DE102012209314A1

DE102012209314A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgabe oder Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens

Info

Publication number: DE102012209314A1
Application number: DE102012209314A
Authority: DE
Inventors: Peter Koltay; Andreas Ernst; Chris Steinert; Laurent Tanguy
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-06-02
Also published as: DE102012209314B4; US9459128B2; US20130327787A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Abgabe oder Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens weist einen Flüssigkeitsbehälter mit einem Auslass, eine Druckerzeugungseinrichtung, die ausgelegt ist, um ein kompressibles eingeschlossenes Gasvolumen konstanter Stoffmenge mit einem Druck zu beaufschlagen, wobei das Gasvolumen mit einer Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in einem direkten oder indirekten fluidischen Kontakt steht, eine Dosiereinrichtung, die mit dem Auslass des Flüssigkeitsbehälters gekoppelt ist und die betätigbar ist, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit den Auslass passiert, einen Drucksensor zum Messen eines in dem Gasvolumen vorliegenden Drucks und zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das den in dem Gasvolumen vorliegenden Druck anzeigt, und eine Steuerung, die mit der Druckerzeugungseinrichtung, der Dosiereinrichtung und dem Drucksensor gekoppelt ist, auf. Die Steuerung ist ausgelegt, um die Druckerzeugungseinrichtung zu steuern, um den Druck in dem Gasvolumen zu verändern, bis das Ausgangssignal des Drucksensors einen ersten Druck anzeigt, während die Dosiereinrichtung nicht betätigt wird, so dass sie ein Passieren von Flüssigkeit durch den Auslass verhindert, um, abhängig von dem Ausgangssignal des Drucksensors die Dosiereinrichtung zu betätigen, um Flüssigkeit durch den Auslass abzugeben oder aufzunehmen, und um während der Abgabe oder Aufnahme von Flüssigkeit durch den Auslass das Ausgangssignal des Drucksensors zu überwachen und abhängig von dem überwachten Ausgangssignal des Drucksensors die Betätigung der Dosiereinrichtung zu beenden bzw. zu wiederholen.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Vorrichtungen und Verfahren zur Abgabe oder Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens, und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren, die eine präzise Dosierung eines Flüssigkeitsvolumens ermöglichen.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Dosiersysteme bekannt, wobei man zwischen Dosiersystemen für eine kontinuierliche Förderung und Freistrahldosiersystemen unterscheiden kann.
Als Dosiersysteme für eine kontinuierliche Förderung können dabei jene Dosiersysteme bezeichnet werden, die Flüssigkeiten in einem geschlossenen System, gegebenenfalls auch gegen einen an der Abgabestelle wirkenden Gegendruck, fördern können. Derartige Systeme können durch eine zeitliche Steuerung auch diskrete Volumina fördern. Beispiele solcher Systeme sind Perfusorpumpen, Insulinpumpen, Treibstoff-Einsatzpumpen, usw.
Die DE 10 2008 053 411 A1 beschreibt ein druckgetriebenes Dosiersystem, bei dem ein Strömungssensor verwendet wird, um die bei einer Dosierung nachströmende Menge eines Antriebsgases in einem Vorratsbehälter zu überwachen und somit durch Schalten eines Dosierventils gegebenenfalls regelnd auf die Dosierung einwirken zu können. Zusätzlich kann ein Drucksensor vorgesehen sein, um die Bestimmung eines Luftvolumens, das von einer Druckquelle zu dem Vorratsbehälter strömt, zu unterstützen.
Aus der WO 96/11024 A1 ist ein kontinuierliches Dosiersystem bekannt, das auf einem Antrieb einer Flüssigkeit durch eine Einweg-Spritzenpumpe basiert. Als Messgröße wird gemäß der WO 96/11024 A1 die Position eines Spritzenkolbens der Spritzenpumpe verwendet, welche durch einen Sensor am proximalen Ende desselben ermittelt wird. Alternativ ist es aus der US 6656148 B2 bekannt, die für die Bewegung des Kolbens einer Spritzenpumpe erforderliche Kraft als Sensorgröße heranzuziehen. Da die am Kolben ermittelte Kraft auch Anteile von Reibungskräften des Kolbenantriebs beinhaltet, die unbekannt und veränderlich sein können, kann das hier beschriebene Verfahren ungenau sein.
Aus der US 6830558 B2 ist eine Infusionsvorrichtung bekannt, bei der ein Drucksensor vorgesehen ist, um Flusszustände, beispielsweise einen Verschluss eines Flusswegs oder einen inadäquaten Fluss in dem Flussweg erfassen zu können.
Im Gegensatz zu Dosiersystemen für eine kontinuierliche Förderung ermöglichen Freistrahldosiersysteme die Dosierung von Flüssigkeiten als frei fliegende Flüssigkeitstropfen oder Flüssigkeitsstrahlen durch die Luft. Solche Systeme können insbesondere in einem Volumenbereich von weniger als 1 μl eingesetzt werden. Typische Beispiele sind auf dem Tintenstrahlprinzip basierende Systeme, Systeme, bei denen die Abgabe einer unter Druck gesetzten Flüssigkeit durch Dosierventile gesteuert wird, oder Systeme, bei denen Flüssigkeit durch Zusammenquetschen eines Schlauches abgegeben wird. Hierbei sind verschiedene Verfahren bekannt, um die dosierten Volumina zu bestimmen bzw. um die Dosierung zu überwachen und zu regeln.
Dabei werden häufig kleine Sensoreinheiten eingesetzt, die den Dosierprozess nicht beeinflussen und eine Prozessüberwachung bzw. eine Regelung der dosierten Menge in Echtzeit erlauben (Online-Verfahren).
So offenbart die EP 1347152 B1 ein Verfahren, das auf kontinuierlichen Messungen der Flussrate in einem Zuleitungskanal einer Düse basiert. Aus der gemessenen Flussrate kann dann, durch zeitliche Integration, die abgegebene Flüssigkeitsmenge berechnet werden. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Systeme besteht aber darin, dass die Massenflusssensoren auf jede verwendete Flüssigkeit individuell kalibriert werden müssen und aufgrund der teueren Sensoren nicht als Einwegprodukte eingesetzt werden können.
Andere Verfahren, bei denen in die Zuleitung zu einer Düse integrierte Sensoren auf der Basis von Impedanzmessungen, pH-Wert-Messungen oder Leitfähigkeitsmessungen Aussagen über dosierte Volumina erlauben, sind beispielsweise aus der WO 2005/121780 A2 bekannt. Derartige Sensoren dienen dazu, den Dosierprozess zu überwachen und seine Qualität zu dokumentieren.
Ferner sind im Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen dosierte Flüssigkeitsmengen nicht durch interne Sensoren, vor Verlassen der Düse, sondern erst nach dem Ausstoß aus der Dosiereinheit ermittelt werden. Die dadurch gewonnenen Informationen können genutzt werden, um steuernd bzw. regelnd auf den Prozessprozess einzuwirken und damit seine Präzision zu erhöhen. Diesbezüglich sei beispielsweise auf die US 2009/0055131 A1 verwiesen. Die Regelungen bei diesen bekannten Verfahren beziehen sich auf Sensoren, die das Volumen der dosierten Flüssigkeit bestimmen können, um aufgrund der Sensordaten die Dosierung an das gewünschte Zielvolumen aktiv anzupassen. Beispielsweise beruht ein solches Verfahren gemäß der JP 2004-251818 A auf einer Volumenmessung einzelner applizierter Tropfen, die dazu verwendet wird, die Anzahl und das Tropfenvolumen der folgenden Dosierungen nachzuregeln und dadurch das in vielen Einzeltropfen abgegebene Gesamtvolumen präziser an den Sollwert anzupassen.
Des Weiteren sind Pipettiersysteme bekannt, die mittels integrierter Drucksensoren die Druckrandbedingungen in einem Dosiersystem durch aktive Regelung konstant halten. Dadurch kann die Abgabe einer Flüssigkeitsmenge unter konstanten bekannten Bedingungen gewährleistet werden, siehe beispielsweise US 5723795 und die US 4675301 . Ferner ist es aus der DE 60 2005 002 918 T2 bekannt, integrierte Drucksensoren einzusetzen, um eine Flüssigkeitspegelerfassung durchzuführen. Dieses Verfahren dient dazu, den Flüssigkeitsstand in einer Probenkavität festzustellen, die aber nur indirekt Einfluss auf das Dosiervolumen hat.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, alternative Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, die eine Abgabe oder Aufnahme genauer Flüssigkeitsvolumina ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen eine Vorrichtung zur Abgabe oder Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens mit folgenden Merkmalen:
einem Flüssigkeitsbehälter mit einem Auslass;
einer Druckerzeugungseinrichtung, die ausgelegt ist, um ein in dem Flüssigkeitsbehälter eingeschlossenes kompressibles Gasvolumen mit konstanter Stoffmenge mit einem Druck zu beaufschlagen, wobei das Gasvolumen mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in einem direkten fluidischen Kontakt oder einem indirekten fluidischen Kontakt steht;
einer Dosiereinrichtung am Auslass des Flüssigkeitsbehälters, die betätigbar ist, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit den Auslass passiert;
einem Drucksensor zum Messen eines in dem Gasvolumen vorliegenden Drucks und zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das den in dem Gasvolumen vorliegenden Druck anzeigt; und
einer Steuerung, die mit der Druckerzeugungseinrichtung, der Dosiereinrichtung und dem Drucksensor gekoppelt ist, und ausgelegt ist, um:
die Druckerzeugungseinrichtung zu steuern, um den Druck in dem Gasvolumen zu verändern, bis das Ausgangssignal des Drucksensors einen ersten Druck anzeigt, währenddessen die Dosiereinrichtung nicht betätigt wird, so dass verhindert wird, dass Flüssigkeit den Auslass passiert,
abhängig von dem Ausgangssignal des Drucksensors die Dosiereinrichtung zu betätigen, um Flüssigkeit durch den Auslass abzugeben oder aufzunehmen, und
während der Abgabe oder Aufnahme von Flüssigkeit durch den Auslass das Ausgangssignal des Drucksensors zu überwachen und abhängig von dem überwachten Ausgangssignal des Drucksensors die Betätigung der Dosiereinrichtung zumindest temporär zu beenden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Verfahren zur Abgabe oder Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens, mit folgenden Merkmalen:
Bereitstellen einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter, der einen Auslass aufweist;
Bereitstellen eines kompressiblen, eingeschlossenen Gasvolumens mit konstanter Stoffmege, das mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsvolumen in einem direkten fluidischen Kontakt oder in einem indirekten fluidischen Kontakt steht;
Verändern des Drucks in dem Gasvolumen, bis ein Drucksensor anzeigt, dass ein erster Druck in dem Gasvolumen herrscht;
Betätigen einer Dosiereinrichtung an dem Auslass des Flüssigkeitsbehälters, um dadurch Flüssigkeit durch den Auslass aus dem Flüssigkeitsbehälter abzugeben oder in den Flüssigkeitsbehälter aufzunehmen;
während der Abgabe oder Aufnahme von Flüssigkeit durch den Auslass, Überwachen des Ausgangssignals des Drucksensors; und
abhängig von dem überwachten Ausgangssignal des Drucksensors, zumindest temporäres Beenden der Betätigung der Dosiereinrichtung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen somit ein neuartiges Konzept zur Abgabe oder Aufnahme eines definierten Flüssigkeitsvolumens, bei dem zunächst ein kompressibles eingeschlossenes Gasvolumen, das mit Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter in einem direkten oder indirekten fluidischen Kontakt steht, mit einem Druck beaufschlagt wird, bis das Ausgangssignal des Drucksensors einen ersten Druck anzeigt. Dabei wird die Dosiereinrichtung nicht betätigt, so dass verhindert ist, dass Flüssigkeit den Auslass passiert. Die Druckerzeugungseinrichtung wird bei Erreichen des ersten Druckes gesteuert, um den Druck in dem Gasvolumen nicht weiter zu verändern, beispielsweise zu erhöhen, so dass beispielsweise ein Hohlraumvolumen, in dem die Flüssigkeit und das Gasvolumen eingeschlossen sind, bei nicht betätigter Dosiereinrichtung, gleich bleibt. Ausgehend von diesem Zustand wird nun die Dosiereinrichtung betätigt, um Flüssigkeit aus dem Auslass abzugeben oder durch den Auslass aufzunehmen. Beispielsweise kann die Dosiereinrichtung betätigt werden, wenn das Ausgangssignal des Drucksensors den ersten Druck anzeigt. Die Dosierung kann aber auch zu einem späteren Zeitpunkt durch Betätigung der Dosiereinrichtung beginnen. Das Ausgangssignal des Drucksensors wird überwacht und abhängig von dem überwachten Ausgangssignal des Drucksensors wird die Betätigung der Dosiereinrichtung zumindest temporär beendet. Somit ist es möglich, durch die Überwachung des Ausgangssignals des Drucksensors die Betätigung der Dosiereinrichtung zu beenden, wenn ein definiertes (gewünschtes) Flüssigkeitsvolumen abgegeben wurde, da die Druckänderung in dem Gasvolumen im Zusammenhang mit dem abgegebenen Flüssigkeitsvolumen steht.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung weist das Gasvolumen eine konstante Stoffmenge auf. Unter Stoffmenge kann dabei die Anzahl der Moleküle in dem Gasvolumen verstanden werden. Falls die Richtigkeit des abgegebenen oder aufgenommenen Volumens von Bedeutung ist, d. h. wenn der Istwert des Volumens möglichst genau dem vorgegebenen Sollwert entsprechend soll, ist es vorteilhaft, wenn die Stoffmenge des Gasvolumens bekannt ist. Ist nur die Präzision der Dosierung von Bedeutung, d. h. ein nicht exakt vorgegebenes Volumen soll immer möglichst genau gleich abgegeben oder aufgenommen werden, ist es nicht erforderlich, dass die Stoffmenge des eingeschlossenen Volumens bekannt ist.
Unterschiedliche Algorithmen können verwendet werden, um auf der Grundlage des überwachten Ausgangssignals die Betätigung der Dosiereinrichtung zu beenden. Beispielsweise kann die Betätigung der Dosiereinrichtung beendet werden, wenn das überwachte Ausgangssignal des Drucksensors anzeigt, dass sich der Druck in dem Gasvolumen um eine vorbestimmte Druckdifferenz geändert hat, beispielsweise um eine vorbestimmte Druckdifferenz abgefallen ist. Alternativ kann auf der Grundlage der Ausgangssignale des Drucksensors über der Zeit eine Flussrate der Abgabe oder Aufnahme der Flüssigkeit durch den Auslass und/oder ein insgesamt abgegebenes oder aufgenommenes Flüssigkeitsvolumen berechnet werden, so dass die Betätigung der Dosiereinrichtung beendet werden kann, wenn die Flussrate und/oder das insgesamt abgegebene oder aufgenommene Flüssigkeitsvolumen die Abgabe oder Aufnahme eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens anzeigt.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können Volumina, die entsprechenden Ausgangssignalen des Drucksensors zugeordnet sind, während einer Kalibrierung der Vorrichtung ermittelt werden, so dass im späteren Betrieb, abhängig von dem überwachten Ausgangssignal des Drucksensors, die Betätigung der Dosiereinrichtung beendet werden kann, wenn ein definiertes (gewünschtes) Flüssigkeitsvolumen abgegeben oder aufgenommen wurde.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Steuerung ferner ausgelegt sein, um basierend auf den Ausgangssignalen des Drucksensors das Vorliegen einer Störung zu erfassen.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Steuerung auf eine beliebige geeignete Weise ausgeführt sein, beispielsweise als Mikroprozessor, als computerbasierte programgesteuerte Rechenvorrichtung oder als FPGA.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Druckerzeugungseinrichtung eine Spritzenpumpe mit einem Spritzenkörper und einem Kolben aufweisen, wobei der Kolben zur Veränderung, beispielsweise Erhöhung, des Drucks in dem Gasvolumen relativ zu dem Spritzenkörper mittels eines Antriebs beweglich ist. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Flüssigkeitsbehälter durch den Spritzenkörper gebildet sein, so dass die abzugebende Flüssigkeit und das kompressible Gasvolumen in dem Spritzenkörper eingeschlossen sind. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Kolben der Spritzenpumpe eine Bohrung aufweisen, wobei zumindest Teile des kompressiblen Gasvolumens in der Bohrung angeordnet sind. Bei Ausführungsbeispielen kann der Drucksensor über die Bohrung mit dem eingeschlossenen Gasvolumen in fluidischem Kontakt stehen, was einen einfachen Aufbau und eine einfache Trennung des Drucksensors von der abzugebenden Flüssigkeit ermöglicht. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Flüssigkeitsbehälter als ein von der Druckerzeugungseinrichtung abnehmbares Bauteil, beispielsweise eine auf die Druckerzeugungseinrichtung aufsetzbare Pipettenspitze, ausgebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen kann ein Teil des eingeschlossenen Gasvolumens in dem Flüssigkeitsbehälter eingeschlossen sein.
Bei Ausführungsbeispielen steht das Gasvolumen mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise der abzugebenden Flüssigkeit, in einem direkten fluidischen Kontakt. Bei Ausführungsbeispielen steht das Gasvolumen mit dieser Flüssigkeit in einem indirekten fluidischen Kontakt, indem beispielsweise eine flexible Membran oder eine weitere Flüssigkeit zwischen denselben vorgesehen ist. Unter einem direkten oder indirekten fluidischen Kontakt ist dabei ein solcher Kontakt zu verstehen, bei dem zwei Fluide in direkter Berührung sind oder durch eine flexible Einrichtung oder ein Medium derart voneinander getrennt sind, dass in denselben gleiche Drücke herrschen, d. h. dass eine Druckänderung in einem Fluid auf das andere Fluid übertragen wird.
Zusätzlich zu der Pumpeinrichtung ist bei Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Dosiereinrichtung, die mit dem Auslass des Flüssigkeitsbehälters gekoppelt ist, vorgesehen. Die Dosiereinrichtung ist derart mit dem Auslass des Flüssigkeitsbehälters gekoppelt, dass sie in einem betätigten Zustand das Passieren von Flüssigkeit durch den Auslass, also beispielsweise die Abgabe von Flüssigkeit aus dem Auslass, ermöglicht, während sie in einem unbetätigten Zustand das Passieren von Flüssigkeit durch den Auslass verhindert, zumindest bei den verwendeten, in dem Flüssigkeitsbehälter herrschenden Drücken. Der Auslass kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Auslassöffnung darstellen oder eine Auslassleitung in einem gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter reduzierten Flussquerschnitt. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Dosiereinrichtung als eine Mikropumpe, eine Peristaltikpumpe, ein Dosierventil oder ein Quetschventil ausgebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Dosiereinrichtung einen flexiblen Schlauch und einen Verdränger aufweisen, durch den das Volumen eines Abschnitts des flexiblen Schlauches veränderbar ist, um die abzugebende Flüssigkeit als frei fliegende Tröpfchen oder als frei fliegender Strahl abzugeben.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen somit einen neuartigen Lösungsansatz zum Ausgeben oder Aufnehmen von Flüssigkeitsvolumina und insbesondere zum Ausgeben von definierten Flüssigkeitsvolumina, bei denen die Präzision und Richtigkeit des Dosiervolumens anhand von Messwerten eines Drucksensors sichergestellt werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Drucksensor ausgelegt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, dass den in dem Gasvolumen vorliegenden Druck kontinuierlich anzuzeigen in der Lage ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bevor auf Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird, wird zunächst dargelegt, auf welchen Gebieten die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann. Es besteht ein weitreichender Bedarf nach einer präzisen Dosierung von Flüssigkeiten insbesondere im Volumenbereich von weniger als 1 μl mit Hilfe von kostengünstigen Einwegkomponenten bei gleichzeitiger Überwachung der Richtigkeit und Präzision der Dosierung, wobei eine 100%-ige Prozesskontrolle wünschenswert ist. Die vorliegende Erfindung ist geeignet, um diesen Bedarf zu erfüllen. Die genannte Aufgabenstellung betrifft sowohl industrielle als auch medizinische Dosiersysteme für beides, die kontinuierliche Förderung von Flüssigkeiten und Freistrahldosiersysteme zur Dosierung von Tropfen im Sub-Mikroliterbereich für die pharmazeutische und molekularbiologische Forschung sowie die In-vitro-Diagnostik. Beispiele für eine kontinuierliche Förderung von Flüssigkeiten sind beispielsweise Perfusoren, Infusionssysteme, Insulinpumpen, usw.. Beispiele für Freistrahlsysteme sind Pipettiersysteme für den Nanoliterbereich, Drucksysteme für Biosensoren und Dispensiersysteme für Pharmaforschung bzw. die Pharmaproduktion.
Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen bei solchen Anwendungen eine Dosierung von kleinen Volumina, typischerweise < 1 μl, mit hoher Richtigkeit und Präzision, die Verwendung von Einwegkomponenten für alle fluidführenden Teile, beispielsweise Einwegspritzen, Einweg-Pippettenspritzen und Einwegschläuche aus Kunststoff, sowie die 100%-ige Überwachung des Dosiervorgangs hinsichtlich der Richtigkeit des Volumens und der Detektion von Fehlfunktionen, wie beispielsweise einer Verstopfung, einer fehlerhaften Dosierung oder eines leeren Reservoirs, d. h. Flüssigkeitsbehälters. Ausführungsbeispiele ermöglichen ferner die Detektion von Dichtungsproblemen auf der Basis des kontinuierlich überwachten Drucks in dem Gasvolumen.
Im Folgenden werden insbesondere Ausführungsbeispiele beschrieben, die für eine Abgabe eines Flüssigkeitsvolumens ausgelegt sind. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass in analoger Weise durch entsprechendes Einstellen der jeweiligen Drücke Ausführungsbeispiele implementiert werden können, die für eine Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens ausgelegt sind. Bei solchen Ausführungsbeispielen wird eine externe Flüssigkeit aufgenommen, die sich nach dem Dosieren zusätzlich zu der vorher in dem Flüssigkeitbehälter befindlichen Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter befindet. Eine Aufnahme von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter kann beispielsweise durch entsprechendes Einstellen eines Unterdrucks in dem Flüssigkeitsbehälter mittels der Druckerzeugungseinrichtung erreicht werden. Die im Folgenden bezüglich einer Abgabe von Flüssigkeit angestellte Betrachtungen gelten für die Aufnahme einer Flüssigkeit analog.
Im Folgenden werden insbesondere Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen ein Überdruck durch die Druckerzeugungseinrichtung in dem Flüssigkeitsbehälter erzeugt wird. Es ist bei alternativen Ausführungsbeispielen möglich, dass durch die Druckerzeugungseinrichtung ein negativer Druck P₁ gegenüber einem vorher herrschenden Druck P₀ und/oder gegenüber einem Druck am Auslass erzeugt wird. In einem solchen Fall existieren zwei Möglichkeiten, abhängig davon, ob eine passive Dosiereinheit oder eine aktive Dosiereinheit verwendet ist. Unter einer passiven Dosiereinheit versteht man dabei eine solche, die in der Lage ist, gegen einen Unterdruck in dem Flüssigkeitsbehälter zu fördern, während man unter einer passiven Dosiereinheit eine solche versteht, die dazu nicht in der Lage ist. Im Fall einer passiven Dosiereinheit und eines Unterdrucks in dem Flüssigkeitsbehälter würde Flüssigkeit von der Abgabestelle geregelt in den Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise eine Spritzenpumpe, hineingesaugt. Dies kann als eine Dosierung mit negativem Volumen betrachtet werde und ermöglicht bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ein präzise geregeltes Absaugen von Flüssigkeit. Im Fall einer aktiven Dosiereinheit könnte die Dosiereinheit auch gegen einen Unterdruck im Vorratsbehälter arbeiten, was zu einer negativen Druckdifferenz führt (ΔP < 0). Das Vorzeichen der Druckdifferenz ist aber für die Volumenberechnung nach z. B. dem idealen Gasgesetz unerheblich, so daß die Regelung ganz genau gleich auch für negative Druckdifferenzen im Vorratsbehälter funktioniert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung basieren auf einer Einwegspritze, wie sie beispielsweise in Injektionssystemen und Perfusoren verwendet wird. Diese Einwegspritze kann die gesamte Menge des zu dosierenden Flüssigkeitsvorrats bevorraten und kann derart modifiziert sein, dass in der Spritze ein mit einem kompressiblen Gas gefüllter Hohlraum angeordnet ist, der mit der Flüssigkeit einerseits und mit einem Drucksensor andererseits fluidisch verbunden ist, der den Gasdruck im Hohlraum misst. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung gelangt der Drucksensor nicht mit dem Dosiermedium in Kontakt, wird nicht kontaminiert und muss daher nicht gemeinsam mit den Teilen, die mit der Flüssigkeit in Kontakt gelangen, beispielsweise der Spritze, entsorgt werden. Am Auslauf der Spritze befindet sich eine Dosiereinheit, beispielsweise ein Freistrahldosierer, der nach dem in der WO 2005/016534 A1 beschriebenen Verfahren arbeitet. Die Komponenten der Dosiereinheit, die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen, können als Einwegkomponenten ausgebildet sein. Die Dosiereinheit wandelt den in der Einwegspritze aufgebrachten Druck in einen Volumenfluss um, was die Förderung eines Flüssigkeitsvolumens aus der Spritze ermöglicht. Die Präzision und Richtigkeit des Dosiervolumens wird dabei durch eine aktive Steuerung (Regelung) basierend auf den Messwerten des Drucksensors sichergestellt.
Die Dosiereinheit kann als eine beliebige Einheit ausgebildet sein, die bei den verwendeten Drücken in einem unbetätigten Zustand ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Auslass verhindert und bei Betätigung derselben ein Ausgeben von Flüssigkeit aus dem Auslass ermöglicht. Beispielsweise kann die Dosiereinheit durch ein beliebiges Dosierventil, das eine Auslassöffnung verschließt und offen lässt, oder ein Quetschventil, das einen Auslasskanal durch Abquetschen verschließen kann, gebildet sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Dosiereinheit durch eine Mikropumpe oder Peristaltikpumpe gebildet sein, die in einem unbetätigten Zustand einen so hohen Flusswiderstand bildet, dass bei den verwendeten Drücken ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Auslass verhindert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Pumpeinrichtung eine Spritzenpumpe aufweist, wird nachfolgend Bezug nehmend auf 1 erläutert.
Die Spritzenpumpe weist einen Spritzenkörper 10 und einen Kolben 12, der in dem Spritzenkörper 10 beweglich ist, auf. Der Kolben 12 ist mittels eines Antriebs, der in 1 schematisch mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist, entlang der Längsachse des Spritzenkörpers in demselben beweglich. Durch eine Bewegung des Kolbens ist der Druck im Inneren der Spritzenpumpe steuerbar, d. h. der Druck kann beispielsweise erhöht werden, wenn der Kolben in 1 nach links bewegt wird., 1 stellt eine schematische Querschnittansicht dar, wobei zu erkennen ist, dass der Spritzenkörper 10 einen Bereich 10a mit einem großen inneren Querschnitt, in dem sich der Kolben 12 bewegt, und einen Bereich mit 10b mit einem kleinen inneren Querschnitt aufweist. Der Bereich 10b stellt einen Auslasskanal des Spritzenkörpers 10 mit einem Auslass 14 dar, wobei eine Betätigungseinheit 16 mit dem Auslass 14 gekoppelt ist.
Der Kolben 12 weist eine Bohrung 18, die denselben längs durchquert, auf. Am hinteren Ende des Kolbens ist mit der Bohrung ein Drucksensor 20 fluidisch gekoppelt. Am vorderen Ende des Kolbens kann die Bohrung 18 mit einer optionalen Membran 22 versehen sein, um eine Kontamination des Drucksensors durch eine in dem Spritzenkörper 10 befindliche Flüssigkeit 24 sicher ausschließen zu können. In der Bohrung 18 ist ein kompressibles Gasvolumen 26 (VGas) mit konstanter Stoffmenge, die bekannt sein kann, eingeschlossen.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist der nicht von dem Kolben 12 besetzte Innenraum des Abschnitts 10a des Spritzenkörpers 10 nicht vollständig mit der Flüssigkeit befüllt, sondern ein Teil des eingeschlossenen Gasvolumens kann sich auf der von dem Auslass 14 abgewandten Seite in diesem Bereich 10a befinden. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Spritzenpumpe mit Ausnahme des Drucksensors 20 als Einwegspritze ausgebildet. Wie ausgeführt wurde, weist die Spritzenpumpe den Spritzenkörper 10 und den Kolben 12 auf, die ein kompressibles Gasvolumen mit konstanter Stoffmenge einschließen. Der Drucksensor 20 steht mit dem eingeschlossenen Gasvolumen in fluidischem Kontakt, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über die Bohrung 18, die den Kolben längs durchquert, beispielsweise zentral.
Der Antrieb 14 kann durch eine beliebige bekannte Antriebseinheit für eine Spritzenpumpe implementiert sein, die es ermöglicht, eine Relativbewegung zwischen Kolben und Spritzenkörper zu bewirken, so dass eine Beschreibung eines solchen Antriebs hierin nicht erforderlich ist. Die Vorrichtung zur Abgabe eines Flüssigkeitsvolumens weist ferner eine Steuerung 30 auf, die mit dem Antrieb 14, der Dosiereinheit 16 und dem Drucksensor 20 gekoppelt ist, um elektrische Signale mit diesen Entitäten auszutauschen. Genauer gesagt empfängt die Steuerung 30 Signale von dem Drucksensor 20, die den in dem Gasvolumen 26 herrschenden Druck anzeigen. Der Drucksensor 20 ist ausgelegt, um den in denn Gasvolumen 26 herrschenden Druck zu messen. Die Steuerung 30 ist mit dem Antrieb 14 und der Betätigungseinheit 16 gekoppelt, um dieselben zumindest teilweise basierend auf den Ausgangssignalen des Drucksensors 20 entsprechend zu steuern. Der Antrieb ist ausgelegt, um in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Drucksensors 20 durch die Steuerung betätigt zu werden, und die Dosiereinheit 16 ist an den Auslass 14 der Spritzenpumpe angeschlossen, um ebenfalls in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors eine Flüssigkeit aus der Spritzenpumpe zu fördern.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dosiersystems besteht somit aus einer flüssigkeitsgefüllten Einwegspritze, einem in der Spritze eingeschlossenen Gasvolumen in fluidischer Verbindung mit einem externen, wieder verwertbaren Drucksensor, und einer Dosiereinheit zum Regeln bzw. zum Fördern von Flüssigkeit am Auslassende der Spritze, sowie einen entsprechenden Antrieb für den Kolben sowie einer Steuerung.
Anhand des Betriebs des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels wird nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur geregelten Dosierung beschrieben. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass diese Beschreibung des Betriebs nicht nur für das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel gilt, sondern in analoger Weise auch für andere Ausführungsbeispiele gilt.
Zunächst wird eine zu dosierende Flüssigkeit in die Spritzenpumpe aufgenommen, beispielsweise durch eine Aspiration über den Auslass 14. Nach dem Befüllen herrscht in der Spritzenpumpe und mithin in dem Gasvolumen 26 ein Anfangsdruck P₀. Ausgehend von diesem Zustand wird durch Betätigen des Kolbens ein Überdruck (bezüglich des Anfangsdrucks P₀) durch Betätigen des Kolbens mit Hilfe des Antriebs 14 erzeugt, bis das Ausgangssignal des Drucksensors 20 einen Druckwert von mindestens P₁ anzeigt. Hierdurch wird das eingeschlossene Gasvolumen 26 komprimiert. Der Wert P₁ sollte, je nach dem für die Regelung verwendetem Gasgesetz (z. B. in dem Gesetz von Boyle-Mariotte), mindestens dem zu dosierenden Volumen entsprechen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit bezüglich des zur Anwendung gebrachten Gasgesetzes kann man die Formel zur Bestimmung von P₁ beispielsweise unter Verwendung des Gesetzes von Boyle-Mariotte folgendermaßen mathematisch formulieren:
Hierbei ist N die Teilchenzahl im eingeschlossenen Gasvolumen, k die Boltzmannkonstante, T die absolute Temperatur, V_Gas das eingeschlossene Gasvolumen vor Erzeugung des Überdrucks und V das gewünschte Dosiervolumen. Bei der Erzeugung des Überdrucks P₁ ist zu beachten, dass das gewünschte Dosiervolumen V kleiner als das eingeschlossene Gasvolumen V_Gas zu sein hat. Während des Einstellens des Drucks P₁ durch die Betätigung des Kolbens sollte die Dosiereinheit 16 ein Ausströmen der Flüssigkeit an dem Auslass 14, d. h. der Abgabestelle, verhindern, beispielsweise mittels eines geschlossenen Dosierventils, um eine höchstmögliche Präzision erreichen zu können.
Sobald die Steuerung 30 erkennt, dass der Drucksensor den Druck P₁ anzeigt, betätigt sie die Pumpeinrichtung nicht weiter, d. h. sie lässt den Kolben in dieser Stellung, so dass das von der Spritzenpumpe eingeschlossene innere Volumen sich nicht mehr ändert. Die Steuerung 30 betätigt ausgehend von diesem Zustand nun die am Auslassende der Spritzenpumpe befindliche Dosiereinheit, um Flüssigkeit aus dem Auslass zu fördern, bis sich ausgehend von dem erhöhten Druck P₁ eine Verringerung des Drucks um einen Wert ΔP ergeben hat. Diese Verringerung wird durch den Drucksensor erkannt, dessen Ausgangssignal einen zweiten entsprechend reduzierten Druck P₂ anzeigt: ΔP = P₁ – P₂. Für einen betrachteten Spezialfall eines idealen Gases kann ΔP wie folgt berechnet werden:
Offensichtlich ist bei konstanter Temperatur und konstantem eingeschlossenem Gasvolumen die Druckdifferenz ΔP über das Gasgesetz eindeutig mit dem Dosiervolumen V verknüpft.
Während der Förderung der Flüssigkeit in einem Zeitraum t € [t_a; t_e] entspricht der gemessene Druck P(t) – P₀, bei Vernachlässigung dynamischer Effekte, – jederzeit näherungsweise dem bis zum Zeitpunkt t bereits geförderten Dosiervolumen V(t), wodurch eine kontinuierliche Überwachung der Flussrate an der Abgabestelle möglich ist. Somit kann abhängig von dem gewünschten abzugebenden Flüssigkeitsvolumen und dem Ausgangssignal des Drucksensors die Betätigung der Dosiereinrichtung abhängig von dem Ausgangssignal des Drucksensors beendet werden, um das gewünschte Flüssigkeitsvolumen auszugeben.
Für den bereits betrachteten Spezialfall eines idealen Gases bei konstanter Temperatur und bei Vernachlässigung dynamischer Effekte kann die Flussrate dV/dt an der Abgabestelle während der Dosierung anhand der zeitlichen Änderung des Drucksignals dP/dt wie folgt berechnet werden: dV / dt = – V / P dP / dt
Somit ermöglichen Ausführungsbeispiele der Erfindung das Aufzeichnen des zeitlich veränderlichen Drucks während der Abgabe der Flüssigkeit, um daraus beispielsweise die Flussrate oder das insgesamt abgegebene Volumen zu berechnen. Die Berechnung kann dabei, aufgrund näherungsweise gültiger Formeln (wie zuvor beispielhaft beschrieben), mit Hilfe genauerer physikalische Modelle (welche z. B. auch mechanische Deformationen der Pumpeinrichtung und dynamische Effekte berücksichtigen) oder durch empirische Modelle erfolgen. Dies ermöglicht ferner, gegebenenfalls weitere Störungen des Dosiervorgangs, wie beispielsweise eine verstopfte Abgabestelle oder ähnliches, ermitteln zu können.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das eingeschlossene Gasvolumen ein Luftvolumen sein, wobei die abzugebende Flüssigkeit von dem jeweiligen Verwendungszweck abhängt und beispielsweise eine auf Wasser basierende Lösung sein kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit die Ermittlung des Innendrucks einer Spritzenpumpe mit Hilfe eines Gasdrucksensors, der mit einem abgeschlossenen kompressiblen Gasvolumen V_Gas mit konstanter Stoffmenge im Inneren der Spritze in fluidischer Verbindung steht. Der Drucksensor kann dabei als Membransensor, beispielsweise als Silizium-Membransensor ausgebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Membran des Drucksensors nicht als Einwegkomponente ausgeführt, so dass der Drucksensor präzise Messungen ermöglicht. Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen die Bestimmung des bereits dosierten Flüssigkeitsvolumens anhand der Tatsache, dass das dosierte Flüssigkeitsvolumen (eine hinreichend inkompressible Spritzenpumpe vorausgesetzt) der Volumenänderung des eingeschlossenen Gasvolumens entsprechen muss, welche anhand eines Gasgesetzes, beispielsweise des Gesetzes von Boyle-Mariotte, aus dem gemessenen Druck und der Temperatur berechnet werden kann. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung wird somit das dosierte Volumen nicht durch die Pumpeinrichtung (beispielsweise die Spritze) selbst geregelt, sondern durch eine Dosiereinheit, welche am Auslass des Flüssigkeitsbehälters angebracht ist und die Flüssigkeit so lange fördert, bis sich im eingeschlossenen Volumen der Druckwert P₁ – ΔP eingestellt hat. ΔP entspricht dabei gemäß dem verwendeten Gasgesetz dem zu dosierenden Volumen V. Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen die Überwachung der Flussrate dV/dt an der Abgabestelle während der Dosierung anhand der zeitlichen Änderung des Drucksignals dP/dt und daraus abgeleitet verschiedene Möglichkeiten zur Detektion von Störungen des Dosiervorgangs. Strömungssensoren und die damit verbundenen Probleme hinsichtlich einer Kalibrierung für unterschiedliche zu dosierende Flüssigkeiten werden nicht benötigt und sind somit bei Ausführungsbeispielen der Erfindung nicht vorgesehen. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können Vorrichtungen (Sensoren) zur Erfassung weitere Umgebungsgrößen, wie z. B. Umgebungsdruck, Temperatur, Position der Spritzenpumpe oder dergleichen vorgesehen sein. Daten auf der Grundlage der erfassten Umgebungsgrößen können in den Regelalgorithmus mit einbezogen werden, um die Genauigkeit der Dosierung zu verbessern. Diese wurde z. B. schon mit Hilfe des Beispiels der Temperatur abhängigen Volumenberechnung nach dem idealen Gasgesetz verdeutlicht.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit des dosierten Gesamtvolumens V besteht beispielsweise darin dieses in mindestens zwei Teilvolumina V1 und V2 zu zerlegen, die nacheinander dosiert werden. Die Dosierung von V1 erfolgt dabei erfindungsgemäß geregelt auf Basis eines beliebigen Algorithmus. Für die Dosierung des zweiten Teilvolumens V2 können dann zusätzlich Daten, die sich auf die erste Dosierung beziehen, wie z. B. die Dauer der ersten Dosierung und der Druck am Ende der ersten Dosierung, der gemäß einem Gasgesetz dem Volumen der ersten Dosierung entspricht, als weitere Informationen zur präzisen Regelung verwendet werden. Durch diese Verfahren lassen sich der Einfluß dynamischer Effekte und ggf. Drift von Umgebungsbedingungen und der Sensorsignale minimieren. Andererseits kann durch die iterative Vorgehensweise die Präzision weiter gesteigert werden und insbesondere Überdosierungen sicher vermieden werden. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann somit das Gesamtvolumen V in Einzelvolumina zerlegt werden, die sukzessiv/iterativ ausgestoßen werden können. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht ein Online-Kalibrierung während der Dosierung eines Flüssigkeitsvolumens. Dabei können die aus vorhergehenden Dosierungen gewonnen Daten (Druck, Dosierdauer u. ä.) für die Regelung der aktuellen Dosierung zusätzlich verwendet werden. Der Regelalgorithmus ist also nicht nur auf das aktuell aufgezeichnete Signal beschränkt, sondern (alle) Signalaufzeichnungen aus der Vergangenheit können mit einbezogen werden.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise für eine kontinuierliche Dosierung geeignet sein. Das eingeschlossene Gasvolumen ist dabei einfach durch eine Bohrung 18 im Kolben 12 realisiert, die ja beispielsweise in einer medizinischen Injektionsspritze aus Kunststoff realisiert werden könnte. Um Austritt von Flüssigkeit und eine Kontamination zu vermeiden, kann die Bohrung durch eine optionale elastische Membran 22 verschlossen sein, welche Gas 26 und Flüssigkeit 24 voneinander trennt. Der Drucksensor kann am anderen Ende der Bohrung einfach angebracht sein, indem er beispielsweise auf den Antrieb, der den Kolben betätigt, aufgesetzt wird, und beispielsweise mit Hilfe eines O-Rings gedichtet das in der Bohrung 18 im Kolben 12 eingeschlossene Gasvolumen fluidisch kontaktiert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Darstellung der Antriebseinheit 14 in 1 rein schematisch ist. Mit Hilfe einer solchen Anordnung kann der Drucksensor auch dazu verwendet werden, zu detektieren, ob der Antrieb überhaupt Kontakt zur Spritzenpumpe hat, bzw. ob eine Spritzenpumpe eingelegt ist. Falls sich nämlich zwischen Drucksensor und Kolben kein fluidischer Kontakt einstellt, wird das Drucksignal bei Betätigung des Antriebs nicht ansteigen.
Als Dosiereinheit 16 am Auslassende der Spritze könnte beispielsweise eine Einweg-Mikropumpe verwendet werden, wie sie in der WO 2007/074363 A2 offenbart ist. Diese Pumpe wäre beispielsweise in der Lage, Flüssigkeiten auch entgegen eines Drucks P_A an dem Auslass (der Abgabestelle) zu fördern, der höher als der Umgebungsdruck P₀ sein kann. Weiterhin hätte diese Pumpe den Vorteil, dass das Dosiersystem im Ruhezustand dicht verschlossen ist.
Alternativ können jedoch auch andere Dosiereinheiten, beispielsweise eine passive Dosiereinheit in Form eines Quetschventils eingesetzt werden. In diesem Fall würde das Ventil den Überdruck im Inneren der Spritze geregelt ablassen bis maximal der Anfangsdruck P₀ wieder hergestellt ist, d. h. es erfolgt kein aktiver Antrieb durch die Dosiereinheit. Bei solchen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Betätigung der Dosiereinheit darin bestehen, den aktiven Antrieb derselben, durch den beispielsweise ein Schlauch zusammengedrückt wird, solange zu beenden, bis ein vollständiger Ausgleich der Druckdifferenz in dem Flüssigkeitsbehälter stattgefunden hat. Da aber die Regelung des Dosiervolumens nicht zwingend erfordert, dass bis zum Umgebungsdruck P₀ zurückgeregelt wird, kann auch mit dieser Anordnung entgegen einem Druck P_A an der Abgabestelle gefördert werden. Hierzu ist einfach vor der Dosierung der Innendruck der Spritze auf P₁ = ΔP + P_A zu erhöhen, so dass auch nach dem Ablassen des Drucks um ΔP in der Spritze mindestens ein Druck P_A herrscht.
Unabhängig von der spezifischen Ausführungsform sind Ausführungsbeispiele der Erfindung daher auch für erhöhte und insbesondere variable Drücke an der Abgabestelle geeignet, da lediglich auf die Druckdifferenz ΔP, die dem zu dosierenden Volumen entspricht, geregelt wird. Sofern der anfänglich in der Spritze herrschende Gegendruck ausreichend hoch ist, d. h. höher als der maximal zu erwartende Gegendruck an der Abgabestelle zusätzlich des Drucks, welcher dem Dosiervolumen entspricht, kann sowohl mit aktiven, als auch mit passiven Dosiereinheiten präzise dosiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgabe eines Flüssigkeitsvolumens, das für eine Freistrahldosierung geeignet ist, wird nachfolgend Bezug nehmend auf 2 erläutert.
Bei der Freistrahldosierung muss im Gegensatz zur kontinuierlichen Dosierung die Flüssigkeit hinreichend schnell gefördert werden, um einen frei fliegenden Tropfen oder einen Freistrahl zu erzeugen. Geringe Flussraten können zu einem unkontrollierten Abtropfen an dem Auslass (der Abgabestelle) führen. Insbesondere deshalb ist eine Spritzenpumpe ohne einen entsprechenden hochdynamischen Antrieb im Allgemeinen nicht für eine Freistrahldosierung geeignet. Sofern aber die erfindungsgemäß vorgesehene Dosiereinheit über eine ausreichend hohe Dynamik verfügt, können auch Freistrahlen erzeugt werden. Somit sind Ausführungsbeispiele der Erfindung inklusive des oben beschriebenen Ausführungsbeispiel grundsätzlich für eine Freistrahldosierung geeignet, falls die Dosiereinheit, beispielsweise die Mikropumpe oder das Quetschventil, ausreichend hohe Flussraten ermöglichen, um Weberzahlen von mindestens 8, beispielsweise von 12, zu erzeugen.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Pumpeinrichtung einen Spritzenkörper 40 und einen mittels einer Antriebseinheit 14 in dem Pumpenkörper 40 beweglichen Kolben 42 auf. Der Kolben 42 ist, wie bei Spritzen üblich, wiederum entlang der Längsachse des Pumpenkörpers 40 beweglich, so dass das eingeschlossene Spritzenvolumen variiert werden kann, wodurch wiederum der Druck in Inneren der Spritze einstellbar ist. Der Spritzenkörper 40 weist einen Konus 50 auf, über den eine Pipettenspitze 52 mechanisch und fluidisch an den Spritzenkörper 40 angeschlossen ist. Genauer gesagt ist eine Innenseite der Pipettenspitze 52 mechanisch an den Konus 50 angebracht, während der Innenraum der Pipettenspitze 52 über eine Öffnung 54 mit dem Inneren des Spritzenkörpers 40 fluidisch gekoppelt ist. Die Pipettenspitze kann beispielsweise durch eine Pipettenspitze, wie sie in der WO 2006/076957 A1 beschrieben ist, aufweisen, deren diesbezügliche Lehre hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Am vorderen Ende kann die Pipettenspitze 52 einen flexiblen Schlauch 56 aufweisen, dessen inneres Volumen durch einen Verdränger 58 veränderbar ist, um eine Flüssigkeit aus dem flexiblen Schlauch 56 an dem Auslassende 60 auszustoßen. Bezüglich der Implementierung einer entsprechenden Dosiereinheit wird auf die WO 2005/016534 A1 und die DE 10 337 484 verwiesen, deren diesbezügliche Lehre hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der Kolben 42 wiederum eine denselben in Längsrichtung durchdringende Bohrung 48 auf, an deren hinterem Ende der Drucksensor 20 angeschlossen ist. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein kompressibles Gasvolumen 62 mit konstanter Stoffmenge in dem Inneren der Bohrung 48, im Inneren des Spritzenkörpers 40 und in Teilen des Innenraums der Pipettenspitze 52 gebildet. Eine Grenzfläche zwischen einer zu dosierenden Flüssigkeit 64 und dem Gasvolumen 62 ist in 2 mit dem Bezugszeichen 66 bezeichnet. Wiederum ist eine Steuerung 30 vorgesehen, die ausgelegt ist, um die Ausgangssignale des Drucksensors 20 zu empfangen und ansprechend darauf die Antriebseinheit 14 und die durch den Verdränger 58 und den flexiblen Schlauch 56 gebildete Dosiereinheit 70 zu steuern bzw. zu betätigen. Der Betrieb der in 2 gezeigten Vorrichtung kann dem Betrieb des oben bezüglich 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels entsprechen. Zunächst wird die abzugebende Flüssigkeit in die Pipettenspitze 52 eingebracht, beispielsweise durch Aspiration durch den Auslass 60. Dann wird durch Betätigung der Spritzenpumpe der Druck im Inneren der Spritze erhöht, bis der Drucksensor 20 den Druck P₁ anzeigt. Nach Erreichen dieses Drucks wird die Dosiereinheit 70 betätigt, bis der Druck in der Spritze um die Druckdifferenz ΔP abgefallen ist, was einer Abgabe des gewünschten Flüssigkeitsvolumens entspricht. Daraufhin wird die Betätigung der Dosiereinheit 70 beendet.
Bei Freistrahldosierern spielt neben der Erzeugung des Freistrahls mit der geforderten Richtigkeit und Präzision und der Überwachung des Dosiervorgangs, wie sie durch den Drucksensor 20 ermöglicht wird, auch die automatische Wechselbarkeit der kontaminierten Einwegkomponenten eine erhebliche Rolle. Dies ermöglicht das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel auf besonders vorteilhafte Weise, welches als Einwegkomponente die spezielle Pipettenspitze 52 vorsieht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die gesamte Spritzenpumpe nicht als Einwegbauteil konzipiert, sondern als permanente, pneumatische Anriebskomponente, die nicht mit der zu dosierenden Flüssigkeit in Kontakt kommt. Vielmehr befindet sich die zu dosierende Flüssigkeit vollständig in der Einweg-Pipettenspitze, die über einen Konus fluidisch und mechanisch an die Spritzenpumpe, die den Spritzenkörper 40 und den Kolben 42 aufweist, angeschlossen ist und beispielsweise durch Aspiration durch die Auslassöffnung 60 mit Flüssigkeit gefüllt werden kann. Hinsichtlich Pipettenspitze und Spritzenpumpe kann der Aufbau dem einer herkömmlichen Kolbenhubpipette gemäß dem Stand der Technik entsprechen.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird aber zusätzlich zur Kolbenhubpipette, welche alleine keine Freistrahldosierung zuwege bringen könnte, am schlauchförmig ausgeführten Ende der Pipettenspitze 52 eine Dosiereinheit 70 beispielsweise gemäß dem in der WO 2005/016534 A1 beschriebenen Technik realisiert. Hierzu wird eine Betätigungseinrichtung, die als Verdränger 58 bezeichnet wird, in Kontakt mit dem Schlauch 56 gebracht, wobei die Betätigungseinrichtung ebenfalls nicht als Einwegkomponente ausgebildet ist. Durch Betätigung des Verdrängers 58 mittels der Steuerung 30 kann dann ein frei fliegender Tropfen an dem Auslass 60 erzeugt werden. Frei fliegende Tropfen können solange erzeugt werden, bis der durch den Drucksensor 20 erfasste Druck um die Druckdifferenz ΔP abgefallen ist, woraufhin die Betätigung der Dosiereinheit beendet wird. Mit Hilfe des Dosierverfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann somit unter Verwendung einer Kolbenhubpipette, einer entsprechenden speziellen Pipettenspitze und einer entsprechenden Dosiereinheit eine geregelte und überwachte Dosierung aus einer Einweg-Pipettenspitze erfolgen.
Hinsichtlich des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels ist festzuhalten, dass der flexible Schlauch 56 im unbetätigten Zustand keinen Verschluss der Auslassöffnung darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist darauf zu achten, dass der in der Spritzenpumpe und somit der Pipettenspitze erzeugte Druck P₁ geringer ist als der Kapillardruck in dem Schlauch 56, so dass ohne Betätigung der Dosiereinheit 70 keine Flüssigkeit aus dem Auslass 60 austritt.
Der Betrieb des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels ist im Übrigen vergleichbar zu dem Bezug nehmend auf 1 beschriebenen Betrieb, wobei lediglich der Druck P₁ entsprechend anzupassen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgabe eines Flüssigkeitsvolumens, bei denen eine Pumpeinrichtung, beispielsweise ein Spritzenpumpenantrieb, mit mindestens einer zusätzlichen Dosiereinheit (Mikropumpe, Quetschventil, Dosierer gemäß WO 2005/016534 A1 oder ähnliches) zur geregelten und überwachten Förderung von Flüssigkeit verwendet wird. Ein abgeschlossener, kompressibler gasgefüllter Hohlraum ist im Inneren der Pumpeinrichtung (beispielsweise der Spritze) vorhanden und steht zur kontaminationsfreien Erfassung des Spritzeninnendrucks mit einem Drucksensor in fluidischem Kontakt. Der gemessene Druck im eingeschlossenen Hohlraum wird als primäre Größe zur Bestimmung, Regelung und Überwachung der dosierten Stoffmenge nach einem physikalischen Gasgesetz, beispielsweise dem Boyle-Mariotte-Gesetz, verwendet. Das Dosiervolumen kann geregelt werden, indem dem gewünschten Dosiervolumen mittels des Gasgesetzes eine entsprechende Druckdifferenz ΔP eindeutig zugeordnet wird. Da die Regelung lediglich auf die Druckdifferenz bezogen ist, ist es nicht notwendig, den anfänglich herrschenden Druck P₀ wieder einzuregeln. Hierdurch können Fertigungstoleranzen in der Spritzenpumpe und Positionierungstoleranzen des Antriebs ausgeglichen werden und es kann auch mit passiven Dosiereinheiten, beispielsweise Dosierventilen, gegen einen erhöhten Druck an der Abgabestelle gefördert werden.
Obwohl oben Bezug nehmend auf die 1 und 2 spezifische Ausführungsbeispiele unter Verwendung einer Spritzenpumpe als Pumpeinrichtung beschrieben wurden, ist für Fachleute offensichtlich, dass in gleicher Weise andere Pumpeinrichtungen verwendet werden können, mittels denen ein erhöhter Druck in einem Gasvolumen erzeugt werden kann, das mit einem abzugebenden Flüssigkeitsvolumen direkt oder indirekt fluidisch gekoppelt ist.
Mit anderen Worten schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Dosiersystem zur bedarfsabhängigen Dosierung einer Flüssigkeit, das eine Spritzenpumpe, welche ein kompressibles Gasvolumen mit konstanter Stoffmenge einschließt, das mit der zu dosierenden Flüssigkeit in direktem oder indirektem fluidischen Kontakt steht, aufweist. Das Dosiersystem weist einen Drucksensor auf, der mit dem kompressiblen Gasvolumen in fluidischem Kontakt steht und den Druck in diesem Volumen misst. Das Dosiersystem weist einen Antrieb für die Spritzenpumpe auf, welcher in Abhängigkeit des vom Drucksensor ermittelten Drucks geregelt werden kann, und eine Dosiereinheit, welche an den Auslass der Spritzenpumpe angeschlossen ist und Flüssigkeit aus der Spritzenpumpe fördern und/oder ablassen kann.
Die Kenntnis der Art und Größe des eingeschlossenen Gasvolumens bzw. der Stoffmenge des eingeschlossenen Gasvolumens ist für eine hohe Präzision nicht erforderlich. Lediglich zur Verbesserung der Richtigkeit der Dosierung ist es vorteilhaft, dass die Stoffmenge des eingeschlossenen Volumens nicht nur konstant, sondern zusätzlich auch bekannt ist.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das kompressible Gasvolumen durch eine Bohrung im Kolben des Spritzenpumpenantriebs realisiert sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist das kompressible Gasvolumen nicht durch eine Bohrung im Kolben des Spritzenpumpenantriebs realisiert, wobei ein Drucksensor dann auf andere als die gezeigte Art und Weise angeschlossen sein kann. Bei Ausführungsbeispielen können das kompressible Gasvolumen und die zu dosierende Flüssigkeit durch eine elastische Membran fluidisch getrennt sein. Bei Ausführungsbeispielen können alle Komponenten, die mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, als Einweg-Bauteile zur einmaligen Verwendung ausgeführt sein. Bei Ausführungsbeispielen kann die Spritzenpumpe nicht als Einwegbauteil ausgeführt sein. Bei Ausführungsbeispielen kann sich die zu dosierende Flüssigkeit in einer Pipettenspitze befinden. Bei Ausführungsbeispielen können die flüssigkeitskontaminierten Komponenten automatisch gewechselt werden, wobei entsprechende Mittel vorgesehen sein können. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Dosiereinheit am Auslass der Spritzenpumpe als Mikropumpe, als Peristaltikpumpe, als Dosierventil oder als Quetschventil ausgeführt sein. Bei Ausführungsbeispielen kann die Dosiereinheit als Dosiereinheit, wie sie in der WO 2005/016534 A1 beschrieben ist, ausgeführt sein. Bei Ausführungsbeispielen ist der fluidische Kontakt zwischen Drucksensor und eingeschlossenem Gasvolumen über den Kolben der Spritzenpumpe hergestellt. Bei Ausführungsbeispielen kann der Drucksensor verwendet werden, um den mechanischen Kontakt zwischen Spritzenpumpenantrieb und Kolben der Spritzenpumpe zu detektieren. Bei Ausführungsbeispielen kann der Drucksensor als Silizium-Membransensor ausgebildet sein.
Mit weiterhin anderen Worten schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines sensorüberwachten und sensorgeregelten Dosiersystems zur bedarfsabhängigen Dosierung einer Flüssigkeit, mit folgenden Schritten: Aufnehmen der zu dosierenden Flüssigkeit in eine Spritzenpumpe, die einen bekannten Aufbau aufweisen kann, durch Aspiration an der Abgabestelle oder Befüllung des Spritzenkörpers vor dem Einsetzen des Kolbens; Erzeugen eines Überdrucks innerhalb der Spritzenpumpe durch Betätigen des Kolbens der Spritzenpumpe mit Hilfe eines Spritzenpumpenantriebs, bis der Druck innerhalb der Spritzenpumpe einen geänderten Druckwert P₁ annimmt; und Förderung der Flüssigkeit und damit verbundenen Dosierung der Flüssigkeit an der Abgabestelle durch Betätigen einer am Auslaufende der Spritzenpumpe befindlichen Dosiereinheit bis sich eine Verringerung des in der Spritzenpumpe herrschenden Drucks um einen Wert ΔP ergeben hat, welcher dem zu dosierenden Volumen gemäß einem physikalischen Gasgesetz entspricht.
Für passive Dosiereinheiten wird zur Abgabe von Flüssigkeit ein erhöhter Druckwert P₁ erzeugt, der gemäß einem physikalischen Gasgesetz mindestens dem zu dosierenden Volumen entspricht. Für aktive Dosiereinheiten ist dies nicht erforderlich. Lediglich der Druck am Ende der Dosierung wäre dann kleiner als P₀, was jedoch kein Problem darstellt.
Bei Verfahren gemäß solchen Ausführungsbeispielen kann der zeitlich veränderliche Druck während der Abgabe der Flüssigkeit aufgezeichnet werden. Aus dem aufgezeichneten zeitlich veränderlichen Druck während der Abgabe der Flüssigkeit kann die Flussrate der Dosierung bestimmt werden. Aus dem aufgezeichneten zeitlich veränderlichen Druck während der Abgabe der Flüssigkeit kann das insgesamt abgegebene Volumen berechnet werden. Aus dem aufgezeichneten zeitlich veränderlichen Druck während der Abgabe der Flüssigkeit können Störungen des Dosiervorgangs, wie beispielsweise eine verstopfte Abgabestelle, ermittelt werden. Aus dem aufgezeichneten zeitlich veränderlichen Druck während der Abgabe der Flüssigkeit können weitere Informationen oder andere für die Dosierqualität relevante Größen wie z. B. die Dosierdauer gewonnen werden, welche für die weitere Präzisionserhöhungen bei nachfolgenden Dosierungen berücksichtigt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008053411 A1 [0004]
WO 96/11024 A1 [0005, 0005]
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DE 10337484 [0060]

Claims

Vorrichtung zur Abgabe oder Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens, mit folgenden Merkmalen: einem Flüssigkeitsbehälter (10; 52) mit einem Auslass (14; 60); einer Druckerzeugungseinrichtung (10, 12, 14; 40, 42), die ausgelegt ist, um ein in dem Flüssigkeitsbehälter (10; 52) eingeschlossenes kompressibles Gasvolumen (26; 62) mit konstanter Stoffmenge mit einem Druck zu beaufschlagen, wobei das Gasvolumen (26; 62) mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in einem direkten oder indirekten fluidischen Kontakt steht; einer Dosiereinrichtung (16; 70), die mit dem Auslass (14; 60) des Flüssigkeitsbehälters (10; 52) gekoppelt ist und die betätigbar ist, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit den Auslass (14; 60) passiert; einem Drucksensor (20) zum Messen eines in dem Gasvolumen (26; 62) vorliegenden Drucks und zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das den in dem Gasvolumen (26; 62) vorliegenden Druck anzeigt; und einer Steuerung (30), die mit der Druckerzeugungseinrichtung (10, 12, 14; 40, 42), der Dosiereinrichtung (16; 70) und dem Drucksensor (20) gekoppelt ist, und ausgelegt ist, um: die Druckerzeugungseinrichtung (10, 12, 14; 40, 42) zu steuern, um den Druck in dem Gasvolumen (26; 62) zu verändern bis das Ausgangssignal des Drucksensors (20) einen ersten Druck anzeigt, während die Dosiereinrichtung (16; 70) nicht betätigt wird, so dass sie verhindert, dass Flüssigkeit den Auslass (14; 60) passiert, abhängig von dem Ausgangssignal des Drucksensors (20) die Dosiereinrichtung (16; 70) zu betätigen, um Flüssigkeit durch den Auslass (14; 60) abzugeben oder aufzunehmen, und während der Abgabe oder Aufnahme von Flüssigkeit durch den Auslass (14; 60) das Ausgangssignal des Drucksensors (20) zu überwachen und abhängig von dem überwachten Ausgangssignal des Drucksensors (20) die Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) zumindest temporär zu beenden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung (30) ausgelegt ist, um die Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) zu beenden, wenn das überwachte Ausgangssignal des Drucksensors (20) anzeigt, dass sich der Druck in dem Gasvolumen (26; 62) um eine vorbestimmte Druckdifferenz geändert hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung (30) ausgelegt ist, um die Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) zu beenden, wenn das überwachte Ausgangssignal des Drucksensors (20) über der Zeit eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung (30) ausgelegt ist, um basierend auf den Ausgangssignalen des Drucksensors (20) über der Zeit eine Flussrate eines Flusses der Flüssigkeit durch den Auslass (14; 60) und/oder ein insgesamt abgegebenes oder aufgenommenes Flüssigkeitsvolumen zu berechnen und die Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) zu beenden, wenn die Flussrate und/oder das insgesamt abgegebene oder aufgenommene Flüssigkeitsvolumen die Abgabe oder Aufnahme eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens anzeigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Steuerung (30) ausgelegt ist, um basierend auf den Ausgangssignalen des Drucksensors (20) das Vorliegen einer Störung zu erfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Druckerzeugungseinrichtung (10, 12, 14; 40, 42) eine Spritzenpumpe mit einem Spritzenkörper (10; 40) und einem Kolben (12; 42) aufweist, wobei der Kolben (12; 42) zur Änderung des Drucks in dem Gasvolumen (26; 62) relativ zu dem Spritzenkörper (10; 40) mittels eines Antriebs (14) beweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Kolben (12; 42) der Spritzenpumpe eine Bohrung (18; 48) aufweist, wobei zumindest Teile des kompressiblen Gasvolumens (26; 62) in der Bohrung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Drucksensor (20) über die Bohrung (18; 48) mit dem eingeschlossenen Gasvolumen (26; 62) in fluidischem Kontakt steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der der Flüssigkeitsbehälter (10) zumindest teilweise durch den Spritzenkörper definiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei der der Flüssigkeitsbehälter (52) als ein von der Pumpeinrichtung (14, 40, 42) abnehmbares Bauteil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Flüssigkeitsbehälter (52) als eine auf die Druckerzeugungseinrichtung (14, 40, 42) aufsetzbare Pipettenspitze ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die eine flexible Membran aufweist, die die abzugebende Flüssigkeit und das kompressible Gasvolumen (26; 62) fluidisch trennt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Dosiereinrichtung (16; 70) als eine Mikropumpe, eine Peristaltikpumpe, ein Dosierventil oder ein Quetschventil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Dosiereinrichtung (70) einen flexiblen Schlauch (56) und einen Verdränger (58) aufweist, durch den das Volumen eines Abschnitts des flexiblen Schlauchs (56) veränderbar ist, um die abzugebende Flüssigkeit als frei fliegende Tröpfchen oder als frei fliegender Strahl abzugeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die Steuerung ausgelegt ist, um nach der zumindest temporären Beendigung der Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) die Dosiereinrichtung (16; 70) zumindest einmal nochmals zu betätigen und diese nochmalige Betätigung abhängig von dem Ausgangssignal des Drucksensors (20) zu beenden, so dass iterativ mehrere Teilvolumina der Flüssigkeit aus dem Auslass (14; 60) abgegeben oder aufgenommen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Steuerung ausgelegt ist, um bei dem iterativen Ausstoß eines weiteren Teilvolumens hinsichtlich der Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) Daten, die bei der Abgabe oder Aufnahme eines vorherigen Teilvolumens gewonnen wurden, zu berücksichtigen.
Verfahren zur Abgabe oder Aufnahme eines Flüssigkeitsvolumens, mit folgenden Merkmalen: Bereitstellen einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter (10; 52), der einen Auslass (14; 60) aufweist; Bereitstellen eines kompressiblen eingeschlossenen Gasvolumens (26; 62) mit konstanter Stoffmenge, das mit der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter in einem direkten oder indirekten fluidischen Kontakt steht; Verändern des Drucks in dem Gasvolumen (26; 62), bis ein Drucksensor (20) anzeigt, dass ein erster Druck in dem Gasvolumen (26; 62) herrscht; Betätigen einer Dosiereinrichtung (16; 70), die mit dem Auslass (14; 60) des Flüssigkeitsbehälters (10; 52) gekoppelt ist, um dadurch Flüssigkeit durch den Auslass (14; 60) aus dem Flüssigkeitsbehälter (10; 52) abzugeben oder in den Flüssigkeitsbehälter (10; 52) aufzunehmen; während der Abgabe oder Aufnahme von Flüssigkeit durch den Auslass (14; 60), Überwachen des Ausgangssignals des Drucksensors (20); und abhängig von dem überwachten Ausgangssignal des Drucksensors (20), zumindest temporäres Beenden der Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70).
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) beendet wird, wenn das überwachte Ausgangssignal des Drucksensors (20) anzeigt, dass sich der Druck in dem Gasvolumen (26; 62) um eine vorbestimmte Druckdifferenz geändert hat.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) beendet wird, wenn das überwachte Ausgangssignal des Drucksensors (20) über der Zeit eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem basierend auf den Ausgangssignalen des Drucksensors (20) über der Zeit eine Flussrate eines Flusses der Flüssigkeit durch den Auslass (14; 60) und/oder ein insgesamt abgegebenes oder aufgenommenes Flüssigkeitsvolumen berechnet wird und die Betätigung der Dosiereinrichtung (16; 70) beendet wird, wenn die Flussrate und/oder das insgesamt abgegebene oder aufgenommene Flüssigkeitsvolumen die Abgabe oder Aufnahme eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem der Druck mittels eines Antreibens eines Kolbens einer Spritze verändert wird, wobei die Flüssigkeit durch Aspiration an dem Auslass (14; 60) oder durch Befüllung vor einem Einsetzen des Kolbens in einen Spritzenkörper der Spritze in die Spritze oder eine mit der Spritze mechanisch und fluidisch gekoppelte Pipettenspitze eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem das dosierte Flüssigkeitsvolumen in mindestens zwei Teilvolumina durch wiederholte Betätigung und Beendigung der Betätigung der Dosiereinrichtung abgegeben oder aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem zur Regelung des dosierten Flüssigkeitsvolumens Daten, die bei der Abgabe oder Aufnahme eines vorausgehenden Teilvolumens gewonnen wurden, zusätzlich zu dem während der Dosierung erfassten Sensorsignal zur Regelung des dosierten Flüssigkeitsvolumens verwendet werden.