DE2545777A1

DE2545777A1 - Vorrichtung und verfahren zum verteilen von fluessigkeit

Info

Publication number: DE2545777A1
Application number: DE19752545777
Authority: DE
Inventors: John Ernest Foster Holley
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Radiometer Corporate Development Ltd
Priority date: 1974-10-14
Filing date: 1975-10-13
Publication date: 1976-04-15
Also published as: FR2288305A1; JPS5944577B2; IT1043307B; FR2288305B1; JPS5185779A; US4085780A; GB1520745A; DE2545777C2

Description

DH. ING. DIFu. PHYS. H. STURIES 2545777

PATENTANWÄLTE _n

DIPL. ING. P. EICHLER

56 WUPPERTAL 2, BRAHMSSTRASSE 29

Unilever N.V.

Burgemeester s^Jacobsplein 1, Rotterdam, Holland

"Vorrichtung und Verfahren zum Verteilen von Flüssigkeit"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verteilen von Flüssigkeit in Gefäße eines Gefäßbatterie-Halters .

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für die Verteilung sehr kleinen Mengen oder Tröpfchen von Flüssigkeit, z.B. antibiotischer Flüssigkeiten, in Gefäße einer Versuchs-Gefäßbatterie, die für die Analyse minimaler inhibitorischer Konzentration mikrobiologischer Subjekte bestimmt ist.

Solche Gefäßbatterien haben z.B. zwölf Reihen, deren jede acht Gefäße enthält, und die vorbereitet werden, indem in die Gefäße aufeinanderfolgender Reihen antibiotische Flüssigkeit von stufenweise abnehmenden Konzentrationen zugefügt wird, so daß der inhibitorische Effekt der abgestuften Konzentrationen beobachtet werden kann, nachdem jedem Gefäß Tropfen einer Kultur zugefügt wurden. Die Vorbereitung der Gefäße für diesen Zweck erfolgt gegenwärtig mittels eines langsamen und teuren Verfahrens, bei dem antibiotische Flüssigkeit stufenweise für die Zugabe in aufeinerfol-

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gende Reihen von Gefäßen einer Gefäßbatterie verdünnt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen die Verteilung der Flüssigkeit in die Gefäße einer Gefäßbatterie bzw. eines Gefäßbatterie-Halters schnell und wenig aufwendig möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Verteilen von Flüssigkeit in Gefäße eines Gefäßbatterie-Halters gelöst, mit einer Anordnung von Düsen, die jeweils an eine Pumpe einer Anordnung von Pumpen angeschlossen sind, welche ihrerseits jeweils eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge einer Flüssigkeitsquelle zu liefern vermögen, und mit einem Träger für den Gefäßbatterie-Halter und Mitteln zur Relativbewegung der Düsenanordnung und des Trägers zwischen einer ersten Stellung zum Be- und Entladen des Halters mit Gefäßen und einer zweiten Stellung, in der jedes Gefäß im Halter zur Aufnahme der vorbestimmten Flüssigkeitsmenge von einer entsprechenden der Düsen angeordnet ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verteilen von Flüssigkeit in Gefäße eines Gefäßbatterie-Halters gelöst, bei dem der Halter und eine Anordnung von Düsen aus einer ersten Stellung zum Beladen des Halters mit den Gefäßen relativ zueinander in eine zweite Stellung bewegt werden, in der jede Düse mit einer anderen der Düsen aufgereiht angeordnet und eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge von einer Pumpe einer Anordnung von Pumpen einer der Düsen zur Aufnahme durch ein dieser Düse zugeordnetes Gefäß zugeliefert wird, und bei dem der Halter und die Düsenanordnung relativ zueinander in die erste Stellung zum Entladen des Halters bewegt werden.

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Die Erfindung wird in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Vorderansicht der Vorrichtung in schematischer Darstellung und

Fig. 2 einen Teil der Pumpe, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthalten, ist in schematischer Darstellung.

Die abgebildete Vorrichtung 10 enthält einen Rahmen 11, der oben eine Halterung 12 zum Tragen von zwölf Reihen mit je acht röhrenförmigen Behältern 14 aufweist. Die Behälter 14 können z.B. fünfzig Milliliter Flüssigkeit aufnehmen. Jeder der Behälter 14 hat einen Auslaßverbinder 16 an seinem unteren Ende. Die Auslaßverbinder sind zum Anbringen an Ableitungen 18 ausgelegt, die aus reaktionsfreien Gummi-, Kunststoff- oder Metallröhren bestehen. Die unteren Enden der Ableitungen 18 sind mit einer Anordnung von sechundneunzig Pumpen 21 verbunden. Die Pumpen 21 sind vorzugsweise peristaltisch, also Schlauchpumpen, von denen jede eine bestimmte Länge eines zusammendrückbaren Schlauches aufweist, in den die Flüssigkeit eingeführt wird. Dem Schlauch sind Mittel zum Unterteilen seines Inhalts in aufeinanderfolgend gleiche Längen zugeordnet, und die Mittel drücken jedes abgeteilte Flüssigkeitsvolumen diskret aus dem Auslaßende des Schlauches.

Gemäß Figur 2 enthält jede Pumpe 21 drei Rollen 29, die von einem auf einer drehbaren Welle 27 vorgesehenen Käfig 28 frei drehbar getragen werden. Im Bedarfsfall können zwei oder mehr als drei Rollen vorgesehen werden. Die Rollenachsen 24 sind parallel und in gleichen radialen Abständen von der Drehachse 26 der-Welle und gleichwinkelig zueinander angeordnet. Der zusammen-

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drückbare Schlauch 22 erstreckt sich über ein Segment des Außenumfangs des Gehäuses 20 zum Eingriff mit den Rollen 29. Ein bogenförmiges Widerlager 31 mit einer Innenfläche von im wesentlichen demselben Durchmesser wie die äußere kreisförmige Umhüllende der Bewegungsbahn der Rollen 29 ist zum Abstützen des zusammendrückbaren Schlauches 22 gegen den Druck der Rollen vorgesehen, von denen wenigstens zwei jederzeit innerhalb des Bereichs des Widerlagers 31 sind.

Die Rollen 29 müssen den Schlauch 22 genügend zusammendrücken/ um jeden Durchfluß von Flüssigkeit durch den Schlauch zu verhindern, ohne jedoch den Schlauch abzuquetschen. Das ist eine kritische Bedingung, weswegen Einstellmittel zum Einstellen des Drucks des Widerlagers 31 auf den Schlauch vorgesehen sind. Die Einstellmittel enthalten zweckmäßigerweise eine Feder 36, die das Widerlager 31 gegen die Rollen drückt, wobei der Federdruck selektiv einstellbar ist. Es ist auch notwendig, den Schlauch von Druck des Widerlagers befreien zu können, so daß die Vorrichtung z.B. in einem Autoklaven sterilisiert werden kann. Vorteilhafterweise sind weitere Einstellmittel vorgesehen', wobei die ersten und zweiten Einstellmittel entsprechende Grob- und Feineinstellung zu leisten vermögen. Das Widerlager 31 wird von einem Stempel getragen, dessen Mittelachse die Drehachse 26 unterteilt. Der Stempel 32 ragt vom Widerlager 31 durch eine zentrisch angeordnete Gewindebohrung eines von Hand drehbaren Einstellrades 34 nach außen, welches in einem Teil des Rahmens 11 gegen wesentliche axsiale Bewegung gelagert ist. Die Druckfeder 36 ist zwischen einer

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Anlagefläche 38 des Widerlagers 31 und einer mit Außengewinde versehenen Scheibe 39 angeordnet, die von dem Stempel 32 frei drehbar gelagert wird und in das Gewinde des Einstellrades eingreift. Eine Drehung des Einstellrades 34 verändert daher die Federspannung, um eine Feineinstellung zu bewirken. Ein mit Gewinde versehener Abschnitt des Stempels 32 greift in das Gewinde eines zweiten, ähnlich angeordneten Einstellrades 35, wobei eine Drehung dieses Rades den Stempel und das Widerlager in Richtung auf die oder weg von den Rollen 29 bewegt, um eine Grobeinstellung bzw. eine Wegnahme des Drucks auf den Schlauch 22 zu bewirken.

Jede der Reihen von zwölf Behältern 14 in der Halterung hat unter sich einen Schaft 27 mit zwölf darauf befestigten Käfigen 28, oder einen einzigen langestreckten Käfig mit zwölf Sätzen Rollen 29, die mit Abstand voneinander auf festen Spindeln angeordnet und durch in Abständen vorgesehene Rotore getragen werden. Die Ableitungen 18 der Behälter sind mit den zusammendrückbaren Schläuchen 22 der Pumpen 21 verbunden. Die Auslaßenden 23 der Schläuche 22 erstrecken sich zu zweiendigen Verbindern 19 herunter, die auf einer im wesentlichen horizontalen Trägerplatte gehalten sind, welche durch den Rahmen 11 unter der Anordnung von Pumpen 21 getragen wird. Auf der Unterseite der Trägerplatte führen flexible Rohre 40 von den unteren Enden der Verbinder zu den Einlaßenden der Düsen 41, die die Form hohler Nadeln haben und in einer unteren Trägerplatte 42 gehalten sind, die abnehmbar mit dem Rahmen 11 über nach innen vorspringende Flansche 44 mit Klemmen 45 befestigt sind.

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Die Behälter 14 und die Anordnung von Pumpen 21 benötigen mehr Raum, als der Gefäßbatterie-Halter 50, dessen Gefäße von den Düsen 41 gefüllt werden müssen. Daher ist es erforderlich, daß die Rohre 40 die Flüssigkeitsportionen von den äußeren Pumpen 21 nach innen befördern, wie in Figur 1 dargestellt. Die Anordnung der Düsen 41 muß genau mit der Anordnung der Gefäße des Gefäßbatterie-Halters 50 übereinstimmen. Hierzu erlaubt die Halterung der unteren Trägerplatte 42 ein Versetzen oder Auswechseln, so daß die Düsen bei einem Zusammenwirken mit einem Halter mit abweichend angeordneten Gefäßen entsprechend abweichend angeordnet werden können.

Mit Abstand unterhalb der unteren Trägerplatte 42 ist ein Träger 46 angeordnet, der eine Oberflächenausbildung zur korrekten Aufnahme des Halters 50 besitzt, der die Gefäße 51 unterhalb der Düsen 41 aufweist. Der Träger 46 ist für senkrechte Umkehrbewegungen gelagert, die durch exzentrische Antriebsrollen auf einem Schaft 49 erzeugt werden. Die acht Schäfte 27 und der Schaft 49 werden durch Kette und Zahrad oder andere Antriebsglieder 54 miteinander gekuppelt, so daß alle Schäfte zusammen durch eine einzige Kraftquelle 55 angetrieben werden können, die z.B. ein 1/io-PS-Elektromotor ist, vorzugsweise mit Geschwindigkeitseinstellung bzw. -regelung. Infolge der Mittel zum Einstellen der Drücke in den peristaltischen Pumpen, des Gebrauchs der frei drehbaren Pumpenrollen 29 und des einfachen Antriebs des Trägers ist verhältnismäßig wenig Energie erforderlich, um die Vorrichtung zu betreiben. Die Arbeitsweise der Pumpen und die Bewegung des Trägers 46 sind so aufeinander abgestimmt, daß entsprechend jeder Auf-

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wärtsbewegung des Halters 50 eine einzige Flüssigkeitsportion den Düsen 41 zugeführt wird.

Die zusammendrückbaren Schläuche 22, die in den Pumpen 21 benutzt werden, haben sehr dünne Bohrungen, so daß eine Schlauchlänge über 300°, bezogen auf die Drehachse 26, lediglich genügend Flüssigkeit enthält, um ein an dem Nadelspitzen-Ende der Düse 41 hängendes Tröpfchen zu bilden. Bei jeweils 300° Drehung der Pumpen wird der Träger 46 einmal angehoben und abgesenkt. Vorzugsweise hebt die Aufwärtsbewegung des Trägers 46 den Halter, bis die Böden der Gefäße gerade die Tröpfchen berühren, die an den Enden der Düsen gebildet sind, nach dem eine Flüssigkeitsportion durch jede Pumpe zugeliefert wurde. Durch die Berührung zwischen jedem Tröpfchen und einem Gefäß wird das Tröpfchen in das entsprechende Gefäß abgelöst.

Vortexlhafterwexse haben die Düsen 41 Trompetenenden, an denen sich die Tröpfchen ausbilden. Die Vorrichtung ist so gestaltet, daß jedes Tröpfchen z.B. fünfundzwanzig Lambda hat, also weniger als das Maximum von z.B. fünfzig Lambda, welches das Trompetenende zu tragen vermag. Das Tröpfchen hängt daher sicher, bis es durch den Boden eines Gefäßes berührt wird.

Eine Druckknopf-Antriebssteuerung steuert den Motor 55 für einen vollständigen Behandlungs- bzw. Beschickungs-Zyklus eines einzelnen Halters, der von Hand in die Vorrichtung eingesetzt und entfernt wird. Entweder auf einer Seite der Vorrichtung, oder durch die Vorrichtung hindurch von einer Seite auf die andere. Das Beschicken der Vorrichtung mit einem Halter kann halbauto-

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matisch erfolgen, indem ein hin- und hergehender Zwei-Lagen-Halterträger verwendet wird. Ein überfahrbarer Schalter erlaubt kontinuierlichen Betrieb, wobei ein Halter bei jeweils 300° Umdrehung der Pumpen befüllt wird. Vollautomatischer Betrieb kann durch eine Zufuhr-Vorrichtung erreicht werden, mit der die Halter umschichtig von einem Vorratsstapel mittels eines Schrittförderers in die Behandlungslage gebracht und danach aus der Behandlungslage zu einem Ausgangsförderer weiter transportiert werden.

Wenn die Vorrichtung z.B. für die Vorbereitung von Haltern zum Gebrauch in analytischen medizinischen Laboratorien benutzt wird, werden die Behälter 14 mit antibiotischer Flüssigkeit in aufeinanderfolgend abnehmenden Konzentrationen beschickt, wobei Flüssigkeit von jedem Behälter in ein entsprechendes Gefäß des Halters verteilt wird. Nach dem Empfang der antibiotischen Flüssigkeit kann der Halter mit einer Schutzabdeckung versehen und zum Gebrauch innerhalb eines Tages bereitgehalten werden. Damit der Halter bzw. die beschickte Gefäßbatterie langer aufbewahrt werden kann, kann die Flüssigkeit in den Gefäßen durch "Trocken-Frieren"-Techniken getrocknet werden, wobei der Halter gefroren und die Temperatur dann stufenweise unter Vakuum angehoben wird, so daß das Eis sublimiert und puderförmiges Antibiotikum in den Zellen bei Umgebungstemperaturen zurückbleibt. Anhaftende Kunststoffabdeckungen werden auf die trockenen Halter gebracht, die eine Haltbarkeit von etwa einem Jahr aufweisen. Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Fördereinrichtung im automatischen Betrieb eingesetzt wird, kann

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der Förderer direkt in eine kontinuierlich wirkende tunnelartige Trockenfrieranlage fördern. Die Halter können aus Glas hergestellt werden, das gasundurchlässig und auf andere Weise nicht angreifbar ist. Vorzugsweise wird jedoch dichter Kunststoff verwendet, der keine schädlichen Eigenschaften hat.

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Claims

--Kr-

Patentansprüche:

Vorrichtung zum Verteilen von Flüssigkeit in Gefäße (51) eines Gefäßbatterie-Halters (50), mit einer Anordnung von Düsen (41) die jeweils an eine Pumpe (21) einer Anordnung von Pumpen angeschlossen sind, welche ihrerseits jeweils eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge einer Flüssigkeitsquelle (14,16) zu liefern vermögen, und mit einem Träger (46) für den Gefäßbatterie-Halter (51) und Mitteln (55,54,48,49) zur Relativbewegung der Düsenanordnung und des Trägers (46) zwischen einer ersten Stellung zum Be- und Entladen des Halters (50) mit Gefäßen (51) und einer zweiten Stellung, in der jedes Gefäß (51) im Halter (50) zur Aufnahme der vorbestimmten Flüssigkeitsmenge einer entsprechenden der Düsen (41) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Flüssigkeitsmenge einem an einer Düse (41) hängenden Tropfen entspricht, und daß in der zweiten Stellung des Trägers (46) jeder Tropfen durch Berührung mit dem einer Düse (41) jeweils zugeordneten Gefäß (51) austeilbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Relativbewegung der Düsenanordnung und des Trägers (46) auf diesen wirkende

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exzentrische Antriebsrollen (48) sind, und daß der Träger (46) unterhalb der Düsen (41) angeordnet und senkrecht beweglich geführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenanordnung eine Vielzahl von Reihen mit je einer Vielzahl von Pumpen (21) aufweist wobei alle Pumpen (21) einer Pumpenreihe eine gemeinsamer Pumpenschaft (27) zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrischen Antriebsrollen (48) auf einem Schaft (49) angeordnet sind, der sich parallel zu den Pumpenschäften (27) erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pumpe (21) eine peristaltische Pumpe mit frei drehbaren Rollen (29) enthält, die auf einem zusammendrückbaren Schlauch (22) abzurollen vermögen, der von einem Widerlager (31) abgestützt ist, dessen Lage in Bezug auf die Rollen

(29) grob- und feineinstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinander abgestimmte Antriebsmittel (55,54,48,49) für das zyklische Antreiben der Pumpen (21) und des Trägers (46) vorgesehen sind, so daß während jedes Zyklus¹ eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge von jeder Düse (41) austeilbar ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von Flüssigkeitsquellen (14,16) vorhanden ist, von denen jede an eine der Pumpen (21) angeschlossen ist, wodurch antibiotische Flüssigkeiten verschiedener Konzentrationen von verschiedenen Flüssigkeitsguellen in verschiedene Gefäße (51) eines Gefäßbatterie-Halters (50) verteilbar sind.
9. Verfahren zum Verteilen von Flüssigkeit in Gefäße (51) eines Gefäßbatterie-Halters (50), bei dem der Halter (50) und eine Anordnung von Düsen (41) aus einer ersten Stellung zum Beladen des Halters (50) mit den Gefäßen (51) relativ zueinander in eine zweite Stellung bewegt werden, in der jede Düse (41) mit einer anderen der Düsen aufgereiht angeordnet und eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge von einer Pumpe einer Anordnung von Pumpen einer der Düsen zur Aufnahme durch ein dieser Düse (41) zugeordnetes Gefäß (51) zugeliefert wird, und bei dem der Halter (50) und die Düsenanordnung relativ zueinander in die erste Stellung zum Entladen des Halters (50) bewegt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch" gekenn-

z e ic hn e t, daß der Gefäßbatterie-Halter (50) in die zweite Stellung gehoben wird, in der die Gefäße (51) die an den Düsen (41) gebildeten Tropfen durch Berührung aufnehmen.

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11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (21) antibiotische Flüssigkeit in verschiedenen Konzentrationen von entsprechenden Behältern (14) liefern.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Gefäßbatterie-Halter (50) aufgenommene Flüssigkeit trockengefroren wird.
13. Gefäßbatterie-Halter mit in seine Gefäße (51) nach den Verfahren der Ansprüche 9,10,11 oder 12 eingebrachter Flüssigkeit,

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