УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ВЫСОКОТОЧНОГО ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТЕЙ В АВТОМАТИЧЕСКОМ АНАЛИЗАТОРЕ ПРОБ
DEVICE AND METHOD FOR HIGH-ACCURACY SAMPLING OF LIQUIDS IN AN AUTOMATIC SAMPLE ANALYZER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к усовершенствованию устройств для отбора проб жидкостей, например различных биологических жидкостей, в частности цельной крови, мочи, и т.д., размещенных в контейнерах для проб. В частности настоящее изобретение относится к высокоточному пробоотборному узлу и способу для отбора проб биологических жидкостей в автоматических инструментах-анализаторах проб. Здесь и далее термин 'отбор пробы' или 'осуществить отбор пробы' относится к техническому процессу забора некоторого количества жидкой пробы из контейнера для проб с помощью пробоотборного элемента и последующей дозированной выдаче по меньшей мере одного точного объема указанной жидкой пробы, взятой с целью тестирования и/или анализа, и/или дальнейшей обработки.
Настоящее изобретение имеет практическую ценность, в частности, в области гематологии, проточной цитометрии и химии крови, в областях, в которых зачастую необходимо дозированно выдать относительно небольшие объемы (например, 1-30 микролитров) цельной крови и/или подготовленной пробы крови с высокой точностью и автоматизированным способом. Настоящее изобретение, однако, может быть также использовано при выполнении анализа других биологических жидкостей, а также в области аналитической химии, где может оказаться необходимым удовлетворение похожих потребностей.
Уровень техники
При проведении тестов над пробами биологических жидкостей пробу зачастую подают аналитическому анализатору в пробирках или колбах, которые либо открыты, либо закупорены, обычно резиновой пробкой, и расположены на подносе для проб в непосредственной близости друг к другу. После получения подноса для проб с несколькими колбами, содержащими пробы, колбы переносят, одну за другой, к станции отбора пробы, выполненной предпочтительно в самом анализаторе, где кончик пробоотборного элемента входит в сосуд с пробой. В зависимости от ситуации - от того, открыта колба или закупорена, т.е. закрыта - указанный кончик может быть заостренной частью пробоотборного элемента или быть толстым концом. Для содействия забору интересующих биологических жидкостей, в частности цельной крови, от людей и животных, закрытые колбы изготавливают с определенным количеством вакуума внутри, который может частично оставаться в колбе после осуществления забора. Это означает, что значение давления в колбе неизвестно в момент забора пробы.
Для того чтобы произвести измерение с колбой, сначала осуществляют забор некоторой части пробы в указанной колбе, т.е. всасывают из колбы в кончик пробоотборного элемента. Затем по меньшей мере небольшую аликвоту пробы, подвергнувшейся всасыванию, дозированно выдают в камеру смешения, где в большинстве случаев ее готовят к анализу, т.е. перед проведение анализа ее должным образом разбавляют. Особенного внимания заслуживает отбор пробы в случае открытых колб, так как, для того чтобы не допустить разлив пробы, содержащейся в колбе, открытые колбы должны удерживаться в вертикальном положении в течение всей процедуры отбора пробы.
В общем случае гематологические анализаторы предназначены для выполнения полного анализа крови и измерения гемоглобина в цельной крови человека или животного. Непосредственно для проведения измерения гематологический анализатор с высокой точностью подготавливает раствор смеси из аликвотного количества пробы крови, подвергнувшейся всасыванию из колбы, посредством его разбавления до значения примерно в 250 раз в камере смешения, используя изотонный разбавитель. Для того чтобы добиться высокой точности, количество крови, используемое в разбавлении, тоже должно быть очень точным.
В целом средства всасывания и дозированной выдачи жидкости автоматических гематологических анализаторов относятся к одному из двух типов: (i) те, которые, по существу, используют точный шприцевой насос, соединенный с пробоотборным элементом, как для всасывания части пробы крови из ее колбы, так и последующей дозированной выдачи отмеренного аликвотного количества этой пробы с помощью того же пробоотборного элемента в камеру смешения (зачастую это называется техникой "всасывания-и-сброса"), и (ii) те, которые всасывают указанную пробу крови в клапан отбора пробы крови (BSV, от англ. blood sampling valve), или узел предохранительного клапана, который сегментирует пробу, подвергшуюся всасыванию, в одну или несколько точных аликвот для дальнейшей дозированной выдачи, используя так называемую аликвотную камеру, образованную в виде цельной части клапана отбора пробы крови. Обе техники отбора пробы имеют преимущества и недостатки, к примеру, в случае (i) есть проблема с точностью в отношении всасывания и/или дозированной выдачи, которая, по сути, зависит от точности перемещения поршня шприцевого насоса в противоположных направлениях, а в случае (ii) есть проблемы значительных производственных затрат и относительно больших объемов пролитой пробы, как подробно описано в патенте США №7,661,326 В2 (Ли и др.). Для устранения или по меньшей мере нивелирования недостатков техник, описанных выше, патент США №7,661,326 В2 описывает своего рода 'гибридную' технику, согласно которой высокая точность аликвотирования, обеспеченная техникой с участием клапана отбора пробы крови, комбинируется с потреблением меньшего объема пробы, свойственным технике "всасывания-и-сброса".
В частности, патент США №7,661,326 В2 описывает гибридный аппарат отбора пробы для использования в автоматическом аналитическом инструменте, который содержит пробоотборный элемент для эффективного осуществления отбора пробы, систему транспортировки для выборочного выдвижения указанного пробоотборного элемента для забора (или дозированной выдачи) жидкой пробы из (или в) различные контейнеры, находящиеся на некотором расстоянии, узел клапана отбора пробы, функционально соединенный с пробоотборным элементом для осуществления аликвотирования и дозированной выдачи, и насос, функционально соединенный с узлом клапана отбора пробы, и выборочно работающий либо (i) на втягивание жидкой пробы через пробоотборный элемент и через узел клапана для наполнения по меньшей мере одной своей аликвотной камеры, либо (ii) на дозированную выдачу жидкой пробы, подвергнувшейся всасыванию, с помощью пробоотборного элемента в одну или несколько камер смешения. После забора пробы она перемещается насосом по траектории потока пробы, которая включает в себя канал пробоотборного элемента по всей его длине, а также сложную конструкцию взаимосвязанных отверстий и борозд на поверхности, образованных в или на поверхностях фланцев клапана, образующих узел предохранительного клапана. За счет такого строения проба проходит относительно длинный путь внутри гибридного аппарата отбора проб из контейнера (контейнеров) для проб к камере (камерам) смешения. Другими словами, гибридный аппарат отбора проб имеет недостаток, заключающийся в длинной траектории потока пробы.
Из-за физических/химических свойств и состава биологических жидкостей, забор пробы которых осуществляется, в частности цельной крови, часть пробы, переносимой из контейнера для проб в камеру смешения, имеет свойство налипать на внутреннюю стенку траектории потока, т.е. трубки, используемой для такого переноса. Это увеличивает потребление пробы при ее заборе. Более того, как было экспериментально показано, различные компоненты биологических жидкостей обладают разными свойствами налипания на стенку трубки. Налипание, в свою очередь, может привести к качественному искажению состава исследуемой пробы, и как следствие - окончательных данных измерения. Поэтому, чем длиннее траектория потока, которую указанная проба должна пройти внутри пробоотборного устройства, тем выше вероятность такого качественного искажения. В связи с этим существенными преимуществами обладает сокращение, в частности минимизация, длины траектории потока, по которой проходит проба внутри пробоотборного аппарата.
Возможным способом сокращения траектории потока пробы является включение пробоотборного элемента непосредственно в конструкцию клапана отбора пробы; такое решение известно из уровня техники в виде клапана отбора пробы крови с пробоотборным элементом, зафиксированным в нем, в направленном вверх положении. Таким образом, для осуществления отбора пробы с помощью указанного устройства пробирка должна быть перевернута вверх дном. Очевидно, что такое устройство для отбора проб не применимо в случае открытых пробирок. Еще один недостаток такого устройства становится очевидным, когда дело касается его применения в автоматических анализаторах: в таких случаях анализатор должен быть оборудован специальным поворачивающим механизмом для поворота отдельных пробирок в положение вверх дном для отбора пробы, а затем обратно - для хранения. Очевидно, что это приведет к замедлению процесса отбора пробы и увеличит стоимость как самого процесса отбора пробы, так и производства.
Два патента США №4,463,615 и 4,507,977 описывают клапаны замера и переноса жидкости, в которых пробоотборный элемент встроен в клапаны замера.
Патент США №6,662,826 В1, считающийся ближайшим решением из уровня техники, описывает мультидисковой клапан замера и переноса жидкости с переключающим порт диском клапана, имеющий по меньшей мере два впускных соединения, т.е. пробоотборный узел для дозированной выдачи заданного объема жидкой пробы в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы. Указанный клапан замера и переноса имеет относительно длинную траекторию отбора пробы. Поэтому при его работе налипание пробы на стенки траектории отбора пробы является высоким, что сильно сказывается на качестве дозированно выданной пробы. Кроме того, при дозированной выдаче заданного объема жидкой пробы указанный клапан замера и переноса осуществляет продольные перемещения, что создает необходимость в дополнительном пространстве во время работы.
В случае аналитических инструментов, таких как оборудование высокоэффективной жидкостной хромотографии или различные анализаторы биологической жидкости, например, автоматические гематологические анализаторы, точность отбора пробы имеет большое значение. В определенных ситуациях доступны лишь небольшие количества пробы. Чем меньше объем пробы, с которым предстоит работать, тем сложнее достичь высокой точности при осуществлении ее дозированной выдачи. Если дозированно выдаваемая проба должна быть разбавлена перед своей последующей обработкой, большое значение также имеет количество разбавителя. Очевидно, что для достижения некоторой конкретной, заранее заданной концентрации, необходимой для проведения измерения или тестирования, для меньших объемов пробы будет требоваться меньше разбавителя. Поэтому, для снижения стоимости, вечной задачей аналитики является уменьшение объема исследуемой пробы, а также ее эффективное использование (т.е. по сути, полное использование, по возможности без растрачивания каких-либо ее частей), а также - если возможно - увеличение, или по меньшей мере сохранение, уровня точности при дозированной выдаче указанного объема.
Раскрытие сущности изобретения
На основании вышеизложенного задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного пробоотборного узла, обладающего высокой точностью при дозированной выдаче небольших количеств пробы, в котором траектория потока пробы значительно сокращена, в частности является минимальной.
Другой задачей настоящего изобретения является создание пробоотборного узла, обеспечивающего эффективное использование того количества пробы, забор которого осуществляют из контейнера для проб.
Другой задачей настоящего изобретения является создание пробоотборного узла, которое может одинаково использоваться как с открытыми, так и с закрытыми контейнерами для проб.
Другой задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции пробоотборного узла, и тем самым, снижение стоимости производства, а также его сложности.
Приведенные выше задачи решены посредством новой конструкции пробоотборного узла, в которой проба, забор которой осуществляют из контейнера для проб пробоотборным элементом, переносится непосредственно к впуску поточной конструкции, содержащей аликвотную камеру для сегментирования аликвоты пробы с высокой точностью. Это означает отсутствие необходимости в пропуске пробы по длинному каналу в пробоотборном элементе, предшествующем дозированной выдаче некоторой части пробы пробоотборным узлом. Таким образом, отрицательные влияния длинных каналов, по которым проба вынуждена проходить при ее отборе, значительно нивелируются. В результате повышается качество пробы. Более того, за счет новой конструкции пробоотборного узла отбор пробы и ее дозированная выдача могут осуществляться, например, аналитическим инструментом посредством перемещения указанного пробоотборного элемента только в одном направлении, т.е. по его продольной оси. То есть для дозированной выдачи не требуется перемещение поперек указанной продольной оси. За счет указанной новой конструкции пробоотборного узла можно также избежать всасывание пробы в клапан отбора жидкой пробы через пробоотборный элемент.
В частности указанное изобретение относится к пробоотборному узлу для дозированной выдачи точного объема жидкой пробы из контейнера для проб в автоматическом аналитическом инструменте, как раскрыто в п. 1 формулы, а также к автоматическому аналитическому инструменту для осуществления отбора пробы, как описано в п. 8 формулы. Предпочтительные варианты осуществления указанного пробоотборного узла и указанного аналитического инструмента описаны в п.п. 2-7 и п. 9 формулы, соответственно. Настоящее изобретение также относится к способу дозированной подачи точного объема жидкой пробы из контейнера для проб, а также к способу отбора пробы биологической жидкости, размещенной в контейнере для проб, как описано в п.п. 10 и 12 формулы, соответственно.
Настоящее изобретение и другие его преимущества станут понятны из подробного описания предпочтительного варианта осуществления для использования в автоматических гематологических анализаторах со ссылкой на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
- На Фиг. 1А и 1В представлены схематичные изображения части аналитического инструмента, в частности гематологического анализатора, содержащего усовершенствованный пробоотборный узел согласно настоящему изобретению в его различных конфигурациях, в частности в конфигурации забора/дозирования/сброса (Фиг. 1А) и в конфигурации загрузки пробы (Фиг. 1В);
- На Фиг. 2А схематично представлен вариант пробоотборного узла на разнесенном виде;
- На Фиг. 2В показан вариант пробоотборного узла в собранном состоянии;
- На Фиг. 3А и 3В представлены изображения на разнесенном виде в аксонометрии предпочтительного клапана отбора жидкой пробы, используемого в пробоотборном узле, изображенном на Фиг. 2;
- На Фиг. 4 представлен вид в вертикальном разрезе пробоотборного узла, изображенного на Фиг. 2, со вставкой, представляющей увеличенный вид части А указанного узла;
- На Фиг. 5 представлен вид в вертикальном разрезе комбинации пробоотборного узла, изображенного на Фиг. 2, с отдельным промывочным узлом в положении очистки для прочистки пробоотборного кончика пробоотборного элемента, используемого в указанном варианте пробоотборного узла;
- Фиг. 6A-6I изображают различные этапы первого варианта процесса отбора пробы, осуществляемого примером пробоотборного узла, изображенного на Фиг. 2, используемого в аналитическом инструменте, изображенном на Фиг. 1А и 1В;
- Фиг. 7А-7М изображают различные этапы второго варианта процесса отбора пробы, осуществляемого примером пробоотборного узла, изображенного на Фиг. 2, используемого в аналитическом инструменте, изображенном на Фиг. 1А и 1В.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1А и 1В пробоотборный узел 100 настоящего изобретения изображен как часть традиционного автоматического инструмента, гематологического анализатора для проведения анализа проб цельной крови, одной пробы за один прием. В этом случае анализатор содержит пробоотборный элемент 10 и клапан 20 отбора жидкой пробы, являющиеся частями пробоотборного узла 100, а также дополнительные узлы и/или элементы (к примеру, различные трубки, соединители, клапаны и т.д.), которые также необходимы для нормального функционирования указанного анализатора. Пробоотборный элемент 10 сделан в виде полой трубки, прямого элемента, имеющего продольную ось и заканчивающегося на своем одном конце пробоотборным кончиком 12. Указанный кончик 12 является либо острым, либо тупым, и служит для обеспечения доступа к жидкой пробе 52, в данном случае цельной крови, размещенной либо в закрытом, либо в открытом контейнере 50 для проб, соответственно, для всасывания и удержания ее некоторого небольшого количества. Другой конец 14 пробоотборного элемента 10 выполнен с возможностью обеспечения жидкостного сообщения посредством подходящей трубки с первым насосным узлом НУ1 анализатора. Для обеспечения доступа к пробе 52 пробоотборный элемент 10 устанавливают в анализаторе для вертикального перемещения вдоль своей продольной оси и через тело указанного клапана 20 отбора пробы, выполненного с возможностью обеспечения такого перемещения, как будет описано ниже. В то же время, однако, как будет понятно специалисту в данной области техники, пробоотборный элемент 10 может быть установлен и для осуществления продольного перемещения до того, как его кончик 12, по сути, получит доступ к пробе 52, т.е. перемещения перпендикулярного вертикальному направлению, в котором кончик 12 перемещается для обеспечения доступа к пробе 52. Как показано, клапан 20 отбора пробы, по сути, является узлом предохранительного клапана с телом клапана, содержащим расположенные напротив друг друга и прилегающие друг к другу верхний фланец Ф1 предохранительного клапана и нижний фланец Ф2 предохранительного клапана, при этом оба фланца имеют множество сквозных отверстий, расположенные согласно определенной стратегии. Фланцы Ф1 и Ф2 предохранительного клапана выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга для того, чтобы выборочно либо вызывать выравнивание в одну линию соответствующих отверстий, позволяя жидкости проходить между указанными фланцами Ф1 и Ф2, либо вызывать смещенное состояние указанных отверстий, при котором указанное движение потока жидкости полностью прекращается. На Фиг. 1А клапан 20 отбора пробы показан в конфигурации забора пробы, в которой первый насосный узел НУ1 втягивает или всасывает небольшое количество пробы крови в пробоотборный кончик 12 в полностью выдвинутом положении (втором положении) пробоотборного кончика 12, т.е. когда указанный кончик 12 прошел через тело клапана указанного клапана 20 отбора пробы для обеспечения доступа к пробе 52 и находится между контейнером 50 для проб и нижним фланцем Ф2 клапана, т.е., по сути, ниже нижнего фланца Ф2 клапана.
Когда кровь, подвергшаяся всасыванию пробоотборным кончиком 12, достигает заранее определенного небольшого количества/объема, который опционально контролируется измерением или сравнением времени всасывания, на протяжении которого работает первый насосный узел НУ1, с заранее определенным значением, сигнал передается программируемому логическому и управляющему узлу ЛУУ, расположенному в анализаторе и являющемуся его частью; в результате проба, подвергнувшаяся забору из контейнера 50 для проб, займет определенный объем пробоотборного кончика 12, но точно не выйдет за пределы другого конца 14. Теперь программируемый логический и управляющий узел ЛУУ работает на деактивацию первого насосного узла НУ1, а затем на активацию первого приводного узла ПУ1 для того, чтобы задвинуть пробоотборный кончик 12 с пробой в его изначальное положение (первое положение), в котором он располагается, по сути, выше верхнего фланца Ф1 клапана, а затем чтобы отрегулировать относительное положение фланцев Ф1 и Ф2 клапана и выставить положение, показанное на Фиг. 1В, которое соответствует конфигурации загрузки пробы пробоотборного узла 100. Затем в конфигурации загрузки пробы программируемый логический и управляющий узел ЛУУ работает на активацию первого насосного узла НУ1 для вытеснения или подачи пробы крови, ранее подвергнувшейся всасыванию в кончик 12, в область впуска сплошной поточной конструкции в клапане 20 отбора пробы, образованной выравниванием в одну линию соответствующих сквозных каналов, расположенных в нем. После подачи пробы через впуск поточной конструкции программируемый логический и управляющий узел ЛУУ работает на активацию второго насосного узла НУ2 в жидкостном сообщении со сбрасывающим выпуском указанной поточной конструкции в клапане 20 отбора пробы для втягивания пробы крови из указанного впуска через поточную конструкцию в его выпуск, а также через аликвотную камеру 18, образованную внутри клапана 20 отбора пробы в виде части поточной конструкции. Когда втянутая проба крови достигает верхнего фланца Ф1 клапана, что определяется, например, посредством встроенного детектора крови (не показан), или опять же на основании времени, программируемому логическому и управляющему узлу ЛУУ передается сигнал; узел затем работает на деактивацию второго насосного узла НУ2 и регулирование относительного положения фланцев Ф1 и Ф2 клапана и установку конфигурации сброса пробоотборного узла 100, также показанной на Фиг. 1А (изображена штриховыми линиями). В результате последней операции точная аликвота пробы крови сегментируется или изолируется от втянутой пробы крови. Она готова к дозированной выдаче и последующему сбросу из клапана 20 отбора пробы для последующей обработки и/или анализа, в частности для разбавления жидким разбавителем для осуществления, например, измерения количества эритроцитов. Сброс точной аликвоты крови производится в камеру 70 смешения насосом HP разбавителя, находящимся в жидкостном сообщении с клапаном 20 отбора пробы в действительной конфигурации пробоотборного узла 100; указанный насос HP разбавителя, после активации программируемым логическим и управляющим узлом ЛУУ, вдобавок к точной аликвоте крови в камере 70 смешения закачивает жидкий разбавитель через клапан 20 отбора пробы.
Должно быть понятно, что точное аликвотное количество крови в целом определено объемом поточной конструкции, образованной внутри нижнего фланца Ф2 клапана. Обычно этот объем выбирают в пределах от 1 до 10 микролитров. В возможном варианте осуществления клапана отбора жидкой пробы, используемого в настоящем изобретении, аликвотная камера 18 выполнена в виде полого трубчатого элемента, имеющего U-образную форму и соединяющего два сквозных отверстия в нижнем фланце Ф2 клапана, причем указанный трубчатый соединяющий элемент выступает из указанного нижнего фланца Ф2 клапана. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что объем аликвотной камеры 18 в таком варианте осуществления определен внутренним объемом U-образного элемента, и легко может быть изменен за счет замены этого элемента U-образным полым трубчатым элементом с другим внутренним объемом. Таким образом, точное аликвотное количество крови (или любой другой пробы), выдаваемое дозированным образом с высокой точностью при помощи клапана отбора жидкой пробы согласно настоящему изобретению, может гибким образом меняться в широком диапазоне, по сути, отвечая действительным нуждам. Однако для поддержания высокой точности дозированной выдачи внутренний объем указанного соединяющего элемента должен оставаться постоянным с высокой точностью в течение продолжительного времени.
Программируемый логический и управляющий узел ЛУУ управляет работой компонентов пробоотборного узла 100, включая первый насосный узел НУ1, второй насосный узел НУ2, первый приводной узел ПУ1, активирующий (выдвигающий и задвигающий) пробоотборный кончик 12, второй приводной узел ПУ2, вызывающий относительные перемещения (повороты) верхнего и нижнего фланцев Ф1 и Ф2 клапана, а также насос HP разбавителя, который выдает точную аликвоту пробы в конфигурации сброса пробы из клапана 20 отбора пробы в камеру 70 смешения; таким образом, первый и второй приводные узлы ПУ1 и ПУ2, первый и второй насосные узлы НУ1 и НУ2, а также насос HP разбавителя, все эти узлы, функционально соединены с указанным программируемым логическим и управляющим узлом ЛУУ. Более того, первый приводной узел ПУ1 и второй приводной узел ПУ2 функционально соединены с пробоотборным элементом 10 и нижним фланцем Ф2 клапана, соответственно.
Когда пробоотборный узел 100 жестко установлен в анализаторе в подходящем месте, верхний фланец Ф1 клапана оказывается фиксированным к раме инструмента анализатора с помощью опорной рамы (не показана), и поэтому относительное перемещение первого и второго фланцев Ф1 и Ф2 клапана для обеспечения возможности движения потока жидкости, по сути, оказывается реализованным за счет перемещения (поворота) нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана.
Указанные первый и второй насосные узлы НУ1 и НУ2, а также указанный насос HP разбавителя предпочтительно являются высокоточными шприцевыми насосами, приводимыми в действие шаговыми двигателями. Таким образом измерение объема/количества крови, подвергшейся всасыванию, первым насосным узлом НУ1, или объема/количества крови, втянутой посредством второго насосного узла НУ2, может в альтернативном варианте основываться на подсчете количества шагов, выполненных указанными пошаговыми двигателями. Кроме того, в другом варианте осуществления указанные первый и второй насосные узлы НУ1 и НУ2 обеспечиваются одним одиночным насосным узлом. В таком случае - по необходимости - в поточную конструкцию, описанную выше, также включают один или несколько перепускных клапанов; предпочтительно, чтобы используемые перепускные клапаны также управлялись программируемым логическим и управляющим узлом ЛУУ.
В другом варианте осуществления пробоотборного узла 100 между клапаном 20 отбора пробы и контейнером 50 для проб по длине траектории, вдоль которой пробоотборный узел 10 выдвигается/задвигается, располагается промывочный узел 60. В частности в промывочном узле 60 предусмотрен прочищающий канал 62 (на Фиг. 5), соосно окружающий пробоотборный узел 10 на некотором участке длины, в котором на пробоотборный кончик 12 подается подходящая промывочная жидкость, предпочтительно разбавитель, в любом случае используемый в анализаторе, когда он выдвинут в или задвинут из контейнера 50 для проб. Предпочтительно, чтобы процессы подачи указанной промывочной жидкости в прочищающий канал 62 и сброса жидких отходов в накопитель отходов также управлялись программируемым логическим и управляющим узлом ЛУУ.
Из описания выше должно быть понятно, что в пробоотборном узле 100, изображенном на Фиг. 1А и 1В в виде части аналитического инструмента в разных рабочих конфигурациях, предусмотренная траектория потока пробы значительно короче той, что обычно используется в решениях, известных из уровня техники. В частности траектория потока пробы ограничена пробоотборным кончиком пробоотборного элемента, как следствие новой конструкции клапана отбора жидкой пробы, в которой операция забора части пробы из контейнера для проб и операция подачи указанной части пробы в клапан отбора жидкой пробы осуществляются на противоположных сторонах клапана отбора жидкой пробы посредством пробоотборного кончика, перемещающегося через тело указанного клапана отбора жидкой пробы между двумя этими операциями.
На Фиг. 2А и 2В изображен возможный вариант осуществления пробоотборного узла 100 для использования в автоматическом аналитическом инструменте, схематично показанный в разобранном и собранном виде, соответственно, в описанной выше конфигурации забора пробы. Пробоотборный узел 100 содержит пробоотборный элемент 10 и клапан 20 отбора жидкой пробы. Пробоотборный элемент 10 выполнен в виде полой трубки, предпочтительно в виде прямого элемента, который на одном своем конце заканчивается пробоотборным кончиком 12, а на другом своем конце 14 выполнен с возможностью соединения с насосными средствами указанного инструмента. Пробоотборный кончик 12 является либо заостренным, либо тупым, и служит для обеспечения доступа к жидкой пробе, размещенной либо в закрытом, либо в открытом контейнере для проб (не показан), чтобы, соответственно, всасывать и удерживать определенное количество пробы. Пробоотборный элемент 10 устанавливают в инструмент традиционным способом, по сути, для перемещения в вертикальном направлении вдоль прямой линии и через тело клапана 20 отбора жидкой пробы, причем указанный клапан выполнен с возможностью обеспечения такого перемещения пробоотборного элемента 10 через расположенный в нем подходящий направляющий канал, как будет описано ниже. Как будет очевидно специалисту в данной области техники, продольное перемещение, т.е. перемещение перпендикулярно вертикальному направлению, пробоотборного элемента 10 также может обеспечиваться его установкой в указанном инструменте. Как станет понятно из рисунков, клапан 20 отбора жидкой пробы представляет собой узел предохранительного клапана, содержащий, в простейшей конструкции, два расположенных друг напротив друга, предпочтительно имеющих форму дисков, фланца, которые являются верхним фланцем Ф1 клапана и нижним фланцем Ф2 клапана. При использовании два фланца Ф1, Ф2 клапана расположены прилегающими, на центральном валу 21 с продольной осью О, при этом центральный вал 21 проходит через центральное отверстие 22 в каждом фланце клапана. Первый конец центрального вала 21 соединен с приводными средствами, предпочтительно с электрическим двигателем, например шаговым двигателем, жестко установленном в раме аналитического инструмента. Другой конец указанного центрального вала 21 является полым трубчатым концом с выполненной в нем внутренней резьбой. Указанный другой конец проходит через опорный подшипник 23 вала, направляющий фланец рукав 24, который помещается в центральном отверстии 22 фланцев Ф1 и Ф2 клапана, и верхний фланец Ф1 клапана так, что при использовании центральный вал 21 может свободно поворачиваться вокруг своей центральной оси О. Указанный центральный вал 21 также проходит через нижний фланец Ф2 клапана, рычаг 25 передачи крутящего момента и соединяется с фиксирующим механизмом 26 фланца с помощью ответной резьбы 27, выполненной на указанном фиксирующем механизме 26 фланца. Центральный вал 21 помещается за счет своей формы в указанный рычаг 25 передачи крутящего момента, который в свою очередь является замковым элементом, который входит в соединение с комплементарной выемкой (не показана), выполненной на нижней поверхности нижнего фланца Ф2 клапана. Таким образом, когда клапан 20 отбора жидкой пробы собран, нижний фланец Ф2 клапана оказывается жестко зафиксированным (запертым) на центральном валу 21, а это означает, что нижний фланец Ф2 клапана может поворачиваться с центральным валом 21. Так как верхний фланец Ф1 клапана зафиксирован на раме инструмента анализатора с помощью опорной рамы (не показана), нижний фланец Ф2 клапана будет поворачиваться относительно верхнего фланца Ф1 клапана при активации центрального вала 21. Таким образом может осуществляться управляемое относительное позиционирование верхнего и нижнего фланцев Ф1, Ф2 клапана.
Фиксирующий механизм фланца (см., например, вид в поперечном разрезе на Фиг. 4) служит для придавливания нижнего фланца Ф2 клапана к верхнему фланцу Ф1 клапана для обеспечения необходимой герметизации между расположенными друг напротив друг друга поверхностями фланцев Ф1 и Ф2 клапана. Такой механизм содержит фиксирующую пружину 28, сжатую до определенной степени. Фиксирующий механизм 26 фланца прикладывает силу, параллельную продольной оси О к фиксирующей пружине 28, которая, в свою очередь, передает эту силу на придавливание верхнего и нижнего фланца Ф1 и Ф2 клапана друг к другу за счет рычага 25 передачи крутящего момента. Величина силы, придавливающей верхний и нижний фланцы Ф1 и Ф2 друг к другу, может регулироваться глубиной фиксирующего механизма 26, ввинченного во внутреннюю резьбу центрального вала 21.
На Фиг. 3А и 3В соответственно представлены верхний и нижний разнесенные виды в аксонометрии, показывающие относительное положение верхнего и нижнего фланцев Ф1 и Ф2 клапана, в случае, когда пробоотборный узел 10 собирается осуществить операцию забора пробы через оба фланца Ф1 и Ф2 клапана. Здесь верхний фланец Ф1 клапана и нижний фланец Ф2 клапана снабжены сквозными отверстиями 32 и 42, соответственно, которые в конфигурации забора пробы полностью выровнены в одну линию и поэтому образуют направляющий канал для пробоотборного элемента 10 через тело клапана, с высотой равной суммарной высоте двух фланцев Ф1 и Ф2 клапана. Таким образом, траектория потока пробы, по сути, уменьшена до расстояния, которое проходит проба в пробоотборном кончике 12 во время всасывания.
Клапан 20 отбора жидкой пробы содержит выборочно функционирующую поточную конструкцию, образованную в совмещенных верхнем и нижнем фланцах Ф1 и Ф2 клапана, для того, чтобы сначала дозированно выдать заранее заданное точное аликвотное количество жидкой пробы, а затем сбросить его для дальнейшей обработки. Указанная поточная конструкция образована первым набором сквозных каналов K11, K12 и K13, выполненных в верхнем фланце Ф1 клапана, а также вторым набором сквозных каналов K21 и K22, выполненных в нижнем фланце Ф2 клапана, и самой аликвотной камерой, которая проходит от сквозного канала K21 к сквозному каналу K22 в виде полого соединяющего элемента, как показано на рисунках. В каждом из каналов первого набора сквозных каналов K11, K12 и K13 зафиксированы подходящие трубки для образования портов, выполненных с возможностью соединения с различными насосными средствами (см., к примеру, Фиг. 1А и 1В) инструмента при его использовании. В частности трубки, зафиксированные в каждом из каналов K11, K12 и K13, соответственно, образуют впускной порт 37, выпускной порт 38 и порт 36 всасывания клапана 20 отбора жидкой пробы. Выборочная функциональность поточной конструкции обеспечивается позиционированием нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана за счет поворота первого в (i) первое положение клапана, в котором сквозной канал K22 открывается в сквозное отверстие 32, а сквозной канал K21 выровнен в одну линию со сквозным каналом K13, за счет чего создается первая сплошная траектория для жидкости от сквозного отверстия 32 к порту 36 всасывания, и во (ii) второе положение клапана, в котором сквозной канал K11 выровнен в одну линию со сквозным каналом K21, а сквозной канал K12 выровнен в одну линию со сквозным каналом K22, за счет чего создается вторая сплошная траектория для жидкости от указанного впускного порта 37 к выпускному порту 38. Таким образом, во время использования первая сплошная траектория для жидкости подходит для подачи некоторого количества пробы от пробоотборного кончика 12 в клапан 20 отбора жидкой пробы через канал K22, служащий в качестве впуска, при этом вторая сплошная траектория для жидкости подходит для сброса точного аликвотного объема пробы через канал K12, служащий в качестве выпуска, для последующей обработки. Далее, сегментирование (или дозированная выдача) аликвотного объема пробы происходит одновременно со сменой первого положения клапана на второе положение клапана за счет поворота указанного нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана вокруг продольной оси О клапана 20 отбора жидкой пробы. За счет описанной выше выборочно функционирующей поточной конструкции для отбора пробы как из открытого, так и из закрытого контейнера, в автоматическом аналитическом инструменте может использоваться клапан 20 отбора жидкой пробы очень простой конструкции, причем в случае закрытого контейнера - независимо от давления внутри контейнера для проб.
Предпочтительно, чтобы каждый фланец Ф1 и Ф2 клапана был изготовлен из нереактивного керамического материала, и чтобы плоские, расположенные друг напротив друг друга поверхности указанных фланцев были отполированы для предотвращения утечек жидкости из указанных портов и поточной конструкции, образованной в клапане 20 отбора жидкой пробы, когда фланцы установлены так, что они прилегают друг к другу. Указанные порты 36, 37, 38 изготавливают из некорродирующих стальных или тефлоновых трубок с внутренним диаметром, выбранным в диапазоне от 0,5 мм до 1,0 мм. Диаметры указанных сквозных отверстий 32 и 42 соответствует внешнему диаметру пробоотборного элемента 10 и/или его пробоотборного кончика 12. Например, в предпочтительном варианте осуществления внешний диаметр пробоотборного элемента 10 находится в диапазоне 1-3 мм, предпочтительно, около 1,6 мм, а сквозные отверстия 32 и 42 - по меньшей мере в диапазоне 2-5 мм в диаметре, что позволяет легко выдвигать/задвигать пробоотборный кончик 12 через направляющий канал, образованный за счет выравнивания в одну линию сквозных отверстий 32 и 42.
Фиг. 4 представляет собой вид в вертикальном разрезе пробоотборного узла 100, изображенного на Фиг. 2, а вставка представляет собой увеличенное изображение части А указанного узла. На Фиг. 4 представлен пробоотборный узел 100 в конфигурации загрузки пробы, т.е. когда проба, забор которой до этого был осуществлен из контейнера для проб, передается через пробоотборный кончик 12 во впуск поточной конструкции (установленной в первом положении клапана) и вытесняется в него. В общем случае сквозное отверстие 32 имеет цилиндрическую форму, как и все другие сквозные каналы/отверстия, выполненные во фланцах Ф1 и Ф2 клапана. Как показано на Фиг. 4, в предпочтительном варианте осуществления сквозное отверстие 32 имеет скошенное продольное поперечное сечение в его нижней части. Такая скошенная конструкция сквозного отверстия 32 способствует перемещению пробы при осуществлении загрузки в клапан отбора пробы. Сквозной канал K22 занимает смещенное от оси положение относительно центрального положения пробоотборного кончика 12. Более того, диаметр указанного канала K22 меньше диаметра сквозного отверстия 32 в его самой узкой части, в которой оно открывается в нижний фланец Ф2 клапана. Предпочтительно, чтобы канал K22 находился в непосредственной близости к периметру отверстия 32 в его поперечном сечении. Смещенное от оси положение канала K22, в свою очередь, способствует подаче пробы в ее полном виде из указанного отверстия 32 (впуска поточной конструкции) в клапан отбора жидкой пробы во время втягивания через порт 36 всасывания, так как всасывание постоянно происходит в месте, где за счет свойств смачивания пробы (к примеру, биологические жидкости в целом обладают относительно высокой вязкостью и смачивают керамические поверхности) и капиллярного поведения отверстия 32 толщина жидкой пробы постоянно поддерживается на самом высоком уровне, когда происходит всасывание. Поэтому смещенное от оси расположение приводит к тому, что в клапан отбора жидкой пробы фактически подается вся проба, что делает возможным оптимальное потребление пробы, соответствующее максимальному использованию пробы, забранной из контейнера для проб, и соответственно использованию с низким показателем отходов.
На Фиг. 5 схематично изображен другой возможный вариант осуществления пробоотборного узла 100 согласно настоящему изобретению, в котором совместно с пробоотборным узлом 100 представлен промывочный узел 60 для осуществления промывки, а значит, и очищения пробоотборного кончика 12 пробоотборного элемента 10, когда указанный пробоотборный элемент 10 выдвигают в или задвигают из контейнера для проб (не показан) через прочищающий канал 62 с помощью средств его активации. За счет промывки пробоотборного кончика 12 можно избежать случайного перекрестного загрязнения различных проб, последовательно отбираемых пробоотборным узлом 100 в автоматическом аналитическом инструменте.
На Фиг. 6A-6I изображены шаги возможного первого варианта процесса отбора пробы, осуществляемого примерным вариантом пробоотборного узла, изображенного на Фиг. 2, используемого в аналитическом инструменте, показанном на Фиг. 1А и 1В. Обычно до начала процесса отбора пробы во все каналы/трубки инструмента закачивают очищающий реагент или разбавитель. По завершении этого процесса пробоотборный узел готов к началу процедуры. В частности, как показано на Фиг. 6А, пробоотборный узел устанавливают в конфигурацию забора пробы, в которой клапан 20 отбора жидкой пробы готовится к забору жидкой пробы из контейнера 50 для проб. В этот момент отверстия 32 и 42 верхнего и нижнего фланцев Ф1 и Ф2 клапана, соответственно, взаимно выравнивают в одну линию относительно друг друга за счет поворота нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана, за счет чего образуется беспрепятственная траектория перемещения в теле клапана, в виде направляющего канала, через который пробоотборный элемент 10, в частности его пробоотборный кончик 12, выдвигается от одной стороны клапана 20 отбора жидкой пробы к его другой стороне, затем протыкает укупорочные средства контейнера 50 для проб, при такой необходимости, и входит (см. Фиг. 6В) в пробу 52. В этом положении пробоотборного элемента 10 заранее определенное количество пробы 52' всасывается в пробоотборный кончик 12 с помощью внешнего источника отрицательного давления (см. Фиг. 6С). Затем указанный пробоотборный кончик 12 с заранее определенным количеством пробы 52' выдвигается из контейнера 50 для проб, занимая положение, в котором он располагается немного выше канала 42 указанного нижнего фланца Ф2 клапана (см. Фиг. 6D), тем самым готовясь к загрузке пробы. Теперь за счет поворота нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана (то есть за счет изменения положения клапана) пробоотборный узел входит в конфигурацию загрузки пробы, в которой порт 36 всасывания находится в прямом жидкостном сообщении через аликвотную камеру 18 и сквозной канал K22 со сквозным отверстием 32 (см. Фиг. 6Е), что создает первую сплошную траекторию для жидкости (или поточную конструкцию). В качестве следующего шага заранее определенное количество пробы 52' вытесняется из пробоотборного кончика 12 с помощью внешнего источника положительного давления в отверстие 32 и во впуск указанной первой траектории для жидкости (см. Фиг. 6F). Теперь без изменения действительной конфигурации пробоотборного узла заранее определенное количество пробы 52' втягивается через первую траекторию для жидкости через порт 36 всасывания с помощью источника отрицательного давления до тех пор, пока аликвотная камера 18 полностью не наполнится жидкой пробой (см. Фиг. 6G). В этот момент (конечно, с некоторой задержкой, связанной с управлением) выполняется сегментирование или изолирование точной аликвоты 52'' пробы за счет установки пробоотборного узла в конфигурацию сегментирования/дозированной выдачи за счет поворота нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана для создания второй сплошной траектории для жидкости, которая проходит от впускного порта 37 через аликвотную камеру 18 (заполненную пробой) до выпускного порта 38 пробоотборного узла для жидкости (см. Фиг. 6Н). В итоге в действительной конфигурации пробоотборного узла аликвота 52'' пробы выводится в камеру смешения через вторую траекторию для жидкости для дальнейшей обработки жидким разбавителем 54, который подается во вторую траекторию для жидкости через впускной порт 37 (см. Фиг. 6I).
На Фиг. 7А-7М показаны шаги возможного второго варианта процесса отбора пробы, осуществляемого примерным вариантом пробоотборного узла, изображенного на Фиг. 2, используемого в аналитическом инструменте, изображенном на Фиг. 1А и 1В. Этот вариант процесса отбора пробы особенно полезен для предотвращения основной ошибки отбора пробы, которая связана с проблемой образования пузырьков во взятой пробе и забора недостаточного количества пробы. Так надежность забора пробы/дозированной выдачи может быть значительно повышена. Для того чтобы добиться такого повышения, после всасывания пробы в пробоотборный элемент через пробоотборный кончик через указанный кончик в пробоотборный элемент всасывается сначала небольшое количество воздуха, которое затем убирают из указанного кончика за счет подачи положительного давления на указанное количество пробы, подвергнувшейся всасыванию, как будет подробно описано ниже.
Обращаясь теперь к Фиг. 7: до начала процесса отбора пробы все каналы/трубки инструмента снова обрабатывают очищающим реагентом или разбавителем. По завершении этого шага пробоотборный узел готов начать процедуру отбора пробы. В частности, как показано на Фиг. 7А, пробоотборный узел устанавливают в конфигурацию забора пробы, в которой клапан 20 отбора жидкой пробы готовится к забору жидкой пробы из контейнера 50 для проб. В этот момент отверстия 32 и 42 верхнего и нижнего фланца Ф1 и Ф2 клапана соответственно взаимно выравнивают в одну линию относительно друг друга за счет поворота нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана, за счет чего образуется беспрепятственная траектория перемещения в теле клапана в виде направляющего канала, через который пробоотборный элемент 10, в частности его пробоотборный кончик 12, выдвигается от одной стороны клапана 20 отбора жидкой пробы к его другой стороне, затем протыкает укупорочные средства контейнера 50 для проб, при такой необходимости, и входит (см. Фиг. 7В) в пробу 52. В этом положении пробоотборного элемента 10 заранее определенное количество пробы 52' всасывается в пробоотборный кончик 12 с помощью внешнего источника отрицательного давления (см. Фиг. 7С). Затем пробоотборный кончик 12 с заранее определенным количеством пробы 52' выдвигается из пробы 52, размещенной в контейнере 50 для проб, и входит в положение, в котором указанный кончик 12 по-прежнему располагается ниже промывочного узла 60. В этом положении за счет работы указанного внешнего источника отрицательного давления в течение некоторого короткого отрезка времени небольшое количество воздуха 51 (в виде воздушной колонны) втягивается в пробоотборный кончик 12 (см. Фиг. 7D) за указанной пробой 52'. Затем пробоотборный элемент 10 задвигается дальше и проходит через промывочный узел 60 для очистки внешней поверхности пробоотборного кончика 12, и входит в положение немного выше промывочного узла 60 (см. Фиг. 7Е). Затем в положении покоя пробоотборного элемента 10 воздух 51 с низкой скоростью удаляется из пробоотборного кончика 12 в небольших количествах за счет работы внешнего источника положительного давления. Одновременно также удаляются любые пленки 53 разбавителя, которые могут образоваться на самом конце указанного пробоотборного кончика 12 в промывочном узле 60 во время очистки пробоотборного кончика 12. Таким образом удается избежать разбавление пробы при последующей загрузке пробы. После удаления воздуха 51 (а также пленок 53 разбавителя) пробоотборный элемент 10 задвигается и входит в положение выше отверстия 42 нижнего фланца Ф2 клапана (см. Фиг. 7F), готовясь таким образом к загрузке пробы. В этот момент за счет поворота нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана (то есть за счет изменения положения клапана) пробоотборный узел входит в конфигурацию загрузки пробы, в которой порт 36 всасывания находится в прямом жидкостном сообщении через аликвотную камеру 18 и сквозной канал K22 со сквозным отверстием 32 (см. Фиг. 7G), что создает первую сплошную траекторию для жидкости (или поточную конструкцию). На следующем шаге указанное заранее определенное количество пробы 52' вытесняется из пробоотборного кончика 12 с помощью внешнего источника положительного давления в отверстие 32 и через впуск указанной первой траектории для жидкости (см. Фиг. 7Н-7J). В частности пробоотборный кончик 12 сначала направляется к первому фланцу Ф2 клапана в отверстии 32 и останавливается до того, как достигает его (см. Фиг. 7Н), т.е. между указанным кончиком 12 и верхней поверхностью указанного нижнего фланца Ф2 клапана нет контакта. В этот момент указанное заранее определенное количество пробы 52' медленно вытесняется из пробоотборного кончика 12, пока указанный кончик 12 перемещается в положение контакта с нижним фланцем Ф2 клапана (см. Фиг. 7I). При осуществлении загрузки пробы таким образом удается избежать образования пузырьков в отверстии 32 под пробой 52', вытесненной в него. После вытеснения указанного заранее определенного количества пробы 52' пробоотборный элемент 10 задвигается из нижнего фланца Ф2 клапана в отверстие 32 (см. Фиг. 7J). В этот момент проба 52' (по меньшей мере) частично займет указанное отверстие 32. Как должно быть понятно специалисту в данной области техники, количество воздуха 51, втянутого в, а затем удаленного из пробоотборного кончика 12, а также скорость вытеснения пробы 52' из пробоотборного кончика 12, находится под управлением самого аналитического инструмента, в соответствии с хранящимися, заранее заданными значениями, которые зависят от типа пробы.
Теперь без изменения самой конфигурации пробоотборного узла указанное заранее определенное количество пробы 52' втягивается через первую траекторию для жидкости через порт 36 всасывания с помощью источника отрицательного давления в небольших количествах (зависящих от применения, предпочтительно с шагом в 1 микролитр) до тех пор, пока аликвотная камера 18 полностью не наполнится жидкой пробой (см. Фиг. 7К). В этот момент (конечно, с небольшой задержкой, связанной с управлением) осуществляется сегментирование или изолирование точной аликвоты 52'' пробы за счет установки пробоотборного узла в конфигурацию сегментирования/дозированной выдачи за счет поворота нижнего фланца Ф2 клапана относительно верхнего фланца Ф1 клапана, за счет чего создается вторая сплошная траектория для жидкости, которая проходит от впускного порта 37 через аликвотную камеру 18 (заполненную пробой) до выпускного порта 38 пробоотборного узла для жидкости (см. Фиг. 7L). В итоге в действительной конфигурации пробоотборного узла аликвота 52'' пробы выводится в камеру смешения по второй траектории для жидкости для ее дальнейшей обработки жидким разбавителем 54, который подают во вторую траекторию для жидкости через впускной порт 37 (см. Фиг. 7М).
Следует отметить, что самая последняя конфигурация сегментирования/дозированной выдачи пробоотборного узла в описанных выше процессах отбора пробы, по сути, соответствует изначальной конфигурации забора пробы такого пробоотборного узла, если речь идет о поточной конструкции клапана отбора жидкой пробы. Более того, процедура отбора пробы, описанная выше, может быть начата заново для забора еще одного аликвотного количества той же самой пробы или аликвотного количества другой пробы, размещенной в положении отбора пробы ниже пробоотборного узла 100 в другом контейнере для проб.
В описании выше термины 'отрицательное давление' и 'положительное давление' относятся к значениям давления ниже и выше атмосферного давления. Таким образом, источник отрицательного давления в системе, описанной выше, соответствует всасыванию, а источник положительного давления соответствует вытеснению.
Настоящее изобретение подробно описано в отношении одного предпочтительного варианта осуществления. Однако должно быть очевидно, что, не выходя за рамки указанного изобретения, в него может быть внесено множество изменений и модификаций. Подразумевается, что указанные изменения и модификации также попадают под охрану представленной ниже формулы.