DE10020771A1 - Pipettiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Während des Pipettierens chemischer Substanzen in einzelne Mikrokammern eines Mikrokammerarrays (4) treten störende Verdunstungseffekte des bereits in Mikrokammern abgefüllten Lösungsmittels auf. Zur Verhinderung solch ungewollter Verdunstungseffekte ist eine Pipettiervorrichtung zum automatisierten Pipettieren chemischer Substanzen mit einem mindestens ein Mikrokammerarray (4) aufnehmenden Halter (3) und einem beweglich angebrachten Pipettierkopf (11) so ausgeführt, daß der Pipettierkopf (11) mittels einer Haltevorrichtung auf einer Platte (7) befestigt ist, die den Bewegungen des Pipettierkopfs (11) während des Pipettiervorgangs folgt. Die Platte (7) bildet in Verbindung mit einem das Mikrokammerarray (4) dicht umgebenden Rahmen (5) einen geschlossenen Gasraum (14) oberhalb des Mikrokammerarrays (4), in welches der Pipettierkopf (11) durch eine passende Öffnung (13) in der Platte (7) ragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pipettiervorrichtung zum automatisierten Pipettieren chemischer Substanzen in Mikrokammerarrays mit einem mindestens ein Mikrokammerarray aufnehmenden Halter und einem beweglich angebrachten Pipettierkopf.

In den Arbeitsbereichen der kombinatorischen oder analyti­ schen Chemie steigen die Anforderungen hinsichtlich des Probendurchsatzes und der Wirtschaftlichkeit ständig, so daß zunehmend versucht wird, immer mehr einzelne Proben gleichzeitig zu bearbeiten und dabei die verwendeten Probenvolumina weitestgehend zu reduzieren. Im Zuge einer fortschreitenden Miniaturisierung der einzelnen Proben- bzw. Reaktionsbehälter werden heute üblicherweise sogenannte Mikrokammerarrays verwendet. Mikrokammerarrays bestehen aus einer großen Anzahl von matrixartig angeordneten Mikrokam­ mern, die im einfachsten Fall aus einem kleinen Hohlraum bestehen, aber auch komplexe, aus vielen Einzelbausteinen zusammengesetzte Reaktionsbehälter sein können.

Zum schnellen und wirtschaftlichen Abfüllen geringer Probenmengen in die einzelnen Mikrokammern werden häufig automatisierte Pipettiervorrichtungen verwendet. Dabei wird eine Pipette in geringem Abstand über die einzelnen Mikrokammern geführt und eine genau dosierte, üblicherweise in einem Lösungsmittel gelöste Menge der gewünschten chemischen Substanz in die jeweilige Mikrokammer abgefüllt.

Je geringer die in eine einzelne Mikrokammer abgefüllte Menge des Lösungsmittels gewählt wird, um so deutlicher machen sich störende Verdunstungseffekte während des Pipettierens mehrerer Mikrokammern eines Mikrokammerarrays bemerkbar. Quantitative Analysen werden durch unkontrollierte Verdun­ stung stark beeinträchtigt, eine vergleichende Auswertung nacheinander pipettierter Mikrokammern ist nahe zu unmöglich. Die bereits erreichte Miniaturisierung der Mikrokammerarrays macht es deshalb erforderlich, Maßnahmen zur Hemmung der Verdunstungseffekte vorzunehmen.

Die Verwendung eines vergleichsweise schwer flüchtigen Lösungsmittels ist nicht immer eine ausreichende Maßnahme, zumal nicht jedes beliebige Lösungsmittel mit jeder chemischen Substanz kombiniert werden kann. Eine andere Möglichkeit, Verdunstungseffekte während des Pipettiervor­ gangs zu reduzieren, besteht darin, die gesamte Pipettiervor­ richtung in einem abgeschlossenen Behälter unterzubringen, in welchem bereits vor dem eigentlichen Pipettiervorgang eine mit Lösungsmittel gesättigte Atmosphäre hergestellt wird. Eine gesättigte Atmosphäre kann nicht weiteren Lösungsmittel­ dampf aufnehmen, so daß kaum Verdunstung der Lösungsmittel­ flüssigkeit aus den Mikrokammern heraus stattfindet. Während eine mit Wasserdampf gesättigte Atmosphäre einfach und wirtschaftlich während des Pipettierens sichergestellt werden kann, ist dies für andere Lösungsmittel als Wasser mit großem Aufwand verbunden oder praktisch nicht möglich. Hinzu kommt, daß in einem Behälter, der ausreichend groß ist, um eine Pipettiervorrichtung aufzunehmen, immer Konvektionsphänomene auftreten können, welche eine schnelle Verdunstung der pipettierten Lösungen begünstigen.

Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge, eine Pipettiervor­ richtung so auszugestalten, daß ungewollte Verdunstungseffek­ te während eines Pipettiervorgangs mit beliebigen Lösungsmit­ teln weitgehend reduziert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Pipettierkopf mittels einer Haltevorrichtung auf einer Platte befestigt ist, die den Bewegungen des Pipettierkopfs während des Pipettiervorgangs folgend gleitend oder in geringem Abstand über das Mikrokammerarray geführt wird und in Verbindung mit einem das Mikrokammerarray dicht umgebenden Rahmen einen geschlossenen Gasraum oberhalb des Mikrokam­ merarrays bildet, in welchen der Pipettierkopf durch eine passende Öffnung in der Platte ragt. Auf diese Weise wird das für die Verdunstung des Lösungsmittels zur Verfügung stehende Volumen deutlich reduziert. Nach kurzer Zeit bildet sich im geschlossenen Gasraum eine an Lösungsmittel gesättigte Atmosphäre, so daß kaum noch weitere Verdunstung stattfindet. In der sehr dünnen Schicht über dem Mikrokammerarray tritt außerdem praktisch keine die Verdunstung begünstigende Konvektion auf. Mit einem vergleichsweise geringen konstruk­ tiven Aufwand kann das ungewollte Entweichen beliebiger Lösungsmittel aus den einzelnen Mikrokammern während des Pipettiervorganges weitestgehend unterdrückt werden.

Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, daß der Pipettierkopf aus der Öffnung in der Platte heraus senkrecht beweglich ist. So kann mit einem einfachen Handgriff oder automatisch gesteuert der Pipettier­ kopf von der Platte entfernt werden. Ein Wiederbefüllen oder Austauschen des Pipettierkopfes während oder nach einem Pipettiervorgang ist möglich, ohne daß dabei unkontrolliert austretendes Lösungsmittel direkt auf das Mikrokammerarray gelangt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Pipettierkopf an einem senkrecht beweglichen Haltearm befestigt ist, der auf einem Schlitten entlang einer Führungsschiene auf der Platte längs verschieb­ bar ist. Um ein automatisches Wiederbefüllen des Pipettier­ kopfes während oder nach einem Abfüllvorgang zu ermöglichen, ist es wünschenswert, daß der Pipettierkopf aus der Abfüllposition heraus in Richtung eines Vorratsbehälters bewegt werden kann, der eine ausreichend große Menge der zu pipettierenden Lösungen enthält. Dazu wird der Haltearm des Pipettierkopfes so weit angehoben, bis die Spitze des Pipettierkopfes einen ausreichenden Abstand zur Platte hat. Dann kann der jetzt frei bewegliche Pipettierkopf samt Haltearm entlang der Führungsschiene bis über den Rand der Platte hinaus verschoben werden. Dort befindet sich zweckmäßigerweise der Vorratsbehälter, so daß daraus das Lösungsmittel automatisiert vom Pipettierkopf aufgenommen werden kann. Während eines Pipettiervorgangs führt das automatische Wiederbefüllen infolge der dadurch erzielbaren Zeitersparnis zu einer weiteren Reduktion der Verdunstung.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Platte so groß ist, daß auch im Fall einer jenseits des Rahmens neben dem Mikrokam­ merarray positionierten Öffnung der Platte der den Mikrokam­ merarray dicht umgebenden Rahmen vollständig bedeckt ist. Wenn der Pipettierkopf auf der Platte zum Befüllen angehoben wird, so ist wegen der verbleibenden Öffnung der Gasraum über dem Mikrokammerarray nicht mehr vollständig abgeschlossen. Um den Gasraum auch in diesem Fall verschlossen zu halten und somit andernfalls begünstigte Verdunstungseffekte zu verhindern, wird die Platte so weit zur Seite bewegt, bis die Öffnung in der Platte sich jenseits des das Mikrokammerarray dicht umgebenden Rahmens befindet. Der Pipettierkopf kann dann senkrecht aus der Öffnung der Platte herausgehoben werden, ohne daß eine Verbindung des weiterhin abgeschlosse­ nen Gasraums mit der Umgebungsatmosphäre entsteht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedan­ kens ist vorgesehen, daß innerhalb des geschlossenen Gasraums am Rahmen entlang eine ein Flüssigkeitsvolumen aufnehmende, grabenartige Rinne angeordnet ist. In diese grabenartige Rinne kann vor dem Pipettiervorgang eine ausreichende Menge des auch zum Pipettieren verwendeten Lösungsmittels gefüllt werden. Das in die grabenartige Rinne abgefüllte Lösungsmit­ telvolumen ist im Gegensatz zum während des Pipettiervorgangs verwendeten Lösungsmittel für eine möglichst effektive Verdunstung vorgesehen. Auf diese Weise kann schon vor einem Pipettiervorgang eine an Lösungsmittel gesättigte Atmosphäre innerhalb des umschlossenen Gasraums hergestellt werden, so daß während des Pipettiervorgangs eine Verdunstung des bereits pipettierten Lösungsmittels weiter reduziert wird.

Einer vorteilhaften Ausführung des Erfindungsgedankens gemäß ist vorgesehen, daß die Platte gleitend auf einer oberhalb der grabenartigen Rinne angebrachten Gleitauflage mit einer Abstreifkante bewegt wird. Eine solche Gleitauflage kann beispielsweise aus PTFE hergestellt werden, so daß störende Reibungseffekte weitgehend vermieden werden. Trotz aller verdunstungshemmenden Maßnahmen können sich geringe Mengen von verdunstetem Lösungsmittel als Kondensat an der Unterseite der Platte niederschlagen. Bei einer Bewegung der Platte überstreicht eine entsprechende Fläche der Plattenun­ terseite die Gleitauflage. Dabei wird dort kondensiertes Lösungsmittel von der Abstreifkante aufgenommen und kann in die darunter angebrachte, grabenartige Rinne tropfen oder fließen.

Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, daß die Temperatur des Mikrokam­ merarrays regelbar ist. Während eines Pipettiervorgangs und auch über mehrere Füllvorgänge hinweg können so identische Abfüllbedingungen gewährleistet werden. Weiterhin kann über die Temperatur des Mikrokammerarrays das Verdampfungsverhal­ ten des bereits in Mikrokammern pipettierten Lösungsmittels gesteuert werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Temperatur der oberhalb des Mikrokammerarrays bewegbaren Platte regelbar ist. Einerseits wirkt sich aufgrund der großen Kontaktfläche der Platte mit dem geschlossenen Gasraum die Plattentemperatur unmittelbar auf das eingeschlossene Gasvolumen aus. Andererseits kann durch eine geschickte Wahl der Temperatur der bewegbaren Platte die Kondensation des Lösungsmittels an der Unterseite der Platte weitgehend vermieden werden. Eine störende Tröpfchenbildung an der Unterseite der bewegbaren Platte kann somit vermieden werden, so daß nicht durch unkontrolliert auf das Mikrokammerarray fallende Lösungsmit­ teltropfen das genau dosierte Lösungsmittelvolumen in Mikrokammern ungewollt verändert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedan­ kens ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine Pipettier- Vorrichtung zum automatischen Pipettieren chemischer Substanzen in Mikrokammerarrays.

Ein aus einer Bodenplatte 1 und Befestigungsvorrichtungen 2 bestehender Halter 3 dient zur Aufnahme eines Mikrokam­ merarrays 4. Um den Halter 3 herum befindet sich ein den Halter 3 und das Mikrokammerarray 4 dicht umgebender Rahmen 5. An der Oberseite des Rahmens 5 ist eine, beispielsweise aus PTFE angefertigte Gleitauflage 6 angebracht. Auf einer auf der Gleitauflage 6 beweglich aufliegenden Platte 7 ist eine Führungsschiene 8 dauerhaft befestigt. Auf dieser Führungsschiene 8 längs verschiebbar befindet sich ein Schlitten 9, auf dem ein in der Höhe verstellbarer Haltearm 10 montiert ist. An dem Haltearm 10 ist ein Pipettierkopf 11 angebracht, dessen Pipettenkanüle 12 durch eine Öffnung 13 in der Platte 7 in einen durch das Mikrokammerarray 4, den Rahmen 5 und die Platte 7 vollständig abgeschlossenen Gasraum 14 ragt. Zu Beginn des Pipettiervorgangs wird der Pipettier­ kopf 11 jeweils über der zu befüllenden Mikrokammer des Mikrokammerarrays 4 positioniert, indem die Platte 7 samt der darauf befestigten Aufbauten, insbesondere dem Pipettierkopf 11 mit der durch die Öffnung 13 der Platte 7 ragenden Pipettenkanüle 12 verschoben wird.

Die Gleitauflage 6 weist an der zum geschlossenen Gasraum 14 hin gerichteten Seite eine Abstreifkante 15 auf. An der Unterseite der Platte 7 kondensiertes Lösungsmittel wird bei einer nach außen gerichteten Verschiebung der Platte 7 über die Gleitauflage 6 hinweg von deren Abstreifkante 15 aufgenommen und läuft an der Innenseite des sich darunter befindenden Rahmens 5 herab.

An der Innenseite des Rahmens 5 ist etwas unterhalb der Gleitauflage 6 eine grabenartige Rinne 16 ausgebildet. Dort sammelt sich das von der Platte 7 abgestreifte, kondensierte Lösungsmittel. Außerdem kann bereits vor einem Pipettiervor­ gang eine ausreichende Menge des Lösungsmittels in der grabenartigen Rinne 16 deponiert werden. Innerhalb kurzer Zeit stellt sich dann durch aus dieser grabenartigen Rinne 16 heraus verdampfendes Lösungsmittel eine an Lösungsmittel gesättigte Atmosphäre in dem geschlossenen Gasraum 14 ein. Dadurch werden Verdampfungseffekte von bereits pipettiertem Lösungsmittel aus Mikrokammern des Mikrokammerarrays 4 heraus weitgehend unterdrückt.

Für eine einfache Kontrollmöglichkeit während des Pipettier­ vorgangs ist es zweckmäßig, daß die oberhalb des Mikrokam­ merarrays 4 bewegbare Platte 7 optisch transparent ist. Um eine größtmögliche Anwendungsbreite der Pipettiervorrichtung zu gewährleisten, können alle den geschlossenen Gasraum 14 direkt umgebenden Bauteile der Vorrichtung aus chemisch weitgehend inaktiven Materialien bestehen.

Für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn nicht die Platte 7 über einem raumfest fixierten Rahmen 5 verschoben wird, sondern durch Bewegen von Halter 3 und Rahmen 5 relativ zu einer dauerhaft befestigten Platte 7 das Mikrokammerarray 4 vor jedem Pipettiervorgang relativ zum Pipettierkopf 11 positioniert wird.

Claims (9)

1. Pipettiervorrichtung zum automatisierten Pipettieren chemischer Substanzen in Mikrokammerarrays mit einem mindestens ein Mikrokammerarray aufnehmenden Halter und einem beweglich angebrachten Pipettierkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Pipettierkopf (11) mittels einer Haltevorrichtung auf einer Platte (7) befestigt ist, die den Bewegungen des Pipettierkopfs (11) während des Pipettiervorgangs folgend gleitend oder in geringem Abstand über das Mikrokammerarray (4) geführt wird und in Verbindung mit einem das Mikrokam­ merarray (4) dicht umgebenden Rahmen (5) einen geschlossenen Gasraum (14) oberhalb des Mikrokammerarrays (4) bildet, in welches der Pipettierkopf (11) durch eine passende Öffnung (13) in der Platte (7) ragt.

2. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Pipettierkopf (11) aus der Öffnung (13) in der Platte (7) heraus senkrecht beweglich ist.

3. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Pipettierkopf (11) an einem senkrecht bewegli­ chen Haltearm (10) befestigt ist, der auf einem Schlitten (9) entlang einer Führungsschiene (8) auf der Platte (7) längsverschiebbar ist.

4. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platte (7) so groß ist, daß auch bei jenseits des Rahmens (5) neben dem Mikrokammerarray (4) positionierter Öffnung (13) in der Platte (7) der das Mikrokammerarray (4) dicht umgebende Rahmen (5) vollständig bedeckt ist.

4. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb des geschlossenen Gasraums (14) am Rahmen (5) entlang eine ein Flüssigkeitsvolumen aufnehmende, grabenartige Rinne (16) angeordnet ist.

5. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platte (7) gleitend auf einer oberhalb der grabenartige Rinne (16) angebrachten Gleitauflage (6) mit einer Abstreifkante (15) bewegt wird.

6. Pipettiervorrichung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperatur des Mikrokammerarrays (4) regelbar ist.

7. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der oberhalb des Mikrokammerarrays (4) bewegbaren Platte (7) regelbar ist.

8. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die oberhalb des Mikrokammerarrays (4) bewegbare Platte (7) optisch transparent ist.