BRPI0719528A2 - Módulo de interface macho, sistema de acoplamento, e, instrumento para processamento de uma amostra em uma câmara de amostra externa. - Google Patents

Description

"MÓDULO DE INTERFACE MACHO, SISTEMA DE ACOPLAMENTO, E, INSTRUMENTO PARA PROCESSAMENTO DE UMA AMOSTRA EM UMA CÂMARA DE AMOSTRA EXTERNA"

A invenção é relativa a um módulo de interface fêmea e um módulo de interface macho compatível para estabelecer uma conexão direta entre dois componentes, particularmente entre um instrumento e consumíveis. Além disto, ela é relativa a um componente consumível e a um instrumento que compreende tais módulos de interface.

Módulos de interface que podem estabelecer uma conexão direta entre dois componentes diferentes são particularmente utilizados em ambientes de laboratório quando amostras de fluido devem ser processadas. A US 5.339.701 divulga, com relação a isto, uma interface de agulha entre uma unidade de amostrador e um cromatógrafo a gás na qual um destes instrumentos compreende um furo coberto por um septo enquanto o outro instrumento compreende uma agulha oca afunilada. A agulha perfura o septo quando uma conexão direta entre os instrumentos é estabelecida.

US3353411 descreve um módulo de interface hermético para tirar amostras gasosas de um meio de armazenagem. O dispositivo compreende um canal que é fechado por um componente de vedação elástica que pode ser perfurado por uma agulha afilada.

US2002131902 descreve recipientes auto-reselável para uma amostra líquida que compreende uma vedação elástica com uma porção enfraquecida através da qual uma ponta rombuda de, por exemplo, uma pipeta pode ser perfurada. O enfraquecimento pode ser alcançado por cortes em ou através da vedação.

EP1275957 descreve um aparelho para injeção cromatográfica de líquido compreendendo um membro de vedação com uma fenda através da qual uma agulha afilada pode ser inserida.

EP0761562 se refere a um conector para um frasco e menciona o uso de uma "membrana do tipo pré-fenda".

W09311696 descreve um conector compreendendo uma vedação elástica com uma fenda através da qual uma agulha rombuda pode ser perfurada.

US5339701 descreve uma interface de agulha especial para

um cromatógrafo a gás compreendendo uma agulha de metal que é parcialmente envolvida por uma luva. No estado conectado, a agulha afilada perfura o septo em uma porca enquanto um niple de dita porca se encaixa na luva, assim fornecendo uma estabilização mecânica independentemente de diferentes tamanhos de porca.

EP1652787 descreve um dispositivo para cobrir recipientes de fluido compreendendo uma membrana com uma pluralidade de fendas através das quais uma agulha pode ser perfurada.

Com base neste fundamento foi um objetivo da presente invenção proporcionar uma interface de agulha alternativa que é particularmente adequada para ambientes de laboratório, nos quais é desejável que uma multiplicidade de portadores de amostra possam ser acoplados a um instrumento com um esforço de manipulação mínimo.

Este objetivo é alcançado por um módulo de interface macho de acordo com a reivindicação 1, por meio de um sistema de acoplamento de acordo com a reivindicação 4, e por meio de um instrumento de acordo com a reivindicação 8. Configurações preferidas estão divulgadas nas reivindicações dependentes.

Primeiro, será descrito que um módulo de interface fêmea de um sistema de acoplamento serve para a acomodação de uma agulha e compreende um componente de vedação elástica com um canal pré- formado através do qual uma agulha pode ser empurrada a partir de um lado exterior para um lado interior do componente de vedação. O canal pré- formado pode, em princípio, ter qualquer seção transversal, embora uma seção transversal circular seja usualmente preferida. A seção transversal do canal pré-formado pode corresponder exatamente à seção transversal da agulha a ser acomodada; preferivelmente a seção transversal do canal é, contudo, menor do que aquela da agulha associada (o diâmetro de uma seção transversal circular pode, por exemplo, ser menor do que o diâmetro de uma agulha cilíndrica). O canal é alargado neste caso se a agulha é empurrada, fornecendo assim uma vedação estanque da agulha dentro do canal. O diâmetro da seção transversal do canal pré-formado pode mesmo ser zero quando ele não contém a agulha, isto é, o canal pode ser simplesmente um corte ou perfuração através do material do componente de vedação, sem remover tal material.

A interface fêmea descrita tem a vantagem que a força com a qual uma agulha deve ser empurrada através de um componente de vedação é reduzida quando a agulha pode seguir um canal pré-formado e não deve cortar seu próprio trajeto através do material. Isto facilita a manipulação para um usuário e alivia os requisitos de estabilidade para a agulha. Além disto, a agulha pode ter uma ponta rombuda, o que reduz o risco de dano aos usuários.

Em uma configuração preferencial do módulo de interface fêmea o componente de vedação tem uma complacência mais elevada na direção radial de seu canal do que na direção axial do canal. O componente de vedação pode, portanto, seguir de maneira comparativamente fácil movimentos laterais de uma agulha no canal pré-formado enquanto o ele é vige doa em direção à axial. Se uma agulha é empurrada através do canal, o componente de vedação não irá, portanto, distribuir a pressão na direção axial, mas manter sua posição, auxiliando assim o avanço da agulha.

De acordo com um outro desenvolvimento da invenção, o componente de vedação do módulo de interface fêmea compreende uma luva, no qual o canal pré-formado é colocado em (isto é, próximo a) uma extremidade da luva. O diâmetro interno de dita luva é preferivelmente maior do que o diâmetro externo da agulha, para permitir uma passagem livre da agulha. A luva pode, opcionalmente, se projetar para o lado interior do componente de vedação. Se existe um gás ou um líquido sob uma sobrepressão no lado interior do componente de vedação, este irá circundar a luva e comprimi-la contra uma agulha no canal. A luva tem, portanto, um efeito de auto-vedação.

O módulo de interface fêmea pode ainda, opcionalmente, compreender um elemento guia conformado em funil sobre o lado exterior do componente de vedação. O elemento guia fornece uma entrada de grande diâmetro para capturar a ponta de uma agulha e guiá-la para a entrada comparativamente pequena do canal pré-formado. O elemento guia, portanto, facilita o procedimento de conexão e ajuda a evitar um rosqueamento trabalhoso da agulha.

A invenção ainda é relativa a um módulo de interface macho que compreende uma agulha oca e uma bucha, no qual

uma primeira seção da agulha é embutida firmemente em uma primeira seção da bucha, e

a agulha compreende uma extremidade livre que é em direção axial parcialmente circundada por uma segunda seção da bucha que é flexível em direção radial (ditas direções axial e radial sendo, por definição, determinadas em relação ao eixo da agulha); além disto, existe um espaço intermediário entre a agulha e a segunda da bucha.

Uma vantagem deste módulo de interface é que a agulha é firmemente montada em uma bucha e que a sua extremidade livre é protegida parcialmente por dita bucha. Além disto, a complacência radial ou lateral da agulha é vantajosa se a agulha deve ser empurrada através de um furo, por exemplo, através do canal pré-formado em um módulo de

"segue-se a página 4a" 4a interface fêmea do tipo descrito acima. A agulha pode, neste caso, ser dobrada se não estiver alinhada exatamente com o furo e encontrar seu caminho em um tipo de auto- alinhamento. Além disto, a complacência lateral da agulha reduz o risco de danos.

De acordo com uma característica adicional do módulo de

interface macho anteriormente mencionado, o movimento radial da agulha é limitado pela segunda seção da bucha para a faixa de deformação elástica da agulha. Isto significa que a segunda seção da bucha que circunda parcialmente a extremidade livre da agulha serve como um batente para o movimento radial da agulha. Ele, portanto impede a agulha de um dobramento excessivo, o que poderia resultar em deformação plástica. O efeito requerido pode ser alcançado por meio de dimensões apropriadas da agulha e bucha. Assim, por exemplo, é preferido que o comprimento L da extremidade livre da agulha seja no mínimo vinte vezes maior do que o diâmetro externo da agulha (isto é, L > 20.d. Assim, uma parte relativamente longa da agulha se projeta livremente a partir da primeira seção da bucha, fornecendo assim uma complacência elevada na direção lateral. Deveria ser observado, contudo, que a complacência na direção lateral pode em alternativa com, ou adicionalmente, também ser conseguida utilizando ou uma bucha flexível e/ou apoiando a bucha em uma maneira flexível.

A ponta da extremidade livre da agulha é preferivelmente rombuda, isto é, sem quaisquer bordas agudas ou vértices. Tal ponta rombuda reduz o risco de danos a um usuário e torna obsoleta uma proteção particular da agulha em seu estado não utilizado, por exemplo, por meio de uma tampa.

De acordo com um outro desenvolvimento da invenção, o módulo de interface macho compreende um conector de tubo que está em

"segue-se a página 5" comunicação fluida com o interior da agulha e ao qual, por definição, um tubo pode ser conectado. O conector de tubo pode, por exemplo, ser fixado diretamente ou integrado à bucha que apóia a agulha.

A invenção ainda é relativa a um sistema de acoplamento que compreende módulos do tipo descrito acima, isto é, um módulo de interface fêmea com um componente de vedação elástica que compreende um canal pré-formado e um módulo de interface macho que compreende uma agulha oca localizada em uma bucha que tem uma extremidade livre flexível lateralmente. Além disto, o diâmetro interno do canal pré-formado no módulo de interface fêmea deve ser menor do que o diâmetro externo da agulha no módulo de interface macho, garantido assim uma vedação estanque da agulha quando ela é introduzida no canal pré-formado, e ainda fornecendo um efeito de auto-limpeza do exterior da agulha. Deveria ser observado que se o canal e/ou a agulha não têm seções transversais circulares, seu "diâmetro" deve ser definido de maneira apropriada, por exemplo, como a distância máxima entre dois pontos na circunferência da seção transversal e/ou o diâmetro de um círculo que tem a mesma área que a seção transversal.

A invenção ainda é relativa a um componente consumível que compreende uma câmara de amostra na qual um fluido de amostra pode ser fornecido e um módulo de interface fêmea do tipo descrito acima. O componente consumível pode, por exemplo, ser utilizado em procedimentos de laboratório para investigação de fluidos biológicos (sangue, saliva, etc.). Devido ao projeto particular de seu módulo de interface, tal componente consumível pode facilmente ser acessado com a ajuda de uma agulha. A invenção ainda é relativa a um instrumento para processar

uma amostra em uma câmara de amostra externa, dito instrumento compreendendo um módulo de interface macho do tipo descrito acima. O instrumento pode ser utilizado de maneira favorável em combinação com o componente consumível mencionado anteriormente, uma vez que o canal pré- formado no módulo de interface fêmea e a flexibilidade lateral da agulha oca do módulo de interface macho permitem um acoplamento fácil entre estes dois componentes.

Estes e outros aspectos da invenção serão evidentes a partir de, 5 e elucidados com referência às configurações descritas daqui em diante. Estas configurações serão descritas a guisa de exemplo com a ajuda do desenho que acompanha.

A única figura mostra uma seção através de um sistema de acoplamento de acordo com a presente invenção, que compreende um componente consumível com um módulo de interface fêmea e um instrumento com um módulo de interface macho.

Embora um sistema de acoplamento de acordo com a presente invenção estará no que segue descrito com relação a uma aplicação particular em um ambiente de laboratório, ele pode, em princípio, ser utilizado também 15 em diversas outras aplicações, por exemplo, em máquinas de produção industrial. O sistema de acoplamento mostrado na figura compreende um módulo de interface fêmea IOe um módulo de interface macho 20. O módulo de interface fêmea 10 é integrado em um componente consumível 11 que está apenas parcialmente delineado na figura, uma vez que seu projeto particular é 20 irrelevante para a presente invenção. De maneira similar, o módulo de interface macho 20 é integrado em um instrumento a partir do qual somente uma estrutura 21 está indicada na figura.

O componente consumível é tipicamente um produto consumível que é utilizado para realizar um teste, enquanto o instrumento é 25 dotado de todo o equipamento necessário para realizar o teste. Durante o teste, fluidos fornecidos no consumível tipicamente devem ser misturados, aquecidos, resfriados e transportados. O transporte destes fluidos de uma parte do consumível para a outra, pode ser realizado, por exemplo, por meio de ar pressurizado. Para aplicar pressão gerada pelo instrumento ao consumível, o consumível e o instrumento devem ser equipados com interfaces de ar. Além disto, o transporte dos fluidos pode ser validado medindo uma acumulação de pressão com o instrumento. Para uma boa validação as interfaces de ar anteriormente mencionadas, portanto, precisam ser estanques a ar. Em 5 interfaces estanques a ar conhecidas entre um instrumento e um componente consumível, uma agulha é utilizada para perfurar uma membrana fechada ou septo. Uma desvantagem deste método é que a agulha deve ser afiada e, portanto, precisa ser protegida quanto a criar um risco de dano. Uma outra desvantagem é que uma membrana ou septo é relativamente rígida para 10 movimentos laterais, ao mesmo tempo em que deve suportar a força necessária para perfurá-la.

O sistema de acoplamento mostrado na figura fornece uma interface melhorada estanque a ar e evita os problemas anteriormente mencionados. O módulo de interface macho 20 deste sistema compreende 15 uma agulha oca 23 que é colocada em uma bucha 22, de tal maneira que uma primeira seção curta da agulha 23 (aqui a extremidade inferior da agulha) é fixada em uma primeira seção 22a da bucha, enquanto a “extremidade livre” residual longa da agulha 23 está livre para mover lateralmente. A extremidade livre é parcialmente circundada preferivelmente até mais do que 50% da sua 20 extensão axial L por uma segunda seção 22b da bucha 22. O diâmetro interno D desta segunda seção 22b é maior do que o diâmetro externo d da agulha, de tal modo que uma folga anelar é formada ao redor da agulha. A seção extrema da agulha 23 se projeta livremente a partir da bucha 22.

O ponto de fixação da agulha 23 na bucha 22 é tão afastado da 25 ponta livre da agulha 23 quanto possível. O comprimento L da extremidade livre da agulha 23 é no exemplo mostrado mais do que trinta vezes maior do que o diâmetro externo d da agulha 23. Isto assegura que a agulha 23 é flexível em direção lateral. Além disto, o diâmetro interno d da segunda seção 22b da bucha 22 é escolhido tal que ele interrompe o movimento lateral da agulha logo antes que ele possa conduzir a uma deformação plástica irreversível da agulha. Na extremidade superior da seção 22b a agulha não pode mover mais do que uma distância (D/2-d/2) para qualquer lado.

O exterior da agulha 23 tem preferivelmente uma superfície 5 lisa, enquanto a ponta da agulha 23 é rombuda com suas bordas sendo rebarbadas para assegurar uma entrada suave da agulha 23 no módulo de interface fêmea, e para minimizar o risco de danos.

A agulha 23 é, por exemplo, colada ou prensada na primeira seção 22a da bucha 22, para fazer a conexão entre a bucha 22 e a agulha 23 10 estanque a ar e para fixar a agulha 23 na bucha 22. Além disto, a bucha 22 é dotada de uma interface de tubo 24 que toma possível conectar um tubo (não mostrado) para uma troca de fluidos com o interior da agulha 23. Um material típico da bucha é aço inoxidável ou um plástico.

A segunda parte do sistema de acoplamento é o módulo de interface fêmea 10 no consumível. Este módulo 10 compreende um componente de vedação 12 que pode, por exemplo, ser feito de borracha ou um material elástico similar, e que compreende um canal pré-formado aberto 12a que se ajusta ao redor da agulha 23 para fazer uma interface estanque a ar. O restante é a ar. O diâmetro do canal 12a no componente de vedação 12 é, em repouso, menor do que o diâmetro externo d da agulha 23; ele pode, por exemplo, ter um valor entre 0% é 99% do diâmetro d, mais preferivelmente entre 50% e 99%. O componente de vedação 12 terá assim que esticar se a agulha 23 é inserida, e cria uma interface estanque a ar. Uma flexibilidade lateral do componente de vedação 12 assegura que ele pode seguir um movimento lateral da agulha 23 sem perder suas capacidades de hermeticidade. Em direção axial de seu canal, o componente de vedação 12a, contudo, é dotado de alguma rigidez para impedir que uma agulha 23 empurre contra, ao invés de empurrar através do componente de vedação 12.

O componente de vedação 12 opcionalmente compreende uma luva 12b que se projeta para cima para o interior do consumível e que carrega o canal pré-formado 12a em sua extremidade superior. Esta luva do 12b assegura uma hermeticidade extra quando sobrepressão é aplicada no interior do consumível.

O módulo de interface fêmea 10 ainda compreende um elemento guia 13 localizado no lado exterior do componente de vedação 12, isto é, voltado para o instrumento. O elemento guia 13 é conformado de tal maneira, por exemplo, como um funil, que a agulha 23 pode pré-alinhar ao componente de vedação 12 e que ele pode atuar como um batente que limita o movimento lateral da agulha 23 em relação ao componente de vedação 12.

A agulha 23 e a bucha 22 são carregadas de maneira comum por uma estrutura 21 do instrumento.

Quando uma nova interface é feita entre o instrumento e o consumível, a agulha 23 é empurrada através do componente de vedação 12. Tão logo o componente de vedação 12 tenha seu ajuste estanque a ar ao redor da agulha 23, ele atua como um limpador para a interface empurrando para a frente partículas de sujeira.

O acoplamento descrito pode ser modificado em diversas maneiras, por exemplo:

- A agulha 23 pode, adicionalmente ou alternativamente, ser tomada flexível em direções laterais, fazendo a bucha 22 flexível.

- Ao invés de utilizar uma bucha 22 para fazer a conexão de ar, a conexão de ar também pode ser feita com a estrutura. A agulha 23 pode, então, ser inserida diretamente na estrutura, utilizando assim menos peças.

- A forma do componente de vedação 12 pode ser diferente daquela mostrada, dependendo das demandas. Assim, um anel-O poderia, por exemplo, atuar como o componente de vedação.

O sistema de acoplamento pode ser utilizado de maneira favorável em todos os instrumentos/produtos que precisam fazer uma conexão estanque a ar, por exemplo, em instrumentos de laboratório ou equipamentos de produção. Ele proporciona as seguintes vantagens:

- Devido à agulha flexível 23 e ao componente de vedação flexível 12, o sistema de acoplamento pode se adaptar a movimentos entre o instrumento e o consumível, por exemplo, movimentos provocados por expansão térmica.

- Devido à agulha flexível lateralmente 23, os componentes acoplados exercem forças relativamente baixas um sobre o outro.

- Depois da inserção da agulha 23 através do componente de vedação 12, nenhuma força é exercida entre as partes acopladas em direção axial da agulha 23.

- A interface é auto-limpante, uma vez que partículas de sujeira que podem colar na agulha 23 são automaticamente empurradas para fora da agulha 23 a cada vez que uma nova interface é feita.

- A forma do componente de vedação 12 assegura hermeticidade extra quando sobrepressão é aplicada.

- Uma vez que a agulha 23 é inserida através do componente de vedação 12, o comprimento da agulha 23 não precisa ser preciso.

Finalmente, é apontado que no presente Pedido o termo “compreendendo” não exclui outros elementos ou etapas e que “o”, “um”, não exclui uma pluralidade, e que um único processador ou outra unidade pode preencher as funções de diversos dispositivos. A invenção reside em cada um e cada aspecto característico inovador e cada uma e cada combinação de aspectos característicos. Além disto, sinais de referência nas reivindicações não devem ser imaginados como limitando seu escopo.

Claims (8)

1. Módulo de interface macho (20), caracterizado pelo fato de compreender uma agulha oca (23) e uma bucha (22) no qual: uma primeira seção da agulha (23) é firmemente embutida em uma primeira seção (22a) da bucha; a agulha (23) compreende uma extremidade livre que é parcialmente circundada com um espaço intermediário por uma segunda seção (22b) da bucha e que é flexível em direção radial, em que o movimento radial da agulha (23) é limitado pela segunda seção (22b) da bucha (22) à faixa de deformação elástica da agulha.

2. Módulo de interface (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da ponta da extremidade livre da agulha (23) ser rombuda.

3. Módulo de interface (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um conector de tubo (24) que está em comunicação fluida com o interior da agulha (23).

4. Sistema de acoplamento, caracterizado pelo fato de compreender: - um módulo de interface fêmea (10) para a acomodação de uma agulha (23) compreendendo um componente de vedação elástica (12) com um canal pré-formado (12a) através do qual a agulha (23) pode ser empurrada de um lado exterior para um lado interior do componente de vedação, e - um módulo de interface macho (20) como definido na reivindicação 1, em que o diâmetro do canal no módulo de interface fêmea (10) é menor do que o diâmetro externo (d) da agulha (23) no módulo de interface macho (20).

5. Sistema de acoplamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do componente de vedação (12) ter uma complacência mais elevada em direção radial do canal do que em direção axial.

6. Sistema de acoplamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do canal pré-formado (12a) ser colocado na extremidade de uma luva (12b).

7. Sistema de acoplamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender um elemento guia conformado em funil (13) sobre o lado exterior do componente de vedação (12).

8. Instrumento para processamento de uma amostra em uma câmara de amostra externa, caracterizado pelo fato de compreender um módulo de interface macho como definido na reivindicação 1.