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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine automatisierte Apparatur zum Entnehmen flüssiger Proben, insbesondere
biologischer Flüssigkeiten,
wie Urin, Blutserum, Plasma, Liquor und dergleichen, aus einem Behälter. Insbesondere
stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren bereit,
um automatisch eine gewünschte
Menge einer flüssigen
Probe aus einem geschlossenen Behälter zu entnehmen, um sie für eine klinische
Diagnose vorzubereiten.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Klinische Labors müssen routinemäßig die
gesamte Menge oder einen Teil von flüssigen Proben aus Sammelbehältern entnehmen,
und es wurden mehrere automatisierte Probenahmesysteme hergestellt,
um diese Operation zu unterstützen.
Im Allgemeinen nehmen diese Systeme Probenbehälter auf, entnehmen an einem
ersten Ort eine vorbestimmte Menge Probe aus jedem Behälter und übertragen
die entnommene Probe zur Analyse an einen zweiten Ort. Die Probenbehälter, die
gewöhnlich
mit diesen Systemen verwendet werden, sind oben offene Gläschen oder
Röhrchen,
die in dem System auf Karussells, Ständern oder linearen Transportsystemen
transportiert werden und dann mit mechanischen Schiebarmen oder
anderen, ähnlichen Mechanismen
zwischen solchen Vorrichtungen.
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Die Verwendung von offenen Probenbehältern in
einem automatischen Probenahmesystem beinhaltet eine Anzahl von
Problemen. Erstens verursachen die verschiedenen Kräfte, die
die Behälter
durch das System bewegen, Flüssigkeitsverluste
und Kontaminierungen. Zweitens setzen offene Probenbehälter die
Bedienperson schädlichen
Substanzen aus, die sich gegebenenfalls in den Behältern befinden.
Da offene Behälter schließlich eine
spezielle Pflege erfordern, nehmen die Kosten der Operation zu.
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Um diese Probleme zu vermeiden, werden
Proben, die in automatisierten klinischen Analysesystemen getestet
werden sollen, häufig
in evakuierten Glasröhrchen
gesammelt, die mit Gummistopfen verschlossen und mit einem Vakuum
abgedichtet sind. Die Probe verdrängt einen Teil des Vakuums,
aber das Vakuum kann auch teilweise bestehen bleiben. Die Entfernung
des Stopfens kann zur Bildung von Aerosolteilchen führen. Wenn
eine Bedienperson den Stopfen entnimmt, bevor sie den Behälter in
das automatische System gibt, kann der Aerosolsprühnebel die
Bedienperson folglich schädlichen
Substanzen aussetzen, die gegebenenfalls in der Probe enthalten
sind. Außerdem
steigert das manuelle Abnehmen des Stopfens durch die Bedienperson die
Kosten der Operation und senkt die Effizienz und Zuverlässigkeit
eines automatisierten Systems.
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Eine Lösung dieser Probleme besteht
darin, einen geschlossenen Behälter,
der die zu analysierende Probe enthält, dem automatisierten Analysesystem
zuzuführen
und ein automatisches Probenahmesystem einzusetzen, das geeignet
ist, eine bekannte Menge der flüssigen
Probe durch den Stopfen eines geschlossenen Röhrchens oder Gläschens hindurch
zu entnehmen. Dazu beinhalten die verfügbaren Probenahmesysteme eine
Anordnung von Nadeln, Spülmechanismen,
Pneumatik- und andere komplexe Techniken, um Proben aus geschlossenen
Probenbehältern
zu entnehmen. Neben den Anforderungen an diese Probeentnahmesysteme,
um wenigstens eine vorbestimmte Menge an Flüssigkeit zu entnehmen, bleiben
Bedenken wegen der Qualität
der entnommenen Probe, so dass sie frei von störenden Inhomogenitäten, wie
Klumpen oder Blasen, ist.
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Das US-Patent Nr. 5,525,298 beschreibt
eine Apparatur für
die Entnahme einer bestimmten Menge Flüssigkeit aus einem Behälter, der
einen penetrierbaren Verschluss aufweist. Dies wird erreicht durch
Verwendung von zwei Kanülen,
die jeweils einen Durchgang aufweisen, Drucksteuereinrichtungen
einschließlich einer
Pumpe und eines Drucksensors, um in dem Behälter einen konstanten Druck
aufrechtzuerhalten, und einer Spritze, um eine bestimmte Menge Flüssigkeit
herauszusaugen. Während
die Flüssigkeit
durch einen der Durchgänge
in die Spritze gesogen wird, wird durch den zweiten Durchgang mit
Hilfe der Pumpe ein äquivalentes
Volumen Luft zugeführt.
Die Luftmenge, die in den Behälter
gepumpt werden soll, wird durch die Verwendung eines Drucksensors
gesteuert. Der Druck innerhalb des Behälters bleibt also während des
Vorgangs unverändert.
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Das US-Patent Nr. 4,794,085 beschreibt
eine Apparatur und ein Verfahren, die den Nachweis des Eindringens
eines mit einer Öffnung
versehenen Behälters
in eine Flüssigkeit
ermöglichen,
wobei der Behälter zum
Aufsaugen und Ausgeben der Flüssigkeit
verwendet wird. Die Apparatur hat Steuereinrichtungen, um den Behälter einen
Teilschritt der maximal möglichen
Strecke zur Flüssigkeit
vorzuschieben, Einrichtungen zum Erzeugen eines Druckdifferentials
innerhalb des ausgebenden Behälters,
welches ausreichend ist, um ein Signal zu erzeugen, das anzeigt,
ob die Öffnung
des Behälters
durch die Flüssigkeit
verschlossen wird, sowie Vorrichtungen, um den innerhalb des Behälters durch
dieses Druckdifferential erzeugten Druck nachzuweisen und ein entsprechendes
Signal auszugeben und das Drucksignal mit einer Referenz zu vergleichen.
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Das US-Patent Nr. 4,926,701 beschreibt
eine Pipettiervorrichtung, die eine Sonde zum Eintauchen in ein
Reservoir, ein Reaktionsgefäß oder dergleichen,
eine Dosierpumpe, die mit der Sonde verbunden ist, und ein Absperrventil,
das sich zwischen der Sonde und der Pumpe befindet, umfasst. In
der Aufnahmephase der Pumpe mit offenem Ventil wird zuerst Luft
und dann eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit aufgenommen. Während wenigstens
eines Teils der Ausgabephase der Pumpe befindet sich das Ventil
im geschlossenen Zustand, so dass sich in der Pumpe ein Druck aufbaut.
Am Ende der Ausgabephase öffnet
sich das Ventil, wodurch alle anhaftenden Flüssigkeitsteilchen aufgrund
des hohen Drucks ausgestoßen
werden.
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Das US-Patent Nr. 4,951,512 stellt
ein System zum Herstellen eines Zugangs zu einem abgedichteten Behälter bereit,
das zeitweilig eine Öffnung
in den Verschlüssen
der Behälter
herstellt und entweder den Inhalt entnimmt, Eigenschaften des Inhalts
misst oder Material in den Behälter
ausgibt. Ein Hebesystem bewegt jeden Probenbehälter nach oben gegen ein Punktierrohr,
so dass in dem Verschluss des Behälters eine Öffnung entsteht. Das System
entnimmt durch diese Öffnung
eine Probe oder gibt durch die Öffnung
eine Probe hinein, um die Eigenschaften der Probe zu messen.
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Das US-Patent Nr. 5,163,582 beschreibt
eine Apparatur und ein Verfahren zum Ausgeben eines vorbestimmten
Flüssigkeitsvolumens
aus einem geschlossenen, flüssigkeitshaltigen
Blutsammelröhrchen.
Die Apparatur umfasst eine doppelte Leitung, die einen Durchgang
für Flüssigkeit
bietet, die aus einem geschlossenen Blutsammelröhrchen ausgegeben werden soll,
und eine Gasleitung, die einen Durchgang für Gas bietet, das in das Blutsammelröhrchen eingeleitet
werden soll. Die Apparatur ermöglicht
die Einführung
der doppelten Leitung in das Blutsammelröhrchen, das Wegdrehen des Röhrchens
aus einer vertikalen, aufrechten Orientierung, das Verbinden und
Trennen des Gasdurchgangs mit bzw. von einer Gaszuführung, das
Verdrängen
eines Gasvolumens durch den Gasdurchgang hindurch und die Steuerung
des Betriebs der Apparatur. Es ist auch ein Verfahren offenbart,
das folgendes umfasst: die Einführung
einer doppelten Leitung in ein geschlossenes Blutsammelröhrchen,
das Verbinden einer Gaszuführung
mit einer Gasleitung der doppelten Leitung, das Wegdrehen des Röhrchens
aus einer vertikalen, aufrechten Orientierung, das Einleiten eines
Gasvolumens, das einem Signal entspricht, in das Blutsammelröhrchen,
das Aufnehmen eines vorbestimmten Flüssigkeitsvolumens aus dem Blutsammelröhrchen und
das physische Trennen der Gaszuführung
von dem Gasdurchgang.
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Das US-Patent Nr. 5,413,246 offenbart
eine Apparatur zur einmaligen Verwendung zum Ausgeben einer Flüssigkeitsmenge
aus einem geschlossenen Behälter
unter Verwendung einer Stopfendurchbohrungseinrichtung, um Zugang
zum Innern eines geschlossenen Blutsammelröhrchens zu erhalten, eine Gasdurchgangseinrichtung,
damit eine dosierte Gasmenge in das Blutsammelröhrchen gedrückt werden kann, und eine Flüssigkeitsdurchgangseinrichtung,
damit im Verhältnis
zu der in das Röhrchen
gedrückten
Gasmenge Flüssigkeit
aus dem Röhrchen
ausgegeben werden kann. Ebenfalls offenbart ist eine Maschine, die
eine Apparatur zur einmaligen Verwendung zum automatischen Ausgeben
von Flüssigkeit
aus einer Reihe von geschlossenen Blutsammelröhrchen verwendet. Innerhalb
eines Blutsammelröhrchens
enthaltene Flüssigkeit
wird durch eine Steuereinrichtung im Einklang mit Signalen, die
die Menge an Flüssigkeit
im Röhrchen
und die Menge der Flüssigkeit,
die man ausgeben möchte,
anzeigen, aus dem Röhrchen
ausgegeben. Eine manuell betriebene Maschine, die die Apparatur
zur einmaligen Verwendung verwendet, um eine Flüssigkeitsprobe aus einem geschlossenen
Blutsammelröhrchen
auszugeben, wird ebenfalls beschrieben.
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Das US-Patent Nr. 5,499,545 betrifft
ein Verfahren zur Verbesserung der Messgenauigkeit durch Beseitigung
des Einflusses von Veränderungen
des Luft- und Innendrucks auf die aufgenommene oder entleerte Menge
einer Flüssigkeit.
Eine Pipettiervorrichtung führt
eine vorgegebene Menge einer Flüssigkeit
in einen Spitzenteil ein oder entleert eine vorgegebene Menge einer
Flüssigkeit
aus dem Spitzenteil durch Steuern des Drucks innerhalb eines Zylinderteils,
der einen Zylinder und einen Kolben beinhaltet. Ein Kontroll-Sollwert
für die
aufzunehmende oder zu entleerende Menge der Flüssigkeit aus einem Kommandoteil
und Informationen aus einem Luftdruckmessteil und einem Drucksensor
zum Messen des Innendrucks des Zylinders werden an einen Korrekturberechnungsteil
gesendet, der wiederum eine Korrekturberechnung auf der Grundlage
der gemessenen Daten des Luft- und Innendrucks und von Daten über die
Formen des Zylinders und des Spitzenteils durchführt, so dass man die Strecke
erhält,
die der Kolben zurücklegen
muss, so dass der Kontroll-Sollwert aus dem Kommandoteil erreicht
wird. Ein Steuerteil steuert einen Motor, der den Kolben im Einklang
mit Informationen über
die vom Kolben zurückzulegende
Strecke aus dem Korrekturberechnungsteil antreibt.
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Dementsprechend geht aus einer Untersuchung
der verschiedenen Herangehensweisen im Stand der Technik an die
Probleme, die durch die Notwendigkeit einer effizienten Entnahme
einer bekannten Flüssigkeitsmenge
aus einem geschlossenen Behälter
gestellt werden, zusammen mit der Herausforderung, zu gewährleisten,
dass die entnommene Probe frei von störenden Inhomogenitäten ist,
hervor, dass noch ein Bedürfnis
nach einem verbesserten Ansatz besteht, um Flüssigkeitsproben für ein automatisches
klinisches Analysegerät
bereitzustellen, ohne komplexe Steuermechanismen einzuführen und
ohne die erforderlichen Ressourcen übermäßig zu vermehren.
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Kurzbeschreibunq
der Erfindung
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Viele dieser Nachteile im Stand der
Technik werden überwunden,
indem man die Apparatur und die Verfahren dieser Erfindung verwendet.
Das automatische Flüssigkeitsprobenahmesystem
verwendet eine durchdringende Kanüle mit einem in Längsrichtung
hindurchführenden
Kanal und einem zweiten Kanal, wie einer Rinne oder einer rillenförmigen Öffnung,
die sich teilweise entlang der äußersten
Oberfläche
erstreckt, um eine zeitweilige Öffnung
im Verschluss eines geschlossenen Flüssigkeitsprobenbehälters zu
schaffen, der innerhalb einer Kammer, die teleskopartig expandier-
und kontrahierbar sein kann, gestützt wird. Innerhalb der Kammer
wird ein positiver Luftdruck erzeugt, während die Kammer geschlossen
wird, und ein Teil der teleskopartig expandier- und kontrahierbaren
Kammer oder ein anderes bewegliches Teil drückt die Kanüle weiter, so dass sie den
Verschluss immer weiter durchdringt. Ein Ventil wird geöffnet und
geschlossen, oder eine Pumpe kann gesteuert werden, um einen positiven
Druck in der Kammer innerhalb von vorbestimmten Grenzen aufrechtzuerhalten.
In einer Betriebsposition wird die Kanüle über eine ausreichende Strecke
in den Probenbehälter
eingeführt,
so dass eine Fluidverbindung sowohl zwischen der Kammer und dem
Innern des Probenbehälters
mittels der partiellen Rille bzw. Rinne als auch zwischen dem Innern
des Probenbehälters
und einem externen Probeaufnahmegefäß mittels des in Längsrichtung
verlaufenden Kanals hergestellt wird. Ein positives Luftdruckdifferential,
das aus der Kammer über
die Rille zum Innern des Probenbehälters übermittelt wird, drückt flüssige Probe,
die ausgegeben werden soll, aus dem Innern des Probenbehälters durch
den in Längsrichtung
verlaufenden Kanal in das externe Aufnahmegefäß. Durch Überwachung der Druckdifferenz
innerhalb der Kammer wird eine genau bekannte Probemenge entnommen.
Durch Öffnen
eines Ventils, so dass ein Druckausgleich zwischen dem Innern und
dem Äußern des
Probenbehälters
hergestellt wird, wird die Ausgabe von weiterer flüssiger Probe
verhindert. Wenn die Ausgabe der gewünschten Probemenge beendet
ist, wird der Probenbehälter über einen
ausreichenden Abstand über
die Kanüle
gedrückt,
so dass sich der Verschluss des Probenbehälters jenseits der partiellen
Rille oder Rinne befindet, so dass eine weitere Fluidverbindung zwischen
der Kammer und dem Innern des Probenbehälters verhindert wird. Mit
minimalem Aufwand an Herstellung und Zusammensetzung produziert
die vorliegende Erfindung die erforderlichen Wirkungen, um den Verschluss
eines Probenbehälters
zeitweilig zu öffnen,
Zugang zum Innern des Behälters
zu schaffen und eine genau regulierte Menge der flüssigen Probe
zu entnehmen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung wird anhand der folgenden
ausführlichen
Beschreibung besser zu verstehen sein, wenn man sie in Verbindung
mit den Begleitzeichnungen nimmt, die einen Teil dieser Anmeldung
bilden:
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1 ist
eine schematische Ansicht eines automatisierten Flüssigkeitsprobenahmesystems,
bei dem die vorliegende Erfindung mit Vorteil verwendet werden kann;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Probenbehälter zeigt, der sich innerhalb
einer teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer und in
Durchdringungsausrichtung mit der durchdringenden Kanüle der vorliegenden
Erfindung befindet;
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Probenbehälter zeigt, der sich innerhalb
einer teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer und in
einer ersten Vorbetriebsposition mit der durchdringenden Kanüle der vorliegenden
Erfindung befindet;
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Probenbehälter zeigt, der sich innerhalb
einer teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer und in
einer zweiten Vorbetriebsposition mit der durchdringenden Kanüle der vorliegenden
Erfindung befindet;
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Probenbehälter zeigt, der sich innerhalb
einer teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer und in
einer Betriebsposition mit der durchdringenden Kanüle der vorliegenden
Erfindung befindet;
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Probenbehälter zeigt, der sich innerhalb
einer teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer und in
einer Nachbetriebsposition mit der durchdringenden Kanüle der vorliegenden
Erfindung befindet;
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7 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
einer durchdringenden Kanüle,
die beispielhaft für
die vorliegende Erfindung ist; und
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8 ist
eine schematische Darstellung einer zeitlichen Abfolge von Ereignissen,
die beispielhaft für die
vorliegende Erfindung ist.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
schematisch die Elemente eines automatischen Flüssigkeitsprobenahmesystems 10 mit einer
teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer 12,
die einen obersten Teil 11 umfasst, der aufgrund von herkömmlichen
motorisierten Einrichtungen (nicht gezeigt) zwischen einer vollständig offenen
und einer vollständig
geschlossenen Position relativ zu einem untersten Teil 13 beweglich
ist, wobei die Größe des obersten
Teils 11 und des untersten Teils 13 so bemessen
ist, dass die Außenfläche des
untersten innerhalb der Innenfläche
des obersten Teils steckt. Eine Dichtung 19 befindet sich
innerhalb der teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer 12,
so dass man eine druckdichte Beziehung zwischen dem obersten Teil 11 und
dem untersten Teil 13 erhält. In der vollständig offenen
Position wird ein Flüssigkeitsprobenbehälter 14, der
eine aus dem Behälter 14 zu
entnehmende flüssige
Probe enthält,
in eine Ruheposition innerhalb der oberen Grenzen eines Wölbungselements 16 gebracht,
so dass der Verschluss 15 des Probenbehälters in Kontakt mit einer
durchdringenden Kanüle 18 kommt,
ohne von dieser durchdrungen zu werden. Eine Vakuum- oder Druckleitung 20 hält das Innere
der teleskopartig expandier- und
kontrahierbaren Kammer 12 in pneumatischer Verbindung mit
einer herkömmlichen
Positivdruck- oder Vakuumpumpe 22, einem druckmessenden
Druckwandler 24 und einem Ventil 26 innerhalb
der Leitung 20, das geeignet ist, um die Leitung 20 und
dadurch das Innere der Kammer 12 schnell gegenüber der
atmosphärischen
Umgebung zu öffnen.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
der teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer 12 und des
Flüssigkeitsprobenbehälter 14,
der in einer Ruheposition innerhalb der oberen Grenzen des Wölbungselements 16 gezeigt
ist, so dass der Verschluss 15 des Probenbehälters 14 auf
der durchdringenden Kanüle 18 ruht,
ohne von ihr durchdrungen zu werden. Die Innenabmessung des Wölbungselements 16 wird
so angepasst, dass es lose in das Kunststoffgehäuse 17 (das der Übersichtlichkeit
halber in gestrichelten Linien gezeigt ist) passt, wobei das Gehäuse 17 so
gestaltet ist, dass die Handhabung durch die Bedienperson erleichtert
ist und der Verschluss 15 und der Probenbehälter 14 geschützt sind.
Die durchdringende Kanüle 18 ist
innerhalb der Basis des Wölbungselements 16 gebildet
und hat einen scharfen durchdringenden Abschnitt 30 an
demjenigen Ende der Kanüle 18,
das an dem Flüssigkeitsprobenbehälter 14 ausgerichtet
ist und mit diesem in Kontakt steht. Das Ende der Kanüle 18 gegenüber dem
Abschnitt 30 befindet sich außerhalb der teleskopartig expandier-
und kontrahierbaren Kammer 12. Ein in Längsrichtung verlaufender Kanal 32 erstreckt
sich axial durch die Kanüle 18,
und eine rillenförmige Öffnung 34 erstreckt
sich axial über
eine Teillänge
entlang der äußersten
Oberfläche.
Wie man in 2 erkennt,
stellt der in Längsrichtung
verlaufende Kanal 32 eine Fluidverbindung zwischen dem
Innern und dem Äußern, der
Kammer 12 her, während
sich die partielle Rinne 34 ganz innerhalb der Kammer 12 befindet.
Die Länge
der Öffnung
bzw. Rinne 34 wird so angepasst, dass sie wenigstens so
groß ist
wie die axiale Länge
des Verschlusses 15. In einer alternativen Ausführungsform
können
sowohl der in Längsrichtung
verlaufende Kanal 32 als auch die partielle Rinne 34 eine
Fluidverbindung zwischen dem Innern und dem Äußern der Kammer 12 herstellen,
wobei die partielle Rinne 34 mit einer Vakuum- oder Druckquelle
verbunden ist, um die Notwendigkeit einer unter Druck stehenden
Kammer 12 zu vermeiden.
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3 zeigt
die Kammer 12 in einer Vorbetriebsposition, bei der der
oberste Teil 11 und der unterste Teil 13 der Kammer 12 über eine
ausreichende Strecke teleskopartig ineinandergeschoben sind, so
dass die durchdringende Kanüle 18 durch
den Verschluss 15 gedrückt
wird und diesen teilweise durchdringt. Wie im Folgenden noch ausführlicher
erläutert
wird, kann dieses anfängliche
Durchdringen des Verschlusses 15 den Verschluss 15 ausreichend
weit verdrängen,
um einen kleinen positiven Druck innerhalb des Probenbehälters 14 zu
erzeugen.
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4 zeigt
die Kammer 12 in einer Vorbetriebsposition, bei der der
oberste Teil 11 und der unterste Teil 13 der Kammer 12 über eine
ausreichende Strecke teleskopartig ineinandergeschoben sind, so
dass die durchdringende Kanüle 18 durch
den Verschluss 15 gedrückt
wird und diesen vollständig
durchdringt, so dass der Kanal 32 eine Fluidverbindung
zwischen dem Innern des Probenbehälters 14 und dem Äußern des
Probenbehälters 12 herstellt.
In dieser Vorbetriebsposition kann eine kleine Menge der flüssigen Probe
aufgrund eines positiven Drucks, der innerhalb des Probenbehälters 14 herrschen
kann, durch den Kanal 32 aus dem Innern des Behälters 14 ausgestoßen werden;
Luft kann aus der äußeren Umgebung
in den Behälter 14 gezogen
werden, und ein Luftdruckgleichgewicht wird dazwischen hergestellt.
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5 zeigt
die Kammer 12 in einer Betriebsposition, bei der der oberste
Teil 11 und der unterste Teil 13 der Kammer 12 über eine
ausreichende Strecke teleskopartig ineinandergeschoben sind, so
dass die durchdringende Kanüle 18 durch
den Verschluss 15 gedrückt
wird und diesen weiter durchdringt, so dass die Rinne 34 eine
Fluidverbindung zwischen dem Innern des Probenbehälters 14 und
dem Innern der Kammer 12 herstellt. Die Entnahme einer
gewünschten vorbestimmten
Probenmenge aus dem Innern des Behälters 14, wie es im
Folgenden erläutert
wird, wird in dieser Betriebsposition erreicht.
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6 zeigt
die Kammer 12 in einer Nachbetriebsposition, bei der der
oberste Teil 11 und der unterste Teil 13 der Kammer 12 vollständig ineinandergeschoben
sind, so dass die durchdringende Kanüle 18 durch den Verschluss 15 gedrückt wird
und diesen vollständig
bis zum Kontakt mit der Basis des Wölbungselements 16 durchdringt,
so dass sich die Rille 34 vollständig innerhalb des Probebehälters 14 befindet.
Beim Öffnen
der teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer 12 kann
der Probenbehälter 14 von
einer Bedienperson unbedenklich weggeworfen werden, ohne dass die
Gefahr besteht, dass weitere flüssige
Probe aus dem Kanal 12 fließt, da dieser von der durchdringenden
Kanüle 18 fest
gegen das Wölbungselement 16 gedrückt wird.
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7 ist
eine vergrößerte Ansicht
einer durchdringenden Kanüle 18,
um den Längskanal 32,
der sich axial hindurch erstreckt, und die Rinne 34, die
sich axial entlang einer Teillänge
der äußersten
Oberfläche
erstreckt, besser zu veranschaulichen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung,
und wie es in 8 gezeigt
ist, kann eine genau gesteuerte Menge der flüssigen Probe aus einem geschlossenen
Probenbehälter 14 entnommen
werden, indem man den Druck innerhalb der Kammer 12 beobachtet
und das Ventil 26 gegenüber
atmosphärischen
Bedingungen öffnet. 7 zeigt den durch den Messwandler 26 innerhalb
der Kammer 14 gemessenen Druck als Funktion einer zeitlichen
Abfolge der Ereignisse A–E,
wobei:
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- A: eine Anfangszeitspanne, während der
ein Probenbehälter 14 in
eine Kammer 12 gebracht wird, wobei das Ventil 26 gegenüber dem
Umgebungsdruck offen ist. Die Kammer 12 wird geschlossen,
indem man den Unterteil 11 teleskopartig nach unten über den
Unterteil 13 schiebt. Während
dieser Zeit liegt der Verschluss 15 in einer nichtdurchdringenden
Position auf der Kanüle 18 auf,
wie es in 2 gezeigt
ist.
- B: eine erste Vorbetriebszeitspanne, nachdem Kammer 12 geschlossen
wurde, während
der das Ventil 26 geschlossen ist und die Kammer 12 weiter
geschlossen wird, so dass innerhalb der Kammer 12 ein steigender
positiver Druck erzeugt wird. Während
dieser Zeit wird der Verschluss 15 immer weiter von der
Kanüle 18 durchdrungen,
wie in der ersten Vorbetriebsposition gezeigt ist, die in 3 dargestellt ist. Es fließt keine
flüssige
Probe aus der Kanüle 18.
- C: eine zweite Vorbetriebszeitspanne, nachdem Kammer 12 geschlossen
wurde, während
der das Ventil 26 geschlossen ist und die Kammer 12 so
weit geschlossen wird, dass innerhalb der Kammer 12 ein
vorbestimmter positiver Druck erzeugt wird. Während dieser Zeit wird der
Verschluss 15 von der Kanüle 18 durchdrungen,
wie in der zweiten Vorbetriebsposition gezeigt ist, die in 4 dargestellt ist, bis zu
einem Abstand, bei dem die Rille 24 das Innere des Probenbehälters 14 noch
nicht erreicht hat. In dieser zweiten Vorbetriebsposition wird der
vom Messwandler 24 gemessene Druck innerhalb der Kammer 12 im
Bereich von etwa 0,8 bis 1,1 psi (1 psi = 6894,7567 Pa) gehalten,
indem man das Ventil 26 betätigt, das heißt das Ventil 26 öffnet und/oder
schließt,
oder durch eine geeignete Bewegung einer Pumpeinrichtung kompensiert,
indem man zum Beispiel die Tätigkeit
einer Spritzenpumpe steuert. Es fließt keine flüssige Probe aus der Kanüle 18.
- D: eine Betriebszeitspanne, während der der Verschluss 15 von
der Kanüle 18 durchdrungen
wird, wie in der Betriebsposition gezeigt ist, die in 5 dargestellt ist, so dass
die Rille 34 das Innere des Probenbehälters 14 erreicht.
Durch die Rille 34 wird ein offener Weg zwischen dem Innern
der teleskopartig expandier- und kontrahierbaren Kammer 12 und
dem Innern des Probenbehälters 14 hergestellt,
so dass ein Luftstrom in den Probenbehälter 14 eintritt.
Der Luftstrom in das Innere des Probenbehälters 14 drückt Flüssigkeit
durch den Kanal 32 und in ein Aufnahmegefäß 35,
das sich unterhalb des Wölbungselement 16 befindet.
Wie man in 8 erkennt,
nehmen die Bedingungen des positiven Drucks innerhalb der Kammer 12 während der
Zeitspanne D schnell ab. Wie unten in Tabelle 1 gezeigt ist, hat
sich gezeigt, dass die Druckabnahme innerhalb der Kammer 12 mit
dem Volumen der flüssigen
Probe zusammenhängt,
das aus dem Innern des Probenbehälters 14 herausgedrückt wird.
Dieses Ergebnis ermöglicht
es, eine gewünschte
Menge Flüssigkeit
aus dem Innern des Behälters 14 zu
entnehmen, indem man so lange Probe aus dem Behälter drücken lässt, bis der Druck innerhalb
der Kammer 12 ein vorbestimmtes Niveau erreicht.
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Sobald die obige Beziehung zwischen
der Druckänderung
innerhalb des Probenbehälters
und der Menge der entnommenen Flüssigkeit
für eine
gegebene Röhrchengröße, Kanüle und Kammer
aufgestellt worden ist, wird es möglich, genau ein gewünschtes
Volumen der Flüssigkeit
aus dem Innern von gleichartigen Behältern zu entnehmen, indem man
den Luftdruck im Innern der Kammer 12 unter Verwendung
einer Vorrichtung wie des Messwandlers 24 überwacht
und eine Vorrichtung wie das Ventil 26 gegenüber dem
Luftdruck öffnet,
sobald die von Messwandler 26 angezeigte Gesamtdruckänderung
den vorbestimmten Wert erreicht hat, der dem gewünschten Flüssigkeitsvolumen entspricht,
wie es zum Beispiel in Tabelle 1 gezeigt ist. Ein Vorteil des vorliegenden
Verfahrens ist die Vermeidung von Probenvolumenfehlern, die vorkommen
können,
wenn eine flüssige
Probe ohne Druckausgleich zwischen dem Innern und dem Äußern des
Probenbehälters 14 aus einem
geschlossenen Probenbehälter
entnommen wird.
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In einer beispielhaften Ausführungsform,
die vorgesehen ist, um Mengen einer Körperflüssigkeit, wie Serum oder Urin,
im Bereich von 1,0 bis 4,0 ml aus einem 5-ml-Probenröhrchen,
wie einem Vacutainer®-Röhrchen, das Lithium-Heparin
enthält
und von Becton Dickinson erhältlich
ist, zu entnehmen, ist das Wölbungselement 16 aus
einem polymeren Material, wie Cyrano®-Polyethylen,
geformt, wobei der Teil, der die Kanüle 18 enthält, Abmessungen
von etwa 2 cm Außendurchmesser,
5 cm Tiefe und eine Wandstärke
von etwa 0,1 cm hat. Die Kanüle 18 hat
eine Höhe
von etwa 4 cm und einen Durchmesser von 0,4 cm mit einem Kanal 32 von etwa
0,09 cm Durchmesser, der sich entlang der Länge der Kanüle erstreckt, und einer Rille 34 von
etwa 0,06 cm, die sich entlang einer Länge von etwa 1,2 cm erstreckt
und etwa 0,002 cm von der Spitze der Kanüle 18 entfernt beginnt.
Der Unterteil 13 ist ebenfalls aus Cyrano®-Polyethylen
zu einem zylinderartigen Element mit 2,5 cm Innendurchmesser, einer
Wandstärke
von etwa 0,3 cm und einer Höhe
von etwa 7 cm geformt; der Oberteil 11 hat eine Höhe von etwa
5 cm und kann als blockartiges Element mit einer geschlossenen Bohrung geformt
sein, wobei seine innere Oberfläche
mit einer herkömmlichen
elastomeren O-Ring-Dichtung
vakuumdicht mit der äußeren Oberlfäche des
Unterteils 13 verbunden ist. Ein Schrittmotor, zum Beispiel
ein Vexta®-Motor,
der von Oriental Motor erhältlich
ist, ist geeignet, um den Oberteil 11 in einer Reihe von 0,002-cm-Schritten
mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 Schritten pro Sekunde teleskopartig über den
Unterteil zu schieben. Das Wölbungselement 16 kann
druckdicht an das Unterteil 13 angepasst sein, wobei man eine
herkömmliche
elastomere O-Ring- oder Flachdichtung verwendet.
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Wenn die Vorrichtung in der in 1 gezeigten Anordnung betrieben
wird, verbindet eine Druckleitung 20 mit einem offenen
Durchmesser von 0,1 cm das Innere der teleskopartig expandier- und
kontrahierbaren Kammer 12 mit einer Druckpumpe 22 mit
Spritzenwirkung, wie solche, die von Klone erhältlich sind, einem Druckmesswandler 24,
wie solche, die von SenSym erhältlich
sind, und ein Membranventil 26, wie solche, die von General
Valve erhältlich
sind, so dass die Leitung 20 schnell geöffnet wird und das Innere der
Kammer 12 mit der atmosphärischen Umgebung verbunden
wird. Im Betrieb hat sich gezeigt, dass Drücke innerhalb der teleskopartig
expandier- und kontrahierbaren Kammer 12 wie in Tabelle
2 ein Volumen der flüssigen
Probe im Bereich von 1–4
ml mit einer Standardabweichung von etwa 6% ergeben.
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Man sollte sich darüber im Klaren
sein, dass die hier offenbarten Ausführungsformen der Erfindung lediglich
die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen und dass auch andere
Modifikationen eingesetzt werden können, die immer noch in den
Umfang der Erfindung fallen. Zum Beispiel wird die Kammer 12 in
einer alternativen Ausführungsform
unter einem negativen Arbeitsdruck gehalten, und die Funktionen
des Kanals 32 und der Rille 34 sind vertauscht.
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Dementsprechend ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die in der Beschreibung genau gezeigten und
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern wird nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt.
