадке жидкостного дозатора и извлекают пробу из насадки жидкостного дозатора, отличающийся тем, что перемещение поршня при удалении пробы из насадки выполняют быстрее перемещения при всасывании, при этом указанное перемещение при удалении по существу резко ускоряется. Для осуществления этого способа жидкостной дозатор предпочтительно содержит корпус, цилиндрическую часть, размещенную в корпусе, поршень, подвижно размещенный в цилиндрической части, средство перемещения поршня и вторичное средство для перемещения поршня и обеспечения по существу резкого ускорения перемещения поршня. При этом способ дополнительно может содержать этапы, на которых запускают вторичное средство, которое перемещает поршень; принимают пробу; и разблокируют вторичное средство, которое перемещает поршень для выполнения перемещения поршня при извлечении пробы.
Заявленный способ дополнительно может содержать этапы, на которых захватывают рукоятку привода с помощью магнита и освобождают магнит от рукоятки привода. Причем, когда магнит соединен с рукояткой привода, средство запуска перемещается вверх при приеме пробы; и при извлечении пробы механическое средство срабатывания входит в контакт со средством срабатывания, размещенным в корпусе жидкостного дозатора. Далее продолжают перемещение вверх средства запуска до тех пор, пока рукоятка привода не освободится от магнита, и принудительно ускоренно перемещают вниз рукоятку привода, разблокированную от магнита, с помощью пружины для эффективного извлечения пробы из жидкостного дозатора.
Как ясно из вышеизложенного, идея изобретения заключается в том, что проба разбивается на дозы с помощью одного поршня таким образом, чтобы поршень был небольшого диаметра в фазе приема и большого диаметра в фазе извлечения. Значительно больший диаметр поршня предоставляется наряду с увеличением скорости перемещения. Скорость перемещения может использоваться в наиболее предпочтительной фазе для оптимизации разделения на дозы. Высокая скорость перемещения и ее активирование может осуществляться с помощью нескольких технических компонентов.
Известно, что электрические ручные пипетки имеют такие возможности регулировки, что скорость перемещения поршня может корректироваться программным способом. Специалистам в данной области техники из опыта очевидно, какая оптимальная скорость перемещения может достигаться с помощью поршня. Тем не менее, эти ранее известные электрические пипетки не различают фазы приема и извлечения, поэтому скорость перемещения при извлечении должна быть увеличена для разрешения этой конкретной проблемы, заключающейся в том, что для небольших объемов в ходе фазы извлечения проба перетекает к внешней поверхности насадки. Кроме того, известные ранее двигатели не предоставляют двигатели, которые могут генерировать достаточные скорости.
Вышеупомянутая оптимизация скорости перемещения поршня является существенной частью настоящего изобретения. Важно, чтобы всасывание при приеме выполнялось медленно, а перемещение при извлечении выполнялось на высокой скорости. С учетом вышеизложенного специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что упомянутая скорость перемещения при извлечении может достигаться несколькими различными способами. Согласно изобретению жидкостный дозатор содержит средство, которое обеспечивает возможность существенного ускорения перемещения поршня. С помощью такого быстрого извлечения насадка жидкостного дозатора всегда опустошается равномерно, когда CV-процент также сравним с небольшими объемами.
При этом следует отметить, что пружинное средство для ускорения перемещения очень предпочтительно, но эта энергия также может быть сгенерирована другим способом, например, в случае электрической пипетки посредством программирования. Предпочтительно этим пружинным средством может быть, к примеру, пружина или, например, соединение, использующее напряженность магнитного поля. Согласно этому варианту осуществления пружинное средство должно быть запущено, после чего этот запуск должен быть заблокирован надлежащим средством. Этот запуск может осуществляться, например, с помощью напряженности магнитного поля. Разумеется, этот вариант осуществления также требует средства, которое может разблокировать упомянутый запуск. Этим средством разблокировки может быть, например, механический триггер, который может использовать, возможно, напряженность магнитного поля.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления жидкостный дозатор - это электронная пипетка, такая как, например, пипетка серии Biohit eLine. Пипетка содержит цилиндрическую часть, которая размещена внутри корпуса, и внутри этой цилиндрической части перемещается поршень для дозирования жидкости. Поршень обычно имеет относительно небольшую скорость перемещения, генерируемую двигателем. Для реализации изобретения пипетка оснащена средством запуска. Это средство запуска содержит рукоятку привода, которая предпочтительно изготовлена из магнитной стали. Помимо этого, средство запуска содержит пружину, магнит и средство приведения в действие, которым предпочтительно является контакт запуска или аналогично функционирующее механическое средство срабатывания. Для выполнения изобретения рукоятка входит в соприкосновение с магнитом. Затем запускается пусковая пружина. После этого проба принимается обычным образом посредством перемещения поршня вверх. Когда требуемый объем жидкости принят, поршень останавливается. Когда жидкость должна быть извлечена из пространства проб, двигатель снова начинает перемещение вверх. Когда перемещение продолжается вверх, пусковой контакт входит в соприкосновение со средством срабатывания, которое предпочтительно предусмотрено в корпусе пипетки. Когда перемещение продолжается вверх, пусковой контакт принудительно отодвигает рукоятку привода от магнита, посредством чего пружина принудительно быстро перемещает привод вниз, и в результате фактический всасывающий поршень вызывает быстрое перемещение жидкости из пространства проб при перемещении вверх, при этом жидкость не перетекает к внешней стенке насадки, а полностью извлекается из насадки, которой, к примеру, является съемная одноразовая насадка.
Другой вариант осуществления - это ручная механическая пипетка, в которой используется настоящее изобретение. В механической пипетке запуск средства создания энергии может выполняться способом, аналогичным вышеописанному в ходе перемещения вниз поршня, причем этим перемещением может быть, например, перемещение выдувания. После этого проба принимается стандартным образом. В завершение запускается средство создания энергии с помощью соответствующего средства. Этим соответствующим средством может быть, к примеру, триггер, предусмотренный в корпусе пипетки.
Далее приводится описание прилагаемых чертежей, на которых представлен один способ реализации изобретения. На чертежах:
Фиг.1 иллюстрирует упрощенный поперечный разрез ручной пипетки;
Фиг.2 иллюстрирует некоторые дополнительные подробности пипетки по Фиг.1; и
Фиг.3 представляет чертежи a-d, которые иллюстрируют пипетку по Фиг.2 в действии.
Аналогичная нумерация используется по всем чертежам для частей, которые содержатся на нескольких чертежах. Пипетка 10 содержит внутреннюю рукоятку 1 привода, пружину 2, магнит 3, пусковой контакт 4, верхнее средство 5 срабатывания, всасывающий поршень 6, функциональный поршень 7, цилиндр 8, двигатель 9, одноразовую насадку 11 и корпус 12 средства запуска.
Фактический привод, реализующий настоящее изобретение, содержит на этих чертежах рукоятку привода, магнит и пусковой контакт.
Всасывающий поршень соединен с рукояткой привода, которая в нижней части прикреплена к всасывающему поршню, размещенному в нижней части корпуса жидкостного дозатора, а в верхней части соединена с магнитом, причем другой конец магнита соединен с функциональным поршнем, направленным к верхней части корпуса жидкостного дозатора. Когда двигатель перемещает функциональную рукоятку вверх, эти три элемента (1, 6, 7) перемещаются вместе, и всасывающая рукоятка перемещается внутрь цилиндра, приводят в действие функцию всасывания для приема пробы в насадку. Пружина помещена между средством срабатывания в рукоятке привода и корпусом средства запуска. Магнит жестко закреплен внутри корпуса средства запуска, а рукоятка привода размещается таким образом, чтобы заходить внутрь корпуса средства запуска. Пусковой контакт установлен таким образом, что когда он входит в соприкосновение с верхним средством срабатывания, размещенным в корпусе пипетки, то принудительно отодвигает рукоятку привода от магнита внутрь корпуса средства запуска.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы объект, который должен быть разделен на дозы, выпускался на высокой скорости. При реализации такой структуры важно, чтобы исходная позиция всасывающего поршня была такова, чтобы перемещение при всасывании началось до точки запуска. Эта исходная позиция специально представлена на Фиг.3,а. Затем согласно изобретению проба принимается в насадке, позиция которой представлена на Фиг.3,b. После этого двигатель приводится немного вперед, посредством чего пусковой контакт соприкасается с верхним средством срабатывания и отталкивает рукоятку привода от магнита. Соприкосновение между пусковым контактом и верхним средством срабатывания также представлено на Фиг.3,b. Когда рукоятка привода отошла от магнита, пружина принудительно резко выбрасывает поршень вниз на высокой скорости, как показано на Фиг.3,с. В ручных электронных пипетках извлечение насадки предпочтительно выполняется в ходе запуска привода для новой функции всасывания. Этот запуск привода представлен на Фиг.3,d, где двигатель толкает корпус средства запуска с помощью функционального поршня вниз, и тем самым магнит снова соприкасается с рукояткой привода.