DE10219750C1

DE10219750C1 - Controlled feeder, for flowing viscous and sterile substances, for chemical analysis, uses cartridge opened by movement of shape memory alloy

Info

Publication number: DE10219750C1
Application number: DE2002119750
Authority: DE
Inventors: Jochem Knoche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2022-05-03

Abstract

A cartridge (5) connected to a drive unit (1) holds a closed container (6). This is opened (10) by the movement of a shape memory alloy (2) (SMA), to supply the substance (8) into a cavity (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr von fließfähigen oder pastösen, vorzugsweise sterilen, Substan zen, vorzugsweise zur Verwendung in chemischen Analysegerä ten, mit einer Antriebseinheit, die mindestens eine Metall legierung mit Formgedächtnis aufweist, die sich durch Er wärmung in ihren eingeprägten Zustand verformt.The invention relates to a device for feeding flowable or pasty, preferably sterile, Substan zen, preferably for use in chemical analyzers ten, with a drive unit that has at least one metal alloy with shape memory, which by Er heating deformed into its embossed state.

Metalllegierungen mit Formgedächtnis oder auch unter shape memory alloy (Abkürzung: SMA) bekannt, haben sich bereits als Antriebssysteme in diversen Vorrichtungen bewährt. In der Offenlegungsschrift DE 196 27 619 A1 wird ein solches SMA für den Antrieb einer Membran- und Kolbenpumpe für die Dosierung von Medien verwendet. In der europäischen Patent schrift DE 689 06 007 T2 wird in Fig. 3 eine Injektions vorrichtung beschrieben, bei der, ein aus einem Kunststoff mit "Formgedächtnis" ausgeführter Ventilverbindungskörper 36, nach einer Deformation durch einen Hebel 39, aufgrund des "Memoryeffekts" des Kunststoffes wieder zurückverformt wird. Durch die vielen Vorzüge von SMA's zog der Erfinder es in Betracht, diese auch in der Vorrichtung zur Zufuhr von fließfähigen oder pastösen Substanzen einzusetzen.Metal alloys with shape memory or also known as shape memory alloy (abbreviation: SMA) have already proven themselves as drive systems in various devices. In the published patent application DE 196 27 619 A1, such an SMA is used to drive a diaphragm and piston pump for metering media. In the European patent document DE 689 06 007 T2 in Fig. 3 an injection device is described in which, made of a plastic with "shape memory" valve connecting body 36 , after deformation by a lever 39 , due to the "memory effect" of the plastic is deformed again. Due to the many advantages of SMA's, the inventor considered using them in the device for supplying flowable or pasty substances.

Weiterhin sind auch Analysegeräte für chemische Analysen und Prozesse allgemein bekannt. Diese Geräte fördern automatisch verschiedenste Reagenzien in eine Analyse- bzw. Probenkammer, in der sich die zu analysierenden Substanzen befinden. Um eine Kontamination zu verhindern, müssen diese Reagenzien, die meist in Form von fluiden, gelartigen oder pastösen Substanzen vorliegen, steril gelagert werden. Au ßerdem müssen die Dosierkomponenten, wie Pumpen, Ventile und Schläuche, von besonderer Materialbeschaffenheit sein und regelmäßig gereinigt werden, um die Sterilität der Substanzen zu bewahren.Furthermore, there are also analysis devices for chemical analyzes and processes are well known. Promote these devices various reagents automatically in an analysis or Sample chamber in which the substances to be analyzed are are located. To prevent contamination, this must be done Reagents, mostly in the form of fluid, gel-like or pasty substances are present, are stored sterile. Au In addition, the dosing components, such as pumps, valves and hoses, of special material properties and cleaned regularly to ensure sterility Preserve substances.

Für kleinere Labore, wie zum Beispiel Labore in Arztpraxen, sind solche Analysegeräte unrentabel. Einerseits bedeutet ein solches Analysegerät hohe Anschaffungskosten und zum anderen sind solche Geräte aufwendig zu bedienen und erfor dern daher geschultes Fachpersonal. Bisher ist es üblich, dass die zu analysierenden Substanzen meist an Großlabore geschickt werden, die mit den entsprechenden Analysegeräten und Fachpersonal ausgestattet sind, um solche Analysen in großer Zahl vornehmen zu können.For smaller laboratories, such as laboratories in medical practices, such analyzers are unprofitable. On the one hand means such an analyzer high cost and others such devices are difficult to use and research trained specialists. So far it is common that the substances to be analyzed are mostly sent to large laboratories be sent with the appropriate analyzers and skilled personnel are equipped to carry out such analyzes in to be able to make large numbers.

Der Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Vor richtung zu schaffen, die es ermöglicht, besonders kosten günstig und einfach handhabbar, fließfähige oder pastöse und vorzugsweise sterile Substanzen in einen Prozess, vor zugsweise in einen Analyseprozess, einzubringen.The invention has set itself the task of a front to create a direction that makes it possible to cost particularly inexpensive and easy to use, flowable or pasty and preferably sterile substances in a process preferably in an analysis process.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge genstand untergeordneter Patentansprüche.The task is characterized by the features of the first claim solved. Advantageous developments of the invention are Ge subject of subordinate claims.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt der Erfinder vor, eine Vorrichtung zur Zufuhr von fließfähigen oder pastösen und vorzugsweise sterilen Substanzen, vorzugsweise zur Verwen dung in chemischen Analysegeräten, welche mit einer An triebseinheit ausgestattet sind, die mindestens eine Me talllegierung mit Formgedächtnis (= SMA = shape memory al loy) aufweist, wobei diese sich durch Erwärmung in einen zuvor eingeprägten Zustand verformt, dahingehend zu verbes sern, dass eine mit der Antriebseinheit verbindbare Kartu sche vorgesehen ist, die mindestens ein geschlossenes Be hältnis enthält oder aufnehmen kann, wobei das mindestens eine Behältnis die zuzuführende Substanz beinhaltet, und mindestens ein Mittel zum Öffnen des Behältnisses vorgese hen ist, welches durch eine Bewegung des SMA das Behältnis öffnet, um die Substanz einer Kavität zuzuführen.To solve this problem, the inventor proposes a Device for supplying flowable or pasty and preferably sterile substances, preferably for use application in chemical analyzers, which have an application are equipped with at least one meter tall alloy with shape memory (= SMA = shape memory al loy), which is heated up into one previously impressed state deformed to verbes to that effect ensure that a carto that can be connected to the drive unit cal is provided, the at least one closed Be contains or can hold, at least a container contains the substance to be supplied, and At least one means of opening the container is provided hen, which is the movement of the SMA the container opens to deliver the substance to a cavity.

Unter fließfähigen oder pastösen Substanzen versteht der Erfinder Substanzen, wie Flüssigkeiten, Gase, Gele und auch feinkörnige Pulver. Aber auch Substanzen, die zunächst von allein nicht fließfähig sind und erst durch Einbringen in die erfindungsgemäßen Vorrichtung fließfähig und förderbar werden und somit einer Kavität zugeführt werden können. So mit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Zu fuhr von höchstviskosen oder thixotropen Substanzen geeig net. The understands flowable or pasty substances Inventor substances such as liquids, gases, gels and also fine-grained powder. But also substances that are initially from alone are not flowable and can only be introduced by the device according to the invention is flowable and conveyable and can therefore be fed to a cavity. so with the device according to the invention is also for the drove from highly viscous or thixotropic substances net.

Die Antriebseinheit wird durch ein sogenanntes SMA (= shape memory alloy) gebildet. Hierbei handelt es sich um eine Me talllegierung, die sehr oft aus Nickel-Titan besteht und dem weitere Metalle wie Kupfer und/oder Aluminium zugesetzt sind. Je nach Zusammensetzung und abhängig vom Herstel lungsprozess nehmen diese SMA's, die meist formbar ausge führt sind, bei Einwirken von Wärme ihre ursprünglich, durch den Herstellungsprozess eingeprägte, Form wieder an.The drive unit is controlled by a so-called SMA (= shape memory alloy). This is a me tall alloy, which very often consists of nickel titanium and to which other metals such as copper and / or aluminum are added are. Depending on the composition and depending on the manufacturer These SMA's, which are usually malleable, take away the development process leads to their original effects when exposed to heat, shaped by the manufacturing process.

Das SMA bildet quasi den Motor der Antriebseinheit. Hier durch kann der zur Zufuhr der Substanz notwendige Vorschub, ohne aufwendige Getriebemechanismen erfolgen. Die bei den bisherigen Analysegeräten aufwendigen und teueren Steuer einheiten und Dosiereinheiten können somit entfallen.The SMA forms the motor of the drive unit. here through the feed necessary to supply the substance, done without complex gear mechanisms. The two previous analyzers complex and expensive tax units and dosing units can thus be omitted.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens einen Stößel auf. Der Stößel, der mit dem SMA verbunden ist, lei tet die Kraft aufgrund der Verformung des SMA,s mittelbar oder unmittelbar an das Behältnis weiter. Oft ist es erfor derlich, dass Substanzen für einen bestimmten Prozess tem periert werden. Das wärmeempfindliche SMA der Antriebsein heit könnte durch die Temperatur der Substanz unbeabsich tigt aktiviert werden. So kann durch die Anwendung eines Stößels eine räumliche Trennung der Antriebseinheit von der Kartusche vorgenommen werden und die unbeabsichtigte Akti vierung des SMA's verhindert werden. Bei der Verwendung von mehreren Stößeln kann durch Variation des Stößelquerschnit tes und der Stößellänge zum Beispiel eine zeitlich Abfolge der Substanzzufuhr geregelt werden.The device according to the invention has at least one Pestle. The plunger connected to the SMA is loose the force due to the deformation of the SMA, s indirectly or directly to the container. It is often needed that substances for a certain process tem be performed. The drive's heat-sensitive SMA The temperature of the substance could make it unintended activated. So by using a Tappet a spatial separation of the drive unit from the Cartridge can be made and the unintended acti crossing of the SMA can be prevented. When using Multiple tappets can be made by varying the tappet cross-section tes and the ram length, for example, a chronological sequence the substance supply are regulated.

Vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Druckplatte zum Herauspressen der Substanz aufweist. Diese Druckplatte kann mit dem Stößel verbunden sein und überträgt die Verformungskraft des SMA's unmittel bar auf das Behältnis. Verformt sich das SMA, so wird über die Druckplatte eine homogene Krafteinleitung auf das Be hältnis, das die Substanz beinhaltet, ermöglicht. So sind viele Substanzen, wie zum Beispiel höchstviskose Pasten, so formstabil, dass sie allein unter dem Einfluss der Schwer kraft noch nicht fließen. Werden diese Pasten mit Druck be aufschlagt, so werden diese Substanzen dennoch fließfähig und somit förderbar.It is advantageous if the device according to the invention at least one pressure plate for pressing out the substance having. This pressure plate can be connected to the plunger and transmits the deformation force of the SMA directly cash on the container. If the SMA deforms, then is over the pressure plate applies a homogeneous force to the loading relationship that contains the substance. So are many substances, such as highly viscous pastes, for example dimensionally stable that they alone under the influence of heavy do not flow by force yet. Are these pastes with pressure strikes, these substances nevertheless become fluid and therefore eligible.

Diese Druckplatte kann auch innerhalb der Kartusche beweg lich gelagert sein. In einer kompakten Ausführung der er findungsgemäßen Vorrichtung ist die Druckplatte, zum Bei spiel in Form eines bewegbaren Kolbens, bereits im Behält nis integriert.This pressure plate can also move within the cartridge Lich stored. In a compact version of the The device according to the invention is the pressure plate play in the form of a movable piston, already in the container integrated.

Um das Herausdrücken bevorzugt bei einer gasförmigen Substanz zu erleichtern, kann das geschlossene Behältnis einen Innen druck aufweisen, der größer als der Luftdruck in der Kavi tät ist. Wird das Behältnis zum Zweck der Substanzdosierung geöffnet, so kann bis zum Druckausgleich zwischen Behälter inneren und Umgebung bereits ein Teil der Substanz aus dem Behältnis ausfließen. Hierdurch muss das SMA nur einen Teil des Druckes zum Herauspressen der Substanz aufbringen.To squeeze out preferably with a gaseous substance the closed container can lighten an interior have pressure that is greater than the air pressure in the Kavi act. The container is used for substance dosing opened so that pressure equalization between the container already a part of the substance from the inside and surroundings Flow out of the container. As a result, the SMA only needs a part Apply the pressure to squeeze out the substance.

Das Behältnis kann beispielsweise die Form einer Kapsel aufweisen, die mindestens an der Stelle, an der der Stößel und/oder die Druckplatte angreifen, verformbar ausgeführt sein muss. Durch diese Ausführung des Behältnisses wird er reicht, dass eine Volumenverkleinerung des Behältnisses und dadurch ein Herauspressen der Substanz ermöglicht wird. Ei ne spezielle Ausführungsvariante des Behältnisses kann ein geschlossener Zylinder sein, der an der Kontaktstelle zum Stößel und/oder der Druckplatte einen beweglichen Zylinder boden hat.The container can be in the form of a capsule, for example have at least at the point where the plunger and / or attack the pressure plate, designed to be deformable have to be. Through this execution of the container, it becomes is enough that a reduction in volume of the container and thereby allowing the substance to be pressed out. egg ne special design variant of the container can be closed cylinder, which at the contact point to Ram and / or the pressure plate a movable cylinder has floor.

Eine weitere günstige Ausführung des Behältnisses ist die Kugelform, wobei die Kugelwand als leicht verformbare Wand ausgeführt sein kann. So kann jede Stelle der Kugeloberflä che als Durchbruchstelle oder Durchstoßstelle für das er findungsgemäße Öffnungsmittel fungieren. Durch die Kugel symmetrie des Behältnisses wird eine falsche Einführung des Behältnisses in die Kartusche vermieden. Durch diese Aus führung der Erfindung wird auch ungeschulten Anwendern eine leichte Bedienung ermöglicht.Another cheap version of the container is the Spherical shape, with the spherical wall as an easily deformable wall can be executed. So every point of the ball surface che as a breakthrough or penetration point for the he opening means according to the invention function. Through the bullet Symmetry of the container will result in incorrect introduction of the Avoid container in the cartridge. Through this out Untrained users will also be able to use the invention easy operation.

Wird das Behältnis mit mehreren Kammern ausgeführt, so kann in jeder Kammer eine notwendige Reaktionssubstanz enthalten sein. Erst beim Betätigen der Antriebseinheit und des Öff nungsmittels werden die Substanzen miteinander vermischt und einem Analyseprozess zugeführt. Dem Anwender wird eine aufwendige Dosierung verschiedener Substanzmengen abgenom men und eine mögliche Fehldosierung wird somit ausgeschlos sen. Das notwendige Volumenverhältnis beziehungsweise Mas senverhältnis der Substanzen wird durch das Kammervolumen verhältnis beziehungsweise darin befindlicher Substanzmasse eingestellt. Hierdurch ist ein einfachere Qualitätssiche rung während und nach einem Prozess möglich.If the container is designed with several chambers, it can contain a necessary reaction substance in each chamber his. Only when actuating the drive unit and the opening The substances are mixed with one another and fed to an analysis process. The user gets a Abgenom complex dosage of different amounts of substance and a possible incorrect dosage is excluded sen. The necessary volume ratio or mas The ratio of the substances is determined by the chamber volume ratio or substance mass contained therein set. This is a simpler quality assurance possible during and after a process.

Erfindungsgemäß kann das Behältnis der Kartusche austausch bar ausgeführt sein. So können die Behältnisse als Einwegteile produziert werden, die nur bei Bedarf in die erfindungsge mäße Vorrichtung eingebracht werden. Jedes Behältnis für sich beinhaltet eine bestimmte Menge einer Substanz, die darin steril verpackt ist. Auf dem Behältnis kann die maxi male Verwendungsdauer beziehungsweise die Mindesthaltbar keit angegeben werden. Bisher mussten größere Mengen einer Substanz und/oder verschieden Substanzen aufwendige steril in Vorratsbehältern gelagert werden. Durch die Erfindung wird eine unkomplizierte Lagerung von vielen verschiedenen Substanzen beziehungsweise einer großen Menge der selben Substanz ermöglicht. Da nur die Substanz im Behältnis ste ril verpackt sein sollte und die, das Behältnis umgebende Kartusche hinsichtlich der Sterilität geringere Anforderun gen benötigt, kann hierdurch ein sehr kostenoptimiertes Herstellungsverfahren ermöglicht werden. According to the invention, the cartridge can be replaced be executed in cash. So the containers can be used as disposable parts are produced, which are only in the fiction appropriate device. Every container for contains a certain amount of a substance that is sterile packed in it. The maxi male period of use or the minimum shelf life be specified. So far, larger quantities have had to Substance and / or various substances complex sterile be stored in storage containers. By the invention becomes an uncomplicated storage of many different ones Substances or a large amount of the same Substance enables. Since only the substance is in the container should be packed and the one surrounding the container Cartridge with lower sterility requirements gene can be very cost-optimized Manufacturing processes are made possible.

Das Behältnis sollte an der Stelle, an der das Öffnungsmit tel angreift, eine Sollbruchstelle, vorzugsweise eine Memb ran, aufweisen. Bei dem oben beschrieben kugelförmigen Be hältnis kann die gesamte Kugeloberfläche als Sollbruchstel le fungieren. In manchen Fällen ist es jedoch sinnvoll, das Behältnis weitestgehend bruchsicher auszuführen und die Sollbruchstelle, die wie die Membran am Boden von Infusi onsflaschen gestaltet sein kann, lokal zu begrenzen. Bei gefährlichen Substanzen wird hierdurch ein wirksamer Schutz vor unkontrolliertem Austreten der Substanz, zum Beispiel durch Herabfallen des Behältnisses, gewährleistet.The container should be at the point where the opening tel attacks a predetermined breaking point, preferably a membrane ran. In the spherical Be described above Ratio can the entire spherical surface as a predetermined breaking point le act. In some cases, however, it makes sense to do that Container as far as possible break-proof and the Predetermined breaking point that like the membrane on the bottom of Infusi ons bottles can be designed to limit locally. at dangerous substances are effectively protected before uncontrolled leakage of the substance, for example by dropping the container.

Eine einfache handwerkliche Ausgestaltungsform der Erfin dung sieht vor, dass das mindestens eine Mittel zum Öffnen des Behältnisses unzugänglich in der Kartusche angebracht ist, dass eine Verletzung des Anwenders, durch Berühren von scharfkantigen Flächen oder Spitzen mit den Fingern vermie den wird. Es kann aber auch günstig sein, das Mittel zum Öffnen direkt am SMA, anstelle des Stößels, anzubringen. So kann das Öffnungselement innerhalb eines gewickelten SMA's sehr platzsparend untergebracht werden.A simple, handcrafted form of the Erfin dung provides that the at least one means of opening of the container attached inaccessible in the cartridge is that an injury to the user by touching avoid sharp-edged surfaces or tips with your fingers that will. But it can also be cheap, the means to Open directly on the SMA, instead of the plunger. So can the opening element within a wound SMA's can be accommodated in a very space-saving manner.

Das Öffnungselement kann durch eine oder mehrere festste hende scharfe Kanten oder Spitzen realisiert werden. Wird die Antriebseinheit betätigt, so wird das Behältnis auf diese Kanten oder Spitzen geschoben und dann geöffnet.The opening element can be fixed by one or more sharp edges or tips. Becomes the drive unit is actuated, the container is opened pushed those edges or tips and then opened them.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung sieht vor, dass das Mittel zum Öffnen des Behält nisses durch eine Hohlnadel gebildet wird. Die Hohlnadel, die am Ende eines Schlauches, der als Zuleitung zur Kavität dienen kann, angebracht sein kann, ermöglicht ein einfaches Öffnen des Behältnisses.An advantageous embodiment of the invention direction provides that the means for opening the container nisses is formed by a hollow needle. The hollow needle, the end of a hose that acts as a lead to the cavity can serve, can be attached, allows a simple Open the container.

Es kann günstig sein, wenn die zur Verformung des SMA's notwendige Wärme mittels Zufuhr von elektrischem Strom durch das SMA selbst erfolgt. So weisen die meisten SMA's die elektrischen Eigenschaften eines Widerstanddrahtes auf. Wird nun dem SMA elektrischer Strom zugeführt, so erwärmt sich das Material und die Verformung in die ursprünglich eingeprägte Form findet statt. Durch die Zufuhr von elekt rischem Strom kann eine gezielte Aktivierung des Antriebes erfolgen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zufuhr von fließfähigen Substanzen eignet sich daher auch als eine Art Injektionsvorrichtung im Bereich der Medizin. So ist es denkbar, Diabetes-Mellitus-Patienten die Injektion einer bestimmten Menge des Insulins durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu erleichtern.It can be beneficial if the deformation of the SMA's necessary heat by supplying electric current done by the SMA itself. So most SMA's show the electrical properties of a resistance wire. If electrical current is now supplied to the SMA, it is heated the material and the deformation in the original embossed shape takes place. By supplying elect current can be a targeted activation of the drive respectively. The inventive device for feeding Flowable substances are therefore also suitable as a kind Injection device in the field of medicine. That's the way it is conceivable, diabetes mellitus patients injecting a certain amount of insulin by the invention Facilitate device.

Die Stromversorgung, die mit dem SMA verbunden werden kann, kann mittels eines Transistors regelbar ausgeführt sein. Hierdurch wird auf einfache Weise die Verformungsgeschwin digkeit des SMA's und die Dosiermenge der zuzuführenden Substanz regelbar.The power supply that can be connected to the SMA can be made controllable by means of a transistor. As a result, the deformation speed is simple of the SMA and the dosing quantity of the to be added Controllable substance.

Vorteilhaft ist es, wenn das SMA eine zickzackförmige Fal tung aufweist. So haben SMA's, die aus gefalteten Metall bändern hergestellt wurden, in der Regel eine höhere Feder konstante als vergleichbar große spiralförmige SMA's. In manchen Anwendungen müssen sehr hochviskose Substanzen zu geführt werden. Diese zäher fließenden Substanzen erfordern eine höhere Antriebskraft beim Fördern durch Schläuche. Durch die geeignete Wahl der Ausführung des SMA's kann ein großer Bereich von niederviskosen Substanzen, wie zum Bei spiel alkoholischen Lösungen, bis sehr hochviskose Substan zen, wie zum Beispiel Gele, durch die erfindungsgemäße Vor richtung zugeführt werden.It is advantageous if the SMA is a zigzag shaped case tion. So SMA's are made of folded metal tapes were produced, usually a higher spring constant than comparable large spiral SMAs. In some applications require very high viscosity substances be performed. These more viscous flowing substances require a higher driving force when conveying through hoses. A suitable choice of the execution of the SMA can large range of low-viscosity substances, such as play alcoholic solutions to very highly viscous substances zen, such as gels, by the inventive method direction are fed.

Es kann aber auch günstig sein, wenn das SMA spiralförmige Wicklungen aufweist. Durch diese Form kann die Antriebsein heit sehr platzsparend ausgeführt werden. Ist die Antriebs einheit in der Ausgangsposition, so sind die Wicklungen des SMA, wie bei einer zusammengedrückten Druckfeder, eng be nachbart. Wird beim Zuführen von Substanzen die Antriebs einheit aktiviert, dann streckt sich das SMA wie eine nor male Druckfeder. Hierdurch sind auf einfache Weise lange Hubwege realisierbar.But it can also be beneficial if the SMA is spiral Has windings. This form enables the drive very space-saving. Is the drive unit in the starting position, so are the windings of the SMA, as with a compressed compression spring, be tight nachbart. Will the drive when adding substances unit is activated, the SMA stretches like a normal male compression spring. This makes it easy in a long time Strokes possible.

Günstig ist es, wenn für das SMA ein Mittel zum Zurückver formen aus dem eingeprägten Zustand vorgesehen ist. So ver harren SMA's, die durch Wärmezufuhr in den eingeprägten Zu stand übergehen, in diesem Zustand. Das heißt, dass das SMA nach der Wärmezufuhr in der Endposition bleibt. Das Rück stellelement kann sehr einfach durch ein zweites SMA reali siert werden, das gegenläufig zum ersten angeordnet ist. In gleicher Weise wie das erste SMA, kann das Rückstellelement durch elektrischen Strom bewegt werden.It is favorable if the SMA has a means of returning forms from the embossed state is provided. So ver wait SMA's, which are caused by the supply of heat in the embossed got over in this state. That means that the SMA remains in the end position after the heat supply. The back control element can be very easily with a second SMA reali Siert, which is arranged opposite to the first. In the reset element can be used in the same way as the first SMA be moved by electric current.

Die kostengünstigste Ausführung des Rückstellelementes ist die direkte oder indirekte manuelle Krafteinwirkung auf die Antriebseinheit. Durch Zusammendrücken oder Auseinanderzie hen des SMA's wird dieses wieder in die Ausgangsposition bewegt.The most cost-effective version of the reset element is the direct or indirect manual force on the Drive unit. By squeezing or pulling apart hen the SMA is returned to the starting position emotional.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Additional features and advantages of the invention result preferred embodiment from the following description Example with reference to the drawings.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen dar:The invention will now be described with reference to the drawings are explained. They represent:

Fig. 1 Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung; FIG. 1 is section through the inventive device;

Fig. 2 Schnitt durch eine weitere Ausführung der erfin dungsgemäße Vorrichtung; Fig. 2 section through a further embodiment of the inventive device;

Fig. 3 Schnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsein heit mit zweitem SMA als Rückstellelement; Fig. 3 section through a drive unit according to the invention with a second SMA as a reset element;

Fig. 4 Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit besonderer Antriebseinheit. Fig. 4 section through an inventive device with a special drive unit.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zufuhr von fließfähigen und sterilen Sub stanzen. In dieser Ausführung besteht die Antriebseinheit 1 aus einem Gehäuse, in dem ein gefaltetes Nickel-Titan Me tallband 2 befestigt ist. Im Ausgangszustand ist das Me tallband eng gefaltet, um dadurch eine sehr kompakte Bau weise der Antriebseinheit 1 zu ermöglichen. Am Anfang und am Ende wird das Nickel-Titan Metallband 2 durch Stromzu leitungen 4 kontaktiert. Ein Ende des Nickel-Titan Metall bandes 2 ist mit dem Gehäuse der Antriebseinheit 1 verbun den. Am anderen Ende des Metallbandes 2 ist ein Druckstößel 3 mit abgeschrägter Spitze befestigt. Wird an den Enden des Metallbandes 2 Strom angelegt, so erfolgt eine Materialer wärmung, wie bei einem Heizdraht. Diese Materialerwärmung bewirkt eine Entfaltung des Metallbandes 2. Dadurch wird der Druckstößel 3 durch die Gehäuseöffnung der Antriebein heit 1 gedrückt. Fig. 1 shows a section through the device according to the invention for the supply of flowable and sterile Sub punch. In this embodiment, the drive unit 1 consists of a housing in which a folded nickel-titanium tallband 2 is fastened. In the initial state, the metal band is tightly folded, thereby enabling a very compact construction of the drive unit 1 . At the beginning and at the end of the nickel-titanium metal strip 2 by current-to is 4 lines contacted. One end of the nickel-titanium metal band 2 is connected to the housing of the drive unit 1 . At the other end of the metal strip 2 , a pressure plunger 3 is attached with a beveled tip. Is applied to the ends of the metal strip 2 stream, then an substantive warming, as in a heating wire. This material heating causes the metal strip 2 to unfold. Thus, the plunger 3 is formed by the housing opening of the Antriebein unit 1 pressed.

Am Gehäuse der Antriebseinheit 1 ist eine Kartusche 5 be festigt. Die Befestigung kann durch eine mechanische oder auch durch magnetische Kraftwirkung realisiert werden, wo bei das Gehäuse der Antriebseinheit und die Kartusche 5 an der Kontaktsstelle eine unterschiedliche magnetische Polung aufweisen (nicht in Fig. 1 dargestellt).On the housing of the drive unit 1 , a cartridge 5 is fastened. The attachment can be realized by a mechanical or also by magnetic force, where the housing of the drive unit and the cartridge 5 have a different magnetic polarity at the contact point (not shown in FIG. 1).

In der Kartusche 5 ist ein auswechselbarer Zylinder 6 ein gelegt, in dem die zu applizierende Substanz 8 steril abge füllt ist. Der Zylinder 6 hat an dem Boden, der zur An triebseinheit 1 ausgerichtet ist, einen bewegbaren Kolben 7 mit Dichtlippe.In the cartridge 5 , an interchangeable cylinder 6 is placed, in which the substance to be applied 8 is filled sterile abge. The cylinder 6 has on the bottom, which is aligned with the drive unit 1 , a movable piston 7 with a sealing lip.

In der Mitte des anderen Zylinderbodens ist eine dünnwandi ge Kunststoffmembran 9 dicht eingeklemmt. Die Kunststoff membran 9 berührt eine spitze Hohlnadel 10, die innerhalb der Kartusche 5 befestigt ist. Wird das Nickel-Titan- Metallband 2 durch Stromzufuhr betätigt, bewegt sich der Druckstößel 3 auf den bewegbaren Kolben 7. Die Substanz 8 im Zylinder 6 ist nahezu inkompressibel und somit wird durch die Druckstößelbewegung vorerst der gesamte Zylinder 6 in der Kartusche 5 verschoben. Durch diese Bewegung wird die dünnwandige Kunststoffmembran 9 durch die Hohlnadel 10 durchstochen. Die weitere Bewegung des Nickel-Titan- Metallbandes 2 drückt die Substanz 8 in den Probenraum 11.In the middle of the other cylinder bottom, a thin-walled plastic membrane 9 is tightly clamped. The plastic membrane 9 touches a pointed hollow needle 10 , which is fastened within the cartridge 5 . If the nickel-titanium metal strip 2 is actuated by the supply of current, the pressure tappet 3 moves onto the movable piston 7 . The substance 8 in the cylinder 6 is almost incompressible and thus the entire cylinder 6 in the cartridge 5 is initially displaced by the pressure tappet movement. This movement pierces the thin-walled plastic membrane 9 through the hollow needle 10 . The further movement of the nickel-titanium metal strip 2 presses the substance 8 into the sample space 11 .

Ist die Substanzzufuhr beendet, so wird die Kartusche 5 von der Antriebseinheit 1 gelöst und der leere Zylinder 6 von der Hohlnadel 10 abgezogen und entsorgt. Durch manuellen Druck auf den ausgefahrenen Druckstößel 3 kann nun das ge faltete Nickel-Titan-Metallband 2 zusammengedrückt und die Antriebseinheit 1 wieder in den Ausgangszustand gebracht werden. Diese Ausführung der Antriebseinheit mit hoher Fe derkraft des SMA's eignet sich auch für hochviskose Medien, wie Öle und Gele.When the substance supply has ended, the cartridge 5 is detached from the drive unit 1 and the empty cylinder 6 is withdrawn from the hollow needle 10 and disposed of. By manual pressure on the extended plunger 3 , the folded nickel-titanium metal strip 2 can now be compressed and the drive unit 1 can be brought back to the initial state. This version of the drive unit with high spring force of the SMA is also suitable for highly viscous media such as oils and gels.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausfüh rung der erfindungsgemäße Vorrichtung von fließfähigen und sterilen Substanzen. Der prinzipielle Aufbau der Antriebs einheit 1 entspricht im wesentlichen der Antriebseinheit 1 aus Fig. 1. Im Unterschied dazu ist diese Vorrichtung be vorzugt für niederviskose Flüssigkeiten und Gase geeignet. Aus diesem Grund wird nicht ein gefaltetes Nickel-Titan- Metallband 2 mit sehr hoher Federkonstante eingesetzt, son dern ein spiralförmiger Nickel-Titan Draht 12 mit geringer Federkraft. Fig. 2 shows a section through a further embodiment of the device according to the invention of flowable and sterile substances. The basic structure of the drive unit 1 corresponds essentially to the drive unit 1 from FIG. 1. In contrast, this device is preferably suitable for low-viscosity liquids and gases. For this reason, a folded nickel-titanium metal strip 2 with a very high spring constant is not used, but a spiral-shaped nickel-titanium wire 12 with a low spring force.

In der Kartusche 5, die eine Druckplatte 13 und den Öff nungsmechanismus aufweist, wird eine Kugel mit membranarti ger Wand 15 eingelegt. Wird an den Nickel-Titan-Draht 12 Strom angelegt, so bewirkt die entstehende Wärme eine Aus dehnung der Wicklungen. Der Druckstößel 3 drückt die Druck platte 13 gegen die Kugel 15. Hierdurch wird die Kugel 15 innerhalb der Kartusche 5 zur Hohlnadel 10, die den Öff nungsmechanismus bildet, bewegt. Nachdem die Hohlnadel 10 die Kugelwand durchstoßen hat, wird die alkoholische Lösung 14 weiter zum Probenraum 11 gedrückt. In the cartridge 5 , which has a pressure plate 13 and the opening mechanism, a ball with membranarti ger wall 15 is inserted. If current is applied to the nickel-titanium wire 12 , the heat generated causes the windings to expand. The plunger 3 presses the pressure plate 13 against the ball 15 . As a result, the ball 15 is moved within the cartridge 5 to the hollow needle 10 , which forms the opening mechanism. After the hollow needle 10 has penetrated the ball wall, the alcoholic solution 14 is pressed further to the sample space 11 .

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 mit Rückstellelement. In dieser Ausfüh rung besteht die Antriebseinheit 1 aus einem Gehäuse, in dem zwei gefaltete Nickel-Titan-Metallbänder 2 und 2a be festigt sind. Jeweils ein Ende eines Metallbandes 2, 2a ist über das Gehäuse mit der Stromzuleitung 4 verbunden. Am an dere Ende der Metallbänder 2, 2a kann je nach Bedarf mit tels dem Schalter 16 der Stromkreis geschlossen werden. Am Metallband 2 ist zusätzlich der Druckstößel 3 befestigt. Soll nun der Druckstößel 3 der Antriebseinheit 1 bewegt werden, so wird das Metallband 2 mit Strom beaufschlagt. Um den Druckstößel 3 in die Ausgangsposition zurückzubewegen, wird das Metallband 2a mit Strom beaufschlagt. FIG. 3 shows a section through a drive unit 1 with a restoring element. In this exporting tion 1, the drive unit consists of a housing in which two folded nickel-titanium metal strips 2 and 2 a are consolidates be. One end of a metal strip 2 , 2 a is connected to the power supply line 4 via the housing. At the other end of the metal strips 2 , 2 a, the circuit 16 can be closed as required by means of the switch 16 . The metal belt 2 of the plunger 3 is additionally fastened. If the plunger 3 of the drive unit 1 is now to be moved, the metal strip 2 is supplied with current. In order to move the pressure plunger 3 back into the starting position, the metal strip 2 a is supplied with current.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist in Fig. 4 gezeigt. Diese Vorrichtung, die einen integrierten Öffnungsmechanismus für den Behälter aufweist, ist mit einer Antriebseinheit 1 versehen. In dieser beson deren Ausführung der Antriebseinheit 1 wird der Druckstößel durch eine austauschbare Hohlnadel 10 mit integrierter Druckplatte 13 gebildet. Wird die Antriebseinheit 1 akti viert, so bewegt sich die Hohlnadel 10 samt Druckplatte 13 auf die Kugel 15 zu, die sich innerhalb der Kartusche 5 be findet. Zuerst wird die Wand der Kugel 15 durchstochen und dann wird die alkoholische Lösung 14, die sich innerhalb der Kugel 15 befindet, durch den Druckanstieg zum Proben raum 11 gefördert.Another embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 4. This device, which has an integrated opening mechanism for the container, is provided with a drive unit 1 . In this particular version of the drive unit 1 , the pressure tappet is formed by an exchangeable hollow needle 10 with an integrated pressure plate 13 . If the drive unit 1 is fourth, the hollow needle 10, together with the pressure plate 13 , moves towards the ball 15 , which is located inside the cartridge 5 . First, the wall of the ball 15 is pierced and then the alcoholic solution 14 , which is located within the ball 15, is promoted to the sample space 11 by the pressure increase.

Insgesamt wird also durch die Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die es ermöglicht, besonders kos tengünstig und einfach handhabbar, fließfähige sterile Sub stanzen in einen Prozess, vorzugsweise in einen Analysepro zess, einzubringen. Außerdem wird durch die Ausführung der jeweils für sich steril abgefüllten Einmalbehältnisse eine aufwendige sterile Lagerung von verschiedenen Reagenzien umgangen. Eine solche kostengünstige Vorrichtung ist nun auch für kleine Labore in der Anschaffung rentabel.Overall, the invention thus turns into a device provided that makes it possible especially kos inexpensive and easy to use, flowable sterile sub punch into a process, preferably into an analysis pro zess to contribute. In addition, the execution of the one for each sterile filled disposable container complex sterile storage of various reagents bypassed. Such an inexpensive device is now It is also profitable to purchase for small laboratories.

Claims

1. Device for supplying flowable and / or pasty sen and preferably sterile substances ( 8 , 14 ), preferably for use in chemical analysis devices, with a drive unit ( 1 ), the at least one metal alloy with shape memory (= SMA = shape memory alloy) ( 2 , 2 a, 12 ), which deforms when heated to a previously impressed state and moves the drive unit ( 1 ), characterized in that a cartridge ( 5 ) which can be connected to the drive unit ( 1 ) is provided, which contains or can accommodate at least one closed container ( 6 , 15 ), the at least one container ( 6 , 15 ) containing the substance ( 8 , 14 ) to be supplied, and at least one means for opening ( 10 ) the container ( 6 , 15 ) is provided which opens the container ( 6 , 15 ) through the movement of the SMA ( 2 , 12 ) in order to supply the substance ( 8 , 14 ) to a cavity ( 11 ).

2. Device according to the preceding claim 1, characterized in that at least one plunger ( 3 ) which is connected to the SMA ( 2 , 12 ), the force due to the deformation of the SMA's ( 2 , 12 ), which from an initial state passes into the embossed state, passes on directly or indirectly to the container ( 6 , 15 ).

3. Device according to one of the preceding claims 1 and 2, characterized in that at least one pressure plate ( 13 ), which is connected to the plunger ( 3 ) and / or is movably mounted in the cartridge, for the direct transmission of the deformation force of the SMA ( 2 , 12 ) is provided on the container ( 6 , 15 ).

4. Device according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the container ( 6 , 15 ) has the shape of a capsule, which at least at the point at which the plunger ( 3 ) and / or the pressure plate ( 13 ) attack, is designed deformable, so that a volume reduction of the container ( 6 , 15 ) and thereby pressing out the substance ( 8 , 14 ) is made possible.

5. Device according to the preceding claim 4, characterized in that the container is a closed cylinder ( 6 ) with a movable piston ( 7 ).

6. Device according to the preceding claim 4, characterized in that the container is a ball ( 15 ) with an easily deformable wall.

7. Device according to one of the preceding claims 4 to 6, characterized in that the container ( 6 , 15 ) has at least two chambers.

8. Device according to one of the preceding claims 4 to 7, characterized in that the container ( 6 , 15 ) at the point at which the at least one means for opening ( 10 ) acts has a predetermined breaking point, preferably a membrane.

9. Device according to the preceding claim 8, characterized in that the means for opening the container ( 6 , 15 ), at least one spike-like tip, preferably a hollow needle ( 10 ), which can pierce the membrane.

10. The device according to the preceding claim 9, characterized in that the at least one hollow needle ( 10 ) forms an opening to the cavity ( 11 ).

11. The device according to any one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that a circuit with the SMA ( 2 , 2 a, 12 ) is provided provided that the for the deformation of the SMA's ( 2 , 2 a, 12 ) in generates the necessary heat in its previously impressed state.

12. The device according to the preceding claim 11, characterized in that a power supply for the SMA ( 2 , 2 a, 12 ) is provided, which is adjustable and thereby the deformation speed of the SMA's ( 2 , 2 a, 12 ) and the metered amount the substance to be added can be regulated.

13. Device according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that the SMA ( 2 , 2 a, 12 ) has at least one zigzag fold.

14. Device according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the SMA ( 2 , 2 a, 12 ) has at least one spiral winding.

15. Device according to one of the preceding claims 1 to 14, characterized in that means for reshaping the SMA's ( 2 , 2 a) are provided from the embossed state to the initial state.

16. The device according to the preceding claim 15, characterized in that the means for reshaping the first SMA's ( 2 , 12 ) have a second SMA ( 2 a).

17. Device according to one of the preceding claims 15 and 16, characterized in that the means for reshaping the SMA's ( 2 , 12 ) have a lever system, which is preferably manually movable and directly or indirectly on the SMA ( 2 , 12 ) one takes hold.