DE102007018483A1

DE102007018483A1 - Träger zum Positionieren von Objekten gegenüber Laborartikeln

Info

Publication number: DE102007018483A1
Application number: DE200710018483
Authority: DE
Inventors: Johannes Balmer
Original assignee: Tecan Trading AG
Current assignee: Tecan Trading AG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: CH699374B1; DE102007018483B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Träger (1) zum Positionieren von im Wesentlichen vertikal in der Z-Richtung eines Koordinatensystems ausgerichteten Objekten (5) gegenüber Laborartikeln. Diese Objekte (5) sind individuell an je einer Z-Stange (12) aufgenommen und jede dieser Z-Stangen (12) ist im Wesentlichen gleich wie diese Objekte (5) ausgerichtet und entlang einer sich im Wesentlichen horizontal in der Y-Richtung dieses Koordinatensystems verlaufenden Achse beweglich angeordnet. Diese Z-Stangen (12) sind im Wesentlichen vertikal beweglich ausgebildet, indem sie eine Verzahnung (16) aufweisen, die mit je einem motorisch angetriebenen Antriebsrad (17) eines zumindest eine im Wesentlichen horizontal und in Y-Richtung angeordnete Profilstange (18) umfassenden Z-Antriebes des Trägers (1) in Eingriff steht. Alle Z-Stangen (12) umfassen eine an einem das individuelle Antriebsrad (17) tragenden Käfig (10) angeordnete Z-Führung (43), an welcher die Z-Stange (12) in Z-Richtung gleitend geführt ist. Dabei umfasst jedes Antriebsrad (17) einen Ausschnitt (41), der an den Querschnitt derjenigen motorisch individuell angetriebenen Profilstange (18) des Z-Antriebes des Trägers (1) angepasst ist, auf welcher das Antriebsrad (17) unverdrehbar sitzt und in Y-Richtung gleitend verschiebbar ist. Zudem umfasst jede Profilstange (18) Angriffsflächen (40), die zum Antreiben eines Antriebsrades (17) eine Anpresskraft auf entsprechende Gegenflächen des Ausschnitts (41) dieses Antriebsrades (17) ...

Description

Die Erfindung betrifft Träger zum Positionieren von im wesentlichen vertikal in der Z-Richtung eines Koordinatensystems ausgerichteten Objekten gegenüber Laborartikeln. Dabei ist jedes dieser Objekte individuell an je einer Z-Stange aufgenommen. Jede dieser Z-Stangen ist im wesentlichen gleich wie diese Objekte ausgerichtet und entlang einer sich im wesentlichen horizontal in der Y-Richtung dieses Koordinatensystems verlaufenden Achse beweglich angeordnet. Jede dieser Z-Stangen ist im wesentlichen vertikal beweglich ausgebildet, indem sie eine Verzahnung aufweist, die mit je einem motorisch angetriebenen Antriebsrad eines zumindest eine im wesentlichen horizontal und in Y-Richtung angeordnete Profilstange umfassenden Z-Antriebes des Trägers im Eingriff steht. Zudem umfasst jede Z-Stange eine Z-Führung, die an einem ein individuelles Antriebsrad tragenden Käfig angeordnet ist, wobei die Z-Stange an dieser Z-Führung in Z-Richtung gleitend geführt ist. Dabei umfasst jedes Antriebsrad einen Ausschnitt, der an den Querschnitt derjenigen motorisch individuell angetriebenen Profilstange des Z-Antriebes des Trägers angepasst ist, auf welcher das Antriebsrad unverdrehbar sitzt und in Y-Richtung gleitend verschiebbar ist. Zudem umfasst jede Profilstange Angriffsflächen, die zum Antreiben eines Antriebsrades eine Anpresskraft auf entsprechende Gegenflächen des Ausschnitts dieses Antriebsrades ausüben.
Arbeitsplattformen zum Behandeln von Flüssigkeiten, wie zum Beispiel das Pipettieren von Flüssigkeiten aus Behältern und zum Verteilen derselben in den Wells einer Mikroplatte weisen gattungsgemässe Vorrichtungen auf und sind z.B. aus den Dokumenten WO 02/059626 A1 und EP 1 477 815 A1 bekannt. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Arbeitsplattformen, bei denen z.B. eine Pipettenspitze an einem bestimmten Ort automatisiert positioniert werden kann. Insbesondere EP 1 477 815 A1 offenbart ein speziell präzises Positionieren von Objekten gegenüber den 1536 Wells einer Mikroplatte, so dass das Beschädigen einer Pipettenspitze, eines Temperaturfühlers, einer pH-Sonde, oder eines anderen, länglichen, dünnen Objekts, das in einem Well positioniert werden soll, durch ein Anstossen an die Wände des Wells bzw. die Oberfläche der Mikroplatte verhindert werden kann. Zudem können so Probenverluste, das Kontaminieren von Nachbarproben und des Arbeitsplatzes praktisch ausgeschlossen werden. Ein präzises Anfahren der Wells, bei dem keine Gefahr einer ungewollten Berührung von Teilen der Mikroplatte besteht, ist deshalb eine Grundvoraussetzung für ein routinemässiges Arbeiten mit einem Liquid-Handling-System, das z.B. zum automatischen Untersuchen von Blutproben eingesetzt werden kann. Ein präzises Anfahren soll nicht nur in der durch die X- und Y-Richtungen definierten, im wesentlichen horizontalen Ebene eines kartesischen Koordinatensystems gewährleistet werden; auch die Z- oder Höhen-Position einer funktionellen Spitze eines länglichen, dünnen Objekts, wie z.B. einer Pipettenspitze, eines Temperaturfühlers, eines Lichtleiters oder einer pH-Sonde, soll in einem kartesischen oder auch in einem polaren Koordinatensystem möglichst präzise und reproduzierbar positioniert werden können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine alternative Vorrichtung bereit zu stellen, mit welcher im wesentlichen vertikal in der Z-Richtung eines Koordinatensystems ausgerichtete Objekte insbesondere in der Z-Richtung in hohem Masse präzise und reproduzierbar gegenüber Laborartikeln positionierbar sind.
Diese Aufgabe wird gemäss den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist die Erfindung dadurch charakterisiert, dass beim eingangs beschriebenen Träger die Angriffsflächen der erfindungsgemässen Profilstange zum Antreiben eines Antriebsrades grösser sind als die Angriffsflächen einer Profilstange mit quadratischem Querschnitt aber mit gleichem grösstem Radius.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind dadurch charakterisiert, dass bei dem eingangs beschriebenen Träger die Angriffsflächen der Profilstangen zumindest eines der folgenden Merkmale aufweisen:

(a) ein konkaves Element;
(b) eine zumindest teilweise gekrümmte Fläche;
(c) eine zumindest teilweise ebene Fläche, die mit dem nächstliegenden grössten Radius der Profilstange einen Zwischenwinkel von maximal 40° einschliesst.

Bevorzugte Ausführungsformen und weitere erfinderische Merkmale ergeben sich auch aus den weiteren abhängigen Ansprüchen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird „konkav" so verstanden, dass im Querschnitt der Profilstange gegenüber einer die beiden am nächsten beieinander liegenden, grössten Radien verbindenden Fläche eine Einsenkung vorhanden ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nun an Hand von schematischen, den Umfang der Erfindung nicht beschränkenden Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsformen im Detail erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Trägers einer bekannten Pipettiervorrichtung aus dem Stand der Technik (WO 02/059626 A1), wobei verschiedene Teile, vor allem das Gehäuse mindestens zum Teil entfernt sind;
2 einen Schnitt durch diesen Träger aus dem Stand der Technik;
3 einen vergrösserten Ausschnitt aus einem Schnitt längs der Schnittlinie III-III in 1;
4A einen vergrösserten Ausschnitt aus 3 mit eingesetzter Pipetiernadel;
4B einen vergrösserten Ausschnitt entsprechend 4A, aber mit eingesetzter Wegwerfpipettenspitze;
5 einen vergrösserten Ausschnitt aus einem Schnitt gemäss der Schnittlinie V-V in 3;
6 polygone Querschnitte von erfindungsgemässen Profilstangen, wobei:
6A einen karoförmigen Querschnitt mit gekrümmten bzw. ebenen Flächen, und
6B einen dreieckförmigen Querschnitt mit ebenen bzw. konkaven Flächen zeigt;
7 symmetrische, sternförmige Querschnitte von erfindungsgemässen Profilstangen, wobei:
7A einen dreizackigen Stern,
7B einen vierzackigen Stern,
7C einen fünfzackigen Stern,
7D einen sechszackigen Stern mit teilweise ebenen, parallel zum grössten Radius verlaufenden Angriffsflächen, und
7E einen sechszackigen Stern ohne ebene Angriffsflächenteile zeigt;
8 weitere Querschnitte von erfindungsgemässen Profilstangen, wobei:
8A ein liegendes H, und
8B ein stehendes I zeigt;
9 einen Horizontalschnitt durch eine alternative, H-förmige Z-Stange mit Z-Führung;
10 Seitenansichten eines Trägers mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Pipettiervorrichtung (WO 02/059626 A1), wobei verschiedene Teile, vor allem das Gehäuse mindestens zum Teil entfernt sind, wobei:
10A eine Kombination mit einem erfindungsgemässen Greifer für Mikroplatten, und
10B eine Kombination mit einem erfindungsgemässen Greifer für Probenröhrchen oder Werkzeuge zeigt;
11 Horizontalschnitte durch ein spezielles, als Greiferarmhälfte ausgebildetes Objekt, wobei:
11A eine erste Ausführungsform, zum Greifen von Probenröhrchen oder Werkzeugen, und
11B eine zweite Ausführungsform, zum Greifen von Mikroplatten oder Identifikationsinstrumenten zeigt.
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Pipettiervorrichtung (WO 02/059626 A1), die einen länglichen Träger 1 umfasst (vgl. auch 2). Dieser Träger 1 umfasst ein mit denselben verbundenes C-Profil 3 und ein zwei Schalen 2a, b umfassendes und unterhalb des C-Profils 3 angeordnetes Gehäuse. Der Träger 1 ist querverschiebbar aufgehängt, so dass er über eine Arbeitsfläche einer Arbeitsplattform zum Behandeln von Flüssigkeiten kontrolliert verschoben werden kann. Auf einer solchen Arbeitsfläche (nicht gezeigt) können an sich bekannte Laborartikel 47, wie z.B. Mikroplatten, Tröge, Probenröhrchen und Racks zur Aufnahme von Probenröhrchen, angeordnet bzw. positioniert werden.
Im Träger 1 ist ein Wagen 4 längsverschieblich gelagert, welcher acht in einer Reihe angeordnete Pipetten 5 trägt. Es können aber auch mehr oder weniger Pipetten 5 in einer solchen Reihe angeordnet sein. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden Pipetten als im wesentlichen vertikal in der Z-Richtung eines Koordinatensystems ausgerichtete Objekte 5 bezeichnet. Derartige Objekte sind nicht auf Pipetten beschränkt. Typische Objekte sind z.B. Referenzspitzen oder Pipetiernadeln zum gegenseitigen Einstellen bzw. Ausrichten von Mikroplatten und anderen Gefässen in Bezug auf ein Koordinatensystem eines Liquid-Handling-Systems, welches eine Arbeitsfläche umfasst. Auch Dispenserspit zen und Pipettenspitzen sind solche Objekte, wobei z.B. auch Sprühnadeln als Dispenserspitzen bezeichnet werden. Fixe Stahlkanülen, Wegwerfspitzen aus Kunststoff und sogenannte „ZipTips^®" (Millipore Corporation, 80 Ashby Road, Bedford, Massachusetts 01730-2271, U.S.A.) werden hier als beispielhafte Pipettenspitzen bezeichnet. Elektroden, Temperatur-Fühler, pH-Sonden sowie optische Fasern und andere Lichtleiter, wie z.B. Endoskope, gehören ebenfalls zu den bevorzugten zu positionierenden Objekten.
Der Wagen 4 kann durch parallele Bewegung zweier Zahnriemen 6, 7 im Träger 1 längsverschoben werden, wobei beidseits in je drei übereinanderliegenden Reihen angeordnete Rollen 8 auf im Gehäuse befestigten Schienen 9 abrollen. Der Wagen 4 kann aber auch durch gegengleiche Bewegung der Zahnriemen 6, 7 (vgl. 2) am Ort gestreckt und gestaucht werden, so dass sich die Abstände bzw. Achsabstände zwischen benachbarten Pipetten oder eben Objekten 5 in gleicher Weise ändern. Besonders bewährt hat sich dabei das direkte Antreiben derjenigen Pipetten oder Objekte, welche an der Position 1 bzw. 8 (nummeriert von links nach rechts in 1) sitzen. Dabei sind hier alle Pipetten oder Objekte unter einander mittels eines "Luxemburger Gitters" verbunden, so dass deren Abstände zueinander – unabhängig von einer Streckung oder Stauchung – immer im Wesentlichen gleich gross sind. An Stelle von acht Pipetten werden bevorzugt auch zwei, vier, sechs oder zwölf Pipetten 5 an einem Träger 1 angeordnet.
Jede der Pipetten oder Objekte 5 (siehe 1, 2, 3 und 5) ist an einer als vertikales Profil ausgebildeten Halterung, einem sogenannten Käfig 10 vertikal verschiebbar gelagert. Jede der Pipetten 5 umfasst ein Pipettengehäuse, das als einen Kanal 11 umschliessende vertikale Z-Stange 12 ausgebildet ist. Diese Z-Stange ist gemäss einer ersten, bevorzugten Ausführungsform in der Halterung bzw. im Käfig 10 zwischen zwei Führungsarmen 13a, b mit einander zugewandten Nuten 14, in welche Stege 15 der Z-Stange 12 eingreifen, geführt.
Jede Z-Stange 12 weist eine vom oberen Ende bis in die Nähe des unteren Endes durchgehende Verzahnung 16 auf, in welche ein als Zahnrad ausgebildetes An triebsrad 17 eingreift. Das Antriebsrad 17 ist auf einer von vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich insgesamt acht sich über die Länge des Trägers 1 erstreckenden Profilstangen 18 unverdrehbar, aber längsverschieblich aufgesteckt, so dass es vom Käfig 10 mitverschoben wird. Diese Profilstangen 18 werden bevorzugt von je einem Motor (nicht dargestellt) individuell angetrieben. Die Z-Stange 12 kann daher gehoben und gesenkt werden, indem die entsprechende Profilstange 18 – und damit das Antriebsrad 17, das mit seiner Verzahnung 16 eingreift – gedreht wird.
Auf einer Profilstange 18 sitzt bevorzugt ein einziges Antriebsrad 17, so dass jede einzelne Z-Stange 12 individuell in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Sollen zwei oder mehrere Z-Stangen 12 gleichzeitig und gleichförmig in vertikaler Richtung bewegt werden, so kann dies durch simultanes Antreiben der entsprechenden, individuellen Profilstangen 18 und Antriebsräder 17 geschehen (vgl. 1 bis 3). Abweichend von dieser Ausführungsform können auch zwei oder mehr Antriebsräder 17 gemeinsam auf einer einzigen Profilstange 18 angeordnet werden, so dass mehrere Z-Stangen 12 miteinander gekoppelt in der Z-Richtung bewegt werden können (nicht gezeigt). Trotz einer gemeinsamen Anordnung von mehreren Antriebsrädern 17 auf einer Profilstange 18 kann der Abstand der über diese Antriebsräder 17 angetriebenen Z-Stangen 12 zueinander variiert werden; auch diese Antriebsräder 17 sind deshalb in Y-Richtung auf der Profilstange 18 verschiebbar aber gegenüber dieser Profilstange 18 unverdrehbar angeordnet.
Gemäss einer zweiten, alternativen Ausführungsform (siehe 9) ist diese Z-Stange 12 als H-Profil ausgebildet. In diesem Falle ist die Verzahnung 16 als Innenverzahnung an diesem H-Profil angeordnet. Die Z-Führung 43 umfasst zwei nach vorne in X-Richtung abstehende und sich in Z-Richtung erstreckende Stege 15 der Z-Stange 12, welche in Nuten 14 von Armen 13a, b eines zugeordneten, das individuelle Antriebsrad 17 tragenden Käfigs 10 gleitend gelagert sind.
Abweichend von der Darstellung in den 1 und 2 ist vorgesehen, am Träger 1 zwei spezielle, ebenfalls im wesentlichen vertikal in der Z-Richtung eines Koordinatensystems ausgerichtete und gegenüber Laborartikeln 47 positionierba re Objekte 50 anzubringen (vgl. 10 und 11). Jedes dieser speziellen Objekte 50 ist individuell an je einer Z-Stange 12 aufgenommen und in Y- und Z-Richtung beweglich wie die Objekte 5. Allerdings sind die Käfige 10 dieser speziellen Objekte 50 vorzugsweise nicht über ein „Luxemburger Gitter" mit den Käfigen 10 der restlichen Objekte 5 verbunden sondern praktisch unabhängig von diesen nicht nur in der Z-Richtung sondern auch in der Y-Richtung verschiebbar (vgl. 10). Diese speziellen Objekte 50 umfassen je eine Greiferstange 48 mit zumindest einem Greiferfinger 49 zum Fassen von Laborartikeln 47, wie Probenröhrchen (vgl. 11A), Mikroplatten (vgl. 11B), Racks für Probenröhrchen, Tröge (beide nicht gezeigt) und dergleichen. Diese Laborartikel werden durch die beiden speziellen Objekte 50, die dank ihrer Ausrüstung mit Greiferstange 48 und Greiferfingern 49 als „Hälfte eines Greiferarms" bezeichnet werden können, gemeinsam erfasst und können abgehoben und an einem beliebigen Ort auf der Arbeitsoberfläche der Arbeitsplattform oder auf dieser sich befindenden Einrichtungen, wie z.B. „Carrier" für Mikroplatten oder „Racks" für Probenröhrchen abgesetzt werden. Zum Fassen und Transportieren von Probenröhrchen, aber auch von Werkzeugen bzw. Identifikationsinstrumenten, wir Barcodereadern und dergleichen, müssen die beiden „Hälften eines Greiferarms" mit Greiferstange 48 und Greiferfingern 49 auf einer Seite des Pipettenpakets angeordnet und entsprechend ausgebildet sein (vgl. 10B).
Zusammen mit diesen speziellen Objekten 50 umfasst ein solcher Träger vorzugsweise insgesamt 10 Objekte 5, 50, also zwei Greiferarmhälften und 8 Pipetten (vgl. 10). Nicht alle Objekte 5 müssen untereinander gleich ausgerüstet sein, so können beliebige Kombinationen von Pipetten, Elektroden, Temperatur-Fühlern, pH-Sonden, Lichtleitern und dergleichen ausgewählt werden. Beispielsweise kann eine Anordnung an ein und demselben Träger 1 gewählt werden die vier Pipetten, eine pH-Sonde, einen Temperaturfühler, einen Lichtleiter und eine Elektrode umfasst, wobei wahlweise zudem zwei der speziellen, als Greiferhälften ausgebildete Objekte 50 angeordnet werden können.
Knapp oberhalb des unteren Endes jeder Z-Stange 12 bricht die Verzahnung 15 ab. Diese Verzahnung 15 weist dort anschliessend eine Öffnung 19 auf, durch welche der Kanal 11 zugänglich ist. Am unteren Ende der Z-Stange 12 ist ein Kopf 20 befestigt, welcher (siehe z.B. 4) eine Grundplatte 21 aus Metall umfasst. Auf dieser Grundplatte 21 ist ein Formteil 22 aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Kunststoff befestigt (vgl. 4A). Ein vertikal durchgehender Kanal 23 durchdringt sowohl die Grundplatte 21 als auch das Formteil 22. Im unteren Abschnitt dieses Kanals 23 ist eine untere Manschette 24 aus Metall angeordnet, welche einen Verbindungsschlauch 25 aus Kunststoff umgibt. Die Manschette 24 und der Verbindungsschlauch 25 sind durch die Grundplatte 21 durchgeführt und ragen über deren Unterseite hinaus.
Auf die untere Manschette 24 (vgl. 4A) ist eine Pipettenspitze 26 aufgesteckt. Die Pipettenspitze 26 umfasst ein sich nach unten verengendes Rohr 27, das innerhalb des Verbindungsschlauchs 25 in den Kanal 23 ragt. Die Pipettenspitze 26 umfasst zudem eine konische Überwurfmutter 28, welche aussen an der unteren Manschette 24 anliegt. Diese Überwurfmutter 28 nimmt den unteren Teil der unteren Manschette 24 auf. Ausserdem umfasst die Pipettenspitze 26 einen am unteren Ende einer Ausnehmung der Überwurfmutter 28 angeordneten Ring 29, welcher aus elektrisch leitendem Material besteht. Das Rohr 27 besteht aus elektrisch leitendem Kunststoff oder aus Metall und ist über den Ring 29 und die untere Manschette 24 mit der Grundplatte 21 elektrisch leitend verbunden. Oberhalb der unteren Manschette 24 ist der Verbindungsschlauch 25 von einer oberen Manschette 30 aus Metall umgeben, deren unterer Teil im Kanal 23 liegt. Diese obere Manschette 30 ragt in die Z-Stange 12 bzw. zwischen die beiden H-Schenkel 15 der Z-Stange 12 hinein. Dabei ist diese obere Manschette 30 von der unteren Manschette 24 beabstandet und elektrisch isoliert. Die obere Manschette 30 ist über eine Lasche 31 mit einem Aussenkontakt eines Steckers 32 elektrisch leitend verbunden, welcher in eine bis zur Grundplatte 21 reichende Ausnehmung des Formteils 22 eingesteckt ist.
Vom Stecker 32 geht ein abgeschirmtes Kabel 33 aus, das zu einer Schaltung 34 (siehe 1, 2) führt, und dessen geerdete Abschirmung über den Aussenkontakt des Steckers 32 und die Lasche 31 mit der oberen Manschette 30 elektrisch leitend verbunden ist. Die Seele des Kabels 33 ist mit der Grundplatte 21 und über diese mit dem Rohr 27 der Pipettenspitze 26 verbunden. Der Kopf 20 umfasst weiter einen gegenüber der Grundplatte 21 und dem Formteil 22 vertikal begrenzt verschiebbaren Schieber 35, der durch eine an der Lasche 31 abgestützte Spiralfeder 36, welche gegen einen Querbolzen 37 drückt, mit einer nach unten wirkenden Kraft beaufschlagt wird. Er wird jedoch durch die aufgesteckte Pipettenspitze 26 in der dargestellten Stellung festgehalten.
Wird die Pipettenspitze 26 in ein mit Flüssigkeit gefülltes Gefäss, z.B. eine Kavität einer Mikrotiterplatte oder eines anderen Laborartikels 47 abgesenkt, so ändert sich, sobald die Spitze des Rohres 27 den Flüssigkeitsspiegel berührt, sprunghaft die Kapazität zwischen diesem Flüssigkeitsspiegel und den mit ihm elektrisch leitend verbundenen Teil einerseits und den geerdeten Teilen andererseits. Diese mit dem Flüssigkeitsspiegel elektrisch leitend verbundenen Teile sind über die Seele und die geerdeten Teile sind über die Abschirmung des Kabels 33 mit der Schaltung 34 (siehe 1) verbunden.
Diese Kapazitätsänderung wird von der Schaltung 34 zur Detektion des Flüssigkeitsspiegels registriert und kann zur Steuerung der Pipettiervorrichtung herangezogen werden. Z.B. kann die Absenkung der entsprechenden Pipettenspitze angehalten und ein Ansaugen der Flüssigkeit eingeleitet werden. Falls keine Pipettenspitze aufgesteckt ist, so befindet sich der Schieber 35 in einer unteren Stellung (nicht dargestellt), in welcher der Querbolzen 37 auf der Grundplatte 21 aufliegt, so dass durch die Spiralfeder 36 ein Kurzschluss hergestellt ist, welcher ebenfalls von der Schaltung 34 registriert wird. Abweichend von der eben besprochenen Verwendung von Querbolzen 37 und Spiralfedern 36 kann dieser Kurzschluss im Liquid-Level-Detektionsstromkreis, der die untere Position des Schiebers 35 anzeigt, auch durch einen Reed-Schalter (nicht gezeigt) hergestellt werden.
Alternativ zu der in 4A gezeigten Pipetiernadel kann an derselben Vorrichtung, insbesondere an der unteren Manschette 24 über deren Aussengewinde 51 auch ein Adapterrohr 52 aufschraubt werden (vgl. 4B). Dieses Adapterrohr 52 trägt auch an seiner Unterseite ein Innengewinde 53 an welchem ein Aufnahmekonus 54 für eine Wegwerfpipettenspitze 57 (einen sogenannten „Disposable Tip") bis zu ihrem Anschlag eingeschraubt werden kann. Dieser Aufnahmekonus 54 hält gleichzeitig das Rohr 27 in Position. An seiner Aussenseite weist der sonst einen konstanten Querschnitt aufweisende Aufnahmekonus 54 zwei ringförmige Verdickungen 55, 56 auf, auf welche die Pipettenspitze 57 satt aufgepresst ist, so dass sie sicher dichtend sitzt, weil die Verdickungen 55, 56 die Pipettenspitze 57 leicht deformieren. Durch das Aufstecken der Pipettenspitze 57 wird die Kontrollhülse 58 angehoben. Dieses Anheben der Kontrollhülse bringt den Schieber 35 in seine obere Position, so dass der Stromkreis der Liquid-Level-Detektion offen ist. Beim Abwurf einer Pipettenspitze 57 fällt die Kontrollhülse 58 auf ihren unteren Anschlag am Aufnahmekonus 54 und der Schieber 35 fällt in seine untere Stellung, dadurch wird der Stromkreis der Liquid-Level-Detektion kurzgeschlossen.
Am oberen Ende der Z-Stange 12 schliesst ein elastischer Hüllschlauch 38 an (vgl. 3). Dieser Hüllschlauch 38 ist mittels einer Verbindungshülse 39 derart mit der Z-Stange 12 verbunden, dass ihm eine senkrechte Anfangsrichtung aufgeprägt ist. Dabei ist ein weiterer, unterer Teil dieser Verbindungshülse 39 auf die Z-Stange 12 aufgesteckt und über den engeren oberen Teil dieser Verbindungshülse 39 ist der Hüllschlauch 38 gestülpt. Der Hüllschlauch 38 ist zum Träger 1, genauer zur Oberseite des C-Profils 3 geführt, wo sein entgegengesetztes Ende festgemacht ist. Die Befestigung kann ebenfalls so ausgebildet sein, dass sie dem anschliessenden Abschnitt des Hüllschlauchs 38 dort eine annähernd senkrechte Anfangsrichtung aufprägt. Die freitragende Ausbildung dieses Hüllschlauchs in Kombination mit den beiden zumindest im wesentlichen senkrecht aufgeprägten Anfangsrichtungen gewährleistet ein Verschieben der Pipetten oder anderer Objekte 5 in der Y-Richtung, ohne dass sich diese elastischen Hüllschläuche 38 verwickeln können.
Der Verbindungsschlauch 25 läuft durch den Kanal 11 in der Z-Stange 12 und weiter im Inneren des Hüllschlauchs 38 und durch eine Öffnung im C-Profil 3 ins Innere desselben, wo er ans Ende des Trägers 1 geführt wird. Das vom Stecker 32 ausgehende Kabel 33 ist durch die Öffnung 19 im unteren Ende der Z-Stange 12 ebenfalls in den Kanal 11 gezogen, durch den es an das obere Ende der Z-Stange 12 und weiter im Inneren des Hüllschlauchs 38 ebenfalls ins Innere des C-Profils 3 läuft, von wo es allerdings durch weitere Öffnungen in demselben und in der Schale 2a zur Schaltung 34 weitergezogen ist.
Wie oben beschrieben, übt die Profilstange 18 zum Antreiben eines Antriebsrades 17 mit ihren Angriffsflächen 40 eine Anpresskraft auf entsprechende Gegenflächen des Ausschnitts 41 dieses Antriebsrades 17 aus. Es hat sich gezeigt, dass eine besondere Ausbildung dieser Angriffsflächen 40 der Profilstange 18 von Bedeutung sein kann für die Präzision und Reproduzierbarkeit, mit welcher mit im wesentlichen vertikal in der Z-Richtung eines Koordinatensystems ausgerichteten Objekten eine bestimmte Z-Position angefahren werden kann. Insbesondere hat es sich herausgestellt, dass diese Präzision und Reproduzierbarkeit durch die Form des Querschnitts solcher Profilstangen 18 beeinflusst wird. So konnte die sich nach mehreren Millionen Hüben üblicherweise einstellende Hysterese eines Z-Antriebs auf ca. 60% verringert werden, indem der aus dem Stand der Technik bekannte, quadratische Querschnitt (vgl. z.B. WO 02/059626 A1) auf einen sechszackigen, sternförmigen Querschnitt (vgl. 7E) verändert wurde.
Ein solcher sternförmig geformter Querschnitt (vgl. 7) der vorzugsweise aus Stahl gefertigten Profilstange 18 wird bevorzugt mittels Erodieren, Giessen, Extrudieren, Kaltumformen, Fräsen oder Schleifen erzielt und vereinigt alle in Anspruch 1 geforderten Merkmale:

(a) die Angriffsflächen 40 der Profilstangen 18 mit sternförmigem Querschnitt umfassen ein konkaves Element 44, indem gegenüber einer die beiden am nächsten beieinander liegenden, grössten Radien verbindenden Fläche eine Einsenkung vorhanden ist;
(b) die Angriffsflächen 40 der Profilstangen 18 mit sternförmigem Querschnitt umfassen eine zumindest teilweise gekrümmte Fläche 45, indem die „Zacken des Sterns" abgerundet sind; und
(c) die Angriffsflächen 40 der Profilstangen 18 mit sternförmigem Querschnitt umfassen zumindest teilweise eine ebene Fläche 46, wobei zumindest ein ebener Teil dieser Angriffsflächen 40 mit dem nächstliegenden grössten Radius 42 der Profilstange 18 einen Zwischenwinkel von maximal 40° einschliesst.

Tatsächlich beträgt dieser Zwischenwinkel in den in 7 gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Profilstange 18 wesentlich weniger als 40°, nämlich bis zu 0° (vgl. insbesondere 7A). Der Verlauf dieser Angriffsfläche 40 bei einem im wesentlichen sternförmigen Querschnitt der Profilstange 18 kann beliebig von einer zum grössten Radius parallelen Fläche abweichen, solange eine der eben formulierten Bedingungen für die Querschnittsform erfüllt ist; dabei kann die ganze wirksame Oberfläche der Profilstange 18 frei sein von ebenen Flächen (vgl. insbesondere 7E). In der letzteren Darstellung verringert sich der Querschnitt jedes Sternen-Strahls entlang des grössten Radius 42 mit zunehmenden Abstand vom Symmetrie- und Dreh-Zentrum der Profilstange 18. Abweichend von dieser Darstellung wird speziell bevorzugt, dass der Querschnitt der Sternen-Strahlen ein Maximum aufweist, welches sich nicht an deren Ansatz (wie gezeigt) sondern zwischen deren Ansatz und deren Ende befindet (nicht gezeigt).
Die 7A zeigt einen dreizackigen, die 7B einen vierzackigen, die 7C eine fünfzackigen und die 7D bzw. 7E einen sechszackigen Stern. Der grösste Radius 42 im Querschnitt der Profilstange 18 ist in allen 6 bis 8 fett markiert. Der Winkel zwischen dem zumindest einen ebenen Teil dieser Angriffsflächen 40 und dem nächstliegenden grössten Radius 42 der Profilstange 18 ist in allen 6 bis 8 angegeben, wobei der aus dem Stand der Technik bekannte, quadratische Querschnitt jeweils gestrichelt eingezeichnet ist.
6 zeigt unterschiedliche, polygone Querschnitte von erfindungsgemässen Profilstangen 18. Dabei zeigt 6A einen karoförmigen Querschnitt mit gekrümmten (obere Bildhälfte) bzw. ebenen (untere Bildhälfte) Flächen. In der 6A entsprechen zum direkten Vergleich die Ecken der karoförmigen Querschnitte geraden den Ecken des aus dem Stand der Technik bekannten, quadratischen Querschnitts. In 6B sind dreieckförmige Querschnitte mit ebenen (obere Bildhälfte) bzw. konkaven Flächen (untere Bildhälfte) gezeigt. 8A zeigt einen Querschnitt der Profilstange 18 in der Form eines liegenden „H" und 8B zeigt einen solchen Querschnitt in der Form eines stehenden „I".
Alle gezeigten Querschnitte weisen Symmetrien auf; selbstverständlich gehören aber auch unsymmetrische Querschnitte mit beispielsweise einer F-, H- L- oder K-Form zum Umfang der vorliegenden Erfindung, welcher die Erkenntnis zu Grunde liegt, dass die Angriffsflächen 40 der erfindungsgemässen Profilstange 18 zum Antreiben eines Antriebsrades 17 grösser sein sollen als die Angriffsflächen einer Profilstange mit quadratischem Querschnitt aber mit gleichem grösstem Radius 42. Wenn diese Forderung erfüllt ist, sinkt die örtliche Flächenpressung und damit die Belastung und Deformation des Antriebsrades 17. Dabei sind konkave Elemente besonders bevorzugt, weil diese das Vergrössern der Masse des Antriebsrades 17 und der Angriffsflächen 40 ermöglichen. Speziell wichtig ist das Ausrüsten von Trägern 1 mit erfindungsgemässen Profilstangen 18, wenn die Pipettenspitzen der Arbeitsplattform zum sogenannten Piercen von an Laborartikeln 47 befestigten Gummiverschlüssen verwendet werden sollen. Dieses Piercen geschieht mit Kräften im Kg-Bereich, was die Antriebsräder 17 sehr belastet.
Alle in den 6 bis 8 markierten Angriffsflächen 40 betreffen solche Angriffsflächen 40, die beim Drehen des Antriebsrades 17 im Gegenuhrzeigersinn wirksam sind. Auch wenn nicht bei allen Figuren sämtliche Elemente beschrieben sind, so bezeichnen die jeweiligen Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente.

1: Träger
2a, b: Schalen
3: C-Profil
4: Wagen
5: Objekt, Pipette etc.
6, 7: Zahnriemen
8: Rollen
9: Schienen
10: Käfig
11: Kanal
12: Z-Stange
13a, b: Arme
14: Nut
15: Steg
16: Verzahnung
17: Antriebsrad
18: Profilstange
19: Öffnung
20: Kopf
21: Grundplatte
22: Formteil
23: Kanal
24: untere Manschette
25: Verbindungsschlauch
26: Pipettenspitze
27: Rohr
28: Überwurfmutter
29: Ring
30: obere Manschette
31: Lasche
32: Stecker
33: Kabel
34: Schaltung
35: Schieber
36: Spiralfeder
37: Bolzen
38: Hüllschlauch
39: Verbindungshülse
40: Angriffsfläche
41: Ausschnitt
42: grösster Radius
43: Z-Führung
44: konkaves Element
45: gekrümmte Fläche
46: ebene Fläche
47: Laborartikel
48: Greiferstange
49: Greiferfinger
50: spezielles Objekt
51: Aussengewinde
52: Adapterrohr
53: Innengewinde
54: Aufnahmekonus
55: ringförmige Verdickung
56: ringförmige Verdickung
57: Wegwerfpipettenspitze
58: Kontrollhülse

Claims

Träger (1) zum Positionieren von im wesentlichen vertikal in der Z-Richtung eines Koordinatensystems ausgerichteten Objekten (5) gegenüber Laborartikeln, wobei jedes dieser Objekte (5) individuell an je einer Z-Stange (12) aufgenommen ist, und wobei jede dieser Z-Stangen (12): • im wesentlichen gleich wie diese Objekte (5) ausgerichtet und entlang einer sich im wesentlichen horizontal in der Y-Richtung dieses Koordinatensystems verlaufenden Achse beweglich angeordnet ist; • im wesentlichen vertikal beweglich ausgebildet ist, indem sie eine Verzahnung (16) aufweist, die mit je einem motorisch angetriebenen Antriebsrad (17) eines zumindest eine im wesentlichen horizontal und in Y-Richtung angeordnete Profilstange (18) umfassenden Z-Antriebes des Trägers (1) im Eingriff steht; • eine Z-Führung (43) umfasst, die an einem ein individuelles Antriebsrad (17) tragenden Käfig (10) angeordnet ist, wobei die Z-Stange (12) an dieser Z-Führung (43) in Z-Richtung gleitend geführt ist; wobei jedes Antriebsrad (17) einen Ausschnitt (41) umfasst, der an den Querschnitt derjenigen motorisch individuell angetriebenen Profilstange (18) des Z-Antriebes des Trägers (1) angepasst ist, auf welcher das Antriebsrad (17) unverdrehbar sitzt und in Y-Richtung gleitend verschiebbar ist; und wobei jede Profilstange (18) Angriffsflächen (40) umfasst, die zum Antreiben eines Antriebsrades (17) eine Anpresskraft auf entsprechende Gegenflächen des Ausschnitts (41) dieses Antriebsrades (17) ausüben, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffsflächen (40) der Profilstangen (18) zum Antreiben eines Antriebsrades (17) grösser sind als die Angriffsflächen einer Profilstange (18) mit quadratischem Querschnitt aber mit gleichem grösstem Radius (42).
Träger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffsflächen (40) der Profilstangen (18) zumindest eines der folgenden Merkmale aufweisen: (a) ein konkaves Element (44); (b) eine zumindest teilweise gekrümmte Fläche (45); (c) eine zumindest teilweise ebene Fläche (46), die mit dem nächstliegenden grössten Radius (42) der Profilstange (18) einen Zwischenwinkel von maximal 40° einschliesst.
Träger (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-Stangen (12) als Hohlprofil ausgebildet sind und die Verzahnung (16) als Aussenverzahnung an diesem Hohlprofil angeordnet ist, wobei die Z-Führung (43) zwei seitlich an der Z-Stange (12) in Y-Richtung abstehende und sich in Z-Richtung erstreckende Stege (15) umfasst, welche in Nuten (14) von Armen (13a, b) eines zugeordneten, das individuelle Antriebsrad (17) tragenden Käfigs (10) gleitend gelagert sind.
Träger (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-Stangen (12) als H-Profil ausgebildet sind und die Verzahnung (16) als Innenverzahnung an diesem H-Profil angeordnet ist, wobei die Z-Führung (43) zwei nach vorne Z-Stange (12) in X-Richtung abstehende und sich in Z-Richtung erstreckende Stege (15) umfasst, welche in Nuten (14) von Armen (13a, b) eines zugeordneten, das individuelle Antriebsrad (17) tragenden Käfigs (10) gleitend gelagert sind.
Träger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der individuell angetriebenen Antriebsräder (17) eine Anpresskraft auf die jeweilige Verzahnung (16) der Z-Stange (12) ausübt.
Träger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Z-Stangen (12) entlang der sich im wesentlichen horizontal in einer Y-Richtung verlaufenden Achse in einem Achsabstand neben einander angeordnet sind, wobei der Achsabstand dieser Z-Stangen in Y-Richtung mittels Y-Antrieben des Trägers (1) variierbar ist.
Träger (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand dieser Z-Stangen (12) im wesentlichen dem Abstand der Öffnungen von Laborartikeln anpassbar ist, wobei die Objekte (5) ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Referenzspitzen, Dispenserspitzen, Pipettenspitzen, Elektroden, Temperatur-Fühler, pH-Sonden, optische Fasern und Lichtleiter umfasst.
Träger (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand von zwei dieser Z-Stangen (12) im wesentlichen dem Aussenmass eines Laborartikels (47) anpassbar ist, wobei diese beiden Z-Stangen eine Greiferstange (48) und mindestens je einen gegen die andere Greiferstange (48) gerichteten Greiferfinger (49) zum Aufnehmen mindestens eines Laborartikels (47), Werkzeugs oder Identifikationsinstruments umfassen.
Träger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laborartikel (47) ausgewählt sind aus einer Gruppe, die Mikroplatten, Tröge, Racks zur Aufnahme von Probenröhrchen und Probenröhrchen umfasst.
Träger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in X-Richtung dieses Koordinatensystems verfahrbar ausgebildet ist.
Träger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Profilstangen (18) mindestens zwei gleich geformte Angriffsflächen (40) für jede Drehrichtung umfassen.
Träger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Profilstangen (18) einen im wesentlichen sternförmigen Querschnitt aufweisen.
Träger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest einen Kopf (20) mit einem gegenüber einer Grundplatte (21) und einem Formteil (22) vertikal begrenzt verschiebbaren Schieber (35) umfasst, wobei dieser Schieber (35) durch eine aufgeschraubte Überwurfmutter (28) zum Fixieren eines Objekts (5) oder durch eine Kontrollhülse (58), die durch eine aufgesetzte Wegwerfpipettenspitze hochgedrückt ist, in dessen oberer Position festgehalten wird, so dass ein Schaltkreis zur Liquid-Level-Detektion offen gehalten wird.
Träger (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (35) – falls er weder durch eine aufgeschraubte Überwurfmutter (28) noch durch eine hochgedrückte Kontrollhülse (58) in dessen oberer Position gehalten wird – sich in seiner unteren Stellung befindet, so dass im Schaltkreis zur Liquid-Level-Detektion ein Kurzschluss hergestellt ist, welcher von einer Schaltung (34) registriert wird.
Liquid-Handling-System mit mindestens einer Arbeitsfläche, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen Träger (1) gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfasst.