DE10120756C1 - Verfahren zur Verbesserung der Betriebssicherheit von Dosiereinrichtungen - Google Patents

Abstract

Die Abgabe von Probenflüssigkeiten erfolgt, insbesondere im Hochdurchsatz-Screening, über automatisierte Dosiereinrichtungen. Zwischen einzelnen Dosiervorgängen kann aufgrund des Stillstandes der Dosiervorrichtung ein Ausgasen der in der Dosiereinrichtung vorhandenen Probenflüssigkeit sowie ein Auskristallisieren stattfinden. Zur Verbesserung der Betriebssicherheit wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, nach Beendigung eines Dosiervorgangs, eine Stand-By-Routine ausgelöst. In der Stand-By-Routine wird Flüssigkeit durch eine Dosieröffnung der Dosiereinrichtung abgegeben. Der Abgabeschritt wird nach einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Betriebssicherheit von Dosiereinrichtungen für chemische und/oder biologische Flüssigkeiten.

In modernen Untersuchungsverfahren werden chemische und/oder biologische Flüssigkeiten zur Untersuchung mit automatischen Dosiereinrichtungen beispielsweise Probenträgern zugeführt. Die entsprechenden Probenflüssigkeiten werden mit Hilfe geeigneter Dosiereinrichtungen entweder dispensiert oder pipettiert. Beim Dispensieren weist die Dosiereinrichtung einen Vorratsbehälter mit der zu dispensierenden Probenflüssigkeit auf. Diese wird beispielsweise mit Hilfe einer Mikropumpe über eine Dispensierspitze in der geforderten Menge einem Probenträger zugeführt. Beim Pipettieren erfolgt mit Hilfe einer Pipettierspitze und einer mit dieser verbundenen Mikropumpe zunächst ein Einsaugen der Probenflüssigkeit in die Pipette und anschließend ein Abgeben der Probenflüssigkeit an den Probenträger. Bei bekannten automatischen Pipettiereinrichtungen ist hierzu innerhalb der Pipettiereinrichtung eine Prozessflüssigkeit vorgesehen, wobei das Aufnehmen und Abgeben der Probenflüssigkeit durch ein entsprechendes Hin- und Herpumpen der Prozessflüssigkeit erfolgt.

Automatische Dosiereinrichtungen werden insbesondere beim Hochdurchsatz-Screening eingesetzt. Mit Hilfe des Hochdurchsatz-Screening wird eine Vielzahl von chemischen und/oder biologischen Proben in kurzer zeitlicher Abfolge untersucht. Beim Hochduchsatz-Screening werden die chemischen und/oder biologischen Probenflüssigkeiten beispielsweise in Vertiefungen (Wells) von Titerplatten eingefüllt. Bekannte Titerplatten weisen hierbei beispielsweise 1536 oder 2080 Wells auf. Je nach Ausführung weisen die Wells ein Volumen von weniger als 20 µl, insbesondere weniger als 5 µl auf. Es handelt sich somit um äußerst geringe Mengen an Probenflüssigkeit, die exakt einem Well zugeführt werden müssen. Das Zuführen der Probenflüssigkeit erfolgt beispielsweise durch Abgabe von Mikrotröpfchen mit Hilfe der Dosiereinrichtung. Hierzu weisen bekannte Dosiereinrichtungen beispielsweise elektrisch ansteuerbare Mikropumpen auf. Um entsprechend kleine Tröpfen zu erzeugen, deren Volumen kleiner als 1 nl, insbesondere kleiner als 0,5 nl sein kann, weist der Kanal der Pipettier- bzw. Dispensierspitze einen Durchmes­ ser von 10-100 µm, bevorzugt 40-60 µm auf.

Aus EP 0 206 113 A1, DE 42 31 172 A1, DE 693 22 464 T2 und DE 44 44 040 A1 sind Dosiereinrichtungen sowie Dosierver­ fahren bekannt, bei denen während oder zwischen zwei Do­ siervorgängen eine Dosiereinrichtung, wie eine Hohlnadel bzw. Reagenzröhren bzw. Küvetten bzw. ein Dispenser, ge­ spült oder gereinigt wird.

Nach Beendigung eines Dosiervorgangs, der beispielsweise das Befüllen mehrerer Titerplatten umfassen kann, wird die Dosiereinrichtung häufig über einen längeren Zeitraum nicht benötigt. Bereits nach einer Stillstandzeit von ca. 15 Mi­ nuten oder weniger, kann es je nach verwendeter Proben- bzw. Prozessflüssigkeit zu einem Ausgasen der Flüssigkeit kommen. Hierdurch bilden sich kleine Gasbläschen innerhalb der Dosiereinrichtung. Diese wachsen im Laufe der Zeit an. Ferner kann es bei längeren Stillstandzeiten zur Auskris­ tallisation oder Ablagerung von in der Proben- und/oder Prozessflüssigkeit enthaltenen Partikeln bzw. Bestandteilen kommen. Diese können im Laufe der Zeit ebenfalls anwachsen. Derartige Gaseinschlüsse und/oder Auskristallisationen bzw. Ablagerungen können zu Fehlfunktionen oder Verstopfungen der Dosiereinrichtung führen. Vor dem Verwenden der Dosier­ einrichtung für einen neuen Dosiervorgang muss diese Ein­ richtung daher stets gereinigt werden. Eine derartige Rei­ nigung, bei der sowohl die Gaseinschlüsse als auch die Aus­ kristallisationen bzw. Ablagerungen vollständig entfernt werden müssen, ist äußerst zeitintensiv. Ferner können der­ artige Reinigungen nicht automatisch durchgeführt werden, da von einem Benutzer überprüft werden muss, ob sämtliche Ablagerungen und Gaseinschlüsse entfernt wurden.

Auch kleine Gaseinschlüsse oder geringe Auskristallisatio­ nen bzw. Ablagerungen führen zur Beeinträchtigung eines au­ tomatisierten Dosiervorgangs. Insbesondere im Hochdurch­ satz-Screening muss eine exakte Menge an Probenflüssigkeit jedem Well eines Probenträgers zugeführt werden. Die von einer Dosiereinrichtung abgegebene Flüssigkeitsmenge wird über die Anzahl der einem Well zugeführten Tropfen bestimmt. Das Tropfenvolumen muss daher während des gesamten Dosiervorgangs konstant bleiben und bekannt sein. Bereits durch kleine Lufteinschlüsse sowie geringfügige Ablagerungen innerhalb der Dosiereinrichtung wird das Tropfenvolumen verfälscht. Dies führt dazu, dass beim nächsten Dosiervorgang den Wells des Probenträgers ein zu kleines oder zu großes Volumen an Probenflüssigkeit zugeführt wird. Es ist daher erforderlich, jeweils vor dem Durchführen eines neuen Dosiervorgangs, das Tropfenvolumen erneut zu bestimmen. Die Bestimmung des Tropfenvolumens ist äußerst zeitaufwendig. Sie muss vom Benutzer manuell durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Betriebssicherheit von Dosiereinrichtungen zu verbessern, insbesondere die Gefahr von Ausgasungen, Auskristallisationen, Ablagerungen in Dosiereinrichtungen und/oder dgl. während Stillstandzeiten zu verringern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbesserung der Betriebssicherheit von Dosiereinrichtungen für chemische und/oder biologische Flüssigkeiten wird eine Stand-By-Routine nach Beendigung eines Dosiervorgangs ausgelöst. Bei einem Dosiervorgang handelt es sich beispielsweise im Hochdurchsatz- Screening um das Befüllen von Wells von einer oder mehrerer Titerplatten mit Probenflüssigkeit. Erfindungsgemäß wird sodann innerhalb der Stand-By-Routine Flüssigkeit durch eine Dosieröffnung der Dosiereinrichtung abgegeben. Handelt es sich bei der Dosiereinrichtung beispielsweise um eine Dispensier- oder Pipettiereinrichtung, so erfolgt die Abgabe der Flüssigkeit durch die Öffnungen der Pipetten- bzw. Dispensierspitze. Die Abgabe von Flüssigkeit wird erfindungsgemäß nach einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt. Die wiederholte Abgabe von Flüssigkeit erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise während der gesamten Stillstandzeit in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit bei den Stillstandzeiten der Dosiereinrichtung von Zeit zu Zeit eine gewisse Menge an Flüssigkeit von der Dosiereinrichtung abgegeben. Durch die Flüssigkeitsabgabe und der damit verbundenen Bewegung der Flüssigkeit ist ein Ausgasen der Flüssigkeit sowie ein Eintritt von Gas durch die Dosieröffnung vermieden oder zumindest erheblich verringert. Gleichzeitig ist durch die Bewegung der Flüssigkeit ein Auskristallisieren der Flüssigkeit oder ein Ablagern von Partikeln bzw. Bestandteilen vermieden oder erheblich verringert. Dies führt dazu, dass auch nach längeren Stillstandzeiten, die auch mehrere Stunden betragen kann, die Dosiereinrichtung unmittelbar einsatzbereit ist. Ein aufwendiges Reinigen der Dosiereinrichtung ist nicht erforderlich. Insbesondere ist es auch nicht erforderlich, das Tropfenvolumen vor dem Start eines neuen Dosiervorgangs neu zu bestimmen, da das erfindungsgemäße Verfahren beeinträchtigende Gaseinschlüsse oder Ablagerungen vermeidet.

Vorzugsweise erfolgt die Flüssigkeitsabgabe in Form von Tröpfchen. Dies hat den Vorteil, dass auch während der Stand- By-Routine Tropfen mit dem eingestellten Tropfenvolumen erzeugt werden. Hierdurch ist die Sicherheit erhöht, dass sich das Tropfenvolumen während der Stand-By-Routine nicht verändert. Hierbei werden je Flüssigkeits-Abgabeschritt vorzugsweise mehrere Tröpfchen, insbesondere mehr als zwanzig, vorzugsweise mehr als fünfzig und besonders bevorzugt mehr als achtzig Tropfen abgegeben. Durch die Abgabe von mehreren Tröpfchen ist eine ausreichende Bewegung der Flüssigkeit innerhalb der Dosiereinrichtung sichergestellt. Ferner ist sichergestellt, dass ggf. zwischen zwei Flüssigkeits-Abgabeschritten, durch die Dosieröffnung eingedrungene Gase wieder ausgestoßen werden.

Es ist ferner möglich, bei einem Flüssigkeits-Abgabeschritt eine vorgegebene Menge an Flüssigkeit kontinuierlich abzugeben. Durch die kontinuierliche Abgabe einer vorgegebenen Flüssigkeitsmenge erfolgt ein Spülen der Dosiereinrichtung. Durch das Spülen werden beispielsweise kleinere Ablagerungen gelöst oder aus der Dosiereinrichtung ausgeschwemmt. Die bei einem Spülschritt von der Dosiereinrichtung abgegebene Flüssigkeitsmenge beträgt vorzugsweise 1 µl-1 ml. Ferner ist beim Spülen der Druck deutlich größer als bei der Tröpfchenabgabe.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Kombination von Tröpfchen-Abgabeschritten, d. h. Flüssigkeits- Abgabeschritten, in denen Tröpfchen abgegeben werden und von Spülschritten, d. h. Flüssigkeits-Abgabeschritten, in der eine kontinuierliche Flüssigkeitsabgabe über eine vorgegebene Zeitspanne erfolgt. Hierdurch sind die beiden vorstehend beschriebenen Vorteile verwirklicht. Vorzugsweise sind zwischen zwei Spülschritten mehrere Tropfen-Abgabeschritte vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die benötigte gesamte Menge an Flüssigkeit während einer Stand-By-Routine bei Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit gering ist, da beim Tropfen-Abgabeschritt nur eine geringe Flüssigkeitsmenge abgegeben wird. Durch das Vorsehen von Spülschritten ist zusätzlich sichergestellt, dass ggf. trotz des Vorsehens der Tropfen-Abgabeschritte, entstehende Ablagerungen oder dergleichen ausgespült werden. Vorzugsweise werden zwischen zwei Spülschritten mehr als zehn, insbesondere mehr als zwanzig und besonders bevorzugt mehr fünfzig Tropfen-Abgabeschritte durchgeführt.

Versuche haben ergeben, dass die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flüssigkeits-Abgabeschritten, insbesondere Tröpfchenabgabeschritten, im Bereich von 20-80 Sekunden, insbesondere im Bereich von 30-50 Sekunden, vorteilhaft ist. Spülschritte werden vorzugsweise alle 30-90 min durchgeführt. Hierbei hängt der optimale Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Flüssigkeits-Abgabeschritten von der in der Dosiereinrichtung befindlichen Flüssigkeit, sowie beispielsweise auch von der Abfolge von Spülschritten und Tropfen-Abgabeschritten ab. Ferner können hierbei Einflussfaktoren wie Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit der Umgebung, etc. berücksichtigt werden.

Bei der im Tropfen-Abgabeschritt abgegebenen Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um Probenflüssigkeit, wenn es sich bei der Dosiereinrichtung um eine Dispensiereinrichtung handelt. Dies hat den Vorteil, dass die Stand-By-Routine jederzeit unterbrochen werden kann und unmittelbar nach der Unterbrechung die Befüllung von Wells o. dgl. erfolgen kann. Würde der Tropfen-Abgabeschritt mit einer anderen Flüssigkeit, wie beispielsweise einer Reinigungsflüssigkeit, erfolgen, muss vor dem Beginn des nächsten Dosiervorgangs sichergestellt werden, dass sich in der Dispensiereinrichtung an der Dispensieröffnung Probenflüssigkeit und keine Reinigungsflüssigkeit mehr befindet. Da Probenflüssigkeiten häufig sehr teuer sind, kann es dennoch vorteilhaft sein, während der Stand-By-Routine eine Reinigungsflüssigkeit o. dgl. einzusetzen.

Bei der Spülflüssigkeit handelt es sich vorzugsweise nicht um die Probenflüssigkeit, sondern um eine Reinigungsflüssigkeit o. dgl., da die Probenflüssigkeit teuer ist und bei einem Spülschritt eine relativ große Menge an Flüssigkeit von der Dosiereinrichtung abgegeben wird. Vorzugsweise wird bei Pipettiereinrichtungen zur Durchführung eines Spülschritts Prozessflüssigkeit verwendet. Prozessflüssigkeit wird insbesondere bei Pipettiereinrichtungen eingesetzt. Es handelt sich hierbei um innerhalb der Pipettiereinrichtung vorhandene Flüssigkeit, bei der beispielsweise mittels einer Pumpe zum Einsaugen von Probenflüssigkeit ein Unterdruck erzeugt wird. Das Verwenden einer Prozessflüssigkeit hat bei Pipettiereinrichtungen den Vorteil, dass nur eine geringe Menge an Probenflüssigkeit eingesaugt werden muss. Es ist somit nicht erforderlich, die gesamte Pipettiereinrichtung mit Probenflüssigkeit zu befüllen. Im Bereich der Mikropumpe ist somit beispielsweise stets Prozessflüssigkeit vorhanden. Die Probenflüssigkeit wird lediglich in die Pipettierspitze eingesaugt und aus dieser wieder abgegeben.

Das Auslösen der Stand-By-Routine kann beispielsweise durch einen Benutzer erfolgen, der nach Beendigung des Dosiervorgangs über ein Steuergerät die Stand-By-Routine auslöst. Vorzugsweise wird die Stand-By-Routine automatisch ausgelöst. Das Auslösen der Stand-By-Routine erfolgt vorzugsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nach Beendigung des Dispensiervorgangs. Die Zeitspanne beträgt vorzugsweise 30-60 Sekunden. Das automatische Auslösen der Stand-By-Routine hat den Vorteil, dass die Auslösung benutzerunabhängig ist und somit nicht vergessen werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die, anliegende Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Dispensiervorrichtung zum Befüllen von Titerplatten.

In der Figur ist als Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine Dispensiereinrichtung dargestellt. Die Dispensiereinrichtung ist über eine Aufnahmeplatte 10 mit einer Halteeinrichtung zum Verschieben der Dispensiereinrichtung verbunden, so dass Dispensierspitzen 12 über den Wells einer Titerplatte angeordnet werden können. Die Dispensierspitzen 12, die mit einer Dosieröffnung versehen sind, sind mit einer Mikropumpe 14 zur Abgabe von Probenflüssigkeit aus der Dispensierspitze 12 verbunden. Jede Mikropumpe 14 ist über einen Schlauch 16 mit einem Vorratsbehälter 18 verbunden. In dem Vorratsbehälter 18 ist Probenflüssigkeit vorgesehen. Ferner sind die Mikropumpen 14 jeweils über einen Schlauch 20 mit einem Vorratsbehälter 22 verbunden, in dem Spülflüssigkeit vorgesehen ist.

Die Mikropumpen 14 sind jeweils von einer Justageeinrichtung 24 getragen und über die Justageeinrichtung 24 mit einem Aufnahmeträger 26 verbunden. Der Aufnahmeträger 26 ist an der Aufnahmeplatte 10 befestigt.

Während eines Dosiervorgangs wird mit Hilfe der Mikropumpen 14 Probenflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 18 in Richtung der Dispensierspitzen 12 gepumpt und tröpfchenweise durch die Dosieröffnungen der Dispensierspitzen in Wells einer Titerplatte abgegeben. Nach Abgabe einer vorgegebenen Tropfenanzahl wird die Dispensiervorrichtung oder die Titerplatte verfahren und die nächsten Wells werden gefüllt.

Sobald die erfindungsgemäße Stand-By-Routine von dem Bediener oder aufgrund von Zeitablauf automatisch ausgelöst wird, kann beispielsweise die folgende Stand-By-Routine zur Beibehaltung der Betriebssicherheit durchgeführt werden:
Unmittelbar nach Auslösen der Stand-By-Routine wird ein Spülschritt durchgeführt. In diesem wird über eine Steuereinrichtung ein an der Mikropumpe 14 vorgesehenes Ventil geschaltet, so dass von der Mikropumpe 14 nur Spülflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 22 durch den Schlauch 20 angesaugt werden kann. Der Spülprozess wird über eine Dauer von ca. fünf Minuten durchgeführt. Hierbei wird Spülflüssigkeit kontinuierlich über die Dispensierspitze 12 in einen Auffangbehälter abgegeben.

Nach einer Zeitdauer von beispielsweise 30 Sekunden nach Ende des Spülvorgangs wird ein Tropfen-Abgabeschritt durchgeführt. Dieser dauert ca. 25-30 Millisekunden. Hierbei wird die Mikropumpe 14 mit einer Frequenz von ca. 3500 Hz betrieben, so dass eine Abgabe von 100 Tropfen erfolgt.

Nach einer weiteren Stillstandzeit von etwa 30 Sekunden wird ein weiterer Tröpfchen-Abgabeschritt durchgeführt, der dem ersten Tröpfchen-Abgabeschritt entspricht. In Zeitabständen von 30 Sekunden wird eine vorgegebene Anzahl von Tropfen- Abgabeschritten durchgeführt.

Beispielsweise nach 240 Tropfen-Abgabeschritten wird wiederum ein Spülschritt durchgeführt.

Diese Verfahrensschritte werden während der gesamten Stand-By- Routine wiederholt. Gegebenenfalls werden die Zeitabstände zwischen den einzelnen Spülschritten, vorzugsweise bei fortschreitender Stand-By-Dauer, verkürzt.

Aus wirtschaftlichen Gründen sind Stand-By-Zeiten von mehr als 72 Stunden im Allgemeinen nicht sinnvoll.

Claims (11)

1. Verfahren zur Verbesserung der Betriebssicherheit von Dosier­ einrichtungen für chemische und/oder biologische Flüssigkei­ ten, bei welchem nach Beendigung eines Dosiervorgangs eine Stand-By-Routine ausgelöst wird, wobei die Stand-By-Routine die Schritte auf­ weist:

• - Abgabe von Flüssigkeit durch eine Dosieröffnung der Dosier­ einrichtung und
• - Wiederholen des Abgabeschritts nach einer vorgegebenen Zeitspanne.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Flüssigkeit als Tröpfchen abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem je Flüssig­ keits-Abgabeschritt mehrere Tröpfchen, insbesondere mehr als zwanzig, vorzugsweise mehr als fünfzig und besonders bevor­ zugt mehr als achtzig Tröpfchen abgegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem je Flüssigkeits- Abgabeschritt eine vorgegebene Menge an Flüssigkeit, insbe­ sondere 1 µl-1 ml kontinuierlich zum Spülen der Dosierein­ richtung abgegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem während einer Stand- By-Routine mit mehreren Flüssigkeits-Abgabeschritten, bei ei­ nem Teil der Flüssigkeits-Abgabeschritte die Flüssigkeit als Tröpfchen und bei einem Teil der Flüssigkeits-Abgabeschritte die Flüssigkeit kontinuierlich zum Spülen abgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem zwischen zwei Spül­ schritten mehrere Tröpfchen-Abgabeschritte, vorzugsweise mehr als zehn und besonders bevorzugt, mehr als zwanzig Tröpfchen- Abgabeschritte durchgeführt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, bei welchem die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abgabeschritten 20 bis 80 Sekunden, insbesondere 30 bis 50 Sekunden beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, bei welchem die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abgabeschritten mit zunehmender Dauer der Stand-By-Routine verringert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 oder 6, bei wel­ chem in dem Tröpfchen-Abgabeschritt Probenflüssigkeit abgege­ ben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, bei welchem in dem Flüssigkeits-Abgabeschritt Reinigungsflüssigkeit abgegeben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, bei welchem die Stand-By-Routine nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne von vorzugsweise 30 bis 60 Sekunden nach Beendigung des Do­ siervorgangs automatisch ausgelöst wird.