УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА И ДОЗИРОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ
SAMPLING AND DISPENSING UNIT

Настоящее изобретение относится к устройству для дозирования образца и способу дозирования образцов, подлежащих анализу. Настоящее изобретение также предоставляет средство для смешивания образца, реагента и текучей среды, хранящихся в герметичной камере, в дополнение к объемному дозированию образца, разбавленного до предварительно заданной концентрации.
В существующем предыдущем уровне техники известно несколько устройств и способов с изменяющимися техническими характеристиками, для которых описаны сбор, разбавление и дозирование жидкостей для анализа. Более того, в предыдущем уровне техники также известны многочисленные многокамерные пробоотборники для отбора образцов с помощью тампона на стержне, содержащие разнообразные технические решения для перфорации мембраны и т.п. между камерами.
US 3233785 описывает самую обычную и простую промывающую пипетку, в которой образец крови течет в направлении вверх по капилляру за счет капиллярного притяжения и автоматически останавливается при достижении камеры, существенно более широкой в диаметре, чем капиллярный канал.
US 3453941 раскрывает устройство для определения группы крови препарата, включающее средство для сбора, доступность реагента в контейнере, перемешивающее средство и средство для помещения образца на смотровую пластину.
Устройство для взятия множества образцов биологической жидкости описано в US 3848581. Документ раскрывает устройство, где образец крови движется в магистральном канале, который разветвляется на отдельные пробирки, которые могут заключать в себе соответствующие реагенты.
Дилютер, который предусматривает аспирацию предварительно заданного количества образца жидкости с последующим выделением образца вместе с предварительно заданным количеством разбавителя, раскрыт в US 3869068.
US 4003262 раскрывает устройство для измерения точных микроколичеств образцов текучих сред, в котором автоматическая капиллярная трубка открыта в атмосферу через отверстие в закрытом конце защитного средства.
Устройство для сбора, отделения и дозирования находящихся при нормальном давлении жидкостей, имеющее вентиляционный канал для выпуска воздуха при втягивании жидкости, описано в US 4136036.
US 4396024 раскрывает устройство для вытягивания капиллярной крови, держатель, присоединенный к нему в виде единой части, и запорный стержень на заднем конце капилляра.
Еще один тип устройства для отбора образцов раскрыт в US 4589421, причем изобретение обеспечивает возможность отбора образцов без механического перемещения и дозирование точного количества образца посредством механического перемещения. Устройство для отбора образцов, которое раскрыто в US 4589421, может также быть единой частью испытательного устройства.
Более того, US 4690005 раскрывает дозирующее устройство, посредством которого возможно получать образец жидкости для примешивания образца к жидкости для разбавления, например реагенту, в точном соотношении и для дозирования смеси в другой сосуд, например пробирку или измерительный сосуд.
Изобретение US 5833630 относится к устройству для сбора образцов для сбора капиллярной крови. В указанном изобретении образец всасывается посредством капиллярного действия капилляра, помещенного в держатель, образующий запорное средство, заключающее в себе жидкость-реагент кюветы, в которую образец переносят для проведения анализов. Защитная и герметичная крышка может быть использована для свободного конца капилляра. Нисходящее перемещение герметичной крышки высвобождает образец в кювету, после чего образец перемещают в анализатор.
Еще одно изобретение, раскрывающее способ и набор для сбора образцов жидкостей для анализа для аналитического исследования, раскрыто в US 5935864, в котором указанный способ включает контейнер для образцов и ампулу для реагента. Образец и реагент в ампуле для реагента втягиваются за счет капиллярного притяжения в камеру, заключающую в себе индикаторную полоску.
Средство для образцов и система для исследования образца жидкости, раскрывающие такой же принцип, как в US 5935864, раскрыты в US 2005/0145046. Указанная заявка США предоставляет средство для отбора образцов с емкостью для жидкости-разбавителя и/или реакционной жидкости. Способ обеспечивает доставку образца жидкости и разбавителя и/или реакционной жидкости в определенной последовательности или в одно и то же время главным образом за счет единственного приведения в действие средства для отбора образцов.
Изобретение US 6803021, B1 относится к устройству для получения и выгрузки заданного количества жидкости. Образец поднимается за счет капиллярного притяжения, в то время как воздух выходит через щель. Для выгрузки жидкости щель закрывают, и давление направляют на гибкие сильфоны. US 6803021 B1 дополнительно раскрывает взбалтывающее средство, содержащее крюкоподобное удлинение, которое эффективно взбалтывает жидкость с реагентом в пробирке.
WO 2005/071388 раскрывает устройство для отбора образцов и анализа, содержащее компоновку для анализа со множеством камер для отбора образцов с помощью тампона на стержне, в котором в указанных камерах аналитического устройства готовы к использованию необходимые реагенты и жидкая среда. Камеры отделены друг от друга мембранами, которые прокалывают либо посредством тампона на стержне для отбора образцов, либо прокалывающим средством. При применении прокалывающего средства мембраны разрываются за счет относительного перемещения, по меньшей мере, двух частей аналитического устройства.
Соответственно, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить устройство для отбора образцов и способ объемного сбора, объемного разбавления, перемешивания и дозирования жидкостей для дальнейшего аналитического исследования. Более конкретно, настоящее изобретение обеспечивает объемное разбавление объемного образца предварительно заданным объемом, например, буфера или текучей среды, содержащей один или более реагентов или любую другую текучую среду с последующим объемным дозированием и перемешиванием указанной композиции образца-разбавителя, причем уровень объемного разбавления и дозирования предварительно задан. За счет расположения средства зацепления, например фланца и лапы, в фиксированном предварительно заданном положении можно регулировать объемное разбавление и объемное количество, подлежащее дозированию.
Согласно настоящему изобретению предоставлено устройство для дозирования образца, содержащее:
контейнер, содержащий герметичную камеру, ограниченную, по меньшей мере, с одной стороны проницаемым элементом,
пробоотборник, образующий канал, открытый на обоих концах, причем, по меньшей мере, участок канала проходит от первого конца, содержащего капиллярный канал, при этом пробоотборник содержит проникающее средство, выполненное с возможностью проникновения внутрь указанного проницаемого элемента таким образом, чтобы указанный канал находился в сообщении с указанной герметичной камерой после того, как указанный проницаемый элемент был перфорирован.
Указанный контейнер может быть любой формы, предпочтительно цилиндрообразной, и размера, предназначенных для клинических или гигиенических исследований. В настоящем раскрытии определение термина контейнер охватывает любой сосуд, например пробирку, ампулу и т.п.
Капиллярный канал функционирует с втягиванием образцов в капиллярный канал посредством капиллярного действия. После того, как образец был взят, проникающее средство может проникать внутрь проницаемого элемента. По мере дальнейшего продвижения пробоотборника в герметичную камеру содержимое герметичной камеры может высвобождаться из герметичной камеры в пробоотборник. Одновременно из пробоотборника будет высвобождаться образец, за которым следует и с которым смешивается какая-либо жидкость, изначально хранящаяся в герметичной камере. Перемешивание может быть выполнено очень эффективно за счет энергичного вихря, образованного в жидкостях, которые высвобождаются из устройства для отбора образцов.
Соответственно, изобретение содержит устройство, способ и набор, в котором проницаемый элемент выталкивает содержимое канала, когда его приводят в действие в качестве поршня. Он выталкивает либо содержимое канала в герметичную камеру, либо содержимое герметичной камеры через указанный канал. Кроме того, канал опорожняют посредством выталкивания содержимого канала через первый конец канала.
Согласно варианту осуществления изобретения проницаемый элемент представляет собой прокалываемый элемент, а проникающее средство содержит прокалывающее средство. Таким образом, когда пользователь хочет получить доступ к содержимому герметичной камеры, прокалываемый элемент прокалывают с помощью прокалывающего средства. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения проницаемый элемент содержит элемент с щелью, причем проникающее средство содержит пробку, которую выполняют с возможностью герметизировать щель. Когда пользователь хочет получить доступ к содержимому герметичной камеры, проникающее средство, содержащее пробку, проталкивают через щель, поэтому канал находится в пневматическом сообщении с герметичной камерой. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения проницаемый элемент содержит элемент, имеющий щель, при этом устройство дополнительно содержит пробку, которую выполняют с возможностью герметизировать щель. Таким образом, проникающее средство проталкивает пробку через щель, чтобы получить доступ к содержимому герметичной камеры.
Пробоотборник может быть выполнен с возможностью плавно двигаться (скользить) внутри контейнера и может содержать выступающую часть, выполненную с возможностью упираться в стенки контейнера и ограничивать проникновение пробоотборника в контейнер. После того, как пробоотборник проникает дальше внутрь контейнера, выступающая часть упирается в контейнер для предотвращения дальнейшего проникновения. Выступающая часть предпочтительно располагается на первом конце пробоотборника или около него и может, таким образом, дополнительно быть использована для поддержки или опоры на вспомогательный сосуд, в который может дозироваться образец.
Первый конец пробоотборника может находиться внутри вспомогательного сосуда и образовывать замкнутую систему. Это предотвращает высвобождение потенциально заразного материала из устройства. Первый конец пробоотборника может быть выполнен с возможностью плотного прилегания к отверстию реакционного сосуда для предотвращения какого-либо просачивания либо из устройства, либо из вспомогательного сосуда. Вспомогательный сосуд может иметь форму и действие пробирки, кюветы, кассеты, аналитического устройства с течением в радиальном направлении или сквозным течением, но без ограничения этими компонентами.
Преимущественно, объем образца, подлежащего взятию, можно регулировать за счет объема капиллярного канала. На конце капиллярного канала может находиться шаговая зона, в которой диаметр полого канала увеличивается пошаговым образом, составляющим ≥1,5 мм, как правило, от 1 до 6 мм, а предпочтительно от 2 до 3 мм. Таким образом, объем вытягиваемой жидкости ограничен объемом капиллярного канала. На другом от капиллярного канала конце канала диаметр канала предпочтительно больше, чем капиллярный канал. В качестве альтернативы, на капилляре может быть использована маркировочная линия для обозначения объема образца, вытягиваемого в капилляр.
Пробоотборник может содержать средство зацепления, отделенное промежутком от второго конца пробоотборника и выполненное с возможностью входить в зацепление с проницаемым элементом после прохождения внутрь проницаемого элемента. Проницаемый элемент может быть подвижным, а средство зацепления выполнено с возможностью приводить в движение проницаемый элемент в качестве поршня или плунжера. Проницаемый элемент, таким образом, движется одновременно с пробоотборником по мере того, как он проникает дальше внутрь контейнера. Объем герметичной камеры, таким образом, уменьшается, и происходит дозирование любой заключенной внутри текучей среды. Чтобы обеспечить хорошую герметичность между проницаемым элементом и пробоотборником, проницаемый элемент является предпочтительно упругим.
Чтобы обеспечить возможность легкого втягивания образца в пробоотборник, между внутренней и наружной сторонами контейнера может быть обеспечено, по меньшей мере, одно вентиляционное отверстие, причем вентиляционное отверстие расположено за пределами герметичной камеры. Вентиляционное средство может общепризнанным образом быть расположено во фланце, выполненном с возможностью входить в зацепление с проницаемым элементом после прохождения внутрь проницаемого элемента. Фланец может заключать в себе, по меньшей мере, одно отверстие для вентиляции. Если фланец содержит несколько отверстий, их распределяют по фланцу либо равномерно, или неравномерно. Отверстие может иметь любую форму и размер. Наиболее предпочтительно, чтобы отверстие было круглым, имеющим диаметр, равный от 0,1 до 1,5 мм, предпочтительно от 0,2 до 0,3 мм. При расположении на краю фланца форма отверстия может быть полукруглая и т.п.
Контейнер может дополнительно содержать вторую герметичную камеру, ограниченную, по меньшей мере, с одной стороны посредством второго проницаемого элемента. Проникающее средство будет сначала проникать внутрь первого проницаемого элемента, при этом происходит дозирование текучей среды, заключенной внутри первой герметичной камеры. Когда проникающее средство вводится дальше в контейнер и проникает внутрь второго проницаемого элемента, происходит дозирование текучей среды, заключенной внутри второй герметичной камеры.
Пробоотборник может быть выполнен с возможностью хранения в канале сухих реагентов. Сухие реагенты предпочтительно хранят внутри некапиллярной части канала. По мере дозирования жидкости из герметичной камеры она за счет этого автоматически смешивается с сухими реагентами для выполнения необходимого анализа.
Изобретение основывается на указанном проницаемом элементе и пробоотборнике, содержащем проникающее средство, по меньшей мере, один фланец и/или, по меньшей мере, одну лапу и ее контршаблон. Изобретение относится к проницаемому элементу, который является цилиндрообразным, соответствует стопору, который примыкает к стенкам указанного контейнера, и имеет плотный фрикционный контакт жидкости и газа с указанными стенками. Когда пробоотборное средство, содержащее проникающее средство, проникает внутрь упругой мембраны проницаемого элемента, фланцы и лапы сцепляют пробоотборник с указанным проницаемым элементом, который становится поршнем или плунжером, при этом пробоотборник содержит вал или шток указанного поршня. Указанный поршень можно двигать вперед и назад внутри контейнера, создавая положительное или отрицательное давление в камере, заключающей в себе текучую среду. Когда канал открыт, через канал могут проходить текучие среды.
Согласно дополнительному аспекту изобретения предоставлен способ дозирования образца с использованием устройства для дозирования образца, причем устройство содержит контейнер, содержащий камеру, ограниченную, по меньшей мере, с одной стороны проницаемым элементом, при этом указанная камера содержит текучую среду, а указанное устройство для отбора образцов содержит пробоотборник, содержащий капиллярный канал, проходящий от первого конца, и проникающее средство на втором конце, причем указанный способ включает:
втягивание образца текучей среды с использованием указанного капиллярного канала; и
проникание внутрь указанного проницаемого элемента для вхождения в зацепление с указанным проницаемым элементом и приведения в движение указанного проницаемого элемента в качестве поршня.
Преимуществом настоящего изобретения является объединение капиллярного пробоотборника и одного или более дополнительных реагентов, обеспеченное в одной или более герметичных камерах, в один легкий в использовании функциональный блок. Данные дополнительные реагенты могут находиться в твердой, жидкой и газообразной форме.
Примеры препарата, подлежащего анализу, представляют собой, но без ограничения, кровь, сыворотку, плазму, слюну, мочу, мокроту, пот, слезы, цереброспинальную жидкость и другие текучие среды организма человеческого или животного происхождения. Обычными препаратами являются образцы, особенно из открытых участков, наподобие капель крови из проколов пальцев, слюны изо рта, слез из глаз и открытых лабораторных контейнеров, наподобие пробирок. Текучая среда, с которой перемешивают образец, представляет собой, как правило, буфер, необходимый для анализа. Настоящее изобретение обеспечивает простое перемешивание образца с химическими реактивами для дальнейшего проведения химических, биохимических или биомедицинских качественных или количественных анализов. Также возможно использовать устройство для отбора образцов для санитарно-гигиенического анализа обработанных промышленных вод, молочных продуктов, напитков, косметики, определения санитарно-гигиенического состояния лабораторных и хирургических площадей и т.п.
Согласно дополнительному аспекту изобретения предоставлен набор компонентов, содержащий:
контейнер, содержащий герметичную камеру, ограниченную, по меньшей мере, с одной стороны проницаемым элементом; и
пробоотборник, образующий канал, открытый на обоих концах, причем, по меньшей мере, участок канала тянется от первого конца, содержащего капиллярный канал, при этом пробоотборник содержит проникающее средство, выполненное с возможностью проникать внутрь указанного проницаемого элемента таким образом, чтобы указанный канал находился в сообщении с указанной герметичной камерой после того, как указанный проницаемый элемент был перфорирован.
Согласно настоящему изобретению проницаемый элемент и проникающее средство набора устройства содержит прокалываемый элемент и прокалывающее средство соответственно. В качестве альтернативы указанный проницаемый элемент может дополнительно содержать элемент, имеющий щель и пробку, которая может формировать или не формировать часть проникающего средства, располагающуюся в щели. Набор компонентов может дополнительно содержать вспомогательный сосуд.
Далее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые неограничивающие чертежи.
ФИГ.1 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения предпочтительного дозирующего устройства, содержащего пробоотборник и контейнер с одной камерой для жидких реагентов внутри контейнера и отверстием для вентиляции в боковой стенке указанного контейнера.
ФИГ.2 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения предпочтительного дозирующего устройства с камерой для жидких реагентов внутри контейнера и отверстиями для вентиляции в трансаксиальном фланцевом средстве пробоотборника.
ФИГ.3 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения предпочтительного дозирующего устройства с двумя камерами для жидких реагентов внутри контейнера и отверстием для вентиляции в боковой стенке указанного контейнера.
ФИГ.4 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения предпочтительного дозирующего устройства с двумя камерами для жидких реагентов внутри контейнера и отверстиями для вентиляции в трансаксиальном фланцевом средстве пробоотборника.
ФИГ.5 иллюстрирует использование дозирующего устройства ФИГ.2 для отбора образца крови из кончика пальца.
ФИГ.6 иллюстрирует комбинацию дозирующего устройства ФИГ.5 и вспомогательного реакционного сосуда.
ФИГ.7 иллюстрирует перемешивание и дозирование образца крови и сухих реагентов с жидкими реагентами из камеры для реагентов дозирующего устройства ФИГ.6 во вспомогательный реакционный сосуд ФИГ.6.
ФИГ.8 иллюстрирует использование устройства пробоотборник-дозатор ФИГ.4 для отбора образца крови из кончика пальца.
ФИГ.9 иллюстрирует комбинацию дозирующего устройства ФИГ.8 и вспомогательного сосуда.
ФИГ.10 иллюстрирует перемешивание и дозирование образца крови и сухих реагентов с жидкими реагентами из первой камеры для реагентов дозирующего устройства ФИГ.9 во вспомогательный сосуд ФИГ.9.
ФИГ.11 иллюстрирует перемешивание и дозирование дополнительных реагентов из второй камеры для реагентов дозирующего устройства ФИГ.10 во вспомогательный сосуд ФИГ.10.
ФИГ.12 иллюстрирует использование дозирующего устройства ФИГ.2 для отбора образца крови из кончика пальца.
ФИГ.13 иллюстрирует дозирующее устройство ФИГ.12, заключающее в себе капиллярный компонент, наполненный образцом, и проникающее средство, которое прошло внутрь первого проницаемого элемента и вошло в первую герметичную камеру, заключающую в себе текучую среду.
ФИГ.14 иллюстрирует дозирующее устройство ФИГ.13, где между пробоотборником и контейнером устройства для отбора образцов возникают противоположные усилия и движение для генерирования отрицательного давления внутри герметичной камеры для переноса образца из капиллярного компонента пробоотборника в первую герметичную камеру.
ФИГ.15 иллюстрирует герметичную камеру дозирующего устройства, заключающую в себе образец и реагенты.
ФИГ.16 иллюстрирует пример одной альтернативной формы одного конца пробоотборника, сконструированного специально для прокалывания упругих материалов.
ФИГ.17 иллюстрирует пример еще одной альтернативной формы одного конца пробоотборника, сконструированного специально для прокалывания упругих материалов.
ФИГ.18 иллюстрирует пример изображения поперечного сечения одной альтернативной формы первого проницаемого упругого элемента.
ФИГ.19 иллюстрирует пример изображения поперечного сечения одной альтернативной формы второго проницаемого упругого элемента.
ФИГ.20 иллюстрирует упаковку, содержащую комбинацию контейнера, упругого проницаемого элемента цилиндрической формы и одной герметичной камеры, заключающей в себе газообразный или жидкий реагент, необходимый для аналитических анализов. Необязательно, может иметься более чем одна герметичная камера.
ФИГ.21 иллюстрирует сухую упаковку, содержащую пробоотборник.
ФИГ.22 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения альтернативного дозирующего устройства, в котором проницаемый элемент имеет щель. Второй конец пробоотборника содержит герметичную для жидкостей пробку, располагающуюся внутри щели проницаемого элемента.
ФИГ.23 иллюстрирует действие дозирующего средства ФИГ.22.
Настоящее изобретение разработано для сбора точных объемных образцов жидкостей, наподобие крови, сыворотки, плазмы, слюны, мочи, мокроты, пота, слез, цереброспинальной жидкости или других текучих сред и жидкостей организма в открытых контейнерах или любых гигиенических образцов и для разбавления данных образцов и смешивания их со вспомогательными реагентами и, в заключение, дозирования полученной смеси для проведения, соответственно, аналитических исследований.
Как показано на ФИГ.1, 2, 3 и 4, дозирующее устройство содержит, согласно изобретению, множество компонентов.
Первый механический компонент представляет собой пробоотборник, который составляет средство для сбора и дозирования образцов, которое образует канал, открытый на обоих концах, причем канал представляет собой капиллярную трубку или канал 27, простирающийся вдоль участка канала. Только капиллярный канал является единственным полым средством, делающим возможным объемный капиллярный канал между капиллярным отверстием 5 и шаговой зоной 6. Объемный отбор образцов жидкостей происходит посредством капиллярного действия, а дозирование как жидкостей, так и газов происходит посредством применения положительного, предпочтительно ручного, давления. Шаговая зона 6 обеспечивает проход газов и жидкостей в обоих направлениях, однако шаговая зона 6 останавливает капиллярное действие текучей среды, когда внутренний диаметр, равный 0,1 мм, растягивается до >2,0 мм полой конструкции, например, капилляр становится больше, чем четко выраженный шаг 7. Более того, больший по размерам ≥1,5 мм (от 1 до 6 мм) конец пробоотборника содержит проникающее средство 9 с единственным отверстием 8 или множеством отверстий, которое проиллюстрировано на ФИГ.16 и 17, соответственно. В данном варианте осуществления проникающее средство образует острый конец или прокалывающее средство 9. ФИГ.16 изображает проникающее средство, в котором прокалывающее средство образовано посредством закраины канала пробоотборника. Данное прокалывающее средство 9 разработано главным образом с целью эффективного прокалывания упругих материалов, сохраняя в то же время канал открытым для газов и жидкостей. Дополнительно, пробоотборник 1, который содержит более широкую ≥ 1,5 мм (от 1 до 6 мм) полую конструкцию 10, которая существенно шире, чем предшествующая узкая полая конструкция (делающая возможным капиллярное действие), обеспечивает возможность сквозного прохода газов и жидкостей. Данная широкая полая конструкция 10 разработана специально в качестве пространства для хранения возможных дополнительных сухих реагентов 13, необходимых для анализа. Данная широкая полая конструкция 10 расположена между шаговой зоной 6 и отверстием 8. Фланцы 11 образуют средство зацепления и направляют перемещение пробоотборника 1 и действуют в качестве средства зацепления для пробоотборника 1 для перемещения или изменения положения внутри контейнера 2. Фланцы 11 являются предпочтительно круглыми или имеют секториальную или любую другую форму. Лапы 31 и их контршаблоны 32 пробоотборника 1 выполнены с возможностью захвата пробоотборника 1 с проницаемым элементом 3, образуя, следовательно, один объединенный подвижный блок 1, 3. Пробоотборник 1 и проницаемые средства 3 и 4 захватываются средством зацепления, дополнительно содержащим лапу 31 и ее контршаблон 32. Указанное средство зацепления выполнено с возможностью приводить в движение проницаемый элемент в качестве поршня за счет или толкания, или втягивания указанного проницаемого элемента. Проницаемый элемент может плавно двигаться внутри контейнера, и объединенный подвижный блок может, таким образом, действовать в качестве поршня для вытеснения содержимого камеры в канал. Фланцы 11 заключают в себе вентиляционные отверстия 14, которые необходимы для выхода воздуха или газа в процессе отбора образцов и проникания внутрь проницаемых элементов 3, 4. Фланец 11 направляет и поддерживает перемещения пробоотборника 1 внутри контейнера 2 в процессе отбора образцов и дозирующих действий. Фланец 11 расположен на расстоянии от конца образца.
Лапа 31 и ее контршаблон могут образовывать запорный механизм, в котором пробоотборник 1 может быть разблокирован от проницаемого элемента посредством закручивания пробоотборника 1 в одном направлении.
Контейнер 2 образует герметичный для жидкостей и газов цилиндр и имеет заключенный внутри него один или более проницаемых элементов. Проницаемые элементы 3, 4 изобретения представляют собой упругие элементы, которые действуют в качестве стопоров. Проницаемый элемент 3 предпочтительно цилиндрообразный, при этом стенки проницаемого элемента располагаются вплотную к стенке контейнера 2, причем один конец проницаемого элемента содержит проницаемую упругую мембрану, и при этом другой конец является открытым. Указанный открытый конец скрывает острый конец проникающего средства, который прикреплен к валу, при этом указанное проникающее средство и вал содержат, по меньшей мере, один фланец и, по меньшей мере, одну лапу, которые фиксируют вал с цилиндрообразным проницаемым элементом. Проницаемый элемент становится поршнем, когда вал или шток, содержащие проникающее средство, попадают на проницаемый элемент. При захвате становится возможным перемещение вперед или назад, создавая либо положительное, либо отрицательное давление в сосуде, содержащем указанный проницаемый элемент.
Чтобы обеспечить возможность прохождения жидкости или газа, проникающее средство является полым и образует часть канала.
Контейнер 2 составляет цилиндр, который является открытым на первом (проксимальном) конце 26 и закрытым на втором (дистальном) конце 17. Контейнер предпочтительно имеет одинаковое поперечное сечение, но не ограничен цилиндрами, имеющими круглое поперечное сечение. По меньшей мере, одно отверстие 14 в стенке контейнера 2 представляет собой вариант для вентилирования, выхода и замещения воздуха или газов между наружной и внутренней областями контейнера 2. Как было описано ранее, другие варианты для вентилирования представляют собой вентиляционные отверстия 14 во фланце 11 пробоотборника 1. Контейнер 2 заключает в себе либо одну, либо более камер 15, 16 (также называемых герметичные камеры), образующих объемные отсеки для хранения газообразных или жидких реагентов 15a и 16a, необходимых для аналитических анализов, соответственно. Данные камеры ограничены стенками контейнера 2, закрытым вторым концом 17 контейнера 2 и либо первым проницаемым элементом 3 (ФИГ.1), либо первым и вторым проницаемым элементом 4 (ФИГ.3). Проницаемые элементы можно протыкать с помощью острой кромки 9 пробоотборника, а после прокалывания герметичная камера будет находиться в сообщении с каналом. Неограничивающий пример выше раскрывает одну камеру 15 или две камеры 15 и 16. Это всего лишь пример и понятно, что сущность и объем правовых притязаний настоящего изобретения охватывают также устройство, содержащее множество камер, разработанных по аналогичному рабочему принципу.
Проницаемые элементы 3, 4 образуют упругие элементы, которые можно протыкать с помощью острой кромки 9. В качестве примера, проницаемые элементы 4 и их использование проиллюстрировано на ФИГ.3, 4, 8, 9, 10 и 11, соответственно. После протыкания с помощью острой кромки 9 и при введении в контакт с фланцем 11, лапой 31 и ее контршаблоном 32 упругий элемент может действовать в качестве поршня, стопора или плунжера. После прокалывания прокалываемый элемент предпочтительно образует герметичное уплотнение с острой кромкой 9 пробоотборника.
Однако проницаемый элемент, который описан выше, не ограничен указанным вариантом осуществления. Он может также содержать элемент с щелью, при этом элемент герметично закрыт и предотвращает какое-либо просачивание за счет использования пробки. Преимущество элемента с щелью состоит в том, что он обеспечивает использование тупого проникающего средства. Более того, более легко входить в камеру через элемент с щелью, поскольку элемент не будет растягиваться при проникновении. Соответственно, проникающее средство необязательно должно содержать острую кромку, но форма может быть более или менее тупой.
На ФИГ.22 и 23 подробно проиллюстрирован дополнительный вариант осуществления изобретения. В данном варианте осуществления пробка 33 образует проникающее средство, а проницаемый упругий элемент 3 содержит щель или отверстие, которое непроницаемо для жидкостей и герметично укупорено с помощью пробки 33. В данной заявке жидкие или газообразные реагенты 15a закрытой объемной камеры 15 проходят в канал через отверстия 52, расположенные в боковой стенке пробоотборника 1. Канал находится в пневматическом сообщении с герметичной камерой, когда пробку 33 вталкивают в объемную камеру 15, заключающую в себе либо жидкий реагент, либо газ 15a, посредством противоположного перемещения контейнера 2 и пробоотборника.
В указанном дополнительном варианте осуществления пробоотборник содержит, по меньшей мере, одно отверстие 52 на втором конце пробоотборника таким образом, что пробоотборник образует канал между первым концом и вторым концом пробоотборника. Пробка 33 непроницаема для просачивания и герметична за счет фрикционного контакта с проницаемым элементом 3. Когда контейнер 2 надавливают вниз в направлении пробоотборника, пробка проталкивается через щель, при этом канал в камеру является открытым через отверстия 52.
С некоторыми модификациями описанный второй вариант осуществления также применим для сбора образцов, при этом дозирующее устройство содержит более чем одну камеру. Указанные модификации могут быть получены, например, посредством использования идей настоящего изобретения, например, за счет помещения дополнительной пробки в щель дополнительного проницаемого элемента.
Более того, в дополнительном варианте осуществления пробка не образует часть проникающего средства. Пробку помещают в щель проницаемого элемента, а проникающее средство используют для проталкивания пробки через щель. Когда контейнер 2 и пробоотборник 1 двигают в противоположных направлениях, кромка проникающего средства проталкивает пробку 33 в камеру 15. Плотность пробки 33 может быть выбрана более маленькой, чем плотность текучей среды 15a в камере 15, обеспечивая возможность уплывания пробки 33 из щели 8 и, соответственно, обеспечивая возможность пневматического сообщения канала пробоотборника с герметичной камерой.
Проницаемые элементы 3 и 4 ограничивают и определяют объем камер 15 и 16 относительно друг друга, а также в комбинации со стенками и закрытым вторым (дистальным) концом 17 контейнера 2. Проницаемые элементы 3 и 4 действуют в качестве неподвижных стопоров в процессе хранения в указанной камере, заключающей в себе реагент среды, газов или жидкостей. Дистальный конец 28 острого конца 9 пробоотборника 1 остается неподвижным внутри проницаемых элементов 3 в области 19, разработанной главным образом для свободного выхода воздуха или газов из капиллярной трубки 27 пробоотборника 1 в процессе отбора образцов. Однако когда к контейнеру прикладывают внешнее усилие, дистальный конец 28 острого конца 9 пробоотборника 1 проникает внутрь проницаемых элементов 3 и 4, заставляя их двигаться в качестве плунжеров/поршней 3 и 4. В дополнение к проникновению в проницаемые элементы 3 и 4 дистального конца 28 острого конца 9 пробоотборника 1 лапа 31 захватывает свой контршаблон 32, а фланец 11 входит в зацепление с проницаемым элементом 3 для образования средства зацепления пробоотборника 1. На пробоотборник 1 прикладывается давление, при этом данное перемещение объемно выпускает среду-реагент, газы и/или жидкости из камер 15 и 16. Точное объемное количество указанных газов или жидкостей, которые высвобождаются из устройства, определяется длиной перемещения указанных проницаемых элементов 3 и 4 внутри предварительно определенных камер 15 и 16 указанного контейнера 2. Следовательно, возможно переполнять указанные камеры 15 и 16 указанного контейнера 2 реагентами и высвобождать меньшие точные предварительно заданные объемы указанных реагентов, регулируемые с помощью расположения, например, стопора 12. Это помогает в управлении возможным испарением газов и жидкостей из камер 15 и 16 указанного контейнера 2 в процессе длительного хранения указанных реагентов, а также в точности технических условий дозирования указанных реагентов в указанные камеры 15 и 16. Если прикладывают отрицательное усилие и давление, противоположное течение также возможно.
Устройство настоящего изобретения содержит признаки, при которых объемный образец получают с помощью пробоотборника, содержащего капиллярную трубку с одним открытым концом 5 для отбора образцов и еще одним концом, содержащим шаговую зону 6, более широкую, чем диаметр капилляра. Капиллярное действие прекращается, когда образец достигает шаговой зоны.
Объемное разбавление и дозирование образца основываются на разбавлении образца предварительно заданным объемом жидкости и дозировании предварительно заданного объема указанной композиции образец-текучая среда. Указанное устройство настоящего изобретения раскрыто подробно в другом месте в описании. Устройство содержит пробоотборник 1, по меньшей мере, один проницаемый элемент 3, который предпочтительно представляет собой цилиндрообразный стопор с одним открытым концом, содержащим предпочтительно центральный канал, и одним закрытым концом, один или более выступающих фланцев 11 и одну или более лап 31, расположенных в канале, и контршаблон (контршаблоны) 32 лап во внутренней стенке открытого конца проницаемого элемента.
Пробоотборник 1 образует канал, который содержит полую конструкцию 10 с проникающим средством 9. Лапы и их контршаблоны и фланцы и стопор представляют собой варианты осуществления, обеспечивающие объемное разбавление и объемное дозирование. За счет выбора правильного расположения лапы (лап) и/или фланца (фланцев) и/или стопора разбавление образца можно регулировать согласно потребностям и в соответствии с предварительно заданным объемом разбавителя. Аналогичным образом волюметрический объем, подлежащий высвобождению, можно регулировать с помощью таких же признаков, т.е. посредством выбора правильного расположения лапы (лап), фланца (фланцев) и стопора и, соответственно, положения, в котором их захватывают. Преимущественно, указанное правильное расположение по необходимости можно фиксировать.
Преимущество регулируемого разбавления состоит в том, что камера (камеры) может быть переполнена разбавителем с целью избежать, чтобы потеря разбавителя вследствие испарения в процессе хранения нарушала анализ. Указанный признак увеличивает срок годности устройства.
Эффективное перемешивание образца и реагентов может также быть выполнено посредством применения отрицательного давления для прохождения образца в камеру. За данным действием следует применение положительного давления, которое вытесняет образец и смесь реагентов из устройства через пробоотборник. Также несколько движений жидкости вперед и назад может быть использовано для того, чтобы облегчить перемешивание различных реакционных компонентов.
ФИГ.5-7 схематично показывают в виде поперечного сечения процедуру отбора образцов, разбавления, перемешивания и дозирования образца 21, одного сухого реагента или нескольких реагентов 13 и жидкого реагента 15a. Реагент может содержать один реагент или несколько реагентов или не содержащий реагентов буфер. Согласно изобретению это может быть достигнуто всего лишь за две простые последовательные стадии с использованием контейнера, заключающего в себе одну объемную камеру 15. На первой стадии собирают объемный образец из капли цельной крови 21 посредством использования капиллярного действия между отверстием 5 и шаговой зоной 6 пробоотборника 1. Движение текучей среды в капилляре останавливается в шаговой зоне 6, делая вследствие этого возможным точный объемный отбор образцов. Обычные используемые объемы образцов составляют 0,1-100 мкл, наиболее типично 5-20 мкл. Типичный внутренний диаметр капиллярной части между отверстием 5 и шаговой зоной 6 сбора образцов и дозирующего средства 1 составляет 0,1 мм>2,0 мм, предпочтительно 0,1-2 мм. Внутренний размер шаговой зоны непосредственно за капиллярным средством может быть приблизительно равен внешнему размеру капиллярного средства, равного приблизительно от 0,3 до 3 мм. Длина капиллярного средства зависит от предварительно заданного объема образца и внутреннего размера указанного капиллярного средства. Давление воздуха удерживают в равновесии между внешней и внутренней окружающей средой пробоотборника, позволяя воздуху выходить между пробоотборником и проницаемым элементом через вентиляционные отверстия 14, когда образец 21 движется из отверстия 5 в шаговую зону 6, где капиллярное действие прекращается. Следствием капиллярной конфигурации является очень точный и воспроизводимый объем образца ФИГ.5.
Контейнер 2 выполнен таким образом, чтобы пробоотборник мог легко скользить внутри цилиндрообразного контейнера. Пробоотборник может содержать выступающую часть или стопор, 12, который упирается в контейнер для ограничения проникновения пробоотборника в контейнер. Стопор 12 предпочтительно имеет круглую или секторальную форму, хотя данными формами он не ограничен. На ФИГ.6 показана вторая стадия, в которой контейнер 2 надавливают вниз, тогда как стопор 12 средства 1 для сбора и дозирования образцов остается неподвижным на верхней части вспомогательного реакционного сосуда 22. Вспомогательный сосуд 22 может иметь форму и действие пробирки, кюветы, кассеты или аналитического устройства с поперечным потоком или сквозным потоком, но не ограничиваясь этим. Вспомогательный сосуд 22 упирается в стопор 12 пробоотборника 1. Отверстие 5 пробоотборника 1 расположено во внутренней области 23 вспомогательного сосуда 22. Направленное вниз механическое усилие, прилагаемое на закрытый конец 17 контейнера 2, является причиной проникновения проницаемого элемента 3 посредством дистального конца 28 острого конца 9 пробоотборника 1. Захват пробоотборника 1 проницаемым элементом 3 происходит в процессе проникновения, образуя в результате плунжерный блок с полым соединительным штоком. Прокалывание проницаемого элемента 3 довершает проход из камеры 15 для жидкого реагента через отверстие 8 на остром конце 9 и широкое полое средство 10, заключающее в себе сухие реагенты 13, далее через шаговую зону 6 и, в завершении, через капиллярную трубку 27 и отверстие 5 во внутреннюю часть 23 реакционного сосуда 22.
ФИГ.7 иллюстрирует завершенное дозирование, достигаемое, когда на закрытый (дистальный) конец 17 контейнера 2 прикладывают дополнительное усилие. Контейнер 2, составной пробоотборник 1 (захваченный с помощью лапы 31 и ее контршаблона 32 проницаемого элемента 3) и проницаемый элемент 3 входят во фрикционный контакт внутри друг друга в противоположных направлениях и останавливаются, когда стопор 12 упирается в открытый конец 26 контейнера 2. Данное действие вытесняет жидкий реагент 15a из камеры 15 через образованный открытый канал, следовательно, смывая и перемешивая сухие реагенты 13 из широкой полой конструкции 10, и, кроме того, вытесняет образец через капиллярный канал 27 отбора образцов во внутреннюю область 23 вспомогательного сосуда 22. Итоговая готовая для измерения смесь 24 содержит образец 21, сухие реагенты 13 и реагент-жидкость 15a.
ФИГ.8-11 иллюстрируют на виде поперечного сечения процедуру отбора образцов, разбавления, перемешивания и дозирования образца 21, сухих реагентов 13 и двух жидких реагентов 15a и 16a. Первый реагент хранится в герметичной камере 15, а второй реагент - во второй герметичной камере 16, ограниченной еще одним упругим элементом и располагающейся последовательно за первой герметичной камерой. Процедуру выполняют в три последовательные стадии с использованием устройства, содержащего две отдельные герметичные камеры 15, 16. На первой стадии собирают объемный образец из капли цельной крови 21 посредством использования капиллярного действия между отверстием 5 и шаговой зоной 6 пробоотборника 1. Движение текучей среды в капилляре останавливается в шаговой зоне 6, следовательно, делая возможным точный объемный отбор образцов. Обычные используемые объемы образцов составляют 0,1-100 мкл, наиболее обычные 5-20 мкл. Обычный внутренний диаметр капиллярной части между отверстием 5 и шаговой зоной 6 средства 1 для сбора образцов и дозирования составляет 0,1 мм>2 мм. Воздушное давление поддерживают в равновесии между внешней и внутренней окружающей средой устройства пробоотборник-дозатор за счет предоставления возможности выхода воздуха через вентиляционные отверстия 14, когда образец 21 движется из отверстия 5 в шаговую зону 6, где капиллярное действие прекращается. Следствием капиллярной конфигурации является очень точный и воспроизводимый объем образца ФИГ.8.
На ФИГ.9 показана вторая стадия, в которой контейнер 2 надавливают вниз, тогда как стопор 12 средства 1 для сбора образцов и дозирования остается неподвижным на верхней части вспомогательного реакционного сосуда 23. Отверстие 5 пробоотборника 1 расположено во внутренней области 23 реакционного сосуда 22. Направленное вниз механическое усилие, прикладываемое на закрытый конец 17 контейнера 2, является причиной проникновения проницаемого элемента 3 посредством дистального конца 28 острого конца 9 пробоотборника 1. В процессе проникновения происходит захват пробоотборника 1 и проницаемого элемента 3 с помощью лапы 31, следовательно, образуя плунжерный блок с полым соединительным штоком. Проникновение внутрь проницаемого элемента 3 довершает проход из камеры 15 для жидкого реагента через отверстие 8 на остром конце 9 и широкое полое средство 10, заключающее в себе сухие реагенты 13, далее через шаговую зону 6 и, в заключение, через капиллярную трубку 27 и отверстие 5 во внутреннюю область 23 вспомогательного сосуда 22. Когда к закрытому концу 17 контейнера 2 прикладывают дополнительное усилие, контейнер 2 и пробоотборник 1, захваченный проницаемым элементом 3, входят во фрикционный контакт внутри друг друга в противоположных направлениях, вытесняя жидкий реагент 15a из камеры 15 через образованный открытый канал, вымывая и перемешивая, таким образом, сухие реагенты 13 из широкой полой конструкции 10, а также вытесняя образец 21 через капиллярную трубку 27 во внутреннюю область 23 вспомогательного сосуда 22. Такое перемещение продолжается (ФИГ.10) до тех пор, пока дистальный конец 28 острого конца 9 пробоотборника 1 не войдет в контакт со вторым проницаемым элементом 4. Продолжающееся дополнительно усилие вниз является причиной проникновения дистального конца 28 острого конца 9 пробоотборника 1 внутрь второго проницаемого элемента 4.
Пробоотборник 1 может захватывать второй проницаемый элемент 4 с помощью, по меньшей мере, одной дополнительной лапы на более дистальном конце пробоотборника 1 и ее контршаблона во втором проницаемом элементе 4. Дополнительная лапа 31 пробоотборника 1 и ее контршаблон 32 второго проницаемого элемента 4 имеют угловые положения, отличающиеся от первой лапы 31 и ее контршаблона 32. Отличающееся угловое расположение последующих лап и контршаблонов может быть использовано при введении дополнительных герметичных камер в контейнер 2. В качестве альтернативы, за счет варьирования размера или формы лап и их контршаблонов от размера или формы других пар лапа-контршаблон возможно определить, когда и какая пара лапа-контршаблон должна захватить друг друга. Более того, осевое расположение дополнительных лап пробоотборника 1 может быть таким, что второй проницаемый элемент 4 будет находиться либо в плотном контакте с первым проницаемым элементом 3, или отстоять от него. Соответственно, можно регулировать точное положение каждого дополнительного проницаемого элемента. Однако, как правило, первый проницаемый элемент захватывается с помощью лапы и этого достаточно для осуществления функции действия в качестве поршня согласно настоящему изобретению, и дополнительные проницаемые элементы не захватываются пробоотборником 1. Соответственно, после протыкания дополнительного проницаемого элемента пробоотборник 1 толкает его вверх в контейнер 2 и он достигает дистального конца контейнера 2, где он пристает к закрытому концу 17 контейнера 2 за счет фрикционного контакта.
ФИГ.11 дополнительно иллюстрирует, как направленное вниз противоположное перемещение пробоотборника 1 и средств 3 и 4 стопор/плунжер/поршень внутри контейнера 2 вытесняет жидкий реагент 16a из камеры 16 через образованный открытый канал. Жидкий реагент 16a из камеры 16 перешивается во внутреннем пространстве 23 реакционного сосуда 22 с жидким реагентом 15a, поступающим из первой камеры 15, сухими реагентами 13, поступающими из широкой полой конструкции 10, и образцом 21, поступающим из капиллярной трубки для отбора образцов. Противоположное перемещение пробоотборника 1, проницаемых элементов 3 и 4 и контейнера 2 продолжается до тех пор, пока открытый конец 26 контейнера 2 не входит в контакт со стопором 12, следствием чего является прекращение вытекания и перемешивания образцов и реагентов. Итоговая готовая к измерению смесь 24 содержит образец 21, сухие реагенты 13 и реагенты-жидкости 15a и 16a.
ФИГ.20 иллюстрирует комбинацию контейнера 2, проницаемого элемента 3 и одной объемной камеры 15, заключающей в себе газообразный или жидкий реагент 15a, необходимые для аналитических анализов, в упаковке для объединения в дальнейшем с пробоотборником 1, показанным на ФИГ.21. Необязательно, контейнер 2 устройства может содержать две камеры или более.
ФИГ.21 иллюстрирует пробоотборник 1 в оптимальном расположении с сухими реагентами 13 в сухой упаковке 29 с высушивающим веществом наподобие силикатного геля 30 для объединения в дальнейшем с устройством, показанным на ФИГ.20, содержащим контейнер 2, проницаемый элемент 3 и одну или более камер 15 и/или 16, заключающих в себе газообразные или жидкие реагенты 15a и/или 16a, необходимые для аналитических анализов.
Как упоминалось выше, данные две четко различимые части устройства, которые описаны на ФИГ.20 и 21, соответственно, объединены в один функциональный блок согласно настоящему изобретению, чтобы обеспечить, как описано, отбор образцов, разбавление, перемешивание и дозирование.