CH697426B1 - Dosiervorrichtung und Verfahren zum Betrieb derselben. - Google Patents

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CH697426B1 CH00824/05A CH8242005A CH697426B1 CH 697426 B1 CH697426 B1 CH 697426B1 CH 00824/05 A CH00824/05 A CH 00824/05A CH 8242005 A CH8242005 A CH 8242005A CH 697426 B1 CH697426 B1 CH 697426B1
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Abstract

Es wird eine Dosiervorrichtung bzw. ein Dosierelement, insbesondere zur Dosierung von Substanzen bei der Erstellung kombinatorischer Materialbibliotheken, beschrieben mit einem Dosierelement, das ein einseitig geöffnetes Vorratsgefäss (12) zur Aufnahme der zu dosierenden Substanzen und einen Stempel (14) aufweist, der axial beweglich ist und die Öffnung des Vorratsgefässes (12) reversibel verschliesst, und der vorzugsweise zentral mindestens eine Dosieröffnung (18) zur Dosierung der im Vorratsgefäss (12) vorgelegten Substanzen aufweist, wobei das Vorratsgefäss (12) und/oder der Stempel (14) eine Aufnahme (26, 28) als Angriffspunkt für eine mechanische Greifvorrichtung umfasst. Weiterhin wird ein Dosierverfahren beschrieben.

Description

CH 697 426 B1
Beschreibung Stand der Technik
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosiervorrichtung, ein Dosierelement und ein Verfahren zum Betrieb derselben nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
[0002] Die Auffindung und Entwicklung neuer Stoffe und Materialien stellt ein vorrangiges Ziel der Materialwissenschaften, der Chemie und Pharmazie dar. Die Suche nach geeigneten Verbindungen ist jedoch sehr oft mit einem grossen finanziellen und zeitlichen Aufwand verbunden. Um diese Suche effektiver und kostengünstiger durchführen zu können, wurde schon Vorjahren in der Pharmazie, dann auch in anderen Anwendungsgebieten eine systematische Methodik eingeführt, die unter der Bezeichnung «Kombinatorische Chemie» bekannt geworden ist. Dabei werden parallel mehrere potentiell interessante Verbindungen erzeugt und analysiert. Der Vorteil dieser Methode ist in der Möglichkeit zur Automatisierung zu sehen, die einen grossen Durchsatz in kürzester Zeit gestattet.
[0003] Zur Erzeugung der dabei benötigten Materialbibliotheken muss eine grosse Zahl an potenziell interessanten Substanzen oder deren Vorläuferverbindungen an definierten Punkten entsprechender Substrate positioniert bzw. dosiert werden. Dies geschieht aufgrund der üblicherweise grossen Zahl an zu dosierenden Substanzen vorzugsweise vollautomatisch. Herkömmliche Dosierroboter greifen dabei auf Systeme zurück, bei denen die zu dosierende Substanz mittels einer Spritze, die über einen Verbindungsschlauch mit einer Dosiernadel verbunden ist, aufgenommen wird. Die Spritze sowie der Verbindungsschlauch und die Dosiernadel sind dabei zunächst lediglich mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt, wobei die Dosiernadel an ihrem der Dosierungsöffnung zugewandten Ende mit Luft gefüllt ist. Zur Dosierung wird die Dosiernadel in die zu dosierende Substanz eingetaucht und der Stempel der Spritze aus dem zugehörigen Dosierkörper herausgezogen. Durch die Volumenvergrösserung wird die zu dosierende Substanz in die Dosiernadel und in den Verbindungsschlauch hineingezogen. Dabei bildet die in der Dosiernadel enthaltene Luft einen Puffer, sodass eine Kontamination bzw. Vermischung von zu dosierender Substanz und Betriebsflüssigkeit vermieden wird. Nachteilig an einem derartigen Dosiersystem ist, dass das in der Dosiernadel enthaltene Luftpolster kompressibel ist und somit hochviskose Medien bzw. Suspensionen nur schlecht dosiert werden können.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung bzw. ein Dosierelement und ein Verfahren zum Betrieb derselben bereitzustellen, das die automatisierte Dosierung auch hochviskoser Medien zuverlässig gestattet.
Vorteile der Erfindung
[0005] Die erfindungsgemässe Dosiervorrichtung bzw. das Dosierelement sowie das Verfahren zum Betrieb derselben haben den Vorteil, dass eine automatisierte Dosierung auch hochviskoser Medien auf einfache und dennoch zuverlässige Weise erfolgen kann. Dabei wird ein Dosierelement verwendet, das ein einseitig geöffnetes Vorratsgefäss zur Aufnahme der zu dosierenden Substanzen aufweist sowie einen Stempel, der axial beweglich ist und die Öffnung des Vorratsgefäs-ses reversibel verschliesst, und der vorzugsweise zentral mindestens eine Dosieröffnung zur Dosierung der im Vorratsgefäss vorgelegten Substanzen aufweist. Die zu dosierenden Substanzen werden dabei zunächst bei abgenommenem Stempel direkt in das Vorratsgefäss gegeben. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise auch die Zufuhr von Feststoffen oder hochviskosen Medien in das Vorratsgefäss, die bei geschlossenem Stempel allein durch die Einwirkung von Unterdruck nicht durch eine am Stempel vorgesehene Dosiernadel hindurch in das Vorratsgefäss aufgezogen werden können.
[0006] Um eine zuverlässige automatisierte Handhabung von Stempel und Vorratsgefäss zu gewährleisten, ist am Stempel und/oder am Boden des Vorratsgefässes eine Aufnahme als Angriffspunkt für eine mechanische Greifvorrichtung vorgesehen.
[0007] Die Dosierung der im Vorratsgefäss vorgelegten Substanzen erfolgt vorteilhafterweise ohne den Einsatz von Betriebsflüssigkeiten.
[0008] Durch die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Dosiervorrichtung bzw. Dosierelements sowie des dort angegebenen Verfahrens möglich.
[0009] So ist der Stempel vorteilhafterweise mit einem Kolbenschaft verbunden, der eine Dosierleitung zur Dosierung der vorgelegten Substanzen aufweist und an seinem dem Stempel abgewandten Ende mit einer austauschbaren Dosiernadel versehen ist. Die Dosiernadel ist dabei beispielsweise über einen Luer-Lock-Verschluss mit dem Kolbenschaft verbunden. Die Austauschbarkeit der Dosiernadel ist von Vorteil, falls es bei der Dosierung zu einer Kontaminierung derselben mit Fremdstoffen kommt. Da vorzugsweise jeder zu dosierenden Substanz ein eigenes Vorratsgefäss mit eigenem Stempel zugewiesen wird, kann somit jegliche Möglichkeit einer Kontamination mit Fremdstoffen ausgeschlossen werden.
[0010] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Dosiervorrichtung mehrere Dosierelemente, deren Vorratsgefässe eine im Wesentlichen identische Längsausdehnung und unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Auf diese Weise können unterschiedliche Volumina in den Vorratsgefässen realisiert werden, ohne dass es einer Anpassung der automatischen Greifvorrichtung bedarf. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall, wenn die jeweilige Aufnahme des Vorratsgefässes bzw. des Stempels, eine Kodierung zur Erkennung des Volumens oder des Durchmessers des zugehörigen Vorratsgefässes aufweist.
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[0011] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden in einem Vorratsgefäss mindestens zwei Substanzen vorgelegt, die vor der Dosierung im Vorratsgefäss durch eine in das Vorratsgefäss integrierte oder von extern zugeführte Mischvorrichtung vermischt werden. Weiterhin können die im Vorratsgefäss vorgelegten Substanzen nach Verschluss desselben durch die den Stempel durchdringende Dosieröffnung hindurch entgast werden. Darüber hinaus bietet sich die vorteilhafte Möglichkeit, die im Vorratsgefäss vorgelegten Substanzen vor deren Dosierung einer chemischen Umsetzung zu unterziehen.
Zeichnung
[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Aufsicht auf ein Dosierelement als Bestandteil einer Dosiervorrichtung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 abgebildeten Dosierelements und die
Fig. 3a bis 3f zeigen Querschnittsdarstellungen verschiedener Varianten des in Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Dosierelements.
Ausführungsbeispiel
[0013] Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist es, eine Dosiervorrichtung bzw. ein Dosierelement zur Verfügung zu stellen, das insbesondere im Rahmen der kombinatorischen Materialentwicklung eine effiziente und automatisierte Dosierung zahlreicher, zur Erstellung kombinatorischer Materialbibliotheken benötigter Substanzen ermöglicht.
[0014] Kernstück der Dosiervorrichtung sind eines oder mehrere Dosierelemente, wie es beispielsweise in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Das Dosierelement 10 umfasst ein Vorratsgefäss 12, in dem eine oder mehrere zu dosierende Substanzen vorgelegt werden können. Das Vorratsgefäss 12 ist aus einem im Wesentlichen chemisch inerten Material, wie beispielsweise Glas, PTFE oder PVC ausgeführt. Das Vorratsgefäss 12 ist vorzugsweise zylindrisch gestaltet, wobei ein Ende des Vorratsgefässes 12 offen ist und durch einen Stempel 14 verschlossen werden kann. Um die Verschliessbarkeit des Vorratsgefässes 12 unabhängig vom Stempel 14 zu gewährleisten, weist das Vorratsgefäss 12 vorzugsweise im Bereich seiner Öffnung ein auf die Aussenwandung des Vorratsgefässes 12 aufgeprägtes Gewinde 13 auf.
[0015] Der Stempel 14 umfasst vorzugsweise an seiner der zu dosierenden Substanz zugewandten Seite eine Dichtung 15, die beispielsweise mechanisch fixiert und somit austauschbar ausgeführt ist. Auf seiner der zu dosierenden Substanz abgewandten Seite geht der Stempel 14 in einem Kolbenschaft 16 über, der zur besseren Führung vorzugsweise vier geeignete Rippen aufweist. Der Stempel 14 sowie der Kolbenschaft 16 bestehen vorzugsweise aus Edelstahl oder einem chemisch inerten Polymer wie PTFE oder PVC.
[0016] Eine Besonderheit des Dosierelements besteht darin, dass im Gegensatz zu üblichen, vor allem aus der Medizin bekannten Dosierspritzen die Dosierung der vorgelegten Substanzen durch eine Durchbrechung 18 des Stempels 14 hindurch erfolgt. Dazu weist der mit dem Stempel 14 verbundene Kolbenschaft 16 eine Dosierleitung 20 auf, durch die eine zu dosierende Substanz aus dem Vorratsgefäss 12 durch die Durchbrechung 18 hindurch transportabel ist. Aufseiner dem Stempel 14 abgewandten Seite weist der Kolbenschaft 16 beispielsweise eine mechanische Fixiervorrichtung 22 für eine Dosiernadel 24 auf. Die mechanische Fixiervorrichtung 22 ist dabei vorzugsweise als Luer-Lock-Verschluss ausgeführt.
[0017] Um eine automatisierte Dosierung im kurzen Zeittakt zu gewährleisten, weist das Vorratsgefäss 12 auf seiner der Öffnung gegenüberliegenden Seite und/oder der Stempel 14 bzw. Kolbenschaft 16 auf seiner der zu dosierenden Substanz abgewandten Seite eine Aufnahme oder Passung 26, 28 auf, die als Angriffspunkt für eine mechanische Greifvorrichtung dient.
[0018] Zur Dosierung wird vorzugsweise jeder zu dosierenden Substanz bzw. Substanzmischung ein separates Dosierelement zugeordnet. Dies vermeidet effektiv eine Vermischung bzw. Kontamination der Substanzen untereinander. Zur Befüllung des Dosierelements 10 wird zunächst dessen Stempel 14 entfernt und die Substanz im offenen Vorratsgefäss 12 vorgelegt. Dann wird der Stempel 14 in das Vorratsgefäss 12 eingeführt, wobei die dort vorhandene Luft über die Dosierleitung 20 entweichen kann. Der Stempel 14 wird vorzugsweise soweit eingeführt, dass die gesamte im Vorratsgefäss 12 vorhandene Luft verdrängt wird. Sollte es sich bei der vorgelegten Substanz um eine luftempfindliche Verbindung handeln, kann die Vorlage der Substanz in einer Schutzgasapparatur erfolgen bzw. eine bereits vorgelegte Substanz durch die Dosierleitung 20 hindurch auf übliche Weise entgast werden.
[0019] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, im Vorratsgefäss 12 mehrere Substanzen sowie gegebenenfalls Lösungsmittel nacheinander einzufüllen und diese dann entweder mittels eines externen Rührwerks, wie beispielsweise einem Magnetrührer, oder mittels einer im Vorratsgefäss 12 vorgesehenen Rührvorrichtung, wie beispielsweise Glaskugeln, miteinander zu vermischen.
[0020] Die Dosierung der vorgelegten Substanzen bzw. Substanzgemische erfolgt, indem das Dosierelement 10 mittels einer mechanischen Greifvorrichtung an den Aufnahmen 26, 28 ergriffen wird, zum Ort der Dosierung überführt wird
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und dort durch Druck auf den Stempel 16 bzw. das Vorratsgefäss 12 eine Dosierung der vorgelegten Substanzen bzw. Substanzmischungen erfolgt.
[0021] Die Dosierungsvorrichtung umfasst somit mindestens ein Dosierelement 10, mindestens eine Greifvorrichtung und mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Greifvorrichtung.
[0022] In einer weiteren Ausführungsform dient das Dosierelement 10 zusätzlich als chemischer Reaktor. Dazu werden die im Vorratsgefäss 12 des Dosierelements 10 vorgelegten Substanzen vor deren Dosierung einer chemischen Reaktion unterworfen. Dazu kann das Dosierelement 10 eine entsprechende Heiz-, Rühr- bzw. Kühlvorrichtung aufweisen. Genauso können diese Vorrichtungen jedoch vorübergehend anbringbar oder lediglich zur Verfügung stehend ausgeführt sein.
[0023] In der Fig. 3a bis 3f sind verschiedene Varianten des Dosierelements 10 dargestellt, die sich insbesondere hinsichtlich des möglichen Dosiervolumens unterscheiden. Trotz unterschiedlichem Volumen der Vorratsgefässe 12 wird die Längsausdehnung des Dosierelements 10 weitgehend konstant gehalten. Verschiedene Volumina werden durch die Wahl entsprechender Durchmesser des Vorratsgefässes 12 erzielt. Dies ermöglicht, dass Dosierelemente 10 unterschiedlicher Dosiervolumina nacheinander zur Dosierung herangezogen werden können, ohne dass es einer Adaptierung der mechanischen Greifvorrichtung bedarf. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Aufnahmen 26, 28 so zu gestalten, dass sie eine Kennung zur Identifikation des Dosiervolumens aufweisen, sodass die mechanische Greifvorrichtung automatisch an das entsprechende Dosiervolumen des gerade gehalterten Dosierelements adaptiert wird.
[0024] Das in Fig. 3a dargestellte Dosierelement ist mit abgenommener Dosiernadel 24 dargestellt, wobei deutlich wird, dass anstelle von Dosiernadeln auch andere Dosiervorrichtungen, wie Giesser, aufgesetzt werden oder das Dosierelement fest an eine geschlossene Dosier- oder Reaktionsapparatur angeschlossen werden kann. Das in Fig. 3f dargestellte Dosierelement ist anstelle mit einer Dosiernadel mit einer Hohlleitung oder einem Kolben mit erweitertem Durchmesser verbunden. Dieser kann Bestandteil einer Gesamtapparatur sein.
[0025] Die beschriebene Dosiervorrichtung eignet sich zur Dosierung insbesondere hochviskoser Medien wie beispielsweise Suspensionen oder Dispersionen.

Claims (13)

Patentansprüche
1. Dosiervorrichtung, insbesondere zur Dosierung von Substanzen bei der Erstellung kombinatorischer Materialbibliotheken, mit einem Dosierelement, das ein einseitig geöffnetes Vorratsgefäss (12) zur Aufnahme der zu dosierenden Substanzen, und einen Stempel (14) aufweist, der axial beweglich ist und die Öffnung des Vorratsgefässes (12) reversibel verschliesst, und der vorzugsweise zentral mindestens eine Dosieröffnung (18) zur Dosierung der im Vorratsgefäss (12) vorgelegten Substanzen aufweist, wobei das Vorratsgefäss (12) und/oder der Stempel (14) eine Aufnahme (26, 28) als Angriffspunkt für eine mechanische Greifvorrichtung umfasst.
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsgefäss (12) auf seiner der Öffnung gegenüberliegenden Begrenzungsfläche eine Aufnahme (26) aufweist.
3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (14) mit einem Kolbenschaft (16) verbunden ist, der eine Dosierleitung (20) zur Dosierung der vorgelegten Substanzen aufweist und an dessen dem Stempel (14) abgewandtem Ende die Aufnahme (28) angebracht ist.
4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (16) an seinem dem Stempel (14) abgewandten Ende mit einer austauschbaren Dosiernadel (24) verbunden ist.
5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (16) mit der Dosiernadel (24) durch ein Luer-Lock-Verschluss verbunden ist.
6. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dosierelemente vorgesehen sind, deren Vorratsgefässe (12) eine im Wesentlichen identische Längsausdehnung und unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
7. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (26, 28) eine Kodierung zur Erkennung des Volumens oder des Durchmessers des zugehörigen Vorratsgefässes (12) aufweist.
8. Dosierelement, insbesondere zur Dosierung von Substanzen bei der Erstellung kombinatorischer Materialbibliotheken, mit einem einseitig geöffneten Vorratsgefäss (12) zur Aufnahme der zu dosierenden Substanzen, und einem Stempel (14), der axial beweglich ist und die Öffnung des Vorratsgefässes (12) reversibel verschliesst, und der vorzugsweise zentral mindestens eine Dosieröffnung (18) zur Dosierung der im Vorratsgefäss (12) vorgelegten Substanzen aufweist, wobei das Vorratsgefäss (12) und/oder der Stempel (14) eine Aufnahme (26, 28) als Angriffspunkt für eine mechanische Greifvorrichtung umfasst.
9. Verfahren zur Dosierung von Substanzen, insbesondere zur Erstellung kombinatorischer Materialbibliotheken, wobei in einem ersten Schritt in einem einseitig geöffneten Vorratsgefäss (12) die zu dosierenden Substanzen vorgelegt werden, dann in einem zweiten Schritt die Öffnung des Vorratsgefässes (12) reversibel mit einem Stempel (14), der axial beweglich ist, verschlossen wird und in einem dritten Schritt das Vorratsgefäss (12) durch eine mechanische
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Greifvorrichtung gegriffen wird und durch Druck auf den Stempel (14) die vorgelegte Substanz durch mindestens eine den Stempel (14) durchdringende Dosieröffnung (18) dosiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorratsgefäss (12) mindestens zwei Substanzen vorgelegt werden, die vor der Dosierung im Vorratsgefäss (12) durch eine in das Vorratsgefäss (12) integrierte oder von extern zugeführte Mischvorrichtung gemischt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verschluss des Vorratsgefässes (12) mit einem Stempel (14) die vorgelegte Substanz durch die den Stempel (14) durchdringende Dosieröffnung (18) hindurch entgast wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorratsgefäss (12) eine chemische Umsetzung der vorgelegten Substanzen vor deren Dosierung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder ein Dosierelement nach Anspruch 8 verwendet wird.
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CH00824/05A 2004-06-22 2005-05-10 Dosiervorrichtung und Verfahren zum Betrieb derselben. CH697426B1 (de)

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