Die Erfindung betrifft eine Pipettenspitze zum Pipettieren oder Dispensieren von Flüssigkeitsproben gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Es ist bekannt, dass mittels Pipetten Tropfen mit einem Volumen von mehr als 10 mu l sehr einfach aus der Luft abgegeben werden können, weil die Tropfen bei korrektem Umgang mit der Pipette von selbst die Pipettenspitze verlassen. Die Tropfengrösse wird dann durch die physikalischen Eigenschaften der Probenflüssigkeit, wie Oberflächenspannung oder Viskosität bestimmt. Die Tropfengrösse limitiert somit die Auflösung der abzugebenden Menge Flüssigkeit.
Wegwerfspitzen reduzieren wesentlich die Gefahr eines ungewollten Übertragens von Probenteilen in ein Gefäss (Kontamination). Bekannt sind einfache Wegwerfspitzen (sogenannte "Air-Displacement Tips"), deren Geometrie und Material für das reproduzierbare Abgeben bzw. Aufnehmen/Abgeben von sehr kleinen Volumina optimiert ist. Die Verwendung von sogenannten "Positive-Displacement Tips", welche an ihrer Innenseite einen Pumpkolben aufweisen, ist ebenfalls bekannt.
Zum Automatisieren des Pipettierprozesses müssen zwei Vorgänge voneinander unterschieden werden: Die definierte Aufnahme (Aspiration) und die anschliessende Abgabe (Dispensierung) von Flüssigkeitsproben. Zwischen diesen Vorgängen wird üblicherweise die Pipettenspitze vom Experimentator oder einem Automaten bewegt, so dass der Aufnahmeort einer Flüssigkeitsprobe von deren Abgabeort verschieden ist.
Systeme zum Abtrennen von Proben aus einer Flüssigkeit sind als Pipettierautomaten bekannt. Solche Systeme dienen z.B. zur Abgabe von Flüssigkeiten in die Aufnahmetöpfchen von Standard-Mikrotiterplatten <TM> (Handelsmarke von Beckman Coulter, Inc., 4300 N. Harbour Blvd., P.O.Box 3100 Fullerton, CA, USA 92834) bzw. Mikroplatten mit 96 Töpfchen. Die Reduktion der Probenvolumina (z.B. zum Befüllen von hochdichten Mikroplatten mit 384, 864, 1536 oder noch mehr Töpfchen) spielt eine zunehmend wichtige Rolle, wobei der Genauigkeit des abgegebenen Probenvolumens grosse Bedeutung zukommt. Die Erhöhung der Probenzahl bedingt meistens auch eine Versuchsminiaturisierung, so dass die Verwendung eines Pipettierautomaten unumgänglich wird und spezielle Anforderungen an die Genauigkeit von Probenvolumen sowie die Zielsicherheit der Bewegungsführung bzw.
des Dispenses dieses Pipettierautomaten gestellt werden müssen.
Die Genauigkeit eines Pipettiersystems wird anhand der Richtigkeit (ACC = Accuracy) und Reproduzierbarkeit (CV = Coefficient of Variation) der abgegebenen Flüssigkeitsproben beurteilt. Der Reproduzierbarkeit kommt dabei eine höhere Bedeutung zu, da systematische Fehler gegebenenfalls mittels geeigneter Korrekturparameter kompensiert werden können. Die Reproduzierbarkeit wird durch die Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit der verwendeten Pipettenspitzen massgeblich beeinflusst.
Als Material für Pipettenspitzen in solchen Pipettier- bzw. Dispensierautomaten ist der Einsatz von Glas, Kunststoff (z.B. Wegwerfspitzen der Firma EPPENDORF AG, Barkhausenweg 1, 22339 Hamburg, Deutschland) und Metall (z.B. rostfreier Stahl) aus dem entsprechenden Stand der Technik bekannt.
Die Aufgabe, eine alternative Pipettenspitze zum Pipettieren und Dispensieren von Flüssigkeitsproben zur Verfügung zu stellen, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und der von diesem abhängigen Ansprüche gelöst.
Die Verbindung von elektrischen Kontakten im Sockel für integrierten Schaltungen mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen auf der Platine wird als "Bonding" bezeichnet. Die Wärme-Schall-Technik ("Thermosonic Tailless Ball and Stitch Bonding") ist die am meisten verbreitete Bonding-Technik in der Halbleiterindustrie und ist unter dem Namen "Wire Bonding" bekannt. Dabei wird ein feiner Golddraht mit einem Durchmesser von 18 bis 33 mu m (je nach Anwendungszweck) durch eine Kapillare über eine erste Verbindungsstelle ("Bond Pad" auf dem Sockel) geführt und dort in Kugelform mit dem Bond Pad verbunden. Darnach wird durch Anheben der Kapillare der Golddraht nachgeführt, durch Seitwärtsbewegen als "Loop" abgebogen und durch Absenken auf eine zweite Verbindungsstelle mit einer Leiterbahn verbunden.
Solche Kapillaren werden z.B. von der Firma SPT (Small Precision Tools Inc., 1330 Clegg Street, Petaluma, CA 94954, USA) hergestellt und vertrieben. Diese Kapillaren bestehen aus einem hochdichten Aluminium-Keramikmaterial (C-Kapillare: 99.99% Al 2 O 3 -Pulver) oder einem Zirkonium-Verbundmaterial (AZ-Kapillare: ZrO 2 mit Zusätzen) für besonders feine Geometrien. Die physikalischen Eigenschaften der Keramikkapillaren werden direkt durch das verwendete Material bestimmt und sind in Tabelle 1 dargestellt:
<tb><TABLE> Columns = 3 <tb>Head Col 1: Al 2 O 3 <tb>Head Col 2: ZrO 2 <tb><SEP> Biegefestigkeit<SEP> 850 MPa<SEP> 2400 MPa <tb><SEP> mittl. Kristallgrösse<SEP> <2 mu mu <SEP> <0.25 mm <tb><SEP> Dichte<SEP> 3.99 g/cm<3><SEP> 5.5 g/cm<3> <tb><SEP> Oberflächen<SEP> schmelzfein und poliert<SEP> schmelzfein und poliert <tb><SEP> Farbe<SEP> weiss, durchsichtig<SEP> weiss, opak <tb></TABLE>
Durch die Reduktion der mittlereren Kristallgrösse weisen die ZrO 2 -Kapillaren feinere Korngrenzen und damit eine glattere Oberfläche und geringere Porösität auf.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass solche, aus dem "Wire Bonding" bekannte Keramikkapillaren sich hervorragend zur Verwendung als Pipettenspitzen zum Pipettieren von Flüssigkeiten, insbesondere zum Pipettieren von kleinen Volumina von Flüssigkeiten, eignen. Besondere und zusätzliche Merkmale der erfindungsgemässen Verwendung von Keramikkapillaren zum "Wire Bonding" als Pipettenspitzen zum Pipettieren von Flüssigkeiten sowie von entsprechenden, erfindungsgemäss modifizierten Pipettenspitzen ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen.
Dabei weisen solche, vorzugsweise spritzgegossenen Keramikkapillaren folgende Vorteile im Vergleich mit bisher bekannten Materialien (insbesondere rostfreier Stahl) für Pipettenspitzen auf: - hohe geometrische Versatilität, insbesondere in Bezug auf die Innengeometrie der Kapillaren, durch mögliche Verwendung von verlorenen Formkernen zu deren Herstellung; - hohe Masshaltigkeit, Konzentrität (Koaxialität) und Rotationssymmetrie der Keramikkapillaren bei Längen von ca. 28 mm; - das Befestigen (Anspritzen, Ankleben usw.) der Keramikkapillaren an eine Stahl- oder Kunststoffmanschette 11 erlaubt einerseits das Versehen dieser Keramikkapillaren mit einem Aussengewinde 12. Dabei wird die Manschette in eine rückseitige, konzentrische Vertiefung an der Aussenseite der Keramikkapillare gelegt.
Damit keine störenden Übergänge entstehen, wird die Keramikkapillare vorzugsweise bündig mit der Innen- bzw. Aussenoberflache der Stahlhülse (vgl. Fig. 4) produziert; - das Verlängern der Keramikkapillaren um noch einmal ca. 28 mm mit einer Stahl- oder Kunststoffmanschette 11 erlaubt anderseits das Versehen dieser Keramikkapillaren mit einem Innen- oder Aussengewinde. Solche Verlängerungen weisen vorzugsweise ein Aussengewinde 12 auf (zum Einschrauben der Kapillare in einen entsprechenden Sitz eines Pipettierautomaten oder eines Dispenserautomaten). Damit keine störenden Übergänge entstehen, wird die Keramikkapillare vorzugsweise bündig mit der Innen- bzw. Aussenoberfläche der Manschette (vgl. Fig. 4) produziert;
- ein Öffnungsdurchmesser von ca. 25 mu m ist heute schon im Handel erhältlich, sogar kleinere Durchmesser erscheinen herstellbar; - Wandstärken von ca. 50 mu m im Bereich der Kapillarenöffnung (z.B. bei einem Frontflächendurchmesser von 300 mu m und einem Öffnungsdurchmesser von 200 mu m) sind herstellbar; - der Hersteller hat Erfahrung mit grossen Stückzahlen und hoher Qualität aus dem "Wire Bonding"; - Kapillaren sind einfach beschichtbar, falls notwendig; - das Durchstossen von mittels Alu- oder Kunststofffolien verschlossenen ("gesealten") Mikroplatten ist möglich dank der grossen Härte und Biegefestigkeit der als Pipettenspitzen eingesetzten Keramikkapillaren;
- die Keramikkapillaren können nach dem Spritzgiessen mittels Laser an ihrer Spitze geöffnet werden, ohne dass Brauen oder sonstige ungewollte Abweichungen von der beabsichtigten Kapillarengeometrie entstehen; - von Keramikkapillaren fliessen Flüssigkeiten besser ab als von Stahlnadeln.
Besonders bevorzugt sind Kapillaren aus ZrO 2 , weil diese folgende Vorteile gegenüber den Al 2 O 3 -Kapillaren umfassen: - sie sind chemisch inerter; - das Material weist kleinere Korngrössen, damit eine geringere Porosität und eine kleinere Ober-flächen-energie auf; das Abfliessen von Flüssigkeiten (z.B. Lösungen, Suspensionen, Emulsionen) ist somit verbessert.
Keramikkapillaren können aus praktisch jedem beliebigen Keramikmaterial bestehen. Dazu gehören Karbide (wie z.B. Wolframkarbid), Nitride, Oxide und Silicide von Metallen. Bevorzugt wird das Spritzgiessen (z.B. für Al 2 O 3 - oder ZrO 2 -Kapillaren), aber auch die pulvermetallurgische Herstellung (z.B. für Wolframkarbidkapillaren) wird eingesetzt.
Demgegenüber sind Kapillaren, die ausschliesslich aus rostfreiem Stahl produziert werden, zwar kostengünstiger herstellbar, sie benötigen zu ihrem Schutz aber immer eine Beschichtung. Zudem erscheint es kaum möglich, gerade Stahlkapillaren mit einer Länge von 28 mm, einem Öffnungsdurchmesser von weniger als 50 mu m und einer Wandstärke von weniger als 150 mu m herzustellen. Der Preisvorteil einer Herstellung aus Stahl würde durch die Anwendung der teuren Stahlspritzgusstechnologie mindestens wettgemacht.
Kunststoffkapillaren in diesen Dimensionen und mit dieser Masshaltigkeit sind nicht herstellbar. Selbst wenn die Herstellung gelänge, würden sich solche Kunststoffkapillaren bei der geringsten Fehlbehandlung beim Lagern oder Einsetzen verbiegen oder verziehen und wären damit unbrauchbar.
Anhand von schematischen Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Spitze einer aus dem Stand der Technik des "Wire Bonding" bekannten Keramikkapillare; Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Spitze einer gemäss einer ersten Ausführungsform erfindungsgemäss modifizierten Keramikkapillare; Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Spitze einer gemäss einer zweiten Ausführungsform erfindungsgemäss modifizierten Keramikkapillare; Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Spitze einer gemäss einer dritten Ausführungsform erfindungsgemäss modifizierten Keramikkapillare.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Spitze einer von der Firma SPT erwerblichen Keramikkapillare. Diese aus dem Stand der Technik des "Wire Bonding" bekannten Keramikkapillaren eigenen sich überraschenderweise auch zum Pipettieren von Flüssigkeiten. Solche Kapillaren 1 umfassen eine Innenoberfläche 2 und eine Aussenoberflache 3. An der Spitze 4 weisen sie eine Frontfläche 5 von 70-710 mu m mit einer Öffnung 6 von 25-128 mu m auf. Im Bereich der Spitze 4 bilden die von Innen- und Aussenfläche begrenzten Wände 7 einen Konus, der koaxial zu einer sich im Zentrum der Kapillare erstreckenden Symmetrieachse 8 verläuft und der gegen die Öffnung 6 hin enger wird.
Um die Eigenschaften der zum Pipettieren zu verwendenden Keramikkapillaren noch zusätzlich zu verbessern, wurden deren Aussenoberfläche 3 und/oder Innenoberfläche 2 in ihrer Geometrie und/oder ihren Oberflächeneigenschaften zumindest teilweise verändert.
Geometrische Optimierung von Keramikkapillaren:
Allgemein bilden bei solchen Kapillaren die Innenoberfläche 2 und die Aussenoberfläche 3 vorzugsweise in einem Teil A, C der Kapillare 1 je eine Zylinderfläche. In der Spitzenregion BD der Kapillare 1 bilden Innen- bzw. Aussenoberfläche je eine Mantelfläche eines Kegelstumpfes, welche sich koaxial zur hier senkrecht verlaufenden Symmetrieachse 8 der Kapillare 1 erstrecken und sich gegen die Öffnung 6 der Pipettenspitze hin verjüngen. Die Mantelflächen der Innen-(Winkel alpha ) und Aussenoberfläche (Winkel beta ) weisen bevorzugt eine Abweichung von der Symmetrieachse 8 von 0-60 DEG auf.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäss modifizierten Keramikkapillare. Der Winkel alpha beträgt 2.5 DEG und der Winkel beta 5 DEG . Die Grundfläche 9 des der äusseren Mantelfläche entsprechenden Kegelstumpfes liegt in der in Fig. 2 gezeigten, hängenden Einsatzlage der Pipettenspitze über der Grundfläche 10 des der inneren Mantelfläche entsprechenden Kegelstumpfes. Durch diese geometrische Anordnung ergibt sich eine gegen die Öffnung 6 der Pipettenspitze hin leicht zunehmende Wandstärke und eine relativ breite Frontfläche 5. Anschliessend an den Innenkonus B wird durch das Öffnen der spritzgegossenen Kapillare mit einem Laserstrahl vorzugsweise eine zylindrische, zur Symmetrieachse 8 ebenfalls koaxiale Mündungsfläche E mit einer bevorzugten Länge von 0.1 mm erzeugt.
Die restlichen inneren 13 und äusseren 14 Facetten bleiben dabei unverändert.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer modifizierten Keramikkapillare. Bei dieser speziell bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel alpha und beta je 5 DEG und die Grundflächen 9 des der äusseren Mantelfläche entsprechenden Kegelstumpfes liegt auf der gleichen Höhe wie die Grundfläche 10 des der inneren Mantelfläche entsprechenden Kegelstumpfes. Durch diese geometrische Anordnung ergibt sich ein gegen die Öffnung 6 der Pipettenspitze hin verengender Konus mit konstanter Stärke der Wand 7. Anschliessend an den Innenkonus B wird durch das Öffnen der spritzgegossenen Kapillare mit einem Laserstrahl vorzugsweise eine zylindrische, zur Symmetrieachse 8 ebenfalls koaxiale Mündungsfläche E mit einer bevorzugten Länge von 0.1 mm erzeugt.
Am Übergang zwischen Aussenkonus D und Frontfläche 5 wird - vorzugsweise mittels Schleifen und Polieren - eine äussere Facette mit einem Winkel gamma zur Frontfläche erzeugt. Vorzugsweise bildet gamma einen Winkel von 0-90 DEG . Speziell bevorzugt ist ein Winkel gamma von 45 DEG . Die innere Facette 13 und die koaxiale Mündungsfläche E bleiben dabei unverändert.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer modifizierten Keramikkapillare. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform wurde hier eine innere Facette 13 erzeugt, welche einen Winkel delta zur Frontfläche bildet. Vorzugsweise bildet delta einen Winkel von 0-60 DEG . Speziell bevorzugt ist einen Winkel gamma von 45 DEG . Ganz speziell bevorzugt wird, dass gilt: Winkel delta <= Winkel gamma . Durch diese innere Facette 13 kann die Länge der koaxialen Mündungsfläche E beeinträchtigt sein.
Speziell bevorzugt werden Keramikkapillaren, die im zylindrischen Teil einen Aussendurchmesser 15 von 1.5 mm, einen Innendurchmesser 16 von 0.76 mm und eine Wandstärke 17 von 0.37 mm aufweisen.
Ganz speziell bevorzugt werden Keramikkapillaren, die im zylindrischen Teil einen Aussendurchmesser 15 von 3.5 mm, ei nen Innendurchmesser 16 von 1.3 mm und eine Wandstärke 17 von 1.1 mm aufweisen.
Optimierung der Oberflächen von Keramikkapillaren:
Vorzugsweise wird eine Kapillare durch eine Beschichtung mit Wasser abstossenden Substanzen hydrophobisiert. Als Beschichtungsmaterialien haben sich Perfluorierte Polymere (z.B. Teflon< <TM> >, Dupont, Wilmington USA) oder Diparaxylole (Parylen< <TM> >, Union Carbide, Union Carbide World Head Quater, 39 Old Ridgebury Road, Danbury, CT, USA) bewährt. Ebenfalls bevorzugt wird die Beschichtung der Kapillaren mit Glaskeramik (z.B. Siloxane), Silanen, oder DLC (Diamond Like Carbon).
Eine Beschichtung auf der Aussenseite einer Kapillare mit einer dieser Substanzen führt zu einem verbesserten Austauschverhalten der Kapillaren aus einer Flüssigkeit (Suspension, Emulsion und dergleichen). Zudem wird das Abreissverhalten der an der Pipettenspitze gebildeten Tropfen verbessert.
Eine Innenbeschichtung einer Kapillare mit einer diesen Substanzen führt zu einer Verhinderung der Verschleppung von Probenmaterial (flüssige, gelöste oder feste Teile in der zu pipettierenden Flüssigkeit) von einem Gefäss zu einem anderen. Zumindest wird die Verschleppungsrate durch eine Innenbeschichtung erheblich verringert.
Weitere Bearbeitungsmöglichkeiten der Oberfläche solcher Keramikkapillaren umfassen das Schleifen und/oder Polieren der Aussenfläche D (Konus), der Aussenfacette 14, der Frontfläche 5 und/oder der Innenfacette 13.
Diese Oberflächenbearbeitung kann auch vor dem Beschichten der Kapillaren ausgeführt werden. In solchen Fällen hat sich insbesondere das Polieren der Aussenfläche D sowie des Ko nus (der Aussenfacette) und der Frontfläche in Kombination mit einer Teflonbeschichtung bewährt.
In allen Figuren sind die entsprechenden Teile bzw. Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beliebige Kombinationen der beschriebenen bzw. in den Figuren gezeigten, beispielhaften Ausführungsformen gehören zum Umfang der vorliegenden Erfindung.
The invention relates to a pipette tip for pipetting or dispensing liquid samples according to the preamble of independent claim 1.
It is known that using pipettes drops with a volume of more than 10 mu l can be easily discharged from the air, because the drops leave the pipette tip by itself when handled correctly with the pipette. The drop size is then determined by the physical properties of the sample liquid, such as surface tension or viscosity. The drop size thus limits the resolution of the amount of liquid to be dispensed.
Disposable tips significantly reduce the risk of unwanted transfer of sample parts into a vessel (contamination). Known are simple disposable tips (so-called "Air-Displacement Tips"), whose geometry and material for reproducible dispensing or recording / dispensing of very small volumes is optimized. The use of so-called "positive displacement tips", which have on their inside a pump piston, is also known.
To automate the pipetting process, two processes must be distinguished from each other: the defined intake (aspiration) and the subsequent delivery (dispensing) of liquid samples. Between these operations, usually the pipette tip is moved by the experimenter or an automaton, so that the location of a liquid sample is different from its place of discharge.
Systems for separating samples from a liquid are known as pipetting machines. Such systems are used e.g. for dispensing liquids into the wells of standard microtiter plates <TM> (trademark of Beckman Coulter, Inc., 4300 N. Harbor Blvd., P.O. Box 3100 Fullerton, CA, USA 92834) or 96-well microplates. Reduction of sample volumes (e.g., filling 384, 864, 1536, or even more pots with high density microplates) is playing an increasingly important role, with the accuracy of sample volume delivered of great importance. The increase in the number of samples usually also necessitates trial miniaturization, so that the use of a pipetting automat is unavoidable and special demands are placed on the accuracy of sample volumes and the target reliability of the motion control or
Dispensing this pipetting must be provided.
The accuracy of a pipetting system is assessed by the Accuracy (ACC) and the Coefficient of Variation (CV) of the dispensed liquid samples. The reproducibility is of greater importance in this case since systematic errors can be compensated, if appropriate, by means of suitable correction parameters. The reproducibility is significantly influenced by the geometry and surface condition of the pipette tips used.
As a material for pipette tips in such pipetting or dispensing machines, the use of glass, plastic (e.g., disposable tips from EPPENDORF AG, Barkhausenweg 1, 22339 Hamburg, Germany) and metal (e.g., stainless steel) of the related art is known.
The object of providing an alternative pipette tip for pipetting and dispensing liquid samples is solved by the features of claim 1 and the claims dependent thereon.
The connection of electrical contacts in the integrated circuit socket to the corresponding input and output leads on the board is referred to as "bonding." Thermosonic Tailless Ball and Stitch Bonding is the most widely used bonding technique in the semiconductor industry and is known as wire bonding. Here, a fine gold wire with a diameter of 18 to 33 μm (depending on the application) is passed through a capillary via a first connection point ("bond pad" on the base) and connected in spherical form to the bond pad. Thereafter, by lifting the capillary of the gold wire tracked, bent by sideways movement as a "loop" and connected by lowering to a second connection point with a conductor track.
Such capillaries are e.g. manufactured and sold by SPT (Small Precision Tools Inc., 1330 Clegg Street, Petaluma, Calif. 94954, USA). These capillaries consist of a high-density aluminum ceramic material (C capillary: 99.99% Al 2 O 3 powder) or a zirconium composite material (AZ capillary: ZrO 2 with additives) for particularly fine geometries. The physical properties of the ceramic capillaries are determined directly by the material used and are shown in Table 1:
<Columns = 3 <tb> Head Col 1: Al 2 O 3 <tb> Head Col 2: ZrO 2 <tb> <SEP> Bending Strength <SEP> 850 MPa <SEP> 2400 MPa <tb> < SEP> avg. Crystal size <SEP> <2 mu mu <SEP> <0.25 mm <tb> <SEP> Density <SEP> 3.99 g / cm <3> <SEP> 5.5 g / cm <3> <tb> <SEP> Surfaces <SEP > melted and polished <SEP> melted and polished <tb> <SEP> color <SEP> white, clear <SEP> white, opaque <tb> </ TABLE>
By reducing the average crystal size, the ZrO 2 capillaries have finer grain boundaries and thus a smoother surface and lower porosity.
Surprisingly, it has been found that such ceramic capillaries known from "wire bonding" are outstandingly suitable for use as pipette tips for pipetting liquids, in particular for pipetting small volumes of liquids. Special and additional features of the inventive use of ceramic capillaries for "wire bonding" as pipette tips for pipetting liquids and of corresponding, according to the invention modified pipette tips result from the description and the claims.
In this case, such, preferably injection-molded ceramic capillaries following advantages in comparison with previously known materials (especially stainless steel) for pipette tips on: - high geometrical Versatilität, in particular with respect to the internal geometry of the capillaries, by possible use of lost mandrels for their production; - high dimensional accuracy, concentricity (coaxiality) and rotational symmetry of the ceramic capillaries at lengths of about 28 mm; - The attachment (injection molding, gluing, etc.) of the ceramic capillaries to a steel or plastic sleeve 11 allows on the one hand to provide these ceramic capillaries with an external thread 12. The cuff is placed in a back concentric recess on the outside of the ceramic capillary.
So that no disturbing transitions occur, the ceramic capillary is preferably produced flush with the inner or outer surface of the steel sleeve (see Fig. 4); - The extension of the ceramic capillaries to about once again about 28 mm with a steel or plastic sleeve 11 on the other hand allows the provision of these ceramic capillaries with an internal or external thread. Such extensions preferably have an external thread 12 (for screwing the capillary into a corresponding seat of a pipetting or dispensing machine). In order to avoid disturbing transitions, the ceramic capillary is preferably produced flush with the inner or outer surface of the sleeve (see Fig. 4);
- An opening diameter of about 25 microns is already available in stores today, even smaller diameters appear to be produced; Wall thicknesses of about 50 μm in the region of the capillary opening (for example with a front surface diameter of 300 μm and an opening diameter of 200 μm) can be produced; - The manufacturer has experience with large quantities and high quality from the "wire bonding"; - capillaries are easy to coat, if necessary; - The piercing of aluminum or plastic films sealed ("aged") microplates is possible thanks to the high hardness and bending strength of the ceramic capillaries used as pipette tips;
- The ceramic capillaries can be opened after injection by laser at their tip, without brewing or other unwanted deviations from the intended Kapillarengeometrie arise; - Of ceramic capillaries flow liquids better than steel needles.
Particularly preferred are caprillates of ZrO 2, because they have the following advantages over the Al 2 O 3 capillaries: they are chemically inert; - The material has smaller particle sizes, thus a lower porosity and a smaller surface energy on; the drainage of liquids (e.g., solutions, suspensions, emulsions) is thus improved.
Ceramic capillaries can consist of virtually any ceramic material. These include carbides (such as tungsten carbide), nitrides, oxides and silicides of metals. Preference is given to injection molding (for example for Al 2 O 3 or ZrO 2 capillaries), but powder metallurgy production (for example for tungsten carbide capillaries) is also used.
In contrast, capillaries which are produced exclusively from stainless steel, although cheaper to produce, but they always need for their protection a coating. Moreover, it seems hardly possible to produce straight steel capillaries with a length of 28 mm, an opening diameter of less than 50 μm and a wall thickness of less than 150 μm. The price advantage of producing steel would be at least made up for by the use of expensive steel injection molding technology.
Plastic capillaries in these dimensions and with this dimensional accuracy can not be produced. Even if the production were successful, such plastic capillaries would bend or warp at the slightest mistreatment during storage or insertion and would thus be unusable.
Based on schematic drawings, the invention will be explained in more detail. 1 shows a longitudinal section through the tip of a ceramic capillary known from the prior art of "wire bonding"; 2 shows a longitudinal section through the tip of a ceramic capillary modified according to a first embodiment according to the invention; 3 shows a longitudinal section through the tip of a ceramic capillary modified according to a second embodiment according to the invention; 4 shows a longitudinal section through the tip of a ceramic capillary modified according to a third embodiment according to the invention.
1 shows a schematic longitudinal section through the tip of a ceramic capillary obtainable from SPT. These known from the prior art of "wire bonding" ceramic capillaries are surprisingly also suitable for pipetting liquids. Such capillaries 1 comprise an inner surface 2 and an outer surface 3. At the tip 4, they have a front surface 5 of 70-710 μm with an opening 6 of 25-128 μm. In the area of the tip 4, the walls 7 delimited by the inner and outer surfaces form a cone which runs coaxially to an axis of symmetry 8 extending in the center of the capillary and which narrows towards the opening 6.
In order to additionally improve the properties of the ceramic capillaries to be used for pipetting, their outer surface 3 and / or inner surface 2 were at least partially changed in their geometry and / or their surface properties.
Geometric optimization of ceramic capillaries:
In general, in such capillaries, the inner surface 2 and the outer surface 3 preferably form a cylindrical surface in a part A, C of the capillary 1. In the tip region BD of the capillary 1, the inner and outer surfaces each form a lateral surface of a truncated cone, which extend coaxially to the symmetry axis 8 of the capillary 1 extending perpendicularly here and taper towards the opening 6 of the pipette tip. The lateral surfaces of the inner (angle alpha) and outer surface (angle beta) preferably have a deviation from the symmetry axis 8 of 0-60 °.
2 shows a schematic longitudinal section through a first embodiment of a ceramic capillary modified according to the invention. The angle alpha is 2.5 ° and the angle beta 5 °. The base surface 9 of the truncated cone corresponding to the outer lateral surface lies in the suspended insert position of the pipette tip shown in FIG. 2 above the base surface 10 of the truncated cone corresponding to the inner circumferential surface. This geometrical arrangement results in a slightly increasing wall thickness against the opening 6 of the pipette tip and a relatively wide front surface 5. Following the inner cone B, opening the injection-molded capillary with a laser beam preferably produces a cylindrical muzzle surface E which is likewise coaxial with the axis of symmetry 8 produced with a preferred length of 0.1 mm.
The remaining inner 13 and outer 14 facets remain unchanged.
3 shows a schematic longitudinal section through a second embodiment of a modified ceramic capillary. In this particularly preferred embodiment, the angle alpha and beta each 5 DEG and the base surfaces 9 of the outer circumferential surface corresponding truncated cone is at the same height as the base surface 10 of the inner circumferential surface corresponding truncated cone. By means of this geometrical arrangement, a cone with a constant thickness of the wall 7 constricting against the opening 6 of the pipette tip results. Next to the inner cone B, opening the injection-molded capillary with a laser beam preferably involves a cylindrical muzzle surface E which is likewise coaxial with the axis of symmetry 8 a preferred length of 0.1 mm produced.
At the transition between outer cone D and front surface 5 - preferably by means of grinding and polishing - produces an outer facet with an angle gamma to the front surface. Preferably gamma forms an angle of 0-90 °. Especially preferred is an angle gamma of 45 °. The inner facet 13 and the coaxial muzzle surface E remain unchanged.
4 shows a schematic longitudinal section through a third embodiment of a modified ceramic capillary. In contrast to the second embodiment, here an inner facet 13 has been produced, which forms an angle delta to the front surface. Preferably, delta forms an angle of 0-60 °. Especially preferred is an angle gamma of 45 °. It is particularly preferred that the following applies: angle delta <= angle gamma. Through this inner facet 13, the length of the coaxial muzzle surface E may be impaired.
Especially preferred are ceramic capillaries which have an outer diameter 15 of 1.5 mm, an inner diameter 16 of 0.76 mm and a wall thickness 17 of 0.37 mm in the cylindrical part.
Especially preferred are ceramic capillaries having an outer diameter 15 of 3.5 mm, egg nen inner diameter 16 of 1.3 mm and a wall thickness 17 of 1.1 mm in the cylindrical part.
Optimization of the surfaces of ceramic capillaries:
Preferably, a capillary is hydrophobized by a coating of water-repellent substances. Perfluorinated polymers have been used as coating materials (eg Teflon®, Dupont, Wilmington USA) or diparaxylols (Parylene®, Union Carbide, Union Carbide World Head Quater, 39 Old Ridgebury Road, Danbury, CT, USA). proven. Also preferred is the coating of the capillaries with glass-ceramic (e.g., siloxanes), silanes, or DLC (Diamond Like Carbon).
A coating on the outside of a capillary with one of these substances leads to an improved exchange behavior of the capillaries from a liquid (suspension, emulsion and the like). In addition, the tear-off behavior of the drops formed at the pipette tip is improved.
An inner coating of a capillary with these substances leads to a prevention of the carryover of sample material (liquid, dissolved or solid parts in the liquid to be pipetted) from one vessel to another. At least the rate of carryover is significantly reduced by an inner coating.
Further processing possibilities of the surface of such ceramic capillaries include the grinding and / or polishing of the outer surface D (cone), the outer facet 14, the front surface 5 and / or the inner facet 13.
This surface treatment can also be carried out before coating the capillaries. In such cases, in particular, the polishing of the outer surface D and the Ko nus (the outer facet) and the front surface has proven in combination with a Teflon coating.
In all figures, the corresponding parts or features are provided with the same reference numerals.
Any combination of the described or shown in the figures, exemplary embodiments are within the scope of the present invention.