Способ изготовления картриджей для прямого масс-спектрометрического анализа
Владельцы патента RU 2768760:
Елиферов Василий Алексеевич (RU)
Пеков Станислав Игоревич (RU)
Попов Игорь Алексеевич (RU)
Изобретение относится к технологии производства расходных материалов для лабораторных и медицинских исследований биологических образцов и сложных смесей и может быть использовано для производства картриджей, предназначенных для проведения прямого масс-спектрометрического анализа биологических образцов и сложных смесей. Технический результат – повышение качества изготавливаемых картриджей для прямого масс-спектрометрического анализа, более точная стандартизации параметров, минимизация облоя, закупорки капилляров, протечек в местах соединения элементов. Способ изготовления картриджей для проведения прямого масс-спектрометрического анализа включает этапы предварительной подготовки металлических, полимерных, стеклянных заготовок, которые выполняют параллельно или последовательно, и последующие этапы сборки пластиковой и стеклянной заготовок между собой, вырубки стеклянного фильтра, сборки картриджа и его обжима, которые выполняют последовательно, при этом применяют специальный инструмент. 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к технологии производства расходных материалов для лабораторных и медицинских исследований биологических образцов и сложных смесей и может быть использовано для производства картриджей, предназначенных для проведения прямого масс-спектрометрического анализа биологических образцов и сложных смесей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сведения о технологии картриджной экстракции опубликованы в статьях (Inline cartridge extraction for rapid brain tumor tissue identification by molecular profiling. DOI: 10.1038/s41598-019-55597-7; A novel direct spray-from-tissue ionization method for mass spectrometric analysis of human brain tumors. DOI: 10.1007/s00216-015-8947-0). В данных статьях приведено схематическое изображение одноразовых и многоразовых картриджей с трубкой из нержавеющей стали, штуцером из нержавеющей стали, полимерным капилляром, фильтром из стеклянного микроволокна, а также проиллюстрирован применяемый инструмент и способ изготовления картриджей.
Значимые недостатки известного из уровня техники способа изготовления картриджей заключаются в недостаточной точности при обработке исходных материалов, что приводит к необходимости индивидуальной подстройки аналитического комплекса для каждого отдельного образца. Проблема состоит в том, что картриджи собираются вручную с большими допусками, поэтому при использовании картриджей, собранных по ручной технологии, приходится браковать до 60% картриджей из-за наличия облоя, закупорки капилляров, протечек в местах соединения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача настоящего решения заключается в устранении недостатков предыдущего уровня техники, а именно: в увеличении производительности аналитического комплекса, улучшении стабильности и повторяемости метода прямой картриджной экстракции, в улучшении аналитических характеристик, упрощении автоматизации метода, смягчении требований к квалификации оператора, уменьшении итоговой стоимости исследования образца. Таким образом, в целом заявленный способ изготовления картриджей позволит упростить производство и рабочий протокол использования.
Технический результат заключается в повышении качества изготавливаемых картриджей для прямого масс-спектрометрического анализа за счет более точной стандартизации параметров, минимизации облоя, закупорки капилляров, протечек в местах соединения элементов.
Технический результат достигается за счет предложенного способа изготовления картриджей для проведения прямого масс-спектрометрического анализа, включающего этапы предварительной подготовки металлических, полимерных, стеклянных заготовок и стеклянного фильтра (2), которые выполняют параллельно или последовательно, и последующие этапы сборки пластикой и стеклянной заготовок между собой, вырубки стеклянного фильтра (2) металлической трубкой (1), сборки картриджа и его обжима, которые выполняют последовательно, при этом:
- нарезку гравером трубочки из нержавеющей стали (1), обработки их в галтовочной машине, отмывки в ультразвуковой ванне в петролейном эфире, последующей промывки изопропанолом и отмывки в ультразвуковой ванне в изопропаноле, сушки в сухом воздухе или азоте;
- подготовку полимерных заготовок заданного размера осуществляют посредством нарезки резаком полимерных капилляров (4), отмывки их в ультразвуковой ванне в метаноле, затем в ультразвуковой ванне в воде, сушки в сухом воздухе или азоте;
- подготовку стеклянных заготовок заданного размера осуществляют посредством нарезки стеклянного капилляра (3) керамическим скрайбером, отмывки их в ультразвуковой ванне в метаноле, далее в ультразвуковой ванне в воде, сушки в сухом воздухе или азоте;
- предварительная сборка полимерной и стеклянной заготовок посредством термической формовки, при этом стеклянную заготовку помещают в пластиковую так, чтобы их торцы с одной стороны полностью совпадали;
- сборка картриджа, при которой тупым краем металлической трубки (1) производят вращательным движением вырубку стеклянного фильтра (2), вставляют с этого же края предварительно собранную композицию из полимерной и стеклянной заготовок и проталкивают ее и стеклянный фильтр (2) на глубину относительно тупого края;
- обжим с этого же края металлической трубки (1) посредством ручного обжимника.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
Временные интервалы обработки металлических заготовок в галтовочной машине могут варьироваться от 5 мин до 60 мин, отмывки металлических, стеклянных и полимерных заготовок могут варьироваться от 1 мин до 60 мин.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показана схема последовательности этапов действий изготовления картриджа для проведения прямого масс-спектрометрического анализа биологических образцов и сложных смесей.
На фиг. 2 показан вид сбоку в разрезе картриджа для проведения прямого масс-спектрометрического анализа, изготовленного согласно заявленному способу.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Схема изготовления картриджей для проведения прямого масс-спектрометрического анализа показана на фигуре 1.
Способ включает следующие этапы:
1. Подготовительные этапы, которые могут быть выполнены как последовательно одним человеком, так и параллельно несколькими.
- обработка трубочки из нержавеющей стали (1), заключающаяся в нарезке металлических заготовок, их галтовке и отмывке;
- обработка пластикового (полимерного) капилляра (4), заключающаяся в нарезке полимерных заготовок и их отмывке;
- обработка стеклянного капилляра (3), заключающаяся в нарезке стеклянных заготовок и их отмывке.
2. Этап предварительной сборки композиции из пластикового капилляра (4) и стеклянного капилляра (3) посредством термической формовки.
3. Этап финальной сборки картриджа, включая предварительную вырубку металлической трубкой (1) стеклянного фильтра (2).
4. Обжим картриджа.
Далее осуществляются контроль готовых картриджей и их упаковка.
При изготовлении картриджей применяют следующие материалы:
Трубочка из нержавеющей стали (1) марки ANSI304 наружным диаметром 2 мм, внутренним диаметром - 1,8 мм.
В фильтре (2) в качестве мембранных материалов могут быть использованы нейлон, стекло, политетрафторэтилен (PTFE), ацетат целлюлозы без ПАВ (SFCA / Surfactant-free Cellulose Acetate) и регенерированная целлюлоза (RC).
Пластиковые капилляры (4) подбираются в соответствии с исследуемыми образцами, а также зависят от используемого растворителя. Капилляры (4) могут быть изготовлены из различных материалов: перфторалкоксидные полимеры (PFA), полиэфирэфиркетон (PEEK).
Стеклянный капилляр (3) с наружным диаметром 0,43 мм, внутренним диаметром - 0,18 мм
Жидкости для отмывки элементов - петролейный эфир, пропанол-2, при этом качество промывочных жидкостей должно удовлетворять требованиям к химическим реактивам и особо чистым веществам (ОСЧ) либо веществам чистым для анализа (ЧДА).
Конструкция картриджа схематично представлена на фигуре 2.
Для реализации заявленного способа: подготовительной обработки, сборки и обжима картриджей применяют следующий инструмент.
Резак для полимерных капилляров (А-327 фирмы Аквилон).
Керамический скрайбер (Fused Silica Tubing Cutters for GC Part Number: 5181-8836 или, например, Fused Silica Tubing Cutters for GC Part Number: 5183-4620).
Гравер (DREMEL 4000 (1/45) F0134000JC с диском с алмазным напылением (40 мм; 3 мм) FIT 36932 либо аналогичный).
Галтовка электромагнитная ювелирная (CARLO DE GIORGI - КТ-130 либо аналогичная.
Ручной обжимник (KNIPEX KN-975314 либо аналогичный).
Ультразвуковая ванна (ОДА Сервис 1.3 л ODA-M13 либо аналогичная).
Примеры осуществления изобретения.
Пример 1
Один из вариантов осуществления способа изготовления картриджей для проведения прямого масс-спектрометрического анализа включает следующие этапы:
Гравером DREMEL 4000 (1/45) F0134000JC с диском с алмазным напылением (40 мм; 3 мм) FIT 36932 нарезали трубочку из нержавеющей стали (1) на металлические заготовки заданного размера.
Нарезанные металлические заготовки обработали в галтовочной машине CARLO DE GIORGI - КТ-130 в течение 5 минут.
Отмывку металлических заготовок производили в ультразвуковой ванне ОДА Сервис 1.3 л ODA-M13 в петролейном эфире в течение 1 минуты, далее промыли изопропанолом, затем в ультразвуковой ванне ОДА Сервис 1.3 л ODA-M13 в изопропаноле в течение 1 минуты и высушили в сухом воздухе.
Полимерный капилляр (4) нарезали резаком для полимерных капилляров А-327 фирмы Аквилон на полимерные заготовки заданного размера.
Отмывку полимерных заготовок производили в ультразвуковой ванне ОДА Сервис 1.3 л ODA-M13 в метаноле в течение 1 минуты, затем в ультразвуковой ванне ОДА Сервис 1.3 л ODA-M13 в воде в течение 1 минуты и высушили в сухом воздухе.
Стеклянный капилляр (3) нарезали керамическим скрайбером Fused Silica Tubing Cutters for GC Part Number:5181-8836 на стеклянные заготовки заданного размера.
Отмывку стеклянных заготовок производили в ультразвуковой ванне ОДА Сервис 1.3 л ODA-M13 в метаноле - 1 минуту, далее в ультразвуковой ванне ОДА Сервис 1.3 л ODA-M13 в воде - 1 минуту и высушили в сухом воздухе.
Ручным обжимником KNIPEX KN-975314 произвели первичную сборку полимерной и стеклянной заготовок посредством термической формовки - термокомпрессионной деформации пластика (PEEK): стеклянная заготовка помещается в пластиковую таким образом, чтобы их торцы с одной стороны полностью совпадали. Тем самым обеспечиваются точные размеры конечного изделия.
Произвели вторичную сборку картриджа следующим образом и в следующем порядке:
- тупым краем металлической трубки (1) произвели вращательным движением вырубку стеклянного фильтра (2);
- вставили с этого же края первично собранную композицию из полимерной стеклянной заготовок и протолкнули ее и стеклянный фильтр (2) на глубину 10 мм относительно тупого края;
- обжали с этого же края металлическую трубку (1) ручным обжимником KNIPEX KN-975314.
Провели контроль качества сборки картриджа по требуемым параметрам (внешний вид, геометрические размеры), произвели упаковку.
Пример 2
Один из вариантов осуществления способа изготовления картриджей для проведения прямого масс-спектрометрического анализа включает следующие этапы:
Гравером ЗУБР ЗГ-160 КН41 нарезали тонкостенную трубку из нержавеющей стали (1) на заготовки заданного размера.
Нарезанные заготовки обработали в галтовочной машине Leegol Electirc -18 в течение 30 минут.
Отмывку металлических заготовок производили в ультразвуковой ванне ХимСоник - 1,3 в петролейном эфире в течение 25 минут, далее промыли изопропанолом, затем в ультразвуковой ванне ХимСоник -1,3 в изопропаноле в течение 20 минут и высушили в сухом азоте.
Полимерный капилляр (4) нарезали резаком для полимерных капилляров А-327 фирмы Аквилон на полимерные заготовки заданного размера.
Отмывку полимерных заготовок производили в ультразвуковой ванне ХимСоник -1,3 в метаноле в течение 40 минут, затем в ультразвуковой ванне ХимСоник -1,3 в воде в течение 30 минут и высушили в сухом азоте.
Стеклянный капилляр (3) нарезали керамическим скрайбером Fused Silica Tubing Cutters for GC Part Number: 5183-4620 на заготовки заданного размера.
Отмывку стеклянных заготовок производили в ультразвуковой ванне ХимСоник -1,3 в метаноле в течение 30 минут, далее в ультразвуковой ванне ХимСоник -1,3 в воде течение 25 минут и высушили в сухом азоте.
Ручным обжимником Gigant GECT-03 произвели первичную сборку полимерной и стеклянной заготовок посредством термической формовки - термокомпрессионной деформации пластика (PFA). При этом стеклянная заготовка помещается в пластиковую таким образом, чтобы их торцы с одной стороны полностью совпадали. Тем самым обеспечиваются точные размеры конечного изделия.
Произвели вторичную сборку картриджа следующим образом и в следующем порядке:
- тупым краем металлической заготовки произвели вращательным движением вырубку стеклянного фильтра (2);
- вставили с этого же края первично собранную композицию из полимерной и стеклянной заготовок и протолкнули ее и стеклянный фильтр (2) на глубину 10 мм относительно тупого края;
- обжали с этого же края металлическую заготовку ручным обжимником Gigant GECT-03.
Провели контроль качества сборки картриджа по требуемым параметрам (внешний вид, геометрические размеры), произвели упаковку.
Пример 3
Один из вариантов осуществления способа изготовления картриджей для проведения прямого масс-спектрометрического анализа включает следующие этапы.
Гравером РЕСАНТА Г-180ЭГ 75/4/1 нарезали тонкостенную трубку из нержавеющей стали (1) на заготовки заданного размера.
Нарезанные заготовки обработали в галтовочной машине Leegol Electirc (объемом 3-8 литров) в течение 60 минут.
Отмывку металлических заготовок производили в ультразвуковой ванне Baku BK-3550 0.8L в петролейном эфире в течение 60 минут, далее промыли изопропанолом, затем в ультразвуковой ванне Baku BK-3550 0.8L в изопропаноле в течение 60 минут и высушили в сухом азоте.
Полимерный капилляр (4) нарезали резаком для полимерных капилляров А-327 фирмы Аквилон на полимерные заготовки заданного размера.
Отмывку полимерных заготовок производили в ультразвуковой ванне Baku BK-3550 0.8L в метаноле в течение 60 минут, затем в ультразвуковой ванне (Baku BK-3550 0.8L в воде в течение 60 минут и высушили в сухом воздухе.
Стеклянный капилляр (3) нарезали керамическим скрайбером Fused Silica Tubing Cutters for GC Part Number: 5183-4620 на заготовки заданного размера.
Отмывку стеклянных заготовок производили в ультразвуковой ванне ХимСоник -1,3 в метаноле в течение 60 минут, далее в ультразвуковой ванне ХимСоник -1,3 в воде течение 60 минут и высушили в сухом азоте.
Ручным обжимником КВТ ПКВш-6 произвели первичную сборку полимерной и стеклянной заготовок посредством термической формовки - термокомпрессионной деформации пластика (PEEK). При этом стеклянная заготовка помещается в пластиковую таким образом, чтобы их торцы с одной стороны полностью совпадали. Тем самым обеспечиваются точные размеры конечного изделия.
Произвели вторичную сборку картриджа следующим образом и в следующем порядке:
- тупым краем металлической заготовки произвели вращательным движением вырубку стеклянного фильтра (2);
- вставили с этого же края первично собранную композицию из полимерной и стеклянной заготовок и протолкнули ее и стеклянный фильтр (2) на глубину 10 мм относительно тупого края;
- обжали с этого же края металлическую заготовку ручным обжимником КВТ ПКВш-6.
Провели контроль качества сборки картриджа по требуемым параметрам (внешний вид, геометрические размеры), произвели упаковку.
По результатам контроля качества было установлено, что количество непригодных бракованных картриджей было значительно уменьшено, а именно получено 95 штук из 100 изготовленных картриджей, пригодных для дальнейшего проведения прямого масс-спектрометрического анализа, не требующих индивидуальной подстройки аналитического комплекса для каждого отдельного образца.
Способ изготовления картриджей для проведения прямого масс-спектрометрического анализа, включающий этапы предварительной подготовки металлических, полимерных, стеклянных заготовок, которые выполняют параллельно или последовательно, и последующие этапы сборки пластиковой и стеклянной заготовок между собой, вырубки стеклянного фильтра металлической трубкой, сборки картриджа и его обжима, которые выполняют последовательно, при этом:
- подготовку металлических заготовок заданного размера осуществляют посредством нарезки гравером трубочек из нержавеющей стали, обработки их в галтовочной машине, отмывки в ультразвуковой ванне в петролейном эфире, последующей промывки изопропанолом и отмывки в ультразвуковой ванне в изопропаноле, сушки в сухом воздухе или азоте;
- подготовку полимерных заготовок заданного размера осуществляют посредством нарезки резаком полимерных капилляров, отмывки их в ультразвуковой ванне в метаноле, затем в ультразвуковой ванне в воде, сушки в сухом воздухе или азоте;
- подготовку стеклянных заготовок заданного размера осуществляют посредством нарезки стеклянного капилляра керамическим скрайбером, отмывки их в ультразвуковой ванне в метаноле, далее в ультразвуковой ванне в воде, сушки в сухом воздухе или азоте;
- предварительная сборка полимерной и стеклянной заготовок посредством термической формовки, при этом стеклянную заготовку помещают в пластиковую так, чтобы их торцы с одной стороны полностью совпадали;
- сборка картриджа, при которой тупым краем металлической трубки производят вращательным движением вырубку стеклянного фильтра, вставляют с этого же края предварительно собранную композицию из полимерной и стеклянной заготовок и проталкивают её и стеклянный фильтр на глубину относительно тупого края;
- обжим с этого же края металлической трубки посредством ручного обжимника.
