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Die
Erfindung betrifft einen Rüssel,
insbesondere einen Saugrüssel
zur Entnahme und/oder Zufuhr einer Flüssigkeit, insbesondere zur
Verwendung auf dem Gebiet der Mikrofluidik, vorzugsweise in der
Mikrofluid-Analysentechnik, mit einem langgestreckten ersten Röhrchen,
das einen ersten Kanal zum Entnehmen und/oder zum Zuführen der
Flüssigkeit
umfasst, der im Bereich eines freien Endes des Rüssels nach außen offen
ist, und mit einem zweiten Röhrchen,
das einen zweiten Kanal zum Entnehmen und/oder zum Zuführen der
Flüssigkeit
umfasst, der längs
des ersten Kanals angeordnet ist und der ebenfalls im Bereich des
freien Endes des Rüssels
nach außen
offen ist.
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Bei
Anwendungen auf dem Gebiet der Mikrofluid-Analysentechnik müssen kleine
bis kleinste Flüssigkeitsmengen
von Proben und/oder Reagenzien den gewünschten Applikationsstellen,
beispielsweise Miniaturbehältern,
wie sogenannte „Wells", von Mikrotiterplatten
und/oder Mikrofluidchips zugeführt
oder von dort entnommen werden. Zu diesem Zwecke werden die Flüssigkeiten üblicherweise
mithilfe einer Pumpe zugeführt
und/oder abgesaugt. Hierzu können
Applikationsrüssel
bzw. Saugrüssel dienen,
die mithilfe geeigneter Handlingvorrichtungen manipulierbar sind,
um einen Transport der zu applizierenden bzw. abzusaugenden Flüssigkeiten von
größeren Behältern zu
den Miniaturbehältern und/oder
umgekehrt realisieren zu können.
Derartige Rüssel
werden üblicherweise
in Form von Nadeln mit einem vergleichsweise großen Innenquerschnitt eingesetzt,
die von oben in die Miniaturbehälter
eingeführt
werden müssen.
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Um
eine Kontamination bzw. Vermischung der abzusaugenden Flüssigkeiten
einerseits und der zuzuführenden
Flüssigkeiten
andererseits zu vermeiden, können
zwei Nadeln bzw. Röhrchen
vorgesehen sein. Dann kann man mit Hilfe einer der Nadeln eine erste
Flüssigkeit
zuführen
und mithilfe der anderen Nadeln eine zweite Flüssigkeit absaugen.
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Das
Zuführen
und/oder Absaugen der Flüssigkeiten
muss im Zuge eines Automatisierungsvorganges bei vergleichsweise
großen
Volumenströmen und
bei einem zugleich möglichst
geringen Druckabfall erfolgen. Zu diesem Zwecke weisen die bekannten
Nadeln einen vergleichsweise großen Innenquerschnitt auf. Dann
kann es jedoch beim Absaugen der Flüssigkeiten aus den Miniaturbehältern, auch
bedingt durch parallel eingesaugte Luft, zu einem Zurückbleiben
von Flüssigkeit
in der Absaugnadel kommen, die spätestens beim Abschalten der
Vakuumpumpe aus dem Rüssel
abtropfen kann. Weil dies spontan, d. h. zu einem unvorhersehbaren
Zeitpunkt geschieht, können
ein oder mehrere Flüssigkeitstropfen
unkontrolliert abtropfen, was nicht akzeptabel ist.
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Aus
US-A-5,665,312 ist ein Blutanalysesystem bekannt, die eine wendelförmige Kanalgestaltung
zum Entnehmen und/oder Zuführen
von Flüssigkeiten
aufweist. US-A-5,315,886 zeigt eine Vorrichtung zur Entnahme von
Flüssigkeiten,
die ebenfalls eine wendelförmige
Kanalgestaltung zum Entnehmen und/oder Zuführen von Flüssigkeiten aufweist.
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EP-B1-0188265
beschreibt ein Verfahren zum Ansaugen von Flüssigkeiten aus einem Behälter und
einen Rüssel
gemäß dem Oberbegriff
zu Anspruch 1.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Rüssel zur Entnahme und/oder
Zufuhr einer Flüssigkeit
zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Rüssel
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, insbesondere dadurch, dass
der zweite Kanal wendelförmig
gestaltet ist.
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Bei
der Erfindung geht es also darum, durch Schaffung eines schraubenlinienförmigen bzw.
helixförmigen
zweiten Kanals, vorzugsweise zum Absaugen von Flüssigkeiten, die Strömungsgeschwindigkeit
in diesem Kanal zu erhöhen,
so dass es zu einem nunmehr seriellen Transport von Flüssigkeit
und Luft in diesem Kanal kommt, wobei die eingesaugte Luft die Flüssigkeit
quasi „mitnimmt". Außerdem wird durch
die in einem bestimmten Steigungswinkel schräg zur vertikalen Längsachse
des Rüssels
bzw. des ersten Röhrchens
geneigt angeordneten Kanalteile des wendelförmigen zweiten Kanals das Abtropfen
von Flüssigkeit
nach unten behindert.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen bleibt
also weniger oder gar keine Flüssigkeit
mehr in dem Absaugrüssel,
hier dem zweiten Kanal, zurück, und eventuell
darin noch vorhandene Flüssigkeitsreste
sind über
eine vergleichsweise große
Oberfläche
verteilt, zu der eine Affinität
der Flüssigkeit
besteht. Auf diese Weise kann das Problem der Tropfenbildung und
des unkontrollierten Abtropfens der Flüssigkeitstropfen vermieden
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsvariante
kann vorgesehen sein, dass der zweite Kanal den ersten Kanal wendelförmig umschlingt.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ferner
vorgesehen sein, dass das erste Röhrchen in dem zweiten Röhrchen unter
Ausbildung eines langgestreckten und sich längs des ersten Röhrchens
erstreckenden Ringspaltes angeordnet ist, in dem eine sich längs des
ersten Röhrchens
und längs
des zweiten Röhrchens
erstreckende Wendel ausgebildet ist, die das erste Röhrchen wendelförmig umschlingt.
Ein derart gestalteter Rüssel
lässt sich
besonders einfach und kostengünstig
herstellen und führt
zu einer weiteren Verbesserung des Abtropfverhaltens. Vorzugsweise wird
die Flüssigkeit
durch das erste Röhrchen
zugeführt
und durch das zweite Röhrchen
entnommen bzw. abgesaugt. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die
Wendel als eine vorzugsweise federelastisch zusammendrückbare und/oder
auseinanderziehbare Schraubenfeder gestaltet ist. Neben den vorgenannten
Vorteilen lässt
sich dadurch eine besonders einfache, schnelle und sichere Reinigung
der flüssigkeitsführenden
Teile des Rüssels
erreichen. Bei der Schraubenfeder handelt es sich also vorzugsweise um
ein vor der Montage des Rüssels
separat handhabbares Element.
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Es
ist ferner zweckmäßig, wenn
die Schraubenfeder einen Außendurchmesser
aufweist, der geringfügig
kleiner ist als der Innendurchmesser des zweiten Röhrchens
und wenn die Schraubenfeder einen Innendurchmesser aufweist, der
geringfügig
größer ist
als der Außendurchmesser
des ersten Röhrchens,
wenn also vorzugsweise die Schraubenfeder eine im Wesentlichen der
Breite des Ringspalts entsprechende Dicke aufweist bzw. den Ringspalt
im Wesentlichen ausfüllt.
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Die
Tendenz eines unkontrollierten Abtropfens wird bei Verwendung einer
Schraubenfeder weiter reduziert, wenn diese mit einer in Richtung
längs des
ersten Röhrchens
wirkenden Vorspannung angeordnet ist, insbesondere wenn die Schraubenfeder im
Bereich ihrer beiden Enden an fest mit dem ersten Röhrchen und/oder
mit dem zweiten Röhrchen
verbundenen Anlagegliedern unter Ausübung von Druckkräften anliegt.
Dabei ist das Anlageglied im Bereich des freien Endes des Rüssels vorzugsweise fest
mit dem zweiten Röhrchen
verbunden.
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Für eine Anwendung
zum Befüllen
und/oder zum Entleeren von sogenannten „Wells" kann es besonders vorteilhaft sein,
wenn das erste Röhrchen längs des
zweiten Röhrchens
verschiebbar ist derart, dass das erste Röhrchen von einer ersten Position, bei
der es aus dem nach außen
offenen Ende des zweiten Röhrchens
herausragt, in eine zweite Position überführbar ist, in der das freie
Ende des ersten Röhrchens
etwa auf der Höhe
des freien Endes des zweiten Röhrchens
angeordnet ist, und umgekehrt, insbesondere wenn das erste Röhrchen aus
einem flexiblem Werkstoff, beispielsweise aus Teflon besteht, und
wenn das zweite Röhrchen
aus einem demgegenüber
steiferen Werkstoff, beispielsweise aus Edelstahl besteht, so dass
bei Ausübung
von Druckkräften
auf das freie Ende des ersten Röhrchens
eine elastische Längsverschiebung
des freien Endes des ersten Röhrchens
in Richtung auf das freie Ende des zweiten Röhrchens bewirkt wird. Dann kann
die Flüssigkeit
aus den relativ flachen „Wells" vollständig mithilfe
des zweiten Röhrchens
abgesaugt werden, dessen Kanalöffnung
dann bei nach innen geschobenem ersten Röhrchen nahe dem Boden des jeweiligen „Wells" angeordnet ist.
Andererseits kann das elastisch „ausgefahrene" erste Röhrchen außer zum
Zuführen
von Flüssigkeit
auch zum Absaugen von Flüssigkeit
eingesetzt werden, beispielsweise wenn es um ein zusätzliches
Absaugen von Flüssigkeit
aus einer Öffnung
bzw. Loch in dem „Well" geht. Daran anschließend muss
jedoch der Rüssel
einem Reinigungsprozess unterzogen werden.
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Entsprechend
einer bevorzugten Verwendung des erfindungsgemäßen Rüssels auf dem Gebiet der Mikrofluidik
und/oder zur Gewährleistung
der gewünschten Funktion
ist es ferner vorteilhaft, wenn die Breite des Ringspaltes kleiner
als 2 mm ist und/oder wenn der Innendurchmesser des ersten Röhrchens
kleiner als 8 mm ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Gesichtspunkte der Erfindung gehen aus dem
nachfolgenden Beschreibungsteil hervor, in dem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben wird.
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Es
zeigen:
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1 eine
dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Rüssels im Teilschnitt mit einem
an dem Rüssel
befestigten Anschlusskörper zum
Anschließen
von Anschlussleitungen;
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2 eine
erste Draufsicht auf den Rüssel gemäß 1;
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3 eine
gegenüber
der Ansicht in 2 um 90 Grad nach links gedrehte
Draufsicht auf den Rüssel
gemäß 2;
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4 einen
Längsschnitt
durch den Rüssel gemäß 2 entlang
den Schnittlinien 4-4;
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5 einen
Querschnitt durch den Rüssel gemäß 3 entlang
den Schnittlinien 5-5;
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6 einen
Querschnitt durch den Rüssel gemäß 2 entlang
den Schnittlinien 6-6;
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7 einen
stark vergrößerten Längsquerschnitt
durch den Rüssel
im Bereich des Anschlusskörpers;
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8 einen
stark vergrößerten Längsquerschnitt
durch den Rüssel
im Bereich dessen freien Endes.
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Der
Rüssel 20 umfasst
als wesentliche Teile ein erstes Röhrchen 21, ein zweites
Röhrchen 24,
ein am freien Ende 23 des Rüssels 20 angeordnetes
Anlageglied 37 und einen am gegenüber liegenden Ende des Rüssels 20 befestigten
Anschlusskörper 43.
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Das
erste langgestreckte Röhrchen 21 ist hier
als Schlauch 50, vorzugsweise aus Teflon, gestaltet. Das
erste Röhrchen 21 umfasst
einen langgestreckten ersten Kanal 22 zum Entnehmen und/oder zum
Zuführen
einer Flüssigkeit,
der im Bereich des freien Endes 23 des Rüssels 20,
also am freien Ende 28 des ersten Röhrchens 21, nach außen offen
ist. An dem von dem freien Ende 28 wegweisenden Ende des
ersten Röhrchens 21 ist
ein sich radial zur Längsachse 46 etwa
senkrecht erstreckender Ringflansch 47 angeordnet (7),
der zur Befestigung und Abdichtung des ersten Röhrchens 21 gegenüber einem
nicht näher
gezeigten Einschraubstutzen mit Außengewinde dient, der in ein
Innengewinde des zentralen Anschlussstutzens 44 einschraubbar
ist. Das erste Röhrchen 21 weist
einen Innendurchmesser 35 auf, der beispielsweise 0,7 mm
beträgt
und weist einen Außendurchmesser 34 auf,
der beispielsweise 1,2 mm beträgt.
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Das
erste Röhrchen 21 ist
in einem zweiten Röhrchen 24 unter
Ausbildung eines Ringspalts 26 angeordnet. Das äußere langgestreckte
Röhrchen 24 besteht
vorzugsweise aus Edelstahl und weist einen Außendurchmesser 58 auf,
der beispielsweise 2,8 mm beträgt
und weist einen Innendurchmesser 33 auf, der beispielsweise
2,15 mm beträgt.
Das erste Röhrchen 21 ist
etwa koaxial zu dem zweiten Röhrchen 24 mit
geringem Radialspiel angeordnet. Der zwischen dem ersten Röhrchen 21 und
dem zweiten Röhrchen 24 ausgebildete
Ringspalt 26 weist eine Breite 42 auf, welche
etwa der Hälfte
der Differenz des Innendurchmessers 33 des zweiten Röhrchens 24 und
dem Außendurchmesser 34 des ersten
Röhrchens 21 entspricht.
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In
dem Ringspalt 26 ist eine auch als Wendel 27 bezeichnete
Schraubenfeder 30 angeordnet, welche eine bestimmte Gangsteigung
aufweist, so dass die jeweiligen Wendelteile in einem der Steigung
der Wendel entsprechenden Winkel relativ zur Längsachse 46 angeordnet
sind. Der Außendurchmesser 31 der
Schraubenfeder 30 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser 33 des
zweiten Röhrchens, und
der Innendurchmesser 32 der Schraubenfeder 30 ist
geringfügig
größer als
der Außendurchmesser 34 des
ersten Röhrchens 21,
so dass die Schraubenfeder 30 mit geringem Spiel zu dem
ersten Röhrchen 21 und
dem zweiten Röhrchen 24 gelagert
ist. Auf diese Weise kann die Schraubenfeder 30 in einfacher Weise
vom freien Ende 23 des Rüssels 20 her über das
erste Röhrchen 21 und
in das zweite Röhrchen 24 eingesteckt
und auf diese Weise montiert werden. Ferner kann auf diese Weise
die Schraubenfeder 30, wie nachfolgend beschrieben, vorgespannt
werden, so dass die mit Doppelpfeil 36 (7)
angedeuteten Druckkräfte
wirken können.
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Bedingt
durch die Anordnung und Gestaltung der Schraubenfeder 30 ergibt
sich in dem Raum zwischen dem ersten Röhrchen 21 und dem
zweiten Röhrchen 24 ein
wendelförmiger
bzw. helixförmiger zweiter
Kanal 25, der vorzugsweise zum Entnehmen bzw. Absaugen
einer Flüssigkeit
im Bereich des freien Endes 23 des Rüssels verwendet wird, der jedoch auch
zum Zuführen
von Flüssigkeit
verwendet werden kann.
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An
dem vorderen freien Ende 29 des zweiten Röhrchens 24 ist
ein hülsenförmiges Anlageglied 37 angeordnet,
das in den Ringspalt 26 teilweise hineingesteckt ist und
dort mit dem zweiten Röhrchen 24 beispielsweise
verklebt ist. Das zweite Röhrchen 24 weist
an seinem freien Ende 29 hier vier sich in Längsrichtung
des Rüssels 20 erstreckende
Zungen 48 auf, deren Innendurchmesser dem Innendurchmesser 33 des
zweiten Röhrchens 21 entspricht
und deren Außendurchmesser
hier geringfügig
kleiner ist als der Außendurchmesser 58 des
zweiten Röhrchens 54.
Diese Zungen 48 sind einstückig mit dem zweiten Röhrchen 24 verbunden.
Diese Zungen 48 dienen dazu, eine elastische Abfederung
von seitlich wirkenden Kräften
zu ermöglichen,
so dass es in diesem Bereich nicht zu einer Beschädigung des
vorzugsweise als Schlauch 50 aus Teflon gestalteten ersten
Röhrchens 21 kommen
kann.
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Das
Anlageglied 37 verbreitert sich an seinem freien Ende 28 zu
einem sich radial nach außen erstreckenden
Ringflansch 53, der zur Auflage und Abstützung des
freien Endes 28 des ersten Röhrchens 21 an einer
Applikationsstelle, vorzugsweise an einer Absaugstelle dient. An
seinem anderen Ende weist das Anlageglied 37 eine ringförmige Anlage
für das
sich dort abstützende
eine Ende der Schraubenfeder 30 auf. Das hülsenförmige Anlageglied 37 weist
einen Innendurchmesser 55 auf, der größer ist als der Außendurchmesser 34 des
ersten Röhrchens 21,
so dass im Bereich des Anlagegliedes 37 ein Ringspalt 59 mit
einer Ringbreite 42 ausgebildet ist. Die Breite 42 des
Ringspalts 59 ist folglich kleiner als die Breite 60 des
Ringspaltes 26, wobei der Ringspalt 59 in den
Ringspalt 26 und damit auch in den wendelförmigen zweiten
Kanal 25 mündet.
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Im
Bereich des von dem freien Ende 23 des Rüssels 20 wegweisenden
Endes des Rüssels 20 weist
dieser einen Anschlusskörper 43 auf,
der fest mit dem zweiten Röhrchen 24,
vorzugsweise durch Verkleben, verbunden ist. Hierzu weist der Anschlusskörper 43 eine
zylindrische Bohrung 61 auf, in die das zweite Röhrchen 24 hineinsteckbar
ist. In der Bohrung 61 ist ein hülsenartiges Anlageglied 38 eingesteckt,
das einerseits an einer Stufe 63 anliegt, welche sich ausgehend
von der Innenwand der Bohrung 61 radial nach innen erstreckt
und nach innen durch eine Durchgangsbohrung begrenzt ist, durch die
das erste Röhrchen 21 hindurchgesteckt
ist. An dem von der Stufe 63 wegweisenden Ende des Anlagegliedes 38 liegt
das zweite Röhrchen 24 mit
seinem anschlussseitigen Ende 62 an. Das hülsenartige Anlageglied 38 weist
einen Innendurchmesser auf, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser 33 des
zweiten Röhrchens 24,
so dass eine Anlagestufe für
die Druckfeder 30 ausgebildet ist. Zwischen dem Anlageglied 38 und
dem sich längs
desselben hindurch erstreckenden ersten Röhrchen 21 ist eine Ringkammer 51 ausgebildet,
deren Ringbreite kleiner ist als die Breite 60 des Ringspaltes 26.
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Etwa
senkrecht zur Längsachse 46 des
Rüssels 20 ist
ein Kanal 52 eines seitlichen Anschlussstutzens 45 angeordnet,
der in die Ringkammer 51 mündet, die wiederum in den Ringspalt 26 und
damit in den wendelförmigen
zweiten Kanal 25 mündet.
Der Anschlussstutzen 45 ist mit einem Außengewinde versehen,
das in ein hierzu passendes Innengewinde des Anschlussstutzens 44 einschraubbar
ist. Der Anschlussstutzen 45 weist an seinem freien Ende
einen Schlauchstutzen 49 zum Anschluss eines nicht näher gezeigten
Anschlussschlauches auf, der auf den Schlauchstutzen 49 aufsteckbar
ist.
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In
der aus den 1 bis 4 sowie 8 gezeigten
Entlastungsstellung (erste Position 40) ragt das freie
Ende 28 des ersten Röhrchens 21 um einen
Abstand 56 von beispielsweise 1 mm über das vordere Anlageglied 37 bzw. über das
freie Ende des zweiten Röhrchens 24 hinaus.
Bedingt durch die Flexibilität
und Elastizität
des gewählten
Werkstoffes des ersten Röhrchens 21 und
in Verbindung mit einem geringen Spiel zwischen dem ersten Röhrchen 21 und
dem vorderen Anlageglied 37 einerseits und dem ersten Röhrchen 21,
der Schraubenfeder 30 und dem zweiten Röhrchen 24 andererseits,
lässt sich das
freie Ende 28 des ersten Röhrchens 21 bei Beaufschlagung
mit einer Druckkraft 41 (2) in Richtung
dieser Druckkraft 41 unter gleichzeitiger Vergrößerung der
elastischen Rückstellkräfte des
ersten Röhrchens 21 zurückschieben,
zumindest bis in eine zweite Position, in der das freie Ende 28 des
ersten Röhrchens
etwa mit dem freien Ende 29 des zweiten Röhrchens 24 bzw.
des vorderen Anlagegliedes 37 fluchtet. Dadurch kann die
vordere Ringfläche
des Ringflansches 53 des Anlagegliedes 37 bis
unmittelbar in die Nähe
einer gewünschten
Absaugoberfläche
gebracht werden, so dass bei einem Absaugen von Flüssigkeit
durch den zweiten Kanal 25 ein vollständiges Absaugen bzw. Entleeren
der Flüssigkeit in
diesem Bereich ermöglicht
ist.
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In
der Entlastungsstellung des ersten Röhrchens 21, in dem
dieses über
das freie Ende 29 des zweiten Röhrchens 24 hinausragt,
ist es auch möglich,
das erste Röhrchen 21 zum
Absaugen einer Flüssigkeit,
beispielsweise aus einer Öffnung
oder aus einem Loch zu verwenden, dessen bzw. deren Innengeometrie
nur geringfügig
größer ist
als der Außendurchmesser
des ersten Röhrchens 21,
jedoch kleiner ist als der Außendurchmesser
des Ringflansches 53 des zweiten Röhrchens 24. Auf diese
Weise können
also mit dem Rüssel 20 auch
noch Flüssigkeiten
in kleinsten Öffnungen
wirksam abgesaugt werden.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung nicht nur auf einen Rüssel mit
nur einem ersten Röhrchen 21 und
einem zweiten Röhrchen 24 in
Verbindung mit einem einzigen zwischenliegenden, wendelförmigen Kanal 25 beschränkt ist,
sondern dass auch mehrere ineinander bzw. nebeneinander geschachtelte
Röhrchen
und/oder wendelförmige
Kanäle
bzw. Schraubenfedern möglich
sind.
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- 20
- Rüssel
- 21
- erstes
Röhrchen
- 22
- erster
Kanal
- 23
- freies
Ende von 20
- 24
- zweites
Röhrchen
- 25
- zweiter
Kanal
- 26
- Ringspalt
- 27
- Wendel
- 28
- freies
Ende von 21
- 29
- freies
Ende von 24
- 30
- Schraubenfeder
- 31
- Außendurchmesser
von 30
- 32
- Innendurchmesser
von 30
- 33
- Innendurchmesser
von 24
- 34
- Außendurchmesser
von 21
- 35
- Innendurchmesser
von 21
- 36
- Doppelpfeil
- 37
- Anlageglied
- 38
- Anlageglied
- 39
- Doppelpfeil
- 40
- erste
Position
- 41
- Druckkraft
- 42
- Breite
von 59
- 43
- Anschlusskörper
- 44
- Anschlussstutzen
- 45
- Anschlussstutzen
- 46
- Längsachse
von 20
- 47
- Ringflansch
von 21
- 48
- Zunge
- 49
- Schlauchstutzen
- 50
- Schlauch
- 51
- Ringkammer
- 52
- Kanal
- 53
- Ringflansch
- 54
- Betätigungsende
- 55
- Innendurchmesser
von 37
- 56
- Abstand
- 57
- Längsachse
von 52
- 58
- Außendurchmesser
von 24
- 59
- Ringspalt
- 60
- Breite
von 26
- 61
- Bohrung
- 62
- Anschlussseitiges
Ende von 24
- 63
- Stufe