Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung. The present invention relates to an apparatus and a method for monitoring the presence of interchangeable consumables in a pipetting device.
Bei Pipettierrobotern mit einer großen Anzahl von Pipettiervorrichtungen, die jeweils gleichzeitig und automatisch mit einer Flüssigkeitsprobe befüllt werden und diese wiederum in Behälter abgeben, müssen Verbrauchsmaterialien wie beispielsweise Kapillaren nach ihrer Verwendung schnell austauschbar sein. Dies schließt eine Überprüfung ein, dass in jeder einzelnen Pipettiervorrichtung das neue Material korrekt eingesetzt ist, so dass ein neuer Pipettiervorgang vom Pipettierroboter gestartet werden kann. Dabei kommt eine nicht automatisierte, sondern rein visuelle Inspektion des Funktionszustands sämtlicher einzelner Pipettiervorrichtungen aufgrund der Menge an zu überprüfenden Kapillaren und des damit verbundenen Zeitaufwands nicht infrage. In the case of pipetting robots with a large number of pipetting devices, which are each filled simultaneously and automatically with a liquid sample and in turn deliver it into containers, consumables such as capillaries must be able to be exchanged quickly after use. This includes a check that the new material is correctly inserted in each individual pipetting device, so that a new pipetting process can be started by the pipetting robot. It is not a question of a non-automated, but purely visual inspection of the functional state of all individual pipetting devices due to the amount of capillaries to be checked and the associated time required.
Bisher werden bei jeder Pipettiervorrichtung die Befestigungseinrichtungen, die für das automatische Auswechseln von Kapillaren verwendet werden, anhand einer Positionsbestimmung der mechanischen Schalterkomponenten überwacht. Dies erfordert jedoch eine hohe Anzahl von Sensoren, was die Komplexität der Anwesenheitsüberwachung erhöht. So far, in each pipetting device, the fastening devices used for the automatic replacement of capillaries are monitored by determining the position of the mechanical switch components. However, this requires a large number of sensors, which increases the complexity of presence monitoring.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung bereitzustellen, die bzw. das einfach aufgebaut sowie kostengünstig ist und eine schnelle, effektive und automatisierte Erkennung von Anwesenheitsfehlern von Verbrauchsmaterialien bietet. It is therefore the object of the present invention to provide a device and a method for monitoring the presence of replaceable consumables in a pipetting device, which is simple in construction and inexpensive and provides a fast, effective and automated detection of presence of consumables.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and embodiments are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Halteeinrichtung, mittels der ein Kolben lösbar befestigbar ist, der dazu eingerichtet ist, innerhalb einer Kapillare verschoben zu werden, um eine Flüssigkeit zu aspirieren oder abzugeben, eine zweite Halteeinrichtung, mittels der die Kapillare lösbar befestigbar ist, und eine elektrische Schaltung, die zur Erzeugung eines Referenzsignals und/oder zur Messung eines Auswertesignals und/oder zur Auswertung des Auswertesignals geeignet ist, wobei die erste Halteeinrichtung mit einer Signalelektrode verbunden ist, an die das Referenzsignal der elektrischen Schaltung gekoppelt ist, und wobei die zweite Halteeinrichtung mit einer Abschirmelektrode der elektrischen Schaltung verbunden ist, wobei die elektrische Schaltung geeignet ist, anhand des Signalverlaufs des Auswertesignals zu erfassen, ob in der ersten Halteeinrichtung ein Kolben und ob in der zweiten Halteeinrichtung eine Kapillare vorhanden ist oder nicht. According to the invention, a device is provided for monitoring the presence of interchangeable consumables in a pipetting device, the device comprising: a first holding device, by means of which a piston can be detachably fastened, which is adapted to be displaced within a capillary, in order to aspirate or dispense a liquid, a second holding device, by means of which the capillary can be detachably fastened, and an electrical circuit which is suitable for generating a reference signal and / or for measuring an evaluation signal and / or for evaluating the evaluation signal, the first holding device being connected to a signal electrode wherein the reference signal of the electrical circuit is coupled, and wherein the second holding device is connected to a shielding electrode of the electrical circuit, wherein the electrical circuit is adapted to detect on the basis of the waveform of the evaluation signal, whether in the first Holding a piston and whether in the second holding device, a capillary is present or not.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich auf einfache Weise mit relativ wenigen Bauelementen die Anwesenheit von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung überwachen. Die für die elektrische Schaltung notwendigen Elemente weisen eine geringe Komplexität auf und sind günstig verfügbar. Weiterhin kann so auf die bisher notwendigen zusätzlichen Sensoren zur Anwesenheitsüberwachung verzichtet werden, was die Kosten noch weiter verringert. With the device according to the invention can be monitored in a simple manner with relatively few components, the presence of replaceable consumables in a pipetting device. The necessary elements for the electrical circuit have a low complexity and are cheap available. Furthermore, it is possible to dispense with the previously necessary additional sensors for presence monitoring, which further reduces the costs.
Mit Vorteil weist die erste Halteeinrichtung eine erste Stellung, in der der Kolben befestigt ist, und eine zweite Stellung auf, in der kein Kolben befestigt ist, und dass die zweite Halteeinrichtung eine erste Stellung, in der die Kapillare befestigt ist, und eine zweite Stellung aufweist, in der keine Kapillare befestigt ist. Die sich deutlich voneinander unterscheidenden Stellungen lassen sich mit geringem Aufwand ermitteln, insbesondere durch eine Auswertung mit elektrischen Mitteln. Advantageously, the first holding device has a first position, in which the piston is fastened, and a second position, in which no piston is fastened, and in that the second holding device has a first position, in which the capillary is fastened, and a second position has, in which no capillary is attached. The distinctively different positions can be determined with little effort, in particular by an evaluation with electrical means.
Bevorzugt ist zwischen der ersten und der zweiten Halteeinrichtung eine Isolationshülse angeordnet. Dadurch sind die Zustände der beiden Halteeinrichtungen getrennt voneinander feststellbar. Preferably, an insulating sleeve is arranged between the first and the second holding device. As a result, the states of the two holding devices are detected separately from each other.
Mit besonderem Vorteil ist das Referenzsignal ein hochfrequentes Taktsignal. Ein derartiges Hochfrequenzsignal lässt sich auf einfache Weise erzeugen und auch auswerten. With particular advantage, the reference signal is a high-frequency clock signal. Such a high-frequency signal can be generated and evaluated in a simple manner.
Vorteilhafterweise weist die erste Halteeinrichtung eine erste Spannzange, eine um die erste Spannzange herum angeordnete erste Spannhülse und ein dazwischen angeordnetes erstes Federelement auf, wobei eine axiale Verschiebung der ersten Spannhülse bezüglich der ersten Spannzange in eine radiale Kraft umgesetzt wird, so dass der Kolben in der ersten Halteeinrichtung fixiert ist. Ebenso weist die zweite Halteeinrichtung bevorzugt eine zweite Spannzange, eine um die zweite Spannzange herum angeordnete zweite Spannhülse und ein dazwischen angeordnetes zweites Federelement auf, wobei eine axiale Verschiebung der zweiten Spannhülse bezüglich der zweiten Spannzange in eine radiale Kraft umgesetzt wird, so dass die Kapillare in der zweiten Halteeinrichtung lösbar fixiert ist. Derartige Konstruktionen sind mechanisch einfach, zuverlässig und wenig anfällig. Sie lassen sich mittels elektrischer Mittel auch einfach auswerten. Das erste bzw. zweite Federelement sorgt dabei jeweils dafür, dass sich die erste bzw. zweite Spannhülse nicht von der ersten bzw. zweiten Spannzange in axialer Richtung bewegen kann, ohne eine Kraft entgegen der Federkraft des entsprechenden Federelements aufzuwenden. Dies stellt eine einfache mechanische Konstruktion dar und sorgt für ein stabiles Halten in jeder Stellung. Alternativ kann anstelle der Federelemente auch eine andere mechanische, elektrische oder in gleicher Weise geeignete Antriebseinrichtung verwendet werden. Advantageously, the first holding device has a first collet, a first collet disposed around the first collet and a first spring member disposed therebetween, wherein an axial displacement of the first collet with respect to the first collet is converted into a radial force such that the piston in the first holding device is fixed. Likewise, the second holding device preferably has a second collet, a second clamping sleeve arranged around the second collet, and a second spring element arranged therebetween, wherein an axial displacement of the second collet with respect to the second collet is converted into a radial force, so that the capillary in the second holding device is releasably fixed. Such constructions are mechanically simple, reliable and less susceptible. They can also be easily evaluated by means of electrical means. The first and second spring element ensures each case ensure that the first and second clamping sleeve can not move from the first and second collets in the axial direction, without applying a force against the spring force of the corresponding spring element. This is a simple mechanical construction and provides a stable hold in any position. Alternatively, instead of the spring elements, it is also possible to use another mechanical, electrical or similarly suitable drive device.
Mit weiterem Vorteil ist die erste Halteeinrichtung mit einem elektrisch nicht leitenden ersten Halteelement verbunden ist, wobei das erste Halteelement von einer Antriebseinrichtung bewegbar ist. Bestandteile der ersten Halteeinrichtung lassen sich damit von der Antriebseinrichtung derart bewegen, dass dadurch ein Übergang von der ersten in die zweite Stellung und umgekehrt möglich ist. With further advantage, the first holding device is connected to an electrically non-conductive first holding element, wherein the first holding element is movable by a drive device. Components of the first holding device can thus be moved by the drive device such that thereby a transition from the first to the second position and vice versa is possible.
Bevorzugt ist die zweite Halteeinrichtung mit einem elektrisch nicht leitenden zweiten Halteelement verbunden, das auf einer elektrisch geerdeten Grundplatte angeordnet ist. Dabei ist die Spannhülse der zweiten Halteeinrichtung in der zweiten Stellung derart mit der Grundplatte elektrisch verbunden ist, dass das elektrische Potential der zweiten Halteeinrichtung auf Erdpotential liegt. Ein Ermitteln der ersten und zweiten Stellung der zweiten Halteeinrichtung mittels der elektrischen Schaltung ist damit ohne hohen Aufwand möglich. Preferably, the second holding device is connected to an electrically non-conductive second holding element, which is arranged on an electrically grounded base plate. In this case, the clamping sleeve of the second holding device in the second position is electrically connected to the base plate such that the electrical potential of the second holding device is at ground potential. Determining the first and second positions of the second holding device by means of the electrical circuit is thus possible without much effort.
In ähnlicher Weise ist es vorteilhaft, dass die Spannhülse der ersten Halteeinrichtung in der zweiten Stellung derart elektrisch mit der Abschirmelektrode verbunden ist, dass das elektrische Potential der ersten Halteeinrichtung auf dem Abschirmpotential liegt. Similarly, it is advantageous that the clamping sleeve of the first holding device in the second position is electrically connected to the shielding electrode such that the electrical potential of the first holding device is at the shielding potential.
Besonders bevorzugt ist, dass die Spannhülsen der ersten und zweiten Halteeinrichtung jeweils mechanisch von geeigneten Verschiebemitteln bewegbar sind. Dies können beispielsweise mechanische, elektrische, hydraulische, pneumatische oder Piezo-Antriebsmittel sein. It is particularly preferred that the clamping sleeves of the first and second holding means are each mechanically movable by suitable displacement means. These may be, for example, mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic or piezo-drive means.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein System zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien einer Pipettiervorrichtung, umfassend mindestens eine Pipettiervorrichtung, eine Vorrichtung zum Verfahren der mindestens einen Pipettiervorrichtung in X- und/oder Y-Richtung und/oder Z-Richtung, eine Vorrichtung zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien einer Pipettiervorrichtung wie oben beschrieben, eine programmierbare Steuervorrichtung, insbesondere zur Auswertung der Anwesenheitsüberwachung, und eine Anzeigevorrichtung, insbesondere zur Darstellung der Auswertung der Anwesenheitsüberwachung. Furthermore, according to the invention, a system for monitoring the presence of replaceable consumables of a pipetting device, comprising at least one pipetting device, a device for moving the at least one pipetting device in the X and / or Y direction and / or Z direction, a device for monitoring the presence of replaceable consumables one Pipetting device as described above, a programmable control device, in particular for evaluating the presence monitoring, and a display device, in particular for displaying the evaluation of the presence monitoring.
Ebenso erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Pipettiervorrichtung, Bereitstellen einer Vorrichtung zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien einer Pipettiervorrichtung wie oben beschrieben, Bereitstellen eines Referenzsignals durch die elektrische Schaltung an der Signalelektrode, Erfassen eines Auswertesignals in der elektrischen Schaltung, und Auswerten des Auswertesignals und Bestimmen, ob der Kolben und/oder die Kapillare wirksam angeordnet sind oder nicht. Also according to the invention is a method for monitoring the presence of interchangeable consumables in a pipetting device, comprising the steps of: providing a pipetting device, providing a device for monitoring the presence of replaceable consumables of a pipetting device as described above, providing a reference signal by the electrical circuit to the signal electrode, detecting a Evaluation signal in the electrical circuit, and evaluating the evaluation signal and determining whether the piston and / or the capillary are arranged efficiently or not.
Bevorzugt weist das Verfahren zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung auch das Bereitstellen des Auswertesignals als Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung auf. Auch der Abbruch eines Pipettiervorgangs kann als Folge des Überwachungsverfahrens umfasst sein, um einen Fehler frühzeitig beheben zu können und damit die negativen Konsequenzen auf einen Produktionsprozess möglichst gering zu halten. The method for monitoring the presence of interchangeable consumables in a pipetting device preferably also comprises the provision of the evaluation signal as a display on a display device. Also, the discontinuation of a pipetting process may be included as a result of the monitoring process in order to remedy a fault early and thus minimize the negative consequences on a production process.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Es zeigen: Further details, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the drawings of an embodiment of the present invention. Show it:
1 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Position; 1 a cross-sectional view of a preferred embodiment of the device according to the invention in a first position;
2 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Position; 2 a cross-sectional view of a preferred embodiment of the device according to the invention in a second position;
3 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Position; und 3 a cross-sectional view of a preferred embodiment of the device according to the invention in a third position; and
4 eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im eingebauten Zustand mit Bestandteilen eines Pipettierroboters; und 4 a perspective view of the preferred embodiment of the device according to the invention in the installed state with components of a pipetting robot; and
5 ein Schaltbild einer elektrischen Schaltung zur Verwendung mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 5 a circuit diagram of an electrical circuit for use with the preferred embodiment of the device according to the invention.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung, die für den Einsatz in einem Pipettierroboter optimiert ist, so dass eine Vielzahl von matrixartig senkrecht und parallel zueinander angeordneten Pipettiervorrichtungen eine entsprechende Mehrzahl von Pipettiervorgängen gleichzeitig durchführen können. Die Vorrichtung der 1 ist dabei in einer ersten Position dargestellt, wobei das Verbrauchsmaterial, also ein Kapillare 5 und ein Kolben 3, in die Vorrichtung eingesetzt ist. Das der Pipettiervorrichtung zugrunde liegende Funktionsprinzip der hier verwendeten direktverdrängenden Kolbenhubpipette ist dem Fachmann bekannt und wird deshalb an dieser Stelle nicht detailliert ausgeführt. 1 shows a cross-sectional view of a preferred embodiment of the inventive device for monitoring the presence of removable consumables in a pipetting optimized for use in a pipetting robot, so that a plurality of matrix-like vertical and parallel to each other arranged pipetting devices can perform a corresponding plurality of pipetting operations simultaneously. The device of 1 is shown in a first position, wherein the consumable material, so a capillary 5 and a piston 3 , is inserted in the device. The operating principle underlying the pipetting device of the direct displacement piston pipette used here is known to the person skilled in the art and is therefore not described in detail here.
Der Kolben 3 wird von einer ersten Halteeinrichtung gehalten, die eine erste Spannzange 11, eine Kolbenstange 12, eine erste Spannhülse 13, eine Haltefeder 14 und ein erstes Federelement 15 umfasst. Im oberen Bereich ist die erste Halteeinrichtung an einem ersten Halteelement 9 befestigt, das in der dargestellten Ausführungsform aus einem nicht leitenden Kunststoff ausgebildet ist und mit einer (in 1 nicht dargestellten) Antriebseinrichtung verbunden ist, um die erste Halteeinrichtung gegebenenfalls mit dem Kolben 3 zu bewegen. The piston 3 is held by a first holding device, which is a first collet 11 , a piston rod 12 , a first clamping sleeve 13 , a retaining spring 14 and a first spring element 15 includes. In the upper area, the first holding device is on a first holding element 9 fixed, which is formed in the illustrated embodiment of a non-conductive plastic and with a (in 1 not shown) drive means is connected to the first holding means optionally with the piston 3 to move.
Die erste Spannzange 11 ist im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und weist im oberen Bereich, der mit dem ersten Halteelement 9 in Verbindung steht, einen Flansch auf, der als Anschlag für das erste Federelement 15 dient. Das erste Federelement 15 ist um den mittleren Bereich der ersten Spannzange 11 herum angeordnet und dient dazu, die Wechselwirkung zwischen der ersten Spannzange 11 und der ersten Spannhülse 13 zu beeinflussen. Die erste Spannhülse 13 ist um die erste Spannzange 11 herum angeordnet und weist deshalb ebenfalls eine im Wesentlichen rohrförmige Form auf. In ihrem oberen Bereich weist die erste Spannhülse 13 einen flanschartigen Bereich auf, dessen Funktion weiter unten näher erläutert werden wird. Ebenfalls in ihrem oberen Bereich weist die erste Spannhülse 13 eine zylinderförmige Ausnehmung auf, damit sich das erste Federelement 15 darin bis zum Boden der Ausnehmung bewegen kann. Sowohl die erste Spannzange 11 als auch die erste Spannhülse 13 sind vorzugsweise aus elektrisch leitendem Material ausgebildet. The first collet 11 is substantially tubular and has in the upper region, with the first holding element 9 is in communication with a flange, which serves as a stop for the first spring element 15 serves. The first spring element 15 is around the middle area of the first collet 11 arranged around and serves the interaction between the first collet 11 and the first clamping sleeve 13 to influence. The first clamping sleeve 13 is the first collet 11 arranged around and therefore also has a substantially tubular shape. In its upper part, the first clamping sleeve 13 a flange-like area, whose function will be explained in more detail below. Also in its upper part, the first clamping sleeve 13 a cylindrical recess, so that the first spring element 15 can move it to the bottom of the recess. Both the first collet 11 as well as the first clamping sleeve 13 are preferably formed of electrically conductive material.
In ihrem unteren Bereich weist die erste Spannzange 11 einen konisch auseinander laufenden Bereich auf, so dass sich dort eine Art Spannbacken ausbilden. In diesem Bereich der Spannbacken endet auf deren äußerer Oberfläche der rohrartige untere Bereich der ersten Spannhülse 13. Im Inneren der ersten Spannzange 11 ist im oberen und mittleren Bereich eine Kolbenstange 12 angeordnet, die über eine Haltefeder 14 mit dem ersten Halteelement 9 verbunden ist. Im unteren Bereich der ersten Spannzange 11 endet die Kolbenstange 12 und bildet einen Anschlag für den Kolben 3, wobei ein Zapfen 4, der das obere Ende des Kolbens 3 darstellt, an das untere Ende der Kolbenstange 12 anstößt und von den Spannbacken der ersten Spannzange 11 umschlossen und gehalten wird, sofern die erste Halteeinrichtung sich in der ersten, geschlossenen Stellung befindet. In its lower part, the first collet points 11 a conically divergent area, so that there form a kind of clamping jaws. In this region of the clamping jaws ends on the outer surface of the tubular lower portion of the first clamping sleeve 13 , Inside the first collet 11 is a piston rod in the upper and middle area 12 arranged, which has a retaining spring 14 with the first holding element 9 connected is. At the bottom of the first collet 11 ends the piston rod 12 and forms a stop for the piston 3 , where a pin 4 , which is the upper end of the piston 3 represents, to the lower end of the piston rod 12 abuts and from the jaws of the first collet 11 is enclosed and held, provided that the first holding device is in the first, closed position.
Außen um den mittleren und unteren Bereich der ersten Halteeinrichtung herum ist eine zweite Halteeinrichtung angeordnet, die eine zweite Spannzange 19, eine zweite Spannhülse 21, sowie ein zweites Federelement 13 umfasst. Die zweite Spannzange 19 erstreckt sich wie erwähnt außen um den mittleren und unteren Bereich der ersten Halteeinrichtung herum und ist mit einem zweiten Halteelement 17 verbunden. Sowohl die zweite Spannzange 19 als auch die zweite Spannhülse 21 sind vorzugsweise aus elektrisch leitendem Material ausgebildet. Zwischen der zweiten Spannzange 19 und der ersten Spannhülse 13 ist eine Isolierhülse 16 angeordnet, um die elektrischen Potentiale der ersten und zweiten Halteeinrichtung voneinander zu trennen. Externally around the middle and lower region of the first holding device around a second holding device is arranged, which is a second collet 19 , a second clamping sleeve 21 , as well as a second spring element 13 includes. The second collet 19 extends as mentioned outside around the middle and lower portion of the first holding device around and is provided with a second holding element 17 connected. Both the second collet 19 as well as the second clamping sleeve 21 are preferably formed of electrically conductive material. Between the second collet 19 and the first clamping sleeve 13 is an insulating sleeve 16 arranged to separate the electrical potentials of the first and second holding device from each other.
Die im Wesentlichen rohrförmig ausgebildete zweite Spannzange 19 weist in ihrem oberen Bereich auf der Außenseite einen flanschartigen Bereich auf, der als oberer Anschlag für das zweite Federelement 23 dient, das die zweite Spannzange 19 umgibt. Das andere, untere Ende des zweiten Federelements 23 stößt an einen Anschlag innerhalb einer zylinderförmigen Ausnehmung der zweiten Spannhülse 21, so dass das zweite Federelement 23 zwischen der zweiten Spannzange 19 und der zweiten Spannhülse 21 gehalten ist. Der untere Bereich der zweiten Spannzange 19 verläuft im Wesentlichen konisch anwachsend an, so dass die in diesem Bereich um die zweite Spannzange 19 herum angeordnete zweite Spannhülse 21 die äußere Oberfläche der zweiten Spannzange 19 berührt und dort für eine Spann- oder Klemmwirkung für die Kapillare 5 sorgt, wie weiter unten detailliert beschrieben ist. The substantially tubular second collet 19 has in its upper region on the outside of a flange-like area, which serves as an upper stop for the second spring element 23 serves that the second collet 19 surrounds. The other, lower end of the second spring element 23 abuts a stop within a cylindrical recess of the second clamping sleeve 21 so that the second spring element 23 between the second collet 19 and the second clamping sleeve 21 is held. The lower part of the second collet 19 runs essentially conically growing, so that in this area around the second collet 19 arranged around second clamping sleeve 21 the outer surface of the second collet 19 touched and there for a clamping or clamping action for the capillary 5 ensures, as described in detail below.
Das zweite Halteelement 17 weist auf seiner nach oben zeigenden Oberfläche eine Abschirmelektrode 27 auf, gegen die der flanschartige, obere Bereich der ersten Spannhülse 13 durch die Kraft des ersten Federelements 15 gedrückt wird. Das zweite Halteelement 17 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform aus einem nicht elektrisch leitenden Kunststoffmaterial ausgebildet und steht auf einer Grundplatte 7 eines Gehäuses der Pipettiervorrichtung 1, wobei das Gehäuse auf einem elektrischen Erdpotential liegt. The second holding element 17 has on its upwardly facing surface a shielding electrode 27 on, against which the flange, upper portion of the first clamping sleeve 13 by the force of the first spring element 15 is pressed. The second holding element 17 is formed in this preferred embodiment of a non-electrically conductive plastic material and stands on a base plate 7 a housing of the pipetting device 1 , wherein the housing is at an electrical ground potential.
Im Folgenden wird die Halte- bzw. Spannfunktion der ersten und zweiten Halteeinrichtung beschrieben. In the following, the holding or clamping function of the first and second holding device will be described.
Die Klemmmechanismen der ersten und zweiten Halteeinrichtung bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung funktionieren nach demselben Prinzip: Ein offenes Ende einer rohrförmigen Spannzange wird derart über ein Ende eines zu klemmenden bzw. zu haltenden Gegenstandes geschoben, so dass sich zwischen den beiden Elementen lediglich ein kleiner Zwischenraum ergibt. Anschließend wird eine außen um die Spannzange herum angeordnete Spannhülse axial bewegt, so dass sich eine innere Oberfläche des unteren Bereichs der Spannhülse gegen die konisch nach außen sich erweiternde äußere Oberfläche eines Endes der Spannzange bewegt und damit eine radiale Kraft auf die Spannzange ausübt, die nach innen gerichtet ist und einen innerhalb der Spannzange befindlichen Gegenstand festklemmt bzw. festspannt. Die axial auf die äußeren Spannhülse wirkende Verschiebekraft bewirkt damit durch die Interaktion mit der Spannzange eine radial wirkende Klemmkraft auf den zu klemmenden bzw. zu spannenden Gegenstand. The clamping mechanisms of the first and second holding means in the preferred embodiment of the device according to the invention operate on the same principle: an open end of a tubular collet is so pushed over one end of an object to be clamped or held, so that there is only a small gap between the two elements. Subsequently, a clamping sleeve disposed externally around the collet is moved axially, so that an inner surface of the lower portion of the collet moves against the conically outwardly flared outer surface of one end of the collet, thereby exerting a radial force on the collet chuck is directed inside and clamped or clamped a located inside the collet object. The axially acting on the outer clamping sleeve displacement force thus effected by the interaction with the collet a radially acting clamping force on the clamped or exciting object.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird der Kolben 3 von der ersten Halteeinrichtung und die Kapillare 5 von der zweiten Halteeinrichtung geklemmt. Da Kolben 3 und Kapillare 5 zusammen das Verbrauchsmaterial bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden, denn nach einem Pipettiervorgang müssen aus Hygienegründen sowohl Kolben als auch Kapillare ausgetauscht werden, klemmen die erste und zweite Halteeinrichtung nach dem Einschieben des Kolbens 3 und der Kapillare 5 in einer offenen Stellung diese fest, und zwar unabhängig voneinander, denn der Kolben 3 muss beweglich innerhalb der Kapillare 5 sein. In der in 1 dargestellten Position befinden sich sowohl die erste Halteeinrichtung als auch die zweite Halteeinrichtung in ihrer ersten Stellung, in der der Kolben 3 bzw. die Kapillare 5 fixiert sind. In the embodiment shown here, the piston 3 from the first holding device and the capillary 5 clamped by the second holding device. Because pistons 3 and capillary 5 Together form the consumable material in the device according to the invention, because after a pipetting process, both pistons and capillaries must be replaced for reasons of hygiene, clamp the first and second holding device after the insertion of the piston 3 and the capillary 5 in an open position these firmly, and independently of each other, because the piston 3 must be mobile within the capillary 5 be. In the in 1 In the position shown, both the first holding device and the second holding device are in their first position, in which the piston 3 or the capillary 5 are fixed.
An dieser Stelle ist anzumerken, dass die innerhalb der ersten Halteeinrichtung angeordnete Kolbenstange 12 derart eingerichtet ist, dass sie nicht notwendigerweise von der ersten Spannzange 11 fixiert werden muss, sobald die erste Spannhülse 13 entsprechend axial verschoben wird und den Zapfen 4 des Kolbens 3 fixiert. Die Funktion der Kolbenstange ist es insbesondere, einen Anschlag für den Kolben 3 zu bilden, wenn dieser von unten bei offener erster Spannzange eingeschoben wird. Ebenso dient die Kolbenstange 12 zum Auswerden des Kolbens 3 mittels einer axialen Bewegung des ersten Halteelements 9 und damit der ersten Halteeinrichtung nach unten. Weiterhin ist zu erwähnen, dass eine axiale Bewegung des ersten Halteelements 9 nach oben bei fixiertem Kolben eine Bewegung des Kolbens 3 innerhalb der Kapillare 5 zur Folge hat, und damit die Aspiration von Flüssigkeit, sofern die Spitze der Kapillare sich in einer zu aspirierenden Flüssigkeit befindet. Für die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es unerheblich, ob das Material der Kolbenstange 12 elektrisch leitfähig ist oder nicht. It should be noted at this point that the piston rod arranged inside the first holding device 12 is set up so that it is not necessarily from the first collet 11 must be fixed as soon as the first clamping sleeve 13 is displaced axially and the pin 4 of the piston 3 fixed. In particular, the function of the piston rod is a stop for the piston 3 to form when it is inserted from below with open first collet. Likewise, the piston rod serves 12 to get rid of the piston 3 by means of an axial movement of the first holding element 9 and thus the first holding device down. It should also be mentioned that an axial movement of the first holding element 9 upwards with fixed piston a movement of the piston 3 inside the capillary 5 result, and thus the aspiration of liquid, provided that the tip of the capillary is in a liquid to be aspirated. For the functionality of the device according to the invention, it is irrelevant whether the material of the piston rod 12 electrically conductive or not.
2 zeigt eine Querschnittsansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer zweiten Position, wobei kein Verbrauchsmaterial, also weder ein Kapillare 5 und ein Kolben 3, in die Vorrichtung eingesetzt ist. Da die wesentlichen Elemente in 2 identisch mit den mit Bezug auf 1 beschriebenen Elementen sind, wird auf eine Wiederholung der Beschreibung an dieser Stelle verzichtet und nur auf die Unterschiede zwischen den in 1 und 2 gezeigten Positionen eingegangen. 2 shows a cross-sectional view of the preferred embodiment of the device according to the invention for monitoring the presence of removable consumables in a second position, wherein no consumable, so neither a capillary 5 and a piston 3 , is inserted in the device. Since the essential elements in 2 identical to the ones related to 1 are omitted, a repetition of the description is omitted here and only on the differences between the in 1 and 2 Positions taken.
In der in 2 dargestellten Position befinden sich sowohl die erste Halteeinrichtung als auch die zweite Halteeinrichtung in ihrer zweiten Stellung, in der weder Kolben noch Kapillare fixiert sind. Dabei sind die entsprechenden Spannhülsen 13, 21 axial weiter auf die zugehörigen Spannzangen 11, 19 aufgeschoben, wobei dieses axiale Aufschieben durch die Federkraft der Federelemente 15, 23 bewirkt wird. Die beiden Halteeinrichtungen sind dabei so ausgestaltet, dass in dieser zweiten Stellung der obere Flansch der ersten Spannhülse 13 in elektrischem Kontakt mit der Abschirmelektrode 27 ist, so dass die erste Spannhülse 13 auf dem Abschirmpotential, d.h. dem Potential der Abschirmelektrode 27 liegt. In ähnlicher Weise ist der obere Flansch der zweiten Spannhülse 21 in dieser zweiten Stellung in elektrischem Kontakt mit der Grundplatte 7, also dem Gehäuse der Vorrichtung. Da die Grundplatte 7 auf Erdpotential liegt, hat auch die zweite Spannhülse 21 in dieser Stellung das Erdpotential. In the in 2 In the position shown, both the first holding device and the second holding device are in their second position, in which neither piston nor capillary are fixed. Here are the corresponding clamping sleeves 13 . 21 axially further on the associated collets 11 . 19 postponed, this axial pushing by the spring force of the spring elements 15 . 23 is effected. The two holding devices are designed so that in this second position of the upper flange of the first clamping sleeve 13 in electrical contact with the shield electrode 27 is, so the first clamping sleeve 13 on the shielding potential, ie the potential of the shielding electrode 27 lies. Similarly, the upper flange of the second clamping sleeve 21 in this second position in electrical contact with the base plate 7 , So the housing of the device. Because the base plate 7 is at ground potential, also has the second clamping sleeve 21 in this position the earth potential.
Bevor ein Kolben 3 bzw. eine Kapillare 5 in die erste bzw. zweite Halteeinrichtung eingesetzt werden kann, ist es notwendig, zunächst den Klemmbereich der entsprechenden Halteeinrichtungen zu öffnen. Dies geschieht durch axiale Bewegung gegen die Federkraft des ersten bzw. zweiten Federelements 15, 23. Im Falle der ersten Halteeinrichtung muss das erste Halteelement 9 mittels der (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung nach unten gefahren werden, wobei sich durch den Anschlag der ersten Spannhülse 13 gegen das zweite Halteelement 17 nur die erste Spannzange 11 relativ zur ersten Spannhülse 13 nach unten bewegen kann, so dass sich die Spannbacken im unteren Abschnitt öffnen, um einen Zapfen 4 eines Kolbens 3 aufzunehmen. Before a piston 3 or a capillary 5 can be used in the first and second holding device, it is necessary to first open the clamping region of the corresponding holding devices. This is done by axial movement against the spring force of the first and second spring element 15 . 23 , In the case of the first holding device, the first holding element 9 be driven downwards by means of the (not shown) drive means, being characterized by the stop of the first clamping sleeve 13 against the second holding element 17 only the first collet 11 relative to the first clamping sleeve 13 can move down so that the jaws in the lower section open to a pin 4 a piston 3 take.
In ähnlicher Weise muss auch die zweite Spannhülse 21 axial relativ zur zweiten Spannzange 19 gegen die Federkraft des zweiten Federelements 23 bewegt werden. Da die zweite Spannzange 19 am zweiten Halteelement 17 fixiert ist, verbleibt nur die Möglichkeit, die zweite Spannhülse 21 axial nach oben zu bewegen. Dies wird mittels von (in 1 bis 3 nicht dargestellten) Verschiebemitteln durchgeführt, in der bevorzugten Ausführungsform mittels eines elektrischen Motors. Durch das axiale Verschieben, z. B. durch Verfahren des gesamten Gehäuses auf einen (nicht dargestellten) Anschlag, der zweiten Spannhülse 21 hebt sich deren oberer Flansch von der Grundplatte 7 ab. Nach den Einschieben einer Kapillare 5 ist es für die zweite Spannhülse 21 nicht mehr möglich, vollständig in die leere Stellung zurückzukehren, da die Kapillare 5 den konischen Bereich der zweiten Spannzange 19 radial weitet. Similarly, the second clamping sleeve must 21 axially relative to the second collet 19 against the spring force of the second spring element 23 to be moved. Because the second collet 19 on the second holding element 17 is fixed, leaving only the possibility of the second clamping sleeve 21 to move axially upwards. This is done by means of (in 1 to 3 not shown) shifting means carried out, in the preferred embodiment by means of an electric motor. By the axial displacement, z. B. by moving the entire housing on a (not shown) stop, the second clamping sleeve 21 its upper flange rises from the base plate 7 from. After inserting a capillary 5 it is for the second clamping sleeve 21 no longer possible to completely return to the empty position, since the capillary 5 the conical area of the second collet 19 radially expands.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer dritten Position, wobei eine Kapillare 5, jedoch kein Kolben in die Vorrichtung eingesetzt ist. Da die wesentlichen Elemente in 3 ebenfalls identisch mit den mit Bezug auf 1 beschriebenen Elementen sind, wird auf eine Wiederholung der Beschreibung an dieser Stelle verzichtet und nur auf die Unterschiede zwischen den in 1, 2 bzw. 3 gezeigten Positionen eingegangen. 3 shows a cross-sectional view of the preferred embodiment of the device according to the invention for monitoring the presence of removable consumables in a third position, wherein a capillary 5 but no piston is inserted into the device. Since the essential elements in 3 also identical to the ones related to 1 are omitted, a repetition of the description is omitted here and only on the differences between the in 1 . 2 respectively. 3 Positions taken.
Bei der in 3 dargestellten Position befindet sich die erste Halteeinrichtung in ihrer zweiten Stellung und die zweite Halteeinrichtung befindet sich in ihrer ersten Stellung. Eine Kapillare 5 ist in der zweiten Halteeinrichtung fixiert, jedoch kein Kolben in der ersten Halteeinrichtung. Folglich ist die erste Halteeinrichtung dabei wie in 1 auch so konfiguriert, dass in dieser zweiten Stellung der obere Flansch der ersten Spannhülse 13 in elektrischem Kontakt mit der Abschirmelektrode 27 ist, so dass die erste Spannhülse 13 auf dem Abschirmpotential, d.h. dem Potential der Abschirmelektrode 27 liegt. Andererseits ist die zweite Halteeinrichtung in 3 in der Stellung wie auch in 1, d. h. der obere Flansch der zweiten Spannhülse 21 in der ersten Stellung, also nicht in elektrischem Kontakt mit der Grundplatte 7 der Vorrichtung. At the in 3 shown position, the first holding device is in its second position and the second holding device is in its first position. A capillary 5 is fixed in the second holding device, but no piston in the first holding device. Consequently, the first holding device is as in 1 also configured so that in this second position, the upper flange of the first clamping sleeve 13 in electrical contact with the shield electrode 27 is, so the first clamping sleeve 13 on the shielding potential, ie the potential of the shielding electrode 27 lies. On the other hand, the second holding device in 3 in the position as well as in 1 ie the upper flange of the second adapter sleeve 21 in the first position, so not in electrical contact with the base plate 7 the device.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im eingebauten Zustand mit Bestandteilen eines Pipettierroboters. Hauptträger der Vorrichtung ist die Grundplatte 7, die eine Art U-förmiges Gehäuse bildet. Am unteren Schenkel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet, wobei sie durch die Grundplatte 7 hindurch ragt. Unterhalb der Grundplatte 7 erkennt man eine Kapillare 5, die zusammen mit einem (in 4 nicht sichtbar dargestellten) Kolben in die Vorrichtung eingesetzt ist. Man erkennt, wie die erste und zweite Spannhülse 13 bzw. 21 der ersten bzw. zweiten Halteeinrichtung mit ihren Flanschelementen nicht auf den entsprechenden Flächen aufliegen und damit in der mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen ersten Stellung angeordnet sind, in der Kapillare 5 und Kolben korrekt eingesetzt sind. 4 shows a perspective view of the preferred embodiment of the device according to the invention in the installed state with components of a pipetting robot. Main support of the device is the base plate 7 , which forms a kind of U-shaped housing. At the lower leg of the device according to the invention is arranged, passing through the base plate 7 protrudes through. Below the base plate 7 you can see a capillary 5 , which together with a (in 4 not shown) piston is inserted into the device. It can be seen how the first and second clamping sleeve 13 respectively. 21 the first and second holding means with their flange elements do not rest on the corresponding surfaces and thus in the reference to the 1 to 3 described in the first position, in the capillary 5 and pistons are inserted correctly.
Im Folgenden wird die Kinematik der Bestandteile des Pipettierroboters beschrieben. Zwei Elektromotoren 30, 31 sind im linken Bereich angeordnet, wobei der erste Motor 30 über seine Antriebswelle einen ersten Antriebsriemen 36 antreibt. Der erste Antriebsriemen 36 ist mit einer ersten Antriebsspindel 33 verbunden, die dazu eingerichtet ist, das erste Halteelement 9 relativ zum an der Grundplatte 7 befestigten zweiten Halteelement 17 in Vertikalrichtung zu verschieben. Eine Bewegung des ersten Halteelements 9 nach oben bewegt auch die erste Halteeinrichtung und damit den von der ersten Halteeinrichtung gehaltenen Kolben 3 bezüglich der in der zweiten Halteeinrichtung gehaltenen Kapillare nach oben, so dass eine Flüssigkeit aus einem Behälter aspiriert werden kann. Eine Bewegung des ersten Halteelements 9 nach unten führt zu einer Bewegung der ersten Halteeinrichtung nach unten, wobei das erste Federelement 15 eine entgegen der Bewegungsrichtung gerichtete Kraft aufbringt, da sich die erste Spannhülse 13 nicht mehr weiter nach unten bewegen kann, sondern nur noch die erste Spannzange 11. Dadurch wiederum bewegt sich auch die Kolbenstange 12 nach unten und übt eine Kraft auf den Zapfen 4 des Kolbens 3 aus, der durch das Fixieren der ersten Spannhülse 13 nicht mehr von einer radialen Klemmkraft gehalten wird. Diesbewirkt den Auswurf des Kolbens 3 aus der Klemmposition der ersten Halteeinrichtung. Die Fixierung des Kolbens 3 wird demnach durch die Steuerung der Bewegung des ersten Halteelements 9 zusammen mit der ersten Halteeinrichtung kontrolliert. The following describes the kinematics of the components of the pipetting robot. Two electric motors 30 . 31 are arranged in the left area, with the first motor 30 via its drive shaft a first drive belt 36 drives. The first drive belt 36 is with a first drive spindle 33 connected, which is adapted to the first holding element 9 relative to the base plate 7 attached second retaining element 17 to move in vertical direction. A movement of the first holding element 9 The first holding device and thus the piston held by the first holding device also move upward 3 with respect to the capillary held in the second holding device upwards, so that a liquid can be aspirated from a container. A movement of the first holding element 9 downwards leads to a movement of the first holding device down, wherein the first spring element 15 a directed counter to the direction of force applies because the first clamping sleeve 13 can not move further down, but only the first collet 11 , This in turn also moves the piston rod 12 down and exerts a force on the pin 4 of the piston 3 from, by fixing the first clamping sleeve 13 no longer held by a radial clamping force. This causes the ejection of the piston 3 from the clamping position of the first holding device. Fixation of the piston 3 is therefore by controlling the movement of the first holding member 9 controlled together with the first holding device.
Der zweite Motor 31 treibt über seine Antriebswelle einen zweiten Antriebsriemen 37 an. Der zweite Antriebsriemen 37 ist mit einer (in 4 nicht sichtbaren) Antriebsspindel verbunden, die dazu eingerichtet ist, ein Verschiebemittel vertikal zu bewegen, das die Bewegung der zweiten Spannhülse 21 relativ zum Grundplatte 7 bzw. dem zweiten Halteelement 17 steuert. Das Verschiebemittel ist mit der zweiten Spannhülse 21 derart verbunden, dass eine Bewegung des Verschiebemittels nach oben die Bewegung der zweiten Spannhülse 21 nach oben bewirkt, so dass eine in der zweiten Halteeinrichtung fixierte Kapillare 5 sich aus ihrer Befestigung löst und nach unten herausfällt, da der obere Bereich der Kapillare 5 nicht mehr von der radial wirkenden Kraft der zweiten Spannhülse 21 auf die zweite Spannzange 19 gehalten wird. The second engine 31 drives a second drive belt via its drive shaft 37 at. The second drive belt 37 is with a (in 4 invisible) drive spindle, which is adapted to move a displacement means vertically, the movement of the second clamping sleeve 21 relative to the base plate 7 or the second holding element 17 controls. The displacement means is with the second clamping sleeve 21 connected such that a movement of the displacement means upward the movement of the second clamping sleeve 21 causes upward, so that a fixed in the second holding device capillary 5 separates from its attachment and falls down, as the upper portion of the capillary 5 no longer of the radially acting force of the second clamping sleeve 21 on the second collet 19 is held.
Durch die beiden oben erläuterten relativ kurzhubigen senkrechten Bewegungen des ersten Halteelements 9, angetrieben vom ersten Motor 30, und des Verschiebeelements, angetrieben vom zweiten Motor 31, die miteinander synchronisiert sind, können die Kapillare 5 und der Kolben 3 nach ihrem Gebrauch aus der Pipettiervorrichtung ausgeworfen werden, so dass im Anschluss daran wieder neues Verbrauchsmaterial eingesetzt und fixiert werden kann. Dies geschieht durch kurzhubiges Verschieben der Spannhülsen bezüglich der Spannzangen in den Halteeinrichtungen wie oben beschrieben. By the above-explained relatively short-stroke vertical movements of the first holding element 9 , powered by the first engine 30 , and the displacement element, driven by the second motor 31 that are synchronized with each other, the capillary 5 and the piston 3 be ejected from the pipetting after their use, so that subsequently used again new consumables and fixed can. This is done by short-stroke displacement of the clamping sleeves with respect to the collets in the holding devices as described above.
Mit der elektrischen Schaltung kann die Stellung der ersten und zweiten Spannhülsen 13, 21 analysiert und damit auf einfache Weise ausgewertet werden, ob sich Verbrauchsmaterialien in der Pipettiervorrichtung befinden. Dies kann durch die einfache Konstruktion ohne zusätzliche Positionssensoren oder andere Detektoren bzw. Sensoren erfolgen. Die Signalelektrode ist in 4 über das Kabel 34 mit der elektrischen Schaltung verbunden, die Abschirmelektrode über das Kabel 35. With the electrical circuit, the position of the first and second clamping sleeves 13 . 21 analyzed and thus evaluated in a simple manner, whether consumables are in the pipetting device. This can be done by the simple design without additional position sensors or other detectors or sensors. The signal electrode is in 4 over the cable 34 connected to the electrical circuit, the shielding electrode via the cable 35 ,
5 zeigt ein Schaltbild einer beispielhaften elektrischen Schaltung zur Verwendung mit der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die elektrische Schaltung 50 ist beispielsweise in einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung angeordnet, die den gesamten Ablauf sämtlicher in einem Pipettierroboter zu steuernden Vorgänge steuert, u. a. den Ablauf beim Aufnehmen und Abgeben von Verbrauchsmaterial wie Kapillare und Kolben sowie beim Aspirieren oder Dispensieren einer Flüssigkeit bzw. flüssigen Probe aus einem und in einen Behälter. Die elektrische Schaltung 50 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit oder CPU 52 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Mikroprozessor dargestellt ist, der einen Pulswellenmodulator als Signalgenerator sowie einen D/A-Wandler und einen A/D-Wandler zur Signalverarbeitung aufweist. Des Weiteren weist die elektrische Schaltung 50 einen Impedanzkonverter 54, zwei Verstärker 60, einen Synchrongleichrichter 56, einen Tiefpassfilter 58, einen Mischer 62 sowie zwei ESD-Bauelemente 64 auf, wobei die ESD-Bauelemente 64 jeweils in den Leitungen hin zum Kolben bzw. zur Signalelektrode und zur Abschirmelektrode ausgebildet sind und die empfindlichen elektronischen Bauelemente vor elektromagnetischen Störsignalen schützen sollen. 5 Fig. 12 shows a circuit diagram of an exemplary electrical circuit for use with the preferred embodiment of the device according to the invention. The electrical circuit 50 is arranged, for example, in a control device (not shown) which controls the entire sequence of all processes to be controlled in a pipetting robot, including the process of picking up and dispensing consumables such as capillaries and pistons and aspirating or dispensing a liquid or liquid sample from one and in a container. The electrical circuit 50 has a central processing unit or CPU 52 on, which is shown in the illustrated embodiment as a microprocessor having a pulse wave modulator as a signal generator and a D / A converter and an A / D converter for signal processing. Furthermore, the electrical circuit 50 an impedance converter 54 , two amplifiers 60 , a synchronous rectifier 56 , a low pass filter 58 , a mixer 62 as well as two ESD components 64 on, with the ESD components 64 are each formed in the lines to the piston or to the signal electrode and the shielding electrode and protect the sensitive electronic components from electromagnetic interference.
Das von dem Pulswellenmodulator der CPU 52 generierte hochfrequente Referenzsignal wird über die Bauelemente 54 und 64 auf die Signalelektrode 25 und damit auf die elektrisch leitenden Elemente der ersten Halteeinrichtung geleitet. An der Abschirmelektrode 27, in den 1 bis 3 auf der Oberseite des zweiten Halteelements 17 angeordnet, wird ein entsprechendes Signal abgenommen und als Auswertesignal in die CPU 52 geleitet. Dem Fachmann ist eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, eine für die erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung geeignete elektrische Schaltung bereitzustellen. Aus diesem Grund wird hier nur eine beispielhafte Ausführungsform erläutert und auf Einzelheiten der elektronischen Signalverarbeitung verzichtet. That of the pulse wave modulator of the CPU 52 Generated high-frequency reference signal is transmitted through the components 54 and 64 on the signal electrode 25 and thus directed to the electrically conductive elements of the first holding device. At the shielding electrode 27 , in the 1 to 3 on the top of the second retaining element 17 arranged, a corresponding signal is accepted and as an evaluation signal in the CPU 52 directed. The person skilled in the art knows a large number of possibilities for providing an electrical circuit suitable for the pipetting device according to the invention. For this reason, only one exemplary embodiment will be explained here and details of the electronic signal processing will be omitted.
Im Folgenden wird die Anwesenheitsüberwachungsfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. In the following, the presence monitoring function of the device according to the invention will be described.
Das elektrische Referenzsignal wird, kommend von der (in 2 nicht dargestellten) elektrischen Schaltung über eine Signalelektrode 25 eingespeist, die an dem ersten Halteelement 9 angeordnet und elektrisch leitend mit der ersten Spannzange 11 verbunden ist. Das Referenzsignal wird von der Signalelektrode 25 über die erste Spannzange 11 auf die erste Spannhülse 13 geleitet. In der in 1 dargestellten ersten Stellung der ersten Spannhülse 13 ist diese nicht in elektrischem Kontakt mit der Abschirmelektrode 27. Diese erste Stellung der ersten Spannhülse 13 kann auch als offener mechanischer Schalter bezeichnet werden, da die erste Spannhülse 13 nicht auf der Abschirmelektrode 27 aufliegt. Der erste mechanische Schalter ist offen, wenn sich ein Kolben 3 innerhalb der ersten Halteeinrichtung befindet, und folglich liegt das elektrische Signal voll auf der Signalelektrode 25 an. Entsprechend ist der erste mechanische Schalter geschlossen, wenn sich kein Kolben innerhalb der ersten Halteeinrichtung befindet, und deshalb wird das elektrische Signal auf Ground bzw. Erdpotential gezogen. Dies kann in der Steuereinrichtung eindeutig erfasst und ausgewertet werden. The electrical reference signal, coming from the (in 2 not shown) electrical circuit via a signal electrode 25 fed to the first holding element 9 arranged and electrically conductive with the first collet 11 connected is. The reference signal is from the signal electrode 25 over the first collet 11 on the first clamping sleeve 13 directed. In the in 1 shown first position of the first clamping sleeve 13 this is not in electrical contact with the shielding electrode 27 , This first position of the first clamping sleeve 13 can also be referred to as an open mechanical switch, since the first clamping sleeve 13 not on the shielding electrode 27 rests. The first mechanical switch is open when there is a piston 3 is located within the first holding device, and thus the electrical signal is fully on the signal electrode 25 at. Accordingly, the first mechanical switch is closed when there is no piston within the first holder, and therefore the electrical signal is pulled to ground. This can be clearly detected and evaluated in the control device.
Im Falle der zweiten Halteeinrichtung ist die Stellung der zweiten Spannhülse 21 bezüglich er Grundplatte 7 entscheidend. In gleicher Weise kann auch hier von einem zweiten mechanischen Schalter sprechen, der sich in der ersten Stellung befindet, wenn die zweite Spannhülse 21 nicht auf der Grundplatte 7 aufliegt, also nicht elektrisch damit verbunden ist. Ist eine Kapillare 5 in der zweiten Halteeinrichtung eingesetzt, so liegt an der Abschirmelektrode 27 das Abschirmsignal an. Sobald sich keine Kapillare mehr in der zweiten Halteeinrichtung befindet, ist der zweite mechanische Schalter in der geschlossenen Position, weil die zweite Spannhülse 21 auf der Grundplatte 7 aufliegt und hier auch elektrisch mit ihr verbunden ist. Das Referenzsignal ist deshalb ebenfalls auf Ground gezogen und in der Steuereinrichtung auswertbar. In the case of the second holding device, the position of the second clamping sleeve 21 as to base plate 7 crucial. In the same way can also speak of a second mechanical switch, which is in the first position when the second clamping sleeve 21 not on the base plate 7 rests, so is not electrically connected to it. Is a capillary 5 used in the second holding device, so is located on the shielding electrode 27 the shield signal. As soon as there is no capillary in the second holding device, the second mechanical switch is in the closed position, because the second clamping sleeve 21 on the base plate 7 rests and is also electrically connected to her. The reference signal is therefore also drawn to ground and evaluated in the control device.
Durch diese Beschaltung ergibt sich folgende Logik für die Anwesenheitsüberwachung: nur für den Fall, dass Kapillare und Kolben korrekt in der zweiten bzw. ersten Halteeinrichtung aufgenommen sind, liegt an der Signalelektrode 25 das Referenzsignal an. Im allen anderen Fällen, d.h. im oben dargestellten Fall, dass weder Kolben noch Kapillare vorhanden sind, sowie in den beiden verbleibenden Fällen, in denen entweder nur der Kolben oder nur die Kapillare in der zugehörigen Halteeinrichtung korrekt angeordnet sind, ist das Potential der Signalelektrode auf Ground gezogen. Dies wird in der Steuereinrichtung, die die elektrische Schaltung steuert, ausgewertet und beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung für einen Benutzer ausgegeben. Weiterhin kann die Steuereinrichtung auch so konfiguriert sein, dass bei einem Fehler wie oben beschrieben, d.h. wenn ein Kolben oder eine Kapillare oder beides nicht korrekt in der Vorrichtung angeordnet ist, der gesamte Pipettiervorgang angehalten wird und ein Alarmsignal ausgegeben wird. This wiring results in the following logic for the presence monitoring: only in the event that capillary and piston are correctly accommodated in the second or first holding device is located on the signal electrode 25 the reference signal. In all other cases, ie in the case illustrated above, that neither piston nor capillary are present, and in the two remaining cases in which either only the piston or only the capillary are correctly arranged in the associated holding device, the potential of the signal electrode is on Ground pulled. This is evaluated in the control device that controls the electrical circuit, and output, for example, on a display device for a user. Furthermore, the control device can also be configured such that in the event of a fault as described above, ie if a piston or a capillary or both is not arranged correctly in the device, the entire pipetting process is stopped and an alarm signal is output.
Mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anwesenheitsüberwachung von auswechselbaren Verbrauchsmaterialien in einer Pipettiervorrichtung bereitgestellt, die bzw. das einfach aufgebaut sowie kostengünstig ist und eine schnelle, effektive und automatisierte Erkennung von Anwesenheitsfehlern von Verbrauchsmaterialien bietet. The subject of the present invention is an apparatus and method for monitoring the presence of replaceable consumables in a pipetting apparatus that is simple in construction and inexpensive, and that provides quick, effective and automated detection of consumables presence errors.
