DE1950770A1 - Automatic reagent dispenser and sample - mixer - Google Patents

Abstract

Automatic reagent dispenser and sample mixer For precise dilution of blood samples with one or more reagents, each is contained in cylinder and piston dispenser (positive displacement pump) driven by a lead screw and drive nut type, linear actuator. The motor drives for these are stepping motors supplied by pulse counters each of which is fed from a central pulse generator via a control unit for timing the operations of the individual pump actuators.

Description

"Dilutor" Die Erfindung betrifft einen Dilutor zur Entnahme einer Probe und anschließender Vermischung mit mindestens einem Reagenz in einem definierten Mischungsverhältnis, bestehend aus einem oder mehreren Zylindern mit Kolben zum Dosieren der Probe und des oder der Reagenzien, Der einfachste bekannte Dilutor ist die in der Praxis weit verbreitete Blutmischpipette, bei der die Probe bis zu einer ersten Marke aufgesogen und dann durch Aufsaugen eines Reagenz bis zu einer zweiten Marke in einem definierten Verhältnis, z.B. 1 : 101, verdünnt wird. "Dilutor" The invention relates to a dilutor for taking a Sample and subsequent mixing with at least one reagent in a defined Mixing ratio, consisting of one or more cylinders with pistons for Dosing the sample and the reagent or reagents, the simplest known dilutor is the blood mixing pipette widely used in practice, with which the sample can be taken up to a first mark and then sucked up a reagent up to one second mark is diluted in a defined ratio, e.g. 1: 101.

Es sind bereits mechanische Geräte für diesen Verdünnungsprozeß bekannt, bei denen über eine einfache mechanische Vorrichtung medizinische oder Präzisions-Spritzen betätigt werden, deren Hubhöhe durch mechanische Rasten oder Anschläge verstellbar ist und deren Hubvolumen an einer an der spritze angebrachten Skala abgelesen werden kann. Der Nachteil dieser Geräte liegt hauptsächlich darin, daß eine Verstellung der gewünschten ilubvolumina außerordentlich umständjien ist, und daß sicir genaue Volumina, wegen der Ungenauigkeit zur spritzen und der aufgebrachten Skalene inte ilungen nur schwer erreichen lassen. Aus diesem Grunde ist eine Gewichtskontrolle zur. Ei'£eichung genauer Volumina unerläßlich.Mechanical devices for this dilution process are already known, medical or precision syringes using a simple mechanical device can be actuated, the lifting height of which can be adjusted by mechanical detents or stops and its stroke volume can be read on a scale attached to the syringe can. The disadvantage of these devices is mainly that an adjustment the desired volume is extremely cumbersome, and that it is accurate Volumes, because of the inaccuracy to inject and the applied scale inte difficult to reach. This is why there is a weight control to the. Calibration of exact volumes is essential.

Des weiteren sind bereits weitere verbesserte mechanische Geräte für diesen Verdünnungsprozeß bekannt geworden, deren Volumina und Volumenverhältnisse leicht und sicher gewählt werden können. Bei diesen Geräten erfolgt die Einstellung des - Hubvolumens durch definierte mechanische Hubbegrenzungen.Furthermore, other improved mechanical devices are already available for this dilution process became known, their volumes and volume ratios can be chosen easily and safely. The setting is made on these devices des - stroke volume through defined mechanical stroke limits.

Der Nachteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß eine Verstellung des Hubvolumens nur in verhältnismäßig großen Stufen erfolgen kann und die Einstellung ganz genau festliegender Volumina außerordentlich schwierig ist, da die Genauigkeit der Hubvolumina von der Genauigkeit der visuellen Ablesung der auf den Zylinderröhren angebrachten Graduierungen in Ubereinstirnmung mit der Kolbenvorderkante abhängt. Auch hier ist eine anschließende Überprüfung mittels einer Gewichtskontrolle- unerläßlich.The disadvantage of this configuration is that an adjustment of the stroke volume can only take place in relatively large steps and the setting very precisely fixed volumes is extremely difficult, since the accuracy of the stroke volumes on the accuracy of the visual reading on the cylinder tubes attached graduations in correspondence with the piston leading edge depends. Here, too, a subsequent check by means of a weight control is indispensable.

Schließlich sind bereits Dilutoren bekannt geworden, bei denen die Einstellung der Volumina über elektrische Endschalter erfolgt. Hier wirken sich jedoch Veränderbarkeit der Kontakte und Unterschiede im Nachlauf der Motoren durch Temperaturschwankungen und ähnliche Faktoren, welche durch Kurzzeit-oder Dauerbetrieb sowie durch Einwirkung unterschiedlicher Raumtemperaturen auftreten, sehr nachteilig auf die Genauigkeit der Volumina aus.After all, dilutors have already become known where the The volumes are set using electrical limit switches. Here work however changeability of the contacts and differences in the after-run of the motors Temperature fluctuations and similar factors caused by short-term or continuous operation as well as occur through the action of different room temperatures, very disadvantageous on the accuracy of the volumes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dilutor der eingangs dargestellten Art derart auszugestalten, daß bei einfachster Bedienbarkeit auch durch ungeübte Personal eine zuverlässige und praktisch stufenlose Einstellun-g von Volumina und Volumenverhältnissen ermUglichit wird.The invention is therefore based on the object of a dilutor To be configured at the outset in such a way that with the simplest operability Reliable and practically infinitely variable adjustment even by inexperienced staff of volumes and volume ratios is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der oder die Kolben über jeweils einen elektronisch gesteuerten stellmotor angetrieben wird bzw. werden, wobei vorteilhafterweise der oder die Kolben über jeweils einen impuisgesteuerten Schrittmotor angetrieben werden.This object is achieved in that the or the Piston is driven by an electronically controlled servomotor or are, advantageously, the piston or pistons each via a pulse-controlled Stepper motor are driven.

Diese Maßnahmen weisen den Vorteil auf, daß derartige Schr1Ltmotoren im Verglei-ch zu berkömmitetIen Motoren bei einer bestimmten Anzahl eingespeister Antriebsimpulse einen dieser Anzahl genau entsprechenden Gesamtdrehwinkel ausführen.These measures have the advantage that such rotary motors Compared to conventional motors with a certain one number fed in drive pulses have a total angle of rotation that exactly corresponds to this number carry out.

Vorteilhafterweise ist jeder Schrittmotor mit dem ihm zugeordneten Kolben über eine Gewindespindel mit Spindelmutter verbunden. Da derartige Gewindespindeln sehr genau,eingeschliffen werden können und da die Steigung dieser Gewindespindeln beliebig gewählt werden kann, ist im Zusammenhang mit den erfindungsgemäß verwendeten Schrittmotoren eine beliebig große Genauigkeit der Hubvolumina zu erreichen, da durch geeignete Wahl der Spindelsteigung und der Schrittmotoren das einem Antriebsimpuls zugeordnete Hubvolumen beliebig klein gewählt werden kann.Advantageously, each stepping motor is assigned to it Piston connected to spindle nut via a threaded spindle. Because such threaded spindles very accurate, can be ground in and because of the pitch of these threaded spindles can be chosen arbitrarily is in connection with those used according to the invention Stepper motors to achieve an arbitrarily large accuracy of the stroke volume, since through a suitable choice of the spindle pitch and the stepper motors the one drive pulse assigned stroke volume can be selected as small as desired.

Um das Gesamt-Hubvolumen eines jeden Kolbens in eine Vielzahl von äußerst kleinen Teilvolumina aufzuteilen, ist vorteilhafterweise jedem Schrittmotor ein seinerseits mit einem zentralen Impulsgenerator verbundener Impulszähler vorgeschaltet. Ein derartiger Impulszähler läßt nur die vorgewählte Anzahl von vom Impulsgeber kommenden Impulsen durch und schaltet dann ab, so daß der Kolben nur einen einer bestimmten Impulsanzahl entsprechenden Hub ausführt.To the total displacement of each piston into a variety of Dividing up extremely small partial volumes is advantageous for every stepper motor a pulse counter connected in turn to a central pulse generator is connected upstream. Such a pulse counter only allows the preselected number of pulses from the pulse generator impulses coming through and then switches off so that the piston only has one executes the stroke corresponding to a certain number of pulses.

Um die Hübe der einzelnen Kolben zeitlich aufeinander abzustimmen, ist eine zwischen den Impulsgenerator und die Impulszähler geschaltete Steuereinheit zum zeitlichen Steuern der Arbeitsvorgänge der Stellmotoren vorgesehen.In order to synchronize the strokes of the individual pistons with one another, is a control unit connected between the pulse generator and the pulse counters provided for timing the work processes of the servomotors.

Weitere Vorteile und Merkrnale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, in der eine schematische Übersicht über einen erfindungsgemäßen Dilutor dargestellt ist.Further advantages and features of the invention emerge from FIG Description of an exemplary embodiment with reference to the drawing, in which a schematic Overview of a dilutor according to the invention is shown.

Hinter ein Netzgerät 1, das die Netzspannung auf eine niedrigere Spannung transformiert und anschließend- gleichrichtet, ist ein Frequenzgenerator 2 geschaltet, der eine Frequenz von etwa 600 Hz auf eine sogenannte Ablauflo & 3 gibt. Diese Ablauflogik dient zur Steuerung der zeitlichen Reihenfolge der Arbeitsvorgänge der später noch zu erläuternden Stellmotoren. Hinter die Ablauflogik 3 sind Impulszähler 4a, 4b geschaltet, an denen jeweils unabhängig voneinander eine bestimmte Impulsanzahl vorgewählt werden kann, die von dem Impulszähler durchgelassen werden soll.Behind a power supply unit 1, the line voltage to a lower voltage transformed and then rectified, a frequency generator 2 is connected, which gives a frequency of about 600 Hz to a so-called flow loop & 3. These Flow logic is used to control the chronological order of the work processes the Servomotors to be explained later. Pulse counters are behind the sequence logic 3 4a, 4b connected, each of which has a specific number of pulses independently of one another can be preselected which should be allowed through by the pulse counter.

Die in den Impulszählern 4a, 4b eingestellte Impulszahl wird über Ansteuerplatten 5a, 5b auf Schrittmotoren 6a, 6b weitergegeben. Die Ansteuerplatten 5a, 5b verteilen die Impulse umlaufend auf die Pole der Schrittmotoren 6a, 6b je nach der gewünschten DrehrichtunAg.The number of pulses set in the pulse counters 4a, 4b is over Control plates 5a, 5b passed on to stepper motors 6a, 6b. The control plates 5a, 5b distribute the pulses circumferentially to the poles of the stepper motors 6a, 6b each according to the desired direction of rotation.

An den Wellenstümpfen der Schrittmotoren 6a, 6b sind genau mit Spindelmuttern 8a, 8b eingeschliffene Gewindespindeln 7a, 7b angeflanscht. Die Spindelmuttern 8a, 8b sind über Kolbenstangen 9a, 9b mit in Zylindern 13a, 13b geführten Kolben lOa, lOb verbunden.On the stub shafts of the stepper motors 6a, 6b are precisely with spindle nuts 8a, 8b ground-in threaded spindles 7a, 7b flanged on. The spindle nuts 8a, 8b are via piston rods 9a, 9b with pistons 10a, lOb connected.

Der als Probenzylinder ausgebildete Zylinder 13b ist an eine flexible Leitung 16 angeschlossen. Diese Leitung kann zum Ansaugen einer Probe in ein Probenentnahmegefäß 11 und zum Ausdrücken der Probe in ein Reaktionsgefäß 12 umgesetzt werden.The cylinder 13b, designed as a sample cylinder, is attached to a flexible one Line 16 connected. This line can be used to suck a sample into a sampling vessel 11 and transferred to a reaction vessel 12 to express the sample.

Der zum Ansaugen eines Reagenz dienende Zylinder 13a ist über ein steuerbares Magnetventil 14 einerseits mit einem Vorratsbehälter 15 für das Reagenz und andererseits mit der Leitung 16 verbunden. Das Magnetventil ist jeweils nur in einer Richtung geöffnet und in der anderen Richtung geschlossen, so daß je nach Stellung des Magnetventils nur die Verbindung mit dem Vorratsbehälter 15 oder mit der Leitung 16 hergestellt ist.The cylinder 13a, which is used to suck in a reagent, is via a controllable solenoid valve 14 on the one hand with a reservoir 15 for the reagent and on the other hand connected to the line 16. The solenoid valve is each only opened in one direction and closed in the other direction, so that depending on Position of the solenoid valve only the connection with the reservoir 15 or with the line 16 is established.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: In der Ausgangslage befindet sich der Kolben lOb in der oberen Hubstellung, während sich der Kolben lOa in der unteren Hubstellung befindet. Zuerst bewegt sich der Kolben lOb nach unten und saugt aus dem Probenentnahmegefäß 11 eine bestimmte Menge einer Probe in den Zylinder 13b. Der Hub des Kolbens lOb richtet sich nach dem Drehwinkel des Stellmotors 6b, der wiederum exakt von der auf dem Impuls zähler 4b vorgewählten Anzahl von Antriebsimpulsen abhängt. Anschließend wird die bewegliche Leitung 16, die in der Regel als Kanüle ausgebildet sein wird, in das Reaktionsgefäß 12 elngebracbt.The device according to the invention works as follows: In the starting position the piston lOb is in the upper stroke position, while the piston lOa is in the lower stroke position. First, the piston moves to lOb below and sucks a certain amount of a sample from the sampling vessel 11 into the cylinder 13b. The stroke of the piston lOb is directed after the Angle of rotation of the servomotor 6b, which in turn exactly depends on the counter on the pulse 4b depends on the preselected number of drive pulses. Then the movable Line 16, which is usually designed as a cannula, into the reaction vessel 12 cracked.

Anschließend bewegt sich der Kolben lOa um einen der dem Impulszähler 4a eingestellen Anzahl von Antriebsimpulsen entsprechenden Hubweg nach oben, wodurch zunächst die in der Kanüle befindliche Probenmenge ausgestoßen wird und das im Zylinder 13a befindliche Reagenz durch dieselbe Kanüle ebenfalls in das Reaktionsgefäß fließt, was gleichzeitig eine Spülung der Kanüle von der Probe bewirkt. Gleichzeitig mit der Aufwärtsbewegung des Kolbens lOa ist der Kolben lOb wieder in Arbeitastellung hochgefahren.The piston then moves around one of the pulse counters 4a set number of drive pulses corresponding stroke upwards, whereby First, the amount of sample in the cannula is expelled and that in the cylinder 13a also flows into the reaction vessel through the same cannula, which simultaneously rinses the cannula from the sample. At the same time with the upward movement of the piston 10a, the piston 10b is again in the working position booted.

Anschließend schaltet das Magnetventil 14 aus der in der Zeichnung dargestellten Stellung um, so daß der Zylinder 13a mit dem Vorratsbehälter 15 für das Reagenz verbundenwird. Danach fährt der Kolben iOa um eine der auf dem Impulszähler 4a eingestellten Anzahl von Antriebsimpulsen entsprechende Hubstrecke nach unten und saugt hierbei ein entsprechendes Volumen Reagenz an. Der erfindungsgemäße Dilutor ist nunmehr für den nächsten Arbeitsakt einsatzfähig.Then the solenoid valve 14 switches off in the drawing position shown so that the cylinder 13 a with the reservoir 15 for the reagent is connected. Then the piston travels OK to one of the on the pulse counter 4a set number of drive pulses corresponding stroke distance downwards and draws in a corresponding volume of reagent. The dilutor according to the invention is now ready for the next work act.

Da der erfindungsgemäße Dilutor außer den Gewindespindeln7a, 7b,den Kolben lOa, lOb und dem Magnetventil 14 keine weiteren beweglichen Teile aufweist, ist er absolut wartungsfrei und kaum störanfällig. Die gewünschten Volumina werden an den Impulszählern 4a, 4b digital eingestellt und können demzufolge auch digital abgelesen werden.Since the dilutor according to the invention in addition to the threaded spindles 7a, 7b, the Pistons lOa, lOb and the solenoid valve 14 have no further moving parts, it is absolutely maintenance-free and hardly prone to failure. The desired volumes will be digitally set on the pulse counters 4a, 4b and can therefore also be digital can be read.

Anstelle eines Zylinders lDa für ein Reagenz können auch mehrere derartige Zylinder, die üb-er entsprechende Schrittmotore betätige werden, parallel geschaltet werden, so daß eine Probe mit mehreren Reagenzien in genau definierten Mischungverhältnissen versetzt werden kann.Instead of one cylinder 1Da for a reagent, several such cylinders can also be used Cylinders that are actuated by appropriate stepper motors are connected in parallel so that a sample with several reagents in precisely defined mixing ratios can be moved.

-Ansprüche - -Expectations -

Claims (5)

Ansprüche 1. Dilutor zur Entnahme einer Probe und anschlieBenden Vermischung mit mindestens einem Reagenz in einem definierten Mischungsverhältnis, bestehend aus einem oder mehreren Zylindern mit Kolben zum Dosieren der Probe und des oder der Reagenzien, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kolben (lOa,lOb) über jeweils einen elektronisch gesteuerten Stellmotor (6a,6b) angetrieben wird bzw. werden. Claims 1. Dilutor for taking a sample and then Mixing with at least one reagent in a defined mixing ratio, consisting of one or more cylinders with pistons for dosing the sample and of the reagent or reagents, characterized in that the piston or pistons (10a, 10b) is driven by an electronically controlled servomotor (6a, 6b) or become. 2. Dilutor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der oder die Kolben (lOa,lOb) über jeweils einen impulsgesteuerten Schrittmotor (6a, 6b) angetrieben wird bzw. werden. 2. Dilutor according to claim 1, characterized. that the or the pistons (lOa, lOb) each have a pulse-controlled stepper motor (6a, 6b) is or are driven. 3. Dilutor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schrittmotor (6a,6b) mit dem ihm zugeordneten Kolben (lOa, 10b) über eine Gewindespindel (7a,7b) mit Spindelmutter (&a,8b) verbunden ist. 3. Dilutor according to claim 1 or 2, characterized in that each Stepping motor (6a, 6b) with the piston (10a, 10b) assigned to it via a threaded spindle (7a, 7b) is connected to spindle nut (& a, 8b). 4. Dilutor nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnest, daß jedem Schrittmotor (6a,6b) ein seinerseits mit einem zentralen Impulsgenerator (2) verbundener Impulszähler (4a,4b) vorgeschaltet ist. 4. Dilutor according to one of claims 1 - 3, characterized in that that each stepping motor (6a, 6b) one in turn with a central pulse generator (2) connected pulse counter (4a, 4b) is connected upstream. 5. Dilutor nach einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet durch eine zwischen den Impulsgenerator (2) und die impulszähler (4a, 4b) geschaltete Steuereinheit (3) zum seitlichen Steuern der Arbeitsvorgänge der Stellmotoren (6a, 6b). 5. Dilutor according to one of claims 1-4, characterized by a between the pulse generator (2) and the pulse counter (4a, 4b) connected control unit (3) for lateral control of the operations of the servomotors (6a, 6b).