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DE69827465T2 - Gerät zur entnahme aus dem inneren und/oder injektion in das innere eines verkorkten probengefässes - Google Patents

Gerät zur entnahme aus dem inneren und/oder injektion in das innere eines verkorkten probengefässes Download PDF

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DE69827465T2
DE69827465T2 DE69827465T DE69827465T DE69827465T2 DE 69827465 T2 DE69827465 T2 DE 69827465T2 DE 69827465 T DE69827465 T DE 69827465T DE 69827465 T DE69827465 T DE 69827465T DE 69827465 T2 DE69827465 T2 DE 69827465T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Entnahmen und/oder Injektionen aus dem Inneren bzw. in das Innere eines geschlossenen Behälters, wie zum Beispiel durch Kunststoffstopfen verschlossene Probenröhrchen.
  • Allgemein ist bekannt, dass aus Gründen der Sicherheit und Präzision bei zahlreichen Analyseprozessen, insbesondere biologischen Analysen, Probenröhrchen verwendet werden, die mittels Stopfen aus Gummi oder allgemeiner Elastomer so verschlossen sind, dass alle Handhabungen, die in den Rahmen dieser Prozesse fallen, ausgeführt werden können, ohne dass der Stopfen entfernt werden oder direkter Zugang zur Probe vorliegen muss. Bei hämatologischen Analysen werden immer häufiger verschlossene Probenröhrchen eingesetzt, in denen ein relatives Vakuum erzeugt wird, durch das bei der Blutentnahme auf den Einsatz einer Nadel verzichtet werden kann: Das Blut wird unter der Unterdruckwirkung direkt in das Röhrchen gesaugt.
  • Die in diesen Röhrchen durchgeführten Entnahme- und/oder Injektionsvorgänge erfordern dann die Verwendung von Vorrichtungen, die jeweils eine Hohlnadel aufweisen, welche an einer Saug- und/oder Abgabeleitung angeschlossen und insbesondere dazu konzipiert ist, die Stopfen durchstechen zu können, um in das Innere des Röhrchens einzudringen.
  • Wenn sie an einem Analysegerät vorgesehen ist, wird die Entnahmevorrichtung von einem Pipettierkopf getragen, der mit Mitteln ausgestattet ist, die vertikale Verschiebungen der Nadel gewährleisten, und ist gegebenenfalls über einer Pipettierfläche beweglich, in der mehrere Probenröhrchen angeordnet sind. In diesem Fall liegt auf der Hand, dass die Nadel eine Vielzahl von Durchstechungen und Entnahmen durchführen muss, ohne dass die Präzision der Vorrichtung beeinträchtigt wird.
  • In der Praxis ist ersichtlich, dass die Entwicklung einer solchen Vorrichtung und die Konzipierung solcher Entnahmenadeln zahlreiche Probleme aufwirft.
  • Somit ist die Verwendung von herkömmlichen Hohlnadeln mit im Wesentlichen konischen Spitzen aus den folgenden Gründen nicht gut für automatische oder halbautomatische Analysegeräte geeignet:
    • – Beim Durchstechen des Stopfens verhalten sich diese Nadeln wie Stanzmesser, indem sie aus dem Stopfen ein kreisförmiges Stück mit einem Querschnitt ausschneiden, der im Wesentlichen gleich dem Querschnitt des Nadelkanals ist: Dieses kreisförmige Stück greift in den Kanal ein und bewirkt dabei zumindest teilweise dessen Verstopfen. Aus diesem Grunde erzeugt dieses Teil während der Saugphase einen mehr oder weniger großen Druckabfall, der eine erste Fehlerquelle bei entnommenen Mengen bildet (die bei jeder Entnahme konstant bleiben müssen).
    • – Beim Durchstechungsvorgang erfährt der Stopfen eine Verformung, die eine Druckänderung (Überdruck) im Inneren des Behälters erzeugt, wobei diese Änderung eine zweite Fehlerquelle bei den entnommenen Mengen bildet. Weiterhin erzeugt die Verformung des Stopfens in die entgegengesetzte Richtung beim Herausziehen der Nadel einen Unterdruck, der eine Saugwirkung bewirkt, die dazu neigt, die entnommene Flüssigkeit anzuziehen. Die sich aus diesen beiden Phänomenen ergebende Ungenauigkeit wird dadurch verstärkt, dass der Probenpegel im Inneren des Röhrchens von einem Röhrchen zum anderen variabel ist und dass die Überdruck- und Unterdruckwerte somit nicht vorbestimmt werden können.
    • – Die Stanzmesserwirkung der Nadel führt zur Bildung von Bohrungen, die sich nach dem Herausziehen der Nadel schlecht schließen, so dass die Dichtheit des Stopfens nicht mehr gewährleistet werden kann.
  • Um die sich auf die Stanzmesserwirkung beziehenden Probleme zu lösen ist durch die Patente DE 195 12 607 und US 5 220 947 bereits vorgeschlagen worden, Nadeln zu verwenden, deren Kanäle an ihren spitzen Enden verschlossen sind und die in den Nadelkörpern ausgebildete seitliche Bohrungen aufweisen. Diese Nadeln erweisen sich als teuer und industriell schwer mit größeren Produktionsraten realisierbar.
  • Um die die Ungenauigkeit der entnommenen Mengen betreffenden Probleme zu lösen, ist vorgeschlagen worden, Entnahmevorrichtungen zu verwenden, die Elektroventilsätze verwenden, die es gestatten, unter Berücksichtigung der oben erwähnten Parameter komplexe Entnahmeabläufe durchzuführen. Allerdings erweist sich diese Lösung als teuer, wenig zuverlässig und sie löst trotzdem nicht alle der oben erwähnten Probleme.
  • Somit hat die Erfindung insbesondere zum Ziel, eine einfache, kostengünstige und dennoch wirksame Lösung für diese Probleme bereitzustellen.
  • Dazu schlägt sie eine Entnahmevorrichtung vor, die eine Hohlnadel einsetzt, die axial beweglich ist, so dass sie einen Stopfen durchstechen kann, der den Behälter verschließt, in dem sich zu entnehmender Probeninhalt befindet.
  • Diese Vorrichtung setzt eine Hohlnadel ein, die axial beweglich ist, um den Stopfen durchstechen zu können, wobei das spitze Ende der Nadel mindestens eine Schneidkante, die tangential zu einer Erzeugenden des zylindrischen Körpers der Nadel verläuft, eine schräge Form, die die Kante mit dem zylindrischen Körper verbindet, und eine laterale Ausgangsöffnung des Kanals, die auf der Erzeugenden an einer von der Kante entfernten Stelle zentriert ist, aufweist, wobei diese Öffnung senkrecht zur Längsachse der Nadel ausgerichtet ist.
  • Gemäß der Erfindung ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Nadelkörpers so gekrümmt und bearbeitet ist, dass es eine Bearbeitungsfläche aufweist, die tangential zur Erzeugenden und senkrecht zur Symmetrieebene des gekrümmten Endes verläuft und in der der Kanal der Nadel durch die Öffnung mündet, wobei das Ende dieser Bearbeitungsfläche den Anfang der Schneidkante bildet.
  • Vorteilhafterweise erstrecken sich die oben genannte Öffnung und die oben genannte Kante in einer gleichen Ebene, die tangential zur Erzeugenden verläuft.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die oben genannte schräge Form eine Krümmung des Endes des zylindrischen Körpers, während die oben genannte Ebene tangential zu einer senkrecht zur Symmetrieebene der Krümmung verlaufenden Symmetrieebene verläuft.
  • Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung weist der zylindrische Körper der Nadel an seiner zylindrischen Außenfläche mindestens eine axiale Nut auf, die in einem vorbestimmten Abstand von der Spitze der Nadel endet. Vorzugsweise weist diese Nut, die während der Entnahme eine Verbindung des Innenvolumens der Probe mit der Atmosphäre gewährleisten soll, einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf.
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft und nicht einschränkend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Entnahmevorrichtung;
  • 2 und 3 Teilansichten, die die Verformungen des Probenröhrchens beim Durchstechen des Stopfens (2) und beim Herausziehen der Nadel (3) darstellen;
  • 4 eine Seitenansicht der gemäß der Erfindung verwendeten Nadel in einer parallel zur Längssymmetriebene der Nadel verlaufenden Ebene;
  • 5 eine Seitenansicht der Nadel in einem Winkel von 90° zur Ansicht nach 4;
  • 6 einen Axialschnitt des Endes der Nadel;
  • 7 und 8 Schnitte entlang A/A' bzw. B/B' von 6;
  • 9 eine schematische Ansicht, die die Darstellung des Prinzips des Durchstechens des Stopfens mit der in den 4 bis 8 dargestellten Nadel gestattet.
  • In dem in 1 dargestellten Beispiel besteht der die zu analysierende Probe enthaltende Behälter aus einem Glasröhrchen 1 herkömmlicher Art, das durch einen Gummistopfen 2 verschlossen ist, der einen zylindrischen Körper 3, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Innendurchmesser des Röhrchens 1, und eine ebenfalls zylindrische Kappe 4, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Röhrchens 1, aufweist. Die Oberseite der Kappe 4 enthält eine sphärische Aussparung 5, die die Dicke des mittleren Bereichs, in dem die Durchstechungen erfolgen, verringern soll. Natürlich steht der Körper 3 dicht mit dem Röhrchen 1 in Eingriff, während die Kappe 4 mit dem Körper 3 eine Schulter bildet, an der der obere Rand des Röhrchens 1 zur Anlage kommt.
  • In der Achse des Röhrchens 1 ist ein Pipettierkopf 6 dargestellt, der senkrecht zur Achse beweglich ist und einen Mechanismus zur Betätigung einer senkrecht zur Achse ausgerichteten Nadel 7 aufweist.
  • Dieser Mechanismus umfasst eine fest mit der Nadel verbundene. Zahnstange 8, mit der ein Ritzel 9 in Eingriff steht, das durch einen Gleichstrom-Ehektromotor M angetrieben wird, der durch eine Stromquelle S gespeist wird, deren Stärke- und Spannungskennwerte von einem Detektor D gemessen werden, bevor sie zu einem Prozessor P übertragen werden, der die Betätigung der Vorrichtung gewährleistet. Die Nadel 7 ist wiederum mit einem Entnahme/Injektionskreis I verbunden, der ebenfalls durch den Mikroprozessor P gesteuert wird.
  • Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt Während einer Entnahme- und/oder Injektionsphase wird der Pipettierkopf 6 über dem Röhrchen 1 angeordnet, wobei sich die Nadel 7 in der Längsachse des Röhrchens 1 befindet.
  • Der Prozessor P aktiviert dann die Drehung des Motors M, um eine Verschiebung der Zahnstange 8 und somit der Nadel 7, an der sie befestigt ist, zu bewirken.
  • Die Nadel 7 erfährt dann eine translatorische Verschiebung, bis sie den Stopfen 2 erreicht. Bei Kontakt der Nadelspitze mit dem Stopfen 2, ändert das sich daraus am Motor M ergebende Lastmoment die Kennwerte des Speisestroms. Diese Änderungen werden durch den Detektor D erfasst, der eine entsprechende Information zum Prozessor P überträgt. Während der Perforation des Stopfens 2 übt die Nadel 7 auf den Gummikörper 3 eine Belastung aus, die eine Verformung des Körpers nach unten (Ausbauchung) und gleichzeitig eine Vergrößerung des Volumens des Hohlraums (2) erzeugt. Diese Verformung bewirkt somit einen Druckanstieg im Inneren des Röhrchens 1. Selbst wenn dieser Überdruck durch eine Gaszirkulation in der Nadel 7 ausgeglichen wird, bleibt der Druck im Inneren des Röhrchens 1 unbestimmt. Deshalb ist die entnommene Menge ungenau.
  • Bei Herausziehen der Nadel 7 ist der Körper 3 des Stopfens 2 einer zur vorherigen Belastung umgekehrten Belastung ausgesetzt: Die Unterseite des Körpers des Stopfens 2 verformt sich und nimmt eine konkave Form an, wobei im Inneren des Röhrchens ein Unterdruck erzeugt wird (3). Dieser Unterdruck erzeugt ein Ansaugen der durch die Nadel entnommenen Flüssigkeit, so dass der entnommenen Probemenge eine weitere Ungenauigkeit hinzugefügt wird. Dieses doppelte Phänomen variiert des Weiteren in Abhängigkeit von dem Pegel der Probe im Inneren des Röhrchens 1.
  • Natürlich kommt zu diesen Gründen für die Ungenauigkeit noch der damit in Verbindung stehende hinzu, dass sich eine herkömmliche Nadel wie ein Stanzmesser verhält und ein Gummistück herausschneidet, das die Nadel 7 zumindest teilweise verstopfen kann.
  • Wie in den 4 bis 8 dargestellt, gestattet es die erfindungsgemäße Nadel, diese Nachteile zu vermeiden.
  • Diese Nadel 7 weist einen zylindrischen Hohlkörper 10 auf, deren spitzes Ende 11 durch Krümmung des Endes des Körpers 10, dann durch solche Bearbeitung des gekrümmten Endes, dass eine tangential zu einer Erzeugenden des Körpers 10 und senkrecht zur Symmetrieebene des gekrümmten Teils C verlaufende Fläche 13 hergestellt wird, erhalten wird.
  • Somit erhält man eine ebene Bearbeitungsfläche 13, deren ovoidisches Ende den Anfang der Schneidkante bildet. Diese Schneidkante A1, A2 wird durch Schleifen der beiden lateralen Facetten 14, 15 angeschärft, die ihr eine in 5 zu sehende spitze V-Form verleihen.
  • Des Weiteren weist die Außenfläche des Körpers 7 vier Längsnuten 16 auf, die sich paarweise diametral gegenüberliegen und jeweils einen quadratischen Querschnitt aufweisen.
  • Diese Längsnuten 16, die über einen großen Teil der Länge der Nadel 7 hergestellt sind, enden in einem vorbestimmten Abstand von der Spitze 11, so dass sie niemals mit der Flüssigkeit, die man entnehmen möchte, in Kontakt sind.
  • Dank dieser Anordnungen führen die Schneidkanten A1, A2 der Spitze 11 bei der Perforation des Stopfens 2 einen geradlinigen Schnitt des Gummis aus, wobei somit jegliches Stanzmesserphänomen vermieden wird. Dieser Schlitz F wird danach auf der einen Seite durch den gekrümmten Teil vergrößert, bis er den Körper 10 erreicht, indem er allmählich eine kreisförmige Gestalt 18 einnimmt. Während dieser Perforation gleitet die Bearbeitungsfläche 13, in der die Ausgangsöffnung O des Kanals CA der Nadel mündet, über die Fläche des Schlitzes F, auf die sie die geringste Belastung ausübt und die nur sehr leicht verformt wird (sie bleibt eben). Infolgedessen dringt das Gummi nicht in die Öffnung O ein und es besteht nicht die Gefahr einer äußeren Verstopfung.
  • Wenn die Spitze der Nadel 7 den Stopfen 2 durchquert hat und die Nuten 16 innerhalb des Röhrchens 1 auftauchen, wird das Innenvolumen des Röhrchens 1 mit der Atmosphäre verbunden. Der in diesem Letzteren zum Zeitpunkt der Entnahmephase herrschende Druck wird somit auf einen konstanten Wert gebracht (Atmosphärendruck). Die entnommenen Probenmengen sind somit nicht mehr den erwähnten Druckänderungen ausgesetzt und sind deshalb relativ genau.
  • Beim Herausziehen der Nadel 7 wird das Ende der Nadel, das mit der Probe in Kontakt gewesen ist, umso besser abgewischt, als kein Gummi entfernt wurde und der Schlitz sich mit Verringerung des Querschnitts der Nadel allmählich schließt.
  • Wenn die Nadel herausgezogen ist, wird der Schlitz vollständig verschlossen, und die durch das Röhrchen auf den Körper ausgeübte Vorspannung gewährleistet eine vollkommene Dichtheit.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Entnehmen und/oder Injizieren von Flüssigkeit aus dem Inneren bzw. in das Innere eines durch einen Stopfen (2) verschlossenen Behälters (1), wobei diese Vorrichtung eine Hohlnadel (7) einsetzt, die axial beweglich ist, um den Stopfen (2) durchstechen zu können, wobei das spitze Ende (11) der Nadel (7) mindestens eine Schneidkante (A1, A2), die tangential zu einer Erzeugenden des zylindrischen Körpers (10) der Nadel (7) verläuft, eine schräge Form (C), die die Kante (A1, A2) mit dem zylindrischen Körper (10) verbindet, und eine laterale Ausgangsöffnung (O) des Kanals (CA), die auf der Erzeugenden an einer von der Kante (A1, A2) entfernten Stelle zentriert ist, aufweist, wobei diese Öffnung (O) senkrecht zur Längsachse der Nadel (7) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Nadelkörpers so gekrümmt und bearbeitet ist, dass es eine Bearbeitungsfläche (13) aufweist, die tangential zur Erzeugenden und senkrecht zur Symmetrieebene des gekrümmten Endes verläuft und in der der Kanal (CA) der Nadel (7) durch die Öffnung (O) mündet, wobei das Ende dieser Bearbeitungsfläche (13) den Anfang der Schneidkante (A1, A2) bildet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die oben genannte Öffnung (O) und die oben genannte Kante (A1, A2) in einer gleichen Ebene erstrecken, die tangential zur Erzeugenden verläuft.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper (10) der Nadel (7) an seiner zylindrischen Außenfläche mindestens eine axiale Nut (16) aufweist, die in einem vorbestimmten Abstand von der Spitze (11) der Nadel endet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannte Nut (16) einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oben genannte Körper (10) vier Längsnuten (16) aufweist, die sich paarweise diametral gegenüberliegen.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (A1, A2) dank des Schleifens zweier lateraler Facetten (14, 15) eine spitze Form aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Verschiebung der Nadel (7) durch einen Elektromotor (M) gesteuert wird, der durch einen Kreis gespeist wird, welcher einen Detektor (D) enthält, der einen Parameter erkennen kann, welcher für das Lastmoment repräsentativ ist, das beim Kontakt der Spitze der Nadel (7) mit dem Stopfen (2) erzeugt wird.
DE69827465T 1997-08-20 1998-07-30 Gerät zur entnahme aus dem inneren und/oder injektion in das innere eines verkorkten probengefässes Expired - Lifetime DE69827465T2 (de)

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