УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ЖИДКОГО ОБРАЗЦА Российский патент 2007 года по МПК G01N21/00 

Область техники

Настоящее изобретение касается устройства для автоматизированного анализа жидкого образца. Более конкретно, изобретение касается усовершенствования аппарата для автоматического анализа, используемого, в частности, для определения промежутков времени, необходимых для изменения физического состояния среды.

Предшествующий уровень техники

Такие аппараты используются в основном для определения времени коагуляции крови в соответствии со способом, в котором исследуемый образец крови размещается в донной части кюветы, содержащей шарик, изготовленный из ферромагнитного материала и периодически приводимый в движение под действием прикладываемого извне магнитного поля. Изменения характеристик движения ферромагнитного шарика, например, изменения амплитуды и/или частоты его движения, которые являются репрезентативными для изменения физического состояния исследуемой крови, определяются посредством соответствующих средств.

Такой аппарат описан, например, в WO 9964839, выданном на имя фирмы Junior Instruments.

Указанный аппарат содержит распределитель кювет одноразового использования, каждая из которых содержит искривленную донную часть, образующую дорожку качения для шарика, и поверхность, противоположную донной части и содержащую отверстие. Кюветы располагаются рядом друг с другом и закреплены с возможностью съема на гибкой несущей пленке, которая перекрывает их отверстия. Пленка, снабженная кюветами, намотана на катушку, размещенную на втулке, предусмотренной в отсеке хранения и распределения. Кюветы перемещаются одна за другой через пост детектирования.

Поскольку несущая пленка перекрывает отверстия кювет, необходимо выполнить щель, чтобы обеспечить возможность прохода для пипетки. Делая надрезы, на пленку оказывают некоторое давление, которое может повлечь за собой отсоединение кюветы от несущей пленки.

В то же время наличие щели делает более сложной операцию манипулирования с пипеткой и создает опасность загрязнения пленки пятнами.

Кроме того, наличие пленки приводит к необходимости использования мощного светового источника, но однородность светового потока через кювету будет нарушаться наличием щели и пятнами на пленке. Кроме того, гетерогенная среда, через которую проходит световой поток от источника света, порождает многочисленные отражения, в частности от стенок и ребер кюветы, которые создают опасность искажения результатов анализа от перемещения ферромагнитного шарика.

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для автоматизированного анализа жидкого образца.

Поставленная задача решается согласно изобретению путем создания устройства для автоматизированного анализа жидкого образца, которое содержит множество одноразовых кювет, каждая из которых содержит донную часть, верхнюю поверхность, противоположную донной части и имеющую отверстие, и две противоположные друг другу закраины, расположенные по одну и по другую стороны от кюветы по существу в плоскости отверстия, причем кюветы расположены рядом друг с другом и соединены между собой посредством гибкой пленки, закрепленной на закраинах и перекрывающей, по меньшей мере частично, отверстия в кюветах.

Согласно изобретению устройство характеризуется тем, что в пленке выполнено множество отверстий, расположенных напротив отверстий на кюветах.

Устройство может содержать пост оптического детектирования, на котором используется источник светового излучения, например источник инфракрасного излучения, освещающий верхнюю поверхность кюветы, и оптико-электронный детектор, расположенный под донной частью кюветы. Излучение предназначено для считывания движения шарика посредством оптико-электронного детектирования.

Для этого пленка изготовлена из материала, способного рассеивать инфракрасное излучение, делая световой поток излучения более однородным. Размеры отверстия определяются, в частности, в функции размеров используемой пипетки, особенностей ее расположения, а также требуемой степени однородности интенсивности световых потоков, проходящих через предварительно определенный полезный объем кюветы.

При определении времени изменения физического состояния образца, содержащегося в кювете, путем детектирования перемещений подвижного шарика в донной части кюветы отверстие выполняют в форме удлиненной прорези, ориентированной параллельно дорожке качения шарика, причем ширина прорези имеет величину несколько меньшую, чем диаметр шарика.

Предпочтительно материал, из которого изготовлена пленка, может обладать свойствами, обеспечивающими поглощение жидкости, например пористостью, чтобы блокировать возможное разбрызгивание жидкости и уменьшить опасность загрязнения образцов, содержащихся в кюветах, смежных по отношению к анализируемой кювете.

Устройство содержит также пост работы с пипеткой, на котором используется пипетка, перемещающаяся в поперечном направлении по отношению к оси движения кювет. Для устранения неточности движения пипетки, поскольку прижатие пипетки к пленке или к ее кромкам может привести к отсоединению кювет и/или к разбрызгиванию жидкости, отверстия в пленке проходят вдоль оси, поперечной по отношению к оси движения кювет.

Кроме того, предлагаемое устройство дополнительно может содержать пост отсечения подвергшихся анализу кювет для их сбора в одну накопительную емкость.

Следует отметить, что данная система, образованная пленкой, объединяющей кюветы, пригодна для адаптации к существующим моделям аппаратов подобного рода.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи на которых:

Фиг.1 изображает схему аппарата для автоматического анализа согласно изобретению;

Фиг.2 - общий вид кюветы, закрепленной на пленке согласно изобретению;

Фиг.3 - вид сверху пленки с кюветами и систему приведения пленки в движение типа зубчатой рейки согласно изобретению;

Фиг.4 - схему устройства (вертикальный разрез) согласно изобретению.

Описание предпочтительного варианта воплощения изобретения

В описываемом варианте реализации аппарат 1 (фиг.1) для автоматического анализа обеспечивает подачу кювет, содержащую множество кювет С, образующих ленту 2.

Каждая из кювет C (фиг.2), изготовленных путем формования из прозрачного пластического материала, имеет корпус в виде плоского параллелепипеда, искривленная донная часть FI которого образует дорожку качения для шарика ВЕ, изготовленного из ферромагнитного материала. Против донной части FI кювета С содержит отверстие, на уровне которого две ее противоположные боковые стороны ВО1, ВО2 продолжаются под прямым углом двумя закраинами, соответственно R1, R2, каждая из которых снабжена цилиндрическим выступом РС, проходящим со стороны, противоположной корпусу кюветы. Два выступа предназначены для вставления с натягом в два соответствующих отверстия TR, предусмотренных соответственно на двух боковых кромках пленки. Закраины R1, R2 имеют, например, форму равнобедренной трапеции, большее основание которой жестко связано с кюветой. Боковые кромки несущей ленты 3 имеют в промежутке между закраинами R1, R2 смежных кювет вырезы трапециевидной формы, наклонные кромки которых проходят вдоль наклонных кромок закраин R1, R2. Благодаря такому конструктивному решению каждая из боковых кромок пленки представляет собой зубчатый профиль, зубцы которого формируются благодаря наличию закраин R1, R2 используемых кювет.

Пленка является гибкой и изготовлена из впитывающего материала, например из бумаги. В пленке над каждой кюветой выполнено удлиненное отверстие 4, отверстия проходят вдоль продольной оси кювет поперечно по отношению к оси перемещения этих кювет.

В соответствии с конструктивным решением, представленным на фиг.4, лента 2 с кюветами С перемещается по направляющему рельсу 5. Рельс имеет поперечное сечение U-образной формы, два вертикальных крыла которого продолжаются двумя закраинами R3, R4, под прямым углом, причем закраины R1, R2, кювет размещаются на закраинах R3, R4 рельса. Лента проходит последовательно через пост 6 работы с пипеткой, пост 7 детектирования и пост 8 отрезания, на выходе из которого каждая подвергшаяся анализу кювета попадает в специально предусмотренный для этого сборный резервуар 9.

Работой постов управляет процессор Р, содержащий центральный вычислительный блок, а также периферийные устройства, например, монитор 10 и клавиатуру 11.

Перемещение пленки 3 осуществляется приводным механизмом, в котором используется бесконечный зубчатый ремень 12, направляемый на каждом конце ременного привода роликами 13, 14. Ремень содержит систему зубцов, каждый из которых отстоит от соседних с ним зубцов на расстояние, кратное ширине кювет, например 4-5 кювет. Зубцы имеют профиль эвольвенты окружности, который соответствует зубчатой рейке с нормальной формой зубьев, чтобы входить в корректное зацепление с зубцами зубчатого профиля ленты. Зубцы приводного ремня способны приводить в движение ленту с кюветами с высокой точностью, с обеспечением самоцентрирования и с компенсацией возможных люфтов.

Пост 6 работы с пипеткой обслуживается вертикальной автоматизированной пипеткой 15, подвижной по высоте, чтобы пипетка имела возможность занимать нижнее рабочее положение или положение промывки и верхнее положение, обеспечивающее возможность ее перемещений в горизонтальной плоскости.

Пипетка 15 закреплена на одном из концов рычага 16, установленного с возможностью поворота относительно другого своего конца вокруг вертикальной оси 17. Приведение рычага 16 во вращательное движение обеспечивается двигателем, управляемым процессором Р.

Благодаря использованию этого очень простого механизма пипетка 15 может быть подведена последовательно к рабочей зоне поста 6 работы с пипеткой, к диаметрально противоположной зоне 18 промывки, оборудованной одной или несколькими ваннами промывки, и к двум зонам 19, 20 отбора образцов, расположенными симметрично по отношению к оси, проходящей через рабочую зону 6 работы с пипеткой и зону 18 промывки.

Зоны 19, 20 отбора образцов расположены на траектории движения сосудов RЕ1, RЕ2, размещенных на двух карусельных транспортерах, соответственно СR1, СR2, подвижных по вращательному движению относительно двух приводов осей 21, 22 и приводимых в движение при помощи двух приводов, управляемых процессором Р.

Один из карусельных транспортеров СR1 предназначен для размещения на нем сосудов RЕ1, содержащих образцы крови, другой карусельный транспортер СR2 содержит сосуды RЕ2, в которых размещены различные реактивы, используемые в процессе проведения анализов, которые требуется выполнить в данном случае.

Процессор Р запрограммирован так, чтобы управлять последовательностью манипуляций с пипеткой, соответствующей характеру осуществляемых анализов, причем последовательность может содержать следующие этапы:

предварительная промывка пипетки 15;

отбор дозы образца, содержащегося в одном из сосудов RЕ1 карусельного транспортера СR1;

впрыскивание дозы образца в кювету С, расположенную на посту работы с пипеткой 6;

промывка пипетки 15,

отбор дозы реактива, содержащегося в одном из сосудов RЕ2 карусельного транспортера СR2;

впрыскивание дозы реактива в кювету С,

идентификация подлежащих анализу образцов крови, а также образцов реактивов, осуществляемая автоматически при помощи устройства 23 для считывания штрих-кода, нанесенного на сосуды RЕ1, RЕ2, размещенные на карусельных транспортерах СR1, СR2.

Для считывания единственное устройство 23 считывания штрих-кода установлено на конце рычага 24, способного поворачиваться относительно вертикальной оси 25, занимая три различных положения, а именно:

положение Р1 считывания штрих-кодов на сосудах RЕ1, размещенных на карусельном транспортере СR1;

положение Р2 считывания штрих-кодов на сосудах RЕ2, размещенных на карусельном транспортере СR2,

положение Р3 считывания штрих-кодов на сосудах, размещенных оператором на посту считывания для получения информации, используемой процессором в рамках функционирования данного аппарата.

Пост 7 измерения содержит три последовательно расположенных позиции измерения, каждая из которых содержит (фиг.4) пару коаксиальных электромагнитов Е1, Е′1; Е2, Е′2; Е3, Е′3; расположенных по одну и по другую стороны от пленки 3 и против боковых сторон размещенных на этой пленке кювет С.

Пост 7 содержит также источник инфракрасного излучения 26, над кюветой С, колодку детекторов с переносом заряда (DTC) 27, изображение шарика, освещенного источником инфракрасного излучения.

Использование нескольких позиций измерения на траектории движения пленки обеспечивает преимущество получения большей гибкости функционирования аппарата.

Следует отметить, что опора для источника света, закрепленная на рельсе 5, обеспечивает его удерживание над системой, образованной пленкой и закрепленными на ней кюветами, чтобы исключить ее выход из рельса.

Электромагниты Е1, Е′1; Е2 Е′2; Е3, Е′3 возбуждаются посредством силового электрического контура PR, управляемого процессором Р, для формирования импульсного магнитного поля, которое увлекает шарик ВЕ в направлении, противоположном перемещению кюветы С.

Камера 27 соединена с процессором Р, который в реальном времени осуществляет анализ получаемого изображения при помощи соответствующего программного обеспечения, чтобы измерять амплитуду колебаний шарика ВЕ и определять тот критический момент, когда эта амплитуда опускается ниже заданного порогового значения, например ниже 50% от исходной амплитуды.

Разумеется, процессор Р осуществляет подсчет времени между моментом, когда реактив был впрыснут в кювету С, и упомянутым критическим моментом, чтобы из полученной информации определить искомое время коагуляции.

Перемещения пленки синхронизированы с циклограммой функционирования каждого из постов аппарата, в частности с циклограммой формирования импульсов магнитного поля, формируемого катушками электромагнитов.

При необходимости пост работы с пипеткой может быть расположен в том же месте, что и пост измерения.

Разумеется, предлагаемое изобретение не ограничивается описанным выше способом его реализации.

Например, каждая система, образованная источником инфракрасного излучения и камерой, может охватывать поле обзора, включающее несколько кювет, каждая из которых подвергается воздействию различных пар электромагнитов, чтобы отслеживать кювету в процессе ее продвижения вперед на несколько шагов, с использованием процессора Р, запрограммированного таким образом, чтобы одновременно контролировать перемещение шариков в различных кюветах.

Изобретение относится к аналитической измерительной технике. Устройство содержит множество кювет (С) одноразового использования, каждая из которых содержит донную часть, верхнюю поверхность, противоположную донной части и имеющую отверстие, и две противоположные друг другу закраины (R1, R2), расположенные по одну и по другую стороны от кюветы по существу в плоскости отверстия. Кюветы расположены рядом друг с другом и соединены между собой посредством гибкой пленки, закрепленной на закраинах (R1, R2) и перекрывающей, по меньшей мере частично, отверстия в кюветах (С). Пленка содержит множество отверстий, расположенных напротив отверстий кювет. Технический результат - упрощение операции манипулирования с пипеткой и устранение опасности загрязнения пленки. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для автоматизированного анализа жидкого образца, включающее пост оптического детектирования и содержащее множество кювет (С) одноразового использования, каждая из которых содержит донную часть, верхнюю поверхность, противоположную донной части и имеющую отверстие, и две противоположные друг другу закраины (R1, R2), расположенные на одной и на другой стороне кюветы, по существу, в плоскости отверстия, причем кюветы расположены рядом друг с другом и соединены между собой посредством гибкой пленки (3), закрепленной на закраинах (R1, R2) и перекрывающей, по меньшей мере частично, отверстия в кюветах (С), отличающееся тем, что в пленке (3) выполнено множество последовательных отверстий (4), расположенных напротив отверстий на кюветах и имеющих размерные параметры, выбранные так, чтобы обеспечить возможность введения средств впрыскивания и/или отбора без механического контакта с пленкой, частично перекрывающей отверстия в кюветах (С), и обеспечить требуемую степень однородности интенсивности световых потоков, проходящих через предварительно определенный полезный объем кюветы.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пост (7) оптического детектирования содержит источник светового излучения для освещения верхней поверхности кюветы (С), и оптико-электронный детектор, расположенный под донной частью кюветы.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пленка (3) изготовлена из материала, способного рассеивать световое излучение, чтобы оно было более однородным.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры отверстия (4) определяются в функции размеров используемой пипетки и особенностей ее расположения.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что донная часть кювет (С) образует дорожку качения для шарика (BE), приводимого в движение посредством внешнего магнитного поля.6. Устройство по одному из пп.4 и 5, отличающееся тем, что отверстие (4) имеет форму удлиненной прорези, ориентированной параллельно дорожке качения шарика (BE), причем ширина прорези имеет величину, несколько меньшую, чем диаметр шарика.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что материал, из которого изготовлена пленка, обладает свойствами поглощения жидкости.8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что множество кювет перемещается по траектории, проходящей последовательно через пост (6) работы с пипеткой, пост (7) детектирования и пост (8) отрезания подвергшихся анализу кювет.9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвергшиеся анализу кюветы (С) собираются в единый сборный контейнер (9).10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит приводной зубчатый ремень и при этом закраины (R1, R2) имеют форму, обеспечивающую зацепление с зубцами приводного зубчатого ремня.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что зубцы имеют профиль эвольвенты окружности, соответствующий зубчатой рейке с нормальной формой зубьев.12. Устройство по любому из пп.10 и 11, отличающееся тем, что закраины (R1, R2) имеют форму равнобедренной трапеции, большее основание которой жестко связано с кюветой (С).13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что боковые кромки пленки (3) в интервале между закраинами (R1, R2) смежных кювет имеют вырезы трапециевидной формы, наклонные кромки которых проходят напротив наклонных кромок закраин (R1, R2).14. Устройство по п.2, отличающееся тем, что световой источник поста (7) детектирования представляет собой источник инфракрасного излучения (26) и оптико-электронный детектор представляет собой камеру.15. Устройство по п.2, отличающееся тем, что опора светового источника, закрепленная на рельсе (5), удерживает его над множеством кювет (С) пленки (3).16. Устройство по п.5, отличающееся тем, что внешнее магнитное поле создается электромагнитными средствами E1, E'1; E2, Е'2; Е3, Е'3, размещенными сбоку относительно множества кювет напротив их боковых поверхностей.