DE4207074A1 - Pipetiervorrichtung fuer chemische analyseautomaten mit besonderer eignung zur probenentnahme aus kapillaren - Google Patents

Description

Einleitung

In den letzten Jahren wurden entscheidende Fortschritte bei der automatischen chemischen Analyse von Patientenblut und Sekreten gemacht. Dabei sind verglichen mit früheren Zeiten nur noch kleine Probenmengen erforderlich, die aber im Ver­ hältnis mit den bei der chemischen Analyse selbst umgesetzten Mikrolitermengen, noch sehr groß sind. Diese Diskrepanz ist vor allem durch die eingesetzte Bluttransfertechnik mit Spritzen, Gläschen oder Vakutainern, eine im Bereich der Erwachsenenmedizin meist ausreichende Technik, bedingt. Im Bereich der Kinderheilkunde, vor allem bei Frühgeborenen, Neugeborenen und Säuglingen mit ihren schwierigen Blutabnahmeverhältnissen, kleine Gefäße, Katheter und einer noch kleinen Gesamtblutmenge, können diese Transferverluste nicht hingenommen werden.

Für die Analyse von einigen Spezial-Blutparametern wie z. B. Blutgasen, hat sich die direkte Probeneingabe aus Blutsammelkapillaren in die Spezialanalysengeräte bewährt. Im Bereich der Medizinischen Klinischen Chemie ist diese Kapillartransfertechnik bei den Analyse-Laborautomaten jedoch noch nicht möglich. Nachfolgend beschriebene Erfindung ermöglicht diese Schwierigkeiten zu überwinden.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Sie erfolgt anhand von Fig. 1 . . . Fig. 6.

Fig. 2 zeigt den in Explosionsdarstellung perspektivisch dar­ gestellten, programmierten Spezial-Kapillarprobenbehälter mit Normalproben-Sammelgefäß (21). Fig. 1 die Fig. 2 im Schnitt (Schnittebene I . . . I). Fig. 4 stellt die perspektivische Darstellung eines automatischen Pipetiervorgangs unter Benutzung der Spezialpipette, eines Spezial-Kapillarproben­ behälters und des Spezialpipetierprogramms dar. Fig. 3 zeigt dasselbe im Schnitt (Schnittebene II . . . II). Fig. 6 stellt perspektivisch einen automatischen Pipetiervorgang unter Benutzung der Spezialpipette und eines programmierten Spezial-Kapillarprobenbehälters dar, die Schnittdarstellung hierzu Fig. 5 (Schnittebene III . . . III).

Beschreibung eines programmierten Spezial-Kapillarproben­ behälters und der automatischen Spezial-Pipette

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen den zylindrischen Deckel (1) mit zwei Laschen (2) zur manuellen Handhabung auf seiner Oberseite und einer trichterförmigen Vertiefung (3, Einführtrichter), die sich in einem engen, kurzen Kanal (4) fortsetzt, der an seinem unteren Ende eine Dichtung (5) aufweist und mit einem auf­ gesetzten durchsichtigen Rohr (6). Dieses Rohr stellt das Gehäuse für die Substatkapillare (7) dar, die mit ihrem unteren Ende (9) in einem Verschlußstopfen (10) aus elektrisch leitendem Plastik-, Elastomer- oder Gummimaterial mit Volumen-Kompensationsraum (11) steckt und mit ihrem oberen Ende mit Volumenmarke (8) durch die Dichtung (5) beim Einschieben auf den Kanal (4) zentriert wird, der zum Einführen des Pipettenrohrs (12) dient. Durch das ausgesparte Zylindersegment (14) wird die rostfreie mit einem Isolierman­ tel versehene Federstahlelektrode (15) mit Kontaktperle (16) eingeführt. Durch Kontaktgabe dieser Perle (16) mit den außen auf dem durchsichtigen Kunststoffrohr (6) in exakt definier­ ten Abständen angeordneten ringförmigen Metallkontakten (25, 26, 27), die untereinander und mit dem am Ende des Rohres (6) angebrachten Metallring(-hülse, 24) elektrisch über einen Draht (28) verbunden sind, kann wiederum eine elektrische Verbindung über den dort eingepreßten, elektrisch leitenden Verschlußstopfen (10) mit dem die Kapillare (7) ausfüllenden flüssigen, leitfähigen Analysensubstrat, z. B. Blut­ plasma, Serum, hergestellt werden. Bei der Probenanalyse steckt der Spezial-Kapillarprobeneinsatz jeweils in dem geräteeigenen Normprobenbehälter (21), der einen sich verschmälernden Boden (22) aufweist, welcher dem Stopfen (10) zusätzlich als Widerlager dienen kann.

Automatische Spezialpipetten für die Probenentnahme aus Spezial-Kapillarprobenbehältern

Wie Fig. 3, 4, 5 und 6 zeigen, bestehen die automatischen Spezialpipetten im wesentlichen aus zwei Teilen, einem Pipettenrohr (12) und einer Federstahlelektrode (15) mit Kontaktperle (16), die in ihrem Mittelteil (17) mechanisch fest miteinander zu einer Einheit verbunden sind. Im unteren Teil verlaufen Pipettenrohr (12) und Elektrode (15) getrennt voneinander parallel in einer Ebene und in einem exakt definierten Abstand zueinander. Der obere Teil der Pipette dient dem Anschluß an den Pipetierarm des Laborautomaten (20) über das elektrische Kabel mit Stecker (19) und die Überwurfmutter mit Dichtung (18). Die Besonderheit der automatischen Spezialpipette für die Verwendung mit programmierten Spezial-Kapillarprobenbehältern ist: Die Spitze des Pipetierrohrs (13) überragt die Kontaktperle (16) in einer Länge entsprechend der Abstandsbreite der Kontaktringe (z. B. 26, 27). Die Besonderheit der automatischen Spezialpipette für die Verwendung mit Spezial-Kapillarprobenbehältern in Kombination mit dem Spezial- Pipetierprogramm für Laborautomaten ist: Die Spitze (13) des Pipetierrohrs (12) überragt die Spitze der Kontaktperle (16) in der Länge nur um 1-2 mm.

Beschreibung eines Laborautomaten-Pipetiervorgangs mit Spezialpipette und program. Spezial-Kapillarprobenbehälter

Der zusätzlichen Erläuterung dienen dazu Fig. 1, 2, 5 und 6. Auf das untere Ende (9) z. B. einer mit Blutplasma gefüllten Kapillare (7) wird ein mit den Fingern komprimierter Ver­ schlußstopfen (10) aufgesteckt. Bei Wegnahme der Kompression wird nun etwas Plasma aus dem Kapillarlumen in den Kompen­ sationsraum (11) des Verschlußstopfens eingesaugt. Durch manuelles Vorschieben der Kapillare in diesen Kompensationsraum läßt sich der Plasmaspiegel exakt auf eine am oberen Ende (8) der Kapillare (7) angebrachte Volumenmarke einstellen (wichtig für die beim Start des Pipetiervorgangs exakt eingehaltene Eintauchtiefe des Pipettenrohrs (12) in das Kapillarlumen bei den später noch beschriebenen Probenent­ nahmen). Schiebt man nun die Kapillare (7) in dem Rohr (6) vor, dann zentriert schließlich die konische Öffnung des Dichtrings (5) den oberen Teil (8) derselben auf die untere Öffnung des Kanals (4), ohne Stufenbildung. Damit kann die vom Laborautomatenarm (20) beim Pipetiervorgang abgesenkte Spezial­ pipette mit ihrem Pipetierrohr (12) über den Einführtrichter (3) in den Kanal (4) und von dort mühelos in das Lummen der Kapillare (7) eintreten, ebenso wie die Federstahlelektrode (15) mit Kontaktperle (16) durch das ausgesparte Zylindersegment (14). Berührt die Spitze (13) des Pipettenrohrs (12) den Flüssigkeitsspiegel in der Kapillare, dann hat bei exakter Füllung der Kapillare bis zur schon beschriebenen Volumenmarke, die Kontaktperle (16) den Kontaktring (25) noch nicht erreicht. Das bedeutet, daß das Pipetierrohr (12) noch weiter im Kapillarlumen abgesenkt wird, bis schließlich die Kontaktperle (16) eine elektrische Verbindung mit Kontaktring (25) herstellt (d. h. die Pipetierrohrspitze (13) ist bis auf die Ebene von Kontaktring (26) eingetaucht). Dadurch kann nun ein elektrischer Strom über die Federstahlelektrode (15), Kontaktperle (16), Kontaktring (25), Verbindungsdraht (28), Endhülse (24), den elektrisch leitenden Stopfen (10) und über die leitfähige Flüssigkeit (Blutplasma) im Lumen der Kapillare (7) zu dem dort eingetauchten als 2. Elektrode diendenen Pipetierrohr (12) fließen. Dadurch wird ein weiteres Vorschieben des Pipetierrohrs durch den Laborautomaten gestoppt und danach das Einsaugen der vorgegebenen Probenflüssigkeitsmenge ausgelöst. Nach Beendigung dieses Vorgangs erfolgt in üblicher Weise der Probentransfer in die Meßküvette zur Weiterbearbeitung. Für erforderliche weitere Analysen wird vom Laborautomaten erneut das Pipetierrohr (12) in beschriebener Weise in das Kapillarlumen abgesenkt. Dabei kann aber jetzt erst ein elektrischer Strom über die genannten Elektroden fließen, wenn die Pipetierrohrspitze (13) etwa die Ebene von Kontaktring (27) erreicht und dabei die Kontaktperle (16) eine elektrische Ver­ bindung zu Kontaktring (26) hergestellt hat (s. Fig. 5 und 6). Die nachfolgenden Pipetierschritte erfolgen wieder wie beschrieben. Für eine weitere, dritte Analyse kann nochmal eine Plasmaprobe entnommen werden. Die Pipettenspitze (13) erreicht dabei ca. die Ebene von Kontakthülse (24), wenn die Kontaktperle (16) die elektrische Verbindung zu Kontaktring (27) herstellt. Durch den Abstand der Kontaktringe wird jeweils, wie beschrieben, eine bestimmte Eintauchtiefe des Pipetierrohrs in das Substrat in der Kapillare erreicht. Diese Eintauchtiefe entspricht einer bestimmten maximal verfügbaren Menge an Substratflüssigkeit beim nachfolgenden Einsaugvorgang. Je nach gewünschter chemischer Analyse ist der Substratbedarf jedoch oft unterschiedlich. Dem kann man zweckmäßigerweise durch die Verwendung von unterschiedlich programmierten Spezial-Kapillarprobenbehältern mit entsprechenden Spezialpipetten für keine (3-10 µl, mittlere (10-15 µl) und große (20-30 µl) Substratmengen Rechnung tragen. Die gewünschte Programmierung ergibt sich dabei durch den angewandten Abstand und die Zahl der Kontaktringe. So ergibt die Anordnung vieler Ringe mit kleinem Abstand mit entsprechender Spezialpipette, z. B. die Möglichkeit, viele Substratproben bei jedoch kleinen Einzelvolumina automatisch zu entnehmen. Nur 1 Kontaktring dagegen ermöglicht auch nur die einmalige Entnahme bei jedoch großer Menge.

Beschreibung eines Laborautomaten-Pipetiervorgangs mit Spezialpipette, Spezial- Kapillarenprobenbehälter und Spezial-Pipetierprogramm für Laborautomaten

Der zusätzlichen Erläuterung dienen Fig. 1, 3 und 4.

Die z. B. mit Blutplasma gefüllte Kapillare (7) wird mit ihrem unteren Ende (9) in den Verschlußstopfen (10) eingeschoben. Die Funktion des beschriebenen Kompensationsraums (11) zum exakten Füllen der Kapillare bis zur Marke am oberen Ende (8) ist hier entbehrlich. Auch nicht vollständig aufgefüllte Kapillaren können bearbeitet werden. Schiebt man nun die Kapillare in Rohr (6) ein, dann zentriert schließlich die konische Öffnung von Dichtring (5) den oberen Teil (8) derselben auf die untere Öffnung von Kanal (4), ohne Stufenbildung. Jetzt wird der Spezial-Kapillarprobenbehälter in den Normalprobenbehälter (21) eingesetzt. Damit kann jetzt der automatische Pipetiervorgang beginnen. Der Laborautomatenarm (20) senkt die Spezialpipette und damit das Pipetierrohr (12) mühelos über den Einführtrichter (3), den Kanal (4) ins Kapillarlumen und gleichzeitig dazu die Federstahlelektrode mit Kontaktperle (16) durch das ausgesparte Zylindersegment (14) auf die Kontaktschiene (23), die auf dem Rohr (6) in Längsrichtung aufgebracht ist und eine elektrisch leitende Verbindung über die Endhülse (24), den elektrisch leitenden Stopfen (10) zur leitenden Substratflüssigkeit (z. B. Blutplasma) in der Kapillare hat.

Erreicht die Pipetierrohrspitze (13), die auch als Elektrode dient, den Flüssigkeitsspiegel, dann wird der Stromkreis geschlossen und die Absenkung des Laborautomatenarms (20) stoppt. Nun wird der weitere Pipetiervorgang durch das Spezialpipetierprogramm für Laborautomaten gesteuert.

Dieses Programm arbeitet nach folgendem Arbeitsprinzip: Die zur Durchführung des chemischen Analysenvorgangs benötigte Substratmenge wird schrittweise aus Teilmengen gewonnen. Dies ist zweckmäßig, da das Kapillarlumen eine sehr kleinen Querschnitt aufweist und damit nach dem Eintauchen des Pipetierrohrs (12), auch bei mehreren Millimetern, nur eine sehr kleine Substratmenge einsaugen kann. Deshalb wird der automatische Pipetiervorgang - Vorschieben (Eintauchen) des Pipetierrohrs - Stopp - Einsaugen von Substrat - ein- oder mehrmalig nacheinander durchgeführt. Die Zahl der vorzunehmenden Pipetiervorgänge ist dabei von dem ins Programm eingegebenen Daten abhängig wie: Querschnitt des Kapillarlumens, zugelassener und möglicher Eintauchtiefe des Pipetierrohrs, der vorprogrammierten Einsaug- Substratmenge und vor allem der zur chemischen Analyse benötigten Gesamtsubstratmenge. So benötigt z. B. die Gewinnung einer Gesamtsubstratmenge von 15 µl aus dem Kapillarlumen 3 Pipetiervorgänge (5 µl pro Vorgang), eine solche von nur z. B. 3 µl erfordert dementsprechend nur einen Vorgang, bevor die Gesamt­ substratmenge in die Meßküvette des Automaten zur weiteren Bearbeitung transferiert werden kann. Ist noch eine weitere chemische Analyse aus dem Substrat derselben Kapillare gewünscht, dann wird der Laborautomatenarm (20) das Pipetierrohr (12) wieder so weit in das Kapillarlumen einschieben, bis der Substrat-Flüssigkeitsspiegel erreicht ist (Schluß des Stromkreises). Nach dem - STOPP - wird nun, wie beschrieben, durch das Spezial-Pipetierprogramm gesteuert die weitere Probengewinnung ablaufen.

Claims (12)

1. Pipetiervorrichtung für chemische Analysenautomaten zur Probenentnahme aus Kapillaren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kombination von einer Spezialpipette, einem Spezial-Kapillarprobenbehälter und einem speziell programmierten Funktionsablauf für die Spezialpipette über Besonderheiten der Kapillarprobenbehälter selbst oder ein Spezial-Pipetierprogramm für den Laborautomaten, besteht.

2. Pipetiervorrichtung für chemische Analysenautomaten zur Probenentnahme aus Kapillaren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spezialpipette aus einem Pipetierrohr (12) und einer Federstahlelektrode (15) aus Draht mit einer Kontaktperle (16) besteht, die in ihrem Mittelteil mechanisch fest miteinander verbunden sind.

3. Spezialpipette nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an ihrem unteren Teil Pipetierrohr (12) und Federstahlelektrode (15) voneinander getrennt, parallel in einer Ebene, in einem exakt definierten Abstand verlaufen.

4. Spezialpipette nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur das Pipetierrohr (12) als Elektrode in das Kapillarlumen und das Substrat eintaucht und die Federstahlelektrode (15) mit Kontaktperle (16) nur als Gleitkontakt zur Stromzufuhr über Kontakte des Spezial-Kapillarprobenbehälters dient.

5. Spezialpipette nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pipetierrohrspitze (13) die Spitze der Kontaktperle (16) der Elektrode (15) um 1- 2 mm überragt.

6. Spezialpipette nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pipetierrohrspitze (13) die Spitze der Kontaktperle (16) um eine Kontaktring- Abstandsbreite überragt.

7. Spezial-Kapillarprobenbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Einsatz ausgebildet ist, der in Normprobenbehälter eingesteckt werden kann.

8. Spezial-Kapillarprobenbehälter nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß er aus der Kombination eines Einführungstrichters (3) für das Pipetierrohr (12) in die Substratkapillare (7) mit einem durchsichtigen, angeflanschten Rohr (6) mit Elektroden als Gehäuse für die mechanische Fixierung und zur Stromzufuhr, besteht.

9. Spezial-Kapillarprobenbehälter nach Anspruch 1, 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr von unten in die Kapillare und die Substratflüssigkeit vorgenommen wird über einen Verschlußstopfen (10) aus Metall, elektrisch leitendem Plastik- oder Gummimaterial.

10. Spezial-Kapillarprobenbehälter nach Anspruch 1, 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr in den unteren Teil der Kapillare von der Spezialpipetten-Elektrode (15) über Kontaktperle (16) über eine in Längsrichtung auf dem durchsichtigen Rohr (6) aufgebrachte elektrische Konktaktschiene (23), die mit der Endhülse (24) verbunden ist und in die der leitfähige Verschlußstopfen (10) für die Kapillare (7) eingepreßt ist.

11. Spezial-Kapillarprobenbehältern nach Anspruch 1, 7, 8, 9, 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr über eine Spezialpipette nach Anspruch 5 vorgenomme wird, über die Kontaktringe (26, 27, 28), die auf dem Rohr (6) in definierten, gleichen Abständen angeordnet sind (entsprechend dem Längenunterschied zwischen Pipetierrohrspitze (13) und Kontaktperlenspitze (16) und die untereinander mit der Endhülse (24) mit einem Draht verbunden sind.

12. Spezial-Pipetierprogramm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtprobenmenge für die chemische Analyse bei größeren Gesamtsubstratmengen diese in mehreren Pipetiervorgängen als Teilprobenmengen aus der Kapillare entnommen werden und bei sehr kleinem Substratmengenbedarf nur in einem Pipetiervorgang.