УСТРОЙСТВО ДЛ ПИПЕТИРОВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01L3/02 

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, конкретнее к устройствам для дозирования жидкостей.

Известно устройство для дозируемого пипетирования жидкостей, включающее эластичный корпус, три клапана, размещенных внутри него, источник разрежения воздуха и муфту для подсоединения пипеток. Особенностью устройства является то, что клапаны выполнены в виде фигурной втулки с кольцевыми проточками на наружной поверхности, отделенными друг от друга ободками, образующими с корпусом соответственно выпускные и всасывающие полости, и чередующиеся рабочую и уплотнительную зоны, и с осевыми глухими и поперечными сквозными каналами, посредством которых всасывающие полости сообщаются с источником разрежения и пипеткой, а корпус выполнен со сквозными отверстиями, сообщающими выпускные полости с атмосферой [1]
Довольно сложные взаимоотношения многочисленных элементов этого устройства отрицательно проявляются и в процессе его использования. Работа с устройством для дозируемого пипетирования жидкостей требует участия обеих рук оператора и манипулирования в строго определенной последовательности эластичным баллоном и тремя клапанами, причем каждый клапан может быть открыт только с помощью двух пальцев. В целом работа с устройством представляется относительно сложной и требует большой сосредоточенности, что может способствовать быстрому развитию утомляемости и служить источником ошибок, особенно при интенсивной работе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является известное ручное устройство для пипетирования жидкостей, содержащее корпус с эластичным баллоном вверху и муфтой для подсоединения пипеток внизу, сообщение которых друг с другом, а также с атмосферным воздухом регулируется механизмом, состоящим из втулки, в которой размещен с возможностью перемещения подпружиненный шток, один конец которого находится снаружи втулки, а другой взаимодействует с запорным элементом в виде эластичной мембраны, установленной на пути сообщения муфты с эластичным баллоном и с атмосферным воздухом. Шток установлен во втулке с зазором, через который осуществляется сообщение баллона и муфты (а через нее пипетки) с атмосферным воздухом [2]
В процессе работы с пипетатором возникает необходимость в полном и герметичном перекрытии наружного торцового отверстия втулки. Делают это с помощью пальца, которым одновременно задвигают подпружиненный шток внутрь втулки. В течение всего периода перекрытия наружного отверстия втулки подпружиненный шток продолжает оказывать давящее воздействие на ткани пальца. Из указанных условий функционирования регулирующего механизма следует, что отверстие в наружном торце втулки должно быть достаточно малым, чтобы его можно было герметично перекрыть ладонной поверхностью концевой фаланги указательного пальца. Еще меньшей должна быть торцовая поверхность наружного конца штока, к тому же устанавливаемого во втулке еще и с достаточно большим зазором. Вследствие предопределенности этих параметров подпружиненный шток довольно быстро, особенно при интенсивной работе, вызывает болезненный намин на пальце. Вышеизложенное позволяет говорить о недостаточно высокой эргономичности устройства для пипетирования жидкостей. Это устройство рассматривается в качестве прототипа.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств устройства для пипетирования жидкостей.

При реализации поставленной задачи положительный технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве для пипетирования, включающем функционально связанные друг с другом источник разрежения воздуха, например эластичный баллон, муфту для подсоединения пипетки и основной клапан, состоящий из размещенного во втулке штока, взаимодействующего с запорным элементом, например мембраной, установленной на пути сообщения муфты с источником разрежения и с атмосферным воздухом, во втулке на участке между местом соединения ее отверстия с каналом, идущим от источника разрежения воздуха, и наружным концом штока установлен дополнительный клапан, кинематически связанный со штоком.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для пипетирования в разрезе; на фиг. 2 рабочее положение устройства в руке оператора; на фиг. 3 - взаиморасположение деталей устройства в период сжатия эластичного баллона с целью приведения ее в рабочее состояние; стрелками показано направление воздушного потока из баллона наружу; на фиг. 4 взаиморасположение деталей устройства в период заполнения пипетки жидкостью; стрелками показано направление воздушного потока из муфты (и из пипетки) в расправляющийся баллон; на фиг. 5 взаиморасположение деталей устройства в период дозированного опорожнения пипетки от жидкости; стрелками показано направление потока атмосферного воздуха в сторону муфты и пипетки; на фиг. 6 вариант исполнения дополнительного клапана; на фиг. 7 вариант расположения дополнительного клапана; на фиг. 8 второй вариант исполнения устройства, вид спереди в разрезе; на фиг. 9 то же, взаиморасположение деталей устройства в период заполнения пипетки жидкостью; на фиг. 10 третий вариант исполнения устройства, вид спереди в разрезе; на фиг. 11 то же, взаиморасположение деталей устройства в период заполнения пипетки жидкостью; на фиг. 12 то же, рабочее положение устройства в руке оператора; на фиг. 13 четвертый вариант исполнения устройства, вид спереди в разрезе.

Устройство для пипетирования состоит из корпуса 1 (фиг. 1, 2), в верхней части которого укреплен эластичный баллон 2 (фиг. 1, 2), а в нижней части имеется универсальная муфта 3 (фиг. 1, 2) с центральным конусовидным отверстием для подсоединения пипеток разной толщины. Муфта 3 одновременно выполняет также и функцию ручки для удержания устройства в руке (фиг. 2). В корпусе 1 между баллоном 2 и муфтой 3 находится основной клапанный механизм, состоящий из втулки 4 (фиг. 1, 2), в которой размещен с возможностью перемещения шток 5 (фиг. 1). Внутри корпуса 1 шток 5 взаимодействует с запорным элементом в виде эластичной мембраны 6 (фиг. 1), выполненной в форме колпачка, который плотно вставлен в нижнюю часть центрального отверстия корпуса. На внешний конец втулки 4 надет резиновый колпачок 7 (фиг. 1) со сквозным центральным отверстием, через которое проходит наружная часть штока 5. Одно из предназначений колпачка 7 препятствовать выпадению штока 5 из втулки 4. Между штоком 5 и стенками отверстия втулки 4 и колпачка 7 имеется зазор для пропуска воздуха. На наружном конце штока 5 сделана головка 8 (фиг. 1), диаметр которой больше диаметра центрального отверстия в колпачке 7. Головка 8 выполняет двоякую функцию: а) в качестве кнопки служит эргономичной опорой для пальца оператора; б) является запорным элементом в дополнительном клапане, в нужный момент обеспечивая перекрытие отверстия втулки 4. Герметичность перекрытия достигается за счет эластичного колпачка 7, в данном случае выполняющего роль уплотнительной прокладки.

При работе с устройством для пипетирования его берут в правую или левую руку (фиг. 2): тремя пальцами средним, безымянным и мизинцем прижимают ручку-муфту 3 к ладонной поверхности, а большой палец помещают на баллон 2. В муфту 3 вставляют пипетку 9 (фиг. 2). Затем большим пальцем надавливают на баллон 2, вытесняя из него воздух, который покидает устройство через зазоры между стенками корпуса и элементами клапанного механизма (фиг. 3). (Взаиморасположение деталей устройства и обозначенное стрелками направление движения воздуха на отдельных этапах работы с устройством показано на фиг. 3-5. ) Далее указательным пальцем нажимают на головку 8 штока 5 так, чтобы она плотно прижалась к колпачку 7 и герметично перекрыла наружное отверстие втулки 4 (фиг. 4). Переместившийся шток 5 отжимает эластичную мембрану 6 от стенки центрального отверстия корпуса 1, в результате чего в этом месте образуется щель 10 (фиг. 4), через которую устанавливается сообщение муфты 3 (и вставленной в нее пипетки) с баллоном 2. Нижний конец пипетки 9 погружают в дозируемую жидкость и ослабляют давление большого пальца на баллон 2, который начинает расправляться, отсасывая воздух из пипетки. Одновременно пипетка начинает заполняться дозируемой жидкостью. После того как пипетка заполнится жидкостью до заданного уровня, снимают давление указательного пальца на шток 5, который под влиянием расправляющейся упруго деформированной мембраны возвращается в исходное положение. При этом основной клапан закрывается и в пипетке фиксируется достигнутый уровень жидкости.

Для полного одномоментного или дозированного опорожнения пипетки вновь нажимают на шток 5, однако в данном случае головку 8 не прижимают к колпачку 7 с тем, чтобы не перекрывать путь поступления атмосферного воздуха внутрь устройства (фиг. 5). От степени перемещения штока 5 будет зависеть величина щели 10, а следовательно, и скорость опорожнения пипетки. В любой момент вытекание жидкости из пипетки может быть прекращено. Для этого достаточно снять давление пальца на шток 5. Ускоренный слив жидкости производят путем сдавления баллона 2 при нажатой до конца кнопке 8, т.е. при полностью закрытом дополнительном клапане.

На фиг. 6 представлен вариант исполнения дополнительного клапана, отличительной особенностью которого является наличие в штоке 5 (фиг. 6) продольного канала 11 (фиг. 6) с боковым отверстием 12 (фиг. 6) для пропуска воздуха как внутрь устройства, так и из него. Клапан закрывается при перемещении штока в сторону мембраны 6, когда боковое отверстие 12 оказывается внутри втулки 4, изолируясь от внешней среды резиновым колпачком 7, герметично облегающим шток 5.

Дополнительный клапан может быть расположен не только на торце втулки 4, но и внутри нее (фиг. 7). Между штоком 5 и стенками всех отверстий, через которые он перемещается, предусмотрен зазор для пропуска воздуха, а дополнительный клапан сделан на дне втулки 4, где имеется уплотнительная прокладка 13 (фиг. 7). При перемещении штока 5 в направлении мембраны 6 он своими плечиками упирается в эластичную прокладку 13, в результате чего путь для воздушных потоков через втулку 4 герметично перекрывается.

На фиг. 8-13 представлены варианты выполнения предлагаемого устройства для пипетирования, отличающиеся главным образом компоновкой их основных функциональных элементов. Все функциональные однородные детали на чертежах (фиг. 8-13) обозначены одними и теми же цифрами. На фиг. 8, 9 показан второй вариант исполнения устройства для пипетирования. Его особенностью является то, что эластичный баллон 2 надет на патрубок 14, расположенный над наружным концом втулки 4. Сообщение баллона 2 с атмосферным воздухом и с муфтой 3 осуществляется через канал 15, который непосредственно соединяется с каналом втулки 4. Отличия касаются и конструкции основного клапана в корпусе 1. Главными его элементами являются подпружиненный шток 5, подвижно и с зазором размещенный во втулке 4, и мембрана 1. На участке штока 5, расположенном внутри втулки 4, сделан клиновидный паз 17, более глубокая часть которого обращена в сторону головки 8. Свободный конец штока 5 пропущен через два соосных отверстия в стенке эластичной мембраны 16, плотно вставленной в центральное вертикальное отверстие корпуса 1. В зоне обоих соосных отверстий мембрана 16 плотно облегает шток 5, выполняя роль сальника и обеспечивая необходимую герметичность на этом участке пути между муфтой 3 и баллоном 2. Открытие клапана происходит при перемещении штока 5, когда клиновидный паз 17 оказывается в ближайшем к нему боковом отверстии мембраны 16 (фиг. 9). При таком рабочем состоянии основного клапана через паз 17 открывается возможность воздушного сообщения муфты 3 с баллоном 2 и атмосферным воздухом (через втулку 4). В остальном устройство для пипетирования по этому варианту исполнения, включая и правила работы с ним, не отличается от вышеописанного первого варианта его исполнения (фиг. 1-5).

На фиг. 10-12 представлен третий вариант исполнения устройства. Его особенностью является то, что муфта 3 расположена внутри эластичного баллона 2, который в данном варианте исполнения выполняет также и функцию ручки. Эластичная мембрана 6 и шток 5 расположены в верхней части устройства, причем шток 5 ориентирован так, чтобы можно было удобно нажимать на него большим пальцем. На фиг. 11 показано взаимодействие деталей устройства на этапе заполнения пипетки 9 жидкостью. На фиг. 12 положение устройства в руке оператора. Сжатие баллона 2 производят всеми пальцами, кроме большого.

Четвертый вариант исполнения устройства для пипетирования представлен на фиг. 13. Его отличие от предыдущего варианта заключается в том, что муфта 3 находится вне баллона 2 и расположена сбоку и от него, и от регулирующего механизма. Удерживают устройство за баллон, который одновременно выполняет и функцию ручки.

Техническая сущность и принцип работы всех вышеописанных вариантов устройства для пипетирования являются одними и теми же. Баллон 2 в третьем и четвертом вариантах устройства, выполняющий одновременно и функцию ручки, сжимают с помощью 4 пальцев руки, что позволяет сделать его более мощным (с большей всасывающей способностью), чем в первом и втором вариантах, где сжатие баллона производят с помощью только одного пальца. Благодаря этому устройства по 3-му и 4-му вариантам можно использовать при работе с вязкими жидкостями, для засасывания которых в пипетку требуется создавать большее разрежение воздуха внутри пипетирующего устройства. С этой же целью в качестве источника разрежения воздуха в устройстве для пипетирования вместо эластичного баллона может быть использовано какое-либо иное устройство, например вакуумный насос.

Как частный случай возможно такое исполнение устройства для пипетирования, в котором муфта как самостоятельный функциональный элемент в явном виде не присутствует, т.е. пипетка или иной инструмент могут быть напрямую связаны с корпусом (выполнены заодно с корпусом).

Предлагаемое устройство для пипетирования отличается от устройства-прототипа улучшенными эксплуатационными и эргономическими характеристиками. Благодаря созданию дополнительного клапана стало возможным на наружном конце штока 5 сделать кнопочную головку 8, которая, являясь оптимальной опорой для пальца, позволяет предотвратить образование на нем болезненного намина. Кнопочная головка 8 непосредственно выполняет также и роль клапана для регулирования потоков воздуха через наружное отверстие втулки 4. В известном устройстве это отверстие перекрывается ладонной поверхностью концевой фаланги указательного пальца, который плотно прижимают к торцу втулки 4, усугубляя ситуацию, ведущую к образованию вышеупомянутого намина. В предлагаемом устройстве и этот недостаток устраняется, т.к. дополнительный клапан позволяет герметично перекрывать путь потока атмосферного воздуха через втулку 4 без участия пальца как средства герметизации отверстия втулки.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано и в других устройствах, в частности в хирургических отсосах, с помощью которых производят удаление крови и иных жидкостей из операционной зоны.

Использование: лабораторное оборудование. Сущность изобретения: устройство для пипетирования включает функционально связанные друг с другом источник разрежения воздуха, например эластичный баллон, муфту для подсоединения пипетки и основной клапан, состоящий из размещенного во втулке штока, взаимодействующего с запорным элементом, например мембраной, установленной на пути сообщения муфты с источником разрежения и с атмосферой. Во втулке на участке между местом соединения ее отверстия с каналом, идущим от источника разрежения воздуха, установлен дополнительный клапан, охватывающий шток с зазором между ними и кинематическими связанный со штоком. 13 ил.

Устройство для пипетирования, включающее корпус, подсоединенные к корпусу источник разрежения воздуха, например эластичный баллон, и муфту для подсоединения пипеток, размещенный между муфтой и источником разрежения воздуха основной клапан, подсоединенную к корпусу втулку, которая соединена сквозным каналом с источником разрежения воздуха, размещенный во втулке шток переменного сечения, который кинематически связан с основным клапаном, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным клапаном, размещенным во втулке между внутренним и наружным концами штока, охватывающим шток с зазором между ними и кинематически связанным с штоком.