FI91041C - Menetelmä neste-erän sekoittamiseksi astiassa analyysiä varten - Google Patents

Description

91041 i 5

Menetelmå neste-erån sekoittamiseksi astiassa analyysiå vårten - Fårfarande for blandning av en våtskesats i eet kårl f6r analys

Keksinndn kohteena on menetelmå astiassa olevan neste-erån sekoittamiseksi. Menetelmå on erityisesti tarkoitettu mit-takyveteisså tapahtuvaan, kliinisen kemian automaattisilla analysaattoreilla analysoitavien nestenåytteiden sekoituk-10 seen.

Kyvetisså sekoitettavan neste-erån komponentit annostellaan tyypillisesti annosteluneulalla, joka on joustavasti yhdis-tettynå automaattiseen mikroruiskuun. Annostelu tapahtuu 15 siten, ettå ruiskulla imetåån annosteluneulaan nåyte sekå laimenninta tai reagenssia ja mahdollisesti ilmakuplia erottamaan nåmå toisistaan. Annosteluneulan kårki viedåån kyvettiin, johon nåyte laimentimineen tai reagensseineen tyhjennetåån. Tåmån jålkeen annostellut komponentit ja ky-20 vetisså mahdollisesti enneståån olleet reagenssit sekoite- taan keskenåån. Sekoitus on suoritettu mekaanisesti esim. liikuttamalla annosteluneulan kårkeå kyvetisså kåyttåmållå erillistå sekoitinta tai suorittamalla sekoitus ultraåånel-lå. Sekoituksen jålkeen kyvetti siirretåån inkubaatioon, 25 mittaukseen tms. jatkokåsittelyyn.

Mainitut tunnetut neste-erån sekoitustavat ovat kaikki enemmån tai våhemmån hitaita ja hankalia. Erillisen me-kaanisen sekoittimen kåytto on tyolåstå ja muodostaa yli-30 mååråisen vaiheen neste-erån preparoinnissa analyysiå vår ten. Annosteluneulan kårki puolestaan on kapeutensa vuoksi mekaanisena sekoittimena tehoton.

Tåmån keksinnon tarkoituksena on muodostaa ratkaisu, jolla 35 analysoitava neste-erå on sekoitettavissa encistå tehok- kaammin ilman, ettå astiassa tarvittaisiin minkåånlaista erillistå, liikkuvaa sekoitinta. Keksinnån mukaisessa mene-telmåsså sekoitus tapahtuu neulalla, joka kåsittåå virtaus- 2 kanavan, jonka pååsså on ainakin yksi imu- ja purkausaukko, pitåmållå aukkoa astiassa nestepinnan alapuolella ja suo-rittamalla sekoitus edestakaisin liikkein, jolloin nestettå vuoroin imetåån astiasta neulassa olevaan virtauskanavaan 5 ja vuoroin suihkutetaan virtauskanavasta takaisin astiaan.

Menetelmålle on tunnusomaista se, ettå sekoituksessa, joka suoritetaan neste-erån analyysiå vårten, kåytetåån neulaa, jonka virtauskanavassa on oleellisesti sen pååsså olevaan aukkoon saakka ulottuva kavennus, jonka pituudella kanavan 10 virtausvastus kasvaa ainakin kymmenkertaiseksi, jolloin purkausvaiheissa aukosta purkautuu vena contracts -ίΐιηΐδη mukaisesti aluksi suppeneva ja sen jålkeen turbulenttisesti hajoava nestevirtaus, ja ettå edestakaiset sekoitusliikkeet suoritetaan siten, ettå liikkuva nestemåårå on enintåån n. 15 20 % sekoitettavan neste-erån kokonaistilavuudesta.

Keksinndn mukaan neste-erå sekoitetaan analyysiå vårten neulalla, jota on mahdollista kåyttåå myås neste-erån kom-ponenttien annosteluun astiaan. Analyyseisså tåhån asti 20 kåytetystå menettelystå poiketen neulaa ei kuitenkaan tar-vitse liikutella vaan sekoitus perustuu pelkåståån neulan avulla aikaansaataviin nesteen liikkeisiin. Tavanomainen annostelu, jossa suoran, vakiolåpimittaisen annosteluneulan sisåltåmå neste suihkutetaan kerralla astiaan, ei yleenså 25 riitå aikaansaaxnaan astiassa mainittavaa nesteen sekoittu- mista, kun taas keksinnosså, jossa pienehk6å nestemååråå sekoitetaan edestakaisin liikkein, sekoittuminen tapahtuu osaksi sen johdosta, ettå neste voidaan imeå neulaan låhel-tå sen virtauskanavan pååsså olevaa aukkoa ja sen jålkeen 30 suihkuttaa paineella oleellisesti suoraviivaisesti etåålle mainitusta aukosta, ja aivan erityisesti astiaan suihkutet-tavan virtauksen vena contracta -ϊίπιϊδη mukaisesti nestees-så synnyttåmån turbulenssin johdosta. Lisåksi nesteen se-koittumiseen voidaan vaikuttaa neulan imu- ja purkausaukon 35 tai -aukkojen sijainnin avulla, jota selostetaan yksi-tyiskohtaisemmin jåljempånå.

É! 91041 3

Keksinnon eråålle edulliselle sovellutusmuodolle on tunnus -omaista se, ettå sekoitus on yhdistetty neulalla samaan aikaan tapahtuvaan nesteen annosteluun, jolloin astiasta neulaan imetyt nestemååråt ovat keskimåårin pienemmåt kuin 5 neulasta astiaan suihkutetut nestemååråt. Annosteltava nes-te tulee ts. våhin erin puretuksi astiaan annostelu- ja sekoitusprosessin aikana. Tållainen menettely on nopeampi kuin annostelun ja sekoituksen suorittaminen erikseen, min-kå lisåksi etuna on se, ettå annosteltava neste jatkuvasti 10 huuhtelee neulan sisåpuolista virtauskanavaa ja eståå sen kontaminoitumisen.

On tietenkin myås mahdollista, ettå neulalla suoritetaan ensin annostelu, jossa annosteltava neste puretaan neulasta 15 astiaan, minkå jålkeen astiassa oleva neste sekoitetaan mainituin edestakaisin sekoitusliikkein. Tåsså tapauksessa neulaan imettåvå ja siitå takaisin astiaan suihkutettava nestemåårå voidaan pitåå koko sekoitustapahtuman ajan va-kiona.

20

Keksinndn mukaisessa neste-erån sekoituksessa edestakaisin liikuteltava nestemåårå voi keksinn6n mukaan olla n. 0,1-5 %, edullisimmin n. 0,1-2 % sekoitettavan neste-erån koko-naistilavuudesta. Kliinisten analysaattorien kåsittelemien 25 neste-erien tilavuus vaihtelee vålillå 1-1000 μΐ, ja tyy- pillinen sekoituksessa liikuteltava nestemåårå on suuruus-luokkaa 1 μΐ. Mikåli sekoitukseen on yhdistetty nesteen annostelu, voi annosteltava nestemåårå olla esim. n. 10 % neste-erån kokonaistilavuudesta.

30

Sekoituksessa edestakaisten sekoitusliikkeiden taajuus voi olla vålillå n. 5-200 Hz, edullisesti vålillå 10-100 Hz, riippuen mm. neulaan kytketyn sydttdjohdon materiaalin peh-meydestå tai johdon mahdollisesti sisåltåmåstå ilmasta.

35 Esimerkiksi 50 Hz:n taajuus on aikaansaatavissa yksinker-taisesti tasasuunnatulla verkkojånnitteellå.

4

Keksinn6n mukaisen sekoituksen kesto voi olla n. 0,1-2 s, edullisesti n. 0,2-1 s. Jos sekoitus keståå esim. 0,5 s, merkitsee tåmå 50 Hz:n taajuudella 25 nesteen imu- ja suih-kutusvaihetta. Tunnetuilla menetelmillå sekoitukseen kuluva 5 aika on tyypillisesti 2-4 s, minkå lisåksi on laskettava annosteluun kuluva aika. Kuten edellå mainittiin, mahdol-listaa keksint6 sekoitukseen kåytetyn ajan puitteissa my6s annostelun, joka maksimoi keksinnollå saavutettavan ajallisen sååston.

10

Keksinn6n edellyttåxnåt edestakaiset sekoitusliikkeet ai-kaansaadaan edullisesti neulan jatkeena olevaan, joustavaa ainetta olevaan johtoon kohdistuvin toistuvin puristuksin, joiden vaikutuksesta johdon tilavuus muuttuu. Puristus pie-15 nentåå johdon tilavuutta ja pakottaa nestettå purkautumaan neulasta astiaan. Puristuksen lakkaaminen vastaavasti lisåå johdon tilavuutta, mikå aikaansaa astiasta neulan virtaus-kanavaan suuntautuvan imun. Toistuvat puristukset ovat ai-kaansaatavissa esim. saattamalla johto solenoidiventtiilin 20 månnån ja sitå vastassa olevan kiinteån pinnan våliin ja liikuttelemalla måntåå jousivoiman ja såhkåvirran kiinnit-tåmån magneettivoiman avulla edestakaisin. Vaihtoehtoisesti voidaan toistuvat puristukset aikaansaada kahden pietsoki-teen muodostamalla haarukalla, jossa johto sijaitsee toi-25 siaan vasten taipuvien keraamisten, metallipinnoitettujen levyjen vålisså.

Keksinnon mukaisesti kåytettåvån neulan virtauskanavan si-såpuolinen kavennus, jolla aikaansaadaan mainittu vena 30 contracta -ilmio astiaan suihkutettavassa virtauksessa, on edullisesti kartiomainen, jolloin sen kartiokulma voi vaih-della vålillå n. 15-60°.

Mainittu vena contracta -ilmid, johon keksinndn mukainen 35 sekoitus oleellisesti perustuu, on tuotettavissa neulalla, jonka virtauskanava pååttyy suoraviivaisesti neulan kårjes-så olevaan purkausaukkoon, mikåli kanavassa on mainittu kavennus, jonka pituudella virtausvastus voimakkaasti kas-

II

91041 5 vaa. Sekoittumisen kannalta on kuitenkin vielå tehokkaampi neula, jossa virtauskanava pååttyy ennen neulan kårkeå yh-teen tai useampaan purkausaukkoon, jotka on suunnattu si-vuun neulan pituusakselista. Nestevirtaukset ovat tåll6in 5 suunnattavissa neulan sivuille kohti astian sivuseinåmiå ja niistå edelleen kohti astian pohjaa. Tuloksena on nestevir-tauksien sisåltåmån li ike-energian sammuxninen kyvetisså syntyvåån turbulenssiin ja virtausten t6rmåilyyn toinen toisiinsa.

10

Keksintåå selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisennnin esi-merkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittåå keksinnSn mukaisen neste-erån sekoituksen 15 imuvaihetta, jossa nestettå imetåån astiasta neulan vir-tauskanavaan, kuvio 2 esittåå sekoituksen purkausvaihetta, jossa neste suihkutetaan neulasta takaisin astiaan, kuviot 3 ja 4 esittåvåt keksinnSn mukaisen sekoituksen imu-20 ja purkausvaiheita, joissa kåytetty neula eroaa kuviossa 1 ja 2 esitetystå, ja kuvio 5 esittåå edestakaisten sekoitusliikkeiden aikaansaa-mista neulan jatkeena olevaan letkuun kohdistuvin toistuvin puristuksin.

25

Kuvioiden 1 ja 2 mukainen neste-erån 1 sekoitus tapahtuu astiassa 2, jonka muodostaa automaattisissa analysaatto-reissa kåytettåvå kyvetti. Sekoitus tapahtuu neulalla 3, joka kåsittåå putkimaisen varren 4, varren sisåpuolisen 30 virtauskanavan 5 sekå neulan kårjesså, virtauskanavan påås-så olevan imu- ja purkausaukon 6. Muutoin vakiolåpimittai-nen virtauskanava 5 pååttyy neulan 3 kårjesså olevaan auk-koon 6 saakka ulottuvaan kartiomaiseen kavennukseen 7, jonka pituudella kanavan låpimitta supistuu esim. η. 1 mm:stå 35 alle 0,5 mm:n.

Sekoitus tapahtuu kuvioiden 1 ja 2 mukaan edestakaisin liikkein, joissa neulalla 3, jonka kårki 6 on kyvetisså 6 olevan nestepinnan 8 alapuolella vuoroin imetåån nestettå kyvetistå neulan sisåpuoliseen virtauskanavaan 5 ja vuoroin suihkutetaan nestettå kanavasta takaisin kyvettiin. Tålloin kyvettiin virtaavan nestesuihkun lineaarinen nopeus sekoi-5 tettavan nesteen keskimååråisellå etåisyydellå on moninker- tainen verrattuna neulaan virtaavan nesteen nopeuteen sa-malla kohdalla. Edestakaisin liikuteltava nestemåårå on tyypillisesti suuruusluokkaa 1 μΐ, mikå on sopivasti 0,1-5 % kyvetisså olevan sekoitettavan neste-erån l kokonaisti-10 lavuudesta, joskin voi olla suurempikin. Nesteen imu tapah- tuu kuviossa 1 olevien nuolten mukaisesti imu- ja purkaus-aukon 6 låhettyviltå jokseenkin tasaisesti aukon eri puo-lilta. Kuvion 2 mukaisessa purkausvaiheessa sitåvastoin nestesuihku 9 etenee kauas aukosta 6 kohti kyvetin pohjaa 15 10, josta se kiertyy nuolten mukaisesti takaisin kohti nes teen pintaa 8 aikaansaaden neste-erån 1 koko tilavuudessa tapahtuvan sekoittumisen. Tåtå sekoittumista ediståå olen-naisesti virtauskanavan 5 kartiomaisella kavennuksella 7 aikaansaatu vena contracta- ilmio, jonka mukaan aukosta 6 20 purkautuva nestesuihku 9 ensin suppenee ja sen jålkeen le-venee ja alkaa hajota turbulenssiksi suihkun reunoilla vai-kuttavan imun johdosta.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti voidaan sekoittaa kyvettiin 2 25 millå tahansa tavalla edeltåkåsin annosteltu neste-erå 1.

Annosteluun voidaan kuitenkin kåyttåå samaa neulaa 3, jolla neste-erå 1 sen jålkeen keksinnon mukaisesti sekoitetaan. Edelleen on mahdollista, ettå nesteen annostelu kyvettiin 2 ja sekoitus tapahtuvat samanaikaisesti. Annosteltava neste 30 on tålloin neulan 3 virtauskanavassa 5, ja neulasta kyvet tiin 2 suihkutetaan kulloinkin hieman suurempi nestemåårå kuin kyvetistå imetåån neulaan. Tålloin neula 3 samanaikai-sen annostelun ja edestakaisin liikkein aikaansaadun sekoi-tuksen aikana tyhjenee annosteltavasta nesteestå.

Esimerkkinå keksinnon mukaisesta samanaikaisesta sekoituk-sesta ja annostelusta voidaan esittåå seuraava: Kyvetisså oli 90 μΐ nestettå, joka sekoituksen testaamiseksi oli sa- 35 i 91041 keutettu ylimååråisellå valkuaisaineella 100-kertaisesti. Tåhån annosteltiin 10 μΐ toista veden sakeutta vastaavaa nestettå neulalla, jonka kahden imu- ja purkausaukon låpi-mitta oli 0,25 mm. Toimenpiteen kesto oli 1 s ja edesta-5 kaisten liikkeiden taajuus 50 Hz, jolloin toimenpide kåsit- ti 50 peråkkåistå imu- ja suihkutusvaihetta. Kussakin imu-vaiheessa neulaan imetty nestemåårå oli 1 μΐ ja kussakin suihkutusvaiheessa neulasta kyvettiin purettu nestemåårå oli 1,2 μΐ. Kyvettiin purkautuvien nestesuihkujen lineaari-10 nen virtausnopeus oli n. 5 m/s ilmassa mitattuna, kun se- koittava turbulenssi nesteen sisåsså ei mahdollistanut mit-tausta. Imuvaiheen lineaarinen virtausnopeus mitattuna mik-roskooppisesti kåyttåen mikropartikkeleita on alle 0,01 m/s. Sekoitus oli optisesti tåydellinen annostelun pååtty-15 esså, kun heiluttelemalla neulaa ko. heilutusmenetelmån nopeudella sekoitus ei ollut tåydellinen 5 sekunnin sekoi-tusajallakaan annostelun jålkeen.

Kuvioissa 3 ja 4 esitetyt kyvetisså 2 olevan neste-erån 1 20 sekoituksen peråkkåiset, toistuvat imu- ja purkausvaiheet vastaavat yleisesti ottaen sitå, mitå edellå on esitetty. Eroavuutena on kuitenkin sekoitukseen kåytetty neula 3, jossa kartiomaisesti kapeneva virtauskanava 5 pååttyy ennen neulan kårkeå 11 kahteen imu- ja purkausaukkoon 6, jotka on 25 suunnattu etuviistoon neulan pituussuunnasta. Neulan 3 kår- ki 11 on teråvåsti suippeneva ja umpinainen.

Kuviossa 3 nåhtåvåsså imuvaiheessa neula 3 imee nestettå aukoista 6 neulan sisåpuoliseen virtauskanavaan 5 oleelli-30 sesti samaan tapaan kuin kuvioiden 1 ja 2 mukainen neula.

Kuvion 4 mukaisessa purkausvaiheessa nestesuihkut suuntau-tuvat aukoista 6 aluksi kohti kyvetin 2 sivuseinåmiå 12, joista ne kååntyvåt kohti kyvetin pohjaa 10 ja toinen toi-siaan. Samalla tapahtuu edellå mainitun vena contracta -il-35 mi6n mukaista suihkujen hajoamista, joka osaltaan vaikuttaa koko nestetilavuudessa l syntyvåån, nesteen tehokkaasti sekoittavaan turbulenssiin. Sekoittuminen on vielå voimak-kaampaa kuin kuvion 2 esittåmåsså tapauksessa, minkå lisåk- 8 si etuna on se, ettå neulan 3 sivuille suunnatut nestesuih-kut pitåvåt sekoitettavan nesteen 1 paremmin ilman roisku-misvaaraa paikallaan kyvetisså.

5 Kuviossa 5 on esitetty kårjeståån kyvetisså 2 olevaan se- koitettavaan nesteeseen 1 tydnnetty neula 3, joka on lii-tettynå sy6tt5j ohtoon, jonka muodostaa joustava kumiletku tai joustava muovi- tai metalliputki 13. Letku 13 on joh-dettu kahden metallipinnoitetun keraamisen levyn 14 muodos-10 taman pietsokiteen vålitse. Nåiden taipuvien levyjen 14 aikaansaamat, letkuun 13 kohdistuvat toistuvat puristukset vuoroin supistavat ja laajentavat letkun tilavuutta siten, ettå neula 3 letkun laajetessa imee nestettå kyvetistå 2 ja letkun supistuessa suihkuttaa nesteen takaisin kyvettiin.

15 Levyt 14 ovat edullisimmin toisiinsa nåhden hieman vinossa niin, ettå puristus sulkee letkun 13 alkaen puristuskohdan siitå pååstå, joka sijaitsee kauempana kyvetistå 2. Tållå varmistetaan se, ettå suihkutus suuntautuu kulloinkin kohti kyvettiå 2.

20

Vastaavat nesteen edestakaiset liikkeet voitaisiin aikaan-saada my6s solenoidiventtiilillå saattamalla letku 13 kiin-teån vasteen ja vuoroin jousivoiman ja såhkdvoiman synnyt-tåmån magneettivoiman vuorotellen eri suuntiin kuormitteunan 25 månnån våliin.

Alan ammattimiehelle on selvåå, ettå keksinndn erilaiset sovellutusmuodot eivåt rajoitu edellå oleviin esimerkkeihin vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puit-30 teissa.

Claims (9)

91041 9

1. Menetelmå astiassa (2) olevan neste-erån (l) sekoitta-miseksi, jossa menetelmåsså sekoitus tapahtuu neulalla (3), joka kåsittåå virtauskanavan (5), jonka pååsså on ainakin 5 yksi imu- ja purkausaukko (6), pitåmållå aukkoa astiassa nestepinnan (8) alapuolella ja suorittamalla sekoitus edes-takaisin liikkein, jolloin nestettå vuoroin imetåån astias-ta neulassa olevaan virtauskanavaan ja vuoroin suihkutetaan virtauskanavasta takaisin astiaan, tunnettu siitå, ettå 10 sekoituksessa, joka suoritetaan neste-erån (1) analyysiå vårten, kåytetåån neulaa (3), jonka virtauskanavassa (5) on oleellisesti sen pååsså olevaan aukkoon (6) saakka ulottuva kavennus (7), jonka pituudella kanavan virtausvastus kasvaa ainakin kyxnmenkertaiseksi, jolloin purkausvaiheissa aukosta 15 purkautuu vena contracta -ilmiån mukaisesti aluksi suppene- va ja sen jålkeen turbulenttisesti hajoava nestevirtaus (9), ja ettå edestakaiset sekoitusliikkeet suoritetaan siten, ettå liikkuva nestemåårå on enintåån n. 20 % sekoitet-tavan neste-erån kokonaistilavuudesta. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå sekoitus on yhdistetty neulalla (3) samaan ai-kaan tapahtuvaan nesteen annosteluun, jolloin astiasta (2) neulaan imetyt nestemååråt ovat keskimåårin pienemmåt kuin 25 neulasta astiaan suihkutetut nestemååråt.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå neulalla (3) suoritetaan ensin annostelu, jossa annosteltava neste puretaan neulasta astiaan (2), minkå 30 jålkeen astiassa oleva neste (1) sekoitetaan mainituin edestakaisin sekoitusliikkein.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå sekoituksessa edestakaisin liiku- 35 teltava nestemåårå on n. 0,1-5 % sekoitettavan neste-erån (1) kokonaistilavuudesta. 10

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel-må, tunnettu siitå, ettå edestakaisten sekoitusliikkeiden taajuus on n. 5-200 Hz, edullisesti n. 50 Hz.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel- må, tunnettu siitå, ettå sekoituksen kesto on n. 0,1-2 s, edullisesti n. 0,5 s.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel- 10 må, tunnettu siitå, ettå edestakaiset sekoitusliikkeet ai-kaansaadaan neulan (3) jatkeena olevaan, joustavaa ainetta olevaan johtoon (13) kohdistuvin toistuvin puristuksin, joiden vaikutuksesta johdon tilavuus muuttuu.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel- må, tunnettu siitå, ettå neulan (3) virtauskanava (5) ka-ventuu kartiomaisesti kulmassa n. 15-60° kohti kanavan pååsså olevaa aukkoa (6).

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel- må, tunnettu siitå, ettå purkautuva nestevirtaus suunnataan neulassa (3) ennen sen kårkeå (11) sijaitsevista, neulan sivuille suuntautuvista aukoista (6) kohti astian (2) si-vuseinåmiå (12). ti 91041 11