溶血器的制作方法

专利名称：溶血器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的溶血器(haemolysator)。 此外，本发明涉及一种与比色池(cuvette)(测量室)相结合的溶血器，该比色池
用于接收样品，特别是血液样品。 本发明还涉及一种包含溶血器的光谱分析仪。 此外，本发明涉及一种包含多层激励器(actuator)的振荡系统，特别是涉及一种 包含多层激励器的溶血器。 本发明还涉及一种方法，其用于装备有压电多层激励器的溶血器运行状态的功能 测试和监控。
背景技术：
开始时提及的溶血器被用于光谱分析仪中，特别是用于血红蛋白衍生物的光谱测 量，例如02Hb、HHb、COHb、MetHb和源自其的量(分别是血氧测量器和一氧化碳测氧器)。但 是，该溶血器也适用于组合的光谱_化学品分析仪。在其他事物中，所述的分析仪用于全血 样品中的血液气体(02， C02， pH)、电解质(K+， Na+， Ca++， CI—)、代谢物(葡萄糖和乳酸盐)、血 球比容、血红蛋白参数(tHb， S0y等等)和胆红素的分散测量。在这样作的过程中，利用了 这些物质的特有的光谱吸收性能，并且将测量值通过数学运算法则来评价。
为了能够达到所需的测量精度，在光学测量之前，必需对全血进行溶血，该溶血是 依靠溶血器来进行。在这样作的过程中，血液细胞主要被超声波能量所破坏，目的是能够进 行所述的测量，而不妨碍光的散射效应。 在图l，表示了光谱分析仪的血氧计模块200的示意图，并且该血氧计模块是本领 域已知的。所述的血氧计模块包含测量光源201，其产生光束202，光束202通过透镜203 聚焦，并且照射到光学测量室204上。所述的光学测量室204(其也称作"比色池")具有光 束202能够通过的透明的容器壁。测量室204中布置有样品205，特别是全血样品，该样品 具有特征的光谱吸收性能，这改变了通过该样品的光束202的光谱组成。在离开测量室204 之后，光束202被引入到光学波导管206，并被导向光谱传感器207。样品205的光谱分析 需要这样一种溶血，在其中全血样品中的血液细胞被超声波破坏，目的是将该样品转化成 基本上不散射光束202的液体。溶血是依靠溶血器210来进行的，该溶血器210是作为一 种超声波换能器而设计的，并且其包含压电陶瓷元件211，压电陶瓷元件211经由交流电信 号的激励而产生了机械振荡，这归因于逆压电效应(即，这样的物理现象，在其中机械变形 是通过施加电信号到压电元件而引起的)，该机械振荡被传输到共振器212并放大(同样参 见图2)。共振器212经由在它的前侧面上形成的连接表面213依次将机械振荡传输到测量 室204的容器壁上，由此使该振荡传播到样品205中，并且由于空化效应使得其中的血液细 胞破裂。此外，溶血器210具有排列在压电陶瓷元件211侧面上的配重214，其面朝着共振 器212的外面。为了使测量室204不被机械振荡破坏以及为了确保该机械振荡在样品205 中的适当传播，测量室必须是弹性安装的。这是通过弹簧垫215来实现的，该弹簧垫预加压到靠着测量室204侧面的砧座216上，该砧座面向溶血器210。 根据该现有技术，超声波换能器类型的溶血器210迄今已经被配置成共振振荡 器，其通过在该溶血器固有共振频率的电正弦曲线信号来激发振荡。图2所示的超声波换 能器溶血器210是这样一种基于共振振荡器原理的现有技术的溶血器210。
包含符合共振振荡器原理的溶血器的光谱分析仪是已知的，例如参见US3972614。
已知的共振振荡器超声波换能器类型的溶血器的一个缺点是它们的相当大的总 长，该长度只能被制成这样的尺寸，以使得在样品位置达到最大的振荡振幅。共振振荡器超 声波换能器是一种A /2-振荡器，其需要几厘米的总长(典型的是大约10cm)。这产生了大 体积的分析仪。 此外，该共振振荡器必须具有非常高的质量，这归因于它在共振频率处激励的作 用原理，这导致了这样的事实，即，它仅仅能够运行在极窄的频率范围。首先，这限制了对溶 血加工进行控制的可能性，这是因为在血液样品中，取决于超声波频率，形成了不同尺寸和 密度的空化气泡。其次，在可更换的测量室(比色池)的情况中(在其中进行溶血)，发生 的问题是不同的材料和振荡性能在整个寿命期中是变化的。如果机械振荡是通过共振振荡 器超声波换能器(该换能器由于它的原理，已经被调整到固定的频率)来传输的，则结果将 是在频率行为中可能出现失调(maladjustment)，这将导致比色池中血液样品的溶血不足。 第三，同样有益的是在运行过程中能够进行质量控制和系统测试，但是共振振荡器由于它 们非常窄的有用的频率范围，而同样并不适于此。 最后，已知的共振振荡器超声波换能器相当高的能耗也是一个问题。 总之，因此令人期望的是能够提供一种用于光谱分析仪的血氧计模块的溶血器，
其是小的和静音的，具有<=15W连续功率的低能耗，能够经受内部质量检查，即使比色池
交换时也允许系统保持可操作性，其改变了系统的振荡性能，并且对血液样品进行完全的溶血。
发明创造内容 本发明通过提供具有权利要求1的特征的溶血器来解决了所产生的问题。本发明 有利的实施方案在从属权利要求中进行了阐明。 本发明的溶血器包含了声导板(sonotrode plate)和作用于其上的振荡发生元 件，其中该振荡发生元件可以通过交流电信号发生器而设定(set into)机械振荡，以及样 品室，所述的声导板将机械振荡传输到该样品室中。根据本发明，振荡发生元件在宽的频带 内是可针对(forward)机械振荡激励的，优选以一种可变的方式。术语"在宽频带内可激励 的"应当被理解为表示， 一方面由于它们的信号形式，能够产生宽带振荡，另一方面，也可以 产生在该宽频带中的窄带振荡，例如，具有离散频率的正弦曲线振荡。在本发明的一种优选 实施方案中，可以想象(窄带)振荡是通过该宽带频带调谐的。 根据本发明，合适的频率范围通常是这样的全频范围，在其中能够发生由超声波 引起的溶血。具体的，这些频率范围会在介质中由于超声波而引起空化气泡的形成，这依次 会导致该介质中所含的细胞的破坏。 特别优选的频率范围是20-50kHz。更低的频率范围也是可能的，但是其涉及到这 样的缺点，即，由于可听见的频谱的交叉，会发生可察觉的噪音现象。更高的频率范围同样是可能的，但是其涉及到这样的缺点，即，例如，作为该溶血器发热的结果，会分别发生高的 能量损失和更低的效率。 因此，本发明的本义是提供一种溶血器，其不是基于共振振荡器原理(A /2共振
器，其通过压电元件激励)，该共振振荡器由于它的原理，产生了非常窄的频带和不可变的
机械振荡，而本发明的溶血器替代的包含了具有机械振荡发生元件的超声波换能器，该振
荡元件在宽的频带中是可变的，并且可以通过交流电信号针对(forward)机械振荡发生激
励。在这样的宽带机械振荡发生元件的帮助下，在行程振幅(strokeamplitude)和行程频
率(stroke frequency)中调节其的激励，以使得该溶血器即使在系统的内部振荡性能变化
时(例如，在组件例如比色池交换之后)，仍然保持可操作性也是可能的。这对于本发明具
体适合的新颖概念是特别重要的，并且在其中，比色池构成了一种消耗材料或者是消耗项
目的一个部分，其在下面也称作"耗材"，其中这样的耗材的一个特性是它是规律性更换的。
在这样的耗材的交换过程中，必须承认的是，不同批次的耗材之间的材料性能不可避免的
变化，因此整合到其中的更换比色池的机械和材料性能并不总是严格相同的。 理想的，包含本发明的溶血器的分析仪应当是容易操作的，并且对于"未受过培训
的"用户来说也是直观的。对于这样的装置一种另外重要的需求是从用户的观点来说，它
应当是"几乎无需维护"而可操作的。"几乎无需维护"通常被理解为表示同样一个(技术
上)未受过培训的用户将更换消耗材料用于连续操作，该消耗材料仅仅是以盒式和/或模
块的形式存在的。全部的消耗材料(耗材)应当能够由用户通过简单直观的操作来规律性
的进行交换，例如，在某个使用期终了之后或者在已经获得了某些数量的测量之后或者在
其中所提供的资源已经消耗完之后进行所述的交换。 在现有技术的系统中，例如描述在例如US专利372614中的系统，光学测量室(比 色池)被设计成血氧计的一个整合的部件，其不变的保持在该装置中。在US3972614中所 述的用于血液样品的参数例如诸如血红蛋白的光谱测量的分析仪同样包含了用于该血液 样品的超声波溶血(即，该红色血液细胞的破坏)的工具，目的是使得该血液样品成为尽可 能的自由形式的扩散体。只有这样才能允许样品进行精确的光谱分析。
但是，在所计划的使用期内高风险的堵塞是该已知系统的一个缺点，其中特别是 流体合并点以及小层厚的样品通道表现出了问题。如果污染物或者堵塞物出现在这样的血 氧计系统的比色池区域中，则这些物质通常只能通过昂贵的比色池更换来消除。在大部分 情况中，因为经常会发生分析仪相对长的无计划的停用期，因此足够的训练或者对于服务 工程师的需求是必需的。此外，在这样的系统中手工更换比色池经常需要随后的手工调整 和校正步骤来获得可再现的测量结果。 如上面已经解释的那样，本发明的溶血器由于它的电触发灵活性，它的行程振幅 和行程频率的可变性，因此它特别适于其中溶血是直接在可更换的比色池中进行的分析仪 系统，尤其是适于这样的分析仪系统，在其中所用的比色池是可容易更换的以及对于"未受 过培训的"用户而言还是直观的，例如，因为该比色池是能够规律性更换的耗材的一部分。 本发明溶血器的这样一个实施方案的特征在于可更换比色池是插入到样品室中的，该比色 池具有用于接受血液样品的样品通道，该通道是由至少一个振荡传输壁来界定的，并且在 插入状态时比色池的振荡传输壁是静止不动的靠着声导板的。 本发明还涉及一种本发明的溶血器与比色池的组合，并且该比色池包含了至少一个密封元件和两个透明元件，其中这两个透明元件彼此隔开并且构成样品通道的两个相对 的分界表面，该至少一个密封元件构成样品通道的侧壁，由此该样品通道被设计成纵向关 闭的通道，并且其包含了一个入口和一个出口。提供至少一个间隔器来保持透明元件的彼 此隔离。这两个透明元件中的至少一个具有肩部，该肩部在朝着另外一个透明元件的方向 上延伸，并且形成样品通道的分界表面，以使得该样品通道的高度低于至少一个间隔器的 高度。 通过在两个透明元件的至少一个上提供肩部，能够实现具有确定高度的样品通 道，该高度小于间隔器的高度，例如具有0. 1或者lmm的高度。但是，两个透明元件和间隔 器都被设计成具有足够厚度的固体元件，以使得能够显示出优异的机械稳定性和所需的尺 寸精度以及能够适于超声波溶血。 为了使得间隔器在它的整个寿命中以及在超声波应用中保持令人满意的尺寸精 度，优选的是用可注塑的合成材料来制造它，该合成材料具有优选大于2500MPa，更优选大 于5000MPa的高弹性模量值。 在一种具有优异的机械强度和尺寸精度的比色池的实施方案中，透明元件依靠尺 寸稳定的粘接剂粘合到间隔器上的，该粘合剂具有确定的层厚度。样品通道的精确高度可 以在粘合剂固化之前，通过调整透明元件的位置来设定。 在一种可选择的实施方案中，比色池的透明元件是模塑、粘贴或者通过夹子连接 到间隔器上的。同样在这种实施方案中，如果在组装之前，单个零件是以所观察到的所需的 窄配合公差这样的精度来进行机械加工的，则可以达到了 一个高的成形精度。
密封元件静止水平的靠着透明元件肩部的壁。为了防止由于界面的毛细作用，一 定量样品进入到透明元件与密封元件之间可能存在的小间隙中，可以想到允许在透明元件 之间的密封元件突出到样品通道中。这是如下来实现的使用由弹性材料制成的密封元件， 其优选具有50-80的肖氏D硬度，更优选具有60-70的肖氏D硬度，并将所述的密封元件加 压来靠着该透明元件。由于该密封元件的材料弹性，因此所述的元件受力进入到透明元件 之间的间隙中，并且在间隙中形成密封条。该密封条的形成可以通过提供这样的透明元件 来促进，该透明元件在它们面朝间隙的边上具有半径或者斜面。以这种方式避免了所谓的 "样品携带污染(carry-overs) "，S卩，分别避免了由于比色池中早期样品的残留物引起的样 品污染和参考测量的伪造。 优选的，密封元件和间隔器形成了一个组合元件，例如，2-组分注塑零件或者复合 材料冲压零件。依靠这样的组合元件，比色池组件被明显简化，并且仍然达到了优异的强度 和密封性。 比色池的一种实施方案包含了由玻璃，优选是压制玻璃所制成的透明元件。这种 实施方案的特征在于它的良好的生产性和高的尺寸精度。 作为玻璃的替代品，可以使用具有下面性能的合成材料作为透明元件低的应变 双折射，较少的蠕变行为，没有/低的透气性，耐化学品性，热稳定性，在可见光(VIS)和近 红外(NIR)波长范围内的光学透明性。可见光范围(VIS)定义为380-780nm的波长范围； 近红外范围(NIR)是780-1400nm。优选该透明元件包含选自热塑性烯烃聚合物的合成材 料。 由上面列出的材料中选择透明元件的材料还允许对比色池中的样品自动调温。具体的，血液样品在光谱分析中必须尽可能准确的保持在37t:，这是因为该光谱是温度依赖性的。 如果比色池被整合到光谱分析仪的耗材(消耗品)中，特别是整合到包含官能液体(例如，校准液体，参考液体，清洁或者备用液体以及试剂液体)和/或废物容器的流体包中时，则该比色池的更换将是容易的，并且对于"未受过培训的"用户来说也是直观的，因为它发生在耗材更换的一个操作中。 本发明人已经令人惊讶的发现，对于本发明的溶血器而言，压电多层激励器特别适于作为机械振荡发生元件。这些多层激励器达到了在宽频带中由交流电信号可变激励的条件。多层激励器已经被用于汽车领域中的注射系统中，但是，在这里它们是在这样的操作条件下使用的，该操作条件完全不同于本发明的溶血器所用的这些条件。将多层激励器用在溶血用的医学装置中不是已知的。依靠压电多层激励器，在本发明的溶血器中可以实现大的振荡振幅，而不需使用共振器原理，并且该溶血器的整体尺寸能够彻底降低。
在本发明的溶血器中，将压电多层激励器整合到弹簧-质量(spring-mass)系统中，它的连系尺寸能够适合各自的条件。多层激励器的使用需要特定的操作条件(预拉伸力，触发的脉冲形状)。为了优化它们的寿命，必须选择不造成材料损坏的"柔和的"操作模式和/或合适的材料。例如，可以对所用的振幅，工作频率，共振频率以及陶瓷组成进行适当的选择来用于此目的。与共振原理比较，还可以选择一种非正弦脉冲(其任选的是变频的)来用于血液的溶血，由此可以优化该系统的溶血和净化。除了正弦曲线信号之外，可使用的信号的例子还包含方形波、三角形、锯齿形和脉冲信号，但是具有可自由定义的波形的驱动信号同样是可以允许的。 总之，本发明的包含压电多层激励器的溶血器具有下面的特征和相对于已知的共振振荡器的优势 1. —种行程振幅和行程频率可变的系统， 2.使用非正弦曲线脉冲来改进溶血和净化，和改变脉冲形状、频率和振幅的可能性， 3.需要更低的驱动电压， 4.多层激励器运行状态的功能测试和监控，以及因此通过监控电学参数来监控溶血器， 5.明显更小的构造， 6.使用多层激励器作为传感器(力的测量，最佳运行条件的持续检测)，特别是与可更换的比色池相结合。 与多层激励器相联系的一个问题是由于它们电连接到电信号发生器的接触器引起的。由于多层激励器相对高的电容和它们在kHz范围内的电信号触发，引起高的电流(高达10A)流过了该接触器。另外一个必须在接触器中克服的困难是当多层激励器振荡时，它们的厚度是变化的。但是，本发明还提供了对于这个问题的解决方案，其通常能够用于包含多层激励器的振荡系统中，特别是用于包含多层激励器的溶血器中。本发明一种包含至少一个压电多层激励器的通用振荡系统的特征在于该至少一个压电多层激励器被夹持在第一和第二导体之间，并且导电垫排布在该多层激励器与导体之间的界面上，该垫含有导电材料粒子，特别是碳粒子。
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包含碳粒子的导电垫优选表现出负温度系数的电阻，其因此导致了特别是在升高的温度时提高的电流传导，该升高的温度是由于溶血器在它的运行过程中的加热引起的。碳粒子紧密的位于导体和多层激励器的表面上，由此实现了例如两倍放大的用于电流传导的活性区域。另外一个优势是该导电垫是非常柔韧的，这样与刚性连接例如焊接接头相比，在多层激励器厚度变化的情况中同样保持了优异的电传导。 本发明的包含具有压电多层激励器(其已经按照本发明进行了接触)的振荡系统的溶血器的一种优选的实施方案的特征在于该压电多层激励器被夹持在第一和第二导体之间，并且导电垫排布在至少一个多层激励器与导体之间的界面上，该垫含有导电材料粒子，特别是碳粒子。 本发明还提供了一种通过监控多层激励器的电参数，来对装备有压电多层激励器的溶血器的运行状态的功能测试和监控的方法。这样的功能测试和监控特别对于具有可更换比色池的溶血器而言是有利的。所述方法另外一种非常根本上的优势是根据振荡性能的变化(例如，通过规律性的更换该比色池)，由此能够发现与比色池相组合的溶血器最优的运行点或者范围，例如，最优的频率范围和/或最优的行程振幅。本发明的方法(其用于运行本发明的具有设计为压电多层激励器的振荡发生元件的溶血器)基于这样的事实，即，压电多层激励器通过利用压电效应(即，这样的物理现象，在其中电信号是通过施加机械压力负荷到压电元件而产生的)，探测和评价多层激励器的物理参数而被用作传感器。
在本发明方法的一种实施方案中，所探测的物理参数是声导板在电信号供给切断之后的渐弱(fade out)，并且该渐弱本身是通过由多层激励器的电压信号产生而得以体现。中心频率和任选的振荡系统的质量可以优选使用快速傅立叶转换(Fast FourierTransformation)，由多层激励器所产生的电压信号来确定。 可选择的，所探测的物理参数是一种机械力，其作用于该多层激励器上，并且通过测量多层激励器所产生的电压来确定。 同样可以想到探测和评价该多层激励器的电容来作为物理参数。 如果对所探测的该压电多层激励器的物理参数的评价表明它位于预定的运行范
围之外，则会开始纠错测量和/或报警。


本发明现在基于示例性的实施方案，并参考附图来进行进一步详细的说明。在该附图中 图1表示了一种光谱分析仪的血氧计模块200的示意图； 图2表示了一种基于共振振荡器原理的已知的超声波换能器溶血器的透视 图3表示了作为光谱分析仪的一个部分的本发明的溶血器的透视 图4表示了本发明溶血器的顶视图，该溶血器设计成具有与导电碳垫接触的立方体压电多层激励器； 图5表示了本发明的溶血器在三种不同的激励频率时，在时间和频率域中的动态响应； 图6A、图6B和图6C表示了一种用于与本发明的溶血器相组合的比色池的优选的实施方案的等大图，分别是沿着图2A的线2B的剖视图和沿着线2C的剖视图；禾口
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图7表示了一种模块化设计的光谱分析仪的示意图，在该分析仪中带有本发明的溶血器。
具体实施例方式
图3和图4中表示了一种本发明的溶血器1优选的实施方案。溶血器1被整合到光谱分析仪中，该分析仪将在下面进一步详细描述。溶血器1包含了表现为振荡发生元件2的超声波振荡发生器，其可以在宽频带(例如20-50kHz)用交流电信号发生器(未示出)可变的激活，和支承在盘状弹簧4上的声导板3，振荡发生元件2在该声导板上在光轴5的方向上施加机械振荡。声导板3将这些机械振荡传输到样品室6。可更换的比色池20插入到样品室6中，该比色池用振荡传输壁21 (玻璃壁等等)靠在声导板3的面上，以使得它吸收该声导板3的振荡，并将它们传输到存在于比色池内部的液体血液样品28，由此由于空化效应在该血液样品28中形成气泡，并爆裂，这产生了血液的溶血。 为了能够将振荡转移到比色池20来起作用，将配重7排列在样品室6的侧面，其面朝着声导板3，该配重在比色池20插入到样品室6之后，通过一个机构(该机构没有进一步图示)移动远到比色池20，并且在测量进行之后移动返回(参见双箭头9)以释放比色池。配重7将处于夹持状态的比色池20压到靠着声导板3。配重7是通过螺旋弹簧8来机械预压的。由螺旋弹簧8所产生的预拉伸力一方面应当小，以使得比色池20不被压縮，由此使它的样品通道25不被压榨，否则这将依次改变光学性能以及因此的测量精度。另一方面，该预拉伸力应当不低于一个最小的力，以防止声导板3在振荡的情况中升高离开比色池20。 振荡发生元件2是被设计成立体形状的压电多层激励器(参见图4)，其包含了压电材料的大约180个陶瓷层，该层彼此堆叠。每个立方体的电容大约是350-500nF。所述的层是串联机械连接的和平行电连接的，由此它们是在相对的边上侧面接触的，并且在光轴5的方向上发生长度变化，当它们通过交流信号发生器10的交流电信号激励时，该长度变化合计为总长的变化。对于进行溶血来说，在大部分情况下大约lym-大约30ym，优选大约5ym的长度变化是足够的。从光轴的方向上看，该多层激励器是由靠着溶血器载体的第一个面和靠着声导板3的相反的面来支撑的。多层激励器优选围绕着光轴5放射状排列。可选择的，可以想到提供一种相对于光轴同轴排列的环形多层激励器。 每个多层激励器大约350-500nF的电容需要几安培的电流来用于它的触发。为了能够将这些电流可靠的引入到该多层激励器中，已经开发了一种特殊的接触器，其现在参考图4进行解释。 溶血器1包含了由铜制成的外部环形导体13和内部三角形或者放射状导体14，其经由导线11、12连接到交流电信号发生器10。两个导体13、14中的至少一个设计成夹紧弹簧。设计为多层激励器的振荡发生元件2夹持在两个导体13、14之间，同时放射状聚集在光轴5的周围，其中导电接触垫15，特别是含有碳/石墨的接触垫15在每种情况中排列在每个多层激励器的第一侧壁与外导体13的内部边区之间以及排列在每个多层激励器的第二侧壁与内导体14的外部边区之间。作为机械夹持力的结果，这些接触垫15是被外和/或内导体13、14压靠着多层激励器的侧壁，并且在这样做的过程中穿入多层激励器壁的不平坦(孔)中，由此使得接触表面被放大了许多倍。金属箔例如银箔不表现出这种作用。
图4所示的振荡系统的应用并不限于用在溶血器中，而是同样可以有利的用于其 他技术领域中，该振荡系统具有至少一个压电多层激励器作为振荡发生元件2，并且至少一 个压电多层激励器夹持在第一和第二导体13、14之间，并且导电垫15排布在多层激励器与 导体13、14之间的界面上，该垫含有导电材料粒子，特别是碳粒子。 溶血器1可以以不同的运行模式来运行。运行的主模式是溶血，其中，在溶血开始 时，电信号发生器10优选将一个陡峭的电压斜线上升施加到振荡发生元件2 (多层激励器) 上。它同样也有益于电信号频率的摇摆，例如，在中心频率周围200Hz的范围中的摇摆，由 此能够实现溶血结果的改进。 为了净化所述的系统，可以将变化很大的频率信号施加到振荡发生元件2上，由 此在液体样品中产生直径和密度的差异很大的气泡(其中特定的清洁液体也可以作为样 品来提供)，这显著的提高了对于不同污染物的清洁效率。 为了消除比色池20的样品通道25中不期望的气泡，可以通过施加中心频率的大 约2/3的电信号来使得气泡开始运动，并从样品通道25中传送。此外，为此目的，比色池的 光学测量窗可以具有适当的几何形状，以使得这些气泡尽可能可靠的传送到光学测量范围 之外。 此外，为了进行检查和质量检测，设计成压电多层激励器形式的振荡发生元件2 可以被用作传感器，利用压电效应来探测和评价该多层激励器的物理参数。以这种方式，在 溶血器中的溶血器1和整个振荡系统的动态响应也分别是可探测的。为此目的，在供给到 多层激励器的电信号被切断之后，探测声导板2的渐弱过程，并且该渐弱证明了它本身是 通过多层激励器的电压信号产生的。中心频率和任选的振荡系统的质量可以优选使用快速 傅立叶转换(Fast Fourier Transformation)，由多层激励器所产生的电压信号来确定。图 5表示了在三种不同的激励频率F1、F2、F3，溶血器1在时间(在右边，x轴的单位是时间单 位rel. ，y轴单位是mV)和频率域(在左边，x轴的单位是Hz， y轴的单位是rel.单位)中 的动态响应。上面的曲线进程(激励频率F1)表示了一种失调的电信号发生器10的频率， 中间的曲线进程(激励频率F2)表示了一种几乎正确调整的电信号发生器10的频率，下面 的曲线进程(激励频率F3)表示了一种最佳调整的电信号发生器10的频率。
图7示意性的表示了一种模块化概念的光谱分析仪100，在其中上述的溶血器1被 用于与比色池20相组合。该分析仪100被设计成是"几乎无需维护"的，这样连续运行所 需的全部消耗材料是以盒子和/或模块形式存在的(所谓的"耗材")，并且因此还可以由 (技术上)未培训过的人员来更换。在这种示例性的实施方案中，所用的消耗材料概括成下 面的耗材 參传感器盒101，其包含了分析物测量所需的至少一部分，优选全部的传感器。
參含有液体容器、试剂包和废物容器的流体包102，其含有分析仪100运行所必需 的官能流体(例如校准溶液，清洗溶液，参考液体，运行所需的某些试剂溶液...)。任选的， 另外的元件或者功能件例如整个流体系统或者其零件、样品输入装置以及另外的传感器部 件同样可以包含在流体包102中。如同将在下面更详细解释的那样，比色池20被整合到流 体包102中，比色池20包括了相关的液体供给和流体排出路径。这意味着比色池20是在 流体包102的每次更换时(例如，几周的间隔)规律性更换的。
參内部打印机用的打印机纸盒103。
參任选的包含安瓿剂形式的参考溶液的质量控制盒104，其用于进行自动质量检 查，其可以由所述人员本身通过简单直观的操作来进行更换。 此处所述的耗材的分类仅仅是示例性的。同样可以想到的是将几种耗材的(部分 的)功能件或者(部分的)元件汇总为这样，例如，需要较少的或者甚至仅仅一种耗材。另 一方面，同样可以想到的是将单个耗材的(部分的)功能件或者(部分的)元件分散成为 几种(例如，分散成几种传感器盒或者模块)。但是，一个本质的基本理念是将比色池这样 弓I入到所用的耗材的一种中，即，它可以与这个耗材一起进行更换。 耗材是通过彼此界面排列，例如处于流体对接配件(dockingfittings) 105的形 式，来分别彼此结合的和结合到分析仪。耗材与各自配对件的机械连接可以通过用户直接 的简单手工依次动作或者通过位于所述装置中的驱动器来进行，该驱动器在用户仅仅将所 述的盒子带到"位置"之后自动进行结合的。 血液气体分析仪100包含血氧计模块，在其中使用光谱测量方法来测量位于比色 池20中的样品中的血红蛋白衍生物02Hb， HHb， COHb， MetHb的浓度，以及血液参数tHb (总 血红蛋白)，SOJ氧饱和度)和胆红素。在这样作的过程中，利用了这些物质的特性吸收性 能，并且经由数学运算法则来评价所测量的值。为了能够达到所需的测量精度，在大部分情 况中，在光学测量之前必需进行全血的溶血。为了进行这样的溶血，将示意性表示的溶血器 1整合到血氧计模块中。此外，类似于图1所示，该血氧计模块包括含有光源的灯装置、流体 供给和放出管线、将灯装置所产生的光供给到比色池20的光导体和这样的光导体，其收集 已经通过了比色池20中的样品的光，并将它传输到多色仪，该多色仪对所接受的光进行光 谱分离，以及用于评价所接收的光的光谱范围的探测器。对溶血器1进行设计，以使得当耗 材102被引入到分析仪100时，比色池20作为耗材102的一部分插入到溶血器1中，以及 当耗材102从分析仪100除去时，比色池20也从溶血器1除去。通过这种构造，避免了已 知的分析仪中的血氧计模块堵塞的问题，在该已知的模块中，光学测量室(比色池)被设计 成分析仪的一个整体部件，其永久的保持在该装置中。 参考图6A、图6B和图6C，现在解释比色池20的设计。比色池20包含间隔器23、 第一和第二透明元件21、22和密封元件26。两个透明元件21、22每个具有肩部21a、22a， 并且彼此相对的以这样的方式排列在间隔器23上，S卩，两个肩部21a、22a彼此面对，并且延 伸到通道形的凹进处24。由此，肩部21a、22a的面相互之间具有一定的距离，其对应于在肩 部21a、22a的面之间所形成的样品通道25所限定的高度。样品通道25在它的周围用密封 元件26进行密封，并且该密封元件26靠在肩部21a、22a的边区，并且推进到其之间的间隙 中。包含间隔器23的密封元件26作为一个组合元件29而形成的，例如，作为2-组分注塑 零件或者复合材料压件而形成的。这为比色池20的组装提供了本质上的优点。对于超声 波应用来说，为了使得比色池20表现出合适的强度，间隔器23是由可注塑合的成材料制造 成的，该合成材料具有优选大于2500MPa，更优选大于5000Mpa的高弹性模量值。
透明元件21、22由玻璃，优选由压制玻璃制成，其能够容易的进行加工。可选择 的，它们是由表现出下面性能的合成材料制成的低的应变双折射，较少的蠕变行为，没有 /低的透气性，耐化学品性，热稳定性，在可见光(VIS)和近红外(NIR)波长范围内的光学透 明性。可见光范围(VIS)定义为380-780nm的波长范围；近红外范围(NIR)是780-1400nm。 优选该透明元件包含选自热塑性烯烃聚合物的合成材料。
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密封元件26由弹性体组成，其优选具有50-80的肖氏D硬度，更优选60_70的肖 氏D硬度。 样品通道25表现出光学测量范围25a，在其中透明元件21 、22是平面平行排列的。 为了避免边缘效应，光学测量范围25a与样品通道25的边缘是隔开的。光导体LL1封闭的 导向测量范围25a，并且沿着光路LP发射光通过测量范围25a，在通过测量范围25之后，对 该光进行光谱分析。可选择的，还提供了反射性光学测量系统。 样品通道25具有弓形设计，以使得样品28的入口 20a和出口 20b位于同一侧，这 包括了降低结构体积的优点。另外，因此能够促进比色池的可更换适应性，因为全部的流体 连接都位于同一侧。此外，应当指出的是样品通道25的宽度从包含测量范围25a的中心区 向着入口 20a和向着出口 20b锥形变细，同时增加了样品通道的高度，以使得样品通道25 的横截面面积沿着它的长度基本上保持不变。在这种方式中，防止了在样品通道25中形成 样品28的旋涡。出于同样的目的，样品通道25在该通道中仅仅表现出恒定的变化。
为了组装比色池20，可以将两个透明元件21、22粘合到间隔器23上。可选择的， 在这种实施方案中还可以推荐使用挤压或者插入。 在图6C中，其表示了通过样品通道25的纵剖面图，能够清楚的看到样品通道25 具有朝着测量范围25a圆锥形变细的流入斜角，并且在测量范围25中，显示了透明元件21， 22表面的平面平行的路程，其限定了样品通道。此外，在图2C中还可以看到粘接剂层27， 间隔器23与两个透明元件21、22粘合到其上。该粘接剂是这样一种粘接剂，其在固化后是 尺寸稳定的，以使得粘接剂层27表现出确定的厚度。
1权利要求
一种溶血器(1)，其包含了声导板(3)和作用于其上的振荡发生元件(2)，其中该振荡发生元件(2)可以通过交流电信号发生器(10)而设定成机械振荡，并且包含样品室(6)，声导板(3)将机械振荡传输到其中，特征在于振荡发生元件(2)在宽频带中可以针对机械振荡进行激励。
2. 根据权利要求1的溶血器，特征在于该振荡发生元件(2)是在宽频带中针对机械振 荡可调谐激励的。
3. 根据权利要求1或者2的溶血器，特征在于该振荡发生元件(2)是针对机械振荡可 激励的，同时它们的行程振幅是可调节的。
4. 根据权利要求l-3中任何一个的溶血器，特征在于可更换的比色池(20)可插入到样 品室(6)中，该比色池具有用于接收血液样品(28)的样品通道(25)，该通道是通过至少一 个振荡传输壁来界定的，并且在插入状态中，该比色池(20)的振荡传输壁靠在声导板(3) 上。
5. 根据权利要求4的溶血器，特征在于组合的溶血器(1)和比色池(20)，该比色池 (20)包含了至少一个密封元件(26)和两个透明元件(21,22)，其中该两个透明元件(21， 22)是彼此隔开的，并且限定了样品通道(25)的两个相对的分界表面，至少一个密封元件 (26)限定了样品通道(25)的侧壁，由此将样品通道(25)设计成纵向关闭的通道，并且其包 含入口 (20a)和出口 (20b)，其中提供了至少一个间隔器(23)来保持透明元件(21,22)彼 此隔开，并且两个透明元件(21,22)中的至少一个具有肩部(21a，22a)，该肩部在针对另外 一个透明元件的方向上延伸，并且形成样品通道(25)的分界表面，以使得该样品通道的高 度(h5)小于该至少一个间隔器(23)的高度(h6)。
6. 根据权利要求5的与比色池组合的溶血器，特征在于比色池(20)被整合到光谱分析 仪(100)的耗材(102)中，特别是整合到包含官能化液体和/或废物容器的流体包中。
7. 根据权利要求1-6中任何一个的溶血器，特征在于振荡发生元件(2)是压电多层激 励器。
8. 根据权利要求7的溶血器，其与交流电信号发生器(10)组合，该交流电信号发生器 (10)用于激励振荡发生元件(2)，特征在于该交流电信号发生器(10)产生了非正弦曲线信 号，例如，具有可自由定义波形的信号和/或频率可调谐的信号。
9. 根据权利要求7或者8的溶血器，特征在于该振荡发生元件(2)被夹持在第一和第 二导体(13,14)之间，并且导电垫(15)排列在至少一个振荡发生元件(2)和导体之间的界 面上，该垫含有导电材料粒子，特别是碳粒子。
10. 权利要求1-9中任何一个的溶血器，特征在于所述的频带包含20-50kHz的频率。
11. 一种光谱分析仪(IOO)，其用来对至少部分透明的比色池(20)中的样品(28)进行 光谱分析，所述的样品(28)是例如全血样品，所述的光谱分析如下进行用光束照射该样 品，并且在该光束通过样品之后，探测该光束的光谱，其中该分析仪是在用光束照射样品之 前，对该样品进行溶血的，特征在于该用于进行溶血的分析仪包含根据任何一个前述权利 要求的溶血器(1)。
12. —种振荡系统，其包含至少一个设计成压电多层激励器的振荡发生元件(2)，特征 在于该至少一个压电多层激励器被夹持在第一和第二导体之间，并且导电垫(15)排列在 该多层激励器和导体之间的界面上，该垫含有导电材料粒子，特别是碳粒子。
13. 根据权利要求12的振荡系统，特征在于该导电垫(15)表现出具有负温度系数的电阻。
14. 一种用于操作根据权利要求1-12中任何一个溶血器(1)的方法，其中该溶血器 (1)包含声导板(3)和作用于其上并且被设计成压电多层激励器的振荡发生元件(2)，该振 荡发生元件(2)在宽频带中，优选在20-50kHz中是通过交流电信号发生器(10)可调谐的， 并且任选是针对机械振荡可激励的，同时它们的行程振幅是可调节的，特征在于压电多层 激励器被用作传感器，利用压电效应，探测和评价多层激励器的物理参数。
15. 根据权利要求14的方法，特征在于所探测的物理参数是声导板(3)在电信号供应 切断后的渐弱，并且该渐弱本身在由多层激励器的电压信号产生而得以体现。
16. 根据权利要求15的方法，特征在于中心频率以及任选振荡系统的质量是优选使用 快速傅立叶转换，由多层激励器所产生的电压信号来确定的。
17. 根据权利要求14的方法，特征在于所探测的物理参数是机械力，其作用于多层激 励器上，并且通过测量多层激励器所产生的电压来确定。
18. 根据权利要求14的方法，特征在于所探测的物理参数是多层激励器的电容。
19. 根据权利要求14的方法，特征在于，如果所探测的压电多层激励器的物理参数位 于预定的运行范围之外，则开始纠错测量和/或报警。
全文摘要
一种溶血器(1)，其包含声导板(3)和作用于其上的振荡发生元件(2)，其中该振荡发生元件(2)可以通过交流电信号发生器(10)而设定机械振荡，并且包含样品室(6)，声导板(3)将机械振荡传输到其中，振荡发生元件(2)是在宽频带中，优选在20-50kHz中针对机械振荡可激励的。优选振荡发生元件(2)被设计成压电多层激励器。在一种实施方案中，振荡发生元件(2)被夹持在第一和第二导体(13，14)之间，并且导电垫(15)排列在至少一个振荡发生元件(2)和导体之间的界面上，该垫含有导电材料粒子，特别是碳粒子。
文档编号G01N21/31GK101738336SQ20091020640
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者H·休默 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司